[发明专利]专用光谱照射光谱学

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定血液中分析物水平的设备和方法，更具体地涉及一种以无创的方式确定血液中葡萄糖水平的装置和方法。

背景技术

血液中分析物浓度的测量已经在对各种身体状况进行各种各样的诊断和治疗过程中有一些应用。一个重要的应用为确定糖尿病患者的血液葡萄糖水平。

糖尿病是一种与调节血糖(即，血液中葡萄糖的浓度)的生物学机制缺陷相关的疾病。为了帮助在白天调节血糖，并减少糖尿病患者可能发生的大量生理问题，在这些生理问题当中包括复杂的退行性影响，就眼睛而言这些退行性影响具体为视网膜病变、葡萄膜代谢影响或白内障，因此必须尽可能经常地对血液葡萄糖水平进行监测。这一监测对帮助确定何时需要注射胰岛素以及注射胰岛素的量至关重要。因此，人们非常希望能有无创葡萄糖传感器，以增加适当监测患者的频率，所述传感器不需要一天数次刺破手指，这种操作很疼并且是潜在的感染源。

已经提出过不同的系统来无创地监测血液葡萄糖。所述系统通常依赖于光谱技术，典型地根据葡萄糖在红外/中红外区域中的吸收，使用一个或多个波长照射样品组织，所述样品组织通常为诸如手指尖或耳垂的一部分身体，这些部位有足够的血管而又没有太多的皮肤层。收集并分析反射光强和/或透射光强，而且根据吸光度数据和收集到的光谱，计算葡萄糖水平。在美国专利No.4,655,225中描述了这样的基于近红外光谱学的传感器，其中，通过分析透射通过手指的红外光来执行血液葡萄糖的确定。光源范围为从1000到2500nm，使用两个优选波长来确定血液葡萄糖水平。

然而，许多其他物质在感测葡萄糖所使用的波长处都具有强烈的光谱特性。因此，诸如水、蛋白质或脂肪的这些分子可以干扰葡萄糖水平的测量，从而导致由于所有物质的光谱带重叠而引起的选择性差。高度重叠的光谱要求测量在宽波长范围上的吸收，并应用多元校正数学或回归技术从测得的光谱中提取葡萄糖浓度。由于干扰物质的重叠光谱，因此感兴趣分析物的有用信号减少，从而导致感兴趣分析物的浓度测量的精确度较低。

难以根据测得的光谱建立葡萄糖浓度，并且所述测量可能仍然精确度差。

在文献WO2005064134所公开的一个方法中，提出了一种多元光学元件，其用于滤出/减少感兴趣光谱带之外的能量。然而，虽然该方法提取了有用信号，但是其信噪比仍然差，这是因为减少了用于分析光谱的波长的数量。

另一种方法为增加射入皮肤的光功率。然而，一方面，由于安全原因限制了总功率；另一方面，要节约手提式装置中的电池电量又限制了总功率。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种改进光谱分析物测量的选择性和灵敏度，特别是改进血液葡萄糖确定的选择性和灵敏度的设备和方法。

因此，本发明提出了一种用于确定分析物水平的设备，所述设备包括：

照射装置，其用输入光谱照射一部分身体，所述输入光谱包括两个组分(contribution)，所述两个组分为包括宽带范围内波长的第一宽带组分，以及包括与分析物吸收相关的选定波长的第二选定组分；

收集装置，其用于收集透射光和/或反射光；

测量装置，其用于测量随波长而变的透射光强和/或反射光强；

相关装置，其用于对透射光强和/或反射光强作出响应而获取分析物水平。

因而，可以预见到有依靠光谱技术的设备，其中光可以被样品吸收，且透射光和/或反射光构成光信号，所述光信号随波长而变的相对强度指示出样品中包含的化合物及其浓度。本发明提出用经修改的光谱照射样品，具体而言通过叠加两个组分：宽带组分和具有选定波长的第二组分。

因此，一种为输入光提供宽带组分来确定分析物水平的设备允许足够的波长范围以补偿其他物质的干扰，即使在感兴趣样品中，例如血液中有许多化合物时，在这种情况中有必要让输入光的有用波长最大化，以便提取埋入其他信息中的分析物相关信息。

另外，由于输入光谱还可以包括具有选定波长的第二组分，因此可以提供在与分析物吸收高度(正或负)相关的波长下的更大功率。换言之，相对于其波长与分析物吸收非高度相关的区域，感兴趣光谱区域可以用更高的功率照射。

第一光组分可以在这一给定范围内是均匀的。

可以通过对来自白光源的光进行光谱过滤来获取两个光组分，这样，光的光谱特征已经被修改成与期望光谱匹配，即，在与给定分析物吸收高度相关的波长(第二组分)下的光谱强度更大。