專利名稱：一種在原位置上檢測特定成分濃度的儀器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用以在原位置上檢測特定成分濃度的儀器。
背景技術：
及發明簡述為了檢測溶液中某特定成份的濃度，都是將該溶液抽出后放置在試管或光測管(Cuvette)中，也就是一個已知體積的容器中(或已知信號路程的容器中)，由于測量了特定成份的特異性信號之后已知道體積，故可由特定成份的總量除以體積來求得其濃度。
但此測量需要在原位置上進行，因為不能將溶液從原容器中取出，原容器可以是存有血液的血管或一條生產線上的樣液，在不將血液或樣液取出的情況下，我們如何通過得到的體積數據，來求出濃度呢 我們必須利用另外一個代表體積的信號來求濃度，因此必須有至少兩個信號才行，一個是體積信號，一個是特定成份信號，如果要測量二種成分，則至少需要三種信號。由歸納法可知，如果要知道N-1種成份的濃度，則需要N個信號，而其中一個為體積信號，其他的N-1個為各成份的特異信號。
在傳統方法中，我們可以以光柵的方法來分辨每一個信號，再由特定成份信號除以體積信號來求得濃度。
而體積信號可以是直接測量的體積信號，例如通過超音波或光反射來測量信號路程的長短。本發明提出以溶劑信號來代替體積，溶劑占有溶液的絕大部分體積，故由溶劑信號可以求出有效的容器體積，即使此容器的形狀非常不規則。如果除溶劑之外，還有任何標示物為已知濃度，則亦可由此標示物信號求出體積。此標示物可以是自生的，也可以是外加的(詳如下述)。
附圖簡述
圖1顯示一種依據本發明實施例的一種在原位置上檢測特定成份濃度的儀器。
發明的詳細說明現以利用特異信號(自發或誘發皆可)來測量人體血液中的葡萄糖濃度為實施例來說明此發明。
本例可以葡萄糖的特定信號為特異成份信號，而以水的特異信號為體積指標(如果知道此人的血球比率(Hematocrit)，則亦可以以血紅蛋白的特異信號來代表體積，因為根據血紅蛋白的量和血球比率就可計算出血液總量)，也可以注射螢光標示物(FITC-Fluoroscin-isothiocyanate或天然的螢光物質充當標示物)作為已知濃度的標示物。
為了精確測量這兩個信號，則這兩個信號必須從同一體積中發出，不論是葡萄糖信號還是體積信號。(如果是由輸入信號源產生的誘發信號，則應照射在相同的組織中)，然後后才由信號收集裝置收集從目標物質所發出之的信號。如果是誘發信號則需要選定將被檢測的組織，此選取裝置圈定被激發的組織。而信號收集裝置，則依據標的物決定其收集信號的時間及位置。
收集了信號之后，需要用光譜工具將此信號分離，而同時希望收集的信號越強越好，傳統方法是用光柵；而本發明提出一個更好的儀器，用中空圓錐體(5，5’)及二色分光鏡8，這樣我們可收集到最多的信號(如圖1)。
圖1所示的組織為手指2，在光源1從手指2內側照到手指上，與手指的組織作用后，從指甲一側照射出來，并由一中空圓錐體5收集。而指甲被一個像封套式的結構3包圍以固定位置，使得要研究的信號從相同的樣品中產生。
為了檢測組織中血液的其他成份，則需要有另外的特異性信號，例如尿酸，膽固醇，甘油三酯，含氧血紅蛋白或任何想要檢測濃度的藥物或成份，每次檢測一種成份則只需檢測兩種信號，一種為特異成份，另一種為溶劑，例如水，也可以同時檢測許多成份(N-1)，這就需要(N-1)個二色分光鏡來分離N個信號，需要N個中空圓錐體，每個內含透鏡以將N個信號聚集到各自的檢測器中，而這N個連接到處理電路7的檢測器6被放置在中空圓錐體的頂點以便將信號集中于此，而各中空圓錐體信號可以用單光儀(包含波段透光濾波鏡)來純化其單光性。而中空圓錐體表面具有較高的反射率，以增強其集中信號的能力。
此信號可以是自發性信號，例如由同位素蛻變而釋放出的αβγ粒子或由化學能所釋放出的化學螢光(Chemi-luminance-light)(不需用選取裝置而只需要信號收集裝置)。也可以是由另外的電磁信號如X光，可見光，紫外光，紅外光，微波等所誘發的二次信號，例如穿透光，散射光，螢光，喇曼光等等，所述電磁信號可由各種激光，二極管激光，發光二極管，各種燈或電磁源產生。
任何誘發的信號在激發態都要經過一些時間后才發射誘發光，因此可先由選取裝置引導外來信號激發標的物后，再在Δt時間之后由收集裝置收集在特定體積中誘發的信號，這就是所謂的以時間差來分析信號的技術，此儀器可利用此技術來降低雜音。如果激發的標的物以一定速度V*移動，則此方法將更有用，因為Δx＝V*Δt，可知當Δt時間后，在x處受到激發的標的物將移至x+V*Δt，并在此位置發射誘發信號，因此可在t時刻激發x處的標的物，而將x＝x+Δx＝x+V*Δt當做收集信號的特定體積，而在t＝t+Δt時刻檢測由激發態的標示物所發射的誘發信號，由此則可消除在x體積中所有沒有移動的成份所產生的雜音。
我們可進一步由開關來提高信/噪比，當啟動由選取裝置入射的信號時，收集裝置關閉，選取裝置關閉，收集裝置打開，此開關的周期可重復多次以進一步提高信/噪比，此種安排在標的物于管狀通道中，如動脈或生產管線中，流動時特別有用。
本發明特點及技術內容已在上面得到充分揭示，任何熟練掌握本項技術的人可依據本發明的揭示及教示而作各種不背離本發明精神的替換或修飾，因此本發明的保護范圍不應限于所揭示的實施例，而應涵蓋這些替換及修飾。
權利要求
1.一種在原位置上檢測(N-1)種特定成份濃度的儀器，其中N為自然數，N≥2，包含一信號收集裝置，用來收集在特定體積中由標的物產生的N種信號，其中一種信號代表體積；一信號檢測裝置，用以檢測該N種信號；以及一信號區分裝置，用于將N個信號分別送往N個檢測器，以計算N-1種成份的濃度。
2.如權利要求1所述的儀器，其中N種信號中包括由外部輸入信號在特定體積中所誘發的誘發信號。
3.如權利要求2所述的儀器，其中輸入信號包括電磁波。
4.如權利要求1所述的儀器，其中信號收集裝置包括一個圓錐體，用于將信號收集后送至檢測器。
5.如權利要求4所述的儀器，其中檢測器位于所述圓錐體的頂點。
6.如權利要求1所述的儀器，其中信號區分裝置包含二色分光鏡。
7.如權利要求1所述的儀器，包含用于區分N個信號的(N-1)個二色分光鏡。
8.如權利要求7所述的儀器，包含N個圓錐體，用來收集N種信號。
9.如權利要求5所述的儀器，其中所述圓錐體包括透鏡，用以將信號聚集到檢測器。
10.如權利要求4所述的儀器，其中所述圓錐體具有高反射率表面。
11.如權利要求1所述的儀器，其中所述特定體積包括組織。
12.如權利要求11所述的儀器，其中所述組織包括手指。
13.如權利要求12所述的儀器，其中所述信號收集裝置包括一個適型器，用以在指甲一側收集信號。
14.如權利要求2所述的儀器，其中所述輸入信號被由信號選取裝置引導至標的物。
15.如權利要求14所述的儀器，其中所述選取裝置在時間t時將信號導向體積V中的標的物，而信號收集裝置在t+Δt時收集特定體積V′中的信號，V′為激發態的標的物在t+Δt時的分布體積。
16.如權利要求15所述的儀器，其中所述標的物以速度V*移動，V′為V→V+V*t的線性移動。
17.如權利要求16所述的儀器，其中所述選取裝置及收集裝置包括開關。
18.如權利要求17所述的儀器，其中所述收集裝置在時刻t+Δt打開，而t為選取裝置關閉的時間。
19.如權利要求18所述的儀器，其中所述開關重復打開及關閉多次。
20.如權利要求14所述的儀器，其中所述特定體積包括組織。
21.如權利要求20所述的儀器，其中所述組織包括手指。
22.如權利要求21所述的儀器，其中所述信號選取裝置位于手指的內側。
23.如權利要求22或13所述的儀器，還包括一個手指封套。
24.如權利要求1所述的儀器，其中體積信號包括溶劑信號。
25.如權利要求1所述的儀器，其中體積信號包括一個濃度已知的標示物。
26.如權利要求24所述的儀器，其中溶劑包括水。
27.一種分光光譜儀，包括用來分離N種光譜的(N-1)個兩色分光鏡；N個用來收集信號的圓錐體；及N個用來檢測N種波長的檢測器，其中N為自然數，且N≥2。
28.如權利要求27所述的光譜儀，還包括透鏡。
29.如權利要求27所述的光譜儀，其中所述檢測器位于圓錐體頂端。
30.如權利要求27所述的光譜儀，其中所述圓錐體還包括高反射率表面。
31.如權利要求30所述的光譜儀，還包括用來選擇波長的單色儀。
32.一種用于光譜研究的手指適型裝置，包括一信號收集裝置，用于在指甲處收集由手指特定體積中射出的光線，并將光線引導至一光譜儀。
33.如權利要求32所述的手指適型裝置，進一步包括信號選取裝置，用于引導外來光線照射在手指的固定體積上。
34.如權利要求33所述的手指適型裝置，還包括手指封套。
35.如權利要求34所述的手指適型裝置，其中所述收集裝置及選取裝置包括開關。
36.如權利要求35所述的手指適型裝置，其中所述收集裝置的開關在t+Δt時刻打開，而選取裝置的開關在t＝t時刻關閉。
37.如權利要求36所述的手指適型裝置，其中開關周期重復多次。
38.如權利要求第36項所述的手指適型裝置，其中所述固定體積與特定體積相距Δx＝V*Δt，V*為血液在所述手指中的流動速度。
全文摘要
本發明涉及一種用以在原位置上檢測特定成分濃度的儀器。根據本發明的一個實施例，該儀器包括信號收集器，用來收集在特定體積中由標的物產生的多個信號，其中一種信號對應于該特定體積；信號檢測器用以檢測該多個信號；以及信號區分器，將各信號分別送往各檢測器。本發明提供一種有效的在原位置上測量濃度，而不需將溶液從原容器中取出的裝置。
文檔編號G01N21/55GK1453570SQ02118418
公開日2003年11月5日 申請日期2002年4月23日 優先權日2002年4月23日
發明者王唯工 申請人:王唯工