DE4314835A1 - Method and device for analysing glucose in a biological matrix - Google Patents
Method and device for analysing glucose in a biological matrixInfo
- Publication number
- DE4314835A1 DE4314835A1 DE4314835A DE4314835A DE4314835A1 DE 4314835 A1 DE4314835 A1 DE 4314835A1 DE 4314835 A DE4314835 A DE 4314835A DE 4314835 A DE4314835 A DE 4314835A DE 4314835 A1 DE4314835 A1 DE 4314835A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- detection
- light
- biological matrix
- irradiation
- site
- 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.)
- Withdrawn
Links
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
-
- 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
-
- 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
- A61B5/68—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
- A61B5/6832—Means for maintaining contact with the body using adhesives
- A61B5/6833—Adhesive patches
-
- 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
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0233—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
- A61B2562/046—Arrangements of multiple sensors of the same type in a matrix array
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Public Health (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von Glucose in einer biologischen Matrix.The invention relates to a method and a device for the analysis of glucose in a biological matrix.
Der Begriff "biologische Matrix" bezeichnet eine Körper flüssigkeit oder ein Gewebe eines lebenden Organismus. Biologische Matrices, auf die sich die Erfindung bezieht, sind optisch heterogen, d. h. sie enthalten eine Vielzahl von Streuzentren, an denen eingestrahltes Licht gestreut wird. Im Falle von biologischem Gewebe, insbesondere Hautgewebe, werden die Streuzentren von den Zellwänden und anderen in dem Gewebe enthaltenen Bestandteilen ge bildet.The term "biological matrix" refers to a body liquid or tissue of a living organism. Biological matrices to which the invention relates are optically heterogeneous, i. H. they contain a variety from scattering centers, where irradiated light is scattered becomes. In the case of biological tissue, in particular Skin tissues become the scattering centers of the cell walls and other components contained in the fabric forms.
Auch Körperflüssigkeiten, insbesondere Blut, stellen eine heterogene biologische Matrix dar, weil sie Partikel ent halten, an denen die Primärstrahlung vielfach gestreut wird. Auch Milch und andere in der Lebensmittelchemie zu untersuchende Flüssigkeiten enthalten vielfach eine hohe Konzentration von Streuzentren, beispielsweise in Form von emulgierten Fetttröpfchen.Body fluids, especially blood, are also a problem heterogeneous biological matrix because they ent particles hold on which the primary radiation is widely scattered becomes. Milk and others in food chemistry too investigating liquids often contain a high level Concentration of scattering centers, for example in form of emulsified fat droplets.
Zur qualitativen und quantitativen analytischen Bestim mung von Komponenten solcher biologischen Matrices werden im allgemeinen Reagenzien bzw. Reagenziensysteme einge setzt, deren Reaktion mit der jeweiligen Komponente, zu einer physikalisch nachweisbaren Änderung, beispielsweise eine Änderung der Farbe der Reaktionslösung führt, die als Meßgröße gemessen werden kann. Durch Kalibration mit Standardproben bekannter Konzentration wird eine Korrela tion zwischen den bei unterschiedlichen Konzentrationen gemessenen Werten der Meßgröße und der jeweiligen Konzen tration bestimmt.For qualitative and quantitative analytical determinations components of such biological matrices generally reagents or reagent systems sets, their reaction with the respective component a physically detectable change, for example a change in the color of the reaction solution that can be measured as a measurand. By calibration with Standard samples of known concentration become a correla tion between those at different concentrations measured values of the measurand and the respective concentrations tration determined.
Diese Verfahren ermöglichen zwar Analysen mit hoher Ge nauigkeit und Empfindlichkeit, machen es jedoch erforder lich, eine flüssige Probe, insbesondere eine Blutprobe zur Analyse dem Körper zu entnehmen ("Invasive Analyse"). Diese Probenentnahme ist unangenehm und schmerzhaft und führt zu einem gewissen Infektionsrisiko.Although these methods enable high-Ge analyzes accuracy and sensitivity, however, make it necessary Lich, a liquid sample, especially a blood sample to be taken from the body for analysis ("invasive analysis"). This sampling is uncomfortable and painful leads to a certain risk of infection.
Dies gilt vor allem, wenn eine Krankheit sehr häufige Analysen erforderlich macht. Das wohl wichtigste Beispiel ist der Diabetes. Um schwere Folgeerkrankungen und kriti sche Zustände des Patienten zu vermeiden, ist es bei die ser Krankheit erforderlich, den Glucosegehalt des Blutes sehr häufig oder sogar kontinuierlich zu bestimmen.This is especially true if an illness is very common Requires analysis. Probably the most important example is diabetes. To serious complications and critical Avoiding the patient's This disease requires the blood's glucose content to be determined very frequently or even continuously.
Es sind deshalb bereits eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen worden, um Glucose in Blut, Gewebe oder anderen biologischen Matrices in vivo und nicht-invasiv zu bestimmen. There are therefore a large number of processes and Devices have been proposed to reduce glucose in blood, Tissues or other biological matrices in vivo and to be determined non-invasively.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Teilgruppe solcher Verfahren, bei denen Licht durch eine die biologische Ma trix begrenzende Grenzfläche als Primärlicht in die bio logische Matrix eingestrahlt wird, und die Intensität des nach Wechselwirkung mit der biologischen Matrix aus die ser als Sekundärlichts austretenden Lichts gemessen wird. Eine solche Messung wird hier als "Detektionsmessung" be zeichnet. Vielfach werden zur Bestimmung einer Glucose konzentration mehrere Detektionsmessungen, meist bei un terschiedlichen Wellenlängen, durchgeführt. Aus den bei den Detektionsmessungen ermittelten Intensitätsmeßwerten des Sekundärlichts wird eine Meßgröße abgeleitet, die (ohne Verwendung von Reagenzien) ein Maß für die Konzen tration des Analyten in der biologischen Matrix ist. Die Wellenlängen des Lichts, die für solche Verfahren disku tiert werden, liegen allgemein zwischen etwa 300 nm und mehreren tausend nm, also im Spektralbereich zwischen dem nahen UV- und infrarotem Licht. Der Begriff "Licht" darf nicht als Einschränkung auf den sichtbaren Spektralbe reich des Lichtes verstanden werden.The invention relates to a subset of such Processes in which light passes through the biological Ma trix limiting interface as primary light in the bio logical matrix is irradiated, and the intensity of the after interaction with the biological matrix from the ser is measured as secondary light emerging light. Such a measurement is referred to here as a "detection measurement" draws. Often used to determine a glucose concentration of several detection measurements, mostly at un different wavelengths. From the at the intensity measurements determined using the detection measurements a measurand of the secondary light is derived, the (without using reagents) a measure of the concentration tration of the analyte in the biological matrix. The Wavelengths of light that are discu are generally between about 300 nm and several thousand nm, i.e. in the spectral range between the near UV and infrared light. The term "light" is allowed not as a limitation to the visible spectrum be understood in the realm of light.
Ein Überblick auf physikochemische (reagenzienfreie) Bestimmungen von Glucose in vivo wird gegeben in: J.D. Kruse-Jarres "Physicochemical Determinations of Glucose in vivo", J. Clin. Chem. Clin. Biochem. 26 (1988), 201-208. Als nicht-invasive Verfahren werden dabei unter anderem die Kernresonanz (NMR, nuclear magnetic resonance), Elektronenspinresonanz (ESR, electron spin resonance) sowie die Infrarotspektroskopie genannt. Keines dieser Verfahren hat jedoch bis jetzt praktische Bedeutung erlangen können. Teilweise sind extrem große und aufwendige Apparaturen erforderlich, die für die Routineanalytik oder gar die Selbstkontrolle des Patienten (home monitoring) völlig ungeeignet sind. Im Falle der Analyse von Glukose und anderen Analyten mit Hilfe der IR-Spektroskopie ist die Genauigkeit der Mes sung - auch bei der Verlaufskontrolle über relativ kurze Zeiträume - beim gegenwärtigen Stand der Entwicklung un zureichend. Dies dürfte vor allem auf die zahlreichen Störungen durch absorbierende Fremdsubstanzen zurück zuführen sein.An overview of physicochemical (reagent-free) Determinations of glucose in vivo are given in: J.D. Kruse-Jarres "Physicochemical Determinations of Glucose in vivo ", J. Clin. Chem. Clin. Biochem. 26 (1988), 201-208. As a non-invasive procedure among other things the nuclear magnetic resonance (NMR, nuclear magnetic resonance), electron spin resonance (ESR, electron spin resonance) and infrared spectroscopy called. However, none of these procedures have so far can gain practical importance. Are partial extremely large and complex equipment required for routine analysis or even the self-control of the Patients (home monitoring) are completely unsuitable. in the Case with the analysis of glucose and other analytes IR spectroscopy is used to measure the accuracy solution - even when monitoring progress over a relatively short period Periods - at the current state of development and sufficient. This is likely due to the numerous Disturbances due to absorbing foreign substances to be led.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die analytische Bestimmung von Glucose in einer bio logischen Matrix zur Verfügung zu stellen, welches mit einfachen Mitteln, reagenzienfrei und nicht-invasiv arbeitet und eine gute Analysegenauigkeit, zum Beispiel für die Beobachtung der Änderung der Analytkonzentration (Verlaufskontrolle) über einen ausreichenden Zeitraum er möglicht.The invention has for its object a method for the analytical determination of glucose in a bio to provide a logical matrix, which with simple means, reagent-free and non-invasive works and good analytical accuracy, for example for monitoring the change in analyte concentration (Follow-up) over a sufficient period of time possible.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestim mung der Konzentration von Glucose in einer biologischen Matrix, umfassend mindestens zwei Detektionsmessungen, bei denen jeweils Licht durch eine die biologische Matrix begrenzende Grenzfläche als Primärlicht in die biolo gische Matrix eingestrahlt wird, das Licht in der biolo gischen Matrix entlang einem Lichtweg propagiert und eine aus der biologischen Matrix durch eine diese begrenzende Grenzfläche als Sekundärlicht austretende Lichtintensität gemessen wird, und einen Auswerteschritt, bei dem aus den Intensitätsmeßwerten der Detektionsmessungen mittels eines Auswertealgorithmus und einer Kalibration die Glu cosekonzentration abgeleitet wird, bei welchem eine erste Detektionsmessung eine ortsauflösende Streulichtmessung ist, bei der das Primärlicht an einem definierten Ein strahlungsort in die biologische Matrix eingestrahlt wird, die Intensität des an einem definierten Detektions ort aus der biologischen Matrix austretenden Sekundär lichts gemessen wird und der Detektionsort relativ zu dem Einstrahlungsort so angeordnet ist, daß an Streuzentren der biologischen Matrix vielfach gestreutes Licht detek tiert wird, dessen Intensität für die Konzentration der Glucose charakteristisch ist, und der Lichtweg bei einer zweiten Detektionsmessung von dem der ersten Detektions messung verschieden ist.The task is solved by a procedure for determining measurement of the concentration of glucose in a biological Matrix, comprising at least two detection measurements, each of which has light through a biological matrix limiting interface as primary light in the biolo The matrix is irradiated, the light in the biolo propagated matrix along a light path and a from the biological matrix by limiting it Interface emerging as the light intensity emerging from secondary light is measured, and an evaluation step in which the Intensity measurements of the detection measurements using an evaluation algorithm and a calibration the Glu cos concentration is derived, at which a first Detection measurement a spatially resolving scattered light measurement is, in which the primary light at a defined on radiation site irradiated into the biological matrix will, the intensity of the detection at a defined location secondary emerging from the biological matrix light is measured and the detection location relative to that Irradiation site is arranged so that at scattering centers light scattered by the biological matrix tiert, whose intensity for the concentration of Glucose is characteristic, and the light path at one second detection measurement from that of the first detection measurement is different.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von Glucose in einer biologischen Matrix, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem zum Anlegen an eine Grenzfläche der biologischen Matrix vorgesehenen Lichttransmissionsbereich, Einstrah lungsmitteln zum Einstrahlen von Licht in die biologische Matrix durch eine diese begrenzende Grenzfläche, Detekti onsmitteln zum Messen der Intensität von aus der biolo gischen Matrix durch eine diese begrenzende Grenzfläche austretendem Licht und Auswertemitteln zum Umwandeln der gemessenen Intensität in ein der Glucosekonzentration entsprechendes Signal, bei welchem die Einstrahlungsmit tel zum gezielten Beleuchten eines definierten Einstrah lungsortes ausgebildet sind und die Detektionsmittel zum gezielten Messen des an einem definierten Detektionsort austretenden Sekundärlichts ausgebildet sind, wobei der Detektionsort relativ zu dem Einstrahlungsort so angeord net ist, daß an Streuzentren der biologischen Matrix vielfach gestreutes Licht detektiert wird, dessen Inten sität für die Konzentration der Glucose charakteristisch ist.The invention further relates to a device to determine the concentration of glucose in a biological matrix, in particular to carry out the Method according to one of the preceding claims, with one for application to an interface of the biological Matrix provided light transmission area, single beam agents for irradiating light into the biological Matrix through an interface that delimits this, Detekti on means for measuring the intensity of from the biolo matic matrix through an interface that delimits this emerging light and evaluation means for converting the measured intensity in one of the glucose concentration corresponding signal in which the irradiation with tel for the targeted lighting of a defined single beam Are trained location and the detection means for targeted measurement of the at a defined detection location emerging secondary light are formed, the Detection location so arranged relative to the irradiation location net is that at scattering centers of the biological matrix scattered light is detected, its intensity characteristic of the concentration of glucose is.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß sich die Messung des Sekundärlichts bei mindestens einer Detekti onsmessung nicht auf eine Strahlrichtung oder einen Win kelbereich des durch das Meßobjekt hindurchtretenden Lichts oder des von dem Meßobjekt reflektierten Lichts bezieht, sondern auf einen definierten Teilbereich einer die biologische Matrix begrenzenden Grenzfläche, der als Detektionsort bezeichnet wird. Auch die Einstrahlung des Primärlichts erfolgt in einem definierten Teilbereich ei ner Grenzfläche der biologischen Matrix, der als Ein strahlungsort bezeichnet wird. Eine solche Messung wird als "ortsauflösende Detektionsmessung" bezeichnet.An essential feature of the invention is that the Measurement of the secondary light with at least one detective onsection not on a beam direction or a win kelbereich of the passing through the measurement object Light or the light reflected from the measurement object relates, but to a defined sub-area of a the boundary delimiting the biological matrix, called Detection site is called. The radiation of the Primary light occurs in a defined area ei ner interface of the biological matrix, which as an radiation location is designated. Such a measurement will referred to as "spatially resolving detection measurement".
Die Begriffe "Einstrahlungsort" und "Detektionsort" sind (etwa im Sinne des englischen Begriffes "site") geome trisch zu verstehen, nämlich als der geometrische Ort, an dem Lichtstrahlen, die bei der jeweiligen Detektionsmes sung für den Intensitätsmeßwert bestimmend sind, durch eine die biologische Matrix begrenzende Grenzfläche hin durchtreten. Als Sammelbegriff für den Eintrittsort und den Detektionsort wird nachfolgend deshalb auch die Be zeichnung "Durchtrittsort" verwendet.The terms "irradiation site" and "detection site" are (roughly in the sense of the English term "site") geome to understand trically, namely as the geometric place the light rays that are present in the respective detection measurement are determining for the intensity measurement, by an interface bounding the biological matrix step through. As a collective term for the place of entry and the detection site is therefore also the Be drawing "place of passage" used.
Soweit nachfolgend Angaben über Distanzen zwischen Durch trittsorten gemacht werden, beziehen sich diese jeweils auf die Mitte des Einstrahlungsortes bzw. des Detektions ortes. Die Mitte wird bei einer kreisförmigen Gestaltung von dem Mittelpunkt, bei einer länglichen Gestaltung von der Mittellinie gebildet, wobei davon auszugehen ist, daß länglich gestaltete Detektionsorte in gleichmäßigem Ab stand vom jeweiligen Einstrahlungsort verlaufen, d. h. ihre Mittellinie verläuft in gleichmäßigem Abstand zum Mittelpunkt bzw. der Mittellinie des jeweiligen Einstrah lungsortes.As far as below information about distances between through steps are made, they relate to each other to the center of the irradiation site or the detection location. The center is in a circular design from the center, with an elongated design of the center line, it being assumed that elongated detection sites in uniform intervals stood from the respective irradiation location, d. H. their center line runs at an even distance from the Center point or the center line of the respective irradiation location.
Weiter ist für die Erfindung wesentlich, daß bei minde stens einer der Detektionsmessungen, deren Intensitäts meßwerte zur Ermittlung der Glucosekonzentration verwen det werden, die Durchtrittsorte (also der Einstrahlungs ort und der Detektionsort) relativ zueinander so angeord net sind, daß an Streuzentren der biologischen Matrix vielfach gestreutes Licht detektiert wird, dessen Inten sität für die Konzentration der Glucose charakteristisch ist. Um diese "Vielfachstreuungsbedingung" zu gewährlei sten ist folgendes zu berücksichtigen.It is also essential for the invention that at least at least one of the detection measurements, its intensity Use measured values to determine the glucose concentration the places of passage (i.e. the irradiation location and the detection location) relative to each other are net that at scattering centers of the biological matrix scattered light is detected, its intensity characteristic of the concentration of glucose is. To guarantee this "multiple scatter condition" The following should be taken into account.
Die mittlere freie Weglänge von Photonen im Gewebe oder den erwähnten Körperflüssigkeiten ist von der Wellenlänge und der jeweiligen Dichte der vorhandenen Streuzentren abhängig. Typischerweise liegt sie etwa zwischen 0,01 mm und 0,1 mm. Auf dem Lichtweg in der biologischen Matrix von dem Einstrahlungsort bis zu dem Detektionsort sollten mindestens etwa 10, vorzugsweise mindestens etwa 100 Streuprozesse stattfinden. Der Lichtweg innerhalb der biologischen Matrix ist stets länger (vielfach sogar er heblich länger) als die direkte Verbindung zwischen Ein strahlungsort und Detektionsort. Als praktische Regel läßt sich jedoch angeben, daß der Abstand zwischen Ein strahlungsort und Detektionsort mindestens der zehn fachen, vorzugsweise der zwanzigfachen, besonders be vorzugt der 50-fachen mittleren freien Weglänge der Photonen in der jeweiligen biologischen Matrix bei der jeweiligen Wellenlänge des Primärlichtes entsprechen sollte.The mean free path of photons in tissue or the body fluids mentioned is of the wavelength and the respective density of the existing scattering centers dependent. It is typically between about 0.01 mm and 0.1 mm. On the light path in the biological matrix from the radiation site to the detection site at least about 10, preferably at least about 100 Scattering processes take place. The light path within the biological matrix is always longer (in many cases even it considerably longer) than the direct connection between on radiation location and detection location. As a practical rule However, it can be stated that the distance between A Radiation site and detection site of at least the ten times, preferably twenty times, especially be preferably 50 times the mean free path of the Photons in the respective biological matrix at the correspond to the respective wavelength of the primary light should.
Der maximale Abstand zwischen dem Einstrahlungsort und dem Detektionsort ist ebenfalls von der mittleren freien Weglänge der Photonen abhängig. Oberhalb einer im Einzel fall experimentell zu bestimmenden Grenze geht die Abhän gigkeit der gemessenen Intensität von der Glucosekonzen tration derart zurück, daß das Signal/Rauschverhältnis schlecht wird. Vorzugsweise sollte der Abstand zwischen Einstrahlungsort und Detektionsort weniger als 25 mm, be vorzugt weniger als 15 mm betragen. Um ausschließlich an Streuzentren der biologischen Matrix vielfach gestreutes Licht zu erfassen, muß darüberhinaus auf eine sorgfältige Abschirmung des Primärlichts von dem Detektor, mit dem das Sekundärlicht gemessen wird, geachtet werden.The maximum distance between the radiation site and the detection site is also from the middle free one Path length depends on the photons. Above one in single If the limit to be determined experimentally is dependent accuracy of the measured intensity of the glucose concentrations tration back so that the signal / noise ratio gets bad. Preferably the distance between Radiation site and detection site less than 25 mm, be preferably less than 15 mm. To exclusively Scattering centers of the biological matrix widely scattered To capture light must also be careful Shielding the primary light from the detector with which the secondary light is measured.
Die Vielfachstreuung führt dazu, daß das am Detektionsort austretende Licht weitgehend diffusen Charakter hat, d. h. seine Intensität ist weitgehend unabhängig von dem Aus trittswinkel, unter dem es erfaßt wird. Wenn das Primär licht kohärent und/oder polarisiert ist, gehen diese Eigenschaften durch die Vielfachstreuung verloren. Auch dadurch läßt sich testen, ob die für die Erfindung erfor derliche "Vielfachstreuungsbedingung" erfüllt ist.The multiple scattering leads to that at the detection site emerging light has a largely diffuse character, d. H. its intensity is largely independent of the end step angle at which it is detected. If that's primary is light coherent and / or polarized, these go Properties lost due to multiple scattering. Also this can be used to test whether the required for the invention Such "multiple scatter condition" is met.
Es wird deutlich, daß die vorstehend erläuterten Ge sichtspunkte "ortsauflösende Detektionsmessung" und "Vielfachstreuungsbedingung" miteinander verknüpft sind. Eine Detektionsmessung, bei der beide Merkmale erfüllt sind, wird als "ortsauflösende Streulichtmessung" be zeichnet.It is clear that the Ge viewpoints "spatially resolving detection measurement" and "Multiple scatter condition" are linked together. A detection measurement in which both characteristics are met are, as "spatially resolving scattered light measurement" be draws.
Vorzugsweise befindet sich bei der ortsauflösenden Streu lichtmessung der Detektionsort an der gleichen Grenzflä che wie der Einstrahlungsort, d. h. es wird "in Reflexion" gemessen. Soweit zwei einander gegenüberliegende Grenz flächen der biologischen Matrix zugänglich sind, kann je doch auch "in Transmission" gemessen werden, wobei sich der Einstrahlungsort und der Detektionsort auf gegenüber liegenden Grenzflächen der biologischen Matrix befinden. Dabei dürfen die Begriffe "Transmission" und "Reflexion" im Hinblick auf den diffusen Charakter des an dem Detek tionsort austretenden Lichtes natürlich nicht so verstan den werden, daß das Sekundärlicht mit einer stark domi nierenden Vorzugsrichtung aus der Matrix austritt. The spatially resolving litter is preferably located light measurement of the detection site at the same interface che like the irradiation site, d. H. it becomes "in reflection" measured. So far two opposite borders areas of the biological matrix are accessible but can also be measured "in transmission", whereby the irradiation site and the detection site on opposite lying interfaces of the biological matrix. The terms "transmission" and "reflection" with regard to the diffuse character of the detec location of the emerging light is of course not so understood that the secondary light with a strong domi preferred direction emerges from the matrix.
Der Einstrahlungsort und der Detektionsort können bei der ortsauflösenden Streulichtmessung sehr unterschiedliche Dimensionen und geometrische Formgebungen haben. Wesent lich ist nur, daß durch die ortsauflösende Streulichtmes sung eine Information über die Intensität des Sekundär lichtes in Abhängigkeit von der relativen Position des Einstrahlungsortes und des Detektionsortes (nicht etwa in Abhängigkeit vom Detektionswinkel) gewonnen wird. Mehrere solcher ortsauflösenden Streulichtmessungen, bei denen der jeweilige Detektionsort einen unterschiedlichen Ab stand vom jeweiligen Einstrahlungsort hat, ergeben somit eine Information I(r) über die funktionale Abhängigkeit der Intensität I vom Abstand r.The radiation site and the detection site can be at spatially resolving scattered light measurement very different Have dimensions and geometrical shapes. Essential Lich is only that by the spatially resolving scattered light information about the intensity of the secondary depending on the relative position of the Irradiation site and the detection site (not in Dependence on the detection angle) is obtained. Several such spatially resolving scattered light measurements, in which the respective detection location a different Ab has stood from the respective irradiation location information I (r) about the functional dependency the intensity I from the distance r.
In dem bevorzugten Fall der Reflexionsmessung befindet sich der Detektionsort vorzugsweise in einem Detektions bereich, der den Teil der Grenzfläche einschließt, der einen Abstand von mindestens 0,2 mm und höchstens 25 mm von der Mitte des Einstrahlungsortes hat. Im Falle eines punkt- oder kreisförmigen Einstrahlungsortes ist der De tektionsbereich, in dem sich der Detektionsort befindet, also ein Kreisring mit einem inneren Durchmesser von 0,2 mm und einem äußeren Durchmesser von 25 mm. Im Falle eines langgestreckten Einstrahlungsortes definiert die vorstehende Bedingung als Detektionsbereich eine den Ein strahlungsort umgebende geschlossene Ringfläche mit einer von der Kreisform abweichenden Gestalt.In the preferred case the reflection measurement is located the detection site is preferably in a detection area that includes the portion of the interface that a distance of at least 0.2 mm and at most 25 mm from the center of the irradiation site. in case of an point or circular irradiation site is the De tection area in which the detection location is located a circular ring with an inner diameter of 0.2 mm and an outer diameter of 25 mm. In the event of of an elongated irradiation site defines the The above condition as the detection area is the on closed ring area surrounding the radiation site with a shape deviating from the circular shape.
Im allgemeinsten Fall kann der Einstrahlungsort und vor allem der Detektionsort bei der ortsauflösenden Streu lichtmessung relativ große Abmessungen haben. Im Falle der Reflexionsmessung kann beispielsweise der gesamte De tektionsbereich bei einer ortsauflösenden Streulichtmes sung als Detektionsort erfaßt werden. Die Qualität der Ortsauflösung wird jedoch verbessert, wenn die Durch trittsorte in Richtung des den jeweiligen Einstrahlungs ort und Detektionsort verbindenden Abstandes eine ver hältnismäßig kleine Dimension von vorzugsweise weniger als 2 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm haben. Insbesondere können die Durchtrittsorte (insbesondere der Detektionsort) vorteilhaft langgestreckt und schmal aus gebildet sein. Ein solcher Durchtrittsort wird als Durch trittsfeld (Einstrahlungsfeld bzw. Detektionsfeld) be zeichnet. Die kleinere Dimension eines Durchtrittsfeldes beträgt vorzugsweise weniger als 2 mm, besonders bevor zugt weniger als 1 mm.In the most general case, the irradiation location and before especially the detection location with the spatially resolving litter light measurement have relatively large dimensions. In the event of the reflection measurement, for example, the entire De tection area with a spatially resolving scattered light measurement solution can be detected as a detection location. The quality of the However, spatial resolution is improved if the through place of kick in the direction of the respective irradiation location and detection location connecting distance a ver relatively small dimension, preferably less have than 2 mm, particularly preferably less than 1 mm. In particular, the places of passage (in particular the Detection location) advantageously elongated and narrow be educated. Such a place of passage is called a through entry field (radiation field or detection field) draws. The smaller dimension of a passage area is preferably less than 2 mm, especially before pulls less than 1 mm.
Bei der Erfindung werden die Intensitätsmeßwerte von min destens zwei Detektionsmessungen verwendet, um in einem Auswerteschritt des Verfahrens mittels eines Auswerteal gorithmus und einer Kalibration die Glucosekonzentration zu ermitteln ("abzuleiten"). Mindestens eine erste dieser Detektionsmessungen muß eine ortsauflösende Streulicht messung sein. Bei einer zweiten Detektionsmessung kann grundsätzlich auch ein anderes Verfahren verwendet wer den. Besonders bevorzugt werden jedoch mindestens zwei ortsauflösende Streulichtmessungen durchgeführt, aus de ren Intensitätsmeßwerten die Glucosekonzentration abge leitet wird.In the invention, the intensity measurements of min least two detection measurements used to in one Evaluation step of the method by means of an evaluation al gorithmus and a calibration the glucose concentration to determine ("to derive"). At least a first one of these Detection measurements must have a spatially resolving scattered light be measurement. A second detection measurement can in principle, another method is also used the. However, at least two are particularly preferred spatially resolving scattered light measurements carried out from de the intensity measured the glucose concentration is leading.
Vorzugsweise erfolgen die mindestens zwei Detektionsmes sungen gleichzeitig oder in ausreichend kurzem zeitlichem Abstand. Als ausreichend kurz ist dabei ein zeitlicher Abstand zu verstehen, bei dem zwischen den Messungen, die zur Ableitung eines Konzentrationswertes der Glucose ver wendet werden, keine die Meßgenauigkeit beeinträchtigende Veränderung der biologischen Matrix stattfindet. Appara tiv wird dies vorzugsweise dadurch realisiert, daß um schaltbare Einstrahlungsmittel und/oder Detektionsmittel vorgesehen sind, um ohne bewegliche Teile die Einstellung unterschiedlicher Paare von Durchtrittsorten zu ermögli chen.The at least two detection measurements are preferably carried out solutions simultaneously or in a sufficiently short time Distance. A temporal is considered to be sufficiently short Understand the distance at which between the measurements that to derive a concentration value of glucose ver be used, none impairing the measuring accuracy Change in the biological matrix takes place. Appara tiv this is preferably realized in that switchable radiation means and / or detection means are provided to adjust without moving parts different pairs of passageways chen.
In jedem Fall ist wichtig, daß sich der Lichtweg der bei den Detektionsmessungen hinreichend unterscheidet. Bei zwei ortsauflösenden Streulichtmessungen wird diese Be dingung vorzugsweise durch unterschiedliche Meßabstände zwischen dem jeweiligen Einstrahlungsort und dem jeweili gen Detektionsort gewährleistet. Vorzugsweise unterschei den sich die Meßabstände um mindestens 30%, bevorzugt mindestens 50%, besonders bevorzugt mindestens 70% des kürzeren Abstandes zwischen Einstrahlungsort und Detekti onsort.In any case, it is important that the light path of the sufficiently differentiates the detection measurements. At two spatially resolving scattered light measurements, this Be condition preferably by different measuring distances between the respective radiation site and the respective guaranteed location of detection. Preferably different which the measuring distances are preferred by at least 30% at least 50%, particularly preferably at least 70% of the shorter distance between the irradiation site and the detective onsort.
Unterschiedliche Meßabstände zwischen dem jeweiligen Ein strahlungsort und dem jeweiligen Detektionsort lassen sich praktisch auf verschiedenerlei Weise realisieren. Vorzugsweise wird bei einem konstant gehaltenen Einstrah lungsort der zugeordnete Detektionsort variiert. Es ist jedoch auch möglich, bei konstant gehaltenem Detektions ort durch Variation des Einstrahlungsortes unterschiedli che Paare von Durchtrittsorten zu bilden oder sowohl den Detektionsort als auch den Einstrahlungsort zu variieren.Different measuring distances between the respective on leave the radiation location and the respective detection location can be practically realized in different ways. Preferably, the radiation is kept constant location of the assigned detection location varies. It is however also possible with a constant detection location by varying the irradiation location to form pairs of passageways or both Vary detection location as well as the irradiation location.
Ein unterschiedlicher Lichtweg kann jedoch nicht nur aus einer unterschiedlichen Länge des Meßabstandes resultie ren. Es ist vielmehr auch möglich, daß der Einstrahlungs ort und der Detektionsort so angeordnet werden, daß ihre Abstände bei den beiden Detektionsmessungen zwar gleich sind, die Gewebestrukturen auf den beiden Lichtwegen sich jedoch deutlich unterscheiden.However, a different light path cannot only be done a different length of the measuring distance results ren. It is also possible that the radiation location and the location of detection so that their Distances in the two detection measurements are the same are the tissue structures on the two light paths themselves but clearly differentiate.
Bei einer ortsauflösenden Streulichtmessung ist der Be griff "Lichtweg" wegen der Vielfachstreuung in der biolo gischen Matrix natürlich nicht im Sinne eines geometrisch streng begrenzten Teilvolumens der biologischen Matrix (wie bei einer klassischen Transmissionsspektroskopie ei ner nichtstreuenden Flüssigkeit in einer Küvette) zu ver stehen. Dennoch ist es sinnvoll, den Begriff "Lichtweg" zu benutzen, wobei er beispielsweise als dasjenige Teil volumen der biologischen Matrix verstanden werden kann, in dem ein bestimmter Prozentsatz (beispielsweise 70%) des ausgehend von einem bestimmten Einstrahlungsort bei einem bestimmten Detektionsort eintreffenden, in der Ma trix vielfach gestreuten Lichtes transportiert wird.With a spatially resolving scattered light measurement, the Be grabbed "Lichtweg" because of the multiple scatter in the biolo of course not a geometric matrix strictly limited partial volume of the biological matrix (as with a classic transmission spectroscopy ei ner non-scattering liquid in a cuvette) stand. Nevertheless, it makes sense to use the term "light path" to use, for example as that part volume of the biological matrix can be understood in which a certain percentage (e.g. 70%) based on a specific irradiation location arriving at a certain detection location, in the Ma trix light that is widely scattered.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung läßt sich die Bedingung, daß sich die Lichtwege der beiden zur Bestim mung der Konzentration verwendeten Detektionsmessungen hinreichend stark unterscheiden müssen, dahingehend defi nieren, daß die Abhängigkeit der Intensität I des gemes senen Sekundärlichtes von der Glucosekonzentration C bei beiden Detektionsmessungen nicht linear miteinander ver knüpft sein darf. Mit anderen Worten dürfen die beiden Funktionen I₁(C) und I₂(C) für die beiden unterschied lichen Lichtwege nicht linear abhängig voneinander sein. Der durch die unterschiedlichen Lichtwege verursachte Intensitätsunterschied des Sekundärlichts (bezogen auf eine gleiche Flächenausdehnung des Detektionsortes und bei gleicher Intensität des eingestrahlten Primärlichts) sollte mindestens einen Faktor 3, vorzugsweise mindestens einen Faktor 5, besonders bevorzugt mindestens einen Fak tor 10 ausmachen.For the purposes of the present invention, the Condition that the light paths of the two become determinants Detection measurements used to measure the concentration must distinguish sufficiently strongly, defi kidneys that the dependence of the intensity I of the gemes its secondary light from the glucose concentration C. the two detection measurements are not linear with each other may be knotted. In other words, the two may Functions I₁ (C) and I₂ (C) for the two difference light paths are not linearly dependent on one another. The one caused by the different light paths Difference in intensity of the secondary light (related to an equal area of the detection site and with the same intensity of the incident primary light) should be at least a factor of 3, preferably at least a factor of 5, particularly preferably at least one factor identify gate 10.
Für die Erfindung ist kennzeichnend, daß eine für die Glucosekonzentration charakteristische Meßgröße ohne Mes sung mehrerer Wellenlängen nur dadurch bestimmt werden kann, daß zwei Detektionsmessungen (bei vorzugsweiser gleicher Meßwellenlänge) mit unterschiedlichen Lichtwegen stattfinden, wobei wenigstens eine der Detektionsmessun gen eine ortsauflösende Streulichtmessung ist. Im Gegen satz zu vorbekannten spektroskopischen Verfahren (ins besondere NIR-Spektroskopie) geht es dabei nicht darum die optische Absorption als Maß für die Glucose zu be stimmen. Die Wellenlänge wird vorzugsweise sogar in einem Spektralbereich gewählt, in dem die Absorption der Glucose verhältnismäßig gering ist. Bevorzugt sind die Wellenbereiche zwischen etwa 750 und 825 nm sowie zwi schen 1150 und 1350 nm.It is characteristic of the invention that one for the Glucose concentration characteristic measured variable without measurement solution of several wavelengths can only be determined by this can that two detection measurements (with preferential same measuring wavelength) with different light paths take place with at least one of the detection measurements is a spatially resolving scattered light measurement. In the opposite sentence on known spectroscopic methods (ins special NIR spectroscopy) is not the point the optical absorption to be a measure of the glucose vote. The wavelength is preferably even in one Spectral range chosen in which the absorption of the Glucose is relatively low. Those are preferred Wavebands between about 750 and 825 nm and between between 1150 and 1350 nm.
Das Primärlicht sollte vorzugsweise monochromatisch sein. "Monochromatisch" ist dabei im praktischen Sinne dahinge hend zu verstehen, daß der überwiegende Teil der Intensi tät in einem relativ engen Wellenlängenbereich emittiert wird. Die Halbwertsbreite sollte weniger als 100 nm, be vorzugt weniger als 20 nm und besonders bevorzugt weniger als 5 nm betragen.The primary light should preferably be monochromatic. "Monochromatic" is here in a practical sense to understand that the majority of the Intensi emitted in a relatively narrow wavelength range becomes. The full width at half maximum should be less than 100 nm preferably less than 20 nm and particularly preferably less than 5 nm.
Es ist ausreichend, wenn die mindestens zwei Detektions messungen bei jeweils einer einzigen Wellenlänge durchge führt werden. Innerhalb des erwähnten Bereiches haben sich Wellenlängen zwischen 800 und 805 nm als besonders geeignet erwiesen. Dies läßt sich darauf zurückführen, daß HbO₂ und Hb bei 802 nm einen isosbestischen Punkt be sitzen, an dem die gemessene Intensität unabhängig von dem Verhältnis von Hb zu HbO₂ ist. Dies gilt auch in ei nem breiten isosbestischen Bereich zwischen 1200 und 1300 nm. Zusätzlich ist in diesem Bereich die Absorption von Hämoglobin und Wasser etwa gleich groß. Dadurch er gibt sich eine bessere Unabhängigkeit der gemessenen In tensität von dem Verhältnis von Hb, HbO₂ und H₂O.It is sufficient if the at least two detection measurements at a single wavelength leads. Have within the range mentioned wavelengths between 800 and 805 nm are special proven suitable. This can be attributed to that HbO₂ and Hb be an isosbestic point at 802 nm sit at which the measured intensity is independent of is the ratio of Hb to HbO₂. This also applies in egg wide isosbestic range between 1200 and 1300 nm. In addition, the absorption is in this range of hemoglobin and water about the same size. Thereby he there is a better independence of the measured In intensity of the ratio of Hb, HbO₂ and H₂O.
Obwohl Messungen bei einer Wellenlänge ausreichen, kann es selbstverständlich sinnvoll sein, bei weiteren zusätzlichen Wellenlängen zu messen, insbesondere um Störgrößen besser eliminieren zu können. Zu diesen Stör größen gehören unter anderem eventuelle Veränderungen der Streuzentren, sowie die Wasserabsorption und die Hämoglobin-Absorption, welche ihrerseits unmittelbar von dem Blutvolumen in der untersuchten biologischen Matrix abhängt. Hiermit im Zusammenhang steht die Tatsache, daß die Intensität des Sekundärlichts vom Blutpuls und der Körpertemperatur beeinflußt wird. Diese Einflüsse lassen sich jedoch beherrschen. Bezüglich des Blutpuls kann ent weder über eine ausreichende Anzahl von Pulsperioden ge mittelt oder Puls-synchron gemessen werden. Die Variation der Körpertemperatur kann aufgezeichnet und zur Kompensa tion verwendet werden. Alternativ wird der Detektionsbe reich, in dem sich die Durchtrittsfelder befinden, aktiv thermostatisiert. Da mit einer solchen Temperaturregelung ein relativ hoher Energieverbrauch verbunden ist, wird bei einer im Rahmen der Erfindung bevorzugten Vorrichtung zur in-vivo-Analyse der Meßbereich sorgfältig thermisch isoliert.Although measurements at one wavelength are sufficient, it will of course be useful for others to measure additional wavelengths, in particular in order to To be able to eliminate disturbances better. About this sturgeon sizes include possible changes in the Scattering centers, as well as water absorption and Hemoglobin absorption, which in turn is directly affected by the blood volume in the examined biological matrix depends. This is related to the fact that the intensity of the secondary light from the blood pulse and the Body temperature is affected. Let these influences control yourself. With regard to the blood pulse, ent neither over a sufficient number of pulse periods averaged or pulse-synchronous. The variation body temperature can be recorded and used to compensate tion can be used. Alternatively, the detection area empire in which the passage fields are located thermostated. Because with such a temperature control a relatively high energy consumption is connected in a preferred device within the scope of the invention for in-vivo analysis of the measuring range carefully thermal isolated.
Nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand der Erfinder läßt sich der der Erfindung zugrundeliegende Effekt etwa wie folgt erklären.According to the current state of knowledge, the inventor lets the effect on which the invention is based, such as explain as follows.
Die Änderung der Glucosekonzentration führt zu einer Än derung des Brechungsindex der in der biologischen Matrix enthaltenen Flüssigkeit, in der die Glucose gelöst ist. Die Änderung des Brechungsindex führt zu einer Änderung der Lichtstreuung an den in der Matrix enthaltenen Streu zentren. Diese Änderung ist allerdings bei jedem einzel nen Streuprozeß extrem klein. Berechnungen haben ergeben, daß die Änderung des Brechungsindex pro mmol nur etwa 0,002% beträgt. Im Rahmen der Erfindung wurde festge stellt, daß sich dieser extrem kleine Effekt zur Analyse von Glucose praktisch nutzen läßt, wenn man die Streupro zesse von vielen Photonen, die einen untereinander ähnli chen Lichtweg in der biologischen Matrix durchlaufen ha ben, erfaßt. Es wurde gefunden, daß dies mit Hilfe der ortsauflösenden Streulichtmessung möglich ist.The change in the glucose concentration leads to a change change in the refractive index of the in the biological matrix contained liquid in which the glucose is dissolved. The change in the refractive index leads to a change the light scatter on the scatter contained in the matrix centers. However, this change is for each individual scattering process extremely small. Calculations have shown that the change in refractive index per mmol is only about Is 0.002%. In the context of the invention was festge makes this extremely small effect for analysis of glucose can be used practically if you have the Streupro Processes of many photons that are similar to one another ha light path in the biological matrix ben, recorded. It has been found that this can be done with the help of the spatially resolving scattered light measurement is possible.
Bei der Erfindung ist das Meßverfahren also so angelegt, daß idealerweise das vom Brechungsindex abhängige Streu verhalten des die Streuzentren umgebenden Raumes inner halb der biologischen Matrix bestimmt wird. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß dieser Mechanismus sehr sensitiv ist, d. h. die gemessenen Signale sich bei ver hältnismäßig geringen Änderungen der Glucosekonzentration stark ändern. Ein wesentliches Charakteristikum der Er findung besteht darin, daß die an einem geeigneten Detek tionsort unter den Bedingungen der ortsauflösenden Streu lichtmessung gemessene Änderung der Intensität des Sekun därlichts bei einer definierten Änderung der Glucosekon zentration sehr viel größer als bei einer Absorptionsmes sung ist.In the invention, the measuring method is thus designed that ideally the scatter dependent on the refractive index behavior of the space surrounding the scattering centers half of the biological matrix is determined. As part of the Invention, it has been found that this mechanism is very is sensitive, d. H. the measured signals at ver relatively small changes in glucose concentration change greatly. An essential characteristic of the Er invention is that the at a suitable Detek location under the conditions of spatially resolving litter light measurement measured change in the intensity of the second därlichts with a defined change in glucose concentration much larger than with an absorption measurement solution.
Die Absorption von Glucose in menschlichem Gewebe ist bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung anwendbaren Wellen längen sehr gering. Quantitativ läßt sich abschätzen, daß für die auf Absorption zurückführbare Änderung der Inten sität I je Glucose-Konzentrationseinheit im Wellenlängen bereich von 700 bis 2000 nm gilt:The absorption of glucose in human tissue is at Waves applicable in the context of the present invention length very small. It can be quantitatively estimated that for the change in the intensity attributable to absorption I per glucose concentration unit in the wavelength range from 700 to 2000 nm applies:
dI/dC 10-5 dl/mg.dI / dC 10 -5 dl / mg.
Mit anderen Worten beträgt die Änderung bei einer Ände rung der Glucosekonzentration um 100 mg/dl nur etwa 10-3 Absorptionseinheiten.In other words, the change when the glucose concentration changes by 100 mg / dl is only about 10 -3 absorption units.
Bei der vorliegenden Erfindung wurden beispielsweise bei einer Änderung der Konzentration von Glucose von 5 mmol/l auf etwa 20 mmol/l Intensitätsänderungen des Sekundär lichts einer ortsauflösenden Streulichtmessung von ca. 20% beobachtet. Dies entspricht einem Wert für dI/dC von mehr als 10-2. Dieser erstaunliche Effekt läßt sich durch die Vielfachstreuung erklären, die im Rahmen der vorlie genden Erfindung für die Analyse der Glucose nutzbar ge macht wird. Die erfindungsgemäße Meßtechnik kann deswegen auch als durch Vielfachstreuung-verstärkte Glucose detektion (MSAGD; Multiple Scattering Amplified Glucose Detection) bezeichnet werden. Charakteristisch für die Erfindung ist, daß die Änderung der Intensität dI/dC des Sekundärlichtes bei einer erfindungsgemäßen ortsauf gelösten Streulichtmessung mindestens zehnmal, bevorzugt mindestens 50-mal so groß wie der dI/dC-Wert bei aus schließlicher Berücksichtigung der Absorption ist.In the present invention, for example, a change in the concentration of glucose from 5 mmol / l to approximately 20 mmol / l intensity changes in the secondary light was observed with a spatially resolving scattered light measurement of approximately 20%. This corresponds to a value for dI / dC of more than 10 -2 . This astonishing effect can be explained by the multiple scattering which is made available for the analysis of glucose in the context of the present invention. The measurement technique according to the invention can therefore also be referred to as multiple scatter amplified glucose detection (MSAGD). It is characteristic of the invention that the change in the intensity dI / dC of the secondary light in a spatially resolved scattered light measurement according to the invention is at least ten times, preferably at least 50 times as large as the dI / dC value when the absorption is only taken into account.
Durch das Erfordernis der Vielfachstreuung unterscheidet sich die MSAGD grundlegend von den bisherigen Ansätzen zur nicht-invasiven Analyse. Speziell bei der Infrarot spektroskopie, die auf der Messung der Wellenlängenab hängigkeit der Absorption basiert, wird die optische Streuung als störend empfunden. Demzufolge werden nach Möglichkeit Körperteile ausgewählt, die eine möglichst geringe Streuung des Lichtes bewirken. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, NIR-spektroskopische Bestimmungen an der Vorkammer des Auges durchzuführen, welche eine ver hältnismäßig klare und demzufolge nichtstreuende Flüssig keit enthält (US-Patent 4,014,321).Distinguished by the need for multiple scattering the MSAGD is fundamentally different from the previous approaches for non-invasive analysis. Especially with infrared spectroscopy based on the measurement of the wavelengths dependence of the absorption is based on the optical Scattering is bothersome. As a result, after Possibility body parts selected that one if possible cause little scattering of light. For example has been proposed to make NIR spectroscopic determinations the antechamber of the eye to perform a ver relatively clear and therefore non-scattering liquid contains (U.S. Patent 4,014,321).
In der europäischen Patentschrift 0 074 428 ist ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Glucose durch Laser-Lichtstreuung beschrieben. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Glucosemoleküle einen durch die Lösung transmittierten Lichtstrahl streuen und daß sich daraus die Glucosekonzentration ableiten läßt. In European patent specification 0 074 428 a Ver drive and a device for quantitative determination of glucose described by laser light scattering. Here it is assumed that the glucose molecules have a scatter light beam transmitted through the solution and that the glucose concentration can be derived from this.
Entsprechend dieser Theorie wird bei dem vorbekannten Verfahren die Messung darauf ausgerichtet, daß die Infor mation über die Glucosekonzentration aus der Raumwinkel verteilung des aus einer Untersuchungsküvette oder einem untersuchten Körperteil austretenden transmittierten Lichtes erhältlich ist. Insbesondere wird die Intensität des transmittierten Lichtes in einem Winkelbereich, in dem die Änderung in Abhängigkeit von der Glucosekonzen tration möglichst groß ist, gemessen und in Beziehung zu der an dem Zentralstrahl, welcher die Probe in gerader Richtung durchdringt, gemessenen Intensität gesetzt.According to this theory, the previously known The measurement procedure is based on the fact that the Infor tion about the glucose concentration from the solid angle distribution from a test cuvette or a examined body part emerging transmitted Light is available. In particular, the intensity of the transmitted light in an angular range, in which the change depending on the glucose concentration tration is as large as possible, measured and in relation to the one on the central beam, which is the sample in a straight line Direction penetrates, measured intensity set.
Eine ortsauflösende Streulichtmessung und eine in-vivo- Analyse, bei der sich der Einstrahlungsort und der Detek tionsort auf der gleichen Seite der biologischen Matrix befinden, wird in der Literaturstelle nicht beschrieben. Zur in vivo-Analyse wird vielmehr ausschließlich eine Transmissionsmessung mit Laserlicht am Ohrläppchen emp fohlen. Die besonderen Vorzüge von Laserlicht, nämlich Kohärenz und Polarisation sind bei der Erfindung ohne Be deutung, weil diese Eigenschaften des Primärlichts ohne hin durch die Vielfachstreuung verlorengehen.A spatially resolving scattered light measurement and an in-vivo Analysis in which the irradiation location and the detec location on the same side of the biological matrix are not described in the reference. Rather, only one is used for in vivo analysis Transmission measurement with laser light on the earlobe emp foal. The special advantages of laser light, namely Coherence and polarization are without Be in the invention interpretation because these properties of the primary light without lost due to multiple scattering.
Entsprechend der theoretischen Grundlage der EP-B-0 074 428 wird bei dieser Literaturstelle davon ausgegan gen, daß die Streuung mit zunehmender Glucosekonzentra tion zunimmt, d. h. die Intensität des aus der Richtung des Primärstrahles herausgestreuten in Transmission ge messenen Lichtes soll mit zunehmender Glucosekonzen tration größer werden. Dem entspräche in Reflexion eine Zunahme der an einem Detektionsort im Sinne der vorlie genden Erfindung gemessenen Intensität mit zunehmender Glucose-Konzentration. Im Rahmen der vorliegenden Erfin dung wurde jedoch festgestellt, daß das diffus reflek tierte Licht in der Umgebung des Einstrahlungsortes mit zunehmender Glucosekonzentration abnimmt. Dies stimmt mit der weiter oben gegebenen Erklärung überein. Die mit der Zunahme der Glucosekonzentration verbundene Veränderung des Brechungsindex führt zu einer Veränderung der Licht streuung, und hier zu einer Erhöhung der Eindringtiefe in die biologische Matrix und zu einer Verminderung der Intensität in der Umgebung des Einstrahlungsortes.According to the theoretical basis of EP-B-0 074 428 is assumed in this reference gene that the scatter with increasing glucose concentration tion increases, d. H. the intensity of the out of the direction of the primary beam scattered in transmission ge measured light should increase with increasing glucose concentrations tration get bigger. This would correspond to one in reflection Increase in at a detection site in the sense of the present intensity measured with increasing invention Glucose concentration. Within the scope of the present inven However, it was found that the diffuse reflect with light in the vicinity of the irradiation site increasing glucose concentration decreases. This is true the explanation given above. The one with the Increase in glucose concentration related change the refractive index leads to a change in light scatter, and here to increase the depth of penetration in the biological matrix and to reduce the Intensity in the vicinity of the irradiation site.
Bei der in dem US-Patent 5 028 787 beschriebenen Vorrich tung zur in vivo-Analyse von Glucose wird der Abstand des Einstrahlungsortes und des Detektionsortes berücksich tigt. Einstrahlungsmittel und Detektionsmittel werden jeweils dicht über dem zu untersuchenden Körperteil (speziell einer unter der Hautoberfläche verlaufenden Vene) in einem definierten Abstand l angeordnet. Die Ana lyse basiert auf der optischen Absorption durch die Glu cose. Die Länge l wird benötigt, um aus der gemessenen Intensität I den Wert log l/I der optischen Dichte be stimmen zu können. Es sind Detektionsmessungen bei mehre ren unterschiedlichen Wellenlängen vorgesehen. Der Ab stand zwischen dem Einstrahlungsort und dem Detektionsort und damit der optische Weg bleibt dabei unverändert.In the device described in U.S. Patent 5,028,787 device for in vivo analysis of glucose is the distance of the Irradiation site and the detection site does. Irradiation and detection means each closely above the body part to be examined (especially one running under the skin surface Vein) at a defined distance l. The Ana lysis is based on the optical absorption by the glu cose. The length l is needed to measure from the Intensity I be the value log I / I of the optical density to be able to vote. There are detection measurements for several ren different wavelengths provided. The Ab stood between the irradiation site and the detection site and thus the optical path remains unchanged.
In dem US-Patent 5 057 695 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, mit der "innere Information" ei ner Substanz bestimmt werden soll. Sämtliche Beispiele beziehen sich auf die Bestimmung des Oxigenierungszustan des des Blutes, also die Relation von Hb und HbO₂. Obwohl davon die Rede ist, daß bei dieser Analyse die Licht streuung genutzt werde, basiert die Berechnung der Kon zentrationen auf der Bestimmung des molekularen Absorpti onskoeffizienten von Hb und HbO₂. Die Lichtstreuung bil det hier also lediglich den Transportmechanismus, durch den in die Haut eingestrahltes Licht von zwei unter schiedlichen Einstrahlungsorten an einen Detektionsort oder von einem Einstrahlungsort an zwei unterschiedliche Detektionsorte transportiert wird. Dementsprechend wird Wert darauf gelegt, daß die beiden Einstrahlungsorte bzw. die beiden Detektionsorte möglichst nah beieinander lie gen, damit die "innere Information" der Substanz nur in der unmittelbaren Nachbarschaft der Einstrahlungspunkte bzw. der Detektionspunkte voneinander abweicht. Der Meß abstand zwischen dem Einstrahlungsort und dem Detektions ort beträgt bei der Literaturstelle mindestens 3 cm und vorzugsweise mindestens 4 cm. Eine Messung der Glucose gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei solch großen Ab ständen nicht möglich. Die Literaturstelle enthält auch keinerlei Hinweis auf die Analyse von Glucose.U.S. Patent 5,057,695 discloses a method and an Device described, with the "inner information" ei ner substance to be determined. All examples relate to the determination of the oxygenation state of the blood, so the relation of Hb and HbO₂. Even though it is said that in this analysis the light scatter is used, the calculation of the con centers on the determination of the molecular absorpti on coefficients of Hb and HbO₂. The light scatter bil det here only the transport mechanism the light radiated into the skin by two under different irradiation sites to a detection site or from one irradiation site to two different ones Detection sites is transported. Accordingly It was important that the two irradiation sites or the two detection sites were as close as possible so that the "inner information" of the substance only in the immediate vicinity of the irradiation points or the detection points deviate from each other. The meas distance between the irradiation site and the detection location is at least 3 cm and preferably at least 4 cm. A measurement of glucose according to the present invention, at such large ab would not be possible. The reference also contains no reference to the analysis of glucose.
Auch aus der WO 91/17 697 und der EP-A-0 286 142 sind Vorrichtungen bzw. Verfahren zur Bestimmung des Oxygenie rungszustandes des Blutes in menschlichem Gewebe durch eine Messung von aus dem Gewebe reflektiertem Licht be kannt, wobei die dort beschriebenen Apparaturen eine ortsaufgelöste Detektion des aus dem Gewebe austretenden Lichtes ermöglichen. Die Auswertung basiert auch in die sem Fall auf der Absorption durch die für den Oxygenie rungszustand wesentlichen Komponenten des Blutes. Ein Hinweis auf Möglichkeiten zur Analyse der Glucose ist auch diesen Literaturstellen nicht zu entnehmen.Also from WO 91/17 697 and EP-A-0 286 142 Devices or methods for determining oxygenia condition of the blood in human tissue a measurement of light reflected from the tissue knows, the apparatus described there a spatially resolved detection of the tissue emerging Enable light. The evaluation is also based on the sem case on absorption by that for oxygenia essential components of the blood. A Indicates ways to analyze glucose not to be found in these references either.
Um in dem Auswerteschritt aus den Intensitätsmeßwerten der Detektionsmessungen die Glucosekonzentration abzulei ten, ist ein Auswertealgorithmus und eine Kalibration er forderlich. Insoweit unterscheidet sich die Erfindung nicht wesentlich von bekannten Analyseverfahren, die ebenfalls - wie oben erläutert - eine Kalibration benöti gen, um die gemessene Meßgröße (beispielsweise den Farb umschlag bei kolorimetrischen Tests) der jeweiligen Kon zentration zuzuordnen. Order in the evaluation step from the intensity measurements the glucose concentration of the detection measurements is an evaluation algorithm and a calibration conducive. The invention differs in this respect not significantly from known analytical methods that also - as explained above - a calibration is required to measure the measured variable (for example, the color envelope for colorimetric tests) of the respective con assign center.
Im einfachsten Fall enthält der Algorithmus bei der vor liegenden Erfindung eine einfache vorherbestimmte mathe matische Funktion, um aus den Intensitätsmeßwerten I der Detektionsmessungen eine Zwischengröße zu ermitteln, die man als Meßgröße R bezeichnen kann. Praktisch gut bewährt hat sich eine einfache Quotientenbildung zwischen den In tensitätsmeßwerten der ersten und zweiten Detektionsmes sung. Durch Kalibration mit mindestens zwei, vorzugsweise aber mehreren Standardproben bekannter Glucosekonzentra tion läßt sich dann in bekannter Weise die Meßgröße R mit der Konzentration C der Glucose verknüpfen.In the simplest case, the algorithm contains the before lying invention a simple predetermined math matic function to derive from the intensity measurements I Detection measurements to determine an intermediate size that can be referred to as measurement variable R. Proven well in practice has a simple quotient formation between the In intensity measurements of the first and second detection measurements solution. By calibration with at least two, preferably but several standard samples of known glucose concentrations tion can then be measured variable R in a known manner link the concentration C of glucose.
In neuerer Zeit werden in der Analysetechnik zunehmend mathematisch anspruchsvollere Verfahren verwendet, um die Korrelation zwischen den gemessenen Meßwerten und der ge suchten Konzentration (und damit die Analysegenauigkeit) zu verbessern. Hierzu gehören exponentielle oder log arithmische Verrechnungen sowie iterative Verfahren zur optimalen Beschreibung der Zuordnung. Zur Verbesserung der Analysegenauigkeit kann es darüberhinaus vorteilhaft sein, Einflußgrößen, die neben der Glucosekonzentration die gemessene Intensität beeinflussen (wie insbesondere die Temperatur am Meßort und den Puls) mit Hilfe von Kor relationsverfahren zu kompensieren. Zur Erfassung einer Vielzahl von Einflußgrößen können multilineare und nicht lineare mathematische Algorithmen bei der Auswertung von Analysemessungen eingesetzt werden. Dies ist auch bei der vorliegenden Erfindung möglich und kann vorteilhaft sein, insbesondere wenn eine Vielzahl von Detektionsmessungen mit unterschiedlichen Paarungen von Durchtrittsorten durchgeführt und der Analyse zugrundegelegt wird. In die sem Fall kann auch der Einsatz lernfähiger Systeme (neuronaler Netze) vorteilhaft sein.In recent times, analytical technology has become increasingly popular mathematically more sophisticated methods used to make the Correlation between the measured values and the ge sought concentration (and thus the accuracy of analysis) to improve. This includes exponential or log arithmetic calculations and iterative procedures for optimal description of the assignment. For improvement the accuracy of the analysis can also be advantageous be influencing factors, in addition to the glucose concentration affect the measured intensity (such as in particular the temperature at the measuring location and the pulse) with the help of Cor to compensate for the relations procedure. To capture a Many influencing factors can be multilinear and not linear mathematical algorithms when evaluating Analysis measurements are used. This is also the case with the present invention possible and can be advantageous especially when a variety of detection measurements with different pairings of places of passage is carried out and the analysis is based. In the This can also be the case with the use of systems capable of learning (neural networks) may be advantageous.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher er läutert; es zeigtThe invention is described below with reference to the figures schematically illustrated embodiments he closer purifies; it shows
Fig. 1 Eine perspektivische Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 1 is a perspective schematic representation of a first embodiment of the invention;
Fig. 2 eine perspektivische Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 is a perspective schematic diagram of a second embodiment of the invention;
Fig. 3 eine perspektivische Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 is a perspective schematic diagram of a third embodiment of the invention;
Fig. 4 eine perspektivische Prinzipdarstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4 is a perspective schematic diagram of a fourth embodiment of the invention;
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines Einstrahlungsfel des und eines Detektionsfeldes in Aufsicht bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung; Fig. 5 is a schematic diagram of the Einstrahlungsfel and a detection field in a plan view in a fifth embodiment of the invention;
Fig. 6 eine Schnittdarstellung von einer praktischen Ausführungsform eines für die Erfindung geeig neten Meßkopfes; Fig. 6 is a sectional view of a practical embodiment of a measuring head suitable for the invention;
Fig. 7 eine Ansicht des Meßkopfes gemäß Fig. 6 von der Seite her, die mit der biologischen Matrix kontaktiert wird; FIG. 7 shows a view of the measuring head according to FIG. 6 from the side which is contacted with the biological matrix;
Fig. 8 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung aus Fig. 7; FIG. 8 shows an enlarged detail from FIG. 7;
Fig. 9 einen graphischen Vergleich der mit der Erfin dung und mit einer Referenzmethode gewonnenen Analyseergebnisse; Fig. 9 is a graphical comparison of the manure with the OF INVENTION and obtained using a reference method analysis results;
Fig. 10 eine Seitenanschnitt-Schnittdarstellung einer Meßvorrichtung zur Analyse am Finger; FIG. 10 is a side gate-sectional view of a measuring device for analysis on a finger;
Fig. 11 eine Aufsicht-Schnittdarstellung zu der Ausfüh rungsform von Fig. 10; Fig. 11 is a plan sectional view of the embodiment of Fig. 10;
Fig. 12 eine Aufsicht auf die Meßvorrichtung bei einer Ausführungsform nach Fig. 10 und 11; Figure 12 is a plan view of the measuring apparatus in one embodiment according to Figures 10 and 11..;
Fig. 13 ein Blockschaltbild einer für die Erfindung geeigneten elektronischen Schaltung. Fig. 13 is a block diagram of an electronic circuit suitable for the invention.
In den Fig. 1 bis 4 ist eine optisch heterogene biolo gische Matrix 10 symbolisch als Quader dargestellt. Sie wird durch eine obere Grenzfläche 11a und eine untere Grenzfläche 11b begrenzt. Konkret kann die biologische Matrix beispielsweise Blut sein, wobei in diesem Fall die Grenzflächen entlang den Innenwänden eines optisch trans parenten Gefäßes (Küvette) verlaufen, in dem sich das Blut zur analytischen in-vitro-Untersuchung befindet. Wenn die biologische Matrix ein Gewebe ist, wird die Grenzfläche von der Oberfläche des Gewebes gebildet.In Figs. 1 to 4, an optically heterogeneous biolo gical matrix 10 is symbolically represented as a cube. It is limited by an upper interface 11 a and a lower interface 11 b. Specifically, the biological matrix can be blood, for example, in which case the interfaces run along the inner walls of an optically transparent vessel (cuvette) in which the blood is for analytical in-vitro analysis. If the biological matrix is a tissue, the interface is formed by the surface of the tissue.
Die Fig. 1 bis 5 verdeutlichen unterschiedliche Vari anten möglicher Anordnungen von einem oder mehreren Ein strahlungsorten 12 bzw. einem oder mehreren Detektions orten 14 an einer biologischen Matrix 10 bei einer orts aufgelösten Streulichtmessung im Sinne der Erfindung. Dabei sind die Einstrahlungsorte 12 jeweils als schmale langgestreckte Einstrahlungsfelder 12a-12f und die Detek tionsorte als langgestreckte, schmale Detektionsfelder 14a-14i ausgebildet. Soweit es nicht auf Besonderheiten der langgestreckten Form ankommt, gelten ähnliche Überle gungen jedoch auch für den Fall, daß zumindest der Ein strahlungsort punkt- oder kreisförmig ausgebildet ist. Figs. 1 to 5 illustrate different Vari distinctive possible arrangements of one or more radiation-A or 12 or one or more detection locations 14 on a biological matrix 10 in a spatially resolved measurement of scattered light according to the invention. The irradiation locations 12 are each designed as narrow, elongated radiation fields 12 a- 12 f and the detection locations as elongated, narrow detection fields 14 a- 14 i. Insofar as it is not a question of the special features of the elongated shape, similar considerations also apply in the event that at least the one radiation site is point-shaped or circular.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird das Primärlicht 15 durch ein Einstrahlungsfeld 12a in die Ma trix 10 eingestrahlt und das Sekundärlicht 17 detektiert, welches aus zwei in unterschiedlichen Meßabständen D1 und D2 zu dem Einstrahlungsfeld 12a verlaufende Detektions feldern 14a und 14b austritt.In the embodiment shown in Fig. 1, the primary light 15 is irradiated by an irradiation field 12 a in the Ma trix 10 and the secondary light 17 is detected, which extends from two at different measuring distances D1 and D2 to the irradiation field 12 a detection fields 14 a and 14 b exits.
Auch bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform tritt das Primärlicht 15 durch ein Einstrahlungsfeld 12b in die biologische Matrix 10 ein und das Sekundärlicht 17 durch zwei Detektionsfelder 14c und 14d aus dieser aus, wobei die Detektionsfelder in unterschiedlichen lateralen Meßabständen D1 und D2 von dem Einstrahlungsfeld 12b an geordnet sind. Die Detektionsfelder 14c und 14d befinden sich bei dieser Ausführungsform jedoch auf der Grenz fläche 11b, die der Grenzfläche 11a, durch welche das Primärlicht 15 eingestrahlt wird, gegenüberliegt. Bei einer solchen Ausführungsform sind Eintrittsfeld und Aus trittsfeld vorzugsweise so angeordnet, daß bei mindestens zwei Meßfelderpaaren die Oberfläche des Austrittsfeldes von keiner die Oberfläche des Einstrahlungsfeldes senk recht kreuzenden Geraden gekreuzt wird. Mit anderen Worten sollte das Detektionsfeld nicht genau gegenüber dem Einstrahlungsfeld angeordnet, sondern stets lateral versetzt zu diesem sein.Also in the embodiment shown in FIG. 2 embodiment, the primary light passes 15 through a radiation field 12 b in the biological matrix 10 and the secondary light 17 by two detection fields 14 c and 14 d out of this, wherein the detection fields in different lateral measurement distances D1 and D2 are arranged from the irradiation field 12 b. The detection fields 14 c and 14 d are in this embodiment, however, on the interface 11 b, which is opposite to the interface 11 a through which the primary light 15 is radiated. In such an embodiment, the entry field and exit field are preferably arranged such that the surface of the exit field is not crossed by at least two pairs of measuring fields, the line of the radiation field perpendicular to the surface does not intersect. In other words, the detection field should not be arranged exactly opposite the radiation field, but should always be laterally offset from it.
Man kann bei der Anordnung gemäß Fig. 1 von einer Mes sung "in Reflexion" und bei Fig. 2 von einer Messung "in Transmission" sprechen, wobei diese Begriffe in dem wei ter oben diskutierten Sinn zu verstehen sind.One can speak of a measurement “in reflection” in the arrangement according to FIG. 1 and a measurement “in transmission” in FIG. 2, these terms being understood in the sense discussed above.
Wenn die biologische Matrix ein Gewebe, insbesondere Hautgewebe ist, ist bei einer in vivo-Analyse in der Re gel nur eine die Matrix begrenzende Grenzfläche (nämlich die Oberfläche der Haut) zugänglich. Dies gilt insbeson dere für die im Rahmen der Erfindung bevorzugten Körper teile, nämlich die Fingerbeere, die Oberbauchdecke, das Nagelbett, die Skleren oder den inneren Oberarm des Men schen. In diesen Fällen ist nur die - im Rahmen der vor liegenden Erfindung ohnehin bevorzugte - Messung im Re flexionsverfahren möglich, bei der die Einstrahlung des Primärlichtes und die Detektion des Sekundärlichtes an der gleichen Grenzfläche der Matrix erfolgt. In Ausnahme fällen, beispielsweise beim Ohrläppchen, der Lippe oder der Zunge, stehen jedoch auch bei der in-vivo-Analyse an Hautgewebe zwei gegenüberliegende Grenzflächen 11a, 11b zur Verfügung.If the biological matrix is a tissue, in particular skin tissue, only an interface delimiting the matrix (namely the surface of the skin) is accessible in an in vivo analysis as a rule. This applies in particular to the parts preferred in the context of the invention, namely the fingertip, the upper abdominal wall, the nail bed, the sclera or the inner upper arm of the man. In these cases, only the - in the context of the present invention preferred anyway - measurement in the reflection method is possible, in which the irradiation of the primary light and the detection of the secondary light takes place at the same interface of the matrix. In exception cases, for example in the earlobe, lip or tongue, but are also available for the in vivo analysis of skin tissue two opposite boundary surfaces 11 a, 11 b is available.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform wird das Primärlicht durch zwei Einstrahlungsfelder 12c, 12d in die biologische Matrix 10 eingestrahlt und das dabei aus dem Detektionsfeld 14e austretende Sekundärlicht 17 detektiert. Die Einstrahlungsfelder 12d und 12c sind in unterschiedlichen Meßabständen D1 und D2 von dem Detekti onsfeld 14e angeordnet, so daß auch bei dieser Ausfüh rungsform die Möglichkeit besteht, das aus dem Detekti onsfeld 14e austretende Sekundärlicht in Abhängigkeit von dem Meßabstand von dem jeweiligen Einstrahlungsfeld 12c bzw. 12d zu messen, um aus den beiden Meßwerten eine Meß größe abzuleiten, die ein Maß für die Konzentration des Analyten in der biologischen Matrix ist.In the embodiment shown in FIG. 3, the primary light is radiated into the biological matrix 10 through two irradiation fields 12 c, 12 d and the secondary light 17 emerging from the detection field 14 e is detected. The irradiation fields 12 d and 12 c are arranged at different measuring distances D1 and D2 from the detection field 14 e, so that in this embodiment there is also the possibility of the secondary light emerging from the detection field 14 e depending on the measuring distance from the respective one To measure the radiation field 12 c or 12 d in order to derive a measurement variable from the two measured values which is a measure of the concentration of the analyte in the biological matrix.
Bei dieser Ausführungsform müssen selbstverständlich die Sekundärlichtanteile, die von dem Primärlicht der beiden unterschiedlichen Einstrahlungsfelder resultieren, von einander getrennt werden. Dies kann zweckmäßigerweise durch zeitlich getrennte Einstrahlung erfolgen, wobei die Einstrahlung jedoch in einem ausreichend engen zeitlichen Abstand im Sinne der oben gegebenen Definition erfolgen müssen. Alternativ ist es auch möglich, für die Einstrah lung in die beiden Einstrahlungsfelder 12c und 12d unter schiedlich (beispielsweise mit zwei unterschiedlichen Frequenzen) moduliertes Licht zu verwenden und die resul tierenden Sekundärlichtanteile durch eine entsprechende modulationsabhängige (frequenzabhängige) Detektion, bei spielsweise mit Hilfe eines Lock-in-Verstärkers zu mes sen.In this embodiment, the secondary light components that result from the primary light of the two different radiation fields must of course be separated from one another. This can expediently take place by irradiation separated in time, but the irradiation must take place at a sufficiently narrow time interval in the sense of the definition given above. Alternatively, it is also possible to use differently (for example with two different frequencies) modulated light for the irradiation into the two radiation fields 12 c and 12 d and the resulting secondary light components by means of a corresponding modulation-dependent (frequency-dependent) detection, for example with the help of a lock-in amplifier.
Bei sämtlichen Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 be trägt der maximale Meßabstand D2 zwischen einem Einstrah lungsort und einem Detektionsort einer ortsaufgelösten Streulichtmessung 25 mm. Der kürzere Abstand D1 sollte mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1 mm, betra gen. Mit anderen Worten sollte bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit einem festliegenden Einstrahlungsort 12 und unterschiedlichen Detektionsorten 14 die Detektions orte in einem (in der Figur gestrichelt eingezeichneten) Detektionsbereich 16 liegen, der den Teil der Grenzfläche 11a einschließt, der einen Abstand von mindestens 0,2 mm, bevorzugt mindestens 0,5 mm, besonders bevorzugt minde stens 1 mm und höchstens 25 mm von der Mitte des Ein strahlungsortes 12 hat. Bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 3 mit fixiertem Detektionsort 14 und unterschiedli chen Einstrahlungsorten 12 gelten die entsprechenden Werte für den dort gestrichelt eingezeichneten Einstrah lungsbereich 18.In all of the embodiments of FIGS. 1 to 3, the maximum measuring distance D2 between an irradiation location and a detection location of a spatially resolved scattered light measurement is 25 mm. The shorter distance D1 should be at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm. In other words, in one embodiment according to FIG. 1 with a fixed irradiation location 12 and different detection locations 14, the detection locations should be in one (shown in dashed lines in the figure) ) Detection area 16 , which includes the part of the interface 11 a, which has a distance of at least 0.2 mm, preferably at least 0.5 mm, particularly preferably at least 1 mm and at most 25 mm from the center of the radiation location 12 . In an embodiment according to FIG. 3 with a fixed detection location 14 and different irradiation locations 12 , the corresponding values apply to the irradiation region 18 shown in broken lines there.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der auf der Grenz fläche 11a innerhalb eines Detektionsbereiches 22 eine Vielzahl unterschiedliche Detektionsfelder 14f einstell bar sind, die in unterschiedlichen Abständen zu einem Einstrahlungsfeld 12e verlaufen. Im dargestellten Fall ist dies dadurch realisiert, daß der Detektionsbereich 22 durch ein als Linse 23 symbolisiertes optisches Abbil dungssystem in eine Bildebene 24 abgebildet wird, in der sich eine zweidimensionale Anordnung 26 lichtempfindli cher Elemente befindet, welche vorzugsweise als CCD′s 25 (charge coupled device) realisiert sind. Fig. 4 shows an embodiment in which on the interface 11 a within a detection area 22 a plurality of different detection fields 14 f are adjustable, which run at different distances from an irradiation field 12 e. In the illustrated case, this is achieved in that the detection area 22 is imaged by an optical imaging system symbolized as a lens 23 in an image plane 24 in which there is a two-dimensional arrangement 26 photosensitive elements, which are preferably CCDs 25 (charge coupled device) are realized.
Durch die optische Abbildung entspricht ein bestimmtes Detektionsfeld einem bestimmten Teilbereich der CCD-Ma trix 25. Beispielsweise wird das Feld 14f auf die Reihe 25f und das Feld 14g auf die Reihe 25g der CCD-Matrix 25 abgebildet. Ein bestimmtes Detektionsfeld läßt sich folg lich in einfacher Weise dadurch einstellen, daß die In tensitätsmeßsignale von denjenigen lichtempfindlichen Elementen zur Ableitung der Konzentration weiterverarbei tet werden, auf die das gewünschte Detektionsfeld abge bildet wird.Due to the optical imaging, a certain detection field corresponds to a certain partial area of the CCD matrix 25 . For example, the field 14 f is mapped to the row 25 f and the field 14 g to the row 25 g of the CCD matrix 25 . A specific detection field can be set in a simple manner by the fact that the intensity measurement signals are processed further by those light-sensitive elements to derive the concentration to which the desired detection field is mapped.
Anhand dieser Ausführungsform wird deutlich, daß die Be griffe "Einstrahlungsfeld" und "Detektionsfeld" bzw. "Einstrahlungsort" und "Detektionsort" geometrisch zu verstehen sind. Es ist nicht erforderlich, daß irgendwel che Bauteile der Analysevorrichtung die Grenzfläche der biologischen Matrix, also beispielsweise die Oberfläche der Haut, berühren und in Kontakt zu dem Einstrahlungsort bzw. dem Detektionsort stehen. Erforderlich ist nur, daß der Einstrahlungsort und der Detektionsort für jeden Meß abstand definiert sind, d. h. das Primärlicht an einem be stimmten und begrenzten Einstrahlungsort eingestrahlt und das Sekundärlicht derartig örtlich definiert erfaßt wird, daß bekannt ist, aus welchem bestimmten abgegrenzten Teilbereich der Grenzfläche (Detektionsort) das Sekundärlicht ausgetreten ist, dessen Intensität jeweils erfaßt wird. Ein solcher Meßvorgang muß bei mindestens zwei unterschiedlichen Lichtwegen zwischen Ein strahlungsort und Detektionsort ablaufen, um aus den dar aus gemessenen Intensitätsmeßwerten die für die Analyse charakteristische Meßgröße abzuleiten. Wenn - wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 - eine Vielzahl von unter schiedlichen Abständen zwischen Einstrahlungsort und Detektionsort einstellbar ist, wird zweckmäßigerweise der Verlauf der gemessenen Intensität I in Abhängigkeit vom Meßabstand D zwischen dem jeweiligen Detektionsort und dem Einstrahlungsort erfaßt. Wenn eine Vielzahl eng be nachbarter Detektionsorte einstellbar ist, resultiert ein praktisch kontinuierlicher Kurvenverlauf I(D), der das Profil des detektierten Sekundärlichtes in Abhängigkeit vom Abstand zwischen dem jeweiligen Einstrahlungsort und dem jeweiligen Detektionsort repräsentiert. In diesem Fall kann zur Ableitung der für die Analyse charakteris tischen Meßgröße ein geeigneter, für solche Zwecke vorbe kannter Regressionsalgorithmus verwendet werden (bei spielsweise PLS).On the basis of this embodiment, it is clear that the terms “radiation field” and “detection field” or “radiation location” and “detection location” are to be understood geometrically. It is not necessary for any components of the analysis device to touch the interface of the biological matrix, for example the surface of the skin, and to be in contact with the radiation site or the detection site. All that is required is that the irradiation location and the detection location are defined for each measuring distance, that is, the primary light is irradiated at a certain and limited irradiation location and the secondary light is detected locally in such a way that it is known from which specific delimited partial area of the interface (detection location ) the secondary light has escaped, the intensity of which is detected in each case. Such a measurement process must take place with at least two different light paths between a radiation location and the detection location in order to derive the measurement variable characteristic of the analysis from the intensity measurement values measured therefrom. If - as in the embodiment according to FIG. 4 - a plurality of different distances between the irradiation site and the detection site can be set, the course of the measured intensity I is expediently determined as a function of the measuring distance D between the respective detection site and the irradiation site. If a large number of closely adjacent detection locations can be set, the result is a practically continuous curve profile I (D) which represents the profile of the detected secondary light as a function of the distance between the respective irradiation location and the respective detection location. In this case, a suitable regression algorithm known for such purposes can be used to derive the measured variable characteristic for the analysis (for example PLS).
Die Ausführungsform mit einem Detektionsbereich, in wel chem eine Vielzahl unterschiedlicher Teilflächen als De tektionsfelder eingestellt werden können, läßt sich selbstverständlich auch ohne das in Fig. 4 eingezeichnete optische Abbildungssystem 23 realisieren. Insbesondere ist es möglich, eine zweidimensionale Anordnung lichtemp findlicher Elemente unmittelbar über der Grenzfläche 11a zu positionieren, wobei mit Hilfe geeigneter Mittel, wie beispielsweise Blenden, Lichtleitern oder dergleichen, dafür Sorge getragen wird, daß jedes lichtempfindliche Element das aus einem bestimmten, abgegrenzten Teilbe reich der Grenzfläche 11a austretende Sekundärlicht er faßt.The embodiment with a detection area in which a large number of different partial areas can be set as detection fields can of course also be implemented without the optical imaging system 23 shown in FIG. 4. In particular, it is possible to position a two-dimensional arrangement of light-sensitive elements directly above the interface 11 a, with care being taken with the aid of suitable means, such as, for example, screens, light guides or the like, that each light-sensitive element is made up of a specific, delimited part rich the interface 11 a emerging secondary light he summarizes.
Für die Erfindung ist wichtig, daß die Abhängigkeit der Intensität des Sekundärlichts I von dem Abstand D zwi schen Einstrahlungsort und Detektionsort mit guter Orts auflösung erfaßt wird. Deshalb sollte sowohl der Ein strahlungsort 12, als auch der Detektionsort 14 in Rich tung der beide Felder verbindenden Abstandsgeraden eine kleine Abmessung von vorzugsweise weniger als 2 mm haben. Besonders bevorzugt ist, insbesondere im Fall des Detek tionsortes 14, die dargestellte Form eines langgestreck ten, schmalen Feldes. Dadurch läßt sich eine gute Orts auflösung mit einer verhältnismäßig hohen Signalintensi tät kombinieren. Die Länge eines Detektionsfeldes sollte mindestens dreimal, bevorzugt mindestens zehnmal und besonders bevorzugt mindestens dreißigmal so groß wie seine Breite sein. Die durchschnittliche Breite des Ein strahlungsfeldes beträgt vorzugsweise weniger als 2 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm. Die gleichen bevor zugten Dimensionen gelten auch für das Detektionsfeld. Vorzugsweise sind die unterschiedlichen Detektionsfelder und/oder Einstrahlungsfelder, durch die die unterschied lichen Meßabstände realisiert werden, räumlich getrennt (nicht überlappend).It is important for the invention that the dependence of the intensity of the secondary light I on the distance D between the irradiation site and the detection site is detected with good spatial resolution. Therefore, both the radiation site 12 and the detection site 14 should have a small dimension, preferably less than 2 mm, in the direction of the straight line connecting the two fields. It is particularly preferred, in particular in the case of the detection location 14 , the illustrated shape of an elongated, narrow field. This allows a good spatial resolution to be combined with a relatively high signal intensity. The length of a detection field should be at least three times, preferably at least ten times and particularly preferably at least thirty times as large as its width. The average width of the radiation field is preferably less than 2 mm, particularly preferably less than 1 mm. The same preferred dimensions also apply to the detection field. The different detection fields and / or irradiation fields, by means of which the different measuring distances are realized, are preferably spatially separated (not overlapping).
Eine Ausführungsform, bei der eine Vielzahl unterschied licher Detektionsorte mittels einer zweidimensionalen An ordnung lichtempfindlicher Elemente erfaßt werden können (wie bei Fig. 4), ermöglicht zusätzlich eine verbesserte Reproduzierbarkeit einer stets gleichen Meßposition auf einer Hautoberfläche. Zu diesem Zweck kann an der bei einem bestimmten Patienten vorgesehenen Meßposition auf seiner Haut eine Markierung (beispielsweise mittels einer in normalem Licht unsichtbarem, in NIR-Licht jedoch kon trastierenden Tätowierung) angebracht sein. Diese wird von der zweidimensionalen Anordnung lichtempfindlicher Elemente erkannt und lokalisiert. Durch diese Ortsmessung ist es möglich, entweder den Meßkopf des erfindungs gemäßen Gerätes in eine bestimmte stets gleichbleibende Position in Relation zur Markierung zu bringen oder die Detektionsfelder innerhalb der zweidimensionalen Anord nung lichtempfindlicher Elemente in stets gleichbleiben der räumlicher Zuordnung zu der Markierung zu wählen.An embodiment in which a large number of different detection locations can be detected by means of a two-dimensional arrangement of photosensitive elements (as in FIG. 4) additionally enables improved reproducibility of an always identical measuring position on a skin surface. For this purpose, a marking (for example by means of a tattoo that is invisible in normal light but contrasting in NIR light) can be applied to the skin at the measuring position provided for a particular patient. This is recognized and localized by the two-dimensional arrangement of light-sensitive elements. By this location measurement, it is possible either to bring the measuring head of the device according to the Invention into a certain always constant position in relation to the marking or to select the detection fields within the two-dimensional arrangement of photosensitive elements in always the same spatial assignment to the marking.
Fig. 5 verdeutlicht, daß die schmale, langgestreckte Form der Felder nicht notwendigerweise (wie in den Fig. 1 bis 4) gerade sein muß. Dargestellt ist in Aufsicht auf eine Grenzfläche ein Einstrahlungsfeld 12f in Form eines Abschnitts eines Kreisringes. Zwei Detektionsfelder 14h und 14i verlaufen ebenfalls in Form von Kreisringab schnitten in unterschiedlichen Abständen zu dem Einstrah lungsfeld 12f. Die Kreisringe sind dabei konzentrisch, so daß die Detektionsfelder 14h und 14i in gleichmäßigem Ab stand zu dem Einstrahlungsfeld 12f verlaufen. Fig. 5 illustrates that the narrow, elongated shape of the fields does not necessarily have to be straight (as in Figs. 1 to 4). A radiation field 12 f in the form of a section of a circular ring is shown in a view of an interface. Two detection fields 14 h and 14 i also run in the form of circular sections cut at different distances from the radiation field 12 f. The circular rings are concentric, so that the detection fields 14 h and 14 i were at a uniform distance from the radiation field 12 f.
Eine gute Ortsauflösung wird erreicht, wenn das Licht an einem möglichst eng begrenzten (punktförmigen) Einstrah lungsort eingestrahlt wird und der Detektionsort einen Kreis oder Kreisabschnitt um diesen Einstrahlungsort bil det. Grundsätzlich kann auch umgekehrt mit einem kreis förmigen Einstrahlungsort und einem im Zentrum dieses Kreises angeordneten punktförmigen Detektionsort gearbei tet werden, wobei hier die Signalintensität geringer ist.A good spatial resolution is achieved when the light is on a narrowly limited (punctiform) jet Radiation site is irradiated and the detection site Circle or segment of a circle around this irradiation site det. Basically, it can also be reversed with a circle shaped radiation site and one in the center of this Circle arranged point-shaped detection site tet, where the signal intensity is lower.
Wenn - wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt - Einstrah lungsfelder und Detektionsfelder gerade und parallel zu einander verlaufen, ist die Ortsauflösung geringer, weil selbstverständlich an jedem Punkt eines langgestreckten Detektionsortes Lichtanteile gemessen werden, die nicht nur von dem unmittelbar gegenüberliegenden Abschnitt des Einstrahlungsfeldes, sondern auch von in Längsrichtung versetzten Abschnitten des Einstrahlungsfeldes eintref fen. Bei der praktischen Erprobung der Erfindung wurde jedoch festgestellt, daß dennoch eine befriedigende Orts auflösung bei gleichzeitig verhältnismäßig hoher Signal intensität mit einer Anordnung erreicht werden kann, bei der sowohl der Einstrahlungsort als auch der Detektions ort eine gerade langgestreckte Form hat. Die Ausführungs form nach Fig. 5 stellt insofern eine mittlere Lösung dar, als hier die Ortsauflösung wegen der gekrümmten konzentrischen Form besser als bei der geraden Form der Felder gemäß den Fig. 1 bis 4 ist.If - as shown in FIGS . 1 to 4 - radiation fields and detection fields run straight and parallel to one another, the spatial resolution is lower because, of course, light components are measured at every point of an elongated detection location, not only from the directly opposite section of the radiation field , but also from sections of the radiation field offset in the longitudinal direction. In the practical testing of the invention, however, it was found that a satisfactory location resolution can still be achieved with a relatively high signal intensity with an arrangement in which both the irradiation site and the detection site has an elongated shape. The execution form according to FIG. 5 in that illustrates an intermediate solution, as here, the spatial resolution is better than in the straight shape of the fields shown in FIGS. 1 to 4 because of the curved concentric shape.
Es sind auch andere gekrümmte Formen möglich, wobei je doch allgemein die Bedingung eingehalten werden sollte, daß die Durchtrittsfelder (gemessen von Mitte zu Mitte) in gleichmäßigem Abstand D1, D2 verlaufen. Soweit sich Einstrahlungsort und Detektionsort auf der gleichen Grenzfläche der biologischen Matrix befinden, sollten der Einstrahlungsort und der Detektionsort stets von einem Streifen 47 (Fig. 5) von im wesentlichen gleichmäßiger Breite getrennt sein. Die Dimension des Detektionsfeldes in Richtung der kürzesten Verbindung zu dem Einstrah lungsfeld (also in Richtung der Abstandspfeile D1, D2) sollte weniger als 2 mm, bevorzugt weniger als 1 mm be tragen.Other curved shapes are also possible, although the general condition that the passage fields (measured from center to center) run at a uniform distance D1, D2 should be observed. Insofar as the radiation site and the detection site are on the same interface of the biological matrix, the radiation site and the detection site should always be separated by a strip 47 ( FIG. 5) of essentially uniform width. The dimension of the detection field in the direction of the shortest connection to the radiation field (ie in the direction of the distance arrows D1, D2) should be less than 2 mm, preferably less than 1 mm.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine praktische Ausführungs form eines für die Erfindung geeigneten Meßkopfes 30, der speziell für die in vivo-Bestimmung von Glucose in men schlichem Gewebe geeignet ist. FIGS. 6 to 8 show a practical execution of a form suitable for the invention the measuring head 30 which is particularly suitable for in vivo determination of glucose in men Schlichem tissue.
Der Meßkopf 30 weist ein insgesamt etwa kreisscheibenför mig geformtes Hautkontaktteil 31 auf, welches an einem Meßkopfgehäuse 32 befestigt ist. Das Hautkontaktteil 31 wird bei der Benutzung auf die Oberfläche der Haut 33 ge legt und leicht angedrückt. In seinem Zentrum befindet sich ein quadratischer Lichttransmissionsbereich 34, der in Fig. 8 vergrößert dargestellt ist. Er enthält fünf Reihen 35 bis 39 von Lichtleitfasern 29, welche im darge stellten Beispiel aus jeweils zweiunddreißig Fasern mit einem Durchmesser von jeweils 0,25 mm bestehen. Die Lichtleitfasern 29 sind in dem Lichttransmissionsbereich 34 jeweils so angeordnet, daß ihre Stirnflächen bündig in einer gemeinsamen ebenen Kontaktfläche 42 liegen und beim Auflegen des Hautkontaktteiles 31 auf die Haut 33 in unmittelbarem Kontakt mit der Haut stehen.The measuring head 30 has an approximately circular disk-shaped skin contact part 31 , which is attached to a measuring head housing 32 . The skin contact part 31 is placed in use on the surface of the skin 33 and pressed lightly. At its center is a square light transmission area 34 , which is shown enlarged in FIG. 8. It contains five rows 35 to 39 of optical fibers 29 , which, in the example shown, each consist of thirty-two fibers, each with a diameter of 0.25 mm. The optical fibers 29 are each arranged in the light transmission region 34 such that their end faces lie flush in a common flat contact surface 42 and are in direct contact with the skin when the skin contact part 31 is placed on the skin 33 .
Die Reihe 35 von Lichtleitfasern definiert einen Ein strahlungsort. Die Lichtleitfasern 29 dieser Reihe sind zu diesem Zweck durch ein Kabel 40 mit einer nicht darge stellten Zentraleinheit verbunden, in der sich eine vor zugsweise monochromatische Lichtquelle, beispielsweise ein Laser oder eine Laserdiode, befindet, deren Licht in die Lichtleitfasern 29 eingestrahlt wird. Die Lichtleit fasern 29 bilden zusammen mit der nicht dargestellten Lichtquelle (beispielsweise einer Leuchtdiode, deren Licht in üblicher Weise in die Lichtleitfasern eingekop pelt wird) Lichteinstrahlungsmittel 27 zum gezielten be leuchten eines definierten Einstrahlungsortes auf einer Hautoberfläche.The series 35 of optical fibers defines a radiation site. For this purpose, the optical fibers 29 of this series are connected by a cable 40 to a central unit, not shown, in which there is a preferably monochromatic light source, for example a laser or a laser diode, the light of which is radiated into the optical fibers 29 . The optical fibers 29 form together with the light source (not shown) (for example a light-emitting diode, the light of which is coupled in the usual way into the optical fibers) light irradiation means 27 for selectively illuminating a defined irradiation site on a skin surface.
Vorzugsweise wird ein Teil der Lichtleitfasern der Reihe 35 dazu verwendet, die Konstanz der Lichtquelle zu kon trollieren. In einem konkreten Experiment wurden sechzehn der zweiunddreißig Fasern zur Einstrahlung des Lichtes und die anderen sechzehn Fasern zur Kontrolle der Licht stärke verwendet, wobei letztere getrennt von ersteren zusammengefaßt und einem lichtempfindlichen Element zuge führt werden.A part of the optical fibers of the row 35 is preferably used to control the constancy of the light source. In a concrete experiment, sixteen of the thirty-two fibers were used to irradiate the light and the other sixteen fibers to control the light intensity, the latter being combined separately from the former and fed to a photosensitive element.
Als Meßempfänger können beispielsweise Photodioden ver wendet werden, die in dem Meßkopf 30 angeordnet sind. Da bei ist zweckmäßigerweise für jede Reihe 36 bis 39 von Lichtleitfasern 29, die jeweils einen möglichen Detek tionsort definieren, ein gemeinsamer Meßempfänger vorge sehen. Die Lichtleitfasern dieser Reihen werden also zu sammengefaßt zu jeweils einem Meßempfänger geführt, an dem das aus diesen Lichtleitfasern austretende Licht de tektiert wird. Die Reihen 36 bis 39 der Lichtleitfasern 29 bilden zusammen mit dem nicht dargestellten Meßempfän ger jeweils Detektionsmittel 28 zum gezielten Messen des an einem definierten Detektionsort austretenden Sekundär lichtes.As a measuring receiver, for example, photodiodes can be used, which are arranged in the measuring head 30 . Since it is useful for each row 36 to 39 of optical fibers 29 , each defining a possible detection location, to see a common measuring receiver. The optical fibers of these rows are thus summarized to a respective measuring receiver at which the light emerging from these optical fibers is detected. The rows 36 to 39 of the optical fibers 29 form together with the measuring receiver, not shown, each detection means 28 for targeted measurement of the secondary light emerging at a defined detection location.
Die Stirnflächen der Lichtleitfasern der Reihen 35 bis 39 schließen jeweils bündig mit der den Lichtemissionsbe reich 34 nach unten begrenzenden Hautkontaktfläche 42 ab oder stehen geringfügig daraus hervor. Dadurch wird ver hindert, daß Licht entlang der Hautoberfläche unmittelbar von dem durch die Reihe 35 definierten Einstrahlungsort zu einem der Detektionsorte gelangen kann, die durch die Reihen 36 bis 39 definiert sind. Selbstverständlich sind auch innerhalb des Meßkopfes 30 die Glasfasern unter schiedlicher Reihen optisch sorgfältig voneinander ge trennt, so daß keine Übertragung von Primärlicht zu den Detektionsmitteln stattfinden kann.The end faces of the optical fibers of the rows 35 to 39 each terminate flush with the skin contact surface 42, which delimits the light emission region 34 downward, or protrude slightly therefrom. This prevents ver that light along the surface of the skin can get directly from the irradiation location defined by the row 35 to one of the detection locations defined by the rows 36 to 39 . Of course, within the measuring head 30, the glass fibers are optically carefully separated from one another under different rows, so that no transmission of primary light to the detection means can take place.
Der Meßkopf 30 ist insbesondere für die Verlaufskontrolle der Blutglucose von Diabetikern gedacht. Er wird zu die sem Zweck an einer geeigneten Stelle, insbesondere an der Oberbauchdecke auf der Haut befestigt. Dies kann bei spielsweise mit Hilfe eines Klebebandes oder durch Va kuum-Ansaugung erfolgen. Dabei sollte die Kontaktfläche 42 mit ausreichend festem und gleichmäßigem Druck ange drückt werden.The measuring head 30 is intended in particular for monitoring the blood glucose level of diabetics. For this purpose, it is attached to a suitable location, in particular on the upper abdominal wall on the skin. This can be done for example with the help of an adhesive tape or by vacuum suction. The contact surface 42 should be pressed with sufficiently firm and even pressure.
Um Fremdlicht abzuhalten, hat das Hautkontaktteil 31 einen Ring 31a, dessen Durchmesser wesentlich größer als der des Lichttransmissionsbereiches 34 ist. Er besteht aus einem undurchsichtigen Material und schließt mit seinem Rand 31b auf der Haut ab und hält auch Fremdlicht fern. Alternativ oder zusätzlich kann das Primärlicht mit einer bestimmten Frequenz moduliert sein und frequenz abhängig (beispielsweise mit Hilfe eines Lock-In- Verstärkers) schmalbandig selektiv detektiert werden, um Störlichteinflüsse zu vermindern.In order to keep out extraneous light, the skin contact part 31 has a ring 31 a, the diameter of which is considerably larger than that of the light transmission region 34 . It consists of an opaque material and closes with its edge 31 b on the skin and also keeps out extraneous light. Alternatively or additionally, the primary light can be modulated with a certain frequency and can be selectively detected in a narrow-band manner depending on the frequency (for example with the aid of a lock-in amplifier) in order to reduce the effects of stray light.
Der Lichtemissionsbereich 34 ist von einer ringförmigen Heizfläche 41 umgeben, in der eine Flächen-Widerstands heizung angeordnet ist. Diese kann mit Hilfe eines NTC- Widerstandes und eines PD-Reglers auf eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise 37° geregelt werden.The light emission region 34 is surrounded by an annular heating surface 41 , in which a surface resistance heater is arranged. This can be regulated to a predetermined temperature, for example 37 °, with the aid of an NTC resistor and a PD controller.
Fig. 9 zeigt Analyseergebnisse, die einerseits mit einer Referenzmethode und andererseits mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung (Ausführungsform gemäß den Fig. 6 bis 8) erzielt wurden. Aufgetragen ist die Konzentration C in mmol/l über die Zeit t in Minuten. Die durchgezogene Linie 45 markiert die Ergebnisse einer als Referenz methode verwendeten enzymatischen Analyse, während die rechteckigen Markierungen 46 Meßpunkte mit der erfin dungsgemäßen Vorrichtung sind. FIG. 9 shows analysis results which were achieved on the one hand with a reference method and on the other hand with a device according to the invention (embodiment according to FIGS. 6 to 8). The concentration C is plotted in mmol / l over the time t in minutes. The solid line 45 marks the results of an enzymatic analysis used as a reference method, while the rectangular markings are 46 measuring points with the device according to the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Beispiel wurden dabei folgende Meßbedingungen eingehalten.In the example according to the invention, the following were Measurement conditions met.
Es wurde ein Meßkopf gemäß den Fig. 6 bis 8 einge setzt, wobei das Licht einer Leuchtdiode mit 1 mW Lei stungen und einer Wellenlänge von 805 nm durch die Licht leitfaser-Reihe 35 in die Haut eingestrahlt und durch die Reihen 38 und 39 detektiert wurde. Der Abstand der Reihen 38 und 39 von der Reihe 35 (und folglich der Abstand der Detektionsfelder von dem Einstrahlungsfeld) betrug 3 mm bzw. 5 mm.It has a measuring head is shown in FIGS. 6 to 8 is wherein the light from a light emitting diode with 1 mW Lei stungen and a wavelength of 805 nm through the light leitfaser series 35 into the skin of irradiated and detected by the rows 38 and 39 . The distance between rows 38 and 39 from row 35 (and consequently the distance of the detection fields from the irradiation field) was 3 mm and 5 mm, respectively.
Zur Ableitung einer für die Konzentration charakteristi schen Meßgröße R wurde der Quotient zwischen der Intensi tät I1 des an der Reihe 39 und der Intensität I2 des an der Reihe 38 gemessenen Lichtes gebildet. Diese Meßgröße R=I1/I2 wurde linear kalibriert gemäß der FormelTo derive a characteristic variable R for the concentration, the quotient between the intensity I1 of the row 39 and the intensity I2 of the light measured on the row 38 was formed. This measured variable R = I1 / I2 was linearly calibrated according to the formula
C = a*R + b.C = a * R + b.
Das in Fig. 9 dargestellte Ergebnis zeigt eine ausge zeichnete Übereinstimmung der konventionell und der er findungsgemäß gemessenen Werte über einen Zeitraum von fünfeinhalb Stunden.The result shown in Fig. 9 shows an excellent agreement between the conventional and he measured values over a period of five and a half hours.
Fig. 10 und 11 zeigen eine Meßhalterung 50 zur Bestim mung der Glucosekonzentration in einem Finger 51. Der Finger 51 wird dabei in einen paßgenauen Kanal 52 einge führt, der in einem Halterungsblock 53 ausgebildet ist. Der Halterungsblock 53 besteht aus Aluminium oder einem anderen gut wärmeleitendem Material, welches mit einer nicht dargestellten Heiz- und Thermostatisierungseinrich tung auf eine definierte Temperatur eingestellt ist, die vorzugsweise etwas über der Körper-Normaltemperatur (über 37°C) liegt. FIGS. 10 and 11 show a Meßhalterung 50 for the determina tion of the glucose concentration in a fingers 51. The finger 51 is inserted into a precisely fitting channel 52 which is formed in a mounting block 53 . The mounting block 53 is made of aluminum or another good heat-conducting material, which is set with a heating and Thermostatisierungseinrich device, not shown, to a defined temperature, which is preferably slightly above the normal body temperature (above 37 ° C).
Die den Kanal 52 seitlich begrenzenden Wandelementes 54 sind derartig verschiebbar, daß die Breite des Kanals 52 dem Finger 51 des jeweiligen Patienten angepaßt werden kann. Zur Fixierung des Fingers 51 von oben sind Fixie rungselemente 55 vorgesehen, die in Richtung auf den Fin ger 51 gleitfähig gehalten und mit einer nicht darge stellten Feder gegen den Finger 51 gedrückt werden.The wall element 54 which laterally delimits the channel 52 can be displaced such that the width of the channel 52 can be adapted to the finger 51 of the respective patient. To fix the finger 51 from above Fixie tion elements 55 are provided, which are slidably held in the direction of the fin ger 51 and pressed with a spring not shown Darge against the finger 51 .
Der Halterungsblock 53, die Wandelemente 54 und die Fi xierungselemente 55 bilden zusammen mit einem den Kanal 52 in Einführrichtung begrenzenden Anschlag 56 insgesamt Fixierungsmittel, durch die der Finger 51 in einer mög lichst genau reproduzierbaren Position in Bezug auf die insgesamt mit 58 bezeichnete Meßeinrichtung positioniert wird.The mounting block 53, the wall elements 54 and the Fi xierungselemente 55 together form a channel 52 defining in the insertion stop 56 total fixing means by which the fingers 51 in an AS POSSIBLE accurately reproducible position with respect to the designated overall by 58 measuring means is positioned .
Bei der Meßeinrichtung 58 werden Lichteinstrahlungsmittel 27 durch eine nicht dargestellte Leuchtdiode und durch einen Lichtleitkanal 59 gebildet, durch die Primärlicht auf einen kreisflächenförmigen Einstrahlungsort von etwa 1 mm Durchmesser an der Unterseite der Kuppe des Fingers 51 gerichtet wird. In einem Detektionsbereich 16 sind drei Detektionsorte 14 vorgesehen, die als halbkreis förmige Detektionsfelder 14k-14m den Einstrahlungsort 12 konzentrisch umgeben. Die Detektionsmittel 28 bestehen dabei, wie in Fig. 12 deutlicher zu erkennen ist, wieder um aus einer Reihe dicht beieinander angeordnete Licht leitfasern 29, deren Stirnflächen den Lichtleitkanal 59 in der Hautkontaktfläche 42 halbkreisförmig umgeben und je einem Photoempfänger für das Licht von jedem der Detektionsorte 14k, 14l, 14m. Die Lichteinstrahlungs mittel 27 sind von den Detektionsmitteln 28 durch eine Trennwand 62 sorgfältig abgeschirmt.In the measuring device 58 , light irradiation means 27 are formed by a light-emitting diode (not shown) and by a light guide channel 59 , through which primary light is directed to a circular irradiation site of approximately 1 mm in diameter on the underside of the tip of the finger 51 . In a detection area 16, three detection sites 14 are provided, which m the irradiation site 12 concentrically surrounded than semicircular detection fields 14 k- fourteenth The detection means 28 consist, as can be seen more clearly in FIG. 12, again of a row of light guide fibers 29 arranged close to one another, the end faces of which surround the light guide channel 59 in the skin contact area 42 in a semicircular manner and a photo receiver for the light from each of the detection locations 14 k, 14 l, 14 m. The light irradiation means 27 are carefully shielded from the detection means 28 by a partition 62 .
Ein Infrarot-Temperatursensor 60 ist auf einen Tempera tur-Meßort 61 gerichtet, der möglichst nah bei dem Detek tionsbereich 16 liegen soll.An infrared temperature sensor 60 is directed to a temperature measurement location 61 , which should be as close as possible to the detection region 16 .
Bei der praktischen Erprobung der Erfindung hat es sich als wichtig erwiesen, daß der Anpreßdruck zwischen dem jeweiligen Körperteil und der Hautkontaktfläche der Meß vorrichtung ausreichend hoch und reproduzierbar ist. Bei der in den Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungs form wird dies mit Hilfe eines Andruckstempels 63 er reicht, der von oben auf das vorderste Glied des Fingers drückt. Als geeignet hat sich eine Andruckkraft in Höhe von etwa 300 p (Pond) erwiesen.In the practical testing of the invention, it has proven to be important that the contact pressure between the respective body part and the skin contact surface of the measuring device is sufficiently high and reproducible. In the embodiment shown in FIGS. 10 and 11, this is done with the aid of a pressure stamp 63 , which presses from above onto the foremost member of the finger. A pressure force of approximately 300 p (pond) has proven to be suitable.
Fig. 13 zeigt beispielhaft das Blockschaltbild einer elektronischen Schaltung 65, die als Auswertemittel für eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung geeignet ist. Von einem Oszillator 66 wird ein Spannungs-Strom-Wandler 67 angesteuert, der die Leuchtdiode 68 speist, die als Lichtquelle dient. Optional kann dabei die Temperatur der Leuchtdiode 68 durch einen NTC 69 überwacht werden, um die Konstanz der Intensität des emittierten Lichtes zu verbessern. Fig. 13 shows an example of the block diagram of an electronic circuit 65, which is suitable as evaluation of an inventive measuring device. A voltage-current converter 67 is driven by an oscillator 66 and feeds the light-emitting diode 68 , which serves as a light source. The temperature of the light-emitting diode 68 can optionally be monitored by an NTC 69 in order to improve the constancy of the intensity of the emitted light.
Die Ausgangssignale der Meßempfänger (Photodioden) 70a- 70c liegen über jeweils eine Vorverstärkerschaltung 71a- 71c an Lock-In-Verstärkern 72a-72c an, denen als Referenz auch das Signal des Oszillators 66 zugeleitet wird. Die Ausgangssignale der Lock-In-Verstärker 72a-72c werden in einer A/D-Wandlereinheit 73 digitalisiert und einer Mi krocomputer-Zentraleinheit 74 zugeleitet. Die Mikrocompu ter-Zentraleinheit erhält darüberhinaus die Signale des NTC 69 (verstärkt durch einen Vorverstärker 69a) und ei nes Temperatursensors 75 (verstärkt durch einen Vorver stärker 75a) zur Messung der Temperatur in dem Detek tionsbereich, welcher vorzugsweise (wie der IR-Sensor 60 der Ausführungsform nach Fig. 10) berührungslos arbeitet.The output signals of the measuring receivers (photodiodes) 70 a- 70 c are each via a preamplifier circuit 71 a- 71 c to lock-in amplifiers 72 a- 72 c, to which the signal of the oscillator 66 is also fed as a reference. The output signals of the lock-in amplifier 72 a- 72 c are digitized in an A / D converter unit 73 and fed to a microcomputer central unit 74 . The microcomputer central processing unit also receives the signals from the NTC 69 (amplified by a preamplifier 69 a) and a temperature sensor 75 (amplified by a preamplifier 75 a) for measuring the temperature in the detection range, which preferably (like the IR Sensor 60 of the embodiment according to FIG. 10) operates contactlessly.
Claims (40)
mindestens zwei Detektionsmessungen, bei denen je weils Licht durch eine die biologische Matrix (10) begrenzende Grenzfläche (11a) als Primärlicht (15) in die biologische Matrix (10) eingestrahlt wird, das Licht in der biologischen Matrix (10) entlang einem Lichtweg propagiert und eine aus der biologischen Ma trix (10) durch eine diese begrenzende Grenzfläche (11a, 11b) als Sekundärlicht (17) austretende Lichtintensität gemessen wird, und
einen Auswerteschritt, bei dem aus den Intensitäts meßwerten der Detektionsmessungen mittels eines Aus wertealgorithmus und einer Kalibration die Glucose konzentration abgeleitet wird,
bei welchem
eine erste Detektionsmessung eine ortsauflösende Streulichtmessung ist, bei der das Primärlicht (15) an einem definierten Einstrahlungsort (12) in die biologische Matrix eingestrahlt wird, die Intensität des an einem definierten Detektionsort (14) aus der biologischen Matrix austretenden Sekundärlichts (17) gemessen wird und der Detektionsort (14) relativ zu dem Einstrahlungsort (12) so angeordnet ist, daß an Streuzentren (19) der biologischen Matrix (10) viel fach gestreutes Licht detektiert wird, dessen Inten sität für die Konzentration der Glucose charakteris tisch ist, und
der Lichtweg bei einer zweiten Detektionsmessung von dem der ersten Detektionsmessung verschieden ist.1. A method for determining the concentration of glucose in a biological matrix ( 10 ), comprising
at least two detection measurements, in which each weils light is irradiated by the biological matrix (10) boundary surface (11 a) as the primary light (15) into the biological matrix (10), the light in the biological matrix (10) along an optical path propagates and a light intensity emerging from the biological matrix ( 10 ) through an interface ( 11 a, 11 b) delimiting it as secondary light ( 17 ) is measured, and
an evaluation step in which the glucose concentration is derived from the intensity measurement values of the detection measurements by means of an evaluation algorithm and a calibration,
in which
a first detection measurement is a spatially resolving scattered light measurement, in which the primary light ( 15 ) is irradiated into the biological matrix at a defined irradiation location ( 12 ), the intensity of the secondary light ( 17 ) emerging from the biological matrix at a defined detection location ( 14 ) is measured and the detection site ( 14 ) is arranged relative to the radiation site ( 12 ) so that at scattering centers ( 19 ) of the biological matrix ( 10 ) many times scattered light is detected, the intensity of which is characteristic of the concentration of glucose, and
the light path in a second detection measurement is different from that of the first detection measurement.
einem zum Anlegen an eine Grenzfläche der biologi schen Matrix vorgesehenen Lichttransmissionsbereich (34),
Einstrahlungsmitteln (27) zum Einstrahlen von Licht in die biologische Matrix (10) durch eine diese be grenzende Grenzfläche (11a, 11b),
Detektionsmitteln (28) zum Messen der Intensität von aus der biologischen Matrix (10) durch eine diese begrenzende Grenzfläche (11a, 11b) austretendem Licht und
Auswertemitteln zum Umwandeln der gemessenen Intensi tät in ein der Glucosekonzentration entsprechendes Signal,
bei welchem
die Einstrahlungsmittel (27) zum gezielten Beleuchten eines definierten Einstrahlungsortes (12) ausgebildet sind und die Detektionsmittel (28) zum gezielten Mes sen des an einem definierten Detektionsort (14) aus tretenden Sekundärlichts ausgebildet sind, wobei der Detektionsort (14) relativ zu dem Einstrahlungsort (12) so angeordnet ist, daß an Streuzentren (19) der biologischen Matrix (10) vielfach gestreutes Licht detektiert wird, dessen Intensität für die Konzen tration der Glucose charakteristisch ist.30. Device for determining the concentration of glucose in a biological matrix, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, with
a light transmission region ( 34 ) provided for application to an interface of the biological matrix,
Irradiation means ( 27 ) for irradiating light into the biological matrix ( 10 ) through an interface ( 11 a, 11 b) bordering it,
Detection means ( 28 ) for measuring the intensity of light emerging from the biological matrix ( 10 ) through an interface ( 11 a, 11 b) delimiting it and
Evaluation means for converting the measured intensity into a signal corresponding to the glucose concentration,
in which
the irradiation means ( 27 ) are designed to specifically illuminate a defined irradiation location ( 12 ) and the detection means ( 28 ) are designed to specifically measure the secondary light emerging from a defined detection location ( 14 ), the detection location ( 14 ) being relative to the irradiation location ( 12 ) is arranged so that scattered light is detected at scattering centers ( 19 ) of the biological matrix ( 10 ), the intensity of which is characteristic of the concentration of glucose.
Priority Applications (23)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4314835A DE4314835A1 (en) | 1993-05-05 | 1993-05-05 | Method and device for analysing glucose in a biological matrix |
IL10739693A IL107396A (en) | 1992-11-09 | 1993-10-25 | Method and apparatus for analytical determination of glucose in a biological matrix |
TW082108974A TW305022B (en) | 1992-11-09 | 1993-10-26 | |
DE59309645T DE59309645D1 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | Method and device for analyzing glucose in a biological matrix |
ES93924502T ES2086969T3 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | PROCEDURE AND DEVICE FOR THE ANALYSIS OF GLUCOSE IN A BIOLOGICAL MATRIX. |
AT93924502T ATE136443T1 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | METHOD AND DEVICE FOR ANALYZING GLUCOSE IN A BIOLOGICAL MATRIX |
DK93924502.3T DK0659055T3 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | Method and apparatus for analyzing glucose in a biological matrix |
DE4393335T DE4393335D2 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | Method and device for analyzing glucose in a biological matrix |
ES95116266T ES2133643T3 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | PROCEDURE AND DEVICE FOR THE ANALYSIS OF GLUCOSE IN A BIOLOGICAL MATRIX. |
KR1019950701280A KR0170040B1 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | Process and device for glucose determination in a biological matrix |
AU54168/94A AU674555B2 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | Process and device for glucose determination in a biological matrix |
EP93924502A EP0659055B1 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | Process and device for glucose determination in a biological matrix |
EP95116266A EP0707826B1 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | Method and device for determining glucose in biologic medium |
PCT/DE1993/001058 WO1994010901A1 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | Process and device for glucose determination in a biological matrix |
DE59302208T DE59302208D1 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | METHOD AND DEVICE FOR ANALYZING GLUCOSE IN A BIOLOGICAL MATRIX |
CA002147639A CA2147639C (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | Method and apparatus for analytical determination of glucose in a biological matrix |
JP51157994A JP3396222B2 (en) | 1992-11-09 | 1993-11-04 | Apparatus for analytical determination of glucose concentration in biological matrices |
US08/271,072 US5551422A (en) | 1992-11-09 | 1994-07-06 | Method and apparatus for analytical determination of glucose in a biological matrix |
FI951673A FI951673A0 (en) | 1992-11-09 | 1995-04-07 | Method and apparatus for glucose analysis in a biological matrix |
NO951792A NO951792D0 (en) | 1992-11-09 | 1995-05-08 | Method and apparatus for determining glucose in a biological matrix |
GR960401427T GR3020063T3 (en) | 1992-11-09 | 1996-05-27 | Process and device for glucose determination in a biological matrix. |
US08/677,923 US5676143A (en) | 1992-11-09 | 1996-07-10 | Apparatus for analytical determination of glucose in a biological matrix |
HK201896A HK201896A (en) | 1992-11-09 | 1996-11-07 | Process and device for glucose determination in a biological matrix |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4314835A DE4314835A1 (en) | 1993-05-05 | 1993-05-05 | Method and device for analysing glucose in a biological matrix |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4314835A1 true DE4314835A1 (en) | 1994-11-10 |
Family
ID=6487224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4314835A Withdrawn DE4314835A1 (en) | 1992-11-09 | 1993-05-05 | Method and device for analysing glucose in a biological matrix |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4314835A1 (en) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4445683A1 (en) * | 1994-12-21 | 1996-06-27 | Boehringer Mannheim Gmbh | Method for examining a scattering medium with intensity-modulated light |
EP0771546A2 (en) * | 1995-11-03 | 1997-05-07 | Lutz Ott | Method and device for deep-selective, non-invasive detection of blood flow and/or intra- and/or extracorporal flowing liquid in a biological tissue |
DE19543020A1 (en) * | 1995-11-18 | 1997-05-22 | Boehringer Mannheim Gmbh | Method and device for determining analytical data on the interior of a scattering matrix |
DE19544501A1 (en) * | 1995-11-29 | 1997-06-05 | Boehringer Mannheim Gmbh | Device for light reflection measurements |
EP0728440A3 (en) * | 1995-02-24 | 1998-12-30 | Ott, Lutz | Method and device for deep-selective, non-invasive detection of muscle activity |
DE19807939C1 (en) * | 1998-02-25 | 1999-09-30 | Siemens Ag | Non-invasive blood glucose concentration determination in vivo |
DE10244058A1 (en) * | 2002-09-09 | 2004-03-18 | Laser- Und Medizin- Technologie Gmbh | To determine physiological parameter in blood and blood products, on-line at a flow cell, a light illumination is used with measurements of the scattered light to be processed by multivariate regression or a neuron network |
DE102004011631A1 (en) * | 2004-03-10 | 2005-09-29 | Ott, Lutz, Dipl.-Ing. | Method and device for the deep-selective detection of spontaneous activities and general muscle activities |
DE19519051B4 (en) * | 1995-05-24 | 2007-05-03 | Diabetic Trust Ag | Method and device for the polarimetric determination of the blood sugar concentration |
EP2170160A1 (en) * | 2007-05-07 | 2010-04-07 | Cybiocare Inc. | Non-invasive pressured probing device |
DE102010014775A1 (en) | 2010-04-13 | 2011-10-13 | Vivantum Gmbh | Apparatus and method for determining a biological, chemical and / or physical parameter in living biological tissue |
DE102021132135A1 (en) | 2021-12-07 | 2023-06-07 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | PROCEDURE FOR DETERMINING A SUBSTANCE CONCENTRATION AND DETECTOR ARRANGEMENT |
Citations (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3873204A (en) * | 1970-01-14 | 1975-03-25 | Bio Physics Systems Inc | Optical extinction photoanalysis apparatus for small particles |
DE2741913A1 (en) * | 1976-10-18 | 1978-04-20 | Oximetrix | CATHETER DEVICE |
DE2757196A1 (en) * | 1977-12-22 | 1979-06-28 | Vladimir Dipl Ing Blazek | Photometric device for examining semi-transparent sample - has photometer sphere on either side of sample for collecting diffusely reflected and transmitted light |
DE2823769A1 (en) * | 1978-05-31 | 1979-12-06 | Albert Prof Dr Huch | MEASURING HEAD WITH OPTICAL SENSORS |
US4223680A (en) * | 1977-06-28 | 1980-09-23 | Duke University, Inc. | Method and apparatus for monitoring metabolism in body organs in vivo |
US4295470A (en) * | 1976-10-18 | 1981-10-20 | Oximetrix, Inc. | Optical catheters and method for making same |
US4416285A (en) * | 1978-11-29 | 1983-11-22 | Oximetrix, Inc. | Improved optical catheter and method for making same |
EP0104772A2 (en) * | 1982-09-02 | 1984-04-04 | Nellcor Incorporated | Calibrated optical oximeter probe |
US4455376A (en) * | 1979-09-17 | 1984-06-19 | R. J. Harvey Instrument Corp. | Photometric methods for counting the particulate components of blood |
US4492462A (en) * | 1980-02-16 | 1985-01-08 | Wilhelm Pross | Photometric method for determining courses of reactions |
EP0160768A1 (en) * | 1984-05-04 | 1985-11-13 | Kurabo Industries Ltd. | Spectrophotometric apparatus for the non-invasive determination of glucose in body tissues |
EP0193868A2 (en) * | 1985-03-05 | 1986-09-10 | Abbott Laboratories | Measurement of optical density via nephelometry |
DE3828618A1 (en) * | 1987-08-24 | 1989-03-16 | Cobe Lab | METHOD AND DEVICE FOR MONITORING BLOOD COMPONENTS |
US4824242A (en) * | 1986-09-26 | 1989-04-25 | Sensormedics Corporation | Non-invasive oximeter and method |
US4867557A (en) * | 1987-04-09 | 1989-09-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Reflection type oximeter for applying light pulses to a body tissue to measure oxygen saturation |
US4882492A (en) * | 1988-01-19 | 1989-11-21 | Biotronics Associates, Inc. | Non-invasive near infrared measurement of blood analyte concentrations |
US4883953A (en) * | 1987-11-17 | 1989-11-28 | Kurashiki Boseki Kabushiki Kaisha | Spectroscopic method and apparatus for measuring sugar concentrations |
DE2851138C2 (en) * | 1977-11-28 | 1990-07-05 | The United States Of America, Represented By The Secretary, U.S. Department Of Commerce, Washington, D.C., Us | |
WO1990007905A1 (en) * | 1989-01-19 | 1990-07-26 | Futrex, Inc. | Non-invasive measurement of blood glucose |
US5032024A (en) * | 1989-02-06 | 1991-07-16 | Hamamatsu Photonics Kabushiki Kaisha | Optical examination apparatus |
US5086229A (en) * | 1989-01-19 | 1992-02-04 | Futrex, Inc. | Non-invasive measurement of blood glucose |
DE4031320A1 (en) * | 1990-10-04 | 1992-04-09 | Dieter Dipl Ing Knapp | Optical body fluid or tissue examination device - evaluates intensity or spectral variation between incident and diffused light |
US5127408A (en) * | 1990-09-14 | 1992-07-07 | Duke University | Apparatus for intravascularly measuring oxidative metabolism in body organs and tissues |
DE4209886A1 (en) * | 1991-03-27 | 1992-10-01 | Otsuka Denshi Kk | ABSORPTION SPECTRUM CORRECTION AND SPECTROMETER WORKING WITH IT |
WO1992017765A1 (en) * | 1991-03-28 | 1992-10-15 | Johnson & Johnson Professional Products Limited | Method and apparatus for glucose concentration monitoring |
US5178142A (en) * | 1989-05-23 | 1993-01-12 | Vivascan Corporation | Electromagnetic method and apparatus to measure constituents of human or animal tissue |
US5179951A (en) * | 1990-04-19 | 1993-01-19 | Inomet, Inc. | Blood constituent measurement |
-
1993
- 1993-05-05 DE DE4314835A patent/DE4314835A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3873204A (en) * | 1970-01-14 | 1975-03-25 | Bio Physics Systems Inc | Optical extinction photoanalysis apparatus for small particles |
DE2741913A1 (en) * | 1976-10-18 | 1978-04-20 | Oximetrix | CATHETER DEVICE |
US4295470A (en) * | 1976-10-18 | 1981-10-20 | Oximetrix, Inc. | Optical catheters and method for making same |
US4223680A (en) * | 1977-06-28 | 1980-09-23 | Duke University, Inc. | Method and apparatus for monitoring metabolism in body organs in vivo |
DE2851138C2 (en) * | 1977-11-28 | 1990-07-05 | The United States Of America, Represented By The Secretary, U.S. Department Of Commerce, Washington, D.C., Us | |
DE2757196A1 (en) * | 1977-12-22 | 1979-06-28 | Vladimir Dipl Ing Blazek | Photometric device for examining semi-transparent sample - has photometer sphere on either side of sample for collecting diffusely reflected and transmitted light |
DE2823769A1 (en) * | 1978-05-31 | 1979-12-06 | Albert Prof Dr Huch | MEASURING HEAD WITH OPTICAL SENSORS |
US4416285A (en) * | 1978-11-29 | 1983-11-22 | Oximetrix, Inc. | Improved optical catheter and method for making same |
US4455376A (en) * | 1979-09-17 | 1984-06-19 | R. J. Harvey Instrument Corp. | Photometric methods for counting the particulate components of blood |
US4492462A (en) * | 1980-02-16 | 1985-01-08 | Wilhelm Pross | Photometric method for determining courses of reactions |
EP0104772A2 (en) * | 1982-09-02 | 1984-04-04 | Nellcor Incorporated | Calibrated optical oximeter probe |
EP0160768A1 (en) * | 1984-05-04 | 1985-11-13 | Kurabo Industries Ltd. | Spectrophotometric apparatus for the non-invasive determination of glucose in body tissues |
EP0193868A2 (en) * | 1985-03-05 | 1986-09-10 | Abbott Laboratories | Measurement of optical density via nephelometry |
US4824242A (en) * | 1986-09-26 | 1989-04-25 | Sensormedics Corporation | Non-invasive oximeter and method |
US4867557A (en) * | 1987-04-09 | 1989-09-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Reflection type oximeter for applying light pulses to a body tissue to measure oxygen saturation |
DE3828618A1 (en) * | 1987-08-24 | 1989-03-16 | Cobe Lab | METHOD AND DEVICE FOR MONITORING BLOOD COMPONENTS |
US4883953A (en) * | 1987-11-17 | 1989-11-28 | Kurashiki Boseki Kabushiki Kaisha | Spectroscopic method and apparatus for measuring sugar concentrations |
US4882492A (en) * | 1988-01-19 | 1989-11-21 | Biotronics Associates, Inc. | Non-invasive near infrared measurement of blood analyte concentrations |
WO1990007905A1 (en) * | 1989-01-19 | 1990-07-26 | Futrex, Inc. | Non-invasive measurement of blood glucose |
US5086229A (en) * | 1989-01-19 | 1992-02-04 | Futrex, Inc. | Non-invasive measurement of blood glucose |
US5032024A (en) * | 1989-02-06 | 1991-07-16 | Hamamatsu Photonics Kabushiki Kaisha | Optical examination apparatus |
US5178142A (en) * | 1989-05-23 | 1993-01-12 | Vivascan Corporation | Electromagnetic method and apparatus to measure constituents of human or animal tissue |
US5179951A (en) * | 1990-04-19 | 1993-01-19 | Inomet, Inc. | Blood constituent measurement |
US5127408A (en) * | 1990-09-14 | 1992-07-07 | Duke University | Apparatus for intravascularly measuring oxidative metabolism in body organs and tissues |
DE4031320A1 (en) * | 1990-10-04 | 1992-04-09 | Dieter Dipl Ing Knapp | Optical body fluid or tissue examination device - evaluates intensity or spectral variation between incident and diffused light |
DE4209886A1 (en) * | 1991-03-27 | 1992-10-01 | Otsuka Denshi Kk | ABSORPTION SPECTRUM CORRECTION AND SPECTROMETER WORKING WITH IT |
WO1992017765A1 (en) * | 1991-03-28 | 1992-10-15 | Johnson & Johnson Professional Products Limited | Method and apparatus for glucose concentration monitoring |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
BOLTZMANN,Ludwig: Light Scattering by Blood Components after supplying Glucose. In: Biomed. Technik,35,H.5,1990,S.102-106 * |
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5713352A (en) * | 1994-12-21 | 1998-02-03 | Boehringer Mannheim Gmbh | Method for investigating a scattering medium with intensity-modulated light |
DE4445683A1 (en) * | 1994-12-21 | 1996-06-27 | Boehringer Mannheim Gmbh | Method for examining a scattering medium with intensity-modulated light |
EP0728440A3 (en) * | 1995-02-24 | 1998-12-30 | Ott, Lutz | Method and device for deep-selective, non-invasive detection of muscle activity |
DE19519051B4 (en) * | 1995-05-24 | 2007-05-03 | Diabetic Trust Ag | Method and device for the polarimetric determination of the blood sugar concentration |
EP0771546A2 (en) * | 1995-11-03 | 1997-05-07 | Lutz Ott | Method and device for deep-selective, non-invasive detection of blood flow and/or intra- and/or extracorporal flowing liquid in a biological tissue |
EP0771546A3 (en) * | 1995-11-03 | 1998-12-30 | Lutz Ott | Method and device for deep-selective, non-invasive detection of blood flow and/or intra- and/or extracorporal flowing liquid in a biological tissue |
DE19543020A1 (en) * | 1995-11-18 | 1997-05-22 | Boehringer Mannheim Gmbh | Method and device for determining analytical data on the interior of a scattering matrix |
US5825488A (en) * | 1995-11-18 | 1998-10-20 | Boehringer Mannheim Gmbh | Method and apparatus for determining analytical data concerning the inside of a scattering matrix |
DE19544501A1 (en) * | 1995-11-29 | 1997-06-05 | Boehringer Mannheim Gmbh | Device for light reflection measurements |
EP0777119A3 (en) * | 1995-11-29 | 1998-09-09 | Boehringer Mannheim Gmbh | Apparatus for light reflection measurements |
US5893364A (en) * | 1995-11-29 | 1999-04-13 | Boehringer Mannheim Gmbh | Apparatus for light reflection measurements |
DE19807939C1 (en) * | 1998-02-25 | 1999-09-30 | Siemens Ag | Non-invasive blood glucose concentration determination in vivo |
DE10244058A1 (en) * | 2002-09-09 | 2004-03-18 | Laser- Und Medizin- Technologie Gmbh | To determine physiological parameter in blood and blood products, on-line at a flow cell, a light illumination is used with measurements of the scattered light to be processed by multivariate regression or a neuron network |
DE102004011631A1 (en) * | 2004-03-10 | 2005-09-29 | Ott, Lutz, Dipl.-Ing. | Method and device for the deep-selective detection of spontaneous activities and general muscle activities |
DE102004011631B4 (en) * | 2004-03-10 | 2011-03-24 | Ott, Lutz, Dipl.-Ing. | Method and device for the deep-selective detection of spontaneous activities and general muscle activities |
US8204577B2 (en) | 2004-03-10 | 2012-06-19 | Lutz Ott | Process and device for deep-selective detection of spontaneous activities and general muscle activites |
EP2170160A1 (en) * | 2007-05-07 | 2010-04-07 | Cybiocare Inc. | Non-invasive pressured probing device |
EP2170160A4 (en) * | 2007-05-07 | 2013-01-23 | Cybiocare Inc | Non-invasive pressured probing device |
DE102010014775A1 (en) | 2010-04-13 | 2011-10-13 | Vivantum Gmbh | Apparatus and method for determining a biological, chemical and / or physical parameter in living biological tissue |
WO2011128209A2 (en) | 2010-04-13 | 2011-10-20 | Vivantum Gmbh | Device and method for determining a biological, chemical and/or physical parameter in a living biological tissue |
DE102021132135A1 (en) | 2021-12-07 | 2023-06-07 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | PROCEDURE FOR DETERMINING A SUBSTANCE CONCENTRATION AND DETECTOR ARRANGEMENT |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0707826B1 (en) | Method and device for determining glucose in biologic medium | |
DE69032535T2 (en) | Method and device for determining the similarity of a biological analyte, based on a model made from known biological fluids | |
DE19952215C2 (en) | Test element analysis system | |
DE69032126T2 (en) | NON-INVASIVE MEASUREMENT OF GLUCOSE IN THE BLOOD | |
DE69837425T2 (en) | Method and device for non-invasive photoacoustic measurement of blood glucose | |
DE69918401T2 (en) | Apparatus and method for measuring living body information and body fat and program recording media | |
EP2046190B1 (en) | Measure of glucose concentration in pulsating blood | |
DE69637244T2 (en) | METHOD FOR NON-INVASIVE MEASUREMENT OF A BLOOD BY USING AN IMPROVED OPTICAL INTERFACE | |
EP0726729B1 (en) | Process and device for determining the glucose concentration in a biological matrix | |
EP0774658B1 (en) | Method and apparatus for obtaining analytical data on the interior of a scattering medium | |
DE69125942T2 (en) | Non-invasive determination of the glucose content in a patient's body | |
DE69737363T2 (en) | MONITORING OF TISSUE INGREDIENTS BY INFRARED RADIATION | |
EP2584956B1 (en) | Device and method for recognising and monitoring physiological blood values | |
DE69721732T2 (en) | DEVICE FOR MULTISPEKTRAL ANALYSIS IN NON-INVASIVE NIR SPECTROSCOPY | |
DE3855749T2 (en) | SPECTROPHOTOMETRIC METHOD FOR QUANTITATIVELY DETERMINING THE CONCENTRATION OF A DILUTED COMPONENT IN A LIGHT OR OR ANY OTHER RADIATION refraction medium | |
DE69430791T2 (en) | Light sensor with multiple light sources | |
DE69724351T2 (en) | System for measuring tissue chromophores | |
DE19840452B4 (en) | Method and device for non-invasive measurement of blood component concentrations | |
DE69219767T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR MONITORING THE GLUCOSE CONCENTRATION | |
DE69723548T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR MULTISPEKTRAL ANALYSIS IN NONINVASIVE INFRARED SPECTROSCOPY | |
WO1997027469A1 (en) | Process and device for determining an analyte contained in a scattering matrix | |
DE29580420U1 (en) | Sensor for non-invasive blood analysis | |
EP1463443A2 (en) | Method and device for determining a light transport parameter and an analyte in a biological matrix | |
WO1996004545A1 (en) | Apparatus and process for optical characterisation of structure and composition of a scattering sample | |
DE4314835A1 (en) | Method and device for analysing glucose in a biological matrix |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |