本发明专利技术提供了一种超光谱成像系统，其指明了在休克和复生过程中组织氧输送、提取和饱和度的变化，该系统包括用于实时或者接近实时地评估和监测休克的成像设备，所述休克包括血容量过低休克、心原性休克、神经性休克、败血性休克或者烧伤休克。由超光谱测量提供的信息可以传递支持休克的早期检测的生理测量结果，还提供了关于可能的后果的信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于执行对一个或者多个生理参数的实时和/或接近实时的评估和监测的超光谱或多光谱成像系统和设备。本专利技术还涉及分析超光谱和多光谱数据以在例如休克和濒临休克、血容量过低、血液动力学功能障碍、生理功能紊乱、脱水和体温过低中提供具体的诊断和治疗选项。
技术介绍
对不管何种病源学的新陈代谢休克的早期检测对于各种民事和军事医疗环境是至关重要的。急性出血和随后的循环衰竭(休克)占战场上和前线手术台(forward operating table)的死亡人数的约50%,该统计数字自从第一次世界大战以来一直相对保持不变。此外，出血在死于受伤的受伤士兵的约30%中是主要的死亡原因。类似地，在民事领域，无控制出血占外伤引起的早期手术死亡的高达82 %。但是，如果通过外科手术稳定外伤病人，则在战争人员伤亡中的死亡率下降到2%到4%。因此显然，提供对于休克的早期诊断的能力显著降低了民事和军事环境中与休克相关的死亡率和发病率。出血性休克一般由血压过低的程度、非特异性征候和主观症状(诸如由于失血而发展的皮肤湿冷、脸色苍白、脉搏弱且浅、不稳定的生命迹象以及精神消退)来确定。对于其它类型的休克可以观察到类似的症状。休克的影响为供给和需求之间的不匹配，导致各种组织中的细胞代谢改变。所有这些是循环不足以满足代谢需求所导致的。大家清楚的是，在过了某一点之后，休克变为不可逆的。对于军事应用，特别是在战场中，识别那些期待自然复原的士兵以及那些应该被治疗的士兵是极其有用的。对于在各种人体和动物模型中预测濒临血液动力学代偿失调和判定休克的不可逆性的标准的描绘已经作出了重大的努力。类似地，能够用于评估其它损伤、受到化学或生物试剂的作用、 虚脱、脱水、营养状态、精神或情感紧张水平、药剂、受到诸如一氧化碳的毒性剂的作用的信息在战场和民事环境中都将是有用的。适当的治疗类选法和诊断对于潜在的生命救助治疗对策的适当应用是十分关键的。在受到化学或者生物作用方面，快速和准确地评估受伤或者受影响的个体的血液动力学状态将是至关重要的又是困难的。笨重的化学生物毒剂(CBW)个人防护装备可能阻碍医疗人员或者急救者(firstresponder)对于同样可能穿着CBW装备的伤员进行标准评估所需的接触。获取脉搏或者测量血压可能是不可能的。与可能受污染的个体接触的任何装置也可能被污染，并且在没有繁重的清洁措施或者一次性遮盖物的情况下可能不能被再利用。因此，发展和使用远程感测技术以在这样的环境中提供生理和血液动力学评估，将是非常有利的。为了最大化的实用性，这样的技术将提供能给出接近实时的信息的手持、耐用并且可随时使用的系统。其将要求最小的操作者技能，并且将可由穿着CBW服装的终端使用者操作。深度酸毒症、碱缺乏或者碱缺乏的变化率已经都被与不可存活性相关联，但是已经公知的是，这些发生在休克进展的后期。此外，到目前为止，对这些参数的评估需要血液样品和实验设备，这限制了这类测试对于急救者的使用。其它参数，诸如深度血压过低或者严重心搏徐缓的开始或者其它节律障碍，通常在紧接末期征兆之前的休克中可以被观察到，但是不能可靠地提供足够预先的通知以允许成功的介入。更轻度的血压过低或者节律紊乱可能与存活或者死亡相关，不能提供预兆信息。因此，一直存在对于如下监测设备的需要，该监测设备提供关于病人对于休克的反应的可能后果的更早信息。因为血压过低和氧气传输减小的表现反应了出血性休克的过程中的晚期征兆，因此至关重要的是，确定在血量损失的最早时间段期间改变的生理信号，以提供对于休克严重性的准确评估。在休克发展中的共同特性是与血液流量(心输出量)减小相关的到组织的氧传输不足(D02)或者代谢改变(减小的pH值或者碱过量)。增大的心输出量和D02与存活密切相关，而无法稳定心输出量和D02与死亡高度相关。因此，包括某些氧传输的指标 (例如，心搏量，心输出量)的手段代表了较之目前用于此目的的测量手段更好的用于循环性休克的早期预测的工具。
技术实现思路
本专利技术克服了与现有方案和设计相关的问题和缺点，并且提供了新的工具和方法，所述工具和方法用于评估休克受害者或者其它需要实时或者接近实时的生理评估的病人的组织氧饱和度、氧输送和氧提取以及组织水合水平。该技术利用了通过超光谱成像的局部组织评估，以提供关于全身生理和疾病状态的信息。因此，本专利技术涉及超光谱和多光谱成像系统、设备和方法，其用于一个或者多个生理参数的实时或者接近实时的评估和监测，所述生理参数包括氧合血红素、脱氧血红素、水含量、总血红素和氧饱和度，其按照本文所述地被分析时，提供代谢和生理状况，诸如休克的出现或者评价、复生的充分性或者生存的可能性。从HSI数据得到的具体诊断包括休克，血容量过低，血液动力学障碍，生理紊乱，休克或濒临休克状态(包括括出血性休克、血容量过低休克 、败血性休克、心原性休克、神经性休克、烧伤休克的休克或者濒临休克)、脱水和体温下降。微循环变化类似地可以见于诸如糖尿病或者充血性心力衰竭的慢性疾病状态中。例如，在患有神经病的糖尿病受试者的前臂中，组织氧合血红素和氧饱和度(ShsiO2)的超光谱测量结果较低，尽管该区域通常不受临床体神经病的影响(Greenman et al. , Lancet2005 ；366 1711)。该观察涉及了得自通常以足部为目标的疾病的全身微血管变化的超光谱成像。由超光谱测量提供的类似信息可以支持休克或者其它生理变化的关于其的额外信息的早期检测，并且还提供关于可能的后果的信息。利用猪的出血性休克和人的低体负压(LBNP)模型(仿效血损失的人休克模型)的超光谱成像表明了可以用于监测和预测休克的开始和恢复的衡量标准。本设备的实施例可以用于如下环境，包括但不限于，手术、临床过程、健康监测、急救室或者战场护理、急救情形和野外医疗评估、医院、以及临床或者医师办公室。此技术通过超光谱成像在空间、光谱和时域维度上评估(在第一时间)局部组织，以提供关于全身生理和疾病状态的信息。本专利技术的一个实施例涉及传递MHSI图像以诊断和评价休克的设备，包括检测器(例如摄像机)；可控光源；光谱分离器；功率源；图像获取和显示硬件，以及由足以将数据转化为可用信息的硬件和软件组成的集成分析系统。检测器优选是数字摄像机(例如具有电荷耦合器件(CCD)或者互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器的摄像机)和透镜。优选地，光源是围绕光进入区域布置的发光器件(例如发光二极管(LED))阵列，以提供接近同轴的照明，其每一个的强度和持续时间由软件程序控制。优选地，光谱分离器是可见或者近红外波长液晶可调谐滤波器(LCTF)，并且被装配到摄像机透镜的前方。优选地，功率源和软件程序被用于供电和控制图像获取硬件。优选地，该设备是便携式的并且数据的获取被实时地或者接近实时地执行。优选地，被检查的组织可以是皮肤，诸如手掌(内)前臂的皮肤。两个这样的透镜、滤波器和检测器子系统(一个用于可见波长的收集，另一个用于NIR波长的收集)可以被组合和集成为一个功能系统。在本专利技术的另一个实施例中，声光可调谐滤波器(AOFT)被装配在透镜和摄像机之间，或者装配在透镜的前方。通过经由计算机控制的驱动器改变声波的频率，进行波长选择。取决于所期望的光学设计，可以在摄像机和AOTF之间使用附加的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于获取在超光谱成像中使用的数据的设备，所述设备包括：检测器；第一滤波器或者不带滤波器的波长选择器；功率源；图像获取硬件；和投影仪，该投影仪将自校准图案投影到对象的目标区域上，其中，所述图像获取硬件被配置为读取投影到所述目标区域上的自校准图案，以便实现所述目标区域和由所述图像获取硬件收集的超光谱图像之间的配准，其中所述设备使用基于超光谱成像数据的氧合、脱氧以及总血红素水平中的至少一种来特征化对象中的生理状态信号。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：斯韦拉纳·V·帕纳俞克，珍妮·E·弗里曼，迈克尔·J·霍普米尔，亚历山大·A·帕纳俞克，布莱恩·H·特蕾西，
申请(专利权)人：超级医药成像有限公司，
类型：发明
国别省市：
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