CN1254671C - 利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的装置 - Google Patents

利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN1254671C
CN1254671C CNB031025285A CN03102528A CN1254671C CN 1254671 C CN1254671 C CN 1254671C CN B031025285 A CNB031025285 A CN B031025285A CN 03102528 A CN03102528 A CN 03102528A CN 1254671 C CN1254671 C CN 1254671C
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
predetermined
concentration
acoustical
biosome
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB031025285A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1445526A (zh
Inventor
全桂珍
尹吉源
黄寅德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN1445526A publication Critical patent/CN1445526A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1254671C publication Critical patent/CN1254671C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
    • A61B5/0095—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying light and detecting acoustic waves, i.e. photoacoustic measurements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
    • G01N2021/1706—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids in solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

本发明提供了一种利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的装置和方法。所述装置包括：光源，其在生物体的预定部分上照射可被吸收到生物体的预定成分中的具有预定的波长带的光信号；声信号发生器，其在生物体的预定部分附近产生声信号A1，所述声信号A1具有和当光信号被吸收到生物体的预定的成分中时产生的光声信号PA的频带相似的频带；信号检测器，其检测光声信号PA和声信号A2，所述声信号A2是由于生物体的声学特性的声信号A1的调制信号；控制器，其产生在预定的频带内的声信号A1；光检测器，其检测光信号的强度E；以及计算器，其根据来自光源的光信号的强度(E)以及从信号检测器输入的光声信号(PA)和声信号A2来计算信号补偿值(N)，并计算预定成分的浓度(C)。

Description

利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的装置
技术领域
本发明涉及非侵入地测量生物流体浓度的装置和方法，更具体地说，涉及一种利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的装置和方法。
背景技术
虽然在世界范围内一直对利用光而不用采集血液测量葡萄糖值的方法进行了研究，但是从来没有成功地提供过任何有特色的结果。各种测量技术，例如近红外线吸收、远红外线吸收、拉曼(Ramann)频谱学、偏振(polarization)旋转、激励拉曼(Stimulate Ramann)，色散测量，温度测量，统计分析以及预处理研究，一直用于体内测量生物流体浓度。然而，因为这些常规的测量技术中的每一种都有其自己的缺点，它们永远不会容易地用于体内生物流体浓度测量。
例如，近红外线吸收具有以下的缺点。首先，可能在预定的频率下不存在任何吸收峰值。第二，成分的吸收带可能相互重叠。第三，由于生物组织容易发生散射，难于预料具有低浓度的物质的浓度。在远红外线吸收的情况下，远红外线可能几乎不能穿过人体，尽管它们通常引起较少的散射，并具有一个明显的吸收峰值。在拉曼频谱或者偏振旋转的情况下，由于在人体内存在许多散射因素，所以经常发生散射，因而难于精确地测量生物流体浓度。
近来，对于利用光声频谱学进行生物流体测量的装置和方法进行了广泛的研究。当光进入测试试样时，分子被激励，并且相互碰撞，因而产生热量。热的改变引起气密容器中的压力的改变，这产生声音信号，例如声波。声波通常可以利用麦克风检测。
使用光声频谱学的常规技术在欧洲专利EP0282234，PCT No.WO983904，EP0919180以及EP1048265中公开了。具体地说，欧洲专利EP0919180提供了一种利用光声频谱学非侵入测量血糖的装置和方法，其使用一个测量单元和参考单元作为测量装置。
图1和图2表示在EP0919180中公开的非侵入光声测量装置。参看图1，非侵入光声测量装置10包括激励源12，控制器/调制器14，探针16，锁定放大器18，以及处理器20。
激励源12当照射到生物组织例如皮肤上时便产生声波并通过传送器22例如光纤束传送到人体。
探针16，如图2所示，包括测量单元26，参考单元28，窗口30和差动式麦克风32。当激励源12照射组织24时便产生声波，其通过测量单元26的窗口30，并以和与测量单元26中的组织24接触的空气38的调制频率相同的调制频率按规则的原理加热所述空气38。所述声波被吸收到组织24的预定的成分中，由于温度的周期性改变，在测量单元26中的空气反复地收缩和膨胀。结果，产生具有和空气38的调制频率相同的调制频率的周期性声波。
在测量单元26内的周期性声波由差动式麦克风32检测，麦克风的一端位于测量单元26中，而另一端位于参考单元28内。测量单元26位于组织24的预定的表面46上，在组织24上照射有激光束，并且参考单元28位于组织35的预定表面48上，在所述组织35上照射有激光束。
由探针16检测的信号是差动式麦克风32的输出，并被传送给锁定放大器18。在各输出当中，锁定放大器18只提取与在控制器/调制器14的控制下产生的并由激励源12照射的和光束的调制频率相同频率的信号。处理器20分析由锁定放大器18提取的信号的频率，并派生偏振的声谱。常规的声学测量装置根据这种偏振的声谱求取预定物质的浓度。
虽然参考单元28旨在用于补偿由人体例如肌肉运动产生的噪声，但是在EP0919180中公开的光声测量装置不能精确地表示人体的状态，这是因为其只检测调制的信号，并且信号本身具有预定的频带。
上述的利用光声频谱学的生物流体测量装置利用光声检测器检测由半导体激光器在预定的材料上照射的所有激光束当中的红外激光束。接着，生物流体测量装置根据由光声检测器检测的声信号分析生物流体浓度。然而，由于声波的传送特性可以根据个人和所述个人的身体部分而改变，所以常规的流体测量装置不能精确地测量生物流体浓度，这也是其它利用光声频谱学的常规测量装置的问题。
发明内容
本发明提供一种非侵入地测量生物流体浓度的装置和方法，其测量结果几乎不受要被检测的个人当中或者要被检测的人体的部分当中的差异的影响。
按照本发明的一个方面，提供一种用于非侵入地测量生物流体浓度的装置。所述装置包括光源，其在生物体的预定成分上照射可被吸收到生物体的预定成分中的具有预定的波长带的光信号；声信号发生器，其在生物体的预定部分附近产生声信号A1，所述声信号具有和当光信号被吸收到生物体的预定的成分中时产生的光声信号PA的频带相似的频带；信号检测器，其检测光声信号PA和声信号A2，所述声信号A2是由于生物体的声学特性的声信号A1的调制信号；控制器，其产生在预定的频带内的声信号A1；光检测器，其检测光信号的强度E；以及计算器，其根据来自光源的光信号的强度(E)以及从信号检测器输入的光声信号(PA)和声信号A2来计算信号补偿值(N)，并计算预定成分的浓度(C)。
最好，所述装置还包括指示器，用于指示预定成分的浓度(C)。
最好，所述信号补偿值(N)满足以下公式：
N = PA E v A 2 . . . ( 1 )
最好，预定成分的浓度(C)和信号补偿值(N)成比例。
最好，光检测器、控制器和计算器被集成一个单元，或者光检测器、控制器和指示器被集成一个单元。
最好，声信号发生器和信号检测器被集成一个单元，或者光源、声信号发生器和信号检测器被集成一个单元。
最好，声信号发生器可以通过空气泵吸(pumping)方法被固定到人体上。
最好，光源是激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、激光器，黑体辐射器和灯中的任何一个。
按照本发明的另一个方面，提供一种用于非侵入地测量生物流体浓度的装置。所述装置包括光源，其在生物体的预定部分上照射可被吸收到生物体的预定成分中的具有预定的波长带的光信号；光检测器，其检测光信号的强度(E)和当所述光信号被吸收到生物体的预定成分时而产生的光声信号(PA)；声信号发生/测量装置，其在生物体的预定部分附近产生声信号A1，所述声信号具有和光声信号PA的频带相似的频带，并测量声信号A2，所述声信号A2是由于生物体的声学特性的声信号A1的调制信号；控制器，其控制所述声信号发生/测量装置，使得可以产生在预定的频带内的声信号A1；以及计算器，其根据来自光源的光信号的强度(E)以及从信号检测器输入的光声信号(PA)和声信号A2来计算信号补偿值(N)，并计算预定成分的浓度(C)。
最好，所述装置还包括指示器，用于指示预定成分的浓度(C)。
最好，所述信号补偿值(N)满足上述公式(1)。
最好，预定成分的浓度(C)和信号补偿值(N)成比例。
最好，控制器和计算器被集成一个单元，或者控制器，计算器和指示器被集成一个单元。
最好，声信号发生/测量装置和光检测器被集成一个单元，或者光源、声信号发生/测量装置和光检测器被集成一个单元。
最好，声信号发生器可以通过空气泵吸方法被固定到人体上。
最好，光源是激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、激光器、黑体辐射器和灯中的任何一个。
按照本发明的另一个方面，提供一种用于非侵入地测量生物流体浓度的方法。所述方法包括在生物体的预定部分上施加可被吸收到生物体的预定成分中的具有预定的波长带的光信号，检测光信号的强度(E)和当所述光信号被吸收到生物体的预定成分时而产生的光声信号(PA)，在生物体的预定部分附近产生声信号A1，所述声信号具有和光声信号PA的频带相似的频带，检测声信号A2，所述声信号A2是由于生物体的声学特性的声信号A1的调制信号，并根据来自光源的光信号的强度(E)以及从信号检测器输入的光声信号(PA)和声信号A2来计算信号补偿值(N)，并计算生物体的预定成分的浓度(C)。
最好，所述信号补偿值(N)满足上述公式(1)。
最好，所述生物体的预定成分的浓度(C)和信号补偿值(N)成比例。
按照本发明，通过利用参考光声信号校正光声信号，能够补偿受被测人体的部分当中和被测个人当中的差异的影响的光声信号信号的速度的偏差，并且通过校正光声信号的传输特性中的偏差，例如由生物体的结构引起的反射或散射，可以精确地测量生物流体浓度。
附图说明
通过结合附图详细说明本发明的优选实施例，可以清楚地看出本发明的上述的以及其它的方面和优点，其中：
图1是日本专利申请1999-235331中公开的利用光声频谱学非侵入地测量血糖的装置的方块图；
图2是日本专利申请11-235331中公开的利用光声频谱学非侵入地测量血糖的装置的示意图；
图3是按照本发明的实施例的用于非侵入地测量生物流体浓度的装置的方块图；
图4是按照本发明的实施例的用于非侵入地测量生物流体浓度的渗透型装置的透视图；
图5是按照本发明的实施例的用于非侵入地测量生物流体浓度的反射型装置的方块图；
图6是按照本发明的实施例的用于非侵入地测量生物流体浓度的方法的流程图；
图7A是表示在近红外线的范围内葡萄糖溶液的吸收频谱曲线；
图7B是以对数标度表示图7A的葡萄糖溶液的吸收频谱的曲线；
图7C是图7A的区域B的放大图；
图7D是图7A的区域C的放大图；以及
图8是表示在远红外线范围内的葡萄糖溶液的吸收频谱的曲线。
具体实施方式
下面参照附图详细说明非侵入地测量生物流体浓度的装置和方法。不同的图中相同的标号表示相同的元件。
图3是按照本发明的实施例的用于非侵入地测量生物流体浓度的装置的方块图。参见图3，用于非侵入测量生物流体浓度的装置50包括光源51；位于被测对象附近的声信号发生器53，对所述声信号发生器施加光信号；位于被测对象的另一侧的信号检测器55，用于检测光信号的强度(E)的光检测器(未示出)，控制器、计算器、以及指示器57。其中，控制器、计算器以及指示器57和光源51以及信号检测器55相连。
光源51对人体59的预定部分施加预定频率的光信号，所述光信号可被人体的预定成分吸收。
当光信号透过人体59的预定部分时，预定波长带的预定波被预定成分吸收。然后，声信号发生器53使用信号检测器55检测由所述波长的吸收而产生和调制的光声信号PA。接着，声信号发生器53在人体59附近产生具有和光声信号PA的频率相同的频率的声信号A1。
信号检测器55检测通过人体59的预定部分的光声信号PA。如上所述，信号检测器55检测当由声信号发生器53产生的声信号A1通过人体59的预定部分时产生的并因而由于人体59的声学特性被调制的声信号A2。
其中，人体59的预定成分可以代表生物流体，例如葡萄糖，血红蛋白，白蛋白和胆固醇，它们根据各自的特性吸收预定波长的光束。如果在生物流体内的电子吸收光束，它们便以较高的能级运动。随着时间推移，电子返回到较低的能级，因而产生声波。
光检测器测量光束的强度(E)，即由光源51产生的光信号。
控制器控制光源51和声信号发生器53，使得可以产生预定频带的声信号A1。计算器根据由光源51输入的光信号的强度(E)以及由信号检测器55输入的光声信号PA和声信号A2来计算信号补偿值(N)。接着，计算器计算预定成分的浓度(C)。其中信号补偿值N和预定成分的浓度C成比例。
用于测量生物流体浓度的装置50还可以包括指示器57，其指示预定成分的浓度C。如图3所示，光检测器、控制器计算器以及指示器在用于测量生物流体浓度的装置50中被集成一个单元。光检测器、控制器和指示器57可以集成一个单元。或者，光检测器、控制器，和指示器57中的一些可以集成一个单元。例如，控制器和计算器57可以集成一个单元，声信号发生器53和信号检测器55可以集成一个单元。或者光源51、声信号发生器53和信号检测器55可以集成一个单元。
图4表示用于测量生物流体浓度的装置50的例子，其中，光源51、声信号发生器53、信号检测器55、光检测器、控制器、计算器和指示器57被集成一个单元。标号53’表示一个出口，从所述出口，释放由光源51产生的光信号和由声信号发生器53产生的声信号A1，标号55’指的是入口，通过所述入口，光声信号PA2和声信号A2进入信号检测器55。标号57’指的是由光检测器、控制器、计算器和指示器集成的一个预定的单元。
图5是按照本发明的另一个实施例的用于测量生物流体浓度的装置的方块图。参见图5，用于测量生物流体浓度的装置包括光源61，其提供可被人体69的部分吸收的预定频带的光信号；以及声信号发生/测量装置63，其产生声信号A1，所述声信号A1具有在人体69的部分附近的光声信号PA的频率相同的频率。其中，当光信号被人体69的部分反射时产生光声信号PA、并且预定波长的波被人体69的预定成分吸收。
此外，用于测量生物流体的装置还包括光检测器67，其检测光信号的强度E和光声信号PA；控制器73，其控制声信号发生/测量装置63，使得可以产生预定频带的声信号A1；以及计算器65，其根据由光检测器67输入的光声信号PA和从声信号发生/测量装置63输入的声信号A2来计算一个信号补偿值N，并然后根据信号补偿值N计算预定成分的浓度C。
用于测量生物流体浓度的装置还可以包括指示器(未示出)，其指示预定成分的浓度C。光源61、控制器73、计算器65、光检测器67、声信号发生/测量装置63以及指示器中的全部或一些可以集成一个单元。
由光脉冲引起的脉冲型热膨胀产生声压波。压力波P可以由以下的波动方程表示：
[ 1 v 2 B 2 Bt 2 - y 2 ] p = αβ C p BI Bt . . . ( 2 )
其中I、α和β分别表示光的强度、热膨胀系数和声波的速度。此外，Cp和t分别表示比热和时间。雷扬(Lai and Young)脉冲型光声信号的幅值可以由下式表示：
p ∝ αβ v C p E . . . ( 3 )
其中E指的是入射到人体69的预定部分上的光束的强度。
如式(3)所示，按照介质的光特性，例如入射光束的强度或光吸收系数；介质的热特性，例如热膨胀系数；以及介质的声特性，例如声波的速度和声波的传播函数，可以得到光声信号。人体的热特性和光学因素以及声特性相比变化非常小。因而，通过补偿人体的光特性和声特性，便能够更精确地测量被测介质的吸收系数。
在按照本发明的用于测量生物流体浓度的装置中，由下式(1)得到信号补偿值N，以便补偿被测介质的声特性。
信号补偿值N和预定成分的浓度C成比例，如下式所示。信号补偿值N可以通过测量声波并导出声波的速度v和声波传播的系数A2来补偿。
N = αβ v C p A 2 Es v A 2 . . . ( 4 )
             α＝khN                     (5)
其中，Kh等于Cp/β。因为吸收系数可以从式(5)导出，所以通过比较检测到的信号波的吸收系数和参考波的吸收系数可以计算目标成分的浓度C，以便测量生物流体浓度。
为了计算信号补偿值N，可以进行基于富氏变换的频率分析或者小波分析。或者，可以利用多个检测器补偿人体的空间特性。
因为组织的状态可以根据个人、人体的部分、以及对组织进行测量的时刻而不同，这种差异必须被补偿。具体地说，为了除去人体内的其它成分的影响，可以预先研究其它成分的浓度并可进行补偿，使得可以更精确地计算目标成分例如葡萄糖的浓度。例如，水或血红蛋白的浓度可以通过使用光学方法或者通过附加射到在组织上的声波来确定。
图6是按照本发明的实施例的利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的方法的流程图。参见图6，在步骤101，从光源发出的预定的波长带内的光信号PA1被照射到被测人体的预定部分上。当光信号PA1通过所述预定部分或者被所述预定部分反射时，预定的波长被吸收进入人体的预定成分中，因而产生光声信号PA。然后，在步骤103，检测光声信号PA的强度E。在步骤105，产生具有和检测的光声信号PA的频带相同频带的声信号A1。
在声信号A1通过人体的成分或者被人体的成分反射时，预定的波长被吸收进入人体的成分，因而产生声信号A2。然后，在步骤107，检测声信号A2。接着，在步骤109，根据光信号的强度E、检测到的光声信号PA、以及声信号A2，计算人体的预定成分的信号补偿值N或浓度C。
预定成分的浓度C可以按照公式(1)，(4)和(5)根据信号补偿值N求得。如上所述，光声信号PA需要根据人体的状态进行补偿，并且这种补偿可以利用从公式(1)导出的信号补偿值N进行。
图7A到7D是表示在近红外线范围内葡萄糖溶液的吸收频谱的曲线。
图7A表示具有不同数量即100mg，250mg，500mg，1g，2.5g，5g的葡萄糖的葡萄糖溶液，当对所述溶液施加波长带范围为400nm-2500nm的光声信号时的所述溶液的吸收频谱。如图7A所示，7种葡萄糖溶液呈现几乎相同的吸收频谱，这意味着，光声信号的吸收作用根据具有微量葡萄糖的葡萄糖溶液中的水的数量而改变。
图7B以对数标度表示图7A的葡萄糖溶液的吸收频谱。在图7B中，和图7A不同，在1000nm附近出现了许多小的峰值。
图7C是图7A的区域B的放大图。如图7C所示，具有100mg葡萄糖的葡萄糖溶液呈现和水类似的吸收频谱。在另一方面，当葡萄糖溶液中的葡萄糖的数量增加超过5g时，葡萄糖溶液的吸收频谱和水的吸收频谱之间的距离变得较大。图7C表示，当对葡萄糖溶液施加具有1660nm-1700nm的波长带的光声信号时，葡萄糖溶液的吸收频谱根据浓度而改变。
图7D是图7A的区域C的放大图。在图7D中，葡萄糖溶液中的葡萄糖越多，光声信号的吸收率越高的现象大约在2190nm-2220nm的波长范围内是明显的。
按照上述的实验结果，可以得出结论，利用按照本发明的实施例的生物流体浓度测量装置，在近红外线范围内具有波长带大约为1660nm-1700nm或者波长带大约为2190nm-2220nm的光声信号可用来测量葡萄糖浓度。
图8是表示在远红外线范围内的葡萄糖溶液的吸收频谱的曲线。在图8中，出现吸收频谱的的峰值的D1，D2，D3，D4分别表示大约为8.7nm，9.0nm，9.3nm，和9.8nm的重要的波长带。换句话说，当利用按照本发明的实施例的生物流体浓度测量装置测量葡萄糖浓度时，最好使用具有远红外线范围内由D1-D4表示的波长范围的光声信号。
按照本发明的实施例的利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的装置和方法，可以通过补偿根据生物体的种类或状态而改变的光声信号，对于根据个人和人体的部分而改变的光声信号的不同的传播特性来构成。
虽然上面参照本发明的优选实施例对本发明进行了说明，但是本领域的技术人员应当理解，不脱离所附权利要求限定的本发明的范围和构思，可以对本发明在形式和细节上作出各种改变。例如，可以利用其它的补偿值来补偿光声信号的不同的传播特性，这对本领域普通技术人员是显而易见的。

Claims (18)

1.一种用于非侵入地测量生物流体浓度的装置，所述装置包括：
光源，其在生物体的预定部分上照射可被吸收到生物体的预定成分中的具有预定的波长带的光信号；
声信号发生器，其在生物体的预定部分附近产生声信号A1，所述声信号A1具有和当光信号被吸收到生物体的预定的成分中时产生的光声信号PA的频带相似的频带；
信号检测器，其检测光声信号PA和声信号A2，所述声信号A2是由于生物体的声学特性的声信号A1的调制信号；
控制器，其产生在预定的频带内的声信号A1；
光检测器，其检测光信号的强度E；以及
计算器，其根据来自光源的光信号的强度E以及从信号检测器输入的光声信号PA和声信号A2来计算信号补偿值N，并计算预定成分的浓度C。
2.如权利要求1所述的装置，其中还包括指示器，用于指示预定成分的浓度C。
3.如权利要求2所述的装置，其中预定成分的浓度C和信号补偿值N成比例。
4.如权利要求1所述的装置，其中光检测器、控制器和计算器被集成一个单元。
5.如权利要求2所述的装置，其中光检测器、控制器和计算器被集成一个单元。
6.如权利要求1，4和5任何一个所述的装置，其中声信号发生器和信号检测器被集成一个单元。
7.如权利要求1，4和5任何一个所述的装置，其中声信号发生器和信号检测器被集成一个单元。
8.如权利要求1所述的装置，其中声信号发生器可以通过空气泵吸方法被固定到人体上。
9.如权利要求1所述的装置，其中光源是激光二极管LD、发光二极管LED、激光器，黑体辐射器和灯中的任何一个。
10.一种用于非侵入地测量生物流体浓度的装置，所述装置包括：
光源，其在生物体的预定部分上照射可被吸收到生物体的预定成分中的具有预定的波长带的光信号；
光检测器，其检测光信号的强度E和当所述光信号被吸收到生物体的预定成分时而产生的光声信号PA；
声信号发生/测量装置，其在生物体的预定部分附近产生声信号A1，所述声信号A1具有和光声信号PA的频带相似的频带，并测量声信号A2，所述声信号A2是由于生物体的声学特性的声信号A1的调制信号；
控制器，其控制所述声信号发生/测量装置，使得可以产生在预定的频带内的声信号A1；以及
计算器，其根据来自光源的光信号的强度E以及从信号检测器输入的光声信号PA和声信号A2来计算信号补偿值N，并计算预定成分的浓度C。
11.如权利要求10所述的装置，其中还包括指示器，用于指示预定成分的浓度C。
12.如权利要求10所述的装置，其中预定成分的浓度C和信号补偿值N成比例。
13.如权利要求10所述的装置，其中控制器和计算器被集成一个单元。
14.如权利要求10所述的装置，其中控制器、计算器和指示器被集成一个单元。
15.如权利要求10，13和14任何一个所述的装置，其中声信号发生/测量装置和光检测器被集成一个单元。
16.如权利要求10，13和14任何一个所述的装置，其中光源、声信号发生/测量装置和光检测器被集成一个单元。
17.如权利要求10所述的装置，其中声信号发生器可以通过空气泵吸方法被固定到人体上。
18.如权利要求10所述的装置，其中光源是激光二极管LD、发光二极管LED、激光器，黑体辐射器和灯中的任何一个。
CNB031025285A 2002-03-20 2003-02-10 利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的装置 Expired - Fee Related CN1254671C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0015147A KR100493154B1 (ko) 2002-03-20 2002-03-20 광음향분광학을 이용한 비침습적 생체성분 측정장치
KR15147/02 2002-03-20
KR15147/2002 2002-03-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1445526A CN1445526A (zh) 2003-10-01
CN1254671C true CN1254671C (zh) 2006-05-03

Family

ID=36751345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB031025285A Expired - Fee Related CN1254671C (zh) 2002-03-20 2003-02-10 利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6921366B2 (zh)
EP (1) EP1346684B1 (zh)
JP (1) JP3667321B2 (zh)
KR (1) KR100493154B1 (zh)
CN (1) CN1254671C (zh)
DE (1) DE60310286T2 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100546541C (zh) * 2008-07-03 2009-10-07 江西科技师范学院 基于多环阵列光声传感的便携式血糖检测仪及检测方法

Families Citing this family (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004062467A2 (en) * 2002-12-31 2004-07-29 John Herbert Cafarella Multi-sensor breast tumor detection
CN101305905B (zh) * 2004-05-06 2011-03-23 日本电信电话株式会社 成分浓度测定装置
EP2335579B1 (en) * 2004-05-06 2017-09-20 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Component concentration measuring device and method of controlling component concentration measuring device
WO2006067699A1 (en) * 2004-12-20 2006-06-29 Koninklijke Philips Electronics N.V. Investigation of body structures
US20090054763A1 (en) * 2006-01-19 2009-02-26 The Regents Of The University Of Michigan System and method for spectroscopic photoacoustic tomography
US20070220979A1 (en) * 2006-03-21 2007-09-27 Ut-Battelle Llc Method and apparatus for remote sensing utilizing a reverse photoacoustic effect
US7665364B2 (en) 2006-03-21 2010-02-23 Ut-Battelle, Llc Method and apparatus for remote sensing of molecular species at nanoscale utilizing a reverse photoacoustic effect
US20080200777A1 (en) * 2006-10-31 2008-08-21 Nathalie Issachar Acoustic systems and methods for evaluating skin texture
US20080123083A1 (en) * 2006-11-29 2008-05-29 The Regents Of The University Of Michigan System and Method for Photoacoustic Guided Diffuse Optical Imaging
EP1935346A1 (en) * 2006-12-21 2008-06-25 Stichting voor de Technische Wetenschappen Imaging apparatus and method
US20080173093A1 (en) * 2007-01-18 2008-07-24 The Regents Of The University Of Michigan System and method for photoacoustic tomography of joints
KR100871074B1 (ko) 2007-02-01 2008-11-28 삼성전자주식회사 비침습형 혈당 측정 장치 및 그 방법
US20080221647A1 (en) * 2007-02-23 2008-09-11 The Regents Of The University Of Michigan System and method for monitoring photodynamic therapy
US20080228073A1 (en) * 2007-03-12 2008-09-18 Silverman Ronald H System and method for optoacoustic imaging of peripheral tissues
US7672702B2 (en) * 2007-03-13 2010-03-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Noninvasive in vivo measuring system and noninvasive in vivo measuring method by correcting influence of Hemoglobin
JP2009066110A (ja) * 2007-09-12 2009-04-02 Canon Inc 測定装置
US8677829B2 (en) * 2007-10-16 2014-03-25 Koninklijke Philips N.V. Apparatus, systems and methods for production and integration of compact illumination schemes
CN101461712B (zh) * 2007-12-19 2010-10-20 中国科学院电子学研究所 可佩戴式无创血糖快速检测仪
US9713448B2 (en) * 2008-04-03 2017-07-25 Infraredx, Inc. System and method for intravascular structural analysis compensation of chemical analysis modality
JP4829934B2 (ja) * 2008-07-11 2011-12-07 キヤノン株式会社 検査装置
JP5235586B2 (ja) * 2008-10-03 2013-07-10 キヤノン株式会社 生体情報処理装置及び生体情報処理方法
JP5400483B2 (ja) * 2009-06-05 2014-01-29 日本電信電話株式会社 成分濃度分析装置及び成分濃度分析方法
JP5675142B2 (ja) * 2010-03-29 2015-02-25 キヤノン株式会社 被検体情報取得装置、被検体情報取得方法、および被検体情報取得方法を実行するためのプログラム
JP5693043B2 (ja) * 2010-04-28 2015-04-01 キヤノン株式会社 被検体情報取得装置、被検体情報取得方法
WO2011152747A1 (en) 2010-06-01 2011-12-08 H.L Human Laser Limited Photoacoustic material analysis
WO2012149519A1 (en) * 2011-04-29 2012-11-01 Board Of Regents The University Of Texas System Methods and apparatus for optoacoustic guidance and confirmation of placement of indwelling medical apparatus
JP5864905B2 (ja) 2011-05-20 2016-02-17 キヤノン株式会社 被検体情報取得装置及び被検体情報取得方法
JP5694991B2 (ja) * 2011-07-14 2015-04-01 富士フイルム株式会社 光音響画像化方法および装置
JP5208255B2 (ja) * 2011-09-15 2013-06-12 キヤノン株式会社 測定装置
US8848191B2 (en) 2012-03-14 2014-09-30 Honeywell International Inc. Photoacoustic sensor with mirror
CN103163087B (zh) * 2013-02-03 2015-07-01 江苏舒茨测控设备有限公司 利用光声光谱法检测硫酰氟气体残留浓度的方法
JP5575293B2 (ja) * 2013-03-22 2014-08-20 キヤノン株式会社 被検体情報取得装置及び被検体情報取得方法
JP6245863B2 (ja) * 2013-07-01 2017-12-13 キヤノン株式会社 被検体情報取得装置、被検体情報取得装置の制御方法
KR101533591B1 (ko) * 2013-07-08 2015-07-06 삼성메디슨 주식회사 의료 영상 장치 및 의료 영상 제공 방법
KR102188148B1 (ko) * 2014-01-17 2020-12-07 삼성메디슨 주식회사 광음향 영상 장치 및 광음향 영상 디스플레이 방법
KR101654675B1 (ko) 2014-02-03 2016-09-06 삼성메디슨 주식회사 광음향 물질을 이용하여 진단 영상을 생성하는 방법, 장치 및 시스템.
JP5885768B2 (ja) * 2014-03-17 2016-03-15 キヤノン株式会社 生体検査装置
KR101583302B1 (ko) 2014-04-18 2016-01-07 부경대학교 산학협력단 진단 치료 겸용 광융합형 초음파기기
CN104257390B (zh) * 2014-09-04 2016-04-20 深圳市前海安测信息技术有限公司 无创血糖测定方法及系统
CN107708574B (zh) * 2015-06-30 2021-05-11 富士胶片株式会社 光声图像生成装置及穿刺针
CN105559794B (zh) * 2016-02-23 2018-03-23 杨立峰 一种基于光声谱特征的可佩带式无创伤动态血糖监测仪
US20170263342A1 (en) * 2016-03-10 2017-09-14 Westinghouse Electric Company Llc Real-time reactor coolant system boron concentration monitor utilizing an ultrasonic spectroscpopy system
JP2017184972A (ja) * 2016-04-04 2017-10-12 キヤノン株式会社 処理システム、情報取得装置、信号処理方法、プログラム
KR102497849B1 (ko) * 2016-05-09 2023-02-07 삼성전자주식회사 분석물질 농도 예측 방법 및 장치
WO2018016709A2 (ko) * 2016-07-21 2018-01-25 주식회사 인핏앤컴퍼니 주파수 도메인 기반의 다파장 생체신호 분석 장치 및 그 방법
JP6309077B2 (ja) * 2016-12-27 2018-04-11 キヤノン株式会社 被検体情報取得装置
KR102674716B1 (ko) * 2017-11-29 2024-06-14 한국전자통신연구원 비침습식 혈당 예측 시스템, 혈당 예측 방법, 및 혈당 센서
US10955335B2 (en) 2018-03-28 2021-03-23 University Of Washington Non-contact photoacoustic spectrophotometry insensitive to light scattering
ES2774983B2 (es) 2019-01-22 2021-06-10 Univ Sevilla Dispositivo portable y metodo para la estimacion no invasiva del nivel de glucosa en sangre
JP7238537B2 (ja) * 2019-03-27 2023-03-14 Tdk株式会社 濃度測定装置
CN113876321B (zh) * 2021-11-09 2023-09-08 之江实验室 一种基于光声效应的无创血糖检测方法
CN116138771B (zh) * 2023-04-18 2023-06-30 江西科技师范大学 用于多光谱血糖光声检测的能量修正方法
CN117064339A (zh) * 2023-08-18 2023-11-17 四川大学华西医院 一种肺水含量定量检测方法、装置和存储介质

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4385634A (en) * 1981-04-24 1983-05-31 University Of Arizona Foundation Radiation-induced thermoacoustic imaging
NO880891L (no) 1987-03-03 1988-09-05 Elizabeth May Dowling Fremgangsmaate og apparat for maaling eller deteksjon av konsentrasjonen av en substans.
PT86886A (pt) * 1987-03-03 1989-03-30 Dowling Elizabeth May Aparelho e metodo para a espectroscopia optoacustica
JPH09133654A (ja) * 1995-11-08 1997-05-20 Hitachi Ltd 光音響分析装置
JPH09192218A (ja) * 1996-01-16 1997-07-29 Hitachi Ltd 血糖値管理システム
JP3500259B2 (ja) * 1996-12-02 2004-02-23 花王株式会社 光音響信号測定装置
GB9704737D0 (en) 1997-03-07 1997-04-23 Optel Instr Limited Biological measurement system
US5941821A (en) * 1997-11-25 1999-08-24 Trw Inc. Method and apparatus for noninvasive measurement of blood glucose by photoacoustics
US6070093A (en) * 1997-12-02 2000-05-30 Abbott Laboratories Multiplex sensor and method of use
US5977538A (en) * 1998-05-11 1999-11-02 Imarx Pharmaceutical Corp. Optoacoustic imaging system
JP3594534B2 (ja) * 1999-04-30 2004-12-02 ヘルマン ファウ、リリエンフェルトアル 物質を検出する装置
US6264610B1 (en) * 1999-05-05 2001-07-24 The University Of Connecticut Combined ultrasound and near infrared diffused light imaging system
US6212421B1 (en) * 1999-09-03 2001-04-03 Lockheed Martin Energy Research Corp. Method and apparatus of spectro-acoustically enhanced ultrasonic detection for diagnostics
DE59900103D1 (de) * 1999-10-01 2001-06-28 Storz Karl Gmbh & Co Kg Bildgebendes Verfahren zum Ermitteln des Zustands von Gewebe
US6466806B1 (en) * 2000-05-17 2002-10-15 Card Guard Scientific Survival Ltd. Photoacoustic material analysis
IL138073A0 (en) * 2000-08-24 2001-10-31 Glucon Inc Photoacoustic assay and imaging system
US6690958B1 (en) * 2002-05-07 2004-02-10 Nostix Llc Ultrasound-guided near infrared spectrophotometer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100546541C (zh) * 2008-07-03 2009-10-07 江西科技师范学院 基于多环阵列光声传感的便携式血糖检测仪及检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP1346684B1 (en) 2006-12-13
KR20030075779A (ko) 2003-09-26
EP1346684A1 (en) 2003-09-24
CN1445526A (zh) 2003-10-01
DE60310286D1 (de) 2007-01-25
JP3667321B2 (ja) 2005-07-06
DE60310286T2 (de) 2007-07-12
KR100493154B1 (ko) 2005-06-03
US6921366B2 (en) 2005-07-26
US20030225320A1 (en) 2003-12-04
JP2003265477A (ja) 2003-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1254671C (zh) 利用光声频谱学非侵入地测量生物流体浓度的装置
AU2008325237B2 (en) Optical sensor for determining the concentration of an analyte
EP2155043B1 (en) Imaging apparatus and imaging method
US6405069B1 (en) Time-resolved optoacoustic method and system for noninvasive monitoring of glucose
JP5541662B2 (ja) 被検体情報取得装置およびその制御方法
JP2001025465A (ja) 物質を検出する装置及び方法
CN103228201A (zh) 光聚焦连续波光声光谱术及其对患者监视的应用
IL111525A (en) A method for testing glucose in a biological substrate
JP4361822B2 (ja) 目的物の成分濃度測定方法及び装置
JP2007083028A (ja) 非侵襲性検査装置
Zhu et al. Noninvasive blood glucose measurement by ultrasound-modulated optical technique
JPH11183377A (ja) 光学式成分計
JP2007307007A (ja) 光音響効果を用いたカテーテルシステム
CN1798520A (zh) 用于血液参数的非侵入式光学测定的方法和系统
JP4477568B2 (ja) 成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法
JP2010281747A (ja) 成分濃度分析装置及び成分濃度分析方法
RU2435514C1 (ru) Способ фотоакустического анализа материалов и устройство для его реализации
EP3549516B1 (en) Signal processing device for analyzing biometric signal and biometric signal analysis device using same
JP2004249025A (ja) 生体光音響共鳴非侵襲生化学成分分析器と血液成分測定法
JPH10179557A (ja) 生体計測装置および生体計測方法
Riehm et al. Low cost spatially resolved diffuse reflectance spectrometry in the SWIR range
Truong et al. Investigation of the glucose molar absorptivity concerning sugar concentration at the wavelengths 1300 nm and 1550 nm for developing a non-invasive blood glucose monitoring device
Sun et al. Spatial tissue oxygenation measurement with near infra-red spectroscopy using a virtual instrument
Uthayakumar LIGHT TRANSPORT IN A FIBRIL FILM SHEET

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20060503

Termination date: 20210210