利用生物阻抗测量脑生理参数的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请 本申请根据35U.S.C. § 119(e)条款要求2013年4月12日提交的美国临时申请号 61/811，199的优先权权益，其整体通过引用结合到本文中。
技术领域
[0002] 本公开内容特别描述了用于检测和/或监测脑病理的机制。
[0003] 发明背景 脑病理可导致临时性脑损伤、永久性脑损伤或死亡。脑病理的实例包括缺血性和出血 性卒中、创伤性脑损伤（TBI)和血管痉挛。这些脑病理的症状常常包括颅内压（ICP)升高。 例如，当脑组织受损时，受损的组织可发生水肿和出血，两者均导致ICP升高。为了防止额 外的脑损伤，可通过将压力探头插入颅腔隙来监测ICP。这是一种侵入性过程，通常涉及钻 通颅骨（通常在未受累区域），通过钻出的孔插入探头，用螺帽把探头固定在颅骨上，或通 过将导管贯穿头皮。这种侵入性方法通常涉及与探头插入健康脑组织或脑室腔隙有关的风 险和被侵入性探头感染的风险。
[0004] 可以使用非侵入性方法和装置测量和监测ICP和可在临床上用于诊断卒中、创伤 和可能影响脑功能的其它病况的其它颅内生理参数。这些参数可包括例如脑血容量、脑血 流量、脑灌注压、脑血管自身调节功能和脑水肿状态。
[0005] 监测或检测ICP和其它颅内生理参数的一种方法可包括将探头物理性插入脑脊 液或实质中、血管造影术、计算机断层血管造影术（CTA)、灌注计算机断层摄影术（PCT)、经 颅多普勒超声（TCD)、正电子发射断层摄影术（PET)和磁共振成像（MRI)和磁共振血管造影 术（MRA)。用于检测或监测ICP和其它颅内生理参数的一些非侵入性方法可能需要例如用 于进行CT、PCT、PET和/或MRI程序的机器。在某些情况下，在其中可能需要定期、连续或 频繁监测颅内生理特性的情况下，缺乏连续监测、这些机器的成本、其有限的移动性和/或 其每次使用的大量费用，可能限制其有用性。
[0006] 以上描述只是示例性地用于提供大体的背景，并不限制所描述和要求保护的系 统、方法、装置和特征的不同实施方案。
[0007] 本公开内容几个方面的概述 所公开的示例性实施方案可包括接收和分析表示生物阻抗的阻抗体积描记术（IPG) 信号的装置和方法。更具体地说，它们可包括用于接收和分析信号并输出用于估计脑生理 状况的信息的仪器。
[0008] 在本公开内容的一个实施方案中，提供脑血液动力学测量装置。脑血液动力学 测量装置可包括经配置通过至少一个传感器接收与受试者的脑有关的至少一个信号的至 少一个处理器，根据至少一个信号测定源于心脏搏动的脑血容量的改变，根据至少一个信 号测定因心脏搏动所致颅内压的改变，测定源于至少一个信号的静止部分的顺应性指标 (complianceindicator)，并根据脑血容量的改变、颜内压的改变和顺应性指标估算平均 颅内压。
[0009] 在本公开内容的另一个实施方案中，提供脑血液动力学测量仪。脑血液动力学测 量仪可包括至少一个处理器，该处理器经配置向位于受试者头部第一部分的第一对电极发 送至少一个信号，从位于受试者头部第二部分的第二对电极接收至少一个IPG信号，从IPG 信号提取对应于受试者头部第一部分和第二部分的至少一个交叉IPG波形，并根据至少一 个交叉IPG波形的改变估算平均ICP。
[0010] 在本公开内容的又一个实施方案中，提供脑血液动力学测量仪。脑血液动力学测 量仪可包括至少一个处理器，该处理器经配置向与经配置安在受试者头上的载体连接的至 少一对电极发送信号，接收与受试者的脑有关的至少一个阻抗体积描记术信号；并利用阻 抗体积描记术信号估算脑或血脑屏障的至少一个的损伤的水平。
[0011] 在本公开内容的再一个实施方案中，提供脑血液动力学测量仪。脑血液动力学测 量仪可包括经配置通过至少一对电极接收与受试者的脑有关的至少一个信号的至少一个 处理器，从与受试者的脑有关的至少一个信号提取至少一个阻抗波形，并根据至少一个阻 抗波形确定血管痉挛的发生。
[0012] 附图简述 并入并构成本说明书的一部分的附图和描述一起用来解释本文所述实施方案的原理。 图中： 图1提供所公开的实施方案的示例性IPG测量仪的示意图； 图2提供脑主动脉的示意图； 图3提供所公开的实施方案的受试者脑中的示例性生物阻抗信号途径的示意图； 图4提供所公开的实施方案的IPG测量仪硬件的示意图； 图5a提供示例性颅内压波形的示意图； 图5b提供与所公开的实施方案的颅内压波形同时记录的示例性阻抗量值波形(magnitudewaveform)的不意图； 图5c提供与颜内压同时记录的示例性阻抗相位波形（phasewaveform)的示意图。图 2表示健康脑的ICP波形； 图6a提供在正常条件下获自健康脑的颅内压波形的示意图； 图6b提供获自病理性脑的颅内压波形的示意图； 图6c提供在颅内压增高的条件下获自脑的颅内压波形的示意图； 图6d提供获自具有高水平的水肿或流体积累的脑的颅内压波形的示意图； 图7图示说明脑顺应性曲线（compliancecurve); 图8是说明呼吸周期内颅内压和动脉血压的舒张值的示图；和 图9说明示例性组织生物阻抗模型。
[0013] 图10说明水肿史的示例性示图； 图11说明自经历血管痉挛的患者记录的IPG波形；和 图12说明自接受血管痉挛治疗后的患者中记录的IPG波形。
[0014] 发明详述 与参照附图一样，现将详细参照示例性实施方案。在某些情况下，在整个附图和下面的 描述中会使用相同的参考号以指相同或类似的部分。足够详尽地描述了这些实施方案，以 使本领域技术人员能够实施所公开的实施方案，并且要了解，可以采用其它实施方案，并且 可在不偏离公开的实施方案的范围的情况下进行改动。因此，不得以限制性意义解释下面 的详细描述。
[0015] 除非另有定义，否则本文使用的所有技术和/或科学术语都具有与实施方案所属 领域普通技术人员通常理解的相同的含义。虽然与本文所述的那些类似或等同的方法和材 料可用于实施方案的实施和测试，但是下面描述了示例性方法和/或材料。万一有冲突，则 应以本专利说明书（包括定义）为准。另外，材料、方法和实施例只是说明性的，并无意必 需是限制性的。
[0016] 所公开的示例性实施方案可包括用于接收和分析表示生物阻抗的阻抗体积描记 术（IPG)信号的装置和方法。更具体地说，它们可包括用于接收和分析信号并输出用于估 算脑生理状况的信息的仪器。在本公开内容的一些实施方案中，估算的脑生理状况可包括 与ICP有关的状况。在一些实施方案中，估算的脑生理状况可能是与ICP的平均值有关的 状况。
[0017] 本文所用术语"ICP的平均值"是指在比心跳长的时间间隔内测量的颅内压的平均 水平。在一些实施方案中，ICP的平均值是指在对应于整数次心跳的时间间隔内测量的颅 内压的平均水平，使得平均求出搏动分量或动态分量（dynamiccomponent)。测量ICP的平 均值期间的时间值可与一次心跳一样短，或可延续好几分钟或小时。实际上，ICP的平均值 本身可能是动态的。由于诸如水肿发生、流体积累和患者知觉等因素所致，在例如一分钟内 测量的ICP的平均值，可能在几小时或几天的进程中改变。ICP平均值的这些改变可通过范 围从约半小时到几小时或几天的时间标度进行表征。
[0018] 可根据几个因素测定ICP，所述因素包括脑血容量（CBV)，其受脑血流量、水肿状 态（即胞内/胞外流体积累）和脑脊液（CSF)容量影响。因此，在一些实施方案中，可通过 测定CBV、水肿状态和/或CSF容量来估算和监测ICP。本文公开的示例性装置和方法描述 了通过使用IPG监测、估算和测定CBV、水肿状态和CSF容量的方法。
[0019] 阻抗体积描记术（IPG)可用来测量ICP。在ICP的IPG测量中，可使用置于患者 头皮、颈和/或胸外部的电极驱动电流进入患者并测量所得电压。可使用阻抗体积描记术 (IPG)测量仪测量与患者的右半球和左半球或头部的不同部分或患者身体的其它部位有关 的两组所得电压。IPG测量仪可比较驱动电流和所得电压以测定受试者头部的生物阻抗测 量。可至少部分通过所述生物阻抗测量来测定ICP。
[0020] 本公开内容的实施方案可包括用于非侵入性颅内生理参数的测量仪。在一个示例 性实施方案中，IPG测量仪可包括例如支持构件例如头套（headset)、绑头带或用以携带或 存放另外的功能构件的其它构架构件。可整合的另外的结构可包括电极、电路、处理器、传 感器、导线、传输器、接收器和适于获取、处理、传输、接收和分析电信号的其它装置。IPG测 量仪另外可包括扣件、粘合剂和利于附着在受试者身体上的其它构件。如本文所用，颅内生 理测量仪不必包括所有这类特征。
[0021] 图1提供示例性IPG测量仪100的示意图。该示例性仪器100可包括通过头套120 固定在受试者头上的电极110。电极110可通过导线131与脑灌注监测器130连接（或可 备选包括无线连接）。
[0022] 在本公开内容的一些示例性实施方案中，颅内生理测量仪可包括经配置以执行行 动的至少一个处理器。本文所用术语"处理器"可包括对一项或多项输入进行逻辑运算的电 路。例如，所述处理器可包括一个或多个集成电路、微芯片、微控制器、微处理器、中央处理 器（CPU)的全部或部分、图形处理器（GPU)、数字信号处理器（DSP)、场可编程门阵列（FPGA) 或适于执行指令或进行逻辑运算的其它电路。至少一个处理器被配置成当其提供对执行 行动的指令的访问，用执行行动的指令编程，包含执行行动的指令，或另外使得执行行动的 指令能够执行时可执行该行动。可直接通过处理器中永久或临时保存的信息，或通过由处 理器访问或向其提供的指令，为至少一个处理器提供所述指令。向处理器提供的指令可以 计算机程序形式提供，所述计算机程序包括有形地体现在信息载体上，例如在机器可读的 存储装置，或任何有形的计算机可读介质中的指令。计算机程序可以任何形式的编程语言 (包括编译语言或解释语言）编写，并且可以任何形式部署，包括作为独立程序或作为一个 或多个模块、部件、子程序或适用于计算环境的其它单元。至少一个处理器可包括专用硬 件、通用硬件或两者的组合以执行相关指令。在一些实施方案中，至少一个处理器可包括用 于接收和解释IPG信号的任务的专用硬件；下面更详细地描述了这些实施方案。至少一个 处理器还可包括集成通信接口，或可与至少一个处理器分开和隔开地包括通信接口。可配 置至少一个处理器以通过与其中存储执行特定功能的指令的内存定位或存储装置连接来 执行该功能。
[0023]IPG传感器的示例性实施方案可包括各种配置。IPG传感器可包括经配置递送交 流电的至少一个电极和经配置测量所得电压的至少一个电极。在一些实施方案中，IPG传 感器可包括用于电流递送的两个电极和用于电压测量的两个电极。在一些实施方案中，所 述至少一个电压接收电极和所述至少一个电流递送电极的部分或全部可包括在同一物理 结构中。即，单个物理电极可起电压接收电极和电流递送电极两者的作用。电压测量电极 可与特定的电流递送电极有关。可配置与电流递送电极有关的电压测量电极以测量与通过 该特定的电流递送电极递送的电流有关的电压。在一些实施方案中，相关电极可在患者上 彼此位置相当接近或位于基本上相同的位置。在其它实施方案中，相关电极可在患者上彼 此位置远离。
[0024] 按照一些所公开的实施方案，可配置至少一个处理器以接收信号。本文所用的信 号可包括任何时间变化或空间变化的量。接收信号可包括通过传导工具（例如导线或电 路）获取信号；接收无线发射的信号；和/或接收之前记录的信号，例如存储在内存中的信 号。接收信号可进一步包括信号接收领域已知的其它