最佳化用于光谱测量的光纤探头制造技术

本发明专利技术提供一设计方法，用以决定在一主体之取样区域的检测与照射光纤图样。系统的信息，特别是一单色仪（亦即决定在输出狭缝之光纤的光学数目）以及在一检测器光学架构之光纤束终端（亦即决定在光纤束终端之光纤的光学数目），对此设计来说是非常重要的。这些数目决定照射光纤对检测光纤的比率与数目，且有意义地限制和局限了光纤的分离空间。其他关于在表皮之估计的信号和噪声之信息，则需要在相关的波长范围内极大化一信噪比。局限这些光纤在六角形周缘（或称局限图案）内，使得包括照射和检测光纤的交错光纤行可产生最佳的结果。在本发明专利技术之较佳实施例中，在一取样界面上二检测器共用所有的检测光纤，且一第三检测光纤群系用于分类之目的。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术
技术介绍
领域本专利技术是有关于一种使用光纤光学技术(fiber optics)照射一分析样品(analyte sample)以及检测出现于该分析样品的信号，且特别是有关于一种照射与检测光纤图样、形状及位置的方法，其用于非侵略性之全面判断(noninvasiveglobal-estimation)一分析样品，例如血糖(blood glucose)。现有技术的描述熟悉此技术者都知道，光纤在探测介面上照射与检测的尺寸大小、配置安排以及数目，都影响接收信号甚大。这些探测系用来发射以及收集来自组织样品(tissue sample)的光线，而上述的组织样品例如为主体表皮。过去尝试过一些不同的元件以照射和收集来自组织样品的光线。举例来说，K.Maruo，K.Shimizu，M.Oka所申请之欧洲专利Device For Non-InvasiveDetermination of Glucose Concentration in Blood，其欧洲专利号为EP 0 843986。然而，传统的元件都无法提供令人满意的结果。因此，需要提供更佳的用于光纤照射与检测图样、形状及位置的方法和元件，其可用以非侵略性探测分析样品，例如血糖。
技术实现思路
本专利技术提供一可用以非侵略性探测分析样品(例如血糖)之最佳的光纤照射与检测图样、形状及位置的方法和元件。假如光学系统可经过适当的设计，吸收信号可以检测到。藉由系统的探测图样、形状及光纤位置，以及在系统模组中将所欲的量极大化，例如放大信噪比(signal-to-noise ratio；SNR)，本专利技术所揭露的方法可达到最佳的光学系统设计。以信噪比(SNR)为例，信号值与被实验者真皮层中的光子路径长(photonpathlength)是直接相关的，而噪声则约与波长以及检测器的函数强度成反比，其中检测器用以照射光纤分开的距离。此外，光纤在单色仪输出狭缝以及在检测器光学架构(optics stack)之终端束(bundle termination)的数目可以被决定，使得最佳化可以变成特别的限制条件。一旦此限制条件被达到，就会极容易研究与最佳化照射与检测光纤的图样。最后，光纤布局(fiber layout)的周边形状系以简单的几何图样来表示。综观本专利技术整个流程，制造上的限制条件应该被完全忽略。只有在达到一最佳结果之后，这些限制条件才加以考虑进去，可以考量进去为了实际以及权宜手段的目的而忍受的损失。附图的简单说明为让本专利技术之上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下附图说明图1绘示的为十九条光纤圆形布局之示意图，其中根据本专利技术之局限光纤架构(hex pack)，本专利技术中心的光纤环对全直径的光纤束来说是有益的；图2系绘示在检测器之光纤束数目增加所造成之影响(penalty)示意图；图3系绘示直径有效地乘上光纤数目，显示出在从增加检测器之照射增益(illumination gain)与低效率造成损失之间的取舍(trade-off)示意图；图4系绘示单色仪输出狭缝强度中，置于水平离心(horizontally off-center)之光纤的效率损失示意图；图5系绘示在单色仪增加光纤数目之影响示意图；图6系绘示保持置于单色仪之光纤不吸收任何光线的影响示意图；图7系绘示本专利技术利用蒙地卡罗模拟法(Monte Carlo simulations)来估计信号的示意图；图8系绘示本专利技术利用广域放射状光纤(wide area radial fiber；WARF)探测来估计1/Noise函数之示意图；图9系绘示本专利技术一近红外光(near-IR；NIR)葡萄糖信噪比，其为波长和照射至检测光纤分开距离之函数的三维示意图；图10系绘示本专利技术另一近红外光(NIR)葡萄糖信噪比，其指出峰值在最低分开距离处之示意图；图11系绘示本专利技术在组合带(combination band)近红外光(NIR)葡萄糖信噪比之放大的示意图；图12系绘示本专利技术六角形光纤界面的示意图；图13系绘示本专利技术正方形光纤界面示意图；图14系绘示本专利技术一六角形配置安排与一圆形重叠，以显示在局限架构(hexpack)中一六角形如何接近一圆形图案的示意图；图15系绘示本专利技术一正方形配置安排与一圆形重叠，以显示一正方形对应一圆形图案有轻微损失的示意图；图16系绘示本专利技术一六角形表皮界面与一分类检测器(classificationdetector)示意图；图17系绘示本专利技术在一单色仪输出狭缝之一200/220μm光纤图案，其中显示105个光纤(确实的数目)的架构示意图；图18系绘示本专利技术在一检测器光学终端之一UltraSil光纤束终端，其中显示52个光纤的架构示意图；图19系绘示本专利技术在一表皮界面之一分类矩形(转动90度)示意图；图20系绘示本专利技术一矩形表皮界面与一分类检测器示意图；图21系绘示一非侵略性组织模型的座标图表示意图；图22系绘示感应表面之α1对应放射收集距离与波长的示意图；图23系绘示感应表面之α2对应放射收集距离与波长的示意图；图24系绘示感应表面之α3对应放射收集距离与波长的示意图；图25系绘示WARF探测系设计为单一照射光纤被一组六个检测光纤以下列距离放射状地围绕着0.23，0.77，1.3，2.08，2.90，3.71，4.70，6.70，8.7，10.7，14.7mm示意图；图26系绘示非侵略性臂强度(noninvasive arm spectra)对应波长与不同照射至检测光纤距离(illumination-detection distance)的示意图；图27系绘示利用WARF探测所收集之数据中之系数aλ，bλ与结果值的示意图；图28系绘示在WARF探测(1-10)的每个检测点之水吸收等级(magnitude)的示意图，显示出当照射光纤之距离增加时，所产生性别的分类；图29系绘示在三个分离波长下，不同之照射至检测光纤距离所得到估计量测噪声(以吸收单位)的示意图；以及图30系绘示样品间、样品外与总样品改变对应照射至检测光纤距离的示意图。专利技术的详细描述本专利技术是有关于最佳光纤探测几何学之发展，其系使用于扩散反射(diffusereflectance)与扩散透射(diffuse transmission)光谱分析之领域。而本专利技术之较佳实施例系特别关于非侵入性测量法(noninvasive measurements)，至于本专利技术的其他应用还包括农作物的湿气(moisture)、脂肪(fat)以及蛋白质(protein)测量，举例来说，可以测量水果中的糖分或是榖类中的蛋白质；或是泥浆溶液的反应检测(reaction monitoring)；或是织品的制造；或是聚合物(polymer)的溶解、成球状(pellet)以及聚合(additive)；或是聚合物的张力强度；或是制药配方的主要成分(active ingredient)；以及胶囊之主要成分等等。上述的应用可以利用QC/QA分析法，或是即时的控制过程来量测。本专利技术提出一过程，以特殊图样、形状和距离来设计光纤光学束(在照射光纤与检测光纤之间)。首先，此设计限定在使用特殊的光纤形式以及检测尺寸，使得最佳的过程可以有效的简化(见下图表1)。本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种最佳化光纤照射和检测的图样、形状以及位置的方法，用以估计复数个分析物，其特征在于，该方法包括下列步骤：系统化探测复数个图样、形状以及光纤位置以最佳化一光学系统设计，藉由极大化在该光学系统模型中期望的复数个数量；以及从该光学系统模型估计一接收信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JJ加赛德，SL蒙弗里，BC艾利奥特，TL鲁赫蒂，GA基斯，FS格罗乔基，
申请(专利权)人：三西斯医学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]