在國(guó)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(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?2/011,147的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，該美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)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(guò)血管中的導(dǎo)管來(lái)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(guò)測(cè)量細(xì)胞外氧氣通過(guò)皮膚的擴(kuò)散作用來(lái)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(guò)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(guò)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(zhuān)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(lái)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(lèi)-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(guò)去的十五年中，已經(jīng)研發(fā)若干靈敏的無(wú)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(zhǎng)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(méi)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(chǎng)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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(lái)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(wú)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(chǎng)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(guò)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(wú)線電頻率共振。光譜儀能夠通過(guò)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(lái)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。

附加地，EPR探針能夠是被嵌入在透氧的聚合物中的氧敏EPR材料?？蛇x地，EPR探針能夠被粘附到主體的組織的表面。光譜儀能夠被配置為從信號(hào)獲得相應(yīng)于組織的經(jīng)皮氧濃度的數(shù)據(jù)。此外，殼體的遠(yuǎn)端能夠可選地包括用于容納一部分EPR探針的凹痕(indentation)。替代地或附加地，EPR探針能夠被植入到主體組織中。光譜儀能夠被配置為從信號(hào)獲得相應(yīng)于組織的皮下氧濃度的數(shù)據(jù)。

殼體能夠可選地是手持讀出筆。附加地，感興趣區(qū)域能夠被定位至少部分在手持讀出筆的外部。替代地或附加地，感興趣區(qū)域能夠被定位完全在手持讀出筆的外部。例如，感興趣區(qū)域能夠位于距離手持讀出筆大約3mm，如沿著軸向方向所測(cè)量的?？蛇x地，感興趣區(qū)域的最大尺寸能夠是大約0.5mm×0.5mm×0.5mm。

替代地或附加地，磁體組件能夠包括多個(gè)磁體，并且磁體能夠被布置為圍繞共振器組件。例如，磁體能夠可選地被布置為呈環(huán)狀圍繞共振器組件。磁體組件能夠被布置為在感興趣區(qū)域中生成基本均勻磁場(chǎng)。例如，基本均勻磁場(chǎng)在整個(gè)感興趣區(qū)域具有大約1000ppm或更小的場(chǎng)不均勻。

附加地，預(yù)定的無(wú)線電頻率能夠是顯著大于250MHz。例如，預(yù)定的無(wú)線電頻率可以在大約2.0GHz與6.2GHz之間的范圍中。可選地，基本均勻磁場(chǎng)能夠具有大約60-150mT、或60-120mT或80-120mT的強(qiáng)度。替代地，基本均勻磁場(chǎng)能夠具有大約200-220mT的強(qiáng)度。

可選地，共振器組件能夠是環(huán)隙共振器。替代地或附加地，RF源能夠生成RF脈沖。

一種用于檢測(cè)來(lái)自氧敏EPR探針材料的電子順磁共振信號(hào)即EPR信號(hào)的系統(tǒng)的示例讀出筆能夠包括：殼體，其包含磁體組件和共振器組件。殼體能夠具有可定位接近EPR探針的遠(yuǎn)端。附加地，磁體組件能夠被配置為將磁場(chǎng)應(yīng)用到包含EPR探針的感興趣區(qū)域。共振器組件能夠被配置為以預(yù)定的無(wú)線電頻率來(lái)共振。

殼體能夠可選地是手持讀出筆。附加地，感興趣區(qū)域可以被定位至少部分在手持讀出筆的外部。替代地或附加地，感興趣區(qū)域可以被定位完全在手持讀出筆的外部。例如，感興趣區(qū)域能夠位于距離手持讀出筆大約3mm?？蛇x地，感興趣區(qū)域的最大尺寸是大約0.5mm×0.5mm×0.5mm。附加地，殼體能夠包括耦合環(huán)以用于將讀出筆可操作地連接到無(wú)線電頻率源和光譜儀中的至少一個(gè)。

一種用于檢測(cè)來(lái)自氧敏EPR探針材料的電子順磁共振信號(hào)即EPR信號(hào)的系統(tǒng)的示例磁體和共振器殼體能夠包括：多個(gè)永磁體，其被配置為在包括EPR探針的感興趣區(qū)域中生成均勻磁場(chǎng)；以及共振器，其被配置為以特定的無(wú)線電頻率來(lái)共振。附加地，永磁體能夠被布置為圍繞共振器。殼體的遠(yuǎn)端能夠可定位為接近所述EPR探針。

可選地，基本均勻磁場(chǎng)能夠具有大約60-150mT、或60-120mT或80-120mT的強(qiáng)度，其中在整個(gè)感興趣區(qū)域具有大約1000ppm或更小的場(chǎng)不均勻。永磁體能夠可選地被布置為以閉環(huán)的形狀圍繞共振器。例如，閉環(huán)的形狀能夠可選地是環(huán)。附加地，閉環(huán)的形狀的外尺度能夠可選地是大約30mm或大約20mm。替代地或附加地，共振器的外尺度能夠可選地是大約8mm或大約13mm。每個(gè)永磁體能夠可選地是六面體。附加地，每個(gè)永磁體能夠可選地是大約4mm×4mm×8mm六面體。

可選地，基本均勻磁場(chǎng)能夠具有大約200-220mT的強(qiáng)度，其中在整個(gè)感興趣區(qū)域具有大約1000ppm或更小的場(chǎng)不均勻。附加地，永磁體能夠被布置為圍繞共振器。例如，共振器能夠被布置在至少兩個(gè)永磁體之間的空間中。附加地，永磁體的外尺度能夠是大約70mm。替代地或附加地，共振器的外尺度能夠可選地是大約8mm或大約13mm。

替代地或附加地，每個(gè)永磁體能夠由釤鈷形成。

可選地，共振器能夠是環(huán)隙共振器。預(yù)定的無(wú)線電頻率可以顯著大于250MHz。例如，預(yù)定的無(wú)線電頻率可以在大約2.0GHz與6.2GHz之間的范圍中。

替代地或附加地，磁體和共振器組件殼體能夠包括被布置為鄰近共振器且被配置為將共振器可操作地連接到無(wú)線電頻率源和光譜儀中的至少一個(gè)的耦合環(huán)。

以下描述了一種通過(guò)使用讀出筆和光譜儀來(lái)檢測(cè)來(lái)自氧敏EPR探針材料的電子順磁共振信號(hào)即EPR信號(hào)的示例方法。讀出筆能夠包括：殼體，其包含磁組件、共振器組件以及耦合環(huán)。附加地，磁組件能夠被配置為將磁場(chǎng)應(yīng)用到包含EPR探針的感興趣區(qū)域。共振器組件能夠被配置為以預(yù)定的無(wú)線電頻率來(lái)共振。該方法能夠包括：當(dāng)讀出筆的殼體的遠(yuǎn)端被定位為鄰近EPR探針時(shí)，檢測(cè)感興趣區(qū)域中的信號(hào)；通過(guò)耦合環(huán)將檢測(cè)信號(hào)傳遞到光譜儀；以及處理接收信號(hào)以測(cè)量EPR探針的EPR共振。

附加地，EPR探針能夠是被嵌入在透氧的聚合物中的氧敏EPR材料?？蛇x地，EPR探針能夠被粘附到主體的組織的表面。該方法能夠進(jìn)一步包括從信號(hào)獲得相應(yīng)于組織的經(jīng)皮氧濃度的數(shù)據(jù)。替代地或附加地，EPR探針能夠被植入到主體組織中。該方法能夠進(jìn)一步包括從信號(hào)獲得相應(yīng)于組織的皮下氧濃度的數(shù)據(jù)。

除非另有限定，本文所使用的所有技術(shù)的和/或科學(xué)的術(shù)語(yǔ)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員通常理解的相同意義。雖然類(lèi)似于或相當(dāng)于本文所描述的那些的方法和材料能夠被用于本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)踐或測(cè)試中，但是以下描述了示例性方法和/或材料。如果沖突，則包括限定的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)將控制。此外，材料、方法和示例僅是示例性的且不旨在必須進(jìn)行限制。

本發(fā)明的實(shí)施例的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施方式能夠包括手動(dòng)、自動(dòng)或其組合來(lái)執(zhí)行或完成所選擇的任務(wù)。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)施例的實(shí)際儀器和設(shè)備，若干所選擇的任務(wù)能夠通過(guò)使用操作系統(tǒng)由硬件、軟件或固件或由其組合來(lái)實(shí)施。

例如，用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的所選擇的任務(wù)的硬件能夠被實(shí)施為芯片或電路。作為軟件，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的所選擇的任務(wù)能夠被實(shí)施為通過(guò)使用合適操作系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的多個(gè)軟件指令。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，根據(jù)本文所述的方法和/或系統(tǒng)的示例性實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)任務(wù)由數(shù)據(jù)處理器(例如，用于執(zhí)行多個(gè)指令的計(jì)算平臺(tái))來(lái)執(zhí)行?？蛇x地，數(shù)據(jù)處理器包括用于存儲(chǔ)指令和/或數(shù)據(jù)的易失性存儲(chǔ)器和/或用于存儲(chǔ)指令和/或數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器，例如，硬磁盤(pán)和/或可移動(dòng)介質(zhì)?？蛇x地，也可以提供網(wǎng)絡(luò)連接。也可以可選地提供顯示器和/或用戶輸入裝置(例如鍵盤(pán)或鼠標(biāo))。

附圖說(shuō)明

本文僅通過(guò)示例的方式，參考附圖描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例?，F(xiàn)在通過(guò)詳細(xì)地具體參考附圖，強(qiáng)調(diào)了細(xì)節(jié)是通過(guò)示例示出且目的是為了說(shuō)明性討論本發(fā)明的實(shí)施例。在這點(diǎn)上，結(jié)合附圖的描述使本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易明白如何可以實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例。

在附圖中：

圖1A是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的一種用于從氧敏EPR探針材料來(lái)檢測(cè)EPR信號(hào)的系統(tǒng)的塊圖；

圖1B是示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的感興趣區(qū)域的示意圖。

圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的示例磁體組件；

圖2B示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的示例共振器組件和耦合環(huán)；

圖2C是示出圖2A-2B中所示出的磁體組件和共振器組件的透視圖；

圖2D示出圖2C中所示出的包含磁體組件和共振器組件的讀出筆；

圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的另一示例磁體組件和共振器組件；

圖3B是示出圖3A中所示出的磁體組件的磁場(chǎng)的圖表；

圖4示出一種示例氧敏EPR探針材料；

圖5A示出示例氧敏EPR探針材料；

圖5B和圖5C示出與圖5A的氧敏EPR探針材料有關(guān)的數(shù)據(jù)；

圖6A和圖6B示出對(duì)圖2A-圖2D中的磁體組件和共振器組件的自旋回波模擬的結(jié)果；

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有兩部分的磁體組件，其中每個(gè)部分形狀為一半的圓柱體；

圖8示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬所獲得的由圖7的磁體組件所形成磁場(chǎng)輪廓；

圖9A和圖9B示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的共振器組件的另一示例的透視圖(圖9A)和剖視圖(圖2B)；

圖10示出根據(jù)本發(fā)明的各種示例實(shí)施例將圖7的磁體組件和圖9A與圖9B的共振器組件組裝在一起后的布置的透視圖；以及

圖11示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的包括磁體組件、共振器組件的讀出筆和皮膚可附連貼紙(sticker)；

具體實(shí)施方式

本發(fā)明在其一些實(shí)施例中涉及電子順磁共振，并且更具體且不排外地涉及用于氧監(jiān)測(cè)的電子順磁共振系統(tǒng)。

在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，將理解的是本發(fā)明不一定將其應(yīng)用局限于在下列描述中提出的和/或在附圖和/或在示例中所示出的部件和/或方法的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其他實(shí)施例或能夠以各種方式來(lái)實(shí)踐或完成。

雖然描述了提供用于TCOM和SCOM的EPR系統(tǒng)和方法的實(shí)施方式，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是實(shí)施方式不限于此。

監(jiān)測(cè)經(jīng)皮氧水平和皮下氧水平的能力有巨大的臨床意義。例如，外科手術(shù)和移植手術(shù)期間的創(chuàng)傷愈合評(píng)估、高壓療法、截肢水平的確定、新生兒特別護(hù)理以及灌注狀態(tài)的確定能夠從血氧定量法技術(shù)的研發(fā)中極大地獲益，血氧定量法技術(shù)快速準(zhǔn)確且能夠被用于臨床設(shè)置中。不幸地，目前可用在活體內(nèi)的血氧定量法不是理想地適用于臨床應(yīng)用。本文提供了一種能夠進(jìn)行經(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)。EPR系統(tǒng)能夠可選地被用于臨床設(shè)置中。

在過(guò)去的幾十年間，EPR血氧定量法技術(shù)已經(jīng)被持續(xù)地改進(jìn)，從而收集生物樣本中的氧水平的直接的重復(fù)的微創(chuàng)性的且準(zhǔn)確的測(cè)量。與穿透深度可以是限制因素的深層組織血氧定量法相反，EPR非常適合于經(jīng)皮測(cè)量和皮下測(cè)量。然而，當(dāng)前EPR器械沒(méi)有被設(shè)計(jì)用于臨床設(shè)置，并且其龐大的非便攜式的設(shè)計(jì)和有限的樣本空間使其對(duì)于臨床應(yīng)用是不吸引人的選擇。

常規(guī)地，EPR系統(tǒng)總是由赫姆霍茲對(duì)或一對(duì)永磁體組成。這種設(shè)計(jì)不僅龐大而且產(chǎn)生的幾何結(jié)構(gòu)不適于容納大樣本。附加地，常規(guī)的活體內(nèi)EPR系統(tǒng)以相對(duì)低的頻率操作，主要目的是為了克服微波穿透到主體組織的問(wèn)題。

本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)EPR信號(hào)能夠被用于測(cè)量組織氧水平。這能夠通過(guò)以下步驟來(lái)完成：將具有氧敏EPR探針材料的貼紙(sticker)附連到主體的皮膚部分，在附連之后的預(yù)定時(shí)間周期測(cè)量來(lái)自貼紙的EPR信號(hào)，以及分析EPR信號(hào)以確定皮膚部分處的氧水平。

如本文所使用的，“氧敏EPR材料”和“氧敏EPR探針材料”可交換地指這種材料，所述材料展示EPR信號(hào)峰值，并且優(yōu)選地展示隨著材料附近的或與材料接觸的分子氧濃度的變化而變化的信號(hào)峰值。

以下提供了適用于目前實(shí)施例的氧敏EPR材料的代表性示例。

貼紙可以具有與皮膚部分適配的任何尺寸，該貼紙附連到該皮膚部分。優(yōu)選地，但非必須地，貼紙足夠小以允許還可將其附連到小器官(例如，掌心、手指、耳朵等)。在這些實(shí)施例中，貼紙的最大直徑優(yōu)選小于8cm或小于7cm或小于6cm或小于5cm或小于4cm或小于3cm，例如，大約2cm或更小。

EPR信號(hào)能夠通過(guò)將非原位EPR裝置放置在貼紙上(例如，接觸關(guān)系)來(lái)測(cè)量，該非原位EPR裝置具有靜磁場(chǎng)發(fā)生器和共振器。優(yōu)選地，在貼紙附連到皮膚部分的預(yù)定時(shí)間周期的至少一部分(例如，至少50％或至少50％或至少60％或至少70％或至少80％或至少90％或至少95％或至少99％)期間，沒(méi)有從貼紙收集電信號(hào)或磁信號(hào)或電磁信號(hào)。僅在預(yù)定的時(shí)間周期的結(jié)束時(shí)，非原位EPR裝置被放置在貼紙上以用于收集EPR信號(hào)。優(yōu)選地，測(cè)量的持續(xù)時(shí)間比貼紙附連到皮膚部分的預(yù)定時(shí)間周期短得多。因此，將預(yù)定時(shí)間周期表示為ΔΤ且將測(cè)量的持續(xù)時(shí)間表示為ΔΤ_EPR，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，定義為R＝ΔΤ/ΔΤ_EPR的比率R至少為100或至少為200或至少為400或至少為800或至少為1600或至少為3200。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，ΔΤ至少60分鐘或至少60分鐘或至少90分鐘或至少120分鐘或至少150分鐘或至少180分鐘或至少210分鐘或至少240分鐘或至少270分鐘或至少300分鐘或更多。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，ΔΤ_EPR至多60秒或至多50秒或至多40秒或至多30秒或至多20秒或至多10秒或至多5秒或更少。

EPR信號(hào)的分析優(yōu)選地借助于EPR光譜儀和數(shù)據(jù)處理器，該EPR光譜儀被配置為提供表示氧敏EPR探針材料的EPR弛豫時(shí)間的變化的信號(hào)，該數(shù)據(jù)處理器被配置為借助于可以利用查找表、數(shù)學(xué)函數(shù)等等的關(guān)聯(lián)程序?qū)PR弛豫時(shí)間與氧水平進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

本實(shí)施例的技術(shù)具有優(yōu)于常規(guī)TCOM系統(tǒng)的許多優(yōu)勢(shì)。一個(gè)優(yōu)勢(shì)是不需要夾緊且密封探針材料。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是不需要等待許多分鐘以使氧與TCOM溶液平衡。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，不像常規(guī)TCOM系統(tǒng)，本實(shí)施例的貼紙能夠被放置在小器官(例如，手指)上。附加優(yōu)勢(shì)是多于一個(gè)(例如，三個(gè)或更多，或四個(gè)或更多)貼紙能夠被分別附連到多于一個(gè)的空間分隔的皮膚部分，其中所有貼紙或一部分貼紙保持在相應(yīng)的皮膚部分達(dá)預(yù)定時(shí)間周期的至少一部分，并且其中EPR信號(hào)從每個(gè)貼紙中測(cè)量。

對(duì)于TCOM應(yīng)用和SCOM應(yīng)用而言，其中穿透深度不是限制因素且氧敏EPR探針材料能夠被定位在緊密鄰近讀出筆，該讀出筆可以包括相對(duì)小的磁體且仍然以相對(duì)高頻率(例如，2.0GHz到6.2GHz)來(lái)操作以達(dá)到更好的SNR。如以下所討論的，用于TCOM或SCOM的EPR系統(tǒng)能夠可選地利用脈沖EPR光譜儀和手持讀出筆。當(dāng)讀出筆被定位緊密鄰近氧敏EPR探針材料時(shí)，光譜儀能夠檢測(cè)/測(cè)量由兩個(gè)順磁性種類(lèi)的相互作用所引起的氧敏EPR探針(例如，EPR信號(hào))的弛豫時(shí)間(T2)的變化，該變化能夠被用于量化氧濃度(pO2)，例如，主體組織的氧濃度。通常，該方法被叫做“可移動(dòng)”磁共振或“非原位”磁共振。

現(xiàn)在參照?qǐng)D1A，示出了用于檢測(cè)來(lái)自氧敏EPR探針材料1O2的EPR信號(hào)的系統(tǒng)100的塊圖。系統(tǒng)100能夠包括包含磁體組件106、共振器組件108和耦合環(huán)110的殼體104。可選地，殼體104能夠是便攜式(或手持)讀出筆。磁體組件106能夠被配置為生成(且應(yīng)用)磁場(chǎng)到包括EPR探針1O2的感興趣區(qū)域。共振器組件108能夠被配置為以預(yù)定的無(wú)線電頻率進(jìn)行共振。系統(tǒng)100也能夠包括光譜儀112。附加地，光譜儀112能夠可選地包括無(wú)線電頻率(RF)源112A、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)112B以及電源112C。例如，RF源112A能夠被配置為生成且供應(yīng)RF能量(例如，微波能量)到共振器組件108。替代地，RF源112A可以可選地設(shè)置為與光譜儀112分離。耦合環(huán)110能夠被配置為將共振器組件108電磁耦合到光譜儀112(和/或RF源112A)。附加地，通信鏈路114能夠被用于連接殼體104和光譜儀112。本公開(kāi)認(rèn)為通信鏈路114是任何合適的通信鏈路。例如，通信鏈路可以由促進(jìn)在殼體104與光譜儀112之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的任何介質(zhì)來(lái)實(shí)施，包括但不限于有線鏈路、無(wú)線鏈路和光鏈路。

光譜儀在本領(lǐng)域是已知的且因此下文將不進(jìn)一步詳細(xì)討論?？蛇x地，光譜儀112能夠是寬帶脈沖EPR光譜儀(例如，在2.0GHz-6.2GHz范圍中操作)。例如，光譜儀112能夠被配置為測(cè)量氧敏EPR探針材料1O2的橫向(或自旋-自旋)弛豫時(shí)間(T2)。由EPR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(例如，氧敏EPR探針材料1O2)的外源性探針。氧敏EPR探針材料1O2的弛豫時(shí)間(T2)的變化由兩種順磁性種類(lèi)-分子氧和氧敏EPR探針材料1O2的順磁性材料的相互作用引起。弛豫時(shí)間(T2)的這些可逆氧誘發(fā)的變化能夠被用于量化氧濃度(pO2)。

用于TCOM或SCOM的EPR系統(tǒng)能夠被設(shè)計(jì)用于脈沖操作，與連續(xù)波(CW)設(shè)計(jì)相比，這使EPR系統(tǒng)較少受機(jī)械運(yùn)動(dòng)影響。附加地，通過(guò)使用相對(duì)小共振器，大功率放大器的使用能夠被淘汰且所有測(cè)量能夠由低功率的便宜的固態(tài)源來(lái)完成。附加地，因?yàn)楣舱衿鞯母咝实目捎眯?，大約4W的功率能夠足以提供充足的激發(fā)帶寬。

如以上關(guān)于圖1A所討論的，殼體104能夠包括磁體組件106、共振器組件108和耦合環(huán)110。也就是說(shuō)，殼體104是容納/包括磁體組件106、共振器組件108和耦合環(huán)110的裝置或單元?？蛇x地，殼體104能夠是便攜式讀出筆或手持讀出筆。當(dāng)執(zhí)行TCOM或SCOM時(shí)，殼體104能夠被定位緊密鄰近氧敏EPR探針材料1O2A、1O2B，氧敏EPR探針材料被粘附到或被嵌入在如圖1B中所示的主體組織120中。例如，殼體的遠(yuǎn)端104A能夠被定位緊密鄰近組織120，例如，接近被粘附到或被嵌入在組織中的氧敏EPR探針材料1O2A、1O2B。

附加地，磁體組件106能夠被配置為生成磁場(chǎng)到包括氧敏EPR探針材料1O2A的感興趣區(qū)域130。也就是說(shuō)，氧敏EPR探針1O2A能夠位于感興趣區(qū)域130內(nèi)?？蛇x地，磁體組件106能夠被配置為在整個(gè)感興趣區(qū)域130內(nèi)生成基本均勻的磁場(chǎng)。例如，基本均勻的磁場(chǎng)能夠可選地在整個(gè)感興趣區(qū)域130具有大約1000ppm或更小的場(chǎng)不均勻。替代地或附加地，場(chǎng)不均勻在整個(gè)感興趣區(qū)域130內(nèi)可以為大約900-1000ppm、800-900ppm、700-800ppm、600-700ppm、500-600ppm、400-500ppm、300-400ppm、200-300ppm、100-200ppm或小于100ppm?？蛇x地，感興趣區(qū)域130能夠是大約0.5mm×0.5mm×0.5mm區(qū)域。對(duì)于TCOM而言，氧敏EPR探針材料1O2A能夠被粘附到主體組織120的表面，并且光譜儀能夠被配置為從信號(hào)獲得相應(yīng)于組織的經(jīng)皮氧濃度的數(shù)據(jù)。感興趣區(qū)域130可以接近殼體104下面的組織120的表面而存在。附加地，感興趣區(qū)域130可以至少部分位于在殼體104外部。替代地或附加地，感興趣區(qū)域130可以完全位于殼體104外部。如以上所討論的，常規(guī)的EPR系統(tǒng)通常包括赫姆霍茲對(duì)或一對(duì)永磁體。附加地，被測(cè)量的樣本(例如，氧敏EPR探針材料)被放置在常規(guī)EPR系統(tǒng)中的赫姆霍茲對(duì)或一對(duì)永磁體之間的面積或體積中。也就是說(shuō)，感興趣區(qū)域?qū)⒃诤漳坊羝潓?duì)或一對(duì)永磁體之間的面積或體積中。與此相反，如圖1B中所示，感興趣區(qū)域130至少部分位于殼體104外部且沒(méi)有位于在任何磁體之間的面積或體積中。對(duì)于SCOM而言，氧敏EPR探針材料1O2B能夠被植入主體組織120，并且光譜儀能夠被配置為從信號(hào)獲得相應(yīng)于組織的皮下氧濃度的數(shù)據(jù)。例如，氧敏EPR探針材料1O2B能夠被植入在組織120的表面下面的大約3mm處。感興趣區(qū)域130能夠至少部分位于殼體104下面的組織120的表面下方。附加地，感興趣區(qū)域130能夠完全位于在殼體104外部。例如，沿著磁體組件106的軸向方向測(cè)量時(shí)，感興趣區(qū)域130能夠位于距離殼體104大約3mm處。

下面提供的磁體組件能夠被設(shè)計(jì)用于TCOM和SCOM。例如，緊湊的磁體組件能夠被提供具有永磁體，例如，使用市售的溫度補(bǔ)償?shù)尼熲?SmCo)，其具有大約10ppm/℃的溫度穩(wěn)定性。磁體組件的尺度由感興趣區(qū)域的尺寸、感興趣區(qū)域內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)度和均勻度水平來(lái)確定。均勻度需求較不嚴(yán)格且能夠通過(guò)使用緊湊的磁體組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)楦信d趣區(qū)域相對(duì)小(例如，0.5mm×0.5mm×0.5mm)且緊密鄰近(例如，在如沿著軸向方向所測(cè)量的大約3mm處)磁體組件。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2A-2C，示例磁體組件和共振器組件被示出。磁體組件206能夠包括多個(gè)磁體206A。例如，磁體組件206能夠可選地被用在TCOM讀出筆中。每個(gè)磁體206A能夠可選地是永磁體，例如由SmCo形成的永磁體。替代地或附加地，每個(gè)磁體206A能夠可選地是六面體。例如，每個(gè)磁體206A能夠可選地是大約4mm×4mm×8mm六面體。附加地，實(shí)現(xiàn)且調(diào)節(jié)磁場(chǎng)到期望均勻度和/或強(qiáng)度的靈活性的增加通過(guò)提供相對(duì)小磁體206A來(lái)獲得。可選地，磁體206A能夠被布置為圍繞共振器組件208。例如，磁體206A能夠可選地被布置為以閉環(huán)形狀圍繞共振器組件208。例如，閉環(huán)形狀能夠可選是環(huán)。當(dāng)磁體206A被布置為環(huán)形狀時(shí)，能夠產(chǎn)生具有足夠的均勻性和強(qiáng)度的磁場(chǎng)。本公開(kāi)預(yù)期閉環(huán)形狀不限于環(huán)且能夠可選地是任何閉環(huán)形狀，例如，圓、橢圓或多邊形。如以上所討論的，磁體組件206能夠被配置為在感興趣區(qū)域230內(nèi)生成基本均勻的磁場(chǎng)，例如，該基本均勻的磁場(chǎng)在整個(gè)感興趣區(qū)域230具有大約1000ppm或更小的場(chǎng)不均勻。替代地或附加地，場(chǎng)不均勻可以在整個(gè)感興趣區(qū)域230內(nèi)大約為900-1000ppm、800-900ppm、700-800ppm、600-700ppm、500-600ppm、400-500ppm、300-400ppm、200-300ppm、100-200ppm或小于100ppm。

沿著磁體組件206的軸向方向測(cè)量時(shí)，感興趣區(qū)域230能夠位于距離磁體組件206大約3mm處。可選地，感興趣區(qū)域230最大尺寸能夠是大約0.5mm×0.5mm×0.5mm。

可選地，基本均勻的磁場(chǎng)在整個(gè)感興趣區(qū)域230可以具有在大約60-150mT或60-120mT or 80-120mT(相應(yīng)于頻率范圍2.0-2.5GHz)的范圍內(nèi)的強(qiáng)度。例如，基本均勻的磁場(chǎng)能夠可選地在整個(gè)感興趣區(qū)域230具有大約86mT或大約90mT或大約100mT(相應(yīng)于大約2.4GHz頻率)的強(qiáng)度。此外，磁體組件206的外尺度250(例如閉環(huán)形狀的外尺度)能夠可選地從大約15mm到大約40mm，或從大約15mm到大約25mm，或從大約25mm到大約35mm，例如，20mm或大約30mm。

如圖2A和圖2C中所示，每個(gè)磁體206A能夠可選地相對(duì)于鄰近磁體206A旋轉(zhuǎn)。

共振器組件208能夠是環(huán)隙共振器組件且能夠存在于磁體組件206里面。環(huán)隙共振器組件208能夠具有中空的且大體圓柱形的形狀，所述形狀具有沿著其長(zhǎng)度的縱向間隙?？v向間隙的軸向長(zhǎng)度、內(nèi)直徑、外直徑以及寬度和數(shù)目可以被選擇以提供期望頻率、品質(zhì)因素和填充因素。

共振器組件208的外直徑小于磁體組件206的內(nèi)直徑。共振器組件208的外直徑優(yōu)選地從大約6mm到大約20mm，或從大約6mm到大約10mm，或從11mm到大約15mm。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，外直徑為大約8mm且在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，外直徑為大約13mm。共振器組件208的內(nèi)直徑小于其外直徑且能夠是從大約1mm到大約5mm，或從大約1.5mm到大約2.5mm，或從大約3mm到大約4mm。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，內(nèi)直徑為大約2mm且在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，內(nèi)直徑為大約3.6mm。

共振器組件208的軸向長(zhǎng)度能夠是從大約6mm到大約10mm，例如，大約8mm。間隙的寬度能夠是從大約60μm到大約140μm，或從大約80μm到大約120μm，或從大約90μm到大約110μm，例如，大約100μm。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，共振器組件208由共振器支撐元件(未示出，見(jiàn)圖9B中的504)從外面支撐，該共振器支撐元件優(yōu)選為由電絕緣材料形成。具有足夠低的介電損耗和足夠高的尺度穩(wěn)定性的任何材料能夠被用作共振器支撐元件。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用了例如在商標(biāo)下被售賣(mài)的聚苯乙烯材料。共振器支撐元件能夠具有圓形圓柱形保持器的形式，其環(huán)繞共振器組件208且由摩擦接合來(lái)保持其徑向位置和軸向位置。根據(jù)組件208的外直徑來(lái)選擇共振器支撐元件的尺度。

在如下的示例部分提供了適于本實(shí)施例的環(huán)隙共振器組件的代表性示例。

如以上所討論的，當(dāng)由磁體組件206所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度是大約86mT或大約90mT大約100mT時(shí)，EPR頻率是大約2.4GHz。共振器組件208能夠被配置為以相應(yīng)于EPR頻率的預(yù)定頻率來(lái)共振。替代地或附加地，共振器組件208的外尺度255能夠可選地大約8mm或大約13mm。耦合環(huán)210將共振器組件208電磁耦合到光譜儀和/或RF源。包括以上所討論的磁體和共振器組件的讀出筆能夠以脈沖模式操作，其中整個(gè)感興趣區(qū)域具有1000ppm或更少的場(chǎng)不均勻?；夭ㄐ蛄心軌虮挥糜诰_測(cè)量弛豫時(shí)間(T2)，其與氧濃度(pO2)(例如，主體組織的氧濃度)成反比。以上所討論的磁體組件206和共振器組件208能夠被包括在如圖2D中所示的殼體204中。包括以上所討論的以上磁體組件和共振器組件的殼體204能夠具有小于35mm的總尺度。也就是說(shuō)，殼體204能夠可選地是緊湊的手持讀出筆。

用于以上參考圖2A-圖2D所討論的磁體組件和共振器組件的自旋回波模擬的結(jié)果被示出在圖6A-圖6B中。結(jié)果表明T1＝T2＝1μsec，其大致相應(yīng)于用于10mmHg的丁氧基。π/2和π這兩個(gè)脈沖的脈沖寬度是3nsec。附加地，π/2脈沖以0.1μs發(fā)生，π脈沖以0.4μs發(fā)生以及回波以0.7μs發(fā)生。感興趣區(qū)域中的磁場(chǎng)(B0)的中間值是0.0779T，因此相應(yīng)的激勵(lì)頻率是2.18GHz。其中EPR探針存在的感興趣區(qū)域是-1.0<z<1.0，-1.0<y<1.0，-7.5<z<-6.5mm。理論SNR是38779.2。

現(xiàn)在參照?qǐng)D3，另一示例磁體和共振器組件被示出。磁體組件306能夠包括多個(gè)磁體306A。附加地，共振器組件308能夠被布置在至少兩個(gè)永磁體之間的空間中。每個(gè)磁體306A可以可選地是永磁體，例如由SmCo形成的永磁體。替代地或附加地，每個(gè)磁體306A能夠可選地是六面體。類(lèi)似于以上，實(shí)現(xiàn)且調(diào)節(jié)磁場(chǎng)到期望均勻度和/或強(qiáng)度的靈活性的增加通過(guò)提供相對(duì)小磁體來(lái)獲得。例如，磁體組件306能夠可選地被用在SCOM讀出筆中。用在SCOM讀出筆中的磁體組件可以不同于用在TCOM讀出筆中的磁體組件，這是由于不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度所致。例如，為了在距離磁體組件306大約3mm的皮下區(qū)域生成足夠的均勻的磁場(chǎng)，較大的磁體組件能夠被提供。磁體組件306能夠被配置為在感興趣區(qū)域中生成基本均勻的磁場(chǎng)，例如，該基本均勻的磁場(chǎng)在整個(gè)感興趣區(qū)域具有1000ppm或更小的場(chǎng)不均勻。替代地或附加地，場(chǎng)不均勻在整個(gè)感興趣區(qū)域內(nèi)能夠是大約900-1000ppm、800-900ppm、700-800ppm、600-700ppm、500-600ppm、400-500ppm、300-400ppm、200-300ppm、100-200ppm或小于100ppm?？蛇x地，基本均勻的磁場(chǎng)能夠在整個(gè)感興趣區(qū)域具有在大約200-220mT(相應(yīng)于從大約1GHz到大約6.2GHz的頻率范圍)范圍內(nèi)的強(qiáng)度。例如，基本均勻的磁場(chǎng)能夠在整個(gè)感興趣區(qū)域可選地具有220mT(相應(yīng)于6.2GHz頻率)的強(qiáng)度。這由圖3B的圖表示出，其中磁場(chǎng)強(qiáng)度在大約3mm處大約為220mT。磁場(chǎng)就在感興趣區(qū)域內(nèi)部具有位于距離讀出筆表面大約3mm距離處的均勻的“最有效點(diǎn)(sweetspot)”。當(dāng)由磁體組件306所生成的磁場(chǎng)強(qiáng)度是大約220mT時(shí)，EPR頻率是大約6.2GHz。共振器組件308能夠被配置為以相應(yīng)于EPR頻率的預(yù)定頻率來(lái)共振。附加地，磁體組件306的外尺度350能夠是大約70mm。替代地或附加地，共振器的外尺度能夠可選地是大約8mm或大約13mm。類(lèi)似于圖2D中所示的殼體，參考圖3所討論的包含磁體組件和共振器組件的殼體能夠具有小于70mm的總尺度。也就是說(shuō)，殼體能夠可選地是緊湊的手持讀出筆。

對(duì)于經(jīng)皮監(jiān)測(cè)而言，示例操作參數(shù)能夠是：大約2.4Ghz的RF頻率，大約60的共振器Q和20ns的RF脈沖。這些示例參數(shù)提供大約50MHz的激勵(lì)帶寬，這與共振器組件的帶寬一致并且也可激勵(lì)大約5000ppm不均勻度的感興趣區(qū)域中的所有自旋。對(duì)于皮下監(jiān)測(cè)而言，示例操作參數(shù)能夠是：大約6.2Ghz的RF頻率，大約60的共振器Q和8ns的RF脈沖。所產(chǎn)生的大約130MHz的激勵(lì)帶寬與共振器組件的帶寬一致并且也可激勵(lì)大約5000ppm不均勻度的感興趣區(qū)域中的所有自旋。

替代地或附加地，下列選擇能夠被用于確保氧敏EPR探針材料和殼體的合適定位。對(duì)于TCOM讀出筆而言，可以在氧敏EPR探針材料的頂表面上提供突出物，該突出物滑入殼體的遠(yuǎn)端中的相應(yīng)凹痕，從而確保氧敏EPR探針材料存在于感興趣區(qū)域中。對(duì)于SCOM(或TCOM)讀出筆而言，殼體相對(duì)于植入的氧敏EPR探針材料的合適定位能夠通過(guò)增加磁體尺寸從而確保較大的整個(gè)感興趣區(qū)域的場(chǎng)均勻度來(lái)確保，增加磁體尺寸使測(cè)量不易受氧敏EPR探針材料與殼體之間的不對(duì)準(zhǔn)的影響。附加地，標(biāo)記植入位置或使用紅外光源來(lái)識(shí)別該植入位置也能夠協(xié)助殼體的精確放置。

如以上所討論的，從氧敏EPR探針材料檢測(cè)EPR信號(hào)。示例的氧敏EPR探針材料在Kuppusamy等人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2012/0296188中論述，該專(zhuān)利于2012年11月22公開(kāi)且名為“Devices and Methods for Measuring Oxygen”，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用其整體被并入本文。EPR探針能夠是聚合物封裝的氧敏探針。氧敏EPR探針材料能夠被植入到主體組織中以用于皮下測(cè)量(例如，氧芯片)或者能夠被粘附到主體組織的表面(例如，主體的皮膚)以用于經(jīng)皮測(cè)量(點(diǎn)芯片(SPOT chip))。

在本文描述的任一實(shí)施例中，特別是EPR探針被體現(xiàn)為氧芯片的實(shí)施例以及EPR探針被體現(xiàn)為點(diǎn)芯片的實(shí)施例，EPR探針優(yōu)選包括氧敏EPR材料。

本實(shí)施例的氧敏EPR材料優(yōu)選為順磁性材料。適于本實(shí)施例的氧敏EPR材料的代表性示例包括但不限于墨汁、煤、炭、碳黑、酞菁鋰、萘菁鋰、氮氧自由基以及三苯甲基自由基。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，氧敏EPR材料包括酞菁鋰衍生化合物的自由基。

在此使用的“酞菁鋰衍生物”包括但不限于酞菁鋰(LiPc)衍生物和其自由基、萘菁鋰(LiNc)衍生物和其自由基、以及蒽酞菁(anthraphthalocyanine)鋰衍生物和其自由基。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，氧敏EPR材料包括八正丁氧基酞菁鋰(lithiumocta-n-butoxynaphthalocyanine)(LiNc-BuO)，以及在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，氧敏EPR材料是LiNc-BuO。

LiNc-BuO是LiPc和LiNc的分子結(jié)構(gòu)類(lèi)似的衍生物。利用LiNc-BuO的優(yōu)點(diǎn)是其可提供由洛倫茲形狀所表征的單個(gè)的相對(duì)急劇的且各向同性的EPR光譜。另一優(yōu)點(diǎn)是其相對(duì)高的自旋密度(例如，與LiPc和LiNc相比)。附加的另一優(yōu)點(diǎn)是LiNc-BuO展示出隨著氧濃度的改變而線性變化的線寬，線性變化通常獨(dú)立于微粒尺寸。

氧水平被預(yù)期停留在50mmHg以下，確保LiNc-BuO(以50mmHg的大約0.11μs的T2)能夠與脈沖光譜儀一起使用。

在本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例中，氧敏EPR材料被嵌入透氧材料，透氧材料優(yōu)選是但不一定是聚合物。透氧材料優(yōu)選地是生物可相容的。

可選地且優(yōu)選地，氧敏EPR材料被以微粒形式嵌入透氧材料，優(yōu)選為微粒子或納米粒子，更優(yōu)選為微晶粒子或納米晶粒子。

適于本實(shí)施例的透氧材料的代表性示例包括但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)、非晶含氟聚合物、氟硅丙烯酸酯、醋酸纖維素、聚酯酸乙烯酯以及其組合。在優(yōu)選實(shí)施例中，透氧材料包括PDMS，以及在另一優(yōu)選實(shí)施例中，透氧材料是PDMS。雖然本描述具體提出若干生物可相容的透氧材料，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到也可以使用其他生物可相容的透氧材料。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，氧敏EPR材料可附連到主體的皮膚，例如借助于可附連到皮膚的貼紙，如圖11中所示。

氧芯片能夠通過(guò)經(jīng)由聚合作用和鑄塑成型的技術(shù)將PDMS與LiNc-BuO的氧敏微晶進(jìn)行摻雜來(lái)準(zhǔn)備。例如，可以將液態(tài)硅膠注射成型和顯微注射成型制備方法用于氧芯片的形成。氧芯片的制備能夠包括將醫(yī)用級(jí)的硅橡膠MDX4-4210的基質(zhì)(base)與催化劑以制造商推薦的比率進(jìn)行混合。LiNc-BuO氧敏微粒能夠在混合之前被添加到這些組分中的一種組分。在冷卻之后，片將從模具被移去且被擱置一旁。產(chǎn)生的芯片的最大尺度能夠小于0.5mm。

點(diǎn)芯片可以是氧芯片的擴(kuò)展。為了使氧芯片適于經(jīng)皮測(cè)量，氧芯片能夠在所有非組織接觸的表面上封裝有不透氧材料。點(diǎn)芯片的制備能夠在三個(gè)步驟中來(lái)完成。點(diǎn)芯片制備的第一步驟類(lèi)似于如以上所述的氧芯片的制備。第二步驟包括產(chǎn)生圍繞來(lái)自第一步驟的感測(cè)部分的PDMS環(huán)。用于制備感測(cè)部分的工序在本步驟中能夠被重復(fù)，但有一個(gè)例外。在環(huán)的注射成型期間，LiNc-BuO晶體沒(méi)有被添加到工序，僅純聚合物將被使用。在冷卻之后，片被從模具中移去且被擱置一旁。工序的第三步驟能夠是用聚對(duì)二甲苯(PDX-C)的120微米厚的不透氧層來(lái)涂覆除了基面(basal surface)之外的其他表面。示例點(diǎn)芯片被示出在圖4中。例如，示出了透氧PDMS的外環(huán)402、LiNc-BuO的氧靈敏微晶404和不透氧外層406。

遵循全部特性的制備能夠被執(zhí)行以確保氧芯片和/或點(diǎn)芯片如預(yù)期地執(zhí)行。通過(guò)將芯片暴露在氧和氮的各種組合下使用X譜帶(9.8GHz)和L譜帶(1.2GHz)EPR光譜可以評(píng)估芯片的氧響應(yīng)率。芯片中的LiNc-BuO總量控制SNR。為了在不同芯片間維持不變的SNR保持，每個(gè)芯片中LiNc-BuO的量可以通過(guò)比較EPR信號(hào)強(qiáng)度來(lái)計(jì)算。使用原子力顯微鏡(AFM)和掃描電子顯微鏡(SEM)通過(guò)分析表面特征和形態(tài)能夠建立聚合物層的完備性和完整性。具體的點(diǎn)芯片能夠被研制，其中所有芯片表面被涂覆聚對(duì)二甲苯。全部封裝能夠在氮(缺氧)環(huán)境下進(jìn)行。如果聚對(duì)二甲苯層是不透氧的，則隨后以X譜帶(9.8GHz)進(jìn)行的EPR光譜測(cè)試應(yīng)產(chǎn)生缺氧線寬。能夠執(zhí)行確定單元是否能夠被消毒以確保人類(lèi)主體的安全的測(cè)試。高壓滅菌法和紫外線照射能夠被用于將芯片消毒。

參照?qǐng)D5A，示例氧敏EPR探針材料被示出。特別地，示出了通過(guò)鑄塑成型和聚合作用、通過(guò)將LiNc-BuO晶體分散在未固化聚合物基質(zhì)催化劑混合物以及在75℃固化七小時(shí)所制備的氧芯片。芯片的顏色表示LiNc-BuO的相對(duì)量?，F(xiàn)在參照?qǐng)D5B-5C，其顯示了關(guān)于示例氧敏EPR探針材料的數(shù)據(jù)。在圖5B中，分子氧(pO2)對(duì)氧芯片的EPR線寬的影響被示出。氧芯片的氧響應(yīng)在所利用的pO2范圍(0到160mmHg)內(nèi)是線性的。該響應(yīng)非常類(lèi)似于未封裝LiNc-BuO晶體所展示的響應(yīng)。在圖5C中，活體中氧芯片的穩(wěn)定性測(cè)試的結(jié)果被示出。被植入在C3H老鼠的腿肌中的氧芯片的氧響應(yīng)通過(guò)使用常規(guī)EPR光譜儀被監(jiān)測(cè)高達(dá)六十天。

本文提供了用于測(cè)量主體組織的經(jīng)皮氧濃度和/或皮下氧濃度的方法。主體能夠是任何哺乳動(dòng)物、人類(lèi)或非人類(lèi)。如以上所討論的，組織的氧濃度能夠通過(guò)測(cè)量氧敏EPR探針材料的弛豫時(shí)間(T2)來(lái)確定。以下描述了使用讀出筆和光譜儀來(lái)檢測(cè)來(lái)自氧敏EPR探針材料的電子順磁共振(EPR)信號(hào)的示例方法。讀出筆和光譜儀能夠是以上所討論的任何讀出筆和光譜儀。該方法能夠包括：當(dāng)讀出筆的殼體的遠(yuǎn)端被定位接近氧敏EPR探針材料時(shí)在感興趣區(qū)域中檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)耦合環(huán)將檢測(cè)信號(hào)傳遞到光譜儀以及處理接收信號(hào)以測(cè)量EPR探針的EPR共振。

如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“大約”或“近似”指的是10％。

詞語(yǔ)“示例性的”在本文中被用于表示“作為示例，實(shí)例或例證”。描述為“示例性的”的任何實(shí)施例不一定被解釋為優(yōu)選的或比其他實(shí)施例有利，和/或不一定排除來(lái)自其他實(shí)施例的特征合并。

詞語(yǔ)“可選地”在本文中被用于表示“在一些實(shí)施例中被提供且在其他實(shí)施例中沒(méi)有被提供”。本發(fā)明的任何特定實(shí)施例可以包括多個(gè)“可選的”特征，除非這類(lèi)特征沖突。

術(shù)語(yǔ)“包含”、“包含了”、“包括”、“包括了”、“具有”以及其同源詞表示“包括但不限于”。

術(shù)語(yǔ)“由…構(gòu)成”表示“包括但不限于”。

術(shù)語(yǔ)“基本由…構(gòu)成”表示組成、方法或結(jié)構(gòu)可以包括附加的成分、步驟和/或部分，但是前提是附加的成分、步驟和/或部分沒(méi)有實(shí)質(zhì)性變更要求保護(hù)的組成、方法或結(jié)構(gòu)的基本特征和新穎特征。

如本文所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“所述”包括復(fù)數(shù)參考物，除非另有清楚指示。例如，術(shù)語(yǔ)“化合物”或“至少一種混合物”可以包括多種化合物，包括其混合物。

貫穿本申請(qǐng)，本發(fā)明的各種實(shí)施例可以以范圍格式被呈現(xiàn)。應(yīng)理解的是，范圍格式的描述僅僅是為了方便和簡(jiǎn)潔且不應(yīng)被解釋為是對(duì)本發(fā)明的范圍的不變限制。因此，范圍的描述應(yīng)被視為具有具體公開(kāi)的所有可能子范圍和該范圍內(nèi)的個(gè)別數(shù)值。例如，諸如從1到6的范圍的描述應(yīng)被視為具有諸如從1到3、從1到4、從1到5、從2到4、從2到6、從3到6等的具體公開(kāi)的子范圍和例如1、2、3、4、5和6的該范圍內(nèi)的個(gè)別數(shù)字。本應(yīng)用不考慮范圍的寬度。

每當(dāng)數(shù)值范圍在本文中被指示，其表示包括指示范圍內(nèi)的任何引用的數(shù)字(小數(shù)或整數(shù))。短語(yǔ)“范圍在第一指示數(shù)字與第二指示數(shù)字之間/在第一指示數(shù)字與第二指示數(shù)字之間變動(dòng)”以及“范圍從第一指示數(shù)字到第二指示數(shù)字/從第一指示數(shù)字變動(dòng)到第二指示數(shù)字”在本文中被可交換地使用且意味著包括第一指示數(shù)字和第二指示數(shù)字以及在其之間的分?jǐn)?shù)和整數(shù)。

意識(shí)到，本發(fā)明的某些特征(為了清楚，其在不同實(shí)施例的上下文中被描述)也可以在單個(gè)實(shí)施例中通過(guò)組合來(lái)被提供。相反地，本發(fā)明的各種特征(為了簡(jiǎn)潔，其在單個(gè)實(shí)施例的上下文中被描述)也可以在本發(fā)明的任何其他所述實(shí)施例分開(kāi)地、以任何合適的子組合或適宜地提供。在各種實(shí)施例的上下文中所描述的某些特征沒(méi)有被視為那些實(shí)施例的必要特征，除非實(shí)施例沒(méi)有那些元件就不可操作。

如上文所描繪的和下文權(quán)利要求部分所要求保護(hù)的本發(fā)明的各種實(shí)施例和方面將在以下示例中找到實(shí)驗(yàn)支持。

示例

現(xiàn)在參照下列示例和以上描述以非限制方式示出本發(fā)明的一些實(shí)施例。

設(shè)計(jì)了一種具有減小的尺度和改進(jìn)的靜磁場(chǎng)均勻度的探針。

磁體組件206的磁性材料是具有31MGOe的最大能量乘積的釤鈷(EEC2：17-31)。磁體組件206包括兩部分206A和206B，每個(gè)部分形狀為如圖7中所示的一半的圓柱體。部分206A和206B被定位為以由圓柱對(duì)稱性表征的非接觸布置彼此相對(duì)，從而形成大體圓柱形形狀，其中在部分206A和206B的表面之間有分隔開(kāi)的非磁性的或順磁的間隙。兩個(gè)半圓柱體被3mm間隙分隔。大體圓柱形的形狀的外直徑Do是20.6mm，內(nèi)直徑Di是16mm，并且軸向長(zhǎng)度h是12mm。第一部分和第二部分的磁化M分別平行于和反平行于圓柱體的對(duì)稱軸線。磁體組件206通過(guò)非導(dǎo)電的且非磁性的隔離物510(圖10)組裝，在本示例中該隔離物由塑料制成。

磁化的方向被選擇以在磁體組件206邊緣附近形成內(nèi)部的磁場(chǎng)大體均勻的區(qū)域。邊緣附近的均勻磁場(chǎng)是有利的，這是因?yàn)檠趺鬍PR材料(例如，附連到皮膚的貼紙)被定位在該區(qū)域處。

示出磁場(chǎng)輪廓的2D切口被示出在圖8中。如所示，在磁體結(jié)構(gòu)的表面處有均勻區(qū)域(其中偏差1-2G/mm)，其中場(chǎng)為大約100mT。

共振器組件208是由銅制成的環(huán)隙共振器組件。共振器組件被設(shè)計(jì)為允許具有順磁性材料的貼紙配合到共振器里面。共振器組件的示意圖被示出在圖9A(透視圖)和圖9B(剖視圖)中，示出共振器組件208和間隙5O2。共振器的外直徑是7.8mm和共振器的內(nèi)直徑是Di＝2mm。附加開(kāi)口被形成在如512處所示的間隙區(qū)域處。開(kāi)口512的直徑是1mm。

間隙502被部分填充有一片5mm厚的Rogers RT/6010(介電常數(shù)10.2)薄片以便于將共振器組件的共振頻率調(diào)節(jié)到基于磁體的靜態(tài)場(chǎng)的大約2.5GHz頻率。藍(lán)寶石調(diào)諧元件-Temex Ceramics AT6933-1SL，被插入到開(kāi)口512以進(jìn)一步微調(diào)共振器頻率。

共振器組件208包括由制成的共振器支撐元件504。共振器支撐元件504的形式是圓形圓柱形保持器，其環(huán)繞共振器體506。共振器支撐元件504的外直徑是12mm且共振器支撐元件504的內(nèi)直徑是7.8mm。

共振器被設(shè)計(jì)以作為獨(dú)立單元，從而允許共振器通過(guò)使用除了圖7中所示的磁體之外的靜磁場(chǎng)源獨(dú)立操作。

共振器支撐元件504借助于防護(hù)物508被配合到磁體組件206的內(nèi)部體積中，在本示例中防護(hù)物508由黃銅制成。包括磁體組件206、共振器組件208、防護(hù)物508、隔離物510以及RF耦合環(huán)110的總體布置的透視圖被示出在圖10中。

雖然本發(fā)明連同其具體實(shí)施例已經(jīng)被描述，但是明顯的是許多替代、修改和變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。因此，本文意在包含落入隨附權(quán)利要求的精神和寬范圍內(nèi)的所有這類(lèi)替代、修改和變化。

本說(shuō)明書(shū)中所提到的所有出版物、專(zhuān)利和專(zhuān)利申請(qǐng)?jiān)诒疚闹型ㄟ^(guò)引用以其整體被并入說(shuō)明書(shū)中，在相同的程度上好似每個(gè)單獨(dú)出版物、專(zhuān)利和專(zhuān)利申請(qǐng)被具體且單獨(dú)指示是通過(guò)引用被并入本文。此外，本申請(qǐng)中的任何參考文獻(xiàn)的引用和識(shí)別不應(yīng)被解釋為承認(rèn)這類(lèi)參考文獻(xiàn)對(duì)于本發(fā)明可作為現(xiàn)有技術(shù)。在一定程度上使用的段落標(biāo)題，其不應(yīng)被解釋為必要限制。