專利名稱：用于人體中胃阻抗譜的特征參數評估的系統和方法
用于人體中胃阻抗譜的特征參數評估的系統和方法交叉引用本申請要求2009年3月16日提交的美國臨時申請No. 61/160409的優先權，該申請通過引用整體并入本申請中。
背景技術：
可通過測量哺乳動物患者的組織的阻抗來監測特定的醫學狀況。這可以通過使電極與組織接觸來完成，其中低電流可以通過該電極而流過該組織。這一技術用于診斷和治療應用是已知的。例如，電阻抗圖譜(EIS)已用于細胞測量、體積變化評估、身體組成分析、 組織分類和組織監測。阻抗測量可以用于檢測細胞水腫及與組織細胞的代謝相關的其它事件。電阻抗圖譜通過使導電探針與組織樣品接觸來測量淺表組織的電阻抗譜。生物組織具有依賴于通過該組織的電流頻率的電阻抗。生物組織包含多種組成部分，如具有電阻特性和電容特性這兩者的細胞核和細胞質。例如，已知的是，在癌性和前癌性組織中，在細胞核的大小、細胞的形狀和形成該組織的細胞排列方面存在大的變化。這些變化影響組織樣品的電阻抗，因而電阻抗斷層成像可以用于檢測細胞結構的顯著變化并因此有助于為患者提供診斷。已發現電阻抗的幅度及電阻抗對組織樣品的頻率的相關性是組織組成的指征。據發現，不同的組織結構與電阻抗譜內的不同頻帶相關。在低頻率下(低于約IkHz)，電流可能會由于細胞膜的電容而不能夠流過細胞，從而導致在大的膜界面處的電荷積聚。在中等頻率下，如在大約IkHz至IMHz的區域(也稱為β分散區(beta dispersion region))中，細胞結構是組織電阻抗的主要決定因素且電流開始穿透細胞膜。在更高的頻率下(高于大約IMHz)，電流能夠流過細胞和細胞核，且在甚至更高的頻率下(> IGHz)，分子結構是對組織樣品的電阻抗有貢獻的決定因素。測量由特定組織在一系列頻率處產生的電流模式并且應用反向建模過程 (inverse modeling procedure)可以確定一組電參數。給定組織樣品的細胞內電阻可以受到細胞核和細胞的相對大小的顯著影響。因此組織樣品的電阻抗可以用于區分具有不同的核體積與胞質體積比的組織。具有較高的核體積與胞質體積比的組織樣品可以是例如前癌性組織的指征。使用在端面上承載四個電極的探針來測量電阻抗應用于子宮頸細胞學中已在 Electronics Letters, 36 (25) 2060-2062 和 The Lancet, 355 :892-95 中公開，其通過引用全文并入本申請中。EIS是基于生物組織的無源電特性研究的新興診斷方法，這些無源電特性可應用于表征這些組織。參見，例如，Brian Hilton Brown等人的美國專利公開 2008/023洸75(涉及 Apparatus For Measuring Tissue Samples Electrical Impedance)，其通過引用全文并入本申請中。這一技術提供了有關組織結構的良好信息，且已用于測量不同器官的缺血和灌注中的變化。參見，例如A. H. Kyle， C. Τ. Chan,Α. I. Minchinton,"Characterization of three dimensional tissue cultures using electrical impedance spectroscopy,，，Biophys J，vol. 76，pp. 2640—2648，1999 ；E. Gersing,“Impedance spectroscopy on living tissue for determination of the state of organs，，，Bioelectrochem. Bioenerg. vol 45，pp. 145-149，1998 ；S. Kun, R.A. Peura，“Selection of measurement frequencies for optimum extraction of tissue impedance model parameters，"Med. Biol. Eng. Comput.，vol. 37，pp. 699-703， 1999，其通過引用全文并入本申請中。復雜的阻抗譜也提供了相位信息，因此可以分離電阻性和電抗性組織組分，從而產生更可靠的測量。Gersing也使用這一方法來評估不同器官中組織損傷的水平。已經開發了用于測量粘膜的阻抗譜的評估粘膜狀況的最少侵入性方法。參見，例如通過引用全文并入本申請中的美國專利No. 6，965，795。與該技術一起，阻抗譜探針和鼻飼管ISP/NGT允許直接獲取粘膜的電阻抗譜，其可用于確認并且連續地監測組織損傷的水平。參見，例如通過引用全文并入本申請中的美國專利No. 6，882，879。灌注不足和缺血可以引起心血管手術患者的胃壁中阻抗譜的變化，從而提示這一技術可以是有用的預后和診斷監測工具。參見N. Beltran, G. Sanchez-Miranda,M. Godinez， U. Diaz, Ε. Sacristan, "Gastric impedance spectroscopy in elective cardiovascular surgery patients, ”Physiol Meas,vol. 27(3) ,pp. 265-277，2006，其通過引用全文并入本申請中。一些生物阻抗譜儀測量一系列頻率上的電阻和電抗，且通過應用針對等效電路 (equivalent circuit)的數學模型(Cole模型)來估計多種參數。一些使用試驗數據與該模型的擬合，且另一些使用測量的阻抗。參見，例如S.Kun，B. Ristic, R. A. Peura, R. Μ. Dunn,"Algorithm for tissue ischemia estimation base on electrical impedance spectroscopy,，，IEEE Trans, on Biomed Eng. , vol. 50(12) , pp. 1352-1359,2003.； L.C.Ward, T. Essex, B. H. Cornish,"Determination of Cole parameters in multiple frequency bioelectrical impedance analysis using only the measurement of impedances，”Physiol Meas, vol. 27(9), pp. 839-850，2007，其通過引用全文并入本申請中。所需要的是，可以應用于所收集的哺乳動物數據的算法，其可用于從例如測量的胃阻抗譜獲得特征參數以提供簡化的數據集。
發明內容
本發明涉及用于胃阻抗譜的特征參數評估的系統和方法。該系統和方法可以使用算法以從測量的胃阻抗譜獲得特征參數。該算法轉換測量的數據，因而所獲得的數據被簡化且更容易獲得診斷。本文描述的本發明的各個不同方面可以應用于下面給出的任何特定應用或應用于測量生物電參數的任何其它類型的系統或方法中。本發明可以作為獨立的系統或方法而應用或者作為診斷或治療系統的部分而應用。應當理解，本發明的不同方面可以單獨地、共同地或彼此結合地評價。本發明的一個方面可以涉及配置為進行胃阻抗譜的特征參數評估的系統。該系統可以包括配置為測量受試者的至少一種生物電參數的一個或多個監測裝置。該系統還可以包括含有與一種身體狀況相關的一種或多種電特征的至少一種生理數據分布的存儲器。該存儲器可以在計算機中或者在一個或多個數據庫上提供。該系統也可以包括與監測裝置通訊的處理器，其中所述處理器接收生物電數據，使用模型(如Cole模型)將生物電數據轉換為一種或多種特征電學值(characteristic electrical value)，并將所述特征電學值與生理數據分布比較以確定是否所述受試者具有該身體狀況。處理器可以在計算機或其它裝置上提供。本發明的另一方面可以是用于進行胃阻抗譜的特征參數評估的方法。該方法可以包括在處理器處接收來自監測裝置的第一數目的電測量值，該監測裝置配置為從受試者的組織收集電測量值。該方法還可以包括在處理器處基于模型將電測量值轉換為減少數目的特征參數，并將特征參數與基于表示不同狀況下的胃粘膜的數據的一種或多種分布進行比較。該方法還可以包括通過以下步驟從監測裝置收集電測量值使用一個或多個電極在受試者的組織處開始電流組織激勵，允許經過使得電壓信號穩定的一段時間，將電壓數據寫入先進先出(FIFO)存儲緩沖器中，停止電流組織激勵，停止向FIFO存儲緩沖器寫入，和/ 或從FIFO存儲緩沖器讀取電壓數據。根據本發明的另一方面可以提供有形的計算機可使用的介質。計算機可讀介質可以具有體現在其中的計算機可讀的程序代碼，所述計算機可讀的程序代碼適于被執行以實施用于進行胃阻抗譜的特征參數評估的方法。該方法可以包括以下步驟從配置為由受試者的組織收集電測量值的監測裝置接收多個電測量值，其中所述電測量值包括組織信號和基準信號；獲得針對組織信號和基準信號對的相位值；獲得針對組織信號和基準信號對的幅度值；以及由所述相位值和所述幅度值計算電阻值和電抗值。當結合以下說明和附圖來考慮時，本發明的其它目的和優勢將得到更好的理解和評價。盡管以下說明可能包含描述本發明的特定實施方式的特定細節，但是其不應當理解為對本發明范圍的限制，而應當理解為優選實施方式的舉例。對于本發明的各個方面，本領域技術人員已知的許多變型如本文所述是可能的。可以在本發明的范圍內進行許多的變化和修飾而不脫離本發明的精神。通過引用并入本說明書中提及的所有公開文獻、專利和專利申請通過引用并入本申請中，正如各單個公開文獻、專利和專利申請明確地和單獨地表明通過引用并入一樣。
本發明的新特征在所附的權利要求中詳細地給出。通過參照下面給出利用了本發明的原理的示例性實施方式的詳細說明和附圖可以更好地理解本發明的特征和優勢。在附圖中圖1是類似于復數域中的半圓的阻抗Cole-Cole曲線圖；圖2是在胃組織中獲得的具有2個分散區的擬合模型的Cole-Cole曲線圖；圖3是從健康志愿者和心血管手術患者的平均譜獲得的擬合模型的Cole-Cole曲線圖；圖4是具有服務器、CPU、監視器、存儲介質、輸入裝置等的系統的概略圖，用于執行本文公開的算法的軟件程序在該系統上執行；圖5是顯示轉換為電阻的幅度值和相位值的圖；圖6是顯示轉換為電抗的幅度值和相位值的圖；和
圖7是包含在各半圓的尼奎斯特(Nyquist)曲線中的中心點的圖。
具體實施例方式盡管本文顯示和描述了本發明的優選實施方式，但是對于本領域技術人員顯而易見的是，這些實施方式只是以舉例的方式提供。許多變型、改變和替換對于本領域技術人員是很容易想到的而不脫離本發明。應當理解，對于本文描述的本發明實施方式的各種替代方式可以用于實施本發明。本發明涉及用于胃阻抗譜的特征參數評估的系統和方法。該系統和方法可以使用算法以從測量的胃阻抗譜獲得特征參數。監測裝置可以用于幫助從受試者測量胃阻抗譜或其它電學或生理參數。該算法可以轉換測量的數據，因此簡化所獲得的數據并且較容易獲得診斷。測量的參數可以轉換為減少數目的特征值。該特征值可以表明受試者的身體狀況， 且可以幫助診斷受試者。I.方法學A.阻抗譜儀監測裝置可以用于從受試者收集一個或多個生理測量值。受試者優選地為人類， 或者可以為動物。受試者可以是患者，其可以正經歷治療或經過診斷，或者可以參與臨床或臨床前試驗。在優選的實施方式中，從受試者收集電測量值(如阻抗、電阻、電壓或電流測量值)。監測裝置可以與受試者的組織直接接觸或與受試者的組織電通訊。受試者的組織可以是受試者的胃組織。例如，監測裝置可以直接與胃壁或胃粘膜物理或電接觸。監測裝置可以包括一個或多個電極。監測裝置可以向組織提供激勵電流和/或測量組織的電特性。在某些實施方式中，一個、兩個或更多個電極可以向組織提供電激勵，且一個、兩個或更多個電極可以測量組織的電特性。相同的電極或不同的電極可以用于激勵和測量。 在某些實施方式中，可以進行組織測量和基準測量。組織信號(如電組織響應)可以對應于通過多個電極進行的測量(例如，差分電壓)。基準信號(如電基準電阻)可以對應于在施加激勵電流時跨基準電阻器的測量值(例如，電壓降)。監測裝置可以是譜儀或可以包括使用譜儀。譜儀可以產生激勵電流。例如，它可以在IOOHz至IMHz的帶寬內以25個不同的頻率產生ImA pp激勵電流。可選擇地，譜儀可以產生其它值的激勵電流，如落入大約0. ImA 至IOmA的范圍內的電流。例如，激勵電流可以是大約0. ImA,0. 2mA,0. 3mA,0. 4mA,0. 5mA、 0. 6mA、0. 7mA、0. 8mA、0. 9mA、1. 1mA、1. 2mA、1. 3mA、1. 5mA、2. 0mA、3. 0mA、4. 0mA、5. 0mA、7. OmA 或10. 0mA。激勵電流可以在任何數目的頻率下產生。例如，可以使用一個、兩個或更多個頻率。在某些實施方式中，可以使用大約5個頻率、10個頻率、15個頻率、20個頻率、30個頻率、35個頻率、40個頻率、50個頻率、60個頻率、70個頻率或100個頻率或者更多的頻率。 在某些實施方式中，頻率可以落入任何范圍，包括但不限于50Hz至50MHz、IOOHz至25MHz、 150Hz至IOMHz、200Hz至1ΜΗζ、250Ηζ至750Hz或300Hz至500Hz。頻率可以均勻或不均勻地隔開。合適的譜儀可以包括例如可用于多個光譜范圍(從遠紅外到紫外-可見光)的試驗Nicolet 6700譜儀。位于阻抗譜探針和鼻飼管(ISP/NGT)的遠端尖端上的四個Ag電極起到離子至電流換能器的作用，例如如美國專利No. 6，882，879中所描述的，其通過引用全文并入本申請中。通過相對于基準電阻進行電組織響應的幅度和相位的離散頻率測量而獲得阻抗譜。例如，如果研究25個不同的激勵頻率，則可以在25個頻率的各個頻率處取得測量值(如組織測量值和基準測量值)。從這些測量值，可以計算在各頻率處的電阻和電抗， 將另外更詳細地討論。B.樽型和參數計算為計算最好地描述胃阻抗測量值(不是依賴于可能是噪聲的任何單個測量值) 的特征電學值，擬合了基于Cole方程的理論模型。參見，例如K. S. Cole，“Permeability and impermeability of cell membranes for ions, "Proc. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. ,vol. 8,pp. 110-122，1940，其通過引用全文并入本申請中。加權最小二乘算法 (weighted least squared algorithm)用于獲得圓的坐標。復數阻抗(Z)描述為Z = R+jX (1)Cole提出描述半圓的一個表達式，該表達式將頻率考慮在內Z = R ^+ (R0-R oo )/(1+( jwt) α) (2)其中R為組織電阻(實部)，X為組織電抗(虛部)，Rtl為零頻率處的電阻，R00為無限頻率處的電阻，τ為特征時間常數和α為實軸下方半圓弧凹的測量值(其是O至1之間的值)° 參見 J. J. Ackmann,Μ. A. Seitz,"Methods of compl ex impedance measurements in biological tissue,，，Crit. Rev. Biomed. Eng. , vol. 11, pp. 281-311,1984,其通過弓|用全文并入本申請中。當在復數域中繪制組織阻抗時，所獲得的圖類似于半圓，其可以如圖1中所示表征，圖1為類似于復數域中的半圓的阻抗Cole-Cole圖。X(l，％處的點表示半圓的圓心，該半圓的半徑為r。可以計算中心電阻(Rc)、電抗OQ和頻率(。，其中ωΓ = 1。各半圓頂部的相應實部和虛部給出了電阻和電抗中的特征值(也稱為“中心點”)。此外，當逆時針循該半圓移動時，曲線圖的相應頻率增加。因此中心點也具有相應的頻率值。圖2是在胃組織中獲得的具有2個分散區的擬合模型的Cole-Cole曲線圖。可以提供原數據，且可以計算和提供一個、兩個或更多個半圓以擬合原數據。可以從針對各半圓在中心頻率處的坐標獲得特征參數。例如，對于左方的第一半圓(針對高頻率的擬合模型)，可以計算中心電阻&、電抗&和頻率fH。類似地，對于右方的第二半圓(針對低頻率的擬合模型)，可以計算中心電阻&、電抗&和頻率&。因為胃組織阻抗譜可以具有兩個半圓，Cole模型參數在兩個分散區(低頻率和高頻率)計算。使用半圓曲線擬合算法，可以發現兩個半圓。可以利用任何曲線擬合算法，包括本文中其它部分討論的算法。該算法提供的任何步驟可以通過有形的計算機可讀介質、 代碼、指令或其邏輯指引。這些可以存儲在存儲器中，如計算機或其它裝置的存儲器。該算法的步驟可以由處理器執行。在可選擇的實施方式中，半圓曲線擬合算法可以基于收集的數據找到任何數目的半圓。在某些實施方式中，該算法可以基于收集的數據自動找到一個半圓、兩個半圓、三個半圓、四個半圓或任何預定數目的半圓。可選擇地，該算法可以自動地將數據擬合到任何數目的半圓，這些半圓不需要預先確定，而是可以使用該算法確定以擬合數據。半圓的數目可以對應于限定頻率范圍的分類。Rm Rtl和α如下從各半圓的圓心和半徑獲得
R0=xO + A^2-Jo2 (3 ^Rx=X0 + yjr2-y02 ⑷α = 1-(2/π )arcsin(-y0/r) (5)中心點可以如下獲得Rc = X0 (6)Xc = y0-r (7)改寫O)，對于τ取得幅度以轉換為實值而得到τ = Il ((R0-Z)/(Z-R ^)) 1/a/(jw) Il (8)使用模型(例如，由 J. J. Ackmann, Μ· A. Seitz,“Methods of complex impedance measurements in biological tissue,"Crit. Rev. Biomed. Eng. ,vol. 11,pp. 281-311,1984 提供，由通過引用并入本申請中)ω τ = 1 (9)或Fc = 1/(2 π τ ) (10)通過計算相應頻率范圍中所有測量的頻率上的平均τ而估計中心頻率(F。)。胃譜劃分成低頻率(近似地F < IOkHz)和高頻率范圍(近似地F > IOkHz)。使用所描述的方法，獲得了兩個中心點。在其它實施方式中，譜可以劃分成使得低頻率和高頻率之間的劃分閾值可以在任何其它的頻率處，如1 kHz、5kHz、15kHz、20kHz、50kHz或100kHz。可以在處理器上或使用算法進行這些計算中的任何計算。如前面所述的，由該算法提供的任何計算或步驟可以通過有形的計算機可讀介質、代碼、指令或其邏輯指引，且可以由處理器(例如計算機或其它裝置)執行。C.譜重建利用在半圓曲線擬合(例如，針對低頻率范圍和高頻率范圍)中獲得的參數而使用O)，可以重建“模型”譜。這些譜用于說明該模型的行為和用于使用標準均方誤差利用該模型驗證測量值。可以使用替代的統計學方法計算用于驗證測量值的偏差(deviation)。D.阻抗測量特性在某些實施方式中，可以收集有關各種不同受試者的數據。這些數據可以包括受試者的組織(如胃組織)的電特性。在某些實施方式中，收集的數據可以用于生成生理數據分布。數據可以使用監測裝置收集。通過監測裝置收集的數據可以使用本文中其它部分描述的任何技術或算法進行分析。在一個實施方式中，阻抗譜在健康胃粘膜中、在經歷心血管手術的患者中在和重癥患者中測量。患有重大的胃腸道出血、食管阻塞或鼻咽管阻塞的患者及具有胃腸道疾病史、先前的腹部手術史、胃腸道出血病史和進行中的醫學治療的志愿者不包括在該研究中。但是， 在某些情況中，也可以收集來自這些患者的數據以幫助生成生理數據分布。阻抗譜探針和鼻飼管(ISP/NGT)位于胃中以測量組織阻抗。在可選擇的實施方式中，ISP/NGT可以位于受試者體內的其它地方并與受試者的其它組織接觸。在所有情況中，ISP/NGT定位通過放射顯影的方式確認。在可選擇的實施方式中，ISP/NGT布置可以或可以不通過放射顯影的方式確認或通過其它技術確認。識別在不適當的ISP/NGT定位或ISP/ NGT傳導性故障情況下獲得的測量值并從分析中排除這些測量值。每分鐘獲得完整的譜。為降低噪聲和移動偽像的影響，每10分鐘對譜求平均，從而得到針對每個10分鐘窗口的平均完整譜。在備選實施方式中，可以以任何時間間隔(例如在秒、分鐘、小時的量級)獲得完整譜且可以以任何時間間隔對其求平均。在某些實施方式中，測量值可以采取一次、多次或定期地采取。心血管手術患者的數據用于表征在不同的灌注不足程度下阻抗譜變化。譜變化表征為缺血正在進展，且用于評估參數對于手術后ICU發病率和死亡率的預后價值。可以在不同的時間點從具有各種不同身體狀況的任何受試者收集數據以形成生理數據分布。任何收集的數據可以用于對于特定的身體條件(如缺血或不同的灌注不足程度)完成電或其它特性的基準點。手術后并發癥定義為存在任何以下情況超過M小時的人工呼吸、需要肌肉收縮藥超過48小時或死亡。測量值可以或不可以在這些情況下采集。重病護理患者的研究被設計成用于獲得在各種各樣的臨床條件和病理狀況下人胃阻抗譜的數據庫。這些患者中的參數變化用于評估其預測價值。E.統計分析針對各平均譜計算參數。針對各參數和數據庫計算平均值和標準誤差(s.e)。針對各參數計算靈敏度和特異性。針對各參數構建接受者操作特征(ROC)曲線以預測心血管手術患者的發病死亡率(morbimortality)和預測重病護理患者的死亡率。為使參數具有預測價值，ROC曲線下面積(AUC)必須大于0. 5。針對各ROC曲線還進行顯著性的單側z_檢測。數據表示為平均值士s.e。圖4是表示可以通過其實現與本發明相關的數據的核查和分析的代表性實例邏輯裝置的圖。這類數據可以與生理參數或受試者(如哺乳動物受試者)的希望測量的任何合適的參數相關。計算機系統(或數字裝置)100可以理解為可以從介質111和/或網絡端口 105讀取指令的邏輯裝置，其可以任選地與具有固定介質112的服務器109連接。計算機系統100也可以與網絡(如互聯網、內聯網或任何其它的廣域或局域網)連接。該系統可以包括CPU 101、磁盤驅動器103、可選的輸入裝置(顯示為鍵盤115和/或鼠標116) 和可選的監視器107。數據通訊可以通過所示的到本地或遠程的服務器的通訊介質來實現。 通訊介質可以包括任何傳輸和/或接收數據的裝置。例如，通訊介質可以是網絡連接、無線連接或互聯網連接。可以預見的是，與本發明相關的數據可以通過這些網絡或連接傳輸。計算機系統可適用于與參與者參數監視器通訊。用戶或參與者122也可以連接至多個監測裝置。監測裝置可以用于與該系統交互。如本領域技術人員所理解的，計算機系統或數字裝置100可以是任何合適的裝置。在一個實施中，受試者可以和監測裝置有聯系。監測裝置可以包括可以與受試者的組織(如受試者的胃組織)電通訊的一個或多個電極。監測裝置可以包括可以生成激勵信號并向組織提供激勵電流的組件。監測裝置還可以包括可以測量組織的電特性的一個或多個探針。探針可以測量如組織測量值和基準測量值的特性。監測裝置可以測量可以作為電阻抗測量值的生理參數。
監測裝置可以與計算機或其它裝置(其可以包括處理器和存儲器)通訊，在某些實施方式中，系統內的存儲器(其可以包括或不包括計算機、其它數據庫、服務器或監測裝置的存儲器)可以包括存儲于其上的至少一個生理數據分布。生理數據分布可以包括與受試者的身體狀況相關的一種或多種電特性的數據。用于生理數據分布的數據可以從一個或多個受試者收集，或可以是可由系統的用戶提供或由系統生成的理論數據。在某些情況中， 生理數據分布可以包括在一個或多個頻率處的組織測量值和基準測量值。生理數據分布也可以包括從該測量值導出的減小數目的電特征。處理器可以與監測裝置通訊且可以用通過監測裝置獲取的測量值執行一個或多個步驟。例如，如果監測裝置測量生物電參數，則處理器可以接收該生物電參數，并基于模型將生物電參數轉換為一種或多種特征電學值。在一個實例中，該模型可以是Cole模型。 該模型可以包括擬合半圓或其它曲線到一個或多個頻率處的電阻-電抗數據點。處理器也可以將特征電學值與生理數據分布比較以確定受試者是否具有該身體狀況。處理器可以提供在計算機、服務器或其它裝置上。在某些實施方式中，可以提供顯示屏(例如，計算機監視器、裝置屏、投影儀或其它用戶界面)，其可以顯示數據處理或比較的一個或多個結果。在某些實施方式中，該系統也可以包括服務器，該服務器可配置為從監測裝置接收生物電參數和配置為通過網絡與處理器通訊。在一個實例中，服務器可以被提供為監測裝置和處理器之間的中間裝置。在某些實施方式中，來自監測裝置的測量值可以通過網絡通訊以進行處理。II.結果阻抗譜在17名志愿者的健康胃粘膜013個譜)、55名經歷心血管手術的患者 0512個譜)和103名重癥患者(13474個譜)中測量。因此，阻抗譜可以針對多個具有不同身體狀況的受試者進行測量。32名心血管手術患者發生并發癥。持續缺血(>4h)在23名患者中觀察到，其中 19名發生并發癥。在重癥患者研究中，76名患者存活和27名死亡2% )。9名在阻抗譜監測期間死亡。圖2顯示從胃壁中獲得的數據的具有2個分散區的擬合模型的Cole-Cole曲線圖。特征參數如圖1中所示進行計算。隨后，進行譜重建。參數使用標準均方差驗證。高誤差(》1)表明計算的參數和模型之間的不一致。 僅0. 7 %的譜由于高誤差而被丟棄。利用這一過程，來自46個測量值的信息可以濃縮成6個特征參數 (低頻率下的中心電阻)、高頻率下的中心電阻)、低頻率下的中心電抗)、& (高頻率下的中心電抗)、低頻率下的中心頻率)和fH(高頻率下的中心頻率)。為了表明健康組織和灌注不足組織之間的特征參數差異，圖3顯示針對3個不同組的平均譜健康志愿者(n = 17)、不具有缺血或并發癥的患者(n = 5)及具有持續缺血和并發癥的患者(η = 19)。患者來自于心血管手術研究。擬合模型的Cole-Cole曲線可以從各個不同受試者的平均譜獲得。可以提供任意數目的半圓。在一個實例中，針對各組，可以提供兩個半圓(例如，針對各組的低頻率半圓和高頻率半圓)。因此，當研究3個不同的組時，可以基于所收集的數據繪制6個半圓。
表I包含從三個不同研究計算的中心參數的平均值。低頻率參數在心血管患者中顯示更高的偏差。表II顯示對于來自用于預測心血管手術患者發病死亡率的ROC分析的特征參數計算的曲線下面積(AUC)(平均值士 s. e.)和ρ-水平。低頻率參數在具有高的灌注不足程度的患者中顯示更好地并發癥和死亡的預測。表III顯示針對來自用于預測一般重病護理患者的死亡率的ROC分析的相同參數計算的AUC(平均值士s. e.)和ρ-水平。表 I胃組織測量值的計算模型參數
權利要求
1.配置為進行胃阻抗譜的特征參數評估的系統，包括配置為測量受試者的至少一種生理參數的一個或多個監測裝置； 包括至少一種生理數據分布的存儲器，該生理數據分布具有與一種身體狀況相關的一種或多種電特征；以及與所述監測裝置通訊的處理器，其中所述處理器 接收生理參數，使用Cole模型將所述生理參數轉換為一種或多種特征電學值，和將所述特征電學值與所述生理數據分布進行比較以確定受試者是否具有所述身體狀況。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述生理參數為電阻抗測量值。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述特征電學值包括以下的至少一種低頻率下的中心電阻、高頻率下的中心電阻、低頻率下的中心電抗、高頻率下的中心電抗、低頻率下的中心頻率和高頻率下的中心頻率。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述身體狀況為以下的至少一種具有健康胃粘膜、缺血或灌注不足粘膜或者發炎和損傷的粘膜的重癥患者。
5.根據權利要求1所述的系統，其中所述監測裝置測量所述受試者組織的生理參數， 且所述身體狀況是健康或灌注不足的組織。
6.根據權利要求1所述的系統，還包括用于顯示所述比較的一個或多個結果的顯示屏。
7.根據權利要求1所述的系統，還包括配置為從所述監測裝置接收所述生理參數并配置為經過網絡與所述處理器通訊的服務器。
8.一種用于進行胃阻抗譜的特征參數評估的方法，包括在處理器處接收來自監測裝置的第一數目的電測量值，所述監測裝置配置為從受試者的組織收集所述電測量值；在所述處理器處基于模型將所述電測量值轉換成減少數目的特征參數； 將所述特征參數與基于表示不同狀況下的胃粘膜的數據的一種或多種分布進行比較。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述模型是Cole模型。
10.根據權利要求8所述的方法，其中所述第一數目的電測量值超過40個。
11.根據權利要求8所述的方法，其中所述減少數目的特征參數少于或等于6個。
12.根據權利要求8所述的方法，其中所述電測量值包括胃阻抗測量值。
13.根據權利要求8所述的方法，其中所述特征參數包括以下的至少一種低頻率下的中心電阻、高頻率下的中心電阻、低頻率下的中心電抗、高頻率下的中心電抗、低頻率下的中心頻率和高頻率下的中心頻率。
14.根據權利要求8所述的方法，其中所述不同狀況可以包括以下的至少一種健康胃粘膜、經歷心血管手術的患者中的胃粘膜和重癥患者中的胃粘膜。
15.根據權利要求8所述的方法，其中從所述監測裝置收集電測量值包括以下步驟 使用一個或多個電極在所述受試者的所述組織處開始電流組織激勵；允許經過使得電壓信號穩定的一段時間； 將電壓數據寫入先進先出(FIFO)存儲緩沖器中；停止電流組織激勵；停止向所述FIFO存儲緩沖器寫入；以及從所述FIFO存儲緩沖器讀取電壓數據。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述收集電測量值的步驟針對組織激勵的多個頻率重復進行。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述電壓數據儲存在對應于在電流激勵時跨基準電阻器的電壓降的基準信號和對應于在兩個中心探針電極處測量的組織的差分電壓的組織信號中。
18.一種有形的計算機可使用介質，具有嵌入其中的計算機可讀的程序代碼，所述計算機可讀的程序代碼適于執行以實施用于進行胃阻抗譜的特征參數評估的方法，所述方法包括從配置為從受試者的組織收集電測量值的監測裝置接收多個電測量值，其中所述電測量值包括組織信號和基準信號；針對組織信號和基準信號對獲得相位值； 針對所述組織信號和基準信號對獲得幅度值； 從所述相位值和幅度值計算電阻值和電抗值。
19.根據權利要求18所述的有形計算機可讀介質，其中所述方法還包括通過以下的至少一種驗證所述電測量值檢驗所述組織信號和基準信號的值變化，或檢驗所述基準信號最小幅度。
20.根據權利要求18所述的有形計算機可讀介質，其中所述方法還包括過濾所述電測量值，從而從所述組織信號和/或基準信號去除噪聲。
21.根據權利要求18所述的有形計算機可讀介質，其中所述相位值計算為組織相位減去基準相位。
22.根據權利要求18所述的有形計算機可讀介質，其中所述幅度值被計算為組織幅度除以基準幅度乘以基準電阻。
23.根據權利要求18所述的有形計算機可讀介質，其中所述電阻值通過采取所述相位值和所述幅度值的極坐標值的實部而計算，且所述電抗值通過采取所述相位值和所述幅度值的極坐標值的虛部而計算。
全文摘要
阻抗譜被提出作為監測重癥患者中由于灌注不足和缺血而導致的粘膜損傷的方法。本發明包括被設計用于計算最好地描述人胃阻抗測量的特征電學值和簡化利用這一方法獲得的信息的算法。胃譜的數據庫由健康志愿者、心血管手術和重癥患者獲得。胃譜在復數域中形成兩個半圓形，劃分成低頻率(F＜10kHz)和高頻率(F＞10kHz)。基于Cole模型開發了擬合算法，并計算中心特征參數。參數使用標準均方誤差驗證且0.7％的譜被丟棄。從人類獲得的實驗數據來看，隨著胃粘膜變成缺血時觀察到的最大變化在低頻率下出現(其對組織損傷是特異性的和敏感的)，且隨灌注不足的程度變化。
文檔編號A61B5/053GK102307524SQ201080006690
公開日2012年1月4日 申請日期2010年3月15日 優先權日2009年3月16日
發明者E·薩克里斯添, J·J·M·德弗爾特, M·M·古迪尼茲, N·E·貝爾特蘭 申請人:基礎灌注公司