使用光谱从皮肤和组织进行光学响应测量制造技术

一种用于测量来自皮肤的光学响应的装置，包括一个或多个照射源，照射源被配置成将光直接辐照到皮肤或组织上，其中每个照射源被配置成提供光波长的预定范围内的光。该装置还包括一个或多个光谱仪，每个光谱仪包括覆盖一个或多个光学传感器的多个干涉滤波器，其中光谱仪中的每一个光谱仪具有在光波长的预定范围内的感测范围并且被配置成捕获从皮肤或组织发射的光。装置所包括的一个或多个光谱仪中的每一个光谱仪均位于距一个或多个照射源中的至少一个照射源的预定距离处。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用光谱从皮肤和组织进行光学响应测量
本专利技术一般涉及光谱，并且更特别地涉及使用光学光谱测量皮肤和组织中的生理参数。
技术介绍
光谱涉及对在物质与电磁辐射相互作用或发射电磁辐射时产生的光谱的测量。组织的漫射光反射光谱的透射涉及使用照射源和使用检测器来照射组织，以捕获来自被照射的组织的光。在漫射光反射光谱的情况下，在检测器处捕获来自组织的反射光，而透射光谱涉及在检测器处捕获透射通过组织的光。照明光源基于光源的部件以及皮肤和组织的特性穿透皮肤和下面的组织，并且由检测器捕获作为反射光、散射光和透射光的组合，该组合可以揭示皮肤、下面的组织、血管等的属性。照射源和/或检测器可以被植入皮肤下、被制成接触皮肤或被紧密接近皮肤放置。例如，集成的小检测器可以被放置在照射源的已知附近。在另一示例中，集成的小检测器和照射源可以被并入可穿戴装置中，诸如贴片、手环或腕表。在又另一个示例中，集成的小检测器和照射源可以被并入植入的医疗装置中，诸如起搏器或原位葡萄糖测试仪。
技术实现思路
测量皮肤和组织中的不同生理参数通常需要基于不同技术的若干装置。例如，可以光学地测量或使用ECG测量心率，光学地测量血氧，使用基于袖带的压力感测来测量血压，使用生物阻抗分析或尿液条测量水合和体脂肪。当今可用的可穿戴保健装置分为若干类别，这些类别中例如有基于光学测量的和基于电阻抗测量的。第一类可穿戴物通常使用1至8个离散波长来测量参数，如脉搏率、脉搏率可变性、氧合等。第二类可穿戴物通常使用几个电接触点来测量阻抗，用于心电图、水合、体脂肪等测量。这些可穿戴物用于临床和非临床环境，并且可以在诸如智能手表、手环、贴片、夹扣之类的若干形式因素中找到。皮肤组织的漫射光反射光谱或透射光谱包括利用光源照射皮肤并且使用合适的检测器来捕获光、在反射光谱的情况下捕获反射光、在透射光谱的情况下捕获透射光、或其组合。射到皮肤表面上的光穿透皮肤，可选地穿透皮肤下面的组织，并且然后根据皮肤和/或组织特性散射。穿透的程度取决于光源中的波长分量和皮肤特性。因此，由检测器捕获的光是由被照射的皮肤、下面的组织及其组份(诸如层、组织、血管等)反射、散射和透射的光的混合。这些组份可以是组织的一部分，或者可以是植入皮肤下的人工部件，诸如生物感测纤维，其在组织内存在其它物质的情况下改变它们的光学特性或响应。光与皮肤下和皮肤内的不同组份的这种相互作用受到其生理状态的影响。例如，光与血管中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白不同地相互作用。该差别可以用于测量血氧水平，这是血氧定量中常用的原理。用于提取身体参数的光学测量允许开发非侵入解决方案。一些示例是可测量的身体参数(直接或间接地)，是血液和组织中的氧饱和度、肌肉中的乳酸盐、诸如O2和CO的血液气体、组织水合水平、体脂肪度百分比、心率、血压等。测量这些参数与临床程序和监测、一般健康和状况监测、用于研究和开发目的的数据收集(例如药物开发的临床试验、涉及大量群体的学习)相关。它不仅在人的情况下是相关的，而且在动物的情况下也是相关的，动物诸如是宠物、例如狗以及牛、例如奶牛。目前使用的基于光学技术的装置具有一些限制：现有的光学测量解决方案可能限于仅测量少数参数，诸如心率和血氧，并且准确度可能不被认为是临床级的，因为用于提取特征的方法，例如使用2个波长来提取SpO2，易受被测样本中的其他元素的影响，例如高铁血红蛋白。(例如，参见下面的图7)此外，它们不具备灵活性并且不是永不过时的。必须针对特定的光学响应来选择部件，所述特定的光学响应特定于待测量的参数，并且这些装置不能支持新的参数或现有参数的新测量原理。皮肤的漫射光谱可以通过在从手持式到台式的不同形式因素中可用的实验室设备来实现。该实验室设备需要受过训练的人员来使用。结果，诊断或监测只能在特定的环境中进行，诸如有受过训练的人员操作该实验室设备的医院或诊所。这又限制了可以测量一个或多个重要参数的范围、频率和持续时间。通过研究已经良好证实若干身体参数，例如水合、氧合和总血红蛋白可以随时间变化，并且出于临床以及非临床目的，频繁地或连续地监测这些参数可能是重要的。利用当前可用的装置，这样的诊断变得非常昂贵并且受限于医院或健康护理环境，这是因为设备昂贵、不可移动并且仅意图用于专业使用。至少部分地由于小型化光谱仪的不可用性，皮肤组织的漫射光谱通常基于实验室测试，实验室测试通常在医院环境中使用具有用于探测身体的探测系统的台式设备来执行。由于小型化光谱仪的不可用性，专利技术人没有意识到将光谱整合在可穿戴物置中，尤其是贴片中的解决方案。因此，需要使用与皮肤接触的至少一个小型化的光谱仪来进行至少一个生理皮肤参数的非侵入式测量，以允许漫射光谱。以这种方式获得的测量结果可以用于例如状况监测、健康监测、用于研究和临床试验的数据收集等。下面公开了一种重量轻、便携、非侵入和非入侵的光谱装置，包括至少一个优选地单片集成的光谱仪，以及至少一个集成光源，光谱仪和集成光源组合在电子衬底上。使用一个或多个光谱仪使得能够实现便携式、轻量、非入侵式和非侵入式装置，每个光谱仪包括单片集成在用于感测来自感兴趣区域的光的传感器上的高光谱滤波器以及用于照射感兴趣区域的至少一个光源。在一些实施例中，该装置可以被配置成使得光谱仪被屏蔽遮挡环境光，而滤波器优选单片集成在传感器上，滤波器可以附接到传感器。本专利技术的一个方面公开了一种可穿戴皮肤光学响应测量装置，该装置包括电子衬底，该电子衬底包括照射源和光谱仪，该照射源具有预定范围的光波长并且被配置成当与皮肤接触时将光直接辐照到皮肤中，该光谱仪在光传感器的顶部上具有干涉滤波器，该光谱仪具有与预定范围的光波长适配的感测范围并且被配置成当与皮肤接触时直接捕获从皮肤发射出的光，并且由此光谱仪被定位在照射源的预定距离处，以当在该预定距离处从皮肤发射出光时捕获辐照光。根据实施例，选择预定距离以适配具有预定波长的辐照光的穿透路径。根据实施例，该装置包括多个照射源和/或多个光谱仪，由此源和/或光谱仪相对于彼此定位在电子衬底上，以确定皮肤在辐照时的空间光学响应。根据实施例，光谱仪被配置成提供在至少7个光谱带中所捕获的光的光谱辨别。根据实施例，该装置还包括宽带照射源，用于在使用时测量取决于宽光谱范围的皮肤参数的光学响应，以及一个窄带照射源，用于在使用时测量取决于窄光谱范围的皮肤参数的光学响应，在此窄光谱范围小于宽带光谱范围。根据实施例，装置还包括控制单元，其被配置成在连续跟踪模式和偶发跟踪模式之间切换该装置，连续跟踪模式在使用时激活窄带照射源，偶发跟踪模式在使用时激活宽带照射源。根据实施例，该装置还包括：被配置成至少为照射源和光谱仪供电的电池、被配置成处理光谱仪的结果的处理器、以及被配置成与装置交换信息的通信装置。根据实施例，该装置还包括被配置成存储光谱仪的结果和/或处理器的结果(如果存在的话)的存储器、被配置成与该装置交互的用户接口、以及用于测量皮肤的非光学响应的传感器配置。本专利技术的另一方面公开了一种方法，该方法使用包括彼此相距预定距离的第一组一个或多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量来自皮肤的光学响应的装置，所述装置包括：/n一个或多个照射源，其中所述一个或多个照射源中的每一个照射源被配置成提供光波长的预定范围内的光，其中所述一个或多个照射源还被配置成将光直接辐照到皮肤上，以及/n一个或多个光谱仪，其中所述一个或多个光谱仪中的每一个光谱仪包括覆盖一个或多个光学传感器的多个干涉滤波器，其中所述一个或多个光谱仪中的每一个光谱仪具有在光波长的预定范围内的感测范围并且被配置成捕获从所述皮肤发射的光，进一步地其中所述一个或多个光谱仪中的每一个光谱仪被定位成与所述一个或多个照射源中的至少一个照射源相距预定距离。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180122 EP 18152787.01.一种用于测量来自皮肤的光学响应的装置，所述装置包括：
一个或多个照射源，其中所述一个或多个照射源中的每一个照射源被配置成提供光波长的预定范围内的光，其中所述一个或多个照射源还被配置成将光直接辐照到皮肤上，以及
一个或多个光谱仪，其中所述一个或多个光谱仪中的每一个光谱仪包括覆盖一个或多个光学传感器的多个干涉滤波器，其中所述一个或多个光谱仪中的每一个光谱仪具有在光波长的预定范围内的感测范围并且被配置成捕获从所述皮肤发射的光，进一步地其中所述一个或多个光谱仪中的每一个光谱仪被定位成与所述一个或多个照射源中的至少一个照射源相距预定距离。


2.根据权利要求1所述的装置，其中所述预定距离基于从所述一个或多个照射源中的至少一个照射源起的预期穿透路径。


3.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括多个光谱仪，其中所述多个光谱仪中的每一个光谱仪被配置成捕获来自所述一个或多个照射源的指示特定空间光学响应的光。


4.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括多个照射源，其中所述多个照射源中的每一个照射源被配置成向所述一个或多个光谱仪提供指示不同的空间光学响应的光。


5.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个照射源中的第一照射源基于光波长的第一预定范围，并且所述一个或多个照射源中的第二照射源基于光波长的第二预定范围，其中所述光波长的第一预定范围与所述光波长的第二预定范围不同。


6.根据权利要求5所述的装置，其中所述光波长的第一预定范围小于所述光波长的第二预定范围。


7.根据权利要求5所述的装置，其中所述光波长的第一预定范围与所述光波长的第二预定范围不重叠。


8.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个照射源和所述一个或多个光谱仪安装在电子衬底上，其中所述电子衬底包括以下各项中的至少一项：刚性电路板、柔性电路板、带状电缆和刚柔性电路板。


9.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个光谱仪和所述一个或多个照射源的至少一部分从所述装置的表面突出。


10.根据权利要求1所述的装置，进一步包括以下各项中的至少一项：
用户接口；
通信模块；
控制单元；
存储器；
电池；以及
处理器。


11.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·博瑞曼斯，P·阿格拉沃尔，
申请(专利权)人：光谱公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE