СПОСОБ ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО АНАЛИЗА КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА В ТЕЛЕ Российский патент 2015 года по МПК A61B5/1455 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Эта заявка представляет собой частичное продолжение Патентной Заявки США с серийным No.12/607,903, озаглавленной "Устройство и Способ для Неинвазивного Измерения Вещества в пределах тела" и поданной 28 октября 2009 г., и Заявки с серийным No.12/101,859, озаглавленной "Устройство и Способы для Неинвазивного Измерения Вещества в пределах Тела" и поданной 11 апреля 2008 г. Каждая из этих заявок полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящая заявка относится в целом к неинвазивному измерению различных веществ в теле, например, измерению концентрации глюкозы в человеческом теле и более конкретно к способу, использующему электрооптическую систему для неинвазивного анализа концентрации вещества в теле.

[0003] Спектроскопические методики, использующие инфракрасное ("IR") излучение, известны в предшествующем уровне техники и широко использовались для неинвазивного измерения концентрации анализируемых веществ в теле. В частности, эти методики использовались для неинвазивного измерения концентрации глюкозы и других составляющих человеческого кровотока.

[0004] Инфракрасные спектры включают в себя ближнюю инфракрасную область (приблизительно 1-3 микрон), среднюю инфракрасную область (приблизительно 3-6 микрон), дальнюю инфракрасную область (приблизительно 6-15 микрон) и пограничную инфракрасную область (приблизительно 15-100 микрон). Типичные измерительные приборы предшествующего уровня техники для измерения глюкозы и неинвазивных измерений других составляющих крови работают в ближней инфракрасной области, где поглощение инфракрасной энергии глюкозой и другими составляющими крови относительно мало. Однако известно, что глюкоза и другие составляющие крови имеют ярко выраженные и хорошо различимые спектры поглощения в средней и дальней инфракрасных областях.

[0005] В нескольких патентах раскрываются способы для неинвазивного измерения концентрации вещества, например, глюкозы, например, в кровотоке, используя инфракрасные системы и способы детектирования. Однако ни один из раскрытых способов не рассматривает способ анализа концентрации вещества в теле, причем инфракрасные излучения от поверхности тела измеряются во множестве временных интервалов, тогда как температура поверхности изменяется от одной температуры до второй температуры.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Настоящая заявка раскрывает способ для анализа и определения, неинвазивного, концентрации вещества в теле. В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего раскрытия способ содержит этапы изменения температуры поверхности тела от одной температуры до второй температуры, затем изменения температуры поверхности тела от второй температуры назад, к первой температуре. Измерения инфракрасного излучения, поглощаемого или испускаемого телом в первом диапазоне длин волн в заданных интервалах времени во время изменения температуры поверхности тела от второй температуры назад, к первой температуре. Измерение инфракрасного излучения, поглощаемого или испускаемого телом во втором диапазоне длин волн в заданных интервалах времени во время изменения температуры поверхности тела от второй температуры до первой температуры. Способ дополнительно содержит измерение температуры на поверхности тела и измерение температуры окружающей среды. Способ дополнительно содержит этапы вычисления нормированного параметра отношения, основанного на IR излучении, измеренном для первого диапазона длин волн, IR излучении, измеренном для второго диапазона длин волн, температуры поверхности тела и температуры окружающей среды и определении концентрации вещества в теле посредством установления корреляции нормированного параметра отношения с температурой поверхности тела и температурой окружающей среды. Эмпирически составленная таблица соответствия может быть использована для установления корреляции нормированного параметра отношения с концентрацией вещества в теле.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Нижеследующие чертежи, на которых подобные цифровые обозначения соответствуют подобным элементам, являются частью настоящей спецификации и включены для дополнительной демонстрации определенных объектов настоящего раскрытия. Эти варианты осуществления отображают новые и неочевидные объекты раскрытия, показанного на сопровождающих чертежах, служащих только в качестве иллюстраций. Раскрытие может быть лучше понято в связи с одним или несколькими этими чертежами в комбинации с подробным приведенным описанием представляемых здесь конкретных вариантов осуществления.

[0008] Фиг. 1 изображает график инфракрасного излучения, испускаемого от гипотетического тела и поглощаемого гипотетическим телом в данном спектре;

[0009] Фиг. 2 - график дальнего инфракрасного излучения, испускаемого от гипотетического тела и поглощаемого гипотетическим телом и абсолютно черным телом в данном спектре;

[0010] Фиг. 3 - блок-схема, иллюстрирующая один вариант осуществления системы для неинвазивного измерения концентрации вещества в теле;

[0011] Фиг. 4 - перспективный вид оптического устройства и детектирующего устройства на Фиг. 3, иллюстрирующий траекторию прохождения электромагнитных лучей между телом и детектором;

[0012] Фиг. 5 - блок-схема, иллюстрирующая другой вариант осуществления системы для неинвазивного измерения концентрации вещества в теле;

[0013] Фиг. 6 - блок-схема, иллюстрирующая управляющую электронику для систем, показанных на Фиг. 3 и 5;

[0014] Фиг. 7 - график, показывающий функцию восстановления температуры человеческой кожи по измерениям с оптической системой и детектирующей системой на Фиг. 3, 4 и 5; и

[0015] Фиг. 8 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая один вариант осуществления настоящего способа анализа концентрации вещества в теле.

[0016] Эти и другие варианты осуществления настоящей заявки рассматриваются более подробно в описании. Признаки, функции и преимущества могут быть достигнуты независимо в различных вариантах осуществления настоящего раскрытия или могут быть объединены и в других вариантах осуществления.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Варианты осуществления настоящего раскрытия предоставляют способы для неинвазивного анализа и измерения концентрации вещества в теле. В некоторых вариантах осуществления анализируемым веществом может быть глюкоза в человеческом кровотоке. Однако специалисты в данной области техники увидят, что данные способы могут быть использованы также и для анализа и измерения концентрации других веществ, например холестерина.

[0018] Все тела и все вещества поглощают и испускают инфракрасное ("IR") излучение. Величина IR излучения, поглощаемого или испускаемого на данной длине волны, изменяется в зависимости от температуры тела и температуры окружающей среды. На Фиг. 1 показан примерный график спектра эмиссии IR излучения для гипотетического тела, когда температура T_A окружающей среды равна x и температура T_B тела равна y. Как показано, для данной температуры окружающей среды и температуры тела тело легче испускает и поглощает IR излучение на определенных длинах волн, отображаемых пиками 10 в спектре, показанном кривой 12.

[0019] Спектры IR включают в себя ближнюю инфракрасную область (приблизительно 1-3 микрон), среднюю инфракрасную область (приблизительно 3-6 микрон), дальнюю инфракрасную область (приблизительно 6-15 микрон) и пограничную инфракрасную область (приблизительно 15-100 микрон). В некоторых веществах поглощение/эмиссия IR особенно заметны в дальнем инфракрасном ("FIR") спектре. Например, известно, что глюкоза и другие составляющие крови имеют значительные и различимые спектры поглощения и в средней, и в дальней инфракрасных областях. Таким образом, для измерения концентрации веществ, например, глюкозы в теле, удобно измерить испускаемое телом FIR излучение.

[0020] Варианты осуществления настоящих способов измеряют FIR излучение, поглощаемое или испускаемое телом в различных полосах, или диапазонах, длин волн. Первый диапазон длин волн (или диапазоны) выбирается как находящийся в диапазоне (или диапазонах), где представляющее интерес вещество, как известно, имеет существенные характеристики поглощения/эмиссии. Второй диапазон длин волн (или диапазоны) выбирается как находящийся в диапазоне (или диапазонах), где вещество, как известно, не имеет поглощения/эмиссии или имеет незначительные поглощение/эмиссию. В дополнительном варианте осуществления второй диапазон длин волн (или диапазоны) выбирается как находящийся целиком в спектре FIR поглощения/эмиссии тела.

[0021] В некоторых вариантах осуществления FIR измерения нормируются относительно абсолютно черного тела. Абсолютно черное тело, как должно быть ясно специалистам в данной области техники, представляет собой тело, которое поглощает и испускает излучение с теоретически единичным коэффициентом излучения. На Фиг.2 показан пример графика спектра FIR поглощения/эмиссии для гипотетического тела (сплошная кривая 20) и для абсолютно черного тела (пунктирная кривая 22). И для тела, и для абсолютно черного тела температура T_A окружающей среды - одна и та же. Аналогично, и для тела, и для абсолютно черного тела, температура T_B тела - одна и та же для каждого набора измерений. Пунктирные вертикальные линии определяют первый диапазон 24 длин волн, в котором, как это известно, вещество с измеряемой концентрацией имеет пик 26 FIR поглощения/эмиссии. Например, для глюкозы выбранный диапазон 24 может составлять приблизительно между 9,3 микрона и приблизительно 9,9 микрона.

[0022] В одном варианте осуществления настоящего раскрытия для анализа и измерения концентрации вещества температура площади поверхности тела, площади поверхностного слоя кожи на человеческом теле, например, изменяется от одной температуры до второй температуры в течение определенного периода времени (то есть как при нагревании или при охлаждении), и затем допускается восстановление или возврат от второй температуры до первой температуры за определенный период времени. Во время восстановления поверхностной температуры тела IR излучение от поверхности тела измеряется и в полосе длин волн для анализируемого вещества, и в полосе длин волн, не включающей в себя длину волны анализируемого вещества, в каждом из множества заданных интервалов времени. Результаты измерений наносятся на график как функция прошедшего времени относительно температуры поверхности, на двух кривых, одна для анализируемой полосы длин волн и одна для полосы длин волн, не включающей в себя анализируемую длину волны.

[0023] Разность между двумя кривыми или функциями, обусловленная вкладом эмиссии/поглощения анализируемого вещества на IR длине волны в теле может быть проанализирована, вычисляя значение функций для двух кривых в каждый момент времени измерения или определяя разность между константами для каждой из двух кривых. Среднее отношение двух измерений излучения после нормировки для замера черного тела сопоставляется с концентрацией желаемого вещества в теле, например, с концентрацией глюкозы в кровотоке человеческого тела, например.

[0024] На Фиг. 3 показана блок-схема системы 30 для неинвазивного измерения концентрации вещества в теле. В целом, показанный вариант осуществления данной системы 30 содержит детектор 32 инфракрасного ("IR") излучения, сборку 34 IR фильтра, устройство 36 нагревания и/или охлаждения и устройство 38 для измерения температуры окружающей среды. В некоторых вариантах осуществления IR детектор 32 измеряет температуру поверхности тела.

[0025] В одном варианте осуществления IR детектор 32 может содержать термоэлемент с коллимирующей оптикой. Однако специалисты в данной области техники увидят, что IR детектор 32 может содержать детектор другого типа, например, болометр. Показанная на Фиг. 3 система 30 дополнительно содержит дисплей 42 для отображения информации, например, для отображения концентрации вещества, измеренных параметров и другой представляющей интерес информации. В некоторых вариантах осуществления дисплей 42 может содержать жидкокристаллический дисплей ("LCD").

[0026] Снова обращаясь к Фиг. 3, сборка IR фильтра 34 устанавливается между телом и IR детектором 32. В показанном варианте осуществления сборка IR фильтра 34 содержит два фильтра 44, 46, хотя специалисты в данной области техники увидят, что сборка IR фильтра 34 может включать в себя любое число фильтров. Первый фильтр, фильтр 44, например, предпочтительно будет узкополосным фильтром, пропускающим длины волн спектральной характеристики измеряемого вещества. Второй фильтр, фильтр 46, например, предпочтительно будет узкополосным фильтром, пропускающим те длины волн спектральной характеристики, которые не чувствительны к измеряемому веществу. Например, в некоторых вариантах осуществления фильтр 46, ограничивает полосу пропускания до той области спектра, где нет эмиссии для измеряемого вещества (для глюкозы, например, полоса пропускания может составлять 10,5-15 мкм), тогда как фильтр 44 может иметь характеристику полосы пропускания эмиссии измеряемого вещества (для глюкозы, например, полоса пропускания может составлять 8,5- 10,5 мкм). В некоторых вариантах осуществления второй фильтр 46 может передать, например, все IR излучение между приблизительно 7 микронами и приблизительно 15 микронами.

[0027] В показанном варианте осуществления система 30 включает в себя приводной электродвигатель 52. В определенных вариантах осуществления приводной электродвигатель 52 может содержать соленоид. Приводной электродвигатель 52 сконфигурирован для обеспечения движущей силы для изменения положения сборки 34 фильтра относительно IR детектора 32. Активация приводного электродвигателя 52 дает возможность последовательно устанавливать фильтры 44, 46 между телом и IR детектором 32 при выполнении каждого измерения IR излучения.

[0028] На Фиг. 4 показан схематический перспективный вид конфигурации оптической подсистемы 13 и IR детектора 32 для показанной на Фиг. 3 системы 30, иллюстрирующий прохождение лучей IR излучения между телом 11 и детектором 32. Детектор 32 включает в себя детектирующий элемент 23, основание 25 детектора и электрические выводы 27 детектора. Конфигурация оптических компонентов и компонентов детектора спроектирована так, что изображение 12 чувствительной или активной области 47 детектора 15 создано на теле 11 в фокальной плоскости зеркала 31.

[0029] В некоторых вариантах осуществления область изображения 12 на поверхности тела 11 предпочтительно имеет диаметр приблизительно 6 мм. IR излучение, испускаемое от тела или отражаемое телом 11 на изображении 12 в луче 41, собирается и коллимируется зеркалом 31. IR излучение отражается зеркалом 31 и направляется к зеркалу 29 в сколлимированном пучке 43 параллельных лучей через фильтр 44 или фильтр 46. Фокальная плоскость зеркала 29 расположена на поверхности чувствительной области IR детектора 32. Пучок 43, достигающий зеркала 29, отражается и направляется как пучок 45 и фокусируется в фокальной плоскости зеркала 29, попадая на чувствительную область IR детектора 32.

[0030] Таким образом, оптическая подсистема 13 юстируется так, что изображение 12 располагается на поверхности тела 11 и пучок 41 IR излучения падает на чувствительную область IR детектора 32 через зеркало 31, фильтр 33 или фильтр 35 и зеркало 29.

[0031] В одном варианте осуществления зеркала 29 и 31 предпочтительно представляют собой девяностоградусные (90°) параболические внеосевые зеркала, покрытые золотом или другим подходящим отражающим материалом. Предпочтительно зеркало 29 будет иметь фокусное расстояние приблизительно один (1) дюйм и зеркало 31, будет иметь фокусное расстояние приблизительно три (3) дюйма. Другие, соответственно спроектированные отражающие зеркала могут быть использованы для оптической подсистемы 13, например, эллиптические зеркала или комбинации эллиптических и гиперболических зеркал.

[0032] Фильтр 44 и фильтр 46 устанавливаются в рамке 48, причем рамка 48 устанавливается между зеркалом 29 и зеркалом 31. Фильтры 44, 46 переключаются между положениями, пересекающими пучок 43, используя подходящий приводной механизм, например, электродвигатель, или устройство с пневматическим давлением, например, связанные с рамкой 48. В одном варианте осуществления электродвигатель 52 связан с рамкой 48 и располагает рамку 48 между зеркалом 29 и зеркалом 31 так, чтобы желаемый фильтр 44, 46 пересекал пучок 43.

[0033] На Фиг. 5 показана блок-схема альтернативного варианта осуществления данной системы 60. В системе 60 приводной электродвигатель 52 и сборка 34 фильтра заменены множеством IR детекторов с фиксированным положением. В приведенном варианте осуществления показаны два IR детектора 62, 64. Однако специалисты в данной области техники увидят, что может быть предоставлено любое число IR детекторов. В варианте осуществления на Фиг. 5 каждый IR детектор 62, 64 включает в себя свой собственный IR фильтр 66, 68 соответственно. Фильтры 66, 68 могут, например, быть по существу подобными двум фильтрам 44, 46, предоставленным в варианте осуществления Фиг. 3, относительно длин волн IR излучения, которые каждый фильтр пропускает. В варианте осуществления на Фиг. 5 имеется преимущество в том, что в сборке детектор/фильтр нет подвижных частей, и все измерения могут быть выполнены одновременно.

[0034] Снова обращаясь к Фиг. 3 и 5, показанные варианты осуществления данной системы 30, 60 включают в себя устройство 38 для измерения температуры окружающей среды. В некоторых вариантах осуществления устройство 38 измерения температуры окружающей среды может содержать термистор, например термистор с отрицательным температурным коэффициентом. Для простоты устройство 38 измерения температуры окружающей среды обозначается как термистор 38. Однако специалисты в данной области техники увидят, что устройство 38 измерения температуры окружающей среды может быть любым устройством, который подходит для измерения температуры окружающей среды, например, термопара. Хотя в показанных вариантах осуществления термистор 38 показан прикрепленным к IR детекторам 32 и 62, 64, специалисты в данной области техники увидят, что это не обязательно должно быть так. В некоторых вариантах осуществления термистор 38 измеряет температуру корпуса (не показано) IR детекторов 32 и 62, 64, которая обычно равна температуре окружающей среды.

[0035] На Фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая управляющую электронику для систем, показанных на Фиг. 3 и 5. Выходы 33 и 67, 69 IR детектора(-ов) 32 и 62, 64, выход 39 термистора 38 и управляющие входы 55, 56 приводного электродвигателя 52 и устройства 36 нагревания/охлаждения соответственно соединяются с управляющей электроникой 54. На Фиг. 6 показаны дополнительные детали управляющей электроники 54, которые включают в себя процессор 71 и память 72. Память 72 может включать в себя одну или несколько таблиц соответствия для вычисления и определения результатов измерений, выполняемых данной системой 30, 60. Например, память 72 может включать в себя эмпирически полученную таблицу соответствия, которая устанавливает корреляцию нормированного параметра отношения с концентрацией анализируемого в теле вещества. Один пример эмпирически полученной таблицы соответствия описан в ожидающей решения Патентной заявке США, серийный No.12/101,859, полностью включенной здесь в качестве ссылки. Процессор 71 может содержать центральный процессор ("CPU"), выполняющий внешнюю и/или встроенную программу. Альтернативно, процессор 71 может содержать одну или несколько специализированных для данного приложения интегральных схем ("ASIC"). Процессор 71 также управляет дисплеем 42 для отображения результатов, которые могут включать в себя концентрацию вещества, измерения, выполняемые IR детекторами 32 и 62, 64 и/или термистором 38, и другую представляющую интерес информацию. В варианте осуществления на Фиг. 6 процессор 71 также управляет приводом 74 электродвигателя, который, в свою очередь, управляет приводным электродвигателем 52, чтобы изменить положение сборки 34 фильтра относительно IR детектора 32.

[0036] Снова обращаясь к Фиг. 6, показанная управляющая электроника 54 включает в себя один или несколько переключателей 75 для переключения между каналами измерения. Например, переключатели 75 могут переключаться между первым каналом, который передает сигнал от IR детектора 32 или IR детекторов 62, 64, и вторым каналом, который передает сигнал от термистора 38. Процессор 71 управляет переключателями 75.

[0037] Показанная управляющая электроника 54 дополнительно включает в себя интегрирующий усилитель 77. Интегрирующий усилитель 77 усиливает напряжение, создаваемое IR детектором 32 или IR детекторами 62, 64, до измеряемого значения. Напряжение, создаваемое IR детектором 32 или IR детекторами 62, 64, пропорционально детектируемому IR излучению тела и может быть очень малым. Показанная управляющая электроника 54 дополнительно включает в себя компаратор 79. Компаратор 79, вместе с интегрирующим усилителем 77, преобразовывает напряжение от IR детектора 32 или IR детекторов 62, 64 во временной интервал, который обратно пропорционален входному напряжению и измеряется процессором 71.

[0038] Снова обращаясь к Фиг. 4 и 5, в некоторых вариантах осуществления устройство 36 нагревания/охлаждения содержит элемент 82 Пельтье, сконфигурированный для обеспечения желаемого количества тепла или холода, вентилятор 84 для подачи нагретого или охлажденного воздуха и раструб 86 для направления нагретого или охлажденного воздуха на поверхность тела. Однако специалисты в данной области техники увидят, что устройство 36 нагрева/охлаждения может быть любым пригодным для этого устройством.

[0039] Подача тепла или холода на поверхность (кожу) тела стимулирует поглощение или эмиссию IR излучения веществом, концентрация которого измеряется. В случае глюкозы, например, охлаждение кожи стимулирует поглощение IR излучения, тогда как нагрев кожи стимулирует эмиссию IR излучения. Устройство 36 нагревания/охлаждения нагревает или охлаждает поверхностную область тела от одной температуры до второй температуры и поддерживает поверхностную область при второй температуре в течение заданного периода времени. Устройство 36 нагревания/охлаждения может также быть использовано для нагревания или охлаждения поверхностной области для изменения температуры поверхности от второй температуры до первой температуры, или до промежуточной температуры, при управляемой скорости.

[0040] На Фиг. 7 показан график, иллюстрирующий функцию восстановления температуры поверхности тела, измеряемой показанными на Фиг. 3, 4 и 5 оптической системой и системой детектирования. Приведенный на Фиг. 7 график 70 иллюстрирует функцию восстановления температуры кожи, измеренной с электрооптической системой, использующей два IR фильтра. Верхняя кривая 73 описывает функцию восстановления температуры кожи от второй температуры до первой температуры, измеряемой с фильтром для первого диапазона длин волн, в котором анализируемое вещество имеет ярко выраженную характеристику поглощения/эмиссии. Нижняя кривая 76 описывает функцию восстановления температуры кожи от второй температуры до первой температуры, измеряемой с фильтром для второго диапазона длин волн, в котором анализируемое вещество или не имеет вовсе характерного спектра поглощения/эмиссии, или имеет незначительную спектральную характеристику поглощения/эмиссии.

[0041] Альтернативно, нижняя кривая 76 может описывать функцию восстановления температуры кожи от второй температуры до первой температуры, измеряемой с фильтром для всего FIR диапазона длин волн, включающего в себя и диапазон длин волн, в котором анализируемое вещество имеет ярко выраженную характеристику поглощения/эмиссии, и оставшийся диапазон длин волн, в котором анализируемое вещество или не имеет вовсе характерного спектра поглощения/эмиссии, или имеет пренебрежимо малую спектральную характеристику поглощения/эмиссии. Измерения IR излучения, выполняемые IR детектором 32 или детекторами 62, 64, нанесены на график как зависимость температуры поверхности тела от прошедшего времени, когда температура поверхности начинает изменяться назад, к первой температуре от второй температуры.

[0042] Обращаясь теперь также и к Фиг. 8, блок-схема 80 последовательности операций иллюстрирует один вариант осуществления способа для измерения концентрации вещества внутри тела. На этапе 82 детектор(ы) 32 или 62, 64 IR излучения и устройство 36 нагревания/охлаждения устанавливается относительно поверхности тела. На этапе 84 устройство 36 нагревания/охлаждения активизируется для нагревания (или охлаждения) поверхностной области тела, например, отображаемой области 12 (как показано на Фиг. 4), например, для изменения температуры поверхностной области от одной температуры до второй температуры. Температура поверхностной области тела затем поддерживается при второй температуре в течение заданного промежутка времени. На этапе 86 устройство нагревания/охлаждения 36 активизируется для охлаждения (или нагревания) поверхностной области тела, чтобы изменить температуру поверхностной области от второй температуры назад, к первой температуре, при заданной скорости. Альтернативно, для охлаждения (или нагревания) поверхностной области тела может быть использован воздух в окружающей температуре, чтобы изменить температуру поверхностной области тела от второй температуры назад, к первой температуре.

[0043] На этапе 88 поглощение/эмиссия IR излучения по первому и второму диапазонам длин волн температура окружающей среды и температура поверхности тела измеряются при заданных интервалах времени, когда температура поверхностной области тела изменяется назад, до первой температуры от второй температуры. В варианте осуществления настоящей системы, показанной на Фиг. 3 и 4, измерение IR излучения на первой и второй длинах волн выполняется переключением между двумя фильтрами 44, 46 в каждом из заданных интервалов времени. В варианте осуществления настоящей системы, показанной на Фиг. 5, все измеряемые параметры, включая IR излучение в первом и втором диапазонах длин волн, могут быть измерены одновременно. На этапе 92 нормированный параметр отношения вычисляется из измерений IR излучения. На этапе 94 нормированный параметр отношения сопоставляется с температурой окружающей среды и температурой поверхности тела с использованием таблицы соответствия. На этапе 96 отображается концентрация вещества.

[0044] С любым вариантом осуществления системы 30, 60, показанной на Фиг. 3 и 5, альтернативный способ измерения поглощения/эмиссии IR излучения, температуры окружающей среды и температуры поверхности тела заключается в изначальном сканировании поверхности тела, при выполнении множественных измерений в различных точках на поверхности тела, чтобы определить наиболее желательное расположение на поверхности тела для измерения концентрации вещества. Программное обеспечение, например, может быть использовано для идентификации наиболее желательного местоположения на поверхности тела из множества измерений, выполняемых во время сканирования тела. Параметрами для выбора наиболее желательного местоположения могут быть, например, воспроизводимость, максимальная интенсивность сигнала и т.п.

[0045] Вышеупомянутое описание представляет наилучший вариант, предназначенный для осуществления настоящих способов неинвазивного анализа концентрации вещества в пределах тела, и предоставляет технологию их осуществления, настолько полно, ясно, кратко и точно, чтобы позволить любому специалисту в данной области техники реализовать эти способы. Однако эти способы поддаются модификациям и альтернативным конструкциям, следующим из описанных выше, которые полностью эквивалентны. Следовательно, эти способы не ограничиваются раскрытыми здесь конкретными вариантами осуществления. Напротив, эти способы охватывают все модификации и альтернативные конструкции, возникающие в пределах существа и объема притязаний способов, в целом сформулированных в нижеследующей формуле, в которой конкретно отмечено и сформулировано существо способов.

Изобретение относится к медицине, в частности к способам неинвазивного измерения концентрации вещества в организме, например, глюкозы в крови. Для этого предложены варианты способа, предполагающие понижение температуры поверхности тела с последующим ее восстановлением. При этом используют устройство, включающее в себя детектор и оптическую систему. Проводят измерение первой дозы инфракрасного ("IR") излучения, поглощаемого или испускаемого от поверхности тела в первом диапазоне длин волн, и измерение второй дозы IR излучения, поглощаемого или испускаемого от поверхности тела во втором диапазоне длин волн в течение периодов изменения температур. Способ включает также измерение температуры на поверхности тела и температуры окружающей среды. Вычисляют нормированный параметр отношения на основании первой, второй дозы IR, температуры на поверхности тела и температуры окружающей среды. Концентрацию вещества определяют посредством установления корреляции с нормированным параметром отношения. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ для неинвазивного измерения концентрации вещества в теле, содержащий этапы, на которых:
понижают температуру поверхности тела от одной температуры до второй температуры, меньшей, чем первая температура;
затем восстанавливают первую температуру посредством повышения температуры поверхности тела от второй температуры до первой температуры;
измеряют первую дозу инфракрасного излучения, поглощаемого или испускаемого телом в первом диапазоне длин волн, в котором вещество в теле проявляет инфракрасное поглощение или эмиссию, в заданных интервалах времени во время восстановительного повышения температуры поверхности тела от второй температуры до первой температуры;
измеряют вторую дозу инфракрасного излучения, поглощаемого или испускаемого телом во втором диапазоне длин волн, в котором вещество не проявляет инфракрасное поглощение или эмиссию или проявляет незначительное инфракрасное поглощение или эмиссию, в заданных интервалах времени во время восстановительного повышения температуры поверхности тела от второй температуры до первой температуры;
измеряют температуру на поверхности тела;
измеряют температуру окружающей среды;
вычисляют нормированный параметр отношения на основании указанных первой дозы, второй дозы, температуры поверхности тела и температуры окружающей среды; и
определяют концентрацию вещества в теле неинвазивно, посредством использования корреляции с нормированным параметром отношения.

2. Способ по п. 1, в котором второй диапазон длин волн представляет собой весь спектр, в котором тело испускает и поглощает инфракрасное излучение в дальнем инфракрасном спектре.

3. Способ по п. 1, в котором первый диапазон длин волн представляет собой диапазон длин волн или диапазоны, в которых вещество испускает и поглощает инфракрасное излучение, и второй диапазон длин волн представляет собой весь спектр, в котором вещество не имеет эмиссии и поглощения или имеет незначительную эмиссию и поглощение инфракрасного излучения.

4. Способ по п. 1, в котором первый диапазон длин волн представляет собой диапазон длин волн или диапазоны, в которых вещество испускает и поглощает инфракрасное излучение, и второй диапазон длин волн представляет собой весь спектр, в котором тело испускает и поглощает инфракрасное излучение в среднем инфракрасном спектре.

5. Способ по п. 1, в котором нормированный параметр отношения представляет собой среднее отношение, выбранное из группы, состоящей, по меньшей мере, из отношения первой дозы, нормированной относительно черного тела, ко второй дозе, нормированной относительно черного тела в каждом интервале времени, и логарифма отношения первой дозы, нормированной относительно черного тела, ко второй дозе, нормированной относительно черного тела, в каждом интервале времени.

6. Способ по п. 1, в котором вещество представляет собой глюкозу.

7. Способ по п. 1, в котором тело представляет собой человеческое тело.

8. Способ по п. 1, в котором концентрация вещества в теле определяется с использованием составленной опытным путем таблицы соответствия.

9. Способ по п. 1, в котором первый диапазон длин волн содержит от приблизительно 8,5 мкм до приблизительно 10,0 мкм и второй диапазон длин волн составляет от приблизительно 7,0 мкм до приблизительно 15,0 мкм.

10. Способ по п. 9, в котором второй диапазон длин волн содержит от приблизительно 10,5 мкм до приблизительно 15,0 мкм.

11. Способ по п. 1, в котором этап повышения температуры поверхности тела от второй температуры до первой температуры осуществляется при заданной скорости.

12. Способ неинвазивного измерения концентрации вещества в теле, содержащий этапы, на которых:
используют устройство, включающее в себя детектор и оптическую систему;
понижают температуру поверхности тела от первой температуры до второй температуры, меньшей чем первая температура;
затем восстанавливают первую температуру посредством повышения температуры поверхности тела от второй температуры до первой температуры;
детектируют значение инфракрасного излучения, испускаемого телом в диапазоне длин волн, включающем в себя, по меньшей мере, одну спектральную характеристику вещества в теле в заданных интервалах времени во время восстановительного повышения температуры поверхности тела от второй температуры до первой температуры;
детектируют другое значение инфракрасного излучения, испускаемого телом в другом диапазоне длин волн, в заданных интервалах времени во время восстановительного повышения температуры поверхности тела от второй температуры до первой температуры; и
используют детектированное значение инфракрасного излучения и другое детектированное значение инфракрасного излучения, неинвазивно измеряя концентрацию вещества в теле.

13. Способ по п. 12, дополнительно содержащий этап измерения температуры окружающей среды.

14. Способ по п. 13, дополнительно содержащий этап измерения температуры тела.

15. Способ по п. 12, дополнительно содержащий этап ограничения диапазона длин волн для детектируемого инфракрасного излучения.

16. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этап ограничения диапазона длин волн детектируемого инфракрасного излучения до первого диапазона длин волн, включающего в себя, по меньшей мере, одну спектральную характеристику вещества, чтобы обеспечить детектированное излучение, и ограничения диапазона длин волн другого детектированного инфракрасного излучения до второго диапазона длин волн, причем спектральные характеристики вещества незначительны, чтобы обеспечить другое детектированное значение излучения.

17. Способ по п. 16, в котором первый диапазон длин волн составляет от приблизительно 8,5 мкм до приблизительно 10,0 мкм и второй диапазон длин волн составляет от приблизительно 7,0 мкм до приблизительно 15,0 мкм.

18. Способ по п. 17, в котором второй диапазон длин волн составляет от приблизительно 10,5 мкм до приблизительно 15,0 мкм.

19. Способ по п. 12, в котором этап повышения температуры поверхности тела от второй температуры до первой температуры осуществляется при заданной скорости.

20. Способ по п. 15, дополнительно содержащий этап ограничения диапазона длин волн детектируемого инфракрасного излучения до первого диапазона длин волн, включающего в себя, по меньшей мере, одну спектральную характеристику вещества, чтобы обеспечить значение детектированного излучения, и ограничения диапазона длин волн другого детектированного инфракрасного излучения до второго диапазона длин волн, причем средний инфракрасный спектр включен, чтобы обеспечить другое детектированное значение излучения.