專利名稱：血糖分光光度測定儀及其測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及血糖分光光度測定儀及血糖的測定方法，更具體地說，涉及可測定血液樣品中葡萄糖濃度，特別是不必抽血在人體以外非侵害地測定血液中葡萄糖濃度的血糖近紅外分光光度測定儀及利用此測定儀的血糖分光光度測定方法。
盡管通過測量血液中所含的葡萄糖濃度可以測定血糖計數(shù)，但人們還是提出了若干種按照先有技術(shù)的測量方法，包括一種基于葡萄糖可還原性的方法，另一種利用酸條件下葡萄糖的直接反應(yīng)，還有一種利用葡萄糖的酶反應(yīng)。臨床醫(yī)學(xué)用的方法包括一種從手指或腳趾抽出或以其他某種方法取樣的血液與葡萄糖氧化酶反應(yīng)，利用取決于血液中葡萄糖濃度的反應(yīng)測量著色程度或電動勢，并把著色程度或電動勢轉(zhuǎn)換成血糖計數(shù)的方法。
但是，如上所述，傳統(tǒng)用的每一種類型的血糖計都要求抽血。這不僅意味著糖尿病人不得不忍受抽血的痛苦，對于糖尿病人來說每月要抽血100次以上，而且須要花相當(dāng)長的時間、勞力和金錢來消毒，以防止抽血時可能的感染。
另外，在上述作為基本技術(shù)的酶反應(yīng)中用的葡萄糖氧化酶是一種容易變性和活性減弱的酶蛋白，這引起了保存問題，該蛋白質(zhì)最多只能保存約6個月。
此外，由于這個酶反應(yīng)系統(tǒng)是一種使葡萄糖氧化酶反應(yīng)產(chǎn)物與顏料系統(tǒng)結(jié)合并測量顏料中的任何改變的方法，該反應(yīng)復(fù)雜并要求有許多控制手段來設(shè)置反應(yīng)條件。因而，它要用昂貴的測量儀器，而且還涉及每個樣品從抽血到實際測量需要長達(dá)10至15分鐘的時間。
鑒于這種狀態(tài)，提出了一種方法，通過用近紅外光輻照人體，按照透射光的強(qiáng)度確定血糖計數(shù)。但是，采用這些方法中的任何一種，波長分辨率都影響重大，并且無法通過頻譜檢測因葡萄糖和蛋白質(zhì)的耦合程度而發(fā)生細(xì)小變化的波形(峰和谷)的相對高度，導(dǎo)致血糖測量的準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性不足。這些方法中沒有一種已經(jīng)適合于實際應(yīng)用。
為了解決上述問題本發(fā)明者進(jìn)行了熱心的研究，并注意到完成這些任務(wù)中的第一項的可能性，亦即通過實現(xiàn)一種可以從外部用近紅外波段的光輻照血液樣品或活體中的血液，例如通過手指并測量葡萄糖所特有的波長吸收的定量分析儀，使非侵害測定成為可行。本發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)可以用以下方法完成第二項任務(wù)，亦即以高準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性進(jìn)行測定可以通過用分成細(xì)小部分的近紅外光照射待測量的人體的一部分、接收由人體組織，包括其皮膚、肌肉和毛細(xì)血管透射的光，通過切換輻照光的波長分析吸收光譜，并計算血液中葡萄糖的濃度。根據(jù)這些測定本發(fā)明者可以完成本發(fā)明。
因此，本發(fā)明涉及血糖分光光度測定儀，它是一種近紅外定量分析儀，用來測量血液中葡萄糖的濃度，它配備有以下號碼為(1)至(3)的裝置(1)近紅外輻照裝置，用來以聲光可調(diào)諧濾波器連續(xù)地把波長在0.8至2.5μm范圍內(nèi)的近紅外光的波長分成細(xì)小部分，并以此來輻照測量對象；(2)光電轉(zhuǎn)換裝置，用來接收透過被近紅外輻照裝置輻照的測量對象的光，并對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；和(3)葡萄糖濃度計算裝置，用來通過分析根據(jù)由所述光電轉(zhuǎn)換裝置光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的檢測信號獲得的吸收光譜來計算測量對象內(nèi)血液中葡萄糖的濃度。
本發(fā)明的第二方面涉及一種血糖分光光度測定方法，它允許測定血液中葡萄糖的濃度，所述方法包括以下步驟(1)近紅外輻照步驟，以聲光可調(diào)諧濾波器連續(xù)地把波長在0.8至2.5μm范圍內(nèi)的近紅外光的波長分成細(xì)小部分，并以此輻照測量對象；(2)光電轉(zhuǎn)換步驟，接收經(jīng)過在近紅外輻照步驟用近紅外光輻照的測量對象透射或反射的光，并對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；和(3)葡萄糖濃度計算步驟，通過對根據(jù)由所述光電轉(zhuǎn)換步驟光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的檢測信號獲得的吸收光譜進(jìn)行分析和計算，評定測量對象內(nèi)血液中葡萄糖的濃度。
按照本發(fā)明的血糖分光光度測定儀的近紅外輻照裝置連續(xù)地把波長在0.8至2.5μm范圍內(nèi)的近紅外光的波長分成細(xì)小的部分，并以此輻照測量對象。
近紅外光可以通過對來自規(guī)定的光源的光進(jìn)行波長選擇而得，并可以用配備有旋轉(zhuǎn)干涉濾波器等允許根據(jù)要求設(shè)置工作條件的光譜分析儀加以保證。尤其適用的是具有作為其一個組件的聲光可變振蕩可調(diào)諧的濾波器的近紅外分光裝置。
配備有具有作為其一個組件的聲光可變振蕩濾波器的近紅外分光裝置的近紅外輻照裝置包括(i)光源；(ii)來自光源的光入射其上的聲光可變振蕩濾波器；(iii)高頻振動器，用于把聲振動加在聲光可變振蕩濾波器上；(iv)高頻產(chǎn)生裝置，用來把高頻施加在高頻振動器上。更具體地說，如

圖1所舉例說明的，它包括高頻電源1、高頻振動器2、聲光可變振蕩濾波器3和光源4。
高頻產(chǎn)生裝置1可以是任何一種一般采用的裝置，不限于特定類型，可以采用任何能夠產(chǎn)生可按要求控制的高頻的裝置。作為高頻振動器2，可以是能夠向聲光可變振蕩濾波器3提供聲振動的任何裝置，可以采用壓電元件?？梢赃@樣控制施加在壓電元件上的高頻、以便對波長在0.8至2.5μm范圍內(nèi)的近紅外光進(jìn)行細(xì)分，盡管部分取決于介質(zhì)類型和聲光可變振蕩濾波器的性能，但最佳波長范圍是30至100MHz，尤其是30至80MHz。作為光源4，可采用鹵鎢燈等，但其選擇不限于此。
上述近紅外輻照裝置可以用下述近紅外輻照步驟操作。因此，這里提供如上所述的血糖分光光度測定方法，其中近紅外輻照步驟是以下步驟的組合(i)把高頻施加在高頻振動器上的子步驟；(ii)在子步驟(i)把高頻施加于其上的高頻振動器把聲振動施加在聲光可變振蕩濾波器上的子步驟；和(iii)令光由光源入射在子步驟(ii)中施加了聲振動的聲光可變振蕩濾波器上、導(dǎo)致發(fā)射波長在0.8至2.5μm范圍內(nèi)的近紅外光的子步驟。
聲光可變振蕩的濾波器3的介質(zhì)包括雙折射晶體光譜材料。在聲光可變振蕩濾波器中，當(dāng)聲振動施加在雙折射晶體上時，這里產(chǎn)生密度的周期性變化，并且由密度變化造成的折射率變化沿著聲振動的方向波動地傳播。因此，當(dāng)光入射此處時，某些光線按照每一個波陣面的折射率被反射。該濾波器設(shè)計成在所述反射光線之間產(chǎn)生光程差，從而發(fā)射近紅外光。
可根據(jù)需要使用任何一種合適的雙折射晶體光譜材料，而不限于任何特定的類型，并且，為了測量血糖可以選擇能夠發(fā)射波長范圍為0.8至2.5μm的細(xì)分輻射光的雙折射晶體光譜材料。例如，可能的選擇包括二氧化碲(TeO2)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鉈酸鋰(LiTaO3)、磷化鎵(GaP)、鉬酸鉛(PbMoO4)、鍺(Ge)、磷化銦(Inp)、硒化鉈砷(Tl3AsSe3)、硅玻璃(SiO2)、方解石(CaCO3)和水(H2O)。最好選擇這樣的材料，以便控制其材料類型和成份、使得能夠獲得從近紅外光波長細(xì)分導(dǎo)出的光，二氧化碲尤為適用。
用利用這樣一種雙折射晶體光譜材料獲得的近紅外光輻照人體可以形成對計算葡萄糖濃度有效的吸收光譜。適用于按照本發(fā)明的血糖分光光度測定儀的聲光可變波長濾波器，例如，是美國專利5,120,961和National Publication of Translation No.10-512678所描述的聲光可調(diào)諧濾波器(AOTF)。另外，為了避免任何這樣的聲光可變振蕩濾波器的溫度漂移，可以采用日本公開特許公報No.10-38690所描述的方法。
為了在輻照中使用，宜用波長范圍0.8至2.5μm的近紅外光，任何較短的波長都會由于葡萄糖吸收測量電平太低而不宜用于分析。另一方面，任何較長的波長會引起吸收太強(qiáng)的問題，并造成缺乏透明度。
通過對波長在0.8至2.5μm范圍內(nèi)的近紅外光進(jìn)行連續(xù)細(xì)分而得到的近紅外輻照裝置輻照測量對象用的光，在波長分辨率上最好不細(xì)于0.001μm，又不粗于1nm。這樣細(xì)分的輻照光的使用使多點(diǎn)測量成為可能，后者又可以識別出血液中作為隨著與蛋白質(zhì)的耦合形式而變的、吸收不同波長的光的若干種變性產(chǎn)品存在的各種類型(Version)的葡萄糖。作為用這種多點(diǎn)測量成功跟蹤變性類型吸收現(xiàn)象的結(jié)果，廣泛的分析變得可能，于是能夠準(zhǔn)確計算血液中葡萄糖的濃度。可以選擇例如，至少200點(diǎn)，或者一般幾百個測量點(diǎn)。
接著將描述用近紅外輻照裝置以近紅外光進(jìn)行輻照的方法。
輻照可以用以下3種方法中的一種完成。
(1)第一種方法用近紅外光輻照測量對象，并把經(jīng)過測量對象透射的光直接聚焦在光接收元件上。
(2)第二種方法用近紅外光輻照測量對象，并用安裝在測量對象背面的反射板反射經(jīng)過測量對象透射的光，并把再次經(jīng)過測量對象透射的光聚焦在光接收元件上。
(3)第三種方法用近紅外光輻照測量對象，并用安裝在測量對象背面的反射板漫反射經(jīng)過測量對象透射的光，以便聚焦在光接收元件上。
盡管這些方法中任何一種均可采用，但第一種透射方法在硬件和操作上比其余兩種簡單。
按照第一透射系統(tǒng)，更具體地說，在按照本發(fā)明的血糖分光光度測定儀的配置中，如圖1所示，測量對象7用輻照光c輻照，獲得作為接收光d的透射光。圖3所示的夾子是該透射系統(tǒng)的另一個特定的示例。
在如圖6所示的實施第二透射反射方法的特定示例中，測量對象由輻照光點(diǎn)113輻照；經(jīng)過測量對象透射的光被安裝在測量對象背面的反射板反射；以及經(jīng)過測量對象再次透射的光從光接收光點(diǎn)聚焦在光接收元件上。透射反射方法中的反射板的材料可以是(但不限于)陶瓷(特別可取)、或氧化鋁、氧化硅、氮化硅等。
用第三種漫反射方法，經(jīng)過測量對象透射的光被安裝于測量對象背面的反射板漫反射，以便聚焦在光接收元件上。
順便指出，圖3至8舉例說明非侵害性測量用的工具。對于侵害性測量，可以用充滿從人體抽出的血液樣品的石英玻璃試管，或者放上血液樣品的反射板。若抽取的血液在反射板上完全或部分烘干，則血液的水含量會蒸發(fā)，水分子在近紅外波長區(qū)域的吸收會減小。結(jié)果，血液在葡萄糖的吸收可以比較清楚和準(zhǔn)確地測定，而不受水的吸收干擾。
接著，將描述測量對象用的固定裝置。
可以用作測量對象的包括從人體抽取的血液樣品和人體的一部分，諸如手指、腳趾、耳垂或任何其他有毛細(xì)血管的部分。
當(dāng)準(zhǔn)備利用按照本發(fā)明的近紅外輻照裝置以近紅外光輻照人體時，最好用某種裝置固定準(zhǔn)備測量的部分。尤其是在人體以外非侵害性測量時，從準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性的角度看最好拾取兩種類型的測量數(shù)據(jù)，一種在血液循環(huán)正常狀態(tài)下，而另一種在輕微止血的狀態(tài)下，并利用兩組數(shù)據(jù)之間的差值。如圖3至9所示的固定裝置會被證明對測定這種差值是有用的。
這樣，“正常狀態(tài)”和“止血狀態(tài)”之間的差值代表血液本身的吸收程度，作為充血的結(jié)果在那些部分血液數(shù)量大于一般情況。會妨礙血液中葡萄糖濃度分析的皮膚和肌肉的吸收計數(shù)被清除，并對提高血液測量準(zhǔn)確度有用。
固定測量對象用的這些裝置中的每一種都配備有能夠在人體準(zhǔn)備測量的部分建立充血狀態(tài)的夾緊裝置。
作為固定裝置的具體示例，可以列舉圖3至8中舉例說明的夾子。如圖2所示這些夾子可以在通過光纖連接到血糖測定裝置本身的狀態(tài)下使用。圖3至5所示的夾子是透射測量方法的實施例，而圖6中的是第二透射反射方法的實施例，兩者都用手指作為測量對象。圖3所示的夾子在平面上其形狀類似于撬桿(PINCH)，并包括塊A，B和C，以及設(shè)置在這些塊上的手指夾緊部分。這些塊彼此鏈接起來，以便能夠使手指夾緊部分通過鉸鏈111上旋開和旋閉，使得可以通過同時從外面壓塊B和C的末端而將手指夾緊部分張開。光纖112埋入塊A中用于輻照，而該塊配備有輻照光點(diǎn)113。接收透射光用的光接收光點(diǎn)114和把光送到光接收元件用的光纖115埋在塊B中。止血環(huán)116裝在塊C的手指夾緊部分。止血環(huán)的優(yōu)選材料是，例如，海綿。
圖6至8舉例說明透射反射方法用的一對夾子。該對夾子與圖3至5所示的夾子的差異在于，埋入塊A和塊B中的輻照光纖112和光接收光纖115配備有反射板118，對著輻照光點(diǎn)113和塊A的光接收光點(diǎn)114’。
不論利用哪一種固定裝置，在測量程序中，首先打開塊B和C手指夾緊部分，把手指插入它們之間，在血液循環(huán)正常狀態(tài)下關(guān)閉塊B以夾緊手指的表皮和肌肉部分至厚度4至6mm，讓近紅外光穿過手指，以便進(jìn)行第一測量階段。然后關(guān)閉塊C，比所述被夾緊部分離中心更近的接合面用皮帶型或環(huán)形的止血環(huán)116扼住，等待幾秒直至測量部分充血，進(jìn)行第二階段的測量。這樣獲得的測量數(shù)據(jù)自動讀入算術(shù)電路。
光電轉(zhuǎn)換裝置包括一種裝置，用來接收由近紅外輻照裝置發(fā)射并經(jīng)過測量對象透射的光，并將其光電轉(zhuǎn)換成提供吸收光譜的檢測信號。圖1舉例說明一種配置，它包括測量對象7、用于引導(dǎo)經(jīng)過測量對象7透射的光d的光纖8、透鏡9和用來進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換成檢測信號的光接收元件10。
光電轉(zhuǎn)換裝置可以通過以下的光電轉(zhuǎn)換步驟操作。就是說，光電轉(zhuǎn)換步驟是以下步驟的組合而成(i)向光接收元件輸送經(jīng)過測量對象透射或反射的光的子步驟；和(ii)光接收元件輸送給出吸收光譜的檢測信號的子步驟。
光接收元件10可以具有(盡管不限于)例如在陶瓷基片上形成多晶薄膜這樣的配置。它最好由諸如PbS或In-Ga-As等能夠有效地聚焦透射光的光接收材料制成。
擬用以分析計算吸收光譜并利用葡萄糖的分子消光系數(shù)將其轉(zhuǎn)換成葡萄糖濃度的葡萄糖濃度計算裝置，由電子計算電路和電子分析電路配置而成。如圖1所示，由光接收元件10進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而得到的檢測信號e進(jìn)入光譜波形分析計算裝置11，而電子計算電路和電子分析電路則進(jìn)行下面將要描述的分析和計算。
電子計算電路如圖9所示在正常的血液循環(huán)狀態(tài)下夾住人體表皮和肌肉的一部分，通過傳送近紅外光來進(jìn)行第一階段的測量，扼住所述部分，等待被測量部分充血后，完成第二階段的測量。以圖像處理方式對拾取的“正常狀態(tài)光譜”和“充血狀態(tài)光譜”進(jìn)行“減法”，亦即“b.充血狀態(tài)光譜”-“a.正常狀態(tài)光譜”以獲得b-a＝c的“血液光譜”。
在電子分析電路中，存儲配置成臨床醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的“血液光譜數(shù)據(jù)庫”。由于所述“血液光譜數(shù)據(jù)庫”包含許多組光譜數(shù)據(jù)、后者包括血液中葡萄糖濃度不同的數(shù)據(jù)以及血液中蛋白質(zhì)-葡萄糖耦合狀態(tài)不同的數(shù)據(jù)，所以，通過對利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行測量而獲得的血液光譜進(jìn)行整理和比較可以獲得血液中葡萄糖濃度的測量數(shù)據(jù)。
電子分析電路除定量分析結(jié)果外，還可以獲得蛋白質(zhì)-葡萄糖耦合造成的變異位置和信息項中的識別電平。
這些測量和識別結(jié)果作為信號f和g傳輸?shù)綌?shù)字顯示裝置12和數(shù)字電傳裝置13。因而，這使連同光譜一起在血糖測定儀的監(jiān)視器上顯示，例如，數(shù)字值和相關(guān)的信息成為可能，或者根據(jù)要求把它們傳輸?shù)揭?guī)定的電子文件中，并在其中管理它們。
在按照本發(fā)明的上述血糖分光光度測定儀和測定方法中，加入聲光可變振蕩濾波器是它獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征之一；該濾波器使快速測量成為可能，更具體地說，達(dá)到每秒幾千點(diǎn)的測量速度。以每種波長重復(fù)測量幾次到幾十次并對結(jié)果進(jìn)行平均。另外，對設(shè)定的波長范圍掃描幾次到幾十次，并對結(jié)果進(jìn)行平均。這有助于進(jìn)一步提高測量數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性。
涉及上述血糖分光光度測定儀和測定方法的本發(fā)明，包括以下從(1)到(3)的3個最佳實施例。
(1)一種非侵害血糖分光光度測定儀，它包括1)近紅外分光裝置，用來對波長0.8至2.5μm的近紅外光進(jìn)行細(xì)分，該裝置包括高頻產(chǎn)生裝置；在其上施加高頻產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的高頻的壓電元件；在其上施加由壓電元件產(chǎn)生的聲振蕩的聲光可變振蕩濾波器；和提供準(zhǔn)備入射在聲光可變振蕩濾波器上的光的光源。
2)近紅外輻照裝置，用來以近紅外光輻照人體；3)光電轉(zhuǎn)換裝置，用來以光接收元件接收經(jīng)過被近紅外光輻照的人體透射的光，并對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；4)葡萄糖濃度計算裝置，用于通過分析和計算根據(jù)由光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的檢測信號獲得的吸收光譜來評定葡萄糖濃度。
(2)一種非侵害性血糖分光光度測定儀，它包括1)近紅外分光裝置，用來對波長0.8至2.5μm的近紅外光進(jìn)行細(xì)分，該裝置包括高頻產(chǎn)生裝置；在其上施加高頻產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的高頻的壓電元件；在其上施加由壓電元件產(chǎn)生的聲振蕩的聲光可變振蕩濾波器；和提供準(zhǔn)備入射在聲光可變振蕩濾波器上的光的光源；2)近紅外輻照裝置，用來以細(xì)分的近紅外光輻照人體；3)光電轉(zhuǎn)換裝置，用來以安裝在人體背面的反射板反射透過人體的光，使所述光再次透過人體，以光接收元件接收該光線，并對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；4)葡萄糖濃度計算裝置，用于通過分析和計算根據(jù)由光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的檢測信號獲得的吸收光譜來評定葡萄糖濃度。
(3)一種血糖分光光度測定儀，它包括1)近紅外分光裝置，用來對波長0.8至2.5μm的近紅外光進(jìn)行細(xì)分，該裝置包括高頻產(chǎn)生裝置；在其上施加高頻產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的高頻的壓電元件；在其上施加由壓電元件產(chǎn)生的聲振蕩的聲光可變振蕩濾波器；和提供準(zhǔn)備入射在聲光可變振蕩濾波器上的光的光源；2)近紅外輻照裝置，用來以細(xì)分的近紅外光輻照從人體抽取的血液樣品；
3)光電轉(zhuǎn)換裝置，用來以安裝在血液樣品背面的反射板反射透過血液樣品的光，使所述光再次透過血液樣品，以光接收元件接收該光線，并對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；和4)葡萄糖濃度計算裝置，用于通過分析和計算根據(jù)由光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的檢測信號獲得的吸收光譜來評定葡萄糖濃度。
(4)一種非侵害性血糖分光光度測定方法，它包括1)近紅外分光步驟，把高頻產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的高頻施加在壓電元件上，把壓電元件所產(chǎn)生的聲振蕩施加在聲光可變振蕩濾波器上，讓光入射在聲光可變振蕩濾波器上，從而對波長0.8至2.5μm的近紅外光進(jìn)行細(xì)分；2)近紅外輻照步驟，以近紅外光輻照人體；3)光電轉(zhuǎn)換步驟，以近紅外光進(jìn)行輻照，以光接收元件接收透過人體的光，并對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；和4)葡萄糖濃度計算步驟，通過分析和計算根據(jù)在光電轉(zhuǎn)換步驟進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的檢測信號獲得的吸收光譜來評定葡萄糖濃度。
(5)一種非侵害性血糖分光光度測定方法，它包括1)近紅外分光步驟，把高頻產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的高頻施加在壓電元件上，把壓電元件所產(chǎn)生的聲振蕩施加在聲光可變振蕩濾波器上，讓光入射在聲光可變振蕩濾波器上，從而將波長0.8至2.5μm的近紅外光細(xì)分；2)近紅外輻照步驟，以近紅外光輻照人體；3)光電轉(zhuǎn)換步驟，以安裝在人體背面的反射板反射輻照并透過人體的光，讓所述光再次透過人體，用光接收元件接收光并對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；和4)葡萄糖濃度計算步驟，通過分析和計算根據(jù)在光電轉(zhuǎn)換步驟進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的檢測信號獲得的吸收光譜來評定葡萄糖的濃度。
(6)一種血糖分光光度測定方法，它包括1)近紅外分光步驟，把高頻產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的高頻施加在壓電元件上，把壓電元件所產(chǎn)生的聲振蕩施加在聲光可變振蕩濾波器上，讓光入射在聲光可變振蕩濾波器上，從而將波長0.8至2.5μm的近紅外光細(xì)分；2)近紅外輻照步驟，以細(xì)分的近紅外光輻照從人體抽取的血液樣品；3)光電轉(zhuǎn)換步驟，以安裝在血液樣品背面的反射板反射透過血液樣品的光，讓所述光再次透過血液樣品，用光接收元件接收該光線并對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；和4)葡萄糖濃度計算步驟，通過分析和計算根據(jù)在光電轉(zhuǎn)換步驟進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的檢測信號獲得的吸收光譜來評定葡萄糖的濃度。
實施例現(xiàn)將參照本發(fā)明的最佳實施例更具體地描述本發(fā)明，盡管本發(fā)明不限于這些實施例。
第一實施例血糖測定儀[Opto Giken Ltd.(公司)制造的Pluscan SHTM(近紅外分光光度計)改進(jìn)型]通過光纖(見圖2)連接到一對夾子，所述血糖測定儀是按照圖1的硬件配置利用以下部件制造的高頻電源(提供50MHz高頻)；壓電元件(PbS)和聲光可變振蕩濾波器(AOTF)(IFS產(chǎn)品，Maryland，U.S.A.)；光接收元件(pbS)；吸收光譜波形分析電路和算術(shù)電路。
夾子的塊B和C在它們各自的手指夾緊部分都是敞開的；從下側(cè)(塊C一側(cè))把食指插入手指夾緊部分；分別把第二和第三接合面固定在塊B和C的位置上；關(guān)閉塊B；把手指的一部分表皮和肌肉夾在塊A和B之間的縫隙(4至6mm)中；以及從輻照光點(diǎn)發(fā)射波長0.7至2.5μm的近紅外光，輻照被夾緊部分，從而進(jìn)行第一階段測量。然后，關(guān)閉塊C，阻塞血流，等待幾秒后直到測量部分充血，進(jìn)行第二階段測量。圖9舉例說明正常血液循環(huán)狀態(tài)下的近紅外吸收光譜a，充血狀態(tài)下近紅外吸收光譜b和血液光譜(b-a＝c)，亦即a減b的余數(shù)，是由第一和第二階段測量獲得的。放大這個“血液光譜”c的測量數(shù)據(jù)(放大數(shù)字信號)，得出較純凈的“血液光譜”，如圖10所示，可以以比較顯著的相對高度比較詳細(xì)地區(qū)分其中的變化。
從這個“血液光譜”選出1,452μm，1,948μm和5個其他波長(1,614μm，1,686μm，1,737μm，2,067μm和2,193μm)的吸收，把這些吸收轉(zhuǎn)換成葡萄糖濃度。測量進(jìn)行了3次，并如圖8所示，根據(jù)測量結(jié)果，對于A(98.8±0.2mg/dl)和E(181.0±0.2mg/dl)的每一個單獨(dú)地確定吸收光譜。參照波長1,432μm的A和E之間的差值求出平均值為110.3±0.5mg/dl)。
另一個從同一人抽出的血液樣品的葡萄糖濃度用DaikinIndustries，Ltd(公司)制造的“Antosense II”(小電極型血糖計)以酶促法測得為110mg/dl。用按照本發(fā)明的基于聲光可變振蕩濾波器的分光光度測定儀以吸收測量測得的葡萄糖濃度給出了與用酶促法測得的葡萄糖濃度接近的結(jié)果。
第二實施例在與第一實施例相同的測量條件下，采用同樣的操作程序，用本發(fā)明第一實施例的血糖測量儀，對包括糖尿病人的5人A至E測量了葡萄糖濃度(1)，每人測量5次，得到下列結(jié)果。還從同樣5人抽取血液樣品，用Daikin Industries，Ltd(公司)制造的“Antosense II”以酶促法各測量了5次，獲得這些血液樣品的葡萄糖濃度(2)。用按照本發(fā)明的測定儀以吸收測量測得的葡萄糖濃度給出了與用酶促法測得的葡萄糖濃度接近的結(jié)果。用按照本發(fā)明的測量儀測得的結(jié)果還具有優(yōu)異的再現(xiàn)性。
葡萄糖濃度(1)A98.8±0.2mg/dl
B102.3±0.2mg/dlC130.2±0.4mg/dlD142.7+0.1mg/dlE181.0±0.2mg/dl葡萄糖濃度(2)A99mg/dlB105mg/dlC130mg/dlD143mg/dlE183mg/dl第三實施例用與圖1舉例說明的相同的硬件配置，像第一實施例一樣利用聲光可變振蕩濾波器(AOTF)((美國馬里蘭州)IFS產(chǎn)品)，從第一實施例同樣的人員手指頭抽取血液，直接放置在反射板上(用二氧化硅制)上進(jìn)行測量。獲得了110.3mg/dl的血糖計數(shù)。這個結(jié)果表明，按照本發(fā)明的分光光度測定儀不僅可以在人體一部分進(jìn)行非侵害血糖測量，而且可以用于直接從人體抽出的血液的葡萄糖濃度定量測量。
把同樣的血液樣品放置在石英玻璃管內(nèi)進(jìn)行吸收測量，而且測量只用透射光，獲得了110.3mg/dl的血糖計數(shù)。
正如至此為止所描述的，因為本發(fā)明采用聲光可變振蕩濾波器作為它的一個構(gòu)成組件，它可以把近紅外光細(xì)分成細(xì)小的波長部分用于輻照。因此，多點(diǎn)測量成為可能，也就使葡萄糖原樣吸收成為可能，結(jié)果得出高水平的準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性。另外，因為它不采用酶促法，不必使用設(shè)置復(fù)雜反應(yīng)條件所需的任何設(shè)備，因而有可能提供一種只需簡單操作即可完成測量的便攜式測量儀。另外，它允許進(jìn)行非侵害測量，所以沒有包括任何醫(yī)療處置的感染危險，而且葡萄糖濃度是在潔凈的狀態(tài)下測量的。
此外，因為可以達(dá)到每秒幾千點(diǎn)的測量速度，所以每個樣品僅需2至3分鐘，結(jié)果效率是酶促法的5倍以上。
權(quán)利要求
1.一種可測量血液中葡萄糖濃度的血糖分光光度測定儀，它包括(1)近紅外輻照裝置，用來連續(xù)地把波長在0.8至2.5μm范圍內(nèi)的近紅外光的波長分成細(xì)小部分，并以此來輻照測量對象；(2)光電轉(zhuǎn)換裝置，用來接收透過被所述近紅外輻照裝置輻照的測量對象的光或被它反射的光，并對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；和(3)葡萄糖濃度計算裝置，用來通過分析根據(jù)由所述光電轉(zhuǎn)換裝置光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的檢測信號獲得的吸收光譜來確定所述測量對象內(nèi)血液中葡萄糖的濃度。
2.權(quán)利要求1所提出的血糖分光光度測定儀，其特征在于所述近紅外輻照裝置是一種近紅外分光光度裝置，它包括(i)光源；(ii)所述光源的光入射其上的聲光可變振蕩可調(diào)諧濾波器，用以發(fā)射波長在0.8至2.5μm范圍內(nèi)的近紅外光；(iii)高頻振動器，用以把聲振動施加在所述聲光可調(diào)諧濾波器上；和(iv)高頻產(chǎn)生裝置，用以把高頻施加在所述高頻振動器上。
3.權(quán)利要求2所提出的血糖分光光度測定儀，其特征在于，所述聲光可調(diào)諧濾波器的介質(zhì)是雙折射晶體材料。
4.權(quán)利要求1所提出的血糖分光光度測定儀，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換裝置是一種光電轉(zhuǎn)換單元，包括用于接收透過所述測量對象的光并提供給出吸收光譜的檢測信號的光接收元件。
5.權(quán)利要求1所提出的血糖分光光度測定儀，其特征在于所述葡萄糖濃度計算裝置包括吸收光譜波形分析裝置，所述光接收元件向后者提供檢測信號；和葡萄糖濃度計算裝置，用以把所述吸收光譜轉(zhuǎn)換成葡萄糖濃度。
6.權(quán)利要求5所提出的血糖分光光度測定儀，其特征在于，所述吸收光譜是算術(shù)電路以圖象處理方式從充血狀態(tài)光譜減去正常狀態(tài)光譜而得出的血液光譜。
7.權(quán)利要求5所提出的血糖分光光度測定儀，其特征在于，在所述吸收光譜中選出的波長是基于1.44μm，1.94μm和0.8至2.5μm頻帶的5個或更多個波長的轉(zhuǎn)換的值。
8.權(quán)利要求1所提出的血糖分光光度測定儀，其特征在于，所述測量對象是可以測量葡萄糖濃度的人體的一部分。
9.權(quán)利要求1所提出的血糖分光光度測定儀，其特征在于，用于所述測量對象的固定裝置能夠通過加壓夾住人體要測量的部分令其充血。
10.一種可測定血液中葡萄糖濃度的血糖分光光度測定方法，它包括以下步驟(1)近紅外輻照步驟，連續(xù)地把波長在0.8至2.5μm范圍內(nèi)的近紅外光的波長分成細(xì)小部分，并以此輻照測量對象；(2)光電轉(zhuǎn)換步驟，接收透過在所述近紅外輻照步驟用所述近紅外光輻照的測量對象的光或被它反射的光，并對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換；和(3)葡萄糖濃度計算步驟，通過對根據(jù)由所述光電轉(zhuǎn)換步驟光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的檢測信號獲得的吸收光譜進(jìn)行分析和計算，評定所述測量對象內(nèi)血液中所述葡萄糖濃度。
11.權(quán)利要求10所提出的血糖分光光度測定方法，其特征在于所述近紅外輻照步驟是以下子步驟的組合(i)向高頻振動器施加高頻的子步驟；(ii)在子步驟(i)向其施加了高頻的高頻振動器把聲振動施加在聲光可調(diào)諧濾波器上的子步驟；和(iii)令來自光源的光入射在其上在子步驟(ii)施加了聲振動的聲光可調(diào)諧濾波器上、使之發(fā)射波長在0.8至2.5μm范圍內(nèi)的近紅外光的子步驟。
12.權(quán)利要求10所提出的血糖分光光度測定方法，其特征在于，所述聲光可調(diào)諧濾波器的介質(zhì)是雙折射晶體材料。
13.權(quán)利要求10所提出的血糖分光光度測定方法，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換步驟是以下兩子步驟的組合向光接收元件提供透過所述測量對象的光或被它反射的光的子步驟；和所述光接收元件提供給出吸收光譜的檢測信號的子步驟。
14.權(quán)利要求10所提出的血糖分光光度測定方法，其特征在于所述葡萄糖濃度計算步驟是以下步驟的組合由所述光接收元件向其提供檢測信號的吸收光譜波形分析步驟；和把所述吸收光譜轉(zhuǎn)換成葡萄糖濃度的葡萄糖濃度計算步驟。
15.權(quán)利要求10所提出的的血糖分光光度測定方法，其特征在于，所述吸收光譜是算術(shù)電路以圖象處理方式從充血狀態(tài)光譜減去正常狀態(tài)光譜而得出的血液光譜。
16.權(quán)利要求10所提出的的血糖分光光度測定方法，其特征在于，在所述吸收光譜選出的波長是基于1.44μm，1.94μm和0.8至2.5μm頻帶的5個或更多波長的轉(zhuǎn)換的值。
17.權(quán)利要求10所提出的血糖分光光度測定方法，其特征在于，所述測量對象是其葡萄糖濃度可以測量的人體的一部分。
18.權(quán)利要求10所提出的血糖分光光度測定方法，其特征在于，其中所述測量對象是人體測量區(qū)域被加壓夾住而充血的部分。
全文摘要
提供一種通過光學(xué)觀測侵害性或非侵害性測量血液中葡萄糖濃度的便攜式血糖測定儀和測量方法,測量準(zhǔn)確度和再現(xiàn)性優(yōu)異。血糖分光光度測定儀是一種測量血液中葡萄糖濃度用的近紅外定量分析儀,配備有以下編號為(1)至(3)的裝置:(1)近紅外輻照裝置,用來以聲光可調(diào)諧濾波器連續(xù)地把波長在0.8至2.5μm范圍內(nèi)的近紅外光的波長分成細(xì)小部分,并以此來輻照測量對象;(2)光電轉(zhuǎn)換裝置,用以接收透過測量對象的光并對其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換;和(3)葡萄糖濃度計算裝置,用以通過分析根據(jù)由光電轉(zhuǎn)換裝置光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的檢測信號獲得的吸收光譜來確定測量對象內(nèi)血液中葡萄糖的濃度;以及包括利用上述每一個裝置的每一個步驟的血糖分光光度測定方法。
文檔編號G01N21/01GK1366177SQ01145300
公開日2002年8月28日 申請日期2001年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月28日
發(fā)明者三木敬三郎, 天野敏男, ?？贫ㄙ?申請人:株式會社拜奧克斯