【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于在组织中测量的方法和设备，特别是用于使用可注射指示剂非侵入式确定器官中成分的绝对浓度值和/或血流和/或血量。
技术介绍
1、用于确定器官或器官组织中的成分的浓度值、血流和血量的已知方法通常包括非侵入式测量，尽管这并不排除注射示踪物质。
2、然而，用于确定器官的测量体积中的成分的浓度的已知非侵入式测量方法通常不能确定绝对浓度值，而只是确定相对浓度值，即可以检测一种或多种成分的浓度值的变化。近红外光谱学(nirs)就是这样一种非侵入式光学光谱测定方法，其例如用于连续监测氧饱和度，尤其是活组织中的氧饱和度。nirs基于这样的原理，即近红外波长范围内的光穿透生物组织，被处于脱氧或氧化状态的血红蛋白、肌红蛋白和/或其他同系物不同地吸收和散射，并且与照射到组织中的光相比，透射光和/或散射光的光衰减可以用传感器来检测。通过适当的算法和在某些假设下，可以从检测到的测量信号中计算出组织成分(例如氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白)的浓度的变化。通常，生物组织的测量信号的评估基于扩散方程和遵守比尔-朗伯定律的模型。比尔-朗伯定律描述了作为吸收物质的浓度和层厚度的函数的辐射强度当穿过包含吸收物质的介质时相对于其初始强度的衰减。
3、相比之下，基于修正的比尔-朗伯定律的成分的绝对浓度值的非侵入式确定是困难的，并且这种值只能在简化的假设下近似。通常，对于生物组织中的nirs测量，既不知道实际吸收的绝对值，也不知道每个定义的时间段内传播的光路的实际路径长度。因此，发色团的绝对浓度值不能用该模型以这种方式确定。
5、除了器官的组织中的成分的相对浓度变化或绝对浓度值之外，血流和/或血量也可以被视为诊断参数，其包含关于所考虑的组织的血液灌注和功能的信息。近红外光谱学(nirs)也已经被长期用于这些诊断参数的非侵入式确定。这允许基于所考虑的器官组织的成分的确定的浓度变化，得出关于区域氧代谢的结论。已知使用nirs来监测脑血流(cbf)和脑氧合模式，即分别确定脑血液和血流的静态和动态特性。
6、为了确定和监测脑血流，已知一种将非侵入式测量与静脉注射示踪物质的方法相结合的方法。示踪物质可以是例如很大程度上惰性的吲哚菁绿(icg)，其分布很大程度上局限于血管内室。吲哚菁绿在大约805nm处因此位于近红外光的光谱中具有最大吸收。icg非常迅速且几乎完全与血浆中的血清白蛋白结合，在这种状态下表现出非常高的nir吸收，并被肝脏吸收，从而允许重复迅速测量。icg用于肝功能的各种研究和/或根据再循环时间计算心输出量。
7、从吲哚菁绿的快速注射开始，其在所老驴的脑血管系统中的吸收可以侵入式地和/或非侵入式地(例如通过nirs)确定。然后可以进一步处理测量数据以确定例如脑血流。
8、美国专利号7,529,576号描述了一种使用注射的、大部分惰性的指示剂来测量器官中的血流和血量、特别是脑血流(cbf)的设备。使用本身已知的传感器，该设备检测从器官组织发出的照射的近红外辐射的部分，该部分包含脉动部分和非脉动部分。考虑到表征器官灌注的流入函数，评估算法将器官中的血量计算为来自与器官组织相关的非脉动成分的浓度和来自与器官中的血量相关的注射指示剂的脉动成分的浓度的商。与确定的平均通过时间相关的血量值允许计算器官中的血流。然而，这种方法的一个缺点是，由于表面附着的传感器，位于测量体积和测量信号的入口和/或出口点之间的层的影响使测量信号失真和减弱，并且评估时没有考虑这种影响。
9、美国专利号6,223,069描述了一种用于确定脑血流和脑外器官的血流的方法，由此使用近红外光谱学在两个大脑半球中并且通过脉冲密度动脉染料测量在系统循环的动脉血中同时执行利用近红外光谱中的吸收特性确定示踪物质的静脉注射团的流量。被开发用于评估测量值的评估算法基于动脉和脑血流动力学的解卷积，以计算跨脑转运功能。从这些动力学可以确定血流指数，其直接与脑血流成比例。
10、先前已知的使用注射指示剂对血流(特别是组织或器官中的血量和/或成分的绝对浓度值)进行非侵入式测量的方法和装置通常在技术上难以实施，并且此外是耗时的。在输入信号的第一次上升期间，除了通过采用关于注射指示剂的行为的传统nirs测量的测量数据的评估的简化假设而产生的不准确性之外，具有变化吸收特性的非恒定测量背景还产生了另外的问题。
11、迄今为止，测量数据的简化解释通常假设在nirs测量期间背景吸收没有发生变化。根据这一假设，可以从比尔-朗伯定律的修正关系式中计算出微分吸收。假设背景的理想化恒定性，其影响(例如，由于组织的几何形状及其组成以及其吸收行为)被总结为因子g。在现实系统中以及在现实条件下，可以根据比尔-朗伯定律的这一修正关系来计算微分吸收。然而，在现实系统和现实条件下，背景吸收并不保持恒定。特别是用于脑测量体积和/或颅内压的水浓度不是恒定的，从而在nirs测量信号的评估和脑组织的浓度值、血量和血流量的确定中引入了不准确性。
12、鉴于先前已知的方法和装置的缺点，希望提供用于确定组织中成分的绝对浓度值的方法和装置。更特别地，希望以比以前更高的精度确定脑组织中的这种绝对浓度值以及血流，更特别地是脑血流和血量。
13、还希望提供用于评估可检测的测量信号的方法和装置，所述测量信号被去耦合或基本上不受简化假设和条件的影响。优选地，这种装置可以非侵入式地使用或实施，并通过合理的技术努力与指示剂注射相结合。此外，这种装置可用于进行侵入式测量，例如，利用置于身体表面下的传感器单元或光电极。
技术实现思路
1、根据本专利技术，提供了方法和装置，当通过计及背景和组织水的浓度的变化来确定组织的成分的绝对浓度值时，所述方法和装置预期在很大程度上消除背景或背景吸收的变化的影响。以这种方式，测量条件的变化是可验证的，结果具有更高的准确性和更高的显著性。
2、同样地，当确定血流和血量时，采用指示剂的影响减小。而在先前已知的系统中，通过应用指示剂来确定血流和/或血量假定指示剂团具有矩形脉冲的形状，本专利技术的方法和装置避免了如此简化的假设。特别是，由于要考虑分散效应、脉动和其他因素，在现实方面并不存在矩形形状，并且简化假设会导致失真的量化。实际上，所考虑体积中指示剂浓度的增加表现为模糊峰的形式。根据本专利技术的原理，指示剂浓度的现实增加对将要获本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于确定器官的组织中的成分的绝对浓度值、血流或血量的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统矩阵可使用组织中成分的已知浓度值、健康组织中成分的可测量浓度值或用于限制组织中成分浓度值的可定义边界条件来校准。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量信号对应于血红蛋白、脱氧血红蛋白、水、背景或指示剂中的一种或多种的绝对浓度值，并且使得能够确定组织中的血量或血流。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述评估算法被编程为：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤f)中，组织中的血量可使用指示剂的浓度的时间过程的指数回归分析来确定。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤f)中，根据流入函数i(t)和流出函数o(t)下方的面积确定组织中的血量。
7.根据权利要求4所述的方法，其中流入函数i(t)的迭代确定包括若干步骤，其中在每个步骤中，根据以下公式计算流入函数i(t)的近似：
8.根据权利要求4所述的方法，其中，用于确定平均通过时间mtt的终止标准由流入函数i(t)
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述合理性标准可定义为流入函数i(t)的质心和流出函数o(t)的质心之间的距离，并且对应于可确定的平均通过时间mtt。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述合理性标准可定义为流入函数i(t)下方的面积与流出函数o(t)下方的面积之比。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述比为1:1。
12.一种用于确定器官的组织中的成分的绝对浓度值、血流或血量的装置，以与通过注射设备引入组织中的指示剂一起使用，所述指示剂包括在近红外光谱中具有吸收最大值的染料，所述系统包括：
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述系统矩阵可使用组织中成分的已知浓度值、健康组织中成分的可测量浓度值或用于限制组织中成分的浓度值的可定义边界条件来校准。
14.根据权利要求12所述的装置，其中所述测量信号对应于血红蛋白、脱氧血红蛋白、水、背景或指示剂中的一种或多种的绝对浓度值，并且其中所述评估算法使得能够确定组织中的血量或血流。
15.根据权利要求12所述的装置，其中所述评估单元进一步被编程为：
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述评估单元还被编程为在步骤f)中使用指示剂的浓度的时间过程的指数回归分析来确定组织中的血量。
17.根据权利要求15所述的装置，其中所述评估单元还被编程为在步骤f)中根据流入函数i(t)和流出函数o(t)下方的面积来确定组织中的血量。
18.根据权利要求15所述的装置，其中，所述评估单元还被编程为通过若干步骤迭代地确定流入函数i(t)，其中，在每个步骤中，根据以下公式计算流入函数i(t)的近似：
19.根据权利要求15所述的装置，其中所述评估单元还被编程为使得用于确定平均通过时间mtt的终止标准由流入函数i(t)和流出函数o(t)的合理性标准定义。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述评估单元还被编程为使得所述合理性标准可定义为流入函数i(t)的质心和流出函数o(t)的质心之间的距离，并且对应于可确定的平均通过时间mtt。
21.根据权利要求19所述的装置，其中，所述评估单元还被编程为使得所述合理性标准可定义为流入函数i(t)下方的面积与流出函数o(t)下方的面积的比。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于确定器官的组织中的成分的绝对浓度值、血流或血量的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述系统矩阵可使用组织中成分的已知浓度值、健康组织中成分的可测量浓度值或用于限制组织中成分浓度值的可定义边界条件来校准。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量信号对应于血红蛋白、脱氧血红蛋白、水、背景或指示剂中的一种或多种的绝对浓度值，并且使得能够确定组织中的血量或血流。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述评估算法被编程为：
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤f)中，组织中的血量可使用指示剂的浓度的时间过程的指数回归分析来确定。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤f)中，根据流入函数i(t)和流出函数o(t)下方的面积确定组织中的血量。
7.根据权利要求4所述的方法，其中流入函数i(t)的迭代确定包括若干步骤，其中在每个步骤中，根据以下公式计算流入函数i(t)的近似：
8.根据权利要求4所述的方法，其中，用于确定平均通过时间mtt的终止标准由流入函数i(t)和流出函数o(t)的合理性标准定义。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述合理性标准可定义为流入函数i(t)的质心和流出函数o(t)的质心之间的距离，并且对应于可确定的平均通过时间mtt。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述合理性标准可定义为流入函数i(t)下方的面积与流出函数o(t)下方的面积之比。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述比为1:1。
12.一种用于确定器官的组织中的成分的绝对浓度值、血流或血量的装置，以与通过注射设备引入组织中的指示剂一...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·鲍曼，J·H·弗勒利赫，M·H·穆瑟尔，
申请(专利权)人：露曙光医疗股份公司，
类型：发明
国别省市：
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