用于探测来自植入传感器的光信号的设备和方法
【专利说明】用于探测来自植入传感器的光信号的设备和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35U. S. C. § 119 (e)要求2013年6月6日提交的发明名称为 "Detection of Implant Optical Signals with Off-Axis Light Restriction'，的临 时美国专利申请No. 61/832065和2013年6月6日提交的发明名称为"Detection of Implant Optical Signals with Large Ratio of Surface Area" 的临时美国专利申请 No. 61/832078的优先权，通过引用将每个的公开内容全文并入本文。
【背景技术】
[0003] 文中描述的一些实施例涉及用于监测植入物的设备和方法，尤其涉及用于采用离 轴光的限制探测植入物发射的光信号的设备和方法。
[0004] 文中描述的一些实施例涉及用于监测植入物的设备和方法，尤其涉及用于通过相 对于激励光信号的提供所通过的组织表面区域而言的相对较大的组织表面区域探测光信 号的设备和方法。
[0005] 对于某些个人而言，对其体内的诸如葡萄糖、乳酸盐、氧等的分析物的水平或浓度 进行监测对其健康是重要的。葡萄糖或其他分析物的水平高或低都可能产生不利影响或者 指示特定的健康状态。葡萄糖的监测对于患有糖尿病的人尤其重要，其中的一部分人必须 要确定何时需要胰岛素以降低其体内的葡萄糖水平，何时需要额外的葡萄糖以提升其体内 的葡萄糖水平。
[0006] 很多糖尿病患者采用的监测其血糖水平的常规技术包括定期抽取血液，将该血液 涂到测试条上，并采用热量测定、电化学或光度测定检测确定血糖水平。这种技术不允许连 续或自动监测体内的葡萄糖水平，而是通常必须在周期性的基础上人工执行监测。令人遗 憾的是，葡萄糖水平检测的一致性在个体之间存在很宽的变动。很多糖尿病患者认为周期 性测试不方便，他们有时会忘记测试其葡萄糖水平，或者没有时间进行正确的测试。此外， 一些个体希望避免与测试相关的疼痛。不经监测的葡萄糖可能导致高血糖或低血糖事件。 监测个体分析物水平的植入传感器使个体能够更容易地监测其葡萄糖或其他分析物的水 平。
[0007] -些已知装置就地监测各种组织的血流或组织液内的分析物（例如，葡萄糖）。这 些装置中有很多采用插入到血管或者患者皮下的传感器。但是，从这样的已知和/或推荐 的装置传送和/或检索数据可能存在困难。例如，植入传感器或许能够采用射频（RF)传输 与探测器或接收器通信。但是，这样的传感器可能需要电子设备、电池、天线和/或其他通 信硬件，它们可能增大植入传感器的体积，可能需要频繁的不方便的充电和/或可能降低 植入物的寿命或可靠性。
[0008] 因此，需要一种用于探测来自植入传感器的光信号的设备和方法，从而能够采用 荧光传感器。荧光传感器可以不需要充电和/或传输电子装置。但是，这样的植入传感器 可能难以读取或者进行光学监测，因为皮肤条件（例如，血液水平和水合作用）的动态变化 所导致的高散射使得荧光水平低。皮肤存在高度散射，所述散射可以支配光传播。散射是 由组织内的折射率变化导致的，皮肤内的散射的主要分量（main component)归因于脂质、 胶原质以及其他生物学成分。主要吸收是由血液、黑色素、水以及其他成分导致的。
[0009] 文中描述的装置和设备适于通过在这样的低信号、高散射环境下监测可植入传感 器而提供对分析物的准确、一致的测量。
【发明内容】
[0010] 文中描述的一些实施例涉及一种设备，其包括被配置为向植入传感器发射激励光 信号的光源和被配置为探测从植入传感器发射的分析物相关光信号的探测器。所述设备可 以包括被配置为将分析物相关光信号的至少一部分聚焦到探测器上的透镜。
[0011] 文中描述的一些实施例涉及透镜阵列。可以将来自透镜阵列的每个透镜配置为使 来自植入传感器的分析物相关光信号传输至探测器。可以将多个光阻挡元件设置到透镜阵 列的基板内。可以将来自光阻挡元件阵列的每个光阻挡元件配置为避免或阻止具有大于预 定入射角的入射角的光子通过所述基板。
[0012] 文中描述的一些实施例涉及包括被配置为探测来自植入传感器的分析物相关光 信号的探测器的设备。可以将透镜配置为将分析物相关光信号的至少一部分聚焦到所述探 测器上。可以将滤光器配置为使具有短于分析物相关光信号的波长的光衰减。
[0013] 文中描述的一些实施例涉及能够响应于至少一个激励波长范围内的激励光发射 至少一个处于至少一个发射波长范围内的分析物相关光信号的植入物。可以将包括至少一 个光源的装置布置为发射贯穿植入物周围的组织的激励光。所述装置可以包括至少一个被 布置为探测从植入传感器发射并且通过所述组织传输的处于发射波长范围内的光的探测 器。所述装置还可以包括与光圈阵列布置到一起的透镜阵列，以限制离轴光传输至探测器。 可以相对于探测器对透镜阵列和光圈阵列定位，从而根据发射光的入射角限制从组织发射 的向探测器传播的光。可以将至少一层光控制膜与所述透镜阵列和光圈阵列结合布置，从 而基于发射光相对于所述膜的入射角限制从组织发射的向探测器传播的光。所述装置还可 以包括至少一个滤光器，其被置于将向探测器的光传输限制为基本上处于发射波长范围内 的波长。
[0014] 文中描述的一些实施例涉及一种用于监测嵌入在哺乳动物身体组织内的植入物 的光学探测装置。所述植入物能够响应于处于至少一个激励波长范围内的激励光发射至少 一个处于至少一个发射波长范围内的分析物相关光信号。所述装置可以包括至少一个被布 置为通过组织向植入物发射激励光的光源。将至少一个探测器布置为探测从组织发射的处 于发射波长范围内的光。所述装置还可以包括与光圈阵列布置到一起的透镜阵列，以限制 离轴光传输至探测器。相对于探测器对透镜阵列和光圈阵列定位，从而根据发射光的入射 角限制从组织发射的向探测器传播的光。将光阻挡元件布置到光圈之间，以阻挡入射光线 通过光圈的传播。将所述光阻挡元件设置为根据光线相对于光圈光轴的入射角的提高而阻 挡入射光线。所述装置还包括至少一个滤光器，其被布置为将发射光向探测器的传输限制 为基本上处于发射波长范围内的波长。
[0015] 文中描述的一些实施例涉及一种用于监测哺乳动物身体组织内嵌入的植入物的 方法。所述植入物能够响应于处于至少一个激励波长范围内的激励光发射至少一个处于至 少一个发射波长范围内的分析物相关光信号。所述方法可以包括通过所述组织向植入物发 射激励光以及探测从所述组织发射的处于发射波长范围内的光。使发射波长范围内的光穿 过透镜阵列和光圈阵列传输，所述透镜阵列和光圈阵列被布置为根据发射光的入射角限制 从组织发射的向至少一个探测器传播的光。使发射波长范围内的光通过与所述透镜阵列和 光圈阵列结合布置的至少一层光控制膜来输，从而根据发射光相对于所述膜的入射角限制 组织发射的向探测器传播的光。还使处于发射波长范围内的光通过至少一个滤光器传输， 所述滤光器被设置为将向探测器的光传输限制为基本上处于发射波长范围内的波长。
[0016] 文中描述的一些实施例涉及一种用于监测哺乳动物身体组织内嵌入的植入物的 方法。所述植入物能够响应于处于至少一个激励波长范围内的激励光发射至少一个处于至 少一个发射波长范围内的分析物相关光信号。所述方法可以包括通过所述组织向植入物发 射激励光以及探测从所述组织发射的处于发射波长范围内的光。与透镜阵列结合布置的光 圈阵列根据发射光的入射角限制从组织发射的向至少一个探测器传播的光。所述方法还可 以包括采用置于光圈之间的光阻挡元件阻挡入射光线通过所述光圈的传播，从而基于例如 光圈的光轴来阻挡入射角大于阈值入射角的入射光线。所述方法还可以包括将发射光过滤 为基本上处于发射波长范围内的波长。
[0017] 文中描述的一些实施例涉及用于监测嵌入到皮肤下面的组织内的植入物的光学 探测装置。所述植入物能够响应于处于至少一个激励波长范围内的激励光发射至少一个处 于至少一个发射波长范围内的分析物相关光信号。所述装置可以包括至少一个被布置为通 过皮肤的第一表面区域向嵌入在组织内的植入物发射激励光的光源。可以将一个或多个探 测器布置为探测从皮肤的至少第二表面区域发射的光，其中，所述光源以及所述一个或多 个探测器被布置为使探测光在其向所述一个或多个探测器传播时所通过的皮肤表面积与 激励光的传输所通过的皮肤表面积之比至少为4:1。
[0018] 文中描述的一些实施例涉及用于监测嵌入到皮肤下面的组织内的植入物的方法。 所述植入物能够响应于处于至少一个激励波长范围内的激励光发射至少一个处于至少一 个发射波长范围内的分析物相关光信号。所述方法还可以包括通过皮肤的第一表面区域向 嵌入在组织内的植入物发射激励光以及探测从皮肤的至少第二表面区域发射的光。探测光 在其向一个或多个探测器传播时所通过的皮肤表面积与激励光的传输所通过的皮肤表面 积之比为至少4:1。
【附图说明】
[0019] 图1是根据实施例的用于监测植入物的光探测装置的示意性侧视图。
[0020] 图2是根据实施例的用于监测植入物的光探测装置的示意性侧视图。
[0021] 图3是根据实施例的光圈阵列的平面图。
[0022] 图4是根据实施例的光学探测装置的示意性平面图。
[0023] 图5是根据实施例的光学探测装置的示意性分解图。
[0024] 图6是根据实施例的用于监测植入物的光探测装置的示意性侧视图。
[0025] 图7是根据实施例的用于监测植入物的光探测装置的示意性侧视图。
[0026] 图8A-8D示出了根据实施例的处于各制造阶段内的具有光阻挡元件的