專利名稱：介質(zhì)溫度的非侵入式光學(xué)確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)，尤其是含水介質(zhì)的溫度的非侵入式光學(xué)確定方法，其中，利 用紅外線和/或可見(jiàn)光在位置取決于介質(zhì)溫度的吸收線范圍內(nèi)對(duì)所要檢驗(yàn)的介質(zhì)進(jìn)行照 射，其中測(cè)量吸收線范圍內(nèi)光的吸收并根據(jù)該測(cè)量通過(guò)與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)測(cè)定溫度。 介質(zhì)在本發(fā)明的框架內(nèi)尤其是指含水的介質(zhì)，例如活體組織，并且尤其是人體內(nèi)(流動(dòng))的 血液。吸收在本發(fā)明的框架內(nèi)一方面是指例如在透射(Transmission)中測(cè)量的吸收特性， 但另一方面也指取決于吸收的反向散射特性。
背景技術(shù)：
對(duì)例如人體的溫度的確定在醫(yī)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域具有重要作用，例如加護(hù)病房中病人的 體溫監(jiān)測(cè)。在此方面，在實(shí)踐中經(jīng)常使用借助耳溫計(jì)的非侵入式體溫測(cè)量，其中，這種類型的 測(cè)量限于“離散的”使用，也就是以規(guī)則的時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于連續(xù)的溫度測(cè)量來(lái)說(shuō)，迄 今在實(shí)踐中使用侵入式測(cè)量方法，其中將集成有傳感器的探針或者導(dǎo)管插入或者導(dǎo)入體內(nèi)。此外，與非侵入式測(cè)量血液成分濃度相關(guān)地，尤其是與測(cè)量流動(dòng)或脈動(dòng)的血液中 葡萄糖濃度相關(guān)地，存在“在原處”確定溫度的需求，因?yàn)檫@種測(cè)量在使用校準(zhǔn)曲線的情況 下一般取決于溫度(參見(jiàn)DE 10 2006 036 920和DE 103 11408 B3)。相應(yīng)地已知多種近 紅外光譜技術(shù)(NIRS)的光學(xué)方法，這些方法以非侵入的方式借助近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)光的 吸收變化能夠測(cè)量血液成分的濃度和例如測(cè)量葡萄糖濃度。在這里重要的是這一事實(shí)，即 活體組織對(duì)紅色和紅外范圍內(nèi)的電磁輻射基本上是透明的，從而可能在這種“生物學(xué)窗口 ” 內(nèi)向該組織中“看進(jìn)去”達(dá)幾毫米直至幾厘米的深度。利用例如超聲波輻射可以對(duì)目標(biāo)組 織定位，從而可以執(zhí)行在身體較大深度處被定位組織內(nèi)有針對(duì)性的光學(xué)吸收測(cè)量(參見(jiàn)DE 103 11 408 B3 和 DE 10 2006 036 920)。在此需要注意的是，在這種所謂的生物學(xué)窗口的范圍內(nèi)存在“離散的”水吸收帶， 這些“離散的”水吸收帶在上述血液成分濃度的測(cè)量中一般情況下予以回避。但已知該最 大吸收的位置(并因此還有波長(zhǎng))，以及還有吸收線的高度(并因此還有吸收的量或程度) 取決于介質(zhì)、例如水的溫度。出于這一原因，已經(jīng)有人提出充分利用這種水吸收帶范圍內(nèi) 吸收的溫度依賴性來(lái)確定含水介質(zhì)的溫度。對(duì)此提出光譜學(xué)地記錄吸收線的移動(dòng)(參見(jiàn) K. H. Norris, Beltsville, MD20705, USA "Possible medical applications of NIR”)。 但就此而言所公開(kāi)的方法相當(dāng)復(fù)雜，因?yàn)楸仨毷冀K記錄完整的譜并因此必須進(jìn)行“波長(zhǎng)掃 描”。此外，線移動(dòng)比較小，從而必須利用非常高的光譜儀分辨率工作。US 2005/0083992A1公開(kāi)了一種類似的方法。在那里在約1450nm波長(zhǎng)時(shí)將水吸收 線的溫度依賴性用于確定溫度。在就此而言所公開(kāi)的方法中，也在比較大的波長(zhǎng)范圍上記 錄總地看來(lái)完整的譜，也就是說(shuō)，完整地測(cè)量吸收線并與相應(yīng)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

發(fā)明內(nèi)容
從已知的現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的在于，提供一種介質(zhì)、尤其是含水介質(zhì)的溫度的非侵入式光學(xué)確定方法，該方法使得能夠以簡(jiǎn)單和非侵入的方式準(zhǔn)確確定介質(zhì)的溫 度。該方法特別適于測(cè)量體內(nèi)的溫度，例如測(cè)量人體內(nèi)的組織或者流動(dòng)的血液的溫度。此 外，該方法可以以具有優(yōu)點(diǎn)的方式與已知方法組合來(lái)非侵入式地確定血液成分的濃度，例 如測(cè)量脈動(dòng)的血液中的葡萄糖濃度。為實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明對(duì)于一種開(kāi)頭所述類型的介質(zhì)、尤其是含水介質(zhì)的溫度的 非侵入式光學(xué)確定方法教導(dǎo)了，利用(至少)兩個(gè)離散的處于吸收最大值不同側(cè)上吸收線 范圍內(nèi)的光波波長(zhǎng)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行照射，根據(jù)所測(cè)定的兩個(gè)吸收值的比率確定至少一個(gè)取決于 溫度的測(cè)量值并根據(jù)該測(cè)量值通過(guò)與此前所記錄的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)確定溫度。所測(cè)定 的兩個(gè)吸收值的“比率”是指應(yīng)該應(yīng)用于這兩個(gè)測(cè)量值的預(yù)給定的“關(guān)系”。因此特別優(yōu)選 地是指兩個(gè)處于最大值兩側(cè)的吸收值的差。在此方面，本發(fā)明首先從(已知)的認(rèn)識(shí)出發(fā)，即水的多條吸收線處于生物學(xué)窗口 范圍內(nèi)，其高度、并且特別是還有位置(或波長(zhǎng))敏感地取決于含水介質(zhì)的溫度。但在本發(fā) 明的框架內(nèi)現(xiàn)在并不需要完整地測(cè)量吸收線和/或準(zhǔn)確地確定吸收最大值的位置。確切 的說(shuō)，在本發(fā)明的框架內(nèi)按照簡(jiǎn)單方式采用至少兩個(gè)、并且優(yōu)選僅僅兩個(gè)分別處于吸收最 大值不同側(cè)上的離散的光波波長(zhǎng)執(zhí)行測(cè)量。因?yàn)楸景l(fā)明認(rèn)識(shí)到在溫度由于最大值移動(dòng)而 改變的情況下最大值兩側(cè)的吸收值以非常不同的方式敏感地發(fā)生變化，從而-如果例如測(cè) 定這兩個(gè)值的差的話_該差特別敏感地取決于介質(zhì)的溫度。換句話說(shuō)，在分析過(guò)程中一條 直線穿過(guò)這兩個(gè)固定預(yù)給定的波長(zhǎng)的這兩個(gè)吸收點(diǎn)，并且例如確定這兩個(gè)吸收值之差進(jìn)入 (einfliessen)的這條直線的斜率作為測(cè)量值。這條直線的斜率、并且尤其還有該斜率的符 號(hào)現(xiàn)在非常敏感地取決于溫度，從而即使在沒(méi)有準(zhǔn)確確定最大值移動(dòng)的情況下也可以準(zhǔn)確 確定溫度。僅需為兩個(gè)固定預(yù)給定的波長(zhǎng)測(cè)量?jī)蓚€(gè)吸收值并對(duì)其以所述方式分析。這一點(diǎn) 后面還要在


中進(jìn)一步介紹。不言而喻，在測(cè)定吸收值以及由此獲得的測(cè)量值時(shí)或 之后的溫度確定過(guò)程中，進(jìn)行與所記錄的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的比較。從而可以在實(shí)驗(yàn)室中在已知的 溫度下執(zhí)行相應(yīng)的測(cè)量，并且已知的差值或斜率可以被存儲(chǔ)作為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，從而它們能在 測(cè)量的過(guò)程中自動(dòng)予以考慮。但需要指出的是，所描述的“求差”或確定連接線斜率是在考 慮兩個(gè)處于最大值兩側(cè)的吸收值的情況下進(jìn)行分析的一種優(yōu)選實(shí)施方式。本發(fā)明原則上包 括處于吸收最大值兩側(cè)的兩個(gè)或更多測(cè)量值進(jìn)入的其他“關(guān)系”。優(yōu)選地，依據(jù)本發(fā)明的測(cè)量采用波長(zhǎng)在600到2500nm之間、優(yōu)選為800到1600nm
的可見(jiàn)光和/或紅外光實(shí)施。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，利用970nm左右水吸收帶范圍內(nèi)的紅外光測(cè) 量溫度會(huì)產(chǎn)生突出的結(jié)果。在這種情況下，然后使用例如950到970nm之間的至少一個(gè)波長(zhǎng) 和例如975到IOOOnm之間的至少一個(gè)波長(zhǎng)。但也存在采用生物學(xué)窗口內(nèi)其他水吸收帶工 作的可能性，例如在1450nm左右水吸收帶范圍內(nèi)。原則上可以考慮位置(最大值的波長(zhǎng)) 取決于溫度的任何吸收線。測(cè)量的最佳范圍、即要使用的兩個(gè)最佳波長(zhǎng)在實(shí)踐中可以根據(jù) 實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。始終分別選擇吸收最大值以下的一個(gè)波長(zhǎng)和吸收最大值以上的一個(gè)波長(zhǎng)。在 此方面需要注意的是，與最大值的距離足夠大，從而實(shí)際上發(fā)生所觀察的效果，即吸收值在 溫度變化的情況下以相反的符號(hào)變化，也就是說(shuō)，在最大值的一側(cè)上變得更大而在最大值 的另一側(cè)上變得更小。在溫度上升時(shí)，對(duì)于這些波長(zhǎng)之一的吸收始終增長(zhǎng)，而對(duì)于另一波長(zhǎng) 的吸收始終下降。在溫度下降時(shí)則應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)相反的現(xiàn)象。但所選取的波長(zhǎng)與吸收最大值的 距離不得太遠(yuǎn)，因?yàn)樵谀抢锎嬖谂c其它吸或效應(yīng)重疊的危險(xiǎn)。已經(jīng)證明是有利的是，首先確定特定的溫度范圍，例如30°C至43°C，并且然后確定平均(典型的)溫度(例如37°C )并 在那里確定吸收最大值的波長(zhǎng)。為測(cè)量所選取的波長(zhǎng)λρ λ 2于是應(yīng)當(dāng)高于或低于該波長(zhǎng) 入。例如約5至30nm，優(yōu)選為5至15nm。這尤其適于970nm時(shí)吸收線的范圍。在1450nm左 右吸收線的情況下，在可能的情況下可以采用與最大值更大的距離進(jìn)行測(cè)量。采用依據(jù)本發(fā)明的方法首先存在這樣的可能性，即在確定的地點(diǎn)、例如在實(shí)驗(yàn)室 內(nèi)或在體外執(zhí)行液體的溫度測(cè)量，而那里不會(huì)出現(xiàn)其他干擾效應(yīng)。但具有特別重要意義的 是這樣的事實(shí)，即依據(jù)本發(fā)明的方法尤其還適于在活體上或活體內(nèi)“現(xiàn)場(chǎng)”測(cè)量溫度。尤其 地，測(cè)量也可以在深處區(qū)域中進(jìn)行，例如可以測(cè)量體內(nèi)血管中流動(dòng)的血液的溫度。對(duì)此本發(fā) 明提出，有針對(duì)性地通過(guò)適當(dāng)?shù)卮胧?duì)需要進(jìn)行溫度測(cè)量的部位進(jìn)行標(biāo)記。這例如借助于 超聲波輻射實(shí)現(xiàn)，如例如在DE 103 11 408 B3和DE 10 2006 036 920中所介紹的那樣。這 樣，可以利用超聲波輻射對(duì)要檢查的組織或血管“進(jìn)行標(biāo)記”，方法是(脈動(dòng)的)超聲波輻射 被聚焦在該部位或血管上。在用于溫度測(cè)量的光吸收(或反向散射)的測(cè)量過(guò)程中，然后 僅考慮入射到探測(cè)器中的光的在時(shí)間上與超聲波輻射相關(guān)的分量，從而可以完全有針對(duì)性 地在身體的深處區(qū)域內(nèi)執(zhí)行光學(xué)測(cè)量并因此確定溫度。為了考慮例如通過(guò)超聲波輻射標(biāo)記的光分量不僅取決于所觀察部位的溫度，而且 也取決于體表與所觀察部位之間的溫差這一事實(shí)，本發(fā)明在一優(yōu)選的進(jìn)一步構(gòu)成方案中建 議首先在身體表面上進(jìn)行溫度測(cè)量。這種基準(zhǔn)測(cè)量同樣可以按照依據(jù)本發(fā)明的方式進(jìn)行， 其中，借助超聲波輻射的標(biāo)記在那里也可以是適當(dāng)?shù)?。但在體表上也可以例如利用溫度傳 感器進(jìn)行傳統(tǒng)的基準(zhǔn)測(cè)量。在表面上，被表面反向散射的光的強(qiáng)度僅取決于表面的溫度，因 為光不必通過(guò)其它中間層。因此，首先明確確定表面的溫度。隨后可以進(jìn)行體內(nèi)的測(cè)量，其 中，然后相對(duì)于體表的溫度確定溫差或溫度梯度。因此，在體表范圍內(nèi)的測(cè)量形成基準(zhǔn)測(cè) 量，以便在隨后的體內(nèi)測(cè)量中消除溫度梯度的可能的依賴性。此外，可能適當(dāng)?shù)氖强紤]各種因素對(duì)人體組織光譜學(xué)測(cè)量的影響，例如膚色、皮膚 濕度、處于中間的組織部分的厚度和結(jié)構(gòu)、血球密度值(其可能因人而異)以及血液中的 在血液中每小時(shí)變化的脂肪水平。出于這一原因，可能適當(dāng)?shù)氖浅怂榻B的吸收測(cè)量和 在可能的情況下的在體表上的基準(zhǔn)測(cè)量之外，還進(jìn)行校正測(cè)量，利用該教正測(cè)量可以消除 所述效應(yīng)，并且尤其是中間層上的各種散射效應(yīng)。為此有利的是，將具有所謂“等吸收的 (isosbestisch)波長(zhǎng)”的光射入體內(nèi)、例如組織內(nèi)，并測(cè)量吸收和反向散射。這種等吸收的 波長(zhǎng)的特征在于，吸收或反向散射僅取決于中間層中的各種散射效應(yīng)，而與介質(zhì)(例如水) 的吸收特性無(wú)關(guān)。利用這種在等吸收波長(zhǎng)時(shí)的測(cè)量，因此可以補(bǔ)償或?yàn)V出與吸收無(wú)關(guān)的散 射效應(yīng)，從而總體上來(lái)說(shuō)即使在身體的深層中也實(shí)現(xiàn)特別準(zhǔn)確的測(cè)量。在含水介質(zhì)的情況 下，例如可以使用約808nm的等吸收波長(zhǎng)?？偠灾?，利用依據(jù)本發(fā)明的方法可以按照簡(jiǎn)單方式特別準(zhǔn)確地(例如精確度為 士o.orc)確定介質(zhì)的溫度。體表溫度或者特別優(yōu)選地還有體內(nèi)的溫度可以被確定，而且 是按照非侵入式和光學(xué)的方式。這些措施例如使得也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)血液成分的濃度、并且尤 其還有血液中葡萄糖濃度的準(zhǔn)確確定，因?yàn)樵跐舛鹊囊阎獪y(cè)量過(guò)程中(同時(shí))也可以進(jìn)行 非侵入式的測(cè)量，而且是在也確定濃度的部位上進(jìn)行。但依據(jù)本發(fā)明的方法在其他領(lǐng)域中 也可以具有優(yōu)點(diǎn)地被使用，例如在加護(hù)病房中的病人的溫度監(jiān)測(cè)和在冷療法以及醫(yī)學(xué)腫瘤 治療時(shí)的溫度監(jiān)測(cè)。此外，可以進(jìn)行新生兒的溫度監(jiān)測(cè)或者還有對(duì)于暴露在熱環(huán)境中工作
5的人員的溫度監(jiān)測(cè)。其它應(yīng)用情況有睡眠診斷時(shí)、在透析期間的溫度監(jiān)護(hù)或者還有運(yùn)動(dòng)員 的溫度監(jiān)測(cè)。工業(yè)應(yīng)用中的溫度測(cè)量、例如確定服裝制造業(yè)中確定熱分布也是一種可能的 應(yīng)用情況。

下面借助僅示出一個(gè)實(shí)施例的附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。其中圖1示出用于實(shí)施依據(jù)本發(fā)明的方法的試驗(yàn)裝置；圖2示意性示出約660nm至約2400nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的水吸收譜；圖3示出在970nm左右水吸收帶范圍內(nèi)兩種不同溫度下的水吸收；圖4示出用于依據(jù)圖3的測(cè)量的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；以及圖5示出用于確定體內(nèi)溫度的方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1中示出用于按照光學(xué)方式確定含水介質(zhì)的溫度T的試驗(yàn)裝置。利用這種裝置 可以實(shí)施含水介質(zhì)M上的光學(xué)吸收譜。含水介質(zhì)M在該試驗(yàn)裝置中被設(shè)置在容器1內(nèi)。利 用可調(diào)紅外激光器2將所期望波長(zhǎng)的激光通過(guò)耦合器3和輸入光波導(dǎo)4射入介質(zhì)M內(nèi)。在 容器1的相對(duì)側(cè)上出現(xiàn)的光通過(guò)輸出光波導(dǎo)5輸出耦合并發(fā)送到探測(cè)器6。探測(cè)器6與可 以包括計(jì)算機(jī)和/或示波器的分析單元7連接。在計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)有下面還要詳細(xì)探討的所 述分析算法。此外，在可能的情況下，在計(jì)算機(jī)內(nèi)還存儲(chǔ)有先前所確定的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，這些數(shù) 據(jù)同樣可以進(jìn)入分析中。對(duì)此還將探討。示波器的觸發(fā)器輸入端上連接TTL頻率發(fā)生器 8。此外設(shè)置有功率測(cè)量?jī)x9，該測(cè)量?jī)x同樣一端與計(jì)算機(jī)7相連、另一端與耦合器3連接。 為證明依據(jù)本發(fā)明的方法的功能作用并例如還為了記錄校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在圖1中示出了溫度計(jì) 10，其準(zhǔn)確地測(cè)量含水介質(zhì)的實(shí)際溫度，從而可以驗(yàn)證按照依據(jù)本發(fā)明的方式獲得的溫度 數(shù)據(jù)。在此方面需要指出的是，這是首先用于證明依據(jù)本發(fā)明的方法的功能作用的實(shí)驗(yàn)室 裝置的一種示意性表示。實(shí)踐中，溫度T的光學(xué)確定通過(guò)將激光射入體內(nèi)而以類似的方式 進(jìn)行。但有利的是，不是像在實(shí)驗(yàn)室中那樣在透射中測(cè)量，而是測(cè)量被反向散射的光，其中， 被反向散射的分量也表明介質(zhì)的吸收特性。本發(fā)明在任何情況下既包括透射中的測(cè)量，也 包括反向散射方向上的測(cè)量?，F(xiàn)在借助圖2至4介紹依據(jù)本發(fā)明的方法的物理關(guān)系和工作原理。圖2首先以概覽方式示例性地且僅示意性地示出了水在約700nm至2400nm波長(zhǎng) 范圍內(nèi)的常見(jiàn)吸收譜。在λ。 970nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)就已經(jīng)能識(shí)別出水吸收帶B。正如在 本說(shuō)明書(shū)中介紹的那樣，該吸收線B無(wú)論是位置λ ^還是高度Atl均取決于水的溫度Τ。λ0 因此是指在特定溫度下吸收最大值的波長(zhǎng)，也就是說(shuō)，λ ^取決于溫度。對(duì)此例如參照?qǐng)D3， 圖3為兩個(gè)不同溫度T1 = 33t^PT2 = 43°C示出了該吸收線B范圍內(nèi)的吸收Α。可以看出， 在較高溫度下，吸收線B向短波長(zhǎng)移動(dòng)。在本發(fā)明的框架內(nèi)，現(xiàn)在測(cè)量該吸收線B范圍內(nèi)的 吸收，而且僅對(duì)兩個(gè)處于吸收最大值(Atl, Xci)不同側(cè)上的固定預(yù)給定的波長(zhǎng)入工和λ2。這 些波長(zhǎng)在圖3中同樣被標(biāo)注。在此方面需要注意的是，最大值的位置、并且因此Xci本身取 決于溫度。波長(zhǎng)入工和λ2在考慮到所選擇的溫度范圍的情況下因此要被選擇為使得其對(duì) 于該范圍的全部溫度始終處于(移動(dòng)的)最大值的不同側(cè)上?，F(xiàn)在從圖3中可以看出，在波長(zhǎng)X1的范圍內(nèi)，對(duì)于較高溫度T2的吸收明顯大于溫度1\。在吸收最大值λ ^的另一側(cè) 上則是另一種情況。在那里對(duì)于較高溫度T2的吸收小于溫度1\。這種效應(yīng)可以通過(guò)用一 條直線G穿過(guò)在溫度T時(shí)的這兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)而被進(jìn)一步說(shuō)明。圖3現(xiàn)在示出該直線G的斜率 ΔΑ/Δ λ非常敏感地取決于介質(zhì)的溫度Τ。這同樣適用于對(duì)于這兩個(gè)波長(zhǎng)入工和λ2在特 定溫度T1或T2時(shí)吸收值之間的差Δ Α，因?yàn)樵摬瞀?A = A ( λ J -A ( λ 2)確定所繪制直線G的 斜率。在本發(fā)明的框架內(nèi)，現(xiàn)在因此在特定溫度下射入紅外光，而且僅兩種分別設(shè)置在吸收 最大值λ ^不同側(cè)上的離散的波長(zhǎng)入工和λ2。所測(cè)得的吸收值被聯(lián)系起來(lái)，例如像在本實(shí) 施例中彼此相減，其中，所得到的差形成敏感地取決于溫度的所確定的測(cè)量值。將這個(gè)在本 實(shí)施例中體現(xiàn)吸收值的差或通過(guò)這兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)所繪制的直線G的斜率的測(cè)量值與此前所 記錄的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。圖4中為大量溫度示出了該校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在那里，在波長(zhǎng)X1* λ 2時(shí)分別為不同溫度繪制吸收值。此外，為了進(jìn)行說(shuō)明，同樣有直線穿過(guò)各自成對(duì)分配的 點(diǎn)。圖4現(xiàn)在特別明確地表明，測(cè)量值的差、并因此還有直線的斜率敏感地取決于溫度，因 為隨著溫度的上升或下降尤其是還導(dǎo)致符號(hào)改變。因此，在溫度未知的情況下在這兩個(gè)波 長(zhǎng)λ工和λ 2下執(zhí)行根據(jù)圖2的測(cè)量，并隨后形成吸收值的差或確定外推直線G的斜率，使 得可以通過(guò)與根據(jù)圖4的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的比較準(zhǔn)確地確定溫度Τ，而不必測(cè)量吸收線B的最大值 的移動(dòng)。圖1至4圖示說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的方法的基本工作原理并說(shuō)明了在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí) 施。因?yàn)檫@是一種光學(xué)的且非侵入式的測(cè)量方法，所以也可以類似的方式測(cè)量體內(nèi)的溫度， 例如確定平躺身體K內(nèi)的組織、例如血液的溫度。為此有利的是，利用超聲波輻射標(biāo)記測(cè)量的目標(biāo)區(qū)。這樣的方法在DE 10311 408 Β3中在另一上下文中被介紹。那里所介紹的體內(nèi)區(qū)域的標(biāo)記可以相應(yīng)的方式也用于在溫度 測(cè)量的過(guò)程中來(lái)標(biāo)記區(qū)域。對(duì)此例如參照?qǐng)D5。激光器2的紅外光以所述方式(波長(zhǎng)為X1 和λ 2)射入身體K的內(nèi)部，并利用探測(cè)器6測(cè)量體現(xiàn)吸收的反向散射光子。探測(cè)器6現(xiàn)在 不僅記錄在血管11區(qū)域內(nèi)被反向散射的光子，而且也記錄在其它區(qū)域內(nèi)被散射的大量其 他光子。標(biāo)記或選擇現(xiàn)在通過(guò)利用圖5中所示的超聲波輻射源12射入超聲波輻射13來(lái)實(shí) 現(xiàn)。該輻射聚焦在目標(biāo)區(qū)、即血管11上。在此方面，例如在流動(dòng)的血液的情況下例如利用多 普勒效應(yīng)，如在DE 103 11 408 Β3中所介紹的那樣。超聲波輻射源12產(chǎn)生脈沖長(zhǎng)度固定 且重復(fù)時(shí)間固定的脈動(dòng)的超聲波輻射。通過(guò)分析單元，然后可以在考慮到該脈沖特性的情 況下從探測(cè)器6中提取實(shí)際上對(duì)超聲波焦點(diǎn)體積有貢獻(xiàn)的光分量。詳細(xì)內(nèi)容在DE 103 11 408 Β3和DE 10 2006 036 920中有所介紹，但它們不是研究溫度確定，而是研究非侵入式 測(cè)量血液成分的濃度。此外，依據(jù)本發(fā)明的方法于是也可與血液成分濃度的這種非侵入式 測(cè)量相組合。因此進(jìn)行血液成分濃度的非侵入式測(cè)量，例如測(cè)量含糖量，其中同時(shí)也可以進(jìn) 行溫度確定。因?yàn)橥ㄟ^(guò)超聲波所標(biāo)記的光分量在實(shí)踐中可能不僅取決于所觀察部位的溫度，而 且在一定程度上也取決于表面和所觀察部位的溫度的梯度，所以可以有利的是，事先在測(cè) 量體的表面、例如皮膚上進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)量，其中，在那里，借助于超聲波焦點(diǎn)的標(biāo)記也可能是 有利的。在那里所進(jìn)行的測(cè)量?jī)H取決于那里的溫度，而與可能的中間層的溫度或者溫度梯 度無(wú)關(guān)，從而隨后可以在所期望的身體深度進(jìn)行溫度測(cè)量并且在此進(jìn)行溫差測(cè)量。最后作為對(duì)校正的補(bǔ)充，可以有利的是利用等吸收的波長(zhǎng)進(jìn)行校正測(cè)量。具體情況，附圖對(duì)此沒(méi)有示出。這種等吸收的波長(zhǎng)的特征在于，被反向散射的光子流僅受中間層內(nèi) 以及所觀察部位內(nèi)散射效應(yīng)的影響，而與水的(光學(xué))吸收能力完全無(wú)關(guān)。散射特性因此 可以從所進(jìn)行的測(cè)量中被“校正出來(lái)”。這些基準(zhǔn)和校正測(cè)量在實(shí)踐中可與所實(shí)施的溫度測(cè) 量直接(在時(shí)間上)相互聯(lián)系地進(jìn)行并立即進(jìn)入分析中，使得用于實(shí)施依據(jù)本發(fā)明的方法 的裝置似乎自動(dòng)校準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種介質(zhì)、尤其是含水介質(zhì)的溫度的非侵入式光學(xué)確定方法，利用紅外光和/或可見(jiàn)光在吸收線的范圍內(nèi)照射所要檢查的介質(zhì)，所述吸收線的位置取決于所述介質(zhì)的溫度，并且測(cè)量所述吸收線的范圍內(nèi)光的吸收并根據(jù)該測(cè)量通過(guò)與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)確定溫度，其特征在于，利用至少兩個(gè)在所述吸收線的范圍內(nèi)位于吸收最大值不同側(cè)上的離散的光波波長(zhǎng)λ1、λ2照射所述介質(zhì)，根據(jù)所確定的兩個(gè)吸收值A(chǔ)(λ1)、A(λ2)相互的比率或函數(shù)關(guān)系，確定至少一個(gè)取決于溫度(T)的測(cè)量值或者取決于溫度的測(cè)量函數(shù)，以及根據(jù)該測(cè)量值或該測(cè)量函數(shù)，通過(guò)與先前所記錄的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)確定溫度。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量值通過(guò)求兩個(gè)位于最大值兩側(cè)的 吸收值的差或者通過(guò)確定通過(guò)測(cè)量點(diǎn)的直線的斜率而被確定。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，用波長(zhǎng)入1、λ2在600nm到2500nm之 間、優(yōu)選為SOOnm到ieOOnm的可見(jiàn)光和/或紅外光照射所述介質(zhì)。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量在970nm左右的水吸收線的范圍內(nèi) 進(jìn)行，其中優(yōu)選地一方面使用第一波長(zhǎng)λ工在950nm到970nm之間的光、另一方面使用第二 波長(zhǎng)λ 2在975nm到IOOOnm之間的光。
5.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量在1450nm左右的水吸收線的范圍 內(nèi)實(shí)施。
6.按權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，確定體表上介質(zhì)的溫度，例如皮膚 的溫度。
7.按權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，確定體內(nèi)的組織、例如流動(dòng)的血液 的溫度。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，為了測(cè)量體內(nèi)的溫度，借助于脈動(dòng)式超聲波 輻射標(biāo)記測(cè)量的位置、例如血管。
9.按權(quán)利要求7或8所述的方法，用于確定身體內(nèi)部的溫度，其中首先執(zhí)行體表溫度的 基準(zhǔn)測(cè)量，隨后執(zhí)行體內(nèi)一個(gè)位置處溫度的測(cè)量。
10.按權(quán)利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，為了確定體內(nèi)的溫度，以一個(gè)或多 個(gè)等吸收的波長(zhǎng)執(zhí)行校正測(cè)量，其中用具有等吸收的波長(zhǎng)的光照射介質(zhì)或身體，其中被反 向散射的光分量?jī)H取決于體內(nèi)的散射效應(yīng)，而與介質(zhì)、例如水的吸收特性無(wú)關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種介質(zhì)、尤其是含水介質(zhì)的溫度的非侵入式光學(xué)確定方法，其中所要控驗(yàn)的介質(zhì)被紅外光和/或可見(jiàn)光在吸收線的范圍內(nèi)照射，吸收線的位置取決于介質(zhì)的溫度，測(cè)量吸收線范圍內(nèi)光的吸收并根據(jù)該測(cè)量通過(guò)與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較來(lái)確定溫度。該方法的特征在于，利用至少兩個(gè)在吸收線(B)范圍內(nèi)處于吸收最大值不同側(cè)上的離散的光波波長(zhǎng)(λ1、λ2)照射介質(zhì)，根據(jù)所測(cè)定的兩個(gè)吸收值彼此的比率確定至少一個(gè)取決于溫度的測(cè)量值(ΔA/Δλ)，并根據(jù)該測(cè)量值通過(guò)與此前所記錄的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較來(lái)確定溫度。
文檔編號(hào)G01J5/60GK101981422SQ200980103071
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者V·赫爾曼 申請(qǐng)人:尼爾魯斯工程股份公司