使用无纤维的透反射探针对分析物浓度的无创测量制造技术

一种使用无纤维的透反射探针(20)无创测量样本基质(22)中的目标分析物浓度的方法和设备。其包括将由至少两种不同波长成分构成的电磁辐射束引导到样本基质(22)，并将背向散射辐射传导到检测器(18)，检测器输出指示出样本基质(22)中的两个波长的差异吸收率的信号。透反射探针(20)包括具有内反射表面(52)的锥形管状壳体(50)、具有外反射表面(45)的光杆(40)和检测窗(46)，检测窗充当探针和样本基质(22)表面之间的界面。所述方法和设备尤其用于测量包含血液的组织(22)中的葡萄糖浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体上涉及生物医学测试领域。更具体地说，本公开涉及用于无创测量身体组织中的分析物的浓度的方法和设备。
技术介绍
在过去的二十年，对血糖浓度的无创诊断和测量得到大量关注，因为尤其当与整体肥胖人口的增加相关联时，糖尿病迅速蔓延。血糖的无创测量提供了增加测试频率的可能性，由此，使得可以经由相应地调节胰岛素剂量来更严格地控制血糖浓度。无创检测技术还提供了用于监控和调整胰岛素剂量的便携式闭环系统的可能性。这些可能的优点导致对无创血糖监控装置的商业化的大量关注。现今，用于测量血糖的所有可用的便携式终端用户装置要求刺穿指尖来获得血样。然后，将血样放置在表明血糖浓度的试验片上。这些装置十分紧凑，并相当精确，但是刺穿指尖来获得血样是不便的、疼痛的，并有感染的风险。目前，商为上没有用于测量血糖的无创装置。已进行许多尝试来通过测量近红外能量光谱(约650nm至2700nm)中的光辐射的组织吸收率来无创地测量血糖浓度。Harjunmaa等人的美国专利No.5,099,123(整体内容作为引用并入本文)公开了一种用于测量混浊基质(即体液和组织)中的分析物浓度的平衡差异(或光桥TM)方法。该方法利用两个波长，即在目标分析物中被高度吸收的主波长和使用平衡过程选择的、在目标分析物中不(或更少)被吸收的参考波长。这两个波长选择成在背景基质中具有基本上相同的消光系数。当将包括这两个波长的辐射束交替相继地施加到样本组织基质时，在测量由基质透射或背向散射的辐射的信号检测器中记录与波长交替同步的交替信号。交替信号的幅度与样本基质中的目标分析物浓度成比例。在测量期间，使用光桥平衡工艺来改变两个交替波长及它们的相对强度，使得在没有分析物时，检测器信号基本上为零。即，光桥使用两个近红外波长来“清空(null out)”背景吸收率，使得分析物浓度变得更加可见。随后，在Harjunmaa等人的美国专利No.5,178,142(作为引用并入本文)中，公开了一种方法，通过改变组织的机械压力并且在样本中存在最小水平的分析物时使透射/反射信号归零(平衡)来改变组织基质的细胞外与细胞内的液比。在Harjunmaa等人的美国专利No.7,003,337(作为引用并入本文)中，公开了使用另一辐射(比如由血红蛋白吸收的绿光)连续预估在样本内包含目标分析物的流体量，并组合样本检测器的输出与流体体积预估值来计算分析物浓度。此外，在Harjunmaa等人的美国申请No.11/526,564(也作为引用并入本文)中，公开了一种使用三个固定波长激光二极管代替在使用时调谐激光波长来生产辐射束的方法。其它相关专利包括美国专利No.5,112,124、No.5,137,023、No.5,183,042、No.5,277,181和No.5,372,135，它们的整体内容均通过引用并入本文。
技术实现思路
本公开描述了一种用于使用无纤维的透反射探针(fiberless transflectance probe)无创地测量样本中的目标分析物浓度的方法和设备。本公开的第一方面是用于无创地检查目标区域以测量目标分析物量的说明性设备，其中，该设备包括用于产生电磁辐射组合束的源，电磁辐射组合束包括具有不同波长的辐射的至少两个重复周期，对于目标分析物，波长中的至少两个具有不同吸收系数。该设备还包括检测器和无纤维的透反射探针，检测器布置成检测由目标区域背向散射的辐射的一部分，所述检测器在辐射的两个重复周期任一中产生与检测的组合束强度成比例的输出信号，无纤维的透反射探针用于将电磁辐射束引导到目标区域，并将背向散射光引导到检测器，其中，无纤维的透反射探针包括具有内反射表面的锥形管状壳体、具有外反射表面的柱形光杆和检测窗，经由检测窗，辐射束透射到目标区域。本公开的另一方面是说明性的透反射探针，用于测量样本属性，该探针包括：检测窗，经由检测窗可照射所述样本；光杆，具有外反射表面，垂直于检测窗定位；锥形管状壳体，具有内反射表面，定位在所述光杆周围；至少一个光源，用于照射样本；以及检测器，定位在光杆近端，以检测由样本背向散射的光。本公开的又一方面是无创检查目标区域以测量目标分析物量的说明性方法，包括以下步骤：提供无纤维的透反射探针，所述探针包括具有内反射表面的锥形管状壳体、检测窗和具有外反射表面的光杆，所述光杆垂直于所述检测窗定位。该方法还包括提供以两个不同波长操作的至少两个光源，用于产生由至少两个时分多路复用分量(time multiplexed component)构成的辐射束；通过在所述管状壳体的内表面和所述光杆的外表面上反射来将所述辐射束透射到所述目标区域；通过在所述光杆的内表面上反射而将来自所述目标区域的背向散射束传导到所述检测器；以及提供检测器，所述检测器检测所述背向散射束，并产生指示出由所述目标区域对两个波长的差异吸收率的输出信号。应理解的是，前述总体描述和下述详细描述两者仅是示例性和解释性的，并不会如权利要求所要求的那样限制本专利技术。附图说明并入本说明书并构成本说明书一部分的附图示出本专利技术的实施例，并与下列描述一起用于解释本专利技术各方面的原理。图1是根据本公开实施例的分析物测试装置的示意图；图2A和2B示出根据本公开实施例的光桥操作；图3A是说明性无纤维的透反射探针实施例的示意图；图3B是图3A所示无纤维的透反射探针实施例的远端的示意图；以及图4示出根据本公开实施例的入射到测量地点的辐射束的分布。具体实施方式现在详细参考与本公开一致的实施例，附图中示出实施例的示例。必要时，在附图中，相同的附图标号用于指代相同或类似的部件。在示例性实施例中，包括无纤维的透反射探针的光学系统用于测量样本基质内的流体中的目标分析物浓度。使用根据光桥TM技术开发的便携式装置测量和分析分析物浓度。根据本公开的实施例以及光桥TM技术，使用电磁辐射束来执行对分析物浓度的无创光学测量，电磁辐射束在“主”波长(λ0)、“参考”波长(λ1)和辅助波长λ2之间以特定频率交替变化。λ0选择成获得高分析物吸收率，λ1选择成具有最小分析物吸收率。在光桥TM平衡步骤期间，λ1被调节成在缺血组织(blood-less issue)中具有与λ0相同的吸收率。辅助波长λ2选择成在流体的成分中具有高吸收率，并用于提供对样本基质的流体含量的预估。在本公开的示例性实施例中，无纤维的透反射探针用于测量血液(即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无创检查目标区域以测量目标分析物的量的设备，包括：用于产生电磁辐射组合束的源，电磁辐射组合束包括具有不同波长的辐射的至少两个重复周期，对于所述目标分析物，波长中的至少两个具有不同吸收系数；检测器，布置成检测由所述目标区域背向散射的辐射的一部分，所述检测器在所述辐射的两个重复周期中的每个重复周期中产生与检测到的组合束强度成比例的输出信号；以及无纤维的透反射探针，用于将电磁辐射束引导到所述目标区域，并将背向散射的辐射传导到所述检测器；其中，所述无纤维的透反射探针包括具有内反射表面的锥形管状壳体、具有外反射表面的柱形光杆和检测窗，经由所述检测窗，电磁辐射束透射到所述目标区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.06 US 13/441,4671.一种用于无创检查目标区域以测量目标分析物的量的设备，包括：
用于产生电磁辐射组合束的源，电磁辐射组合束包括具有不同波长的
辐射的至少两个重复周期，对于所述目标分析物，波长中的至少两个具有
不同吸收系数；
检测器，布置成检测由所述目标区域背向散射的辐射的一部分，所述
检测器在所述辐射的两个重复周期中的每个重复周期中产生与检测到的组
合束强度成比例的输出信号；以及
无纤维的透反射探针，用于将电磁辐射束引导到所述目标区域，并将
背向散射的辐射传导到所述检测器；
其中，所述无纤维的透反射探针包括具有内反射表面的锥形管状壳
体、具有外反射表面的柱形光杆和检测窗，经由所述检测窗，电磁辐射束
透射到所述目标区域。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述目标区域包括流体。
3.如权利要求2所述的设备，还包括用于压缩和解压所述目标区域的
装置，以控制所述目标区域内的流体量。
4.如权利要求3所述的设备，其中，用于压缩和解压所述目标区域的
装置是可控机械装置。
5.如权利要求2所述的设备，还包括用于在测量期间获得样本基质内
的流体量的预估的装置。
6.如权利要求5所述的设备，其中，用于获得流体量的预估的装置包
括将辐射引导到目标区域的源，所述辐射具有由流体成分优先吸收的波
长。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述辐射是绿光。
8.如权利要求2所述的设备，还包括用于测量所述目标区域内的流体
脉动相位的装置。
9.如权利要求8所述的设备，其中，用于测量所述目标区域内的流体
脉动相位的装置包括将辐射引导到目标区域的源，所述辐射具有由流体成
分优先吸收的波长。
10.如权利要求1所述的设备，其中，所述设备是包括用于计算目标

\t分析物浓度的机载处理器的手持单元。
11.如权利要求10所述的设备，还包括图形显示屏幕。
12.如权利要求10所述的设备，还包括可再充电电池。
13.如权利要求10所述的设备，还包括用于存储用户指令和测量结果
的存储器。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述存储器包括参考数据库。
15.如权利要求10所述的设备，其中，所述手持单元可以使用无线通
信链接与外部装置通信。
16.如权利要求1所述的设备，其中，所述管状壳体的内表面被分成
小平面，以将辐射束均匀地散布在所述目标区域上。
17.如权利要求1所述的设备，其中，所述柱形光杆垂直地定位于所
述检测窗的中心。
18.如权利要求1所述的设备，其中，所述管状壳体定位在所述柱形
光杆周围。
19.如权利要求2所述的设备，其中，所述流体是血液，测量的所述
目标分析物是葡萄糖。
20.一种用于测量样本属性的透反射探针，包括：
检测窗，经由所述检测窗照射所述样本；
光杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：H哈琼马，S库恩，
申请(专利权)人：格罗夫器械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US