本發明專利技術提供了一種超光譜成像系統，其指明了在休克和復生過程中組織氧輸送、提取和飽和度的變化，該系統包括用于實時或者接近實時地評估和監測休克的成像設備，所述休克包括血容量過低休克、心原性休克、神經性休克、敗血性休克或者燒傷休克。由超光譜測量提供的信息可以傳遞支持休克的早期檢測的生理測量結果，還提供了關于可能的后果的信息。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及用于執行對一個或者多個生理參數的實時和/或接近實時的評估和監測的超光譜或多光譜成像系統和設備。本專利技術還涉及分析超光譜和多光譜數據以在例如休克和瀕臨休克、血容量過低、血液動力學功能障礙、生理功能紊亂、脫水和體溫過低中提供具體的診斷和治療選項。
技術介紹
對不管何種病源學的新陳代謝休克的早期檢測對于各種民事和軍事醫療環境是至關重要的。急性出血和隨后的循環衰竭(休克)占戰場上和前線手術臺(forward operating table)的死亡人數的約50%,該統計數字自從第一次世界大戰以來一直相對保持不變。此外，出血在死于受傷的受傷士兵的約30%中是主要的死亡原因。類似地，在民事領域，無控制出血占外傷引起的早期手術死亡的高達82 %。但是，如果通過外科手術穩定外傷病人，則在戰爭人員傷亡中的死亡率下降到2%到4%。因此顯然，提供對于休克的早期診斷的能力顯著降低了民事和軍事環境中與休克相關的死亡率和發病率。出血性休克一般由血壓過低的程度、非特異性征候和主觀癥狀(諸如由于失血而發展的皮膚濕冷、臉色蒼白、脈搏弱且淺、不穩定的生命跡象以及精神消退)來確定。對于其它類型的休克可以觀察到類似的癥狀。休克的影響為供給和需求之間的不匹配，導致各種組織中的細胞代謝改變。所有這些是循環不足以滿足代謝需求所導致的。大家清楚的是，在過了某一點之后，休克變為不可逆的。對于軍事應用，特別是在戰場中，識別那些期待自然復原的士兵以及那些應該被治療的士兵是極其有用的。對于在各種人體和動物模型中預測瀕臨血液動力學代償失調和判定休克的不可逆性的標準的描繪已經作出了重大的努力。類似地，能夠用于評估其它損傷、受到化學或生物試劑的作用、 虛脫、脫水、營養狀態、精神或情感緊張水平、藥劑、受到諸如一氧化碳的毒性劑的作用的信息在戰場和民事環境中都將是有用的。適當的治療類選法和診斷對于潛在的生命救助治療對策的適當應用是十分關鍵的。在受到化學或者生物作用方面，快速和準確地評估受傷或者受影響的個體的血液動力學狀態將是至關重要的又是困難的。笨重的化學生物毒劑(CBW)個人防護裝備可能阻礙醫療人員或者急救者(firstresponder)對于同樣可能穿著CBW裝備的傷員進行標準評估所需的接觸。獲取脈搏或者測量血壓可能是不可能的。與可能受污染的個體接觸的任何裝置也可能被污染，并且在沒有繁重的清潔措施或者一次性遮蓋物的情況下可能不能被再利用。因此，發展和使用遠程感測技術以在這樣的環境中提供生理和血液動力學評估，將是非常有利的。為了最大化的實用性，這樣的技術將提供能給出接近實時的信息的手持、耐用并且可隨時使用的系統。其將要求最小的操作者技能，并且將可由穿著CBW服裝的終端使用者操作。深度酸毒癥、堿缺乏或者堿缺乏的變化率已經都被與不可存活性相關聯，但是已經公知的是，這些發生在休克進展的后期。此外，到目前為止，對這些參數的評估需要血液樣品和實驗設備，這限制了這類測試對于急救者的使用。其它參數，諸如深度血壓過低或者嚴重心搏徐緩的開始或者其它節律障礙，通常在緊接末期征兆之前的休克中可以被觀察到，但是不能可靠地提供足夠預先的通知以允許成功的介入。更輕度的血壓過低或者節律紊亂可能與存活或者死亡相關，不能提供預兆信息。因此，一直存在對于如下監測設備的需要，該監測設備提供關于病人對于休克的反應的可能后果的更早信息。因為血壓過低和氧氣傳輸減小的表現反應了出血性休克的過程中的晚期征兆，因此至關重要的是，確定在血量損失的最早時間段期間改變的生理信號，以提供對于休克嚴重性的準確評估。在休克發展中的共同特性是與血液流量(心輸出量)減小相關的到組織的氧傳輸不足(D02)或者代謝改變(減小的pH值或者堿過量)。增大的心輸出量和D02與存活密切相關，而無法穩定心輸出量和D02與死亡高度相關。因此，包括某些氧傳輸的指標 (例如，心搏量，心輸出量)的手段代表了較之目前用于此目的的測量手段更好的用于循環性休克的早期預測的工具。
技術實現思路
本專利技術克服了與現有方案和設計相關的問題和缺點，并且提供了新的工具和方法，所述工具和方法用于評估休克受害者或者其它需要實時或者接近實時的生理評估的病人的組織氧飽和度、氧輸送和氧提取以及組織水合水平。該技術利用了通過超光譜成像的局部組織評估，以提供關于全身生理和疾病狀態的信息。因此，本專利技術涉及超光譜和多光譜成像系統、設備和方法，其用于一個或者多個生理參數的實時或者接近實時的評估和監測，所述生理參數包括氧合血紅素、脫氧血紅素、水含量、總血紅素和氧飽和度，其按照本文所述地被分析時，提供代謝和生理狀況，諸如休克的出現或者評價、復生的充分性或者生存的可能性。從HSI數據得到的具體診斷包括休克，血容量過低，血液動力學障礙，生理紊亂，休克或瀕臨休克狀態(包括括出血性休克、血容量過低休克 、敗血性休克、心原性休克、神經性休克、燒傷休克的休克或者瀕臨休克)、脫水和體溫下降。微循環變化類似地可以見于諸如糖尿病或者充血性心力衰竭的慢性疾病狀態中。例如，在患有神經病的糖尿病受試者的前臂中，組織氧合血紅素和氧飽和度(ShsiO2)的超光譜測量結果較低，盡管該區域通常不受臨床體神經病的影響(Greenman et al. , Lancet2005 ；366 1711)。該觀察涉及了得自通常以足部為目標的疾病的全身微血管變化的超光譜成像。由超光譜測量提供的類似信息可以支持休克或者其它生理變化的關于其的額外信息的早期檢測，并且還提供關于可能的后果的信息。利用豬的出血性休克和人的低體負壓(LBNP)模型(仿效血損失的人休克模型)的超光譜成像表明了可以用于監測和預測休克的開始和恢復的衡量標準。本設備的實施例可以用于如下環境，包括但不限于，手術、臨床過程、健康監測、急救室或者戰場護理、急救情形和野外醫療評估、醫院、以及臨床或者醫師辦公室。此技術通過超光譜成像在空間、光譜和時域維度上評估(在第一時間)局部組織，以提供關于全身生理和疾病狀態的信息。本專利技術的一個實施例涉及傳遞MHSI圖像以診斷和評價休克的設備，包括檢測器(例如攝像機)；可控光源；光譜分離器；功率源；圖像獲取和顯示硬件，以及由足以將數據轉化為可用信息的硬件和軟件組成的集成分析系統。檢測器優選是數字攝像機(例如具有電荷耦合器件(CCD)或者互補金屬氧化物半導體(CMOS)檢測器的攝像機)和透鏡。優選地，光源是圍繞光進入區域布置的發光器件(例如發光二極管(LED))陣列，以提供接近同軸的照明，其每一個的強度和持續時間由軟件程序控制。優選地，光譜分離器是可見或者近紅外波長液晶可調諧濾波器(LCTF)，并且被裝配到攝像機透鏡的前方。優選地，功率源和軟件程序被用于供電和控制圖像獲取硬件。優選地，該設備是便攜式的并且數據的獲取被實時地或者接近實時地執行。優選地，被檢查的組織可以是皮膚，諸如手掌(內)前臂的皮膚。兩個這樣的透鏡、濾波器和檢測器子系統(一個用于可見波長的收集，另一個用于NIR波長的收集)可以被組合和集成為一個功能系統。在本專利技術的另一個實施例中，聲光可調諧濾波器(AOFT)被裝配在透鏡和攝像機之間，或者裝配在透鏡的前方。通過經由計算機控制的驅動器改變聲波的頻率，進行波長選擇。取決于所期望的光學設計，可以在攝像機和AOTF之間使用附加的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于獲取在超光譜成像中使用的數據的設備，所述設備包括：檢測器；第一濾波器或者不帶濾波器的波長選擇器；功率源；圖像獲取硬件；和投影儀，該投影儀將自校準圖案投影到對象的目標區域上，其中，所述圖像獲取硬件被配置為讀取投影到所述目標區域上的自校準圖案，以便實現所述目標區域和由所述圖像獲取硬件收集的超光譜圖像之間的配準，其中所述設備使用基于超光譜成像數據的氧合、脫氧以及總血紅素水平中的至少一種來特征化對象中的生理狀態信號。
【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：斯韋拉納·V·帕納俞克，珍妮·E·弗里曼，邁克爾·J·霍普米爾，亞歷山大·A·帕納俞克，布萊恩·H·特蕾西，
申請(專利權)人：超級醫藥成像有限公司，
類型：發明
國別省市：
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