专利名称:用于无创伤性测量身体内物质的设备和方法用于无创伤性测量身体内物质的设备和方法本申请大体上涉及身体内各种物质的无创伤性测量,诸如人体内葡萄糖的浓度的測量,并且更具体地,本申请涉及一种用于无创伤性地分析和确定身体内物质的浓度的远红外检测系统。使用红外线(“IR”)辐射的分光镜技术是现有技术中已知的,并且已广泛使用于身体内相关物质的浓度的无创伤性測量。特别重要的ー个领域是使用这些技术来无创伤性測量人体血流中的葡萄糖和其它成分的浓度。红外光谱包括近红外线(近似I至3微米)、中红外线(近似3至6微米)、远红外线(近似6至15微米)和超红外线(近似15至100微米)。典型的现有技术的葡萄糖 和其它无创伤性血液成分測量装置在近红外区域中操作,在所述近红外区域中,由葡萄糖和其它血液成分吸收的红外能量相当低。然而,已知的是葡萄糖和其它血液成分在中红外区域和远红外区域中具有強烈和可辨别的吸收光谱。已发现在远红外检测系统中,系统的分辨率应等于O. OrC,以提供足够精确的测量。在该高精度水平下,系统的任何构件(例如,反射镜、滤波器、场限制器、检测器)的黑体发射会导致测量的扰动。对于该问题的常规解决方案是将系统冷却至低温温度(例如-180°C ),以及将系统密封并填充以干氮,以避免湿气积聚。然而,对于消费品而言,这样的解决方案不可行且昂贵。
本申请公开了一种无创伤性地分析并确定身体内物质的浓度的远红外系统。根据一个实施方式,用于无创伤性地測量身体内物质的设备包括检测器,该检测器用于感测从身体(例如人体)发射或再发射的辐射。提供一光学系统,该光学系统被对准为将由身体发射的IR辐射聚焦在检测器的敏感区域上。系统的位于检测器的视场内的每个元件和检测器自身具有温度測量装置,诸如附接到所述元件的热敏电阻,以测量所述元件的温度。为了使检测器精确地测量由身体辐射的能量,所述系统被校准为补偿检测器视场中的每个元件的温度的影响。利用単独地用于每个元件的加热单元或者加热/冷却単元,每个元件的温度为了配准而可改变,而系统的其它元件的温度保持稳定。该过程在各个环境温度和各个身体温度中重复许多次,以校准姆个元件对于与测量相关的所有条件范围中的测量的影响。该过程在检测器的视场中对于每个元件进行重复,以产生查寻表(“LUT”),所述查寻表表示每个元件对于检测器的测量的影响。在每次测量中考虑由于每个系统元件的温度而产生的扰动,由此能够使系统获得高精度水平。在LUT的产生和建立期间,已发现用于限制检测器的视场的挡板(baffle)的温度影响相对于黑体读数为10 I。単独的校准不能补偿这样的显著影响。远红外领域中的解决方案是通过增强挡板的反射率来减小其发射率。然而,增强挡板的反射率产生向检测器反射杂散能量的附加问题。球形挡板被设计成具有这样的内表面(即,挡板的与检测器相対的表面),该内表面被抛光并被镀金以降低发射率。该挡板设计成防止任何反射或多次反射到达检测器的敏感区域。供安装检测器和挡板的基板以及挡板具有与检测器大致相同的温度。该基板和挡板的外表面被设计成具有暗黒表面的辐射阱,以提供大约97%的发射率。系统光学装置的设计在体表上产生检测器敏感区域的图像,以收集从身体发射或再发射的IR辐射。身体的由检测器敏感区域的图像包围的表面上的区域是重要的,因为检测器使从该区域发射或再发射的IR辐射均衡。根据另ー个实施方式,本光学装置包括两个可变光学滤波器;第一反射镜,该第一反射镜定位至光学滤波器的第一侧;以及第二反射镜,该第二反射镜定位至光学滤波器的 与第一反射镜相反的第二侧。检测器定位至光学滤波器的第二侧。挡板部分地围绕检测器的敏感表面。温度測量装置构造成测量挡板、反射镜和滤波器的温度。第一反射镜被构造成接收来自身体的被测表面的IR辐射,将IR辐射校准为射束,并且朝向光学滤波器并通过该光学滤波器反射所校准的IR射束。其中ー个光学滤波器构造成滤出所校准的IR射束的具有位于选定带宽之外的波长的一部分,并且第二光学滤波器构造成滤出所校准的IR射束的具有位于选定带宽内的波长的一部分。所述滤波器借助机动机构可变,并且每个IR辐射测量值包括利用一个滤波器的至少ー个测量值和利用第二滤波器的至少ー个测量值。第ニ反射镜构造成接收被校准并过滤的IR射束,并且朝向检测器反射该IR射束。所述挡板构造成阻挡杂散IR辐射,使得杂散IR辐射不能到达检测器敏感区域。两个辐射测量值中的每个因此均被校正,以消除系统元件的发射对于测量的影响。在对于黑体读数(black body reading)的校正和标准化之后两个福射测量值的比与身体内期望物质的浓度(诸如,人体血流中的葡萄糖浓度)相关。在以下图中相同的附图标记表示相同的元件,这些图形成本说明书的一部分并且被包括以进一歩掲示本发明的某些方面。结合本文所示的的详细描述的说明,通过參照这些图中的一个或更多个图可更好地理解本发明。图I示出了用于身体内物质的浓度的无创伤性测量的系统的框图;图2是图I的光学装置和检测器装置的立体图,示出了身体和检测器之间的电磁射线的行进路径;图3是图I和图2的检测器的立体图;图4是图2的光学装置和检测器装置的立体图,示出了温度測量设备的光学装置和检测器装置的各个元件上的位置;以及图5和图6是图2中所示的光学装置和检测器装置的检测器和挡板的剖视图。将在说明中更加全面地讨论本申请的这些和其它实施方式。在所主张的发明的各种实施方式中可以独立地实现这些特征、功能和优点,并且这些特征、功能和优点在另外的实施方式中可以结合。
公开了一种用于无创伤性检测身体内物质(诸如人体血流中的葡萄糖)的浓度的方法和设备。所述设备通过使用结合一组适当的滤波器检测的红外线来检测由身体发射的远红外范围中的辐射而测量物质浓度。为了实现所需的精度,针对系统构件的发射来校正由检测器检测的辐射值。利用附接到各个系统构件的温度传感器确定每个系统构件的温度,包括检测器温度和环境温度。这些温度与一组预定的校准参数相关联,以校正检测器读数。
用于无创伤性测量身体内物质的设备和方法
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