DE69709714T2

DE69709714T2 - Vorrichtung zur nicht-invasiven bestimmung von glukose

Info

Publication number: DE69709714T2
Application number: DE69709714T
Authority: DE
Inventors: James Cupp; Raymond Fowler; E. Raber
Original assignee: Diasense Inc
Current assignee: Diasense Inc
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1997-02-05
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2017-02-06
Also published as: ES2163731T3; WO1997027800A1; DE69709714D1; EP0889703A4; US6219565B1; ATE209017T1; EP0889703A1; EP0889703B1; AU1846897A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die nicht-invasive Messung bzw. Wahrnehmung von Blutglukosespiegeln und insbesondere eine nicht-invasive Sonde, die zur Verwendung mit einem nichtinvasiven Blutglukosemonitor für Patienten mit Diabetes geeignet ist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Es ist allgemein im Stand der Technik bekannt, daß Strahlung, insbesondere Stahlung des nahen Infrarotbereiches über einen Bereich von Wellenlängen in einer nicht-invasiven Weise auf ein Teil des Körpers des Patienten projiziert werden kann. Die resultierende, von diesem Teil des Körpers emittierte Strahlung, die nach Absorption und Streuung entweder gestreut oder hindurchgetreten ist, kann detektiert und prozessiert werden, um einen Ausdruck der detektierten Strahlung als Funktion der Wellenlänge und daraus die Konzentration der Blutglukose zu entnehmen. Da die detektierte Strahlung ein kontinuierliches Signal darstellt, welche alle Wellenlängen im interessierten Bereich überdeckt, ist es zur weiteren Analyse erforderlich, die Intensitäten der Strahlung bei den verschiedenen individuellen Wellenlängen oder bei kleineren Wellenlängenbändern zu trennen, um die gewünschte Information über den Blutglukosespiegel herauszubekommen.
Die US-Patent Nrn. 5,070,874 und 5,460,177 beschreiben Verfahren zur nicht-invasiven Messung der Blutglukosespiegel. Im allgemeinen verwenden diese Verfahren einen Spektrophotometer, um die Absorption im nahen Infrarotbereich der Strahlung bei verschiedenen Wellenlängen über den interessierten Bereich hinweg zu messen. Die gegen die Wellenlängen aufgetragene Absorption stellt ein Spektrum dar. Durch Analysieren des Spektrums können die Blutglukosespiegel oder Änderungen davon bestimmt werden. Indem die Blutglukosespiegel sich verändern, verändert sich das detektierte Spektrum leicht.
Um die oben diskutierten Messungen auszuführen, muß die Strahlung aus einer Strahlungsquelle zur Haut des Patienten übermittelt werden, und die von dem Patienten zurückerhaltene, detektierte Strahlung muß gesammelt und zum Spektrophotometer für die weitere Analyse gebracht werden. Faseroptikbündel des Standes der Technik sind typisch auf eine vollständig kohärente oder geordnete Weise angeordnet, um die Bildtransferfähigkeit bereitzustellen, oder sie sind in vollständig nichtkohärenter oder ungeordneter Weise angeordnet und funktionieren als eine einfache Lichtführung für Anwendungen, bei denen die Bildfähigkeit unwichtig ist. Die viel teureren, kohärenten Faserbündel werden gewöhnlicherweise in medizinischen und industriellen Sonden verwendet, wie Endoskopen und Boreskopen. Viel weniger teure, inkohärente Faserbündel sind geeignet zum Gebrauch in Verbindung mit nicht-bildgebenden Detektoren und für spezialisierte Illuminatoren, wie jene in der Mikroskopie verwendeten. Faseroptikbündel des Standes der Technik, die übertragende und empfangende Fasern kombinieren, werden typischerweise in einiger Entfernung von ihrem beabsichtigen Ziel angesetzt und stützen sich auf die Reflexion des übertragenen Lichts durch die Zieloberfläche unter Bestrahlung der Empfangsfasern.
Der Stand der Technik beschäftigt sich in keiner Weise mit dem hohen Grad an mechanischer und thermischer Isolierung der Rück- oder Empfangsfasern, was für eine gute Funktion der Faseroptiksonde bei der Glukosedetektion erforderlich ist. Spannungen durch Mikroverbiegungen in den Empfangsfasern, die durch verschiedene Vibrationsquellen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Glykosemonitors induziert werden, können Intensitätsschwankungen in dem vom Patienten empfangenen spektralen Signal erzeugen und können dadurch Fehler in den resultierenden Spektraldaten hervorrufen. Thermische Veränderungen entlang der Länge der Empfangsfasern im Ganzen, lokalisiert oder zeitweise zeigten experimentell, daß ähnliche Schwankungen im spektralen Signal produziert wurden, was zu Fehlern in den vom Patienten empfangenen Septraldaten führte.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um diese oben diskutierten Probleme des Standes der Technik auszuräumen, haben wir eine kosteneffektive Sonde entwickelt, die die Vorteile niedriger Kosten eines nichtkohärenten Faseroptikbündels für die Übertragungsfasern mit den Vorteilen von kohärent angeordneten Empfangsfasern in dem Bündel kombiniert. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die vorliegende Erfindung so ausgestaltet, daß sie in unmittelbarem Kontakt mit dem beabsichtigen Ziel, das heißt der menschlichen · Haut, betrieben wird und vermeidet absichtlich direkte Oberflächenreflexionen. In einer bevorzugten Ausführungsform kombiniert die Sonde ein nichtkohärentes, optisches Übertragungsfaserbündel mit einer geringen Zahl räumlich getrennter Empfangsfasern, die in einem speziellen, regulären Muster angeordnet sind, um die Empfangssignalintensität in einer Anwendung zur Glykosemessung zu optimieren. Eine bevorzugte Ausführungsform schließt ferner einmalig entwickelte Merkmale zur thermischen und/oder mechanischen Isolierung der sich von der Sonde erstreckenden Empfangsfasern ein, um ihren Betrieb in einer Anwendung zur Glykosemessung zu verbessern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht der Elemente einer Sonde gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Ansicht des Endes des Übertragungsfaserbündels, das sich von der Strahlungsquelle erstreckt;
Fig. 3 ist eine Ansicht des Endes des Übertragungsfaserbündels und der Empfangsfasern, wo diese die Haut eines Patienten kontaktieren;
Fig. 4 ist eine Ansicht des Endes der Empfangsfasern, wo diese in den Spektrografen eintreten; und
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform einer Anordnung zum Schutz der Empfangsfasern zwischen dem Patientenkontakt und dem Spektrografen zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine Sonde 2, die zur Verwendung in einer nicht-invasiven Messung der Glukosekonzentrationen im Körper eines Patienten gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in den Fig. 1 bis 5 gezeigt. Wie in Fig. 1 näher gezeigt, schließt die Erfindung ein gegabeltes optisches Faserbündel ein, welches Strahlung übertragen kann, insbesondere im nahen Infrarotbereich, und das optische Faserbündel besitzt Terminals bzw. Enden an der Strahlungsquelle 4, an der Patientenhaut 6 sowie beim Spektrografen 8. Diese Terminals sind jeweils näher in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt und werden nachfolgend mehr im Detail beschrieben. Die Bezugnahme auf die Fig. 1 fortsetzend erstreckt sich eine Vielzahl von Übertragungsfasern 10 in Form eines Bündels von der Strahlungsquelle 4 zu einem Sondenkörper 12 und endet in einem Kontaktbereich 14, welches mit der Patientenhaut 6 in Kontakt kommt. Eine Vielzahl von Empfangsfasern 16 erstreckt sich von dem Spektrografen 8 und in den Sondenkörper 12 und endet beim Kontaktbereich 14. Die meisten Fasern sind in einem Übertragungskanal enthalten, der aus den Übertragungsfasern 10 gebildet ist, welche die spektralgefilterte Infrarotstrahlung von der Strahlenquelle 4 zur Hautgrenzfläche beim Kontaktbereich 14 zum Kontakt mit der Patientenhaut 6 bringen. Eine beträchtlich kleinere Zahl von Empfangsfasern 16, die in einem regulären Muster mit den Übertragungsfasern 10 im Sondenkörper 12 beim Kontaktbereich 14 durchsetzt bzw. vermischt sind, bilden einen Empfangskanal. Ein Ende von jeder Empfangsfaser 16 steht im Kontaktbereich 14 in Kontakt mit der Patientenhaut 6, während das andere Ende jeder Empfangsfaser 16 den Spektrografen 8 kontaktiert, wo die Empfangsstrahlung von der Patientenhaut 6 aus den Empfangsfasern 16 heraustritt und in den Spektrografen zur Analyse eintritt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Übertragungsfasern 10 bei der Strahlungsquelle auf nichtkohärente Weise angeordnet und, wie gezeigt, für eine optimale Dichte in einem kreisförmigen Muster gepackt. Das in Fig. 2 gezeigte Muster ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auf die zirkularsymmetrische Gestalt einer bekannten Strahlungsquelle angepaßt, welche einen Beleuchtungspunkt aus einem Lampenreflektor besitzt. Jedoch sind andere Formen, die an andere Strahlungsquellen angepaßt · sind, möglich und sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Durch die Beschreibung der Anordnung der Übertragungsfasern 10 an der Strahlungsquelle 4 als nichtkohärent ist gemeint, daß es keine besonders vorgeschriebene Stelle für irgendeine der Übertragungsfasern 10 gibt; vielmehr können die Übertragungsfasern 10 zufällig angeordnet sein, da sie alle den gesamten Wellenlängenbereich der durch die Betrahlungsquelle 4 erzeugten Strahlung tragen.
Wie unter Bezugnahme auf beide Fig. 1 und 3 gezeigt, kommen die Übertragungsfasern 10 und die Empfangsfasern 16 im Sondenkörper 12 zusammen, und der gesamte Zusammenbau ist in einem quasi rechteckigen Muster ausgeschmiegt bei dem Kontaktbereich 14 oder am Hautende, wo alle Fasern 10 und 16 in einer Einheitsstruktur verbunden sind, wie etwa durch ein Epoxid 17 oder einem anderen Klebstoff, und vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene enden, die durch Polieren oder andere Maßnahmen erreicht wird, unter Bildung einer Außenoberfläche, die zum Kontaktieren der Patientenhaut 6 konfiguriert ist. Obgleich ein flacher Kontakt hier bevorzugt wird, sind andere Anordnungen möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern 10 und 16 in sieben hexagonal gepackten Reihen angeordnet. In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform gezeigt, die sieben Empfangsfasern 16a bis 16k einschließen, die auf eine Mittelreihe begrenzt sind, und wobei jede Empfangsfaser 16 vollständig von den Übertragungsfasern 10 umgeben ist. Bei dieser Anordnung sind drei Übertragungsfasern 10 in der Mittelreihe unmittelbar auf jeder Seite von jeder Empfangsfaser vorgesehen. Alle anderen in Fig. 3 gezeigten Reihen enthalten nur Übertragungsfasern. Es wird deshalb deutlich, daß jede Empfangsfaser im Zentrum von drei konzentrischen Hexagons oder Ringen von Übertragungsfasern 10 liegt. Zum Beispiel schließen ein erster Ring von Übertragungsfasern 10, die die Empfangsfaser 16a umgeben, sechs Übertragungsfasern 16a ein. Die zwölf Übertragungsfasern 10b, die unmittelbar die Übertragungsfasern 10a kontaktieren, bilden einen zweiten Ring, der die Empfangsfaser 16a umgibt. Die achtzehn Übertragungsfasern 10c, die die Übertragungsfasern 10b unmittelbar kontaktieren, bilden einen die Empfangsfaser 16a umgebenden dritten Ring. Ähnliche Ringe werden um jede der zehn anderen Empfangsfasern 16 gebildet. Es ist ersichtlich, daß bestimmte Übertragungsfasern 10 einen Teil eines Rings um benachbarte Empfangsfasern 16 bilden. Die Übertragungsfaser 10a in der mittleren Reihe der Fasern und unmittelbar rechts von der Empfangsfaser 16a, wie aus Fig. 3 zu sehen, ist zum Beispiel Teil des die Empfangsfaser 16a umgebenden ersten Rings und Teil eines die Empfangsfaser 16b umgebenden dritten Ringes.
Allgemein gesprochen ist es zur Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung vollständig ausreichend, daß die Strahlungsempfangsfasern 16 voneinander räumlich getrennt sind und in einem festgelegten vorbestimmten Muster ausgerichtet sind, wie etwa einer im wesentlichen geraden Linie, bei dem Kontaktbereich 14, wo diese die Patientenhaut 6 berühren.
Strahlung wird dann in einer ringförmigen Fläche, die jede Empfangsfaser 16 unmittelbar umgibt, geliefert. Es ist bevorzugt, daß mindestens eine ringförmige Fläche um jede Empfangsfaser 16 vorgesehen ist, obgleich viele verschachtelte Ringe oder ein größerer Ring um jede Empfangsfaser 16 ausgestaltet sein können. Obgleich die Einrichtungen zum Übertragen der Strahlung von der Strahlungsquelle 4 zur Patientenhaut 6 andete Strukturen bilden könnten, wie etwa individuell gebildete Strahlungsübertragungsröhren oder eine Struktur mit Bohrungslöchern darin für die Empfangsfaser 16, wird angenommen, daß die hier gezeigte Anordnung mit einer Vielzahl von kleineren Übertragungsfasern 10, die auf dem Markt leicht verfügbar sind, zur Bildung der Einrichtung für die Übermittlung der Strahlung von der Strahlungsquelle 4 zur Patientenhaut 6 eine ideale Konstruktionsweise sowohl im Hinblick auf die Kosten als auch die Einfachheit der Konstruktion liefert. Die anderen als die in Fig. 3 angeordnet gezeigten Übertragungsfasern 10 beim Kontaktbereich 14 sind im wesentlichen auf nichtkohärente Weise angeordnet.
Die Übertragungsfasern 10 übertragen die Infrarotstrahlung von der Strahlungsquelle 4 zur Patientenhaut 6. Wenn die Patientenhaut 6 im Kontakt mit der gemeinsamen Ebene der Übertragungsfasern 10 und der Empfangsfasern 16 bei dem Kontaktbereich 14 stehen, wird die Strahlung aus den Übertragungsfasern 10 direkt in die Patientenhaut 6 hinein gekoppelt, ohne daß es eine Möglichkeit der Reflexion von der Oberfläche der Haut in irgendeine der Empfangsfasern 16 gibt. Die Energie wird daher gezwungen, durch die Patientenhaut 6 zu diffundieren, wo sie auf spektralselektive Weise absorbiert wird, bevor sie durch die Patientenhaut 6 und in die Empfangsfasern 16 zurückkehrt. Diese selektive Absorption variiert mit dem Glukosespiegel bzw. -gehalt des Patienten. Somit enthält das spektrale Muster der empfangenen Energie die Information, die zur Herstellung der Glukosespiegelmessung erforderlich ist, was das Gesamtziel des Monitors ist, bei dem die Sonde 2 der Erfindung verwendet wird.
Das Umgeben von jeder Empfangsfaser 16 durch die gewählte Anzahl der Übertragungsfasern 10 an der Patientenhaut 6 optimiert den Informationsgehalt über die Glykoseabsorption in dem empfangenen Signal, indem ein statistisch angemessener, durchschnittlicher Penetrationsweg der optischen Energie innerhalb der Patientenhaut 6 bereitgestellt wird.
Die Empfangsfasern 16 übertragen die die Information tragende Infrarotenergie zum Spektrografen 8, wo sie zur Analyse optisch zerlegt wird. Bei dem Spektografen 8 sind die Empfangsfasern 16 angeordnet in einem Muster, das mit der Größe und der Form eines jeden Punktelements oder Pixels an der Ausgabe des Spektrografen 8 übereinstimmt. In einer Ausführungsform eines Spektrografen 8 ist das Muster der Ausgabe-Pixels linear unter Anpassung auf rechteckige Sensorpixel. Der Spektrograf 8 kann zum Beispiel so ausgestaltet sein, daß ein Gitter darin einen gleichgerichteten Strahl aus einem Spiegel in eine Vielzahl von Wellenlängen trennt, von denen jede in eine etwas andere Richtung abgelenkt wird. Dieses Verfahren bildet eine Vielzahl von überlappenden, parallel gerichteten Strahlen, wobei jede einer speziellen Wellenlänge und Richtung entspricht und alle im wesentlichen auf einen Kameraspiegel im Spektrografen 8 abzielen. Der Kameraspiegel fokussiert jede der verschiedenen Wellenlängen auf eine etwas andere Stelle, dabei ein ausgedehntes Kontinuum von überlappenden Quellarraybildern an der Detektorarraystelle bildend.
Eine Ausführungsform eines Spektrografen 8 arbeitet bei einer im wesentlichen einheitlichen Verstärkung, so daß die Größe und die Form jedes Quellbildes nominal identisch ist mit jenen des Quellarrays. Der Detektorarray im Spektrografen 8 ist mit seinen aufeinanderfolgenden Pixeln unter Gleichrichtung mit dem Bildkontinuum orientiert, so daß jeder Pixel einen unterschiedlichen Wellenlängenbereich des Kontinuums einfängt, und die Größe der Detektorpixel und der Quelle sind in einer nahezu identischen Weise ausgestaltet, jedoch mit einer beabsichtigten kleinen Überlappung. Um die Einfangeffizienz bei der Ausgestaltung des Spektrografen 8 zu optimieren, kann ferner die Detektorarray-Ebene in bezug auf den Mittelstrahl so geneigt sein, daß astigmatiche Bilder, die durch den Kameraspiegel gebildet werden, verlängert werden in der Längsrichtung von jedem Pixel bei oder in der Nähe von beiden Enden des Arrays. Diese Vorgehensweise optimiert die Konzentration der fokussierten Energie auf jeden Pixel für jede damit verbundene Wellenlänge und erweitert den nützlichen optischen Winkelbereich weit über das hinaus, was üblicherweise mit Reflexionsoptiken verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Spektrograf- Dektektor ein Array von vielen Photodetektorelementen, wobei jedes Element etwa zehnmal so lang wie breit ist. Die Empfangsfasern 16, von denen jede einen Kerndurchmesser im wesentlichen gleich der Breite eines jeden Arrayelements besitzt, kann, wie in Fig. 4 gezeigt, entlang einer geraden Linie angeordnet sein. Elf Empfangsfasern 16a bis 16k sind in dieser bevorzugten Ausführungsform gewählt worden, um sicherzustellen, daß das spektrografische Bild mit einheitlicher Verstärkung des Quellarrays die Sensorenpixel überfüllt. Das Überfüllen dieser Pixel schafft einen Abgleichsrand und stellt sicher, daß Vibrationseffekte nicht zu fehlererzeugenden Variationen in dem Pixelsignal während des Betriebs führen. Die Empfangsfasern 16 können gegenüber einer Abgleichsoberfläche 18 in einem Gehäuse 20 durch einen Halter 22 oder dergleichen gehalten werden. Idealerweise werden die Empfangsfasern 16 am Spektrografenende durch ein Epoxid 24 oder dergleichen zusammengehalten, so daß deren genaue Ausrichtung während des Betriebs unverändert bleibt. Die numerische Lücke der Empfangsfasern 16 und der Optik des Spektrografen 8 müssen kompatibel sein, und die Empfangsfasern 16 und Übertragungsfasern 10 müssen über den gesamten spektralen Betriebsbereich durchlässig sein. In einigen Ausführungsformen machen diese Erfordernisse die Transmission bei Wellenlängen in der Nähe von oder über 2 um nötig. In diesen Fällen sind Fasern bevorzugt, die im wesentlichen aus Siliziumdioxidglas gefertigt sind. Fasern mit geringem Gehalt an OH&supmin; sind ebenfalls bevorzugt, weil die Absorption durch dieses Radikal die Glukoseabsorption in bestimmten spektralen Bereichen stören kann, speziell im gewünschten nahen Infrarotbereich, und insbesondere im Hinblick auf das von Hause aus geringe Niveau an Glykosesignalen im Vergleich zum allgemeinen Niveau von Hautsignalen.
In der bevorzugten Ausführungsform wird eine optische Faser mit harter Schale und geringem OH&supmin; Gehalt mit ungefähr 0,39 numerischer Apertur (n. a.) und 0,230 mm Durchmesser (0,200 mm Kern) für die Übertragungsfasern 10 und die Empfangsfasern 16 verwendet. Die numerische Aperatur der Faser wird absichtlich größer gewählt als diejenige des Spektrografen 8 (ungefähr 0,3 n. a.), um sicherzustellen, daß die Optik und die Gitter selbst in Gegenwart von Betriebsvibrationen und thermischen Effekten überfüllt sind. Eine solche Faser ist FT-200-LMT von 3M, aber andere ähnliche Fasern mit niedrigem OH&supmin; und anderen Kombinationen hinsichtlich des Durchmesser und der n. a., die mit den Spektrografen oder Sensoren der bevorzugten Ausführungsform kompatibel sind, oder andere Arten sind im Umfang und dem Sinngehalt dieser Erfindung eingeschlossen.
Um die Effekte der Vibration und der thermischen Veränderungen zu vermindern, werden die Empfangsfasern 16 in einer bevorzugten Ausführungsform in einer Struktur von der Art eines Isoliermaterials eingeschlossen. Dies ist naher in Fig. 5 gezeigt. Obgleich das Einschließen der Empfangsfasern 16 in einem Isoliermaterial als nächstliegend erscheint, würde eine Vorgehensweise, bei der lediglich ein um die Empfangsfasern 16 herumgewickeltes, dickes Isoliermaterial geschaffen wird, dazu neigen, daß die gesamte Struktur weniger flexibel wird. In der aus Fig. 5 zu entnehmenden Ausführungsform wird dieses Problem durch zwei einmalige Methoden umgangen. Die erste Methode besteht darin, die Empfangsfasern 16 in einer kleinen Isolationsröhre einzuschließen, die sich ziemlich lose innerhalb einer größeren Isolationsröhre einfügt. Die zweite Methode besteht darin, ein Ende der größeren Isolierröhre zu fixieren, während das andere Ende frei beweglich gelassen wird. Diese zwei Methoden erzeugen einen flexibleren Zusammenbau und vermindern stark die Spannung auf die Empfangsfasern 16 bei Biegung.
Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Struktur zum Schützen der Empfangsfasern 16 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie oben diskutiert, werden den Übertragungsfasern 10 und die Empfangsfasern 16 beim Kontaktbereich 14, wo ein Kontakt mit den Patienten entsteht, in einem Epoxid 17 oder dergleichen eingebettet. Wenn die Empfangsfasern 16 den Sondenkörper 12 verlassen, werden sie in ein erstes Gehäuse 26 geführt, welches vorzugsweise eine an den Sondenkörper 12 anbrachte, boxartige Struktur besitzt und, etwa über das Durchgangsloch 28, mit einem Isoliermaterial 30 oder dergleichen gefüllt ist. Dies ist ein besonders kritischer Bereich, da er den Übergang zwischen dem Sondenkörper 12 und den oben diskutierten verschachtelten Isolierröhren bildet. Wenn die Empfangsfasern 16 das erste Gehäuse verlassen, werden sie entlang dem übrigen Teil ihrer Länge zu dem Spektrografen 8 innerhalb einer zweiten Einfassung geführt, die aus einem ersten oder inneren Isolierrohr 32, welches die Empfangsfasern 16 unmittelbar umgibt, und einem zweiten oder äußeren Isolierrohr 34, welches das innere Isolierrohr 32 umgibt und davon räumlich getrennt ist, gebildet ist. Ein Kontaktring 36 ist an einem Ende des Innenrohrs 32 neben der ersten Einfassung 26 befestigt, und der Kontaktring 36 wird fest an die erste Einfassung 26 befestigt. Das andere Ende des Innenrohrs 32 ist an einer Einfassung 38 der Empfangsfaser angebracht, welche die Verbindung der in dem Epoxid 24 eingeschlossenen Empfangsfasern 16 an den Spektrografen 8 liefert. Das Außenrohr 34 ist ebenso fest an einem Ende der Einfassung 38 für die Empfangsfaser befestigt, und dessen anderes Ende ist an den Kontaktring neben der ersten Einfassung 26 gleitend angepaßt. Diese Anordnung liefert eine Flexibilität zwischen dem äußeren Rohr 34 und dessen Verbindungen, so daß das Biegen des Innenrohrs 32 und des Außenrohrs 34 die Empfangsfasern 16 nicht schädigt oder unter Spannung setzt. Die oben diskutierte gleitangepaßte Anordnung mit dem Kontaktring 36 könnte an der dem Spektrografen 8 benachbarten Einfassung 38 für die Empfangsfasern bereitgestellt werden, obgleich angenommen wird, daß die in Fig. 5 gezeigte Anordnung bevorzugt ist. Es wird bevorzugt, daß die Empfangsfasereinfassung 38 mit einem Isoliermaterial 42 gefüllt ist, etwa über das Durchgangsloch 40, und daß das Innere des Innenrohrs 32 mit einem Isoliermaterial gefüllt ist. Die erste Einfassung 26, das Innere des Innenrohrs 32 und die Empfangsfasereinfassung 38 können gleichzeitig mit demselben Material durch das Loch 28 oder, vorzugsweise, durch das Loch 40 gefüllt sein, da diese Elemente in ihrem Inneren alle miteinander verbunden sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Empfangsfasern 16 durch das Innenrohr 32 umgeben, welches eine isolierende Vielschichthülle darstellt, die die Empfangsfasern 16 einschließt. Die Empfangsfasern 16 sind über ihre gesamte Länge innerhalb des Hohlraums eines Innenrohrs mit einer typischen, halbharten Elastizität eingeschlossen, welches angemessene Isoliereigenschaften zeigt. Für eine optimale thermische und mechanische Isolierung können die Empfangsfasern 16 innerhalb des Hohlraums des Innenrohrs 32 dann zusätzlich durch Rückfüllen des Innenrohrs mit einem isolierenden, elastomeren Vergussstoff 44 weiter geschützt sein. Dieses Material, welches in fließbarem Zustand eingeführt und dann gehärtet wird, umgibt die Empfangsfasern 16 direkt und stellt sowohl eine thermische Isolierung als auch eine Dämpfung gegenüber mechanischer Vibration unter Verminderung der Mikroverbiegungswirkungen zur Verfügung. Über dem Innenrohr 32, in dem die Empfangsfasern 16 vergossen sind, liegt ein Außenrohr mit angemessenen Isoliereigenschaften, welches zusätzliche thermische und mechanische Isolierung schafft. Das Außenrohr 34 kann ein Rohr von typischer mittlerer Elastizitätshärte sein oder kann ein etwas steiferes Rohr sein. Eine Vielzahl von Schichten aus

Claims

1. Sonde (2), die zur Verwendung zur nicht-invasiven Wahrnehmung bzw. Messung von Glukosekonzentrationen im Körper eines Patienten geeignet ist, wobei die Sonde aufweist: mindestens drei Strahlungsempfangsfasern (16), die sich zwischen einem Sondenkörper(12) und einem Spektrografen (8) erstrecken und in im wesentichen gleichförmiger Weise voneinander räumlich getrennt und in einem vorbestimmt festgelegten Muster bei dem Sondenkörper (12) ausgerichtet sind,

eine Strahlungsübertragungseinrichtung (10), die die Strahlung aus einer Strahlungsquelle leitet und sich von der Quelle (4) bis zum Sondenkörper (12) erstreckt, wobei die Strahlungsübertragungseinrichtung (10) in der Sonde in einer · ringförmigen Einrichtung gebildet ist zum Führen der Strahlung in einem ringförmigen Bereich, der jede der Empfangsfasern (16) unmittelbar umgibt, wobei die Strahlungsübertragungseinrichtung (10) und die Empfangsfasern (16) an dem Sondenkörper (12) in einer Einheitsstruktur mit einer Außenoberfläche (14) enden, die zum Kontakt mit der Haut eines Patienten ausgelegt ist, wobei die ringförmige Einrichtung (10) so ausgelegt ist, daß Strahlung aus der Strahlenquelle (4) und in den Patienten in Bereichen, die jede Empfangsfaser (16) unmittelbar umgeben, läuft, und wobei die Empfangsfasern (16) so ausgestaltet sind, daß die aus dem Patienten zurücklaufende Strahlung detektiert wird und daß die detektierte Strahlung zu dem Spektrografen (8) läuft.

2. Sonde (2) des Anspruchs 1, wobei die Strahlungsübermittlungseinrichtung aus einer Vielzahl von Strahlungsubermittlungsfasern (10) gebildet ist und die ringförmige Einrichtung aus bestimmten Übermittlungsfasern (10) gebildet ist, die jede Empfangsfaser (16) in einem ringförmigen Muster an der äußeren Oberfläche (14) unmittelbar umgeben.

3. Sonde (2) des Anspruchs 2, wobei jede Empfangsfaser (16) von ihrer unmittelbar benachbarten Empfangsfaser (16) durch mindestens eine Übermittlungsfaser (10) getrennt ist.

4. Sonde (2) des Anspruchs 2, wobei die Übertragungsfasern (10) an der Strahlenquelle (4) auf nichtkohärente Weise angeordnet sind.

5. Sonde (2) des Anspruchs 4, wobei die Übertragungsfasern (10) bei der Strahlenquelle (4) in einem hexagonal gepackten, kreisförmigen Muster angeordnet sind.

6. Sonde (2) des Anspruchs 2, wobei die Übertragungsfasern (10) in einer Vielzahl von übertragenden Faserringen angeordnet sind, die jede Empfangsfaser (16) umgeben, wobei jeder Ring in einem dicht gepackten, hexagonalen Muster aus Übertragungsfasern (10) gebildet ist.

7. Sonde (2) des Anspruchs 2, wobei die Übertragungsfasern (10) in drei Übertragungsfaserringen angeordnet sind, die jede Empfangsfaser (16) umgeben, wobei jeder Ring in einem dicht gepackten, hexagonalen Muster aus Übertragungsfasern (10) gebildet ist.

8. Sonde (2) des Anspruchs 6, wobei die Übertragungsfaserringe, die jede Empfangsfaser (16) umgeben, Übertragungsfasern (10) mit einem oder mehreren Übertragungsfaserringen von benachbarten Empfangsfasern (16) teilen.

9. Sonde (2) des Anspruchs 2, wobei die Übertragungsfasern (16) und Empfangsfasern (10) in der Sonde an der Außenoberfläche mit einem Klebstoff (17) miteinander befestigt sind.

10. Sonde (2) des Anspruchs 1, wobei die Empfangsfasern (16) in Kontakt miteinander und entlang einer geraden Linie an deren Ende, das dem Sondenkörper (10) entgegengesetzt und dem Spektrografen (8) benachbart liegt, angeordnet sind.

11. Sonde (2) des Anspruchs 1, wobei die Empfangsfasern (16) durch eine Einfassung (26, 32, 34) in einem Bereich zwischen einem äußeren Teil des Sondenkörpers (12) und deren Ende bei dem Spektrografen (8) bedeckt sind.

12. Sonde (2) des Anspruchs 11, wobei die Einfassungen eine erste Isoliereinfassung (26) in direkter Nachbarschaft zum Sondenkörper (12) und eine zweite Isoliereinfassung (32, 34), die sich entlang der übrigen Länge der Empfangsfasern (16) erstreckt, einschließt.

13. Sonde (2) des Anspruchs 12, wobei die erste Isoliereinfassung (26) eine Hohlstruktur darstellt, die mit einem Isoliermaterial (30) gefüllt ist (26).

14. Sonde (2) des Anspruchs 12, wobei die zweite Einfassung ein erstes Isolierrohr (32), welches die Empfangsfasern unmittelbar umgibt, sowie ein zweites Isolierrohr (34) einschließt, welches von dem ersten Isolierrohr (32) räumlich getrennt ist und dieses umgibt.

15. Sonde (2) des Anspruchs 14, wobei ein Ende des zweiten Isolierrohrs (34) fest mit dem ersten Isolierrohr (32) verbunden ist, während das andere Ende des zweiten Isolierrohrs (34) lose mit dem ersten Isolierrohr (32) verbunden ist und gegenüber diesem beweglich ist.

16. Sonde (2) des Anspruchs 15, wobei das Ende des ersten Isolierrohr (32) in Nachbarschaft zum Sondenkörper (12) an einem Kontaktring (36) befestigt ist, welcher an der ersten Einfassung (26) befestigt ist, und daß das Ende des zweiten Isolierrohrs (34) in Nachbarschaft zum Sondenkörper (12) auf den Kontaktring (36) gleitend aufgestülpt ist.

17. Sonde (2) des Anspruchs 16, wobei die Enden der Empfangsfasern (16), die dem Sondenkörper (12) gegenüberliegen, fest mit einem Empfangsfasergehäuse (38) verbunden sind, und daß das erste Isolierrohr (32) und das zweite Isolierrohr (34) jeweils mit dem Empfangsfasergehäuse (38) fest verbunden ist.

18. Sonde (2) des Anspruchs 14, wobei ein innerer Bereich des ersten Isolierrohrs (34) mit einem elastomeren Stoff (44) gefüllt ist.

19. Sonde (2) des Anspruchs 1, wobei die Strahlungsempfangsfasern (16) in einer im wesentlichen geraden Linie ausgerichtet sind.