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的美國臨時專利申請 的權益和優(yōu)先權，所述美國臨時專利申請出于所有目的通過引用以其整體并入本文。
技術領域
[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險的評定。
【背景技術】
[0004] 主動脈瘤涉及一段主動脈的擴張。可基于主動脈瘤的位置（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 的病因對主動脈瘤進行分類。在這些分類中，腹主動脈瘤（AAA)是最常見類型。AAA僅在美 國每年即可導致超過13, 000人死亡。
[0005] 當前，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行超聲波掃描或CT掃描過程時偶然被 診斷出。如果AAA破裂，則死亡率為65%至85%。
[0006] 動脈瘤大小是在預測破裂可能性時的最重要因素。然而，因為存在一些破裂的小 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測量?；谄屏扬L 險已提出了兩個類型的AAA。I型AAA是增大伴隨著壁剛度增加且因此破裂風險低的那些 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] 順應性管中的波動力學是一種復雜的現(xiàn)象，其取決于傳播波的基本頻率、管的順 應性和反射位置。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性的血 管。因此，主動脈波動力學對動脈波具有顯著影響。主動脈波動力學取決于心率（HR)、主動 脈順應性（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)) 對反射位置進行分類。在CRS中，壓力波正向反射而流動波負向反射。相反地，在ORS中， 壓力波負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。
[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 期中進行了討論。 如文中所述，對一位78歲的男性AAA患者進行了硅3D模型重構。在模擬修復之前和之后 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際應用。尤其缺乏對AAA評估的非接觸性和/或非 侵入式技術的這樣的知識的實際應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本文中所述的實施例涉及提供用于AAA評估的方法的系統(tǒng)、裝置和方法，在一些 實施例中使用超聲波和/或微波或其他射頻（RF)技術來非侵入性地執(zhí)行所述AAA評估。這 些系統(tǒng)和裝置的實施例包括傳感器硬件、和計算機處理器、以及其他輔助/支持電子設備 及各種外殼元件。所述方法的實施例包括用于執(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下進行，如以上討論的相關的I型和II型AAA，血管 壁彈性可能不會保持一致。實際上，不是進行按照Swillens的非侵入式分析時，測量壁擴 張并且假設壁擴張與血壓成比例，而是已經(jīng)設計出了改進的方法。
[0013] 系統(tǒng)、裝置和方法的某些實施例能夠測量并計算主動脈的基于位移的波強度 (DWI)和/或基于位移的反射波強度（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或多個點的患者的DWI和/或 DRWI來評定主動脈瘤的嚴重程度和/或評估其破裂風險。
【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?？梢韵氲剿枥L的實施例的變型。因此，除非當這樣的意 圖明確如此陳述時，否則附圖中的各個方面和元件的描繪并非旨在限制權利要求的范圍。
[0016] 圖1是示出了主動脈瘤評估方法的示例實施例的流程圖。
[0017] 圖2是示出了系統(tǒng)硬件的示例實施例的視圖。
[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行比較的 DWI和DRWI計算輸出的示例曲線圖。
【具體實施方式】
[0019] 通過示例實施例的方式來詳細描述本發(fā)明主題。應理解，本發(fā)明并不限于這些實 施例，同樣地當然可以對其進行改變。還應理解，本文中所使用的術語僅用于描述特定實施 例的目的，而并非旨在是限制性的。因此，本公開的范圍應當僅通過所附權利要求的清晰表 述的語言來限制。
[0020] 應注意，描述的關于本文所提供的任何實施例的所有特征、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 僅關于一個實施例來描述某一特征、元件、部件、功能或步驟，則應理解，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施例一起使用，除非另有明確說明。因此，本 段在任何時候都充當引入權利要求的前置基礎和書面支持，權利要求組合了來自不同實施 例的特征、元件、部件、功能和步驟或用來自另一個實施例的特征、元件、部件、功能和步驟 來替換來自一個實施例的特征、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。應明確地承認，每一可能的組合和替換的明確的詳述 是過度繁瑣的，尤其是考慮到本領域的普通技術人員將容易認識到允許每一和每個這樣的 組合和替換時更是如此。
[0021] 在許多實施例中，可采用確定基于位移的波強度（DWI)或非侵入式波強度（ndl) 的方法。參見2010年的《生物力學雜志》（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)為基于位移的波強度。因此，可將下列等式分別用于前進 波的DWI和反射波的DWI :
【主權項】
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： 至少一個傳感器，所述至少一個傳感器適于產(chǎn)生與血管擴張相關聯(lián)的第一數(shù)據(jù)集并適 于產(chǎn)生與所述血管內(nèi)的血流速度相關聯(lián)的第二數(shù)據(jù)集；W及 至少一個處理器，所述至少一個處理器配置為將所述第一數(shù)據(jù)集轉換成血管擴張的測 量結果并將所述第二數(shù)據(jù)集轉換成血流速度的測量結果，W根據(jù)所述擴張測量結果和速度 測量結果來計算基于位移的波強度DWI和基于位移的反射波強度DRWI中的至少一個，且將 所述DWI和所述DRWI中的至少一個與基準數(shù)據(jù)進行比較。
2. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述基準數(shù)據(jù)來自所述受檢者。
3. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述基準數(shù)據(jù)來自樣本目錄。
4. 根據(jù)權利要求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重程度的指 /J、- 〇
6. 根據(jù)權利要求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險的指 /J、- 〇
7. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其配置為計算所述DWI和所述DRWI兩者。
8. 根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其配置為將所述DWI和所述DRWI兩者分別與基準數(shù)據(jù) 進行比較。
9. 根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其配置為將所述DWI和所述DRWI中的至少一個與患者 目錄數(shù)據(jù)及樣本目錄數(shù)據(jù)兩者進行比較。
10. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中對第一正DWI峰進行比較。
11. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中對第一正DRWI峰進行比較。
12. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中對舒張期中的負DWI峰進行比較。
13. 根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中對舒張期中的負DRWI峰進行比較。
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)血管擴張值和血流速度值計算基于位移的波強度DWI和基于位移的反射波強度 DRWI中的至少一個； 將所述DWI和所述DRWI中的至少一個與基準數(shù)據(jù)進行比較；W及 基于所述比較，輸出動脈瘤狀態(tài)的評估。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法，還包括： 將第一數(shù)據(jù)集轉換成血管擴張的測量結果并將第二數(shù)據(jù)集轉換成血流速度的測量結 果。
16. 根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述評估指示動脈瘤存在。
17. 根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述評估指示動脈瘤進展。
18. -種其上存儲有指令的計算機可讀介質，所述指令在執(zhí)行時使得一個或多個處理 器執(zhí)行W下動作： 根據(jù)血管擴張值和血流速度值計算基于位移的波強度DWI和基于位移的反射波強度 DRWI中的至少一個； 將所述DWI和所述DRWI中的至少一個與基準數(shù)據(jù)進行比較；W及 基于所述比較，輸出動脈瘤狀態(tài)的評估。
19. 根據(jù)權利要求18所述的計算機可讀介質，其中所述指令還使得所述一個或多個處 理器執(zhí)行W下動作： 將第一數(shù)據(jù)集轉換成血管擴張的測量結果并將第二數(shù)據(jù)集轉換成血流速度的測量結 果。
20. 根據(jù)權利要求18所述的計算機可讀介質，其中所述評估指示動脈瘤存在或進展中 的至少一個。
【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)技術通過非侵入式方法進行主動脈瘤評估的硬件和軟件方法。實施例可用于通過沿著主動脈的非侵入式測量結果和基于位移的波強度(DWI)和/或基于位移的反射波強度(DRWI)的計算、以及通過將結果與給定患者或群體樣本目錄的基準數(shù)據(jù)進行比較來診斷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重程度以及任何相關的破裂風險。
【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