專利名稱：分光鏡傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及傳感器，特別地，用于測量樣品屬性的分光鏡傳感器。
背景技術(shù)：
近紅外輻射一般可以穿過皮膚和脂肪層以照射肌肉組織中的血管。輻射可以被血紅細胞中的血色素、肌纖維中的肌紅蛋白、水以及血漿中的其它蛋白質(zhì)吸收。輻射通過肌纖維和血細胞二者散射，并且散射的輻射可以被檢測和分析以確定散射的輻射的波長相關(guān)性。肌肉組織中的各種吸收組分的吸收光譜可以通過比較傳遞到組織的入射輻射的光譜和從組織散射的輻射而得以確定。對于某些樣品，吸收光譜中的特定光譜特征可以分配給肌肉組織中的特定組分(例如，某些光譜特征可以被分配來由血色素和/或肌紅蛋白吸收)。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開的是用于測量包括人體和動物組織的樣品的近紅外線光譜以及用于基于光譜確定樣品的一個或多個屬性的裝置例如傳感器和方法。特別地，在此公開的設(shè)備包括基于電路板的傳感器，其包括多個輻射源；光譜檢測器；以及電子處理器，其控制源和檢測器，處理來自檢測器的光譜信息以計算樣品的吸收光譜，以及基于吸收光譜確定樣品屬性。傳感器可以包括在不同的源-檢測器距離的輻射源。特別地，傳感器可以包括多個長距離的源，每個源可以照射樣品，并且在該照射后從樣品散射的輻射可以被測量。來源于樣品的長距離源照射的散射的輻射光譜典型地包括來自樣品中的肌肉組織以及來自定位在傳感器和肌肉組織之間的皮膚和/或脂肪層的光譜貢獻。吸收光譜可以通過比較散射的輻射光譜和來自長距離源的入射輻射光譜而從散射的輻射光譜產(chǎn)生。在下面的討論中，參照樣品的吸收光譜。但是，在此公開的設(shè)備和方法還可以用于從測量的散射的輻射光譜獲取反射光譜。通常，反射和吸收通過簡單的數(shù)學(xué)變換得以相關(guān)聯(lián)，并且在此公開的設(shè)備和方法可以可交換地用于從樣品得到的反射和/或吸收信息。用于將光譜散射的輻射信息轉(zhuǎn)化為樣品的反射和/或吸收光譜被公開在例如美國專利申請出版物No. 2008/0097173中，其整個內(nèi)容在此被引入作為參考。傳感器還典型地包括一個或多個短距離源，其可以照射樣品，并且在該照射之后來自樣品的散射的輻射可以被測量。典型地，源于樣品的短距離源照射的散射的輻射光譜包括實質(zhì)上僅來自定位在傳感器和肌肉組織之間的皮膚和/或脂肪的層的光譜貢獻。如上，吸收光譜可以通過比較散射的輻射光譜和來自短距離的源的入射輻射光譜而從散射的輻射光譜產(chǎn)生。而且，通過組合源于長距離和短距離照射源的吸收光譜，吸收光譜可以被修正以減少由于介入皮膚和/或脂肪層所致的光譜貢獻。在包括多個長距離源的傳感器中，電子處理器可以配置為選擇用于樣品照射的特定的長距離源。典型地，電子處理器配置為測量樣品的多個吸收光譜(對于覆蓋皮膚和/或脂肪層，要么是修正的，要么是未修正的)，其中每個吸收光譜在樣品通過一個長距離源照射之后進行測量。處理器配置每一吸收光譜到泰勒級數(shù)模型，用于樣品中的主發(fā)色團(例如，氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白和水)。處理器然后確定每個配置的均方根誤差，并選擇產(chǎn)生具有最小測量誤差的樣品光譜的長距離源，如果樣品光譜滿足用于進一步樣品測量的至少最小適合性標(biāo)準(zhǔn)的話。樣品的一個或多個吸收光譜然后能夠通過用來自選擇的長距離源的輻射照射樣品并基于來自樣品的散射的輻射確定吸收光譜而獲得。替代選擇適當(dāng)?shù)拈L距離源，或者除了選擇適當(dāng)?shù)拈L距離源之外，處理器在一些實施例中可以識別(例如測量或者從存儲器或者記憶單元檢索)樣品的預(yù)期的光譜和/或在樣品的光譜中的特定特征的預(yù)期的光譜形，并分析每一測量的吸收光譜以確定預(yù)期的和測量的光譜之間(或者預(yù)期的和測量的光譜的某些部分之間)的對應(yīng)性。典型地，處理器然后選擇產(chǎn)生對應(yīng)最接近樣品的預(yù)期的光譜或者光譜特征形狀的測量的吸收光譜或者光譜特征形狀的長距離源作為照射源。如上，樣品的一個或多個吸收光譜因此能夠通過用來自選擇的長距離源的輻射照射樣品并基于來自樣品的散射的輻射確定吸收光譜而獲得?？偟膩碚f，在第一方面，本發(fā)明的特征在于傳感器，其包括(a)包括電子處理器的電路板；(b)多個輻射源，每個源附著到電路板；和(c)附著到電路板的光譜檢測器，光譜檢測器配置為分析源于多個輻射源的一個或多個的輻射。在使用過程中，傳感器配置為穿戴在對象身體的一部分上。進一步地，電子處理器配置為致使多個輻射源的兩個或多個將入射輻射導(dǎo)向到對象，以致使光譜檢測器分析來自對象的輻射，并基于來自對象的輻射確定對象的一個或多個屬性。在進一步的方面，本發(fā)明的特征在于傳感器，其包括(a)柔性安裝構(gòu)件，其包括配置為直接附著到樣品并且當(dāng)它附著到樣品時呈現(xiàn)對應(yīng)樣品的至少一部分的形狀的粘接表面；和(b)多個輻射源、光譜檢測器和附著到安裝構(gòu)件的電子處理器。電子處理器可以配置為致使至少兩個輻射源將入射輻射導(dǎo)向到樣品，以致使光譜檢測器分析來自樣品的輻射，并基于來自樣品的輻射確定樣品的一個或多個屬性。在另一方面，本發(fā)明的特征在于傳感器，其包括(a)多個輻射源，每一輻射源定位為通過入射輻射照射樣品；(b)光譜檢測器，其配置為響應(yīng)入射輻射分析從樣品散射的輻射；和(c)至少一個電子處理器，其配置為選擇多個輻射源的一個并基于來自選取的輻射源的入射輻射測量樣品的吸收光譜。選擇多個輻射源的一個可以包括測量多個樣品吸收光譜，每個吸收光譜對應(yīng)通過多個輻射源之一的樣品照射，并確定多個吸收光譜的每一個中的光譜特征的預(yù)期形狀和測量的形狀之間的相關(guān)性。在進一步方面，本發(fā)明的特征在于傳感器，其包括(a)包括至少一個電子處理器的電路板；(b)附著到電路板的輻射源；(c)和附著到電路板的多個光譜檢測器，每個光譜
6檢測器配置為分析源于輻射源的輻射電子處理器可以配置為致使輻射源將入射輻射導(dǎo)向到樣品，以致使多個光譜檢測器的兩個或多個分析從樣品散射的輻射，并基于散射的輻射確定樣品的一個或多個屬性。在另一個方面，本發(fā)明的特征在于傳感器，其包括配置為直接附著到樣品并呈現(xiàn)對應(yīng)至少一部分樣品的形狀的一次性的安裝構(gòu)件，和多個輻射源、光譜檢測器和附著到安裝構(gòu)件的至少一個電子處理器。電子處理器可以配置為致使多個輻射源的兩個或多個將入射輻射導(dǎo)向到樣品，以致使光譜檢測器分析從樣品散射的輻射，并基于散射的輻射確定樣品的一個或多個屬性。在進一步方面，本發(fā)明的特征在于設(shè)備，其包括包括集成電路板并附著到電路板的可穿戴的組件、多個輻射源、光譜檢測器和至少一個電子處理器。在操作過程中組件穿戴在人的身體的一部分上。電子處理器配置為致使多個輻射源的至少一些將輻射導(dǎo)向為入射在身體的該部分上，以導(dǎo)向檢測器來分析從身體的該部分散射的輻射，并基于散射的輻射確定身體的該部分的一個或多個屬性。傳感器和/或設(shè)備的實施例可以包括以下特征的一個或多個。電子處理器可以配置為選擇性地調(diào)節(jié)至少一個輻射源以產(chǎn)生入射輻射。電子處理器可以配置為選擇性地調(diào)節(jié)(i)每一輻射源的任務(wù)周期和(ii)供應(yīng)到每一輻射源的電驅(qū)動電流的至少一個，以產(chǎn)生具有選取的光譜形的入射輻射。電子處理器可以配置為調(diào)節(jié)輻射源以補償對象對入射輻射的吸收其中補償包括基于對象的吸收光譜調(diào)節(jié)輻射源。電子處理器可以配置為調(diào)節(jié)輻射源以(i)修正輻射源中的不同的發(fā)射強度，或者(ii)以修正檢測器的光譜監(jiān)測效率的變化。電子處理器可以配置為調(diào)節(jié)每一輻射源以使得每一輻射源具有選取的光譜輪廓。輻射源可以包括定位在具有檢測器9毫米或者更少距離處的短距離源，以及至少兩個長距離源，每個定位在距離檢測器10毫米或更遠的距離處。輻射源可以包括至少兩短距離源和至少三個長距離源。電子處理器可以配置為選擇長距離源之一以產(chǎn)生至少一部分入射輻射，這是通過用由每一長距離源產(chǎn)生的入射輻射照射對象，對應(yīng)每一長距離源的照射測量對象的吸收光譜，以及比較測量的吸收光譜以選擇一個長距離源。該比較可以包括(a)對于每個長距離源，擬合對應(yīng)長距離源的吸收光譜到泰勒級數(shù)模型用于對象的吸收光譜，并確定吸收光譜和模型之間的平均誤差；和(b)選擇對應(yīng)吸收光譜和模型之間的最小平均誤差的長距離源。所述比較可以包括在擬合吸收光譜對應(yīng)長距離源之前，標(biāo)準(zhǔn)化吸收光譜。所述比較可以包括在擬合吸收光譜對應(yīng)長距離源之前修正對應(yīng)長距離源的每一吸收光譜以利用源于通過暴露對象到來自短距離源的輻射獲得的吸收光譜的信息減小由于對象中的皮膚和脂肪層所引起的光譜影響。選擇長距離源可以包括確定選擇的長距離源是否滿足最小適合性標(biāo)準(zhǔn)。確定選擇的長距離源是否滿足最小的適合性標(biāo)準(zhǔn)可以包括確定模型擬合誤差的平均值(μ)和標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)，其中電子處理器可以配置為選擇長距離源，如果模型和對應(yīng)選擇的長距離源的吸收光譜之間的平均誤差是在間隔(μ -3 σ，μ +3 σ )之內(nèi)的話。傳感器可以包括輻射源，其包括兩個或多個短距離源，電子處理器可以配置為選擇短距離源和長距離源的組合以通過以下來產(chǎn)生至少一部分入射輻射(a)通過由每一短距離源產(chǎn)生的入射輻射照射對象；(b)測量對應(yīng)每一短距離源的吸收光譜；(C)通過對應(yīng)短距離源的每一光譜修正對應(yīng)長距離源的每一光譜；(d)擬合修正的光譜到泰勒級數(shù)模型用于對象的吸收光譜并確定每一修正的光譜和模型之間的擬合誤差；以及(e)識別對應(yīng)修正的光譜中的最小擬合誤差的包括短距離源和長距離源的組合。電子處理器可以配置為測量對象的修正吸收光譜，其是通過基于源于長距離源之一照射對象而從樣品產(chǎn)生的輻射測量對象的第一吸收光譜，基于源于一個或多個短距離源照射對象而從樣品產(chǎn)生的輻射測量第二吸收光譜，以及基于第二吸收光譜修正第一吸收光
■i並曰ο傳感器可以包括非一次性部分和一次性部分，其中一次性部分接觸非一次性部分并包括具有配置來直接附著到樣品的粘接表面的柔性層。傳感器可以包括定位在傳感器的非一次性部分上的短距離輻射源，和定位在傳感器的一次性部分上的兩個或多個長距離輻射源。傳感器可以包括顯示單元，其中顯示單元定位在傳感器的表面上，傳感器的該表面與另一表面相對，通過該另一表面入射輻射通過多個輻射源發(fā)出。顯示單元可以配置為顯示對象的一個或多個屬性的至少一些的值。所述顯示可以進一步配置為顯示對象的一個或多個屬性的以前測定的值。傳感器可以包括通信接口，該通信接口包括配置為傳輸數(shù)據(jù)到傳感器和從傳感器傳輸數(shù)據(jù)的無線發(fā)射器和接收器，其中傳感器配置為通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。一個或多個屬性可以包括對象的氧飽和、氧張力、pH、血細胞容量計、血紅蛋白濃度、厭氧閾、含水率和氧消耗的至少一個。電子處理器可以配置為在分析來自對象的輻射的過程中保持非零測量的檢測器信號強度在預(yù)定的信號強度范圍內(nèi)。保持檢測器信號強度在預(yù)定范圍內(nèi)可以包括調(diào)節(jié)檢測器的電子增益和信號采集時間的至少一個以控制信號強度。保持檢測器信號強度在預(yù)定范圍之內(nèi)可以包括選擇多個輻射源的不同的一個以導(dǎo)向入射輻射到對象。選擇多個輻射源的不同的一個可以包括從定位在距離檢測器10毫米或更遠處的輻射源中選擇不同的輻射源。選擇多個輻射源的不同的一個可以包括從定位在距離檢測器9毫米或者更短距離處的輻射源中選擇不同的輻射源。電子處理器可以配置為提供關(guān)于對象的一個或多個屬性的信息到治療裝置以控制治療裝置。安裝構(gòu)件可以包括接觸樣品的第一一次性部分和第二非一次性部分，多個輻射源、檢測器和電子處理器附著到第二非一次性部分，其中一次性部分至少部分地可被近紅外輻射穿透并形成一窗口，通過輻射源產(chǎn)生的入射輻射通過該窗口到達樣品。在一些實施例中，多個輻射源可以直接附著到電路板。在某些實施例中，多個輻射源可以固定地附著到電路板。在一些實施例中，多個輻射源可以附著到電路板以使得在使用過程中多個輻射源直接接觸對象，湖綜合直接接觸定位在傳感器和對象之間的材料層 (例如，粘接層)。輻射源可以直接電接觸電路板。在某些實施例中，傳感器可以包括多個光譜檢測器和一個或多個輻射源。傳感器可以包括附著到電路板的電源。電源可以包括電池。電池可以是可再充電電池和一次性電池之一。例如，電池可以是可再充電電池，傳感器可以包括配置為在電池的充電過程中支撐傳感器的設(shè)備。傳感器可以配置為直接附著到樣品。至少一部分傳感器可以是柔性的，并且傳感器可以配置為適合樣品的形狀。檢測器可以包括電荷耦合器件。替代地，或者額外地，檢測器可以包括基于互補金屬氧化物半導(dǎo)體的裝置。檢測器可以包括可線性變化的過濾器。傳感器的最大尺寸可以小于15厘米(例如，小于8厘米)。檢測器的光譜分辨率的半最大值全寬(FffHM)可以是10. Onm或者更小(例如，2. Onm或者更小、0. 5nm或者更小)。多個輻射源的至少一些可以包括發(fā)光二極管。例如，多個輻射源的每個可以包括一個或多個發(fā)光二極管。多個輻射源的至少一些可以包括多個發(fā)光二極管。替代地，或者額外地，多個輻射源的至少一些可以包括白熾光源。通過發(fā)光二極管發(fā)出的輻射可以包括近紅外輻射。近紅外輻射可以包括這樣的輻射，即包括600nm和IlOOnm之間的波長的輻射。多個發(fā)光二極管可以配置為產(chǎn)生具有25nm 更更大(例如，IOOnm或更大，500nm或更大)的半最大值全寬(FWHM)光譜帶寬。電子處理器可以配置為選擇性地調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的至少一些以產(chǎn)生入射輻射。選擇性地調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的至少一些可以包括調(diào)節(jié)由發(fā)光二極管發(fā)出的輻射強度。發(fā)光二極管可以通過調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的任務(wù)周期進行調(diào)節(jié)。發(fā)光二極管可以通過調(diào)節(jié)提供給發(fā)光二極管的驅(qū)動電流而進行調(diào)節(jié)。發(fā)光二極管可以被調(diào)節(jié)以增大或者減小來自多個輻射源的總輸出輻射強度。發(fā)光二極管可以被調(diào)節(jié)以補償通過樣品對入射輻射的吸收。對吸收的補償可以包括基于選取的在樣品的輻射吸收光譜內(nèi)的吸收帶調(diào)節(jié)至少一些發(fā)光二極管。電子處理器可以配置為調(diào)節(jié)多個發(fā)光二極管的至少一些的輸出強度以產(chǎn)生具有選擇的光譜形的入射輻射。入射輻射的光譜形可以被選取來至少部分地修正用于樣品對入射輻射的吸收。入射輻射的光譜形可以被選擇來以至少部分地修正用于多個發(fā)光二極管中的不同發(fā)射強度。入射輻射的光譜形可以被選擇來至少部分地修正用于檢測器的光譜檢測效率的變化。至少一些輻射源可以包括定位在距離檢測器9毫米或者更短(例如距離檢測器8 毫米或者更短，7毫米或者更短，6毫米或者更短，5或者更短，4毫米或者更短，3毫米或者更短，2. 5毫米或者更短)距離處的短距離源。傳感器可以包括一個或多個短距離源(例如， 兩個或多個短距離源、三個或多個短距離源、五個或多個短距離源、七個或多個短距離源、 超過七個短距離源)。至少一些輻射源可以包括定位在距離檢測器10毫米或更遠(例如距離檢測器20 毫米或更遠、距離檢測器50毫米或更遠)距離處的長距離源。每一長距離源相對于另一個長距離源可以定位在距離檢測器的不同的距離處。多個輻射源的至少一些可以包括包括多個輻射發(fā)射元件的包。多個輻射源的至少一些的每個可以包括兩個或多個包。至少一些包可以包括兩個或多個輻射發(fā)射元件。電子處理器可以配置為選擇兩個或多個長距離源的一個以產(chǎn)生入射輻射。電子處理器可以配置為基于樣品的吸收光譜中的光譜特征選擇長距離源或者基于樣品光譜中的吸收光譜帶的預(yù)期形狀和測量形狀之間的相關(guān)性選擇長距離源。吸收光譜帶的測量形狀可以通過從長距離源導(dǎo)向入射輻射到樣品并測量從樣品散射的輻射而確定。在其它實施例中，電子處理器可以配置為選擇長距離源，其是通過用由每一長距
9離源產(chǎn)生的入射輻射照射樣品，基于來自每一長距離源的入射輻射測量樣品的吸收光譜， 和比較吸收光譜以選擇一個長距離源。所述比較可以包括(i)對于每個長距離源，擬合對應(yīng)長距離源的吸收光譜到模型(例如，泰勒級數(shù)模型，或者另一個另一類型的模型)用于吸收光譜，并確定吸收光譜和模型之間的誤差；和(ii)選擇對應(yīng)吸收光譜和模型之間的最小平均誤差的長距離源。所述比較還可以包括，在擬合之前，基于通過用由一個或多個短距離源產(chǎn)生的入射輻射照射樣品而測量的吸收信息修正對應(yīng)長距離源的每一光譜。在其它的實施例中，所述比較還可以包括選擇長距離源，對于該長距離源，對應(yīng)光譜和模型之間的誤差滿足最小適合性標(biāo)準(zhǔn)。最小適合性標(biāo)準(zhǔn)可以包括具有在誤差平均值的3ο內(nèi)的相對于模型的誤差的光譜。在又另一實施例中，電子處理器可以配置為測量樣品的修正的吸收光譜，其是通過基于源于一個長距離源的散射照射輻射測量樣品的第一吸收光譜，基于源于一個或多個短距離源的散射的照射輻射測量樣品的第二吸收光譜，和基于第二吸收光譜修正第一吸收光譜。第一吸收光譜可以被修正以減少樣品中的皮膚色素沉著的光譜效果。替代地，或者額外地，第一吸收光譜可以被修正以減少樣品中的脂肪的光譜效果。電子處理器還可以配置為基于從至少三個長距離源散射的照射輻射測量樣品的至少三個修正的吸收光譜。在某些實施例中，傳感器可以包括定位來附著傳感器到樣品的粘接元件。粘接元件可以是一次性的。在其它實施例中，傳感器可以是一次性的或者非一次性的?；蛘?，傳感器可以包括非一次性的部分和連接到非一次性部分的一次性部分。多個輻射源可以包括相對于檢測器位置的一個或多個短距離輻射源和一個或多個長距離輻射源，并且每一短距離源可以定位在非一次性部分上，而每一長距離源可以定位在一次性部分上。傳感器可以包括電源，電源包括一次性電池，其中一次性電池定位在一次性部分上?；蛘?，傳感器可以包括電源，電源包括一次性電池，其中一次性電池定位在非一次性部分上。在各個實施例中，傳感器可以包括配置為附著到樣品的套筒，所述套筒包括配置為容納傳感器的袋。套筒可以是能至少部分地被近紅外輻射穿透的。傳感器可以包括顯示單元。顯示單元可以定位在傳感器的表面上，傳感器的該表面與另一表面相對，通過該另一表面入射輻射通過多個輻射源發(fā)出。在某些實施例中，傳感器可以包括，或者還包括，通信接口。通信接口可以包括配置為發(fā)送來自傳感器的數(shù)據(jù)或者接收發(fā)送到傳感器的數(shù)據(jù)的無線發(fā)射器和接收器。通信接口可以包括配置為發(fā)送來自傳感器的數(shù)據(jù)或者接收發(fā)送到傳感器的數(shù)據(jù)的端口。傳感器可以配置為通過通信接口發(fā)送數(shù)據(jù)到外部裝置。傳感器可以配置為通過通信接口發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)可以是因特網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)可以是移動電話網(wǎng)絡(luò)。支持設(shè)備可以包括通信接口，傳感器可以配置為在電池充電過程中發(fā)送數(shù)據(jù)到支持設(shè)備。一個或多個屬性可以包括樣品的氧飽和、氧張力、pH、血細胞容量計、血紅蛋白濃度、厭氧閾、含水率和氧消耗的至少一個。樣品可以包括肌肉組織。樣品可以包括人體或者動物的一部分。樣品可以包括定位在傳感器和肌肉組織之間的皮膚和脂肪層。傳感器可以包括圍繞電路板的殼體、多個輻射源和檢測器，其中殼體配置為附著到包括樣品的對象。
傳感器可以配置為將氧飽和、氧張力、pH、含水率和血細胞容量計的至少一個傳送到外部系統(tǒng)，外部系統(tǒng)可以配置為控制包括樣品的對象中的氧飽和、氧張力、PH、含水率和血細胞容量計的至少一個。在各個實施例中，選擇多個輻射源的一個可以包括用由多個源的每一個產(chǎn)生的入射輻射照射樣品，基于來自每一源的入射輻射測量樣品的吸收光譜，并比較吸收光譜以選擇一個源。選擇多個輻射源的一個可以包括選擇對應(yīng)光譜特征的預(yù)期形狀和測量形狀之間的最相關(guān)的輻射源。光譜特征可以是吸收光譜帶。傳感器和/或設(shè)備的實施例還可以根據(jù)情況包括在這里公開的其它特征。在另一個方面，本發(fā)明的特征在于用于測量一個或多個樣品屬性的方法，所述方法包括選擇多個輻射源之一并將來自選取的源的輻射導(dǎo)向來入射在樣品上，檢測來自樣品的輻射，和基于檢測的輻射確定一個或多個樣品屬性。所述選擇包括(a)對于多個輻射源的每一個，通過暴露樣品到來自輻射源的輻射測量樣品的吸收光譜；(b)擬合吸收光譜到用于樣品吸收的模型，并確定每個光譜相對于模型的平均擬合誤差；以及(c)選擇對應(yīng)具有最小平均擬合誤差的光譜的源。所述方法的實施例可以包括以下特征的一個或多個。模型可以是泰勒級數(shù)模型。所述選擇可以包括在確定平均擬合誤差之前標(biāo)準(zhǔn)化每一吸收光譜。所述選擇可以包括在確定平均擬合誤差之前修正每一吸收光譜以減少樣品中的皮膚和脂肪層所致的光譜效果。所述選擇可以包括確定與擬合誤差相關(guān)的平均值μ和標(biāo)準(zhǔn)偏差值ο，并選擇這樣的源，即從對應(yīng)該源的吸收光譜確定的平均擬合誤差是在間隔 (μ -3 σ , μ +3 σ )的范圍內(nèi)。所述方法可以包括，在檢測來自樣品的輻射的過程中，保持檢測到的輻射信號的強度大于零或者在預(yù)定的信號強度范圍內(nèi)。保持信號強度在預(yù)定范圍內(nèi)可以包括調(diào)節(jié)檢測器的電子增益和信號采集時間的至少之一，其中在所述信號采集時間的過程中輻射被檢測以控制信號強度。保持信號強度在預(yù)定范圍內(nèi)可以包括選擇多個輻射源的不同個來導(dǎo)向輻射到樣品。所述方法可以包括傳輸氧飽和、氧張力、pH、含水率和血細胞容量計的至少一個的值到外部系統(tǒng)，其中外部系統(tǒng)配置為控制包括樣品的對象中的氧飽和、氧張力、PH、含水率和血細胞容量計的至少一個。所述方法的實施例還可以根據(jù)情況包括在這里公開的其它步驟和/或特征的任
ο公開的各實施例可以包括以下優(yōu)點的一個或多個。在一些實施例中，在此公開的傳感器并不使用光纖以耦合來自照射源的入射輻射到樣品和/或耦合從樣品散射的輻射到檢測器。典型地，光纖會是易碎的并在使用過程中受到破壞。制造光纖到精確的公差會是困難的、耗時的以及昂貴的。進一步地，包括在源、 樣品和檢測器之間耦合輻射的光纖的傳感器可以受益于周期性的再校準(zhǔn)以應(yīng)對光纖隨著時間的退化。在這里公開的傳感器通過樣品、通過空氣以及通過各種大體積的光學(xué)元件耦合輻射從源到樣品以及從樣品到檢測器。這些輻射傳播介質(zhì)不會受到光纖典型地會受到的相同制造限制、成本和降級。
在某些實施例中，在這里公開的傳感器包括所有的固態(tài)部件，既包括電子部件也包括光學(xué)部件。結(jié)果，部件可以典型地可靠地和/或便宜地進行制造，如有必要大規(guī)模地進行生產(chǎn)。部件的批量生產(chǎn)可以產(chǎn)生足夠便宜以在使用后部分地或者完全地一次性的傳感器。在一些實施例中，例如，傳感器通過一次性的粘接墊附著到身體部分。在一些實施例中， 整個傳感器形成為密封的一件式的單元，并且為使用后一次性的。在一些實施例中，傳感器的一部分(例如，僅包括長距離照射源的部分)是一次性的，而傳感器的其它部分是可再用的。在一些實施例中，一些或者全部的傳感器的輻射源包括多個發(fā)光二極管(LED)，并且傳感器的電子處理器可以調(diào)節(jié)一些或者全部LED的集成輸出強度以產(chǎn)生具有選取的光譜特性的入射輻射。例如，一些或者全部的LED的強度可以調(diào)節(jié)以補償在某些波長比在其它波長樣品對入射輻射的吸收更強；在檢測器中的可變的取決于波長的檢測效率；以及可變的取決于波長和二極管的發(fā)射強度。結(jié)果，入射輻射的光譜特性可以調(diào)節(jié)以提供電磁波光譜的樣品強烈吸收入射輻射的部分中的提高的靈敏度。典型地，傳感器包括配置為集體地發(fā)射具有相對寬的頻帶寬度的入射輻射多個 LED。相應(yīng)地，光譜檢測器可以配置為在相對大量的波長下采樣散射的輻射，并因此可以提供相對高的光譜分辨率。此外，因為樣品的吸收光譜可以在相對大量的波長下確定，所以吸收光譜可以被修正以減少和/或消除由于樣品中的皮膚和脂肪層引起的光譜貢獻。在某些實施例中，傳感器包括光譜檢測器，該光譜檢測器包括可線性變化的過濾器(LVF)或者可變的Fabry Perot校準(zhǔn)器(FPE)，其具有相對高的溫度穩(wěn)定性。例如，由于 LVF的結(jié)構(gòu)，LVF的溫度穩(wěn)定性典型地高于某些其它類型的光譜檢測器例如基于光柵的系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性。結(jié)果，在這里公開的傳感器可以典型地在寬范圍的溫度上使用，而不必再校準(zhǔn)檢測器。在這里公開的傳感器可以是便攜的甚至是可穿戴的，并可以包括電路板，包括多個輻射源、光譜檢測器、電子處理器、通信接口和電源的傳感器部件可以安裝在該電路板上。結(jié)果，傳感器可以穿戴在衣服下或者作為衣服的一部分，并可以用于例如體育訓(xùn)練過程中、患者監(jiān)測、修復(fù)和場醫(yī)學(xué)以及患者轉(zhuǎn)運過程中的環(huán)境中，對穿戴者施加相對少的干擾或者負擔(dān)。傳感器還可以由動物穿戴，相對于更多的傳統(tǒng)的監(jiān)控裝置具有相對少的不適性。除非另有說明，在此使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本公開所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。盡管與在此描述的類似或等同的方法和材料可以用于本公開的實施或者測試中，但是適當(dāng)?shù)姆椒ê筒牧厦枋鋈缦?。所有的出版物、專利申請、專利以及其它在此提及的參考文獻被全文引入作為參考。如果存在沖突，以包括定義的本描述為準(zhǔn)。此外，材料、方法和例子僅僅是示例性的，并不意在為限制性的?！獋€或多個實施例的細節(jié)在下面的附圖和描述中提出。其它的特征和優(yōu)點將從描述、附圖和權(quán)利要求變得明顯。


圖IA和IB分別是傳感器的實施例的底部和頂部示意圖。圖IC是傳感器的另一實施例的底部示意圖。圖2是示出附著到樣品表面的傳感器的示意圖。
圖3A和;3B是示出傳感器殼體的傳感器的視圖。圖4是示出檢測器的實施例的示意圖。圖5是示出包括準(zhǔn)直元件的檢測器的側(cè)視圖的示意圖。圖6A是示出傳感器通過粘接墊附著到樣品的示意圖。圖6B是示出傳感器通過輻射源安裝在其上的一次性構(gòu)件附著到樣品的示意圖。圖7是示出通過粘接貼片固定到樣品的傳感器的示意圖。圖8是示出用于附著傳感器到樣品的套筒的示意圖。圖9是示出用于傳感器的充電托架的實施例的示意圖。圖10是示出用于傳感器的校準(zhǔn)檢查和源選擇程序的步驟的流程圖。圖11是示出使用傳感器的測量程序的步驟的流程圖。圖12A-D是在對象身體上的不同位置測量的用于人體測試對象的反射光譜的圖形。圖13A是比較基于在對象身體的不同位置以及以不同的源-檢測器間隔執(zhí)行的光譜反射測量的用于測試對象的氧飽和的計算值的條形圖。圖1 是示出與圖13A所示的氧飽和的值相關(guān)的泰勒級數(shù)模型擬合誤差的條形圖。圖14A是示出對測試對象測量的反射光譜的暫時時間序列的圖形。圖14B是示出與圖14A所示的光譜的暫時時間序列相關(guān)的泰勒級數(shù)模型擬合誤差的圖形。圖15是從多個LED測量的發(fā)射輻射光譜，其中每個LED從電源接收相同百分數(shù)的驅(qū)動電流。圖16是從多個LED測量的發(fā)射輻射光譜，其中一些LED從電源接收不同百分數(shù)的驅(qū)動電流。圖17是示出在從樣品測量反射光譜的過程中作為時間函數(shù)的樣品溫度的圖形。圖18是示出確定用于傳感器的平均增益水平的圖形。圖19A-B是示出利用長的源-檢測器距離的用于光纖探針和傳感器的作為名義反射標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)的測量的光強的圖形。圖20A-B是示出利用短的源-檢測器距離用于光纖探針和傳感器的作為名義反射標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)的測量的光強的圖形。圖21是示出利用不同的傳感器校準(zhǔn)方法測量的波長校準(zhǔn)曲線的圖形。圖22是示出在動脈阻塞測試協(xié)議過程中隨著時間推移獲得的一系列反射光譜的圖形。圖23是在血液閉塞測試協(xié)議過程中作為源于圖22的反射光譜的時間的函數(shù)的氧飽和的圖形。圖M是示出用于一系列組織的假想圖(phantom)的作為脂肪厚度函數(shù)的預(yù)測的反射輻射強度的圖表。圖25A-B是分別示出利用短的源-檢測器間隔用于中等色調(diào)和深色調(diào)組織的假想圖的作為脂肪厚度函數(shù)的傳感器測量的反射輻射強度的圖形。圖26A-B是分別示出利用長的源-檢測器間隔的用于中等和深色調(diào)組織的假想圖
13的作為脂肪厚度的函數(shù)的傳感器測量的反射輻射強度的圖形。圖27是利用短的源-檢測器間隔的用于中等和深色調(diào)組織的假想圖的作為脂肪厚度函數(shù)的光纖探針測量的反射輻射強度的圖形。圖觀是示出利用長的源-檢測器間隔的用于中等和深色調(diào)組織的假想圖的作為脂肪厚度函數(shù)的光纖探針測量的反射輻射強度的圖形。圖四是示出用于光纖探針和傳感器的在測試協(xié)議過程中在不同點的肌肉氧飽和的計算值的條形圖。圖30是示出在測試對象中的已知的肌肉pH值和通過傳感器測量的反射光譜得出的肌肉PH值之間的對應(yīng)性的圖形。圖31是包括在檢測器的相對側(cè)面上的短距離和長距離輻射源的傳感器的實施例的示意圖。圖32是包括沿著不同的方向從檢測器間隔開的短距離和長距離輻射源的傳感器的實施例的示意圖。圖33是包括環(huán)形的輻射源的傳感器的實施例的示意圖。圖34是包括一個輻射源和多個檢測器的傳感器的實施例的示意圖。圖35是包括多個短距離源的傳感器的實施例的示意圖。在各個附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
具體實施例方式在這里公開的是用于確定特別地包括人體對象的樣品的屬性的傳感器和相關(guān)方法。傳感器典型地但非排他地配置為測量樣品的近紅外吸收或者從樣品反射的光譜，并基于吸收或者反射光譜計算一個或多個樣品參數(shù)。傳感器是相對小的，并可以包括電路板，全部的傳感器部件在該電路板上。結(jié)果，傳感器特別地能夠由人體對象磨損更長的時間，即使是在相對高的物理應(yīng)力期間。圖IA和IB是分別示出傳感器10的底部表面和頂部表面的示意圖。傳感器10包括光譜檢測器12、兩個短距離輻射源1 和14b和六個長距離輻射源16a、16b、16c、16d、 16e和16f。檢測器12和輻射源14a-b和16a-f安裝到電路板18。短距離輻射源14a和 14b的每一個可以包括一個或多個包，每個包可以包括產(chǎn)生照射輻射的一個或多個元件。類似地，長距離輻射源16a-f的每個可以包括一個或多個包，每個包可以包括產(chǎn)生照射輻射的一個或多個元件。圖IA和IB示出包括兩個短距離源14a和14b和六個長距離源16a_f的傳感器 10的實施例，但是，更一般地，傳感器10可以包括任何數(shù)量的短距離輻射源和任何數(shù)量的長距離輻射源。例如，在一些實施例中，傳感器10可以包括一個或多個短距離輻射源(例如，兩個或更多的短距離輻射源，三個或更多的短距離，四個或更多的短距離輻射源，五個或更多的短距離輻射源，六個或更多的短距離輻射源，八個或更多的短距離輻射源，或者甚至更多的短距離輻射源)。在某些實施例中，傳感器10可以包括一個或多個長距離輻射源 (例如，兩個或更多的長距離輻射源，三個或更多的長距離輻射源，四個或更多的長距離輻射源，五個或更多的長距離輻射源，六個或更多的長距離輻射源，八個或更多的長距離輻射源，或者甚至更多的長距離輻射源)。
在傳感器10中的短和長距離源可以直接附著到電路板18。也就是，這些源可以直接安裝到電路板18，而不是經(jīng)由電線或者電纜或者光纖連接到電路板18。在一些實施例中，短和長距離源可以直接焊接到電路板18 (例如，沒有分隔這些源和電路板18的間隔器或者其它元件)。在某些實施例中，短和長距離源還可以固定地附著到電路板(例如，安裝在電路板18上以使得在源和電路板18之間存在固定的空間關(guān)系)。通過固定附著，這些源并不獨立于電路板18運動，而如果這些源是通過電纜或者光纖附著，則這些源會獨立于電路板18運動。相反地，這些源剛性地附著到電路板18以使得這些源關(guān)于電路板18的位置并不改變。通常，短距離和長距離輻射源的每一個可以包括一個或多個包(例如，兩個或更多的包，兩個或更多的包，三個或更多的包，四個或更多的包，五個或更多的包，六個或更多的包，或者甚至更多的包)。每一包可以包括產(chǎn)生照射輻射的一個或多個元件(例如，兩個或更多的元件，三個或更多的元件，四個或更多的元件，或者甚至更多的元件)。進一步地， 放射不同波長的輻射的元件可以定位在不同的空間位置，其取決于樣品和檢測器。例如，如果檢測器12配置為在不同的空間位置分辨不同的波長，那么短和長距離源的一些或者全部中的元件和/或包可以定位為直接地或者相對地對應(yīng)檢測器12的構(gòu)型。在一些實施例中，在短和/或長距離輻射源的一些中的包的數(shù)量可以變化。例如， 定位為更遠離檢測器12的源可以包括更多數(shù)量的包，以保證足夠的散射輻射強度由檢測器12測量。通常，短和/或長距離源的任一可以包括任何數(shù)量的包，包的數(shù)量選擇來保證樣品通過期望分布的入射輻射充分照射，并保證檢測器12獲得從樣品散射的輻射的適當(dāng)?shù)臏y量。例如，在一些實施例中，定位為最遠離檢測器12的長距離源可以包括定位為最靠近檢測器12的長距離源的1. 5倍數(shù)量的包(例如，2. 0倍數(shù)量的包，2. 5倍數(shù)量的包，3. 0倍數(shù)量的包，3. 5倍數(shù)量的包，4. 0倍數(shù)量的包)。在每個短和長距離輻射源的包中的元件典型地選擇為以使得當(dāng)元件被促動(例如，發(fā)射光線)時，通過這些元件集體地產(chǎn)生的光的光譜對應(yīng)于光譜分布的期望照射輻射。 光譜分布可以通過定位特定元件在短和/或長距離源中而改變，以使得樣品可以根據(jù)特定的光譜分布進行照射。在一些實施例中，例如，用于一個或多個短和/或長距離源的照射光譜可以選取為以使得在光譜的特定區(qū)域中傳感器10的測量敏感度提高，如前所述。如圖IA所示，輻射源Ha-b和16a_f的發(fā)射窗以及檢測器12的輻射入口表面暴露在傳感器10的底面上。傳感器10還包括電子處理器20、任選的應(yīng)用處理器22、任選的顯示單元24、電源沈和通信接口 28。處理器20和22、顯示單元對、電源沈和接口觀安裝到電路板18的上表面，如圖IB所示。在一些實施例中，處理器22并不包括在傳感器10中；而是，處理器22 是經(jīng)由通信接口觀與傳感器10通信的外部計算裝置(例如，個人計算機)的一部分，并執(zhí)行在這里公開的處理器22 (或者處理器20)的一些或者全部功能。在一些實施例中，長距離輻射源的一些(或者全部)可以安裝在經(jīng)由適當(dāng)?shù)倪B接器接口到電路板18的單獨的電路板上。圖IC示出傳感器10的底部的示意圖，傳感器10包括第一電路板18和第二電路板19。第一電路板18包括檢測器12和兩個短距離源Ha-b。 第二電路板19包括五個長距離源16a_e。連接器21連接第一和第二電路板，并允許這些電路板之間的通信(例如，交換數(shù)據(jù)和控制信號)。典型地，例如，處理器20 (和任選地，處理器22)位于第一電路板18上，并經(jīng)由連接器21與長距離源16a-e通信。在某些實施例中，電源沈安裝在第一電路板18上，并還可以經(jīng)由連接器21與源 16a_e通信。電源沈可以包括例如可再充電電池。在一些實施例中，電源沈可以包括一次性電池。在例如如圖IC所示的實施例中，一次性電池可以定位在第一電路板18上或者連接到第一電路板18?；蛘?，一次性電池定位在第二電路板19上或者連接到第二電路板19。 如果第二電路板19是一次性的電路板，電池可以隨著第二電路板19同時處理掉。圖2示出安裝在樣品30上的傳感器10的示意圖。樣品30包括一層或多層皮膚 32、皮下脂肪層34和下面的肌肉組織36。傳感器10配置為通過導(dǎo)向由至少一個(例如全部的)輻射源14ab和至少一個輻射源16a-f產(chǎn)生的輻射38以入射在肌肉組織36上而詢問(interrogate)肌肉組織36。散射的輻射40通過檢測器12 (未示出)接收和分析以確定散射的輻射的光譜。散射的輻射光譜然后通過電子處理器20和/或處理器22 (未示出) 處理以確定肌肉組織36的吸收光譜?；谖展庾V，電子處理器20和/或22可以確定樣品30(和特別地樣品30中的肌肉組織36)的一個或多個屬性。通常，通過檢測器12測量的散射的輻射光譜，其典型地包括關(guān)于從樣品30散射的輻射的波長依賴的信息，可以利用熟知的方法通過電子處理器轉(zhuǎn)換到肌肉組織36的吸收光譜。如前所述，在下面的討論中，參照樣品例如樣品30的吸收光譜。但是，在這里公開的設(shè)備和方法也可以用于從測量的散射的輻射獲得反射光譜；反射和吸收通過簡單的數(shù)學(xué)變換相關(guān)聯(lián)。用于轉(zhuǎn)化光譜散射輻射信息為關(guān)于樣品的反射和吸收光譜的方法公開在例如美國專利申請公開號US 2008/0097173中。除轉(zhuǎn)化散射的輻射信息到吸收和/或反射光譜之外，處理器20和/或22可以配置(例如，利用存儲在記憶單元、磁存儲單元和/或光存儲單元中的校準(zhǔn)等式和/或數(shù)據(jù)) 為分析吸收光譜以獲得關(guān)于樣品30的生理重要參數(shù)的測量。通常，處理器20和/或22可以配置為執(zhí)行在這里討論的任何分析步驟。在一些實施例中，關(guān)于樣品30的一個或多個吸收光譜可以被分析以確定樣品中的pH(例如，肌肉組織pH)。用于確定組織pH的系統(tǒng)和方法公開在例如標(biāo)題為“Optical Measurement of Tissue pH”的美國專利No. 5，813，403中，該美國專利的整個內(nèi)容在此被引入作為參考。在某些實施例中，關(guān)于樣品30的一個或多個吸收光譜可以被分析以確定樣品中的血細胞容量計。用于確定血液血細胞容量計的系統(tǒng)和方法公開在例如標(biāo)題為 "Noninvasive Optical Measurement of Blood Hematocrit” 白勺禾!J No. 6，006，119 中，該美國專利的整個內(nèi)容在此被引入作為參考。在一些實施例中，關(guān)于樣品30的一個或多個吸收光譜可以被分析以確定例如血紅蛋白濃度和/或含水率和/或氧張力和/或組織氧飽和的量。用于確定這些量的系統(tǒng)和方法公開在例如美國專利申請公開號US2008/0097173中以及美國專利No. 6，766，188中， 該美國專利申請和該美國專利的整個內(nèi)容在此被引入作為參考。在某些實施例中，關(guān)于樣品30的一個或多個吸收光譜可以被分析以確定例如樣品中的厭氧閾和/或代謝率(例如耗氧率)的量。用于確定這些量的系統(tǒng)和方法公開在于 2008 年 7 月 14 日提交的例如標(biāo)題為“Physical Performance Monitoring and Monitors” 的美國專利申請序列號No. 12/172，942中，該美國專利申請的整個內(nèi)容在此被引入作為參考。在一些實施例中，關(guān)于樣品30的一個或多個吸收光譜可以被分析以確定其它量， 例如樣品30內(nèi)的感興趣的組織的溫度。此外，處理器20和/或22可以包括基于硬件的溫度監(jiān)測器，其有效地監(jiān)測例如傳感器10附著到其上的樣品表面的溫度。典型地，傳感器10包括殼體，殼體圍繞部件例如電路板18并且還包括孔，所述孔允許由短和長距離源產(chǎn)生的輻射從殼體出來，并允許從樣品散射的輻射入射在檢測器12 上。圖3A和3B分別示出包括殼體11的傳感器10的底部視圖和頂部視圖。形成在殼體11 的底面上的孔暴露長距離源16a_e、短距離源14a_b和檢測器12，如圖3A所示。形成在殼體11的側(cè)表面上的孔17a和17b允許分別連接到通信接口 28和電源26。環(huán)15允許緊固件例如帶(例如，Velcro 帶或者其它類型的帶)固定殼體11到樣品(例如，對象的臂或者腿)。典型地，傳感器10的尺度小于傳統(tǒng)的光譜裝置的相應(yīng)尺度。參照圖3B，傳感器10 的殼體包括底面，該底面具有最大尺度L、在垂直于最大尺度L方向測量的最大寬度W和在垂直于最大尺寸L和最大寬度W 二者的方向測量的厚度T。傳感器10的尺度L、W和T可以根據(jù)包括在傳感器10中的各部件(例如，輻射源、 處理器、顯示單元、電源的數(shù)量和空間位置)而變化。在圖3A和3B所示的實施例中，尺度 L、W和T分別為大約110毫米、55毫米和20毫米。但是，通常，傳感器10的尺度L、W和T可以在不同實施例中不同。在一些實施例中，最大尺度L可以是15毫米或更大(例如，20毫米或更大，30毫米或更大，40毫米或更大，50毫米或更大，60毫米或更大，70毫米或更大，80毫米或更大)和/或150毫米或者更小(例如，140毫米或者更小，130毫米或者更小，120毫米或者更小，110毫米或者更小，100 毫米或者更小，90毫米或者更小)。在某些實施例中，最大寬度W可以是10毫米或者更大 (例如，15毫米或者更大，20毫米或者更大，25毫米或者更大，30毫米或者更大，35毫米或者更大，40毫米或者更大)和/或75毫米或者更小(例如，70毫米或者更小，65毫米或者更小，60毫米或者更小，55毫米或者更小，50毫米或者更小，45毫米或者更小)。在一些實施例中，厚度T可以是5毫米或者更大(例如，10毫米或者更大，15毫米或者更大，20毫米或者更大)和/或30毫米或者更小(25毫米或者更小)。典型地，傳感器10是足夠薄的(例如，厚度T是足夠小的)以使得傳感器10可以由人體或者動物對象舒適地穿戴而不會導(dǎo)致不當(dāng)?shù)牟贿m。對于人體對象，這樣的傳感器可以舒適地穿戴在例如衣服下面。檢測器12是配置為分析作為波長函數(shù)的輸入輻射的光譜檢測器。在某些實施例中，例如，檢測器12可以包括可線性變化的過濾器或者可變FabryPerot校準(zhǔn)器(FPE)，其耦合到輻射檢測器例如線性光電二極管陣列、電荷耦合器件(CCD)或者互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)裝置。圖4是包括耦合到線性陣列CXD檢測器50的可線性變化的過濾器(LVF) 54 的檢測器12的示意圖。LVF54實質(zhì)上為楔形帶通過濾器，并包括鏡子層42和44、間隔器層 46和基板48，其集體地用作校準(zhǔn)器或者干涉帶通過濾器。輻射52(例如，準(zhǔn)直輻射)沿著如圖4所示的ζ方向入射在檢測器12上。帶通干涉濾光器和可變帶通過濾器例如LVF的設(shè)計、 操作和功能公開在例如由JDSUniphase (再版)出版的“ Interference Filter Handbook” 中，其整個內(nèi)容在此被弓丨入作為參考。
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在一些實施例中，檢測器12具有在傳感器10的寬度W方向測量的長度，該長度為 2毫米或者更大(例如，4毫米或者更大，6毫米或者更大，8毫米或者更大，10毫米或者更大，12毫米或者更大)和/或20毫米或者更小(例如，18毫米或者更小，16毫米或者更小， 14毫米或者更小)。在某些實施例中，檢測器12具有在傳感器10的厚度T方向測量的厚度，其為0. 1毫米或者更大(例如，0. 2毫米或者更大，0. 3毫米或者更大，0. 5毫米或者更大，1. 0毫米或者更大，2. 0毫米或者更大)和/或5. 0毫米或者更小(例如，4. 0毫米或者更小，3. 0毫米或者更小，2. 5毫米或者更小)。在一些實施例中，檢測器12具有在傳感器10的長度L方向測量的寬度，其為1. 0 毫米或者更大(例如，1. 5毫米或者更大，2. 0毫米或者更大，2. 5毫米或者更大)和/或4. 0 毫米或者更小(例如，3. 5毫米或者更小，3. 0毫米或者更小)。裝置例如LVF、FPE和CXD檢測器通常具有魯棒性，不會隨著時間明顯降級。結(jié)果， 這些裝置的光譜屬性典型地保持相對恒定，從而消除隨著時間推移執(zhí)行檢測器12的再校準(zhǔn)的需要，此外，LVF、FPE和CCD檢測器在溫度波動的影響下是相對穩(wěn)定的。典型地，LVFM 的層由各種非晶形或者晶體材料形成，其在溫度溫和變化下不會明顯膨脹或者收縮。結(jié)果， LVF54的光譜過濾屬性對于溫和的溫度變化保持相對無變化，并且檢測器12并不典型地必須校準(zhǔn)用于可變溫度操作。通常，檢測器12可以包括各種類型的光譜檢測器。例如，檢測器12可以包括這樣的檢測器，即，包括耦合到波長分散元件例如一個或多個衍射光柵和/或棱柱的輻射敏感元件(例如，光電二極管陣列和/或CCD和/或CMOS裝置)的檢測器。此外，檢測器12可以包括其它類型的分散和/或過濾元件(例如衍射光學(xué)元件、基于液晶的過濾器、帶通過濾器、可調(diào)校準(zhǔn)器)，其用于提供入射輻射的波長敏感檢測和/或分析。在某些實施例中，檢測器12的半最大值全寬(FWHM)光譜分辨率是10. Onm或者更小(例如，8. Onm或者更小，6. Onm或者更小，5. Onm或者更小，4. Onm或者更小，3. Onm或者更小，2. Onm或者更小，1. Onm或者更小，0. 5nm或者更小，0. 25nm或者更小)。通常，F(xiàn)ffHM光譜分辨率取決于有源檢測器元件的數(shù)量(例如，在CCD檢測器上的像素)和在檢測器中的光學(xué)元件的波長分散能力。在一些實施例中，傳感器10可以包括配置為有效控制散射的輻射從樣品30入射在檢測器12上的角度范圍的一個或多個光學(xué)元件。例如，圖5示出包括附著到檢測器12的表面(例如，接收從樣品30散射的輻射的檢測器12的表面)的準(zhǔn)直元件56的傳感器10。 檢測器12可以包括例如LVF，并且準(zhǔn)直元件56可以直接附著成連接到LVF。檢測器12還可以包括例如耦合到LVF的相對表面的CXD檢測器。整個組件-準(zhǔn)直元件56、LVF和CXD 檢測器-可以安裝在電路板18上，如圖5所示。準(zhǔn)直元件56用以準(zhǔn)直從樣品30散射的輻射40以控制散射的輻射入射在檢測器12上的角度的范圍。LVFM的光譜帶通屬性，例如LVFM的光譜通頻帶的FWHM光譜寬和/或形狀，取決于入射輻射的入射角。特別地，在 LVFM上的散射的輻射的入射角的變化可以導(dǎo)致沿著CCD檢測器50在一個或多個位置的帶通波長的藍色-偏移(blue-shift)，和/或LVFM中的光譜分辨率的損失(例如，通帶寬度增加)。通過控制經(jīng)由準(zhǔn)直元件56入射的角度范圍，檢測器12的光譜屬性可以在相對長的使用周期為可再生的。通常，各種不同的準(zhǔn)直元件56可被用于傳感器10。示例性的準(zhǔn)直元件包括光纖面板(例如，光纖窗)、準(zhǔn)直孔裝置、梯度指數(shù)(GRIN)透鏡、纖維束、透鏡陣列、光學(xué)窗口(包括整形的光學(xué)窗口)及其他類似裝置。傳感器10典型地包括多個輻射源。在一些實施例中，一些或者全部輻射源包括發(fā)光二極管(LED)。傳感器10的一些(或者全部的)輻射源可以提供相對寬的帶寬入射輻射用于照射樣品30。為了提供這樣的輻射，輻射源可以包括一個或多個LED。例如，在某些實施例中，一些輻射源可以包括單一寬帶的LED。在一些實施例中，某些輻射源可以包括多個 LED。多個LED可以每個發(fā)射具有不同中心波長和/或光譜帶寬的輻射。在一些實施例中， 多個LED的一些可以發(fā)射具有相同的中心波長和/或頻帶寬度的輻射。在如圖IA所示的實施例中，例如，每個源Ha-b和16a_f包括六個LED，其分別具有735nm、780nm、810nm、850nm、890nm和940nm的中心發(fā)射波長。六個LED —起可以被給電以傳遞高至大約500mW的總輻射功率，其取決于用于驅(qū)動/給電LED的方法。在如圖IA所示的實施例中，LED定制包裝為表面安裝技術(shù)裝置，具有大約2mm的寬度。每個包可以配置為保持多至三個LED模(輻射發(fā)射元件)。六個LED分布在兩個LED包中；一個包包括三個LED模，其他個包括兩個LED模。LED典型地由來自電源沈的在3. 5V和5V之間的穩(wěn)定電源供電。在一些實施例中，電源沈可以是例如遞送6V或者更大電壓的變壓器組。在一些實施例中，輻射源Ha-b和16a_f的任何一個或者更多可以包括其它類型的輻射發(fā)射元件。例如，輻射源可以包括白熾(例如，鎢絲)燈。適當(dāng)?shù)臒舭ɡ?Gilway 型號 T-I 和 T-11/4，其可以從 International Light Technologies (Peabody，ΜΑ) 獲得。這些燈具有相對低的工作電壓(5V)、工作電流(0.06々)，并可以提供高至200，000 小時的工作時間。此外，燈可以在3. 5V下操作，具有相對少的近紅外輻射輸出降低，并具有穩(wěn)定性和壽命的相對大的提高。類似的燈型號也是可以可用的，例如，來自例如Welch Allyn(Skaneateles Falls, NY)公司的。通常，傳感器10的一些或者全部的輻射源可以包括任何數(shù)量的輻射發(fā)射元件(例如，LED、鎢絲燈)。在一些實施例中，例如輻射源可以包括一個或多個輻射發(fā)射元件(例如， 兩個或多個輻射發(fā)射元件，三個或者更多輻射發(fā)射元件，五個或者更多輻射發(fā)射元件，七個或者更多的輻射發(fā)射元件，九個或者更多的輻射發(fā)射元件)。在一些實施例中，在一些短和/或長距離輻射源(和/或在短和/或長距離輻射源中的一些包)的輻射發(fā)射元件的數(shù)量可以變化。例如，定位為更遠離檢測器12的源可以包括具有更多數(shù)量的輻射發(fā)射元件的包，以保證整個的散射的輻射強度通過檢測器12測量。通常，短和/或長距離源的包的任何可以包括任何數(shù)量的輻射發(fā)射元件，從而元件數(shù)量選擇為保證樣品通過期望分布的入射輻射進行充分照射，并保證檢測器12獲得從樣品散射的輻射的適當(dāng)?shù)臏y量。當(dāng)傳感器10的一些或者全部的輻射源包括多個輻射發(fā)射元件時，電子處理器20 可以配置為調(diào)節(jié)輻射發(fā)射元件以控制通過多個元件產(chǎn)生的輸出輻射的屬性。特別地，例如， 當(dāng)傳感器10的某些輻射源包括多個LED時，處理器20可以控制從各個LED的每一個發(fā)射的輻射強度以控制通過所述源產(chǎn)生的輻射的總體分布。發(fā)射輻射強度的控制可以例如通過數(shù)字-模擬變換器(DAC)實現(xiàn)，該變換器將來自處理器20和/或22的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換為施加到給定輻射源元件的模擬控制電壓。對于適當(dāng)分辨率的(例如14位的)DAC，可以實現(xiàn)對各個LED的發(fā)射強度的相對精細的控制，并且可以實現(xiàn)連續(xù)波發(fā)射。
或者，在一些實施例中，各個LED的直接數(shù)字控制可以通過處理器20和/或22經(jīng)由LED的脈寬調(diào)制(PWM)實現(xiàn)。脈寬調(diào)制提供調(diào)整的(例如脈沖的)LED輸出。在PWM控制下，在選擇的臨時窗口上的LED輸出的累積強度被控制，從最大值(總是打開)到零(總是關(guān)閉)，根據(jù)調(diào)制信號的任務(wù)周期限定。這些極限之間的發(fā)射強度通過處理器20和/或 22通過LED的高頻脈沖而實現(xiàn)。通過控制LED發(fā)出脈沖的速率，LED的任務(wù)周期可以得以調(diào)節(jié)。例如，為了減小特定LED的發(fā)射強度從它的最大值到半最大值，LED的任務(wù)周期減小到 50%。在某些實施例中，各個LED的發(fā)射強度是固定的。也就是，對于每個LED的適當(dāng)?shù)陌l(fā)射強度基于特定測量場合而確定，并且供應(yīng)到每一 LED以實現(xiàn)對每一 LED的期望強度的輸出的電流被確定(如在例子3中進一步討論的)。在用于每個LED的適當(dāng)?shù)尿?qū)動電流已經(jīng)確定之后，電阻器可以被引入到用于每一 LED的驅(qū)動電路中以保持用于每一 LED的適當(dāng)?shù)尿?qū)動電流。用于LED的特定選擇的適當(dāng)?shù)尿?qū)動電流(和電阻器)的確定可以利用校準(zhǔn)傳感器一次性完成，并且利用相同的LED組合構(gòu)建的隨后的傳感器可以包括一套預(yù)定的電阻器；并不要求單獨校準(zhǔn)每個傳感器。處理器20和/或22可以配置為基于各種原因控制從多個輻射發(fā)射元件發(fā)射的輻射強度。例如，在某些實施例中，一些輻射發(fā)射元件的強度可以高于其它輻射發(fā)射元件的強度。通過控制(例如，減小)某些輻射發(fā)射元件的強度，導(dǎo)向到樣品的照射輻射的光譜輪廓可以更加均一，例如，或者可以被修改以使得光譜輪廓更通常地呈現(xiàn)期望(并且已知的)形狀。通過利用具有已知形狀的照射輻射，它可以更易于識別例如在測量的從樣品散射的輻射中的感興趣的光譜特征。作為另一例子，在一些實施例中，檢測器12對入射輻射的敏感度可以作為輻射的波長的函數(shù)變化。相應(yīng)地，照射輻射的光譜輪廓可以選擇為減小或者消除在測量的散射的輻射光譜中由于檢測器靈敏度的該變化引起的光譜特征。如上，選擇照射輻射的光譜輪廓可以包括增大和/或減小在處理器20和/或22控制下相對于其它的輻射發(fā)射體從某些輻射發(fā)射器發(fā)射的輻射強度。作為其它例子，在一些實施例中，樣品(例如，樣品30)可以包括吸收在一個或更多公知波長下的入射輻射的半體。為了提高在測量的散射的輻射中的信噪比(以及甚至為了使得能夠測量在吸收波長的散射的輻射)某些輻射發(fā)射器的發(fā)射強度可以相對于其它輻射放射器增大和/或減小。特別地，發(fā)射落在吸收光譜帶中的輻射的輻射發(fā)射器的發(fā)射強度可以相對于其它發(fā)射器的發(fā)射強度增大(或者其它發(fā)射器的強度可以相對于在吸收光譜帶內(nèi)發(fā)射的發(fā)射器的發(fā)射強度減小)。典型地，例如，傳感器10的每個輻射源發(fā)射包括多個輻射波長的輻射。在一些實施例中，從每個源發(fā)射的輻射的FWHM光譜帶寬是IOnm或者更大(例如，15nm或者更大， 20nm或者更大，50nm或者更大，IOOnm或者更大，200nm或者更大，300nm或者更大，400nm或者更大，500nm或者更大，700nm或者更大)。通過每個源發(fā)射的輻射的可用范圍可以由檢測器12的傳輸范圍確定。在某些實施例中，例如，檢測器12包括具有從600nm到IlOOnm傳輸范圍的LVF。發(fā)射的輻射的可用范圍在一些實施例中也可以取決于耦合到檢測器12中的波長發(fā)散元件的檢測器的光譜響應(yīng)。例如，由硅形成的光電二極管陣列、CCD陣列和CMOS 陣列典型地具有達到大約IlOOnm上限的可用光譜響應(yīng)。由其它材料形成的檢測器可用于在甚至更長的波長測量樣品響應(yīng)。通常，傳感器10的每個輻射源發(fā)射具有中心波長的輻射。從每個源發(fā)射的輻射的中心波長可以在600nm和IlOOnm之間(例如在650nm和1050nm之間，在700nm和IOOOnm 之間，在750nm和IOOOnm之間，在800nm和IOOOnm之間，在800nm和IlOOnm之間)。每個輻射源(例如，源Ha-b和16a_f)包括一個或多個輻射發(fā)射器例如LED和/ 或鎢絲燈。輻射發(fā)射器可以全部在相同的中心發(fā)射波長發(fā)射，或者一些發(fā)射器可以在不同波長發(fā)射。替代地，或者額外地，輻射發(fā)射器可以全部具有不同的FWHM發(fā)射帶寬，或者至少一些發(fā)射器可以具有相同的頻帶寬度。通常，每個發(fā)射器發(fā)射具有在600nm和IlOOnm之間(例如，在650nm和1050nm之間，在700nm和IOOOnm之間，在750nm和IOOOnm之間，在800nm和IOOOnm之間，在800nm和 IlOOnm之間)的中心發(fā)射波長的輻射。典型地，例如，每個發(fā)射器具有3nm或者更大(例如， 5nm或者更大，IOnm或者更大，15nm或者更大，20nm或者更大，30nm或者更大，40nm或者更大，50nm或者更大，60nm或者更大，80nm或者更大，IOOnm或者更大，150nm或者更大，200nm 或者更大)的FWHM發(fā)射帶寬。傳感器10包括短距離源Ha-b和長距離源16a-f。短距離源定位在沿著如圖IA 所示的X方向測量的距離檢測器12距離S處。典型地，例如，S為大約2. 5毫米。但是，通常，s可以為0. 5毫米或者更大(例如，1. 0毫米或者更大，1. 5毫米或者更大，2. 0毫米或者更大，2. 5毫米或者更大，3. 0毫米或者更大，4. 0毫米或者更大，5. 0毫米或者更大)和/或 10. 0毫米或者更小(例如，9. 0毫米或者更小，8. 0毫米或者更小，7. 0毫米或者更小，6. 0毫米或者更小)。如圖IA所示，在某些實施例中，傳感器10包括兩個短距離源Ha-b。短距離源的數(shù)量典型地選擇來保證當(dāng)短距離源用于照射樣品時檢測器12被從樣品散射的輻射相對地均一地照射。相應(yīng)地，通常，傳感器10可以包括一個或多個短距離源。例如，在一些實施例中，傳感器10可以包括定位在檢測器12的一側(cè)上的零至四個短距離源。零至四個短距離源還可以定位在檢測器12的另一側(cè)上。每一源可以包括一個或多個包，如上所述，并且每一包可以包括一個或多個輻射發(fā)射元件。在某些實施例中-例如，其中傳感器10具有延長的長度L-在檢測器12的每個側(cè)面上的短距離源的數(shù)量可以甚至更大(例如，五個或者更大，六個或者更大，七個或者更大，八個或者更大，九個或者更大，十個或者更大)。傳感器10還包括多個長距離源16a_f。在一些實施例中，如圖IA所示，傳感器10 包括六個長距離源16a-f。從特定輻射源入射的輻射穿透樣品并在那里產(chǎn)生檢測的從感興趣的組織散射的輻射的深度總體上與輻射源和檢測器之間的直線距離相關(guān)。傳感器10的每一長距離源因此大致對應(yīng)對樣品表面下面一定深度的樣品詢問。典型地，適當(dāng)?shù)拈L距離源被選取來照射樣品30中的肌肉組織36，其是通過選取產(chǎn)生能夠穿透下面的層以充分照射在樣品30表面之下的肌肉組織36的長距離源以使得從肌肉反射的光線可以由檢測器12 充分測量。傳感器10通?？梢园ㄈ魏螖?shù)量的長距離源以使得能夠在樣品的表面之下的各種深度進行組織的測量。在某些實施例中，例如，傳感器10可以包括一個或多個長距離源(例如，兩個或更多的長距離源，三個或者更多的長距離源，四個或者更多的長距離源， 五個或者更多的長距離源，七個或者更多的長距離源，九個或者更多的長距離源，或者甚至更多的長距離源)。所有的長距離源可以定位在沿著Χ方向從檢測器12測量的不同距離處，如圖IA所示，或者至少一些源可以定位在距離檢測器12相同距離處。典型地，任何長距離源和檢測器12之間的最短距離為d，如圖IA所示。每一短距離源定位在距離檢測器12小于d的距離處，并且每一長距離源定位在距離檢測器為12d或者更大距離處，該距離是在χ方向測量的。在一些實施例中，d是5毫米或者更大(例如6 毫米或者更大，8毫米或者更大，10毫米或者更大，12毫米或者更大，毫米或者更大，16毫米或者更大，18毫米或者更大，20毫米或者更大，22. 5毫米或者更大，25毫米或者更大，27. 5 毫米或者更大，30. 0毫米或者更大，35. 0毫米或者更大，40毫米或者更大，50毫米或者更大)。再一次參照圖1A，在一些實施例中，每一長距離源之間的間隔h是相同的，以使得每個連續(xù)的長距離源從檢測器12位移額外的距離增量h。在如圖IA所示的實施例中，例如，六個長距離源16a-f分別定位在沿著χ方向測量的距離檢測器12為25毫米、30毫米、 35毫米、40毫米和45毫米距離處。在某些實施例中，每一長距離源之間的間隔并不是全部相同的。例如，傳感器10 可以包括第一組長距離源和第二組長距離源，其中第一和第二組的每個構(gòu)件定位為相對緊靠相同組的其它構(gòu)件，但是相對遠離另一組中的源。通常，任何兩長距離輻射源元件之間的間隔h可以是0. 5毫米或者更大(例如， 1. 0毫米或者更大，2. 0毫米或者更大，3. 0毫米或者更大，4. 0毫米或者更大，5. 0毫米或者更大，7. 5毫米或者更大，10. 0毫米或者更大，12. 5毫米或者更大，15. 0毫米或者更大，17. 5 毫米或者更大，20. 0毫米或者更大，30. 0毫米或者更大，40. 0毫米或者更大，50. 0毫米或者更大，60. 0毫米或者更大，70. 0毫米或者更大，100毫米或者更大，150毫米或者更大，或者甚至更大)。典型地，短距離源從檢測器12間隔開距離s，其是沿著如圖IA所示的χ方向測量的。通常，間隔s可以是0. 5毫米或者更大(例如，1. 0毫米或者更大，2. 0毫米或者更大， 3. 0毫米或者更大，4. 0毫米或者更大，6. 0毫米或者更大，8. 0毫米或者更大，10. 0毫米或者更大，15. 0毫米或者更大，20. 0毫米或者更大，或者甚至更大)。當(dāng)多個短距離源實施在傳感器10中時，多個短距離源可以沿著χ方向均一地間隔開，或者在一些或者全部的短距離源之間的間隔可以不同。通常，在任何兩個短距離源之間的間隔可以是0. 5毫米或者更大 (例如，1. 0毫米或者更大，2. 0毫米或者更大，3. 0毫米或者更大，4. 0毫米或者更大，6. 0毫米或者更大，8. 0毫米或者更大，10. 0毫米或者更大，15. 0毫米或者更大，20. 0毫米或者更大，或者甚至更大)。在一些實施例中，電路板18可以是柔性的并且當(dāng)附著到樣品的表面時可以變形， 從而呈現(xiàn)與樣品的形狀至少部分地互補的形狀。在某些實施例中，例如，電路板18可以是柔性電路板。在一些實施例中，電路板18可以由一種或者多種可變形材料例如一種或者多種柔性塑料材料形成。在某些實施例中，電路板18可以是相對剛性的并耐變形。電路板18可以是由某些類型的剛性塑料材料形成，例如，所示材料保持相對剛性以保證各個傳感器輻射源和檢測器12之間的距離不會由于電路板18的變形而明顯扭曲。在一些實施例中，電路板18可以形成為以使得電路板沿著一個方向-圖IA中的
22χ方向-的變形不易在使用過程中發(fā)生。結(jié)果，檢測器12和短和長距離源之間的相對距離可以得以維持，從而保證可以執(zhí)行測量的光譜的精確的和可再現(xiàn)的修正以減小下面的皮膚和脂肪層的影響。此外，但是，電路板18可以在它的邊緣變形以符合樣品(例如，對象的臂或者腿)的形狀，以使得傳感器10可以由對象舒適地并且無障礙地穿戴。在一些實施例中，電路板18由兩種不同的電路板部件形成。相對剛性的第一部件對應(yīng)傳感器10的各個部件包括處理器、輻射源、檢測器、電源、接口和顯示器附著到其上的安裝構(gòu)件。相對柔性的第二部件附著到第一部件并且也接觸樣品。通過利用兩件式的結(jié)構(gòu)， 傳感器10確保各個輻射源和檢測器12之間的距離在使用過程中保持相對恒定，并且還呈現(xiàn)與傳感器附著到其上的樣品的表面至少部分地互補的形狀。在某些實施例中，傳感器10可以經(jīng)由粘接元件例如粘接墊或者層附著到樣品30。 圖6A示出通過粘結(jié)層58附著到樣品30的示意圖。粘結(jié)層58定位在傳感器10 (例如殼體 11的底面)和樣品30的表面之間。在一些實施例中，層58可以由漿糊或者另一類似物質(zhì)形成，其可以施加到樣品的表面和/或傳感器10的底面以附著傳感器10到樣品。在一些實施例中，粘結(jié)層58可以是一次性的，并可以形成兩層傳感器10的一部分。例如，如圖6B所示，傳感器10可以包括非一次性的第一部分，其包括電路板18和安裝到其上圍繞在殼體11中的部件；以及一次性的第二部分，其包括粘結(jié)層58(以及可能的其它層)。在使用后，傳感器10的一次性的部分可以丟棄，而非一次性的部分可以保留用于將來之用。粘結(jié)層58可以實施為柔性材料，一些輻射源(例如，長距離源)安裝在該柔性材料上。短距離源可以安裝在電路板18上并圍繞在殼體11中。當(dāng)層58在使用后丟棄后， 短距離源保留在殼體11中。新的層58可以在利用傳感器10進行額外的測量之前附著到殼體11。定位在殼體11和樣品30之間的粘結(jié)層58對于近紅外輻射至少部分地為可穿透的。例如，當(dāng)圖6的傳感器在用時，通過傳感器10的一個或多個輻射源產(chǎn)生的輻射通過粘結(jié)層58并入射在樣品30上。從樣品30散射的輻射同樣在入射在檢測器12上之前通過粘結(jié)層58。在某些實施例中，層58可以實施為多層結(jié)構(gòu)。例如，層58可以包括兩層第一層是相對非柔性的并支撐傳感器10的一些或者全部部件(例如輻射源、處理器、檢測器及其他電路)，而第二層接觸第一層并且同樣配置為接觸樣品。第二層可以是粘結(jié)層，并可以是柔性的以使得當(dāng)施加到樣品時第二層變形以匹配樣品的表面。許多不同的材料可用于形成第一和第二層。例如，第一層可以包括一種或多種金屬、塑料(例如高密度塑料)、聚合物材料和基于紙張和/或木材的材料(例如纖維板)。第二層可以包括一種或多種塑料材料、聚合物材料、橡膠、乳膠、凝膠及其他類型的柔性材料。各種不同的一次性和非一次性構(gòu)型都是可能的。在一些實施例中，例如，第一和第二層都是一次性的(例如，傳感器10的全部都是一次性的)。在某些實施例中，所有層都不是一次性的。又再者，在一些實施例中，層之一(例如第二層)是一次性的，而另一層(例如第一層)不是一次性的。典型地，在兩層結(jié)構(gòu)中，第一和第二層的至少一部分對于近紅外輻射是至少部分地可穿透的，如上所述，或者包括定位在層中的窗口以允許近紅外輻射通過層。在一些實施例中，如圖7所示，傳感器10可以通過粘結(jié)貼片60附著到樣品30。粘結(jié)貼片60包括粘接部分6 和62b，其粘接到樣品30的表面，從而保持傳感器10和樣品 30的表面之間的接觸。粘結(jié)貼片60可以對于由通信接口觀傳輸?shù)臒o線通信信號為至少部分地可穿透的。在一些實施例中，傳感器10可以是完全一次性的。在傳感器10附著到樣品30、一個或多個吸收光譜的測量以及樣品30的一個或多個屬性的計算之后，傳感器10可以從樣品分開并丟棄。在一些實施例中，一部分傳感器10可以是一次性的。例如，參照圖1C，傳感器10可以包括第一電路板18，其包括檢測器12和短距離源；和第二電路板19，其包括長距離源。 第二電路板19可以是一次性的電路板。在使用傳感器10之后，第二電路板19(包括長距離源)可以從第一電路板18分開并丟棄，而第一電路板18保留用于隨后的使用。在某些實施例中，大多數(shù)或者全部的電子元件可以定位在傳感器10的一次性的部分上。例如，傳感器10可以包括一次性的電路板，短和長距離源都與處理器(例如處理器20和/或22)、 電子存儲器、電源(例如一次性電池)和/或以前公開的其它的電子元件一起附著到其上。 在使用傳感器10之后，一次性的電路板以及所有的附著的電子部件可以丟棄，傳感器10的其余部分可以保留用于隨后的使用。在某些實施例中，傳感器10可以通過互補套筒附著到樣品。圖8示出附著到樣品 30的表面的套筒64的示意性視圖。例如，套筒64可以附著到在進行鍛煉或者執(zhí)行有氧運動或接受醫(yī)療的患者的臂或者腿。套筒64包括內(nèi)部袋68，其尺度適合以容納傳感器。傳感器10可以通過沿著箭頭 66所示的方向插入傳感器10到袋68中而附著到樣品30。典型地，套筒64由柔性材料例如塑料材料形成。至少一部分套筒64 (例如，下部分70)可以對于由傳感器10的一個或多個輻射源產(chǎn)生的輻射和/或由通信接口觀產(chǎn)生的無線通信信號為至少部分地可穿透的。在操作過程中，從一個或者多個源入射的輻射通過套筒64的下部分70并進入到樣品30中。 從樣品30散射的輻射在入射在檢測器12上之前通過部分70。傳感器10包括電源沈。在一些實施例中，例如，電源沈可以是連接器(例如插頭)，其從外部源例如醫(yī)院或者治療中心的電源和/或傳統(tǒng)的墻裝插座接收電力，其包括變壓器塊。在某些實施例中，電源沈可以是連接器例如傳統(tǒng)的電力連接器或者連接外部處理裝置例如計算機的USB連接器。傳感器10可以配置為從外部處理裝置通過連接器接收電力。電源沈還可以總體上包括各種類型的電力調(diào)節(jié)裝置例如變壓器、電阻器、電容器、感應(yīng)器、晶體管及其他電路元件。在某些實施例中，電源沈可以是自包含電源例如電池、光伏電池、燃料電池或者其它類型的獨立源。用于電源26的適當(dāng)類型的電池包括例如鎳金屬氫化物電池、鋰離子電池和固體電解質(zhì)(主)電池。在一些實施例中，電源電池可以是可再充電的，并且當(dāng)傳感器 10未處于在用時可以再充電。在某些實施例中，電源電池可以是各種類型的一次性電池。在某些實施例中，電源沈可以包括連接到便攜電源例如由患者穿戴(例如，穿戴在患者的臂或者腿上，或者經(jīng)由一個或多個帶附著到患者)的電池的連接器。該配置可以允許利用具有比如果電池直接附著到電路板18所能用的電池更大、更高容量的電池的傳感器10。在一些實施例中，電源沈可以包括類似于例如移動式電話電池的可替換的電池。傳感器10可以包括與可替換的電池的一部分配合以使得電池能夠供應(yīng)電流到附著到電路板18的部件的連接器。連接器可以形成支撐可替換的電池的托架的一部分。一個可替換的電池因此能夠容易地被另一個電池替換，例如通過移除老的電池并滑動新的電池到托架中。在某些實施例中，當(dāng)電源沈包括可再充電的部件例如電池時，充電托架可以配置為在可再充電的部件充電時支撐傳感器10。圖9示出包括支撐構(gòu)件76和電力連接器74的充電托架72的示意圖。支撐構(gòu)件76包括豎直凹槽，傳感器10的邊緣容納到該凹槽中，從而保持傳感器10在關(guān)于充電托架72相對固定的位置。電力連接器74接合傳感器10的電源沈上的配合連接器；電源沈典型地為例如可再充電電池。電力通過電力連接器74供應(yīng)到電源沈以對電源沈再充電。托架72可以包括例如電力限制電路，其傳感電源沈何時接近完全充電狀態(tài)，以及然后限制到電源26的電力流以防止過充電。傳感器10包括電子處理器20，并且任選地包括一個或多個額外的應(yīng)用處理器(例如，應(yīng)用處理器22)。處理器一般協(xié)調(diào)全部傳感器的工作，包括導(dǎo)向輻射源以產(chǎn)生入射輻射， 導(dǎo)向檢測器12以接收和分析散射的輻射，以及對從檢測器12接收的數(shù)據(jù)執(zhí)行各種數(shù)學(xué)操作。處理器還通常負責(zé)遞送控制信號到各個傳感器部件，從而從傳感器部件接收狀態(tài)信號， 監(jiān)測到傳感器部件的操作電力的遞送以及從電源26的電力供應(yīng)，發(fā)送數(shù)據(jù)到顯示器M以被顯示，以及經(jīng)由通信接口觀發(fā)射和接收通信信號到外部裝置。如果傳感器10包括一個或多個應(yīng)用處理器22，這些功能的一些可以通過應(yīng)用處理器提供。特別地，應(yīng)用處理器可以配置為對從檢測器12接收的數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)學(xué)操作以從數(shù)據(jù)獲得一個或多個樣品屬性，如上所述。通常，處理器功能可以根據(jù)需要在各個處理器之間進行分配；通常管理處理器功能的分配的主要標(biāo)準(zhǔn)包括保持相對有效的傳感器操作，其中可能沒有顯著的處理器相關(guān)的滯后； 以及保持功率消耗相對低(例如，通過保持處理器時鐘速率相對低并避免使用冷卻裝置)。通常，在這里公開的方法通過處理器20和/或一個或多個應(yīng)用處理器22執(zhí)行。特別地，任何構(gòu)型、控制或者分析步驟可以通過傳感器10的一個或多個處理器自動執(zhí)行。處理器20和/或一個或多個應(yīng)用處理器22可以配置為測量樣品30的吸收光譜，以及從吸收光譜獲取樣品30的一個或多個屬性，包括樣品的氧張力、氧飽和、pH、血細胞容量計、血紅蛋白濃度、厭氧閾和氧消耗。在某些實施例中，傳感器10并不包括處理器。例如，傳感器10可以包括連接器， 控制信號、構(gòu)型信號、數(shù)據(jù)和分析結(jié)果可以通過連接器遞送到另一裝置(例如，另一計算裝置例如計算機、個人數(shù)字助手、控制器、移動電話、遠程控制或者其它這樣的裝置)中的處理器。在一些實施例中，傳感器10可以包括顯示器對。顯示器M可以通常為任何類型的顯示器，例如低電力液晶或者有機LED顯示器。顯示器M可以從處理器20或者任何的應(yīng)用處理器22接收數(shù)據(jù)，并可以顯示數(shù)據(jù)給穿戴傳感器的對象或者監(jiān)測對象的操作員。接收和顯示的數(shù)據(jù)可以包括樣本信息、校準(zhǔn)信息、從樣品的吸收光譜計算的各個參數(shù)的值及其他類型的數(shù)據(jù)。顯示器可以集成到殼體11中和/或可以定位為遠離殼體11并配置為經(jīng)由通信接口觀與傳感器10的一個或多個處理器通信(例如，其可以包括信號電纜和/或無線發(fā)射器-接收器組合)。在某些實施例中，傳感器10可以配置為利用顯示器M顯示趨勢信息。在一定時
25期(其可以由用戶選擇)內(nèi)測量的一個或多個參數(shù)的以前測量的值可以以例如圖像格式顯示以表明一個或多個參數(shù)隨著時間的演變。對于各個參數(shù)的趨勢信息可以顯示在不同的軸上。替代地，或者額外地，關(guān)于某些參數(shù)的趨勢信息可以例如顯示在共同的軸上(例如，以不同的顏色，和/或利用不同的符號)以表明這些參數(shù)之間的關(guān)系。傳感器10可以配置為擬合趨勢線以測量對于任何參數(shù)的數(shù)據(jù)點。進一步地，當(dāng)一個或多個參數(shù)的趨勢線滿足某些標(biāo)準(zhǔn)(例如，更靠近地接近某一距離、相交、分叉超過一定量、某些方向的斜率變化、曲率變化超過一定量)時，傳感器10可以給予警報給系統(tǒng)操作員(例如，聲響警報、目視警報， 或者二者)。當(dāng)一個或多個參數(shù)值滿足某些標(biāo)準(zhǔn)(例如，達到預(yù)定和/或用戶可選擇的閾) 時，傳感器10可以給予系統(tǒng)操作員警報。傳感器10還包括通信接口觀。通常，傳感器10可以包括各種不同類型的通信接口，并可以包括超過一種類型的通信接口。例如，在某些實施例中，通信接口觀包括串行通信接口和/或端口例如USB接口。在一些實施例中，通信接口觀包括并行通信接口，或者混合的串行/并行通信接口。在一些實施例中，通信接口觀可以包括無線通信接口，包括單獨的無線發(fā)射器， 或者包括無線發(fā)射器和接收器。在傳感器10上的無線通信接口可以配置為在射頻、紅外線頻率、微波頻率及其他頻率發(fā)射和/或接收數(shù)據(jù)。傳感器10可以配置為通過無線和有線通信接口發(fā)射和接收數(shù)據(jù)到各種外部裝置。例如，數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)酵獠刻幚硌b置例如計算機、個人數(shù)字助手、蜂窩式電話和/或智能電話及其他專用處理裝置。數(shù)據(jù)還可以傳輸?shù)酱鎯卧?，包括閃存驅(qū)動裝置和磁性的和/ 或光學(xué)的存儲裝置。存儲裝置還可以是便攜存儲裝置，其例如可以由對象穿戴，(例如，圍繞對象的腰)，或者植入在對象衣服中(例如，植入在對象鞋中的基于芯片的存儲裝置)。進一步地，數(shù)據(jù)可以通過一種或者多種網(wǎng)絡(luò)包括私人網(wǎng)絡(luò)、公共網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)和/或廣域網(wǎng)、 移動電話和/或數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)傳輸?shù)窖b置。數(shù)據(jù)還可以傳輸?shù)揭粋€或多個顯示裝置，該顯示裝置可以由醫(yī)務(wù)人員、運動訓(xùn)練師、對象穿戴傳感器10及其他人員使用以觀察分析的數(shù)據(jù)。典型地，傳輸?shù)斤@示裝置的數(shù)據(jù)包括從樣品的吸收光譜導(dǎo)出的一個或多個參數(shù)。傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)和/或存儲裝置的數(shù)據(jù)可以包括一個或多個計算的參數(shù)并還可以包括例如測量的吸收光譜和傳感器校準(zhǔn)和/或構(gòu)型 fn息ο在提供用于傳感器10的充電托架的場合，如圖9所示，充電托架還可以包括用于接收來自傳感器10的數(shù)據(jù)的通信接口(例如，在電源沈的充電過程中)。充電托架的通信接口可以配置為傳輸接收到的數(shù)據(jù)到存儲裝置、顯示裝置和各種網(wǎng)絡(luò)。在傳感器10上的用于傳輸數(shù)據(jù)到包括用于傳輸數(shù)據(jù)到其它裝置的更高功率的通信接口的充電托架72的相對低功率的通信接口的使用可以降低傳感器10的整體功率消耗。如上所述，傳感器10典型地包括多個長距離輻射源，每個長距離輻射源對應(yīng)在樣品30的表面下不同深度處的組織(例如肌肉組織36)的詢問(interrogation)。在使用之前，傳感器10典型地相對于標(biāo)準(zhǔn)被校準(zhǔn)(例如，通過執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化檢查程序，然后附著到樣品(例如對象身體的一部分)并被促動以便使用。傳感器10典型地在初始測量步驟中配置為選擇用于樣品照射的適當(dāng)?shù)拈L距離輻射源。圖10是示出用于傳感器10的標(biāo)準(zhǔn)化或者基準(zhǔn)檢查和源選擇過程的各個步驟的流程圖100。在第一步102，在傳感器10上的短距離和長距離輻射源的每一個被校準(zhǔn)以修正用于輻射發(fā)射屬性隨著時間的變化。校準(zhǔn)典型地包括布置相對于傳感器10的底面(例如， 在使用過程中接觸樣品30的表面)的參考標(biāo)準(zhǔn)的步驟。每個短距離和長距離輻射源然后依次促動選取的持續(xù)時間，并且來自每個源的輻射入射在參考標(biāo)準(zhǔn)上。對于每個輻射源從參考標(biāo)準(zhǔn)反射的輻射的強度通過檢測器12測量并且測量的強度值被存儲。檢測器12的暗流信號(例如，沒有輻射入射在檢測器12上)同樣被測量和存儲。測量的反射輻射強度值然后與存儲在例如應(yīng)用處理器22中的關(guān)于每個輻射源的參考強度值比較。參考強度值可以對應(yīng)在傳感器10制造時測量的值。如果任何輻射源的累積輻射強度和/或波長依賴強度已經(jīng)變化，則可以計算和存儲修正因子以便在測量數(shù)據(jù)的后續(xù)處理過程中使用，所述測量數(shù)據(jù)是通過來自具有變化的發(fā)射屬性的源的輻射照射樣品而獲得的。在標(biāo)準(zhǔn)化輻射源之后，在步驟104，傳感器附著到樣品(例如，人體對象的臂或者腿)并且系統(tǒng)優(yōu)化程序通過電子處理器20執(zhí)行。傳感器10通?？梢岳们懊嬗懻摰娜魏胃街b置附著到對象的身體。系統(tǒng)優(yōu)化保證至少指定量的輻射強度量由檢測器12測量，但是不高于最大指定強度。典型地，例如，系統(tǒng)優(yōu)化被執(zhí)行以使得檢測器的動態(tài)范圍的實質(zhì)部分用于測量散射的輻射信號。系統(tǒng)優(yōu)化可以包括調(diào)節(jié)由檢測器12測量的信號的電子放大(例如，檢測器增益)， 調(diào)節(jié)檢測器12上的信號采集時間(例如，測量累積時間)，調(diào)節(jié)選取的短和/或長距離輻射源的和/或在那里的輻射發(fā)射器的發(fā)射強度，以及這些各種技術(shù)的組合。從樣品30散射的輻射光譜可以基于檢測器電子增益、信號采集時間和照射時間(例如任務(wù)周期)根據(jù)需要標(biāo)準(zhǔn)化。如果足夠的散射輻射強度可以在期望的用于對象的光譜帶內(nèi)進行測量，通過檢測器12的電子信號放大可以實施起來特別簡單。典型地，上面的調(diào)節(jié)的一些或者全部可以通過電子處理器20執(zhí)行以在從樣品收集測量數(shù)據(jù)之前定位傳感器在適當(dāng)?shù)牟僮鳂?gòu)型。調(diào)節(jié)可以以替代的方式執(zhí)行，其中一個參數(shù)被調(diào)節(jié)(例如，檢測器增益)，然后調(diào)節(jié)另一參數(shù)(例如，輻射源的強度的一個或多個)。 每一參數(shù)可以通過電子處理器20調(diào)節(jié)不止一次以實現(xiàn)用于傳感器的適當(dāng)?shù)牟僮鳂?gòu)型。例如，為了調(diào)節(jié)用于一個或多個輻射源的信號采集時間，電子處理器20可以通過來自短或者長距離源的光線選擇性地照射樣品預(yù)定的時間間隔，然后利用檢測器12測量散射的光線。 通過測量對應(yīng)預(yù)定時間間隔的散射的輻射的強度，用于選取的短或者長距離源的適當(dāng)?shù)男盘柌杉瘯r間可以得以確定。通常，對于任何特定源，期望測量幾乎然而并非完全充填檢測器 12的動態(tài)范圍的散射光線。例如，如果檢測器12具有高達4000強度量的動態(tài)范圍，電子處理器20可以配置為調(diào)節(jié)用于每一源的信號采集時間以使得對應(yīng)通過來自任何一個源的輻射照射樣品的測量的散射光具有大約3500的測量強度量。處理器20通過施加適當(dāng)?shù)谋壤蜃拥筋A(yù)定時間間隔而確定用于每個源的適當(dāng)?shù)男盘柌杉瘯r間，其中比例因子是基于在預(yù)定時間間隔過程中散射的輻射的強度。例如，對于選取的輻射源，樣品暴露50毫秒的預(yù)定時間間隔并在該時間間隔期間中測量從樣品散射的輻射可以產(chǎn)生總共700的輻射強度量。為了對于選取的輻射源達到大約3500的強度量， 處理器20計算3500/700 = 5的比例因子應(yīng)當(dāng)施加到預(yù)定時間間隔。相應(yīng)地，處理器20確定對于選取的輻射源適當(dāng)?shù)男盘柌杉瘯r間是5X50毫秒=250ms。處理器20可以重復(fù)用于在傳感器上的其它短和/或長距離源的一些或全部的適當(dāng)?shù)男盘柌杉瘯r間的確定。預(yù)定時間間隔和/或目標(biāo)散射輻射強度(例如，3500的量)可以通過處理器20自動選取，或者該信息可以通過系統(tǒng)操作員手動輸入。對于一些樣品，會發(fā)生加熱，特別是當(dāng)信號采集時間變得相對長時。在一些實施例中，用于特定源的信號采集時間的選擇可以與檢測器12的電子增益的調(diào)節(jié)相關(guān)聯(lián)以保證適當(dāng)?shù)纳⑸漭椛鋸姸缺粶y量而沒有不適當(dāng)?shù)臉悠芳訜帷Ｔ谝恍嵤├袀鞲衅骺梢园ㄊ謩踊蛘咦詣哟_定的最大信號采集時間(例如，1000ms或者500ms)。如果對于特定輻射源的信號采集時間超過最大信號采集時間，當(dāng)檢測對應(yīng)通過來自選取的源的輻射的照射的散射輻射時檢測器12的電子增益可以增大。特別地，檢測器12的電子增益可以逐步增大，并且上述程序可以重復(fù)用于選取的輻射源以確定在更高增益設(shè)定下的新(例如更低)的信號采集時間。對于任何短和/或長距離源，增大檢測器12的增益或者再次確定信號采集時間的過程可以重復(fù)直到在特定的檢測器12增益設(shè)定下適當(dāng)?shù)牟杉瘯r間(例如，低于最大信號采集時間)被確定。通常，最大信號采集時間可以相應(yīng)于不同的輻射源進行改變，因為來自特定源的輻射會比來自其它源的輻射加熱樣品到更大的程度。最大信號采集時間、電子增益設(shè)定和確定的用于每一輻射源的信號采集時間可以例如存儲在傳感器的板上數(shù)據(jù)存儲單元中或者外部存儲裝置或者介質(zhì)中。在一些實施例中，傳感器可以包括溫度監(jiān)測器，其可以用于測量樣品溫度以防止在測量過程中不適當(dāng)?shù)臉悠芳訜?。如上所述，處理?0和/或處理器22可以包括內(nèi)部溫度傳感器，其可用于監(jiān)測樣品的溫度。內(nèi)部溫度傳感器可以包括例如具有隨著電路元件的溫度改變而以可再生的方式改變的電阻的電路元件。當(dāng)電路元件的電阻變化時，通過電路元件傳送的電信號同樣變化。處理器20和/或處理器22可以檢測電信號中的這樣的變化， 并可以包括軟件指令，該軟件指令將電信號的變化轉(zhuǎn)換為電路元件的溫度測量(以及例如當(dāng)傳感器附著到樣品時樣品的溫度測量)?；蛘?，如圖IA所示，溫度傳感器15可以安裝在傳感器10的底面上。溫度傳感器 15可以電子耦合到處理器20，并可以提供關(guān)于樣品的溫度的信息到處理器20。處理器20 可以使用該溫度信息以調(diào)節(jié)信號采集時間、檢測器增益和光源選擇以保證樣品在暴露到入射輻射的過程中不會遭受不當(dāng)?shù)募訜?。在某些實施例中，系統(tǒng)優(yōu)化步驟還可以包括調(diào)節(jié)每一源中的包和/或LED產(chǎn)生的輻射的強度。例如，特定源中的各個LED和/或包的輸出輻射強度可以調(diào)節(jié)以保證特定源提供來照射樣品的入射輻射具有特定的光譜分布。在一些實施例中，包和/或LED可以調(diào)節(jié)以產(chǎn)生具有在特定范圍的光譜波長上幾乎恒定的強度的入射輻射光譜分布。在某些實施例中，包和/或LED可以調(diào)節(jié)以產(chǎn)生在某些光譜區(qū)域比其它區(qū)域更加強的入射輻射光譜分布；例如，在對應(yīng)強的樣品吸收的光譜區(qū)域中的入射輻射的強度可以調(diào)節(jié)為大于在非吸收光譜區(qū)域中，以使得在強吸收的區(qū)域中的散射的輻射足夠強以通過檢測器12進行測量。在一些實施例中，檢測器12的檢測效率可以作為波長函數(shù)而變化。入射輻射的強度可以調(diào)節(jié)以補償檢測效率的所述變化；例如，在其中檢測效率低的光譜區(qū)域中，入射輻射強度可以相應(yīng)提高以增大在這些區(qū)域中測量的散射輻射。在一些實施例中，通過包和/或LED產(chǎn)生的輻射的強度的調(diào)節(jié)還可以包括促動或者禁用在某些光譜區(qū)域發(fā)射入射輻射的某些包。例如，短距離源可以調(diào)節(jié)以通過促動在這些波長范圍發(fā)射的包和/或LED而提供在某些波長范圍中(例如，在產(chǎn)生用于修正用于介入皮膚和脂肪層的散射的輻射的波長范圍中)的額外的入射輻射。替代地，或者額外地，短距離源可以配置為禁用在不產(chǎn)生用于修正用于介入皮膚和脂肪層的散射的輻射的波長區(qū)域中發(fā)射輻射的包和/或LED。通常，來自包和/或LED的發(fā)射輻射強度可以通過改變施加到包和/或LED的控制電壓和/或通過改變包和/或LED的任務(wù)周期而得以調(diào)節(jié)，如之前公開的。在一些實施例中，各短和長距離源可以調(diào)節(jié)以使得短和長距離源二者都產(chǎn)生具有相同或者幾乎相同的相對光譜密度分布的入射輻射。在某些實施例中，一些或者全部的短距離源，和/或一些或者全部的長距離源，可以調(diào)節(jié)以產(chǎn)生具有不同的相對光譜密度分布的入射輻射。用于每一短和長距離源的控制參數(shù)和期望的光譜強度值可以例如存儲在傳感器的板上數(shù)據(jù)存儲單元中，或者在外部存儲裝置或者介質(zhì)中。作為系統(tǒng)優(yōu)化程序的一部分的各種調(diào)節(jié)通?？梢栽谶x擇適當(dāng)?shù)拈L距離源之前或者之后執(zhí)行。在圖10中，系統(tǒng)優(yōu)化程序發(fā)生在選擇長距離源之前。但是，在一些實施例中， 適當(dāng)?shù)拈L距離源可以首先選擇，然后用于短距離源和任何一個或多個長距離源(例如選擇的長距離源)的系統(tǒng)的各種操作參數(shù)-包括信號采集時間、電子檢測器增益和發(fā)射的輻射的相對光譜輪廓-然后可以被確定。在任選的步驟106中，樣品然后通過來自一些或者全部短距離源的發(fā)射輻射進行照射，并且從樣品散射的輻射通過檢測器12測量。波長依賴的散射的輻射強度數(shù)據(jù)由處理器20(和/或處理器22)接收，并且處理器確定用于對應(yīng)短距離照射的樣品的吸收(或者反射)光譜(吸收和反射，如上所述，通過簡單的數(shù)學(xué)變換相關(guān)，并提供關(guān)于樣品的大致相同的信息)。在下一步108中，樣品然后通過來自選取的一個長距離輻射源的發(fā)射輻射進行照射，從樣品散射的輻射通過檢測器12測量，并且處理器20確定用于對應(yīng)選擇的長距離照射的樣品的吸收光譜。程序被重復(fù)依次用于每一長距離輻射源，以使得獲得一系列吸收光譜， 每個對應(yīng)樣品的不同的長距離照射。在任選的步驟110每一長距離照射光譜被修正以減少覆蓋皮膚和脂肪層的光譜效果。如圖2所示，例如，樣品30典型地包括感興趣的組織例如肌肉組織36以及覆蓋層的皮膚32和皮下脂肪34。皮膚和脂肪層會產(chǎn)生與感興趣的肌肉組織不相關(guān)的光譜效果，并且其會減小從光譜計算的樣品參數(shù)的精度。相應(yīng)地，來自對應(yīng)短距離照射的光譜的數(shù)據(jù)與來自長距離照射光譜之一的數(shù)據(jù)組合以提供修正的長距離照射光譜，其中由于覆蓋層所致的光譜影響減小。該過程被重復(fù)用于每一長距離照射光譜以產(chǎn)生一組修正的長距離照射光
■i並曰O修正的長距離照射光譜數(shù)據(jù)典型地包括相對于從短距離照射光譜獲取的光譜成分正交化長距離數(shù)據(jù)。用于實施這樣的修正的系統(tǒng)和方法公開在例如美國專利申請公開 No. US2007/0038041中，其整個內(nèi)容在此被引入作為參考。在步驟112，修正的(或者未修正的，如果步驟106和110被省略的話)長距離照射光譜被分析以選擇特定的長距離源用于隨后樣品的光譜測量。如上所述，每一長距離輻射源有效地探測在樣品表面下的選擇的深度。相應(yīng)地，特定長距離源的選擇可以實質(zhì)上對應(yīng)選擇最有效照射感興趣的組織(例如肌肉組織36)的長距離源。數(shù)種方法可以通過處理器20實施以選擇適當(dāng)?shù)拈L距離源。在一些實施例中，例如，修正的和/或未修正的長距離照射光譜呈現(xiàn)給系統(tǒng)操作員，系統(tǒng)操作員基于光譜手動選擇特定長距離源。操作員選擇長距離源可以基于各種標(biāo)準(zhǔn)包括例如不同的照射光譜的形狀。在一些實施例中，適當(dāng)?shù)拈L距離源的選擇可以高度地或者甚至完全自動化。處理器20可以配置為基于對應(yīng)各長距離源的修正和/或未修正的照射光譜的分析而選擇特定長距離源。在某些實施例中，例如，處理器20可以選擇特定長距離源，其是通過擬合修正和 /或未修正的照射光譜到基于泰勒級數(shù)的模型用于樣品中的主發(fā)色團，然后確定模型和每一照射光譜之間的誤差。處理器20然后選擇產(chǎn)生最小誤差的長距離源。泰勒級數(shù)模型可以采取許多功能形式，部分地取決于樣品中的各發(fā)色團的屬性?？梢员粚嵤┑倪m當(dāng)?shù)哪Ｐ凸_在例如美國專利No. 7，532，919中，其整個內(nèi)容在此被引入作為參考。例如，用于作為從樣品散射或者發(fā)出的輻射的波長λ的函數(shù)的光衰減光譜Αω(Λ1(λ)的泰勒級數(shù)展開模型為
權(quán)利要求
1.一種傳感器，包括包括電子處理器的電路板；多個輻射源，每個源附著到所述電路板；和附著到所述電路板的光譜檢測器，所述光譜檢測器配置為分析源于多個輻射源的一個或多個的輻射，其中在使用過程中所述傳感器配置為穿戴在對象的身體的一部分上；以及其中所述電子處理器配置為使得多個輻射源的兩個或更多個導(dǎo)向入射輻射到對象，以使得所述光譜檢測器分析來自對象的輻射，以及基于來自對象的輻射確定對象的一個或多個屬性。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述電子處理器配置為選擇性地調(diào)節(jié)所述輻射源其中的至少一個以產(chǎn)生所述入射輻射。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其中，所述電子處理器配置為選擇性地調(diào)節(jié)(i)工作周期和(ii)提供給所述輻射源的每一個以產(chǎn)生具有選擇的光譜形狀的入射輻射的驅(qū)動電流其中的至少一個。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述輻射源包括定位在距離所述檢測器9毫米或者更小的距離處的短距離源，以及至少兩個長距離源，每個定位在距離所述檢測器10毫米或者更大的距離處。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述輻射源包括至少兩個短距離源和至少三個長距離源。
6.如權(quán)利要求4所述的傳感器，其中，所述電子處理器配置為選擇長距離源其中的一個以通過用由每一長距離源產(chǎn)生的入射輻射照射對象、測量對應(yīng)每一長距離源的照射的對象的吸收光譜以及比較測量的吸收光譜以選擇長距離源其中的一個而產(chǎn)生至少一部分入射輻射。
7.如權(quán)利要求6所述的傳感器，其中，所述比較包括對于每個長距離源，擬合對應(yīng)所述長距離源的吸收光譜于用于對象的吸收光譜的泰勒級數(shù)模型，并確定吸收光譜和模型之間的平均誤差；以及選擇對應(yīng)吸收光譜和模型之間的最小平均誤差的長距離源。
8.如權(quán)利要求7所述的傳感器，其中，所述比較進一步包括，在擬合對應(yīng)長距離源的吸收光譜之前，修正對應(yīng)所述長距離源的吸收光譜的每一個以利用從通過暴露對象到來自短距離源的輻射而獲得的吸收光譜導(dǎo)出的信息減小由于對象中的皮膚和脂肪層所致的光譜影響。
9.如權(quán)利要求7所述的傳感器，其中，選擇長距離源進一步包括確定選擇的長距離源是否滿足最小適合性標(biāo)準(zhǔn)。
10.如權(quán)利要求9所述的傳感器，其中，確定選擇的長距離源是否滿足最小適合性標(biāo)準(zhǔn)包括確定模型擬合誤差的平均值(μ)和標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)，并且其中如果所述模型和對應(yīng)選擇的長距離源的吸收光譜之間的平均誤差是在間隔(μ-3 O，μ+3σ)中，所述電子處理器配置為選擇長距離源。
11.如權(quán)利要求10所述的傳感器，其中所述輻射源包括兩個或更多個短距離源；并且其中所述電子處理器配置為選擇短距離源和長距離源的組合以產(chǎn)生至少一部分入射輻射，其是通過用每一短距離源產(chǎn)生的入射輻射照射對象；測量對應(yīng)每一短距離源的吸收光譜；通過對應(yīng)短距離源的每一光譜修正對應(yīng)長距離源的每一光譜；擬合修正的光譜到用于對象的吸收光譜的泰勒級數(shù)模型并確定每一修正的光譜和模型之間的擬合誤差；以及識別對應(yīng)修正的光譜中的最小擬合誤差的包括短距離源和長距離源的組合。
12.如權(quán)利要求1所述的傳感器，進一步包括顯示單元，其中所述顯示單元定位在傳感器的與入射輻射通過其由多個輻射源發(fā)出的表面相對的表面上，并且其中所述顯示單元配置為顯示對象的一個或多個屬性的至少一些的值以及對象的一個或多個屬性的以前測量的值。
13.如權(quán)利要求1所述的傳感器，進一步包括通信接口，該通信接口包括配置為發(fā)送數(shù)據(jù)到傳感器和從傳感器接收數(shù)據(jù)的無線發(fā)射器和接收器，其中所述傳感器配置為通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述一個或多個屬性包括對象的氧飽和、氧張力、pH、血細胞容量計、血紅蛋白濃度、厭氧閾、含水率和氧消耗其中的至少一個。
15.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述電子處理器配置為在分析來自對象的輻射期間保持非零測量的檢測器信號強度在預(yù)定的信號強度范圍內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的傳感器，其中，保持檢測器信號強度在預(yù)定范圍內(nèi)包括調(diào)節(jié)檢測器的電子增益和信號采集時間其中的至少一個以控制信號強度。
17.如權(quán)利要求15所述的傳感器，其中，保持檢測器信號強度在預(yù)定范圍內(nèi)包括選擇多個輻射源的不同個以導(dǎo)向入射輻射到對象。
18.如權(quán)利要求17所述的傳感器，其中，選擇多個輻射源的不同個包括從定位在距離檢測器10毫米或者更大的距離處的輻射源中選擇不同的輻射源。
19.如權(quán)利要求17所述的傳感器，其中，選擇多個輻射源的不同個包括從定位在距離檢測器9毫米或者更小距離處的輻射源中選擇不同的輻射源。
20.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中，所述電子處理器配置為提供關(guān)于對象的一個或多個屬性的信息到治療裝置以控制治療裝置。
21.一種傳感器，包括柔性安裝構(gòu)件，其包括配置為直接附著到樣品并且當(dāng)它附著到樣品時呈現(xiàn)對應(yīng)至少一部分樣品的形狀的粘接表面；以及多個輻射源、光譜檢測器和附著到所述安裝構(gòu)件的電子處理器，其中所述電子處理器配置為致使所述輻射源的至少兩個導(dǎo)向入射輻射到樣品，以致使所述光譜檢測器分析來自樣品的輻射，并基于來自樣品的輻射確定樣品的一個或多個屬性。
22.如權(quán)利要求21所述的傳感器，其中，所述安裝構(gòu)件包括接觸樣品的第一一次性部分和多個輻射源、檢測器和電子處理器附著到其上的第二非一次性部分，其中所述一次性部分對于近紅外輻射是至少部分地可穿透的并形成由輻射源產(chǎn)生的入射輻射通過其到達樣品的窗。
23.如權(quán)利要求21所述的傳感器，其中，一個或多個屬性包括樣品的氧張力、氧飽和、 pH、血細胞容量計、血紅蛋白濃度、厭氧閾、含水率和氧消耗其中的至少一個。
24.一種用于測量一個或多個樣品屬性的方法，該方法包括選擇多個輻射源的一個并導(dǎo)向來自選取的源的輻射以入射在樣品上，檢測來自樣品的輻射，并基于檢出的輻射確定一個或多個樣品屬性， 其中所述選擇包括對于多個輻射源的每一個，通過暴露樣品到來自輻射源的輻射而測量樣品的吸收光譜；擬合吸收光譜到用于樣品吸收的模型，并確定每一光譜相對于模型的平均擬合誤差；以及選擇對應(yīng)具有最小平均擬合誤差的光譜的源。
25.如權(quán)利要求M所述的方法，其中，所述選擇進一步包括在確定平均擬合誤差之前修正每一吸收光譜以減小由于在樣品中的皮膚和脂肪層所致的光譜影響。
26.如權(quán)利要求M所述的方法，其中，所述選擇進一步包括確定關(guān)于擬合誤差的平均值μ和標(biāo)準(zhǔn)偏差值σ，并選擇一源，對于該源，從對應(yīng)所述源的吸收光譜確定的平均擬合誤差落在間隔(μ -3 ο，μ +3 σ )中。
27.如權(quán)利要求M所述的方法，進一步包括，在檢測來自樣品的輻射期間，保持檢測到的輻射信號的強度大約零并位于預(yù)定信號強度范圍中。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，保持信號強度在預(yù)定范圍內(nèi)包括調(diào)節(jié)檢測器的電子增益和在期間輻射被監(jiān)測以控制信號強度的信號采集時間其中的至少一個。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，保持信號強度在預(yù)定范圍內(nèi)包括選擇多個輻射源的不同個以導(dǎo)向輻射到樣品。
30.如權(quán)利要求M所述的方法，其中，一個或多個樣品屬性包括樣品的氧飽和、氧張力、pH、血細胞容量計、血紅蛋白濃度、厭氧閾、含水率和氧消耗其中的至少一個。
全文摘要
在這里公開的是傳感器，其包括(a)包括電子處理器的電路板；(b)多個輻射源，每個源附著到電路板；和(c)附著到電路板的光譜檢測器，光譜檢測器配置為分析源于多個輻射源的一個或多個的輻射。在使用過程中，傳感器配置為穿戴在對象身體的一部分上。電子處理器配置為致使多個輻射源的兩個或多個導(dǎo)向入射輻射到對象，以致使光譜檢測器分析來自對象的輻射，并基于來自對象的輻射確定對象的一個或多個屬性。制造和利用這些傳感器的方法同樣公開。
文檔編號G05F1/00GK102176864SQ200980139542
公開日2011年9月7日 申請日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者楊曄, 約翰·科茨, 芭布絲·R·索萊爾, 金春光 申請人:馬薩諸塞大學(xué)