[发明专利]非侵入性检测人类受检体中葡萄糖的方法和设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及对毛细血管中和组织间液中的生物学分析物的非侵入性检测。更加具体地讲，本发明涉及连续地或者按照要求以规则的短时间间隔来确定血糖、血脂和/或酒精浓度的方法和设备。

背景技术

糖尿病是特征为由胰岛素产生方面的缺陷、胰岛素作用方面的缺陷或者两方面一同造成的血糖水平高的一族疾病。糖尿病控制与并发症遴选(DCCT)，一项由国家糖尿病与消化系统和肾脏疾病研究所在1983年到1993年之间进行了十年的临床研究，证明了高平均血糖水平(俗称高血糖)与该疾病影响肾脏、眼睛、神经系统、血管和循环系统的毁灭性并发症的发展有着直接正量关联。治疗方法包括胰岛素注射、口服治疗、饮食控制和锻炼。由医生调节用户的作息规律来控制高血糖要求每天做三次或更多次葡萄糖水平的例行自我监测。目前，患有糖尿病的人通过使用侵入性血糖仪器来测量他们的葡萄糖水平，这种侵入性血糖仪器使用费用较高的抛弃型测试条测量葡萄糖，要在测试条上施用从手指或前臂上获得的少量血液样本。这一过程非常疼痛并且经常会导致慢性神经末梢损伤。这是很多糖尿病患者冒着严重并发症发展的风险而放弃监测的一个原因。

很多现有系统利用漫反射光谱法来确定组织中的血糖浓度。例如，授予Petrovsky等人的美国专利第6097975号公开了非侵入性地测量血糖浓度的设备和方法。该设备将一束光(2050-2500nm)投射到人体某处血管丰富的选定区域上，比如内腕或耳垂。所投射的光脉冲穿透皮肤、组织和血管，一部分由血液内的葡萄糖吸收并且一部分由所照射的结构散射、漫射和反射回来，穿过血管、组织和皮肤。然后由接收检测器收集反射光的光能，将其转换成与受检体血液中的葡萄糖浓度成比例的电信号并且加以分析。这篇参考文献中公开的优选实施方式的波长范围采用了2050-2500nm的波长范围。

授予Maruo等人的美国专利第6016435号公开了一种非侵入性地确定受检体血液中葡萄糖浓度的装置。该装置包括光源、作为该光源所提供光的分光器的衍射光栅单元和用于控制衍射光栅的旋转角度来提供具有从1300到2500nm的连续波长的近红外射线的步进电动机单元。该装置此外还包括光纤束，该光纤束具有用于将近红外射线投射到受检体皮肤上的多个光纤和用于接收从皮肤上发出的结果射线的多个第二光纤。光接收单元与第二光纤相连接，并且光谱分析单元通过使用基于来自光接收单元的信息进行的光谱分析来确定血液中的葡萄糖浓度。该发明与本发明的不同之处在于，它利用连续光谱灯和具有机械运动部件的衍射光栅。

授予Koashi等人的美国专利第5533509号公开了一种非侵入性测量血糖水平的设备。该设备包括波长可变的半导体激光器和集光球，半导体激光器在感兴趣的波长附近的小范围内调节，产生光束，该光束由分束器分为两条光路，集光球收集沿着一条光路行进之后透射或反射的并且入射在皮肤受检部分上的激光，通过考察吸收光谱的导数来确定该受检部分内的血糖水平。本发明与该参考文献的区别在于，在具有多个波长的整个范围内探察皮肤，而不是仅仅用特定波长来探察皮肤，并且使用吸收光谱来确定葡萄糖浓度，而不是使用吸收光谱的导数。

Takeda等人申请的美国专利申请公开第2005/0250997号公开了一种确定血液中光吸收物质的浓度的设备。该设备包括多个光发射器，这些光发射器朝着活组织发射具有不同波长的光束。光接收器适合于接收穿过活组织或者从活组织反射回来的光束。不过，本发明的优选实施方式仅仅需要两个发光二极管；一个发光二极管的光波长为680nm，另一个发光二极管的光波长为940nm。

Walker等人申请的美国专利申请公开第2005/0256384号公开了一种非侵入性葡萄糖传感器，包括至少一个激光器(垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)或边缘发射激光器)和至少一个光检测器，该光检测器构成为用来检测来自发射器的发射光。葡萄糖传感器此外还包括控制器，该控制器通过将从一组具有1060nm、980nm、850nm、825nm、800nm、780nm和765nm的中心波长的选定波长中选取的发射器波长偏移1-2nm来驱动一个或多个发射器。这能够在多个波长下实现对吸收的测量并根据吸收测量值推导出葡萄糖浓度的测量结果。这一设备操作的波长范围超出了本发明的波长范围。