TW533308B - Apparatus and method for reproducibly modifying localized absorption and scattering coefficients at a tissue measurement site during optical sampling - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533308 A7 B7 五、發明說明（） 發明領域： 本發明乃關於低侵入性及非侵入性的臨床試驗，尤 其係關於在光學取樣過程當中用於在組織測量點，局部 修改吸收及散射係數之裝置及方法。 發明背景： 傳統的臨床檢驗如活組織檢驗或靜脈切開術，皆需 使用侵入性之方法以獲得血液和組織樣本。接著，將此 樣本運送至諸如實驗室之中心場所作檢驗和分析。然 而，目前的趨勢是朝向定點看護檢驗甚或居家檢驗。此 種趨勢發展的優點之一是，減少從樣品之取得至根據試 驗結果而採取行動所需之往返的時間。同時，取樣的步 驟變的愈來愈非侵入性。由於降低或排除處理血液或組 織樣品的需要，降低侵入性或非侵入性的步驟，對受測 者或醫生而言，都大幅度的降低了生物性危險的風險。 除此之外，降低抛棄型藥劑的使用，亦減少了試驗和環 境的成本，同時亦減少因使用化學物質所引起之健康風 險。 因應定點看護或居家使用而發展之分析儀，無論以 低侵入性或完全非侵入性之方法取樣，通常都是以光學 方法取樣組織。對許多這種分析儀而言，為了控制如下 述之試驗狀態，使用時，必須與組織測量點作直接接 觸： 測量時分析儀的穩定度； 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） J - -7 — 訂 d (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) % 533308 A7 五、發明說明（ 降低光譜的反射； 避免離散的光線；和 重複的命中目標取樣區域。 取樣組織（皮膚）和分析儀接觸時，所引起之 導致局部取樣的變異。舉例來說，施於組 ^ 力：從測量點位置之附近壓迫水分子，降低了水：：签 濃度。當水分子濃度改變，局部吸收係數隨之改綠的 此之外，水分子濃度的降低，亦增加了出現於取：組： 體積之散射密度，因而改變了降低散射係數。為了使： 同’人的測I能使一種或更多種目標分析物的訊號對雜訊 的比值達最佳化’期望能以一種可控制性和具再現性具 具再現性之方式修改局部吸收和降低散射係數。 〃 另k供取樣裝置維持分析儀和受測者皮膚間接觸之 固疋的壓力或置換，或於測量時能重複的控制壓力改變 或置換，亦是有益處的。 述 概 及 的 明 發 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 過吸固方改實置 樣部 一之來體或 取局於性式具力 學正持現方之壓 光修維再之法變 於來以具性方改 係力可和現一著 其壓力性 再供藉 ， 的壓制具提 ， 件點之控和亦中 組量施可制明當 面測所種控發程 界織；一可本過 者組 面以種。樣 測於界時一數取 受加者用以係學 ! 施測使可射光 供制受在方散在 提控數或此低可 明著係，如降係 發藉射度，和其 本，散程加光， 中和的施吸例 程光定式變施 頁 $4 釐 公 197 2 X 110 2 lf( I規 _A4 S)A N (c 準 標 f家 一國 !國 中 用 適 度 尺 |張 一紙 本 f請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁)

533308 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 "〜1 P7 一五、發明說明（） 換以一種可控制或具再現性之方式，來修正局部吸收及 散射係數。 本發明較佳具體實施例包含一承接身體部分如手臂 之放置裝置’如此身體部分町被固定於固定位置和固定 高度。本發明更包含一施加廢力的機械装置，藉以推進 分析儀之纖維光學裝置至其與身體部分接觸，且維持此 接觸於一固定之壓力。此施加之壓力由一單臂天平上之 砝碼所提供。本發明更提供/溫度控制，以平衡光纖探 針的溫度和緊鄰組織測量點附近之溫度。 本發明之替代實施例提供一方法，其係可攜帶光纖 探針至其與組織測量點接觸，然後將其以一定之距離放 置。在一具體實施例中，一 LED和一監視器於放置前定 義起始之位置，且在led被偵測到之後將光纖探針以一 決定的距離放置。在另一個具體實施例中，探針的放置 係藉由排除光讀反射所命令。在一更一步之具體實施例 中’當光譜資料之分析指出已偵測到樣品之較佳深度 時’才將探針被放置進入組織。 圖式簡單說明： 第1圖為根據本發明所提供一手臂支撐導桿之三度空間 圖； 第2圖為根據本發明提供第丨第丨圖中將手腕導桿和手 導桿移除之後的手臂支撐導桿； 第3圖顯示本發明用於推進光纖探針之施壓機械裝置之 第5頁 本紙張尺度_㈣目家鮮（CNS)A4規格（21G X 297^^----------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Μ 十 533308 A7 B7 五、發明說明（） 不意圖； 第4圖為根據本發明所提供一固定放置受測者界面接觸 面組件之三度空間圖；和 第5圖為提供一位於人類前臂上之一組織測量點之兩個 非侵入性擴散反射光譜。 圖號對照說明； 10 手臂放置導桿 11 手肘導桿 12 手腕導桿 13 手導桿 14 手腕/手導桿 15 纖維光學纜線 16 圓柱形座 17 光纖探針尖端 18 開口 19 電熱調節器 20 機械滑板 30 施力機械裝置 31 固定向上力量 32 絞鏈橫樑 33 平衡站碼 34 橫樑移動煞車/鎖裝置 35 平衡環托架 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 單裳------— —訂； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 533308 五、發明說明（） 36 平衡環鎖定裝置 37 向上托架 40 手臂支撐平台 41 引動手臂 42 垂直導桿 43 LED 44 監視器 45 電動馬達 50 上方曲線 51 下方曲線 A7 B7 發明詳細說明： 以非侵入性方法將壓力施於取樣區域時，可能會以 許多下列的方式影響到測量點。包括： 分析物質的局部改變； 物理介值的局部改變，如溫度；和 吸收和散射係數的改變 舉例來說，當壓力施於身體的一部分時，由於施加 71 訂·· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) % 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 。 著 度隨 濃會 分素 水因 之兩 部 。 局區 變該 改至 故流 , 液 域血 區持 此維 出以 迫加 壓增 分 會 水壓 將血 力 ， 壓著 的接 度 濃 分 水 的 部 局 變 變 改 之 隨 亦 值 介 部 局 改 ϋ 白 點他 間其 時多 的 許 同 ， 不變 改譜 度光 濃光 份外 水紅 旦近 一在 由 射 。 散 低低 降降 之致 隨導 亦果 , 結 οα ， ， 加 數增 係 度 光密 吸的 時心 低中 降射 度散 濃 ， 分少 水減 當分 ， 水 區於 頁 7 第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 533308 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 係數V s的增加。由於兩樣係數皆已改變， =改：。除此之外，當血液或間隙體液所攜帶的：： 、現水分排出時，其於局部體積之濃度亦隨之改變 於水分的移動，非液相分析物之局部濃度亦隨之二 舉^說，當挺織失ϋ體積的水分時，所剩餘;;非 及相刀析物其相對濃度則增加。 作非侵入性測量時，光子穿透組織的距離乃決定於> 力:於、、、且織《壓力。如前所指出，施於局部區域的壓力 變水分的濃度而導致吸收和散射係數的局部改變。由於 組織的散射特性改變如散射係數改變所指 於 叫 兀> 卞的穿 透特性改變。#果組織被取樣的體積改變。&於組織測 量點並非均質，而是由層構成，改變取樣的體積對：： 有深遠的影響。最接近的說法是，纟膚是由連續的數； 所構成，在表面由角質層開始，接著依序為表皮層，^ 皮層，皮下脂肪層，最後位於皮膚底部深處的是内部的 構造如器官或骨骼。每一層的分析物和干擾物有不同的 平均濃度。由於探測光子的平均穿透深度改變，分析物 和干擾物的平均濃度亦隨之改變。故對一特定樣品而 言’施加不同壓力對光譜產生的結果是，每取樣不同的 組織體積，其所含目標分析物和干擾物的濃度亦不同。 故測量點的壓力必須維持定值或以可控制及具再現性的 方式改變’如此壓力變異對取樣點的影響能被清楚的描 述，進而能適當的發展一能彌補不同的取樣體積或從中 得利的方法。 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}

533308 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明說明（） 非侵入性分析中，壓力對於取樣於表皮層的紅外光和 近紅外光區的影響最明顯。所施之壓力在一卩艮制的半徑 範圍内會改變局部濃度，從接觸點到一定的深度。所 以，對那些支要係從影響區域取樣的光子而言，其受到 的影響最大。近紅外光和中紅外光光子的穿透深度’受 到水分子強力的吸收所限制。組織中的散射中心亦限制 了從紫外光經可見光至近紅光的穿透深度，由於這些光 增區域在組織中取樣的深度，受壓力的影響最大，故其 對壓力最敏感。應注意這些影響對以擴散反射為基礎的 分析儀影響最大，但亦會影響以反射為基礎之測量，亦 些微影響以穿透為基礎之測量。 有利地，上述各項壓力對局部吸收係數和散射係數的 影響，被應用於一種以已知量變化施壓之光譜測量方法 中。此法能以控制性的方式修正局部吸光常數和散射常 數。然後/Za/〆s比值之結果，於不同的測量中被利用，以 增加分析物訊號對雜訊的比值。舉例來說，特定組成物 如水分、蛋白質、脂肪、尿素的吸光值達到一定程度， 或與其他成分的比到達特定值。在個人或一群受測者 中’在壓力或放置之高度為已知時，利用已知的化學光 學技術用大量的組合波長可計算出這些比值。 概括說，本發明方法包含下列步驟： •提供一組織測量點； •提供有受測者界面連結於其上的分光分析儀，使其 於測量過程中能與組織測量點直接接觸； 第9頁 本紙張尺錢时i?i^lNS)A4雜⑽χ撕— 1·---.-----------丨丨訂； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) % 533308 A7 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 •作初次光譜測量，且於測量過程中維持一已知之分析 儀施加壓力或置換深度； •計算吸收和散射係數； •作連續測量，其中施加壓力或置換深度係以一已知量 變化’並計算每次測量時的吸收和散射係數；和 •依據測量所得之吸收和散射係數的比值，決定一目標 分析物適當的光學取樣深度。 本發明之更進一步具體實施例是藉著以一可控制及具 再現性地方式改變一組織測量位置上之 <她壓或置換深 度，以修改該組織測量點的局部吸收釦典“" 和政射係數。根據 一較佳之具體實施例，本發明提供一辱、、目丨丨土田 又測者界面接觸面 組件，其係可於光學取樣中能調整性的始认t W維持光纖探針光 纖探針所施加於組織測量點的壓力於固^^ ^ 、Η疋水準。雖然本 發明之較佳具體實施例為用一分又的_給止土 μ 、喊維先束其能連結 分析儀光源之光至組織測量點，和從扭純、ΗΤ @ " 、、赴纖測量點至分析 儀之監視器。其他能連結光源的光至目炉& ,、 乃 9铋物位置的方法 都適用於此項發明。受測者界面接觸面如丛丄 旬組件由兩種元件 所組成··一為位置導桿，其係可固定受測去、α 又4者又身體且將 組織測量點置於其中；另一為可調整式的施壓裳置。 雖然本發明於此所描述是參考人體辱 又判者又實驗結果 而得’但此描述僅為例示性，本發明並 ^ 口 个U此受到限 制。除此之外，在此描述之位置導椁早的、Α 仟疋關於人類之手 臂，依本發明之原則，熟悉此技藝之人丰 士應知其他適 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 用 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7

五、發明說明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533308 於人類或非人類身體部分 > 甘，火發 才口丨刀艾其他肢體之導桿，亦於本知 明之精神與範圍相符。參考帛1圖，所示為一手臂位置 導桿10。手臂位置導桿裝有手肘導桿1 i和手腕導桿 12。雖然發明之導捏料a 计方 导杯對固疋及支撐手臂有幫助，佴其玉 要之功能為能將組織測量點重複的置於分析儀上，此黠 對於能否產生正確、一钤槌AA ^ 七關键 租 致性的、非侵入性測量具有關级 性的影響。使用時，换+迄 心 ^ m % 了 休丄妥艾受測者，將欲測之手臂| 於手臂位置導桿，讓手肘被納入手肘導帛i i i手臃和手 則置於依工學原理形成的手腕導桿12及手導桿13中。 最後完成的姿勢為欲取樣的手冑，位於受測者的旁邊I 手肘彎曲成90度。目前之裝置，手臂位置導桿是分左子 及右手的；也就是說手臂位置導桿於承接左手或右子睛 是分別裝上的。 在實際取樣時，受測者以坐姿為佳，以減少受測I間 因身高不同所產生的影響。在測試本發明時，對採生姿 的成年男子和十歲男孩進行取樣時，在手臂的長度上僅 有2 %的差異’故目前之具體實施例中，僅裝備有較小移 動範圍之光纖探針。此手腕/手導桿單位1 4以玎拆卸式 的方式被裝設於機械滑板20 (第2圖）上，使得該手腕 支撐物無論在任何手臂長度下，都能直接被置於受測者 手腕下方。為了能適當地將手臂重複地放置於分析儀 上’訂製的手肘導桿丨丨和手腕/手導桿1 4是依據受測者 手肘、手腕和手之模型所訂製而成。在較佳之具體實施 例中’此模型是由 Micro-Mark of Berkeley Height NJ 所 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公餐） (請先閱讀背面之江意事項再填寫本買〕

533308 五、發明說明（ 供應之珍嗣膠，如快乾膠（5_minite RTv，⑽m temperature vulcanization)所、组成，並艿钿 Α ’ |、从/、乃經FDA證明可與皮膚接觸。 但是’其他具有適當的喜物八^ 田J母物刀析圖、且能用於模型製造 之產品亦適合使用。 如前所指出，光纖探針利用纖維光學境線15將光能 從光源輸送至組織測量點。同樣的探針收集從組織測量 點反射或傳導出之光能並將其運送至監視器。受測者界 面包含一圓柱形座1 6，光输輕牡，， 尤减彳木針17從其頂端的表面伸 出。在手臂位置導桿有一開口 ，。， 1 8提供受測者界面一通 道至組織測量點。 當受測者的手臂放置於手臂導 手臂定位好，光纖探針尖端17即被『 下鎖住（第3圖），詳述於下。 ，、、、皁34任 一旦手臂定位後，一含有傳統 將光纖探針尖端1 7以向上的力ι 、’的她力裝置30 臂接觸，如第3圖所顯示 里二向上移動至其與手 且已知量的力量於手臂，手臂纖探針施加非常小 於探針的线。較佳 f讀的接觸點必須限制 縱向地對著手臂的方向使得ill:光纖探針，其長邊 臂接觸。同樣的，為了減少探針幻：取小的施壓與手 時所需之壓力，光纖探針的頭哈：且織接觸點完全接觸 體實施例中，所施之力由一單臂 >〜、。在目前的具 供。此天平由一置於托架 天秤上的砝碼33所提 的絞鏈橫樑32所組成， 零裝------—訂「 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 _ 第 121 本纸張尺— 五、發明說明（ 其係可旋轉—令丄 疋由向上拓恕垃金 軸3 8使得橫# 琴點所定義之旋轉度。奉 ”衣1自由移動約一 ^ 砝碼可沿著樑軸 又的旋轉度。由於可調也 31可隨之改變/故光纖探針施於組織測量點的力邊 沿著天秤手臂、、二周正陡砝碼33的另-種設計為合併自丨 含有圓形接碼的螺絲、 广度&力…馬。- 本發明目前實施们+ 未、十斤施之壓力作細微調整。 斤沾斤网 所施之壓力可以在每英吋〇至2 、 斤的範圍内作連續 I母夬寸0至2 4 以改變所施之壓力“…需要時可增加其他的石“ 橫樑移動煞車/鎖機 “ ^針亦朝 藉著-壓縮進入向… 疋位。此橫樑移動煞4 。托架37之摩擦板將橫樑鎖於預定$ 位置。另外，夸、、目,1 土 m d者界面浮於平衡環托架之上， 保在接觸點上搜斜、 ’ ::《光學軸對受測者的手臂是正常的。 ' 木匕含藉著以壓縮或緊束原理鎖住平衡環之 衡％鎖機械裝置36。以平衡環鎖機械裝置 ： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 鎖於固定位置以維持探針對手臂之穩定性。二= 雀保手’位置之再現性，必、需保護本發明裝置避免告: 測者罪於分析儀時所施加之額外壓力所引起之變形。= 目前之實施例整個結構之設計係能抵抗施200磅之力^ 於手臂支撐構造而不會變形。 1 除了壓力控制之外，此裝置亦能控制光纖探針的⑧ 度’使其能與組織測量點附近之局部溫度平衡。在目μ 的實施例中，座丨6為矩形並完全包圍光纖探針而探針: 场從座16頂端的表面件出。在座之内為一金屬核"、 ' X心、’期 第13頁 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 533308 A7 B7 五、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（ 此精耆低伏特溫度設計而將溫度維持 於指定溫度。雖钬 其他質量輕且能穩定導電之金屬亦適八 …、 、A 〇 ’但在目前的眚 她例中此核心為鋁所製成。此溫度〜 貝 壤 又$又計袈置有反饋毛士 置，以維持定溫。值得注意的是，溫 ^ γ丄 人可由近紅外并亦 靖中水分子波段的移動來預測，水分 145〇、1 950、26〇〇 nm。當水分子的二的+吸光波長為 會移至較高的能量位置。 &些波段 箾身之溫度亦能直接測量，一包封 .λ ^ %熱調節器19 处厓16伸出至前臂與光纖探針之 19 〈邊緣微微相距約7 mm。加上座内的溫度顯示，可計算 、』 、、且織測量點的&、 前臂之溫度。 里‘沾的局邵 熟知技藝人士將可理解施加壓力的 八/ 万式有許多種，々 含，但不限於下列：槓桿手臂、彈力、* u ^ 包 碼。雖然上述系統係利用平衡砝碼測 a — ”衡培 蟄人士將可理解仍有許多其他方法可用，勺—无、知技 如下所述：天平、氣壓儀或藉由計算。 G含但不限於 另一種手臂置放導桿係能重複地接觸手臂、、 桿連結分光光度計，以協助重複地耦合 考並有導桿連 TJO-與八 4 ， 雖然上述較佳具體實施例中利用施加力息、刀斤儀。 點和分析儀中產生壓力，但在另一 里在組織測量

不同的具娜A 中，分析儀被帶至與組織測量點接觸 、私貫施例 …、傻以— 離放置至組織測量點的皮膚。目前， 匕知之距 +發明之 實施例中，光纖探針當其從受測者肢體效 乃一具體 時維持在一固定的垂直位置，此平A 的平台伸出 口 J伸高或_ 飞下降使得 第14頁 Μ氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4 STFlO X 297公餐 •J---：----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -----71 訂，· 533308 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 光纖探針的針尖能依不同的力量壓迫組織測量點的皮 膚。不同版本的目前提供的具體實施例中’應用不同的 方法以決定放置的距離。第一，在移動前LED和監視器 決足開始之位置在LED被偵測出後受測者界面接觸面組 件放置至決定之距離。第二，分析儀放置至光譜之反射 比％全被排除，或隨意的放置至一固定距離直至光譜上 反射的光被排除。在近紅光區此情形將發生於光強度在 1 95 0 nm時’此處水分子有強吸光強度，其值接近於零。 第二’在個人受測者或同一類受測者中作為標記的化學 波段’在光譜資料分析中被偵測到時，表示較佳之取樣 深度已被偵測出，即可將分析儀放置入組織。詳述於S Malm，T· Ruchti於1 999年7月22日提申之美國專利臨 時申請號 09/359，191 中，標題；「An InteUigen

System For Moninvasive Blood Analyte Prediction Δ。這 些不同的例子都將詳述於下。 參考第4圖，本發明目前實施例提供依工學原理設計 的手肘11、手腕12和手13導桿架於手臂支撐平台4〇之 上。光纖探針17從手臂支撐平台40伸出。手臂支撐平 台4。可藉著由引動手臂41和垂直導桿42所組成之：形 引動機械裝置而上下移動。此線形引動機械裝置由傳统 電動馬達45所驅動。接著，由數位處理器所控制。位於 手臂一邊的LED 43是位於纖維光束17 τ 不i7的正上方，由位 於受測者手臂相反邊的偵測器44所伯测 认 | U 。使用時，受測

者將其手臂置於手肘1 1，手腕12和手]1、# L 于13導捍。線形引 第15頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I—- Γ丨訂「 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) % 533308

經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 X 消 費 合 社 印 製 機械裝置藉著降低手臂支撐平台40降低裝有手臂的 探針。當手臂破壞…ED 43和相對倡測器 息/疋之平面時，LED的訊號消失，系統認為組織货 量點離光纖探針17的距離為已知，此時為位置零。 ，可控制性的方式更進—步降低手臂支撐平台4G使得光 栽探針得以可知的距離被放置進入受測者的前臂。自然 的’活體組織的彈性使得纖維光束17能施加不同壓力： 、、且織測T點的表面而非真的穿入手臂的皮膚。 口走置放文測者界面接觸面組件的第二種方式係以測 疋光纖探針收集之*譜的反射*定義移動手臂支撐平台 =位置為零。位置零係為偵測不到光譜反射光之位置。 當光譜的反射光與光纖探針的表面沒有直接接觸時，探 光譜的反 會 阻撓分析之干擾物。當組織測量點一與光纖探針直接接 觸時’光譜反射光的強度接近零。在近紅光區以擴散反 射為基礎測量皮膚時，水分子在145〇、195〇和26〇〇 nm 有強的吸收波。第5圖顯示一人體前臂一組織測量點兩 次非侵入性的擴散反射光譜。在上端的曲、線5〇顯示於 1 950和2500波長可偵測到光，水分子在此區域有足夠強 度《吸光私度故不應有訊號顯示。可偵測到光，表示收 集到光譜反射光即表示光纖探針與組織測量點未直接接 觸。下方的曲線51於波長195〇和25〇〇 nm時所顯示的 強度為零（雜訊限制強度）表示光纖探針之尖端與組織測量 點有直接接觸。當iWOnm之強度一達到零之位置即定 第16頁 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 x 297公£ •I · τ 丨訂 i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ------- 533308 A?

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

義其為零點。超過此點之 支撐平台之動程距離決$ 、〈置放是依據電腦化手臂 組件的第三種方式是纖維光^放置受測者界面接觸面 光譜資料而確立的。 ：探針之放置進入前臂是依 是隨著所施壓力之不同而改：論’樣品吸收和散射常數 維移動對零點的函數 -。故取樣體積和光譜是纖 系統就像對受測者界 增可用於產生對於綠性傳輸 饋。 面組件的預定置放位置的反 其他可能用來上升和下降“ _ 手曲柄，槓桿手臂，前、 考支撐平台的系統包括： 接線性傳動機制和蝸二=f千斤項和傳動機制，一絞鏈連 他與本發明精 — 動。對嫻熟此技藝人而言，並 r或軛圍相符乏 八—控制分析疋顯而易見的。 有益處的 的分析物；例如，醣#刀、析儀發展用來分析許多重要 測定血液透析病人二氣用來：定糖尿病，尿素，用來 或非侵入性的定點…所提到，使用低侵 樣及分析的醫療試驗統的在實驗 儀必須與組織剛量 彳T此頒土 量。 里’、，，占接觸〈低侵入性和非侵入性 雖然前面描述本發明是以人為受測物的醫學麵盥 用。但本發明可應料更廣的技術範圍如欲分析的 =品=表面或接近表面處是非均質的且其具有彈性 田樣印與5析儀直接接觸時光譜反射會被完全移除 第17頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑽x视妓了 c請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -4 · 入性 室取 分析 之涓丨 之固或

533308 A7 —_______B7______ 五、發明說明（） 如’如本發明可馬上應用於獸醫或以非人類雙測者的研 艽。除此之外，農產品的光學取樣是非常普遍的。例 如，水果，蔬菜和穀類的分析受到分析儀施加於樣品壓 力之影響。本發明亦提供一裝置能於以擴散反射為基組 之取樣樣品中移除光譜的反射光，此點對小分析物訊號 之定量分析很重要。在製藥和化學技術中，分析儀與藥 片，膠囊，小藥丸，和其他這類物品的直接接觸在以擴 散反射為基礎之組織測量中是有助益的。 雖然此處參考一特定之較佳具體實施例描述本發明， 但嫺熟於此技藝之人士亦熟知其他的應用可替代此處所 设走之應用’且並未悖離本發明之精神與觀點。據此， 本發明應僅侷限於包含於下之所有專利範圍。 -------訂—I--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第18頁

Claims (1)

1. 533308 A8 B8 C8 D8 第號專利案7/年，工月修ί 申清專利範圍 1 · 一種修改組織測量點局部吸收及散射係數之裝置， 其係可在光學取樣過程中，以一可控制和具再現性 之方式修改組織測量點局部吸光和散係數，該裝置 至少包含： 一受測者界面’其係可修正性的接觸組織測量 點； 以可控制和具再現性式之方式修正和維持所述受 測者接面和所述組織測量點接觸的手段；和 可重複地放置所述組織測量點於相關受測者界面 的手段。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中所述的受 測者界面包含： ' "光纖探針，艽係被一座-^其探奸 可傳送光能至所述組織測量點，並收集和傳送由該 織測量點所發射或反射出之光能。 3·如申請專利範圍第2項所述之‘農置，其中該光纖探 針的尖端可接觸該組織測量點，其中該組織測量點 係位於所述受測者四肢之一。 纖探針是矩形的，且該探針尖端以縱向的方式接觸 所述四肢之一，使該光纖探針與所述組織測量點間 的接觸係為最大，並以所述探針炎端施以所需之最 第19頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 訂 533308 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 小壓力於所述之組織測量點上。 5 .如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中所述之座 係包含一圓柱形場所圍繞住該光學探針，且其中該 探針尖端係從所述之座的頂端表面伸出。 6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中之座是由 一輕質量、可傳導熱之物質所製成。 7. 如申請專利範圍第6項所述之裝置，其中所述之座 更包含一可加熱該纖維光學探之手段，以使探針之 溫度可與所述之組織測量點表面溫度平衡。 8. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中之受測者 界面更包含一可偵測所述組織測量點表面之溫度的 手段。 9. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中所述可以 具控制性和具再現性式之方法修正和維持該受測者 界面及該組織測量點之接觸的手段，包含： 一具有接碼的單臂天平，所述之單臂天平係由 絞接樑以接觸點接於向上的支架上所構成，其中有 一轉軸單位，使得該絞接樑能自由地旋轉由所述接 觸點所定義之一轉動角度，且其中所述之樑有第一 第20頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----- — II }、蘿 — , 兮口， I I---I I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 533308

   六、申請專利範圍 及第二端；且 一平衡環支架，其 受測者界面； 係可接觸該第二端以承接所述 其中藉由調H碼來修改該光纖探針 織測量點之壓力。 施加於該为 1 〇·如申請專利範圍第9項阱、f 士姑罢 負所述《裝置，其中所述受測 者界面係浮於平衡環支架 文木上如此當光纖探針施壓 於位於該組織測量點時，該光纖探針之光學軸對於 有組織測量點位於其上的受測者之四肢而言是正常 的。 所述之裝置_，其中平衡環支 J---‘-----------丨丨訂，·丨 C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 架上裝配有平衡環鎖定裝置，所述平衡環鎖定裝置 含有任何壓縮和緊束裝置於其中，該平衡環鎖定裝 置係用於維持該光纖探針對組織測量點的穩定性。 12.如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中所述之砝 碼於所述絞接樑之第一端接有一可調性砝碼。 1 3 ·如申請專利範圍第9項所述之裝置，其中所述之砝 碼含有一可沿著該樑滑動的較大之結碼，其中該樑 含有不同壓力之梯度，其於所述之第一端接有一含 有較小法碼的螺絲用來對施壓作微調節。 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Τ I I I I I 533308 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 14.如申請專利範圍第9項所述之裝置，更包含一橫樑 移動煞車裝置，該橫樑移動煞車裝置含有一摩擦 板，其係用來將所述之橫樑壓縮至所述之向上托架 而將其鎖於預定位置。 1 5 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中該可將組織測 量點重複地定位於相對於該受測者界面之手段包含 一四肢導桿，其係可承接受測者之四肢，且該組織 測量點係位於其上。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之裝置，其中之四肢導 桿包含一手臂導桿，該手臂導桿包含：____ 一架於一支撐結構之平台； 一手腕導桿，一手肘導桿，和一手導桿，其皆 係以可拆卸的方式架於該平台上；及 一位於該平台上之開口。 -----------------!訂、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — — — — — — — — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 7.如申請專利範圍第1 6項之裝置，其中所述之手臂導 桿係可承接該受測者之手臂，並使受測者之手肘停 放於手肘導桿上，受測者的手腕停於手腕導桿上， 且受測者的手停於手導桿上，並使手臂之下部表面 與所述之開口排成一線。 第22頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 533308 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 ----------—--- 六、申請專利範圍 I8·如申請專利範第17項所述之裝置，其中架於所述可 修正或維持與所述組織測量點之接觸子段上之受剛 者界面’係從所述開口向上伸出並與该銀、我川昼點 接觸。 19.如申請專利範圍第16項之裝置，其中所述义手腕導 桿和手導桿係形成一獨立的單位，jL此單位是以可 移動的方式架於平台上，以使此單位町根據文劍者 前臂的長度來定位。 2 0 ·如申請專利範圍第1 9項之裝置，其中所述之手肘導 桿和組件是依工學原理模鑄成形的。 ~ -~~~-------------------- ____________ -—一 ~~ -- 2 1 ·如申請專利範圍第20項之裝置，其中該手肘導桿和 組件是依據受測者模鑄成形的。 2 2 ·如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中所述之受測者 手臂的位置係位於受測者的旁邊且彎曲成九十度。 23 ·如申請專利範圍第1 6項之裝置，其中之手臂導桿是 被設計成可承接左手臂或右手臂其中之一。 2 4.如申請專利範圍第2項之裝置，其中該可將組織測 量點重覆地定位於相關受測者界面之子段包含一平 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） «I—:-----------丨丨訂 il (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -^^1. 533308 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 台，該平台是由所述之手段所支撐並接於其上，以 可控制或修改的方式改變或維持該受測者界面與組 織測量點間的接觸，所述改變和使接觸之方法包 含： 一可升高或降低該平台的系統，如此可使該光纖 探針與組織測量點接觸，然後以已知之量被放入組織 測量點之皮膚，其中所述之受測者界面是被固定地架 住； 其中該組織測量點係位於該受測者的手臂上。 25 .如申請專利範圍第24項之裝置，其中該平台是以可 拆卸的方式被架設於該裝置上； 一-手肘導桿，一乎腕導桿，一手導桿，係可-^ 複地定位該手臂；該手腕導桿和該手導桿係可滑動 以適應不同的手臂長度； 其中該平台具有一開口，使該光纖探針穿過此 開口並與組織測量點接觸。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 26.如申請專利範圍第25項之裝置，其中該手肘導 桿，手腕導桿及手導桿係依光學原理所模鑄成形 的。 2 7 .如申請專利範圍第2 6項之裝置，其中該導桿是依據 受測者所模鑄成形的。 第24頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 533308 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 8.如申請專利範圍第2 5項之裝置，其中該手臂的位置 係位於在受測者旁邊且彎曲成九十度。 2 9.如申請專利範圍第25項之裝置，其中可升降該平台 之系統包含一線形滑動裝置，該線形滑動裝製包含 一引動機械手臂和複數個垂直導桿。 3 0.如申請專利範圍第2 5項之裝置，其中可升降該平台 之系統更包含一電力馬達以驅動所述線形滑動機械 裝置。 3 1 .如申請專利範圍第3 0項之裝置，其中所述之馬達是 由電腦所控制的。 3 2.如申請專利範圍第3 1項之裝置，其中之零點為手臂 與光纖探針第一次接觸時之高度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剩衣 3 3 .如申請專利範圍第31項之裝置，其中所述之系統更 包含： 位於所述手臂一邊之一 LED; 位於所述手臂另一邊之一偵測器； 其中來自該LED的訊號係被對準於該光學探針之 正上方，並由該偵測器來偵測。 第25頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 533308 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 3 4 ·如申請專利範圍第3 3項之裝置，其中該手臂係被降 低到所述零點之位置，該零點位置係所述之LED訊 號無法偵測到之高度。 35·如申請專利範圍第32項之裝置，其中所述之零點可 藉由分析連績測得的光譜反射光來決定，其中當無 法偵測到光讀反射光的吸收值時即表示已達零點位 置。 3 6.如申請專利範圍第32項之裝罾，身丄 、 /、义袈置其中受測者手臂被 定位零點後，接著降低其至光纖探針之上，使探針 得以較佳之量被置放至所述組織，量^爲之皮膚上一^ 所述較佳之量是由吸光和散射常數之目標值所表 示，所述之常數則是由連婧之來 逆1^ <尤喑剛量所計算出來 的。 * ------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} J?T· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 7.如申請專利範圍第25項之裝置 台之系統包含下述中之一種： 一手曲柄； 一槓桿手臂； 其中可升降所述if 男式千斤頂和傳動機制； 連接線性傳動機制之绞鏈；和 蝸桿傳動。 第26頁 本紙張尺度適用中國國家標準 A8 B8 C8

   533308 六、申請專利範圍 38·如申請專利範圍第1項之萝番 甘+ ^ 只 < 裝置，其中將組織測量點 重複定位於相關的受測者界面之手段包含一放置導 桿，該導桿係可重複的與含有該組織測量點於其上 的受測者之身體部份相接，該導桿有一開口，該受 測者界面係從其中伸出並與該組織測量點接觸，該 放置導桿亦含有一個或更多的導桿連桿，以重複地 將一負載有該受測者界面之分析儀輕合至該組織測 量點上。 39·如申請專利範圍第38項之裝置，其中該身體部分包 含該受測者之一肢體。 4 〇 · —種邊和散射常數^之方法，^^可在對^ 組織體積作光學取樣的過程中，在組織測量點以可 控制且具再現性之方式修改局部吸收和散射常數， 該方法包含下列步驟： 提供一組織測量點； · 提供一裝有受測者界面的光學分光儀，在測量過 程中與所述組織測量點作直接接觸； 作初次的近紅外光測量，任一由所述受測者界面 施於該組織測量點之壓力，以及由該受測者界面置放 入該組織測量點之距離係為已知，且在所述初次測量 中被維持不變； 計算該測量的局部吸收和散射係數； 第27頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) ...........Ψ.......訂......線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533308

   六、申請專利範圍 再做一次或更多次的近紅外光光譜測量，其中任 何施壓或置放距離係以一已知量進行改變； 計算每一次測量時吸收和散射係數；和 決定一偵測目標分析物適當的取樣深度，其中吸 收對散射係數的比值可做為一最佳深度指標。 41.如申請專利範圍第40項所述之方法，其中於所述之 組織測量點增加之壓力可強迫水分子從組織體積排 出，且當所述組織體積之水分予濃度降低時，該局 邵吸收常數也會隨著降低。 42·如申請專利範圍第41項所述之方法，其中位於該取 樣組織之散射中心的密度會隨華水分子濃度降低而 . 一· "· ·_ ·:.；—_»! — „—·丽._ 增加，且其中散射中心密度增加時散射常數亦回隨 著增加。 43 ·如申請專利範圍第42項所述之方法，其中該組織測 量點是·位於一活體受測者四肢之一上。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂i — — —— — — 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 44.如申請專利範圍第43項所述之方法，其中所述之四 肢之一為手臂。 45 ·如申請專利範圍第42項所述之方法，其中所述之受 者界面為一含有一尖端的光纖探針，且其中該探針 第28頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 533308 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 可傳送光能至組織測量點，並收集從該組織測量點 所反射或發射而來之光能。 4 6 ·如申請專利範圍第4 5項所述之方法，其中所述之尖 端係可接觸該組織測量點。 4 7 ·如申請專利範圍第4 2項所述之方法，其中一導桿係 可以一種可控制且具再現性的方式將組織測量點相 對於一受測者界面來進行定位。 48·如申請專利範圍第47項所述之方法，其中所述之導 桿包含一開口，受測者界面係從其中伸出，以接觸 該組織測量點。 49.如申請專利範圍第42項所述之方法，其中所述施壓 及改變該施壓之手段，是由一含有可調整性砝碼的 單臂天平所控制和改變，所述冬天平係由一含有第 一端和第二端的橫樑所組成，其中所述之壓力是由 所述之砝瑪來調整。 ...........«^-. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 50·如申請專利範圍第49項所述之方法，其中該天平 包含一連結於所述天平一端之平衡環托架所構成， 其中受測者界面係浮於該平衡環托架上。 更 第29頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公變) 533308 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 5 1.如申請專利範圍第5 0項所述之方法，其中該天平更 包含一鎖機械裝置，使該橫樑可被鎖於預期之位 置。 5 2.如申請專利範圍第42項所述之方法，其中所述之放 置程度係由一含有一個或數個導桿之平台所控制或 改變，以重複地定位所述之組織測量點，所述之平 台係由一支撐於且連結於一用於升降之系統上，使 受測者界面可與所述組織測量點接觸，然後將以一 定的量放入該組織測量點的皮膚，其時該受測者界 面係被固定地架住 5 3 ·如申請專利範圍第5 0項所述之方法，差中所述之零 點係為受測者界面與組織測量點完全接觸時之第一 點，其中該組織測量點先被降低至該零點位置，並 接著以一已知之值更進一步降低，以放置該受測者 界面使能更深入該組織測量點。 5 4.如申請專利範圍第5 2項所述之方法，其中用於升降 該平台之手段包含一線形引動裝置，該線形引動裝 置係由一電動馬達所驅動。 5 5.如申請專利範圍第5 4項所述之方法，其中所述之電 動馬達是數位控制的。 第30頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -Ί--------丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂i 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533308 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 5 6.如申請專利範圍第5 2項所述之方法，其中所述用以 升降該平台之手段包含以下其中之一種： 一手曲柄； 一槓桿手臂； 一剪式千金頂； 一連接線性傳動機制之絞鏈；和 一螞桿傳動。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   —I n —Bi I ^ ^ I eiHi ^Mmf βϋ 一 f 1 i·,· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第31頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）