CN113164111A - 用于监测胎儿中的分析物浓度的装置、***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监测胎儿中的分析物的浓度的装置。该装置包括用于电化学测量胎儿中的分析物的浓度的生物传感器、配置为至少部分地***到胎儿组织中的突起以及支撑生物传感器和突起的装置主体。该装置配置成使得当装置主体接触胎儿组织的表面区域时，装置主体可以锚定至胎儿组织，并且突起可以至少部分地***到组织中，使得生物传感器的反应物质与胎儿组织中的分析物发生电化学反应，并且响应于电化学反应，生物传感器的电极检测电子信号，电子信号的强度指示分析物的浓度。

Description

用于监测胎儿中的分析物浓度的装置、***和方法

技术领域

本发明涉及用于监测胎儿中的分析物浓度的装置、***和方法。特别地，本发明涉及用于监测胎儿组织中的乳酸盐浓度的装置、***和方法。

背景技术

在分娩和生产过程中，由于缺氧，胎儿大脑、神经***和其他末端器官有受损的风险，也称为胎儿窒息。胎儿窒息会给婴儿和他们的家庭带来长期衰弱的后遗症。

目前，临床医生使用心脏生育描记器(CTG)监测子宫收缩和胎儿心率(FHR)，其中信号模式的变化可能指示胎儿窒息。然而，信号模式的变化通常只是主观评估，这导致大量的假阳性。因此，许多剖腹产手术都是基于胎儿窘迫的错误指征进行的，以作为防御性措施来降低产时胎儿窒息的风险。由于大量的假阳性，非选择性剖腹产的比例有所增加。然而，剖腹产伴随着许多问题。例如，剖腹产与母亲发病率的增加、恢复时间的延长和产后感染率的增加有关(仅举几例)。此外，剖腹产比***分娩成本更高。

有利的是，本发明的至少一个实施例提供了一种连续且实时地监测与胎儿窒息相关的参数的方法，或者至少提供了常规装置和方法的替代方案。

包括在本说明书中的对文件、行为、材料、装置、物品等的任何讨论不应被视为承认任何或所有这些事项形成现有技术基础的一部分，或者是在本申请的每个权利要求的优先权日之前存在的与本发明相关的领域中的公知常识。

在整个说明书中，词语“包括”及其变体将被理解为暗示包含所述的元件、整数或步骤，或元件、整数或步骤的组，但不排除任何其他元件、整数或步骤，或元件、整数或步骤的组。

发明内容

本发明的实施例涉及一种用于监测胎儿中的分析物的浓度的装置，该装置包括：

用于电化学测量胎儿中的分析物的浓度的生物传感器，该生物传感器包括反应物质和电极，

突起，其配置为至少部分地***到胎儿组织中，该突起包括生物传感器的至少一部分，以及

支撑生物传感器和突起的装置主体，该装置主体配置为接触胎儿组织的表面区域；

其中，所述装置配置成使得当装置主体接触胎儿组织的表面区域时，装置主体可以锚定至胎儿组织，以固定到胎儿组织的接触表面区域上，并且突起可以至少部分地***到组织中，使得生物传感器的反应物质与胎儿组织中的分析物发生电化学反应，并且响应于电化学反应，生物传感器的电极检测电子信号，其中电子信号的强度指示分析物的浓度或分析物的浓度变化率。

因此，本发明的实施例能够实时监测胎儿中的选定分析物的浓度。这样，可以实时检查胎儿的氧代谢终产物和代谢物，这可以提供胎儿在分娩和生产期间健康状况的指示。此外，电化学检测胎儿中的分析物浓度的过程对胎儿的侵害可能较小，因为可能没有必要从胎儿提取组织或血液样本。

例如，胎儿组织可以位于胎儿的头皮上。然而，应当理解，胎儿组织可以位于胎儿的不同身体部位，例如，如果胎儿处于臀位。

突起可以是针的形式。例如，针的外表面区域可以涂有生物传感器的反应物质。针还可以用作生物传感器的电极。因此，通过将针***胎儿组织，反应物质可以与组织中的分析物发生电化学反应。在该示例中，生物传感器可以配置成在针***生物组织时承受力。可替代地，突起可以是杆或线的形式。

在一实施例中，针可以包括中空空间，其中生物传感器至少部分位于中空空间内。在一特定示例中，针包括在侧壁内或针的尖端处通向中空空间的开口，以将生物传感器暴露于针的外表面，使得当针***组织时，反应物质可以在开口处与胎儿组织中的分析物发生电化学反应。例如，开口可以是狭缝或切口的形式。

在另一示例中，针可以包括中空管状空间，并且针可以相对于位于针的中空管状空间内的生物传感器移动。因此，当针和生物传感器一起***到胎儿组织中时，针可以缩回，同时生物传感器的至少一部分保留在胎儿组织内。此外，针可以包括在针的侧壁内的开口，其形成用于引导针相对于生物传感器运动的轨道。

针可以由任何合适的材料制成，包括但不限于不锈钢、生物相容材料、生物材料、合成材料和生物可降解材料。突起的长度可以在0.5mm和3mm之间、或1mm和2.5mm之间、或1.5mm和2.5mm之间、或1mm和2mm之间、或约1mm、1.5mm或2mm。

在一实施例中，突起可以配置成形成用于将装置主体锚定至胎儿组织的锚定件。可替代地，该装置可以包括用于将装置主体锚定至胎儿组织的锚定件，其中该锚定件形成与突起分开的部件。

在下文中，术语“锚定件”可以指上述任一替代实施例。

在一实施例中，锚定件可以是螺旋或钩的形式，并且装置可以配置成使得装置主体可以通过旋转装置主体锚定至胎儿组织。

在一特定示例中，锚定件可以从被动配置移动到主动配置，以将装置锚定至胎儿组织。锚定件可以是弹簧加载的。具体地，锚定件可以是盘绕的并配置成形成封闭胎儿组织的一部分的闭环，以在锚定件处于主动配置时将装置主体锚定至胎儿组织。

装置主体还可以包括覆盖用于接触胎儿组织的表面区域的柔性材料层。装置主体的表面区域可以成形为基本符合胎儿组织的形状。

在一实施例中，装置主体可以是基本平坦的。这具有特别的优点，即固定到胎儿头皮的装置主体具有相对较低的轮廓。另外或可替代地，装置主体可以是基本圆顶形的，其中突起和/或锚定件位于圆顶形装置主体的基本平坦的基部。可替代地，装置主体可以具有基本圆柱形的形状，其中突起和/或锚定件位于装置主体的近端。

该装置还可以包括引导元件，其配置成使得装置主体可被引导穿过***和扩张的子宫颈，以将装置主体抵靠胎儿组织定位。引导元件可以附接到装置主体。例如，引导元件可以包括具有中空部分的管，并且装置主体可以定位在引导管的中空部分内。具体地，引导元件可以包括基管和相对于基管可移动的套筒，其中引导元件可以配置成使得在基管和套筒之间形成用于保持装置主体的空间。

装置主体可以包括至少一个凹部，用于当锚定件处于被动配置时接收突起和/或锚定件的至少一部分。这样，当装置主体被引导通过***和至少部分扩张的子宫颈时，突起和/或锚定件可以至少部分地隐藏。

包括生物传感器的至少一部分的突起可以从装置主体的基本平坦的表面区域的基本中心点突出。

锚定件可以配置成使得当锚定件***到胎儿组织中时，装置主体被牢固地保持抵靠着胎儿组织。这样，锚定件可以提供足够的阻力来承受分娩和生产期间施加到装置上的力。

在一实施例中，该装置可以包括用于将突起***到胎儿组织中和/或将装置主体锚定至胎儿组织的致动器。本领域技术人员将理解，该装置可以包括多个致动器来控制装置的各个部件。如果锚定件是与突起分开的部件，这可能特别适用。在一实施例中，致动器可以配置成将锚定件从被动配置移动到主动配置。致动器可以是推或拉机构、推-拉机构、开关或扭转机构的形式。

在一实施例中，该装置还可以包括用于监测心率的部件。该部件可以包括用于监测胎儿心率的胎儿电极。此外，该部件可以包括用于监测母亲心率的母亲电极。例如，该装置可以包括配置为***到胎儿组织中的另一突起，其中该另一突起形成用于监测胎儿心率的胎儿电极的至少一部分。在一特定实施例中，突起和另一突起可以基本彼此平行地延伸，比如沿基本直的方向或盘绕。在一实施例中，另一突起可以是针的形式，该针配置成至少部分地***到胎儿的组织区域中。

在替代实施例中，包括至少部分生物传感器的突起还可以包括用于监测胎儿心率的胎儿电极。在该示例中，装置配置成使得生物传感器的电极和胎儿电极彼此电绝缘。在另一示例中，锚定件可以包括用于监测胎儿心率的胎儿电极的至少一部分。例如，另一电极可以位于锚定元件的尖端，比如弯曲或直的腿部。

在一实施例中，该装置配置成使得生物传感器可以检测胎儿组织中的分析物比如细胞外基质的浓度。另外或可替代地，该装置可以配置成使得生物传感器可以检测胎儿血液中的分析物的浓度。

在一具体实施例中，待监测的分析物可以是乳酸盐。可以监测胎儿组织和/或胎儿血液中的胎儿乳酸盐浓度。然而，可以设想其他分析物，包括但不限于葡萄糖、皮质醇、丙酮酸、激活素A、碳酸氢盐、氢离子、非蛋白结合铁、次黄嘌呤和可以指示胎儿健康的其他合适分析物。

在具体实施例中，装置包括多个生物传感器，以监测多种分析物的浓度。

在一实施例中，生物传感器的反应物质包括固定化酶。生物传感器可以涂有固定化酶。如果装置配置成监测胎儿的乳酸盐浓度，则固定化酶可以是例如乳酸氧化酶或乳酸脱氢酶。然而，可以设想其他合适的酶。本领域的技术人员将会理解，可以根据用于发生电化学反应的待监测分析物来选择物质。

该装置还可以包括用于分析检测到的电子信号的分析部件。分析部件可以是包括处理器的计算装置的一部分。处理器可以配置成确定胎儿中的分析物的绝对浓度。在一实施例中，分析部件配置成确定分析物的浓度是否超过或低于预定阈值。

分析部件可以容纳在外部壳体中，并与生物传感器和/或用于检测胎儿心率的另一电极进行电子通信。例如，分析部件可以通过线连接到生物传感器和/或另一电极。线可以延伸穿过引导管。

外部壳体可以附接到母亲的身体部位。例如，外部壳体可以包括用于将分析部件连接到母亲腿部的带。然而，可以设想其他配置。例如，该装置可以包括无线发射器，用于将检测到的电子信号传输到计算装置，比如移动计算装置。

该装置可以配置成实时监测分析物的浓度。例如，该装置可以配置为连续地、周期性地或根据请求来监测分析物的浓度。

根据本发明的实施例，提供了一种用于监测胎儿中的分析物的浓度的***，该***包括：

用于电化学测量胎儿中的分析物的浓度的生物传感器，该生物传感器包括反应物质和电极，

突起，其配置为至少部分地***到胎儿组织中，该突起包括生物传感器的至少一部分，

支撑生物传感器和突起的装置主体，该装置主体配置为接触胎儿组织的表面区域，以及

与生物传感器的电极进行电子通信的分析部件，该分析部件配置成使用生物传感器的检测到的电子信号来确定指示分析物浓度的信息，

其中，所述***配置成使得当突起可以至少部分地***到组织中时，装置主体可以锚定至胎儿组织，以固定到胎儿组织的接触表面区域上，并且使得分析物与生物传感器的反应物质发生电化学反应，并且响应于电化学反应，生物传感器的电极检测电子信号，电子信号的强度指示分析物的浓度。

在一实施例中，分析部件配置成确定分析物的基线浓度的趋势。分析部件可以配置成确定分析物的浓度是否超过或低于预定阈值。

在一实施例中，分析部件可以配置成确定胎儿中的分析物的绝对浓度。

该***可以包括计算装置，其包括例如处理器形式的分析部件。计算装置还可以包括显示器，用于显示指示胎儿中的分析物的浓度的信息。信息可以实时显示。

该***可以包括用于容纳分析部件的外部壳体。外部壳体可以包括用于将外部壳体连接到母亲身体部位的附件。例如，外部壳体可以包括用于将外部壳体连接到母亲的腿部或腹部的带。

分析部件也可以与胎儿电极和/或母亲电极进行电子通信。分析部件可以通过线连接到生物传感器、胎儿电极和/或母亲电极。线可以延伸穿过装置的引导管。可替代地，该装置可以包括无线发射器，用于将检测到的电子信号传输到计算装置，比如移动计算装置。

根据本发明的实施例，提供了一种监测胎儿中的分析物的浓度的方法，该方法包括：

提供用于监测胎儿中的分析物的浓度的装置，该装置配置成锚定至胎儿组织并且包括用于至少部分地***到胎儿组织中的突起；

将突起至少部分地***到胎儿组织中，所述突起包括生物传感器的至少一部分，所述生物传感器包括反应物质和电极；

当突起已被至少部分地***到胎儿组织中时，将所述装置锚定至胎儿组织；以及

在生物传感器的电极处检测电子信号，该电子信号响应于生物传感器的反应物质和待监测的分析物之间的电化学反应；

其中，将该方法执行成使得检测到的电信号指示胎儿中的分析物的浓度。

在一实施例中，突起至少部分地***到胎儿组织中，使得反应物质可以与胎儿组织和/或胎儿血液中的分析物反应。

该方法可以包括引导该装置穿过***和扩张的子宫颈的步骤。具体地，该方法可以包括提供包括基管和套筒的引导元件并将该装置定位在基管和套筒之间形成的空间中的步骤。当突起已被***到胎儿组织中并且装置主体已经锚定至胎儿组织时，该方法可以包括从装置中移除引导元件的步骤。

从以下对本发明具体实施例的描述中，将更全面地理解本发明。参考附图提供描述。

附图说明

图1是根据本发明实施例的用于监测胎儿中的分析物的浓度的***的示意图；

图2是根据本发明另一实施例的用于监测胎儿中的分析物的浓度的***的示意图；

图3至5示出了根据本发明实施例的用于监测胎儿中的分析物的浓度的装置的不同视图；

图6和7示出了根据本发明实施例的定位在引导管中的装置的不同视图；

图8A至8E示出了根据本发明实施例的图6和7的装置和引导管的不同配置；

图9示出了根据本发明另一实施例的用于监测胎儿中的分析物的浓度的装置的示意图；

图10A和10B示出了图9的装置的不同配置；

图11示出了根据本发明另一实施例的用于监测胎儿中的分析物的浓度的装置的示意图；

图12A和12B示出了图11的装置的不同配置；

图13示出了图3至12的示例性装置的生物传感器的示意图；以及

图14示出了根据本发明实施例的监测胎儿中的分析物的浓度的方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例总体涉及用于监测胎儿中的分析物的浓度的装置、***和方法。根据本发明实施例的装置包括用于电化学测量胎儿中的分析物的浓度的生物传感器，比如胎儿组织中的乳酸盐浓度。生物传感器包括被选择为与待监测的分析物反应的反应物质和用于检测电子信号的电极。该装置还包括突起，其配置为至少部分地***到胎儿组织中，其中该突起包括生物传感器的至少一部分。例如，突起可以是涂有生物传感器的反应物质的针的形式。这样，生物传感器的反应物质可以定位在胎儿组织内。可替代地，突起可以是包括中空空间的针的形式，其中生物传感器设置在中空空间内。在该示例中，针的外部可以是可缩回的，从而仅将生物传感器定位在胎儿组织内，或者针可以具有开口，从而将生物传感器暴露于针的外表面。

该装置还包括用于支撑生物传感器和突起的装置主体。装置主体通常具有相对较低的轮廓，并且可以附接到引导元件上，以便于通过***和母亲充分扩张的子宫颈将装置主体定位在胎儿组织上。

该装置配置成使得装置主体能够锚定至胎儿组织，并且突起至少部分地***到胎儿组织中。在这点上，突起可以配置为锚定件，或者可替代地，该装置可以包括锚定件，其形成与突起分开的部件。在下文中，术语“锚定件”可以指配置为锚定件的突起或者锚定件作为分开的部件。锚定件可以包括盘绕的锚定元件，例如以可以锚定在胎儿组织内的钩或螺旋的形式。另外或可替代地，锚定件可以从被动配置移动到主动配置，以将装置主体锚定在胎儿组织中。一旦完成了对分析物的监测，锚定件也可以从主动配置移动到被动配置，以从胎儿组织移除装置主体。

该装置配置成使得当突起至少部分地***到组织中时，生物传感器的反应物质与分析物发生电化学反应，使得响应于电化学反应，生物传感器的电极检测到电子信号。电子信号的强度表示分析物的浓度或分析物的浓度变化率。在一些实施例中，该装置还包括用于监测心率的部件，比如用于监测胎儿心率的胎儿电极和用于监测母亲心率的母亲电极。

根据本发明示例性实施例的详细描述，本发明的实施例具有将变得更加明显的显著优点。

如背景部分所述，通过心率监测来监测胎儿健康的常规方法导致胎儿窘迫的假阳性指征可能导致剖腹产增加，以缩短分娩时间。一种监测胎儿健康的方法涉及采集胎儿血液样本以确定胎儿血液乳酸盐水平。乳酸盐是窒息时葡萄糖代谢过程中产生的代谢物。胎儿血液样本通常在分娩时从胎儿头皮或脐动脉采集。然后对样本进行乳酸盐浓度分析，当胎儿缺氧并进行无氧呼吸时，就会产生乳酸盐。然而，这种方法有许多缺点。例如，该方法对胎儿和母亲的侵害相对较大。由于其复杂性，很难执行，导致平均时间约为20分钟。然而，该方法通常需要更长的时间，对妇女和她们的医生来说可能是痛苦、不舒服和有损尊严的。更重要的是，这种复杂的手术会导致血肿、头皮出血和死亡等并发症。

本发明的实施例旨在降低复杂性和侵入性。此外，本发明的至少一个实施例能够连续且实时地监测选定的分析物，比如乳酸盐。因此，一旦乳酸盐水平超过预定阈值，医生或助产士可以立即采取行动。

此外，通过使用生物传感器和待监测的分析物之间的电化学反应，可能不需要收集血液或组织样本。这不同于常规方法和其他方法，比如微透析。

现在参考附图，图1示出了用于监测胎儿中的分析物的浓度的***100。***100包括要固定到胎儿组织的装置102，在该示例中是固定到胎儿头皮104。本领域技术人员将理解，装置102可以附接到胎儿的不同身体部位，例如，如果胎儿处于臀位。装置102通过线108与分析部件106进行电子通信。分析部件106通常是包括处理器的计算装置，在该示例中，处理器容纳在具有显示器107的外部壳体106中，以显示指示乳酸盐浓度的信息。外部壳体106具有带110，用于将分析部件106附接到母亲。在该示例中，分析部件106附接到母亲的腿部。然而，分析部件106可以替代地附接到母亲的腹部或任何其他合适的身体部位。将分析部件106附接到母亲的腿部具有的优点在于，线108的长度可以保持相对较短，并且允许母亲自由地四处移动、行走和淋浴。

装置102至少包括生物传感器，用于感测分析物的浓度，在该特定示例中是乳酸盐浓度。乳酸盐浓度通常在胎儿组织中被感知，但也可以在胎儿血液中被感知。在以下示例中，装置102还包括用于检测胎儿心率的胎儿电极和用于检测母亲心率的母亲电极，这将在下面进一步详细描述。然而，本领域技术人员将理解，可以使用其他方法来检测胎儿和/或母亲的心率。

装置102通过***112和充分扩张的子宫颈114定位在胎儿头皮处。这可以通过将装置102附接到引导元件比如引导管来实现。如果装置102的宽度在0.3至4cm之间，则装置102可以在范围为2至4cm的母亲扩张的早期阶段定位在胎儿头皮处。

图2示出了根据本发明实施例的替代示例性***200。在该示例中，相同的数字指代***200的相同部件。***200还包括可附接到胎儿头皮104的装置102。在该示例中，装置102与可以位于床头柜204上的外部监测装置202进行电子通信。在该示例中，外部监测装置202经由线108连接到装置102。然而，本领域技术人员将理解，装置102可以无线连接到外部监测装置202。在这种情况下，装置102可以包括发射器，用于向计算装置无线地传输电子信号。计算装置可以是外部监测装置202，但可替代地可以是智能手机、平板电脑、膝上型电脑或个人计算机。

外部监测装置202包括显示器206，用于显示指示分析物浓度的信息。信息可以是任何合适的形式。例如，分析物的绝对浓度可以用数字或图表显示。另外或可替代地，可以显示基线浓度的趋势。这样，医生或助产士可以能够连续且实时地监测分析物的浓度。因此，如果指示乳酸盐浓度的信息超过或低于预定阈值，医生或助产士能够立即介入。

现在参考图3至5，示出了根据本发明第一实施例的用于监测分析物浓度的装置300。在该示例中，装置300配置成监测乳酸盐浓度。装置300例如可以是作为图1和2所示的***100或***200的一部分的装置102。

装置300包括装置主体302，其可以抵靠胎儿组织比如胎儿头皮的表面区域定位。在该特定示例中，装置主体302基本是圆顶形的，具有面向胎儿组织的基本平坦表面区域和配置成背离胎儿组织的圆形部分。因此，装置300具有相对低的轮廓，这在装置300使用时是有利的。装置主体的示例性高度可以在以下范围内：约2至20mm、或2至15mm、或5至15mm、或5至10mm、或约5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。如下所述，当装置300被固定到胎儿组织时，装置主体302的基本平坦表面区域可被牢固地压靠在胎儿组织的表面区域上，以承受分娩期间施加到装置102上的力。装置主体还可以包括覆盖用于接触胎儿组织的基本平坦表面区域的柔性材料层(未示出)。另外或可替代地，表面区域可被成形为基本符合胎儿头皮的形状。

本领域技术人员将理解，装置主体可以具有任何合适的形状。例如，装置主体可以具有基本圆柱形的形状，其中突起和锚定件位于装置主体的近端，例如如图11和12中的实施例所示。在替代实施例中，装置主体可以基本是平坦的，如图9和10所示的实施例。在另一示例中，装置主体302可以是基本平坦的且可附接到引导管，如图6至8所示。

回到装置300，装置主体302支撑第一突起304，其可以至少部分地***到胎儿组织比如胎儿头皮104中。在该示例中，第一突起304是长度约2mm的相对较短的第一针304的形式。针304配置为完全***胎儿头皮。在该示例中，针304由钢制成。然而，可以设想其他合适的材料，包括但不限于生物相容性材料、生物材料、合成材料和生物可降解材料。针304可以具有任何合适的长度，包括但不限于0.5mm和3mm之间、或1mm和2.5mm之间、或1.5mm和2.5mm之间、或1mm和2mm之间、或约1mm、1.5mm或2mm。

第一针304是生物传感器306的一部分，生物传感器306配置成电化学测量胎儿组织中的乳酸盐的浓度。在这点上，生物传感器306包括反应物质和电极。图13示出了生物传感器306的更详细表示。电化学生物传感器通常包括两个元件，即与待监测的分析物反应的生物元件和换能器元件。生物元件和分析物之间的相互作用可以产生电信号、光信号或热信号，该信号可被换能器元件检测并转换成可测量的电参数。在该示例中，生物传感器306利用包括工作电极502、参考电极504和逆流电极506的三电极***。工作电极502具有形成第一针304的第一端508，第一针304涂覆有反应物质(未示出)，在这种情况下是固定化酶，比如乳酸氧化酶或乳酸脱氢酶。生物传感器306配置成测量工作电极502和逆流电极506之间的电流，并利用所测量的电流与胎儿组织中的乳酸盐的浓度成比例的原理。参考电极504可以是Ag/AgCl或饱和甘汞电极，其提供与工作电极电势相比较的稳定且可再现的电势。

当涂有固定化酶的第一端508***到胎儿组织中时，固定化酶与细胞外基质和皮肤血液以及胎儿头皮的致密***中存在的乳酸盐浓度反应。酶促反应导致形成过氧化物离子，其在生物传感器306的工作电极502处被电化学检测为化学还原事件。这导致电子信号的传输，该电子信号经由线312传输到分析部件，比如分析部件106。电子信号可以经历信号转换，以获得指示胎儿中的乳酸盐浓度的信息。

乳酸盐的浓度与电子信号的强度相关。利用这种相关性，有可能确定胎儿组织中的乳酸盐浓度的绝对值。然而，基于历史数据确定相对于基线浓度的趋势和/或电子信号是否超过或低于预定阈值就足够了。为了确定胎儿中的乳酸盐浓度的绝对值，可能需要执行校准方法。在这方面，可以采集并检查胎儿的血液样本以确定参考浓度。考虑到胎儿组织中的乳酸盐绝对浓度的示例性值，可以认为正常范围小于4.1mmol/L，而酸解前范围可以定义为乳酸盐浓度在4.2至4.8mmol/L之间，且酸解范围可以高于4.8mmol/L。

返回参考图3至5，装置300包括第二针308形式的第二突起308。第二针308是用于检测胎儿心率的胎儿电极310的一部分。虽然在该示例中胎儿电极310包括针，但本领域技术人员将理解，可以设想其他实施方式。例如，胎儿电极可以是配置为接触胎儿组织以检测胎儿心率的板的形式。除了胎儿电极310之外，装置300还包括用于检测母亲心率的母亲电极311。母亲电极311配置为接触母亲的组织比如子宫，以监测心率。

在该特定示例中，生物传感器306和胎儿心率监测器310、311的电极被实现为具有独立的针部件。然而，本领域技术人员将理解，电极可以组合成一个部件，只要电极彼此电隔离。此外，胎儿电极310和/或生物传感器306可以结合在装置300的其他部件中，比如在装置主体302的锚定元件或表面元件中，这将在图9和10所示的实施例中描述。

此外，本领域技术人员将理解，装置300可以包括附加传感器，其可以结合在附加或现有部件比如突起中。例如，该装置可包括多个生物传感器以监测多种分析物，包括但不限于葡萄糖、皮质醇、丙酮酸盐、激活素A、碳酸氢盐、氢离子、非蛋白结合铁、次黄嘌呤和可指示胎儿健康的其他合适的分析物。

胎儿电极310、母亲电极311和生物传感器306的电极通过线310、312电连接到外部分析部件。在该示例中，线310、312具有促进装置300的锚定元件的激活的进一步功能，如下所述。

装置300包括锚定件316，其包括锚定元件318，用于当第一和第二针304、308已经***到胎儿组织中时将装置主体302保持在适当位置。在该示例中，锚定件316包括钩318形式的四个锚定元件318。锚定件316可以从被动配置移动到主动配置，反之亦然。在这点上，装置主体302包括多个凹部320，其尺寸和形状设置成当锚定件316处于被动配置时接收相应的钩318。在该示例中，凹部320是以交叉格式布置的狭缝的形式。然而，可以设想其他配置。

当锚定件316处于被动配置时，四个钩318位于相应的凹部320内。这样，当装置300被引导通过***和充分扩张的子宫颈时，可以避免钩318与周围组织相互作用。一旦装置主体302抵靠着胎儿组织定位，锚定件316被移动到主动配置，并且钩318围绕枢转轴线322朝向彼此枢转。装置主体302包括钩318绕之枢转的相应销324。因此，钩318的端部移出凹部320并进入胎儿组织。这样，装置主体302可以锚定至胎儿组织。一旦钩318***到胎儿组织中，装置主体302被牢固地保持抵靠在胎儿组织上。这样，锚定件316可以提供足够的阻力来承受在胎儿分娩和生产期间施加到装置300上的力。

本领域技术人员将理解，锚定件可以具有配置成将装置主体302固定到胎儿组织的任何合适的锚定元件。例如，锚定件可以包括能够***到胎儿组织中的任何合适数量的腿部。腿部可以弯曲成形成钩，或基本是直的。腿部可以包括有倒钩的端部。在一替代示例(未示出)中，锚定元件可以是以不同角度进入胎儿组织的多个基本直的腿部的形式，以将装置主体302固定到胎儿组织。具体地，多个基本直的腿部可以散开，使得相邻腿部之间的距离随着胎儿组织中的深度增加而增加。

为了将锚定件316从被动配置移动到主动配置，装置300包括激活器。在该特定示例中，激活器是推-拉机构的形式，并且包括位于装置主体302的中心通道328内的圆筒326。圆筒326具有两个相对的端部，其中一端通过驱动轴线329连接到钩318。为此，圆筒326包括相应的驱动销330。圆筒326的另一远端例如通过钩环连接332连接到第一和第二线312、314。

装置300配置成使得圆筒326能够在装置主体302的中心通道328内横向移动，以使钩318绕相应的枢转轴线326枢转。这样，锚定件316可以从被动配置移动到主动配置，反之亦然。因此，通过拉动线312、314，锚定件316可以从被动配置移动到主动配置。通过将线312、314推向装置主体302，锚定件316从主动配置返回到被动配置，并且钩318从胎儿组织移除。

在该特定示例中，装置300还包括锁定元件，用于将锚定件316锁定在被动配置或主动配置。锁定元件包括滚珠轴承334和弹簧336。圆筒326包括位于圆筒326侧部的凹部形式的锁定止动件。这在图5的装置300的侧视图中特别示出。滚珠轴承334和弹簧336通过塞子338保持在适当位置，使得弹簧336推动滚珠轴承334抵靠在圆筒326的侧部上。

现在参考图6和7，示出了附接到引导管400的装置300。引导管400可以形成装置300的一部分。在该特定示例中，引导管400具有总体基本圆柱形的形状，并且配置成引导装置主体302穿过***和充分扩张的子宫颈，以将装置主体302抵靠着胎儿组织定位。引导管400的直径可以类似于装置主体302的宽度，即在约2和4cm的范围内，或者约2cm、3cm或4cm。引导管400的长度可以在以下范围内：约5和35cm、10和30cm、15和25cm、或15至20cm、或约10cm、15cm、20cm或25cm。

在该示例中，引导管400包括具有中空通道的基管402，线312、314延伸穿过该中空通道。引导管400还包括覆盖基管402的端部的中空套筒404。引导管400配置成使得在基管402和套筒404之间形成空间以保持装置主体302。为了将装置主体302抵靠着胎儿组织定位，装置主体302最初定位在基管402和套管404之间形成的空间中。该特殊配置在图8A中示出。如图所示，在该初始配置中，钩318位于装置主体302的凹部320中，使得当引导管400移动穿过***和子宫颈时，钩318不能与周围组织接合。

一旦装置主体302抵靠着胎儿组织定位，例如通过将引导管400压靠在组织上，使用者比如医生或助产士可以拉动线312、314以释放钩318并将装置主体302锚定在胎儿组织中。图8B和8C示出了在该过程中装置300和引导管400的示例性配置。一旦装置主体302锚定在胎儿组织中，就可以移除引导管400。具体地，医生或助产士可以将基管402和套筒404拉在一起以移除引导管400。通过移除引导管400，可以显著提高母亲的舒适度，并且可以允许母亲自由四处移动。

现在参考图9和10，示出了根据本发明另一实施例的用于监测分析物浓度的装置500。类似于装置300，该示例中的装置500配置成监测胎儿中的乳酸盐浓度，并且可以是作为图1和2所示的***100或***200的一部分的装置102。

装置500包括装置主体502，其具有用于接触胎儿组织的表面区域的基本平坦表面区域和用于与医生或助产士的手指接合的相对表面区域。在该特定示例中，装置主体502具有成人指尖大小的尺寸，并且通常连接到用于将装置主体502锚定至胎儿组织的致动器。在该特定实施例中，装置500包括第一致动器520和第二致动器522，这将在下面进一步详细描述。

在该示例中，装置主体502包括结构504，以识别用于与医生或助产士的探测器接合的表面区域，从而也识别将与胎儿组织接触的相对表面区域。这可能有利于降低将装置主体502锚定到医生或助产士手指的风险。本领域技术人员将理解，装置主体502可以替代地包括图案等以识别相对表面区域之一。

在另一实施例(未示出)中，装置主体502可以包括用于将装置主体502可移除地附接到医生或助产士指尖的附接结构。这种附接结构可以改善引导和放置装置主体502抵靠着胎儿组织的过程。例如，该结构可以是带、环或凸缘的形式。

返回参考图9和10所示的示例，装置500还包括第一盘绕针506形式的第一突起和第二盘绕针508形式的第二突起。第一盘绕针506形成用于电化学测量胎儿中的分析物的浓度的生物传感器。该生物传感器包括被选择为与胎儿组织中的分析物反应的反应物质和用于检测响应电化学反应而产生的电子信号的电极。具体地，类似于图3至5所示的实施例，生物传感器为实心针的形式，例如由涂覆或包含反应物质的硬化Pt或Pt/Ir合金制成。上文参考图3至5讨论了反应物质和电化学反应的非穷尽性示例。在该实施例中，生物传感器配置为具有类似于医用针的特性，以便承受当第一针506***到胎儿组织比如胎儿头皮中时施加的力。

第二盘绕针508形成用于检测胎儿心率的胎儿电极。本领域技术人员将理解，用于检测心率的胎儿电极在本领域中是众所周知的，并且将不进一步详细描述。可***胎儿组织的众所周知的胎儿电极的示例涉及Rocket Copeland胎儿头皮电极。虽然示例性装置500包括第一和第二盘绕针506、508，但本领域技术人员将理解，装置500可以仅包括形成生物传感器的第一突起，并且可以使用单独的装置来检测胎儿的心率(如果有的话)。

第一和第二盘绕针506、508进一步配置成形成用于将装置主体502锚定至胎儿组织的相应锚定件。通过使用通过线524、526连接到针506、508的相应致动器520、522，每个针506、508可选择性地在被动配置和主动配置之间移动，反之亦然。然而，本领域技术人员将理解，通过使用单个致动器，两个针506、508可以同时移动。线524、526中的每个或两者可以进一步用于在生物传感器的电极处传输测量的信号，用于进一步分析。

装置主体502包括第一腔510和第二腔512，其布置成使得第一和第二针506、508能够缩回并完全容纳在装置主体502的相应腔510、512内。图10A示出了装置500，其中第一针506完全缩回并定位在第一腔510内(被动配置)，第二针508处于主动配置，并与装置主体502形成闭环。图10B示出了当第一针506已经从被动配置移动到主动配置时的装置500，也与装置主体502形成闭环。因此，当第一和第二针506、508缩回到相应的腔510、512中时，针/锚定件506、508处于被动配置，并且装置主体502可以被放置成与胎儿组织齐平，而无需将第一和第二针506、508***到胎儿组织中。第一和第二针506、508可从被动配置移动到主动配置，由此针506、508的尖端***到胎儿组织中。一旦第一和第二针506、508定位在主动配置，第一和第二针506、508中的每个都与装置主体502形成闭环，该闭环包围胎儿组织的一部分，从而将装置主体502锚定至胎儿组织。

在该特定示例中，第一和第二针506、508中的每个都是弹簧加载的，并且第一和第二针506、508与装置主体502形成闭环的主动配置限定默认配置。换句话说，需要操作致动器520、522来主动地将盘绕的第一和第二针506、508移动到腔510、512中。这样，可以降低无意锚定装置500的风险。

在替代实施例(未示出)中，生物传感器的反应部分位于针的核心部分内。针可以例如包括中空空间，生物传感器的一部分位于该中空空间内。在这点上，针可以包括侧壁中的开口，比如狭缝或切口，其中化学反应部分暴露于外表面。这样，一旦针***生物组织，生物传感器的暴露部分可以与胎儿组织中的分析物发生电化学反应。该实施例的优点在于，针本身可以由机械强度高的材料比如不锈钢构成，而不需要化学反应性材料成分。更重要的是，生物传感器的反应部分可以由不一定能承受将装置***胎儿组织的力的材料制成。

现在参考图11和12，示出了根据本发明另一实施例的用于监测分析物浓度的装置600。类似于装置300和500，装置600配置成监测胎儿中的乳酸盐浓度，并且可以是作为图1和2所示的***100或***200的一部分的装置102。在该特定实施例中，套管配置用于实现装置600，这将在下面进一步详细描述。

装置600包括装置主体602，其具有轴604，用于引导装置600穿过***和至少部分扩张的子宫颈。装置600包括具有中空管状空间的第一针608，其中生物传感器610位于针608的管状空间内。类似于套管***，第一针608可相对于位于中空空间内的生物传感器610移动，以便将生物传感器610的化学反应部分放置到胎儿组织中，同时针608可以缩回。为了更详细地说明该过程，我们现在参考图12A至12C，其示出了用于将生物传感器610定位在胎儿组织中的装置600的不同配置。首先参考图12A，针608和生物传感器610示出为处于被动缩回配置。在该配置，装置600可以移动通过***和至少部分扩张的子宫颈，并靠着胎儿组织的表面区域定位。图12B示出了***到胎儿组织中的针608和生物传感器610，图12C示出了当生物传感器610保持在胎儿组织内时针608被缩回，其中生物传感器610的反应物质可以与组织的分析物反应。

装置600还包括用于将针608和生物传感器610一起***胎儿组织的致动器。在该示例中，致动器包括设置在装置600的远端的按钮(未示出)、连接到按钮的内轴612和弹簧614。当通过按压按钮来操作致动器时，内轴612平移该运动并与针608的基部618接合。这样，当致动器的弹簧614被压缩时，针608和生物传感器610一起被移动到胎儿组织中，特别如图12B所示。

一旦致动器的按钮被释放，弹簧614扩张且针608缩回到装置主体602的壳体中，同时生物传感器610保持在胎儿组织内，特别如图12C所示。为了将生物传感器610锁定在胎儿组织内的适当位置，装置600还包括锁定元件616。一旦生物传感器610定位在胎儿组织内，锁定部件616具有将生物传感器610锁定在适当位置的功能，同时针608返回到其缩回配置。锁定元件616连接到生物传感器610，并且配置成使得当生物传感器610已经***到胎儿组织中时，锁定元件616的凸缘620与装置主体602内部的容座622接合，从而将生物传感器锁定在适当位置，特别如图12B和12C所示。

装置600还包括锚定件624，用于将装置主体602锚定至生物组织的表面区域。该示例中的锚定件624形成与针608分开的部件。具体地，锚定件620呈螺旋形式，其可通过旋转装置主体602***到胎儿组织中。在该示例中，锚定件620还用作检测胎儿心率的电极。用于检测胎儿心率的电极在本领域中是众所周知的，因此不再详细描述。本领域技术人员将理解，装置600的锚定件624可以以任何合适的方式成形和定尺寸。例如，与参考图9和10描述的实施例类似，代替螺旋，锚定件624可以是盘绕的并且可以从被动配置移动到主动配置。

在另一实施例(未示出)中，装置具有与图11和12所示的装置600相似的配置。然而，代替具有其中设置有生物传感器的中空管状空间的针，针608形成例如参照图9和10所示的装置500描述的生物传感器。在该特定实施例中，装置的致动器可被简化，因为弹簧614和锁定元件616可以不是必需的，并且针保持在胎儿组织内，同时监测胎儿的分析物。

在另一实施例(未示出)中，装置具有与图11和12所示的装置600相似的配置。然而，代替锁定元件616，生物传感器610包括配置为将生物传感器锚定在胎儿组织内的钩。因此，一旦生物传感器和针***到胎儿组织中，当针缩回时，生物传感器自动将其自身钩在胎儿组织上以保留在胎儿组织中。

在另一实施例(未示出)中，装置具有与装置500相似的配置。然而，如参照装置600所述，第一针设置为套管***。具体地，该装置包括基本平坦的装置主体，其具有用于接收盘绕的第一和第二针的腔。第一和第二针配置成选择性地在被动配置和主动配置之间移动。在被动配置，第一和/或第二针缩回并完全容纳在装置主体的相应腔内。在主动配置，第一和/或第二针与装置主体的表面区域形成闭环。当该装置锚定至生物组织时，闭环包围生物组织的一部分，从而将该装置锚定至生物组织。关于与装置500的主要区别，该示例性装置的第一针包括类似于装置600的第一针的用于容纳生物传感器的中空管状空间。当第一针从被动配置移动到主动配置时，第一针与生物传感器一起***生物组织。然后，第一针缩回到装置主体的相应腔中，同时生物传感器的一部分以盘绕的配置保留在生物组织内。

现在参考图14，示出了说明监测胎儿中的分析物的浓度的示例性方法700的流程图。方法700包括提供用于监测胎儿中的分析物的浓度的装置的步骤702。该装置例如可以是附图中所示的装置300、500或600。该装置包括突起，比如针，用于至少部分地***到胎儿组织中，比如胎儿头皮。该装置还包括用于接触胎儿组织表面区域的装置主体。在另一步骤704，突起至少部分地***到胎儿组织中，其中突起是具有电极和化学反应物质的生物传感器的一部分。该物质通常被选择为与待监测的分析物反应。例如，如果分析物是乳酸盐，反应物质可以是例如乳酸氧化酶或乳酸脱氢酶。该方法还包括将装置主体锚定至胎儿组织的步骤，例如通过将装置的锚定件从被动配置移动706到主动配置，以将锚定件的锚定元件至少部分地***到胎儿组织中。本领域技术人员将理解，锚定装置主体的步骤可以在将突起***胎儿组织之前、之后或同时进行。突起可以例如配置成形成锚定件，比如钩、螺旋或夹具，以将装置主体锚定至胎儿组织。在另一步骤708，在生物传感器的电极处检测电子信号，比如电流，其中电子信号指示分析物的浓度。响应于生物传感器的反应物质和胎儿中待监测的分析物之间的电化学反应来检测电子信号。

该装置可以包括引导管，当该装置被引导通过***和子宫颈时，该引导管保护突起和锚定件不与周围组织接合。这样，一旦装置被锚定至胎儿组织上，引导管可被移除，并且只有连接装置主体和外部分析部件的接线(如果有的话)被保持在适当位置，这减少了母亲的不适。

该方法可以进一步包括从胎儿组织移除装置主体的步骤。在这点上，锚定件可以从主动配置移动到被动配置，这可以自动地从胎儿组织释放突起。然而，应当理解，突起可以是可缩回的，并且该方法可以包括在移动锚定元件之前缩回突起的步骤。

该装置可与常规用于监测分娩进程和母亲健康的多普勒超声装置以及监测胎儿心跳的外部CTG监测装置结合使用。在外部监测造成困难或不确定性，或导致异常模式的情况下，可以使用用于监测分析物浓度的装置。

本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的宽泛的一般范围的情况下，可以对上述实施例进行多种变化和/或修改。因此，本实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (24)

1.一种用于监测胎儿中的分析物的浓度的装置，该装置包括：

用于电化学测量胎儿中的分析物的浓度的生物传感器，该生物传感器包括反应物质和电极，

突起，其配置为至少部分地***到胎儿组织中，该突起包括生物传感器的至少一部分，以及

支撑生物传感器和突起的装置主体，该装置主体配置为接触胎儿组织的表面区域；

其中，所述装置配置成使得当装置主体接触胎儿组织的表面区域时，装置主体可以锚定至胎儿组织，以固定到胎儿组织的接触表面区域上，并且突起可以至少部分地***到组织中，使得生物传感器的反应物质与胎儿组织中的分析物发生电化学反应，并且响应于电化学反应，生物传感器的电极检测电子信号，电子信号的强度指示分析物的浓度或分析物的浓度变化率。

2.根据权利要求1所述的装置，包括用于检测胎儿的心率的另一电极。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述装置包括配置为***到胎儿组织中的另一突起，其中，所述另一突起形成用于检测胎儿的心率的另一电极的一部分。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述装置包括用于检测母亲的心率或捕获参考信号的母亲电极。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述突起为针的形式，其中，所述针的外表面区域涂覆有所述生物传感器的反应物质，并且所述针用作所述生物传感器的电极。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述突起为包括中空空间的针的形式，并且所述生物传感器至少部分地位于所述针的中空空间内，其中，所述针包括通向所述中空空间的开口，以将生物传感器暴露于针的外表面，使得当针***到组织中时，生物传感器的反应物质可以在所述开口处与胎儿组织中的分析物发生电化学反应。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述突起为包括中空空间的针的形式，并且所述生物传感器至少部分地位于所述针的中空空间内，并且其中，所述针相对于位于针的中空空间内的生物传感器是可移动的，使得当针与生物传感器一起已经***到胎儿组织中时，针可以缩回，同时生物传感器的至少一部分保留在胎儿组织内。

8.根据权利要求6和7所述的装置，其中，所述开口形成用于引导所述针相对于所述生物传感器的运动的轨道。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述突起配置成形成用于将所述装置主体锚定至胎儿组织的锚定件。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述装置包括用于将所述装置主体锚定至胎儿组织的锚定件，其中，所述锚定件形成与所述突起分开的部件。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其中，所述锚定件是以螺旋的形式，并且所述装置可以通过旋转所述装置主体而锚定至胎儿组织。

12.根据权利要求9或10所述的装置，其中，所述锚定件是盘绕的，并且可从被动配置移动到主动配置，以将所述装置主体锚定至胎儿组织。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述锚定件配置成形成封闭胎儿组织的一部分的闭环，以将所述装置主体锚定至胎儿组织。

14.根据权利要求13中任一项所述的装置，其中，所述装置主体包括凹部，用于当所述锚定件处于所述被动配置时接收锚定件的至少一部分。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的装置，其中，所述装置包括致动器，用于操作所述锚定件以将所述装置主体牢固地附接至胎儿组织。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其中，所述生物传感器的反应物质包括固定化酶，以与胎儿组织和/或胎儿血液中的分析物反应。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述固定化酶是用于检测胎儿组织和/或胎儿血液中的乳酸盐的乳酸氧化酶或乳酸脱氢酶。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的装置，包括用于经由***和子宫颈将所述装置主体引导至胎儿组织的引导管。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的装置，其配置为连续且实时地监测所述分析物的浓度或分析物的浓度变化率。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的装置，包括多个生物传感器，每个生物传感器配置为测量胎儿组织中的不同分析物。

21.一种用于监测胎儿中的分析物的浓度的***，该***包括：

用于电化学测量胎儿中的分析物的浓度的生物传感器，该生物传感器包括反应物质和电极，

突起，其配置为至少部分地***到胎儿组织中，该突起包括生物传感器的至少一部分，

支撑生物传感器和突起的装置主体，该装置主体配置为接触胎儿组织的表面区域，以及

与生物传感器的电极进行电子通信的分析部件，该分析部件配置成使用生物传感器的检测到的电子信号来确定指示分析物浓度的信息，

其中，所述***配置成使得当装置主体接触胎儿组织的表面区域时，装置主体可以锚定至胎儿组织，以固定到胎儿组织的接触表面区域上，并且突起可以至少部分地***到组织中，使得生物传感器的反应物质与胎儿组织中的分析物发生电化学反应，并且响应于电化学反应，生物传感器的电极检测电子信号，电子信号的强度指示分析物的浓度或分析物的浓度变化率。

22.根据权利要求21所述的***，包括用于容纳所述分析部件的外部壳体，其中，所述外部壳体包括用于将外部壳体附接到母亲的身体部位的附件。

23.根据权利要求21或22所述的装置，其中，所述分析部件配置成确定胎儿中的分析物的绝对浓度。

24.一种监测胎儿中的分析物的浓度的方法，该方法包括：

提供用于监测胎儿中的分析物的浓度的装置，该装置配置成锚定至胎儿组织并且包括用于至少部分地***到胎儿组织中的突起；

将突起至少部分地***到胎儿组织中，所述突起包括生物传感器的至少一部分，所述生物传感器包括反应物质和电极；

将所述装置锚定至胎儿组织；以及

在生物传感器的电极处检测电子信号，该电子信号响应于生物传感器的反应物质和待监测的分析物之间的电化学反应；

其中，将该方法执行成使得检测到的电信号指示胎儿中的分析物的浓度或分析物的浓度变化率。

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