CN109152523A - 非侵入式确定病理生理状况的装置 - Google Patents

Abstract

本文中描述的实施方式包括一种装置，该装置具有：数据收集系统、致动组件以及可见目标。数据收集系统具有照明器、检测器以及可操作地耦接到检测器的分束器。致动组件经由支架耦接到照明器并且具有耦接到线性致动器的发动机以及调速器。可见目标促进受试者眼睛与数据收集系统的对准。照明器向目标组织照射询问辐射，并且致动组件将照明器从第一位置移动到第二位置，以扫描询问辐射穿过预定厚度的目标组织的焦点。检测器检测从目标组织接收或反射的响应辐射的至少一个特征的至少一个值，并用这些信息确定病理状况的发作以及持续时间。

Description

非侵入式确定病理生理状况的装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月26日提交的美国临时申请No.62/390,323的优先权，其全部内容通过引用合并到本文中。

技术领域

本文中描述的实施方式包括用于非侵入式确定病理生理状况的发作以及持续时间的装置以及相关方法。

背景技术

现时存在若干种基于血液的测试，用于确定受试者是否患有糖尿病，但是没有一种便携且易于操作的装置或方法，专门用于在资源受限的环境下非侵入式地检测糖尿病的早期症状。

发明内容

本发明人已经尤其认识到，要解决的问题可以包括：无需使用诸如眼动仪或扫描机构之类的昂贵的组件，通过对受试者的眼睛组织进行光谱检查就能够确定病理生理状况的存在。本发明主题可帮助提供针对该问题的解决方案，例如，通过提供一种包括光谱数据收集系统、致动组件以及可见目标的装置。所述数据收集系统可包括照明器、检测器以及可操作地耦接到所述检测器的分束器。所述致动组件可以经由支架耦接到所述照明器，并且可以包括耦接到线性致动器的电动机以及调速器。所述可见目标可以促进受试者的眼睛与所述数据收集系统的对准。所述照明器可以向目标组织照射询问辐射，并且所述致动组件可以将所述照明器从第一位置移动到第二位置，以扫描所述询问辐射穿过预定厚度的目标组织的焦点。所述检测器可以检测从所述目标组织接收或反射的响应辐射的至少一个特征的至少一个值。

本公开还提供了一种方法，可以包括以下步骤：促进受试者的目标组织相对于装置的自对准，所述装置包括：包括照明器、检测器以及可操作地耦接到检测器的分束器的数据收集系统；经由支架耦接到照明器的致动组件，所述致动组件包括耦接到线性致动器的电动机以及调速器；以及可见目标，该可见目标促进受试者的眼睛与所述数据收集系统的对准；监测所述目标组织直到所述目标组织对应于目标位置；用所述照明器照射所述目标组织；经由所述致动组件将所述照明器从第一位置移动到第二位置，以扫描询问光穿过预定厚度的目标组织的焦点；检测从所述目标组织接收或反射的响应辐射的至少一个特征；以及关联所述响应辐射的所述至少一个特征以确定具体诊断信息，所述具体诊断信息包括病理状况的存在、不存在、发作以及持续时间中的至少一个信息。

该概述旨在提供对本专利申请的主题的概述。并不意图提供对本发明的穷尽性或排他性解释。还包括详细说明来提供关于本专利申请的进一步信息。

附图说明

附图不是按照比例绘制，在附图内相同的附图标记可以在不同附图内表示类似的组件。具有不同字母后缀的相同标记可以表示相似组件的不同实例。附图通常是以示例的方式而不是以限制的方式来示出本申请所讨论的各实施例。

图1A示出了根据本发明主题的用于非侵入式确定病理生理状况的发作以及持续时间的装置的一实施例。

图1B示出了图1A中示出的实施例的组件。

图2示出了根据本发明主题的用于非侵入式确定病理生理状况的发作以及持续时间的装置的另一实施例。

图3示出了根据本发明主题的用于非侵入式确定病理生理状况的发作以及持续时间的装置的另一实施例。

图4示出了根据本发明主题的一种示例性方法。

图5示出了根据本发明主题的另一种示例性方法。

具体实施方式

本发明主题可以包括被配置用于非侵入式确定病理生理状况的存在、发作以及持续时间的装置，该病理生理状况例如为但不限于：糖尿病、糖尿病前期、白内障等。该装置可以是便携式的。本发明人已经认识到，尤其要解决的问题可以包括：通过受试者的眼睛来确定病理生理状况的存在、发作和/或持续时间，并且这样做不需要诸如眼动仪或扫描机构之类的昂贵的组件。本发明人认识到，便于进行这种确定的装置以及具有成本效益且易于使用的装置将能够在广泛的环境中对广泛的患者进行诊断和治疗，大大提高了许多人的生活质量。

如图1所示，本发明主题提供了一种装置100，该装置可以包括数据收集系统102、致动组件104以及可见目标106。数据收集系统102可以包括照明器108、检测器系统110以及分束器112，分束器112可操作地耦接到检测器系统110。检测器系统110可以是多像素光子计数器(MPPC：Multipixel Photon Counter)检测器系统，并且可以包括至少一个可操作地耦接到分束器112的检测器111、反射镜113、检测器光学器件115以及检测器接收器117。附加地或可替代地，至少一个检测器111可以包括雪崩光电二极管。检测器110还可以可操作地耦接到至少一个滤光器154，例如但不限于瑞利滤光器或荧光滤光器。致动组件104可以经由支架(holder)114耦接到照明器108，并且可以包括耦接到线性致动器118的电动机116。可见目标106提供一个或多个固定点供受试者盯住，帮助目标组织与数据收集系统102对准，该目标组织例如为受试者的眼睛的至少一部分，以及可选地如晶状体之类的其他混浊介质。照明器108可以向目标组织照射询问辐射124，并且致动组件104可以将照明器108从第一位置移动到第二位置，以扫描询问辐射124穿过预定厚度的目标组织的焦点。检测器系统110可以检测从目标组织接收或反射的响应辐射126的至少一个特征的至少一个值。响应辐射126可以包括反向散射光、瑞利光、荧光或由目标组织响应于照射而产生的其他光。

在操作中，照明器108可给目标组织提供窄带照射，并且如下文进一步描述的，可将响应辐射126的至少一个特征的至少一个值与预期值进行比较，以确定患者的病理生理状况(例如但不限于糖尿病)的存在、发作以及持续时间。

从目标组织接收或反射的响应辐射126的至少一个特征的至少一个值可以包括响应辐射126的强度或偏振各向异性或响应辐射126的时间特性。响应辐射126的时间特性可以包括荧光发射的衰减时间、相移特性等。在一个示例中，响应辐射126的至少一个特征的至少一个值可以包括目标组织响应于入射询问辐射124而产生的自发荧光。可将该响应荧光的强度与相似年龄、性别或种族的没有表现出所关注的病理生理状况的特定对照群组预期的自发荧光强度进行对比。然后，可以使用响应自发荧光的强度偏离于对照组的预期自发荧光强度的量值来关联、确定或预估所关注的病理生理状况的存在、发作以及持续时间。在另一个示例中，响应辐射126的至少一个特征的至少一个值可以包括从目标组织反向散射的瑞利光，以及可选地，目标组织响应于入射询问辐射124而产生的目标组织的自发荧光。这里，通过形成荧光强度与瑞利强度的比率，可将荧光分量的强度归一化为瑞利分量的强度。反向散射荧光与瑞利辐射的相对量可以是人和动物的诸如糖尿病、前驱糖尿病、白内障等的疾病发作和发展的可靠指标。

照明器108可以包括光源128，该光源128包括发光二极管或激光二极管。照明器108还可以包括相对于光源定位的第一透镜130，以产生询问辐射124。照明器108还可以包括透镜系统146，该透镜系统包括第一透镜130、至少一个第二透镜148以及在透镜系统焦点处具有至少约15微米直径的孔152。这里，第一透镜130或透镜系统146可以光学响应于询问辐射124。附加地或可替代地，照明器108可以包含约400nm至约600nm的工作波长，更具体地，约400nm至约460nm的工作波长。在一个示例中，照明器108可以包含434nm的工作波长以及大约10nm的容差。在另一个示例中，照明器108可以包含472nm的工作波长以及大约10nm的容差。

装置100可以可选地包括数据处理系统132。该数据处理系统132可包括发送器134，用于将响应辐射的至少一个特征无线且安全地发送到远程计算系统136。数据处理系统132还可包括发送器/接收器单元136(例如蓝牙芯片等)，用于无线发送/接收来自远程计算系统137的具体诊断信息。进一步设想，数据收集系统102或数据处理系统132可接收并考虑诸如患者的年龄、性别、种族、身体特征等的患者特异性输入，以结合响应辐射126的至少一个特征中的至少一个值作进一步考虑。数据处理系统132还可以包括USB接口等，以用于与其他计算系统或数据输入装置通信或传输数据。

装置100可以供单眼使用。在一个实施例中，装置100可包括壳体138，该壳体138包括滑动挡板144。壳体138可以选择性地隔离并询问受试者的左眼或右眼以进行分析。在图2所示的另一个实施例中，装置200可以基本上和参照图1所述的装置一样，但该装置包括壳体202，该壳体具有挡板204用于选择性地隔离受试者的左眼或右眼以进行分析。这里，壳体202可围绕从壳体的远端延伸到近端的轴线206旋转180度，以选择性地隔离以及询问左眼或右眼。

返回参照图1，装置100还可包括通道150以及相关联的通道光学器件151，用于通过晶状体收集视网膜的图像并处理该图像以确定视网膜是否正常以及是否存在白内障。数据收集系统102或数据处理系统132还可被配置成评估由于白内障导致的通过眼睛的光线损失的百分比。

如图3所示，装置300可以基本上和如上所述的装置一样，但还可以包括致动组件304，该致动组件304包括电动机316，该电动机316包括机电驱动式电动机或弹簧卷绕式电动机(spring wound motor)。电动机316可选地还可以包括耦接到电动机的可由使用者调节的手动张紧器322，例如但不限于弹簧张紧器等。附加地或可替代地，致动组件304还可包括可操作地耦接到线性致动器318的调速器320。在一个示例中，线性致动器318可耦接到弹簧卷绕式电动机316，并且调速器320可经由支架314高度控制照明器308的移动，照明器308的受控移动将带动询问辐射324的焦点移动，同时由数据收集系统302收集数据。这里，可见目标306利于在扫描期间受试者的眼睛的对准，并且更具体的，目标组织的对准。

在其他实施例中，该装置基本上与如上所述的装置一样，但该装置供双目使用。这里，照明器108可同时向一对眼睛的目标组织照射询问辐射。在一些实施例中，照明器108可包括一对照明器，每个照明器对应于每只眼睛。附加地或可替代地，检测器系统110可包括多个检测器，多个检测器中的每一个与一对照明器中的一个相关联。这里，对患者的每只眼睛分别进行分析。

如图4所示，本发明主题还提供了方法400，其可以包括以下步骤：促进受试者的目标组织相对于装置的自对准402，该装置包括：包括照明器、检测器以及可操作地耦接到检测器的分束器的数据收集系统；经由支架耦接到照明器的致动组件，该致动组件包括耦接到线性致动器的电动机以及调速器；以及促进受试者眼睛与数据收集系统对准的可见目标；监测目标组织直到目标组织对应于目标位置404；用照明器照射目标组织406；经由致动组件将照明器从第一位置移动到第二位置，以扫描询问光穿过预定厚度的目标组织的焦点408；检测从目标组织接收或反射的响应辐射的至少一个特征410；以及关联响应辐射的至少一个特征以确定具体诊断信息412，所述诊断信息包括病理状况的存在、不存在、发作以及持续时间中的至少之一。响应辐射的至少一个特征包括荧光数据或散射数据。该方法还可以包括：在检测到响应辐射的至少一个特征之后，经由可操作地耦接到数据收集系统的发送器，将该响应辐射的至少一个特征发送到远程计算系统。该方法还可以包括处理响应辐射的至少一个特征以确定具体诊断信息。该方法甚至还可以包括将具体诊断信息从远程计算系统无线地传输到该装置，该装置还包括用于接收具体诊断信息的接收器。这里，当检测器指示目标组织处于目标位置时，该装置仅检测响应辐射的该至少一个特征。

在图5所示的另一个实施例中，本发明主题提供了基本上与如上所述的方法一样的方法500，该方法包括促进受试者的目标组织的自对准502以及照射和扫描目标组织504，但该装置还可以连续地检测响应辐射的至少一个特征506，并且数据收集系统或数据处理系统可以确定响应辐射的至少一个特征的哪些测量值对应于指示目标组织处于目标位置的检测器数值510。这可以包括：将检测器测量的误差的绝对值确定为与零点或参考点的偏差值，来作为对收集到的数据进行过滤的基础508。

在一些实施例中，关联响应辐射的至少一个特征以确定具体诊断信息还包括：将至少一个特征与基于归一化群体的相似值进行比较。归一化群体可以是年龄归一化、性别归一化或种族归一化的群体。在一些实施例中，关联响应辐射的至少一个特征以确定具体诊断信息还可以包括确定该至少一个特征与归一化群体的相似值相差的量。

各种注释以及示例

示例1是一种装置，包括：数据收集系统，该数据收集系统包括：照明器、检测器以及能操作地耦接到检测器的分束器；经由支架耦接到照明器的致动组件，所述致动组件包括耦接到线性致动器的电动机；以及促进受试者的眼睛与数据收集系统进行对准的可见目标；其中，所述照明器向目标组织照射询问辐射，并且所述致动组件将所述照明器从第一位置移动到第二位置，以扫描所述询问辐射穿过预定厚度的目标组织的焦点；并且其中，所述检测器检测从所述目标组织接收或反射的响应辐射的至少一个特征的至少一个值。

在示例2中，所述示例1的主题可选地包括：其中，所述响应辐射包括反向散射光、瑞利光、荧光或由所述目标组织响应于照射而产生的光。

在示例3中，所述示例1－2中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，从所述目标组织接收或反射的所述响应辐射的至少一个特征的至少一个值包括所述响应辐射的强度或所述响应辐射的时间特性。

在示例4中，所述示例3的主题可选地包括：其中，所述响应辐射的时间特性包括荧光发射的衰减时间、相移特性或偏振各向异性特性。

在示例5中，所述示例1－4中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，所述检测器包括雪崩光电二极管。

在示例6中，所述示例1－5中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，所述照明器包括发光二极管或激光二极管。

在示例7中，所述示例6的主题可选地包括：其中，所述照明器还包括相对于光源定位的第一透镜，以产生所述询问辐射。

在示例8中，所述示例6－7中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，所述照明器具有约400nm至约600nm的工作波长。

在示例9中，所述示例8的主题可选地包括：其中，所述照明器具有约400nm至约460nm的工作波长。

在示例10中，所述示例8－9中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，所述照明器具有434nm的工作波长以及约10nm的容差。

在示例11中，所述示例8－9中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，所述照明器具有472nm的工作波长以及约10nm的容差。

在示例12中，所述示例8－10中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，所述照明器还包括光学响应于所述询问辐射的透镜系统，其中，所述透镜系统包括至少一个第二透镜以及在透镜系统焦点处的孔，该孔的直径至少约为15微米。

在示例13中，所述示例1－12中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，所述电动机包括机电致动式电动机。

在示例14中，所述示例1－13中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，所述电动机包括弹簧卷绕式电动机。

在示例15中，所述示例14的主题可选地包括：耦接到所述弹簧卷绕式电动机的能由使用者调节的手动弹簧张紧器。

在示例16中，所述示例1－15中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，所述装置供双目使用。

在示例17中，所述示例16的主题可选地包括：其中，所述照明器同时向一对眼睛的目标组织照射询问辐射。

在示例18中，所述示例1－16中任何一个或多个的主题可选地包括数据处理系统，所述数据处理系统包括用于将响应辐射的至少一个特征的至少一个值无线发送到远程计算系统的发送器。

在示例19中，所述示例18的主题可选地包括：其中，所述数据处理系统还包括用于从所述远程计算系统无线接收具体诊断信息的接收器。

在示例20中，所述示例1－19中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，所述照明器包括多个照明器。

在示例21中，所述示例20的主题可选地包括：其中，所述检测器包括多个检测器，所述多个检测器中的每一个与所述多个照明器中的对应的一个相关联。

在示例22中，所述示例1－21中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，所述致动组件还包括能操作地耦接到所述电动机或所述线性致动器的调速器。

示例23是一种方法，包括：促进受试者的目标组织相对于装置的自对准，所述装置包括：包括照明器、检测器以及能操作地耦接到所述检测器的分束器的数据收集系统；经由支架耦接到所述照明器的致动组件，所述致动组件包括耦接到线性致动器的电动机；以及促进受试者的眼睛与所述数据收集系统的对准的可见目标；监测所述目标组织直到目标组织对应于目标位置；用所述照明器照射所述目标组织；经由所述致动组件将所述照明器从第一位置移动到第二位置，以扫描询问光穿过预定厚度的目标组织的焦点；检测从所述目标组织接收或反射的响应辐射的至少一个特征；以及关联所述响应辐射的至少一个特征以确定包括病理状况的存在、不存在、发作或持续时间在内的具体诊断信息。

在示例24中，所述示例23的主题可选地包括：其中，所述响应辐射的至少一个特征包括荧光数据或散射数据。

在示例25中，所述示例23－24中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，在检测到所述响应辐射的至少一个特征之后，经由能操作地耦接到所述数据收集系统的发送器将所述响应辐射的至少一个特征发送到远程计算系统。

在示例26中，所述示例25的主题可选地包括：处理所述响应辐射的至少一个特征以确定具体诊断信息。

在示例27中，所述示例26的主题可选地包括：将所述具体诊断信息从所述远程计算系统无线发送到所述装置，所述装置还包括用于接收所述具体诊断信息的接收器。

在示例28中，所述示例23－27中任何一个或多个的主题可选地包括：其中，关联所述响应辐射的至少一个特征以确定所述具体诊断信息还包括将所述至少一个特征与基于归一化群组的相似值进行比较。

在示例29中，所述示例28的主题可选地包括：其中，所述归一化群组是年龄归一化、性别归一化或种族归一化的群组。

在示例30中，所述示例29的主题可选地包括：确定所述至少一个特征与所述标准化群组的相似值相差的量值。

这些非限制性示例中的每一个可以独立存在，或者可以与一个或多个其他示例组成的各种变体或组合中联用。

以上具体实施方式包括对附图的参考，该附图形成具体实施方式的一部分。附图以图示说明的方式示出了可实施本发明的具体实施例。这些实施例在本文中也被称作“示例”。这些示例可以包括除了所示或所述的元件之外的元件。然而，本发明人还考虑了仅提供所示或所述的那些元件的示例。此外，本发明人还考虑了使用关于本文中所示或所述的特定示例(或其中一个或多个方面)或关于其他示例(或其中一个或多个方面)所示或所述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或变体的示例。

在本文和通过引用被并入的任何文档之间的不一致的使用的情况下，以在本文内的使用为主。

与通常专利文件中一样，在本文件中，术语“一个(a)”或者“一个(an)”用于包括一个或者多于一个，且不依赖于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。本申请文件中，术语“或者”用于表示非排他性的，或者除非有其他明确说明，否则“A或B”包括“A但不是B”，“B但不是A”以及“A和B”。在本文件中，术语“包括(including)”以及“其中(inwhich)”是通俗英语的用法,分别相当于术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”。此外，在所附权利要求中，术语“包括(including)”和“包括(comprising)”是开放式的，也就是说，除了在权利要求中这种术语之后列举的元素以外，还包括其他元素的系统、设备、物品、构成、公式或方法都落在所述权利要求的范围内。而且，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，且并不意图对其对象有任何数字要求的含义。

上述描述旨在用于说明而非限制。比如，上述示例(或一个或多个方面)可以相互组合使用。对于本领域的普通技术人员而言，在阅读了上述内容后，其他实施例也可以使用。本申请提供的摘要满足37C.F.R§1.72(b)的要求，以使得读者能够迅速弄清本技术公开的特点。应当理解其并非用于解释或限制权利要求的范围或内涵。此外，在以上的具体实施方式中，可将各种特征组合在一起以将公开内容连成整体。这不应被解释为意指未要求保护的公开特征对于任何权利要求都是必须的。相反，发明主题可能在于比所公开的具体实施方案的所有特征要少的特征。因此，将所附权利要求以示例或实施例的方式并入到具体实施方式中，每个权利要求本身作为一个独立的实施例，并且可以设想，这些实施例可以在各种组合和变体中互相进行组合。本发明的范围应该参考所附权利要求以及这些权利要求的等价方案的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

数据收集系统，其包括照明器、检测器以及能操作地耦接到所述检测器的分束器；

经由支架耦接到所述照明器的致动组件，所述致动组件包括耦接到线性致动器的电动机；以及

可见目标，其促进受试者的眼睛与所述数据收集系统的对准；

其中，所述照明器向目标组织照射询问辐射，并且所述致动组件将所述照明器从第一位置移动到第二位置，以扫描所述询问辐射穿过预定厚度的目标组织的焦点；以及

其中，所述检测器检测从所述目标组织接收或反射的响应辐射的至少一个特征的至少一个值。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述响应辐射包括反向散射光、瑞利光、荧光或由所述目标组织响应于照射而产生的光。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，从所述目标组织接收或反射的所述响应辐射的所述至少一个特征的所述至少一个值包括所述响应辐射的强度或所述响应辐射的时间特性。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述响应辐射的所述时间特性包括荧光发射的衰减时间、相移特性或偏振各向异性特性。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述检测器包括雪崩光电二极管。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述照明器包括发光二极管或激光二极管。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述照明器还包括相对于光源定位的第一透镜，以产生所述询问辐射。

8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述照明器具有约400nm至约600nm的工作波长。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述照明器具有约400nm至约460nm的工作波长。

10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述照明器具有434nm的工作波长以及大约10nm的容差。

11.根据权利要求8所述的装置，其中，所述照明器具有472nm的工作波长以及大约10nm的容差。

12.根据权利要求8所述的装置，其中，所述照明器还包括光学响应于所述询问辐射的透镜系统，其中，所述透镜系统包括至少一个第二透镜、透镜系统焦点以及位于所述透镜系统焦点处的直径至少约为15微米的孔。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电动机包括机电致动式电动机。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电动机包括弹簧卷绕式电动机。

15.根据权利要求14所述的装置，还包括耦接到所述弹簧卷绕式电动机的能由使用者调节的手动弹簧张紧器。

16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置供双目并用。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述照明器同时向一对眼睛的目标组织照射询问辐射。

18.根据权利要求1所述的装置，还包括数据处理系统，所述数据处理系统包括发送器，用于将所述响应辐射的所述至少一个特征的所述至少一个值无线发送到远程计算系统。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述数据处理系统还包括接收器，用于从所述远程计算系统无线接收具体诊断信息。

20.根据权利要求1所述的装置，其中，所述照明器包括多个照明器。