CN116157670A - 用于分析物测量的包括材料状态分析的方法和装置 - Google Patents

Abstract

分析包含至少一种分析物的材料(12)的方法，所述方法包括材料状态分析程序(76)，其中分析所述材料的当前状态，其中基于所述材料状态分析程序(76)的结果，确定在分析物测量程序(78)期间使用的分析物特征波长的选择、在所述分析物测量程序(78)期间使用分析物特征波长的绝对时间或相对时间比例、单独的激发辐射强度或给予分析中的波长的相对权重、在所述分析物测量程序(78)期间同时使用的分析物特征波长的选择、以及在所述分析物测量程序(78)期间使用的所述激发辐射(18)强度的调制的一个或多个主频率的选择中的至少一种。

Description

用于分析物测量的包括材料状态分析的方法和装置

技术领域

本申请总体上涉及用于分析包含至少一种分析物的作为例如流体的材料的方法和装置。特别地，本申请涉及用于体液中的分析物，如人类皮肤中，特别是人类皮肤的间隙液中的葡萄糖浓度的非侵入性测量的方法和装置。

背景技术

本申请涉及分析包含至少一种分析物的材料的方法。该方法包括测量程序，其中使所述材料与测量体进行热接触压力传递接触，所述热或压力传递接触允许由材料中的激发辐射吸收产生的热或压力波传递到所述测量体。激发辐射被辐照到材料中以在其中被吸收，其中所述激发辐射的强度被时间调制，并且其中所述激发辐射包括不同分析物特征波长的辐照，其以同时和连续地中的一种或两种被辐照。

如本文所理解的分析物特征波长是允许通过波长选择性吸收确定分析物的存在的波长，并因此形成分析的基础。这样，分析物特征波长可以特别地包括与分析物的吸收最大值相对应的波长。另外的分析物特征波长是对应于两个吸收峰之间的局部最小值的波长。即，局部吸收最小值和相邻峰值之间的差异是材料中分析物浓度的良好度量。在本文中，术语“局部最小值”表示在给定波长下分析物的吸收率小于在附近波长下的吸收率，但仍然是可感知的，否则它们将不是分析物的特征。特别地，在优选实施方案中，用作分析物特征波长的这些局部最小值处的吸收率大于与分析物测量中所依赖的任何分析物特征波长相关联的最高吸收峰的5％，优选大于10％，更优选大于20％，最优选大于30％。虽然与吸收峰或局部吸收最小值精确对应的波长通常是分析物特征波长的优选选择，但也可以使用接近最大值/最小值或最大值和最小值之间的波长。因此，如本文所理解的，“分析物特征波长”也是吸收与最接近吸收峰或最接近局部吸收最小值处的吸收差小于最接近吸收峰值和最接近局部吸收最小值之间的吸收差的30％，优选地小于20％。分析物特征波长还可以包括材料中与分析物混合的其他物质的吸收特别低的波长。

此外，使用基于检测到的物理响应生成响应信号的检测设备检测测量体或其中包括的组件在吸收所述激发辐射后对从所述材料接收的热或压力波的物理响应，所述响应信号指示激发辐射的吸收程度。

本申请不限于在吸收激发辐射后对从所述材料接收的热或压力波的任何特定物理响应，也不限于以允许产生指示激发辐射吸收程度的响应信号的方式检测该物理响应的任何特定方式。本申请人先前已经针对这些类型的分析物测量程序提出了各种物理响应和相应的检测方法，并在下面简要概述，并且它们中的每一种都可以应用于本申请。

例如，检测设备可以包括用于生成通过所述测量体或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束的光源，并且测量体对在吸收所述激发辐射后从所述材料接收的热或压力波的所述物理响应可以是所述测量体或所述组件的折射率的局部变化。在这种情况下，检测设备可配置用于检测光路的变化或由于测量体或其中包括的组件的材料的折射率的所述变化引起的检测光束相的变化之一。

例如，在本申请人的作为WO 2015/193310 A1和WO 2017/097824 A1公开的两项早期申请(二者均通过引用包括在本文中)中详细描述的各种方法和设备中，测量体能透过所述检测光束，并且检测光束被定向为在与所述材料热接触的所述测量体的表面处完全或部分反射。在这种情况下，检测设备可以包括光探测器，特别地位置灵敏光探测器，其能够检测由于折射率的所述局部变化引起的所述检测光束的偏转度，特别地偏转角度。因此，在这种情况下，对测量体接收的热或压力波的物理响应是折射率的局部变化，并且所述响应信号是检测的偏转度，后者事实上被发现能够指示激发辐射的吸收程度。

在本申请人提出的替代变型中，例如在国际申请PCT/EP2019/064356中公开的(通过引用包括在本文中)，所述检测设备可以包括干涉测量设备，以允许评估检测光束的所述相变化，并生成指示所述相变化的响应信号。在这种情况下，测量体(或其中包括的组件)在吸收所述激发辐射后对从所述材料接收的热或压力波的物理响应再次是折射率的局部变化，而在这种情况下，响应信号是反映由于折射率的局部变化导致的检测光束的相变化的干涉测量信号。

在又一替代实施方案中，测量体或所述测量体中的组件可以具有响应于与其相关的温度的局部变化或压力的变化而变化的电学性质，并且所述检测设备包括用于捕获代表所述电学性质的电信号的电极。在WO 2019/110597A2中公开了各种可能的设置，其通过引用包括在本文中。例如，测量体可以包括具有压电性质的部分，并且与接收的热相关联的压力变化导致可以用电极记录的电信号。在这种情况下，压力的变化类似于测量体或其中包括的组件在吸收激发辐射后对从材料接收的热的物理响应，其使用测量体和电极的压电性质进行检测，并导致代表指示激发辐射的吸收程度的上述响应信号的电信号。在又一变型中，可以使用非常灵敏的温度传感器直接测量由于接收到的热而引起的温度变化。

注意，在以下描述中，详细描述了测量体对从材料接收的热的物理响应。然而，应当理解，在本申请的方法和装置的各种实施方案中，材料与测量体压力传递接触，并且测量体的物理响应是对从材料接收的压力波的响应。在本文中，表达“压力传递接触”应包括允许压力波从材料传递到测量体的所有关系，并且特别是声学耦合关系，其中耦合可以由气体、液体或固体建立。应结合包括压力传递接触和对压力波的物理响应(如适用)在内的场景来理解结合热接触和对测量体从材料接收的热的物理响应给出的所有详细解释，而无需明确提及。

注意，术语“分析物”测量程序表明，该测量程序基于在分析物特征波长下通过激发辐射获得的响应信号。

方法还包括分析步骤，其中至少部分地基于所述响应信号执行所述分析。因为在这种情况下，响应信号指示包括“分析物特征波长”的激发辐射的吸收程度，响应信号与材料中分析物的浓度直接相关。因此，分析步骤可以至少部分地基于材料中分析物浓度的测量，并且在一些非限制性应用中，它实际上可以相当于确定该浓度。

例如，申请人在设备中已经采用了上述类型来无创地测量用户的葡萄糖水平。在这种特定的应用中，“分析物”是由葡萄糖形成的，且“材料”是使用者的皮肤。先前已经证明，该方法允许非常精确地测量人皮肤内的间隙液中的葡萄糖浓度，其被发现与患者血液中的葡萄糖含量直接相关，并因此代表患者血液中的葡萄糖含量。本申请的图4所示为取自WO 2017/097824 A1的Clark误差网格分析的结果，表明上述分析方法允许非常精确地预测人的实际葡萄糖浓度。

然而，希望更进一步提高分析结果的准确性，或获得短时间分析结果的相同准确度。

发明概述

根据本申请的目的是提供用于分析上述材料的方法和装置，其允许提高分析结果的准确性或可靠性，减少分析所需时间段，或二者。

根据本申请的一方面，该问题的解决在于方法还包括材料状态分析程序，其中基于以下一项或多项分析材料当前的状态：

当以与所述分析物特征波长不同的波长，用激发辐射辐照所述材料时，确立的一个或多个响应信号，

针对具有与所述分析物测量步骤中使用的相同分析物特征波长的激发辐射，但以与所述分析物测量步骤中至少部分不同的强度调制频率的激发辐射，确立的一个或多个响应信号，以及

与用另外的传感器设备执行的材料状态相关的一个或多个测量。

然后，基于所述材料状态分析程序的结果，确定以下中的至少一项：

在所述分析物测量程序中，或依赖于在所述分析期间，使用的分析物特征波长的选择，

在所述分析物测量程序中使用的分析物特征波长的绝对时间或相对时间比例，或者分析中给予波长的相对权重，

将在所述分析物测量程序中同时使用的分析物特征波长的选择，和

将在所述分析物测量程序中使用的所述激发辐射强度的调制的一个或多个主频率的选择。

根据本申请的这一方面，该方法包括特定材料状态分析程序，其中分析材料的状态。简单地说，这种“材料状态”分析是针对除分析物本身以外或材料中所含分析物以外的其他物质的标准的材料状态，但这可以在分析物测量程序中加以考虑，以实现分析物测量程序的最佳测量精度和/或效率。

特别地，材料状态分析程序可以包括当用与所述分析物特征波长不同的波长，通常在分析物的吸收性较低，并且甚至低于吸收光谱中的所有或至少大部分上述局部最小值的波长的激发辐射辐照材料时确立的响应信号的集合，其中吸收通常仍然是可感知的。特别地，在这些波长下，分析物具有的吸收性可以小于与分析物测量程序中依赖的任何分析物特征波长相关的最高吸收峰处的吸收性的30％，优选小于其20％，更优选小于其10％，且最优选小于其5％。因此，使用不同与分析物特征波长不同的波长的激发辐射辐照材料时确立的响应信号，可以确定除分析物之外的物质的存在和浓度，这可以对应于材料状态的一个方面。

另外或可选地，材料状态分析程序可以涉及确立的与分析物测量步骤中使用的相同分析物特征波长的激发辐射，但与分析物测量步骤中至少部分地不同强度调制频率的所述激发辐射的一个或多个响应信号。如从下面的详细描述中可以明显看出，以这种方式，例如可以确定用于测量分析物的材料内的合适或优化的深度范围。在本文中，表达“至少部分地不同的强度调制频率”表示在给定分析物特征波长的材料状态分析程序中采用的一些强度调制频率同样可以用于分析物测量程序，但不是其全部。通常，可以在材料状态分析程序中测试更大数量的调制频率，并且在分析物测量程序中仅使用其子集。

另外或可选地，材料状态分析程序可涉及利用另外的传感器设备，即利用本身与分析物测量程序无关的传感器设备执行的与材料状态相关的一个或多个测量。

然后，可以使用在材料状态分析程序中获得的关于材料状态的另外信息来提高分析物测量程序的效率和/或准确性。特别地，基于材料状态分析程序的结果，可以在分析物测量程序中实际使用的各种可能的分析物特征波长中进行最佳选择。以这种方式，分析物测量程序可以被限制在激发辐射的那些分析物特征波长——考虑到通过材料状态分析程序确立的材料状态——其预期将给出最佳的，例如最具体的分析物测量结果，从而提高分析物测量程序的效率、可靠性和准确性。代替选择分析物测量程序中使用的分析物特征波长，也可以仅选择分析步骤中分析所依赖的那些分析物特性波长。也就是说，代替在分析物测量程序中省略可能的分析物特征波长，同样可以在分析步骤中简单地忽略基于该分析物吸收波长的测量，或者以减少的权重来考虑它。然而，为了减少测量时间的目的，优选实际选择分析物测量程序中可能使用的分析物特征波长。

代替整体选择分析物特征波长，还可以基于材料状态分析程序的结果，选择在分析物测量程序期间使用分析物特征的波长的绝对时间或相对时间比例，或分析中波长的相对权重。根据该变型，可能会将更多的测量时间专用于那些分析物特征波长——考虑到材料状态分析程序产生的结果——其预期对准确的分析结果有更大贡献。同样，通过这种方式，可以提高分析物测量程序的效率。

在另一变型中，材料状态分析程序的结果可以建议在分析物测量程序中同时使用的分析物特征波长的选择。以这种方式，通过同时使用两个或更多个不同的分析物特征波长作为激发辐射，可以进一步提高分析物测量程序的效率。

最后，另外或可选地，材料状态分析程序的结果可以建议在分析物测量程序中使用的激发辐射强度的调制的一个或多个主频率的有利选择。在本文中，表达调制的“主频率”是指调制函数的傅里叶频谱中的主频率。例如，如果调制函数是周期性方波函数，则主频率将是其周期的倒数。由于激发辐射的调制频率也是决定主要在其中进行分析物测量的深度的主要因素之一，测量的优化深度可以通过材料状态分析步骤通过使用信号来确定，该信号可以由存在于材料中的，并且其中在一些情况下，密度特征相对于材料表面下深度是预先已知的分析物以外的其他物质提供。

总之，通过将分析物测量程序与本文所述的材料状态分析程序相结合，并通过基于所确定的材料状态进一步确定分析物吸收波长和/或调制频率的最佳选择，可以提高分析物测量程序和基于其的分析的准确性和效率。

在优选实施方案中，材料是人类组织，特别是人类皮肤，并且所述分析物是存在于皮肤，特别是其间隙液中的葡萄糖。虽然在下面的解释和具体实施方案的描述中参考了该实施方案，但是应当理解，本申请不限于此，并且它可以应用于其他类型的材料和分析物。

在优选实施方案中，材料状态分析程序与分析物测量程序交错或按时间重叠地执行。换言之，在这些优选实施方案中，与同一分析步骤相关的分析物测量程序间歇地或依次进行，其间进行材料状态分析程序。即，发明人注意到，如果以相对于分析物测量程序的最小时间延迟确立材料状态，并且因此尽可能接近地反映在分析物测量程序中应用的材料的当前状态，则可以获得最佳结果。在其他实施方案中，可以首先执行材料状态分析程序，然后可以执行分析物测量程序。然而，在这种情况下，材料状态分析程序优选在分析物测量程序开始之前少于五分钟，优选少于三分钟，且最优选少于一分钟内进行。

在优选实施方案中，在包括所述材料状态分析程序和分析物测量程序的至少一部分在内的时间间隔期间，保持材料和测量体之间的热或压力传递接触。例如，如果分析物是葡萄糖，并且“材料”是放置在测量体上的指尖皮肤，这意味着在整个材料状态分析和分析物测量程序中，指尖稳定地保持在测量体上。

在优选实施方案中，材料状态包括所述材料内干扰物质的存在和/或浓度，所述干扰物质不同于所述一种或多种分析物，但在所述分析物特征波长中的至少一个处表现出显著的激发辐射吸收性。在人类皮肤间隙液中葡萄糖测量的情况下，这种干扰物质的一个例子是乳酸盐的存在，乳酸的水平不仅因人而异，而且每个个体的变化基于例如最近的体育锻炼等。乳酸盐吸收光谱与葡萄糖的吸收峰重叠，并因此会干扰测量结果。然后，在所述材料状态分析程序产生足够高浓度的所述干扰物质的情况下，避免或抑制使用所述干扰物质表现出显著吸收性的所述分析物特征波长中的至少一个，或者相应波长偏离干扰物质的吸收最大值。干扰物质的其他例子可能是脂肪酸、化妆品、凝胶，如用于超声诊断的凝胶、过量的水或白蛋白。

在与人类组织中葡萄糖的测量相关的优选实施方案中，将在所述分析物测量程序中使用的所述激发辐射强度的调制的所述至少一个主频率包括第一主调制频率和第二主调制频率，其中所述第一主调制频率的选择足够低，使得响应信号至少部分反映间隙液内激发辐射的吸收，其中所述第二主调制频率比所第一主调制频率更高，并且其中在所述分析中，对应于所述第一和第二主调制频率的响应信号或从其来源的量被数学组合，例如通过从彼此减去或一个与另一个的偏差，以产生指示间隙液中的吸收的信息。在本文中，第二主调制频率可以比第一主调制频率高至少1.5倍，优选地至少2.0倍，且最优选地至少3.0倍。在一些实施方案中，第一主调制频率的范围可以为20-30Hz，而第二主调制频率的范围可以为150-300Hz。

当激发辐射被辐射到材料中时，其一部分将沿着其光路，即在材料表面以下的不同深度处被吸收。响应于吸收，产生热信号，该热信号扩散回材料表面并被测量体接收。由于激发辐射的强度是调制的，材料通过吸收以时间依赖的方式被加热，导致温度场作为空间和时间的函数变化，并且这通常被称为热波。术语热“波”有些误导，因为热在材料中的传播不是由波动方程控制的，而是由扩散方程控制的。这也意味着，可由测量体在材料表面接收的热量检测到的材料表面下调制吸收的最大深度大致受到所谓扩散长度μ_t的限制，其取决于材料的密度ρ、比热容C_p和热导率k_t以及激发辐射的调制频率f：

由于仅在皮肤表面以下一定范围处的组织中发现间隙液，为了产生指示间隙液中的吸收的响应信号，激发辐射的调制频率必须确实“足够低”，以使扩散长度μ_t足够长，足以覆盖间隙液区域和皮肤表面之间的距离。然而，如上文解释的，扩散长度取决于组织的物理性质，即密度ρ、比热容C_p和热导率k_t，并且发明人注意到，这些性质不仅因人而异，而且对于同一人可能随时间而变化，取决于例如皮肤是干的还是湿的、技术人员是否使用过手部保湿乳液等。换言之，作为频率的函数的热扩散长度是材料状态，为了获得最佳结果，应在材料状态分析程序中的分析物测量程序的时间或接近该时间进行评估。

此外，发现间隙液所在表面下方的深度取决于角质层的厚度，角质层厚度再次不仅因人而异，而且对于同一个人随着时间的推移而变化，并且也随着测量发生的皮肤表面的位置而变化。例如，如果一个人最近用他或她的手做了体力劳动，或者练习了弦乐器，角质层可能比平时更厚，这意味着必须在皮肤表面以下的更深层进行吸收，以覆盖间隙液。再次，角质层的厚度是可以在所述材料状态分析程序中评估的“物质状态”。

因此，确定“足够低”的第一主调制频率，使得至少部分地反映间隙液内激发辐射的吸收的响应信号，可以在材料状态分析程序中最佳地完成。

然而，即使热扩散长度足够长，使得响应信号至少部分地反映了间隙液对激发辐射的吸收，响应信号也将表示皮肤上层，特别是角质层中的任何吸收，并且因此包括与间隙液内的葡萄糖无关的贡献。实际上，来自皮肤上层，特别是角质层的这种贡献通常会在响应信号中被过度表示，因为上层中的激发辐射强度高于皮肤较深处，并且因为吸收热只需要从上层传播较短的距离就可以到达测量体。为了估计皮肤的较高层对第一响应信号的这种贡献，响应于具有所述第二主调制频率的激发辐射，记录至少一个另外的第二响应信号，所述第二主调制频率高于所述第一主调制频率，并且因此导致更短的扩散长度，并且因此主要代表在间隙液所在区域上方的皮肤上层中的吸收。然后，将对应于所述第一和第二主调制频率的响应信号或从其来源的量进行数学组合，以产生更具体地指示间隙液中的吸收的信息。存在数学组合这些响应信号的不同方式，并且本申请的这个方面不限于它们中的任何单一一个。例如，可以将第二响应信号与归一化因子相乘，该归一化因子例如基于具有葡萄糖吸收可忽略不计的激发波长的参考测量而获得，然后可以从第一响应信号中减去该乘积。

在第一眼，人们可以相信，很容易选择“足够低”的第一主调制频率，使得响应信号至少部分地反映间隙液内激发辐射的吸收，即通过选择任意低的调制频率，导致非常长的扩散长度，以从而确保间隙液由此被覆盖。然而，发明人已经注意到，虽然扩散长度覆盖间隙液所在的深度区域很重要，但是如果避免过长的扩散长度，则可以显著提高响应信号质量和测量精度。实际上，本发明人已经注意到，如果热扩散长度至多近似等于激发辐射的光吸收长度，并且至少为光吸收长度的一半，并且如果相应地选择第一调制频率，则可以获得特别好的结果。

不希望受到理论的束缚，这一发现可以如下理解：材料，特别是人类组织内波长为λ的辐照的光学吸收长度μ_α(λ)是吸收系数α(λ)的倒数，即μ_α(λ)＝1/α(λ)。光学吸收长度μ_α(λ)对应于材料内的光路长度，其中波长λ的辐照强度由于吸收而下降了1/e。为了检测分析物如葡萄糖的浓度，人们希望有效地测量与分析物特征波长λ处的吸收系数α(λ)成比例的信号，因为分析物的浓度与吸收系数α(λ)成比例。然而，出于此目的，激发辐射的穿透深度应长于热扩散长度。通过考虑相反的情况，这变得合理，其中光学吸收长度小于热扩散长度：在这种情况下，几乎整个光能将在与热扩散长度相对应的深度范围内被吸收，并由响应信号表示。换言之，响应信号基本上表示激发光束的能量，而不是分析物的特定吸收。因此，必须在厚度范围内仅吸收整个激发辐射的一部分，该厚度范围有助于通过所述响应信号的方式记录材料表面处的热信号；在这种情况下，响应信号确实根据吸收系数上升和下降。

因此，可以预期有用的响应信号要求μ_t(f)<μ_α(λ)。因此，调制频率f的合理下限f_min可以定义为μ_t(f_min)＝μ_α(λ)处的频率，这导致f_min＝k_t·α(λ)²/(2·ρ·C_p)。本发明人已经发现，用作较低的第一调制频率的最佳调制频率f实际上在4·f_min>f>f_min，优选3·f_min>f>f_min，且更优选2·f_min>f>f_min范围内。

虽然上面已经说明了最佳第一调制频率如何取决于组织的物理参数，如k_t、ρ、C_p、α(λ)，但这并不意味着在实践中，调制频率要通过单独确定这些参数中的每一个，然后按照上面的定义计算来确定。然而，这确实表明了最佳的第一调制频率如何取决于组织参数，并从而取决于组织或皮肤的“材料状态”，这可能因人而异，并且对于相同个体甚至可能随时间而变化。这证明了为什么通过执行“材料状态分析程序”，并根据材料状态分析结果选择在分析物测量程序中使用的激发辐射强度调制的一个或多个主频率，确实可以提高分析物测量程序的准确效率。

在优选实施方案中，材料状态包括皮肤的含水量。优选地，使用专用角膜测量设备测量皮肤的含水量。该角膜测量设备是上文提及的“另外的传感器设备”的一个例子。出于以下更详细解释的原因，可以以各种方式优化分析物测量程序，以考虑皮肤的含水量。

如本领域技术人员将认识到的，皮肤的含水量是一种材料状态，其不仅倾向于在人与人之间，而且对于同一个体都会发生显著变化，因为这可能取决于例如气候条件、个体最近是否洗过他或她的手、最近是否使用过保湿乳液等。因此，有利的是在所述材料分析程序中执行分析物测量程序期间或直接在其之前评估皮肤的含水量。然后，关于水含量的知识将允许选择合适的分析物特征波长和/或合适的调制频率来调制激发辐射。

在优选的实施方案中，在所述材料分析程序中确定较高水含量的情况下，在分析物测量程序中优先使用一组预定分析物特征波长中的较短波长。“优先使用”较短波长可能意味着在所述一组预定分析物特征波长中选择较短波长以供使用，而不使用所述一组预定分析物特性波长中的一个或多个较长波长。另外或可选地，这可能意味着使用所述预先确定的一组分析物特征波长的所有波长，但是专用于较短波长的相对时间长于专用于一个或多个较长波长的相对时间。在实践中，可以以各种方式进行波长的这种选择，并且该实施方案不限于它们中的任何特定的一种。

例如，在一简单的实施方案中，可以存在含水量的预定义阈值(或与之相关的另一参数)，并且如果含水量高于阈值，则认为它是“高”的，并且如果含水量低于该阈值则认为它“低”的。所述一组预定分析物特征波长中的两个不同子集可以预先定义为分别在“高”和“低”含水量的情况下使用，其中与“高”含水量相关的子集中的平均激发辐射波长比与“低”含水量相关的子集短。然而，在其他实施方案中，对于不同的含水量测量范围，可以使用不同的分析物特征波长子集。在又一实施方案中，可以采用选择函数，该选择函数根据某些数学规则将激发波长的选择定义为所确定的含水量值的函数。可以使用这些实施方案中的任何一个，只要确保在较高含水量的情况下，在材料状态的所有其他特性相同的情况下优先或主要使用较短的激发波长。

激发波长这一选择背后的原理是水具有相当高的波长非特异性吸收系数，并因此倾向于衰减相关光谱范围内的激发辐射。因此，即使选择的激发波长与分析物(例如葡萄糖)的吸收峰一致，水也会贡献于吸收系数α(λ)，并从而有效地减少光学吸收长度μ_α(λ)。这降低了材料(组织)内测量的可接近深度，牢记上述解释，即光学吸收长度μ_α(λ)不应小于热扩散长度μ_t(f)。然而，在包括用于本申请目的的葡萄糖的最有用吸收峰的波长区域中，即在约8μm-10μm之间的区域中，发现水的吸收系数α(λ)随着波长的减小而减小，使得与水的吸收相关的问题对于短激发波长而言不那么严重。因此，如果作为材料状态分析程序的一部分，确定了更高的含水量，这导致在分析物测量程序中选择更短的激发波长。

另外或可选地，在所述分析物测量程序中使用的所述激发辐射强度的调制的一个或多个主频率中的至少一个适于以如下方式在所述材料分析程序中确定含水量，即在材料状态的所有其他特征相同的情况下，为更高的含水量选择调制更高的主频率。换言之，当发现含水量高时，激发辐射强度调制的一个或多个主频率中的至少一个增加，诸如以有效地降低热扩散长度μ_t(f)，诸如以更好地匹配或保持在光学吸收长度μ_α(λ)以下，这同样预期由于水的吸收增加而减少。再次地，有许多方法可以选择响应于所确定的含水量的一个或多个主调制频率，并且本申请的这一方面不限于其中的单一一个。例如，在一实施方案中，可以定义含水量阈值，并且根据含水量是高于还是低于该阈值，可以选择更高或更低的调制频率。可选地，可以预定义各种含水量范围，并且对于每个含水量范围可以预定义相应的主调制频率，其中较高的调制频率与较高的含水量相关联。在又一实施方案中，一个或多个调制频率可以被确定为含水量的函数，并且可能另外被确定为激发辐射波长的函数，使得对于更高的含水量以及任选地对于更长的激发辐射波长选择更高的调制频率，以考虑到水的吸收系数α(λ)随波长而减小的事实。无论一个或多个调制频率如何精确地适应于含水量，在任何情况下，选择都是这样的，即在材料状态的所有其他特性相同的情况下，为更高的含水量选择更高的调制主频率。

在优选实施方案中，材料状态包括覆盖间隙液的角质层的厚度。如上文提及的，角质层的厚度不仅因人而异，而且对于同一个体可能随着时间的推移而显著变化，这取决于最近的体力劳动或运动的量。因此，如果分析物测量程序适合于角质层的实际厚度，则分析物测量程序的准确性和效率可以显著提高，角质层的厚度将在进行分析物测量程序期间或之前单独评估。

在优选实施方案中，基于针对相同波长的激发辐射但针对所述激发辐射的不同强度调制频率确立的响应信号，直接或间接地评估角质层的厚度，其中所述波长被选择为与分别存在于角质层和间隙液中的不同浓度的物质的吸收带相匹配。如前文解释的，激发辐射的调制频率控制热扩散长度，并从而控制吸收过程可由接收的热信号检测的深度范围。因此，通过改变强度调制频率，可以测量不同深度范围内的吸收。并且由于激发辐射的波长与角质层和间隙液中存在不同浓度的物质的吸收带相匹配，因此角质层的厚度可以通过依赖于深度的吸收的方式来估计。

注意，角质层的厚度可以直接评估，在确定以mm为单位的特定厚度的意义上，或者例如通过简单地确定对应于角质层和间隙液之间的边界区域的调制频率来间接评估，这将是角质层厚度的间接或隐含测量。在一些实施方案中，在角质层和间隙液中以不同浓度存在的吸收物质可以是分析物本身，如葡萄糖。在不同强度的调制频率中，将有较高的频率，对应于较短的热扩散长度，其中没有测量到归因于葡萄糖的吸收，这表明该深度对应于角质层。相反，在不同强度的调制频率中，将存在较低的调制频率，对应于较长的热扩散长度，其中检测到显著的葡萄糖吸收，这表明该深度对应于间隙液所在的深度。在本文中，葡萄糖“可归因”的吸收可以根据如下波长的参考测量来确定，其中局部吸收低得可以忽略不计，但其他吸收背景，特别是由于水，预计非常相似。

在优选的实施方案中，在所述分析物测量程序中使用的所述激发辐射强度的调制的一个或多个主频率中的至少一个适于以如下方式在所述材料分析程序中确定的覆盖间隙液的角质层的厚度，即在材料状态的所有其他特征相同的情况下，为更高的角质层厚度选择更低的调制主频率。再次地，有多种方法可作为角质层厚度的函数调整激发辐射强度调制的主频率。例如，与前面的实施方案类似，可能存在角质层厚度(或代表其的另一参数)的预定阈值，并且调制频率可以基于角质层厚度是否低于该阈值(在该情况下，更高的调制频率将被选择)或高于该阈值(在该情况下，更低的调制频率将被选择)来进行调整。在替代实施方案中，也可以有几个角质层厚度范围和相关的调制频率，其中较大角质层厚度的调制频率低于较小角质层厚度。在又一些实施方案中，可以基于将要在分析物测量程序中使用的调制频率与在材料状态分析程序中确定的角质层厚度相关联的连续函数来确定调制频率。可以采用选择作为所确定的角质层厚度的函数的调制频率的任何方式，只要确保在材料状态的所有其他特征相同的情况下，为更高的角质层厚度选择更低的调制主频率。还应注意，代替通过不同激发辐射强度调制频率的测量来确定角质层的厚度，同样可以使用专用传感器或测量设备，例如超声传感器或OCT设备来测量其厚度。

注意，当提及考虑到角质层厚度来选择调制的“一个或多个”主频率时，这可以同时适用于第一(较低)调制频率以及第二(较高)调制频率，第一(较低)调制频率旨在覆盖包括间隙液在内的主要部分，第二(较高)调制频率旨在测量用于补偿不存在或很少存在间隙液的皮肤的较高层，特别是角质层中的吸收的响应信号。在优选实施方案中，至少第二调制频率适合于所确定的角质层厚度。然而，也可能仅第一调制频率适合于所确定的角质层厚度。

在优选实施方案中，材料状态包括皮肤的pH值。在本文中，优选使用在这种情况下由专用pH测量设备形成的所述另外的传感器设备来确定pH值。如果发现在所述材料分析程序中确定的pH值为较低值，则在材料状态的所有其他特征相同的情况下，与发现pH值较高的情况相比，在分析物测量程序中更不优先使用与乳酸盐吸收带重叠的分析物特征波长。

该实施方案背后的原理是，已经发现皮肤的较低pH值通常是皮肤中较高乳酸盐浓度的指示。因此，在低pH值，并因此合理期望更高的乳酸盐浓度的情况下，优选在分析物测量程序中避免与乳酸盐吸收带重叠的分析物特征波长，或者以至少为其花费更少的测量时间。例如，可以定义pH的一个或多个阈值，并且根据pH是否高于或低于该阈值，可以调整重叠分析物特征波长的使用程度，包括在分析物测量程序中根本不使用该重叠分析物特征波长的情况。

在优选实施方案中，形成材料的皮肤是人类对象指尖处的皮肤，并且材料状态包括表皮脊的平均高度。优选使用由专用指纹传感器形成的所述另外的传感器设备来估计表皮脊的平均高度。

在本文中，分析物测量程序中使用的激发辐射的功率优选地以如下方式作为表皮嵴的平均高度的函数进行调整，即在材料状态的所有其他特征相同的情况下，对于较高的平均表皮嵴，在分析物测量程序中使用的激励辐射的功率增加。发明人已经注意到，在高表皮脊的情况下，测量体和放置在其上的指尖之间的光学接触可能较差，使得激发辐射的较低部分实际上将耦合到指尖中。这可以通过在材料状态分析程序中检测更高的表皮嵴和增加激发辐射的功率来补偿，以说明界面处的预期损失。注意，“表皮脊的平均高度”对应于指尖实际压在测量体上时的这种情况下的平均高度，并因此取决于表皮的结构，也取决于当前的接触压力，这可能对于同一个人在不同测量过程之间有所不同。这就是为什么在与给定分析物测量程序相关的材料状态分析程序中解释它是有利的。此外，“表皮嵴的平均高度”不需要以过于精确的方式确定，在许多情况下，定性评估(“低”、“正常”和“高”)或估计已经达到了目的。在一些实施方案中，基于相邻表皮脊之间的距离来估计表皮脊的高度，因为这两个量通常是相关的。例如，可以使用本领域来自指纹传感器本身已知的技术，使用电容测量来评估指纹。

激发辐射的另外功率和检测到的表皮脊的平均高度之间的实际映射可以以多种方式进行，并且该实施方案不限于它们中的任何具体一种。在简单的变型中，如前所述，将对检测到的平均表皮嵴进行粗略分类，如“低”、“正常”和“高”，并且这些类别中的每一个都将与激发辐射的相应功率或功率校正相关联。在其他实施方案中，可以仅定义这些类别中的两个或三个以上，并且在其他实施方案中，功率可以是平均表皮嵴高度或与其相关的参数(如两个相邻表皮嵴之间的平均距离)的连续函数。只要确保在材料状态的所有其他特征相同的情况下，分析物测量程序中使用的激发辐射的功率通常会增加以获得更高的平均表皮嵴，这些变体中的任何一种都是可能的实施方案。

在其他实施方案中，材料状态包括皮肤的温度。

在优选实施方案中，在所述分析物测量程序中，在维持材料和测量体之间的所述热或压力传递接触的同时执行一系列分析物波长特异性测量，其中在每个分析物波长特异性测量中，具有选自预先确定的一组分析物特征波长的分析物特征波长的激发辐射被辐照，并获得相应的响应信号，

并且其中所述分析物波长特异性测量中的至少一些与参考测量穿插在一起，其中具有参考波长的激发辐射被辐照，并获得相应的响应信号。在本文中，所述参考波长是与任何所述分析物特征波长不同的波长。优选地，参考波长是所述分析物的吸收较低，且特别地低于与分析物特征波长之一相关的分析物的最高吸收峰的40％，优选地低于其20％，且最优选地低于其10％处的波长。

此外，获得的参考测量的所述响应信号被用于以下一项或多项：

校准激发辐射源以用于产生所述激发辐射，特别地所述辐照源的辐照强度，

校准所述检测设备，特别地检测设备的灵敏度，

通过单个参考测量的比较结果识别测量条件的变化，

相对于其整个持续时间、给定分析物特征波长的分析波长特异性测量的绝对或相对持续时间中的一个或多个调整分析物测量程序，或者终止和/或重新开始分析物测量程序，以及

调整在分析步骤中执行的分析。

发明人已经发现，令人惊讶的是，如果在分析物测量程序过程中执行参考测量，则分析物测量程序的精度可以显著提高。本文中，就在整个测量过程中保持材料和测量体之间的热接触或压力传递接触而言，分析物测量程序是连续测量过程。例如，如果材料是由人的指尖形成的，这意味着在分析物测量程序中指尖不会从测量体上抬起。此外，在分析物测量程序中，执行一系列分析物波长特异性测量，其中在每个分析物波长特异性测量中，具有选自预先确定的一组分析物特征波长的分析物特征波长的激发辐射被辐照，并获得相应的响应信号。以这种方式，可以获得吸收谱，并最终获得关于至少一种分析物浓度的信息。

然而，根据该实施方案，至少一些所述分析物波长特异性测量与参考测量穿插在一起，其中具有参考波长的激发辐射被辐照到材料中，并获得相应的响应信号。在本文中，所述参考波长是与任何分析物特征波长不同的波长。参考波长可以是所述分析物的吸收较低的波长和/或材料的总吸收以大量包含在材料中的物质(例如，在材料是皮肤的情况下，为水)的吸收为主的波长。换言之，参考测量不用于测量分析物的吸收，而是用于测量材料或材料背景中其他特定物质的吸收。然后，为参考测量获得的这些响应信号用于“即时”改进分析物测量程序，这是可能的，因为这些参考测量与分析物测量过程同时进行。

根据一种变型，为参考测量获得的响应信号用于校准用于产生所述激发辐射的激发辐射源。例如，在典型的分析物测量程序中，利用不同的分析物特征波长进行一系列分析物波长特定的测量，从而产生相应的响应信号。本发明人已经注意到，即使在相当短的分析物测量程序过程中，在该过程中，材料和测量体之间的热或压力传递接触被保持并且可能仅持续大约数十秒，激发辐射源的功率可能发生显著的变化，或者材料和测量体之间的光学接触的变化，或者两者，这会影响分析结果，因为这会改变同一分析物的不同分析物特征波长的测量吸收。虽然技术人员可能考虑在实际分析物测量程序之前使用不同于分析物特征波长的参考波长进行校准测量，发明人令人惊讶地发现，在实践中，在短得多的时间尺度上，辐射源的功率和测量体上的材料之间的光学耦合存在显著变化，这可以使用与分析物吸收测量同时进行并交错进行的参考测量来更好地进行适当的解释。然后，参考测量允许校准激发辐射源，以避免其功率波动或考虑材料和测量体之间的光学耦合的变化，以从而显著提高分析物测量程序的精度。

类似地，为参考测量获得的响应信号可用于“即时”校准检测设备，从而允许考虑检测设备本身的波动，或校正可通过校准检测设备来补偿的其他波动源。

另外或可选地，获得的参考测量的响应信号可用于通过比较单个参考测量的结果来识别测量条件的变化。

另外或可选地，获得的参考测量的响应信号可用于相对于其整个持续时间、给定分析物特征波长的分析物波长特异性测量的绝对或相对持续时间中的一个或多个调整分析物测量程序，和/或终止和重新开始分析物测量程序。例如，如果参考测量表明测量条件存在较大的波动，则这可能是延长分析物测量程序的指示，如以更长的测量时间补偿可能更大的噪声数据。另外或可选地，参考测量可能表明仅在整个分析物测量程序的某些时间部分期间发生的测量条件的变化，并且在这种情况下，将额外的测量时间用于在该时间部分期间使用的那些分析物特征波长就足够了。本发明人发现，通过这种方式，可以显著提高测量的整体质量和一致性，而不必重复测量或显著增加测量时间。

另外或可选地，如果参考测量表明测量的可靠性可疑，则获得的参考测量的响应信号可用于终止和可能重新启动分析物测量程序。关于葡萄糖测量的具体实例，这可以例如适用于手指未正确放置在测量体上的情况，并且建议再一次抬起并重新定位手指，并简单地再次开始测量程序。如果这可以快速确定，即在分析物测量程序的正常持续时间内，而不是在完整的分析物测量程序和相应的分析完成后要求患者重复测量，则其将变得更加用户友好。这也使得可以发起各种尝试而不会让用户感到沮丧。

代替或除了执行激发辐射源或检测设备的校准，或者除了或代替调整特定分析物特征波长的分析物波长特异性测量的绝对或相对持续时间，考虑到与各个参考测量相关联的定时信息，还可以调整在分析步骤中执行的分析，以按数学方式考虑由参考测量评估的失真和波动。这可以例如包括至少部分地基于相应的先前或后续参考测量中的一个或两个的结果，例如基于各种参考测量结果的插值，对至少一些分析物波长特异性测量的结果进行归一化。

在优选实施方案中，在至少25％，优选地至少50％的每对连续的分析物波长特异性测量之间执行参考测量。另外或可选地，以每5秒至少1次，优选地每秒至少1次，且最优选地每秒至少10次的平均速率执行所述参考测量。实践中已经发现，通过参考测量的这种密切监测允许显著提高分析物测量程序和相应分析的准确性。

这一发现对于本领域技术人员来说是相当令人惊讶的，因为参考测量本身不直接贡献关于分析物的信息，并且参考测量所花费的任何时间都不能专用于分析物波长特异性测量。在许多应用中，并且特别是当涉及非侵入性葡萄糖测量时，由于实际原因，测量时间是有限的，并且有限时间的明显后果是将尽可能多的宝贵测量时间用于那些允许检测分析物吸收的波长。然而，发明人已经发现，在实践中，即使对于给定的、有限的总测量时间，当将一些测量时间用于穿插的参考测量时，结果也变得更准确。

在优选实施方案中，在所述分析物测量程序中，执行一系列分析物波长特异性测量，同时维持材料和测量体之间的所述热或压力传递接触，其中在每个分析物波长特异性测量中，具有选自预先确定的一组分析物特征波长的分析物特征波长的激发辐射被辐照，并获得相应的响应信号，

并且其中基于与一个或多个分析物特征波长相关的响应信号执行质量评估，并且其中基于所述质量评估，调整在当前的分析物测量程序，或一个或多个未来的分析物测量程序中专用于相应的一个或多个分析物特征波长的测量时间，或者调整与分析中相应的分析物波长特异性测量相关的相对权重。

在优选的实施方案中，在所述分析物测量程序中执行所述质量评估，并在所述分析物测量程序中实时调整专用于相应的一个或多个分析物特征波长的测量时间。

另外或可选地，所述质量评估至少部分基于以下一项或多项：

所述响应信号的信噪比或从其来源的量，和

一个或多个参考测量的结果，其中具有参考波长的激发辐射被辐照到材料中，并获得相应的响应信号，其中所述参考波长是所述分析物的吸收较低处的波长。例如，参考波长可以是分析物的吸收性小于与分析物测量程序中所依赖的任何分析物特征波长相关的最高吸收峰处的吸收性的30％，优选地小于其20％，更优选地小于其10％，且最优选地小于其5％的波长。

在优选实施方案中，选择所述激发辐射的所述强度的时间调制，使得强度的包络是不对称的，因为包络占据平均强度的50％或更多的时间比例小于总时间的50％，优选小于46％，且最优选小于43％。然而，包络小于50％的时间比例不应选择得太低，并且优选为至少20％，更优选为至少30％。

激发辐射强度的调制函数的明显选择是在零(“关闭”)和最大值(“开启”)之间交替的方波函数，其中开启间隔和关闭间隔的长度相同。然而，发明人已经发现，如果例如关闭间隔的相对长度比开启间隔的相对长度更长，而不改变调制信号的主频率或周期(该周期是开启和关闭间隔之和)，则分析物测量过程的准确度和效率可以令人惊讶地提高。

到目前为止，关于激发辐射的强度调制的考虑的主要焦点是对应的热扩散长度，但根据本发明人的理论理解和实践经验，热扩散长度不受或至少不显著受仅增加关闭时间相对于开启时间的相对比例的影响。尽管如此，发明人发现，对于相同的总频率，如果使关闭间隔更长且开启间隔更短，则可以获得更好的响应信号的信噪比。根据本发明人的理解，这是由于响应信号基本上是“AC信号”的事实，在这种意义上，只有响应信号随时间的变化才能被评估用于估计吸收程度。为此，在接收到下一个热脉冲之前，由于从材料接收到的热(如热透镜的形成导致检测光束的偏转)而导致的测量体的物理响应可以更充分地衰减，这似乎很重要。这将解释为什么通过增加关闭间隔，可以改善AC信号，因为测量体的物理响应有相对更多的时间衰减。

本文考虑的调制函数不限于方波函数，并且注意到，对于任意调制函数，如果调制函数的低间隔长于高间隔，则可以获得类似的效果。出于这一原因，根据该实施方案，所述激发辐射的所述强度的时间调制被选择为使得强度的包络是不对称的，因为包络占据平均强度的50％或更多的时间比例小于总时间的50％，优选小于46％，且最优选小于43％，并且优选至少20％，更优选至少30％。

另外或可选地，选择所述激发辐射的所述强度的时间调制，使得强度的包络遵循周期性重复模式，其中所述模式包括高强度时间部分包括模式的强度-时间整体的超过80％在内和包括模式的强度-时间整体的少于20％在内的低强度时间部分，其中高和低强度时间部分的持续时间的比率小于0.9，优选地小于0.8，且最优选地小于0.7。然而，在优选实施方案中，该比率应至少为0.4，且优选至少为0.5。

对于激发辐射强度使用方波调制函数具有两个一般优点。第一个优点是，对于产生热脉冲，具有陡峭侧面的尖锐激发脉冲有望产生特别好的结果。第二个优点是，方波调制在实践中最容易建立。

然而，本发明人发现，尽管激发光强度的方波调制具有明显的优点，正弦调制函数在一些应用中可以给出更好的结果，包括如本文所述的用户皮肤中的非侵入性葡萄糖测量。这是一个令人惊讶的发现，因为正弦调制函数不具有与方波调制所发现的相同尖锐脉冲，方波调制导致皮肤中特别明显的热脉冲，其可以使用本申请的装置很好地检测到。然而，本发明人发现，在应用于本文所述的一些实施方案的特定情况下，这种缺点可以被过度补偿，其中待测量的分析物，例如葡萄糖，主要位于材料的较深层(例如皮肤)中，这仅通过较小的调制频率来评估。当使用方波信号时，必须区分其主频率(其是信号的重复周期的倒数)和在方波信号的傅里叶级数分解中发现的对信号的较高谐波贡献。这些较高的频率贡献导致对应于皮肤较浅区域中的吸收的响应信号，其并非例如本文所述葡萄糖测量的目标。

因此，在优选实施方案中，所述激发辐射的所述强度的时间调制被选择为使得强度的包络近似谐波，从而在激发辐射的强度、与主频和第一至第九谐波相关联的总强度的傅里叶分解中，至少95％与主频相关联，并且至少97％，优选至少98％与主频和第一谐波相关联。在本文中，n次谐波以通常的方式被理解为具有频率(n+1)·f，其中f是主频。在正弦函数，即全谐波函数中，整个强度将与主频f相关联。在优选实施方案中，强度的时间调制函数不需要精确地为谐波，而是在上面定义的意义上应为“近似”谐波，因为至少95％的强度处于与主频相关联的背景模式，并且至少97％，优选至少98％处于背景模式和一起在第一谐波中。

在优选的实施方案中，所述检测设备包括用于产生通过所述测量体或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束的光源，

测量体对在吸收所述激发辐射后从所述材料接收的热的所述物理响应是所述测量体或所述组件的折射率的局部变化，并且

所述检测设备配置用于检测光路的变化或由于所述折射率变化引起的检测光束的相位变化之一，以及用于产生指示检测光束的光路或相位的所述变化的响应信号。

在优选的实施方案中，所述测量体能透过所述检测光束，所述检测光束被定向为在与所述材料热压力传递接触的所述测量体的表面处完全或部分地反射，并且其中所述检测设备包括光探测器，特别地位置灵敏光探测器，其能够检测由于折射率的所述局部变化引起的所述检测光束的偏斜程度，特别地偏斜角度。

在优选的实施方案中，所述检测设备包括允许评估所述检测光束的相位变化和产生指示所述相位变化的响应信号的干涉测量设备。

在优选的实施方案中，所述测量体或所述测量体中的组件具有响应于与其相关的温度的局部变化或压力的变化而变化的电学性质，并且其中所述检测设备包括用于捕获代表所述电学性质的电信号的电极。

在优选的实施方案中，使用一系列激光器，特别地半导体激光器，特别地量子级联激光器产生所述激发辐射，其每个具有专用的波长。每个激光器可以具有其自己的调制设备，或者它们可以具有共同的调制设备，并且它们可以由共同的或单独的控制器控制。阵列的激光器可以以允许使用激发光束的通用光路的方式进行光学对准，并且它们可以例如通过通用光波导辐射到材料中。激光器阵列可以组合在单个半导体芯片上。

在优选的实施方案中，使用至少一个可调激光器，特别地至少一个可调量子级联激光器产生所述激发辐射。

在优选的实施方案中，一些或所有所述激发波长为5μm-13μm，优选地8μm-11μm。在替代实施方案中，一些或所有所述激发波长为3μm-5μm。该波长范围例如可用于检测脂肪酸中CH₂和CH₃振动的吸收。

本申请的另一方面涉及分析包含至少一种分析物的材料的装置，所述装置包括测量体，其具有适合于与所述材料热接触压力传递接触的接触表面，所述热或压力传递接触允许由材料中吸收的激发辐射产生的热或压力波传递至所述测量体、配置用于将激发辐射辐照到材料中以在其中被吸收的激发辐射源、用于检测测量体或其中包括的组件对在吸收所述激发辐射后从所述材料接收的热或压力波的物理响应以及用于基于所述检测物理响应产生响应信号的检测设备，所述响应信号指示激发辐射的吸收程度，以及控制系统。

在本文中，所述控制系统配置为控制激发辐射源，以将激发辐射辐照到材料中以在其中被吸收，其中所述激发辐射的强度被时间调制，并且其中所述激发辐射包括不同分析物特征波长的辐照，其以同时和连续地中的一种或两种被辐照，并且以控制检测设备来检测所述物理响应和产生指示所述激发辐射的吸收程度的响应信号。

进一步地，控制系统配置为执行材料状态分析程序，其中基于以下一项或多项分析材料的当前状态：

当在与所述分析物特征波长不同的波长下用激发辐射辐照材料时确立的一个或多个响应信号，

针对与分析物测量步骤使用的相同分析物特征波长的激发辐射，但与分析物测量步骤中至少部分地不同强度调制频率的所述激发辐射确立的一个或多个响应信号，以及

与用另外的传感器设备执行的材料状态相关的一个或多个测量。

此外，控制系统配置用于基于所述材料状态分析程序的结果，确定以下中的至少一项：

在所述分析物测量程序中，或依赖于在所述分析期间，使用的分析物特征波长的选择，

在所述分析物测量程序中使用的分析物特征波长的绝对时间或相对时间比例，或在分析中给予波长的相对权重，

将在所述分析物测量程序中同时使用的分析物特征波长的选择，以及

将在所述分析物测量程序中使用的所述激发辐射强度的调制的一个或多个主频率的选择。

在装置的优选实施方案中，所述控制系统配置为控制用于执行根据上述实施方案中的任一个的方法的装置。

控制系统可以以硬件、软件或两者来实现。特别地，控制系统可以包括一个或多个计算机、处理器、微控制器、FPGAs ASICs和相应的计算机程序，当在相应的硬件上执行时，这些计算机程序提供本文所述的控制功能。特别地，控制系统可以是分布式系统，例如包括彼此数据通信的多个控制单元，其中一些控制单元可以设置在装置的外壳中，兵器其他控制单元可以远离外壳，但也可以由单个控制单元形成。

在装置的优选实施方案中，所述材料是人类组织，特别是人类皮肤，并且所述分析物是存在于其间隙液中的葡萄糖。

在装置的优选实施方案中，控制系统配置用于执行与分析物测量程序交错的材料状态分析程序，或者在开始分析物测量程序之前少于5分钟，优选地少于3分钟，且最优选地少于1分钟。

在装置的优选实施方案中，所述材料状态包括所述材料内与所述一种或多种分析物不同但在至少一个所述分析物特征波长处表现出激发辐射的显著的吸收性的干扰物质的存在和/或浓度，其中在所述材料状态分析程序产生足够高浓度的所述干扰物质的情况下，控制系统配置为避免或抑制所述干扰物质表现出显著的吸收性的至少一个所述分析物特征波长的使用。

在装置的优选实施方案中，将在所述分析物测量程序中使用的所述激发辐射强度的调制的所述至少一个主频率包括第一主调制频率和第二主调制频率，其中所述第一主调制频率足够低，使得响应信号至少部分反映间隙液内激发辐射的吸收，其中所述第二主调制频率比所述第一主调制频率更高。

在优选的实施方案中，所述材料状态包括皮肤的含水量，并且其中所述装置优选地还包括用于测量皮肤含水量的专用的角膜测量设备。在相关的实施方案中，在所述材料分析程序中确定更高的含水量的情况下，控制系统配置为优先在分析物测量程序中优先使用一组预先确定的分析物特征波长中较短的波长。

在装置的优选实施方案中，所述控制系统配置为以如下方式将在所述分析物测量程序中使用的所述激发辐射强度的调制的一个或多个主频率中的至少一个调整为在所述材料分析程序中确定的含水量，即在材料状态的所有其他特征相同的情况下，为更高的含水量选择调制的更高的主频率。

在装置的优选实施方案中，所述材料状态包括覆盖间隙液的角质层的厚度。在相关的实施方案中，所述控制系统配置用于直接或间接基于针对激发辐射的相同波长但针对所述激发辐射的不同强度调制频率确立的响应信号评估角质层的厚度，其中选择所述波长以匹配分别在角质层和间隙液中以不同浓度存在的物质的吸收带。

在优选的实施方案中，所述控制系统配置用于以如下方式将在所述分析物测量程序中使用的所述激发辐射强度的调制的一个或多个主频率中的至少一个调整至在所述材料分析程序中确定的覆盖间隙液的角质层的厚度，即在材料状态的所有其他特征相同的情况下，为更高的角质层厚度选择更低的调制主频率。

优选地，所述装置包括专用的pH测量设备，并且其中所述材料状态包括皮肤的pH值。在优选的实施方案中，在发现在所述材料分析程序中确定的pH值为较低值的情况下，在材料状态的所有其他特征相同的情况下，相比发现pH为更高的值的情况下，控制系统配置为在分析物测量程序中较少优先使用与乳酸盐的吸收带重叠的分析物特征波长。

在装置的优选实施方案中，皮肤是人类对象指尖处的皮肤，并且装置还包括配置用于预估指尖处的表皮嵴平均高度的专用的指纹传感器。在本文中，控制系统优选地配置用于以如下方式调整在分析物测量程序中使用的作为表皮嵴的平均高度的函数的激发辐射的功率，即在材料状态的所有其他特征相同的情况下，对于更高的平均表皮嵴，在分析物测量程序中使用的激发辐射的功率增加。

在优选的实施方案中，装置还可以包括用于测量皮肤温度的温度传感器。

在所述装置的优选实施方案中，所述控制系统还被配置用于控制所述装置在所述分析物测量程序期间执行一系列分析物波长特异性测量，同时保持所述材料和所述测量体之间的热接触或压力传递接触，其中在每个分析物波长特异性测量中，具有选自预先确定的一组分析物特征波长的分析物特征波长的激发辐射被辐照并获得相应的响应信号，

并且其中控制系统被进一步配置用于将至少一些所述分析物波长特异性测量与参考测量交错在一起，其中具有参考波长的激发辐射被辐照并获得相应的响应信号，其中所述参考波长是与任何所述分析物特征波长不同的波长，

并且其中所述控制系统配置用于使用获得的参考测量的响应信号进行以下一项或多项：

校准激发辐射源以用于产生所述激发辐射，

校准所述检测设备，

通过比较结果单个参考测量识别测量条件的变化，

相对于其整个持续时间、给定分析物特征波长的分析物波长特异性测量的绝对或相对持续时间中的一项或多项调整分析物测量程序，或者终止和/或重新开始分析物测量程序，以及

调整在分析步骤中执行的分析。

在相关的实施方案中，在至少25％，优选地至少50％的每对连续的分析物波长特异性测量之间，进行参考测量。

在装置的优选实施方案中，所述控制系统配置为控制装置，使得以每5秒至少1次，优选地每秒至少1次，且最优选地每秒至少10次的平均速率执行所述参考测量。

在优选的实施方案中，基于获得的参考测量的响应信号调整在分析步骤中执行的分析的所述步骤包括至少部分基于先前或后续参考测量中的一项或两项的结果，对至少一些分析物波长特异性测量的结果归一化。

在装置的优选实施方案中，所述控制系统配置为控制装置，使得在所述分析物测量程序中，执行一系列分析物波长特异性测量，同时维持材料和测量体之间的所述热或压力传递接触，其中在每个分析物波长特异性测量中，具有选自预先确定的一组分析物特征波长的分析物特征波长的激发辐射被辐照，并获得相应的响应信号，

并且其中控制系统进一步配置用于基于与一个或多个分析物特征波长相关的响应信号执行质量评估，以及基于所述质量评估调整在当前的分析物测量程序或者一个或多个未来的分析物测量程序中专用于相应的一个或多个分析物特征波长的测量时间，或者调整与分析中相应的分析物波长特异性测量相关的相对权重。

在相关的实施方案中，所述控制系统配置用于控制装置，以在所述分析物测量程序中执行质量评估，以及在所述分析物测量程序中实时调整专用于相应的一个或多个分析物特征波长的测量时间。

在其他相关实施方案中，所述质量评估至少部分基于以下一项或多项：

所述响应信号的信噪比或从其来源的量，以及

一个或多个参考测量的结果，其中具有参考波长的激发辐射被辐照并获得相应的响应信号，其中所述参考波长是所述分析物的吸收较低处的波长。

在装置的优选实施方案中，控制系统配置为控制装置，以提供所述激发辐射的所述强度的时间调制，使得强度的包络是不对称的，因为包络占据平均强度的50％或更多的时间比例少于总时间的50％，优选地少于46％，且最优选地少于43％。

在装置的优选实施方案中，控制系统配置为控制装置，以提供所述激发辐射的所述强度的时间调制，使得强度的包络遵循周期性重复模式，其中所述模式包含包括模式的强度-时间整体的超过80％在内的高强度时间部分和包括模式的强度-时间整体的少于20％在内的低强度时间部分，其中高和低强度时间部分的持续时间的比率小于0.9，优选地小于0.8，且最优选地小于0.7。

在装置的优选实施方案中，控制系统配置为控制装置，以提供所述激发辐射的所述强度的时间调制，使得强度的包络近似为谐波，使得在与主频和第一至第九谐波相关的总强度的激发辐射的强度的傅立叶分解中，至少95％与主频相关，且至少97％，优选地至少98％与主频和第一谐波相关。

在装置的优选实施方案中，所述检测设备包括用于产生通过所述测量体或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束的光源，

测量体对在吸收所述激发辐射后从所述材料接收的热或压力波的所述物理响应是所述测量体或所述组件的折射率的局部变化，并且

所述检测设备配置用于由于检测光束的光路或相位的折射率变化的所述变化引起的检测光路的变化或检测光束的相位变化之一。

在相关的实施方案中，所述测量体能透过所述检测光束，所述检测光束被定向为在与所述材料热接触或压力传递接触的所述测量体的表面处完全或部分地反射，并且其中所述检测设备包括光探测器，特别地位置灵敏光探测器，其能够检测由于折射率的所述局部变化引起的所述检测光束的偏斜程度。

在装置的替代实施方案中，所述检测设备包括允许评估检测光束的所述相位变化和产生指示所述相位变化的响应信号的干涉测量设备。

在装置的优选实施方案中，所述测量体或所述测量体中的组件具有响应于与其相关的温度的局部变化或压力的变化而变化的电学性质，并且其中所述检测设备包括用于捕获代表所述电学性质的电信号的电极。

在装置的优选实施方案中，所述激发辐射源包括一系列激光器，特别地量子级联激光器，其每个具有专用的波长。

在装置的优选实施方案中，所述激发辐射源包括至少一个可调激光器，特别地至少一个可调量子级联激光器。

在装置的优选实施方案中，一些或所有所述激发波长的范围为6μm-13μm，优选地8μm-11μm。在替代实施方案中，一些或所有所述激发波长的范围为3μm-5μm。

在优选实施方案中，除了或代替所述材料状态分析程序，该方法包括接收用户相关输入的步骤，该步骤允许优化分析物测量程序和在分析步骤中执行的分析中的一个或两个。

类似地，除了或代替进一步配置为执行所述材料状态分析程序，所述装置可以包括用于接收用户相关输入的输入接口，并且配置为使用该输入来优化分析物测量程序和在分析步骤中执行的分析中的一个或两个。

在一些实施方案中，其中除了所述材料状态分析程序，还提供了接收用户相关输入的所述步骤，基于所述材料状态分析程序和所述用户相关输入的结果，确定以下中的至少一项：

在所述分析物测量程序中，或依赖于在所述分析中，使用功的分析物特征波长的选择，

在所述分析物测量程序中使用的分析物特征波长的绝对时间或相对时间比例，或者在分析中给予波长的相对权重，

将在所述分析物测量程序中同时使用的分析物特征波长的选择，以及

将在所述分析物测量程序中使用的所述激发辐射强度的调制的一个或多个主频率的选择。

用户输入可以例如指定以上述方式进行葡萄糖测量的人的某些特征或状况。

例如，人的特征可以是：

该人的皮肤颜色(例如，用户皮肤是否为浅色或深色)，

与该人的体重相关的信息，如体质指数等，

该人是否患有慢性病，并且如果是，哪些疾病，且特别是该人是否患糖尿病，

该人的年龄，

该人的职业，

习惯，包括通常的体育或身体锻炼，

该人通常是否有较高或较低的血压。

所有这些特征都可能对执行分析物测量程序的最佳方式和/或执行分析的最佳方式产生影响。

除了特征之外或可选地，与用户相关的输入还可以包括与用户的状况相关的信息。人的状况的实例如下可以是：

该人当前是否在出汗，

该人是否有患有感冒和/或发烧，或

该人是否感觉冷，

该人是否已喝水或其他饮料，

该人当前是否在进食，

该人是否感到压力或时间压力。

与用户相关的“特征”和“状况”之间的一个区别是，状况可能会更频繁地改变，并因此，用户相关的状况的输入可能会更经常地被要求，例如，在任何时候进行测量，或者在同一时间跨度内，例如，在同一天中进行所有测量中至少一次。与此相反，需要较少频繁地输入特征。

在优选实施方案中，基于由输入接收的用户相关特征或状况，可以从多个预定方案中生成或选择用于执行分析物测量程序的方案。

基于用户的特征/状况选择或生成的不同方案可能会在以下一个或多个方面有所不同：

-在分析物测量程序中，或依赖于在分析期间，使用的分析物特征波长的选择；

-在所述分析物测量程序中使用的分析物特征波长的绝对时间或相对时间比例、单个激发辐射强度，或在分析中给予波长的相对权重，

-将在此类分析物测量程序中同时使用的分析物特征波长的选择，以及

-将在所述分析物测量程序中使用的调制的一个或多个主频率和所述激发辐射强度的选择。

在一些实施方案中，存在执行分析物测量程序的多种预定方案，其中这些方案可能已经被预先根据经验确定为对于给定的特征和/或状况特别有效。可以使用这些预定方案来代替上述材料状态分析程序。在其他实施方案中，这些方案可以用作起点，然后基于上述材料状态分析程序的结果进行细化。

另外或可选地，如前所述，由输入接收的用户相关特性和/或状况也可用于调整在分析步骤中执行的分析。例如，分析可以包括一个或多个算法，其将上述响应信号转换为葡萄糖浓度的估计。发明人已经注意到，如果这些算法特别适合于或考虑到上述特征和/或状况，则可以提高这些算法的精度。

因此，在优选实施方案中，使用一个或多个算法来执行所述分析步骤，根据所述用户相关特征和/或状况来选择或调整所述一个或多个算法。

例如，分析步骤可以包括各种基于机器学习的算法以供选择，其中的每一种算法都已经根据与一些或所有上述特征或状况的特定选择相关联的数据进行了训练。然后，基于用户相关特征/状况的输入，可以选择这些算法中的适当一个用于分析步骤，并且因此可以基于针对这些类型的特征和状况记录的响应信号进行特别精确的估计。在本文中，这些算法中的“适当的一个”(或最适当的一个)可以是其中训练数据接近(或最接近)用户相关特征和/或状况的算法。

在其他实施方案中，分析中使用的算法可以包括一个或多个可调整参数，并且所述方法包括基于上述特征和/或状况调整所述一个或多个可调整参数的步骤。

关于该装置，该装置的上述控制系统可以配置用于执行上面总结的依赖于所述用户相关特征和/或状况的输入的每种方法。

特别地，所述控制系统可以配置用于执行所述分析步骤，并且可以进一步配置用于基于用户相关特征和/或状况调整该分析步骤。

优选地，控制系统包括存储各种基于机器学习的算法以供选择的存储器，其中每一种算法都已根据与一些或所有上述特征或状况的特定选择相关联的数据进行训练。然后，控制系统可以进一步配置为基于用户相关特征/状况的输入来选择这些算法中的适当一个算法以用于分析步骤。

另外或可选地，控制系统包括存储用于分析的一个或多个算法的存储器，所述一个或多个算法包括一个或多个可调整参数，其中所述控制控制系统进一步配置用于基于前述特征和/或状况来调整所述一或多个可调整参数。

在优选实施方案中，用户相关输入由用户输入接收。该装置可以包括用于输入此类关于用户的特征或状况的信息的用户界面。

在优选实施方案中，用户界面由与装置相关联的触摸显示设备提供。

在上述每项实施方案中，可以提供相机来记录激发辐射要辐照到材料(皮肤)中的区域中的材料(特别是皮肤)的图像。在优选实施方案中，相机是用于记录红外图像的红外相机。这些图像可用于多种目的。

例如，使用相机图像，可以确定装置是否相对于材料，且特别是相对于皮肤正确定位。

在优选实施方案中，方法包括在图像内识别激发辐射束将被辐照到材料中的位置的步骤。例如，具体参考皮肤分析，方法可以包括确定对于装置相对于皮肤的给定位置，激发辐射是否将在适当位置辐照到皮肤中的步骤。合适的位置例如是皮肤相对光滑的位置。“合适位置”的其他标准是无皱纹、无毛发、无疤痕或无痣。

这在该方法的优选实施方案中尤其重要，其中除了指尖以外的地方被用于测量，特别是手腕下侧的皮肤。基于相机相对于激发光源或至少相对于由此产生的激发光束的光路的已知相对位置，可以在图像内精确地辨别激发辐射进入皮肤的位置。如果使用指尖进行测量，激发辐射辐射到皮肤中的合适位置将在其表皮脊处，其中发现光学耦合比在两个相邻表皮脊之间的凹槽中更好。

可以使用用于相对于一个或多个上述标准分析图像的相关部分的相应算法来确定对于装置相对于皮肤的当前位置，激发辐射是否将在适当位置处被辐照到皮肤中。如果确定位置不合适(相对于一个或多个预定标准)，则可以经由输出接口提示用户重新相对于皮肤定位装置。这可以重复进行，直到确立了合适的位置。在优选实施方案中，输出接口可以是显示器，特别是触摸显示器。另外或可选地，输出接口可以包括声学输出设备。

在优选实施方案中，该方法另外或可选地包括使用材料(特别是皮肤)的相机图像来监测装置(且特别是测量体)在分析物测量程序中是否相对于材料(皮肤)移动的步骤。没有这种移动在本文中称为“位置稳定性”。例如，可以通过比较连续记录的材料(皮肤)的图像来评估位置稳定性，其中连续图像之间的偏差指示测量体相对于材料(皮肤)的相对移动，而缺少这样的偏差指示位置稳定性。

在优选实施方案中，关于激发辐射的适当位置和/或位置稳定性或相对移动的信息可以以与上述“质量评估”中类似的方式利用，和/或可以与其组合。注意，上述质量评估基于响应信号，而不是基于相机图像。然而，该质量评估还可以另外包括关于激发辐射位置的适合性和/或位置稳定性的信息。

特别地，基于检测到的位置稳定性，可以调整在当前分析物测量程序中专用于一个或多个分析物特征波长的测量时间，或者可以调整与分析中的相应分析物波长特异性测量相关联的相对权重。例如，如果确定在给定分析物特征波长的测量期间发生位置变化，则可以增加专用于该波长的测量时间，以补偿相对移动期间可靠测量数据的损失。在替代方案中，可以减少与分析中的相应分析物波长特异性测量相关联的相对权重，以说明相应测量的预期不准确度。另外或可选地，基于所监测的位置稳定性，可以终止测量并重新开始测量。例如，如果位置变化发生在测量开始后不久，其中还没有积累太多有用的测量数据，则丢弃整个测量并重新开始可能更可取。如果确定装置相对于材料(皮肤)的相对运动已经导致激发辐射的位置不再适合的情况，则可能出现类似的情况。在这种情况下，该方法可以包括终止测量、提示用户重新定位装置并重新开始的步骤。

在优选实施方案中，如果测量由于测量体和皮肤之间的相对移动而终止，则通知用户，以增加用户的意识并确保分析物测量程序的下一次尝试中的位置稳定性。在优选实施方案中，与仅经由显示器的输出相比，该信息经由捕获用户的即时注意力的声学信号来传达。

在优选实施方案中，控制系统配置用于执行与识别激发辐射辐照的合适位置的方法和监测装置相对于材料(皮肤)的移动的方法有关的一些或所有所描述的实施方案。特别地，控制系统可以配置用于执行以下一项或多项：

控制所述相机以在激发辐射将被辐照到材料(皮肤)中的区域中记录材料(特别是皮肤)的图像，

在图像内识别激发辐射束将被辐照到材料中的位置，

确定对于装置相对于皮肤的给定位置，激发辐射是否将在合适的位置处被辐照到皮肤中，特别是基于诸如不存在皱纹、不存在毛发、不存在疤痕或不存在痣的标准，特别是使用存储在与控制系统相关联的存储器中的算法，

如果控制系统已经确定位置不合适(相对于一个或多个预定标准)，特别是通过诸如触摸显示器的显示器和/或通过声学输出设备的方式，则经由输出接口提示用户重新相对于皮肤定位装置，

在分析物测量程序中，特别是通过以下方式监测装置(且尤其是测量体)是否相对于材料(皮肤)移动：

比较连续记录的材料(皮肤)图像，

基于检测到的位置稳定性、在当前分析物测量程序中专用于一个或多个分析物特征波长的测量时间，或与分析中的相应分析物波长特异性测量相关联的相对权重，和/或基于监测的位置稳定性终止测量，并控制测量以重新开始，

通知用户是否由于测量体和皮肤之间的相对移动而终止测量。

在优选的实施方案中，测量体能透过相机的成像波长，并且相机被布置成诸如通过测量体记录图像。

相机图像还可用于识别皮肤模式，如指纹，但也可用于识别平坦皮肤区域处如手腕下侧的皮肤模式。这些图像可以被存储，并且可以被用于确保使用与先前选择的用户测量相同的位置，从而允许比较测量结果。

附图的简要说明

图1是根据本申请的一实施方案的测量原理的示意图。

图2显示了减去水背景的于水中的葡萄糖的吸收谱。

图3是依赖于基于检测光束的偏转的响应信号的适于执行本申请实施方案的装置的示意性横截面视图。

图4显示了利用图3所示类型的装置获得的Clarke误差网格分析结果。

图5是适于执行本申请实施方案的装置的示意图，其依赖于基于对进行分析材料所接收的热和压力波的压电响应的响应信号。

图6是适于执行本申请实施方案的装置的示意图，其依赖于基于检测光束中干涉检测的相位变化的响应信号。

图7是说明根据本申请实施方案的方法的流程图，包括分析物测量程序、材料状态分析程序和参考测量。

图8是说明与图7的材料状态分析程序相关的详细步骤的流程图。

图9是说明与图7的分析物测量程序相关的详细步骤的流程图。

图10是说明与图7的参考测量相关的详细步骤的流程图。

图11是分析物和低浓度干扰物质的吸收光谱以及相应选择的激发辐射波长的示意图。

图12是图11的分析物和干扰物质的吸收光谱的示意图，但具有高浓度的干扰物质以及相应选择的激发辐射波长。

图13说明了由于两种不同波长的水吸收引起的激发辐射强度随穿透深度的指数衰减。

图14是分析物和干扰物质的吸收光谱以及组合吸收光谱的示意图。

图15是由具有相等长度的开启间隔和关闭间隔的方波形成的激发辐射调制函数的示意图。

图16是另一个激发辐射调制函数的示意图，该函数由具有比关闭间隔短的开启间隔的方波形成。

图17是又一个激发辐射调制函数的示意图，其包络近似于正弦函数。

图18是可穿戴设备的示意图。

图19是佩戴在人手腕下侧的装置的示意性截面图。

图20是利用图19的装置拍摄的皮肤图像。

优选实施方案的描述

应当理解，上述一般描述和以下描述都只是示例性和解释性的，并且不限制本文所描述的方法和设备。在本申请中，除非另有明确规定，否则单数的使用可以包括复数。而且，“或(or)”的使用意指“和/或(and/or)”，如适用或另有规定。本领域普通技术人员将认识到，以下描述仅是说明性的，并不旨在以任何方式限制。其他实施方案将容易地被受益于本公开的此类技术人员获悉。现在将详细参考如附图所示的示例性实施方案的各种实现。在整个附图和以下说明书中，将尽可能使用相同的参考符号来表示相同或类似的项目。

图1是上文概述的分析物测量程序的测量原理示意图，并在下文中详细描述。虽然本申请的方法和装置适用于分析包括至少一种分析物的各种材料，但以下描述将集中于具体实施方案，其中材料是患者的皮肤，并且分析物是皮肤间隙液中的葡萄糖。应理解的是，下文具体参考葡萄糖测量给出的所有细节和解释也被认为与其他材料和分析物相关(如适用)，在下文中未明确提及。

在图1的图示中，用户的指尖12与测量体16的接触表面14热接触。指尖可以通过声学单元声学耦合到测量体，声学单元可以包括填充有允许将压力波传递至测量体的液体或气体的中空空间。为了确定皮肤中，特别地皮肤的间隙液中葡萄糖的浓度，一个接一个或至少部分地在吸收测量的同时选择各种波长的激发辐射18，使得可以从测量的吸收值确定葡萄糖的浓度。在图2中，显示了水中不同浓度葡萄糖的吸收谱，其中减去了水吸收的贡献。如其中所见，葡萄糖分子在中红外区域具有几个特征吸收峰，所述中红外区域波数范围在993cm^-1和1202cm^-1之间，分别对应于10.07μm-8.32μm范围内的波长。在相邻吸收峰之间，可以看到局部吸收最小值，其在图2中通过没有波数的垂直箭头指示。从图2可以明显看出，特别是吸收峰处的吸收差异和局部吸收最小值是葡萄糖浓度的特征。因此，为了能够确定葡萄糖浓度，优选测量在一些或所有吸收峰处和一些或所有局部吸收最小值处的吸收，并且可能还测量在最大值和最小值之间的某个点处的吸收。这些波长在本文中被称为“分析物(葡萄糖)-特征波长”。然而，应注意，在光谱的相关部分中，1140cm^-1处最低局部最小值处的吸收率仍然是1035cm^-1处最高峰值处的吸收率的18％。因此，这些波长中的任何一个的吸收都将明显地取决于葡萄糖的浓度，因此这些波长是葡萄糖的特征波长，即“葡萄糖特征波长”。与此相反，在约1180cm^-1处，吸收率实际上为零，并因此是全局最小值而不是局部最小值，并且该波长显然不是葡萄糖的特征。虽然精确地处于吸收峰值或局部吸收最小值的波长是葡萄糖特征波长的优选选择，但是也可以使用接近峰值/局部最小值但与它们相距单独定义的距离的波长。因此，如本文所理解的，“分析物特征波长”也是吸收与最接近吸收峰或最接近局部吸收最小值处的吸收差小于最接近吸收峰值和最接近局部吸收最小值之间的吸收差的30％，优选小于其20％。

激励光束18的强度以特定频率f进行时间调制，使得激发辐射(在这种情况下为激发光)具有高强度和低强度或甚至消失强度的交替间隔。不希望将调制限制为任何特定波形，高强度间隔在下文中被称为“激发光脉冲”。在激发光脉冲期间，具有葡萄糖特征波长的激发光将被吸收，从而辐射能量将被转换成热。由于葡萄糖分子在大约10-12s内从激发状态松弛，因此对于所有实际目的而言，相应的热脉冲和/或压力波的产生可以被视为瞬时发生。

因此，与激发光脉冲一起，在吸收部位产生的局部热脉冲，导致温度场，该温度场作为空间和时间的函数而变化，并且可以称为热波。如上文解释的，术语热“波”有些误导，因为热通过材料的行进不是由波动方程控制的，而是由扩散方程控制的。然而，“热波”的概念至少在热脉冲从皮肤内传播到测量体16的表面14并进入测量体16中这一程度上是正确的，这与人们从波传播中使用的类似。由这种热脉冲引起的热梯度20在图1中示意性地示出。

测量体16从图12的皮肤接收的热量引起物理响应，该物理响应可以用各种可能的检测设备中的一种检测到，这些检测设备被设计用于基于物理响应生成响应信号，其中该响应信号指示激发光的吸收程度。下面将描述检测物理响应并生成适当响应信号的各种方式。

然而，无论检测物理响应的精确方式如何，值得注意的是，其中可以通过行进到测量体16的热脉冲的方式检测吸收的皮肤表面下的最大深度被发现限于皮肤的热扩散长度μ_t的良好近似值，其定义为，

并且其取决于密度ρ、比热容C_p和材料的热导率k_t以及激发光的调制频率f。换言之，通过选择调制频率f，可以定义激发光的任何吸收在测量体16处接收的热脉冲中被反射的深度。

再次参考图1，在所示的实施方案中，对从皮肤接收的吸收热的物理响应是在接近测量体16的表面14的区域中的折射率变化，在该区域中，热梯度20暂时形成。折射率的这种局部变化形成了可以被视为热透镜的东西，该热透镜可以通过检测光束22的方式来检测。检测光束22穿过热透镜或热梯度区域，然后在测量体16和图12的皮肤的界面处反射。每当从皮肤接收到热脉冲时，发生折射率的局部变化，并且这导致检测光束22由于与热透镜区域中的测量体材料的相互作用而偏转。在图1中，参考符号22b对应于未偏转的检测光束22，而参考符号22a对应于当检测光束由于热梯度区域20中形成的热透镜而偏转时的检测光束。该偏转可以被测量并且形成上述响应信号的实例。偏转程度指示接收的热量，并因此也表示手指12皮肤中激发光18的吸收程度。

图3显示了依赖于如参考图1所示的测量原理的装置10的更详细的截面视图。设备10包括外壳24，外壳24包括测量体16，具有顶部表面(接触表面)14，手指12放置在该顶部表面上。在外壳24内，提供激发光源26，其产生激发光束18。在所示实施方案中，激发光源26包括量子级联激光器阵列，每个量子级联激光器具有专用波长。例如，量子级联激光器阵列可以包括单个量子级联激光器元件，其波长对应于图2所示的吸收峰和局部最小值(即葡萄糖特征波长)，以及可以用于参考测量的其他波长，或用于检测可能干扰葡萄糖测量的其他物质，例如乳酸盐或白蛋白。

装置10还包括用于发射检测光束22的光源28，例如激光器，以及允许检测检测光束22偏转的位置敏感探测器30，其允许检测检测光束22的偏转。在这种情况下，测量体16能透过激发光束18以及检测光束22。另外，提供了照相机32或其他成像设备，其允许采集光介质16的接触表面14的图像，以从而记录放置在接触表面14上的手指12的指纹。该指纹可以由控制单元34处理，诸如以经由他或她的指纹识别用户。控制单元34还用于分别控制激励光和检测光的光源26和28以及传感器30。控制单元34也与外部数据处理设备36无线连接以交换数据。例如，经由无线连接，控制单元34可以经由通过经由指纹识别的用户检索用户特定校准数据。控制单元34和外部数据处理设备36一起形成如上文提及的“控制系统”的实例。控制系统可以由一个或多个处理器、微控制器、计算机、ASICs、FPGAs等组成。如图3所示，控制系统可以是分布式的，具有彼此数据通信的各种组件，或者可以由单个控制单元形成，如控制单元34，该控制单元将被设计用于本文所述的所有控制功能。控制系统通常可以硬件、软件或两者的组合来实现。

如图3中进一步可见的，激发光源26和检测光源28以及位置灵敏探测器30都附接到公共载体结构38上。这意味着这些部件可以在该结构38上精确地预组装，从而在组装装置10时不需要对其进行单独调整或校准。

另外，装置10包括角膜测量设备40，其允许测量皮肤的含水量。用于测量皮肤上层中的水分含量的角膜测量设备本身是本领域已知的，并且本文不需要详细描述。例如，已知的角膜测量设备使用施加有AC电压的两个叉指电极测量阻抗，特别是皮肤的电容阻抗。当指尖12靠在测量体16的接触表面14上时，图3的角膜测量设备40与指尖12接触。角膜测量设备40是上述“另外的传感器设备”的一个例子，即传感器本身与用于测量分析物吸收的测量装置无关。

装置还包括用于测量皮肤的pH值的pH传感器42。用于测量表面，包括皮肤的表面上的pH值的pH传感器本身是从现有技术已知的，并且本文不需要详细描述。用于测量皮肤pH值的pH传感器在商业上可用于医疗但也可用于化妆品目的。

图4显示了利用图3所示类型的装置获得的Clarke误差网格分析的结果，说明通过参考图1-图3所述的测量程序，确实可以以纯无创的方式测量非常可靠的血糖浓度。图4所示数据取自W0 2017/09782A1，并且尚未反映本申请的改进。本申请允许甚至进一步提高该方法的可靠性，并减少其所需的测量时间。

图5示意性地示出了装置10，其依赖于与图1和图3相同的一般原理，涉及吸收测量体16从材料12接收的热脉冲，但不同之处在于所利用的物理响应和产生相应响应信号的方式。这样的装置10以及其大量变型在通过引用并入本文的W0 2019/11059782中详细描述，使得在本文中可以省略详细描述。如前所述，装置包括具有表面14的测量体16，该接触表面14与手指12的皮肤接触或耦合。而且，提供了具有调制强度的激发光束18的源26，该激发光束18被辐照到皮肤12的表面下方的区域44中并在其中被吸收。在该实施方案中，激发光束18穿过孔46，该孔46由穿过测量体16的虚线表示，使得测量体16本身不需要能透过它。

提供控制单元48以用于调制激发光束18的强度。这通常可以通过各种方式实现，包括数学斩波器或具有可电子控制的透射率或反射率的元件。然而，在优选实施方案中，通过调制激发光源26的开/关时间以及在其开启时间期间的操作电流来调制强度。

由皮肤12的区域44中的强度调制激发光束18的时变吸收引起的热波(通过箭头50象征性地表示)进入测量体16，在测量体16中可以在具有压电特性的检测区域52中检测到热波。与接收到的热量50或压力波相关的压力变化导致可以用电极6a-6d记录的电信号，电极6a-6d经由导电引线54与用于分析材料(手指12的皮肤)的评估设备56连接，评估设备56可以是数字处理设备，例如微控制器或处理器或计算机。在这种情况下，压力的变化类似于测量体16或其中包括的其他组件在吸收激发辐射后对从材料12接收的热的物理响应，其使用测量体16和电极6a-6d的压电特性来检测，并且其导致产生指示激发辐射18的吸收程度的响应信号的电信号。

在本申请人提出的替代变型中，例如通过引用包括在本文中的国际申请PCT/EP2019/064356中公开的，检测设备可以包括干涉测量设备，其允许评估检测光束的第一部分的相位相对于检测的光束的第二部分的所述变化，其中通过测量臂的检测光束的仅一部分受到测量体中热或压力波的效应的影响，并产生指示相位的所述变化的响应信号。在这种情况下，测量体16(或其中包括的组件)对在吸收所述激发辐射18后从所述材料12接收的热的物理响应再次是折射率的局部变化，而在这种情况下，响应信号是反映由于折射率的局部变化导致的检测光束的相位变化的干涉信号。这在图6中进行了示意性说明，其中显示了将与材料接触的测量体16(如手指，图6中未显示)。在这种情况下，测量体16可以是硅基底，其中提供光导结构58，其形成干涉测量设备60。干涉测量设备60形成Mach-Zehnder干涉仪，其具有测量臂60a和参考臂60b。由检测光源28产生的检测光22被馈送到光导结构58中，并且被分束器60c分束为沿着测量臂60a行进的检测光束的一部分或部分和沿着参考臂60b行进的检测束的一部分或者部分，然后这些部分被合束器60d合并。测量体16被使用或布置成使得参考臂60a在吸收激发光后暴露于从皮肤接收的热，而不是，或者至少在小得多的程度上暴露于参考臂60b。由于接收到的热量，测量臂60a中的折射率将改变，这继而又导致沿着测量臂60a行进的检测光22的相移。由于沿着参考臂60b行进的光不受所接收的热量的影响，通过合束器60d合并的光的两个部分的相对相将发生变化，这导致可以使用探测器62检测到的干涉模式。

参考图7，描述了根据本申请实施方案的分析包含至少一种分析物的材料的方法。在该实施方案中，分析物是葡萄糖，并且材料是人手指的皮肤。

该方法从步骤70开始，其中用户将他或她的手指12放在图1、图3、图5或图6中的任一个所示类型的测量体16的接触表面14上。

在步骤72中，经由他或她的指纹识别用户。为此目的，可以使用图3中参考符号32所示的相机或其他成像设备。一旦用户被识别，用户特异性信息被加载到最终执行分析的控制单元中。例如，该控制单元可以由图3所示的内部控制单元34形成，该内部控制单元是便携式设备10的一部分，或者由图3中的参考标记36所示的外部数据处理设备形成。用户特异性信息可以包括能够精确测量葡萄糖的特异性数据，并且可以包括例如先前为用户确立的校准参数。

除了该用户特异性信息之外，在随后的步骤76中，执行材料状态分析程序。如以上本申请概述中所解释的，材料状态分析程序允许确定“材料”的当前状态，即在这种情况下皮肤的当前状态。

参考图8更详细地解释了材料状态分析程序76的步骤。作为材料状态分析程序的一部分，在步骤90中，使用例如图3所示的pH传感器42测量皮肤的pH值。

在接下来的步骤92中，使用也与装置(未示出)集成的专用传感器来确定用户手指12的表皮嵴的平均高度。“表皮嵴的平均高度”对应于当前情况下的平均高度，即当手指12放置在测量体16的接触表面14上时。因此，该平均高度既取决于表皮的自然结构，也取决于当前施加的接触压力。特别地，表皮脊的平均高度可应用于激发光束18进入皮肤的区域，因为这是需要良好光学耦合的区域。

在下一步骤94中，测量皮肤的含水量。再次地，在所示的实施方案中，这是使用图3中参考标记40所示的专用角膜测量传感器来完成的。角膜测量传感器40布置在图3的装置10中，使得当手指12放置在测量体16的接触表面14上时，它与手指12接触。本实施方案中的角膜测量传感器40在将AC电压施加到相应电极，特别是叉指电极时基于AC阻抗测量皮肤上层中的含水量。

在随后的步骤96中，检查皮肤中的“干扰物质”。如本文所理解的，“干扰物质”是不同于一种或多种分析物的物质，即在这种情况下不同于葡萄糖，但在用于测量分析物的一组预定分析物特征波长中的至少一个波长处表现出显著的激发辐射吸收性。在葡萄糖测量的情况下，这种干扰物质的一个重要例子是乳酸盐，其被发现在皮肤中的浓度可能不同，并且其吸收带与葡萄糖分子的吸收带部分重叠。为了正确地确定葡萄糖的浓度，重要的是确定皮肤中乳酸盐的当前浓度是否以及如果是，在多大程度上会影响葡萄糖测量。

需要强调的是，乳酸盐浓度是一个参数，其不仅因人而异，而且对于每个人每天或甚至每小时都会发生变化。因此，乳酸盐浓度不是可以用在步骤74中检索的任何预先存储的用户特异性信息来解释的。

在接下来的步骤98中，确定角质层的厚度。角质层是皮肤的最上层，并且不包含包括待测葡萄糖的间隙液。然而，不能避免激发光的很大一部分在角质层中被吸收，也不能避免每个响应信号的相当大的贡献将反映角质层内的吸收。相反，响应信号将始终考虑从皮肤表面直到如上文解释的由热扩散长度限定的深度范围内的激发光的吸收，并因此通常包括角质层。然而，了解角质层的厚度是重要的，因为这将允许适当地选择充分延伸到角质层之外的吸收测量的最大深度范围，以及仅测量角质层中的吸收的适当深度范围，其随后可用于生成主要反映间隙液中吸收的补偿信号，如将参考图9更详细地解释的。

角质层的厚度可以基于针对激发辐射的相同波长但针对所述激发辐射的不同强度调制频率确立的响应信号来直接或间接地评估，其中所述激发波长被选择，诸如以与存在于角质层和间隙液中的不同浓度的物质的吸收带相匹配。实际上，由于发现葡萄糖本身在间隙液中的浓度较高，并且在角质层中的浓度较低，因此当进行一系列测量时，可以评估角质层的厚度，这些测量具有与葡萄糖的吸收峰相对应的激发波长，并且具有变化的调制频率，并因此具有变化的深度范围。在到达间隙液的深度范围内，这将通过其中包括的葡萄糖分子的吸收增加而变得明显。

基于在步骤90-100中获得的信息，在步骤102中，可以选择待用于分析物测量程序的一组葡萄糖特征波长作为所有可用葡萄糖特征波长的完整集合的子集。也就是说，根据所描述的实施方案的装置10提供了原则上可以使用的葡萄糖特征波长的预定义集合，但是在实际的分析物测量程序中，将仅应用其最合适的子集。例如，图3中所示的激发光源26可以是量子级联激光器阵列，每个激光器都具有专用的激发波长，使得预定义的激发光波长集合对应于阵列中量子级联激光器的波长集合。在其他实施方案中，激发光源26可以是波长可调谐的量子级联激光器，其原则上能够提供连续的波长，但在这种情况下，通常也会有预定义的一组预先确定的分析物特征波长用于分析物测量程序中，并且从中在步骤102中选择合适的子集。

例如，根据步骤96是否显示出高浓度的干扰物质，可以在预定义的葡萄糖特征波长中进行选择，如将参考图11和12解释的。图11显示了两个示意性吸收光谱，即分析物的吸收光谱140以及干扰物质的吸收光谱142。图12显示了相同的光谱，除了在这种情况下，干扰物质的浓度更高，从而其吸收光谱142被放大。为了估计干扰物质的浓度，在步骤96中，在与干扰物质的吸收光谱142中的右峰相对应的波长处进行吸收测量，其中波长位置用圆圈符号“O”表示。这是用于评估干扰物质浓度的合适波长，因为干扰物质光谱的该峰值不与分析物的任何显著吸收重叠。如图11和图12所示，干扰物质在左侧具有另一个峰，但该峰至少部分与分析物光谱140的左峰重叠。如果在步骤96中进行的干扰物质光谱142的右峰处的测量揭示浓度相对较低，如图11所示的情况，则它将不会显著干扰分析物光谱140的左峰处的吸收测量，并因此该分析物光谱左峰将是用于分析物测量程序的合适的分析物特征波长。因此，在分析物测量程序中使用的三个合适的示例性波长在图11中由x符号表示，即对应于两个峰值的波长以及对应于其间局部最小值的波长。

然而，如果步骤96的测量揭示干扰物质的浓度很高，如图12示意性所示，则与分析物光谱140的左峰相对应的分析物特征波长将不再是一个好的选择，因为它与干扰物质的显著吸收重叠。相反，如图12所示，在这种情况下，可能优选使用接近分析物光谱右(主)峰的两个分析物特异性波长，并如前所述，将另一个波长用于局部最小值，从而允许获得分析物右吸收峰的更精确测量。在步骤102中进行这种类型的选择。

图14显示了更复杂的情况，其中材料包括一种分析物(实线)和两种干扰物质，由图14所示吸收光谱中的长虚线和短虚线表示。总吸收光谱由垂直线表示。可以看出，分析物吸收光谱具有两个峰，然而，其中左侧的峰与扰动物质1重叠，且右侧的峰与干扰物质2重叠。

为了确定分析物的浓度，简单的程序将是测量总光谱的所有六个峰值，这些峰值由垂直箭头表示，相应的数字1-6表示测量步骤，以及背景，背景在图14所示的光谱中被减去，但在实际测量中，当然存在，并且其通过在由相应箭头指示的波长处的第七测量来确定。然后，知道三个光谱的大致形状，根据七次测量，可以计算相对高度，并从而可以确定分析物的浓度。然而，根据本申请的优选实施方案，将同时进行具有不同激发波长的测量，这意味着仅需要进行四次测量。这四次测量在图14中用置于圆圈中的数字1-4表示。

即，在第一测量中，将在同时辐照第一干扰物质的两个吸收频率的同时进行吸收测量，对应于简单程序中的测量1和5。然后，在第二测量中，通过用两个相应的激发光频率同时辐照材料，在单个步骤中测量第二干扰物质的两个孤立的激发峰，对应于标准程序中的测量2和6。由于这些测量与干扰物质有关，它们将在图8的流程图的步骤96中进行。然后，在分析物测量程序中，作为第三测量，可以进行吸收测量，其中同时辐照与普通过程中的测量3和4相对应的波长。在第三测量中使用的这些波长是分析物特异性波长，即对应于或至少接近分析物吸收最大值的波长。另外，背景将作为第四测量进行测量。

因此，可以看出，选择一组葡萄糖特征波长的步骤102还可以包括选择要同时辐照的某些葡萄糖特征波长，诸如以获得指示两个分析物特征波长的同时吸收的响应信号，如对应于上述第三测量(根据标准程序的第三和第四测量)的波长。可能地，具有同时辐照的两个不同波长的两个激发辐射束可以用不同的调制频率进行调制，以便处于分离相应测量信号的位置。已知分析物和两种干扰物质的单个光谱的一般形状，也可以从代表两个吸收峰之和的信号中确定分析物的相对高度以及最终分析物的浓度。当同时使用两个或更多个激发波长时，每个测量时间可以获得更多信息，从而提高分析物测量程序的效率。此外，在材料状态分析程序的步骤96的“检查干扰物质”期间进行的测量1和2的结果可使得在步骤102中确定与这两种干扰物质的重叠太大，并且与分析物光谱的两个吸收峰相关的分析物特征波长(根据图14所示的标准程序的第三和第四测量)不被选择，而是选择其他分析物特征波长(图14中未显示)。

参考图13解释了如何能够在步骤102中基于在步骤90-100的测量中获得的信息来选择葡萄糖特征波长集合的其他实例。图13显示了当穿透到皮肤中时，激发光随深度增加的典型指数衰减。因此，作为穿透深度d的函数的强度I(d)给出为I(d)＝I(d＝0)·exp(-α(λ)·d)，其中α(λ)是依赖于波长的吸收系数。在实践中，大部分吸收是由于皮肤中的水分造成的。发现在为本申请目的包括葡萄糖最有用的吸收峰的波长区域中，即约8μm-11μm的区域，水的吸收系数α(λ)对于较短波长比对于较长波长低。尽管图中未按比例显示，但为了说明目的而放大，因此，图13中的上曲线将对应于可能的分析物特征波长中的较短波长，而图13中下曲线将对应于较长的波长。因此，如果在步骤94中发现皮肤中的含水量高，则这将表明水的吸收严重，并且难以在皮肤的间隙液所在的较深区域中获得足够强度的激发光。如上文解释的，大吸收系数α(λ)的问题不仅在于目标深度范围内激发光的强度低，并且因此该深度范围内的吸收对响应信号的贡献小，这似乎是一个原则上可以通过更长的测量时间和适当的数据处理来克服的问题。相反，由于上面给出的原因，当作为依赖波长的吸收系数α(λ)的倒数的光学吸收长度μ_α(λ)下降到热扩散长度μ_t(f)以下时，存在一个基本问题。因此，对于在步骤94中确定的高含水量，在步骤102的选择中优选较短的葡萄糖特征波长，以受益于较低的吸收系数α(λ)和因此较长的光吸收长度μ_α(λ)。

在材料状态分析程序76的另一步骤104中，确定所选葡萄糖特征波长的绝对或相对测量时间。换言之，不是像步骤102中的情况那样，仅仅选择在分析物测量程序中使用哪些预定义的葡萄糖特征波长以及哪些波长被省略，而是在步骤104中，可以将相对测量时间或绝对测量时间分配给所选的葡萄糖特征波长，使得精确测量时间以如下方式专用于所选的波长，即–基于步骤90-100的结果–测量精度预期为最大。

最后，在步骤106中，确定所选葡萄糖特征波长的激发光调制频率。如上文解释的，激发光的强度调制频率决定了热扩散长度μ_t(f)，并从而决定了测量所涵盖的深度范围。如果例如在步骤98中确定角质层厚度指示角质层厚度大，则这将需要较低的调制频率以允许较长的热扩散长度。在步骤106中，调制频率的选择以这样的方式进行，即在材料状态的所有其他特征相同的情况下，对于较高的角质层厚度选择较低的调制主频率。

例如，如上文解释的，步骤104可以依赖于角质层厚度的预定阈值(或表示该阈值的另一参数)，并且可以基于角质层厚度是低于阈值(在这种情况下，将选择更高的调制频率)还是高于阈值(在该情况下，将选择更低的调制频率)来调整调制频率。在替代实施方案中，可能存在多个角质层厚度范围和相关的调制频率，其中对于较小角质层厚度，较大角质层厚度的调制频率较低，或者可以基于将调制频率定义为所确定的角质层厚度的函数的连续函数来确定调制频率。可以采用确定作为所确定的角质层厚度的函数的调制频率的任何方式，只要确保在材料状态的所有其他特征相同的情况下，为更高的角质层厚选择更低的调制主频率。

注意在步骤106中，通常针对一些或每个选定的葡萄糖特征波长确定至少两个激发光调制频率，即旨在覆盖包括间隙液在内的显著部分的第一(较低)调制频率，以及旨在测量响应信号以补偿不存在或存在很少间隙液的皮肤，特别是角质层的更高层中的吸收的第二(较高)调制频率。在一些实施方案中，根据确定的角质层厚度在步骤106中确定至少第二调制频率。

此外，在一些实施方案中，步骤106中激发光调制频率的选择或确定还取决于步骤94中确定的含水量。如果确定了高含水量，并因此必须期望短的光吸收长度μ_α(λ)，这将是选择不太低激发光调制频率的原因，以确保热扩散长度μ_t(f)等于或小于光吸收长度μ_α(λ)。

再次参考图7，在完成材料状态分析程序76后，执行分析物测量程序78。参考图9的流程图解释分析物测量程序。在图9的步骤110中，以第一调制频率用第一选定葡萄糖特征波长辐照皮肤，并检测相应的响应信号。在随后的步骤112中，以相同的第一选定的葡萄糖特征波长，但以比第一调制频率更高的第二调制频率辐照皮肤，并检测相应的响应信号。第一调制频率的选择足够低，使得响应信号至少部分反映间隙液内激发光的吸收。在一些实施方案中，选择第一调制频率f的范围为4·f_min>f>f_min，优选地3·f_min>f>f_min，且最优选地2·f_min>f>f_min。在本文中，如上文推导的，f_min定义为f_min＝k_t·α(λ)²/(2·ρ·C_p)，并且k_t、ρ和C_p再次分别是组织的热导率、密度和比热容，并且α(λ)是所述组织中第一选定的葡萄糖特征波长λ的吸收系数。

简单地说，选择第二调制频率以覆盖不感兴趣的皮肤的较浅深度范围，即不包含相当数量的间隙液的那些范围，并因此其葡萄糖浓度不反映间隙液中的当前葡萄糖浓度，并且其主要被记录以在合适的归一化后从与第一调制频率相关的响应信号中减去，以达到尽可能密切地反映间隙液中葡萄糖吸收的校正信号。合适的归一化因子例如可以是响应信号的比率，该响应信号对应于在葡萄糖吸收性消失的波长处的第一和第二调制频率的测量，例如在1180cm^-1处(参见图2)。利用该归一化因子，并且在没有任何葡萄糖吸收的情况下，第一和第二调制频率处的响应信号之间的差将为零。然后，使用相同的归一化因子对葡萄糖特征波长处的第一和第二调制频率进行测量，两个测量之间的差异将是皮肤更深范围内葡萄糖吸收的测量，该皮肤更深范围仅可通过第一调制频率而不可通过第二调制频率接近。

在步骤114中，检查在步骤110和112中获取的数据是否具有足够的质量。为此目的，例如，确定响应信号的信噪比或从其来源的量。如果发现数据质量还不够，则程序返回到步骤110以收集更多数据。通过这种方式，确保将足够的测量时间专用于所述第一选择的葡萄糖特征波长以获得足够质量的测量结果。

如果发现数据质量足够，则过程进行到步骤116，其中在步骤116-124中针对第二选定葡萄糖特征波长重复步骤110-114的程序。对于一些或所有选定的葡萄糖特征波长以及相应的第一和第二调制频率，继续该程序。实际上，如图7所示，提供了分析物测量程序78的几个实例，其中穿插了参考测量80和可能的其他物质状态分析程序76，因此不必在分析物测量程序78的每个实例中覆盖所有选定的葡萄糖特征波长。

重要的是，在分析物测量程序78中使用的葡萄糖特征波长和相应的第一和第二调制频率都被最佳地选择，以考虑如在材料状态分析程序76中确定的材料(皮肤)状态，所述材料状态分析程序76在分析物测量程序之前不久执行，并且无需在测量体16的接触表面14上抬起或甚至移动手指12。

再次参考图7，在下一步骤80中进行参考测量。将参考图10的流程图解释参考测量80。在步骤130中，用一个或多个参考激发波长辐照皮肤，并且在步骤132中，检测相应的响应信号。参考波长是不同于任何分析物特征波长的波长，并且其是葡萄糖吸收低的波长。在步骤134中，将响应信号与先前参考测量的响应信号进行比较。先前的参考测量例如可以是在材料状态分析程序76中作为步骤100执行的参考测量。此外，参考测量80的几个实例与不同波长的分析物测量程序交错，使得通常会有更早的参考测量80，其可用于响应信号的比较。

基于该比较，可以确定激发光源26或检测设备的校准，以从而实时考虑光源、检测设备或其他变化中的偏倚，例如手指12和测量体16之间的光学或热耦合的变化，这些变化可以通过重新校准激发光源26和检测设备中的一个或两个来补偿。

再次参考图7，参考测量的一个结果可能是分析物测量程序有缺陷，例如，因为手指12在测量体16上的位置已经改变，使得热耦合或光耦合不足。因此，在步骤82中，确定参考测量80的结果是否使得应该终止该程序，在这种情况下，过程跳到步骤86并输出终止作为结果。这可以例如包括向用户指示手指12应该再次放置在测量体16上，并且重新开始该程序。

如果参考测量80不指示应终止测量，则在步骤84中，检查参考测量80是否指示应重复分析物测量程序78。如果是这种情况，则程序返回到步骤78。

如图7进一步所示，重复分析物测量程序78和参考测量80的各种实例。这意味着在分析物测量程序78中进行的分析物波长特异性测量有效地与参考测量80穿插，使得参考测量实时伴随分析物测量程序，从而允许实时监测分析物波长特异性测量并相应地也实时重新校准装置10。

如图7进一步所示，分析物测量程序78还可以与材料状态分析程序76的一个或多个其他实例穿插。重要的是，在分析物测量程序78、材料状态分析程序76和参考测量80的所有实例中，手指12保持与测量体16的接触表面14接触。

在步骤84中，基于在分析物测量程序78的各种实例中测量的响应信号来确定葡萄糖含量，并且在步骤86中输出结果。

图15显示了激发光强度的典型调制函数。激发辐射强度的调制函数是在零(“关闭”)和最大值(“开启”)之间交替的方波函数，其中开启间隔和关闭间隔的长度相同。开启间隔也可以称为脉冲，并且对于本文所述的应用，即皮肤中的葡萄糖测量，合适的脉冲长度将在2-50ms的范围内。

注意，调制函数可以以各种方式获得，例如使用斩波器或选择性透射元件，或者相应地控制激发光源26。在优选实施方案中，激发光源26由量子级联激光器阵列形成，以及由其电子控制器控制的相关频率范围内的强度调制。在这种情况下，量子级联激光器被控制为发射由“微脉冲”组成的脉冲信号，其具有的频率通常是调制频率的10,000-100,000倍。因此，与测量所依赖的任何热过程相比，这些微脉冲在更高的时间尺度上，并且其精细结构可以完全忽略。因此，在这种情况下，强度调制将是多个微脉冲的包络。

发明人已经发现，令人惊讶的是，如果例如关闭间隔的相对长度比打开间隔的相对长度长，而不改变作为打开和关闭间隔的总和的调制信号的频率或周期，则可以提高分析物测量程序的准确性和效率，如图16所示。

可以看出，使用图16的调制代替图15的调制，可以获得更好的响应信号信噪比。如上文解释的，根据本发明人的现有理解，这是由于响应信号是“AC信号”的事实，在这种意义上，只有响应信号随时间的变化才能被评估用于估计吸收程度。因此，在接收到下一个热脉冲之前，由于从材料接收到的热量，测量体的物理响应可以尽可能地衰减，这似乎很重要。通过增加关闭时间，测量体的物理响应有更多时间衰减，这导致更好的信噪比。

注意，至少出于两个原因，方波调制函数将是明显的选择。第一个原因是，对于产生热脉冲，具有陡峭侧面的尖锐激发脉冲将保证产生最佳结果，这在许多应用中实际上是正确的。第二个原因是，方波调制在实践中最容易建立。

然而，本发明人发现，尽管激发光强度的方波调制具有明显的优点，正弦调制函数在一些应用中可以给出更好的结果，包括本文所述的葡萄糖测量。这是一个令人惊讶的发现，因为正弦调制函数不具有与方波调制所发现的相同的尖锐脉冲，其导致皮肤中使用本申请的装置可以很好地检测到的特别明显的热脉冲。然而，本发明人发现，在当前的特定情况下，这种缺点可以被过度补偿，其中待测量的分析物，即葡萄糖，主要位于材料(皮肤)的较深层中，这仅通过较小的调制频率来评估。当使用方波信号时，必须区分作为信号的重复周期的倒数的其主频率和在方波信号的傅里叶级数分解中发现的对信号的高次谐波贡献。这些较高的频率贡献再次导致响应信号，该响应信号对应于葡萄糖测量不感兴趣的皮肤较浅区域中的吸收。

因此，在优选实施方案中，所述激发辐射的所述强度的时间调制被选择为使得强度的包络近似谐波，即类似于正弦函数，使得在激发辐射的强度的傅里叶分解中，在与主频和第一至第九谐波相关联的总强度中，至少95％与主频相关联，并且至少97％，优选至少98％与主频和第一谐波相关联。

图17是具有与正选函数匹配的包络的激发辐射的时间依赖强度的示意图。激发光本身再次地可以由具有不同持续时间、不同脉冲密度或脉冲幅度的脉冲构成，这通常从PWM、PDM或PAM中已知，并且这些技术可以用于以上述定义的方式生成“近似谐波”的包络。

注意，图17仅为示意图，并且在许多应用中，激发辐射的调制强度的每个周期可以由上面提到的成千上万个“微脉冲”构成，例如可以由量子级联激光器或激光器阵列的量子级联激光器元件提供。在优选实施方案中，这些微脉冲相对于它们的长度和它们的幅度中的一个或两个进行调制，其中幅度可以通过修改工作电流在一定范围内修改，以从而导致强度的包络至少“近似谐波”。然而，也可以使微脉冲在其幅度和频率中的一个或两个方面保持恒定，但产生“宏脉冲”，每个宏脉冲由多个微脉冲的序列形成，其中每个宏脉冲的持续时间仍然明显短于激发辐射强度包络的周期。然后，可以通过以从PWM、PDM或PAM通常已知的方式相应地调整宏脉冲的长度、频率和幅度中的一个或多个来获得激发辐射的期望包络。

图18显示了包含用于测量人的葡萄糖水平的装置的可穿戴设备150。图18显示了可穿戴设备150的俯视图，其上提供了触摸显示器154，而装置的测量体设置在设备的底面上(图18中未显示)，诸如以在使用腕带152将设备150佩戴在用户手腕周围时与皮肤接触。该装置的所有前述组件都可以设置在可穿戴设备150中，包括激发辐射源、用于检测测量体对在吸收激发辐射后从皮肤接收的热和压力波的物理响应的检测设备，以及控制系统(未示出)。在所示实施方案中，在触摸显示器154上，提示用户提供用户相关输入，以允许优化分析物测量程序和分析步骤中执行的分析中的一项或两项。这种与用户相关的输入可以包括使用可穿戴设备150进行葡萄糖测量的人的特征或状况。例如，在图18所示的情况下，要求用户说明他或她当前是否在出汗(参见参考符号156)。通过分别在触摸显示器154上勾选框158和106，提示用户回答是或否。出汗状态将是用户状况的一个实例。状况的其他实例可能是该人是否感冒和/或发烧，或者该人是否感到寒冷、目前正在进食、最近喝过水或感到压力。该信息还可以经由智能手机或与可穿戴设备150通信的另一设备输入，并且可以经由图形用户界面或经由声音和麦克风结合语音识别来输入。

除了查询用户的状况之外，装置还可以配置为查询用户的特征。虽然用户的特征和状况之间的明显区别可能是有争议的，但如本文所理解的，“状况”是指预计会在几个小时或至少几天内发生变化的阶段或特性，而特征只会在更长的时间尺度上发生变化，并因此不必像状况那样频繁地进行评估。特征的实例例如是人的皮肤颜色，例如人的皮肤是浅色还是深色、与人的体重有关的信息，例如体重指数、人是否患有慢性病，以及如果是，哪些因素(例如，该人是否患有糖尿病或进行葡萄糖测量是否用于一般健康或营养监测)以及该人的年龄。

可以按相同的方式经由触摸显示器154查询特征，但是查询的频率将低于状况。例如，在图7中的步骤70之前，装置(其控制系统)可以执行对用户相关信息的查询。还可以使用传感器获取至少一些有关特征的信息。例如，可以使用相机和相应的图像分析来确定皮肤的颜色。

除了在材料状态分析程序76中确立的信息之外，还可以使用用户相关信息。也就是说，在步骤102、104和106中基于材料状态分析程序的结果进行的所有选择和确定都可以基于材料分析程序的结果和接收到的用户相关输入进行。然而，在其他情况下，可以使用用户输入来代替在材料状态分析程序中确立的信息。

在一些实施方案中，可以基于由用户输入接收的用户相关状况/特征，从多种预定方案中生成或选择用于执行分析物测量程序的方案。基于用户的状况/特征选择或生成的不同方案可以例如关于以下一项或多项不同：

-在所述分析物测量程序中，或依赖于在所述分析期间，使用的分析物特征波长的选择

-在所述分析物测量程序中使用的分析物特征波长的绝对时间或相对时间比例，或在分析中给予波长的相对权重，

-将在所述分析物测量程序中同时使用的分析物特征波长的选择，和

-将在所述分析物测量程序中使用的所述激发辐射强度的调制的一个或多个主频率的选择

这些方案先前可能已经根据经验被确定为对于给定的特征和/或状况特别有效。可以使用这些预先确定的方案来代替参考图7或图8所述的材料状态分析程序。然而，在特别优选的实施方案中，这些方案可以用作起点，然后根据图7和图8所示材料状态分析程序的结果进行细化。

此外，用户相关输入可以另外或可选地用于调整在分析步骤中执行的分析。在所示实施方案中，控制系统包括存储各种算法的存储器，这些算法将响应信号转换为葡萄糖浓度的估计。

在优选实施方案中，在所述存储器中存储各种基于机器学习的算法，这些算法已经用与不同特征和状况相关联的训练数据进行了训练。然后，基于用户输入，可以选择这些基于机器学习的算法中的一个，该算法已经用与用户输入所接收的特征和状况最相似的特征/状况进行了训练。代替在分析中使用的替代算法中进行选择，还可以基于特征或状况简单地调整算法的某些参数。

图19显示了与图3相似的装置162的截面图。图19中相同或相似的组件用与图3中相同的参考标记表示，且不再赘述。装置162包括腕带164，用于佩戴绑在手腕166上的装置。在所示实施方案中，装置162是要佩戴在手腕166下侧的专用设备，其中手腕166下侧皮肤的表面由虚线168示意性地示出。发明人已经发现，手腕166下侧的皮肤特别适合于精确的葡萄糖测量。同样类型的装置162可以替代性地集成在可穿戴设备中，如图18中参考符号150所示，在这种情况下，可以在手腕166的上侧进行测量，这是可穿戴设备150的正常位置。然而，在进行葡萄糖测量时，也可以简单地将可穿戴设备150暂时转到手腕166的下侧。

图19中再次显示了在图3的实施方案中用于记录指纹以用于用户识别的相机32。然而，在图19所示的实施方案中，相机32被专门配置用于记录皮肤168的区域的图像，其中激发辐射18将被辐照到皮肤168中。

图20显示了使用图19中的相机32通过测量体14拍摄的图像170的示意图。在图像170中，圆圈172表示激发光束18将被辐照到皮肤168中的位置。图像170中的该位置172是预先已知的(即，在用激发光束18辐照之前)，例如由于相机32和激发光源26的已知相对位置。也可以在校准程序中确定该位置172。

知道图像170内的该位置172，然后可以使用合适的算法来确定对于装置162相对于皮肤168的给定位置，激发辐射是否将在“合适的位置”处被辐照到皮肤中。“合适的位置”将是皮肤质量使得能够预期得到可靠测量结果的位置。在皮肤光滑、清洁且没有皱纹(示意性地显示在参考标记178下)、疤痕176或痣174的情况下，通常可以获得可靠的测量。从图20所示的图像170中，算法可以确定辐照位置172与图像170中识别的痣174重叠，这意味着对于装置162相对于皮肤168的这种相对位置，激发光束18实际上不会被引导到“合适的位置”。

这是使用图像分析算法确定的，并且响应于该确定，经由输出接口提示用户相对于皮肤168重新定位装置162。用户接口再次可以是触摸显示器。另外或可选地，输出接口可以包括声学输出设备。

以这种方式，可以确保在皮肤168的适当位置进行测量，从而消除不精确测量结果的一个来源。

不精确测量的另一来源是缺乏位置稳定性，即如果在测量期间装置162相对于皮肤168移动。在所示实施方案中，不仅在进行测量之前拍摄皮肤图像，而且在分析物测量程序中以规则的间隔拍摄皮肤图像。比较连续记录的皮肤图像，并且如果图像彼此偏离，则这是装置162已经移动的指示。如果确定装置162已经移动，这可以是终止分析物测量程序并重新开始的指示。

在一些情况下，即使已经确定装置162已经相对于皮肤168移动，也可能有利的是不终止分析物测量程序，而是可能重复其部分，或者延长专用于给定波长的测量时间，该给定波长可能受到位置变化的影响。类似地，装置162相对于皮肤168的相对移动可能导致这样的情况，其中，根据所应用的标准之一，激发光束18撞击皮肤168上的位置172不再是合适的位置。在这种情况下，也可以决定终止测量或调整测量方案。

注意，与激发辐射的适当位置和/或位置稳定性有关的信息可以以与上述“质量评估”中类似的方式利用，除了上述质量评估基于响应信号，而不是基于相机图像之外。

特别地，基于检测到的位置稳定性，可以调整在当前分析物测量程序中专用于一个或多个分析物特征波长的测量时间。在替代方案中，与分析中的相应分析物波长特异性测量相关联的相对重量可以按照上文参考质量评估所解释的方式进行调整。另外或可选地，基于所监测的位置稳定性，可以终止测量并再次开始测量。

应当注意的是，对于相机的上述应用，通常可以使用在光的光学范围内，即在人类可以感知的范围内敏感的任何相机或成像设备，但使用红外相机或在光学、红外或UV光谱的特定范围或段中敏感的一类相机也可能是有利的。灵敏度范围的实现可以例如通过插入的滤波器来实现。

在所示实施方案中，该装置配置为通知用户是否由于装置162(或其测量体14)和皮肤168之间的相对移动而终止测量。虽然用户不必主动做任何事来重新开始分析物测量程序，但这将增加用户的意识，并因此确保分析物测量程序的下一次尝试中的位置稳定性。优选地，该信息经由声学信号被传递给用户。

虽然本申请已根据具体实施方案进行了描述，但应理解，本领域技术人员将想到变化和修改，所有这些都旨在作为本申请的方面。因此，只有在权利要求书中出现的这些限制应当被置于本申请上。

Claims (70)

1.分析包含至少一种分析物的材料(12)的方法，所述方法包括：

分析物测量程序(78)，其中：

-使所述材料(12)与测量体(16)热接触或压力传递接触，所述热接触或压力传递接触允许通过所述材料中的激发辐射(18)的吸收产生的热或压力波传递至所述测量体，

-激发辐射(18)被辐照到所述材料(12)中以在其中被吸收，其中所述激发辐射的强度是时间调制的，并且其中所述激发辐射包括不同分析物特征波长的辐射，其以同时和连续中的一种或两种辐照，以及

-使用基于检测到的物理响应生成响应信号的检测设备检测测量体(16)或其中包括的组件对在吸收所述激发辐射(18)后从所述材料(12)接收的热或压力波的物理响应，所述响应信号指示激发辐射的吸收程度，

其中所述方法还包括分析步骤，其中至少部分基于所述响应信号执行所述分析，

其中所述方法还包括材料状态分析程序(76)，其中基于以下一项或多项分析所述材料的当前状态：

-当以与所述分析物特征波长不同的波长，用激发辐射(18)辐照所述材料(12)时，确立的一个或多个响应信号，

-针对具有与所述分析物测量步骤中使用的相同分析物特征波长的激发辐射，但以与所述分析物测量步骤中至少部分不同的强度调制频率的激发辐射，确立的一个或多个响应信号，以及

-利用另外的传感器设备执行的与材料状态相关的一个或多个测量，

并且其中，基于所述材料状态分析程序(76)的结果，确定以下中的至少一项：

-在所述分析物测量程序(78)中，或依赖于在所述分析期间，使用的分析物特征波长的选择，

-在所述分析物测量程序(78)期间使用的分析物特征波长的绝对时间或相对时间比例、单个激发辐射强度、或给予所述分析中的波长的相对权重，

-在所述分析物测量程序(78)中，将同时使用的分析物特征波长的选择，以及

-在所述分析物测量程序(78)中将使用的所述激发辐射(18)强度的调制的一个或多个主频率的选择。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述材料(12)是人类组织，特别是人类皮肤(12)，并且所述分析物是其间隙液中存在的葡萄糖。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述材料状态分析程序(76)与所述分析物测量程序(78)交错执行，或在开始所述分析物测量程序之前少于5分钟，优选地少于3分钟，且最优选地少于1分钟执行。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在包括所述材料状态分析程序(76)和所述分析物测量程序(78)的至少一部分的时间间隔期间，维持所述材料和所述测量体(16)之间的热接触或压力传递接触。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述材料状态包括所述材料内与所述一种或多种分析物不同但在至少一种所述分析物特征波长下表现出显著的激发辐射(18)吸收性的干扰物质的存在和/或浓度。

6.如权利要求5所述的方法，其中在所述材料状态分析程序(76)产生足够高浓度的所述干扰物质的情况下，所述干扰物质表现出显著的吸收性的至少一种所述分析物特征波长的使用被避免或抑制。

7.如权利要求2以及权利要求5和6中任一项所述的方法，其中所述干扰物质是乳酸盐、脂肪酸、化妆品、凝胶或白蛋白。

8.如权利要求2-7中任一项所述的方法，其中在所述分析物测量程序(78)中将使用的所述激发辐射(18)强度的调制的所述至少一个主频率包括第一主调制频率和第二主调制频率，其中所述第一主调制频率选择得足够低，使得所述响应信号至少部分反映所述间隙液内激发辐射的吸收，其中所述第二主调制频率比所述第一主调制频率更高，并且其中在所述分析中，将对应于第一和第二主调制频率的响应信号或从其来源的量数学组合，以产生指示所述间隙液中的吸收的信息，

其中优选地，所述第一主调制频率f选择在以下范围内：4·f_min>f>f_min，更优选地3·f_min>f>f_min，且最优选地2·f_min>f>f_min，

其中f_min定义为f_min＝k_t·α(λ)²/(2·ρ·C_p)，

其中k_t、ρ和C_p分别是所述组织的热导率、密度和比热容，并且α(λ)是在所述组织中具有波长λ的激发辐射(18)的吸收系数。

9.如权利要求2-8中任一项所述的方法，其中所述材料状态包括所述皮肤(12)的含水量，并且其中所述皮肤的含水量优选地使用专用的角膜测量设备进行测量。

10.如权利要求9所述的方法，其中在所述材料(12)分析程序中确定更高含水量的情况下，在所述分析物测量程序(78)中优先使用一组预先确定的分析物特征波长中的更短的波长。

11.如权利要求9或10所述的方法，其中在所述分析物测量程序(78)中使用的所述激发辐射(18)强度的调制的一个或多个主频率中的至少一个适于在所述材料(12)分析程序中以如下方式确定的含水量，即在所述材料状态的所有其他特征相同的情况下，为更高的含水量选择所述调制的更高的主频率。

12.如权利要求2-11中任一项所述的方法，其中所述材料状态包括所述间隙液上面的角质层的厚度。

13.如权利要求12所述的方法，其中基于针对所述激发辐射(18)的相同波长但所述激发辐射的不同强度调制频率确立的响应信号，直接或间接评估所述角质层的所述厚度，其中选择所述波长以分别匹配所述角质层和所述间隙液中以不同浓度存在的物质的吸收带。

14.如权利要求12或13所述的方法，其中在所述分析物测量程序(78)期间使用的所述激发辐射(18)强度的调制的一个或多个主频率中的至少一个适于在所述材料(12)分析程序中以如下方式确定的所述间隙液上面的角质层的厚度，即在所述材料状态的所有其他特征相同的情况下，为更高的角质层厚度选择所述调制的更低主频率。

15.如权利要求2-14中任一项所述的方法，其中所述材料状态包括所述皮肤(12)的pH值，其中优选地使用由专用的pH测量设备形成的另外的传感器设备确定所述pH值。

16.如权利要求15所述的方法，其中在发现所述材料(12)分析程序中确定的pH值为更低值的情况下，其中所述材料状态的所有其他特征相同，相比在发现pH为更高值的情况下，在所述分析物测量程序(78)中更不优先使用与乳酸盐的吸收带重叠的分析物特征波长。

17.如权利要求2-16中任一项所述的方法，其中所述皮肤(12)是人类对象的指尖(12)处的皮肤，并且其中所述材料状态包括所述表皮嵴的平均高度，其中优选地使用由专用的指纹传感器形成的另外的传感器设备预估所述表皮嵴的所述平均高度。

18.如权利要求17所述的方法，其中用于所述分析物测量程序(78)中的所述激发辐射(18)的功率以如下方式调整为所述表皮嵴的平均高度的函数，即在所述材料状态的所有其他特征相同的情况下，对于更高的平均表皮嵴，增加用于所述分析物测量程序的所述激发辐射的功率。

19.如权利要求2-18中任一项所述的方法，其中所述材料状态包括所述皮肤(12)的温度。

20.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述分析物测量程序(78)期间，在保持所述材料(12)与所述测量体(16)之间的所述热接触或压力传递接触的同时进行一系列分析物波长特异性测量，其中在每个分析物波长特异性测量中，具有选自预先确定的一组分析物特征波长的分析物特征波长的激发辐射(18)被辐照并获得相应的响应信号，

并且其中所述分析物波长特异性测量中的至少一些与参考测量(80)穿插在一起，其中具有参考波长的激发辐射(18)被辐照，并获得相应的响应信号，其中所述参考波长是与任何所述分析物特征波长不同的波长，

并且其中获得的所述参考测量(80)的所述响应信号被用于以下中的一项或多项：

-校准激发辐射源(26)以用于产生所述激发辐射，

-校准所述检测设备，

-通过比较单个参考测量(80)的结果识别所述测量条件的变化，

-相对于其整个持续时间、给定分析物特征波长的分析物波长特异性测量的绝对或相对持续时间中的一项或两项调整所述分析物测量程序(78)，或者终止和/或重新开始所述分析物测量程序，以及

-调整在所述分析步骤中执行的分析。

21.如权利要求20所述的方法，其中在至少25％，优选地至少50％的每对连续的分析物波长特异性测量之间，执行参考测量(80)。

22.如权利要求20或21所述的方法，其中以每5秒至少1次，优选地每秒至少1次，且最优选地每秒至少10次的平均速率执行所述参考测量(80)。

23.如权利要求20至22中任一项所述的方法，其中基于获得的所述参考测量(80)的响应信号调整在所述分析步骤中执行的分析的所述步骤包括至少部分基于先前或后续参考测量中的一种或两种的结果，归一化至少一些所述分析物波长特异性测量的结果。

24.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述分析物测量程序(78)中，在维持所述材料(12)和所述测量体(16)之间的所述热或压力传递接触同时执行一系列分析物波长特异性测量，其中在每个分析物波长特异性测量中，具有选自预先确定的一组分析物特征波长的分析物特征波长的激发辐射(18)被辐照，并获得相应的响应信号，

并且其中基于与一个或多个分析物特征波长相关的响应信号执行质量评估，并且其中基于所述质量评估，调整在当前的分析物测量程序或一个或多个未来的分析物测量程序(78)期间专用于相应的一个或多个分析物特征波长的测量时间，或调整所述分析中与相应的分析物波长特异性测量相关的相对权重。

25.如权利要求24所述的方法，其中在所述分析物测量程序(78)中执行所述质量评估，并且在所述分析物测量程序中实时调整专用于所述相应的一个或多个分析物特征波长的测量时间。

26.如权利要求24或25所述的方法，其中所述质量评估至少部分基于以下中的一项或多项：

-所述响应信号的信噪比或来源于其的量，和

-一个或多个参考测量(80)的结果，其中具有参考波长的激发辐射(18)被辐照并获得相应的响应信号，其中所述参考波长是所述分析物吸收较低处的波长。

27.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中选择所述激发辐射(18)的所述强度的时间调制，使得所述强度的包络的不对称性在于所述包络占据50％或更多的平均强度的时间比例少于总时间的50％，优选地少于总时间的46％，且最优选地少于总时间的43％。

28.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中选择所述激发辐射(18)的所述强度的时间调制，使得所述强度的包络遵循周期性重复模式，其中所述模式包含包括所述模式的强度-时间整体的超过80％在内的高强度时间部分和包括所述模式的强度-时间整体的少于20％在内的低强度时间部分，其中所述高强度时间和低强度时间部分的持续时间的比率小于0.9，优选地小于0.8，且最优选地小于0.7。

29.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述激发辐射(18)的所述强度的时间调制的选择使得所述强度的包络近似谐波，使得在与所述主频率和第一至第九谐波相关的所述总强度的所述激发辐射的强度的傅立叶分解中，至少95％与所述主频率相关，并且至少97％，优选地至少98％与所述主频率和第一谐波相关。

30.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述检测设备包括用于产生通过所述测量体(16)或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束(22)的光源(28)，

所述测量体(16)对在吸收所述激发辐射(18)后从所述材料(12)接收的热或压力波的所述物理响应是所述测量体或所述组件的折射率的局部变化，并且

所述检测设备被配置用于检测由于所述检测光束的光路或相位的折射率变化的所述变化引起的所述光路的变化或检测光束(22)的相位的变化之一。

31.如权利要求30所述的方法，其中所述测量体(16)能透过所述检测光束(22)，所述检测光束定向为于与所述材料(12)热或压力传递接触的所述测量体的表面(14)处被完全或部分地反射，并且其中所述检测设备包括能够检测由于折射率的所述局部变化引起的所述检测光束的偏转程度的光探测器，特别是位置灵敏光探测器。

32.如权利要求30所述的方法，其中所述检测设备包括允许评估所述检测光束(22)的所述相位变化并产生指示所述相位变化的响应信号的干涉测量设备(60)。

33.如权利要求1-29中任一项所述的方法，其中所述测量体(16)或所述测量体中的组件具有响应于与其相关的温度的局部变化或压力的变化而变化的电学性质，并且其中所述检测设备包括用于捕获代表所述电学性质的电信号的电极。

34.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述激发辐射(18)使用一系列激光器，特别是量子级联激光器产生，其每个激光器具有专用的波长。

35.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述激发辐射(18)使用至少一个可调激光器，特别是至少一个可调量子级联激光器产生。

36.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述激发波长中的一些或全部的范围为5μm-13μm，优选地8μm-11μm。

37.用于分析包括至少一种分析物的材料(12)的装置(10)，所述装置包括：

-具有适合于与所述材料(12)热接触或压力传递接触的接触表面(14)的测量体(16)，所述热或压力传递接触允许通过所述材料中的激发辐射(18)的吸收产生的热或压力波传递至所述测量体，

-配置用于将激发辐射辐照到所述材料(12)中以在其中被吸收的激发辐射源(26)，

-检测设备，其用于检测所述测量体(16)或其中包括的组件对在吸收所述激发辐射(18)后从所述材料(12)接收的热或压力波的物理响应，以及用于基于所检测到的物理响应产生响应信号，所述响应信号指示激发辐射的吸收程度，以及

-控制系统，

其中所述控制系统被配置为：

-控制所述激发辐射源(26)，以将激发辐射辐照到所述材料(12)中以在其中被吸收，其中所述激发辐射的强度是时间调制的，并且其中所述激发辐射包括不同分析物特征波长的辐射，其以同时和连续地中的一种或两种被辐照，以及

-控制所述检测设备，以检测所述物理响应和产生指示所述激发辐射(18)的吸收程度的响应信号，

其中所述控制系统进一步被配置为执行材料状态分析程序(76)，其中基于以下一项或多项分析所述材料的当前状态：

-当以与所述分析物特征波长不同的波长，用激发辐射(18)辐照所述材料(12)时，确立的一个或多个响应信号，

-针对具有与所述分析物测量步骤中使用的相同分析物特征波长的激发辐射，但以与所述分析物测量步骤中至少部分不同的强度调制频率的激发辐射(18)，确立的一个或多个响应信号，以及

-与利用另外的传感器设备执行的材料状态相关的一个或多个测量，

并且其中所述控制系统配置用于基于所述材料状态分析程序(76)的结果，确定以下中的至少一项：

-在所述分析物测量程序(78)中，或依赖于在所述分析期间，使用的分析物特征波长的选择，

-在所述分析物测量程序(78)中使用的分析物特征波长的绝对时间或相对时间比例、单个激发辐射强度、或在所述分析中给予所述波长的相对权重，

-在所述分析物测量程序(78)中，将同时使用的分析物特征波长的选择，以及

-在所述分析物测量程序(78)中，将使用的所述激发辐射(18)强度的调制的一个或多个主频率的选择。

38.如权利要求37所述的装置(10)，其中所述控制系统被配置为控制用于执行权利要求1-36中任一项所述的方法的装置。

39.如权利要求37或38所述的装置(10)，其中所述材料(12)是人类组织，特别是人类皮肤(12)，并且所述分析物是其间隙液中存在的葡萄糖。

40.如权利要求37-39中任一项所述的装置(10)，其中所述控制系统被配置用于执行与所述分析物测量程序(78)交错的所述材料状态分析程序(76)，或者在开始所述分析物测量程序之前少于5分钟，优选地少3分钟，且最优选地少于1分钟，执行所述材料状态分析程序(76)。

41.如权利要求37-40中任一项所述的装置(10)，其中所述材料状态包括所述材料内与所述一种或多种分析物不同但在至少一个所述分析物特征波长下表现出激发辐射(18)的显著的吸收性的干扰物质的存在和/或浓度，其中在所述材料状态分析程序(76)产生足够高浓度的所述干扰物质的情况下，所述控制系统被配置为避免或抑制所述干扰物质表现出显著的吸收性的至少一个所述分析物特征波长的使用。

42.如权利要求39-41中任一项所述的装置(10)，其中在所述分析物测量程序(78)中将使用的所述激发辐射(18)强度的调制的所述至少一个主频率包括第一主调制频率和第二主调制频率，其中所述第一主调制频率足够低，使得所述响应信号反映所述间隙液内激发辐射的至少部分的吸收，其中所述第二主调制频率比所述第一主调制频率更高。

43.如权利要求39-42中任一项所述的装置(10)，其中所述材料状态包括所述皮肤(12)的含水量，并且其中所述装置优选地还包括用于测量所述皮肤的含水量的专用的角膜测量设备。

44.如权利要求43所述的装置(10)，其中在所述材料(12)分析程序中确定更高的含水量的情况下，所述控制系统被配置为优先在所述分析物测量程序(78)中优先使用一组预先确定的分析物特征波长中的更短波长。

45.如权利要求43或44所述的装置(10)，其中所述控制系统被配置为按以下方式将在所述分析物测量程序(78)中使用的所述激发辐射(18)强度的调制的一个或多个主频率中的至少一个调整至在所述材料(12)分析程序中确定的含水量，即在所述材料状态的所有其他特征相同的情况下，为更高的含水量选择所述调制的更高的主频率。

46.如权利要求39-45中任一项所述的装置(10)，其中所述材料状态包括所述间隙液上面的角质层的厚度。

47.如权利要求46所述的装置(10)，其中所述控制系统被配置用于基于针对所述激发辐射(18)的相同波长，但所述激发辐射的不同强度调制频率确立的响应信号，直接或间接评估所述角质层的厚度，其中选择所述波长以分别匹配在所述角质层和所述间隙液中以不同浓度存在的物质的吸收带。

48.如权利要求46或47所述的装置(10)，其中所述控制系统被配置用于按以下方式将在所述分析物测量程序(78)中使用的所述激发辐射(18)强度的调制的一个或多个主频率中的至少一个，调整至在所述材料(12)分析程序中确定的所述间隙液上面的所述角质层的厚度，即在所述材料状态的所有其他特征相同的情况下，为更高的角质层厚度选择调制的更低的主频率。

49.如权利要求39-48中任一项所述的装置(10)，其中所述装置(10)包括专用的pH测量设备，并且其中所述材料状态包括所述皮肤(12)的pH值。

50.如权利要求49所述的装置(10)，其中在发现在所述材料(12)分析程序中确定的所述pH值为较低值的情况下，其中所述材料状态的所有其他特征相同，所述控制系统配置为相比在发现所述pH为较高的值的情况，在所述分析物测量程序(78)中较少优先性地使用与乳酸盐的吸收带重叠的分析物特征波长。

51.如权利要求39-50中任一项所述的装置(10)，其中所述皮肤(12)是人类对象的指尖(12)处的皮肤，并且其中所述装置还包括被配置用于预估所述指尖处的表皮嵴的平均高度的专用指纹传感器。

52.如权利要求51所述的装置(10)，其中所述控制系统被配置用于按以下方式调整在分析物测量程序(78)中使用的作为所述表皮嵴的平均高度的函数的所述激发辐射(18)的功率，即在所述材料状态的所有其他特征相同的情况下，对于更高的平均表皮嵴，用于所述分析物测量程序中的所述激发辐射的功率增加。

53.如权利要求39-52中任一项所述的装置(10)，还包括用于测量所述皮肤(12)的温度的温度传感器。

54.如权利要求37-53中任一项所述的装置(10)，其中所述控制系统进一步被配置用于控制所述装置在所述分析物测量程序(78)中执行一系列分析物波长特异性测量，同时维持所述材料(12)和所述测量体(16)之间的所述热或压力传递接触，其中在每个分析物波长特异性测量中，具有选自预先确定的一组分析物特征波长的分析物特征波长的激发辐射(18)被辐照，并获得相应的响应信号，

并且其中所述控制系统进一步被配置用于使所述分析物波长特异性测量中的至少一些与参考测量(80)交错，其中具有参考波长的激发辐射(18)被辐照，并获得相应的响应信号，其中所述参考波长是与任何所述分析物特征波长不同的波长，

并且其中所述控制系统配置用于使用获得的所述参考测量(80)的响应信号进行以下一项或多项：

-校准激发辐射源(26)以用于产生所述激发辐射，

-校准所述检测设备，

-通过比较单个参考测量(80)的结果来识别所述测量条件的变化，

-相对于其整个持续时间、给定分析物特征波长的分析物波长特异性测量的绝对或相对持续时间中任一项或多项调整所述分析物测量程序(78)，或者终止和/或重新开始所述分析物测量程序，以及

-调整在所述分析步骤中执行的分析。

55.如权利要求54所述的装置(10)，其中在至少25％，优选地至少50％的每对连续的分析物波长特异性测量之间，执行参考测量(80)。

56.如权利要求54或55所述的装置(10)，其中所述控制系统配置为控制所述装置，使得以每5秒至少1次，优选地每秒至少1次，且最优选地每秒至少10次的平均速率执行所述参考测量(80)。

57.如权利要求54-56中任一项所述的装置(10)，其中调整基于获得的所述参考测量(80)的响应信号在所述分析步骤中执行的分析的所述步骤包括至少部分基于先前或后续参考测量中的一种或两种的结果，归一化所述分析物波长特异性测量中的至少一些的结果。

58.如权利要求37-57中任一项所述的装置(10)，其中所述控制系统被配置为控制所述装置，使得在所述分析物测量程序(78)中，一系列分析物波长特异性测量被执行，同时维持所述材料(12)和所述测量体(16)之间的所述热或压力传递接触，其中在每个分析物波长特异性测量中，具有选自预先确定的一组分析物特征波长的分析物特征波长的激发辐射(18)被辐照，并获得相应的响应信号，

并且其中所述控制系统进一步被配置用于基于与一个或多个分析物特征波长相关的响应信号执行质量评估，以及基于所述质量评估，调整在当前的分析物测量程序或一个或多个未来的分析物测量程序(78)中相应的一个或多个分析物特征波长专用的测量时间，或者调整与所述分析中所述相应的分析物波长特异性测量相关的相对权重。

59.如权利要求58所述的装置(10)，其中所述控制系统被配置为用于控制所述装置在所述分析物测量程序(78)中执行所述质量评估，并且在所述分析物测量程序中实时调整专用于所述相应的一个或多个分析物特征波长的测量时间。

60.如权利要求58或59所述的装置(10)，其中所述质量评估至少部分基于以下一项或多项：

-所述响应信号的信噪比或从其来源的量，和

-一个或多个参考测量(80)的结果，其中具有参考波长的激发辐射(18)被辐照，并获得相应的响应信号，其中所述参考波长是所述分析物的吸收较低处的波长。

61.如权利要求37-60中任一项所述的装置(10)，其中所述控制系统被配置为控制所述装置，以提供所述激发辐射(18)的所述强度的时间调制，使得所述强度的包络的不对称性在于所述包络占据50％或更多的平均强度的时间比例少于总时间的50％，优选地少于总时间的46％，且最优选地少于总时间的43％。

62.如权利要求37-61中任一项所述的装置(10)，其中所述控制系统被配置为控制所述装置以提供所述激发辐射(18)的强度的时间调制，使得所述强度的包络遵循周期性重复模式，其中所述模式包含包括所述模式的强度-时间整体的超过80％在内的高强度时间部分，以及包括所述模式强度-时间整体的少于20％在内的低强度时间部分，其中所述高好低强度时间部分的持续时间的比率小于0.9，优选地小于0.8，且最优选地小于0.7。

63.如权利要求37-60中任一项所述的装置(10)，其中所述控制系统被配置为控制所述装置，以提供所述激发辐射(18)的所述强度的时间调制，使得所述强度的包络为近似谐波，使得在与所述主频率和第一至第九谐波相关的总强度的所述激发辐射的强度的傅立叶分解中，至少95％与所述主频率相关，并且至少97％，优选地至少98％与所述主频率和第一谐波相关。

64.如权利要求37-63中任一项所述的装置(10)，其中所述检测设备包括用于产生通过所述测量体(16)或所述测量体中包括的组件的至少一部分行进的检测光束(22)的光源(28)，

所述测量体(16)对在吸收所述激发辐射(18)后从所述材料(12)接收的热或压力波的所述物理响应是所述测量体或所述组件的折射率的局部变化，并且

所述检测设备配置用于检测由于所述检测光束的光路或相位中的折射率变化的所述变化引起的检测光束(22)的光路变化或相位变化之一。

65.如权利要求64所述的装置(10)，其中所述测量体(16)能透过所述检测光束(22)，所述检测光束定向为在与所述材料(12)热或压力传递接触的所述测量体的表面(14)处被完全或部分地反射，并且其中所述检测设备包括能够检测由于折射率的所述局部变化引起的所述检测光束的偏转程度的光探测器，特别是位置灵敏光探测器。

66.如权利要求64所述的装置(10)，其中所述检测设备包括允许评估所述检测光束(22)的相位的所述变化并产生指示所述相位变化的响应信号的干涉测量设备(60)。

67.如权利要求37-63中任一项所述的装置(10)，其中所述测量体(16)或所述测量体中的组件具有响应于与其相关的温度的局部变化或压力的变化而变化的电学性质，并且其中所述检测设备包括用于捕获代表所述电学性质的电信号的电极。

68.如权利要求37-67中任一项所述的装置(10)，其中所述激发辐射源(26)包括一系列激光器，特别是量子级联激光器，其每个激光器具有专用的波长。

69.如权利要求37-68中任一项所述的装置(10)，其中所述激发辐射源(26)包括至少一个可调激光器，特别是至少一个可调量子级联激光器。

70.如权利要求37-69中任一项所述的装置(10)，其中所述激发波长中的一些或全部的范围为5μm-13μm，优选地8μm-11μm。

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