ES2231864T3 - Medidcion no invasiva de compuestos de actividad optica. - Google Patents
Medidcion no invasiva de compuestos de actividad optica.Info
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Abstract
SE DISPONEN UN APARATO (8) Y UN PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA CONCENTRACION DE UN COMPUESTO OPTICAMENTE ACTIVO, EN UNA MUESTRA BIOLOGICA. EL PROCEDIMIENTO MIDE EL ESTADO COMPLETO DE POLARIZACION DE LA MUESTRA, Y COMPARA EL ESTADO DE POLARIZACION MEDIDO DE LA MUESTRA CON EL ESTADO DE POLARIZACION DE UNA MUESTRA QUE TIENE UNA CONCENTRACION CONOCIDA DE ESE COMPUESTO. SE MIDE EL ESTADO DE POLARIZACION DE LA MUESTRA DESPUES DE MANIPULAR EL ESTADO DE POLARIZACION DE LUZ ENTRANTE Y SALIENTE DE LA MUESTRA, Y DETECTANDO LA LUZ ABANDONANDO LA MUESTRA. EL APARATO (8) CONTIENE UNA FUENTE DE LUZ (10), UN SOPORTE DE MUESTRAS (14) PARA SUJETAR LA MUESTRA BIOLOGICA, UN DETECTOR (18), UN PRIMER MANIPULADOR DE POLARIZACION (12), ENTRE LA FUENTE DE LUZ (10) Y EL SOPORTE DE MUESTRAS (14), UN SEGUNDO MANIPULADOR DE POLARIZACION (16), ENTRE EL SOPORTE DE MUESTRAS (14) Y UN ANALIZADOR (20), PARA CORRELACIONAR SEÑALES DETECTADAS CON CONCENTRACION DEL COMPUESTO OPTICAMENTE ACTIVO.
Description
Medición no invasiva de compuestos de actividad
óptica.
El campo de esta invención es la determinación no
invasiva de compuestos ópticamente activos. Más en concreto, esta
invención se refiere a un aparato y proceso para la determinación
no invasiva de un compuesto ópticamente activo en una muestra
biológica usando todo el estado de polarización de luz que pasa a
través de la muestra.
Se ha descrito varias técnicas espectroscópicas
que hacen uso de una firma de absorción única del compuesto a
diferentes longitudes de onda. El conocimiento de dichas firmas de
absorción para diferentes compuestos se usa posteriormente para
determinar su concentración en una muestra. A modo de ejemplo,
algunas técnicas usan cambios de la luz polarizada para cada
compuesto, y el conocimiento de dichos cambios se utiliza
posteriormente para identificar las concentraciones del compuesto en
una muestra desconocida. En otras técnicas, la señal de una muestra
desconocida se correlaciona o compara con la firma de un compuesto
conocido (lo que se denomina espectroscopia de correlación).
El uso de tales técnicas espectrofotométricas
generales conlleva inconvenientes importantes. En primer lugar, hay
falta de especificidad (varios compuestos tienen firmas similares)
y la dispersión de tejido distorsiona considerablemente la firma de
los compuestos. En segundo término, tales métodos espectroscópicos
tienen problemas con las relaciones de señal a ruido. Así, el
método de medición no es suficientemente específico (otros
compuestos interfieren) o la exactitud de la medición es baja
(datos con ruido o de poca calidad).
A pesar de estos inconvenientes ha habido
numerosos intentos por adaptar tales técnicas a la medición no
invasiva de compuestos ópticamente activos en muestras biológicas
(por ejemplo, en un organismo). En particular, tales intentos se han
centrado en la medición de glucosa en varios compartimientos
corporales.
Los métodos actuales para la determinación de
glucosa que utilizan los cambios de la polarización de la luz son
limitados, porque usan solamente parte de todo el estado de
polarización, tal como rotación óptica y/o dicroísmo circular
(véase, por ejemplo, las Publicaciones de Patente internacional WO
92/10131, WO 93/07801, WO 94/02837, WO 94/05984, y WO 94/13199;
Patentes de Estados Unidos 4.882.492, 5.086.229, 5.209.231,
5.218.207, 5.321.265, 5.337.745, 5.361.758 y 5.383.452).
Sigue siendo necesario proporcionar una solución
a los problemas inherentes de los métodos existentes facilitando un
proceso que utilice toda la información disponible de todo el
estado de polarización de la luz que entra y sale de una
muestra.
La presente invención se refiere a un aparato
para la medición no invasiva de un componente ópticamente activo en
una muestra biológica según la reivindicación 1 y a un proceso para
medir la matriz Mueller, la retardancia circular o el dicroísmo
circular de una muestra según la reivindicación 8.
La presente invención proporciona un aparato para
la medición no invasiva de un compuesto ópticamente activo en una
muestra biológica. El aparato incluye una fuente de luz no
polarizada, unos primeros medios para manipular el estado de
polarización de la luz que están alineados ópticamente con la fuente
de luz, un soporte de muestra para soportar la muestra biológica
alineado ópticamente con los primeros medios para manipular la luz
de manera que pase luz a través de la muestra, unos segundos medios
para manipular el estado de polarización de la luz alineados
ópticamente con el soporte de muestra para recibir luz que pasa a
través de la muestra, medios para detectar la luz alineados
ópticamente con los segundos medios para manipular el estado de
polarización de la luz, y medios para analizar una señal eléctrica
procedente de los medios para detectar la luz para correlacionar la
señal con la concentración del compuesto ópticamente activo.
En una realización de este aparato de la
invención, los primeros medios para manipular el estado de
polarización de la luz incluyen unos primeros medios para polarizar
luz alineados ópticamente con la fuente de luz y unos primeros
medios para retardar de forma variable luz alineados ópticamente
con los primeros medios para polarizar la luz y el soporte de
muestra. Preferiblemente, los primeros medios para polarizar luz
incluyen un primer polarizador y los primeros medios para retardar
de forma variable la luz incluyen un primer retardador variable.
Preferiblemente, los segundos medios para manipular el estado de
polarización de la luz incluyen unos segundos medios para retardar
de forma variable luz alineados ópticamente con el soporte de
muestra y unos segundos medios para polarizar luz alineados
ópticamente con los segundos medios para retardar de forma variable
la luz y los medios para detectar luz. Preferiblemente, los
segundos medios para retardar de forma variable la luz incluyen un
segundo retardador variable y los segundos medios para polarizar la
luz incluyen un segundo polarizador. El (los) retardador(es)
variable(s) pueden ser independientemente retardadores
rotativos, tal como retardadores cristalinos o poliméricos, que
incluyen opcionalmente medios para regular su rotación a las mismas
o diferentes frecuencias angulares.
Alternativamente, el retardador variable puede
incluir un par de retardadores variables (tal como cristales
líquidos) con el eje rápido del primer retardador variable
orientado a un ángulo de \pi/4 radianes (45º) con relación al
polarizador y el eje rápido del segundo retardador orientado
paralelo al polarizador.
La invención proporciona además un aparato
incluyendo un procesador de datos y/o controladores asociados con el
detector y los medios para manipular los estados de
polarización.
La invención también proporciona un aparato
incluyendo una o varias fuentes de luz (cada una de las cuales emite
luz a longitud(es) de onda particular(es)), elementos
de enfoque y reflexión, medios para dividir la luz, y detectores de
matriz lineal.
En otro aspecto, la invención proporciona un
proceso de determinar la concentración de un compuesto ópticamente
activo en una muestra biológica incluyendo medir todo el estado de
polarización de la muestra y comparar el estado de polarización
medido de la muestra con el estado de polarización de concentración
conocida de dicho compuesto.
Más en concreto, la presente invención
proporciona un proceso donde el estado de polarización de la muestra
se mide después de manipular el estado de polarización de la luz
que entra y/o sale de la muestra y detectar la luz que sale de la
muestra. Preferiblemente, la frecuencia, la fase y la intensidad de
la luz que sale de los segundos medios para polarizar la luz son
detectadas y se genera una señal eléctrica. La señal se puede
correlacionar posteriormente con la concentración del compuesto
ópticamente activo en la muestra.
La invención también proporciona un proceso no
invasivo de determinar la concentración de glucosa en una muestra
biológica incluyendo los pasos de manipular el estado de
polarización de un haz de luz, pasar la luz manipulada a través de
la muestra, manipular el estado de polarización de la luz que sale
de la muestra, detectar la luz manipulada que sale de la muestra, y
procesar una señal eléctrica generada por la detección de la luz
manipulada a una señal indicativa de la concentración de glucosa en
la muestra.
La invención proporciona además un proceso no
invasivo de determinar la concentración de glucosa en una muestra
biológica incluyendo los pasos de pasar secuencialmente un haz de
luz a través un primer generador de polarización, dirigir la luz a
través de la muestra contenida en un soporte de muestra, pasar
secuencialmente la luz de la muestra a través de un segundo
generador de polarización, detectar la luz del segundo polarizador
con un detector, y procesar con un analizador una señal eléctrica
generada por el detector a una señal indicativa de la concentración
de glucosa en la muestra.
La invención también proporciona un generador de
polarización para introducir estados de polarización en una muestra,
incluyendo un polarizador lineal alineado ópticamente con un primer
retardador lineal variable, teniendo el primer retardador su eje
rápido orientado a \pi/4 radianes (45 grados) con relación al eje
de transmisión del primer polarizador, y un segundo retardador
variable alineado ópticamente con el primer retardador lineal
variable y que tiene el eje rápido del segundo retardador orientado
paralelo al eje de transmisión del polarizador lineal.
En otro proceso de la invención, la matriz
Mueller de un compuesto ópticamente activo en una muestra se puede
medir alineando ópticamente la muestra con el haz generado por el
generador de polarización de la invención, detectando luz de la
muestra y procesando una señal eléctrica generada por el detector
con un analizador para indicar la concentración de compuesto
ópticamente activo en la muestra.
La invención proporciona además un analizador de
polarización para análisis de estados de polarización de una
muestra, incluyendo un primer retardador lineal variable que tiene
su eje rápido orientado a un ángulo de 45º con relación al
polarizador y el eje rápido del segundo retardador orientado
paralelo al polarizador.
También se facilita un proceso para medir la
matriz Mueller de una muestra incluyendo alinear ópticamente una
muestra con el haz óptico generado por el generador de polarización
de la invención, alinear ópticamente el analizador de polarización
de la invención con la luz que sale de la muestra, transmitir luz a
través del generador de polarización, la muestra y el analizador de
polarización, y detectar la luz de la muestra y procesar una señal
eléctrica generada por el detector con un analizador para indicar
la concentración de compuesto ópticamente activo en la muestra.
Otro proceso de la invención mide la retardancia
circular de una muestra, incluyendo alinear ópticamente una muestra
con el generador de polarización de la invención, alinear
ópticamente un polarizador lineal fijo con la luz que sale de la
muestra, alinear ópticamente un detector con la luz que sale del
polarizador lineal fijo, y detectar la luz de la muestra y procesar
una señal eléctrica generada por el detector con un analizador para
indicar la concentración de compuesto ópticamente activo en la
muestra.
Un proceso adicional de la invención mide el
dicroísmo circular de una muestra, incluyendo alinear ópticamente
una muestra con el generador de polarización de la invención,
transmitir luz a través del generador de polarización y la muestra,
y detectar luz de la muestra y procesar una señal eléctrica
generada por el detector con un analizador para indicar la
concentración de compuesto ópticamente activo en la muestra.
Otro proceso de la invención mide una matriz
Mueller, la retardancia circular o el dicroísmo circular usando
múltiples longitudes de onda.
Otro proceso de la invención reduce la matriz
Mueller de una muestra donde la reducción se selecciona a partir de
diatenuación lineal horizontal, diatenuación lineal de \pi/4
radianes (45 grados), diatenuación circular, retardancia lineal
horizontal, retardancia lineal de \pi/4 radianes (45 grados),
retardancia circular, o despolarización.
El compuesto ópticamente activo preferido para la
detección en el aparato y procesos de la invención es glucosa; la
muestra biológica preferida es una muestra de fluido, o para los
métodos no invasivos de la invención, un dedo, lóbulo de la oreja,
ojo, párpado, o humor acuoso del ojo.
En los dibujos, que forman una porción de la
memoria descriptiva:
La figura 1 es un dibujo esquemático de una
primera realización de un aparato de la presente invención.
La figura 2 es un dibujo esquemático de una
segunda realización de un aparato de la presente invención.
La figura 3 es un dibujo esquemático de una
tercera realización de un aparato de la presente invención.
La figura 4 es un dibujo esquemático de una
cuarta realización de un aparato de la presente invención.
La figura 5 es un dibujo esquemático de una
quinta realización de un aparato de la presente invención.
La figura 6 es un dibujo esquemático de una sexta
realización de un aparato de la presente invención.
La presente invención proporciona un aparato y
proceso para medir de forma no invasiva la concentración de un
compuesto ópticamente activo en una muestra biológica usando
cambios de todo el estado de polarización de la luz cuando
interactúa con la muestra.
Los procesos de la invención implican medir todo
el estado de polarización de la muestra y comparar el estado de
polarización medido de la muestra con el estado de polarización de
una muestra que tiene una concentración conocida de dicho
compuesto, es decir, un estándar.
En el sentido en que se usa aquí, el término
"no invasivo" significa que un proceso de la presente
invención se puede llevar a cabo en un organismo sin invadir dicho
organismo. En otros términos, se puede usar un proceso para medir la
concentración de un compuesto ópticamente activo en una muestra de
dicho organismo sin sacar dicha muestra del organismo o sin
introducir instrumentación en el organismo.
Los compuestos ópticamente activos son conocidos
en la técnica para representar compuestos que alteran la longitud de
onda, la fase o la intensidad de la luz que ilumina dicha muestra.
La manera y el espectro particular de la luz afectada por
compuestos ópticamente activos también son conocidos por los
expertos.
En el sentido en que se usa aquí, el término
"luz" significa radiación electromagnética, preferiblemente del
orden de 100 nm a 20 \mum, más preferiblemente 400 nm a
aproximadamente 10 \mum.
En una realización preferida, el compuesto
ópticamente activo es glucosa. Según esta realización, la presente
invención proporciona por lo tanto un proceso no invasivo de
determinar la concentración de glucosa en una muestra biológica.
Dicho proceso incluye los pasos de manipular el
estado de polarización de un haz de luz, pasar la luz manipulada a
través de la muestra, manipular el estado de polarización de la luz
que sale de la muestra, detectar la frecuencia, la fase y la
intensidad de la luz manipulada que sale de la muestra, procesar una
señal eléctrica generada por la detección de la luz manipulada a
una señal indicativa de la concentración de glucosa en la
muestra.
Los métodos existentes para determinar la
concentración de glucosa solamente usan mediciones de la rotación
óptica y del dicroísmo circular de una muestra. Como se describe
con más detalle a continuación, dichos aspectos son solamente parte
de la información que se puede adquirir del estado de polarización
de la luz.
El proceso de la presente invención es
especialmente adecuado para la medición de analitos contenidos en
varios compartimientos de fluido corporal. Un analito especialmente
preferido es glucosa. Es sabido que la glucosa altera algunas
características de la luz en la banda de longitudes de onda de
infrarrojos (NIR), por ejemplo, del orden de aproximadamente 400 nm
a aproximadamente 1800 nm.
Según el proceso de la presente invención, se
genera y dirige a la muestra de interés luz de un estado de
polarización conocido. La longitud de onda de dicha a luz incluye
longitudes de onda de las que se sabe que son afectadas por el
compuesto concreto cuya concentración se determina. Sin embargo, el
compuesto ópticamente activo en la muestra modifica el estado de
polarización de la luz. Esta luz modificada es analizada y
detectada con óptica que mide un estado de polarización conocido. Se
cambian el estado de polarización de la fuente y detector, y la
medición se realiza de nuevo. Esto se repite hasta que se determina
todo el estado de polarización.
Todo el estado de polarización de la muestra se
mide después de manipular el estado de polarización de la luz que
entra y/o sale de la muestra y detectar la luz que sale de la
muestra. Un manipulador de polarización útil es el siguiente. Un
polarizador lineal orientado a 0 radianes (0 grados) (que define un
sistema global de coordenadas) va seguido de un retardador
variable, por ejemplo, cristal líquido, modulador electroóptico o
algún otro retardador variable, con su eje rápido orientado a
\pi/4 radianes (cuarenta y cinco grados) con relación al
polarizador lineal. el retardador variable va seguido de un segundo
retardador variable con su eje rápido orientado paralelo al eje de
transmisión del polarizador. Una ventaja de este manipulador de
polarización es que no requiere elementos ópticos móviles. Este
manipulador tiene la ventaja adicional de que es sencillo de
modular a una velocidad mucho más rápida que la frecuencia pulsátil.
El estado de polarización de la luz que entra en la muestra también
puede ser manipulado pasando secuencialmente luz a través de un
primer polarizador y un primer retardador variable (tal como los
previamente descritos) antes de entrar en la muestra. El estado de
polarización de la luz que sale de la muestra se manipula pasando
secuencialmente luz a través de un segundo retardador variable y un
segundo polarizador.
Se recogen datos sobre el compuesto o compuestos
de interés para determinar la relación entre el cambio del estado de
polarización y el compuesto de interés. Utilizando el conocimiento
de estas relaciones, se puede hacer una determinación de la
concentración con la medición de una muestra desconocida.
Se puede usar cualquier muestra biológica en el
proceso antes descrito configurando un aparato para medir la
concentración de modo que un soporte de muestra coloque la muestra
en el haz de luz. En una realización preferida, una muestra es una
muestra de fluido corporal y el soporte de muestra está configurado
para recibir una porción del organismo del que se sabe que contiene
dicha muestra. Las partes del cuerpo ejemplares y preferidas son
los dedos, los lóbulos de la oreja y los ojos. Los medios para
configurar dispositivos ópticos para recibir tales porciones
corporales son conocidos en la técnica.
El estado de polarización de la muestra se mide
después de manipular el estado de polarización de la luz que entra
y sale de la muestra. La frecuencia, la fase y la intensidad de la
luz que sale de la muestra se detectan posteriormente.
Según ello, el estado de polarización de la luz
que entra en la muestra se manipula pasando secuencialmente luz a
través de un primer polarizador y un primer retardador variable
antes de entrar en la muestra. El estado de polarización de la luz
que sale de la muestra se puede manipular después pasando
secuencialmente la luz a través de un segundo retardador variable y
un segundo polarizador.
Se detecta la frecuencia, la fase y la intensidad
de la luz que sale de los segundos medios para polarizar la luz, y
se genera una señal eléctrica. Esta señal eléctrica se correlaciona
con la concentración del compuesto ópticamente activo en la
muestra.
Como será ahora evidente a los expertos en la
materia, el proceso antes descrito usa toda la información
contenida en la matriz Mueller para determinar el efecto que la
muestra tiene en la luz. La matriz Mueller es un método matemático
reconocido para describir el cambio de polarización que una muestra
imparte a la luz. La representación Mueller es más general que
otras representaciones porque funciona con luz parcialmente
polarizada y se puede usar para describir medios de dispersión.
La matriz Mueller contiene siete o dieciséis
grados de libertad dependiendo de si el sistema óptico es no
polarizante o polarizante. Para completar la matriz Mueller 16 se
necesitan mediciones. No hay forma conocida de medir directamente
los elementos de la matriz. Hay varios métodos conocidos para hacer
las mediciones y para convertir las mediciones a elementos de la
matriz Mueller (véase, por ejemplo, Azzam y Bashara,
"Ellipsometry and Polarized Light", North Holland Physics
Publishing, 1977).
La matriz Mueller se puede descomponer (se
realiza una descomposición polar en la matriz) para proporcionar una
descripción completa de las características de alteración de la
polarización de una muestra. Una muestra puede presentar tres tipos
de características de alteración de la polarización: (1)
diatenuación: la dependencia de la transmitancia de intensidad
(reflectancia) del estado de polarización incidente, (2)
retardancia: la dependencia de la fase (longitud del recorrido
óptico) de un haz que sale del estado de polarización, y (3)
despolarización: un proceso que acopla luz polarizada a luz no
polarizada. La despolarización está asociada intrínsecamente con la
dispersión y con la diatenuación y la retardancia que varían en el
espacio, el tiempo y/o la longitud de onda. La diatenuación, la
retardancia y la despolarización se pueden descomponer además en
tipos más específicos de características de polarización. La
diatenuación tiene tres grados de libertad. Estos grados de libertad
se denominan típicamente diatenuación horizontal lineal de \pi/4
radianes (45 grados), lineal y circular. Horizontal (\pi/4
radianes (45 grados lineales)) se refiere a una diferencia de la
atenuación entre los estados de polarización lineal horizontal
(\pi/4 radianes (45 grados)) y el estado de polarización lineal
ortogonal. La diatenuación circular (un fenómeno también descrito en
términos de dicroísmo circular) se define como la diferencia de la
atenuación entre luz polarizada circularmente a la derecha y luz
polarizada circularmente a la izquierda. Igualmente, la retardancia
tiene tres grados de libertad con componentes lineal horizontal,
lineal de \pi/4 radianes (45 grados) y circular. La
despolarización, en general, tiene nueve grados de libertad.
Los compuestos de interés (en particular glucosa)
pueden presentar las tres características posibles de alteración de
la polarización: retardancia, diatenuación y despolarización. Una
sola molécula puede presentar birrefringencia lineal y diatenuación
lineal, así como retardancia circular y diatenuación circular. Sin
embargo, una solución de gran número de las mismas moléculas no
presentará retardancia lineal o diatenuación lineal, a no ser que
se imponga a las moléculas algún orden de orientación de rango
largo. Para una solución con una colección de moléculas en
orientaciones aleatorias, las contribuciones de la diatenuación
lineal y la retardancia lineal de moléculas individuales serán como
media cero. Por otra parte, los componentes circulares de
retardancia y diatenuación incrementarán con la concentración y la
longitud del recorrido óptico.
Una matriz Mueller, por ejemplo, de sangre,
tejido o humor acuoso en el ojo, contendrá contribuciones de
polarización del compuesto de interés, el medio circundante, y
otros compuestos. Los componentes de polarización de las mediciones
se deben separar de manera que se pueda discernir la firma de
polarización del componente de interés. Por ejemplo, si se mide la
matriz Mueller asociada con la luz que se propaga a través de la
córnea, habrá contribuciones de polarización de la glucosa, las
paredes de la córnea, las moléculas de colesterol, y otros
compuestos. El resultado es una mezcla de las firmas de
polarización de cada uno de los componentes, produciendo una
interferencia en la señal prevista. La descomposición de la matriz
Mueller permite extraer de la señal las contribuciones
interferentes. A no ser que la contribución de polarización del
medio circundante se pueda separar de la firma de polarización
deseada, la medición será una función de la posición de medición en
el cuerpo. Pequeños cambios en la polarización del medio
circundante producirán mediciones espurias de las concentraciones
de compuesto.
Existen actualmente algoritmos para separar una
matriz Mueller en sus componentes. Dada una matriz Mueller
arbitraria, se puede realizar una descomposición polar en la matriz
para determinar la diatenuación lineal y circular (3 números), la
retardancia lineal y circular (3 números), y el índice de
despolarización (1 número, aunque puede haber hasta nueve
números).
Las mediciones descritas anteriormente se pueden
simplificar para medir porciones específicas de la matriz Mueller,
en contraposición a la matriz Mueller completa. El proceso de
medición se puede diseñar de manera que sea muy sensible a una forma
particular de polarización, retardancia, diatenuación o
despolarización. Lo que sigue son dos realizaciones del proceso de
la invención que son sensibles a cambios de la rotación óptica
(retardancia circular y del dicroísmo circular (diatenuación
circular).
Un protocolo que es sensible a la retardancia
circular se puede describir de la siguiente manera. Si una muestra
presenta solamente retardancia circular, la muestra presentará las
propiedades siguientes con respecto a la polarización. En primer
lugar, cuando se introduce en la muestra luz circularmente
polarizada, la luz circularmente polarizada saldrá de la muestra
sin cambiar. Cuando se introduzca en la muestra luz linealmente
polarizada, la orientación de la luz linealmente polarizada que sale
de la muestra se girará un ángulo igual a la mitad de la magnitud
de la retardancia circular. Por ejemplo, un retardador circular con
\pi radianes (180 grados) de retardancia girará el haz incidente
linealmente polarizado \pi/2 radianes (90 grados).
Así, esta realización de la invención mide la
rotación en un haz polarizado linealmente, que implica un ajuste
mínimo cuadrático en un conjunto de datos grande.
El generador de polarización de este sistema
permanece idéntico al sistema descrito previamente para medir
matrices Mueller, pero los retardadores variables se quitan del
analizador de polarización. E segundo retardador variable se
establece a \pi/2 radianes (90 grados) y el primer retardador se
cicla entre 0 y \pi radianes (0 y 180 grados). La función del
generador de polarización es producir luz polarizada linealmente que
varía en orientación de 0 a \pi radianes (0 a 180 grados) en
función del tiempo. Si se saca la muestra, la intensidad de la luz
incidente en el detector variará de forma sinusoidal en el tiempo
cuando la orientación de la luz polarizada linealmente incidente
varía de 0 a \pi radianes (0 a 180 grados). El período de esta
oscilación será la mitad del período del generador de polarización.
En otros términos, cuando la orientación de la polarización lineal
del generador de polarización varía de 0 a \pi radianes (0 a 180
grados), el sinusoide en el detector experimentará un semiperíodo de
oscilación. Si se introduce una muestra que tiene rotación óptica,
la fase de la sinusoide se desplazará una cantidad igual a la mitad
de la retardancia circular de la muestra.
Este proceso de la invención se puede calibrar
para explicar pequeñas variaciones en la retardancia en los
retardadores variables de manera que se pueda usar múltiples
longitudes de onda.
Un protocolo que es sensible a dicroísmo circular
se puede describir de la siguiente manera. Esta realización del
proceso de la invención mide la absorción diferencial entre luz
polarizada circularmente a la derecha y a la izquierda. El sistema
óptico es el mismo que para medir la rotación óptica, a excepción
de que se quita el polarizador antes del detector. El primer
retardador variable se establece a \pi/2 radianes (90 grados) para
convertir el haz polarizado linealmente de la fuente a luz
polarizada circularmente. El segundo retardador variable se utiliza
para convertir una luz polarizada circularmente a la derecha en luz
polarizada circularmente a la izquierda. El segundo retardador
variable se establece a retardancia cero, y después se pasa a \pi
radianes (180 grados) de retardancia. Así, el sistema óptico mide
la transmitancia de luz polarizada circularmente a la derecha y
después la luz polarizada circularmente a la izquierda. Se realizan
varias mediciones de la transmitancia de estos dos estados para
incrementar la señal a ruido.
La matriz Mueller se puede descomponer en tres
matrices Mueller más simples, cada una de las cuales describe una
forma de polarización individual: diatenuación, despolarización y
retardancia.
Considérese una matriz Mueller M, con términos
dados por
El efecto de un retardador en un estado de
polarización incidente representado en la esfera Poincaré es
equivalente a una rotación alrededor del eje rápido con un ángulo
idéntico a la retardancia. Así, la matriz siguiente
es la matriz Mueller más general
para un retardador con la retardancia \delta y el eje rápido a
[1,r1,r2,r3]^{T}. Obsérvese que r1^{2}+ r2^{2}+
r3^{2} =1. Por ejemplo, haciendo [1,r1,r2,r3]^{T} igual
[1,1,0,0], [1.0,1,0], o [1,0,0,1] se derivan retardadores
horizontales, lineales de \pi/4 radianes (45 grados) circulares,
respectivamente.
La expresión anterior para MR proporciona
una forma de derivar la matriz Mueller del retardador con un eje
rápido y retardancia dados. Además, esta expresión determina la
magnitud de la orientación de eje rápido y la retardancia dada una
matriz Mueller de retardador pura
\delta =
cos^{-1}[\frac{1}{2} \
Tr[M]-1],
r_{1} =
(m_{23} - m_{32})/(2sin \
\delta)
r_{2} =
(m_{31} - m_{3})/(2sin \
\delta)
r_{3} =
(m_{12} - m_{21})/(2sin \
\delta)
Un diatenuador tiene una matriz Mueller que es
simétrica. La matriz Mueller más general para un diatenuador es
donde
D =
\sqrt{d^{2}_{1} + d^{2}_{2} +
d^{2}_{3}}
es la magnitud de diatenuación, y
d_{1}, d_{2} y d_{3} representan los componentes de
diatenuación horizontal, lineal de \pi/4 radianes (45 grados) y
circular. La matriz de diatenuación tiene la información completa
relativa a la magnitud de la diatenuación y orientación de una
muestra,
d_{1} =
\frac{m_{01}}{m_{00}}
d_{1} =
\frac{m_{02}}{m_{00}}
d_{1} =
\frac{m_{03}}{m_{00}}
D =
\sqrt{d^{2}_{1} + d^{2}_{1} + d^{1}_{2}} = \frac{\sqrt{m_{01}{}^{2}
+ m_{02}{}^{2} +
m_{03}{}^{2}}}{m_{00}}
A partir de una descomposición polar de una
matriz Mueller, cualquier matriz Mueller no despolarizante se puede
expresar como un diatenuador seguido de un retardador
M =
MRMD
Se sigue que una matriz Mueller de retardador MR
se puede calcular a partir de
MR=MMD^{-1},
con el supuesto de que MD no es
singular. Si MD es singular, significa que la muestra es un
diatenuador ideal (polarizador perfecto). En este caso, la
retardancia no está definida, y su matriz Mueller no está
determinada
únicamente.
Para una matriz Mueller despolarizante, la
operación MMD^{-1} no produce un retardador puro. Se debe tomar
otras fases que se describen a continuación. En primer lugar, se
construye una matriz M' dada por
M'=
MMD^{-1},
donde M' contiene información de
retardancia y despolarización. Sin pérdida de generalidad, M' puede
escribirse como una matriz Mueller de retardador seguida de una
matriz Mueller
despolarizante,
M'=
M_{dp}MR,
donde M_{dp} es una matriz
Mueller despolarizante pura. Se sigue que la matriz Mueller
despolarizante debe ser simétrica, reduciendo sus grados de libertad
a nueve, y la matriz Mueller despolarizante no tiene ni
diatenuación ni retardancia. A partir de estas relaciones, la
reducción del grado de polarización de un estado de polarización
incidente se puede separar de la diatenuación y la retardancia.
Otros detalles de este cálculo se describen en Mueller matrix
imaging polarimetry, capítulo 2, J.L. Pezzaniti, PH.D.
Dissertation, The University of Alabama in Huntsville
(1993).
En otro aspecto, la presente invención
proporciona un aparato para la medición no invasiva de un compuesto
ópticamente activo en una muestra biológica.
Una realización de tal aparato contiene una
fuente de luz no polarizada, un primer manipulador de polarización
alineado ópticamente con la fuente de luz, y un soporte de muestra
para soportar la muestra biológica alineado ópticamente con el
primer manipulador de polarización. También se incluye un segundo
manipulador de polarización alineado ópticamente con el soporte de
muestra, un fotodetector alineado ópticamente con el segundo
manipulador de polarización, y un analizador para correlacionar
señales procedentes del detector con concentración del compuesto
ópticamente activo en una realización de dicho aparato.
Un dibujo esquemático de tal aparato 8 se ilustra
en la figura 1. Con referencia a la figura 1, el aparato 8 incluye
una fuente de luz 10 acoplada y energizada por una fuente de
alimentación (no representada). En la realización representada en la
figura 1, la fuente de luz proporciona luz polícroma.
Las fuentes de luz polícroma son conocidas en la
técnica. Una fuente de luz ejemplar es una lámpara de filamento de
tungsteno-halógeno. Se puede usar cualquier fuente
de luz polícroma que proporcione la luz conteniendo una banda de
longitudes de la que se sabe que es afectada por el compuesto bajo
estudio.
En otras realizaciones a describir a
continuación, la fuente de luz puede ser un diodo fotoemisor (LED)
o un láser que emite luz a una longitud de onda particular. La luz
emitida por la fuente de luz 10 es no polarizada. La luz no
polarizada que sale de la fuente de luz 10 es espacialmente
coherente o colimada.
Después de salir de la fuente de luz 10, la luz
no polarizada pasa a través de un primer manipulador de
polarización 12. El primer manipulador de polarización 12 está
alineado ópticamente con la fuente de luz 10 para recibir la luz
colimada no polarizada de la fuente de luz 10.
El manipulador de polarización 12 es una
combinación de elementos ópticos que alteran el estado de
polarización de la luz. Los elementos ópticos que se puede incluir
en tal manipulador incluyen diatenuadores, polarizadores y
retardadores.
La luz procedente del primer manipulador de
polarización 12 se dirige a un soporte de muestra 14 para soportar
la muestra biológica durante la medición. El soporte de muestra
está configurado para mediciones no invasivas de una porción del
cuerpo humano tal como un dedo.
El soporte de muestra 14 está colocado de tal
manera que esté alineado ópticamente con el primer manipulador de
polarización 12. Con esta alineación, la muestra biológica (por
ejemplo, el dedo) recibe luz que pasa a través del manipulador
12.
El aparato incluye además un segundo manipulador
de polarización 16 alineado ópticamente con el soporte de muestra
14. El manipulador 16 recibe luz que pasa a través de la muestra
contenida dentro del soporte de muestra 14.
Después de pasar a través del segundo manipulador
16, la luz se dirige a un detector 18 que detecta la frecuencia,
fase, e intensidad de la luz emergente de la muestra. El detector
18 está alineado ópticamente con el segundo manipulador 16 para
recibir la luz de dicho segundo manipulador 16.
El detector 18 genera una señal eléctrica que se
envía a un analizador 20. El analizador 20 en una realización
preferida es un procesador de datos digital, programado, que
procesa una señal eléctrica del detector 18. En respuesta a ello, el
analizador 20 genera una señal indicativa de la concentración del
compuesto ópticamente activo en la muestra. Se podría usar
circuitería analógica de análisis como una alternativa a
circuitería digital.
El analizador 20 también está conectado
electrónicamente a los manipuladores primero 12 y segundo 16 para
regular la manipulación de polarización.
Una ventaja de la presente invención es el uso de
un detector 18 que detecta y mide todos los elementos de la luz
necesarios para describir todo el estado de polarización de la luz
que entra en él. Un detector está completo si mide la matriz Mueller
completa de la muestra, y está incompleto de otro modo.
Para utilizar todo el estado de polarización de
la luz (es decir, para completar las mediciones necesarias para
usar la matriz Mueller) es necesario que los manipuladores de
polarización primero 12 y segundo 16 manipulen la polarización y
retardancia de la luz.
La polarización se refiere a la orientación de la
luz con respecto a su dirección de propagación. La polarización
puede ser lineal, circular o elíptica.
Para polarización lineal, los estados de
polarización con transmitancia o reflectancia máxima y mínima son
lineales. Para polarización circular, los estados de polarización
correspondientes son circulares, y para polarización elíptica los
estados de polarización asociados son elípticos.
La retardancia es la diferencia en la acumulación
de fase (longitud del recorrido óptico) entre los dos estados de
polarización propia de un elemento de polarización. La fase
acumulada para un estado de polarización propia es un máximo y es un
mínimo para el otro estado de polarización propia.
Un manipulador de polarización altera la
polarización y retardancia de la luz mediante la utilización de
polarizadores y retardadores. Un dibujo esquemático de un aparato
8-1 que emplea tales dispositivos se ilustra en la
figura 2.
Con referencia a la figura 2, el primer
manipulador de polarización 12 incluye un primer polarizador 22 que
está alineado ópticamente con la fuente de luz 10. La luz que pasa
a través del primer polarizador 22 se dirige a un primer retardador
variable 24.
El primer retardador variable 24 está alineado
ópticamente con el primer polarizador 22. La luz que sale del
primer retardador variable 24 se dirige a la muestra contenida en
el soporte de muestra 14.
Con referencia adicional a la figura 2, se puede
ver que el segundo manipulador de polarización 16 incluye un
segundo retardador variable 26 alineado ópticamente con el soporte
de muestra 14 y un segundo polarizador 28 alineado ópticamente con
el segundo retardador variable 26.
Ambos polarizadores primero 22 y segundo 28 son
polarizadores lineales y preferiblemente estacionarios. Tal
polarizador lineal puede ser cualquier polarizador de cristal o
polaroide con un alto coeficiente de extensión que polariza
linealmente la luz que pasa a su través.
Los retardadores variables primero 24 y segundo
26 pueden ser retardadores fijos o rotativos. En una realización
preferida, ambos retardadores variables primero y segundo son fijos
y están conectados electrónicamente al analizador 20 para controlar
la frecuencia de rotación de los retardadores. Los detalles de esta
realización preferida se han descrito previamente.
Alternativamente, el primer retardador puede estar fijo y el
segundo retardador ser giratorio. En esta realización, el retardador
giratorio está montado en una etapa rotativa y conectado
electrónicamente al analizador como se ha descrito
anteriormente.
La regulación de la frecuencia de rotación de los
retardadores rotativos primero y segundo es tal que se puedan girar
a diferentes frecuencias angulares. En una realización, un segundo
retardador rotativo se puede girar a una frecuencia mayor que la
frecuencia angular de rotación del primer retardador rotativo. En
tal realización, se prefiere que el segundo retardador rotativo
gire a una frecuencia cinco veces mayor que la frecuencia angular
de rotación del primer retardador rotativo.
Un retardador conocido es la placa de onda, una
placa paralela de material birrefringente, con el eje del cristal
orientado perpendicular a la dirección de propagación. Las placas
de onda se hacen a menudo de un grosor práctico de un material
birrefringente duradero, tal como cuarzo cristalino.
Debido a la alta birrefringencia del cuarzo, un
retardador de cuarto de onda o de semionda de una capa única
solamente es posible con una capa muy fina de cuarzo. Una
alternativa a clivar placas muy finas es utilizar un grosor práctico
de cuarzo y obtener una placa de onda de múltiples órdenes, por
ejemplo, 15,5 ondas de retardancia para un grosor de 1 mm.
Tal placa se comportará exactamente de la misma
manera que una placa de semionda. Sin embargo, cuando se cambia la
longitud de onda óptica, el retardo cambiará mucho más rápidamente
que para una placa de semionda auténtica. Igualmente, la
sensibilidad del retardo alrededor de los ejes rápido y lento es
mucho más grande que una placa de semionda auténtica.
En otro aspecto, un aparato según la presente
invención puede contener además elementos de enfoque para dirigir la
luz dentro del aparato 8. Tal realización 8-2 se
representa esquemáticamente en la figura 3.
Como se representa en la figura 3, un primer
elemento de enfoque 30 está colocado entre la fuente de luz 10 y el
primer polarizador 22. El elemento de enfoque 30 está alineado
ópticamente con la fuente de luz 10 y el primer polarizador 22 para
enfocar y dirigir la luz que sale de la fuente de luz 10 en el
primer polarizador 22. Igualmente, el segundo elemento de enfoque
32 está colocado entre el segundo polarizador 28 y el detector 18
para enfocar en el detector 18 la luz que sale del segundo
polarizador 28.
En las realizaciones mostradas en las figuras
1-3, el aparato descrito usa estructuras de una
sola fuente de luz y de un único detector. Un aparato también puede
emplear múltiples fuentes de luz con un único detector o una sola
fuente de luz con múltiples detectores. Tales realizaciones se
ilustran en las figuras 4, 5 y 6.
Según tal realización, la luz manipulada que
emerge de la muestra se dispersa a longitudes de onda discretas y
cada una de las longitudes de onda discretas es detectada
individualmente. Se puede usar un policrómetro para llevar a cabo
esta función.
Así, otra realización de un aparato según la
presente invención puede incluir un divisor de luz de haz alineado
ópticamente con el segundo elemento de enfoque y un elemento
dispersivo alineado ópticamente y colocado entre el divisor de haz
de luz y el detector. En este caso, el detector incluye una
pluralidad de detectores de matriz lineal.
Una realización de tal aparato
8-3 se ilustra esquemáticamente en la figura 4. El
aparato de la figura 4 incluye una fuente de luz 10, un primer
elemento de enfoque 30, un primer polarizador 22, un primer
retardador de luz variable 24, un soporte de muestra 14, un segundo
retardador variable 26, un segundo polarizador 28, y un segundo
elemento de enfoque 32, todos como se expone anteriormente en la
figura 3.
Según el uso de un policrómetro, la luz enfocada
que sale del segundo elemento de enfoque 32 se pasa a través de una
hendidura 34. La luz que sale de la hendidura 34 se dirige después
al elemento dispersivo 36 donde la luz se separa en sus espectros
de longitud de onda individuales.
La luz separada en sus espectros se dirige desde
el elemento dispersivo 36 al detector de matriz lineal 38. El
detector de matriz lineal 38 mide la intensidad de la luz a cada
longitud de onda para un estado de polarización dado. Como sucede
con otras realizaciones, los polarizadores primero y segundo y los
retardadores variables primero y segundo se utilizan para generar
estados de polarización específicos.
Los expertos en la técnica pueden contemplar
fácilmente estructuras equivalentes a la hendidura 34, el elemento
dispersivo 36 y la matriz de detectores lineales 38. El elemento
dispersivo puede ser una rejilla, un holograma o un prisma. El
policrómetro también puede ser sustituido por un monocrómetro de
exploración y un único detector.
En otra realización, un aparato según la presente
invención puede utilizar múltiples detectores de longitud de onda
discretos. Una ilustración esquemática de un aparato
8-4 según ella se expone en la figura 5. En esta
realización, la luz se manipula como en la figura 4. Sin embargo,
en el aparato 8-4, en lugar de detectar la luz con
un policrómetro, la luz se detecta con varios detectores discretos
cada uno de los cuales es sensible solamente a parte del rango de
longitudes de onda detectada.
Así, en la figura 5, la luz que sale del segundo
polarizador 28 se dirige a una pluralidad de divisores de haz
40a-c, divisores de haz 40 que dirigen la luz a
detectores individuales 42a-d. Cada uno de los
detectores 42a-d es sensible a una región discreta
del rango de longitudes de onda medida. Cada uno de los detectores
individuales 42a-d está acoplado electrónicamente al
analizador 20.
En otra realización, se utilizan múltiples
fuentes de luz, cada una de cuyas fuentes de luz proporciona luz a
un rango particular de longitudes de onda. Tal aparato incluye una
pluralidad de fuentes de luz discretas, cada una de las cuales emite
luz a una longitud de onda particular. Preferiblemente, dicho
aparato incluye además una pluralidad de elementos filtrantes y una
pluralidad de dispositivos ópticos de enrutamiento. También según
esta realización, se utiliza un detector único.
Un dibujo esquemático de tal realización
8-5 se representa en la figura 6. En el aparato
8-5 ilustrado en la figura 6, una sola fuente de luz
se sustituye por una pluralidad de fuentes de luz discretas
44a-b. En una realización preferida, las fuentes de
luz discretas son diodos fotoemisores (LED), diodos láser o
láseres.
La luz que sale de las fuentes de luz discretas
44a-b se pasa a través de elementos filtrantes
46a-b que están alineados ópticamente con las
fuentes de luz discretas 44a-b. La luz que pasa a
través de los elementos filtrantes 46a-b se dirige
después al primer polarizador 22. El recorrido de luz desde el
primer polarizador 22 al detector 18 es idéntico al expuesto
anteriormente.
La luz que sale de los elementos filtrantes
46a-b se dirige al primer polarizador 22 usando
dispositivos ópticos de enrutamiento 48a-b. Ejemplos
de tales dispositivos ópticos de enrutamiento son dispositivos
reflectores o reflectores/transmisores, tales como espejos
plateados.
Claims (13)
1. Un aparato (8) para la medición no invasiva de
un componente ópticamente activo en una muestra biológica
incluyendo:
- a)
- una fuente de luz no polarizada (10);
- b)
- unos primeros medios (12) para manipular el estado de polarización de la luz en alineación óptica con la fuente de luz;
- c)
- un soporte de muestra (14) adaptado para mantener la muestra biológica en alineación óptica con los primeros medios (12) para manipular la luz para permitir que pase luz a través de la muestra,
- donde los primeros medios (12) para manipular el estado de polarización de la luz incluyen unos primeros medios para polarizar la luz alineados ópticamente con la fuente de luz (10) y unos primeros medios para retardar de forma variable la luz alineados ópticamente con los primeros medios para polarizar la luz y el soporte de muestra,
- donde los primeros medios para polarizar la luz incluyen un primer polarizador lineal (22) y los primeros medios para retardar de forma variable la luz incluyen un primer retardador variable (24);
- d)
- segundos medios (16) para manipular el estado de polarización de la luz en alineación óptica con el soporte de muestra (14) para recibir luz que pasa a través de la muestra;
- e)
- medios para detectar la luz (18) en alineación óptica con los segundos medios (16) para manipular el estado de polarización de la luz; y
- f)
- medios (20) para analizar una señal eléctrica procedente de los medios para detectar la luz para correlacionar la señal eléctrica con una concentración del compuesto ópticamente activo,
caracterizándose dicho aparato porque el
primer retardador variable (24) contiene un par de retardadores
variables, estando orientado el eje rápido del primer retardador del
par aproximadamente \pi/4 radianes (45º) al eje rápido del segundo
retardador del par y estando orientado el eje rápido del segundo
retardador paralelo al eje de transmisión del polarizador
lineal.
2. El aparato de la reivindicación 1, donde
los segundos medios (16) para manipular el estado
de polarización de la luz incluyen unos segundos medios para
retardar de forma variable la luz alineados ópticamente con el
soporte de muestra (14) y unos segundos medios para polarizar la
luz alineados ópticamente con los segundos medios para retardar de
forma variable la luz, y los medios para detectar la luz (18).
3. El aparato de la reivindicación 2, donde
los segundos medios para retardar de forma
variable la luz incluyen un segundo retardador variable (26) y los
segundos medios para polarizar la luz incluyen un segundo
polarizador (28).
4. El aparato de la reivindicación 3, donde al
menos uno del primer o el segundo retardador variable es un
retardador rotativo.
5. El aparato de la reivindicación 3, donde los
primeros y los segundos medios para retardar de forma variable la
luz contienen dos retardadores variables con el eje rápido del
primer retardador orientado aproximadamente \pi/4 radianes (45º)
al eje del segundo retardador.
6. El aparato de la reivindicación 1, donde los
medios (20) de análisis incluyen un procesador de datos asociado
operativamente con los medios (18) para detección y un controlador
asociado operativamente con los primeros y segundos medios (12, 16)
para manipular estados de polarización.
7. El aparato de la reivindicación 1, donde la
fuente de luz incluye una pluralidad de fuentes de luz discretas,
cada una de las cuales emite luz a una longitud de onda
particular.
8. Un proceso para medir la matriz Mueller, la
retardancia circular o el dicroísmo circular de una muestra
incluyendo:
alinear ópticamente una muestra de fluido
extraída con el haz óptico generado por un generador de
polarización, incluyendo dicho generador de polarización:
- i)
- para análisis de los estados de polarización de una muestra, un polarizador lineal (22),
- ii)
- un primer retardador variable (24) que tiene su eje rápido orientado a \pi/4 radianes (45 grados) con relación al eje de transmisión del polarizador (22);
- iii)
- un segundo retardador variable (26) alineado ópticamente con el primer retardador variable (24) y que tiene el eje rápido del segundo retardador (26) orientado paralelo al eje de transmisión del polarizador lineal (22).
9. El proceso de la reivindicación 18, donde
medir la matriz Mueller de una muestra incluye además los pasos
de:
- a)
- alinear ópticamente un analizador de polarización, para análisis de los estados de polarización de una muestra de fluido extraída, siendo generada por dicho generador de polarización la luz que sale de la muestra y paralela al haz óptico, y
- b)
- transmitir luz a través de dicho generador de polarización, la muestra y dicho analizador de polarización, incluyendo dicho analizador de polarización:
- i)
- un primer retardador variable (26) alineado ópticamente con
- ii)
- un segundo retardador variable (28) que tiene su eje rápido orientado a \pi/4 radianes (45 grados) con relación al eje rápido del primer retardador lineal (26), alineado ópticamente con
- iii)
- un polarizador lineal (22) que tiene su eje de transmisión orientado paralelo al eje rápido del primer retardador variable (26).
10. El proceso de la reivindicación 18, donde
medir la retardancia circular incluye además los pasos de:
- a)
- alinear ópticamente un polarizador lineal fijo (22) con la luz que sale de la muestra, con el eje del polarizador alineado a dicho generador de polarización, y
- b)
- alinear ópticamente un detector con la luz que sale del polarizador lineal fijo (22).
11. El proceso de la reivindicación 18, donde
medir el dicroísmo circular de una muestra incluye además el paso de
transmitir luz a través de dicho generador de polarización y dicha
muestra.
12. El proceso de la reivindicación 18, usando
múltiples longitudes de onda.
13. El proceso de la reivindicación 18 para
reducir la matriz Mueller de una muestra donde la reducción se
selecciona a partir de diatenuación lineal horizontal, diatenuación
lineal de \pi/4 radianes (45 grados), diatenuación circular,
retardancia lineal horizontal, retardancia lineal de \pi/4
radianes (45 grados), retardancia circular, o despolarización.
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Families Citing this family (73)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5949480A (en) * | 1997-03-03 | 1999-09-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Broad band imaging spectroradiometer |
| EP1038165B1 (en) * | 1997-03-03 | 2002-08-07 | J.A. Woollam Co. Inc. | Regression calibrated spectroscopic rotating compensator ellipsometer system with photo array detector |
| US6246893B1 (en) * | 1997-06-12 | 2001-06-12 | Tecmed Incorporated | Method and device for glucose concentration measurement with special attention to blood glucose determinations |
| US6070093A (en) * | 1997-12-02 | 2000-05-30 | Abbott Laboratories | Multiplex sensor and method of use |
| DE19815932C2 (de) * | 1998-04-09 | 2000-06-21 | Glukomeditech Ag | Verfahren zur Miniaturisierung eines Polarimeters zur Analyse niedrig konzentrierter Komponenten im flüssigen Meßgut auf optischer Basis sowie Vorrichtung zu seiner Durchführung |
| US6535284B1 (en) * | 1998-10-19 | 2003-03-18 | Symyx Technologies, Inc. | Rheo-optical indexer and method of screening and characterizing arrays of materials |
| US6157449A (en) * | 1998-10-19 | 2000-12-05 | Symyx Technologies | Depolarized light scattering array apparatus and method of using same |
| WO2000060350A2 (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-12 | University Of Connecticut | Optical glucose sensor apparatus and method for the optical detektion of glucose |
| US6363180B1 (en) * | 1999-04-30 | 2002-03-26 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and apparatus for enhancing dynamic range, sensitivity, accuracy, and resolution in fiber optic sensor systems |
| WO2001022871A1 (en) * | 1999-09-28 | 2001-04-05 | University Of Connecticut | Optical glucose sensor apparatus and method |
| WO2001063231A1 (en) * | 2000-02-22 | 2001-08-30 | Biotools, Inc. | Dual circular polarization modulation spectrometer |
| DE10020613C2 (de) * | 2000-04-27 | 2002-02-28 | Glukomeditech Ag | Verfahren zur langzeitstabilen und gut reproduzierbaren polarimetrischen Messung der Konzentrationen der Bestandteile wässriger Lösungen sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens |
| US6549861B1 (en) | 2000-08-10 | 2003-04-15 | Euro-Celtique, S.A. | Automated system and method for spectroscopic analysis |
| EP1311189A4 (en) | 2000-08-21 | 2005-03-09 | Euro Celtique Sa | Near-BLOOD GLUCOSE MONITORING DEVICE |
| US6721051B2 (en) | 2000-09-20 | 2004-04-13 | Synergetic Technologies, Inc. | Non-intrusive method and apparatus for characterizing particles based on scattering matrix elements measurements using elliptically polarized radiation |
| JP4523143B2 (ja) * | 2000-11-10 | 2010-08-11 | シチズンホールディングス株式会社 | 濃度測定装置及び糖度測定装置 |
| US6650915B2 (en) * | 2001-09-13 | 2003-11-18 | Fovioptics, Inc. | Non-invasive measurement of blood analytes using photodynamics |
| US6480277B1 (en) | 2001-10-18 | 2002-11-12 | Biotools, Inc | Dual circular polarization modulation spectrometer |
| US20050010091A1 (en) * | 2003-06-10 | 2005-01-13 | Woods Joe W. | Non-invasive measurement of blood glucose using retinal imaging |
| US20050152899A1 (en) * | 2002-05-10 | 2005-07-14 | Kinch Michael S. | EphA2 agonistic monoclonal antibodies and methods of use thereof |
| US6885882B2 (en) * | 2002-05-28 | 2005-04-26 | Cote Gerard L. | Method and apparatus for non-invasive glucose sensing through the eye |
| JP2004077466A (ja) * | 2002-06-17 | 2004-03-11 | Citizen Watch Co Ltd | 濃度測定装置および濃度測定方法 |
| JP2004020539A (ja) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Jasco Corp | 赤外円二色性測定装置および赤外円二色性測定方法 |
| US6895264B2 (en) * | 2002-08-26 | 2005-05-17 | Fovioptics Inc. | Non-invasive psychophysical measurement of glucose using photodynamics |
| DE60209672T2 (de) * | 2002-10-15 | 2006-11-16 | Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S.) | Auf Flüssigkristallen basierendes polarimetrisches System, Verfahren zu seiner Kalibrierung, und polarimetrisches Messverfahren |
| US6888659B2 (en) * | 2002-12-10 | 2005-05-03 | Jds Uniphase Inc. | Polarization controller |
| US20050033127A1 (en) * | 2003-01-30 | 2005-02-10 | Euro-Celtique, S.A. | Wireless blood glucose monitoring system |
| US6975892B2 (en) | 2003-10-21 | 2005-12-13 | Oculir, Inc. | Methods for non-invasive analyte measurement from the conjunctiva |
| US6958039B2 (en) * | 2003-05-02 | 2005-10-25 | Oculir, Inc. | Method and instruments for non-invasive analyte measurement |
| US6968222B2 (en) * | 2003-05-02 | 2005-11-22 | Oculir, Inc. | Methods and device for non-invasive analyte measurement |
| WO2005029015A2 (en) * | 2003-06-25 | 2005-03-31 | The University Of Akron | Multispectral, multifusion, laser-polarimetric optical imaging system |
| US7420675B2 (en) * | 2003-06-25 | 2008-09-02 | The University Of Akron | Multi-wavelength imaging system |
| US7202950B2 (en) * | 2003-07-08 | 2007-04-10 | Marine Biological Laboratory | Retardance measurement system and method |
| WO2005015141A1 (en) * | 2003-07-08 | 2005-02-17 | Marine Biological Laboratory | Instantaneous polarization measurement system and method |
| US20060224057A1 (en) * | 2003-10-21 | 2006-10-05 | Oculir, Inc. | Methods for non-invasive analyte measurement |
| EP2468179A3 (en) * | 2004-01-13 | 2017-08-16 | The University of Toledo | Noninvasive birefringence compensated sensing polarimeter |
| JP2005241406A (ja) * | 2004-02-26 | 2005-09-08 | Nokodai Tlo Kk | 複屈折分散計測装置および複屈折分散計測方法 |
| US20060258919A1 (en) * | 2004-04-14 | 2006-11-16 | Oculir, Inc. | Non-Invasive Analyte Measurement Device for Measuring Tears and Other Ocular Elements Using Electromagnetic Radiation and Method of Using the Same |
| US20080009688A1 (en) * | 2004-04-14 | 2008-01-10 | Oculir, Inc. | Methods for non-invasive analyte measurement |
| US7668468B1 (en) * | 2004-10-01 | 2010-02-23 | Ball Aerospace & Technologies Corp. | Numerous user laser communications optical system using chromatic waveplates and a common telescope aperture |
| WO2006072762A1 (en) * | 2005-01-05 | 2006-07-13 | Isis Innovation Limited | Polarization sensitive electromagnetic radiation detector |
| US9597024B2 (en) * | 2005-02-09 | 2017-03-21 | Medici Instruments Llc | Methods and apparatuses for noninvasive determinations of analytes |
| WO2006103953A1 (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-05 | National University Corporation Tokyo University Of Agriculture And Technology | 光学特性計測装置及び光学特性計測方法 |
| US20060262396A1 (en) * | 2005-05-19 | 2006-11-23 | Smith Irl W | Optical diplexer with liquid crystal tunable waveplate |
| WO2007044486A1 (en) * | 2005-10-13 | 2007-04-19 | Baylor University | Spectroscopic determination of sucrose |
| WO2008058184A2 (en) * | 2006-11-07 | 2008-05-15 | Deka Products Limited Partnership | Method and apparatus for determining concentration using polarized light |
| WO2009061993A1 (en) * | 2007-11-07 | 2009-05-14 | University Of Toledo | Non-invasive polarimetric apparatus and method for analyte sensing in birefringent media |
| US9143569B2 (en) | 2008-02-21 | 2015-09-22 | Dexcom, Inc. | Systems and methods for processing, transmitting and displaying sensor data |
| WO2009127250A1 (en) * | 2008-04-16 | 2009-10-22 | Abb Research Ltd | Method and device for vibrational circular dichroism spectroscopy |
| US8979266B2 (en) * | 2009-01-23 | 2015-03-17 | Indiana University Research And Technology Corporation | Devices and methods for polarization-sensitive optical coherence tomography and adaptive optics |
| KR101105328B1 (ko) * | 2009-11-23 | 2012-01-16 | 한국표준과학연구원 | 분자 흡착 및 해리 동특성 측정장치 및 측정방법 |
| US8235897B2 (en) | 2010-04-27 | 2012-08-07 | A.D. Integrity Applications Ltd. | Device for non-invasively measuring glucose |
| US8773662B2 (en) | 2010-07-22 | 2014-07-08 | Vuv Analytics, Inc. | Methods and apparatus for vacuum ultraviolet (VUV) or shorter wavelength circular dichroism spectroscopy |
| US8687192B2 (en) * | 2011-03-29 | 2014-04-01 | Intel Corporation | Through silicon imaging and probing |
| JP5890719B2 (ja) * | 2012-03-29 | 2016-03-22 | 日本分光株式会社 | アライメント機構を備えた円偏光二色性分光光度計 |
| US10215642B2 (en) * | 2012-05-17 | 2019-02-26 | The University Of Akron | System and method for polarimetric wavelet fractal detection and imaging |
| RU2515410C2 (ru) * | 2012-07-31 | 2014-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ФГБОУ ВПО "СПбГПУ") | Способ неинвазивного измерения концентрации глюкозы в крови и устройство для его осуществления |
| US9717444B2 (en) * | 2012-08-02 | 2017-08-01 | Mark Bosin | Optical polarization shift measuring system |
| US20140058224A1 (en) * | 2012-08-21 | 2014-02-27 | Opticks, Inc. | Systems and methods for detection of carotenoid-related compounds in biological tissue |
| TW201421029A (zh) * | 2012-11-30 | 2014-06-01 | Ind Tech Res Inst | 光學旋轉角度量測系統及其方法 |
| JP5783342B1 (ja) * | 2014-03-20 | 2015-09-24 | 富士ゼロックス株式会社 | 光学活性物質の濃度算出システム、光学活性物質の濃度算出システムの製造方法及びプログラム |
| DE102014106499A1 (de) * | 2014-05-08 | 2015-11-12 | Carl Zeiss Ag | Polarimetrisches Verfahren zur Messung des Gehaltes an optisch aktiven Substanzen im Kammerwasser des Auges |
| WO2016054079A1 (en) | 2014-09-29 | 2016-04-07 | Zyomed Corp. | Systems and methods for blood glucose and other analyte detection and measurement using collision computing |
| US20160206232A1 (en) * | 2015-01-15 | 2016-07-21 | Socrates Health Solutions, Inc. | Methods and Apparatus for Optical Non-Invasive Blood Glucose Change Indication |
| US10299706B2 (en) | 2015-06-16 | 2019-05-28 | Mark Bosin | Method of noninvasive measurement of blood glucose concentrations and apparatus for the implementation thereof |
| US9823183B2 (en) * | 2015-09-15 | 2017-11-21 | Ut-Battelle, Llc | Extending the range of turbidity measurement using polarimetry |
| CN106551690A (zh) * | 2015-09-30 | 2017-04-05 | 齐心 | 一种生命体征测量装置及方法 |
| US9554738B1 (en) | 2016-03-30 | 2017-01-31 | Zyomed Corp. | Spectroscopic tomography systems and methods for noninvasive detection and measurement of analytes using collision computing |
| US10702197B2 (en) * | 2016-07-26 | 2020-07-07 | The Texas A&M University System | Dual amplitude modulation and polarization frequency modulation as well as compensation for noninvasive glucose monitoring |
| AU2017377915B2 (en) * | 2016-12-13 | 2022-12-15 | Magic Leap. Inc. | Augmented and virtual reality eyewear, systems, and methods for delivering polarized light and determining glucose levels |
| IT201600130209A1 (it) * | 2016-12-22 | 2018-06-22 | Milano Politecnico | Apparato per misurare attività ottica e/o anisotropia ottica |
| TWI627395B (zh) | 2017-02-16 | 2018-06-21 | 國立成功大學 | 葡萄糖濃度的感測系統與感測方法 |
| TWI758891B (zh) * | 2020-09-30 | 2022-03-21 | 國立成功大學 | 濃度感測系統與方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4306809A (en) * | 1979-03-26 | 1981-12-22 | The Board Of Regents Of The University Of Nebraska | Polarimeter |
| US4882492A (en) * | 1988-01-19 | 1989-11-21 | Biotronics Associates, Inc. | Non-invasive near infrared measurement of blood analyte concentrations |
| US4901728A (en) * | 1988-05-31 | 1990-02-20 | Eol, Inc. | Personal glucose monitor |
| US5009230A (en) * | 1988-05-31 | 1991-04-23 | Eol, Inc. | Personal glucose monitor |
| US5361758A (en) * | 1988-06-09 | 1994-11-08 | Cme Telemetrix Inc. | Method and device for measuring concentration levels of blood constituents non-invasively |
| US5218207A (en) * | 1989-01-19 | 1993-06-08 | Futrex, Inc. | Using led harmonic wavelengths for near-infrared quantitative |
| US5086229A (en) * | 1989-01-19 | 1992-02-04 | Futrex, Inc. | Non-invasive measurement of blood glucose |
| US5209231A (en) * | 1990-11-02 | 1993-05-11 | University Of Connecticut | Optical glucose sensor apparatus and method |
| US5243983A (en) * | 1990-12-14 | 1993-09-14 | Georgia Tech Research Corporation | Non-invasive blood glucose measurement system and method using stimulated raman spectroscopy |
| JPH07508426A (ja) * | 1991-10-17 | 1995-09-21 | サイエンティフィック ジェネリクス リミテッド | 血液検体測定装置及びその方法 |
| US5337745A (en) * | 1992-03-10 | 1994-08-16 | Benaron David A | Device and method for in vivo qualitative or quantative measurement of blood chromophore concentration using blood pulse spectrophotometry |
| US5321265A (en) * | 1992-07-15 | 1994-06-14 | Block Myron J | Non-invasive testing |
| WO1994005984A1 (en) * | 1992-09-03 | 1994-03-17 | Micro Research, Inc. | Method and apparatus for use of polarized light vectors in evaluating constituent compounds in a specimen |
| JPH07506039A (ja) * | 1992-12-10 | 1995-07-06 | サンシャイン メディカル インスツルメンツ インコーポレイテッド | 非侵入血糖測定 |
| DE4243142A1 (de) * | 1992-12-19 | 1994-06-23 | Boehringer Mannheim Gmbh | Vorrichtung zur in-vivo-Bestimmung einer optischen Eigenschaft des Kammerwassers des Auges |
| US5383452A (en) * | 1993-07-01 | 1995-01-24 | Buchert; Janusz | Method, apparatus and procedure for non-invasive monitoring blood glucose by measuring the polarization ratio of blood luminescence |
-
1996
- 1996-03-19 US US08/618,654 patent/US5788632A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-03-12 EP EP97914986A patent/EP0891151B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-12 WO PCT/US1997/003801 patent/WO1997034521A1/en active IP Right Grant
- 1997-03-12 JP JP9533528A patent/JP2000507349A/ja not_active Ceased
- 1997-03-12 DE DE69729444T patent/DE69729444T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-03-12 CA CA002249566A patent/CA2249566A1/en not_active Abandoned
- 1997-03-12 EP EP20040002912 patent/EP1437086A1/en not_active Withdrawn
- 1997-03-12 ES ES97914986T patent/ES2231864T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-12 AT AT97914986T patent/ATE268565T1/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| DE69729444D1 (de) | 2004-07-15 |
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