[发明专利]用于捕捉和分析瞳孔图像以测定毒理学和神经生理学的系统和方法

说明书

本发明公开了用于捕捉瞳孔对光反射(PLR)的系统和方法，该系统和方法通过捕捉受试者瞳孔(12)的图像(例如使用智能手机)，提取(34、36)图像数据以测定PLR并将PLR分类以提供分析输出，例如神经学或精神病学大脑状态的诊断或预后。

本发明公开了用于捕捉瞳孔对光反射(PLR)和使用PLR用于分析方法的系统、方法和装置，包括诊断受试者中的化学物质水平和治疗疾病。

对瞳孔大小的观测和测量可追溯到阿基米德(公元前287-212年)和伽利略(1564-1642年)。几百年来，医生和科学家一直在研究瞳孔对光收缩的简单反射弧。视网膜神经节细胞通过视神经、视交叉和视束将传入神经投射至突触与中脑顶盖前区(pretectum)的插入神经元。这些顶盖前区神经元将传入信息传导到动眼神经复合体中作用于虹膜括约肌的细胞核。该细胞核的节前传出纤维与第三脑神经一起到达睫状神经节，最后，节后短睫状纤维到达虹膜括约肌的肌肉细胞，导致瞳孔收缩。瞳孔对光收缩的过程可以容易地总结出来，但隐藏在大脑中大量的相互联系对瞳孔对光反射(PLR)产生微妙但可识别的影响。

本领域已知能够捕捉PLR的瞳孔计。示例性美国专利为：

US 6,116,736——具有瞳孔不规则检测功能的瞳孔计；

US 6,820,979——具有瞳孔不规则检测、瞳孔跟踪和瞳孔反应检测功能、青光眼筛查功能、颅内压检测功能和眼像差测量功能的瞳孔计；

US 7,967,442——用于监测斜视和瞳孔不对称对刺激反应的方法、系统和设备；和

US 8,393,734——瞳孔筛查方法和系统。

传统的瞳孔计是适用于捕捉PLR的指定设备，并且通常与眼睛接触以捕捉瞳孔的图像。此外，商用或消费者版本的瞳孔计通常不提供任何PLR的解释。

一种目前用于检测测试受试者中化学物质的方法是基于流体的测试。市售化验测试使用抗体来检测血液中某些物质的存在。化验测试的三个缺点：

1)测试难以检测纯合成毒物，例如芬太尼或美沙酮；

2)测试揭示了血脑屏障外血液中药物的含量，而非血脑屏障内的神经状态或血液含量；和

3)测试需要时间并且是侵入性的。基于流体的测试需要采集流体，然后进行测试。通常需要超过15分钟来运行测试并获得结果。

相比之下，下文所公开的方法提供了对实际神经毒性的即时查阅，并通过非侵入性程序提供目前的神经状态与血液、唾液或尿液毒物水平的更相关的结果。下文所公开的方法在几乎任何环境(例如在临床环境之外)中都能简单地用于无意识患者。

目前用于检测测试受试者中化学物质的第二种方法是质谱测试，目前被视为检测和鉴定化学物质的“黄金标准”。流体样品通常必须送到实验室进行质谱分析。结果的等待时间通常至少为12小时，并且当流体样品分批发送时，等待时间可能超过一周。除了反应时间慢以外，质谱测试还有一个类似于化验测试的缺点。这些测试测量了体液中的毒物水平，而不是越过血脑屏障的毒物水平，或者更重要地，不是那些毒物水平诱导的神经状态。在许多情况下，这些并不相同。总之，是从体液中的毒物水平推断患者的神经状态。

以下本发明目的是提供方法、系统和装置以有效：

■测定用于触发PLR以观察瞳孔行为的方法。该方法包括但不限于变化的照明次序。

■获取足够清晰的图像，以便在高频下精确测量瞳孔。

■识别与各种中枢神经系统(CNS)状况相关的PLR要素。

■分析样品中不同的PLR模式(元素)以鉴定个体状况。

优于现有实验室处理方法和现有PLR设备的益处包括：

■相比实验室的结果返回速度。

■相比两者的便携性。