[发明专利]用于测定分析物浓度的光学传感器

说明书

相关申请

本申请要求2007年11月5日提交的美国临时专利申请No.61/001,960的优先权，其整个内容并入于此。

技术领域

本发明涉及光学物质分析，和利用光学物质分析测定分析物的浓度。

背景技术

糖尿病是一种严重的疾病，不仅影响病人的内部器官、循环系统和视力，而且还影响病人的生活方式。据报道目前全世界有两亿多糖尿病人，并且预计这个数字在未来十年内将翻一番。糖尿病护理的第一步是一天24小时监控病人的血糖水平，因为了解血糖水平有助于确定正确的饮食和药物治疗。

当前测量血糖浓度的方法通常需要刺破糖尿病人的手指以收集血滴，然后用血糖计分析其化学成分。由于这种方法不是完全无痛的并且伤害皮肤，因此糖尿病人通常不愿意按照医生嘱咐的那样经常检查血糖水平，因此不能充分监控病人的血糖水平。

目前，用于测量血糖水平的大多数便携式装置需要刺破病人的指尖以获得血样。然后将血样放在指示血糖浓度的试纸上。血糖计的一个例子是由LifeScan Inc.和Johnson&Johnson company销售的OneTouchUltra血糖计。这些装置非常紧凑并且适当的精确，但是刺破指尖以获得血样是不方便的并且可能是痛苦的。而且，不正确的刺破和不卫生可能会造成指尖感染的危险。

作为传统的指尖刺破方法的一种替代方法，Cygnus Inc.已经研制出GlucoWatchBiographer监视器。看起来像手表的这种装置利用很小的电流从皮肤获得间质体液，以将血糖提取到消耗性的经皮垫上，该经皮垫用作离子电渗疗法传感器。收集的血糖在该传感器中引起产生电子的电化学反应。传感器测量电子，并且把电子发射水平等同于体液中的葡萄糖浓度。这种装置在长达12小时内每20分钟检查体液葡萄糖浓度。运行12小时之后，该监控器必需用用于比较血糖浓度的手指刺穿读数来校准。该装置具有经测定为大约10-30％相对测量误差，部分地因为间质体液的葡萄糖水平滞后于血液。但是，为了能够设置购买一台这种装置，潜在的购买者也必需进行并通过物理和生化检查。而且，业已知道在引入电流的情况下该装置也严重刺激一些具有敏感皮肤的病人的皮肤。

由于诸如GlucoWatch的替代装置不成功，因此已经开始研制其它非侵入式测量。许多这些替代的非侵入式方法包括利用光学方法。这种光学方法中的一些在提供非侵入式测量替代方法中已经显露出希望。例如，一些光学方法利用非离子化的辐射以获得读数，提供快速响应而不需要消耗性的试剂。而且，由于更复杂的激光器和光学检测器的利用度增加，并且与利用这些光学装置相关的成本减少，光学方法可能成为更吸引人的非侵入式测量的替代形式。

一般的非侵入式光学方法利用光束照射人体的一些选择部分，例如手指、前臂、舌头、嘴唇、股或腹等。透过皮肤传输、从皮肤反射或散射出的光包含关于被照射组织的组成的信息。这种光然后被光学检测器接收并分析，以测定诸如氧或血红蛋白的某种分析物的浓度。然而，该分析固有地复杂，因为接收的信号通常非常微弱，并且不仅容易被血液中的许多分析物干扰，而且容易受其它因素的干扰，包括人体皮肤的可变性和非均向性和不断变化的人的生理、以及甚至皮肤周围的外部环境。诸如吸收和发光光谱术、拉曼光谱术，以及测量偏振和反射率变化的物质分析的常规光学方法，由于参考光束的明显的漫散射，不完全适合诸如人体组织的混浊的介质。

其它非侵入式方法利用存在于间质体液和毛细血管血液中的葡萄糖含量之间关联性，但是具有耗时的主要缺点。而且，遗憾的是，这些方法只提供时间延迟的葡萄糖浓度的间接测量。

由于激光光声光谱学技术具有高灵敏度它已经用在痕量检测中。在激光光声光谱学技术中，高能激光光束用于照射所研究的物质。该光束在物质中产生热膨胀，因而产生声波。该波的特性不仅由该物质的光吸收系数测定，而且还由诸如热膨胀、比热和声速的热物理参数测定。此外，声波还可能受影响光在物质中分布的光散射的影响，该物质能够被诸如压电晶体、传声器、光纤传感器、激光干涉仪或衍射传感器的高灵敏度超声检测器测量。