本发明专利技术提供用于组织（２０８）特性的准确无创检测的方法和装置。本发明专利技术的一些实施例包括具有照射子系统（２０１）和聚集子系统（２２２）的光学取样器（２２１），所述照射子系统适合于将具有第一偏振（２０５）的光传递到组织表面（２０８），所述聚集子系统适合于聚集在与组织（２０８）相互作用之后而从组织（２０９）传递的具有第二偏振的光；其中所述第一偏振不同于所述第二偏振。偏振中的差异可阻碍从组织表面（２０８）镜面反射的光的聚集，并可促进与组织中期望的穿透深度或路径长度分布相互作用的光的优先聚集。例如，不同的偏振可为在其之间具有角度的线偏振或旋向性不同的椭圆偏振。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过测定样品对入射辐射的响应来测量材料特性，尤其是 涉及分析物如人体组织中的葡萄糖或酒精的测量。
技术介绍
本申请要求2005年2月9日提交的号码为60/651, 679的美国临时申 请文件 "The Influence of Changing Pathlength Distributions in the Measurement of Analytes Noninvasively and Methods for Mitigation and Correction"的利益，其被包含于此以做参考。无创葡萄糖监测是很多研发团体的长期目标。这些团体中的几个已经 试图使用近红外光谱作为测量方式。到目前为止，这些团体中没有一个演 示了产生足以使美国食品药物管理署("FDA")和医师团体满意的无创葡 萄糖测量的系统。由组织介质引入的光谱噪声是这些失败的主要原因。组 织噪声可包括干扰或妨碍分析物测量的准确性的任何光语变化源。组织的 光学特性的变化可能有助于产生组织噪声。测量系统本身也可引入组织噪 声，例如系统中的变化可能使组织的特性显得不同。组织噪声在已出版的 文献中被充分认识，并被不同地描述为生理学变化、散射变化、折射率的 变化、路径长度的变化、排水量的变化、温度变化、胶原质变化和组织层 性质的变化。例如参考Khalil， Omar的无创葡萄糖测量技术(Noninvasive glucose measurement technologies ): 乂人1999到達斤千年一刀的〈'务正，斗唐尿病才支 术和治疗(Diabetes Technology & Therapeutics),第6巻，第5号，2004。光谱依赖于吸收性、浓度、路径长度和摩尔吸收系数之间的 Beer-Lambert-Bouger定律。对于单个波长，单个组件情况其中；。和A是入射和出射流量，e,是摩尔吸收系数，C是物质的浓度，以及/是通过介质的路径长度。^是在波长义(-log,。仏 时的吸收系数。 这些方程假定光子穿过路径长度为/的介质或被分子占有物吸收。不幸的是，组织的光学测量与Beer定律要求的假设不一致。在个体之 间组织的变化、同一个体在不同地点或不同时间之间组织的变化、表面污 染物、测量系统与组织的相互作用以及很多其它真实世界的效应可能阻碍 准确的光学测量。存在对允许在真实世界环境中准确测量的光学测量方法 和装置的改进的需要。
技术实现思路
本专利技术提供用于组织特性的准确无创测定的方法和装置。本专利技术的一 些实施例包括具有照射子系统和聚集子系统的光学取样器，所述照射子系 统适合于将具有第一偏振的光传递(communicate)到组织表面，所述聚集 子系统适合于聚集在与组织相互作用(interaction )之后而^v组织传递的具 有第二偏振的光；其中所述第一偏振不同于所述第二偏振。偏振中的差异 可阻碍从组织表面镜面反射的光的聚集，并可促成与组织中期望的穿透深 度或路径长度分布相互作用的光的优先聚集。作为例子，不同的偏振可为 在其之间具有角度的线偏振或旋向性(handedness)不同的椭圆偏振。光滑剂(smoothing agent)可应用(apply)到组织表面以阻止4竟面反 射光中的偏振变化，从而通过偏振差异(polarization difference )来增强对 镜面反射光的抑制。光滑剂的光谱特征可在所产生的光谱信息中测定，并 且光滑剂的存在、厚度以及正确的应用可被鉴定。照射系统、聚集系统或 两者都可利用多个偏振状态，允许多个深度或路径长度分布被取样，或允 许选择特定的深度或路径长度分布以进行取样。通过偏振抑制镜面反射光 允许取样器与组织间隔开，减少了接触取样器而产生的问题(例如，组织 测量由于压力或发热而出现某种倾向性)。取样器与组织的分离能使较大 的面积如20 mm2被取样。可布置照射系统和聚集系统，以便与组织表面的不同部分进行传递，例如被分离 一段固定或可变距离的部分。照射系统和聚集系统可设置成使组织的取样最佳化，例如通过响应于界面性质(interface quality)检测器(例如自动聚焦系统或光谱性质反馈 系统)而改变光学焦距或与组织表面的距离。利用组织定位系统，例如使 脉管系统(vascular system )的组成部分成像的成像系统，可识别被耳又样的 组织的部分，从而允许在可重复的位置进行测量，而对组织没有机械限制。对本领域技术人员来讲，当研究了下面的说明时，优点和新特征将变 得明显或可通过实践本专利技术而得知。通过特别在随附的权利要求中指出的 方法和组合可实现并得到本专利技术的优点。附图说明图1是组织及其变化的示意图。 图2是散射介质中Beer定律的限制的示意图。 图3是可用来被光学取样器控制的光特性的说明。 图4是根据本专利技术的组织取样器的示意图。图5是信号强度与从大的散射介质散射回来的光的光学路径长度的关 系曲线的概念性说明。图6是有两个或更多不同的路径长度的情况的示意图。图7是示例性实施例的简要描述。图8是示例性实施例的简要描述。图9是示例性实施例的筒要描述。图IO是光学取样器的探照灯照明区域的示意图。图11是光纤基部取样器的示意图。图12是来自两个光学取样器的光语信息的示意图。图13和图14是两个光学取样器之间的差异的示意图。图15是散射颗粒的单一溶液的路径长度和偏振角之间关系的示意图。图16是人体组织的路径长度和偏振角之间的关系的示意图。图17是解释所测量的路径和平均路径之间关系的图。图18是散射溶液的所测量的路径和平均路径之间的关系曲线图。图19是人体组织的所测量的路径和平均路径之间的关系曲线图。图20显示通过适应性取样的改进的光学性能的图示。图21是当存在光滑剂时使用光学取样器得到的光谱数据的曲线图。具体实施方式用于Beer定律的路径长度假说不完全符合在人体组织中进行测量的 现实。在介质如组织中，光子被散射且不传播单一路径而是传播分布的路 径。路径的分布导致路径长度的分布(光子传播的路径长度；具有特定的 长度分布"路径长度分布"或"PLD"的一组路径长度)。简单说来，该 分布具有很多传播具体的路径长度的光线，以及凭借散射相互作用的随机 性质传播通过样品的较短或较长的路径的光线。该路径长度分布的特性可 进一步以统计特性例如分布平均和标准偏差为特征。这些特性对测量系统不一定是固定的，因为它们可用复杂的方式依赖于包括散射粒子的数量、 散射粒子的尺寸和形状以及波长的样品特性。此外，特定体积的组织的 PLD对组织的固有特性以及组织被取样的方式敏感。在无创测量之间或在 无创测量期间的PLD的任何变化将引起路径的变化，使得Beer定律的假 设不被满足。最后结果是无创测量中的错误。光学特性的变化引起所观察 的PLD的变化。PLD的变化可导致分析物测量误差。简化的物理模型。简化的模型在理解本专利技术的操作原理方面可能是有 用的。由于认识到组织是非常复杂的层状介质，简化的物理模型提供对问 题被解释和剖析成较简单的部分的有用的结构。考虑在一组层状海绵中进 行光谱测量的情况。海棉类似于组织是由于海绵具有液体包围的固体结 构。这种物理模型类似于组织是由于组织具有由细胞和被细胞间液包围的 胶原质组成的固体矩阵。海本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学取样器，包括：ａ．照射子系统，其适合于将具有第一偏振的光传递到组织表面；ｂ．聚集子系统，其适合于聚集在与所述组织相互作用之后而从所述组织传递的具有第二偏振的光；ｃ．其中所述第一偏振不同于所述第二偏振。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：里斯M罗宾森，拉塞尔E艾宾克，罗伯特D约翰逊，
申请(专利权)人：音莱特解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]
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