用于感测肌肉组织中糖原的近红外光谱学技术制造技术

一种系统、可佩戴设备和方法包括：光发射器，该光发射器被配置为发射在近似900纳米和1000纳米之间的第一波长的光和近似1350纳米的第二波长的光；第一光检测器，该第一光检测器与光发射器以第一距离间隔开；以及第二光检测器，该第二光检测器与光发射器以第二距离间隔开，该第二距离近似是第一距离的两倍。基于由第二光检测器检测到的来自肌肉组织的反向散射光和由第一光检测器检测到的来自非肌肉组织的反向散射光之间的关系，可以确定肌肉组织的水合和糖原中的至少一个。

Near Infrared Spectroscopy for Sensing Glycogen in Muscle Tissues

A system, wearable equipment and method includes: a light emitter configured to emit light at the first wavelength between approximately 900 nanometers and 1000 nanometers and light at the second wavelength of approximately 1350 nanometers; a first light detector, which is spaced from the light emitter at the first distance; and a second light detector, which is arranged with a light emitter at a first distance. The second distance is spaced, and the second distance is approximately twice the first distance. Based on the relationship between backscatter light from muscle tissue detected by the second light detector and backscatter light from non-muscle tissue detected by the first light detector, at least one of the hydration and glycogen of muscle tissue can be determined.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于感测肌肉组织中糖原的近红外光谱学技术优先权本申请要求于2016年1月26日提交的标题为“NEAR-INFRAREDSPECTROSCOPYFORSENSINGCHARACTERISTICSOFMUSCLETISSUE”的美国临时专利申请第62/287,286号的优先权的权益，该美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。
本文公开的主题总体上涉及使用近红外光谱学技术(near-infraredspectroscopy)感测肌肉组织的特性。背景除其他诊断之外，近红外光谱学技术(NIRS)利用特定频率的近红外光来诊断组织的各种状况，诸如血氧含量和血红蛋白。常规的NIRS应用可以将一种或更多种波长的近红外光照射到受试者的组织中。离开组织和相关体液的各种组成成分的光的反向散射随后可以被感光器检测到，并且组织/体液的含量可以基于所检测到的光的量和特性来推断。附图简述在附图中的图中借助示例而非限制的方式图示了一些实施方案。图1是在示例性实施方案中被配置为使用NIRS检测肌肉组织水合的系统的部件的位置图。图2是在示例性实施方案中的系统相对于组织的抽象轮廓。图3是在示例性实施方案中的如佩戴在用户手臂上的实现系统的可佩戴设备的描绘。图4是在示例性实施方案中的系统的框图。图5是在示例性实施方案中的用于检测肌肉层中的肌肉组织的特性的流程图。图6是图示了根据一些示例性实施方案的能够从机器可读介质读取指令的机器的部件的框图。图7是描绘在示例性实施方案中的多个组织参数的吸收系数的曲线图。图8是在示例性实施方案中的用于确定肌肉层中的肌肉组织的糖原水平的流程图。详细描述示例方法和系统涉及用于感测肌肉组织的特性的NIRS。示例仅代表可能的变型。除非另有明确说明，否则部件和功能是可选的并且可以被组合或细分，并且操作可以在顺序上改变或者被组合或细分。在以下描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节以提供对示例性实施方案的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说将明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本主题。通常，NIRS应用已经被用于分析组织或体液，其无法在不同深度的组织之间进行区分。例如，可以分析来自皮肤表面以下1至3毫米的组织的血氧和血红蛋白含量，但是这种分析不能有效地在这种浅深度处的特征和较深的深度处的特性之间进行区分。因为来自皮肤下仅几毫米的组织的反向散射光传播相似的短距离，所以感光器可以放置成与光发射器位于同一位置，或者放置在光发射器的毫米范围内。此外，常规地，通常通过有创手术(例如活检手术)来分析肌肉组织的多个特性。因此，为了确定肌肉组织的特性(诸如糖原和含水水平)而收集组织样本，并且然后运送到实验室进行分析。因此，肌肉组织分析可能相对昂贵且耗时。可替代地，已经研发了用于测量肌肉组织的组织参数的无创技术，包括多种超声技术。然而，超声技术依赖于通常固定的、使用复杂的并且可能需要使用凝胶来限制超声换能器和皮肤之间的气隙的设备。因此，即使在某些情况下可以使用超声波机器，但从成本和使用条件两者来看，超声波机器往往是不切实际的。已经研发了一种利用NIRS来确定组织(诸如组织的肌肉层)的糖原水平的系统，该系统区分肌肉层的特性和组织的其他层的特性。除其他潜在的特性之外，该特性包括糖原水平和水合水平。该系统利用特定的光波长以及光发射器和光检测器之间的特定位置关系来获得来自特定组织和体液的反向散射，以识别肌肉组织的糖原和/或水合。特别地，该系统被配置为在肌肉组织的水和/或相关糖原含量和非肌肉组织的水含量之间进行区分。在示例中，该系统利用多个NIRS波长来获得对多层组织中体积水合的评估。来自多个NIRS波长的检测光然后被区分以确定肌肉组织中的分离水合(isolatedhydration)。然后可以利用肌肉组织中分离水合来确定肌肉组织的糖原水平。糖原水平和/或水合水平可用于诊断肌肉组织，包括肌肉收缩功能和整体肌肉疲劳。该系统除基于其他因素之外是基于对利用NIRS在深的和浅的组织层的特性之间进行区分的潜在益处的认识。其中的好处是能够产生一种可以在体育活动中使用的便携式可佩戴设备。这种设备还可以提供易用性并且允许缺乏特定培训或医疗设备知识的用户使用这种设备。图1是在示例性实施方案中的被配置为使用NIRS检测肌肉组织水合的系统100的部件的位置图。系统100包括相对于彼此以特定配置布置的光发射器102和多个光检测器104。在各种示例中，系统100是被配置为佩戴在用户的手臂或解剖结构的其他部分上的单个可佩戴设备。然而，应当理解的是，存在包括处于特定位置关系的光检测器104和光发射器102的分立设备的任何组合。如本文所图示的，近似六百(600)纳米至近似一千四百(1400)纳米的波长范围或光学窗口倾向于通过系统100提供对组织乃至肌肉组织的敏感性。这种光学窗口比NIRS应用中的典型窗口宽。在各种示例中，光发射器102包括多个单独的元件或由多个单独的元件组成，在示例中，发光二极管(LED)被配置为发射特定波长的近红外光。在这样的示例中，第一LED102(1)被配置为发射在近似九百(900)纳米至一千(1000)纳米范围内的第一波长的光。在示例中，第一LED102(1)被配置为发射近似九百七十(970)纳米的第一波长的光。此外，在这样的示例中，第二LED102(2)被配置为发射在近似一千三百(1300)纳米到近似一千四百(1400)纳米范围内的第二波长的光。在示例中，第二LED102(2)被配置为发射近似一千三百一十(1310)纳米的第二波长的光。如将在本文中详细公开的，来自第一LED102(1)和第二LED102(2)的光可以主要或全部用于确定肌糖原水平和/或水合含量。在各种示例中，系统100还包括第三LED102(3)、第四LED102(4)、第五LED102(5)和第六LED102(6)，它们被不同地配置为发射波长在近似六百六十(660)纳米和八百二十(820)纳米之间的光，并且在示例中，波长在近似六百八十(680)纳米和八百(800)纳米之间。在各种示例中，第三LED至第六LED102(3)、102(4)、102(5)、102(6)被配置为发射通常用于检测血红蛋白或血红蛋白的氧水平的光，但是在各种示例中，该光可以用于检测用于肌肉水合的水和/或相关糖原分子。在各种可替代示例中，第一LED102(1)和第二LED102(2)被配置为分别发射近似九百七十(970)纳米和一千三百一十(1310)纳米的光，而第三LED102(3)被配置为发射近似六百八十(680)纳米的光，第四LED102(4)被配置为发射近似八百(800)纳米的光，第五LED102(5)被配置为发射近似九百三十(930)纳米的光，以及第六LED102(6)被配置为发射近似一千二百一十(1210)纳米的光。对于本文公开的所有波长，应当注意和强调的是，波长可以从0.5纳米变化到二十五(25)纳米，并且仍然被认为近似是所述波长。在各种示例中，如图2中所图示的，系统100可以被配置为测量脂肪层的厚度、表皮层的水含量、肌肉层的水含量、肌肉层中的氧合百分比以及肌肉层中的总血红蛋白。系统100可能倾向于对表皮层中的总血红蛋白、表皮层中的氧合百分比和黑色素浓度不予注意或者以其他方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：光发射器，所述光发射器被配置为发射在近似900纳米至1000纳米范围内的第一波长的光和在近似1300纳米至1400纳米范围内的第二波长的光；第一光检测器，所述第一光检测器与所述光发射器以第一距离间隔开；以及第二光检测器，所述第二光检测器与所述光发射器以第二距离间隔开，所述第二距离近似是所述第一距离的两倍；处理器，所述处理器被配置为基于由所述第二光检测器检测到的来自肌肉组织的反向散射光和由所述第一光检测器检测到的来自非肌肉组织的反向散射光之间的关系，根据所述肌肉组织的水合来确定所述肌肉组织的糖原水平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.26 US 62/287,2861.一种系统，包括：光发射器，所述光发射器被配置为发射在近似900纳米至1000纳米范围内的第一波长的光和在近似1300纳米至1400纳米范围内的第二波长的光；第一光检测器，所述第一光检测器与所述光发射器以第一距离间隔开；以及第二光检测器，所述第二光检测器与所述光发射器以第二距离间隔开，所述第二距离近似是所述第一距离的两倍；处理器，所述处理器被配置为基于由所述第二光检测器检测到的来自肌肉组织的反向散射光和由所述第一光检测器检测到的来自非肌肉组织的反向散射光之间的关系，根据所述肌肉组织的水合来确定所述肌肉组织的糖原水平。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置为基于由所述第二光检测器检测到的反向散射光和由所述第一光检测器检测到的反向散射光之间的差分关系来确定所述关系。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述肌肉组织在非肌肉组织的层下面的肌肉层中，所述肌肉层具有距皮肤表面的深度，并且其中，所述第二距离近似是所述肌肉层距所述皮肤表面的所述深度的两倍。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第一距离近似是12.5毫米并且所述第二距离近似是25毫米。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光发射器包括被配置为发射所述第一波长的光的第一发光二极管(LED)和被配置为发射所述第二波长的光的第二LED。6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光发射器还被配置为发射波长在近似660纳米和近似820纳米之间的光；其中，所述第一光检测器和所述第二光检测器中的至少一个被配置为检测来自在近似660纳米和近似820纳米之间的光的反向散射光；并且其中，所述处理器被配置为基于来自在近似660纳米和近似820纳米之间的光的反向散射光来确定血液中血红蛋白的氧水平。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述光发射器包括被配置为发射所述第一波长的光的第一发光二极管(LED)、被配置为发射所述第二波长的光的第二LED以及被配置为发射在近似660纳米和近似820纳米之间的光的四个LED。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一光检测器和所述第二光检测器是光电二极管。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光发射器以及所述第一光检测器和所述第二光检测器被定位在可佩戴设备上，所述可佩戴设备被配置为紧邻用户的肘部定位在所述用户的前臂上并且固定到所述用户的前臂。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器还被配置为使用户界面显示与所述肌肉组织的所述糖原水平相关的信息。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述光发射器以及所述第一光检测器和所述第二光检测器是可佩戴设备的部件，并且所述处理器是不同于所述可佩戴设备的外部设备的部件。12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述光发射器、所述第一光检测器和所述第二光检测器以及所述处理器是可佩戴设备的部件。13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一波长近似为970纳米，并且所述第二波长近似为1310纳米。14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光发射器还被配置为发射第三波长、第四波长、第五波长和第六波长的光，并且所述系统还包括：第三光检测器，所述第三光检测器间隔布置在所述光发射器和所述第一光检测器之间；其中，所述处理器被配置为基于由所述第一光检测器、所述第二光检测器和所述第三光检测器检测到的来自所述肌肉组织和所述非肌肉组织的反向散射光之间的关系，根据所述肌肉组织的水合来确定所述肌肉组织的所述糖原水平。15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第三波长近似为680纳米，所述第四波长近似为800纳米，所述第五波长近似为970纳米并且所述第六波长近似为1210纳米。16.一种可佩戴设备，包括：光发射器，所述光发射器被配置为发射在近似900纳米至1000纳米范围内的第一波长的光和在近似1300纳米至1400纳米范围内的第二波长的光；第一光检测器，所述第一光检测器与所述光发射器以第一距离间隔开；和第二光检测器，所述第二光检测器与所述光发射器以第二距离间隔开，所述第二距离近似是所述第一距离的两倍；处理器，所述处理器被配置为基于由所述第二光检测器检测到的来自肌肉组织的反向散射光和由所述第一光检测器检测到的来自非肌肉组织的反向散射光之间的关系，根据所述肌肉组织的水合来确定所述肌肉组织的糖原水平。17.根据权利要求16所述的可佩戴设备，其中，所述关系是由所述第二光检测器检测到的反向散射光和由所述第一光检测器检测到的反向散射光之间的差分关系。18.根据权利要求16所述的可佩戴设备，其中，所述肌肉组织在非肌肉组织的层下面的肌肉层中，所述肌肉层具有距离皮肤表面的深度，并且其中，所述第二距离近似是所述肌肉层距所述皮肤表面的所述深度的两倍。19.根据权利要求18所述的可佩戴设备，其中，所述第一距离近似为12.5毫米并且所述第二距离近似为25毫米。20.根据权利要求16所述的可佩戴设备，其中，所述光发射器包括被配置为发射所述第一波长的光的第一发光二...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·S·基尔比，维克拉姆·马尔侯拉，罗杰·施米茨，
申请(专利权)人：耐克创新有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国,US