CN112888371A - 血管监视系统 - Google Patents

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Abstract

一种多普勒血流监视设备(150),其包括信号生成模块、信号接收模块、信号滤波模块、信号转换模块、至少一个扬声器和用户界面(304)。信号生成模块被配置为向位于患者血管周围的血管耦合器上的探针插口中的探针(106)发送信号。信号接收模块被配置成接收来自探针的返回信号。信号滤波模块被配置为对返回信号进行滤波。信号转换模块被配置成将滤波后的信号转换成对应于患者血管中的血流特性的可听指示和可视指示。至少一个扬声器(214)被配置成发出第一可听指示。另外,用户界面被配置成显示可视指示。

Description

血管监视系统
背景技术
整形和再造手术经常使用游离瓣,例如在乳房再造中。在游离瓣组织手术中,从身体的一部分或供体部位移除游离瓣(例如,组织和/或肌肉及其相关的动脉和静脉),并将其再附连到身体的另一部分或受体部位。然后,将转移的组织和/或肌肉的动脉和静脉与天然动脉和静脉吻合,以便在转移的游离瓣(例如,组织和/或肌肉)中实现血液循环。
游离瓣组织与天然组织的吻合通常使用微血管技术完成,包括在显微镜下观察。在过去的几年中,已经开发了几种外科器械和技术来帮助吻合术。一种已知的用于生成吻合的系统是美国专利No.7,192,400中描述的吻合耦合器,其公开内容以引用的方式并入到本文中。这种吻合耦合器是一种外科器械,允许外科医生更容易和有效地将两个血管末端连接在一起。耦合器涉及使用两个环形的紧固件部分,其上固定有待附连的插口的相应部段。每个紧固件部分还设有一系列销和用于容纳这些销的相应孔,以便将这些部分闭合和连接在一起,进而将血管闭合和连接在一起(见图7A、图7C和图7D)。
虽然游离瓣手术有成功的历史,但非常不希望的瓣失败后果仍然存在。瓣失败的主要原因之一是游离瓣在受体部位重新附连后,瓣组织缺乏血液供应。通常,干扰瓣中循环的因素包括血管阻塞、出血或感染。当没有足够的血液供应到瓣组织时,就会导致组织坏死。然而,如果可以足够早地识别到瓣没有得到充分的循环,它可能被挽救或抢救。在识别到血流不足后抢救瓣的时间窗口非常小。因此,迅速识别转移瓣中的任何血流不足是至关重要的。
手持多普勒探针通常永久性地定位在笔状设备的远侧顶端,而不是放置或留在体内,这有助于血流监视,但它们有几个缺点。手持探针的一个缺点是不能可靠地定位在血管周围。
在微血管手术后,监视手术区域非常重要,以确保血流维持在所期望的水平,并且没有出现诸如血栓形成等问题。万一发生血栓形成,转移的组织就会死亡。其他间接监视通过已进行微血管手术的血管的血流功能的手段也常常是不够的。例如,已经采用了表面温度测量、经皮PO2监视、光体积描记术和激光多普勒流量计。然而,这些方案通常需要瓣的可接近的暴露部分。此外,这些方法不能有效监视埋藏的游离组织转移和口内瓣。
发明内容
本公开提供了改进的血管监视系统、设备和方法,以改进检测血流的可及性、检测和/或可靠性,从而确认吻合部位的血管通畅。
在一个示例实施例中,多普勒血流监视设备包括信号生成模块、信号接收模块、信号滤波模块、信号转换模块、至少一个扬声器和用户界面。信号生成模块被配置为向位于患者血管周围的血管耦合器上的探针插口中的探针发送信号。信号接收模块被配置为接收来自探针的返回信号。信号滤波模块被配置为对返回信号进行滤波。信号转换模块被配置成将滤波后的信号转换成对应于患者血管中血流特性的可听指示和可视指示。该至少一个扬声器被配置为发射第一可听指示。另外,用户界面被配置成显示可视指示。
在另一个示例实施例中,多普勒血流监视系统包括血管耦合器、换能器和监视器。血管耦合器位于患者血管周围。换能器附连在血管耦合器上。监视器被配置成生成发送到换能器的信号,并且换能器被配置成基于监视器生成的信号发射超声信号。此外,超声信号通过患者的血管传输。监视器还被配置成接收来自换能器的返回信号,并将该返回信号转换成对应于患者血管中吹流特性的第一指示和第二指示。
在另一示例实施例中,远程监视系统包括监视器和远程数据库。监视器被配置成生成信号以发送到位于血管耦合器内的换能器。血管耦合器位于患者血管周围,换能器被配置成基于监视器生成的信号发射超声信号,并且超声信号通过患者血管传输。监视器还被配置成接收来自换能器的返回信号,并将该返回信号转换成对应于患者血管中的吹流特性的第一指示和第二指示。远程数据库被配置成接收与第一指示相关联的一个或多个文件,并存储与第一指示相关联的一个或多个文件,其中一个或多个文件可经由用户设备远程访问。
因此,本公开的优点是改进血流数据的可及性。
本发明的另一个优点是改进了对血流的检测,以确认血管通畅。
本公开的另一个优点是在吻合部位提供血流的远程监视。
本公开的另一个优点是减少来自表示血管内血流的音频信号的背景噪声。
本发明的另一个优点是减少游离瓣失败和由于游离瓣中血流不足引起的严重不良事件的发生。
本公开的另一个优点是提供一种用于早期检测游离瓣中血流或循环不足的系统、设备和/或方法。
所公开的血管监视系统、设备和方法的附加特征和优点在下面的详细描述和附图中描述,并且将从下面的详细描述和附图中变得明显。这里描述的特征和优点并不包括全部,特别地,鉴于附图和描述,许多附加的特征和优点对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。此外,任何特定的实施例不必具有这里列出的所有优点。此外,应当注意,说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导性的目的而选择的,而不是为了限制本发明主题的范围。
附图说明
图1A是根据本公开的示例实施例的探针系统和监视器的示意图。
图1B是根据本公开的示例实施例的探针系统和监视器的透视图。
图2是根据本公开的示例实施例的监视器的透视图。
图3示出了根据本公开的示例实施例的监视器的各种视图。
图4是根据本公开的示例实施例的监视器的内部组件的示意图。
图5是根据本公开的示例实施例的示例监视系统的示意图。
图6是根据本公开的示例实施例的在用户设备上显示监视应用的用户界面的示意图。
图7A是根据本公开的示例实施例的具有位于患者血管周围换能器的血管耦合器的局部透视图。
图7B是根据本公开的示例实施例的换能器和引线导线a的局部透视图。
图7C是根据本公开的示例实施例的血管耦合器和换能器的紧固件的局部剖视图。
图7D是根据本公开的示例实施例的具有换能器和引线导线的血管耦合器的透视图。
图8是根据本公开的示例实施例的由监视器传输和接收的示例脉冲波的示意图。
具体实施方式
如上文所讨论,提供了血管监视系统、设备和方法,以改进检测血流的可及性、检测和/或可靠性,从而确认吻合部位的血管通畅。虽然游离瓣手术有成功的历史,但非常不希望的瓣失败后果仍然可能存在。瓣失败的主要原因之一是游离瓣在受体部位处重新附连后,供应给瓣组织的血液不足。通常干扰瓣中循环的因素包括血管阻塞、出血或感染。当没有足够的血液供应到瓣组织时,就会导致组织坏死。然而,本文公开的血管监视系统、设备和方法有利地实现了对游离瓣中血流或循环不足的早期检测,使得可以在组织坏死之前进行保存或抢救。
上述血管监视系统、设备和方法可用于监视吻合部位处的血流,以确认外科手术(诸如游离瓣转移微血管再造)的血管通畅。上述系统、设备和方法可用于各种环境,诸如医院手术室或麻醉后护理室,以在手术中和手术后检测血流并确认血管通畅(现场或远程)。游离瓣转移可用于利用患者自身组织再次形成由于癌症和损伤手术后的身体部位。示例包括乳房再造、舌头再造、颌面部再造、创伤后手足再造等。通常,微血管吻合术是决定瓣成功的关键手术。通过提供吻合部位处的血流监视能力并增加对这些监视能力的访问(例如,经由诸如智能电话之类的用户设备上的监视应用程序的远程访问),本文公开的系统、设备和方法允许早期检测瓣组织内的低血流量或血流不足,从而使医疗从业者(例如,外科医生)能够在坏死开始和游离瓣变得不可用之前采取纠正措施。
多组件探针和监视器连接
图1A示出了流量监视系统100A的示意图,而图1B示出了流量监视系统100B的透视图(这两个系统通常可称为流量监视系统100)。流量监视系统100可以包括经由外部引线110a和110b附连到监视器150的多组件探针系统102a和102b。例如,探针系统102a可以经由外部引线110a附连到监视器150的“通道A”,而探针系统102b经由外部引线110b附连到监视器150的“通道B”。具体地,监视器150可以通过具有至少两个多普勒探针输入或连接器端口(在图2中示出)来提供对至少两个吻合部位处的监视,并且能够对任一通道(例如,“通道A”或“通道B”)进行用户可选的监视。应当理解,虽然图1A和图1B中所示的实施例使用引线110a、110b将探针系统102a、102b连接到监视器150,但是也可以使用无线系统,其中探针被配置为在不使用引线110的情况下与监视器通信。
探针系统(例如,探针系统102a和102b,在本文中通常称为探针系统102)包括一组紧固件104a、104b,紧固件104a、104b可以形成以端对端吻合方式耦合两个静脉和/或动脉的血管耦合器(参见图7A)。探针系统102还可以各自包括连接到紧固件104a、104b中的至少一个的换能器106a、106b(见图7A、7B、7C和7D)。例如,一个环可以包括带有压配合多普勒探针或换能器106的探针保持器。在一个示例中,一组或一对紧固件(例如,一组紧固件104a,本文通常称为紧固件104)可以包括一对带有不锈钢销的高密度聚乙烯(“HDPE”)环(见图7C和图7D)。这对环在患者体内形成永久植入物。
一组或一对紧固件104或环的大小可以设定成使得它们适合于相似大小的动脉或静脉。例如,紧固件104或环的内径可以在1.0毫米与4.0毫米之间。在一个示例中,紧固件104的内径可以以0.5毫米的大小增量提供。应当理解,紧固件104或环的大小和形状可以适应显微外科手术和血管再造程序中通常遇到的静脉和动脉,并且适合于在外周血管系统中这种静脉和动脉的端到端吻合。
由一组或一对紧固件104形成的血管耦合器可有利地减少吻合和瓣缺血时间,并提供内膜对内膜接触而没有任何管腔内异物(例如缝合材料),这也有利地降低血栓形成率。此外,血管耦合器有利地对吻合的血管进行支架支撑,并可用于校正血管大小差异。例如,该对紧固件104可用于连接不同大小的静脉或动脉。与手工缝合相比,紧固件还有利地提供了增加的通畅率,因为它们提供了内膜对内膜接触而没有任何管腔内异物。
由一对紧固件104形成的血管耦合器适于生成血管(例如,静脉或动脉)的端到端吻合,同时保持和维持(一个或多个)换能器106或(一个或多个)其他感测设备的位置。感测设备进而可用于监视或评估与恢复和手术程序成功相关的参数,诸如吻合部位处的血流以确认血管通畅。如下文更详细讨论的,(一个或多个)感测设备或(一个或多个)换能器106使医疗从业者(例如外科医生)能够监视和分析血流和/或血液速度,以确定手术的成功和/或确认血管通畅。可以监视血管内的血流,并且可以记录血流的一个或多个音频样本并将其存储在数据库中。在数据库中存储不同时间的血流音频样本的多个记录可以允许医疗从业者(例如外科医生)在记录之间进行比较。本文公开的系统和方法有利地允许记录和评估随时间推移的血流数据,以分析手术成功和患者特性(例如,血流和血液速度)。由于吻合失败往往相当突然,连续和可靠地监视和比较血流的能力可用于生成和发送与失败事件的检测相关联的信号,从而使医疗从业者(例如外科医生)能够在坏死开始和游离瓣变得不可用之前采取纠正措施。此外,如下文更详细描述的,所公开的系统、设备和方法的远程监视能力有利地提供远程访问,使得医疗从业者(例如,外科医生)可以检测失败事件,而不管他们的位置在哪里(例如,在远程位置),并且不会降低音频品质。
可以使用适用于超声多普勒监视的任何换能器106a、106b。在一个示例实施例中,多普勒探针或换能器由批准的可植入材料诸如HDPE或硅树脂制成。在另一个示例中,换能器106a、106b包括压电晶体。换能器106a、106b(以下统称为换能器106)可以是符合在血管耦合器的紧固件上使用的相对应换能器插口(见图7C)尺寸的任何大小。例如,圆形换能器106适于被内表面为圆形的插口容纳。换能器106可以是大小在大约0.5毫米至大约1毫米之间的圆形压电晶体。在一个示例中,多普勒探针或换能器106包括具有大小在大约0.5毫米至大约1毫米之间的圆形压电晶体的顶端、涂有特氟隆的同轴导线和金属连接器。
多普勒探针或换能器106可以是20MHz的超声多普勒换能器,当经由引线110连接到监视器150时,它发射脉冲超声信号。例如,监视器150可以接收和传输脉冲波。在一个示例中(如图8所示),20MHz的十八(18)个脉冲被包络并作为传输脉冲被发送到换能器106。在接收到传输脉冲之后,脉冲可以激励压电晶体,使得晶体振动并通过血管发送超声信号。包络传输脉冲可以以78kHz的频率重复。在传输脉冲被电子停止后,监视器150可以接收或监听返回信号。例如,监视器150可以从传输脉冲切换到在传输脉冲之后立即(150纳秒的死区)接收或监听(例如,6.4秒)多普勒频移回波。多普勒频移回波被传输回监视器。当探针或换能器106检测到流动时,生成变化的可听信号(例如,来自多普勒频移回波)。可听信号可以在提供给用户之前由监视器150处理和滤波。
如图1A所示,换能器106可以包括附连到其表面的经皮引线(例如,探针系统102a的引线108a和探针系统102b的引线108b,以下统称为引线108)。经皮引线108具有近端(例如,靠近换能器106的一端)和远端。经皮引线108优选地包括由普通绝缘材料绝缘的两根导线。导线可以是适于监视来自换能器106的20MHz信号的任何导线。在一个示例中,绝缘材料优选地包括生物相容性材料,例如VI类医用级材料。在一个示例中,监视器150可以具有带有连续接收脉冲波传输的20MHz的传输频率。脉冲可以以156.25kHz的脉冲重复频率重复。
在近端,经皮引线108可以有附连到换能器106的每个表面的一根导线。可以使用将引线108的两根导线附连到换能器106的每个表面的任何制造方法,以便与换能器106本身生成强导电结合。合适的方法包括但不限于焊接、摩擦结合、粘合剂结合或在换能器制造过程中附连引线。在一个示例中,换能器106与两根导线之间的结合强度优选地足够强,以允许通过简单地拉动导线本身来将探针从紧固件的插口分离。在使用之后,换能器可以留在身体内部的插口中,或者可以将其移除,例如通过向经皮引线108施加足够的力以将换能器106从插口中拉出,然后将引线108拉过皮肤并拉到身体表面。在一个示例中,换能器106与经皮引线108之间的结合强度大于通过向经皮引线108施加机械力而将换能器106从患者体内移除所需的力。
经皮引线108的远端可以位于放置在人体皮肤上的可选结合垫(未示出)内。在一个示例中,结合垫可以由适于与人体皮肤接触的医用级材料例如USP等级V或VI的材料构成。可以使用多种替代方案将引线附连到皮肤上,包括例如使用补片和缝线。结合垫或替代方案可以附连到皮肤,使得从皮肤移除垫或替代方案所需的力必须大于将经皮引线108与外部引线110a、110b(以下统称为外部引线110)分开所需的力。在优选实施例中,将经皮引线108从外部引线110断开所需的力应该小于从皮肤移除结合垫或替代附连方案(例如,补片、缝线等)所需的力。
如图1A所示,经皮引线108的远端可以装配有连接器120a、120b(以下统称为连接器120),其允许引线108进一步连接到外部引线110的近端。外部引线110由适合用于传送信号的任何导线组成,并且用适合皮肤接触的材料绝缘。优选地,导线适于传送20MHz的信号。
优选地,连接器120是医用级电连接器。在示例实施例中,连接器120是非锁定连接器。在另一个示例中,连接器120是医用级电连接器。非锁定连接器有利于降低换能器从吻合部位意外移除的概率。也就是说,如果外部引线110被意外拉动,非锁定连接器120将使其与经皮引线108断开,而不会干扰换能器106。结合垫或替代的附连设备也可以有助于防止换能器106受到干扰。
外部引线110的远端连接到监视器150。它可以以任何合适的方式连接。在示例实施例中,使用连接器130(例如,用于外部引线110a的连接器130a和用于外部引线110b的连接器130b)连接引线110,连接器130可以是与连接器120相同的类型。连接器120和130可以是金属的,并且可以包括塑料壳体。
如图1A所示,两个输入或通道都被利用并连接到它们自己的多普勒探针。此外,虽然优选的多组件探针系统使用引线108、110将探针连接到监视器150,但是也可以使用无线系统,其中探针被配置为在不使用引线108、110的情况下与监视器150通信。
图1B示出了流量监视系统100B的透视图,该系统包括经由外部引线110a附连到监视器150的多组件探针系统102a。图1B所示的实施例示出了附连到监视器150的单个通道(例如,“通道A”)的探针系统102a。应当理解,可以使用多于两个通道。例如,监视器150能够监视多于两个通道。
监视器壳体、结构和内部组件
图2示出了监视器150的示例实施例的等距视图,图3示出了监视器150的各种其他视图。监视器150包括壳体202和显示器或用户界面210,诸如彩色LCD触摸屏。另外,如图2所示,监视器150包括扬声器214和手柄216。壳体202和手柄216可以由注射模制塑料(例如,PC-ABS)制成。监视器150还可以包括与显示器210和/或扬声器214相关联的各种控件,诸如音量控件220(例如,音量控制按钮或薄膜开关)、静音控件222(例如,静音按钮或薄膜开关)和通道选择控件224a和224b(例如,“通道A”和“通道B”的通道选择按钮或薄膜开关)。通道选择控件与用于接收外部引线110的连接器端口226a和226b相关联。在一个实施例中,监视器150可以是大约6.17”D×8.18”W×3.20”H,并且可以重大约1.84磅(0.83千克)。另外,如图3所示,监视器150可以包括交流电源插座230、脚240a-d和电源控件250(例如,电源按钮或薄膜开关)。另外,监视器150可以具有远程访问先前记录的音频和/或血流数据的无线能力,这将在图5中进行更详细的描述。
图4示出了流量监视器150的各种内部组件和模块的示意图。监视器150可以包括电源302、用户界面或显示器304、触摸屏306、触摸屏控制器308、处理器310、存储器312、通信模块(例如,蜂窝通信模块316a和WiFi通信模块316b)、调试模块318、诸如超安全数字高容量(“uSDHC”)闪存卡的闪存、引导加载器330、每个通道(例如,“通道A”和“通道B”)的测试点334、模拟前端(“AFE”)340、滤波器模块342、放大器(“AMP”)350、扬声器314a和314b(以下统称为扬声器314)、电池360和电池电量计370。
处理器310可以经由串行外围接口(“SPI”)与触摸屏306通信。触摸屏306可以是与显示器304相关联的电阻式触摸屏,诸如液晶显示器。图2中示出的按钮(例如,音量控件220、静音控件222以及通道选择控件224a和224b)中的几个按钮可以替代地显示为显示器210、304上的图形表示,这些图形表示可以通过使用触摸屏306的触摸来选择。存储器312可以是DDR2 SDRAM,并且可以在音频文件被通信模块中的一个或多个发送到远程服务器或数据库之前临时存储音频文件。通信模块(例如,蜂窝模块316a和WiFi模块316b)可以经由UART、USB、SPI或其他可接受的接口与处理器310通信,以从远程服务器或数据库发送和接收数据。类似地,调试模块318和引导加载器330也可以经由接口(例如,SPI)与处理器310通信。在一个示例中,调试模块318和引导加载器330可以用于制造测试、诊断和修复。通信模块允许监视器150向医疗从业者(例如,外科医生)提供远程监视,这将在下面更详细地描述。然而,当在现场时,医疗从业者(例如,护士和外科医生)可以收听生成的音频,该音频被AMP 350放大,然后被发送到扬声器314a、314b。
信号生成/检测和音频/视频输出
监视器150生成信号,该信号被发送到换能器106(例如,换能器106或探针发射脉冲超声信号),并通过血管部位传输。然后,换能器106检测通过血管传输的信号,并将检测到的信号发送回监视器150,监视器150将信号转换成用户可以读取的形式。当探针检测到流量时,会生成变化音量强度的可听信号。例如,信号可以被转换成声音或可视显示或两者。
信号的频率(即音高)与血管内的血流成正比。产生了独特的声调模式,其指示了血流相对于时间的流动模式。声调模式为外科医生提供了血流的定性指示。声调的音量可以通过监视器上的控件来调整。监视器中的传输器定期驱动位于探针顶端的超声晶体。晶体生成的超声波以相当窄的束行进穿过探针顶端下方紧挨着的组织。然后,每当它们遇到不同密度的组织之间的边界时,就会被反射回探针。在单元不传输的间隔期间,探针将它接收到的任何反射信号传递到接收电路。该电路放大返回的回波,将它们的频率与所传输信号的频率进行比较,并将任何频率差转换成可听声调。
多普勒探针和监视器150可适于检测吻合部位处的血流,并在手术中和手术后确认吻合部位处的血管通畅。例如,可在术后长达约7天的时间检测血流。可以使用能够检测音频输出频率和血流速度的任何监视器/探针组合。优选地,该组合能够检测约80至约3000Hz范围内的音频输出频率以及0.5厘米/秒至约45厘米/秒范围内的血流速度。
在优选实施例中,监视器150显示可视数值,可视数值表示多普勒信号的频移。数值的使用允许外科医生存储数字和了解数字随着时间变化趋势,以便检测和分析模式。可选地,这些数字也可以下载到计算机软件中用于进一步分析。在另一个优选实施例中,监视器150允许在至少两个吻合部位处进行监视。在该实施例中,监视器150具有一个或多个多普勒探针输入(例如,“通道A”和“通道B”),并且能够对任一通道进行用户可选的监视。
监视器150是一种脉冲多普勒超声系统,其设计用于检测血管中的血流。当结合探针系统102使用时,监视器150可以在手术中和手术后在吻合部位处检测血流并确认血管通畅。在一个示例中,可以在手术后根据需要在几天(例如,7天)内检测血流。在一个示例中,监视器150连接到探针或换能器,诸如20MHz超声多普勒探针或换能器106,当经由引线110连接到监视器150时,其发射脉冲超声信号。当探针或换能器106检测到流动时,生成变化的可听信号。可听信号可以显示在监视器150上或从监视器150发出,如下面更详细讨论。
如图2所示,显示器或用户界面210提供血流的定性可视指示212。在一个示例中,可视指示212可以包括各种条,每个条表示频率范围或血流速度阈值。例如,监视器150的可视指示212能够指示低至0.5厘米/秒或0.75厘米/秒的血流速度,并且还能够指示高达45厘米/秒的血流速度。监视器150还可以经由扬声器214发出血流的可听指示。在显示可视指示和/或发出可听指示之前,监视器150可以对信号进行滤波以降低噪声。例如,监视器150可以对从探针或换能器106返回的音频信号进行数字滤波,以减少或移除噪声。
在另一个示例中,监视器150可以显示可视数值,可视数值表示血流或血流速度(例如多普勒信号的频移)。定性可视指示212或数值的使用允许医疗从业者(例如外科医生)审查血流的附加指示(除了音频信号之外)以分析手术后的血管通畅性。可选地,这些数字和/或可视指示也可以存储在数据库中(下面参考图5和图6更详细地描述),用于进一步分析。
显示在用户界面210上(或显示在下面更详细描述的用户设备402上)的可视指示212有利地提供了血流的辅助指示器,以使医疗从业者能够在嘈杂的环境中监视和分析患者的血流。例如,手术室可能有来自其他医疗仪器、其他医疗人员等的其他几个环境噪声源。并且可视指示212可以被监视到,而不管环境噪声量如何。相反,可听指示可能难以分析和区别于其他干扰源或噪声源。
回到图4,模拟前端340从处理器310接收信号或脉冲。例如,AFE 340可以从处理器310接收1微秒和0.8微秒@78KHz脉冲,然后将其发送到多普勒探针或换能器106。然后,AFE340从换能器106接收返回信号(例如,相移信号),该返回信号被转换成音频信号并被发送到滤波器342和/或AMP 350。音频信号表示由监视器150检测到的相移或多普勒频移,其被转换成音频。例如,超声能量从吻合部位处的血管内的红细胞反弹,如果从换能器106发射信号,这导致相移。这种相移被检测并转换成音频。具体来说,信号与多普勒移频成比例,也与血流速度成比例。
数字信号滤波
在某些情况下,特别是对于低血流速度,音频样本可能无法区分或难以区分背景噪声。此外,低血流速度可能需要医疗从业者(例如外科医生)增加监视器扬声器的音量,这在发出大部分背景噪声时会变得使人分心或令人讨厌。具体而言,医疗从业者(例如,外科医生)通过不同的声音或音频信号来确定血管通畅性,当被来自扬声器214、314的背景噪声的“嘶嘶声”淹没时,通常难以检测到该声音或音频信号。通过对信号进行数字滤波,音频样本被清晰地从背景噪声中分离和移除,从而可以由医疗从业者容易地识别和审查,而没有扬声器发出的令人讨厌的背景噪声的“嗡嗡声”或“嘶嘶声”。
可以对音频信号进行数字滤波以控制背景噪声水平。例如,滤波器模块342可以经由滤波器模块342对音频信号进行波形整形,滤波器模块342可以利用低带通和高带通数字滤波。在另一个示例中,滤波器模块342可以对信号执行快速傅立叶变换(FFT),以将音频信号分成被数字滤波的多个频率分量。数字滤波可以包括应用带通(低和高)滤波器和信号提升(例如,236Hz的提升)。
此外,来自低血流速度的音频通常很难与扬声器的低频滚降进行区分。为了改进音频品质,信号可以在波形整形之前接收提升(例如,236Hz的提升),以在扬声器的低频滚降上拉起低端频率。本文描述的数字滤波有利地改进了噪声降低,同时当在特定速度范围处检测血流时,监视器产生可听信号的能力保持不变。数字滤波有利地允许医疗从业者容易地检测与低血流速度相关联的低微弱信号。如果没有数字滤波,音频信号可能会在扬声器214、314发出的背景噪声中丢失或淹没。
远程监视
图5示出了具有监视器150的示例系统400,监视器150与管理站470、云计算基础设施480和用户设备402中的一个或多个通信。管理站470可用于向与云计算基础设施480通信的各种移动设备或用户设备402应用配置和许可。监视器150可以包括图2至4所示的组件中每一个。如图5所示,示出了几个监视器组件(其中一些先前在图4中描述过),例如处理器410、诸如通用异步接收器-发射器(“UART”)412的接收器-发射器、复杂可编程逻辑设备(“CPLD”)420、引导加载器430、连接模块440、存储设备450a和450b(通常称为存储设备450)以及输入/输出(I/O)设备460。
监视器150可以与云计算基础设施480(例如,亚马逊网络服务(Amazon WebServices“AWS”))通信,云计算基础设施480可以包括后端服务器482(例如,后端AWS弹性计算云(Elastic Compute Cloud“EC2”)服务器)、音频服务器484、数据库搜索工具(例如,Mongo DB)和数据库488(例如,亚马逊简单存储服务(“S3”))。监视器150与云计算基础设施480之间经由通信模块440(诸如WiFi模块)的通信可以被加密。例如,405处的通信加密可以包括Wi-Fi受保护接入(“WPA”)或Wi-Fi受保护接入II(“WPA2”)的空中(“OTA”)加密。另外,监视器150与云计算基础设施480之间的通信可以利用407处的通信协议,诸如传输层安全(“TLS”)协议,以在因特网上提供用于数据转移的安全通信,例如,当将患者的音频文件490转移到远程服务器(例如,后端服务器482或音频服务器484)或数据库488时。
当通信时,后端服务器482可以在箭头425处向监视器150请求设备状态或查询最新音频样本。例如,后端服务器482可以请求设备状态,诸如换能器ID、监视器上的哪个通道是活动的或者监视器是否在活动地监听(例如,记录音频样本)。另外,后端服务器482可以向监视器150查询最新的音频样本。例如,监视器150的设备状态和/或音频样本可以在连接模块440与后端服务器482之间传送。另外,后端服务器482可以经由连接模块440在箭头435处从监视器150获取音频信息,诸如音频文件490。在箭头445处,设备状态信息和音频信息都可以被传递到数据库搜索工具486。在箭头455处,监视器150还可以将诸如音频文件490的音频信息上传到音频服务器484。在箭头465处,音频服务器484可以向数据库搜索工具486存储数据,诸如音频信息。另外,音频服务器484可以在箭头475处将音频信息(诸如音频文件490)存储到数据库488。
在箭头485处,诸如护士的医疗从业者可以与云计算基础设施480通信并管理云计算基础设施480内的数据。在一个示例中,探针或换能器ID或型号、音频识别信息、患者识别信息、医院信息或医疗从业者(例如,外科医生)信息可以与特定的患者、音频标识符、探针或换能器106和/或医疗从业者(例如,外科医生)相关联,使得只有外科医生已经被给予访问权的某些音频文件可以由该外科医生通过他或她的用户设备402来检索。管理站470与云计算基础设施480之间的通信也可以利用诸如TLS的通信协议。其他医疗从业者或特权用户,诸如外科医生,可以通过与云计算基础设施480通信,在箭头495处请求音频并在箭头497处播放音频。具体地,用户设备402可以与后端服务器482和数据库488通信以播放音频文件490。
如本文所用,物理处理器或处理器410是指能够执行编码算术、逻辑和/或I/O操作的指令的设备。在一个说明性示例中,处理器可以遵循Von Neumann架构模型,并且可以包括算术逻辑单元(ALU)、控制单元和多个寄存器。在另一方面,处理器可以是通常能够一次执行一个指令(或处理单个指令流水线)的单核处理器,或者是可同时执行多个指令的多核处理器。在另一方面,处理器可以被实施为单个集成电路、两个或更多个集成电路,或者可以是多芯片模块的组件(例如,其中个别微处理器管芯被包括在单个集成电路封装中,因此共享单个插座)。处理器也可以被称为中央处理单元(CPU)。另外,处理器可以是微处理器、微控制器或微控制器单元(MCU)。
如本文所讨论的,存储器设备450指易失性或非易失性存储器设备,诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或能够存储数据的任何其他设备。如本文所讨论的,I/O设备460是指能够在一个或多个处理器引脚与能够输入和/或输出二进制数据的外部设备之间提供接口的设备。
处理器410可以使用各种技术互连,从点对点处理器互连到系统区域网络,诸如基于以太网的网络。监视器150内的本地连接,包括处理器410、CPLD 410、连接模块440、存储设备450和I/O设备460之间的连接,可以由合适架构的一个或多个本地总线例如外围组件互连(PCI)提供。
远程监视应用程序
在一些情况下,医疗从业者(例如外科医生)可能不在现场来审查和分析从监视器150发出的可听指示和/或由监视器150显示的定性可视指示212。在这些情况下,要么患者必须等待外科医生返回医院手术室或麻醉后护理室,要么信息可以从另一个从业者或工作人员传递给外科医生。例如,在一些情况下,外科医生可能试图通过电话实时收听可听指示(例如,由监视器150播放的音频),这可能导致由于小区接收、小区载波等引起的降级信号。不得不在现场审查和分析患者的血流数据的不便通常导致监视频率降低。
为了改进对患者进行监视的可及性和简易性,用户设备402可以运行应用程序来远程访问存储在数据库488上的音频文件490。医疗从业者(例如,护士)可以在管理站470向特定的医疗从业者(例如,外科医生)分配访问凭证。一旦被提供了访问权限或特权,使用用户设备402上的监视应用程序的用户(例如,外科医生)可以检索和播放与特定植入的多普勒探针或换能器106相关联的音频文件。例如,多个不同医院的多个患者的血流音频文件可以存储在数据库488中,但是“外科医生_A”可以被分配访问权限或特权来收听与植入“患者_A”中的“多普勒探针_A”相关联的音频文件。类似地,“外科医生_B”可以被分配访问权限或特权来收听与植入在“患者_B”中的“多普勒探针_B”以及植入在“患者_C”中的“多普勒探针_C”相关联的音频文件。
当访问用户设备402上的音频文件时,医疗从业者(例如外科医生)可以请求收听“当前”血流音频文件。例如,如图6所示,医疗从业者(例如外科医生)可以选择“请求-当前”按钮502的图形表示来收听吻合部位处血流的“当前记录”。在一个示例中,选择“请求-当前”按钮502可以启动记录,因此可能不是血流的实时音频信号,而是可以延迟短暂的时间段(例如,10秒、15秒、20秒等)。例如,通过选择按钮502,可以记录患者血流的音频信号的15秒记录并上传到数据库488,然后用户设备402可以检索并播放该记录,以经由用户设备402的扬声器提供血流的可听指示。该应用程序还可以允许医疗从业者(例如外科医生)播放、收听和审查该患者的先前音频记录。例如,通过分别选择“先前记录_1”、“先前记录_2”或“先前记录_3”按钮504、506或508的图形表示中的任一个,医疗从业者(例如外科医生)可以收听患者血流的音频信号的先前记录。通过这样做,外科医生可以比较音频信号,并确定患者的血流是改善、恶化还是保持大致相同。
记录可以是从5秒到20秒的时间间隔,但是应当理解,可以使用其他时间间隔。在另一个示例中,时间间隔可以由医疗从业者(例如,外科医生)通过移动应用程序来选择。
在另一个示例中,该应用程序可以提供血流的定性可视指示512,类似于图2所示的定性可视指示212。在一个示例中,可视指示512可以包括各种条,每个条表示频率范围或血流速度阈值。类似于上面讨论的监视器150的定性可视指示212,用户设备402上的应用程序的定性可视指示512能够指示低至0.5厘米/秒或0.75厘米/秒以及高至45厘米/秒的血流速度
例如,可以监视和记录血管内血流的各个方面。通过访问几个先前的记录,医疗从业者(例如外科医生)可以在当前记录与先前记录之间进行客观比较。例如,与记录相关联的定性可视指示512可以提供可以与其他记录相比较的基准值。
应用程序可以显示音频ID520、探针ID530和其他记录信息540,使得医疗从业者可以确认音频文件对应于哪个患者和/或探针。另外,记录信息540可以指示记录的日期和时间等。
应当理解,用户设备402可以是智能手机、平板电脑、膝上型电脑、计算机、智能手表或任何其他合适的设备。
这里描述的主题的方面可以单独使用或者与这里描述的一个或多个其他方面组合使用。在本公开的第一示例性方面,多普勒血流监视设备包括信号生成模块、信号接收模块、信号滤波模块、信号转换模块、至少一个扬声器和用户界面。信号生成模块被配置为向位于患者血管周围的血管耦合器上的探针插口中的探针发送信号。信号接收模块被配置为接收来自探针的返回信号。信号滤波模块被配置为对返回信号进行滤波。信号转换模块被配置为将滤波后的信号转换成对应于患者血管中血流特性的可听指示和可视指示。至少一个扬声器被配置为发出第一可听指示。另外,用户界面被配置成显示可视指示。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,由信号生成模块发送的信号是脉冲超声信号。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,由信号生成模块发送的信号是脉冲波多普勒信号。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,对返回信号进行滤波包括对返回信号应用低带通滤波器、对返回信号应用高带通滤波器以及对返回信号应用快速傅立叶变换中的至少一种。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,对返回信号进行滤波包括对返回信号应用频率调整。在对返回信号进行波形整形之前,对返回信号应用频率调整。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,频率调整是150Hz与300Hz之间的频率提升。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,频率提升在230Hz与240Hz之间。
本文描述的主题的各方面可以单独使用或者与本文描述的一个或多个其他方面组合使用。在本公开的第二示例性方面,多普勒血流监视系统包括血管耦合器、换能器和监视器。血管耦合器位于患者血管周围。换能器附连到血管耦合器上。监视器被配置为生成发送到换能器的信号,并且换能器被配置为基于由监视器生成的信号发射超声信号。此外,超声信号通过患者的血管传输。监视器还被配置成接收来自换能器的返回信号,并将该返回信号转换成对应于患者血管中吹流特征的第一指示和第二指示。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,第一指示是可听指示。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,第二指示是可视指示。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,血管耦合器是第一血管耦合器,换能器是第一换能器。另外,第一血管耦合器和第一换能器与监视器的第一通道相关联。在一个示例中,该系统还包括位于患者不同血管周围的第二血管耦合器和第二换能器。第二血管耦合器和第二换能器与监视器的第二通道相关联。此外,监视器还被配置成生成另一个信号以发送到第二换能器,从第二换能器接收不同的返回信号,并将不同的返回信号转换成对应于患者不同血管中的吹流特性的主要指示和次要指示。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,主要指示是可听指示。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,第二指示是可视指示。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,从换能器发射的信号是脉冲超声信号。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,由监视器生成的信号是脉冲超声信号。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,从换能器发射的信号是脉冲波多普勒信号。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,由监视器生成的信号是脉冲波多普勒信号。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,换能器可移除地保持在血管耦合器内。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,换能器通过摩擦配合、机械耦合器和粘合剂中的至少一种可移除地保持在血管耦合器内。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,血管耦合器适于允许换能器随后从血管耦合器的插口中移除。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,监视器还被配置为在将返回信号转换成第一指示和第二指示中的至少一个之前对返回信号进行滤波。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,对返回信号进行滤波包括对返回信号应用低带通滤波器、对返回信号应用高带通滤波器以及对返回信号应用快速傅立叶变换中的至少一种。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,对返回信号进行滤波包括对信号应用频率调整,其中在对返回信号进行波形整形之前对返回信号应用频率调整。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,频率调整是150Hz与300Hz之间的频率提升。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,频率提升在230Hz与240Hz之间。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,换能器包括压电晶体。
这里描述的主题的方面可以单独使用或者与这里描述的一个或多个其他方面组合使用。在本公开的第三示例性方面,远程监视系统包括监视器和远程数据库。监视器被配置成生成信号以发送到位于血管耦合器内的换能器。血管耦合器位于患者血管周围,换能器被配置成基于由监视器生成的信号发射超声信号,并且超声信号通过患者血管传输。监视器还被配置成接收来自换能器的返回信号,并将该返回信号转换成对应于患者血管中的吹流特性的第一指示和第二指示。远程数据库被配置成接收与第一指示相关联的一个或多个文件,并存储与第一指示相关联的一个或多个文件,其中一个或多个文件可经由用户设备远程访问。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,监视器还被配置为在将返回信号转换成第一指示和第二指示中的至少一个之前对返回信号进行滤波。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,对返回信号进行滤波包括对返回信号应用低带通滤波器、对返回信号应用高带通滤波器以及对返回信号应用快速傅立叶变换中的至少一种。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,对返回信号进行滤波包括对信号应用频率调整,其中在对返回信号进行波形整形之前对返回信号应用频率调整。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,频率调整是150Hz与300Hz之间的频率提升。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,频率提升在230Hz与240Hz之间。
根据本公开的另一示例性方面,其可以与前述方面中的任何一个或多个组合使用,远程数据库还被配置为接收与第二指示相关联的一个或多个文件,并存储与第二指示相关联的一个或多个文件。另外,与第二指示相关联的一个或多个文件可经由用户设备远程访问。
根据书面描述,本公开的许多特征和优点是显而易见的,因此,所附权利要求旨在覆盖本公开的所有这些特征和优点。此外,由于本领域技术人员将容易想到许多修改和变化,所以本公开不限于所示和所描述的确切构造和操作。因此,所描述的实施例应被视为说明性的而非限制性的,并且本公开不应限于本文给出的细节,而是应由所附权利要求及其等同物的全部范围来限定,无论现在或将来是可预见的还是不可预见的。

Claims (33)

1.一种多普勒血流监视设备,包括:
信号生成模块,所述信号生成模块被配置为向定位在位于患者血管周围的血管耦合器上的探针插口中的探针发送信号;
信号接收模块,所述信号接收模块被配置为接收来自所述探针的返回信号;
信号滤波模块,所述信号滤波模块被配置为对所述返回信号进行滤波;
信号转换模块,所述信号转换模块被配置为将所述滤波后的信号转换成对应于所述患者血管中血流特性的可听指示和可视指示;
至少一个扬声器,所述至少一个扬声器被配置为发出第一可听指示;以及
用户界面,所述用户界面被配置为显示所述可视指示。
2.根据权利要求1所述的设备,其中,
由所述信号生成模块发送的所述信号是脉冲超声信号。
3.根据权利要求1所述的设备,其中,
由所述信号生成模块发送的所述信号是脉冲波多普勒信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备,其中,对所述返回信号进行滤波包括:
对所述返回信号应用低带通滤波器、对所述返回信号应用高带通滤波器、以及对所述返回信号应用快速傅立叶变换中的至少一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备,其中,对所述返回信号进行滤波包括:
对所述返回信号应用频率调整,
其中,
在对所述返回信号进行波形整形之前,对所述返回信号应用所述频率调整。
6.根据权利要求5所述的设备,其中,
所述频率调整是在150Hz与300Hz之间的频率提升。
7.根据权利要求6所述的设备,其中,
所述频率提升是在230Hz与240Hz之间。
8.一种多普勒血流监视系统,包括:
位于患者血管周围的血管耦合器;
附连到所述血管耦合器的换能器;以及
监视器,所述监视器被配置为:
生成用以发送到所述换能器的信号,其中,所述换能器被配置为基于由所述监视器生成的信号发射超声信号,并且其中,所述超声信号被通过所述患者的血管传输,
从所述换能器接收返回信号,以及
将所述返回信号转换成对应于所述患者血管中的吹流特性的第一指示和第二指示。
9.根据权利要求8所述的监视系统,其中,
所述第一指示是可听指示。
10.根据权利要求8或9所述的监视系统,其中,
所述第二指示是可视指示。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的多普勒血流监视系统,
其中,所述血管耦合器是第一血管耦合器,并且所述换能器是第一换能器,并且
其中,所述第一血管耦合器和所述第一换能器是与所述监视器的第一通道相关联的,并且
所述多普勒血流监视系统还包括:
位于所述患者不同血管周围的第二血管耦合器;
第二换能器,其中,所述第二血管耦合器和所述第二换能器是与所述监视器的第二通道相关联的;并且
所述监视器还被配置成:
生成另一个信号以发送到所述第二换能器,
从所述第二换能器接收不同的返回信号,以及
将所述不同的返回信号转换成对应于所述患者的所述不同血管中的吹流特性的主要指示和次要指示。
12.根据权利要求11所述的监视系统,其中,
所述主要指示是可听指示。
13.根据权利要求11或12所述的监视系统,其中,
所述第二指示是可视指示。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的监视系统,其中,
从所述换能器发射的所述信号是脉冲超声信号。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的监视系统,其中,
由所述监视器生成的所述信号是脉冲超声信号。
16.根据权利要求8至13中任一项所述的监视系统,其中,
从所述换能器发射的所述信号是脉冲波多普勒信号。
17.根据权利要求8至13和16中任一项所述的监视系统,其中,
由所述监视器生成的所述信号是脉冲波多普勒信号。
18.根据权利要求8至17中任一项所述的监视系统,其中,
所述换能器被可移除地保持在所述血管耦合器内。
19.根据权利要求18所述的监视系统,其中,
所述换能器通过摩擦配合、机械耦合器和粘合剂中的至少一种方式来被可移除地保持在所述血管耦合器内。
20.根据权利要求8至19中任一项所述的监视系统,其中,
所述血管耦合器适于允许所述换能器能随后被从所述血管耦合器的插口中移除。
21.根据权利要求8至20中任一项所述的监视系统,其中,所述监视器还被配置为:
在将所述返回信号转换成所述第一指示和所述第二指示中的至少一个之前,对所述返回信号进行滤波。
22.根据权利要求21所述的监视系统,其中,对所述返回信号进行滤波包括:
对所述返回信号应用低带通滤波器、对所述返回信号应用高带通滤波器、以及对所述返回信号应用快速傅立叶变换中的至少一种。
23.根据权利要求21或22所述的监视系统,其中,对所述返回信号进行滤波包括:
对所述信号应用频率调整,
其中,
在对所述返回信号进行波形整形之前,对所述返回信号应用所述频率调整。
24.根据权利要求23所述的监视系统,其中,
所述频率调整是在150Hz与300Hz之间的频率提升。
25.根据权利要求24所述的监视系统,其中,
所述频率提升是在230Hz与240Hz之间。
26.根据权利要求8至25中任一项所述的监视系统,其中,
所述换能器包括压电晶体。
27.一种远程监视系统,包括:
监视器,所述监视器被配置为:
生成用以发送到位于血管耦合器内的换能器的信号,其中,
所述血管耦合器位于患者血管周围,
所述换能器被配置成基于由所述监视器生成的所述信号发射超声信号,并且
所述超声信号被通过所述患者的血管传输,
从所述换能器接收返回信号,以及
将所述返回信号转换成对应于所述患者血管中的吹流特性的第一指示和第二指示;以及
远程数据库,所述远程数据库被配置为:
接收与所述第一指示相关联的一个或多个文件,以及
存储与所述第一指示相关联的所述一个或多个文件,其中,所述一个或多个文件是可经由用户设备远程访问的。
28.根据权利要求27所述的远程监视系统,其中,所述监视器还被配置为:
在将所述返回信号转换成所述第一指示和所述第二指示中的至少一个之前,对所述返回信号进行滤波。
29.根据权利要求28所述的远程监视系统,其中,对所述返回信号进行滤波包括:
对所述返回信号应用低带通滤波器、对所述返回信号应用高带通滤波器、以及对所述返回信号应用快速傅立叶变换中的至少一种。
30.根据权利要求27或28所述的远程监视系统,其中,对所述返回信号进行滤波包括:
对所述信号应用频率调整,
其中,
在对所述返回信号进行波形整形之前,对所述返回信号应用所述频率调整。
31.根据权利要求30所述的远程监视系统,其中,
所述频率调整是在150Hz与300Hz之间的频率提升。
32.根据权利要求31所述的远程监视系统,其中,
所述频率提升是在230Hz与240Hz之间。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的远程监视系统,其中,所述远程数据库被配置为:
接收与所述第二指示相关联的一个或多个文件,以及
存储与所述第二指示相关联的所述一个或多个文件,其中,与所述第二指示相关联的所述一个或多个文件是可经由用户设备远程访问的。
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