使用無纖維的透反射探針對分析物濃度的無創(chuàng)測量的制作方法
【專利摘要】一種使用無纖維的透反射探針(20)無創(chuàng)測量樣本基質(zhì)(22)中的目標分析物濃度的方法和設(shè)備。其包括將由至少兩種不同波長成分構(gòu)成的電磁輻射束引導(dǎo)到樣本基質(zhì)(22)，并將背向散射輻射傳導(dǎo)到檢測器(18)，檢測器輸出指示出樣本基質(zhì)(22)中的兩個波長的差異吸收率的信號。透反射探針(20)包括具有內(nèi)反射表面(52)的錐形管狀殼體(50)、具有外反射表面(45)的光桿(40)和檢測窗(46)，檢測窗充當(dāng)探針和樣本基質(zhì)(22)表面之間的界面。所述方法和設(shè)備尤其用于測量包含血液的組織(22)中的葡萄糖濃度。
【專利說明】使用無纖維的透反射探針對分析物濃度的無創(chuàng)測量

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開總體上涉及生物醫(yī)學(xué)測試領(lǐng)域。更具體地說，本公開涉及用于無創(chuàng)測量身 體組織中的分析物的濃度的方法和設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 在過去的二十年，對血糖濃度的無創(chuàng)診斷和測量得到大量關(guān)注，因為尤其當(dāng)與整 體肥胖人口的增加相關(guān)聯(lián)時，糖尿病迅速蔓延。血糖的無創(chuàng)測量提供了增加測試頻率的可 能性，由此，使得可以經(jīng)由相應(yīng)地調(diào)節(jié)胰島素劑量來更嚴格地控制血糖濃度。無創(chuàng)檢測技術(shù) 還提供了用于監(jiān)控和調(diào)整胰島素劑量的便攜式閉環(huán)系統(tǒng)的可能性。這些可能的優(yōu)點導(dǎo)致對 無創(chuàng)血糖監(jiān)控裝置的商業(yè)化的大量關(guān)注。
[0003] 現(xiàn)今，用于測量血糖的所有可用的便攜式終端用戶裝置要求刺穿指尖來獲得血 樣。然后，將血樣放置在表明血糖濃度的試驗片上。這些裝置十分緊湊，并相當(dāng)精確，但是 刺穿指尖來獲得血樣是不便的、疼痛的，并有感染的風(fēng)險。目前，商為上沒有用于測量血糖 的無創(chuàng)裝置。
[0004] 已進行許多嘗試來通過測量近紅外能量光譜（約650nm至2700nm)中的光輻射的 組織吸收率來無創(chuàng)地測量血糖濃度。Harjunmaa等人的美國專利No. 5, 099, 123 (整體內(nèi)容 作為引用并入本文）公開了一種用于測量混濁基質(zhì)（即體液和組織）中的分析物濃度的平 衡差異（或光橋?)方法。該方法利用兩個波長，即在目標分析物中被高度吸收的主波長 和使用平衡過程選擇的、在目標分析物中不（或更少）被吸收的參考波長。這兩個波長選 擇成在背景基質(zhì)中具有基本上相同的消光系數(shù)。當(dāng)將包括這兩個波長的輻射束交替相繼地 施加到樣本組織基質(zhì)時，在測量由基質(zhì)透射或背向散射的輻射的信號檢測器中記錄與波長 交替同步的交替信號。交替信號的幅度與樣本基質(zhì)中的目標分析物濃度成比例。在測量期 間，使用光橋平衡工藝來改變兩個交替波長及它們的相對強度，使得在沒有分析物時，檢測 器信號基本上為零。即，光橋使用兩個近紅外波長來"清空（null out)"背景吸收率，使得 分析物濃度變得更加可見。
[0005] 隨后，在Harjunmaa等人的美國專利No. 5, 178, 142 (作為引用并入本文）中，公開 了一種方法，通過改變組織的機械壓力并且在樣本中存在最小水平的分析物時使透射/反 射信號歸零（平衡）來改變組織基質(zhì)的細胞外與細胞內(nèi)的液比。
[0006] 在Harjunmaa等人的美國專利No. 7, 003, 337(作為引用并入本文）中，公開了使 用另一輻射（比如由血紅蛋白吸收的綠光）連續(xù)預(yù)估在樣本內(nèi)包含目標分析物的流體量， 并組合樣本檢測器的輸出與流體體積預(yù)估值來計算分析物濃度。此外，在Harjunmaa等人 的美國申請No. 11/526, 564(也作為引用并入本文）中，公開了一種使用三個固定波長激光 二極管代替在使用時調(diào)諧激光波長來生產(chǎn)輻射束的方法。
[0007] 其它相關(guān)專利包括美國專利 No. 5, 112, 124、No. 5, 137, 023、No. 5, 183, 042、 No. 5, 277, 181和No. 5, 372, 135,它們的整體內(nèi)容均通過引用并入本文。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本公開描述了一種用于使用無纖維的透反射探針（fiberless transflectance probe)無創(chuàng)地測量樣本中的目標分析物濃度的方法和設(shè)備。本公開的第一方面是用于無創(chuàng) 地檢查目標區(qū)域以測量目標分析物量的說明性設(shè)備，其中，該設(shè)備包括用于產(chǎn)生電磁輻射 組合束的源，電磁輻射組合束包括具有不同波長的輻射的至少兩個重復(fù)周期，對于目標分 析物，波長中的至少兩個具有不同吸收系數(shù)。該設(shè)備還包括檢測器和無纖維的透反射探針， 檢測器布置成檢測由目標區(qū)域背向散射的輻射的一部分，所述檢測器在輻射的兩個重復(fù)周 期任一中產(chǎn)生與檢測的組合束強度成比例的輸出信號，無纖維的透反射探針用于將電磁輻 射束引導(dǎo)到目標區(qū)域，并將背向散射光引導(dǎo)到檢測器，其中，無纖維的透反射探針包括具有 內(nèi)反射表面的錐形管狀殼體、具有外反射表面的柱形光桿和檢測窗，經(jīng)由檢測窗，輻射束透 射到目標區(qū)域。
[0009] 本公開的另一方面是說明性的透反射探針，用于測量樣本屬性，該探針包括：檢測 窗，經(jīng)由檢測窗可照射所述樣本；光桿，具有外反射表面，垂直于檢測窗定位；錐形管狀殼 體，具有內(nèi)反射表面，定位在所述光桿周圍；至少一個光源，用于照射樣本；以及檢測器，定 位在光桿近端，以檢測由樣本背向散射的光。
[0010] 本公開的又一方面是無創(chuàng)檢查目標區(qū)域以測量目標分析物量的說明性方法，包 括以下步驟：提供無纖維的透反射探針，所述探針包括具有內(nèi)反射表面的錐形管狀殼體、 檢測窗和具有外反射表面的光桿，所述光桿垂直于所述檢測窗定位。該方法還包括提 供以兩個不同波長操作的至少兩個光源，用于產(chǎn)生由至少兩個時分多路復(fù)用分量（time multiplexed component)構(gòu)成的福射束；通過在所述管狀殼體的內(nèi)表面和所述光桿的外表 面上反射來將所述輻射束透射到所述目標區(qū)域；通過在所述光桿的內(nèi)表面上反射而將來自 所述目標區(qū)域的背向散射束傳導(dǎo)到所述檢測器；以及提供檢測器，所述檢測器檢測所述背 向散射束，并產(chǎn)生指示出由所述目標區(qū)域?qū)蓚€波長的差異吸收率的輸出信號。
[0011] 應(yīng)理解的是，前述總體描述和下述詳細描述兩者僅是示例性和解釋性的，并不會 如權(quán)利要求所要求的那樣限制本發(fā)明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 并入本說明書并構(gòu)成本說明書一部分的附圖示出本發(fā)明的實施例，并與下列描述 一起用于解釋本發(fā)明各方面的原理。
[0013] 圖1是根據(jù)本公開實施例的分析物測試裝置的示意圖；
[0014] 圖2A和2B示出根據(jù)本公開實施例的光橋操作；
[0015] 圖3A是說明性無纖維的透反射探針實施例的示意圖；
[0016] 圖3B是圖3A所示無纖維的透反射探針實施例的遠端的示意圖；以及
[0017] 圖4示出根據(jù)本公開實施例的入射到測量地點的輻射束的分布。

【具體實施方式】
[0018] 現(xiàn)在詳細參考與本公開一致的實施例，附圖中示出實施例的示例。必要時，在附圖 中，相同的附圖標號用于指代相同或類似的部件。
[0019] 在示例性實施例中，包括無纖維的透反射探針的光學(xué)系統(tǒng)用于測量樣本基質(zhì)內(nèi)的 流體中的目標分析物濃度。使用根據(jù)光橋?技術(shù)開發(fā)的便攜式裝置測量和分析分析物濃 度。根據(jù)本公開的實施例以及光橋?技術(shù)，使用電磁輻射束來執(zhí)行對分析物濃度的無創(chuàng)光 學(xué)測量，電磁輻射束在"主"波長參考"波長（Ai)和輔助波長\ 2之間以特定頻率 交替變化。A ^選擇成獲得高分析物吸收率，A :選擇成具有最小分析物吸收率。在光橋? 平衡步驟期間，^被調(diào)節(jié)成在缺血組織（blood-less issue)中具有與^^相同的吸收率。 輔助波長A 2選擇成在流體的成分中具有高吸收率，并用于提供對樣本基質(zhì)的流體含量的 預(yù)估。在本公開的示例性實施例中，無纖維的透反射探針用于測量血液（即流體）中的葡 萄糖（即，目標分析物）濃度。在這樣實施例中，A ^選擇成為約1620nm，A i選擇成為約 1380nm，它們處于近紅外能量光譜中。輔助波長入2選擇成為約525nm，其是用于血紅蛋白 的等吸收度波長，并提供對血液的極好靈敏度。在一個這種實施例中，三個波長X。、入 1和 入2分別為1620+/-20nm、1380+/-20nm和525+/-20nm。電磁輻射束由以100Hz頻率交替變 化的三個不同波長（入^、入i和入 2)的時分多路復(fù)用分量組成。在另一實施例中，一些或所 有波長始終作用，即它們不會交替變化。在某些實施例中，通過檢測器或處理器將信號分為 其波長成分。
[0020] 圖1示出分析物測試裝置10的概念圖，其利用光橋?技術(shù)來無創(chuàng)地測量樣本基質(zhì) (例如，組織基質(zhì)）流體（例如，血液）中的目標分析物（例如，葡萄糖）濃度。分析物測試 裝置10包括分別以波長A ^和A i操作的至少兩個激光二極管12和14、信號檢測器18和 光學(xué)透反射探針20,光學(xué)透反射探針使激光二極管與測量地點22連接起來。在一個實施例 中，分析物測試裝置10還包括以波長\ 2操作的至少一個LED 16。穿過光學(xué)探針20的射 束在^^^和之間以預(yù)選擇頻率交替變化。波長交替由激光控制器模塊24驅(qū)動。測 量地點22選擇成使其：1)易于接近；2)由包含目標分析物的流體充滿；3)足夠小以匹配便 攜式器材的樣本端口；4)可容易地壓縮/膨脹。在本公開的一個實施例中，對象的耳垂充 當(dāng)測量地點22。在另一實施例中，對象的手指充當(dāng)測量地點22。
[0021] 在示例性實施例中，在測量期間，通過對測量地點施加變化的機械壓力來改變測 量地點22的細胞外與細胞內(nèi)的液比。在這種實施例中，測量地點22中的流體量借助線性 致動器26來調(diào)制，如圖1所示。線性致動器以足以使流體（具有目標分析物）從測量地點 22移位的壓力壓縮測量地點22。在一個這種實施例中，線性致動器以收縮血壓三倍的壓力 壓縮測量地點22。當(dāng)釋放壓縮力時，移位的流體返回測量地點。在一個實施例中，線性致動 器26對著光學(xué)探針20壓縮測量地點22。在另一實施例中，線性致動器26對著測量地點 22壓縮光學(xué)探針20。
[0022] 光橋?技術(shù)利用的原理是，盡管在壓縮期間一些殘留量的分析物仍位于測量地點 22,但是與非壓縮組織相比，壓縮組織的具有目標分析物的流體比例比較小。在另一實施例 中，由于因心跳引起的自然脈動，允許細胞外與細胞內(nèi)的液比變化，測量周期與這種脈動同 步。當(dāng)測量地點中的細胞外液體積因機械壓縮或自然脈動減少時，輻射束的光路包含最少 的流體和目標分析物。在每次測量開始時在該位置執(zhí)行光橋?平衡，以獲得最大背景抑制。 該平衡通過調(diào)節(jié)兩個波長A y A i的光強來執(zhí)行，還通過修改參考波長A i來執(zhí)行。在平衡 過程中，補償背景基質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化。如圖2A所示，光強和波長^被調(diào)節(jié)成當(dāng)流體和分析 物在光路中最少時，基線吸收率（由光橋信號28表示出）基本上為零，并且波長A ^和入： 的差異吸收率（由檢測器輸出電壓30中的變化表示出）最小。光橋信號28有效地成為整 流過的檢測器輸出電壓30。
[0023] 在利用壓縮機構(gòu)的示例性實施例中，在使光橋平衡之后，放松對測量地點22的壓 力，從而允許流體返回該地點。兩個波長^^和^的衰減在未壓縮位置不同，如圖2B中的 檢測器輸出電壓30的較大變化所示。在未壓縮位置，光橋信號28更高（S卩，在測量地點22 中有更多的背景吸收率），如圖2B所示。檢測器輸出電壓30的變化與流體中的目標分析物 (例如，葡萄糖）量的改變成比例。為了精確地計算出流體中的分析物濃度，還必須測量出 測量地點中的流體量的變化。波長A 2由流體成分高度吸收，并跟隨與波長A ^和A i相同 的光路，用于補償測量地點中的流體體積變化。處理從所檢測的A 2信號中提取的特征以 預(yù)估流體體積，然后，其與所檢測的X。和入，信號輸出組合，以產(chǎn)生對血液中的分析物濃度 的預(yù)估。
[0024] 在一個實施例中，如圖1所示，輔助輻射源34用于檢測脈沖，并使所述測量與血液 到測量地點22的涌入同步。在一個實施例中，輔助輻射源34是以525nm(用于血紅蛋白的 等吸收度波長）操作的LED。輔助輻射源34被引導(dǎo)到樣本基質(zhì)的一部分，該部分始終維持 良好的循環(huán)。例如，輻射源34可被引導(dǎo)到樣本基質(zhì)位于測量地點22之外的部分，該部分沒 有被線性致動器26壓縮。輻射源34產(chǎn)生由組織散射的脈沖檢測束，原始射束的一小部分 由信號檢測器18檢測到。輔助輻射源34在測量步驟之前操作，以使測量過程的開始與血 壓的變化同步。
[0025] 在一個示例性實施例中，光學(xué)探針20構(gòu)造用于透反射測量，其中，輻射束插入測 量地點22,背向散射束由信號檢測器18檢測到。然后，檢測器產(chǎn)生指示目標分析物的差異 吸收率的信號。這種實施例的重要考慮因素是，從測量地點22表面反射的光不應(yīng)當(dāng)?shù)竭_檢 測器，因為其會蓋過背向散射光。
[0026] 在一個這種實施例中，使用分叉的光纖束執(zhí)行透反射測量，分叉的光纖束的第一 部分適于從以波長\和A i操作的激光二極管接收光，分叉的光纖束的第二部分適于將 背向散射光傳導(dǎo)至信號檢測器。纖維束穿過光學(xué)探針20,纖維束的公共端壓靠在測量地點 22,以用于透反射測量。
[0027] 在另一實施例中，使用無纖維的透反射探針20執(zhí)行透反射測量，如圖3A所示。透 反射探針20使激光二極管12、14、至少一個LED 16和樣本檢測器18與測量地點22連接起 來。透反射探針20包括具有拋光外表面45的柱形光桿40。在一個實施例中，光桿40由熔 凝石英制成，外表面45涂覆有鋁，以增加表面反射率。在另一實施例中，光桿40是玻璃桿， 鋁涂覆在外表面45上。光桿40垂直于圓形檢測窗46定位。光桿40的遠端42插入檢測 窗46的圓形開口 44中，使得光桿的最遠端沿軸向與檢測窗的遠端表面49對齊，并與測量 地點22的表面直接接觸。為了限制入射光與背向散射光之間的相互作用，在光桿40的長 度范圍（包括插入檢測窗46中的遠端42)內(nèi)用鋁涂覆光桿40。另外，光桿40和檢測窗46 緊密地聯(lián)接起來，以確保從測量地點22背向散射的輻射的主要部分進入光桿40。
[0028] 在測量期間，電磁輻射束經(jīng)由檢測窗46透射到測量地點22。因此，檢測窗46充當(dāng) 樣本基質(zhì)和裝置硬件之間的界面。檢測窗46還用于在壓縮/解壓過程中對測量地點22施 加機械壓力，如先前所述。在與本公開一致的一個實施例中，檢測窗46由玻璃或石英制成。 在另一實施例中，檢測窗46由熱塑性聚合物制成，該熱塑性聚合物在由^^^和組成 的波長范圍中具有高透射率，具有低的濕度吸收能力，并適用于注塑成型。這種熱塑性聚合 物的示例包括但并不限于環(huán)狀聚烯烴（COP)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)和聚苯乙烯（PS)。
[0029] 光桿40還由具有內(nèi)反射表面的錐形管狀殼體50圍繞。在一個實施例中，內(nèi)表面 52加鋁皮，以增加表面反射率。錐形管狀殼體50的遠端54與檢測窗46聯(lián)接，如圖3B所 示。在與本公開一致的一個實施例中，錐形管狀殼體50由石英或玻璃制成。在另一實施例 中，錐形管狀殼體50通過使用注塑成型由熱塑性聚合物制成，內(nèi)表面52涂覆有鋁以增加表 面反射率。在又一實施例中，檢測窗46和錐形管狀殼體50使用相同熱塑性聚合物一起注 塑成型。
[0030] 錐形管狀殼體50還便于使由激光二極管和LED發(fā)射的輻射束成形。內(nèi)表面52的 形狀和管狀殼體的錐角引導(dǎo)發(fā)射束在測量地點22上的分布。在與本公開一致的一個優(yōu)選 實施例中，管狀殼體50構(gòu)造為具有7. 5°錐角（縱向角度與壁之間的角度）的截錐殼。在 另一實施例中，錐形管狀殼體50的內(nèi)表面被分成小平面，以將入射光均勻地分配在測量地 點22上。管狀殼體中的小平面數(shù)量對應(yīng)于光學(xué)探針20中使用的激光二極管和LED的數(shù)量。 在一個實施例中，光學(xué)探針20包括四個激光二極管（每兩個用于波長?^和和兩個以 波長A 2操作的LED。在這種實施例中，錐形管狀殼體50的內(nèi)表面52具有分成小平面的六 邊形形狀，如圖3A和3B所示。內(nèi)表面52上的小平面是凸柱形式，每個小平面的曲率半徑 針對對應(yīng)的光源最優(yōu)化，以提供來自不同源的光在測量地點22上的均勻分布。在本公開的 示例性實施例中，無纖維的透反射探針20用在光學(xué)檢測系統(tǒng)中，以測量血糖濃度。在這種 實施例中，選擇成為1620nm，^選擇成為1380nm，與以和：^操作的激光相關(guān)聯(lián)的 柱形小平面的曲率半徑分別為7. 2_和6. 1_。另外，激光二極管12、14與管狀殼體的中心 縱軸的距離引導(dǎo)發(fā)射束在測量地點22上的分布。在用于測量血糖濃度的實施例中，如上所 述，激光二極管與中心軸線的距離為5. 3mm。
[0031] 激光二極管12、14安裝在位于錐形管狀殼體50近端56處的散熱器60上，以用于 溫度穩(wěn)定性。在一個實施例中，LED 16也安裝在鄰近激光二極管的散熱器上。在另一實施 例中，LED安裝在位于散熱器60下方的定位板62上，如圖3A所示，以維持用于激光二極管 的穩(wěn)定操作條件。
[0032] 包括波長A ^、入i和入2的輻射束通過在光桿40外表面45上以及錐形管狀殼體 50內(nèi)表面52上反射而透射到測量地點22。圖4示出來自四個激光二極管的光在測量地點 22上的分布。如圖所示，來自多個源的光角均勻地分布在測量地點，圍繞光桿40的區(qū)域比 圍繞管狀殼體50邊緣的區(qū)域接收更多輻射。入射到測量地點22的一些光由樣本背向散 射，背向散射的光的一小部分到達光桿40內(nèi)部，并通過在光桿內(nèi)表面上反射而傳導(dǎo)到信號 檢測器18。樣本檢測器18(圖3A中未示出）定位在光桿40近端44。當(dāng)背向散射光到達 檢測器18時，通過樣本基質(zhì)中的流體產(chǎn)生與波長\和A :的差異吸收率成比例的交替信 號。然后，使用信號處理算法從輸出信號中計算出流體中的目標分析物濃度。
[0033] 在與本公開以及光橋?技術(shù)一致的一個示例性實施例中，分析物測試裝置10是手 持單元。再次參見圖1，手持單元包括用于測量結(jié)果的圖形顯示的屏幕27、由處理器23構(gòu) 成的用于操作裝置和計算出目標分析物濃度的機載電子設(shè)備以及用于驅(qū)動激光二極管12、 14和LED 16的控制模塊24。手持單元可由外部電源、可再充電電池或經(jīng)由USB端口供電。 另外，手持式分析物測試裝置10由存儲測量結(jié)果的存儲器25構(gòu)成。存儲器25還可包含用 于使用和操作裝置的、要顯示在屏幕27上的互動指令。所述指令可包括互動特征豐富的 表示，包括提供用于操作裝置的音頻/視頻指令或者簡單文本的顯示在屏幕上的多媒體記 錄，示出用于操作和使用該裝置的逐步指令。包含互動指令與裝置消除了進行擴展訓(xùn)練使 用的需要，允許病人自我測試和由除醫(yī)療人士之外的人使用。在示例性實施例中，存儲器25 還可包含用于裝置的統(tǒng)計校準的參考數(shù)據(jù)庫。在另一實施例中，參考數(shù)據(jù)庫可經(jīng)由無線或 有線連接從遠程存儲裝置訪問。類似地，由分析物測試裝置10從對象收集的數(shù)據(jù)可記錄在 數(shù)據(jù)庫中以備未來參考。
[0034] 分析物測試裝置10可以是獨立系統(tǒng)或者可與移動或靜止裝置結(jié)合操作，以便于 顯示或存儲數(shù)據(jù)以及在需要治療行為時給醫(yī)護人員發(fā)信號（如果該裝置用于連續(xù)監(jiān)控與 疾病狀態(tài)相關(guān)的診斷參數(shù)）。移動裝置可包括但并不限于手持裝置和遠離分析物測試裝置 10但與其連通的無線裝置。靜止裝置可包括但并不限于桌上型電腦、打印機和顯示或存儲 測試結(jié)果的其它外圍設(shè)備。在示例性實施例中，分析物測試裝置10在可移除存儲卡21 (比 如快閃記憶（CF)卡）上存儲每個病歷（包括討論和測試結(jié)果的總結(jié)）。然后，使用者可使 用存儲卡21將病人信息和程序數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機，或者產(chǎn)生數(shù)據(jù)和討論總結(jié)的打印輸出。 在另一實施例中，來自處理器23的結(jié)果直接傳送到外部移動或靜止裝置，以便于顯示或存 儲數(shù)據(jù)。例如，來自處理器23的結(jié)果可使用PC界面（比如USB端口、IRDA端口、藍牙⑧或 其它無線鏈路）顯示或存儲在PC 29上。在又一實施例中，所述結(jié)果可無線或經(jīng)由纜線傳 送到打印機31，打印機打印出由參加的醫(yī)療人員使用的結(jié)果。此外，分析物測試裝置10可 將數(shù)據(jù)發(fā)送到另一移動或靜止裝置，以便于更復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理或分析。例如，與PC 29結(jié)合 操作的裝置可發(fā)送數(shù)據(jù)，以由計算機進行進一步處理。
[0035] 盡管在此主要針對測量血糖濃度描述了光橋》方法和分析物測試裝置10,但是 本公開所呈現(xiàn)的方法和裝置還可用于檢測其它分析物的濃度，比如血液或其它流體中的尿 素、膽固醇、煙堿、毒品等。另外，無纖維的透反射探針20及其使用方法可用于以紅外、可見 或紫外波長范圍操作的任何光學(xué)檢測系統(tǒng)中。
[0036] 通過考慮本文公開的發(fā)明的說明書和實踐，本領(lǐng)域技術(shù)人員會清楚本發(fā)明的其它 實施例。說明書和示例應(yīng)認為僅是示例性的，本發(fā)明的真實范圍和精神由下列權(quán)利要求書 指示。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于無創(chuàng)檢查目標區(qū)域以測量目標分析物的量的設(shè)備，包括： 用于產(chǎn)生電磁輻射組合束的源，電磁輻射組合束包括具有不同波長的輻射的至少兩個 重復(fù)周期，對于所述目標分析物，波長中的至少兩個具有不同吸收系數(shù)； 檢測器，布置成檢測由所述目標區(qū)域背向散射的輻射的一部分，所述檢測器在所述輻 射的兩個重復(fù)周期中的每個重復(fù)周期中產(chǎn)生與檢測到的組合束強度成比例的輸出信號；以 及 無纖維的透反射探針，用于將電磁輻射束引導(dǎo)到所述目標區(qū)域，并將背向散射的輻射 傳導(dǎo)到所述檢測器； 其中，所述無纖維的透反射探針包括具有內(nèi)反射表面的錐形管狀殼體、具有外反射表 面的柱形光桿和檢測窗，經(jīng)由所述檢測窗，電磁輻射束透射到所述目標區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述目標區(qū)域包括流體。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括用于壓縮和解壓所述目標區(qū)域的裝置，以控制所 述目標區(qū)域內(nèi)的流體量。
4. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，用于壓縮和解壓所述目標區(qū)域的裝置是可控機械 裝直。
5. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括用于在測量期間獲得樣本基質(zhì)內(nèi)的流體量的預(yù)估 的裝置。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，用于獲得流體量的預(yù)估的裝置包括將輻射引導(dǎo)到 目標區(qū)域的源，所述輻射具有由流體成分優(yōu)先吸收的波長。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述輻射是綠光。
8. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括用于測量所述目標區(qū)域內(nèi)的流體脈動相位的裝 置。
9. 如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，用于測量所述目標區(qū)域內(nèi)的流體脈動相位的裝置 包括將輻射引導(dǎo)到目標區(qū)域的源，所述輻射具有由流體成分優(yōu)先吸收的波長。
10. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備是包括用于計算目標分析物濃度的機載 處理器的手持單元。
11. 如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括圖形顯示屏幕。
12. 如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括可再充電電池。
13. 如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括用于存儲用戶指令和測量結(jié)果的存儲器。
14. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述存儲器包括參考數(shù)據(jù)庫。
15. 如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，所述手持單元可以使用無線通信鏈接與外部裝 置通信。
16. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述管狀殼體的內(nèi)表面被分成小平面，以將輻射 束均勻地散布在所述目標區(qū)域上。
17. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述柱形光桿垂直地定位于所述檢測窗的中心。
18. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述管狀殼體定位在所述柱形光桿周圍。
19. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述流體是血液，測量的所述目標分析物是葡萄 糖。
20. -種用于測量樣本屬性的透反射探針，包括： 檢測窗，經(jīng)由所述檢測窗照射所述樣本； 光桿，具有外反射表面，垂直于所述檢測窗定位； 錐形管狀殼體，具有內(nèi)反射表面，定位在所述光桿周圍； 至少一個光源，用于照射所述樣本；以及 檢測器，定位在所述光桿的近端，以檢測由所述樣本背向散射的光。
21. 如權(quán)利要求20所述的透反射探針，其中，所述柱形光桿、所述管狀殼體和所述檢測 窗由石英構(gòu)成。
22. 如權(quán)利要求20所述的透反射探針，其中，所述管狀殼體和所述檢測窗由熱塑性聚 合物構(gòu)成。
23. 如權(quán)利要求22所述的透反射探針，其中，所述管狀殼體和所述檢測窗是注塑成型 的。
24. 如權(quán)利要求20所述的透反射探針，其中，所述光桿的外表面涂覆有反射涂層。
25. 如權(quán)利要求20所述的透反射探針，其中，所述管狀殼體的內(nèi)表面涂覆有反射涂層。
26. 如權(quán)利要求20所述的透反射探針，其中，所述管狀殼體的內(nèi)表面被分成小平面。
27. 如權(quán)利要求26所述的透反射探針，其中，所述小平面為凸柱形式。
28. 如權(quán)利要求27所述的透反射探針，其中，所述小平面的數(shù)量對應(yīng)于所述光源的數(shù) 量。
29. 如權(quán)利要求20所述的透反射探針，其中，來自所述至少一個光源的光通過在所述 光桿的外表面和所述管狀殼體的內(nèi)表面上反射而透射到所述樣本。
30. 如權(quán)利要求29所述的透反射探針，其中，由所述樣本背向散射的光經(jīng)由所述光桿 傳導(dǎo)到所述檢測器。
31. 如權(quán)利要求20所述的透反射探針，其中，所述至少一個光源包括激光二極管。
32. 如權(quán)利要求31所述的透反射探針，其中，所述激光二極管安裝在位于所述管狀殼 體的近端的散熱器上。
33. -種無創(chuàng)地檢查目標區(qū)域以測量目標分析物的量的方法，包括以下步驟： 提供無纖維的透反射探針，所述探針包括具有內(nèi)反射表面的錐形管狀殼體、檢測窗和 具有外反射表面的光桿，所述光桿垂直于所述檢測窗定位； 提供以兩個不同波長操作的至少兩個光源，用于產(chǎn)生由至少兩個時分多路復(fù)用分量構(gòu) 成的福射束； 通過在所述管狀殼體的內(nèi)表面和所述光桿的外表面上反射來將所述輻射束透射到所 述目標區(qū)域； 通過在所述光桿的內(nèi)表面上反射而將來自所述目標區(qū)域的背向散射束傳導(dǎo)到檢測器； 以及 提供檢測器，所述檢測器檢測所述背向散射束，并產(chǎn)生指示出所述目標區(qū)域?qū)蓚€波 長的差異吸收率的輸出信號。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述錐形管狀殼體被分成小平面，以將所述輻射 束均勻散布在所述目標區(qū)域上。
35. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中，差異吸收率信號被用于計算目標分析物的濃度。
36. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中，測量的所述分析物是葡萄糖。
37. 如權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述兩個波長為約1380nm和約1620nm。
38. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述兩個波長是1385+/-20nm和1630+/-20nm。
【文檔編號】A61B5/145GK104395732SQ201380023695
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月6日
【發(fā)明者】H.哈瓊馬, S.庫恩 申請人:格羅夫器械股份有限公司