[发明专利]通过使用相干光源进行生物组织询问的非侵入式血液动力学评估

说明书

公开了用于确定受试者的生理信息的系统和方法。该系统包括：光源，该光源可沿着位于受试者外部的第一位置定位；光电敏感检测器，该光电敏感检测器可沿着位于受试者外部的第二位置定位并且被配置成检测散射光并生成信号；具有程序和存储器的处理器，其中，该处理器可操作地耦接到检测器并且被配置成接收和存储在一时间段内生成的信号；其中，该处理器被编程为：根据所存储的信号得出对比度计量，根据对比度计量计算波形，将波形分解成基函数和相应的幅度，并且比较基函数幅度以确定生理信息。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年4月14日提交的美国专利申请No.15/488,263的优先权，其说明书通过引用整体结合在本文中。

技术领域

本公开内容的实施方式涉及用于获得生理参数的非侵入式测量的非侵入式医疗监测和方法，上述生理参数包括血液动力学参数，诸如血压和动脉顺应性。

政府支持

本发明是在由国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予的No.EB015890拨款的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

非侵入式血液动力学监测指的是在不对受试者做血管插管或者不引入有害的辐射或物质的情况下，以某种方式测量和表征心血管系统的生理和病理状态的技术。示例包括目的为测量下述的方法：血压、心输出量、脉管紧张度、动脉僵硬度或体液状态。除了开发新的研究方向和革新用于个人健康状况和健美的可穿戴装置，这些方法具有改进住院病人和门诊病人的医疗保健的潜力。

非侵入式血液动力学监测中的一种方法是光电容积描记法(PPG)，其是测量由血压的脉动分量引起的微脉管扩张的光学技术。这可以通过利用可见光和近红外光询问组织来实现。PPG仪器由照亮组织的光源和测量光强度中微小波动的光电检测器(photodetector，光电探测器、光检测器)构成。然后将这些动态以数学方式变换成PPG信号，该PPG信号表示归因于脉搏的血液体积扩张。PPG是用于脉搏血氧定量法的基础技术，其中，在多个离散波长处来比较PPG幅度的比率式比较，以便得到动脉氧饱和度。

尽管脉搏血氧定量法的临床是成功的，但PPG在血液动力学监测的其他方面还没有成功。一种被称为脉管卸载的技术将PPG与手指大小的箍带一起应用，以非侵害地测量血压。尽管该装置已达到某种程度的临床散播，但除需要校准步骤以对在中央的血压与在周缘的血压的差异做出解释以外，该装置还极易受脉管紧张度变化的影响。总体而言，该装置有限的准确性使其不适合普遍使用。研究人员还将PPG脉搏波分析和表征策略用于多种多样的血液动力学监测应用，仅举几例包括：心输出量、脉管僵硬度、静脉评估和微脉管灌注。这些冒险已经取得了一些成功，但是由于PPG固有的有限的信号质量，它们无法超过临床可行性的阈值。

发明内容

激光散斑成像(LSI)是非接触式光学成像方法，其通过将被相干光源照亮的组织成像来得到(recover，恢复、回收)相关的血液流动。移动穿过脉管系统的红血球充当光学散射体，其对询问组织的光子的空间相干性分布进行调整。在LSI中，最常使用CCD或CMOS相机将从组织发出的光成像。由检测器记录的图像包含被称为散斑的图案，该散斑是由于相干光在检测器上的相长和相消干涉引起的。散斑图案以取决于散射物体的运动程度的速率而波动。因此，血液灌注具有对所发出的光的空间和时间方差的直接影响。在有限的积分时间内，可以通过测量在一幅或多幅采集到的图像中的方差的等级来计算组织灌注。