专利名称：确定组织液中葡萄糖含量的仪器与方法
确定组织液中葡萄糖含量的仪器与方法
技术领域：
本发明涉及用于确定组织液中的葡萄糖含量的方法，用该方法，对 用微透析、微灌注或超滤方法从身体组织上取得的样品液里的葡萄糖及 内源性参比物质的测量值进行检测，并根据参比物质的测量值，对葡萄 糖的测量值进行校正。此外，本发明还涉及相应i殳备。
身体组织由处于液态环境的细胞组成，在这种环境中，新陈代谢物 在细胞与血管之间运输。为了检测(特别是糖尿病患者)的葡萄糖含量， 可以将探针长时间插入组织中，以通过扩散过程来从组织液里连续获取 成分并通过流出液来确定组织中的葡萄糖含量。这可用血液葡萄糖含量 精确校正，而无需穿入性进入血液循环。在将样品液施加到传感器的情
况下，这种测量就可以在体外进行。就此而言，已知一种离子参比技术 其中通过离子选择性电极同时检测葡萄糖和离子参比值(特别是Na", 以便校正透析液中葡萄糖的回收(Wiederfindung)。在这种情况下， 经常假设体液里参比物质的已知浓度是不变的。这种已知的评估方法的 前提是样品液里的内源性测量器与葡萄糖的回收率 (Wiederfindimgsrate)之间存在严才各的线性相关关系。然而，试一验上 的比较测量结果证实这种假定值得怀疑。
由此出发，本发明的目标在于避免在现有技术中出现的缺陷并提 出可以更准确地确定和检测实际身体指标的参比技术。
提出了在独立权利要求中给出的特征组合以实现上述目标。本发明 的有利的实施方案和进一 步改进在从属权利要求中给出。
本发明来源于下面想法其中考虑了组织中的局部效应和传输阻 力，例如在微透析、微灌注或超滤时由于专用探针而产生的传输阻力。 相应地，根据本发明的第一变型方案，提出测定作为参比物质的乳酸 (Lactat)和/或丙酮酸(pyruvat)的浓度。这^吏得可利用葡萄糖降解过 程中的具体新陈代谢的路径，以推导出因局部组织反应引起的测量值校 正岁丈应。
样品液里乳酸与丙酮酸的浓度比被有利的确定用来校正葡萄糖的 测量值。 一个有利的实施方案设想到当乳酸与丙酮酸的浓度比优选在
10: 1-20: l之间的选定平均范围时，根据该浓度比实施线性校正；而 当该浓度比处于高于该选定范围、优选高于20: l的较高区间时，葡萄 糖的测量值通过常数校正。也可以考虑只使用乳酸作为参比物质的类似 校正。
根据本发明的另一方面还提出了，由与离子性参比物质回收率 (R,)的非线性相关关系确定葡萄糖的回收率(U ,并由此校正葡 萄糖的测量值。通过这种方式，使得可以以特别合适的形式实施技术校 正主要因采用特种探针技术(比如基于膜方法)而产生的影响成为可 能。这比通常的线性相关关系(其作为回收率图中葡萄糖和离子性参比 物质的角平分线)校正要精确得多。这可特别归功于如下的事实由于 较小的颗粒尺寸和/或载量(特别是在高速灌注时)，离子性参比物质 的回收率要高于葡萄糖的回收率。因此，非线性补偿曲线在角平分线下 方弯曲。
根据本发明的一个特别优选的实施方案，葡萄糖的回收率(U由如 下的关系确定
<formula>formula see original document page 6</formula>) 上式中，k是预先设定的值。此处，k值可以优选实验测定为在组织液与 样品液之间传输葡萄糖与参比物质的阻力之比。此外还提出，参比物质的 回收率(R咖)被确定为样品液中参比物质的测量值与组织液中恒定浓度值 之比。有利地用钠作为内源性离子参比物质。
将钠用作用于校正测量技术偏差的参比物质和将乳酸和/或丙酮酸作 为用于校正样品液中的葡萄糖的测量值与生物体组织中实际葡萄糖浓度 的局部相关偏差的参比物质，实现了特别有效和精确的#卜偿。
上述补偿可以特别有利地应用于借助位于组织内的探针通过用沖洗 液体灌注方式或者通过采用负压方式来获取样品液的步骤中的技术。
附加的功能通过如下方式实现当超出预先设置的参比物质测量值的 上下阈值时，发出故障信号。
上述与该方法相关的优点同样在相应的、用来实施该方法的装置上实 现，这样，有关描述可以参考上文。相应地，其可以供下述装置使用，其 中所述传感器单元被设计用来测定在样品液中作为参比物质的乳酸和/或 丙酮酸的浓度。
作为其它变型方案或组合，还提出，评估单元具有这样的评估程序， 该评估程序由与离子参比物质的回收率(RREF)的非线性相关关系确定葡萄 糖的回收率，并由此校正葡萄糖的测量值。
下面参照附图中描述的实施方案，更加详细地阐释本发明。
图1 示出了用于测定葡萄糖的测量设备的方框图； 图2 示出了作为测量设备的微透析系统的示意图； 图3 以局部放大视图示出了图2微透析系统的探针； 图4 示出了身体细胞内葡萄糖加工过程的高度简化的反应图解 图5和图6示出了采用乳酸/丙酮酸补偿曲线的微透析获得的实验测 量数据；
图7示出了对应于图5关于借助超滤获得的测量图8 示出了用计算的补偿曲线借助微透析方式得到的葡萄糖和 钠回收率的测量图。
根据图1的测量装置主要由下列组成可以插入皮下组织以获取样品 液的探针10、用于检测样品液中成分的传感系统12、用来处理传感器信 号并控制测量过程的评价和控制单元14以及视需要的、用来显示或者传 输测量结果的输出单元16以及界面18。为获取样品液，探针IO可以用熟 知的方式装入灌注液(微透析、微灌注)或者置于负压下(超滤)。
图2详细说明了用于连续采集样品并记录测量数据的微透析系统。微 透析探针10具有安装在组织20中的双腔薄膜导液管22。该导液管可以用 灌注液28由液体储罐26经输入导管24冲洗。该灌注液28例如由生理盐 水组成。透析探针10的回流导管30流经蠕动计量泵或滚子计量泵32到 达收集容器34。探针10的流量测量单元36体外安置在回流导管30中。 此测量单元36例如凭借电化学测量手段来获取感兴趣的被分析物的浓 度，特别是葡萄糖和参比物质或者对照物质的浓度。
在图3上，可以更详细的看出微透析探针10的运行^t式。导液管22 在其远端区具有嵌入到组织20中的透析膜38,这样，经入口通道24流进 来的灌注液在通过半透膜时，就被载入了从细胞间组织获取的成分40。膜 38的孔隙率如此定制，使得待测新陈代谢产物，特别是葡萄糖、乳酸和丙 酮酸可以几乎毫无阻力的流到灌注液中，而更大一些的分子团则阻止在 外。相比之下，在微灌流过程中就没有膜，探针内腔室通过壁通孔直接与
组织连接。在这两种情况下，收集到的样品液42都经相对于导管24出口 大致缩回的回流通道30的嘴吸入。
然而，基于不同环境，特别是局部变化、和传输阻力以及灌注率的影 响，透析液或者流出液中的葡萄糖浓度并不等于组织液中的葡萄糖含量。 为了设法补救，传感器单元10与评估单元14 一起被设计用来另外确定内 源性参比物质或对照物质的浓度，从而可以补偿对测量的歪曲影响。在这 一方面，可用已知的测验方法现场确定的、毛细血管里的葡萄糖浓度作为 "黄金标准(goldener Standard)，，。
某 一 方面涉及以样品液里乳酸与丙酮酸的浓度比为基础来校正葡萄 糖的测量值。该问题的背景是如图4中高度简化说明的组织细胞中的葡萄 糖加工过程。葡萄糖经糖酵解而降解为丙酮酸，而丙酮酸在需氧过程(在 该过程中，可以获得尽可能大量的、与氧发生反应生成水和形成ATP (柠 檬酸循环)的氬原子(以NADH/FT和FADH2的形式存在))中可被利用并 伴随着大的能量产出。在厌氧条件下，丙酮酸以竟争代谢途径降解为乳 酸。这一过程产生的能量比较少，结果导致细胞必需局部加工更多的葡萄 糖以满足它们的能量需求。下文将要详尽阐明的补偿方法就是基于这样的 想法在乳酸增加时存在着这样的例外情况，该情况表明体内总的葡萄糖 浓度高于探针环境中的局部葡萄糖浓度。举例而言，这种局部变化由探针 的插入组织或者探针在组织内的运动而引起。
图5示出了与上述补偿曲线相关的测量图。样品液与血液中平行测定 的葡萄糖值的偏差或差值对样品液中乳酸与丙酮酸之比进行绘图。补偿的 目的在于最小化与血液中的值相比的偏差。为此，评估单元进行了校正计 算当乳酸/丙酮酸的浓度比在10: 1至20: 1(曲线部分44)时，实施 线性校正；当浓度比高于20: l时(曲线部分46)，葡萄糖的测量值用常 数来校正。这一常数可以直接由图5的部分46的横坐标值来得到。
图6示出了与上述补偿曲线相关的测量图，其中只用乳酸作为参比物 质。在样品液与血液中平行测定的葡萄糖值的偏差或差值对样品液中乳酸 含量进行绘图。为最小化与血液中真实值相比的偏差，当乳酸含量在 1. 3-2. 5毫摩/升时，实施线性校正；而当乳酸含量为高于选取的中间区间 较高值时，葡萄糖的测量值则用常数来校正。同理，这一常数来自图6中 更高区间拟合直线的横坐标值。
在超滤时，借助吸入泵或者吸入式注射器向膜探针10施加负压而不
引入灌注液，由此将间质组织液引入吸入管线并被传送到传感器12。导液
管的半透膜只允许小分子随液体扩散进入并因此形成与组织液分开的样 品液。在这种情况下，在组织内会发生损伤引发的反应，这可导致葡萄糖 浓度的局部改变，和可以经由样品液里的乳酸/丙酮酸的测量来加以才交 正。
图7显示，通过超滤取得的、样品液里检测到的葡萄糖值与血液里的 对比测量值之间的偏差作为纵坐标对乳酸与丙酮酸之比的图。以虚线表示 的校正曲线48对应上面图5中描述的补偿。例如乳酸/丙酮酸在10: 1到 30: l之间的浓度区间，还可以仅仅根据连续线50来进行线性校正，其中 补偿曲线斜率通过拟合测量值获得。
根据本发明的另一方面，除了样品液里的葡萄糖值外，还检测了在组 织中保持非常恒定的离子，尤其是Na+离子测量值作为内源性离子参比物 质。在这种情况下，假设组织液里的Na+独立于葡萄糖加工保持基本恒定， 那么通过样品液中同时测量葡萄糖和钠离子就可以推出样品收集中遇5 ij 的传输或者流动阻力。就此而言，回收率纟皮定义为组织液和样品液中各物 质的浓度比。评估单元14具有针对离子参比物质校正的评估规则52:该 规则由与离子参比物质(Na+)的回收率RREF的非线性相关关系确定葡萄糖的 回收率IUu,并由此校正葡萄糖的测量值。
特别地，评估程序52依从如下的关系式来确定葡萄糖的回收率RCUJ:
1-RREF =(卜RcLu)k (1)
式中，k是预先设定的值。
参比物质的回收率(RREF)由样品液里参比物质的测量值与组织液中已 知的恒定浓度值之间的比来确定。
方程(1)以回收率的非线性^t型为基础
回收率=1_ exp
1
(2)
2《
其中，"Q，，代表灌注流速，"Wses"则代表总阻力，后者是透析液、 膜和组织的传输阻力的函数。
由方程(2),它首先要遵从
1 _ - d (3)
l"(l-回收率) x ， 即经过对数变形可形成基于流速的线性相关关系。
现在来求因子"k，， ， k表征特定透析膜的葡萄糖和钠离子的总阻力之
比:
l像萄 = A ^
借助体内研究和体外数据由等式(3)通过形成商可以估算该因子k.
因子k是阻力的函数，实际上也是流速、膜和间质性质的函数
k = = lw(l-回收率(A^))
K油) 1"(1一回收率(G/m))
体内研究已经表明膜的影响以及生理环境(由渗透效应决定)也可 以建立模型并可以得到额外的回收率校正。
如果k已知，那么回收率(葡萄糖)与回收率(钠)之间的关系可以 从方程(2)开始做如下的推导
「 1
/-回仅羊广A^
=exp
=exp
=exp
QL(G/w)画 1
=u-欧炎卓《/〃,r a)
图8示出了葡萄糖回收率对Na+回收率测量值的图。此外，由方程(l) 确定的回收率(曲线54)与补偿曲线56之间的比例关系也显示在该图上。 可以清楚的看到，成比例或者直线路线54并没有^:测量值所证实，而补 偿曲线56以正曲率完全在角平分线之下延伸，因此可以正确的描述实验
测量值。
因此，以变动的Na+回收率为基础，通过适当的校正葡萄糖值，补偿 曲线56可以补偿回收率的波动。为考虑不同的流动速度，补偿曲线56可 以^皮一附加因子压缩(stauchen),由此也就考虑到由于高的通量而不能 达到百分百的回收率的事实。
用NaM乍为校正因测量技术而引起的偏差的参比物质，而乳酸/丙酮酸 被用作校正组织中真实葡萄糖浓度与样品液中葡萄糖的测量值之间的、与 局部环境有关的偏差的参比物质是适宜的。
当参比物质的测量值超过阈值时，用信号发射机表示测试装置的故障 信号，可以实现另外的功能改进。
权利要求
1.用来确定组织液(40)中葡萄糖浓度的方法，其中在用微透析、微灌注或者超滤方式从身体组织(20)获得的样品液(42)中检测葡萄糖和内源性参比物质的测量值，并根据参比物质的测量值来校正葡萄糖的测量值，其特征在于，测定在样品液(42)中作为参比物质的乳酸和/或丙酮酸的浓度。
2. 根据权利要求1的方法，其特征在于，测定样品液(42)中乳酸 与丙酮酸的浓度比，以便校正葡萄糖的测量值。
3. 根据权利要求1或2的方法，其特征在于当乳酸与丙酮酸的浓 度比位于选定区间(44)，优选位于10: l至20: l之间时，根据浓度比 实施线性校正；而当浓度比位于较高区间(46),优选高于20: 1的浓度 比时，以常数校正葡萄糖的测量值。
4. 根据权利要求1的方法，其特征在于，样品液(42 )里的乳酸被 用作校正葡萄糖的测量值的参比物质，其中当乳酸含量在选定区间时，实 施线性校正，而当乳酸含量在较高区间时，以常数来校正葡萄糖的测量 值。
5. 用来确定组织液(40)中葡萄糖浓度的方法，在该方法中，在用 微透析、微灌注或超滤身体组织(20)获得的样品液(42)中检测葡萄糖 和内源性参比物质的测量值，并根据参比物质的测量值来校正葡萄糖的测 量值，其特征在于葡萄糖的回收率(Rj由与离子参比物质的回收率(Rm) 的非线性相关关系确定，并由其校正葡萄糖的测量值。
6. 根据权利要求5的方法，其特征在于，葡萄糖回收率(U根据 如下的关系来确定其中，k是预先确定的值。
7. 根据权利要求6的方法，其特征在于，k值优选实验确定为在组 织液与样品液(40, 42 )之间传送葡萄糖和参比物质的阻力之比。
8. 根据权利要求5-7之一的方法，其特征在于，参比物质的回收率 (R,)确定为样品液(42)里参比物质的测量值与组织液(40)里恒定浓度值之比。
9. 根据权利要求5-8之一的方法，其特征在于，钠(Na+)^C用作内 源性离子参比物质。
10. 根据权利要求l到9之一的方法，其特征在于，钠(Na+)被用 作用于校正测量技术导致的偏差的参比物质；而乳酸和/或丙酮酸^L用作 校正生物体组织中真实葡萄糖浓度与样品液中葡萄糖的测量值之间的、与 局部环境有关的偏差的参比物质。
11. 根据权利要求1-IO之一的方法，其特征在于，通过用沖洗液灌 注或施加负压，借助位于组织中的探针(10; 22)获取样品液(42)。
12. 根据权利要求1-11之一的方法，其特征在于，当参比物质的测量 值超出预定的上阈值和/或下阈值时，发出故障信号。
13. 根据权利要求l-12之一的方法，其特征在于，通过体外检测来 获取测量值。
14. 用于测定组织液(40)中葡萄糖浓度的装置，其具有用于在用 微透析、微灌注或者超滤方式从身体组织(20)获得的测样品液(42)中 检测针对葡萄糖和内源性参比物质的测量值的传感器单元(10),和根据 参比物质的测量值来校正葡萄糖的测量值的评估单元(14 ),其特征在于， 该传感器单元(10)被设计为用于测定在样品液(42)中作为参比物质的 乳酸和/或丙酮酸的浓度。
15. 根据权利要求14的装置，其特征在于，评估单元(14),皮设计 用来计算样品液(42)里乳酸与丙酮酸的浓度比以校正葡萄糖的测量值。
16. 根据权利要求15的装置，其特征在于，当乳酸与丙酮酸的浓度 比或者乳酸含量位于选定区间(44)时，评估单元(14)根据该浓度比实 施线性校正；而当超过该选定区间时，则用常数来校正葡萄糖的测量值。
17. 确定组织液(40)中葡萄糖浓度的装置，具有用来探测用微透析、 微灌注、超滤方法从身体组织(20)中取得的样品液(42)里葡萄糖和内 源性参比物质的测量值的传感器单元、和根据参比物质的测量值来^^正葡 萄糖的测量值的评估单元(14),其特征在于，评估单元14具有评估程 序(52)，该程序由与离子参比物质的回收率(Rw)的非线性相关关系来确 定葡萄糖的回收率(R咖)，并由其来校正葡萄糖的测量值。
18. 根据权利要求17的装置，其特征在于，评估程序(52 )根据如 下的关系来确定葡萄糖的回收率(Rau):HRBF = (1-RGLU)k (1) 其中，k是预先确定的值。
19. 根据权利要求17或18的装置，其特征在于，评估程序(52) 将参比物质的回收率(R證)确定为样品液(42 )中的参比物质测量值与组织 液(40)中恒定浓度值之比。
20. 根据权利要求17-19之一的装置，其特征在于，当参比物质的 测量值超过预先设定的上阔值和/或下阈值时，由信号发生器(58)发出 故障信号。
21. 根据权利要求17-20之一的装置，其特征在于，内源性离子 参比物质是钠(Na+)。
全文摘要
本发明涉及用于确定组织液(40)中葡萄糖浓度的方法和装置，借助本发明的方法和装置，通过(探针10)用微透析、微灌注、超滤方式取得的样品液(42)里的葡萄糖、内源性参比物质的测量值(传感器12)，并可根据参比物质的测量值校正葡萄糖值。本发明的突出点在于，葡萄糖的回收率由与离子参比物质的非线性相关关系来确定，而葡萄糖的测量值则由此而加以校正；此外，样品液里乳酸和/或丙酮酸的浓度可被用作另外的参比物质以进行进一步的校正。
文档编号A61B5/00GK101170942SQ200680015487
公开日2008年4月30日 申请日期2006年5月4日 优先权日2005年5月7日
发明者O·奎德, P·斯特芬, S·弗拉里 申请人:霍夫曼-拉罗奇有限公司