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专利名称：使用高渗流体检测被分析物浓度的非侵入方法
技术领域：
本发明涉及检测被分析物浓度的方法，更具体地说，涉及使用高渗流体以非侵入方式检测被分析物浓度，如葡萄糖浓度的方法。
背景技术：
在对某种生理异常的诊断和保养中，定量确定体液中的被分析物是非常重要的。例如，应该对某个个体内的乳酸盐、胆固醇和胆红素进行监测。尤其对糖尿病病人来说，确定体液中的葡萄糖量很重要，他们必须经常检查体液中的葡萄糖水平，以此来调整饮食中的葡萄糖摄入量。葡萄糖浓度的确定可以以非侵入或侵入方式进行。由于侵入法通常涉及以刺血针取出体液，如血液，因此就希望有可靠的非侵入葡萄糖监测技术。
对于非侵入葡萄糖监测技术，最大的障碍就是皮肤中的水分要吸收99％的光。因此，葡萄糖的确定还要包括水分背景，由于该背景所带来的噪音水平而使葡萄糖的测量大大困难且不可靠。而且，皮肤对光进行散射，其导致对于光学读出头来说皮肤显得几乎不透明。更具体地说，皮肤中的水、胶原蛋白和其它分子散射大部分光，其导致对于光学读出头来说皮肤显得几乎不透明。为了试图克服这些问题，在降低噪音水平的改进方法中，使用了强的近红外(NIR)光源来测量NIR许多波长处的透射和/或反射。但此方法有许多缺陷，由于其需要昂贵的设备和大量的病人校准情况，因此该方法不可行。
希望提供一种克服上述缺陷，以非侵入方式检测被分析物浓度，如葡萄糖浓度的方法。

发明内容
发明概述根据一种非侵入方法确定被分析物浓度，包括将高渗溶液应用于皮肤局部区域。高渗溶液适于在皮肤区域至少部分吸收，从而使皮肤变得一般透明。将光学读出头置于皮肤一般透明的区域上。借助于光学读出头用至少一个波长来测定分析物的光量。由光量计算出被分析物浓度。
根据另一种非侵入方法，葡萄糖浓度的测定包括将高渗溶液应用于皮肤局部区域。使高渗溶液适于在皮肤区域至少部分吸收，从而使皮肤变得一般透明。将光学读出头置于皮肤一般透明的区域上。借助于光学读出头用至少一个波长来测定葡萄糖的光量。由光量计算出葡萄糖浓度。
根据又一种非侵入方法，葡萄糖浓度的确定包括将甘油应用于皮肤局部区域，从而使皮肤变得一般透明。将光学读出头置于皮肤的一般透明的区域上。借助于光学读出头用中红外波长、近红外波长的至少一个或其结合来测定葡萄糖的光量。由光量计算出葡萄糖浓度。
根据一种非侵入方法计算被分析物浓度，该方法包括将高渗溶液应用于皮肤局部区域。使高渗溶液至少被皮肤区域部分吸收，从而使皮肤变得一般透明。将光学读出头置于皮肤的一般透明的区域上。借助于光学读出头用至少一个波长来测定被分析物的光量。
附图简述

图1为根据本发明的一种方法的流程图。
虽然容许对本发明进行各种改进和变型，但已通过实施例在附图中对其特定方法进行了表示，并将在此处进行详细描述。但应理解的是，不是为了将发明限制为已公开的特定形式，相反，是为了将所附权利要求定义的本发明的精神和范围内的全部改进、等同和变型的发明包括在内。
举例说明的实施方案的详细描述本发明涉及确定被分析物浓度的非侵入方法。在本发明的一个方法中，被分析物为葡萄糖。但认为该方法也可对其它被分析物进行测定。例如，认为本发明的非侵入方法可用于确定胆固醇、清蛋白或果糖浓度。认为本发明的非侵入方法可用于确定其它被分析物浓度，如乳酸盐或胆红素的浓度。但本发明并不限于这些特定的被分析物。
根据一种非侵入方法，通过将高渗溶液应用于人类皮肤局部区域来测定被分析物浓度。如图1的步骤10所示。认为本发明可用于其它种类皮肤，例如动物皮肤。使高渗溶液适于至少被皮肤区域部分吸收，从而使皮肤变得一般透明。希望使高渗溶液适于被皮肤区域充分或完全吸收，从而使皮肤变得基本或完全透明。使高渗溶液适于至少部分取代皮肤区域的水分。希望这样是因为皮肤中的水分、胶原蛋白和其它分子通过散射大部分光而增强了背景噪音。人们认为，查看更深层皮肤组织的能力显著降低了背景吸收。
可以使用的高渗溶液的例子是甘油。由于与水相比，甘油的折射率与胶原蛋白的折射率更匹配，使光可以穿过皮肤区域，因此甘油是所希望的高渗溶液。使用甘油作为高渗溶液能使皮肤变得基本或完全透明。
如图1的步骤20所示，光学读出头置于皮肤的一般性透明区域上。光学读出头可为反射读出头、透射读出头或二者的结合。在至少一个选定的波长处测定被分析物的透射和/或反射光。配置光学读出头来测量被分析物的透射和/或反射光。光学读出头还包括光源，例如传统的低耗发光二极管LED)。
可在本发明非侵入方法中使用的光学读出头的例子是商业上使用的，用脉冲血氧仪测量血氧水平的光学读出头。这种用在脉冲血氧仪中的光学读出头测量透射光。很可能需要本领域熟练技术人员对这种光学读出头进行改进，以测得准确的所选被分析物。例如，如果所要测定的被分析物是血液中的葡萄糖，那么本领域熟练技术人员应当选择光学读出头中的特定波长以测定葡萄糖。一种改进光学读出头的方法是选择近红外波长处的LED，在此波长处有已知的葡萄糖吸收带。将该LED用于通过皮肤照亮样品，并检测反射或透射光。可以将检测器由，例如标准硅检测器，改进为硫化铅检测器。硅检测器在可见波长区域有感光性，而硫化铅检测器在红外区域有感光性。
本发明可使用的光学读出头的一个商业例子是Philips MedicalSystems-Medical Supplies(3000Minuteman Rd.，MS0040 Andover，Massachusetts01810，美国)制造的光学读出头。根据待测分析物，可能需要本领域熟练技术人员对光学读出头进行改进。
或者，可以使用反射分光光度测定法，在至少一个选定的波长处测量被分析物的反射光。可使用的另一个方法涉及到傅立叶变换红外分光光度法(FTIR)，其基于反射光，但具有与反射率光谱学不同的检测光学。
仍参照图1，在其步骤30中，通过光学读出头，在至少一个波长处测量被分析物的透射和/或反射光。希望在中红外频率处(约1.5-25微米(μm))测量被分析物的透射和/或反射光。但认为，可以在中红外波长以外的其它波长处或结合使用中红外波长来测量被分析物的透射和/或反射光。例如，可以在近红外波长(NIR)处测量透射和/或反射光，此处的近红外波长定义为约0.90-2.0微米(μm)。可以在很多波长(如中和/或近红外波长)处测量被分析物的透射和/或反射光。根据被分析物的不同，可能希望在多个波长处进行测量，因为在相近频率处，其它分析物可能也有吸收。因此，在多个波长处进行测量可以提高测量的可靠性和精确性。
特别优选在多个中红外波长处测量葡萄糖的透射和/或反射光，因为人们认为葡萄糖在此波长处的吸收最强。认为也可使用其它波长，如近红外波长。一些选定的测量葡萄糖透射和/或反射光的波长为约1-约15微米，更优选，约1.9微米。认为这些波长与葡萄糖浓度的测量值有很好的相关性。
在图1的步骤40中由光量计算出被分析物的浓度。在被分析物(如，葡萄糖)浓度的一个计算方法中，选定波长处的光量与已知的葡萄糖浓度相关。因此，使用在选定波长处的反射和/或透射光可确定未知的葡萄糖浓度。这种计算可以不需要周期性的病人校准。认为有许多将一个或多个波长处的吸收与葡萄糖浓度相关起来的方法。根据一种方法，建立了葡萄糖校准算法。临时申请No.60/355,358中公开了一个这种葡萄糖校准算法的例子，其题目为“Non-Invasive Systemfor the Determination of Analytes in Body Fluids”，2002年2月11日申请，此处引用其全部内容作为参考。
在这种葡萄糖校准算法中，由至少第一个和第二个试验对象的身体组织获得光谱数据，将其结合起来产生模型，用来预测所有提供了数据的试验对象的葡萄糖水平。通过本领域已知的标准方法校验逸出值，并且还通过正交信号校正(OSC)约简和子波分析滤波进行预处理来增强葡萄糖信号并抑制水和其它背景信号而将试验对象的原始信号归一化。然后，利用所得光谱数据组，通过利用百叶帘式交叉确认对至少一部分数据进行偏最小二乘(PLS)回归，来建立校准模型。认为其它数据建立技术也可用来削减或除去背景信号，该技术包括，但不限于，一级导数滤波、二级导数滤波、利用遗传算法进行波长选择、子波处理和主成分分析。还可使用其它技术来建立校准模型，如不同类型的回归，其包括主成分回归、脊形回归或常规的(反)最小二乘回归。
如任选的步骤50中所示，可以用溶剂(如水)清洗皮肤以充分除去高渗溶液和使皮肤区域水合化。
虽然对本发明的特别实施方案和应用进行了说明和描述，但应理解，本发明不限定于此处公开的确定的方法，在不偏离所附权利要求限定的本发明的精神和范围下，针对前面的描述所进行的各种改进、改变和变型应为显而易见的。
权利要求
1.一种确定被分析物浓度的非侵入方法，包括将高渗溶液应用于皮肤的局部区域，使高渗溶液适于被皮肤区域至少部分吸收，从而使皮肤变得一般透明；将光学读出头置于皮肤的一般透明的区域上；借助于光学读出头用至少一个波长测定被分析物的光量；和由光量计算出被分析物浓度。
2.权利要求1的方法，其中被分析物为葡萄糖。
3.权利要求1的方法，其中被分析物为胆固醇、清蛋白或果糖。
4.权利要求1的方法，其中至少一个选择的波长在中红外波长处。
5.权利要求1的方法，其中至少一个选择的波长在近红外波长处。
6.权利要求1的方法，其中对被分析物反射光的量的测定在多个选择的波长处进行。
7.权利要求1的方法，其中测定的光量为透射光的量。
8.权利要求1的方法，其中测定的光量为反射光的量。
9.权利要求1的方法，其中高渗溶液为甘油。
10.权利要求1的方法，进一步包括用水清洗皮肤区域以充分除去高渗溶液和使皮肤区域水合化。
11.权利要求1的方法，其中皮肤为人类皮肤。
12.一种确定葡萄糖浓度的非侵入方法，包括将高渗溶液应用于皮肤的局部区域，使高渗溶液适于被皮肤区域至少部分吸收，从而使皮肤变得一般透明；将光学读出头置于皮肤的一般透明的区域上；借助于光学读出头用至少一个波长测定葡萄糖的光量；和由光量计算出葡萄糖的浓度。
13.权利要求12的方法，其中高渗溶液为甘油。
14.权利要求12的方法，其中至少一个选择的波长在中红外波长处。
15.权利要求12的方法，其中至少一个选择的波长在近红外波长处。
16.权利要求12的方法，其中对被分析物反射光的量的测定在多个选择的波长处进行。
17.权利要求12的方法，其中测定的光量为反射光的量。
18.权利要求12的方法，其中测定的光量为透射光的量。
19.权利要求12的方法，进一步包括用水清洗皮肤区域以充分除去高渗溶液和使皮肤区域水合化。
20.权利要求12的方法，其中皮肤为人类皮肤。
21.一种确定葡萄糖浓度的非侵入方法，包括将甘油应用于皮肤的局部区域，从而使皮肤变得一般透明；将光学读出头置于皮肤的一般透明的区域上；借助于光学读出头在中红外波长处、近红外波长处或其结合处测定葡萄糖的光量；和由光量计算出葡萄糖的浓度。
22.权利要求21的方法，其中对被分析物反射光的量的测定在多个选择的波长处进行。
23.权利要求21的方法，其中测定的光量为反射光的量。
24.权利要求21的方法，其中测定的光量为透射光的量。
25.权利要求21的方法，其中皮肤为人类皮肤。
26.一种在计算被分析物浓度中使用的非侵入方法，包括将高渗溶液应用于皮肤的局部区域，使高渗溶液适于被皮肤区域至少部分吸收，从而使皮肤变得一般透明；将光学读出头置于皮肤的一般透明的区域上；借助于光学读出头用至少一个波长测定被分析物的光量。
27.权利要求26的方法，其中高渗溶液为甘醇，且被分析物为葡萄糖。
全文摘要
一种确定被分析物浓度的非侵入方法，包括将高渗溶液应用于皮肤的局部区域。使高渗溶液适于被皮肤区域至少部分吸收，从而使皮肤变得一般透明。将光学读出头置于皮肤的一般透明的区域上。借助于光学读出头用至少一个波长来测定被分析物的光量。由光量计算出被分析物浓度。被分析物可为葡萄糖，且高渗溶液可为甘油。
文档编号G01N21/35GK1573318SQ200410047790
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月1日 优先权日2003年6月2日
发明者A·J·多斯曼 申请人:拜尔健康护理有限责任公司