红外衰减全反射测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种非针刺的葡萄糖测量装置和用这种测量装置测量人体中血糖浓度的方法。在一般的操作中，葡萄糖测量装置是自标准化的，因为在其操作中不用单独的参考样品。该装置利用衰减全反射红外光谱。该装置最好用手指作样品，并比较在两个区域测定的红外光谱的特征，由此可测定使用人的血糖浓度。很明显，此装置特别适用于监测人体内的葡萄糖浓度，尤其有利于糖尿病人应用。该装置和方法也适合于其它分析物的分析，只要这些分析物表现出上述形式的独有的中红外光谱波形并存在于适当位置的外部皮肤中。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是Berman和Roe于1998年10月13日提出的美国专利申请No.60/103 883的部分继续申请。本专利技术涉及非针刺葡萄糖测量装置以及用这种装置测定人血中血糖浓度的方法。在一般操作中，葡萄糖测量装置是自标准化的，因为在其操作中不用单独的参照样品。本专利技术应用衰减全反射红外光谱。装置最好用在指头作样品，并通过比较两个特定区域的测量的红外光谱来测定使用人的血糖浓度。很明显，这种装置特别适合于监测人体中的葡萄糖浓度，尤其有利于患有糖尿病的人使用。这种装置和方法还可用于分析其它的具有下述类型中红外特征波形的可在适当位置皮肤中找到的物质。还配有一套处理皮肤表面的清洁包。美国糖尿病协会报告，在美国约有6％的人口即1600万人患有糖尿病。该协会还指出，糖尿病是美国第七大致死病症，即约每年造成20万人死亡。这种病的并发症包括致盲、肾病、神经损伤和心脏病，还可能造成中风。据说在20～74岁年龄范围内失去视觉的新病案中糖尿病是主要原因，即每年有1.2～2.4万人因糖尿病失去视觉。糖尿病是末期肾病的主要病因，新病案中总共占约40％。约有60～70％的糖尿病人具有轻度到重度的糖尿病神经损伤，在重度时可能造成下肢截肢。糖尿病人患心脏病和中风比一般人高2～4倍以上。糖尿病是一种疾病，患这种病时，身体不能产生或适当地利用将糖、淀粉等转换成能量所需的胰岛素、激素。虽然糖尿病的病因还不完全清楚，但已部分查明与遗传、环境因素和病毒有关。主要有两种糖尿病，即I型和II型糖尿病。I形糖尿病(以前称为青少年糖尿病)是一种自体免疫疾病，患这种病时，身体不能产生任何胰岛素，这种病最经常地出现在年青人和儿童身上。患I型糖尿病的病人必须每天打胰岛素针，以维持生命。II型糖尿病是由于身体不能制造足够的胰岛素或适当地利用胰岛素而造成的代谢混乱。II型糖尿病总共占糖尿病的90～95％。在美国，主要由于老年人数增加以及肥胖人数和生活方式惯于久坐人数的增多，II型糖尿病接近流行病的比例。胰岛素简言之是一种激素，它可打开体内细胞，使葡萄糖进入这些细胞内，喂食这些细胞。因为在患糖尿病时，葡萄糖不能进入这些细胞，血液中的葡萄糖增多，而体内细胞在字面上讲将会饿死。I型糖尿病人需要用例如注射器或带针和筒子的针筒自注射胰岛素。也可以使用输液泵进行连续皮下胰岛素注入。胰岛素本身通常从猪胰中提取，或利用重组DNA技术或通过猪胰的化学改性使胰岛素在化学上变成与人的胰岛素完全一样的胰岛素。虽然有各种各样不同的用于快作用、短期作用、中期作用、长期作用的胰岛素，而且可以千变万化的应用、单独应用或混在同一注射器内注射，但是用胰岛素治疗糖尿病是不能否认的。医生非常推荐这种作法，即用胰岛素的病人实行自监控血糖。在注射前根据血液中的葡萄糖浓度，病人进行胰岛素剂量调整。这种调节是必需的，因为由于各种各样原因例如运动、紧张、粮食吸收率、粮食种类、激素变化(怀孕、青春期等)等原因血糖浓度逐天在变化。尽管自监控血糖很重要，但不少研究已发现，至少一天一次进行血糖自监控的病人比例随着时间的持续显著减小。这种减小很可能可以简单归结为常规广泛使用的血糖自监控方法涉及要从指头上取血，很多病人认为，这种取血与自己注入胰岛素相比要痛苦得多。因此需要一种不太刺入的方法来测定葡萄糖。现在已经有或正在研究最小刺入的葡萄糖监测方法。这些方法利用除血外的体液(例如汗和唾液)、皮下组织或用不太刺入的方法测量血液。汗和唾液很容易取样，但其葡萄糖浓度变化在时间上显著滞后于血糖浓度的变化。然而已提出了增加出汗的措施，以设法增加测量汗糖的时效性。皮下葡萄糖测量值似乎比直接测量的血糖值在时间上只滞后几分钟，实际上是较准确的测量值，可代表脑、肌肉和其它组织中葡萄糖浓度的重要值。可以利用非针刺的或最小针刺的方法例如使皮肤或粘液膜变成渗透葡萄糖的方法或将指示分子移到皮下组织的方法。针式传感器在准确度、尺寸和稳定性方面已有很大改进，可以放在皮下组织中或末稍静脉中，从而可用很小的仪器监测血糖。见“最小针刺技术评论”(Clin.Chem.1992 Sep.；38(9)1596-1600)。非针刺法测量葡萄糖实际上还没有广泛应用。Kaiser的美国专利No.4 169 676提出了一种应用衰减全反射测定葡萄糖的方法，该方法是将衰减全反射板直接压在皮肤上，具体压在舌头上。该方法和装置应用激光并测定特定活组织样品中的葡萄糖浓度，测定方法是，利用参照棱镜比较被测物质的红外吸收和控制溶液的红外吸收。见第5栏31行以及以下。上述先有技术中没有一个提出了下面说明的并申请专利的装置以及应用这种装置的方法。本专利技术是一种利用红外衰减全反射光谱测量葡萄糖浓度的装置以及一种应用这种装置的方法。本专利技术装置本身最好由四个部件组成a)红外线光源，用于发射红外线，使其进入衰减全反射板；b)衰减全反射板，取样的人体皮肤表面压在该板上；c)至少两个红外线检测器，用于同时测量两个特定红外光谱区域即“参考波长”和“测量波长”区域的吸光度。红外光源必须发射至少在参考波长和测量波长区域的辐射。对于葡萄糖，参考波长在约8.25～8.75μm之间，而测量波长在约9.50～10.00μm之间。红外光源可以是宽带红外光源、非激光光源或两个以上选定波长的激光光源。应用本专利技术装置和上述方法可分析具有下面详细说明的参考波长和测量波长以及可在皮肤外部区域找到的分析物。衰减全反射板成形为可以在红外检测器测量前在上述测量表面上进行多次内反射例如3～15次内反射。从衰减全反射板射出的红外线用光束分裂器或相当的光学装置分裂开，然后进入红外传感器。一当红外传感器检测到该分裂光束，便可用模拟比较器或数字计算机将产生的信号转换成可读的或显示的值。通常重要的是，装置需要有地方将身体一部分压在该衰减全反射板上，最好以恒定的高于选定最小压力的某个压力压在该板上。用葡萄糖测定装置测定血糖浓度的方法包括以下步骤a)使选定的皮肤表面接触衰减全反射板；b)用红外光束照射该人体皮肤表面，该红外光束至少在参数波长和测量波长区域具有光谱成分；b)检测和定量测量在反射红外光束中该参考波长和测量波长的光谱成分。该方法最好包括以下步骤使皮肤表面以恰当的压力压在上述衰减全反射板上，该压力既恒定又高于选定的压力；最好在测量前清洁皮肤表面。还包括实际测量压力的步骤。标准化步骤也是需要的，执行此步骤的方法是在接触皮肤表面之前同时检测和定量测量参考波长和测量波长的光谱成分。本专利技术的最后部分是一套配用的清洁包，用于在测试前清洗取样的皮肤。该配套包一般由密封的盒子组成，盒子最好装有吸收垫，各个垫中吸附有a)葡萄糖溶剂，例如水或其它高极性溶剂；b)除去葡萄糖溶剂的溶剂，例如异丙醇；c)皮肤软化剂或柔性增强剂，例如各种矿物油如医用润滑油“Nujol”，这些软化剂在约8.25～8.75μm波长之间或约9.50～10.00μm波长之间不应当有显著的红外波长光谱峰。同样，除去葡萄糖溶剂的溶剂也不应当具有若干分钟后仍持续存在的干扰红外光信号。附图说明图1A、1B、1C和1D是各种衰减全反射板及其一般作用的侧视图；图2是d-葡萄糖的红外光谱；图3示出本专利技术装置光学系统的示意布局图；图4是本专利技术葡萄糖测量装置的小型化变型；图5是曲线图，示出用特定变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分析物测量装置，包括：ａ）红外光源，发射红外光束，使其进入衰减全反射板，上述红外光束至少在参考波长区域和测量波长区域具有光谱成分；ｂ）上述衰减全反射板具有测量表面，用于接触上述人体皮肤表面，并使上述红外光束射在上述人体皮 肤表面上；ｃ）至少两个红外检测器，用于检测至少上述参考波长和上述测量波长的吸光度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赫伯特L伯曼，杰弗里N罗，
申请(专利权)人：梅德奥普蒂克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]