CN1798520A - 用于血液参数的非侵入式光学测定的方法和系统 - Google Patents
用于血液参数的非侵入式光学测定的方法和系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1798520A CN1798520A CN200480015448.5A CN200480015448A CN1798520A CN 1798520 A CN1798520 A CN 1798520A CN 200480015448 A CN200480015448 A CN 200480015448A CN 1798520 A CN1798520 A CN 1798520A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- medium
- blood
- supercontraction
- photoresponse
- 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.)
- Granted
Links
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 title claims abstract description 121
- 239000008280 blood Substances 0.000 title claims abstract description 121
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 52
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002473 artificial blood Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 claims description 35
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 30
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 28
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 19
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 19
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 claims description 14
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 claims description 13
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 9
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 6
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 6
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 5
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 claims description 3
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 claims description 3
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 3
- 230000004298 light response Effects 0.000 abstract 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 24
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000000414 obstructive effect Effects 0.000 description 3
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 3
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 2
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101150064138 MAP1 gene Proteins 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229940119577 blood stop Drugs 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000002688 persistence Effects 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 210000001226 toe joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 1
- 210000003857 wrist joint Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- A61B5/14551—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 for measuring blood gases
- A61B5/14552—Details of sensors specially adapted therefor
-
- 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
- A61B5/145—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
- A61B5/14546—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 analytes not otherwise provided for, e.g. ions, cytochromes
-
- 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
- A61B5/14551—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 for measuring blood gases
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
- A61B5/6825—Hand
- A61B5/6826—Finger
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
- A61B5/6838—Clamps or clips
-
- 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
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
本发明提供用于患者血液的至少一个所需特征的非侵入式光学测定的方法和设备。在患者的充满血液的肉质介质中在测定部位产生人工血液动力学状态，并使该状态保持一定时期。在所述一定时期内的预定时段，改变所述状态，以便调节血液的散射特性。用至少两个不同波长的入射光束照射测定部位而对该部位进行光学测定，所述波长处于血液的散射特性对光辐射敏感的范围内；检测所述介质的光响应；并在所述预定时段的至少一部分时间内产生指示所述介质的光响应的时间进程的测定数据。
Description
技术领域
本发明主要涉及用于测定与血液相关的参数的非侵入式光学测定技术领域，本发明还涉及应用于患者的手指和脚趾的光学探测器以及所述探测器的操作方法。
背景技术
由于无需从患者体内抽取血样，因而用于测定各种血液参数(例如血液的氧饱和度)的非侵入式技术已经变得非常普遍。所述类型的光学监测技术利用透过患者身体的受检部位或由所述受检部位反射的光进行检测，并且以分光光度测定为基础，所述分光光度测定能够根据各种血液成分的已知光谱性质指示所述成分的存在。
大多数此类技术采用以附在患者手指上的方式设计的光学测定设备或探测器，它包括对手指进行光辐射和检测手指的光响应的光学组件。所述类型的常规设备，例如脉搏血氧计，它是日常临床应用的普遍接受标准，可以用于测定由通过肉质介质(例如手指)的血流的体积变化引起的增强的光学脉动信号。
已知对于除了氧饱和度之外的血液参数，诸如葡萄糖浓度等，由于它们在红光区和近红外区的吸收光谱行为不像氧化血红蛋白那么明显，因而碰到了较大困难。因此，在将非侵入式技术扩展到与脉搏血氧计法不同的测定方法的过程中所遇到的主要局限与基于吸收的方法的选择性有限有关。
在美国专利No.6,400,972、WO 01/45553和WO 01/96872中披露了一种不同的技术，所述发明已全部转让给本申请的受让人。这是一种基于阻塞的技术，根据该技术，对具有正常血流的充满血液的肉质介质施用过收缩压力(over-systolic pressure)，以在测定部位产生暂时性血流停止状态。当血流保持停止状态时在包括停止时间在内的期间内进行适时划分的时间段内，用不同波长的入射辐射和/或不同偏振状态的检测光进行检测。当没有获得全部血液停止的状态时，该技术采用了“人工血液动力学”状态，而非采用的自然血液动力学状态。血流停止的结果是获得了人工动力学状态，与光响应有关的血液光学特征在该人工动力学中与在自然血液动力学中是不同的。实际上，已知血液的散射特性取决于散射物质(聚集物)的尺寸和形状。因而，在人工动力学状态时光响应的时间变化取决于介质中的散射中心的形状和平均尺寸的变化，即红细胞(RBC)聚集(Rouleaux效应)。已发现由于人工动力学的作用，血液的光学特征发生了显著改变，因而与具有正常血流的肉质介质的血液变化的光学特征相比，相差约25％～45％，有时甚至相差60％。因此，与那些基于天然动力学的血液参数测定相比，基于人工动力学的技术的准确性(即信噪比)和光学测定的选择性得到了实质性的改进。
在均完全转让给本申请的受让人的US 6,213,952和US 2002/0173709中记载了适合于基于阻塞的测定的各种探测器设备。这些设备经过设计，可对患者手指上相对于正常血流方向处于手指测定部位的上游的部位施加过收缩压力，据此在测定部位产生血流停止状态。通常，所述设备包括夹子部件，该夹子部件用于将患者的手指固定在其两个夹臂之间，所述夹臂还用于携带测定单元的光学器件，以及该设备还包括在夹子部件外面用于施加过收缩压力的加压组件。
发明内容
在本领域中，需要通过提供新的应用于患者的充满血液的肉质介质(例如手指或脚趾)的非侵入式的基于阻塞的测定的方法、探测设备和系统以有利于与血液相关的特征的非侵入式测定。
本发明的技术利用上述基于阻塞的测定，即，基于产生和控制患者的充满血液的肉质介质中的人工血液动力学，并对所述肉质介质进行光学测定。产生人工动力学状态，并保持该状态一定时期，并在所述一定时期内的预定时段使该状态发生受控变化。通过对具有正常血流的所述介质的特定部位施加初级过收缩压力，从而产生人工动力学状态，以便在所述介质的测定部位获得暂时性血流停止状态。所述初级压力的施加部位位于测定部位相对于所述介质中正常血流方向的上游或位于测定部位的附近。通过在初级压力的施加部位的下游或基本在初级压力施加部位的相同位置对肉质介质施加次级压力扰动实现对人工动力学状态的控制。次级压力的物理作用导致红细胞(RBC)聚集体的改变。因此，次级压力的施加部位必须在测定部位的附近。
通过用至少两个不同波长的入射光束照射所述介质的测定部位来进行非侵入式光学测定，所述波长在血液的散射或吸收特性对光辐射敏感的范围内(例如，在红光到近红外光(NIR)的范围内)。当人工血液动力学状态发生可控变化时在预定时段进行血液特征的光学测定。所述预定时段在施加所述过收缩压力的时期内。
因而，根据本发明的一个主要方面，提供用于对患者血液的至少一个所需特征进行非侵入式光学测定的方法，该方法包括：
(a)在患者的充满血液的肉质介质中在测定部位产生人工血液动力学状态，并保持该状态一定时期；
(b)在所述一定时期内的预定时段改变在所述测定部位的所述人工血液动力学状态，以便调节血液的散射特性；和
(c)通过用至少两个不同波长的入射光束照射所述测定部位来对该部位进行光学测定，所述波长处于血液的散射特性对光辐射敏感的范围内；检测所述介质的光响应；并在所述预定时段的至少一部分时间内产生分别指示所述介质对于所述至少两个不同波长的光响应的时间进程的测定数据。
根据本发明的另一个主要方面，提供控制光学测定系统运行的方法，所述系统包括光学测定单元、加压元件和控制单元，并且该方法的目的在于对患者血液特征进行非侵入式测定，该方法包括：
-运行所述加压元件，以对患者的充满血液的肉质介质上的部位施加初级过收缩压力，据此在介质中在测定部位产生人工血液动力学状态并保持该状态一定时期；
-运行所述加压元件，以对所述介质施加受控变化的次级压力，从而在所述一定时期内的预定时段，改变测定部位的所述人工血液动力学状态，并因此调节血液的散射特性；和
-运行光学测定单元，以用至少两个不同波长的入射光束照射所述测定部位来对该部位进行光学测定，所述波长处于血液的散射特性对光辐射敏感的范围内，检测所述介质的光响应，并在所述预定时段的至少一部分时间内产生分别指示所述介质对于所述至少两个不同波长的光响应的时间进程的测定数据。
根据本发明的另一个主要方面，提供对患者血液的至少一个所需特征进行非侵入式光学测定的光学系统，该系统包括：
(A)探测器，其包括：(i)可用于以下操作的光学测定单元：用不同波长的入射光照射患者的充满血液的肉质介质上的测定部位，检测所述介质的光响应，并产生分别指示介质相对于所述不同波长入射光的光响应的时间进程的测定数据；和(ii)可用于向患者的肉质介质进行施加压力的操作的加压组件；
(B)可与所述测定单元和所述加压组件相连的控制单元，该控制单元包括：(a)存储器，该存储器用于存储参考数据，该参考数据对患者个体特征敏感(sensitive to patient individuality)并指示作为得自介质的散射光谱性质的参数的函数的所需血液特征，和(b)获取和处理设施，该设施与测定单元的输出端相连以接收和分析所测定的数据，以利用参考数据和确定所述至少一个所需的血液特征；该控制单元操纵加压组件以便对所述介质上的特定部位施加初级过收缩压力，从而在所述介质中在测定部位产生人工血液动力学状态并使所述状态保持一定时期，和对测定部位附近的肉质介质施加次级受控变化的压力以便在所述一定时期内的预定时段改变所述人工血液动力学状态而借此调节血液的散射特征，以及操纵光学测定单元而在人工血液动力学状态改变时进行光学测定。
根据本发明的一个实施方案，在预定的时段内，采用具有预定值的次级压力脉冲通过对介质施加扰动来改变人工血液动力学状态，从而调节血液的散射特性。
根据本发明的一个实施例，可以在提供过收缩压力的主要阻塞部位对介质(例如患者的手指)施加次级压力。在此种情况中，次级压力从所述初级过收缩压力值开始变化，并达到相对较高的值。
根据本发明的另一个实施例，可以在选自相对于血流方向处于主要阻塞下游的一定部位将次级压力施加至介质。在此种情况中，次级压力从零变化到过收缩压力值，该过收缩压力值可以高于初级过收缩压力。次级压力的施加部位可以与光探测器的位置一致或稍有不同，这取决于测定介质的种类和/或测定探测器的设计。
应该理解，可由许多不同方式引起导致人工动力学变化的RBC团变化。因而，除了上述单独的次级脉冲之外，可以在预定时段，采用具有预定周期模式的次级压力对介质施加扰动来改变人工血液动力学状态。
根据本发明，为了测定所需的血液特征，在改变人工血液动力学状态的过程中进行介质的光响应检测。例如，当对介质施加一次次级脉冲这种情况下，可以用指示介质在一定时段内对至少两个不同波长的光响应的时间进程的测定数据来确定血液特征，所述时段起始于施加次级压力的阶跃脉冲之时和之后。同样地，当对介质施加系列脉冲这种情况下，可以用选自施加次级压力脉冲的时段的至少一个时段内光响应的测定数据来确定血液特征。而且，也可以用选自次级压力释放后的时段的至少一个时段内的测定数据来确定血液特征。
根据本发明，用在人工血液动力学状态改变过程中得自介质的散射光谱性质的参数来确定血液特征。根据一个实施例，该参数为参数斜率(PS)，其定义为依赖于介质相对于一个波长的光响应的第一函数与依赖于介质相对于另一个波长的光响应的第二函数之间的比率。
根据一个实施方案，第一函数和第二函数可以分别为与两个不同波长λ1和λ2相对应的光响应T1和T2的对数函数log(T1)和log(T2)。根据另一个实施方案，第一函数和第二函数可以为光响应信号变化的时间速率函数，即，ΔT/Δt(或ΔlogT/Δt)，其中Δt可以是人工动力学状态发生改变的时段的任意部分。
根据本发明，为了测定所需的血液特征，应该提供对患者个体特征敏感的参考数据。该参考数据应该指示作为得自介质的散射光谱性质的参数的函数的所需的血液特征。此类参考数据例如可以是校准曲线，该曲线定义了PS对所需的血液特征的关系。可以通过对PS相对于所需的血液特征的关系进行作图来建立所述校准曲线，其中所需的血液特征可以针对特定个体由独立于本测定的任意其它已知方法获得。应该理解，对于不同的血液特征，所述独立方法也可以不同。
本发明的测定系统包括诸如探测器和控制单元这样的主要构成部分。
根据一个实施方案，所述探测器包括加压组件和测定单元。所述加压组件包括用于对介质施加初级过收缩压力的初级阻塞封套，用于对介质施加次级压力的次级阻塞封套和由控制单元驱使的压力驱动器，该压力驱动器用于夹紧所述封套。根据本实施方案，相对于正常血流方向在初级阻塞封套位置下游选择次级阻塞封套的位置。测定单元包括照射组件和光收集/检测组件。所述照射组件包括与受控制单元操纵的适当的驱动机械相连的多个光源(例如LED)。选择性地，可以使用单宽波带的发光器。该光源产生在测定部位传过介质的入射辐射。光收集/检测组件包括一个或一个以上置于测定部位附近的频率选择性检测器。收集/检测组件的例子包括但不限于通常配备有频率选择性滤波器和倍增元件(未具体示出)的分光光度计和/或光电二极管。应当注意，可以例如调节测定部位，以便与次级压力的施加部位一致或稍有不同，这取决于所测定介质的种类和/或测定探测器的设计。
实施光学测定以检测透过介质的光(或根据具体情况可以是由介质反射的光)，并产生所述介质的代表性数据(构成测定数据)。在本实施例中，检测的是透过介质的光(构成介质的光响应)。
根据本发明的另一个实施方案，所述探测器具有基本上为环状的形状，并由用于在其中包围和容纳一部分介质的基本上呈U形的两个部分组成。这些U形部分可以在预定距离上部分重叠。施加在手指上的压力应该足以引起阻塞处(即压力施加位置)下游手指中的血流完全停止。加压组件可以包括装在至少一个U形部分内侧的气垫，该气垫与可由控制单元操纵的驱动器相连以对包围在两个U形部分中的介质部分施加受控变化的压力。选择性地，加压组件可以包括与压力驱动器相连的封套，该压力驱动器工作时可使任一半环向另一个半环移动，并据此对包围在两个半环之间的手指部分施加压力。压力驱动器的例子包括但不限于与所述封套相连的上链发条。夹紧封套可以使所述半环相互靠拢，并据此提供持续变化的施加于手指的压力。采用环状结构的探测器，可以用相同的加压组件施加初级过收缩压力和次级压力。因此，导致人工动力学状态(血流停止状态)产生的主要阻塞(初级压力)的部位与人工血液动力学发生改变(施加次级压力)的部位是一致的。
本实施方案的探测器进一步包括测定单元，配置该测定单元是用于用入射光束照射手指部分上的测定部位，检测介质的光响应，并产生指示血液光响应的时间进程的测定数据。为此目的，所述测定单元包括照射组件和光收集/检测组件。所述照射组件可以包括与受控制单元操纵的适当的驱动机械相连的多个光源(例如LED)。选择性地，可以使用单宽波带的发光器。该光源通过置于其中一个半环中的孔隙照射手指的测定部位，以向肉质介质表面提供无遮挡的透射光。光收集/检测组件包括能够接收透过介质的光辐射的检测器。选择性地，该检测器单元可以包括阵列式(通常至少为两个)光检测器，该光检测器沿着测定部位内的手指周围以空间上分离的方式布置。
探测器的收集/检测组件通过适当的电子模块与控制单元相连，一般包括将模拟信号转换成数字信号(A/D)的转换器(未示出)。将控制单元在探测器的测定单元和加压组件之间互相连接，用于对相应压力和光源驱动器进行操纵，该控制单元还与检测组件的输出端相连，以对测定数据进行响应。控制单元包括具有计算机设备的数据获取和处理设施，该计算机设备具有例如处理器、用于存储尤其是参考数据(RD)的存储器和监视器等已知设施。所述处理器由适当的软件模型预程序化，该软件模型能够分析所获得的检测组件的输出数据(测定数据)和确定如上所述的患者血液的一个或一个以上所需特征。
因此，根据本发明的另一个方面，提供用于血液相关参数的非侵入式光学测定的探测器，该探测器包括：
(A)两个基本上呈U形的部分，配置所述部件以用于在其中包围和容纳患者的充满血液的肉质介质的部分；
(B)可操作的测定单元，该单元用于以不同波长的入射光束来照射介质所述部分上的测定部位，检测介质的光响应，并产生分别指示介质相对于不同波长入射光的光响应的时间进程的测定数据；和
(C)与其中一个U形部分相连的加压组件，可以操作该加压组件以进行下列步骤：对肉质介质施加初级过收缩压力，以便在肉质介质中产生人工血液动力学状态并使该状态保持一定时期；和对肉质介质施加次级受控变化的过收缩压力，以便在所述一定时期内的预定时段内改变所述人工血液动力学状态，据此调节血液的散射特性。
由此已经概略地，或者说是宽泛地对本发明的更重要的特征进行了说明，其目的为了可以更好地理解以下对其进行的更详细的说明。本发明的其它细节和优点将在更详细的说明中给出，并且可以部分地由说明书来理解，或通过本发明的实践来学习。
附图说明
为了理解本发明并了解本发明在实践中如何实施，以下将仅采用非限定性实施例并参考附图来描述优选的实施方案，在所述的附图中：
图1说明了代表当产生人工动力学状态时所获得的典型的血液的光透射特征图；
图2说明了这样的图，该图显示了当通过施加于介质的次级压力阶跃脉冲扰动使人工动力学状态改变时通过实验获得的针对3个不同波长的血液的光透射特征与时间的关系的3个例子；
图3说明了这样的图，该图显示了当一系列发射压力脉冲带来的介质扰动使人工动力学状态改变时通过实验获得的针对2个不同波长的血液的光透射特征与时间的关系的2个例子；
图4说明了介质在一个波长λ1的光响应的自然对数和在另一个波长的光响应的自然对数之间的关系；
图5说明了用于特定患者的校准曲线的例子；
图6说明了根据本发明的一个实施方案用于实施本发明的方法的测定系统的示例性方框图；
图7说明了根据本发明的一个实施方案示例性地显示在图6中的探测器的示例性方框图；和
图8说明了根据本发明的另一个实施方案示例性地显示在图6中的探测器的透视图。
具体实施方式
参考附图及其附带的说明，可以更好地理解本发明用于血液参数的非侵入式光学测定的系统和方法的原理和操作。应该理解，提供说明书中的这些附图和实施例仅是为了说明的目的，而不是为了限制本发明。在整个说明书中用相同的罗马数字附图标记和字母字符来标识附图中所示的用于血液参数的非侵入式测定的系统中的相同的组件。
根据一个主要方面，本发明提供用于血液特征的非侵入式光学测定的新的方法和系统。血液参数的例子包括但不限于患者血液中的物质(例如葡萄糖、血红蛋白)的浓度、氧饱和度、红细胞沉降率(ESR)和红细胞聚集率(EAR)。该方法基于产生和控制患者的充满血液的肉质介质(例如该患者的手指)中的人工血液动力学，并对其进行光学测定。产生人工动力学状态并使该状态保持一定时期。优选通过对具有正常血流的介质的特定部位施加初级过收缩压力以便产生暂时性血流停止状态而产生人工动力学状态。如下文将要进行详述那样，通过对肉质介质施加次级压力扰动，实现对人工动力学状态的控制。
通过用至少两个不同波长的入射光束照射介质上的测定部位来进行非侵入式光学测定，所述波长处于血液的散射或吸收特性对光辐射敏感的范围之内(例如，在红光到近红外光(NIR)范围内)。
以下参考附图，图1说明了显示以下典型图的例子，所述典型图代表在产生人工动力学状态并保持一定的停止时间然后释放时这一时段内获得的血液的光透射特征(光响应)。特别地，该图显示了血液的光透射特征在施加和释放初级过收缩压力下是如何变化的。以所谓的“相对透射”，即以透射任意单位或T(A.U.)显示图1(和以下的图)中的透射特征。
对肉质介质施加初级压力的起始时刻为T起始，并保持不会引起介质的不可逆变化的一定时期(例如4秒)。该压力的释放时刻为T释放。在施加过收缩压力之前开始连续进行相对透射的测定。观测介质光响应不同区域(记为A、B、C、D和E，对应于不同血流状态)的光响应。区域A对应于施加过收缩压力之前的正常血流状态。正如所显示的那样，该区域的特征为具有血液相对光透射的标准波动值。区域B开始于时刻T起 始(当开始施加压力时)并在人工血液动力学状态实际起始后保持较短的一段时间TB(约0.5秒)。由于导致的光透射的非单调波动的运动和/或其它人为因素所造成的不可避免的影响，所以在该时段进行的测定并不稳定且可以弃掉。区域C对应于血流的暂时停止状态，该状态在介于由(T起始+TB)确定的时刻和T释放时刻之间的停止时间TC内持续。在停止时间TC内，可以观察到取决于血液的相对光透射的入射波长的上升曲线(如图1所示)或下降曲线(未显示)。应该注意到，这是在TC内保持人工动力学状态的区域。通常，在1秒到数分钟的时间内，光透射曲线可以达到渐近最大值。区域D对应于血流的过渡状态，其在释放过收缩压力后发生。该状态的起始具有微小的延迟Td(约0.5秒)，即从由(T释放+Td)确定的时刻开始。在区域D持续的期间TD内，血液的相对透射单调下降，直到它达到正常血流的特征值。在图中该时刻标为T终止。一般地，当光透射的变化变成周期性并且为最小(约2％)时，检测到区域D的终止和区域E的起始。区域E对应于正常血流状态，其类似于区域A的状态。上述提及的转让给本申请的受让人的专利公报披露了该技术。
根据本发明，在人工血液动力学状态发生受控变化的预定时段进行血液特征的光学测定。该预定时段处于保持初级过收缩压力的时期内。
根据本发明的一个实施方案，在预定时段内通过对介质施加由具有预定值的次级压力脉冲带来的扰动来改变人工血液动力学状态，以便调节血液的散射特性。根据一个实施例，可以在提供过收缩压力的主要阻塞部位对介质(如患者的手指)施加次级压力。根据另一个实施例，可以在选自相对于血流方向处于主要阻塞下游的一定位置对介质施加次级压力。应该注意到，施加次级压力的部位可以与光检测器的位置一致或稍有不同，这取决于测定介质的类型和/或测定探测器的设计。次级压力的物理作用导致尤其是红细胞(RBC)聚集体的改变。因此，次级压力的施加部位必须在测定位置的附近。
图2所示的图显示了当通过施加于介质的次级压力阶跃脉冲扰动使人工动力学状态改变时通过实验获得的针对3个不同波长(即，λ1＝610nm，λ2＝670nm和λ3＝810nm)的血液光透射特征与时间的关系的3个例子(曲线21、22和23)。
在肉质介质上施加初级过收缩压力(例如，大于180mmHg)起始于一定时刻(如图2所示，t起始＝0秒)，并保持所需长的时间(在图2中为16秒)。优选地，根据产生人工血液动力学但不会使介质产生不可逆变化时的条件来规定施加初级压力的持续时间。然后，在Tsec约等于4秒的时刻施加次级压力(约300mmHg)的阶跃脉冲，其可以由时间折返点Tsec处曲线21、曲线22和曲线23的转弯处来反映。
应该注意到，次级压力脉冲的预定值例如可以在约0mmHg～300mmHg的范围内。本发明人已经发现，可以通过控制次级压力脉冲的幅度来获得一些关于患者血液特征的更加有用的信息。具体地，当次级压力脉冲的幅度较小并且不超过相对较小的特定值P1的情况下，血液的所有3个主要部分(静脉、毛细血管和动脉的血液部分)可以在测定中作出贡献。但是，当次级压力的幅度超过值P1的情况下，静脉血部分可以不予考虑。同样地，为了还可以不考虑毛细血管的血液部分，次级压力应该超过值P2(其中P2大于P1)。换句话说，当次级压力的幅度超过P2时，静脉血和毛细血管的血被压出测定部位，但动脉血仍留在测定部位，此种情况的测定只适用于动脉血。应该理解，值P2和值P1取决于个人的生理情况，并应该对各个患者进行个别选择。应该理解，导致人工动力学改变的RBC团的变化可以由许多不同的方式引起。因而，除了上述单独的次级脉冲之外，可以在预定时段采用预定周期模式的次级压力，通过对介质施加扰动来改变人工血液动力学状态。周期性模式可以为具有约0mmHg～300mmHg振幅范围的一系列发射压力脉冲。
图3所示的图显示了当通过一系列发射次级压力脉冲带来的介质扰动而使人工动力学状态发生改变时通过实验获得的针对2个不同波长(λ1＝670nm和λ2＝810nm)的血液光透射特征与时间的关系的2个例子(曲线31和32)；在图3所示的例子中，次级压力脉冲的持续时间为1.5秒，而其振幅范围约为220mmHg～300mmHg。应该理解，在实践中，脉冲的持续时间量和振幅取决于特定的患者和测定系统的结构。
对介质的光响应的不同区域(标为N、P、SA1、SR1、SA2和SR2等，对应于血流的不同状态)进行观测。区域N类似于图1的区域A，并对应于施加过收缩压力之前正常的血流状态。正如所示的那样，该区的特征为具有血液的相对光透射的标准波动值。区域P在对介质施加初级过收缩压力的时刻(在图3中t起始＝8秒)开始，并继续施加该压力，直到产生由第一次级压力脉冲带来的介质扰动(在图3中tsa1＝10.5秒)。施加第一次级压力脉冲8.5秒(区域SA1)并在时刻tsr1＝19秒时释放，该时刻可由光透射曲线在7秒(区域SR1)内的降低来反映。然后，施用第二次级压力脉冲(在图3中tsa2＝26秒)，施加时间为9秒(区域SA2)，此次脉冲在时刻tsr2＝35秒(区域SR2)时释放。应该注意到，次级压力脉冲的施加可以在施加过收缩压力期间持续所需长度的时间。
根据本发明，为了确定所需血液特征，在人工血液动力学状态的变化过程中对介质的光响应进行检测。例如，对于与图2相对应的上述情况，可以将指示始于施加次级压力的阶跃脉冲之时和之后的时段内介质对至少两个不同波长产生的光响应的时间进程的测定数据用于确定血液特征。同样地，对于与图3相对应的情况，可以用在选自施加次级压力脉冲的时段的至少一个时段内(即选自时段SA1和SA2等的任何时段)的光响应的测定数据来确定血液特征。而且，也可以用在选自次级压力释放后的时段的至少一个时段内(即选自时段SR1和SR2等的任何时段)的测定数据来确定血液特征。
根据本发明，用得自在人工血液动力学状态改变过程中介质的散射光谱性质的参数来确定血液特征。根据一个实施例，该参数为参数斜率(PS)，其定义为依赖于介质相对于一个波长的光响应的第一函数与依赖于介质相对于另一个波长的光响应的第二函数之间的比率。
根据一个实施方案，第一函数和第二函数可以分别为相对于两个不同波长λ1和λ2的光响应T1和T2的对数函数log(T1)和log(T2)。根据另一个实施方案，第一函数和第二函数可以为光响应信号变化的时间速率函数，即，ΔT/Δt(或ΔlogT/Δt)，其中，Δt可以是人工动力学发生改变的时段的任意部分。
参考图4，图4显示了介质在波长λ1＝670nm的光响应的自然对数ln(T1)和在波长λ2＝810nm的光响应的自然对数ln(T2)之间的关系的示例图。当用第一次级压力脉冲(即在图3所示的时段SA1内)带来的介质扰动而使人工动力学状态发生改变时进行所述测定。正如可以见到的那样，ln(T1)和ln(T2)之间的关系是线性函数。以线41和横坐标轴的夹角的正切值来确定参数斜率(PS)。可以理解，对于PS的确定，例如可以采用已知的线性回归算法。对于在图4中所示的例子，PS＝0.9。
根据本发明，对于所需的血液特征的确定，应该提供对患者个体特征敏感的某些参考数据。该参考数据应该指示作为得自介质的散射光谱特征的参数的函数的所需的血液特征。此类参考数据例如可以是校准曲线，该曲线定义了PS与所需血液特征的关系。可以通过对PS相对于所需血液特征的关系进行作图，来获得所述的校准曲线，针对特定个体或多个患者的所述的所需血液特征可以通过独立于本测定的任意其它已知方法获得。应该理解，对于不同的血液特征，所述独立方法也是可以不同的。例如，针对具体患者的用于确定氧饱和度的校准曲线，一般可以通过对多个患者进行测定来建立，和/或采用多重阻塞模式对进行憋气实验的单个患者进行两种测定来建立。
图5说明了用于某些患者的校准曲线的例子。该校准曲线代表PS相对于葡萄糖浓度的关系，对于患者所述PS是由在波长为λ1＝610nm和λ2＝810nm对测定介质的光透射信号进行测定而计算的。当用上述方法获得PS值时，可以用该校准曲线确定所得到的葡萄糖浓度的值。
应该理解，其它血液特征的相应校准曲线也是可以获得的。血液特征的例子包括但不限于患者血液中的物质(例如葡萄糖、血红蛋白)的浓度、氧饱和度、红细胞沉降率(ESR)和红细胞聚集率(EAR)。
参考图6，该图说明了为实施本发明方法而施用于患者手指F的测定系统60的示例性方框图。应该注意到，图6中的方框只是意欲作为功能性实体，从而显示这些实体间的功能关系，而不是为了显示任何物理连接和/或物理关系。尽管以下将说明所述测定系统在患者手指F中的应用，应该理解的是经必要改动后也可以用患者身体的其它部分，例如脚趾、腕、肘和/或膝作为光透射测定的介质。系统60包括诸如光探测器61和控制单元62这样的主要构成部分。光探测器61包括照射和光收集/检测组件以及加压组件，对于这些组件，将参考图7和图8在以下作进一步的具体描述。控制单元62可与照射组件相连来操纵光源驱动器，该控制单元还可与光收集/检测组件的输出端(通过适当的电子模块，一般包括将模拟信号转换为数字信号的转换器)相连以对测定的数据作出响应，该控制单元还可与加压组件相连来用于受控地施加相应压力。控制单元62是具有以下设施例如处理器621(数据获取和处理设施)、用于存储数据尤其是参考数据(RD)的存储器622和用于显示测定结果的监视器623的计算机系统。所述处理器由适当的软件模型进行预程序化，所述软件模型能够分析所获得的检测组件的输出数据(测定数据)和确定如上所述的患者血液的一个或多个所需特征。
图7举例说明了探测器61的一个可能的实现方案。探测器61包括加压组件701和测定单元702。加压组件701包括可以操作用于对位于L1位置的患者手指F施加初级过收缩压力的初级加压装置(阻塞封套)72，可以操作用于对位于测定部位(进行光学测定的位置)附近的L2位置的患者手指施加次级压力的次级加压装置(阻塞封套)71和由控制单元(图6中的62)驱使用于封套71和封套72夹紧操作的压力驱动器73。初级阻塞封套72和次级阻塞封套71可以是任何已知的适当类型。应当注意到，初级阻塞封套72可以例如安置在患者的手腕或手掌上，而次级阻塞封套71和测定单元702可以定位在患者手指上。根据该实施方案，测定部位ML和随之施加次级压力的位置L2选在相对于正常血流方向处于主要阻塞位置(位置L1)下游的位置。
检测单元702包括用于检测测定部位ML的光响应的照射组件74和光收集/检测组件75。照射组件74和检测组件75的位置可以互换，或在反射模式的测定中，照射组件74和检测组件75可以定位于手指的同侧。对照射组件74进行设计，以用于产生不同波长(至少2个不同波长)的光。例如，照射组件可以包括与受控制单元(图6中的62)操纵的适当的驱动机械76相连的多个光源(例如LED)，所述光源没有具体示出。选择性地，可以使用单宽波带发光器。光收集/检测组件75包括一个或一个以上的频率选择性检测器。收集/检测组件75的例子包括但不限于，通常配备有频率选择性滤波器和倍增元件的分光光度计和/或光电二极管(未具体示出)。应当注意，可以例如调节测定部位ML，以使其与次级压力的施加部位一致或稍有不同，这取决于测定介质的种类和/或测定探测器的设计。
进行光学测定以检测介质的光响应(根据具体情况可以是透过介质的光或由介质反射的光)，并产生其代表性光响应的数据(构成测定数据)。在图7的本实施例中，检测的是透过介质的光。
图8说明了根据本发明另一个实施方案的探测器(标注为161)的实现方案，其中位置L1、位置L2和测定位置ML基本上是一致的。根据本实施方案，探测器161具有两个部分：部分81和部分82，部分81和部分82的截面基本上都呈U形，并相对放置以在它们之间包围和容纳着患者手指的一部分(在图8中未示出)。U形部分81和部分82由诸如金属或塑料的刚性或半刚性材料制成。在所述的截面上，U形部分81和82可以例如呈半圆形或半椭圆形。部分81和部分82可以在预定的距离上部分重叠。探测器161包括加压组件801，该加压组件包括气垫83，该气垫与驱动机械(未示出)相连并可以操作以对包围在部分81和82之间的手指部分施加压力。通过使探测器的上下部分81和82相互靠拢而将两部分之间的手指部位固定。然后锁定设备86进一步固定部分81和部分82，据此施加一定的初步压力以启动测定程序。可以通过任何适宜的已知手段(例如，包括牙状装置和发条组件)实现该锁定设备，其目的是防止环状的探测器松开。然后，操纵气垫83(在本实施例中所述气垫与下半环81相连)，以将手指压向上半环82，由此施加过收缩压力(例如220mmHg～250mmHg)，据此在手指中产生血流停止并使得可以进行测定。然后，通过气垫83提供较大的次级压力。因而，根据本发明的这一实施方案，通过同一加压组件(气垫83)将初级过收缩压力以及次级压力施加到手指的相同位置。因此，提供过收缩压力的主要阻塞部位与人工血液动力学发生改变的部位是一致的。
探测器161进一步包括测定单元802，配置所述测定单元的目的是将其用于：用入射光束照射手指部分的测定部位，检测介质的光响应(在不同波长的入射光下)，以及产生指示血液的光响应的时间进程的测定数据。如上所述，入射光束至少有两个不同波长，其处于血液的散射特性对所述光的辐射敏感的范围内。测定单元802包括安装在支撑框上的照射组件84，和光收集/检测组件85。类似于前述的实施例，照射组件84可以包括多个光源(例如LED)或单宽波带发光器，所述光源与受控制单元(图6中的62)操纵的适当的驱动机械(未示出)相连。光源通过设于部分82上的孔隙(图8中未示出)照射手指的测定部位，以向手指表面提供无遮挡的透射光。
光收集/检测组件85包括检测器(没有具体示出)，该检测器可以通过孔隙87接收透过手指的光辐射。在图8的例子中，测定单元802以透射模式工作。因而，光收集/检测组件85安装在照射组件84的对面。尽管在图7和图8的例子中显示的都是透射模式的测定，但是应该理解，也可以采用反射模式进行测定，为此目的，光收集/检测组件应该安置在发光器的相邻位置。还可以选择性地，检测器单元可以包括阵列式光检测器(一般地，至少为两个所述的检测器)，该光检测器可以沿手指周围以空间上分离的方式布置。
应该注意到，可以采用其它任何适当装置代替加压组件的气压机械。例如加压组件可以包括与压力驱动器(例如上链发条)相连的压夹封套，通过操纵所述压力驱动器可以使U形部分81和82任一方向对方移动，并据此对包围在部分81和82之间的手指部分施加持续性变化的压力。施加于手指的压力应该足以导致手指中的血流完全停止。优选地，部分81和82的内壁曲率与手指的平均曲率相符，由此可沿着手指周围对手指提供均匀的压力。
本发明所属技术领域的技术人员可以理解，虽然已根据优选实施方案描述了本发明，但是，可以很容易地以基于本发明公开内容的原理作为基础来设计其它的结构、系统和方法从而实现本发明的多种目的。
此外，应该理解，本文的措词和所使用的术语，其目的是为了对本发明进行描述，而不应该被认为是对本发明进行限制。
在随后的方法权利要求中，所提供的用于表明权利要求步骤的字母标记只是为了方便，而并不表示完成所述步骤的任何特定顺序。
最后，应该注意到，所附权利要求书中所使用的词语“包括”应该解释为“包括但不限于”的意思。
因此，重要的是，本发明的范围不能直接解释为受到本文提供的示例性实施方案的限定。在本发明的所附权利要求及其等效表述所限定的范围之内可以存在其它变化形式。
Claims (37)
1.用于患者血液的至少一个所需特征的非侵入式光学测定的方法，该方法包括：
(a)在患者的充满血液的肉质介质中在测定部位产生人工血液动力学状态，并将该状态保持一定时期；
(b)在所述一定时期内的预定时段改变在所述测定部位的所述人工血液动力学状态，以便调节血液的散射特性；和
(c)通过用至少两个不同波长的入射光束照射所述测定部位来对该部位进行光学测定，所述波长处于血液的散射特性对光辐射敏感的范围内；检测所述介质的光响应；并在所述预定时段的至少一部分时间内产生分别指示所述介质对于所述至少两个不同波长的光响应的时间进程的测定数据。
2.如权利要求1所述的方法，该方法包括：
分析所述的测定数据，以确定作为所述介质的光响应的不同时间进程之间的关系的得自所述介质的散射光谱特征的参数；和
将所计算的参数和预定的参考数据用于确定所需血液特征的值，所述预定的参考数据对患者个体特征敏感并指示作为获自所述介质的散射光谱特征的参数的函数的所需血液特征。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述参考数据是校准曲线，该校准曲线定义了所述参数与所需血液特征的关系。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述参数为参数斜率，该参数斜率的定义为依赖于介质相对于一个波长的光响应的第一函数与依赖于介质相对于另一个波长的光响应的第二函数之间的比率，所述一个波长和另一个波长选自所述至少两个不同的波长。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述第一函数和第二函数分别为相对于所述至少两个不同波长的光响应的对数函数。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述第一函数和第二函数是光响应信号变化的时间速率。
7.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述一定时期不足以在所述肉质介质中产生不可逆的变化。
8.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述人工动力学状态的产生包括对所述介质上的一定部位施加初级过收缩压力，以便在介质中在测定部位获得暂时性血流停止状态，所述一定部位相对于该介质中的正常血流方向处于测定部位的上游。
9.如权利要求1～7任一项所述的方法，其中，所述人工动力学状态的产生包括对测定部位附近具有正常血流的介质施加初级过收缩压力。
10.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述人工血液动力学状态的改变包括在所述预定时段，采用具有预定值的至少一个次级压力脉冲对所述介质施加扰动。
11.如权利要求8或10所述的方法，其中，所述次级压力的预定值的范围为从0到比所述初级过收缩压力值大的过收缩压力值。
12.如权利要求9或10所述的方法，其中，所述次级压力的预定值在以所述初级过收缩压力值开始的范围内。
13.如权利要求1～9任一项所述的方法，其中，所述人工血液动力学状态的改变包括在所述预定时段，采用预定周期模式的次级压力对所述介质施加扰动。
14.如权利要求8或13所述的方法，其中，所述预定周期模式为次级压力脉冲形式，所述次级压力脉冲的振幅范围为从0到大于所述初级过收缩压力的过收缩压力值。
15.如权利要求9或13所述的方法，其中，所述预定周期模式为次级压力脉冲形式，所述次级压力脉冲的振幅在以所述初级过收缩压力值开始的范围内。
16.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述至少两个不同波长在红光到近红外光的范围内。
17.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述患者血液的至少一个所需特征选自以下特征：患者血液中的物质的浓度、氧饱和度、红细胞沉降率和红细胞聚集率。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述物质选自葡萄糖或血红蛋白。
19.控制光学测定系统的运行的方法，所述系统包括光学测定单元、加压元件和控制单元，并且该方法的目的在于对患者的血液特征进行非侵入式测定，该方法包括：
-运行所述加压元件，以对患者的充满血液的肉质介质上的部位施加初级过收缩压力，据此在所述介质中在测定部位产生人工血液动力学状态并将该状态保持一定时期；
-运行所述加压元件，以对所述介质施加受控变化的次级压力，从而在所述一定时期内的预定时段，改变测定部位的所述人工血液动力学状态，并因此调节血液的散射特性；和
-运行光学测定单元，以用至少两个不同波长的入射光束照射测定部位而对该部位进行光学测定，所述波长处于血液的散射特性对光辐射敏感的范围内，检测所述介质的光响应，并在所述预定时段的至少一部分时间内产生指示所述介质对于至少两个不同波长的光响应的时间进程的测定数据。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述初级过收缩压力施加于所述介质的相对于该介质中的正常血流方向处于测定部位上游的部位，以便在所述介质中在测定部位获得暂时性血流停止状态。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述初级过收缩压力施加在测定部位附近的介质部位。
22.如权利要求19～21任一项所述的方法，其中，所述受控变化的次级压力包括在所述预定时段期间的具有预定值的至少一个次级压力脉冲。
23.如权利要求20或22所述的方法，其中，所述次级压力的预定值的范围为从0到比所述初级过收缩压力值大的过收缩压力值。
24.如权利要求21或22所述的方法，其中，所述次级压力的预定值的范围在以所述初级过收缩压力值开始的范围内。
25.如权利要求19～21任一项所述的方法，其中，所述受控变化的次级压力包括在所述预定时段期间的预定周期模式。
26.如权利要求20或25所述的方法，其中，所述预定周期模式为次级压力脉冲形式，所述次级压力脉冲的振幅范围为从0到大于所述初级过收缩压力的过收缩压力值。
27.如权利要求21或25所述的方法，其中，所述预定周期模式为次级压力脉冲形式，所述次级压力脉冲的振幅在以所述初级过收缩压力值开始的范围内。
28.用于对至少一个所需的患者血液特征进行非侵入式光学测定的光学系统，该系统包括：
(A)探测器，该探测器包括：(i)用于以下操作的光学测定单元：用不同波长的入射光照射患者的充满血液的肉质介质上的测定部位，检测所述介质的光响应，并产生分别指示所述介质相对于所述不同波长入射光的光响应的时间进程的测定数据；和(ii)用于向患者的肉质介质进行施加压力的操作的加压组件；
(B)与所述测定单元和所述加压组件相连的控制单元，该控制单元包括：(a)存储器，该存储器用于存储参考数据，该参考数据对患者个体特征敏感并指示作为得自介质的散射光谱性质的参数的函数的所需血液特征，和(b)数据获取和处理设施，该设施与测定单元的输出端相连以接收和分析所测定的数据，以利用参考数据和确定所述至少一个所需血液特征；该控制单元操纵加压组件以便对所述介质上的特定部位施加初级过收缩压力，从而在所述介质中在测定部位产生人工血液动力学状态并使所述状态保持一定时期，和对测定部位附近的肉质介质施加次级受控变化的压力以便在所述一定时期内的预定时段改变所述人工血液动力学状态而借此调节血液的散射特征，以及操纵光学测定单元而在人工血液动力学状态改变时进行光学测定。
29.如权利要求28所述的系统，其中，所述加压组件包括：
初级阻塞封套，该初级阻塞封套用于在第一部位对肉质介质施加所述初级过收缩压力，所述第一部位相对于该介质中的正常血流方向处于测定部位的上游；
次级阻塞封套，该次级阻塞封套用于在第二部位对肉质介质施加次级压力，所述次级压力在直至过收缩压力值的范围内受控变化；和
压力驱动器组件，该压力驱动器组件由控制单元驱使，用于操纵初级和次级阻塞封套。
30.如权利要求28或29所述的系统，其中，所述参考数据是校准曲线，该校准曲线定义了参数与所需血液特征的关系。
31.如权利要求30所述的系统，其中，所述参数为参数斜率，该参数斜率的定义为依赖于介质相对于一个波长的光响应的第一函数与依赖于介质相对于另一个波长的光响应的第二函数之间的比率，所述一个波长和另一个波长选自所述至少两个不同波长。
32.如权利要求28～31任一项所述的系统，其中，所述探测器包括配置用于在其中包围和容纳患者的肉质介质部分的两个基本上呈U形的部分。
33.如权利要求32所述的系统，其中，所述U形部分的尺寸为使其中一个U形部分以预定距离进入另外一个U形部分。
34.如权利要求32或33所述的系统，其中，所述加压组件包括装在至少一个U形部分的内侧上的气垫，该气垫与受控制单元操纵的驱动器相连以对包围在两个U形部分之间的介质部分施加受控变化的压力。
35.如权利要求32或33所述的系统，其中，所述加压组件包括其运行使U形部分相互靠拢的封套，并借此对包围在其中的介质部分施加初级压力和次级压力。
36.如权利要求28～35任一项所述的系统，其中，所述测定单元是在透射模式中工作的。
37.如权利要求28～35任一项所述的系统，其中，所述测定单元是在反射模式中工作的。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/452,932 US6993372B2 (en) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | Method and system for use in non-invasive optical measurements of blood parameters |
| US10/452,932 | 2003-06-03 | ||
| GB0312263.8 | 2003-06-03 | ||
| GB0312663A GB2402472B (en) | 2003-06-03 | 2003-06-03 | Method and system for use in non-invasive optical measurements of blood parameters |
| PCT/IL2004/000463 WO2004105596A1 (en) | 2003-06-03 | 2004-06-01 | Method and system for use in non-invasive optical measurements of blood parameters |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1798520A true CN1798520A (zh) | 2006-07-05 |
| CN100457021C CN100457021C (zh) | 2009-02-04 |
Family
ID=33492259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2004800154485A Expired - Lifetime CN100457021C (zh) | 2003-06-03 | 2004-06-01 | 用于血液参数的非侵入式光学测定的方法和系统 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (2) | EP2465420A3 (zh) |
| JP (1) | JP5153138B2 (zh) |
| CN (1) | CN100457021C (zh) |
| WO (1) | WO2004105596A1 (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008064534A1 (fr) * | 2006-11-27 | 2008-06-05 | Beijing Choice Electronic Technology Co., Ltd. | Appareil de mesure de saturation du sang en oxygène de type pince digitale |
| CN102387739A (zh) * | 2009-04-11 | 2012-03-21 | 德国弗雷泽纽斯医疗保健股份有限公司 | 用于体外血液处理装置的测量血液中血液成分的装置和方法 |
| CN103519825A (zh) * | 2012-07-06 | 2014-01-22 | 奥森斯有限公司 | 用于测量血液参数的系统及方法 |
| CN103906468A (zh) * | 2011-08-30 | 2014-07-02 | 奥希顿医疗有限公司 | 可佩戴式脉搏血氧定量装置 |
| CN105249974A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-01-20 | 华南师范大学 | 一种基于压力调制光谱技术的无创葡萄糖检测系统与方法 |
| CN105358058A (zh) * | 2013-04-19 | 2016-02-24 | 赛姆勒科学有限公司 | 循环监视系统 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7313425B2 (en) | 2004-07-08 | 2007-12-25 | Orsense Ltd. | Device and method for non-invasive optical measurements |
| US7254432B2 (en) * | 2005-08-17 | 2007-08-07 | Orsense Ltd. | Method and device for non-invasive measurements of blood parameters |
| SG130951A1 (en) * | 2005-09-13 | 2007-04-26 | Glucostats System Pte Ltd | An arrangement for providing a constant contact pressure for a probe |
| AU2008307505B2 (en) * | 2007-10-04 | 2013-01-31 | St. Louis Medical Devices, Inc. | Optical device components |
| WO2009106314A1 (de) * | 2008-02-25 | 2009-09-03 | Mbr Optical Systems Gmbh Co Kg | Verfahren und messeinrichtung zur erhebung von messsignalen aus vitalem gewebe |
| CN102641127A (zh) * | 2012-05-07 | 2012-08-22 | 天津恒基晟达科技有限公司 | 基于时间门的人体血液成分无创监测装置 |
| JP6148869B2 (ja) * | 2013-01-31 | 2017-06-14 | 日本光電工業株式会社 | 生体信号測定システム、生体信号測定装置、および生体信号測定装置の制御プログラム |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4714341A (en) * | 1984-02-23 | 1987-12-22 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Multi-wavelength oximeter having a means for disregarding a poor signal |
| US5339810A (en) * | 1993-05-03 | 1994-08-23 | Marquette Electronics, Inc. | Pulse oximetry sensor |
| US5511546A (en) * | 1993-09-20 | 1996-04-30 | Hon; Edward H. | Finger apparatus for measuring continuous cutaneous blood pressure and electrocardiogram electrode |
| US5810734A (en) * | 1994-04-15 | 1998-09-22 | Vital Insite, Inc. | Apparatus and method for measuring an induced perturbation to determine a physiological parameter |
| US5590649A (en) * | 1994-04-15 | 1997-01-07 | Vital Insite, Inc. | Apparatus and method for measuring an induced perturbation to determine blood pressure |
| JP3844779B2 (ja) * | 1995-04-20 | 2006-11-15 | マイクロコー インコーポレイテッド | 非侵襲的にヘマトクリットを測定するための方法およびその装置 |
| US5638816A (en) * | 1995-06-07 | 1997-06-17 | Masimo Corporation | Active pulse blood constituent monitoring |
| US6027452A (en) * | 1996-06-26 | 2000-02-22 | Vital Insite, Inc. | Rapid non-invasive blood pressure measuring device |
| US6018673A (en) * | 1996-10-10 | 2000-01-25 | Nellcor Puritan Bennett Incorporated | Motion compatible sensor for non-invasive optical blood analysis |
| IL124787A0 (en) * | 1998-06-07 | 1999-01-26 | Itamar Medical C M 1997 Ltd | Pressure applicator devices particularly useful for non-invasive detection of medical conditions |
| IL124965A (en) | 1998-06-17 | 2002-08-14 | Orsense Ltd | Non-invasive method of optical measurements to diagnose the concentration of a substance in the blood |
| US6213952B1 (en) | 1999-09-28 | 2001-04-10 | Orsense Ltd. | Optical device for non-invasive measurement of blood related signals utilizing a finger holder |
| US6400971B1 (en) * | 1999-10-12 | 2002-06-04 | Orsense Ltd. | Optical device for non-invasive measurement of blood-related signals and a finger holder therefor |
| EP1251772B1 (en) * | 1999-12-22 | 2012-11-14 | Orsense Ltd. | A method of optical measurements for determining various parameters of the patient's blood |
| IL135077A0 (en) | 2000-03-15 | 2001-05-20 | Orsense Ltd | A probe for use in non-invasive measurements of blood related parameters |
| IL136673A0 (en) | 2000-06-11 | 2001-06-14 | Orsense Ltd | A method and device for measuring the concentration of glucose or other substance in blood |
| WO2003001180A2 (en) * | 2001-06-20 | 2003-01-03 | Purdue Research Foundation | Body-member-illuminating pressure cuff for noninvasive optical measurement |
-
2004
- 2004-06-01 EP EP12159026A patent/EP2465420A3/en not_active Withdrawn
- 2004-06-01 CN CNB2004800154485A patent/CN100457021C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2004-06-01 WO PCT/IL2004/000463 patent/WO2004105596A1/en active Application Filing
- 2004-06-01 EP EP04735644.9A patent/EP1628564B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-06-01 JP JP2006508484A patent/JP5153138B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008064534A1 (fr) * | 2006-11-27 | 2008-06-05 | Beijing Choice Electronic Technology Co., Ltd. | Appareil de mesure de saturation du sang en oxygène de type pince digitale |
| CN102387739A (zh) * | 2009-04-11 | 2012-03-21 | 德国弗雷泽纽斯医疗保健股份有限公司 | 用于体外血液处理装置的测量血液中血液成分的装置和方法 |
| CN102387739B (zh) * | 2009-04-11 | 2015-02-18 | 德国弗雷泽纽斯医疗保健股份有限公司 | 用于体外血液处理装置的测量血液中血液成分的装置 |
| CN103906468A (zh) * | 2011-08-30 | 2014-07-02 | 奥希顿医疗有限公司 | 可佩戴式脉搏血氧定量装置 |
| CN103906468B (zh) * | 2011-08-30 | 2016-12-07 | 奥希顿医疗有限公司 | 可佩戴式脉搏血氧定量装置 |
| CN103519825A (zh) * | 2012-07-06 | 2014-01-22 | 奥森斯有限公司 | 用于测量血液参数的系统及方法 |
| US9913602B2 (en) | 2012-07-06 | 2018-03-13 | Orsense Ltd. | System and method for measuring blood parameters |
| CN103519825B (zh) * | 2012-07-06 | 2019-02-15 | 奥森斯有限公司 | 用于测量血液参数的系统及方法 |
| CN105358058A (zh) * | 2013-04-19 | 2016-02-24 | 赛姆勒科学有限公司 | 循环监视系统 |
| CN105249974A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-01-20 | 华南师范大学 | 一种基于压力调制光谱技术的无创葡萄糖检测系统与方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2004105596A1 (en) | 2004-12-09 |
| WO2004105596A8 (en) | 2006-02-23 |
| EP2465420A2 (en) | 2012-06-20 |
| EP1628564B1 (en) | 2014-02-12 |
| JP2006526453A (ja) | 2006-11-24 |
| EP1628564A1 (en) | 2006-03-01 |
| CN100457021C (zh) | 2009-02-04 |
| JP5153138B2 (ja) | 2013-02-27 |
| EP2465420A3 (en) | 2012-10-24 |
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 | |
| US6993372B2 (en) | Method and system for use in non-invasive optical measurements of blood parameters | |
| CN1798520A (zh) | 用于血液参数的非侵入式光学测定的方法和系统 | |
| US7167734B2 (en) | Method for optical measurements of tissue to determine disease state or concentration of an analyte | |
| US6804002B2 (en) | Method and device for measuring concentration of glucose or other substances in blood | |
| US7961305B2 (en) | Optical device components | |
| US20220031201A1 (en) | Method and system for non-invasive blood glucose measurement using signal change of the non-glucose components induced by the presence of glucose | |
| US20090105565A1 (en) | Optical device components | |
| JP2001513351A (ja) | 光学的ブドウ糖検出器 | |
| US7961304B2 (en) | Optical device components | |
| CN1032587A (zh) | 光声光谱技术 | |
| CN1669526A (zh) | 生物信息测定方法及测定装置 | |
| WO2005012553A3 (en) | Optical in vivo probe of analyte concentration within the sterile matrix under the human nail | |
| CN1313051C (zh) | 无创测量血液成分浓度的方法和装置 | |
| CN1550213A (zh) | 测量待测物中成分浓度的方法和设备 | |
| KR20090036996A (ko) | 복수 개의 단일 파장 광원을 이용한 투과와 반사 병행방식의 무채혈 혈당기 | |
| CN1579323A (zh) | 组织成分检测的双探头差分光谱仪及检测方法 | |
| CN111631733B (zh) | 一种动脉血液光谱检测方法及装置 | |
| CN203074709U (zh) | 基于时间门的人体血液成分无创监测装置 | |
| CN102641127A (zh) | 基于时间门的人体血液成分无创监测装置 | |
| RU2344752C1 (ru) | Способ определения концентрации компонент крови и устройство для его реализации | |
| Fine et al. | A new non-invasive method for assessment of inflammation | |
| JP2000131322A (ja) | グルコース濃度の定量方法及びその装置 | |
| CN1579327A (zh) | 组织成分检测的变光路时域分光差分光谱仪及检测方法 | |
| GB2402472A (en) | Non-invasive optical measurement of blood parameters |
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 | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20090204 |