CN115399759A - 无创性血液分析 - Google Patents

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CN115399759A CN202211004160.4A CN202211004160A CN115399759A CN 115399759 A CN115399759 A CN 115399759A CN 202211004160 A CN202211004160 A CN 202211004160A CN 115399759 A CN115399759 A CN 115399759A
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Abstract

本申请涉及无创性血液分析，其中，一种个人手持式监测器(PHHM)，其包括用于获取信号的信号获取设备，所述信号获取设备能够用于导出与用户的健康相关的参数的测量结果，其中信号获取设备包括血液光电传感器，其具有用于将光传送到用户的身体部分的一个或多个光电发射器、用于检测被传送穿过身体部分或被身体部分散射的光的一个或多个光电检测器、以及两个或更多光学单元。

Description

无创性血液分析
技术领域
本发明涉及适配成测量血液中分析物的浓度的个人手持式监测器(PHHM)。
背景技术
存在许多期望测量血液中分析物的浓度的情况。最重要的之一是测量对于糖尿病的管理而言至关重要的血糖浓度。由Danaei等人(“National, regional, and global trends in fasting plasma glucose and diabetes prevalence since 1980: systematic analysis of health examination surveys and epidemiological studies with 370 country-years and 2.7 million participants”，Lancet，2011，378(9785):31-40)估计的是世界上的3.7亿人患有糖尿病，并且WHO预测截至2030年糖尿病将是死亡的第七大主要原因(“Global status report on non-communicable diseases 2010”，WHO2011)。目前，用于糖尿病患者测量他们的血糖浓度的唯一准确且廉价的方式是通过采集血液样本，这通常是通过刺破手指并将一滴血液放置在测试条带上。在施加血液样本之后，对条带的颜色的改变的测量或对条带上的氧化还原反应的测量提供了血糖浓度的指示。
存在廉价的自动化装备来估计颜色的改变或氧化还原反应，但不存在能够进行测量而不用采集血液样本的消费者装备，并且许多糖尿病患者不得不每天进行此采集若干次。
其它分析物(诸如酒精、血红蛋白、肌酸酐、胆固醇、兴奋剂或者包括非法或以其它方式禁止的物质的其它药物)也是重要的，并且同样不存在无创性地估计它们的浓度的准确、可靠且廉价的方式。
原则上，吸收光谱将是用于估计分析物的浓度的良好方法，但如果来自分析物的对吸收的贡献与由血液和组织中的其它材料对吸收的贡献相比是小的、尤其是如果分析物在可用近红外(NIR)中具有很少或不具有窄吸收带和/或如果那些带与水(其是血液和组织的主要成分)的那些带重叠，则这难以用于体内。例如，Klonoff(“Non-invasive blood glucose monitoring”，Diabetes Care，20，3，435-437 1997)声明：“血糖造成由身体吸收的NIR的<0.1%。水、脂肪、皮肤、肌肉和骨骼导致NIR吸收中的绝大部分。这些物质的量的波动能够更改NIR吸收并且因此使用于使光吸收与血糖浓度相关的校准公式无效……”。
即使能够克服低吸收的问题，对特定吸收的测量也将要求精确光谱仪，其是不容易廉价且可靠地制作的。
WO 2013/001265公开了对现有技术的显著改进。WO 2013/001265的权利要求25涉及一种个人手持式监测器(PHHM)，其包括用于获取信号的信号获取设备，所述信号能够用于导出与用户的健康相关的参数的测量结果，信号获取设备与个人手持式计算设备(PHHCD)集成，其中信号获取设备包括血液光电传感器，其具有用于将光传送到用户的身体部分的光电发射器、用于检测被传送穿过身体部分或被身体部分散射的光的光电检测器、以及包含待检测分析物的光学单元，被传送穿过身体部分或被身体部分散射的光在其到达光电检测器之前通过所述光学单元，其中PHHM的处理器适配成处理在身体部分存在和身体部分不存在的情况下从光电检测器获得的信号以提供对用户的血液中的分析物的浓度的测量结果。WO 2013/001265还公开了使用两个光束的原理，所述两个光束之一通过包含分析物或模拟分析物的单元，并比较每个光束中的功率。
WO 2013/001265中公开的发明以某种方式朝着无创性的、廉价的、准确的和可靠的监测器的目标进行。然而，因为信号也受周围组织中的分析物影响，所以其不特定于包含在血液中的分析物。还期望进一步的改进以降低实现成本并改进准确度。
WO 2014/125355公开了一种PHHM，其相比于WO 2013/001265的权利要求25的PHHM的性能具有极大改进的性能。其更有效地发挥了第二级相关性来改进特定性。WO 2014/125355教导了与分析物的浓度相关的信号可以与脉搏相关，以便使得当动脉随着每次脉搏扩张时，信号优先地对于分析物的量的改变敏感。其还教导的是，可以通过对身体部分施加压力来使改变最大化，以便使得动脉周围的压力类似于舒张血压。其还教导的是，光学单元之一可以包括模仿待检测分析物的吸收光谱的材料。
WO 2014/125355的PHHM代表现有技术的相当大的前进，并且允许进行对仪器的视场中分析物的总量的准确测量。需要进一步的发明来减小设备的大小和成本，以及改进浓度估计的准确度。体现在WO 2014/125355中描述的PHHM的产品的大小和成本受到光电发射器的大小和热量耗散以及在两个光束之间切换的机械或其它装置的限制。准确度受到可用于使所测量信号归一化以从分析物的总数量的测量结果中找到分析物的浓度的信息限制。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了WO 2014/125355中公开的类型的PHHM，其中所述或者每个光电发射器是如在所附权利要求1中限定的发光二极管。优选的特征在权利要求2到6中公开。
使用LED作为光电发射器允许它们被带到更接近身体部分的地方。
LED可以是小型化的，并且优选地大约1mm见方。
合适的LED是由Epigap Optronic Gmbh制造的那些。它们大约1mm见方并且比热发射器耗散少得多的热量。Epigap的标准产品包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
葡萄糖和血液的吸收光谱在图1中示出。显而易见的是，上表中列出的LED的波长跨越若干个区，在所述区中可能来区分葡萄糖和血液。图2示出乙醇的吸收光谱的部分。同样，在这种情况下，在比针对葡萄糖更低的波长处存在显著的吸收。
优选地，不仅(一个或多个)光电发射器而且(一个或多个)光电检测器和(一个或多个)光学单元是小型化的。这消除了对于透镜、反射镜或纤维光导的需要。
根据本发明的第二方面，提供了WO 2014/125355中公开的类型的PHHM，其中使用模仿待检测分析物的吸收光谱的光学单元，并且该光学单元是如权利要求7中限定的制造的光学过滤器。
优选地，过滤器采取玻璃板的形式。该板通常为1mm到2mm厚。
图3示出了由Alluxa制造的典型过滤器的透射谱。可能来制造具有特定的通带和阻带的此类型的过滤器。根据WO 2014/125355中公开的原理，可以选择通带和阻带，以优化对视场中分析物的量的测量的灵敏度。
WO 2014/125355教导的是，指示存在的分析物的量的信号可以被归一化以使用用于检测每个脉搏上的腔（luminal）的面积的改变的装置来估计浓度。其教导的是，这样的装置可以包括WO 2013/001265中描述的光学传感器。
根据本发明的第三方面，提供了WO 2014/125355中公开的类型的PHHM，其中PHHM适配成提供在一个或多个附加波长处的光学信号以用于传送到身体部分，并且PHHM的处理器适配成处理在所述或者每个附加波长处的信号以估计血液光电传感器的视场中的血液的体积，如在所附权利要求10中限定的那样。
为了方便起见，这些将被称为“次级光电发射器”和“次级光电检测器”，以将它们与检测分析物的数量的主要部件区分开。WO 2014/125355中公开的光学传感器使用两个波长的光(通常为640nm和950nm)，其被配置为熟知的脉搏血氧计并被优化以估计氧合血红蛋白与非氧合血红蛋白的比率。可使用附加波长的光来导出进一步的信息。例如，Timm等人在“LED Based Sensor System for Non-Invasive Measurement of the Hemoglobin Concentration in Human Blood”ICBME 2008，会刊23，第825-828页，2009中示出的是670nm、810nm和1300nm的三个附加波长允许还估计总的血红蛋白。
根据本发明的第四方面，提供了WO 2014/125355中公开的类型的PHHM，其中在(一个或多个)光电发射器和(一个或多个)光电检测器之间的信号获取设备的表面上存在脊，如所附权利要求12中限定的那样。
根据本发明的PHHM可以包括采取所有可能组合的本发明的多于一个方面或所有方面。
优选地，本发明的任何方面的PHHM的信号获取设备与个人手持式计算设备(PHHCD)集成。
优选地，在本发明的任何方面的PHHM中：
PHHM适配成对身体部分施加压力或使得由身体部分对其施加压力，使得在使用中，身体部分中的动脉在每个脉搏期间从阻断到开放改变；
PHHM的处理器适配成确定用户的脉搏并且使从光电传感器获得的信号与用户的脉搏相关；以及
PHHM的处理器适配成在每个脉搏期间导出动脉的腔的面积的改变的测量结果，并且使从血液光电传感器接收的信号与脉搏和动脉的腔的面积的改变相关，以提供对动脉血液中分析物的浓度的测量结果。
附图说明
在附图中：
图1示出了葡萄糖和水的吸收光谱；
图2示出了乙醇的吸收光谱的部分；
图3示出了三带发射过滤器的示例的吸收光谱；以及
图4示出了本发明的实施例。
具体实施方式
以下参考附图描述实施例。此实施例示出本发明的方面可以如何与WO 2014/125355中陈述的原理一起组合以形成信号获取设备，所述信号获取设备可以与PHHCD集成以创建用于无创性血液分析的PHHM。以下仅作为示例参考附图来描述本发明。本发明不限于附图中示出的实施例。本发明的范围在所附权利要求中限定。
图4示出了实施例的侧视图和平面图。此实施例适合于对特别是桡动脉中的血液中的分析物进行测量。存在近似15mm长和5mm宽的壳体401。边缘是圆形的，使得壳体可以被按压抵靠着桡动脉，从而当组织中的这样创建的压力超过舒张血压时引起阻断。壳体具有三个透明窗口402和另一分裂窗口403，所述分裂窗口403的一半是采取光学过滤器形式的分析物单元。另一半是采取透明窗口形式的非分析物单元，或具有与第一光学过滤器不同特性的另一光学过滤器。
提供了两个主要光电发射器LED 404和单个主要光电检测器405。还提供了四个次级光电发射器406和单个次级光电检测器407。各种光电发射器被切换以顺序地操作，如WO2014/125355中公开的那样，并且两个光电检测器405和407用于测量已经通过身体部分或被身体部分散射的光的强度。
可替换地，可以有两个主要光电检测器和一个主要光电发射器，其中分裂窗口403的两个元件被部署在两个主要光电检测器的前面。
可替换地，如WO 2014/125355的图1中公开的那样，两个主要光电检测器或两个主要光电发射器可以位于光束分裂器的两个光束中。这是有利的，因为其确保身体部分的相同区被每个光电检测器观察到或被每个光电发射器照射。
从(一个或多个)光电发射器传播的光通过在身体部分的组织中的多次散射到达(一个或多个)光电检测器。在它们之间近似1到2mm高的脊408迫使检测到的信号从已经(比在没有脊的情况下光能够行进的)更深地行进到身体部分中的光导出。

Claims (14)

1.一种个人手持式监测器，其包括用于获取信号的信号获取设备，所述信号能够用于导出与用户的健康相关的参数的测量结果，其中所述信号获取设备包括血液光电传感器，其具有用于将光传送到用户的身体部分的一个或多个光电发射器、用于检测被传送穿过所述身体部分或被所述身体部分散射的光的一个或多个光电检测器、以及两个或更多光学单元，其中的至少一个包含待检测分析物或其模拟所述待检测分析物的吸收光谱，已经或将被传送穿过所述身体部分或被所述身体部分散射的所述光在其到达所述或者每个光电检测器之前通过所述光学单元，其中所述个人手持式监测器包括适配成处理从所述或者每个光电检测器接收的所述信号的处理器，以计算已经通过所述或者每个分析物单元的光和已经通过所述或者每个非分析物单元的光的强度的差异，其中
所述个人手持式监测器适配成对所述身体部分施加压力或使得由所述身体部分对其施加压力，使得在使用中，所述身体部分中的动脉在每个脉搏期间从阻断到开放改变；
所述个人手持式监测器的所述处理器适配成确定所述用户的所述脉搏并且使从所述光电传感器获得的所述信号与所述用户的所述脉搏相关；
所述个人手持式监测器的所述处理器适配成在每个脉搏期间导出所述动脉的所述腔的（luminal）面积的所述改变的测量结果，并且使从所述血液光电传感器接收的所述信号与所述脉搏和所述动脉的所述腔的面积的所述改变相关，以提供对动脉血液中的所述分析物的所述浓度的测量结果；以及
所述个人手持式监测器适配成提供在一个或多个附加波长处的光学信号以用于传送到所述身体部分，并且所述个人手持式监测器的所述处理器适配成处理在所述或者每个附加波长处的信号以估计所述血液光电传感器的视场中的血液的体积。
2.根据权利要求 1 所述的个人手持式监测器，其中选择所述附加波长以优化血红蛋白含量的估计。
3.根据权利要求 1 所述的个人手持式监测器，其中所述信号获取设备与个人手持式计算设备集成。
4.根据权利要求1所述的个人手持式监测器，其中所述或者每个光电发射器是具有85nm或者更大的50%带宽的发光二极管。
5.根据权利要求4所述的个人手持式监测器，其中所述或者每个发光二极管大约1mm见方。
6.根据权利要求1所述的个人手持式监测器，其中使用模拟所述待检测分析物的所述吸收光谱的光学单元，并且该光学单元是制造的光学过滤器。
7.根据权利要求6所述的个人手持式监测器，其中所述制造的光学过滤器是具有从1至2mm的厚度的玻璃板。
8.根据权利要求6所述的个人手持式监测器，其中所述制造的光学过滤器是玻璃板。
9.根据权利要求1所述的个人手持式监测器，其中在所述光电发射器与所述光电检测器之间的所述信号获取设备的表面上存在脊。
10.一种个人手持式监测器，其包括用于获取信号的信号获取设备，所述信号能够用于导出与用户的健康相关的参数的测量结果，其中所述信号获取设备包括血液光电传感器，其具有用于将光传送到用户的身体部分的一个或多个光电发射器、用于检测被传送穿过所述身体部分或被所述身体部分散射的光的一个或多个光电检测器、以及两个或更多光学单元，其中的至少一个包含待检测分析物或其模拟所述待检测分析物的吸收光谱，已经或将被传送穿过所述身体部分或被所述身体部分散射的所述光在其到达所述或者每个光电检测器之前通过所述光学单元，其中所述个人手持式监测器包括适配成处理从所述或者每个光电检测器接收的所述信号的处理器，以计算已经通过所述或者每个分析物单元的光和已经通过所述或者每个非分析物单元的光的强度的差异，其中
所述个人手持式监测器适配成对所述身体部分施加压力或使得由所述身体部分对其施加压力，使得在使用中，所述身体部分中的动脉在每个脉搏期间从阻断到开放改变；
所述个人手持式监测器的所述处理器适配成确定所述用户的所述脉搏并且使从所述光电传感器获得的所述信号与所述用户的所述脉搏相关；
所述个人手持式监测器的所述处理器适配成在每个脉搏期间导出所述动脉的所述腔的（luminal）面积的所述改变的测量结果，并且使从所述血液光电传感器接收的所述信号与所述脉搏和所述动脉的所述腔的面积的所述改变相关，以提供对动脉血液中的所述分析物的所述浓度的测量结果；以及
在所述光电发射器与所述光电检测器之间的所述信号获取设备的表面上存在具有1mm或更高的高度的脊。
11.根据权利要求 10 所述的个人手持式监测器，其中所述信号获取设备与个人手持式计算设备集成。
12.根据权利要求10所述的个人手持式监测器，其中所述或者每个光电发射器是具有85nm或者更大的50%带宽的发光二极管。
13.根据权利要求10所述的个人手持式监测器，其中所述个人手持式监测器适配成提供在一个或多个附加波长处的光学信号以用于传送到所述身体部分，并且所述个人手持式监测器的所述处理器适配成处理在所述或者每个附加波长处的信号以估计所述血液光电传感器的视场中的血液的体积。
14.根据权利要求 13 所述的个人手持式监测器，其中选择所述附加波长以优化血红蛋白含量的估计。
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