CN109414229A - 用于使用可植入医疗设备确定分析物的存在的系统和方法 - Google Patents

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基思·R·迈莱
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Abstract

公开了使用可植入医疗设备来确定分析物的存在的系统和方法。在一个实施例中，医疗系统包括可植入医疗设备、光源、光学传感器和处理器。可植入医疗设备包括指示标签，其响应于分析物。光源被配置为将光发射到指示标签上，其中发射光包括至少一个光波长，并且其中指示标签响应于发射光而发出光，其对应于指示标签是否被暴露于分析物。光学传感器被配置为接收发射光的至少一部分，其包括至少一个光波长。并且，处理器被配置为基于接收光确定指示标签是否被暴露于分析物。

Description

用于使用可植入医疗设备确定分析物的存在的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年8月26日提交的临时申请号62/380,228的优先权，所述申请在此通过引用全文并入本文。
技术领域
本公开的实施例涉及用于确定分析物的存在的医疗设备和系统。更具体地，本公开的实施例涉及用于使用可植入医疗设备(IMD)的一个或多个指示标签(indicator tag)来确定分析物的存在的系统和方法。
背景技术
可以通过确定分析物的存在和/或测量一个或多个分析物浓度来确定医疗病症的发作或发生。然而，许多测量分析物以确定一个或多个医疗病症的常规系统和方法通常是瞬时的。例如，为了确定高血糖事件或低血糖事件的发作，可能需要受试者刺破他们的手指以确定他们的葡萄糖水平。然而，许多受试者可能忘记检查他们的葡萄糖水平或者不经常检查他们的葡萄糖水平以防止高血糖或低血糖事件。如此，受试者可能由于血糖过高或过低而经历不利事件。因此，本领域需要用于确定受试者的分析物的存在和/或分析物浓度的替代系统和方法。
发明内容
本公开的实施例涉及用于使用被设置在可植入医疗设备(IMD)上的一个或多个指示标签来确定分析物的存在的系统和方法。示例实施例包括以下内容。
在示例1中，医疗系统包括：可植入医疗设备，其包括指示标签，其中所述指示标签响应于分析物；光源，其被配置为将光发射到所述指示标签上，其中发射光包括至少一个光波长，并且其中所述指示标签响应于所述发射光而发出光，其对应于所述指示标签是否被暴露于所述分析物；光学传感器，其被配置为接收光，接收光包括所发出的光的至少一部分，其中所述接收光包括至少一个光波长；以及处理器，其被通信地耦合到所述光学传感器，其中所述处理器被配置为基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
在示例2中，根据示例1所述的医疗系统，其中，所述光源和所述光学传感器被并入到所述可植入医疗设备中。
在示例3中，根据示例1所述的医疗系统，其中，所述光源被并入到与所述可植入医疗设备不同的设备中；其中，所述光学传感器被并入到所述可植入医疗设备中；其中，所述发射光包括至少两个光脉冲；其中，所述接收光包括第一接收光脉冲，所述第一接收光脉冲包括由所述指示标签响应于所述至少两个光脉冲中的第一发射光脉冲而发出的光脉冲；并且其中，所述处理器被配置为响应于所述光学传感器接收到所述第一接收光脉冲而转变到较高功率状态。
在示例4中，根据示例1-3中任一项所述的医疗系统，其中，所述可植入医疗设备包括波导，所述波导被配置为将所述接收光传输到所述光学传感器。
在示例5中，根据示例1所述的医疗系统，其中，所述光源被并入到所述可植入医疗设备中，并且所述光学传感器被并入到与所述可植入医疗设备不同的设备中。
在示例6中，根据示例1-2和5中任一项的所述医疗系统，其中，所述可植入医疗设备包括波导，所述波导被配置为将所述发射光传输到所述指示标签。
在示例7中，根据示例1所述的医疗系统，其中，所述光源被并入到与所述可植入医疗设备不同的设备中；其中，所述光学传感器被并入到与所述可植入医疗设备不同的设备中；其中，所述发射光包括至少两个光脉冲；其中，所述接收光包括第一接收光脉冲，所述第一接收光脉冲包括由所述指示标签响应于所述至少两个光脉冲中的第一发射光脉冲而发出的光脉冲；并且其中，所述处理器被配置为响应于所述光学传感器接收到所述第一接收光脉冲而转变到较高功率状态。
在示例8中，根据示例1-7中任一项所述的医疗系统，其中，所述光学传感器包括多个光检测器，其中所述多个光检测器中的每个光检测器被耦合到多个滤波器中的相应滤波器，其中所述多个滤波器中的滤波器被配置为仅允许一个光波长通过所述滤波器。
在示例9中，根据示例1-8中任一项所述的医疗系统，其中，所述处理器被配置为通过基于所述接收光确定所述接收光的强度与所述发射光的强度的比率以及所述接收光的波长与所述发射光的波长的比率中的至少一个比率来确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
在示例10中，根据示例1-9中任一项所述的医疗系统，其中，所述发射光和所述接收光包括至少两个光波长；并且其中，所述处理器被配置为基于所述接收光通过以下方式来确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物：通过所述指示标签确定所述至少两个光波长中的第一波长的第一吸收，通过所述指示标签确定所述至少两个光波长中的第二波长的第二吸收，并将所述第一吸收与所述第二吸收进行比较。
在示例11中，根据示例1-10中任一项所述的医疗系统，其中，所述指示标签通过在被暴露于所述分析物时改变所述指示标签的荧光来响应于所述分析物；并且其中，所述处理器被配置为通过基于所述接收光确定所述指示标签的荧光来基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
在示例12中，根据示例1-11中任一项所述的医疗系统，其中，所述处理器被配置为通过确定所述接收光的荧光寿命效应来基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
在示例13中，一种方法包括：将指示标签暴露于光，其中所述光包括至少一个光波长，其中所述指示标签响应于被暴露于所述光而发出光，并且其中发出的光对应于所述指示标签是否被暴露于所述分析物，使用光学传感器接收所述发出的光的至少一部分，其中接收光包括至少一个光波长；并且使用处理器基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
在示例14中，根据示例13所述的方法，其中，曝光的光和所述接收光包括至少两个光波长，并且其中基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物包括：通过所述指示标签确定所述至少两个波长中的第一波长的第一吸收，通过所述指示标签确定所述至少两个波长中第二波长的第二吸收，并将所述第一吸收与所述第二吸收进行比较。
在示例15中，根据示例13和14中任一项的所述方法，其中，所述指示标签通过改变当被暴露于不同浓度的所述分析物时所述指示标签的荧光来响应于所述分析物的存在，并且其中基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物包括以下中的至少一个：基于所述接收光确定所述指示标签的荧光以及确所述接收光的荧光寿命效应。
在示例16中，一种医疗系统包括：可植入医疗设备，其包括指示标签，其中所述指示标签响应于分析物；光源，其被配置为将光发射到所述指示标签上，其中发射光包括至少一个光波长，并且其中所述指示标签响应于所述发射光而发出光，其对应于所述指示标签是否被暴露于所述分析物；光学传感器，其被配置为接收光，接收光包括所述发出的光的至少一部分，其中所述接收光包括至少一个光波长；以及处理器，其被通信地耦合到所述光学传感器，其中所述处理器被配置为基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
在示例17中，根据示例16所述的医疗系统，其中，所述光源和所述光学传感器被并入到所述可植入医疗设备中。
在示例18中，根据示例16所述的医疗系统，其中，所述光源被并入到与所述可植入医疗设备不同的设备中；并且其中，所述光学传感器被并入到所述可植入医疗设备中。
在示例19中，根据示例18所述的医疗系统，其中，所述可植入医疗设备包括波导，所述波导被配置为将所述接收光传输到所述光学传感器。
在示例20中，根据示例16所述的医疗系统，其中，所述光源被并入到所述可植入医疗设备中，并且所述光学传感器被并入到与所述可植入医疗设备不同的设备中。
在示例21中，根据示例20所述的医疗系统，其中，所述可植入医疗设备包括波导，所述波导被配置为将所述发射光传输到所述指示标签。
在示例22中，根据示例16所述的医疗系统，其中，所述光源和所述光学传感器被并入到与所述可植入医疗设备不同的设备中。
在示例23中，根据示例16所述的医疗系统，其中，所述光学传感器包括多个光检测器，其中所述多个光检测器中的每个光检测器被耦合到多个滤波器中的相应滤波器，其中所述多个滤波器中的滤波器被配置为仅允许一个光波长通过所述滤波器。
在示例24中，根据示例16所述的医疗系统，其中，所述处理器被配置为通过基于所述接收光确定所述接收光的强度与所述发射光的强度的比率以及所述接收光的波长与所述发射光的波长的比率中的至少一个比率来确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
在示例25中，根据示例16所述的医疗系统，其中，所述发射光和所述接收光包括至少两个光波长；并且其中，所述处理器被配置为基于所述接收光通过以下方式来确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物：通过所述指示标签确定所述至少两个光波长中的第一波长的第一吸收，通过所述指示标签确定所述至少两个光波长中的第二波长的第二吸收，并将所述第一吸收与所述第二吸收进行比较。
在示例26中，根据示例16所述的医疗系统，其中，所述指示标签通过在被暴露于所述分析物时改变所述指示标签的荧光来响应于所述分析物的存在；并且其中，所述处理器被配置为通过基于所述接收光确定所述指示标签的荧光来基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
在示例27中，根据示例16所述的医疗系统，其中，所述处理器被配置为通过确定所述接收光的荧光寿命效应来基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
在示例28中，根据示例16所述的医疗系统，其中，所述发射光包括至少两个光脉冲；其中，所述接收光包括第一接收光脉冲，所述第一接收光脉冲包括由所述指示标签响应于所述至少两个光脉冲中的第一发射光脉冲而发出的光脉冲；并且其中，所述处理器被配置为响应于所述光学传感器接收到所述第一接收光脉冲而转变到较高功率状态。
在示例29中，一种方法包括：将指示标签暴露于光，其中所述光包括至少一个光波长，其中所述指示标签响应于被暴露于所述光而发出光，并且其中发出的光对应于所述指示标签是否被暴露于使用光学传感器接收所述发出的光的至少一部分的所述分析物，其中接收光包括至少一个光波长；并且使用处理器基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
在示例30中，根据示例29所述的方法，其中，曝光的光和所述接收光包括至少两个光波长，并且其中基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物包括：通过所述指示标签确定所述至少两个波长中的第一波长的第一吸收，通过所述指示标签确定所述至少两个波长中第二波长的第二吸收，并将所述第一吸收与所述第二吸收进行比较。
在示例31中，根据示例29所述的方法，其中，所述指示标签通过改变当被暴露于不同浓度的所述分析物时所述指示标签的荧光来响应于所述分析物的存在，并且其中基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物包括以下中的至少一个：基于所述接收光确定所述指示标签的荧光以及确所述接收光的荧光寿命效应。
在示例32中，根据示例29所述的方法，其中，基于所述接收光确定所述分析物的存在包括确定所述接收光的荧光寿命效应。
在示例33中，根据示例29所述的方法，其中，以下中的至少一个：使用波导将所述光学传感器与所述指示标签耦合在一起，以及使用波导将所述光源与所述指示标签耦合在一起。
在示例34中，根据示例29所述的方法，还包括：在所述光学传感器接收到所述发出的光之前，使用至少一个滤波器对所述发出的光进行滤波。
在示例35中，根据示例29所述的方法，其中，所述光包括至少两个光脉冲；其中，所述接收光包括第一接收光脉冲，所述第一接收光脉冲包括由所述指示标签响应于所述至少两个光脉冲中的第一发射光脉冲而发出的光脉冲；并且响应于所述光学传感器接收所述第一接收光脉冲而向所述处理器发送信号，其中所述处理器响应于接收到所述信号而从较低功率状态转变到较高功率状态。
尽管公开了多个实施例，但是本公开的其他实施例将从以下详细描述中变得对本领域技术人员而言显而易见，所述详细描述示出并描述了所公开的主题的说明性实施例。因此，附图和详细描述本质上被认为是说明性的而非限制性的。
附图说明
图1是根据本公开的实施例的包括用于确定分析物的存在和/或分析物浓度的IMD的系统的示意图。
图2是描绘根据本公开的实施例的用于确定分析物的存在和/或分析物浓度的说明性医疗系统的框图。
图3A-3C是根据本公开的实施例的IMD的部分的示意图，其描绘了IMD上的指示标签的不同放置。
图4是描绘对于不同光波长响应于不同分析物浓度的相对强度的图。
图5是描绘根据本公开的实施例的用于确定分析物的存在和/或分析物浓度的说明性过程的流程图。
尽管所公开的主题可顺应于各种修改和替代形式，特定实施例在附图中已通过示例的方式示出并且在下面进行详细地描述。然而，意图不是将所公开的主题限制到所描述的特定实施例。相反，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求限定的所公开主题的范围内的所有修改、等同物和替代物。
当本文中关于测量结果的范围使用该术语(诸如以上刚公开的那些)，“大约”和“近似”可以可互换地使用以指代如下测量结果，其包括所述测量结果并且还包括相当接近所述测量结果但可能有相当小量差异的任何测量结果，该相当小量差异诸如由相关领域的普通技术人员将理解并易于确定可归因于测量误差、测量和/或制造仪器校准中的差异、读取和/或设置测量时的人为误差、鉴于与其他组件相关联的测量结果的差异而优化性能和/或结构参数所做的调整、特定的实施情形、人或机器对对象的不精确调整和/或操纵，等等。
尽管本文中可以使用术语“框”来表示说明性采用的不同元件，但是该术语不应当被解释为暗示对本文所公开的各种框的任何要求或者其之中或之间的特定顺序。类似地，尽管说明性方法可以由一个或多个附图(例如，流程图，通信流程等)表示，但是附图不应被解释为暗示本文公开的各种步骤之中或之间的任何要求或特定顺序。然而，如本文中可能明确描述的和/或如可以根据步骤本身的性质理解的，某些实施例可能需要某些步骤和/或某些步骤之间的某些顺序(例如，一些步骤的执行可能取决于前一步骤的结果)。此外，项目的“集合”、“子集”或“组”(例如，输入、算法、数据值等)可以包括一个或多个项目，并且类似地，项目的子集或子组可以包括一个或多个项目。“多个”意味着不止一个。
具体实施方式
图1是系统100的示意图，所述系统100包括被植入在受试者身体104内并且被配置为被通信地耦合到处理器106的可植入医疗设备(IMD)102。根据本公开的实施例，系统100可以被用于监视(例如，确定、感测和/或记录)受试者体内分析物的存在或不存在和/或分析物浓度，以便对受试者进行诊断和/或向受试者提供治疗。在实施例中，IMD 102可以被皮下地植入在例如受试者的胸部、腹部、头部、腿部和/或手臂中的植入位置或囊袋(pocket)内，其中IMD102可以被配置为监视分析物的存在或不存在和/或分析物浓度。也就是说，例如，IMD 102可以确定受试者的间质液、浆液、胃液、血液、尿液、器官等中分析物的存在或不存在和/或分析物浓度。一个或多个分析物和/或一个或多个分析物浓度可以指示与受试者的循环系统、肌肉系统、骨骼系统、神经系统、淋巴系统、呼吸系统和/或内分泌系统相关联的一个或多个医疗病症。
附加地或替代地，在实施例中，IMD 102还可以被配置为监视与受试者的循环系统108相关联的其他生理参数。例如，IMD 102可以是被配置为监视诸如例如受试者的心脏激活信号、心音、动脉脉动、氧饱和度等的生理参数的可植入心脏监视器(ICM)(例如，可植入诊断监视器(IDM)、可植入环路记录器(ILR)等)。然而，这些仅是示例，并且不意味着限制。
附加地或替代地，在实施例中，IMD 102还可以被配置为监视与受试者的呼吸系统相关联的其他生理参数。例如，IMD 102可以是被配置为监视诸如例如受试者的呼吸率、潮气量、呼吸模式、气流、氧饱和度等的生理参数的可植入呼吸监视器(IRM)。然而，这些仅是示例，并且不意味着限制。
附加地或替代地，在实施例中，IMD 102可以被配置为监视生理参数，其可以包括指示受试者的身体活动水平和/或代谢水平的一个或多个信号(诸如加速度信号)。在实施例中，IMD 102可以被配置为监视与一个或多个其他器官、系统等相关联的生理参数。例如，IMD 102可以包括用于检测心脏系统信号、循环系统信号、神经系统信号、呼吸系统信号和/或与受试者活动相关的信号的传感器或电路。
附加地或替代地，在实施例中，IMD 102可以被配置为感测胸内阻抗，从其可以导出各种呼吸参数，包括例如呼吸潮气量和分钟通气量。在实施例中，IMD102可以被配置为感测心脏阻抗，从其可以导出各种心脏参数，包括例如左心室活动和右心室活动。传感器和相关联的电路可以结合IMD 102而被并入以用于检测一个或多个身体运动、身体姿势和/或位置相关的信号。例如，可以采用加速度计和/或GPS设备来检测震颤、抖动、不平衡模式、受试者活动、受试者位置、身体取向和/或躯干位置。在实施例中，一个或多个身体运动、身体姿势和/或位置相关的信号可以用作其他信号(例如，指示分析物和/或分析物浓度的信号)的次级信号和/或确认信号。
出于说明而非限制的目的，本文在可以被植入受试者胸部区域的皮肤下的IMD的上下文中描述了根据本公开的可以被用于监视生理参数的设备的各种实施例。然而，在实施例中，IMD 102可以包括具有壳体并且被配置为被植入在受试者的身体104中的任何类型的IMD、任何数量的可植入系统的不同组件等。例如，IMD 102可以包括控制设备、监视设备、起搏器、可植入心脏复律除颤器(ICD)、皮下可植入复律除颤器(S-ICD)、无引线可植入复律除颤器(L-ICD)、心脏再同步治疗(CRT)设备、神经刺激设备等，并且可以是本领域已知的或稍后开发的用于提供关于受试者的身体和/或IMD 102的治疗和/或诊断数据的可植入医疗设备。在各个实施例中，IMD 102可以包括除颤和起搏/CRT能力(例如，CRT-D设备)。
IMD 102可以被配置为以规律间隔、连续地和/或响应于检测到的事件进行监视。在实施例中，此类检测到的事件可以由IMD 102、另一IMD(未示出)、外部设备(未示出)等的一个或多个传感器来检测。此外，IMD 102可以被配置为检测可以与各种诊断、治疗和/或监视实施方式结合使用的各种分析物和/或其浓度。
如所示出的，IMD 102可以包括壳体110，其具有被布置在IMD 102的端部附近的头部112。壳体110可包括任何数量的不同形状、尺寸和/或特征。在实施例中，IMD 102可包括任何数量的电极114和/或其他类型的传感器，诸如例如任何数量的各种类型的配置的声音传感器、压力传感器、阻抗传感器、光学传感器、温度计、气压计、运动或冲击传感器(例如，加速度计、惯性测量单元(IMU)等)。
在实施例中，IMD 102可包括一个或多个指示标签116，其响应于指示标签116是否被暴露于分析物(即，分析物的存在或不存在)和/或受试者体内的分析物浓度。在实施例中，指示标签116与其中可能存在分析物的受试者的部分进行通信。例如，指示标签116可以与可能包括分析物的受试者的间质液、浆液、胃液、血液、尿液、器官等进行通信。为此，指示标签116可以位于IMD 102的一部分上，使得指示标签116与可能包括分析物的受试者的间质液、浆液、胃液、血液、尿液、器官、呼吸等进行通信。例如，在实施例中，指示标签116可以位于直接被暴露于可能包括分析物的受试者的间质液、浆液、胃液、血液、尿液、器官等的IMD 102的一部分上。作为另一个示例，指示标签116可以位于IMD 102的一部分上并且由对于分析物可渗透的材料层覆盖。在实施例中，指示标签116可以被一层材料覆盖，以延长指示标签116的使用寿命。
在实施例中，指示标签116可包括一个或多个指示标签116。在包括多于一个指示标签116的实施例中，一个指示标签116可以用作对另一个指示标签116的冗余校验。附加地或替代地，每个指示标签116可以响应于相同的分析物和/或分析物浓度；或者，每个指示标签116可以响应于不同的分析物和/或不同的分析物浓度。附加地或替代地，在实施例中，一个指示标签116可以被随时间衰减的表面覆盖，使得第一指示标签116将被用于第一时间段，并且被随时间衰减的表面覆盖的第二指示标签116将被用于第一时间段之后的第二时间段。尽管讨论了两个指示标签116，但是可以有三个、四个、五个、六个等指示标签116。包括在不同时间段期间使用的指示标签116可以延长IMD 102的使用寿命。
为了确定可以响应于分析物的存在或不存在和/或分析物浓度的指示标签116的一个或多个特性，指示标签116可以被暴露于从光源118发射的光。响应于被暴露于光，指示标签116可以发出指示指示标签116的一个或多个特性的光。在实施例中，从指示标签116发出的光可以是经由荧光重新辐射的光。在实施例中，从指示标签116发出的光可以是由指示标签116反射的光。可以响应于分析物的存在或不存在和/或分析物浓度而改变的指示标签116的特性的示例包括但不限于指示标签116吸收和/或反射的光的类型和/或量，指示标签116的荧光和/或荧光寿命效应。下面关于图2更详细地解释这些示例。
可以使用光学传感器120来感测来自指示标签116的发出的光。光学传感器120感测到的光可以被存储在存储器中和/或经由一个或多个信号传送到处理器106。处理器106被配置为基于来自光学传感器120的接收到的信号确定指示标签116是否被暴露于分析物(即，分析物的存在或不存在)和/或分析物浓度。
附加地或替代地，IMD 102可以被配置为响应于感测来自光学传感器120的光脉冲而从较低功率状态转变到较高功率状态。在转换到较高功率状态之后，处理器106可以被配置为基于接收到的信号确定分析物的存在或不存在和/或一个或多个分析物浓度。附加地或替代地，IMD 102可以被配置为在经由非无线和/或无线通信链路接收到信号之后从较低功率状态转变到较高功率状态。在实施例中，在确定分析物的存在或不存在和/或一个或多个分析物浓度之后，IMD102可以从较高功率状态转变到较低功率状态。
在实施例中，处理器106、光源118和/或光学传感器120可以被并入到IMD102中或在IMD 102外部。例如，在处理器106、光源118和/或光学传感器120在IMD 102外部的实施例中，处理器106、光源118和/或光学传感器120可以被并入到另一个IMD中(未示出)。可替选地，在处理器106、光源118和/或光学传感器120在IMD 102外部的实施例中，处理器106、光源118和/或光学传感器120可以被定位在受试者上、受试者附近或在受试者外部的任何位置。
在实施例中，光源118、光学传感器120和指示标签116可以在可见光谱内操作。在其他实施例中，光源118、光学传感器120和指示标签116可以在红外光谱内操作。然而在其他实施例中，光源118、光学传感器120和指示标签116可以在紫外光谱内操作。但是在其他实施例中，光源118、光学传感器120和指示标签116可以在可见光谱、红外光谱和/或紫外光谱的组合内操作。因此，在实施例中，本申请中术语光的范围包括电磁光谱的红外、可见和紫外部分。
在实施例中，IMD 102和处理器106可以通过非无线和/或无线通信链路进行通信。例如，IMD 102和处理器106可以通过短程无线电链路(诸如蓝牙、IEEE802.11和/或专有无线协议)通信地耦合。术语“通信链路”可以指在至少两个设备之间的至少一个方向上传送某种类型的信息的能力，并且不应当理解为局限于直接的、持久的或另外有限的通信通道。即，根据实施例，通信链路可以是持久通信链路、间歇通信链路、自组织(ad-hoc)通信链路等。通信链路可以便于IMD 102和处理器106之间的单向和/或双向通信。数据和/或控制信号可以在IMD 102和处理器106之间传输，以协调IMD 102和/或处理器106的功能。在实施例中，受试者数据可以周期性地或按命令从IMD 102和处理器106中的一个或多个下载。医生和/或受试者可以与IMD 102和处理器106通信，例如以获取分析物数据和/或启动、终止或修改对分析物的存在或不存在的确定、分析物浓度的确定和/或执行治疗。
图1中示出的说明性系统100不旨在对贯穿本公开所公开的主题的实施例的使用范围或功能提出任何限制。说明性系统100也不应被解释为具有与图1中所示的任何单个组件或组件组合相关的任何依赖性或要求。例如，在实施例中，说明性系统100可以包括附加组件。此外，在实施例中，图1中描绘的组件中的任何一个或多个可以与其中描绘的各种其他组件(和/或未示出的组件)集成。可以将任何数量的其他组件或组件的组合与图1中描绘的说明性系统100集成，所有这些都被认为是在本公开的范围内。
图2是描绘根据本公开的实施例的用于确定体内分析物的存在或不存在和/或分析物浓度的说明性可植入医疗设备200的框图。实施例可包括多于一个IMD200。IMD 200可以是、类似于、包括或被包括在图1中描绘的IMD 102中。例如，IMD 200可以被植入在受试者的胸部、腹部、头部，腿部和/或臂部中和/或可以被植入在间质液、浆液、胃液、血液、尿液，器官等中。
根据图2中所示的实施例，IMD 200包括光源202、指示标签204、光学传感器206、分析组件208、处理器210、存储设备212、通信组件214和/或电源216。
在实施例中，光源202可以是、类似于、包括或被包括在图1中描绘的光源118中。光源202被配置为发射光。在实施例中，从光源202发射的光可以是连续光、光脉冲和/或一系列多于一个光脉冲(例如，两个光脉冲、三个光脉冲等)。在从光源202发射一系列光脉冲的实施例中，光脉冲可以具有不同的持续时间和/或强度。在实施例中，一系列光脉冲的第一光脉冲可以被用于将IMD200从较低功率状态转变到较高功率状态，如下所述。
附加地或替代地，从光源202发射的光可以由单个波长窄带或多于一个波长窄带组成。在实施例中，从光源202发射的光可以是两个窄带源、三个窄带源等。附加地或替代地，在实施例中，可以使用LED和针对要获得的波长窄带的类型的特定磷光体来产生多于一个波长窄带。例如，从光源202发射的光可以是由多于一个波长窄带组成的白光。可以使用蓝光或紫外发光二极管(LED)和磷光体涂层来产生白光。由蓝光或紫外LED生成的蓝光或紫外光子要么不变地穿过磷光体层，要么它们在磷光体层中被转换成黄光光子。一些黄光光子可以与蓝光或紫外光子结合以生成白光。发射多于一个波长窄带的光源202可以被用于降低当取而代之地光学传感器206感测到的变化是由于如下所述的光源202的输出变化和/或路径损耗变化造成的时光学传感器206感测到的变化被确定为分析物的存在或不存在和/或分析物浓度变化的可能性。
从光源202发射的光被指向指示标签204。从光源202发射并被指向指示标签204的光可以包括多于一个波长窄带。指示标签204被暴露于被指向指示标签204的发射光的至少一部分。响应于被暴露于来自光源202发射光中的一些或全部，指示标签204被配置为发出光。在实施例中，从指示标签204发出的光可以包括多于一个波长窄带。在实施例中，指示标签204发出的光的类型和/或量可以响应于指示标签204的环境。也就是说，如上所述，指示标签204可以响应于分析物和/或分析物浓度而改变其发出的光的类型和/或量。在实施例中，从指示标签204发出的光可以是经由荧光重新辐射的光。在实施例中，从指示标签204发出的光可以是由指示标签204反射的光。
在实施例中，由指示标签204发出的光量可以响应于指示标签204所暴露于的不同光波长、指示标签204所暴露于的分析物和/或指示标签204所暴露于的分析物浓度。例如，响应于被暴露于分析物，指示标签204可以吸收比红光更多的绿光，并且因此可以发出比绿光更多的红光。也就是说，发出的绿光的强度大于发出的红光的强度。然而，如果指示标签204没有被暴露于分析物，则指示标签204可以吸收比绿光更多的红光，并且因此可以发出比红光更多的绿光。
作为另一个示例，指示标签204的荧光可以响应于分析物的存在或不存在和/或分析物浓度而改变。例如，如果指示标签204未被暴露于分析物，则指示标签204可以具有第一荧光颜色。然而，响应于被暴露于分析物，指示标签204可以具有第二荧光颜色。
作为甚至另一个示例，指示标签204的荧光寿命效应可以响应于分析物的存在或不存在和/或分析物浓度而改变。也就是说，指示标签204发出的光可以被延迟不同的时间，所述时间对应于分析物的存在或不存在和/或分析物的浓度。例如，如果指示标签204未被暴露于分析物，则来自指示标签204的发出的光可以被延迟第一时间。然而，响应于被暴露于分析物，指示标签204可以被延迟不同于第一时间的第二时间。
在实施例中，指示标签204可以由以下中的一个或多个组成。在一个实施例中，指示标签204可以由非载体离子选择性感测元件组成，使得亲离子荧光团(fluoroionophore)被共价键合到适合的基板上。亲离子荧光团是包括荧光部分和离子络合部分的化合物。作为示例，(6,7-[2.2.2]-穴醚基(cryptando)-3-[2″-(5″-乙氧基)噻吩基]香豆素，一种钾离子选择性亲离子荧光团，可以被共价附接到吖内酯官能亲水性多孔聚乙烯膜，以产生基于荧光的K+非载体离子传感器。作为另一个示例，羟基芘三磺酸盐(hydroxypyrenetrisulfonate)(氢离子选择性亲离子荧光团)可以被共价附接到胺官能纤维素上以产生基于荧光的pH非载体离子传感器。亲离子荧光团可以通过任何有用的反应技术(这可以取决于特定亲离子荧光团的化学官能团)共价键合到基板上。基板进而可以被附接到背衬膜或层上。示例性类的亲离子荧光团是香豆素穴醚基(coumarocryptand)。香豆素穴醚基可以包括锂特定的亲离子荧光团，钠特定的亲离子荧光团和钾特定的亲离子荧光团。例如，锂特定的亲离子荧光团可以包括(6,7-[2.1.1]-穴醚基-3-[2″-(5″-乙氧基)呋喃基]香豆素。钠特定的亲离子荧光团可以包括(6,7-[2.2.1]-穴醚基-3-[2″-(5″-乙氧基)呋喃基]香豆素。钾特定的亲离子荧光团可以包括(6,7-[2.2.2]-穴醚基-3-[2″-(5″-乙氧基)呋喃基]香豆素以及(6,7-[2.2.2]-穴醚基-3-[2″-(5″-乙氧基)呋喃基]香豆素。
在一个实施例中，指示标签204可以是非载体钾离子传感器。例如，指示标签204可以包括感测层，该感测层包括与交联胺官能纤维素膜(CUPROPHANTM；Enka AG，Ohderstrasse，Germany)共价键合的6,7-[2.2.2]-穴醚基-3-[2″-(5″-羧基)呋喃基]香豆素(FCCC)，通过FLEXOBOND 430TM聚氨酯粘合剂将感测层粘附到聚碳酸酯背衬膜上，并且背衬膜被涂覆在离型膜(release liner)上的CW14TM压敏粘合剂上。非载体钾离子传感器的另一个具体示例包括感测层，该感测层包括与具有衬里(诸如二胺衬里)的交联吖内酯官能水凝胶共价键合的6,7-[2.2.2]-穴醚基-3-[2″-(5″-羧基)呋喃基]香豆素。然后，感测层可以被光交联在基板的腔(诸如微孔或卫星传感器的凝胶胶囊)内。术语卫星传感器可以被用于描述远离脉冲发生器的植入的化学传感器。
在一个实施例中，指示标签204可以是非载体钠离子传感器。例如，指示标签204可以包括感测层，该感测层具有与交联胺官能纤维素膜(CUPROPHANTM；Enka AG，Ohderstrasse，Germany)共价键合的6,7-[2.2.1]-穴醚基-3-[2″-(5″-羧基)呋喃基]香豆素，通过FLEXOBOND 430TM聚氨酯粘合剂将感测层粘附到聚碳酸酯背衬膜上，并且背衬膜被涂覆在离型膜(release liner)上的CW14TM压敏粘合剂上。
在一个实施例中，指示标签204可以是非载体氢离子传感器。例如，指示标签204可以包括感测层，该感测层包括与交联胺官能纤维素膜(CUPROPHANTM；Enka AG，Ohderstrasse，Germany)共价键合的羟基芘三磺酸盐，通过FLEXOBOND 430TM聚氨酯粘合剂将感测层粘附到聚碳酸酯背衬膜上，并且背衬膜被涂覆在离型膜(release liner)上的CW14TM压敏粘合剂上。
附加地或替代地，指示标签204可以是水凝胶中的非酶酸(例如硼酸)、葡萄糖响应性荧光水凝胶、萘乙酮苯基丙酸乙酯羟基钨酸盐(APPHT)等。指示标签204可以包括的其他示例在于2006年5月17日提交的标题为为“Implantable Medical Device with ChemicalSensor and Related Methods”的美国专利号11/383,933中进行了讨论，其公开内容通过引用明确地并入本文。
指示标签204可以响应的分析物包括例如肌酸酐、炎症标志物(例如细胞因子、C反应蛋白)、利尿钠蛋白(例如ABP、BNP)、脂质、碳酸氢盐、心肌肌钙蛋白、肌酸磷酸激酶、己烷、酮、葡萄糖、血红蛋白A1c、电解质(例如钾、钠)、血尿素氮、氢浓度(即pH值)、氯化物、NT-proBNP、尿酸、锂、地高辛等。
可以使用用于IMD 200的一个或多个粘合剂和/或接合技术将指示标签204粘附和/或接合到IMD 200。可替选地，在实施例中，指示标签204可以被配置为在不使用粘合剂的情况下粘附到IMD 200。在实施例中，指示标签204可以位于IMD 200的可以被直接暴露于分析物的部分上。在实施例中，指示标签204可以被对于分析物可渗透的层覆盖。在实施例中，指示标签204可以被层覆盖以延长指示标签204的使用寿命。
尽管在图2中仅描绘了一个指示标签204，但是在实施例中，可以在IMD 200的外表面上设置多于一个指示标签204。在包括多于一个指示标签204的实施例中，一个指示标签204可以用作对另一个指示标签204的冗余校验。附加地或替代地，每个指示标签204可以响应于相同的分析物和/或分析物浓度；或者，每个指示标签204可以响应于不同的分析物和/或不同的分析物浓度。附加地或替代地，在实施例中，一个指示标签204可以被随时间衰减的表面覆盖，使得第一指示标签204将被用于第一时间段，并且被随时间衰减的表面覆盖的第二指示标签204将被用于第一时间段之后的第二时间段。尽管讨论了两个指示标签204，但是可以有三个、四个、五个、六个等指示标签204。包括在不同时间段期间使用的指示标签204可以延长IMD 200的使用寿命。
在实施例中，指示标签204可以包括一个或多个滤波器(例如，带通滤波器)和/或被耦合到一个或多个滤波器以滤除一个或多个光波长。
附加地或替代地，在实施例中，一个或多个波导可以将来自光源202的发射光耦合到指示标签204。在光源202发射多于一个波长窄带的实施例中，单个波导可以将来自光源202的发射光耦合到指示标签204。可替选地，针对每个波长窄带的光的相应的波导可以将来自光源202的发射光耦合到指示标签204。在实施例中，一个或多个波导可以包括滤波器，以用于滤除一个或多个光波长。
在实施例中，可以使用任何数量的缓解系统和方法来增加指示标签204和/或IMD200的使用寿命。例如，指示标签204可以涂覆有薄膜膜。可以被用于增加指示标签204和/或IMD 200的使用寿命的缓解系统和方法的其他示例在于2015年8月10日提交的标题为“Implantable Medical Device Coating for Wetting and Microbial Resistance”的美国专利申请序列号2004/007996、于2014年4月17日提交的标题为“Medical ImplantHaving a Conductive Coating”的美国专利申请序列号14/255,738、于2012年11月19日提交的标题为“Fibrous Matrix Coating Materials”的美国专利申请号13/680,590、和/或标题为“Implantable Lead Having a Lumen with a Wear-Resistant Liner”的美国专利号9,364,662中进行了讨论，其公开内容通过引用明确地并入本文。在一个实施例中，在光敏指示标签204已经达到其使用寿命的终点之后，可以植入另一个光敏指示标签204，但是系统的其他元件由经替换的光敏指示标签204重复使用。
光学传感器206被配置为感测来自指示标签204的发出的光的至少一部分。在实施例中，光学传感器206可以被配置为感测发出的光的强度和/或发出的光的颜色。光学传感器206可以是例如光检测器。在实施例中，光学传感器206可以包括被配置为感测单个波长窄带的单个传感器。可替选地，在实施例中，光学传感器206可包括多个传感器，使得每个传感器感测相应的波长窄带。在实施例中，光学传感器206可以包括滤除一个或多个光波长的一个或多个滤波器，使得光学传感器206仅感测特定的波长窄带。
在实施例中，一个或多个波导可以将来自指示标签204的发出的光耦合到光学传感器206。在发出的光包括多于一个波长窄带的光的实施例中，单个波导可以将来自指示标签204的发出的光耦合到光学传感器206。可替选地，针对每个波长窄带的相应波导可以将来自指示标签204的发出的光耦合到光学传感器206。在实施例中，一个或多个波导可以被配置为双向性。也就是说，波导可以将能量从光源202耦合到指示标签204，并且从指示标签204耦合到光学传感器206。在实施例中，一个或多个波导可以包括一个或多个滤波器，以用于滤除一个或多个光波长。
在实施例中，光源202、光学传感器206和指示标签204可以在可见光谱内操作。在其他实施例中，光源202、光学传感器206和指示标签204可以在红外光谱内操作。然而在其他实施例中，光源202、光学传感器206和指示标签204可以在紫外光谱内操作。然而在其他实施例中，光源202、光学传感器206和指示标签204可以在可见光谱、红外光谱和/或紫外光谱的组合内操作。因此，在实施例中，本申请中术语光的范围包括电磁光谱的红外、可见和紫外部分。
在光学传感器206感测到来自指示标签204的发出的光的至少一部分之后，对应于感测到的发出的光的一个或多个信号可以被发送到分析组件208并由分析组件208接收。根据接收到的信号，分析组件208可以确定分析物的存在或不存在和/或分析物浓度。
如上所述，响应于分析物的存在或不存在和/或分析物浓度，指示标签204可以改变从指示标签204发出的光量。例如，指示标签204反射的光量、指示标签204的荧光和/或指示标签204的荧光寿命效应可以响应于分析物的存在或不存在和/或分析物浓度而改变。
例如，在指示标签204响应于分析物和/或分析物浓度而改变其反射的光量的实施例中，分析组件208可以确定由光学传感器206从指示标签204接收到的光的强度和/或波长与从光源202发射的光的强度和/或波长的比率。然后，分析组件208可以使该比率与指示标签204所响应于的分析物的存在或不存在和/或特定分析物浓度相关。描绘了对于不同光波长响应于不同分析物浓度(即葡萄糖)的相对强度的图被描绘在下面的图4中。
在实施例中，分析组件208可以确定多于一个波长窄带的接收光与发射光的比率，并且比较不同波长窄带的比率。通过确定多个波长窄带的接收光与发射光的比率并将该比率彼此进行比较，分析组件208可以确定光源202的输出是否已经改变和/或是否存在任何路径损耗变化。
例如，假设指示标签204对第一波长的吸收随着分析物浓度的增加而降低，并且对第二波长的吸收对于不同浓度的分析物相对保持恒定。进一步假设每次发射光时不测量从光源202发射的光，而是假设其为恒定的。最后，假设发射光的强度已经减小和/或光的路径损耗已经增加。如此，如果仅确定取决于分析物浓度的第一波长的比率，则该比率将向下偏斜并且分析物浓度测量将向上偏斜，这是因为由于发射光的强度降低和/或由于光的路径损耗增加而将接收到更少的光。分析组件208可能无法确定比率的降低是否是由于分析物浓度的增加、发射光强度的变化和/或路径损耗变化。相反，如果针对两个不同的波长计算两个不同的比率，则分析组件208可以确定发射光的强度是否已经减小和/或光的路径损耗是否已经增加。也就是说，第二波长的接收光与发射光的比率将向下偏斜。然而，接收光与发射光的比率应当是恒定的，这是因为第二波长独立于分析物浓度。因此，分析组件208可以基于第二波长的偏斜比率来校正第一波长的接收光与发射光的比率。因此，分析组件208可以基于第一波长的校正比率来确定分析物浓度。
附加地或替代地，在实施例中，分析组件208可基于指示标签204的荧光确定分析物的存在或不存在和/或分析物浓度。也就是说，分析组件208可以响应于指示标签204被从光源202发射的光刺激而确定由指示标签204发射并由光学传感器206感测到的荧光。之后，分析组件可以使指示标签204发出的荧光与指示标签204所响应于的分析物的存在或不存在和/或分析物浓度相关。在实施例中，从光源202发射的光可以包括多于一个波长，并且分析组件208可以分析多个光波长以确定指示标签204的发出的光的变化是否是由于如上所述的分析物的存在或不存在、分析物浓度的变化、光源202的输出强度的变化和/或路径损耗的变化。
附加地或替代地，在实施例中，分析组件208可基于指示标签204的荧光寿命效应确定分析物的存在或不存在和/或分析物浓度。也就是说，分析组件208可以在指示标签204被从光源202发射的光刺激之后通过指示标签204确定发出的光的延迟。之后，分析组件可以使延迟与指示标签204所响应于的分析物的存在或不存在和/或分析物浓度相关。类似地，在实施例中，从光源202发射的光可以包括多于一个波长，并且分析组件208可以分析多个光波长以确定指示标签204的发出的光的变化是否是由于如上所述的分析物的存在或不存在的变化、分析物浓度的变化、光源202的输出强度的变化和/或路径损耗的变化。
在实施例中，分析组件208可以被实施在硬件、软件和/或固件的任何组合中，并且可以至少部分地被实施在处理器210中。在实施例中，处理器210可以是、类似于、包括或被包括在图1中描绘的处理器106中。处理器210可以是被配置为存储和/或执行编程指令的电子电路、电子组件、处理器、程序组件等的任何布置，以引导IMD 200的其他功能组件的操作，例如，执行分析组件208的指令，并且可以例如被实施在硬件、软件和/或固件的任何组合中。
在实施例中，感测到的发出的光可包括一个或多个光脉冲。在实施例中，由分析组件208接收到的第一脉冲可以将处理器210从较低功率状态转变到较高功率状态。在实施例中，处理器210可以被配置为在执行分析组件208的指令时转变到较高功率状态。当处理器210被配置为处于较高功率状态以分析接收到的信号时，从较低功率状态转变到较高功率状态可以节省IMD 200的功率，并且因此可以增加IMD 200的寿命。附加地或替代地，IMD200可以被配置为在执行分析组件208的指令之后从较高功率状态转变到较低功率状态。
根据一些实施方式，存储设备212可以被用于存储由IMD 200感测到的信息。存储设备212可以包括易失性和/或非易失性存储器，并且可以存储当由IMD200执行时致使IMD200执行方法和过程的指令。在实施例中，处理器210可以处理存储在存储设备212中的指令和/或数据以：控制由IMD 200执行的感测和/或分析操作、控制由IMD 200执行的通信等。
尽管光源202、光学传感器206、分析组件208、处理器210和存储设备212被描绘为被并入到IMD 200中，但是在实施例中，光源202、光学传感器206、分析组件208、处理器210和存储设备212可以在IMD 200外部。例如，光源202、光学传感器206、分析组件208、处理器210和存储设备212可以被并入到不同的IMD(未示出)中。可替选地，光源202、光学传感器206、分析组件208、处理器210和存储设备212可以位于对象外部。附加地或替代地，在实施例中，光源202、光学传感器206、分析组件208、处理器210和存储设备212可以分布在多个设备之间。也就是说，例如，光源202、光学传感器206、分析组件208、处理器210和存储设备212可以指代各自被设置在IMD或外部设备上(和/或被其实例化)的多个不同的光源、光学传感器、分析组件和/或处理器。
通信组件214可以包括例如电路、程序组件、以及用于与位于IMD 200外部的一个或多个设备(诸如例如外部光源、外部光学传感器、外部分析组件、外部处理器和/或外部存储设备)非无线或无线通信的一个或多个发射器和/或接收器。根据各种实施例，通信组件214可以包括一个或多个发射器、接收器、收发器、换能器等，并且可以被配置为便于任何数量的不同类型的无线通信(诸如例如射频(RF)通信、微波通信、红外通信、声学通信、感应通信、传导通信等)。通信组件214可以包括硬件、软件和/或固件的任何组合，其被配置为促进建立、维护和使用任何数量的通信链路。在实施例中，通信组件214可以便于与其他植入的或外部医疗设备的通信，例如以便于医疗设备之间的协调操作。
在其他实施例中，其他形式的非无线或无线遥测可以用于通信。例如，在实施例中，可以采用其他RF遥测技术。替代地和/或附加地，可以采用感应遥测、声学遥测等来与例如外部光源、外部光学传感器、外部分析组件、外部处理器和/或外部存储设备进行通信。在实施例中，可以采用传导遥测，在这种情况下，例如，通信组件214可以与一个或多个感测/治疗电极交互以发送和/或接收以电脉冲编码的通信。
电源216向IMD 200的其他操作组件(例如，光源202、光学传感器206、分析组件208、处理器210，存储设备212和/或通信组件214)提供电力，并且可以是适合于提供IMD200的期望的性能和/或寿命要求的任何类型的电源。在各种实施例中，电源216可包括一个或多个电池，其可以是可再充电的(例如，使用外部能量源)。电源216可包括一个或多个电容器、能量转换机制等。用于诸如IMD 200的医疗设备的电源是众所周知的，并且因此这里不再详细讨论。
图3A-3C是根据本公开的实施例的IMD 300A-300C的部分的示意图，其描绘了IMD300A-300C上的指示标签的不同放置。IMD 300A-300C中的每个可以是、类似于、包括或被包括在图1中描绘的IMD 102和/或图2中描绘的IMD 200中。例如，IMD 300A-300C可以包括壳体302，该壳体302具有包括IMD300A-300C的一个或多个内部组件的基部304和可以包括任何数量的电极308和/或其他类型的传感器(诸如例如任何数量的各种类型的配置的声音传感器、压力传感器、阻抗传感器、光学传感器、温度计、气压计、运动或冲击传感器(例如，加速度计、惯性测量单元(IMU)等))的头部部分306。在实施例中，IMD 300A-300C的内部组件可包括例如光源(例如，图1中描绘的光源118和/或图2中描绘的光源202)、光学传感器(例如，图1中描绘的光学传感器120和/或图2中描绘的光学传感器206)、分析组件(例如，图3中描绘的分析组件208)、处理器(例如，图1中描绘的处理器106和/或图2中描绘的处理器210)，存储设备(例如，图2中描绘的存储设备212)、通信组件(例如，图2中描绘的通信组件214)和/或电源(例如，图2中描绘的电源216)。然而，在实施例中，这些组件中的一个或多个可以位于IMD 300A-300C的外部，例如在另一个IMD(未示出)、外部设备(未示出)等中。
IMD 300A-300C还包括指示标签310。在实施例中，指示标签310可以具有与分别在图1和图2中描绘的指示标签116和/或指示标签204相同的特征中的一些或全部。例如，指示标签310响应于分析物的存在或不存在和/或分析物浓度。
在实施例中，指示标签310与其中可能存在分析物的受试者的部分进行通信。例如，指示标签310可以与可能包括分析物的受试者的间质液、浆液、胃液、血液、尿液、器官等进行通信。为此，指示标签310可以位于IMD 300A-300C的一部分上，使得指示标签310与可能包括分析物的受试者的间质液、浆液、胃液、血液、尿液、器官、呼吸等进行通信。例如，在实施例中，指示标签310可以位于直接被暴露于可能包括分析物的受试者的间质液、浆液、胃液、血液、尿液、器官等的IMD 300A-300C的一部分上。作为另一个示例，指示标签310可以位于IMD 300A-300C的一部分上并且由对于分析物可渗透的层覆盖。在实施例中，指示标签310可以被层覆盖以延长指示标签310的使用寿命。
参考图3A和3B，指示标签310被设置在头部306的不同部分上。在实施例中，头部306可以由透明材料(例如塑料、玻璃等)制成。如此，头部306可以用作波导，以将光从基部304的一个或多个内部组件通过头部306耦合到指示标签310和/或从指示标签310通过头部306耦合到基部304的一个或多个内部组件。附加地或替代地，头部306可以包括被设置在其中的波导312，其将光从指示标签310耦合到基部304的一个或多个内部组件和/或从基部304的一个或多个内部组件耦合到指示标签310。在实施例中，波导312可以是设置在头部306中的玻璃纤维或塑料纤维。如此，围绕光纤312的头部306的部分可以充当光纤的包层。参考图3C，指示标签310可以被设置在基部304上。基部304可以包括窗口，该窗口允许光从基部304的一个或多个内部组件通过壳体302传输到指示标签310和/或从指示标签310通过壳体302传输到基部304的一个或多个内部组件。
图4是描绘对于不同光波长响应于的不同分析物浓度的相对强度的图400。也就是说，指示标签(例如，图1中描绘的指示标签116和/或图2中描绘的指示标签204)被设置在受试者体内。指示标签被暴露于不同的波长窄带和不同浓度的分析物。在该示例中，分析物是葡萄糖。然而，这仅是一个示例，并且本文公开的实施例可以被用于响应于改变的分析物浓度而改变其特性中的一个或多个的任何指示标签。在该示例中，分析物是葡萄糖。响应于不同浓度的葡萄糖，指示标签发出的光强度与指示标签所暴露于的光强度的比率对于不同的波长窄带是变化的。例如，在大约620纳米(nm)的波长(即，红光)处，指示标签发出的光量与指示标签所暴露于的光量的比率随着指示标签所暴露于的葡萄糖的浓度增加而增加。在实施例中，该比率可以由分析组件(例如，图2的分析组件208)基于光源的已知输出以及来自光学传感器(例如，图1中描绘的光学传感器120和/或图2中描绘的光学传感器206)的接收光来确定。此外，在实施例中，该比例可以通过例如分析组件相关以确定指示标签附近的葡萄糖浓度。作为另一个示例，在大约650nm的波长处，指示标签发出的光量与指示标签所暴露于的光量的比相对独立于指示标签所暴露于的葡萄糖浓度。然而，在实施例中，650nm处的比率可以与620nm处的比率结合使用以确定620nm处的比率的增加或减少是否是由于如上所述的葡萄糖的浓度变化、路径损耗变化和/或光源输出的光强度的变化。
图5是描绘根据本公开的实施例的用于确定分析物的存在或不存在和/或分析物浓度的说明性方法500的流程图。方法500包括将指示标签暴露于光(框502)。在实施例中，光可以从光源发射。光源可以是、类似于、包括或被包括在图1中描绘的光源118和/或图2中描绘的光源202中。例如，光可以包括一个波长窄带或多于一个波长窄带。作为另一个示例，光源可以被包括在IMD中、被包括在与该IMD不同的包括指示标签的第二IMD中、或者被包括在外部设备(即未被植入受试者内的设备)中。
在实施例中，指示标签可以是、类似于、包括或被包括在图1中描绘的指示标签116和/或图2中描绘的指示标签204中。例如，光敏标签可包括一个或多个指示标签。作为另一个示例，IMD可以包括指示标签。作为甚至另一个示例，指示标签可以响应于被暴露于光而发出光，使得发出的光对应于指示标签所接触的分析物的存在或不存在和/或指示标签所接触的分析物浓度。此外，在实施例中，发出的光可以包括一个波长窄带或多于一个波长窄带。
在实施例中，方法500还可以包括滤波从指示标签发出的光(框504)。滤波发出的光可以是、类似于、包括或被包括在上面关于图2描述的过滤器中。例如，指示标签、将光源耦合到指示标签的波导、将指示标签耦合到光学传感器的光学传感器和/或波导可以包括一个或多个滤波器，以用于滤除光波长。在实施例中，滤波器可以滤除除波长窄带之外的所有光。
在实施例中，方法500还可以包括使用光学传感器接收发出的光的光(框506)。在实施例中，光学传感器可以是、类似于、包括或被包括在上面图2中描绘的光学传感器206中。例如，光学传感器可以被包括在包括指示标签的IMD中，可以在包括指示标签的IMD外部，或者可以被包括在外部设备中。作为另一个示例，光学传感器可以是光检测器，并且可以包括被配置为感测单个波长窄带的单个传感器，或者可以包括多个传感器，使得多个传感器中的每个传感器感测相应的波长窄带。如上所述，在实施例中，光学传感器可包括滤除一个或多个光波长的一个或多个滤波器。此外，在实施例中，波导可以将从指示标签发出的光耦合到光学传感器。
在实施例中，方法500的光源、光学传感器和指示标签可以在可见光谱内操作。在其他实施例中，方法500的光源、光学传感器和指示标签可以在红外光谱内操作。然而在其他实施例中，方法500的光源、光学传感器和指示标签可以在紫外光谱内操作。另外在其他实施例中，方法500的光源、光学传感器和指示标签可以在可见光谱、红外光谱和/或紫外光谱的组合内操作。因此，在实施例中，本申请中术语光的范围包括电磁光谱的红外、可见和紫外部分。
在实施例中，方法500还可以包括使用处理器基于来自光学传感器的接收光来确定分析物的存在或不存在和/或分析物浓度(框508)。在实施例中，处理器可以是、类似于、包括或被包括在图1中描绘的处理器106和/或图2中描绘的处理器210中。例如，处理器可以被包括在包括指示标签的IMD中，可以在包括指示标签的IMD外部，或者可以被包括在外部设备中。在实施例中，确定接收光的分析物的存在或不存在和/或分析物浓度可以是、类似于、包括或被包括如上面关于图1、图2和图4讨论的确定分析物浓度。
例如，确定分析物的存在或不存在和/或分析物浓度可以包括确定来自光学传感器的接收光的强度与来自光源的发射光之间的比率。然后可以使该比率与分析物的存在或不存在和/或指示标签所暴露于的分析物浓度相关。作为另一个示例，确定分析物的存在或不存在和/或分析物浓度可以包括确定一个或多个波长窄带的接收光与发射光的比率，并且比较不同波长窄带的比率。可以使该比较与分析物的存在或不存在和/或分析物浓度相关。作为甚至另一个示例，指示标签的荧光可以响应于分析物的存在或不存在和/或分析物浓度而改变。指示标签发出的荧光可以与分析物的存在或不存在和/或分析物浓度相关。作为甚至另一个示例，指示标签204的荧光寿命效应可以响应于分析物的存在或不存在和/或分析物浓度而改变。也就是说，指示标签204发出的光可以被延迟不同的时间，所述时间对应于分析物的存在或不存在和/或分析物浓度。然后可以使该延迟与分析物的存在或不存在和/或分析物浓度相关。
使用本文描述的各种实施例，可以确定受试者体内分析物的存在或不存在和/或分析物浓度。基于分析物的存在或不存在和/或分析物浓度，可以确定一个或多个医疗病症，并且在一些情况下，可以采取校正动作。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所讨论的示例性实施例进行各种修改和添加。例如，尽管上面描述的实施例指代特定特征，但是此公开的范围还包括具有特征的不同组合的实施例和不包括所有所描述的特征的实施例。因此，本公开的范围旨在涵盖落入权利要求范围内的所有这些替代、修改和变化以及其所有等同物。

Claims (15)

1.一种医疗系统，包括：
可植入医疗设备，其包括指示标签，其中所述指示标签响应于分析物；
光源，其被配置为将光发射到所述指示标签上，其中发射光包括至少一个光波长，并且其中所述指示标签响应于所述发射光而发出光，其对应于所述指示标签是否被暴露于所述分析物；
光学传感器，其被配置为接收光，接收光包括所述发射光的至少一部分，其中所述接收光包括至少一个光波长；以及
处理器，其被通信地耦合到所述光学传感器，其中所述处理器被配置为基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
2.根据权利要求1所述的医疗系统，其中，所述光源和所述光学传感器被并入到所述可植入医疗设备中。
3.根据权利要求1所述的医疗系统，其中，所述光源被并入到与所述可植入医疗设备不同的设备中；其中，所述光学传感器被并入到所述可植入医疗设备中；其中，所述发射光包括至少两个光脉冲；其中，所述接收光包括第一接收光脉冲，所述第一接收光脉冲包括由所述指示标签响应于所述至少两个光脉冲中的第一发射光脉冲而发出的光脉冲；并且其中，所述处理器被配置为响应于所述光学传感器接收到所述第一接收光脉冲而转变到较高功率状态。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的医疗系统，其中，所述可植入医疗设备包括波导，所述波导被配置为将所述接收光传输到所述光学传感器。
5.根据权利要求1所述的医疗系统，其中，所述光源被并入到所述可植入医疗设备中，并且所述光学传感器被并入到与所述可植入医疗设备不同的设备中。
6.根据权利要求1-2和5中任一项所述的医疗系统，其中，所述可植入医疗设备包括波导，所述波导被配置为将所述发射光传输到所述指示标签。
7.根据权利要求1所述的医疗系统，其中，所述光源被并入到与所述可植入医疗设备不同的设备中；其中，所述光学传感器被并入到与所述可植入医疗设备不同的设备中；其中，所述发射光包括至少两个光脉冲；其中，所述接收光包括第一接收光脉冲，所述第一接收光脉冲包括由所述指示标签响应于所述至少两个光脉冲中的第一发射光脉冲而发出的光脉冲；并且其中，所述处理器被配置为响应于所述光学传感器接收到所述第一接收光脉冲而转变到较高功率状态。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的医疗系统，其中，所述光学传感器包括多个光检测器，其中所述多个光检测器中的每个光检测器被耦合到多个滤波器中的相应滤波器，其中所述多个滤波器中的滤波器被配置为仅允许一个光波长通过所述滤波器。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的医疗系统，其中，所述处理器被配置为通过确定所述接收光的强度与所述发射光的强度的比率以及所述接收光的波长与所述发射光的波长的比率中的至少一个比率来基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的医疗系统，其中，所述发射光和所述接收光包括至少两个光波长；并且
其中，所述处理器被配置为基于所述接收光通过以下方式来确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物：通过所述指示标签确定所述至少两个光波长中的第一波长的第一吸收，通过所述指示标签确定所述至少两个光波长中的第二波长的第二吸收，并将所述第一吸收与所述第二吸收进行比较。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的医疗系统，其中，所述指示标签通过在被暴露于所述分析物时改变所述指示标签的荧光来响应于所述分析物；并且
其中，所述处理器被配置为通过基于所述接收光确定所述指示标签的荧光来基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的医疗系统，其中，所述处理器被配置为通过确定所述接收光的荧光寿命效应来基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
13.一种方法，包括：
将指示标签暴露于光，其中所述光包括至少一个光波长，其中所述指示标签响应于暴露于所述光而发出光，并且其中发出的光对应于所述指示标签是否被暴露于所述分析物；
使用光学传感器接收所述发出的光的至少一部分，其中接收光包括至少一个光波长；并且
使用处理器基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，曝光的光和所述接收光包括至少两个光波长，并且其中基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物包括：通过所述指示标签确定所述至少两个波长中的第一波长的第一吸收，通过所述指示标签确定所述至少两个波长中的第二波长的第二吸收，并将所述第一吸收与所述第二吸收进行比较。
15.根据权利要求13和14中任一项所述的方法，其中，所述指示标签通过改变当被暴露于不同浓度的所述分析物时所述指示标签的荧光来响应于所述分析物的存在，并且其中基于所述接收光确定所述指示标签是否被暴露于所述分析物包括以下中的至少一个：基于所述接收光确定所述指示标签的荧光以及确定所述接收光的荧光寿命效应。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190301

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