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用于分析材料的裝置和方法
閱讀：757發(fā)布：2021-04-09
專利匯可以提供用于分析材料的裝置和方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 具體涉及用于分析材料(101)的裝置(10)，該裝置(10)包括激發(fā)傳輸裝置(100)，用于產(chǎn)生具有至少一個(gè)激發(fā) 波長(zhǎng) 的至少一個(gè)電磁激發(fā)束(SA)，激發(fā)束具體為激發(fā)光束，還包括用于檢測(cè)響應(yīng) 信號(hào) (SR)的檢測(cè)裝置(106)；以及用于基于所檢測(cè)的響應(yīng)信號(hào)(SR)分析材料的裝置(107)。，下面是用于分析材料的裝置和方法專利的具體信息內(nèi)容。
1.用于分析材料(101)的裝置(10)，具有：
-激發(fā)傳輸裝置(100)，用于產(chǎn)生至少一個(gè)電磁激發(fā)束(SA)，所述至少一個(gè)電磁激發(fā)束具體為具有至少一個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)的激發(fā)光束；
-檢測(cè)裝置(106、139)，用于檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)(SR)；以及
-用于基于所檢測(cè)的響應(yīng)信號(hào)(SR)分析所述材料的裝置(107、147)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，
-所述激發(fā)傳輸裝置為輻射源，在一個(gè)實(shí)施方式中為單色輻射源，具體為極化的輻射源，更具體地為激光光源；
-所述裝置(10)包括光學(xué)介質(zhì)(108)，所述光學(xué)介質(zhì)(108)與所述材料(101)直接接觸，具體地，所述光學(xué)介質(zhì)(108)與所述材料的表面的第一區(qū)域(102)直接接觸；
-其中，所述激發(fā)傳輸裝置(100)優(yōu)選地布置成使得所發(fā)射的激發(fā)束(SA)穿入所述光學(xué)介質(zhì)(108)，并在所述光學(xué)介質(zhì)的表面(12)上的預(yù)定點(diǎn)處再次退出所述光學(xué)介質(zhì)(108)，以及
-所述裝置包括用于發(fā)射測(cè)量束(112)的系統(tǒng)(105)，所述測(cè)量束(112)具體為測(cè)量光束，所述系統(tǒng)(105)布置成使得所發(fā)射的測(cè)量束(112)穿入所述光學(xué)介質(zhì)(108)，以及其中，優(yōu)選地，在操作中，所述測(cè)量束(112)和所述激發(fā)束(SA)在所述光學(xué)介質(zhì)(108)與所述材料(101)的表面的界面(GF)處重疊，其中，在所述界面(GF)處所述測(cè)量束(112)發(fā)生反射，以及-所述檢測(cè)裝置(106)是用于接收所反射的測(cè)量束(112)和/或用于直接或間接地檢測(cè)所反射的測(cè)量束(112)的偏轉(zhuǎn)的裝置，其中，所反射的測(cè)量束(112)形成所述響應(yīng)信號(hào)(SR)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述裝置(10)包括光學(xué)介質(zhì)(108)，所述光學(xué)介質(zhì)(108)與所述材料(101)直接接觸，具體地，所述光學(xué)介質(zhì)(108)與所述材料的表面的第一區(qū)域(102)直接接觸，以及所述檢測(cè)裝置(106)檢測(cè)所述光學(xué)介質(zhì)的參數(shù)變化以檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)(SR)，具體地在鄰近于所述第一區(qū)域的區(qū)域中，檢測(cè)由所述響應(yīng)信號(hào)引起的所述光學(xué)介質(zhì)的參數(shù)變化，具體為所述光學(xué)介質(zhì)的變形和/或密度變化。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述檢測(cè)裝置包括壓電元件，所述壓電元件連接至所述光學(xué)介質(zhì)或集成在所述光學(xué)介質(zhì)中，作為用于檢測(cè)變形和/或密度變化的檢測(cè)器。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述檢測(cè)裝置包括作為用于檢測(cè)所述響應(yīng)信號(hào)的檢測(cè)器的溫度傳感器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
-所述裝置包括用于對(duì)所述激發(fā)光束(SA)進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的裝置(104)，以及-所述檢測(cè)裝置(106)適用于根據(jù)所述激發(fā)光的所述波長(zhǎng)和/或所述激發(fā)光的強(qiáng)度調(diào)制來檢測(cè)時(shí)間依賴的響應(yīng)信號(hào)(SR)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述激發(fā)傳輸裝置(100)將所述至少一個(gè)電磁激發(fā)束(SA)輻射至材料容積(103)中，所述材料容積(103)定位在所述材料(101)的表面的第一區(qū)域(102)下面。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述激發(fā)傳輸裝置(100)包括兩個(gè)或更多個(gè)傳輸元件(100a)，所述傳輸元件(100a)具體為一維、二維或多維傳輸元件陣列形式的傳輸元件。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述兩個(gè)或更多個(gè)傳輸元件(100a)各自均生成其特有的電磁激發(fā)束，并將所述電磁激發(fā)束輻射至所述第一區(qū)域(102)之下的容積中。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述兩個(gè)或更多個(gè)傳輸元件(100a)的所述電磁激發(fā)束的波長(zhǎng)是不同的。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述激發(fā)傳輸裝置包括兩個(gè)或更多個(gè)激光器和/或兩個(gè)或更多個(gè)發(fā)光二極管，所述兩個(gè)或更多個(gè)激光器具體為一維、二維或多維激光器陣列的形式，所述兩個(gè)或更多個(gè)發(fā)光二極管具體為一維、二維或多維二極管陣列的形式。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述激發(fā)傳輸裝置直接地或間接地通過調(diào)節(jié)裝置(109)機(jī)械固定地連接至光學(xué)介質(zhì)(108)，所述光學(xué)介質(zhì)(108)與所述材料(101)直接接觸，具體地，所述光學(xué)介質(zhì)(108)與所述材料(101)的表面的所述第一區(qū)域(102)直接接觸。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
用于強(qiáng)度調(diào)制的裝置(104)包括電調(diào)制裝置或由電調(diào)制裝置形成，所述電調(diào)制裝置電連接至所述激發(fā)傳輸裝置(100)，并電控制所述激發(fā)傳輸裝置(100)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述用于強(qiáng)度調(diào)制的裝置(104)包括至少一個(gè)受控制的鏡子(133、134)，所述至少一個(gè)受控制的鏡子(133、134)布置在所述光束路徑中。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述用于強(qiáng)度調(diào)制的裝置(104)包括至少一個(gè)層或由所述至少一個(gè)層形成，所述至少一個(gè)層布置在所述束路徑(138)中，且其透明度是能夠控制的。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
設(shè)置有用于發(fā)射測(cè)量束(112)的裝置(105)，所述測(cè)量束(112)具體為測(cè)量光束，所述測(cè)量束(112)發(fā)射至光學(xué)介質(zhì)(108)與所述材料的表面的所述第一區(qū)域(102)相接觸的區(qū)域中。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述檢測(cè)裝置和所述用于發(fā)射測(cè)量束的裝置彼此相互對(duì)準(zhǔn)，使得所述測(cè)量束在所述光學(xué)介質(zhì)(108)的所述界面(GF)處發(fā)生至少一次反射之后，所述檢測(cè)裝置檢測(cè)所述測(cè)量束作為所述時(shí)間依賴的響應(yīng)信號(hào)，其中，所述光學(xué)介質(zhì)(108)的所述界面(GF)與所述材料相接觸，具體地，所述光學(xué)介質(zhì)(108)的所述界面(GF)與所述材料(101)的表面的所述第一區(qū)域(102)相接觸。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述檢測(cè)裝置和/或所述激發(fā)傳輸裝置和/或所述用于發(fā)射測(cè)量束的裝置直接機(jī)械固定地連接至所述光學(xué)介質(zhì)，和/或通過光纖線纜(120)聯(lián)接至所述光學(xué)介質(zhì)。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述光學(xué)介質(zhì)直接支承成像光學(xué)器件(128、129)，和/或成像光學(xué)器件(128、129)集成在所述光學(xué)介質(zhì)中。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述光學(xué)介質(zhì)的表面具有朝向彼此傾斜的多個(gè)部分面(110、111)，所述測(cè)量束(112)在所述多個(gè)部分面(110、111)處發(fā)生多次反射，具體地，所述測(cè)量光束在所述多個(gè)部分面(110、111)處發(fā)生多次反射。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述光學(xué)介質(zhì)(108)上或所述光學(xué)介質(zhì)(108)中設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)反射表面(113、
114)，以用于反射所述測(cè)量束(112)，具體地反射所述測(cè)量光束。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述激發(fā)傳輸裝置(100)和/或所述檢測(cè)裝置(106)和/或所述用于發(fā)射測(cè)量束的裝置(105)直接附接至彼此或附接至公共支承部(121)。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述支承部(121)由印刷電路板、金屬板或塑料板或殼體(122)或所述裝置的殼體部分形成。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述激發(fā)傳輸裝置具有集成的半導(dǎo)體部件，所述集成的半導(dǎo)體部件包括一個(gè)或多個(gè)激光器元件和至少一個(gè)微光學(xué)部件以及優(yōu)選地包括附加調(diào)制元件。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述調(diào)制元件包括至少一個(gè)元件，具體為鏡子，所述至少一個(gè)元件能夠相對(duì)于其余的所述半導(dǎo)體裝置移動(dòng)，且其位置是能夠控制的。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述調(diào)制元件包括具有可控輻射磁導(dǎo)率的層。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，
所述調(diào)制元件包括用于調(diào)制所述一個(gè)或多個(gè)激光器元件的電子控制電路。
28.用于分析材料(101)的方法，其中，在所述方法中，
-利用激發(fā)傳輸裝置(100)，通過至少部分地同時(shí)或連續(xù)操作激光光源的多個(gè)激光發(fā)射器，產(chǎn)生具有至少一個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)的至少一個(gè)電磁激發(fā)束(SA)；
-利用檢測(cè)裝置(106)檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)(SR)；以及
-基于所檢測(cè)的響應(yīng)信號(hào)(SR)，分析所述材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，
使用所述激發(fā)傳輸裝置的不同調(diào)制頻率，連續(xù)地確定響應(yīng)信號(hào)，具體為瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)波形或圖案，以及使不同調(diào)制頻率下的多個(gè)響應(yīng)信號(hào)波形或圖案彼此結(jié)合，以及具體地，從所結(jié)合的響應(yīng)信號(hào)波形或圖案中獲得表面下的深度范圍的具體信息。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，
對(duì)于不同波長(zhǎng)的所述激發(fā)束，確定不同的調(diào)制頻率下的響應(yīng)信號(hào)波形或圖案，具體地，從所述響應(yīng)信號(hào)波形或圖案獲得所述表面下的每個(gè)深度范圍的具體信息。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，
當(dāng)同時(shí)使用泵束的多個(gè)調(diào)制頻率時(shí)，通過分析過程，優(yōu)選地通過傅里葉變換，將所檢測(cè)到的信號(hào)解析到信號(hào)頻率中，以及
僅過濾出與所期望的頻率相對(duì)應(yīng)的部分信號(hào)。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求28至31中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，
-使光學(xué)介質(zhì)(108)與所述材料(101)直接接觸，具體地，使所述光學(xué)介質(zhì)(108)與所述材料(101)的表面的第一區(qū)域(102)直接接觸；
-利用所述激發(fā)傳輸裝置(100)產(chǎn)生所述發(fā)射的激發(fā)束(SA)，以及具體地，所述激發(fā)束(SA)進(jìn)行輻射以使得所述激發(fā)束(SA)穿入所述光學(xué)介質(zhì)(108)，并在所述光學(xué)介質(zhì)(108)的表面上的預(yù)定點(diǎn)處再次退出所述光學(xué)介質(zhì)(108)；
-利用用于發(fā)射測(cè)量束(112)的裝置(105)，產(chǎn)生測(cè)量束(112)，具體地產(chǎn)生測(cè)量光束，使得所述測(cè)量束(112)穿入所述光學(xué)介質(zhì)(108)，以及具體地，在操作中，所述測(cè)量束(112)和所述激發(fā)束(SA)在所述光學(xué)介質(zhì)(108)與所述材料(101)的所述表面的界面(GF)處重疊，其中，在所述界面(GF)處所述測(cè)量束(112)發(fā)生反射；以及
-利用所述檢測(cè)裝置(106)測(cè)量所反射的測(cè)量束(112)，其中，所反射的測(cè)量束(112)形成所述響應(yīng)信號(hào)(SR)；和/或
-直接或間接地檢測(cè)所反射的測(cè)量束的偏轉(zhuǎn)。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求28至32中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，
以第一頻率對(duì)所述激發(fā)束進(jìn)行周期性振幅調(diào)制，以及確定所述響應(yīng)信號(hào)相對(duì)于所述第一頻率的頻率偏移，以及基于多普勒效應(yīng)確定所測(cè)量的材料的運(yùn)動(dòng)速度。
34.根據(jù)前述權(quán)利要求28至33中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，
根據(jù)在所述材料中識(shí)別的物質(zhì)濃度，激活用于將物質(zhì)遞送至所述材料中的定量裝置，具體地激活用于將物質(zhì)傳送至患者體內(nèi)的定量裝置，和/或輸出聲學(xué)和/或可見信號(hào)，和/或信號(hào)經(jīng)由無線連接傳送至處理裝置。
用于分析材料的裝置和方法
[0001] 本知識(shí)產(chǎn)權(quán)涉及用于分析材料的裝置和方法。在用于測(cè)量葡萄糖或血糖的一個(gè)實(shí)施方式中，此處描述的裝置和此處描述的過程可用于例如分析動(dòng)物或人體組織。
[0002] 已知的用于分析材料的方法，具體地用于測(cè)量血糖的方法在下列出版物中進(jìn)行了描述，例如：
[0003] -Guo等人的“人皮膚中的無創(chuàng)葡萄糖檢測(cè)-使用波長(zhǎng)調(diào)制的差分激光光熱輻射度量學(xué)(Noninvasive?glucose?detection?in?human?skin-using?wavelength?modulated?differential?laser?photothermal?radiometry)”，生物醫(yī)學(xué)光學(xué)期刊(Biomedical?Optics?Express)，2012年第3卷第11期；
[0004] -Uemura等人的“通過傅里葉變換紅外光譜分析的唇粘膜中的無創(chuàng)血糖測(cè)量：硫族化物光纖系統(tǒng)的應(yīng)用(Non-invasive?blood?glucose?measurement?by?Fourier?transform?infrared?spectroscopic?analysis?through?the?mucous?membrane?of?the?lip:application?of?a?chalcogenide?optical?fiber?System)”，前端醫(yī)學(xué)生物工程(Front?Med?Biol?Eng.),1999；9(2):137-153；
[0005] -Farahi等人的“使用量子級(jí)聯(lián)激光器的泵探查光熱光譜(Pump? probe?photothermal?spectroscopy?using?quantum?cascade?lasers)”.J.Phys.D.Appl,2012；
以及
以及
[0006] -M.Fujinami等人的“使用基于光熱光譜學(xué)的全內(nèi)反射-光束偏轉(zhuǎn)對(duì)液體/液體界面處的分子的高靈敏度檢測(cè)(Highly?sensitive?detection?of?molecules?at?the?liquid/liquid?interface?using?total?internal?reflection-optical?beam?deflection? based? on? photothermal?spectroscopy)”，科學(xué)儀器的評(píng)述
(Rev.Sei.Instrum)，2003年第74卷第1期；
(Rev.Sei.Instrum)，2003年第74卷第1期；
[0007] -(1)von?Lilienfeld-Toal,H.Weidenmüller,Xhelaj,A. W.，通過中紅外光譜的無創(chuàng)葡萄糖測(cè)量的新方法：量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)與光聲檢測(cè)振動(dòng)光譜的結(jié)合(A?Novel?Approach?to?Non-Invasive? Glucose?Measurement?by?Mid-Infrared?
Spectroscopy:The?Combination?of?Quantum?Cascade?Lasers(QCL)and?Photoacoustic?Detection?Vibrational?Spectroscopy)，38:209-215,2005；
Spectroscopy:The?Combination?of?Quantum?Cascade?Lasers(QCL)and?Photoacoustic?Detection?Vibrational?Spectroscopy)，38:209-215,2005；
[0008] -(2)Pleitez,M.von?Lilienfeld-Toal,H. W.，利用FT-IR光譜和脈沖量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)對(duì)體外和體內(nèi)的人體間質(zhì)液進(jìn)行紅外光譜分析：建立無創(chuàng)葡萄糖測(cè)量的新方法(Infrared?spectroscopic?analysis?of?human?interstitial?fluid?in?vitro?and?in?vivo?using?FT-IR?spectroscopy?and?pulsed?quantum?cascade?lasers(QCL):
Establishing?a?new?approach?to?non-invasive?glucose?measurement)，光譜化學(xué)學(xué)報(bào)，A部分-分子和生物分子光譜，85:61-65,2012；
Establishing?a?new?approach?to?non-invasive?glucose?measurement)，光譜化學(xué)學(xué)報(bào)，A部分-分子和生物分子光譜，85:61-65,2012；
[0009] -(3)Pleitez,M.等，通過中紅外脈沖光聲光譜對(duì)人表皮葡萄糖濃度進(jìn)行體內(nèi)無創(chuàng)監(jiān)測(cè)(In?Vivo?Noninvasive?Monitoring?of?Glucose?Concentration?in?Human?Epidermis?by?Mid-Infrared?Pulsed?Photoacoustic?Spectroscopy)，分析化學(xué),85:
1013-1020,2013；
1013-1020,2013；
[0010] -(4)Pleitez,M.Lieblein,T.Bauer,A.Hertzberg,O.von?Lilienfeld-Toal,H.W.用于人體表皮體內(nèi)中紅外光譜的無窗超聲波光聲單元：通過由皮膚接觸所引起的空氣壓力、溫度和濕度的變化的低干擾，為間質(zhì)液中的葡萄糖檢無創(chuàng)監(jiān)測(cè)提供了可能(Windowless?ultrasound?photoacoustic?cell?for?in?vivo?mid-IR?spectroscopy?of?human?epidermis:Low?interference?by?changes?of?air?pressure,temperature,and?humidity?caused?by?skin?contact?opens?the?possibility?for?a?non-invasive?monitoring?of?glucose?in?the?interstitial?fluid)，科學(xué)儀器的評(píng)述(Review?of?Scientific?Instruments)，84,2013；
[0011] -(5)M.A.Pleitez?Rafael,O.Hertzberg,A.Bauer,M.Seeger,T.Lieblein,H.von?Lilienfeld-Toal和W. 通過全內(nèi)反射增強(qiáng)的光熱偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)人體表皮中的無創(chuàng)葡萄糖監(jiān)測(cè)(Photo-thermal?deflectometry?enhanced?by?total?internal?reflection?enables?non-invasive?glucose?monitoring?in?human?epidermis)，分析(The?
Analyst),2014年11月。
Analyst),2014年11月。
[0012] 本發(fā)明的目的是具體說明一種裝置，使用該裝置，可以特別簡(jiǎn)單且成本有效地分析材料，具體地分析動(dòng)物或人體組織或組織的成分或組成部分。
[0014] 對(duì)德國(guó)專利DE?10?2014?108?424?B3進(jìn)行引用，具體引用該專利的內(nèi)容，且本申請(qǐng)延伸了該專利的內(nèi)容；通過本文中進(jìn)行的這種明確引用，德國(guó)專利DE?10?2014?108?424?B3的全部?jī)?nèi)容因此還被認(rèn)為是本申請(qǐng)的公開的部分(對(duì)于該公開的所有細(xì)節(jié)“通過引用并入”)。具體地，這種引用涉及授權(quán)的專利權(quán)利要求中給出的所有特征。另外，該引用具體涉及其中提及的激發(fā)光束的細(xì)節(jié)，例如，涉及其中引用的脈沖頻率和波長(zhǎng)(波長(zhǎng)范圍)的數(shù)值，并且還涉及與間質(zhì)液中葡萄糖含量的測(cè)量有關(guān)的細(xì)節(jié)。
[0015] 除了在提交時(shí)直接和明確提及的權(quán)利要求和示例性實(shí)施方式的主題之外，本PCT產(chǎn)權(quán)申請(qǐng)還涉及其它方面，這些方面列于本說明書的末尾。這些方面可以與提交時(shí)所引用的權(quán)利要求的特征單獨(dú)地或成組地進(jìn)行組合。這些方面，無論是單獨(dú)的還是彼此結(jié)合的或與權(quán)利要求的主題結(jié)合的，都代表獨(dú)立的發(fā)明。申請(qǐng)人保留日后使這些發(fā)明成為權(quán)利要求的主題的權(quán)利。這可以在該申請(qǐng)的情況中進(jìn)行，或在后續(xù)分案申請(qǐng)、繼續(xù)申請(qǐng)(在美國(guó))、部分繼續(xù)申請(qǐng)(在美國(guó))或要求該申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)的后續(xù)申請(qǐng)的情況中進(jìn)行。
[0016] 然而，在下文中，將首先討論在提交時(shí)提及的權(quán)利要求的主題。
[0017] 提供了用于分析材料的裝置，該裝置具有：用于產(chǎn)生至少一個(gè)電磁激發(fā)束(具體地，具有至少一個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)的激發(fā)光束)的激發(fā)傳輸裝置；用于檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)的檢測(cè)裝置；以及用于基于所檢測(cè)的響應(yīng)信號(hào)分析材料的裝置。
[0018] 該裝置的主要優(yōu)點(diǎn)在于其可用于以非常簡(jiǎn)單和可靠的方式來分析材料的事實(shí)。
[0020] 在該裝置的示例性實(shí)施方式中，提供的是：
[0022] -該裝置具有光學(xué)介質(zhì)，光學(xué)介質(zhì)與材料直接接觸，具體地與材料的表面的第一區(qū)域直接接觸，
[0023] -其中，激發(fā)傳輸裝置優(yōu)選地布置成使得發(fā)射的激發(fā)束穿入該光學(xué)介質(zhì)并在光學(xué)介質(zhì)的表面上的預(yù)定點(diǎn)處再次退出光學(xué)介質(zhì)，以及
[0024] -該裝置包括用于發(fā)射測(cè)量束(具體地，測(cè)量光束)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)布置成使得發(fā)射的測(cè)量束穿入光學(xué)介質(zhì)中，以及其中，在操作中，測(cè)量束和激發(fā)束優(yōu)選地在光學(xué)介質(zhì)和材料表面的界面處重疊，測(cè)量束在所述界面處發(fā)生反射，以及
[0025] -檢測(cè)裝置是用于接收形成響應(yīng)信號(hào)的反射的測(cè)量束的裝置，和/或用于直接或間接地檢測(cè)反射的測(cè)量束的偏轉(zhuǎn)的裝置。
[0026] 優(yōu)選地，該裝置具有光學(xué)介質(zhì)，該光學(xué)介質(zhì)與材料直接接觸，具體地與材料表面的第一區(qū)域直接接觸，在一個(gè)實(shí)施方式中與人的皮膚直接接觸，其中，為了檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)，檢測(cè)裝置具體地在鄰近于第一區(qū)域的區(qū)域中檢測(cè)光學(xué)介質(zhì)的參數(shù)變化作為響應(yīng)信號(hào)的結(jié)果，具體地，將光學(xué)介質(zhì)的變形和/或密度變化作為局部的、時(shí)間依賴的加熱的結(jié)果。光學(xué)介質(zhì)可以包括光學(xué)上透明的材料或?qū)t外輻射或紫外輻射透明的材料，通常對(duì)激發(fā)束和測(cè)量束透明的材料，諸如玻璃、晶體、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、鍺(Ge)、硅(Si)和金剛石或透明塑料，在一個(gè)實(shí)施方式中可以包括聚乙烯。響應(yīng)于熱量從待分析的材料或從材料的物質(zhì)至光學(xué)介質(zhì)的傳送或傳遞的局部加熱導(dǎo)致了其中的變化，例如，材料變形或熱應(yīng)力或折射率的局部變化，這些都是可檢測(cè)的。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施方式中，材料可以是活生物體的組織，具體地人的組織，其中，材料表面可以是皮膚。因此，組織中的物質(zhì)可以進(jìn)行分析或測(cè)量。
[0028] 還可以提供的是，檢測(cè)裝置具有作為用于檢測(cè)應(yīng)力、變形和/或密度變化的檢測(cè)器的壓電元件，該壓電元件連接至光學(xué)介質(zhì)或集成到光學(xué)介質(zhì)中。
[0029] 還可以提供的是檢測(cè)裝置具有作為用于檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)的檢測(cè)器的至少一個(gè)溫度傳感器。根據(jù)測(cè)量原理，其可直接地布置在光學(xué)介質(zhì)上或其周圍。
[0030] 優(yōu)選地，該裝置具有用于激發(fā)光束的強(qiáng)度調(diào)制的系統(tǒng)。
[0031] 優(yōu)選地，該檢測(cè)裝置適于根據(jù)激發(fā)光的波長(zhǎng)和/或激發(fā)光的強(qiáng)度調(diào)制檢測(cè)時(shí)間依賴的響應(yīng)信號(hào)。
[0032] 還可以提供的是激發(fā)傳輸裝置將至少一個(gè)電磁激發(fā)束輻射至材料的位于材料表面的第一區(qū)域下面的容積中。
[0033] 特別優(yōu)選地，該激發(fā)傳輸裝置包括兩個(gè)或更多個(gè)傳輸元件，傳輸元件具體為一維、二維或多維的傳輸元件陣列形式。因此，其可實(shí)施為傳輸元件的表面陣列，或?qū)嵤閭鬏斣?在一個(gè)實(shí)施方式中，實(shí)施為半導(dǎo)體激光器陣列或QCL陣列，其中，QCL代表量子級(jí)聯(lián)激光器)。
[0034] 還可以提供的是兩個(gè)或更多個(gè)傳輸元件各自均產(chǎn)生其自己的電磁激發(fā)束，并將其電磁激發(fā)束輻射至第一區(qū)域下面的容積中。不同的激發(fā)束還可以依次地發(fā)射，或至少部分地同時(shí)發(fā)射。不同的傳輸元件還可以同時(shí)以不同的調(diào)制頻率進(jìn)行操作。
[0035] 優(yōu)選地，兩個(gè)或更多個(gè)傳輸元件的電磁激發(fā)束的波長(zhǎng)是不同的。優(yōu)選地，波長(zhǎng)選擇成使得待分析的材料中的待檢測(cè)的物質(zhì)特別好地吸收這些波長(zhǎng)的輻射。另外地或可替代地，波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍還可以選擇為待檢測(cè)的物質(zhì)不吸收但是由其它物質(zhì)吸收(所謂的寬容波長(zhǎng))，以使待分析的物質(zhì)與其它物質(zhì)區(qū)分開。
[0036] 在一個(gè)實(shí)施方式中，激發(fā)傳輸裝置包括兩個(gè)或更多個(gè)激光器，具體為一維或二維激光器陣列形式，其中，激光器元件的多個(gè)行可以一個(gè)接一個(gè)地偏移交錯(cuò)和布置以節(jié)省空間，在一個(gè)實(shí)施方式中以激光器帶和/或兩個(gè)或更多個(gè)發(fā)光二極管的形式布置，具體為一維或二維二極管陣列形式，在二維陣列或帶的一個(gè)實(shí)施方式中，以深度交錯(cuò)的方式并相對(duì)于彼此偏移地布置。陣列的輸出束可具有各自的束軸線，對(duì)于每個(gè)束元件，束軸線緊密地并攏或平行，或者陣列的輸出束可通過已經(jīng)集成的光學(xué)器件集而具有相同的束軸線。
[0037] 關(guān)于該裝置的結(jié)構(gòu)，可以提供的是激發(fā)傳輸裝置直接或間接地-優(yōu)選地通過調(diào)節(jié)裝置-機(jī)械固定地連接至光學(xué)介質(zhì)，其中，光學(xué)介質(zhì)與材料直接接觸，具體地與材料表面的第一區(qū)域直接接觸。因而，激發(fā)傳輸裝置可早在制造階段的時(shí)候或至少在部署之前相對(duì)于光學(xué)介質(zhì)對(duì)準(zhǔn)和固定。
[0038] 出于安裝和/或?qū)?zhǔn)或調(diào)節(jié)檢測(cè)裝置的元件和/或激發(fā)傳輸裝置的目的，光學(xué)介質(zhì)可具有至少一個(gè)內(nèi)置的凸起部和/或凹入部，諸如橋部、臺(tái)肩部、安裝在其上的半球部、安裝的塊狀部、錐形部或鉆孔、槽、中空部或其它凹部，上文提及的元件(檢測(cè)裝置的元件和/或激發(fā)傳輸裝置)可放置在該凸起部和/或凹入部上或放置在其中、可擱置在其上或可與其對(duì)準(zhǔn)或固定。還可能的是，對(duì)準(zhǔn)的配合表面通過機(jī)械加工或鑄造過程形成在光學(xué)介質(zhì)上。
[0039] 關(guān)于用于強(qiáng)度調(diào)制的裝置，可以提供的是其包括電子或電機(jī)械調(diào)制裝置，該電子或電機(jī)械調(diào)制裝置電連接至激發(fā)傳輸裝置，以及具體地電子控制激發(fā)傳輸裝置，或者用于強(qiáng)度調(diào)制的裝置由這種電子或電機(jī)械調(diào)制裝置形成。調(diào)制裝置可以產(chǎn)生強(qiáng)度調(diào)制的激發(fā)束，在一個(gè)實(shí)施方式中為周期性強(qiáng)度調(diào)制激發(fā)束，還例如矩形脈沖、鋸齒形函數(shù)或正弦波函數(shù)或其它周期性函數(shù)形式。
[0040] 可替代地或另外地，用于強(qiáng)度調(diào)制的裝置可包括布置在束路徑中的至少一個(gè)受控的鏡子，通過控制該至少一個(gè)鏡子，激發(fā)束的強(qiáng)度可通過偏轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)制。
[0041] 可替代地或另外地，用于強(qiáng)度調(diào)制的裝置可包括至少一個(gè)層，該至少一個(gè)層布置在束路徑中且其透明度是可控制的，或者用于強(qiáng)度調(diào)制的裝置可由這種層形成。因而，調(diào)制元件可設(shè)計(jì)成傳輸元件的形式，其中，該傳輸元件的傳輸是受控制的。調(diào)制元件可從一個(gè)光束產(chǎn)生多個(gè)空間上分開的光束。在一個(gè)實(shí)施中，還可以提供的是樣品的表面可使用調(diào)制元件進(jìn)行掃描。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以一起控制調(diào)制元件和光源/激光源的陣列。
[0042] 在一個(gè)實(shí)施方式中，用于發(fā)射測(cè)量束(具體地，測(cè)量光束)的裝置設(shè)置為用于將測(cè)量束發(fā)射至光學(xué)介質(zhì)的、與材料表面的第一區(qū)域接觸的特定區(qū)域。
[0043] 在一個(gè)實(shí)施方式中，檢測(cè)裝置和用于發(fā)射測(cè)量束的裝置彼此對(duì)準(zhǔn)，使得在該束在光學(xué)介質(zhì)與材料相接觸的界面處已反射至少一次之后，檢測(cè)裝置檢測(cè)測(cè)量束作為時(shí)間依賴的響應(yīng)信號(hào)，其中，光學(xué)介質(zhì)具體地與材料表面的第一區(qū)域相接觸。
[0044] 為了便于組裝，如果檢測(cè)裝置和/或激發(fā)傳輸裝置和/或用于發(fā)射測(cè)量束的裝置直接固定地機(jī)械連接至光學(xué)介質(zhì)和/或通過一個(gè)或多個(gè)光纖電纜聯(lián)接至光學(xué)介質(zhì)，這是有利的。
[0045] 光學(xué)介質(zhì)直接支承成像光學(xué)器件和/或成像光學(xué)器件集成到光學(xué)介質(zhì)中的實(shí)施方式是可能的。
[0046] 另外，可設(shè)想這樣的實(shí)施方式：光學(xué)介質(zhì)的表面具有朝向彼此傾斜的多個(gè)部分表面，在這些表面處測(cè)量束(具體地，測(cè)量光束)發(fā)生多次反射。
[0047] 還可以提供這樣的實(shí)施方式：光學(xué)介質(zhì)中或光學(xué)介質(zhì)上設(shè)置有用于反射測(cè)量束(具體地，測(cè)量光束)的一個(gè)或多個(gè)鏡面。
[0048] 為了緊湊的設(shè)計(jì)，可設(shè)想激發(fā)傳輸裝置和/或檢測(cè)裝置和/或用于發(fā)射測(cè)量束的裝置直接附接至彼此或附接至公共的支承部。在一個(gè)實(shí)施方式中，各種裝置可通過焊接或膠粘或通過螺桿或咬合連接固定至支承部，其中，在組裝期間或稍后的時(shí)候，通過調(diào)節(jié)螺桿或其它機(jī)械調(diào)節(jié)裝置提供調(diào)節(jié)設(shè)施。具體地，檢測(cè)裝置和/或用于發(fā)射測(cè)量束的裝置應(yīng)或能夠相對(duì)于彼此容易地對(duì)準(zhǔn)。因而，將這兩個(gè)裝置直接地附接至光學(xué)介質(zhì)是很有用的。給出測(cè)量束的合適引導(dǎo)的檢測(cè)裝置和/或用于發(fā)射測(cè)量束的裝置還可以彼此相鄰地布置在光學(xué)介質(zhì)的相同側(cè)上或公共支承部上，在一個(gè)實(shí)施方式中它們附接至公共印刷電路板或公共半導(dǎo)體，或?qū)嵤楣驳募砂雽?dǎo)體裝置，在一個(gè)實(shí)施方式中實(shí)施為公共的集成半導(dǎo)體部件。因此，在具體實(shí)施方式中，即使沒有進(jìn)一步改變檢測(cè)裝置和/或用于傳送測(cè)量束的裝置之間的相對(duì)位置，該支承部也可相對(duì)于光學(xué)介質(zhì)作為整體進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0049] 支承部?jī)?yōu)選地由印刷電路板、金屬板或塑料板或裝置的殼體或裝置殼體的部分形成。
[0050] 還可以提供的是激發(fā)傳輸裝置包括集成的半導(dǎo)體裝置，該集成的半導(dǎo)體裝置具有一個(gè)或多個(gè)激光器元件和至少一個(gè)微光學(xué)部件以及優(yōu)選地具有附加調(diào)制元件。在一個(gè)實(shí)施方式中，上文提及的元件可以共同從一個(gè)半導(dǎo)體坯料蝕刻制造，或至少容納在公共殼體中。
[0051] 還可以提供的是調(diào)制元件具有至少一個(gè)元件，具體為鏡子，該至少一個(gè)元件可相對(duì)于其余的半導(dǎo)體裝置移動(dòng)且其位置是可控制的。這可通過MEMS裝置進(jìn)行控制。
[0052] 還可以提供的是調(diào)制元件具有其輻射磁導(dǎo)率是可控制的層。
[0053] 還可以提供的是調(diào)制元件具有用于調(diào)制一個(gè)或多個(gè)激光器元件的電子控制電路。在一個(gè)實(shí)施方式中，調(diào)制元件可構(gòu)造成使得其通過干涉、相位偏移/路徑偏移或偏振過濾裝置或其它已知的調(diào)制機(jī)構(gòu)，以時(shí)間依賴的方式改變激勵(lì)束。
[0054] 一個(gè)或多個(gè)微光學(xué)部件可以是集成到半導(dǎo)體部件中或由半導(dǎo)體部件以相減過程(具體地通過蝕刻)制成的鏡子或透鏡。
[0055] 描述的用于分析材料的裝置可確定物質(zhì)濃度的測(cè)量值，在一個(gè)實(shí)施方式中物質(zhì)濃度為葡萄糖濃度。該裝置可具有與用于顯示測(cè)量值及其分析的裝置的接口，例如通過用于裝置用戶的顏色代碼，和/或可具有與用于可分配至材料中的物質(zhì)的定量裝置的接口，該材料具體為組織，或更通常地為生物體的軀體。該裝置還可直接地包括這種定量裝置。在這種情況下，該裝置還可具有用于檢測(cè)或分析材料表面的系統(tǒng)，在一個(gè)實(shí)施方式中材料表面為皮膚表面或在另一實(shí)施方式中材料表面為生物的眼表面或虹膜，該系統(tǒng)能夠基于與參考數(shù)據(jù)的比較來識(shí)別人或生物，并因而可用來確保為材料的分析和定量裝置的控制提供合適的參考值和/或校準(zhǔn)值。材料表面的確定的特征值，在一個(gè)實(shí)施方式中該材料表面為指紋或眼睛虹膜的結(jié)構(gòu)，除了例如與數(shù)據(jù)庫對(duì)比來識(shí)別和鑒定人之外，還可用于對(duì)狀態(tài)值的通信進(jìn)行加密以及控制加密的或未加密的定量裝置，材料表面的確定的特征值原則上可來源于數(shù)據(jù)庫。在一個(gè)實(shí)施方式中，定量裝置可配備有傳感器以確定待分配的物質(zhì)的填充水平，諸如在一個(gè)實(shí)施方式中該物質(zhì)為胰島素和/或胰高血糖素，以及可具有用于將填充水平傳送至用于材料分析裝置的裝置和/或直接傳送至數(shù)據(jù)庫的裝置。
[0056] 另外，該裝置可具有接口，在一個(gè)實(shí)施方式中可具有對(duì)數(shù)據(jù)庫的無線電接口，測(cè)量值可發(fā)送至該數(shù)據(jù)庫且數(shù)據(jù)庫可處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫可通過處理和存儲(chǔ)來自多個(gè)患者的數(shù)據(jù)的方式產(chǎn)生，即，在一個(gè)實(shí)施方式中其還有來自用于分析材料的多個(gè)類似裝置的數(shù)據(jù)，以及在一個(gè)實(shí)施方式中其還控制用于分配物質(zhì)的各個(gè)定量裝置。數(shù)據(jù)庫還可進(jìn)一步處理與所分析的材料有關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)并確定所推導(dǎo)的分析結(jié)果，諸如材料數(shù)量或濃度、血糖值或患者的其它生理值的第一時(shí)間導(dǎo)數(shù)和第二時(shí)間導(dǎo)數(shù)、最小偏差、最大偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差、值的任何趨勢(shì)，將它們進(jìn)行比較并由它們推導(dǎo)信號(hào)，在一個(gè)實(shí)施方式中推導(dǎo)的信號(hào)還包括報(bào)警信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施方式中，定量裝置的填充水平還可由數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢測(cè)和處理，以確定填充水平的時(shí)間范圍或再填充的需要，以及直接將信號(hào)發(fā)送至患者的裝置或服務(wù)設(shè)施。出于該目的，數(shù)據(jù)庫可連接至服務(wù)設(shè)施中的通信裝置，在一個(gè)實(shí)施方式中為醫(yī)院中或醫(yī)療實(shí)踐中的通信裝置。出于從數(shù)據(jù)庫發(fā)送數(shù)據(jù)和/或?qū)?shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)庫的目的，在一個(gè)實(shí)施方式中，該裝置可通過無線電鏈路連接至移動(dòng)裝置或傳呼機(jī)，在一個(gè)實(shí)施方式中無線電鏈路為藍(lán)牙、或WLAN或Wifi或其它傳輸方法。該裝置還可以直接配備有WLAN接口和因特網(wǎng)客戶。
[0057] 主題還涉及用于分析材料的方法，其中，在該方法中，利用激發(fā)傳輸裝置，通過激光源的多個(gè)激光發(fā)射器的連續(xù)操作或至少部分地同時(shí)操作，產(chǎn)生具有至少一個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)的至少一個(gè)電磁激發(fā)束，使用檢測(cè)裝置檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)，以及基于所檢測(cè)的響應(yīng)信號(hào)對(duì)材料進(jìn)行分析。在該方法中，材料中的熱擴(kuò)散率和響應(yīng)信號(hào)的臨時(shí)演變或波形可用于表征材料的性質(zhì)或材料中的物質(zhì)的空間分布，或表征吸收激發(fā)束的深度。
[0058] 在一個(gè)實(shí)施方式中，可以提供的是，使用激發(fā)傳輸裝置的不同調(diào)制頻率，可以連續(xù)地確定響應(yīng)信號(hào)，具體為瞬時(shí)響應(yīng)信號(hào)波形或圖案，以及不同調(diào)制頻率下的多個(gè)響應(yīng)信號(hào)波形或圖案可以彼此結(jié)合，以及具體地，由此獲得表面下的深度范圍的具體信息。
[0059] 還可以提供的是，對(duì)于不同波長(zhǎng)的激發(fā)束，在不同的調(diào)制頻率下確定響應(yīng)信號(hào)波形或圖案，并且具體地由此獲得表面下的每個(gè)深度范圍的具體信息。當(dāng)同時(shí)使用泵束的多個(gè)調(diào)制頻率時(shí)，可能的是，例如使用合適的分析方法(例如，傅里葉變換)將檢測(cè)到的信號(hào)解析為其頻率；FT將僅過濾出與期望的頻率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
[0060] 還可以提供的是，光學(xué)介質(zhì)進(jìn)入與材料直接接觸，具體地與材料表面的第一區(qū)域直接接觸，使用激發(fā)傳輸裝置產(chǎn)生以及具體地發(fā)射所發(fā)射的激發(fā)束，使得激發(fā)束穿入光學(xué)介質(zhì)以及在光學(xué)介質(zhì)表面上的預(yù)定點(diǎn)處再次從光學(xué)介質(zhì)退出，使用用于發(fā)射測(cè)量束的裝置產(chǎn)生測(cè)量束，具體地測(cè)量光束，使得該束穿入光學(xué)介質(zhì)，以及具體地在操作中，測(cè)量束和激發(fā)束在光學(xué)介質(zhì)和材料表面的界面處重疊，在所述界面處測(cè)量束發(fā)生反射，以及測(cè)量形成響應(yīng)信號(hào)的所反射的測(cè)量束，和/或使用檢測(cè)裝置直接或間接地檢測(cè)反射束的偏轉(zhuǎn)。
[0061] 該方法的一個(gè)方面聚焦于對(duì)材料表面的下面的所選深度范圍上(與材料表面的距離間隔)的響應(yīng)信號(hào)的測(cè)量。熱波長(zhǎng)d對(duì)使用該方法測(cè)量的深度范圍具有最大的影響。其限定為d＝√(D/(π*f))，其中，D是樣品(此處，例如為皮膚)的熱擴(kuò)散率以及f是激發(fā)束的調(diào)制頻率。
[0062] 關(guān)于皮膚的熱擴(kuò)散率的文獻(xiàn)：
[0063] -U.Werner，K.Giese，B.Sennhenn，K.Piamann和K. “通過研究熱波傳播測(cè)量人表皮的熱擴(kuò)散率(Measurement?of?the?thermal?diffusivity?of?human?epidermis?by?studying?thermal?wave?propagation)”，Phys.Med.Biol.37(1),21-35(1992)；
[0064] -A.M.Stoll.，生物技術(shù)中的熱傳遞(Heat?Transfer?in?Biotechnology)，熱傳遞發(fā)展(Advances?in?Heat?Transfer)的卷4，J.P.Hartnett和T.Irvin，eds.(紐約，大學(xué)教師，1967)，第117頁。
[0065] 在一個(gè)實(shí)施方式中，為了消除來自材料的最頂層的響應(yīng)信號(hào)，在頂層中的測(cè)量與其它更深的層相比或多或少緩慢地改變的情況下，可以使用與先前的測(cè)量相比較的測(cè)量中的變化。
[0066] 該可以是在測(cè)量人皮膚的實(shí)施方式中的情況，其中，皮膚的最頂層與較低層實(shí)際上不進(jìn)行交換，因此生理參數(shù)變化很小。測(cè)量的時(shí)間導(dǎo)數(shù)還可以應(yīng)用于提供響應(yīng)信號(hào)，以排除來自皮膚的最頂層的信號(hào)。因而，測(cè)量或至少評(píng)估可限制于或集中于皮膚中的間質(zhì)液。
[0067] 還可以提供的是，根據(jù)在材料中所識(shí)別的物質(zhì)濃度，對(duì)用于分配物質(zhì)的定量裝置，具體地對(duì)用于將物質(zhì)分配至患者體內(nèi)的定量裝置進(jìn)行控制，和/或輸出聲學(xué)和/或可見信號(hào)和/或信號(hào)經(jīng)由無線連接輸出至處理裝置。在這種情況下，除了當(dāng)前確定的測(cè)量之外，測(cè)量值的瞬時(shí)發(fā)展或演化、測(cè)量值的導(dǎo)數(shù)、測(cè)量的平均值、用于測(cè)量值的最大偏差、最小偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差和預(yù)限定的閾值可以考慮在內(nèi)以及與當(dāng)前的測(cè)量值相結(jié)合。在一個(gè)實(shí)施方式中，處理裝置可以是數(shù)據(jù)庫或連接至數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫收集和處理來自多個(gè)患者的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫可直接連接至該裝置的控制系統(tǒng)，或遠(yuǎn)離該裝置的控制系統(tǒng)且經(jīng)由通信接口連接至該裝置的控制系統(tǒng)。
[0068] 當(dāng)操作定量裝置時(shí)，具體地用于胰島素的定量裝置時(shí)，為了獲得增大的安全性，可以提供的是，這是在局部操作的或在預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)程序的控制下從數(shù)據(jù)庫操作的，其中，預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)程序在指定時(shí)間或可指定的時(shí)間具有預(yù)選數(shù)量的輸送，以及通過上文描述的裝置，可確定與預(yù)設(shè)輸送值的有意義的偏差，該偏差用于校正和改進(jìn)定量裝置的控制。以這種方式，即使在裝置出現(xiàn)故障的情況下，也保證了定量裝置的正常操作或應(yīng)急操作。
[0069] 圖1至圖13示意性示出該裝置的不同元件以及在不同實(shí)施方式中的一些情況下該裝置的元件。
[0070] 圖1示出用于分析材料101的裝置10的示例性實(shí)施方式。材料101優(yōu)選地直接放置在光學(xué)介質(zhì)108上，其中，光學(xué)介質(zhì)108可設(shè)計(jì)為光學(xué)透明的晶體或玻璃體。用于分析材料101的裝置用于例如測(cè)量流體中(諸如在一個(gè)實(shí)施方式中該流體為血液)的葡萄糖或血糖含量，以及用于生成葡萄糖或血糖水平指示BZA。
[0071] 該裝置包括激發(fā)傳輸裝置100，激發(fā)傳輸裝置100用于將一個(gè)或多個(gè)電磁激發(fā)束SA發(fā)射至容積103，其中，電磁激發(fā)束SA優(yōu)選地為具有一個(gè)或多個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)的激發(fā)光束形式，容積103在材料表面的第一區(qū)域102之下定位在材料101中。為了簡(jiǎn)便，激發(fā)傳輸裝置100在下文中還稱作為“激發(fā)光源”100。激發(fā)光源100可以是波長(zhǎng)可調(diào)的激光器，具體為可調(diào)的量子級(jí)聯(lián)激光器；如下文將說明的，優(yōu)選地是使用光源帶或具有至少兩個(gè)單發(fā)射器的光源陣列，具體地半導(dǎo)體激光器，該光源帶或光源陣列中的每個(gè)均發(fā)射指定的獨(dú)立波長(zhǎng)。
[0072] 另外，設(shè)置了用于強(qiáng)度調(diào)制一個(gè)或多個(gè)激發(fā)光束SA的裝置104，優(yōu)選地，其由用于激發(fā)光源(具體地，用于控制激發(fā)光源)的調(diào)制裝置形成，和/或由布置在束路徑中的至少一個(gè)受控制的鏡子形成和/或由布置在束路徑中且透明度可控的層形成。
[0073] 另外，該裝置具有用于發(fā)射電磁測(cè)量束112(具體地，測(cè)量光束)的系統(tǒng)105，其中，電磁測(cè)量束112在材料101與光學(xué)介質(zhì)108之間的界面GF處發(fā)生反射，優(yōu)選地全反射。
[0074] 檢測(cè)裝置106用于檢測(cè)所反射的測(cè)量束112，所反射的測(cè)量束112形成時(shí)間依賴的響應(yīng)信號(hào)SR；如以下將通過示例更加詳細(xì)說明的，響應(yīng)信號(hào)SR的幅度受激發(fā)光SA的波長(zhǎng)和激發(fā)光SA的強(qiáng)度調(diào)制的影響。
[0075] 測(cè)量信號(hào)的幅度取決于激發(fā)束的波長(zhǎng)、樣品的吸收特性和熱特性，具體地樣品和光學(xué)元件的熱擴(kuò)散性和導(dǎo)熱性。另外，熱信號(hào)從樣品耦合到光學(xué)元件也起到一定的作用。
[0076] 用于分析材料的裝置107評(píng)估檢測(cè)到的響應(yīng)信號(hào)SR，以及在一個(gè)實(shí)施方式中生成葡萄糖或血糖水平指示BZA。
[0077] 下文中，將更詳細(xì)地描述在待分析的材料101為人體組織或動(dòng)物組織的情況下根據(jù)圖1的裝置10的操作以及鑒于此的用于分析材料101的方法的示例，并且作為材料分析的部分，將確定葡萄糖或血糖水平指示BZA。
[0078] 電磁測(cè)量束112(其優(yōu)選為可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光束或紅外光束)利用裝置105輻射至光學(xué)介質(zhì)108中；該測(cè)量束112沖擊組織表面的第一區(qū)域102之下的界面GF。在界面GF處，測(cè)量束112發(fā)生反射并到達(dá)檢測(cè)裝置106，檢測(cè)裝置106測(cè)量所反射的測(cè)量束112。
[0079] 同時(shí)，激發(fā)光源100產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)激發(fā)束SA，優(yōu)選為紅外束。紅外束的波長(zhǎng)優(yōu)選地處于3μm和20μm之間的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地處于8μm和11μm之間的范圍內(nèi)。
[0080] 激發(fā)束SA使用用于強(qiáng)度調(diào)制的裝置104進(jìn)行了強(qiáng)度或振幅調(diào)制。在一個(gè)實(shí)施方式中，利用用于強(qiáng)度調(diào)制的裝置104優(yōu)選地以1kHz和1MHz之間的脈沖頻率或利用脈沖群(兩倍調(diào)制或多重調(diào)制)優(yōu)選地以l?kHz至10kHz的包絡(luò)頻率產(chǎn)生短光脈沖。
[0081] 調(diào)制的激發(fā)束SA耦合至光學(xué)介質(zhì)108中，并在穿過界面GF之后到達(dá)組織內(nèi)的容積103中。
[0082] 考慮到此處說明的血糖測(cè)量的示例，激發(fā)束SA的波長(zhǎng)優(yōu)選地選擇為使得激發(fā)束SA被葡萄糖或血糖顯著地吸收。，下列紅外波長(zhǎng)特別適合用于測(cè)量葡萄糖或血糖(真空波長(zhǎng))：8.1μm、8.3μm、8.5μm、8.8μm、9.2μm、9.4μm和9.7μm。另外，可使用耐葡萄糖的波長(zhǎng)，耐葡萄糖的波長(zhǎng)不被葡萄糖吸收，以識(shí)別存在的其它物質(zhì)并允許排除它們對(duì)測(cè)量的影響。
[0083] 由于激發(fā)束SA在容積103區(qū)域中的組織中的吸收，引起局部溫度上升，這會(huì)觸發(fā)熱傳遞以及從而觸發(fā)界面GF方向上的壓力波；由于在界面GF處產(chǎn)生溫度和壓力波動(dòng)，對(duì)區(qū)域102和/或界面GF的反射區(qū)域中的折射率和/或變形、微結(jié)構(gòu)和反射行為進(jìn)行了調(diào)制，并且影響了測(cè)量束112的束路徑。
[0084] 例如，如果假設(shè)在沒有激發(fā)束SA的情況下，系統(tǒng)105與檢測(cè)裝置106之間的對(duì)準(zhǔn)是最佳的且由檢測(cè)裝置106檢測(cè)到最大接收功率，然后由于激發(fā)束SA在容積103的區(qū)域中的吸收以及由于熱輸送和壓力波，幅度方面的(至少臨時(shí)的)變化或在周期性調(diào)制的情況下，可感應(yīng)所反射的測(cè)量束112的相位，或可能出現(xiàn)所反射的測(cè)量束112的強(qiáng)度調(diào)制。強(qiáng)度調(diào)制的程度取決于激發(fā)束SA的波長(zhǎng)(因?yàn)榻M織中的必要吸收)和激發(fā)束SA的脈沖頻率(由于在界面GF的方向上來自組織內(nèi)部的溫度輸送和壓力波)以及樣品和介質(zhì)的熱特性。
[0085] 測(cè)量束112的反射中的變化和/或響應(yīng)信號(hào)SR的時(shí)間依賴變化由檢測(cè)裝置106定量地獲取，以及檢測(cè)結(jié)果D到達(dá)裝置107。
[0086] 基于先前進(jìn)行的校準(zhǔn)或比較測(cè)量，在一個(gè)實(shí)施方式中這些校準(zhǔn)或測(cè)量以對(duì)照表或?qū)φ涨€的形式存儲(chǔ)在裝置107的存儲(chǔ)器107a中，可推導(dǎo)出組織內(nèi)或容積103內(nèi)的葡萄糖或血糖的當(dāng)前濃度，并且可產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的葡萄糖或血糖指示BZA。對(duì)照表或?qū)φ涨€例如可以已經(jīng)基于葡萄糖或血糖水平生成，其中，葡萄糖或血糖水平基于血液樣品進(jìn)行確定。
[0087] 下面參照?qǐng)D2至圖10描述用于分析材料101的裝置10的特別優(yōu)選的實(shí)施方式和變型。
[0088] 如圖2中所示，用于發(fā)射一個(gè)或多個(gè)激發(fā)光束的激發(fā)傳輸裝置100可設(shè)計(jì)為陣列。該陣列具有至少5個(gè)，有利地至少10個(gè)，更加有利地至少15個(gè)或至少50個(gè)或100個(gè)可單獨(dú)控制的發(fā)射器100a，以用于待分析的材料的吸收光譜中的單色光。
[0089] 陣列優(yōu)選地產(chǎn)生具有單色光的束，該單色光具有一個(gè)或多個(gè)以下波長(zhǎng)，特別優(yōu)選地具有以下所有波長(zhǎng)(真空波長(zhǎng))：8.1μm、8.3μm、8.5μm、8.8μm、9.2μm、9.4μm和9.7μm，以及如果期望的話，另外還具有耐葡萄糖的波長(zhǎng)。
[0090] 如圖1中所示，檢測(cè)裝置106和用于發(fā)射測(cè)量光束112的裝置105可以與光學(xué)介質(zhì)108分開布置。考慮到最小空間需求和最小安裝作用力，如圖3所示，如果檢測(cè)裝置106和用于發(fā)射測(cè)量光束112的裝置105直接安裝在光學(xué)介質(zhì)108上，優(yōu)選地安裝在光學(xué)介質(zhì)108的相對(duì)的表面部分108a和108b上，認(rèn)為這是有利的。
[0091] 可以提供的是，激發(fā)裝置/激發(fā)光源100永久地直接機(jī)械連接至光學(xué)介質(zhì)108或通過調(diào)節(jié)裝置109連接至光學(xué)介質(zhì)108。調(diào)節(jié)裝置109優(yōu)選地允許調(diào)節(jié)激發(fā)光源100與光學(xué)介質(zhì)108的距離，和/或在束縱向方向上進(jìn)行調(diào)節(jié)和/或在與其垂直的平面中進(jìn)行調(diào)節(jié)(見圖4)。
[0092] 如圖3、圖4、圖6、圖7和圖8中所示，裝置105可設(shè)置成用于將測(cè)量光束112發(fā)射至光學(xué)介質(zhì)108與材料表面的第一區(qū)域102相接觸的區(qū)域中。這種布置允許測(cè)量光束112以平角進(jìn)行輻射以及允許在光學(xué)介質(zhì)108與材料101的界面處的全內(nèi)反射。
[0093] 通過以平(小)角(向樣品表面)注入輻射，可以使蜃景(mirage)偏轉(zhuǎn)(類似于已知的光熱“彈跳方法”)更有效，同時(shí)可以減小變形引起的測(cè)量束的偏轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施方式中，樣品表面與測(cè)量束之間的角度可選擇為小于20度，小于10度，具體地小于5度，更具體地小于2度或1度，以利用這種效應(yīng)。
[0094] 反之，通過以較陡的(較大的)角度(向材料表面)提供輻射，通過類比已知的光熱“彈跳法”，可以使偏轉(zhuǎn)更有效，同時(shí)可以減小與測(cè)量束的偏轉(zhuǎn)相關(guān)的蜃景效應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，材料表面與測(cè)量束之間的角度可選擇為大于20度，大于30度，具體地大于45度，更具體地大于60度或70度，以利用這種效應(yīng)。
[0095] 參見相關(guān)的文獻(xiàn)：
[0096] -M.Bertolotti，G.L.Liakhou，R.Li?Voti，S.Paolino和C.Sibilia，表面反射主題中光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)的分析：理論與實(shí)驗(yàn)(Analysis?of?the?photothermal?deflection?technique?in?the?surface?refection?theme:Theory?and?Experiment)，應(yīng)用物理學(xué)報(bào)(Journal?of?Applied?Physics),83,966(1998)。
[0097] 用于發(fā)射測(cè)量光束112的裝置105和/或用于檢測(cè)測(cè)量光束112和/或響應(yīng)信號(hào)SR的檢測(cè)裝置106，可以以支承性方式直接地或通過調(diào)節(jié)裝置機(jī)械連接至光學(xué)介質(zhì)108，和/或通過一個(gè)或多個(gè)光纖電纜120聯(lián)接至光學(xué)介質(zhì)108。
[0098] 如圖6中所示，還可以提供的是，光學(xué)介質(zhì)108直接支承透鏡或其他反射或折射器件形式的成像光學(xué)器件128和/或成像光學(xué)器件129(在每種情況下)，和/或成像光學(xué)器件集成到光學(xué)介質(zhì)108中。然而，成像光學(xué)器件還可以例如以透鏡或其它反射或衍射元件的形式(如果這些設(shè)計(jì)為集成部件和/或半導(dǎo)體部件)集成到激發(fā)傳輸裝置或用于產(chǎn)生測(cè)量束的裝置中。在一個(gè)實(shí)施方式中，成像光學(xué)器件可由相同的半導(dǎo)體元件通過蝕刻相減地形成為相應(yīng)的集成電路，該集成電路具有用于激發(fā)束或測(cè)量束的輻射源。
[0099] 如圖7中所示，還可以提供的是，光學(xué)介質(zhì)108的表面具有朝向彼此傾斜的多個(gè)部分面110、111，測(cè)量光束112在該多個(gè)部分面110、111處發(fā)生多次反射或折射。
[0100] 如圖3中所示，還可以提供的是，光學(xué)介質(zhì)108中或光學(xué)介質(zhì)108上設(shè)置有用于反射測(cè)量光束112(以及因而響應(yīng)信號(hào)SR)的一個(gè)或多個(gè)鏡面113、114。這些鏡面可由光學(xué)介質(zhì)108內(nèi)的非均質(zhì)形成或由其外表面形成，或通過例如金屬或金屬包覆的鏡元件形成，其中，金屬或金屬包覆的鏡元件集成/裝配/鑄造或安裝在光學(xué)介質(zhì)中或光學(xué)介質(zhì)上。這使測(cè)量光束112的光學(xué)路徑在光學(xué)介質(zhì)108中延伸，直到其進(jìn)入檢測(cè)裝置106中，使得在介質(zhì)108表面與材料表面的第一區(qū)域102相接觸的區(qū)域處發(fā)生發(fā)射的情況下，增大光學(xué)介質(zhì)108內(nèi)測(cè)量光束112的依賴響應(yīng)信號(hào)的偏轉(zhuǎn)。因此，該偏轉(zhuǎn)可在檢測(cè)裝置106中檢測(cè)為絕對(duì)偏轉(zhuǎn)。
[0101] 檢測(cè)裝置106可具有多個(gè)光學(xué)敏感表面(諸如光學(xué)敏感半導(dǎo)體二極管)或連接器本體119(圖5)中的多個(gè)錯(cuò)開的開口116、117、118，各個(gè)光纖電纜120在這些表面或開口處終止(圖4)，測(cè)量光束112的光根據(jù)其偏轉(zhuǎn)耦合到這些光學(xué)敏感表面或開口中。光纖電纜120然后連接至連接器本體119，并將光引導(dǎo)至布置在光纖電纜120的端部處的檢測(cè)裝置106的部分(圖4)，其中，連接器本體119可固定至光學(xué)介質(zhì)108。然后，連接器本體119以與光纖電纜120相同的方式也成為用于檢測(cè)測(cè)量光束的檢測(cè)裝置106的部分。
[0102] 為了完整起見，應(yīng)注意的是，激發(fā)傳輸裝置還可以將激勵(lì)作為整體或通過一個(gè)或多個(gè)光纖電纜逐段地發(fā)送至材料表面，以及在一個(gè)實(shí)施方式中，激發(fā)傳輸裝置可直接聯(lián)接至一個(gè)或多個(gè)光纖電纜，該一個(gè)或多個(gè)光纖電纜聯(lián)接至光學(xué)介質(zhì)。
[0103] 如圖8中所示，還可以提供的是，激發(fā)傳輸裝置100、檢測(cè)裝置106和用于發(fā)射測(cè)量光束112的裝置105直接附接至彼此或附接至公共支承部121。該支承部可由塑料部分、印刷電路板或金屬板形成，該支承部安裝在殼體122中。因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，在圖8中形成為具有U形剖面的支承部可至少部分地包圍光學(xué)介質(zhì)108。光學(xué)介質(zhì)可附接至支承部并相對(duì)于支承部進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0104] 該支承部還可由殼體122本身或殼體部分形成。
[0105] 還可以提供的是，具有殼體122的裝置可緊固至人體123，其中，用于發(fā)射一個(gè)或多個(gè)激發(fā)光束SA的激發(fā)傳輸裝置100、用于發(fā)射測(cè)量光束112的裝置105和用于檢測(cè)時(shí)間依賴的響應(yīng)信號(hào)SR的檢測(cè)裝置106布置和配置成：使得該裝置的適于執(zhí)行測(cè)量的側(cè)(具有對(duì)激發(fā)輻射透明的測(cè)量窗口)定位在該裝置的背離本體的側(cè)上，從而可在殼體122的背離本體123的側(cè)124上對(duì)待分析的材料進(jìn)行測(cè)量。與此相關(guān)，圖8示出殼體122通過屬于殼體123的帶狀件125附接至人體123，在一個(gè)實(shí)施方式中帶狀件125為手腕上的手鏈形式。在手腕的相對(duì)側(cè)124上，殼體然后具有對(duì)激發(fā)光束SA透明的窗口，或光學(xué)介質(zhì)108直接裝配至殼體的外向側(cè)
124，并且光學(xué)介質(zhì)108本身形成殼體的一些部分的表面。
124，并且光學(xué)介質(zhì)108本身形成殼體的一些部分的表面。
[0106] 如圖8中所示，由虛線示意性示出的指尖126然后可放置在光學(xué)介質(zhì)108上并進(jìn)行測(cè)量。
[0107] 光學(xué)介質(zhì)108可通過與支承部121相同的方式附接在殼體122內(nèi)，或直接附接至殼體122。光學(xué)介質(zhì)108還可直接連接至支承部121，其中，應(yīng)為支承部121相對(duì)于光學(xué)介質(zhì)的相對(duì)定位設(shè)置調(diào)節(jié)裝置127。
[0108] 還可設(shè)想，將激發(fā)光源100、裝置105和檢測(cè)裝置106或甚至這些元件中的僅一個(gè)或兩個(gè)直接附接至光學(xué)介質(zhì)108以及其它一個(gè)或多個(gè)元件附接至支承部121。
[0109] 通過光學(xué)介質(zhì)108和/或通過殼體122中的光學(xué)窗口，可測(cè)量材料表面或放置的指尖126的其它參數(shù)，諸如在一個(gè)實(shí)施方式中的指紋。出于該目的，在殼體中，例如相機(jī)形式的光檢測(cè)器130可緊固至支承部121，該光檢測(cè)器130通過光學(xué)介質(zhì)108記錄材料表面的數(shù)字圖像。該圖像在處理單元107內(nèi)進(jìn)行處理，以與通過檢測(cè)裝置106測(cè)量信息一樣，處理單元107可直接連接至檢測(cè)裝置且還可連接至激發(fā)傳輸裝置。處理裝置還可執(zhí)行用于測(cè)量的控制任務(wù)。其也可以與該裝置的其余部分至少部分地分開和遠(yuǎn)離，并通過無線連接與它們通信。
[0110] 因此，來自相機(jī)130的圖像數(shù)據(jù)還可在殼體內(nèi)進(jìn)行處理，或經(jīng)由甚至殼體外部的無線電鏈路進(jìn)行處理，并且與個(gè)人身份數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，以檢索所識(shí)別的人的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0111] 這種類型的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)還可存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中用于遠(yuǎn)程檢索，在一個(gè)實(shí)施方式中為云端。來自檢測(cè)裝置106的測(cè)量數(shù)據(jù)還可在殼體內(nèi)和外部進(jìn)行進(jìn)一步的處理。
[0112] 如果數(shù)據(jù)是在殼體外部處理的，則產(chǎn)生的數(shù)據(jù)應(yīng)優(yōu)選地通過無線電發(fā)送回殼體內(nèi)的裝置，以在那里進(jìn)行顯示。
[0113] 在這兩種情況下，殼體122上可設(shè)置有顯示器，其中，有利地是該顯示器可通過光學(xué)窗口讀取，以及在一個(gè)實(shí)施方式中在某種程度上還可通過光學(xué)介質(zhì)讀取。該顯示器還可通過光學(xué)窗口將光學(xué)指示器投射到顯示表面上，以及為了該目的可具有投影裝置。在一個(gè)實(shí)施方式中，該顯示器可用于顯示測(cè)量或分析結(jié)果，具體地葡萄糖濃度。在一個(gè)實(shí)施方式中，該信息可經(jīng)由符號(hào)或顏色代碼進(jìn)行輸出。通過顯示器或與顯示器類似的信號(hào)傳遞裝置，在一個(gè)實(shí)施方式中，根據(jù)其它患者參數(shù)(例如，胰島素校正因子)可提出胰島素劑量的建議，或信號(hào)可自動(dòng)地傳送至胰島素泵形式的定量裝置。
[0114] 該裝置與外部數(shù)據(jù)處理裝置131的連接可使用所有常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施，諸如光纖電纜、電纜、無線(例如，藍(lán)牙、WiFi)，或超聲波或紅外信號(hào)。
[0115] 圖9示出具有控制器132的調(diào)制裝置，該調(diào)制裝置以調(diào)制的方式激活激發(fā)傳輸裝置?？刂破?32和用于測(cè)量光束的檢測(cè)裝置106兩者均連接至評(píng)估裝置107。
[0116] 圖10示出激發(fā)光源100，在激發(fā)光源100的前部布置有由MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))135驅(qū)動(dòng)的鏡裝置，該鏡裝置具有一個(gè)或多個(gè)微鏡133、134，諸如根據(jù)光學(xué)圖像投影技術(shù)已知的那些，這些鏡子用于激發(fā)光束在偏轉(zhuǎn)方向136上的偶爾偏轉(zhuǎn)。
[0117] 圖11示出激發(fā)光源100，在激發(fā)光源100的前部，具有可通過控制裝置137控制的傳輸部的光學(xué)層138布置在在激發(fā)光束中，在一個(gè)實(shí)施方式中該光學(xué)層138具有LCD單元。
[0118] 本產(chǎn)權(quán)申請(qǐng)(如上文已提及的)除了權(quán)利要求的主題和如上所述的示例性實(shí)施方式之外，還涉及以下方面。這些方面在每種情況下均可與權(quán)利要求的特征單獨(dú)地或成組地進(jìn)行組合。另外，無論是單獨(dú)的還是彼此結(jié)合的或與權(quán)利要求的主題結(jié)合，這些方面都表示獨(dú)立的發(fā)明。申請(qǐng)人保留日后使這些發(fā)明成為權(quán)利要求的主題的權(quán)利。這可以在該申請(qǐng)的上下文中進(jìn)行，或在后續(xù)分案申請(qǐng)或要求該申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)的繼續(xù)申請(qǐng)的上下文中進(jìn)行。
[0119] 1)用于分析本體中的材料的方法，該方法包括：
[0120] -穿過本體表面的第一區(qū)域發(fā)射具有一個(gè)多個(gè)特定激發(fā)波長(zhǎng)的激發(fā)光束，
[0121] -以一個(gè)或多個(gè)頻率對(duì)激發(fā)光束進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，具體地連續(xù)地調(diào)制，通過不同于機(jī)械調(diào)制盤的部件調(diào)制，具體地通過激發(fā)光源的電子激活、用于用作為激發(fā)光源的激發(fā)激光器的共振器的調(diào)節(jié)裝置、或可移動(dòng)鏡裝置、可控制的衍射裝置、聯(lián)接至電機(jī)(諸如，步進(jìn)電機(jī))或MEMS的遮光器或鏡裝置、或束路徑中的層進(jìn)行調(diào)制，其中，束路徑中的層的傳輸是可控制的，
[0122] -通過位于本體外部的檢測(cè)器，以時(shí)間分辨的方式檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)，該響應(yīng)信號(hào)可歸因于本體內(nèi)激發(fā)光束的波長(zhǎng)依賴性吸收的效應(yīng)。
[0123] 在一個(gè)實(shí)施方式中，調(diào)制可通過干涉來執(zhí)行或通過影響激發(fā)傳輸裝置的輻射相位或偏振來執(zhí)行，特別是如果其包括激光裝置的話。
[0124] 2)根據(jù)方面1所述的方法，其特征在于，激發(fā)光束由多個(gè)發(fā)射器或多發(fā)射器產(chǎn)生，具體為激光器陣列的形式，該多個(gè)發(fā)射器或多發(fā)射器同時(shí)地或順序地發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的光，或以任意的脈沖圖案發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的光。
[0125] 3)根據(jù)方面1或2所述的方法，其特征在于，在本體表面的第一區(qū)域上，通過聲傳感器檢測(cè)聲響應(yīng)信號(hào)。
[0126] 4)根據(jù)方面1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過紅外輻射傳感器，具體為熱電偶、輻射熱測(cè)量計(jì)或半導(dǎo)體檢測(cè)器(例如量子級(jí)聯(lián)檢測(cè)器)，在本體表面的第一區(qū)域上檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)。
[0127] 5)根據(jù)方面1至4中任一項(xiàng)所述的方法，包括以下步驟：
[0128] -產(chǎn)生光學(xué)介質(zhì)與材料表面的接觸，使得光學(xué)介質(zhì)的表面的至少一個(gè)區(qū)域與本體表面的第一區(qū)域相接觸；
[0129] -將具有激發(fā)波長(zhǎng)的激發(fā)光束發(fā)射至材料中的、定位在表面的第一區(qū)域下面的容積中，具體地，通過光學(xué)介質(zhì)的表面的、與材料表面的第一區(qū)域相接觸的區(qū)域，
[0130] -使用光學(xué)測(cè)溫方法測(cè)量光學(xué)介質(zhì)的表面的第一區(qū)域中的溫度，
[0131] -基于根據(jù)激發(fā)光束的波長(zhǎng)所檢測(cè)到的溫度升高來分析材料。
[0132] 6)根據(jù)方面5所述的方法，其特征在于，
[0133] 通過光學(xué)介質(zhì)將測(cè)量光束發(fā)射到光學(xué)介質(zhì)表面與材料表面直接接觸的區(qū)域上，使得測(cè)量光束和激發(fā)光束在光學(xué)介質(zhì)和材料表面的界面處重疊，測(cè)量光束在光學(xué)介質(zhì)與材料表面的界面處發(fā)生反射；
[0134] 根據(jù)激發(fā)光束的波長(zhǎng)直接或間接地檢測(cè)所反射的測(cè)量光束的偏轉(zhuǎn)；以及
[0135] 基于根據(jù)激發(fā)光束的波長(zhǎng)所檢測(cè)到的測(cè)量光束的偏轉(zhuǎn)來分析材料。
[0136] 7)根據(jù)方面5或6中的一個(gè)所述的方法，其特征在于，測(cè)量束是通過產(chǎn)生激發(fā)光束的相同的光源產(chǎn)生的。
[0137] 8)根據(jù)方面5、6或7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在偏轉(zhuǎn)之后且在光學(xué)介質(zhì)內(nèi)的檢測(cè)之前，測(cè)量束在光學(xué)介質(zhì)的外部或光學(xué)介質(zhì)的部分內(nèi)部和部分外部發(fā)生一次或多次反射。
[0138] 9)根據(jù)方面1或其它前述方面或以下方面中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，測(cè)量光束是強(qiáng)度調(diào)制的、具體為紅外光譜范圍內(nèi)的具體脈沖式激發(fā)光束，其中，具體地，調(diào)制率處于1Hz與10kHz之間，優(yōu)選地處于10Hz與3000Hz之間。
[0139] 10)根據(jù)方面1或其它前述方面或以下方面中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)激發(fā)光束的光通過具有多個(gè)獨(dú)立激光器(具體地，激光器陣列)的集成式布置同時(shí)地或連續(xù)地或部分同時(shí)地和部分連續(xù)地產(chǎn)生。
[0140] 11)根據(jù)方面1或其它前述方面或以下方面中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)表面之下產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)的深度，從在激發(fā)光束的不同調(diào)制頻率下獲取的響應(yīng)信號(hào)確定響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度分布。
[0141] 12)根據(jù)方面1或其它前述方面或以下方面中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)表面之下產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)的深度，從與在激發(fā)光束的一個(gè)調(diào)制頻率或不同調(diào)制頻率下調(diào)制的激發(fā)光束有關(guān)的響應(yīng)信號(hào)的相位位置，確定響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度分布。
[0142] 13)根據(jù)方面11或12所述的方法，其特征在于，為了根據(jù)表面之下的深度確定響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度分布，對(duì)不同調(diào)制頻率下的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行加權(quán)且使彼此結(jié)合。
[0143] 14)根據(jù)方面11、12或13所述的方法，其特征在于，從在本體的表面之下的深度中獲取的強(qiáng)度分布確定材料的材料密度，其中，該材料吸收特定深度或深度范圍內(nèi)的特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激發(fā)光束。
[0144] 15)根據(jù)方面1或其它前述方面或以下方面中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)信號(hào)之前、或檢測(cè)期間或檢測(cè)之后，立即在表面的第一區(qū)域中或直接鄰近于第一區(qū)域的本體上進(jìn)行至少一個(gè)計(jì)量生物學(xué)測(cè)量，具體地指紋測(cè)量，并且識(shí)別出本體，具體地識(shí)別出人，以及具體地，參考值(校準(zhǔn)值)可被分配以檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)。
[0145] 16)用于分析材料的裝置，
[0146] 具有用于發(fā)射一個(gè)或多個(gè)激發(fā)光束的裝置，該一個(gè)或多個(gè)激發(fā)光束每個(gè)均具有一個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)，該一個(gè)或多個(gè)激發(fā)光束發(fā)射至在材料表面的第一區(qū)域之下定位在材料中的容積中，具有用于調(diào)制激發(fā)光束的裝置，該裝置由輻射源的調(diào)制裝置形成，具體地由其控制器、干涉裝置、相位或偏振調(diào)制裝置和/或布置在束路徑中的至少一個(gè)受控制的鏡子、和/或布置在束路徑中的、其透明度是可控制的層形成；以及具有檢測(cè)裝置，用于根據(jù)激發(fā)光的波長(zhǎng)和激發(fā)光的強(qiáng)度調(diào)制檢測(cè)時(shí)間依賴的響應(yīng)信號(hào)；以及具有用于基于所檢測(cè)到的響應(yīng)信號(hào)分析材料的裝置。
[0147] 17)根據(jù)方面16所述的裝置，具有根據(jù)不同的強(qiáng)度調(diào)制頻率獨(dú)立地確定響應(yīng)信號(hào)的裝置，和/或具有用于根據(jù)相應(yīng)響應(yīng)信號(hào)相對(duì)于激發(fā)光束的調(diào)制相位的相位位置、具體地根據(jù)激發(fā)光束的調(diào)制頻率確定響應(yīng)信號(hào)的裝置。
[0148] 18)根據(jù)方面16或17所述的用于分析材料的裝置，具有光學(xué)介質(zhì)，以建立光學(xué)介質(zhì)的表面與材料表面的第一區(qū)域的接觸，以及具有
[0149] 用于發(fā)射具有一個(gè)或多個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)的激發(fā)光束的裝置，該激發(fā)光束發(fā)射至在表面的第一區(qū)域下面定位在材料中的容積中，具體地該激發(fā)光束通過光學(xué)介質(zhì)表面與材料表面相接觸的區(qū)域，以及具有用于使用光學(xué)方法測(cè)量光學(xué)介質(zhì)表面與材料表面相接觸的區(qū)域中的溫度的裝置，以及具有用于基于根據(jù)激發(fā)光束的波長(zhǎng)和激發(fā)光束的強(qiáng)度調(diào)制所檢測(cè)到的溫度升高來分析材料的裝置。
[0150] 19)根據(jù)方面18所述的裝置，其特征在于，激發(fā)光源直接固定機(jī)械地連接至光學(xué)介質(zhì)。
[0151] 20)根據(jù)方面18所述的裝置，其特征在于，設(shè)置有用于將測(cè)量光束發(fā)射至光學(xué)介質(zhì)與材料表面的第一區(qū)域相接觸的區(qū)域中的裝置，以及為了檢測(cè)測(cè)量光束，該裝置和/或檢測(cè)裝置直接地固定機(jī)械地連接至光學(xué)介質(zhì)和/或通過光纖電纜聯(lián)接至光學(xué)介質(zhì)。
[0152] 21)根據(jù)方面18、19或20所述的裝置，其特征在于，光學(xué)介質(zhì)直接地支承成像光學(xué)器件，和/或成像光學(xué)器件集成到光學(xué)介質(zhì)中。
[0153] 22)根據(jù)方面18或其它前述方面或以下方面中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，光學(xué)介質(zhì)的表面具有朝向彼此傾斜的多個(gè)部分面，測(cè)量光束在該多個(gè)部分面處發(fā)生多次反射。
[0154] 23)根據(jù)方面18或其它前述方面或以下方面中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，光學(xué)介質(zhì)中或光學(xué)介質(zhì)上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)鏡面，以反射測(cè)量光束。
[0155] 24)根據(jù)方面16或17所述的裝置，其特征在于，為了檢測(cè)時(shí)間依賴的響應(yīng)信號(hào)，檢測(cè)裝置具有用于檢測(cè)材料表面上的聲波的聲檢測(cè)器，具體為共振器，更具體為亥姆霍茲共振器。由于使用石英叉作為聲源的檢測(cè)器，優(yōu)選地具有與共振器相同的共振頻率。共振器可以是打開或關(guān)閉的。石英叉優(yōu)選地位于共振器的頸部中或頸部上(束外(off-beam))或共振器的內(nèi)部或外部(束中(in-beam))。
[0156] 25)根據(jù)方面16、17或18所述的裝置，其特征在于，為了檢測(cè)時(shí)間依賴的響應(yīng)信號(hào)，檢測(cè)裝置具有用于檢測(cè)材料表面處的熱輻射的熱輻射檢測(cè)器，具體為紅外檢測(cè)器，更具體為熱電偶、輻射熱測(cè)量計(jì)或半導(dǎo)體檢測(cè)器。
[0157] 26)根據(jù)方面16至25中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，激發(fā)光源和檢測(cè)裝置直接附接至彼此附接至或公共支承部，其中，公共支承部具體地由殼體或裝置的殼體部分形成。
[0158] 27)根據(jù)方面16至26中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置具有可穿戴的殼體，該可穿戴的殼體可緊固至人體，其中，用于發(fā)射一個(gè)或多個(gè)激發(fā)光束的裝置和用于檢測(cè)時(shí)間依賴的響應(yīng)信號(hào)的檢測(cè)裝置布置和配置成使得待分析的材料在殼體的、背離本體的側(cè)進(jìn)行測(cè)量。
[0159] 28)根據(jù)方面16至26中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置具有可穿戴殼體，該可穿戴殼體可緊固至人體，以及該裝置的殼體具有窗口，該窗口在打算佩戴的位置中在其背離本體的側(cè)部對(duì)激發(fā)光束是透明的。
[0160] 29.用于分析材料的裝置，該裝置具有：用于產(chǎn)生具有至少一個(gè)激發(fā)波長(zhǎng)的至少一個(gè)電磁激發(fā)波束(具體地，激發(fā)光束)的激發(fā)傳輸裝置；用于檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)的檢測(cè)裝置；以及用于基于所檢測(cè)的響應(yīng)信號(hào)分析材料的裝置。
[0161] 30.根據(jù)前述方面16至29中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，檢測(cè)裝置配置成用于測(cè)量晶體的變形。
[0162] 通過與光熱“彈跳法”進(jìn)行類比，通過選擇測(cè)量束對(duì)樣品表面的更陡峭的(更大的)入射角，可以更有效地測(cè)量該變形，并且測(cè)量束的蜃景效應(yīng)相關(guān)的偏轉(zhuǎn)的影響可最小化。
[0163] 文獻(xiàn)：
[0164] M.Bertolotti，G.L.Liakhou，R.Li?Voti，S.Paolino和C.Sibilia.表面反射主題中光熱偏轉(zhuǎn)技術(shù)的分析：理論與實(shí)驗(yàn)(Analysis?of?the?photothermal?deflection?technique?win?the?surface?refection?theme:Theory?and?Experiment).應(yīng)用物理學(xué)報(bào)(Journal?of?Applied?Physics)，83,966(1998)。
[0165] 懸臂可直接放置在樣品上或足夠薄的光學(xué)介質(zhì)上，其中，在足夠薄的光學(xué)介質(zhì)上，樣品放置在一側(cè)而懸臂放置在另一側(cè)。由于樣品或光學(xué)元件的熱膨脹，懸臂通過由吸收調(diào)制的泵送束所引起的熱膨脹而設(shè)置成振動(dòng)。測(cè)量束發(fā)射在懸臂尖端的上側(cè)，并由于振動(dòng)而偏轉(zhuǎn)，其中，偏轉(zhuǎn)的量取決于調(diào)制頻率、所輻射的波長(zhǎng)和樣品的熱特性。檢測(cè)該偏轉(zhuǎn)。
[0166] 31.根據(jù)前述方面16至30中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，激發(fā)傳輸裝置包括詢問激光器或LED，例如NIR(近紅外)LED。
[0167] 32.根據(jù)前述方面16至31中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，激發(fā)傳輸裝置包括探測(cè)激光器，該探測(cè)激光器具有比附加泵激光器小的直徑。
[0168] 33.根據(jù)前述方面16至32中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，為了實(shí)現(xiàn)更加有利的信噪比，設(shè)置有特殊的涂層，具體地光學(xué)發(fā)射器設(shè)置有特殊的涂層，例如IRE，使得熱量更好的耗散(例如，“導(dǎo)熱膏”)。
[0169] 光學(xué)元件可涂覆在接觸表面上，使得可以提供熱信號(hào)至光學(xué)介質(zhì)的改進(jìn)的傳導(dǎo)。另外，涂層還可起到防止劃痕的保護(hù)作用，而且通過智能選擇材料還可實(shí)現(xiàn)用于測(cè)量束的反射表面。在這種情況下，必須保持對(duì)于激發(fā)光的透明度。
[0170] 34.根據(jù)前述方面16至33中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置具有用于以下的系統(tǒng)：
[0171] i.脈沖序列/雙調(diào)制；
[0172] ii.擺鏡；
[0173] iii.MEMS干涉儀。
[0174] 35.根據(jù)前述方面16至34中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置設(shè)計(jì)成可由人永久地穿戴在身體上，在一個(gè)實(shí)施方式中通過連接至殼體的止動(dòng)裝置，諸如帶狀件、帶子或鏈條或扣子，和/或該檢測(cè)裝置具有檢測(cè)表面，該檢測(cè)表面還可以用作信息的顯示表面，其中，該信息諸如為測(cè)量值、時(shí)鐘時(shí)間和/或文本信息。
[0175] 36.根據(jù)前述方面35所述的裝置，其特征在于，該裝置在檢測(cè)表面的區(qū)域中(優(yōu)選地靠著檢測(cè)表面的區(qū)域中)具有拉開(pull-off)膜，以用于材料表面的預(yù)處理并確保清潔的表面，在一個(gè)實(shí)施方式中，在葡萄糖測(cè)量的情況下，出于皮膚清洗的目的而專門設(shè)置該拉開膜。
[0176] 37.根據(jù)前述方面16至36中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，檢測(cè)裝置配置成讀取和識(shí)別指紋，以檢索人的某些值/校準(zhǔn)和/或檢測(cè)手指的位置，優(yōu)選地檢測(cè)和確定測(cè)量期間無意識(shí)的運(yùn)動(dòng)。
[0177] 38.根據(jù)前述方面16至37中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該檢測(cè)裝置具有結(jié)果顯示器，該結(jié)果顯示器優(yōu)選地使用彩色編碼實(shí)施為模擬顯示器，在一個(gè)實(shí)施方式中，該結(jié)果顯示器包括錯(cuò)誤指示(例如：“100mg/dl+/-5mg/dl”)；聲學(xué)上實(shí)施和/或?qū)嵤榫哂斜妊b置允許的精度更大的梯級(jí)的測(cè)量結(jié)果顯示器。這意味著例如可使用戶心神不寧的小的波動(dòng)不會(huì)被傳達(dá)。
[0178] 39.根據(jù)前述方面16至38中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置包括用于傳遞測(cè)量數(shù)據(jù)和從其它裝置或云系統(tǒng)檢索校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或其它數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)接口，其中，該裝置優(yōu)選地配置成使得數(shù)據(jù)可以以加密的形式傳送，具體地可通過操作員的指紋或其它計(jì)量生物學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
[0179] 40.根據(jù)前述方面16至39中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置配置成使得所建議的、待給予人的胰島素劑量可通過裝置結(jié)合其它數(shù)據(jù)(例如，胰島素校正因子)進(jìn)行確定，和/或可測(cè)量重量、體脂，和/或重量、體脂可同時(shí)手動(dòng)地指定或可從其它裝置傳送至該裝置。
[0180] 41.根據(jù)前述方面16至40中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置配置成識(shí)別其他參數(shù)以增大測(cè)量精度，在一個(gè)實(shí)施方式中，使用用于確定皮膚溫度、皮膚的擴(kuò)散率、傳導(dǎo)率/水分含量的傳感器，用于測(cè)量光的偏振(手指表面上的水/汗的分泌)或諸如此類的傳感器來識(shí)別其他參數(shù)。
[0181] 可影響葡萄糖測(cè)量的、人皮膚表面上的水和汗可使用激發(fā)傳輸裝置通過具有激發(fā)輻射的測(cè)試激勵(lì)進(jìn)行檢測(cè)，其中，水的特定波帶為1640cm-1(6.1μm)和690cm-1(15μm)。如果吸收超過確定值，則測(cè)量位點(diǎn)/材料表面/皮膚表面對(duì)于可靠測(cè)量而言過濕?？商娲?，可對(duì)測(cè)量位點(diǎn)附近或直接測(cè)量位點(diǎn)處的物質(zhì)的傳導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量，以確定水分含量。因此，可輸出錯(cuò)誤消息和對(duì)表面進(jìn)行干燥的指令。
[0182] 42.根據(jù)前述方面16至41中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置具有在泵激光器和/或測(cè)量束激光器的束路徑中的覆蓋件。這確保提供強(qiáng)制性的人類眼睛安全。
[0183] 43.根據(jù)前述方面16至42中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置具有可替換的檢測(cè)表面。
[0184] 44.根據(jù)前述方面16至43中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置在一些區(qū)域中設(shè)置有帶槽晶體或粗糙晶體作為光學(xué)介質(zhì)，這允許更好地調(diào)節(jié)樣品(例如，手指)。其上放置待分析的材料的表面的測(cè)量點(diǎn)優(yōu)選地設(shè)計(jì)為沒有槽且是光滑的。
[0185] 45.根據(jù)前述方面16至44中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，對(duì)于測(cè)量束，可使用圓柱形TEMpl?TEM00模式，或可使用其它模式代替圓柱形TEMpl?TEM00模式，例如TEM01(環(huán)狀物)、TEM02或TEM03。具體地，后面的模式具有下列優(yōu)勢(shì)：它們的強(qiáng)度可與象限二極管的靈敏度分布相匹配，其中，象限二極管形成用于偏轉(zhuǎn)的測(cè)量束的檢測(cè)器(見附圖)。另外，可使用矩形模式TEMmn，諸如TEM30或TEM03或更高的TEM。這允許在水平方向或豎直方向上對(duì)待使用的、較少發(fā)生干涉的束的取樣/測(cè)量。
[0186] 46.根據(jù)前述方面16至45中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置不僅在點(diǎn)處測(cè)量，而且在格柵中測(cè)量。這可通過移動(dòng)泵激光器或探測(cè)激光器或者檢測(cè)單元來進(jìn)行。代替移動(dòng)，一個(gè)或多個(gè)泵激光器陣列或探測(cè)激光器陣列是有可能的。
[0187] 用于在發(fā)射激發(fā)束之后檢測(cè)響應(yīng)信號(hào)的其它檢測(cè)方法可包括：
[0188] -光聲檢測(cè)-使用音叉或其它振動(dòng)元件的光聲檢測(cè)，或：具有開放QePAS單元的輕微改良型的光聲學(xué)(石英增強(qiáng)光聲光譜)。這些方法可用于檢測(cè)表面上的壓力波動(dòng)/振動(dòng)，并且以如上所述的方式對(duì)它們進(jìn)行評(píng)估以用于所測(cè)量的束偏轉(zhuǎn)。
[0189] 原則上，響應(yīng)信號(hào)相對(duì)于周期性調(diào)制的激發(fā)束的相位漂移的測(cè)量值可用于深度剖析。(為此，應(yīng)針對(duì)它們的波形或圖案更加準(zhǔn)確地評(píng)估材料表面的變溫/冷卻階段。)[0190] 所描述的裝置可與用于去除死皮層的粘合帶的供應(yīng)相關(guān)，以允許對(duì)人體以及具有導(dǎo)熱膏的膏劑的最大限度地?zé)o失真的測(cè)量，其中，該膏劑可定期地施加于光學(xué)介質(zhì)。光學(xué)介質(zhì)可以是可替換的，為剩余部分給出合適的緊固和調(diào)節(jié)。
[0191] 為了執(zhí)行測(cè)量，該裝置可不僅設(shè)置和配置在人的手指上，而且可設(shè)置和配置在嘴唇或耳垂上。
[0192] 在一些實(shí)施方式中，即使沒有直接接觸和放置在身體的手指或其它部分(以一定距離)上，也可進(jìn)行測(cè)量，導(dǎo)致無接觸測(cè)量。
[0193] 通過結(jié)合所描述和說明的、對(duì)誤差具有相似敏感度的多個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，可以提高測(cè)量的精度和可靠性。
[0195] 測(cè)量裝置還可在運(yùn)動(dòng)的表面上執(zhí)行，使得在格柵測(cè)量的過程中：激發(fā)光源和和/或測(cè)量光源在測(cè)量期間以格柵圖案在皮膚上移動(dòng)，這允許皮膚的不規(guī)則性得到補(bǔ)償或甚至被消除。
[0196] 通過調(diào)節(jié)/更改探測(cè)束/測(cè)量光源的波長(zhǎng)，可以優(yōu)化檢測(cè)裝置/偏轉(zhuǎn)單元的靈敏度。出于該目的，測(cè)量光源可隨波長(zhǎng)而變化，或包括不同波長(zhǎng)的多個(gè)激光光源，以進(jìn)行選擇或組合。
[0197] 對(duì)于泵激光器/探測(cè)激光器的偏轉(zhuǎn)，可選擇理想的橫向模式(TEM)。
[0198] 激發(fā)傳輸裝置、測(cè)量光源和檢測(cè)器可配置成公共陣列，并且束可在光學(xué)介質(zhì)中適當(dāng)?shù)仄D(zhuǎn)，以將所有束的發(fā)射和接收集中在一點(diǎn)處。
[0199] 光學(xué)介質(zhì)的晶體上或晶體中的透鏡可有助于使測(cè)量光束根據(jù)響應(yīng)信號(hào)更強(qiáng)地偏轉(zhuǎn)。
[0201] 下面構(gòu)思中描述了根據(jù)專利權(quán)利要求的本發(fā)明的附加變型。該構(gòu)思，無論是單獨(dú)使用還是與上述方面或與權(quán)利要求的主題相結(jié)合，也構(gòu)成至少一項(xiàng)獨(dú)立發(fā)明。申請(qǐng)人保留日后使該發(fā)明或這些發(fā)明成為權(quán)利要求的主題的權(quán)利。這可以在該申請(qǐng)的上下文中進(jìn)行，或在后續(xù)分案申請(qǐng)或要求該申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)的繼續(xù)申請(qǐng)的上下文中進(jìn)行。
[0202] 一種無創(chuàng)血糖測(cè)量的構(gòu)思，通過使用量子級(jí)聯(lián)激光器的激發(fā)和輻射熱的熱波測(cè)量來確定皮膚中的葡萄糖?；趫D12和圖13，描述了可確定皮膚中的間質(zhì)液(ISF)中的葡萄糖或另一材料的濃度的方法。ISF中的葡萄糖表示血糖，并且在發(fā)生變化的情況下，它會(huì)迅速地跟隨血糖變化。該方法包括下列步驟或整個(gè)序列中的至少單個(gè)步驟或群組：
[0203] 1.使用量子級(jí)聯(lián)激光器的束輻射皮膚102上的點(diǎn)(在這種情況下，材料表面的第一區(qū)域)，該束在鏡子或拋物面鏡140處聚焦且可能發(fā)生反射，并且在特定的紅外范圍上遞增地或連續(xù)地調(diào)諧，其中，葡萄糖在該特定的紅外范圍內(nèi)被特定吸收。還可以使用激光器陣列來替代量子級(jí)聯(lián)激光器100，其中，該激光器陣列具有以單一波長(zhǎng)輻射的多個(gè)激光器。光譜范圍(或單獨(dú)波長(zhǎng)，通常5或以上的波長(zhǎng))可具體地處于約900cm-1與約1300cm-1之間，在該范圍中，葡萄糖具有吸收指紋圖譜，即典型和代表性的吸收線。
[0204] 2.連續(xù)地、或以具有高脈沖重復(fù)率的脈沖模式或以調(diào)制方式使用以SA表示的激發(fā)束(CW激光器)。另外，對(duì)激發(fā)束進(jìn)行低頻調(diào)制，具體地在10Hz與1000Hz之間的頻率范圍內(nèi)?？墒褂酶鞣N周期性函數(shù)執(zhí)行低頻調(diào)制，在各種實(shí)施方式中，周期性函數(shù)如正弦波、矩形波或鋸齒波等。
[0205] 3.由于皮膚的輻射并根據(jù)在葡萄糖分子中激發(fā)的特定振動(dòng)的波長(zhǎng)，IR輻射深入到皮膚中大致50μm至100μm的深度。從振動(dòng)級(jí)v0到v1的這些激發(fā)在很短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到初始狀態(tài)；在該步驟中，熱量被釋放出來。
[0206] 4.作為根據(jù)(3)產(chǎn)生的熱量的結(jié)果，形成了熱波，該熱波從吸收的位置各向同性地進(jìn)行傳播。根據(jù)由上面(2)中描述的低頻調(diào)制限定的熱擴(kuò)散長(zhǎng)度，熱波以調(diào)制頻率周期性地到達(dá)皮膚的表面。
[0207] 5.熱波在表面上的周期性出現(xiàn)與皮膚(樣品的材料表面)的熱輻射特性的周期性調(diào)制相對(duì)應(yīng)。皮膚在此處可大致描述為黑體輻射器，根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律(Stefan-Boltzmann?law)，其整個(gè)發(fā)射與表面溫度的四次方成比例。
[0208] 6.利用用于熱輻射的檢測(cè)器139，即紅外檢測(cè)器，即熱電偶、輻射熱測(cè)量計(jì)、半導(dǎo)體檢測(cè)器或類似裝置，該檢測(cè)器指向被輻射的皮膚的點(diǎn)處，記錄根據(jù)(5)描述的周期性溫度升高。這取決于根據(jù)(1)和(2)描述的紅外光的輻射、根據(jù)(3)描述的吸收，并因而取決于葡萄糖的濃度。通過光學(xué)元件收集熱輻射SR(在這種情況下，響應(yīng)信號(hào))，在一個(gè)實(shí)施方式中光學(xué)元件為紅外透鏡或鏡子，具體地拋物線型凹面鏡141，以及在一個(gè)實(shí)施方式中熱輻射SR經(jīng)由凸鏡141a引導(dǎo)到檢測(cè)器139上。出于該目的，在一個(gè)實(shí)施方式中使用的收集鏡可具有開口142，收集的束被引導(dǎo)通過該開口142。束路徑中可設(shè)置有過濾器143，該過濾器143僅允許確定波長(zhǎng)范圍的紅外輻射通過。
[0209] 7.在處理響應(yīng)信號(hào)時(shí)，可特別考慮調(diào)制頻率，對(duì)于該調(diào)制頻率響應(yīng)信號(hào)可在鎖定放大器144中進(jìn)行處理。通過使用控制和處理單元147分析激發(fā)信號(hào)與熱輻射信號(hào)(響應(yīng)信號(hào))之間的相位角，可獲取與表面之下的深度有關(guān)的深度信息，其中，響應(yīng)信號(hào)主要從該深度信息中獲取。
[0210] 8.深度信息還可通過以下來獲?。哼x擇和分析用于激發(fā)束的、如(2)中所描述的各種低頻調(diào)制頻率，以及組合不同調(diào)制頻率的結(jié)果(其中，對(duì)于不同的調(diào)制頻率，結(jié)果還可以進(jìn)行不同的加權(quán))。為此可使用差分法或其它計(jì)算方法，以補(bǔ)償最上面的皮膚層的吸收。
[0211] 9.為了使根據(jù)點(diǎn)(6)的熱輻射檢測(cè)的靈敏度最大化，其在寬的光譜帶上用于整個(gè)可用紅外范圍。應(yīng)使用普朗克輻射曲線的盡可能多的區(qū)域。為了使檢測(cè)對(duì)加強(qiáng)的激發(fā)輻射不敏感，為熱輻射的檢測(cè)提供用于這些激發(fā)波長(zhǎng)的阻擋濾波器(陷波濾波器)143。通過阻擋濾波器143傳送的波長(zhǎng)范圍148還在圖13的圖示中顯而易見。其中，響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度均示出為波長(zhǎng)的函數(shù)，在第一(實(shí))曲線145中沒有激發(fā)束或僅具有對(duì)于待識(shí)別的材料非特定的波長(zhǎng)的激發(fā)輻射(即，材料的特定吸收帶的波長(zhǎng)不存在)，以及然后第二(虛)曲線146中示出了相似的曲線，其中，輻射包括對(duì)待識(shí)別的材料特定的吸收波長(zhǎng)的激發(fā)束。
[0212] 10.如果將要識(shí)別葡萄糖，則在一個(gè)實(shí)施方式中，從根據(jù)(6-9)測(cè)量的、取決于激發(fā)波長(zhǎng)的熱信號(hào)，首先使用激發(fā)束的非葡萄糖相關(guān)(或排除它們)的波長(zhǎng)(曲線145)確定背景，然后使用(或包括)葡萄糖相關(guān)的波長(zhǎng)確定與背景信號(hào)的差異。這得到一個(gè)或多個(gè)皮膚層中的葡萄糖濃度，該葡萄糖濃度由根據(jù)(7)所選擇的相位位置或根據(jù)(8)的不同調(diào)制頻率或其組合限定。
[0213] 盡管本發(fā)明已通過優(yōu)選示例性實(shí)施方式進(jìn)行了更加詳細(xì)的說明和描述，但是本發(fā)明不受所公開的示例的限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可在不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下由此推導(dǎo)其他的變型。
[0214] 附圖標(biāo)記列表
[0215] 10?裝置
[0216] 100?激發(fā)傳輸裝置/激發(fā)光源
[0217] 100a?發(fā)射器/傳輸元件
[0218] 101?材料
[0219] 102?第一區(qū)域
[0220] 103?容積
[0221] 104?裝置
[0222] 105?裝置
[0223] 106?檢測(cè)裝置
[0224] 107?處理裝置/評(píng)估裝置
[0225] 107a?存儲(chǔ)器
[0226] 108?光學(xué)介質(zhì)
[0227] 108a?表面部分
[0228] 108b?表面部分
[0229] 109?調(diào)節(jié)裝置
[0230] 110?部分表面
[0231] 111?部分表面
[0232] 112?測(cè)量束/測(cè)量光束
[0233] 113?鏡面
[0234] 114?鏡面
[0235] 116?開口
[0236] 117?開口
[0237] 118?開口
[0238] 119?連接器本體
[0239] 120?光纖電纜
[0240] 121?支承部
[0241] 122?殼體
[0242] 123?本體
[0243] 124?側(cè)部
[0244] 125?帶狀件
[0245] 126?指尖
[0246] 127?調(diào)節(jié)裝置
[0247] 128?成像光學(xué)器件
[0248] 129?成像光學(xué)器件
[0249] 130?光學(xué)檢測(cè)器/相機(jī)
[0250] 131?數(shù)據(jù)處理裝置
[0251] 132?控制器
[0252] 133?微鏡
[0253] 134?微鏡
[0254] 135?微機(jī)電系統(tǒng)
[0255] 136?偏轉(zhuǎn)裝置
[0256] 137?控制裝置
[0257] 138?層
[0258] 139?紅外檢測(cè)器
[0259] 140?鏡子
[0260] 141?拋物面鏡
[0261] 142?141中的開口
[0262] 143?波長(zhǎng)濾波器
[0263] 144?鎖定放大器
[0264] 145?響應(yīng)信號(hào)的信號(hào)曲線(實(shí)線)
[0265] 146?響應(yīng)信號(hào)的信號(hào)曲線(虛線)
[0266] 147?控制和處理裝置
[0267] 148?波長(zhǎng)范圍
[0268] BZA?血糖水平指示
[0269] D?檢測(cè)結(jié)果
[0270] GF?界面
[0271] SA?激發(fā)束
[0272] SR?響應(yīng)信號(hào)
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