专利名称：一种在原位置上检测特定成分浓度的仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用以在原位置上检测特定成分浓度的仪器。
背景技术：
及发明简述为了检测溶液中某特定成份的浓度，都是将该溶液抽出后放置在试管或光测管(Cuvette)中，也就是一个已知体积的容器中(或已知信号路程的容器中)，由于测量了特定成份的特异性信号之后已知道体积，故可由特定成份的总量除以体积来求得其浓度。
但此测量需要在原位置上进行，因为不能将溶液从原容器中取出，原容器可以是存有血液的血管或一条生产线上的样液，在不将血液或样液取出的情况下，我们如何通过得到的体积数据，来求出浓度呢 我们必须利用另外一个代表体积的信号来求浓度，因此必须有至少两个信号才行，一个是体积信号，一个是特定成份信号，如果要测量二种成分，则至少需要三种信号。由归纳法可知，如果要知道N-1种成份的浓度，则需要N个信号，而其中一个为体积信号，其他的N-1个为各成份的特异信号。
在传统方法中，我们可以以光栅的方法来分辨每一个信号，再由特定成份信号除以体积信号来求得浓度。
而体积信号可以是直接测量的体积信号，例如通过超音波或光反射来测量信号路程的长短。本发明提出以溶剂信号来代替体积，溶剂占有溶液的绝大部分体积，故由溶剂信号可以求出有效的容器体积，即使此容器的形状非常不规则。如果除溶剂之外，还有任何标示物为已知浓度，则亦可由此标示物信号求出体积。此标示物可以是自生的，也可以是外加的(详如下述)。
附图简述
图1显示一种依据本发明实施例的一种在原位置上检测特定成份浓度的仪器。
发明的详细说明现以利用特异信号(自发或诱发皆可)来测量人体血液中的葡萄糖浓度为实施例来说明此发明。
本例可以葡萄糖的特定信号为特异成份信号，而以水的特异信号为体积指标(如果知道此人的血球比率(Hematocrit)，则亦可以以血红蛋白的特异信号来代表体积，因为根据血红蛋白的量和血球比率就可计算出血液总量)，也可以注射萤光标示物(FITC-Fluoroscin-isothiocyanate或天然的萤光物质充当标示物)作为已知浓度的标示物。
为了精确测量这两个信号，则这两个信号必须从同一体积中发出，不论是葡萄糖信号还是体积信号。(如果是由输入信号源产生的诱发信号，则应照射在相同的组织中)，然後后才由信号收集装置收集从目标物质所发出之的信号。如果是诱发信号则需要选定将被检测的组织，此选取装置圈定被激发的组织。而信号收集装置，则依据标的物决定其收集信号的时间及位置。
收集了信号之后，需要用光谱工具将此信号分离，而同时希望收集的信号越强越好，传统方法是用光栅；而本发明提出一个更好的仪器，用中空圆锥体(5，5’)及二色分光镜8，这样我们可收集到最多的信号(如图1)。
图1所示的组织为手指2，在光源1从手指2内侧照到手指上，与手指的组织作用后，从指甲一侧照射出来，并由一中空圆锥体5收集。而指甲被一个像封套式的结构3包围以固定位置，使得要研究的信号从相同的样品中产生。
为了检测组织中血液的其他成份，则需要有另外的特异性信号，例如尿酸，胆固醇，甘油三酯，含氧血红蛋白或任何想要检测浓度的药物或成份，每次检测一种成份则只需检测两种信号，一种为特异成份，另一种为溶剂，例如水，也可以同时检测许多成份(N-1)，这就需要(N-1)个二色分光镜来分离N个信号，需要N个中空圆锥体，每个内含透镜以将N个信号聚集到各自的检测器中，而这N个连接到处理电路7的检测器6被放置在中空圆锥体的顶点以便将信号集中于此，而各中空圆锥体信号可以用单光仪(包含波段透光滤波镜)来纯化其单光性。而中空圆锥体表面具有较高的反射率，以增强其集中信号的能力。
此信号可以是自发性信号，例如由同位素蜕变而释放出的αβγ粒子或由化学能所释放出的化学萤光(Chemi-luminance-light)(不需用选取装置而只需要信号收集装置)。也可以是由另外的电磁信号如X光，可见光，紫外光，红外光，微波等所诱发的二次信号，例如穿透光，散射光，萤光，喇曼光等等，所述电磁信号可由各种激光，二极管激光，发光二极管，各种灯或电磁源产生。
任何诱发的信号在激发态都要经过一些时间后才发射诱发光，因此可先由选取装置引导外来信号激发标的物后，再在Δt时间之后由收集装置收集在特定体积中诱发的信号，这就是所谓的以时间差来分析信号的技术，此仪器可利用此技术来降低杂音。如果激发的标的物以一定速度V*移动，则此方法将更有用，因为Δx＝V*Δt，可知当Δt时间后，在x处受到激发的标的物将移至x+V*Δt，并在此位置发射诱发信号，因此可在t时刻激发x处的标的物，而将x＝x+Δx＝x+V*Δt当做收集信号的特定体积，而在t＝t+Δt时刻检测由激发态的标示物所发射的诱发信号，由此则可消除在x体积中所有没有移动的成份所产生的杂音。
我们可进一步由开关来提高信/噪比，当启动由选取装置入射的信号时，收集装置关闭，选取装置关闭，收集装置打开，此开关的周期可重复多次以进一步提高信/噪比，此种安排在标的物于管状通道中，如动脉或生产管线中，流动时特别有用。
本发明特点及技术内容已在上面得到充分揭示，任何熟练掌握本项技术的人可依据本发明的揭示及教示而作各种不背离本发明精神的替换或修饰，因此本发明的保护范围不应限于所揭示的实施例，而应涵盖这些替换及修饰。
权利要求
1.一种在原位置上检测(N-1)种特定成份浓度的仪器，其中N为自然数，N≥2，包含一信号收集装置，用来收集在特定体积中由标的物产生的N种信号，其中一种信号代表体积；一信号检测装置，用以检测该N种信号；以及一信号区分装置，用于将N个信号分别送往N个检测器，以计算N-1种成份的浓度。
2.如权利要求1所述的仪器，其中N种信号中包括由外部输入信号在特定体积中所诱发的诱发信号。
3.如权利要求2所述的仪器，其中输入信号包括电磁波。
4.如权利要求1所述的仪器，其中信号收集装置包括一个圆锥体，用于将信号收集后送至检测器。
5.如权利要求4所述的仪器，其中检测器位于所述圆锥体的顶点。
6.如权利要求1所述的仪器，其中信号区分装置包含二色分光镜。
7.如权利要求1所述的仪器，包含用于区分N个信号的(N-1)个二色分光镜。
8.如权利要求7所述的仪器，包含N个圆锥体，用来收集N种信号。
9.如权利要求5所述的仪器，其中所述圆锥体包括透镜，用以将信号聚集到检测器。
10.如权利要求4所述的仪器，其中所述圆锥体具有高反射率表面。
11.如权利要求1所述的仪器，其中所述特定体积包括组织。
12.如权利要求11所述的仪器，其中所述组织包括手指。
13.如权利要求12所述的仪器，其中所述信号收集装置包括一个适型器，用以在指甲一侧收集信号。
14.如权利要求2所述的仪器，其中所述输入信号被由信号选取装置引导至标的物。
15.如权利要求14所述的仪器，其中所述选取装置在时间t时将信号导向体积V中的标的物，而信号收集装置在t+Δt时收集特定体积V′中的信号，V′为激发态的标的物在t+Δt时的分布体积。
16.如权利要求15所述的仪器，其中所述标的物以速度V*移动，V′为V→V+V*t的线性移动。
17.如权利要求16所述的仪器，其中所述选取装置及收集装置包括开关。
18.如权利要求17所述的仪器，其中所述收集装置在时刻t+Δt打开，而t为选取装置关闭的时间。
19.如权利要求18所述的仪器，其中所述开关重复打开及关闭多次。
20.如权利要求14所述的仪器，其中所述特定体积包括组织。
21.如权利要求20所述的仪器，其中所述组织包括手指。
22.如权利要求21所述的仪器，其中所述信号选取装置位于手指的内侧。
23.如权利要求22或13所述的仪器，还包括一个手指封套。
24.如权利要求1所述的仪器，其中体积信号包括溶剂信号。
25.如权利要求1所述的仪器，其中体积信号包括一个浓度已知的标示物。
26.如权利要求24所述的仪器，其中溶剂包括水。
27.一种分光光谱仪，包括用来分离N种光谱的(N-1)个两色分光镜；N个用来收集信号的圆锥体；及N个用来检测N种波长的检测器，其中N为自然数，且N≥2。
28.如权利要求27所述的光谱仪，还包括透镜。
29.如权利要求27所述的光谱仪，其中所述检测器位于圆锥体顶端。
30.如权利要求27所述的光谱仪，其中所述圆锥体还包括高反射率表面。
31.如权利要求30所述的光谱仪，还包括用来选择波长的单色仪。
32.一种用于光谱研究的手指适型装置，包括一信号收集装置，用于在指甲处收集由手指特定体积中射出的光线，并将光线引导至一光谱仪。
33.如权利要求32所述的手指适型装置，进一步包括信号选取装置，用于引导外来光线照射在手指的固定体积上。
34.如权利要求33所述的手指适型装置，还包括手指封套。
35.如权利要求34所述的手指适型装置，其中所述收集装置及选取装置包括开关。
36.如权利要求35所述的手指适型装置，其中所述收集装置的开关在t+Δt时刻打开，而选取装置的开关在t＝t时刻关闭。
37.如权利要求36所述的手指适型装置，其中开关周期重复多次。
38.如权利要求第36项所述的手指适型装置，其中所述固定体积与特定体积相距Δx＝V*Δt，V*为血液在所述手指中的流动速度。
全文摘要
本发明涉及一种用以在原位置上检测特定成分浓度的仪器。根据本发明的一个实施例，该仪器包括信号收集器，用来收集在特定体积中由标的物产生的多个信号，其中一种信号对应于该特定体积；信号检测器用以检测该多个信号；以及信号区分器，将各信号分别送往各检测器。本发明提供一种有效的在原位置上测量浓度，而不需将溶液从原容器中取出的装置。
文档编号G01N21/55GK1453570SQ02118418
公开日2003年11月5日 申请日期2002年4月23日 优先权日2002年4月23日
发明者王唯工 申请人:王唯工