專利名稱：用光譜數(shù)據(jù)分析進(jìn)行無創(chuàng)的光學(xué)血糖檢測的方法和系統(tǒng)的制作方法
用光譜數(shù)據(jù)分析進(jìn)行無創(chuàng)的光學(xué)血糖檢測的方法和系統(tǒng)相關(guān)申請的交叉引用本專利申請要求2008年5月22日提交的申請?zhí)枮?1/055，303的美國臨時專利 申請的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時專利申請的公開內(nèi)容通過引用被合并在此，本專利申請還要求 2008年8月15日提交的申請?zhí)枮?1/089，152的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時 專利申請的公開內(nèi)容通過引用也被合并在此。
背景技術(shù)：
糖尿病是一種慢性疾病，當(dāng)不對其進(jìn)行控制的時候，隨著時間的流逝會對許多身 體系統(tǒng)(包括神經(jīng)、血管、眼睛、腎臟和心臟)造成嚴(yán)重的損害。美國國家糖尿病、消化系統(tǒng) 病、腎疾病研究所(NIDDK)估計2007年在美國有2360萬人或者美國總?cè)丝诘?.8%患有糖 尿病。在全世界，世界衛(wèi)生組織(WHO)估計超過1. 8億人患有糖尿病，到2030年他們預(yù)計 這個數(shù)字將增加到3. 66億，美國占3030萬。根據(jù)WHO，在2005年估計有110萬人死于糖尿 病。他們預(yù)測2006年到2015年，糖尿病致死率將總的增加超過50%且在中上收入國家增 加超過80%。糖尿病對個人和整個社會造成的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)是重大的。根據(jù)美國糖尿病協(xié)會，2007 年美國糖尿病總年度經(jīng)濟(jì)成本估計達(dá)到1740億美元。自2002年以來這個數(shù)字增加了 420 億美元。這32%的增長意味著美元數(shù)量每年提升超過了 80億美元。糖尿病管理一個很重要的要素就是糖尿病患者在家庭環(huán)境下自我監(jiān)測血糖 (SMBG)濃度。通過經(jīng)常測試血糖水平，糖尿病患者能更好地管理用藥、飲食和運動以持續(xù)控 制和預(yù)防長期不良健康結(jié)果。實際上，糖尿病控制與并發(fā)癥實驗(DCCT)若干年來密切關(guān)注 了 1441名糖尿病患者，結(jié)果表明，與標(biāo)準(zhǔn)治療組比較，那些每天按照強(qiáng)化控制方案進(jìn)行多 種血糖測試的患者中只有1/4的人發(fā)展為糖尿病性眼疾病，1/2的人發(fā)展為腎臟疾病，1/3 的人發(fā)展為神經(jīng)性疾病，且已經(jīng)有這三種并發(fā)癥早期形態(tài)的患者中極少數(shù)人惡化。然而，由于在分析之前通過皮膚抽取血液不方便并且?guī)硗纯?，這使得許多糖尿 病患者做不到為了很好地控制血糖而應(yīng)當(dāng)做的那樣勤奮，因此目前的監(jiān)測技術(shù)阻礙了正常 的使用。結(jié)果，無創(chuàng)測量葡萄糖濃度是糖尿病管理的一種可取和有利的發(fā)展。無創(chuàng)監(jiān)測將 使每天的多次測試沒有痛苦且更加受到兒童糖尿病患者的歡迎。根據(jù)2005年刊登的一篇 石if究(J，Wagner，C. Malchoff，and G. Abbott，DiabetesTechnology&Therapeutics (糖尿病 技術(shù)和療法)，7 (4) 2005，612-619)，患有糖尿病的人利用無創(chuàng)血糖監(jiān)測裝置更頻繁地執(zhí)行 SMBG，并且已經(jīng)改善生活質(zhì)量。存在許多用于血糖確定的無創(chuàng)方法。一種無創(chuàng)的血液化學(xué)檢測技術(shù)涉及收集和分 析光譜數(shù)據(jù)。由于在正被感測的區(qū)域中除了血液之外還存在其它成分(比如，皮膚、脂肪、肌 肉、骨頭、胞間液)，所以從根據(jù)光譜學(xué)獲得的光譜數(shù)據(jù)或其它數(shù)據(jù)提取關(guān)于血液特性的信 息(例如葡萄糖濃度)是一個復(fù)雜的問題。這樣的其它成分能夠以改變讀數(shù)(reading)這 樣的方式影響這些信號。具體地講，作為結(jié)果而獲得的信號的幅度可以比信號中與血液對應(yīng)的部分的幅度大很多，因此，限制了精確提取血液特性信息的能力。本發(fā)明旨在克服上述的一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一方面中，公開了一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)。該系統(tǒng) 包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上；至少一個光 檢測器，所述至少一個光檢測器被定位為接收來自所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被檢 測的光的功率的輸出信號，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流(time dependentcurrent)； 和處理器，該處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，基于接收到的輸出信號，以至 少20 1的信噪比計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率，并基于計算 的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水平。在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)。該系 統(tǒng)包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上；至少一個 光檢測器，所述至少一個光檢測器被定位為接收來自所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被 檢測的光的功率的輸出信號，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；和處理器，該處理器從所 述至少一個光檢測器接收輸出信號，基于接收到的輸出信號，以歸一化因數(shù)計算由于存在 于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率，并基于計算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域 中的樣品相關(guān)的血糖水平。在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)。該系 統(tǒng)包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上；至少一個 光檢測器，所述至少一個光檢測器被定位為接收來自所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被 檢測的光的功率的輸出信號，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；和處理器，該處理器從所 述至少一個光檢測器接收輸出信號，基于接收到的輸出信號，以比例因數(shù)計算由于存在于 目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率，并基于計算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中 的樣品相關(guān)的血糖水平。在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)。該系 統(tǒng)包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上；至少一個 光檢測器，所述至少一個光檢測器被定位為接收來自所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被 檢測的光的功率的輸出信號，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；和處理器，該處理器從所 述至少一個光檢測器接收輸出信號，基于接收到的輸出信號計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的 樣品中的血液引起的衰減率并消除由所述至少一個光檢測器的與溫度相關(guān)的檢測器響應(yīng) 所引起的不確定性的影響，并且，基于計算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān) 的血糖水平。在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)。該系 統(tǒng)包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上；至少一個 光檢測器，所述至少一個光檢測器包括具有反饋電阻器的前置放大器，被定位為接收來自 所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出信號，該輸出信號具有與時間 相關(guān)的電流；和處理器，該處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，基于接收到的輸 出信號計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率并消除由所述至少一個光檢測器的與溫度相關(guān)的檢測器響應(yīng)所引起的不確定性的影響，并且，基于計算的衰減率 確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水平。在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)。該系 統(tǒng)包括具有前置放大器和反饋電阻器的至少一個光檢測器。在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法。該方 法包括利用被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上的至少一個光源；利用被定位為接收來自 所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出信號的至少一個光檢測器，該 輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；用處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，并基 于接收到的輸出信號，以至少20 1的信噪比計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液 引起的衰減率；以及用處理器基于計算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血 糖水平。在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法。該方 法包括利用被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上的至少一個光源；利用被定位為接收來自 所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出信號的至少一個光檢測器，該 輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；用處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，并基 于接收到的輸出信號，用處理器以歸一化因數(shù)計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液 引起的衰減率；以及用處理器基于計算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血 糖水平。在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法。該方 法包括利用被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上的至少一個光源；利用被定位為接收來自 所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出信號的至少一個光檢測器，該 輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；用處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號；用處 理器基于接收到的輸出信號，以比例因數(shù)計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起 的衰減率；以及用處理器基于計算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水 平。在本發(fā)明的另一方面中，公開了一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法。該方 法包括利用被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上的至少一個光源；利用被定位為接收來自 所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出信號的至少一個光檢測器，該 輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；用處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，并用 處理器基于接收到的輸出信號，以比例因數(shù)計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引 起的衰減率；用處理器消除由所述至少一個光檢測器的與溫度相關(guān)的檢測器響應(yīng)所引起的 不確定性的影響；以及用處理器基于計算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的 血糖水平。這些只是本發(fā)明的眾多方面中的一些，且不應(yīng)被看作是關(guān)于本發(fā)明的眾多方面的
全部清單。


為了更好地理解本發(fā)明，可以參考附圖，其中圖1示出根據(jù)示例性實施例的對應(yīng)于動脈血的光吸收的脈沖波圖2示出用于獲得光譜數(shù)據(jù)的示例性系統(tǒng)；圖3示出用圖1中的數(shù)據(jù)根據(jù)公式(9)計算的A(t)的圖；以及圖4是在數(shù)字化之前將光電流轉(zhuǎn)換為電壓的前置放大器電路的基本示意圖。
具體實施例方式在下面的詳細(xì)描述中，為了提供對本發(fā)明的全面的理解，闡述了大量的示例性的 具體細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，本發(fā)明可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)或者對所述細(xì) 節(jié)的各種修改的情況下實施。在其他示例中，沒有詳細(xì)描述眾所周知的方法、工藝和部件， 以避免使本發(fā)明模糊?？捎霉庾V學(xué)確定被生物樣品(例如人的手指)所吸收和散射(即衰減)的光量。 通過測量被樣品吸收的光量，可無創(chuàng)地確定被檢者的葡萄糖、膽固醇和血紅素水平。由于指 尖中的毛細(xì)血管的密集度大并且在指尖發(fā)生從動脈血到靜脈血的轉(zhuǎn)換，所以通常優(yōu)選指尖 測量。然而，本發(fā)明的方法并不限于用指尖。例如，生物樣品可以是人的耳垂。當(dāng)光透射穿過生物樣品(例如人的手指)時，光被手指的各種成分(包括皮膚、肌 肉、骨頭、脂肪、胞間液和血液)所衰減。然而，觀察到，通過人的手指的光衰減表現(xiàn)出與心 跳對應(yīng)的小范圍的循環(huán)模式。人們相信，這種循環(huán)模式將存在于許多其他的身體部位(耳 垂是眾多例子中的一個)的測量中。圖1描繪了檢測器光電流ID(t)的圖102，該光電流對應(yīng)于在光穿過被檢者的手指 后被檢測器接收的光功率?？梢钥闯?，檢測器光電流表現(xiàn)出循環(huán)模式。該循環(huán)模式是由于 被檢者的心跳而引起的，且這種心跳循環(huán)地增加并減少被檢者的毛細(xì)血管(或其他結(jié)構(gòu)) 中的血量。盡管該循環(huán)模式的大小相比于檢測器產(chǎn)生的總光電流而言小，但是可以從圖102 的循環(huán)模式中提取出大量的信息。例如，假定人的心率是60次每分鐘，S卩，任何脈搏的開始 和結(jié)束之間的時間是一秒鐘。在這一秒鐘的期間內(nèi)，光電流將具有最大值或峰值讀數(shù)104 和最小值或谷值讀數(shù)106。圖的峰值讀數(shù)104對應(yīng)于當(dāng)毛細(xì)血管中有最小量的血時，谷值讀 數(shù)106對應(yīng)于當(dāng)毛細(xì)血管中有最大量的血時。通過使用所述循環(huán)圖中的峰值和谷值提供的 信息，排除不在毛細(xì)血管中的主要的手指成分(例如皮膚、脂肪、骨頭、肌肉、胞間液)所造 成的光吸收和散射。排除這些不在毛細(xì)血管中的主要成分是由于其在一個心跳的時間間隔 期間內(nèi)不可能變化。換句話說，可基于圖102的峰值和谷值檢測被血液吸收和散射(即，衰 減)的光。假定光感測裝置產(chǎn)生的循環(huán)光電流的峰值是IP，循環(huán)光電流的相鄰的谷值是Iv， 在沒有人手指的情況下光感測裝置產(chǎn)生的光電流是Itl,對應(yīng)于峰值和谷值光電流的透射率 可定義為
權(quán)利要求
1.一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上；至少一個光檢測器，所述至少一個光檢測器被定位為接收來自所述至少一個光源的光 并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出信號，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；和處理器，該處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，基于接收到的輸出信號，以 至少20 1的信噪比計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率，并基于計 算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，與時間相關(guān)的 輸出電流是基線電流、噪聲電流和對應(yīng)于心跳的與時間相關(guān)的循環(huán)電流的函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，計算的衰減率 至少部分地基于與時間相關(guān)的輸出電流的對數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，計算的衰減率 至少部分地基于與時間相關(guān)的輸出電流的對數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差的近似值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與時間 有關(guān)的由于樣品中的血液引起的光吸收的變化的峰值到谷值的高度，所述的峰值到谷值 的高度作為與時間相關(guān)的輸出電流的對數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差除以比例常數(shù)的函數(shù)由處理器計算 其中，A(t)是作為時間的函數(shù)的由于樣品中的血液引起的光吸收的變化，ΔΑ是在一個心跳的時間間隔期間的A(t)圖的峰值到谷值的高度，Id(t) 是與時間相關(guān)的檢測器電流，logID(t)是與時間相關(guān)的檢測器電流的對數(shù)，k是比例常數(shù)， σ [A(t)]是A(t)的標(biāo)準(zhǔn)差，σ [logID(t)]表示logID(t)的標(biāo)準(zhǔn)差。
6.一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上；至少一個光檢測器，所述至少一個光檢測器被定位為接收來自所述至少一個光源的光 并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出信號，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；和處理器，該處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，基于接收到的輸出信號，以 歸一化因數(shù)計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率，并基于計算的衰減 率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水平。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，處理器被配置 為基于與時間相關(guān)的檢測器輸出信號IdU ” t)計算多個波長處的歸一化因數(shù)
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，處理器被配置
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，與溫度相關(guān)的 回歸系數(shù) (T)的值能夠通過處理器用偏最小二乘回歸提取。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，處理器被 配置為基于與溫度無關(guān)的回歸系數(shù)根據(jù)公式
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，與樣品溫度 無關(guān)的回歸系數(shù)、和關(guān)于樣品溫度的回歸系數(shù)η的值能夠通過處理器用偏最小二乘回歸 提取。
12.一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上； 至少一個光檢測器，所述至少一個光檢測器被定位為接收來自所述至少一個光源的光 并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出信號，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；和處理器，該處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，基于接收到的輸出信號，以 比例因數(shù)計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率，并基于計算的衰減率 確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水平。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，處理器被配置為根據(jù)公式
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，處理器被配 置為基于光學(xué)測量Yij(C，τ)和fi(T)根據(jù)公式
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，對應(yīng)于波長 Xi的與溫度相關(guān)的回歸系數(shù)fi (T)的值能夠通過處理器用偏最小二乘回歸提取。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，處理器被配 置為基于與溫度無關(guān)的回歸系數(shù)h”關(guān)于生物樣品的溫度T的回歸系數(shù)β、對應(yīng)于波長數(shù)N 的比例因數(shù)Yi, (C，τ)，根據(jù)公式
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，與溫度無關(guān) 的回歸系數(shù)比和關(guān)于生物樣品的溫度T的回歸系數(shù)β的值能夠通過處理器用偏最小二乘 回歸提取。
18.一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上；至少一個光檢測器，所述至少一個光檢測器被定位為接收來自所述至少一個光源的光 并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出信號，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；和處理器，該處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，基于接收到的輸出信號計 算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率并消除由所述至少一個光檢測器 的與溫度相關(guān)的檢測器響應(yīng)所引起的不確定性的影響，并且，基于計算的衰減率確定與存 在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水平。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，由所述至少 一個光檢測器的溫度所引起的不確定性的影響的消除通過用處理器計算與時間相關(guān)的電 流的對數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差實現(xiàn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，由所述至少 一個光檢測器的溫度所引起的不確定性的影響的消除通過用處理器基于與時間相關(guān)的檢 測器輸出電流信號I11Ui, t)和與時間相關(guān)的檢測器功率信號Ρ(λρ t)計算下式實現(xiàn) σ [log In(Aijt)] = σ [logP ( λ t)]，其中，第 i 個波長被表示為 λ ^ IogI11 ( λ ^ t)是與 時間相關(guān)的檢測器輸出電流信號的對數(shù)，IogP(Ai, t)是由相應(yīng)的檢測器接收的與時間相 關(guān)的光功率的對數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，所述至少一 個光檢測器包括具有反饋電阻器的前置放大器。
22.一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上；至少一個光檢測器，所述至少一個光檢測器包括具有反饋電阻器的前置放大器，被定 位為接收來自所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出信號，該輸出信 號具有與時間相關(guān)的電流；和處理器，該處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，基于接收到的輸出信號計 算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率并消除由所述至少一個光檢測器 的與溫度相關(guān)的檢測器響應(yīng)所引起的不確定性的影響，并且，基于計算的衰減率確定與存 在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水平。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，由包括具有 反饋電阻器的前置放大器的所述至少一個光檢測器的溫度所引起的不確定性的影響的消 除通過用處理器計算與時間相關(guān)的電壓信號的對數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差實現(xiàn)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，處理器 被配置為基于作為時間的函數(shù)的前置放大器輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)差σ根據(jù)公式
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，處理器 被配置為基于作為時間的函數(shù)的前置放大器輸出電壓和標(biāo)準(zhǔn)差σ根據(jù)公式
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括具有數(shù) 字化的電壓輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，處理器被配置為基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器電壓輸出Δ (ADC) i根據(jù)公=計算歸一化因數(shù)仏(。，10，其中σ是標(biāo)準(zhǔn)差。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的系統(tǒng)，其中，處理器被配 置為基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器電壓輸出Δ (ADC)Jg據(jù)公式
29.一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，包括 利用被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上的至少一個光源；利用被定位為接收來自所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出 信號的至少一個光檢測器，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；用處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，并基于接收到的輸出信號； 以至少20 1的信噪比計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率；以及用處理器基于計算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水平。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，其中，計算由于存 在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率的步驟至少部分地基于與時間相關(guān)的輸出 電流的對數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。
31.根據(jù)權(quán)利要求四所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包 括用處理器計算作為與時間相關(guān)的輸出電流的對數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差除以比例常數(shù)的函數(shù) 的、與時間有關(guān)的由于樣品中的血液引起的光吸收的變化的峰值到谷值的高度
32. 一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，包括 利用被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上的至少一個光源；利用被定位為接收來自所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出 信號的至少一個光檢測器，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；用處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，并基于接收到的輸出信號； 用處理器以歸一化因數(shù)計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率；以及用處理器基于計算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水平。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括用處理 器基于與時間相關(guān)的檢測器輸出信號IdU ” t)計算多個波長處的歸一化因數(shù)Qi (C，T)
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括用處理器根據(jù)公
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括通過處 理器用偏最小二乘回歸提取與溫度相關(guān)的回歸系數(shù)^(T)的值。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括用處理器基于與溫度無關(guān)的回歸系數(shù)根據(jù)公式
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括通過處 理器用偏最小二乘回歸提取與樣品溫度無關(guān)的回歸系數(shù)h和關(guān)于樣品溫度的回歸系數(shù)η 的值。
38.一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，包括 利用被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上的至少一個光源；利用被定位為接收來自所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出 信號的至少一個光檢測器，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流； 用處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號；用處理器基于接收到的輸出信號，以比例因數(shù)計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的 血液引起的衰減率；以及用處理器基于計算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水平。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括用處理器根據(jù)公式
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括用處理器基于光學(xué)測量YijK τ)和fi(T)根據(jù)公式
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括通過處 理器用偏最小二乘回歸提取對應(yīng)于波長Xi的與溫度相關(guān)的回歸系數(shù)& (T)的值。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括用處理 器基于與溫度無關(guān)的回歸系數(shù)比、關(guān)于生物樣品的溫度T的回歸系數(shù)β、對應(yīng)于波長數(shù)N的
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括通過處 理器用偏最小二乘回歸提取與溫度無關(guān)的回歸系數(shù)Iii和關(guān)于生物樣品的溫度T的回歸系 數(shù)β的值。
44.一種用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，包括 利用被配置為入射在樣品的目標(biāo)區(qū)域上的至少一個光源；利用被定位為接收來自所述至少一個光源的光并產(chǎn)生指示被檢測的光的功率的輸出 信號的至少一個光檢測器，該輸出信號具有與時間相關(guān)的電流；用處理器從所述至少一個光檢測器接收輸出信號，基于接收到的輸出信號； 用處理器以比例因數(shù)計算由于存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品中的血液引起的衰減率； 用處理器消除由所述至少一個光檢測器的與溫度相關(guān)的檢測器響應(yīng)所引起的不確定 性的影響；以及用處理器基于計算的衰減率確定與存在于目標(biāo)區(qū)域中的樣品相關(guān)的血糖水平。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，其中，用處理器消 除由所述至少一個光檢測器的與溫度相關(guān)的檢測器響應(yīng)所引起的不確定性的影響進(jìn)一步 包括用處理器計算與時間相關(guān)的電流的對數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，其中，所述至少一 個光檢測器包括具有反饋電阻器的前置放大器。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括用處 理器計算歸一化因數(shù)A(C，Τ)和比例因數(shù)YU(C，Τ)中的至少一個基于作為時間的函數(shù) 的前置放大器輸出電壓Vi(t)和標(biāo)準(zhǔn)差σ根據(jù)公式
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括使用具 有數(shù)字化的電壓輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的用于檢測生物樣品中的葡萄糖的方法，進(jìn)一步包括用處理 器計算歸一化因數(shù)Qi (C，T)和比例因數(shù)Yij(GT)中的至少一個基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器電壓輸出 7Λ ir - gjtog A(Jiit)l J 咖額據(jù)公式_:^^^]計算歸-化因_，T)，腫°賺差，或者基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器電壓輸出Δ (ADC)i根據(jù)公=計算比例因數(shù)σtog A(JDC)j IYu(C，Τ)，其中O是標(biāo)準(zhǔn)差。
全文摘要
公開了一種基于光譜數(shù)據(jù)無創(chuàng)測量生物樣品中的血糖水平的系統(tǒng)和方法。公開了在光譜數(shù)據(jù)的采集中提高信噪比和計算由于樣品中的血液引起的光的衰減率的各種技術(shù)。公開的技術(shù)包括(1)與對數(shù)函數(shù)結(jié)合使用標(biāo)準(zhǔn)差運算，(2)使用歸一化因數(shù)，(3)使用比例因數(shù)，(4)解決溫度對例如電阻器的各種系統(tǒng)部件的影響，(5)通過執(zhí)行校準(zhǔn)來解決光檢測器中的暗電流。
文檔編號A61B5/00GK102083360SQ200980126116
公開日2011年6月1日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者徐智 申請人:密蘇里大學(xué)董事會