采用光学技术在一个生物系统中监视一种或多种溶质的方法和系统技术方案

本发明专利技术要实现一种在生物系统中监视一种溶质的方法，包括有步骤：把光传送进入包括一种溶质的一个生物系统（１２）中，该光具有实际上该溶质所不吸收的一个范围内的一个选定波长；对于该传送的光的至少第一和第二部分进行检测（１６，１８，２０），该第一部分已经沿着以第一平均路径长度为特征的一条或多条路径穿行通过该生物系统，而该第二部分已经沿着以大于该第一平均路径长度的第二平匀路径长度为特征的一条或多条路径穿行通过该生物系统；以及，对于该传送的光的该第一和第二部分进行比较，以便监视在该生物系统中的该种溶质的浓度。该方法描述了对于低分子重量的多羟溶质、普通的糖（甘露醇、果糖、蔗糖、葡萄糖和山梨糖醇）、酒精（甲醇、乙醇、丙烷醇）和电解质（钠、钾、镁钙和氯离子）的监视。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用光学技术在一个生物系统中体内监视一种或多种溶质的方法和系统。在一个生物系统中监视一种溶质的浓度(例如，低分子重量的碳水或聚羟化合物，象糖类(甘露醇，山梨糖醇，果糖，蔗糖或葡萄糖)、酒精(甲醇，乙醇或丙醇类)、电解质(钠，钾，镁，钙或氯化铁))在医学上有着重要应用。例如，对于亏损胰岛素的糖尿病人来说，监视他们的葡萄糖水平是十分重要的，以便在出现伤害之前使其治愈。近红外(NIR)辐射已经被用于在人体组织(例如人脑、手指或耳垂)中的氧化新陈代谢作无创伤研究。采用可见光、NIR和红外(IR)辐射进行医学成象带来一些长处。在肿瘤和人体组织之间，NIR或IR范围内的对比系数要比在X射线范围内的对比系数大得多。此外，IR辐射明显优于X-射线辐射之处在于它的无创伤性；因而意味着更小的副作用。但是，由于是低能量辐射，这样的可见光或红外光辐射在生物组织内被强烈地散射和吸收，而且其迁移路径不能用直线近似，使得在断层成象技术中某些方面无法应用。总的来说，本专利技术要实现一种在生物系统中监视一种(或多种)溶质的方法，包括有步骤把光传送进入包括一种(或多种)溶质的一个生物系统中，该光具有实际上该一种(或多种)溶质所不吸收的一个范围内的一个选定波长；对于该传送的光的至少第一和第二部分进行检测，该第一部分已经沿着以第一平均路径长度为特征的一条或多条路径穿行通过该生物系统，而该第二部分已经沿着以大于该第一平均路径长度的第二平均路径长度为特征的一条或多条路径穿行通过该生物系统；以及，对于该传送的光的该第一和第二部分进行比较，以便监视在该生物系统中的该一种(或多种)溶质的浓度。本专利技术的实施例可以包括下列特征的一个或多个。把所传送的光的第一和第二部分进行比较，这种比较最好包括根据与该生物系统的一个光学特性和该第一和第二平均路径长度相关的一个线性标本而获得的该生物系统的品质特征。如此获得的品质特征可以是通过将光的第一和第二部分的该线性标本的被测特性与第一和第二路径长度的距离表示相配合而确定的一条线的斜率和/或截距。获得一个品质特征可以包括获得根据被测光的第一和第二部分对于生物系统的第一和第二光的密度的测量，并将光的密度的测量与该通常的线性标本相配合。把所传送的光的第一和第二部分所作的比较可以包括根据该生物系统的品质特征对照一个预定的标度而对于该溶质的一种或多种的浓度的测量所进行的确定。该监视方法可以进一步包括根据一个预定的浓度的标度对于在该生物系统中的一种或多种溶质的浓度的测量进行确定。对于所传送的光的第一和第二部分进行的检测最好包括对于分别对应着光的第一和第二部分的强度第一和第二强度(I1，I2)进行的测量。该监视方法可以进一步包括在时间上的相对于第一和第二基准强度(I1，ref，I2，ref)的该第一和第二强度(I1，I2)的改变。对于该第一和第二强度的相对的改变进行的确定还进一步包括分别地确定第一和第二光的密度(OD1，OD2)OD1=log(I1I1,ref)]]>OD2=log(I2I2,ref).]]>对于所传送的光的第一和第二部分进行的比较可以包括使用把第一和第二光的密度与表示该第一和第二平均路径长度的距离(ρ1，ρ2)相关的一个线性标本，以便获得表示在该生物系统中的溶质的一个或多个的浓度的该生物系统的品质特征。如此获得的品质特征是由下式表示的斜率(m)m=OD2-OD1ρ2-ρ1.]]>如此获得的品质特征是由下式表示的截距(b)。b=OD1·ρ2-OD2·ρ1ρ2-ρ1.]]>该监视方法还进一步包括对于所传送的光的一个第三部分的检测，该第三部分已经沿着以大于该第一和第二平均路径的第三平均路径为特征的一条或多条路径穿行通过该生物系统。另一方面，本专利技术要实现一种用于在生物系统中监视一种或多种溶质的系统，它包括有至少两个光源，具有实际上该一种或多种溶质所不吸收的一个范围内的一个选定波长；相对于至少两个检测器以不同的距离定位的一个检测器，以便对于该传送的光的至少第一和第二部分进行检测，该第一部分已经沿着以第一平均路径长度为特征的一条或多条路径穿行通过该生物系统，而该第二部分已经沿着着以大于该第一平均路径长度的第二平均路径长度为特征的一条或多条路径穿行通过该生物系统；以及一个比较器，用于对该传送的光的该第一和第二部分进行比较，以便监视在该生物系统中的一种或多种溶质的浓度。在本专利技术的一个实施例中，使用两个或多个连续光源，并以分离的输入一输出距离测量光的反射。对于以大于2.5cm间距提供的空间解析的反射的确切求解的近似，提供了在间距和相对于基准取样的吸收性变异之间的一个线性关系。这一条直线的斜率和截距是被测取样的吸收和散射系数(μa，μs′)。采用这种技术，能够实现对于在一个生物系统中的溶质的浓度的高的测量敏感性。例如，对于溶质的1毫克分子浓度的改变和每1％的脂类乳剂的改变将会获得大致千分之0.2OD的吸收性的改变。包括在生物系统中的溶质主要是通过对于所加的光进行散射而对于迁移的近红外或红外光作出响应。这种迁移光的信号的强度受到被测光的较大范围和迁移的较长的平均路径长度的影响。这使得我们获得在生物系统的光参数和表示被测光穿过该生物系统(例如是以至少不同的两个光源检测器分布)的平均路径长度的至少两个距离之间的线性关系。溶质包括低分子重量的碳水化合物，例如蔗糖、葡萄糖、甘露醇、山梨醇、肌醇、麦芽糖酶、乳糖、半乳糖、和葡萄糖醛酸；以及羟基化合物，例如酒精(甲醇、乙醇)苯酚、邻苯二酚、和黄烷酮类(例如黄烷酮、黄烷醇)；以及代谢物和其原体。溶质还包括神经传导物，例如氨基酸(γ氨基丁酸、甘油、谷氨酸)胆碱、醋酸基胆碱、去甲肾上腺素、肾上腺素、多巴胺、血清素和组胺；以及电解质(钠、钾、镁、钙)和在周期表的IA、IIA和VIIB组中的其它的可溶的离子。溶质出现在存在于细胞中的间隙空间中，或是出现在血液中(例如溶解在血清中)，或者是这两种情况的组合。它们可以从细胞中提取或从其释放而作为细胞内或细胞间的信使，作为代谢物(或者是其副产品)，或者作为代谢物的原体或营养素。溶质可以附带放射同位素H、C、O、S或P(例如，32P)或者具有可检测的添加剂(例如对于在可见或红外范围内的选定波长敏感的反差剂)；或者是其衍生物(例如脱氧葡萄糖或磷酸肌醇)。因此，溶质可以被共价连系到一种可测量的外加的反差剂。当被连系到一种可检测的反差剂时，就可以根据本专利技术所公开的方法，或是对该溶质或是对该反差剂进行监视。例如波长的选择可以是使得一个反差剂实际上不吸收，或者是一个溶质实际上不吸收，或者是这两者的组合。从下面的描述和权利要求中将显见到其它的特征和优点。附图说明图1是附在病人的手臂上的一个监视器的侧视图，用于监视在该病人体内的一种或多种溶质的浓度。图1A是沿着图1的直线A-A得到的示意截面图。图1B是图1A中示出的监视器的侧视图。图1C是图1的监视器的框图。图1D是对应于一个定序器的一部分的一个电路图。图2是作为时间的函数的强度在该时间周期(T0，T1)中的曲线图，在该期间，溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在生物系统中监视一种溶质的方法，包括有步骤： 把光传送进入包括所说的溶质的一个生物系统中，所说的光具有实际上所说的溶质不吸收的一个范围内的一个选定波长； 对于所说的传送的光的至少第一和第二部分进行检测，所说的第一部分已经沿着以第一平均路径长度为特征的一条或多条路径穿行通过所说的生物系统，而所说的第二部分已经沿着以大于所说的第一平均路径长度的第二平均路径长度为特征的一条或多条路径穿行通过所说的生物系统；以及， 对于所说的传送的光的所说的第一和第二部分进行比较，以便监视在所说的生物系统中的所说的溶质的浓度。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱顿詹斯，刘汉利，
申请(专利权)人：无创伤诊断技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]