用于血容量测量的设备和方法技术

本发明专利技术公开了一种用于确定血容量的装置，包括：检测器，其用于检测血容量指示剂的光谱；静脉内探头，其用于插入受试者的血管中；光纤，其将检测器(光谱仪或光电检测器)连接至静脉内探头；以及光源(广谱光源、激光二极管、LED)，其用于照射血容量指示剂，用于使用微创技术确定总循环血容量(BY)的方法和系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于血容量测量的设备和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年12月27日提交的美国临时专利申请第62/610,609号的在先申请日的优先权权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用具体地并入本文。政府利益的声明本专利技术在美国国立卫生研究院(NIH)授予的UL1TR000128和P51OD01192下通过政府支持完成。政府对本专利技术有一定权利。
本公开内容涉及血容量测量领域。更具体地，涉及用于微创血容量测量的设备、系统和方法。
技术介绍
血容量(BV)是可以迅速变化并且有时剧烈变化的动态生理参数。这些变化可能与失血、液体潴留、血管通透性改变、激素影响或治疗干预相关联。在慢性疾病(例如充血性心力衰竭)以及重症患者的管理中，虽然维持正常的BV至关重要，但是很少直接测量BV。反而，医师必须依靠BV的替代指标，例如血细胞比容、血压和脉搏率。医师经常面临难以基于这些替代测试来决定施用还是不施用液体、血液和/或血液成分。遗憾的是，在重症监护环境中这些替代指标可能产生误导，因为急性BV紊乱的代偿性反应在个体之间差异很大，并且可能以不同的速率发生。例如，年轻且健康的个体可能遭受严重的急性失血，但是他们的代偿性血管收缩可以将血压维持在正常范围内。在急性失血后，血细胞比容也可以立即变得正常。强健的代偿性反应可能以器官灌注为代价来维持外围血压，如果不实施容量复苏治疗，则器官灌注经常导致肾衰竭乃至多器官衰竭和死亡。准确且客观的BV确定是诊断库目前所缺少的至关重要的信息。测量BV的传统技术使用指示剂稀释法。在1980年，国际血液学标准化委员会建议以下方法作为“黄金标准”：使用自体红血球(RBC)内的放射性铬测量RBC容量以及使用与供体来源人血清白蛋白结合的放射性碘测量血浆容量。然而，这种方法劳动强度大、易出错而且在临床上不实际。随后，提出了一种替选方法，使用用于测量血浆容量的放射性碘标记的人血清白蛋白和血细胞比容来推断RBC容量，并且因此通过血浆容量和RBC容量之和来确定BV。该方法与双同位素方法相比更受欢迎，并且成为标准技术。遗憾的是，该方法仍然需要向患者注射放射性同位素，然后进行连续的血液采集。这些步骤以及使用通常被设置在核医学设施中的大型昂贵机器群进行的实验室处理造成技术挑战和时间延迟，使得这种BV测量方法在临床环境中不实际而且在野外环境中不可行。附图说明通过以下结合附图的详细描述和所附权利要求书将容易理解实施方式。在附图的各个图中，通过示例的方式而非限制的方式示出了实施方式。图1示出了血液中相对吲哚菁绿(ICG)浓度的时程CICG(t)/CICG.eq。虚线示出了，假设注射后立即发生完全混合的情况下(在CICG.eq处开始)ICG的稀释。图2示出了基于1.2mM浓度，血浆中ICG的消光系数(ε)，1.2mM浓度取自M.L.J.Landsman,G.Kwant,G.A.Mook,W.G.Zijlstra,"Light-absorbingproperties,stability,andspectralstabilizationofindocyaninegreen,"J.Appl.Physiol.,40,575-583(1976)。图3示出了在注射ICG之前和注射ICG之后血液的反射光谱Rprobe(λ)[cm-2]。图4示出了根据反射光谱指定的ICG浓度的时程。ICG浓度时程由三个参数CICG.0、τmix和τclearance拟合而成。通过将ICG浓度时程的线性部分外推至通常为注射时间之后1分钟的时间点(teq)(此时染料在血液中均匀混合)来指定平衡时ICG浓度(CICG.eq)，该平衡时浓度CICG.eq用于指定总血容量(Vtot)。图5示出了根据所公开的实施方式的可重复使用的臂带，其具有穿过标准的22ga静脉内导管的一次性光纤部件。如所描绘的，嵌入臂带内的部件包括LED光源、微型分光计和控制器。如所描绘的，臂带抑制对于血容量指示剂的光学反射的环境光干扰。如所描绘的，数据经由传输至移动电子设备例如智能电话。在某些实施方式中，应用程序计算血容量结果并且可以将数据和结果发送至云以用于远程医师咨询。图6示出了根据本文的实施方式的使用以双光纤配置连接的分光光度计和全光谱光源的光学血容量分析仪的示意图。通过使光纤穿过标准的22规格、1英寸静脉内导管来将光纤探头的末端定位在头静脉中。利用标准的鲁尔锁连接器将探头固定在适当位置。图7是示出光学血容量分析仪探头通过22规格导管置入恒河猴的头静脉的数字图像。光纤探头连接至光源和分光光度计。使用光学血容量分析仪经过约7分钟确定血容量指示剂的稀释率和消除率。图8是示出静脉注射(由t≈1分钟处的竖直虚线指示)之后ICG浓度的原始数据的图。可以将血液中ICG的初始混合视为峰，并且深色数据点的负斜率表示由肝脏进行的ICG快速消除。仅使用深色数据点以回归至假设在注射时发生完全混合且无消除的情况下测得的ICG浓度等于理论ICG浓度时的时间点(参见在t≈2分钟处的黑色圈，指示532mL血容量)。该时间点通常为ICG注射时间之后1分钟，推定地是由于ICG在血液中充分混合使得肝脏能够开始去除ICG之前有延迟。图9示出了在动物受试者中3次连续血容量测量的示例数据集。每2秒测量一次注射的血容量指示剂(该情况下为ICG)的反射。由于注射之后血容量指示剂在循环中混合的变化，因此注射之后第一分钟内的峰值变化是人为现象。使用血容量指示剂消除速率相对于注射时间的回归来计算注射时在任何消除之前血液中血容量指示剂的理论浓度。然后使用该浓度来确定血容量。3次试验的平均值和标准差为535.7+/-9.1mL。作为参考，预期的血容量为533ml。图10示出了与图9相同的数据，但是示为三次测量的平均值和标准差。图11是根据本文的实施方式的手持式光学血容量分析仪的示意图。图12是附接至不透光的粘合垫的紧凑型分析仪的示意图。具体实施方式在下面的详细描述中参照了附图，附图形成该详细描述的一部分，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实践的实施方式。应当理解，可以使用其他实施方式，并且在不脱离范围的情况下可以进行结构改变或逻辑改变。因此，以下详细描述不应被认为是限制性意义，并且实施方式的范围由所附权利要求书及其等同内容来限定。各种操作可以以可以有助于理解实施方式的方式被依次描述为多个独立操作；然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作依赖于顺序。描述可以使用基于透视的描述，例如上/下、后/前和顶部/底部。这样的描述仅用于便于讨论，并且不旨在限制所公开的实施方式的应用。可以使用术语“耦接(coupled)”和“连接(connected)”及其派生词。应当理解，这些术语并不旨在互为同义词。相对地，在特定实施方式中，“连接”可以用于指示两个或更多个元件彼此直接物理接触。“耦接”可以指两个或更多个元件直接物理接触。然而，“耦接”也可以指两个或更多元件彼此不直接接触但仍然彼此协作或相互作用。耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学地测量血容量的方法，包括：/n在时间0处，向受试者的血液中施用具有已知浓度和已知容量的血容量指示剂(BVI)，其中，所述血容量指示剂具有光学读数；/n光学地检测作为时间的函数的所述血容量指示剂的所述光学读数的大小，其中，随着所述血容量指示剂从所述受试者的血液中消除，所述光学读数的大小作为时间的函数而减小；/n使用作为时间的函数的所述大小来确定所述血容量指示剂的浓度时程；/n将所述血容量指示剂的所述浓度时程拟合到下述模型：/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171227 US 62/610,6091.一种光学地测量血容量的方法，包括：
在时间0处，向受试者的血液中施用具有已知浓度和已知容量的血容量指示剂(BVI)，其中，所述血容量指示剂具有光学读数；
光学地检测作为时间的函数的所述血容量指示剂的所述光学读数的大小，其中，随着所述血容量指示剂从所述受试者的血液中消除，所述光学读数的大小作为时间的函数而减小；
使用作为时间的函数的所述大小来确定所述血容量指示剂的浓度时程；
将所述血容量指示剂的所述浓度时程拟合到下述模型：



其中，CBVI(t)是在时间t处所述血容量指示剂的浓度，CBVI.0是假设染料采取即时混合则在时间0处ICG的浓度，τmix是所述血容量指示剂在血液中的混合时间常数，并且τclearance是所述血容量指示剂从所述受试者体内消除的时间常数，从而确定所述CBVI.0；以及
确定总血容量，其中，所述总血容量(Vtot)等于所述血容量指示剂的已知浓度乘以已知注射量除以CBVI.0。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括：获取注射前反射光谱以用作基线控制。


3.根据权利要求2所述的方法，还包括：确定模拟所述注射前反射光谱的注射前计算反射光谱。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定模拟所述注射前反射光谱的注射前计算反射光谱包括：通过Rbefore.BVI＝getR(μa,μs')(式5)对所述注射前反射光谱建模，其中，在500nm处归一化并且μa(λ)＝Sμa.oxy(λ)+(1-S)μa.deoxy(λ)+Wμa.water(λ)(式4)。


5.根据权利要求4所述的方法，还包括：确定注射前氧饱和度和血红蛋白水平(S)。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，光学地检测作为时间的函数的所述血容量指示剂的光学读数的大小包括：在时间段T1内获取含2个或更多个注射后反射光谱的集合。


7.根据权利要求6所述的方法，还包括：针对所述2个或更多个注射后反射光谱中的每一个确定注射后计算反射光谱。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定模拟所述注射后反射光谱的所述注射后计算反射光谱包括：通过Rafter.BVI(t)＝getR(μa+μa.BVI(t),μs')(式7)对所述注射后反射光谱建模，其中，μa.BVI(t)＝CBVI(t)εBVIln(10)[cm-1](式6)，由此针对所述2个或更多个注射后反射光谱中的每一个确定CBVI。


9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述血容量指示剂是可以与另一分子结合或被包含在微气泡内的荧光团或发色团，所述另一分子例如多糖。


10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述血容量指示剂包括吲哚菁绿。


11.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：西奥多·霍布斯，拉维坎特·萨马瑟姆，史蒂文·L·雅克，
申请(专利权)人：俄勒冈健康与科学大学，
类型：发明
国别省市：美国;US