主动波动血液成分监测制造技术

一种用于无创伤地监测活体中的一种血液成分浓度的系统，包括： 一个发出一系列不同波长的辐射的光源； 一个主动波动引入装置，该装置使肉体介质中的血液容积产生周期性的变化； 一个光检测器，用于检测通过所述的肉体介质传播的光，所述的光检测器用于产生一个代表所述辐射在通过所述的肉体介质、被所述的肉体介质衰减之后的强度的输出信号；以及 一个信号处理器，响应于所述的输出信号，对所述的输出信号进行分析，提取出所述信号中的由所述血液的光学特性产生的部分，从而确定在所述的活体的血流中的所述成分的浓度。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于监测血糖和其它难于测定的血液成分的浓度的无创系统，所述的难于测定的血液成分如治疗药物、误用的药物、碳氧血红蛋白、高铁血红蛋白、胆固醇等。以前，已经形成了许多用于监测血液特性的系统。例如，已经有了一些能测定血氧饱和度、葡萄糖浓度等血液特性和其它血液特性的仪器。然而，当试图使用如利用光谱法测量的这类无创血液监测系统来精确确定血糖浓度时，则遇到了较大的困难。精确测定血糖浓度的困难是由多种因素引起的。一个重要的因素就是在血流中血糖的浓度一般很低(例如，比血红蛋白要低100至1000倍)，所以这样低的浓度是很难无创地测定的，而需要很高的信噪比。另外，用光谱法时，葡萄糖的光学特性与在血液中有很高浓度的水的光学特性十分相似。因而，当使用光学监测系统时，水的光学特性将遮蔽由血流中的葡萄糖所产生的光学信号的特性。此外，由于每个个体都具有组织、骨和独特的血液特性，所以一般每次测量对每个特定的个体都需要进行标定。在一个精确测量血流中的血糖水平的方案中，使用了很多种方法。例如，一种方法是将血液从病人体内抽出并将葡萄糖与血液的其它成分分离。这种方法尽管相当精确，但它需要从病人体内抽血，这与无创方法相比是不令人满意的，特别是对于如小孩和贫血病人这类病人来讲更为如此。另外，当用血糖监测来控制血糖水平时，每天必须要从病人体内抽3至6次血，这将对病人造成心理上和生理上的创伤。其它方法设想用尿分析或用包括通过血管壁从病人体内抽吸或渗出体液的一些其它方法或用其它体液如泪水或汗水的方法来测定血糖浓度。然而，这样的分析法都不如在血液中直接测量葡萄糖来得精确，因为尿液或其它体液都已经经过了肾脏(在汗水的情况下为皮肤)。这一问题在糖尿病人中特别显著。此外，获得尿液样本或其它体液样本通常是不方便的。如本领域所公知，在介质中的不同的分子，一般称为成分，具有不同的光学特性，它们或多或少地吸收在不同波长的光。因而通过分析含有血液的肉体介质在不同波长时的光学特性，可以确定在肉体中的血液的成分指标。光谱分析部分地基于不同元素的光学特性的Beer-lambert定律。简单地讲，Beer-lambert定律指出，通过含有单物质的任何介质的光的光强度与光所通过介质的路径长度和介质中物质的浓度及该物质的衰减系数的乘积的幂成比例。即I＝I0e-(pl.c.ε)(1)式中pl代表光通过介质的路径长度，c代表介质中物质的浓度，ε代表物质的吸收(衰减)系数，I0为光源的初始光强度。对于含有多种成分的光学介质，从被照射的介质所接收到的光的光强度与光所通过的介质的路径长度与介质中第一种物质的浓度及该物质的光衰减系数的乘积、加上上述介质的路径长度与介质中第二种物质的浓度及该物质的衰减系数的乘积、等等的幂成比例。即I=I0e-(pl·c1·ϵ1+pl·c2·ϵ2+etc.)---(2)]]>式中εn表示第n种成分的光学吸收(衰减)系数，而cn代表介质中第n种成分的浓度。由于Beer-lambert定律需要参数，所以测定血糖浓度的难度来自于确定通过介质的精确路径长度的难度(归因于将多路信号变换为等效的单路信号)，也来自于由血糖的低浓度所产生的低信号强度所造成的难度。通过如手指尖和耳垂一类的介质的路径长度是非常难确定的，因为不仅在肉体介质中对不同波长的光吸收不同，而且信号会在介质中散射并通过不同的路径传导。另外，根据公式(2)所示，在给定波长时被测信号的强度对于路径长度不是呈线性变化。因而，光通过介质时的多路径的路径长度的不同不能归结为所述多路径长度的线性平均值。所以，确定通过如手指尖和耳垂一类介质的每种波长光的精确路径长度通常是十分困难的。在常规的血液成分光谱测定法中，例如在测定血氧饱和度时，光以不同的波长穿过肉体介质。肉体介质(含有血液)将入射光衰减，而所检测到的信号则可以用于计算某种饱和度值。在常规的血液成分光谱测定法中，如美国第4407290号专利所述，心搏对检测到的衰减信号进行小的调制，以便能够在相对于检测信号的直流部分的检测信号的交流部分的基础上进行计算。如本领域所周知，这种AC/DC操作将信号归一化并且计及波长变化。但是，当光穿过病人的手指等部位时，自然的心搏通常只为所检测到的信号提供大约1-10％的调制(总信号的交流部分)。即，由血液产生的衰减变量可能只是总衰减的1％(其它衰减由肌肉、骨、肉等产生)。事实上，糖尿病患者通常有甚至更低的调制(例如.01-.1％)。因此，由自然脉搏引起的衰减变量(总衰减的交流部分)会非常小。此外，在波长为1330-1340nm(在该波长下葡萄糖能够有效地吸收)时，由葡萄糖引起的脉搏调制部分大约只是脉搏的9％(约1/11)。并且，为了以5mg/dl的增量分析从5mg/dl至1005mg/dl范围内的葡萄糖，分辨率必须为由葡萄糖引起的9％调制的1/200。因此，通过三个不同的例子--一个针对健康的个体，一个针对具有强脉搏的糖尿病患者，一个针对具有弱脉搏的糖尿病患者--对于1330nm处的吸收而言，系统所需要的分辨率如下例1健康的个体，在1330nm处其自然脉搏引起1％的衰减调制a.由脉搏引起的自然调制大约为1％(1/100)；b.由葡萄糖引起的自然调制部分大约为9％(1/11)；c.为了分析从5mg/dl至1005mg/dl范围内的葡萄糖，分辨率必须为1/200(即，在5mg/dl至1005mg/dl之间，有200个以5mg/dl为增量的数据)。所需要的总的分辨率为a-c的乘积1/100*1/11*1/200＝1/220,000例2糖尿病患者，在1330nm处其自然脉搏引起.1％的衰减调制a..由脉搏引起的自然调制大约为.1％(1/1000)；b.由葡萄糖引起的自然调制部分大约为9％(1/11)；c.为了分析从5mg/dl至1005mg/dl范围内的葡萄糖，分辨率必须为1/200。所需要的总的分辨率为a-c的乘积1/10 000*1/11*1/200＝1/2,200,000例3糖尿病患者，在1330nm处其自然脉搏引起.01％的衰减调制a..由脉搏引起的自然调制大约为.01％(1/10,000)；b.由葡萄糖引起的自然调制部分大约为9％(1/11)；c.为了分析从5mg/dl至1005mg/dl范围内的葡萄糖，分辨率必须为1/200。所需要的总的分辨率为a-c的乘积1/10000*1/11*1/200＝1/22,000,000从上面的三个代表了人类患者通常可能的调制范围的例子可以看到，对这三个例子而言，为检测由葡萄糖在自然脉搏基础上引起的衰减所需要的总的分辨率范围为从220,000中的1至22,000,000中的1。这个部分如此之小，因此精确测量是非常困难的。在多数情况下，噪声比葡萄糖在交流部分(由脉搏引起的自然调制)中占更大的比例，使得葡萄糖无法检测。即使借助于如美国第5482036号专利所述的代表了本领域的现状的噪声削减技术，也只能将信号分辨到大约1/250000的水平。这是对18-bit的系统而言的。对于16-bit的系统来说，分辨率大约为1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：E·基尔尼阿扎尔贝亚，M·K·迪尔布，小J·M·勒佩尔，
申请(专利权)人：马西默有限公司，
类型：发明
国别省市：