用于校正光学信号的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开用于校正光学信号的方法和装置。一种光学装置被用于监测埋置在哺乳动物的组织中(例如，皮肤下)的植入物。该植入物接收来自该光学装置的激发光，并发射由该光学装置所检测的光，包括分析物相关光学信号。由于水合作用、血液灌注和氧合作用中的变化，组织的散射和吸收特性随着时间而变化。该光学装置布置有光源、滤光片和检测器，以发送激发波长范围内的激发光并测量检测波长内的发射光。组织中光散射和吸收的变化(例如漫反射率)被监测。该光源、滤光片和检测器也可以用于监测组织中的自身荧光以校正自身荧光背景。

【技术实现步骤摘要】
用于校正光学信号的方法和装置本申请是申请日为2014年3月6日，申请号为201711281206.6，专利技术名称为“用于校正光学信号的方法和装置”的申请的分案申请,申请201711281206.6是中国申请号为201480016308.3、国际申请日为2014年3月6日的PCT申请PCT/US2014/021298的、专利技术名称为“用于校正光学信号的方法和装置”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请交叉引用本申请要求于2013年3月14日提交的、题为“MethodandDeviceforCorrectingOpticalSignals”的美国临时专利申请61/785,087的权益，该申请在此通过引用整体并入。
技术介绍
本专利技术涉及用于监测植入物的方法和装置，并具体地涉及用于校正从植入物发射的发光信号的方法和装置。在某些个体中，对分析物(例如葡萄糖、乳酸盐或氧)水平的监测对于他们的健康是很重要的。高水平或低水平的葡萄糖，或其他分析物，可能有不利影响或预示特定的健康状态。葡萄糖的监测对于患有糖尿病的个体特别重要，他们中的一个子集必须确定何时需要胰岛素以降低他们体内的葡萄糖水平或者何时需要额外的葡萄糖以提高他们体内的葡萄糖水平。被许多患有糖尿病的个体用来亲自监测他们的血糖水平的常规技术包括定期抽取血液，将该血液施加到测试条，并使用量热、电化学或光度检测法来确定血糖水平。这种技术不允许连续或自动监测体内的葡萄糖水平，而通常必须在周期性基础上手动执行。不幸的是，葡萄糖水平的检查的一致性在个体之间变化很大。许多糖尿病患者发现定期测试不方便，并且他们有时会忘记测试他们的葡萄糖水平或者没有时间进行适当的测试。此外，一些个体希望避免与测试相关联的疼痛。未受监控的葡萄糖可能导致高血糖或低血糖发作。监测个体分析物水平的植入式传感器将允许个体更容易地监测他们的葡萄糖或其他分析物水平。各种装置已经被开发用于监测血流中或各种组织的间质液中的分析物(例如，葡萄糖)。许多这些装置使用被插入到患者血管中或皮下的传感器。因为高散射存在下的低荧光水平，这些植入式传感器通常难以光学地读取或监测，前述高散射归因于皮肤状况的动态变化(例如，血液水平和水合作用)。皮肤是高度散射的，并且该散射可以主导光传播。散射是由组织中折射率变化所引起的，并且，皮肤中的主要散射组分归于脂质、胶原蛋白和其他生物组分。主要的吸收是由血液、黑色素、水和其他组分所引起的。一个装置(公开于Yu的已公布美国专利申请20090221891中)，包括葡萄糖分析部件。当传感器被植入体内时，通过外部光学器件经皮读出光学信号。荧光计，分别对供体发色团和受体发色团测量激发光强度、环境光强度以及发光和环境光的复合强度。通过握持荧光计接近皮肤并对准传感器来进行测量。提供的最终输出是来自这两个发色团的发光强度之间的归一化比值，该比值可以使用校准数据被转换为分析物浓度。校准曲线通过测量响应对葡萄糖浓度而被经验性地建立。尽管该装置提供了一些光学信号校正，但获得准确读数可能仍然是困难的，这归因于导致从植入物发射的光的光学散射和吸收的动态的皮肤变化。Merritt的美国专利申请20110028806公开了另一种用于测量血糖水平的方法和系统。一组光电二极管检测从一个或多个发射器(例如多个LED)发射到患者皮肤中的光能量的发光和反射。结合到葡萄糖的小分子代谢物报道子(reporter)(SMMRs)被引入角质层和表皮的组织以提供更易于检测的发光。使用在接近激发波长处进行的反射强度测量来校准测试结果。此外，该方法包括测量第二发光和反射强度，以归一化来自第一组测量的数据。第一发光和反射强度测量在使用SMMR处理的部位处进行。第二发光和反射强度测量在未处理的背景部位处进行。然后使用背景测量通过波长归一化来校正背景组织发光和吸收。尽管该方法对于背景发光和反射提供了一些光信号校正，但是从表皮中的葡萄糖结合分子获得准确和/或一致的葡萄糖读数可能仍然是困难的。仍然需要这样一种小型的、紧凑的装置，该装置可以准确和一致地监测植入式传感器，并提供信号给分析者，而基本上不限制患者的运动和活动。当分析物水平处于或接近阈值水平时，分析物的连续和/或自动监测可以对患者提供警告。例如，如果葡萄糖是分析物，那么该监测装置可以被配置成警告患者当前正在发生或即将发生高血糖或低血糖。那么患者就可以采取适当的行动。
技术实现思路
根据一个方面，提供一种方法，用于校正从植入物发射的至少一个分析物相关光学信号。该植入物通常被埋置在哺乳动物身体的组织中。该植入物能够响应于激发波长范围内的激发光，发射处于发射波长范围内的分析物相关光学信号。该方法包括发送激发波长范围内的第一激发光穿过组织到植入物，并且响应于该第一激发光测量从组织发射的发射波长范围内的第一光学信号。该方法还包括发送处于发射波长范围内的第二激发光到组织中，并且响应于该第二激发光测量从组织发射的发射波长范围内的第二光学信号。根据所测量的信号计算至少一个校正的信号值。根据另一个方面，提供一种光学检测装置，用于监测埋置在哺乳动物身体的组织中的植入物。该植入物能够响应于激发波长范围内的激发光，发射处于发射波长范围内的至少一个分析物相关光学信号。该装置包括第一光源，该第一光源被布置成发送激发波长范围内的第一激发光穿过组织到植入物。第二光源，被布置成发送处于发射波长范围内的第二激发光到组织中。至少一个检测器，被布置成响应于第一激发光测量从组织发射的发射波长范围内的第一光学信号，以及被布置成响应于第二激发光测量从组织发射的发射波长范围内的第二光学信号。根据另一个方面，提供一种方法，用于校正至少一个从埋置在哺乳动物身体的组织中的植入物发射的分析物相关光学信号。该植入物能够响应于激发波长范围内的激发光，发射处于发射波长范围内的分析物相关光学信号。该方法包括发送激发波长范围内的第一激发光穿过组织到植入物，并且响应于该第一激发光测量从组织发射的发射波长范围内的第一光学信号。该方法还包括发送激发波长范围内的第二激发光到组织中，并且响应于该第二激发光测量从组织发射的发射波长范围内的第二光学信号。第二激发光和响应于第二激发光发射的光形成光路，该光路从植入物被横向间隔开足够的距离，以避免来自植入物报道子(例如，发光、发光、生物发光或磷光报道子)的显著贡献。根据所测量的光学信号计算至少一个校正的信号值。根据另一个方面，提供一种光学检测装置，用于监测埋置在哺乳动物身体的组织中的植入物。该植入物能够响应于激发波长范围内的激发光，发射处于发射波长范围内的至少一个分析物相关光学信号。该装置包括第一光源，该第一光源被布置成发送激发波长范围内的第一激发光穿过组织到植入物。第一检测器，被布置成响应于第一激发光测量从组织发射的发射波长范围内的第一光学信号。第二光源，被布置成发送激发波长范围内的第二激发光到组织中。第二检测器，被布置成响应于第二激发光测量从组织发射的发射波长范围内的第二光。第二光源和第二检测器被相对于彼此放置，使得第二激发光和响应于该第二激发光发射的光形成光路，该光路从植入物被横向间隔开足够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：/n从设置在哺乳动物身体的皮肤上的光学装置的第一发光二极管(LED)发送激发波长范围内的第一生成的光，所述第一生成的光发送通过所述哺乳动物身体的组织到嵌入所述组织中的植入物，所述植入物被配置成吸收所述激发波长范围内的光并且响应于吸收所述激发波长范围内的光而发荧光以发射发射波长范围内的分析物相关光学信号；/n利用设置在所述哺乳动物身体的皮肤上的所述光学装置的至少一个检测器并且响应于所生成的第一光被发送通过所述组织，接收从嵌入在所述组织中的所述植入物发射的在所述发射波长范围内的第一光学信号；/n利用设置在所述哺乳动物身体的皮肤上的所述光学装置的处理器，基于所述第一光学信号计算指示所述分析物的浓度的初始值；/n从设置在所述哺乳动物身体的皮肤上的所述光学装置发送第二生成的光并发送到所述组织中，所述第二生成的光从预先配置成发射所述发射波长范围内的光的第二LED发送；/n利用所述至少一个检测器并且响应于所述第二生成的光，接收从所述组织发射的在所述发射波长范围内的第二光学信号；/n利用所述处理器基于所述第二光学信号计算校正因子，所述校正因子指示所述发射波长范围内的背景；以及/n利用所述处理器，通过将所述校正因子应用于指示所述分析物的所述浓度的所述初始值来计算所述分析物的浓度。/n...

【技术特征摘要】
20130314 US 61/785,0871.一种方法，包括：
从设置在哺乳动物身体的皮肤上的光学装置的第一发光二极管(LED)发送激发波长范围内的第一生成的光，所述第一生成的光发送通过所述哺乳动物身体的组织到嵌入所述组织中的植入物，所述植入物被配置成吸收所述激发波长范围内的光并且响应于吸收所述激发波长范围内的光而发荧光以发射发射波长范围内的分析物相关光学信号；
利用设置在所述哺乳动物身体的皮肤上的所述光学装置的至少一个检测器并且响应于所生成的第一光被发送通过所述组织，接收从嵌入在所述组织中的所述植入物发射的在所述发射波长范围内的第一光学信号；
利用设置在所述哺乳动物身体的皮肤上的所述光学装置的处理器，基于所述第一光学信号计算指示所述分析物的浓度的初始值；
从设置在所述哺乳动物身体的皮肤上的所述光学装置发送第二生成的光并发送到所述组织中，所述第二生成的光从预先配置成发射所述发射波长范围内的光的第二LED发送；
利用所述至少一个检测器并且响应于所述第二生成的光，接收从所述组织发射的在所述发射波长范围内的第二光学信号；
利用所述处理器基于所述第二光学信号计算校正因子，所述校正因子指示所述发射波长范围内的背景；以及
利用所述处理器，通过将所述校正因子应用于指示所述分析物的所述浓度的所述初始值来计算所述分析物的浓度。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二光学信号行进延伸到所述组织中的深度基本上等于所述植入物被嵌入的深度的光路。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述植入物被嵌入的深度在皮肤表面下方1mm至5mm的范围内。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二光学信号行进延伸到所述组织中的深度大于所述植入物被嵌入的深度的光路。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述校正因子是第一校正因子，并且所述第一生成的光、所述植入物和所述第一光学信号共同限定第一光路的至少一部分，所述方法还包括：
将第三生成的光从所述光学装置发送到所述组织中，所述第三生成的光在所述激发波长范围内；
利用所述至少一个检测器并且响应于所述第三生成的光，接收从所述组织发射的在所述发射波长范围内的第三光学信号；以及
利用所述处理器基于所述第三光学信号光来计算第二校正因子，所述第二校正因子与所述组织的自发荧光相关联，所述第三生成的光和所述第三光学信号共同限定所述第二光路的至少一部分，所述第二光路的至少一部分与所述第一光路的对应部分横向间隔开，通过将所述第一校正因子和所述第二校正因子应用于指示所述分析物的所述浓度的所述初始值来计算所述分析物的所述浓度。


6.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述植入物被嵌入在皮下组织中；以及
第二生成的光行进延伸到组织中的深度大于或等于皮肤表面下2mm的光路。


7.根据权利要求6所述的方法，还包括：:
将所述第一LED定位在所述哺乳动物身体的皮肤上，在所述植入物之上，使得所述第一光源和所述至少一个检测器共同地被配置成使得所述第一光路与所述植入物相交，所述第二LED与所述第一LED间隔开，使得当所述第一LED被定位在所述植入物之上时，使得所述植入物被相对于照射所述植入物的所述第一生成的光的量而言更少量的所述第三生成的光照射。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述植入物被嵌入在所述组织中的第一深度处，所述第二光学信号行进延伸到所述组织中的第二深度的第一光路，并且所述校正因子是第一校正因子，所述方法还包括：
将第三生成的光从所述光学装置发送到所述组织中，使得所述第三生成的光行进延伸到所述组织中的第三深度的第二光路，所述第三深度不同于所述第一深度和所述第二深度；
利用所述至少一个检测器并且响应于所述第三生成的光，接收从所述组织发射的第三光学信号；以及
利用所述处理器基于所述第三光学信号计算第二校正因子，所述第二校正因子与所述第二光路相关联，通过将所述第一校正因子和所述第二校正因子应用于指示所述分析物的浓度的所述初始值来计算所述分析物的浓度。


9.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述激发波长范围是第一激发波长范围；
所述植入物以第一深度嵌入所述组织中；以及
所述第二光学信号行进延伸到所述组织中的第二深度的第一光路，所述方法还包括：
将第三生成的光从所述光学装置发送到所述组织中，所述第三生成的光在所述第二生成的光之前发送，所述第三生成的光在第二激发波长范围内；以及
利用所述至少一个检测器并且响应于所述第三生成的光，接收从所述组织发射的分析物不相关的光学信号；以及
使用所述分析物不相关的光学信号确定所述第二深度。


10.根据权利要求1所述的方法，其中所述校正因子是第一校正因子，所述方法还包括：
利用所述至少一个检测器接收从所述植入物发射的分析物不相关光学信号；以及
利用所述处理器基于从所述植入物发射的分析物不相关光学信号来计算第二校正因子，通过将所述第一校正因子和所述第二校正因子应用于指示所述分析物的浓度的所述初始值来计算所述分析物的浓度。


11.根据权利要求1所述的方法，其中所述激发波长范围是第一激发波长范围，所述发射范围是第一发射范围，所述植入物被配置成响应于接收在所述第二激发波长范围内的激发信号而发射具有第二发射范围的信号，所述初始值是第一初始值，并且所述校正因子是第一校正因子，所述方法还包括：
从所述光学装置的第三LED发送第三生成的光，所述第三LED被预先配置成发射所述第二激发波长范围内的光通过所述组织到所述植入物；
利用所述至少一个检测器并且响应于所生成的第三光，接收从嵌入在所述组织内的所述植入物发射的在所述第二发射波长范围内的第三光学信号；...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·J·肯兹，W·麦克米伦，N·维希涅夫斯基，
申请(专利权)人：普罗菲尤萨股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US