專(zhuān)利名稱(chēng)：用于確定體液中被分析物的透射光譜學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光譜學(xué)，具體涉及用于確定體液中被分析物濃度的全透射光譜學(xué)。
背景技術(shù)：
透射光譜學(xué)是基于光束透射通過(guò)樣本池中所包含的樣本用于完成樣本的定量分析。光束的不同頻率分量是被樣本中的各個(gè)成分吸收，因此，光透射通過(guò)樣本的頻率分析允許分析該樣本本身。干燥的化學(xué)試劑被樣本溶解，并與被分析物發(fā)生反應(yīng)，可以在從約450nm至約950nm的某個(gè)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生發(fā)色(chromaphoric)響應(yīng)。
透射光譜學(xué)是一種用于測(cè)量體液(例如，血液，血漿或血清，唾液，尿液，和間隙液體)中被分析物(例如，葡萄糖，乳酸，果糖胺，血紅蛋白A1c，和膽固醇)的濃度。指示試劑體系與體液樣本中的被分析物發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生色反應(yīng)一試劑與被分析物之間的反應(yīng)使樣本改變顏色。顏色變化的程度指出體液中被分析物濃度。例如，利用光譜學(xué)方法測(cè)量透射光的吸收率，可以評(píng)價(jià)樣本的顏色變化。在US Patent No.5,866,349中詳細(xì)描述正常的透射光譜學(xué)。在US PatentNo.5,518,689(其標(biāo)題為“Diffuse Light Reflectance Readhead”)；No.5,611,999(其標(biāo)題為“Diffuse Light Reflectance Readhead”)；和No.5,194,393(其標(biāo)題為“Optical Biosensor and Method of Use”)中詳細(xì)描述漫反射和熒光光譜學(xué)。
在初級(jí)水平上，透射光譜分析包含光源和檢測(cè)器，其中光源用于產(chǎn)生照明樣本的光束，而檢測(cè)器用于檢測(cè)透射通過(guò)該樣本的光。然后，被檢測(cè)的透射光與參考樣本(例如，檢測(cè)器在沒(méi)有樣本的情況下直接檢測(cè)來(lái)自光源的光)進(jìn)行比較。正常的透射光譜學(xué)是指在相對(duì)于正交光軸以小角度(例如，從約0°至約15°)收集和分析從樣本射出的光，而不是透射通過(guò)該樣本的散射光。正交光軸是與樣本池入口窗和出口窗垂直的軸。全透射光譜學(xué)是指相對(duì)于正交光軸以大角度(例如，從約0°至約90°)收集基本上所有的光(包含散射光)?，F(xiàn)有的全透射光譜分析系統(tǒng)利用積分球收集所有傳輸通過(guò)樣本的光，和所需的光電倍增管用于讀出從積分球中的小部分內(nèi)表面上反射的光。
如在標(biāo)題為“Data Preprocessing and Partial Least SquareAnalysis for Reagentless Determination of Hemoglobin ConcentrationUsing Conventional and Total Transmission Spectroscopy”的文章中所報(bào)告的，該文章發(fā)表在2001年4月的Journal of Biomedical Optics(Vol.6，No.2)上，全血的正常透射水平(不包括散射)在可見(jiàn)光和近紅外光范圍(例如，約500nm至約800nm)和僅100μm的程長(zhǎng)上有血紅蛋白濃度，在濃度的范圍約為6.6至17.2g/dL下的透射率是15.8至0.1％T；而有相同血紅蛋白濃度范圍的全血的總透射水平(不包括散射)是79％T至2％T。波長(zhǎng)范圍在約600nm至約800nm的總光透射率接近100％T，而在不同的血紅蛋白濃度之間有很小的差別。因此，血紅蛋白濃度水平對(duì)于波長(zhǎng)范圍在約600nm至約800nm的透射光幾乎沒(méi)有什么影響。
與利用積分球的現(xiàn)有全透射光譜學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的一個(gè)缺點(diǎn)是低的信號(hào)強(qiáng)度，它要求利用光電倍增管讀出從積分球中的小部分內(nèi)表面上反射的光。與常規(guī)全透射光譜學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的另一個(gè)缺點(diǎn)是積分球和光電倍增管的昂貴費(fèi)用。這些裝置的昂貴費(fèi)用使得需要自我測(cè)試的病人無(wú)能力購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)有的全透射光譜學(xué)系統(tǒng)，例如，病人的血液-葡萄糖濃度水平。因此，用于確定體液中被分析物濃度的光譜學(xué)系統(tǒng)主要進(jìn)行正常的透射測(cè)量。
利用正常透射光譜學(xué)的現(xiàn)有系統(tǒng)還有其他的缺點(diǎn)。如以上所討論的，利用現(xiàn)有的正常光譜學(xué)測(cè)量，僅僅收集在小角度下從樣本射出的光，因而往往損失在大角度下從樣本射出的光。利用正常的透射測(cè)量，現(xiàn)有的系統(tǒng)不能收集被紅血細(xì)胞散射的大部分光，它可以導(dǎo)致?lián)p失大量的光，從而使通過(guò)全血的透射水平非常低。
為了減小利用現(xiàn)有正常透射系統(tǒng)的透射損失，通常在血液樣本中添加一種試劑或去污劑以溶解紅血細(xì)胞。通過(guò)血液細(xì)胞的溶解而使細(xì)胞壁斷裂可以減小散射光傳輸，并增大光通過(guò)樣本的正常傳輸。添加溶解試劑和隨后的紅血細(xì)胞溶解相對(duì)于整個(gè)測(cè)量過(guò)程是相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間的。這個(gè)問(wèn)題在現(xiàn)有的全透射光譜學(xué)方法中是不存在的，因?yàn)樯⑸涞耐干涔夂驼５耐干涔馐潜还鈱W(xué)元件收集。全透射水平通常是足夠高，它不需要溶解紅血細(xì)胞，它可以大大減小化學(xué)測(cè)定的總體時(shí)間。
與利用正常透射光譜學(xué)的現(xiàn)有系統(tǒng)相關(guān)的另一個(gè)缺點(diǎn)是在發(fā)生色反應(yīng)的光波長(zhǎng)下的透射率偏差。指示試劑可以與從紅血細(xì)胞溶解中釋放的細(xì)胞內(nèi)成份(即，血紅蛋白，乳酸脫氫酶)發(fā)生反應(yīng)，從而造成附加的色響應(yīng)。試劑與某些細(xì)胞內(nèi)成份(例如，血紅蛋白)的這種反應(yīng)造成的透射率偏差不能指出血液-葡萄糖水平。這種透射率偏差使得被分析物(例如，葡萄糖)濃度的測(cè)定不準(zhǔn)確。偏差量是與血液細(xì)胞中的某些細(xì)胞成份的濃度有關(guān)。
由于在現(xiàn)有的全透射光譜學(xué)方法中不需要血液溶解，細(xì)胞內(nèi)成份可能干擾葡萄糖的測(cè)量，應(yīng)當(dāng)大大減小細(xì)胞內(nèi)成份的數(shù)量。然而，對(duì)于在小于600nm的可見(jiàn)光波長(zhǎng)下吸收的某些物質(zhì)仍然保留偏差，例如，血紅蛋白。例如，從上述Journal of Biomedical Optics的文章中我們知道，氧合血紅蛋白的全透射光譜在約542nm和約577nm的波長(zhǎng)下有吸收峰。眾所周知，在約542nm或約577nm的波長(zhǎng)下的吸收率可用于確定全血樣本的血紅蛋白濃度。通過(guò)測(cè)量在542nm或577nm的波長(zhǎng)下的全透射率，并把吸收率與已知的血紅蛋白濃度相關(guān)，可以校正血紅蛋白造成的葡萄糖濃度的剩余干擾誤差。
全血的血細(xì)胞比容水平也可以造成全透射率偏差，這是由于在不同的血細(xì)胞比容水平下有不同的散射光量。不同的血細(xì)胞比容水平造成的透射損失不能指出血液-葡萄糖水平。利用正常透射或全透射光譜學(xué)的現(xiàn)有系統(tǒng)不能檢測(cè)血細(xì)胞比容水平的差別，這是因?yàn)榈偷耐干渌胶驮谀承┕獠ㄩL(zhǎng)下血細(xì)胞比容水平之間的很小差距。
利用正常透射光譜學(xué)的現(xiàn)有系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是由樣本程長(zhǎng)造成的精確度誤差。樣本池區(qū)中程長(zhǎng)的10％變化可以在正常和全透射方法的濃度測(cè)量中產(chǎn)生10％的誤差。造成程長(zhǎng)變化的機(jī)械容差是基本相同的，它與程長(zhǎng)無(wú)關(guān)。然而，利用正常透射方法的現(xiàn)有系統(tǒng)要求較短的程長(zhǎng)，用于補(bǔ)償由于紅血細(xì)胞散射造成的透射損失。因此，在較短程長(zhǎng)下的機(jī)械容差導(dǎo)致較高的濃度誤差。從紅血細(xì)胞中收集散射光的全透射光譜學(xué)系統(tǒng)允許較長(zhǎng)的程長(zhǎng)，它可以減小程長(zhǎng)誤差。
所以，我們需要減小或消除利用正?；蛉干涔庾V學(xué)以確定體液中被分析物濃度的現(xiàn)有系統(tǒng)所遇到的上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
按照一個(gè)實(shí)施例，一種用于確定液體樣本中被分析物濃度的全透射光譜學(xué)系統(tǒng)，包括樣本池接收區(qū)，光源，準(zhǔn)直透鏡，第一透鏡，第二透鏡，和檢測(cè)器。樣本池接收區(qū)適合于接收被分析的樣本。樣本池接收區(qū)是由基本光透明的材料構(gòu)成。準(zhǔn)直透鏡適合于從光源接收光，并適合于利用基本準(zhǔn)直的光束照明樣本池接收區(qū)。第一透鏡適合于接收以第一發(fā)散角透射通過(guò)樣本的正常和散射光。第一透鏡接收有第一接收角的光。第一透鏡輸出有第二發(fā)散角的光。第二發(fā)散角小于第一發(fā)散角。第二透鏡適合于從第一透鏡接收光，并適合于輸出基本準(zhǔn)直的光束。檢測(cè)器適合于測(cè)量第二透鏡輸出的光。
按照一種方法，利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)確定液體樣本中被分析物的濃度。在全透射光譜學(xué)系統(tǒng)的樣本池接收區(qū)中接收被分析的樣本。光束是從光源輸出的。輸出的光束是來(lái)自光源的基本準(zhǔn)直的光束。利用從光源中輸出的基本準(zhǔn)直的光束照明樣本。利用第一透鏡收集透射通過(guò)該樣本的正常和散射光。利用第一透鏡減小透射光的發(fā)散角。利用第二透鏡接收有減小發(fā)散角的光。利用第二透鏡基本準(zhǔn)直被接收的光。利用檢測(cè)器測(cè)量來(lái)自第二透鏡的基本準(zhǔn)直的光。
按照一種方法，利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)測(cè)量透射通過(guò)液體樣本的光。利用基本準(zhǔn)直的光束照明該樣本。利用第一透鏡收集透射通過(guò)該樣本的正常和散射光。利用第一透鏡減小透射光的發(fā)散角。在減小發(fā)散角之后，利用第二透鏡基本準(zhǔn)直該透射光。利用檢測(cè)器測(cè)量基本準(zhǔn)直的透射光。
按照另一種方法，利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)測(cè)量液體樣本中被分析物的濃度。該系統(tǒng)包括準(zhǔn)直的光源；樣本接收區(qū)；第一透鏡，它適合于接收透射通過(guò)該樣本的正常和散射光；第二透鏡，它適合于從第一透鏡接收光，并適合于輸出基本準(zhǔn)直的光束；和檢測(cè)器。與試劑反應(yīng)的樣本適合于在該系統(tǒng)的樣本池接收區(qū)中產(chǎn)生色反應(yīng)。利用該系統(tǒng)光源輸出的基本準(zhǔn)直的近紅外光照明該樣本。利用該系統(tǒng)的檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的近紅外光。利用該系統(tǒng)光源輸出的基本準(zhǔn)直的可見(jiàn)光束照明該樣本。利用檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的可見(jiàn)光。確定透射通過(guò)該樣本的測(cè)量可見(jiàn)光與測(cè)量近紅外光的比率。
按照另一種方法，利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)確定血液樣本中葡萄糖的濃度。該系統(tǒng)包括第一透鏡，它適合于接收射通過(guò)該樣本的正常和散射光；和第二透鏡，它適合于從第一透鏡接收光，并適合于輸出基本準(zhǔn)直的光束。該方法包括步驟利用干燥的試劑與血液樣本發(fā)生反應(yīng)，用于在樣本池接收區(qū)中產(chǎn)生色反應(yīng)。利用該系統(tǒng)光源輸出的基本準(zhǔn)直的可見(jiàn)光束照明該樣本。利用該系統(tǒng)的檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的可見(jiàn)光。利用光源輸出的基本準(zhǔn)直的近紅外光束照明該樣本。利用檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的近紅外光。校正血液樣本中血細(xì)胞比容水平造成的透射率偏差。確定該血液樣本中的葡萄糖濃度。


圖1a是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例用于確定體液中被分析物濃度的全透射光譜學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖1b是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例用于確定體液中被分析物濃度的全透射光譜學(xué)系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖2a是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例用于說(shuō)明圖1a中系統(tǒng)運(yùn)行的流程圖，該系統(tǒng)包含用于確定是否有合適樣本尺寸的未充滿(mǎn)檢測(cè)。
圖2b是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例用于說(shuō)明圖1a中系統(tǒng)運(yùn)行的流程圖，該系統(tǒng)能夠校正血液樣本中血細(xì)胞比容水平造成的透射率偏差。
圖2c是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例用于說(shuō)明圖1a中系統(tǒng)運(yùn)行的流程圖，該系統(tǒng)能夠校正血液樣本中血紅蛋白造成的透射率偏差。
圖3a是在通過(guò)500nm至940nm的可見(jiàn)光和近紅外光譜的54，105，210，和422mg/dL葡萄糖水平下20％血細(xì)胞比容全血反應(yīng)的葡萄糖測(cè)定的全透射光譜曲線圖。
圖3b是在通過(guò)500nm至940nm的可見(jiàn)光和近紅外光譜的59，117，239，和475mg/dL葡萄糖水平下60％血細(xì)胞比容全血反應(yīng)的葡萄糖測(cè)定的全透射光譜曲線圖。
圖4a是通過(guò)求相對(duì)于940nm下透射率的所有透射率讀數(shù)校正散射后的圖3a中全透射光譜曲線圖。
圖4b是通過(guò)求相對(duì)于940nm下透射率的所有透射率讀數(shù)校正散射后的圖3b中全透射光譜曲線圖。
圖5是在20％，40％，和60％的血細(xì)胞比容水平下測(cè)量的全血葡萄糖濃度劑量響應(yīng)的曲線圖，其中利用圖1a的讀頭得到在680nm下的全透射率(以吸收率為單位)。
圖6是校正血液樣本中不同血細(xì)胞比容水平造成的透射率偏差(以吸收率為單位)的圖5中劑量響應(yīng)曲線圖。
圖7是在500nm至940nm的可見(jiàn)光和近紅外光譜下的0，100，和400mg/dL葡萄糖水平的全血試劑和試劑水的全透射光譜(以吸收率為單位)曲線圖。
圖8是試劑在680nm下與0，50，100，200，和450mg/dL葡萄糖濃度全血發(fā)生反應(yīng)的全透射率(以吸收率為單位)的直線響應(yīng)曲線圖。
圖9表示全血在500nm至940nm下的20％，40％。和60％血細(xì)胞比容水平的正常和全透射光譜。
雖然本發(fā)明對(duì)于各種改動(dòng)和不同形式是敏感的，但是在附圖中通過(guò)舉例我們展示具體的實(shí)施例，并給以詳細(xì)的描述。然而，應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明不局限于所公開(kāi)的具體形式。相反，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)覆蓋在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有改動(dòng)，相當(dāng)內(nèi)容和其他的方案。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖并首先參照?qǐng)D1a，圖1a表示一種用于確定生物樣本中被分析物濃度的實(shí)施全透射光譜學(xué)的透射光譜學(xué)系統(tǒng)10，例如，生物樣本是體液?？梢源_定的非限制性例子被分析物包括葡萄糖，乳酸，果糖胺，膽固醇，血紅蛋白A1c，和膽固醇。這種被分析物可以是在體液，例如，血液(包含血漿和血清)，唾液，尿液，和間隙液體中。
系統(tǒng)10包含光源12。按照一個(gè)實(shí)施例，光源是輸出一束白光的鹵素?zé)?，它的波長(zhǎng)范圍是從約300nm至約3200nm。按照另一個(gè)實(shí)施例，光源12輸出兩束或多束單色光，利用發(fā)光二極管(LED)的中心波長(zhǎng)是在從約400nm至約1000nm的范圍內(nèi)。光源12輸出的光被準(zhǔn)直透鏡22接收，準(zhǔn)直透鏡22輸出基本準(zhǔn)直的光束14。準(zhǔn)直光束14照明設(shè)置在讀頭20的樣本池接收區(qū)18中的樣本16。
按照一個(gè)實(shí)施例，該樣本包括有葡萄糖的血液，它與含指示劑的干燥試劑體系發(fā)生反應(yīng)。按照一個(gè)實(shí)施例，可以使用的葡萄糖指示試劑包括葡萄糖脫氫酶，NAD(煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)，黃遞酶，四唑指示劑(WST-4)(2-苯并噻唑-3-(4-羧基-2-甲氧基苯基)-5-[4-(2-磺乙基氨基甲酰)苯基]-2H-四唑)，和聚合物。應(yīng)當(dāng)設(shè)想，專(zhuān)業(yè)人員可以使用不同的酶(例如，PQQ葡萄糖脫氫酶，葡萄糖氧化酶，或乳酸脫氫酶，等等)，指示劑和催化劑，和被分析物(例如，葡萄糖，乳酸，等等)。試劑配方不要求溶血試劑分離紅血細(xì)胞。不分離紅血細(xì)胞可以使總的時(shí)間測(cè)試更快。
基本準(zhǔn)直的光束14照明樣本16，而部分的光透射通過(guò)該樣本16。利用第一透鏡30和第二透鏡40收集透射通過(guò)該樣本的光，它包括正常光和漫射光。在所描述的實(shí)施例中，第一透鏡和第二透鏡是半球形透鏡。應(yīng)當(dāng)設(shè)想，可以利用包括球形透鏡或非球面透鏡的其他類(lèi)型透鏡以收集透射光。
按照另一些實(shí)施例，第一透鏡30以約72°的接收角或約0.951的數(shù)值孔徑(NA)收集光，但是接收角的范圍是從0°至約90°，可以收集透射光的散射部分。從第一透鏡30射出的光32是在約15°至約40°的范圍內(nèi)發(fā)散，更具體地說(shuō)，約位20°的角度。第二透鏡40減小第一透鏡30輸出的散射光32到散射光42，其角度是在0°至約10°范圍內(nèi)，更具體地說(shuō)，從0°至約5°的準(zhǔn)直光。從樣本射出的正常和散射的透射光沒(méi)有被第一透鏡30和第二透鏡40轉(zhuǎn)向或散射。因此，這對(duì)透鏡30，40基本上收集所有透射通過(guò)樣本16的光。這對(duì)透鏡30，40基本上準(zhǔn)直被收集的光，并以近似正入射的角度照射檢測(cè)器50。散射光42的發(fā)散角約小于5°。
按照一個(gè)實(shí)施例的光譜學(xué)系統(tǒng)10，一個(gè)帶通濾波器52或多個(gè)帶通濾波器可以放置在檢測(cè)器50之前。帶通濾波器52的中心波長(zhǎng)通常是從約400nm至約1000nm，和窄的帶寬是在從約5nm至約50nm的范圍內(nèi)。在利用白光作為光源12時(shí)，例如，鹵素?zé)?，通常使用帶通濾波器52。或者，帶通濾波器可用于改變LED光源12的光譜帶寬，或者，可用于濾出對(duì)樣本透射率沒(méi)有貢獻(xiàn)的雜散環(huán)境光。入射到帶通濾波器52上的散射光42是基本準(zhǔn)直的，因?yàn)閭鬏斖ㄟ^(guò)濾波器的光是在預(yù)定入射角之外，它不是在濾波器的規(guī)定帶寬內(nèi)。
第一透鏡30和第二透鏡40的組合可以提高光被引導(dǎo)到檢測(cè)器50的信號(hào)強(qiáng)度，因?yàn)橥哥R30和40收集并引導(dǎo)透射通過(guò)樣本16的大部分光到達(dá)檢測(cè)器50。此外，利用基本垂直于檢測(cè)器表面的準(zhǔn)直光束照射檢測(cè)器50，可以提高信號(hào)強(qiáng)度。通常，準(zhǔn)直光束的發(fā)散角約小于5度。在檢測(cè)器50表面上的正入射角可以減小在檢測(cè)器50表面上的Fresnel反射造成的信號(hào)損失。在約大于20度的入射角下，F(xiàn)resnel反射可以造成重大的光損失。
然后，被檢測(cè)器50收集的光42與參考測(cè)量值進(jìn)行比較，參考測(cè)量值包括在光程上沒(méi)有樣本(空氣)得到的讀數(shù)，用于確定樣本的百分比透射率和在樣本中被分析物的濃度。
按照所述實(shí)施例的光譜學(xué)系統(tǒng)10，檢測(cè)器50和帶通濾波器52與第二透鏡40是基本直線對(duì)準(zhǔn)的。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，檢測(cè)器50是硅檢測(cè)器。然而，包括其他類(lèi)型光電檢測(cè)器的其他光檢測(cè)器，例如，硫化鉛檢測(cè)器或電荷耦合器件(CCD)，可用于檢測(cè)透射光。在其他的實(shí)施例中，檢測(cè)器50和帶通濾波器52與第二透鏡40不是直線對(duì)準(zhǔn)的，而有輸入端的光波導(dǎo)或光纖(未畫(huà)出)與第二透鏡40是直線對(duì)準(zhǔn)的，為的是引導(dǎo)光到放置在任何位置的檢測(cè)器/濾波器，或引導(dǎo)光到光譜儀。與現(xiàn)有的全透射光譜學(xué)系統(tǒng)比較，光譜學(xué)系統(tǒng)10可以大大提高所得到的信號(hào)強(qiáng)度，因?yàn)槔玫谝煌哥R30和第二透鏡40可以使光被直接耦合到檢測(cè)器。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)樣本16的程長(zhǎng)是從約40μm至約200μm，而樣本的直徑約為1mm。按照一個(gè)實(shí)施例，第一透鏡30是直徑約為4mm的塑料微半球形透鏡。第二會(huì)聚透鏡40是直徑約為8mm的塑料微半球形透鏡。第一透鏡與第二透鏡的直徑之比大致為1∶2。按照一個(gè)實(shí)施例，第一半球形透鏡30和第二半球形透鏡40是由丙烯酸制成。
檢測(cè)器50輸出的信號(hào)表示被接收的光量。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，利用包括讀頭20的透射光譜學(xué)系統(tǒng)10的控制系統(tǒng)(未畫(huà)出)監(jiān)測(cè)該輸出，用于確定何時(shí)樣本已放入和充滿(mǎn)讀頭20的樣本池接收區(qū)18。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，樣本池接收區(qū)18可以是部分的毛細(xì)管通道，或者是耦合到毛細(xì)管通道，用于充滿(mǎn)樣本池接收區(qū)18。按照一個(gè)實(shí)施例，樣本池接收區(qū)18是由基本光透明的材料制成。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1b，它表示按照另一個(gè)實(shí)施例用于確定液體樣本中被分析物濃度的透射系統(tǒng)60。透射系統(tǒng)60可以有許多與結(jié)合圖1a所描述的相同元件。此外，透射系統(tǒng)60包含用于收集散射光42的耦合透鏡62。在到達(dá)光纜66之前，耦合透鏡62還可以把散射光42減小成散射光64。如圖1b所示，光纜66引導(dǎo)散射光到光譜儀68。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以利用圖1a所示的檢測(cè)器(例如，檢測(cè)器50)代替光譜儀。在這個(gè)實(shí)施例中，可以增加結(jié)合圖1a所描述的濾波器(例如，濾波器52)。
為了防止或抑制與(a)未充滿(mǎn)樣本池接收區(qū)18或(b)定時(shí)相關(guān)的誤差，控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)檢測(cè)器的輸出，當(dāng)樣本池接收區(qū)18充滿(mǎn)體液(例如，血液)時(shí)，該輸出發(fā)生變化。在一個(gè)結(jié)合圖2a所描述的實(shí)施例中，定時(shí)序列允許有足夠的時(shí)間在試劑與樣本中的被分析物之間發(fā)生反應(yīng)。這可以提高測(cè)試操作的總體性能，因?yàn)榛揪_的定時(shí)可以導(dǎo)致更快和更可靠地確定被分析物。
例如，在收集太少的樣本與樣本池接收區(qū)18中放置預(yù)定量的試劑反應(yīng)時(shí)，就發(fā)生未充滿(mǎn)的情況。一旦檢測(cè)到的透射光表示充滿(mǎn)的樣本池接收區(qū)18，則控制系統(tǒng)知道，檢測(cè)器50的隨后輸出可用于確定體液樣本(例如，血液樣本)中被分析物的濃度。
此外，按照本發(fā)明的一個(gè)過(guò)程，一旦檢測(cè)器50檢測(cè)到樣本或具體的樣本數(shù)量，則系統(tǒng)10啟動(dòng)定時(shí)序列，在定時(shí)序列終結(jié)時(shí)，檢測(cè)器50開(kāi)始檢測(cè)透射通過(guò)該樣本的光進(jìn)行分析。按照這個(gè)過(guò)程，結(jié)合圖2a描述的透射光譜學(xué)系統(tǒng)10是從監(jiān)測(cè)樣本區(qū)開(kāi)始，用于確定起動(dòng)檢測(cè)器50收集透射光的正確時(shí)間。在步驟122，利用來(lái)自光源12的光照明空的樣本池接收區(qū)18(圖1a)。若樣本池接收區(qū)中沒(méi)有樣本，則通過(guò)系統(tǒng)10的透射光是非常高的(例如，接近100％)。在步驟124，放入樣本到樣本池接收區(qū)18。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在樣本池接收區(qū)18中放置已經(jīng)干燥的試劑與樣本進(jìn)行混合。或者，試劑可以與樣本一起放置在樣本池接收區(qū)18中或在放置樣本之后。
在步驟126，通過(guò)測(cè)量透射通過(guò)樣本的光，系統(tǒng)10監(jiān)測(cè)樣本池接收區(qū)18。在步驟128，系統(tǒng)10比較檢測(cè)器50測(cè)量的透射光量與系統(tǒng)10的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的閾值。在步驟128，若測(cè)量的光量大于閾值，則該系統(tǒng)確定沒(méi)有放入所需量的樣本到樣本池接收區(qū)，和在步驟126，再次測(cè)量透射通過(guò)樣本池接收區(qū)18的光量。在進(jìn)行下一次測(cè)量之前，在步驟130，系統(tǒng)10可以等待預(yù)定的時(shí)間量(例如，5秒或10秒)。若測(cè)量的光量小于在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的閾值，則該系統(tǒng)可以在步驟150(圖2b)或步驟102(圖2c)開(kāi)始進(jìn)行分析。
雖然在步驟126中測(cè)量透射光是發(fā)生在放置樣本到樣本池接收區(qū)之后，但是這個(gè)步驟可以按照連續(xù)的方式完成。例如，檢測(cè)器可以連續(xù)地檢測(cè)透射通過(guò)樣本池接收區(qū)18的光，為的是確定何時(shí)開(kāi)始在圖2c中設(shè)置的分析，它是從系統(tǒng)10開(kāi)始工作的時(shí)刻到在步驟128中發(fā)生正面的確定。此外，按照另一個(gè)實(shí)施例，若在步驟124中已放入樣本到樣本池接收區(qū)之后還沒(méi)有得到正面的確定(例如，在系統(tǒng)10開(kāi)始工作之后放入太少的樣本)，則系統(tǒng)10可以產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)。此外，我們需要準(zhǔn)確地知道何時(shí)開(kāi)始反應(yīng)，為的是精確地確定測(cè)定的反應(yīng)時(shí)間。利用圖2a的檢測(cè)方法，可以確定開(kāi)始反應(yīng)的精確時(shí)間。
與用于確定樣本中被分析物濃度的正常透射系統(tǒng)比較，全透射光譜學(xué)系統(tǒng)適合于在可見(jiàn)光范圍內(nèi)(例如，從約400nm至約700nm)和在近紅外光范圍內(nèi)(例如，從約700nm至約1100nm)收集大大提高的透射光量。透射光譜學(xué)系統(tǒng)10的性能優(yōu)于現(xiàn)有的全透射系統(tǒng)的性能，這是因?yàn)闃O大部分被收集的透射光照射檢測(cè)器。這種提高的收集能力允許系統(tǒng)10在這兩個(gè)波長(zhǎng)區(qū)中收集光，它可用于校正在體液中(例如，全血樣本)存在不同的血細(xì)胞比容水平(圖2b)或存在血紅蛋白(圖2c)和血細(xì)胞比容(圖2c)的散射造成的偏差或干擾。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2b，它表示一種利用透射光譜學(xué)系統(tǒng)10以確定體液(例如，全血樣本)中的被分析物濃度并校正不同血細(xì)胞比容水平造成透射率偏差的方法。偏差的程度是全血樣本中血細(xì)胞比容水平的函數(shù)。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，指示試劑被設(shè)計(jì)成產(chǎn)生色反應(yīng)，它可以指出在約小于750nm的可見(jiàn)光波長(zhǎng)下血液樣本的被分析物濃度。
在利用圖1a的全透射系統(tǒng)10的實(shí)驗(yàn)中，人們相信在從約400nm至約1100nm的可見(jiàn)光和近IR波長(zhǎng)下進(jìn)行測(cè)量時(shí)，全透射光是隨血細(xì)胞比容水平而變化。在本發(fā)明者的發(fā)現(xiàn)之前，普遍的觀點(diǎn)是，利用從約600nm至約1000nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的全透射光不能檢測(cè)到不同血細(xì)胞比容水平之間的區(qū)別。例如，在技術(shù)背景部分中所討論的Journal of Biomedical Optics文章指出，在從約600nm至約800nm的波長(zhǎng)下不同的血細(xì)胞比容水平之間沒(méi)有區(qū)別。
然而，全血的血細(xì)胞比容水平并不影響在整個(gè)可見(jiàn)光和近IR(“紅外”)光區(qū)域(例如，約400nm至約1100nm)的光譜響應(yīng)。光透射率是隨不同的血細(xì)胞比容水平而變化并與它成正比，這是因?yàn)樯⑸涔獾牟顒e是由于紅血細(xì)胞的數(shù)目。在近IR波長(zhǎng)下的血細(xì)胞比容透射率偏差是與血液的血細(xì)胞比容水平成正比。圖3a與3b之間的比較還說(shuō)明，在從約500nm至約940nm的整個(gè)測(cè)試范圍內(nèi)，在20％血細(xì)胞比容的血液透射率比在60％血細(xì)胞比容的血液樣本透射率高出30％T。然而，在近IR波長(zhǎng)下測(cè)量的透射率并不受葡萄糖濃度變化的影響，因?yàn)樵撝甘緞┍辉O(shè)計(jì)成在可見(jiàn)光波長(zhǎng)(例如，約680nm)下發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生色響應(yīng)。
在運(yùn)行時(shí)，按照?qǐng)D2b所示的一個(gè)過(guò)程，在步驟150，利用第一波長(zhǎng)的光(例如，從約750nm至約1100nm)照明與試劑反應(yīng)的全血樣本，用于確定全血樣本中血細(xì)胞比容水平造成的散射部分測(cè)量光。在步驟152，如同以上結(jié)合圖1a所描述的，利用檢測(cè)器50測(cè)量正常和散射光。其次，在步驟154，利用第二波長(zhǎng)的光(例如，從約600nm至約750nm)照明該樣本，并在步驟156，利用檢測(cè)器50測(cè)量透射的正常和散射光，用于確定血細(xì)胞比容水平造成的散射光和由被分析物濃度產(chǎn)生的色響應(yīng)。通過(guò)計(jì)算在步驟156和152得到的透射光測(cè)量值之比率，在步驟158，校正血細(xì)胞比容水平有關(guān)的散射光造成的偏差。利用在步驟158中的校正透射率，在步驟160，計(jì)算全血樣本中被分析物的濃度值。
在本發(fā)明的另一些實(shí)施例中，可以利用附加的校正算法，例如，線性回歸或多項(xiàng)式擬合校正算法，用于確定血細(xì)胞比容水平與偏差或干擾的關(guān)系，該偏差或干擾是在被分析物發(fā)生反應(yīng)的波長(zhǎng)下由血細(xì)胞比容造成的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2c，它表示一種利用透射光譜學(xué)系統(tǒng)10的方法，用于確定全血樣本中的被分析物濃度并校正由于存在血紅蛋白造成的透射率偏差。偏差程度是全血樣本中的血細(xì)胞比容水平和由于存在紅血細(xì)胞造成散射的函數(shù)。在運(yùn)行時(shí)，在步驟102，利用從約400nm至約600nm的第一波長(zhǎng)光照明全血樣本和試劑的反應(yīng)。例如，第一波長(zhǎng)可以是約545nm或約577nm。在步驟104，如同以上結(jié)合圖1a所描述的，利用檢測(cè)器50測(cè)量以吸收率為單位的正常和散射光。
如在技術(shù)背景部分所討論的，氧合血紅蛋白的光譜說(shuō)明吸收峰值是在約545nm和約577nm上，且在這些波長(zhǎng)下它不受反應(yīng)的影響，因?yàn)樵摲磻?yīng)被設(shè)計(jì)成是在第二波長(zhǎng)下測(cè)量的，例如，約為750nm。在第一波長(zhǎng)下測(cè)量的吸收率包括來(lái)自血紅蛋白和由于血液的血細(xì)胞比容水平造成散射的貢獻(xiàn)。按照一個(gè)實(shí)施例，指示劑產(chǎn)生色反應(yīng)，它指出在大于約600nm和小于約1000nm的第二波長(zhǎng)下(可見(jiàn)光-近紅外光)血液樣本的被分析物濃度。在步驟106，利用第二波長(zhǎng)的光照明全血樣本和試劑。
在步驟110，校正全血樣本中由于存在血紅蛋白造成的偏差，其中利用在步驟104得到的測(cè)量結(jié)果校正影響步驟108中得到測(cè)量結(jié)果的偏差。校正偏差的方法取決于血紅蛋白的濃度與血紅蛋白造成測(cè)量結(jié)果108偏差之間的相關(guān)。該相關(guān)可以是線性或非線性的，它取決于在反應(yīng)中使用的化學(xué)成份。在步驟112，利用在步驟110中校正的透射率測(cè)量結(jié)果，確定該樣本的被分析物濃度。
類(lèi)似于以上結(jié)合圖2b所討論的，圖2a中說(shuō)明用于確定存在合適的樣本和反應(yīng)開(kāi)始時(shí)間的方法也可適用在另一種過(guò)程中圖2c的方法。
如以上所討論的，與用于確定樣本中被分析物濃度的正常透射系統(tǒng)比較，本發(fā)明的透射光譜學(xué)系統(tǒng)10適合于在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍和在近IR范圍中收集大大增強(qiáng)的透射光量。在利用圖1a的全透射系統(tǒng)10的實(shí)驗(yàn)中，我們相信，血細(xì)胞比容水平或血紅蛋白在讀出波長(zhǎng)下可以造成透射率偏差，其中試劑指示劑有色反應(yīng)。與發(fā)生在第一讀出波長(zhǎng)(例如，大于750nm)下正比于血細(xì)胞比容水平的透射率偏差可用于校正第二讀出波長(zhǎng)(例如，從約600nm至750nm)，它包含血細(xì)胞比容水平和化學(xué)指示劑的色反應(yīng)造成的偏差?；蛘?，與發(fā)生在第一讀出波長(zhǎng)(例如，小于600nm)下正比于血紅蛋白的透射率偏差可用于校正第二讀出波長(zhǎng)(例如，大于600nm)，其中化學(xué)指示劑造成色反應(yīng)。
例子 現(xiàn)在參照?qǐng)D3a，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(透射光譜學(xué)系統(tǒng)10)測(cè)量全血樣本的全透射率，它與試劑發(fā)生反應(yīng)的血細(xì)胞比容水平為20％，且每個(gè)血液樣本有不同的葡萄糖濃度，即，每分升血液中分別有54，104，210，和422毫克葡萄糖(“mg/dL葡萄糖”)。在這些例子中，透射光譜學(xué)系統(tǒng)10被稱(chēng)之為“本發(fā)明系統(tǒng)”。來(lái)自光源12的白光(圖1a)透射通過(guò)該樣本。在圖3a中畫(huà)出每個(gè)葡萄糖濃度在500nm至940nm下測(cè)量的全透射率水平。由于血紅蛋白的吸收，該透射率在500nm至600nm下是較低的。紅血細(xì)胞(血細(xì)胞比容)的散射光造成的透射率損失影響500nm至940nm的透射率。在葡萄糖反應(yīng)中的指示劑吸收500nm與750nm之間的波長(zhǎng)，因此，在高達(dá)約750nm的葡萄糖濃度水平之間有差別。如圖3a所示，在高達(dá)約750nm的波長(zhǎng)下，全透射率的減小僅僅是由于紅血細(xì)胞的散射造成的光損失，因此，在有不同葡萄糖濃度水平的各個(gè)樣本之間有很小的差別。
圖3b說(shuō)明在從500nm至940nm的整個(gè)測(cè)量波長(zhǎng)范圍內(nèi)全透射率的減小，其中血液的血細(xì)胞比容水平增大到60％，它有類(lèi)似于圖3a中的葡萄糖濃度(59，117，239，和475mg/dL)。圖3b還說(shuō)明在500nm至約750nm下葡萄糖濃度之間的差別。如圖3a所示，對(duì)于血細(xì)胞比容約為20％的血液，在約750nm下的透射率是在70％與80％之間。如圖3b所示，對(duì)于血細(xì)胞比容約為60％的血液，在約750nm下的透射率是在40％與50％之間。在20％與60％血細(xì)胞比容的光譜之間的差別正比于從600nm至940nm的波長(zhǎng)，在該波長(zhǎng)以上，干擾是由于血紅蛋白的吸收。
然而，對(duì)于在圖3a或圖3b的血細(xì)胞比容水平，在750nm以上波長(zhǎng)下的葡萄糖濃度之間沒(méi)有什么差別。因此，750nm至940nm的光譜可用于確定血細(xì)胞比容水平，它是由這些水平下紅血細(xì)胞的數(shù)目之差造成的。血細(xì)胞比容水平與在這些波長(zhǎng)下的葡萄糖濃度或血紅蛋白無(wú)關(guān)。由于散射光(利用近IR波長(zhǎng)確定)的光透射率可以在確定葡萄糖濃度之前用于校正血細(xì)胞比容水平造成的干擾。
圖4a，4b表示通過(guò)求出相對(duì)于940nm下透射率的所有透射率讀數(shù)的比率用于校正散射的各自圖3a，3b的全透射光譜曲線圖。在校正之后，在測(cè)量葡萄糖測(cè)定的指示劑反應(yīng)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)(約660nm至約680nm)，得到對(duì)于20％和60％血細(xì)胞比容的血液樣本的類(lèi)似葡萄糖濃度的類(lèi)似透射率。因此，近IR波長(zhǎng)可用于校正由于全血樣本的血細(xì)胞比容造成的差別。能夠校正這種干擾誤差可以提高葡萄糖濃度測(cè)量的精確度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，按照一個(gè)實(shí)施例，我們討論血細(xì)胞比容水平用于校正葡萄糖濃度測(cè)量的方法。圖5表示在20％，40％，和60％的血細(xì)胞比容水平(“Hct”)下的全血全透射率響應(yīng)，其中畫(huà)出波長(zhǎng)約為680nm的可見(jiàn)光的透射率(以吸收率為單位)與葡萄糖濃度之間關(guān)系曲線。在每個(gè)血細(xì)胞比容水平上可以觀察到類(lèi)似的劑量響應(yīng)，但是圖5中畫(huà)出的三個(gè)血細(xì)胞比容水平之間的差別，它們表示由不同血細(xì)胞比容水平造成的偏差或干擾。
圖6表示相同的數(shù)據(jù)，其中可見(jiàn)光和近IR光分別透射通過(guò)血液樣本，通過(guò)求約680nm的可見(jiàn)光相對(duì)于約750nm至約940nm的近IR光的比率，校正不同血細(xì)胞比容水平造成的偏差。如上所述，把樣本在680nm下可見(jiàn)光的透射率(圖5)除以940nm下近IR光的透射率，可以完成這種校正。簡(jiǎn)單地說(shuō)，由于“減去”不同散射造成的血細(xì)胞比容偏差，圖6表示劑量響應(yīng)，它不受血細(xì)胞比容水平變化的影響。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7，本發(fā)明系統(tǒng)用于測(cè)量幾個(gè)全血樣本的葡萄糖濃度。本發(fā)明系統(tǒng)用于測(cè)量幾個(gè)全血樣本的葡萄糖濃度。干燥的試劑是利用葡萄糖濃度為0，100，和400mg/dL的血液樣本再構(gòu)成的。此外，0mg/dL血液樣本沒(méi)有試劑，而干燥的試劑是利用水樣本再構(gòu)成的。沒(méi)有化學(xué)品的血液樣本表示血液的光譜貢獻(xiàn)，而有試劑的水樣本表示該試劑的光譜貢獻(xiàn)。在光譜儀上每隔5秒記錄反應(yīng)的全吸收率，總的測(cè)試時(shí)間為60秒。在15至30秒內(nèi)完成這種反應(yīng)。這種速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常的透射光譜術(shù)，它取決于完成紅血細(xì)胞溶解所需約60至90秒的延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間。如圖7所示，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)下(例如，從約660nm至約680nm)，在各種葡萄糖濃度(0，100，和400mg/dL)之間光的透射率有差別，它們可用于確定葡萄糖濃度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，本發(fā)明系統(tǒng)用于測(cè)量透射通過(guò)幾個(gè)有已知葡萄糖濃度的全血樣本的680nm光。在圖8中，畫(huà)出全透射光(以吸收率為單位)與全血的已知葡萄糖濃度之間的關(guān)系曲線。線性回歸分析應(yīng)用于圖8中畫(huà)出的數(shù)據(jù)。如圖8所示，在透射光量與葡萄糖濃度之間有基本線性的關(guān)系。0.985(接近1.000)的線性相關(guān)系數(shù)說(shuō)明，利用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，在吸收率與葡萄糖濃度之間存在極好的相關(guān)性。
參照?qǐng)D9，利用本發(fā)明的系統(tǒng)得到三個(gè)全血樣本的全透射率，它們分別有20％，40％，和60％的血細(xì)胞比容水平。波長(zhǎng)為500nm至約940nm的光透射通過(guò)全血樣本。樣本接收池的程長(zhǎng)是42μm。在圖9中，我們得到三個(gè)全血樣本的透射率與透射光波長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線。
為了說(shuō)明本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例優(yōu)于利用正常透射系統(tǒng)(“正常系統(tǒng)”)的現(xiàn)有光譜學(xué)系統(tǒng)，在圖9中展示兩種方法得到的三個(gè)全血樣本的透射率，它們的血細(xì)胞比容濃度分別為20％，40％，和60％。圖9中正常透射系統(tǒng)的標(biāo)記是“％Hct，正常％T”，而全透射系統(tǒng)的標(biāo)記是“％Hct，全％T”。在這個(gè)例子中所用的兩個(gè)透射系統(tǒng)，利用波長(zhǎng)從約500nm至約940nm的基本準(zhǔn)直光照明三個(gè)樣本。利用正常的透射系統(tǒng)收集透射通過(guò)樣本的基本準(zhǔn)直光，而不是散射光，而利用本發(fā)明的系統(tǒng)收集正常和散射光。在這兩個(gè)透射系統(tǒng)中，樣本的程長(zhǎng)約為42μm。
比較圖9中的兩組數(shù)據(jù)，在大于500nm的波長(zhǎng)下，這三個(gè)樣本的正常透射光水平小于2％。在大于500nm的波長(zhǎng)下，利用本發(fā)明的系統(tǒng)收集的這三個(gè)樣本的透射光水平大于10％T。利用本發(fā)明系統(tǒng)在大于500nm的波長(zhǎng)下得到的這三個(gè)樣本透射光水平之間有很大的間隔。圖9還說(shuō)明，對(duì)于利用本發(fā)明系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)，在透射率曲線中出現(xiàn)的凹坑是在約542nm至約577nm。這兩個(gè)波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)于氧合血紅蛋白的已知吸收峰值。因此，如圖9所示，與利用正常透射系統(tǒng)的現(xiàn)有光譜學(xué)系統(tǒng)比較，本發(fā)明系統(tǒng)的所述實(shí)施例在500nm至約940nm下可以得到較大量的透射光，盡管在這些波長(zhǎng)下有血紅蛋白的吸收或血細(xì)胞比容造成的散射光。
在另一個(gè)實(shí)施例中，按照類(lèi)似于不同血細(xì)胞比容水平的方式，如在結(jié)合圖2b中所討論的，可以校正樣本池中缺陷或樣本中少量碎塊的散射造成的偏差。兩個(gè)讀出波長(zhǎng)之比率校正樣本池中污染物，例如，指紋，或樣本池模缺陷，或窗口上的劃痕。與利用一個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行比較，這種校正可以大大提高測(cè)定的精確度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在吸收率變化與葡萄糖濃度之間的波長(zhǎng)范圍發(fā)生在血紅蛋白吸收光的波長(zhǎng)范圍之外(例如，約大于600nm的波長(zhǎng))。也可使用在波長(zhǎng)大于約600nm下顯影的指示劑，因此，血紅蛋白吸收峰與指示劑之間互相不干擾。圖9還說(shuō)明，利用本發(fā)明系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)，透射率中的凹坑發(fā)生在約530nm和約570nm。這兩個(gè)波長(zhǎng)的光對(duì)應(yīng)于氧合血紅蛋白的已知吸收峰值。在約542nm或577nm的吸收率讀數(shù)可用于確定血紅蛋白的濃度，它是從在近IR(從約750nm至1100nm)下測(cè)量的紅血細(xì)胞中減去由于散射造成的貢獻(xiàn)之后得到的。在這種情況下，在波長(zhǎng)約為542nm下，可見(jiàn)光的吸收率不會(huì)變化，或取決于葡萄糖的濃度。
如在技術(shù)背景中所討論的，減小程長(zhǎng)可以增大正常透射方法的透射率水平。專(zhuān)業(yè)人員熟知，影響程長(zhǎng)的機(jī)械容差可以造成葡萄糖濃度的比例誤差。所以，本發(fā)明全透射光譜學(xué)系統(tǒng)提供較長(zhǎng)的程長(zhǎng)可以導(dǎo)致較小的葡萄糖濃度誤差。
另一個(gè)實(shí)施例A一種用于確定液體樣本中被分析物濃度的全透射光譜學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括樣本池接收區(qū)，用于接收被分析的樣本，樣本池接收區(qū)是由基本光透明的材料構(gòu)成；光源；準(zhǔn)直透鏡，它適合于從光源接收光，并適合于利用基本準(zhǔn)直的光束照明樣本池接收區(qū)；第一透鏡，它適合于接收以第一發(fā)散角透射通過(guò)該樣本的正常和散射光，第一透鏡接收有第一接收角的光，第一透鏡輸出有第二發(fā)散角的光，第二發(fā)散角小于第一發(fā)散角；第二透鏡，它適合于從第一透鏡中接收光，并適合于輸出基本準(zhǔn)直的光束；和檢測(cè)器，它適合于測(cè)量由第二透鏡輸出的光。
另一個(gè)實(shí)施例B另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中液體樣本是血液，和其中樣本池接收區(qū)包含沒(méi)有溶血?jiǎng)┑母稍镌噭?，它適合于在與血液再構(gòu)成時(shí)產(chǎn)生色反應(yīng)。
另一個(gè)實(shí)施例C另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中第一透鏡和第二透鏡中的每個(gè)透鏡是半球形透鏡。
另一個(gè)實(shí)施例D另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中第一透鏡的第一接收角是從0度至約90度。
另一個(gè)實(shí)施例E另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中第一透鏡的第一接收角大于70度。
另一個(gè)實(shí)施例F另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中第一透鏡的第二發(fā)散角是從約15度至約40度。
另一個(gè)實(shí)施例G另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中第一透鏡與第二透鏡的直徑比約為1∶2。
另一個(gè)實(shí)施例H另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中光源輸出的光波長(zhǎng)是從約500nm至約940nm。
另一個(gè)實(shí)施例I另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中光源包括發(fā)光二極管。
另一個(gè)實(shí)施例J另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中光源輸出單色光。
另一個(gè)實(shí)施例K另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中光源輸出白光。
另一個(gè)實(shí)施例L另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中檢測(cè)器包括硅檢測(cè)器。
另一個(gè)實(shí)施例M另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中液體是血液。
另一個(gè)實(shí)施例N另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中被分析物是葡萄糖。
另一個(gè)實(shí)施例O另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中第一透鏡接收透射通過(guò)樣本的基本所有正常和散射光。
另一個(gè)實(shí)施例P另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，還包括濾波器，它適合于從光源中選取特定的波長(zhǎng)。
另一個(gè)實(shí)施例Q另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，還包括耦合透鏡和光纖光纜，用于從第二透鏡引導(dǎo)光到檢測(cè)器。
另一個(gè)實(shí)施例R另一個(gè)實(shí)施例A的系統(tǒng)，其中第二透鏡輸出的基本準(zhǔn)直光束的發(fā)散角約小于5度。
另一個(gè)過(guò)程S一種利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)確定液體樣本中被分析物濃度的方法，該方法包括以下的步驟在全透射光譜學(xué)系統(tǒng)的樣本池接收區(qū)中接收被分析的樣本；從光源中輸出光束；基本準(zhǔn)直從光源中輸出的光束；利用從光源中輸出的基本準(zhǔn)直的光束照明樣本；利用第一透鏡收集透射通過(guò)該樣本的正常和散射光；利用第一透鏡減小透射光的發(fā)散角；利用第二透鏡接收有減小發(fā)散角的光；利用第二透鏡基本準(zhǔn)直被接收的光；和利用檢測(cè)器測(cè)量從第二透鏡中基本準(zhǔn)直的光。
另一個(gè)過(guò)程T另一個(gè)過(guò)程S的方法，其中第一透鏡和第二透鏡中的每個(gè)透鏡是半球形透鏡。
另一個(gè)過(guò)程U另一個(gè)過(guò)程S的方法，其中利用第一透鏡減小的發(fā)散角是從約15度至約40度。
另一個(gè)過(guò)程V另一個(gè)過(guò)程S的方法，其中利用第二透鏡接收的光減小從第二透鏡散射光的發(fā)散角到小于約5度。
另一個(gè)過(guò)程W另一個(gè)過(guò)程S的方法，其中光源的波長(zhǎng)是從約500nm至約940nm。
另一個(gè)過(guò)程X另一個(gè)過(guò)程S的方法，其中光源輸出單色光束。
另一個(gè)過(guò)程Y另一個(gè)過(guò)程S的方法，其中光源是白光。
另一個(gè)過(guò)程Z另一個(gè)過(guò)程S的方法，還包括監(jiān)測(cè)該檢測(cè)器，用于確定樣本池接收區(qū)何時(shí)已接收到被分析的預(yù)定量樣本。
另一個(gè)過(guò)程AA另一個(gè)過(guò)程Z的方法，還包括在確定樣本池接收區(qū)已接收到被分析的預(yù)定量樣本之后，確定該液體樣本中被分析物的濃度。
另一個(gè)過(guò)程BB一種利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)測(cè)量透射通過(guò)液體樣本的光的方法，該方法包括以下的步驟利用基本準(zhǔn)直的光束照明該樣本；利用第一透鏡收集透射通過(guò)該樣本的正常和散射光；利用第一透鏡減小透射光的發(fā)散角；在減小發(fā)散角之后，利用第二透鏡基本準(zhǔn)直透射光；和利用檢測(cè)器測(cè)量基本準(zhǔn)直的透射光。
另一個(gè)過(guò)程CC另一個(gè)過(guò)程BB的方法，其中第一透鏡和第二透鏡中的每個(gè)透鏡是半球形透鏡。
另一個(gè)過(guò)程DD另一個(gè)過(guò)程BB的方法，其中利用第一透鏡減小的發(fā)散角是從約15度至約40度。
另一個(gè)過(guò)程EE另一個(gè)過(guò)程BB的方法，其中利用第二透鏡基本準(zhǔn)直被接收的光包括利用第二透鏡減小被接收光的發(fā)散角到約小于5度。
另一個(gè)過(guò)程FF另一個(gè)過(guò)程BB的方法，還提供一個(gè)光源，該光源適合于輸出的光束波長(zhǎng)是從約500nm至約940nm。
另一個(gè)過(guò)程GG另一個(gè)過(guò)程BB的方法，還提供一個(gè)光源，該光源適合于輸出單色光的光束。
另一個(gè)過(guò)程HH另一個(gè)過(guò)程BB的方法，還提供一個(gè)光源，該光源適合于輸出白光的光束。
另一個(gè)過(guò)程II另一個(gè)過(guò)程BB的方法，其中收集正常和散射光包括收集基本上所有透射通過(guò)該樣本的正常和散射光。
另一個(gè)過(guò)程JJ另一個(gè)過(guò)程BB的方法，還包括監(jiān)測(cè)該檢測(cè)器，它適合于確定樣本池接收區(qū)何時(shí)已接收到預(yù)定量的被分析樣本。
另一個(gè)過(guò)程KK另一個(gè)過(guò)程JJ的方法，還包括在確定樣本池接收區(qū)已接收到預(yù)定量的被分析樣本之后，確定液體樣本中的被分析物濃度。
另一個(gè)過(guò)程LL一種利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)確定液體樣本中被分析物濃度的方法，該系統(tǒng)包括第一透鏡，它適合于接收透射通過(guò)該樣本的正常和散射光；第二透鏡，它適合于從第一透鏡中接收光，并適合于輸出基本準(zhǔn)直的光束；光源和樣本池接收區(qū)；該方法包括以下的步驟樣本與試劑發(fā)生反應(yīng)，它適合于在該系統(tǒng)的樣本池接收區(qū)中產(chǎn)生色反應(yīng)；利用該系統(tǒng)的光源輸出基本準(zhǔn)直的近紅外光束照明該樣本；利用該系統(tǒng)的檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的近紅外光；利用該系統(tǒng)的光源輸出基本準(zhǔn)直的可見(jiàn)光束照明該樣本；利用檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的可見(jiàn)光；和確定透射通過(guò)該樣本的測(cè)量的可見(jiàn)光與測(cè)量的近紅外光的比率。
另一個(gè)過(guò)程MM另一個(gè)過(guò)程LL的方法，其中液體樣本是血液。
另一個(gè)過(guò)程N(yùn)N另一個(gè)過(guò)程LL的方法，其中被分析物是葡萄糖。
另一個(gè)過(guò)程O(píng)O
另一個(gè)過(guò)程LL的方法，其中確定該比率包括提出血液樣本中的血細(xì)胞比容水平造成的透射率偏差。
另一個(gè)過(guò)程PP另一個(gè)過(guò)程LL的方法，其中酶是與催化劑耦合的葡萄糖脫氫酶，它與四唑指示劑產(chǎn)生顏色。
另一個(gè)過(guò)程QQ一種利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)確定血液樣本中葡萄糖濃度的方法，該系統(tǒng)包括第一透鏡，它適合于接收透射通過(guò)該樣本的正常和散射光；第二透鏡，它適合于從第一透鏡中接收光，并適合于輸出基本準(zhǔn)直的光束，該方法包括以下的步驟血液樣本與干燥試劑發(fā)生反應(yīng)，它用于在樣本池接收區(qū)中產(chǎn)生色反應(yīng)；利用該系統(tǒng)的光源輸出基本準(zhǔn)直的可見(jiàn)光束照明該樣本；利用該系統(tǒng)的檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的可見(jiàn)光；利用該光源輸出基本準(zhǔn)直的近紅外光束照明該樣本；利用檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的近紅外光；校正該血液樣本的血細(xì)胞比容水平造成的透射率偏差；和確定該血液樣本中的葡萄糖濃度。
另一個(gè)過(guò)程RR另一個(gè)過(guò)程QQ的方法，其中校正操作包括確定透射通過(guò)該樣本的測(cè)量可見(jiàn)光與測(cè)量近紅外光的比率。
另一個(gè)過(guò)程SS另一個(gè)過(guò)程QQ的方法，其中校正操作包括確定透射通過(guò)該樣本的測(cè)量可見(jiàn)光與測(cè)量近紅外光之間的相關(guān)，并應(yīng)用該相關(guān)校正到可見(jiàn)光透射率測(cè)量值。
雖然本發(fā)明對(duì)于各種改動(dòng)和其他的形式是敏感的，但是在附圖中通過(guò)舉例說(shuō)明具體的實(shí)施例，并給以詳細(xì)的描述。然而，應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明不局限于所公開(kāi)的具體形式，與此相反，我們的意圖是覆蓋在所附權(quán)利要求書(shū)限定本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有的改動(dòng)，等價(jià)形式和變化方案。
權(quán)利要求
1.一種用于確定液體樣本中被分析物濃度的全透射光譜學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括樣本池接收區(qū)，用于接收被分析的樣本，樣本池接收區(qū)是由基本光透明的材料構(gòu)成；光源；準(zhǔn)直透鏡，它適合于從光源接收光，并適合于利用基本準(zhǔn)直的光束照明樣本池接收區(qū)；第一透鏡，它適合于接收以第一發(fā)散角透射通過(guò)該樣本的正常和散射光，第一透鏡接收有第一接收角的光，第一透鏡輸出有第二發(fā)散角的光，第二發(fā)散角小于第一發(fā)散角；第二透鏡，它適合于從第一透鏡接收光，并適合于輸出基本準(zhǔn)直的光束；和檢測(cè)器，它適合于測(cè)量第二透鏡輸出的光。
2.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中液體樣本是血液，和其中樣本池接收區(qū)包含沒(méi)有溶血?jiǎng)┑母稍镌噭诶醚涸贅?gòu)成時(shí)，它適合于產(chǎn)生色反應(yīng)。
3.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一透鏡和第二透鏡中的每個(gè)透鏡是半球形透鏡。
4.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一透鏡的第一接收角是從0度至約90度。
5.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一透鏡的第一接收角大于70度。
6.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一透鏡的第二發(fā)散角是從約15度至約40度。
7.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一透鏡與第二透鏡的直徑比約為1∶2。
8.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源輸出的光波長(zhǎng)是從約500nm至約940nm。
9.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源包括發(fā)光二極管。
10.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源輸出單色光。
11.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源輸出白光。
12.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中檢測(cè)器包括硅檢測(cè)器。
13.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中液體是血液。
14.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中被分析物是葡萄糖。
15.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一透鏡接收透射通過(guò)樣本的基本上所有的正常和散射光。
16.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括適合于從光源中選取特定波長(zhǎng)的濾波器。
17.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括耦合透鏡和光纖光纜，用于從第二透鏡引導(dǎo)光到檢測(cè)器。
18.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第二透鏡輸出的基本準(zhǔn)直光束的發(fā)散角約小于5度。
19.一種利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)確定液體樣本中被分析物濃度的方法，該方法包括以下的步驟在全透射光譜學(xué)系統(tǒng)的樣本池接收區(qū)中接收被分析的樣本；輸出來(lái)自光源的光束；基本準(zhǔn)直從光源輸出的光束；利用從光源輸出基本準(zhǔn)直的光束照明該樣本；利用第一透鏡收集透射通過(guò)該樣本的正常和散射光；利用第一透鏡減小透射光的發(fā)散角；利用第二透鏡接收有減小發(fā)散角的光；利用第二透鏡基本準(zhǔn)直被接收的光；和利用檢測(cè)器測(cè)量來(lái)自第二透鏡的基本準(zhǔn)直的光。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其中第一透鏡和第二透鏡中的每個(gè)透鏡是半球形透鏡。
21.按照權(quán)利要求19的方法，其中利用第一透鏡減小的發(fā)散角是從約15度至約40度。
22.按照權(quán)利要求19的方法，其中利用第二透鏡接收的光減小從第二透鏡散射光的發(fā)散角到約小于5度。
23.按照權(quán)利要求19的方法，其中光源的光波長(zhǎng)是從約500nm至約940nm。
24.按照權(quán)利要求19的方法，其中光源輸出單色光束。
25.按照權(quán)利要求19的方法，其中光源是白光。
26.按照權(quán)利要求19的方法，還包括監(jiān)測(cè)該檢測(cè)器，用于確定樣本池接收區(qū)何時(shí)已接收到預(yù)定量的被分析樣本。
27.按照權(quán)利要求26的方法，還包括在確定樣本池接收區(qū)已接收到預(yù)定量的被分析樣本之后，確定該液體樣本中的被分析物濃度。
28.一種利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)測(cè)量光透射通過(guò)液體樣本的方法，該方法包括以下的步驟利用基本準(zhǔn)直的光束照明該樣本；利用第一透鏡收集透射通過(guò)該樣本的正常和散射光；利用第一透鏡減小透射光的發(fā)散角；在減小發(fā)散角之后，利用第二透鏡基本準(zhǔn)直該透射光；和利用檢測(cè)器測(cè)量基本準(zhǔn)直的透射光。
29.按照權(quán)利要求28的方法，其中第一透鏡和第二透鏡中的每個(gè)透鏡是半球形透鏡。
30.按照權(quán)利要求28的方法，其中利用第一透鏡減小的發(fā)散角是從約15度至約40度。
31.按照權(quán)利要求28的方法，其中利用第二透鏡基本準(zhǔn)直被接收的光包括利用第二透鏡減小被接收光的發(fā)散角到約小于5度。
32.按照權(quán)利要求28的方法，還提供一個(gè)光源，該光源適合于輸出的光束還具有波長(zhǎng)從約500nm至約940nm。
33.按照權(quán)利要求28的方法，還提供一個(gè)光源，該光源適合于輸出單色光的光束。
34.按照權(quán)利要求28的方法，還提供一個(gè)光源，該光源適合于輸出白光的光束。
35.按照權(quán)利要求28的方法，其中收集正常和散射光包括收集透射通過(guò)該樣本的基本上所有的正常和散射光。
36.按照權(quán)利要求28的方法，還包括監(jiān)測(cè)該檢測(cè)器，它適合于確定樣本池接收區(qū)何時(shí)已接收到預(yù)定量的被分析樣本。
37.按照權(quán)利要求36的方法，還包括在確定樣本池接收區(qū)已接收到預(yù)定量的被分析樣本之后，確定液體樣本中的被分析物濃度。
38.一種利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)確定液體樣本中被分析物濃度的方法，該系統(tǒng)包括第一透鏡，它適合于接收透射通過(guò)該樣本的正常和散射光；第二透鏡，它適合于從第一透鏡中接收光，并適合于輸出基本準(zhǔn)直的光束；光源和樣本池接收區(qū)；該方法包括以下的步驟使樣本與試劑發(fā)生反應(yīng)，適合于在該系統(tǒng)的樣本池接收區(qū)中產(chǎn)生色反應(yīng)；利用該系統(tǒng)的光源輸出基本準(zhǔn)直的近紅外光束照明該樣本；利用該系統(tǒng)的檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的近紅外光；利用該系統(tǒng)的光源輸出基本準(zhǔn)直的可見(jiàn)光束照明該樣本；利用檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的可見(jiàn)光；和確定透射通過(guò)該樣本的測(cè)量的可見(jiàn)光與測(cè)量的近紅外光的比率。
39.按照權(quán)利要求38的方法，其中液體樣本是血液。
40.按照權(quán)利要求38的方法，其中被分析物是葡萄糖。
41.按照權(quán)利要求38的方法，其中確定該比率包括提出血液樣本中的血細(xì)胞比容水平造成的透射率偏差因子。
42.按照權(quán)利要求38的方法，其中酶是與催化劑耦合的葡萄糖脫氫酶，它與四唑指示劑產(chǎn)生顏色。
43.一種利用全透射光譜學(xué)系統(tǒng)確定血液樣本中葡萄糖濃度的方法，該系統(tǒng)包括第一透鏡，它適合于接收透射通過(guò)該樣本的正常和散射光；和第二透鏡，它適合于從第一透鏡中接收光，并適合于輸出基本準(zhǔn)直的光束，該方法包括以下的步驟使血液樣本與干燥試劑發(fā)生反應(yīng)，用于在樣本池接收區(qū)中產(chǎn)生色反應(yīng)；利用該系統(tǒng)的光源輸出基本準(zhǔn)直的可見(jiàn)光束照明該樣本；利用該系統(tǒng)的檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的可見(jiàn)光；利用該光源輸出基本準(zhǔn)直的近紅外光束照明該樣本；利用檢測(cè)器測(cè)量透射通過(guò)該樣本的近紅外光；校正該血液樣本的血細(xì)胞比容水平造成的透射率偏差；和確定該血液樣本中的葡萄糖濃度。
44.按照權(quán)利要求43的方法，其中校正步驟包括確定透射通過(guò)該樣本的測(cè)量的可見(jiàn)光與測(cè)量的近紅外光的比率。
45.按照權(quán)利要求43的方法，其中校正步驟包括確定透射通過(guò)該樣本的測(cè)量的可見(jiàn)光與測(cè)量的近紅外光之間的相關(guān)性，并應(yīng)用該相關(guān)性對(duì)可見(jiàn)光透射率測(cè)量值進(jìn)行校正。
全文摘要
一種用于確定液體樣本中被分析物濃度的全透射光譜學(xué)系統(tǒng)，包括樣本池接收區(qū)，光源，準(zhǔn)直透鏡，第一透鏡，第二透鏡，和檢測(cè)器。樣本池接收區(qū)適合于接收被分析的樣本。樣本池接收區(qū)是由基本光透明的材料構(gòu)成。準(zhǔn)直透鏡適合于從光源中接收光，并適合于利用基本準(zhǔn)直的光束照明樣本池接收區(qū)。第一透鏡適合于接收以第一發(fā)散角透射通過(guò)該樣本的正常和散射光。第一透鏡接收有第一接收角的光。第一透鏡輸出有第二發(fā)散角的光。第二發(fā)散角小于第一發(fā)散角。第二透鏡適合于從第一透鏡中接收光，并適合于輸出基本準(zhǔn)直的光束。檢測(cè)器適合于測(cè)量由第二透鏡輸出的光。
文檔編號(hào)G01N21/25GK101088003SQ200580042761
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者安德魯·J.·道斯曼, 克里斯蒂安·D.·尼爾森, 瑪麗·艾蘭·沃凱爾－溫德哈姆 申請(qǐng)人:拜爾保健有限公司