用于监测血源性生色团的光学设备、系统和方法技术方案

本文描述了用于监测血源性生色团的宽光谱光学设备、系统和方法的多个实施方案。在一个实施方案中，一种系统包括：宽光谱光源，用以探测与生理状况相关联的多个血源性生色团；光谱仪，其可操作以获取由宽光谱照明产生的光学信号；以及数字数据处理器，其可操作以处理宽光谱响应以至少部分地在光谱上解析相应的光谱响应以输出健康相关的指示器。谱响应以输出健康相关的指示器。谱响应以输出健康相关的指示器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测血源性生色团的光学设备、系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有2020年10月24日提交的第63/105,223号美国临时申请和2021年8月12日提交的第63/232,587号美国临时申请的优先权，每个所述美国临时申请的全部公开内容通过引用并入本文。


[0003]本公开内容涉及光学医疗设备，并且具体地涉及用于监测血源性生色团(blood
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borne chromophore)的光学设备、系统和方法。

技术介绍

[0004]脉搏血氧测定法(oximetry)通常在健康相关的系统中使用，以监测血液氧合(blood oxygenation)。这通常通过以下方式工作：发射近红外(NIR)光到组织内；通常对于氧合血红蛋白和/或脱氧血红蛋白，测量在两个不同波长下的对应的透射光或反射光；以及根据吸光度的改变得出氧合血红蛋白和/或脱氧血红蛋白的浓度的对应的改变，例如，以根据相对变化的估计、校准或经由指数表的形式。各种设备依赖脉搏血氧测定法以通知用户或医疗保健专业人员检测到的血液浓度异常。
[0005]众所周知，脉搏血氧测定法的准确性受数个因素影响，所述因素包括例如不良循环、皮肤色素沉着、皮肤厚度、皮肤温度、当前的烟草使用和指甲油的使用。在2021年2月19日，联邦药品协会(FDA，Federal Drug Association)发布了题为“Pulse Oximeter Accuracy andLimitations:FDA Safety Communication”的安全通信，其警告医疗保健从业人员这些混杂因素，并且指出当氧饱和度低于80％时，脉搏血氧仪是最不准确的。FDA得出结论，脉搏血氧仪应被视为仅提供对血氧饱和度的估计、具有至少4％的方差。
[0006]提供此背景信息以揭示申请人认为可能相关的信息。必然不意在承认，也不应被理解为，任何前述信息构成现有技术或形成相关领域中的一般公知常识的一部分。

技术实现思路

[0007]以下呈现了本文所描述的总体专利技术构思的简化总结，以提供对本公开内容的一些方面的基本理解。此总结不是本公开内容的广泛概述。它不意在限制本公开内容的实施方案的主要或关键元件，或不意在将它们的范围描绘为超出由以下描述和权利要求书明确地或暗含地描述的范围。
[0008]存在对克服已知技术或至少提供其有用替代方案的用于监测血源性生色团的光学设备、系统和方法的需要。
[0009]根据一个方面，提供了一种用于与用户身体区域连接(interface)以监测生理状况的系统，所述系统包括：宽光谱光源，其在指定的光谱区域内向所述用户身体区域提供宽光谱照明以探测与所述生理状况相关联并且在所述指定的光谱区域内表现出相应的光谱响应的多个血源性生色团；光谱仪，其可操作以获取由所述宽光谱照明产生的来自所述用
户身体区域的光学信号，以便数字地捕获包含所述相应的光谱响应的宽光谱响应；以及数字数据处理器，其可操作以处理所述宽光谱响应以至少部分地在光谱上(spectrally，光谱地)解析所述相应的光谱响应以输出与所述血源性生色团相关联并且代表所述生理状况的健康相关的指示器。
[0010]在一个实施方案中，所述生理状况包括生理事件，并且所述数字数据处理器可操作以实时地处理所述宽光谱响应，以便输出在时间上(temporally，时间地)解析所述生理事件的在时间上可变的健康相关的指示器。
[0011]在一个实施方案中，所述生理事件包括与在外部施用给用户的氧气推注(bolus)相关联的氧气递送(delivery)，所述血源性生色团包括至少一个血液氧合相关的生色团，并且所述数字数据处理器可操作以在时间上解析到所述用户身体区域的与所述氧气推注相关联的所述氧气递送。
[0012]在一个实施方案中，所述氧气推注是经由所述用户的插管或心肺复苏(CPR)对所述用户的施用中的任何一个施用的。
[0013]在一个实施方案中，所述生理事件包括与在外部施用给用户的顺序的氧气推注相关联的顺序的氧气递送，所述血源性生色团包括至少一个血液氧合相关的生色团，并且所述数字数据处理器可操作以在时间上解析与每个所述顺序的氧气推注相关联的每个所述顺序的氧气递送。
[0014]在一个实施方案中，所述数字数据处理器还可操作以处理在时间上解析的所述氧气递送，以输出在导引后续氧气推注的施用中的氧气递送效力的指示器。
[0015]在一个实施方案中，所述数字数据处理器还可操作以基于在接收到所述氧气推注的施用的通知和在所述宽光谱响应中识别出与其在时间上相关联的氧气递送变化之间的经过时间来确定氧气输送(transport)延迟。
[0016]在一个实施方案中，所述数字数据处理器还可操作以在光谱上解析所述相应的光谱响应，以分离(isolate，离析)用于所述血源性生色团中的至少一个的光谱特征，并且将所述特征与和可辨别的生理状况相关联的指定的特征进行比较，以输出所述健康相关的指示器。
[0017]在一个实施方案中，所述数字数据处理器还可操作以在光谱上解析所述相应的光谱响应，以分离用于所述血源性生色团中的至少一个的光谱特征，并且所述数字数据处理器可操作以从所述光谱特征提取用于所述血源性生色团中的所述至少一个的绝对浓度。
[0018]在一个实施方案中，所述数字数据处理器可操作以：比较与所述血源性生色团相关联的组合光谱特征，并且将所述组合光谱特征与指定的一组对应的特征进行比较，以经由所述健康相关的指示器表征所述生理状况的程度。
[0019]在一个实施方案中，所述数字数据处理器可操作以提取随着时间的推移的所述光谱特征的变化，并且将所述变化与所述指定的特征进行比较，以输出所述健康相关的指示器。
[0020]在一个实施方案中，所述宽光谱光源包括全光谱红外(IR)光源。
[0021]在一个实施方案中，所述宽光谱光源发射在大约600nm至大约1000nm的范围内的光。
[0022]在一个实施方案中，所述光谱仪可操作以分离所述宽光谱照明内的至少10个光谱
区域内的相应的光谱响应。
[0023]在一个实施方案中，所述光谱仪可操作以分离所述宽光谱照明内的至少40个光谱区域内的相应的光谱响应。
[0024]在一个实施方案中，所述光谱仪可操作以分离所述宽光谱照明内的至少80个光谱区域内的相应的光谱响应。
[0025]在一个实施方案中，所述数字数据处理器可操作以通过经由光谱去卷积(deconvolution)解构所述光学信号来识别所述光学信号中的重叠的相应的光谱响应。
[0026]在一个实施方案中，所述用户身体区域包括大脑区域。
[0027]在一个实施方案中，所述宽光谱光源和光谱仪被集成在头带内。
[0028]在一个实施方案中，所述数字数据处理器可操作以输出时变积分响应幅度(amplitude)，并且所述相应的光谱响应中的所述时间变化被反映为所述时变积分响应幅度中的在时间上对应的特征本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于与用户身体区域连接以监测生理状况的系统，所述系统包括：宽光谱光源，其在指定的光谱区域内向所述用户身体区域提供宽光谱照明以探测与所述生理状况相关联并且在所述指定的光谱区域内表现出相应的光谱响应的多个血源性生色团；光谱仪，其可操作以获取由所述宽光谱照明产生的来自所述用户身体区域的光学信号，以便数字地捕获包含所述相应的光谱响应的宽光谱响应；以及数字数据处理器，其可操作以处理所述宽光谱响应以至少部分地在光谱上解析所述相应的光谱响应以输出与所述血源性生色团相关联并且代表所述生理状况的健康相关的指示器。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述生理状况包括生理事件，并且其中所述数字数据处理器可操作以实时地处理所述宽光谱响应，以便输出在时间上解析所述生理事件的在时间上可变的健康相关的指示器。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述生理事件包括与在外部施用给用户的氧气推注相关联的氧气递送，其中所述血源性生色团包括至少一个血液氧合相关的生色团，并且其中所述数字数据处理器可操作以在时间上解析到所述用户身体区域的与所述氧气推注相关联的所述氧气递送。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述氧气推注是经由所述用户的插管或心肺复苏(CPR)对所述用户的施用中的任何一个施用的。5.根据权利要求2所述的系统，其中所述生理事件包括与在外部施用给用户的顺序的氧气推注相关联的顺序的氧气递送，其中所述血源性生色团包括至少一个血液氧合相关的生色团，并且其中所述数字数据处理器可操作以在时间上解析与每个所述顺序的氧气推注相关联的每个所述顺序的氧气递送。6.根据权利要求3至5中任一项所述的系统，其中所述数字数据处理器还可操作以处理在时间上解析的所述氧气递送，以输出在导引后续氧气推注的施用中的氧气递送效力的指示器。7.根据权利要求3至6中任一项所述的系统，其中所述数字数据处理器还可操作以基于在接收到所述氧气推注的施用的通知和在所述宽光谱响应中识别出与其在时间上相关联的氧气递送变化之间的经过时间来确定氧气输送延迟。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述数字数据处理器还可操作以在光谱上解析所述相应的光谱响应，以分离用于所述血源性生色团中的至少一个的光谱特征，并且将所述特征与和可辨别的生理状况相关联的指定的特征进行比较，以输出所述健康相关的指示器。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述数字数据处理器还可操作以在光谱上解析所述相应的光谱响应，以分离用于所述血源性生色团中的至少一个的光谱特征，并且其中所述数字数据处理器可操作以从所述光谱特征提取用于所述血源性生色团中的所述至少一个的绝对浓度。10.根据权利要求8所述的系统，其中所述数字数据处理器可操作以：比较与所述血源性生色团相关联的组合光谱特征，并且将所述组合光谱特征与指定的一组对应的特征进行比较，以经由所述健康相关的指示器表征所述生理状况的程度。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的系统，其中所述数字数据处理器可操作以提取随着时间的推移的所述光谱特征的变化，并且将所述变化与所述指定的特征进行比较，以输出所述健康相关的指示器。12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其中所述宽光谱光源包括全光谱红外(IR)光源。13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中所述宽光谱光源发射在大约600nm至大约1000nm的范围内的光。14.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中所述光谱仪可操作以分离所述宽光谱照明内的至少10个光谱区域内的相应的光谱响应。15.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中所述光谱仪可操作以分离所述宽光谱照明内的至少40个光谱区域内的相应的光谱响应。16.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中所述光谱仪可操作以分离所述宽光谱照明内的至少80个光谱区域内的相应的光谱响应。17.根据权利要求14至16中任一项所述的系统，其中所述数字数据处理器可操作以通过经由光谱去卷积解构所述光学信号来识别所述光学信号中的重叠的相应的光谱响应。18.根据权利要求1至17中任一项所述的系统，其中所述用户身体区域包括大脑区域。19.根据权利要求18所述的系统，其中所述宽光谱光源和光谱仪被集成在头带内。20.根据权利要求1至19中任一项所述的系统，其中所述数字数据处理器可操作以输出时变积分响应幅度，并且其中所述相应的光谱响应中的所述时间变化被反映为所述时变积分响应幅度中的在时间上对应的特征。21.根据权利要求20所述的系统，其中所述数字数据处理器可操作以从所述时变积分响应幅度得出代表所述相应的光谱响应的时间指数。22.根据权利要求21所述的系统，其中所述时间指数具有足以观察随着时间的推移的、对应于离散生理事件的所述相应的光谱响应中的所述时间变化的分辨率。23.根据权利要求1至22中任一项所述的系统，其中所述数字数据处理器可操作以处理所述光学信号，使得所述输出中的所述时间变化是在离散生理事件的数秒内可识别的。24.根据权利要求1至23中任一项所述的系统，所述系统在所述用户身体区域处不存在可检测的脉搏的情况下可操作。25.根据权利要求1至24中任一项所述的系统，其中所述血源性生色团包括以下中的任何一个或多个：氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、氧合肌红蛋白、脱氧肌红蛋白、溶解氧、一氧化碳、黑色素、细胞色素氧化酶或水。26.根据权利要求1至25中任一项所述的系统，其中所述生理状况包括以下中的任何一个或其任何组合：血液氧合或组织氧合、脉搏、血压、血容积、血流速率、失血或出血、昏厥的开始或认知的改变的开始、肺效率、氧气递送、感兴趣的器官的氧气消耗的速率、心理应激或生理应激、中风的存在、生命体征的改变、或水合或脱水。27.根据权利要求1至26中任一项所述的系统，所述系统被配置为监测随着时间的推移的所述用户身体区域处的氧合水平。28.根据权利要求1至27中任一项所述的系统，所述系统被配置为监测所述用户身体区域处的血容积变化。
29.根据权利要求1至28中任一项所述的系统，其中所述血源性生色团包括水分子，并且其中所述系统被配置为基于所述水分子的时间变化来监测所述用户身体区域处的水合水平。30.根据权利要求1至29中任一项所述的系统，其中所述数字数据处理器可操作以将所述宽光谱响应存储在存储器上，以配置用户特定的光谱指数。31.根据权利要求1至30中任一项所述的系统，其中所述数字数据处理器可操作以将所述宽光谱响应与以下中的任何一个或两个进行比较：用户特定的光谱指数或用户无关的光谱指数。32.根据权利要求1至31中任一项所述的系统，其中所述数字数据处理器可操作以基于时间变化和以下中的任何一个或两个来预测用户结果：用户特定的光谱指数或用户无关的光谱指数。33.根据权利要求1至32中任一项所述的系统，其中所述探头被设置为可佩戴式血氧仪设备。34.根据权利要求1至33中任一项所述的系统，所述系统包括附加的光源和光谱仪，所述附加的光源和光谱仪相对于不同的用户身体区域可固定并且与所述数字数据处理器操作性通信，使得所述数字数据处理器经由所述身体区域中的每个监测所述生理状况。35.根据权利要求1所述的系统，其中所述生理状况包括到所述用户身体区域的氧气递送，其中所述血源性生色团包括至少一个血液氧合相关的生色团，其中所述数字数据处理器可操作以基于所述至少一个血液氧合相关的生色团中的变化来数字地解析随着时间的推移的氧气递送变化，以数字地识别以下中的任何一个：氧气浓度增加、氧气浓度降低或相对未改变的氧气浓度，其与所述用户经历的一个或多个生理事件在时间上相关联。36.根据权利要求35所述的系统，其中导致所述氧气浓度增加的所述一个或多个生理事件包括以下中的任何一个或其任何组合：所述用户的吸入；所述用户的插管；或心肺复苏(CPR)对所述用户的机械施用。37.根据权利要求35所述的系统，其中导致所述氧气浓度降低的所述一个或多个生理事件包括以下中的任何一个或其任何组合：所述用户的阻塞的气道；所述用户的睡眠呼吸暂停；或所述用户的心脏骤停。38.一种用于监测生理状况的血氧仪，所述血氧仪包括：宽光谱光源，用于在探测表现出可区别的光谱响应的多个血液相关的生色团时向用户身体区域提供宽光谱照明；以及光谱仪，其可操作以获取由所述宽光谱照明产生的来自所述用户身体区域的光学信号，以便数字地捕获所述可区别的光谱响应。39.根据权利要求38所述的血氧仪，其中所述宽光谱光源包括宽带红外(IR)光源。40.根据权利要求38或权利要求39所述的血氧仪，其中所述宽带光源发射在大约600nm至大约1000nm的范围内的光。41.根据权利要求38至40中任一项所述的血氧仪，其中所述光谱仪可操作以分离所述宽带照明内的至少10个光谱区域内的相应的光谱响应。42.根据权利要求38至40中任一项所述的血氧仪，其中所述光谱仪可操作以分离所述宽带照明内的至少40个光谱区域内的相应的光谱响应。
43.根据权利要求38至40中任一项所述的血氧仪，其中所述光谱仪可操作以分离所述宽带照明内的至少80个光谱区域内的相应的光谱响应。44.根据权利要求38至43中任一项所述的血氧仪，其中所述血氧仪被集成在头带内。45.一种用于实时地在时间上监测用户身体区域处的氧气水平的血氧测定系统，所述系统包括：光源，其在指定的光谱区域内向所述用户身体区域提供照明，以探测在所述指定的光谱区域内表现出相应的光谱响应的各种血源性生色团，所述生色团中的至少一个包括血液氧合相关的生色团；光谱仪，其可操作以获取由所述照明产生的来自所述用户身体区域的光学信号，以便数字地捕获包含所述相应的光谱响应的响应；以及数字数据处理器，其可操作以处理所述响应，以实时地自动地解析所述用户身体区域处的在时间上限定的氧气递送事件。46.根据权利要求45所述的系统，其中所述氧气递送事件对应于在外部施用给所述用户的氧气推注，并且其中所述数字数据处理器可操作以在时间上解析到所述用户身体区...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：斯佩克卓尼克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：