TWI758891B - 濃度感測系統與方法 - Google Patents

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TWI758891B TW109134250A TW109134250A TWI758891B TW I758891 B TWI758891 B TW I758891B TW 109134250 A TW109134250 A TW 109134250A TW 109134250 A TW109134250 A TW 109134250A TW I758891 B TWI758891 B TW I758891B
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Abstract

本發明提出一種濃度感測系統。光源用以發出光線，這些光線通過第一偏振狀態改變模組以後射向生物組織以產生響應光線，響應光線通過第二偏振狀態改變模組以後由感測器所接收。計算模組用以根據響應光線計算出對應生物組織的穆勒矩陣，根據穆勒矩陣計算出對應生物組織的非偏振指數，根據非偏振指數計算出光學路徑長度，並根據光學路徑長度計算對應生物組織中一物質的濃度。

Description

濃度感測系統與方法
本揭露是關於非侵入式的濃度感測方法。
糖尿病是當今的主要醫療保健問題，在全世界發病率迅速上升並帶來巨大的經濟影響。目前產業界已經提出了許多技術，可通過測量人血中的葡萄糖濃度來檢測糖尿病，市場上大多數可用的葡萄糖監測傳感器都是基於侵入式針頭的葡萄糖傳感器，侵入性的刺針方法產生了對尖銳物體的恐懼，過度的疼痛，皮膚刺激，患者感染的危險，並且大量的針刺可能損壞手指組織。近年來，研究重點轉向無痛光學非侵入式技術的發展，目前已經開發了多種非侵入性技術來利用身體組織(指尖，皮膚，眼淚和唾液)直接檢測葡萄糖濃度。
自1980年以來，臨床已批准對糖尿病患者的糖化血色素(HbA1c)濃度進行測量。血液中的糖稱為葡萄糖，當葡萄糖與紅細胞的血紅蛋白結合時，稱為糖化血紅蛋白或糖化血色素。糖化血色素測試顯示患者最近3個月的平均血糖水平，3個月是紅細胞的壽命。如何提出一種非侵入 式的糖化血色素的量測方法，為此領域技術人員所關心的議題。
本發明的實施例提出一種濃度感測系統，包括至少一光源、第一偏振狀態改變模組、感測器、第二偏振狀態改變模組與計算模組。光源用以發出至少一光線。第一偏振狀態改變模組設置於光源與生物組織之間，其中上述的光線通過第一偏振狀態改變模組以後射向生物組織以產生響應光線。第二偏振狀態改變模組設置於感測器與生物組織之間，其中響應光線通過第二偏振狀態改變模組以後由感測器所接收。計算模組通訊連接至感測器，用以根據響應光線計算出對應生物組織的穆勒矩陣，根據穆勒矩陣計算出對應生物組織的非偏振指數，根據非偏振指數計算出光學路徑長度，並根據響應光線的強度與光學路徑長度計算對應生物組織中一物質的濃度，此物質會吸收至少部分的光線。
在一些實施例中，計算模組根據以下數學式1計算光學路徑長度。
[數學式1]△=e -L/l
其中△為非偏振指數，L為生物組織的長度，l為光學路徑長度。
在一些實施例中，上述的光線包括第一波長的第一 光線與第二波長的第二光線。上述的響應光線包括第一響應光線與一第二響應光線。計算模組根據以下數學式2計算物質的濃度。
Figure 109134250-A0305-02-0005-1
其中
Figure 109134250-A0305-02-0005-39
為第一響應光線的強度，
Figure 109134250-A0305-02-0005-40
為第二響應光線的強度，
Figure 109134250-A0305-02-0005-41
為物質對於第一波長的莫爾吸收係數，
Figure 109134250-A0305-02-0005-43
為物質對於第二波長的莫爾吸收係數，x為物質的濃度。
在一些實施例中，上述的光源為可調式光源，用以根據控制訊號在不同的時間分別發出第一光線與第二光線。
在一些實施例中，上述的光線具有第一波長，計算模組根據以下數學式3計算物質的濃度。
Figure 109134250-A0305-02-0005-2
其中I o1為光線的強度，
Figure 109134250-A0305-02-0005-44
為響應光線的強度，
Figure 109134250-A0305-02-0005-45
為物質對於第一波長的莫爾吸收係數，x為物質的濃度。
在一些實施例中，計算模組將穆勒矩陣中的每個元素除以穆勒矩陣中第一行第一列的元素以取得一正規化矩陣，並根據穆勒矩陣與正規化矩陣計算出一平均吸收度。計算模組根據以下數學式4計算物質的濃度。
Figure 109134250-A0305-02-0005-3
其中
Figure 109134250-A0305-02-0006-46
為對應第一波長的比例常數，
Figure 109134250-A0305-02-0006-47
為平均吸收度。
在一些實施例中，上述的穆勒矩陣包括第一穆勒矩陣與第二穆勒矩陣。計算模矩根據第一穆勒矩陣與第二穆勒矩陣分別計算出兩個正規化矩陣，藉此計算出對應第一波長的平均吸收度與對應第二波長的平均吸收度。計算模組根據以下數學式5計算物質的濃度。
Figure 109134250-A0305-02-0006-4
其中
Figure 109134250-A0305-02-0006-48
為物質對於第一波長的莫爾吸收係數，
Figure 109134250-A0305-02-0006-49
為物質對於第二波長的莫爾吸收係數，
Figure 109134250-A0305-02-0006-50
為對應第一波長的比例常數，
Figure 109134250-A0305-02-0006-51
為對應第二波長的比例常數，
Figure 109134250-A0305-02-0006-52
為對應第一波長的平均吸收度，
Figure 109134250-A0305-02-0006-53
為對應第二波長的平均吸收度。
在一些實施例中，上述的感測器為感光耦合元件感測器或互補性氧化金屬半導體感測器。濃度感測系統為穿戴裝置。
在一些實施例中，上述的物質為糖化血色素或血糖。
以另一個角度來說，本發明的實施例提出一種糖化血色素的濃度感測方法，包括：透過至少一個光源發出這少一光線，這些光線通過第一偏振狀態改變模組射向一生物組織以分別產生響應光線，響應光線通過第二偏振狀態改變模組以後由一感測器所接收；根據響應光線計算出對應生物組織的穆勒矩陣；根據穆勒矩陣計算出對應生物組 織的非偏振指數；根據非偏振指數計算出一光學路徑長度；以及根據響應光線的強度與光學路徑長度計算對應生物組織中一物質的濃度。
在上述的系統與方法中，可以用非侵入式的方式計算生物組織中一物質的濃度，並且可以縮小系統的體積以實作成穿戴式裝置。
100:濃度感測系統
110:光源
120:第一偏振狀態改變模組
121:線性偏振片
122,123:雙折射板
130:生物組織
140:第二偏振狀態改變模組
141,142:雙折射板
143:線性偏振片
150:感測器
160:計算模組
201~205,211,212:步驟
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
[圖1]是濃度感測系統的示意圖。
[圖2A]是根據一實施例繪示濃度量測方法的流程圖。
[圖2B]是根據一實施例繪示濃度量測方法的流程圖。
[圖3]是根據一實施例繪示實驗結果的表格。
[圖4]與[圖5]是根據實施例繪示實驗結果的曲線圖。
關於本文中所使用之「第一」、「第二」等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。
圖1是濃度感測系統的示意圖。請參照圖1，濃度感測系統100包括了光源110、第一偏振狀態改變模組120、第二偏振狀態改變模組140、感測器150與計算模組160。第一偏振狀態改變模組120設置於光源110與生 物組織130之間，第二偏振狀態改變模組140設置於生物組織130與感測器150之間。
光源110是用以提供特定波長的光線。在一些實施例中光源110可以發射出寬頻(broad-spectrum)光線。在一些實施例中光源110可以是可調式光源，用以根據一控制訊號在不同的時間分別發出不同波長的光線。在一些實施例中光源110的數目大於一，每個光源用以發出單一波長的光線，這些光源可以同時或是不同時地發射出光線。光源110可以是任意合適的雷射或是發光二極體。
第一偏振狀態改變模組120是用以改變光線的偏振狀態。在此實施例中，第一偏振狀態改變模組120包括了線性偏振片121、雙折射板(birefringent plats)122、123。線性偏振片121的角度為0度，雙折射板122的光學軸是45度，而雙折射板123的光學軸是0度。第一偏振狀態改變模組120也可以稱為偏振狀態產生器(polarization state generator，PSG)。
生物組織130可以是手指指尖、任意部位的皮膚、眼淚和唾液等等，本揭露並不在此限。光線經過第一偏振狀態改變模組120以後射向生物組織130以產生響應光線131，此響應光線131可以是穿透光線或是反射光線。在此實施例中是要量測生物組織130中一物質的濃度，此物質會吸收至少一部份的光線。在以下的實施例中此物質為糖化血色素，但在其他實施例中也可以替換為血糖或其他具有吸收特性的物質。
第二偏振狀態改變模組140包括了雙折射板141、142與線性偏振片143。雙折射板141的光學軸為0度，雙折射板142的光學軸為45度，線性偏振片143的角度為90度。雙折射板141、142的材料相同於雙折射板122、123的材料。在一些實施例中，雙折射板141、142的厚度大於雙折射板122、123的厚度，例如雙折射板141、142的厚度是雙折射板122、123厚度的5倍。第二偏振狀態改變模組140也可以稱為偏振分析產生器(polarization state analyzer，PSA)。在一些實施例中，第一偏振狀態改變模組120與第二偏振狀態改變模組140中也可以包括用以改變光偏振狀態的任意裝置，例如為液晶、光電調變器、壓力式調變器、磁力式調變器等。
感測器150可為感光耦合元件感測器或互補性氧化金屬半導體感測器。上述的響應光線131通過第二偏振狀態改變模組140以後由感測器150所接收，感測器150可以量測到響應光線的強度。
計算模組160可以是任意的控制器、處理器、電路、電腦或伺服器。計算模組160透過有線或無線的方式通訊連接至光源110與感測器150，並接受感測器150所量測的數值。計算模組160會根據所接受到的響應光線的強度來計算出對應於生物組織130的穆勒矩陣，詳細計算方式可參照DUBREUIL,Matthieu,et al.Snapshot Mueller matrix polarimeter by wavelength polarization coding.Optics express, 2007,15.21：13660-13668。然而，在其他實施例中也可以採用其他快照(snapshot)式的計算方法來計算出穆勒矩陣，而第一偏振狀態改變模組120與第二偏振狀態改變模組140都可以作相對應的調整。以下說明如何根據穆勒矩陣與響應光線的強度來計算出糖化血色素濃度。
首先須說明的是史托克斯向量(stokes vector)與穆勒矩陣(Mueller matrix)。一個史托克斯向量具有4個參數，一般表示為S0、S1、S2、S3，參數S0指的是光線(電磁波)中電場在兩個相互垂直的方向上的能量的相加，而參數S1指的是電場在這兩個方向上能量的相減，而參數S2、S3是用以補足偏振的角度與旋轉方向等資訊。然而，本領域具有通常知識者當可理解史托克斯向量的定義，在此不再詳細贅述。
一般的光學取樣可表示為Sout=M×Sin，其中Sin為射向生物組織的光線的史托克斯向量，Sout為從生物組織反射或穿透的響應光線的史托克斯向量，而生物組織的光學特性可以表示為穆勒矩陣M(以下亦稱宏觀穆勒矩陣)，如以下數學式(1)所示。
Figure 109134250-A0305-02-0010-5
穆勒矩陣M可以進一步透過多個微分穆勒矩陣來描述不同的光學性質。在此假設光線是沿著右手笛卡爾(right-handed Cartesian)座標系統的Z軸傳遞。微分 穆勒矩陣可由以下數學式(2)所計算。
Figure 109134250-A0305-02-0011-6
其中m表示微分穆勒矩陣。另外，穆勒矩陣M與微分穆勒矩陣m的特性向量(eigenvectors)分別表示為V M和V m；穆勒矩陣M與微分穆勒矩陣m的特性值(eigenvalues)分別表示為λM和λ m 。假設初始狀態的穆勒矩陣M Z=0具有單位矩陣的形式，則特性值λM和λ m 會有以下數學式(3)的關係，藉此可以算出特性值λ m 。
Figure 109134250-A0305-02-0011-38
若把多個特性值λ m 組成對角矩陣m λ，則可以根據以下數學式(4)對於穆勒矩陣M進行特性分析以計算出微分穆勒矩陣m。
Figure 109134250-A0305-02-0011-7
根據上述的微分穆勒矩陣分析，一般的非等向性(anistropic)樣本可以被分為16種不同的元素(elements)，而每個元素是用不同的角度來描述基本的光學行為。在此，M LB、M CB、M LD、M CD是分別用來描述線性雙折射(linear birefringence，LB)、旋性雙折射(circular birefringence，CB)、線性雙衰減(linear dichroism，LD)與旋性雙衰減(circular dichroism，CD)等光學特性的宏觀穆勒矩陣。微分矩陣 m BD所表示的是結合LB、CB、LD、CD光學特性的複合樣本，可表示如以下數學式(5)。
Figure 109134250-A0305-02-0012-8
其中d表示樣本的厚度，α與β分別是LB特性的旋轉角度(orientation angle)與相位延遲(phase retardation)。γ是CB特性的光學旋轉角(optical rotation angle)。θd與D分別是LD特性的旋轉角度與線性雙衰減。R是CD特性的旋性振幅異向(circular amplitude anisotropy)，R是大於等於-1且小於等於1。更具體來說，R=(rR-r L )/(r R +r L )，其中rR與r L 分別是右旋圓偏振光與左旋圓偏振光的吸收率(absorption)。
此外，在非偏振非等向性(depolarizing anisotropic)的介質中，描述非偏振效應的微分穆勒矩陣可表示為以下數學式(6)。
[數學式6]
Figure 109134250-A0305-02-0013-9
其中對角化的非偏振可表示為不同的參數
Figure 109134250-A0305-02-0013-54
、
Figure 109134250-A0305-02-0013-55
、
Figure 109134250-A0305-02-0013-56
。而異常雙衰減(anomalous dichroism)與異常非偏振(anomalous depolarization)則分別表示為參數
Figure 109134250-A0305-02-0013-59
與
Figure 109134250-A0305-02-0013-60
。
將上述數學式(5)、(6)相加，則用來描述非等向性光學樣本的LB、CB、LD、CD與非偏振等光學特性的微分穆勒矩陣可表示為以下數學式(7)。
Figure 109134250-A0305-02-0013-10
在系統操作中，穆勒矩陣M是根據上述快照式方法所計算出，而微分穆勒矩陣可根據數學式(4)來計算出。數學式(4)所計算出的微分穆勒矩陣會相等於數學式(7)的微分矩陣，藉此可以計算出多個光學參數來描述樣本的非等向性行為。透過這樣的作法，旋轉角度α、相位延遲β、光學旋轉角γ、旋轉角度θd、線性雙衰減D與旋性振幅異向R可分別表示為以下數學式(8)~(13)。
[數學式8]
Figure 109134250-A0305-02-0014-11
Figure 109134250-A0305-02-0014-12
Figure 109134250-A0305-02-0014-13
Figure 109134250-A0305-02-0014-14
Figure 109134250-A0305-02-0014-15
Figure 109134250-A0305-02-0014-16
類似地，描述非偏振效應的微分穆勒矩陣可表示為以下數學式(14)。
Figure 109134250-A0305-02-0014-17
根據上述數學式(4)，對微分矩陣m △執行反向的微分計算以後，宏觀的穆勒矩陣M △可表示為以下數學式(15)。
Figure 109134250-A0305-02-0015-18
其中K22與K33分別是線性非偏振的程度(degree of linear depolarization)，而K44是旋性非偏振的程度。一般來說，非偏振的程度是量化為非偏振指數(depolarization index，△)，當此非偏振指數為0時表示非偏振樣本，當此非偏振指數為1時表示理想的非偏振器(depolarizer)。此非偏振指數可表示為以下數學式(16)。
Figure 109134250-A0305-02-0015-19
接下來，可以根據非偏振指數計算出光學路徑長度。以下將光學路徑長度表示為l，生物組織130的長度為L，有些光線會穿透光線而不經過體散射(bulk scattering)，沒有被散射的比率即是非偏振指數。在此假設光線在生物組織130中前進了距離x，因此被散射的機率可以表示為以下數學式(17)。
[數學式17]p(x)=1-e -x/l
換言之，光線前進距離x而沒有被散射的機率可以表示為以下數學式(18)。
[數學式18]1-p(x)=e -x/l
當設定x=L，光線經過整個生物組織130而沒有被散射的機率可以表示為以下數學式(19)。因此，把非偏振指數帶入數學式(19)便可以得到光學路徑長度l。
[數學式19]△=e -L/l
接下來，根據響應光線以及上述的光學路徑長度可以計算出糖化血色素濃度。具體來說，糖化血色素濃度跟光線的吸收率有關，特別是對波長535奈米與595奈米的光線反應較為靈敏，以下是根據吸收率的定義堆導出計算公式。在一些實施例中，光源110可發出第一波長的第一光線與第二波長的第二光線，在此實施例中第一波長為535奈米，而第二波長為595奈米，但本揭露並不在此限。第一光線的強度表示為I o1，第二光線的強度表示為I o2。另外，對應於第一波長的第一響應光線的強度表示為
Figure 109134250-A0305-02-0016-61
，對應於第二波長的第二響應光線的強度表示為
Figure 109134250-A0305-02-0016-62
。對應於第一波長的吸收率為
Figure 109134250-A0305-02-0016-66
，而對應於第二波長的吸收率為
Figure 109134250-A0305-02-0016-63
。吸收率
Figure 109134250-A0305-02-0016-64
的定義如以下數學式(20)，同樣的吸收率
Figure 109134250-A0305-02-0016-65
的定義如以下數學式(21)。
Figure 109134250-A0305-02-0016-20
[數學式21]
Figure 109134250-A0305-02-0017-21
其中
Figure 109134250-A0305-02-0017-67
為糖化血色素對於第一波長的莫爾吸收係數，
Figure 109134250-A0305-02-0017-71
糖化血色素對於第二波長的莫爾吸收係數，x為糖化血色素濃度。在此設定第一光線的強度I o1相同於第二光線的強度I o2，因此第一響應光線的強度
Figure 109134250-A0305-02-0017-69
相對於第二響應光線的強度
Figure 109134250-A0305-02-0017-70
的比值如以下數學式(22)所示。
Figure 109134250-A0305-02-0017-24
換言之，將響應光線的強度
Figure 109134250-A0305-02-0017-72
、
Figure 109134250-A0305-02-0017-73
、光學路徑長度l以及莫爾吸收係數
Figure 109134250-A0305-02-0017-74
、
Figure 109134250-A0305-02-0017-75
代入數學式(22)便可以得到糖化血色素濃度x。
在上述的實施例中因為採用響應光線強度的比值，因此不需要取得第一光線與第二光線的強度I o1、I o2。在其他實施例中，光源110會發出單波長的光線，其強度為I o1，計算模組160可以根據發送給光源110的控制訊號取得強度I o1。接下來，將強度I o1、響應光線的強度
Figure 109134250-A0305-02-0017-76
、光學路徑長度l以及莫爾吸收係數
Figure 109134250-A0305-02-0017-77
代入數學式(20)便可以得到濃度x。
在上述利用吸收度定義來計算濃度的做法中並沒有考慮散射與反射，因此在以下的實施例中透過穆勒矩陣來計算所需要的參數。首先，參照以下的數學式(23)~(24)，其中H為含有多個光學參數之矩陣，LD、CD、CB、與LB分別表示線性雙衰減、旋性雙衰減、旋性雙折射與線性 雙折射，Ae為平均吸收度。換言之，穆勒矩陣M中含有吸收度之參數。
[數學式23] M =e -H
Figure 109134250-A0305-02-0018-25
數學式(23)可以經由泰勒展開式寫成以下數學式(25)，其中矩陣F為穆勒矩陣M正規化後的矩陣，也就是說將穆勒矩陣M中所有的元素都除以第一行第一列的元素M11，這使得正規化矩陣F中M11=1。從數學式(25)可以推導出數學式(26)，其中det( )是用以計算矩陣的行列式(determinant)，也就是說根據穆勒矩陣M與正規化矩陣F可以計算出平均吸收度Ae，在此可以依照精準度的需求決定矩陣F的級數，當採用越高的級數時誤差越小。
Figure 109134250-A0305-02-0018-28
Figure 109134250-A0305-02-0018-30
圖3是根據一實施例繪示實驗結果的表格。圖4與圖5是根據一實施例繪示實驗結果的曲線圖。在此是取得已知濃度的樣本，透過上述的方法來計算出平均吸收度Ae，藉此說明此方法的可行性。在圖3中，I為輸入光線的強度，I0為響應光線的強度。根據圖3中的第一欄與第 二欄可以繪製圖4，其中橫軸為濃度，縱軸為平均吸收度，可以看出兩者之間基本上為線性關係。另一方面，根據圖3中的第一欄與最後一欄可以繪製圖5，其中橫軸為濃度，縱軸為-1n(I/I0)，兩者之間基本上也是線性關係。當光線波長為λ n時，透過穆勒矩陣所算出的平均吸收度表示為
Figure 109134250-A0305-02-0019-78
，而透過光強度所算出的吸收度表示為
Figure 109134250-A0305-02-0019-79
，兩者之間不相等但存在一比例關係，可以表示為以下數學式(27)，其中n為正整數。
Figure 109134250-A0305-02-0019-80
Figure 109134250-A0305-02-0019-81
為比例常數，此比例常數
Figure 109134250-A0305-02-0019-82
可以經由實驗取得。如此一來，上述的數學式(22)可以改寫為以下數學式(28)。
Figure 109134250-A0305-02-0019-31
換言之，根據上述的第一光線與第二光線可以計算出各自的穆勒矩陣M，根據這兩個穆勒矩陣可以分別算出兩個正規化矩陣，藉此計算出兩個平均吸收度
Figure 109134250-A0305-02-0019-84
、
Figure 109134250-A0305-02-0019-85
，將這兩個平均吸收度與對應的比例常數
Figure 109134250-A0305-02-0019-86
,
Figure 109134250-A0305-02-0019-87
、光學路徑長度l、莫爾吸收係數
Figure 109134250-A0305-02-0019-88
、
Figure 109134250-A0305-02-0019-89
代入數學式(28)便可以得到糖化血色素的濃度x，如以下數學式(29)所示。
Figure 109134250-A0305-02-0019-32
在一些實施例中，也可利用單一波長計算濃度，如數學式(30)所示。
Figure 109134250-A0305-02-0020-33
在一些實施例中，第一偏振狀態改變模組120與第二偏振狀態改變模組140只包含被動式的元件，也就是說這些元件不需要其他控制訊號來驅動，如此一來可以縮小濃度感測系統100的體積。在一些實施例中，濃度感測系統100可以實作為穿戴裝置，例如智慧手環、智慧手表、在一些實施例中也可以實做為任意形式的電子裝置，本揭露並不在此限。
圖2A是根據一實施例繪示濃度量測方法的流程圖。請參照圖2A，在步驟201，透過至少一個光源發出至少一光線，其中光線通過第一偏振狀態改變模組射向一生物組織以產生響應光線，響應光線通過第二偏振狀態改變模組以後由一感測器所接收。在步驟202，根據響應光線計算出對應生物組織的穆勒矩陣。在步驟203，根據穆勒矩陣計算出對應生物組織的非偏振指數。在步驟204，根據非偏振指數計算出一光學路徑長度。在步驟205，根據響應光線的強度與光學路徑長度計算對應生物組織中一物質的濃度。
圖2B是根據一實施例繪示濃度量測方法的流程圖。請參照圖2B，其中步驟201~204已經描述如上。在步驟211中，根據穆勒矩陣計算出平均吸收度，另外在步 驟212中，根據平均吸收度與光學路徑長度計算對應生物組織中一物質的濃度。圖2A與圖2B的共通點在於根據光學路徑長度計算物質的濃度。
然而，圖2A與圖2B中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖2A與圖2B中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本發明並不在此限。此外，圖2A與圖2B的方法可以搭配以上實施例使用，也可以單獨使用。換言之，圖2A與圖2B的各步驟之間也可以加入其他的步驟。
在上述的系統與方法中，可以用非侵入式的方式計算出生物組織中物質的濃度，此外基於非偏振指數計算出的濃度更為精準。在一些實施例中也可以縮小系統的體積以實作成穿戴式裝置。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
201~204,211,212:步驟

Claims (10)

  1. 一種濃度感測系統，包括：至少一光源，用以發出至少一光線；一第一偏振狀態改變模組，設置於該至少一光源與一生物組織之間，其中該至少一光線通過該第一偏振狀態改變模組以後射向該生物組織以產生至少一響應光線；一感測器；一第二偏振狀態改變模組，設置於該感測器與該生物組織之間，其中該至少一響應光線通過該第二偏振狀態改變模組以後由該感測器所接收；以及一計算模組，通訊連接至該感測器，用以根據該至少一響應光線計算出對應該生物組織的至少一穆勒矩陣，根據該至少一穆勒矩陣計算出對應該生物組織的非偏振指數，根據該非偏振指數以及該生物組織的長度計算出一光學路徑長度，並根據該光學路徑長度計算對應該生物組織中一物質的濃度，其中該物質吸收至少部分的該至少一光線。
  2. 如請求項1所述之濃度感測系統，其中該計算模組根據以下數學式1計算該光學路徑長度，[數學式1]△=e -L/l 其中△為該非偏振指數，L為該生物組織的該長度，l為該光學路徑長度。
  3. 如請求項2所述之濃度感測系統，其中該至少一光線包括第一波長的第一光線與第二波長的第二光線，該至少一響應光線包括一第一響應光線與一第二響應光線，該計算模組根據以下數學式2計算該物質的濃度，
    Figure 109134250-A0305-02-0024-34
     其中
    Figure 109134250-A0305-02-0024-90
    為該第一響應光線的強度，
    Figure 109134250-A0305-02-0024-91
    為該第二響應光線的強度，
    Figure 109134250-A0305-02-0024-94
    為該物質對於該第一波長的莫爾吸收係數，
    Figure 109134250-A0305-02-0024-93
    為該物質對於該第二波長的莫爾吸收係數，x為該物質的濃度。
  4. 如請求項3所述之濃度感測系統，其中該至少一光源為一可調式光源，用以根據一控制訊號在不同的時間分別發出該第一光線與該第二光線。
  5. 如請求項2所述之濃度感測系統，其中該至少一光線具有第一波長，該計算模組根據以下數學式2計算該物質的濃度，
    Figure 109134250-A0305-02-0024-35
     其中I o1為該至少一光線的強度，
    Figure 109134250-A0305-02-0024-95
    為該至少一響應光線的強度，
    Figure 109134250-A0305-02-0024-96
    為該物質對於該第一波長的莫爾吸收係數，x為該物質的濃度。
  6. 如請求項2所述之濃度感測系統，其中該至少一光線具有第一波長，該計算模組將該至少一穆勒矩陣中的每個元素除以該穆勒矩陣中第一行第一列的元素以取得一正規化矩陣，並根據該穆勒矩陣與該正規化矩陣計算出一平均吸收度，該計算模組根據以下數學式2計算該物質的濃度，
    Figure 109134250-A0305-02-0025-36
     其中
    Figure 109134250-A0305-02-0025-97
    為該物質對於該第一波長的莫爾吸收係數，
    Figure 109134250-A0305-02-0025-98
    為對應該第一波長的比例常數，
    Figure 109134250-A0305-02-0025-99
    為該平均吸收度，x為該物質的濃度。
  7. 如請求項2所述之濃度感測系統，其中該至少一光線包括第一波長的第一光線與第二波長的第二光線，該至少一穆勒矩陣包括第一穆勒矩陣與第二穆勒矩陣，其中該計算模矩根據該第一穆勒矩陣與該第二穆勒矩陣分別計算出兩個正規化矩陣，藉此計算出對應該第一波長的平均吸收度與對應該第二波長的平均吸收度，該計算模組根據以下數學式2計算該物質的濃度，
    Figure 109134250-A0305-02-0025-37
     其中
    Figure 109134250-A0305-02-0025-100
    為該物質對於該第一波長的莫爾吸收係數，
    Figure 109134250-A0305-02-0025-101
    為該物質對於該第二波長的莫爾吸收係數，
    Figure 109134250-A0305-02-0025-102
    為對應該第一 波長的比例常數，
    Figure 109134250-A0305-02-0026-103
    為對應該第二波長的比例常數，
    Figure 109134250-A0305-02-0026-104
    為對應該第一波長的該平均吸收度，
    Figure 109134250-A0305-02-0026-105
    為對應該第二波長的平均吸收度，x為該物質的濃度。
  8. 如請求項1所述之濃度感測系統，其中該感測器為感光耦合元件感測器或互補性氧化金屬半導體感測器，該濃度感測系統為一穿戴裝置。
  9. 如請求項1所述之濃度感測系統，其中該物質為糖化血色素或血糖。
  10. 一種濃度感測方法，包括：透過至少一光源發出至少一光線，其中該至少一光線通過一第一偏振狀態改變模組射向一生物組織以產生至少一響應光線，該至少一響應光線通過一第二偏振狀態改變模組以後由一感測器所接收；根據該至少一響應光線計算出對應該生物組織的至少一穆勒矩陣；根據該至少一穆勒矩陣計算出對應該生物組織的非偏振指數；根據該非偏振指數以及該生物組織的長度計算出一光學路徑長度；以及根據該光學路徑長度計算對應該生物組織的一物質的濃度，其中該物質吸收至少部分的該至少一光線。
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