專利名稱：以nir為基礎(chǔ)的血液分析物測(cè)定中光譜效應(yīng)的最小化的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及非侵入性組織成分分析領(lǐng)域。更加具體的，本發(fā)明涉及在用于非侵入性血液分析物測(cè)定的NIR光譜測(cè)量中使因組織狀態(tài)變化而造成光譜效應(yīng)最小化的方法和設(shè)備。
相關(guān)領(lǐng)域的描述近紅外(NIR)組織光譜法是有前途的非侵入性技術(shù)，它將測(cè)量建立在用700-2500納米波長(zhǎng)范圍的NIR能量輻射組織位點(diǎn)的基礎(chǔ)上。能量被聚焦到一個(gè)皮膚區(qū)域上并按照皮膚組織的分散和吸收特性傳播。因此，反射或傳播的能量逃逸出來，并且只要有關(guān)于組織體積的信息就可以將其測(cè)量。特別地，各個(gè)波長(zhǎng)上光能的減弱都是組織結(jié)構(gòu)特征和化學(xué)組成的函數(shù)。含有獨(dú)特不均勻顆粒分布的組織層通過散射影響光吸收。水、蛋白質(zhì)、脂肪和血液分析物等化學(xué)成分對(duì)光的吸收以特有的吸收曲線或特征與它們的濃度成比例。對(duì)組織性質(zhì)、特征或組成的測(cè)量基于分別因其散射和/或吸收特性而造成的光減弱數(shù)量的檢測(cè)。
由于對(duì)血液分析物(如血糖濃度)的非侵入性預(yù)測(cè)已經(jīng)通過NIR光譜法、組織狀態(tài)的波動(dòng)(如皮膚溫度)進(jìn)行，這使得可能使凈分析物信號(hào)減弱的光譜方差增加，因此使其難以獲得有價(jià)值的分析物信息。
人類組織中含有多達(dá)80％的水，水在NIR吸收光譜中會(huì)有作為溫度函數(shù)的已知的峰變化。如果溫度升高，水帶移向較短的波長(zhǎng)，其結(jié)果是削弱了氫鍵。當(dāng)光照射組織并通過皮膚層時(shí)，它在離開皮膚之前被皮膚的成分散射并吸收，它在這里被光譜儀測(cè)得。皮膚溫度的變化以兩種方式被帶進(jìn)光譜測(cè)量。其一，所得信號(hào)包括它已經(jīng)通過的組織體積的光譜信號(hào)，這包括存在于人組織視覺取樣途徑的天然溫度梯度的貢獻(xiàn)。其二，作為環(huán)境和生理因素的結(jié)果，人皮膚和其下的真皮組織承受了溫度變化以維持均勻的內(nèi)部體溫。一天中，所觀察到的健康個(gè)體中皮膚溫度的波動(dòng)多達(dá)5°F。這些因素導(dǎo)致測(cè)量間溫度的變化，它包括一個(gè)數(shù)據(jù)組。因此，數(shù)據(jù)組中出現(xiàn)了一次測(cè)量和多次測(cè)量之間水帶的變化。通過多元數(shù)學(xué)校正模型，數(shù)據(jù)組被用來估計(jì)人們感興趣的分析物。
測(cè)量?jī)?nèi)和測(cè)量之間，溫度變化增加了多元分析的復(fù)雜性水平，使得更加難以準(zhǔn)確獲取分析物的信息。溫度的巨大變化或?qū)е鹿庾V方差加劇，這會(huì)導(dǎo)致凈分析信號(hào)減少。此外，不受控的皮膚溫度變化與人們感興趣的分析物關(guān)聯(lián)的可能性也較高。這種隨機(jī)的關(guān)聯(lián)會(huì)導(dǎo)致校正失敗，這是可以或不可辨別的。
已有技術(shù)中已經(jīng)描述了各種目的在于以某種途徑調(diào)節(jié)或改變樣品溫度的光譜法和光譜設(shè)備。例如，J.Braig，D.Goldberger，B.Sterling，Self-emission noninvasive infrared spectrophotometer with bodytemperature compensation，美國(guó)專利第5,615,672號(hào)(1997年4月1日)描述了一種“自發(fā)射”葡萄糖調(diào)節(jié)器，它通過在接近10微米的長(zhǎng)紅外線波長(zhǎng)下調(diào)節(jié)血液中葡萄糖的紅外發(fā)射可以非侵入性的測(cè)量患者血液中的葡萄糖濃度。所描述的裝置采用由人血液和/或周圍組織發(fā)射的紅外能以進(jìn)行吸收分析。還使用了用來在手臂測(cè)量人體的內(nèi)部溫度的感溫裝置以為溫度依賴效應(yīng)調(diào)節(jié)組成濃度測(cè)量。由于使用了人體自身紅外能(以體熱形式放出)，故紅外源就無需提供能源，上訴裝置和相應(yīng)的方法需要確定個(gè)體的內(nèi)部溫度；然而，傳感器是在皮膚表面測(cè)量溫度。因此，對(duì)測(cè)定的光譜信號(hào)使用計(jì)算出的內(nèi)部體溫的補(bǔ)償會(huì)在分析物濃度估計(jì)量中引入明顯的誤差原因。因此，傳感器的熱時(shí)間常數(shù)在測(cè)量中引入了不需要的等待時(shí)間，它可能長(zhǎng)達(dá)1.5分鐘。此外，所述裝置僅僅對(duì)光譜信號(hào)計(jì)算了補(bǔ)償受試者體溫影響的校正。沒有采取措施將溫度控制在目標(biāo)范圍內(nèi)以提供理想的樣品溫度，這樣可以使與溫度相關(guān)的光譜效應(yīng)最小化。此外，Braig等注意到了IR光譜的中和遠(yuǎn)區(qū)域。
M.Block，Non-invasive IR Transmission measurement of analyte如the tympanic membrane，美國(guó)專利6,002,953號(hào)(1999年12月14日)描述了測(cè)量選定血液成分濃度的非侵入性方法和設(shè)備，其中，光學(xué)裝置被置于外耳道以在IR檢測(cè)和分析裝置中導(dǎo)入一部分電磁輻射。將鼓膜冷卻以與內(nèi)耳產(chǎn)生溫差，這樣可使熱輻射比較容易通過鼓膜。將光學(xué)裝置置于耳道深處并將鼓膜冷卻不是侵入性的，盡管與外傷性更強(qiáng)的取樣方法(如靜脈穿刺)相比，它們看起來侵入性較小。Block的方法沒有在測(cè)量位點(diǎn)提供以光譜學(xué)為基礎(chǔ)的溫度測(cè)量。將鼓膜冷卻不是為了使組織狀態(tài)波動(dòng)的光譜效應(yīng)最小化，而是為了便于熱傳遞。除了以固定的方式將鼓膜冷卻，Block的裝置無法在測(cè)量位點(diǎn)控制溫度。Block的裝置進(jìn)一步提供了非閉合環(huán)，其中光譜溫度測(cè)定提供了控制位點(diǎn)溫度所需的反饋。
J.Braig，C.Kramer，B.Sterling，D.Goldberger，P.Zheng，A.Shulenberger，R.Trebino，R，King，C.Barnes，Method for determininganalyte concentration using periodic temperature modulation andphase detection，美國(guó)專利第6,161,028號(hào)(2000年12月12日)描述了一種測(cè)定實(shí)驗(yàn)樣品的分析物濃度的方法，它使用了類似于Block基本原理。在實(shí)驗(yàn)樣品中建立溫度梯度并用紅外輻射探測(cè)器在選定的分析物吸收峰和參考波長(zhǎng)上測(cè)量輻射值。Braig等提出使用梯度光譜，它在樣品中建立溫度梯度以利于熱傳遞，由此向輻射探測(cè)器傳遞更多的熱輻射。所述方法未能解決與測(cè)量位點(diǎn)上組織狀態(tài)波動(dòng)有關(guān)的光譜效應(yīng)以及它們對(duì)凈分析物信號(hào)的混淆作用。除了在樣品中引入溫度梯度外，所述方法未提供將樣品溫度控制在目標(biāo)范圍內(nèi)以使因樣品溫度波動(dòng)造成的光譜效應(yīng)最小化的方法。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)未能解決的問題，需要可以在以NIR為基礎(chǔ)的非侵入性血液分析物測(cè)定中，通過控制選定的組織狀態(tài)參數(shù)并將其保持在預(yù)定的使光譜效應(yīng)最小化的目標(biāo)范圍內(nèi)，從而控制因組織狀態(tài)變化(如皮膚溫度)造成的光譜效應(yīng)的方法。它將是以光譜學(xué)控制組織狀態(tài)參數(shù)的顯著的技術(shù)進(jìn)步，其中，校正模式通過使選定的組織狀態(tài)參數(shù)的改變與觀察到的光譜效應(yīng)的改變相關(guān)計(jì)算測(cè)量值，因此消除了現(xiàn)有傳感裝置固有的時(shí)間常數(shù)。它可以提供有閉合環(huán)驅(qū)動(dòng)的控制選定的組織狀態(tài)參數(shù)的方法，其中采用了為確定控制等級(jí)提供反饋的計(jì)算值。
發(fā)明概要本發(fā)明提供了在非侵入性體內(nèi)光譜測(cè)量中使因組織狀態(tài)波動(dòng)造成的混淆作用最小化的方法和設(shè)備。通過采用使光譜變化與選定的組織狀態(tài)參數(shù)的波動(dòng)相關(guān)的多元校正模型在光譜學(xué)上控制選定的組織狀態(tài)參數(shù)，它可提供幾乎瞬時(shí)的測(cè)量值而不會(huì)引入顯著的時(shí)間常數(shù)。選定參數(shù)值的目標(biāo)范圍是通過觀察數(shù)據(jù)組的光譜以確定使因選定參數(shù)改變而造成的光譜效應(yīng)最小的值的范圍，由一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的。在測(cè)量時(shí)，選定的參數(shù)被連續(xù)控制。算出的值在閉合環(huán)內(nèi)提供反饋，閉合環(huán)可驅(qū)動(dòng)將選定的組織狀態(tài)參數(shù)保持在目標(biāo)范圍內(nèi)的裝置。本發(fā)明包括主動(dòng)和被動(dòng)控制組織狀態(tài)參數(shù)的方法。
本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案提供了使非侵入性近IR光譜測(cè)量中因組織測(cè)量位點(diǎn)的皮膚溫度變化而造成的混淆作用最小化的方法和設(shè)備。測(cè)量位點(diǎn)的皮膚溫度是通過光譜控制的，它通過采用使光譜變化與皮膚溫度變化相關(guān)的多元校正模型計(jì)算溫度值。常規(guī)的溫度傳感裝置所固有的熱時(shí)間常數(shù)被消除，提供了幾乎瞬時(shí)的溫度讀數(shù)。提供了主動(dòng)和被動(dòng)的控制裝置。被動(dòng)控制是通過選擇性應(yīng)用并除去閉合的熱包裹實(shí)現(xiàn)的。主動(dòng)控制是通過對(duì)鄰近測(cè)量位點(diǎn)的皮膚使用熱敏電阻進(jìn)行的。可以互補(bǔ)方式使用主動(dòng)和被動(dòng)控制，或者也可以獨(dú)立使用。在本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，控制裝置與測(cè)量?jī)x器合并，其中算得的皮膚溫度值在驅(qū)動(dòng)控制裝置的閉合環(huán)中提供反饋。在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，向操作員提供了溫度值，他然后采用主動(dòng)和/或被動(dòng)控制以實(shí)現(xiàn)并將皮膚溫度保持在目標(biāo)范圍內(nèi)。通過以光譜學(xué)方法控制皮膚溫度并采用被動(dòng)和/或主動(dòng)控制的方法，有可能降低NIR測(cè)量時(shí)皮膚溫度變化的效應(yīng)。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了其在非侵入性測(cè)量血糖濃度中的特定應(yīng)用。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是吸收光譜，它顯示了在兩個(gè)不同溫度下測(cè)得的水吸收峰圖2和3是吸收光譜，它顯示了在如本發(fā)明所述的帶有光學(xué)纖維受試者界面的光譜計(jì)上測(cè)得的兩名不同受試者的水吸收峰；圖4和5是圖2和3的受試者的吸收光譜，它是在如本發(fā)明所述的帶有由透鏡制成的受試者界面的光譜計(jì)上測(cè)得的；圖6顯示了如本發(fā)明所述的圖2和3吸收光譜的示差光譜；圖7顯示了如本發(fā)明所述的圖4和5吸收光譜的示差光譜；圖8顯示了如本發(fā)明所述的糖尿病受試者光譜的方差與波長(zhǎng)的曲線圖；圖9a至11a是如本發(fā)明所述的三名健康受試者光譜的方差與波長(zhǎng)的曲線圖；圖9b至11b是如本發(fā)明所述的圖9a至11a的三名受試者最小和較大溫度變化的曲線圖；圖12和13是如本發(fā)明所述的圖9至11的三名受試者與兩種不同LED檢測(cè)器有關(guān)的樣品變化的柱狀圖；圖14是如本發(fā)明所述的在組織測(cè)定位點(diǎn)測(cè)量和控制皮膚溫度的方法的框圖；圖15是如本發(fā)明所述用來在組織測(cè)定位點(diǎn)測(cè)量和控制皮膚溫度的光譜儀設(shè)備的框圖。
詳細(xì)描述用NIR光譜法測(cè)量并控制皮膚溫度和輔助性皮膚溫度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量結(jié)合的皮膚近紅外測(cè)量被用來發(fā)展NIR溫度校準(zhǔn)，它僅需要NIR組織掃描以預(yù)測(cè)皮膚表面溫度。為光譜分析發(fā)展校正的方法可以采用精通此領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的各種多元分析技術(shù)。通過已知的1450nm水帶隨皮膚溫度改變而變化可以進(jìn)行NIR皮膚溫度校準(zhǔn)。校準(zhǔn)模型將改變的信息與多元回歸系數(shù)潛在結(jié)合。非侵入性NIR測(cè)量中人組織的溫度測(cè)量和控制是重要的，因?yàn)樗峁┝撕?jiǎn)化復(fù)雜的重疊光譜效應(yīng)(會(huì)抑制分析物信號(hào)的提取)的方法。通過使用NIR溫度測(cè)量可以避免額外的溫度測(cè)量硬件和相關(guān)的花費(fèi)以及復(fù)雜性。
NIR測(cè)量?jī)?yōu)于基本的熱敏電阻測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)在于它沒有常規(guī)感覺硬件所固有的熱時(shí)間常數(shù)。在10°F的步變下，測(cè)得皮膚熱敏電阻的響應(yīng)通常需要多達(dá)1.5分鐘以反應(yīng)95％的樣品溫度變化。消除溫度測(cè)量中的時(shí)間常數(shù)在進(jìn)行主動(dòng)閉環(huán)皮膚溫度控制時(shí)有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它可以提供未被基本測(cè)量方法所固有的時(shí)間常數(shù)妨礙的幾乎即時(shí)的皮膚溫度反饋。
用單個(gè)受試者的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)已經(jīng)建立了多個(gè)個(gè)體的皮膚溫度校準(zhǔn)。這一結(jié)果預(yù)示了在使用此裝置之前在位置上建立常規(guī)皮膚溫度校準(zhǔn)的可能性。
以下提供了主動(dòng)和被動(dòng)控制皮膚溫度的過程。近紅外(NIR)組織光譜被用來輻射皮膚并評(píng)價(jià)人類受試者的生物分析物。皮膚溫度的改變以兩種途徑破壞NIR測(cè)量首先，如果皮膚溫度與感興趣的分析物有關(guān)則會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤校準(zhǔn)，其次，較大的皮膚溫度波動(dòng)會(huì)破壞凈分析物信號(hào)。描述了被動(dòng)和主動(dòng)控制皮膚溫度以防止破壞凈分析物信號(hào)和偽相關(guān)的儀器和方法?？刂破つw溫度的方法包括確定目標(biāo)皮膚溫度、控制實(shí)際皮膚溫度以及使用被動(dòng)和/或主動(dòng)控制方法以達(dá)到目標(biāo)溫度。
為以下目的進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)·對(duì)皮膚溫度變化對(duì)NIR光譜的作用進(jìn)行定性一見下面的實(shí)施例I和II。
·確定一天和每天之間的皮膚溫度曲線，并確定目標(biāo)溫度一見下面的
·將皮膚溫度控制在±1°F之內(nèi)的實(shí)驗(yàn)方法一見下面的實(shí)施例III。
控制皮膚溫度的方法皮膚的一個(gè)主要作用是保持恒定的體溫。對(duì)外部和內(nèi)部刺激的生理響應(yīng)可以限制皮膚的溫度控制。周期性控制是獲得良好溫度控制的決定性步驟。采用本發(fā)明，熟練的操作者可以知道皮膚溫度的走向并采用被動(dòng)和/或主動(dòng)控制作為補(bǔ)償，因此可以在光譜測(cè)量位點(diǎn)保持穩(wěn)定的皮膚溫度。
皮膚溫度是用接觸皮膚的溫度探針在5mm的光譜測(cè)量位點(diǎn)控制的。如下面實(shí)施例II所討論的，每日的皮膚溫度曲線顯示，通常在早上溫度較低并一般在一整天內(nèi)都上升，結(jié)果得到了有平緩地正斜率并隨時(shí)間穩(wěn)定的曲線。如以下實(shí)施例III的討論中所指出的，健康和糖尿病人的皮膚溫度曲線的初始目標(biāo)皮膚溫度范圍在90-92°F，這代表了在中午和午后觀察到的溫度。目標(biāo)范圍會(huì)隨著個(gè)體而改變。以下方法被用來得到并保持目標(biāo)范圍。
被動(dòng)控制被動(dòng)控制，通過圍繞在受試者前臂的熱包裹，可用來在早上使皮膚溫度迅速達(dá)到目標(biāo)溫度。它在第一個(gè)小時(shí)中產(chǎn)生了斜率很陡的曲線，然后在一天中剩下的時(shí)間是更加均一的皮膚溫度。包裹從手腕到肘部包圍前臂，由此升高整個(gè)前臂的溫度。根據(jù)將皮膚溫度保持在目標(biāo)范圍內(nèi)的需要，可以調(diào)節(jié)包裹以較松或較緊的圍繞受試者的手臂，也可以被除去。
主動(dòng)控制主動(dòng)控制用溫控的銅吸熱設(shè)備以迅速改變皮膚溫度?？梢哉{(diào)節(jié)吸熱設(shè)備的設(shè)定點(diǎn)以溫暖或冷卻皮膚。主動(dòng)控制局限在與吸熱設(shè)備(與受試者-光譜儀界面有同樣的尺寸)接觸的皮膚上。如果皮膚溫度在光譜測(cè)量前明顯在目標(biāo)范圍之外，則在測(cè)量前將手臂在吸熱設(shè)備上放置1-2分鐘。
上訴方法可以合并使用以將皮膚溫度保持在目標(biāo)范圍內(nèi)。對(duì)方法的選擇是光譜測(cè)量前存在的時(shí)間與觀察到的皮膚溫度的函數(shù)。每次控制皮膚溫度時(shí)所作出的使用主動(dòng)控制或被動(dòng)控制的決定是基于光譜測(cè)量前存在的時(shí)間和實(shí)際溫度與目標(biāo)溫度之間的差值。被動(dòng)控制最好要放置1-2分鐘以上，而如果需要迅速升溫或降溫則主動(dòng)控制就比較有利。圖14顯示了控制皮膚溫度常規(guī)方法的流程圖。如這里所述，目標(biāo)溫度是通過觀察光譜測(cè)量值并建立使光譜變化保持最小的目標(biāo)范圍，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立的140。收集NIR光譜測(cè)量值141，并對(duì)使光譜效應(yīng)與皮膚溫度有關(guān)的光譜測(cè)量值采用多元校準(zhǔn)從而通過光譜控制皮膚溫度142。計(jì)算溫度讀數(shù)143。如果皮膚溫度在目標(biāo)范圍內(nèi)，則無需進(jìn)行控制。如果皮膚溫度在目標(biāo)范圍外，則可以使用被動(dòng)控制144或主動(dòng)控制145，或結(jié)合使用這兩者，以使溫度回到目標(biāo)范圍內(nèi)。從圖14和15可以看書，本發(fā)明的系統(tǒng)代表了閉合環(huán)，其中控制裝置是由光譜溫度測(cè)量提供的反饋驅(qū)動(dòng)的。
圖15顯示了實(shí)施本發(fā)明方法的光譜設(shè)備。受試者界面模塊152與受試者皮膚上的組織測(cè)量位點(diǎn)151結(jié)合。放在受試者界面模塊上的熱敏電阻159在目標(biāo)范圍內(nèi)有設(shè)定點(diǎn)。為保持設(shè)定溫度，熱敏電阻要么加熱要么冷卻皮膚表面。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，受試者界面模塊包括光學(xué)纖維探針。受試者表面模塊將光源160發(fā)出的光導(dǎo)向組織測(cè)量位點(diǎn)。從組織測(cè)量位點(diǎn)散射回的光被檢測(cè)器光學(xué)設(shè)備153(這里是光學(xué)纖維)導(dǎo)向一個(gè)或多個(gè)光檢測(cè)器154。模擬電路將測(cè)得的光轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?，它隨后被模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)155轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。通過這些數(shù)字值，可以計(jì)算出吸收光譜156?？梢杂靡粋€(gè)或多個(gè)前面描述的預(yù)處理方法157處理吸收光譜。隨后，通過采用前面描述的校準(zhǔn)模型可以由吸收值算出溫度值158。最后，算出的溫度值被送到與熱敏電阻159連接的控制器(未顯示)以提供溫度反饋。
實(shí)施例1皮膚溫度對(duì)NIR光譜的影響綜述進(jìn)行了初步研究，以根據(jù)NIR光譜水帶中所含的信息量確定Instrumentation Metrics公司(滕比，亞利桑那州)提供的FOCSI(光纖偶聯(lián)掃描裝置)光譜儀裝置的光學(xué)構(gòu)件是否優(yōu)于同為InstrumentationMetrics公司提供的DRACO光譜儀裝置的光學(xué)構(gòu)件。已知1450nm處的水帶會(huì)隨著樣品溫度改變，這就使不同溫度的樣品上水和組織中的葡萄糖模型更加復(fù)雜。因此，血糖預(yù)測(cè)算法必需包括采用水帶改變的校準(zhǔn)策略以簡(jiǎn)化模型。因此，允許對(duì)組織溫度信息進(jìn)行估計(jì)的光學(xué)設(shè)計(jì)就成了非侵入性葡萄糖控制器的重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在這一研究中可以看到，不同溫度時(shí)在FOCSI裝置上的進(jìn)行的非侵入性測(cè)量實(shí)質(zhì)上比在DRACO上進(jìn)行的那些測(cè)量更符合期望的光譜行為。值得懷疑的是，非侵入性DRACO裝置中固有的高度可變的路長(zhǎng)(pathlength)混淆了對(duì)溫度效應(yīng)的解釋。
介紹水，人體組織中的含量高達(dá)80％，在NIR吸收光譜上隨著樣品溫度的增加有已知的峰改變。隨著溶液pH升高水帶會(huì)向較短的波長(zhǎng)移動(dòng)，同時(shí)隨著溫度的升高伴有氫鍵減弱。圖1中，在33(11)和41(10)攝氏度時(shí)出現(xiàn)了水的第一泛音譜帶的透射譜。體內(nèi)測(cè)量峰估計(jì)會(huì)包括由于人類組織的光取樣途徑中存在的天然溫度梯度造成的溫度狀態(tài)分布帶來的光譜貢獻(xiàn)。這一熱復(fù)合樣品基質(zhì)中的模型葡萄糖是用NIR光譜法進(jìn)行體內(nèi)測(cè)量的更有意義的挑戰(zhàn)之一。對(duì)組織溫度的實(shí)際補(bǔ)償最好由光譜測(cè)量值推出，因?yàn)橛媒t外光探測(cè)組織可能會(huì)在表面和組織中產(chǎn)生定位效應(yīng)。溫度探針不可能被置于光譜儀的光通道中而不影響測(cè)量，同時(shí)，非侵入性的溫度探針不能在組織中產(chǎn)生溫度梯度。最有效的對(duì)組織溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ㄐ枰獪y(cè)得的光譜包括與水帶的位置和形狀有關(guān)的實(shí)質(zhì)信息。水帶的形狀同樣會(huì)被組織光學(xué)影響，使得對(duì)高信息光譜掃描的探測(cè)更加重要?？紤]到這些，使水帶的形狀變形的儀器或取樣物是不需要的，且它們會(huì)強(qiáng)烈影響以NIR光譜法為基礎(chǔ)的非侵入性葡萄糖裝置的設(shè)計(jì)。
實(shí)驗(yàn)在FOCSI和DRACO掃描光譜儀上掃描六名受試者。對(duì)每個(gè)受試者進(jìn)行兩組實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是在正常環(huán)境皮膚溫度下掃描受試者，而第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是在將受試者的皮膚預(yù)加熱至高出正常皮膚溫度3-5°F后進(jìn)行的。研究前進(jìn)行的測(cè)量建立了以下光譜測(cè)量方法獲得光譜之前使手臂與裝置受試者界面模塊接觸3分鐘可以減弱快速的溫度和生理變化。YSI公司(YellowSprings，俄亥俄州)提供的帶有±0.05°F讀數(shù)裝置的YSI 4000皮膚溫度傳感器在實(shí)驗(yàn)中被置于距測(cè)量位點(diǎn)約5mm的地方。每30秒記錄一次溫度，掃描進(jìn)行了2分鐘。在體內(nèi)測(cè)量前和后直接獲得了采用80％反射率標(biāo)準(zhǔn)的參考光譜。
結(jié)果和討論檢測(cè)各個(gè)光譜儀裝置上進(jìn)行的掃描以得到六名受試者中每一人與溫度相關(guān)的影響。四名在FOCSI上掃描的患者中，與樣品組織溫度分布的變化一致的溫度相關(guān)的影響在其中三名中是顯著的，而在DRACO上進(jìn)行的掃描中與溫度相關(guān)的影響則沒有那么明顯。在圖2和3中繪出了在兩個(gè)溫度水平對(duì)兩名個(gè)體在FOCSI上進(jìn)行的掃描。在皮膚溫度為5°F(21，30)時(shí)獲得的一組光譜高于另一組(21，31)。這證明，掃描溫度越高則1450nm最大值和1650-1700nm的最小吸收之間的強(qiáng)度差別也越大。在1450nm水帶的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)，高溫光譜峰的邊緣也在低溫光譜的內(nèi)側(cè)。這些光譜差異與加熱的組織中更加狹窄的水溫范圍的存在是一致的，這就導(dǎo)致了比較尖銳的峰。根據(jù)散射理論，組織的散射隨著溫度增加。散射效應(yīng)最顯著的光譜區(qū)域在短波長(zhǎng)區(qū)域1100-1300nm處的第二泛音譜帶周圍。散射被認(rèn)為在第二泛音區(qū)域后迅速消失。樣品吸收隨溫度升高的抑制與預(yù)期的組織的光行為是一致的。由于散射隨溫度增加而造成的吸收降低在第二泛音譜帶是顯著的，但它在高吸收光譜特征的第一泛音譜帶(如水帶的最大值)上也可以是顯著的。
圖4和5顯示了在DRACO上進(jìn)行的相應(yīng)的掃描40、50和41、51。如上所述，溫度效應(yīng)不像它們?cè)趫D2和3的光譜上那么顯著。用在冷和熱的皮膚溫度獲得的各個(gè)受試者的光譜計(jì)算出的不同的光譜應(yīng)該含有與組織溫度變化有關(guān)的信息。對(duì)各個(gè)受試者進(jìn)行的一致的測(cè)量應(yīng)該產(chǎn)生有類似形狀的不同光譜。各個(gè)受試者在冷和熱皮膚溫度下得到的光譜被減去，得到的DRACO光譜儀的示差光譜顯示在圖6中，F(xiàn)OCSI裝置的示差光譜顯示在圖7中。很清楚，由FOCSI實(shí)驗(yàn)得到的示差光譜(冷減熱)比用DRACO測(cè)量得到的光譜在形狀上更一致。第二泛音區(qū)域周圍溫度誘導(dǎo)的散射效應(yīng)與對(duì)FOCSI進(jìn)行散射研究的結(jié)果是一致的，這說明，由于溫度升高組織的散射也增加，冷光譜減去熱光譜一定會(huì)得到所期待的正的結(jié)果。從圖6和圖7顯見，分析用DRACO光學(xué)系統(tǒng)在正常和較高溫度狀態(tài)在組織上測(cè)得的結(jié)果不像分析相應(yīng)的在FOCSI上得到的結(jié)果那么簡(jiǎn)單。DRACO光學(xué)系統(tǒng)對(duì)組織取樣和表面反射的變化更加敏感，這可以由傳感器的定位和壓力造成的。
結(jié)論通過這里進(jìn)行的溫度研究可以確定，對(duì)于收集和鑒定體內(nèi)光譜測(cè)量中存在的與溫度相關(guān)的變化，F(xiàn)OCSI受試者界面模塊比DRACO受試者界面模塊更加有效。正常組織和加熱組織的光譜之間的差異大約有幾百個(gè)吸收單位，這使得這些比較中DRACO檢測(cè)器的噪音缺點(diǎn)無足輕重。這些單位之間的最大殘差在于光取樣系統(tǒng)DRACO帶有常規(guī)鏡片系統(tǒng)，而FOCSI帶有光學(xué)纖維光傳遞系統(tǒng)一從單色儀到樣品再回到檢測(cè)器。顯著水平的可變皮膚表面反射的存在和DRACO固有的較寬的光程分布會(huì)導(dǎo)致1450nm處的水帶變寬和形狀不定。參見J.D.Hardy，H.T.Hammel，D.Murgatroyd，I/Appl/Physiol.，9257(1956)?；蛘?，F(xiàn)OCSI系統(tǒng)有可以忽略的表面反射構(gòu)件和更加狹窄的樣品路長(zhǎng)分布以使光子到達(dá)檢測(cè)器。DRACO和FOCSI之間的這些光學(xué)差異可能會(huì)在用DRACO測(cè)得的水帶中造成較低的信息含量。另外，其它的不太明顯的因素會(huì)明顯限制或提高對(duì)溫度相關(guān)光譜變化的分析。
令人鼓舞的是，在FOCSI進(jìn)行的掃描的與溫度相關(guān)的光譜變化與所期待的水與人組織的光譜改變和光散射特性是一致的。值得注意的，在DRACO上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)在用皮膚溫度產(chǎn)生系統(tǒng)光譜變化時(shí)沒有那么成功。DRACO上進(jìn)行的掃描的測(cè)量不一致性最可能的來源是皮膚表面反射中樣品與樣品之間的變化。不幸的是，即便是同一受試者的不同測(cè)量之間最輕微的表面反射的變化也會(huì)導(dǎo)致水帶的增補(bǔ)和形狀發(fā)生改變，它反過來使解釋與溫度相關(guān)的光譜變化困難或不可能。體內(nèi)樣品掃描和平常的光程的相關(guān)變化會(huì)隨著溫度、壓力、生理響應(yīng)和樣品位置的變化而改變。對(duì)溫度的補(bǔ)償需要將溫度相關(guān)的變化最大程度的從其它因素中分離。在DRACO裝置上解決皮膚溫度狀態(tài)更具挑戰(zhàn)性，這是因?yàn)镈RACO裝置上由溫度以外其它因素造成的光譜變化要大于FOCSI裝置。由在這一實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行的測(cè)量的一致性以及所得信息內(nèi)容可以得出一個(gè)結(jié)論，即在補(bǔ)償與溫度相關(guān)的光譜變化時(shí)以纖維為基礎(chǔ)的裝置是優(yōu)選的。
實(shí)施例II皮膚溫度曲線綜述這一研究的目的是在未控制和被動(dòng)皮膚溫度控制的情況下確定皮膚溫度曲線。一天中的早些時(shí)候，未控制和被動(dòng)控制的皮膚溫度都是最低的，并有隨著時(shí)間推移而穩(wěn)定的趨勢(shì)。被動(dòng)控制和未控制的曲線有相互交叉的趨勢(shì)，盡管被動(dòng)控制的皮膚溫度對(duì)突然變化不太敏感。
實(shí)驗(yàn)將八名受試者分成兩組，每組有三名男性和一名女性。在早上9點(diǎn)和下午6點(diǎn)間每一小時(shí)收集一次未控制和被動(dòng)控制的皮膚溫度特征，共三天。對(duì)第一組，用THERMAX包裹物封閉前臂上的測(cè)量位點(diǎn)以被動(dòng)控制皮膚溫度。對(duì)第二組，第一天被動(dòng)控制是通過用THERMAX包裹物實(shí)現(xiàn)的。在第2天和第3天，用羊毛袖套包裹整個(gè)前臂以進(jìn)行控制。對(duì)于兩個(gè)組，都在受試者另一只未包裹的前臂上收集未控制的溫度測(cè)量值，用YSI 4000溫度傳感器測(cè)定皮膚溫度。
結(jié)果和討論可以觀察到，最初的溫度依賴于受試者所穿衣物穿長(zhǎng)袖的受試者有較高的初始溫度。所有的八名受試者都是使用右手的，我們觀察到右臂的溫度通常較高。受試者的手臂溫度與室溫沒有必然的聯(lián)系；典型地，手臂溫度在上午急劇上升，然后保持穩(wěn)定并最終下降，或繼續(xù)以比最初的急速升高更緩和的方式繼續(xù)升高。八名受試者中的七人中，被動(dòng)控制中天與天之間的最高溫度出現(xiàn)在相對(duì)較窄的范圍內(nèi)91-93°F。天與天之間的最低溫度是高度可變的，并且會(huì)受到刺激性飲料(如咖啡和軟飲料)的攝取影響。被動(dòng)控制的皮膚溫度對(duì)外界環(huán)境溫度的突然變化(比如到受試者外出時(shí))的敏感性較弱。在最初的上午溫度迅速升高之后，控制和未控制的曲線有相互交叉的趨勢(shì)，但未控制和控制的溫度之間的區(qū)別仍舊十分穩(wěn)定。這可能是交感神經(jīng)響應(yīng)的結(jié)果，它試圖穩(wěn)定未控制的手臂和控制的手臂之間的溫度。最終，在用羊毛袖套包裹整個(gè)前臂的情況下皮膚溫度大約升高了2-9°F。
結(jié)論皮膚溫度會(huì)受到許多環(huán)境和生理因素的影響。采用各種被動(dòng)控制方法可以使皮膚溫度的波動(dòng)最小化至可以保持±1°F變化范圍的程度。采用被動(dòng)溫度控制可以迅速升高皮膚溫度。
實(shí)施例III樣品重復(fù)性上皮膚溫度的預(yù)效應(yīng)綜述本研究所關(guān)注的是皮膚溫度和非侵入性光譜之間的關(guān)系，特別地，較大的皮膚溫度波動(dòng)是如何影響取樣精確度的。研究中，對(duì)三名受試者中的每一人都在大范圍的皮膚溫度以及控制范圍的皮膚溫度下收集非侵入性光譜。預(yù)結(jié)果說明，皮膚溫度的最小變化會(huì)導(dǎo)致1500-1600nm波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的光譜方差降低。
介紹來自在幾次訪問時(shí)正在接受重復(fù)的口服葡萄糖耐量試驗(yàn)的第一組糖尿病受試者的皮膚溫度數(shù)據(jù)顯示，任一給定受試者在訪問之間有較大的皮膚溫度變化，且在一次持續(xù)4小時(shí)的訪問期間也有較大的變化。這些變化可能是由多種因素造成的，包括環(huán)境和生理狀況。有必要理解較大溫度變化對(duì)樣品穩(wěn)定性之間的影響。第二組健康個(gè)體的皮膚溫度控制顯示，一個(gè)典型的工作日中溫度變化高達(dá)5°F。進(jìn)行研究以對(duì)三名參與者中的每一人產(chǎn)生兩組數(shù)據(jù)。第一組包括非侵入性樣品的數(shù)據(jù)在樣品之間有高達(dá)約8°F的皮膚溫度波動(dòng)，而第二組由受控樣品組成構(gòu)成的數(shù)據(jù)的波動(dòng)在2°F內(nèi)。
實(shí)驗(yàn)方法有三名受試者(2男1女)參與第二次研究。測(cè)量之前，用RTV(室溫硫化)硅酮橡皮塞封閉測(cè)量位點(diǎn)45分鐘。用Instrumentation Metrics公司(滕比，亞利桑那州)提供的FOCSI 9(光纖偶聯(lián)掃描裝置)光譜儀裝置收集所有數(shù)據(jù)。用3M公司(圣保羅，明尼蘇達(dá)州府)提供的光連接流體FLUORINERT FC-40增強(qiáng)測(cè)量位點(diǎn)和光譜儀的光纖探針間的偶聯(lián)。收集各個(gè)樣品的參考掃描(80％反射標(biāo)準(zhǔn))和聚苯乙稀掃描。YSI公司(YellowSprings，俄亥俄州)提供的YSI溫度探針被用來記錄接近光譜測(cè)量位點(diǎn)的皮膚溫度測(cè)量值。
對(duì)8個(gè)樣品中的5個(gè)收集較大和最小化的皮膚溫度變化。最小化的皮膚溫度變化，這里稱為控制樣品，是用小的毛毯被動(dòng)加熱測(cè)量的手臂至約91°F獲得的。有較大溫度變化的未控制的樣品是由皮膚溫度約在86-93°F之間變化的樣品構(gòu)成的。
數(shù)據(jù)分析在分析之前對(duì)數(shù)據(jù)組采用預(yù)處理步驟(包括基線校正、x-軸標(biāo)準(zhǔn)化、逸出值檢測(cè)和吸收轉(zhuǎn)換)。將包含16光柵掃描的各個(gè)樣品全部平均。用35點(diǎn)一級(jí)Savitsky-Golay濾器獲得了第一衍生光譜。計(jì)算各組樣品標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方，這稱為光譜方差。較小的光譜方差，較簡(jiǎn)單的基質(zhì)是供PLS(部分最小二乘法)建模的。
此外，計(jì)算RMSE(均方根誤差)值以評(píng)估控制和未控制樣品的取樣重復(fù)性。用各個(gè)檢測(cè)器的完全可用波長(zhǎng)區(qū)域(1.9μm和2.6μm檢測(cè)器分別為1100-1700nm和1400-2400nm)確定這些值。
結(jié)論圖8是第一組受試者中實(shí)驗(yàn)性受試者臨床數(shù)據(jù)所示的光譜方差與波長(zhǎng)的關(guān)系。數(shù)據(jù)包括來自兩次獨(dú)立臨床訪問的樣品。根據(jù)皮膚溫度將樣品分成兩組。皮膚溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.38°F(80)和2.73°F(81)。當(dāng)皮膚溫度的變化較小時(shí)，在1500-1600nm光譜區(qū)域觀察到的光譜方差顯著降低。
用第二組受試者進(jìn)行的研究也證實(shí)，對(duì)皮膚溫度變化的最小化會(huì)產(chǎn)生減小的光譜方差。圖9-11代表了受試者1-3的1.9μm檢測(cè)器得出的光譜方差與波長(zhǎng)之間的關(guān)系。圖9a-11a分別提供了皮膚溫度為2.73°F(90、100、110)和0.38°F(91、101、111)的光譜方差的標(biāo)準(zhǔn)偏差的曲線，在圖9b-11b中顯示了相應(yīng)的控制和未控制的溫度曲線。在2.6μm檢測(cè)器1500-1600nm區(qū)域得到的結(jié)果是類似的。圖12和13中給出了RMSE值，它指出了樣品間數(shù)據(jù)的重復(fù)性。當(dāng)溫度變化被控制時(shí)，對(duì)受試者1和2，在1.9μm檢測(cè)器上適當(dāng)降低樣品間的變化，而對(duì)受試者2和3在2.6μm檢測(cè)器上極大地降低了樣品間的變化。
上訴兩個(gè)研究說明，皮膚溫度有較小變化的樣品在感興趣的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生降低的光譜方差。
除了單個(gè)個(gè)體中皮膚溫度隨著時(shí)間的變化，皮膚溫度在個(gè)體之間也會(huì)變化。例如，環(huán)境溫度、一天中的時(shí)間、與裝置的受試者界面模塊聯(lián)系的生理響應(yīng)、衣物類型和活力水平都會(huì)影響人體的皮膚溫度。由于包括大量參數(shù)，在收集非侵入性光譜時(shí)確定皮膚溫度是不容易的。然而，很明顯，在受試者中使皮膚溫度改變最小化的方法確實(shí)在人們所感興趣的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)降低了光譜變化。為使光譜變化最小化，皮膚溫度應(yīng)該保持在大約89-91°F。用毛毯或其它熱包裹裹住前臂是在掃描之前升高皮膚溫度的有效方法，且它不會(huì)在掃描中引入較大的溫度不穩(wěn)定。另一種可能的控制皮膚溫度的方法包括在掃描之前將手臂放在控溫吸熱設(shè)備中。
由于這里已經(jīng)描述了有關(guān)皮膚溫度的控制，本發(fā)明還可用于其它組織狀態(tài)參數(shù)，比如水合作用或表面pH。此外，由于本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)特別用于非侵入性血糖測(cè)定，本發(fā)明還可用于測(cè)量其它的血液和組織成分；例如，膽固醇、其它的脂類、BUN和蛋白質(zhì)。此外，本發(fā)明對(duì)于檢測(cè)血液中的外源物質(zhì)(如乙醇和各種其它的藥物和毒素)也是適用的。
盡管這里已經(jīng)用一些優(yōu)選的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，精通此領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，其它的應(yīng)用也是可以的。因此，本發(fā)明應(yīng)該僅僅由以下的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種在以NIR為基礎(chǔ)的非侵入性血液分析物測(cè)定中控制因組織狀態(tài)變化而造成的光譜效應(yīng)的方法，它包括為選定的組織狀態(tài)參數(shù)確定值的目標(biāo)范圍；提供修飾所述組織狀態(tài)參數(shù)的方法；提供在所述組織狀態(tài)參數(shù)中使所述光譜效應(yīng)與變化相關(guān)的校準(zhǔn)模型；根據(jù)所述校準(zhǔn)模型通過測(cè)量NIR光譜并用所述光譜計(jì)算所述參數(shù)的值以控制所述組織狀態(tài)參數(shù)；以及如果所述計(jì)算值在所述目標(biāo)范圍外，則修飾所述組織的狀態(tài)參數(shù)直至測(cè)得的所述參數(shù)值在目標(biāo)范圍之內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的組織狀態(tài)參數(shù)包括活體身體部分上組織測(cè)量位點(diǎn)周圍的皮膚溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述光譜效應(yīng)包括NIR光譜中水吸收帶峰的變化，其中所述的水吸收帶峰隨著皮膚溫度的升高而向較短波長(zhǎng)移動(dòng)，且其中所述的水吸收帶峰隨著皮膚溫度的降低而向較長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)；其中所述的變化削弱了凈分析物信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的水吸收帶峰在大約1450nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)生。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的目標(biāo)范圍包括皮膚溫度的范圍，其中所述的變化被最小化，這樣所述的對(duì)所述凈分析物信號(hào)的削弱被最小化。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述目標(biāo)范圍約為89-91°F。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述確定目標(biāo)范圍的步驟包括通過檢測(cè)來自校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組的光譜以確定所述變化被最小化的溫度范圍，從而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定所述目標(biāo)范圍。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述修飾組織狀態(tài)參數(shù)的方法包括以下一種或兩種主動(dòng)控制所述皮膚溫度的方法；以及被動(dòng)控制所述皮膚溫度的方法。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，以互補(bǔ)的方法使用所述主動(dòng)控制方法和所述被動(dòng)控制方法以保持皮膚在所述目標(biāo)范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述主動(dòng)控制方法被用來使皮膚溫度迅速變化。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述被動(dòng)控制方法可以使用相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述被動(dòng)控制所述皮膚溫度的方法包括對(duì)所述身體部分使用熱包裹，其中所述熱包裹的初次應(yīng)用會(huì)使皮膚溫度升高。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，通過放松、弄緊或除去所述熱包裹將皮膚溫度保持在所述目標(biāo)范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述主動(dòng)控制所述皮膚溫度的方法包括控溫的吸熱設(shè)備。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述吸熱設(shè)備在所述目標(biāo)范圍內(nèi)有設(shè)定點(diǎn)，且所述吸熱設(shè)備可冷卻或加熱所述皮膚以將皮膚溫度保持在所述目標(biāo)范圍內(nèi)。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述主動(dòng)控制被定位到與所述吸熱裝置接觸的皮膚上。
17.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述提供所述校準(zhǔn)模型的步驟包括在一組與相關(guān)的皮膚溫度參考測(cè)量值結(jié)合的試驗(yàn)性受試者上用包括光譜測(cè)量值的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組建立所述校準(zhǔn)模型。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述參考測(cè)量值包括與所述目標(biāo)范圍大致相等或更大的區(qū)域。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述參考測(cè)量值是用放置在最接近組織測(cè)量位點(diǎn)處的非侵入性溫度傳感器得出的。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述校準(zhǔn)是用多元分析技術(shù)建立的，且其中所述的模型使所述變化信息暗含在多元回歸系數(shù)中。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述控制所述組織狀態(tài)參數(shù)的步驟包括以下步驟用所述NIR光譜計(jì)算吸收光譜；任選地，預(yù)處理所述吸收光譜；以及用所述多元校準(zhǔn)模型計(jì)算皮膚溫度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述修飾所述組織狀態(tài)參數(shù)的步驟包括應(yīng)用所述控制方法，這樣皮膚溫度被保持在所述的目標(biāo)范圍內(nèi)。
23.一種在以NIR為基礎(chǔ)的非侵入性血液分析物測(cè)定中控制因組織狀態(tài)變化而造成的光譜效應(yīng)的設(shè)備，它包括修飾選定組織狀態(tài)參數(shù)的方法；在組織測(cè)量位點(diǎn)測(cè)量NIR光譜的方法；使所述光譜效應(yīng)與所述組織狀態(tài)參數(shù)的變化相關(guān)的校準(zhǔn)設(shè)備；通過測(cè)量NIR光譜并根據(jù)所述校準(zhǔn)模型用所述光譜計(jì)算所述參數(shù)的值以控制所述組織狀態(tài)參數(shù)的方法；如果所述計(jì)算值在所述目標(biāo)范圍外，則用所述修飾方法修飾其中所述的組織的狀態(tài)參數(shù)直至所述參數(shù)值在目標(biāo)范圍之內(nèi)。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于，所述的組織狀態(tài)參數(shù)包括活體身體部分上組織測(cè)量位點(diǎn)周圍的皮膚溫度。
25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，所述光譜效應(yīng)包括NIR光譜中水吸收帶峰的變化，其中所述的水吸收帶峰隨著皮膚溫度的升高而向較短波長(zhǎng)移動(dòng)，且其中所述的水吸收帶峰隨著皮膚溫度的降低而向較長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)；其中所述的變化削弱了凈分析物信號(hào)。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，所述的水吸收帶峰在大約1450nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)生。
27.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，所述的目標(biāo)范圍包括皮膚溫度的范圍，其中所述的變化被最小化，這樣所述的對(duì)所述凈分析物信號(hào)的削弱被最小化。
28.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于，所述目標(biāo)范圍約為89-91°F。
29.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，目標(biāo)范圍是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通過檢測(cè)來自校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組的光譜以確定所述變化被最小化的溫度范圍而確定的。
30.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，所述修飾組織狀態(tài)參數(shù)的方法包括以下一種或兩種主動(dòng)控制所述皮膚溫度的方法；以及被動(dòng)控制所述皮膚溫度的方法。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，以互補(bǔ)的方法使用所述主動(dòng)控制方法和所述被動(dòng)控制方法以保持皮膚在所述目標(biāo)范圍內(nèi)。
32.如權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其特征在于，所述主動(dòng)控制方法被用來使皮膚溫度迅速變化。
33.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，所述被動(dòng)控制方法可以使用相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間。
34.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，所述被動(dòng)控制所述皮膚溫度的方法包括對(duì)所述身體部分使用熱包裹，其中所述熱包裹的初次應(yīng)用會(huì)使皮膚溫度升高。
35.如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其特征在于，通過放松、弄緊或除去所述熱包裹將皮膚溫度保持在所述目標(biāo)范圍內(nèi)。
36.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量NIR光譜的方法包括NIR光譜儀裝置，其中所述的光譜儀裝置包括受試者界面模塊。
37.如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于，所述主動(dòng)控制所述皮膚溫度的方法包括控溫的吸熱設(shè)備。
38.如權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其特征在于，所述吸熱設(shè)備含在所述受試者界面模塊中，這樣在使用時(shí)所述吸熱設(shè)備就與所述組織測(cè)量位點(diǎn)接觸。
39.如權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其特征在于，所述吸熱設(shè)備在所述目標(biāo)范圍內(nèi)有設(shè)定點(diǎn)，且所述吸熱設(shè)備可冷卻或加熱所述皮膚以將皮膚溫度保持在所述目標(biāo)范圍內(nèi)。
40.如權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其特征在于，所述主動(dòng)控制被定位到與所述吸熱裝置接觸的皮膚上。
41.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，所述校準(zhǔn)模型是在一組與相關(guān)的皮膚溫度參考測(cè)量值結(jié)合的試驗(yàn)性受試者上用包括光譜測(cè)量值的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組建立的。
42.如權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其特征在于，所述參考測(cè)量值包括與所述目標(biāo)范圍大致相等或更大的區(qū)域。
43.如權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其特征在于，所述參考測(cè)量值是用放置在最接近組織測(cè)量位點(diǎn)處的非侵入性溫度傳感器得出的。
44.如權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其特征在于，所述校準(zhǔn)是用多元分析技術(shù)建立的，且其中所述的模型使所述變化信息暗含在多元回歸系數(shù)中。
45.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其特征在于，控制所述組織狀態(tài)參數(shù)通過用所述NIR光譜計(jì)算吸收光譜；任選地，預(yù)處理所述吸收光譜；以及用所述多元校準(zhǔn)模型計(jì)算皮膚溫度。
46.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其特征在于，通過使用一種或兩種所述控制方法修飾所述組織狀態(tài)參數(shù)，這樣皮膚溫度被保持在所述的目標(biāo)范圍內(nèi)。
全文摘要
一種將選定的組織狀態(tài)參數(shù)控制在目標(biāo)范圍內(nèi)以在非侵入性體內(nèi)光譜測(cè)量中使因組織狀態(tài)波動(dòng)而造成的混淆作用最小化的方法和設(shè)備，這一范圍內(nèi)因選定參數(shù)變化而造成的光譜效應(yīng)被最小化。本發(fā)明包括主動(dòng)和被動(dòng)地將選定的組織狀態(tài)參數(shù)保持在目標(biāo)范圍內(nèi)的方法。
文檔編號(hào)A61B5/1455GK1466434SQ01816224
公開日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2001年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月26日
發(fā)明者M·R·馬卡里維克茲, M·馬圖, T·B·布蘭克, S·L·蒙弗里, T·L·魯赫蒂, M R 馬卡里維克茲, 布蘭克, 蒙弗里, 魯赫蒂 申請(qǐng)人:量度測(cè)試設(shè)備股份有限公司