用于測(cè)量物質(zhì)濃度的非侵入式系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種系統(tǒng)包括光源和光檢測(cè)器。所述系統(tǒng)還包括第一光學(xué)系統(tǒng)，所述第一光學(xué)系統(tǒng)被配置來(lái)將光的透射部分引導(dǎo)到所述檢測(cè)器上。所述第一光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)一步被配置來(lái)阻擋所述光的散射部分。所述系統(tǒng)還包括第二光學(xué)系統(tǒng)，所述第二光學(xué)系統(tǒng)被配置來(lái)將所述光的所述透射部分和所述散射部分引導(dǎo)到所述檢測(cè)器上。
【專利說(shuō)明】用于測(cè)量物質(zhì)濃度的非侵入式系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本公開(kāi)要求2014年1月10日提交的標(biāo)題為“Non-1nvasive Device and Method for Measuring a Substance Concentrat1n in the Blood” 的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/ 925，849的權(quán)益，所述專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。[00〇3] 背景
[0004]確定體內(nèi)葡萄糖的量或濃度對(duì)于許多目的可能是有價(jià)值的。確定體內(nèi)葡萄糖的濃度的一些益處包括健康益處(諸如診斷和治療健康問(wèn)題)、研究益處、健康監(jiān)視益處以及更多益處。不幸的是，確定體內(nèi)葡萄糖濃度可包括侵入式測(cè)試，這對(duì)于受試者來(lái)說(shuō)可能是痛苦或有害的。
[0005]用于非侵入式測(cè)量葡萄糖濃度的系統(tǒng)正在開(kāi)發(fā)中。此類系統(tǒng)通常依賴于穿過(guò)身體吸收或透射的光的量與葡萄糖濃度之間的相關(guān)性。然而，許多因素和潛在變量可能影響所吸收或透射光的量。用于非侵入式測(cè)量身體中的葡萄糖濃度的已知系統(tǒng)可能不太精確，這是因?yàn)樗鼈兂舜┻^(guò)身體吸收或透射的光的量之外并不考慮也可能與葡萄糖濃度相關(guān)的參數(shù)。
[0006]概述
[0007]所公開(kāi)的是一種用于測(cè)量物質(zhì)濃度的非侵入式系統(tǒng)和方法，所述非侵入式系統(tǒng)和方法減輕以上提及的已知系統(tǒng)的缺點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。在一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)包括光源和光檢測(cè)器。所述系統(tǒng)還包括第一光學(xué)系統(tǒng)，所述第一光學(xué)系統(tǒng)被配置來(lái)將光的透射部分引導(dǎo)到檢測(cè)器上并且進(jìn)一步被配置來(lái)阻擋光的散射部分。所述系統(tǒng)還包括第二光學(xué)系統(tǒng)， 所述第二光學(xué)系統(tǒng)被配置來(lái)將所述光的所述透射部分和所述散射部分引導(dǎo)到所述檢測(cè)器上。
[0008]在一個(gè)實(shí)施方案中，一種方法包括通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶測(cè)量來(lái)自身體的透射光。所述方法還包括通過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶測(cè)量來(lái)自身體的散射光。所述方法還包括基于測(cè)量數(shù)據(jù)與物質(zhì)濃度之間的預(yù)定相關(guān)性確定身體中的物質(zhì)濃度。測(cè)量數(shù)據(jù)與所測(cè)量透射光和所測(cè)量散射光相關(guān)聯(lián)。
[0009]在一個(gè)實(shí)施方案中，非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)存儲(chǔ)指令，所述指令在由處理器執(zhí)行時(shí)致使所述處理器啟動(dòng)或執(zhí)行操作。所述操作包括接收通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)獲得的針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶的來(lái)自身體的透射光的測(cè)量結(jié)果。所述操作還包括接收通過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)獲得的針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶的來(lái)自身體的散射光的測(cè)量結(jié)果。所述操作還包括基于測(cè)量數(shù)據(jù)與葡萄糖濃度之間的預(yù)定相關(guān)性確定身體中的物質(zhì)濃度。測(cè)量數(shù)據(jù)與透射光的測(cè)量結(jié)果和散射光的測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)。[〇〇1〇]已論述的這些特征、功能以及優(yōu)點(diǎn)可在各個(gè)實(shí)施方案中獨(dú)立實(shí)現(xiàn)或者可在其他實(shí)施方案中組合，這些實(shí)施方案的另外細(xì)節(jié)可參考以下描述和附圖看出。
[0011]附圖簡(jiǎn)述
[0012]下文參考以下附圖描述一些實(shí)施方案。
[0013]圖1A描繪一種用于確定物質(zhì)濃度的呈第一構(gòu)型的系統(tǒng)的實(shí)施方案。
[0014]圖1B描繪用于確定物質(zhì)濃度的呈第二構(gòu)型的系統(tǒng)的圖1A實(shí)施方案。
[0015]圖2A描繪一種用于確定物質(zhì)濃度的呈第一構(gòu)型的系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方案。[〇〇16]圖2B描繪用于確定物質(zhì)濃度的呈第二構(gòu)型的系統(tǒng)的圖2A實(shí)施方案。
[0017]圖3描繪一種用于確定物質(zhì)濃度的方法的實(shí)施方案。
[0018]圖4描繪一種用于確定物質(zhì)濃度的方法的實(shí)施方案。
[0019]詳述
[0020]將理解的是，關(guān)于單獨(dú)實(shí)施方案所描述的特征的細(xì)節(jié)可一致和適當(dāng)?shù)卦诒疚乃枋龅钠渌麑?shí)施方案的相同特征中使用，即使在描述其他實(shí)施方案時(shí)未明確指示。
[0021]可使用與小角散射相關(guān)聯(lián)的原理執(zhí)行對(duì)體內(nèi)物質(zhì)(諸如葡萄糖)濃度的非侵入式測(cè)量。例如，在光穿過(guò)身體之后發(fā)現(xiàn)在小角散射范圍內(nèi)的光的量可取決于由身體所導(dǎo)致的散射量并且取決于由體內(nèi)物質(zhì)所導(dǎo)致的散射量。由物質(zhì)所導(dǎo)致的散射量可取決于體內(nèi)的物質(zhì)濃度。
[0022]為了說(shuō)明，準(zhǔn)直光束可穿過(guò)身體或身體的一部分。準(zhǔn)直光束的一部分可在不散射的情況下穿過(guò)身體，從而產(chǎn)生透射(例如，平行)光。準(zhǔn)直光束的另一部分可在小角散射范圍內(nèi)散射，從而產(chǎn)生散射光。小角散射范圍的實(shí)例為相對(duì)于透射光或平行光大0°至10°。準(zhǔn)直光束的另一部分可以小角散射范圍之外的角度(例如，以大于10°的角)散射。如本文所使用的，透射光包括未被吸收、散射或反射的光。
[0023]觀察指出，溶液中的葡萄糖減小小角光散射的角度，這與在沒(méi)有葡萄糖的情況下展現(xiàn)出的情況相反。體內(nèi)更高濃度的一些物質(zhì)(諸如葡萄糖)可減小由身體所接收光的散射角，從而增加小角散射范圍內(nèi)所發(fā)現(xiàn)的輻射量。例如，準(zhǔn)直光束以小角散射范圍之外的角度散射的部分可在葡萄糖濃度增加時(shí)減少。因此，小角散射范圍內(nèi)的輻射量與體內(nèi)葡萄糖濃度之間可存在相關(guān)性。透射輻射的量與體內(nèi)葡萄糖濃度之間可存在另一個(gè)相關(guān)性。因此，可通過(guò)將散射輻射和透射輻射的組合映射為葡萄糖濃度來(lái)確定體內(nèi)葡萄糖濃度。
[0024]小角散射范圍內(nèi)的輻射量與體內(nèi)物質(zhì)濃度之間的相關(guān)性還可取決于其他參數(shù)。例如，精確確定物質(zhì)濃度還可考慮透射光的量、環(huán)境溫度、測(cè)量時(shí)的體表溫度、以及在每次對(duì)光進(jìn)行測(cè)量的整個(gè)過(guò)程中都不變的身體的部位處測(cè)量的體溫。
[0025]參照?qǐng)D1A，其描繪一種用于確定物質(zhì)濃度的呈第一構(gòu)型的系統(tǒng)100的實(shí)施方案。系統(tǒng)100可包括光源110、第一光學(xué)系統(tǒng)130、第二光學(xué)系統(tǒng)140以及檢測(cè)器160。
[0026]光源110可包括紅外線(IR)(諸如近紅外線(NIR))激光二極管，用于產(chǎn)生IR光(諸如750nm至6，OOOnm范圍內(nèi)的NIR光)。此外，在一些實(shí)施方案中，光源110可被配置來(lái)選擇性地產(chǎn)生第一波長(zhǎng)帶和第二波長(zhǎng)帶的光。第一波長(zhǎng)帶具體在IR區(qū)域或NIR區(qū)域中可包括其中物質(zhì)(諸如葡萄糖)對(duì)透射光的吸收有作用的波長(zhǎng)。例如，第一波長(zhǎng)帶可處于約1130nm至約 1190nm范圍內(nèi)(例如，1160nm工作波長(zhǎng))或處于1300nm至1500nm范圍內(nèi)(例如，1460nm工作波長(zhǎng))。第二波長(zhǎng)帶可包括物質(zhì)對(duì)透射光的吸收沒(méi)有作用或具有可忽略不計(jì)的作用的波長(zhǎng)。例如，第二波長(zhǎng)帶可處于約800nm至約905nm范圍內(nèi)(例如，870nm或880nm工作波長(zhǎng))，或可處于包括960nm或1120nm工作波長(zhǎng)的范圍內(nèi)。有利地，第一波長(zhǎng)可以是1160nm并且第二波長(zhǎng)可以是960nm。一些實(shí)施方案可包括兩個(gè)光源，如參照?qǐng)D2A-圖2B所描述的。
[0027]光源110可包括準(zhǔn)直透鏡112或被聯(lián)接到所述準(zhǔn)直透鏡112。準(zhǔn)直透鏡112可接收從光源110發(fā)出的發(fā)散光束并且校準(zhǔn)所述發(fā)散光束以便形成準(zhǔn)直光束120。準(zhǔn)直透鏡112的功能可由多個(gè)透鏡完成。如上所解釋的，準(zhǔn)直光束120可選擇性包括第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的光，在所述第一波長(zhǎng)帶下，待測(cè)量的物質(zhì)影響光的葡萄糖吸收，或可包括第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的光，在所述第二波長(zhǎng)帶下，物質(zhì)對(duì)光的吸收沒(méi)有作用或具有可忽略不計(jì)的作用。[0〇28]在圖1A所描述的第一構(gòu)型中，光源110和第一光學(xué)系統(tǒng)130可被配置來(lái)將身體122 或所述身體122的一部分接納在其間。例如，如圖1A所描繪的，身體122的部分可包括手指。 在其他實(shí)施方案中，可接納身體的不同部分。身體122可在準(zhǔn)直光束120穿過(guò)身體122時(shí)散射所述準(zhǔn)直光束120的一部分，從而產(chǎn)生透射光124和散射光126。散射光126可包括在小角散射范圍內(nèi)散射的光。
[0029]第一光學(xué)系統(tǒng)130可包括透鏡132。透鏡132的有效孔徑直徑可經(jīng)過(guò)選擇而使得所述透鏡132捕捉透射光124,而散射光126的至少一部分不由所述透鏡132所捕捉。透鏡132的有效孔徑的準(zhǔn)確直徑可取決于透鏡132與光源110之間的距離。透鏡132還可聚焦到無(wú)限遠(yuǎn)以便捕捉透射光124并且將所述透射光124引導(dǎo)到檢測(cè)器160。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，透鏡132 可具有大于或等于f/3的光圈值。
[0030]第一光學(xué)系統(tǒng)130還可包括一個(gè)或多個(gè)視野限制器134,用于抑制散射光126在透鏡132處的接收。例如，視野限制器134可傳遞一定角度范圍內(nèi)的光(包括透射光124)并且阻擋更廣泛角度范圍內(nèi)的光(包括散射光126)。此外，視野限制器134可在第一光學(xué)系統(tǒng)130內(nèi)間隔開(kāi)以便限制反射光以及來(lái)自其他來(lái)源的光以其他方式在透鏡132處接收的量。因此，第一光學(xué)系統(tǒng)130可將透射光124引導(dǎo)到檢測(cè)器160上，同時(shí)阻擋散射光126。盡管圖1A描繪兩個(gè)視野限制器134,但是其他實(shí)施方案可包括比兩個(gè)更多或更少的視野限制器。在一些實(shí)施方案中，視野限制器134可完全省略。
[0031]第二光學(xué)系統(tǒng)140可包括透鏡142,并且可被選擇性定位在光源110與檢測(cè)器160之間，可與第一光學(xué)系統(tǒng)130互換，如參照?qǐng)D1B進(jìn)一步描述的。例如，系統(tǒng)100可包括電機(jī)150， 用于將第一光學(xué)系統(tǒng)130或第二光學(xué)系統(tǒng)140選擇性地定位在光源110與檢測(cè)器160之間。因此，透射光124和散射光126可選擇性穿過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)130或第二光學(xué)系統(tǒng)140。[〇〇32] 在圖1A描繪的第一構(gòu)型中，透射光124可被引導(dǎo)到檢測(cè)器160上。檢測(cè)器160可以是 IR檢測(cè)器或NIR檢測(cè)器或包括IR檢測(cè)器或NIR檢測(cè)器。在一個(gè)實(shí)施方案中，檢測(cè)器160包括硅、砷化鋁鎵、能夠檢測(cè)和測(cè)量光的另一種材料、或者其組合。
[0033]此外，檢測(cè)器160可被聯(lián)接到鎖定放大器162并且與所述鎖定放大器162協(xié)調(diào)起作用。鎖定放大器162可過(guò)濾或以其他方式調(diào)節(jié)由檢測(cè)器160所檢測(cè)光的測(cè)量結(jié)果，以便基于參考信號(hào)來(lái)去除或降低對(duì)應(yīng)于諸如來(lái)自外界光和周圍輻射的噪音的數(shù)據(jù)。作為實(shí)例，參考信號(hào)可對(duì)應(yīng)于第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的光，在所述第二波長(zhǎng)帶下物質(zhì)對(duì)光的吸收沒(méi)有作用或具有可忽略不計(jì)的作用。在一些實(shí)施方案中，鎖定放大器162可省略。[〇〇34] 系統(tǒng)100還可包括處理器170和存儲(chǔ)器172。所述處理器可與光源110、電機(jī)150和檢測(cè)器160聯(lián)接并且可將指令發(fā)送給它們并且從它們接收指令和/或數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器172可包括處理器可讀指令，所述處理器可讀指令當(dāng)由處理器170執(zhí)行時(shí)致使所述處理器170執(zhí)行如本文所述的操作。處理器170可包括微處理器，諸如中央處理單元(CHJ)、數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)、外圍接口控制器(PIC)、其他處理電路或邏輯、或者其組合。
[0035]存儲(chǔ)器172可包括能夠存儲(chǔ)處理器可讀指令的任何裝置，所述裝置包括能夠存儲(chǔ)處理器可讀數(shù)據(jù)的任何類型的存儲(chǔ)器裝置，諸如光盤(例如BLU-RAY DISC存儲(chǔ)器、數(shù)字視頻光盤(DVD)存儲(chǔ)器、光盤(CD)存儲(chǔ)器等)、硬盤(例如，磁盤存儲(chǔ)器、固態(tài)存儲(chǔ)器等)、只讀存儲(chǔ)器(例如，可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、閃存等)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(例如，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)等)、能夠存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)的另一種類型的存儲(chǔ)器、或者其組合。
[0036] 在系統(tǒng)100的操作過(guò)程中，在第一構(gòu)型中，光源110單獨(dú)或結(jié)合準(zhǔn)直透鏡112可產(chǎn)生準(zhǔn)直光束120。準(zhǔn)直光束120可穿透身體122。在穿透身體122時(shí)，所述準(zhǔn)直光束120的一部分可散射以便形成散射光126和透射光124。視野限制器134可阻擋散射光126并且可傳遞透射光，所述透射光124可在透鏡124處被接收。透鏡132可將透射光124聚焦到檢測(cè)器160上。在實(shí)施方案中，透鏡132足夠小以便防止散射光在透鏡132處被接收。檢測(cè)器160可測(cè)量透射光 124并且測(cè)量結(jié)果可作為測(cè)量數(shù)據(jù)被傳輸?shù)教幚砥?70。
[0037]參照?qǐng)D1B，描繪用于確定物質(zhì)濃度的呈第二構(gòu)型的系統(tǒng)100的實(shí)施方案。系統(tǒng)100 可通過(guò)激活電機(jī)150而置于第二構(gòu)型中以便將第一光學(xué)系統(tǒng)130與第二光學(xué)系統(tǒng)140互換。 在第二構(gòu)型中，第二光學(xué)系統(tǒng)140可在光源110與檢測(cè)器160之間對(duì)準(zhǔn)。在系統(tǒng)100的操作過(guò)程中，在第二構(gòu)型中，散射光126和透射光124可在透鏡142處被接收并且被引導(dǎo)到檢測(cè)器 160上。透鏡142可具有孔徑直徑，所述孔徑直徑充分足夠大以便捕捉小角散射范圍內(nèi)散射的光。例如，透鏡142的有效孔徑可足夠大以便接收由身體122所散射不超過(guò)10°的光。因此， 將理解的是，透鏡142的有效孔徑的準(zhǔn)確大小可取決于身體122與透鏡142之間的距離。此夕卜，透鏡142可包括具有f/1或更小光圈值的透鏡。因此，透鏡142可接收透射光124和散射光 126并且將所述透射光124和所述散射光126引導(dǎo)到檢測(cè)器160上。檢測(cè)器160可測(cè)量透射光 124和散射光126的組合并且測(cè)量結(jié)果可作為測(cè)量數(shù)據(jù)的一部分被傳輸?shù)教幚砥?70。
[0038]可針對(duì)第一波長(zhǎng)帶和第二波長(zhǎng)帶執(zhí)行本文參照?qǐng)D1A-圖1B所描述的操作。例如，在圖1A所描繪的第一構(gòu)型中，可通過(guò)發(fā)射包括來(lái)自光源110的第一波長(zhǎng)帶的光來(lái)在檢測(cè)器160 處測(cè)量透射光的第一波長(zhǎng)帶?？赏ㄟ^(guò)發(fā)射包括來(lái)自光源110的第二波長(zhǎng)帶的光來(lái)針對(duì)第二波長(zhǎng)帶測(cè)量透射光。類似地，在圖1B所描繪的第二構(gòu)型中，可在檢測(cè)器160處針對(duì)第一波長(zhǎng)帶和針對(duì)第二波長(zhǎng)帶測(cè)量散射光。測(cè)量結(jié)果可作為測(cè)量數(shù)據(jù)被傳輸?shù)教幚砥?70。
[0039]為了進(jìn)一步說(shuō)明，光源110可在發(fā)射第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的光與第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的光之間切換，從而調(diào)制光源110。第一波長(zhǎng)帶可對(duì)應(yīng)于物質(zhì)對(duì)在傳輸過(guò)程中的光吸收有作用的波長(zhǎng)。第二波長(zhǎng)帶可對(duì)應(yīng)于物質(zhì)對(duì)在傳輸過(guò)程中的光吸收沒(méi)有作用或具有可忽略不計(jì)的作用的波長(zhǎng)。
[0040]處理器170可基于所接收測(cè)量數(shù)據(jù)與物質(zhì)濃度之間的預(yù)定相關(guān)性來(lái)確定身體中的物質(zhì)濃度。作為確定的一部分，對(duì)應(yīng)于散射光和透射光的測(cè)量結(jié)果可相對(duì)于它們的相應(yīng)入射光束標(biāo)準(zhǔn)化，以便產(chǎn)生一定百分比經(jīng)傳遞的光。[0041 ]此外，在校準(zhǔn)過(guò)程中(例如，在限定預(yù)定相關(guān)性時(shí))，當(dāng)查看每個(gè)葡萄糖水平時(shí)，來(lái)自第一波長(zhǎng)帶和第二波長(zhǎng)帶兩者的測(cè)量結(jié)果可用來(lái)估計(jì)葡萄糖。從第一波長(zhǎng)帶取得的測(cè)量結(jié)果可示出葡萄糖的變化并且從第二波長(zhǎng)帶取得的測(cè)量結(jié)果可用作參考點(diǎn)。兩個(gè)波長(zhǎng)帶都可在測(cè)量散射光和透射光的過(guò)程中使用并且第一波長(zhǎng)帶(例如，其中葡萄糖影響光的吸收) 的變化可相對(duì)于參考波長(zhǎng)帶(例如，其中葡萄糖對(duì)光的吸收沒(méi)有作用或具有可忽略不計(jì)的作用)標(biāo)準(zhǔn)化。
[0042] —種計(jì)算葡萄糖的方法是確定散射光(處于兩個(gè)波長(zhǎng)帶內(nèi))與葡萄糖之間的相關(guān)性并且單獨(dú)確定經(jīng)傳遞光(同樣處于兩個(gè)波長(zhǎng)帶內(nèi))之間的相關(guān)性。接著，可確定兩個(gè)相關(guān)性之間的加權(quán)平均系數(shù)以便實(shí)現(xiàn)整個(gè)葡萄糖范圍內(nèi)的葡萄糖測(cè)量。這個(gè)系數(shù)可以是函數(shù)而不是信號(hào)常數(shù)。
[0043]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，上述用于確定預(yù)定相關(guān)性的過(guò)程還可用來(lái)基于所述預(yù)定相關(guān)性確定體內(nèi)葡萄糖的濃度。例如，可使用預(yù)定相關(guān)性將兩個(gè)相關(guān)性的加權(quán)平均值映射為體內(nèi)葡萄糖的濃度。
[0044]在一個(gè)實(shí)施方案中，可在測(cè)量數(shù)據(jù)用來(lái)確定物質(zhì)濃度之前對(duì)其進(jìn)行修改或調(diào)整。 例如，可考慮附加參數(shù)并且可基于所述附加參數(shù)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。為了說(shuō)明，處理器 170可接收環(huán)境溫度的測(cè)量結(jié)果、體表溫度的測(cè)量結(jié)果、在每次對(duì)光進(jìn)行測(cè)量的整個(gè)過(guò)程中都不變的身體的部位處的體溫的測(cè)量結(jié)果、或者其組合。在確定物質(zhì)濃度之前，處理器170 可基于環(huán)境溫度、體表溫度、體溫、或者其組合來(lái)修改測(cè)量數(shù)據(jù)、預(yù)定相關(guān)性或兩者。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的修改可根據(jù)2013年3月19日發(fā)布的美國(guó)專利號(hào)8，401，604以及2013年12月17日發(fā)布的美國(guó)專利號(hào)8,611，975中的本發(fā)明人的教義發(fā)生，所述專利以引用的方式并入本文。
[0045]與不包括第一和第二光學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng)不同，與系統(tǒng)100相關(guān)聯(lián)的益處在于在小角散射范圍內(nèi)散射的光的量可用來(lái)確定體內(nèi)物質(zhì)濃度。例如，基于小角散射范圍內(nèi)的光的預(yù)定相關(guān)性，所檢測(cè)散射光和透射光的量可被映射為對(duì)應(yīng)的物質(zhì)濃度，從而產(chǎn)生體內(nèi)物質(zhì)濃度的精確或更精確的確定。系統(tǒng)100的其他益處對(duì)于受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域技術(shù)人員可為顯而易見(jiàn)的。
[0046]參照?qǐng)D2A，描繪一種用于確定物質(zhì)濃度的呈第一構(gòu)型的系統(tǒng)200的第二實(shí)施方案。 系統(tǒng)200可包括第一光源210、第二光源214、第一光學(xué)系統(tǒng)230、第二光學(xué)系統(tǒng)240、第一濾波器280、第二濾波器282以及檢測(cè)器160。
[0047]第一光源210可包括紅外線(IR)(諸如近紅外線(NIR))激光二極管，以產(chǎn)生IR，諸如第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的NIR光。第一波長(zhǎng)帶具體在IR區(qū)域或NIR區(qū)域中可包括其中物質(zhì)(諸如葡萄糖)對(duì)光吸收有作用的波長(zhǎng)。此外，第一光源210可包括第一準(zhǔn)直透鏡212或被聯(lián)接到所述第一準(zhǔn)直透鏡212。第一光源210結(jié)合準(zhǔn)直透鏡212可產(chǎn)生第一波長(zhǎng)帶內(nèi)同時(shí)在第一構(gòu)型中的準(zhǔn)直光束220。
[0048]第二光源214可包括紅外線(IR)或近紅外線(NIR)激光二極管，以產(chǎn)生第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的IR光或NIR光。第二波長(zhǎng)帶可包括其中物質(zhì)對(duì)光吸收沒(méi)有作用或具有可忽略不計(jì)的作用的波長(zhǎng)。第二光源214可包括第二準(zhǔn)直透鏡216或被聯(lián)接到所述第二準(zhǔn)直透鏡216。在第二構(gòu)型中，參照?qǐng)D2B進(jìn)一步描述的，第二光源214結(jié)合第二準(zhǔn)直透鏡216可產(chǎn)生第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的準(zhǔn)直光束220。
[0049]系統(tǒng)200可包括電機(jī)218,用于將第一光源210或第二光源214選擇性定位成與檢測(cè)器260對(duì)準(zhǔn)。盡管圖2A描繪第一光源210和第二光源114,但是在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)200可包括單個(gè)光源，所述單個(gè)光源被配置來(lái)選擇性產(chǎn)生第一波長(zhǎng)帶和第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的光，如參照?qǐng)D1A-圖1B的光源110所描述的。
[0050]在圖2A所描述的第一構(gòu)型中，光源210和第一光學(xué)系統(tǒng)230可被配置來(lái)將身體222 或所述身體222的一部分接納在其間。例如，如圖2A所描繪的，身體222的部分可包括手指。 在其他實(shí)施方案中，可接納身體的另一部分。身體222可在準(zhǔn)直光束220穿過(guò)身體222時(shí)散射所述準(zhǔn)直光束220的一部分，從而產(chǎn)生透射光224和散射光226。散射光226可包括在小角散射范圍內(nèi)散射的光。[0051 ]第一光學(xué)系統(tǒng)230可包括透鏡232。透鏡232的有效孔徑直徑可經(jīng)過(guò)選擇而使得所述透鏡232捕捉透射光224,而散射光226的至少一部分不由所述透鏡232所捕捉。透鏡232的有效孔徑的準(zhǔn)確直徑可取決于透鏡232與光源210或光源214之間的距離。透鏡232還可聚焦到無(wú)限遠(yuǎn)以便捕捉透射光224并且將所述透射光224引導(dǎo)到檢測(cè)器260。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)， 透鏡232可具有大于或等于f/3的光圈值。[〇〇52] 第一光學(xué)系統(tǒng)230還可包括一個(gè)或多個(gè)視野限制器234,用于抑制散射光226在透鏡232處被接收。例如，視野限制器234可傳遞一定角度范圍內(nèi)的光(包括透射光224)并且阻擋更廣泛角度范圍內(nèi)的光(包括散射光226)。此外，視野限制器234可在第一光學(xué)系統(tǒng)230內(nèi)間隔開(kāi)以便限制反射光以及來(lái)自其他來(lái)源的光在透鏡232處被接收的量。因此，第一光學(xué)系統(tǒng)230可將透射光224引導(dǎo)到檢測(cè)器260上，同時(shí)阻擋散射光226。盡管圖2A描繪兩個(gè)視野限制器234,但是其他實(shí)施方案可包括比兩個(gè)更多或更少的視野限制器。在一些實(shí)施方案中， 視野限制器234可省略。[〇〇53]第二光學(xué)系統(tǒng)240可包括透鏡242,并且可被選擇性定位在光源210與檢測(cè)器260之間，可與第一光學(xué)系統(tǒng)230互換。例如，系統(tǒng)200可包括電機(jī)250,用于選擇性將第一光學(xué)系統(tǒng) 230或第二光學(xué)系統(tǒng)240定位在光源210與檢測(cè)器260之間。因此，可使由第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的第一光源210所產(chǎn)生的透射光224和散射光226選擇性穿過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)230或第二光學(xué)系統(tǒng) 240。參照?qǐng)D2B進(jìn)一步描述第二光學(xué)系統(tǒng)240。[〇〇54]第一濾波器280可包括干擾濾波器，所述干擾濾波器被配置來(lái)傳遞第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的光。第一波長(zhǎng)帶可對(duì)應(yīng)于由第一光源210發(fā)出的光的波長(zhǎng)帶并且可包括其中物質(zhì)影響身體222對(duì)光的吸收的波長(zhǎng)。此外，第一濾波器280可阻擋第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的光，在所述第二波長(zhǎng)帶下物質(zhì)對(duì)身體222對(duì)光的吸收沒(méi)有作用或具有可忽略不計(jì)的作用。通過(guò)阻擋第二波長(zhǎng)內(nèi)的光，第一濾波器280可減少檢測(cè)器260處來(lái)自第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的光的干擾。此外，第一濾波器 280可阻擋周圍光，從而同樣減少檢測(cè)器260處來(lái)自周圍光的干擾。第一濾波器280的功能可由多個(gè)濾波器完成。[〇〇55] 第二過(guò)濾器282還可包括干擾濾波器。例如，第二濾波器282可被配置來(lái)阻擋第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的光，所述第一波長(zhǎng)帶對(duì)應(yīng)于其中物質(zhì)影響身體222對(duì)光的吸收的波長(zhǎng)帶。此外， 第二濾波器282可傳遞第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的光，在所述第二波長(zhǎng)帶下物質(zhì)對(duì)身體222對(duì)光的吸收沒(méi)有作用或具有可忽略不計(jì)的作用。通過(guò)阻擋第一波長(zhǎng)內(nèi)的光，第二濾波器282可減少檢測(cè)器260處來(lái)自第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的光的干擾，如參照?qǐng)D2B進(jìn)一步描述的。第二濾波器282還可阻擋周圍光，從而同樣減少檢測(cè)器260處來(lái)自周圍光的干擾。第二濾波器282的功能可由多個(gè)濾波器完成。[〇〇56]系統(tǒng)200可包括電機(jī)284,用于將第一濾波器280或第二濾波器282選擇性定位在光源210與檢測(cè)器260之間，如本文所描述的。盡管圖2A和圖2B將系統(tǒng)200描繪為包括兩個(gè)濾波器，但是在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)200可包括單個(gè)濾波器280。在這些實(shí)施方案中，第一波長(zhǎng)帶可包括其中葡萄糖影響光的吸收的波長(zhǎng)帶，并且第二波長(zhǎng)帶可以是由光源210或光源220 所發(fā)射的整個(gè)NIR光譜?？墒褂脼V波器280執(zhí)行第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的測(cè)量，并且在濾波器280被移除時(shí)，可諸如通過(guò)電機(jī)284執(zhí)行第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的測(cè)量。此外，在一些實(shí)施方案中，第一濾波器 280和第二濾波器282都可省略。在這些實(shí)施方案中，第一光源210和第二光源214可使用單個(gè)波長(zhǎng)激光器來(lái)向第一光源210施加僅落入第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的那些波長(zhǎng)并且向第二光源214 施加僅落入第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的那些波長(zhǎng)。如本文所描述的，在一些實(shí)施方案中，單個(gè)光源可選擇性施加落入第一波長(zhǎng)帶的波長(zhǎng)和落入第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的波長(zhǎng)。[〇〇57] 在第一構(gòu)型中，透射光224可被引導(dǎo)到檢測(cè)器260上。檢測(cè)器260可包括IR檢測(cè)器或 NIR檢測(cè)器。在實(shí)施方案中，檢測(cè)器260包括硅、砷化鋁鎵、能夠檢測(cè)和測(cè)量光的另一種材料、 或者其組合。[〇〇58]此外，檢測(cè)器260可被聯(lián)接到鎖定放大器262并且與所述鎖定放大器262協(xié)調(diào)起作用。鎖定放大器262可過(guò)濾或以其他方式調(diào)節(jié)由檢測(cè)器260所檢測(cè)光的測(cè)量結(jié)果，以便基于參考信號(hào)來(lái)去除或降低對(duì)應(yīng)于諸如來(lái)自外界光和周圍輻射的噪音的數(shù)據(jù)。例如，參考信號(hào)可對(duì)應(yīng)于第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的光，在所述第二波長(zhǎng)帶下物質(zhì)對(duì)光吸收沒(méi)有作用或具有可忽略不計(jì)的作用。在一些實(shí)施方案中，鎖定放大器262可省略。[〇〇59] 系統(tǒng)200還可包括處理器270和存儲(chǔ)器272。處理器270可與第一光源210,第二光源 214,電機(jī)218、250、284以及檢測(cè)器260聯(lián)接并且可將指令發(fā)送給它們并且從它們接收指令或數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器272可包括處理器可讀指令，所述處理器可讀指令當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)致使所述處理器執(zhí)行如本文所述的操作。處理器270可包括微處理器，諸如中央處理單元(CPU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、外圍接口控制器(PIC)、另一個(gè)處理電路或邏輯、或者其組合。
[0060]存儲(chǔ)器272可包括能夠存儲(chǔ)處理器可讀指令的任何裝置，所述裝置包括諸如光盤 (例如BLU-RAY DISC存儲(chǔ)器、數(shù)字視頻光盤(DVD)存儲(chǔ)器、光盤(CD)存儲(chǔ)器等)、硬盤(例如磁盤存儲(chǔ)器、固態(tài)存儲(chǔ)器等)、只讀存儲(chǔ)器(例如，可編程只讀存儲(chǔ)器(PR0M)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPR0M)、閃存等)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(例如，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)等)、能夠存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)的另一種類型的存儲(chǔ)器、或者其組合。
[0061]盡管圖2A和圖2B描繪兩種構(gòu)型，但是如受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)至IJ，另外構(gòu)型是可能的。例如，在第一構(gòu)型中，光源210、光學(xué)系統(tǒng)230以及濾波器280與身體 222和檢測(cè)器260對(duì)準(zhǔn)，如圖2A所描繪的。在第二構(gòu)型中，光源210、光學(xué)系統(tǒng)230以及濾波器 282與身體222和檢測(cè)器260對(duì)準(zhǔn)。在第三構(gòu)型中，光源210、光學(xué)系統(tǒng)240以及濾波器280與身體222和檢測(cè)器260對(duì)準(zhǔn)。在第四構(gòu)型中，光源210、光學(xué)系統(tǒng)240以及濾波器282與身體222和檢測(cè)器260對(duì)準(zhǔn)。在第五構(gòu)型中，光源214、光學(xué)系統(tǒng)230以及濾波器280與身體222和檢測(cè)器 260對(duì)準(zhǔn)。在第六構(gòu)型中，光源214、光學(xué)系統(tǒng)230以及濾波器282與身體222和檢測(cè)器260對(duì)準(zhǔn)。在第七構(gòu)型中，光源214、光學(xué)系統(tǒng)240以及濾波器280與身體222和檢測(cè)器260對(duì)準(zhǔn)。在第八構(gòu)型中，光源214、光學(xué)系統(tǒng)240以及濾波器282與身體222和檢測(cè)器260對(duì)準(zhǔn)，如圖2B所描繪的。[〇〇62]在系統(tǒng)200的操作過(guò)程中，光源210可單獨(dú)或結(jié)合準(zhǔn)直透鏡212產(chǎn)生第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的準(zhǔn)直光束220。第一波長(zhǎng)帶可對(duì)應(yīng)于其中物質(zhì)(諸如葡萄糖)對(duì)光吸收有作用的波長(zhǎng)。準(zhǔn)直光束220可穿過(guò)身體222。在穿過(guò)身體222時(shí)，所述準(zhǔn)直光束220的一部分可散射以便形成散射光226和透射光224。散射光226和透射光224可在第一光學(xué)系統(tǒng)230處被接收。視野限制器 234可阻擋散射光226并且可傳遞透射光224。透射光224可在透鏡232處被接收。透鏡232可通過(guò)干擾濾波器280將透射光224聚焦到檢測(cè)器260上。在實(shí)施方案中，透鏡232足夠小以便防止散射光在透鏡232處被接收。檢測(cè)器260可測(cè)量第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的透射光224并且測(cè)量結(jié)果可作為數(shù)據(jù)被傳輸?shù)教幚砥?70。
[0063]另外在系統(tǒng)200的操作過(guò)程中，電機(jī)218可互換光源212、214(例如，用與檢測(cè)器260 對(duì)準(zhǔn)的第二光源216替換第一光源210)。光源214可單獨(dú)或結(jié)合準(zhǔn)直透鏡216產(chǎn)生第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的準(zhǔn)直光束220。第二波長(zhǎng)帶可對(duì)應(yīng)于其中物質(zhì)對(duì)光吸收沒(méi)有作用或具有可忽略不計(jì)的作用的波長(zhǎng)。第一光學(xué)系統(tǒng)230可通過(guò)第二濾波器282將第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的透射光224引導(dǎo)到檢測(cè)器260上。電機(jī)284可互換濾波器280、282(例如，用與檢測(cè)器260對(duì)準(zhǔn)的第二濾波器 282替換第一濾波器280)。檢測(cè)器260可測(cè)量第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的透射光224并且測(cè)量結(jié)果可作為數(shù)據(jù)的一部分被傳輸?shù)教幚砥?70。[〇〇64]參照?qǐng)D2B，描繪用于確定物質(zhì)濃度的呈第二構(gòu)型的系統(tǒng)200的實(shí)施方案。系統(tǒng)200 可通過(guò)激活電機(jī)250而置于第二構(gòu)型中以便將第一光學(xué)系統(tǒng)130與第二光學(xué)系統(tǒng)140互換。 在第二構(gòu)型中，第二光學(xué)系統(tǒng)240可在光源214與檢測(cè)器260之間對(duì)準(zhǔn)。在這個(gè)構(gòu)型中，光源 214可產(chǎn)生第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的準(zhǔn)直光束220。散射光226和透射光224可在透鏡242處被接收并且被引導(dǎo)到檢測(cè)器260上。透鏡242的有效孔徑可充分足夠大以便捕捉小角散射范圍內(nèi)散射的光。例如，透鏡242的有效孔徑可足夠大以便接收由身體222所散射不超過(guò)10°的光。因此， 將理解的是，透鏡242的有效孔徑的準(zhǔn)確直徑可取決于身體222與透鏡242之間的距離。透鏡 242可包括具有f/1或更小光圈值的透鏡。因此，透鏡可接收透射光224和散射光226并且將所述透射光224和所述散射光226引導(dǎo)到檢測(cè)器260上。檢測(cè)器260可測(cè)量散射光226并且測(cè)量結(jié)果可作為數(shù)據(jù)的一部分被傳輸?shù)教幚砥?70。[〇〇65] 在系統(tǒng)200的操作過(guò)程中，在圖2B的構(gòu)型中，電機(jī)218可互換光源210、214(例如，用檢測(cè)器260對(duì)準(zhǔn)的第一光源210替換第二光源214)，并且電機(jī)284可互換濾波器280、282(例如，用與檢測(cè)器260對(duì)準(zhǔn)的第一濾波器280替換第二濾波器282)。光源210可單獨(dú)或結(jié)合準(zhǔn)直透鏡212產(chǎn)生第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的準(zhǔn)直光束220。第二光學(xué)系統(tǒng)240可通過(guò)第二濾波器282將第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的透射光224和散射光226引導(dǎo)到檢測(cè)器260上。檢測(cè)器260可測(cè)量第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的透射光224和散射光226并且測(cè)量結(jié)果可作為數(shù)據(jù)的一部分被傳輸?shù)教幚砥?70。
[0066]處理器270可基于測(cè)量數(shù)據(jù)與物質(zhì)濃度之間的預(yù)定相關(guān)性確定身體中的物質(zhì)濃度，如本文所描述的。在一些實(shí)施方案中，可修改或調(diào)整測(cè)量數(shù)據(jù)。例如，可考慮附加參數(shù)以便確定物質(zhì)濃度。為了說(shuō)明，處理器270可進(jìn)一步接收環(huán)境溫度的測(cè)量結(jié)果、體表溫度的測(cè)量結(jié)果、在每次對(duì)光進(jìn)行測(cè)量的整個(gè)過(guò)程中都不變的身體的部位處的體溫的測(cè)量結(jié)果、或者其組合。在確定物質(zhì)濃度之前，處理器170可基于環(huán)境溫度、體表溫度、體溫、或者其組合來(lái)修改測(cè)量數(shù)據(jù)、預(yù)定相關(guān)性或兩者。
[0067]與不包括第一和第二光學(xué)系統(tǒng)的系統(tǒng)不同，與系統(tǒng)200相關(guān)聯(lián)的益處在于在小角散射范圍內(nèi)散射的光的量可用來(lái)確定體內(nèi)物質(zhì)的濃度?？赏ㄟ^(guò)標(biāo)準(zhǔn)化所測(cè)量散射光和所測(cè)量透射光兩者來(lái)獲得進(jìn)一步的精度。例如，標(biāo)準(zhǔn)化所測(cè)量散射光可包括基于針對(duì)第一波長(zhǎng)帶的所測(cè)量散射光與針對(duì)第二波長(zhǎng)帶的所測(cè)量散射光的比率計(jì)算出散射光比率參數(shù)，并且標(biāo)準(zhǔn)化所測(cè)量透射光可包括基于針對(duì)第一波長(zhǎng)帶的所測(cè)量透射光與針對(duì)第二波長(zhǎng)帶的所測(cè)量透射光的比率計(jì)算出透射光比率參數(shù)。因此，系統(tǒng)200可比不包括第二光源214和濾波器280、282的系統(tǒng)更精確。系統(tǒng)200的其他益處對(duì)于受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員可為顯而易見(jiàn)的。
[0068]參照?qǐng)D3,描繪一種用于確定物質(zhì)濃度的方法的實(shí)施方案并且一般將其指定為 300。方法300可包括在302處通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶測(cè)量來(lái)自身體的透射光。例如，光源110可產(chǎn)生至少一個(gè)波長(zhǎng)帶中的準(zhǔn)直光束120?？墒箿?zhǔn)直光束穿過(guò)身體122,從而產(chǎn)生透射光124和散射光126。第一光學(xué)系統(tǒng)130可將透射光124引導(dǎo)到檢測(cè)器160上，并且可阻擋散射光126。檢測(cè)器160可測(cè)量透射光124。[〇〇69]方法300還可包括在304處通過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶測(cè)量穿過(guò)身體的透射光和散射光。例如，第二光學(xué)系統(tǒng)140可將透射光124和散射光126引導(dǎo)到檢測(cè)器160 上。檢測(cè)器160可測(cè)量透射光124和散射光126。
[0070]所述方法300還可包括在306處基于測(cè)量數(shù)據(jù)與葡萄糖濃度之間的預(yù)定相關(guān)性來(lái)確定身體中的物質(zhì)濃度，測(cè)量數(shù)據(jù)與所測(cè)量透射光和所測(cè)量散射光相關(guān)聯(lián)。例如，檢測(cè)器 160可將對(duì)應(yīng)于所測(cè)量透射光124以及所測(cè)量透射光124和散射光126的測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器170。處理器170可基于測(cè)量數(shù)據(jù)與葡萄糖濃度之間的預(yù)定相關(guān)性確定身體122中的物質(zhì)濃度。[〇〇71]方法300的益處在于與不產(chǎn)生透射光測(cè)量結(jié)果以及透射光和散射光測(cè)量結(jié)果的方法相比，可非侵入式確定或更精確地確定體內(nèi)葡萄糖水平。透射光和散射光的測(cè)量結(jié)果可包括在小角散射范圍內(nèi)散射的光。方法300的其他益處對(duì)于受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員可為顯而易見(jiàn)的。
[0072]參照?qǐng)D4,描繪一種用于確定物質(zhì)濃度的方法的實(shí)施方案并且一般將其指定為 400。方法400可包括在402處通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶測(cè)量來(lái)自身體的透射光。例如，光源210可產(chǎn)生至少一個(gè)波長(zhǎng)帶中的準(zhǔn)直光束220?？墒箿?zhǔn)直光束穿過(guò)身體222，從而產(chǎn)生透射光224和散射光226。第一光學(xué)系統(tǒng)230可將透射光224引導(dǎo)到檢測(cè)器260上，并且可阻擋散射光226。檢測(cè)器260可測(cè)量透射光224。[〇〇73]所述方法400還可包括在404處通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)第二波長(zhǎng)帶測(cè)量來(lái)自身體的其他透射光。例如，光源210可與光源216互換。光源216可產(chǎn)生其他光作為第二波長(zhǎng)帶中的準(zhǔn)直光束220?；蛘?，光源210可產(chǎn)生第二波長(zhǎng)帶中的準(zhǔn)直光束220。準(zhǔn)直光束220可穿過(guò)身體222,從而產(chǎn)生透射光224和散射光226。第一光學(xué)系統(tǒng)230可將透射光224引導(dǎo)到檢測(cè)器 260上，并且可阻擋散射光226。檢測(cè)器260可針對(duì)第二波長(zhǎng)帶測(cè)量透射光224。[〇〇74]所述方法400還可包括在406處通過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶測(cè)量來(lái)自身體的散射光。例如，光源210可產(chǎn)生至少一個(gè)波長(zhǎng)帶中的準(zhǔn)直光束220。準(zhǔn)直光束可穿過(guò)身體222,從而產(chǎn)生透射光224和散射光226。第二光學(xué)系統(tǒng)240可將透射光224和散射光226引導(dǎo)到檢測(cè)器260上。檢測(cè)器260可測(cè)量至少一個(gè)波長(zhǎng)中的透射光224和散射光226。[〇〇75]所述方法400可包括在408處通過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)第二波長(zhǎng)帶測(cè)量來(lái)自身體的其他散射光。例如，光源210可與光源216互換。光源216可產(chǎn)生其他光作為第二波長(zhǎng)帶中的準(zhǔn)直光束220。相反，光源210可產(chǎn)生第二波長(zhǎng)帶中的準(zhǔn)直光束220。準(zhǔn)直光束可穿過(guò)身體 222,從而產(chǎn)生透射光224和散射光226。第二光學(xué)系統(tǒng)240可將透射光124和散射光226引導(dǎo)到檢測(cè)器260上。檢測(cè)器260可測(cè)量第二波長(zhǎng)中的透射光224和散射光226。將理解的是，圖4 中所示的402、404、406和408將以不同順序完成。[〇〇76]所述方法400還可包括在410處基于針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)的所測(cè)量散射光與針對(duì)第二波長(zhǎng)的所測(cè)量其他散射光的比率來(lái)計(jì)算散射光比率參數(shù)。例如，針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)的所測(cè)量散射光和針對(duì)第二波長(zhǎng)的所測(cè)量散射光可作為測(cè)量數(shù)據(jù)被發(fā)送給處理器270。處理器 270可基于測(cè)量結(jié)果計(jì)算出散射光比率。
[0077]方法400還可包括在412處基于針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)的所測(cè)量透射光與針對(duì)第二波長(zhǎng)的所測(cè)量其他透射光的比率來(lái)計(jì)算透射光比率參數(shù)。例如，針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)的所測(cè)量透射光和針對(duì)第二波長(zhǎng)的所測(cè)量透射光可作為測(cè)量數(shù)據(jù)被發(fā)送給處理器270。處理器270可基于測(cè)量結(jié)果計(jì)算出透射光比率。
[0078]所述方法400可包括在414處基于測(cè)量數(shù)據(jù)與物質(zhì)濃度之間的預(yù)定相關(guān)性確定身體中的物質(zhì)濃度，所述測(cè)量數(shù)據(jù)與所測(cè)量透射光、所測(cè)量散射光、所測(cè)量其他透射光以及所測(cè)量其他散射光相關(guān)聯(lián)并且包括散射光比率參數(shù)和透射光比率參數(shù)。例如，處理器270可基于在410和412處計(jì)算出的散射光比率參數(shù)和透射光比率參數(shù)來(lái)確定身體222中的物質(zhì)濃度。
[0079]本文所描述的方法中的一種或多種(諸如方法300和400)可由處理器(諸如處理器170和270)響應(yīng)于存儲(chǔ)在非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(諸如存儲(chǔ)器172和272)處的指令來(lái)執(zhí)行或啟動(dòng)。非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括能夠存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)的任何類型的存儲(chǔ)器裝置，諸如光盤(例如BLU-RAY DISC存儲(chǔ)器、數(shù)字視頻光盤(DVD)存儲(chǔ)器、光盤(CD)存儲(chǔ)器等)、硬盤(例如，磁盤存儲(chǔ)器、固態(tài)存儲(chǔ)器等)、只讀存儲(chǔ)器(例如，可編程只讀存儲(chǔ)器(PR0M)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、閃存等)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(例如，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)等)、能夠存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)的另一種類型的存儲(chǔ)器、或者其組合。
[0080]依照條例，已經(jīng)大體上具體關(guān)于結(jié)構(gòu)和方法特征用語(yǔ)言描述實(shí)施方案。然而，應(yīng)理解的是，實(shí)施方案不限于所示和所描述的具體特征。因此，根據(jù)等同原則，要求保護(hù)在適當(dāng)解釋的所附權(quán)利要求書的適當(dāng)范圍內(nèi)呈任何實(shí)施方案形式或修改的實(shí)施方案。
[0081 ]附圖參考數(shù)字的表格
[0082]100 系統(tǒng)
[0083]HO 光源
[0084]112準(zhǔn)直透鏡
[0085]120準(zhǔn)直光束
[0086]122 身體
[0087]124透射光
[0088]126散射光
[0089]130光學(xué)系統(tǒng)
[0090]132 透鏡
[0091]140光學(xué)系統(tǒng)
[0092]142 透鏡
[0093]144視野限制器
[0094]150 電機(jī)
[0095]160檢測(cè)器
[0096]162鎖定放大器
[0097]170處理器
[0098]172存儲(chǔ)器
[0099]200 系統(tǒng)
[0100]210光源
[0101]212透鏡
[0102]214光源
[0103]216透鏡
[0104]218電機(jī)
[0105]220準(zhǔn)直光束
[0106]222身體
[0107]224透射光
[0108]226散射光
[0109]230光學(xué)系統(tǒng)
[0110]232透鏡
[0111]240光學(xué)系統(tǒng)
[0112]242透鏡
[0113]244視野限制器
[0114]250電機(jī)
[0115]260檢測(cè)器
[0116]262鎖定放大器
[0117]270處理器
[0118]272存儲(chǔ)器
[0119]280濾波器
[0120]282濾波器
[0121]284電機(jī)
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種方法，其包括:通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶測(cè)量來(lái)自身體的透射光；通過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶測(cè)量來(lái)自所述身體的散射光；基于測(cè)量數(shù)據(jù)與物質(zhì)濃度之間的預(yù)定相關(guān)性來(lái)確定所述身體中的所述物質(zhì)濃度，所述 測(cè)量數(shù)據(jù)與所述測(cè)量的透射光和所述測(cè)量的散射光相關(guān)聯(lián)。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括:通過(guò)所述第一光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)第二波長(zhǎng)帶測(cè)量來(lái)自所述身體的其他透射光；通過(guò)所述第二光學(xué)系統(tǒng)針對(duì)所述第二波長(zhǎng)帶測(cè)量來(lái)自所述身體的其他散射光，所述測(cè) 量數(shù)據(jù)進(jìn)一步與所述測(cè)量的其他散射光和所述測(cè)量的其他透射光相關(guān)聯(lián)。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其還包括:基于針對(duì)所述至少一個(gè)波長(zhǎng)的所述測(cè)量的散射光與針對(duì)所述第二波長(zhǎng)的所述測(cè)量的 其他散射光的比率來(lái)計(jì)算散射光比率參數(shù)；基于針對(duì)所述至少一個(gè)波長(zhǎng)的所述測(cè)量的透射光與針對(duì)所述第二波長(zhǎng)的所述測(cè)量的 其他透射光的比率來(lái)計(jì)算透射光比率參數(shù)，所述測(cè)量數(shù)據(jù)包括所述散射光比率參數(shù)和所述 透射光比率參數(shù)。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括:測(cè)量環(huán)境溫度；測(cè)量體表溫度；測(cè)量體溫；以及在確定所述物質(zhì)濃度之前，基于所述環(huán)境溫度、所述體表溫度以及所述體溫來(lái)修改所 述測(cè)量數(shù)據(jù)、所述預(yù)定相關(guān)性或者兩者。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括調(diào)制所述光源。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述物質(zhì)為葡萄糖。7.—種存儲(chǔ)指令的非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述指令在由處理器執(zhí)行時(shí)致使所述處理 器啟動(dòng)或執(zhí)行操作，所述操作包括:接收通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)獲得的針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶的來(lái)自身體的透射光的測(cè)量結(jié)果； 接收通過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)獲得的針對(duì)所述至少一個(gè)波長(zhǎng)帶的來(lái)自所述身體的散射光的 測(cè)量結(jié)果；以及基于測(cè)量數(shù)據(jù)與葡萄糖濃度之間的預(yù)定相關(guān)性來(lái)確定所述身體中的物質(zhì)濃度，所述測(cè) 量數(shù)據(jù)與所述透射光的測(cè)量結(jié)果和所述散射光的測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)。8.—種系統(tǒng)，其包括:光源；光檢測(cè)器；第一光學(xué)系統(tǒng)，其被配置來(lái)將光的透射部分引導(dǎo)到所述檢測(cè)器上并且進(jìn)一步被配置來(lái) 阻擋所述光的散射部分；以及第二光學(xué)系統(tǒng)，其被配置來(lái)將光的所述透射部分和所述散射部分引導(dǎo)到所述檢測(cè)器上。9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，所述光源包括近紅外線(NIR)激光二極管和準(zhǔn)直透鏡，其 被配置來(lái)選擇性產(chǎn)生至少第一波長(zhǎng)帶和第二波長(zhǎng)帶中的準(zhǔn)直NIR光束。10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，所述光源包括第一NIR激光二極管和第二NIR激光二極 管，所述第一 NIR激光二極管被配置來(lái)產(chǎn)生第一波長(zhǎng)帶中的準(zhǔn)直NIR光束，所述第二NIR激光 二極管被配置來(lái)產(chǎn)生第二波長(zhǎng)帶中的準(zhǔn)直NIR光束。11.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，所述第一光學(xué)系統(tǒng)包括具有f/3或更大光圈值的透鏡。12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，所述第一光學(xué)系統(tǒng)還包括一個(gè)或多個(gè)視野限制器，用于 抑制所述光的所述散射部分在所述透鏡處的接收。13.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，所述第二光學(xué)系統(tǒng)包括具有f/1或更小光圈值的透鏡。14.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，所述散射光包括由身體在小角散射范圍內(nèi)所散射的光。15.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其還包括電機(jī)，所述電機(jī)被配置來(lái)將所述第一光學(xué)系統(tǒng) 或所述第二光學(xué)系統(tǒng)選擇性定位在所述光源與所述光檢測(cè)器之間。16.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其還包括干擾濾波器，所述干擾濾波器被配置來(lái)傳遞第 一波長(zhǎng)帶內(nèi)的光，物質(zhì)影響所述身體對(duì)所述第一波長(zhǎng)帶內(nèi)的光的吸收，并且阻擋第二波長(zhǎng) 帶內(nèi)的光，所述物質(zhì)對(duì)所述身體對(duì)所述第二波長(zhǎng)帶內(nèi)的光的吸收沒(méi)有作用或具有可忽略不 計(jì)的作用。17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其還包括電機(jī)，所述電機(jī)被配置來(lái)將所述干擾濾波器選 擇性定位在所述光源與所述光檢測(cè)器之間。18.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，所述檢測(cè)器包括選自硅、砷化鋁鎵及其組合的至少一種 材料。19.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，所述檢測(cè)器被聯(lián)接到鎖定放大器以便減少對(duì)來(lái)自其他光 源的光噪音的檢測(cè)。20.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其還包括處理器和存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)器包括指令，所 述指令當(dāng)由所述處理器執(zhí)行時(shí)致使所述處理器啟動(dòng)或執(zhí)行操作，所述操作包括:接收通過(guò)第一光學(xué)系統(tǒng)獲得的針對(duì)至少一個(gè)波長(zhǎng)帶的來(lái)自身體的透射光的測(cè)量結(jié)果；接收通過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)獲得的針對(duì)所述至少一個(gè)波長(zhǎng)帶的來(lái)自所述身體的散射光的 測(cè)量結(jié)果；基于測(cè)量數(shù)據(jù)與物質(zhì)濃度之間的預(yù)定相關(guān)性來(lái)確定所述身體中的所述物質(zhì)濃度，所述 測(cè)量數(shù)據(jù)與所述透射光的測(cè)量結(jié)果和所述散射光的測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)。
【文檔編號(hào)】G01N21/47GK105979871SQ201580007043
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年1月12日
【發(fā)明人】Y·格爾麗茲
【申請(qǐng)人】格魯科威斯塔公司