TWI801370B - 用於評估糖尿病循環併發症之光學量測系統及估計組織血管健康之方法 - Google Patents

用於評估糖尿病循環併發症之光學量測系統及估計組織血管健康之方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於涉及評估因糖尿病進展引起之循環併發症之系統及方法。實施例包括具有以下各項之光學量測器件：光源，其具有一或多個波長且經組態以照射組織之一區域；檢測器，其經組態以捕獲在一或多個照射波長下自該組織之一或多個層反射之光；處理器，其經組態以基於層提取之循環資料之所檢測信號計算組織血管健康之一或多個估計值；及顯示或通信器件(例如電子資料傳送)，其經組態以儲存或報告該組織血管健康。在實例性實施例中，使用可見及近紅外波段(near-infrared regime)中之結構化光之組合提取諸如血紅素等發色團在皮膚不同層中之分佈。

Description

用於評估糖尿病循環併發症之光學量測系統及估計組織血管健康之方法
本文所述之實施例概言之係關於組織培養基之光學量測，且更具體而言係關於評估因糖尿病進展引起之循環併發症之系統及方法。
2型糖尿病係全球發展最快之流行病之一。僅在美國，2型糖尿病群體約為29M，且在世界範圍內估計此群體到2035年將增至5.92億。糖尿病之主要影響之一係因自體微血管疾病之發作引起之循環受損。因此，由於循環受損，患者尤其易受慢性傷口之傷害。實際上，預計25%之糖尿病患者在有生之年會在足上形成潰瘍。
糖尿病足潰瘍發生之原因係多方面的。導致潰瘍形成之最常見事件係減壓較差(因鞋子不合腳所致)。身體創傷事件(例如踩在尖銳的物體上)亦可造成開放傷口。傷口一旦形成便因末稍循環不良而難以癒合。
預防糖尿病足潰瘍之一個挑戰係對具有潰瘍風險之患者分層。風險最大之患者需要由專業人員(足科醫生、血管外科醫生)進行高級足護理，該等專業人員可以開具定製鞋、矯形器、藥物及/或預防性手術之處方。醫學界所提出對處於風險之患者進行分層之臨床建議係基於糖尿病嚴重程度之進展。一項研究報導，具有感覺神經病變之患者發生潰瘍之機率為 4.5%，而具有感覺神經病變及經診斷血管疾病之患者發生潰瘍之可能性高3倍，即13.8%。此比率與患有糖尿病且無其他已知合併症之患者相比，患潰瘍之比率為2%。基於該等發生率，足護理專業人員對風險患者之檢查頻率與該等臨床評估之糖尿病嚴重程度(即，存在感覺神經病變、存在末稍血管疾病(「PVD」))直接相關。
糖尿病患者面臨之一挑戰係真正理解循環問題之程度，並在所建議臨床群組內準確地對患者分類。舉例而言，由於循環在長時間段內受損引起進行性神經病性損傷而發生足感覺喪失。另外，當前測試方法(即踝肱指數(ABI)或趾肱指數(TBI))缺乏可靠性使得難以準確地評估糖尿病患者之末稍血管疾病。
因此，業內期望提供幫助評估因糖尿病進展引起之循環併發症之改良之系統及方法。
本文所提供之多個實施例係關於幫助評估因糖尿病進展引起之循環併發症之系統及方法。在本文所提供之實例性實施例中，光學量測器件包括具有一或多個波長之光源，該光源經組態以照射組織之一區域；檢測器，其經組態以捕獲在一或多個照射波長下自組織之一或多個層反射之光；處理器，其經組態以基於層提取之循環資料之所檢測信號計算組織血管健康之一或多個估計值；及顯示或通信器件(例如電子資料傳送)，其經組態以儲存或報告組織血管健康。
在本文所提供之實例性實施例中，使用可見及近紅外波段(near-infrared regime)中結構化光之組合提取血紅素(「Hb」)在皮膚不同層中之分佈。舉例而言，Hb可在皮膚之兩個層中量測，第一層稱為淺表乳頭 狀真皮(毛細血管加權)且第二層稱為較深網狀真皮(小動脈/小靜脈加權)。經由利用單一快照及增加對隔室Hb分佈之洞察進行分層量測來量測循環之能力使得能夠獲取更多關於循環及因此組織健康之知識，尤其在糖尿病患者中。舉例而言，淺表Hb(HbT1)在糖尿病患者中低於非糖尿病患者，且在糖尿病患者中，淺表Hb(HbT1)在感覺神經病變患者中低於非感覺神經病變患者。此可能歸因於在末稍神經損傷損害血流之自體神經調控時發生之血流之動脈-靜脈分流。
上述循環變化與保護性感覺喪失相關及/或先於其發生。因此，該等循環變化之檢測可用於神經退化之早期診斷及神經病性潰瘍之前兆。
類似地，升高的StO2含量(在對淺表及深Hb取樣時)可指示因輸送受損及/或低消耗而非過度血液供應引起之較差O2提取。
在結繭之患者中，局部區域中之淺表Hb可能因皮膚之結構及/或功能變化所致而較低。此可幫助鑑別局部區域中之區域性受損循環。
隔室分佈可告知尤其糖尿病患者中之末稍血管疾病(「PVD」)之狀況。舉例而言，在血管疾病患者中HbT2增加及HbT1減少，此往往歸因於循環壓力之喪失。
在審查以下圖及詳細說明後，熟習此項技術者將明瞭或將變得明瞭實例性實施例之其他系統、方法、特徵及優點。
300:實例性光學量測器件
2600:實例性光學量測系統
2601:光源
2602:檢測器
2603:處理器
2604:顯示器件
2605:通信器件
2606:儲存器
2800:組織之分層結構
2801:可見光
2802:近紅外光
2803:淺表黑色素層
2804:淺表真皮
2805:較深真皮
2901:足灌注圖
2902:足灌注圖
2903:足灌注圖
包括結構及操作之實例性實施例之細節可藉由研究附圖而部分查明，在附圖中相同參考編號係指相同的部件。圖中之組件未必按比例繪製，而是強調圖解說明本發明之原理。此外，所有圖解說明意欲傳達概念，其中相對大小、形狀及其他詳細屬性可示意性地而非按字面或精確地 圖解說明。
圖1A及1B圖解說明在手術後及壞死前肉眼可見之受損組織之調變成像(MI)影像。
圖2A、2B及2C圖解說明非糖尿病健康足、糖尿病健康足及具有高潰瘍形成風險之糖尿病之調變成像(MI)影像。
圖3圖解說明用於本發明實施例之光學量測器件之實例性實施例。
圖4A、4B、4C及4D圖解說明用於本發明實施例之調變成像(MI)資料之流程圖。
圖5A及5B圖解說明根據本發明實施例灌注之梯度變化之量測。
圖6A及6B圖解說明根據本發明實施例用於開發燒傷指數圖之衍生SFDI輸出。
圖7A及7B圖解說明根據本發明實施例燒傷之時程量測。
圖8A、8B及8C圖解說明根據本發明實施例無法分級之褥瘡潰瘍之照片及組織氧合及散射之MI衍生圖。
圖9圖解說明改變黑色素濃度及空間頻率之SFD光譜之實例。
圖10A及10B圖解說明用於本發明實施例之經研發用於皮膚成像之三層幾何形狀。
圖11A及11B圖解說明藉由Ox-Imager CS及OxyVu-1量測之StO2之平均值及標準誤差的相關性。
圖12A及12B圖解說明足之3D渲染圖及核心暫存之組織氧飽和度圖。
圖13圖解說明展示多個血紅素及氧飽和度之初步足資料之拼貼。
圖14A及14B圖解說明利用MI生物統計數據來獲得潰瘍風險指數以對個體之潰瘍風險分層。
圖15圖解說明基於本發明實施例SFDI在下肢護理中之作用之時間線。
圖16A及16B圖解說明本發明實施例之擴大的視野及縮短的成像時間。
圖17圖解說明根據本發明實施例足之血管反應性研究之測試結果。
圖18圖解說明用於本發明實施例之實例性臨床評估工作單。
圖19A及19B圖解說明根據本發明實施例在結繭足中之散射分佈。
圖20圖解說明基於本發明實施例構建資訊指數。
圖21圖解說明本發明實施例之血管疾病之影像。
圖22圖解說明本發明實施例之血管疾病之影像。
圖23圖解說明本發明實施例之淺表局部產物之效應之成像。
圖24圖解說明本發明實施例之淺表局部產物之效應之成像。
圖25A、25B、25C、25D、25E及25F圖解說明根據本發明實施例來自雷射療法之深血管變化及改變之成像效應。
圖26圖解說明用於本發明實施例之實例性光學量測系統。
圖27A及27B圖解說明根據本發明實施例用於估計組織血管健康之實例性方法。
圖28A圖解說明可見光及近紅外光在皮膚中之傳播。光傳輸SFDI模型(即蒙特卡羅(Monte Carlo)或擴散)與本發明實施例一起使用以自多個層提取血紅素資料。
圖28B圖解說明展示可見光及近紅外光對血紅素之敏感性之光吸收圖。
圖29A圖解說明患者足之多層SFDI成像之流程圖及展示多層經提取 血紅素資料之強度值之足灌注圖。
圖29B圖解說明展示分佈在圖29A中之個別發色團之映射影像內之經提取發色團(即血紅素)資料的匯總強度值(中值、IQR及平均值)之圖。
圖30A、30B及30C圖解說明基於多層經提取血紅素資料比較糖尿病及非糖尿病患者之足灌注之圖；圖30A比較糖尿病及非糖尿病患者之乳頭狀Hb(HbT1)強度值之強度值圖及分佈；圖30B比較糖尿病及非糖尿病患者之網狀Hb(HbT2)之強度值之強度值圖及分佈；圖30C比較糖尿病及非糖尿病患者之乳頭狀組織氧飽和度(StO2)之強度值之強度值圖及分佈。
圖31A圖解說明比較患有及未患PVD之非糖尿病患者之中值HbT1以及患有及未患PVD之糖尿病患者之中值HbT1的圖。
圖31B圖解說明比較患有及未患PVD之非糖尿病患者之中值StO2以及患有及未患PVD之糖尿病患者之中值HbT1的圖。
圖32A圖解說明比較患有及未患感覺神經病變且患有長於及短於10年糖尿病之患者之HbT1之中值足圖值的平均值之圖。
圖32B圖解說明比較患有及未患感覺神經病變且患有長於及短於10年糖尿病之患者之StO2之中值足圖值的平均值之圖。
圖33A圖解說明患者足之多層SFDI成像之流程圖及展示對應於多層經提取血紅素資料之發色團之強度值之足灌注圖。
圖33B圖解說明比較患PVD(單相波形)及未患PVD(雙相/三相波形)之患者之中值HbT2及HbT1值之比率的圖。
圖34圖解說明使用裝置及方法基於嚴重程度對糖尿病風險分層之工作流程之流程圖。
應注意，出於說明目的貫穿各圖具有類似結構或功能之元件通常係 由相同參考編號表示。亦應注意，該等圖僅意欲幫助說明實例性實施例。
下文所揭示之額外特徵及教示中之每一者可單獨使用或與其他特徵及教示結合使用以提供關於利用結構化光照射方法測定表面下組織性質來評估組織血管健康之系統及方法。該等結構化光照射方法可包括(但不限於)例如調變成像(MI)、空間頻域成像(SFDI)及諸如此類。
本發明實施例整合硬體及軟體解決方案以最小化移動性假像，縮短成像時間，降低成本，改良光通量，共暫存資料及增加視野(FOV)。本發明實施例在每側不到1秒之情況下獲取足之背部及足底側之快照MI資料，使得成像時間縮短20×並伴隨FOV增加50%。
本發明實施例使得能夠挖掘歷史資料及新資料以基於MI生物統計數據之全域及局部變化來研發分期及預測演算法，該等MI生物統計數據包括血紅素濃度及飽和度、指示水腫之水含量及指示可損害癒合或引起潰瘍之結構變化之組織散射係數。
現在將參考附圖進一步詳細闡述本文所述實施例之代表性實例，該等實例既單獨地又以組合方式利用諸多該等額外特徵及教示。此詳細說明僅意欲教示熟習此項技術者用於實踐本發明教示之較佳態樣之其他細節且並不意欲限制本發明之範圍。因此，以下細節說明中所揭示之特徵及步驟之組合未必在最寬廣意義上實踐本發明，而是其僅經教示以尤其闡述本發明教示之代表性實例。
此外，該等代表性實例及隨附申請專利範圍之各種特徵可以非特定且明確列舉之方式組合以便提供本發明教示之額外有用實施例。另外，應特別注意，說明及/或申請專利範圍中所揭示之所有特徵意欲出於原始揭 示內容之目的以及出於限制獨立於實施例及/或申請專利範圍中之特徵之組合之所主張標的物之目的而單獨地且彼此獨立地予以揭示。亦應特別注意，實體群組之所有值範圍或指示均出於原始揭示內容之目的以及出於限制所主張標的物之目的而揭示每一可能的中間值或中間實體。
在本發明之某些實施例中，光學量測器件包括具有一或多個波長之光源，其經組態以照射組織之一區域；檢測器，其經組態以捕獲在一或多個照射波長下自組織反射之光；處理器，其經組態以基於所檢測信號計算組織血管健康之一或多個估計值；及顯示或通信器件(例如電子資料傳送)，其經組態以儲存或報告組織血管健康。組織血管健康之估計值可包括組織健康及/或組織損傷風險之一或多個估計值，其係基於展現光吸收及/或散射對比之一或多種表面下組織成分之濃度、橫向分佈及/或深度分佈(例如血液濃度、血液氧合、水/水合、膠原、脂質、外源性物質)及/或基於源自展現吸收及/或散射對比之一或多種組織成分之血管舒縮調控之估計值。
在操作中，組織血管健康可利用單時間點捕獲來評估。為實現該評估，藉由具有一或多個波長之光源照射組織之一區域，從而使光在一或多個照射波長下自組織反射，自所檢測或捕獲之光信號計算組織血管健康之估計值，且顯示組織血管健康之經計算估計值用於審查。
光學量測器件之光源可經組態以在組織表面上方產生至少一個空間結構化光圖案。檢測器可為2D成像檢測器陣列(例如CCD/CMOS照相機)。檢測器可為單一元件檢測器(例如光電二極體或檢測系統之光纖中繼器)。或者，多個單一元件檢測器可經組態以自多個組織位置收集反射光。顯示器可為互動式觸控螢幕器件、平板電腦或數位電話。光學量測器 件可經組態以利用有線或無線連接與電腦系統、平板電腦或數位電話介接。實例性檢測系統闡述於美國專利第8,892,192號及第9,220,412號中，該等專利以引用方式併入本文中如同全文闡釋一般。
在操作中，生成組織健康及/或風險之診斷，且提供療法、治療、產品或行為變化之建議。
調變成像(MI)係一種在貝克曼雷射研究所(Beckman Laser Institute)發明之新穎非接觸光學成像技術。MI具有空間解析光吸收及散射參數之獨特能力，此容許組織光學性質之寬視野定量映射。藉由分離及量化多光譜吸收及散射光學性質，MI消除由物理上不同的對比機制引起之反射率變化之串擾，且經由衍生出生理相關參數提供組織狀態及預測力之更直接評估。
儘管與時間調變之光子遷移方法相容，MI另外使用空間調變之照射使組織成分成像。在樣品之大(多個cm2)區域內投射不同空間頻率之週期性照射模式。反射影像因樣品之光學性質特徵而不同於照射模式。通常，使用正弦波照射模式。該等空間調變之波之解調表徵樣品調變轉換函數(MTF)，其體現光學性質資訊。MTF資料之基於蒙特卡羅之加速分析產生定量吸收(μa)及減少之散射(μs’)光學性質之2D圖。映射多個波長下之吸收係數使得能夠進行組織發色團(例如氧及去氧血紅素及水(ctO2Hb、ctHHb及ctH2O))及衍生生理參數(例如組織氧飽和度及血液體積(stO2及ctTHb))之定量光譜術。亦可量測空間改變相位，獲得拓樸表面資訊。此使得3D組織概況能夠可視化以及校準資料能夠適應分析中之彎曲表面。
圖1A及1B展示在目視檢查時看上去健康但根據調變成像(MI)衍生之寬視野圖明顯受損之組織之實例。右側之影像展示所得組織衰竭。
圖2A及2B圖解說明非糖尿病健康足(左圖)、糖尿病健康足(中圖)及具有高潰瘍形成風險之糖尿病(右圖)之調變成像(MI)影像。
圖3圖解說明用於本發明實施例之光學量測器件之實例性實施例。實例性光學量測器件300能夠在大視野(15×20cm)內使用橫跨可見至NIR範圍(400-980nm)之11個LED波長量測吸收及散射圖。該等波長係針對其對黑色素、去氧血紅素、氧血紅素及水定量之靈敏度來選擇。微控制器電子器件與LED脈衝及DMD投射及照相機獲取同步，從而實現所有空間圖案及波長之快速影像序列捕獲。器件300能夠利用約15ms積分時間/影像獲取資料。影像之典型序列(11個波長、5個空間頻率約165個影像)需要總共約20秒來獲取資料且對於DFU可縮短至1s。器件300包括同時收集表面拓樸學量測及組織色彩(RGB)照片用於經校準的色彩平衡照射，從而實現比較MI結果與視覺臨床印象之標準化方法。器件300亦可用於經IACUC及IRB批准之研究中，該等研究研究包括燒傷傷口、皮瓣、褥瘡潰瘍、癌症及皮膚病之應用。
圖4A、4B、4C及4D圖解說明用於本發明實施例之調變成像(MI)資料處理之流程圖。在圖4A中，使經調變強度圖案在每一頻率下投射至表面上(每個頻率三個相位影像)。在圖4B中，對圖案進行振幅解調及校準。在圖4C中，將圖案擬合至多頻率模型以測定光學性質。在圖4D中，單獨相位解調提供關於組織高度之資訊，此可用於曲率校準及可視化二者。對每一像素單獨處理資料，生成光學性質之空間圖。
圖5A及5B圖解說明根據本發明實施例灌注之梯度變化之量測。在圖5A及5B中，使用齧齒類動物McFarlane背部帶蒂皮瓣模型來證實量測灌注之梯度變化之能力。在圖5A中，在血流受損最嚴重之皮瓣遠端MI量測 到氧合減少及血液彙集增加。另外，在皮瓣遠端觀察到水含量(即水腫)增加及減少之散射(即早期壞死)減少。散射及組織水含量之MI量測提供組織健康之新穎量測且藉由去除串擾改良組織血紅素及氧飽和之準確度。在圖5B中，展示使用豬模型之皮瓣之受損灌注之早期檢測。將皮瓣灌注分離至每一皮瓣之單組動脈及靜脈且用所植入閉塞球囊及血流感測器系統地控制流入/流出。MI參數展示在一系列受控程度之動脈閉塞期間對血管流入之微小變化之敏感性。MI在臨床印象之前檢測到血流變化，如藉由經校準的色彩攝影術所記錄。MI亦揭露部分閉塞之空間變化之灌注。MI stO2展示與使用經FDA批准之NIRS組織血氧計之同時量測強相關。MI能夠基於氧及去氧時間追蹤區分動脈與靜脈充血。
圖6A及6B圖解說明根據本發明實施例用於開發燒傷指數圖之衍生SFDI輸出。在圖6A及6B中，展示在豬模型中在72小時期間三種嚴重程度(淺二度燒傷、深二度燒傷及三度燒傷)之多個燒傷傷口。觀察MI量測之許多參數(ctO2Hb、ctHHb、stO2、散射)之微分對比。功能參數(例如stO2及ctHHB)在72小時過程中經演化且此時在統計學上彼此可微分(p<0.01)。減少之散射對比係更穩定之量度。散射之減少經量測與燒傷深度相關，如藉由組織學所量測(r2=0.94)。認為此散射對膠原原纖維熱變性及分解時之相變化敏感。將衍生SFDI輸出(吸收及散射)組合以產生與燒傷深度相關之燒傷指數圖。燒傷指數可預測燒傷傷口結果且向臨床醫師提供早期治療指導(即自癒對移植)。
圖7A及7B圖解說明根據本發明實施例燒傷之時程量測。在圖7A之淺二度傷口中，在燒傷傷口中觀察到氧飽和度隨時間平穩增加。此係燒傷之組織癒合過程之強指標且與最終結果相關。
圖8A、8B及8C圖解說明根據本發明實施例無法分級之褥瘡潰瘍之照片及組織氧合及散射之MI衍生圖。69歲患者之臨床上無法分級之褥瘡潰瘍展示於圖8A、8B及8C中。展示色彩照片(圖8A)且與深度組織stO2之MI衍生圖(圖8B)進行比較。色彩照片指示模糊的粉色狀態及破裂表皮。氧合圖指示延伸超出可見真皮損傷至傷口周圍區域之過飽和之更具體擴散區，此潛在地指示傷口癒合反應中之發炎程度。共定位但明顯較小之散射增加區域(圖8C)可指示來自組織修復之傷口區域之中心處之基質結構改變(已發現粒化組織具有高散射係數)。
圖9圖解說明改變黑色素濃度及空間頻率之SFD光譜之實例。使用MI研發先進的多層多光譜模型可生成用於多個皮膚類型之前向模擬MI光譜，且實施模擬以測定所恢復MI信號對每層中之發色團變化之敏感性。
MI資料已使得研發出一種全新的空間頻率域(SFD)蒙特卡羅模擬代碼，其能夠直接模擬多層組織之調變成像SFD資料。此代碼容許現有光子之「本地」頻域計數，且消除依賴於實域(例如R(ρ)或「來源-檢測器」)資料之傅立葉變換(Fourier-transformation)之傳統方法之顯著混疊問題。使用白蒙特卡羅(組織吸收之快速調整)、空間重新縮放(組織散射及空間頻率之快速調整)及查找表之組合，研發出一種加速模擬之新穎方法。最終結果係以下演算法：每個曲線僅需約1ms即可根據任意數量之層、層厚度及層光學性質計算組織反射率。具有相同資料保真度之「經典」蒙特卡羅模擬將需要2.5小時，此代表加速因子約為108。
在圖9中，展示無黑色素濃度(902，線902a、902b、902c)、一些黑色素濃度(903，線903a、903b、903c)及大量黑色素濃度(901，線901a、901b、901c)之SFD光譜。基於該等結果，在包括表皮、真皮及皮下組織 之每一層中測定所檢測光子對發色團變化之內部光穿透及敏感性。
圖10A及10B圖解說明根據本發明實施例經研發用於皮膚成像之三層幾何形狀。先前出版物已驗證用於動態stO2量測之深度均勻採樣；然而，在分析皮膚資料時，黑色素仍係混擾因子。另外，淺表血紅素變化(例如乳頭狀真皮充血)將以極低對比度出現刷淡效果(washed out)。在圖10A及10B中圖解說明使用MI研發用於皮膚老化之3層幾何形狀，使用空間頻率域中之光傳輸之蒙特卡羅模型對可見及近紅外波段中之光傳輸建模。經驗證之傳輸計算代碼取自Virtual Photonics Technology Initiative，該項目係UC Irvine生物光子學開放源碼軟體項目。在圖10A中，將新的三層皮膚模型應用於動靜脈臂環閉塞量測。在圖10B中，所恢復MI參數突出顯示淺表血紅素與(i)深血紅素之間之分化。在閉塞期間，stO2顯著減少且然後在釋放時隨著(iii、iv)反應性充血期間之氧合血紅素之流入量而恢復。
圖11A及11B圖解說明藉由Ox-Imager CS及OxyVu-1量測之StO2之平均值及標準誤差的相關性。閉塞多個皮膚類型(Fitzpatrick I-VI)之個體且在Ox-Imager及FDA指定器件HyperMed OxyVu-1二者之基線處、閉塞及釋放期間量測發色團。所量測組織氧合展示在環閉塞期間顯著減小之氧飽和度及在釋放時充血。儘管器件之間之絕對值有所不同，但系統之間之血管閉塞測試之該特徵性形狀展示強相關(r2>0.9)。絕對值之差異歸因於使用Ox-Imager系統之信號之較深組織穿透。
圖12A及12B圖解說明足之3D渲染圖及核心暫存之組織氧飽和度圖。多高度校正係MI資料分析之關鍵組成部分。若不以適當方式進行處理，足之複雜幾何形狀會影響結果之解釋。利用結構化照射來重建組織高度且對資料施加校正以改良準確度。
圖13圖解說明展示多個血紅素及氧飽和度之初步足資料之拼貼。對於正常足，在足墊(i)中觀察到升高的淺表血紅素及足表面上之均勻飽和度。在超重糖尿病患者中，在足墊中之壓力點處及在足弓中之高位準處觀察到減少的深血紅素(ii)含量。對於具有低ABI(ABI=0.70)之患者，在整個足上觀察到升高的深血紅素含量及低氧合(iv)，患有潰瘍之小區域除外，該小區域在傷口周圍具有升高的淺表血紅素(iii)及氧飽和度。在結繭足之情形下，觀察到與結繭區域周圍之區域相比散射(v)減少，此為表皮增厚之可能結果。
圖14A及14B圖解說明利用MI生物統計數據來獲得潰瘍風險指數以對個體之潰瘍風險分層。將成像之足分成3個同類群組：1)無糖尿病且無潰瘍病史之對照組，2)患有II型糖尿病但無神經病變及潰瘍病史之「低風險」組，及3)患有II型糖尿病及對側足潰瘍之「高風險」組。利用藉由本發明系統量測之生物統計數據，主要基於淺表與深血紅素之比率來構建潰瘍風險指數。圖14A及14B中所展示之初始分析展示「高風險」同類群組具有升高的深血紅素含量及低淺表血紅素含量，其為本發明系統所獨特之量測輸出。拒信彙集效應可藉由毛細血管之可能由其健康狀況引起之較差血管舒縮調控來解釋。此外，分析展示每一同類群組可基於平均影像值基於足中之分佈指數值來區別。
圖15圖解說明基於本發明實施例SFDI在下肢護理中之作用之時間線。生物統計數據可用於正常健康狀況至II型糖尿病發作、潰瘍形成、截肢期。生物統計數據有助於檢測及告知療法。
圖16A及16B圖解說明本發明實施例之擴大的視野及縮短的成像時間。在圖16A中，視野自20×15cm擴大50%以在單一快照中捕獲整個足。 較大視野對光學輸出之需求更大且需要改良光通量以保持短曝光時間(<10ms)，因此該等量測對環境室光不敏感。對於足量測，5波長及單一空間頻率量測等效於當前10波長、5頻率量測。因此，LED板上之更多晶粒可專用於核心波長，且可組合結構化光及平面光以使光通量改良10倍。利用此降低，序列中影像之總數為8而非150。在圖16B中顯示逐步改良以及該等變化如何使總成像時間縮短10倍(自約20ms至<500ms)。該等變化使得能夠在環境室內光線條件下成像，減小移動性假像之效應，並藉由降低複雜性來改良長期組件可靠性。
圖17圖解說明根據本發明實施例足之血管反應性研究之測試結果。在ABI環挑戰期間之動態量測容許建立在足底側閉塞之前、期間及之後的MI生物統計數據基準。
圖18圖解說明用於本發明實施例之實例性臨床評估工作單。根據一評估，對25個具有潰瘍病史之糖尿病個體每月隨訪持續12個月，如下表1中所指示。使用圖18中之工作單來記錄(i)每一先前潰瘍之位置，(ii)在隨後6個月中個體足上可能具有潰瘍風險之其他潛在區域之位置及原因，及iii)個體之風險類別。H指示癒合的潰瘍，P指示持續性潰瘍，且D指示潰瘍危險。
Figure 107109908-A0305-02-0017-2
圖19A及19B圖解說明根據本發明實施例在結繭足中之散射分佈。鑑別出足底之足墊及足弓且生成散射值之直方圖分佈。結繭足中之散射分佈在壓力點展示較低散射，此可能指示因步態期間施加在足上之壓力所致已 形成潰瘍前結繭。此類分析可對足之不同區域以及每一個別生物統計數據及其組合進行。
產生交叉相關圖以將MI足生物統計數據之異質性/均質性量化為分析足中之MI生物統計數據分佈之新穎工具。此分析可用於更具檢定力之指數研發。舉例而言，區域特異性灌注因壓力/結繭形成所致可能為較佳潰瘍前檢測之關鍵。或其可在與已知血管區域相關之介入後查看血管反應性時甚為關鍵。使用本發明系統使逐區肢體灌注與ABI值之間相關係可能的，此克服了無文獻闡述低ABI如何影響足中血管區域灌注之空間分佈的問題。
圖20圖解說明基於本發明實施例構建資訊指數。DFU指數係基於告知臨床醫師臨床結果之MI-DFU生物統計數據來研發。
圖21及22圖解說明本發明實施例之血管疾病之影像。本發明系統能夠鑑別出對應於血管區域位置之生理之空間特徵。圖21及22展示組織氧飽和度之逐區估計值。此外，此與此個體之踝肱指數(ABI)及數位波形分析相關。圖中之左足具有單相波形及0.72之ABI且展示足弓中與足跟區域相比相對較差之氧合，而圖中之右足具有雙相波形及1.14之ABI且展示足弓中之良好氧合。
圖23及24圖解說明本發明實施例之淺表局部產物之效應之成像。源自本發明系統之獨特的深度依賴性標記藉由分別報告淺表(約毫米或亞毫米深度)及深組織(約1mm或更深)血紅素濃度(即血液體積)量測告知小血管及大血管疾病。圖23及24展示經設計以在淺表皮膚(即乳頭狀真皮)中產生發炎反應之局部「豐唇劑(lip plumper)」之效應。圖24展示來自誘導性血液灌注之淺表對比之變化/改變可與不展示誘導性對比之較深結構(即靜 脈)分離開。
圖25A、25B、25C、25D、25E及25F圖解說明根據本發明實施例來自雷射療法之深血管變化及改變之成像效應。圖25A、25B、25C、25D、25E及25F展示脈衝式雷射療法之效應，該療法在治療後急劇地在較深皮膚結構(網狀真皮及皮下組織)中產生大量血液彙集。
圖26圖解說明用於本發明實施例之實例性光學量測系統。實例性光學量測系統2600包括具有一或多個波長之光源2601。光源2601經組態以照射組織之一區域。系統2600包括檢測器2602，其經組態以捕獲在一或多個照射波長下自組織反射之光。系統2600包括處理器2603，其經組態以基於所檢測信號計算組織血管健康之一或多個估計值。系統2600進一步包括顯示器件2604，其經組態以顯示組織血管反應性或其他資料。系統2600進一步包括通信器件2605(例如電子資料傳送)，其經組態以報告組織血管反應性或其他資料。系統2600進一步包括儲存器2606，其經組態以儲存組織血管反應性或其他資料。
處理器2603經組態以基於在經處理影像資料中鑑別出之空間上不同之區域分開表徵多個組織隔室或區域。該等空間上不同之區域可為橫向變化，例如鑑別及/或量化影像平面內之高或低灌注之區域；或其可為深度依賴性變化，例如解析及量化色素沉著(約100μm深度)、淺表毛細血管(100μm-1500μm深度)及更深血液標記(1500μm及更深)之能力，或量化結繭層厚度(吸收對比)之能力。關於該等能力之論述提供於上文圖9、10A及10B中，其中使用3層組織幾何形狀使用空間頻率及波長對比來表示及分析所觀察到之反射率資料。所得度量(吸收、散射、發色團濃度等)隨後可個別或以組合(例如指數，如上文圖6A、6B、14A、14B及20所述)使 用，以提供組織健康及/或血管反應性之估計值。
處理器2603經組態以執行儲存在儲存器2606中之指令，其中處理器2603對指令之執行使得系統2600計算多個估計值及其他資料且如本文所述進行分析。儲存器2606可為任一電腦可讀媒體，包括非暫時性電腦可讀媒體。
系統2600報告組織血管健康之估計值，其可包括組織健康及/或組織損傷風險之一或多個估計值，該一或多個估計值係基於展現光吸收及/或散射對比之一或多種表面下組織成分之濃度、橫向分佈及/或深度分佈(例如血液濃度、血液氧合、水/水合、膠原、脂質、外源性物質)及/或基於源自展現吸收及/或散射對比之一或多種組織成分之血管舒縮調控或血管反應性之估計值。
檢測器2602可經組態以提供單一時間點捕獲。檢測器2602可為2D成像檢測器陣列。2D成像檢測器陣列可包含CCD/CMOS照相機。檢測器2602可為單一元件檢測器。單一元件檢測器可為光電二極體及檢測系統之光纖中繼器中之一者。檢測器2602可包括經組態以自多個組織位置收集反射光之多個單一元件檢測器。
光源2601可經組態以在組織表面上方產生至少一個空間結構光圖案。空間結構化光經組態以實施空間頻域成像。
顯示器2604可為互動式觸控螢幕器件、平板電腦及數位電話中之一者。光學量測系統2600可經組態以利用有線或無線連接與電腦系統、平板電腦或數位電話介接。
圖27A圖解說明根據本發明實施例估計組織血管健康之實例性方法。照射2701組織樣品之一區域，捕獲2702自經照射區域反射之光。該光可 藉由經組態以捕獲在一或多個照射波長下自組織反射之光之檢測器捕獲。基於所檢測或捕獲之光信號評估及/或估計2703組織血管健康或血管反應性，且然後顯示及/或以其他方式報告2704。
組織血管健康之估計值可包括組織健康及/或組織損傷風險之一或多個估計值，其係基於展現光吸收及/或散射對比之一或多種表面下組織成分之濃度、橫向分佈及/或深度分佈(例如血液濃度、血液氧合、水/水合、膠原、脂質、外源性物質)及/或基於源自展現吸收及/或散射對比之一或多種組織成分之血管舒縮調控或血管反應性之估計值。
如圖27B中所展示，可自組織之經照射區域之所估計組織血管反應性生成2705組織健康及/或風險之診斷。此診斷可由從業臨床醫師或器件本身來進行。可因應診斷建議2706療法、治療、治療產品或行為變化。此建議亦可由從業臨床醫師或器件本身來進行。
照射組織樣品2701可包括用組織表面上方之空間結構化光圖案照射組織樣品。空間結構化光圖案可經組態以實施空間頻域成像。
可以兩種方式評估2703組織樣品之組織血管反應性。在一種方式中，可量測動態變化以例如在血管環閉塞期間直接探測反應性。在另一方式中，生成單一時間點量測，例如血液彙集及毛細血管灌注指標，其可個別或組合使用作為血管反應性之類似物/相關物。以此方式，提供較簡單且較快速地臨床檢查血管健康之方法。
在圖27A及27B中所展示之實例性方法之工作流程之實例中，經由照射(2701)及檢測(2702)使用可見及近紅外波長二者之結構化及非結構化照射將獲取SFDI資料集。可如圖4A、4B、4C及4D中所繪示及論述進行分析，其中一些波長具有結構化照射，且然後在一或多個波長下重複此過程 以根據吸收係數計算發色團資訊(特定層中之血液、StO2、H2O等)。在一具體實施例中，處理器(2603)可直接基於多光譜資料集計算發色團。該發色團資訊繪示且論述於圖5A、5B、6A、6B或13中。基於該等資料，可計算血管健康之一或多個評估值(2703)。具體實例闡述於圖14A及14B中，其中潰瘍風險指數源自淺表及深血紅素標記之比率。基於此資訊，提供此資訊之顯示及/或報告(2704)，例如繪示及闡述於圖14A及14B中。然後可利用此資訊來告知診斷(2705)，例如評估患者具有較差血管健康(例如高潰瘍風險)。此診斷可由從業臨床醫師或器件本身來進行。隨後，可作出治療建議(2706)，例如更頻繁之患者監測方案、對減壓或鞋類之建議、轉診到專家或建議醫療程序(例如動脈支架)。此建議亦可由從業臨床醫師或器件本身來進行。
轉向圖28A至34，揭示關於評估因糖尿病進展引起之循環併發症之系統及方法。如圖28A中所展示，用於空間頻域成像(SFDI)之多層可見光及近紅外光傳播模型容許經由自組織之多個層提取血紅素資料來洞察皮膚組織之分層灌注參數。在上文所述之實施例中，SFDI演算法工作流程生成組織吸收及散射之二維圖，其進而可用於生成發色團(HbO2、HbR)之深度平均值。如圖28A及28B中所展示，經由組織之分層結構2800對波長範圍在λ=400-1000nm之光之傳播建模，其係利用毛細血管、小動脈/小靜脈及黑色素之平均預期分佈來建模。此包括對具有較小毛細血管之表面(約頂部1mm)及具有較大血管系統之較深網狀組織加權。更具體而言，藉由發生氧擴散之毛細血管對最淺表層加權，在皮膚中此近似於乳頭狀真皮。藉由供應小動脈及抽出小靜脈對較深層進行較大加權且藉由毛細血管密度進行較少加權。
使用前向多層按比例繪製之蒙特卡羅模型對用於許多波長下之圖案化照射之多光譜光之傳輸建模。蒙特卡羅模型經構建為組織之多個層中之光傳輸之綜合表示，其具有用於層特異性光學參數之可調整參數，包括(但不限於)吸收、散射、各向異性、折射率及血管填充分數。將結構化(或圖案化)光添加至典型多光譜獲取之益處在於從量測角度來看，不適定反問題可限制在超出波長之軸上。此使得能夠擬合使用多光譜照射不可能之獨特解決方案。舉例而言，可藉由改變所有波長之圖案光之頻率來調諧多個波長下之深度敏感性以突出顯示層中之對比亦及量測組織散射。之前已闡述圖案化光之差分深度敏感性用於斷層攝影量測。然而，此方法展示用於量測組織之較不複雜但更可靠之方法，其係藉由輸出來自經量測原資料但由組織架構之先驗知識錨定之深度依賴性發色團資訊(HbT1、HbT2、黑色素)來實施。圖28A及28B展示此對於皮膚而言如何實現之圖解說明。作為實例，圖28A展示經疊加具有可見光2801及近紅外光2802之差分深度敏感性之皮膚。皮膚層突出顯示淺表黑色素層2803、淺表真皮2804中之毛細血管加權之微血管系統之第二層及較深真皮2805中之較大小動脈/小靜脈。此方法能夠探測所有該等層及量測層特異性資訊。所得輸出係：皮膚頂層中之黑色素(約為表皮2803；約150微米深)、皮膚頂部1-2mm之毛細血管加權之HbT1(約為乳頭狀真皮2804)及皮膚再下2-4mm之小動脈-小靜脈加權之HbT2(約為網狀真皮2805)。在此方法中，亦對層特異性組織氧飽和度及散射建模。然而，實例性實施例包括量測組織氧飽和度(StO2)及組織散射參數(A)之體積平均化混合型動脈-靜脈量測以降低反演模型之複雜性。
如上文所述，此量測方法之組織相關結果係在大區域內層特異性發 色團之足灌注圖2901、2902及2903，如圖29A中所展示。然後可以多種方式分析所得資料。在此處實例中，整個足中之像素值分佈可藉由創建盒及盒鬚圖來表徵，其展示每一發色團之最小值、中值、百分位數範圍、四分位距、最大值之值。或者，可使用平均值及標準偏差值來表示足。或者，可基於與已知足血管區域(或灌注區)相關之特定區域來評估逐區之值。此方法之目標係能夠提供在分析大同類群組資料以洞察群體灌注特徵時可用之單一值。
此方法之明顯益處係對糖尿病患者之循環之額外洞察。圖30A、30B及30C展示患糖尿病及未患糖尿病之代表性患者之足灌注圖影像。影像左側之色彩條適用於兩個影像且y軸表示該等代表性患者之鄰近盒及盒鬚圖中所展示值之分佈。具體而言，參考圖30A及30B，患糖尿病及未患糖尿病之代表性患者之足灌注圖影像展示與未患糖尿病之患者相比，糖尿病患者之毛細血管加權之HbT1量測顯著減小(在此標度中色彩圖為更深之灰色)且StO2顯著增加(在所表示標度中色彩圖為更深之灰色)。對於該等患者，量測到自未患糖尿病之患者至糖尿病患者中值HbT1值減小38%且中值StO2值增加25%。該等生理量測與糖尿病患者之臨床觀察一致。
已在臨床上觀察到其他結果，糖尿病患者通常具有蹦跳脈(bounding pulse)及高灌注(hyper-perfusion)。在小同類群組中血液氧合之侵入量測已展示，動脈-靜脈分流發生在感覺神經病變患者中。專家已假設，在伴隨糖尿病進展發生之感覺神經病變發作時，患者失去交感緊張及血管舒縮調控。此導致足中最遠端血管系統中之毛細血管短路。血紅素因較差調控所致通過通道自毛細血管分流且結果為高灌注及貧氧提取。該等係神經缺血性潰瘍發作之成熟條件。迄今為止，尚無非侵入方式來量測此循環受 損。
在臨床上，保護性感覺喪失用作糖尿病患者之循環受損之相關。根據本發明之實例性實施例，自毛細血管分流離開之血紅素可藉由量測HbT1及因StO2升高所致氧提取之相應劣化來量測。該等因素之組合係毛細血管灌注不足及貧氧提取之直接量測；糖尿病患者具有未癒潰瘍風險之標誌。對於較大群組內之客觀比較，量測多個足之HbT1及StO2之中值以比較患有及未患糖尿病之患者。在此同類群組中，圖31A及31B展示在糖尿病患者中與未患糖尿病之患者相比顯著較低之HbT1中值及顯著較高之StO2中值。對經診斷患有及未患血管疾病之患者分析此資料。結果係無論外周疾病之狀況如何，糖尿病患者之HbT1減少及StO2增加較為顯著(p<.05)。具體而言，同類群組資料展示，與未患糖尿病及PVD之彼等患者(n=26，平均HbT1平均值=44.3±2.7)相比，無PVD之糖尿病患者之肢體具有顯著較低之中值HbT1(n=24，HbT1平均值=56.6±3.0)。對於此同一群組，無論血管疾病之狀況如何，量測到較高StO2(StO2平均值=70.6±2.9對平均值=60.0±2.5)。此表示在該等群組中HbT1之中值減少22%及StO2之中值增加18%。p值(p<0.05)展示使用t-檢定在所有非糖尿病與糖尿病之間該等參數之統計學顯著性。
循環之該等直接量測之另一益處係早期檢測疾病進展。通常，用於潰瘍分層之第一臨床資料點係保護性感覺喪失或神經病變之發作。此種情形會隨時間而發生，此乃因循環危及末稍神經且末稍神經受損。根據本發明之實例性實施例，提供使得能夠在感覺喪失之前直接量測循環、從而提供患者管控/介入之機會之系統及方法。兩個群組中之糖尿病患者之實例性分析呈現於圖32A及32B中。首先，在兩個群組中呈現無感覺喪失之患 者群體：糖尿病診斷短於10年及長於10年。患有長於10年糖尿病之群組展示HbT1相對減少及StO2相對增加；該觀察與上文所述一致。此外，無症狀個體(糖尿病>10年)之該等值匹配對已知感覺喪失之患者可見之值(與糖尿病診斷以來之時間無關)。比較中值足圖值之平均值展示，與短於10年之糖尿病患者相比，糖尿病及感覺神經病變(感覺喪失)患者具有顯著較低之HbT1(約低17%)及較高之StO2(約高17%)。此外，患有長於10年糖尿病且無感覺喪失之患者展示與彼等感覺神經病變患者相似的循環概況。累積資料支持循環損失先於感覺喪失發生之觀察，且本文所呈現之方法可提供對因缺乏循環引起之進行性損害之早期洞察。此資訊係鑑別真正具有因糖尿病嚴重程度引起之未癒潰瘍風險之足的關鍵。
分層量測之另一益處在於該等量測使得能夠分析糖尿病患者之隔室分佈。上文論述強調HbT1減少隨著糖尿病進展及神經受損發生。結果係因動脈-靜脈分流引起無效微循環。然而，許多糖尿病患者遭遇外周灌注中之上游問題。下肢中之較大脛骨血管及甚至更大供血動脈(即膕、股等)可在此群體中發生末稍血管疾病(PVD)時受損。如上文所提及，因當前非侵入測試(ABI、TBI、波形)之性能較差，糖尿病患者中PVD之診斷相當困難。此主要歸因於通常在此患者群體中觀察到之血管之不可壓縮性質。然而，如圖33A及33B中所繪示，使用中值HbT2對中值HbT1之比率給出對患者之末稍血管疾病之洞察。如所繪示，對糖尿病及已知PVD患者量測到HbT2相對於HbT1顯著增加，如藉由專家聆聽波形所確定。出於此研究之目的，在此處使用藉由都蔔勒(doppler)量測之單相波形來表示末稍血管疾病患者。雙相/三相波形視為未患PVD之患者。在此實例中觀察到，具有單相波形之個體之中值HbT2及HbT1值之Hb比率較大(2.1±0.5對 1.2±0.1)。此表示認為患有PVD之患者之Hb比率增加57%。此可能係因上游動脈阻塞導致血液供應及引流不足而引起彙集所致。圖33B中所展示之資料證實在PVD患者中對PVD之靈敏度高於習用方法(具體而言與當前標準ABI相比)且強調使用此方法在罹患原發性潰瘍之前鑑別具有最高潰瘍風險之患者。
根據本發明之實例性實施例，提供快速及定量工作流程以鑑別在所有設置(但最重要的是初級護理/社區)下需要提升護理(即涉及足部醫療/血管、更換更好的鞋、更頻繁健康檢查)之患者，因此可針對最高風險患者採取更有針對性的預防措施。基於嚴重程度對糖尿病風險分層之典型上作流程展示於圖34中。首先使患者之足成像3401且然後可比較3402自經提取層資料生成之循環圖及代表值(即中值、平均值、IQR)與資料庫圖或值以表徵3403、3404及3405患者之嚴重程度/風險並管控預防性護理。
本文所呈現之系統及方法可用於研發非糖尿病患者之足灌注或Hb及StO概況，且因此用於研發由其生成之典型值或影像圖之查找表或資料庫，其可用作與患者之成像足之資料比較之標準。
在圖30A、30B、30C、31A及31B所論述之研究中發現，非糖尿病患者(n=26)之平均中值足HbT1值為56.6且標準誤差為3.0。此同一群組之StO2值為60.0%且標準誤差為2.5%。發現糖尿病患者(n=26)之平均中值足值為44.3且標準誤差為2.7。此同一群組之StO2值為70.6%且標準誤差為2.9%。此中之代表值表明，HbT1減少22%且StO2增加18%將指示因糖尿病引起之循環損失。
在圖32A及32B所論述之研究中，與無感覺喪失之糖尿病患者相比，短於10年之糖尿病患者之糖尿病及感覺神經病變(感覺喪失)患者具有顯著 較低之HbT1(約低17%)及較高之StO2(約高17%)。此研究展示，基線變化之該等變化可指示感覺喪失。此外，該等循環變化可先於感覺喪失發生，如藉由長於10年之糖尿病患者與彼等感覺喪失患者之循環概況之相似性(HbT1減少>17%及StO增加>17%)所證實。
在圖33A及33B所論述之研究中發現，具有單相波形之個體之平均中值足Hb比率(HbT2/HbT1)值較大(2.1±0.5對1.2±0.1)。此表示認為患有PVD之患者之Hb比率增加57%。
上文所論述之研究用於闡述患者群體中代表值之範圍。
根據本發明之一實施例，光學量測器件包括具有一或多個波長之光源，該光源經組態以照射組織之一區域；檢測器，其經組態以捕獲在一或多個照射波長下自組織之一或多個層反射之光；處理器，其經組態以基於層提取之循環資料之所檢測信號計算組織血管健康之一或多個估計值；及顯示或通信器件(例如電子資料傳送)，其經組態以儲存或報告組織血管健康。
根據本發明之一實施例，層提取之循環資料之所檢測信號包含反映皮膚不同層中之血紅素(「Hb」)分佈之資料。
根據本發明之一實施例，經提取之循環資料係使用可見及近紅外波段中結構化光之組合提取。
根據本發明之一實施例，經提取之循環資料係自皮膚之兩個層提取之經提取Hb資料，第一層稱為淺表乳頭狀真皮(毛細血管加權)且第二層稱為較深網狀真皮(小動脈/小靜脈加權)。
根據本發明之一實施例，經提取之循環資料係展示與保護性感覺喪失相關及/或先於其發生之循環資料變化。
根據本發明之一實施例，經提取展示與因輸送受損及/或低消耗而非過度血液供應引起之較差O2提取相關之循環資料變化。
根據本發明之一實施例，經提取展示與末稍血管疾病(「PVD」)之狀況相關之隔室分佈變化。
根據本發明之一實施例，光學量測裝置用於量測糖尿病患者之與因糖尿病引起之進行性損傷之嚴重程度相關的肢體循環。
根據本發明之一實施例，光學量測裝置使用可見光及近紅外光。
根據本發明之一實施例，光學量測裝置使用結構化光。
根據本發明之一實施例，光學量測裝置使用CCD或CMOS檢測陣列來捕獲逸出光之影像。
根據本發明之一實施例，光學量測裝置顯示經處理發色團資料之影像。
根據本發明之一實施例，光學量測裝置顯示經處理資料之影像且容許選擇值。
根據本發明之一實施例，光學量測裝置顯示值之影像及統計學分佈。
根據本發明之一實施例，量測闡述因糖尿病進展引起之循環損失之度量之參數之方法。
根據本發明之一實施例，該方法量測層特異性Hb之變化。
根據本發明之一實施例，該方法量測因毛細血管功能障礙引起之氧提取之缺乏。
根據本發明之一實施例，該方法鑑別神經病變患者之循環損失。
根據本發明之一實施例，該方法在保護性感覺喪失之前鑑別循環損 失。
根據本發明之一實施例，該方法量測闡述糖尿病患者中因末稍血管疾病引起之循環損失之參數。
根據本發明之一實施例，該方法量測層特異性Hb之變化。
根據本發明之一實施例，該方法量測HbT2之增加。
根據本發明之一實施例，使得能夠生成用於提取足特異性灌注之區域值之下肢灌注圖的方法。
根據本發明之一實施例，光學量測系統包含具有一或多個波長之光源，該光源經組態以照射組織之一區域。光學量測系統進一步包含檢測器，其經組態以捕獲在一或多個照射波長下自組織反射之光；處理器，其經組態以基於所檢測信號計算組織血管健康之一或多個估計值；及顯示或通信器件(例如電子資料傳送)，其經組態以儲存或報告組織血管反應性。
根據本發明之另一實施例，組織血管健康之估計值可包括組織健康及/或組織損傷風險之一或多個估計值，其係基於展現光吸收及/或散射對比之一或多種表面下組織成分之濃度、橫向分佈及/或深度分佈(例如血液濃度、血液氧合、水/水合、膠原、脂質、外源性物質)及/或基於源自展現吸收及/或散射對比之一或多種組織成分之血管舒縮調控或血管反應性之估計值。
根據本發明之另一實施例，檢測器經組態以提供單一時間點捕獲。
根據本發明之另一實施例，檢測器係2D成像檢測器陣列。
根據本發明之另一實施例，2D成像檢測器陣列包含CCD/CMOS照相機。
根據本發明之另一實施例，檢測器係單一元件檢測器。
根據本發明之另一實施例，單一元件檢測器係光電二極體及檢測系統之光纖中繼器中之一者。
根據本發明之另一實施例，檢測器包括經組態以自多個組織位置收集反射光之多個單一元件檢測器。
根據本發明之另一實施例，光源經組態以在組織表面上方產生至少一個空間結構光圖案。
根據本發明之另一實施例，空間結構化光經組態以實施空間頻域成像。
根據本發明之另一實施例，顯示器係互動式觸控螢幕器件、平板電腦及數位電話中之一者。
根據本發明之另一實施例，光學量測器件經組態以利用有線或無線連接與電腦系統、平板電腦或數位電話介接。
根據本發明實施例，估計組織樣品之組織血管健康之方法包含照射組織樣品；及評估在單一時間點捕獲時組織樣品之組織血管反應性。
根據本發明實施例，估計組織樣品之組織血管健康之方法包含照射組織樣品之一區域；藉由檢測器捕獲自組織之經照射區域反射之光，該檢測器經組態以捕獲在一或多個照射波長下自組織反射之光；及自所檢測或捕獲之光信號估計組織血管健康。
根據本發明之另一實施例，組織血管健康之估計值可包括組織健康及/或組織損傷風險之一或多個估計值，其係基於展現光吸收及/或散射對比之一或多種表面下組織成分之濃度、橫向分佈及/或深度分佈(例如血液濃度、血液氧合、水/水合、膠原、脂質、外源性物質)及/或基於源自展現吸收及/或散射對比之一或多種組織成分之血管舒縮調控或血管反應性之 估計值。
根據本發明之另一實施例，方法進一步包含報告或顯示組織之經照射區域之所估計組織血管健康。
根據本發明之另一實施例，方法進一步包含自組織之經照射區域之所估計之組織血管反應性生成組織健康及/或風險之診斷。
根據本發明之另一實施例，方法進一步包含因應診斷建議療法、治療、治療產品或行為變化。
根據本發明之另一實施例，照射組織樣品包括用組織表面上之空間結構化光圖案照射組織樣品。
根據本發明之另一實施例，照射組織樣品包括用組織表面上之空間結構化光圖案照射組織樣品。
根據本發明之另一實施例，空間結構化光圖案經組態以實施空間頻域成像。
針對本文所提供任一實施例闡述之所有特徵、要素、組分、功能及步驟意欲可自由組合且可經來自任何其他實施例之彼等取代。除非另外明確陳述，否則若某一特徵、要素、組分、功能或步驟僅針對一個實施例進行闡述，則應理解該特徵、要素、組分、功能或步驟可用於本文所述之每個其他實施例。此段落由此充當引入申請專利範圍之前提基礎及書面支持，在任何時間該等申請專利範圍組合不同實施例之特徵、要素、組分、功能及步驟、或用另一實施例之特徵、要素、組分、功能及步驟取代一個實施例之彼等，即使下文說明未明確陳述，在特定情況下，該等組合或取代係可能的。每個可能組合及取代之明確列舉過於繁瑣，尤其考慮到熟習此項技術者在閱讀本說明後容易認識到每一及每個該組合及取代之允許 性。
在許多情況下，實體在本文中闡述為與其他實體偶合。應理解，術語「偶合」及「連接」(或其形式中之任一者)在本文中可互換使用，且在兩種情形下通用於直接偶合兩個實體(不使用任何不可忽略(例如寄生性介入)之實體)及間接偶合兩個實體(使用一或多個不可忽略之介入實體)。除非上下文另外明確指明，否則倘若實體展示為直接偶合在一起或闡述為偶合在一起且未闡述任何介入實體，則應理解彼等實體亦可間接偶合在一起。
儘管實施例易於有各種修改及替代形式，但在圖式中已展示且在本文中詳細闡述其特定實例。然而應理解，該等實施例並不限於所揭示之具體形式，而是相反，該等實施例意欲涵蓋在本發明精神內之所有修改、等效及替代形式。此外，實施例之任何特徵、功能、步驟或要素以及藉由不在該範圍內之特徵、功能、步驟或要素來界定申請專利範圍之發明範圍之負面限制可列舉或添加至申請專利範圍。
300:實例性光學量測器件

Claims (10)

  1. 一種光學量測系統，其提取在不同層之組織中之血紅素含量及氧飽和度，其包含：具有複數個波長之光源，其經組態以照射組織之一區域，其中該光源利用結構化光照射該組織；檢測器，其經組態以捕獲光信號，該光信號在該複數個照射波長下從該組織之經照射區域自組織之二或多個層反射；處理器，其經組態以基於該經捕獲之光信號計算組織血管健康之一或多個估計值，該等估計值與因糖尿病引起之循環併發症之嚴重程度相關，其中該處理器經組態以基於該經捕獲之光信號計算在該組織之二或多個層中每一者之血紅素含量及氧飽和度，且其中該組織血管健康之一或多個估計值包含基於在淺表及深層之該經計算之血紅素含量的比例之潰瘍風險；及顯示或通信器件，其經組態以顯示或報告該組織血管健康之一或多個估計值，該等估計值與因糖尿病引起之循環併發症之嚴重程度相關。
  2. 如請求項1之系統，其中該光源利用可見光及近紅外光照射該組織。
  3. 如請求項1之系統，其中該檢測器係2D成像檢測器陣列。
  4. 如請求項3之系統，其中該2D成像檢測器陣列包含CCD/CMOS照相機。
  5. 如請求項1之系統，其中該檢測器係單一元件檢測器。
  6. 如請求項5之系統，其中該單一元件檢測器係光電二極體及至檢測系統之光纖中繼器中之一者。
  7. 如請求項1之系統，其中該顯示器件顯示自該經捕獲之光信號之該經處理資料之影像，顯示該經處理資料之影像且實現值之選擇，或顯示影像及值之統計學分佈。
  8. 如請求項1之系統，其中該顯示器件係互動式觸控螢幕器件、平板電腦及數位電話中之一者。
  9. 如請求項1之系統，其中該光學量測系統經組態以利用有線或無線連接與電腦系統、平板電腦或數位電話介接。
  10. 一種提取患者組織之不同層中之血紅素含量及氧飽和度以估計組織樣品之組織血管健康之方法，其包含：以來自光源之結構化光之光信號照射該患者之組織之一區域，其中該結構化光之該光信號包含複數個波長；藉由檢測器捕獲從該組織之經照射區域自組織之二或多個層反射之光信號，該檢測器經組態以捕獲在該複數個照射波長下自該組織反射之光信號； 基於該經捕獲之光信號估計組織血管健康，該組織血管健康與因糖尿病引起之循環併發症之嚴重程度相關，且該估計係該患者之該組織之經照射區域中之該組織之二或多個層之每一者中之該組織層特定之血紅素含量及氧飽和度之函數，其中該組織血管健康之一或多個估計值包含基於在淺表及深層之該經計算之血紅素含量的比例之潰瘍風險；及使用顯示或通信器件報告或顯示該組織之經照射區域中之該與因糖尿病引起之循環併發症之嚴重程度相關之組織血管健康之一或多個估計值。
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