非侵入式血液分析的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适于测量血液中分析物浓度的人手持式监测器(PHHM)。
【背景技术】
[0002]在许多情况下需要测量血液中分析物的浓度。最重要中的一个是血糖浓度的测量，它在糖尿病的处理中有关键的重要性。Danaei等(“Nat1nal，reg1nal，and globaltrends in fasting plasma glucose and diabetes prevalence since 1980 -systematicanalysis of health examinat1n surveys and epidem1logical studies with 370country-years and 2.7 mill1n participants，，，Lancet，2011，378 (9785):31-40)估计世界上有3亿7千万人患有糖尿病，并且WHO预测到2030年时糖尿病将成为第7位的致死原因(“Global status report on non-communicable diseases 2010”，WHO 2011)。目前，用于糖尿病的唯一准确且廉价的用于测量其血糖浓度的方法是通过取得血液样品，通常通过刺破手指，然后将一滴血置于测试条上。通过测量施加血液样品后的测试条的颜色的变化或测量施加血液样品后测试条上的氧化还原反应提供了血糖浓度的指示。
[0003]存在廉价的自动化设备用于评估颜色的变化或电化学反应，但是没有消费者设备能够在不取得血液样品的情况下进行测量，且很多糖尿病人必须每天取样很多次。
[0004]其它分析物例如乙醇、血红蛋白、肌氨酸酐、胆固醇、兴奋剂或其它药物，包括非法的或其它被禁止的物质也是重要的，并且也没有准确地、可靠地和廉价地用于非侵入式评估它们的浓度的方法。
[0005]原则上，吸收光谱是用于评估分析物浓度的好方法，但是如果分析物在吸收上的贡献相比血液和组织中的其它物质的吸收来说是很小的，特别是如果分析物在可用的近红外(NIR)区具有很少或没有狭窄的吸收带和/或如果那些吸收带与水的吸收带重叠(而水是血液和组织的主要成分)，则它难以用于活的有机体内。例如，Klonoff ( “Non-1nvasiveblood glucose monit1ring，，，Diabetes Care，20，3，435-437 1997)阐明了:“葡萄糖在身体吸收的NIR中只占不到0.1%。水、脂肪、皮肤、肌肉和骨头占了 NIR吸收的绝大部分。这些物质的干扰会改变NIR吸收，并且因此血糖浓度的光吸收相关的校正公式是无效的......”。
[0006]甚至即使这个问题可以被克服，特定吸收的测量将需要精密的光谱仪，它不容易制成廉价和可靠的。
[0007]1989年的美国专利4，882，492公开的发明使用了“无色散相关红外光谱”。根据该公开，宽光谱NIR光被发射穿过身体部分或被身体部分散射。出射的光分成两个光束。一个光束穿过由分析物的溶液组成的滤光器，而另一个穿过中性密度滤光器。分析物滤光器从第一光束吸收分析物在光谱吸收带的基本全部的光。中性密度滤光器减少了第二光束的能量，使其与第一光束的能量相似。两个光束的光能量之间的任何差仅由身体部分中的分析物吸收的光量产生。
[0008]该美国专利声称光谱特异性的获得不需要色散元件(光谱仪)，但是它关键地依赖于两个光束之间的平衡和中性密度滤光器的精确特性。它也不能分辨血液中的分析物和组织的表层的分析物。实际上，这可能阻碍了装置的可靠性或准确度。
[0009]Fine (生物液体和组织中的葡萄糖的光传感手册的第9章，2009)描述了一种通过聚集的血红细胞的光散射的改变评估葡萄糖浓度的技术。它使用了类似脉搏血氧计的装置，并且与心脏跳动时动脉面积的变化的散射信号相关，由此使得信号选择性地对动脉血液中的葡萄糖敏感响应。然而，Fine总结说该项技术是低效的，部分是因为动脉面积的变化是相对很小的。
[0010]W02013/001265公开了关于美国专利4，882492的显著改进。W02013/001265的权利要求25涉及一种人手持监测器(PHHM)，包括用于获取信号的信号获得装置，其可以用于得到与使用者健康相关的参数的测量，信号获取装置与人手持计算装置(PHHCD)集成，其中所述信号获取装置包括血液光传感器，血液光传感器具有光发射器、光检测器及光单元，光发射器用于向使用者的身体部分发射光，光检测器用于检测穿过身体部分或被身体部分散射的光，光单元包括待测分析物，穿过身体或被身体部分散射的光在到达光检测器之前通过该分析物，其中PHHM的处理器适于将在存在或不存在身体部分的情况下从光检测器获得的信号进行处理，以提供使用者血液中的分析物的浓度的测量。W02013/001265还公开了使用两个光束的原理，其中之一穿过包括分析物的单元并且将每个光束中的能量进行比较。
[0011]附图中的图1和图2与W02013/001265的附图9和11相同，显示了 W02013/001265的权利要求25主张的PHHM中使用的血液光传感器的两种布置，其可以被合并在PHHCD中，或可以与PHHCD连接，或可以为带有自己的用户界面、电源和其它电子和机械部件的独立
目.ο
[0012]如图1所示，光发射器(81)发射光束穿过滤光器(82)以选择要被使用的光谱带的光。选择的光谱带使得在可以使用廉价的部件和材料的同时对分析物相应的敏感度和分辨力最大化。光束通过透镜(83)校准，照射通过身体部分，例如手指(84)。分光器(85)将光束在无分析物单元(86)和分析物单元(87)之间分开。光检测器(88)测量光束通过每个单元后的光强。差分放大器可用于将来自两个光检测器的信号的差放大。
[0013]图2显示了另一布置，其中光发射器和光检测器在身体部分的同一侧，光检测器对从身体部分散射回来的光敏感。移动镜(101)将光相继反射到两个固定镜(102)的每一个，并且由此到达无分析物单元(86)或分析物单元。光检测器(108)测量穿过单元的光强。
[0014]在这些布置中的每一个中，通过无分析物单元和分析物单元的光束的强度的差为身体部分内的分析物的吸收量的测量。
[0015]在W02013/001265公开的发明在一些方面实现了非侵入式、廉价、准确的和可靠的传感器的目的。然而，它对血液中的分析物不是特异性的，因为信号同样被周围组织的分析物所影响。期望在减少实施成本和提高准确度方面能得到进一步提高。
【发明内容】
[0016]本发明大大提高了 W02013/001265的权利要求25的PHHM的性能。它更有效地利用了二级相关度以提高特异性。
[0017]根据第一方面，本发明提供了一种人手持监测器(PHHM)，其包括用来获取信号的信号获取装置，其可以用于获取与使用者健康相关的参数的测量，所述信号获取装置与人手持计算装置(PHHCD)集成，其中所述信号获取装置包括血液光传感器，其具有用于向使用者的身体部分发射光的一个或更多光发射器，用于检测穿过身体部分或被身体部分散射的光的一个或更多光检测器和两个或更多光单元，光单元中的至少一个包括待测分析物或模拟待测分析物的吸收光谱，已经或将要穿过身体部分或被身体部分散射的光在到达所述或每个光检测器之前会穿过光单元，其中PHHM的处理器适于处理从所述或每个光检测器接收的信号，以计算已穿过所述或每个分析物单元的光和已穿过所述或每个无分析物单元的光的光强的差，并且处理从光传感器获得的信号(该信号在存在身体部分和不存在身体部分的情况下获得)以提供使用者血液中的分析物的浓度的测量。
[0018]优选地，本发明的第一方面的PHHM的处理器适于确定使用者的脉搏，并将从光传感器获得信号与使用者的脉搏进行相关以提供使用者血液中分析物的测量。PHHM的处理器可以适于分析从血液光传感器得到的信号以确定使用者的脉搏。备选地，PHHM可以包括电传感器，包括至少第一和第二电极，其彼此电绝缘且设置为与使用者的身体的两个分开的部分接触，分开的部分例如一只手的一个手指和另一只手的一个手指，并且PHHM的处理器适于分析从电传感器得到的信号以确定使用者的脉搏。这样的电传感器在W02013/001265中公开。
[0019]根据第二方面，本发明提供了一种人手持监测器(PHHM)，包括用来获取信号的信号获取装置，其可以获取与使用者的健康相关的参数的测量，其中所述信号获取装置包括血液光传感器，其具有一个或更多向使用者的身体部分发射光的光发射器、一个或更多检测穿过身体部分或被身体部分散射的光的光检测器和两个或更多光单元，光单元的至少一个中包括待测分析物或模拟待测分析物的吸收光谱，已经或将要穿过身体部分或被身体部分散射的光在到