[发明专利]被分析物浓度的光谱测定

说明书

技术领域

本发明涉及光谱学领域，并且更具体地，不限于使用光学成像和光谱技术的无创被分析物浓度测定。

背景技术

同样，从在先技术中已知为分析目的使用光学光谱技术。WO02/057758 A1和WO 02/057759 A1描述了光谱分析设备，其用于对流经病人毛细血管的血液成分进行体内无创光谱分析。为了对感兴趣区域进行识别，通过成像系统测定毛细血管的位置，其中，用于光谱分析的激励波束必须指向所述感兴趣区域。

成像以及光谱分析都使用公共的聚焦装置，其使得在一只手上的毛细血管能够成像，并且为了在另一只手上激励拉曼光谱，允许将近红外(NIR)激光波束聚焦在毛细血管内。典型地，还将聚焦装置用于收集来自拉曼过程的散射射线。

在用于测定血液中不同被分析物浓度的体内无创光谱分析中，对光谱激励射线所指向的组织的成分更加敏感。例如，将激励波束聚焦在血流或者血管内，所得的返回射线严重地受到红血球(red blood cell)散射过程的影响。此外，由于在血液内存在许多不同被分析物的方面，所获得的拉曼信号自然代表了血液的许多组分的光谱信息。

同时，多数各种拉曼信号可能面临干扰，其进一步使特定被分析物或者诸如血液的体液组分的检测变得复杂。因此，所获得的光谱信号对进行光谱分析的生物组织的形态或稠度的依赖关系将限制被分析物浓度测定的再现性。

因此，本发明的目标是提供一种光谱设备，该光谱设备提供改进的信号质量以及对所研究组织形态、结构和成分增强的不灵敏性。

发明内容

本发明提供了用于测定毛细血管内的体液被分析物浓度的光谱设备。该光谱设备包括用于测定毛细血管位置的成像系统、用于产生光谱激励射线的射线源、以及用于将激励射线指向非常接近于毛细血管但是不与毛细血管重叠的空间的射线导引装置。此外，光谱设备还包括用于对响应于激励射线照射从该空间发出的返回射线进行检测的射线检测器。该设备还具有光谱分析单元，其为测定空间和/或毛细血管内的被分析物浓度提供对返回射线的光谱分析。因此，本发明有效利用了以下事实：毛细血管的血管壁对于被分析物至少是半透性的，其中，必须通过光谱设备的手段来测定该被分析物的浓度级别。

本发明的优点是：对于体液被分析物的浓度测定，光谱激励射线不直接指向体液中或者体液流中，而是指向仅仅各种体液组分存在但不全部是体液的区域。例如，血浆泄漏出毛细血管，而像红血球和白血球的血液的各种成分残留在由毛细血管壁所指定的空间内。本发明有效地利用了毛细血管壁的渗透性，该渗透性允许发生生物转运过程，其导致诸如将感兴趣的被分析物扩散到围绕毛细血管的组织内。

因为仅仅那些能够穿透毛细血管壁并且可以进行生物转运过程的体液被分析物可以有效地进行光谱分析，所以这允许有选择的被分析物浓度测定。因而，不能够穿透毛细血管壁的那些体液被分析物不可以进行根据本发明的光谱研究。

与此相反，利用直接将激励射线聚焦到毛细血管内的无创光谱分析，该发明性程序有效地防止那些不能穿透血管壁的体液被分析物不对光谱信号有固有贡献，通过检波器对所述光谱信号进行检测。因此，根据穿透受阻的特点，这些被分析物不再对返回射线的频谱有影响，并且因此，不再影响光谱被分析物浓度测定。

利用感兴趣被分析物能够穿透血管壁这一方面，整个光谱过程不再不得不在毛细血管自身内部完成。此外，可以将诸如红血球的散射效应以及血液中各种成分的拉曼信号干扰减少到最小。这提供了增大的信噪比和改善的灵敏度，并且因此提供了对整个光谱分析的改善的精确度。

根据优选实施例，该光谱设备还包括控制单元，该控制单元适于测定空间关于所测定的毛细血管位置的位置。优选地，该控制单元适于响应于从成像系统接收输入测定空间的位置。成像系统提供包含体液的毛细血管的位置或定位信息，优选地，将所述成像系统实现为光学图像采集系统。通过光学图像采集和图像处理，可以获得指定毛细血管的绝对或相对位置以及指定其形态或几何结构的各个参数。典型地，为了测定空间的绝对或相对位置以及空间的周长或大小，通过控制单元对由成像系统聚集的该信息进行处理。

典型地，通过控制单元测定的空间指定了样本的检查空间，其定义了将激励射线指向其中的空间。典型地，将从其中发出的返回射线被检查的激励空间的一部分表示为检测空间，并且将该部分完全包括在激励空间中。因此，检测空间可能与激励空间完全一致，但是也可以指定更小的空间。通常，检测空间周长以及检测空间的位置可以是任意的，并且可以在激励空间周长内、诸如通过改变共焦检测装置的小孔大小对检测空间周长以及检测空间的位置独立地进行修改。