CN109381195B - 包括电解质传感器融合的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本文中的实施例涉及用于对来自不同类型传感器的数据进行组合的系统和方法。在实施例中,包括一种医疗系统。所述医疗系统可包括:第一传感器,所述第一传感器被配置用于产生分析物的第一值;以及不同于所述第一传感器的第二传感器,所述第二传感器被配置用于产生所述分析物的第二值。所述医疗系统还可包括:控制器,所述控制器被配置用于接收所述第一和第二值。所述控制器可根据所述第一值和第二值创建混合分析物值。本文中包括其他实施例。
Description
技术领域
本文中的实施例涉及用于对来自不同类型传感器的数据进行组合的系统和方法。具体地,本文中的实施例涉及用于对来自生理分析物(诸如电解质)的不同传感器的数据进行组合的系统和方法。
背景技术
在对患者进行诊断和监测的情境下,临床医生频繁地评估关于他们的患者的许多不同数据,包括物理观察、症状描述、测试结果等。测试可揭示的一个方面是患者的电解质的生理浓度。了解电解质浓度可能较为重要,因为其对各器官和身体机能有影响。通常,通过从患者提取流体样本(或其他样本)、随后进行体外测定来估定电解质浓度。
发明内容
本文中的实施例涉及用于对来自不同类型传感器的数据进行组合的系统和方法。具体地,本文中的实施例涉及用于对来自生理分析物(诸如电解质)的不同传感器的数据进行组合的系统和方法。
在第一方面中,包括一种医疗系统。所述医疗系统可包括:第一传感器,所述第一传感器被配置用于产生分析物的第一值;以及不同于所述第一传感器的第二传感器,所述第二传感器被配置用于产生所述分析物的第二值。所述系统还可包括:控制器,所述控制器被配置用于接收所述第一和第二值。所述控制器可根据所述第一值和第二值创建混合分析物值。
在第二方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述控制器通过使用所述第一值对所述第二值进行归一化来创建混合分析物值或者通过使用所述第二值对所述第一值进行归一化来创建混合分析物值。
在第三方面中,除了或者替代本文中的其他方面,与独立来自所述第一传感器和第二传感器的值相比,使用减小传感器偏移误差、传感器增益误差和传感器等待时间中的至少一项的方法来创建所述混合分析物值。
在第四方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一个是可植入的。
在第五方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一个为光化学传感器。
在第六方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述光化学传感器测量电解质、蛋白质、糖、荷尔蒙、肽、氨基酸和代谢产物中的一项或多项。
在第七方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述测量的电解质为钾、钙、钠、镁、磷酸氢盐、氯化物和碳酸氢盐中的至少一项。
在第八方面中,除了或者替代本文中的其他方面,光化学传感器测量pH。
在第九方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一个为ECG传感器。
在第十方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述第一传感器反应快于所述第二传感器。
在第十一方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述第一传感器为ECG传感器,并且所述第二传感器为化学传感器。
在第十二方面中,包括一种医疗系统。所述医疗系统包括:第一传感器,所述第一传感器被配置用于产生分析物的第一值;以及不同于所述第一传感器的第二传感器,所述第二传感器被配置用于产生所述分析物的第二值。所述系统还可包括:控制器,所述控制器被配置用于接收所述第一和第二值。所述控制器可基于所述分析物的所述第一值而触发所述第二传感器的测量变化。
在第十三方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述测量变化选自由以下各项组成的组:采样频率、测量计划表、测量强度、以及接通或关断所述传感器。
在第十四方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述第一传感器具有比所述第二传感器更快的响应时间。
在第十五方面中,除了或者替代本文中的其他方面,来自所述第一传感器的数据用于对来自所述第二传感器的数据进行趋势分析。
在第十六方面中,除了或者替代本文中的其他方面,来自所述第二传感器的数据用于对来自所述第一传感器的数据进行趋势分析。
在第十七方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述控制器根据所述第一值和第二值创建混合分析物值。
在第十八方面中,除了或者替代本文中的其他方面,使用减小传感器偏移误差、传感器增益误差和传感器等待时间中的至少一项的方法来创建所述混合分析物值。
在第十九方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述第一传感器反应快于所述第二传感器。
在第二十方面中,除了或者替代本文中的其他方面,所述第一传感器为ECG传感器,并且所述第二传感器为化学传感器。
本发明内容是对本申请的一些传授内容的综述并且并不旨在是对本发明主题的排他性或穷尽性处理。进一步细节存在于详细描述和所附权利要求书中。通过阅读并理解以下详细描述并且查看形成所述详细描述的一部分的附图(其中的每一者均不应被认为具有限制意义),其他方面对于本领域普通技术人员而言将是明显的。本文中的范围由所附权利要求书及其法律等效物来限定。
附图说明
可以结合以下附图来更全面地理解方面,在附图中:
图1示出了示例性ECG波形,展示了电解质浓度可对ECG波形特征具有的影响。
图2是来自第一传感器(快速响应传感器,诸如ECG传感器)的数据、来自第二传感器(高精度传感器,诸如化学传感器)的数据以及由将来自第一传感器的数据和来自第二传感器的数据进行混合所产生的混合分析物值的简图。
图3是根据本文中的各实施例植入在患者体内的医疗设备系统的示意图。
图4是根据本文中的各实施例在图3中示出的可植入医疗设备的示意性横截面视图。
图5是根据本文中的各实施例的可植入医疗设备的部件的示意图。
图6是根据本文中的各实施例的医疗设备系统的示意图。
图7是根据本文中的各实施例在图6中示出的可植入医疗设备的示意性横截面视图。
图8是根据本文中的各实施例的可植入医疗设备的部件的示意图。
图9是示出了各ECG特征的频谱的简图。
虽然实施例易于经历各种修改和替代形式,但是已经通过示例和附图的方式示出了其细节并且将对其进行详细描述。然而,应当理解的是,本文中的范围不限于所描述的具体实施例。与此相反,本发明将涵盖落在本文中精神和范围内的修改、等同物和替代方案。
具体实施方式
电解质浓度在临床上较为重要,因为其对各器官和身体机能有影响。通常,通过从患者提取流体样本(或其他样本)、随后对所述样本进行体外测定来估定电解质浓度。然而,新的传感器系统提供了能够利用植入的设备来估定电解质浓度的承诺,从而允许更为频繁地评价电解质浓度。
遗憾地是,许多电解质传感器遭受一种或另一种类型的限制。例如,一些电解质传感器具有相对较慢的响应时间,从而使得电解质浓度的突然变化可能在传感器数据中不能快速地得到反映。作为另一示例,一些电解质传感器在检测电解质浓度的变化时相对较好,但在确定电解质浓度的绝对值时相对较弱。这可能引起潜在大的偏移误差。作为可能限制的又另一示例,一些快速响应时间传感器可能不如其他类型的传感器那样具体(例如,可被其他分析物所混淆-诸如其他电解质和/或非电解质)。
然而,根据本文中的各实施例,来自不同类型的电解质(或其他分析物)传感器的数据可混合在一起以便受益于每种类型的传感器的最佳方面,同时减轻与每种传感器类型相关联的限制。
在实施例中,本文中包括医疗系统,所述医疗系统具有:第一传感器,所述第一传感器被配置用于产生分析物的第一值;以及第二传感器,所述第二传感器不同于所述第一传感器。所述第二传感器可被配置用于产生所述分析物的第二值。所述医疗系统还可包括:控制器,所述控制器被配置用于接收所述第一和第二值并且根据所述第一值和第二值来创建混合分析物值。
快速响应时间传感器
本文中的实施例可包括展现快速响应时间的一个或多个传感器。例如,在各实施例中,本文中的快速响应时间传感器可具有小于5分钟、2分钟、60秒、30秒、15秒、5秒、3秒或1秒、或者落入前述各项中任一项之间的范围内的时间量的响应时间(直到在测量固有值的变化之后达到稳态水平的传感器响应的时间)。
在一些实施例中,本文中的快速响应时间传感器可以是非侵入式,诸如在外部传感器接触皮肤的情境下。然而,在其他实施例中,本文中的快速响应时间传感器可以是植入的。
一个示例性快速响应时间传感器为ECG传感器。ECG传感器可包括电极以便感测患者组织内的电现象(包括但不限于其中的电势和变化)。
可利用原始ECG传感器数据来采取各个处理步骤以便由此计算和/或估计分析物浓度。在一些实施例中,原始ECG传感器数据可经受滤波步骤。在一些实施例中,原始ECG传感器数据可经受模式匹配步骤。在一些实施例中,原始ECG传感器数据可经受特征分析步骤。在一些实施例中,原始ECG传感器数据可经受模板匹配步骤。
电解质值的变化可导致ECG数据的实质性变化。这种变化在查看ECG数据描记(波形)时是明显的并且可采用特征评估、特征减少、特性特征之间的定时变化(包括增大或减小的时间间隙)、循环时间变化(诸如R到R定时等)等的形式。
现在参考图1,示出了ECG波形,展示了电解质浓度可对ECG波形特征具有的影响。在102处示出了生理上正常的钾浓度(血钾正常)的示例性ECG波形。可以看出,P波正常,PR间期正常,QRS波群正常,T波呈圆形并具有正常的大小,并且U波相对较浅(如果存在的话)。
相较而言,在104处示出了生理上异常的低钾浓度(低钾血)的示例性ECG波形。可以看出,P波已经变得稍微呈高峰,PR间期已经变得延长,ST段减弱,T波已经变较浅并且U波现在不明显。
在另一示例中,在106处示出了生理上异常的高钾浓度(高钾血)的ECG波形。可以看出,P波已经变得宽且平,PR间期已经变得延长,R波展现了降低的振幅,QRS波群变宽,ST段减弱,并且T波现在高且呈高峰。
可评估ECG波形变化的相对幅值以便对负责引起所述变化的钾(在此情况下)的浓度进行估计。作为一个示例,可将所述变化(单独地或在聚合中)的幅值与跨针对不同钾浓度而索引的一群患者而收集的标准数据进行比较以便对当前观察到的ECG波形指示的当前钾浓度进行估计。然后可通过判定哪个索引波形或波形集合与当前通过评估所述患者而正在生成的索引波形或波形集合最佳地匹配来估计所述浓度。作为此方式的变体,可使用一组模板,其中每个模板对应于不同的特定电解质浓度。然后,可使用模式匹配算法(例如,最小二乘法或另一种技术)以便判定哪个模板针对当前通过评估所述患者而正在生成的波形是最佳匹配。
在一些实施例中,在患者(或者使其)已经具体了解钾的生理浓度的同时,可通过(通过收集ECG数据所执行的)校准程序对用于比较的标准数据进行微调或更改以便针对特定患者时更为准确。在一些情况下,此校准数据可被存储并用于形成特定于个体患者的模板。在其他实施例中,其可用于对与预先存在的模板或模式相关联的电解质(或其他分析物)值进行校准。
在一些实施例中,对ECG的滤波可被执行并且被配置用于增强与正在测量的分析物的变化相关联的ECG变化。例如,如果正在测量钾,则可对ECG进行滤波以便增强T波以及由此与其相关联的变化。在实施例中,对范围在2Hz至8Hz内的ECG频率进行滤波并放大以便增强T波的变化。图9是示出了各ECG特征的频谱的简图。
高精度传感器
本文中的实施例还可包括一个或多个传感器,所述一个或多个传感器与本文中的实施例一起使用的快速响应时间传感器相比展现了测量特定分析物的高精度。同样,在一些实施例中,高精度传感器可能对特定选择的电解质具有高度特异性。在一些实施例中,高精度传感器可提供分析物浓度的绝对测量(绝对值)。
然而,相对于以上所述的一些快速响应时间传感器,本文中的各高精度传感器可能展现相对缓慢的响应时间。例如,在各实施例中,高精度传感器可能具有大于30秒、60秒、2分钟、5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、30分钟、45分钟、60分钟或者落入前述各项中任一项之间的范围内的时间量的响应时间(直到在测量固有值的变化之后达到稳态水平的传感器响应的时间)。
本文中的高精度化学传感器可以是各种类型,包括光学和/或光电化学传感器。在一些实施例中,对分析物的生理浓度进行直接感测。在其他实施例中,对分析物的生理浓度进行间接感测。通过示例的方式,可感测特定分析物的代谢物,而非特定分析物自身。在其他实施例中,可以化学方式将分析物转换成另一种形式以使得检测过程更加容易。通过示例的方式,酶可用于将分析物转换成更易于检测的另一种化合物。例如,将肌酸酐水解成氨和N-甲基海因可通过肌酸酐脱亚氨酶来催化,并且所产生的氨可由化学传感器进行检测。
在一些实施例中,本文中的化学传感器可包括至少两个功能元件:接收器和换能器。将认识到的是,还可包括其他元件。化学传感器的接收器可将化学信息转变为可由换能器测量的能量或信号的形式。换能器可转变和/或输送携带化学信息的能量或信号以便提供有用的分析信号。
化学传感器可包括利用光学现象或特性的变化的光学设备,所述光学现象或特性是分析物与所述传感器的接收器部分进行交互的结果。这种光学特性可包括:吸收度,由分析物自身的吸收性或由与某种合适的指示剂进行反应引起;反射率,使用身体成分、组织、或流体或者使用固定化指示剂;发光性,基于对通过在接收器系统中的化学反应发出的光的强度的测量;荧光性,被测量作为由荧光的照射或选择性淬灭引起的积极发射效应;折射率,被测量作为溶液组合物的变化结果,在一些情况下包括表面等离子体子共振效应;光热效应,基于对由光吸收引起的热效应的测量;光散射;等。在一些实施例中,光化学传感器可包括光极。
化学传感器还可包括电化学设备,所述电化学设备将分析物与电极之间的电化学交互效应转变为有用的信号。这种传感器可包括伏安型传感器,包括电流型设备。还包括基于化学惰性电极、化学活性电极和修改电极的传感器。还包括具有且不具有(电偶传感器)电流源的传感器。传感器还可包括电位传感器,其中,针对参考电极来测量指示电极(离子选择性电极、氧化还原电极、金属氧化物电极等)的电势。传感器可包括化学敏感场效应晶体管(CHEMFET),其中,分析物与活性涂层之间的交互效应被转变为源漏电流的变化。传感器可包括电位固体电解质气体传感器。
化学传感器还可包括基于测量的电气设备,其中,不发生电化学过程,但是信号由与分析物进行交互引起的电气特性变化产生。这种传感器还包括基于分析物气体成分的可逆氧化还原过程的金属氧化物半导体传感器、基于形成电荷传递络合物的有机半导体传感器(其修改电荷载流子密度)、电解导电率传感器、以及电导率传感器。
化学传感器还可包括质量敏感型设备,所述质量敏感型设备将在经特殊修改的表面处的质量变化转变为支撑材料的特性变化。质量变化可由分析物聚集引起。这种传感器可包括:压电设备,所述压电设备基于对石英振荡板的(由在振荡器处吸附分析物的质量引起的)频率变化的测量;以及表面声波设备,所述表面声波设备取决于对所生成的声波的(受分析物的一定质量的沉积的影响)传播速度的修改。
化学传感器还可包括基于正在分析的气体的顺磁特性的变化的磁设备。化学传感器还可包括基于对涉及分析物的特定化学反应或吸附的热效应的测量的测温设备。
在光化学传感器的操作的一个示例中,来自体内环境的感兴趣分析物可扩散到化学感测元件中,从而引起化学感测元件的光学性能的可检测变化。光可由光学激励设备或发射器(诸如LED或类似的设备)生成,并且可穿过光学窗口并进入化学感测元件中。光然后可成比例地优先从化学感测元件反射或者由化学感测元件重新发射至所感测的分析物并且在由光检测设备或接收器(诸如电荷耦合设备(CCD)、光电二极管、结型场效应晶体管(JFET)类型的光学传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)类型的光学传感器)接收之前返回通过光学窗口。在美国专利号No.7,809,441中更详细地描述了示例性化学传感器的各方面,所述美国专利的内容通过引用以其全文结合在此。
在光化学传感器的操作的另一示例中,可直接分析体内的组织或流体的光学特性。通过示例的方式,光可由光学激励设备生成,所述光学激励设备可被递送至体内的成分、组织或流体,并且光检测设备可用于感测与所述成分、组织或流体对接的光的光学特性。
所测量的生理分析物
可根据本文中的实施例来进行测量的生理分析物的示例可包括生理分析物,诸如但不限于电解质、蛋白质、糖、荷尔蒙、肽、氨基酸、代谢物等。在一些实施例中,可测量的电解质可包括钾、钙、钠、镁、磷酸氢盐、氯化物、碳酸氢盐等。
本文中的传感器可涉及特定的生理分析物或者多种不同的生理分析物。在实施例中,所感测的生理分析物可以是与心脏健康相关的一种或多种生理分析物。在实施例中,所感测的生理分析物可以是指示肾脏健康的一种或多种分析物。在实施例中,所感测的生理分析物可以是指示肺健康的一种或多种分析物。在实施例中,所感测的生理分析物可以是指示神经健康的一种或多种分析物。所感测的生理分析物可以是离子或非离子。所感测的生理分析物可以是阳离子或阴离子。
可感测的生理分析物的具体示例包括:乙酸(醋酸盐)、丙烯三甲酸(乌头酸)、氨盐基、血红蛋白、血尿素氮(BUN)、B型钠尿肽(BNP)、溴酸盐、c反应蛋白、钙、二氧化碳、心肌特异性肌钙蛋白、氯化物、胆碱、柠檬酸(柠檬酸盐)、皮质醇、铜、肌酸酐、肌酐激酶、肾上腺素、氟化物、甲酸(甲酸盐)、葡萄糖、水合氢离子、异柠檬酸、乳酸(乳酸盐)、锂、镁、顺丁烯二酸(马来酸)、丙二酸(丙二酸盐)、肌红蛋白、硝酸盐、氧化一氮、去甲肾上腺素、草酸(草酸盐)、氧气、磷酸盐、酞酸盐、钾、丙酮酸(丙酮酸盐)、亚硒酸盐、硫酸盐、尿素、尿酸、以及锌。通过此方法所感测的无机阳离子包括但不限于水合氢离子、锂离子、钠离子、钾离子、镁离子、钙离子、银离子、锌离子、汞离子、铅离子以及铵离子。通过此方法所感测的无机阴离子包括但不限于碳酸盐阴离子、硝酸根阴离子、亚硫酸盐阴离子、氯阴离子以及碘阴离子。通过此方法所感测的有机阳离子包括但不限于去甲麻黄碱、麻黄碱、安非他命、普鲁卡因、丙胺卡因、利多卡因、布比卡因、利诺卡因、肌酸酐以及鱼精蛋白。通过此方法所感测的有机阴离子包括但不限于水杨酸盐、酞酸盐、马来酸盐以及肝素。通过此方法所感测的神经分析物包括但不限于氨、乙醇以及有机胺。在实施例中,可感测的离子包括钾、钠、氯化物、钙以及水合氢(pH)。在具体实施例中,对钠和钾两者的浓度进行测量。在另一实施例中,对镁和钾两者的浓度进行测量。
在一些实施例中,生理分析物具体可包括钠离子、镁离子、氯离子、钙离子、碳酸根离子、磷酸盐离子、硫酸盐离子、胰岛素、醛固酮、肌钙蛋白、葡萄糖、肌酸酐和BNP中的一项或多项。
在一些实施例中,所述分析物具体可包括氧分压(PaO2)、二氧化碳分压(PaCO2)和氧饱和(O2Sat)中的一项或多项。
传感器混合方式
可使用对传感器值进行混合的各种方式。在一些实施例中,为了适应单独传感器的变化响应时间、增益和偏移特点,可根据以下等式对来自单独传感器的值进行混合:
Sb(t)=AS1(t)+BS2(t)+f(S1,S2,t)
其中,Sb、S1、S2分别为混合传感器、第1传感器和第2传感器;f(S1,S2,t)为第1传感器、第2传感器和时间的函数;并且A和B为恒定增益系数。
在具体实施例中,可根据以下等式对来自单独传感器的值进行混合:
Sb(t)=S2(t)+f(S1,t)
其中,f(S1,t)为S1的高通滤波版本;并且A=0,B=1。
现在参考图2,示出了来自第一传感器(快速响应传感器,诸如ECG传感器)的数据、来自第二传感器(高精度传感器,诸如化学传感器)的数据、以及分析物的由将来自所述第一传感器的数据和来自所述第二传感器的数据进行混合所产生的混合值的图形。在此示例中,可以看出所述混合值抑制ECG钾传感器偏移(例如,在没有快速变化的周期时依赖于化学传感器值),但在快速变化期间跟随ECG钾传感器值之后。以此方式,所述混合值展现了比通过孤立地仅使用ECG数据或化学传感器数据将可能的更大精确度。
系统和方法的进一步实施例
在本文中的实施例中,包括一种医疗系统,所述医疗系统具有:第一传感器,所述第一传感器被配置用于产生分析物的第一值;以及不同于所述第一传感器的第二传感器,所述第二传感器被配置用于产生所述分析物的第二值。所述系统还包括:控制器,所述控制器被配置用于接收所述第一和第二值。
根据各实施例,包括本文中的方法,所述控制器根据所述第一值和第二值来创建混合分析物值。例如,在一些实施例中,所述控制器通过使用所述第一值对所述第二值进行归一化来创建混合分析物值或者通过使用所述第二值对所述第一值进行归一化来创建混合分析物值。在一些实施例中,使用减小传感器偏移误差、传感器增益误差和传感器等待时间中的至少一项的方法来创建所述混合分析物值。
在一些实施例中,所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一个是可植入的。在一些实施例中,所述第一传感器和所述第二传感器集成到同一硬件中。在一些实施例中,所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一个为光学传感器。在一些实施例中,所述光学传感器为传感器阵列。在一些实施例中,所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一个为化学传感器。在一些实施例中,所述分析物传感器测量电解质、蛋白质、糖、荷尔蒙、肽、氨基酸和代谢产物中的一项或多项。在一些实施例中,所述电解质为钾、钙、钠、镁、磷酸氢盐、氯化物和碳酸氢盐中的至少一项。在一些实施例中,所述分析物传感器测量pH。在一些实施例中,所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一个为ECG器。在一些实施例中,所述第一传感器反应快于所述第二传感器(即具有更快的响应时间)。在一些实施例中,所述第一传感器为ECG传感器,并且所述第二传感器为化学传感器。
在一些实施例中,包括一种医疗系统,所述医疗系统具有第一传感器、第二传感器和控制器。在一些实施例中,所述控制器基于所述分析物的所述第一值而触发所述第二传感器的测量变化。在一些实施例中,所述测量变化可选自由以下各项组成的组:采样频率、测量计划表、测量强度、以及接通或关断所述传感器。在各实施例中,所述第一传感器具有比所述第二传感器更快的响应时间。在各实施例中,来自所述第一传感器的数据用于对来自所述第二传感器的数据进行趋势分析。在各实施例中,来自所述第二传感器的数据用于对来自所述第一传感器的数据进行趋势分析。
设备
本文中的传感器和其他部件可以是许多不同特定设备(包括可植入设备、外部设备、可穿戴设备、可持设备等)的一部分。具体设备可包括但不限于心律管理设备,诸如起搏器、可植入心脏复律器除颤器(ICD)、心脏再同步治疗(CRT)设备、可植入监测器、神经刺激设备等。本文中的传感器和其他部件可以全部是同一设备的一部分,或者可跨可彼此直接或间接地进行通信的单独设备而分布。
现在参考图3,示出了根据实施例的医疗设备系统300的示意图。在一些实施例中,医疗设备系统300可包括可植入医疗设备302,如图3所示。在其他实施例中,所述医疗设备系统的至少一部分可以是可植入的。在一些实施例中,可植入医疗设备302可包括可植入环路记录器、可植入监测器设备等。在一些实施例中,可植入医疗设备302可被植入患者304的体内。可使用各植入部位,包括肢体上的区域、上部躯体、腹部区域等。在一些实施例中,所述医疗设备系统可包括通信地耦合至彼此的一个或多个附加医疗设备。
现在参考图4,示出了根据本文中的各实施例的可植入医疗设备302的示意性横截面视图。可植入设备302包括外壳402。外壳402可包括各种材料,诸如金属、聚合物、陶瓷等。在一些实施例中,外壳402可以是单个集成电路。在其他实施例中,外壳402可包括主要分段404以及附件分段406和408。在一个实施例中,外壳402或其一个或多个部分可由钛形成。在一些实施例中,外壳402的一个或多个分段可以被气密密封。在一些实施例中,主要分段404可由金属形成,并且附件分段406和408可由聚合物材料形成。
外壳402限定了在一些实施例与所述可植入医疗设备外部的区域412气密密封的内部体积410。可植入医疗设备302可包括电路系统450。电路系统450可包括各种部件,包括但不限于控制器451、传感器452(例如,加速度计、陀螺仪、麦克风、生物阻抗传感器)、微处理器453、治疗单元电路系统454、记录器电路系统455、以及传感器接口电路系统456。适合在本文中所体现的医疗设备系统中使用的部件的其他示例可包括遥测电路系统、存储器电路系统(例如,诸如随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM))、电源电路系统(其可包括但不限于一个或多个电池、电容器、电源接口电路等)、归一化电路系统、控制电路系统、电场传感器和刺激电路系统、显示电路系统等。
在一些实施例中,一个或多个部件可集成到所述可植入医疗设备中,并且在其他实施例中,一个或多个部件可以是分离的。在一些实施例中,记录器电路系统可记录由化学传感器和/或传感器452产生的数据并且记录关于其的时间戳。在一些实施例中,所述电路系统可被硬接线以用于执行各种功能,而在其他实施例中,所述电路系统可被实现为在控制器、微处理器、其他计算设备、专用集成电路(ASIC)等上执行的指令。
可植入医疗设备302可包括传感器452。在一些实施例中,传感器452可以是多轴加速度计,诸如3轴加速度计或6轴加速度计。传感器452可被配置用于测量患者的位置数据。在一些实施例中,传感器452可被配置用于测量患者在给定时间点处的初步位置。在一些实施例中,传感器452可被配置用于测量患者在给定时间点处的最终位置。在一些实施例中,传感器452可被配置用于测量患者在给定时间段内的多个位置变化。
在一些实施例中,可植入医疗设备302可包括化学传感器420。然而,在其他实施例中,所述化学传感器可以位于外部,诸如在体外测试的情况下。在图4所示的实施例中,所述化学传感器为光化学传感器。然而,在其他实施例中,所述化学传感器可以是电位化学传感器。化学传感器420具体可包括至少一个化学感测元件422、光学窗口424以及电光模块428。电光模块428可与内部体积410内的电路系统450进行电通信。在一些实施例中,控制电路系统450被配置用于选择性地激活化学传感器420。化学传感器420可被配置用于永久地植入或者其可被配置用于临时地植入。在一些实施例中,化学传感器420可被配置用于测量细胞间隙成分、血液成分、或呼吸成分、或其任何分析物。在一些实施例中,所述血液成分可包括血液构成部分或其分析物,诸如红细胞;白细胞,至少包括中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞;血小板;血红蛋白;等。
化学传感器420可包括耦合至光学窗口424的电光模块428。电光模块428具体可包括一个或多个光学激励组件。每个光学激励组件可包括各种光源,诸如发光二极管(LED)、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、电致发光(EL)器件等。电光模块428还可包括一个或多个光学检测组件。每个光学检测组件可包括一个或多个光电二极管、雪崩光电二极管、光电二极管阵列、光电晶体管、多元件光电传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)光电传感器等。
化学感测元件422可被布置在光学窗口424上。化学感测元件422可被配置用于通过展现对生理分析物的光学上可检测响应来检测生理分析物。在下文中更详细地讨论生理分析物的具体示例。在操作中,来自体内环境的感兴趣生理分析物可扩散到化学感测元件422中,从而引起化学感测元件422的光学特性的可检测变化。光可由电光模块428生成,并且可穿过光学窗口424并进入化学感测元件422中。光然后可成比例地优先从化学感测元件422反射或者由化学感测元件重新发射至所感测的生理分析物,并且在由电光模块428接收之前返回通过光学窗口424。关于具体的感兴趣生理分析物的数据可由记录器电路系统455进行记录以备在稍后的时间使用。
在一些实施例中,化学感测元件422可位于流体(诸如血液、间隙液、尿液、淋巴液或淋巴)中,并且感测元件422可感测流体中的生理分析物。在其他实施例中,化学感测元件422可位于固体组织诸如心脏或骨骼肌、脂肪、骨骼、骨髓、有机组织(例如,肾脏、肝脏、大脑、肺等)中,并且感测元件422可感测固体组织中的生理分析物。
可植入医疗设备302可包括控制器451。在一些实施例中,控制器451可被配置用于执行本文中所描述的一个或多个操作。可植入医疗设备302可包括附加部件,例如治疗单元454。治疗单元454可被配置用于向患者递送治疗和/或控制或影响由另一设备提供的治疗的递送。在一些实施例中,所述治疗单元可被配置用于向患者提供最佳治疗,这取决于他们是处于卧位、站位还是坐位。治疗的示例包括但不限于起搏方案,诸如速率自适应起搏、心脏再同步治疗(CRT)、递送神经刺激治疗、管理治疗药剂等。在一些实施例中,治疗单元454可以是药物治疗单元。在一些实施例中,治疗单元454可包括电治疗单元和药物治疗单元两者。在一些实施例中,治疗单元454可由控制器451引导以便向患者递送治疗。
示例性电刺激治疗单元可包括电场传感器,所述电场传感器被配置用于生成对应于心脏电场的信号。所述电场传感器可包括第一电极482和第二电极484。在一些实施例中,外壳402自身可用作电极。所述电极可与所述电场传感器进行通信。所述电场传感器可包括电路以便测量第一电极482与第二电极484之间的电势差(电压)。可植入医疗设备302还可包括天线480以允许医疗设备系统300内的单向或双向无线数据通信。
在实施例中,首先,通过包围可植入医疗设备302的组织将电流(I1)从电极482传递至电极484。对电极482与电极484(V1)之间的电压进行测量,并且通过将V1除以I1来确定包围可植入医疗设备302的组织的生物阻抗。在一些实施例中,所述生物阻抗用于确定呼吸参数,诸如呼吸速率或潮气量。在一些实施例中,所述生物阻抗用于确定组织的构成部分,诸如流体含量。
图5中示出了根据本文中的实施例的医疗设备系统的一些实施例的示例。然而,将认识到的是,一些实施例可包括图5中所示的那些元件之外的附加元件。此外,一些实施例可能缺少图5中所示的一些元件。如本文中所体现的,医疗设备系统可通过一个或多个感测通道520、530、540来收集信息。控制器510可经由双向数据总线与存储器512进行通信。存储器512可包括用于程序存储的只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)以及用于数据存储的RAM。
在一些实施例中,医疗设备可包括一个或多个电场传感器522(即电极)以及可与控制器510的端口进行通信的电场传感器通道接口520。所述医疗设备还可包括另一种类型的传感器532以及所述传感器的可与控制器510的端口进行通信的传感器通道接口530。所述医疗设备还可包括一个或多个化学传感器542以及可与控制器510的端口进行通信的化学传感器通道接口540。通道接口520、530和540可包括各种部件,诸如用于将信号输入数字化的模数转换器、感测放大器、可通过控制电路系统对其进行写入以便调整感测放大器的增益和阈值的寄存器等。遥测接口514还被提供用于与外部设备(诸如程控器、基于家庭的单元、和/或移动单元(例如,蜂窝电话、膝上型计算机等))进行通信。
在一些实施例中,所述医疗设备还可包括附加传感器,诸如姿势传感器、活动传感器、或与所述医疗设备成一体的呼吸传感器。在一些实施例中,所述医疗设备还可包括与医疗设备分离的附加传感器。在各实施例中,所述姿势传感器、活动传感器、或呼吸传感器中的一项或多项可位于经由遥测接口514通信地耦合至所述医疗设备的另一植入医疗设备内。在各实施例中,所述附加姿势传感器、活动传感器、或呼吸传感器中的一项或多项可位于体外并且经由遥测接口514耦合至医疗设备。
现在参考图6,示出了根据本文中的实施例的医疗设备系统600的示意图。医疗设备系统600可包括可植入医疗设备602以及一根或多个刺激引线640、646和654。在各实施例中,可植入医疗设备602可包括治疗单元(诸如心律管理设备),包括起搏器、心脏再同步治疗(CRT)设备、重塑控制治疗(RCT)设备、心脏复律器/除颤器、或提供这些治疗中的两种或多种治疗的设备。在一些实施例中,可植入医疗设备602可以是、或者还可包括神经刺激设备。在一些实施例中,可植入医疗设备602可以是、或者还可包括药物递送设备。
可植入医疗设备602可包括脉冲生成器外壳604和汇集管608。如本文中所使用的术语“脉冲生成器外壳”应指代植入医疗设备的一部分或多个部分,诸如心律管理设备、神经治疗设备、或者包含用于递送起搏治疗、电刺激、电击治疗和/或药物治疗的电源和电路系统的药物递送设备。合起来地,脉冲生成器外壳604(其中的内容)以及汇集管组件608可被称为脉冲生成器。将认识到的是,本文中的实施例还可与可能缺少脉冲生成器的可植入医疗设备结合使用,诸如监测设备和药物递送设备。
在图6中,刺激引线640、646和654的近端被布置在汇集管组件608内。刺激引线640、646和654可经静脉通向心脏652。在此视图中,刺激引线640进入冠状静脉系统中,刺激引线646进入右心房中,并且刺激引线654进入右心室中。然而,将认识到的是,刺激引线可被布置在心脏内或周围的各个地方。刺激引线640包括尖端电极642和环形电极644。刺激引线646和654也分别包括尖端电极650和658以及环形电极648和656。将认识到的是,刺激引线可包括不同数量的电极。例如,在一些实施例中,刺激引线可以仅包括单个电极,而在一些实施例中,刺激引线可以包括多于两个的电极。取决于配置,所述刺激引线可提供刺激引线的远端与脉冲生成器之间的电通信和/或光学通信。在操作中,所述脉冲生成器可以生成经由刺激引线的电极被递送至心脏652的起搏脉冲或治疗性电击。在许多实施例中,所述刺激引线包括导电材料以便递送起搏脉冲或治疗性电击。
医疗设备系统600还可被配置用于感测心脏的电活动。通过示例的方式,医疗设备系统600可包括电场传感器(诸如图7中所示)以作为控制电路系统751的一部分。具体地,医疗设备系统400可使用一个或多个电极(诸如刺激引线642、644、648、650、656和/或658上的电极)以便感测心脏的电活动(诸如时变电势)。在一些实施例中,出于感测电活动和/或递送电刺激的目的,脉冲生成器外壳604可用作电极。
医疗设备系统600还可包括化学传感器606。化学传感器606(诸如以上参考图3所描述的)可被配置用于测量诸如以上所述的生理分析物的浓度。
现在参考图7,如图6所示,可植入医疗设备602的示意性横截面视图。可植入医疗设备602包括脉冲生成器外壳604和汇集管组件608。可植入医疗设备602的脉冲生成器外壳604可包括各种材料,诸如金属、聚合物、陶瓷等。在一个实施例中,脉冲生成器外壳604由钛形成。汇集管组件608可耦合至一根或多根电刺激引线750。汇集管组件608可用于提供对一根或多根引线的近端的固定并且将所述引线电耦合至脉冲生成器外壳604内的部件。汇集管组件608可由各种材料形成,包括金属、聚合物、陶瓷等。
脉冲生成器外壳604限定了与设备700外部的体积772气密密封的内部体积770。各个电导体709、711可从汇集管组件608穿过馈通结构705并且进入内部体积770中。如此,导体709、711可用于提供电刺激引线750与布置在脉冲生成器外壳604的内部体积770内的控制电路系统751之间的电通信。
控制电路系统751可包括许多与以上参考可植入医疗设备302所呈现的那些特征相同的特征,诸如例如控制器451、传感器452、微处理器453、治疗单元电路系统454、记录器电路系统455以及传感器接口电路系统456。在一些实施例中,控制电路系统751可包括参考可植入医疗设备302所不存在的附加特征。在一些实施例中,控制电路系统可包括比相对于可植入医疗设备302所呈现的更少的特征。控制电路系统751可包括附加部件,诸如存储器(诸如随机存取存储器(RAM)和/或只能存储器(ROM))、遥测模块、电场传感器和刺激电路系统、电源(诸如电池)、归一化电路系统、以及光学传感器接口通道以及其他。
可植入医疗设备602还可包括化学传感器606。在图7所示的实施例中,化学传感器606为电位化学传感器。化学传感器606具体可包括接收器模块722和换能器模块728。换能器模块728可以与内部体积770内的控制电路系统751进行电通信,并且在一些实施例中,控制电路系统551可被配置用于选择性地激活化学传感器(诸如例如,使用控制器451)。在一些实施例中,化学传感器606可被配置用于永久地植入。在一些实施例中,化学传感器606可被配置用于临时地植入。
化学传感器606可被配置用于通过展现对生理分析物的电信号响应来检测生理分析物。在操作中,来自体内环境的感兴趣生理分析物可接触接收器模块722,从而引起所述接收器模块的电气特性的可检测变化。换能器模块728则可用于处理和/或传播由接收器模块722产生的信号。
类似于图3中所示的可植入医疗设备302,可植入医疗设备602也可包括传感器452。传感器452可包括多轴加速度计,诸如3轴加速度计或6轴加速度计。传感器452可被配置用于测量患者的位置数据。在一些实施例中,传感器452可被配置用于测量患者在给定时间点处的初步位置。在一些实施例中,加速度计452可被配置用于测量患者在给定时间点处的最终位置。在一些实施例中,传感器452可被配置用于测量患者在给定时间段内的多个位置变化。
可植入医疗设备602可结合例如电场传感器,所述电场传感器被配置用于生成对应于心脏电场的信号。所述电场传感器可包括第一电极和第二电极。所述电场传感器的电极可以是用于提供电刺激(诸如关于图6所引用的)的相同电极或者可以是不同的电极。在一些实施例中,一个或多个电极可安装在一根或多根电刺激引线750上。在一些实施例中,脉冲生成器外壳604可用作电极。所述电极可与电场传感器和刺激电路系统进行通信。可使用电场传感器和刺激电路系统以便测量第一电极与第二电极之间的电势差(电压)。
图8中示出了可植入医疗设备602的一些实施例的元件。然而,将认识到的是,一些实施例可包括图8中所示的那些元件之外的附加元件。此外,一些实施例可能缺少图8中所示的一些元件。可植入医疗设备602可通过一个或多个感测通道来感测心脏事件,并且根据程控的起搏模式经由一个或多个起搏通道将起搏脉冲输出至心脏。控制器802经由双向数据总线与存储器807进行通信。存储器807通常包括用于程序存储的只读存储器(ROM)或随机存取存储器(RAM)以及用于数据存储的RAM。
所述可植入医疗设备可包括心房感测和起搏通道,所述通道包括至少第一电极826、引线824、感测放大器822、输出电路823以及可与控制器802的端口双向通信的心房通道接口820。在此实施例中,所述设备还具有心室感测和起搏通道,所述通道包括至少第二电极816、引线814、感测放大器812、输出电路813以及可与控制器802的端口双向通信的心室通道接口810。针对每个通道,相同的引线和电极用于感测和起搏两者。通道接口810和820包括:模数转换器,所述模数转换器用于将来自感测放大器的感测信号输入数字化;以及寄存器,所述寄存器可通过控制电路系统对其进行写入以便输出起搏脉冲、改变起搏脉冲幅度并调整感测放大器的增益和阈值。所述可植入医疗设备还可包括化学传感器842和化学传感器通道接口840、以及另一种类型的传感器852和相关联通道接口850。遥测接口844还被提供用于与外部程控器进行通信。
应当注意的是,如在本说明书和所附权利要求中所使用的,除非内容另外明确指明,否则单数形式的“一种(a)”、“一个(an)”以及“所述”均包括复数对象。因此,例如,当提到一种组合物含有“一种化合物”时,它包括两种或更多种化合物的混合物。还应注意的是除非内容另外明确指明,否则术语“或”总体上是以它包括“和/或”的含义使用。
还应当注意的是,作为在本说明书中以及随附的权利要求书中所使用的短语“配置的”描述一个被构造或配置以进行一个特定的任务或采取一个特定的构型的系统、装置、或其他结构。所述短语“配置的”可以与其他类似短语(如“安排且配置的”、“构造且安排的”、“构造的”、“制造且安排的”等等互换地使用。“电路系统”可包括用于执行特定操作的硬接线电路系统以及被编程用于执行指令的处理器两者以便提供相同的功能。
本说明书中的所有公开物和专利申请均指示本发明所涉及的领域中的普通技术人员的水平。所有公开物和专利申请在文本中均通过引用并入,其程度就如同每一篇单独的公开物或专利申请具体并且单独地通过引用来指示。
已经参考各种具体和优选的实施例和技术对方面进行了描述。然而,应当理解的是,在保持在本文中的精神和范围内的同时可以进行许多变化和修改。这样,本文中所描述的实施例并不旨在是穷尽性的或者旨在将范围局限于本文中所公开的精确形式。而是,选择并且描述实施例,从而使得本领域其他技术人员可以认识并理解原理和实践。
Claims (6)
1.一种医疗系统,包括:
第一传感器,所述第一传感器被配置用于产生分析物的第一值,其中所述第一传感器是可植入的电ECG传感器,其中所述分析物是电解质;
不同于所述第一传感器的第二传感器,所述第二传感器被配置用于产生所述分析物的第二值,其中所述第二传感器是可植入的光化学传感器;以及
控制器,所述控制器被配置用于接收所述第一和第二值;
其中,所述第一传感器比所述第二传感器具有更快的响应时间;并且
其中,所述控制器基于所述分析物的所述第一值而触发所述第二传感器的测量变化。
2.如权利要求1所述的医疗系统,其中,所述测量变化选自由以下各项组成的组:采样频率、测量计划表、测量强度、以及接通或关断所述第二传感器。
3.如权利要求1或2所述的医疗系统,其中,所述控制器根据所述第一值和第二值来创建混合分析物值。
4.如权利要求3所述的医疗系统,所述控制器通过使用所述第一值对所述第二值进行归一化来创建混合分析物值或者通过使用所述第二值对所述第一值进行归一化来创建混合分析物值。
5.如权利要求3所述的医疗系统,其中与独立来自所述第一传感器和第二传感器的值相比,使用减小传感器偏移误差、传感器增益误差和传感器等待时间中的至少一项的方法来创建所述混合分析物值。
6.如权利要求1或2所述的医疗系统,其中所述电解质为钾、钙、钠、镁、磷酸氢盐、氯化物和碳酸氢盐中的至少一项。
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