本发明专利技术公开了一种用于非侵入性地探测体内样品以测量分析物的系统，包括：耦合到体内样品的脉搏传感器，其用于检测样品的血液脉搏并且用于产生相应的脉搏信号；激光发生器，其用于产生具有波长、功率和直径的激光辐射，该激光辐射被引导朝向样品以引出拉曼信号；激光控制器，其被适配成激活激光发生器；光谱仪，其被定位成接收拉曼信号并且产生分析物光谱数据；以及耦合到脉搏传感器、激光控制器和光谱仪的计算装置，该计算装置被适配成基于从激光控制器接收的定时数据将光谱数据与脉搏信号相关联，以便将来自样品的血液内的分析物的光谱分量与来自由样品的非血液成分产生的分析物的光谱分量分离。物的光谱分量分离。物的光谱分量分离。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于非侵入性测量体内分析物的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利技术要求2020年7月13日提交的具有相同标题的美国非临时专利申请序列号16/927,804的优先权，该美国非临时专利申请要求2019年7月24日提交的具有相同标题的美国临时专利申请序列号62/878,074的优先权，该美国临时专利申请全文以引用方式并入本文。
[0003]本公开涉及化学计量学、分析物浓度的确定，并且更具体地涉及用于非侵入性测量体内分析物的系统和方法。
技术介绍
[0004]许多常用的医疗诊断装置(诸如血糖仪)是侵入性的，因为它们需要从患者抽取血液或其他组织以用于分析目的和/或诊断目的。该过程可能是痛苦的，并且对患者有潜在风险。此外，仅有少数医疗诊断装置可应用于一系列目标分析物，并且一般来讲，需要将样品送到实验室来确定多种分析物的浓度。
[0005]已经推行了非侵入性化学计量装置，但这些装置的适用性通常有限，也就是说，它们仅可用于确定特定的分析物或分析物类别的浓度，否则它们的信噪比(S/N)会很差，相对于测试标准，准确度达不到90％。作为前述情况的一个示例，Bergeson等人的文章“Resonance Raman Measurements of Carotenoids using Light Emitting Diodes”报告了一种商业装置，其专注于在共振条件下检测类胡萝卜素的拉曼谱线(Raman line)。由于Bergeson等人公开的这种技术采用特定的共振条件，所以不能推广到大范围的分析物。包括近红外光谱在内的其他非侵入性技术已经用于特定分析物(例如，“Pulse Ox”)，但此类方法对于许多其他所关注分析物(例如，葡萄糖)还不够准确，或者在检查多于一个测试对象时准确度不足。
[0006]因此，需要一种用于测量体内分析物的非侵入性方法，该方法适用于范围广泛的分析物并且还可以提供准确的浓度测量结果，而无需针对个体测试对象进行校准。
技术实现思路
[0007]本文公开了一种用于非侵入性地探测体内样品以测量分析物的探针。该探针包括：激光发生器，其用于输出具有指定的波长、功率和光束直径的激光辐射；耦合到驱动器的旋转镜，该旋转镜被适配成将激光辐射偏转到样品上，使得激光辐射在样品表面上的焦点随时间推移而移动，从而减小样品之上或之中的任何单个点处的平均辐射强度；以及集光光学器件，其被定位成经由扫描镜接收由激光辐射冲击在样品上的焦斑处所引起的并且从所述样品发出的拉曼信号。被引导到样品上的激光辐射适于从样品引出拉曼信号，用于测量样品中的分析物。
[0008]在某些实施方案中，机械驱动器被实施为马达，该马达耦合到旋转镜并且被适配
成旋转该旋转镜，使得从该旋转镜偏转的激光辐射在样品表面上描绘图案。在其他实施方案中，机械驱动器可以被实施为压电元件，该压电元件耦合到旋转镜并且被适配成枢转或振动该旋转镜，以便以类似方式使辐射偏转，从而在样品表面上描绘图案。可以使用其他类型的镜驱动器。此外，通过移动样品而不是追踪激光辐射和集光光学器件的焦点，可以产生类似的扫描效果。在一些实施方式中，激光辐射的扫描将冲击在样品的任何单个位置处的平均辐射强度降低到小于.1W/cm2。
[0009]在某些实施方式中，该探针还包括在其中心具有小镜的窗口，该窗口定位在激光发生器与扫描装置之间。该小镜将从激光发生器传输的激光辐射沿着一条路径重定向至扫描装置，同时拉曼信号和瑞利(Rayleigh)散射激光辐射沿着第二路径行进，穿过未被该小镜遮挡的窗口区域，并且朝向被设计成阻挡激光辐射的波长处的大部分(99.999％)瑞利散射辐射的长通滤光器，并且还允许拉曼信号沿着第二路径通过。来自样品的拉曼信号随后被聚光透镜聚焦并且被引导到光纤中，该光纤将拉曼信号和减弱的激光辐射传输到检测装置，在一种实施方式中，该检测装置包括具有TEC冷却的CCD成像阵列的光谱仪。
[0010]本文还公开了一种用于非侵入性地探测体内样品以测量分析物的方法。该方法包括：产生具有波长、功率和直径的激光辐射；将激光辐射偏转到样品上，使得激光辐射在样品表面上的焦点随时间推移而移动，从而使样品表面上的任何单个点处的平均辐射强度下降；以及收集由激光辐射冲击在样品上的该焦点处所引起的并且从所述样品发出的拉曼信号。收集的拉曼信号用于测量样品中的分析物。
[0011]在某些实施方案中，激光辐射被旋转镜偏转，该旋转镜被适配成将辐射偏转到样品上，使得偏转的辐射在样品表面之上或之下描绘图案，诸如圆形、椭圆形、光栅扫描。冲击在样品的任何单个位置处的平均辐射强度可以小于.1W/cm2。
[0012]在某些实施方案中，该方法还包括沿着被引导朝向样品的第一路径重定向激光辐射，辐射沿着该第一路径被扫描部件偏转。散射辐射(瑞利和拉曼两者)沿着第二路径行进，该第二路径也被扫描部件偏转朝向滤光器，以沿着朝向检测装置的该第二路径除去激光波长处的大部分辐射。来自样品的拉曼信号因此沿着第二路径被引导朝向检测装置，使得减小的激光信号(瑞利散射主要被滤光器阻挡)和拉曼信号(未被滤光器阻挡)都被引导到光纤中，光纤将这些信号传输到检测装置。
[0013]此外，本公开提供了一种用于非侵入性地探测体内样品以测量分析物的系统。该系统包括：耦合到体内样品的脉搏传感器，其被适配成检测样品中的血液脉搏波并且产生相应的脉搏信号；激光发生器，其用于产生具有波长、功率和初始直径的激光辐射，该激光辐射被引导朝向样品以从样品引出拉曼信号；激光控制器，其被适配成开启或关闭激光发生器；光谱仪，其被定位成接收拉曼信号并且产生光谱数据，由该光谱数据可以计算分析物浓度；以及耦合到脉搏传感器、激光控制器和光谱仪的计算装置，该计算装置被适配成基于从激光控制器接收的定时数据将光谱数据与从脉搏传感器接收的脉搏信号相关联，以便将来自样品的血液内的分析物的光谱分量与来自由样品的非血液成分产生的分析物的光谱分量分离。
[0014]在一些实施方案中，该计算装置被配置成计算脉搏信号的指数移动平均值，并且在从脉搏传感器获得的脉搏信号降至低于或升至高于脉搏信号的指数移动平均值时将信号发送至激光控制器以激活激光发生器，使得光谱仪在血液脉搏的谷值或峰值期间接收拉
曼信号。
[0015]在某些实施方案中，该系统还包括扫描装置，该扫描装置被适配成将激光辐射偏转到样品上，使得激光辐射在样品上冲击的表面区域大于初始光束直径，并且在样品表面之中或之上的任何位置处的平均辐射强度相应下降。由激光发生器产生的激光辐射的波长可以被选择为引起包含在样品内的一种或多种所关注分析物的共振增强。
[0016]还公开了一种用于非侵入性地探测体内样品以测量分析物的方法。该方法包括：检测体内样品的血液脉搏信号；在可控时间产生具有波长、功率和初始直径的激光辐射(即，控制体内样品暴露于激光辐射的频率和持续时间)，该激光辐射被引导朝向样品以从样品引出拉曼信号；由拉曼信号产生分析物光谱数据；以及将光谱数据与脉搏信号和激光产生的定时相关联，以便将本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于非侵入性地探测体内样品以测量分析物的探针，包括：激光发生器，其用于输出具有波长、功率和直径的激光辐射；扫描镜，其被定位成接收所述激光辐射；和机械驱动器，其耦合到所述扫描镜并且被适配成移动所述扫描镜，使得所述扫描镜随时间推移在所述样品的区域上移动所述激光辐射的焦斑，从而使所述样品之上或之中的任何给定点处的平均辐射强度降低；以及集光光学器件，其被定位成追踪所述激光在所述样品上的所述焦点，并且经由所述扫描镜接收由所述激光辐射冲击在所述样品上的所述焦斑处所引起的并且从所述样品发出的拉曼信号；其中从所述样品发出的所述拉曼信号包含能够借以确定所述样品中的所述分析物的数据。2.根据权利要求1所述的探针，其中所述机械驱动器包括马达和轴，所述轴耦合到所述扫描镜并且被适配成引起所述扫描镜旋转。3.根据权利要求1所述的探针，其中所述机械驱动器包括压电元件，所述压电元件耦合到所述扫描镜并且被适配成移动所述扫描镜。4.根据权利要求1所述的探针，还包括：定位在所述激光发生器与所述扫描装置之间的窗口，其承载中央镜，所述中央镜被定位成将从所述激光发生器传输的激光辐射沿着第一光学路径重定向至所述扫描装置，并且所述窗口允许拉曼信号和瑞利散射激光辐射沿着第二光学路径朝向检测器传递；长通滤光器，其被设计成阻挡所述激光辐射的所述波长处的所述瑞利散射辐射的至少99.999％，并且使所述拉曼信号沿着所述第二光学路径传递；聚光透镜，其进一步沿着所述第二光学路径朝向所述检测器定位并且被适配成聚焦所述拉曼信号和通过所述长通滤光器接收的剩余激光辐射；以及光纤，其被定位成接收由所述聚光透镜聚焦的所述拉曼信号，并且被适配成将所述拉曼信号和所述剩余激光辐射递送到检测器。5.根据权利要求1所述的探针，其中冲击所述样品的所述辐射强度小于1W/cm2。6.一种用于非侵入性地探测体内样品以测量分析物的方法，包括：产生具有波长、功率和直径的激光辐射；以及将所述激光辐射偏转到所述样品上，使得所述激光辐射的焦点随时间推移扫描所述样品的区域，从而使所述样品上的任何单个位置处的平均辐射强度降低；以及收集由所述激光辐射冲击在所述样品上的所述焦点处所引起的并且从所述样品发出的拉曼信号，其中从所述样品发出的所述拉曼信号包含能够借以确定所述样品中的所述分析物的数据。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述辐射被旋转镜偏转，所述旋转镜被适配成将辐射偏转到所述样品上，使得所述偏转的辐射在所述样品表面之上描绘图案。8.根据权利要求6所述的方法，还包括：沿着被引导朝向所述样品的第一路径重定向所述激光辐射，所述辐射沿着所述第一路径被扫描部件偏转，将从所述样品散射的辐射沿着第二路径重定向朝向检测器，所述第二路径也包括所述
扫描部件；以及在使所述拉曼信号通过的同时，过滤掉所述激光辐射的波长处的瑞利散射辐射的至少99.999％。9.根据权利要求6所述的方法，其中冲击所述样品的所述辐射强度小于1W/cm2。10.一种用于非侵入性地探测体内样品以测量分析物的系统，包括：耦合到所述体内样品的脉搏传感器，其被适配成检测所述样品的血液脉搏并且产生相应的脉搏信号；激光发生器，其用于输出具有波长、功率和初始直径的激光辐射，所述激光辐射被引导朝向所述样品并且被适配成从所述样品引出拉曼信号；激光控制器，其被适配成开启和关闭所述激光发生器；光谱仪，其被定位成接收所述拉曼信号并且产生光谱数据，由所述光谱数据能够计算分析物浓度；以及耦合到所述脉搏传感器、所述激光控制器和所述光谱仪的计算装置，所述计算装置被适配成基于从所述激光控制器接收的定时数据将所述光谱数据与从所述脉搏传感器接收的所述脉搏信号相关联，以便将来自所述样品的所述血液内的分析物的光谱分量与来自由所...
【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：桑格维斯公司，
类型：发明
国别省市：
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