TW201634008A - 藉由共焦光譜測量裝置來測量生理參數的非侵入性方法 - Google Patents

Abstract

本發明有關一種用於藉由一光學測量裝置來測量一受試者的生理參數的方法，該方法包含下列步驟：- 設置該光學測量裝置面向該受試者的皮膚表面，使得該光學物鏡的物體焦點係定位在一預決定的皮膚深度，- 由感光接收器接收源自在預決定皮膚深度之該第一物體焦點的光射線，- 分析由該感光接收器接收到的光射線，並將該等分析結果與已知數據比較，以便測定該受試者的生理參數。

Description

藉由共焦光譜測量裝置來測量生理參數的非侵入性方法 發明領域

本發明有關用於測量受試者生理參數的一方法。

發明背景

光譜學係為一種非侵入性的方法，其允許物理化學參數的研究、分析或定量。這種應用於人體生理學類型的方法，允許重要的參數在一種非侵入性方式中的測量，該等參數諸如溫度、心臟速率、血液中氧氣飽和度水平或膽紅素水平。

光譜學係藉由位於靠近皮膚的感測器而應用，其測量皮膚表面層的光學性質。

藉由光譜學之生理參數測量的顯著限制為，皮膚表面層的異質性誘發衰減測量的擾動。

數種策略已經提出，用於限制源自感興趣皮膚層鄰近之皮膚層的雜輻射的存在。可能提及的是，使用經偏光光線結合如文件WO2011151744 A1中所描述、位於布魯 斯特角(Brewster angle)的偵測器，使用如文件US5353790 A中所描述的數值校正因子，或進一步使用專利WO2014006827 A1中所描述經面向與定位之光纖，以便偶合到不同的皮膚深度。

發明概要

本發明之一目的係為提出一種用於測量受試者之生理參數的方法，該方法借助於光學測量裝置、具有改善的準確度。

在本發明之範疇內，此目的的實現係藉由一種用於測定一受試者之生理參數的方法，該方法可藉助於包含下者的一光學測量裝置而應用：- 一光軸，在其上佈設一包含一第一物體焦點與一第二影像焦點的光學物鏡，- 一第一平面，其包含在該光學物鏡之第一影像焦點上正中的一針孔，以便僅讓源自該光學物鏡之第一物體焦點的光射線通過，- 一感光接收器，意欲用於接收來自該第一影像焦點的光射線，在針孔下游，- 一控制單元，配置用於分析由該感光接收器接收到的光射線，並將分析結果與已知數據比較，該方法包含下列步驟：- 設置該光學測量裝置面向該受試者的皮膚表面，使得該光學物鏡的第一物體焦點係定位在一預決定的皮膚深 度，- 由該感光接收器接收源自在預決定皮膚深度之該第一物體焦點的光射線，- 分析由該感光接收器接收到的光射線，並從該等接收光射線的特性測定該受試者的生理參數。

本發明伴隨下列特徵，單獨或以其任何技術上可能的組合，係有利地完成。

該待測定的生理參數係為受試者的體溫。

具有含括在700nm至1mm之間之一紅外波長的光射線係被分析。

該預決定的皮膚深度係含括在真皮或皮下組織中，較佳地深度在100μm及1.5mm之間。

- 該光學物鏡包含一第二物體焦點與一第二影像焦點，該第二影像焦點與第一物體焦點重合，- 該測量裝置進一步包含：- 至少一光源，- 一第二平面，其包含在該第二物體焦點上正中的一針孔，以便僅讓源自該第二物體焦點的光源所發射的光射線通過，- 一半反射平面鏡，該鏡子係配置用於發送由該光源發射的光射線朝向該光學物鏡，並用於發送源自該第一物體焦點的光射線朝向該感光偵測器。

該方法進一步包含下列步驟：- 由光源發射光射線朝向於一預決定皮膚深度的該第二 影像焦點，- 由該感光接收器接收由該(等)光源發射、由該皮膚反射，且來自在預決定皮膚深度之該第一物體焦點的光射線，- 藉由分析由該感光接收器所接收的光射線，測量由該光源所發射光射線的皮膚吸收水平，並從該測量的吸收水平測定受試者的生理參數。

該待測定的生理參數為皮膚膽紅素水平。

由該(等)光源發射的光射線具有含括在400及800nm之間的一波長。

該預決定的皮膚深度係含括於皮下組織中，且較佳地大於1mm。

該待測定的生理參數為氧氣與一氧化碳的血液飽和度水平(saturation blood level)。

該裝置包含兩種光源，每一者發射具不同波長的光射線，第一個含括在620與680nm之間，而一第二個含括在780nm至1mm之間。

該預決定的皮膚深度係含括在真皮或皮下組織中，且較佳地大於0.2mm。

1、1 bis‧‧‧光學測量裝置

2‧‧‧光源

3‧‧‧物鏡

4‧‧‧感光接收器/偵測器

5‧‧‧半反射鏡

10‧‧‧生物組織/皮膚表面

11‧‧‧第一針孔

12‧‧‧第一偏光板

15‧‧‧濾波器

21‧‧‧第二針孔

22‧‧‧第二偏光板

cF1‧‧‧第一共焦平面

cF2‧‧‧第二共焦平面

其它目的、特性與優點從下面參照至該等給定圖式、作為例示而非限制於其中的詳細說明將變得顯而易見：- 圖1代表一裝置，該者根據本發明之一第一實施例，用 於應用一方法；- 圖2例示一裝置，該者根據本發明之一第二實施例，用於應用一方法。

較佳實施例之詳細說明

根據本發明的一第一實施例用於測量受試者之一生理參數的方法係藉由一光學測量裝置1而應用，該裝置包含：- 一感光接收器4，其意欲接收來自第一影像焦點的光射線，在第一針孔11下游，- 一適合的物鏡3，用於聚焦由該生物組織10發射的輻射在偵測器4上，- 位於一第一共焦平面cF1中的第一針孔11，該者係由含有該待研究組織之物鏡3的焦平面所共軛。

該物鏡3典型地為一透鏡。該物鏡3共軛含有該待研究組織之平面F與該第一針孔11放置於其中的共焦平面cF1。換言之，該第一針孔11係於該光學物鏡3之第一影像焦點上正中的，以便僅讓源自該光學物鏡之第一物體焦點的光射線通過，其對應於含有該待研究組織的平面F。因此，僅有源自焦平面F的光子通過針孔11，並參與分光測量。源自鄰近F之平面的光係藉由該孔的邊緣阻斷。所以該光學測量裝置1允許分光測量之層深度的選擇。

該光學測量裝置1有利地包括位於該感光接收器4與該第一針孔11之間的一濾波器15，該濾波器15係調整， 以便僅讓屬於待分析之頻帶的輻射通過。

該光學測量裝置1進一步包含一控制單元，該者係配置用於分析由該感光接收器4所接收的光射線，並將分析結果與已知數據比較。

該方法包含下列步驟：- 設置該光學測量裝置1面向該受試者的皮膚表面10，使得該光學物鏡3的第一物體焦點係定位在一預決定的皮膚深度，- 由該感光接收器4接收源自在該預決定皮膚深度之該第一物體焦點的光線，- 分析由該感光接收器4接收到的光射線，並將該等分析結果與已知數據比較，以便測定該感興趣受試者的生理參數。

在一特定實施例中，該待測定的生理參數為受試者的體溫。受試者的體溫係藉由分析由皮膚所發射、具有含括在700nm與1mm之間的一紅外波長的光輻射強度而確定。該感光接收器4係調整，用於偵測具有含括在700nm與1mm之間的一紅外波長的光射線。該預決定皮膚深度係含括在真皮或皮下組織中，較佳地距該皮膚表面10在100μm與1.5mm之間。更佳地，該預決定皮膚深度距該皮膚表面10係大於0.5mm。

在一第二實施例中，如請求項1之方法係藉由圖2例示的一測量裝置1bis而應用。

該測量裝置1bis包括，除了先前描述之該感光接 收器4、該物鏡3、該第一針孔11、及該控制單元之外：- 至少一光源2，典型地一或數個雷射或二極體，- 位於該偵測器4與該待研究組織之間的一半反射鏡5- 位於一第二共焦平面cF2的一第二針孔21，該者係透過物鏡3與半反射鏡4共軛於含有待分析組織的焦平面F。

該光學物鏡3包含一第二物體焦點與一第二影像焦點，該第二影像焦點與該第一物體焦點重合。

該第二針孔21係在該第二物體焦點正中，以便僅讓由來自該第二物體焦點的光源(等)所發射的光射線通過。

應理解的是，在這種方式中，照明係在該焦平面F上正中。

該半反射平面鏡5係配置用於發送由該光源所發射的光射線朝向該光學物鏡，並用於發送來自該第一物體焦點的光射線朝向該感光偵測器4。

因此，僅有來自焦平面F的光子通過針孔11，並參與分光測量。來自鄰近平面(模糊)的光係由該孔的邊緣阻斷。因此，其係有可能獲得完全對應於該焦平面的一鮮明的光學部分。所以，分光測量的層深度係有選擇的。

該測量裝置1bis可能進一步包括位於該第一針孔11與半反射鏡5之間的一第一偏光板12，位於該第二針孔21與半反射鏡5之間的一第二偏光板22。該兩個板12與22的偏光軸係垂直，使得來自光源2與從皮膚表面10反射的光子不到達該偵測器4。實際上，由於該反射不修正偏光，由偏 光板22偏光的這些光子將由偏光板12吸收。反之，在平面F中由皮膚10之光活性分子所吸收並再發射的光子，已經讓偏光修正，並且可能穿過該偏光板F。

該方法進一步包含下列步驟：- 由光源2發射光射線朝向於一預決定皮膚深度的該第二影像焦點，- 由該感光接收器4接收由該(等)光源發射、由該皮膚反射，且來自在預決定皮膚深度之該第一物體焦點的光射線，- 藉由分析由該感光接收器4所接收的光射線，測定由該光源所發射光射線的皮膚吸收水平，並與已知數據比較所測定的吸收水平，以便測定該受試者的生理參數。

事實上，將為理解的是，只要朝向/來自對應於預決定皮膚深度之焦平面F的光射線之發射與接收被控制，其係有可能藉由比較由該(等)光源所發射、經由該第二針孔21朝向焦平面F的光射線，及從該焦平面F所發射、經由該第一針孔11、朝向該接收器4的光射線，以測定皮膚的吸收水平。

在一特定實施例中，該待測定的生理參數為膽紅素皮膚水平。在這種事例中，裝置1bis包含至少三個光源，每一者發射具有含括在400及800nm之間、不同波長的輻射。該所發射的波長亦為特異於紅血球與膽紅素之多巴黑色素的鑑定。較佳地，該裝置1bis包含三至七個光源。在此事例中，該預決定皮膚深度係含括在真皮或皮下組織中，且係 大於0.2mm。

在另一特定實施例中，該待測定的生理參數為氧氣與一氧化碳的血液飽和度水平。在這種事例中，裝置1bis包含兩個光源2，每一者發射在各種波長中的輻射，第一個含括在620及680nm(紅色)之間，而第二個含括在780nm及1mm(紅外線)之間。在此事例中，該預決定皮膚深度係含括在皮下組織，且係大於1mm。

其應理解的是，如先前所描述用於測量受試者之生理參數的方法係特別有利的，因為該方法允許藉由物鏡3及針孔(等)11與21，僅接收來自置於所欲皮膚深度之該焦平面F的光射線，因此降低可能藉由雜光輻射誘發的可觀測量誤差。

1‧‧‧光學測量裝置

3‧‧‧物鏡

4‧‧‧感光接收器/偵測器

10‧‧‧生物組織/皮膚表面

11‧‧‧第一針孔

15‧‧‧濾波器

cF1‧‧‧第一共焦平面

Claims (11)

1. 一種用於測量一受試者之生理參數的方法，該方法可藉助於一光學測量裝置而應用，該測量裝置包含：- 一光軸，在其上佈設一包含一第一物體焦點與一第一影像焦點的光學物鏡，- 一第一平面，其包含在該光學物鏡之第一影像焦點上正中的一針孔，以便僅讓源自該光學物鏡之第一物體焦點的光射線通過，- 一感光接收器，其意欲用於接收來自該第一影像焦點的光射線，在針孔下游，- 一控制單元，配置用於分析由該感光接收器接收到的光射線，並將分析結果與已知數據比較，該方法包含下列步驟：- 設置該光學測量裝置面向該受試者的皮膚表面，使得該光學物鏡的第一物體焦點係定位在一預決定的皮膚深度，- 由該感光接收器接收源自在預決定皮膚深度之該第一物體焦點的光射線，- 分析由該感光接收器接收到的光射線，並從所接收的光射線特性測定該受試者的生理參數。
2. 如請求項1之方法，其中該待測定的生理參數為受試者的體溫。
3. 如請求項2之方法，其中具有含括在700nm與1mm之間 之一紅外波長的光射線係被分析。
4. 如請求項2或3之方法，其中該預決定的皮膚深度係含括在真皮或皮下組織中，較佳地深度是100μm至1.5mm。
5. 如請求項1之方法，其中：- 該光學物鏡包含一第二物體焦點與一第二影像焦點，該第二影像焦點與第一物體焦點重合，- 該測量裝置進一步包含：- 至少一光源，- 一第二平面，其包含在該第二物體焦點上正中的一針孔，以便僅讓源自該第二物體焦點的光源所發射的光射線通過，- 一半反射平面鏡，該鏡子係配置用於發送由該光源發射的光射線朝向該光學物鏡，並用於發送源自該第一物體焦點的光射線朝向該感光偵測器，該方法進一步包含下列步驟：- 由光源發射光射線朝向於一預決定皮膚深度的該第二影像焦點，- 由該感光接收器接收由該光源發射、由該皮膚反射，且來自在預決定皮膚深度之該第一物體焦點的光射線，- 藉由分析由該感光接收器所接收的光射線，測量由該(等)光源所發射光射線的皮膚吸收水平，並從該測量的吸收水平測定受試者的生理參數。
6. 如請求項5之方法，其中該待測定的生理參數為皮膚膽 紅素水平。
7. 如請求項6之方法，其中由該(等)光源發射的光射線具有含括在400及800nm之間的一波長。
8. 如請求項6或7之方法，其中該預決定的皮膚深度係含括於皮下組織中，且較佳地大於1mm。
9. 如請求項5之方法，其中該待測定的生理參數為氧氣與一氧化碳的血液飽和度水平。
10. 如請求項9之方法，其中源自兩個光源的光射線係被分析，每一光源發射具不同波長的光射線，一第一個含括在620與680nm之間，而一第二個含括在780nm至1mm之間。
11. 如請求項9或10之方法，其中該預決定的皮膚深度係含括在真皮或皮下組織中，且較佳地大於0.2mm。