相關(guān)申請的引用

本申請要求以下美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)：2015年3月12日提交的序列號62/131,882，題為“systemandmethodsfordetectionoftissuefluidchanges”；2014年9月10日提交的序列號62/048,690，題為“characterizationofthehealthstatusoftissuethroughthesignatureofanelectromagneticsignalinresponsetovoluntarilyinducedchangesintissuecondition”；和2014年9月3日提交的序列號62/045,044，題為“systemandmethodsfordetectionoftissuefluidchanges”。

本申請還涉及以下美國臨時專利申請：2014年6月13日提交的序列號62/011,809，題為“systemandmethodsfordetectionoftissuefluidchanges”；和2014年2月13日提交的序列號61/939,678，題為“systemandmethodsfordetectionoftissuefluidchanges”。上面列舉的專利申請的全部公開內(nèi)容通過引用整體包含在本文中。

本申請涉及非侵入式診斷醫(yī)療設(shè)備、系統(tǒng)和方法。更具體地，本公開的一些實施例涉及利用體積積分相移譜(“vips”)來監(jiān)視大腦或身體的其他部位中的流體的變化的設(shè)備、系統(tǒng)和方法(或者，可以用其他首字母縮略詞，比如磁感應(yīng)相移譜(“mips”)表示vips)。

背景技術(shù)：

在許多不同的醫(yī)療環(huán)境中，有利的是當(dāng)體液成分和分布發(fā)生變化時，能夠非侵入地檢測所述變化。例如，通常重要的是監(jiān)視重癥監(jiān)護室患者的顱內(nèi)流體含量或分布的變化。對于這些患者的護理標(biāo)準(zhǔn)包括需要在頭蓋骨中鉆孔并插入探針(比如顱內(nèi)壓(icp)監(jiān)測器，或者微透析探針或“l(fā)icox”探針)以便測量大腦中的流體的化學(xué)變化的侵入式監(jiān)測。目前不存在商業(yè)上可用于檢測大腦流體變化(比如隨著出血或水腫出現(xiàn)的那些變化)的連續(xù)非侵入式測量技術(shù)。此外，許多腦損傷未嚴(yán)重到足以一定需要在頭蓋骨中鉆孔以便進行侵入式監(jiān)測。從而，對于許多腦損傷患者來說，沒有可用于當(dāng)存在水腫或出血的可能有害的增長時，提醒臨床人員的連續(xù)監(jiān)測技術(shù)。相反，這些患者一般由護理人員通過采用臨床神經(jīng)系統(tǒng)檢查進行觀察，直到大腦中的流體成分或分布的變化導(dǎo)致可觀察到的腦功能損傷，醫(yī)生或護士才會作出反應(yīng)。換句話說，目前不存在可用于監(jiān)測顱內(nèi)流體變化本身的手段，從而補償這種變化的能力受到限制。

對于大腦流體異常的診斷，以前提出了vips?；颊咭蛱嶙h的設(shè)備而被給予獎勵，在文獻中記載了原型設(shè)備的有前途的科學(xué)研究。例如，rubinsky等在美國專利no.7,638,341、7,910,374和8,101,421中，記載了為此目的的vips的使用，上述美國專利的公開內(nèi)容在此整體包含在本文中(在此稱為“rubinsky專利”)。wyeth等在美國專利8,731,636中，記載了vips設(shè)備的使用和設(shè)計的其他細節(jié)，該專利在此整體包含在本文中。然而，還未出現(xiàn)基于vips技術(shù)的批量生產(chǎn)的實用醫(yī)療設(shè)備，為專門從事大腦治療或其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的醫(yī)生帶來這種設(shè)備的預(yù)示益處。

理想地，醫(yī)療設(shè)備解決方案應(yīng)提供具有改進的性能、可用性和可制造性的vips系統(tǒng)，以致它可用于大腦和/或身體的其他部位中的非侵入流體變化檢測。記載在本文中的實施例力圖實現(xiàn)這些目標(biāo)中的至少一些目標(biāo)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一個實施例中，本公開包括用于檢測患者的組織中的流體水平變化的空間差異的設(shè)備。所述設(shè)備包括用于把所述設(shè)備固定到患者的身體部位的支承結(jié)構(gòu)、可操作地連接到所述支承結(jié)構(gòu)的處理元件、可操作地連接到所述支承結(jié)構(gòu)并通過無線網(wǎng)絡(luò)與所述處理元件和外部計算設(shè)備通信的無線連網(wǎng)接口。所述設(shè)備還包括第一、第二和第三發(fā)射模塊，每個發(fā)射模塊連接到支承結(jié)構(gòu)，并與所述處理元件通信。第二和第三發(fā)射模塊相對于患者的組織在空間上相互分離，第一發(fā)射模塊與第二和第三發(fā)射模塊相對，以便當(dāng)使信號透射通過組織時，從模塊傳送信號。當(dāng)被啟動時，第一發(fā)射模塊穿過患者的組織，傳送第一時變磁場，第二和第三發(fā)射模塊分別接收第一形式和第二形式的第一磁場，并向所述處理元件傳送與所述第一形式和第二形式對應(yīng)的第一接收磁場數(shù)據(jù)。所述處理元件把與第一接收磁場數(shù)據(jù)對應(yīng)的傳輸數(shù)據(jù)提供給無線連網(wǎng)接口，所述無線連網(wǎng)接口再把所述傳輸數(shù)據(jù)傳送給外部計算設(shè)備。在另一種實現(xiàn)中，第一發(fā)射模塊可被配置成接收分別由第二和第三發(fā)射模塊傳送的第一和第二時變場。

在另一個實施例中，本公開包括一種檢測患者的組織中的流體水平的對稱性的方法。所述方法包括把包括接收器、第一發(fā)送器和第二發(fā)送器的設(shè)備固定到患者的頭部上，以致第一發(fā)送器和第二發(fā)送器在空間上相互分離，接收器被布置成經(jīng)穿過所述組織的傳輸路徑，與第一發(fā)送器和第二發(fā)送器通信。所述方法還包括從第一發(fā)送器傳送第一時變磁場，從第二發(fā)送器傳送第二時變磁場，利用所述接收器，接收第一接收場和第二接收場，利用處理元件，分析至少一個傳輸特性，利用所述處理元件，確定第一接收場對應(yīng)于第一時變磁場，第二接收場對應(yīng)于第二時變磁場，利用所述處理元件，確定第一時變磁場和第一接收場之間的第一相移，利用所述處理元件，確定第二時變磁場和第二接收場之間的第二相移，和利用所述處理元件，根據(jù)確定的第一和第二相移，確定在一段時間內(nèi)，所述組織中的流體的變化。

在另一個實施例中，本公開包括一種檢測患者體內(nèi)的流體水平的變化的方法。所述方法包括把頭戴式裝置(headset)附著在患者身上，所述頭戴式裝置包括用于把所述頭戴式裝置固定到患者的頭部的支承帶、耦接到所述支承帶并被配置成把數(shù)據(jù)無線傳送給外部計算機的處理元件、和在離散位置處可操作地連接到所述支承帶的多個發(fā)送器接收器組件。所述方法還包括啟動所述頭戴式裝置，以獲得患者的頭部內(nèi)的一個或多個流體水平讀數(shù)，把與所述一個或多個流體水平讀數(shù)對應(yīng)的流體數(shù)據(jù)從所述處理元件無線傳送給所述外部計算機，并利用所述外部計算機，分析所述流體數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是按照一個實施例的監(jiān)視體內(nèi)的流體變化的系統(tǒng)的方框圖；

圖1a是按照一個實施例的供圖1的系統(tǒng)之用的患者頭戴件(headpiece)的透視圖；

圖1b是按照一個實施例的供圖1的系統(tǒng)之用的另一種患者頭戴件的分解透視圖；

圖2a-2f圖解說明供圖1的系統(tǒng)之用的發(fā)送器換能器和接收器傳感器的各種實施例；

圖3是按照一個實施例的相移檢測設(shè)備的電路圖；

圖4是按照一個實施例的供圖1的系統(tǒng)之用的波形平均器處理器的簡化邏輯圖；

圖5是按照一個實施例的供圖1的系統(tǒng)之用的相移測量處理器的簡化邏輯圖；

圖6是按照一個實施例的圖1的系統(tǒng)的操作的流程圖；

圖7是用于監(jiān)視與心臟信號對應(yīng)的體內(nèi)流體變化的系統(tǒng)的方框圖；

圖8是包括臨時穩(wěn)定器的用于監(jiān)測流體變化的系統(tǒng)的實施例的等距視圖；

圖9是用于監(jiān)測體內(nèi)的流體變化的系統(tǒng)的另一個例子的系統(tǒng)示圖；

圖10a是穿戴圖9的系統(tǒng)的頭戴件的患者的左等距視圖；

圖10b是圖10a的穿戴所述頭戴件的患者的前正視圖；

圖10c是圖10a的穿戴所述頭戴件的患者的右等距視圖；

圖11是用于監(jiān)測體內(nèi)的流體變化的系統(tǒng)的另一個例子的前等距視圖；

圖12是圖解說明隨時間變化的已校準(zhǔn)相移測量結(jié)果的曲線圖；

圖13是圖解說明在valsalva(瓦爾薩爾瓦)過程內(nèi)，隨時間變化的相移讀數(shù)的變化的曲線圖。

具體實施方式

下面記載了一些細節(jié)，以充分理解本公開的一些實施例。然而，本公開的一些實施例可在無這些具體細節(jié)的情況下實踐。此外，本公開的具體實施例是作為例子提供的，不應(yīng)被用于把本公開的范圍局限于這些具體實施例。在一些情況下，未詳細表示公知的電路、控制信號、定時協(xié)議和軟件操作，以避免不必要地使本說明變得復(fù)雜。

總的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

圖1是可用于檢測人腦中的流體變化的系統(tǒng)100的一個實施例的方框圖。盡管本說明通常集中于用于檢測大腦中的流體變化的系統(tǒng)100的使用，不過，系統(tǒng)100的本實施例或備選實施例可用于檢測/監(jiān)視身體的任何其他部位中的流體變化。于是，這里提供的針對大腦的例證說明不應(yīng)被解釋成限制記載在權(quán)利要求書中的本發(fā)明的范圍。

在一些例子中，系統(tǒng)100可包括膝上型計算機102或其他計算設(shè)備、處理單元104和患者頭戴件106。系統(tǒng)100可由例如在膝上型計算機102上運行的基于窗口的labview語言程序控制。所述程序生成顯示在膝上型計算機102的屏幕上的圖形用戶界面(gui)。在把頭戴件106放在患者身上之后，操作系統(tǒng)100的臨床醫(yī)生可利用鼠標(biāo)控制，開始監(jiān)測，所述頭戴件106可類似于彈性頭帶或繃帶。在開始監(jiān)測之后，所述程序可一邊在膝上型計算機102上記錄相移數(shù)據(jù)，一邊無人值守地運行，并應(yīng)用適當(dāng)?shù)姆椒ㄉ山o臨床醫(yī)生的警示和建議的糾正動作。

可以是相對于患者頭戴件106的外部計算機的膝上型計算機10可具有與處理單元104的usb串行鏈路。所述usb鏈路可以是電氣隔離的，以符合可適用的醫(yī)療設(shè)備要求。處理單元104可從符合國際標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)通用ac線路電源連接，獲得電力?？纱嬖谙蛱幚韱卧?04的所有內(nèi)部電子器件供電的醫(yī)用級低壓dc電源，所述電源滿足關(guān)于患者隔離、線到中性點、機殼和患者漏電以及接地地線連續(xù)性、emi敏感性和輻射、和其他標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療設(shè)備要求的可適用標(biāo)準(zhǔn)。

膝上型計算機102可開始相移數(shù)據(jù)收集，并把數(shù)據(jù)連同其他有關(guān)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息一起記錄在膝上型計算機102的硬盤驅(qū)動器上的文件中。

膝上型計算機102上的gui可控制系統(tǒng)100的操作，可包括貫穿患者頭戴件106的安裝和整個系統(tǒng)100的初步自檢地指導(dǎo)臨床醫(yī)生的控件和狀態(tài)指示。如果所述自檢通過，那么指令臨床醫(yī)生開始監(jiān)測。在監(jiān)測期間，從usb接口，收集相移角-頻率數(shù)據(jù)，并對所述數(shù)據(jù)應(yīng)用適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)和警示方法。如果指示另外的動作或應(yīng)急響應(yīng)，那么可通知臨床醫(yī)生。相移-頻率數(shù)據(jù)和另外的狀態(tài)信息被記錄在膝上型計算機102中，供以后參照。可在后臺不斷進行數(shù)據(jù)的“完好性檢查”和其他內(nèi)裝測試特征，如果遇到故障，那么不同程度的嚴(yán)重性會產(chǎn)生警告或者會中斷系統(tǒng)100的操作。

在一些例子中，并如圖1中圖解所示，處理單元104和患者頭戴件106中的硬件和固件的體系結(jié)構(gòu)可被優(yōu)化，以在利用最少數(shù)目的定制電子組件的同時，獲得期望的相位測量精度和穩(wěn)定性。例如，在一個實施例中，并參考圖1，系統(tǒng)100可包含幾個高度集成的小型化現(xiàn)成組件。系統(tǒng)100可包含處理單元104中的3個現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)110、112、114，所述3個fpga是用適當(dāng)?shù)墓碳幊痰摹Ｒ粋€fpga110可合成待提供給發(fā)送器(或者，發(fā)送器可被稱為發(fā)射體)120以產(chǎn)生磁場的時變信號，第二個fpga112可收集和平均傳送和接收的磁場的數(shù)字樣本，第三個fpga114可測量表示傳送和接收的磁場的傳送和接收信號之間的相移。

微控制器118也可被包括在處理單元104中，可監(jiān)控3個fpga110、112、114的動作，并與膝上型計算機102通信(例如，通過傳送相位數(shù)據(jù)結(jié)果)。微控制器118可提供外部膝上型計算機102(經(jīng)由電氣隔離的usb接口)和用于來自頭戴件106的數(shù)據(jù)的實時信號處理的fpga110、112、114之間的接口。微控制器118還可進行其他各種功能，比如與基本用戶控制(包括通電、數(shù)據(jù)收集的開始、頻率合成器110的設(shè)置、內(nèi)部溫度監(jiān)測、電源監(jiān)測、和其他系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測及故障檢測任務(wù))的接口。

在一些例子中，處理單元104可用更大的集成組件構(gòu)成。在一個實施例中，處理單元104可包括現(xiàn)成的電子信號發(fā)生器，比如techtronix任意波形生成器(arbitrarywaveformgenerator)型號3252，和數(shù)字示波器，比如lecroymodel44xi。相反地，處理單元104可被集成到單個arm處理器中。

圖1中例示的系統(tǒng)100的體系結(jié)構(gòu)可相對靈活，允許通過相對簡單的軟件或固件更改，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)解釋(例如，臨床警示)的所有各個階段的改進。fpga110、112、114實際上可起并行處理器作用，使數(shù)據(jù)收集和處理幾乎實時地進行。從而可以減少經(jīng)微控制器118傳送給膝上型計算機102并被存檔以便以后參考的相位數(shù)據(jù)的數(shù)量，從而在膝上型計算機102上需要較少的計算時間來處理數(shù)據(jù)。這又可釋放膝上型計算機102來檢查數(shù)據(jù)一致性，和應(yīng)用為警示臨床醫(yī)生注意對糾正動作的需要所需的方法。

盡管作為相對靈活的實施例，例示和說明了圖1中的處理單元104，不過在其他例子中，診斷系統(tǒng)100可以是具有為用在診斷系統(tǒng)100中而特別設(shè)計的定制電子組件的嵌入式系統(tǒng)。例如，一個或多個模-數(shù)(a-d)轉(zhuǎn)換器可以位于處理單元104中，所述處理單元104可以在物理上不同于頭戴件106并且與頭戴件106分離，或者可以與頭戴件106一體(例如，在定制系統(tǒng)100中，頭戴件106可包括為捕捉和處理相移信息所需的所有電子器件和處理設(shè)備)。另外，由3個fpga執(zhí)行的功能可被結(jié)合到一個fpga中。通常，可以使用任何適當(dāng)?shù)捏w系結(jié)構(gòu)。

再次參見圖1，系統(tǒng)100還可包括具有發(fā)送模塊(比如其細節(jié)在下面更詳細說明的一個或多個發(fā)送器120和一個或多個接收器124)的頭戴件106。在一個例子中，頭戴件106包括一個發(fā)送器120和一個接收器124，而在其他例子中，頭戴件106包括幾個發(fā)送器120和/或幾個接收器124。例如，頭戴件106可包括一個發(fā)送器120和兩個接收器124。如果多個接收器124被放置在患者頭上的不同位置處，那么它們可允許臨床醫(yī)生三角測量流體變化(例如，從血管或腫瘤的顱內(nèi)出血)的位置，和/或?qū)颊叽竽X的生物阻抗成像。在其他例子中，頭戴件106可包括多個發(fā)送器120，所述多個發(fā)送器120可在不同或相似的頻率下產(chǎn)生磁場。如果使用不同的頻率，那么單個或多個接收器124能夠區(qū)分幾個發(fā)射頻率，以便例如進一步區(qū)分流體變化的種類。如下更詳細所述，其他種類的傳輸特性(比如傳輸時間、波形、頻率、衰減、振幅和/或附加波的變化)可用于識別特定信號的特定發(fā)送器。

在一些例子中，除了放置在患者頭部別處的接收器124之外，可在患者頭部的和發(fā)送器120相同的一側(cè)放置另一個接收器(例如，該接收器可以在發(fā)送器120內(nèi)同心，或者可以外切發(fā)送器120，或者可被放置在與發(fā)送器120分離的平面中)，以便獲得從發(fā)送器傳送的磁場的測量結(jié)果(未在圖1中圖示)。在其他例子中，可按照另一種方式，比如通過測量存在于發(fā)送器120上的電流和/或電壓，從發(fā)送器120對發(fā)出的磁場采樣。在一些例子中，并參見圖1，患者頭戴件106包括貼近相應(yīng)的發(fā)送器120和/或接收器124本身、用于一個或多個發(fā)送器120和/或接收器124的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126-例如，在一些例子中，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器可被放置在和相應(yīng)的發(fā)送器120或接收器124相同的印刷電路板上。

然而，在其他例子中，直到在通過連接到獨立的處理單元(例如，圖1中所示的處理單元104)的一條或多條同軸電纜(或者其他傳輸線路)之后，模擬信號才被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。在這些例子中，可以采用各種技術(shù)來減小例如從發(fā)送器120輸送表示傳送磁場的信號的同軸電纜，和從接收器124輸送表示實測磁場的信號的同軸電纜之間的交叉耦合。例如，較柔韌的rf-316雙重屏蔽電纜可用于增強兩條電纜之間的隔離，或者在其他例子中，可以使用三重屏蔽電纜。作為另一種選擇，可環(huán)繞源自接收器124和/或發(fā)送器120的同軸電纜，設(shè)置高度柔韌的pvc或硅膠管。

再次參見圖1中例示的頭戴件106，為了讀數(shù)可重復(fù)，對發(fā)送器120和接收器124來說，可能重要的是在系統(tǒng)100工作期間不移動，因為這樣的移動會在相移測量中引入誤差。為了克服所述誤差，在一些例子中，發(fā)送器120和接收器124可剛性地安裝在例如類似頭盔140的設(shè)備中，頭盔140的一個例子如圖1a中圖解所示。頭盔140可提供必需的支承和剛性，以確保發(fā)送器120和接收器124相對于彼此并且相對于患者的頭部保持固定。然而，這種頭盔140可能不舒適，或者在患者躺下時不能在患者身上使用。另外，患者如在某些臨床情況下可能期望的那樣數(shù)天戴著頭盔140也可能是不切實際的。

因而在一個備選實施例中，并參見圖1b，利用頭戴式裝置129，比如彈性帶129，貼著患者的頭部保持發(fā)送器120和接收器124。例如，通過把發(fā)送器120和接收器124固定在頭戴式裝置129的袋子內(nèi)，或者通過利用縫線、鉚釘或其他緊固件，可把發(fā)送器120和接收器124安裝在頭戴式裝置129上。通過加入非導(dǎo)電隔離材料127，比如塑料或織物，發(fā)送器120和接收器124可以與皮膚表面隔開固定距離。隔離物127可用于維持發(fā)送器120和接收器124與皮膚之間的固定距離，以便例如減小發(fā)送器120/接收器124和皮膚之間的電容的易變性。在一些實施例中，隔離物127可以是例如丙烯酸塑料盤。另外或者替換地，橡膠、醫(yī)用粘合膠或其他材料可用于隔離物127，或者可被置于發(fā)送器120和接收器124的皮膚對接面處，以幫助防止它們在使用中移動。

在一些實施例中，頭戴式裝置129可被橫跨前額并環(huán)繞頭后地放置在患者頭上；或者可按其他形態(tài)，包括環(huán)繞患者的胸膛、手臂或腿地放置不同的帶子或其他設(shè)備。換句話說，可以利用任何適當(dāng)?shù)亩ㄎ辉O(shè)備,貼近患者身體的被研究區(qū)域適當(dāng)?shù)胤胖冒l(fā)送器120和接收器124，其中這里說明的頭戴式裝置106、129和頭帶129僅僅是例子?？上蝾^戴式裝置129添加諸如下巴托或頭頂之上的連接物之類的附加特征，以提供額外的穩(wěn)定性，和提供在上面安裝另外的發(fā)送器120或接收器124的部件。由于患者經(jīng)常枕在枕頭上，因此電氣組件和電纜終端的便利位置可能是頭頂。例如，可以產(chǎn)生始于每只耳朵附近的點的橋狀物，以致電子器件可以離開患者可能所躺的表面被安裝在頭頂上?？梢允褂幂p質(zhì)的小型組件，以使舒適性達到最大，和使頭戴式裝置一旦就位，在患者頭上移動的傾向就降至最小。

在頭戴式裝置129設(shè)計中，頭帶(headband)129可由彈性材料、橡膠材料、丙烯酸材料、乳膠材料或其他柔性材料制成，可以是彈性或非彈性的。頭戴式裝置129可用廉價材料構(gòu)成，從而頭戴式裝置可以是系統(tǒng)的一次性組件。或者，頭戴式裝置129可以是可重復(fù)使用的。如果是可重復(fù)使用的，那么帶子129可以是可洗的，以致在用于不同患者時，可以清洗帶子129，或者對于同一患者，可以定期清洗帶子129。可洗材料可包括塑料、橡膠、硅酮、織物或其他材料。頭戴件106還可包括用于固定電子組件和規(guī)定電纜的路線以防止電纜妨礙患者或臨床人員的安裝裝置。

在一些實施例中，包括其中使用頭帶129的那些實施例中，為了減小發(fā)送器120/接收器124和患者之間的相對運動，可以使用一個或多個穩(wěn)定器128。穩(wěn)定器128可以是按照患者的身體自定義成型的，以把發(fā)送器120和/或接收器124固定就位。作為穩(wěn)定器128的一個例子，經(jīng)過培訓(xùn)的臨床醫(yī)生可利用低熔點塑料安裝發(fā)送器120/接收器124，所述低熔點塑料類似于用相同材料構(gòu)成的矯形模(cast)?？梢允褂闷渌勺远x成形的材料和方法，比如隨著時間的過去而聚合的材料，或者借助加熱或化學(xué)反應(yīng)而活化聚合的材料，比如用于產(chǎn)生矯形繃帶或夾板的材料。

現(xiàn)在參見圖1b的分解圖，說明利用頭戴式裝置129的一個實施例的操作，不過要明白可以利用類似的帶子129來監(jiān)測身體的其他部位中的流體變化，比如包纏腿或手臂的繃帶。首先，利用例如螺絲或其他緊固件，比如膠，可把各個發(fā)送器120/接收器124耦接到相應(yīng)的隔離物127。隨后可把發(fā)送器120和相應(yīng)的隔離物127置于患者頭上，可環(huán)繞發(fā)送器120/隔離物127放置穩(wěn)定器128，以便穩(wěn)定發(fā)送器，幫助防止移動。在環(huán)繞發(fā)送器120/隔離物127放置穩(wěn)定器128之前，可能需要把穩(wěn)定器128浸泡在水中，或者以其他方式準(zhǔn)備，以便應(yīng)用。一旦穩(wěn)定器128固定發(fā)送器120/隔離物127，就可類似地使用另一個穩(wěn)定器128按照類似的方式穩(wěn)定接收器124和隔離物127。穩(wěn)定器128可凝固或干透，以實現(xiàn)穩(wěn)定功能。隨后，可使諸如頭帶129之類的頭戴式裝置纏繞穩(wěn)定器128、發(fā)送器120/隔離物127和接收器124/隔離物127。然而，在一些實施例中，可不使用穩(wěn)定器，可改為利用頭帶129把接收器124/隔離物127和發(fā)送器120/隔離128直接放置在患者頭上。在其他實施例中，如上所述，頭帶129可包括用于發(fā)送器120和接收器124的袋子，頭帶129材料本身起隔離物的作用。另外在一些實施例中，頭帶129可具有貼在頭帶129的內(nèi)側(cè)的防滑材料，以幫助防止頭帶129在患者頭上滑動。

也可使用頭戴式裝置129的其他例子。圖8圖解說明頭戴式裝置129的例子的等距視圖。在這個實施例中，頭戴式裝置129可大體上類似于圖1b中所示的頭戴式裝置129。不過，在本例中，穩(wěn)定器800可包含在頭戴式裝置129內(nèi)。另外，頭戴式裝置129可包括可在處理單元104與發(fā)送器和接收器120、124之間延伸的柔性電路802或其他布線機構(gòu)。頭戴式裝置129還可包括可彎曲和/或伸展以環(huán)繞患者的頭部固定頭戴式裝置129的固定元件804，比如頭帶、彈性材料等。

穩(wěn)定器800臨時把頭戴式裝置129固定在用戶頭上(或者其他期望的位置)，不過當(dāng)不再需要監(jiān)測時，可允許摘下頭戴式裝置129。穩(wěn)定器800通?？梢允桥c皮膚相容的粘性物。穩(wěn)定器800可以是雙面膠，一側(cè)可被固定到頭戴式裝置129(比如固定到柔性電路802或固定元件804)，另一側(cè)可被固定到患者的頭部。再例如，穩(wěn)定器800可以是諸如膠或具有粘性的另一種類似流體或凝膠體之類的粘性物。作為具體例子，穩(wěn)定器800可以是水凝膠。

在包括穩(wěn)定器800的實施例中，穩(wěn)定器800把頭戴式裝置129的各個組件穩(wěn)定并鎖定到患者身體上的特定位置。這有助于確保讀數(shù)精確，因為即使患者移動，電子器件(例如，發(fā)送器和接收器)和電路802仍可保持大體相同的方向和位置。此外，穩(wěn)定器800可進一步幫助防止電子器件的變形，因為發(fā)送器和接收器(例如，柔性電路802)的柔性延伸可被定形，以便環(huán)繞患者頭部(或者其他監(jiān)測區(qū)域)的一個維度彎曲或纏繞，但在另一個維度基本不彎曲或伸展。例如，當(dāng)壓在患者頭部的表面上時，發(fā)送器和接收器120、124及柔性電路802的橫向位置(即，從前至后)可保持穩(wěn)定。

各個實施例包括用于確定在患者身體上的特定位置的正確放置、對準(zhǔn)和附著的機械機構(gòu)。例如，圖1a中的頭盔140、圖1b中的頭帶129、圖9的頭戴式裝置906和圖11的頭戴式裝置950。這些機構(gòu)有助于確保放置的準(zhǔn)確和可重復(fù)性，這又有助于確保讀數(shù)的準(zhǔn)確性和精確度。利用檢測和監(jiān)視對于患者身體的接觸點或一系列接觸的傳感器，可增強對于機械穩(wěn)定性和可重復(fù)性的進一步改善。例如，傳感器可被置于圖11的頭戴式裝置950的臂962上，以致它們檢測臂962何時接觸頭皮與患者的耳朵相接之處。另外或另一方面，可以定位傳感器，以檢測鏡片960的背面或者框架的內(nèi)緣何時在相對于前額的正確位置處。此外，一個或多個傳感器可在測量序列期間，監(jiān)測頭戴式裝置的持續(xù)最佳放置。如果在任何時候，頭戴式裝置離開期望的位置，那么一個或多個傳感器可向處理單元104發(fā)送信號，處理單元104又可通知用戶糾正頭戴式裝置放置，或者把測量數(shù)據(jù)識別成歸因于放置而不理想?？稍谶@些實施例中使用的傳感器的種類的非窮舉列表包括阻抗、電容、導(dǎo)電、光、熱和距離傳感器。

現(xiàn)在說明用于檢測身體中的流體水平的系統(tǒng)的另一個例子。圖9是用于檢測身體中的流體水平的系統(tǒng)900的示圖。圖10a-10c圖解說明穿戴系統(tǒng)900的頭戴式裝置906的患者的各個視圖。參見圖9-10c，系統(tǒng)900可包括頭戴式裝置906或支承結(jié)構(gòu)、具有用于與一個或多個外部設(shè)備通信的網(wǎng)絡(luò)/通信接口的處理單元104、一個或多個發(fā)送器/接收器124、124以及計算設(shè)備902。計算設(shè)備902可通過網(wǎng)絡(luò)920，與頭戴式裝置906和/或處理單元904通信。網(wǎng)絡(luò)920可以是例如wifi、藍牙、無線等，在許多實施例中，可以是無線網(wǎng)絡(luò)，使得可在沒有線纜等的情況下，把數(shù)據(jù)從處理單元904和頭戴式裝置906傳送給計算設(shè)備902。在這些實施例中，計算設(shè)備902可以在頭戴式裝置906之外，因為計算設(shè)備可以是經(jīng)無線通信路徑，與頭戴式裝置906通信的獨立設(shè)備。在其他實施例中，連網(wǎng)接口可經(jīng)一個或多個有線路徑，與外部計算機和/或網(wǎng)絡(luò)通信。

計算設(shè)備902實質(zhì)上可類似于圖1的計算機102。在一些實施例中，計算設(shè)備902可以是便攜式設(shè)備，從而允許治療醫(yī)生更容易在不同的患者之間搬運計算設(shè)備902。然而，在其中可不需要便攜性的實施例中，計算設(shè)備902實質(zhì)上可以是任何其他種類的計算機，比如(但不限于)服務(wù)器、桌上型計算機、工作站等。應(yīng)注意計算設(shè)備902、處理單元904和/或頭戴式裝置906可包括提供從各個相應(yīng)設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)920的通信路徑的連網(wǎng)接口組件。

參見圖10a-10c，現(xiàn)在更詳細說明頭戴式裝置906。本例中的頭戴式裝置906包括處理單元904和發(fā)送器/接收器120、124。把處理單元904和發(fā)送器/接收器120、124集成到信號設(shè)備上可使感測單元更便攜，更易于放置在患者身上，并且增強患者穿戴該設(shè)備時患者的可動性。另外，如上更詳細所述，在其中處理單元904在發(fā)送器/接收器120、124附近，可進行相當(dāng)大部分的數(shù)據(jù)處理的實施例中，誤差的網(wǎng)絡(luò)被減小，信噪比也可被降低。

在一個實施例中，頭戴式裝置906包括限定感測設(shè)備的正面的前支承結(jié)構(gòu)或框架910。前支承結(jié)構(gòu)910可支承處理單元904，和限定用于兩個鏡片(例如，患者的左眼和右眼的兩個鏡片)的鏡框。在其中不需要鏡片的實施例中，比如當(dāng)患者不需要戴眼鏡或者具有其他眼睛保護時，鏡片可被省略，以為用戶提供清晰性?？筛鶕?jù)處理單元904的尺寸和結(jié)構(gòu)，酌情更改前支承結(jié)構(gòu)910。

繼續(xù)參見圖10a-10c，頭戴式裝置906還可包括從前支承結(jié)構(gòu)910的每一端延伸出的兩個臂912。臂912被配置成包纏患者的頭部930，可支承在患者的耳朵912上方和/或耳朵912上。臂912可包括更好地貼合患者的頭部930和/或耳朵912且可進一步幫助保持設(shè)備在患者頭部930上固定就位的仿形部分。頭戴式裝置906可以是可調(diào)的，在一些實施例中，可包括連接到每個臂912的端部的固定帶922。固定帶922被配置成環(huán)繞患者的頭部930拉緊，從而把頭戴式裝置906固定就位。例如，緊固件或其他設(shè)備可有選擇地調(diào)整固定帶922的長度，幫助環(huán)繞頭部930固定所述固定帶922。

如上所述，在本例中，頭戴式裝置906被配置成是便攜的，傳輸模塊(例如，發(fā)送器/接收器120、124)連接到頭戴式裝置906。在一個例子中，比如在圖10a-10c中所示的例子中，發(fā)送器/接收器120、124可連接到框架的臂912，以致當(dāng)頭戴式裝置906被放置在患者的頭部930之上時，發(fā)送器和接收器120、124將被放置成彼此相對，適應(yīng)于穿過用戶的頭部930接收和傳送信號。發(fā)送器和接收器被配置成相互通信，并被放置成分別向?qū)?yīng)設(shè)備傳送或接收信號。

發(fā)送器/接收器120、124或者傳輸模塊可與處理單元904通信，和從處理單元904獲得電力。例如，多條連接線934可從處理單元904伸出，把發(fā)送器/接收器120、124電連接到處理單元904。連接線934可傳送來自電源(比如收納在處理單元904上的電池槽935內(nèi)的電池)的電力，以及來自處理單元904的數(shù)據(jù)和/或信號。另外，發(fā)送器和接收器120、124可向處理單元904傳送數(shù)據(jù)，處理單元904隨后可把所述數(shù)據(jù)傳送給計算設(shè)備902。例如，接收器124可把接收的信號傳送給處理單元904，處理單元904隨后可處理所述信號，并通過網(wǎng)絡(luò)920，把數(shù)據(jù)傳送給計算設(shè)備902。

應(yīng)明白頭戴式裝置906和處理單元904的布置和構(gòu)成可按照需要更改。例如，在另一個例子中，通信線934可被省略，或者被并入頭戴式裝置906的框架或支承結(jié)構(gòu)中。圖11是頭戴式裝置906的另一個例子的等距視圖。參見圖11，在這個例子中，頭戴式裝置950可大體類似于圖10a-10c中圖解所示的頭戴式裝置906，不過，通信線934可被并入框架910的材料和/或結(jié)構(gòu)中。另外，在這個例子中，頭戴式裝置920可把鏡片960包含在可根據(jù)患者的需要而更改的前支承結(jié)構(gòu)中。頭戴式裝置950的臂962可從框架910的每一端伸出，并被配置成把發(fā)送器/接收器120、124支承在其上。另外在這個例子中，可鄰近前額，在904的背面配置第三發(fā)送器/接收器120、124?？梢砸庾R到，處理單元904可以更小，在框架910上被置于正中，這為穿戴頭戴式裝置906的患者提供更好的可動性。另外，由于處理單元904顯著較小，因此能夠更好地保持在適當(dāng)位置，更精確地往來于計算設(shè)備902和/或發(fā)送器/接收器120、124傳送數(shù)據(jù)。

在一些實施例中，處理元件904或單元被配置成把與發(fā)送器/接收器接收的一個或多個接收磁場數(shù)據(jù)對應(yīng)的傳輸數(shù)據(jù)，提供給連網(wǎng)接口，所述連網(wǎng)接口又把所述傳輸數(shù)據(jù)傳送給外部計算設(shè)備902。在這些實施例中，處理元件904可把從發(fā)送器和接收器接收的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，之后把所述數(shù)據(jù)發(fā)送給外部計算設(shè)備902。這使頭戴式裝置和計算設(shè)備902之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤杀辉龃?，并且更可靠?/p>

在各個實施例中，記載在本文中的設(shè)備和方法可用于身體的所有部位中的流體測量(通常流體變化測量)，以及用于多種醫(yī)療診斷應(yīng)用。在各個實施例中，發(fā)送器和檢測器(檢測器或者可用接收器表示)線圈的結(jié)構(gòu)可被更改，以適合于所涉及的身體的區(qū)域和/或診斷應(yīng)用。例如，對于涉及肢體(比如手臂)的應(yīng)用，或者其中可能更重要的是測量組織中淺表深度處的流體含量的應(yīng)用，發(fā)送器線圈和檢測器線圈可被放置在對象組織的同側(cè)。共面布置可以是適當(dāng)?shù)?。由于線圈可隔開短得多的距離，因此接收信號強度可以強得多，線圈的尺寸可被減小。在各個備選實施例中，線圈可以并排共面排列，或者可以利用具有不同直徑的線圈，同心共面排列。在一些實施例中，可能更適當(dāng)?shù)氖浅晌⑿〗嵌鹊胤胖镁€圈的平面，以與所研究的身體部位的形狀一致。

在說明了系統(tǒng)的各個例子的情況下，下面更詳細說明操作所述系統(tǒng)的方法。現(xiàn)在參見圖6，現(xiàn)在簡要說明系統(tǒng)100的操作的一個例子，要理解，圖6中例示的各個操作將在下面更詳細說明，各種備選方法和操作模式也將在下面說明。始于操作501，使系統(tǒng)100通電，并進行自檢。如果系統(tǒng)100自檢失敗，那么在操作502，在膝上型計算機102上顯示停止或失敗指示。如果系統(tǒng)100通過通電自檢，那么操作轉(zhuǎn)到操作504。另外，在系統(tǒng)100的整個操作中，在操作503中，可運行連續(xù)狀態(tài)監(jiān)測器，如果狀態(tài)監(jiān)測器判定系統(tǒng)100失敗，那么在操作502中，系統(tǒng)可顯示停止或失敗指示。

一旦系統(tǒng)100通過通電自檢，并且操作轉(zhuǎn)到操作504，在操作504中，頻率合成fpga110就可被初始化，開始向發(fā)送器120提供發(fā)送信號。在操作505中，波形平均器fpga112可開始收集和平均來自發(fā)送器120和接收器124的波形(例如，流體數(shù)據(jù))。平均后的波形可被提供給相移測量fpga114，開始在操作506中，相移測量fpga114可確定發(fā)送器120和接收器124波形之間的相移，關(guān)心的最終相位計算是在操作507中計算的。在操作508中，相位計算可被提供給膝上型計算機102。在操作505之后的任意時刻，頻率合成器fpga110可向發(fā)送器120提供另一個頻率，可對所述下一個頻率重復(fù)上述處理。從而可從發(fā)送器120發(fā)出多個頻率，并計算隨后的相移。例如，頻率合成fpga110可在相移測量fpga114測量前一個頻率的波形之間的相移的時候，在重復(fù)的操作504中提供下一個頻率，或者在操作508中，在相位計算被提供給膝上型計算機之前，頻率合成fpga可不提供另一個頻率。在備選實施例中，發(fā)射體(emitter)可發(fā)射同時帶有各諧波頻率的單個頻率，或者通過利用多個頻率發(fā)生器發(fā)射頻率，以便稍后利用諸如快速傅里葉變換(fft)之類技術(shù)分離。多個頻率的同時發(fā)射對噪聲消除、運動抑制和其他目的來說可以是有利的。

發(fā)送器和接收器

適合于用于大腦流體診斷的基于感應(yīng)相移測量的系統(tǒng)100的電磁頻率的一個范圍在從約20mhz到300mhz的射頻(rf)范圍中，不過，也可使用其他頻率，比如1mhz-500mhz，3mhz-300mhz，等等。選擇的頻率可提供人體組織中的較低吸收率、相對于噪聲因素(比如容性耦合和信號線串?dāng)_)的良好信號和易于進行精確的相位測量。

以前，在這些頻率范圍中發(fā)射(和感測)磁場的發(fā)送器(和對應(yīng)的接收器)的某些例子是由匝數(shù)不多的圓形細感應(yīng)線圈構(gòu)成的，所述線圈被放置成以致線圈的平面平行于頭部的圓周。這些以前的發(fā)送器和接收器的線圈具有10cm或更大的直徑，匝數(shù)為5或更大。然而，這些較大的發(fā)送器和接收器線圈笨重，此外在對人腦中的流體的vips檢測來說所關(guān)心的頻率范圍內(nèi)存在諧振。當(dāng)發(fā)送器或接收器線圈在接近它們的固有諧振頻率之一的頻率下工作時，測得的相移會極大地隨線圈的自身寄生電容的大小而變化，由于任一線圈的運動和/或環(huán)境影響而引起的極小變化都會導(dǎo)致相移的較大變化，在相移的測量中產(chǎn)生無法接受的噪聲。

因而，在本公開的一些實施例中，發(fā)送器120和/或接收器124的最低固有諧振頻率可高于待傳送的磁場的預(yù)定頻率。在一些例子中，發(fā)送器120可包括作為磁場發(fā)生器或換能器的線圈?？紤]到對稱性，相同或相似的線圈可充當(dāng)接收器124中的磁場傳感器。在任一情況下，隨著線圈的直徑和匝數(shù)(即，環(huán)路數(shù))被減小，第一自諧振頻率通常增大。于是，極限是就具有直徑很小的單個環(huán)路的線圈而言的。然而，隨著環(huán)路直徑減小，環(huán)路截獲的磁通量的數(shù)量按與直徑之比的平方相等的系數(shù)減小。同樣地，環(huán)路中的感應(yīng)電壓減小，導(dǎo)致來自充當(dāng)接收器124中的磁場傳感器的環(huán)路的信號較小。從而，對于直徑減小，存在實際限制。然而，在一些實施例中，通過在發(fā)送器120/接收器124的構(gòu)造中，使用傳輸線技術(shù)，可以實現(xiàn)自諧振頻率的額外增大。

在寬帶寬內(nèi)使用為相對恒定的相移而設(shè)計的線圈的備選方案是在串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中增加外部電抗組件，以解調(diào)單個頻率或者少量離散頻率處的相移。如果在設(shè)計整個系統(tǒng)之前，各個頻率的近似值已知，并且離散頻率的數(shù)目較小，那么該原理工作得最好。通過利用開關(guān)的或者電動機驅(qū)動的可調(diào)組件，相移調(diào)整可以是自動化和軟件可控制的。調(diào)整到恒定相移的優(yōu)點在于線圈的尺寸和形狀的選擇更自由。利用更大的線圈能夠增大檢測的信號強度，提供最佳地匹配大腦或其他身體部位的被采樣部分的場形狀。

在一個實施例中，參見圖2a，利用屏蔽傳輸線，比如同軸電纜、印刷電路板上的埋設(shè)帶狀線、屏蔽雙絞線、雙芯電纜或者三芯電纜，可以構(gòu)成具有高自諧振頻率和在所述自諧振頻率之下的相關(guān)穩(wěn)定相位響應(yīng)的單環(huán)路250。環(huán)路250可以用作發(fā)送器120中的磁場發(fā)生器，或者用作接收器124中的磁場傳感器。屏蔽傳輸線可包括第一導(dǎo)體，作為至少部分圍繞第二導(dǎo)體的屏蔽物251。第一導(dǎo)體或屏蔽物251可接地，可環(huán)繞第二導(dǎo)體形成法拉第籠。第二導(dǎo)體可響應(yīng)變化的磁場，提供輸出信號，并且歸因于法拉第籠，第二導(dǎo)體可受到屏蔽，免受外部靜電效應(yīng)和容性耦合影響。例如，在一個實施例中，埋設(shè)帶狀線的單環(huán)路250可被夾在印刷電路板中的兩個接地平面之間。多個通孔可在所述兩個接地平面之間延伸，通孔的間隔由傳送和/或接收的電磁場的波長決定，所述通孔連同所述兩個接地平面一起形成環(huán)繞埋設(shè)帶狀線環(huán)路250的有效靜電或法拉第籠。在其他實施例中，可以使用具有外屏蔽層的其他各種傳輸線(比如同軸電纜)，以便形成法拉第籠，從而減小對環(huán)路250的外部靜電效應(yīng)。

在發(fā)送器120或接收器124的單環(huán)路250實施例中，歸因于單環(huán)路250的感應(yīng)性，環(huán)路250的電壓可能不與環(huán)路250的電流同相。如下所述，在診斷系統(tǒng)100的初始化期間，可以檢測和考慮到這種相位誤差。然而，在單發(fā)送器環(huán)路250的一些實施例中，并且參見圖2b，可以增加平衡-不平衡變壓器254，以便消除對校正所述相位誤差的需要。在其他實施例中，并且參見圖2c，利用第二個獨立的較小的同心環(huán)路260來感測傳送的磁場，并把表示所述傳送的磁場的電流提供給模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。在一些例子中，所述第二個同心的發(fā)送器環(huán)路260可以大小與對應(yīng)的接收器環(huán)路(例如，接收器124中的接收器環(huán)路)相同，以便在它們之間具有比例信號和良好的一致性，而在其他例子中，接收器環(huán)路可以大于所述第二個同心的發(fā)送器環(huán)路260，以便對接收的磁場更敏感。在具有第二個同心的發(fā)送器環(huán)路260的這些發(fā)送器120中，并參見圖2d，在所述第二個同心環(huán)路260上，可同樣地使用平衡-不平衡變壓器264，以便平衡感測電壓和電流。此外，對于單匝接收器環(huán)路250，可同樣增加平衡-不平衡變壓器254，以便也平衡其性能，與圖2b中關(guān)于發(fā)送器電纜所示的類似。

現(xiàn)在參見圖2e，在另一個實施例中，傳輸線原理可從建立單環(huán)路、單端設(shè)備延伸到建立雙環(huán)路270(它可以是雙端或“平衡”的)，用作接收器124(或者對稱地，用作平衡發(fā)送器120)。在圖2e中，如圖所示，可在印刷電路板上，形成4個導(dǎo)電(例如，銅)層271、272、273、274，當(dāng)被垂直堆疊時，在所述4個導(dǎo)電層271、272、273、274之間耦接3層介電材料(圖2e未圖示)。頂層和底層271、274可被接地，從而形成電屏蔽。此外，在頂層和底層271、274兩者中，可存在較小的線性裂口271a、274a，以致接地平面271、274不會表現(xiàn)得像額外的短路線匝。在頂接地層和底接地層271、274之間，可以放置+環(huán)路273和-環(huán)路272，來自兩個環(huán)路272、273的引線耦接到平衡放大器(圖2e中未圖示)。在一些例子中，+環(huán)路273和-環(huán)路272可以是中間抽頭的。兩個環(huán)路272、273的內(nèi)徑可近似1英寸，可以稍微大于兩個接地平面271、274中的圓形空洞的內(nèi)徑。在一些實施例中，可以選擇介電材料的厚度和介電常數(shù)、形成環(huán)路272、273的導(dǎo)電材料的寬度和厚度、接地平面271、274的間隔，等等，以致雙環(huán)路270近似具有50歐姆的阻抗，以便匹配它將被耦接到的傳輸線路。按照這種方式，在一些例子中，雙環(huán)路結(jié)構(gòu)270的自諧振頻率可高于200mhz。

仍然參見圖2e，對于用作接收器124中的磁場傳感器的雙環(huán)路270，歸因于兩個環(huán)路272、273被耦接到的差分放大器的共模抑制，可以減少源于由環(huán)境emi源或者附近的導(dǎo)體或磁性材料的運動引起的磁場的環(huán)境變化的、耦合到系統(tǒng)100中的外部噪聲。從而，使差分放大器耦接到當(dāng)用作接收器124時的環(huán)路272、273可允許環(huán)路272、273的直徑被減小，同時把輸出信號電平保持在適合于對于遠程處理單元104(例如，對其中一個或多個模-數(shù)轉(zhuǎn)換器未直接位于頭戴件106中的那些系統(tǒng)來說)的傳輸?shù)乃?。在一些實施例中，放大器功率增益可近似?0db。可容易地以小型封裝的形式，從多個供應(yīng)商獲得為所關(guān)心的功率級提供40db增益，在20mhz-200mhz頻率范圍內(nèi)相移變化可忽略不計的低成本寬帶寬放大器。

參見圖2f，如上所述，用于平衡接收器124的雙環(huán)路270具有作為磁場發(fā)生發(fā)送器120的類似應(yīng)用。歸因于雙環(huán)路的繞組方向相反，構(gòu)成發(fā)送器120的平衡法可導(dǎo)致傳送的磁場中的噪聲的共模消除，從而降低傳送磁場中的否則可能由來自環(huán)境因素的靜電或磁拾取引起的噪聲。

仍然參見圖2e和2f，在一些實施例中，可在不同的平面中，形成兩個環(huán)路272、273，或者在其他實施例中，可利用同心的圓形帶狀線跡線，在同一平面中制備所述兩個環(huán)路(從而減少在制備印刷電路板時所需的層數(shù))。這種同心設(shè)計可用于發(fā)送器120和/或接收器124。

另外，參見圖2a-2f任意之一，在其中不貼近發(fā)送器120或接收器124進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換的例子中，可向具有表面安裝電阻器的印刷電路板增加電阻衰減器，以幫助減小通過其傳送模擬信號的電纜中的發(fā)送器信號與接收器信號的交叉耦合，這有助于提高相位測量精度和穩(wěn)定性。與笨重的獨立模塊化衰減器相比，板載衰減器可導(dǎo)致明顯的尺寸減小和成本降低。另外，仍然繼續(xù)其中不貼近發(fā)送器120或接收器124進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換的例子，仍然參見圖2a-2f任意之一，可以設(shè)置一個或多個放大器，以放大來自發(fā)送器120和/或接收器124的信號，以便降低信號穿過到外部模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126的電纜的衰減。仍然繼續(xù)其中不貼近發(fā)送器120或接收器124進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換的例子，由于圖2e和2f中圖解所示的“平衡”發(fā)送器和接收器終止于同軸線路的50歐姆特征阻抗中，因此發(fā)送器和接收器上的電壓可與相應(yīng)發(fā)送器和接收器上的電流同相。

現(xiàn)在參見圖3，備選設(shè)計可在與環(huán)路250相同的印刷電路板上包含放大器256。在與環(huán)路250(例如用作接收器124)相同的印刷電路板上包含放大器256有助于增大信噪比，這對其中遠離頭戴件106進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換的實施例來說可能特別有益。在其中在環(huán)路250附近進行信號的模-數(shù)轉(zhuǎn)換的實施例中，也可使用放大器256。如上所述，在所述印刷電路板上，在環(huán)路250和放大器256之間，也可包含平衡-不平衡變壓器，這有助于使線圈按“平衡”模式工作。在平衡模式下，容性耦合電磁干擾拾取或者信號電平的運動誘導(dǎo)波動可被減小或消除，因為它們一般同樣地耦合到平衡差分信號的負(fù)極引線和正極引線中。

初始化：消除固定相位誤差的空氣掃描(air-scan)

如上所述，在一些例子中，診斷系統(tǒng)100可被初始化，以便單獨校準(zhǔn)發(fā)送器120，單獨校準(zhǔn)接收器124，相互地以及與其他關(guān)聯(lián)電子器件地校準(zhǔn)發(fā)送器120和接收器124，等等。例如，在初始化期間，可檢測從發(fā)送器120和接收器124起的信號路徑中的引線長度和放大器時間延遲的變化，并在信號處理期間，從信號中消除所述變化，以便避免數(shù)據(jù)中的固定偏移誤差。另外，可以檢測單匝環(huán)路250中的(實測)電壓和電流之間的任何相移。

在一個實施例中，初始化可以是其中發(fā)送器120和接收器124之間只有空氣地布置發(fā)送器120和接收器124的“空氣掃描”，發(fā)送器120和接收器124被布置成分開，近似和如果它們被置于普通患者頭上時一樣。一旦被這樣隔開，對于一系列的不同頻率，收集相移數(shù)據(jù)(因為誤差可能跨不同頻率保持恒定，或者在不同頻率之間各不相同)，隨后在信號處理期間，收集的空氣掃描值可被用于校正系統(tǒng)100的任何相移誤差(例如，通過從在系統(tǒng)100工作期間獲得的值中減去所述相移誤差)。當(dāng)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126在靠近發(fā)送器120和接收器124的頭戴件106中時，當(dāng)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126在頭戴件106之外時，等等，可進行所述初始化。

驅(qū)動和采樣信號的生成

如上所述，診斷系統(tǒng)100在多個頻率下，收集傳送的時變磁場的相移數(shù)據(jù)，因為由各種組織類型和體液造成的相移可隨著頻率而變化。圖1中例示的診斷系統(tǒng)100可在處理單元104內(nèi)，設(shè)置靈活的頻率合成器100，不過在其他實施例中，頻率合成器110可被設(shè)置在例如頭戴件106中。在一些例子中，在約20mhz-200mhz(或者替換地約20mhz-300mhz，或者約10mhz-300mhz，或者許多其他適當(dāng)范圍任意之一)的范圍內(nèi)，該頻率合成器110可具有最小1mhz的分辨率?？梢岳脴?biāo)準(zhǔn)數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)，從單個穩(wěn)定的晶體控制時鐘振蕩器得到可選頻率。如上所述，合成器110的數(shù)字部分可在處理單元104中的fpga110之一中實現(xiàn)。合成器110可產(chǎn)生用于在發(fā)送器120中生成磁場的基本方波時鐘信號，以及采樣信號。在一些實施例中，采樣信號可在頻率方面稍微偏離磁場生成信號(例如，10khz)。在一些實施例中，用于生成磁場的方波信號可被放大，以校正其電平，還可被濾波，以消除高階諧波，并在一個或多個基頻下獲得低失真正弦波。

在其中利用諸如時域數(shù)據(jù)的fft處理之類的頻域技術(shù)計算相位的其他情況下，可能有利的是強調(diào)基頻的諧波。對于這些實施例，可在基頻合成器之后增加附加電路，以使方波或脈沖波形的上升時間或下降時間快得多，從而增大高階諧波的相對振幅和數(shù)目。如前所述，本實施例允許具有rf的單個突發(fā)的頻率“梳”的生成，利用傅里葉技術(shù)處理來自發(fā)射體和檢測器的捕獲時域數(shù)據(jù)對于“梳”中的每個頻率，產(chǎn)生同時時間相關(guān)相差數(shù)據(jù)集。從多個頻率的相位數(shù)據(jù)的這種同時捕獲可獲得把與患者大腦流體有關(guān)的期望信息，和運動偽像或會影響在不同時間測量每個頻率的相位數(shù)據(jù)的頻率的單獨掃描的其他影響區(qū)分開的顯著優(yōu)點。在這種情況下，在不同時間對每個頻率采樣引入可能難以檢測或消除的噪聲。

由于用于生成磁場的信號一般是周期性的，因此可不必利用比所述信號的頻率大許多倍的采樣頻率來從波形的單個周期捕獲相位信息，在一些例子中，可改為采用欠采樣技術(shù)。欠采樣與現(xiàn)代無線電中使用的其中在電子器件的低得多的中頻級(if)中進行大部分的放大器增益和音頻或視頻信號解調(diào)的外差技術(shù)類似。事實上，欠采樣允許系統(tǒng)在更長的一段時間內(nèi)收集相同或相似數(shù)目的樣本點，而不干擾信號的相位信息。

使用欠采樣可以消除對于否則為了從波形的單個周期捕獲足夠的相位樣本以便精確測量相位角而可能所需的高速模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(所述高速模-數(shù)轉(zhuǎn)換器昂貴，并且可涉及許多不同的有線連接)的需要。如果可以使用速度較低的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，那么如上所述，貼近發(fā)送器120和接收器124環(huán)路250、270放置模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126在商業(yè)上和物理上可以是可行的。

于是，在一些實施例中，傳送的磁場信號和/或接收的磁場信號可被欠采樣(例如，每個周期一個樣本或更少)，從而可利用在與一個周期相比長得多的時間間隔內(nèi)獲得的樣本，捕獲波形的平均記錄。為了實現(xiàn)欠采樣，可從公共時鐘信號得到發(fā)送信號和采樣信號，同時使采樣信號從發(fā)射信號頻率(或者子諧波頻率)精確地偏移較小量。例如，如果所述偏移是例如從發(fā)送信號的第一諧波頻率偏移10khz，那么100毫秒的時間段之后的結(jié)果會是具有f/10000個單獨樣本的重復(fù)發(fā)送波形的一個周期的有效圖像。對于100mhz的發(fā)送信號頻率和100.010mhz的采樣頻率，發(fā)送波形的單個周期的10000個欠采樣單獨樣本按360/10000或0.036°的分辨率隔開。作為對于欠采樣的一種備選方案，也可以采用在模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126之前使用標(biāo)準(zhǔn)非線性混頻技術(shù)的頻率轉(zhuǎn)換。

在其他例子中，磁場發(fā)生器信號的頻率和采樣信號的頻率可另外地關(guān)聯(lián)，下面參照頻域信號處理技術(shù)，說明其一個例子。在其他例子中，采樣頻率可以相對恒定(例如，210mhz，而發(fā)生頻率可寬范圍地變動)。

傳送和接收的模擬信號到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

在一些實施例中，可利用模擬信號處理技術(shù)，進行傳送信號和接收信號之間的電子相移測量，而在其他例子中，可在如上所述，通過一個或多個模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126，把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之后，進行相移測量。隨后可處理數(shù)字波形，以獲得有關(guān)的相移信息。處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而不是模擬數(shù)據(jù)可便利采樣和平均波形的多個周期，以便例如減小隨機噪聲的影響，和借助適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，甚至減小非隨機周期噪聲，比如在60hz附近的頻率下的ac線路拾取。另外，在減少波形數(shù)據(jù)中的噪聲之后，存在可用于利用數(shù)字信號處理獲得精確的相位測量的許多方法，比如關(guān)聯(lián)法。

在這里說明的診斷系統(tǒng)100的一些例子中，盡可能接近磁場的生成點和/或檢測點地進行傳送信號和接收信號兩者的模-數(shù)轉(zhuǎn)換。例如，利用集成地位于分別包含發(fā)送器120和接收器124的印刷電路的小型化單片模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126，可在頭戴件106中進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換。在一個例子中，用于發(fā)送器120的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122例如可差分地對發(fā)送器120的平衡輸出端之間的電壓采樣。用于接收器124的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器126例如可被置于耦接到接收器124的寬帶寬信號放大器的輸出端處。通過把模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126設(shè)置在頭戴件106上，而不是設(shè)置在遠程處理單元104中(然而，在記載在本文中的其他實施例中，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126可被設(shè)置在遠程處理單元104中)，能夠減小或消除與把模擬信號運送到模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126的電纜的運動、彎曲或環(huán)境變化相關(guān)聯(lián)的相移的影響?？梢詼p少或消除的其他誤差源包括由在終端處的較小阻抗失配引起的與電纜長度相關(guān)的駐波諧振，和歸因于波形失真，產(chǎn)生相位誤差的互連電纜上的傳送信號和接收信號之間的交叉耦合。為了在其中不貼近發(fā)送器120和接收器124設(shè)置模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126的實施例中實現(xiàn)相似的優(yōu)點，可以利用單芯電纜把采樣信號送到處理單元104中的發(fā)送器和接收器模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126，和/或在一些實施例中，在兩個模-數(shù)轉(zhuǎn)換器122、126之間，可以使用高質(zhì)量半剛性電纜。

整體操作和流水線技術(shù)

再次參見圖1，可對于傳送磁場和接收磁場兩者，捕獲波形數(shù)據(jù)(在一些實施例中，所述波形數(shù)據(jù)可被欠采樣)，捕獲的波形可被至少部分實時(或者大體實時)處理。如這里所述，一個fpga112可在多個周期內(nèi)，平均兩個波形中的每一個的數(shù)據(jù)，以便降噪。另一個fpga114隨后可利用平均后的波形數(shù)據(jù)，使用關(guān)聯(lián)技術(shù)進行相移測量。在一些實施例中，可以使用流水線技術(shù)，以便為多個頻率樣本內(nèi)的相位數(shù)據(jù)的收集，加速數(shù)據(jù)吞吐量。發(fā)送器120可在第一期望頻率下，生成時變磁場，在所述第一頻率下，可利用波形平均器fpga112，進行必需數(shù)目的波形平均。

在平均器fpga112從發(fā)送器120和接收器124收集并平均所有的樣本數(shù)據(jù)點之后，它可把所述樣本數(shù)據(jù)點傳送給相移測量fpga114。在一些實施例中，在診斷患者體內(nèi)的流體變化時，只使用單個發(fā)射頻率，不過在其他實施例中，可以生成在期望的頻譜范圍內(nèi)的多個不同的發(fā)射頻率，并收集對應(yīng)的數(shù)據(jù)。在具有多個發(fā)射頻率的這些實施例中，關(guān)于第一發(fā)射頻率的相位確定可在相移測量fpga114中進行(利用在第一發(fā)射頻率期間獲得的數(shù)據(jù))，同時頻率合成器fpga110使發(fā)送器120生成具有頻譜掃描的第二期望頻率的磁場，源自第二發(fā)射頻率的波形數(shù)據(jù)由波形平均器fpga112平均(從而實現(xiàn)流水線操作)。在其他實施例中，可與記錄第二個頻率的多個樣本大體同時地進行關(guān)于一個發(fā)射頻率的波形平均。通常，可以使用許多不同種類的流水線技術(shù)(例如，大體同時地進行信號生成、采集和數(shù)據(jù)處理中的兩個或更多個部分)。然而，在其他實施例中，可能不存在任何流水線技術(shù)，診斷系統(tǒng)100可傳送、收集、平均和處理與單個發(fā)射頻率相關(guān)的所有數(shù)據(jù)，之后轉(zhuǎn)移到第二個發(fā)射頻率。

與是否使用流水線技術(shù)無關(guān)，利用期望的頻譜掃描，可對任意數(shù)目的發(fā)射頻率，重復(fù)使用不同發(fā)射頻率的處理，也可在頻譜掃描內(nèi)，對一個或多個頻率重復(fù)使用不同發(fā)射頻率的處理。在一些例子中，計算的關(guān)于每個頻率的相移可從相移測量fpga114被直接傳送給膝上型計算機102。

信號處理-平均

由于發(fā)送器120和接收器124的尺寸較小，以及發(fā)送的磁場的功率較低(由于需要保護患者免于過度暴露在rf輻射之下，和需要使系統(tǒng)100的電磁場輻射降至最小等，發(fā)送的磁場功率低)，與其較小的振幅相比，在發(fā)送器120和/或在接收器124處的實測磁場可具有較大量的噪聲。所述噪聲可包括放大器的輸入熱噪聲、源于emi拾取的背景噪聲，等等。在一些實施例中，噪聲可貢獻相對于實際相移的相移測量結(jié)果的相當(dāng)一部分。例如，1ml的流體變化可對應(yīng)于0.3°的相移，從而，如果傳送和接收信號中的噪聲占預(yù)期相移的相當(dāng)一部分，或者甚至超過預(yù)期相移，那么噪聲會使數(shù)據(jù)不可接受。

為了減小噪聲，在一些實施例中，記載在這里的診斷系統(tǒng)100可對傳送和接收磁場的多個周期采樣(例如，10000個樣本的許多倍，比如32000個樣本)，并可對各個樣本求平均，以便基本上減少隨機噪聲或過濾特定頻率。在一些例子中，總的采樣時間間隔可被延長到一個60hz交流電源周期的近似整數(shù)倍，以便降低60hz相關(guān)電磁干擾拾取的影響。如下所述，可以利用任何適當(dāng)?shù)钠骄夹g(shù)，平均這些波形，包括在時域中把這些波形彼此相乘，以及其他頻域平均技術(shù)。

現(xiàn)在參見圖4，圖中表示了波形平均器fpga112的簡化邏輯圖的一個實施例300。當(dāng)然，在其他實施例中，可以采用定制電路來平均數(shù)據(jù)，所述定制電路可以位于頭戴件106中，位于處理單元104中，位于膝上型計算機102中，或者位于另一個適當(dāng)?shù)奈恢?。然而，圖4圖解說明可在波形平均器fpga112中實現(xiàn)的邏輯的一個例子，所述邏輯用于在傳送的波形樣本已被模-數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化后，平均傳送的波形樣本。相似的邏輯300可用于在接收的波形樣本已被數(shù)字化之后，平均接收的波形樣本。波形平均器fpga112的輸入可以是來自模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的低壓差分信令(lvds)格式輸入，以便減少模-數(shù)轉(zhuǎn)換器與波形平均器fpga112之間所需的布線。在lvds格式中，可利用下面說明的反串行化邏輯，首先把代表單個波形數(shù)據(jù)點的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的每個字從串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。

圖4中圖解所示的邏輯包括由來自模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)傳送時鐘計時的同步串入并出移位寄存器301。并行數(shù)據(jù)字隨后被傳送到存儲器緩沖器302中，所述存儲器緩沖器302具有足以應(yīng)付為構(gòu)成傳送波形的一個完整周期所需的最大數(shù)目的各個波形樣本的容量。當(dāng)數(shù)據(jù)字離開寄存器301時，或者在存儲器緩沖器302被完全填充之后，可以使用加法器303累計存儲器緩沖器302中的所有波形樣本之和。各個波形和存儲器位置可具有能夠不溢出地容納對于所述和預(yù)期的最大數(shù)字的字長(用比特表示)。例如，12比特分辨率模-數(shù)轉(zhuǎn)換器和4096波形和需要24比特存儲器字長。在累計用于傳送信號樣本的波形存儲器中的預(yù)定數(shù)目的波形之和(并且分別地，在波形平均器中類似地合計接收器信號樣本)之后，關(guān)于兩種波形的存儲器內(nèi)容被逐次傳送給相移測量pfga114。在一些例子中，可不必除以被平均的波形的數(shù)目，因為在處理的下一個步驟中，只有平均后的波形中的數(shù)據(jù)點的相對大小可能是有關(guān)的。因此，也可從每個平均波形數(shù)據(jù)點中刪除適當(dāng)數(shù)目的最低有效位，而不會顯著影響整個相移確定的精度。

信號處理-確定相移

現(xiàn)在參見圖5，相移測量fpga114還可包含兩個回轉(zhuǎn)移位寄存器401、402、乘法器403和加法器404。它還可包括配置成計算各個傳送和接收平均波形數(shù)據(jù)點與兩個波形之間的可調(diào)相移的乘積之和的邏輯。該fpga可用于找出所述乘積之和最接近于0，并且所述乘積之和與相移的關(guān)系曲線的斜率也為負(fù)之處的相移。

對于具有頻率f和相移φ的兩個正弦波的乘積，考慮下述三角恒等式：

sinusinv＝1/2[cos(u-v)-cos(u+v)]，其中u＝2πft+φ，且v＝2πft(式1)

＝1/2[cos(φ)-cos(2π(2f)t+(φ)](式2)

該乘積的第一項是只取決于相移的dc項。第二項是在初始頻率的一個完整周期內(nèi)，平均為0的頻率的兩倍下的另一個正弦波。注意當(dāng)相位角(φ)為+90°或-90°時，第一項(余弦波)也為0。此外，該乘積相對于變化的相位角的斜率(sinusinv)/dφ在φ＝+90°時為負(fù)，而在φ＝-90°時為正。

通過迭代，fpga可確定傳送的波和接收的波最接近于+90°相移的noffset的值?？紤]到noffset個樣本和一個完整360°波形的nt個樣本的偏移，隨后利用下式計算相移：

相移＝90°+(noffset/nt)*360°(式3)

該確定的分辨率可能局限于樣本的數(shù)目(分辨率＝360°/nt)。如果對所需的測量精度來說，該分辨率不夠，那么可以利用插值，找出乘積項之和正好通過0之處的noffset的分?jǐn)?shù)值。

關(guān)于相移測量的頻域信號處理方法

如上所述(例如，參見關(guān)于一起平均和相乘各個波形，以獲得相移數(shù)據(jù)的部分)，可在時域中進行來自發(fā)送器120和接收器124的實測的數(shù)字化磁場線的信號處理。然而，在其他實施例中，可利用例如快速傅里葉變換(fft)，在頻域中處理信號。

在傅里葉域分析的一個實施例中，以較高的分辨率(例如，14比特)，在例如約200mhz采樣速率下，數(shù)字化來自發(fā)送器120和接收器124的信號。模-數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)捕獲電子器件可被包含在較小的印刷電路組裝封裝中。捕獲的數(shù)據(jù)可經(jīng)由高速usb串行鏈路，被傳送給膝上型計算機102。隨后在膝上型計算機102上，可用頻域處理代替時域處理，以計算波形之間的相移。

一旦數(shù)據(jù)在膝上型計算機102上，就可計算關(guān)于每個發(fā)送器和接收器時域波形的fft(然而，在其他實施例中，可用貼近模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的fpga或其他處理器，計算fft)。作為結(jié)果的表示電阻和電抗頻域數(shù)據(jù)的實數(shù)解和虛數(shù)解隨后可從笛卡爾坐標(biāo)被轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)，從而產(chǎn)生波形的幅度和相位的頻域曲線圖。對于所關(guān)注的頻率，可從相位的頻域曲線圖中，獲得各個波形的相位。如果基頻偏離刻度，那么可以使用采樣頻率和傳送的波場頻率之間的差頻。例如，210mhz的采樣頻率產(chǎn)生具有0-105mhz的頻率范圍的fft，當(dāng)傳送的波場頻率位于該范圍內(nèi)時，把基頻用于相移測量。如果傳送的波場頻率在該范圍的更高端中，例如，105mhz-315mhz，那么使用差頻。

在計算了傳送和接收的波場信號兩者的fft之后，隨后可根據(jù)從變換后的發(fā)送器和接收器波形獲得的相位值之差，計算所關(guān)心的特定頻率的相移。注意當(dāng)計算所述相移時，可能需要各個頻率區(qū)域中的相位信息的某些符號反轉(zhuǎn)。

為了使得可以對來自發(fā)送器120和接收器124的樣本，計算fft，可以確定用于采樣和傳送的波形的頻率，以便允許相干采樣，以致傳送的波形和接收的波形都包含重復(fù)波形的整數(shù)的完整時間周期，對于各個波形收集的樣本數(shù)為2的偶次方。實現(xiàn)相干采樣的一種方法是選擇發(fā)送器和接收器采樣頻率，以致prime1/ftransmit＝prime2/freceive。在一些實施例中，質(zhì)數(shù)prime1和prime2以及樣本的數(shù)目可以很大，從而減小信號頻率的容許值之間的間隔(例如，調(diào)諧分辨率可近似1hz)。這可利用數(shù)字頻率合成技術(shù)(比如通過結(jié)合穩(wěn)定的頻率源與整數(shù)倍頻器、整數(shù)分頻器和鎖相環(huán)的適當(dāng)組合)來實現(xiàn)。

借助相干采樣，相位計算的理論精度可只受時域波形的樣本的數(shù)目和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字分辨率限制。頻域處理技術(shù)可固有地抑制直流噪聲和低頻噪聲源，比如1/f噪聲。相干采樣的使用還減小諧波和互調(diào)產(chǎn)物頻率分量位于用于計算相位的所關(guān)心頻率之上的可能性。此外，利用fft頻域解來確定相位可提供與實測的傳送磁場和接收磁場的幅度或振幅有關(guān)的信息。幅度值之比可用于確定傳送磁場的衰減，它可用對數(shù)db功率比單位表示。

時域中的備選信號處理

作為時域中的一種另外的備選信號處理技術(shù)，可借助一個或多個成本較低的模擬相位檢測器，或者通過測量傳送波場信號和接收波場信號的過零點之間的時間延遲，進行相移測量。例如，積分相位檢測器電路可包括放大器，所述放大器通過修剪正弦波(例如，利用過高的增益)，把傳送和接收的波場的正弦波轉(zhuǎn)換成方波，隨后利用模擬異或(xor)門，比較來自發(fā)送器的修剪后的波/方波，和來自接收器的修剪后的波/方波，xor門提供的脈沖寬度表示傳送磁場和接收磁場之間的相移。

由運動引起的相位測量誤差的減小

在造成相位測量誤差的所有因素之中，許多都與運動相關(guān)-患者的運動、發(fā)送器120的移動、接收器124的移動、連接或傳輸電纜的彎曲，等等。例如，當(dāng)磁場線穿過患者的頭部時，患者和發(fā)送器120/接收器124之間的相對運動導(dǎo)致磁場線的路徑長度和位置變化。當(dāng)磁場線從發(fā)送器120傳到接收器124時，在發(fā)送器120附近和/或在接收器124附近移動的導(dǎo)電或磁性物體也會改變磁場線的形狀。

在一些實施例中，可以采用各種方法來減小可歸因于患者移動的偽像。這些算法例如可以檢測依據(jù)其變化速率或其他特性，確定不可能是生物變化的結(jié)果的所關(guān)心頻譜(例如，從約30mhz到300mhz，或者從約20mhz到200mhz)內(nèi)的差分相移數(shù)據(jù)的統(tǒng)計變化。這種閾值類方法從而可被用于消除由除真實的生物變化外的手段破壞的數(shù)據(jù)。

再例如，通過檢查從fft處理的幅值部分獲得的衰減數(shù)據(jù)在頻譜內(nèi)變化的方式，可在各種算法中利用所述衰減數(shù)據(jù)，以幫助相移數(shù)據(jù)中的運動偽像的檢測和校正。

又例如，另外或另一方面，可以利用電子加速計來檢測發(fā)送器120、接收器124、患者或傳輸電纜中的一個或多個的運動。在一些例子中，加速計可以耦接到和發(fā)送器或接收器相同的印刷電路板(例如，利用mems類加速計)。

除了檢測高于閾值水平的任何運動之外，還可針對相對差，檢查發(fā)送器/接收器加速計數(shù)據(jù)和患者加速計數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。例如，在患者和發(fā)送器/接收器兩者中感測的小幅度變化可能不太重要。一些患者運動幾乎始終存在(例如，因為即使昏迷的患者也會呼吸)。然而，更大或不相關(guān)的加速計讀數(shù)可用于觸發(fā)數(shù)據(jù)拒絕或校正。因為在患者附近的完全無關(guān)的物體的獨立運動也會在數(shù)據(jù)中造成運動偽像，從而仍然需要某些類型的基于相位數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析的運動檢測和校正。

警示臨床醫(yī)生的醫(yī)療診斷方法

這里記載的系統(tǒng)100可用于測量由例如患者的頭部內(nèi)的流體含量(“顱內(nèi)流體”)的變化引起的相移的變化，等等。可以采用各種方法來分析相位數(shù)據(jù)，并判定流體變化是否表示使臨床醫(yī)生用戶麻煩的組織變化。例如，當(dāng)患者首次到達醫(yī)院時，可以記錄在一個或多個頻率下，從置于患者頭部一側(cè)的發(fā)送器120發(fā)送的磁場，和在置于患者頭部的另一側(cè)的接收器124處接收的磁場之間的相移的基準(zhǔn)讀數(shù)。隨后，臨床醫(yī)生可以跟蹤在后續(xù)掃描中出現(xiàn)的實測相移的任何顯著變化，并判斷趨勢，以幫助理解患者的臨床狀況，某些閾值、模式或趨勢可觸發(fā)警示。可以采用和優(yōu)化許多方法，以向臨床醫(yī)生提供最有用的流體變化信息。例如，如果相位移動超過一定度數(shù)，那么系統(tǒng)可發(fā)出聲音報警，以警示臨床醫(yī)生患者可能具有臨床上顯著的出血或水腫。對于某些狀況，有益的是如果相移的變化速率超過閾值，那么警示臨床醫(yī)生。

如在例如美國專利no.7,638,341中所述，不同頻率下的相移會隨著不同的流體變化而變化，該專利通過引用整體包含在本文中以用于所有目的。相移的某些模式可與某些臨床狀況關(guān)聯(lián)。例如，相位角在一個頻率下增大，同時在不同的頻率下減小可表明諸如出血或水腫之類的狀況。利用不同頻率下的相移的比率可提供關(guān)于流體的種類和流體正在如何變化的附加信息。例如，第一頻率下的相移和第二頻率下的相移之比可以是評估血含量或者把水腫與出血或其他流體變化區(qū)分開的良好參數(shù)。例如，鹽水的相移頻率響應(yīng)可不同于血液的相移頻率響應(yīng)，從而使臨床醫(yī)生可以分別識別患者腦腔中的血液和鹽水含量的變化。在一些情況下，水的數(shù)量的變化可能對相移的影響相對小，不過離子溶液中的電解質(zhì)的濃度可能具有更顯著的影響。

相移模式也可是時間相關(guān)的。一種假設(shè)的臨床狀況可用相移持續(xù)一段時間增大，隨后穩(wěn)定，之后在另一段時間之后回到基準(zhǔn)值來表征。諸如類似起床、用餐、抽血或者與探視者談話的患者活動之類的噪聲因素會導(dǎo)致相移讀數(shù)從基準(zhǔn)值變化。通過檢查與不同活動關(guān)聯(lián)的模式，可以將臨床上有意義的流體變化和噪聲區(qū)分開來。

通過利用各個頻率下的相移和/或衰減數(shù)據(jù)的組合，在各個實施例中，這些相移和/或衰減的比例或其他函數(shù)和/或基于時間的方法都可被組合和優(yōu)化，以向臨床醫(yī)生提供關(guān)于組織和/或流體變化的一系列有用信息。臨床醫(yī)生隨后可通過利用更具體的診斷技術(shù)(比如醫(yī)學(xué)成像來診斷臨床問題)對所述組織變化作出反應(yīng)。

在一些情況下，響應(yīng)流體和/或組織變化信息，可以改變治療方法。例如，記載在本文中的診斷系統(tǒng)可監(jiān)測依靠血液稀釋劑來溶解腦動脈中的凝塊的患者體內(nèi)的流體變化。如果系統(tǒng)檢測到腦出血，那么可減少或者停用血液稀釋劑，以幫助控制出血，或者可以進行諸如血管手術(shù)之類的其他干預(yù)，以停止出血。再例如，開始遭受腦水腫的患者可經(jīng)歷醫(yī)療干預(yù)，以控制或減小水腫，或者可經(jīng)歷外科手術(shù)，以排出流體，或者甚至進行偏側(cè)顱骨切除術(shù)，以降低由水腫引起的腦內(nèi)壓。

在一些情況下，臨床醫(yī)生可通過檢查來自診斷系統(tǒng)的反饋實際上是什么，利用流體變化信息來管理藥物劑量。例如，如果使用甘露醇，通過把水從大腦中吸出來降低腦內(nèi)壓，那么治療臨床醫(yī)生可利用記載在本文中的診斷系統(tǒng)，以便接收關(guān)于響應(yīng)所述藥物，患者大腦中的水是如何變化的反饋。

類似地，當(dāng)響應(yīng)來自記載在本文中的診斷系統(tǒng)的反饋，控制劑量時，可更有效地控制用于血壓管理的藥物、電解質(zhì)濃度和其他參數(shù)。例如，利用靜脈高滲或低滲鹽水溶液，可控制腦鈉濃度。離子濃度的變化可被檢測為一個或多個頻率下的相位角的漂移，或者相位角的漂移的某種函數(shù)。這種信息可被用作給臨床醫(yī)生的反饋，以便更好地管理患者。

另外的實施例

用于監(jiān)測顱內(nèi)/大腦流體的vips系統(tǒng)的一個實施例把所有的電子器件收納在頭戴件129中。可類似頭盔或安全帽地構(gòu)成頭戴件129。射頻振蕩器可被放置在一個或多個發(fā)射體120/124附近，可能在同一印刷電路板上。一個振蕩器可生成發(fā)送器信號，另一個振蕩器可用于生成采樣信號。如下所述，可以使用多個發(fā)送器或接收器，理想的是具有用于不同發(fā)送器的不同振蕩器。于是，可以使用多個振蕩器。在另一個實施例中，可類似一副眼鏡地構(gòu)成頭戴件129。這種實施例的一個優(yōu)點在于可以更好地控制位置，因為設(shè)備會被機械架在鼻子和兩只耳朵上，使得能夠天線位置可重復(fù)性良好地摘下和替換設(shè)備。天線可被放在眼鏡的鏡腳上，剛好在耳朵上方和之前，提供近似在大腦的中央處的位置。在耳朵附近的天線布置具有接近機械參考點的特征，于是提供良好的位置可重復(fù)性。

在一些實施例中，可使用多個發(fā)送器，發(fā)射彼此偏移的頻率。例如，可以使用3個發(fā)送器天線，每個天線可發(fā)射與其他頻率相差幾khz的頻率。所有3個振蕩器的頻率應(yīng)來源于同一穩(wěn)定基準(zhǔn)振蕩器，通過利用數(shù)字鎖相環(huán)合成技術(shù)，減小由各不相同的振蕩器的熱頻率漂移和相位噪聲的差異引起的相位誤差。每個發(fā)送器具有稍微不同的頻率的一個優(yōu)點在于例如通過利用快速傅里葉變換(fft)，系統(tǒng)隨后可識別和分離出從每個發(fā)送器產(chǎn)生的信號。利用這種技術(shù)，可簡單地同時使所有發(fā)送器通電，利用相同的極短時間間隔的傳送和接收波形的fft，可同時確定各個發(fā)送器/接收器組合的所有接收相位信息。該信息可允許系統(tǒng)解析組織內(nèi)的流體變化的位置，還允許區(qū)分由患者的運動、組織流體流動或者天線的運動或由于環(huán)境中的運動物體產(chǎn)生的場運動導(dǎo)致的相位變化。例如，這樣的系統(tǒng)可用于具體識別患者大腦內(nèi)的血腫的位置或者局部缺血量。

對于醫(yī)療應(yīng)用，理想的是在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)無線電頻段(這里稱為“ism頻段”)內(nèi)傳送信號。然而，理想的是把系統(tǒng)設(shè)計成在該頻段之外進行傳送，以便減少暴露在來自在ism頻段中工作的其他設(shè)備的更多環(huán)境射頻噪聲中。

為了改善系統(tǒng)對環(huán)境射頻噪聲的魯棒性，系統(tǒng)可在振蕩器未傳送任何信號的時間段內(nèi)，檢測環(huán)境射頻噪聲。如果某些頻率下的噪聲過高，那么系統(tǒng)可移至在不同的頻率下生成信號，從而改善信噪比。在一些應(yīng)用中，理想的是利用擴展頻譜技術(shù)來測量相位，以便把電磁干擾頻率散布在更寬的頻率范圍內(nèi)，從而改善信噪比。為了便利改變頻率，可在設(shè)備中安裝多個晶體，系統(tǒng)可在晶體間進行選擇，以便于可在給定噪聲環(huán)境下，選擇最適當(dāng)?shù)念l率?；蛘?，數(shù)字rf頻率合成器可具有足夠的帶寬和分辨率，以便利來自單個基準(zhǔn)晶體振蕩器的新頻率的快速頻率合成。如果需要，那么可對基準(zhǔn)晶體振蕩器進行爐穩(wěn)定化(ovenstabilized)，以進一步減小源于溫度漂移的相位誤差。

當(dāng)生成信號時，可以采用各種波形。方波在基頻的諧波處提供更大的功率。正弦波和失真的方波可用于把更多的射頻功率推入更高頻率中，或者在各個諧波頻率下提供功率。或者為了不同頻率下的附加功率，基礎(chǔ)頻率和更高的頻率可被加在一起。對于用于模-數(shù)轉(zhuǎn)換的樣本信號，還可能需要單獨的rf頻率。為了相位測量中的分辨率足夠，采樣頻率的所需分辨率也可很高，以允許相干采樣。數(shù)字頻率合成器可利用鎖相環(huán)穩(wěn)定的倍頻器和分頻器的各種組合，以實現(xiàn)為相干采樣所需的高分辨率，同時還生成多個發(fā)送器的稍微偏移的頻率。需要具有高增益和良好相位穩(wěn)定性的接收器放大器。在一個實施例中，使用增益約40db的放大。在一些實施例中，接收器放大器可以采用兩個或更多個增益級，例如，天線上的20db，和模-數(shù)轉(zhuǎn)換板上的另外的20db。

連同適合于把信號放大到最佳電平的任何放大器一起，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器與發(fā)送器和接收器天線也可包含在同一印刷電路板上。

借助各種高速電纜連接和協(xié)議，數(shù)據(jù)可從頭盔被傳送給控制臺。利用金屬電纜會通過改變磁場的形狀，引入誤差源。為了避免該問題，作為金屬電纜的替換物，可以使用光纖纜線。

借助無線協(xié)議，比如藍牙、wifi、無線、或其他適當(dāng)?shù)膮f(xié)議，數(shù)據(jù)可從患者頭戴式裝置或頭盔被無線傳送給控制臺。傳送的數(shù)據(jù)可以是時域數(shù)據(jù)，或者頭戴件中的處理器可進行fft，作為結(jié)果的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)隨后可被無線發(fā)送給控制臺。借助fft，在頻域中發(fā)送數(shù)據(jù)的主要優(yōu)點在于數(shù)據(jù)量的減小，導(dǎo)致需要的數(shù)據(jù)傳輸速率較低。fft可由諸如硬連線的、以便在頭盔內(nèi)進行fft的現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)之類的處理元件進行?；蛘?，其他種類的微處理器(包括通用微處理器)可用于進行fft。由于所有的這些電子器件都安裝在頭盔或其他頭戴件129中，因此在一些實施例中，有利的是使各個組件的尺寸和電力消耗降至最小。為了進一步減少對與控制臺的電纜連接的需要，頭盔中可包括基于輕便的可再充電電池的電源系統(tǒng)。

在一個實施例中，系統(tǒng)被設(shè)計成每秒連續(xù)或者斷斷續(xù)續(xù)地獲得多個樣本，以致數(shù)據(jù)可被分析，以測量患者的心率，或者提供其它有用信息。這種技術(shù)可幫助區(qū)分動脈血量測量和靜脈血量測量，非常類似在脈搏血氧測定中使用的技術(shù)。在另一個實施例中，系統(tǒng)可被配置成與ekg、脈搏血氧測定或其他心臟信號同步。這可提供用于與心搏周期的特定部分同時地測量動脈和靜脈血量的非常精確的定時觸發(fā)。使vips讀數(shù)與外部心臟信號同步允許相對于心律的欠采樣，使vips讀數(shù)可被隔開數(shù)秒。通過比較在心搏周期的不同部分處的vips讀數(shù)，可以處理一系列的vips讀數(shù)，以重構(gòu)與心律相關(guān)的流體成分變化，從而揭示大腦內(nèi)的整體灌注(globalperfusion)的度量。

下面討論使vips讀數(shù)與心臟信號同步的例證系統(tǒng)。應(yīng)明白，圖7的實施例實質(zhì)上可用任意類型的檢測患者體內(nèi)的變化的生理傳感器更改，而不應(yīng)被局限于具體討論的心臟信號。圖7是用于檢測和監(jiān)視由患者的心搏周期引起的，或者隨著患者的心搏周期出現(xiàn)的體液水平的系統(tǒng)700的方框圖。圖7的系統(tǒng)700可實質(zhì)上類似于圖1的系統(tǒng)100。然而，在圖7的實施例中，系統(tǒng)700包括心臟模塊701，心臟模塊701可包括心搏周期傳感器702和觸發(fā)器704。心搏周期傳感器702實質(zhì)上可以是檢測患者心臟的電活動的任何類型的傳感器，或者傳感器的組合。例如，心搏周期傳感器702可被配置成檢測心臟組織的極化和去極化。心搏周期傳感器702還可與可把各種信號變換成心臟波形或其他期望形式的處理單元104、微處理器118或其他處理元件通信。在具體例子中，心臟傳感器702可以是檢測患者體內(nèi)的壓力的變化，以檢測心搏周期的特性的壓力傳感器。在另一個例子中，心臟傳感器702可以是感測聲音的變化，以檢測心臟系統(tǒng)的特性的聲傳感器。心搏周期傳感器702可以與頭戴件106一體地形成，或者可以是與頭戴件106分離的組件。

觸發(fā)器704實質(zhì)上可以是可接收和/或傳送信號的任何種類的設(shè)備。觸發(fā)器704可以與心臟傳感器702電通信，可被配置成向處理單元104和/或頭戴式裝置106傳送信號，比如紅外脈沖(開放空間或光纖)、射頻脈沖、和/或基于射頻數(shù)字通信的定時脈沖。

使用圖7的系統(tǒng)700，可用觸發(fā)器704無線或有線地觸發(fā)vips測量。例如，根據(jù)特定心臟事件(例如，脈搏血氧測量)或其他心臟信號的檢測，觸發(fā)器704可向處理單元104指示啟動vips讀取，以致可在心搏周期的特定部分處檢測和收集數(shù)據(jù)。在這個例子中，vips檢測可以基于心臟事件。然而，在其他實施例中，心臟傳感器702上的檢測天線或配線可能對vips無線電發(fā)射頻率敏感，可被配置成由vips啟動，以便捕獲ekg記錄內(nèi)的每個vips數(shù)據(jù)采集脈沖的瞬間(確保vips數(shù)據(jù)與心搏周期數(shù)據(jù)的非常精確關(guān)聯(lián)的增強和/或備選手段)。

隨著每次心跳，大腦中的動脈血量、靜脈血量和腦脊液量波動，利用vips監(jiān)測檢測的這些變化可產(chǎn)生有價值的診斷信息。在一個實施例中，系統(tǒng)被設(shè)計成每秒連續(xù)或者斷斷續(xù)續(xù)地獲得多個樣本，以致數(shù)據(jù)可被分析，以測量患者的心率。在另一個實施例中，系統(tǒng)可被配置成由ekg、脈搏血氧測定或其他心臟信號觸發(fā)，從而與它們同步。這可提供用于在心搏周期的一個或多個特定部分處測量流體狀況(包括動脈血量、靜脈血量和腦脊液量)的非常精確的定時觸發(fā)。這種技術(shù)可幫助區(qū)分動脈血量測量和靜脈血量測量，非常類似在脈搏血氧測定中使用的技術(shù)。

在另一個實施例中，vips測量不被觸發(fā)以與ekg或其他外部心臟信號同步，但是被精度足夠地加以時間標(biāo)記，以把各個vips測量分配給心搏周期的在其之內(nèi)收集到該vips測量的部分。通過利用同步采集或者利用后續(xù)分析，比較在心搏周期的不同部分處的vips讀數(shù)，可以處理一系列的vips讀數(shù)，從而重構(gòu)與心搏周期相關(guān)聯(lián)的流體成分變化。vips測量的這種分析可揭示大腦內(nèi)的整體灌注的度量，以及對于狀況(比如分流失效(后面在說明書中詳細說明))的診斷來說有價值的信息。這些方法(使vips讀數(shù)與外部心臟信號同步，或者與外部心臟信號的基于時間的關(guān)聯(lián))允許相對于心律的欠采樣，以致各個vips讀數(shù)甚至可被隔開許多秒，同時仍然提供與和心搏周期關(guān)聯(lián)的流體波動有關(guān)的有價值信息。其他例子包括與通氣信號(比如二氧化碳濃度監(jiān)測信號)同步(或者隔離不規(guī)則性)。

可把各種信號處理分析技術(shù)(包括頻域方法，比如離散傅里葉變換(dft)和快速傅里葉變換(fft)分析)應(yīng)用于vips測量，以揭示源于患者的心率的大腦流體中的振蕩的頻率分布。這些技術(shù)可以單獨或組合地應(yīng)用于多個無線電頻率的實測vips相位和/或幅度數(shù)據(jù)。分析的有用組合包括利用vips相位和振幅數(shù)據(jù)的加權(quán)組合來創(chuàng)建與血量、腦脊液、水腫或其他相關(guān)的流體特性相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)的理論和經(jīng)驗推導(dǎo)公式。當(dāng)外部心臟信號可供關(guān)聯(lián)之用時，心搏周期的周期和頻率被提供，并且可以與處理方法一起使用，比如把平均值、中值或者其他統(tǒng)計量應(yīng)用于在心搏周期的各個被測部分處的vips測量，隨后計算分箱(bin)之間的差異，以確定與心搏周期關(guān)聯(lián)的流體變化的幅度。

在另一個實施例中，系統(tǒng)被設(shè)計成每秒獲得多個樣本，并被配置成生成與由每個動脈搏動引起的顱內(nèi)血量的變化的幅度對應(yīng)的信號。在顱內(nèi)壓(icp)測量領(lǐng)域眾所周知的是由于引起的顱內(nèi)血量的變化，icp在心搏周期的心臟舒張期內(nèi)增大，在心臟收縮期內(nèi)降低。于是，利用icp監(jiān)測器，可以生成體積描記圖，體積描記圖近似地圖示當(dāng)顱內(nèi)血量在重復(fù)的心搏周期內(nèi)波動時，顱內(nèi)血量隨時間的變化。

在具有頭顱開孔(例如腦室內(nèi)導(dǎo)管)的患者中，由心臟搏動引起的icp變化的振幅被顯著抑制。這是因為隨著流體來回通過導(dǎo)管，壓力脈沖被減輕。在帶有在慢性腦積水患者中常用的腦室內(nèi)分流管的患者中，出現(xiàn)icp體積描記圖的相同抑制。當(dāng)分流管正常工作時，腦脊液會在分流導(dǎo)管中來回移動，抑制心搏周期內(nèi)的icp漂移。然而，當(dāng)分流管被阻塞或者以其他方式失靈時，在心搏周期期間，流體不能移動，從而icp變化的振幅增大。本發(fā)明可被配置成監(jiān)測在心搏周期內(nèi)發(fā)生的血量和腦脊液量的變化，從而檢測分流管阻塞或失靈。

一旦生成體積描記圖，就存在可利用該信息來幫助診斷患者的狀況的各種方式。例如，在心臟壓力/容積脈搏的峰值之后，波形的后續(xù)部分表示其間流體量恢復(fù)到基準(zhǔn)值的恢復(fù)期。從所述峰值到心搏周期中的另一個后續(xù)點所用的時間可提供關(guān)于顱內(nèi)順應(yīng)性或顱內(nèi)壓的信息。它可幫助識別腦室內(nèi)分流管性能或故障的具體特性?？梢孕纬稍谘刂牟芷诘母鱾€時間點處的體積描記圖的振幅的比率、差分和其他數(shù)學(xué)關(guān)系，以指示各種臨床狀況和生理參數(shù)。

在心肺復(fù)蘇(cpr)的施行期間，需要提供關(guān)于心臟按壓的有效性的反饋。目前，存在能夠測量與心臟按壓關(guān)聯(lián)并且引起血量變化的位移距離的設(shè)備。然而，這些設(shè)備不直接測量按壓在促使血液流向大腦(這是cpr的主要目的)方面的有效性。本發(fā)明可被應(yīng)用于經(jīng)歷cpr的患者的頭部，可以產(chǎn)生直接讀數(shù)，以檢測在cpr期間大腦中的血量的變化幅度。在本發(fā)明的這個實施例中，通過關(guān)于血量隨著每次心臟按壓的實際變化，向cpr施行者提供直接反饋，能夠監(jiān)測和改善cpr的有效性。

除了利用vips技術(shù)產(chǎn)生顱內(nèi)流體變化的體積描記圖之外，也可利用其他技術(shù)，實現(xiàn)本發(fā)明。例如，利用近紅外光譜技術(shù)(nirs)，或者通過測量各種波長下的光的吸收，可產(chǎn)生體積描記圖。例如，脈搏血氧測定設(shè)備一般利用兩種波長的光，并對心臟搏動期間這些波長的吸收快速采樣，從而創(chuàng)建體積描記圖。這也可利用一種波長實現(xiàn)。這種光吸收技術(shù)可應(yīng)用于大腦，產(chǎn)生可用于評價分流管失靈的體積描記圖。體積描記術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員會認(rèn)識到顱內(nèi)流體的體積描記圖可利用各種技術(shù)創(chuàng)建，本發(fā)明不限于產(chǎn)生體積描記圖的任何特定技術(shù)手段。

在icp監(jiān)測領(lǐng)域，有經(jīng)驗的神經(jīng)病學(xué)家和其他專家能夠檢查icp曲線圖的形狀，識別重要的臨床狀況。借助高采樣速率，利用本發(fā)明產(chǎn)生的體積描記圖能夠產(chǎn)生類似的曲線，可向臨床醫(yī)師提供類似的診斷信息，而不需要侵入式icp探針。關(guān)于動脈和靜脈血流和血量、顱內(nèi)順應(yīng)性、水腫、csf體積和脈動的信息都可從高分辨率體積描記圖獲得。在一些情況下，可能有用的是結(jié)合vips體積描記圖和icp監(jiān)測器，以便更好地了解患者的臨床狀況，尤其是當(dāng)需要關(guān)于多種不同流體的信息時。這種技術(shù)也可用于把顱內(nèi)順應(yīng)性通知臨床醫(yī)生。

在另一個實施例中，通過檢查隨著時間的過去或者響應(yīng)外部刺激(比如瓦爾薩爾瓦動作、頸靜脈壓迫、腦脊液注射或抽取(如同脊椎抽液一樣)、強力呼吸、肺換氣不足、或者患者位置的改變)一種或多種顱內(nèi)流體的體積的變化，可以完成顱內(nèi)順應(yīng)性的檢測。初始刺激之后的恢復(fù)也可以是顱內(nèi)順應(yīng)性和自身調(diào)節(jié)的指示。本發(fā)明可以結(jié)合icp監(jiān)測器使用，以確定壓力和體積之間的關(guān)系，于是提供關(guān)于顱內(nèi)流體順應(yīng)性和自身調(diào)節(jié)的信息。本設(shè)備可以與其他監(jiān)測技術(shù)(比如(但不限于)ecg、eeg、脈搏血氧測定、超聲波、經(jīng)顱多普勒和/或紅外光譜學(xué))結(jié)合，以使顱內(nèi)流體量與對診斷、控制或治療疾病可能有用的其他生理參數(shù)相互關(guān)聯(lián)。

在另一個實施例中，本設(shè)備可用于檢測csf滲漏。例如，可利用本設(shè)備監(jiān)測有csf滲漏風(fēng)險的患者，比如經(jīng)歷硬膜外麻醉手術(shù)的患者，并且當(dāng)存在csf體積的變化時，該設(shè)備可警示治療醫(yī)生。由于目前沒有辦法在脊髓麻醉或硬膜外麻醉期間或之后，直接檢測csf滲漏，因此在滲漏的征兆在數(shù)小時或數(shù)天之后變得明顯之前，麻醉醫(yī)生一般都會離開。由于在緊接的術(shù)后恢復(fù)期間，多數(shù)患者仍然處于臥位，因此在術(shù)后康復(fù)，當(dāng)他們站起來時之前，他們通常不會經(jīng)受任何神經(jīng)癥狀。由于顱骨內(nèi)的csf的耗損，大腦會因重力和由足量csf提供的正常浮力的缺失而下垂。通常猜測這種下垂引起對于向大腦供血的某些血管的壓力，導(dǎo)致嚴(yán)重的頭痛，通常稱為“脊柱性頭痛”。對于作為意外硬腦膜刺穿的結(jié)果的這種csf滲漏的一種常見治療是在刺孔附近，把患者的自體血液注入硬膜外腔中。這被稱為血補丁。其他治療涉及把鹽水或其他流體注入硬膜外腔中，或者硬膜撕裂的手術(shù)修補。通過適當(dāng)應(yīng)用本設(shè)備，可以構(gòu)思出一種新的治療患者的方法，包括以下步驟：把顱內(nèi)流體監(jiān)測器應(yīng)用于經(jīng)歷可能導(dǎo)致csf滲漏的手術(shù)的患者，檢測csf滲漏，在同一手術(shù)時間內(nèi)，修補所述滲漏。這種方法的變化可包括利用顱內(nèi)流體監(jiān)測器，檢測患者體內(nèi)的csf滲漏，以及作為滲漏檢測的結(jié)果，修補所述滲漏?；蛘撸诳赡軐?dǎo)致csf滲漏的手術(shù)之前，可進行患者的顱內(nèi)csf體積的測量，以及在手術(shù)期間或之后，可進行顱內(nèi)csf體積的第二次測量，以及如果檢測到顯著的減小，那么在手術(shù)結(jié)束之前，可以進行修補?；蛘?，第二次測量可在手術(shù)之后的任何時候進行，以及在滲漏的檢測之后，可以進行修補。

在本發(fā)明的另一個實施例中，體積描記術(shù)被用于檢測呼吸頻率和呼吸量、心率或者陰莖勃起功能。例如，可以這樣設(shè)計傳感器，以致它們可按照檢測由呼吸循環(huán)引起的胸廓移動的程度的方式，附著到人體軀干上。傳感器也可被集成到臂帶、耳機或表帶中，以監(jiān)測下面的組織中的血量的變化，隨后借助數(shù)學(xué)變換，可使所述血量的變化與心搏周期和呼吸循環(huán)聯(lián)系起來。附著于陰莖根部的傳感器可測量與勃起反應(yīng)關(guān)聯(lián)的體積變化。

按照一個實施例，vips系統(tǒng)的控制臺可包括帶有顯示器的定制電子設(shè)備?；蛘撸梢允褂孟ド闲陀嬎銠C或平板電腦，比如ipad。利用這些現(xiàn)成計算機之一的優(yōu)點是具有已集成的無線通信能力，包括藍牙或wifi。不過，也可以使用由現(xiàn)成或定制組件構(gòu)成的定制控制臺。

為了檢測大腦中的流體的不對稱(或其他對稱或非對稱特性)，可在關(guān)鍵地方設(shè)置多個發(fā)送器和接收器?？梢赃@樣設(shè)置發(fā)送器和接收器，以致發(fā)送器使信號透過患者的塊狀組織的不同部分，接收器通常位于與發(fā)送器相對之處，以便接收透過組織的信號。例如，單個發(fā)送器(或接收器)可位于患者的前額或附近，兩個接收器(或發(fā)送器)在空間上相互隔開，且可位于頭的任一側(cè)，優(yōu)選朝后，以致時變磁場傳播通過每個大腦半球，或者在兩個發(fā)送器的情況下，每個時變磁場唯一地偏向大腦的不同側(cè)傳播。在這個例子中，接收器接收的磁場(或者在使用兩個發(fā)送器的情況下，單個發(fā)送器接收的兩個磁場)將實質(zhì)上透過整個組織樣本的不同部分(例如，第一部分和第二部分)。取決于發(fā)送器/接收器的方向，在組織部分中可能存在一些交疊，不過發(fā)送器通常被布置成使信號透過整個塊狀組織的各離散部分。

繼續(xù)該例子，兩個接收器和一個發(fā)送器之間或者一個接收器和兩個發(fā)送器之間的不均勻信號可以是在一側(cè)存在中風(fēng)或出血的指示。這是有益的，因為多數(shù)腦損傷并不直接位于大腦的中央。從而，檢測不對稱性會是損傷的指示。為了識別從各個發(fā)送器發(fā)送的信號，信號可包括作為標(biāo)識符的傳輸特性，比如同步脈沖、振幅或頻率調(diào)制，和/或每個發(fā)送器可在不同的基頻或者一系列不同的頻率下傳送信號。例如，從第一發(fā)送器發(fā)送的信號可具有與從第二發(fā)送器發(fā)送的信號不同的頻率。再例如，與從第二發(fā)送器發(fā)送的信號相比，從第一發(fā)送器發(fā)送的信號可在時間方面被偏移。再例如，每個信號或信號之一可包括與發(fā)射該信號的特定發(fā)送器對應(yīng)的一點數(shù)據(jù)(例如，振幅值等)。

可允許單個天線或線圈在不同時候充當(dāng)發(fā)送器或接收器，從而形成收發(fā)器。可以實現(xiàn)開關(guān)，以把天線從作為接收器切換成作為發(fā)送器，反之亦然。例如，可以使用砷化鎵fet或pin二極管開關(guān)?；蛘撸瑑蓚€同心環(huán)形天線可以位于同一印刷電路板或其他基板上。

在測量相移時，一些電子組件可能對溫度變化敏感。為了使溫度引起的變化的影響降至最小，理想的是把從發(fā)送器到模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的電纜設(shè)計成與從接收器起的電纜長度相同。呈電阻器、電容器和電感器的串/并網(wǎng)絡(luò)形式的補償電阻或電抗的添加也可使溫度的影響降至最小。此外，可以利用加熱器或熱電冷卻器以及熱絕緣，使固有地對溫度敏感的放大器或其他組件溫度穩(wěn)定。

為了減小發(fā)射天線與輸送rf發(fā)射信號的電纜的失配的影響，可以利用定向耦合器消除電纜反射，并提供可用于模-數(shù)轉(zhuǎn)換的發(fā)射信號的純凈樣本。

為了減小系統(tǒng)對在天線附近或者磁場中的人或其他物體的移動的敏感性，使磁場對準(zhǔn)某一方向的天線的屏蔽可能是有益的。由鐵氧體、其他磁性材料或電導(dǎo)體形成的各種場整形無源設(shè)備可以與天線結(jié)合，以最佳地匹配場分布和人類腦腔。

算法

如上所述，vips設(shè)備可在許多頻率下捕獲電氣性質(zhì)數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)可包括發(fā)射體和檢測器之間的電壓或電流信號的相移和衰減的測量。在一些實施例中，存在多個發(fā)射體和檢測器之間的相移或衰減的測量。

不同的生物組織具有變化的電氣性質(zhì)，從而引起不同的相移和衰減。通過檢查電氣性質(zhì)變化(例如，相移)的頻率響應(yīng)，能夠分別檢查各種流體中的每種流體的體積變化。由于頭骨是剛性的封閉體積，因此不同流體(比如血液、細胞內(nèi)液、細胞外液和腦脊液)的體積的變化相互影響，因為總的流體體積必須保持基本恒定。顱內(nèi)壓和顱內(nèi)流體量之間的基本關(guān)系在兩個世紀(jì)多之前，由monro和kellie教授首先公布。monro和kellie建立了由于頭骨實質(zhì)上是剛性的封閉體積，因此為了使動脈血可以流入頭顱中，需要使靜脈血流出頭顱的學(xué)說。這種現(xiàn)象也適用于其他顱內(nèi)流體。

可以產(chǎn)生各種算法來可靠地檢測顱內(nèi)流體的變化。對于某些流體，根據(jù)在某些頻率下的相移、衰減或其他電氣參數(shù)，可以導(dǎo)出各種公式。可根據(jù)經(jīng)驗導(dǎo)出一種與顱內(nèi)血量強相關(guān)的公式b(p(fl),a(f2))。在本例中，公式b是在特定頻率(f1)下的相移(p)和在相同頻率或另一個頻率(f2)下的衰減(a)的函數(shù)。在活著的患者或動物體內(nèi)，當(dāng)血量增大時，預(yù)期腦脊液的量會減小。于是，如果我們得出關(guān)于腦脊液的公式，并把其稱為c，那么比率b/c的增大可能是靜脈血匯集或者顱內(nèi)出血的良好指示。再例如，公知當(dāng)形成腦水腫時，增大的細胞內(nèi)和細胞外流體量把一些顱內(nèi)血液擠出頭骨外。于是，如果我們得出關(guān)于細胞液的公式，并把其稱為cf，那么比率cf/b可用作量化水腫的指標(biāo)。利用比率公式可特別有益于約去會影響分子和分母兩者的噪聲因子。

進一步借助這種一般方法，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可形成許多這樣的算法，所述算法利用與一種或多種特定顱內(nèi)流體和/或所述流體在大腦半球中的位置強相關(guān)的公式。兩種或更多種流體之間的關(guān)系可用可包括比率、乘積、和、差、或者各種其他數(shù)學(xué)關(guān)系的數(shù)學(xué)公式表示。

本發(fā)明可用于診斷諸如腦出血或水腫之類的狀況。不過，本發(fā)明也可用于幫助控制對于這些狀況中的一些狀況的治療的施行。例如，所述設(shè)備可用于測量腦組織中的細胞液。在危險水腫的情況下，醫(yī)師通常會采用靜脈注射藥物，比如甘露醇和高滲鹽水溶液，以從大腦中吸出水。如果未恰當(dāng)并且劑量正確地用藥，那么這些藥物會是危險的。對治療醫(yī)師來說，有益的是知道從腦組織中除去了多少流體。于是，諸如記載在本文中的設(shè)備之類的設(shè)備的使用，具有作為提供減少顱內(nèi)流體量的治療的反饋的手段的效用。另一個例子是使用這樣的設(shè)備提供顱內(nèi)血量的測量，作為用于給予改變血壓和流率、有時用于治療腦損傷患者的藥物的反饋。其中可以使用顱內(nèi)流體測量結(jié)果作為反饋的其他例子包括：跑馬拉松之類劇烈運動期間的水合；劇烈運動期間的鈉濃度；或者治療鈉的水平不適當(dāng)?shù)幕颊摺?/p>

盡管這里使用的例子集中于顱內(nèi)流體，不過使用能夠區(qū)分不同種類的流體的設(shè)備的算法和治療方法也可用在其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。諸如如上所述之類的算法和反饋技術(shù)可用于可靠地測量身體的其他部分中的不同種類流體的比率。例如，檢查累積在充血性心力衰竭患者的肺組織內(nèi)的流體可被理解為相同區(qū)域中的肺液與血液之比的變化?？梢约毎庖号c血或肌肉組織量之比的形式，測量常常出現(xiàn)在乳癌手術(shù)后患者的手臂中的淋巴水腫。利用如上所述的反饋，能夠測定對于患者的影響組織流體量的治療(比如用于淋巴水腫患者的緊身服裝，或者用于充血性心力衰竭患者的利尿劑)的投配量。

臨床應(yīng)用

在血液透析期間，從患者的血管抽出血液，包括鈉和尿素的物質(zhì)被濾出。血腦屏障阻止這些較大的分子(稱為滲透物質(zhì))很快離開大腦。這建立濃度梯度，所述濃度梯度提供越過血腦屏障，把水吸入大腦中的滲透壓，導(dǎo)致腦水腫。在極端情況下，這種腦水腫造成稱為透析失衡綜合癥的狀況，可能嚴(yán)重到足以導(dǎo)致腦功能的退化，或者甚至造成永久腦損傷。部分由于該原因，透析是在延長的一段時間(一般約4小時)內(nèi)進行的。相信許多患者能夠經(jīng)受更迅速的透析方案，但是難以確認(rèn)哪些患者可忍受更快的速率。通過在透析期間，監(jiān)測顱內(nèi)流體，記載在本文中的vips系統(tǒng)可允許新的透析方案。該方法的步驟涉及在開始透析之前，把流體監(jiān)測器放置在患者身上，以較快的速率開始透析，和檢查腦水腫的跡象。當(dāng)水腫發(fā)展時，可響應(yīng)流體讀數(shù)，使透析減速，從而根據(jù)患者忍耐透析的能力，對每個患者定制透析速率。

對于鈉失衡患者，記載在本文中的vips系統(tǒng)可用于檢測可能導(dǎo)致諸如血鈉過多和血鈉過低之類狀況的鈉水平的變化。在懷疑有這種狀況的患者中，可以部署所述系統(tǒng)，以檢測和診斷所述狀況，或者幫助臨床醫(yī)生治療患者，以通過在流體的供給或藥物治療期間提供實時反饋，校正患者的鈉平衡。

在心臟手術(shù)期間，存在向大腦供血不足的風(fēng)險。這可能是栓塞或者循環(huán)不足或者到大腦的血壓較低的結(jié)果。討論該問題的一篇論文是sun等的“silentbraininjuryaftercardiacsurgery:areview”(journaloftheamericancollegeofcardiology,2012)。流體監(jiān)測器可檢測大腦中的血量的減少，從而可檢測腦組織中的局部缺血。從而，一種新的監(jiān)測技術(shù)可涉及在開始心臟手術(shù)時，把流體監(jiān)測器(比如記載在本文中的系統(tǒng))放置在患者身上，然后在手術(shù)期間，監(jiān)測患者。在所述設(shè)備檢測到大腦局部缺血或者大腦中的血量減少的情況下，可警示醫(yī)師，從而醫(yī)師可嘗試通過各種臨床手段，糾正該問題。

vips設(shè)備可被配置成非侵入地監(jiān)測顱內(nèi)壓。在神經(jīng)病學(xué)領(lǐng)域眾所周知的是當(dāng)身體自身的顱內(nèi)流體控制系統(tǒng)正確調(diào)節(jié)顱內(nèi)流體時，顱內(nèi)壓和體積近似線性相關(guān)。在臨床研究中，已確定vips設(shè)備能夠檢測與壓力變化成比例的流體轉(zhuǎn)移。

在胃腸道(g.i.tract)中，尤其是新生兒中，存在檢測局部缺血的需要。記載在本文中的vips系統(tǒng)可用于連續(xù)監(jiān)測地，或者即刻測量地檢測局部缺血。

車禍?zhǔn)芎φ哳^部損傷、橄欖球運動員頭部損傷、軍人頭部損傷和其他種類的頭部損傷的預(yù)防和檢測是迫切的需要。橄欖球頭盔中已增加加速計，以監(jiān)測歸因于碰撞的加速度，諸如nike,inc.之類的公司已把加速度檢測器結(jié)合到帽子中。不過，加速計最多是幫助確定頭部損傷的可能性的間接方式。導(dǎo)致腦震蕩或腦損傷的是頭骨內(nèi)的大腦響應(yīng)外部加速力的移動。vips也可被添加到頭盔、帽子、頭帶中，或者直接貼在頭上，可以檢測碰撞期間，頭骨內(nèi)的大腦的移動。可代替加速計使用vips，不過如果結(jié)合加速計一起使用，那么會最有效。與只用加速計相比，利用vips監(jiān)測頭骨內(nèi)的大腦移動可提供大腦損傷的可能性的更好度量。橄欖球是一種應(yīng)用。碰撞測試是另一種應(yīng)用。車輛安全方面的研究可極大地受益于對碰撞過程中的大腦移動的更好了解(例如，帶有利用vips監(jiān)測的尸體的碰撞測試)。

腦震蕩的檢測是重要的，尤其是在運動損傷中。如果某人有腦震蕩，那么在第一次腦震蕩消退之前的第二次腦震蕩會導(dǎo)致稱為二次沖擊綜合癥的非常嚴(yán)重的損傷(“secondimpactsyndrome”，bey&ostick,westjemergmed.2009february；10(1):6-10)。盡管腦震蕩及其對顱內(nèi)流體的影響的科學(xué)研究仍在發(fā)展，不過，vips可用于檢測顱內(nèi)腫脹、充血、靜脈血匯集、出血、局部缺血、血液流率變化、或者影響組織的生物阻抗的其他生物變化的早期階段。借助vips設(shè)備，可在比賽之前，或在某個其他基準(zhǔn)時間，獲得讀數(shù)，可以比較在可能的損傷事件之后的讀數(shù)和基準(zhǔn)值，以確定損傷的有無或程度。

利用記載在本文中的vips系統(tǒng)，可以監(jiān)測各種其他醫(yī)療狀況。外周性水腫可由各種醫(yī)療狀況造成。在充血性心力衰竭患者之間，腳和腿中的腫脹是常見的。在乳癌手術(shù)之后，當(dāng)患者形成淋巴水腫時，手臂中的腫脹是常見的。術(shù)后在四肢或身體的其他部位中，腫脹是常見的。在一些種類的手術(shù)中，存在有局部缺血、水腫或靜脈血匯集風(fēng)險的一片組織。在受傷后，當(dāng)歸因于間隔室(比如手臂、腿或者身體內(nèi)的任何封閉空間)內(nèi)的壓力增大，流向肌肉和神經(jīng)的血液不足時，會導(dǎo)致間隔室綜合癥。當(dāng)前設(shè)備利用包含針的微創(chuàng)設(shè)備刺入所述組織中，獲得壓力的讀數(shù)，測量間隔室綜合癥壓力(“accuracyinthemeasurementofcompartmentpressures:acomparisonofthreecommonlyuseddevices”，boody&wongworawat,jbonejointsurgam.2005nov；87(ll):2415-22)。充血性心力衰竭或其他狀況的患者在其肺或胸腔中，可能存在流體的累積。記載在本文中的vips設(shè)備可用于監(jiān)測歸因于這些或其他狀況任意之一，與四肢和身體的其他部位的腫脹、血流、灌注和/或其他流體特性有關(guān)的變化?？梢垣@得基準(zhǔn)讀數(shù)，后續(xù)測量結(jié)果可以與所述基準(zhǔn)讀數(shù)比較，以監(jiān)視和檢測例如組織的腫脹或灌注的變化。腫脹的連接監(jiān)測可為醫(yī)學(xué)治療提供控制水腫、血流或其他臨床參數(shù)的反饋。

脫水可以是威脅生命的醫(yī)學(xué)狀況，可能在體育活動(比如馬拉松賽跑)中和具有各種醫(yī)學(xué)狀況的患者中出現(xiàn)。記載在本文中的vips設(shè)備可用于量化患者的水合程度，以便進行初始診斷，監(jiān)測治療的有效性，和/或作為患者狀況惡化的報警。

由于流體突然轉(zhuǎn)到他們的大腦內(nèi)，飛行員和經(jīng)受極端加速度的其他人有時會失去意識。在暴露在可能影響其顱內(nèi)流體的極端條件下的深海潛水者、宇航員、跳傘者和登山者中，會出現(xiàn)類似的狀況。在把人置于危險境地的活動中，記載在本文中的vips設(shè)備可安裝在頭盔內(nèi)，或者以其他方式附著在人的頭上，以便可以實時監(jiān)測他們的顱內(nèi)流體的變化。如果出現(xiàn)流體的危險變化，那么可以警示該個人或第三方進行干預(yù)。

偏頭痛公知是由大腦中和周圍的血管的膨脹造成的。顱內(nèi)血量的定期或連續(xù)監(jiān)測可用于診斷或更好地了解偏頭痛的生理學(xué)。在施行各種偏頭痛治療期間，偏頭痛患者可量化各種偏頭痛治療的效果，可利用該信息作為滴定藥物或以其他方式調(diào)整治療的反饋。偏頭痛患者的有規(guī)律的周期性監(jiān)測(例如，每晚和早晨醒來時的短暫vips抽樣檢查讀數(shù))允許個人檢測先于偏頭痛癥狀出現(xiàn)的特有顱內(nèi)流體變化，從而便利更有效地減輕癥狀的較早干預(yù)。

在泌尿外科手術(shù)中，常常使用陰莖體積描記術(shù)，以評價前列腺切除前后的勃起功能。目前，這一般是借助圓周應(yīng)變儀換能器實現(xiàn)的。vips傳感器可被用于提供陰莖充盈的直接體積測量。這種設(shè)備還可在門診中用于評估勃起功能障礙的病因,即，是生理性的還是心理性的，或者監(jiān)測夜間喚起。

如上所述，可以利用使用系統(tǒng)100、700檢測體液(直接或間接地)的各種方法。例如，在一種方法中，異步的ekg和vips讀數(shù)可被標(biāo)記時間戳，vips讀數(shù)可作為心搏周期中的位置的函數(shù)被分箱，以便隨后分析。作為一些例子，例證的分析包括諸如每個分箱中的中值或平均值之類的統(tǒng)計量，隨后與心臟舒張部分和心臟收縮部分相關(guān)的分箱的平均值之間的差分可指示流體交換的程度。

作為方法的另一個例子，處理單元104和/或計算設(shè)備(例如，膝上型計算機、桌上型計算機、服務(wù)器)可把信號處理算法(例如fft、dft)應(yīng)用于測得的相位、振幅和/或加權(quán)組合，比如與血液、csf等關(guān)聯(lián)的計算的指標(biāo)，以便確定心率(頻率)和/或與心搏周期相關(guān)的流體變化的振幅。

在各種醫(yī)療環(huán)境中，常常使用生理監(jiān)測，以包括諸如心率和呼吸頻率之類的參數(shù)。盡管目前存在獲得這些值的各種方式-電、光和其他-不過，vips也可用于提供關(guān)于這些生命特征的數(shù)據(jù)，從而避免在vips設(shè)備已被用于顱液監(jiān)測時需要另外的監(jiān)視器，或者作為相同信息的附加來源。即，生理傳感器可用于直接或間接檢測患者身體內(nèi)的流體流動或其他狀況的一個或多個特性，隨后這些狀況可用于校準(zhǔn)或過濾來自vips系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

顱內(nèi)液的自身調(diào)節(jié)是復(fù)雜的生物過程，涉及血管舒張、血管收縮、腦脊液(csf)在大腦和脊柱的各個間隔室之間的移動以及csf的產(chǎn)生?；加懈鞣N神經(jīng)紊亂的患者自身調(diào)節(jié)功能差，會導(dǎo)致升高或降低的顱內(nèi)壓。記載在本文中的vips設(shè)備可用于評價特定患者的自身調(diào)節(jié)和顱內(nèi)順應(yīng)性?？梢蕴岢龈鞣N測試，以測量作為過程或姿勢變化的結(jié)果而發(fā)生的流體變化。例如，患者可平躺下，臨床醫(yī)生可獲得流體量讀數(shù)，把患者的腿抬高至升高位置，然后測量發(fā)生的流體變化。其他測試可包括大量流體的靜脈輸注、給藥和/或把患者從平躺位置移動到直立位置，所有這些將引起大腦中的血液、csf和其他流體的變化。可對照在不同時間進行的同一患者的基準(zhǔn)測量，或者對照已知的正常和病理反應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，比較源于特定患者測試的結(jié)果，從而幫助臨床醫(yī)生更好地了解患者的自身調(diào)節(jié)和顱內(nèi)順應(yīng)性狀態(tài)。在更好地了解患者的顱內(nèi)流體功能的情況下，臨床醫(yī)生能夠更好地選擇對患者最有益的療程。

比較在血液流向大腦的自主操縱之后研究對象中的正常腦血管反應(yīng)性(cvr)的恢復(fù)的研究顯示具有腦震蕩的研究對象和健康的研究對象之間的差異。和健康的研究對象不同，具有腦震蕩的研究對象在強力呼吸測試之后未能恢復(fù)正常cvr。這種狀況在腦震蕩之后持續(xù)幾天。相反，在健康的研究對象中，cvr在短得多的時間內(nèi)恢復(fù)正常狀況。我們的實驗表明在影響cvr的測試(比如瓦爾薩爾瓦動作和頸靜脈壓迫)期間，大腦的電磁性質(zhì)的大量測量結(jié)果具有可測量的變化。結(jié)果表明利用記載在本專利申請中的設(shè)備和方法，能夠精確地檢測到時間和量值正常的恢復(fù)。這例示通過評價歸因于產(chǎn)生血液流量的控制良好的自發(fā)變化的動作，相對于正常特征的偏移的時間和量值模式，所述設(shè)備和方法可用于檢測各種疾病，比如腦震蕩。

實驗例子

本實驗以在對于組織狀況的自發(fā)變化的電磁特征響應(yīng)中，能夠獲得實質(zhì)性洞察力的思想為基礎(chǔ)?；谏锝M織狀況的電磁測量，這可產(chǎn)生可控得多的診斷方法。在我們的實驗中，在被測器官或組織中產(chǎn)生自發(fā)變化，通過評估響應(yīng)自發(fā)產(chǎn)生的變化而在這些器官或組織中出現(xiàn)的電磁性質(zhì)的變化，并使這些變化與自發(fā)動作相互關(guān)聯(lián)，進行診斷。

所述方法的一個例子涉及腦震蕩，運動醫(yī)學(xué)中的一個重要醫(yī)學(xué)問題。在運動醫(yī)學(xué)中，運動引起的腦震蕩或輕度創(chuàng)傷性腦損傷(mtbi)日益受人關(guān)注。神經(jīng)心理學(xué)檢查是檢測mtbi的主要診斷工具。然而，mtbi還產(chǎn)生生理效應(yīng)，包括心率的變化，及壓力反射敏感性、細胞代謝和腦血流量的減小。作為腦血管血流動的度量的腦血管反應(yīng)性(或者說“腦血管反應(yīng)”cvr)因腦外傷而受損。各種方法被用于評估cvr。它們包括強力呼吸、屏住呼吸、co2呼入、和乙酰唑胺的給藥。已表明對于頸動脈的多普勒超聲波測量可用于監(jiān)測cvr的變化，隨后可使cvr的變化與mtbi相互關(guān)聯(lián)，并用于該狀況的診斷。記載在本文中的方法和設(shè)備提供一種用于測量cvr的變化的備選手段，具有在mtbi的診斷方面的實際應(yīng)用。

本實驗證明用于通過身體上的自發(fā)動作評估cvr的各種方法產(chǎn)生大腦的電磁性質(zhì)的變化。這些性質(zhì)產(chǎn)生量值和時間方面的不同特征，于是可以和我們的設(shè)備一起用于大腦診斷。

實驗系統(tǒng)：感應(yīng)頻譜儀

設(shè)計并構(gòu)成了實驗性多頻率感應(yīng)頻譜儀。該系統(tǒng)由4個模塊組成：函數(shù)發(fā)生器、收發(fā)器、雙通道解調(diào)器和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。個人計算機用于控制系統(tǒng)和處理數(shù)據(jù)。函數(shù)發(fā)生器模塊使用兩個相同的可編程合成器(ni5401合成器，nationalinstruments,inc.,austin,tx)作為振蕩器。第一個振蕩器按預(yù)先計劃的步長，在1-10mhz的范圍中，提供大約20ma的勵磁信號icos(ωet)。調(diào)制信號icos(ωmt)由第二個振蕩器生成。在整個帶寬中，使差分ωe-ωm＝ωo＝100(2π)保持恒定，以便在恒定的低中頻下產(chǎn)生窄帶實測電壓信號，以便處理和解調(diào)。

勵磁信號和調(diào)制信號分別被連接到收發(fā)器模塊和雙通信解調(diào)器模塊。收發(fā)器由相隔d＝18cm的同軸居中的勵磁線圈和感測線圈，以及兩個差分接收器放大器ad8130構(gòu)成。兩個線圈都由在半徑r＝2cm的圓柱形塑料線圈架上纏繞5匝的磁體線awg32構(gòu)成。按照法拉第定律計算的線圈電感約為40mh。勵磁線圈生成初級振蕩磁場。感測線圈通過近端導(dǎo)電樣本，檢測初級磁場及其微擾。為了避免感應(yīng)拾取，線圈的引線被扭絞。放大器被是作為常規(guī)運算放大器連接的，分別收集勵磁線圈和感測線圈中的基準(zhǔn)電壓(vref)和感應(yīng)電壓(vind)。調(diào)整放大器的增益，以便在整個帶寬內(nèi)，獲得±5v的動態(tài)范圍。

雙通道解調(diào)器模塊利用混頻器和窄帶通濾波器，把任意勵磁和感測頻率的信息轉(zhuǎn)換成同一低頻率(ωo)。該模塊把兩個相似的通道用于基準(zhǔn)信號和感應(yīng)信號的解調(diào)。為了避免電路中的附加電感電容和寄生電容，利用金屬箱屏蔽放大器和雙通道解調(diào)器電路，并利用短同軸電纜(長度小于0.8m)，將放大器和雙通道解調(diào)器電路連接到線圈。電流穿過屏蔽物，以使電路和線圈之間的任何互感降至最小。

模-數(shù)轉(zhuǎn)換模塊在恒定的低頻率，數(shù)字化基準(zhǔn)電壓信號和感應(yīng)電壓信號。采樣速率為1.25m樣本/秒，分辨率為12比特的數(shù)據(jù)采集卡(ni6071e，nationalinstruments,inc.,austin,tx)用作模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。

利用labviewv6.1(nationalinstrumentsinc,austin,tx)中可用的提取單音功能，在約5個周期內(nèi)，利用軟件計算基準(zhǔn)電壓和感應(yīng)電壓的相位。基準(zhǔn)電壓和感應(yīng)電壓之間的相移被估計為δθ＝θ(vref)-θ(vind)。通過對20個頻譜取平均值，改善相移測量的信噪比(snr)(在1mhz下39db)。

實驗方案：

頸外靜脈壓迫

位于頸部橫向兩側(cè)的兩條頸外靜脈是大腦靜脈引流的主要路線之一。通過輕壓頸部兩側(cè)，人能抑制引流。這樣做時，顱內(nèi)流體量增大20-30cc。該實驗的目的是評估如在本專利申請中所述的相移顱內(nèi)流體監(jiān)測設(shè)備檢測血量的這些變化的能力。

實驗表明在按壓后，松開頸靜脈之后，讀數(shù)存在指數(shù)衰減。實驗還表明在二次按壓和松開之后，讀數(shù)未恢復(fù)到最初值。這是當(dāng)歸因于局部缺血，代謝耗盡時的cvr的特點。這表明本方法可提供用于評估cvr，從而評價腦震蕩的另一種技術(shù)。

參見圖12，實驗結(jié)果用曲線圖呈現(xiàn)。如圖2中所示，校準(zhǔn)后的相移測量結(jié)果被圖示成時間的函數(shù)，靜脈壓迫造成相移的增大，在松開期間，相移減小。此外，在松開血管之后，存在未恢復(fù)到最初值的讀數(shù)的指數(shù)衰減。這是當(dāng)歸因于局部缺血，代謝耗盡時的cvr的特點，指示該方法可提供用于評估cvr，從而評價腦震蕩的另一種技術(shù)。

瓦爾薩爾瓦動作

瓦爾薩爾瓦動作是緊閉氣道，適當(dāng)有力嘗試呼氣進行的，通常是通過閉嘴并捏住鼻子，同時像吹氣球那樣用力鼓氣進行的。瓦爾薩爾瓦動作測試身體的補償回到心臟的血液量的變化的能力(預(yù)加負(fù)荷)，影響血液流入和流出頭部。通過所述動作的循環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)指示幾種生理功能，包括cvr。存在可利用這種方法評價的其他狀況。例如，自主神經(jīng)功能障礙患者具有與健康患者不同的心率和/或血壓的變化。

利用記載在本文中的設(shè)備，測量對于瓦爾薩爾瓦動作的時間反應(yīng)。測量結(jié)果具有可用于診斷目的的幾種典型時間特征。這些時間特征包括讀數(shù)的增長的時間常數(shù)、峰值、衰減的時間常數(shù)及最終的短期值和長期值。

圖13圖解說明表示在瓦爾薩爾瓦動作期間，作為時間的函數(shù)的移位讀數(shù)的變化的曲線圖。如圖13中所示，讀數(shù)具有可供診斷之用的幾種典型時間特征，這些時間特征包括讀數(shù)的增長的時間常數(shù)、峰值、衰減的時間常數(shù)以及最終的短期值和長期值。

檢測腦震蕩

對有腦震蕩的研究對象來說，在血液流向大腦的自發(fā)動作之后的正常cvr的恢復(fù)和健康的研究對象不同。在強力呼吸測試之后，有腦震蕩的研究對象在腦震蕩之后數(shù)天未能恢復(fù)正常cvr。另一方面，在健康的研究對象中，cvr在短得多的時間內(nèi)恢復(fù)正常狀況。我們的實驗表明在影響cvr的測試(比如瓦爾薩爾瓦動作和頸靜脈壓迫)期間，大腦的電磁性質(zhì)的我們的大量測量結(jié)果顯示出可測量的變化。結(jié)果表明利用我們的測量，能夠精確地檢測正常的恢復(fù)。這證明通過評價歸因于產(chǎn)生血液流量的控制良好的自發(fā)變化的動作，相對于正常特征的偏移的時間和量值模式，我們的設(shè)備可用于檢測各種疾病，比如腦震蕩。

盡管這里出于舉例說明的目的，說明了本公開的具體實施例，不過可以作出各種修改，而不脫離本公開的精神和范圍。例如，盡管本申請包括監(jiān)測人腦中的流體變化的幾個例子，作為記載在本文中的系統(tǒng)和方法的一種可能應(yīng)用，不過本公開可在許多其他應(yīng)用，包括監(jiān)測人體的其他部位(例如，手臂、腿、肺等)中的流體變化，監(jiān)測其他動物(例如，羊、豬、牛等)中的流體變化，和其他醫(yī)療診斷環(huán)境中，得到廣泛應(yīng)用。例如，通過把手臂裹在包括發(fā)送器和接收器的繃帶中，可以檢測手臂中的流體變化。

其中可以使用記載在本文中的系統(tǒng)和方法的其他醫(yī)療診斷環(huán)境的幾個例子包括確定人體的給定部位中的特定流體、組織(例如，肌肉、脂肪、實質(zhì)性器官等)、或其他固體物質(zhì)(例如，腫瘤)的絕對比例，確定物體的相對介電常數(shù)和/或相對磁導(dǎo)率，等等。另外的臨床應(yīng)用包括各種監(jiān)測和診斷用途，包括內(nèi)出血檢測、區(qū)分不同種類的流體(例如，血液、細胞外液、細胞內(nèi)液，等等)、評估水腫(包括腦水腫以及淋巴水腫)，和評估由諸如充血性心力衰竭之類的狀況引起的肺流體積累。所有這些應(yīng)用以及更多的應(yīng)用可由記載在本文中的各個實施例實現(xiàn)。因而，權(quán)利要求書的范圍不限于本文中給出的具體例子。