[发明专利]用于确定体液中被分析物的透射光谱学系统

说明书

技术领域

[0001]本发明一般涉及光谱学，具体涉及用于确定体液中被分析物浓度的全透射光谱学。

背景技术

[0002]透射光谱学是基于光束透射通过样本池中所包含的样本用于完成样本的定量分析。光束的不同频率分量是被样本中的各个成分吸收，因此，光透射通过样本的频率分析允许分析该样本本身。干燥的化学试剂被样本溶解，并与被分析物发生反应，可以在从约450nm至约950nm的某个光波长范围内产生发色(chromaphoric)响应。

[0003]透射光谱学是一种用于测量体液(例如，血液，血浆或血清，唾液，尿液，和间隙液体)中被分析物(例如，葡萄糖，乳酸，果糖胺，血红蛋白A_1c，和胆固醇)的浓度。指示试剂体系与体液样本中的被分析物发生反应而产生色反应一试剂与被分析物之间的反应使样本改变颜色。颜色变化的程度指出体液中被分析物浓度。例如，利用光谱学方法测量透射光的吸收率，可以评价样本的颜色变化。在US Patent No.5,866,349中详细描述正常的透射光谱学。在US PatentNo.5,518,689(其标题为“Diffuse Light Reflectance Readhead”)；No.5,611,999(其标题为“Diffuse Light Reflectance Readhead”)；和No.5,194,393(其标题为“Optical Biosensor and Method of Use”)中详细描述漫反射和荧光光谱学。

[0004]在初级水平上，透射光谱分析包含光源和检测器，其中光源用于产生照明样本的光束，而检测器用于检测透射通过该样本的光。然后，被检测的透射光与参考样本(例如，检测器在没有样本的情况下直接检测来自光源的光)进行比较。正常的透射光谱学是指在相对于正交光轴以小角度(例如，从约0°至约15°)收集和分析从样本射出的光，而不是透射通过该样本的散射光。正交光轴是与样本池入口窗和出口窗垂直的轴。全透射光谱学是指相对于正交光轴以大角度(例如，从约0°至约90°)收集基本上所有的光(包含散射光)。现有的全透射光谱分析系统利用积分球收集所有传输通过样本的光，和所需的光电倍增管用于读出从积分球中的小部分内表面上反射的光。

[0005]如在标题为“Data Preprocessing and Partial Least SquareAnalysis for Reagentless Determination of Hemoglobin ConcentrationUsing Conventional and Total Transmission Spectroscopy”的文章中所报告的，该文章发表在2001年4月的Journal of Biomedical Optics(Vol.6，No.2)上，全血的正常透射水平(不包括散射)在可见光和近红外光范围(例如，约500nm至约800nm)和仅100μm的程长上有血红蛋白浓度，在浓度的范围约为6.6至17.2g/dL下的透射率是15.8至0.1％T；而有相同血红蛋白浓度范围的全血的总透射水平(不包括散射)是79％T至2％T。波长范围在约600nm至约800nm的总光透射率接近100％T，而在不同的血红蛋白浓度之间有很小的差别。因此，血红蛋白浓度水平对于波长范围在约600nm至约800nm的透射光几乎没有什么影响。

[0006]与利用积分球的现有全透射光谱学系统相关的一个缺点是低的信号强度，它要求利用光电倍增管读出从积分球中的小部分内表面上反射的光。与常规全透射光谱学系统相关的另一个缺点是积分球和光电倍增管的昂贵费用。这些装置的昂贵费用使得需要自我测试的病人无能力购买现有的全透射光谱学系统，例如，病人的血液-葡萄糖浓度水平。因此，用于确定体液中被分析物浓度的光谱学系统主要进行正常的透射测量。

[0007]利用正常透射光谱学的现有系统还有其他的缺点。如以上所讨论的，利用现有的正常光谱学测量，仅仅收集在小角度下从样本射出的光，因而往往损失在大角度下从样本射出的光。利用正常的透射测量，现有的系统不能收集被红血细胞散射的大部分光，它可以导致损失大量的光，从而使通过全血的透射水平非常低。