用于主動脈瘤評估的非侵入式系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請
[0002] 本申請要求2012年8月13日提交的序列號為61/682, 523的美國臨時(shí)專利申請 的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，所述美國臨時(shí)專利申請出于所有目的通過引用以其整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明主題涉及主動脈瘤的非侵入式診斷及其破裂風(fēng)險(xiǎn)的評定。
【背景技術(shù)】
[0004] 主動脈瘤涉及一段主動脈的擴(kuò)張?？苫谥鲃用}瘤的位置（主動脈根部瘤、胸主 動脈瘤、胸腹主動脈瘤和腹主動脈瘤）、主動脈瘤的形狀（梭狀和囊狀）或主動脈瘤的潛在 的病因?qū)χ鲃用}瘤進(jìn)行分類。在這些分類中，腹主動脈瘤（AAA)是最常見類型。AAA僅在美 國每年即可導(dǎo)致超過13, 000人死亡。
[0005] 當(dāng)前，每年約有15, 000名患者確診為AAA并且該數(shù)字每年都在增長。AAA早期不 產(chǎn)生或產(chǎn)生很少癥狀。AAA通常是在出于其他目的進(jìn)行超聲波掃描或CT掃描過程時(shí)偶然被 診斷出。如果AAA破裂，則死亡率為65%至85%。
[0006] 動脈瘤大小是在預(yù)測破裂可能性時(shí)的最重要因素。然而，因?yàn)榇嬖谝恍┢屏训男?動脈瘤和存在一些不破裂的大動脈瘤，所以大小也并非是破裂的完美預(yù)測量?；谄屏扬L(fēng) 險(xiǎn)已提出了兩個(gè)類型的AAA。I型AAA是增大伴隨著壁剛度增加且因此破裂風(fēng)險(xiǎn)低的那些 AAA。II型AAA是壁剛度并不隨動脈瘤大小增長而增加的那些AAA。
[0007] 順應(yīng)性管中的波動力學(xué)是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，其取決于傳播波的基本頻率、管的順 應(yīng)性和反射位置。心臟是搏動泵送系統(tǒng)而主動脈是從心臟延伸的最大并最具順應(yīng)性的血 管。因此，主動脈波動力學(xué)對動脈波具有顯著影響。主動脈波動力學(xué)取決于心率（HR)、主動 脈順應(yīng)性（AC)和反射位置，這里僅舉幾例。
[0008] 可基于反射位置的整體功能（如封閉式反射位置（CRS)或開放式反射位置（ORS)) 對反射位置進(jìn)行分類。在CRS中，壓力波正向反射而流動波負(fù)向反射。相反地，在ORS中， 壓力波負(fù)向反射而流動波正向反射。
[0009] 在主動脈和全身動脈系統(tǒng)中，所有反射位置都為CRS。然而，主動脈瘤由于直徑增 加并且在大多數(shù)情況下順應(yīng)性也增加，因而表現(xiàn)類似于ORS。該額外的ORS改變了主動脈及 其主要分支中的波動力學(xué)。
[0010] 這樣的AAA對主動脈中的波反射的影響的研宄理解由Swillens等人于2008年5 月的"IEEE Transactions on Biomedical Engineering"的第 55 卷第 5 期中進(jìn)行了討論。 如文中所述，對一位78歲的男性AAA患者進(jìn)行了硅3D模型重構(gòu)。在模擬修復(fù)之前和之后 在對表征其的模型內(nèi)的不同位置處測量壓力波和流動波。還提到了數(shù)值模擬，所述數(shù)值模 擬通過測試提供了總體上的一致性。
[0011] 然而，缺乏對這樣的知識的實(shí)際應(yīng)用。尤其缺乏對AAA評估的非接觸性和/或非 侵入式技術(shù)的這樣的知識的實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本文中所述的實(shí)施例涉及提供用于AAA評估的方法的系統(tǒng)、裝置和方法，在一些 實(shí)施例中使用超聲波和/或微波或其他射頻（RF)技術(shù)來非侵入性地執(zhí)行所述AAA評估。這 些系統(tǒng)和裝置的實(shí)施例包括傳感器硬件、和計(jì)算機(jī)處理器、以及其他輔助/支持電子設(shè)備 及各種外殼元件。所述方法的實(shí)施例包括用于執(zhí)行相同功能的硬件和軟件。非侵入式AAA 評估可在不依賴血管壁彈性一致的假設(shè)下進(jìn)行，如以上討論的相關(guān)的I型和II型AAA，血管 壁彈性可能不會保持一致。實(shí)際上，不是進(jìn)行按照Swillens的非侵入式分析時(shí)，測量壁擴(kuò) 張并且假設(shè)壁擴(kuò)張與血壓成比例，而是已經(jīng)設(shè)計(jì)出了改進(jìn)的方法。
[0013] 系統(tǒng)、裝置和方法的某些實(shí)施例能夠測量并計(jì)算主動脈的基于位移的波強(qiáng)度 (DWI)和/或基于位移的反射波強(qiáng)度（DRWI)。集中研宄動脈波（壓力波、流動/速度波、彈 性波和壁位移波）的動態(tài)特性以確定與健康或正常主動脈的偏差。因此，在受檢者診斷中 采用波形比較。
[0014] 某些實(shí)施例提供通過監(jiān)視在沿著主動脈或其主要分支的任何點(diǎn)的患者的DWI和/ 或DRWI來檢測AAA和其他主動脈瘤的非侵入式系統(tǒng)、裝置和方法。同樣地，本文中的某些 實(shí)施例還通過監(jiān)視在沿著主動脈或主動脈的主要分支的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的患者的DWI和/或 DRWI來評定主動脈瘤的嚴(yán)重程度和/或評估其破裂風(fēng)險(xiǎn)。
【附圖說明】
[0015] 本文中提供的附圖是概略的，并且不一定按照比例繪制，為清楚起見，將一些部件 和特征加以放大和/或分離出來。可以想到所描繪的實(shí)施例的變型。因此，除非當(dāng)這樣的意 圖明確如此陳述時(shí)，否則附圖中的各個(gè)方面和元件的描繪并非旨在限制權(quán)利要求的范圍。
[0016] 圖1是示出了主動脈瘤評估方法的示例實(shí)施例的流程圖。
[0017] 圖2是示出了系統(tǒng)硬件的示例實(shí)施例的視圖。
[0018] 圖3A和3B分別是在腹部位置患有動脈瘤的主動脈與健康正常主動脈進(jìn)行比較的 DWI和DRWI計(jì)算輸出的示例曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 通過示例實(shí)施例的方式來詳細(xì)描述本發(fā)明主題。應(yīng)理解，本發(fā)明并不限于這些實(shí) 施例，同樣地當(dāng)然可以對其進(jìn)行改變。還應(yīng)理解，本文中所使用的術(shù)語僅用于描述特定實(shí)施 例的目的，而并非旨在是限制性的。因此，本公開的范圍應(yīng)當(dāng)僅通過所附權(quán)利要求的清晰表 述的語言來限制。
[0020] 應(yīng)注意，描述的關(guān)于本文所提供的任何實(shí)施例的所有特征、元件、部件、功能和步 驟旨在可與來自任何其他實(shí)施例的特征、元件、部件、功能和步驟自由組合和替換。如果僅 僅關(guān)于一個(gè)實(shí)施例來描述某一特征、元件、部件、功能或步驟，則應(yīng)理解，所述特征、元件、部 件、功能或步驟可與本文中所述的所有其他實(shí)施例一起使用，除非另有明確說明。因此，本 段在任何時(shí)候都充當(dāng)引入權(quán)利要求的前置基礎(chǔ)和書面支持，權(quán)利要求組合了來自不同實(shí)施 例的特征、元件、部件、功能和步驟或用來自另一個(gè)實(shí)施例的特征、元件、部件、功能和步驟 來替換來自一個(gè)實(shí)施例的特征、元件、部件、功能和步驟，即使下文描述未明確說明，在特定 情況下，這些組合或替換也是可能的。應(yīng)明確地承認(rèn)，每一可能的組合和替換的明確的詳述 是過度繁瑣的，尤其是考慮到本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易認(rèn)識到允許每一和每個(gè)這樣的 組合和替換時(shí)更是如此。
[0021] 在許多實(shí)施例中，可采用確定基于位移的波強(qiáng)度（DWI)或非侵入式波強(qiáng)度（ndl) 的方法。參見2010年的《生物力學(xué)雜志》（Journal of Biomechanics)的第43 (3)卷的第 455-462 頁的 J. Feng和 A. W. Khir 的"Determination of Wave Speed and Wave Separation in the Arteries using Diameter and Velocity"。如下使用壁徑向位移 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)為基于位移的波強(qiáng)度。因此，可將下列等式分別用于前進(jìn) 波的DWI和反射波的DWI :
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于受檢者的非侵入式主動脈瘤評估的系統(tǒng)，包括： 至少一個(gè)傳感器，所述至少一個(gè)傳感器適于產(chǎn)生與血管擴(kuò)張相關(guān)聯(lián)的第一數(shù)據(jù)集并適 于產(chǎn)生與所述血管內(nèi)的血流速度相關(guān)聯(lián)的第二數(shù)據(jù)集；W及 至少一個(gè)處理器，所述至少一個(gè)處理器配置為將所述第一數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換成血管擴(kuò)張的測 量結(jié)果并將所述第二數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換成血流速度的測量結(jié)果，W根據(jù)所述擴(kuò)張測量結(jié)果和速度 測量結(jié)果來計(jì)算基于位移的波強(qiáng)度DWI和基于位移的反射波強(qiáng)度DRWI中的至少一個(gè)，且將 所述DWI和所述DRWI中的至少一個(gè)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)來自所述受檢者。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述基準(zhǔn)數(shù)據(jù)來自樣本目錄。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還配置為輸出動脈瘤存在的指示。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還配置為輸出動脈瘤嚴(yán)重程度的指 /J、- 〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述處理器還配置為輸出動脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)的指 /J、- 〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其配置為計(jì)算所述DWI和所述DRWI兩者。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其配置為將所述DWI和所述DRWI兩者分別與基準(zhǔn)數(shù)據(jù) 進(jìn)行比較。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其配置為將所述DWI和所述DRWI中的至少一個(gè)與患者 目錄數(shù)據(jù)及樣本目錄數(shù)據(jù)兩者進(jìn)行比較。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中對第一正DWI峰進(jìn)行比較。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中對第一正DRWI峰進(jìn)行比較。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中對舒張期中的負(fù)DWI峰進(jìn)行比較。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中對舒張期中的負(fù)DRWI峰進(jìn)行比較。
14. 一種受檢者的非侵入式主動脈瘤評估的方法，其包括； 根據(jù)血管擴(kuò)張值和血流速度值計(jì)算基于位移的波強(qiáng)度DWI和基于位移的反射波強(qiáng)度 DRWI中的至少一個(gè)； 將所述DWI和所述DRWI中的至少一個(gè)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；W及 基于所述比較，輸出動脈瘤狀態(tài)的評估。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括： 將第一數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換成血管擴(kuò)張的測量結(jié)果并將第二數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換成血流速度的測量結(jié) 果。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述評估指示動脈瘤存在。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述評估指示動脈瘤進(jìn)展。
18. -種其上存儲有指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述指令在執(zhí)行時(shí)使得一個(gè)或多個(gè)處理 器執(zhí)行W下動作： 根據(jù)血管擴(kuò)張值和血流速度值計(jì)算基于位移的波強(qiáng)度DWI和基于位移的反射波強(qiáng)度 DRWI中的至少一個(gè)； 將所述DWI和所述DRWI中的至少一個(gè)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；W及 基于所述比較，輸出動脈瘤狀態(tài)的評估。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述指令還使得所述一個(gè)或多個(gè)處 理器執(zhí)行W下動作： 將第一數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換成血管擴(kuò)張的測量結(jié)果并將第二數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換成血流速度的測量結(jié) 果。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述評估指示動脈瘤存在或進(jìn)展中 的至少一個(gè)。
【專利摘要】本發(fā)明描述了使用超聲波、微波和/或其他射頻(RF)技術(shù)通過非侵入式方法進(jìn)行主動脈瘤評估的硬件和軟件方法。實(shí)施例可用于通過沿著主動脈的非侵入式測量結(jié)果和基于位移的波強(qiáng)度(DWI)和/或基于位移的反射波強(qiáng)度(DRWI)的計(jì)算、以及通過將結(jié)果與給定患者或群體樣本目錄的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來診斷AAA和其他主動脈瘤情況。DWI和/或DRWI與正常情況的偏差可用來評定AAA或其他主動脈瘤的嚴(yán)重程度以及任何相關(guān)的破裂風(fēng)險(xiǎn)。
【IPC分類】A61B5-02
【公開號】CN104619244
【申請?zhí)枴緾N201380041844
【發(fā)明人】尼曼·巴甫洛夫, 莫泰扎·格哈比
【申請人】加州理工學(xué)院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2013年8月12日
【公告號】CA2876506A1, EP2882334A1, US20140046202, WO2014028383A1