[发明专利]分光镜传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年8月7日提交的美国临时专利申请No.61/087,084的优先权，该临时申请在此被全文引用作为参考。

关于联邦赞助的研究的声明

本发明是在National Space Biomedical Research Institute Grant No.SMS00004和在US Army Medical Research and Materiel Command ContractNo.W81XWH-06-1-0545下在政府支持下完成的。政府在该发明中具有一定权利。

技术领域

本公开涉及传感器，特别地，用于测量样品属性的分光镜传感器。

背景技术

近红外辐射一般可以穿过皮肤和脂肪层以照射肌肉组织中的血管。辐射可以被血红细胞中的血色素、肌纤维中的肌红蛋白、水以及血浆中的其它蛋白质吸收。辐射通过肌纤维和血细胞二者散射，并且散射的辐射可以被检测和分析以确定散射的辐射的波长相关性。肌肉组织中的各种吸收组分的吸收光谱可以通过比较传递到组织的入射辐射的光谱和从组织散射的辐射而得以确定。对于某些样品，吸收光谱中的特定光谱特征可以分配给肌肉组织中的特定组分(例如，某些光谱特征可以被分配来由血色素和/或肌红蛋白吸收)。

发明内容

在此公开的是用于测量包括人体和动物组织的样品的近红外线光谱以及用于基于光谱确定样品的一个或多个属性的装置例如传感器和方法。特别地，在此公开的设备包括：基于电路板的传感器，其包括多个辐射源；光谱检测器；以及电子处理器，其控制源和检测器，处理来自检测器的光谱信息以计算样品的吸收光谱，以及基于吸收光谱确定样品属性。

传感器可以包括在不同的源-检测器距离的辐射源。特别地，传感器可以包括多个长距离的源，每个源可以照射样品，并且在该照射后从样品散射的辐射可以被测量。来源于样品的长距离源照射的散射的辐射光谱典型地包括来自样品中的肌肉组织以及来自定位在传感器和肌肉组织之间的皮肤和/或脂肪层的光谱贡献。吸收光谱可以通过比较散射的辐射光谱和来自长距离源的入射辐射光谱而从散射的辐射光谱产生。

在下面的讨论中，参照样品的吸收光谱。但是，在此公开的设备和方法还可以用于从测量的散射的辐射光谱获取反射光谱。通常，反射和吸收通过简单的数学变换得以相关联，并且在此公开的设备和方法可以可交换地用于从样品得到的反射和/或吸收信息。用于将光谱散射的辐射信息转化为样品的反射和/或吸收光谱被公开在例如美国专利申请出版物No.2008/0097173中，其整个内容在此被引入作为参考。

传感器还典型地包括一个或多个短距离源，其可以照射样品，并且在该照射之后来自样品的散射的辐射可以被测量。典型地，源于样品的短距离源照射的散射的辐射光谱包括实质上仅来自定位在传感器和肌肉组织之间的皮肤和/或脂肪的层的光谱贡献。如上，吸收光谱可以通过比较散射的辐射光谱和来自短距离的源的入射辐射光谱而从散射的辐射光谱产生。而且，通过组合源于长距离和短距离照射源的吸收光谱，吸收光谱可以被修正以减少由于介入皮肤和/或脂肪层所致的光谱贡献。

在包括多个长距离源的传感器中，电子处理器可以配置为选择用于样品照射的特定的长距离源。典型地，电子处理器配置为测量样品的多个吸收光谱(对于覆盖皮肤和/或脂肪层，要么是修正的，要么是未修正的)，其中每个吸收光谱在样品通过一个长距离源照射之后进行测量。处理器配置每一吸收光谱到泰勒级数模型，用于样品中的主发色团(例如，氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白和水)。处理器然后确定每个配置的均方根误差，并选择产生具有最小测量误差的样品光谱的长距离源，如果样品光谱满足用于进一步样品测量的至少最小适合性标准的话。样品的一个或多个吸收光谱然后能够通过用来自选择的长距离源的辐射照射样品并基于来自样品的散射的辐射确定吸收光谱而获得。

替代选择适当的长距离源，或者除了选择适当的长距离源之外，处理器在一些实施例中可以识别(例如测量或者从存储器或者记忆单元检索)样品的预期的光谱和/或在样品的光谱中的特定特征的预期的光谱形，并分析每一测量的吸收光谱以确定预期的和测量的光谱之间(或者预期的和测量的光谱的某些部分之间)的对应性。典型地，处理器然后选择产生对应最接近样品的预期的光谱或者光谱特征形状的测量的吸收光谱或者光谱特征形状的长距离源作为照射源。如上，样品的一个或多个吸收光谱因此能够通过用来自选择的长距离源的辐射照射样品并基于来自样品的散射的辐射确定吸收光谱而获得。