專利名稱：利用光的透－反射測量血液成分的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及血液成分測量，更具體地說，涉及利用發(fā)射到設(shè)置在測量位置后面的透反射性材料的光的透-反射來測量血液成分的裝置及方法。
背景技術(shù)：
糖尿病是一種現(xiàn)代生活方式的疾病，當(dāng)前全球人口的5％患此疾病，而且還在不斷地增加。糖尿病是一種慢性疾病，它沒有非常理想的治療方法，并且需要終生自我調(diào)理。
術(shù)語“自我調(diào)理”指糖尿病患者采血，進行血糖水平的測定，血糖水平受到食物攝取、身體機能、藥物或胰島素療法的相當(dāng)大的影響，然后示出給醫(yī)生日常的血糖狀況來幫助醫(yī)生選擇醫(yī)療。
然而，由于疼痛和擔(dān)心因頻繁的采血而被感染，血糖測試本身增加了糖尿病患者的負擔(dān)。在這方面，通過發(fā)射無害的光到人體的預(yù)定位置并測量同人體起反應(yīng)的光的強度替代采血來確定在人的血液中葡萄糖水平的方法已經(jīng)在不斷得到研究。
這樣的研究也已經(jīng)被運用到除血糖之外其它血液成分上。血液成分測量裝置通常分為反射式和透射式。反射式血液成分測量裝置通過分析入射光中進入組織的反射光來測量人體組織中的血液成分。透射式血液成分測量裝置通過分析入射光中進入組織的透射光來測量人體組織中的血液成分。
關(guān)于反射式血液成分測量裝置，反射光平均路徑長度是很短的，因此，出現(xiàn)的問題是反射光幾乎沒有人體組織的內(nèi)部信息。另一方面，將透射式血液成分測量裝置與人體組織或皮膚連接起來是困難的。此外，透射光的光強度太弱以致無法測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用發(fā)射到設(shè)置在測試位置后的透反射性材料的光的透-反射來測量血液成分的裝置和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種利用光的透-反射測量血液成分的裝置，此裝置包括發(fā)射一預(yù)定波長的光到測試對象的測試位置的光源單元；透反射光源單元所發(fā)射光中的透射通過測試位置的光的透反射單元；檢測透反射光的檢測單元；和分析檢測單元中所檢測的透反射光的分析單元。


通過參考附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明上述的和其它的特點和優(yōu)勢將變得更清楚圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的利用光的透-反射的血液成分測量裝置的方框圖。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的在眼瞼里的血液成分測量的參考圖；圖3是說明入射光的透反射的參考圖；圖4A和4B說明總的透反射光性和總的入射光路徑長度的例子；圖5A是示出相對于入射光的反射光、透射光和透反射光的總的光強度的柱狀圖，圖5B是示出相對于入射光的反射光、透射光和透反射光中的每一個的總有效路徑長度的柱狀圖；和圖6是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的利用光的透-反射的血液成分測量方法的流程圖。
具體實施例方式
下文中，將參考附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的一種利用光的透-反射的血液成分測量裝置和方法。稍后描述的術(shù)語是根據(jù)在本文中所起作用而定義的，可以根據(jù)用戶/操作者的意愿或慣例改變。因此，下面的闡述將基于公開所有的具體說明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的利用光的透-反射的血液成分測量裝置的方框圖。參考圖1，此血液成分測量裝置包括光源單元110、透反射單元120、檢測單元130和分析單元140。
光源單元110發(fā)射特定波長的光束到測試對象的測試位置上。光源單元110可以包括發(fā)射特定波長的光束或不同波長的光束的光源(未示出)。
優(yōu)選地，包括發(fā)射不同波長光束的光源的光源單元110包括一分光計(未示出)。分光計用來從光源所發(fā)射的光中選擇特定波長的光束。
優(yōu)選地，光源包括近紅外線燈或發(fā)光二極管(LED)，測試對象是人體。優(yōu)選地，光源單元110經(jīng)由光纖傳遞從光源發(fā)射的光到測試位置。
可以由血液成分測量裝置測量的血液成分的例子包括葡萄糖、膽固醇、血紅蛋白、白蛋白、甘油三酸脂和丙種球蛋白。
通常，葡萄糖、膽固醇、白蛋白、丙種球蛋白、酒精等在1600-1800nm或2100-2350nm的近紅外線的波長范圍中可以被檢測。例如，血液中的葡萄糖可以通過施加與葡萄糖起反應(yīng)的光到血液上來測量。
優(yōu)選地，測試位置是組織和皮膚薄的一部分人體。當(dāng)組織和皮膚厚的一部分人體用作測量位置時，通過厚的組織和皮膚的透射光的強度就會太弱而不能測量。優(yōu)選的測試位置是組織的厚度小于2mm而皮膚的厚度小于0.05mm。
優(yōu)選地，測試位置是血管豐富(congested)的一部分人體。
透反射單元120透反射光源單元所發(fā)射的光中透射通過測試位置的光。用語“透反射單元120透反射光”指透射通過測試位置的光反射回測試位置同時維持其光強度。被透反射單元120再透射通過測試位置的光稱為透反射光。
本文中，術(shù)語“透反射光”包括在到達透反射單元120前再透射通過所測試位置的表面下區(qū)域的光，以及被透反射單元120透射通過測試位置的光。
優(yōu)選地，透反射單元120是一個透反射入射光的透鏡。優(yōu)選地，此透鏡貼住所測試位置。
為不采血而測量血液成分，可以利用檢測透射通過組織或從組織反射回的光。透射光由于平均路徑長度長而具有豐富的關(guān)于血液成分的信息，但具有低的光強度。反射光具有高光強度且提供在測試組織和裝置之間的方便的連接。然而，反射光由于平均路徑長度短而有較少的關(guān)于血液成分的信息。在這個角度上，基于透射光或反射光中任何一種的檢測的血液成分測量具有一定局限性。此處，“平均路徑長度”指測試位置中的透反射光的傳播距離。通常，隨著平均路徑長度減小，檢測到的測試位置的內(nèi)部信息就減少。
根據(jù)本發(fā)明的血液成分測量裝置包括利用具有反射光和透射光的所有優(yōu)點的透反射光來測量血液成分的透反射單元120。反射光具有包括豐富的關(guān)于血液成分的信息和高的信噪比的光(下文中，稱為“目標(biāo)光”)的強的光強度的優(yōu)點。透射光由于平均路徑長度長具有目標(biāo)光包括豐富的關(guān)于血液成分的信息的優(yōu)點。
為產(chǎn)生透反射光，需要用于將透射通過測試位置的光反射回測試位置的材料。也就是說，優(yōu)選的是發(fā)射光的光源單元110設(shè)置在測試位置的一側(cè)而透反射單元120設(shè)置在測試位置的另一側(cè)。透反射單元120可以貼住測試位置或與測試位置間隔一預(yù)定的距離。
檢測單元130檢測來自測試位置的透反射光。分析單元140分析檢測單元130中所檢測的光并產(chǎn)生一示出血液成分信息的光學(xué)特性曲線。
例如，假設(shè)利用本發(fā)明的血液成分測量裝置來測量血糖，光源單元110發(fā)射與血液反應(yīng)的光到一預(yù)定測試位置。透射通過測試位置的光被透反射單元120再透射通過測試位置。被透反射單元120再透射通過測試位置的光，即，透反射光在檢測單元130中受到檢測。分析單元140基于所檢測的透反射光計算出一血糖水平。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的在眼瞼里的血液成分測量的參考圖。圖2中光源單元210、檢測單元230和分析單元240分別以與圖1中的光源單元110、檢測單元130和分析單元140相同的方式操作。
參考圖2，透反射單元224是設(shè)置在角膜222上的接觸透鏡。也就是說，測試對象是人體，測試位置是眼瞼220。透反射單元224透反射所透射通過眼瞼220的光。
由于組織厚度小于2mm、皮膚厚度小于0.05mm并且血管豐富，眼瞼220適于作為測試位置。如圖2所示，透反射單元224具有接觸透鏡形狀，因而可以容易地設(shè)置在角膜222上，由此保證與人體良好的連接。因此，透反射單元224可以容易地與人體連接而不必插入到人體之中。
盡管圖2圖解了基于眼瞼內(nèi)部信息的血液測量，但本發(fā)明不局限于此。本發(fā)明的血液測量裝置也可以適用于除眼瞼外的其它合適的測試位置。
圖3是說明入射光的透反射的參考圖。參考圖3，由光源單元(未示出)所發(fā)射的光310在測試位置330中入射并透射通過測試位置330。一透鏡形狀的透反射單元340貼住測試位置330較低的一側(cè)。
透射通過測試位置330的光被透反射單元340反射回來并接著再透射通過測試位置330。再透射光被稱為透反射光。圖3示出了五條透反射光束320、322、324、326和328。提供這五條透反射光束僅為便于說明，因而本發(fā)明不局限于此。
透反射光包括在到達透反射單元340前所反射的透反射光束320和由透反射單元340所反射的透反射光束322至328。
透反射率(tf)指透反射光束(透反射光束320至328中的每一條)的光強度與入射光310的光強度的比率。從這個角度看，總透反射率(TF)指所有透反射光束320至328的光強度的和與入射光310的光強度的比率。隨著透射率增加，可以得到關(guān)于血液成分更豐富的信息。
優(yōu)選地，利用下面的公式1計算總透反射率TF＝R+T2+T2R+T3R2+T4R3+…， (1)其中，R是透反射光束320的光強度與入射光310的光強度的比；T2是透反射光束322的光強度與入射光310的光強度的比；T2R是透反射光束324的光強度與入射光310的光強度的比；T3R2是透反射光束326的光強度與入射光310的光強度的比；T4R3是透反射光束328的光強度與入射光310的光強度的比。定義公式1考慮到了R表示具有恒定厚度的組織的反射率和T表示具有恒定厚度的組織的透射率。
至于透反射光束320，發(fā)生很少透射通過測試位置330而大部分從測試位置330反射。從這個角度看，透反射光束320關(guān)于入射光310的透反射率可以表示為R。透反射光束322透射了兩次，因此，透反射光束322的關(guān)于入射光310的透反射率可以表示為T2。透反射光線324和328的透反射率可以如上同理解釋。
圖4A示出了當(dāng)從光源單元(沒示出)發(fā)射的光波長為1600nm時圖3中透反射光束的總透反射率和總有效平均路徑長度。
術(shù)語“平均路徑長度”指測試位置330中一透反射光束的傳播距離。從透反射光束320到透反射光束328平均路徑長度增加。
同時，因為從透反射光束320到透反射光束328透反射光的光強度減小，所以從透反射光束320到透反射光束328透反射光的透反射率也減小。如圖4A所示，透反射光束326和328具有微不足道的低透反射率，因為它們的光強度低。從這個角度看，接著第五條透反射光束的那些透反射光束的透反射率對總有效路徑長度和總透反射率的計算是微不足道的。因此，圖4A只示出了五條透反射光束的結(jié)果。
術(shù)語“有效路徑長度”指一透反射光束在獲得測試位置330的內(nèi)部信息時在測試位置330中的傳播距離。最后，具有血液成分信息的測量值不是平均路徑長度而是有效路徑長度。
同時，為獲得關(guān)于測試位置330的內(nèi)部信息當(dāng)透反射光通過測試位置330時，透反射光的光強度必須超過一預(yù)定值。這里，預(yù)定值是一個總是存在于測試位置的系統(tǒng)噪聲(system noise)值。從這個角度看，要計算一有效路徑長度，平均路徑長度必須乘以一個適當(dāng)?shù)闹?權(quán)數(shù))。優(yōu)選地，這個適當(dāng)?shù)闹凳且粋€反映透反射光的光強度的值。
如圖3和圖4A所示，當(dāng)1600nm(波長)的光發(fā)射到測試位置330時，總透反射率是14.4％，總有效路徑長度是2.45mm?？偼阜瓷渎实扔谕阜瓷涔馐?20至328各自的透反射率之和。也就是，總透反射率這樣給出0.0838+0.0558+0.00468+9.275E-05+1.837E-06＝0.144?？傆行窂介L度等于透反射光束320至328各自的有效路徑長度之和。也就是，總有效路徑長度這樣給出0.163+2.093+0.185+0.00558+0.000149＝2.45。
圖4B示出了當(dāng)從光源單元(沒示出)發(fā)射的光波長為2200nm時圖3中透反射光束的總透反射率和總有效路徑長度。圖4A中詳細的描述也可以適于圖4B。如圖4B所示，總透反射率是6.4％，總有效路徑長度是0.08mm。
圖5A是示出相對于入射光的反射光、透射光和透反射光的光強度的柱狀圖。圖5B是示出相對于入射光的反射光、透射光和透反射光的總有效路徑長度的柱狀圖。
圖5A和圖5B示出的柱狀圖是成對表示的。每個左邊的柱狀圖示出關(guān)于波長為1600nm的入射光的目標(biāo)光的測量值。每個右邊的柱狀圖示出關(guān)于波長為2200nm的入射光的目標(biāo)光的測量值。
如上所述，不采血而測量血液成分，可以利用檢測透射通過組織或從組織反射的光。
如圖5A所示，相對于利用反射光或透射光的血液成分測量，在利用透反射光的血液成分測量中，目標(biāo)光有更強的光強度。所有的反射光、透射光和透反射光具有關(guān)于血液成分的信息。然而，因為透反射光的光強度是最強的，所以透反射光可以更容易地用于血液成分測量。
如圖5B所示，透射光有效路徑長度最長。然而，透射光的光強度遠弱于反射光和透反射光，如圖5A所示。尤其是，具有波長為2200nm的透反射光與入射光的光強度的比低到0.82。在這一點上，透反射光可以更容易地用于血液成分測量，即使它具有比透射光短的有效路徑長度。
圖6是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的利用光的透-反射的血液成分測量方法的流程圖。參考圖1中血液成分測量裝置，下面將詳細描述圖6中血液成分測量方法。
參考圖6，光源單元110發(fā)射特定波長的光(操作610)。從光源110發(fā)射的光在測試位置中入射，然后透射通過測試位置。透反射單元120將透射通過測試位置光反射回測試位置。
透反射光再透射通過測試位置。檢測單元130檢測透反射光(操作630)。分析單元140分析在檢測單元130中所檢測的結(jié)果(操作640)。
雖然已參考光的透-反射測量血液成分的裝置和方法的示例性實施例具體示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，在沒有脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍情況下，可以對本發(fā)明做出各種形式上和細節(jié)上的變化。
由上述可清楚看到，根據(jù)本發(fā)明的利用光的透-反射測量血液成分的裝置和辦法，分析了包括許多關(guān)于血液成分的信息的具有高的光強度的透反射光。因此，可以不采血而容易地進行血液成分測量。
更進一步說，根據(jù)本發(fā)明的利用光的透-反射測量血液成分的裝置和辦法消除了對血液成分測試的排斥情緒。
權(quán)利要求
1.一種利用光的透-反射測量血液成分的裝置，該裝置包括一光源單元，其發(fā)射一預(yù)定波長的光到一測試對象的測試位置；一透反射單元，其使所述光源單元發(fā)射的光中透射通過所述測試位置的光透反射；一檢測單元，其檢測所述透反射光；和一分析單元，其分析在所述檢測單元中所檢測的透射光。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置中，其中所述測試對象是人體。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置中，其中所述光源單元發(fā)射近紅外光到所述測試位置。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置中，其中所述光源單元發(fā)射與葡萄糖反應(yīng)的光到所述測試位置。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置中，其中所述透反射單元是透反射從所述光源單元發(fā)射的光的一透鏡，而且該透鏡貼住所述測試位置。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置中，其中所述測試對象是人體，所述測試位置是一眼瞼，并且其中所述透反射單元是使透射通過所述眼瞼的光透反射的一接觸透鏡。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置中，其中所述接觸透鏡置于一角膜上。
8.一種利用光的透-反射測量血液成分的方法，該方法包括發(fā)射一預(yù)定波長的光到一測試位置；使所發(fā)射到所述測試位置的光中透射通過所述測試位置的光透反射；檢測所述透反射光；和分析所檢測的光。
9.如權(quán)利要求8所述的方法中，其中在發(fā)射所述預(yù)定波長的光到所述測試位置的操作中，與葡萄糖反應(yīng)的光發(fā)射到一眼瞼，并且其中在所述使所述透射通過所述測試位置的光透反射的操作中，透反射所述透射通過眼瞼的光。
10.一種在其上已包括用于執(zhí)行利用光的透-反射測量血液成分的方法的計算機程序的計算機可讀取介質(zhì)，該方法包括；發(fā)射一預(yù)定波長的光到一測試位置；使所發(fā)射到所述測試位置的光中透射通過所述測試位置的光透反射；檢測所述透反射光；和分析所檢測的光。
11.如權(quán)利要求10所述的計算機可讀取介質(zhì)，其中在發(fā)射所述預(yù)定波長的光到所述測試位置的操作中，與葡萄糖反應(yīng)的光發(fā)射到一眼瞼，并且其中在所述使所述透射通過測試位置的光透反射的操作中，透反射所述透射通過眼瞼的光。
全文摘要
提供一種利用發(fā)射到置于測試位置后的透反射元件的光的透－反射的測量血液成分的裝置和方法。該裝置包括一光源單元，其發(fā)射一預(yù)定波長的光到測試對象的測試位置；一透射單元，其透反射所述光源單元發(fā)射的光中透射通過測試位置的光；一檢測單元，其檢測所述透反射光；和一分析單元，其分析在檢測單元中所檢測的透射光。因此，通過分析具有包括許多關(guān)于血液成分的信息的高光強度的透射光，可以不采血而容易地進行血液成分測量。
文檔編號A61B10/00GK1771885SQ20051008755
公開日2006年5月17日 申請日期2005年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者全桂珍 申請人:三星電子株式會社