用于监测血液灌注的系统和方法与流程

本发明涉及血液灌注的测量。

背景技术：

1、微循环是存在于嵌入器官组织内的脉管系统中的最小血管中的血液循环。微循环的目的是将氧气和营养物运输到组织并移除细胞排泄物。

2、微脉管系统的结构是极其复杂的，因为在组织中存在很多的毛细血管，其中，个体毛细血管如此错综复杂以至于在任何给定毛细血管中的任何给定点处的血流可能在任何方向上。为此，可以说其整体函数变得平均。也就是说，存在通过每个组织毛细血管床的平均血流速率、毛细血管内的平均毛细血管压力以及毛细血管的血液与周围间质液之间的物质转移的平均速率。这是组织的灌注。

3、器官灌注是损伤和疾病的关键指标，损伤和疾病可以包括炎症、停滞或停止的血流、以及可导致整体组织缺氧和器官功能障碍的所有病理。灌注监测可以用于评估这些微血管损伤和许多其他损伤，诸如烧伤皮肤或伤口的愈合进展或血管病变下游的灌注恢复、以及糖尿病患者的坏死(例如，足溃疡、败血症)。

4、在所有这些病理中，还存在外周动脉疾病pad。外周动脉疾病是常见的循环问题，其中，狭窄的动脉减少流向四肢的血流。当对象发展外周动脉疾病时，四肢(通常是腿部)不再接收足够的血流以跟上需求。这引起症状，最显著的是行走时的腿痛(跛行)。外周动脉疾病也可能是动脉中的脂肪沉积物的更广泛积聚的迹象(动脉粥样硬化)。这种状况可能会减少流向心脏和大脑以及腿部的血液。

5、外周动脉疾病通常可以通过戒烟、锻炼和食用健康饮食来进行处置。然而，通常也需要介入治疗。pad病变通常利用经皮腔内血管成形术(pta)进行处置，其中，动脉内部的球囊在脂肪阻塞部位处膨胀以将其压靠在动脉壁上，这允许血液再次流动。经皮腔内血管成形术、支架置入术和粥样斑块切除术是在动脉由于外周动脉疾病而堵塞时恢复血流的微创(血管内)程序。

6、为了评估灌注水平并且因此诊断pad，患者描述的症状可以提供第一指示。医师还可以进行踝臂指数测试(abi)。该测试将手臂处的收缩压与两个腿部中达到的收缩压进行比较。然后计算指数r，其是脚部处的压力与手臂处的压力之间的比率。然后，该比率指示pad：

7、r<0.4＝严重pad

8、0.41<r<0.70＝中等严重pad

9、0.71<r<0.90＝轻度pad

10、0.91<r<0.99＝边界线

11、1.00<r<1.29＝无阻塞

12、r指数仅给出pad严重程度的估计，并且不能被医师完全信任。由于abi涉及血流的阻塞，因此它不能在程序期间(诸如在pta期间)连续使用，而是仅在一段时间(数天或数周)之后用于评估患者的改善。

13、因此，abi设备不能用于在任何程序期间实时评估处置的有效性。存在可以用于灌注监测的其他技术。例如，可以使用激光散射技术分析局部灌注区域，例如激光多普勒灌注成像或激光散斑对比分析。然而，这些技术是昂贵的，具有有限的运动鲁棒性，并且难以用现成的部件商业化。

14、另一种已知的监测系统是成像光电体积描记术(ippg)。这是一种低成本、紧凑、非接触式感测方法，其给出实时结果并且相对于其他技术(诸如激光散斑)更加运动鲁棒得多。然而，它没有证明ppg测量可以如何用于确定灌注水平。

15、仍然需要一种低成本且非侵入性的方式来测量血液灌注。

16、wo2020/120543公开了一种用于炎症检测的远程ppg系统。幅度图和相位图用于使用阈值方法来定义是否存在炎症。

17、wo2016/096591公开了一种用于通过特别是使用ppg脉冲幅度分析对被测试物质的皮肤反应来进行过敏测试的方法和系统。

技术实现思路

1、本发明由权利要求限定。

2、根据依据本发明的一方面的示例，提供了一种用于监测血液灌注的装置，所述装置包括处理器，所述处理器被配置为：

3、从至少一个传感器采集多个光电体积描记ppg信号，所述多个光电体积描记ppg信号指示在组织的感兴趣区域中在所述感兴趣区域内的多个相应位置处检测到的光；

4、处理所采集的多个ppg信号以至少确定所述多个ppg信号中的每个ppg信号的幅度；并且

5、至少基于所述ppg信号的幅度来确定所述感兴趣区域处的血液灌注水平。

6、本发明使得能够从ppg信号导出灌注的测量，并且这些ppg信号可以例如是由相机获得的非接触式ppg信号。

7、所述处理器例如被配置为处理所采集的多个ppg信号以确定所述多个ppg信号中的每个ppg信号的幅度和相位，并且基于所述ppg信号的幅度和相位来确定所述感兴趣区域处的血液灌注水平。

8、基于幅度信息并且优选地还基于相位信息(诸如幅度图和相位图)来获得血液灌注水平。已经发现，更高的幅度对应于更高的灌注。关于相位分布的信息也是特别感兴趣的，诸如相位图的标准偏差或四分位范围。良好灌注的区域被发现具有非常相似的相位(因此低变异性)和良好的ppg幅度，因为血流均匀地到达整个区域。未良好灌注的区域被发现具有低ppg幅度和更随机的相位，因为ppg信号在相同的小区域中是低的且不太相干。因此，灌注与ppg幅度相关并且与相位的分布逆相关。

9、所述处理器例如被配置为：

10、确定与所述感兴趣区域内的所述位置的所确定的幅度值的平均值相关的第一值；以及

11、确定与所述感兴趣区域内的所述位置的所述相位值的分布相关的第二值。

12、对于每个像素，可以从随时间执行的感测获得幅度平均值，并且从随时间执行的感测获得相位的测量。因此，每个位置具有从整个时间段导出的一个幅度值和一个相位值。然后，第一值被定义为例如所有位置(即所有像素)的幅度的中值或平均值，并且第二值是所有位置(即所有像素)的相位的分布。

13、位置(即像素)的数量将取决于所使用的相机的分辨率以及视场中感兴趣的区域有多大。通常有数千个位置。

14、为了提供灌注信息，可以显示幅度图和相位图。为了提供灌注水平的实际代表值，组合信息以生成总值(基于第一值(即跨感兴趣区域的幅度的平均值)和第二值(即跨感兴趣区域的相位的分布))。

15、每个个体ppg信号(即，针对单个位置)基于在整个视频期间单个像素的亮度的变化。根据这些ppg信号(其针对跨感兴趣2d区域的空间扩展位置)，可以导出幅度图和相位图像。通过对幅度图求平均(例如，使用中值或平均值)来获得平均值，而使用分布测量(例如，相位图的标准偏差或方差或四分位范围)来计算相位分布。

16、视频帧率例如在每秒10和50帧之间，并且视频持续时间例如为5至30秒。然而，可以使用不同的帧率和持续时间。

17、第一值表征ppg幅度(针对像素的组合)，并且第二值表征ppg相位分布(跨所有像素)，并且这两者与灌注水平相关，如上面所解释的。因此，通过考虑这两个值，可以在特定像素处(即，在特定位置处)导出准确的灌注水平。

18、所述处理器可以被配置为使用所述第一值和所述第二值之间的比率来确定血液灌注水平。灌注与幅度a成比例，并且与相位p的分布成反比。因此，第一值和第二值的比率表示灌注。

19、所述第一值例如是所述位置的所述幅度的中值或平均值。所述第二值例如是所述位置的所述相位的四分位范围或标准偏差。

20、因此，第一值(幅度的中值或平均值)和第二值(相位的分布)从整个感兴趣区域导出，但是也可能从整个成像区域的一部分导出。然而，在这种情况下，“感兴趣区域”可以被认为仅是正在针对其计算第一值和第二值的图像的那部分。在幅度图的每个像素(对应于皮肤位置)中，存在单个幅度值，并且在相位图的每个像素中，存在单个相位值。

21、所述处理器可以被配置为将所述感兴趣区域处的所述血液灌注确定为相对于所述感兴趣区域在先前时间处的所述血液灌注的值。因此，随着时间的变化被认为是感兴趣的。

22、所述处理器还可以被配置为：

23、从至少一个另外的传感器采集指示在参考区域中检测到的光的多个光电体积描记ppg信号，并且确定所述参考区域的血液灌注水平；并且

24、将所述感兴趣区域处的所述血液灌注确定为相对于所述参考区域的所述血液灌注的值。

25、因此，相对于身体的其他部分的灌注水平可以被认为是感兴趣的。

26、所述至少一个传感器例如是非接触式ppg传感器。

27、本发明还提供了一种用于监测血液灌注的方法，包括：

28、从至少一个传感器采集多个光电体积描记ppg信号，所述多个光电体积描记ppg信号指示在组织的感兴趣区域中在所述区域内的多个相应位置处检测到的光；

29、处理所采集的多个ppg信号以至少确定所述多个ppg信号中的每个ppg信号的幅度；并且

30、至少基于所述ppg信号的幅度来确定所述感兴趣区域处的血液灌注水平。

31、所述方法可以包括：

32、处理所采集的多个ppg信号以确定所述多个ppg信号中的每个ppg信号的幅度和相位：

33、确定与所述位置的所确定的幅度值的平均值相关的第一值；以及

34、确定与所述位置的所述相位值的分布相关的第二值。

35、所述方法然后可以包括使用所述第一值和所述第二值之间的比率来确定所述位置处的血液灌注水平。

36、所述第一值可以是所述位置的所述幅度的中值或平均值，并且所述第二值可以是所述位置的所述相位的四分位范围或标准偏差。

37、所述方法可以包括：

38、将所述感兴趣区域处的所述血液灌注确定为相对于所述感兴趣区域在先前时间处的所述血液灌注的值；或

39、将所述感兴趣区域处的所述血液灌注确定为相对于参考区域的血液灌注的值。

40、本发明还提供了一种包括计算机程序代码模块的计算机程序，当所述程序在计算机上运行时，所述计算机程序代码模块适于实施上述方法。

41、本发明的这些和其他方面将参考下文描述的(一个或多个)实施例变得显而易见并将参考下文描述的(一个或多个)实施例得以阐述。