CN113677264A - 用于为外周介入提供实时灌注引导目标的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了用于确定患者的血管重建手术和/或伤口愈合的成功的计算机实施的实时系统和方法，其可以包括利用漫射散斑对比分析(DSCA)测量血液灌注特性，以及确定预测可能的阳性或阴性患者结果的血液灌注指数和血管健康指数，以及利用显示器将该结果传达给操作者等。

Description

用于为外周介入提供实时灌注引导目标的系统和方法

相关申请的交叉引证

本申请作为非临时申请，要求保护根据35U.S.C.§119(e)在2019年3月11日提交的美国专利第62/816,805号临时申请的权益，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及组织中的血流的测量，特别涉及足部或其他肢体中的血流的测量。

背景技术

发达国家的快速衰老人口导致与衰老有关的退化性疾病如外周动脉疾病和二型糖尿病的发病率增加。这些的表现包括组织缺血、慢性伤口和糖尿病足部溃疡，其中缺乏适当的治疗可能导致感染、坏疽，并且在足缺血的情况下，导致一只或两只足的部分或完全截肢。

外周动脉疾病(PAD)是进行性疾病，其中变窄或阻塞的动脉减少流向肢体的血流。PAD可以由动脉粥样硬化、导致狭窄的炎性过程、栓塞或血栓形成引起，并且与吸烟、糖尿病、血脂异常和高血压有关。PAD如果不治疗会导致严重肢体缺血(CLI)，其中流向肢体(通常是腿和脚)的血流受到影响，以致组织损伤随之发生，导致肢体的溃疡、坏疽或截肢。PAD患者也处于其它心血管疾病如心肌梗塞和中风、以及作为这些疾病后果的死亡的不成比例的高风险。随着糖尿病的发病率在全世界范围内增加，治疗CLI和预防由其引起的残疾和截肢已经成为重要的健康优先考虑。

使用血管内(微创)介入、开放手术或两者的组合的外周血管介入手术是目前唯一可用于在患有PAD的患者中恢复肢体灌注的方法。医疗管理仅能帮助延缓疾病的进展，如果可以的话。然而，临床医生目前缺乏术中工具来实时地适当评估受影响的组织中的灌注，通常是在脚中，以可靠地引导介入手术的实施。测量血液灌注的现有技术包括皮肤灌注压(SPP)、多普勒超声(DUX)和经皮氧监测(TCOM)。每种这些技术都具有一个或多个缺点。SPP仅提供皮肤真皮层的灌注数据，需要皮肤温度被归一化为44℃，受皮肤色素沉着影响，并且对于水肿患者是不可靠的。SPP还需要使用压力袖带，这进一步限制了其在外周血管介入期间作为实时灌注评估工具的效用。DUX不评估组织灌注，而是测量大血管(＞1.5mm)中的血流量。TCOM要求患者置于高压氧中，使其与导管室(Cath Lab)/手术室不相容。此外，TCOM不提供实时血管重建数据，因为它需要约4至6周的时间以使测量达到平衡。

因此，有需要对在血管尺寸范围内和在由这些血管供给的组织中的血液灌注进行非侵入性实时测量。特别地，需要一种对足部中的血液灌注的非侵入实时测量，其能够在介入手术进行时可靠地执行，并且在手术过程中用于通知决策者。

缺血是一种组织血液供应被限制导致氧和葡萄糖短缺，从而导致组织不可逆转的损伤的状况。如果发现太晚，通过各种血栓溶解或外科手术的治疗选择进行血液再灌注，将只会进一步增加对组织的损伤，而不是挽救组织。例如，局部缺血的最常见部位之一是足部。在这种情况下，在损伤变得不可逆之前，处于危险中的缺血足部的早期检测和诊断是必要的。目前，诊断缺血足部的最常见的方法是ABI(踝臂指数)，其比较手臂中的血压与脚踝处的血压。在一些情况下，小于0.9的ABI测量值是足部缺血的指示。然而，ABI测量高度依赖于操作者方案，即，当在受试者处于就座或仰卧位置的情况下进行测量时，或者当操作者使用不同的测量方案/设备时，可以获得不同的值。ABI还在患有糖尿病、接受血液透析、或者如果在踝关节下存在大面积的远端动脉损伤的患者的钙化血管中产生假性升高的测量值(Yamada等，J Vasc Surg 2008；47:318-23)。

慢性伤口是在四周后几乎没有或没有改善或在八周内未愈合的不愈合伤口。在实践中，患者可能出现一年以上保持开放的慢性伤口。全世界有三千七百万人患有慢性伤口，主要是在下肢。仅在美国，慢性伤口已经影响了六百五十万患者，并且在2010年花费了14亿美元。由于慢性伤口与衰老疾病如糖尿病和肥胖有关，因此在发达国家，对慢性伤口处理的护理需求随着老年人口的增加而增加。下肢慢性缺血性创伤的早期诊断是特别重要的，因为它在确定保守伤口处理(例如绷带和湿敷)是否足够，或者是否需要更积极的治疗来防止伤口进一步恶化而可能最终导致截肢等方面具有重大影响。

如果伤口组织周围的血液灌注未受损超过被动愈合发生的最小阈值，则伤口的保守疗法(例如绷带和湿敷)可足以促进伤口愈合。然而，在灌注受损的情况下，不适当使用保守伤口治疗导致在临床环境中伤口的第一次呈现到与伤口的严重程度相称的有效治疗之间的时间滞后。

伤口中组织活力的最重要的单一决定因素是其血液供应。评估伤口床周围的血液灌注的能力允许做出的以下临床决策：(a)如果组织是可存活的，则继续保守治疗，或者(b)如果血液灌注对于成功保守治疗而言受损过于严重，则及早使用更高级的伤口护理产品，如化学清创剂，或者高级的伤口治疗，诸如局部负压、高压氧治疗(“HBOT”)等。在适当的情况下，患者可以通过外周介入手术进行血管重建。因此，非常需要一种血液灌注监测器，其能够促进患者早期进入保守伤口治疗或积极伤口治疗。

HBOT涉及在高压舱中以2-2.5倍于海平面的水平给氧。患者可以被开出达40个HBOT疗程的处方，通常每周3-4个疗程，以便使到慢性伤口组织的氧输送最大化。这种治疗是昂贵的并且不是没有危险的；其副作用包括耳和窦气压伤、鼻旁窦和中枢神经系统的氧气中毒。(Aviata Space Environ Med.2000；71(2)：119-24)此外，对1144名患者的回顾性研究(Wound Rep Reg 2002；10:198-207)表明24.4％的慢性伤口患者没有从中受益。因此，更好地预测HBOT在慢性伤口治疗中的成功的诊断设备将有助于避免不必要的和无用的治疗，并在医疗系统中显著节约成本。

在需要截肢的足部缺血的情况下，需要一种新的诊断工具，其能够通过预测截肢伤口愈合的潜在成功来更好地引导关于截肢程度的决策。截肢通常在不能用重建血管手术治疗的严重肢体缺血患者、糖尿病足溃疡或静脉溃疡患者上进行。发达国家中大约85-90％的下肢截肢是由外周血管疾病引起的，并且不良的伤口愈合占截肢引起的并发症病例的70％。由于缺乏预测截肢愈合的优化工具，医生必须对截肢的最佳部位进行主观判断，并且由于使肢体保留最大化的偏见，当第一次截肢伤口不能愈合时，患者需要在腿的更高处进行随后的截肢是很常见的。膝下截肢的治愈率在30％和92％之间，再截肢率高达30％。因此，需要一种用于预测成功的截肢愈合的准确工具来帮助医生更准确地确定截肢的部位，这将促使肢体保留最大程度，同时避免了修复截肢的创伤和成本。

通常在外科手术中，特别是在整形和重建手术中，组织瓣用于覆盖伤口缺损。这些可以是带蒂的瓣(即，具有它们自己的血管蒂，其向皮瓣供应血液)或游离瓣，其需要与受区点的微血管连接以确保足够的血液供应。两种类型的皮瓣都关键取决于皮瓣存活时在它们内部的血液灌注。皮瓣的灌注需要密切监测，尤其是在重建手术后的最初几小时至几天，并且早期检测到灌注损失将有助于指导患者进行进一步的外科手术，如需要确保连续的皮瓣活力。因此，如果诊断工具能够潜在地用于在术后期间连续监测皮瓣血液灌注并防止由于皮瓣缺血的检测延迟而造成的皮瓣损失，这将是有用的。

目前，市场上用于伤口护理的诊断装置包括多普勒超声仪(例如，如EP0814700A1中所述)、经皮氧监测(TCOM或TcPO₂)(例如，如WO1980002795A1中所述)和皮肤灌注压(SPP)(例如，如CA2238512C中所述)，它们每种都具有严重的缺点，限制了在对慢性伤口患者施用正确治疗的效果。多普勒超声仪仅测量大血管(＞1.5mm)中的血流。TCOM测量与伤口的状态不是最相关的。(Wound 2009；21(11)：310-316)。这尤其是因为TCOM测量受许多因素影响，包括局部水肿、解剖定位、表皮角质层的厚度和腿部依赖性(Figoni等，康复研究发展杂志2006；43(7)891-904)。此外，测试结果严重受水分和温度水平的影响(今日足科2012；25(7)84-92)。Lo等(Wound 2009:21(11)310-316)报告了皮肤灌注压(通过激光多普勒测量)似乎是伤口愈合相对于TcPO₂更准确的预测器；然而，SPP仅能够提供有限深度的数据，并且需要皮肤温度归一化为44℃，其对皮肤色素敏感且对水肿不可靠。

最近，已经开发了使用漫射散斑对比分析(DSCA)来测量高达两厘米(2cm)的组织深度中的实时血液灌注，其以绝对BFI(“血液流动指数”)为单位，在本文中也可以被称为BPI(“血液灌注指数”)。本公开在一些实施例中集中于经由硬件或软件处理器使用DSCA，所述硬件或软件处理器被配置为生成预测治疗缺血和其他状况的指数，并且可以指导治疗缺血和其他状况的临床决策。本文公开的系统和方法可用于或修改为用于Lee等的第9,636,025号美国专利和Lee等的公开号为2015/0073271A1的美国专利，这两个专利的全部内容通过引用并入本文。

发明内容

在一些实施方式中，本文公开了用于确定患者的血管重建手术和/或伤口愈合的成功的计算机实施的实时方法，所述方法包括任意数量的：利用漫射散斑对比分析(DSCA)测量血液灌注特性；确定在第一时间点的血液灌注指数(BPI)，确定在第二时间点的血液灌注指数(BPI)，通过将所述在第二时间点的血液灌注指数(BPI)除以所述在第一时间点的血液灌注指数(BPI)，从所述血液灌注指数(BPI)确定血液灌注指数(BPI)比率；针对附加患者特征分析所述血液灌注指数(BPI)比率；和/或向显示器输出所述血液灌注指数(BPI)和可能的阳性或阴性患者结果的标记。

在一些配置中，所述附加患者特性包括血液灌注指数(BPI)的绝对值。

在一些配置中，所述方法还包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，所述方法还包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约2，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，所述方法还包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约1，则向显示器输出可能阴性患者结果的标记。

在一些配置中，所述第一时间点在所述血管重建手术中的第一次血管成形术尝试的5分钟内，并且在导丝放置之后。

在一些配置中，所述第二时间点在完成所述血管重建手术的5分钟内。

在一些配置中，所述方法还包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1.1，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，所述方法还包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1.2，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，所述方法还包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约0.9，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，所述方法还包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约0.8，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，测量发生在所述患者的皮肤表面上。

在一些配置中，测量和确定是在患者身上的感兴趣位置处进行，所述附加患者特性通过以下确定：在所述患者上的与所述感兴趣位置不同的脉管系统灌注的位置处，识别所述患者上的参考位置；利用漫射散斑对比分析(DSCA)在所述参考位置处测量血液灌注特性；确定在所述参考位置处的在所述第一时间点的血液灌注指数(BPI)，确定在所述参考位置处的在所述第二时间点的血液灌注指数(BPI)，通过将所述在所述第二时间点的血液灌注指数(BPI)除以所述在所述第一时间点的血液灌注指数(BPI)，从所述血液灌注指数(BPI)确定参考血液灌注指数(BPI)比率，其中分析所述血液灌注指数(BPI)比率还包括至少部分地基于所述参考血液灌注指数(BPI)来调整所述感兴趣位置处的所述血液灌注指数(BPI)比率。

在一些配置中，所述患者上的所述参考位置在所述患者的手臂、前臂或躯干上。

在此的一些实施例也公开了一种用于确定患者的血管重建手术和/或伤口愈合的成功的计算机实施的实时系统。所述系统包括任意数量的：激光光源；检测器；以及处理器，所述处理器被配置为通过电子方式执行以下操作一个或多个：利用来自所述检测器的漫射散斑对比分析(DSCA)从感兴趣位置接收测量的血液灌注特性；确定在第一时间点的血液灌注指数(BPI)，确定在第二时间点的血液灌注指数(BPI)，通过将所述在第二时间点的血液灌注指数(BPI)除以所述在第一时间点的血液灌注指数(BPI)，从所述血液灌注指数(BPI)确定血液灌注指数(BPI)比率；针对附加患者特征分析所述血液灌注指数(BPI)比率；以及向显示器输出并且用电子方式指示所述血液灌注指数(BPI)比率和可能的阳性或阴性患者结果的标记。

在一些配置中，所述附加患者特性包括血液灌注指数(BPI)的绝对值。

在一些配置中，所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约2，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约1，则向显示器输出可能阴性患者结果的标记。

在一些配置中，所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1.1，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1.2，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约0.9，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约0.8，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

在一些配置中，所述处理器进一步被配置为从所述患者上的参考位置接收血液灌注特性；确定在所述参考位置处的第一时间点和第二时间点的参考血液灌注指数(BPI)比率，并且至少部分地基于所述参考血液灌注指数(BPI)来调整所述感兴趣位置处的所述血液灌注指数(BPI)比率。

在一些实施例中，在此公开了一种用于确定血管重建手术的必要性的计算机实施的实时方法，所述方法包括任何数量的：利用漫射散斑对比分析(DSCA)测量血液灌注特性；确定在设定时间段内的血液灌注指数(BPI)；从所述血液灌注指数(BPI)数据导出血管健康指数(VHI)；针对附加患者特征分析所述血管健康指数(VHI)；以及向显示器输出所述血管健康指数(VHI)和可能需要所述血管重建手术的标记。

在一些配置中，所述附加患者特性包括血液灌注指数(BPI)的绝对值。

在一些配置中，所述方法还包括如果所述血管健康指数(VHI)小于约20，则向显示器输出可能需要所述血管重建手术的标记。

在一些配置中，所述方法还包括如果所述血管健康指数(VHI)小于约15，则向显示器输出可能需要所述血管重建手术的标记。

在一些配置中，所述方法在门诊环境中确定。

在一些实施例中，在此还公开了一种用于确定血管重建手术的必要性的计算机实施的实时系统，所述系统包括任意数量的：激光光源；检测器；以及处理器，所述处理器被配置为执行以下操作一个或多个：利用漫射散斑对比分析(DSCA)测量血液灌注特性；确定在设定时间段内的血液灌注指数(BPI)；从所述血液灌注指数(BPI)数据导出血管健康指数(VHI)；针对附加患者特征分析所述血管健康指数(VHI)；以及向显示器输出所述血管健康指数(VHI)和可能需要所述血管重建手术的标记。

在一些实施例中，系统可以包括、排除、基本上由或由如本公开中阐述的任何数量的特征组成。

在一些实施例中，方法可以包括、排除、基本上由或由如本公开中阐述的任何数量的特征组成。

附图说明

图1示出了包括DSCA技术的便携式系统。

DSCA过程的图示在图1AA中示出。

图1A示出了足部血管区域。

图1B示出了足部上的五个测量点，每个测量点对应于图1A中所示的血管区域之一。

图1C示出了供应足部血管区域的动脉分支。

图1D-图1H示出了在图1B的五个测量位置中的每一个处使用漫射光流(DOF)传感器的测量。

图2是用于测量混浊媒质流动的系统的框图。

图3是在多层组织中漫射光穿透和检测的示意图。

图4是不同流率的自相关函数的图。

图5A是在袖套闭塞协议期间的两个血流指数(BFI，也称为BPI)的图。

图5B是示出了图5A的两个BFI(BPI)的推导的自相关函数的图。

图6是在袖套闭塞协议期间的两个BFI(BPI)的图。

图7示出了根据一些实施例的灌注监视系统的各种元件。

图7A示出DSCA灌注监测控制台和仪表箱的实施例。

图7B示出了低轮廓传感器的实施例。

图8A示出了在两个个体的足底内侧部分测量的原始BFI(BPI)数据(原始时间序列BFI数据)，一个人是健康的，另一个人具有肢体缺血的指标；而图8B示出了相同人的等效功率谱数据(原始时间序列BFI数据的傅立叶变换)。

图9A-图10示出了支撑结构的实施例。

图11示出了附着到患者足部的多个DOF传感器1000。

图12示出了与时间序列BFI相关的流量变换等级(FTL)，例如来自时间序列DSCA血液流量指数(BFI)数据的FTL导出(derivation)，其中强度是在60Hz的帧速率下测定的。

计算在1Hz和2Hz采样的足底内侧BFI数据的5分钟的标准偏差，并且在图13A和图13B中示出了所得到的ROC曲线。图13A示出了BFI在1Hz下的标准偏差的ROC；图13B示出了BFI在2Hz下的标准偏差的ROC。

从跟骨到手臂的BFI标准偏差也显示了在健康和缺血患者之间的显著差异，但不如足底内侧那样强烈。在图14A-图14C中比较了三个位置的p值，它们分别是足底内侧、跟骨和手臂区域中的FTL的箱形图。图14D示出了包括健康和缺血患者群体在内的许多患者的FTL值。

由健康患者和患有临床诊断的外周动脉疾病(PAD)或严重肢体缺血(CLI)的患者间的对比研究产生的AUC图，在图14E和图14F中示出。

在一项研究中，如图14G和如下所示，分析了20名患者的基线VHI。

对于相同的患者，在相同的5分钟期间内平均BPI值的中位数(取5分钟图表中平均BPI的目测估计值)示于图14H中。

具体实施方式

漫射光流传感器

存在许多技术用于依靠光漫射的测量来表征血流(其在本文中也可以称为血液灌注)。这种技术包括漫射相关光谱(DCS)和漫射散斑对比分析(DSCA)。DCS和DSCA都可以用于测量相对和/或绝对血流量。其它技术依赖于测量光的漫射以检测组织的其它特性，例如生化成分、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度等。这样的技术包括漫射光谱(DOS)、漫射光学层析成像(DOT)和近红外谱(NIRS)。

如本文所使用的，“漫射光学传感器”包括被配置为通过测量漫射光来表征组织中的血液特性的任何传感器。如此，漫射光学传感器包括DCS、DSCA、DOS、DOT和NIRS传感器。如本文所使用的，术语“漫射光流传感器”包括被配置为表征组织中的血流的任何传感器。如此，漫射光流(DOF)传感器包括DCS和DSCA传感器两者。

近红外漫射相关光谱(DCS)是一种新兴的技术，用于连续非侵入性测量生物组织中的血流。在过去十年左右，DCS技术已经发展到可非侵入测量诸如脑、肌肉和乳房的深部组织脉管系统中的血流信息。与一些其它血流测量技术，例如正电子发射断层扫描(PET)、单光子发射计算机断层摄影(SPECT)和氙增强计算机断层扫描(XeCT)相比，DCS使用非电离辐射并且不需要造影剂。它不干扰常用的医疗装置，例如起搏器和金属植入物。因此，其在癌症治疗监测和临床环境中的床边监测中具有潜力。

DCS系统可以包括光源，例如具有长相干长度的激光器，检测器，例如光子计数雪崩光电二极管(APD)或光电倍增管(PMT)，以及自相关器。在各种实施例中，自相关器可以采取硬件或软件的形式。作为DCS系统的中心部件之一，自相关器计算从检测器获得的光强度的时域波动的自相关函数。

然而，DCS可能受积分时间长、成本高以及同时测量的通道数量低所影响。导致这些限制的一个因素是对非常敏感的光电检测器和随后的自相关计算的依赖。漫射散斑对比分析(DSCA)是一种较新的技术，其提供了一种改进的流量计系统，使得能够具有成本效益，利用统计分析进行实时测量而不必依赖于在快速的时间序列数据上进行自相关分析。该统计分析可以在使用多像素图像传感器的空间域中实现，或者在使用慢计数器的时域中实现。多像素图像传感器也可用于时域分析，使得单个或多个像素作为单独检测器，其尤其适合于多通道应用。在各种实施例中，这种方法可用于测量血流，无论是绝对的、相对的或两者。

DSCA可以在空间域和时域中实现。对于空间DSCA(sDSCA)，原始散斑图像首先从样本表面获得。原始散斑图像可首先由平滑强度的背景来归一化，这可以是在一定数量的散斑图像上被平均。散斑对比度K_s被定义为在多个检测器或像素上标准偏差对平均强度的比率，K_s＝σ_s/<I>，其中下标s是指是指空间变量，与时域相对。量K_s与场自相关函数g₁(τ)相关，如下：

其中，V是横跨图像的强度变化，而T是图像传感器的曝光时间。通过使用在半无限媒质中相关性漫射方程的已知解决方案，可以导出流率和K_s之间的正式关系。发现在身体组织中的流量范围内，流量和1/K_s ²之间的关系是基本上线性的，随着流速增大，1/K_s ²增大。

为血流量仪实施这种散斑对比度原理的另一种方法是在通过在一定时间上积分得到的时间序列数据上使用统计分析。这个时域分析在本文中称为tDSCA。tDSCA的积分时间可视为类似于在sDSCA中图像传感器的曝光时间。在tDSCA的情况下，可以使用包含积分电路的具有中等灵敏度的检测器。例如，在CCD芯片上的每个像素可以用于此目的，因为每个CCD像素会保留给定曝光时间的累积光电子。因此，多个单模光纤可以直接放置在单个CCD芯片的一些位置上，产生多通道tDSCA系统，而不会失去任何时间分辨率。通道的数量仅受限于CCD芯片尺寸、像素尺寸、和每个光纤尖端的面积。在一些实施方案中，tDSCA可以使用例如雪崩光电二极管(APD)和/或光电倍增管(PMT)的灵敏检测器，和例如包括在带有USB连接的数据采集卡中的计数器的慢计数器，但将该实施例扩展到多通道的仪器是昂贵和庞大的。采取任一种方式的时间序列数据可通过重复测量来获得，例如可以连续进行25次测量，之后，数据可以被统计分析以确定流率。在1毫秒曝光时间的结构中，可以每25毫秒获得一个流量指数，产生约40赫兹的操作。

时间序列数据的统计分析可以与以上相对于sDSCA所述的基本相同，除了是在时域中而不是在空间域中计算统计(平均强度和强度的标准偏差)之外。结果，tDSCA可提供比sDSCA较低的时间分辨率。然而，用于tDSCA的检测器面积可以显著小于sDSCA的。与空间域对应，tDSCA方案的仪器和分析与传统DCS技术相比是显著更简单的，且是较低计算强度的。因此，在一些实施例中，用于评估深部组织中的外周血流特性的系统可包括以下任何数量的内容：支撑结构，所述支撑结构被配置成定位在患者的解剖结构上；至少一个漫射光流传感器，其由所述支撑结构承载并且被配置成与所述患者的解剖结构的皮肤表面光学连通地定位；相干激光光源；光电探测器，其可操作地连接到所述至少一个漫射光流传感器；硬件或软件处理器，其被配置为分析来自所述至少一个漫射光流传感器的数据，以确定当所述支撑结构被定位到所述患者的肢体上时在所述漫射光流传感器附近位置处的绝对和/或相对血流量，所述硬件或软件处理器被配置为通过根据强度波动确定空间散斑对比率K_s或时间散斑对比率K_t和1/K_s ²或1/K_t ²，并且将1/K_s ²或1/K_t ²值与血流量相关联，来确定所述患者的脉管系统中的血液灌注特性；以及反馈装置，其被配置成提供指示由硬件或软件处理器确定的绝对和/或相对血流量的信号。在一些实施例中，至少一个漫射光流传感器被配置成捕获扩散地散射到组织中并且透射到例如大约5mm与50mm之间、大约5mm与大约100mm之间、大约5mm与大约200mm之间的穿透深度的光。在一些实施例中，患者的解剖结构可以是肢体(诸如手臂、前臂或手；脚、大腿或小腿、躯干、腹部、前额、耳朵、或包括例如血管或非血管体腔的内部身体位置、或器官。

DCS和DSCA技术都可用于在实时的基础上评估在脚部的绝对和/或相对的血流量，从而为介入放射医生和血管外科医生提供了重要工具以治疗脚中缺血。使用手术室目前的工具，医生通常可以通过X线透视评估介入如球囊血管成形术是否成功的打开和实现肢体动脉的通畅。然而，临床经验是，用荧光透视法观察到的结构通畅不是在足中的溃疡创面、缺血组织(例如黑趾)或其它临床表现所在的拓扑区域再灌注成功的可靠指标。为了加强动脉通畅性的荧光数据，在DCS或DSCA系统中使用的多个DOF传感器可以被放置在足的不同拓扑区域以评估不同区域的绝对的和/或相对的血流量。例如，各拓扑区域可对应于不同的足部血管区域。

图1示出了包括DSCA技术的便携式系统。该系统可以包括连接到传感器的紧凑仪器控制台，该传感器在灌注评估期间被粘贴到患者脚部上的合适位置。在一些实施例中，该装置可以容纳在金属盒中以减少电磁辐射(EM emissions)。不需要切口。通过简单的皮肤接触，该装置可以监测深度高达约或至少约5、5.5、6、6.5、7、7.5、8mm或更深的组织灌注。该装置可包括允许易于粘附到皮肤的低扁平轮廓的传感器头。监控控制台可以包括光电仪器，该光电仪器包括相干红外光源、光电探测器和显示/控制电子器件。传感器可包括无源光纤管道，其将红外光从控制台传递到患者，并将来自患者的散射光中继回控制台。

传感器可以包括平面DOF传感器，其可以将光纤放置成与样本光学连通。在一些实施方案中，包括至少一个光学透明层的光学透明无菌屏障可设置在光纤和样本之间。该至少一个光学透明层可以被配置为具有粘合剂涂层以促进平面DOF传感器附着到样本/组织的表面上。例如，外科胶带可以包括支撑件，该支撑件被配置成在其上接收DOF传感器并且将DOF传感器耦接到样本。

图9A-图9C示出使用三维打印制造的支撑装置的实施例，具有包括被布置在患者/组织和光纤之间的粘接层的支架。图9A和图9B示出了支撑构件902，而图9C和图9D分别示出具有可设置在患者皮肤和光纤之间的一层外科胶带912的传感器头900的顶视图和底视图。在图9C和图9D中，反射器垫908和光纤906的尖端由外科胶带912的粘合剂衬垫遮蔽。在其它实施方案中，所述至少一个光学透明层可以没有粘合剂涂层，于是该平面DOF传感器可以通过使用外科胶带、机械夹钳、可调节带或其它装置安装到样本上。

图11示出连接到患者脚上的多个DOF传感器1000。在健康人体脚部上光源探测器分开约1.5厘米，动脉袖套闭塞协议观察显示了典型的血液灌注的变化-即在闭塞期间的骤然减少和停滞，以及在袖套压力释放后的快速过冲和随后恢复到基线值。

血管区域是由动脉源提供的或由它的伴行静脉排出的组织的三维部分。它可以包括皮肤、筋膜、肌肉或骨骼。足部血管区域示于图1A。在膝盖以下，有三个主要动脉：胫前动脉、胫后动脉和腓动脉。胫后动脉给出的至少三个独立分支：跟骨动脉、足底内侧动脉、足底外侧动脉，每个分支供给脚的不同部分。胫前动脉供应前脚踝，并继续作为足背动脉，其供应足背的许多部分。腓动脉的跟骨分支供应横向和足底脚跟。腓动脉前穿支供应侧前方上部脚踝。结果，足部血管区域包括：足底内侧动脉的血管区域、横向足底动脉血管区域、胫后动脉的跟骨分支的血管区域、腓动脉的跟骨分支的血管区域、足背动脉的血管区域。对于是否有相应于腓动脉的前穿分支的单独的第六足部血管区域，还有一些争议。

图1B示出在脚上的五个测量点，每一个对应于图1A示出的一个足部血管区域。通过检测每个这些位置的血流量，可以独立地评估来自不同动脉的血流量。例如，在点A的血流量测量(参见图1D)表示来自足背动脉以及胫前动脉的血流量。类似地，在点B的血流量测量(参见图1E)对应于足底内侧动脉，而点C(参照图1F)对应于足底外侧动脉，点D(参见图1G)对应于胫后动脉的跟骨分支，且点E(见图1H)对应于腓动脉的跟骨分支。

图1C是供给足部血管区域的动脉的分支图。血流量测量点A-E被示为端接各个动脉分支，尽管在实践中所述测量点不必是在各个动脉的最远端。如上所述，在任意点A-E的测量可以提供关于局部灌注的有价值的临床信息。

最近已经发展了基于拓扑的外周血管介入，如针对血管区域的外周血管介入，并且与传统的介入相比，其显示了有希望的性能，特别是在改进的四肢抢救率方面。采用多个DOF传感器的系统可以提供在脚的不同拓扑位置的灌注中的变化的实时反馈，例如逐个血管区域地，以便介入放射或血管外科医生可以立即评估是否在目标动脉处的特定介入已经成功地向脚的溃疡伤口、缺血性组织或其它临床表现所处的目标拓扑区域恢复足够的血液灌注。图2是用于测量混浊媒质的系统的框图。样本102包括其中的异构基质。在该基质中是一个带有随机排序的微循环通道的嵌入流体层，通过所述通道小颗粒207以非有序的方式移动。例如，在一些实施方案中，样本可以是身体组织，带有外周动脉和毛细血管的复杂网络。光源108将光注入到样本102中。检测器110可以检测被微循环通道中的移动颗粒207散射的光线。检测器110可被定位成接收从光源到样本中并且漫射通过样本的光线。在一些实施方案中，检测器可以由单模光纤耦接到样本。在一些实施方案中，检测器可以是多像素图像传感器，例如CCD照相机，用于成像样本的一个区域。在其它实施方案中，检测器可以是光子计数雪崩光电二极管(APD)或光电倍增管(PMT)。当颗粒在随机的方向流动时，来自光源108的光的散射将变化，导致可由检测器110检测到的强度的波动。分析器112耦接到检测器110并且被配置用于接收来自所述检测器110的信号。分析器112可以包括自相关器，它测量由检测器110接收的光的时域强度自相关函数。自相关函数可以用于获得在样本102中流动的小颗粒的散射和流动特性。依赖于时间的强度波动反映小颗粒207的时间依赖的密度波动，并且相应地自相关函数可以用于确定在样本102中的流速。在一些实施例中，可以使用硬件自相关器，而在其它实施例中，可以使用软件自相关器。由分析器112确定的流速或其它特征可被输出到显示器114。因此所测得的数量可经由显示器114提供给操作者。在各种实施方案中，所述操作者可以是临床医生、诊断医生、外科医生、外科助理护士或其它医务人员。在一些实施例中，所述测量可以经由显示器114基本上实时地提供。在一些实施例中，所述测量可以经由显示器114在从测量起约1秒内提供，例如从散射光被检测器检测到的时间起约1秒内，所述测量可经由显示器114来提供。在各种实施方案中，所述测量可以在从测量起小于约10分钟内、小于约5分钟内、小于约1分钟内、小于约30秒内、小于约10秒钟或小于约1秒内提供。

图3是在多层组织中漫射光穿透和检测的示意图。如图所示，光源202和检测器204都位于组织206的一个部分附近。如上所述，在一些实施例中，光纤可用于将光源和检测器之一或两者耦接到所述组织。组织206是多层的，包括其中没有流体的上层208，和带有流体的深层210。多个光散射粒子212在流体层210的毛细血管内流动，并且可以包括例如红血细胞。光214从光源202射出，它在穿过组织206时是漫射的。如图所示，光214的一部分被漫射，使得其入射到检测器204上。所述光214可以遵循从光源202到检测器204的大致新月形的路径。由检测器204检测到的光214的穿透深度取决于光源和检测器之间的距离。随着距离增加，穿透深度通常增大。在各种实施方案中，分开距离可在约0.5厘米至约10厘米之间，或在一些实施方案中在约0.75厘米至约5厘米之间。优选地，在其它实施例中，所述分开距离可在约1厘米至约3厘米之间。在各种实施方案中，所述分开距离可小于约10cm，小于约9厘米，小于约8厘米，小于约7厘米，小于约6厘米，小于约5厘米，小于约4厘米，小于约3厘米，小于约2厘米，小于约1厘米，小于约0.9厘米，小于约0.8厘米，小于约0.7厘米，小于约0.5厘米，小于约0.4厘米，少大于约0.3厘米，小于约0.2厘米，或小于约0.1厘米。所述穿透深度可以是变化的，例如在一些实施例中所述传感器的穿透深度可以在约0.5厘米至约5厘米之间，或在某些实施例中在约0.75厘米至约3厘米之间。优选地，在其它实施例中所述穿透深度可以在约5毫米至约1.5厘米之间。当然，各个层的组织光学性质，以及光源的强度、波长或其它特征，也影响所述穿透深度。这些变化可以允许基于被分析的所述身体部分、特定患者或其它方面的考虑来调整测量的深度。随后由检测器204获得的测量可被处理和分析以计算自相关函数。如图4所示，自相关函数可以用于确定组织中的流速。

图4是不同流率的自相关函数的曲线图，其中自相关曲线的较陡的衰减表示较快的流率。自相关的曲线绘制在图中的半对数刻度上。如本领域中通常所知的，血液流量数据可以通过将各个自相关曲线拟合到一个模型例如半无限多层漫射模型中来分析。然后拟合的自相关曲线可以提供相对的血流速率，这可以有用地应用于外周介入手术如气囊血管成形术或外科手术过程中，或作为诊断工具。在一些实施例中，系统和方法被配置成不运用自相关。

漫射光流(DOF)传感器(如上所述，它可以包括DCS和DSCA传感器的任一个或两者)在测量微循环系统中可以是特别有用的，例如，在测量脚的血液灌注中。这种技术可以通过采用足部拓扑概念而额外改进。脚中血流量的拓扑分析的一个实例纳入了如上所述的足部血管区域的概念。

系统和方法可以涉及DSCA(漫射散斑对比分析)来计算两个定量指数：(a)血液灌注指数(“BPI”)，在本文别处也称为血液流动指数(“BFI”)；和(b)血管健康指数(“VHI”)，在本文中别处也称为低频振荡指数(“LFI”)。BPI反映了以定量测量的实时组织灌注，而VHI是从5分钟原始BPI数据按照本文别处描述的算法产生的衍生指数。

DSCA过程的图示在图1AA中示出。DSCA的工作原理是，当相干光从源光纤传播通过患者的组织时，它被血细胞散射。在检测器光纤处收集的光信号是已经经由多个不同散射轨迹穿过患者组织的光子的聚集。在任何给定的时刻，到达检测器光纤的光子的平均路径长度将确定这些光子是否将以相长或相消方式(彼此)干涉。最终结果是，所检测的光强度随时间波动或闪烁，并且这种情况发生的速率指示患者组织中血细胞的数量和速度。总之，检测信号的闪烁率越高，患者的灌注/BPI越高。

诸如激光多普勒和散斑成像的较早技术已经存在了几十年。这些方法分析经过单次散射事件的光子，这因此限制了它们评估超过皮肤深度的灌注的能力。相反，本文公开的系统和方法可以利用有利的光学系统来分析多个散射事件上的光子。这样可以允许组织灌注测量达到激光多普勒或散斑成像的大约10倍的深度。

与多普勒超声和脉搏血氧测定不同，本文公开的系统和方法的另一个优点是其技术不依赖于脉动血流。这些较早的技术被设计成仅用于大于1.1mm的较大血管；而它们的光学系统不能检测/分析微血管/毛细血管组织床中的血细胞的运动。这点区别具有临床重要性，并且是依赖多普勒超声的ABI(踝臂指数)在足部缺乏脉动流的糖尿病患者中通常不能被检测到的原因之一。

本文公开的DSCA系统和方法可以有利地获得血管流量的相对小的变化。一个例子是当进行血管造影时BPI少量但明显的增加。当对比剂团迫使血细胞以增加的速率通过毛细血管时，BPI短暂地突增，然后随着对比剂(没有血细胞)通过足部毛细血管床而下降。第二个例子是在手术后介入放射学(IR)团队感觉并按压远端足部脉搏时BPI下降。

如本文所公开的系统和方法可以提供对介入的几乎即时的反馈。虽然一些手术在改善血流和灌注方面具有清晰且明显的益处，但是临床医生的经验是，在具有复杂远端疾病模式的越来越多的患者中，尤其是具有糖尿病病变的那些患者，可能难以仅通过血管造影引导来确定手术的成功。这样，本发明的系统和方法可以对何时执行额外介入以及何时介入放射学(IR)已经足够提供有用的引导。此外，系统和方法对工作流程的影响可以忽略不计，并且射线可透的传感器不干扰足部成像。另外的优点是，与经皮组织氧监测器(TcPO2)相比，本专利所公开的系统和方法更易于使用。经皮氧监测器被认为是不非常耐用并且耗时的，例如，该设备需要患者在记录时静止20分钟。因此，本专利所公开的系统和方法可提供更快和更简单的测量方案。

此外，一些实施例包括简单的盒设计和传感器，并且不需要测量前校准。经皮监视器在每次使用之前需要几分钟的校准，并且其传感器在评估期间需要主动监测，因为任何异常读数将需要传感器的重新校准以确保合格的结果。用于TcPO2传感器的固定装置不总是粘附到皮肤；有时粘合剂磨损，且必须重新开始监测，这进一步延长了测量时间。也存在成本方面的问题；经皮氧监测器需要定期购买膜和固定探针。任何未使用膜和固定探针的情况都会导致数值不准确。

主流临床观点反映的ABIs和TBIs评估是不可靠的，并且由于不可压缩的血管而使数值易于错误地升高。相当数量的患者不能经受这些手术，因为他们发现袖套的疼痛是不能耐受的。相反，本文公开的系统和方法可以是无痛的且所有患者都可以良好耐受，并且不会导致由使用装置和传感器引起的皮肤损伤或刺激。

在许多情况下，在血管介入前，介入放射医生或血管外科医生将感兴趣的脉管成像，例如使用荧光透视法、计算机断层扫描、超声波或其它成像技术。通过这种成像，可以识别几个潜在的闭塞或病变。外周介入术，如气囊血管成形术、动脉切开术或手术旁路/植入物可用于重新打开一个或多个所识别的闭塞或病变(“标靶病变”)，以努力恢复对脚的受影响区域的灌注。为使这些外周介入术能成功挽救肢体，血液灌注必须达到足够的水平，以允许足部伤口愈合。如果没有实时灌流监视器，医生没有办法确定是否介入术已经取得了足以使伤口愈合或根本改善的灌注。在脚的各种拓扑位置使用血液灌注的实时测量，如本文所述，解决了这个问题。它提供了实时的客观定量灌注数据，使得医生可以确定得知在标靶病变处的特定介入是否已经成功地恢复了在伤口位于其上的脚的拓扑区域的灌注。如果已经确定在所需的拓扑区域的灌注已经达到可以接受的水平，医生可避免与进一步介入相关联的额外风险，并把该手术结束。或者，如果在标靶病变处的特定介入并没有导致由实时灌流监视器所测量的任何灌注改善，医生将由此被引导到承接前进到次级标靶病变处的额外风险。从而实时灌流监视器的使用可避免出现在获得达到所需的灌注改善之前外周介入手术提前结束的情况。它还指导医师在脚的所希望的拓扑区域中哪一个标靶病变(在血管再生时)产生最大的灌注改善。这种实时知识将转而告知医生使用药物洗脱球囊或其它装置的最佳位置以延长其中所述病变部位位于其中的所述血管的通畅性。

虽然灌注中的改变可以从在自相关函数的形状的变化直接看到，已经开发了定义血液流量指数(BFI)的可能更有效的方式，它在本文也称为血液灌注指数(BPI)。图5A是在袖套闭塞协议期间两个这样的BFI随时间的曲线图。虚线的垂直线表示袖套膨胀的起始和停止时间。上图示出从自相关曲线的垂直交叉算出的BFI，而下图示出从自相关曲线的水平交叉算出的BFI。图5B是示出这两种不同的方法计算的BFI的曲线图。实线表示的零流量参考数据，而点线表示实时自相关数据。垂直交叉指示器比较了在给定时间的实时自相关数据的y轴的值(g₂)和基准数据。例如，第一指示器可被计算为1/g₂或1.5-g₂。水平交叉指示器比较了在给定流速的自相关数据和基准数据之间的时间差。例如，该第二指示器可以计算为log(t2/t1)。

如在图5A中所示的图表，或血流量的其它这种标记，可以通过可听的、可视的或触觉的反馈实时地显示给操作者。医生可由此被提供关于外周介入术的功效的基本实时的反馈。例如，在气囊血管成形术过程中，医生可以监视在脚的特定位置测量的BFI。该气囊膨胀时，该BFI将减少，而放气后增加。在重复该气囊的充气以执行血管成形术之后，BFI应相对于所述预成形术基线增大，表明血管成形术手术已导致在脚的目标组织处灌注的改进。没有相对于所述预成形术基线增大的BFI表明该气囊血管成形术没有成功地恢复灌注。实时地提供这种反馈对进行血管介入术的医生有巨大的好处。不是在手术后等待数小时或数天以确定灌注是否得到了改善，在此期间脚可能劣化到需要截肢的情况，而是在血管成形术手术期间在选择的足部位置使用DOF传感器可以提供即时反馈，允许医生根据需要继续、修改或结束手术。如上所述，在各种实施例中，可以在从测量起小于约10分钟内、小于约5分钟内、小于约1分钟、小于约30秒以内、小于约10秒内或小于约1秒以内提供反馈。在一些实施方案中，血管重建手术的成功可以通过与手术之前的BFI值相比BFI增大了约或至少约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％来表示。图6是在袖套闭塞协议过程中两种BFIs的的曲线图。图7示出根据一些实施例的灌注监视系统的各个元件。图7A示出DSCA灌流监视器控制台和仪表箱的实施例。图7B示出的低轮廓传感器的实施方式。图8A示出在两个人的足部的足底内侧部分测量的原始BFI数据(原始时间序列BFI数据)，一个人是健康的，另一个人具有肢体缺血的指标，而图8B示出在相同人的等效功率谱数据(原始时间序列BFI数据的傅立叶变换)。

虽然上述示施例涉及球囊扩张术，利用DOF传感器以评估脚中的血流量(不论是相对的、绝对的或两者)可在多个不同的介入之前、期间或之后有利地使用。例如，DOF传感器可用于帮助介入术，如旋磨术、递送包括但不限于tPA的分解物质、旁路手术、支架或移植物放置或任何其它介入术。

在一些实施例中，系统可以包括硬件或软件处理器，该硬件或软件处理器被配置为接收信号并且计算绝对BPI值和/或BPI比率，该BPI比率可以被定义为在第二、较晚的时间点(例如，血管重建手术结束时)的BPI除以在第一、较早的时间点(例如，术前基线、血管重建手术开始时、或者术中基线)的BPI。在一些情况下，相对于血管手术的第一次血管成形术，术中基线可以刚好在其之前，例如在5、4、3、2、1分钟、30秒、15秒、10秒或更短时间内。在一些情况下，术中基线可以在已经放置导丝之后并且在发生第一次膨胀(ballooning)或其他介入之前。在一些实施例中，术中基线可以在激活控制时自动取得，然后在取得术中基线后的预定时间内自动扩张球囊和/或进行手术的另一动作。在一些实施例中，该系统可以被配置为自动地进行第二测量，该第二测量可以发生在例如球囊放气之后的预定时间内。

在一些实施例中，BPI指数不一定需要是比率，而是可以例如通过在第二较晚时间点的BPI减去在第一较早时间点的BPI来计算得到。

在一些实施例中，BPI指数(例如比率、两个数值的差值或其它指数)可以包括两个或更多数值，其在时间上间隔大约、至少大约或不超过大约5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、60分钟、90分钟、120分钟、150分钟、180分钟、4小时、5小时、6小时、8小时、10小时、12小时、16小时、24小时、36小时、2天、3天、4天、5天、6天、7天、2周、3周、1个月、2个月、3个月、4个月、5个月、6个月或更多或更少的时间，包括涉及两个或多个前述时间的范围。

在一些实施例中，BPI比率可以与出院BPI(例如，在手术后36小时内，通常在手术后约12小时时取得)相对于术前基线BPI(例如，在患者入院时或手术前不久在门诊取得的)的百分比变化进行比较。

在一些实施例中，大于约1、1.1、1.2、1.25、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.75、1.8、1.9、2、2.5、3或更大的BPI比率，或大于包括任何两个前述值的范围的BPI比率，包括但不限于手术中的BPI比率，可具有潜力来预测由该手术引起的阳性百分比灌注变化，并且还可以预测阳性患者结果。表1如下所示，其包括来自对该潜在预测值的研究数据。相反的情况也是正确的，因为在足部的一个或多个传感器中小于约1、0.9、0.8、0.7、0.6、0.5或更小的BPI比率可以预测BPI的持平/负(flat/negative)变化百分比和混合/阴性(mixed/negative)患者结果。不受理论限制，但令人惊奇地和出乎意料地发现，包括其它指数在内，BPI(或VHI)的相对小的确定的百分比变化与患者结果相关。这样，系统和方法的一些实施例可以用于预测对已完成的介入的响应，和/或在患者在手术台上时实时确定是否已经实现了足够满意的结果，或者相反地，需要进行更多的介入步骤。相同或其他实施例可以用于评估已完成的介入是否可能或不可能具有成功的临床效果，或提供与患者的临床状况相关的介入前推荐和/或预测。在一些实施例中，系统和方法可以基于BPI比率、BPI百分比、VHI或其他指数经由显示器、音频通信等向操作者或第三方传送推荐和/或预测。在一些实施例中，该系统或方法可以电子地显示数值比率和/或阴影或彩色的条，或数值比率的其他度量。例如，可以用第一颜色，例如红色，指示小于预定阈值的比率，例如该阈值BPI比率为1，而可以用第二颜色，例如绿色，指示大于预定阈值的BPI比率，例如该阈值BPI比率为1。例如，如表1所示，在对35名患者的研究中，其中每名患者都有2个传感器在足部上，使用BPI比率＞1(BPI比率＞1预测阳性结果，BPI比率＜1预测阴性结果，其中例外是非常低的BPI术前基线，其需要更高的BPI比率)证实与临床结果有91％的相关性。在该研究中，这种方法与这些相比是有利的：基于对TcPO2变化评估的仅33％的相关性；基于ABI变化评估的52％；基于对TBI变化评估的67％；基于对血管造影标记物变化评估的77％(通常认为是黄金标准)。

表1-BPI比率与患者结果的相关性

在患者的成形术前(pre-plasty)绝对BPI异常低的情况可能需要警告，例如，小于约20、15、10、5或甚至更小的情况。在这种情况下，大于大约2的BPI比或如本文所述的其它值可以用作更适当的最小灌注目标，和/或可以是在给出低PTA前(pre-PTA)BPI值的情况下预测值所需的。。

不受理论限制，使用例如大于1或更大的BPI比率作为血管重建的实时灌注目标，可以极大地帮助医生做出他们的实时决定。例如，如果在打开更易接近的标靶病变之后看到BPI比率小于大约1，尤其如果这是由位于伤口血管上的传感器显示的，则这将促使考虑更积极的治疗，以便打开更困难的标靶病变。这可以有利地避免昂贵的再入院和/或过度的组织损失。

在一些情况下，BPI信号的平滑算法可以在反映实时灌注变化时会产生大约一分钟的轻微滞后；如果变化显著则该滞后会更短。在一些情况下，在测量BPI之前和在最终的成形术(plasty)后快速结束手术之前，等待一段时间可能是有用的，该时间例如是大约30秒、1分钟、2分钟或更长。

在一些实施例中，当近端血流受阻时，远端足部处的BPI信号可变得模糊或变得较不敏感，该近端血流受阻由一些问题引起，例如包括：对侧髂鞘、仅在手术中接近末期的时间被治疗的多个SFA狭窄、以及错过和未治疗的非常紧密的SFA狭窄、较大鞘的引入、或导管和导丝通过非常紧密的静脉移植狭窄。因此，在一些情况下，可能有益的是，在尝试第一次成形术(plasty)之前，首先处理近端病变，以及仅在放置导丝之后可能取得术中基线。

除了上述BPI比率分析之外，手术前(pre-op)和出院(discharge)BPI的绝对值和/或后者相对于前者的百分比变化可以用于确定伤口愈合灌注阈值或例如本文所述的其它临床度量。表2示出了选择的案例，其中具有有明显的阳性结果以及与BPI变化的相关性。

表2

这样，例如，由软件或硬件处理器确定并输出到显示器的BPI的绝对值和/或百分比增加可以指导对手术成功和/或伤口愈合的预测。例如，至少约20、25、30、35或更高BPI的灌注水平对于非糖尿病患者的阳性伤口愈合可能是足够的，但是糖尿病患者的伤口愈合可能需要更高的灌注，例如至少约30、35、40、45、50或更高的BPI。

在一些实施例中，系统和方法可以提供需要介入的局部缺血的门诊患者诊断。例如，处理器可以被配置成产生被称为VHI(血管健康指数，本文中也被称为FTL)的第二指数，其在一些情况下可以有利地产生用于门诊患者的更好的诊断曲线，因为其是经由算法分析5分钟日志的原始BPI数据(例如，以0.5Hz、1Hz、1.5Hz、2Hz、2.5Hz、3Hz或其他频率采样)的灌注波动而获得的。就其性质而言，它可以是更稳定的、由计算导出的指数，较少受生理灌注中的逐秒变化的实时BPI信号变化的极值影响。

在一些实施例中，手术前(pre-op)和出院(discharge)VHI的绝对值，和/或后者相对于前者的百分比变化(例如VHI比率)，可用于确定伤口愈合灌注阈值。表3示出了选择的案例，其中具有有明显的阳性结果以及与VHI变化的相关性。

表3

在一些实施例中，系统和方法可涉及处理器，所述处理器被配置为计算被测量的每一位置的BPI指数(例如，BPI比率)和VHI比率，且考量高于或低于预定阈值的BPI和/或VHI指数。如上文表2和3中所示，例如，在存在明确的阳性结果的案例子集中，发现VHI和BPI两者都显著增大。在一些实施例中，处理器可以被配置为分析与血流特性相关的度量，并且预测愈合/改善的定性和/或定量可能性，和/或建议基于有限的改善或较低可能的改善而加快医学跟踪。该推荐可以以电子方式传递到输出装置，例如如前所述的显示器，形式可以是文本或图形。

对于局部缺血的门诊患者的检测，VHI可有利地用作诊断工具以区分临床上局部缺血的脚和健康的脚。健康患者和患有临床诊断的外周动脉疾病(PAD)或严重肢体缺血(CLI)的患者的对比研究产生的以下AUC图，在图14E和图14F中示出。

如上图14E的左图中所示，VHI在所有患者中均优于ABI。如图14F的右图所示，在ABI大于1.1的患者中，VHI维持其敏感性，这点与ABI不同。

结果表明，VHI在检测足部缺血方面可以远远优于ABI，尤其是在ABI读数大于1.1的情况下。在这些案例中，由于可能的高度钙化的不可压缩的踝血管，ABI不能区分健康组织和严重缺血的组织，而VHI维持其准确性，因为它不受钙化的影响。

在一项研究中，如图14G所示和如下，分析了20名患者的基线VHI。

在对这20名患者的40份指数足部基线测量中，85％的结果≤15VHI，而92.5％的结果≤20VHI。VHI中位数为9.3。

如上所述，VHI可用于区分健康足部与需要介入的临床缺血性足部。

对于相同的患者，在相同的5分钟期间内平均BPI值的中位数(取5分钟图表中平均BPI的目测估计值)如图14H中所示。

在对这20名患者的40份指数足部基线测量中，77.5％的结果小于等于30BPI，而92.5％的结果小于等于40BPI。BPI中位数为19.0。

可以看到BPI中位数分析相对于VHI中位数分析的一致性；VHI值大约相当于它们的BPI值的一半。

这样，被配置为确定VHI阈值水平和/或BPI阈值水平的处理器可以在前线使用，例如该VHI阈值水平小于约25、20、15、10或甚至更小，该BPI阈值水平为45、40、35、30、25或甚至更小，以将患者引向更多的诊断测试，目的是进行更及时的肢体救助介入。

系统和方法还可被配置成血管特异性(angiosome specificity)-例如，可被配置成跟踪足部的不同局部解剖区域中的灌注变化。

在一些实施例中，使用本文公开的系统和方法利用灌注监测的术中监测可以提供更积极的手术策略以解决困难的病变/CTO，假定在手术结束时BPI持平或降低。这可以避免紧急再入院或重复截肢。此外，由实时灌注反馈引导的积极再灌注策略可以有助于降低与重复血管重建相关的成本(在费用和患者结果两方面)。

在一些实施例中，术后灌注监测可以用于警告临床医生需要进一步介入或抗凝剂/溶栓剂以在软血栓问题引起螺旋下降的情况之前排除软血栓问题。利用被配置为确定诸如本文公开的那些指数的系统和方法的早期跟踪可确定灌注的下降或无变化，并且这可由临床团队在决定进一步的临床治疗时考虑，包括是否重复介入。

除了上述的在手术室中实时监测血液灌注之外，基于通过DCS或DSCA产生的原始血液灌注数据的衍生指数也可以作为住院或门诊环境中工具，例如，用于基于患者的组织灌注水平直接进行适当的伤口或溃疡治疗，或用于通过测量在四肢(例如脚)的血液灌注来筛选外周动脉疾病的临界阈值。这样的衍生指数包括足部拇指指数(“FTI”)、低频振荡指数(“LFI”)及其两个参数“LFIA”和“LFIM”、以及支持矢量机指数(“SVM”)与流体变换等级(“FTL”)。这些衍生指数在下面描述，且将共同被称作“衍生指标”。在某些实施例中，在一个或多个衍生指数中的函数时间参考可以是例如在约15秒和约15分钟之间、在约30秒和约5分钟之间、在约30秒和约2分钟之间，或约30秒、45秒、1分钟、1.5分钟、2分钟、2.5分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟、7分钟、8分钟、9分钟、10分钟，或涉及上述任何两个值的范围。

BFI信号的统计分析

在一些实施方案中，BFI信号的统计参数也可以用作区别。流量变换等级“FTL”是在2Hz算出的BFI信号的标准偏差。图12示出了其是如何从时间序列BFI推导的且如何与之相关，例如来自时间序列DSCA血液流量指数(BFI)数据的FTL推导，其中强度是在60Hz的帧速率下测量的。根据所选择的持续时间，也可以使用其它的帧速率如30Hz。

计算了以1Hz和2Hz采样的5分钟足底内侧BFI数据的标准偏差，将得到的ROC曲线示于图13A和图13B。图13A表示BFI@1Hz的标准偏差的ROC；图13B表示BFI@2HZ的标准偏差的ROC。如本文别处所指出的，随采样的时间数据量可以根据所期望的临床结果来选择，如约30秒、45秒、1分钟、75秒、90秒、105秒、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟或其它时间间隔。1Hz或2Hz以外的其它频率也同样可以使用，如在约0.5Hz至约10Hz之间或在约1Hz至约10Hz之间的频率。

如果以2Hz的BFI的标准偏差为焦点，且数据集被缩短和分析，可观察到所述AUC的缓慢恶化下降到2分钟，并在1分钟处急剧下降。此结果示于表3A中。

表3A：FTL AUC对采样时间/数据集大小的依赖性。

来自跟骨和手臂的BFI的标准偏差也显示在健康和缺血患者之间的显著差异，但不像足底内侧强烈。三个位置的p值在图14A-图14C进行了比较，它们分别是在足底内侧、跟骨和手臂部位中FTL的箱线图。

评估结果

约0.75或更大的ROC曲线的AUC表示相当好的识别能力，且超过0.90的AUC在一些实施方案被认为是优秀的。相比之下，Figoni等人(J.Rehab Res Dev 2006：43(7)891-904)报道了，TcPO2在健康受试者和缺血性患者之间的区分中(当单侧小腿截肢由于下肢缺血而迫在眉睫或已列入计划时，则标识为潜在人选)具有0.82的AUC。然而，在Figoni研究中的缺血组患者经受了极端程度的缺血，其中已经在TcPO2测量的部位以上高得多的水平作出截肢的决定。在一些实施例中，分析的患者是门诊环境中的典型患者，在测试时没有人需要截肢。图14D示出在一项研究中获得的FTL值的曲线图，健康和缺血患者表示在Y轴上和且患者数字标识符表示在X轴上。

尽管在受试者之间的缺血程度相对于Figoni研究存在这种差异，使用LFI_M的一维AUC可以是类似于Figoni研究，表明与TcPO2相比LFI在区分缺血程度的细微差别中具有更大能力。当在我们的SVM中利用多个参数时，可以实现0.969或更好的AUC，远远超过tcPO2所报告的性能。

通过使用FTL(BFI@2Hz的标准偏差)，可从位于足底内侧单个传感器用单个参数实现0.9645的AUC。这在某些情况下极大地简化了所述测量并能增加所述技术用于临床诊断和/或筛选应用的实用性和易用性。

在一些实施方案中，低于约10、9.75、9.5、9.25、9、8.75、8.5、8.25、8、7.75、7.5、7.25、7、6.75、6.5、6.25、6、5.75、5.5、5.25、5、4.75、4.5、4.25、4、3.75、3.5、3.25、3、2.75、2.5、2.25、2或更小的FTL值可以作为第一群体和第二群体之间的预定区分截止值，且表示用于一个特征或疾病特征例如局部缺血如严重缺血的风险因子，并通过提示可听的、可视的或者其它信号通知临床医生，如视觉地在显示器上通知。

一些实施例还可以包括存储器以存储测得的或计算的数据(诸如但不限于BFI/BPI、BPI率、VHI、原始DOF信号)，并包括将测量的或计算的数据向/自至少一个网站/数据库接收/发送的能力。所述至少一个网站/数据库可提供患者和医生对所测量或计算的数据的访问、处理/分析所述数据和向临床医生和/或患者提供通知。这些通知可以包括但不限于：患者应当求医的警报、向临床医生更新新的患者数据可供审查等。所述数据可以按符合医院和糖尿病/足部/老人/社区护理中心的电子健康记录的标准的方式存储，并适用于所述标准。这种系统可以使临床医生、护理人员和家庭成员能够远程监测患者，并且可以特别适用于资源有限的地区，在那里联络和到访临床护理中心是有限的和/或困难的。通过远程评估患者的健康状况，将有可能通过确保只需进行必要的到访来改善临床护理。

在一些实施方案中，如本文所述的系统和组件可以采取计算系统的形式，其经由一个或多个网络与一个或多个计算系统和/或一个或多个数据源通信。该计算系统可用于实现这里描述的一个或多个系统和方法。尽管本文描述了示出计算系统和组件的各种实施方案，可以理解的是，在所述计算系统的组件和模块(其在本文中也可以称为引擎)中提供的功能性可以组合成更少的组件和模块，或进一步分离成另外的组件和模块。例如，通信引擎可以包括与诊断成像模态(modality)通信的第一模块，和与目标模态通信的第二模块。所述模块可以包括例如各种组件，如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件、进程、函数、属性、过程、子程序、程序代码段、驱动程序、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。任何模块都可以由一个或多个CPU执行。

软件模块可被编译并链接到安装在动态链接库的可执行程序，或者可以由解释编程语言来编写，例如BASIC、Perl或Python。应当理解的是，软件模块可以由其它模块或由其本身调用，和/或可以响应于检测到的事件或中断而被激活。软件指令可嵌入固件如EPROM中。还可以理解的是，硬件模块可以包括连接的逻辑单元，例如门和触发器，和/或可以包括可编程单元，如可编程门阵列或处理器。本文所描述的模块可用软件模块实施，但也可由硬件或固件实现。一般而言，本文所描述的模块指的是逻辑模块，它可与其它模块组合或者被分成子模块，与它们的物理结构或存储内容无关。此外，本文所述的所有方法可以作为在CPU上的指令来执行，并且可能会导致数据的操作或变换。

在一些实施方案中，该系统的硬件组件包括CPU，其可包括一个、两个或更多个常规微处理器。该系统还包括存储器，例如用于暂时存储信息的随机存取存储器(“RAM”)和用于永久存储信息的只读存储器(“ROM”)以及大容量存储装置，例如硬盘驱动器、闪存驱动器、软盘或光盘存储设备。通常，该系统的模块使用基于标准的总线系统相连。在不同的实施方案中，基于标准的总线系统可以是例如外围组件互连(“PCI”)、微通道、小型计算机系统接口(“SCSI”)、工业标准架构(“ISA”)和扩展ISA(“EISA”)架构。

根据一些实施方案中，所述系统可以被可操作地耦合到一个目标模态，例如电子病历(“EMR”)。EMR可以是被配置为存储和提供对电子医疗数据的访问的任何软件或硬件-软件系统。根据各种实施方案中，EMR可以是电子医疗记录、电子健康记录和类似物中的至少一个。在一些实施方案中，所述系统及其部件可操作性地耦合到目标模态，它可以是电子邮件或其它消息模态；SAMBA、Windows或其它文件共享模态；FTP或SFTP服务器模态；VPN；打印机；和类似物。

根据一些实施例的系统可以包括一个、两个或多个软件模块、擎、众多数据库和计算机网络，它们被配置为向用户提供对本文描述的各种模态和/或EMR的访问。所述系统可被配置成能够记录或者没有记录患者数据。虽然所述系统可考虑升级或重新配置现有的处理系统，对现有的数据库和业务信息系统工具的改变则不一定需要。所述系统可被实现或集成到现有的医疗信息管理系统如EMR中而不改变EMR，并可能与其它模态接口而不改变所述模态的通信系统。

根据一些实施方案，所述系统可以是软件或硬件-软件系统。例如，所述系统可以包括通信引擎，其配置为接收和发送被可操作地耦合到信息转换器的医疗信息，所述信息转换器被配置为以适合于在患者的EMR中存储的合适格式呈现诊断医疗信息；工作列表引擎，其配置为在医疗诊断模式从在EMR中采集的且用户可选的订单创建用户可选择的任务列表；和由用户可选择的交易记录和/或数据传输中的错误和/或由系统执行的数据转换所配置的事件日志。

根据一些实施方案，通信引擎可以是配置成接收和/或发送数据的任何软件或硬件-软件系统。通信引擎可以被配置为在各种网络接口上发送和接收数据，包括有线和无线网络或它们的组合，例如通过以太网、802.11x、蓝牙、火线(FireWire)、GSM、CDMA、LTE等等。通信引擎也可以被配置为采用如TCP/IP协议的文件传输协议以及例如WEP、WPA、WPA2和/或类似物的各种加密协议来发送和/或接收数据。

此外，在一些实施方式中，通信引擎可以被配置为主动或被动的模块。当通信引擎是被动的，它可以被配置为是由更大的医疗管理系统的各种元件可发现的。以这种方式，通信引擎可经配置为对用户选择的患者从医疗诊断模态接收命令或请求，使得通信引擎可以将该请求发送到EMR，从EMR接收特定患者的患者数据以及将来自EMR的患者数据传送到医疗诊断模态。这样，通信引擎仅配置成接收和发送数据。在一些实施例中，通信引擎没有被配置为收集、采集或发掘来自EMR或医疗诊断模态的数据。

临床应用

DSCA衍生指数的实施例提供了对患者微血管舒缩的直接评估。糖尿病引起的血管内皮功能障碍(Kolluru等人，Intl J of Vascular Med2012)破坏正常血管舒缩，导致延迟的血管重新建模和伤口愈合。因此衍生指数可以在某些实施例中提供一种措施以更好地评估患者(包括糖尿病性和非糖尿病)的愈合能力，从而指导伤口护理治疗的最佳利用。衍生指数的其它使用可以是例如，用于筛选外周血管疾病患者，确定血管重建手术的功效，例如旁路、支架、移植物、血管成形术或其它手术，无论是术中或术后；预测高级伤口疗法如高压氧的反应，和确定截肢的最佳位置。这种技术的其它应用包括例如评估整形外科移植物或用于组织存活的皮瓣。在一些实施例中，DOF传感器可以用来评估在脚、踝、小腿、大腿、手、臂、颈或其它解剖学位置的血流。在一些实施例中，DOF传感器可以定位在身体内，例如天然孔道中，如在食管、胃、小肠、结肠或子宫中以评估血流。在各种这样的实施方案中，DOF传感器可以按照血管区域理论布置。

缺血性脚部筛选

一个、二个或更多的衍生指数可以用作筛选缺血性脚部的工具，特别是糖尿病患者，在那里作为糖尿病疾病进展一部分的神经病变的存在意味着跛行往往不是底层外周动脉疾病的严重程度的可靠表现，例如患者是由于糖尿病性神经病变而感觉不痛，而不是因为没有动脉粥样硬化性疾病。

由于筛选工具理想地应当小、结构紧凑、价格低廉、被广泛部署且可由最少培训的人员使用，在一些实施例中用于筛选缺血脚部的系统可以实施为小的、电池供电的、便携的血液灌注监控台，其包括附接到患者脚部的用于测量持续时间如10秒至10分钟的单个传感器。所记录的时间序列血液灌注然后可通过内部处理器处理为功率谱。可替代地，时间序列数据可以被远程测量到用于处理的分布式计算网络。然后所计算的一个或多个衍生指数的结果可以直接报告给医生办公室或护理人员作进一步跟进。另外，护理人员或医生可以通过互联网、智能手机或其它电信设备远程访问该结果。然后血管内皮功能障碍和/或缺血患者可以被转介到初级护理中心以作更直接的评估和治疗。

糖尿病脚也处于局部缺血和来自脚中的生物力学变化的高足底压力以及神经病变相组合的溃疡的风险。在临床实践中，这三个因素的结合导致处于溃疡的糖尿病脚的诊断(“DFAR”)风险。每年，25％的糖尿病患者因此诊断为处于溃疡风险，并且50％的这种诊断的患者随后患上脚部组织的大或小截肢。

一些方法分别测量三个诊断指标-踝臂指数(“ABI”)可以用于测量局部缺血，而压力脚板可以用来测量足底压力，且以预定压力系扣但不被患者感觉到施用的压力敏感单丝可用于诊断神经病变。这些方法有多个缺点，包括：(a)ABI测量取决于手术协议是高度可变的，而手术协议从医院到医院是变化的。患者的位置是极其重要的，因为脚踝收缩压受体位影响-脚踝比心脏每低1英寸，则脚踝收缩压高1mmHg；(b)糖尿病脚中钙化血管的存在可以产生ABI的假性高读数；和(c)医生的工作流程可以堆积在医生的办公桌上，因为需要具有行医资格的医生对缺血、足底压力和神经病变的三种不同的报告在逐个病历的基础上进行主观解释，以便判断糖尿病脚处于风险中。通常医生需要30分钟或更多的时间来进行这些测试并作出诊断判定。

本文描述的一些实施方式包括一个、两个或更多个流量传感器，如漫射光流(DOF)传感器，被配置用于测量一个、两个或更多个与血液流量相关的参数，并且可操作地连接到一个、两个或更多个感兴趣的解剖学区域，例如脚或手。这些传感器与硬件控制台单元可操作地有线或无线通信，所述硬件控制台单元被配置为接收来自传感器的参数并且如本文别处所述进行预定的计算。本文描述的一些实施例包括压敏脚板，其中已经嵌入至少一个漫射光流(DOF)传感器头和任选的至少一个DOF基准传感器头，所述DOF传感器头与患者脚部的血管区域或其它拓扑位置进行光通信以便基于一个或多个衍生指数进行测量，并且所述DOF基准传感器头可以施加在患者的合适位置如拇指或耳垂以获得用于计算FTI的参考读数。该设备可以产生每只脚的绝对值BFI和/或FTI和/或任何其它衍生指数以及足底压力的定量读数，每个参数具有客观的阈值标准以表明是否一只脚需要进一步的医生检查和治疗或预先介入。该装置代表了一种简单、客观和直观的方法，它以去除操作者之间的变化并且避免多个测试的方式诊断处于溃疡风险的糖尿病脚。在一些实施方案中，为生成相关数据的报告，患者仅需要站在脚板装置上一段很短的时间，例如约30秒，将粘性的传感器头固定在拇指或其它参考点。这种简单的门诊工具可以方便地由护士、临床医生、物理治疗师等在糖尿病或足部保健社区中使用，以更有效地分流处于风险中的糖尿病脚，从而缓解了在全世界的许多老龄社区中由医生的长期短缺引起的工作流程拥堵。

指导伤口处理

用于评估伤口愈合潜力的当前技术是次优的。TcPO2测量已被证明是HBOT结果的差的预测(Fife等人，Wound Rep Reg 2002；10：198-207)。皮肤灌注压力实际上在伤口愈合预测方面优于TcPO2(Lo等人，Wounds2009)，尽管对于＜30mmHg的SPP截止值具有小于80％的诊断准确性(Castruonuovo等人，JVS 1997)。

TcPO2和SPP可能永远不会达到由临床协会要求的诊断准确率的最高水平，因为二者都是受仅在皮肤深度测量的事实所限制。Rucker等人的研究表明(Rucker等人，AmJPhysiol Heart Circ,2000)，在临界灌注条件下，正是骨骼肌中的血管舒缩和血流运动维持了对周围组织如皮肤、皮下组织和骨膜的营养功能，它们没有这种保护机制。此外，如在糖尿病中可见的受损内皮功能障碍直接损害了血管舒缩功能(Kolluru等人，Intl JofVascular Med 2012)，从而导致延迟的血管重新建模和伤口愈合。因此得出，仅仅局部血氧压力(TcPO2)或仅在皮肤的灌注压力(SPP)的测量不能反映在下层组织中缺血症的关键性质，因而不能最佳地提供伤口愈合的局部指标/预测。

与此相反，衍生指数直接测量在远大于皮肤的深度(高达2cm)处组织中的血管舒缩功能，因此具有作为伤口愈合的优越预测的潜力，且是用于引导伤口愈合的适当疗法的强大工具。在一些实施方案中，血液流量可以在大于约2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm或更大的深度进行测量。

伤口的保守治疗(如绷带、湿敷)足以促进伤口愈合，如果伤口周围组织的血液灌注所受的损害不超出出现被动愈合的最小阈值。但是，在灌注由此受到损害的情况下，不恰当地使用保守伤口疗法会导致在伤口首次出现与在临床中设置到和伤口症状的严重性相称的有效疗法之间出现时间滞后。伤口护理的TIME模型(组织活力、感染控制、湿度、上皮形成)强调对伤口中组织活力或其它参数的早期诊断，然后该诊断将驱使治疗途径朝向伤口愈合。对伤口中组织活力的一个最重要决定因素是它的血液供应。能够评估伤口床周围的血流灌注的能力允许对以下情况作出临床决定：(a)如果组织是活性的，则继续保守疗法，或者(b)如果血液灌注受损太严重而不能成功进行保守疗法，进展到更先进的伤口护理产品如化学清创剂，或高级伤口疗法如局部负压、高压氧疗法等。在更严重情况下，患者可以通过外周介入手术而直接进行血管重建。

引导截肢高度

所述衍生指数也可以用于预测截肢治疗的成功。截肢通常在不能用重建血管手术治疗的严重肢体缺血的患者中以及在有糖尿病脚部溃疡或静脉溃疡的患者中进行。在发达国家中85-90％的下肢截肢是由外周血管疾病造成的，且差的伤口愈合占70％的由截肢产生的并发症病例。尽管使用了本领域的现有技术来评估截肢高度，膝下截肢的愈合率在30％和92％之间的范围内，以及高达30％的再截肢率。如果在截肢高度的血液灌注不足以支持伤口愈合，截肢后的伤口无法愈合。发生这种情况时，手术伤口破裂，常伴有附加感染，并且可能增加在更高高度将腿截肢的修订截肢，或增加患者的发病率以及延迟患者康复和假肢装配。使用一个或多个衍生指数测量血液灌注的能力可以使医生能够更好地预测在将被截肢的腿的不同高度的成功截肢愈合。这将引导医生通过客观标准得到截肢的适当高度，以尽量减少患者的痛苦和折磨同时最大限度地保全肢体。

在一些实施例中，系统和方法可以用于各种各样的情况，包括但不限于：监测肢体或其它目标位置的灌注和在住院环境(例如，强化治疗单位、急诊部门、手术室和其他区域)中监测总体患者健康；门诊环境(例如，诊所、流动手术中心、技术护理设施和家庭环境)；在期望的时间段内立即进行术后监测，例如在动脉旁路手术后的一夜；监测下肢静脉性溃疡患者使用压迫绷带的松紧程度；评估皮肤损伤以对压力性溃疡早期预警；监测患者创伤后的肢体灌注；在未截肢、矫形介入之前评估皮肤健康；监测间室综合症手术/进展期间缺血的发展；监测实体器官移植；用于监测术后患者心脏的可植入心肌传感器；用于监测缺血性中风和/或血管重建手术的可植入脑组织传感器；等等。

取决于期望的临床结果，灌注传感器在一些情况下可以是经皮的(transcutaneous)(例如，没有任何可植入部件)、通过皮肤的(percutaneous)或植入的。

在一些实施例中，系统可以包括至少第一传感器和在不同的解剖位置处与第一传感器间隔开的第二传感器。第二传感器可以是参考传感器，其测量与由第一传感器测量的组织灌注不同的组织灌注。不受理论限制，灌注的变化可以是多因素的，包括例如由外周血管疾病引起的局部效应，例如，以及更系统性的变化，包括由自主神经系统、药物制剂、体液状况的变化等引起的血管舒张或血管收缩。这种系统性变化可能引入混杂变量，该混杂变量不一定与由第一传感器测量的组织相关，并且该系统性变化模糊了灌注的变化是否(例如)与介入相关，或者仅仅与系统性效应相关。

因此，在系统中包括一个、两个或多个参考传感器可以有利地从不受或基本上不受存在于第一解剖位置的任何局部状况影响的部位向控制器提供数据，该局部状况例如是允许系统针对非局部效应进行调整的外周血管疾病。在一些实施例中，可以基于来自参考传感器的输入来调整灌注指数。例如，控制器可以接收来自第一传感器和参考传感器的输入，并且基于预定算法计算调整的指数(例如，BPI比率、VHI或包括本文公开的指数在内的其它指数)，所述预定算法包括但不限于除法计算(例如，第一传感器值除以参考传感器值)、减法计算(例如，参考传感器值减去第一传感器值)等等。

在一些实施例中，参考传感器可以与第一传感器在不同的身体部位上，例如在不同于由第一传感器测量的血管分布中的位置。例如，第一传感器可以放置在下肢末端上，例如足部，而第二参考传感器可以放置在手臂、前臂、躯干、前额或其他希望的位置上。作为另一个非限制性示例，第一传感器可放置在第一下肢末端，而第二传感器放置在第二下肢末端。在一些实施例中，参考传感器可以与第一传感器放置在身体的对侧或同侧。在一些实施例中，系统可以包括多于一个的参考传感器(例如，在手臂上和在躯干上)。

高压氧疗法的筛选

用于帮助慢性未愈合伤口愈合的高压氧疗法目前通过在施加100％氧气之前和之后在伤口床周围的皮肤中的TcPO2测量引导。HBOT涉及在腔室中以2-2.5倍海平面水平的量级施加氧气。作为疗法的在很长一段时间上施加氧气不仅费用昂贵，并且伴有许多不良的副作用，如耳朵和鼻窦气压伤、鼻窦和中枢神经系统的氧中毒(Aviat SpaceEnviornMed.2000；71(2)：119-24)。此外，对1144名患者的回顾性研究(Wound Rep Reg2002；10：198-207)指出，24.4％的接受HBOT的慢性伤口患者没有从中得到好处。因此，有需要对于任何给定的个人更好地预测HBOT的成功。由于衍生指数的测量是在远低于皮肤的组织深度进行的，它具有能够识别非常不适用于HBOT的患者的潜力。

外科皮瓣评估

衍生指数在临床实践中的进一步应用在于外科手术，尤其是整形外科，其中带蒂或游离组织皮瓣用于覆盖伤口缺损。皮肤、肌皮、肌筋膜和骨肌皮瓣用于重建可能由外伤、手术肿瘤、感染或先天性疾病导致的组织缺损。这些皮瓣依赖于在接收组织床附近来自自身血管或来自带有血管的微细血管重建的血液供应以使其存活。这两种类型的皮瓣(带蒂和游离)都极其依赖于在它们中的血液灌注以使皮瓣存活。皮瓣灌注需要在重建手术之后尤其是在最初几个小时至几天内密切监测，且灌注损失的早期发现后将有助于引导患者根据需要进行进一步外科手术以确保持续的皮瓣存活。通过皮瓣翼片组织内的传感器或表面传感器监测这些皮瓣的灌注可以引导医生进行可保留皮瓣存活率的早期介入。衍生指数可潜在地用于在手术后的期间内持续地监测皮瓣的血流灌注，以防止皮瓣由于皮瓣缺血的延迟检测而损失。

用于指导各种疗法决策的血管内和/或腔内组织探针

在另一实施方案中，例如血管内使用的用于血液流量评估的DOF传感器包括被配置成在其远端处发射/接收光信号的至少两个光纤，所述传感器被经皮和/或腔内装置递送到器官或组织床，所述器官或组织床允许在与所述至少两个光纤光通信的组织体积内的血液灌注的DCS或DSCA测量。这种血管内传感器可以被配置为具有与约0.01至约0.04英寸(或约250微米至约1毫米)的导丝相似的小的横截面。血管内传感器可以放置在柔性护套中，以在递送期间保护它，并且便于将探针插入到目标组织中，随后护套可以部分缩回或探针的远端头部分伸出超出护套的末端，以便使至少两根光纤的末端与要测量灌注的组织光通信。

血管内和/或腔内组织探针可以进行内脏器官或组织中的血液灌注的实时测量以指导各种医疗疗法的决策，包括用于癌症治疗和血管畸形的当前治疗方案。这些实施例在下面更详细地描述。在一些实施方案中，本文所公开的系统和方法可用于为各种各样的适应症诊断和评估各种治疗性干预的功效，包括短暂性脑缺血发作和急性缺血性中风(以及神经介入血管重建手术的功效，如血管成形术或支架放置)、局部缺血性肠、肺栓塞、心肌梗塞，等等。在一些实施方案中，所述系统和方法也可以测量活动性出血(如GI(胃肠道)出血)，并确认其停止。其它适应症的描述如下。

(a)测量肿瘤血管及其光动力疗法的影响以及在射频消融前的肿瘤致敏测量

下面的文章提到在引导放射疗法、化疗和光动力学治疗中评估肿瘤血流的需求，并且通过引用将其整体并入本文。(Int.J.Radiation Oncology Boil.Phys 2003V 55，No.4，pp 1066-1073，“Nitric oxide-mediated increase in tumor blood flowandoxygenation of tumors implanted in muscles stimulated by electric pulses(一氧化氮介导的肿瘤血流量增加和通过电脉冲刺激肌肉而对移植肿瘤充氧)”，B.F.Jordan，Bernard Gallez等；The Oncology 2008，13：631-644“Use of H2 15O-PETand DCE-MRI tomeasure tumor blood flow(H2 15O-PET和DCE-MRI在测量肿瘤血流中的用途)”，AdrianusJ de Langen等人；Radiat RES 2003Oct 160(4)452-9“Blood flowdynamics afterphotodynamic therapy with verteporfin in RIF-1tumor(在RIF-1肿瘤中用维替泊芬光动力治疗后的血流动力学)，Chen B Poque等人)。简言之化疗成功的潜力在良好灌注的肿瘤中更高。这种现有知识可用于识别可能很好响应治疗的患者，且使此类患者对于化疗治疗有更大的信心。肿瘤血流的定量测量还可以帮助计算待递送的化疗剂的剂量，特别是当这种化学疗法是直接通过管腔内或血管内装置递送到肿瘤中时。这将有助于避免患者的不必要的且痛苦的化疗，这些患者由于其肿瘤的差的血管而不太可能从治疗中获益。

灌注也已经显示出在像放疗和光动力学治疗的温热疗法的成功率中的关键作用。在肿瘤中缺氧已经显示减少了对非手术治疗方式如放疗和化疗的依赖。所述缺氧可以是通过降低的肿瘤灌注(扩散相关的缺氧，diffusion related hypoxia)或红细胞通量的变化(急性缺氧)所引起的。通过各种方法来增大肿瘤灌注，如使用血管活性剂、卡波金呼吸和对肿瘤周围的骨骼肌进行电刺激，已经被实验证明具有放射增敏作用。光动力疗法(PDT)的原理是使用特定波长的光造成肿瘤血管损伤和致使肿瘤局部缺血，即使饥饿肿瘤缺乏血液供应。因此，PDT的成功通过上述缺血所达到的程度进行评估。通过血管内或管腔内装置测量肿瘤血流的能力因而可以有助于直接使用这些方法来提高肿瘤反应或评估肿瘤对这些非手术疗法的反应。

(b)治疗血管畸形的期间用于引导硬化和栓塞剂的注射的血管内和/或组织内探针

例如动静脉畸形的血管畸形(“VM”)是异常小血管的网络，其是自发形成的或先天性产生的或创伤后产生的，以在动脉、静脉和毛细血管之间产生血流的替代管道，绕过从动脉开始穿过器官或组织的毛细血管床并从那里进入静脉的正常血流。用于治疗VM的临床指标包括疼痛的局部症状、在VM部位的出血或溃疡、来自在这些病变内流动的从大体积血液的明显心肌劳损(包括高输出心力衰竭)。出于美容原因也可能需要治疗表面VM。

VM的治疗包括通过血管内微导管注入硬化剂如无水酒精或十四烷基硫酸盐钠，它对于血管是有毒的并且导致硬化或疤痕以关断VM内的小血管。这可能是唯一的手术或作为外科手术的一部分，其中在VM内流动的血液的体积被减少到手术切除之前。在这个手术中必需注意的是，硬化剂的过度注入可导致溢出到正常血管，造成显著损伤例如皮肤坏死、肢体损失、急性肺高血压或者甚至死亡。医生所面临的挑战是，必须在注入足够的硬化剂以彻底关闭VM、但又不可以多到使硬化剂泄漏出来造成其它严重损害之间取得平衡。VM的实时灌注监视可以发出信号指示何时血流量已经在VM内停止或充分降低以允许手术切除而不会显著失血。这可以指示医师已经注入足够的硬化剂并避免进一步注入，从而降低了不利后果的风险。

在上述教导的情况下，当然也可以进行各种其它修改、调整和替代设计。因此，此时应当理解的是，在所附的权利要求书的范围内，本发明可以以不同于本文具体描述的方式来实施。可以想到的是，可以进行以上所公开的实施例的具体特征和方面的各种组合或子组合，并且仍然落在本发明的一种或多种方案的范围内。另外，这里结合一个实施例所公开的任何特定的特征、方面、方法、属性、特征、质量、属性、元件或类似物可以用在这里所描述的所有其它实施例中。因此应当理解，所公开的实施方案的各种特征和方面可以相互结合或替代以便形成所公开的发明的不同模式。因此，申请人希望本文所公开的本发明范围不应该由上面描述的特定公开的实施方案限制。此外，虽然本发明容许各种修改和替换形式，其具体实施例已经在附图中显示和在本文中详细说明了。然而应当理解，本发明并不限于所公开的具体形式或方法，而是相反，本发明覆盖在所描述的各种实施例和所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。本文所公开的任何方法不需要以所述顺序执行。本文公开的方法包括由医生执行的某些动作；然而，他们也可以包括这些动作的任何第三方指令，无论是明示的或暗示的。例如，如“区分两种群体”的动作包括“指示在两个群体之间进行区分”。在此公开的还包括它们的任何及所有的重叠、子范围以及组合。诸如“高达”、“至少”、“大于”、“小于”、“之间”等等的语句包括所列举的数目。在本文所用的例如“近似”、“大约”和“基本上”等术语前面的数字包括所列举的数字(例如约10％＝10％)，并且表示接近所述数量的数量仍然执行所希望的功能或达到所需的结果。例如，术语“近似”、“大约”和“基本上”可以表示在所述数量的小于10％的范围内、小于5％的范围内、小于1％的范围内、小于0.1％的范围内以及小于0.01％的范围内的数量。

Claims (30)

1.一种用于确定患者的血管重建手术和/或伤口愈合的成功的计算机实施的实时方法，所述方法包括：

利用漫射散斑对比分析(DSCA)测量血液灌注特性；

确定在第一时间点的血液灌注指数(BPI)，

确定在第二时间点的血液灌注指数(BPI)，

通过将在所述在第二时间点的血液灌注指数(BPI)除以在所述第一时间点的血液灌注指数(BPI)，从血液灌注指数(BPI)确定血液灌注指数(BPI)比率；

针对附加患者特性分析所述血液灌注指数(BPI)比率；以及

向显示器输出所述血液灌注指数(BPI)比率和可能的阳性或阴性患者结果的标记。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述附加患者特性包括血液灌注指数(BPI)的绝对值。

3.根据权利要求1-2所述的方法，包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

4.根据权利要求1-3所述的方法，包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约2，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

5.根据权利要求1-4所述的方法，包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约1，则向显示器输出可能阴性患者结果的标记。

6.根据权利要求1-5所述的方法，其中，所述第一时间点在所述血管重建手术中的第一次血管成形术尝试的5分钟内，并且在导丝放置之后。

7.根据权利要求1-6所述的方法，其中，所述第二时间点在完成所述血管重建手术的5分钟内。

8.根据权利要求1-2所述的方法，包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1.1，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

9.根据权利要求1-2所述的方法，包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1.2，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

10.根据权利要求1-2所述的方法，包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约0.9，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

11.根据权利要求1-2所述的方法，包括如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约0.8，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

12.根据权利要求1所述的方法，其中测量发生在所述患者的皮肤表面上。

13.根据权利要求1所述的方法，

其中测量和确定是在患者身上的感兴趣位置处进行，

其中，所述附加患者特性通过以下来确定：

在所述患者上的与所述感兴趣位置不同的脉管系统灌注的位置处，识别所述患者上的参考位置；

利用漫射散斑对比分析(DSCA)在所述参考位置处测量血液灌注特性；

确定在所述参考位置处的在所述第一时间点的血液灌注指数(BPI)，

确定在所述参考位置处的在所述第二时间点的血液灌注指数(BPI)，

通过将在所述第二时间点的血液灌注指数(BPI)除以在所述第一时间点的血液灌注指数(BPI)，从血液灌注指数(BPI)确定参考血液灌注指数(BPI)比率，

其中分析所述血液灌注指数(BPI)比率还包括至少部分地基于所述参考血液灌注指数(BPI)来调整所述感兴趣位置处的血液灌注指数(BPI)比率。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述患者上的所述参考位置在所述患者的手臂、前臂或躯干上。

15.一种用于确定患者的血管重建手术和/或伤口愈合的成功的计算机实施的实时系统，所述系统包括：

激光光源；

检测器；以及

处理器，所述处理器被配置为通过电子方式执行以下操作：

利用来自所述检测器的漫射散斑对比分析(DSCA)从感兴趣位置接收测量的血液灌注特性；

确定在第一时间点的血液灌注指数(BPI)，

确定在第二时间点的血液灌注指数(BPI)，

通过将在所述第二时间点的血液灌注指数(BPI)除以在所述第一时间点的血液灌注指数(BPI)，从血液灌注指数(BPI)确定血液灌注指数(BPI)比率；

针对附加患者特性分析所述血液灌注指数(BPI)比率；以及

向显示器输出并且用电子方式指示所述血液灌注指数(BPI)比率和可能的阳性或阴性患者结果的标记。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述附加患者特性包括血液灌注指数(BPI)的绝对值。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

18.根据权利要求15所述的系统，其中所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约2，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

19.根据权利要求15所述的系统，其中所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约1，则向显示器输出可能阴性患者结果的标记。

20.根据权利要求15所述的系统，其中所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1.1，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

21.根据权利要求15所述的系统，其中所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率大于约1.2，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

22.根据权利要求15所述的系统，其中所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约0.9，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

23.根据权利要求15所述的系统，其中所述处理器被配置为如果所述血液灌注指数(BPI)比率小于约0.8，则向显示器输出可能阳性患者结果的标记。

24.根据权利要求15所述的系统，其中所述处理器进一步被配置为从所述患者上的参考位置接收血液灌注特性；确定在所述参考位置处的第一时间点和第二时间点的参考血液灌注指数(BPI)比率，并且至少部分地基于所述参考血液灌注指数(BPI)来调整感兴趣位置处的血液灌注指数(BPI)比率。

25.一种用于确定血管重建手术的必要性的计算机实施的实时方法，所述方法包括：

利用漫射散斑对比分析(DSCA)测量血液灌注特性；

确定在设定时间段内的血液灌注指数(BPI)；

从血液灌注指数(BPI)数据导出血管健康指数(VHI)；

针对附加患者特性分析所述血管健康指数(VHI)；以及

向显示器输出所述血管健康指数(VHI)和可能需要血管重建手术的标记。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述附加患者特性包括血液灌注指数(BPI)的绝对值。

27.根据权利要求25-26所述的方法，包括如果所述血管健康指数(VHI)小于约20，则向显示器输出可能需要血管重建手术的标记。

28.根据权利要求25-26所述的方法，包括如果所述血管健康指数(VHI)小于约15，则向显示器输出可能需要血管重建手术的标记。

29.根据权利要求25-28所述的方法，在门诊环境中确定。

30.一种用于确定血管重建手术的必要性的计算机实施的实时系统，所述系统包括：

激光光源；

检测器；以及

处理器，所述处理器被配置为执行以下操作中的一个或多个：

利用漫射散斑对比分析(DSCA)测量血液灌注特性；

确定在设定时间段内的血液灌注指数(BPI)；

从血液灌注指数(BPI)数据导出血管健康指数(VHI)；

针对附加患者特性分析所述血管健康指数(VHI)；以及

向显示器输出所述血管健康指数(VHI)和可能需要血管重建手术的标记。

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