[發(fā)明專利]電子順磁共振的方法和系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580036313.5
• 申請(qǐng)日: 2015-06-11
• 公開（公告）號(hào): CN106659417A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·布蘭克;P·古普沙米;A·瑞茲萬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 泰克年研究發(fā)展基金會(huì)公司
• 主分類號(hào): A61B5/055
• 分類號(hào): A61B5/055;A61B5/145;G01R33/44
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11245
• 代理人: 徐東升,趙蓉民

關(guān)于聯(lián)邦政府資助研究的聲明

在國立衛(wèi)生研究院(NIH)/NIBB的批準(zhǔn)號(hào)為1R21EB016189 01的政府支持下作出本發(fā)明。政府在本發(fā)明中可以具有某些權(quán)力。

相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求于2014年6月12日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?2/011,147的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，該美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用以其整體被并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明在其一些實(shí)施例中涉及電子順磁共振，并且更具體地且不是唯一地涉及用于氧氣監(jiān)測(cè)的電子順磁共振系統(tǒng)。

背景技術(shù)

組織氧水平中的任何失衡可以影響新陳代謝的穩(wěn)態(tài)且導(dǎo)致病理生理學(xué)情況。例如，癌癥治療和創(chuàng)傷愈合中的缺氧作用已經(jīng)被很好地記錄。在主流臨床應(yīng)用中僅有兩項(xiàng)技術(shù)直接測(cè)量氧合狀態(tài)：動(dòng)脈導(dǎo)管和使用電極進(jìn)行經(jīng)皮氧監(jiān)測(cè)(TCOM)。這些技術(shù)主要用于急救護(hù)理監(jiān)測(cè)。

動(dòng)脈導(dǎo)管被大部分通常放置在橈動(dòng)脈內(nèi)且保持在橈動(dòng)脈內(nèi)并且測(cè)量指示系統(tǒng)氧可用性但是非實(shí)際組織氧合的血液中的氧水平。這是很重要的區(qū)別，因?yàn)檠旱某浞盅鹾喜⒎强偸前殡S著組織氧吸收。通過血管中的導(dǎo)管來監(jiān)測(cè)氧合水平的侵入性也伴隨對(duì)患者的重大風(fēng)險(xiǎn)，例如，細(xì)菌沿著導(dǎo)管的表面從外部環(huán)境直接進(jìn)入到患者的血流，由于導(dǎo)管阻塞動(dòng)脈導(dǎo)致手等部位的關(guān)鍵缺血。

基于電極的TCOM是唯一非侵入性的臨床認(rèn)可的方法，該方法通過測(cè)量細(xì)胞外氧氣通過皮膚的擴(kuò)散作用來估計(jì)組織氧合。該方法是定量的且是測(cè)量到末梢器官(在這種情況下，皮膚)的氧輸送的唯一方法。該方法已經(jīng)被用于監(jiān)測(cè)皮膚中的氧水平，尤其是用于早產(chǎn)兒，而且用于重癥監(jiān)護(hù)設(shè)置中的成年人。其被用于確定創(chuàng)傷的愈合能力，但是僅用在大約2％慢性創(chuàng)傷案例。針對(duì)這種程序，患者的皮膚必須被剃毛且去除頂層。然后電極經(jīng)由固定環(huán)被夾緊到患者的皮膚且被加熱到100華氏度。在一些情況下，這種過程可以對(duì)患者(尤其是嬰兒)造成一度燒傷。在加熱之后，用戶對(duì)下面的組織進(jìn)行氧測(cè)量。整個(gè)過程可以持續(xù)45分鐘到90分鐘。這些缺陷以及高用戶誤差率(由于程序復(fù)雜性，一些專家估計(jì)誤差是高達(dá)60％)導(dǎo)致這種技術(shù)的低使用率。

由電子順磁共振(EPR)來測(cè)量氧濃度(pO2)包括使用包括固體形式或可溶形式的順磁性材料的外源性探針。EPR探針的弛豫時(shí)間(T2)的變化是由兩個(gè)順磁性種類-氧分子和EPR探針的相互作用引起的。弛豫時(shí)間中的這些可逆氧誘發(fā)的變化被用于量化pO2。EPR血氧定量法提供優(yōu)于其他現(xiàn)有血氧定量法的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，包括對(duì)pO2的高靈敏度和高功能特異性。不像BOLD MRI和脈搏血氧定量法(其測(cè)量血氧飽和度)，EPR血氧定量法直接測(cè)量組織氧濃度。在過去的十五年中，已經(jīng)研發(fā)若干靈敏的無毒的微粒血氧定量法探針。也已經(jīng)建立組織中的這些探針的一些探針的長期穩(wěn)定性。更重要的是，基于微粒的EPR血氧定量法是“微創(chuàng)性”的，因?yàn)槲⒘Ｌ结槂H被植入一次，并且隨后的測(cè)量在沒有任何侵入性程序的情況下實(shí)施。

然而，現(xiàn)有硬件系統(tǒng)局限性使得用于臨床目的的EPR血氧定量法較不理想。因?yàn)榇蠖鄶?shù)常規(guī)EPR系統(tǒng)是大型，笨重的單元，其中磁極之間具有限制性的間隔，對(duì)EPR系統(tǒng)硬件的改進(jìn)將使這種技術(shù)從臨床立場上更吸引人。朝向更小、便攜式EPR系統(tǒng)的改進(jìn)對(duì)終端用戶(例如，臨床醫(yī)生、臨床技術(shù)人員等)和該系統(tǒng)將用于的患者這兩者都有實(shí)質(zhì)益處。作為較小的便攜式系統(tǒng)，EPR血氧定量法系統(tǒng)將具有從房間運(yùn)輸?shù)椒块g的能力，而不是將患者帶到單獨(dú)位置。在急救護(hù)理設(shè)置中，這將是最有用的，因?yàn)橐苿?dòng)患者經(jīng)常不是一個(gè)選擇。

發(fā)明內(nèi)容

本文提供了用于經(jīng)皮氧監(jiān)測(cè)(TCOM)和皮下氧監(jiān)測(cè)(SCOM)的電子順磁共振(EPR)系統(tǒng)和方法。可選地，本文所提供的EPR系統(tǒng)能夠是便攜式的和/或手持的以促進(jìn)臨床環(huán)境中的EPR血氧定量法。

一種用于檢測(cè)來自氧敏EPR探針材料的電子順磁共振信號(hào)即EPR信號(hào)的示例系統(tǒng)，該示例系統(tǒng)能夠包括：無線電頻率源即RF源；包含磁體組件，共振器組件和耦合環(huán)的殼體；以及光譜儀。殼體能夠具有可定位為接近EPR探針的遠(yuǎn)端。附加地，磁體組件被配置為將磁場應(yīng)用到包含EPR探針的感興趣區(qū)域。

共振器組件能夠通過耦合環(huán)與RF源進(jìn)行可操作通信且能夠被配置為以預(yù)定的無線電頻率共振。光譜儀能夠通過耦合環(huán)與共振器組件進(jìn)行可操作通信且被配置為接收來自耦合環(huán)的信號(hào)且處理接收的信號(hào)以測(cè)量EPR探針的EPR共振。