專利名稱：三個(gè)二極管的光橋系統(tǒng)的制作方法
三個(gè)二極管的光橋系統(tǒng)
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)是2006年9月25日提出的美國(guó)申請(qǐng)No. 11/526,564的繼續(xù)申請(qǐng)， 并要求該申請(qǐng)的權(quán)益，11/526,564申請(qǐng)是2006年1月19日提交的美國(guó) 11/335,833號(hào)申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，11/335,833號(hào)申請(qǐng)是2002年4月26日提 交的美國(guó)申請(qǐng)No. 10/134,310的繼續(xù)申請(qǐng)，目前10/134,310號(hào)申請(qǐng)已于2006 年2月21日被授予美國(guó)專利No. 7,003,337。在此引入上述申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容作 為參考。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及采用電磁輻射的探針束在吸收和混濁基質(zhì)(如人或動(dòng)物體組 織)中非侵入性測(cè)量吸收電磁輻射(如光或紅外輻射)的物質(zhì)的濃度。本發(fā)明 尤其適用于利用近紅外輻射進(jìn)行人體組織中葡萄糖的測(cè)量。然而，它還普遍適 用于測(cè)量吸收電磁輻射的任何物種的濃度，特別是在強(qiáng)吸收和混濁基質(zhì)中。
本發(fā)明是對(duì)授予Haijunmaa的美國(guó)專利No.5099123 (下稱"'123專利") 的一種改進(jìn)，在此將該專利全部納入作為參考。'123專利揭露的平衡差分(或 "光橋")方法利用雙波長(zhǎng)進(jìn)行目標(biāo)分析物的濃度測(cè)量。選擇那些在目標(biāo)分析 物中被高度吸收的波長(zhǎng)為第一或主波長(zhǎng)。利用平衡過程選擇第二或參考波長(zhǎng)， 以便兩種波長(zhǎng)在背景基質(zhì)中具有本質(zhì)上相同的消光系數(shù)。，其在合適的頻率下 以交替次序產(chǎn)生包含這兩種波長(zhǎng)的輻射束。當(dāng)將該輻射束對(duì)于測(cè)量恰當(dāng)?shù)仄胶?時(shí)，設(shè)置來測(cè)量由僅含殘留量目標(biāo)分析物的樣品基質(zhì)所透射或反射的輻射的樣 品檢測(cè)器將只檢測(cè)輻射中很小的變化分量(alternation component)，不管樣品 的厚度。然而，當(dāng)樣品基質(zhì)中含有相對(duì)大量的目標(biāo)分析物時(shí)，檢測(cè)器將會(huì)檢測(cè) 與波長(zhǎng)變化同步的明顯的變化信號(hào)。將該變化信號(hào)放大，然后用相敏檢測(cè)器(或 鎖相放大器)檢測(cè)。光橋平衡過程通過系統(tǒng)地改變重復(fù)輻射周期的相對(duì)強(qiáng)度和 /或波長(zhǎng)，使來自樣品檢測(cè)器的變化信號(hào)歸零。隨后，同樣在此納入作為參考的美國(guó)專利No.5，178,142(下稱"'142專利") 中，Harjunmaa等披露了采用與組織相互作用的雙波長(zhǎng)交替探針束進(jìn)行濃度 測(cè)量的改進(jìn)的方法和裝置。其中一個(gè)波長(zhǎng)作為參考波長(zhǎng)，另一個(gè)為主波長(zhǎng)。參 考波z長(zhǎng)是可調(diào)的，以計(jì)算背景光譜的預(yù)期變化。來自探測(cè)束的檢測(cè)信號(hào)在穿過 含給定參考濃度的分析物的基質(zhì)后，通過控制參考波長(zhǎng)和兩個(gè)波長(zhǎng)的強(qiáng)度關(guān) 系，被平衡或歸零。接著，改變樣品的血液含量。然后，檢測(cè)相互作用的探針 束的變化分量。樣品檢測(cè)器所提供的信號(hào)中，變化分量的振幅與分析物的濃度 或與預(yù)設(shè)的參考分析物的濃度差異成正比。
其它相關(guān)專利包括美國(guó)專利No. 5,112,12、 No.5,137，023、 No.5,183，042、 No.5，277,181和No.5,372，135，在此將其專利全部納入作為參考。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及產(chǎn)生用于非侵入性評(píng)估樣品中目標(biāo)分析物濃度的電磁輻射束 的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明涉及用于測(cè)量樣品中目標(biāo)分析物濃度的已知平衡差分或"光橋"系 統(tǒng)的改進(jìn)。本文中使用的"光橋"指在一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)對(duì)，對(duì)樣品很小的吸收 差進(jìn)行準(zhǔn)同步差分光學(xué)測(cè)量的裝置和/或方法。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明中改進(jìn) 的光橋方法和系統(tǒng)包括1)樣品厚度變化過程中和變化后的時(shí)序測(cè)量；2)與 流入樣品的非約束流體(如血液)的同步化測(cè)量；以及3)參數(shù)的用途，該參 數(shù)從時(shí)序測(cè)定中提取以補(bǔ)償樣品背景基質(zhì)的吸收中的日常和長(zhǎng)期變化。本發(fā)明 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于不用可調(diào)波長(zhǎng)的光源，即可產(chǎn)生所需要的組合束。因此，本發(fā) 明提供了一種更簡(jiǎn)單的測(cè)量系統(tǒng)，它能夠改善目標(biāo)分析物濃度評(píng)估的準(zhǔn)確性。
根據(jù)本發(fā)明的裝置包括用于產(chǎn)生電磁輻射束的光源。該光束由所需的窄線 寬波長(zhǎng)的時(shí)間多路復(fù)用組件(主或參考)組成，并通過如，三個(gè)或多個(gè)二極管 激光器生成。
在測(cè)量過程中，交替波長(zhǎng)探針束穿過(或反射自)裝在壓縮裝置中的樣品。 壓縮裝置在測(cè)量過程中可控制地改變樣品的厚度(從而改變非約束流體的含 量)。安置一樣品檢測(cè)器，以便在探針束穿過樣品后將其接收。然后，樣品檢 測(cè)器向模擬信號(hào)預(yù)處理模塊發(fā)送信號(hào)，該模塊包含光橋的硬件實(shí)現(xiàn)。然后，將 光橋的輸出信號(hào)饋向處理器，編程該處理器，使其基于從樣品檢測(cè)信號(hào)和其它
4輔助變量和時(shí)變信號(hào)中所提取的參數(shù)，計(jì)算非約束性流體中目標(biāo)分析物的濃 度。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，參考波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的組合光系統(tǒng)和樣品的詳細(xì)光譜 結(jié)構(gòu)對(duì)平衡過程沒有影響。
在計(jì)算目標(biāo)分析物濃度中所用的一個(gè)輔助信號(hào)為樣品中非約束流體(如血 液)含量的時(shí)變?cè)u(píng)估。該評(píng)估可通過例如， 一個(gè)獨(dú)立的測(cè)量來自單獨(dú)光源的光 的樣品透射(或反射)的輔助血液信號(hào)檢測(cè)器獲得，該單獨(dú)光源提供與目標(biāo)分 析物測(cè)量所用的波長(zhǎng)截然不同的輻射。優(yōu)選在血紅蛋白吸收的波長(zhǎng)進(jìn)行，尤其 優(yōu)選血紅蛋白吸收不依賴其氧化態(tài)(即等吸收點(diǎn))時(shí)的波長(zhǎng)。在其它實(shí)施方式 中，可使用激光多普勒流量計(jì)測(cè)量樣品血含量。
根據(jù)本發(fā)明的用于非侵入性測(cè)量基質(zhì)(如組織)中目標(biāo)物質(zhì)(如葡萄糖) 濃度的方法包括以下步驟首先，樣品經(jīng)壓縮裝置壓縮，以擠出包含大部分目 標(biāo)分析物的非約束流體。然后，用電磁輻射的探針束照射樣品。優(yōu)選地，該光 束包括一主周期和一參考周期，其中與參考周期中輻射的有效波長(zhǎng)相比，主周 期中輻射的有效波長(zhǎng)更強(qiáng)地被目標(biāo)分析物如葡萄糖吸收。舉例說明，葡萄糖強(qiáng)
吸收的波長(zhǎng)可介于約1550 1700nm之間，而葡萄糖弱吸收的波長(zhǎng)可介于約 1350 1430nm之間。
在一種實(shí)施方式中，主波長(zhǎng)為普遍預(yù)先設(shè)定，或者單獨(dú)為每位患者預(yù)先設(shè) 定。在該實(shí)施方式中，參考輻射由兩個(gè)單獨(dú)的波長(zhǎng)混合組成，當(dāng)在進(jìn)入樣品體 積時(shí)混合，其有效波長(zhǎng)為兩部分輻射相對(duì)強(qiáng)度的函數(shù)。更確切地說，有效波長(zhǎng)
XR-(lRr入r十Ir2'人R2)/( Ir1 + Ir2) 其中&=波長(zhǎng)^的強(qiáng)度。
強(qiáng)度關(guān)系可在平衡過程中調(diào)整。該平衡過程在測(cè)量之前實(shí)施。平衡過程包 括，例如，調(diào)整某個(gè)交替輻射周期的強(qiáng)度，同時(shí)保持兩個(gè)分量強(qiáng)度的總和不變， 以便在選定的樣品厚度/樣品壓縮裝置施加的壓力下，獲得實(shí)質(zhì)上為零的樣品 檢測(cè)信號(hào)(即光橋信號(hào))的變化分量。在該實(shí)施方式中，兩個(gè)固定激光器可代 替一個(gè)可調(diào)激光器，可調(diào)激光器是典型的比較昂貴的激光器。當(dāng)樣品檢測(cè)器產(chǎn) 生的信號(hào)中實(shí)質(zhì)上沒有變化分量時(shí)，光橋達(dá)到"平衡"。 一個(gè)恰當(dāng)?shù)仄胶獾墓?br> 5橋指主波長(zhǎng)和有效參考波長(zhǎng)被樣品基質(zhì)同等吸收，樣品基質(zhì)只含有殘留量的目 標(biāo)分析物。
測(cè)量序列包括通過樣品和輔助檢測(cè)器獲得的透射/反射探針束波長(zhǎng)分量的 強(qiáng)度的一系列個(gè)別測(cè)量。這一系列的測(cè)量可在樣品厚度變化過程中獲得，也可 以貫穿跟隨樣品厚度變化后的樣品含量平衡過程。這些測(cè)量?jī)?yōu)選在樣品的非約 束流體含量變化時(shí)進(jìn)行。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，樣品厚度的變化與心跳同步。這樣的好處之
一是，由于血液流入速度取決于血壓，在心動(dòng)周期的恒定階段(constant phase) 執(zhí)行解壓縮產(chǎn)生形狀實(shí)質(zhì)上恒定的血液回充時(shí)間曲線。心動(dòng)階段可以選擇，以 便提供盡可能多的血液含量變化。
輔助參數(shù)(例如，包括非約束流體含量，樣品和檢測(cè)器的溫度，樣品厚度， 和/或電子控制系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù))的測(cè)量伴隨著探針束強(qiáng)度的測(cè)量。所記錄的 數(shù)據(jù)進(jìn)一步與相同時(shí)間內(nèi)時(shí)變非約束流體含量的相應(yīng)評(píng)估相結(jié)合?；谀Ｐ偷?算法可用于從時(shí)序曲線中提取特性參數(shù)，并將這些參數(shù)與其它測(cè)量參數(shù)相結(jié)合 以在目標(biāo)物質(zhì)濃度的評(píng)估中實(shí)現(xiàn)特異性和靈敏性的改善。
采用本發(fā)明的方法，通過分離和量化光橋信號(hào)的分量(component)，目 標(biāo)分析物測(cè)量的準(zhǔn)確性得到提高，其中光橋信號(hào)由于目標(biāo)分析物的存在而產(chǎn) 生，而并非其它"寄生"因素。更具體地，目標(biāo)分析物主要位于非約束性流體 內(nèi)，而不是基質(zhì)的固定結(jié)構(gòu)中，大部分光橋信號(hào)直接取決于樣品內(nèi)的流體量。 因此，如果隨時(shí)間推移，針對(duì)大部分光橋信號(hào)對(duì)樣品內(nèi)變化的非約束流體含量 進(jìn)行評(píng)估和標(biāo)定，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一條大體上的直線，其斜率與樣品中分析物濃度 直接相關(guān)，假定有助于產(chǎn)生"寄生"信號(hào)(包括由于樣品厚度變化引起的有效 波長(zhǎng)的轉(zhuǎn)移)的其它因素在測(cè)量過程中保持相對(duì)恒定。
附圖簡(jiǎn)要說明
通過以下對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的更具體的說明，上述內(nèi)容將更加明顯。如附 圖所示，其中不同視圖中相同的參考數(shù)字代表相同的部件。附圖不需要很大比 例或重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，而只用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式。


圖1是用于非侵入性測(cè)量目標(biāo)分析物，具有三個(gè)二極管光橋裝置的系統(tǒng)的 圖解。
6發(fā)明詳細(xì)說明
以下是對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
的說明。
本發(fā)明方法的特點(diǎn)和其它細(xì)節(jié)可通過參考附圖詳細(xì)說明，且包含在權(quán)力要 求書中。應(yīng)理解的是，本發(fā)明所示的具體實(shí)施方式
僅用于說明，不用于限制本 發(fā)明。在沒有背離本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明的主要特點(diǎn)可用于不同的實(shí)施 方式。
共有美國(guó)專利申請(qǐng)No.11/335，833和美國(guó)專利No.7,003,337揭示和描述了 光橋系統(tǒng)的示范實(shí)施方式，在此將其內(nèi)容全部納入作為參考。圖1顯示了用于 在透射光基礎(chǔ)上測(cè)量血液中葡萄糖濃度的光橋裝置的實(shí)施方式。用反射或反向 散射光代替透射光可設(shè)計(jì)得到類似裝置。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，三個(gè)固定長(zhǎng)波的單色光源101、 102、 103，如激光 二極管，可用于產(chǎn)生探針束5-202。
時(shí)鐘發(fā)生器110在理想斬波頻率feh下產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)，feh是探針束的主分
量和參考分量，以及血液評(píng)估分量的時(shí)分多路復(fù)用所需要的。CPU104產(chǎn)生用 于控制探針束202的主強(qiáng)度Ip、波長(zhǎng)Xp和^和斬波頻率feh的信號(hào)。
探針束射向擴(kuò)散板70。在光路中樣品前面放置一擴(kuò)散板70的好處是最大 限度地減少樣品散射特性變化所產(chǎn)生的影響。優(yōu)選的擴(kuò)散板是全像式，其在整 個(gè)相關(guān)的波長(zhǎng)范圍具有實(shí)質(zhì)上恒定的擴(kuò)散性質(zhì)。將樣品標(biāo)本80如患者的耳垂、 嘴唇、面頰、鼻中隔、舌頭、或手指、腳趾之間的皮膚，置于擴(kuò)散板70和樣 品檢測(cè)鏡頭92之間，并通過移動(dòng)裝在壓縮機(jī)構(gòu)400上的測(cè)量頭90來壓縮。利 用樣品檢測(cè)鏡頭92將穿過樣品80的探針束203聚集并射向樣品檢測(cè)器91 。 樣品檢測(cè)器91檢測(cè)穿過樣品80的探針束205在各個(gè)波長(zhǎng)段的強(qiáng)度，然后向前 置放大器26發(fā)送電信號(hào)302，并到達(dá)多路解調(diào)器405，該多路解調(diào)器405將血 液評(píng)估波長(zhǎng)信號(hào)和平衡對(duì)信號(hào)分隔開；后者被饋入相敏檢測(cè)器(或鎖相放大器) 24。來自相敏檢測(cè)器204的輸出信號(hào)308與樣品檢測(cè)器91檢測(cè)到的主強(qiáng)度和 參考強(qiáng)度之間的差異(或比率)成正比。信號(hào)308被稱為光橋信號(hào)。
在該實(shí)施方式中，單獨(dú)的輔助輻射源如紅外或可見光發(fā)光二極管(LED) 44可用于提供對(duì)樣品血液內(nèi)容物的評(píng)估。該輔助輻射源44產(chǎn)生射在擴(kuò)散板70 上和樣品內(nèi)的血液檢測(cè)束204。 LED在某個(gè)波長(zhǎng)如525nm (血紅蛋白的等吸收波長(zhǎng))上的操作提供了對(duì)血液良好的敏感性。當(dāng)平衡對(duì)和血液檢測(cè)波長(zhǎng)被恰當(dāng)
地時(shí)間復(fù)用時(shí)，樣品檢測(cè)器9可用于檢測(cè)血液檢測(cè)束204的透過部分，產(chǎn)生血 液信號(hào)304。
其它可能獲得血液內(nèi)容物評(píng)估的技術(shù)包括超聲和電阻抗體積描記法。
為了進(jìn)行測(cè)量，在擴(kuò)散板70和樣品檢測(cè)鏡頭92之間引入樣品80。通過 壓縮機(jī)構(gòu)400可移動(dòng)測(cè)量頭90，以輕輕壓縮樣品80直至施予樣品80預(yù)先設(shè) 定的壓力。壓縮機(jī)構(gòu)400的優(yōu)選實(shí)施方式包括微型直線致動(dòng)器。它的步長(zhǎng)、速 度和移動(dòng)距離由CPU104控制。雖然該實(shí)施方式使用了電動(dòng)致動(dòng)器，然而液壓 或氣動(dòng)致動(dòng)器也可使用，且在壓縮機(jī)構(gòu)的壓縮上占有優(yōu)勢(shì)。
在本說明書中，對(duì)三種不同類型的探針束衰減加以區(qū)分。首先是背景基質(zhì)， 第二是目標(biāo)物，而第三是非約束流體衰減。
背景基質(zhì)的衰減是由于樣品成分吸收探針束202，在整個(gè)固定的樣品艙室 中其成分的濃度實(shí)質(zhì)上是固定的。目標(biāo)分析物衰減是因?yàn)槟繕?biāo)分析物(如葡萄 糖)吸收探針束202,其主要集中于非約束流體(如血液)。當(dāng)組織被充分壓 縮，非約束流體隨著目標(biāo)分析物(如葡萄糖)從樣品80大量流失。因?yàn)槟繕?biāo) 分析物在非約束流體中的濃度不同于其在背景基質(zhì)中的濃度(如細(xì)胞內(nèi)濃度)， 由于壓縮，它在光路中的平均濃度發(fā)生了變化。這種濃度變化使目標(biāo)分析物可 用本發(fā)明方法進(jìn)行檢測(cè)。
以這種方式選擇探針束202的主波長(zhǎng)人p，以獲得目標(biāo)分析物的高衰減。設(shè) 定主波長(zhǎng)強(qiáng)度Ip，以實(shí)現(xiàn)最佳的發(fā)送信號(hào)強(qiáng)度。在光橋平衡過程中，選定探針
束的有效參考波長(zhǎng)Xp，其強(qiáng)度lK應(yīng)在以下測(cè)量過程說明中所述的每次測(cè)量之
前進(jìn)行調(diào)整。
下列內(nèi)容給出光橋平衡過程的一個(gè)簡(jiǎn)單易懂的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員容 易理解的是，也可使用不同的、更復(fù)雜的光橋平衡程序，信號(hào)處理算法也有相 應(yīng)變化。
在光橋平衡的第一步中，樣品80被充分壓縮，以除去樣品組織中大部分 非約束流體。設(shè)定主波長(zhǎng)參數(shù)^和IP，初始化有效參考波長(zhǎng)人p。探針束202 射向樣品，通過調(diào)節(jié)探針束參考波長(zhǎng)強(qiáng)度IR=IR1+IR2以獲得實(shí)質(zhì)為零的光橋信 號(hào)308，使光橋平衡或歸零。在其它實(shí)施方式中，設(shè)定參考波長(zhǎng)強(qiáng)度lK，同時(shí) 調(diào)節(jié)主波長(zhǎng)強(qiáng)度Ip以平衡光橋。接著，將樣品壓縮壓力釋放預(yù)定的量(通常小于0.1mm)，通過用來自CPU的信號(hào)控制^和 iR2的強(qiáng)度比率，調(diào)節(jié)探針束 的有效參考波長(zhǎng)M，以便再次達(dá)到實(shí)質(zhì)為零的光橋信號(hào)308。選擇初始的壓縮 壓力，使得即使數(shù)次釋放樣品80增量厚度，也幾乎不會(huì)有非約束流體回流到 樣品。因厚度增加引起的光橋信號(hào)308的變化僅緣于背景基質(zhì)厚度增加，不是 緣于流體的任何實(shí)質(zhì)涌入。然后樣品80再經(jīng)過一步厚度解壓縮，通過CPU 104 再調(diào)節(jié)參考(或主)波長(zhǎng)，以達(dá)到最小光橋信號(hào)。
這種逐步增加厚度的程序可繼續(xù)進(jìn)行，直至獲得實(shí)質(zhì)為零的光橋信號(hào)。一 旦增加了樣品厚度，也可利用逐步減少厚度使該程序逆轉(zhuǎn)。當(dāng)這種平衡程序完 成后，樣品80在其壓縮狀態(tài)的吸光系數(shù)在兩個(gè)波長(zhǎng) ip和k實(shí)質(zhì)上相等。
在一種實(shí)施方式中，平衡僅限于一個(gè)周期，以便加快測(cè)量和降低對(duì)樣品的 壓應(yīng)力。
這樣，光橋平衡階段完成；此時(shí)波長(zhǎng)及其強(qiáng)度都已確定。裝置已準(zhǔn)備好進(jìn) 行測(cè)量。測(cè)量血液中葡萄糖的典型順序?qū)⒃谝韵挛淖种袇⒄請(qǐng)D中的測(cè)量裝置加 以說明。
一般來說，樣品80保持壓縮狀態(tài)，以便在約l-100s的時(shí)間周期內(nèi)排出非 約束流體內(nèi)容物。
接著，時(shí)變信號(hào)的連續(xù)測(cè)量開始，包括時(shí)變測(cè)量光橋輸出308、血液信號(hào) 304和位置傳感器輸出312。
一旦開始測(cè)量，則壓縮機(jī)構(gòu)400開始開放測(cè)量頭90，由CPU104設(shè)定開 放量和速率。頭部開放量可以是固定的(如，對(duì)于人耳為0.5mm)，或可以依 賴于厚度(如壓縮樣品厚度的20%)。它可以從用于壓縮控制的子程序通過連 接365來直接控制?？焖匍_放階段的目的是允許包含目標(biāo)分析物的非約束流體 返回到樣品。
壓縮機(jī)構(gòu)的開放引起樣品組成的變化，使得樣品在主波長(zhǎng)和有效參考波長(zhǎng) 處吸收不相同。這種吸收中的相對(duì)變化導(dǎo)致產(chǎn)生非零光橋信號(hào)308。測(cè)量繼續(xù) 進(jìn)行，直到被CPU104終止。通常情況下，時(shí)變信號(hào)系列應(yīng)包含幾百個(gè)數(shù)據(jù)集， 其記錄于樣品解壓縮開始后的約0.1至10秒的測(cè)量時(shí)間段內(nèi)。 '
由此測(cè)量過程結(jié)束，然后進(jìn)行信號(hào)處理。至此，本發(fā)明描述幾種具體實(shí)施方式
后，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易做出各種 改變、修飾和改進(jìn)。明顯根據(jù)本發(fā)明揭露內(nèi)容做出的那些改變、修飾和改進(jìn)雖 然在此沒有明確規(guī)定，也視為本說明書的一部分，并屬于本發(fā)明的精神和范圍。
例如，此處描述的方法可用于應(yīng)用非調(diào)諧激光器的光橋，它也可用于光橋 的不同實(shí)現(xiàn)，如配有發(fā)光二極管或超發(fā)光二極管或其它手段以產(chǎn)生含有所需波 長(zhǎng)組合的光束。此外，雖然此處主要針對(duì)測(cè)量血液中的葡萄糖濃度來描述該方 法，然而本發(fā)明的方法和裝置還可用于檢測(cè)在血液或其它體液中其它物質(zhì)的濃 度，如膽固醇、尿素、重金屬、酒精、尼古丁或藥物。而且，正弦(而非正方
形)調(diào)制波形設(shè)有180°的反相，導(dǎo)致總強(qiáng)度實(shí)質(zhì)上為常數(shù)，它可以交替使用 以形成組合輻射束。此外，還可測(cè)量經(jīng)組織反射或反向散射的輻射，而非透射 輻射，以獲取所需數(shù)據(jù)。
因此，上述說明只用作舉例，不作限制。本發(fā)明只用所附的權(quán)力要求書及 其相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行限制。
雖然本發(fā)明已經(jīng)就示范實(shí)施方式進(jìn)行了具體說明和描述，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)理解的是，在不違背本發(fā)明所附權(quán)力要求書范圍的情況下，可在其形式和細(xì) 節(jié)上做出各種變化。
權(quán)利要求
1、一種產(chǎn)生用于非侵入性測(cè)量樣品基質(zhì)內(nèi)的流體中目標(biāo)分析物濃度的電磁輻射束的方法，該方法包括將電磁輻射的組合束照向樣品，該組合束包括至少兩個(gè)重復(fù)周期的具有不同波長(zhǎng)的輻射，所述目標(biāo)組合物對(duì)不同波長(zhǎng)有不同的吸收系數(shù)；并且在至少一個(gè)輻射周期中，該輻射由不同波長(zhǎng)的至少兩個(gè)輻射的混合組成，其有效波長(zhǎng)等于兩部分波長(zhǎng)的強(qiáng)度加權(quán)平均值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中樣品基質(zhì)包括生物組織而流體包含血液。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中從波長(zhǎng)對(duì)中選擇波長(zhǎng)，以使在一樣品狀 態(tài)中測(cè)量的波長(zhǎng)周期之間，所檢測(cè)的透射或反射差異最小。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中當(dāng)該樣品為第一樣品流體狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié) 輻射周期的強(qiáng)度；并且當(dāng)樣品在不同于第一樣品流體狀態(tài)的狀態(tài)時(shí)，選擇該至 少兩個(gè)重復(fù)周期的輻射中的至少一個(gè)有效波長(zhǎng)，以使測(cè)量的透射或反射差異最 小。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中葡萄糖有強(qiáng)吸收的波長(zhǎng)范圍基本上為1550 至1700 nm，葡萄糖弱吸收的波長(zhǎng)范圍基本上為1350至1430 nm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中組合束由三個(gè)或更多個(gè)二極管激光器產(chǎn)生。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中在輻射的第一周期至少一個(gè)激光二極管 產(chǎn)生主輻射束，而在輻射的第二周期至少兩個(gè)激光二極管產(chǎn)生有效參考束。
8、 一種非侵入性測(cè)量樣品基質(zhì)內(nèi)的流體中目標(biāo)分析物濃度的系統(tǒng)，包括: 一電磁輻射光源，將電磁輻射的組合束照向樣品，該組合束包括至少兩個(gè)具有不同波長(zhǎng)的重復(fù)周期的輻射，所述目標(biāo)分析物對(duì)不同波長(zhǎng)有不同吸收系 數(shù)，并且在至少一個(gè)周期的輻射中，該輻射由不同波長(zhǎng)的至少兩個(gè)輻射的混合 組成，其有效波長(zhǎng)等于兩部分波長(zhǎng)的強(qiáng)度-加權(quán)的平均值。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中電磁輻射源包括三個(gè)或更多個(gè)激光二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于非侵入性測(cè)量流經(jīng)樣品溶解于液體中的目標(biāo)分析物濃度的改進(jìn)方法。該方法包括指令電磁輻射的探針束穿過樣品，該探針束包括不同波長(zhǎng)的時(shí)間復(fù)用組件，其中至少一個(gè)時(shí)間復(fù)用組件由兩個(gè)不同的同步波長(zhǎng)組成，該同步波長(zhǎng)的強(qiáng)度關(guān)系確定了其組合的有效波長(zhǎng)；在不同樣品狀態(tài)下測(cè)量時(shí)間復(fù)用組件輻射的不同吸收。在樣品狀態(tài)變化過程中，樣品中含有的目標(biāo)分析物量是變化的，這改變了樣品中目標(biāo)分析物的總量和樣品的吸收性質(zhì)。例如，通過壓縮和不壓縮組織樣品可產(chǎn)生樣品狀態(tài)。通過連續(xù)評(píng)估樣品中含有目標(biāo)分析物的液體量，在對(duì)目標(biāo)分析物有明顯吸收的波長(zhǎng)處測(cè)量吸收變化，提高了本發(fā)明方法的精確性。該方法尤其用于測(cè)量含有血液的組織中目標(biāo)分析物的濃度，如葡萄糖。本發(fā)明還揭示了用于完成該方法的裝置。
文檔編號(hào)G01N21/35GK101605493SQ200780035459
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2007年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者喬治·勒恩伯格, 史蒂凡·庫(kù)恩, 漢努·哈俊瑪, 瑞貝卡·伯勒爾 申請(qǐng)人:格魯夫設(shè)備有限公司