[发明专利]利用热发射光谱学对血液被分析物的非侵入式测量

说明书

技术领域

本发明涉及对血液成分的非侵入式测量，尤其涉及但不局限于对血糖浓度的非侵入式测量。

背景技术

对诸如胆固醇和葡萄糖的大部分血液成分的浓度测定，当前是通过侵入式手段完成的。血液样本典型地取自患者，并且被转送到其被分析的实验室或手持设备。这给患者，尤其是青少年儿童带来了明显的不适，并且取自患者的样本可能被污染而导致需要抽取额外的血液样本。

尽管正在开发若干种用于连续、非侵入式血液分析的方法，但是只有少数已经对比侵入式方法进行了临床测试。事实上，大多数技术在其测量上仍受到精确度的限制。

已经报告的体内(即身体内部)测试的方法之一是一种称之为热发射光谱学(TES)的方法。用这种方法，以电磁波谱的红外部分来测量人体的热或黑体辐射；发现得到的强度和光谱测量表示了辐射物体的温度和状态特征。

在国际专利申请No.WO97/43947中，描述了一种非侵入式血糖监测原型，其从鼓膜的中央红外光谱区域中的热辐射得到血糖水平。该设备测量两个波长，8.5μm和9.6μm处的热辐射；较短的波长用于基准发射强度测量，而较长的波长用于葡萄糖标记测量(glucosesignature measurements)。

利用TES方法获得的临床结果是有希望的(CD.Malchoff、J.I.Landau、K.Shoukri、J.M.Buchert，″A novel non-invasive blood glucosemonitor″，Diabetes Care，25(12)，2268-2274(2002))。然而，这些结果尚未充分考虑临床的精确度。在低葡萄糖浓度时，＜4.2mM或＜75mg/dl，标准偏差应是≤0.4mM或≤7.5mg/dl。在高葡萄糖水平时，＞4.2mM或75mg/dl，标准偏差应是≤10％，如，对于葡萄糖的生理范围3-30mM和平均值10-15mM之间，标准偏差应是≤1.0-1.5mM。Malchoff等人发现在50-450mg/dl范围内的平均标准偏差为1.5mM。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种利用上述热发射光谱学方法在活的受试对象中对如葡萄糖浓度的被分析物浓度进行非侵入式测量的系统，以便在不显著增加成本的情况下，提高其相对于在先技术配置的精确度。

根据本发明，提供了一种用于对身体组织中被分析物浓度进行非侵入式测量的系统，该系统包括用于检测所述身体组织发射的热发射光谱的装置；和干涉过滤装置，其用于在空间上分离所述热发射光谱，以便生成多个所述光谱图案，并且所述系统在波长的第一基准集合，以及取决于被测量的被分析物的波长的第二集合处，关于多个所述光谱图案中的每一个测量光谱强度，并且由此测定所述被分析物的浓度。

本发明便于以低成本方式在光谱的各个部分中的一个以上波长处，优选地在多个波长处测量基准信号或被分析物信号。这种灵活性有两个优点。首先，在多个波长处以及光谱的其它部分对基准信号和葡萄糖信号进行测量，意味着可以获得更多的信息，从而可以得到更好的葡萄糖浓度的精确度。其次，对包含了其它被分析物信息的光谱部分进行测量，允许对来自其它被分析物的干涉进行校正，从而，进一步增加测量的精确度。

因此，对与其它被分析物有关的信息的提取，使得本发明适用于对如血红蛋自或胆固醇的其它被分析物浓度的测定。

优选地，所述系统包括热发射光谱学系统。

优选地，所述干涉过滤装置包括空间光调制器。

优选地，所述干涉过滤装置包括多元光学元件(multivariate opticalelement)。

优选地，所述多元光学元件包括液晶显示器。

优选地，所述多元光学元件包括数字镜面显示器。

优选地，所述多元光学元件包括硅基液晶显示器。

优选地，利用光检测器检测所述热发射光谱。

优选地，所述系统利用诸如偏最小二乘回归的多元校准方法。

优选地，所述被分析物是葡萄糖、血红蛋白、或氧合血红蛋白。

利用一种所谓的代谢热整合(MHC)方法对身体组织中血糖浓度进行非侵入式测量也是已知的。MHC方法用于通过测量体热和供应给组织样本的氧来估计血糖水平。葡萄糖氧化产生的体热是基于毛细血管葡萄糖和供应给组织细胞的氧的微妙平衡，并且能够归纳为下列方程：

[葡萄糖浓度]＝函数[所产生的热，血流速率，Hb，HbO₂]其中Hb和HbO₂分别表示血红蛋白和氧合血红蛋白。