使用电磁辐射的非侵入式原位葡萄糖水平检测制造技术

本发明专利技术涉及使用电磁辐射信号以非侵入式地测试受试者的葡萄糖水平的系统和方法。在操作期间，产生太赫兹波的入射束并且将该入射束投射到眼球的表面，该入射束由泪液层自然地反射。检测并且表征反射太赫兹波，以确定泪液层的反射特性，例如，在两个偏振方向上的反射系数的轴向比率。提供确定轴向比率并且根据轴向比率、泪液葡萄糖水平和血液葡萄糖水平之间的预定相关关系，能够得到受试者的当前血液葡萄糖水平并且将其呈现给用户。

Non-invasive in situ glucose level detection using electromagnetic radiation

The present invention relates to a system and method for non-invasive testing of glucose levels in subjects using an electromagnetic radiation signal. During operation, the incoming beam of terahertz wave is generated, and the incoming beam is projected onto the surface of the eyeball, which is reflected naturally by the tear layer. The reflected terahertz wave is detected and characterized in order to determine the reflectance characteristics of the tear layer, for example, the axial ratio of the reflection coefficient in the two polarization directions. Provide the determination of axial ratio and according to a predetermined relationship between axial ratio, tear glucose levels and blood glucose levels, can be the subjects of the current blood glucose level and presented to the user.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用电磁辐射的非侵入式原位葡萄糖水平检测
本专利技术总体涉及血液葡萄糖水平检测，并且更具体地，涉及非侵入式葡萄糖检测装置。
技术介绍
遭受糖尿病的人类具有异常的高水平血糖或血液葡萄糖，这是由身体产生的胰岛素不足或身体不能适当地响应于当前胰岛素造成的。糖尿病一般被认为是不可治愈的，并且规律地监控和控制血糖水平是治疗的主要部分。具有糖尿病的患者通过药物、节食和锻炼、以及在一些情形下的胰岛素注射控制其血糖水平。患者经常需要日常在家监控其自身的血糖以确保治疗方案的有效性。现今的技术允许由患者在家使用便携测试工具(通常称为血糖仪)实施血液测试。为了使用该仪表，患者通过使用刺破装置来破手指抽取血液样品，将该血液施加到插入血糖仪中的测试条上。血糖仪自动地对测试条上的血液执行分析并且在仪表上的显示面板中显示葡萄糖水平读数。由于用于血糖仪的穿刺装置和测试条通常被设计为一次性的，所以使用这种血糖仪的费用可能是巨大的经济负担。例如，一些患者一天需要进行高达五次测试，因此使用至少五个刺血针和五个测试条，每个个体根据测试条和刺血针的价格可能每年花费600-1500美元。除了经济浪费，一次性的穿刺装置和测试条还是医疗垃圾危害的重要源头并且造成环境污染。此外，扎破手指或其他位置以抽取血液样品造成身体不适和疼痛。患者通常感到测试过程是不愉快和沉重的。近来，在使用非侵入方法监控和测试患者的葡萄糖方面已经有进展。研究已经表明虽然与血液相比处于稀释浓度，但是人类的泪液也包含葡萄糖。人类眼睛由泪液层一直润滑和覆盖，升高的血糖水平导致升高的泪液葡萄糖水平。因此，代替直接测试血液样品中包含的葡萄糖，已经公开了使用接触透镜测试泪液中的葡萄糖水平的研究，其中，该接触透镜配置有在透镜上的电化学传感器和集成电路。尽管该方法将血糖测试转变为非侵入式性质，但是其需要患者佩戴接触透镜，这被认为对于很多患者仍然是不方便和麻烦的。
技术实现思路
因此，提供具有改善的患者便利性而不产生一次性医疗垃圾的非侵入式血液葡萄糖测试装置是有益的。本公开的实施例采用受控制电磁波以照射受试者的眼球从而基于葡萄糖水平和覆盖眼球的泪液层相对于入射波的反射特性之间的已知关系确定受试者的葡萄糖水平。在操作期间，产生具有已知特性的电磁波的入射束(优选地，在太赫兹带)并且将其投射到眼球的表面，该入射束由泪液层自然地反射。反射电磁波被检测且表征以确定泪液层的反射特性，例如，在两个偏振方向上的反射系数的轴向比率。提供确定轴向比率并且根据轴向比率、泪液葡萄糖水平和血液葡萄糖水平之间的预定相关关系，能够得到受试者的当前血液葡萄糖水平并且将其呈现给用户，例如，受试者或在受试者上进行监测的个体。在一些实施例中，将根据本公开的葡萄糖检测装置设计为手持装置，其用于家用并且在使用时能够抵靠用户的前额放置。检测装置包括太赫兹波发射器和接收器、眼睛位置对准系统、标定系统和处理逻辑器。眼睛对准系统帮助用户相对于该装置调节眼球位置，以实现用于最佳检测结果的预定入射角以及发射器、接收器和眼球之间的预定距离。标定系统利用基准表面，该基准表面具有相对于入射束的已知反射特性。发射器可以将具有在两个偏振方向上的电场的电磁波束发射到眼球表面；接收器可以确定发射束的两个偏振方向上的电场。处理逻辑器执行分析和计算以基于入射束和反射束的电场确定泪液层的反射特性，由此输出血液葡萄糖水平结果。由于可以从受试者眼球中存在的泪液相对于非侵入式电磁波的反射特性推定血液葡萄糖水平，所以患者可以有益地从传统并且疼痛的采血过程中解脱。此外，该检测装置有益地利用非一次性医疗用品并且不产生医疗垃圾。根据本公开的一个实施例，一种用于确定葡萄糖水平的方法包括以下步骤：将第一电磁波辐射到受试者的眼球上；以及检测由第一电磁波从眼球反射而产生的第二电磁波。基于第一电磁波和第二电磁波的特性自动地确定受试者的葡萄糖水平。在一个实施例中，第一电磁波和第二电磁波包括太赫兹波。通过第一电磁波从覆盖眼球的泪液层反射来产生第二电磁波。为了确定葡萄糖水平，确定轴向比率，该轴向比率是在两个正交偏振方向上的相对于第一电磁波的泪膜的反射系数之间的比率。根据以下相关关系确定葡萄糖水平：轴向比率和泪液葡萄糖水平之间的预定相关关系；以及泪液葡萄糖水平和血液葡萄糖水平之间的相关关系。根据本公开的另外实施例，一种用于确定受试者中的葡萄糖水平的方法包括以下步骤：在相对于受试者的眼球的第一预定位置处，将第一太赫兹波照射到眼球上；在相对于眼球的第二预定位置处，检测第二太赫兹波，第二太赫兹波由第一太赫兹波从覆盖眼球的泪液层反射而产生。该方法还包括基于第二太赫兹波相对于第一太赫兹波的特性自动地确定受试者的葡萄糖水平。根据本公开的又一实施例，一种用于检测受试者的葡萄糖水平的方法包括以下步骤：(1)将第一电磁波照射到受试者的眼球上；(2)确定相对于第一电磁波的覆盖眼球的泪液层的反射特性；以及(3)基于相对于第一电磁波的泪液层的反射特性确定受试者的葡萄糖水平。根据本公开的一个实施例，一种装置包括：定位组件，其被构造为检测在其附近的受试者的眼球的位置；发射组件，其被构造为产生电磁波入射束；接收组件，其被构造为检测由入射束从眼球的表面反射而产生的电磁波的反射束；和处理逻辑器，其被耦合到发射组件和接收组件。该处理逻辑器被构造为基于入射束和反射束的特性确定受试者的葡萄糖水平。在一个实施例中，该入射束包括太赫兹波，并且其中接收单元被构造为检测太赫兹波。处理逻辑器还被构造为：接收来自反射组件并且表示入射束在两个偏振方向上的生成电场的第二信号；以及，基于第一信号和第二信号确定在两个偏振方向上的相对于入射束的表面的反射特性之间的轴向比率。该处理逻辑器还可以被构造为基于以下相关关系自动地确定受试者的葡萄糖水平：轴向比率和泪液葡萄糖水平之间的第一相关关系；和泪液葡萄糖水平和血液葡萄糖水平之间的第二相关关系，并且上述装置还包括存储器，存储器被构造为存储第一预定相关关系和第二预定相关关系。定位组件可以包括位置对准器，其被构造为检测眼球的位置；和指示器，其被耦合到对准器。该指示器被构造为发送用于对眼球的位置进行调节的用户指示从而实现：发射组件和表面之间的预定距离；和入射束在表面处的预定入射角，以及其中，第一相关关系对应于预定入射角和预定距离。根据本公开的另外实施例，一种用于检测葡萄糖水平的便携装置包括：发射组件，其被构造为产生第一电磁波；接收组件，其被构造为检测由第一电磁波从覆盖受试者的眼球的泪液层反射而产生的第二电磁波，其中，受试者的眼球靠近便携装置；和处理逻辑器，其被耦合到发射组件和接收组件。该处理逻辑器能够确定泪液层相对于第一电磁波的反射特性；以及基于反射特性自动地确定受试者的葡萄糖水平。根据本公开的另外实施例，一种系统包括：发生器，其被构造为在第一位置处产生入射太赫兹波；检测器，其被构造为在第二位置处检测反射太赫兹波，其中，反射太赫兹波由入射太赫兹波从覆盖受试者的眼球的泪液层反射而产生；处理器，其被耦合到发生器和检测器；和存储器，其被耦合到处理器。该存储器包括当由处理器实施时执行以下方法的指令，方法包括以下步骤：自动地确定泪液层相对于入射太赫兹波的反射特性；以及根据反射特性和泪液葡萄糖水平之间的预定相关关系基于反射特性确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定葡萄糖水平的方法，所述方法包括以下步骤：将第一电磁波照射到受试者的眼球上；检测由所述第一电磁波从所述眼球反射而产生的第二电磁波；以及基于所述第一电磁波和所述第二电磁波的特性确定所述受试者的所述葡萄糖水平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.03 US 62/059702;2015.07.24 US 14/808303;201.一种用于确定葡萄糖水平的方法，所述方法包括以下步骤：将第一电磁波照射到受试者的眼球上；检测由所述第一电磁波从所述眼球反射而产生的第二电磁波；以及基于所述第一电磁波和所述第二电磁波的特性确定所述受试者的所述葡萄糖水平。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电磁波和所述第二电磁波包括太赫兹波。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二电磁波源于从覆盖所述眼球的泪膜反射的第一电磁波。4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述葡萄糖水平包括以下步骤：确定在两个正交偏振方向上的相对于所述第一电磁波的泪膜的反射系数之间的轴向比率；以及根据以下相关关系得到所述葡萄糖水平：所述轴向比率和泪液葡萄糖水平之间的预定相关关系；以及所述泪液葡萄糖水平和血液葡萄糖水平之间的预定相关关系。5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定所述轴向比率的步骤包括以下步骤：确定在第一位置处的所述两个正交偏振方向上的所述第一电磁波的电场；基于所述检测确定在第二位置处的所述两个正交偏振方向上的所述第二电磁波的电场；以及基于所述第一电磁波和所述第二电磁波的电场计算所述泪膜的所述反射系数。6.根据权利要求5所述的方法，其中，计算所述反射系数的步骤还基于所述第一电磁波相对于所述泪膜的入射角。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述入射角基本在55-85度的范围内。8.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：检测所述眼球相对于所述第一位置和所述第二位置的定位；以及向所述受试者发送指示以用于调节所述定位从而实现预定入射角。9.根据权利要求4所述的方法，其中，确定所述轴向比率的步骤包括以下步骤：通过向基准表面照射所述第一电磁波来确定基准轴向比率，其中，所述基准表面具有相对于所述第一电磁波的已知反射系数；以及基于所述基准轴向比率得到所述轴向比率。10.一种用于确定受试者的葡萄糖水平的方法，所述方法包括以下步骤：在相对于所述受试者的眼球的第一预定位置处，将第一太赫兹波照射到所述眼球上；在相对于所述眼球的第二预定位置处检测第二太赫兹波，所述第二太赫兹波由所述第一太赫兹波从覆盖所述眼球的泪液层反射而产生；以及基于所述第二太赫兹波相对于所述第一太赫兹波的特性自动地确定所述受试者的所述葡萄糖水平。11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：检测所述眼球的位置；以及向所述受试者发送指示以用于调节所述位置，从而实现所述第一太赫兹波在所述眼球处的预定入射角。12.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述葡萄糖水平的步骤还包括以下步骤：确定在两个偏振方向上相对于所述第一太赫兹波的所述泪液层的反射系数之间的轴向比率；以及根据所述轴向比率和泪液葡萄糖水平之间的预定相关关系，并且还根据所述泪液葡萄糖水平和血液葡萄糖水平之间的预定相关关系得到所述葡萄糖水平。13.根据权利要求12所述的方法，其中，确定所述轴向比率的步骤包括以下步骤：获取所述第一太赫兹波在所述两个偏振方向上的已知特性；获取所述第二太赫兹波在所述两个偏振方向上的检测特性；以及基于所述第一太赫兹波的已知特性和所述第二太赫兹波的检测特性计算所述泪液层的反射系数。14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述已知特性包括在所述两个偏振方向上的电场。15.根据权利要求12所述的方法，其中，确定所述葡萄糖水平的步骤包括以下步骤：通过使所述第一太赫兹波照射到基准表面来确定基准轴向比率，其中，所述基准表面具有在所述两个偏振方向上相对于所述第一太赫兹波的已知反射系数；以及基于所述基准轴向比率标定所述轴向比率。16.一种用于检测受试者的葡萄糖水平的方法，所述方法包括以下步骤：将第一电磁波照射到所述受试者的眼球上；确定覆盖所述眼球的泪液层相对于所述第一电磁波的反射特性；以及基于相对于所述第一电磁波的所述泪液层的反射特性确定所述受试者的所述葡萄糖水平。17.根据权利要求16所述的方法，其中，确定所述反射特性的步骤包括检测由所述第一电磁波从所述泪液层反射而产生的第二电磁波的步骤。18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一电磁波和所述第二电磁波包括太赫兹波。19.根据权利要求16所述的方法，其中，确定所述泪液层的反射特性的步骤包括以下步骤：确定所述第一电磁波在所述泪液层处的入射角；确定在所述入射角处的轴向比率，其中，所述轴向比率表示在两个偏振方向上相对于所述第一电磁波的所述泪液层的反射系数之间的比率；以及根据以下相关关系自动地得到所述葡萄糖水平：所述轴向比率和泪液葡萄糖水平之间的预定相关关系；以及所述泪液葡萄糖水平和血液葡萄糖水平之间的预定相关关系。20.根据权利要求17所述的方法，还包括通过使用基准表面反射所述第一电磁波来确定基准轴向比率的步骤，其中，确定所述轴向比率的步骤包括以下步骤：确定所述第一电磁波和所述第二电磁波各自的电场；以及基于所述基准轴向比率和各自的电场计算所述轴向比率。21.一种装置，其包括：定位组件，其被构造为检测在其附近的受试者的眼球的位置；发射组件，其被构造为产生电磁波的入射束；接收组件，其被构造为检测由所述入射束从所述眼球的表面反射而产生的电磁波的反射束；和处理逻辑器，其被耦合到所述发射组件和所述接收组件，并且被构造为基于所述入射束和所述反射束的特性确定所述受试者的葡萄糖水平。22.根据权利要求21所述的装置，其中，电磁波的所述入射束包括太赫兹波，并且其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚洋，
申请(专利权)人：爱德万测试公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP