[发明专利]散射组织中物质浓度的光谱法测量

说明书

技术领域

本发明涉及散射组织中物质浓度的光谱法测量。

背景技术

光谱法可以用于测量散射组织中物质的浓度。光束在组织上被发送并且与该已经与介质相互作用的(反向散射的或透射的)光被检测，从而从其中推导吸收光谱。目标物质的浓度可以借助于数学模型、利用包含在组织中的物质的已知光谱特性从吸收光谱推导。

所述散射组织可以是人的皮肤。皮肤上的光谱法允许在体内且无创地估计该人的物质血液浓度。可以使用的光谱法类型是近红外(NIR)光谱法，其中近红外(NIR)光或红外光照射在皮肤上。NIR光具有近似地包括在1000nm与2500nm之间的波长；它被使用是因为它更容易地在皮肤中渗透并且不会被立即吸收也不会被剧烈地散射。NIR光谱法例如用于确定血液中葡萄糖的浓度。US6,990,364描述了一种通过NIR光谱法无创地确定血液分析物的方法，所述分析物比如葡萄糖。

为了从所获得的光谱提取信息，必要的是将与葡萄糖相关联的信号与皮肤中存在的许多其他物质的信号分离开。在皮肤的NIR光谱中，在1000-2500nm波长范围中，若干物质具有光谱贡献(spectralcontribution)。图1示出皮肤的一个示范性吸收光谱；已知对光谱有贡献的要素物质是：

-水，其波段处于大约1450nm和1920nm，

-胶原，其波段处于大约2200nm，

-脂肪，其波段处于大约1200nm、1700nm和1800nm，

-葡萄糖，其波段处于大约1550nm、1700nm和2100nm。

可以看出，葡萄糖的峰值不能在光谱上被轻易检测，因为它们所有都被对应于其他物质的吸收波段的峰值所掩盖(mask)；胶原是掩盖物质之一。胶原是纤维状蛋白质，其给皮肤带来了色调和弹性。它是皮肤中的重要散射物质之一，并且它的主波段接近于葡萄糖波段。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种用于通过光谱法在包括至少第一物质和掩盖第一物质的光谱贡献的第二物质的散射组织内测量第一物质浓度的方法，该方法通过在测量中除去或至少减少第二物质的贡献来提供对第一物质的提高的灵敏度。

根据本发明，提供一种计算散射组织中第一物质的浓度的方法。该方法包括初始步骤：确定处于第一和第二拉伸状态中的散射组织的第一和第二吸收光谱。第一和第二拉伸的光谱允许获得第二物质对散射组织的光谱的贡献。接下来，在校正第二物质的贡献之后，通过将数学模型应用到由光谱法获得的散射组织的另一个吸收光谱，而将数学模型应用到另一个第一物质的浓度。

利用本发明，可以更准确地计算第一物质的浓度，因为为了计算第一物质的浓度校正了第二物质的贡献。本发明基于以下观察：第二物质的散射的各向异性受拉伸的影响；因此，将未拉伸和拉伸的光谱之间的比较与第二物质的贡献联系起来。

当在上述本发明的方法中参考“该”散射组织时，应当理解，它涉及相同类型的组织，但不必涉及相同组织样本。事实上，如果可以得出这样的近似：当在另一个皮肤样本上执行测量时，所述贡献可以被认为是相似的，那么拉伸与非拉伸组织样本上的测量(从而推导该组织中第二物质的贡献)可以在不同于其中计算第一物质的组织样本的组织样本上完成。它们还可以在多个样本上完成并进行平均。组织可以表示人或动物的身体的任何适当部分，例如皮肤、毛发、腱等。

根据实施例，第一拉伸状态是非拉伸的状态，而第二拉伸状态是拉伸的状态。

根据实施例，在与在其上执行光谱法测量的散射组织样本相同的散射组织样本上执行步骤a)和b)，以便确定第一物质的浓度。

根据实施例，步骤a)和b)在多个样本上执行并且对所述测量结果进行平均。

根据实施例，测量处于第一和第二拉伸状态中的散射组织的吸收光谱通过以下步骤执行：

-利用在偏振方向上线性偏振的光照射该散射组织，并且

-在与该偏振方向垂直的检测方向上检测与散射组织相互作用的光。

根据实施例，所述散射组织是皮肤且第二物质是胶原，照射光基本在胶原纤维的方向上被偏振，并且/或者拉伸基本在胶原纤维的方向上执行。

根据实施例，根据下列之一确定胶原纤维的方向：

-确定皮肤的各向异性(anisotropy)因子；

-利用在两个相互垂直的方向上偏振的照射光执行测量并且将该测量结果进行合计、平均或考虑最重要的测量结果，以便获得非拉伸和拉伸的光谱。

根据实施例，将拉伸的和非拉伸的光谱与模拟光谱比较，以便确定第二物质的贡献。