用于主动脉瘤评估的非侵入式系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2012年8月13日提交的序列号为61/682, 523的美国临时专利申请 的权益和优先权，所述美国临时专利申请出于所有目的通过引用以其整体并入本文。
技术领域
[0003] 本发明主题涉及主动脉瘤的非侵入式诊断及其破裂风险的评定。
【背景技术】
[0004] 主动脉瘤涉及一段主动脉的扩张。可基于主动脉瘤的位置（主动脉根部瘤、胸主 动脉瘤、胸腹主动脉瘤和腹主动脉瘤）、主动脉瘤的形状（梭状和囊状）或主动脉瘤的潜在 的病因对主动脉瘤进行分类。在这些分类中，腹主动脉瘤（AAA)是最常见类型。AAA仅在美 国每年即可导致超过13, 000人死亡。
[0005] 当前，每年约有15, 000名患者确诊为AAA并且该数字每年都在增长。AAA早期不 产生或产生很少症状。AAA通常是在出于其他目的进行超声波扫描或CT扫描过程时偶然被 诊断出。如果AAA破裂，则死亡率为65%至85%。
[0006] 动脉瘤大小是在预测破裂可能性时的最重要因素。然而，因为存在一些破裂的小 动脉瘤和存在一些不破裂的大动脉瘤，所以大小也并非是破裂的完美预测量。基于破裂风 险已提出了两个类型的AAA。I型AAA是增大伴随着壁刚度增加且因此破裂风险低的那些 AAA。II型AAA是壁刚度并不随动脉瘤大小增长而增加的那些AAA。
[0007] 顺应性管中的波动力学是一种复杂的现象，其取决于传播波的基本频率、管的顺 应性和反射位置。心脏是搏动泵送系统而主动脉是从心脏延伸的最大并最具顺应性的血 管。因此，主动脉波动力学对动脉波具有显著影响。主动脉波动力学取决于心率（HR)、主动 脉顺应性（AC)和反射位置，这里仅举几例。
[0008] 可基于反射位置的整体功能（如封闭式反射位置（CRS)或开放式反射位置（ORS)) 对反射位置进行分类。在CRS中，压力波正向反射而流动波负向反射。相反地，在ORS中， 压力波负向反射而流动波正向反射。
[0009] 在主动脉和全身动脉系统中，所有反射位置都为CRS。然而，主动脉瘤由于直径增 加并且在大多数情况下顺应性也增加，因而表现类似于ORS。该额外的ORS改变了主动脉及 其主要分支中的波动力学。
[0010] 这样的AAA对主动脉中的波反射的影响的研宄理解由Swillens等人于2008年5 月的"IEEE Transactions on Biomedical Engineering"的第 55 卷第 5 期中进行了讨论。 如文中所述，对一位78岁的男性AAA患者进行了硅3D模型重构。在模拟修复之前和之后 在对表征其的模型内的不同位置处测量压力波和流动波。还提到了数值模拟，所述数值模 拟通过测试提供了总体上的一致性。
[0011] 然而，缺乏对这样的知识的实际应用。尤其缺乏对AAA评估的非接触性和/或非 侵入式技术的这样的知识的实际应用。
【发明内容】
[0012] 本文中所述的实施例涉及提供用于AAA评估的方法的系统、装置和方法，在一些 实施例中使用超声波和/或微波或其他射频（RF)技术来非侵入性地执行所述AAA评估。这 些系统和装置的实施例包括传感器硬件、和计算机处理器、以及其他辅助/支持电子设备 及各种外壳元件。所述方法的实施例包括用于执行相同功能的硬件和软件。非侵入式AAA 评估可在不依赖血管壁弹性一致的假设下进行，如以上讨论的相关的I型和II型AAA，血管 壁弹性可能不会保持一致。实际上，不是进行按照Swillens的非侵入式分析时，测量壁扩 张并且假设壁扩张与血压成比例，而是已经设计出了改进的方法。
[0013] 系统、装置和方法的某些实施例能够测量并计算主动脉的基于位移的波强度 (DWI)和/或基于位移的反射波强度（DRWI)。集中研宄动脉波（压力波、流动/速度波、弹 性波和壁位移波）的动态特性以确定与健康或正常主动脉的偏差。因此，在受检者诊断中 采用波形比较。
[0014] 某些实施例提供通过监视在沿着主动脉或其主要分支的任何点的患者的DWI和/ 或DRWI来检测AAA和其他主动脉瘤的非侵入式系统、装置和方法。同样地，本文中的某些 实施例还通过监视在沿着主动脉或主动脉的主要分支的一个或多个点的患者的DWI和/或 DRWI来评定主动脉瘤的严重程度和/或评估其破裂风险。
【附图说明】
[0015] 本文中提供的附图是概略的，并且不一定按照比例绘制，为清楚起见，将一些部件 和特征加以放大和/或分离出来。可以想到所描绘的实施例的变型。因此，除非当这样的意 图明确如此陈述时，否则附图中的各个方面和元件的描绘并非旨在限制权利要求的范围。
[0016] 图1是示出了主动脉瘤评估方法的示例实施例的流程图。
[0017] 图2是示出了系统硬件的示例实施例的视图。
[0018] 图3A和3B分别是在腹部位置患有动脉瘤的主动脉与健康正常主动脉进行比较的 DWI和DRWI计算输出的示例曲线图。
【具体实施方式】
[0019] 通过示例实施例的方式来详细描述本发明主题。应理解，本发明并不限于这些实 施例，同样地当然可以对其进行改变。还应理解，本文中所使用的术语仅用于描述特定实施 例的目的，而并非旨在是限制性的。因此，本公开的范围应当仅通过所附权利要求的清晰表 述的语言来限制。
[0020] 应注意，描述的关于本文所提供的任何实施例的所有特征、元件、部件、功能和步 骤旨在可与来自任何其他实施例的特征、元件、部件、功能和步骤自由组合和替换。如果仅 仅关于一个实施例来描述某一特征、元件、部件、功能或步骤，则应理解，所述特征、元件、部 件、功能或步骤可与本文中所述的所有其他实施例一起使用，除非另有明确说明。因此，本 段在任何时候都充当引入权利要求的前置基础和书面支持，权利要求组合了来自不同实施 例的特征、元件、部件、功能和步骤或用来自另一个实施例的特征、元件、部件、功能和步骤 来替换来自一个实施例的特征、元件、部件、功能和步骤，即使下文描述未明确说明，在特定 情况下，这些组合或替换也是可能的。应明确地承认，每一可能的组合和替换的明确的详述 是过度繁琐的，尤其是考虑到本领域的普通技术人员将容易认识到允许每一和每个这样的 组合和替换时更是如此。
[0021] 在许多实施例中，可采用确定基于位移的波强度（DWI)或非侵入式波强度（ndl) 的方法。参见2010年的《生物力学杂志》（Journal of Biomechanics)的第43 (3)卷的第 455-462 页的 J. Feng和 A. W. Khir 的"Determination of Wave Speed and Wave Separation in the Arteries using Diameter and Velocity"。如下使用壁径向位移 D(t):
[0022] dID(t) =dD(t).dU(t) (I)
[0023] dl' D (t) = (dD/dt)· (dU/dt)， (2)
[0024] 其中，dID(t)和dI'D(t)为基于位移的波强度。因此，可将下列等式分别用于前进 波的DWI和反射波的DWI :
【主权项】
1. 一种用于受检者的非侵入式主动脉瘤评估的系统，包括： 至少一个传感器，所述至少一个传感器适于产生与血管扩张相关联的第一数据集并适 于产生与所述血管内的血流速度相关联的第二数据集；W及 至少一个处理器，所述至少一个处理器配置为将所述第一数据集转换成血管扩张的测 量结果并将所述第二数据集转换成血流速度的测量结果，W根据所述扩张测量结果和速度 测量结果来计算基于位移的波强度DWI和基于位移的反射波强度DRWI中的至少一个，且将 所述DWI和所述DRWI中的至少一个与基准数据进行比较。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述基准数据来自所述受检者。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中所述基准数据来自样本目录。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中所述处理器还配置为输出动脉瘤存在的指示。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中所述处理器还配置为输出动脉瘤严重程度的指 /J、- 〇
6. 根据权利要求4所述的系统，其中所述处理器还配置为输出动脉瘤破裂风险的指 /J、- 〇
7. 根据权利要求1所述的系统，其配置为计算所述DWI和所述DRWI两者。
8. 根据权利要求7所述的系统，其配置为将所述DWI和所述DRWI两者分别与基准数据 进行比较。
9. 根据权利要求8所述的系统，其配置为将所述DWI和所述DRWI中的至少一个与患者 目录数据及样本目录数据两者进行比较。
10. 根据权利要求1所述的系统，其中对第一正DWI峰进行比较。
11. 根据权利要求1所述的系统，其中对第一正DRWI峰进行比较。
12. 根据权利要求1所述的系统，其中对舒张期中的负DWI峰进行比较。
13. 根据权利要求1所述的系统，其中对舒张期中的负DRWI峰进行比较。
14. 一种受检者的非侵入式主动脉瘤评估的方法，其包括； 根据血管扩张值和血流速度值计算基于位移的波强度DWI和基于位移的反射波强度 DRWI中的至少一个； 将所述DWI和所述DRWI中的至少一个与基准数据进行比较；W及 基于所述比较，输出动脉瘤状态的评估。
15. 根据权利要求14所述的方法，还包括： 将第一数据集转换成血管扩张的测量结果并将第二数据集转换成血流速度的测量结 果。
16. 根据权利要求14所述的方法，其中所述评估指示动脉瘤存在。
17. 根据权利要求14所述的方法，其中所述评估指示动脉瘤进展。
18. -种其上存储有指令的计算机可读介质，所述指令在执行时使得一个或多个处理 器执行W下动作： 根据血管扩张值和血流速度值计算基于位移的波强度DWI和基于位移的反射波强度 DRWI中的至少一个； 将所述DWI和所述DRWI中的至少一个与基准数据进行比较；W及 基于所述比较，输出动脉瘤状态的评估。
19. 根据权利要求18所述的计算机可读介质，其中所述指令还使得所述一个或多个处 理器执行W下动作： 将第一数据集转换成血管扩张的测量结果并将第二数据集转换成血流速度的测量结 果。
20. 根据权利要求18所述的计算机可读介质，其中所述评估指示动脉瘤存在或进展中 的至少一个。
【专利摘要】本发明描述了使用超声波、微波和/或其他射频(RF)技术通过非侵入式方法进行主动脉瘤评估的硬件和软件方法。实施例可用于通过沿着主动脉的非侵入式测量结果和基于位移的波强度(DWI)和/或基于位移的反射波强度(DRWI)的计算、以及通过将结果与给定患者或群体样本目录的基准数据进行比较来诊断AAA和其他主动脉瘤情况。DWI和/或DRWI与正常情况的偏差可用来评定AAA或其他主动脉瘤的严重程度以及任何相关的破裂风险。
【IPC分类】A61B5-02
【公开号】CN104619244
【申请号】CN201380041844
【发明人】尼曼·巴甫洛夫, 莫泰扎·格哈比
【申请人】加州理工学院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2013年8月12日
【公告号】CA2876506A1, EP2882334A1, US20140046202, WO2014028383A1