CN113905654A - 脉管内光学设备 - Google Patents

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CN113905654A CN202080040359.5A CN202080040359A CN113905654A CN 113905654 A CN113905654 A CN 113905654A CN 202080040359 A CN202080040359 A CN 202080040359A CN 113905654 A CN113905654 A CN 113905654A
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Abstract

本发明涉及一种脉管内设备(10)。所述设备包括细长构件(20)、光纤(30)和至少一个光学交互元件(40)。所述细长构件的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中。所述光纤的至少部分位于所述细长构件内。所述光纤被配置为传输光学波长辐射。所述脉管内设备被配置为以至少两条辐射光束将光学波长辐射发射出所述细长构件，以便被所述脉管系统的部分散射和/或反射。所述至少两条辐射光束的所述发射包括所传输的光学波长辐射与所述至少一个光学交互元件的相互作用。所述脉管内设备被配置为：收集所散射和/或反射的光学波长辐射中的至少一些光学波长辐射，并且将所散射和/或反射的光学波长辐射中的所述至少一些光学波长辐射耦合到所述光纤中，包括对所述至少一个光学交互元件的利用。

Description

脉管内光学设备
技术领域
本发明涉及脉管内设备、脉管内微导管和导丝设备、脉管内研究系统、利用脉管内研究系统进行脉管内研究的方法以及计算机程序单元。脉管内设备可以例如是导丝、导管或微导管。
背景技术
本发明的一般背景是血液凝块，并且特别是提供信息来支持例如通过血栓溶解或血栓切除来对血液凝块的处置。缺血性中风是发达国家中的常见死亡原因和获得性神经失能的主要原因。在高收入国家，由于增加的预期寿命，预期受中风影响的个体数量会大幅增加。
WO 2016/205576 A1描述了一种适合用于与光学相干断层摄影一起使用的光束整形光学系统，所述光束整形光学系统具有光束整形被插入到件，所述光束整形被插入到件具有聚合物材料，所述光束整形被插入到件一体地限定光束整形元件。所述光束整形元件具有被定位在弯曲表面上的反射元件。光源生成电磁光束。光纤具有芯和包层，所述光纤具有与所述光源光学耦合的第一端部以及光纤端部。所述光纤端部被配置为朝向所述光束整形元件发射所述电磁光束。所述反射元件对于所述电磁光束的第一波长带和所述电磁光束的第二波长带这两者都具有大于大约98％的反射率。
血栓切除(即，对血液凝块的物理去除)已经表明在处置急性中风方面优于血栓溶解。这已经引起对各种血栓切除设备的开发。目前可用的设备包括支架取回设备，如来自Johnson&Johnson的Embotrap、来自Stryker的Trevo ProVue、来自Covidien的Solitaire以及来自Penumbra的Penumbra系列的抽吸式血栓切除设备。在血栓切除中实现首次正确的处置是至关重要的，因为可用于处置的时间窗口很短。选择错误的处置设备会需要额外的尝试来去除血液凝块，从而延长流程时间。每次血栓切除尝试会花费5至10分钟。因此，选择错误的设备而需要后续使用不同设备会导致医学并发症的增加以及处置成本的增加。
血栓切除的复杂因素是血液凝块具有不同的组成。这些组成成分在血栓切除期间会造成不同的风险：参见例如T.Andersson的“The importance of clot properties inendovascular stroke therapy”(https：//neuronewsinternational。com/the- importance-of-clot-properties-in-endovascular-stroke-therapy/(2015))。问题包括以下方面：i)富含红细胞的凝块可能是脆弱的并且具有凝块破裂的风险，ii)富含纤维蛋白的凝块可能具有使得难以用血栓切除设备抓握它们的粘稠度；iii)大约15％的凝块会抵抗血栓切除。
确定使用哪种处置设备来处置血液凝块的能力对于外周静脉凝块来说也将是有利的。外周静脉凝块的组成不同于可能导致缺血性中风的凝块。如果不处置或者如果用不正确的处置设备来处置，则移动的外周静脉血液凝块可能例如被输送到肺部并触发进一步的医学并发症。
因此，对于外周静脉凝块以及可能触发中风的凝块这两者，医师在选择血栓切除设备之前知道血液凝块的组成因此将是有利的。因此，需要解决这些问题和其他相关问题。
发明内容
具有改进的仪器来支持脉管内研究将是有利的。
本发明的目的利用独立权利要求的主题得以解决，其中，在从属权利要求中包括了进一步的实施例。应当注意，本发明的以下描述的方面和示例适用于脉管内设备、脉管内微导管和导丝设备、脉管内研究系统、脉管内研究的方法以及计算机程序单元和计算机可读介质。
根据第一方面，提供了一种脉管内设备，包括：
细长构件；
光纤；以及
至少一个光学交互元件；
所述细长构件的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中。所述光纤的至少部分位于所述细长构件内。所述光纤被配置为传输光学波长辐射。所述脉管内设备被配置为以至少两条辐射光束将光学波长辐射发射出所述细长构件，以便被所述脉管系统的部分散射和/或反射。所述至少两条辐射光束的所述发射包括所传输的光学波长辐射与所述至少一个光学交互元件的相互作用。所述脉管内设备被配置为：收集所散射和/或反射的光学波长辐射中的至少一些光学波长辐射，并且将所散射和/或反射的光学波长辐射中的所述至少一些光学波长辐射耦合到所述光纤中，包括对所述至少一个光学交互元件的利用。
脉管内设备可以与生成宽带光学辐射的光学辐射源一起使用。宽带光学辐射可以以下方式来提供：同时借助于宽带光源，或者通过在宽带光源的输出上扫描窄带滤波器，或者通过在多个波长上扫描单色光学辐射源的波长，这样使得宽带光学辐射被耦合到光纤中并且由光纤传输。然后，光学辐射离开脉管内设备并且与患者的脉管系统相互作用。从例如血液凝块反射和/或散射的光学辐射能够被呈现给探测单元，例如，光学探测器或光谱仪。通过布置从介入设备发射至少两条辐射光束，可以利用处于固定位置的介入设备来询问脉管结构的不同区域。此外，至少两条辐射光束可以任选地利用不同的光学波长来询问其对应的区域。在一个实施方式中，可以提供相对于介入设备的远端在轴向方向上发射光学波长辐射的第一前视辐射光束，并且可以提供相对于介入设备的纵向轴线径向向外发射或投射光学波长辐射的第二侧视辐射光束。这样一来，当介入设备在脉管系统中推进时，第一光束可以在第二光束之前用于表征脉管系统。由于当介入设备移动经过血液凝块时血液凝块与介入设备之间的光学接触得到改善，因此第二光束可以提供改善的光学测量。另外，通过提供两条辐射光束(其中，例如，一条辐射光束延伸出介入设备的端部并且第二条辐射光束延伸出介入设备的侧壁)，医师能够根据需要弯曲介入设备(其可以是导丝)的端部，以便根据需要来探查区域。然后，第二辐射光束能够在距介入设备不弯曲的端部一定距离处延伸出介入设备的侧壁，并且在介入设备滑过被询问的对象时提供准确的测量。可以从介入设备的侧壁发射出两条或更多条辐射光束，或者实际上可以从介入设备的前部投射出两条或更多条辐射光束。这些光束可以交叠，但是包括不同的波长范围。不同的波长范围可以通过适当的扫描或切换来提供，或者可以具有不同的角度方向，并且具有相同的波长范围或不同的波长范围。
在示例中，所述至少两条辐射光束包括从所述细长构件的侧壁发射出的第一辐射光束。
在示例中，所述至少两条辐射光束包括从所述细长构件的侧壁发射出的第二辐射光束。
在示例中，所述第一辐射光束的波长范围不同于所述第二辐射光束的波长范围。
以这种方式，能够发射不同的光学波长，并且正因如此，能够以光学方式探查不同的体积。
在示例中，所述第一辐射光束在所述细长构件的第一纵向位置处被发射出所述细长构件，并且所述第二辐射光束在所述细长构件的不同于所述第一纵向位置的第二纵向位置处被发射出所述细长构件。
因此，例如，能够存在从脉管内设备侧向发射的具有一个波长范围的一条辐射光束，并且第二辐射光束能够平行于该第一光束，但是具有第二波长范围并且在沿着脉管内设备(例如，导丝)的长度的不同位置处被发射。然后，当设备移动经过血液凝块时，在一个波长范围上询问血液凝块，然后在第二波长范围上询问血液凝块，并且医师不必旋转设备，而仅需要纵向移动该设备。换句话说，具有一个波长范围的一条辐射光束能够在例如距脉管内设备的端部4厘米处被侧向发射，并且第二光束能够在例如距脉管内设备的端部5厘米处在相同方向上并且平行于第一辐射光束被发射，但是具有不同的波长范围。
在示例中，所述至少两条辐射光束包括从所述细长构件的端壁发射出的辐射光束。
因此，能够提供前向定向的辐射光束。
在示例中，所述第一辐射光束的波长范围不同于从所述细长构件的所述端壁发射出的辐射光束的波长范围。
在示例中，所述第二辐射光束的波长范围不同于从所述细长构件的端部发射出的所述辐射光束的波长范围。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括波长选择元件。
在示例中，在所述光纤的远端处的所述光纤的部分被固定地连接到所述细长构件。除了所固定的远端之外的位于所述细长构件内的所述光纤的至少部分不被固定地连接到所述细长构件。
根据第二方面，提供了一种脉管内设备，包括：
细长构件；
光纤；以及
至少一个光学交互元件。
所述细长构件的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中。所述光纤的至少部分位于所述细长构件内。所述光纤被配置为传输光学波长辐射。所述脉管内设备被配置为以辐射光束将光学波长辐射发射出所述细长构件，所述辐射光束形成基本上垂直于所述细长构件的纵向轴线的环形发射轮廓，以便被所述脉管系统的部分散射和/或反射。所述辐射光束的所述发射包括所传输的光学波长辐射与所述至少一个光学交互元件的相互作用。所述脉管内设备被配置为：收集所散射和/或反射的光学波长辐射中的至少一些光学波长辐射，并且将所散射和/或反射的光学波长辐射中的所述至少一些光学波长辐射耦合到所述光纤中，包括对所述至少一个光学交互元件的利用。
因此，脉管内设备在相同的纵向位置或定位处向/从围绕细长构件的不同角度发射和收集光学波长辐射。以这种方式，介入医师不需要在纵向位置处扭转或者旋转导丝以询问血液凝块，因为光学波长辐射是在该位置处围绕脉管内设备的所有角度发射的。
根据第三方面，提供了一种脉管内微导管和导丝设备，包括：
微导管；以及
根据第一方面的脉管内设备或根据第二方面的脉管内设备。
所述微导管的至少部分被配置为被插入到所述患者的所述脉管系统的所述部分中。所述微导管包括至少一个透光壁部分。所述脉管内设备被配置为在所述微导管内沿着所述微导管的纵向轴线滑动。所述微导管和所述脉管内设备被配置为使得当所述脉管内导丝被定位在沿着所述微导管的所述纵向轴线的一个或多个纵向位置处时，光学波长辐射通过所述微导管的所述至少一个透光壁部分被发射出所述微导管，并且散射和/或反射的光学波长辐射通过所述微导管的所述至少一个透光壁部分进入所述微导管。
根据第四方面，提供了一种脉管内研究系统，包括：
根据第一方面的脉管内设备，或根据第二方面的脉管内设备，或根据第三方面的脉管内微导管和导丝设备；
光学辐射源；
光学辐射探测器；以及
处理单元。
所述光学辐射源被配置为生成在宽带范围上的光学波长辐射并且将所述光学波长辐射耦合到所述光纤中。所述光学辐射探测器被配置为基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号。所述处理单元被配置为基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集。所述处理单元被配置为基于所述至少一个光谱分辨数据集来确定关于血液凝块的信息。
以这种方式，使用光谱法来提供与可疑阻塞结构(例如，血液凝块)有关的信息，并且能够确定可疑阻塞结构的位置。通过使一条以上的辐射光束用于探查脉管结构，能够更有效且更高效地确定血液凝块的位置及其特性。因此，能够确定是否存在血液凝块，并且如果存在血液凝块，则能够在不同类型的血液凝块之间进行判别，例如确定血液凝块是否富含红细胞，确定血液凝块是否富含纤维蛋白，以及确定血液凝块是否是抵抗血栓切除并且将必须通过血栓溶解来处置的类型。
换句话说，能够确定去除血液凝块的正确血栓切除设备，从而通过减少在最初选择不正确类型的设备的情况下需要进行第二次血液凝块去除流程的情形来减少处置时间，降低成本并且降低患者风险。
根据第五方面，提供了一种利用根据第四方面的脉管内研究系统进行脉管内研究的方法，其中，所述方法包括：
利用所述光学辐射源生成在宽带范围上的光学波长辐射；
将宽带光学波长辐射耦合到所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备的所述光纤中；
利用所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备收集来自患者的脉管结构的散射和/或反射的光学波长辐射；
由所述光学辐射探测器基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号；
由所述处理单元基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集；并且
由所述处理单元基于所述至少一个光谱分辨数据集来确定关于血液凝块的信息。
根据另一方面，提供了一种控制如前所述的设备和/或系统的计算机程序单元，如果所述计算机程序单元被处理单元执行，则所述计算机程序单元适于执行如前所述的方法的步骤。
根据另一方面，提供了一种计算机可读介质，已经在其上存储了如前所述的计算机单元。
根据第六方面，提供了一种用于利用所述系统确定外周静脉凝块的组成的系统、一种用于利用所述系统确定外周静脉凝块的组成的对应方法、以及一种对应的计算机程序产品。
所述用于确定外周静脉凝块的组成的系统包括：
脉管内设备，其用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成，所述脉管内设备包括：
细长构件；以及
光纤；
其中，所述细长构件的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中；
其中，所述光纤的至少部分位于所述细长构件内；
其中，所述光纤被配置为传输光学波长辐射；
其中，所述脉管内设备被配置为将所述光学波长辐射的部分发射出所述细长构件，以便被所述脉管系统的部分散射和/或反射；
其中，所述脉管内设备被配置为：收集所散射和/或反射的光学波长辐射中的至少一些光学波长辐射，并且将所散射和/或反射的光学波长辐射中的所述至少一些光学波长辐射耦合到所述光纤中；并且所述系统还包括：
光学辐射源；
光学辐射探测器；以及
处理单元；
其中，所述光学辐射源被配置为生成在宽带范围上的光学波长辐射并且将所述光学波长辐射耦合到所述光纤中；
其中，所述光学辐射探测器被配置为基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号；
其中，所述处理单元被配置为基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集；
其中，所述至少一个光谱分辨数据集包括与胶原蛋白相对应的光谱；并且
其中，所述处理单元被配置为：根据与胶原蛋白相对应的所述光谱来确定胶原蛋白含量，并且基于所述胶原蛋白含量来确定关于血液凝块的信息。
利用用于确定所述外周脉管系统中的血液凝块组成的上述脉管内研究系统确定外周血管凝块的胶原蛋白含量的对应方法可以包括以下步骤：
利用所述光学辐射源生成在宽带范围上的光学波长辐射；
将宽带光学波长辐射耦合到所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备的所述光纤中；
利用所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备收集来自所述患者的脉管结构的散射和/或反射的光学波长辐射；
由所述光学波长辐射探测器基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号；
由所述处理单元基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集，所述至少一个光谱分辨数据集包括与胶原蛋白相对应的光谱；并且
由所述处理单元根据与胶原蛋白相对应的所述光谱来确定胶原蛋白含量，并且基于所述胶原蛋白含量来确定关于血液凝块的信息。
还提供了一种对应的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括指令，所述指令在被处理器执行时使所述处理器执行所述方法。
有利地，由上述方面中的任一方面提供的益处等同地适用于所有其他方面，并且反之亦然。
参考下文描述的实施例，上述方面和示例将是显而易见的并且得到阐明。
附图说明
在下文中将参考以下附图来描述示例性实施例：
图1示出了脉管内设备的示意性示例；
图2示出了脉管内微导管和导丝设备、脉管内研究系统的示意性示例；
图3示出了脉管内研究的方法；
图4示出了用于血液凝块判别的漫反射光谱(DRS)系统；
图5示出了现有技术的组织感测导丝，其中，感测发生在导丝的末梢处；
图6示出了脉管内导丝的示例；
图7示出了脉管内导丝的示例；
图8示出了脉管内微导管和导丝设备的示例；
图9示出了脉管内导丝的示例；
图10示出了脉管内导丝的示例；
图11示出了脉管内导丝的示例；
图12示出了脉管内导丝的示例；
图13示出了脉管内导丝的示例；
图14图示了针对三种血液凝块模拟样本的测量的光强度的变化(任意单位)与以纳米为单位的波长的关系；并且
图15图示了针对若干测量的血液凝块模拟样本的预测能力(预测因子)与胶原蛋白分数(％)的关系。
具体实施方式
图1示出了脉管内设备10的示例。该设备包括细长构件20、光纤30和至少一个光学交互元件40。所述细长构件的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中。所述光纤的至少部分位于所述细长构件内。所述光纤被配置为传输光学波长辐射。所述脉管内设备被配置为以至少两条辐射光束将光学波长辐射发射出所述细长构件，以便被所述脉管系统的部分散射和/或反射。所述至少两条辐射光束的所述发射包括所传输的光学波长辐射与所述至少一个光学交互元件的相互作用。所述脉管内设备被配置为：收集所散射和/或反射的光学波长辐射中的至少一些光学波长辐射，并且将所散射和/或反射的光学波长辐射中的所述至少一些光学波长辐射耦合到所述光纤中，包括对所述至少一个光学交互元件的利用。
在示例中，所述光学波长辐射由同时发射宽带光学辐射的光学辐射源来生成。在示例中，所述光学波长辐射由如下光学辐射源来生成：该光学辐射源发射窄带光学辐射并且在波长范围上扫描所发射的光学波长以生成由光纤传输的宽带光学辐射。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括所述细长构件的至少一个透光壁部分50，并且所发射的光学波长辐射通过所述至少一个透光壁部分被引导出所述细长构件，并且所散射和/或反射的光学波长辐射的部分通过所述至少一个透光壁部分返回。因此，窗口能够保护光纤，并且能够是波长敏感滤波器，从而提供了方便的方式来选择探查波长范围，并且其中，针对不同光束的出射窗口能够具有不同的通带波长范围，从而提供了高效的方式来提供具有不同波长范围的光束。这些窗口能够在细长构件的侧壁处，并且如果需要，窗口能够在细长构件的端壁处。
在示例中，所述脉管内设备是导丝。
在示例中，所述脉管内设备是微导管。
在示例中，所述细长构件包括不透射线标记。
在示例中，所述细长构件是管。
在示例中，所述光纤包括不透射线标记。
以这种方式，操作者能够确定将在哪个或哪些特定方向上发射光学波长辐射，以便使正被检查的血液凝块与光谱感测体积之间的交叠最大化。
根据示例，所述至少两条辐射光束包括从所述细长构件的侧壁发射出的第一辐射光束。
在示例中，所述第一辐射光束在距所述细长构件的端部至少3厘米处从所述细长构件的所述侧壁被发射出。
在示例中，所述第一辐射光束在垂直于所述细长构件的纵向轴线的方向上被发射。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括分束器。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括45度分束器。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括所述光纤中表现出全内反射的区域。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括光学波长滤波器。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括光纤布拉格光栅。
根据示例，所述至少两条辐射光束包括从所述细长构件的所述侧壁发射出的第二辐射光束。
在示例中，所述第二辐射光束在距所述细长构件的端部至少3厘米处从所述细长构件的所述侧壁被发射出。
在示例中，所述第二辐射光束在垂直于所述细长构件的所述纵向轴线的方向上被发射。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括分束器。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括45度分束器。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括光纤布拉格光栅。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括波长带通滤波器。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括波长选择窗口。
根据示例，所述第一辐射光束的波长范围不同于所述第二辐射光束的波长范围。
根据示例，所述第一辐射光束在所述细长构件的第一纵向位置处被发射出所述细长构件，并且所述第二辐射光束在所述细长构件的不同于所述第一纵向位置的第二纵向位置处被发射出所述细长构件。
根据示例，所述至少两条辐射光束包括从所述细长构件的端壁发射出的辐射光束。
在示例中，从所述细长构件的所述端壁发射出的所述辐射光束在平行于所述细长构件的所述纵向轴线的方向上被发射。
根据示例，所述第一辐射光束的波长范围不同于从所述细长构件的所述端壁发射出的辐射光束的波长范围。
根据示例，所述第二辐射光束的波长范围不同于从所述细长构件的所述端部发射出的所述辐射光束的波长范围。
根据示例，所述至少一个光学交互元件包括波长选择元件。
在示例中，所述至少一个波长选择元件包括光纤布拉格光栅。
在示例中，所述至少一个波长选择元件包括波长带通滤波器。
在示例中，所述至少一个波长选择元件包括波长选择窗口。因此，波长选择窗口能够被放置在细长构件的壁处或中，能够被放置在侧壁和/或前壁处，并且提供了高效的方式来提供用于经由仅透射通过该元件以具有某个特定波长范围的光学波长辐射来询问材料的光学波长辐射。
根据示例，在所述光纤的远端处的所述光纤的部分被固定地连接到所述细长构件。除了所固定的远端之外的位于所述细长构件内的所述光纤的至少部分不被固定地连接到所述细长构件。
图1还能够表示脉管内设备10的另一示例。该脉管内设备10包括细长构件20、光纤30和至少一个光学交互元件40。所述细长构件的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中。所述光纤的至少部分位于所述细长构件内。所述光纤被配置为传输光学波长辐射。所述脉管内设备被配置为以辐射光束将光学波长辐射发射出所述细长构件，所述辐射光束形成基本上垂直于所述细长构件的纵向轴线的环形发射轮廓，以便被所述脉管系统的部分散射和/或反射。所述辐射光束的所述发射包括所传输的光学波长辐射与所述至少一个光学交互元件的相互作用。所述脉管内设备被配置为：收集所散射和/或反射的光学波长辐射中的至少一些光学波长辐射，并且将所散射和/或反射的光学波长辐射中的所述至少一些光学波长辐射耦合到所述光纤中，包括对所述至少一个光学交互元件的利用。
在示例中，环形光学波长辐射发射在距所述细长构件的端部至少3厘米处从所述细长构件的所述侧壁被发射出。
因此，介入医师能够根据需要弯曲导丝的末梢，以提供例如以正确的角度从导丝的端部出来的探查光束，而不影响一条或多条侧向传输光束。
在示例中，所述至少一个光学交互元件中的一个或多个光学交互元件关于所述细长构件的纵向轴线旋转对称。
在示例中，所述至少一个光学交互元件中的旋转对称的所述一个或多个光学交互元件包括锥形结构。
在示例中，所述至少一个光学交互元件包括所述细长构件的至少一个透光壁部分50，并且所发射的光学波长辐射通过所述至少一个透光壁部分被引导出所述细长构件，并且所散射和/或反射的光学波长辐射的部分通过所述至少一个透光壁部分返回。因此，窗口能够保护光纤，并且能够是波长敏感滤波器，从而提供了方便的方式来选择探查波长范围，并且其中，针对不同光束的出射窗口能够具有不同的通带波长范围，从而提供了高效的方式来提供具有不同波长范围的光束。这些窗口能够在细长构件的侧壁处，并且如果需要，窗口能够在细长构件的端壁处。
在示例中，所述至少一个光学交互元件被配置为在与所述环形发射轮廓不同的纵向位置处将另外的辐射光束侧向地发射出所述细长构件。辐射光束能够具有比环形发射轮廓更小的角展度。因此，环形发射轮廓(或圆环形发射)探查能够用于快速找到凝块的位置，然后第二辐射光束能够移动到该位置，并且通过导丝的旋转，辐射光束能够用于以高信噪比询问血液凝块，因为信号能够限于血液凝块并且不具有背景脉管系统信息。
图2示出了包括微导管110和如关于图1描述的两个实施例中的任一个实施例所描述的脉管内设备10的脉管内微导管和导丝设备100的示例。所述微导管的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中。所述微导管包括至少一个透光壁部分。所述脉管内设备被配置为在所述微导管内沿着所述微导管的纵向轴线滑动。所述微导管和所述脉管内设备被配置为使得当所述脉管内导丝被定位在沿着所述微导管的所述纵向轴线的一个或多个纵向位置处时，光学波长辐射通过所述微导管的所述至少一个透光壁部分被发射出所述微导管，并且散射和/或反射的光学波长辐射通过所述微导管的所述至少一个透光壁部分进入所述微导管。
图3示出了脉管内研究系统200的示例。该系统包括如关于图1描述的两个实施例中的任一个实施例所描述的脉管内设备10，或根据权利要求11所述的脉管内设备100，或如关于图2所描述的脉管内微导管和导丝设备100。系统200还包括光学辐射源210、光学辐射探测器220和处理单元230。所述光学辐射源被配置为生成在宽带范围上的光学波长辐射并且将所述光学波长辐射耦合到所述光纤中。所述光学辐射探测器被配置为基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号。所述处理单元被配置为基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集。所述处理单元被配置为基于所述至少一个光谱分辨数据集来确定关于血液凝块的信息。
在示例中，所述光学辐射源被配置为在宽带上扫描窄带或单色光学波长辐射，并且所述至少一个光学辐射信号包括针对该扫描的每个波长步长的散射和/或反射的光学辐射。
在示例中，所述光学辐射源被配置为在一条光束中提供宽带光学波长辐射，并且所述探测器和所述处理单元能够是确定“一次击发”探测信号和光谱分辨数据集的光谱仪的部分。
在示例中，所述处理单元被配置为提供指示探测到来自血管壁的光谱的输出。
以这种方式，向介入医师提供反馈回路，介入医师然后知道何时没有询问血液凝块，并且能够根据需要旋转地或纵向地移动导丝，以便询问血液凝块。
与系统200相关联的是利用脉管内研究系统进行脉管内研究的方法，所述方法包括：
利用所述光学辐射源生成在宽带范围上的光学波长辐射；
将宽带光学波长辐射耦合到所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备的所述光纤中；
利用所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备收集来自患者的脉管结构的散射和/或反射的光学波长辐射；
由所述光学辐射探测器基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号；
由所述处理单元基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集；并且
由所述处理单元基于所述至少一个光谱分辨数据集来确定关于血液凝块的信息。
现在参考图4-13，关于具体实施例来更详细地描述脉管内设备、脉管内微导管和导丝设备、脉管内研究系统以及脉管内研究的方法。
图4示出了用于血液凝块判别的漫反射光谱(DRS)系统。研究已经表明：在其他光学分析技术中，DRS能够用于在不同类型的血液凝块之间进行判别并且帮助医师做出最佳处置决策。如“A”处所示，光源发射光学波长辐射通过光纤。如“B”处所示，在血液凝块中散射和吸收光学波长辐射，并且接收散射的光学波长辐射中回到光纤中的部分。如“C”处所示，光谱仪接收和分析光学波长辐射。如“D”处所示，算法计算被呈现给操作者的生理参数，如红细胞含量、纤维蛋白含量和白细胞含量。因此，在该系统中，光学波长辐射用于照射漫反射样本，该漫反射样本可以例如是生物组织。本文描述的新的设备和系统和方法能够利用在宽波长范围上扫描窄发射带以产生该光学波长辐射(例如通过扫描波长可调谐的激光器)的光学辐射源，或者能够具有跨多个光学波长发射光学波长辐射的光源，或者实际上它能够由同时发射或使得按顺序发射的多个窄带光源(例如，红外或可见LED或激光器)组成。光学波长辐射被样本散射和/或吸收。利用光学探测器收集并分析反向散射的光学波长辐射的部分，从而产生表征样本的光谱。通常，这些光谱示出被由诸如血液、水和脂肪之类的吸收体引起的特性下降所打断的散射背景。例如，在以下出版物中描述了分析数据的示例方法的详细描述：R.Nachabé、B.H.W.Hendriks、A.E.Desjardins、M.van der Voort、M.B.van der Mark和H.J.C.M.Sterenborg的“Estimation of lipid and waterconcentrations in scattering media with diffuse optical spectroscopy from900to 1600nm”(J.Biomed.Opt.15，2010年)；Rami Nachabé、Benno H.W.Hendriks、Marjolein van der Voort、Adrien E.Desjardins和Henricus J.C.M.Sterenborg的“Estimation of biological chromophores using diffuse optical spectroscopy:benefit of extending the UV-VIS wavelength range to include 1000to 1600nm”(Optics Express 18，2010年，第1432页)和R.Nachabé等人的“Diagnosis of breastcancer using diffuse optical spectroscopy from 500to 1600nm:comparison ofclassification methods”(J.Biomed.Opt.16(8)，第087010页，2011年)。
图5示出了被设置在血管内部的现有技术的组织感测导丝，其中，光学感测发生在导丝的末梢处。图示了血管和血管壁，周围组织被表示为在血管壁之外。“无创伤的光学辐射发射末梢”由“A”来表示，“感测体积”由“B”来表示，并且“凝块”由“C”来表示。例如在US5439000、US 5601087A、US 7532920 B1和US 6445939 B1中描述了这样的系统。然而，由于多种原因，这样的感测设备对于上述感测应用中的一些感测应用来说是次优的，这些原因包括：i)导丝的末梢易于沿着血管壁滑动，这可能使得难以获得与血液凝块的良好光学接触；ii)由于导丝通常沿着血管壁滑动，因此感测到的体积将不仅包括血液凝块，而且还包括血管壁和周围组织，这降低了信噪比并且使得更加难以解读所反射的光学波长辐射，iii)一些介入医师可能更喜欢使用具有特殊形状的末梢的导丝，这有时是他们自己整形的末梢，然而，这样的末梢可能会干扰末梢处的光学辐射发射和收集；iv)神经导丝通常被设计为具有非常松软的末梢以避免对脉管系统的损伤，而对于前向感测光学导丝，必要的光纤将使末梢变硬，从而限制了末梢的松软性；v)由于血液凝块可能是不均匀的，因此医师希望沿着血液凝块的长度扫描而不失去导丝的位置，当感测发生在导丝的末梢处时，这是困难的，因为导丝需要从凝块中完全撤回以感测凝块的近侧部分；vi)出于监管、训练或安全原因，将有益的是具有从神经导管内测量凝块组成的选项，使得测量导丝不需要与血管壁或血液凝块直接接触。
因此，对于现有技术的组织感测导丝，在感测发生在导丝的末梢处的情况下(如图5所示)，感测体积可能是次优的。通过本文描述的设备、系统和方法解决了这些弊端中的一些弊端。
图6示出了脉管内导丝的示例。“侧发射导丝”由“A”来表示，“感测体积”由“B”来表示，“凝块”由“C”来表示，并且“任意形状的末梢”由“D”来表示。在该实施例中，在距末梢一定距离(例如，远离末梢至少3厘米)的导丝轴杆处发射和接收光学波长辐射。因此，能够根据需要对末梢进行整形、弯曲或者以其他方式设计，而不影响光谱感测。相对于导丝的主轴线基本上垂直地发射和接收光学波长辐射。介入医师然后能够“通过凝块”，但是一旦完成了这一点，就可以执行拉回并且沿着导丝的长度扫描凝块组成而不失去导丝位置。为了获得最佳信号，介入医师可能不得不扭转(即，旋转)导丝以优化感测体积与血液凝块之间的交叠，并且使感测体积与血管壁以及可能的其他周围组织之间的交叠最小化。为了帮助找到正确的旋转角度，导丝能够包含指示感测方向的不透射线标记。替代地，当探测到与血管壁相对应的光谱时，可以以警告的形式向操作者提供反馈。
图7示出了脉管内导丝的示例。箭头示出了朝向由“A”表示的“光学辐射源”和由“B”表示的“光谱仪”的方向，光学辐射源和光谱仪在光纤的另一端处的导丝的脉管内部分的外部。“中空管”由“C”来表示，“光纤”由“D”来表示，“发射的光学波长辐射”由“E”来表示，“具有透明填充物的孔”由“F”来表示，“具有反射涂层的缝隙”由“G”来表示，并且“末梢”由“H”来表示。通常，导丝将包括在管腔的内部的具有光纤的中空管或线圈。在光纤的远端处的管中的孔或间隙允许光学波长辐射离开和进入管腔。通常用透明材料密封孔或间隙，以确保其与外部产生最佳光学接触并且防止血液进入。光纤通常仅在其远端处被固定，以允许光纤在管腔内部滑动而便于弯曲。替代地，光纤能够沿着导丝的侧面被放置在凹槽中。导丝能够被额外层(例如，收缩管)包围。这些包围层对于用于光谱学的波长来说也将是透明的。在基本上垂直于导丝的主轴线(其通常也是光纤的主轴线)的方向上从光纤发射光学波长辐射。理想地，同一光纤将用于收集从周围组织和周围血液反射的光学波长辐射。为了将光学波长辐射偏转大约90度而离开/进入光纤，能够以大致45度的角度切割光纤的端部。任选地，光纤的切割边缘能够被覆盖有反射涂层。替代地，能够利用单独的反射镜。任选地，反射镜或光纤的刻面可以被整形为使得光学波长辐射被聚焦或散焦。
图8示出了脉管内微导管和导丝设备的示例。“透明导管”由“A”来表示，“侧发射导丝”由“B”来表示，“凝块”由“C”来表示，并且“任意形状的末梢”由“D”来表示。在该实施例中，导丝与微导管结合，该微导管在其远端处对于光谱学中使用的波长来说是透明的。一旦微导管已经通过了凝块，就插入导丝，并且通过微导管的壁进行光谱测量，并且导丝不离开微导管。能够使用机械挡块来防止导丝的末梢离开微导管。这种布置的益处是：对导丝(和导丝操作者)的要求低于没有透明微导管的实施例，因为导丝本身从不与凝块或血管壁接触。
图9示出了脉管内导丝的示例。“侧发射导丝”由“A”来表示，两个“感测体积”由“B”来表示，“凝块”由“C”来表示，并且“任意形状的末梢”由“D”来表示。在该实施例中，神经介入医师不必旋转导丝。这是因为在该实施例中，感测体积覆盖了围绕导丝的360度环。这确保了凝块总是在导丝的感测体积内。应当注意，感测体积还将包含血管壁和可能的周围组织，从而得到比仅询问血液凝块的实施例更低的信噪比。在该实施例中，光纤在中空管内部(即，不在凹槽中)。代替单个孔/窗口，管具有多个开口或单个狭缝(如果需要，具有窗口)。为了以360度半径偏转光学波长辐射，光纤的末梢可以具有锥形形状(如图10所示)，这可以例如通过抛光来实现。在图10中，“光学辐射源”由“A”来表示，“光谱仪”由“B”来表示，“中空管”由“C”来表示，“光纤”由“D”来表示，“发射的光学波长辐射”由“E”来表示，“具有透明填充物的孔或狭缝”由“F”来表示，“锥体”由“G”来表示，并且“末梢”由“H”来表示。如果光纤的折射率和锥角是合适的，则锥体处的全内反射将使来自光纤的光学波长辐射偏转成远离脉管内设备而横向扩展的环形形状。因此，感测的体积能够是“圆环”形体积，其中，来自该体积的光学波长辐射能够被散射/反射回来并且被收集。
图11示出了脉管内导丝的示例。“光学辐射源”由“A”来表示，“光谱仪”由“B”来表示，“中空管”由“C”来表示，“光纤”由“D”来表示，“发射的光学波长辐射”由“E”来表示，“具有透明填充物的孔或狭缝”由“F”来表示，“反射锥体”由“G”来表示，并且“末梢”由“H”来表示。在该实施例中，锥形反射镜被设置在光纤的远端附近，以生成围绕导丝的360度的光学波长辐射环(从而生成光学波长辐射的环形或圆环形场)。理想地，反射镜锥体的角度为45度。还有其他效率较低的方式来对光学波长辐射轮廓进行整形，例如散射介质可以被设置在光纤的前面。
图12示出了脉管内导丝的示例。“光学辐射源”由“A”来表示，“光谱仪”由“B”来表示，“中空管”由“C”来表示，“光纤”由“D”来表示，“第一感测体积”由“E”来表示，“具有透明填充物的孔”由“F”来表示，“波长选择元件”由“G”来表示，“第二感测体积”由“H”来表示，并且“末梢”由“I”来表示。虽然侧感测导丝在如上面所讨论的许多情况下提供了优于前向感测导丝的益处，但是也存在前向感测导丝具有益处的情况。如果医师不想通过凝块，则尤其是这种情况。因此，如果单条导丝可以同时提供两个感测选项或者医师仅可以在两个感测选项之间切换，则将是非常有益的。因此，在两个位置处同时进行测量，因为能够用不同的波长范围探查这些区域。然而，例如限制光学波长辐射暴露并且提供实际切换能够是有益的。因此，实际上能够通过仅改变被耦合到光纤中的光学波长辐射的光谱来实现切换。提供两种感测选项的另一种方式是在导丝中使用两条光纤，一条光纤用于前向感测，并且一条光纤用于侧向感测。但是，这种侧向感测和前向感测也能够由一条光纤来提供。因此，能够存在一条侧向光束和一条前向光束，或两条或更多条侧向光束(其可以形成圆环形发射)和前向发射，并且它们能够在相同的波长范围上或者在不同的波长范围上操作。
因此，该系统使得能够通过针对每个感测体积使用不同的波长或波长范围来询问不同的感测体积。例如，可以使用大约450nm至900nm的波长范围(这主要是可见光学辐射)来在一个感测体积中的不同类型的血液凝块之间进行判别，并且可以使用大致1000-1600nm的波长范围(这是近红外(即，NIR)光学辐射)来同时在第二感测体积中的不同类型的血液凝块之间进行判别。可以替代地使用相同或相似的波长，例如可以使用520nm、830nm、1270nm和1450nm的波长来在一个感测体积中的不同类型的血液凝块之间进行判别，同时使用525nm、835nm、1275nm和1455nm的波长来在第二感测体积中的不同类型的血液凝块之间进行判别。而且，能够使用被集成到导丝中的波长选择元件来确保感测体积E被具有与感测体积H不同波长的光学波长辐射照射。能够使用不同类型的波长选择元件。例如，可以使用波长选择元件(如光纤布拉格光栅，即，FBG)来将预定波长范围内的光学波长辐射耦合到光纤外。在图12中示出了对这种情况的描绘。
图13示出了脉管内导丝的示例。“光学辐射源”由“A”来表示，“光谱仪”由“B”来表示，“中空管”由“C”来表示，“光纤”由“D”来表示，“感测体积1(可见光学辐射)”由“E”来表示，“可见透射IR吸收窗口”由“F”来表示，“50:50分束器/耦合器”由“G”来表示，“感测体积2(红外光学辐射)”由“H”来表示，并且“可见吸收IR透射窗口”由“I”来表示。在该实施例中，大约一半的光学波长辐射在第一感测体积处被耦合出来而不考虑波长，然后使用光学滤波器来滤除不想使用的光学波长辐射。这些光学滤波器可以被集成到密封中空管中的开口的光学窗口或光学填充物中。这里已经提到了50:50的分束器/耦合器，然而，本领域技术人员将意识到，也可以使用其他比率。
因此，总的来说，上述公开内容涉及一种脉管内设备，其具有相关联的光学波长辐射生成和光谱数据生成系统。所述脉管内设备可以具有以下特征中的一个或多个：i)至少一条光纤，其旨在将光学波长辐射发射到血管内部或邻近血管的生物组织中，并且收集由组织反射的光学波长辐射的部分；ii)光学波长辐射的部分，其在垂直于脉管内设备的主轴线的方向上被发射和接收；iii)光学波长辐射的部分，其从脉管内设备的末梢显著向近侧被发射和接收(从末梢显著向近侧能够意味着远离末梢大于3厘米，并且如果脉管内设备包括具有线圈的功能末梢，则从被线圈覆盖的长度向近侧发射和接收光学波长辐射的部分；线圈是医学导丝中的实现期望机械性质的标准设计元件，其中，导丝的末梢通常必须比轴杆更具柔性；线圈因此用于提供期望的“松软性”)；iv)末梢，其针对其机械性质而非针对其光学或感测性质得到优化，v)从/向所述末梢发射和接收光学波长辐射，这能够涉及使用波长选择元件，使得在不同的感测体积处发射/接收不同的光学波长，vi)从/向侧向方向发射和接收光学波长辐射，这能够涉及使用波长选择元件在不同的感测体积处发射/接收不同的光学波长，vii)以环形或圆环形形状从/向侧向方向发射和接收光学波长辐射，使得不要求导丝的旋转或扭转，以便提供旋转敏感性，viii)脉管内微导管，其在距末梢的预定长度处是光学透明的，具有适合于接收导丝的管腔，使得脉管内设备能够通过导管壁从导管内进行测量，ix)(不透射线)标记(或其他反馈机构)，其帮助脉管内设备进行扭转以使血液凝块与光谱感测体积之间的交叠最大化。
用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成的脉管内设备共享上面参考图1描述的许多特征。然而，相比之下，包括上述光学交互元件40或者提供上述两条光束并不是必需的。参考图1，一种用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成的脉管内设备因此可以包括：
细长构件20；以及
光纤30；
其中，所述细长构件20的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中；
其中，所述光纤30的至少部分位于所述细长构件20内；
其中，所述光纤被配置为传输光学波长辐射；
其中，所述脉管内设备被配置为将所述光学波长辐射的部分发射出所述细长构件，以便被所述脉管系统的部分散射和/或反射；并且
其中，所述脉管内设备被配置为：收集所散射和/或反射的光学波长辐射中的至少一些光学波长辐射，并且将所散射和/或反射的光学波长辐射中的所述至少一些光学波长辐射耦合到所述光纤中。
在用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成的设备中，任选地：
在一个示例中，所述光学波长辐射由同时发射宽带光学辐射的光学辐射源来生成。
在一个示例中，所述光学波长辐射由如下光学辐射源来生成：该光学辐射源发射窄带光学辐射并且在波长范围上扫描所发射的光学波长以生成由光纤传输的宽带光学辐射。
在另一示例中，所述脉管内设备是导丝。
在另一示例中，所述脉管内设备是微导管。
在另一示例中，所述细长构件包括不透射线标记。
在另一示例中，所述细长构件是管。
在另一示例中，所述光纤包括不透射线标记。
在另一示例中，所述光学波长辐射可以从所述细长构件的端壁被轴向发射，如参考图5所图示的那样。
在另一示例中，所述光学波长辐射可以例如以锥形发射轮廓的形式从所述细长构件被径向发射，所述锥形发射轮廓可以由以下器件来提供：以光纤中表现出全内反射的区域的形式的光束重定向器，或以关于光纤30的纵向轴线横向布置的反射镜或分束器的形式的光束重定向器。
在另一示例中，所述光学波长辐射可以以环形发射轮廓的形式从所述细长构件被径向发射，例如通过为光纤30提供如参考图10所示的具有锥形形状的远侧末梢的形式的光束重定向器或者例如通过提供如参考图11所描述的反射锥体的形式的光束重定向器来实现这一点。
在另一示例中，所述径向发射可以在垂直于所述细长构件的纵向轴线的方向上。
在另一示例中，所述径向发射可以在距所述细长构件的端部至少3厘米的位置处提供。
在另一示例中，用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成的脉管内设备可以被结合到如参考图2所示的微导管110中。光纤30可以被提供有如上所述的光束重定向器，以便从细长构件径向发射光学波长辐射。图2中的微导管110的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中。所述微导管包括被配置为发射光学波长辐射的至少一个透光壁部分。所述脉管内设备被配置为在所述微导管内沿着所述微导管的纵向轴线滑动。所述微导管和所述脉管内设备被配置为使得当所述脉管内导丝被定位在沿着所述微导管的所述纵向轴线的一个或多个纵向位置处时，光学波长辐射通过所述微导管的所述至少一个透光壁部分被发射出所述微导管，并且散射和/或反射的光学波长辐射通过所述微导管的所述至少一个透光壁部分进入所述微导管。
现在参考图3来描述用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成的脉管内研究系统200。该系统包括如上所述的用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成的脉管内设备。用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成的脉管内设备可以任选地被包括在如上面参考图2所描述的微导管中。用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成的系统200还包括光学辐射源210、光学辐射探测器220和处理单元230。所述光学辐射源被配置为生成在宽带范围上的光学波长辐射并且将所述光学波长辐射耦合到所述光纤中。所述光学辐射探测器被配置为基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号。所述处理单元被配置为基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集。所述至少一个光谱分辨数据集包括与胶原蛋白相对应的光谱。所述处理单元被配置为：根据与胶原蛋白相对应的所述光谱来确定胶原蛋白含量，并且基于所述胶原蛋白含量来确定关于血液凝块的信息。
如下面更详细地描述的，外周血管凝块中的胶原蛋白的存在是后期凝块区分和年龄的标志。在这些凝块中，成纤维细胞有时间浸润凝块并且开始形成覆盖凝块表面的内皮层的过程。在这些慢性凝块中，t-PA和其他血栓溶解剂可能无法穿透血栓，这取决于内皮化的程度。因此，具有很大胶原蛋白含量的血液凝块可以抵抗血栓溶解。事实上，尝试对这些种类的凝块进行血栓溶解可能将患者置于危险中，因为血液凝块可能变得可移动并且(例如以肺栓塞的形式)在下游引起急性损伤。因此，以这种方式确定外周血管凝块的胶原蛋白含量可以为医学从业人员提供信息并且允许他们为每个患者选择最佳处置模式。
血液凝块区分
下文提供了关于区分富含红细胞的第一血液凝块类型与富含纤维蛋白的第二血液凝块类型的细节，其能够包括确定存在的红细胞的量和/或存在的纤维蛋白的量。换句话说，对“富含红细胞的凝块”与“富含纤维蛋白的凝块”之间的分级能够考虑到真实的血液凝块能够存在于富含红细胞的凝块和富含纤维蛋白的凝块之间，并且可以作为各一半是这两者之一的血液凝块而存在。
如上面所讨论的，当前描述的系统包括用于光学询问患者的脉管内系统的部分的脉管内设备或微导管。可以在光学询问中使用跨多个光学波长延伸的宽带光学波长辐射。因此，可以例如使用真正的宽带光源。也可以以可调谐激光器的形式或者以多个窄带光学辐射源(例如，同时或按顺序发射窄带光学辐射的LED或激光器)的形式提供宽带光学波长辐射。因此，在示例中，光学辐射源和探测器能够作为光谱分辨单元来操作，其中，被耦合到脉管内设备的光纤中的宽带光学波长辐射涉及在波长范围上操作的可调谐激光器，并且该光学波长辐射被从患者散射和/或反射回来并且被探测以提供光谱分辨数据集。在另一示例中，一次击发宽带光学波长辐射光束可以被耦合到光纤中并且例如通过光谱仪进行收集和分析，以提供光谱分辨数据集。
当前描述的系统使得能够确定血液凝块的实际形式的分级。区分第一血液凝块类型与第二血液凝块类型能够包括确定至少一个生理参数，其中，所述至少一个生理参数包括以下各项中的一项或多项：血红蛋白的量；血红蛋白氧饱和度；散射的量；血管包裹参数；水含量；以及至少一种血红蛋白衍生物的量。例如，能够通过将根据扩散理论导出的光学模型拟合到测量的光谱来确定至少一个生理参数。在示例中，将光谱拟合到光学模型能够包括考虑波长相关的吸收系数和波长相关的减小的散射系数。在示例中，能够使用双幂律来描述减小的散射的波长相关性，其中，第一幂律对应于米氏散射的贡献，并且第二幂律对应于瑞利散射的贡献。以波数(即，cm-1)为单位表示的作为波长λ的函数的减小的散射μ′s能够被表示为：
Figure BDA0003383181680000241
其中，λ0是在示例中能够被设置为800nm的归一化波长，并且参数a对应于在该示例性波长处的减小的散射幅度。减小的散射对应于米氏散射与瑞利散射的总和，并且ρMR被定义为散射的米氏/瑞利分数。米氏散射的减小的散射斜率被表示为b并且与颗粒大小有关。
能够在以下两篇文章中找到关于生理参数的确定的更多细节：R.Nachabé、B.H.W.Hendriks、A.E.Desjardins、M.van der Voort、M.B.van der Mark和H.J.C.M.Sterenborg的“Estimation of lipid and water concentrations inscattering media with diffuse optical spectroscopy from 900to 1600nm”(J.Biomed.Opt.15，2010年)和Rami Nachabé、Benno H.W.Hendriks、Marjolein van derVoort、Adrien E.Desjardins和Henricus J.C.M.Sterenborg的“Estimation ofbiological chromophores using diffuse optical spectroscopy:benefit ofextending the UVVIS wavelength range to include 1000to 1600nm”(Optics Express18，2010年，第1432页)。
确定至少一个生理参数能够包括以下各项中的一项或多项：将光学模型拟合到至少一个光谱分辨数据集；将至少一种多变量分析工具应用于所述至少一个光谱分辨数据集；对所述至少一个光谱分辨数据集进行偏最小二乘判别分析；将支持向量机应用于所述至少一个光谱分辨数据集；应用k最近邻分析；以及将深度学习算法应用于所述至少一个光谱分辨数据集。所述至少一种多变量分析工具包括主成分分析PCA。在第一血液凝块类型与第二血液凝块类型之间进行区分能够包括利用查找表。
在上述用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成的脉管内研究系统200中，可以使用类似的光学分析技术来确定胶原蛋白含量。在系统200中，生成光谱分辨数据集。所述光谱分辨数据集包括与胶原蛋白相对应的光谱。所述处理单元被配置为：根据与胶原蛋白相对应的所述光谱来确定胶原蛋白含量，并且基于所述胶原蛋白含量来确定关于血液凝块的信息。
在外周血管疾病中，已经发现：能够基于凝块的胶原蛋白含量来进行在最近形成的(即，急性)血液凝块与较老的(即，慢性)血液凝块之间的判别。这是因为胶原蛋白含量随着凝块年龄而增加。凝块的年龄是医学从业人员用来确定多种处置选项中的哪种处置选项最适合于凝块(例如，是执行血栓切除还是执行血栓溶解，并且因此使用各种处置设备中的哪种处置设备)的有用因素。在一个示例性实施方式中，能够通过将上述光学模型拟合到测量的光谱来确定胶原蛋白含量，如参考Nachabé等人在2011年的文章中的等式4和图2的针对漫反射光谱技术所描述的那样。胶原蛋白在400-1700nm的波长范围内表现出吸收带，这特别适合于使用容易获得的光学部件。特别有用的表征胶原蛋白的吸收带出现在大致950nm±50nm、1030nm±50nm、1230nm±50nm和1500nm±100nm处。
为了证明可以使用漫反射光谱技术来准确确定胶原蛋白含量，从胶原蛋白和纤维蛋白制备各种血液凝块“模拟”样本，并且使用分光光度计来测量这些样本的光谱。模拟样本中的胶原蛋白表示血液凝块中的胶原蛋白，并且加入纤维蛋白作为血液凝块模拟样本的配对物，以便表示通常也存在于真实血液凝块中的纤维蛋白，并且还证明可以在存在纤维蛋白的相对接近的光谱标志特征的情况下测量胶原蛋白。
对此，图14图示了针对三个血液凝块模拟样本的测量的光强度的变化(任意单位)与以纳米为单位的波长的关系。在图14的最上曲线中，测量了纯胶原蛋白样本(100％胶原蛋白)的光谱。在图14的最下曲线中，测量了纯纤维蛋白样本(100％纤维蛋白)的光谱。在中央曲线中，存在50％胶原蛋白和50％纤维蛋白。在图14中能够看到，胶原蛋白的特征吸收带出现在大致950+/-50nm、1030nm+/-50nm、1230nm+/-50nm和1500nm+/-100nm处。
随后使用上述用于图14的光谱并且还用于具有25％和75％的胶原蛋白分数的模拟样本的光谱的光学模型来确定胶原蛋白含量“预测因子”，并且将该胶原蛋白含量“预测因子”与真实情况胶原蛋白分数进行比较，如图15所示。图15图示了针对若干测量的血液凝块模拟样本的预测能力(预测因子)与胶原蛋白分数(％)(即，真实情况)的关系。理想地，图15中的参数预测因子的值将等于图15中的胶原蛋白分数。从图15中能够看出，模型准确度随着胶原蛋白分数的增大而提高。
各种替代的光学布置也适合于对胶原蛋白含量的测量，包括拉曼光谱法，其是具有可用于探测胶原蛋白的独特光谱特征的分子特异性技术。
一种利用上述用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成的脉管内研究系统200确定外周脉管凝块的胶原蛋白含量的对应方法可以包括以下步骤：
利用所述光学辐射源生成在宽带范围上的光学波长辐射；
将宽带光学波长辐射被耦合到所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备的所述光纤中；
利用所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备收集来自患者的脉管结构的散射和/或反射的光学波长辐射；
由所述光学波长辐射探测器基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号；
由所述处理单元基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集，所述至少一个光谱分辨数据集包括与胶原蛋白相对应的光谱；并且
由所述处理单元根据与胶原蛋白相对应的所述光谱来确定胶原蛋白含量，并且基于所述胶原蛋白含量来确定关于血液凝块的信息。
在另一示例性实施例中，提供了一种计算机程序或计算机程序单元，其特征在于，所述计算机程序或计算机程序单元被配置为在适当系统上执行根据前述实施例中的一个实施例的方法的方法步骤。
因此，计算机程序单元可以被存储在计算机单元中，该计算机程序单元也可以是实施例的部分。该计算单元可以被配置为执行上述方法的步骤或者引起对上述方法的步骤的执行。此外，该计算单元可以被配置为操作上述装置和/或系统的部件。该计算单元能够被配置为自动操作和/或运行用户的命令。计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此，可以装备数据处理器来执行根据前述实施例中的一个实施例的方法。计算机程序或输出单元可以被集成到成像或导航系统中。
本发明的该示例性实施例覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序，以及借助于将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序这两者。
另外，计算机程序单元可以能够提供所有必要步骤以完成如上所述的方法的示例性实施例的流程。
根据本发明的另外的示例性实施例，提出了一种计算机可读介质，例如，CD-ROM、USB棒等，其中，该计算机可读介质具有被存储于所述计算机可读介质上的计算机程序单元，所述计算机程序单元由前面的章节所描述。
计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如，经由互联网或其他有线或无线的电信系统分布。
然而，计算机程序也可以存在于网络(如万维网)上，并且能够从这样的网络被下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的另外的示例性实施例，提供了用于使计算机程序单元可用于下载的介质，所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个实施例的方法。
必须注意，本发明的实施例是参考不同主题来描述的。尤其地，一些实施例是参考方法型权利要求来描述的，而其他实施例是参考装置型权利要求来描述的。然而，除非另有说明，否则本领域技术人员将从以上和以下的描述中推断出，除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外，涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本申请中得到公开。然而，所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (19)

1.一种脉管内设备(10)，包括：
细长构件(20)；
光纤(30)；以及
至少一个光学交互元件(40)；
其中，所述细长构件(20)的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中；
其中，所述光纤(30)的至少部分位于所述细长构件(20)内；
其中，所述光纤被配置为传输光学波长辐射；
其中，所述脉管内设备被配置为以至少两条辐射光束将所述光学波长辐射的部分发射出所述细长构件，以便被所述脉管系统的部分散射和/或反射，其中，所述至少两条辐射光束的所述发射包括所传输的光学波长辐射与所述至少一个光学交互元件的相互作用；并且
其中，所述脉管内设备被配置为：收集所散射/或反射的光学波长辐射中的至少一些光学波长辐射，并且将所散射和/或反射的光学波长辐射中的所述至少一些光学波长辐射耦合到所述光纤中，包括对所述至少一个光学交互元件的利用。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少两条辐射光束包括从所述细长构件的侧壁发射出的第一辐射光束。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述至少两条辐射光束包括从所述细长构件的所述侧壁发射出的第二辐射光束。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第一辐射光束的波长范围不同于所述第二辐射光束的波长范围。
5.根据权利要求3-4中的任一项所述的设备，其中，所述第一辐射光束在所述细长构件的第一纵向位置处被发射出所述细长构件，并且所述第二辐射光束在所述细长构件的不同于所述第一纵向位置的第二纵向位置处被发射出所述细长构件。
6.根据权利要求2-5中的任一项所述的设备，其中，所述至少两条辐射光束包括从所述细长构件的端壁发射出的辐射光束。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第一辐射光束的波长范围不同于从所述细长构件的所述端壁发射出的所述辐射光束的波长范围。
8.当权利要求6从属于权利要求3-5中的任一项时根据权利要求7所述的设备，其中，所述第二辐射光束的波长范围不同于从所述细长构件的端部发射出的所述辐射光束的波长范围。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个光学交互元件包括波长选择元件。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的设备，其中，在所述光纤的远端处的所述光纤的部分被固定地连接到所述细长构件；并且其中，除了所固定的远端之外的位于所述细长构件内的所述光纤的至少部分不被固定地连接到所述细长构件。
11.一种脉管内设备(10)，包括：
细长构件(20)；
光纤(30)；以及
至少一个光学交互元件(40)；
其中，所述细长构件的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中；
其中，所述光纤的至少部分位于所述细长构件内；
其中，所述光纤被配置为传输光学波长辐射；
其中，所述脉管内设备被配置为以辐射光束将所述光学波长辐射的至少部分发射出所述细长构件，所述辐射光束形成基本上垂直于所述细长构件的纵向轴线的环形发射轮廓，以便被所述脉管系统的部分散射和/或反射，其中，所述辐射光束的所述发射包括所传输的光学波长辐射与所述至少一个光学交互元件的相互作用；并且
其中，所述脉管内设备被配置为：收集所散射和/或反射的光学波长辐射中的至少一些光学波长辐射，并且将所散射和/或反射的光学波长辐射中的所述至少一些光学波长辐射耦合到所述光纤中，包括对所述至少一个光学交互元件的利用。
12.一种脉管内微导管和导丝设备(100)，包括：
微导管(110)；以及
根据权利要求1-10中的任一项所述的脉管内设备(10)或根据权利要求11所述的脉管内设备(100)；
其中，所述微导管的至少部分被配置为被插入到所述患者的所述脉管系统的所述部分中；
其中，所述微导管包括至少一个透光壁部分；
其中，所述脉管内设备被配置为在所述微导管内沿着所述微导管的纵向轴线滑动；并且
其中，所述微导管和所述脉管内设备被配置为使得当所述脉管内导丝被定位在沿着所述微导管的所述纵向轴线的一个或多个纵向位置处时，光学波长辐射通过所述微导管的所述至少一个透光壁部分被发射出所述微导管，并且散射和/或反射的光学波长辐射通过所述微导管的所述至少一个透光壁部分进入所述微导管。
13.一种脉管内研究系统(200)，包括：
根据权利要求1-10中的任一项所述的脉管内设备(10)，或根据权利要求11所述的脉管内设备(10)，或根据权利要求12所述的脉管内微导管和导丝设备(100)；
光学辐射源(210)；
光学辐射探测器(220)；以及
处理单元(230)；
其中，所述光学辐射源被配置为生成在宽带范围上的光学波长辐射并且将所述光学波长辐射耦合到所述光纤中；
其中，所述光学辐射探测器被配置为基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号；
其中，所述处理单元被配置为基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集；并且
其中，所述处理单元被配置为基于所述至少一个光谱分辨数据集来确定关于血液凝块的信息。
14.一种利用根据权利要求13所述的脉管内研究系统(200)进行脉管内研究的方法，其中，所述方法包括：
利用所述光学辐射源生成在宽带范围上的光学波长辐射；
将宽带光学波长辐射耦合到所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备的所述光纤中；
利用所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备收集来自患者的脉管结构的散射和/或反射的光学波长辐射；
由所述光学波长辐射探测器基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号；
由所述处理单元基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集；并且
由所述处理单元基于所述至少一个光谱分辨数据集来确定关于血液凝块的信息。
15.一种用于确定外周静脉凝块的组成的系统(200)，包括：
脉管内设备，其用于确定外周脉管系统中的血液凝块组成，所述脉管内设备包括；
细长构件(20)；以及
光纤(30)；
其中，所述细长构件的至少部分被配置为被插入到患者的脉管系统的部分中；
其中，所述光纤的至少部分位于所述细长构件内；
其中，所述光纤被配置为传输光学波长辐射；
其中，所述脉管内设备被配置为将所述光学波长辐射的部分发射出所述细长构件，以便被所述脉管系统的部分散射和/或反射；
其中，所述脉管内设备被配置为：收集所散射和/或反射的光学波长辐射中的至少一些光学波长辐射，并且将所散射和/或反射的光学波长辐射中的所述至少一些光学波长辐射耦合到所述光纤中；并且所述系统还包括：
光学辐射源(210)；
光学辐射探测器(220)；以及
处理单元(230)；
其中，所述光学辐射源被配置为生成在宽带范围上的光学波长辐射并且将所述光学波长辐射耦合到所述光纤中；
其中，所述光学辐射探测器被配置为基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号；
其中，所述处理单元被配置为基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集；
其中，所述至少一个光谱分辨数据集包括与胶原蛋白相对应的光谱；并且
其中，所述处理单元被配置为：根据与胶原蛋白相对应的所述光谱来确定胶原蛋白含量，并且基于所述胶原蛋白含量来确定关于血液凝块的信息。
16.一种利用根据权利要求15所述的用于确定外周静脉凝块的组成的系统确定外周血管凝块的胶原蛋白含量的方法，所述系统用于确定所述外周脉管系统中的血液凝块组成，所述方法包括以下步骤：
利用所述光学辐射源生成在宽带范围上的光学波长辐射；
将宽带光学波长辐射耦合到所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备的所述光纤中；
利用所述脉管内设备或所述脉管内微导管和导丝设备收集来自所述患者的脉管结构的散射和/或反射的光学波长辐射；
由所述光学波长辐射探测器基于所散射和/或反射的光学波长辐射来生成至少一个探测信号；
由所述处理单元基于所述至少一个探测信号来确定至少一个光谱分辨数据集，所述至少一个光谱分辨数据集包括与胶原蛋白相对应的光谱；并且
由所述处理单元根据与胶原蛋白相对应的所述光谱来确定胶原蛋白含量，并且基于所述胶原蛋白含量来确定关于血液凝块的信息。
17.一种用于控制根据权利要求13所述的系统的计算机程序单元，当被处理器执行时，所述计算机程序单元被配置为执行根据权利要求14所述的方法。
18.一种用于控制根据权利要求15所述的系统的计算机程序单元，当被处理器执行时，所述计算机程序单元被配置为执行根据权利要求16所述的方法。
19.一种计算机可读介质，已经在其上存储了根据权利要求17或18所述的计算机程序。
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