CN108261183A - 用于监测生物统计指标的组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于监测生物统计指标的组合物和方法。本发明描述哺乳动物个体的生物统计指标的测量方法。相关生物统计指标包括血细胞比容、血浆容量、分布容量和肾小球滤过率。所述方法尤其适用于具有快速失血的个体和具有不稳定血细胞比容的个体。可以通过将具有动态荧光标记和静态荧光标记或具有两种荧光标签的单一静态标记的注射液投与到所述个体的血管系统中，并且监测所述标记或荧光标签在一段时间内的发射强度来测量血细胞比容。然后可以使用经校准光谱分析仪，通过测定所述标记在T0时的原始比率，计算表观血细胞比容，并且应用校正因子来计算血细胞比容。

Description

用于监测生物统计指标的组合物和方法
本申请是申请日为2013年2月15日，申请号为201380019079.6，发明名称为“用于监测生物统计指标的组合物和方法”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年2月17日提交的美国临时申请第61/600,182号的优先权，其揭示内容以其全文并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于监测生物统计指标的组合物和方法。
背景技术
本发明大体上涉及从哺乳动物个体，并且优选地人类个体收集生物统计信息的组合物和方法。更具体地说，本发明是针对用于定量个体的血细胞比容和其它生理参数的荧光光谱法，所述方法是通过将包含一或多种荧光标记的经校准注射液引入到个体的血管系统中，并且监测所述荧光标记在一段时间内的发射强度。
生物统计指标是开业医生用于辅助诊断患者的有价值的工具，并且其确定恰当的医学治疗过程的能力通常受限于对快速和准确的定量生物统计信息的访问。开业医生所用的一些常见生物统计指标包括核心体温、血压、心率和呼吸率、血氧合和血细胞比容、肾小球滤过率(“GFR”)等。虽然开业医生可以偏爱在决定特定治疗之前评定多个生物统计指标，但是患者的病况会快于可以评定指标恶化。在这些情况下，要求开业医生用有限的信息作出决策，有可能降低患者的存活机率。因此，需要能够迅速并准确地测定一或多个生物统计指标的方法和装置。
血细胞比容(“HCT”)也统称为红细胞压积，是红血细胞与总血容量的容量比。血细胞比容可以基于性别和年龄而有所不同。健康成年人的典型血细胞比容水平是男性约45％并且女性约40％。HCT常用于在患者护理的早期辅助诊断，并且异常HCT水平可以指示某些医学病况。已经将异常高的血细胞比容水平与登革热(dengue fever)、缺氧相关疾病(例如COPD)、脱水等联系在一起，同时已经将异常低的血细胞比容水平与出血、由低红细胞生成素水平引起的慢性肾病、减充血性心力衰竭等联系在一起。
存在若干种目前可用于测定HCT的方法和装置。名称“红细胞压积”源于HCT的传统测定方法，在所述传统测定方法中，向肝素化血液样品施加离心力，接着测量红血细胞与总血容量的容量比。虽然这种方法相对准确，但是为了分析，通常将血液样品传送到与患者护理房间分开的医学实验室，这会大幅度增加样品处理时间并限制其在时间棘手的医学情况中的效用。
已经开发出非侵袭性光谱HCT装置，例如Hema Metrics(凯斯维尔(Kaysville)，犹他州(UT))的Critxcan"，通过利用血液的光学特性来解决传统方法的一些限制。本领域中已知血液具有非线性光学特性，其产生波长相关的光衰减系数。已知这些衰减系数也是血细胞比容相关的。一些波长(例如620和680nm)的衰减系数已知是相对线性的，而其它波长(例如488和594nm)的衰减系数已知是非线性的。非侵袭性光谱HCT装置测量两种或两种以上具有不同波长和衰减系数的光信号在组织的高度血管化部分上的相对衰减。常规操作通过使光信号穿过第一光导管传输到第一光学界面并且进入组织部分中开始，其中所述组织与光信号以光学方式相互作用，产生衰减信号。衰减信号然后可以传输或反射到第二光学界面，其中第二光导管将光信息传输到检测器。然后使用预定数学关系式将衰减信号强度的比率转化成血细胞比容水平。这些非侵袭性光谱HCT方法和装置通常使用一或多种常规噪声处理技术，例如相对脉动信号分析，以便获得足以允许准确测量的信噪比。
如在本申请中所使用的“光导管”意指透明光波导，例如纤维光缆或光反射管，其能够将光信号从一个位置传输到另一个位置。光导管可以包含光波导，例如单一纤维光缆或围绕常见光源和光学界面排列的多个光波导，例如一束纤维光缆。“光学界面”是将光导管的远离光源或光信号检测器的终端与外部环境隔开的光学边界。
虽然非侵袭性光谱HCT装置和其它非侵袭性直接光谱装置(例如脉搏血氧计)提供几乎瞬时并且相对准确的结果，但是它们受限于其对相对较大一部分组织容纳多个光学界面的需要。这些装置还受限于皮肤组织传输足够光信息水平的能力，和其对多个光学界面之间固定的光学几何(通常产生机械刚性装置)的需要。多个界面之间固定的光学几何由于由多个光学界面处的光散射引起的光学噪声，进一步限制这些装置通过使用一次性无菌屏障(例如低密度聚乙烯(LDPE)塑料衬管)维持无菌环境的能力。因此，通常处理掉光谱传感器本身以维持无菌环境。重症加强护理病房中所用的一次性脉搏血氧计是常见实例。虽然这个策略维持无菌环境，但是相比于使用传统无菌屏障，它也显著增加医疗护理的成本。
先前已经在美国专利申请第12/425,827号和第12/946,471号以及PCT专利申请第PCTIUS2009/040994号和第PCT/US 10/32997号中揭示用于通过单一柔性光导管监测肾小球滤过率(“GFR”)并且测定血浆容量的侵袭性间接荧光光谱方法和装置。如本申请中所定义，术语“血浆容量”是指个体的血管结构中所含血浆的总量，而术语“循环血浆容量”是指个体的血管结构中所含流动血浆的量。虽然“血浆容量”和“循环血浆容量”的测量是类似并且相关的，但是它们是不相同的。
荧光光谱系统通常包括用于激发荧光标记的光源、用于传输光源并且接收荧光信号的光导管、用于测量荧光信号的光检测器、用于储存光谱数据集的构件(例如数字记忆储存装置)、用于处理光谱数据集以计算GFR的构件(例如数字计算处理器)和所计算的GFR的输出(例如数字显示器)。
可以使用荧光光谱系统，通过以下各步来测定GFR：将光导管的终端插入到动物个体的血管中，投与含有第一组荧光特征(即，激发和发射波长)的动态标记和第二组荧光特征的稳态标记的快速注射，荧光监测在一段时间内动态标记相对于静态标记的减少量，并且使用一系列数学步骤基于标记的相对变化计算GFR。或者，可以通过在静态标记达到准稳态血管分布时测量其荧光信号强度，并且使信号强度的减少量与快速注射的稀释度相关联来测定如先前所定义的分布容量。
荧光光谱系统通常使用侵袭性最小的光导管来监测荧光标记。虽然使用非侵袭性光导管监测荧光标记将是有利的，但是相对低的信号强度以及组织自发荧光已经抑制其使用。口腔是可以限制组织自发荧光并且由于相对较薄的组织而提供潜在地高信噪比的唯一高度血管化位置；但是，口腔也是不断运动并且再调整的位置。目前可获得的所有光学经口探针都需要通过良好训练过的操作者进行不断的手动定位以克服口腔运动。
测定HCT的常规光谱方法假设在观察期内，血液具有恒定的光学特性。这个假设被直接用于将多个波长的光信号的衰减与HCT相关联，而与观察期的长度无关。虽然用于测定GFR和血浆容量的常规荧光注射液正在被开发用于人类使用并且已经显示出有利的生物相容性，并且在某些医学情况下，通常用GFR和血浆容量来评定HCT，但是由于由注射液中所用的动态标记的浓度不断改变引起的动态光学特性，尚未使用所述常规荧光注射液来测量HCT。
非侵袭性直接光谱方法和装置要求以固定几何使用多个光学界面和光导管，产生机械刚性并且难以灭菌的装置。虽然荧光光谱系统能够通过单一光导管测量GFR和血浆容量，但是由于动态标记的浓度不断改变，它们通常不能测量血细胞比容。因此，仍然存在开发一种荧光测量患者的血细胞比容的无菌并且准确的方法的临床需求。提供本发明来解决上文所论述的问题和其它问题，并且提供现有诊断技术未提供的优点和方面。本发明的特征和优点的完整讨论推迟到以下详细描述，其参考附图进行。
发明内容
本发明涉及测量哺乳动物个体的血细胞比容、GFR和其它生物统计指标的系统和方法。
本发明的一个方面是提供用于测量哺乳动物个体的血细胞比容的注射液，所述注射液可以包含(a)具有第一激发波长和第一发射波长的第一荧光标记；(b)具有第二激发波长和第二发射波长的第二荧光标记；以及(c)注射液载剂；其中所述第一荧光标记是动态分子，并且所述第二荧光标记是静态分子；并且其中所述注射液已经经历校准，从而提供含有所述注射液的参数的校准鉴定。
在另一个方面，所述注射液可以包含(a)具有第一荧光标签和第二荧光标签的单一静态标记，其中所述第一荧光标签具有第一激发波长和第一发射波长并且所述第二荧光标签具有第二激发波长和第二发射波长；以及(b)注射液载剂；其中所述注射液已经经历校准，从而提供含有所述注射液的参数的校准鉴定。
本发明的另一个方面是提供一种用于测量哺乳动物个体的血细胞比容的方法，其可以包含以下步骤：(a)提供一种注射液，所述注射液包含(i)具有第一激发波长和第一发射波长的第一荧光标记；(ii)具有第二激发波长和第二发射波长的第二荧光标记；以及(iii)注射液载剂；其中第一荧光标记是动态分子并且第二荧光标记是静态分子；(b)校准所述注射液以获得注射液的含有注射液的参数的校准鉴定；(c)将注射液的校准鉴定的参数输入到荧光检测器以校准荧光检测器；(d)获得种特异性血细胞比容曲线；(e)将注射液引入到哺乳动物个体的血管系统中；(f)在光探针和血管系统或从血管系统获取的样品的光学界面处，用第一激发波长激发第一荧光标记并且用第二激发波长激发第二荧光标记；(g)在光探针和血管系统或从血管系统获取的样品的光学界面处，使用经校准荧光检测器测量第一荧光标记的第一发射波长的第一发射强度并且测量第二荧光标记的第二发射波长的第二强度，从而获得包含第一荧光标记的第一发射荧光强度曲线和第二荧光标记的第二发射荧光强度曲线的光谱数据集；(h)从光谱数据集获得原始比率(如本文中所定义)，从而从种特异性血细胞比容曲线确定个体的表观血细胞比容；(i)获得用于确定哺乳动物个体的血细胞比容的校正因子；以及(j)将校正因子应用于表观血细胞比容以确定哺乳动物个体的血细胞比容。
在本发明的又一个方面中，用于测量哺乳动物个体的血细胞比容的方法可以包含以下步骤：(a)提供一种注射液，所述注射液包含(i)具有第一荧光标签和第二荧光标签的单一静态标记，其中第一荧光标签具有第一激发波长和第一发射波长并且第二荧光标签具有第二激发波长和第二发射波长；以及(ii)注射液载剂；(b)校准所述注射液以获得注射液的含有注射液的参数的校准鉴定；(c)将注射液的校准鉴定的参数输入到荧光检测器以校准荧光检测器；(d)获得种特异性血细胞比容曲线；(e)将注射液引入到哺乳动物个体的血管系统中；(f)在光探针和血管系统或从血管系统获取的样品的光学界面处，用第一激发波长激发第一荧光标签并且用第二激发波长激发第二荧光标签；(g)在光探针和血管系统或从血管系统获取的样品的光学界面处，使用经校准荧光检测器测量第一荧光标签的第一发射波长的第一发射强度并且测量第二荧光标签的第二发射波长的第二强度，从而获得包含第一荧光标签的第一发射荧光强度曲线和第二荧光标记的第二发射荧光强度曲线的光谱数据集；(h)从光谱数据集获得原始比率(如本文中所定义)，从而从种特异性血细胞比容曲线确定个体的表观血细胞比容；(i)获得用于确定哺乳动物个体的血细胞比容的校正因子；以及(j)将校正因子应用于表观血细胞比容以确定哺乳动物个体的血细胞比容。
本发明的再一个方面是提供用于测量血细胞比容、GFR和其它生物统计指标的定期采血技术。这种技术可以使用如上所述的动态和静态标记，并且避免从个体的血流连续采样的必要性，并且使用在10分钟到60分钟的时间间隔范围内的不同时间获取的血液样品。已发现，因为在注射时已知两种标记的浓度比，所以如本文中所定义的动态标记的T0浓度可以使用也如本文中所定义的静态标记的浓度直接测量。可以通过使用静态标记的强度确定动态标记在流动血浆中之混合刚刚完成后(通常在注射之后10分钟到15分钟之内)的浓度，来计算动态标记在T0时的浓度。这允许使用更少的血液样品在更短的时间跨度内，通常在2小时或小于2小时之内测定GFR。静态标记的使用允许预测动态标记的T0浓度，由此提供不能直接测量的动态标记的测量结果。
本发明的又一个方面是提供用于在哺乳动物个体的口腔内使用，用于测量荧光分子在哺乳动物个体的血管系统中的荧光强度的经口探针，其包含：(a)具有近端和远端的纵向光导管；(b)在光导管远端的光学界面；以及(c)用于在口腔内限制光导管的经口稳定引导件；其中荧光分子在血管系统中的荧光强度从血管系统传输到光导管，穿过光导管远端的光学界面到达光导管的近端。
本发明可以与先前方法和装置组合用于从注射液的单次注射获得血容量、血浆容量、分布容量、肾小球滤过率(GFR)和血细胞比容的同步测量结果。
本发明新颖技术的其它特征和优点将从以下描述显而易知。
附图说明
为了理解本发明，现将例如参考附图描述本发明，在附图中：
图1是步进式剂量血液测试集的结果的实例。
图2是使用每一种组分在每一个剂量步幅时的平均信号水平和量获得的每一种VFI组分的曲线(迫使截距为零)。
图3是荧光强度水平对比HCT的曲线。
图4是图3的HCT数据的曲线，获取组分1与组分2的信号水平的比率，并且绘制所述比率对比每一个阶段所计算的HCT。
图5是从投与本发明注射液并且荧光监测所述注射液的血管分布获得的光谱数据集的实例。
图6是荧光强度信号水平对比材料量的校准曲线的实例；
图7是荧光强度信号水平对比HCT的校准曲线的实例。
图8是荧光标记的原始比率(动态和静态标记在T0时的浓度比)对比HCT的校准曲线的实例。
图9是使用具有两种荧光标签的单一静态标记获得的荧光强度信号水平对比HCT的校准曲线的实例。
具体实施方式
为了便于理解本发明的原理，现将参考附图中展示的实施例，并且将使用特定的语言来描述这些实施例。然而应该理解不限制本发明的范围，并且正如所述技术所涉及的领域的技术人员通常将想到的，涵盖所展示装置的此类改变和其它修改以及如本文中所说明的技术原理的此类其它应用。
本发明大体上涉及用于测量哺乳动物个体的生物统计指标的组合物和方法。哺乳动物个体可以是人类。相关生物统计指标包括(但不限于)血细胞比容、血容量、血浆容量、分布容量和肾小球滤过率(GFR)。本发明可以尤其适用于具有快速失血但不测定血细胞比容的个体和具有不稳定血细胞比容的个体。
简单来说，可以通过分析如图5中所示，从投与本发明注射液并且荧光监测所述注射液的血管分布持续一段时间获得的光谱数据集来确定血细胞比容，所述血管分布包括标记在T0时的峰值血管分布。可以使用本申请的经校准光谱分析仪从光谱数据集确定HCT。本发明的一个优点是利用动态和静态标记测定个体的HCT的能力。
如本申请中所使用的光谱数据集意指由投与含有两种或两种以上具有不同荧光波长的荧光标记的注射液并且荧光监测所述注射液的血管分布持续一段时间所产生的数据集，其中荧光标记中的一种是动态标记并且荧光标记中的一种是静态标记，所述血管分布包括荧光标记的峰值血管分布。
本发明的经校准光谱分析仪(“经校准光谱分析仪”)包含光谱数据集的输入、校准鉴定的输入、用于计算血细胞比容的计算引擎和用于报告所计算的血细胞比容的输出。可以在计算机可访问位置用制造和储存期间的工厂预测平均注射液参数设定校准鉴定，其可以通过软件或硬件的变化间接更新，或可以通过上载注射液特异性参数直接更新。可以通过使用手动装置(例如小键盘或触摸屏)、通过使用半自动化装置(例如条形码扫描仪)或通过使用间接自动化过程(例如通过使用无线软件更新)输入注射液特异性参数。
用于测定血细胞比容的注射液
本申请注射液包含第一荧光标记、第二荧光标记和注射液载剂。每一种荧光标记具有其自身的不同的荧光特征，即不同激发波长和发射波长。第一荧光标记具有第一激发波长和第一发射波长。第二荧光标记具有第二激发波长和第二发射波长。荧光标记是含有引起分子发荧光的荧光团的任何分子。许多已知的荧光染料可以充当本发明的荧光标记，例如(但限于)若丹明(rhodamine)染料或其衍生物(例如，Texas)、荧光素或其衍生物(例如异硫氰酸荧光素(FITC))、香豆素和花青。荧光染料可以例如通过与另一种大分子共轭而缔合，从而得到荧光染料的预期分子量。大分子的实例包括(但不限于)聚合物、蛋白质、右旋糖苷、纤维素、碳水化合物和核酸。大分子可以是天然产生的化合物或合成化合物。用于使大分子与荧光染料共轭的方法在本领域中是众所周知的。
第一荧光标记是动态分子并且第二荧光标记是静态分子。
“动态分子”是分子量低到足以渗透个体的血管壁或血管结构的分子。动态分子在本领域中已知具有小于50kDa的分子量，并且更典型地具有小于20kDa的分子量。
“静态分子”是分子量高到足以大大限制其血管壁渗透性的分子。静态标记可以达到准稳态血管浓度持续一段时间，但是这类标记最终可以从血管结构清除。静态标记在本领域中已知具有大于50kDa的分子量，并且更典型地具有大于200kDa的分子量。取决于标记的分子量以及其它因素，这类标记可以在血管结构中保持约1小时或2小时到12小时或12小时以上的一段时间。
在一个实施例中，注射液可以包含具有连接到同一静态标记的两种荧光标签的静态标记和注射液载剂。每一种荧光标签具有其自身的不同的荧光特征，即不同激发波长和发射波长。此类静态标记的实例是大分子，例如分子量大于50kDa，与两种不同荧光染料(例如Texas和荧光素或其衍生物)共轭的右旋糖苷。
在测量生物统计指标的那段时间中，荧光标记不在个体内代谢。“不在个体内代谢”在本申请中意指标记在个体的血管系统中具有4小时或4小时以上的半衰期(T1/2)。
在本发明中，先前提到的两种注射液可以互换使用。存在注射液具有提供两种不同荧光特征的两种单独的荧光标记抑或注射液仅仅具有一种具有提供两种不同荧光特征的两种荧光标签的标记不重要。重要的是注射液提供两种不同荧光发射信号以便允许测量如本申请中所述的生物统计指标。因此，当参考在本申请中使用具有两种荧光标记的注射液时，这也打算包括并且是指具有仅一种标记但在所述分子上具有两种荧光标签的注射液。导致测量血细胞比容和其它生物统计指标的后续步骤以其它方式是相同的。然而，因为包含仅一种分子的注射液使用静态标记而无动态标记，所以所述注射液可以用于测量血细胞比容和其它生物统计指标，但不能测量需要至少两种标记的GFR。
如在本申请中所使用的术语“注射液载剂”意指能够增溶并且传递荧光标记以辅助荧光标记的传递和生物相容性的生物学上可接受的流体。合适载剂的实例包括(但不限于)缓冲液、生理盐水等。
校准鉴定和校准标识符
校准本发明注射液以提供含有注射液的参数的校准鉴定。
如在本发明中所使用的术语“校准鉴定”意指用于从光谱数据集计算HCT的一批荧光注射液参数。所述参数可以包含可见荧光注射液(VFI)批号和每一种荧光标记或同一标记上的每一种荧光标签的经校准荧光强度。
校准鉴定可以表示为由一系列数字或符号表示的校准标识符。在一个实施例中，这一系列数字或符号可以是光学机器可读的数据表示形式，例如(但不限于)条形码。用于将校准标识符转化成条形码校准标识符的算法对本领域中的那些技术人员来说是众所周知的。
可以在计算机可访问位置用制造和储存期间的工厂预测平均注射液参数设定校准鉴定。其可以通过软件或硬件的变化间接更新，或可以通过上载注射液特异性参数直接更新。
可以通过使用手动装置(例如小键盘或触摸屏)、通过使用半自动化装置(例如条形码扫描仪)或通过使用间接自动化过程(例如无线软件更新)，将校准鉴定中所含的注射液特异性参数输入到另一个装置中，例如荧光检测器或光谱分析仪。
用于产生用于计算生物统计参数的校准曲线的参考标准荧光强度可以用校准标识符表示为设定值1000后紧跟针对每一种具有不同荧光波长的荧光标记的字母名称(即，1000a；1000b)；每一种荧光标记相对于参考标准的荧光强度变化可以用校准标识符表示为相对于设定值1000的代表性等效增加或减少。
样品校准标识符显示如下：
LOT101A1034B0975
信息包含：
VFI批号：101
来自校准的荧光标记1(A)强度：1034
来自校准的荧光标记2(B)强度：0975
经校准注射液
本发明的经校准注射液(“经校准注射液”)可以包含具有第一血细胞比容相关的荧光衰减系数的第一荧光标记或荧光标签、具有第二血细胞比容相关的荧光衰减系数的第二荧光标记或荧光标签、注射液载剂和校准鉴定。校准鉴定可以与经校准注射液分开提供，可以与经校准注射液一起提供或可以呈校准鉴定形式提供。经校准注射液可以用于通过校正由多个制造步骤产生的光学批次差异，进一步提高经校准光谱分析仪的准确性和精确性。
用于产生经校准注射液的本发明校准方法包含针对每一种荧光标记或荧光标签的一组荧光强度标准、用于建立操作标准溶液的设定制备程序和用于校准荧光检测器的校准溶液以及用于读取每一种荧光标记在校准溶液和注射液中的荧光强度的荧光检测器。从荧光标记标准溶液，遵循设定程序以产生操作标准溶液和校准溶液。每一种标记在与注射液相同的荧光强度范围中使用校准溶液。校准溶液用于设定荧光检测器的参数。然后使用相同设定程序，使用有待校准的注射液制造测试溶液。使用经校准荧光检测器，产生用于经校准注射液的校准鉴定的注射液测试溶液。
经校准光谱分析仪
本发明的经校准光谱分析仪(“经校准光谱分析仪”)包含光谱数据集的输入、校准标识符的输入、用于计算血细胞比容的计算引擎和用于报告所计算的血细胞比容的输出。
用于测定血细胞比容的方法
简单来说，可以通过分析从投与含有具有不同荧光波长的两种或两种以上荧光标记的注射液并且荧光监测所述注射液的血管分布持续一段时间获得的光谱数据集来测定血细胞比容，其中荧光标记中的至少一种是动态标记，所述血管分布包括标记的峰值血管分布。或者，注射液可以含有在标记上具有两种荧光标签的仅一种静态标记。本申请的新颖经校准光谱分析仪可用于从光谱数据集确定HCT。本发明的一个优点是其利用动态标记测定动物个体的HCT的能力。
如本文中所用的术语“零时”或“T0”是光谱数据集中以静脉内注射的荧光标记的峰值荧光信号强度为特征的时刻。T0通常出现在快速静脉内注射内之后的第一分钟内。T0用于表示生物统计参数荧光信号分析的开始。如在本申请中所使用的术语“原始比率”可以定义为T0时的荧光信号强度比，即动态标记(“小标记”，指示较小分子量；或“绿色标记”，指示在绿色光谱中发射的荧光标签)与静态标记(“较大标记”，指示较大分子量；或“红色标记”，指示在红色光谱中发射的荧光标签)的比率。本发明技术的一个重要方面是使用原始比率在光学动态环境中测定HCT、GFR和其它生物统计参数。
已发现在初始快速输注动态标记和静态标记之后仅约15分钟之后，多达1/2的小标记从血流过滤。因此，在本发明程序之后，可以使用例如光谱分析仪以如本文中所述10分钟到15分钟的时间间隔测量静态标记的浓度，准确预测T0时的动态标记浓度。如相比于连续采样程序，这是一个重大进展，因为其准许使用周期性生物统计采样，即每10分钟到60分钟对血管结构进行采样，并且总测试时间可以从目前约6小时的持续时间缩短到1小时到2小时。
在本申请中所计算的原始比率又可以用于计算在光探针的光学界面所观察到的血细胞比容，在本申请案中称为表观HCT。从侵袭性探针获得的表观血细胞比容可以不同于个体的真正HCT。这可以归因于在流动系统中所插入的光学界面附近发生的流体动力学异常。真正HCT可以通过应用校正因子从表观HCT计算。校正因子可以在1％到10％HCT的范围内，并且更具体来说在4％-5％HCT的范围内。校正因子的典型计算示出在本文中的实例中。
用于测定种特异性HCT曲线的方法包含以下组件：经校准荧光检测器、经校准注射液和种特异性血液的测试体积。进行某一程序以维持测试体积中经校准注射液的恒定总测试体积和恒定浓度同时改变测试体积中的HCT。建立经校准荧光检测器并且将其配置成在整个程序中读取测试体积的荧光强度。制备具有已知HCT(H校准)(如通过常规方法测定)和所测量的总体积(Vt)的测试体积。向测试体积中添加已知体积的经校准注射液。从生理盐水和经校准注射液产生单独的体积，其中向测试体积中添加等效浓度的经校准注射液。这份溶液用于替换在程序期间从测试体积移出的体积。然后使用一系列重复步骤在测试体积中产生不同的HCT水平。从测试体积移出体积(x)，弃去并且用等效体积(x)的所制备的生理盐水溶液替换。使系统稳定，并且在每一个阶段基于HCT的稀释度计算HCT。如所示出般测定在所测试的每一个HCT水平下的数据的“平坦部分”的平均信号水平，其中Vt是测试集的总体积，Ve是所更换(血液更换为生理盐水)的体积，H0是起始HCT(在体积更换之前)并且H'是新HCT(在体积更换之后)。产生血细胞比容相关曲线，其中原始比率是输入并且表观血细胞比容是输出。
因此，用于测量哺乳动物个体的血细胞比容的方法可以包含以下步骤：(a)提供一种注射液，所述注射液包含(i)具有第一激发波长和第一发射波长的第一荧光标记；(ii)具有第二激发波长和第二发射波长的第二荧光标记；以及(iii)注射液载剂；其中第一荧光标记是动态分子并且第二荧光标记是静态分子；(b)校准所述注射液以获得注射液的含有注射液的参数的校准鉴定；(c)将注射液的校准鉴定的参数输入到荧光检测器以校准荧光检测器；(d)获得种特异性血细胞比容曲线；(e)将注射液引入到哺乳动物个体的血管系统中；(f)在光探针和血管系统或从血管系统获取的样品的光学界面处，用第一激发波长激发第一荧光标记并且用第二激发波长激发第二荧光标记；(g)在光探针和血管系统或从血管系统获取的样品的光学界面处，使用经校准荧光检测器测量第一荧光标记的第一发射波长的第一发射强度并且测量第二荧光标记的第二发射波长的第二强度，从而获得包含第一荧光标记的第一发射荧光强度曲线和第二荧光标记的第二发射荧光强度曲线的光谱数据集；(h)从光谱数据集获得原始比率，从而从种特异性血细胞比容曲线确定个体的表观血细胞比容；(i)获得用于确定哺乳动物个体的血细胞比容的校正因子；以及(j)将校正因子应用于表观血细胞比容以确定哺乳动物个体的血细胞比容。还可以使用这种技术测定其它生物统计指标，例如血容量、分布容量和肾小球滤过率。
在一个实施例中，用于测量哺乳动物个体的血细胞比容的方法可以包含以下步骤：(a)提供一种注射液，所述注射液包含(i)具有第一荧光标签和第二荧光标签的静态标记，其中第一荧光标签具有第一激发波长和第一发射波长；并且第二荧光标签具有第二激发波长和第二发射波长；以及(ii)注射液载剂；(b)校准所述注射液以获得注射液的含有注射液的参数的校准鉴定；(c)将注射液的校准鉴定的参数输入到荧光检测器以校准荧光检测器；(d)获得种特异性血细胞比容曲线；(e)将注射液引入到哺乳动物个体的血管系统中；(f)在光探针和血管系统或从血管系统获取的样品的光学界面处，用第一激发波长激发第一荧光标签并且用第二激发波长激发第二荧光标签；(g)在光探针和血管系统或从血管系统获取的样品的光学界面处，使用经校准荧光检测器测量第一荧光标签的第一发射波长的第一发射强度并且测量第二荧光标签的第二发射波长的第二强度，从而获得包含第一荧光标签的第一发射荧光强度曲线和第二荧光标签的第二发射荧光强度曲线的光谱数据集；(h)从光谱数据集获得原始比率，从而从种特异性血细胞比容曲线确定个体的表观血细胞比容；(i)获得用于确定哺乳动物个体的血细胞比容的校正因子；以及(j)将校正因子应用于表观血细胞比容以确定哺乳动物个体的血细胞比容。随后还可以测定其它生物统计指标，例如血容量和分布容量。
可以通过快速注射或通过输注将注射液引入到血管系统中。
用于非侵袭性监测荧光强度的经口探针
可以使用本发明的经稳定经口探针在哺乳动物个体口腔内非侵袭性地监测荧光标记在血管系统中的荧光强度。在一个实施例中，将探针放置在口腔内的舌下。
探针可以包含具有近端和远端纵向光导管和经口稳定引导件，其中光导管的远端在光导管与血管系统之间形成非侵袭性界面；其中荧光分子在血管系统中的荧光强度从血管系统传输到光导管，穿过在光导管远端的光学界面到达光导管的近端。光导管可以是纤维光缆。光导管的近端可以连接到荧光检测器以监测荧光标记在血管系统中的荧光强度。光导管可以超出经口稳定引导件，或可以设定为与稳定引导件的表面机械连通以使得经口稳定引导件限制光导管的移动。经口稳定引导件可以包含牙齿插入物。经口稳定引导件还可以含有用于维持光导管在舌下的位置的光学引导件突起部。
本发明的经口探针可以进一步包含无菌护套，其可以包含均匀透明材料或可以包含透明区域和可移动区域。经口探针可以进一步包含(a)用于维持光学界面与组织部分之间的透明无菌屏障的安装区域，和(b)用于维持光学定位引导件与生物环境之间的无菌屏障的可移动区域。
实例
实例1：产生校准曲线
1.对含有各自具有其不同发射波长的两种荧光标记的全血样品执行步进式剂量血液测试集。结果的实例示出在图1中，其中上曲线代表在通道1中记录为通道1信号的第一荧光标记或标签的第一发射信号，并且下曲线代表在通道2中记录为通道2信号的第二荧光标记或标签的第二发射信号。如先前所讨论，这个步进式剂量血液测试集还可以使用具有两种荧光标签的一种静态标记产生，每一种标签具有其不同发射波长。每一种荧光标记或每一种荧光标签以下可以称为“荧光组分”。
2.计算每一种荧光组分的每一个剂量步幅的“平坦”或稳定部分的平均信号水平。
3.基于所用血液的已知体积(Vt)、VFI的已知剂量(VD)和剂量中每一种VFI荧光组分的已知浓度(D1或D2)；计算在每一个剂量步幅，血液中所存在的每一种荧光标记的量(1)。
x1；2＝VD[D1；2] (1)
4.使用先前所计算的每一个剂量步幅的平均信号水平和每一种组分的量，产生每一种荧光组分的曲线的拟合线(迫使截距为零)。曲线示出在图2中。
S1＝m1x1 (2)
S2＝m2x2 (3)
其中S是信号水平，m是拟合线的斜率并且x是材料的量(mg)。
实例2：产生种特异性血细胞比容(HCT)校准曲线
1.用单一剂量方法执行血液测试。用已知的血液体积(Vt)和已知的血液HCT(H校准)，计算测试所需的生理盐水的体积(VS)。
Vt-VtH校准＝VS (4)
2.从同一个VFI小瓶同等程度地给予血液和生理盐水。
3.从测试集移出预定体积的血液并且弃去。将与先前移出的血液相同体积的所给予的生理盐水注射回测试集中。这个更换将维持每一种组分的浓度以及测试集的总体积，但将分布容量变成了HCT比。重复这个步骤多次以产生分布容量和HCT比不同的多个数据点。
4.使每一个新点在新点产生之前稳定。计算每一个稳定点的新HCT。
其中Vt是设备中的总体积，Ve是更换(血液更换为生理盐水)体积，H0是起始HCT(在体积更换之前)，并且H'是新HCT(在体积更换之后)。
5.获取在测试期间所产生的每一个HCT水平的数据的“平坦”稳定部分的平均信号水平。
6.使用先前所计算的值产生信号水平对比HCT的曲线，如图3中所示。
7.产生单独的组分曲线中的每一者的拟合线。所产生的方程式将呈以下形式：
S3＝m3H-r1 (6)
S4＝m4H-r2 (7)
其中S是信号水平，H是HCT，m是斜率，并且r是比率。
8.获取组分1与组分2的信号水平的比率(8)，并且绘制所述比率对比在方程式5中所计算的每一个阶段的HCT的曲线，产生相同HCT数据的拟合线，如图4中所示。
R＝S3/S4 (8)
所产生的方程式应该采用以下形式：
R＝KH-q (9)
其中R是比率，K是斜率，H是HCT并且q是比率。
实例3：测定各种生物统计指标
当对个体执行测试时，VFI的“批次”必须是已知的，因为用于解释的信号校准和HCT校准曲线必须基于给予个体的同一“批次”的VFI。
1.从图5的测试数据样品，选取T0时的原始比率(RT0)和平均稳定组分2(FD003)信号水平(S平均)。图5中的下曲线代表通道1信号，并且上曲线代表通道2信号。
2.使用T0时的原始比率(RT0)，从比率对比HCT校准曲线计算个体的表观HCT。
RT0＝KH-q (10)
H＝H表观 (11)
3.使用所计算的表观HCT和信号水平对比材料量校准曲线；计算校正量C并且将其应用于平均信号水平组分。
根据方程式7：
S校准＝m4H校准 -r (12)
S表观＝m4H表观 -r (13)
如果H表观<H校准，那么S校准/S表观
如果H表观>H校准，那么S表观/S校准
S校准/S表观＝C (14)
4.将(14)中所计算的校正因子C应用于来自测试数据的组分2的平均信号水平S平均。
C*S平均＝SC (15)
5.基于信号水平对比材料量校准曲线，在方程式(16)中使用校正信号SC来确定组分2的等效材料量。
SC＝m2x (16)
x＝xeq (17)
6.从个体中所给予的VFI组分2的已知量(mg)x个体与校准中所用的已知容量V分布校准的比率和所计算的组分2的等效量(mg)xeq与个体的容量V分布校准的比率，计算个体的分布容量。
V分布校准＝Vt-VtH校准 (18)
xeq/V分布校准＝x个体/V分布个体 (19)
V分布个体＝x个体V分布校准/xeq (20)
7.从表观HCT和HCT偏移量计算个体的HCT。
H个体＝H表观+H偏移量 (21)
8.从个体的分布容量和所计算的个体HCT计算血容量。
BV＝V分布个体/H个体 (22)
实例4：实例计算
在此实例中所用的校准曲线示出在图6到图8中。图9是使用具有两种荧光标签的一种单一静态标记获得的校准曲线。
关于此实例，将使用以下已知参数集：
VFI剂量浓度：35mg/mL组分1和15mg/mL组分2
剂量体积：3.0mL
T0原始比率：1.2
平均稳定组分2信号水平：12000
校准曲线的测试体积：100mL
校准曲线的测试HCT：38％
1.根据T0时的原始比率RT0，从比率对比HCT校准曲线计算个体的表观HCT。
1.2＝9.618H-0.595 (23)
H表观＝33％ (24)
2.使用所计算的表观HCT和信号水平对比HCT校准曲线；使用以下(25、26、27)计算需要应用于组分2的平均信号水平(S平均)的校正量C。
S校准＝31200(38)-0.3 (25)
S校准＝10476
S表观＝31200(33)-0.3 (26)
S表观＝10930
H表观<H校准，所以S校准/S表观：
10476/10930＝0.958＝C (27)
3.将校正因子C应用于来自测试数据的组分2的平均信号水平S平均。
(0.958)(12000)＝SC (28)
SC＝11496
4.基于信号水平对比材料量校准曲线，在方程式(16)中使用校正信号SC来确定组分2的等效材料量。
11496＝5478.2x (29)
x＝2.09mg＝xeq (30)
5.从个体中所给予的VFI组分2的已知量(mg)X个体和校准中所用的已知容量V分布校准与所计算的组分2的等效量(mg)xeq和个体的分布容量V分布校准的比率，计算个体的分布容量。
V分布校准＝Vt-VtH校准 (31)
V分布校准＝100-100*(0.38) (32)
2.07/62＝(3*15)/V分布个体
V分布校准＝1334.9mL (33)
6.从表观HCT和HCT偏移量计算个体的HCT。
H个体＝33+5＝38％ (34)
7.从个体的分布容量和所计算的个体HCT计算血容量。
BV＝1334.9/0.38 (35)
BV＝3513mL
虽然已经在附图和上述描述中展示并且详细描述本发明，但是所述附图和上述描述的特征应视为说明性和非限制性的。应该了解，已经在以上说明书中显示并且描述实施例，其满足最佳模式和实现需求。应该了解，本领域的普通技术人员可以容易地做出上述实施例的非实质性改变和修改并且试图在本发明书中描述所有这类实施例的变化形式将是不切实际的。因此，应该了解希望在本发明的精神范围内的所有改变和修改受到保护。
虽然已经展示并且描述特定实施例，但是在不明显背离本发明的精神的情况下想到许多修改，并且保护范围仅限于所附权利要求书的范围。

Claims (9)

1.一种经口探针，其用于在哺乳动物个体的口腔内使用，用于测量荧光分子在所述哺乳动物个体的血管系统中的荧光强度，所述经口探针包含：
(a)具有近端和远端的纵向光导管；
(b)在所述光导管的所述远端的光学界面；以及
(c)用于限制所述光导管在所述口腔内的移动的经口稳定引导件；
其中所述经口探针经配置使得在使用时荧光分子在所述血管系统中的荧光强度从所述血管系统传输到所述光导管，穿过在所述光导管的所述远端的所述光学界面到所述光导管的所述近端。
2.根据权利要求1所述的经口探针，其中所述光导管是纤维光缆。
3.根据权利要求1所述的经口探针，其中所述探针经配置以被放置在所述哺乳动物个体的所述口腔内的舌下。
4.根据权利要求1所述的经口探针，其中所述光导管的所述近端连接到荧光检测器。
5.根据权利要求1所述的经口探针，其中所述探针进一步包含沿着所述光导管的无菌护套。
6.根据权利要求5所述的经口探针，其中所述无菌护套包含均匀透明材料。
7.根据权利要求5所述的经口探针，其中所述无菌护套包含透明区域和可移动区域。
8.根据权利要求1所述的经口探针，其中所述经口稳定引导件进一步包含经配置以维持所述光导管在舌下的光学引导件突起部。
9.根据权利要求1所述的经口探针，其中所述经口稳定引导件包含牙齿插入物。
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