使用分布式电磁(em)组织监测的方法及系统的制作方法

专利名称：使用分布式电磁(em)组织监测的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明在某些实施方式中涉及生物组织监测，更具体地但不排他地，涉及使用EM测量法监测生物组织的方法及系统。
背景技术：
在基于EM信号分析的监测系统中，EM辐射信号被送入体内，借此传播和/或由其反射，然后被拦截和评估。在过去几年里，已经开发出各种监测系统。例如，于2009年8月20日提交的美国专利申请公开案第2010/0056907号描述了一种监测至少一种心脏组织的方法。该方法包括a)拦截由多个EM辐射会话中的患者的至少一种心脏组织反射出来的电磁(EM)辐射的多次反射，b)根据所述多次反射对表示所述至少一种心脏组织的至少一种机械特性的机械跟踪进行计算，c)对所述机械跟踪进行分析以便检测生理条件的存在与否，以及d)输出所述分析。在于2008年9月4日提交的美国专利申请公开案第2010/0256462号中描述了另一个实例，其教导了一种监测胸腔组织的方法。该方法包括在至少24小时的时间内在多个会话中拦截由患者的胸腔组织反射出来的电磁(EM)辐射的反射，通过分析各次反射来检测胸腔组织介电常数的变化，以及输出指示该变化的通知。作为在此期间出现的胸腔运动结果来改变反射。如同在这些系统及方法中一样，EM信号必须穿过感兴趣区域以便提供与特定生物参数相关的数据，EM信号经常遭受严重的衰减、扭曲及延迟。如果将传感器置于与所监测的生物组织相关的最佳位置，则可以提高EM信号的质量。为了提取生物参数的趋势，重要的是使传感器固定以便在相对较长的时间按多个间隔捕获EM辐射。传感器必须适当地放置以便减少EM信号所遭受的衰减和/或延迟。

发明内容
根据本发明的某些实施方式，提供了一种在至少24小时的时间内监测患者的至少一种生物组织的系统。该系统包括植入式体内探针和体外探针，在至少24小时的时间内在多个会话中利用天线通过其间的至少一种组织传播电磁(EM)信号；处理单元，对所述EM信号进行分析以检测所述至少一种组织的至少一个生物参数的变化；以及输出单元，输出所述变化。可选地，所述体外探针传递并拦截所述EM信号。可选地，所述体外探针传递所述EM信号，所述体内探针拦截所述EM信号。
可选地，所述处理单元对所述EM信号进行分析以检测所述至少一种组织的液位的变化。
可选地，处理单元是所述植入式体内探针的一部分；植入式体内探针包括用于将与所述分析的EM信号相关的数据传输至所述体外探针和体外患者管理单元中的至少一个的通信接口。
可选地，处理单元是体外探针、体外患者管理单元及植入式医疗设备(MD)中的至少一个的一部分。
可选地，所述入式体内探针与植入式医疗设备(IMD)集成在一起。
可选地，植入式体内探针容纳在由最低限度地削弱EM信号的生物相容性材料制成的外壳中。
可选地，所述系统进一步包括用于从植入式医疗设备(IMD)接收至少一个参数的通信接口 ；处理单元根据所述EM信号的分析与所述至少一个参数的结合对所述变化进行计算。
可选地，所述系统进一步包括用于从植入式医疗设备(IMD)接收至少一个参数； 并根据所述至少一个参数进行操作的通信接口。
可选地，所述系统进一步包括用于将与所述变化相关的数据转发给植入式医疗设备(MD)以便允许对MD的操作进行调节的通信接口。
更可选地，所述变化为心脏射血分数变化，其中MD为心脏起搏器设备，其中所述调节包括根据心脏射血分数变化对心脏起搏器的起搏参数进行调节。
更可选地，处理单元根据所述变化对心输出量进行计算，调节包括根据所述心输出量对起搏元件的起搏参数进行调节。
更可选地，IMD包括释药元件，IMD根据所述变化对所述释药元件的释放速度进行调节。
更可选地，所述变化为患者心脏压力的变化速率，IMD根据所述速率对起搏元件的起搏参数进行调节。
可选地，所述植入式体内探针包括执行增强、再生以及操纵EM信号中的至少一个的有源元件。
可选地，所述内探针和体外探针中的至少一个包括用于收集与患者身体状况相关的数据的额外传感器，所述处理单元将所述变化与所述收集的数据相结合以确定生物参数。
可选地，所述系统进一步包括用于从植入所述患者体内的肺动脉压力(PAP)设备接收压力值的通信接口 ；所述处理单元根据所述EM信号的分析和所述压力值相结合对所述变化进行计算。
可选地，所述植入式体内探针和所述体外探针中的至少一个在至少24小时的监测时间内在多个会话中利用天线通过其间的至少一种组织传播多个EM信号。
可选地，所述植入式 体内探针和所述体外探针中的至少一个包括将与所述EM信号相关的数据传输至包括所述处理单元的外部管理单元的通信接口。
可选地，处理单元对EM信号进行分析以检测所述至少一种组织的至少一种介电相关特性的趋势。
可选地，将体外探针集成到可佩带式元件中。
可选地，体外探针被集成到壁、床垫、手持设备、智能手机及一件家具中的至少一个中。
可选地，EM信号是射频(RF)信号。
可选地，EM信号是微波(丽)信号。
可选地，体内探针传输该EM信号；进一步包括用于对该EM信号的振幅进行取样的振幅检测器以及用于将所述取样振幅传输至所述体外探针的通信接口。
可选地，体内探针传输该EM信号；进一步包括用于根据由所述体内探针接收的不同EM信号的相位对该EM信号的相位进行协调的模块。
可选地，所述体内探针朝包括该体外探针的多个体外探针传输多个EM信号，其中，该变化根据由该探针得到的信号得出的至少一个差分测量进行计算。
可选地，该体外探针朝该体内探针传输该EM信号；所述体内探针包括用于朝该体外探针和另一个体外探针中的至少一个反射该EM信号的反射器。
可选地，该体内探针包括用于拦截感应充电场以便为所述体内探针充电的感应线圈。
更可选地，该体外探针包括用于产生所述感应充电场的供电元件电路。
可选地，该体内探针与患者体内的植入式医疗设备(MD)共享电源。
根据本发明的某些实施方式，提供了一种监测患者的至少一种生物组织的方法。 该方法包括将植入式体内探针植入患者的体内区域，将体外探针定位在所述患者的皮肤区域附近，通过该体内区域及该皮肤区域之间的至少一种组织传播电磁(EM)信号并拦截EM 信号，所述传播和拦截由该植入式体内探针和该体外探针执行，对所述传播的EM信号进行分析以检测该至少一种组织的至少一个生物参数的变化，以及输出该变化。
可选地，该植入式体内探针植入在患者的肌肉层和脂肪层之间。
可选地，该植入式体内探针植入在胸腔内部，并用于通过肺朝该体外探针传输所述EM信号。
根据本发明的某些实施方式，提供了一种在至少24小时的时间内监测患者的至少一种生物组织的植入式体内探针。该植入式体内探针包括利用天线通过至少一种组织传播电磁(EM)信号的发射器，拦截来自所述至少一种组织的所述EM信号的反射的接收器， 对所述反射进行分析以检测所述至少一种组织的至少一个生物参数的变化的处理单元，以及基于所述变化将消息传送到体外单元的通信单元 。
根据本发明的某些实施方式，提供了一种在至少24小时的时间内监测患者的至少一种生物组织的系统。该系统包括植入式反射元件，利用天线捕获电磁(EM)信号并捕获来自该植入式反射元件的该EM信号的反射的体外探针，该EM信号通过该体外探针和该植入式反射元件之间的至少一种组织传播，以及对所述反射进行分析以检测所述至少一种组织的至少一个生物参数的变化的处理单元。
根据本发明的某些实施方式，提供了一种监测患者的至少一种生物组织的设备。 该设备包括利用天线捕获电磁(EM)信号的体外探针，该EM信号通过至少一种体内组织传输，用于从植入式医疗设备(IMD)接收心脏数据的通信接口，以及对所述反射进行分析并根据所述EM信号的分析与所述心脏数据的结合对所述至少一种体内组织的至少一个生物参数进行计算的处理单元。
可选地,心脏数据是起搏元件的起搏参数。
根据本发明的某些实施方式，提供了一种监测患者的至少一种生物组织的设备。 该设备包括利用天线捕获电磁(EM)信号的体外探针，该EM信号通过至少一种体内组织进行传输，对所述EM信号进行分析并相应对所述至少一种体内组织的至少一个生物参数进行计算的处理单元，以及用于将所述至少一个生物参数以及基于所述至少一个生物参数计算出来的指令中的至少一个传输至植入式医疗设备(MD)的通信接口。
可选地，所述至少一个生物参数包括选自由心脏射血分数变化、升压速率及心输出量组成的组的成员。
根据本发明的某些实施方式，提供了一种监测患者的至少一种生物组织的方法。 该方法包括将植入式体内探针植入患者的体内区域，通过至少一种组织传播电磁(EM)信号，拦截EM信号，对传播的EM信号进行分析以检测所述至少一种组织的至少一个生物参数的变化，以及基于所述变化将消息无线传送到体外单元。
除非另有定义，本文使用的所有技术和/或科学术语均具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。虽然和本文描述的方法和材料类似或等同的方法和材料可以用于实施或检验本发明的实施方式，但在下文中将描述示例性的方法和/或材料。在发生冲突的情况下，将核对本专利说明书(包括定义)。另外，材料、方法以及实例仅是说明性的并非旨在进行必要地限制。
本发明实施方式的方法和/或系统的实施可以涉及手动、自动或手动和自动相结合执行或完成所选任务。此外，根据本发明的方法和/或系统的实施方式的实际仪器及设备，几项所选任务可通过硬件、软件、固件或其组合利用操作系统来实施。
例如，用于执行根据本发明实施方式的所选任务的硬件可被实施为芯片或电路。 作为软件，根据本发明实施方式的所选任务可被实施为由计算机利用任何合适的操作系统执行的多个软件指令。在本发明的示例性实施方式中，根据如本文所述的方法和/或系统的示例性实施方式的一项或多项任务由数据处理器(例如 ，用于执行多个指令的计算平台) 执行。可选地，数据处理器包括存储指令和/或数据的易失性存储器和/或存储指令和/ 或数据的非易失性存储器，例如磁硬盘和/或可移动介质。任选还提供了网络连接。任选还提供了显示器和/或诸如键盘或鼠标的用户输入设备。


本文仅通过举例的方式并参照附图来描述本发明的某些实施方式。现具体并详细地参照附图，要强调的是，示出的细节是通过举例的方式进行的，是为了说明性地讨论本发明的实施方式。在这方面，连同附图一起的描述可以使本领域技术人员明了可以如何实践本发明的实施方式。
在附图中
图1为根据本发明某些实施方式的根据在植入式体内探针和体外探针之间传播的电磁(EM)信号监测一种或多种生物组织的生物参数的监测系统的示意图2为根据本发明某些实施方式的示例性体外探针的一组组件(一些是可选的)的示意图3A至图3C为根据本发明某些实施方式的由监测系统100监测的患者的轴向胸平面上的示意图4为根据本发明某些实施方式的将与测量相关的数据直接传输至患者管理单元(不通过体外探针)的监测系统的体内探针的示意图5为根据本发明某些实施方式的示例性体内探针的一组组件(一些是可选的)的示意图6为根据本发明某些实施方式的将与测量相关的数据直接传输至询问器设备的监测系统的体内探针的示意图7为根据本发明某些实施方式的询问器设备的网络的示意图8为根据本发明某些实施方式的探针的截面示意图，该探针可以是体内探针或体外探针；以及
图9为根据本发明某些实施方式的利用例如如图1所述的监测系统监测身体组织 (例如，胸腔组织)的方法的流程图。
具体实施方式
本发明在某些实施方式中涉及生物组织监测，更具体地但不排他地，涉及使用EM 测量法监测生物组织的方法及系统。
根据本发明的某些实施方式，提供了一种可选地在超过24小时的时间内监测患者的一种或多种生物组织的系统。该系统包括利用一个或多个天线通过其间的一种或多种生物组织传播电磁(EM)信号的植入式体内探针和体外探针。例如，电磁(EM)信号，为了简洁起见在本文中可以称为EM信号，可以由一个探针进行传输并由另一个探针拦截和/ 或处理或由另一个探针反射。植入式体内探针可以是指定探针或与另一个植入式医疗设备(IMD)集成在一起或集成到其中的组件，例如，心脏起搏器、植入电极设备或肺动脉压力 (PAP)设备。该系统进一步包括对EM信号进行分析以检测组织的一个或多个生物参数的变化的处理单元。该处理单元可以与任何一个探针集成在一起，与MD共享，和/或可以是与任何一个探针进行通信的患者管理单元的一部分。该处理单元连接至输出单元，该输出单元输出变化和/或基于此变化计算出来的指令。如下文进一步描述，该系统允许减少与监测探针相关联的伪影并允许提高因体外探针相对容易定位而导致的患者依从性。
可选地，通过测量在24小时或更多的时间内保存的会话期间受EM信号影响的组织的介电相关特性(例如，流体含量或体积的变化)，来执行监测。该系统适用于连续的、任选可佩带的使用模式，以及适用于间歇测量。
每个探针可以 包括多个元件，一些或全部用于传输，另一些或全部用于接收，其中一些可以以相同频率互换地进行接收及传输(随时间改变)。
根据本发明的某些实施方式，提供了一种可选地在超过24小时的时间内监测患者的一种或多种生物组织的方法。该方法基于植入式体内探针和体外探针，该植入式体内探针植入在患者的体内内腔中，例如可选地植入在脂肪层和肌肉层之间，该体外探针可以定位在(例如，附接至)患者的皮肤附近。在植入并定位之后，通过体内内腔和皮肤之间的一种或多种组织传播(例如，传送(transfer ) )EM信号。现在,对传播的EM信号进行分析以检测组织的一个或多个生物参数的变化。这允许输出该变化，例如，向用户呈现该变化或基于该变化生成操作另一个頂D的指令。
根据本发明的某些实施方式，提供了一种在至少24小时的时间内监测患者的至少一种生物组织的植入式体内探针。该植入式体内探针包括利用天线通过一种或多种组织传播EM信号的发射器，拦截来自所述组织的所述EM信号的反射的接收器，对所述反射进行分析以检测组织的一个或多个生物参数的变化的处理单元，以及基于所述变化将消息传送给体外单元(例如，患者管理单元或询问器(例如，可佩带式询问器或固定询问器))的通信单元。
在详细阐述本发明的至少一个实施方式之前，要理解的是，本发明的应用不一定受限于以下描述中陈述的和/或附图和/或实例中所示的结构细节以及组件和/或方法的布置。本发明能够具有其他实施方式或能够以各种方式加以实践或执行。
现在参照图1，图1为根据本发明某些实施方式的根据在植入式体内元件101和体外探针102之间传播的电磁(EM)信号监测一种或多种生物组织的生物参数的监测系统100 的示意图，该植入式体内元件比如为反射器、EM信号调制元件及体内探针，其可以是心脏起搏器或任何其他植入物的一部分。体外探针102可选地置于患者皮肤上或附近。为了简洁起见，体内元件、反射器及EM信号调制元件在本文中可以互换指代。
生物参数可以基于介电相关特性和诸如呼吸率和/或深度及心跳率的利用EM转换器获得的额外数据之间的组合进行确定。可选地，生物参数可以基于来自外部源和/或传感器的介电相关特性和用户相关数据之间的组合进行确定。
在使用中，探针101、102被可选地放置为使得EM信号的大部分能量，例如传输的 EM信号的辐射或功率密度，经过感兴趣区域，例如感兴趣器官，比如肺。
可选地，探针101、102中的一个包括发射器，而另一个包括接收器。例如，植入式体内元件101可以是包括EM接收器，例如射频(RF)和/或微波(丽)接收器的探针，体外探针102可选地是RF和/或MW发射器。可选地，这两个探针101、102都包括收发器(作为单个模块或作为独立的接收器及发射器)。在该实施方式中，EM信号可以沿两个方向传播，从体外探针102至植入式体内元件101，反之亦然。可选择地，只有一个探针正在收发EM辐射。应注意的是，虽然本文中只描述了一个体外探针102及一个体内探针101，但可以互换或同时使用任意数量的体外探针102和/或体内探针101。这些探针可以适于在超过1、2、 4、8、12、16、20及24小时、天、星期、月和/或年的监测时间内在多个连续的或间歇的会话中传输和/或拦截多个EM信号，其中患者可以行走和/或处于监测状态。数字105描述了在探针之间传播的示例性EM信号的传递。可选地，体外探针102可选地通过无线连接110，例如如下文进一步描述，与患者管理单元103进行通信。
因为植入式体内元件101的位置固定在患者的身体98上，所以相对于体外EM信号监测设备，降低了对环境噪声和/或电流的敏感性和/或对传感器运动伪像的敏感性。
此外，植入式体内元件101的固定使监测系统100不易产生相对于患者的身体和/ 或感兴趣监测区域的不必要的运动，和/或不易产生其他运动和/或运动效果。运动效果可以指监测患者的各种运动、监测设备的至少一个外部部件的各种运动或监测患者的器官的各种运动等。所述运动例如可以是胸腔运动、器官运动、天线运动、姿态或位置变化(无论是监测患者位置的自愿或是非自愿变化 )相关运动、活动相关运动、内部生理活动的效果、 外部生理活动的效果、不法行为比如噪声、扰动和/或干扰。这种运动和/或运动效果可以对从EM信号提取有用信息造成不良影响。此外，植入式体内元件101很少受或不受将传感器耦合至患者身体的挑战影响，例如失去耦合至身体的机会，从而导致传输能量的减少和/ 或辐射能量的相位和/或振幅的改变。
与已植入到植入式体内元件101之后的情况一样，没有必要进行定位、重新定位和/或注册。定位、重新定位和/或注册是需要花费大量时间的程序，降低了患者的依从性。 如此，要避免定位、重新定位和/或注册伪影。应注意的是，因为植入式体内元件101可以用于取代被设置为附接到患者背部的探针，所以避免重新定位和/或注册伪影对患者的依从性和/或信号分析的鲁棒性来说可能是很重要的。例如在监测背部的肿瘤时，将探针附接到患者背部上在无支架的情况下是一项难以执行的任务。体内元件101的植入允许用户避免这个过程且只注意体外探针102的定位。这允许监测系统100自身定位且测量的简便性提高了患者使用监测系统100执行测量的依从性。例如CHF患者的所述依从性允许对患者肺部液体的积累进行更准确的监测且可以防止住院治疗，因为患者在她的情况恶化之前可以吃药。
可选地，体内元件101的传输和/或体内元件的反射充当用于帮助体外探针102定位和/或重新定位的参考信号。
另外，将植入式体内元件101植入监测系统100而不是将探针置于体外探针102 的位置的相当侧，减少了例如通过皮肤和/或通过也可以称为串扰且保存很少或不保存相关信息的脂肪层从传输探针到接收探针的寄生EM场和/或电场。使用体内探针，人们可以实现将EM福射更加定位在感兴趣器官周围。
探针101、102中的至少一个包括对传播EM信号进行分析以检测放置在探针101、 102之间的一种或多种组织的一个或多个生物参数的变化的处理单元或与之进行通信，例如如下文进一步描述。该处理单元可以定位在外部患者管理单元103中(例如，如图1所例示)，或定位在任何一个探针中。可选地，该处理单元连接至输出单元，该输出单元输出，例如传输或呈现检测到的变化。例如，该输出单元包括用于将该变化无线传输至中央监测单元的发射器。在另一个实例中，该输出单元包括用于呈现所计算的变化的屏幕。另外地或可供选择地，将该变化可选地记录在诸如闪存单元的存储库中。应注意的是，术语处理单元在本文中可以指本地处理单元、分布式处理单元和/或远程处理单元。例如，远程处理单元可以是与监测系统100进行通信的植入式医疗设备(MD)的处理单元，或MD及体内元件 101共享的一体式处理单元，或体外探针102所使用的处理单元。在处理单元是远程处理单元的实施方式中，可以对转发给处理单元的数据进行传输，便于远程处理单元进行远程处理。可选地，该处理单元可以包括减少伪影及噪声的算法，伪影及噪声会降低装置执行的测量的质量。例如，这些算法可以包括用于减轻内部及外部身体运动的影响和/或姿态变化的影响的算法，例如，如国际专利申请公开案第W02010/100649号、国际专利申请公开案第 W02009/031150号和/或国际专利申请公开案第2009/031149号中详细描述的基于注册的算法。可选地，体内元件101是一种可以只执行某些所需处理，例如选择合适的时间执行测量分析的探针，体外探针102执行其他处理活动， 从而对各自的生物参数进行计算。
对传播EM信号的分析可选地基于组织的介电相关特性和/或介电相关特性的变化，例如，如国际专利申请公开案第W02010/100649号、国际专利申请公开案第 W02009/031150号和/或国际专利申请公开案第2009/031149号中所述，这些申请通过弓I用结合于此。如本文中所使用的，生物参数是指生物指标的任何一个或多个值，该等生物指标反映一种或多种器官和/或组织的特性，例如组织的液位、肿瘤的大小和/或类型、器官的机械运动、组织的介电相关特性及其变化等。可选地，生物参数可以是一个或多个所测得的生物参数的值随时间变化的趋势。如本文中所使用的，比容(specific volume)、器官或组织的介电相关特性包括比容内的复合材料的磁导率、电容率及导电率中的一个或多个。此介电相关特性可以受流体的存在或分布、诸如盐、葡萄糖的物质在内部组织和/或器官的流体中的浓度、纤维组织的比例、炎性物质在内部组织和/或器官的流体中的浓度及不同特性的器官或组织在所测得体积中的物理配置的影响。如本文中所使用的，介电相关特性的变化可选地是表示一种或多种介电相关特性的变化和/或体内组织的配置的变化或组织之间的体内内腔的变化的变化。例如,就体内内腔的流体变化而言，比如当血液填充薄壁组织时，该区域的介电常数的变化是预期的。在另一个实例中，组织内部的缺血区可以将其介电相关特性变为较低介电常数所反映的纤维组织。在另一个实例中，由于一个区域中的癌变肿瘤的大小不断增长或变得更血管化，这个区域可能会改变介电相关特性。
可选地，处理单元通过在监测周期内和多个EM信号传输会话期间对所拦截的传播EM信号的变化进行分析来对介电相关特性或介电相关特性的变化进行计算。可选地，EM 信号为射频(RF)信号，例如，如下文详细描述的频率范围内的RF信号。可选地，EM信号为微波(丽)信号，例如，如下文详细描述的频率范围内的丽信号。
可选地，植入式体内元件101是包括结合其组件并便于植入的诸如封闭管的外部包被的探针。在使用中，可以皮下植入植入式体内元件101。可供选择地，植入式体内元件 101可以植入在肌肉下面的区域中。这种植入通常在仅要求局部麻醉的手术中执行。植入式体内元件101也可以在更具侵入性的手术中植入，例如，更深地植入靠近监测器官或组织的患者体内。
根据本发明的某些实施方式，植入式体内元件101被设计为植入胸腔内，体外探针102被设置为置于胸腔的表面上，例如置于胸腔的前面或置于胸腔的外侧，腋中线上或周围的腋窝下方，或靠近胸膜腔的下部分，隔膜上方。其他实施方式可以包括在感兴趣的其他区域附近植入，例如，在测量心脏特点的情况下，可能植入的部位在心脏上方、两乳头之间的轴上、胸骨的左边。对慢性心力衰竭来说，心脏的左心室或立即连接的血管可能是优选部位。其他位置也可以能是可接受的部位。在感兴趣区域是肿瘤，例如骨肿瘤的情况下，接近骨上的植入部位是可能的部位。在监测组织是腹腔肿瘤的情况下，可以将体内探针插在外部元件对面的肿瘤侧上。
在另一个实例中，该体内元件101被皮下植入或被植入在患者背部的脂肪层下， 肌肉层上，体外探针102被放置在基本上平行于胸膜腔的下部、隔膜上方。体外探针102可以定位在患者身体上的几个其他位置。
体外探针102可以利用粘着剂或指定附接单元和/或置入单元附接到患者的身体上，例如，如于2008年9月4日提交的国际专利申请第IL2008/001198号及第 IL2008/001199号中所述，这些申请通过引用结合于此。体外探针102可以集成到衣服、皮带、背心、一块布中和/或集成到定位在患者身体上的其他设备(例如，音乐播放器和/或脉搏计)中。体外探针102可以可选地利用粘合剂附接到患者的皮肤上。可以附接体外探针 102且持续时间为整个 监测时间或在此期间该体外探针可以移除并更换一次或多次。
体外探针102可以放置在患者的身体附近,例如定位在床垫、床架中或上、患者家中的墙壁和/或椅子上。例如，体外探针102可以是可互换地固定在患者身体附近的手持设备或合并到患者床上的设备。在此实施方式中，监测下的患者只需要站在、坐在或躺在体外探针102旁边,并启动监测会话而无需穿戴或附接体外探针102。可选地,例如基于患者与体外探针的接近性，不同的体外探针102可以互换使用。在某些实施方式中，例如当体外探针接近体内探针定位时，例如当皮下植入体内探针时，体外探针可以增强体内探针与身体外部环境的隔离性，和/或保护体内探针免受患者身体外部的EM辐射的干扰并保护其免受 EM 辐射。可以利用如申请第 61/090，356 号 “ELECTROMAGNETIC EM PROBES, METHODS FORFABRICATION THEREOF, AND SYSTEMS WHICH USE SUCHELECTROMAGNETIC EM PROBES，，中描述的外部部件的材料及配置进行此隔离和/或保护，例如，可以在外部部件中或在如下所述置于体内探针位置上的询问器中进行。
根据本发明的某些实施方式，体外探针102包括具有发射器的一个或多个前端传感器204以及任选用于将EM信号传输至安装在体内元件101中的接收器的天线。该接收器拦截EM信号并至少部分利用任选安装在其中的处理单元对该EM信号进行分析。现在，处理单元将处理后的数据转发给通信单元(即，图5)，通信单元将处理后的数据传输至患者管理单元103。例如,处理单元201 (即，图5)对诸如胸腔组织液位或一个或多个介电相关参数或变化的生物参数进行计算，如上所述，并将处理后的数据传输至患者管理单元103。可选地，安装在体外探针102处的接收器接收所传输的处理后的数据并可选地将该数据转发给患者管理单元103。可选地，体外患者管理单元103进一步对所接收的处理后的数据进行处理和/或存储。可选地，与监测患者相关的额外信息被发送给体外患者管理单元103，例如由处理单元所计算的生物参数的趋势、体外和/或体内探针的运行状态，例如电池状态、 存储器状态、故障等。
可选地，植入式体内元件101的功能是一种探针，该探针受可选地通过体外探针 102发送给该探针的指令消息的控制，该指令消息包括下载参数、下载软件或固件更新、参数指令的变化、监测算法的参数、其他功能算法和/或通过发射器接收的初始测量。可选地，指令消息指示植入式体内元件101的激活和/或停用，允许对低级存储内容进行远程访问，启动自检、重置等。
根据本发明的某些实施方式，植入式体内元件101被集成或是植入式医疗设备 (IMD)的一部分，如上所述。可选地，这种体内元件101可以与MD的其他组件和/或功能 (例如，存储单元、电源、处理单元和/或通信单元)共享资源。所述共享例如可以通过使用 IMD的计算和/或处理能力来执行处理功能，例如生物参数(例如，基于所分析的介电相关特性的组织中的流体含量)的算法功能或计算，从而将MD的处理和/或计算设备与体内探针集成在一起。通过共享诸如通信能力和/或能量存储和/或通电方案的资源，从而避免多个单元，节省能量、空间及成本。所述集成可以是机械和/或电子集成或通过与另一个植入设备的通信实现的集成。
应注意的是，如本文所描述的集成不一定是指物理集成。例如，MD及体内元件 101可以通过有线和/或无线连接彼此进行通信。例如，可以将诸如心跳率的感测到的参数从IMD发送到体内元件101和/或发送到体外探针,体外探针使用该参数例如检测患者活 动程度。
应注意的是，当植入式体内元件101被集成或是MD的一部分时，对患者执行单个植入程序，而不是两个不同的程序，以便植入这两个设备。
从监测系统100得来的信息可以用于对MD的活动进行调节，该MD与植入式体内元件101通信或集成该植入式体内元件101,反之亦然。
根据本发明的某些实施方式，IMD是一种心脏起搏器，例如植入心脏设备(I⑶)或植入心脏再同步设备(CRT-D)。在此分析中，由监测系统100监测的数据可以用于对MD的速度、节奏和/或功率进行调节。例如，根据下述器官的一个或多个生物参数、液位、介电相关特性、介电相关特性的变化和/或机械运动执行该调节。例如，从监测装置获得的数据，例如下述器官的生物参数、液位、机械运动或其他数据可以用于MD的算法，例如确定 CRT-D的起搏行为(pacing action)的算法，以对所述MD的行为产生影响。在此实施方式中，MD内侧的处理单元或处理设备可以将来自监测装置的体内探针的数据集成到其活动函数中，例如以对起搏协议进行调节。
在这些实施方式中，心脏起搏器根据监测系统100监测的数据对起搏行为进行计算。例如，监测系统100可以根据心脏时间间期的定时对当前心脏射血分数(舒张末期容积 (end diastolic volume,EDV)除以收缩末期容积(end systolic volume,EVS))进行计算, 心脏起搏器可以相应地对起搏参数进行调节以便优化心脏射血分数。
允许计算射血分数的心脏时间间期可与可由监测系统100评估的心脏的机械运动相关。对心脏的机械运动的计算可如于2009年8月20日提交的美国专利申请第 12/544，314 号“METHODS AND DEVICES OFCARDIAC TISSUE MONITORING AND ANALYSIS” 中所描述的那样执行，该申请通过引用结合于此。例如，如果射血分数测得为1/3，则可以改变起搏参数以得到1/2的射血分数。
在另一个实例中，监测系统100可以计算心输出量，且心脏起搏器可以相应调节起搏参数。在另一个实施方式中，心脏压力的变化速率可以由监测系统100计算，例如，通过利用监测系统100测量心脏的机械运动来计算左心室压力上升的速率(dP/dt)的方式。 这允许相应对心脏起搏器进行调节。
在另一个实例中，IMD可以是心室辅助设备(Ventricular AssistDevice, VAD),其活动可以利用监测系统100，例如通过根据监测系统100所测得的心脏运动和/或射血分数优化心脏容量来进行调节。
可选地，监测系统100可以与IMD,比如肺动脉压力(Pulmonaryarterial pressure, PAP)设备或植入式压力传感器等一起使用，或可以与非植入性IMD,例如 Swan-Ganz导管一起使用，以便获取肺水肿状态。在此实施方式中，IMD提供表示目标区域中水肿发生机会的压力值，且该监测系统100提供目标区域中的当前液位。通过将现状(液位)与预期的状态(水肿发生机会)结合在一起，接受对目标区域的趋势进行的全面检查。
可选地，将MD及植入式体内元件101的测量被传输至体外探针102。如此，共同通信信道用于这两个测量单元，节省了能量并减少了辐射。
根据本发明的某些实施方式，MD是一种释药设备。在这些实施方式中，释药速度、量和/或定时可以根据监测系统100监测的生物参数进行调节。可以对该释放进行 调节，如下文详细描述的一样，并在国际专利申请公开案第W02010/100649号、国际专利申请公开案第W02009/031150号和/或国际专利申请公开案第2009/031149号中进行阐述，这些申请通过引用结合于此。
应注意的是，因为植入式体内元件101和MD位于相同地方，所以在本地使对其进行的测量同步化，例如针对患者的姿态和/或活动程度。这便于基于测量的结合对趋势或结论进行计算。
可选地，植入式体内元件101植入在监测目标区域附近，例如局限于一种或多种器官(比如，心脏)的区域。如此，由包含很少或不包含与监测的生物参数相关的信息的其他体内区域(例如，皮肤组织、脂肪组织、肌肉组织和/或骨组织)引起的衰减、扰动和/或干扰与仅基于体外探针测量的监测相比可以减少，此实施方式能够通过感兴趣器官实现EM 辐射的更多定位。当使用单个体外探针时，向或从目标区域传播EM信号。当使用多个体外探针时，EM信号传播穿过身体的所有直径，即穿过一个探针与目标区域之间的组织并穿过一个目标区域与至少一个不同的探针之间的组织。这与使用植入式体内元件101不同，该植入式体内元件只允许传播的EM信号穿过目标区域与体外探针102之间的组织。每种组织都是导致通过身体传输的EM辐射衰减和/或分散的介电层。例如，表层和/或脂肪层生成回波信号，例如当干扰回波信号大于来自监测组织的所需回波信号时，该回波信号会对接收探针造成大型干扰。因此，使植入式体内探针101接近监测组织减少或消除了此等干扰。
如上所述，该系统可以用于监测胸腔组织。例如，现在参照图3A及3B，其为由监测系统100监测的患者的轴向胸平面上的示意图。这些图描述了左肺401、右肺402及心脏 403。在该实施方式中，图3A中的植入式体内探针450植入在胸腔内并指示通过左肺401 将EM信号传输至体外探针460。所指示的EM信号穿过如在420中可见的左肺401，并由体外探针460接收。可选地，体外探针460对EM信号执行上述分析和/或测量以计算一个或多个所需生物参数。如上所述，如果EM信号已经从患者背部进行传输，那么将体内探针450 植入胸腔内允许避免已经导致的一些干扰和/或额外衰减和/或分散。
在图3C中，体内探针451被皮下植入或被植入脂肪层下及患者背部的肌肉层上。 在该实施方式中，体内探针451适于将EM信号传输到左肺401中，体外探针461适于接收 EM信号。EM信号穿过如在420中可见的左肺401。体外探针461可以对EM信号进行处理和/或测量，例如，如上所述。
因为体内元件101被置于脂肪层下及肌肉上，所以允许沿所需方向更好地引导EM 信号的能量。这是因为脂肪层的介电特性及肌肉层的介电特性之间的差异使从脂肪层至肌肉层的EM辐射偏离而实现的，使得有很多或有EM辐射传递至接收探针和/或传输至感兴趣区域。穿透例如皮肤-脂肪-肌肉-肺的多个介电层的能量比耦合在肌肉-肺多层结构中的能量更加垂直地散射，尤其是因为EM能量与穿透脂肪等低介电常数材料相比更容易与肌肉等高介电常数材料耦合。植入脂肪层下和/或肌肉组织上的体内探针451缓解了介电特性差异并绕过脂肪层直接辐射到肌肉组织中。此探针可以与肌肉匹配，并因此可以减小尺寸。
应注意的是，监 测系统100的能量消耗与仅包括体外探针的系统的能量消耗相比相对较低。如此，降低了目标区及相邻组织的比吸收率(SAR)。实现了这种情况，因为很少需要传输高功率水平以穿透仅在使用体外探针时才穿透的某些表皮层、脂肪层和/或肌肉层。
根据本发明的某些实施方式，来自图4中所述的实例，体内元件101将与测量相关的数据通过连接105，任选通过下文描述的图5中的通信接口 208直接传输至患者管理单元 (不通过体外探针)。在此实施方式中，至少一个体内元件101将EM信号传输到患者101的内部身体部分或器官中，并适于接收从内部身体部分或器官返回和/或反射的EM辐射。所述至少一个体内探针101可以通过传输EM辐射的相同传感器接收从身体反射的辐射， 或可以通过与传输EM辐射的元件不同的元件接收从内部身体部分反射的EM辐射。所述不同的元件可以是位于传输EM福射的体内元件101上或另一个体内探针(本图中未示出)中的元件。此实施方式可以用于提高患者使用监测装置及衡量自身的依从性，因为在该实施方式中，该测量在没有患者积极参与的情况下可能会通过采取短期测量，例如每隔几分钟和/或几小时和/或几天和/或几周和/或检测姿态时的几毫秒测量发生。可以将处理后的数据或测量发送到可以附接和/或不附接例如放置在患者家中的墙壁上或集成到椅子中的体外探针，使得监测患者只需要站在该探针旁边，且体内探针将数据，例如所述测量， 传递给体外探针。
在体内探针适于发送EM辐射并从内部身体组织接受反射的EM辐射的实施方式中，减少了传感器收到的扰动和/或干扰，因为该传感器具有将它与感兴趣区域分开的较少的介电层。每个所述介电层(例如，表层或脂肪层或肌肉层)会因介电不一致的缘故而引起的干扰和/或裳减和/或分散，其中就发送并接收EM福射的外部放置的探针而言,身体 (例如，表层和/或脂肪层)遇到EM辐射会生成回波信号，该回波信号会对例如来自中间介电层的接收传感器导致大的干扰，例如大约10%的辐射功率的大小的干扰。来自表层和/ 或脂肪层的所述回波信号比来自感兴趣区域的回波信号具有大得多的功率。因此，具有靠近监测组织的体内探针减轻了该干扰，由于皮肤弹性或由于皮肤较柔软等原因还可以减轻所述干扰随时间的变化，因为体内探针更紧密地集成到身体中如此紧密集成到身体中(例如，附接到肌肉上或接到胸腔上)，可以导致更少的变化会随来自中间介电层的回波干扰信号的时间而发生，因此通过获取基线并监测此基线随时间的变化等可以减少此干扰。在具有内部组织(例如，肌肉层)的体内探针的辐射元件的接口具有与内部组织的介电常数大致相似的介电材料的实施方式中，由于体内元件与感兴趣区域接触更紧密，甚至更加减少了此干扰，还增强了来自感兴趣区域的回波信号。此外，随着体内元件较少受表层和/或脂肪层的运动的影响，也减少了随干扰回波信号的时间而发生的变化。
可能有利于对测量生物参数用的传输信号的窄带信号的振幅和/或相位进行重新评估和/或评估。这是有利的，因为监测生物参数的计算基于传输信号与接收信号之间的差，其中所述差可以用相位和/或振幅差表示，能够对介电相关特性进行计算。此重新评估可以根据以下项中的一项或多项执行
1.振幅重新评估一可以利用振幅检波器(例如，功率计)在体内元件101中局部执行，该振幅检波器对传输的振幅进行取样并以数字形式将该振幅发送给相应对传输的振幅进行重新评估的体外探针102。该振幅检波器可以是体内元件101的一部分或可以被植入以便与其进行通信。作为上述頂D的振幅检波器可以与体内元件101共享资源。
2.相位重新评估——可以利用来自两个或两个以上体外检测器(例如，如图3A中的460和461中所示的接触式传感器)的差分测量来实现。将 体外探针中的一个，461，放置在体内探针450的附近，该体内探针450被皮下植入患者体内或在脂肪层下植入患者体内。体内探针450将两个信号发送给体外检测器，例如，将信号420发送给体外探针460，将信号 421发送给体外探针461。因为体外探针461靠近体内探针450，且因介电相关特性随着将体外检测器450及461分开的表层和/或脂肪层的时间发生的变化不大而使距离较近，所以人们可以假设信号从体外检测器450传播至体外检测器461 (例如，如421中所示)，随着时间的变化非常小。
现在参照数学描述。X1表不在时间h来自体内探针450的传输信号的相位,X2表示在时间t2来自体内探针450的传输信号的相位。类似地,Y1表示在时间h在探针461接收信号的相位，Y2表示在时间t2在探针461接收信号的相位。类似地,Z1表示在时间I1在探针460接收信号的相位，Y2表示在时间t2在探针460接收信号的相位。
如上所说明的，由于信号421随着时间的变化非常小，因此应理解，Y1-X1 = Y2-X2, 因此，X「X2 = Y1-Y2，且因为Y「Y2如所测量的是已知的，所以接收到χ「χ2的值。
T表示计算的和/或测量的生物参数的趋势,例如,如基于介电相关特性的变化计算的一样。这些介电相关特性的变化可以通过观察在传输探针450和接收探针460之间测得的差分信号的变化(即，Z(t)-X(t)的变化)，来测量。
在&时，在传输 探针450和接收探针460之间测得的差分信号为=T1 = Z1-X10类似地，在时间t2时，在传输探针450和接收探针460之间测得的差分信号为Z2-X2。
时间实例h与t2之间的趋势T12为
T12 = TfT2 = Z1-Z2- (Xj-X2)
但如上所述
X1-X2 = Y1-Y2
由于Y1-Y2和Z1-Z2随着在时间实例L与t2时在探针463及460上进行测量而已知，因此可以对趋势T12进行计算，以便测量时间实例h和t2之间的生物参数的变化
T12 = T1-T2 = Z1-Z2-(Y1-Y2)
鉴于上面的情况，可以计算相位Z随时间的趋势。要注意的是，外部元件可选地可以通过电缆相互连接。使用类似概念及配置，可以对差分振幅和/或延迟和/或其他EM相关信号进行计算并用于监测生物参数。
3.锁相环(PLL)相位重新评估——相位重新评估还可以通过利用PLL来实现，该 PLL可以是体内探针450的一部分或可以连接至该体内探针。如图3B所示，信号发生器490 通过例如电缆491朝体外探针471传输例如IOMHz的低频信号。体外探针471可以朝体内探针450传输指示的EM信号，例如，如421中所示。体外探针471可选地置于体内探针450 的附近，该体内探针450被皮下植入患者体内或脂肪层下植入患者体内。因为体外探针471 靠近体内探针450，且因介电相关参数随着将探针450及470分开的表层和/或脂肪层的时间发生的变化不大而使距离较近，所以人们可以假设信号从探针471传播至探针450，例如，如421中所示，随着时间的变化非常小，且被引入相对有限的延迟。外部探针及内部探针之间的此信号可以利用磁场(例如，利用磁回路或磁线圈)由一个引入另一个。由于身体的渗透率接近1，因此磁场将以大致光的速度穿透身体且不会受介电常数的变化及内部探针与外部探针较短的几何(距离)变化的影响。
体内探针450通过利用PLL将信号变成例如IGHz的高频信号，该PLL连接至体内探针450或其一部分，该高频信号与传输至体内探针的信号的相位同步。体内探针450可以通过感兴趣区域朝体外探针470传输，例如通过左肺401传输信号420，或传输至多于一个的外部传感器(该图中未示出)。利用差分测量，例如在如上所述的使用外部探针470及 471的信号的两个时间实例中，人们可以求得体内探针450传输的信号的传输相位和/或可以求得随体外探针470接收的信号420的时间变化的相位和/或振幅趋势。这种趋势使能够计算监测的生物参数随时间的变化。注意，在此实施方式中，体外探针470和体内探针 450的信号的相位被锁定在一起很重要。因此，与这里所描述的情况类似，可能存在另一个实施方式，其中体内探针450可以包括本领域已知的用于传输EM辐射的自激振荡器，且体内探针450朝体外探针471传输EM信号。在该实施方式中不连接信号发生器490的体外探针471接收此传输且可以相应锁定它的相位。这使能够利用相位锁定来通过外部元件470， 通过如上文所述的差分测量得到内部元件450的传输相位。PLL是描述基于参考信号生成信号的组件的一种方式，其中所生成的信号可以是参考信号再生或可以是此信号的任何派生，如更高或更低频率的信号，其是参考信号与有理数的乘积，或是参考信号的任何其他倍数。要注意的是，外部元件470和471可选地可以通过电缆相互连接。
根据本发明的某些实施方式，体内元件101包括反射器，该反射器被设置为反射照射它的，例如来自体外探针102的EM信号。该反射器与传递给体内元件101的EM信号进行交互和/或对该EM信号产生影响。反射器可选地包括由导电材料(例如，天线、导电板等)制成的一个或多个元件。这些元件可以用于沿任选事先设置的一定方向引导、反射、聚集和/或分散身体中的EM信号。可选地，具有反射器的体内元件101被定位在要监测的组织或器官旁边或附近。例如，在监测组织是肺的情况下，植入体内元件101，以便反射器位于胸膜腔的下部，隔膜上方，或在监测组织是腹腔肿瘤的情况下，将反射器插在外部探针对面的肿瘤的一侧上。可选地，体外探针102传输EM信号并接收该EM信号的反射。在另一个实施方式中，定位在患者胸腔上(例如，隔膜上方)的体外传输单元将反射器反射和/或操纵的EM信号传输至外置在不同位置上(例如，在患者胸腔的外侧上)的体外接收单元。通过体内探针操纵和/或聚集和/或引导该EM能量例如可以通过相对于发送及接收体外探针将体内探针，例如反射器按一定角度放置来进行，以便可以将EM辐射从一个体外探针反射到另一个体外探针。聚集EM辐射的另一个实例可以使用沿一定方向聚集辐射的凹面反射器。此凹度还可以实现本领域已知的反射信号的增益。可选地，反射器包括适于产生在其上接收的两个不同频率的互调或一个频率至自身的倍增的非线性组件，比如混频器。例如在体外探针102按两个频率(例如，大约912MHz和大约910MHz)传输EM能量的情况下，该混频器可以适于改变成EM信号的频率。该反射器可以反射914MHz频率的传输EM能量信号的混合物，该频率是两个接收信号频率的互调。可选地，反射器包括变频有源元件，该元件改变接收EM信号的频率以避免传输信号和反射信号之间的干扰。可选地，可以使该反射器成一定角度以便引导所传输的EM辐射穿过某条路径朝向体外探针102或接收单元。体外探针102或接收单元可选地根据特定患者的植入反射器的预先位置知识进行定位。可选地，这种反射器可以是增强拦截EM辐射信号，使信号再生和/或操纵信号的有源元件。此信号的可选操纵可以包括对信号进行调制，对信号进行解调，改变接收信号的扩频码及使相位和/或频率和/或振幅发生偏移。
例如，现在参照图2，图2为根据本发明某些实施方式的示例性体外探针102的一组组件200 (—些是可选的)的示意图，并参照图6，图6为根据本发明某些实施方式 的示例性体内探针101的一组组件(一些是可选的)的示意图。这些组件如国际专利申请第 W02009/031149号及第W02009/031150号中所述，这些申请通过引用结合于此。示例性体外探针102的供电元件电路205可以用于为示例性体外元件101提供能量。供电元件电路 205由储能设备、电池(可选地为充电电池)充电。可选地，使用电感应从身体的外侧向体内元件101提供能量。例如利用能量耦合器和/或感应线圈(例如RF磁场)接收外部电磁信号，并将信号转换为电能为储能组件充电或直接将能量提供给体内探针的组件。其他选择可以是通过利用超声波耦合和/或振动和/或压电转换器提供能量以便利用远程超声能量来源为设备提供能量。可选地，体内元件101在可与体外探针102分离或被其使用的元件中可以通过感应来自位于身体外侧的源的低频磁场(例如，13. 4MHz的磁场)来提供能量。 此低频磁场对身体的穿透性很强。供电元件电路例如通过可以是体内元件101的一部分的植入线圈将磁场转换为电场，如本领域所已知的，其可以对收到的电磁信号进行整流处理以产生直流电压，其可以用作供电元件电路的电源或可以为电池和/或电容器充电以备用后。可选地，体内元件101可以包含可借助能量通过患者的皮肤进行传递的方式从身体外部可再充电的电源。
例如，供电元件电路205可选地包括对体内元件101的供电元件电路205充电的感应充电器，该体内元件使用能量耦合器和/或感应线圈从体外环境接收外部充电能，例如磁场。供电元件电路205将接收的能量转换为电能以便为植入储能组件提供能量和/或充电。
另外地或可供选择地，体内元件101可以使用MD的动力源，例如除颤器、晕厥检测器、心律失常设备、神经刺激器、心室辅助设备(VAD)、神经肌肉刺激器、心脏起搏器、 CRT设备、CRT-D设备等。另外地或可供选择地，功率例如在作为高效光电器件的红外波长能量耦合器中可以光学传输。这些选择及其他选择都是技术人员所理解的，且例如在美国专利申请 2008/0221419 “METHOD AND SYSTEM FOR MONITORING AHEALTH CONDITION”、 Furman 提出的国际专利申请 W02007/066343 ^IMPLANTABLE BIOSENSOR ASSEMBLY AND HEALTHM0NIT0RING SYSTEM”、Kovacs 提出的美国专利第 5，833，603 号 “MPLANTABLE BIOSENSING TRANSP0NDER”、Najafi 提出的美国专利第 7，686，762 号“WIRELESS DEVICE AND SYSTEM F0RM0NIT0RING PHYSIOLOGIC PARAMETERS”中进行了描述，这些专利通过引用结合于此。
可选地，体外探针102包括通信接口 208，该通信接口用于建立和/或保持与体内元件101和/或与患者管理单元103和/或与询问器单元152的连接和/或与这些元件交换信息和/或数据(任选双向的)。该连接允许体外探针102传递例如，如上所述的数据和 /或存储在存储单元206中的数据。可选地，类似的通信单元208 (在本文中可互换称为通信接口 208)是体内探针的一部分并被配置为发送和/或传输信息。通信单元208可以与转换器(transducer)共享组件。特别地,通信但与可以使用转化器使用的相同天线。体内元件101和体外探针102之间的通信可以是例如借助RF信号、磁场信号、调制音频信号和 /或电导信号进行的无线通信，例如，参见美国专利公开案第2004/0011366号，以及上文指定的其他参考文献。
可选地，通信接口 208基于有线连接，例如通用串行总线(USB)接口，用于与患者管理单元进行通信。可选地，通信接口 208用于上传状态参数，版本控制软件元件用于更新固件及软件组件，并用于报告当前的记录的信息，比如心跳率、呼吸频率、水肿情况等临床参数，和/或由上述探针之一测量的任何参数，以及任何参数或基于该参数计算的数据。
如图2所示，体外探针102可以包括一个或多个前端传感器204，比如EM收发器， 用于向体内兀件101传输和/或接收多个EM信号和/或脉冲。EM信号可以在所需脉冲中进行传输并允许从患者身体表面上的各个部位捕获EM信号的反射。可选地，根据所选的操作模式(例如，根据所选的扫描频率、所选的跳频啁啾等)对传输或接收进行调节。可以根据其传输和/或接收EM信号的其他模式和/或选通模式在国际专利申请第W02009/031149 号及第W02009/031150号中进行了描述，这两个申请通过引用结合于此。可选地，将EM信号作为窄带宽信号传递给胸腔，尽管可能存在其他采集状态，比如宽频带信号。
可选地，体外探针102包括用于对通过通信接口 208接收的数据进行处理及分析的处理单元201，和/或可以与管理员的MMI207，例如可以查看监测数据的显示监视器相关联。可供选择地，诸如膝上型电脑、平板电脑、智能手机、PDA等的输入/输出接口可以接收并呈现该数据。体外探针102可以使用输入/输出接口通过有线或无线方式将接收的数据传递给远程客户端。可以通过因特网连接、手机连接、蓝牙连接等来建立此通信。
如上所述，体内元件101和/或体外探针102任选利用如上所述的并在图1及4 中所示的通信接口 208通过连接105和/或110与患者管理单元103进行通信，该连接可以是无线数据接口。该连接可以是无线数据连接，比如红外(IR)连接、无线保真(W1-Fi)连接、蓝牙连接、使用转换器来传输和/或接收EM信号的无线电连接、通用异步接收/发送装置(UART)连接和/或基于上文规定的频带的射频(RF)连接。
可选地，如图7及8中所示，体内元件101可以与患者管理单元103通信和/或与询问器设备152通信，例如，如国际专利申请第W02009/031149号及第W02009/031150号中所述，这些申请通过引用结合于此。例如，用户询问器设备152可以集成到标准的医院监视器、患者家中的第三方远程健康网关和/或智能手机中。
可选地，体内元件101将与经过分析或未分析的所监测的生物参数和/或介电相关特性和/或变化相关的收集数据任选地定期转发给患者管理单元103和/或转发给将该数据转发给患者管理单元102的询问器设备152。该询问器设备152将来自患者管理单元 103的指令、更新和/或重新配置任选地定期转发给监测系统100。可选地，询问器设备152 用于利用如上所述的感应充电方法，例如通过形成低频磁场，将能量传递给体内元件101。
体内元件101的组件，例如，如图6所示，可以分组和/或封闭和/或密封在外壳 (例如，适于植入患者体内的外壳)中，该外壳可以是适于植入患者体内的密封外壳。该外壳可以由最低限度地削弱EM信号的生物相容性材料(例如，聚氨酯)制成。外部部件和内部部件可以由与生物组织相容的适用于长期使用而不易于导致感染、过敏或免疫反应的材料 (例如，钛、钛合金、聚氨酯等)构成。此外，由内部部件或外部部件传递的EM辐射应该符合人类辐射暴露的规定，例如IEC标准62209-1，其通过引用结合于此。
可选地，如 图6和图7所示的患者管理单元103和/或询问器设备152可选地通过网络154与医疗数据中心155进行通信，例如，如国际专利申请第W02009/031149号及第 W02009/031150号中所述，这些申请通过引用结合于此。
可选地，体内元件101为增强、再生和/或操纵拦截EM信号的有源元件。拦截EM 信号的可选操纵包括对信号进行调制，对信号进行解调，及使相位和/或频率和/或振幅发生偏移。
可选地，探针101、102中任一个与以下的器件相结合生物传感器，比如心电图 (ECG)电极、陀螺仪、温度传感器和/或肌电图(EMG)传感器、超声波转换器、血压传感器， 例如超声波、脉动血氧计、活动传感器，例如加速计及倾斜仪、麦克风、二氧化碳监测仪、凝血计和/或配置来收集与监测患者的身体状况和/或其中一种器官相关的数据的任何其他传感器。如在本文中所使用的，身体状态是指与身体活动、生命迹象、生物参数和/或表示患者的健康和/或监测患者的健身的任何其他医学和/或生物信息。这种组合提高了系统 100监测生物参数的能力和/或基于生物参数执行临床评估的能力。例如，可以通过使用倾斜仪来提高姿态识别。在本发明的某些实施方式中，该分析允许基于综合指数对某个患者的生物参数(例如，临床状态)进行计算。例如，生物参数可以基于诸如肺组织的内部组织的介电相关特性和/或流体含量积累速度与生命迹象和/或利用上述额外的传感器中的一个或多个获得的检测到的生命迹象趋势之间的组合来确定。
如上所述，虽然可以用于短期监测，但监测系统100也可以适用于长期监测。长期监测是指在患者或监测组织或器官经历可以影响拦截EM信号的一种或多种变化期间进行的监测。这种变化例如可以拆下监测设备的至少一个外部部件，然后将其放回去，可以指传感器的布置及更换、重新定位监测设备的至少一个外部部件、监测设备的至少一个外部部件的错位或分离、监测患者的不同姿态或活动程度、运动影响、几秒内、几小时内或几天内在生命体中出现的生理过程，该等生理过程可能会对监测系统100和/或系统等进行的测量产生负面影响。
如上所述，监测系统100的一个或多个探针具有适于通过一种或多种内部组织和 /或器官传递和/或拦截EM信号的传感器。该传感器包括天线，该天线包括至少一个辐射元件，所述天线适于发送和/或接收如下所述的频带中的EM能量。天线和/或传感器例如如国际专利申请公开案第W02009/031149号、国际专利申请公开案第W02009/031150号和/ 或题目为 “ELECTROMAGNETIC EM PROBES, METHODS FOR FABRICATIONTHEREOF, AND SYSTEMS WHICH USE SUCH ELECTROMAGNET ICEM PROBES”的美国专利申请第 61/090，356 号中所述，这些申请通过引用结合于此。
如所阐述的，监测系统100可以包括按不同配置设置的，附接的和/或非附接的并具有体内探针和/或体外探针的多个传感器。探针可以包括用于传输及拦截或专用于传输或拦截的传感器。每个传感器和/或探针可以包含多个传输和/或接收元件，其中该传感器和/或探针可以动态选择接收元件和传输元件的不同配置。
例如，现在参照图8，图8为根据本发明某些实施方式的探针500的截面示意图， 该探针可以是体内探针或体外探针。探针500包括任选由对EM传播的衰减最少的生物相容性非导电材料制成的外壳499，其包含一个或多个EM传感器5100。基于EM元件捕获的 EM辐射的读数计算介电特性。可选地，发射器502用于生成传输至EM元件5101以通过电缆301进行传输的信号。可选地，接收器503用于接收通过电缆301由EM元件5101接收的信号。可选地，处理单元202是微处理器或用于分析接收器503的输出和/或用于控 制发射器502的任何其他计算单元，且可以是图5中所述的处理单元。可选地，如国际专利申请公开案第W02010/100649号、第W02009/031149号及第W02009/031150号中所述地执行该处理。如图2及5中出现的且在上文中描述的前端传感器204可以是像所述传感器500这样的传感器，任选包括所述发射器502、接收器503及处理单元202。
EM传感器5100可选地包括杯形腔5103及内部容积99，该杯形腔具有开口 1510， 如表示开口 1510的直径的所示虚线。杯形腔5103的外表面，即不面向内部容积99的杯形腔5103的外侧，任选利用由吸收EM辐射的材料制成的一个或多个层5104覆盖。一个或多个可选层104被设置为吸收电场和/或磁场。
根据本发明的某些实施方式，EM传感器5100为利用已知的制造技术制造的印刷电路板(PCB )EM探针，包括例如如美国专利申请第61/090，356号中所阐述的EM探针。该EM 传感器5100进一步包括放置在内部容积1020中的一个或多个发射和/或接收元件5101。 可选地，EM辐射例如是从几百MHz至几GHz且可选地在下面指定的一个或多个频带中的射频(RF)辐射和/或微波(MV)辐射。发射和/或接收元件5101通过以小功率损耗携带微波和/或RF能量的导电元件301 (例如，电缆)连接至用于生成和/或分析EM信号的装置，如下文中以及并入文献中进一步描述的一样。导电元件301可以通过杯形腔5103外侧壁上的孔和/或杯形腔5103顶壁上的孔连接至发射和/或接收元件5101，例如，如申请第 61/090, 356号所述。连接电缆301的内部金属线用于携带适用于发射和/或接收元件5101 和/或从其接收的信号，为了简洁起见，在本文中称为EM元件5101。可选地，EM元件5101 由同轴电缆301驱动，同轴电缆的内部金属线及防护罩连接至EM元件5101。可选地，该防护罩与杯形腔5103连接和/或耦合。如在本文中所使用的，发射和/或接收元件是指转换器、天线，例如蝶形天线、超宽带(UWB)天线、微带天线、槽馈天线、偶极天线、贴片天线及螺旋天线、喇叭天线和/或传递和/或收集EM辐射的波导顶端。可选地，EM元件5101含有多个传输和/或接收元件，且可选地，多根电缆301与该EM元件连接。
所述天线被配置为发送和/或接收几个频带中的，例如以下频带的至少一个频带中的EM能量
(a)依据美国根据联邦通信委员会(FCC)的规定47C. F. R. § 95. 628执行的ITU-T 建议SA1346或依据欧洲电信标准协会(ETSI)的标准EN301839的医疗植入通信服务 (MICS)频带范围，例如，大致402-405MHZ。
(b)短距设备(SRD)频带范围，例如，大致862-870MHZ。
(C)第一工业、科学及医疗(ISM)频带，例如，大致902-928MHZ。或
Cd)第二工业、科学及医疗(ISM)频带范围，例如，大致2. 4-2. 5GHz。
(e)为MD及一个或多个其他植入式或外部设备之间的通信配置的一个或多个其他频带范围，例如，大致850-3000MHZ。
在本发明的某 些实施方式中，传递的EM信号包括多频信号、调制或非调制信号、 连续或间歇式窄带或宽带。在某些实施方式中，EM辐射包含仅高于50Mhz的频率。
探针500和/或传感器5100可以全部或部分由介电材料封装，该介电材料便于EM 辐射更好地耦合到包围内部部件的组织中。例如，当内部部件植入肌肉组织时，使用介电常数相对较高(例如，在20-70之间，可选地大致50)的电介质。使天线周围具有较高的介电常数也能够减小此天线的大小，因为天线的长度与它周围的介质的相对介电常数成反比改变。例如,如上所阐述的,如果天线植入肌肉组织并由例如大致50的相对高的介电常数包围，那么周围电介质中的植入式天线的长度大致减少了 50的平方根倒数，在该实例中，与空气相比减少了 7左右。可选地，电介质具有与包围该电介质的身体组织的介电常数大致匹配的介电常数。如此，降低了电介质的不连续性，提高了发射元件的传输效率及EM接收元件的灵敏度。
还参照图9，图9为根据本发明某些实施方式的利用例如如图1所述的监测系统 100监测身体组织(例如，胸腔组织)的方法的流程图。首先，如131中所示，监测系统100 使用转换器(transducer，传感器)和/或传感器通过患者的组织或器官将EM信号从体内探针或体外探针传输。EM信号与组织和/或器官进行交互。如132中所示，通过EM信号反射和/或传递中的至少一个从监测患者拦截，例如在超过24小时的监测时间内在一个或多个辐射会话中在与患者的胸腔组织进行交互之后。拦截可选地利用上述一个或多个EM转换器和/或通过其他转换器来执行，其他转换器可以是监测系统100的内部部件和/或外部部件的一部分。如133中所示，例如利用上述处理单元对反射和/或拦截的辐射进行分析。如134中所示，该分析允许对生物参数进行计算，例如检测监测的胸腔组织的变化，例如，如上文所定义及所阐述的一样。为了清晰起见，在134中对EM信号进行分析可以是可选的，比如，体内探针可以拦截反射的和/或拦截的EM辐射并对该反射和/或拦截的辐射进行分析，但该体内探针将数据传输至体外探针用于对参数进行计算。所述数据传输在135 中示出。如135中所示，例如，利用通信单元将数据，例如如上所述，发送给患者管理单元或体外探针，如上所述。应注意的是，反射和/或拦截的EM辐射可以根据监测期间一种或多种身体运动(例如，监测患者的胸腔运动)的结果发生改变。一种或多种运动的影响可以根据姿态检测过程的输出作出补偿。
期望，在从申请走向成熟的专利期内，将开发出许多相关的系统及方法，术语检测器、传感器、反射器及处理单元的范围旨在包括所有在先新技术。
如在本文中所使用的，术语“大约”是指±10%。
术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、"包括(includes)”、“包括 (including)”、“具有(having)”及它们的变化形式是指“包括但不限于”。该术语包含术语 “由…构成”及“实质上由…构成”。
短语“实质上由…构成”是指组合物或方法可以包括额外的组分和/或步骤，但仅当额外的组分和/或步骤并不实质上改变所要求保护的组合物或方法的基本和新颖特点的情况下如此。
如在本文中所使用的，除非上下文另有明确规定，单数形式“一个(a)”、“一个 (an)"和“该”包括复数涵义。例如，术语“一种化合物”或“至少一种化合物”可以包括多种化合物，包括它们的混合物。
词语“示例性的”在本文中用来指“作为实例、例证或说明”。描述为“示例性的” 的任何实施方式不一定被解释为相对于其他实施方式是优选的或有利的和/或排除并入来自其他实施方式的特征。
词语“可选地”在本文中用来指“在一些实施方式中提供而在其他实施方式中不提供”。本发明的任何特定实施方式可以包括多种“可选的”特征，除非这些特征相互抵触。
在本申请中，可以以范围形式来呈现本发明的各种实施方式。应理解，以范围形式进行的描述只是为了方便和简洁，而不应看作是对本发 明的范围的固定限制。因此，范围的描述应看作是已具体公开了所有可能的子范围以及在所述范围内的各个数值。例如，如I 至6的范围描述应看作是已具体公开了子范围(例如，从I至3、从I至4、从I至5、从2至4、从2至6、从3至6等)，以及在上述范围内的各个数值(例如，1、2、3、4、5及6)。无论范围的宽度如何这都是适用的。
任何时候在本文中指定数值范围时,它都是指包括在所指示范围内的任何列举的数字(小数或整数)。短语在第一指示数字与第二指示数字“之间的范围”以及“从”第一指示数字“至”第二指示数字的“范围”在本文中可互换使用并且意味着包括第一和第二指示数字和其间的所有分数和整数。
应理解，本发明的为了清晰起见在分开的实施方式中加以描述的某些特征还可以相结合地提供在单个实施方式中。相反地，本发明的为了简便起见，在单个实施方式中描述的各种特征还可以分开地或以任何适宜的子组合来提供在本发明的任何其他描述的实施方式中，或适用于任何其他描述的实施方式中。在各种实施方式中描述的某些特征并不看作是那些实施方式的基本特征，除非在没有那些要素的情况下该实施方式是不能实行的。
虽然本发明已结合其具体实施方式
加以描述，但显而易见的是，对于本领域技术人员来说，许多改变、修改和变化将是显而易见的。因此，旨在涵盖落入所附权利要求的精神和宽泛范围内的所有这样的改变、修改和变化。
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过引用全部结合于本说明书， 同样地，就如同每个单个的出版物、专利和专利申请被专门地且单独地指明以通过引用结合于此。另外，在本申请中的任何参考文献的引文或标识不应看作是承认这样的参考文献可作为本发·明的现有技术被获得。对于小节标题部分的使用程度，它们不应当被看作是必须限制的。
权利要求
1.一种在至少24小时的时间内监测患者的至少一种生物组织的系统，包括 植入式体内探针和体外探针，在至少24小时的时间内在多个会话中利用天线通过其间的至少一种组织传播电磁(EM)信号； 处理单元，对所述EM信号进行分析以检测所述至少一种组织的至少一个生物参数的变化；以及 输出单元,输出所述变化。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述体外探针传递并拦截所述EM信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述体外探针传递所述EM信号，所述体内探针拦截所述EM信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理单元对所述EM信号进行分析以检测所述至少一种组织的液位的变化。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理单元是所述植入式体内探针的一部分，所述植入式体内探针包括用于将与所述分析的EM信号相关的数据传输至所述体外探针和体外患者管理单元中的至少一个的通信接口。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理单元是所述体外探针、体外患者管理单元及植入式医疗设备(IMD)中的至少一个的一部分。
7.根据权利要求1所述的系统,其中,所述植入式体内探针与植入式医疗设备(IMD)集成在一起。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述植入式体内探针容纳在由最低限度地削弱EM信号的生物相容性材料制成的外壳中。
9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于从植入式医疗设备(IMD)接收至少一个参数的通信接口 ；所述处理单元根据所述EM信号的分析与所述至少一个参数的结合对所述变化进行计算。
10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于从植入式医疗设备(IMD)接收至少一个参数；并根据所述至少一个参数进行操作的通信接口。
11.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于将与所述变化相关的数据转发给植入式医疗设备(MD)以便允许对所述MD的操作进行调节的通信接口。
12.根据权利要求11所述的系统,其中,所述变化为心脏射血分数变化,其中所述MD为心脏起搏器设备，其中所述调节包括根据所述心脏射血分数变化对所述心脏起搏器的起搏参数进行调节。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述处理单元根据所述变化对心输出量进行计算，所述调节包括根据所述心输出量对起搏元件的起搏参数进行调节。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述MD包括释药元件，所述MD根据所述变化对所述释药元件的释放速度进行调节。
15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述变化为患者心脏压力的变化速率，所述IMD根据所述速率对起搏元件的起搏参数进行调节。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述植入式体内探针包括执行增强、再生以及操纵所述EM信号中的至少一个的有源元件。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述体内探针和所述体外探针中的至少一个包括用于收集与患者身体状况相关的数据的额外传感器，所述处理单元将所述变化与所述收集的数据相结合以确定生物参数。
18.根据权利要求1所述的系统，进一步包括用于从植入所述患者体内的肺动脉压力(PAP)设备接收压力值的通信接口 ；所述处理单元根据所述EM信号的分析和所述压力值相结合对所述变化进行计算。
19.根据权利要求1所述的系统,其中,所述植入式体内探针和所述体外探针中的至少一个在至少24小时的监测时间内在多个会话中利用天线通过其间的至少一种组织传播多个EM信号。
20.根据权利要求1所述的系统,其中,所述植入式体内探针和所述体外探针中的至少一个包括将与所述EM信号相关的数据传输至包括所述处理单元的外部管理单元的通信接□。
21.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理单元对所述EM信号进行分析以检测所述至少一种组织的至少一种介电相关特性的趋势。
22.根据权利要求1所述的系统,其中,将所述体外探针被集成到可佩带式元件中。
23.根据权利要求1所述的系统，其中，所述体外探针被集成到壁、床垫、手持设备、智能手机及一件家具中的至少一个中。
24.根据权利要求1所述的系统，其中，所述EM信号是射频(RF)信号。
25.根据权利要求1所述的系统，其中，所述EM信号是微波(丽)信号。
26.根据权利要求1所述的系统，其中，所述体内探针传输所述EM信号；进一步包括用于对所述EM信号的振幅进行取样的振幅检测器以及用于将所述取样振幅传输至所述体外探针的通信接口。
27.根据权利要求1所述的系统，其中，所述体内探针传输所述EM信号；进一步包括用于根据由所述体内探针接收的不同EM信号的相位对所述EM信号的相位进行协调的模块。
28.根据权利要求1所述的系统,其中,所述体内探针朝包括所述体外探针的多个体外探针传输多个EM信号，其中，所述变化根据由所述探针得到的信号得出的至少一个差分测量进行计算。
29.根据权利要求1所述的系统,其中，所述体外探针朝所述体内探针传输所述EM信号；所述体内探针包括用于朝所述体外探针和另一个体外探针中的至少一个反射所述EM信号的反射器。
30.根据权利要求1所述的系统，其中，所述体内探针包括用于拦截感应充电场以便为所述体内探针充电的感应线圈。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述体外探针包括用于产生所述感应充电场的供电元件电路。
32.根据权利要求1所述的系统,其中,所述体内探针与所述患者体内的植入式医疗设备(MD)共享电源。
33.一种监测患者的至少一种生物组织的方法，包括 将植入式体内探针植入患者的体内区域； 将体外探针定位在所述患者的皮肤区域附近；通过所述体内区域和所述皮肤区域之间的至少一种组织传播电磁(EM)信号并拦截EM信号，所述传播和拦截由所述植入式体内探针和所述体外探针执行； 对所述传播的EM信号进行分析以检测所述至少一种组织的至少一个生物参数的变化；以及 输出所述变化。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述植入式体内探针植入在所述患者的肌肉层和脂肪层之间。
35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述植入式体内探针植入在胸腔内部，并用于通过肺朝所述体外探针传输所述EM信号。
36.一种在至少24小时的时间内监测患者的至少一种生物组织的植入式体内探针，包括 发射器，利用天线通过至少一种组织传播电磁(EM)信号； 接收器，拦截来自所述至少一种组织的所述EM信号的反射； 处理单元，对所述反射进行分析以检测所述至少一种组织的至少一个生物参数的变化；以及 通信单元，基于所述变化将消息传送到体外单元。
37.一种在至少24小时的时间内监测患者的至少一种生物组织的系统，包括 植入式反射元件； 体外探针，利用天线捕获电磁(EM)信号，并捕获来自所述植入式反射元件的所述EM信号的反射，所述EM信号通过所述体外探针和所述植入式反射元件之间的至少一种组织传播；以及 处理单元，对所述反射进行分析以检测所述至少一种组织的至少一个生物参数的变化。
38.一种监测患者的至少一种生物组织的设备，包括 体外探针，利用天线捕获电磁(EM)信号，所述EM信号通过至少一种体内组织进行传输; 通信接口，用于从植入式医疗设备(MD)接收心脏数据；以及处理单元，对所述反射进行分析，并根据所述EM信号的分析与所述心脏数据的结合对所述至少一种体内组织的至少一个生物参数进行计算。
39.根据权利要求38所述的设备，其中，所述心脏数据是起搏元件的起搏参数。
40.一种监测患者的至少一种生物组织的设备，包括 体外探针，利用天线捕获电磁(EM)信号，所述EM信号通过至少一种体内组织进行传输; 处理单元，对所述EM信号进行分析，并相应对所述至少一种体内组织的至少一个生物参数进行计算；以及 通信接口，用于将所述至少一个生物参数以及基于所述至少一个生物参数计算出来的指令中的至少一个传输至植入式医疗设备(MD)。
41.根据权利要求40所述的设备，其中，所述至少一个生物参数包括选自由心脏射血分数变化、升压速率及心输出量组成的组的成员。
42.一种监测患者的至少一种生物组织的方法，包括将植入式体内探针植入患者的体内区域； 通过至少一种组织传播电磁(EM)信号； 拦截EM信号； 对所述传播的EM信号进行分析以检测所述至少一种组织的至少一个生物参数的变化；以及 基于所述变化将消息无线传送到体外单元。
全文摘要
一种在至少24小时的时间内监测患者的至少一种生物组织的系统。该系统包括植入式体内探针和体外探针，其在至少24小时的时间内在多个会话中利用天线通过其间的至少一种组织传播电磁(EM)信号；处理单元，对EM信号进行分析以检测至少一种组织的至少一个生物参数的变化；以及输出单元，输出该变化。
文档编号A61B5/05GK103068302SQ201180034710
公开日2013年4月24日 申请日期2011年5月12日 优先权日2010年5月13日
发明者什洛米·伯吉达, 阿米尔·萨洛卡, 丹·拉帕波特, 纳哈姆·海 申请人:合理医疗创新有限公司