CN110996773A - 用于皮下组织的无创分析的系统和方法 - Google Patents

用于皮下组织的无创分析的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110996773A
CN110996773A CN201880051975.3A CN201880051975A CN110996773A CN 110996773 A CN110996773 A CN 110996773A CN 201880051975 A CN201880051975 A CN 201880051975A CN 110996773 A CN110996773 A CN 110996773A
Authority
CN
China
Prior art keywords
radiation
tissue
spectral
detector
absorption
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880051975.3A
Other languages
English (en)
Inventor
亚尼夫·科恩
罗尼·克莱因
阿卡迪·齐尔伯曼
本·宰恩·德克尔
内森·布劳恩斯泰因
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infrared Medical Co Ltd
Original Assignee
Infrared Medical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/627,470 external-priority patent/US10709365B2/en
Application filed by Infrared Medical Co Ltd filed Critical Infrared Medical Co Ltd
Publication of CN110996773A publication Critical patent/CN110996773A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0048—Detecting, measuring or recording by applying mechanical forces or stimuli
    • A61B5/0053—Detecting, measuring or recording by applying mechanical forces or stimuli by applying pressure, e.g. compression, indentation, palpation, grasping, gauging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
    • A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
    • A61B5/445—Evaluating skin irritation or skin trauma, e.g. rash, eczema, wound, bed sore
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
    • A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
    • A61B5/447—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis specially adapted for aiding the prevention of ulcer or pressure sore development, i.e. before the ulcer or sore has developed
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4519—Muscles
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4869—Determining body composition
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2505/00—Evaluating, monitoring or diagnosing in the context of a particular type of medical care
    • A61B2505/01—Emergency care
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2505/00—Evaluating, monitoring or diagnosing in the context of a particular type of medical care
    • A61B2505/03—Intensive care
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Rheumatology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

一种用于皮下组织的无创分析的方法包括：用在第一光谱带中的被水强烈地吸收的短波红外(SWIR)辐射和用在第二光谱带中的SWIR辐射照射组织的表面，使得在两个光谱带中的辐射与除水之外的组织的成分的相互作用实质上是相同的。测量从组织发出的在光谱带中的每一个中的辐射的强度。相对于组织对在光谱带之一中的辐射的吸收来计算组织对在光谱带中的另外一个中的辐射的相对吸收。根据所计算的相对吸收来确定组织的状态。

Description

用于皮下组织的无创分析的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请是通过引用被并入本文的于2014年8月21日提交的申请第14/465,311号的部分延续案。
发明领域
本发明涉及无创分析(noninvasive analysis)。更具体地，本发明涉及用于皮下组织的无创分析的系统和方法。
发明背景
各种医学状况以在皮肤表面下或背面的液体的积聚为特征。这种状况可包括中耳炎、褥疮或在完好皮肤下的其他类型的深部组织损伤。
药物或其他物质可以被引入或输送到血流中。例如，物质可以通过口服被输送给患者，或者可以被注射到组织中或通过静脉输注。在一些情况下，监测在患者的血液或组织中的物质的浓度或数量很重要。监测浓度或数量可以包括从患者抽取血液或组织样本。
发明概述
因此，根据本发明的一些实施例，提供了一种用于组织的无创分析的方法，该方法包括：用在第一光谱带中的被水强烈地吸收的短波红外(SWIR)辐射和用在第二光谱带中的SWIR辐射照射组织的表面，使得在两个光谱带中的辐射与组织的除水之外的成分的相互作用实质上是相同的；测量从组织发出的在每个光谱带中的辐射的强度；相对于组织对在光谱带之一中的辐射的吸收来计算组织对在光谱带中的另外一个中的辐射的相对吸收；以及根据所计算的相对吸收来确定组织的状态。
此外，根据本发明的一些实施例，第一光谱带在1400nm至1500nm的波长范围内。
此外，根据本发明的一些实施例，第二光谱带在1000nm至1350nm或1500nm至2100nm的波长范围内。
此外，根据本发明的一些实施例，在第一光谱带和第二光谱带之间的波长间隙小于200nm。
此外，根据本发明的一些实施例，测量强度包括测量穿过组织透射(例如，穿过组织但没有朝向辐射源被反射回)的辐射的强度。
此外，根据本发明的一些实施例，组织包括手指或耳朵的组织。
此外，根据本发明的一些实施例，测量强度包括测量由组织反射的辐射的强度。
此外，根据本发明的一些实施例，测量强度包括测量在距组织的照射位置的多个横向距离处从组织发出的辐射的强度。
此外，根据本发明的一些实施例，组织的状态包括在血液中的物质的浓度。
此外，根据本发明的一些实施例，该物质是所引入的物质。
根据本发明的一些实施例，还提供了一种用于组织的无创分析的系统，该系统包括：至少一个红外辐射源，用于照射组织，该红外辐射包括在第一光谱带中的被水强烈地吸收的SWIR辐射并且包括在第二光谱带中的辐射，使得在两个光谱带中的辐射与组织的除水之外的成分的相互作用实质上是相同的；至少一个辐射检测器，用于测量从组织发出(例如，从组织反射或穿过组织在另一侧出来)的在两个光谱带中的每一个中的辐射的强度；以及处理器，其相对于组织对在光谱带之一中的辐射的吸收来计算组织对在光谱带中的另外一个中的辐射的相对吸收，并根据所计算的相对吸收来确定组织的状态。
此外，根据本发明的一些实施例，其中至少一个辐射检测器被配置成测量从受至少一个辐射源照射的组织的表面发出的辐射的强度。
此外，根据本发明的一些实施例，至少一个辐射检测器被配置成测量在距至少一个辐射源的多个横向距离处从组织的表面发出的辐射的强度。
此外，根据本发明的一些实施例，至少一个辐射检测器包括与至少一个辐射源分开不同横向距离的多个辐射检测器。
此外，根据本发明的一些实施例，至少一个辐射检测器被配置成测量从与受至少一个辐射源照射的组织的表面实质上相对的组织的表面发出的辐射。
此外，根据本发明的一些实施例，该系统包括用于放置在至少一个辐射源的孔或至少一个辐射检测器的孔上的可移除盖。
此外，根据本发明的一些实施例，至少一个辐射源包括两个辐射源，源中的一个被配置成发射在第一光谱带中的辐射，而另外一个被配置成发射在第二光谱带中的辐射。
此外，根据本发明的一些实施例，至少一个辐射检测器包括两个辐射检测器，检测器中的一个被配置成测量在第一光谱带中的辐射的强度，而另外一个被配置成测量在第二光谱带中的辐射的强度。
此外，根据本发明的一些实施例，该系统包括分离红外辐射的光谱分量的色散元件和微镜阵列，微镜阵列可操作为将红外辐射的选定光谱分量引导到组织或至少一个辐射检测器。
此外，根据本发明的一些实施例，第一光谱带在1400nm至1500nm的波长范围内。
此外，根据本发明的一些实施例，第二光谱带在1000nm至1350nm或1500nm至2100nm的波长范围内。
根据本发明的一些实施例，还提供了一种用于确定组织的状态的方法，该方法包括：用在1300nm至1430nm的波长范围内的第一光谱带中的SWIR辐射和用在第二光谱带中的SWIR辐射照射组织的表面，使得在两个光谱带中的辐射与组织的除水之外的成分的相互作用实质上是相同的；测量从组织发出的在该光谱带中的每一个中的辐射的强度；以及计算组织对在两个光谱带中的辐射的吸收，该吸收指示组织的状态。
附图简述
为了使本发明被更好地理解并使它的实际应用被认识到，下面的附图被提供并在此后被提到。应该注意，附图仅作为示例被给出，且决不限制本发明的范围。相似的部件由相似的参考数字表示。
图1A是根据本发明的实施例的用于基于红外辐射的反射的对皮下液体的无创分析的系统的示意图。
图1B是图1A中所示出的系统的光学头的多个组件孔(component aperture)的示意图示。
图2A是根据本发明的实施例的用于基于红外辐射的透射的对皮下液体的无创分析的系统的测量单元的示意图。
图2B示意性示出了图2A的测量单元到手指的附着。
图2C示意性示出了图2A的测量单元到耳朵的附着。
图3示出了光谱反射率的曲线图的示例。
图4示出了吸光率与物质的浓度的关系的示例的曲线图。
图5是描绘根据本发明的实施例的用于皮下液体的无创分析的方法的流程图。
图6A示意性示出了根据本发明的实施例的用于测量在离辐射源的一段距离处的反射的系统。
图6B示意性示出了根据本发明的实施例的用于同时测量在离辐射源的不同横向距离处从表面发出的辐射的测量头的布置。
图7示意性示出了根据本发明的实施例的到不同检测器位置的入射辐射的路径。
发明的详细描述
在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，本领域中的普通技术人员将理解，本发明可在没有这些具体细节的情况下被实践。在其它实例中，没有详细描述公知的方法、过程、部件、模块、单元和/或电路，以便不使本发明模糊。
虽然本发明的实施例在这一点上并不被限制，但是利用术语例如“处理”、“计算(computing)”、“计算(calculating)”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”或诸如此类的讨论可以指计算机、计算平台、计算系统或其他电子计算设备的操作和/或过程，其将被表示为在计算机的寄存器和/或存储器内的物理(例如电子)量的数据操纵和/或转换成类似地被表示为在计算机的寄存器和/或存储器或可以存储执行操作和/或过程的指令的其他信息非暂时性存储介质(例如存储器)内的物理量的其他数据。虽然本发明的实施例在这一点上并不被限制，但是如本文所使用的术语“多数”和“多个”可以包括例如“若干个(multiple)”或“两个或更多个”。术语“多数”或“多个”可以在整个说明书中用于描述两个或更多个部件、设备、元件、单元、参数或诸如此类。除非明确规定，本文描述的方法实施例不限于特定的次序或顺序。另外，所描述的方法实施例或其元件中的一些可以同时、在同一时间点或并行地出现或被执行。除非另有指示，否则如本文使用的连词“或”应被理解为包括性的(规定选项中的任一个或全部)。
本发明的一些实施例可以包括物品，例如计算机或处理器可读介质或计算机或处理器非暂时性存储介质，例如编码、包括或存储指令例如计算机可执行指令的存储器、磁盘驱动器或USB闪存，所述指令在由处理器或控制器执行时实现本文公开的方法。
根据本发明的实施例，在身体的区域中的组织的辐射反射或辐射透射被测量。在一些实施例中，反射的辐射可以指经由表面从组织发出的辐射，组织通过该表面被照射或照亮。因此，反射的辐射可以由从在不相似的介质之间的界面反射的辐射和在反向方向上散射的辐射中的一个或更多个辐射产生。例如，测量单元可以放置在组织的表面(例如患者的身体的皮肤表面、耳膜或另一表面)上或附近。测量单元可以包括一个或更多个辐射源和一个或更多个辐射检测器。测量单元可以被配置成测量反射。例如，辐射源可以被配置成照射或照亮组织表面(例如，患者的皮肤表面)。当照射组织表面时，辐射穿透到组织中。辐射检测器可以瞄准被照射的表面，以便检测由该表面所覆盖的组织所反射或反向散射的辐射。在其他情况下，辐射源和检测器可以被配置成测量辐射穿过组织的透射。例如，测量单元可以被配置成使得由辐射源发射的辐射被引导到辐射检测器。因此，当组织(例如，患者的身体的一部分，例如耳朵、手指、脚趾、皮肤的褶层(fold of skin)或身体的其他部分)被放置在从辐射源到相应的辐射检测器的光路中时，可以测量辐射穿过组织的透射。
反射测量或透射测量可以指示组织的状态。组织可以包括皮下液体，例如血液或其他液体。在一些实施例中，术语“皮下”可以指在可以或可以不覆盖有皮肤的组织内的深度。例如，皮下液体可以在膜内或后面，例如在耳膜内或后面或在肺组织内。组织的状态可以指示患者中的医学状况。例如，医学状况可包括中耳炎、褥疮的早期阶段或在完好皮肤下液体在皮下积聚的其他类型的深部组织损伤。组织的状态可以包括在血液或其他皮下液体中的物质的浓度。该物质(例如，药物、造影剂、食物成分或补充物或其他被施与的产物)可以(例如，通过口服或经由注射或输注)施与给患者，可以是在被施与的物质上的生理过程的产物，或者可以由患者的身体产生。例如，最常见的褥疮是在皮肤下面足跟骨上方。足跟骨被覆盖有通常由甘油三酯组成的薄脂肪层。当局部缺血开始时，甘油三酯脂肪组织分解成甘油和游离脂肪酸。根据一些实施例，包含例如甘油和游离脂肪酸的不同浓度的查找表可以被创建，并且该查找表还可以包括关于(例如，在不同的波长中)这样的物质吸收的数据。处理器可以通过将来自被检查组织的光学读数与在查找表中的吸收值进行比较来确定在足跟骨上方(或在任何其他位置处)的组织的状态，并且基于不同物质的所确定的浓度来确定DTI的存在和程度或严重性。
在电磁波谱的短波红外(SWIR)光谱区的至少两个光谱带中测量反射或透射。如在本文中所使用的，SWIR光谱区用于包括约1000nm至约2500nm的波长范围。该光谱区的较短波长有时被称为近红外(NIR)。
第一光谱带可以在SWIR光谱区的一部分中，与相邻的带或其他带相比，第一光谱带中(例如，在从大约1400nm到大约1500nm的波长带中)辐射被水强烈地吸收。如在本文中所使用的，当(例如，如由吸收系数表征的)吸收比在比较带(comparison band)中至少大一个数量级(大约10倍或更多)时，辐射被认为被强烈地吸收。
第二光谱带在相邻SWIR光谱带中，例如在从大约1000nm到大约1350nm的波长带中，或者在从大约(例如，±10％)1500nm到大约2100nm的波长带中。第二光谱带足够接近第一光谱带，使得在两个光谱带中的辐射与除水之外的组织成分的相互作用(例如，吸收或散射)实质上是相同的(例如，具有与组织相同或非常相似的行为相互作用)。例如，由除水之外的这样的组织成分(诸如血红蛋白、黑色素和其他发色团)对在约1000nm至约1800nm的光谱带中的辐射的吸收是大致恒定的(吸收系数在约0.1cm-1至约1cm-1的范围内)。散射系数为约5cm-1至约15cm-1。因此，辐射可以穿透到组织内深至8cm到10cm。
例如，两个带之间的间隙可以不大于200nm。在一些情况下，两个带之间的间隙可以不大于100nm。
例如，两个或更多个辐射源可以被配置成发射在SWIR光谱区的不同光谱带中的辐射。作为另一个示例，两个或更多个辐射检测器可以被配置成检测在SWIR光谱区和/或可见光谱区(也被称为VIS)的不同光谱带中的不同辐射。辐射源和辐射检测器都可以被限制到特定的光谱带。
例如，源或检测器可以包括合并光谱色散元件(例如光栅、棱镜或光谱选择性光学涂层)的波长选择装置、聚焦光学器件(例如透镜或反射镜)和包含单独地可旋转(或成组地可旋转)的微镜的微镜阵列。源自于(用于照射组织的)辐射源或组织(例如，在反射或透射之后)的辐射可以聚焦到色散元件上以在空间上分离辐射的不同光谱分量(例如，波长范围或光谱带)。例如，可以在不同的方向上引导不同波长的辐射。来自色散元件的在光谱上分离的辐射可以聚焦到微镜阵列上。例如，每个光谱分量可以入射在阵列的不同微镜上。因此，每个微镜可以选择性地旋转以朝着或远离源孔(source aperture)(以照射组织表面)或检测器(以作为透射或反射辐射被检测)引导辐射的特定光谱分量。
在一些情况下，或者辐射由不同辐射源发射的光谱带，或者不同的辐射检测器对其是敏感的光谱带，可以部分地或完全重叠。在这种情况下，光谱分离可以由另一个部件(例如，源、检测器或光学器件)实现。
在生物组织中，在特定光谱带中(例如，在SWIR范围内)的辐射的吸收可以确定吸收不同波长的电磁辐射的各种物质或发色团的贡献。发色团是在光谱带中在不同程度上吸收光或电磁辐射的分子的官能团。每个发色团由作为波长的函数并且可以用来识别该分子的存在的特定特征吸收表征。
实际上，只有少数发色团对在从约800nm到约2400nm的NIR-SWIR范围内的吸收做出贡献。在这个区域中，对在身体中的吸收的主要贡献源自(氧或脱氧)血红蛋白、水、脂肪和黑色素的存在。可能潜在地对吸收做出轻微(例如，大约1％-3％)贡献的其他发色团包括肌红蛋白、细胞色素、胆红素、脂质和其他物质。
在具有大于约1000nm的波长的SWIR辐射中，水对吸收的贡献大于血红蛋白、黑色素和其他发色团对吸收的贡献。
例如，光谱带之一可以包括被水强烈地吸收的从约1400nm至约1500nm的SWIR带。光谱带中的另一个可以包括从大约1000nm到大约1350nm的SWIR带或者从大约1500nm到大约2100nm的SWIR带。在一些情况下可以不使用在从大约1350nm到1400nm的光谱区中的辐射，在该范围的光谱区中水进行的吸收随波长而快速变化(在吸收与波长的关系曲线中具有大斜率)。
在一些情况下，可以在从大约1300nm到大约1430nm的光谱区中测量作为波长的函数的辐射的吸收的变化率。在这个光谱区中，水进行的吸收随波长而快速变化。吸收随波长的高变化率(在1mm的水中的吸收的绝对变化率大于0.007nm-1)可被利用来检测在组织中水的存在(或水的量或浓度)。例如，可以计算吸收(或反射或透射)与波长的关系曲线的斜率。作为示例，可以注意到在图3中，(具有不同的含水量的)正常组织曲线72和疾病组织曲线74的斜率在1300nm至1430nm的光谱范围内明显不同于彼此。
反射或透射的测量可以在电磁波谱的SWIR区的至少两个不同的但相邻的光谱带中执行。反射或透射测量的结果可以通过与前面测量或校准的结果的比较来分析。该比较可用于确定皮下组织的状态。
例如，可以选择光谱带之一，使得在该光谱带中的反射或透射相对地不被医学状况的存在或不存在影响。在该光谱带中的测量到的反射或透射可以用作参考。例如，参考测量可以为在存在对测量特定的条件的情况下的测量设置基线值或临时校准。条件可以与患者的身体(例如，测量被进行于的皮肤或组织表面或身体部分的尺寸或其他属性)有关。条件可以与用于执行反射或透射测量的测量单元的特性的漂移或瞬时变化有关。
可以通过监测暗信号(例如，当辐射检测器被辐射屏蔽时)和辐射源的强度(例如，通过提供从辐射源到相应辐射检测器的直接辐射通道)来进一步校准测量。
可以选择光谱带中的另一个，使得在该光谱带中的反射或透射测量对组织的状态是敏感的。因此，当根据各种参考和校准测量进行调整时，在那个另一个光谱带中的测量可以指示组织的状态。因此，可以无创地检测组织的状态。
例如，光谱带之一可以包括被水强烈地(例如，几乎完全)吸收的SWIR电磁辐射的波长。光谱带中的另一个可以包括被水在很大程度上透射的SWIR电磁辐射。在一些情况下，光谱带之一可以包括SWIR电磁辐射，其吸收随着波长而快速变化(例如，代替辐射被强烈地吸收的光谱带，或除了辐射被强烈地吸收的光谱带以外)。
图1A是根据本发明的实施例的用于基于红外辐射的反射的对皮下液体的无创分析的系统的示意图。
液体分析系统10包括反射测量单元12。反射测量单元12包括红外辐射源14和辐射检测器16。在反射测量单元12的光学头13上的单元孔19被配置成放置在患者的组织表面22上或附近，以便测量从被组织表面22覆盖的组织反射的红外辐射。液体分析系统10被配置成确定皮下组织的状态，例如在被组织表面22覆盖的组织中皮下医学状况的存在或不存在，或者测量在流经组织的血液中被施与物质的存在或不存在。
反射测量单元12可以被配置成由用户的单只手握住和操作。例如，用户可以包括医疗保健专业人员、护理人员或患者。反射测量单元12可以包括以电池或其他独立的(self-contained)电源的形式的内部电源，或者可以连接到外部电源。反射测量单元12、光学头13或两者可以具有大致或基本上圆柱形的形式，或者可以具有另一种几何形式或形状。因此，单元孔19可以具有基本上圆形或椭圆形的形状或者其他形状。
光学头13的单元孔19可以包括一个或更多个组件孔。
图1B是图1A中所示出的系统的光学头的多个组件孔的示意图示。单元孔19包括多个组件孔40。每个组件孔40可以被配置成使来自红外辐射源14的单个组件红外源(singlecomponent infrared source)的辐射能够通过或使辐射能够通过到辐射(例如，红外)检测器16的组件检测器(component detector)。在所示的配置中，单元孔19是圆形的，并且组件孔40以六边形图案布置。其他配置可以包括单元孔19的其他形状或组件孔40的其他布置。
红外辐射源14被配置成经由光学头13的单元孔19用SWIR辐射照射组织表面22。红外辐射源14可以包括一个或更多个单独的组件红外源。例如，两个或更多个组件红外源各自可以产生在一个或更多个光谱带中的SWIR辐射。例如，红外辐射源14可以包括卤钨灯或其他白炽灯、氙气灯或其他气体发射辐射源、荧光辐射源、电子辐射源(例如，发光二极管、激光二极管或激光器)或其他辐射源。
红外辐射源14可以包括发射在两个或更多个光谱带上的辐射的单个宽带红外源。在一些情况下，来自单个宽带红外源的红外辐射可以经由单独的光谱带选择设备(例如，其包括滤光器、棱镜或光栅)被分开引导(channeling)以形成有效的单带源。例如，可以顺序地执行单独的引导以经由单元孔19的单个组件孔40快速连续地(例如，小于1毫秒)辐射在不同光谱带中的红外辐射。作为另一个示例，来自宽带源的辐射可以被分散(例如，使用分束器)，并且经由不同的频带选择设备同时被引导以经由单元孔19的单独组件孔40同时在不同的光谱带中辐射。
光学头13的光学器件18可以将来自红外辐射源14的红外辐射引导出单元孔19(或者将来自红外辐射源14的组件红外源的红外辐射引导出单元孔19的组件孔40)到组织表面22。例如，光学器件18可以包括一个或更多个反射镜、反射器、光导管或光纤、透镜、滤光器、光栅、偏振器、分束器、棱镜、孔、准直器、快门或其他部件。类似地，光学器件18可以将来自组织表面22的辐射(例如，反射辐射)经由单元孔19引导至红外辐射检测器16(或者经由单元孔19的组件孔40引导至红外辐射检测器16的组件检测器)。光学器件18的一个或更多个部件可以用来将来自红外辐射源14的辐射引导到组织表面22并且将来自组织表面22的辐射引导到红外辐射检测器16。可替代地或另外地，可以提供光学器件18的单独的部件，或者用于将来自红外辐射源14的辐射引导至组织表面22，或者用于将来自组织表面22的辐射引导至红外检测器16。
光学器件18可以是或可以包括色散元件(例如光栅、棱镜、具有光谱选择性光学层或涂层的元件或另一色散元件)以及用于朝着单元孔19(例如，用于将组织表面22的照射限制到选定波长)或朝着红外检测器16(例如，用于将反射或透射辐射的检测限制到选定波长)引导一个或更多个选定波长的辐射的微镜阵列。
光学器件18可以被配置成将由红外辐射源14发射的辐射的一部分引导到红外检测器16。因此，可以监测由红外辐射源14发射的辐射的强度。光学器件18可以包括快门或被配置为阻断辐射(例如，由红外辐射源14发射的辐射)使其不能到达红外检测器16的其他部件。当辐射被阻断时，可以进行基线测量(例如，由于杂散辐射而引起的暗电流或检测水平)。
红外检测器16可以被配置成检测来自组织表面22的经由单元孔19进入反射测量单元12的SWIR辐射。红外检测器16可以包括一个或更多个组件检测器。例如，可以使由组织表面22反射的辐射能够经由组件孔40之一射在红外检测器16的组件检测器上。
两个或更多个不同的组件辐射检测器可以被配置成检测或被优化来检测在一个或更多个光谱带中的SWIR辐射。组件检测器可以包括为SWIR辐射的一个或更多个光谱带配置或优化的固态或其他光电换能器或光电检测器。组件检测器可以包括热检测器、(例如，包括InGaAS的)光子检测器或者另一种类型的宽带检测器。红外检测器16的组件检测器的温度可以(例如，通过热电冷却或加热)被调节或者可以不被调节。
红外检测器16或控制器28可以包括放大器以放大由红外检测器16产生的检测信号。例如，放大器可以包括跨阻抗放大器或其他放大器。
红外检测器16或控制器28可以包括对数转换器，其使组织的吸光率值或者与吸光率成比例的量的直接计算成为可能。吸光率数据可用于分析在组织表面22下方的液体例如水或血液(例如，检测褥疮或药物或其他物质在血液中的浓度)。
组件孔40可以被布置成使得在由红外辐射源14的特定组件红外源发射并由组织表面22反射的特定波长带中的辐射可能射在红外检测器16的相应(例如，被配置或优化为检测在那个同一波长带中的辐射)组件检测器上。例如，一对相应组件孔40的位置可以被布置成使得经由该对相应组件孔40之一照射组织表面22的辐射可以被组织表面22镜面地反射到该对相应组件孔40中的另外一个中。
光学头13的单元孔19可以被配置成抵靠或靠近组织表面22放置。光学头13可以设置有可移除保护盖20，当反射测量单元12在使用中时，可移除保护盖20可以放置在单元孔19之上。可移除保护盖20的至少一个外表面可以由适合于(例如，被适当的组织批准的)与人类皮肤或其他组织表面接触的材料构成。保护盖20的至少一个区域(例如，被配置为放置在单元孔19之上的区域)在反射测量单元12被配置为操作的光谱带中实质上是透明的或半透明的。合适的材料可以包括例如刚性乙烯基、聚碳酸酯、POLY
Figure BDA0002381639460000121
塑料材料或其他材料，例如聚氨酯(PU)b、热塑性弹性体(TPE)、硅树脂(LSR)等。
可移除保护盖20可以包括与在光学头13上的相应结构协作的结构(例如，调整片、突出部、凹口、夹子或其他结构)以防止或抑制可移除保护盖20例如在使用期间意外或无意地从光学头13脱落。
保护盖20可以是一次性的、可清洁的或可消毒的。可移除保护盖20可以从光学头13移除，并且在不同患者上使用反射测量单元12之间(例如，用不同的可移除保护盖20，或者在清洁和消毒之后用相同的可移除保护盖20)被替换。可移除保护盖20的使用可以使反射测量单元12卫生使用于不同患者上成为可能，同时不暴露反射测量单元12而免于重复清洁或消毒。
液体分析系统10可以包括控制器28。控制器28可以包括微控制器单元(MCU)或者一种或更多种其他类型的控制器、微处理器或处理器。控制器28可以包括例如两个或更多个相互通信设备或单元。控制器28可以被配置成控制红外辐射源14的操作，并且从红外检测器16接收指示检测到的辐射的信号。例如，控制器28可以包括被配置成控制红外辐射源14和红外检测器16的操作的电路系统。控制器28可以被配置成响应于用户控件27的操作而操作。例如，用户控件27可以包括一个或更多个用户触摸可操作控件，例如按钮、拨号盘、开关、杠杆、触敏表面或其他触摸可操作控件。用户控件27可以包括其他类型的控件，例如光敏控件、声音操作的控件、电磁地可操作的控件、接近度传感器、压力传感器或其他类型的控件。
控制器28可以被配置成例如根据由红外检测器16检测到的强度来动态地调节由红外辐射源14发射的辐射的强度。例如，可以调节强度以适应各种组织厚度、皮肤颜色或其他特征。组件红外源的强度可以根据另一组件红外源的输出来被调节。
控制器28可以被配置成数字地过滤红外检测器16的信号，例如以移除基线漂移的效应和由患者移动引起的伪像。
控制器28可以包括可以被配置为根据编程指令来操作的处理器或处理单元。控制器28或控制器28的处理器可以经由连接36与外部设备30通信。外部处理设备30可以表示具有处理能力的设备，例如计算机、智能手机或其他设备。外部处理设备30可以是便携式的(例如便携式计算机或智能手机)，或者可以是固定的(例如服务器)。外部处理设备30可以包括输入设备34(例如，键盘、小键盘、触摸屏、指向设备或其他输入设备)、输出设备32(例如，显示屏或其他输出设备)或两者，或者与输入设备34、输出设备32或两者通信。连接36可以代表电线或电缆连接、无线连接(例如蓝牙)、网络连接或另一种通信连接。
外部处理设备30可用于传递命令或编程指令以控制控制器28的操作。例如，可以使用输入设备34来操作外部处理设备30以将参数或指令(例如，测量协议)下载到控制器28。来自反射测量单元12的操作的测量结果或者由例如外部处理设备的处理器38执行的对测量结果的分析结果可以由外部处理设备30的输出设备32输出，以供由液体分析系统10的用户检查或复查。
外部处理设备30可以(例如，经由网络，例如互联网)与一个或更多个其他处理器、计算机或服务器通信。例如，所测量到的光谱反射或透射数据可以被传递到远程服务器。远程服务器可以分析所传输的数据，并返回医学状况的状态的诊断或其他指示。
控制器28可以与存储器24(和/或外部处理设备的存储器39)通信。存储器24可以包括一个或更多个易失性或非易失性存储设备。存储器24可以被合并在反射测量单元12、外部处理设备30或其他设备内。存储器24可用于存储例如用于控制器28的操作的编程指令、用于由控制器28在操作期间使用的数据或参数或者控制器28的操作的结果。
控制器28和/或处理器38可以与数据存储设备26通信。数据存储设备26可以包括一个或更多个固定的或可移除的非易失性数据存储设备。数据存储设备26可以被合并在反射测量单元12、外部处理设备30或其他设备内。例如，数据存储设备26可以包括用于存储用于控制器28的处理单元或外部处理设备30的操作的程序指令的计算机可读介质。注意，数据存储设备26可以远离处理单元。在这种情况下，数据存储设备26可以是远程服务器的存储设备，其存储可以被下载和安装用于由处理单元执行的一个或多个安装包。数据存储设备26可用于存储供控制器28在操作期间使用的数据或参数或控制器28的操作(例如辐射的检测)的结果。
数据存储设备26可用于存储使组织表面22的光谱吸收、透射或反射特性与一种或更多种医学状况相关的数据。该数据可以以数据库的形式被存储。处理器或控制器28或另一个处理器或控制器可以被配置成执行本文描述的方法。
根据本发明的实施例，用于皮下液体的无创分析的系统可以基于所测量的SWIR辐射的透射。
图2A是根据本发明的实施例的用于基于红外辐射的透射的对皮下液体的无创分析的系统的测量单元的示意图。
可在用于皮下液体的无创分析的系统中，诸如在液体分析系统10中(例如，代替图1A的反射测量单元12，或者除了图1A的反射测量单元12之外)使用透射测量单元50。透射测量单元50被配置为测量通过身体部分52的透射。例如，身体部分52可以代表身体的一部分(例如，耳朵、手指、皮肤褶层)，SWIR辐射的可测量部分被透射通过身体的该部分。
透射测量单元50包括辐射源臂54和检测臂55。
辐射源臂54可以包括红外辐射源14和源光学器件53a。在一些情况下，红外辐射源14可以位于辐射源臂54的外部。在这种情况下，源光学器件53a可以被配置成(例如，用反射镜、光导管或光纤)将来自红外辐射源14的辐射传送到源臂孔57a。
如上所述，红外辐射源14可以包括两个或更多个单独的组件红外源。源光学器件53a可以被配置成同时或顺序地将辐射从组件红外源传送到源臂孔57a或者源臂孔57a的单独组件孔。
源光学器件53a可以是或可以包括色散元件(例如光栅、棱镜、具有光谱选择性光学层或涂层的元件或另一个色散元件)、聚焦光学器件以及用于将一个或更多个选定波长的辐射从红外辐射源14导向源臂孔57a的微镜阵列。
检测臂55可以包括红外检测器16和检测器光学器件53b。在一些情况下，红外检测器16可以位于检测臂55的外部。在这种情况下，检测器光学器件53b可以被配置(例如，用反射镜、光导管或光纤)成将辐射从检测臂孔57b传送到红外检测器16。
如上所述，红外检测器16可以包括两个或更多个单独的组件检测器。检测器光学器件53b可以被配置成同时或顺序地将辐射从检测臂孔57b传送到红外检测器16的组件检测器，或者从检测臂孔57b的单独组件孔传送到红外辐射检测器16的组件检测器。
检测器光学器件53b可以包括色散元件(例如光栅、棱镜、具有光谱选择性光学层或涂层的元件或另一个色散元件)、聚焦光学器件以及用于将一个或更多个选定波长的辐射从检测器臂孔57b导向红外检测器16的微镜阵列。
辐射源臂54、检测臂55或两者可以向外(远离彼此)或向内(朝着彼此)旋转。辐射源臂54或检测臂55的向外旋转可以使身体部分52能够插在这些臂之间。辐射源臂54或检测臂55的向内旋转可以使源臂孔57a和检测臂孔57b与身体部分52接触或靠近身体部分52。源臂孔57a和检测臂孔57b各自可以覆盖有可移除保护盖20。
旋转机构56可以被配置成实现辐射源臂54和检测臂55的向外或向内旋转。例如，旋转机构56可以包括铰链、万向支架、轴承或其他机构以实现辐射源臂54或检测臂55的旋转。例如，用于辐射源臂54和检测臂55之一的单独旋转机构56。可以为辐射源臂54和检测臂55两者设置单独旋转机构56(例如，如在图2A中示意性地所示的)。在辐射源臂54和检测臂55之间可以设置单个旋转机构56(例如，单个铰链机构)(例如，如在图2B和图2C中示意性地所示的)。旋转机构56可以包括弹簧、闩锁或其他机构以在身体部分52插在辐射源臂54和检测臂55之间时保持辐射源臂54和检测臂55抵靠身体部分52。因此，旋转机构56可以将透射测量单元50附着到身体部分52。
旋转机构56可以被配置成使身体部分52的厚度的测量成为可能。例如，旋转机构可以包括编码器或用于测量旋转机构56的旋转角度的其他测量设备。可替代地或另外地，旋转机构可以包括用于确定旋转机构56的旋转角度的角度标尺或机械旋转量规。所测量的旋转角度连同旋转机构56(例如，旋转机构56的旋转轴)距源臂孔57a或检测臂孔57b的已知距离可用于(例如，由处理器或控制器)计算厚度。
当源臂孔57a和检测臂孔57b位于身体部分52上或附近时，透射测量单元50可以被操作为测量SWIR辐射从红外辐射源14穿过身体部分52到红外检测器16的透射。
图2B示意性示出了图2A的测量单元到手指的附着。
例如，透射测量单元50可以被夹到指尖60以测量SWIR辐射穿过指尖60的透射。例如，透射测量可以指示医学状况，例如物质在流经指尖60的血液中的浓度。
图2C示意性示出了图2A的测量单元到耳朵的附着。
例如，透射测量单元50可以被夹到外耳62以测量SWIR辐射穿过外耳62的透射。例如，透射测量可以指示医学状况，例如物质在流经外耳62的血液中的浓度。
根据本发明的实施例，可以利用反射或透射测量来表征患者中的组织。
光谱反射率测量值R(λ)可以被表示为
Figure BDA0002381639460000171
其中I0(λ)是测得的源强度，I(λ)是测得的反射强度，以及B0(λ)是基线测量值(例如，当红外辐射源14关闭时或者当红外检测器16例如被快门覆盖时被测量的)。源强度I0(λ)可以(例如，由专用检测器)被连续地监测，或者可以在从红外辐射源14到红外检测器16的光路中没有组织(例如，皮肤表面或身体部分)的情况下被测量。
在一些情况下，当B0(λ)比I0(λ)或I(λ)小得多时，基线测量值B0(λ)可以被忽略。
可通过下式来计算可用于表征组织的相对光谱吸光率A(λ)：
Figure BDA0002381639460000172
其中无量纲值A(λ)＝αAL是相对光谱吸光率，αA是吸收系数，L是路径长度或组织穿透深度；以及αR是反射系数。一般来说，相对吸光率A(λ)对应于光谱消色(spectralextinction)，其从吸收和散射产生。
可以在皮肤或组织的单个区域上执行在两个或更多个光谱带Δλi中的反射率测量以产生A(Δλi)或R(Δλi)的单独测量值。例如，光谱带可以包括波长范围～1400nm–1500nm(被水强烈地吸收)、～1000nm–1350nm(不被水强烈地吸收)和～1500nm–2100nm(不被水强烈地吸收)中的两个或更多个。
可以从在两个波长带Δλi和Δλj中的测量值计算差分吸收ADiff，其中i≠j：
Figure BDA0002381639460000181
Aref和Rref指在用作参考带的光谱带之一中的吸光率和反射率。例如，在参考带中的辐射可以在很大程度上被吸收、散射或透射，而不管待检测的医学状况是否存在。例如，可以选择～1400nm–1500nm(强吸水性)的波长范围、该范围的一部分或另一个类似地未受影响的光谱范围作为参考带。
在其他光谱带之一(被称为操作带)中的辐射的吸收、散射或透射可以可检测地取决于医学状况的存在或不存在。例如，操作带可以包括光谱范围～1000nm–1350nm、～1550nm–2100nm中的一个或两个、一个或两个该光谱范围中的一个或更多个部分或者另一个合适的光谱范围。在这里以及在整个说明书中，符号～指示近似值(例如，±10％)。
差分吸收可以与组织的状态(例如，医学状况的存在、不存在、程度或其他状态)相关。例如，先前测量结果的数据库可以使差分吸收与诸如炎症(例如中耳炎或其他炎症)、肿瘤(例如在结肠或其他地方中)的医学状况或其他状况的状态相关联。差分吸收值可用于区分开状况(例如炎症和肿瘤、健康和患病的组织)，检测或测量在组织内的液体或其他状况。
在一些情况下，当预期下层组织是健康的(例如，基于其他医学指示)并且怀疑不健康组织存在于另一处时，可以在组织表面的区域上进行反射测量。
具有相同设置且在相同波带Δλi(i＝1，2，3)中的两次测量的差分吸收ADiff产生两个不同的光谱吸收值Aref(Δλ)和ASUS(Δλ)，它们分别对应于健康组织(参考吸光率，Aref)和可疑组织ASUS：
Figure BDA0002381639460000191
为了提高可检测性，可以同时使用所有三个光谱范围Δλi(i＝1，2，3)。
在一些情况下，发色团含量可以定量地被测量。在一些情况下，区别被限制到两种状态，例如健康或患病(例如，由在组织中皮下液体的积聚指示的褥疮的存在)的组织。
在一些情况下，可以通过计算组织液体指数(TLI)、皮下液体指数(SDFI)或另一个量来确定医学状况的状态(例如，患病组织的存在)。参数C，诸如TLI、SDFI或另一个参数，可以被定义为如在两个不同的波长带Δλi和Δλj处测量的反射率的归一化差值，其中i≠j：
Figure BDA0002381639460000192
在一些情况下，C可以通过下式来近似：
Figure BDA0002381639460000193
或者
Figure BDA0002381639460000194
或者
C＝slope[R(Δλ)]
图3示出了光谱反射率的曲线图的示例。
曲线图70示出作为波长的函数的以任意单位的测量到的反射率。正常组织曲线72可以表示正常或健康组织的光谱反射率。患病组织曲线74可以表示患病或不健康组织的光谱反射率。水曲线76表示以任意单位的水的光谱透射率(例如，对于特定的光路，例如1mm；透射率＝1–吸光率)。
可以注意到，在1400nm–1500nm的波长带中(由于辐射的强吸收而引起的低的水反射率)，在正常组织曲线72和患病组织曲线74之间有很小的差异。然而在相邻带(例如，小于约1350nm的波长)中，差异更明显。
发色团的量化可以使可以通过注射、输注或其他方式施与的物质或材料(例如，药物或其他物质)的浓度水平的变化的估计成为可能。
血液的光谱透射率TB可以被表示为
Figure BDA0002381639460000201
其中aB(λ)代表血液的且相应地在波长λ处的吸收系数(例如以cm-1为单位)，α(λ)是组织的附加成分的吸收系数，以及L是吸收路径的长度(例如，以cm为单位)。I(λ)是检测到的透射辐射的强度，以及I0(λ)是入射辐射的强度。
类似地，血液和所引入的物质的混合物的光谱透射率T％S可以被表示为
Figure BDA0002381639460000202
其中aS(λ)代表所引入的物质的吸收系数。
吸收系数可以与血液的浓度CB和所引入的物质的浓度CS有关：
aB(λ)＝εB(λ)·CB，以及
αS(λ)＝εS(λ)·CS。
其中εB和εS分别代表血液和所引入的物质的吸收率系数(例如，以l·mol-1·cm-1或l·g-1·cm-1为单位；也被称为特定吸收系数或质量吸收系数)。
在波长λ处的相对吸光率AS(无量纲)可以与所引入的物质的浓度有关：
Figure BDA0002381639460000203
相对吸光率可以用系数p1(例如，以l·g-1为单位)和p2(无量纲)被表示为线性方程：
AS＝p1·CS+p2。
在波长λn处的归一化光谱透射率S可以从测量值k被计算为：
Figure BDA0002381639460000211
Imeas(λn,k)是对于测量值k的在波长λn处所测量的辐射强度，Imeas(λn,k)与T％S成比例。Iref(λn,k0)是对于在将物质引入到血液内之前进行的测量值k0的参考信号，Iref(λn,k0)与TB成比例。Idark(λn)表示在没有辐射源的情况下例如当辐射源关闭时进行的基线测量值。
因此，在两个波长λ1和λ2处对于测量值k的差分光谱吸光率ADiff可以被计算为
Figure BDA0002381639460000212
例如，TB和T％S可以表示在两个波长λ1和λ2处测量的血液的相对光谱透射率以及血液和所引入的物质的混合物的相对光谱透射率：
Figure BDA0002381639460000213
Figure BDA0002381639460000214
KB＝(aB(λ2)–aB(λ1))和KS＝(aS(λ2)–aS(λ1))分别代表血液和所引入的物质的不同吸收系数。
在两个波长λ1和λ2处的相对差分吸光率AS(无量纲)与所引入的物质的浓度相关为：
Figure BDA0002381639460000215
在两个波长λ1和λ2处的归一化光谱透射率S可以从测量值k被计算为：
Figure BDA0002381639460000216
然后在两个波长λ1和λ2处对于测量值k的差分光谱吸光率ADiff为：
ADiff(λ1,λ2)＝log[S(λ1,λ2,k)]
差分光谱吸光率测量可以消除背景材料的影响。例如，如果由背景材料(例如，除水之外的组织成分或被引入到血液中的物质)进行的吸收和散射在两个所测量的光谱带中基本上是恒定的，则差分光谱吸光率可以指示组织的含水量(例如，如指示存在或不存在流体积聚在组织中的医学状况或指示血液的含水量)。
在差分光谱吸光率和在血液中的物质的浓度之间的已知关系可以应用于所测量的差分光谱吸光率以确定在血液中的物质的浓度。例如，已知的关系作为表示该关系的参数化公式(例如多项式或其他公式)、作为查找表或以另一种方式被应用。
图4示出吸光率与物质的浓度的关系的示例的曲线图。
曲线图80的线82示出如在对数标度(例如，以μg/ml为单位)上绘制的在相对吸光率(无量纲)和在血液中的物质(例如二异丙酚(propofol))的浓度之间的关系。可以从实验室测量值84(例如从在包含血液中的不同浓度的物质的试管上的透射测量值)导出该关系。可以通过应用拟合技术以将线82拟合到实验室测量值84来导出关系。
图5是描绘根据本发明的实施例的用于皮下液体的无创分析的方法的流程图。
应当理解，关于本文引用的任何流程图，仅为了方便和清楚而选择将所示方法分成由流程图的块表示的分立操作。在有等效结果的情况下，将所示方法可替代地分成分立操作是可能的。将所示方法这样可替代地分成分立操作应该被理解为表示所示方法的其他实施例。
类似地，应当理解，除非另有指示，否则由本文引用的任何流程图的块表示的操作的所示执行顺序仅为了方便和清楚而被选择。所示方法的操作可以在有等效结果的情况下以可选的顺序或者同时被执行。所示方法的操作的这种重新排序应该被理解为表示所示方法的其他实施例。
皮下液体分析方法100的操作可以由用于皮下液体分析的设备的控制器的处理器或者由与用于皮下液体分析的设备的控制器通信的处理器执行。
皮下液体分析方法100的执行可以由用于皮下液体分析的设备的用户发起。例如，用户可以操作控件来发起皮下液体分析方法100的执行。作为另一个示例，当用于皮下液体分析的设备被激活(例如，打开)时并且当(例如，通过光学传感器或通过接近度传感器)检测到该设备的一个或更多个孔与组织表面接触时，皮下液体分析方法100的执行可以自动被发起。
可以用在被水强烈地吸收的光谱带中的SWIR辐射照射组织(块110)。例如，可以用在从大约1400nm到大约1500nm的波长范围内的SWIR辐射照射组织表面。辐射可以源自宽带源(例如，白热源或其他热源，或源自荧光源)或窄带源(例如，激光二极管或发光二极管)。照射可以被过滤或以其他方式被操纵。例如，由宽带辐射源发射的辐射可以被过滤或以其他方式被操纵以仅选择在水吸收的光谱带内的辐射。
可以用在与被水吸收的光谱带相邻的光谱带中的SWIR辐射照射组织(块120)。例如，在相邻光谱带和被水吸收的光谱带之间的间隙可以不大于200nm。在一些情况下，间隙可以不大于100nm。单个宽带源可以产生在被水吸收的光谱带中和在相邻光谱带中的辐射。在一些情况下，在相邻光谱带中的辐射可以在照射该组织之前与由宽带源发射的辐射隔离。
可以检测在所述光谱带的每一个中从组织发出的辐射(块130)。检测器被配置成产生指示发出的辐射的强度的信号。
例如，一个或更多个检测器可以被配置成检测从被照射的组织表面发出的辐射。例如，辐射源和辐射检测器的光学器件可以瞄准单个组织表面。在这种情况下，检测器被配置成测量反向散射或反射辐射。作为另一个示例，检测器可以被配置成检测从在组织的与被照射的组织表面相对的一侧上的组织表面发出的辐射。在这种情况下，检测器被配置成测量由组织透射的辐射。
在一些情况下，不同的检测器可以被配置成测量在所述波长带的每一个中的发出的辐射。例如，每个检测器可以由仅当用在光谱带之一中的辐射照射时才产生电信号的材料构成。作为另一个示例，检测器光学器件(例如，包括滤光器或光栅)可以限制在光谱带之外的辐射照射检测器。在一些情况下，检测器可以被配置成检测在两个光谱带中的辐射。在这种情况下，在不同光谱带中的发出的辐射的单独测量可以通过用在每个光谱带中的辐射单独地(例如，顺序地或交替地)照射组织来实现。
在一些实施例中，可以在离照射位置的不同距离处测量发出的辐射。例如，可以由布置在离在被照射的组织表面上的位置的不同距离处的多个检测器同时测量发出的辐射。作为另一个示例，可以由一个或更多个检测器在不同的距离处及时顺序地测量发出的辐射，这些检测器离照射位置的距离可以(例如，自动或手动地)改变。在这种情况下，检测器可以设置有被配置为测量在检测器和辐射源之间的距离的传感器或机构(例如，编码器或其他传感器或机构)。在一些实施例中，从每个检测器接收的信号可以对应于检测器离光源的距离。在一些实施例中，由检测器接收的信号的形状和/或强度可以对应于在组织中的医学状况，例如在对健康组织和对深部组织损伤的测量中改变的信号形状，使得当测量同一受验对象(例如人)的受伤组织时对于健康组织接收的信号的形状改变。由于发色团的不同类型和在发色团上的不同类型的化学官能团，信号的形状可以改变。例如，在发色团上的酚环与CO化学键、CH化学键或CN化学键相比将具有不同的吸收曲线形状。吸收曲线不同形状意指在不同波长中和在不同峰高(振幅)处一个或多个吸收峰的不同位置。在一些实施例中，可以使用多个检测器，多个检测器中的每一个可以具有离辐射源的不同距离。应当理解，由每个检测器接收的信号可以具有不同的振幅。根据一些实施例，处理器或控制器可以组合多个检测器的读数，并计算组合吸收曲线(例如，表示组合所有检测到的振幅的结果的曲线)的斜率。根据一些实施例，当(例如，由图1中的处理器38和/或控制器28)检测到组合吸收曲线的斜率的变化时，可以确定组织的状态的变化。
发出的辐射的检测可以在一个或更多个校准、基线或参考测量后面或前面，或可以与一个或更多个校准、基线或参考测量同时进行。例如，当不操作辐射源时，可以进行基线或暗测量。当没有感兴趣的辐射存在时，基线测量可以确定由检测器(例如，由于检测器电子器件或射在检测器表面上的杂散辐射)产生的信号。当由源发射的辐射被直接(例如，不经由组织)传送到检测器时，可以进行校准测量。这种校准测量当与发出的辐射的测量同时或紧接着在发出的辐射的测量之前或在发出的辐射的测量之后被进行时可以实现对在源强度或检测器灵敏度中的漂移的补偿。在一些情况下，可以对从已知状况下的组织中发出的辐射(例如，在已知覆在健康组织上面的皮肤表面上，或者在将物质引入到血液内之前)进行参考测量。
发出的辐射的测量可用于计算组织的相对吸收(块140)。
例如，可以通过计算在光谱带之一中的反射(例如，由于反向散射)辐射的所测量的强度与在另一光谱带中的反射辐射的所测量的强度之比来计算相对反射率。可以从相对反射率推断相对吸收，例如，假设辐射的特征穿透深度在两个光谱带中是相同的。如果辐射的特征穿透深度(例如，从实验室实验中)是已知的，可以计算差分吸光率。
可以通过计算在光谱带之一中的透射辐射的所测量的强度与在另一光谱带中的透射辐射的所测量的强度之比来计算相对透射。因为穿过组织的路径长度对于两个光谱带是相同的，相对吸收可以从相对透射推断出。如果组织的厚度(L)是已知的(或者可以被估计出)并且是恒定的，则可以计算组织的差分吸光率。
在两个波长λ1和λ2处的相对差分吸光率AS(无量纲)与所引入的物质的浓度相关为：
Figure BDA0002381639460000251
根据一些实施例，如下面更详细描述的拉曼光谱学可用于分析测量数据，并确定由于例如深部组织损伤而引起的在组织内部的任何化合物的浓度的变化。所计算的相对吸收可用于确定组织的状态(块150)。例如，计算出的差分吸光率、相对反射率、相对透射率或与相对吸收相关的其他计算出的值可以与先前测量的值进行比较。先前测量的值可以与特定的身体部分、可疑的医学状况、所引入的物质有关，或可以以其他方式与正在被检查的特定状态有关。该比较可以包括在函数关系中替换计算出的值，可以用于从查找表检索对组织的状态的指示，或者可以以其他方式用于确定组织的状态。
应当注意，与(例如，健康患者的)健康组织的相应区域相比，深部组织损伤可以包括在大于约5mm的深度处液体的存在。此外，深部组织损伤可包括作为局部缺血过程(引起对组织的损坏)的产物的物质(例如作为组织的脂肪部分(甘油三酯)的分解产物的游离脂肪酸和/或甘油)的(随着时间的推移)增加的浓度。在血流中(与其他组织不同)，甘油三酯可以以非常低密度的脂蛋白(VLDL)的形式出现，而在其他组织中，甘油三酯的结构被维持。其他物质(例如蛋白酶或肌红蛋白)的积聚也可以指示深部组织损伤的存在。因此，为了确定深部组织损伤的状态，可以最初执行校准以识别在组织中指示这种损伤的物质。如上所述，使用计算出的相对吸收，因此可以确定深部组织损伤的状态。
根据一些实施例，反射率测量可以包括检测在离辐射源的不同横向距离处的反射辐射。在一些实施例中，在不同距离处的这种反射率测量的分析可以指示检测到的特征在组织内的深度。
图6A示意性示出了根据本发明的实施例的用于测量在离辐射源一段距离处的反射的系统。
根据一些实施例，反射测量系统200可以包括源单元202和一个或更多个检测单元204。源单元202可以包括至少一个红外(IR)辐射源14和用于将辐射束引导到例如组织表面22内的源光学器件18a(例如，透镜等)。每个检测器单元204可以包括至少一个IR检测器16和检测器光学器件18b(例如，透镜等)，检测器光学器件18b用于朝着红外检测器16引导辐射，例如从组织表面22发出的辐射。检测器单元204可以位于离源单元202一定测量距离206处。例如，测量距离206可以对应于在源单元202的孔的中心到检测器单元204的中心之间的距离，和/或对应于表征在源单元202和检测器单元204之间的横向距离的另一测量值。
在一些实施例中，检测器单元204和源单元202(或包括多个检测器单元204和/或源单元202的组件)中的至少一个可以相对于彼此移动，以便改变测量距离206。在这种情况下，在不同测量距离206处的反射率测量可以在时间上顺序地被测量。可以用专用机构和/或传感器来确定在测量的时间在检测器单元204和源单元202之间的距离206。例如，检测器单元204和源单元202可以安装在包括用于调节其间的距离的机构的固定装置上。固定装置可以包括伸缩杆、可弯曲接头或任何其他机构以用可控方式调节在检测器单元204和源单元202之间的距离。固定装置可以包括在检测器单元204和源单元202之间的已知距离处的固定挡块。可替代地或此外，可以提供传感器以测量在检测器单元204和源单元202之间的距离。例如，伸缩杆或可弯曲接头可以设置有编码器以测量在检测器单元204和源单元202之间的相对移动。作为另一个示例，测距仪传感器可以直接测量在检测器单元204和源单元202之间的距离。
在一些实施例中，至少一个源单元202和至少一个检测器单元204可以组合在单个测量单元中以同时测量在离源单元202的不同横向距离处从组织表面22发出的辐射。
图6B示意性示出了根据本发明的实施例的用于同时测量在离辐射源的不同横向距离处从表面发出的辐射的测量头的布置。
根据一些实施例，每个测量头208可以包括由多个检测器单元204包围的单个源单元202，并且多个检测器单元204与源单元202分开两个不同的横向距离。在图6B所示的配置中，源单元202被内部检测器单元204a的布置包围，每个内部检测器单元204a与源单元202横向分开实质上等于第一距离206a的距离。内部检测器单元204a被外部检测器单元204b的布置包围，每个外部检测器单元204b与源单元202分开实质上等于第二距离206b的横向距离。在一些实施例中，第二距离206b可以大于第一距离206a。
应当注意，图6B所示的布置仅为了说明的目的而被选择。实际布置可以不同于图6B所示的布置。例如，布置可以包括在离源单元202多于两个的距离处的检测器单元204。布置可以包括检测器单元的不同图案和/或源单元的不同图案。布置可以包括多于一个源单元202。例如，不同的源单元202可以产生具有不同波长的辐射。中心单元可以包括检测器单元204(例如，被源202包围)。
在一些实施例中，到检测到的特征的距离的测量可能是有利的。例如，距离的测量可以使得能够在浅表性褥疮和深部溃疡之间进行区分。在一些实施例中，距离的这种测量可以使得能够在深部压力性损伤和浅表性褥疮之间进行区分。在一些实施例中，在光源和光传感器之间的距离可以被预先确定。在一些实施例中，这样的距离的确定可以允许由于在来自具有到光源的所确定的距离的检测器的信号中的变化而确定在组织中的医学状况(例如，深部组织损伤)。
褥疮是由皮肤和下层组织的持续的机械负荷导致的软组织破裂的区域。它们会干扰生活质量、日常生活的活动和康复，且在一些情况下可能是危及生命的。根据表面负荷的性质和组织完整性，褥疮可以在组织内浅表地或深入地发展。在皮肤表层浸软和脱离的情况下，浅表性褥疮类型在皮肤内形成。当被允许发展时，该损坏可能导致可容易检测的浅表性溃疡。
相反，深部组织溃疡出现在覆盖骨头突出处的肌肉层中，且主要由组织的持续压缩引起。深部组织溃疡可以以比浅表性溃疡更快的速率发展，并导致具有不确定的预后的范围更大的溃疡。
除了吸收遍历组织的辐射之外，NIR和SWIR辐射也可以被这种组织强烈地散射。自由散射长度可以在大约0.3mm到大约1mm的范围内。在一些实施例中，散射可以强烈地向前达到峰值。在自由传输散射长度(例如，大约1mm)之外，与入射照射方向的方向相关性(在实际方向和入射方向之间的相关性)被失去，使得辐射传输可以被建模为光子扩散。在光子扩散模型中，在离辐射源和边界的比自由散射长度远几倍的位置处散射可以是各向同性的。光子可以遵循比在辐射源和辐射检测器之间的几何距离明显更长的复杂轨迹。
图7示意性示出了根据本发明的实施例的辐射入射到不同检测器位置的路径。
根据一些实施例，深部病变部210(或其他深部组织损伤)可以远离组织表面22。入射辐射214可以(例如，从如图6A中所示的源单元202)进入组织表面22。发出的辐射216a、216b和216c可以在离入射辐射214的不同距离处从组织表面22发出，它们分别具有在组织内的遍历辐射路径218a、218b和218c。应当注意，如图7中所示，只有辐射路径218c穿过深部病变部210。因此，只有发出的辐射216c可以对应于在深部病变部210中的水吸收并被水吸收衰减。
根据一些实施例，可以参考修改的朗伯-比尔定律(Beer-Lambert law)来描述在所测量的吸收和皮下液体的浓度差异之间的联系：
Figure BDA0002381639460000291
其中I0(λ)是测得的源强度，I(λ)是测得的反射强度，A(λ)是测得的吸收(衰减)，εwater是水的吸收系数，Cwater是水的浓度，以及εi和Ci是不同吸收化合物的吸收系数和浓度。路径长度<L>～(F·d)表示在组织中的总平均光路(例如，以厘米为单位)，其中d是在入射辐射214的点和发出的辐射216a、216b或216c之一的点之间的距离，以及F是比例因子(与光路长度相关)。散射系数可以被表示为μs＝μs0(1-g)，其中g是散射各向异性。
例如，可以假设在组织表面22下方的穿透深度的比可以是在入射辐射214的点和发出的辐射216a、216b或216c的点之间的横向距离d的两倍。
可以从衰减相对于距离d的斜率(ΔA/Δd)估计皮下液体的浓度差异，其中A1-A2≡ΔA＝ε·(ΔC·＜L＞)，其中A1和A2表示如上所述的差分吸收ADiff，它们用在入射辐射214和发出的辐射216a、216b或216c之间的两个不同的横向距离d来测量。
在一些实施例中，可以分析差分测量值的变化以获得ΔA/ε＝ΔC<L>。当在路径长度<L>和横向距离d之间的关系是已知的时，可以分析测量值以产生水的浓度的变化。
根据一些实施例，拉曼光谱学可被利用来分析测量数据。在拉曼光谱学中，可以通过可见激发波长实现将分子激发到振动状态内的互补散射机制。拉曼散射可以是非弹性散射，其通常由在可见光、近红外或近紫外(UV)区中的强单色光(例如激光)产生。在激发激光与样品中的振动分子或受激电子相互作用之后，激光光子的能量可以变化。作为自发效应，光子可以转移激发能量以将分子从基态改变为虚态(virtual state)。受激分子在发射光子之后然后可以返回到不同的旋转或振动状态。
如对本领域中的普通技术人员可能明显的，在入射波长λ0(激发波长)中的光子的波长和散射光的波长之间的差异被称为拉曼位移。它与分子的特征振荡频率有关，并且可能对应于单个分子键或分子网络的较大分段(fragment)的振荡。对于远离分子吸收带的λ0，拉曼信号的强度可以与λ0 4成反比，因此如果考虑拉曼散射的强度，作为激发源的VIS或UV激光器的应用可以比IR激光器更有效。然而，拉曼散射相对于激发波长的实际效率还可能取决于所研究的结构的尺寸。
此外，也可以考虑由激光束诱发的荧光。荧光对于从270nm延伸到700nm的激发波长λ0范围是最强的，但它的影响对于不同的材料可能是不同的。它对有机材料特别强，所以在VIS和近UV中的激发范围不适合它们的采样。
在一些实施例中，NIR激光器(例如，在785–1064nm的范围内)的应用在选择适当的检测器类型(例如，InGaAs、MCT等)的情况下可以是有效的，所述适当的检测器类型可以确保测量系统在800cm-1到4000cm-1的宽拉曼范围内的高效率。对于等于830nm的激发波长，使用这样的检测器的系统的拉曼范围可以在大约800cm–1处开始。
在一些实施例中，采用拉曼光谱学的测量系统(例如图6A所示的反射测量系统200)可以包括至少一个光源(例如图6A所示的源单元202)。源单元可以包括二极管激光器(例如～100mW)、发光二极管(LED)和/或它们的组合。在一些实施例中，拉曼测量系统可以包括至少一个光传感器(例如，图6A所示的检测单元204)。光传感器可以包括热电冷却电荷耦合检测器(CCD)和/或光谱仪。在一些实施例中，拉曼测量系统可以包括具有光束扩展/聚焦透镜、激光线滤波器、分色镜、全息抑制(陷波)滤波器、低通滤波器和光纤中的至少一种的光学元件(例如，图6A所示的光学器件18a、18b)。在一些实施例中，为了减小背景荧光信号的影响，可以使用830nm激发波长。根据一些实施例，拉曼测量系统可以指示(例如在与健康组织的校准被执行之后由于深部组织损伤而引起的)在组织内的化学化合物的浓度的变化。
根据一些实施例，拉曼测量系统可以包括至少一个处理器(例如图1A中所示的控制器28)和/或与至少一个处理器(例如图1A中所示的外部处理设备30)通信，以便允许根据拉曼光谱学来分析所测量的数据。在一些实施例中，这种分析可以包括在光源和光传感器之间的距离的测量。在一些实施例中，这种分析可以允许在组织内的液体积聚的确定和/或化学化合物(例如肌红蛋白、甘油三酯、蛋白质等)的浓度的确定，并且如果浓度的变化对应于深部组织损伤，从而确定深部组织损伤。在一些实施例中，这种分析可以允许确定作为深部组织损伤的结果而分泌的至少一种物质。
拉曼强度可以比瑞利散射的强度小10-6到10-9倍。因此，为了产生足够数量的拉曼散射光子，可能需要良好控制的高功率光源(例如，～100mW)和足够的积聚时间(例如，几十秒)。在IR光谱学中，在大多数生物环境中水很富足，水进行的很强的IR吸收可能中断目标的发射光子。相反，水的弱拉曼散射可以检测到在富水环境(诸如体液、细胞和/或其他组织)中的生物分子信号。
根据一些实施例，施加在皮肤的区域上的外部条件的受控循环变化也可以允许深部组织损伤的确定。在一些实施例中，以变化的幅度施加压力(例如，用压力传感器测量)和/或以变化的幅度施加热(例如，用温度传感器测量)可以引起在具有深部组织损伤的组织中的辐射的不同吸收和/或散射(与在健康组织中的吸收和/或散射相比)。例如，可以以周期性(例如正弦的)方式施加压力以确定深部组织损伤的存在。
在一些实施例中，(对可见光和/或IR辐射)至少部分地透明的生物可降解元件，例如弹性体或其他软塑料，可以作为盖放置在至少一个辐射检测器上，以便允许保护传感器(例如，避免施加在皮肤上的凝胶)。在一些实施例中，这种生物可降解元件可以是至少90％透明的。
除非明确规定，否则本文描述的方法实施例不限于特定的时间次序或按时间排列的顺序。此外，在方法的一序列操作期间，一些所描述的方法元素可以被跳过，或它们可以被重复。
已经提出了各种实施例。这些实施例中的每一个当然可以包括来自所提出的其它实施例的特征，并且没有被具体描述的实施例可以包括本文所述的各种特征。

Claims (20)

1.一种用于组织的无创分析的方法，所述方法包括：
利用至少一个红外辐射源用在第一光谱带中的被水强烈地吸收的短波红外(SWIR)辐射和用在第二光谱带中的SWIR辐射照射所述组织的表面，使得所述在两个光谱带中的辐射与所述组织的除水之外的成分的相互作用实质上是相同的；
用至少一个辐射检测器测量在所述光谱带中的每个中的从所述组织发出的辐射的强度；
确定由所述至少一个辐射检测器接收的信号的形状和强度中的至少一个的变化；
相对于所述组织对在所述第一光谱带和所述第二光谱带之一中的辐射的吸收来计算所述组织对在所述第一光谱带和所述第二光谱带中的另外一个中的辐射的相对吸收；以及
由处理器根据所计算的相对吸收并根据所确定的在接收到的信号中的变化来确定在完好皮肤下液体在皮下积聚的皮下深部组织损伤的状态，
其中辐射的所述相互作用包括吸收和散射中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一光谱带在1400nm至1500nm的波长范围内，以及其中所述第二光谱带在1000nm至1350nm或1500nm至2100nm的波长范围内。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括以周期性方式在所述组织的表面上施加压力。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一光谱带和所述第二光谱带之间的波长间隙小于200nm。
5.根据权利要求1所述的方法，其中测量所述强度包括测量穿过所述组织透射的辐射的强度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述组织包括手指或耳朵的组织。
7.根据权利要求1所述的方法，其中测量所述强度包括测量由所述组织反射的辐射的强度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述深部组织损伤的状态选自由炎症、褥疮和在完好皮肤下液体在皮下积聚的组织损伤组成的组
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述深部组织损伤的状态包括物质在血液中和在所述组织内的浓度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述物质是被引入的物质。
11.一种用于组织的无创分析的系统，所述系统包括：
至少一个红外辐射源，用于照射所述组织，所述红外辐射包括在第一光谱带中的被水强烈地吸收的SWIR辐射并且包括在第二光谱带中的辐射，使得所述在两个光谱带中的辐射与所述组织的除水之外的成分的相互作用实质上是相同的；
至少一个辐射检测器，用于测量从所述组织发出的在所述两个光谱带中的每一个中的辐射的强度；以及
处理器，所述处理器被配置成相对于所述组织对在所述光谱带之一中的辐射的吸收来计算所述组织对在所述光谱带中的另外一个中的辐射的相对吸收，并根据所计算的相对吸收来确定深部组织损伤的状态，
其中辐射的所述相互作用包括吸收和散射中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个辐射检测器被配置成测量从受所述至少一个辐射源照射的所述组织的表面发出的辐射的强度。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述至少一个辐射检测器被配置成测量在距所述至少一个辐射源的多个横向距离处从所述组织的所述表面发出的辐射的强度。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述至少一个辐射检测器包括与所述至少一个辐射源分开不同横向距离的多个辐射检测器。
15.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个辐射检测器被配置成测量从与受所述至少一个辐射源照射的所述组织的表面实质上相对的所述组织的表面发出的辐射。
16.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个辐射源包括两个辐射源，所述源中的一个被配置成发射在所述第一光谱带中的辐射，而另外一个被配置成发射在所述第二光谱带中的辐射。
17.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个辐射检测器包括两个辐射检测器，所述检测器中的一个被配置成测量在所述第一光谱带中的辐射的强度，而另外一个被配置成测量在所述第二光谱带中的辐射的强度。
18.根据权利要求11所述的系统，包括分离所述红外辐射的光谱分量的色散元件和微镜阵列，所述微镜阵列被配置成将所述红外辐射的选定的光谱分量引导到所述组织或所述至少一个辐射检测器。
19.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一光谱带在1400nm至1500nm的波长范围内，以及其中所述第二光谱带在1000nm至1350nm或1500nm至2100nm的波长范围内。
20.一种用于确定组织的状态的方法，所述方法包括：
利用至少一个红外辐射源用在1300nm至1430nm的波长范围内的第一光谱带中的SWIR辐射和用在第二光谱带中的SWIR辐射照射所述组织的表面，使得所述在两个光谱带中的辐射与所述组织的除水之外的成分的相互作用实质上是相同的；
用至少一个辐射检测器测量从所述组织发出的在所述光谱带中的每个中的辐射的强度；以及
计算所述组织对在所述两个光谱带中的辐射的吸收，所述吸收指示深部组织损伤的状态，
其中辐射的所述相互作用包括吸收和散射中的至少一个。
CN201880051975.3A 2017-06-20 2018-07-10 用于皮下组织的无创分析的系统和方法 Pending CN110996773A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/627,470 US10709365B2 (en) 2014-08-21 2017-06-20 System and method for noninvasive analysis of subcutaneous tissue
PCT/IL2018/050748 WO2018235091A2 (en) 2017-06-20 2018-07-10 SYSTEM AND METHOD FOR NON-INVASIVE ANALYSIS OF SUBCUTANEOUS TISSUE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110996773A true CN110996773A (zh) 2020-04-10

Family

ID=64735573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880051975.3A Pending CN110996773A (zh) 2017-06-20 2018-07-10 用于皮下组织的无创分析的系统和方法

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3641634A4 (zh)
CN (1) CN110996773A (zh)
CA (1) CA3067312C (zh)
IL (2) IL285975B2 (zh)
WO (1) WO2018235091A2 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB202103265D0 (en) * 2021-03-09 2021-04-21 Univ Oxford Innovation Ltd Vascular imaging tool

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070112273A1 (en) * 2003-11-18 2007-05-17 Chameleon Medical Innovation, Ltd. Measurement system and method for use in determining the patient's condition
WO2013160780A4 (en) * 2012-04-23 2014-01-03 I.R.Med Ltd. Short-wave infrared imaging and spectroscopy technique for inflammation classification and tumor and inflammation differentiation in human tissues inside the body
WO2016027274A1 (en) * 2014-08-21 2016-02-25 I.R Med Ltd System and method for noninvasive analysis of tissue
US20170303830A1 (en) * 2014-08-21 2017-10-26 I.r Med Ltd. System and method for noninvasive analysis of subcutaneous tissue
US20170303829A1 (en) * 2014-08-21 2017-10-26 I.r Med Ltd. System and method for noninvasive analysis of subcutaneous tissue

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2185374T3 (es) * 1998-07-07 2003-04-16 Lightouch Medical Inc Procedimiento de modulacion tisular para el analisis espectroscopico cuantitativo in vivo, no invasor de tejidos.
AU2001254566A1 (en) * 2000-04-13 2001-10-30 National Research Council Of Canada Ltd. Tissue viability/health monitor utilizing near infrared spectroscopy
DK2242522T3 (da) * 2008-01-08 2012-06-18 Bluesky Medical Group Inc Sårbehandling med uafbrudt variabelt undertryk og fremgangsmåde til kontrol heraf
RU2616653C2 (ru) * 2012-06-05 2017-04-18 Хайпермед Имэджинг, Инк. Способы и устройство для соосного формирования изображения с множеством длин волн
EP3212057B1 (en) * 2014-10-29 2021-12-01 Spectral MD, Inc. Reflective mode multi-spectral time-resolved optical imaging methods and apparatuses for tissue classification

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070112273A1 (en) * 2003-11-18 2007-05-17 Chameleon Medical Innovation, Ltd. Measurement system and method for use in determining the patient's condition
WO2013160780A4 (en) * 2012-04-23 2014-01-03 I.R.Med Ltd. Short-wave infrared imaging and spectroscopy technique for inflammation classification and tumor and inflammation differentiation in human tissues inside the body
WO2016027274A1 (en) * 2014-08-21 2016-02-25 I.R Med Ltd System and method for noninvasive analysis of tissue
US20170303830A1 (en) * 2014-08-21 2017-10-26 I.r Med Ltd. System and method for noninvasive analysis of subcutaneous tissue
US20170303829A1 (en) * 2014-08-21 2017-10-26 I.r Med Ltd. System and method for noninvasive analysis of subcutaneous tissue

Also Published As

Publication number Publication date
EP3641634A4 (en) 2021-03-10
CA3067312A1 (en) 2018-12-27
IL285975B2 (en) 2023-12-01
IL271377A (en) 2020-01-30
EP3641634A2 (en) 2020-04-29
WO2018235091A3 (en) 2019-02-21
IL271377B (en) 2021-08-31
WO2018235091A2 (en) 2018-12-27
IL285975B1 (en) 2023-08-01
CA3067312C (en) 2022-05-10
IL285975A (en) 2021-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3182886A1 (en) System and method for noninvasive analysis of tissue
US10772541B2 (en) System and method for noninvasive analysis of subcutaneous tissue
US20200337604A1 (en) System and method for noninvasive analysis of subcutaneous tissue
US8750952B2 (en) Apparatus and method for dating a body sample
KR101361697B1 (ko) 광학적 반사율 측정을 교정하는 시스템 및 방법
US7299080B2 (en) Compact apparatus for noninvasive measurement of glucose through near-infrared spectroscopy
US5360004A (en) Non-invasive determination of analyte concentration using non-continuous radiation
KR102303829B1 (ko) 비침습 당화 혈색소 검사 장치 및 비침습 당화혈색소 검사 방법
US20080221411A1 (en) System and method for tissue hydration estimation
JP2009515663A (ja) 組織における細胞外水分含有量を評価する方法
WO2003076883B1 (en) Compact apparatus for noninvasive measurement of glucose through near-infrared spectroscopy
EP1965692A2 (en) System for non-invasive measurement of blood glucose concentration
JP2010521266A (ja) 血液成分濃度の非侵襲連続測定法
JP2009538672A (ja) 組織属性の奥行き解像された測定のための装置
JP2007083028A (ja) 非侵襲性検査装置
US20100096551A1 (en) Spectroscopy measurements
CA3067312C (en) System and method for noninvasive analysis of subcutaneous tissue
KR20050073854A (ko) 체내성분 측정장치 및 방법
US20160296158A1 (en) Non-invasive multi-frequency oxygenation spectroscopy device using nir diffuse photon density waves for measurement and pressure gauges for prediction of pressure ulcers
RU2545814C1 (ru) Способ определения физико-биологических параметров кожи и концентраций производных гемоглобина в крови
WO1996013204A1 (en) Determination of analyte concentration using non-continuous radiation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200410

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication