介质温度的非侵入式光学确定方法技术

技术编号:4898270 阅读:175 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及一种介质、尤其是含水介质的温度的非侵入式光学确定方法,其中所要控验的介质被红外光和/或可见光在吸收线的范围内照射,吸收线的位置取决于介质的温度,测量吸收线范围内光的吸收并根据该测量通过与校准数据比较来确定温度。该方法的特征在于,利用至少两个在吸收线(B)范围内处于吸收最大值不同侧上的离散的光波波长(λ1、λ2)照射介质,根据所测定的两个吸收值彼此的比率确定至少一个取决于温度的测量值(ΔA/Δλ),并根据该测量值通过与此前所记录的校准数据比较来确定温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种介质,尤其是含水介质的温度的非侵入式光学确定方法,其中,利 用红外线和/或可见光在位置取决于介质温度的吸收线范围内对所要检验的介质进行照 射,其中测量吸收线范围内光的吸收并根据该测量通过与校准数据进行比较来测定温度。 介质在本专利技术的框架内尤其是指含水的介质,例如活体组织,并且尤其是人体内(流动)的 血液。吸收在本专利技术的框架内一方面是指例如在透射(Transmission)中测量的吸收特性, 但另一方面也指取决于吸收的反向散射特性。
技术介绍
对例如人体的温度的确定在医学各个领域具有重要作用,例如加护病房中病人的 体温监测。在此方面,在实践中经常使用借助耳温计的非侵入式体温测量,其中,这种类型的 测量限于“离散的”使用,也就是以规则的时间间隔进行测量。对于连续的温度测量来说,迄 今在实践中使用侵入式测量方法,其中将集成有传感器的探针或者导管插入或者导入体内。此外,与非侵入式测量血液成分浓度相关地,尤其是与测量流动或脉动的血液中 葡萄糖浓度相关地,存在“在原处”确定温度的需求,因为这种测量在使用校准曲线的情况 下一般取决于温度(参见DE 10 2006 036 920和DE 103 11408 B3)。相应地已知多种近 红外光谱技术(NIRS)的光学方法,这些方法以非侵入的方式借助近红外波长范围内光的 吸收变化能够测量血液成分的浓度和例如测量葡萄糖浓度。在这里重要的是这一事实,即 活体组织对红色和红外范围内的电磁辐射基本上是透明的,从而可能在这种“生物学窗口 ” 内向该组织中“看进去”达几毫米直至几厘米的深度。利用例如超声波辐射可以对目标组 织定位,从而可以执行在身体较大深度处被定位组织内有针对性的光学吸收测量(参见DE 103 11 408 B3 和 DE 10 2006 036 920)。在此需要注意的是,在这种所谓的生物学窗口的范围内存在“离散的”水吸收带, 这些“离散的”水吸收带在上述血液成分浓度的测量中一般情况下予以回避。但已知该最 大吸收的位置(并因此还有波长),以及还有吸收线的高度(并因此还有吸收的量或程度) 取决于介质、例如水的温度。出于这一原因,已经有人提出充分利用这种水吸收带范围内 吸收的温度依赖性来确定含水介质的温度。对此提出光谱学地记录吸收线的移动(参见 K. H. Norris, Beltsville, MD20705, USA Possible medical applications of NIR”)。 但就此而言所公开的方法相当复杂,因为必须始终记录完整的谱并因此必须进行“波长扫 描”。此外,线移动比较小,从而必须利用非常高的光谱仪分辨率工作。US 2005/0083992A1公开了一种类似的方法。在那里在约1450nm波长时将水吸收 线的温度依赖性用于确定温度。在就此而言所公开的方法中,也在比较大的波长范围上记 录总地看来完整的谱,也就是说,完整地测量吸收线并与相应的校准数据进行比较。
技术实现思路
从已知的现有技术出发,本专利技术的目的在于,提供一种介质、尤其是含水介质的温度的非侵入式光学确定方法,该方法使得能够以简单和非侵入的方式准确确定介质的温 度。该方法特别适于测量体内的温度,例如测量人体内的组织或者流动的血液的温度。此 外,该方法可以以具有优点的方式与已知方法组合来非侵入式地确定血液成分的浓度,例 如测量脉动的血液中的葡萄糖浓度。为实现该目的,本专利技术对于一种开头所述类型的介质、尤其是含水介质的温度的 非侵入式光学确定方法教导了,利用(至少)两个离散的处于吸收最大值不同侧上吸收线 范围内的光波波长对介质进行照射,根据所测定的两个吸收值的比率确定至少一个取决于 温度的测量值并根据该测量值通过与此前所记录的校准数据进行比较来确定温度。所测定 的两个吸收值的“比率”是指应该应用于这两个测量值的预给定的“关系”。因此特别优选 地是指两个处于最大值两侧的吸收值的差。在此方面,本专利技术首先从(已知)的认识出发,即水的多条吸收线处于生物学窗口 范围内,其高度、并且特别是还有位置(或波长)敏感地取决于含水介质的温度。但在本发 明的框架内现在并不需要完整地测量吸收线和/或准确地确定吸收最大值的位置。确切 的说,在本专利技术的框架内按照简单方式采用至少两个、并且优选仅仅两个分别处于吸收最 大值不同侧上的离散的光波波长执行测量。因为本专利技术认识到在温度由于最大值移动而 改变的情况下最大值两侧的吸收值以非常不同的方式敏感地发生变化,从而-如果例如测 定这两个值的差的话_该差特别敏感地取决于介质的温度。换句话说,在分析过程中一条 直线穿过这两个固定预给定的波长的这两个吸收点,并且例如确定这两个吸收值之差进入 (einfliessen)的这条直线的斜率作为测量值。这条直线的斜率、并且尤其还有该斜率的符 号现在非常敏感地取决于温度,从而即使在没有准确确定最大值移动的情况下也可以准确 确定温度。仅需为两个固定预给定的波长测量两个吸收值并对其以所述方式分析。这一点 后面还要在附图说明中进一步介绍。不言而喻,在测定吸收值以及由此获得的测量值时或 之后的温度确定过程中,进行与所记录的校准数据的比较。从而可以在实验室中在已知的 温度下执行相应的测量,并且已知的差值或斜率可以被存储作为校准数据,从而它们能在 测量的过程中自动予以考虑。但需要指出的是,所描述的“求差”或确定连接线斜率是在考 虑两个处于最大值两侧的吸收值的情况下进行分析的一种优选实施方式。本专利技术原则上包 括处于吸收最大值两侧的两个或更多测量值进入的其他“关系”。优选地,依据本专利技术的测量采用波长在600到2500nm之间、优选为800到1600nm的可见光和/或红外光实施。实验已经表明,利用970nm左右水吸收带范围内的红外光测 量温度会产生突出的结果。在这种情况下,然后使用例如950到970nm之间的至少一个波长 和例如975到IOOOnm之间的至少一个波长。但也存在采用生物学窗口内其他水吸收带工 作的可能性,例如在1450nm左右水吸收带范围内。原则上可以考虑位置(最大值的波长) 取决于温度的任何吸收线。测量的最佳范围、即要使用的两个最佳波长在实践中可以根据 实验来确定。始终分别选择吸收最大值以下的一个波长和吸收最大值以上的一个波长。在 此方面需要注意的是,与最大值的距离足够大,从而实际上发生所观察的效果,即吸收值在 温度变化的情况下以相反的符号变化,也就是说,在最大值的一侧上变得更大而在最大值 的另一侧上变得更小。在温度上升时,对于这些波长之一的吸收始终增长,而对于另一波长 的吸收始终下降。在温度下降时则应当出现相反的现象。但所选取的波长与吸收最大值的 距离不得太远,因为在那里存在与其它吸或效应重叠的危险。已经证明是有利的是,首先确定特定的温度范围,例如30°C至43°C,并且然后确定平均(典型的)温度(例如37°C )并 在那里确定吸收最大值的波长。为测量所选取的波长λρ λ 2于是应当高于或低于该波长 入。例如约5至30nm,优选为5至15nm。这尤其适于970nm时吸收线的范围。在1450nm左 右吸收线的情况下,在可能的情况下可以采用与最大值更大的距离进行测量。采用依据本专利技术的方法首先存在这样的可能性,即在确定的地点本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种介质、尤其是含水介质的温度的非侵入式光学确定方法,利用红外光和/或可见光在吸收线的范围内照射所要检查的介质,所述吸收线的位置取决于所述介质的温度,并且测量所述吸收线的范围内光的吸收并根据该测量通过与校准数据进行比较来确定温度,其特征在于,利用至少两个在所述吸收线的范围内位于吸收最大值不同侧上的离散的光波波长λ↓[1]、λ↓[2]照射所述介质,根据所确定的两个吸收值A(λ↓[1])、A(λ↓[2])相互的比率或函数关系,确定至少一个取决于温度(T)的测量值或者取决于温度的测量函数,以及根据该测量值或该测量函数,通过与先前所记录的校准数据进行比较来确定温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2008-1-25 102008006245.6一种介质、尤其是含水介质的温度的非侵入式光学确定方法,利用红外光和/或可见光在吸收线的范围内照射所要检查的介质,所述吸收线的位置取决于所述介质的温度,并且测量所述吸收线的范围内光的吸收并根据该测量通过与校准数据进行比较来确定温度,其特征在于,利用至少两个在所述吸收线的范围内位于吸收最大值不同侧上的离散的光波波长λ1、λ2照射所述介质,根据所确定的两个吸收值A(λ1)、A(λ2)相互的比率或函数关系,确定至少一个取决于温度(T)的测量值或者取决于温度的测量函数,以及根据该测量值或该测量函数,通过与先前所记录的校准数据进行比较来确定温度。2.按权利要求1所述的方法,其特征在于,所述测量值通过求两个位于最大值两侧的 吸收值的差或者通过确定通过测量点的直线的斜率而被确定。3.按权利要求1或2所述的方法,其特征在于,用波长入1、λ2在600nm到2500nm之 间、优选为SOOnm到ieOOnm的可见光和/或红外光照射所述介质。4.按权...

【专利技术属性】
技术研发人员:V赫尔曼
申请(专利权)人:尼尔鲁斯工程股份公司
类型:发明
国别省市:DE[]

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