专利名称：：用于对关节状况进行组合光学和热像检测的设备、系统和方法
技术领域：
：本发明涉及光学检测方法并且涉及用于对关节状况进行光学检测的设备。
背景技术：
：在本申请的上下文中，术语光被理解为意思是非电离电磁辐射，特别地其波长范围在400nm与1400nm之间。术语身体部分的意思是人体或动物身体的一部分。术语阻塞涵盖了完全阻塞和很大程度上阻塞。一般地，本发明涉及对关节状况的光学检测，特别地涉及对诸如风湿性关节炎(RA)之类的关节疾病的光学检测。这种关节疾病的治疗是分阶段的。通常，患者首先接收止痛药。其后往往是非类固醇消炎药物(NSAID)和改变病情抗风湿药物(DMARD)。在许多情况下，药物治疗的最后一个阶段是使用生物疗法。特别地，最后一个种类是昂贵的并且治疗可能花费每名患者每年数万美元。此外，在治疗的后期使用的药物经常造成更严重的副作用。关于这种关节疾病，医疗专业人员基于由发炎关节的数量和严重性给出的疾病活动性做出他们关于治疗变化的决定。由于风湿性关节炎是渐进性疾病并且早期诊断和开始治疗可以帮助延缓不利的影响和高治疗成本，所以需要用于提供关于关节状况的令人满意的信息的方法和设备，其辅助医疗专业人员做出关于实际关节状况的结论。已经发现，在使用施予患者的非目标荧光染料的时间相关的测量中，患病关节中的灌注动力学与正常的健康关节相比是不同的。然而，在风湿病学家的临床实践中，造影剂的施予在大多数情况下是不切实际的。作为替代，已经提出了使用扩散光层析术(DOT)来成像关节以用于提供关于它们状况的信息。在一个研究项目中，到身体部分的静脉血流已经借助压力袖带被临时阻塞并且单个关节已经借助DOT来成像。在这样的研究中已经发现，存在与风湿性关节炎(RA)的存在相关的光学参数。例如，已知可以通过灌注的变化识别炎症。血液成分(特别是氧合血红蛋白和去氧血红蛋白二者)与人或动物身体的其他成分相比具有不同光学特性并且因此原则上可以被光学检测。在欧洲专利申请EP08156917.0中描述了一种用于检测关节状况的设备和方法。该文献描述了通过在患者的臂和手中血流(部分)阻塞之前、期间和之后分析例如患者的手的关节和其他部位光谱透射的变化来测量关节的炎症。光学检测方法特别适合用于研究较小的关节，比如人类手指和人类脚趾中的关节。当成像较大关节(例如，肘、肩、臀、膝或踝)时，随着关节尺寸的增加，光透射通过这样的关节变得越来越困难。已经尝试使用热像方法来建立较大关节(如肘、膝和踝)的疾病活动性(参见，例如，R.Salisbury等人，"HeatDistributionoverNormalandAbnormalJoints-ThermalPatternandQuantification^,AnnalsoftheRheumaticDiseases42(5)，494—499(1983)；L.Jiang等人，“kPerspectiveonMedicalInfraredImaging",JournalofMedicalEngineering&Technology29(6)，257—267(2005)；B.Sanchez等人，IseofaPortableThermalImagingUnitAsaRapid,QuantitativeMethodofEvaluatingInflammationandExperimentalArthritis",JournalofPharmacologicalandToxicologicalMethods57(3)，169-175(2008))0然而，这些方法从未被广泛采用。其中一个原因是，这些方法要求患者处在不通风且热稳定在1°C内的房间中至少15分钟。
发明内容本发明的一个目的是提供一种用于检测关节状况的设备和方法，其使得能够从较小的和较大的关节获得增强的数据。该目的通过根据权利要求1的设备来解决。本发明基于以下认识使用由一个测量单元获得的数据可用作校准由其他测量单元获得的数据的基线。例如，来自光学测量单元的数据可以被来自热像测量单元的数据增强。以此方式，例如从较小关节获得的衰减数据受益于由热像测量单元获得的数据。应当注意，腕是中等尺寸的关节，其状况可以通过光学和热像方法二者来评估。根据本发明的设备的实施例的特征在于，控制单元被设置用于基于由光学测量单元获得的数据来校准由热像测量单元获得的数据。该实施例具有以下优点，它允许使用光学测量单元获得关于较小关节的数据以及允许使用热像测量单元获得关于较大关节的数据，但是没有前述与热稳定性有关的约束。通过从较小关节获得光学数据以及热像数据，可以校准来自热像测量单元的数据，从而允许对尚未处于与其环境的热平衡中的较大关节的后续热像测量。本发明的目的也利用根据权利要求3的用于光学检测关节状况的系统来实现。除了根据前述实施例中任意一个的设备之外，含有热调制器具有以下优点，它使得能够调制主体的身体部分的温度。这进而使得能够研究身体部分对温度变化的响应，对于患病组织和健康组织而言该变化可能是不同的。而且，应用热调制进一步减少了对热稳定性的需要。所研究的身体部分的绝对温度不是疾病活动性的度量，而所述身体部分对所应用的热调制的热响应是疾病活动性的度量。根据本发明的系统的实施例的特征在于，热调制器包括选自包括下述的群组的至少一种元件血流阻塞单元、鼓风机、散热器、蒸发介质。该实施例具有以下优点血流阻塞单元(例如压力袖带)、鼓风机(例如用于送热和/或凉空气的风扇)、散热器(例如红外散热器)和蒸发介质(例如在所研究主体的身体部分的皮肤上比如乙醇的流体)提供了用于热调制主体的身体部分的容易手段。一般地，可以使用用于将热调制应用到主体的身体部分的任何方法或设备。本发明的目的也使用根据权利要求6的检测方法来实现。该方法实现了前述益处。根据本发明的方法的实施例的特征在于，在校准步骤中，在对主体身体部分进行光学成像的步骤中获得的数据是使用在对该身体部分进行热像成像的步骤中获得的数据来校准的。该实施例具有以下优点它允许使用光学测量单元获得关于较小关节的数据以及使用热像测量单元获得关于较大关节的数据，但是没有与热稳定性有关的前述约束。该益处已经结合根据本发明的设备的实施例予以了讨论。根据本发明的方法的另一个实施例的特征在于，相互比较针对至少一个关节和针对身体部分的至少一个其他部位基本上同时获得的不同局部衰减测量的数据和热像获取的数据。该实施例具有以下优点，通过将针对关节所获得的数据与基本同时从身体部分的至少一个其他部位获得的数据进行比较，可以获得用于判断该至少一个关节的状况的有价值信息。比较基本上同时获得的数据具有以下优点同时影响该至少一个关节和该至少一个其他部位的变化被抵消了，仅留下与该至少一个关节和该至少一个其他部位之间的时间无关差异相关的信息。根据本发明的方法的另一个实施例的特征在于，该身体部分的至少一个其他部位是另一个关节。该实施例具有以下优点，可以比较不同关节对血流变化的响应并且提供关于若干关节状况的差异的信息。在优选实施例中，同时测量主体的两只手中的所有关节。图1示意性示出根据本发明的设备的实施例；图2示意性示出用于在根据本发明的设备中使用的光学测量单元；图3示意性示出根据本发明的系统的实施例；图4示意性示出根据本发明的方法的实施例。具体实施例方式图1示意性示出根据本发明的设备的实施例。在该图示中，人类身体6被示意性示出为身体，并且手形成待检查的身体部分。然而，应当注意，本发明不限于人类身体，并且例如动物身体可以经受检查。而且，所述身体部分不限于手，而是也可以由包括至少一个关节的另一个身体部分(比如臂、腿、脚等)形成。在所示的实施例中，用于对关节状况进行光学检测的设备包括热像测量单元3、光学测量单元4、5、血流阻塞单元8和控制单元9。提供了控制单元9用于控制设备的操作和数据获取。光学测量单元4、5被提供用于利用光照射所检查的身体部分的各部位并且测量在身体部分的不同位置处光的局部衰减。例如，在所示的实施例中，光学测量单元4、5由将在下文中更详细描述的测量头形成。血流阻塞单元8被提供用于临时阻塞到所检查的身体部分和/或来自该身体部分的血流。在该实施例中，血流阻塞单元8由环绕所检查的手所属的臂并且通过施加压力到上臂来阻塞血流的压力袖带提供。应当注意，血流阻塞单元8可以有差别地修改，以便允许临时至少部分地阻塞到和/或来自除手之外的其他身体部分的血流。热像测量单元3用于从所研究的身体部分获得热像数据。根据依照本发明的设备的实施例，由光学测量单元4、5获得的数据用于校准由热像测量单元3获得的数据，从而使得能够后续热像测量较大的关节，例如腕、肘、肩、臀、膝和踝，而无严格的热稳定性要求。在现有技术中，例如，热像测量要求1°C内的热稳定性达15分钟。热像测量单元3应用现有技术中公知的方法(比如^GaAs相机)或者任何其它方法从而提供所研究的身体部分的热图像。优选地，热像测量单元3和主体彼此相对地定位，以使得热像测量单元3使所有有关的较大关节位于其视域中。以此方式，不必取得来自主体的不同关节的独立热像图像或具有多个热像测量单元。将参照图2更详细描述根据本实施例的光学测量单元4、5的构造。图2中示意性示出的光学测量单元4、5适用于透射几何结构中的衰减测量。光学测量单元4、5包括光源单元21，其发射用于照射身体部分的光束。光源单元21包括至少一个光源和用于将光束引向身体部分的适当光导。该光源可以由灯或由一个或多个激光器形成，并且这些光导可以例如由光纤形成。光源单元21适于能够发射至少两个不同波长的光(优选地在红色到近红外内)，其中一个波长被选择为使得血液具有高吸收并且另一个波长被选择为使得血液的吸收为低或与周围组织差不多。适当的波长为例如600nm和805nm，但是满足这些标准的其他波长也是可能的。550与980nm之间的波长范围中的波长是特别合适的。而且，例如可以由透镜形成的光学组件22被提供用于将光引向身体部分。光学组件22能够将光(照射光25)集中在如下文将描述的身体部分的感兴趣的特定区域(或若干个感兴趣的特定区域；即特定位置)上。第二光学元件23被提供用于收集从感兴趣的特定区域(或多个区域)出现的光并且将所收集的光26引向检测元件M。检测元件M可以例如由光电二极管、CCD、比如连接到光电二极管的光纤之类的光导或本领域已知的其他光检测方案形成。光学测量单元4、5被调适为使得可以执行针对身体部分的至少两个不同部位的不同局部衰减测量。控制单元9被调适为使得它借助血流阻塞单元8控制到和/或来自身体部分的血流的至少部分阻塞。而且，它控制光学测量单元4、5，使得在血流被阻塞之前执行局部衰减测量，在血流阻塞期间(在相同位置)执行局部衰减测量，以及在恢复血流之后(在相同位置)执行局部衰减测量。图3示意性示出根据本发明的系统的实施例。该图示出主体6、光学测量单元4、5和热像测量单元3。该设置与向读者提到的图1所示设置基本相同。在本图中，主体6正坐着。然而，也可能在主体处于其他姿势(比如站立或躺下)时执行测量。光学测量单元4、5中的元件5是用于照射所研究的身体部分的光源。光学测量单元4、5中的元件4是用于局部检测由于所研究的身体部分对由光源生成的光的衰减。所示的系统此外还包括热调制器10。在本实施例中，热调制器10是用于沿着所研究的身体部分送热和/或凉空气的鼓风机。光学测量单元4、5和热像测量单元3可以用于研究身体部分对由热调制器10应用热调制的响应。在此情况下，是对热调制的响应而不是身体部分的绝对温度用于获得关于包括感兴趣关节的身体部分的状况的信息。一般地，热调制器10可以是适合提供热调制的任何设备或产品。其他实例是血流阻塞单元(例如压力袖带)、散热器(例如红外散热器)和蒸发介质(例如如乙醇那样的流体)。显然，阻塞血流、使用热量照射和从身体部分的表面蒸发介质将调制身体部分的温度。图4示意性示出根据本发明的方法的实施例。在步骤40中，主体的包括至少一个关节的身体部分通过下述被光学成像利用光照射该主体的身体部分，并检测在该至少一个关节的位置处和在身体部分的至少一个其他部位处由该身体部分引起的光的局部衰减。在步骤45中，对身体部分进行热像成像。在步骤50中，使用在对主体的身体部分进行光学成像的步骤和对身体部分进行热像成像的步骤之一中获得的数据来校准在对主体的身体部分进行光学成像的步骤和对身体部分进行热像成像的步骤中的另一个步骤中获得的数据。应当注意，上面提及的实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多可替代实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中所列出之外的其他元件或步骤的存在。元件之前的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。在列出若干装置的系统权利要求中，这些装置中的若干个可以由同一项计算机可读软件或硬件来实施。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的起码事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求1.用于对关节状况进行光学检测的设备，该设备包括-光学测量单元(4，5)，其用于利用光照射主体的身体部分，该身体部分包括至少一个关节，并且用于局部检测在所述至少一个关节和该身体部分的至少一个其他部位处所述光的衰减；-热像测量单元(3)，其用于对所述主体的包括所述至少一个关节的身体部分进行热像成像；-控制单元(9)，其用于控制该设备以使得由光学测量单元(4，5)和热像测量单元(3)之一获得的数据用于校准由所述光学测量单元(4，5)和热像测量单元(3)中的另一个获得的数据。2.根据权利要求1的设备，其中所述控制单元(9)被布置用于基于由所述光学测量单元(4，5)获得的数据来校准由所述热像测量单元(3)获得的数据。3.用于对关节状况进行光学检测的系统，该系统包括-根据权利要求1-2中任一项的设备；-热调制器(10)，其用于调制主体的包括至少一个关节的身体部分的温度。4.根据权利要求3的系统，其中所述热调制器(10)包括选自包括下述的群组的至少一种元件血流阻塞单元、鼓风机、散热器、蒸发介质。5.根据权利要求1-2中任一项的设备或根据权利要求3-4中任一项的系统，其中该设备或系统分别是医疗设备或医疗系统。6.检测方法，包括以下步骤-对主体的包括至少一个关节的身体部分进行光学成像(40)，该光学成像包括步骤-利用光照射所述主体的包括至少一个关节的身体部分；-检测在所述至少一个关节的位置处和在该身体部分的至少一个其他部位的位置处所述身体部分对所述光的局部衰减；-对所述身体部分进行热像成像(45)；-使用所述在对主体的身体部分进行光学成像的步骤和所述对该身体部分进行热像成像的步骤之一中获得的数据来校准(50)在所述对主体的身体部分进行光学成像的步骤和所述对该身体部分进行热像成像的步骤中的另一个步骤中获得的数据。7.根据权利要求6的检测方法，其中在所述校准数据(50)的步骤中，使用在所述对身体部分进行热像成像的步骤中获得的数据来校准在所述对主体的身体部分进行光学成像的步骤中获得的数据。8.根据权利要求6-7中任一项的检测方法，其中该方法进一步包括以下步骤-调制所述身体部分的温度。9.根据权利要求8的检测方法，其中使用选自包括下述的群组的至少一个过程来进行调制所述身体部分的温度阻塞到身体部分的血流，沿着身体部分送气，利用热辐射照射身体部分，从身体部分的表面蒸发介质。10.根据权利要求6-9中任一项的检测方法，其中相互比较针对至少一个关节和针对身体部分的至少一个其他部位基本同时获取的不同局部衰减测量的数据和热像获取的数据。11.根据权利要求6-10中任一项的检测方法，其中所述身体部分的至少一个其他部位是另一个关节。全文摘要本发明涉及用于对关节状况进行光学检测的设备、系统和方法。本发明涉及光学测量单元(4，5)，其用于使用光来照射主体的包括至少一个关节的身体部分并且局部地检测在该至少一个关节和该身体部分的至少一个其他部位处光的衰减；热像测量单元(3)，其用于对主体的包括至少一个关节的身体部分进行热像成像；控制单元(9)，其用于控制该设备以使得由光学测量单元(4，5)和热像测量单元(3)之一获得的数据用于校准由光学测量单元(4，5)和热像测量单元(3)中的另一个获得的数据。文档编号A61B5/103GK102238902SQ200980148659公开日2011年11月9日申请日期2009年11月27日优先权日2008年12月5日发明者H.J.伦森W.申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司