[发明专利]用于非侵入性测量体内分析物的系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于非侵入性地探测体内样品以测量分析物的系统，包括：耦合到体内样品的脉搏传感器，其用于检测样品的血液脉搏并且用于产生相应的脉搏信号；激光发生器，其用于产生具有波长、功率和直径的激光辐射，该激光辐射被引导朝向样品以引出拉曼信号；激光控制器，其被适配成激活激光发生器；光谱仪，其被定位成接收拉曼信号并且产生分析物光谱数据；以及耦合到脉搏传感器、激光控制器和光谱仪的计算装置，该计算装置被适配成基于从激光控制器接收的定时数据将光谱数据与脉搏信号相关联，以便将来自样品的血液内的分析物的光谱分量与来自由样品的非血液成分产生的分析物的光谱分量分离。

相关申请的交叉引用

本发明要求2020年7月13日提交的具有相同标题的美国非临时专利申请序列号16/927,804的优先权，该美国非临时专利申请要求2019年7月24日提交的具有相同标题的美国临时专利申请序列号62/878,074的优先权，该美国临时专利申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及化学计量学、分析物浓度的确定，并且更具体地涉及用于非侵入性测量体内分析物的系统和方法。

背景技术

许多常用的医疗诊断装置(诸如血糖仪)是侵入性的，因为它们需要从患者抽取血液或其他组织以用于分析目的和/或诊断目的。该过程可能是痛苦的，并且对患者有潜在风险。此外，仅有少数医疗诊断装置可应用于一系列目标分析物，并且一般来讲，需要将样品送到实验室来确定多种分析物的浓度。

已经推行了非侵入性化学计量装置，但这些装置的适用性通常有限，也就是说，它们仅可用于确定特定的分析物或分析物类别的浓度，否则它们的信噪比(S/N)会很差，相对于测试标准，准确度达不到90％。作为前述情况的一个示例，Bergeson等人的文章“Resonance Raman Measurements of Carotenoids using Light Emitting Diodes”报告了一种商业装置，其专注于在共振条件下检测类胡萝卜素的拉曼谱线(Raman line)。由于Bergeson等人公开的这种技术采用特定的共振条件，所以不能推广到大范围的分析物。包括近红外光谱在内的其他非侵入性技术已经用于特定分析物(例如，“Pulse Ox”)，但此类方法对于许多其他所关注分析物(例如，葡萄糖)还不够准确，或者在检查多于一个测试对象时准确度不足。

因此，需要一种用于测量体内分析物的非侵入性方法，该方法适用于范围广泛的分析物并且还可以提供准确的浓度测量结果，而无需针对个体测试对象进行校准。

发明内容

本文公开了一种用于非侵入性地探测体内样品以测量分析物的探针。该探针包括：激光发生器，其用于输出具有指定的波长、功率和光束直径的激光辐射；耦合到驱动器的旋转镜，该旋转镜被适配成将激光辐射偏转到样品上，使得激光辐射在样品表面上的焦点随时间推移而移动，从而减小样品之上或之中的任何单个点处的平均辐射强度；以及集光光学器件，其被定位成经由扫描镜接收由激光辐射冲击在样品上的焦斑处所引起的并且从所述样品发出的拉曼信号。被引导到样品上的激光辐射适于从样品引出拉曼信号，用于测量样品中的分析物。

在某些实施方案中，机械驱动器被实施为马达，该马达耦合到旋转镜并且被适配成旋转该旋转镜，使得从该旋转镜偏转的激光辐射在样品表面上描绘图案。在其他实施方案中，机械驱动器可以被实施为压电元件，该压电元件耦合到旋转镜并且被适配成枢转或振动该旋转镜，以便以类似方式使辐射偏转，从而在样品表面上描绘图案。可以使用其他类型的镜驱动器。此外，通过移动样品而不是追踪激光辐射和集光光学器件的焦点，可以产生类似的扫描效果。在一些实施方式中，激光辐射的扫描将冲击在样品的任何单个位置处的平均辐射强度降低到小于.1W/cm²。