專利名稱：使用高滲流體檢測被分析物濃度的非侵入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測被分析物濃度的方法，更具體地說，涉及使用高滲流體以非侵入方式檢測被分析物濃度，如葡萄糖濃度的方法。
背景技術(shù)：
在對某種生理異常的診斷和保養(yǎng)中，定量確定體液中的被分析物是非常重要的。例如，應(yīng)該對某個(gè)個(gè)體內(nèi)的乳酸鹽、膽固醇和膽紅素進(jìn)行監(jiān)測。尤其對糖尿病病人來說，確定體液中的葡萄糖量很重要，他們必須經(jīng)常檢查體液中的葡萄糖水平，以此來調(diào)整飲食中的葡萄糖攝入量。葡萄糖濃度的確定可以以非侵入或侵入方式進(jìn)行。由于侵入法通常涉及以刺血針取出體液，如血液，因此就希望有可靠的非侵入葡萄糖監(jiān)測技術(shù)。
對于非侵入葡萄糖監(jiān)測技術(shù)，最大的障礙就是皮膚中的水分要吸收99％的光。因此，葡萄糖的確定還要包括水分背景，由于該背景所帶來的噪音水平而使葡萄糖的測量大大困難且不可靠。而且，皮膚對光進(jìn)行散射，其導(dǎo)致對于光學(xué)讀出頭來說皮膚顯得幾乎不透明。更具體地說，皮膚中的水、膠原蛋白和其它分子散射大部分光，其導(dǎo)致對于光學(xué)讀出頭來說皮膚顯得幾乎不透明。為了試圖克服這些問題，在降低噪音水平的改進(jìn)方法中，使用了強(qiáng)的近紅外(NIR)光源來測量NIR許多波長處的透射和/或反射。但此方法有許多缺陷，由于其需要昂貴的設(shè)備和大量的病人校準(zhǔn)情況，因此該方法不可行。
希望提供一種克服上述缺陷，以非侵入方式檢測被分析物濃度，如葡萄糖濃度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明概述根據(jù)一種非侵入方法確定被分析物濃度，包括將高滲溶液應(yīng)用于皮膚局部區(qū)域。高滲溶液適于在皮膚區(qū)域至少部分吸收，從而使皮膚變得一般透明。將光學(xué)讀出頭置于皮膚一般透明的區(qū)域上。借助于光學(xué)讀出頭用至少一個(gè)波長來測定分析物的光量。由光量計(jì)算出被分析物濃度。
根據(jù)另一種非侵入方法，葡萄糖濃度的測定包括將高滲溶液應(yīng)用于皮膚局部區(qū)域。使高滲溶液適于在皮膚區(qū)域至少部分吸收，從而使皮膚變得一般透明。將光學(xué)讀出頭置于皮膚一般透明的區(qū)域上。借助于光學(xué)讀出頭用至少一個(gè)波長來測定葡萄糖的光量。由光量計(jì)算出葡萄糖濃度。
根據(jù)又一種非侵入方法，葡萄糖濃度的確定包括將甘油應(yīng)用于皮膚局部區(qū)域，從而使皮膚變得一般透明。將光學(xué)讀出頭置于皮膚的一般透明的區(qū)域上。借助于光學(xué)讀出頭用中紅外波長、近紅外波長的至少一個(gè)或其結(jié)合來測定葡萄糖的光量。由光量計(jì)算出葡萄糖濃度。
根據(jù)一種非侵入方法計(jì)算被分析物濃度，該方法包括將高滲溶液應(yīng)用于皮膚局部區(qū)域。使高滲溶液至少被皮膚區(qū)域部分吸收，從而使皮膚變得一般透明。將光學(xué)讀出頭置于皮膚的一般透明的區(qū)域上。借助于光學(xué)讀出頭用至少一個(gè)波長來測定被分析物的光量。
附圖簡述

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種方法的流程圖。
雖然容許對本發(fā)明進(jìn)行各種改進(jìn)和變型，但已通過實(shí)施例在附圖中對其特定方法進(jìn)行了表示，并將在此處進(jìn)行詳細(xì)描述。但應(yīng)理解的是，不是為了將發(fā)明限制為已公開的特定形式，相反，是為了將所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的全部改進(jìn)、等同和變型的發(fā)明包括在內(nèi)。
舉例說明的實(shí)施方案的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及確定被分析物濃度的非侵入方法。在本發(fā)明的一個(gè)方法中，被分析物為葡萄糖。但認(rèn)為該方法也可對其它被分析物進(jìn)行測定。例如，認(rèn)為本發(fā)明的非侵入方法可用于確定膽固醇、清蛋白或果糖濃度。認(rèn)為本發(fā)明的非侵入方法可用于確定其它被分析物濃度，如乳酸鹽或膽紅素的濃度。但本發(fā)明并不限于這些特定的被分析物。
根據(jù)一種非侵入方法，通過將高滲溶液應(yīng)用于人類皮膚局部區(qū)域來測定被分析物濃度。如圖1的步驟10所示。認(rèn)為本發(fā)明可用于其它種類皮膚，例如動(dòng)物皮膚。使高滲溶液適于至少被皮膚區(qū)域部分吸收，從而使皮膚變得一般透明。希望使高滲溶液適于被皮膚區(qū)域充分或完全吸收，從而使皮膚變得基本或完全透明。使高滲溶液適于至少部分取代皮膚區(qū)域的水分。希望這樣是因?yàn)槠つw中的水分、膠原蛋白和其它分子通過散射大部分光而增強(qiáng)了背景噪音。人們認(rèn)為，查看更深層皮膚組織的能力顯著降低了背景吸收。
可以使用的高滲溶液的例子是甘油。由于與水相比，甘油的折射率與膠原蛋白的折射率更匹配，使光可以穿過皮膚區(qū)域，因此甘油是所希望的高滲溶液。使用甘油作為高滲溶液能使皮膚變得基本或完全透明。
如圖1的步驟20所示，光學(xué)讀出頭置于皮膚的一般性透明區(qū)域上。光學(xué)讀出頭可為反射讀出頭、透射讀出頭或二者的結(jié)合。在至少一個(gè)選定的波長處測定被分析物的透射和/或反射光。配置光學(xué)讀出頭來測量被分析物的透射和/或反射光。光學(xué)讀出頭還包括光源，例如傳統(tǒng)的低耗發(fā)光二極管LED)。
可在本發(fā)明非侵入方法中使用的光學(xué)讀出頭的例子是商業(yè)上使用的，用脈沖血氧儀測量血氧水平的光學(xué)讀出頭。這種用在脈沖血氧儀中的光學(xué)讀出頭測量透射光。很可能需要本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員對這種光學(xué)讀出頭進(jìn)行改進(jìn)，以測得準(zhǔn)確的所選被分析物。例如，如果所要測定的被分析物是血液中的葡萄糖，那么本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)選擇光學(xué)讀出頭中的特定波長以測定葡萄糖。一種改進(jìn)光學(xué)讀出頭的方法是選擇近紅外波長處的LED，在此波長處有已知的葡萄糖吸收帶。將該LED用于通過皮膚照亮樣品，并檢測反射或透射光?？梢詫z測器由，例如標(biāo)準(zhǔn)硅檢測器，改進(jìn)為硫化鉛檢測器。硅檢測器在可見波長區(qū)域有感光性，而硫化鉛檢測器在紅外區(qū)域有感光性。
本發(fā)明可使用的光學(xué)讀出頭的一個(gè)商業(yè)例子是Philips MedicalSystems-Medical Supplies(3000Minuteman Rd.，MS0040 Andover，Massachusetts01810，美國)制造的光學(xué)讀出頭。根據(jù)待測分析物，可能需要本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員對光學(xué)讀出頭進(jìn)行改進(jìn)。
或者，可以使用反射分光光度測定法，在至少一個(gè)選定的波長處測量被分析物的反射光。可使用的另一個(gè)方法涉及到傅立葉變換紅外分光光度法(FTIR)，其基于反射光，但具有與反射率光譜學(xué)不同的檢測光學(xué)。
仍參照圖1，在其步驟30中，通過光學(xué)讀出頭，在至少一個(gè)波長處測量被分析物的透射和/或反射光。希望在中紅外頻率處(約1.5-25微米(μm))測量被分析物的透射和/或反射光。但認(rèn)為，可以在中紅外波長以外的其它波長處或結(jié)合使用中紅外波長來測量被分析物的透射和/或反射光。例如，可以在近紅外波長(NIR)處測量透射和/或反射光，此處的近紅外波長定義為約0.90-2.0微米(μm)?？梢栽诤芏嗖ㄩL(如中和/或近紅外波長)處測量被分析物的透射和/或反射光。根據(jù)被分析物的不同，可能希望在多個(gè)波長處進(jìn)行測量，因?yàn)樵谙嘟l率處，其它分析物可能也有吸收。因此，在多個(gè)波長處進(jìn)行測量可以提高測量的可靠性和精確性。
特別優(yōu)選在多個(gè)中紅外波長處測量葡萄糖的透射和/或反射光，因?yàn)槿藗冋J(rèn)為葡萄糖在此波長處的吸收最強(qiáng)。認(rèn)為也可使用其它波長，如近紅外波長。一些選定的測量葡萄糖透射和/或反射光的波長為約1-約15微米，更優(yōu)選，約1.9微米。認(rèn)為這些波長與葡萄糖濃度的測量值有很好的相關(guān)性。
在圖1的步驟40中由光量計(jì)算出被分析物的濃度。在被分析物(如，葡萄糖)濃度的一個(gè)計(jì)算方法中，選定波長處的光量與已知的葡萄糖濃度相關(guān)。因此，使用在選定波長處的反射和/或透射光可確定未知的葡萄糖濃度。這種計(jì)算可以不需要周期性的病人校準(zhǔn)。認(rèn)為有許多將一個(gè)或多個(gè)波長處的吸收與葡萄糖濃度相關(guān)起來的方法。根據(jù)一種方法，建立了葡萄糖校準(zhǔn)算法。臨時(shí)申請No.60/355,358中公開了一個(gè)這種葡萄糖校準(zhǔn)算法的例子，其題目為“Non-Invasive Systemfor the Determination of Analytes in Body Fluids”，2002年2月11日申請，此處引用其全部內(nèi)容作為參考。
在這種葡萄糖校準(zhǔn)算法中，由至少第一個(gè)和第二個(gè)試驗(yàn)對象的身體組織獲得光譜數(shù)據(jù)，將其結(jié)合起來產(chǎn)生模型，用來預(yù)測所有提供了數(shù)據(jù)的試驗(yàn)對象的葡萄糖水平。通過本領(lǐng)域已知的標(biāo)準(zhǔn)方法校驗(yàn)逸出值，并且還通過正交信號(hào)校正(OSC)約簡和子波分析濾波進(jìn)行預(yù)處理來增強(qiáng)葡萄糖信號(hào)并抑制水和其它背景信號(hào)而將試驗(yàn)對象的原始信號(hào)歸一化。然后，利用所得光譜數(shù)據(jù)組，通過利用百葉簾式交叉確認(rèn)對至少一部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行偏最小二乘(PLS)回歸，來建立校準(zhǔn)模型。認(rèn)為其它數(shù)據(jù)建立技術(shù)也可用來削減或除去背景信號(hào)，該技術(shù)包括，但不限于，一級導(dǎo)數(shù)濾波、二級導(dǎo)數(shù)濾波、利用遺傳算法進(jìn)行波長選擇、子波處理和主成分分析。還可使用其它技術(shù)來建立校準(zhǔn)模型，如不同類型的回歸，其包括主成分回歸、脊形回歸或常規(guī)的(反)最小二乘回歸。
如任選的步驟50中所示，可以用溶劑(如水)清洗皮膚以充分除去高滲溶液和使皮膚區(qū)域水合化。
雖然對本發(fā)明的特別實(shí)施方案和應(yīng)用進(jìn)行了說明和描述，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限定于此處公開的確定的方法，在不偏離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍下，針對前面的描述所進(jìn)行的各種改進(jìn)、改變和變型應(yīng)為顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種確定被分析物濃度的非侵入方法，包括將高滲溶液應(yīng)用于皮膚的局部區(qū)域，使高滲溶液適于被皮膚區(qū)域至少部分吸收，從而使皮膚變得一般透明；將光學(xué)讀出頭置于皮膚的一般透明的區(qū)域上；借助于光學(xué)讀出頭用至少一個(gè)波長測定被分析物的光量；和由光量計(jì)算出被分析物濃度。
2.權(quán)利要求1的方法，其中被分析物為葡萄糖。
3.權(quán)利要求1的方法，其中被分析物為膽固醇、清蛋白或果糖。
4.權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)選擇的波長在中紅外波長處。
5.權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)選擇的波長在近紅外波長處。
6.權(quán)利要求1的方法，其中對被分析物反射光的量的測定在多個(gè)選擇的波長處進(jìn)行。
7.權(quán)利要求1的方法，其中測定的光量為透射光的量。
8.權(quán)利要求1的方法，其中測定的光量為反射光的量。
9.權(quán)利要求1的方法，其中高滲溶液為甘油。
10.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括用水清洗皮膚區(qū)域以充分除去高滲溶液和使皮膚區(qū)域水合化。
11.權(quán)利要求1的方法，其中皮膚為人類皮膚。
12.一種確定葡萄糖濃度的非侵入方法，包括將高滲溶液應(yīng)用于皮膚的局部區(qū)域，使高滲溶液適于被皮膚區(qū)域至少部分吸收，從而使皮膚變得一般透明；將光學(xué)讀出頭置于皮膚的一般透明的區(qū)域上；借助于光學(xué)讀出頭用至少一個(gè)波長測定葡萄糖的光量；和由光量計(jì)算出葡萄糖的濃度。
13.權(quán)利要求12的方法，其中高滲溶液為甘油。
14.權(quán)利要求12的方法，其中至少一個(gè)選擇的波長在中紅外波長處。
15.權(quán)利要求12的方法，其中至少一個(gè)選擇的波長在近紅外波長處。
16.權(quán)利要求12的方法，其中對被分析物反射光的量的測定在多個(gè)選擇的波長處進(jìn)行。
17.權(quán)利要求12的方法，其中測定的光量為反射光的量。
18.權(quán)利要求12的方法，其中測定的光量為透射光的量。
19.權(quán)利要求12的方法，進(jìn)一步包括用水清洗皮膚區(qū)域以充分除去高滲溶液和使皮膚區(qū)域水合化。
20.權(quán)利要求12的方法，其中皮膚為人類皮膚。
21.一種確定葡萄糖濃度的非侵入方法，包括將甘油應(yīng)用于皮膚的局部區(qū)域，從而使皮膚變得一般透明；將光學(xué)讀出頭置于皮膚的一般透明的區(qū)域上；借助于光學(xué)讀出頭在中紅外波長處、近紅外波長處或其結(jié)合處測定葡萄糖的光量；和由光量計(jì)算出葡萄糖的濃度。
22.權(quán)利要求21的方法，其中對被分析物反射光的量的測定在多個(gè)選擇的波長處進(jìn)行。
23.權(quán)利要求21的方法，其中測定的光量為反射光的量。
24.權(quán)利要求21的方法，其中測定的光量為透射光的量。
25.權(quán)利要求21的方法，其中皮膚為人類皮膚。
26.一種在計(jì)算被分析物濃度中使用的非侵入方法，包括將高滲溶液應(yīng)用于皮膚的局部區(qū)域，使高滲溶液適于被皮膚區(qū)域至少部分吸收，從而使皮膚變得一般透明；將光學(xué)讀出頭置于皮膚的一般透明的區(qū)域上；借助于光學(xué)讀出頭用至少一個(gè)波長測定被分析物的光量。
27.權(quán)利要求26的方法，其中高滲溶液為甘醇，且被分析物為葡萄糖。
全文摘要
一種確定被分析物濃度的非侵入方法，包括將高滲溶液應(yīng)用于皮膚的局部區(qū)域。使高滲溶液適于被皮膚區(qū)域至少部分吸收，從而使皮膚變得一般透明。將光學(xué)讀出頭置于皮膚的一般透明的區(qū)域上。借助于光學(xué)讀出頭用至少一個(gè)波長來測定被分析物的光量。由光量計(jì)算出被分析物濃度。被分析物可為葡萄糖，且高滲溶液可為甘油。
文檔編號(hào)G01N21/35GK1573318SQ200410047790
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月2日
發(fā)明者A·J·多斯曼 申請人:拜爾健康護(hù)理有限責(zé)任公司