用于非侵入性地监测个体的生物学或生物化学参数的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于监测受试者身体的一种或多种状况的系统和方法。所述系统包括：控制单元，所述控制单元包括输入端口，所述输入端口用于接收图像数据和指示至少一种在由所述受试者身体的一部分收集所述图像数据期间施加至所述受试者身体的所述部分的外部刺激(外场)的数据；存储器设备；和处理器设备。所述图像数据指示根据某一采样时间模式由所述受试者身体的所述部分生成的斑纹图样的序列。所述处理器设备被配置且可用于开展以下操作：利用指示外加场的所述数据来处理所述图像数据，所述处理包括确定所述序列中连续斑纹图样间的空间相关函数，和确定形式为所述相关函数的至少一个特征的时变函数的时变空间相关函数，所述相关函数指示所述斑纹图样随时间的变化；选择所述时变空间相关函数的至少一个参数，并对所述至少一个参数应用一个或多个模型，以确定一种或多种相应身体状况；以及生成指示所述一种或多种相应身体状况的输出数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求2014年1月30日提交的第14/168,730号美国实用申请的优先权，其是2013年8月1日提交的申请号PCT/IL2013/050658的部分继续，其要求2012年8月1日提交的第61/678,131号美国临时申请和2012年8月1日提交的第13/564,381号美国实用申请的权益。所述先前申请的公开内容在此通过引用整体并入本文中。
本专利技术涉及一种非侵袭性地监测个体的生物学或生物化学参数和状况的方法和系统。具体地讲，本专利技术尤其可用于监测与生物学流体(诸如血液)相关的各种参数和状况(例如血液中的葡萄糖浓度、呼吸、血氧、血液凝结)，以及用于监测与受检内脏器官相关的参数。
技术介绍
人体包括许多在体内具有生命机能的流体。例如，循环系统中流动的血液向细胞传递必要的物质，诸如营养物和氧，并将代谢废物运离那些细胞。另一种流体是眼睛中的眼房水。眼房水维持眼内压并使眼球膨胀，为无血管眼组织、后角膜、小梁网、晶状体和前部玻璃体提供营养(例如，氨基酸和葡萄糖)。已知这些体液的某些性质指示人体状况，且确定此类性质可以用于监测人的健康状态。例如，血液葡萄糖水平(又称作血液葡萄糖浓度)过高或过低都可以指示消化系统的机能障碍，诸如糖尿病。通常监测血氧水平来确定血氧饱和状态，这能够鉴定低氧血症，也允许估计血液中的血红蛋白。血液酒精水平(又称作血液酒精浓度)指示酒精消耗，且可以用于确定酒精对胃肠、心血管和中枢神经系统的有害作用。血液酒精水平还指示人的判断力和执行某些动作(诸如驾驶车辆)的能力减退。在眼睛中，眼房水的重要性质是它的压力。这个性质常叫做“眼内压”。高眼内压可能指示眼睛中的疾病，诸如青光眼、虹膜炎和视网膜脱离。在测量血液相关参数(诸如葡萄糖水平和血氧饱和度)领域，已经设计出了许多非侵入性技术，包括基于阻抗的技术和光学技术。例如，在基于近红外光谱的葡萄糖仪中，用在红外光谱中的光照射组织，并测定通过所述组织反射的光和/或透过所述组织的光。反射和/或透射的光部分指示血液葡萄糖水平。此类葡萄糖仪是用于以从1变化至100毫米或10变化至50微米的不同深度进行组织研究。一些葡萄糖仪使用拉曼光谱来测量已经受到由葡萄糖引起的振荡和旋转影响的散射光。基于光-声光谱的葡萄糖仪测量通过使采样区快速加热所产生的声压力波的参数。其它葡萄糖仪测量由葡萄糖引起的光散射和偏振参数的变化。飞秒脉冲干涉法可以用于确定葡萄糖浓度，方法是在时间飞行法中利用飞秒级时间延迟测量葡萄糖溶液的群折射率。光学相干断层成像术可以用于测量和分析来自组织特定层的相干反向散射光与参考光束间的干涉图样。对于血液酒精水平，酒精水平通常是通过确定受影响人的呼吸和血液中的血液酒精浓度(BAC)来检查。BAC测量原理是基于口服酒精进入身体系统的事实。进入身体不同部位(主要是肝脏、肾脏、脑和肺)的酒精极其迅速地达到平衡分布。在34℃下，血液中酒精与肺泡气中酒精的比例约为2,100:1，所述温度是气息离开口腔所处的温度。因此，酒精中毒或饮酒的程度是通过检查受影响人的呼吸和血液中的BAC来监测，但显而易见的选择是血液，只有通过抽取血液样品才能获得绝对水平。有几种利用碘量滴定法、呼吸分析仪和生物传感器估算BAC的方法。对于眼内压，最常用于测量IOP的眼科装置和目前的黄金标准是压平眼压计，被称为戈德曼(Goldmann)眼压计。它是基于眼睛是完美球体的假设。因此，当眼压计头直接使眼角膜变扁平时，将达到固定扁平程度(直径3.06mm)所需的力转化为毫米汞柱(mmHg)，从而提供抵抗此形变的IOP。尽管准确且精确，但戈德曼眼压计主要受到个体间差异的困扰，因为眼角膜厚度和刚度不同，同时是一种侵入性(接触)技术，经时监测IOP存在限制。还要注意，这种涉及接触眼角膜的标准技术因此还需要使用麻醉滴眼液。作为替代，当向眼睛施加给定的恒定力时，可以测量压平面积。这可以通过(例如)从给定距离处将一股标准空气吹进眼睛，并测量眼角膜的压平面积来实现。利用这种程序，避免了测量中的接触，但这种技术对于长时间监测IOP而言仍然不切实际，也就是说，当识别峰和IOP变化时便无效。这种经典眼压计的单一测量工作原理促使研究者开发新的连续IOP监测方式。一些例子使用感测接触镜片，某种具有遥测压力传感器的植入物和基于光学原理的装置。后者描述在(例如)以下出版物中：Asejczyk-Widlicka,M.,Pierscionek,B.K.,Fluctuations in intraocular pressure and the potential effect on aberrations of the eye,Br.J.Ophthalmol.91,1054-1058,2007；De la Torre-Ibarra,M.H.,Ruiz,P.D.,Huntley,J.M.,Double-shot depth-resolved displacement field measurement using phase-contrast spectral optical coherence tomography,Opt.Express 14,9643-9656,2006；Matsumoto,T.,Nagata,R.,Saishin,M.,Matsuda,T.,Nakao,S.,Measurement by holographic interferometry of the deformation of the eye accompanying changes in intraocular pressure,Appl.Opt.17,3538-3539,1978。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种用于非侵入性且非接触式地监测受试者的一个或多个参数/状况的新型技术，方式是通过分析对应于受试者响应相干照射随时间变化的次级斑纹图样反应的离焦图像的图像数据。更具体地说，本专利技术是用于监测/测量体液(诸如血液、眼房水、头盖骨中的脑脊液)的参数/性质，且因此，下文针对这个特定医学应用进行描述。而且，如将在下文中所描述，本专利技术的原理可以用在基于内窥镜的系统中，以监测内脏器官(或与内脏器官相关)的一个或多个生物医学参数/状况，方式是通过分析对应于所述内脏器官表面上生成的次级斑纹图样的离焦图像的图像数据。例如，本公开可以用于监测(测量)器官内流体流的一个或多个参数(性质)以及检测不同类型的感染，例如视网膜疾病、癌细胞等。在以下描述中，应理解术语“器官”也可以考虑为器官的一部分。例如，在本公开的含义中，器官可以指器官内的血管或肿瘤细胞。另外，术语“内脏器官”通常可以指受试者身体内的器官/组织，也就是说可以通过侵入性技术(涉及切开皮肤)或通过非侵入性技术(其不涉及切开皮肤，诸如内窥镜检查术或穿刺等)接触。本专利技术利用PCT专利公开WO2009/013738中公开的成像技术，所述技术由本申请的共同专利技术人研发并转让给本申请的受让人。这种技术旨在通过光学系统(所谓的“光声机”)确定对象的运动。根据这种技术，利用聚焦在偏离对象的平面上的成像系统对由所述对象传播的相干斑纹图样进行成像。本专利技术人现在已确定，受试者身体的各种生物学或生物化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监测受试者身体的一种或多种状况的系统，所述系统包括控制单元，所述控制单元包括：用于接收输入数据的输入端口，所述输入数据包括形式为由所述受试者身体的一部分在某一时间段内生成的斑纹图样的序列的图像数据和指示至少一种在所述时间段内施加至所述受试者身体的所述部分的外部刺激的数据；用于存储一个或多个预定模型的存储器设备，所述模型包括指示一个或多个可测量参数与所述受试者身体的一种或多种状况间的关系的数据；和处理器设备，所述处理器设备被配置且可操作用于：利用指示所述至少一种外部刺激的波形的数据处理所述图像数据，所述处理包括确定所述序列中的连续斑纹图样间的空间相关函数，并确定形式为所述相关函数的至少一个特征的时变函数的时变空间相关函数，所述时变空间相关函数指示所述斑纹图样随时间的变化；选择所述时变空间相关函数的至少一个参数，并对所述至少一个参数应用一个或多个所述模型，以确定一种或多种相应身体状况；以及生成指示所述一种或多种相应身体状况的输出数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.30 US 14/168,7301.一种用于监测受试者身体的一种或多种状况的系统，所述系统包括控制单元，所述控制单元包括：用于接收输入数据的输入端口，所述输入数据包括形式为由所述受试者身体的一部分在某一时间段内生成的斑纹图样的序列的图像数据和指示至少一种在所述时间段内施加至所述受试者身体的所述部分的外部刺激的数据；用于存储一个或多个预定模型的存储器设备，所述模型包括指示一个或多个可测量参数与所述受试者身体的一种或多种状况间的关系的数据；和处理器设备，所述处理器设备被配置且可操作用于：利用指示所述至少一种外部刺激的波形的数据处理所述图像数据，所述处理包括确定所述序列中的连续斑纹图样间的空间相关函数，并确定形式为所述相关函数的至少一个特征的时变函数的时变空间相关函数，所述时变空间相关函数指示所述斑纹图样随时间的变化；选择所述时变空间相关函数的至少一个参数，并对所述至少一个参数应用一个或多个所述模型，以确定一种或多种相应身体状况；以及生成指示所述一种或多种相应身体状况的输出数据。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述相关函数的所述至少一个参数包括以下中的至少一个：相关单元的峰位置、所述相关函数的峰值、正脉冲振幅、正与负峰振幅间的比例、脉冲大小、正脉冲大小、峰极间距离、主峰与次峰位置间的比例、主峰与次峰振幅间的比例、和背景噪声的标准偏差、振荡振幅、主峰振幅、所述时变空间相关函数的对应于所述施加的外部刺激的频率的傅里叶变换频谱的频率分量的振幅。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述一种或多种待监测的身体状况包括以下中的至少一个：血液葡萄糖浓度、眼内压(IOP)和骨折。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述一种或多种待监测的身体状况还包括以下中的至少一个：血液酒精浓度、血脉压、血液凝结；温度；流速和流量。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其包括：产生测量数据的光学测量单元，所述数据的形式为由所述受试者身体的一部分生成的所述斑纹图样的序列；以及产生所述至少一种外部刺激的至少一个外部场源。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述测量单元包括给所述受试者身体的预定部分成像的成像装置，所述成像装置包括：用于根据某一采样时间模式用预定数量的波长照射所述受试者身体的所述部分的相干光源，和被配置且可操作用于检测由所述身体的被照射部分生成的次级斑纹图样并生成指示被检测到的次级斑纹图样的序列的测量图像数据的像素检测器阵列。7.根据权利要求5或6所述的系统，其中所述至少一个外部场源包括以下中的至少一个：产生磁场的磁单元；和产生预定轮廓的声压场的声波发生器。8.根据权利要求6或7所述的系统，其中所述成像装置包括用于检查内脏器官的内窥镜。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述内窥镜包括用于将照射和收集的光朝所关注的区域导引和从所关注的区域导引照射和收集的光的刚性或柔性引导件。10.根据权利要求8或9所述的系统，其中所述内窥镜包括多芯光纤，其被配置用于在所述多芯光纤的近端与远端之间传输光，所述远端欲接近所检查的内脏器官放置。11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：泽埃夫·扎列夫斯基，哈维尔·加西亚，叶夫根尼·拜德曼，伊斯雷尔·马加利特，尼西姆·尼桑·奥扎娜，纳达夫·阿贝尔，维森特·米科，马丁·桑兹萨巴特尔，耶尔·比希茨，阿萨夫·沙哈蒙，
申请(专利权)人：巴伊兰大学，瓦伦西亚大学，
类型：发明
国别省市：以色列;IL