利用黑色素校正确定组织氧饱和度制造技术

一种血氧计探头，其在确定组织的氧饱和度时考虑组织颜色(例如，肤色或黑色素含量)以提高准确度。光从光源传输到具有黑色素(例如，真黑素或褐黑素)的组织中。由检测器接收从组织反射的光。确定补偿因子以考虑由于黑色素引起的吸收。血氧计使用该补偿因子并确定黑色素校正的氧饱和度值。

Determination of tissue oxygen saturation by melanin correction

A blood oximeter probe that considers tissue color (e.g., skin color or melanin content) to improve accuracy in determining oxygen saturation of tissues. Light travels from light sources to tissues with melanin (e.g., true melanin or brown melanin). Light reflected from tissue is received by a detector. Determine the compensation factor to consider the absorption caused by melanin. The oxygenator uses this compensation factor and determines the melanin-corrected oxygen saturation value.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用黑色素校正确定组织氧饱和度相关申请本申请要求2016年4月21日递交的62/325,919、2016年4月22日递交的62/326,630、62/326,644和62/326,673以及2016年7月18日递交的62/363,562的美国专利申请的权益。这些申请以及这些申请中引用的所有其他参考文献通过引用并入本申请。
技术介绍
本专利技术总体涉及监测组织中氧含量的光学系统。更具体地，本专利技术涉及光学探头(例如，血氧计)，其包括光学探头的传感器头上的源和检测器，并且使用局部存储的模拟反射曲线来确定组织的氧饱和度。血氧计是出于各种目的用于测量人类和生物中组织的氧饱和度的医疗装置。例如，血氧计在医院和其他医疗设施中用于医疗和诊断目的(例如，手术、患者监测、或救护车或用于诸如缺氧等的其他移动监测)；运动场上的运动和竞技目的(例如，专业运动员监控)；对个体进行个人或家庭监控(例如，一般健康监测、或马拉松人员训练)；和兽医目的(例如，动物监测)。脉搏血氧计和组织血氧计是以不同的原理操作的两种类型的血氧计。脉冲血氧计需要脉冲以起作用。脉搏血氧计通常测量由脉动的动脉血引起的光吸收。相反，组织血氧计不需要脉冲以起作用，并且可以用于对已经与血液供应断开的组织瓣进行氧饱和度测量。例如，人体组织包括各种光吸收分子。这种发色团包括氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、黑色素、水、脂质和细胞色素。在大部分可见光和近红外光谱范围内，氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和黑色素是组织中最主要的发色团。在某些波长的光下，氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的光吸收显著地不同。组织血氧计可以通过利用这些光吸收差异来测量人体组织中的氧含量。尽管现有的血氧计成功，但是，仍然希望通过例如提高测量精度；减少测量时间；降低成本；减小尺寸、重量或形状因数；降低功耗；以及其他原因以及这些测量的任何组合来改进血氧计。具体地，在区域和局部层评估患者的氧合状态非常重要，这是因为它是患者局部组织健康状况的指标。因此，血氧计通常用于怀疑患者的组织氧合状态可能是不稳定的临床环境中(例如，在手术和恢复期间)。例如，在手术期间，血氧计应能够在各种非理想条件下快速地传送准确的氧饱和度测量。虽然现有的血氧计已经足以用于绝对准确性并不重要且仅趋势数据就足够了的术后组织监测，但是在手术期间需要准确性，在手术中，可以使用点检查来确定组织是否仍然存活或需要被移除。因此，需要改进的组织血氧计探头和使用这些探头进行测量的方法。
技术实现思路
一种血氧计探头，其在确定组织的氧饱和度时考虑组织颜色(例如，肤色或黑色素含量)以提高准确度。光从光源传输到具有黑色素(例如，真黑素或黑色素)的组织中。由检测器接收从组织反射的光。确定补偿因子以考虑由于黑色素引起的吸收。血氧计使用该补偿因子并确定黑色素校正的氧饱和度值。在实施方式中，为了计算氧饱和度，血氧计探头利用相对大量的模拟反射曲线来快速确定所研究组织的光学性质。组织的光学性质允许进一步确定组织的氧合血红蛋白浓度和脱氧血红蛋白浓度以及组织的氧饱和度。在一个实施方式中，血氧计探头可以在不需要脉搏或心跳的情况下测量氧饱和度。本专利技术的血氧计探头适用于许多医学和手术领域(包括整形手术)。血氧计探头可以在没有脉搏的情况下对组织进行氧饱和度测量。这种组织可能已经与身体(例如组织瓣)分离，并将被移植到身体的其他位置。本专利技术的各方面也可适用于脉搏血氧计。与血氧计探头相比，脉搏血氧计需要脉搏才能起作用。脉搏血氧计通常测量由脉动的动脉血引起的光吸收。组织血氧计可以对具有不同黑色素含量的组织产生偏斜的血氧测量。在实施方式中，血氧计探头可以对组织进行血氧测量，其中黑色素的浓度倾向于影响计算的相对氧饱和度测量值。血氧计探头利用黑色素的吸收系数的相对恒定的斜率，其中无论组织的黑色素含量是相对高还是相对低，该斜率都倾向于不改变。血氧计探头使用数学确定性方法，使得黑色素浓度对确定的相对氧饱和度的贡献变为零。因此，不需要确定实际的黑色素浓度以进一步确定目标组织的相对氧饱和度。在实施方式中，方法包括，将来自血氧计探头的光源的光在待测量的第一位置处传输到第一组织，其中，第一组织包含第一黑色素组分，并且，第一黑色素组分包含真黑素和褐黑素中的至少一种；响应于传输光在血氧计探头的检测器处接收被第一组织反射的光，其中，所接收的光包括由第一黑色素组分引起的第一黑色素吸收分量；确定由组织的黑色素组分引起的黑色素吸收分量的黑色素补偿分量，其中，黑色素吸收分量包含第一黑色素分量并且黑色素组分包括第一黑色素组分；和，使用黑色素补偿分量获得第一组织的黑色素校正的氧饱和度值，其中，黑色素校正的氧饱和度值考虑黑色素吸收分量。在实施方式中，方法包括：提供包括探头前端的血氧计装置，探头前端包括源结构和检测器结构，其中，血氧计装置将测量包含真黑素和褐黑素的组织的氧饱和度；向血氧计装置提供待测组织的肤色指示；使用肤色指示来计算包含真黑素和褐黑素的组织的氧饱和度，以获得黑色素校正的氧饱和度值；和，在显示器上显示黑色素校正的氧饱和度值。在实施方式中，系统包括：包括探头前端的血氧计装置，探头前端包括在装置的远端上的源结构和检测器结构以及靠近探头前端的显示器。血氧计装置计算黑色素校正的氧饱和度值并且在显示器上显示黑色素校正的氧饱和度的值。血氧计装置具体地配置为：使用探头前端进行第一测量和第二测量，以确定黑色素校正的氧饱和度值，以及，接收基于第一位置处的第一组织的第一测量的第一信息。在进行第一测量之后和进行第二测量之前，黑色素校正的氧饱和度值不可用于显示。血氧计装置具体地配置为接收基于第二位置处的第二组织的第二测量值的第二信息，其中，第二位置与第一位置不同；使用第一信息和第二信息来确定黑色素校正的氧饱和度值。黑色素校正的氧饱和度值考虑第一组织和第二组织的黑色素组分，并且黑色素组分包括真黑素和褐黑素。以及，血氧计装置配置成在显示器上显示黑色素校正的氧饱和度。考虑到以下详细描述和附图，本专利技术的其他目的、特征和优点将变得显而易见，其中在所有附图中相同的附图标记表示相同的特征。附图说明图1示出了实施方式中的血氧计探头。图2示出了实施方式中的探头前端的端视图。图3示出了实施方式中的血氧计探头的框图。图4示出了实施方式中的用于通过血氧计探头确定组织(例如，真实组织)的光学性质的方法的流程图。图5示出了实施方式中的用于通过血氧计探头确定组织的光学性质的方法的流程图。图6示出了实施方式中的用于通过血氧计探头确定组织的光学性质的方法的流程图。图7示出了反射曲线的示例图，其可以用于源结构和检测器结构的特定配置，例如，探头前端的源结构和检测器结构配置。图8示出对于组织中的氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、黑色素和水、任意单位的吸收系数μa与光的波长的曲线图。图9示出了实施方式中的存储在血氧计探头的存储器中的、针对组织的均匀模型的、模拟反射曲线的数据库的表格。图10示出了实施方式中的存储在血氧计探头的存储器中的、针对组织的分层模型的、模拟反射曲线的数据库的表格。图11A-11B示出了用于组织的分层模型的数据库的表格，其中数据库中的各行是从模拟源结构发射并且由模拟检测器结构检测的四个波长的光的四个模拟反射曲线。图12A-12B示出了用于通过血氧计探头确定组织(例如，真实组织)的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括以下步骤：将来自血氧计探头的光源的光待测量的第一位置处传输到第一组织，其中，所述第一组织包含第一黑色素组分，并且，所述第一黑色素组分包含真黑素和褐黑素中的至少一种；响应于传输光在所述血氧计探头的检测器处接收被所述第一组织反射的光，其中，所接收的光包括由所述第一黑色素组分引起的第一黑色素吸收分量；确定由组织的黑色素组分引起的黑色素吸收分量的黑色素补偿分量，其中，所述黑色素吸收分量包含所述第一黑色素分量；和使用所述黑色素补偿分量获得所述第一组织的黑色素校正的氧饱和度值，其中，所述黑色素校正的氧饱和度值考虑所述黑色素吸收分量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.21 US 62/325,919;2016.04.22 US 62/326,630;1.一种方法，包括以下步骤：将来自血氧计探头的光源的光待测量的第一位置处传输到第一组织，其中，所述第一组织包含第一黑色素组分，并且，所述第一黑色素组分包含真黑素和褐黑素中的至少一种；响应于传输光在所述血氧计探头的检测器处接收被所述第一组织反射的光，其中，所接收的光包括由所述第一黑色素组分引起的第一黑色素吸收分量；确定由组织的黑色素组分引起的黑色素吸收分量的黑色素补偿分量，其中，所述黑色素吸收分量包含所述第一黑色素分量；和使用所述黑色素补偿分量获得所述第一组织的黑色素校正的氧饱和度值，其中，所述黑色素校正的氧饱和度值考虑所述黑色素吸收分量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定由所述黑色素组分引起的所述黑色素吸收分量的所述黑色素补偿分量的步骤包括：将来自所述血氧计探头的所述光源的光在待测量的第二位置处传输到第二组织，其中，所述第二位置不同于所述第一位置，所述第二组织包括第二黑色素组分，并且所述第二黑色素组分包含真黑素和褐黑素中的至少一种；响应于传输光在所述血氧计探测器的所述检测器处接收被所述第一组织反射的光，其中，所接收的光包括由所述第二黑色素组分引起的第二黑色素吸收分量；确定第一多个吸收系数，所述第一多个吸收系数取决于在对所述第一组织执行测量时从所述血氧计探头发射到所述第一组织中的多个波长的光；和确定第二多个吸收系数，所述第二多个吸收系数取决于在对所述第二组织执行测量时从所述血氧计探头发射到所述第二组织中的第一多个波长的光。3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定由所述黑色素组分引起的所述黑色素吸收分量的所述黑色素补偿分量的步骤包括：计算所述第一组织的所述第一多个吸收系数的曲线的第一角度偏差和第二角度偏差；计算所述第二组织的所述第二多个吸收系数的曲线的第三角度偏差和第四角度偏差；计算所述第一角度偏差和所述第二角度偏差之间的第一角度差以及所述第三角度偏差和所述第四角度偏差之间的第二角度差；和基于所述第一角度差和所述第二角度差计算所述第一组织和所述第二组织之间的氧饱和度的相对变化。4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定由所述黑色素组分引起的所述黑色素吸收分量的所述黑色素补偿分量的步骤包括：基于所述第一角度差和所述第二角度差计算所述第一组织和所述第二组织之间的氧饱和度的相对变化。5.根据权利要求4所述的方法，包括以下步骤：在所述血氧计探头的显示器上显示所述黑色素校正的氧饱和度值，其中，所述黑色素校正的氧饱和度值是所述第一组织和所述第二组织之间的氧饱和度的相对变化的值。6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定由所述黑色素组分引起的所述黑色素吸收分量的所述黑色素补偿分量的步骤包括利用缩放矢量缩放所述第一角度差和所述第二角度差的步骤，其中，所述缩放矢量表示组织模体的氧合作用的100％差异。7.根据权利要求2所述的方法，其中，确定由所述黑色素组分引起的所述黑色素吸收分量的所述黑色素补偿分量的步骤包括：通过使用至少一次所述第二吸收系数调节所述第一吸收系数中的至少一个来产生第三吸收系数；和使用所述第三吸收系数产生所述第一组织的所述黑色素校正的氧饱和度值。8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定由所述黑色素组分引起的所述黑色素吸收分量的所述黑色素补偿分量包括：将针对所述第一组织的在所述血氧计探头的所述检测器处接收的光的第一反射数据拟合到多个模拟反射曲线，以确定所述第一吸收系数中的至少一个，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯特·利安·贝克特尔，金伯利·梅里特·舒尔茨，亚历克斯·迈克尔·马吉奥特，乔治·爱德华·凯克特，
申请(专利权)人：维奥普蒂克斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US