專利名稱：用于體內(nèi)物質(zhì)非介入測(cè)量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)體內(nèi)(例如人體內(nèi))的某種物質(zhì)(例如葡萄糖)進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
已有若干專利教導(dǎo)了用于非介入地測(cè)量血流中物質(zhì)(例如葡萄糖)的濃度的方 法。這些實(shí)例包括美國(guó)專利 No. 5，313，941、No. 5，370，114、No. 5，515，847、No. 5，601，079、 No. 5，615，672、No. 5，666，956、No. 6，949，070、No. 6，998，247 以及 No. 7，183，102。但是，在 這些專利公開的方法中均未充分考慮到測(cè)量點(diǎn)處的身體表面溫度和環(huán)境溫度。而這兩個(gè)參 數(shù)都會(huì)影響到在中至遠(yuǎn)紅外光譜中的物質(zhì)濃度測(cè)量的精度。

發(fā)明內(nèi)容
在此公開的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中具備一些特征，但沒有哪一個(gè)特征能獨(dú)自實(shí)現(xiàn)這些 特征共期的品性。現(xiàn)將以不限制隨后權(quán)利要求所表述實(shí)施例范圍的方式來簡(jiǎn)要討論這些實(shí) 施例的更顯著的特點(diǎn)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種用于測(cè)量體內(nèi)的一種物質(zhì)濃度的方法。該方法包括以 下步驟測(cè)量身體在第一波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的紅外(IR)輻射的第一量；以及測(cè)量身體在 第二波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的IR輻射的第二量。本方法還包括以下步驟測(cè)量身體的表面 處的溫度；以及測(cè)量環(huán)境溫度。本方法還包括以下步驟根據(jù)該第一量、該第二量、該身體 表面溫度以及該環(huán)境溫度來計(jì)算一個(gè)歸一化比例參數(shù)；以及通過使用一個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋 表格把該歸一化比例參數(shù)與該身體表面溫度及該環(huán)境溫度相關(guān)聯(lián)，來計(jì)算該體內(nèi)物質(zhì)的濃 度。本發(fā)明的另一實(shí)施例是一種用于測(cè)量體內(nèi)的一種物質(zhì)濃度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 紅外(IR)檢測(cè)器；及至少包括第一濾波器和第二濾波器的濾波器組件，用于對(duì)發(fā)送至該IR 檢測(cè)器的IR輻射進(jìn)行濾波。該第一濾波器僅用于發(fā)送身體在第一波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的 第一量的IR輻射。該第二濾波器僅用于發(fā)送身體在第二波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的第二量的 IR輻射。本發(fā)明的另一實(shí)施例是一種用于通過對(duì)一群體的一系列測(cè)量來創(chuàng)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo) 出的查尋表格的方法。該方法包括以下步驟a)直接測(cè)量該群體的每一成員身體內(nèi)的一 種物質(zhì)的濃度；b)針對(duì)該群體的每一成員，測(cè)量其身體在第一波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的紅外 (IR)輻射的第一量；以及c)針對(duì)該群體的每一成員，測(cè)量其身體在第二波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā) 射的IR輻射的第二量。在步驟d)和e)中，分別與步驟b)和c)同時(shí)地測(cè)量被測(cè)身體的表 面溫度和環(huán)境溫度。該方法還包括以下步驟f)根據(jù)該第一量、該第二量、該身體表面溫度 和該環(huán)境溫度來計(jì)算一個(gè)歸一化比例參數(shù)。在步驟g)中，在多個(gè)環(huán)境溫度下針對(duì)多個(gè)物質(zhì) 濃度來重復(fù)步驟a)至f)。在步驟h)中，通過在每一環(huán)境溫度下針對(duì)每一物質(zhì)濃度來繪制 針對(duì)該群體的每一成員的其身體表面溫度、該環(huán)境溫度、以及該歸一化比例參數(shù)來創(chuàng)建該實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格。


現(xiàn)將以重在突出有益特征的方式來詳細(xì)討論本發(fā)明公開的優(yōu)選實(shí)施例。這些實(shí)施 例描述了附圖所示公開內(nèi)容的新穎性和非顯而易見性，這些附圖只用于示例性目的。這些 附圖包括如下內(nèi)容，其中相同的數(shù)字表示相同的部件圖1是由一個(gè)假想身體在一個(gè)給定頻譜上發(fā)射和吸收的紅外(IR)輻射的曲線 圖；圖2是由一個(gè)假想身體和一個(gè)黑體在一個(gè)給定頻譜上發(fā)射和吸收的遠(yuǎn)紅外(FIR) 輻射曲線圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格的概念性透視圖，該表格具 有身體表面溫度軸、環(huán)境溫度軸和歸一化比例參數(shù)軸；圖4是用于測(cè)量體內(nèi)一種物質(zhì)濃度的本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖5是用于測(cè)量體內(nèi)一種物質(zhì)濃度的本發(fā)明系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖；圖6是用于圖4和圖5的系統(tǒng)的控制電子裝置的示意圖；圖7是用于測(cè)量體內(nèi)一種物質(zhì)濃度的本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；以及圖8是用于構(gòu)造一個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格的本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明系統(tǒng)和方法的實(shí)施例被配置用于確定體內(nèi)的一種物質(zhì)的濃度。在某些實(shí)施 例中，被測(cè)物質(zhì)可以是血流中的葡萄糖。然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到，本發(fā)明的系統(tǒng) 和方法可被用于測(cè)量其它物質(zhì)(例如膽固醇)的濃度。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法優(yōu)勢(shì)在于其非 介入性，因此避免了刺穿皮膚的不適。為了確定物質(zhì)的濃度，本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)量身體以不同波長(zhǎng)發(fā)射和/或吸收的紅 外(IR)輻射，并且對(duì)照一個(gè)黑體發(fā)射和/或吸收的IR輻射來歸一化這些測(cè)量值。本發(fā)明 的實(shí)施例還在進(jìn)行IR輻射測(cè)量的同時(shí)，測(cè)量環(huán)境溫度和身體表面溫度。由于環(huán)境溫度和身 體表面溫度影響著在周圍環(huán)境和被測(cè)表面之間的熱傳輸?shù)钠胶?，并且也影響了由該表面?收或發(fā)射該IR輻射的幾率，因而該環(huán)境溫度和身體表面溫度影響IR輻射測(cè)量的精度。在某些實(shí)施例中，除身體表面溫度之外，還可以測(cè)量?jī)?nèi)部體溫，或以該內(nèi)部體溫代 替該身體表面溫度。在本發(fā)明的公開內(nèi)容和權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)"身體表面溫度"用來廣義 地包括身體表面溫度和內(nèi)部體溫的之一或二者。在本發(fā)明的實(shí)施例中，歸一化IR輻射測(cè)量的一個(gè)比值產(chǎn)生一個(gè)歸一化比例參數(shù)。 利用該歸一化比例參數(shù)以及該身體表面溫度的和該環(huán)境溫度的測(cè)量值，本發(fā)明的系統(tǒng)和方 法通過參考一個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格而得出在該身體內(nèi)的物質(zhì)濃度。下面將進(jìn)一步詳細(xì)討 論該實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格、以及用于創(chuàng)建這種表格的示例方法。所有的身體及所有的物質(zhì)都吸收和發(fā)射IR輻射。在一個(gè)給定波長(zhǎng)處被吸收和發(fā) 射的IR輻射的幅度將根據(jù)身體的溫度和環(huán)境溫度的不同而改變。圖1示出針對(duì)一個(gè)假想 身體的IR發(fā)射頻譜的示例曲線，其中的環(huán)境溫度Ta等于χ而體溫Tb等于y。如圖所示，在 由曲線22中的峰值20表示的某些波長(zhǎng)處，身體更容易吸收和發(fā)射IR輻射。
某些物質(zhì)在遠(yuǎn)紅外(FIR)的環(huán)境中的IR吸收/發(fā)射尤其有特點(diǎn)。葡萄糖就是這 種物質(zhì)的一個(gè)示例。因此，為了測(cè)量體內(nèi)例如葡萄糖之類的物質(zhì)的濃度，測(cè)量由身體發(fā)射的 這種FIR輻射是有利的。使用在此處的術(shù)語(yǔ)"遠(yuǎn)紅外"以及縮寫FIR表示波長(zhǎng)大于或等于 約7微米的IR輻射。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法的實(shí)施例測(cè)量由身體以不同波長(zhǎng)帶吸收或發(fā)射的FIR輻射。 將第一波長(zhǎng)帶(或幾個(gè)第一波長(zhǎng)帶)選擇為位于已知該物質(zhì)在其中具有顯著的FIR吸收/ 發(fā)射特性的一個(gè)(或幾個(gè))頻帶中。將第二波長(zhǎng)帶選擇為身體的整個(gè)FIR吸收/發(fā)射頻 譜。在一個(gè)可選實(shí)施例中，將第二波長(zhǎng)帶(或幾個(gè)第二波長(zhǎng)帶)選擇為位于已知該物質(zhì)在 其中沒有FIR吸收/發(fā)射特性或僅有可以忽略的FIR吸收/發(fā)射特性的一個(gè)(或幾個(gè))頻 帶中。在歸一化每一個(gè)測(cè)量值之后，如下面詳細(xì)討論的那樣，其比值可用于確定體內(nèi)該物質(zhì) 的濃度。在本發(fā)明的實(shí)施例中，對(duì)照一個(gè)黑體來歸一化該FIR測(cè)量值。如本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員將理解的那樣，黑體是以理論放射率1來吸收和發(fā)射輻射的物體。圖2示出了針對(duì)假想 身體(實(shí)曲線24)和針對(duì)黑體(虛曲線26)的FIR吸收/發(fā)射頻譜的示例曲線圖。該身體 和該黑體的環(huán)境溫度Ta相同。類似地，對(duì)于該身體和該黑體，身體/黑體溫度！^相同。虛 線畫出的垂直線表示第一波長(zhǎng)帶27，已知將被測(cè)量其濃度的這種物質(zhì)在該第一波長(zhǎng)帶27 中具有FIR吸收/發(fā)射峰值29。例如，對(duì)葡萄糖來說，所選擇的頻帶27可以在9. 3微米和 9. 9微米之間。在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量由該身體在第一波長(zhǎng)帶中吸收/發(fā)射的FIR 輻射，然后對(duì)照該黑體在該第一波長(zhǎng)帶中的FIR輻射而歸一化該測(cè)量值。隨后測(cè)量由該身 體在整個(gè)FIR頻譜上吸收/發(fā)射的FIR輻射，并對(duì)照該黑體在該整個(gè)FIR頻譜上的FIR輻射 而歸一化該測(cè)量值。與第一和第二 FIR的測(cè)量同時(shí)進(jìn)行身體表面溫度和環(huán)境溫度的測(cè)量。 第一和第二歸一化的測(cè)量值的比值產(chǎn)生一個(gè)歸一化比例參數(shù)。將體內(nèi)的該物質(zhì)的濃度與該 歸一化比例參數(shù)、該身體表面溫度和該環(huán)境溫度相關(guān)聯(lián)。在某些實(shí)施例中，可在進(jìn)行相關(guān)的 步驟中對(duì)歸一化比例參數(shù)進(jìn)行例如自然對(duì)數(shù)(In)之類的對(duì)數(shù)運(yùn)算。在本發(fā)明的實(shí)施例中， 相關(guān)步驟包括參考一個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格。根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)和方法的實(shí)施例，可以通過對(duì)具有統(tǒng)計(jì)代表性的群體(以下稱" 群組")進(jìn)行一系列測(cè)量來構(gòu)成一個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格。針對(duì)該群組每一成員所取的測(cè) 量值包括按照傳統(tǒng)介入方法測(cè)量的相關(guān)物質(zhì)(例如葡萄糖)的濃度、身體在第一波長(zhǎng)帶中 吸收或發(fā)射的FIR輻射的第一量、身體在第二波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的FIR輻射的第二量、身 體的表面溫度、及環(huán)境溫度。將第一波長(zhǎng)帶(可以包括多個(gè)頻帶)選擇為位于已知該物質(zhì) 在其中具有顯著的FIR吸收/發(fā)射特性的頻帶中。在一個(gè)實(shí)施例中，第二波長(zhǎng)帶被選擇為 該身體的整個(gè)FIR吸收/發(fā)射頻譜。在一個(gè)可選實(shí)施例中，將第二波長(zhǎng)帶(或幾個(gè)第二波 長(zhǎng)帶)選擇為位于已知該物質(zhì)在其中沒有FIR吸收/發(fā)射特性或僅有可以忽略的FIR吸收 /發(fā)射特性的一個(gè)(或幾個(gè))頻帶中。以各種環(huán)境溫度及針對(duì)各種物質(zhì)濃度來重復(fù)上述測(cè) 量處理過程。對(duì)照相同溫度下的黑體來歸一化該第一和第二 FIR輻射測(cè)量值。然后通過對(duì)該群 組的全部成員相互對(duì)照地繪制三個(gè)被測(cè)參數(shù)來創(chuàng)建該查尋表格。這三個(gè)參數(shù)是身體表面 溫度、環(huán)境溫度、以及第一歸一化FIR測(cè)量值與第二歸一化FIR測(cè)量值的比值(在此稱之為歸一化比例參數(shù))。在某些實(shí)施例中，可對(duì)照身體表面溫度及環(huán)境溫度繪制該歸一化比例參 數(shù)的對(duì)數(shù)(例如自然對(duì)數(shù)(In))的曲線。如果該群體規(guī)模足夠大，則能夠創(chuàng)建一個(gè)精確的 參考表，該參考表使得能夠僅用FIR吸收/發(fā)射、環(huán)境溫度和身體表面溫度的非介入測(cè)量就 容易地確定體內(nèi)的物質(zhì)濃度。圖3示出了實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格28的構(gòu)思實(shí)施例。在圖示的實(shí)施例中，表格28 包括三個(gè)軸身體表面溫度30、環(huán)境溫度32及歸一化比例參數(shù)34。為了確定體內(nèi)給定物質(zhì) 的濃度，從身體提取對(duì)應(yīng)于這三個(gè)軸的三個(gè)測(cè)量值。如圖3所示，表格28中的三個(gè)測(cè)量值 的交叉點(diǎn)36給出了該物質(zhì)濃度。在其它的可選實(shí)施例中，查尋表格可以包括包含多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。圖3示出 的笛卡爾坐標(biāo)曲線用于幫助讀者直觀看到身體表面溫度30、環(huán)境溫度32以及歸一化比例 參數(shù)34這三個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系。然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到，并非本發(fā)明的全部實(shí) 施例都需要包含一個(gè)以三維空間繪制的查尋表格。本申請(qǐng)人并未完成對(duì)一個(gè)群體進(jìn)行一系列測(cè)量來構(gòu)成該實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格28。 期望從這些測(cè)量得出一個(gè)群體分布，該群體分布將表示出在完全相同(血流中相同的物質(zhì) 濃度、相同的身體表面溫度、相同的環(huán)境溫度)的條件下，該FIR輻射讀數(shù)(readings)從一 個(gè)目標(biāo)到下一目標(biāo)將發(fā)生何等程度的變化。如果該結(jié)果指示沒有變化或變化可以忽略，則 本發(fā)明系統(tǒng)38及其方法的實(shí)施例就可用于確定在血流中的一種物質(zhì)的濃度而無需針對(duì)每 一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行介入測(cè)量。但是，如果該結(jié)果表示存在有實(shí)質(zhì)的變化，則可能需要采用通過傳 統(tǒng)介入方法而針對(duì)每一個(gè)目標(biāo)的初始測(cè)量，以便針對(duì)具體目標(biāo)來校準(zhǔn)系統(tǒng)38及其方法。然 而有利的是，針對(duì)這種校準(zhǔn)僅需要一兩次介入測(cè)量。圖4示出了用于測(cè)量體內(nèi)一種物質(zhì)濃度的本發(fā)明系統(tǒng)38的實(shí)施例的示意圖。示 出的本發(fā)明系統(tǒng)38的實(shí)施例大致包括IR輻射檢測(cè)器40、IR濾波器組件42、加熱和/或冷 卻設(shè)備44、以及用于測(cè)量環(huán)境溫度的設(shè)備46。在本實(shí)施例中，IR檢測(cè)器40測(cè)量身體表面 的溫度。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以使用其它替代裝置來測(cè)量該身體表面的 溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，IR檢測(cè)器40是一種具有準(zhǔn)直鏡片的熱電偶。但是本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員應(yīng)該理解，該IR檢測(cè)器可以包括不同類型的檢測(cè)器，比如測(cè)輻射熱儀。示出的系 統(tǒng)38還包括顯示器48，其用于展現(xiàn)例如物質(zhì)濃度的信息、測(cè)量到的參數(shù)以及其它信息。在 某些實(shí)施例中，該顯示器48可以是液晶顯示器(LCD)。繼續(xù)參考圖4，該IR濾波器組件42被定位在該檢測(cè)器40的前面。雖然本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員將理解到該IR濾波器組件42可以包括任何數(shù)目的濾波器，但在本示出的實(shí)施 例中，該IR濾波器組件42包括三個(gè)濾波器50。第一個(gè)濾波器50僅發(fā)送該物質(zhì)在其中展現(xiàn) 顯著的IR輻射的吸收/發(fā)射特性的光譜帶。第二個(gè)濾波器50發(fā)送該物質(zhì)在其中不吸收/ 發(fā)射IR輻射或該物質(zhì)在其中吸收/發(fā)射的IR輻射可以忽略的光譜帶的一部分。第三個(gè)濾 波器50發(fā)送與身體溫度相關(guān)的全部IR輻射。例如，該第三濾波器50可以發(fā)送在大約7微 米和大約15微米之間的全部IR輻射。在該示出的實(shí)施例中，IR濾波器組件42包括一個(gè)濾波輪(filter wheel)或驅(qū)動(dòng) 器52以及一個(gè)電機(jī)54。在某些實(shí)施例中，電機(jī)54可以包括一個(gè)螺線管。電機(jī)54或螺線管 被配置來提供動(dòng)力，用于改變?cè)摓V波器組件42相對(duì)于IR檢測(cè)器40的位置。該電機(jī)54或螺線管的啟動(dòng)使得能在實(shí)施每一個(gè)IR輻射測(cè)量之時(shí)順序地將各濾波器50定位在該檢測(cè)器 40的前面。在圖5示出的本發(fā)明系統(tǒng)39的一個(gè)可選實(shí)施例中，電機(jī)54和濾波器組件42被替 換為多個(gè)固定位置的IR檢測(cè)器56。在示出的實(shí)施例中，示出了三個(gè)IR檢測(cè)器56。但是， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)理解，可以提供任何數(shù)目的IR檢測(cè)器。在圖5的實(shí)施例中，每一 個(gè)IR檢測(cè)器56都包括其自己的IR濾波器58。例如，濾波器58可實(shí)質(zhì)上類似于圖4實(shí)施 例中提供的相對(duì)于它們分別發(fā)送的IR輻射波長(zhǎng)的三個(gè)濾波器50。在圖5的實(shí)施例中，優(yōu)勢(shì) 在于該檢測(cè)器/濾波器組件中沒有移動(dòng)部件，并且可以同時(shí)地進(jìn)行全部的測(cè)量。參考圖4和圖5，系統(tǒng)38、系統(tǒng)39示出的實(shí)施例包括用于測(cè)量環(huán)境溫度的設(shè)備46。 在某些實(shí)施例中，環(huán)境溫度測(cè)量設(shè)備46可以是一個(gè)熱敏電阻，例如一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)(NTC) 的熱敏電阻。為了簡(jiǎn)化起見，在此將環(huán)境溫度測(cè)量設(shè)備稱為熱敏電阻。但是，本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員將會(huì)理解，該環(huán)境溫度測(cè)量設(shè)備46可以是適于測(cè)量環(huán)境溫度的任何設(shè)備，例如一個(gè) 熱電偶。雖然在該示出的實(shí)施例中是將熱敏電阻46連接到IR檢測(cè)器40、56，但本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將會(huì)理解，這種連接并非必要。在某些實(shí)施例中，熱敏電阻46測(cè)量IR檢測(cè)器40、 56的外殼(未示出)的溫度，該溫度通常等于環(huán)境溫度。繼續(xù)參考圖4和圖5，IR檢測(cè)器40、56的輸出端60、熱敏電阻46的輸出端62、電 機(jī)54的控制輸入端64、加熱/冷卻設(shè)備44的控制輸入端66連接到電子控制裝置68。圖6 進(jìn)一步示出了電子控制裝置68的細(xì)節(jié)，該電子控制裝置包括處理單元70和存儲(chǔ)器72。存 儲(chǔ)器72可以包括查尋表格28和/或其它查尋表格，用于計(jì)算由本發(fā)明系統(tǒng)38、39取得的測(cè) 量結(jié)果。處理單元70可以包括運(yùn)行軟件和/或固件的中央處理單位(CPU)。處理單元70 可選地包括一個(gè)或多個(gè)專用的集成電路(ASIC)。處理單元70處理來自IR檢測(cè)器40、56以 及熱敏電阻46的信號(hào)。處理單元70還驅(qū)動(dòng)顯示器48顯示結(jié)果信息，顯示內(nèi)容可以包括 物質(zhì)濃度、由IR檢測(cè)器40及56和/或熱敏電阻46取得的測(cè)量信息、以及其它信息。在圖 6的實(shí)施例中，處理單元70還控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器74，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)而控制電機(jī)54來改變?yōu)V 波器組件42相對(duì)于IR檢測(cè)器40的位置。參考圖6，示出的電子控制裝置68包括用于在測(cè)量通道之間進(jìn)行切換的一個(gè)或多 個(gè)開關(guān)75。例如，該開關(guān)75可以在傳送來自IR檢測(cè)器40及56的信號(hào)的第一通道和傳送 來自熱敏電阻46的信號(hào)的第二通道之間進(jìn)行切換。處理單元70控制該開關(guān)75。繼續(xù)參考圖6，示出的電子控制裝置68還包括一個(gè)積分放大器77。積分放大器77 將由IR檢測(cè)器40、56產(chǎn)生的電壓放大到一個(gè)可測(cè)量的值。由IR檢測(cè)器40、56產(chǎn)生的電壓 是正比于該被檢測(cè)身體的輻射，并且該電壓可能很小。示出的電子控制裝置68還包括一個(gè) 比較器79。該比較器79與該積分放大器77—起，將來自IR檢測(cè)器40、56的電壓轉(zhuǎn)換成一 個(gè)時(shí)間間隔，該時(shí)間間隔與輸入電壓成反比且由處理單元70測(cè)量得到。參考圖4和圖5，在某些實(shí)施例中，加熱/冷卻設(shè)備44包括用于提供期望的加熱 或冷卻量的珀耳帖(Peltier)元件82、驅(qū)動(dòng)被加熱或被冷卻空氣的風(fēng)扇84、以及直接將被 加熱或被冷卻空氣導(dǎo)向身體表面的漏斗形通風(fēng)管86。將熱或冷空氣施加到皮膚表面的操 作將激勵(lì)其濃度為被測(cè)目標(biāo)的物質(zhì)對(duì)于IR輻射的吸收或發(fā)射。例如，在被測(cè)物質(zhì)是葡萄糖 的情況下，對(duì)皮膚進(jìn)行的冷卻將激勵(lì)I(lǐng)R輻射的吸收，而對(duì)皮膚進(jìn)行的加熱將激勵(lì)I(lǐng)R輻射的 發(fā)射。在另一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)境溫度的空氣流將激勵(lì)I(lǐng)R輻射的吸收或發(fā)射。在這種實(shí)施例中，加熱/冷卻設(shè)備44可被替換為用于驅(qū)動(dòng)環(huán)境空氣的一個(gè)氣流設(shè)備。圖7的處理流程圖示出了本發(fā)明的用于測(cè)量體內(nèi)一種物質(zhì)的濃度的方法的一個(gè) 實(shí)施例。在步驟S700，IR輻射檢測(cè)器和加熱/冷卻/氣流設(shè)備被相對(duì)于該身體定位。在步 驟S702，啟動(dòng)該加熱/冷卻/氣流設(shè)備以激勵(lì)物質(zhì)的IR輻射的吸收/發(fā)射。在步驟S704， 同時(shí)測(cè)量該IR輻射的吸收/發(fā)射、環(huán)境溫度以及身體表面溫度。如上述討論的那樣，重復(fù) 步驟S704，以獲得第一和第二波長(zhǎng)帶中的IR輻射測(cè)量數(shù)據(jù)。在步驟S706，根據(jù)IR輻射測(cè) 量結(jié)果計(jì)算出歸一化比例參數(shù)。在步驟S708，利用查尋表格28將該歸一化比例參數(shù)與該環(huán) 境溫度及該身體表面溫度相關(guān)聯(lián)。在步驟S710，顯示該物質(zhì)濃度。利用圖4和圖5示出的系統(tǒng)38、39的實(shí)施例之一，在測(cè)量IR輻射的吸收/發(fā)射的 一個(gè)可選方法中，在該身體表面上的不同點(diǎn)進(jìn)行多個(gè)測(cè)量的同時(shí)，掃描該身體表面而得到 該環(huán)境溫度和該身體表面溫度。例如可用軟件來標(biāo)識(shí)該多個(gè)測(cè)量中的最期望的結(jié)果。用于 選擇該最期望結(jié)果的參數(shù)可以是例如可重復(fù)性、最大信號(hào)等。圖8的處理流程示出了本發(fā)明的用于構(gòu)建實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格28的方法的一個(gè) 實(shí)施例。在步驟S800，針對(duì)該群組的每一個(gè)成員直接測(cè)量有關(guān)物質(zhì)(例如葡萄糖)的物質(zhì) 濃度。此步驟可以包括例如根據(jù)任何已知方法從每一個(gè)成員汲取血樣并測(cè)試該血樣的步 驟。在步驟S802，IR輻射檢測(cè)器和加熱/冷卻/氣流設(shè)備被相對(duì)于該群組每一個(gè)成員的身 體定位。在步驟S804，針對(duì)該群組的每一個(gè)成員，啟動(dòng)該加熱/冷卻/氣流設(shè)備以激勵(lì)物質(zhì) 的IR輻射的吸收/發(fā)射。在步驟S806，針對(duì)該群組的每一個(gè)成員，同時(shí)測(cè)量該IR輻射的吸 收/發(fā)射、環(huán)境溫度以及身體表面溫度。如上述討論的那樣，針對(duì)該群組的每一成員而重復(fù) 步驟S806，以獲得第一和第二波長(zhǎng)帶中的IR輻射測(cè)量數(shù)據(jù)。在步驟S808，針對(duì)該群組的每 一成員，根據(jù)IR輻射測(cè)量結(jié)果計(jì)算歸一化比例參數(shù)。在步驟S810，在不同環(huán)境溫度下針對(duì) 不同物質(zhì)濃度來重復(fù)步驟S802、S804、S806和S808。在步驟S812，對(duì)該群組的全部成員，對(duì) 照該被測(cè)血液物質(zhì)濃度，以及將身體表面溫度、環(huán)境溫度、和歸一化比例參數(shù)進(jìn)行相互對(duì)照 地繪制身體表面溫度、環(huán)境溫度、和歸一化比例參數(shù)曲線。上面的描述以完整、清晰簡(jiǎn)明和確切的方式展現(xiàn)了用于非介入測(cè)量體內(nèi)物質(zhì)濃度 的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，以及實(shí)踐本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的方式和過程，以便使得任何本領(lǐng) 域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`該系統(tǒng)及這些方法。但是，根據(jù)上述討論，該系統(tǒng)及這些方法易于得到 完全等效的改型及可替換結(jié)構(gòu)。因此，該系統(tǒng)及這些方法不局限于公開的具體實(shí)施例。相 反，該系統(tǒng)及這些方法將覆蓋落入通常由所附權(quán)利要求表示的系統(tǒng)及方法的范圍和精神之 內(nèi)的全部改進(jìn)及變化結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量身體內(nèi)物質(zhì)濃度的方法，所述方法包括步驟測(cè)量所述身體在第一波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的紅外(IR)輻射的第一量；測(cè)量所述身體在第二波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的頂輻射的第二量；測(cè)量所述身體表面處的溫度；測(cè)量環(huán)境溫度；根據(jù)所述第一量、所述第二量、所述身體表面溫度和所述環(huán)境溫度來計(jì)算歸一化比例 參數(shù)；和通過使用一個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格將所述歸一化比例參數(shù)與所述身體表面溫度及所 述環(huán)境溫度相關(guān)聯(lián)，來計(jì)算所述身體內(nèi)的所述物質(zhì)的濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一波長(zhǎng)帶是其中所述物質(zhì)發(fā)射和吸收頂 輻射的一個(gè)波長(zhǎng)帶或多個(gè)波長(zhǎng)帶，并且所述第二波長(zhǎng)帶是其中所述身體發(fā)射和吸收頂輻 射、遠(yuǎn)紅外輻射(FIR)的整個(gè)頻譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一波長(zhǎng)帶是其中所述物質(zhì)發(fā)射和吸收頂 輻射的一個(gè)波長(zhǎng)帶或多個(gè)波長(zhǎng)帶，并且所述第二波長(zhǎng)帶是其中所述物質(zhì)不發(fā)射和吸收頂 輻射、或發(fā)射和吸收可以忽略的頂輻射的一個(gè)波長(zhǎng)帶或多個(gè)波長(zhǎng)帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述歸一化比例參數(shù)選自由以下至少之一組成 的組對(duì)照黑體歸一化的所述第一量與對(duì)照黑體歸一化的所述第二量的比值、對(duì)照黑體歸 一化的所述第一量與對(duì)照黑體歸一化的所述第二量的比值的對(duì)數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述物質(zhì)是葡萄糖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述身體是人體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟冷卻所述身體表面以使所述物 質(zhì)吸收IR，或加熱所述身體表面以使所述物質(zhì)發(fā)射IR，或產(chǎn)生經(jīng)過身體表面的環(huán)境空氣流。
8.一種用于測(cè)量身體內(nèi)物質(zhì)濃度的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括一個(gè)紅外(IR)檢測(cè)器；和包括至少一個(gè)第一濾波器和一個(gè)第二濾波器的濾波器組件，其被配置用于對(duì)發(fā)送到所 述檢測(cè)器的頂輻射進(jìn)行濾波；其中，所述第一濾波器被配置用于僅發(fā)送所述身體在第一波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的H 輻射的第一量，并且所述第二濾波器被配置用于僅發(fā)送該身體在第二波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射 的頂輻射的第二量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括溫度改變?cè)O(shè)備，其可操作用于增加或減小 所述身體表面的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括氣流設(shè)備，其可操作用于產(chǎn)生經(jīng)過所述 身體表面的環(huán)境空氣流。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述第一波長(zhǎng)帶是其中所述物質(zhì)發(fā)射和吸收頂 輻射的一個(gè)波長(zhǎng)帶或多個(gè)波長(zhǎng)帶，并且所述第二波長(zhǎng)帶是其中所述物質(zhì)不發(fā)射和吸收頂 輻射或僅發(fā)射和吸收可以忽略的頂輻射的一個(gè)波長(zhǎng)帶或多個(gè)波長(zhǎng)帶。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括溫度測(cè)量設(shè)備，其被配置用于測(cè)量所述 身體表面的溫度和環(huán)境溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述溫度測(cè)量裝置包括熱敏電阻。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述頂檢測(cè)器包括具有準(zhǔn)直鏡片的熱電偶。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述濾波器組件是可移動(dòng)的，以相對(duì)于所述頂 檢測(cè)器選擇性地定位所述第一濾波器和所述第二濾波器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)設(shè)備，用于相對(duì)于所述頂檢測(cè)器 來定位所述濾波器組件。
17.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述頂檢測(cè)器包括第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器， 并且所述第一濾波器相對(duì)于所述第一檢測(cè)器被固定，所述第二濾波器相對(duì)于所述第二檢測(cè) 器被固定。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述濾波器組件包括至少一個(gè)第三濾波器。
19.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括顯示器，其被配置用于顯示所述身體內(nèi) 的所述物質(zhì)的濃度。
20.一種用于通過對(duì)一群體的一系列測(cè)量來創(chuàng)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格的方法，所 述方法包括以下步驟a)直接測(cè)量所述群體的每一成員身體內(nèi)的一種物質(zhì)的濃度；b)針對(duì)所述群體的每一成員，測(cè)量所述身體在第一波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的紅外(IR)輻射的第一量；c)針對(duì)所述群體的每一成員，測(cè)量所述身體在第二波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的頂輻射的第二量；d)與步驟b)和步驟c)同時(shí)，測(cè)量所述身體表面處的溫度；e)與步驟b)和步驟c)同時(shí)，測(cè)量環(huán)境溫度；f)根據(jù)所述第一量、所述第二量、所述身體表面溫度和所述環(huán)境溫度來計(jì)算一個(gè)歸一 化比例參數(shù)；g)在多個(gè)環(huán)境溫度下針對(duì)多個(gè)物質(zhì)濃度來重復(fù)步驟a)至步驟f)；并且h)針對(duì)所述群體的每一個(gè)成員，通過在每一個(gè)環(huán)境溫度下并針對(duì)每一個(gè)物質(zhì)濃度來繪 制所述身體表面溫度、所述環(huán)境溫度和所述歸一化比例參數(shù)來創(chuàng)建所述實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表 格。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述第一波長(zhǎng)帶是其中所述物質(zhì)發(fā)射和吸收 頂輻射的一個(gè)波長(zhǎng)帶或多個(gè)波長(zhǎng)帶，并且所述第二波長(zhǎng)帶是其中所述身體發(fā)射和吸收頂 輻射、遠(yuǎn)紅外輻射(FIR)的整個(gè)頻譜。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述第一波長(zhǎng)帶是其中所述物質(zhì)發(fā)射和吸收 IR輻射的一個(gè)波長(zhǎng)帶或多個(gè)波長(zhǎng)帶，并且所述第二波長(zhǎng)帶是其中所述物質(zhì)不發(fā)射和吸收 頂輻射或僅發(fā)射和吸收可以忽略的頂輻射的一個(gè)波長(zhǎng)帶或多個(gè)波長(zhǎng)帶。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述歸一化比例參數(shù)選自由以下至少之一組 成的組對(duì)照黑體歸一化的所述第一量與對(duì)照黑體歸一化的所述第二量的比值、對(duì)照黑體 歸一化的所述第一量與對(duì)照黑體歸一化的所述第二量的比值的對(duì)數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述物質(zhì)是葡萄糖。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述身體是人體。
26.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，進(jìn)一步包括以下步驟冷卻所述身體表面以使所述物質(zhì)吸收IR，或加熱所述身體表面以使所述物質(zhì)發(fā)射IR，或產(chǎn)生經(jīng)過所述身體表面的環(huán)境空氣流。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例公開了用于體內(nèi)物質(zhì)非介入測(cè)量的系統(tǒng)和方法。這些實(shí)施例測(cè)量體內(nèi)一種物質(zhì)(例如葡萄糖)的濃度。所述實(shí)施例測(cè)量身體在第一波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的紅外(IR)輻射的第一量，并測(cè)量身體在第二波長(zhǎng)帶中吸收或發(fā)射的IR輻射的第二量。還測(cè)量身體表面處的溫度以及環(huán)境溫度。根據(jù)這四個(gè)測(cè)量值計(jì)算出一個(gè)歸一化比例參數(shù)，并通過使用一個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格將該歸一化比例參數(shù)與該身體表面溫度及該環(huán)境溫度進(jìn)行相關(guān)聯(lián)，來計(jì)算出身體內(nèi)的物質(zhì)濃度。還公開了用于創(chuàng)建該實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的查尋表格的方法。
文檔編號(hào)A61B5/1477GK102065765SQ200980112612
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者喬納森·格利茨 申請(qǐng)人:格魯科威斯塔有限公司