CN115135372A - 一种心肌光谱仪探测器和监测心肌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种心肌光谱仪探测器，包括：至少两个单独的可插入组织中的光导(120A，120B)，其中，第一光导(120A，120B)被配置为传送光，第二光导(120A，120B)被配置为收集光，并且第一光导(120A，120B)和第二光导(120A，120B)设置为彼此区分开。

Description

一种心肌光谱仪探测器和监测心肌的方法
技术领域
本发明总体上涉及医疗技术领域。更具体地，本发明涉及一种用于监测心肌的解决方案。
背景技术
开心手术是切开胸部，并在分别建立血液流入和流出心脏的大静脉或大动脉、或者心脏本身、瓣膜、动脉、分流、肌肉阻塞或其他影响心脏正常功能的障碍上实施的手术。在大多数情况下，为了能实施手术，必须停止心脏的泵血动作。当心脏停止时，必须阻断流向心肌的冠状动脉血流。这会导致不可避免的心脏缺血。目前，没有办法测量在主动脉阻断期间的心脏氧气的可用性和代谢。相反，只能使用先前实践的经验和一般知识。在很多时候这已经足够了，但并非总是如此。由于围手术期的缺血，约20％的心脏在手术后出现功能障碍。这种功能障碍是由心肌顿抑引起的，这是在再灌注后心脏收缩功能的可逆降低，而不是由组织损伤或血流减少引起的或由心肌梗塞引起的。但也可能是由于缺血造成的不可逆的心肌损伤。
当为心脏的冠状动脉手术时，也可以在心脏跳动时执行指定程序，即无需心肺搭桥机电路的帮助。该指定程序称为不停跳手术。在这个程序中，心脏被脱位以正确建立手术区域。另外，在这些情况下，心脏会出现缺血。由于心脏脱位，心电图测量不能可靠地检测到心肌缺血，直到心脏复位为止。目前还没有直接、可靠的方法来测量心脏氧合，以监测在不停跳手术中的远端吻合缝合期间的心脏缺血。
心脏中几乎所有的氧气都通过一种称为细胞色素-c-氧化酶的酶在线粒体中消耗掉了。这是在驱动ATP生成的电子传递链中的最后的酶，是细胞使用的最终燃料。细胞需要载体分子来将氧气输送给细胞色素-c-氧化酶。血液中的载体分子是血红蛋白，它将氧气从远处带到细胞，并最终在氧分压处于低水平时在组织中释放氧气。在细胞内，肌红蛋白作为载体来将氧气穿过细胞带到线粒体。
对心脏氧气可用性和/或代谢状态的可靠的实时测量会使手术室人员能在手术期间实施不同的操作，以改善心脏氧气供应、减少氧气代谢并最终降低心脏的总缺血负荷。通过对血红蛋白和肌红蛋白以及细胞色素-c-氧化酶的氧气输送的测量将为提高心脏手术的安全性和一般心脏病患者的治疗以及节省治疗费用带来可能性。
在评估心脏的氧合状态时，同时测量其他几种具有血红素辅基的蛋白质(如血红蛋白、肌红蛋白和其他血红蛋白)的还原状态和氧气浓度显然是有益的。另外，测量在线粒体内的氧化磷酸化链中的其他分子浓度的能力将是有益的，包括但不限于：在分析心肌代谢时，细胞色素A、B和C可能会增加，其中，酶的还原状态是很重要的。在许多情况下，当细胞应激发生时，线粒体会表现出非常早期的损伤，并且响应于线粒体应激的酶浓度也是令人关注的。由于线粒体产生大量的活性氧(ROS)，参与催化ROS的酶也是令人关注的，例如过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和过氧化物酶。
对心肌中的分子浓度的测量在手术期间和在手术后都很重要。在手术后的重症监护期间，患者会多次经历左心室功能最低的时期。例如，在文件US2015/0282747A1中公开了一种氧化测量系统，其中，通过插入与对象的组织壁接触的导管装置来执行测量。所公开的这一解决方案的至少一个缺陷在于，通过组织壁的经导管测量既不准确也不具体。
因此，需要开发至少适用于开心手术的进一步解决方案，以在开心手术期间准确监测心肌中的分子浓度，并且可能在开心手术之后继续监测。但是，心脏分子浓度的监测还在任何治疗期间都是有益的，其中，心脏监测可以为患者治疗人员带来额外的认知。
发明内容
下面给出了一个简化的概要，以便提供对各种发明实施例的一些方面的基本理解。该概要不是本发明的广泛概述。它既不旨在识别本发明的关键或重要元素，也并不描绘本发明的范围。以下概要仅以简化的形式呈现本发明的一些概念，作为对本发明的示例性实施例的更详细描述的序幕。
本发明的一个目的是提供一种用于监测组织的医疗装置。
本发明的另一个目的是提供一种医疗装置，该装置可以至少部分地用于提供关于分子浓度和/或它们在组织中的氧合/氧化比率的信息。
本发明的还一个目的是提供一种监测组织的方法。
本发明的目的通过如各自的独立权利要求所定义的装置和方法来实现。
根据第一方面，提供了一种心肌光谱仪探测器，该心肌光谱仪包括：至少两个单独的可插入组织中的光导，其中，第一光导被配置为传送光，并且，第二光导被配置为收集光，并且，第一光导和第二光导设置为至少部分地彼此分开。
第一光导和第二光导可以彼此分开地设置，使得一旦它们被插入感兴趣的组织中，原始组织的至少一部分将第一光导与第二光导分隔开。
通过在夹具中安装第一光导和第二光导，可将第一光导和第二光导彼此区分开地设置。
光导的尖端可相对于光导的纵轴呈45-90度角，优选地呈70-90度角。
第一光导和第二光导可通过以下其中一种来实现：单根光纤、光纤束、光管。
例如，可插入组织的至少一个光导的至少一部分可覆上钢管。
心肌光谱仪探测器还可包括起搏导线，起搏导线设置成沿着光导中的至少一个行进。起搏导线可与覆盖光导中的至少一个的至少一部分上的钢管电连接。
例如，第一起搏导线可与第一光导的钢管电连接，并且第二起搏导线可与第二光导的钢管电连接，从而形成一个包括一个阳极和一个阴极的双极起搏设置。更进一步地，心肌光谱仪探测器还可以包括止动装置，该止动装置用于调节以下至少一项：至少一个光导在组织中的插入深度；至少一个光导在组织中的插入角度。止动装置例如可包括用于至少接收光导的接收部分和用于至少部分地防止环境光进入组织的光罩部分。止动装置的接收部分和光罩部分能够可拆卸地安装在一起。例如，设置了穿过止动装置的固定线，固定线的一端设置成固定到组织，使得能够利用固定线的固定位置来拉紧光导。固定线可以是起搏导线。固定装置可设置成由以下其中一项来实现：充气气囊装置、设有形成用于固定线的锚的第二线的固定机构、锚定装置。
另外，心肌光谱仪探测器还可以包括用于穿透组织的表面以将光导插入组织中的插入辅助装置。插入辅助装置可包括至少一个管状构件，光导设置在该管状构件内。光导设置为相对于插入辅助装置的管状构件滑动。插入辅助装置还可以设置为用作耦合到插入辅助装置的起搏导线的电极。插入辅助装置的管状构件的面向组织的一端可以是尖锐的形状。插入辅助装置可由以下其中一种材料制成：不锈钢、陶瓷、复合材料。
此外，光罩部分、充气气囊装置、固定机构、固定线中的至少一种可以由可生物降解材料而制成。
心肌光谱仪探测器还可包括用于提供表示组织温度的测量数据的装置。
心肌光谱仪探测器还可包括可拆卸地安装的保护罩，用于保护第一光导和第二光导。
保护罩可以设置为用作校准目标，以校准应用了心肌光谱仪探测器的测量系统。
心肌光谱仪探测器可用于例如在开心手术期间和之后实时监测组织中的分子浓度。
一种通过光谱学来监测感兴趣的组织中的分子浓度的方法，通常包括如下步骤：
-提供至少两个单独的可插入组织中的光导，其中，第一光导被配置为传送光，且第二光导被配置为收集光；
-将光导插入感兴趣的组织中，使得原始组织的至少一部分将第一光导与第二光导分隔开，从而由第一光导传递的光将穿过所述原始组织到达第二光导；
-重复地传递从第一光导发出的光和通过第二光导收集从第一光导发出的光，以形成与所收集的光对应的多个信号；和
-监测由此获得的信号。
在本文中，用于“数量”是指从一开始的任何正整数，例如一、二或三。
在本文中，用语“多个”是指从二开始的任何正整数，例如二、三或四。
无论是关于结构还是操作方法，本发明的各种示例性和非限制性实施例连同其附加的目的和优点都将在结合附图阅读时从以下具体示例性和非限制性实施例的描述中得到最好地理解。
动词“包括”和“包含”在本文中用作开放性限制，既不排除也不要求存在未记载的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中记载的特征可以相互自由组合。此外，应当理解的是，在本文件中使用的“一”或“一个”，即单数形式，并不排除多个。
附图说明
在附图中以示例而非限制的方式示出了一些实施例。
图1示意性地示出了本发明所应用的监控系统。
图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的心肌光谱仪探测器的第一示例。
图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的处于第一状态的心肌光谱仪探测器的第二示例。
图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的处于第二状态的第二示例的心肌光谱仪探测器。
图5示意性地示出了根据本发明的一个实施例的心肌光谱仪探测器的第三示例。
图6示意性地示出了根据本发明的另一实施例的心肌光谱仪探测器的第四示例。
图7A和7B示意性地示出了根据本发明的其他实施例(特别是图6所示的实施例)的心肌光谱仪探测器的进一步示例。
图8示意性地示出了根据本发明的一个实施例的心肌光谱仪探测器的另一个示例。
具体实施方式
在下面给出的描述中提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求的范围和/或适用性。除非另有明确说明，否则在下面给出的描述中提供的示例的列表和组合并非穷举。
现在通过参考图1的实施例来描述本技术的至少一些方面。图1示意性地示出了用于监测对象(即组织，例如心脏100的肌肉)的监测系统。该系统的操作至少部分地基于光谱学，由此可以确定被监测组织中的分子浓度和其氧合/氧化比率。另外，如图1示意性所示的系统适用于实时监测所讨论的组织，这也允许得出关于该组织的状态发展的结论，因此有助于治疗计划。
监控系统可以包括用于控制系统操作的控制单元110。另外，监测系统可包括至少两个单独的光导120A、120B，它们在插入到被监测组织中的末端处彼此分开。
在光导120A、120B的测量端之间形成的所期望的区别可通过将光导120A、120B穿过夹具130来实现，通过该夹具130可以固定光导120A、120B之间的距离。在夹具130和控制单元110之间，光导120A、120B可以例如在同一导线140内一起行进，或彼此区分开。根据监测系统的操作，控制单元110可被配置为向第一光导120A产生光，以将光传送到被监测的组织(例如：到心肌)，而第二光导120B可配置成收集来自被监测组织的光(例如，来自心肌)并将其送回控制单元110，以至少基于所传输和所收集的光来进行分析。更进一步地，该系统可包括另外的元件和功能性，例如用于提供心脏起搏的装置。
如果提供心脏起搏的能力被集成到监测系统中，则控制单元110可以具有这样的功能性，并且起搏导线可以并入到与光导120A、120B相同的导线140中或者至少沿着它们布置，并且夹具130也可以用于将起搏导线至少部分地引入心肌。更进一步地，监测系统，尤其是光谱仪探测器，可包括一个或多个用于将探测器的测量端附接到被监测组织的装置和/或设备，以及一种或多种用于改进光导120A、120B在被监测组织中的定位以及用于提高测量中的信噪比的装置和/或设备。
在接下来的描述中将通过非限制性实施例来讨论本技术的各个方面。
图2是截面图，示意性地示出了根据本发明的一个实施例的心肌光谱仪探测器的测量端的一个示例。第一光导120A和第二光导120B通过夹具130彼此区分开地布置。夹具130的结构加工成使得第一光导120A和第二光导120B在夹具130中的位置限定了第一光导120A和第二光导120B在测量端(即可插入到被监测组织中的那部分)之间的相互距离dm。
在一个实施例中，相互距离dm可以有利地选择成当心肌光谱仪探测器被定位在被监测的组织中时，第二光导120B能够收集足够多的光以确保足够的用于执行监测的信号水平，而且原始组织的至少一部分会进入到第一和第二光导之间。在这种实施方式中，除了通过光导120A、120B之间的组织之外，光没有任何其他方式从第一光导120A进入第二光导120B。
在一个实施例中，从第一光导发射并由第二光导所接收的大部分光将穿过原始组织，由第二个光导所接收的小于10％(特别是小于5％，优选地小于1％)的光将穿过任何表面组织。
在一个实施例中，第一光导120A与第二光导120B之间的相互距离在0.1mm到5mm之间，优选地在1mm到2mm之间。另外，在该应用领域中有利地考虑了光导120A、120B中的至少一个的插入深度dt。在心肌光谱仪探测器的情况下，适用的插入深度dt可以是大约3mm-10mm，优选地在4mm到6mm之间，这确保了光导120A、120B可通过表面层到达心肌至例如心外膜、心内膜、心外膜脂肪、纤维组织、瘢痕等，从而测量组织中的分子浓度。在一个实施例中，光导120A、120B中的至少一个处于所述插入深度。
在一个实施例中，心肌光谱仪探测器包括至少两个单独的光导120A、120B，它们可插入组织中，使得它们能够通过组织的表层到达心肌，其中，第一光导120A、120B配置为传送光，并且第二光导120A、120B配置为收集光，并且第一光导120A、120B和第二光导120A、120B被配置为至少部分地彼此区分开。
在一个实施例中，心肌光谱仪探测器包括至少两个单独的光导120A、120B，它们可插入组织中达到至少3mm(通常3到10mm)的插入深度，其中，第一光导120A、120B配置为发送光，并且第二光导120A、120B配置为收集光，并且第一光导120A、120B和第二光导120A、120B配置为至少部分地彼此区分开。
在一些实施例中，光导120A、120B可以以适用的方式被涂覆。例如，涂层可配置为使得在光导120A、120B的进入组织中的部分中，涂层配置有为光导120A、120B提供保护和支撑的钢管。
另外，光导120A、120B的顺着从夹具130朝向控制单元110的一部分可覆有适用的塑料材料，例如涂有丙烯酸涂层。有利地，不同涂层材料之间的边界布置在夹具130的内部，以便将涂层保持在适当位置并在接头位置提供结构支撑。这里描述的夹具提供支撑以将光导保持在相对于彼此的预设距离处，可以是能提供这种功能的任何材料或形式。夹具是可永久固定在光导上的，或者是可拆卸的。此外，光导120A、120B的涂层，尤其是在进入被监测组织中的那一侧上的涂层可以选择成使得光导120A、120B坚硬，以支撑所讨论的组织的表面和其他层的穿刺。
在一些实施例中，光导120A、120B可以由可生物降解的材料而制成。
在一些实施例中，在制造期间或制造后可将光导插入到在包装、消毒、运输和储存期间保护光导的固体材料块中的一个或多个孔中。如果材料块具有适当的且已知的光学特性，它也可用于对探测器的预测量校准。
另外，如从图2中可得出的是，光导120A、120B的尖端可被设计为能优化在光导120A、120B之间所传输的光的方式。尖端的设计可以通过在光导120A、120B的尖端中相对于其纵轴所形成的可应用的角度α来呈现。根据本发明，有利的角度α为45°-90°，优选地为70°-90°。除此之外，在至少一些实施例中，第一光导120A和第二光导120B的尖端可配置为使得具有角度α的光导的开口(即，成角度的表面)彼此面对，如在图2中示意地示出。角度α可在光导120A、120B中例如通过对所述光导进行切割、研磨或抛光来产生。可在一个或多个光导头的前面使用任何可产生光聚合、发散或漫射的材料或透镜。
第一光导120A和第二光导120B可包括一根或多根光纤(即单根光纤或光纤束)，或用光管来实现。独立于光导的物理实现，可以如前描述中所讨论的那样考虑在该应用领域中的可应用的角度。
光导120A、120B的厚度，即被选择来实现光导120A、120B的作用的实体，优选地在100μm到400μm之间。
图3示意性地示出了根据本发明的一些实施例的一些进一步的方面。即，如上所述的光导120A、120B中的至少一个的尖端应被带入其特性将被测量的组织中。例如，关于进入心肌，光导120A、120B应在接附到心肌之前穿刺多个本质上致密的层。为了促进光导120A、120B穿刺到所提到的一个或多个层中，可在探测器中提供插入辅助装置310。插入辅助装置310是在将探测器插入到测量位置的期间保护光导120A、120B的装置，而且还具有能够穿透层并且甚至有助于保持在光导120A、120B之间所设计的相互距离的结构和形状。根据一个示例性实施例，插入辅助装置310包括光导可插入其中的管状构件320A、320B。管状构件320A、320B优选地在面向组织的端部处是锋利的，以便切割组织以进行穿刺。在另一端，管状构件320A、320B安装在支撑平面330上，其在一种状态下例如面向夹具310。如从图3中可得出的那样，插入辅助装置310的尺寸，尤其是管状构件320A、320B的长度可被有利地调节，使得其不会干扰光导120A、120B之间的光的传输。在一个实施例中，当光导120A、120B插入到预设深度时，它们也从插入辅助管中伸出，使得管不会干扰光导120A、120B之间的光的传输。
根据一些实施例，插入辅助装置310可被配置为至少部分地相对于光导120A、120B是可移动的。因此，可认为图3所示的状态对应于心肌光谱仪探测器被插入到组织中的情况，即插入阶段。另一方面，在图4中示意性地公开了具有插入辅助装置310的探测器的示例，其处于探测器已经进入组织并且光导120A、120B从管状构件320A、320B中伸出来的状态。换言之，如图4所示的状态建立于当探测器位于组织中的测量位置时。因此，插入辅助装置310可相对于光导120A、120B可滑动地布置，例如使得响应于组织面向支撑平面330，插入辅助装置310开始沿着光导120A、120B滑动，例如直到支撑平面330到达夹具130处为止。自然地，在该状态下，光导120A、120B从管状构件320A、320B滑出，以便用于测量。
上述所描述的滑动机构可通过将管状构件320A、320B的内径调整为相应光导120A、120B的外径来实现，使得实体之间的总摩擦力超过了探测器穿刺组织所需的力。还可以通过修改所提到的实体的表面(例如通过最佳地粗糙化这些表面)来调整摩擦力。插入辅助装置310的适用材料可以是例如不锈钢(例如皮下注射针头)。此外，如上所述，管状构件320A、320B的面向组织的端部可以是尖锐的，或者至少它们的轮廓优选地被设计成使得它们确保容易地和安全地插入组织中。
图5示意性地示出了根据本发明的另一个实施例的其他方面。在该实施例中，在心肌光谱仪探测器中引入了止动装置510。止动装置510提供了一种在应用区域内根据需要至少调节光导120A、120B插入组织中的深度的方法。另外，还可以利用止动装置来调整插入角度，这通过将光导120A、120B配置成以朝向组织的期望角度离开止动装置510来实现。因此，与例如在图2中示意性地示出的没有止动装置510的探测器相比，通过止动装置510有助于调节探测器在组织中的位置。止动装置510可以例如由接收部分520和光罩部分530组成。接收部分520可例如包括用于接收用于保持光导120A、120B的夹具130的适配器，其中通过将适配器设计成期望的角度，可以至少部分地限定光导120A、120B进入组织的角度。
换句话说，在一个实施例中，在止动装置510中设置有通道，以为光导120A、120B提供通过止动装置510的路径。另外，光罩部分530用作靠在组织上的阻止件，但也可防止环境光进入光导120A、120B的尖端，尤其是配置为收集光的光导。这可能很重要，尤其是因为心肌光谱仪探测器可以在需要良好照明的心脏手术期间使用。这便提供了大量的环境光，从而降低了光学测量的信噪比。因此，光罩部分530对于降低测量期间的噪声可能是很重要的。
例如，光罩部分的面积可以为0.1cm2到5cm2，优选地为0.5cm2-2cm2。例如，光罩部分和整个止动装置510可以由可生物降解的材料、聚合物、金属或玻璃而制成。另外，光罩部分530可以成形为使其良好地附接到受监测的组织，或者它可包括一个或多个孔以用于将光罩部分530缝合到组织上。此外，光罩部分530可形成为使其容易地去除，例如，包括用于抓握的锚定件，在完成开心手术后关闭胸腔之前，以及在术后阶段开始时。更进一步地说，在一些实施例中，止动装置510可以向用于将探测器锚定在其测量位置的固定装置提供反作用力，这将在接下来的描述中讨论。止动装置510可以与插入辅助装置310一起使用，类似于在图3和图4的描述中所述的内容。
图6示意性地示出了另一示例实施例。在图6中，心肌光谱仪探测器连接到一个器官，该器官在图6所示的情况下为心脏。在图6的实施例中，固定线610沿着光导120A、120B被带到心肌处。固定线610可耦合到夹具130，并且在应用了止动装置510的实施例中，固定线610可布置在与行进穿过止动装置510的光导120A、120B相同的通道中。固定线610可被固定和定位到针头上，例如通过在开心手术中使用针头，使其可穿刺组织并布置成能够在组织的内部行进预设的距离，并在某个位置(在图6中用字母“A”表示)离开组织。在将固定线610定位到组织中之后，可通过在适用位置中切断线来移除针头。
有利地，固定线610的端部被固定在退出位置，优选地可移除地固定。在这样的布置中，固定线610可用于将心肌光谱仪探测器锚定在被监测的组织中。在另一端固定在退出位置A处的组织中之后，可通过从止动装置510的端部拉紧固定线610来实现锚定。结果，探测器本身紧紧地附接在组织上，并且光导120A、120B在测量位置保持静止，并且至少部分地消除了由运动引起的假象。固定线的锚定也可使用金属或可生物降解的手术夹来实现。
在一些实施例中，起搏导线可用作所述的固定线610。起搏导线允许在任何所需要的情况下对心肌进行起搏，例如：在外科手术期间和在外科手术之后。
图7A和7B示意性地示出了用于将诸如起搏导线的固定线610固定到所讨论的组织中的可应用解决方案的一些非限制性示例。为了清楚起见，在此假设固定线610是起搏导线。在图7A中，在一个实施例中示出了固定的示例，其中起搏导线被布置为在心肌(参见图6)内部行进。在退出位置处，充气气囊装置710安装到离开组织的起搏导线的末端。充气气囊装置710是固定在起搏导线周围的环型装置，其将起搏导线固定在退出位置，并因此能够如针对图6所述的那样在起搏导线的端部和探测器本身之间拉紧。充气气囊装置710可以在未充气时安装到起搏导线的末端，然后用适用的充气装置对其进行充气。这例如可在开心手术期间完成。充气气囊装置710的一个优点在于，在开心手术之后，当探测器和起搏导线留在体内时，在气囊被远程放气后，通过向外拉探测器可以将探测器和起搏导线都从体外远程地(即经皮地)移除。气囊装置710的放气允许穿过心肌将起搏导线拉回。
类似于其中应用了充气气囊装置的如图7A示意性地示出的固定解决方案可由对组织表面具有足够摩擦力的材料而制成的锚定装置来实现，其中该锚定装置定位在组织的表面。现在，固定线以与充气气囊装置相同的方式从组织中取出，但它以某种方式安装到锚定装置上。
例如，锚定装置可包括孔或槽，固定线可穿过该孔或槽。可有利地选择孔或槽的相互尺寸和固定线的直径，使得它们的相互摩擦力足以通过在探测器端部处从组织向外拉动固定线来拉紧探测器。然而，在一个优选的解决方案中，实体之间的摩擦力被配置成使得随着超过选定水平的拉力，固定线开始穿过孔或槽来滑动，并且以这种方式可将固定线从组织中移除。例如，锚定装置可以由塑料或任何其他适用于以所描述的方式来操作的材料而制成。也可以使用夹钳。在一些实施例中，锚定装置可以由能够将锚定装置留在体内的生物可降解材料而制成。
图7B示意性地描绘了根据本发明的另一个实施例的将起搏导线固定在心脏中的另一个示例。在此，起搏导线配置成可在心肌上行进，即它不穿过光罩部分530，而是配置成在其上行进。此外，线720被配置成在组织内部行进，并在线720离开组织的位置处提供了诸如环的固定机构730。通过引导起搏导线(参见图7B中的610)穿过环并从探测器端拉紧线，起搏导线可以通过相应地锚定而固定在组织上。这种固定可配置为在开心手术期间实施。根据图7B的示例的固定还允许通过松开线720并将起搏导线拉出而进行远程移除。之后，也可移除线。在本发明的一些实施例中，起搏导线的固定可以利用图7B的固定机构来实现，其中在光罩部分530中布置有孔，线和环穿过该孔而布置在光罩部分530的表面上。通过引导起搏导线穿过环，可在光罩部分530的表面上形成拉紧，以便减小由于拉紧而对所讨论的组织所造成的损害。在一些其他实施例中，通过在线720离开组织的位置处在起搏导线的下方设置例如由可生物降解的材料而制成的筛板，以避免在图7B的实施例中对组织的损害。
另外，在图7B中示意性示出的机构也可反过来配置，使得图7B的线720与起搏导线一起实施，其中该起搏导线在线的末端具有环，并且线配置成以类似图7B中的起搏导线的方式在心肌上行进。现在，通过插入在心肌上行进的线而穿过配置在起搏导线末端的环，可以通过拉动在心肌内行进的起搏导线来提供固定。
为了增强起搏导线的移除以及从身体移除光导120A、120B，它们可以单独地或者以某种组合一起被封闭在塑料管或硅树脂管内。管的直径可以与保持光导120A、120B的夹具120的直径相适应，从而能够顺利移除探测器的可移除部分。起搏导线本身可以由生物相容性材料而制成，例如不锈钢。例如，根据需要，起搏导线的长度可为0.1m-10m。
更进一步地，在一些实施例中，光罩部分530可被配置为根据起搏导线末端的作用(即，在另一个电极的作用中)用作双极起搏设置的阳极或阴极。在这样的实施例中，光罩部分530的至少一部分由与另一起搏导线连接的导电材料制成。相应地，在一些另外的实施例中，插入辅助装置310可用作用于起搏设置的电极。依据实施方式，例如管状构件320A、320B中的一个可连接到起搏导线中的一个，并且有利地与插入辅助装置310的其他部分绝缘，以便通过在起搏导线的末端所建立的另一个电极来建立电极。更进一步地，在光导120A、120B覆有钢管的情况下，起搏导线可连接到至少一个钢管，并且以这种方式建立电极。
关于心肌光谱仪探测器的移除，可针对光罩部分530给出进一步的说明。在一些实施例中，至少部分地由于其形状，光罩部分530可在移除探测器之后留在心脏上。在这种实施方式中，探测器的光罩部分530和接收部分520能够可拆卸地彼此耦合。耦合可配置成使得去耦合比从其安装到的组织中移除光罩部分530需要更少的功率。因此，作为将探测器向外拉的结果，接收部分520和光罩部分530彼此分离，从而将光罩部分530留在所讨论的组织的表面上。在这种实施方式中，光罩部分530有利地由可生物降解的材料而制成，例如适用的聚合物。
在另一个实施例中，光罩部分530可至少部分地由可折叠材料制成。现在，当探测器要从组织中取出并从身体中向外拉出时，可折叠的光罩部分530形成为使得光罩部分530以折叠的形状进入而穿过孔，探测器沿该孔从体内取出。
更进一步地，在一些实施例中，探测器的光罩部分530可以通过用多根缝合线将其与组织缝合而附接于组织。在这样的实施例中，光罩部分530可以包括一个或多个用于诸如使用缝合线而附接的孔。有利地，缝合线响应超过预设值的拉力而从组织中释放光罩部分530。缝合线可由可生物降解的材料而制成，或者甚至可由不锈钢或其他生物相容性材料而制成。在一些实施例中，由导电材料制成的缝合线可用作用于心脏起搏的电极，其中，起搏导线耦合到这种缝合线。
图8示意性地示出了根据本发明的探测器的另一个示例性实施例。该示例性实施例基于其中插入辅助装置中的至少一些部分与夹具130集成在一起的实施方式而实现。在该实施例中，管状构件配置为导电管810A、810B，例如金属管，它们以可适用的方式固定在夹具130中，例如通过将它们胶合到夹具130上。作为管状构件的导电管810A、810B为相应的光导120A、120B提供了进入被监测组织的路径。换言之，导电管810A、810B提供穿过夹具130的通道，从而适当地定位光导120A、120B来进行监测。在图8中所公开的实施例的导电管810A、810B可以用如前面描述中所述的光导120A、120B的适用涂层来实现。根据示例性实施例，为每个导电管810A、810B配置相应的起搏导线820A、820B，以便建立阳极和阴极，从而在需要时为心肌提供双极起搏。因此，起搏导线820A、820B和相应的导电管810A、810B彼此电接触，以在接触点上导电。接触点可配置成使其位于夹具130的内部，并且例如使得可适用的连接器配置成形成起搏导线820A、820B可插入其中的触点。可替代地或可附加地，可通过焊接、锡焊或压力来实现接触。此外，夹具130由非导电材料而制成。光保护罩也可以与图8所示的示例实施例一起使用。通过将起搏导线820A、820B布置到相应的管状构件320A、320B，图8的基本思想也可应用于单独的插入辅助装置(例如，参见例如图3和图4的实施例)的情形中，其中，管状构件320A、320B用非导电材料(例如，参见支撑平面330的材料)而彼此分隔开。
另外，在一些示例性实施例中，心肌光谱仪探测器还包括可移除地安装的保护盖，以保护第一光导120A、120B和第二光导120A、120B，例如在不使用探测器的期间(如在存储和运输探测器的期间)。在一些其他实施例中，保护盖被配置为使得它可用于校准应用了该心肌光谱仪探测器的测量系统的校准目标来操作。为了能够校准，应当相应地选择保护罩的特性。在一个示例实施例中，可选择保护罩的材料，使得针对测量使用的位于600-900nm波长内的光的吸收系数应当是恒定的，且合理地位于低水平，例如低于0.001mm-1。
另外，在一个实施例中，材料的散射系数对应于被监测组织的所降低的散射系数，例如～1mm-1。此外，保护罩的尺寸和形状优选地被配置成使得材料的边界区域和插入光导的空腔不会由于背景光而对校准造成干扰。例如，该形状可以是使得它在从光导120A、120B的尖端的每个方向上延伸至少3mm。所适用的材料例如可以是透明环氧树脂和二氧化钛或光学聚四氟乙烯。
即使在上文中针对第一光导120A和第二光导120B在组织内部达到相同深度的情形进行了描述，本发明也不仅限于这种实施方式。即，光导120A、120B之间的插入深度可以变化，只要所收集的光能够实现关于监测参数的有意义的测量结果。在本发明的一些实施例中，一个光导120A、120B可定位在组织的表面上，或者使得插入深度仅穿透心外膜，而另一个光导120A、120B在组织的表面插入更深。
一般来说，心肌光谱仪探测器可用于实时监测组织中的分子浓度，例如，在开心手术期间和在开心手术之后。例如，所应用的光谱可以是所谓的漫射光谱、漫反射光谱、拉曼光谱、傅里叶变换光谱或荧光光谱。
因此，一种通过光谱来监测感兴趣的组织中的分子浓度的方法，包括提供至少两个单独的光导，其中第一光导被配置为传送光而第二光导被配置为收集光。将光导插入感兴趣的组织，特别是心肌中，使得原始组织中的至少一部分将第一光导与第二光导分隔开。因而，由第一光导所传递的光将穿过所述原始组织到达第二光导。
另外，在该方法中，来自第一光导的光被传送(或被发射)，并且从第一光导所传送的光由第二光导接收。有多个光脉冲被传送和接收，以形成对应于所收集的光的多个信号。如此所获得的信号用于监测感兴趣的组织。通常，每秒发射和接收1到100个脉冲，特别是2到50个脉冲，例如5到20个脉冲或8到15个脉冲。
在一个实施例中，在图1或本文所述的任何实施例的上下文中所公开的测量系统产生从细胞内生物、胞质溶胶内、细胞外分子浓度和血管内浓度中同时测量的心脏代谢的临床相关信息。在另一个实施例中，该系统可在心脏手术期间测量线粒体内的氧化磷酸化链中的分子浓度。
在一个实施例中，心肌光谱仪探测器用于监测响应于线粒体应激的酶浓度的变化的方法。
在一个实施例中，心肌光谱仪探测器用于监测过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和过氧化物酶及其组合的分子浓度。
另外，心肌光谱仪探测器可连接到在线监视器，例如，通过控制单元来实现，以向医务人员实时显示关于心肌代谢的相关信息，从而能够就地做出相应的反应。
如从前述描述中可得出的是，本发明的至少一些基本特征是光导120A、120B，其中至少一个第一光导引入光并且至少一个第二光导收集光，它们彼此区分开地配置在被监测组织(例如心肌)中的测量位置，以便建立可靠的测量设置，其中，至少部分发射的光通过光导120A、120B之间的组织传输。光发射光导120A、120B与光收集光导120A、120B之间的距离是预先设定的。
依据测量的类型，即它是利用跳动的心脏还是静止的心脏来实现，可能需要将光导120A、120B固定到组织。
本发明还允许在开心手术的情况下临时的起搏线用于在手术后支持患者。光导的不同定位还提供了以所述方式将临时的心脏起搏线组合在相同构造中的可能性，例如通过用金属或任何其他导电材料来覆盖光导。更进一步地，所描述的构造使得能够实施来自组织的进一步测量，例如用电子或光学手段对组织进行温度测量。换言之，可在探测器中的能穿刺可从中获得测量数据的组织的那一部分(例如光导或插入辅助装置)中设置可应用的传感器。可替代地或可附加地，温度可从利用光导所获得的测量数据中确定，即光学地确定。
在上面给出的描述中提供的具体示例不应被解释为限制所附权利要求的适用性和/或说明。除非另有明确说明，否则上述描述中提供的示例列表和组合并非穷尽性的。

Claims (32)

1.一种心肌光谱仪探测器，包括：至少两个单独的可插入组织中的光导(120A，120B)，其中，第一光导(120A，120B)被配置为传送光，第二光导(120A，120B)被配置为收集光，并且第一光导(120A，120B)和第二光导(120A，120B)设置为至少部分地彼此区分开。
2.根据权利要求1所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述第一光导(120A，120B)和所述第二光导(120A，120B)彼此区分开地设置，使得一旦它们被插入到感兴趣的组织中，原始组织中的至少一部分将所述第一光导与所述第二光导分隔开。
3.根据权利要求1或2所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，包括至少两个单独的可插入组织中的光导(120A，120B)，使得它们能够通过组织的表层到达心肌。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，通过在夹具(130)中安装所述第一光导(120A，120B)和所述第二光导(120A，120B)，使得所述第一光导(120A，120B)和所述第二光导(120A，120B)彼此区分开地设置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述光导(120A，120B)的尖端相对于所述光导(120A，120B)的纵轴呈45-90度角，优选地呈70-90度角。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述第一光导(120A，120B)和所述第二光导(120A，120B)采用以下其中一种来实现：单根光纤、光纤束、光管。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，可插入所述组织的所述光导(120A，120B)中的至少一个的至少一部分覆有钢管。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述心肌光谱仪探测器还包括起搏导线，所述起搏导线设置成沿着所述光导(120A，120B)中的至少一个行进。
9.根据权利要求8所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，起搏导线与覆盖所述光导(120A，120B)中的至少一个的至少一部分上的所述钢管电连接。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，第一起搏导线与所述第一光导(120A，120B)的所述钢管电连接，并且第二起搏导线与所述第二光导(120A，120B)的所述钢管电连接，以形成包括阳极和阴极的双极起搏设置。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述心肌光谱仪探测器还包括用于调节以下至少一项的止动装置(510)：至少一个所述光导(120A，120B)在组织中的插入深度；至少一个所述光导(120A，120B)在组织中的插入角度。
12.根据权利要求11所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述止动装置(510)包括用于至少接收所述光导(120A，120B)的接收部分(520)和用于至少部分地防止环境光进入所述组织的光罩部分(530)。
13.根据权利要求11或12所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述止动装置(510)的所述接收部分(520)和所述光罩部分(530)可拆卸地安装在一起。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，设置了穿过所述止动装置(510)的固定线(610)，所述固定线(610)的一端设置成固定到所述组织，使得能够利用固定线(610)的固定位置来拉紧光导(120A，120B)。
15.根据权利要求14所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述固定线(610)为起搏导线。
16.根据权利要求14或15所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述固定由以下其中一项来实现：充气气囊装置(710)，设有形成用于固定线(610)的锚的第二线(739)的固定机构(720)，锚定装置。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述心肌光谱仪探测器还包括插入辅助装置(310)，其用于穿透所述组织的表面以将所述光导(120A，120B)插入所述组织中。
18.根据权利要求17所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述插入辅助装置(310)包括至少一个管状构件(320A，320B)，所述光导(120A，120B)设置在所述管状构件(320A，120B)内。
19.根据权利要求18所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述光导(120A，120B)设置为能够相对于所述插入辅助装置(310)的管状构件(320A，320B)滑动。
20.根据权利要求17-19中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述插入辅助装置(310)设置为用作耦合到所述插入辅助装置(310)的起搏导线的电极。
21.根据权利要求17-20中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述插入辅助装置(310)的所述管状构件(320A，320B)的面向所述组织的一端是尖锐的形状。
22.根据权利要求17-21中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述辅助插入装置(310)由以下其中一种材料制成：不锈钢、陶瓷或复合材料；或其组合。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述光罩部分(530)、充气气囊装置(710)、固定机构(720)、固定线(610)中的至少一种由可生物降解材料而制成。
24.根据权利要求1-23中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述心肌光谱仪探测器还包括用于提供表示组织温度的测量数据的装置。
25.根据权利要求1-24中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述心肌光谱仪探测器还包括可拆卸地安装的保护罩，用于保护所述第一光导(120A，120B)和所述第二光导(120A，120B)。
26.根据权利要求25所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述保护罩设置为用作校准目标，以校准应用了所述心肌光谱仪探测器的测量系统。
27.根据前述权利要求中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述第一光导(120A，120B)和所述第二光导(120A，120B)可插入到心外膜与心内膜之间的心肌组织中，使得由所述第一光导(120A，120B)所传送的光将穿过心肌中的原始组织而到达所述第二光导。
28.根据前述权利要求中任一项所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述心肌光谱仪探测器用于例如在开心手术期间和之后实时监测组织中的分子浓度。
29.根据权利要求28所述的心肌光谱仪探测器，其特征在于，所述心肌光谱仪探测器用于监测组织中的分子浓度，其中，所述监测包括应用漫射光谱法、拉曼光谱法、傅里叶变换光谱法或荧光光谱法。
30.一种通过光谱学来监测感兴趣的组织中的分子浓度的方法，包括：
-提供至少两个单独的可插入组织中的光导，其中，第一光导被配置为传送光，且第二光导被配置为收集光，
-将光导插入感兴趣的组织，使得原始组织的至少一部分将所述第一光导与所述第二光导分隔开，从而由所述第一光导传递的光将穿过所述原始组织到达所述第二光导；
-重复地传递从所述第一光导发出的光和通过所述第二光导收集从所述第一光导发出的光，以形成与所收集的光对应的多个信号；和
-监测由此获得的信号。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，包括响应于线粒体应激而监测酶浓度的变化。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，包括监测过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和过氧化物酶及其组合的分子浓度。
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