[发明专利]用于监测绝对血流量的系统和方法

说明书

相关-申请的交叉引用

本申请基于2015年4月9日提交的并且标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR MEASURING TISSUE PRESSURE(用于测量组织压力的系统和方法)”的美国临时专利申请序列号62/145,087，要求其权益并以其全文结合在此。

关于联邦政府赞助的研究的声明

本发明是在美国国家卫生研究院授予的授权号P41-EB015896、R01-HD042908和R01-EB001954下借助政府支持完成的。美国政府享有本发明的某些权利。

背景技术

本公开总体上涉及用于测量组织特性的系统和方法。更具体地，本公开涉及用于使用生理测量值来无创地确定绝对血流量的系统和方法。

对器官的氧消耗以及通过血流递送的氧气进行生理监测对许多应用(包括医疗保健、康复、性能监测和运动训练)具有重大意义。例如，脑监测可以在对患有脑损伤的患者、具有脑损伤风险的患者以及经受改变脑氧供的常规全身麻醉和外科手术的患者进行管理方面提供显著改善。

近红外光谱学(NIRS)已被使用长达超过二十年，以用来监测作为血流(BF)和氧供的替代的组织氧合(SO₂)。虽然NIRS血氧计表明了SO₂与动脉血压之间的显著关联，但是氧合与血流量或新陈代谢不同。SO₂-BF关系受到以下各项的影响：氧消耗变化(即氧代谢率，MRO₂)、动脉氧合(SaO₂)变化、血液中血红蛋白(HGB)变化、以及动脉隔室和静脉隔室的相对容量变化。因此，非常期望的是单独地或者与氧合测量结合地测量组织中的血流量。而且，期望的是，以持续或连续的方式进行这些测量以便实现诸如在重症监护期间或者在现场进行监测等应用。还非常期望的是，例如利用身体外部的仪器探针(所述探针用于测量内部器官的血流量或者血流量和氧合，具有来自皮肤、肌肉和/或骨骼的覆盖层的最小影响)无创地或者例如利用腹腔镜或内窥镜微创地进行这些测量。

虽然已经使用了用于定量地测量血流量的各种方法，但是大多数是有创的和/或非连续的。用于测量人类脑血流的现代技术包括放射线清除方法、磁共振成像(MRI)自旋标记、经颅多普勒超声(TCD)、热扩散和激光多普勒血流计(LDF)。

放射线清除方法是最古老的技术并且通常涉及对放射性同位素示踪剂的洗脱率进行测量。放射性方法具有定量地测量通过整个大脑(包括深层大脑结构)的绝对局部血流量的优点。然而，它们具有以下缺点：要求辐射、昂贵且缓慢、并且无法连续地或者在床边或在现场执行。MRI动脉自旋标记(ASL)是用于测量通过整个大脑的局部血流量的另一种无创方法。然而，所述方法的准确性和精度较差、定量困难、并且可测量流速的动态范围受到自旋标记寿命的限制。与放射性方法一样，ASL无法部署在床边或现场。

经颅多普勒超声测量大脑动脉的脑血流速度以作为全局脑血流的替代。虽然TCD是无创的，但是其无法提供对微循环的局部测量并且受到血管口径变化的限制。TCD还要求大量的专业知识来恰当使用，并且难以在延长时间段内连续应用，因为超声探针必须与受声波作用的脑动脉维持在的恰当方向上。TCD还难以测量大脑前动脉中的流速，所述大脑前动脉将血液供应至大脑的临床上重要的前部区域。最后，由于正常的解剖变异，受测者的大约15％的颅骨厚度太厚以至于不允许通过TCD进行血流测量。

临床上最常用的有创脑血流(CBF)度量是热扩散血流计和激光多普勒血流仪。具体地，热扩散血流计对围绕装配有加热式热敏电阻器的热扩散探针定位的较小区域中的绝对血流量进行测量。为了测量CBF，所述探针被插入大脑中几厘米。由热敏电阻器耗散的功率则用于提供对CBF的测量。

激光多普勒血流仪类似地是有创的，从而需要钻透颅骨的孔以及直接放置在大脑自身表面上的探针。由于LDF检测容积较小(～1mm³)，因此LDF流量值是高变异性的，其值取决于探针下方的局部血管解剖的略微差异并且不必表示兴趣组织的微循环。LDF具有未被校准至绝对流的另一缺点。