TW200819732A - Non-invasive methods of using spectral information in determining analyte concentrations - Google Patents

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200819732 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體係關於測定分析物濃度之方法。更特定古 之’本發明係針對使用光譜資訊（例如，拉曼⑽叫或^ 光）測定分析物濃度之非侵入性方法。 【先前技術】 體液中分析物之定量測定在診斷及維持某些生理里常中

具有極大重要性。舉例而言，應監控某些個體中之乳酸 鹽、膽固醇及膽紅素。詳古夕，、目丨丨—规★山 平。之測疋體液中之葡萄糖對糖 尿病人為重要的，糖尿病人必須頻繁地檢查其體液中之葡 萄糖含量以調節其飲食中之葡萄糖攝入量。此等測試之結 果可用於測定需要施以何（若需要）騰島素或其他藥物。 測定（例如）葡萄糖之分析物濃度通常由侵人性方法來執 行。藉由使用非侵入性方法來測定分析物濃度將為理想 的0 非侵入性方法可併有使用不同類型信號來測定分析物濃 度。-類型之信號為拉曼光譜信號。然而，由於信號傾向 於非常弱’因此拉曼光譜資訊之使用在測定非侵入性分析 物濃度中具有有限的應用性。存在促使自皮膚收集之拉曼 信號非常弱的許多因素。—因素為可安全傳遞至組織而不 引起對組織之光損傷之有限量的高強度能4。第二因素為 二析及生理相關之大多數分子所固有的有限拉曼散射效 率H素為組織之散射及吸收特徵’其限制可有效傳 遞至組織中之能量的量及可自組織收集之拉曼光譜資訊的 123724.doc 200819732 量° 另頒型之#號為螢光信號，其如同拉曼信號一樣亦具 有缺點。螢光信號較拉曼信號實質上更通用。相關螢光分 :可能具有比所要數目更少的數目。組織之散射及吸收特 被限制可有效傳遞至組織中之能量的量及可自組織收集之 螢光光譜資訊的量。 光吸收及組織散射（其為組織之兩個基本光學性質）在對 諸如葡萄糖之分析物的非侵入性偵測期間可為瞬變的。光 吸收及組織散射可影響葡萄糖濃度量測。 開發使用更準確測定分析物濃度之光譜資訊（諸如拉曼 或螢光光譜資訊）的非侵入性方法將為理想的。 【發明内容】 根據一非侵入性方法，使用拉曼光譜資訊來測定分析物 之/辰度。將咼強度、窄頻帶之光施加於皮膚組織之第二 側同強度光進入皮膚組織且產生拉曼信號。將拉曼產生 材料置放於最接近皮膚組織第二側之位置。第二側通常位 於第一側對面。高強度光自拉曼產生材料反射，使得產生 經由皮膚組織傳向皮膚組織第一側之額外拉曼信號。自進 入皮膚組織之高強度光所產生的拉曼信號經由拉曼產生材 料而向皮膚組織之第一側反射。對自進入皮膚組織之高強 度光所產生的拉曼信號及自拉曼產生材料所產生之額外拉 曼信號進行收集。使用來自所收集之拉曼信號之資訊來測 定分析物濃度。 。 根據另一非侵入性方法，使用拉曼光譜資訊來測定診 123724.doc 200819732 斷。將高強度、窄頻帶之光施加於皮膚組織之第一側。高 強度光進入皮膚組織且產生拉曼信號。將拉曼產生材料置 放於最接近皮膚組織第二側之位置。第二側通常位於第一 側對面。高強度光自拉曼產生材料反射，使得產生經由皮 膚組織傳向皮膚組織第一側之額外拉曼信號。自進入皮膚 組織之南強度光所產生的拉曼信號經由拉曼產生材料向波 膚組織之第一側反射。對自進入皮膚組織之高強度光所產 生的拉曼信號及自拉曼產生材料所產生之額外拉曼信號進 行收集。使用來自所收集拉曼信號之資訊來執行普通診 斷。 根據另一非侵入性方法，使用拉曼光譜資訊來測定分析 物之濃度。捏縮皮膚組織之面積。將拉曼產生材料置放於 經捏縮皮膚組織的附近或周圍。拉曼產生材料形成至少一 貫穿之開口。將高強度、窄頻帶之光經由該至少一開口而 施加於皮膚組織。尚強度光進入皮膚組織且產生拉曼信 號。穿過經捏縮皮膚組織之高強度光及拉曼信號經由拉曼 產生材料而反射回至經捏縮之皮膚組織中。對自進入皮膚 組織之高強度光所產生的拉曼信號及自拉曼產生材料所產 生之額外拉曼信號進行收集。使用所收集之拉曼信號來測 定分析物濃度。 根據一非侵入性方法，使用螢光光譜資訊來測定分析物 之濃度。將高強度、窄頻帶之光施加於皮膚組織之第一 側。高強度光進入皮膚組織且產生螢光信號。將螢光產生 材料置放於最接近皮膚組織第二側之位置。第二側通常位 123724.doc 200819732 於第一側對面。高強度光自螢光產生材料反射，使得產生 經由皮膚組織傳向皮膚組織第一側之額外螢光信號。自進 入皮膚組織之高強度光所產生的螢光信號經由螢光產生材 料而向皮膚組織之第一側反射。對自進入皮膚組織之高強 度光所產生的螢光信號及自螢光產生材料所產生之額外螢 光信號進行收集。使用來自所收集螢光信號之資訊來測定 分析物濃度。 根據另一非侵入性方法，使用螢光光譜資訊來執行診 斷。將高強度光施加於皮膚組織之第一側。高強度光進入 皮膚組織且產生螢光信號。將螢光產生材料置放於最接近 皮膚組織第二側之位置。第二侧通常位於第一側對面。高 強度光自螢光產生材料反射，使得產生經由皮膚組織傳= 皮膚組織第一側之額外螢光信號。自進入皮膚組織之高強 度光所產生的螢光信號經由螢光產生材料而向皮膚組織之 第一侧反射。對自進入皮膚組織之高強度光所產生的螢光 化唬及自螢光產生材料所產生之額外螢光信號進行收集。 使用來自所收集螢光信號之資訊來執行普通診斷。 。 根據另一非侵入性方法，使用螢光光譜資訊來測定分析 物之/辰度。捏縮皮膚組織之面積。將螢光產生材料置放於 經捏縮皮膚組織之附近或周圍。螢光產生材料形成至少一 貫穿之開口。將高強度、窄頻帶之光經由該至少一開口而 施加於皮膚組織。高強度光進入皮膚組織且產生螢光信 唬。牙過經捏縮皮膚組織之高強度光及螢光信號經由螢光 產生材料反射回至經捏縮之皮膚組織中。對自進入皮膚組 123724.doc 200819732 織之高強度光所產生的螢光信號及自螢光產生材料所產生 之額外螢光信冑進行。使用所收集之螢光信號來測定 分析物濃度。 【實施方式】 在一方法中，本發明係針對用於使用拉曼光譜資訊來測 定分析物濃度之非侵入性方法。本發明適於使用光譜資訊 來增加此等方法中之光通量。可使用拉曼光譜資訊加以量 測之分析物包括葡萄糖、脂質分布（例如’膽固醇、三酸 甘油醋、LDL及HDL)、微量白蛋白、血紅蛋白Aw、果 糖、礼酸鹽或膽紅素。然而，本發明不限於此等特定分析 物且預期可測定其他分析物濃度。分析物可為（例如）全血 樣本、血清樣本、血漿樣本及如同間質液（1卯，intemitiai fluid)及尿之其他體液。 本發明幫助提供一種用於校正在非侵入性分析物（例 如，葡萄糖）偵測期間可為瞬變的光吸收及/或組織散射之 方法可基於在組織中出現之光吸收及組織散射來校正諸 如葡萄糖之分析物的拉曼特徵。皮膚組織之吸收及組織散 射可短期及長期變化。舉例而言，一非限制性短期情形可 為組織水合作用中之增加的血流或改變。一非限制性長期 條件可為曬黑乃至燒傷之個體皮膚。預期皮膚組織之吸收 及組織散射可在諸如局部血容比、組織畸形(例如，疤痕 或黑素瘤）、溫度、pH值或皮膚形態之其他短期及長期條 件下變化。 ' 根據一方法，使用拉曼光譜資訊來測定分析物之濃度。 123724.doc -10- 200819732

將高強度、窄頻帶之光施加於皮膚組織之第一側。高強度 光進入皮膚組織且產生拉曼信號。將拉曼產生材料置放於 最接近皮膚組織第二侧之位置。第二側通常位於第一側對 面。高強度光自拉曼產生材料反射，使得產生經由皮膚組 織傳向皮膚組織第一側之額外拉曼信號。自進入皮膚組織 之高強度光所產生的拉曼信號經由拉曼產生材料而向皮膚 組織之第一側反射。對自進入皮膚組織之高強度光所產生 的拉曼信號及自拉曼產生材料所產生之額外拉曼信號進行 收集。使用來自所收集拉曼信號之資訊來測定分析物濃 度0 參看圖1，使用一圖解來展示根據一方法之拉曼產生材 料及高強度窄頻帶光之位置。將高強度光1G施加於諸如經 捏縮皮膚組織或手指之皮膚組織12。在圖丄中展示來自高 強度光源10a之高強度光10。高強度光源可為各種光源。 舉例而言’高強度光源可來自以窄頻帶傳遞之單色光源。 單色光源之一實例為雷射二極體源。預期可使用諸如發光 二極體及非相干燈之其他光源。光源可經毅以提供更清 楚界亦即’窄)頻帶之光。亦預期高強度光可為染料雷 射、氣體雷射、離子雷射或泵抽雷射。 光源之波長可變化’但通常自約3〇〇 至約10，_ 光源可為紫外光源、近紅外光源、紅外光源或具有適 田之可見光源。待制之光源將為高強度、窄頻帶之 光。 、 nm 至約 12,000 在一方法中之拉曼光譜資訊可在自約3〇〇 123724.doc 200819732 議之波長範圍内來收集。然而，組織光學器件及拉曼效應 所特有的若干波長相關特徵可顯著影響成功使用用於非侵 入性測定組織中分析物之拉曼技術的能力。舉例而言，^ 較低波長下，來自組織中分析物的固有拉曼信號相對較 強，但組織自發螢光亦相對較強，組織自發螢光可能為壓 倒性的且使偵測組織中之拉曼信號複雜化。相反，在較高 波長下’組織自發螢光及固有拉曼信號減少。將基於在相 關分析物之相關波長下的拉曼信號功率與自發螢光干擾之 平衡來進行光源之選擇。因此，對於葡萄糖分析，使用集 中在或接近830 nm之高強度窄頻帶光源且在超過83〇 nm至 約1030 nm之波長範圍内收集拉曼光譜資訊為理想的，在 此波長範圍内，拉曼信號之強度與組織自發螢光之關係得 以最佳化。 關於葡萄糖的拉曼光譜資訊可自離開光源移位丨〇〇 cm-i 至1〇,〇〇0 cnT1之拉曼散射光而加以收集。更特定言之，由 於最強的葡萄糖峰值出現在約1340 cm·1及約1125 cm·1之拉 叉位移處’因此關於葡萄糖的拉曼光譜資訊可自離開光源 移位100 cm·1至1600 cm·1之拉曼散射光而加以收集。預期 拉曼光譜資訊可在不同範圍中收集，尤其在待測定之分析 物濃度並非葡萄糖時。 . 一特定實例為830 nm之雷射二極體源。市售83〇 nm之雷 射二極體源的一實例為lnvictus™ NIR 83〇麵之二極體雷 射，其由 Kaiser Optical Systems，Inc. (Michigan，Ann

Arbor)銷售。另一實例為pi_ECL-830-300二極體雷射，其 123724.doc • 12 - 200819732 由 Process Instruments (Salt Lake City，Utah)銷售。在一實 施例中，雷射光以約1 mm之光束直徑傳遞至皮膚組織。預 期可使用其他雷射二極體源。 高強度、窄頻帶之光可經調整使得產生較高解析度之拉 叉光譜。舉例而言，可限制高強度窄頻帶之光，從而導致 曝露較少光且獲得較高解析度之拉曼信號。藉由調整高強 度窄頻帶之光，可視相關分析物而定來最佳化拉曼信號之 強度及曝露。 高強度光10進入皮膚組織12之第一側12a。可用於測定 分析物濃度之皮膚組織的厚度可變化。皮膚組織之厚度通 常為約1 mm至約5 mm。更特定言之，皮膚之厚度通常為 、’、勺1 mm至約3 mm。當高強度光進入皮膚組織時可捏縮皮 膚組織。 如圖1中所示，高強度光10在點八處進入皮膚組織12。在 高強度光10進入皮膚組織12之後，拉曼信號產生且在所有 方向上散射。咼強度光之一部分可接觸皮膚而不進入皮膚 且在所有方向上散射。拉曼信號之一部分16在進入皮膚組 、、哉12之後重疋向回集光糸統18。然而，一些拉曼信號退出 皮膚組織12且使用拉曼產生材料22而反射回來。拉曼產生 材料22將拉曼信號反射回集光系統18，該等拉曼信號原本 將退出在集光系統18對面之皮膚組織12的另一側i2b而丟 失。因此，拉曼信號之增加部分將4定向至集光系統18。 預期拉曼信號之增加部分可使用諸如鏡面之反射性表面來 重定向。由纟曼產生材料所形成之拉曼信號的一部分以斜 123724.doc -13- 200819732 角散射，且將不被偵測到或亦可在被偵測到之前被吸收。 將拉曼產生材料22置放於最接近皮膚組織12之另一側 12b的位置。拉曼產生材料通常位於所施加高強度光之入 口的對面。如圖1中所示，拉曼產生材料22位於圖1之點a 處之高強度光10之入口的對面。預期拉曼產生材料可為如 圖1中所示之單一反射器或複數個反射器。 拉叉產生材料2 2亦接收高強度光1 〇且自其產生額外拉曼 信號。就拉曼產生材料不自高強度光1 〇形成拉曼信號而 言，拉曼產生材料22經由皮膚組織12反射回高強度光之剩 餘部分。由於拉曼信號將起源於且自皮膚組織中之每一點 向外散射，因此此等拉曼信號通常將包圍較大體積之皮膚 組織。在此高強度光經由拉曼產生材料22反射回皮膚組織 12中之後’可產生額外拉曼信號。因此，光徑長度藉由使 源光牙過皮膚組織兩次而增加。藉由增加光徑長度，所得 分析信號亦增加。 < 使用拉曼產生材料22，可獲得對光吸收之量測。吸收通 常與來自拉曼產生材料22之穿過樣本之拉曼信號的總量成 比例。在可整合全部拉曼信號之狀況下，則可進一步就組 織吸收及組織散射之改變對分析信號進行校正。組織吸收 及散射之改變可由（例如）組織水合作用中之增加的血流或 改變而引起。舉例而言，可將僅使用高強度光之來自拉曼 產生材料之拉曼信號的強度與使用拉曼產生材料及使用高 強度光之身體組織之拉曼信號的強度進行比較。此等強度 之比較可測定且量化組織之光吸收的程度。光吸收之程度 123724.doc -14- 200819732 可在絕對基礎或相對基礎上進行。若在絕對基礎上進行， 則當接觸拉曼產生材料22時，通常將需要對高強度光進行 調整以具有相似的強度位準。 因此，概言之，拉曼產生材料22(a)反射回在初始穿過皮 膚組織時形成之原本將丟失的拉曼信號；（b)自高強度光1〇 形成拉曼信號；及（C)在可能形成額外拉曼信號之情況下將 不形成拉哭信號之光源反射回皮膚組織中。此等拉曼信號 在圖1中統一指定為拉曼信號2〇。 拉曼產生材料可由各種材料形成。舉例而言，拉曼產生 材料可包括諸如SpectralonTM聚合裏料之聚合材料。 Spectralon I合裏料為具有非常高漫反射率之熱塑性樹 脂。SpectralonTM 聚合裏料可購自 Labsphere Inc (N〇rth Sutton 5 New Hampshire) ° 預期其他材料可用作拉曼產生材料，其包括其他聚合材 料。舉例而言，拉曼產生材料可包括聚苯乙烯表面或聚碳 酸醋表面。待使用之拉曼產生材料需要產生唯一拉曼信 號。 在一實施例中，拉曼產生材料可為在較厚基板上之薄塗 層或層，該基板非拉曼產生材料。在另一實施例中，基板 可完全由拉曼產生材料形成。 測定分析物（例如，葡萄糖）之濃度需要分析物之數量與 該數量分析物所佔體積之量測的量測比例。若光探查體積 隨若干量測之進程而改變，則使用對光學散射之量測允許 對分析物濃度計算進行校正。 123724.doc •15- 200819732 在一方法中，在收集拉曼信號之前，提供一空間濾波 器’其量測組織中之拉曼信號的光學散射。散射量影響身 體組織之探查體積。空間濾波器之使用使散射區別於吸 收’且進一步接近具有固定厚度之皮膚組織樣本中之吸收 及散射的相對改變。 在一方法中，置放空間濾波器以阻礙自皮膚組織出現之 拉曼信號的一部分且允許拉曼信號之剩餘部分觸發至少一 偵測器。因此，空間濾波器阻礙光之一部分且允許另一部 分光經過。圖i描繪空間濾波器80，其更詳細展示於圖2a 中。空間濾波器8〇包括所形成之複數個孔徑82、84、86。 空間濾波器80之部分8〇a、8〇b阻礙拉曼信號之一部分。若 光學散射較低，則由於拉曼信號之小部分將採用穿過皮膚 組織之橫向軌跡，在中間孔徑84處之拉曼信號的強度⑴將 很可能顯著高於在外孔徑82、86處之拉曼信號的強度。 在光學散射較低之情況下，穿過右孔徑86之拉曼光的強 度（Ir)與穿過中間孔徑84之拉曼光的強度（Im)之比在校正路 徑長度之後將較小。類似地，在光學散射較低之情況下， 牙過左孔徑82之拉曼光的強度（Ιι)與穿過中間孔徑84之拉 曼光的強度（Im)之比在校正路徑長度之後亦將較小。因 此，當較小時，光學散射較低。組織中之散射 越大，則Ir/Im及VIm之比越大。亦應注意，圖仏之吸收通 常將接近於強度（Ir+Im+I!)之和。 使用圖2a之裝置，若身體組織之條件改變使得影響組織 之散射性質，則來自拉曼產生材料之拉曼信號的空間型樣 123724.doc _ 200819732

Ik後亦將改變。藉由將此相對改變應用於一系列分析物量 測，分析物信號相對於光探查體積而正規化且因此增加所 計算分析物濃度之準確度。 預期空間濾波器可為可調整的以調整孔徑開口之大小。 此可為有利的以區分散射光與吸收光。舉例而言，參看圖 2b及圖2c，空間濾波器9〇包括部分9Qa& 9〇b。部分9〇a、 9〇b可〜通常水平方向在任一方向上移動（見箭頭a)。圖η 描繪處於較開放位置之部分9〇a、9〇b，其之間的距離由距 離D1來表示。圖2c描繪在較閉合位置之部分9〇a、9〇b，其 之間的距離由距離D2來表示。 亦預期空間濾波器本身可為可移動的，以便較佳地測定 且特徵化散射光。舉例而言，空間濾波器可移動以測定光 於何處傳播穿過樣本及/或選擇性地量測多個散射或透射 之非散射光。若激發第一點且在具有孔徑之第二點處量 測’則知曉路徑長度。藉由較佳地知曉路徑長度，可視需 要相對於分析物信號來調整組織體積，此導致更準確的分 析物濃度。 返回參看圖1，在拉曼信號行進穿過空間濾波器80之 後’集光系統18收集返回之拉曼信號丨6、20。預期集光〃系 統可在其穿過空間濾波器之前收集拉曼信號。然而，在此 方去中’在拉曼信號傳至偵測器之前需要對空間濾波器8〇 進行定位。 所收集之拉曼信號隨後傳至偵測器3〇。偵測器3〇幫助自 所收集拉曼信號測定分析物濃度（例如，葡萄糖）。可使用 123724.doc -17- 200819732 之偵測器之一實例為矽偵測器。偵測器之其他實例包括擴 展型InGaAs债測器、鍺偵測器、硒化鉛（pbSe).測器或硫 化錯（PbSH貞測器。預期其他偵測器可用於幫助自所收集 拉曼信號測定分析物濃度（例如，葡萄糖）。 預期可使用複數個偵測器及複數個孔徑。在此實施例 中’複數個孔徑及偵測器可接近直接成像配置 ，此很可能 將七:供對散射及吸收之更準確量測。 對與量化具有弱拉曼信號之分析物（例如，身體組織中 之葡萄糖）有關的身體組織之拉曼吸收及/或散射性質的校 正可藉由若干方法來完成。在一方法中，校準演算法併有 組織之吸收及/或散射性質以校正分析物濃度讀取。< 在另一方法中，自動調整收集時間以達成適當的信雜 比，此有助於獲得更準確的分析物讀取。舉例而言，可增 加收集時間以增加信號之總量，其通常轉化為較佳信號 (尤其係對較小信號）。 藉由权正或考慮皮膚組織中之光吸收及/或散射，可以 更準確方式量化地測定葡萄糖之拉曼特徵。因此，此方法 提供就組織光學性質之改變而對量化、分析信號進行校正 的光學解決方案。 集光系統可不同於圖丨中所描繪的集光系統。圖3描繪類 似於圖1之圖解，其包括拋物面鏡4〇，其中高強度光1〇穿 過形成於其中之開口 42。高強度光1〇進入組織且產生拉曼 ‘唬’忒等拉曼信號在所有方向上散射。散射之拉曼信號 46在空間瀘、波器部分8Ga、8Qb之間或周圍傳送之後被導引 123724.doc -18- 200819732 回抛物面鏡40。拉曼# μ + m τ & 租χ乜唬由抛物面鏡進一步反射至偵測器 5〇，在偵測器5〇處自所收隹 心曰听收集之拉曼#唬來測定分析物濃 度在此方法中，可以類似於結合圖i及圖2所論述之方式 的方式來校正分析物濃度。 根據另-貫施例’集光系統可為具有將聚焦雷射光傳遞 回組織中之曲率的其他鏡面。或者’ #光系、统可為具有經 成形以視拉曼信號集光系統而定將平行光傳遞回組織中之 曲率的其他鏡面。 在另只加例中，拉曼信號之空間分布亦可藉由使用基 於工間成像之光學設計來達成。在此實施例中，空間遽波 為不必要的在圖4中展示一種此非限制性實例。圖4展 不同強度光源l〇a、皮膚組織12及拉曼產生材料22。拉曼 #號100由成像光學器件11〇收集且隨後定向至陣列偵測器 112陣列偵測器112為每一者量測拉曼信號之一部分之個 別偵測器（像素）的陣列。在一方法中，成像光學器件及偵 測器使用拉曼信號來校正由組織所引起的吸收及散射。 根據另一方法，使用拉曼光譜資訊測定分析物濃度之非 入性方法包括捏縮皮膚組織之面積。對皮膚組織之一面 積進行捏縮。將拉曼產生材料置放於經捏縮皮膚組織的附 近或周圍。拉曼產生材料形成至少一貫穿之開口。將高強 度、窄頻帶之光經由該至少一開口施加於皮膚組織。高舞 度光進入皮膚組織且產生拉曼信號。穿過經捏縮皮膚組織 之向強度光及拉曼信號經由拉曼產生材料反射回經捏縮之 皮膚組織中。對自進入皮膚組織之高強度光所產生的拉曼 123724.doc -19- 200819732 信號及自拉曼產生材料所產生之額外拉曼信號進行收集。 使用所收集之拉曼信號來測定分析物濃度。 如圖5a中所示，拉曼產生材料170係置放於經捏縮皮膚 組織1 8 0的附近或周圍。經捏縮皮膚組織之寬度通常為約^ mm至約2 mm。拉曼產生材料170形成至少一開口 172，其 中經由該至少一開口 172施加高強度光174。高強度光174 進入經捏縮之皮膚組織180且產生拉曼信號。穿過經捏縮 皮膚組織之高強度光及拉曼信號經由拉曼產生材料17〇反 射回經捏縮之皮膚組織中。另外，拉曼產生材料17〇產生 額外拉曼信號。對拉曼信號進行收集，且使用所收集之拉 曼信號來測定分析物濃度。 可經由南數值孔徑（NA，numerical aperture)光學器件或 同ΝΑ光纖1 90來收集拉曼信號。高數值孔徑（NA)光學器件 或高NA光纖190將所收集之拉曼信號傳輸至光譜儀192，。 預期所收集之信號可傳輸至具有濾波器之單一偵測器、陰 極耦合偵測器（CCD，cathode-coupled detector)、二極體陣 列或偵測特定信號之其他設備。預期拉曼信號可在與高強 度光進入經捏縮皮膚組織之相同側上被收集，諸如圖讣中 所示。 「牙、閃疋分斫物濃度 ▼ ^〜-口六w μ爪々;·丹他万沄 中。舉例而言’在一方法中’來自所收集拉曼信號之資訊 可用於執行普通診斷。普通診斷可包括識別⑷特定分析物 之存在，（b)特定分子或（c)組織形態。普通診斷可針對 干有利的應用。舉例而tA m + 牛例肉σ，在一應用中，可識別潛在的癌 123724.doc -20 - 200819732 性皮膚病變。藉由識別潛在的癌性細胞，可最小化組織切 除。在另-應用中，可識別癌性細胞之階段。在另一應用 中，可追蹤癌光動力療法之有效性。預期可使用本發:之 方法來執行其他診斷。 除使用拉曼^號以外，其他信號可用於其他方法中。在 另一方法中，一種用於測定分析物濃度的非侵入性方法棱 用螢光光譜資訊。可使用榮光光譜資訊量測之分析物包括 ' 葡萄糖、脂質分布(例如，膽固醇、三酸甘油酯、LDL及 祖）、微量白蛋白、血紅蛋白Aic或膽紅素。然而，本發 明不限於此等特定分析物’且預期可測定其他分析物濃 度。分析物可為（例士口）全血樣本、血清樣本、血裝樣本及 如同ISF(間質液）及尿之其他體液。 本發明幫助提供一種用於校正在非侵入性分析物（例 如，葡萄糖）偵測期間可為瞬變的光吸收及/或組織散射之 方法。可基於在組織中出現之光吸收及組織散射來校正諸 } 如葡萄糖之分析物的螢光特徵。如上所述，皮膚組織之吸 ’ 收及組織散射可短期及長期變化。根據另一方法，使用螢 光光譜資訊來測定分析物濃度。將高強度窄頻帶之光施加 於皮膚組織之第一側。高強度光進入皮膚組織且產生螢光 信號。將螢光產生材料置放於最接近皮膚組織第二側之位 置。第二側通常位於第一側對面。高強度光自螢光產生材 料反射，使得產生經由皮膚組織傳向皮膚組織第一側之額 外螢光信號。自進入皮膚組織之高強度光所產生的螢光信 號經由螢光產生材料向皮膚組織之第一側反射。對自進八 123724.doc -21 - 200819732 皮膚組織之高強度光所產生的螢光信號及自螢光產生材料 所產生之額外螢光彳§號進行收集。使用來自所收集螢光信 號之資訊來測定分析物濃度。 參看圖6a，使用一圖解來展示根據一方法之螢光產生材 料及咼強度窄頻帶光之位置。將高強度光21〇施加於諸如 經捏縮皮膚組織或手指之皮膚組織丨2。在圖6a中展示來自 尚強度光源210a之高強度光21〇。高強度光21〇可為窄頻帶 之光，但不必為窄頻帶之光。高強度光源可來自單色光 源。預期可使用諸如發光二極體、非相干燈、染料雷射、 氣體雷射、離子雷射或泵抽雷射之其他光源。 光源之波長可變化，但通常在3〇〇 議之 間。在一方法中，螢光光譜資訊可在自約3〇〇 nm至約 12,000 nm之波長範圍内來收集。預期螢光光譜資訊可視 待測定之分析物濃度而在不同範圍内加以收集。 而強度光210進入皮膚組織12之第一側12a。如圖以中所 示，回強度光2 10在點A處進入皮膚組織丨2。在高強度光 210進入皮膚組織之後，螢光信號產生且在所有方向上 散射。高強度光之一部分可接觸皮膚而不進入皮膚且在所 有方向上散射。螢光信號之一部分216在進入皮膚組織12 之後重疋向回集光系統丨8。然而，一些螢光信號退出皮膚 、、且、我12且使用螢光產生材料222而反射回來。螢光產生材 料222將螢光信號向集光系統“反射，該等螢光信號原本 將退出在集光系統18對面之皮膚組織12的另一側丨孔而丟 失 口此备光彳^號之增加部分將重定向至集光系統丨8。 123724.doc -22- 200819732 預期螢光信號之增加部分可使用諸如鏡面之反射性表面來 重定向。由螢光產生材料所形成之螢光信號的一部分以斜 角散射’且將不被偵測到或亦可在被偵測到之前被吸收。 瑩光產生材料222係置放於最接近皮膚組織丨2之另一側 12b的位置。螢光產生材料通常位於所施加高強度光之入 口的對面。如圖6a中所示，螢光產生材料222位於圖6a中 之點A處之高強度光210之入口的對面。預期螢光產生材料 可為如圖6a中所示之單一反射器或複數個反射器。 榮光產生材料222亦接收而強度光210且自其產生額外榮 光仏號。就螢光產生材料不自高強度光21 〇形成螢光信號 而言’螢光產生材料222經由皮膚組織12反射回高強度光 之剩餘部分。由於螢光信號將起源於且自皮膚組織之每一 點向外散射，因此螢光信號通常將包圍較大體積之皮膚組 織。在此高強度光經由螢光產生材料222反射回皮膚組織 12中之後’可產生額外螢光信號。因此，光徑長度藉由使 源光穿過皮膚組織兩次而增加。藉由增加光徑長度，所得 分析信號亦增加。 使用螢光產生材料222，可獲得對光吸收之量測。吸收 通系與來自螢光產生材料222之穿過樣本之螢光信號的總 里成比例。在可整合全部螢光信號之狀況下，則可進一步 就組織吸收及組織散射之改變對分析信號進行校正。在可 整合全部拉曼信號之狀況下，可進一步就組織吸收及散射 之改變對分析信號進行校正。組織吸收及散射之改變可由 (例如）組織水合作用中之增加的血流或改變而引起。舉例 123724.doc •23 - 200819732 而δ，可將僅使用尚強度光之來自螢光產生材料之螢光信 號的強度與使用高強度光及使用螢光產生材料之身體組織 之蝥光#號的強度進行比較。此等強度之比較可測定且量 化組織之光吸收的程度。 因此，概言之，螢光產生材料222(a)反射回在初始穿過 皮膚組織時所形成之原本將丟失之螢光信號；自高強度 光2 10形成螢光化號；及（c)在可能形成額外螢光信號之情 況下將不形成螢光信號之光源反射回皮膚組織中。此等螢 光信號在圖6a中統一指定為螢光信號220。 螢光產生材料可在螢光機制下起作用，其中較短波長之 光激發分子且隨後分子發螢光，從而發出較長波長之光。 螢光產生材料可由諸如螢光染料之各種材料形成。螢光染 料可為近紅外（NIR)染料、IR染料及可見染料。NIR螢光染 料之一些實例包括花青染料（Cy55)或臨床批准之靛青綠 (ICG)之衍生物。由於此等染料實質上通常為含水的，因 此其通常用作塗層。染料可流入或浸入螢光產生材料中。 預期以類似方式起作用之其他材料可用作螢光產生材料。 在NIR中發螢光之其他材料稍微不同地操作。用於Nir 卡中之材料對”光子上轉換"起作用，其中較長波長之光由 第 为子吸收且能量轉移至在較短波長發螢光之第二分 子。由於激發光較發射光具有較低能量，因此此過程被稱 為上轉換。一實例為量子點之使用。量子點為小金屬材 料，其螢光為大小相關的。預期以類似方式起作用之其他 材料可用作螢光產生材料。 123724.doc -24- 200819732 預期以不同方式且以不同光譜發螢光之其他材料可用作 螢光產生材料。待使用之螢光產生材料產生唯一螢光信 號。 在一實施例中，螢光產生材料可為在較厚基板上之薄塗 層或層，該基板非螢光產生材料。在另一實施例中，基板 可完全由螢光產生材料形成。 測定分析物（例如，葡萄糖）之濃度需要分析物之數量與 該數量分析物所佔體積之量測的量測比例。若光探查體積 隨若干量測之進程而改變，則使用對光學散射之量測允許 對分析物濃度計算進行校正。 在一方法中’在收集螢光信號之前，提供一空間濾波 器’其量測組織中之螢光信號的光學散射。在一方法中， 置放空間濾波器以阻礙自皮膚組織出現之螢光信號的一部 分且允許螢光信號之剩餘部分觸發至少一偵測器。因此， 空間濾波器阻礙光之一部分且允許另一部分光經過。圖6a 描述空間濾波器280，其更詳細地展示於圖6b中。空間濾 波器280包括所形成之複數個孔徑282、284、286。空間濾 波器280之部分280a、280b阻礙螢光信號之一部分。若光 學散射較低，則由於螢光信號之小部分將採用穿過皮膚組 織之橫向執跡，在中間孔徑284處之螢光信號的強度（I)將 很可能顯著高於在外孔徑282、286處之螢光信號的強度。 在光學散射較低之情況下，穿過右孔徑286之螢光的強 度（Ir)與穿過中間孔徑284之螢光的強度（Im)之比在校正路 徑長度之後將較小。類似地，在光學散射較低之情況下， 123724.doc -25- 200819732 穿過左孔徑282之螢光的強度（Ιι)與穿過中間孔徑284之螢 光的強度（Im)之比在校正路徑長度之後亦將較小。因此， 當VIm及Ii/Im較小時，散射較低。組織中之散射越大，貝q 及Ii/Im之比越大。亦應注意，圖6b之吸收通常將接近 於強度（Ir + Im + Il)之和。 使用圖6b之裝置’若身體組織之條件改變使得影響組織 之散射性質，則來自螢光產生材料之螢光信號的空間型樣 隨後亦將改變。藉由將此相對改變應用於一系列分析物量 測，分析物信號相對於光探查體積而正規化且因此增加所 計算分析物濃度之準確度。 預期空間濾波斋可為可調整的以調整孔徑開口之大小， 如上文在空間濾波器90中所述。亦預期空間濾波器本身可 為可移動的，以便較佳地測定且定位散射。 所返回之螢光信號216、220由集光系統18收集。所收集 之螢光信號隨後被傳至偵測器230。偵測器23〇幫助自所收 集螢光信號測定分析物濃度（例如，葡萄糖）。可使用之對 螢光信號之偵測器之一實例為矽偵測器。偵測器之其他實 例包括擴展型InGaAs偵測器、鍺偵測器、硒化鉛（pbSe)谓 测器或硫化鉛（PbS)偵測器。預期其他偵測器可用於幫助 自所收集螢光信號測定分析物濃度（例如，葡萄糖）。 預期可使用複數個偵測器及複數個孔徑。在此實施例 中，複數個孔徑及偵測器可接近直接成像配置，此很可能 將提供對散射及吸收之更準確量測。 對與量化具有弱螢光信號之分析物（例如，身體組織中 I23724.doc -26- 200819732 之《萄糖）有關的身體組織之螢光吸收及/或散射性質的校 正可由右干方法來完成。在一方法中，校準演算法併有組 、我之吸收及/或散射性質以校正分析物濃度讀取。 在另一方法中，自動調整收集時間，以達成適當的信雜 比，此餐助獲得更準確的分析物讀取。舉例而言，可增加 收集時^以增加信號之總量，#通常轉化為較佳信號（尤 其具有較小信號）。 f ϋ 藉由扠正或考慮皮膚組織中之光吸收及/或散射，可以 更準確方式來量化地測定葡萄糖之螢光特徵。因此，此方 法提供就組織光學性質之改變來對量化、分析信號進行校 正之光學解決方案。 圖7描繪類似於圖 ”光系統可不同於圖6a中所描繪的一.…、、日你w f吗 “之圖解’其包括抛物面鏡24〇,其中高強度光210穿過形 、；z、中之開口 242。南強度光21〇進入組織且產生螢光信 唬口亥等螢光信號在所有方向上散射。散射之榮光信號 246在穿過空„波器部分_、屬之後定向回抛:面 鏡240。螢光信號由拋物面鏡進一步反射至偵測器a;。，在 谓測器250處自所收集之螢光信號來測定分析物濃度。在 、缶中可以類似於結合圖6a及圖6b所論述之方式的方 式來校正分析物濃度。 根據另-實施例’集光系統可為具有將聚焦雷射 回組織中之曲率的其他鏡面。 " ,果光糸統可為具有經 》以視螢光信號集光系統而定將平行光傳遞回 “ 曲率的其他鏡面。 、…之 123724.doc •27- 200819732

在另一實施例中，螢光信號之空間分布亦可藉由使用義 於空間成像之光學设计來達成。在此實施例中，空間请、、皮 器為不必要的。在圖8中展示一種此非限制性實例。圖8展 示高強度光源210a、皮膚組織12及螢光產生材料222。營 光信號300由成像光學器件3 1 〇收集且隨後定向至陣列偵測 器3 12。陣列偵測器3 12為每一者量測螢光信號之一部分之 個別偵測器（像素）的陣列。在一方法中，成像光學器件及 偵測器使用螢光信號來校正由組織所引起的吸收及散射。 如圖9a中所示，螢光產生材料370係置放於經捏縮皮膚 組織380的附近或周圍。經捏縮皮膚組織之寬度通常為約工 mm至約2 mm。螢光產生材料370形成至少一開口 372，其 中經由該至少一開口 372施加高強度光374。高強度光 進入經捏縮之皮膚組織380且產生螢光信號。穿過經捏縮 皮膚組織之高強度光及螢光信號經由螢光產生材料37〇反 射回經捏縮之皮膚組織中。另外，螢光產生材料產生 額外螢光^號。對螢光信號進行收集，且使用所收集之螢 光信號來測定分析物濃度。 螢光信號可經由高數值孔徑（NA)光學器件或高na光纖 390來收集。高數值孔徑（NA)光學器件或高na光纖3如將 所收集之螢光信號傳輸至光譜儀392。_所&集之信號 可傳輸至具有濾波器之單一偵測器、陰極耦合偵測器 (CCD)、二極體陣列或偵測特定信號之其他設備。預期螢 光信號可在與高強度光進入經捏縮皮膚組織之相同側上被 收集，諸如圖9b中所示。 ， 123724.doc -28- 200819732 除測疋分析物濃度以外’螢光光譜資訊可用於其他方法 中。舉例而言，在一方法中，來自所收集螢光信號之資訊 可用於執行普通診斷。普通診斷可包括識別（a)特定分析物 之存在’（b)特定分子或（C)組織形態。普通診斷可針對若 干有利的應用。舉例而言，在一應用中，可識別潛在的癌 性皮膚病變。藉由識別潛在的癌性細胞，可最小化組織切 除。在另一應用中，可識別癌性細胞之階段。在另一應用 中’可追縱癌光動力療法之有效性。預期可使用本發明之 方法來執行其他診斷。

方法A 種使用拉叉光譜資訊來測定分析物濃度的非侵入性方 法，該方法包含以下動作： 將高強度、窄頻帶之光施加於皮膚組織之第一側，該高 強度光進入皮膚組織且產生拉曼信號； 將拉曼產生材料置放於最接近該皮膚組織之第二側的許 置，第二側通常位於第一側對面； 自拉哭產生材料反射鬲強度光，使得產生經由皮膚組織 傳向皮膚組織之第一側的額外拉曼信號； 將自進入皮膚組織之高強度光所產生的拉曼信號經由拉 曼產生材料向皮膚組織之第一側反射； 對自進入皮膚組織之高強度光所產生的拉曼信號及自拉 曼產生材料所產生之額外拉曼信號進行收集；及

使用來自所收集拉曼信號之資訊來測定分析物濃度。 方法B 123724.doc -29- 200819732 方法A之方法’其中自單色光源施加高強度光。

方法C 方法B之方法’其中自雷射二極體源施加高強度光。

方法D 方法A之方法，其中自發光二極體、zeon-arc lamp、染 料雷射、氣體雷射源、離子雷射源或泵抽固態雷射源施加 高強度光。 方法E ^ 方法A之方法，其中分析物為葡萄糖。

方法F 方法A之方法，其中皮膚組織之厚度為約工匪至約$ mm °

方法G 方法A之方法’其中拉曼產生材料係位於所施加高強度 光之入口的對面。 方法Η

方法Α之方法，其中拉曼產生材料包括聚合材料。， 方法I

方法Η之方法，其中聚合材料為聚苯乙稀或聚碳酸醋。 方法J 方法Α之方法，其進—步包括幫助測定分析物濃度之伯 測器。

方法K 之方去，其中使用至少_拋物面鏡來收集拉曼信 123724.doc -30- 200819732 號。

方法L 方法A之方法’其中在自約300 nm至約5000 nm之波長 範圍内收集拉曼信號。 方法Μ 方法L之方法’其中在自約830 nm至約1030 nm之波長範 圍内收集拉曼信號。

方法N 方法A之方法，其中高強度光為紅外光。 方法Ο 方法A之方法，其中高強度光為近紅外光。

方法P 方法A之方法，其中高強度光為紫外光。

方法Q 方法A之方法，其中來自所收集拉曼信號之資訊幫助測 定皮膚組織之光學散射及吸收的程度，使用該資訊來幫助 測定分析物濃度。

方法R 方法A之方法，其中來自所收集拉曼信號之資訊幫助測 定皮膚組織之光學散射的程度，使用該資訊來幫助測定分 析物濃度。

方法S 方法A之方法，其中來自所收集拉曼信號之資訊幫助測 疋皮膚組織之吸收的程度，使用該資訊來幫助測定分析物 123724.doc -31 · 200819732 濃度。 方法τ 方法Α之方法’其進一步包括提供空間濾波器以幫助測 定皮膚組織之吸收程度。

方法U 方法A之方法，其推一半—^上 ^ 步包括陣列偵測器及成像光學器

件。 方法V -種使用拉曼光譜資訊進行診斷的非侵人性方法，該方 法包含以下動作： 將面強度、窄頻帶之光施加於皮膚組織之第—側，高強 度光進入皮膚組織且產生拉曼作纟卢· 將拉曼產生材料置放於最接近皮膚組織之第二側的位 置’第二側通常位於第一側對面； 自拉曼產生材料反射高強度光，使得產生經由皮膚組織 傳向皮膚組織之該第一側的額外拉曼信號； 將自進入皮膚組織之高強度光所產生的拉曼信號經由拉 曼產生材料向皮膚組織之第一側反射； 對自進入皮膚組織之高強度光所產生的拉曼信號及自拉 曼產生材料所產生之額外拉曼信號進行收集；及 使用來自該等所收集拉曼信號之資訊來執行一普通診 斷。

方法W 方法V之方法’其中執行普通診斷包括識別特定分析物 123724.doc -32- 200819732 之存在。

方法X 之方去’其中執行該普通診斷包括識別特定分 子。

方法Y 方法v之方法，其中自單色光源施加高強度光。 方法乙 ^ 之方去，其中自雷射二極體源施加高強度光。

方法AA 帝 ^法其中自發光二極體、zeon-arc lamp、染 :雷射、氣體雷射源、離子雷射源或泵抽固態雷射源施加 咼強度光。 -

方法BB 方法V之方法，其中分析物為葡萄糖。

方法CC 方法V之方法，其中皮膚組織之厚度為約1 mm至約5 mm °

方法DD 方法其中拉曼產生材料位於所施加高強度光 之入口的對面。

方法EE 方法V之方法，其中拉曼產生材料包括聚合材料。

方法FF 之方法其中聚合材料為聚苯乙烯或聚碳酸酯。 123724.doc -33· 200819732

方法GG 。。方法V之方法，其進一步包括幫助執行普通診斷之债測 器。

方法HH 之方法，其中使用至少一抛物面鏡來收集拉曼信 號。

方法II 方法V之方法’其中在自約細咖至約則〇麵之波長 範圍内收集拉曼信號。

方法JJ 卜法11之方去，其中在自約83〇 nm至約1030 nm之波長 1巳圍内收集拉曼信號。

方法KK 去V之方法’其中高強度光為紅外光。

方法LL 缶V之方法’其中高強度光為近紅外光。

方法MM 方法V之方法，其中高強度光為紫外光。

方法NN — 之方去，其中來自所收集拉曼信號之資訊幫助測 定皮膚組織之光學散射及吸收的程度，使用該資訊來幫助 執行普通診斷。 方法〇〇 方法V之方法，其中來自所收集拉曼信號之資訊幫助測 123724.doc -34- 200819732 使用該資訊來幫助執行普 定皮膚組織之光學散射的程度 通診斷。

方法PP 方法V之方法，直中央白 Μ · 自所收集拉曼信號之資訊幫助、、則 疋皮膚組織之吸收的程度 力劂 濃度。 制6亥貝矾來幫助測定分析物

方法QQ 之方法進一步包括提供空間濾波器以幫助測 疋皮膚組織之吸收程度。

方法RR 方法V之方法’其進一步包括陣列偵測器及成像 件。 口口

方法SS 一種使用拉曼光譜資訊來測定分析物濃度的非侵入性方 法’該方法包含以下動作： 捏縮皮膚組織之面積； 將拉曼產生材料置放於經捏縮皮膚組織的附近或周圍， 拉曼產生材料形成至少一貫穿之開口； 將高強度、窄頻帶之光經由該至少一開口施加於皮膚組 織’高強度光進入皮膚組織且產生拉曼信號； 將穿過經捏縮皮膚組織之高強度光及拉曼信號經由拉曼 產生材料反射回經捏縮之皮膚組織中； 對自進入皮膚組織之向強度光所產生的拉曼信號及自拉 曼產生材料所產生之額外拉曼信號進行收集；及 123724.doc -35- 200819732 使用所收集之拉曼信號來測定分析物濃度。 方法ττ 方法SS之方法，其中在自約300 nm至約5000 nm之波長 範圍内收集拉曼信號。

方法UU 方法TT之方法，其中在自約830 nm至約1〇3〇 之波長 範圍内收集拉曼信號被。 t

方法VV 方法SS之方法，其中分析物為葡萄糖。

方法WW 方法SS之方法，其中拉曼產生材料包括聚合材料。

方法XX 一種使用螢光光譜資訊來測定分析物濃度的非侵入性方 法，該方法包含以下動作： 將高強度、窄頻帶之光施加於皮膚組織之第一側，高強 度光進入皮膚組織且產生螢光信號； ， 將螢光產生材料置放於最接近該皮膚組織之第二側的位 置，第二側通常位於第一側對面； 自榮光產生材料反射高強度光，I得產生經由皮膚組織 傳向皮膚組織之第一側的額外螢光信號； 將自進入皮膚組織t高強度光所產生的t光信號經由榮 光產生材料向皮膚組織之第一侧反射； 對自進入皮膚組織之高強度光所產生的螢光信號及自螢 光產生材料所產生之額外螢光信號進行收集丨及 123724.doc -36- 200819732 使用來自所收隼慈止> 木營先^諕之資訊來測定分析物濃度。

方法YY 方法XX之方法，其中自單色光源施加高強度光。

方法ZZ

方法YY之方法，其中自雷射二極體源施加高強度光。 方法AAA 套 之方去’其中自發光二極體或zeon-arc lamp施加 南強度光。 ， ί 方法ΒΒΒ 方法XX之方法，其中自染料雷射、氣體雷射源、離子 雷射源或泵抽固態雷射源施加高強度光。

方法CCC 、 之方法其中皮膚組織之厚度為約1 rnm至約5 mm 〇

方法DDD y 方法XX之方法，其中螢光產生材料位於所施加高強度 — 光之入口的對面。 ，

方法EEE 方法XX之方法，其中螢光產生材料包括螢光染料。

方法FFF 方法XX之方法，其中螢光產生材料包括量子點。

方法GGG 方法XX之方法，其進一步包括幫助測定分析物濃度之 偵測器。 123724.doc -37- 200819732

方法HHH 方法XX之方法，其中使用至少一抛物面鏡來收集螢光 信號。

方法III 方法XX之方法，其中在自約300 nm至約5 0 0 0 nm之波長 範圍内收集螢光信號。

方法JJJ

方法III之方法，其中在自約830 nm至約1〇3〇 nm之波長 範圍内收集螢光信號。

方法KKK 方法XX之方法，其中高強度光為紅外光。

方法LLL 方法XX之方法，其中高強度光為近紅外光。

方法MMM 方法XX之方法，其中高強度光為紫外光。

方法NNN :法，之方法，其中來自所收集螢光信號之資訊幫助 助疋皮胃組織之光學散射及吸收的程度，使 助測定分析物濃度。 方法〇〇〇 方法 XX< t , + , '、則L, 、中來自所收集螢光信號之資訊幫助 測疋皮膚組織氺與 巾叫 分析物濃度。度，使用該資訊來幫助測定

方法PPP 123724.doc -38- 200819732 方法χχ之方法，其中來自所收集螢光信號之資訊幫助 測定皮膚組織之吸收的程度，使用該資訊來幫助測定分析 物濃度。

方法QQQ 方法XX之方法，其進-步包括提供空間濾、波器以幫助 測定皮膚組織之吸收程度。

方法RRR 方法XX之方法，其進一步包括陣列偵測器及成像光學 器件。

方法SSS 種使用螢光光譜資訊進行診斷的非侵入性方法，該方 法包含以下動作： 將高強度、窄頻帶之光施加於皮膚組織之第一側，高強 度光進入皮膚組織且產生螢光信號； 將螢光產生材料置放於最接近該皮膚組織之第二側的位 置’弟'一側通常位於第一側對面； 自螢光產生材料反射高強度光，使得產生經由皮膚組織 傳向皮膚組織之第一側的額外螢光信號； 將自進入皮膚組織之高強度光所產生的螢光信號經由螢 光產生材料向皮膚組織之第一側反射； 對自進入皮膚組織之高強度光所產生的螢光信號及自螢 光產生材料所產生之額外螢光信號進行收集，·及 使用來自所收集螢光信號之資訊來執行普通診斷。

方法TTT 123724.doc -39- 200819732 方法SSS之方法，其中執行普通診斷包括識別特定分析 物之存在。

方法UUU 方法SSS之方法，其中執行普通診斷包括識別特定分 子。

方法VVV 方法SSS之方法，其中高強度光為窄頻帶光。

方法WWW

方法SSS之方法，其中自雷射二極體源施加高強度光。 方法XXX 方法SSS之方法，其中自發光二極體或zeon-arc lamp施 加高強度光。

方法YYY 方法SSS之方法，其中自染料雷射、氣體雷射源、離子 雷射源或泵抽固態雷射源施加高強度光。

方法ZZZ 方法S S S之方法，其中皮膚組織之厚度為約1 mm至約5 mm °

方法AAAA 方法SSS之方法，其中螢光產生材料位於所施加高強度 光之入口的對面。

方法BBBB 方法SSS之方法，其中螢光產生材料包括螢光染料。

方法CCCC 123724.doc -40- 200819732 方法SSS之方法，其中螢光產生材料包括量子點。

方法DDDD 方法SSS之方法，其進一步包括幫助測定分析物濃度之 偵測器。

方法EEEE 方法SSS之方法，其中使用至少一抛物面鏡來收集螢光 信號。

方法FFFF 方法SSS之方法，其中在自約300 nm至約5000 nm之波長 範圍内收集螢光信號。

方法GGGG 方法FFFF之方法’其中在自約μ〇 nm至約1030 nm之波 長範圍内收集螢光信號。

方法HHHH 方法SSS之方法，其中來自所收集拉曼信號之資訊幫助 測定皮膚組織之光學散射及吸收的程度，使用該資訊來幫 助測定分析物濃度。

方法IIII 法S S S之方法，其中來自所收集拉曼信號之資訊幫助 測疋皮膚組織之光學散射的程度，使用該資訊來幫 分析物濃度。

方法JJJJ 、：法SSS之方法，其中來自所收集拉曼信號之資訊幫助 測疋皮膚組織之吸收的程度，使用該資訊來幫助測定分析 123724.doc -41 - 200819732 物濃度。

方法KKKK 方法SSS之方法，其進一步包括提供空間濾波器以幫助 測定皮膚組織之吸收程度。

方法LLLL 方法SSS之方法，其進一步包括陣列偵測器及成像光學 器件。

方法MMMM 一種使用螢光光譜資訊來測定分析物濃度的非侵入性方 法，該方法包含以下動作： 捏縮皮膚組織之面積； 將螢光產生材料置放於經捏縮皮膚組織的附近或周圍， 螢光產生材料形成至少一貫穿之開口； 將高強度、窄頻帶之光經由該至少一開口施加於皮膚組 織’高強度光進入皮膚組織且產生螢光信號； 將穿過經捏縮皮膚組織之高強度光及螢光信號經由螢光 產生材料反射回經捏縮之皮膚組織中； 對自進入皮膚組織之高強度光所產生的螢光信號及自螢 光產生材料所產生之額外螢光信號進行收集；及 使用所收集之螢光信號來測定分析物濃度。

方法NNNN 方法MMMM之方法，其中在自約300 nm至約5000 nm之 波長範圍内收集螢光信號。 ’ 方法〇〇〇〇 123724.doc -42 - 200819732 方法NNNN之方法’其中在自約83〇 至約1〇3〇随之 波長範圍内收集螢光信號。

方法PPPP 方法MMMM之方法，其中分析物為葡萄糖。 雖j已參考一或多個特定實施例描述本發明，但熟習該 項技術者將認識到，在不偏離本發明之精神及範嘴的情》兄 下可對本發明進行許多改變。預期此等實施例中之每一者 及其明顯變化屬於如由隨附申請專利範圍界定之本發明的 精神及範嘴。 【圖式簡單說明】 圖1為根據一實施例之用於使用拉曼光譜資訊來測定分 析物濃度之圖解。 圖2a為進一步詳述用於測定圖1之分析物濃度之空間濾 波器的圖解。 圖2b、圖2c描繪根據一實施例之可移動空間濾波器的位 置。 圖3為根據另一實施例之用於使用拉曼光譜資訊來測定 分析物濃度之圖解。 圖4為根據另一實施例之用於使用拉曼光譜資訊來測定 分析物濃度之圖解。 圖5 a為根據進一步實施例之用於使用拉曼光譜資訊來測 定分析物濃度之圖解。 圖5b為根據進一步實施例之用於使用拉曼光譜資訊來測 定分析物濃度之圖解。 < 123724.doc -43- 200819732 圖6a為根據另一實施例之用於使用螢光光譜資訊來測定 分析物濃度之圖解。 圖6b為進一步詳述用於測定圖6a之分析物濃度之空間渡 波器的圖解。 圖7為根據另一實施例之用於使用螢光光譜資訊來測定 分析物濃度之圖解。 圖8為根據又一實施例之用於使用螢光光譜資訊來測定 分析物濃度之圖解。 圖9a為根據另一實施例之用於使用螢光光譜資訊來測定 分析物濃度之圖解。 圖9b為根據另一實施例之用於使用螢光光譜資訊來測定 分析物濃度之圖解。 【主要元件符號說明】 10 高強度光 10a 高強度光源 12 皮膚組織 12a 第一側 12b 另一側 16 拉曼信號 18 集光系統 20 拉曼信號 22 拉曼產生材料 30 偵測器 40 抛物面鏡 123724.doc 200819732 42 開口 46 拉曼信號 50 偵測器 80 空間濾波器 80a 空間濾波器部分 80b 空間濾波器部分 82 孔徑 84 孔徑

86 孔徑 90 空間濾波器 90a 空間濾波器部分 90b 空間濾波器部分 100 拉曼信號 110 成像光學器件 112 陣列偵測器 170 拉曼產生材料 172 開口 174 高強度光 180 皮膚組織 190 高數值孔徑（NA)光學器件/高NA光纖 192 光譜儀 210 高強度光 210a 高強度光源 216 螢光信號 123724.doc -45- 200819732 220 螢光信號 222 螢光產生材料 230 偵測器 240 拋物面鏡 242 開口 „ 246 螢光信號 250 偵測器 280 空間濾波器 / 280a 1 : 空間濾波器部分 280b 空間濾波器部分 282 孔徑 284 孔徑 286 孔徑 300 螢光信號 310 成像光學器件 312 陣列偵測器 C 3 70 螢光產生材料 372 開口 374 南強度光 380 皮膚組織 - 390 高數值孔徑（NA)光學器件/高NA光纖 392 光譜儀 A 點/箭頭 D1 距離 D2 距離 123724.doc -46-

Claims (1)

1. 200819732 十、申請專利範圍： 1. 一種使用拉曼光譜資訊來測定一分析物之濃度之非侵入 性方法，該方法包含以下動作： 將一高強度、窄頻帶之光施加於皮膚組織之一第一 側，該高強度光進入該皮膚組織且產生一拉曼信號； 將一拉曼產生材料置放於一最接近該皮膚組織之一第 二側的位置，該第二側通常位於該第一側對面； 自β亥拉叉產生材料反射該高強度光，使得產生經由該 皮膚組織傳向該皮膚組織之該第一侧的額外拉曼信號； 經由该拉叉產生材料將該自進入該皮膚組織之該高強 度光所產生的拉曼信號向該皮膚組織之該第一側反射； 收集自進入該皮膚組織之該高強度光所產生的該拉曼 佗唬及自該拉曼產生材料所產生之該額外拉曼信號；及 吏用來自4等所收集拉曼信號之資訊來測定該分析物 濃度。 〇 月求項1之方法，其中該分析物為葡萄糖。 3.如請求項1 2之方法，其中在自約300腿至約5000 nm之一 波長範圍内收集該拉曼信號。 4·二:求項3之方法，其中在自約830 nm至約1030 nm之一 波2範圍内收集該拉曼信號。 123724.doc 1 之方法，其中該來自該等所收集拉曼信號之 2 使用該資：ΓΓ皮膚組織之光學散射及吸收的程度， 貝戒來幫助測定該分析物濃度。 3 6·如請求項] 、 法’其中該來自該等所收集拉曼信號之 200819732 散射的程度，使用該 資訊有助於測定該皮膚組織之光學 資訊來幫助測定該分析物濃度。 如請求項1之方法，其中續夾自兮# - /、T °亥；自该等所收集拉曼信號之 資訊有助於測定該皮膚組織之吸收 叹收的耘度，使用該資訊 來幫助測定該分析物濃度。 之非侵入性方法，該方 8 · —種使用拉曼光譜資訊進行診斷 法包含以下動作： 將-高強度、窄頻帶之光施加於皮膚組織之一第一 側，該高強度光進入該皮膚組織且產生一拉曼信號； 將-拉曼產生材料置放於—最接近該皮膚二且織^ 一第 二側的位置，該第二側通常位於該第一側對面；

   自忒拉曼產生材料反射該高強度光，使得產生經由該 皮膚組織傳向該皮膚組織之該第一側的額外拉曼信號厂 經由該拉曼產生材料將該自進入該皮膚組織之該高強 度光所產生的拉曼信號向該皮膚組織之該第一側反射； 收集自進入該皮膚組織之該高強度光所產生的該拉曼 佗號及自該拉曼產生材料所產生之該額外拉曼信號；及 使用來自該等所收集拉曼信號之資訊來執行一普通診 斷。 9·如明求項8之方法，其中執行該普通診斷包括識別一特 定分析物之存在。 10.如明求項8之方法，其中執行該普通診斷包括識別一斗寺 定分子。 11 · 一種使用拉曼光譜資訊來測定一分析物之濃度之非侵入 123724.doc 200819732 性方法，該方法包含以下動作： 捏縮皮膚組織之一面積； 將拉叉產生材料置放於該經捏縮皮膚組織的附近或 周圍，該拉曼產生材料形成至少一貫穿之開口； 將馬強度、乍頻帶之光經由該至少一開口施加於該 皮膚組織，該高強度光進入該皮膚組織且產生一拉曼信 號； 經由該拉曼產生材料將穿過該經捏縮皮膚組織之該高 強度光及拉曼信號反射回該經捏縮之皮膚組織中； 收集自進入該皮膚組織之該高強度光所產生的該拉曼 仏號及自该拉曼產生材料所產生之該額外拉曼信號；及 使用該等所收集之拉曼信號來測定該分析物濃度。 12.種使用螢光光譜資訊來測定一分析物之濃度之非侵入 性方法，該方法包含以下動作： 々 將一高強度、窄頻帶之光施加於皮膚組織之一第一 側，該高強度光進入該皮膚組織且產生一螢光信號； 將螢光產生材料置放於一最接近該皮膚組織之一第 二側的位置，該第二側通常位於該第一側對面； 自该螢光產生材料反射該高強度光，使得產生經由該 皮膚組織傳向該皮膚組織之該第一側的額外螢光信號； 經由該螢光產生材料將該自進入該皮膚組織之該高強 度光所產生的螢光信號向該皮膚組織之該第一側反射； 收集自進入該皮膚組織之該高強度光所產生的螢光信 號及自該螢光產生材料所產生之該額外螢光信號；及 123724.doc 200819732 使用來自該等所收集榮光信號之資訊來測定該分析物 濃度。 13· —種使用螢光光譜資訊進行診斷之非侵入性方法，該方 法包含以下動作： 將一高強度光施加於皮膚組織之一第一側，該高強度 光進入該皮膚組織且產生一螢光信號； 將螢光產生材料置放於一最接近該皮膚組織之一第 二側的位置，該第二側通常位於該第一側對面； 自該螢光產生材料反射該高強度光，使得產生經由該 皮膚組織傳向該皮膚組織之該第一側的額外螢光信號； 經由該螢光產生材料將該自進入該皮膚組織之該高強 度光所產生的螢光信號向該皮膚組織之該第一側反射； 收集自進入該皮膚組織之該高強度光所產生的該螢光 k號及自该螢光產生材料所產生之該額外螢光信號；及 使用來自該專所收集螢光信號之資訊來執行一普通診 斷。 14.種使用蛋光光譜賓訊來測定一分析物之濃度之非侵入 性方法，該方法包含以下動作： 捏縮皮膚組織之一面積； 將一螢光產生材料置放於該經捏縮皮膚組織的附近或 周圍，該螢光產生材料形成至少一貫穿之開口； 將一咼強度、窄頻帶之光經由該至少一開口施加於該 皮膚組織，該高強度光進入該皮膚組織且產生一螢光信 號； 123724.doc 200819732

   C/ 經由該螢光產生材料將該穿過該經捏縮皮膚組織之高 強度光及螢光信號反射回該經捏縮之皮膚組織中； 收集自進入該皮膚組織之該高強度光所產生的螢光信 號及自該螢光產生材料所產生之該額外螢光信號；及 使用該等所收集之螢光信號來測定該分析物濃度。 123724.doc