微功率冲激雷达:小说技术快速、实时检测气胸gydF4y2Ba

文摘gydF4y2Ba

气胸检测在紧急情况下必须快速的治疗。气胸的电流检测标准是仰卧的胸部x光检查,超声和CT扫描。不幸的是这些工具和必要的人员为他们灵巧的利用率可能不是现成的在严重的情况下,尤其是那些发生在院前设置。因此,决定治疗往往没有足够的信息。在这个报告中,我们描述一个新颖的手持设备,利用微功率脉冲雷达可靠地检测气胸的存在。技术采用超宽带脉冲的频率范围500 MHz到6 GHz和专有算法分析返回的回声来确定气胸存在,不需要用户解释。设备已经在创伤和手术评估环境敏感性为93%,特异性为85%。它是在欧洲CE标记和可供出售。邮政市场研究计划2011年5月开始。支持美国食品药品监督管理局提交临床研究将在2012年第一季度完成。gydF4y2Ba

1。介绍gydF4y2Ba

能够快速识别气胸(PTX)的照顾创伤受害者能够拯救生命。尤其是在未被发现的军事设定张力PTX被认为导致死亡多达4%的致命的战斗情况下(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。准确诊断的PTX送往医院之前的设置取决于体格检查技能包括能力寻找呼吸窘迫,颈静脉扩张,或气管偏移,监听降低肺的声音,和感觉捻发音或肋骨断裂。检测的结果但是可以挑战gydF4y2Ba2gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]即使医生提供者参与病人评估(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。因此,送往医院之前的协议通常包含一个低门槛干预临床疑似(PTX时gydF4y2Ba6gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

针减压,过程最常执行院前紧急PTX治疗,不是良性的和有可能诱发大量发病率当应用不当(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。的存在一个快速、实用、易于使用的诊断方法PTX送往医院之前的供应商将大大提高误差和促进准确的使用,直接干预为个人和胸腹的伤害。便携式肺超声(美国)具有较高的敏感性和特异性检测PTX [gydF4y2Ba11gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba14gydF4y2Ba),已被建议作为形态能够满足这种需求的gydF4y2Ba15gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。肺的性能,然而,需要先进的训练和其准确性是高度依赖运营商成为次优基本字段使用的医务人员(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。此外,有问题与我们现有的便携式设备包括成本、重量和耐用性,排除广泛采用地区资助紧急医疗服务(EMS)提供者。gydF4y2Ba

小说替代PTX检测已由PneumoSonics Inc .(美国克利夫兰,哦)。基于微功率脉冲雷达技术”(MIR),“PneumoScan”(图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)是一个便携设备,雷达发出超短脉冲与脉冲重复率(< 1 ns)的4 MHz。设备利用相同的时间超短脉冲电路控制,有33 gigasample-per-second瞬态数字转换器,使空气中的检测反射面与空间约5毫米(图的准确性gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。存储的雷达回波信号数字化,并立即使用专有的算法进行实时分析。gydF4y2Ba

2。微功率冲激雷达技术gydF4y2Ba

微功率冲激雷达技术已被PneumoSonics许可从劳伦斯利弗莫尔国家实验室用于医疗设备。这项技术使用很短的超宽频脉冲(UWB)渗入体腔。回声返回的结果的类型中,遇到的路径的脉搏。反射和透射系数的大小取决于结构的相对介电常数。使用空气的事实有不同的介电常数比正常的身体体质,可以使用米尔气胸的检测。同样,只要涉及到的组织(及其介电常数)是已知的,反射之间的距离可以通过测量时间和执行简单的数学计算。生产和检测的优点非常简短的雷达脉冲是相当大的。gydF4y2Ba(我)gydF4y2Ba目标回声返回大量的信息。短脉冲,系统运行在宽带频率,高分辨率和精度。该系统也从其他雷达干扰的影响较小。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba电池电流只画在短时间内系统脉冲,因此电力需求极低(< 0.1瓦特)。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba相关的微波功率脉冲传输是非常低(平均几十毫瓦)和医学上是安全的。gydF4y2Ba

使用超宽频本身的优点很重要,它可以穿透不同组织密度。通过优化中心频率、超宽频信号能够区分组织类型(例如,脂肪、肌肉、骨骼、血液汇集)从空气和彼此。此外,系统容易穿透衣服允许设备中使用的字段或在医院设置快速而无需中断病人。gydF4y2Ba

3所示。使用PneumoScangydF4y2Ba

使用PneumoScan非常简单,总扫描时间小于1分钟。设备是由获得信号的收发器放置在沿着前胸腔(图8预先确定网站gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。这些位置被设计允许快速扫描整个胸腔的隔离PTX身体的特定方面。数据发送实时分析程序的连接,手持电脑。皮肤接触是不必要的米尔脉冲可以穿透衣服。设备会发出声响和视觉信号扫描完成时。一旦所有扫描完成,PneumoScan分析回声,马上将结果显示给用户(图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)表明PTX的存在和位置(边)。gydF4y2Ba

4所示。模拟气胸gydF4y2Ba

初始米尔PTX检测技术的研究进行了使用幻影系统(同心光盘装满水或空气)专门模拟pneumothoraces开发不同的厚度。如图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba米尔信号改变空气袋厚度的函数(测试范围:3 - 12毫米)。响应的均方根偏差信号获取与计算,没有模拟PTX幻影。日志正常PTX的厚度和偏差之间的关系从控制幻影。这些米尔传输/反射系统的特点可以应用于一维的投影PTX体积。每个扫描对幽灵然后比较系统没有PTX礼物。(图的差异gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)出现在约281点,对应的起始深度气胸在《幽灵基于飞行时间的计算。使用适当的过滤器和分析方法,我们可以确定的深度PTX,多大的气胸是基于时间前往第二介电层,和检测边缘允许重建气胸的形状和大小。gydF4y2Ba

5。初步的临床数据gydF4y2Ba

最初的临床测试病人进行两个1级创伤中心(底特律接收医院和Sinai-Grace医院,位于底特律,MI,美国)钝或渗透胸部受伤。PneumoScan使用一个原型,阅读了之前任何干预应急部门人员和确认与x光胸透(CXR)或计算机断层扫描(CT)扫描。然后我们评估设备的诊断能力基于以下定义。gydF4y2Ba(我)gydF4y2Ba真阳性:米尔设备识别的临床重要PTX和正确的肺,CXR或CT证实的。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba真阴性:米尔和CXR或CT确定没有临床意义上的PTX。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba假阳性:米尔标识存在临床重大PTX,虽然CXR或CT不。gydF4y2Ba(iv)gydF4y2Ba假阴性:CXR或CT临床识别重大PTX但米尔并不或米尔PTX时识别不正确的肺现在虽然不是检测正确的肺。gydF4y2Ba

合理的敏感性(93%)和特异性(表中被发现gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)进一步促使设备改进和后续研究的病人安排选修课心胸外科手术,他天生的过程,发展PTX的风险。使用目前的商业开发版本的PneumoScan,阅读是在所有收购8点在前,内部,术后存在PTX直观地证实了操作外科医生(使用,本研究的目的,成了诊断)。数据处理与双盲的临床结果和设备的结果。灵敏度与创伤的初步研究(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba(表),但特异性略低gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。值得注意的是,灵敏度PneumoScan的这两项研究是远比已报道CXR (28 - 75%)gydF4y2Ba13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

6。设备可用性gydF4y2Ba

虽然PneumoScan尚未批准的食品和药物管理局(FDA)在美国(美国),使用它是分布在欧洲CE标志。时间发布研究计划于2011年5月,欧洲将提供重要的数据对实际性能设备使用时的创伤。提交给FDA针对2012年1月,等待最终的完成,双盲,前/ posttrial PneumoScan肺活检手术的病人。开始三个学术医疗中心在美国,这个试验是为了演示设备的敏感性和特异性95%置信区间为88.7%至98.4%;假设3%的辍学率,共有345名调查对象将前瞻性。gydF4y2Ba

7所示。未来的发展方向gydF4y2Ba

改善天线设计和一个先进的算法,PneumoScan也许能够提供信息的特定位置和体积PTX。进一步细化还可以提供within-patient监控允许快速评估病人的状态的变化和更精确的量化后处理PTX决议。后者可以显著减少需要重复CXR从而减少复合暴露在有害的电离辐射。gydF4y2Ba

目前,超宽频米尔天线和电子产品提供数据表示一维介质梯度进身体的体积表示。机制的本质,夫妇到体内的能量与目前使用的喇叭天线类型PneumoScan是传播本质上是半球的“方向”。也就是说,球面波前穿透身体,如图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba集中在天线的脸,和沿径向传播,返回一个从介质反射的差异不断扩大的形式与这些差异的交叉的球形半球。异常在典型的电介质PTX穿越径向在全部或部分的体积,这取决于它们的大小。gydF4y2Ba

扫描可以在身体的表面和反演的反应可以提供一个精确的描述异常的体积。逆散射可以用来恢复体积和在某种程度上,任何散射体积的形象在人体内,选择一个合适的数据采集和处理技术。如图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba介质的形式对象可以通过假设散射区域生成gydF4y2Ba(gydF4y2Ba),几乎与梯度平面gydF4y2BazgydF4y2Ba方向,gydF4y2BaggydF4y2Ba(gydF4y2BazgydF4y2Ba)。处理本身非常几何但与氡或需要CT投影方法,它是基于体积集成,不是完整的层析反演。gydF4y2Ba

额外的扫描位置提供更多的细节,可以帮助澄清几何复杂体积相互作用。优化体积与PneumoScan评估,因此,可能需要细化的数据是如何获得的,具体的数量和位置扫描性能。为了更好地理解这一点,一个试点研究创伤患者目前在马萨诸塞州总医院(美国波士顿,MA)与PTX体积比较PneumoScan数据从多探测器CT图像量化使用专有的计算机辅助容量分析方案(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

8。结论gydF4y2Ba

PSI已经开发了一个即时的、非侵入性的、便携式检测PTX轻量级、低功耗、诊断工具。基于小说,米尔技术,初步数据PneumoScan令人鼓舞的敏感性为93%,特异性至少85%。进一步研究PneumoScan的进步和提交给FDA的批准计划在2012年初。PneumoScan一直CE标志和在欧洲目前可供临床使用。gydF4y2Ba

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