CN104869896B - 用于监视患者身体的关注区域中的血流状况的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监视患者身体的诸如脑部或肾区域等的关注区域中的血流状况的系统和方法。该监视系统包括血流感测系统和被配置成与该血流感测系统进行通信以进行工作并且处理并分析该血流感测系统的输出数据的控制单元。该血流感测系统被配置成并且能够用于从作为患者身体的关注区域的第一区域测量血流参数并生成表示该血流参数的第一测量数据，并且测量作为脑部区域以外的组织区域的第二区域中的血流参数并生成表示该血流参数的第二测量数据。该控制单元被配置成使血流感测系统进行工作，以大致同时对关注区域和该关注区域以外的组织区域执行测量并记录第一测量数据和第二测量数据，并且被配置成并且能够用于确定表现第一测量数据和第二测量数据之间的关系的特征的预定函数，并且生成表示所述关系的输出数据，其中所述关系表示关注区域中的血流状况。

Description

用于监视患者身体的关注区域中的血流状况的系统和方法
技术领域
本发明大体属于医疗器械领域，并且涉及用于监视血流参数的系统和方法。
背景技术
监视向脑部的脑血流在脑灌注可能受损的情形中至关重要。这包括对于患有创伤性脑损伤、中风或者全身麻醉的患者存在灌注减少的风险的情形。
例如，US 8,277,385描述了用于评估脑部的血流动力和机能状态的方法和设备。该技术包括以下方法：颅内压的非侵入性测量、脑电活动的评估和脑血流的测量、以及利用近红外光谱法或其它光学方法来测量颅内血管的体积变化、利用脑电阻图描记法或其它电气方法来测量颅内血管的体积变化、以及使用脑电描记法来测量脑电活动。为此，测量被检者的颈静脉中的血量变化；测量被检者的一个或多个颅内静脉中的血量变化；并且确定一个或多个颅内静脉的血量变化相对于一个或多个颈静脉的血量变化的比率，其中该比率的变化与被检者的颅内压的变化成反比。
发明内容
本发明提供用于监视诸如脑部和肾等的关注区域的状况以获得与脑部/肾灌注的充分性和自动调节功能的受损有关的信息的新技术。这通过在向脑部/肾的血流和针对流动完好的其它组织的血流或血压的测量值之间进行连续比较来执行。
更具体地，本发明提供一种能够确定并显示表示若干血流信号之间的关系的数据的监视系统。该监视系统包括：感测系统，用于在作为关注区域的第一区域中感测第一血流并且在作为关注区域以外的组织区域的第二区域中感测第二血流；以及控制工具，其能够连接至该感测系统(与该感测系统进行信号/数据通信)以使该感测系统进行工作，从而大致同时对第一区域和第二区域进行测量并且记录分别表示第一血流和第二血流的第一测量数据和第二测量数据。对该控制工具进行预编程，以计算表现第一测量数据和第二测量数据之间的关系的特征的预定函数，其中该关系表示关注区域中的自动调节是受损还是完好。
自动调节是在血压在一定的血压范围内发生变化的情况下保持(向脑部或肾的)血流恒定的机制。通过测量血流变化和血压(主要是指动脉压)变化之间的关系，可以确定自动调节的状态，特别是自动调节功能在一定的血压范围内是受损还是完好。如果在这些测量之间存在相关关系、或者这些测量具有一定的相位关系，则自动调节在该血压范围内受损。
通常选择作为关注区域以外的组织区域的第二区域作为血流相对于血压以线性或已知函数的形式改变的组织区域。
本发明旨在监视在脑部或肾中的关注区域的状况。因此，应当注意，这里针对脑部所提供的任何说明还可使用相同的设备和方法应用于肾。
在一些实施例中，表现第一测量数据和第二测量数据之间的关系的特征的预定函数是相关函数。例如，该函数关系包括以下内容至少之一：第一测量数据和第二测量数据之间的移动相关系数、相位延迟或者互相关。
可以选择脑部以外的感测第二数据的组织区域，以使得该组织区域中的血流线性地依赖于血压。
在一些实施例中，感测系统包括用于分别以非侵入性方式感测第一脑血流和脑部以外的组织区域中的第二血流的第一传感器单元和第二传感器单元。在一些其它实施例中，感测系统包括用于测量非脑部脉管系统和脑部脉管系统这两者的单个传感器。
感测系统可被配置成对血流进行侵入性和/或非侵入性测量。
根据本发明的另一广泛方面，提供一种控制单元，其用于血流测量系统，所述控制单元包括：数据输入工具，用于接收与从患者身体中的关注区域和所述关注区域以外的身体组织区域同时测量到的血流参数相对应的第一测量数据和第二测量数据；以及处理器工具，其被配置成处理所述第一测量数据和所述第二测量数据并确定表现所述第一测量数据和所述第二测量数据之间的关系的特征的预定函数，并且生成表示所述关系的输出数据，其中所述输出数据表示所述关注区域中的血流状况。
根据本发明的又一广泛方面，提供一种用于监视血流状况的方法，所述方法包括以下步骤：
提供与从患者身体中的关注区域和所述关注区域以外的身体组织区域同时测量到的血流参数相对应的第一测量数据和第二测量数据；以及
处理所述第一测量数据和所述第二测量数据并确定表现所述第一测量数据和所述第二测量数据之间的关系的特征的预定函数，并且生成表示所述关系的输出数据，其中所述输出数据表示所述关注区域中的血流状况。
附图说明
图1示意性示出相对于患者身体的测量区域所放置的处于运作位置的本发明的监视系统；
图2是示出本发明的监视系统的操作的框图；
图3示意性示出使用一个传感器单元的本发明的监视系统的操作原理；
图4示出根据具体的非限制性示例的利用包括激光多普勒(Doppler)探测器的感测系统的本发明的监视系统；
图5示出感测系统被配置成利用光的超声标记来进行非侵入性测量的本发明的监视系统的又一示例；以及
图6示出利用本发明的监视系统所执行的测量的示例。
具体实施方式
参考示意性地示出本发明的监视系统10的图1。如图所示，提供了被配置成并且可用于收集与组织中的血流有关的信息的监视系统10。监视系统10包括：感测系统110，其被配置成并且可用于感测脑血流(构成关注区域中的第一血流)和脑部以外的组织区域中的血流(关注区域以外的第二血流)；以及控制工具100，其可连接至感测系统110。
感测系统110包括被配置成进行侵入性和/或非侵入性血流测量的所需数量的血流传感器单元。在图1的本非限制性示例中，示出四个这种传感器单元112A、112B、120和130，而且可以选择这四个传感器单元中的如下任两个传感器单元来进行测量：一个传感器单元从脑部进行测量，并且另一传感器单元对脑部以外的其它组织区域进行测量。此外，在本非限制性示例中，控制工具100和传感器单元经由线连接，然而，应当理解，本发明的原理不限于该示例，并且还可以使用任何已知的合适的无线连接(RF、IR、声学等)，其中在这种情况下感测系统110和控制单元100配备有适当的通信/格式化工具。
如图2所示，采用框图的方式，控制单元100通常是包括诸如数据输入/输出工具100A、存储器100B、处理器100C以及还可能的显示器100D等主要工具的计算系统。接收并分析来自血流感测系统的包括第一测量数据片段MD1和第二测量数据片段MD2的测量数据，并且可以将该数据分析的结果以及还可能的测量数据本身显示在显示器100D的图形用户界面上。
返回到图1，在本示例中，感测系统110包括：一个或多个血流传感器112A和/或112B，其应用于人的头部(构成脑部区域R1)，使得该一个或多个血流传感器112A和/或112B可用于收集并测量表示脑血流的数据(第一测量数据)；以及一个或多个其它探测器/传感器单元120和/或130，其应用于身体的其它区域/组织(构成脑部区域R1以外的组织区域R2)，并且用于测量所述区域中的血流(第二测量数据)。例如，将传感器120应用于上臂，并且将传感器130应用于下肢。应当理解，可以将两个以上的传感器应用于头部(脑部区域)或身体的其它区域；或者如以下将进一步例示的，可以将一个传感器单元用于所有的血流测量。
优选地，选择脑部区域以外的区域R2的组织体积，以呈现所测量到的血流和人的血压(平均血压、收缩压或舒张压)之间的线性关系函数、或者血压的变化和所测量到的血流的变化之间的线性关系函数。这样提供了血压指数。
通常，感测系统110可以利用能够以侵入性或非侵入性的方式连续地测量血流的任何已知的合适类型的血流传感器。例如均转让给本申请的受让人并且针对本具体示例而通过引用包含于此的US 8,143,605和US 8,336,391所述，可用在本发明的系统中的非侵入性传感器单元例如可以基于光的超声标记的原理。更具体地，这种感测系统包括：声学单元，用于利用一个或多个声学标记束照射关注区域；以及光学单元，用于利用具有预定频率范围的电磁辐射的一个或多个光束来照射关注区域的至少一部分，并且检测该关注区域的电磁辐射响应。该辐射响应包括至少表示血流参数的由声辐射所标记的电磁辐射。在一些实施例中，可以使用基于激光多普勒原理的感测系统。
如图2所示，控制单元100从感测系统(例如，从各个传感器)接收第一测量数据MD1和第二测量数据MD2，并且计算从脑部收集信号的血流传感器(112A或112B或这两者)所测量到的数据MD1和从其它的非脑部区域收集信号的血流传感器(120或130或这两者)所测量到的数据MD2之间的函数关系R＝f(MD1,MD2)。例如，这种函数关系可以具有移动相关系数、相位延迟或互相关的形式，但不限于这些函数。可以将该计算的结果作为函数或者作为独立指标来显示。
参考示出本发明的实施例的图3，其中感测系统110包括用于测量非脑部脉管系统和脑部脉管系统这两者的一个血流传感器114。传感器114可被配置成并且可用于独立地向脑外组织202和脑组织201的区域应用测量，并且独立地分析如此测量到的第一数据和第二数据。控制单元(这里未示出)从感测系统110接收第一测量数据和第二测量数据，并且计算从脑部(区域201)所测量到的数据和从其它的非脑部区域(区域202)所测量到的数据之间的函数关系。例如，这种函数关系可以采用移动相关系数、相位延迟或互相关的形式，但不限于这些函数。可以将该计算结果显示为函数或者独立指标。应当注意，感测系统110可以包括放置在脑部上的两个单独传感器单元，但一个传感器单元测量脑外组织脉管系统并且另一传感器单元测量脑组织脉管系统。
例如，图4更详细地示出了组合型感测系统110。这里，该感测系统包括组合成一个感测系统的两个激光多普勒探测器/传感器单元210和212。探测器210被配置成插入脑组织以测量脑血流变化，并且探测器212测量皮肤中的血流变化。探测器210和212分别提供独立的测量数据MD1和MD2。
图5示出依赖于利用上述的光的超声标记的非侵入性测量的感测系统110的不同结构。在该示例中，感测系统110包括照明组件140、至少一个检测组件142和可能的附加检测组件(例如142’)以及声学模块144。可以如以上所示的转让至本申请的受让人的US 8,143,605所述实现照明组件和检测组件的结构和操作以及声学模块的结构和操作，以适当地选择一个或多个光输出端口以及光输入端口相对于声学端口的位置。从声学模块的输出端口发射超声波305。从照明组件140发射的可见光子302经由脑外组织202传播，其中在脑外组织202处，至少一部分可见光子302与超声波305相互作用并被声辐射的频率所标记，并且已标记光子和未标记光子均到达检测组件142。在控制工具处接收到表示检测组件的输出的数据，其中该控制工具被预编程为分析所检测到的已标记光子并且生成与区域202中的血流有关的信息，从而提供MD2。同样，可见光子303照射脑组织201，其中在该脑组织201中可见光子303(至少一部分)与超声波305互相作用，并且从被照射区域返回的光子到达检测组件142’。控制工具分析表示已标记光子303的数据并且提供与脑部区域201中的血流有关的信息，从而提供MD1。
应当注意，一个检测组件可以检测经由脑外组织和脑组织这两者进行传播的光子，并且针对所检测到的已标记信号的分析将这两个组织区域的贡献区分开。如以上提到的US 8,143,605所述，这可以通过计算所检测到的光信号与所生成的超声信号的互相关、并且在相对于该超声信号的生成的不同时间延迟处分析互相关信号的振幅来实现。
应当注意，尽管没有具体示出，但适用于本发明的感测系统110可以利用不同类型的血流感测技术、例如基于激光多普勒探测器和基于光的超声标记的感测技术的组合。
图6示出利用本发明的监视系统的测量的显示的示例。将数据MD1和MD2显示为时间的函数。曲线图G1(菱形)表示利用一个传感器所收集到的数据MD1，曲线图G2(正方形)表示数据MD2，并且曲线图G3(三角形)表示移动相关系数(构成MD1和MD2之间的关系R的函数f)。
在本示例中，按如下方式计算移动相关系数：在10秒间隔内对各个测量数据MD1和MD2求平均；针对每300秒计算MD1和MD2之间的相关系数(r)，并且将该相关系数例如作为三角形显示在显示器上；在各计算之间按10秒的步长计算出相关系数作为移动系数。在图6中，在16:04和(虚线L所标记的)16:24之间，相关系数接近1，由此表示自动调节受损，然而对于16:24之后的测量时间段，相关系数低于1，这表示在该测量时间段内自动调节完好。来自本文献的数据关于标记完好和受损自动调节之间的转变的阈值而改变–连续的显示可以提供与治疗期间自动调节功能的变化有关的连续信息。

Claims (15)

1.一种用于监视关注区域中的血流状况的系统，所述系统包括：
血流感测系统，其被配置成并且能够用于从作为患者身体中的关注区域的第一区域测量血流参数并生成表示该血流参数的第一测量数据，并且测量作为所述关注区域以外的组织区域的第二区域中的血流参数并生成表示该血流参数的第二测量数据；以及
控制单元，其被配置成与所述血流感测系统进行通信以使所述血流感测系统进行工作，从而对所述关注区域和所述关注区域以外的组织区域大致同时执行测量、并且记录所述第一测量数据和所述第二测量数据，
其特征在于，所述控制单元被配置成并能够用于确定表征所述第一测量数据和所述第二测量数据之间的关系的预定函数，并且生成表示所述关系的输出数据，其中所述输出数据表示在所述关注区域中的血流状况。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述预定函数是所述第一测量数据和所述第二测量数据之间的相关函数。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述关系包括所述第一测量数据和所述第二测量数据之间的移动相关系数、相位延迟和互相关中的至少一个。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，表征所述第一测量数据和所述第二测量数据之间的关系的所述预定函数表示自动调节功能的状态。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述血流感测系统包括能够利用所述控制单元进行操作以独立地对所述关注区域和所述关注区域以外的所述组织区域进行测量的单个血流传感器。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述血流感测系统包括：至少一个第一血流传感器单元，其被配置成并且能够用于从所述关注区域测量血流参数，并且生成表示该血流参数的所述第一测量数据；以及至少一个第二血流传感器单元，其被配置成并且能够用于测量所述关注区域以外的组织区域中的血流参数，并且生成表示该血流参数的所述第二测量数据。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述血流感测系统被配置成执行侵入性、非侵入性或这两种类型的血流测量。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述血流感测系统被配置成对作为患者的脑部或肾的区域的所述关注区域进行血流测量。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述血流感测系统被配置成对所述关注区域以外的组织区域进行血流测量，其中所述关注区域以外的所述组织区域被选择为所述组织区域中的血流大致线性地依赖于血压的区域。
10.一种控制单元，其用于血流测量系统，所述控制单元包括：
数据输入工具，用于接收与从作为患者身体中的关注区域的第一区域和作为所述关注区域以外的身体组织区域的第二区域同时测量到的血流参数相对应的第一测量数据和第二测量数据；以及
处理器工具，其被配置成处理所述第一测量数据和所述第二测量数据，
其特征在于，所述处理包括确定表征所述第一测量数据和所述第二测量数据之间的关系的预定函数以及生成表示所述关系的输出数据，
其中所述输出数据表示所述关注区域中的血流状况，所述关系包括所述第一测量数据和所述第二测量数据之间的移动相关系数、相位延迟和互相关中的至少一个。
11.一种用于监视血流状况的方法，所述方法包括以下步骤：
提供与从患者身体中的关注区域和所述关注区域以外的身体组织区域同时测量到的血流参数相对应的第一测量数据和第二测量数据；以及
处理所述第一测量数据和所述第二测量数据，
其特征在于，所述处理包括确定表征所述第一测量数据和所述第二测量数据之间的关系的预定函数以及生成表示所述关系的输出数据，其中所述输出数据表示所述关注区域中的血流状况。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述关注区域以外的组织区域被选择为所述组织区域中的血流大致线性地依赖于血压的区域。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述预定函数是所述第一测量数据和所述第二测量数据之间的相关函数。
14.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述关系包括所述第一测量数据和所述第二测量数据之间的移动相关系数、相位延迟和互相关中的至少一个。
15.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述关注区域是脑部区域或肾区域。
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