用于生物活性和/或生物可激活物質的檢查和評估的設備和方法

專利名稱：用于生物活性和/或生物可激活物質的檢查和評估的設備和方法
技術領域：
本發明涉及用于通過使用紅外、可見光或紫外光，對生物活性和/或生物可激活物質，尤其是人或動物體組織，進行光學檢查和評估的設備和方法，其中對被檢查的物質進行光學刺激，使得該物質發光(熒光分析)，或改變所使用的光的波長(拉曼分析)。

背景技術：
人(或動物)的代謝是所有生命維持生物化學和生物物理過程的總和。代謝因人而異，并且隨著生命期而改變，另外它還取決于許多其他因素，諸如身體和精神壓力或疾病。通過利用代謝分析，可以實現對人類有機體的當前健康狀況的全面了解。迄今為止，代謝分析僅使用不同的單個檢查方法的結論，這些方法是昂貴和費時的。具體地，這些方法是器官活性、免疫系統、內分泌系統、脂代謝、礦物質代謝的實驗室分析。
迄今為止，代謝分析仍然需要采集并分析血樣，將血樣送到分析實驗室進行分析。除了費用之外，還有其他的缺點。由于運輸和長的分析持續時間，血樣可以發生變異(例如，氧化反應、凝固反應)，這會影響檢查的結果。另外，對于患者來說采集血樣很不方便，并且某些時候，甚至帶有危險。另外，用于光學檢查生物組織樣本的熒光屬性的各種光譜儀設備在現有技術中是已知的。各物種的生物物質的蛋白質具有固有的熒光性，例如，卟啉、芳族氨基酸，諸如色氨酸、酪氨酸、苯基丙氨酸等。一個不利之處在于生物組織樣本必須被從測試對象上取出，然后在進行光學檢查之前，必須被放置在樣本載體或球管內。現有技術的檢查方法發生在實驗室內，并且不適合于在工作或休養環境中的各個場合下對測試人員的立刻和快速的檢查。另外，這些方法需要在身體的各個部分上進行的介入操作。


發明內容
本發明的一個目的是提供一種用于光學檢查，并且具體地用于生物活性和/或生物可激活物質(具體地，人或動物體組織)、尤其是關于細胞代謝物質的評估的設備和方法；所述設備和方法便于在工作和休養環境中的各種場合下對測試對象進行簡單(即，由測試對象自己進行)、即時、和快速的檢查，然而，不僅僅是檢查，所述設備和方法確保或至少提供對屬于被檢查物質的有機體的醫學上可靠且和可再現的全面評估。
通過權利要求1所述的設備和權利要求12所述的方法解決這個目的。
根據本發明的設備的特征在于電驅動的光源；光波導，光源發出的光通過該光波導可被作為輻射傳輸到被檢查的物質；專用于被檢查物體的光學或光電傳感器設備，用于接收由生物活性和/或生物可激活物質發出或改變的光；專用于該傳感器設備的光學或光電頻譜儀設備，借助于該頻譜儀設備，對由該物質發出或改變的光的不少于一個頻率處的光強進行測量，或對其頻移進行測量，將相應的測量信號傳遞給分配給該頻譜儀設備的分析電路；以及描述測量表面的設備，其形狀和大小適合于被檢查的生物活性和/或生物可激活物質。
根據本發明的原理，該生物活性和/或生物可激活物質是生物組織，即，人、植物或動物源的組織。基本上，可以設想對不必是有生命物質的其他物質的應用，例如，用于測量土壤物質或腐殖質或者例如培養液、糖溶液等的“生物可激活”類的其他物質中的與生物相關的因素。
本發明允許生物活性和/或生物可激活物質，具體地是測試對象的組織物質的非介入光學檢查；不需要取出組織樣本，或不需要將測量探針等插入或鉗入組織樣本。由于光波導和傳感器設備的發光段形成一個結構實體，該結構實體的上表面或外表面上包括有測量表面，該測量表面的形狀和大小與將被檢查的人或動物的生物組織匹配，所以通過與皮膚接觸或不接觸地將該測量表面置于測試對象的皮膚表面上的適合位置，并且通過在測量處理期間(典型地為幾秒鐘)將其保持在原地，可以容易地完成對該物質的光學檢查。本發明允許在工作或休養環境中的各個場合下對被測人員進行立刻和快速的檢查，檢查是通過被測人員來執行。
根據本發明的設備允許進行檢查，并且特別地，在幾秒鐘內對生物組織進行即時的后續評估，從而基于這種非介入代謝分析，可以確保關于當前整體健康狀態的各種信息的即時呈遞。該裝置的各種方法提供了對測試對象的當前整體健康狀態的說明，這可以給醫師提供關于患者的與醫學有關的因素的重要和必要的細節。
根據本發明的設備測量由輻射，特別是由短波UV照射或由近距離UV照射激活的身體的內源性組織間隙代謝物質的自體熒光。根據本發明的設備的優點，除了不流血、非介入分析方法之外，主要是僅僅幾秒的持續檢查和分析，因此可以提供對代謝調節的經濟實惠的監測而不影響患者。細胞、組織和物質的自體或原有熒光基于內源性熒光團的激發。重要的內源性熒光團例如是色氨酸、輔酶NADH、NADPH和核黃素，以及包含鋅的卟啉和無金屬卟啉。在醫學中，這種現象可被用于診斷，例如，皮膚和中空器官黏膜中的惡性細胞突變的早期診斷。對融解在間質中的代謝物質的測量是醫學相關和十分重要的。術語“間質”指細胞之間填充液體的空間，其被填充以結締組織、神經和血管，并且與細胞、血管和淋巴系統穩定接觸。在間質中，發生營養物到細胞的傳輸和來自細胞的代謝物傳輸，以及細胞之間的分子信號(cue)的傳輸。細胞代謝或受擾細胞功能的改變以特定方式影響間質液體的組成。因此，間質最適合用于測量由物理或精神壓力引起的代謝臨時改變和由器官病變或疾病引起的代謝紊亂。
以特定的方式組合由根據本發明的設備檢測到的測量的自體熒光值，并且它們提供關于已有的代謝紊亂、壓力的影響、或其他調節失衡的信息；從而可以給出測試對象當前的健康狀態的描繪。確定的參數允許關于當前的健康狀態的下述結論代謝速度調節、過酸保護、免疫防御、結締組織狀況、炎癥過程調節、氧化應激保護、心理承受力、過敏激活、感染過程保護、細胞贅生物過程、細胞退化、以及當前微營養需要。本發明最終允許以比較直接的方式做出關于一般代謝活動、它的規律和炎癥影響、過敏反應、病毒和/或細菌感染的可再現的醫學上可靠的評述。另外，采用本發明，開啟了光誘導自體熒光應用的另一個領域。
下面，將描述可由該設備/方法獲得的結論。過酸保護在代謝強烈發生處，并且當在代謝過程中產生的酸不能被充分分解時出現酸。整個代謝朝著產生酸的方向發展，所有中間代謝產物都是酸，必須以不同方式分別緩合這些酸。所謂的過酸尤其是發生在腸中(在代謝中)。酸過度，伴隨著pH水平的偏移，主要引起對酶活性的干擾，這又導致代謝紊亂，導致最嚴重的炎癥，導致弱免疫系統和疾病。趨于“紅區”的值通常指示過酸危險，這可以導致例如持續炎癥、差勁的皮膚外觀、腹瀉、頑固性便秘、乃至自體免疫疾病。免疫防御這個參數揭示有機體產生抵抗抗原的抗體的強度。測量值在“紅區”中越高，免疫系統過勞的危險越大，即，有機體不再能夠自身防御，從而可能產生各種疾病。代謝速度調節這個參數揭示有機體的代謝能力如何，有機體汲取營養的能力如何，和有機體保持自身功能的能力如何(生長、體溫調節、再生、免疫反應等)。本發明測量的值在“紅區”中越高，能力局限(所有身體和免疫功能的各種局限)的可能性越大。結締組織狀況結締組織是將我們的身體保持在一起的一切，即，膠原質和彈性纖維、韌帶、腱和皮下組織纖維。相應值在“紅區”中越高，將肌肉緊張和肌肉的正常反應所需的彈性和膠質部分維持在某個百分比的紊亂的風險越大。這可以導致組織松弛、靈活性損傷(關節功能)、甚至導致例如關節病、關節炎等的疾病。炎癥過程調節炎癥過程是生命中持續發生的一部分；這些過程必須發生，由于它們屬于代謝、免疫系統和酶功能的正常調節(除了慢性過程之外)。相應值在“紅區”中越高，擾亂生命功能的慢性炎癥的可能性越大。氧化應激保護氧化保護覆蓋能夠減小氧化應激(自由基)的所有物質，它們是所謂的抗氧化劑。有機體的存在依賴氧，它允許從營養物中獲取能量以便維持所有身體功能。在另一方面，氧還具有有害的作用，由于在代謝過程中，可能形成具有高度攻擊性和破壞性的氧核素(所謂的基)。通常，健康有機體可以應付這種壓力，但是在某些情況下這種壓力可以增加，這些情況是諸如具有物理和心理壓力而服用刺激物和藥物的不健康的生活方式以及健康臨界生活狀態、有毒環境的影響、變化的飲食習慣等。這導致過度自由基，而沒有足夠的保護，因此產生氧化應激。同時，已經發現所有疾病中的70％是由氧化應激引起的。因此，持久的保護，或者說，抗氧化物的充足提供是各種有機體存在的主要需求。相應的值在“紅區”中越高，氧化應激的風險越高，這是由于不存在抗氧化物的充足提供。心理承受力這是思考的能力，將思想轉變為意志的能力，并且控制該意志以該意志指引身體的能力。過敏激活健康情況中的過敏激活是免疫系統對抗在身體內產生或被導入身體的所有外來物質的戰斗。與炎癥類似，過敏是身體中的必要持續過程。然而，如果發生過度反應，則產生公知的過敏癥狀。測量值在“紅區”中越高，免疫系統的過度反應越大；換言之過度反應衰退越快，免疫調節工作越好。感染過程保護這不意味著對感染的保護力度，由于如同炎癥和過敏反應，必須持久地發生感染以便保持生命力。感染癥狀持續時間越短，保護越高，即，越早滋生，從而身體不必由于感染而高度緊張。測量值越差，感染過程發展為嚴重感染的風險越高。細胞贅生物過程這包含許多生理學和病理學過程，因此根據本發明的方法僅提供這些不好的值是指示惡性贅生物還是僅是再生過程范圍內的增加的細胞繁殖的粗略傾向。重要的是觀察到贅生物總是與細胞退化相聯系。如果贅生物和細胞退化之間的平衡被打亂，醫師必須檢查其原因。細胞退化該參數僅給出粗略的傾向，它指示是否以高的速度發生細胞退化。如上所述，重要的是觀察到贅生物總是與細胞退化相聯系。綜合情況這是組合了諸如免疫防御、代謝速度調節、氧化應激等因素以及睡眠恢復等的概述。訓練狀況有機體承受由基團引起的緊張的能力。值在“紅區”中越大，有機體對基團的抵御越少，這又意味著較小的承受力。
根據本發明的設備以下面的方式工作將人或動物體部分置于傳感器設備上，以由光源發出的光脈沖刺激組織液中具有熒光發光屬性的各種物質；作為反應，這些物質開始發出某個波長的熒光，對這種熒光進行計算機輔助分析，并且彼此相關地計算這些被分析參數的熒光值。從生物活性和/或生物可激活物質的光學檢查或分析中，可以計算不同的特定代謝參數，這些特定代謝參數包括細胞分裂活性和/或代謝活性和/或生物合成活性和/或免疫系統的調節和/或炎癥過程的調節和/或代謝速度調節和/或細胞分裂活性的能耗和/或正常的和不正常的贅生物和/或炎癥的正常贅生物和/或健康風險參數和/或活性贅生物的危險參數和/或綜合代謝特性和/或氧化還原當量和/或心理穩定性參數。
根據本發明的原理，光波導和傳感器設備的至少一部分可被置于殼體內，所述殼體在其上部上或之內包括有接觸區域，該接觸區域包括測量表面，或至少部分地與測量表面相關，被檢查物質體的一部分(特別地，手、前臂、腿或腳)被放置在所述接觸區域上，給殼體的上部上或之內的接觸區域提供對準設備，用于將測試對象的主體部分和接觸區域對準。
在本發明的優先實施例中，該光波導可以具有發光段，它被與傳感器設備一起形成結構實體，所述實體在其上表面或外表面上包括測量表面。由此，對準設備可以具有在殼體的上部上或之內的凹部或凸部，所述對準設備的寬度近似為中指的寬度。
根據本發明的原理，在測試對象的手、手臂、腳、腿、臉或頸部和上肩部皮膚的不著衣物的或易于不被覆蓋的主體部分執行光學檢查。根據本發明，測量表面具有符合這個主體部分的輪廓線(例如，稍微握緊的手)的大致凸起形狀。優選地，光源、光波導、傳感器設備和光譜儀被置于殼體內，所述殼體包括殼體上部上或之內的接觸區域，該接觸區域包括測量表面，或至少部分地與測量表面相關，被檢查物質主體的一部分(尤其是，手、前臂、腿或腳)被放置在所述接觸區域上，給殼體的上部上或之內的接觸區域提供對準設備，用于將測試對象的主體部分與接觸區域對準。
在本發明的另一個優選實施例中，測量表面以近似符合握緊的手的輪廓線的形狀強烈地凸起彎曲。在這種情況下，測量表面可被設計為手柄或方向盤、或操縱桿、或控制桿表面的一部分，或被設計為其他陸、水、空或空間交通工具的導向或控制設備。該實施例特別地具有這樣的優點，即，在交通工具的駕駛員例如負有警惕和精神集中的特殊責任的長途卡車司機、船只駕駛員或導航員工作期間，對他進行醫學和生物學檢查，以便在失調的情況下(例如，交通工具駕駛員疲勞)采取適當的措施。采用本發明，可以實現防止駕駛員睡著的安全設備，從而防止此類事故。
在本發明的另一個優選實施例中，在測量表面上或在測量表面鄰近放置圖像顯示設備，在其上顯示測量結果以及用于控制根據本發明的設備的菜單驅動軟件程序。
根據本發明的光譜儀設備可以包括光柵光譜儀或傅立葉變換光譜儀或濾波光譜儀。光柵光譜儀利用用于散射的光柵上的光線的衍射。通過使用旋轉光柵或通過使用靜態光柵完成對光譜的采樣，通過使用旋轉光柵，以單通道檢測器時間偏移地對不同波長采樣，而通過使用靜態光柵，以多通道檢測器完成所希望的波長范圍的光譜的采樣。傅立葉變換光譜儀的特征在于改變干涉儀濾波器，這種改變被記錄為所謂的干涉圖。通過所希望的波矢量區域內的干涉圖的傅立葉變換獲得所希望的光譜。濾波光譜儀基于選擇單個波長的濾波屏。一般地，濾波光譜儀具有下面的兩個缺點首先，僅能使用非常先進的涂覆技術實現良好的濾波屏的產生。其次，被分析的光與濾波屏相交，這產生了光損失，并且僅能獲得差的信號噪聲比。由于相對簡單的構造和非常好的波長分辨率，光柵光譜儀是用于根據本發明的實施例的首選。
當在另一個實施例中，配備給傳感器設備的光學或光電光譜儀設備具有半導體傳感器裝置時，可以實現根據本發明的設備的小型化，該半導體傳感器裝置至少包括具有相應于被測量的頻率或頻移的帶隙的雪崩光電二極管。在這種情況中，該半導體傳感器裝置可以具有關于測量頻率可調和/或可變的頻率帶。
根據本發明的方法包括下面的步驟 -以光源發出的光照射被檢查物質，所述光被通過光波導傳輸到物質， -使用專用于被檢查的物質的光學或光電傳感器，接收由生物活性和/或生物可激活物質發出或修改的光， -通過使用專用于該傳感器設備的光學或光電光譜儀設備，測量由該物質發出或修改的光的不少于一個頻率的光強或其頻移，和 -將相應的測量信號傳遞給分析電路。
由此，該生物活性和/或生物可激活物質是生物組織，即，人、植物或動物源的組織。
根據根據本發明的方法的原理，旨在通過將生物活性和/或生物可激活物質應用于傳感器設備上，由光源發出的光脈沖激活該物質的不同熒光發光成分n，m(n，m＝a，b，c，d，...)，于是這些成分(a，b，c，d，...)開始發出某個波長和某個強度的光信號，對這些光信號進行測量。
由此，根據光信號的測量強度(Ia，Ib，Ic，Id)，應用下式計算多個(事實上至少3或4個，特別地，至少5或6個)不同的代謝參數Sn(n＝a，b，c，d，...) Sn＝F(In，λn)×G(Im，λm) F和G是強度和波長的兩個不同的數學函數，n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m，并且該相互關系，函數F和G的數學關聯“×”的最基本形式為下面形式的乘積或和 Sn＝∏[F(In，λn)·G(Im，λm)]或 Sn＝∑[F(In，λn)·G(Im，λm)]， 其中，n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m或n＝m。
具有各自的測量發射波長(λn，λm)和它們的測量強度(In，Im)的成分n，m具體地表現為下面的生物化學物質 a＝ATP(三磷酸腺苷)，和/或 b＝GTP(鳥苷三磷酸)，和/或 c＝FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸)，和/或 d＝NADH(還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)，和/或 e＝NADP(煙酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸)，和/或 f＝犬尿酸，和/或 g＝乳清酸，和/或 h＝血栓素，和/或 i＝色氨酸。
測量成分n，m＝a，b，c，d，...的波長范圍(λn，λm)從287到800nm，優選地，從340到600nm的熒光強度(In，Im)。
當熒光強度(In，Im)的測量發生在確定的時間(tn，tm)和/或以確定的時間間隔(Δtn，Δtm)發生時，這些級數測量可以揭示不同控制和調節過程，其中應用下式n≠m，tn≠tm，Δtn≠Δtm。
如果在測量的確定的時間(tn，tm)，在患者上施加心理或身體壓力，并且在應用壓力之前和之后對熒光強度(In，Im)進行若干次測量，可以確定代謝規律。
根據生物活性和/或生物可激活物質的光學檢查或評估，并且根據對代謝參數Sn(其中，n＝a，b，c，d，...)的測量，計算各種不同特定狀態變量Zn，并且將其圖示為代謝參數Sn的數學函數，這些特定的狀態變量Zn包括以下內容 α＝細胞分裂活性，和/或 β＝代謝活性，和/或 γ＝生物合成活性，和/或 δ＝免疫系統調節，和/或 ε＝炎癥，和/或 ζ＝代謝速度，和/或 η＝細胞分裂活性的能量消耗，和/或 θ＝規則和不規則贅生物，和/或 ξ＝發炎性規則贅生物，和/或 ρ＝健康威脅風險參數，和/或 σ＝激活的贅生物，和/或

＝綜合代謝特性，和/或 χ＝氧化還原當量，和/或 ψ＝精神穩定性參數 根據本發明的方法可具體地用于人和動物代謝的控制和調節過程的非介入檢查，和/或用于疾病診斷以及用于預防性的檢查，和/或用于承受高身體和心理壓力職業團體和運動員的日常檢查，和/或用于治療控制，和/或用于透析和分離性輸血治療過程，以及用于確定對抗氧化劑的需求。
在根據本發明的方法的優選實施例中，特別地，針對具有預定發射波長的代謝相關物質，優選地針對ATP、GTP、FAD、NADH、NADP、犬尿酸、乳清酸、血栓素和色氨酸，測量波長范圍從大約287nm到大約800nm、優選地從340nm到600nm的熒光強度。
優選地，通過在細胞和細胞間區域上應用具有287nm到340nm，優選地340nm激勵波長的光，將表現出自體熒光的生物活性成分激活并發光。
在后面的權利要求中列舉了本發明的優選實施例。



在參考附圖對實施例進行的下列描述中，揭示了其他優點和功效。它示出 圖1是第一個實施例中的根據本發明的設備的示意圖； 圖2是第一個實施例的等軸測圖； 圖3是第一個實施例的截面圖； 圖4是第一個實施例的整體圖； 圖5是放置了手的第一個實施例的整體圖； 圖6是第二個實施例的整體圖； 圖7是具有發光段的光波導的示意截面圖； 圖8是用于解釋根據本發明的測量方法的人類皮膚表面的示意截面圖； 圖9是第三實施例的整體圖； 圖10是放置了手的第三實施例的整體圖；和 圖11是以根據本發明的方法建立的特定狀態變量Zn的示意屏幕示圖。

具體實施例方式 在這些圖中，示出了本發明的實施例，以類似的附圖編號標記類似的部件。
這些圖示出了用于通過使用紅外、可見或紫外光而對生物活性和/或可物質2進行光學檢查或評估的設備1，其中光學地激勵被檢查和評估的物質2，從而物質2發光(特別地，熒光分析)，或修改所使用的光的波長(特別地，拉曼分析)。
設備1包括電驅動光源3；光波導4，通過該光波導4，由光源3發出的光可被作為輻射傳輸到被檢查的物質2；專用于被檢查的物質2的光學或光電傳感器設備5，用以接收由生物活性和/或生物可激活物質發出或修改的光；專用于傳感器設備5的光學或光電頻譜儀設備6，借助于該光學或光電頻譜儀設備6，測量由物質2發出或修改并且通過光波導體15耦合出的光的不少于一個頻率的光強，或測量其頻移，將相應的測量信號通過USB鏈路7傳遞到外部計算機的分析電路(未示出)。根據本發明，光波導4的發光段8和傳感器設備5一起形成結構實體9；所述實體9包括位于其上表面或外表面10上的測量表面11，所述測量表面11符合被檢查的人或動物的生物組織2的形狀和大小。
在圖1到5所示的第一實施例中，測量表面11具有近似符合稍微握緊的手2的輪廓線的大致凸起的形狀。此處，光源3、光波導4、傳感器設備5和頻譜儀設備6被置于殼體12內，所述殼體包括在其上部上或之內的接觸區域13，接觸區域13包括測量表面11，或至少部分地與測量表面11有關，將要被檢查2的人或動物組織(特別是，手)放置在所述接觸區域13上，給殼體的上部上或之內的接觸區域13配備對準設備14，用于將測試對象的主體部分和接觸區域13對準。在示出的實施例中，對準設備14具有在殼體的上部上或之內的凹部，所述對準設備14的寬度近似為中指的寬度。
在如圖6所示的第二實施例中，測量表面11以近似符合握緊的手的輪廓線的形狀強烈地凸起彎曲。在這個實施例中，測量表面11可被設計為汽車方向盤16、或操縱桿或控制桿表面的一部分，或被設計為其他陸、水、空或空間交通工具的導向或控制設備。根據本發明汽車方向盤16作為設備1的殼體12。
在如圖9到10所示的第三實施例中，測量表面11的形狀近似為稍微握緊的手的輪廓線。在殼體12的上部上或之內，建立包括測量表面11、或至少部分地與測量表面11有關的接觸區域13，將要被檢查2的人或動物組織(特別是，手)放置在所述接觸區域13上，給殼體的上部上或之內的接觸區域13配備對準設備14，用于將測試對象的主體部分和接觸區域13對準。另外，導圓殼體的邊14a，并且它們用作手2的引導。在圖9和10所示的第三個實施例中，與圖1至3相比，殼體12具有較小的尺寸；在這個實施例中，可將光源3和頻譜儀設備6放置在單獨的部分，通過光波導4將放置在該部分的光學和光電組件連接到放置在殼體12內的傳感器設備5。在這些實施例中，圖像顯示設備17被置于測量表面11上或與其相鄰；這種顯示設備例如是集成在殼體12內的微型屏幕17。功能鍵18緊鄰圖像顯示設備17放置，以便控制顯示在屏幕上的測量方法。
圖8示意地示出了用于解釋根據本發明的分析方法的皮膚的解剖圖。人(或動物)的皮膚例如由三個互相連接的不同層組成，其中外層20被稱為表皮，中間層21被稱為真皮，并且下層22被稱為皮下組織。表皮是皮膚的外層，它不具有血管，并且被分為多個子層。外部子層是“角質層”，光導被放置在其上。在這個層20a上，大約5％到7％的流化光被重新發射。表皮20之下是真皮21。真皮21使得皮膚具有拉伸力和可變形性。下一層是皮下組織22，它松散地連接到之下的肌肉纖維。皮下組織由連接組織組成，并且尤其是作為脂肪貯存器。在表皮20和真皮21之間，小動脈和微靜脈的網絡確保皮膚細胞的補給。進入的光23散射在各層的細胞結構上，并且被皮膚色素、膽紅素、氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白吸收。因此，皮膚組織由不同類型細胞組成，并且由以小靜脈和微動脈(小動脈)連接的微細無肌肉血管(毛細管)激勵(nerve)。毛細血管使得能夠在血液和組織之間進行代謝物交換(例如，電解液、O2、CO2)。動脈、靜脈和毛細管構成身體的傳輸系統，傳輸系統給器官和組織提供氧和其他營養物，并且便于脫氧血液和代謝產物的流出。根據本發明的方法基于內源組織間隙代謝物質24的被輻射23(特別是被短波UV輻射，或由近距離UV輻射)激發的自體熒光的測量。由于這種細胞、物質和組織的自體或原熒光，激活的內源熒光團重新發射具有不同波長的特定光束25，根據本發明由傳感器設備檢測該特定光束25。
以由光源發出的光脈沖23激發物質2的不同熒光發光成分n，m(n，m＝a，b，c，d，...)，在這些成分(a，b，c，d，...)開始發出某個波長和某個強度的光信號時，測量這些光信號。從而，根據該光信號的測量強度(Ia，Ib，Ic，Id)，應用下式計算多個(事實上至少3或4個，特別地，至少5或6個)不同的代謝參數Sn(n＝a，b，c，d，...)Sn＝F(In，λn)×G(Im，λm)，其中F和G是關于強度和波長的兩個不同的數學函數，n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m，并且該相互關系即函數F和G的數學關聯“×”的最基本形式為下面形式的乘積或和 Sn＝∏[F(In，λn)·G(Im，λm)]或 Sn＝∑[F(In，λn)·G(Im，λm)]，其中 n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m或n＝m。
具有各自的測量發射波長(λn，λm)和其測量強度(In，Im)的成分n，m具體地表現為下面的生物化學物質a＝ATP(三磷酸腺苷)，b＝GTP(鳥苷三磷酸)，c＝FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸)，d＝NADH(還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)，e＝NADP(煙酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸)，f＝犬尿酸，g＝乳清酸，h＝血栓素，i＝色氨酸。
根據生物活性和/或生物可激活物質的光學檢查或評估，并且根據對代謝參數Sn(n＝a，b，c，d，...)的測量，計算各種不同特定狀態變量Zn，并且將其圖示為代謝參數Sn的數學函數，這些特定的狀態變量Zn包括以下內容(見圖11) α＝細胞分裂活性告知是否發生了規則或不規則贅生物活性，并且特別是關于細胞贅生物的活性程度(正常的或失調的)。
β＝代謝活性告知代謝調節的狀態，即，關于食物和營養物的利用的組成和降解。在失調情況下，可能發生發酵，或糖原異生主要基于蛋白質水解。各種代謝產物的積累可以危及整個有機體，并且導致各種疾病。
γ＝生物合成活性包括生命中運行的所有合成過程，即，具有恒定的細胞變異和產生的合成代謝。降低的活性導致關于身體物質的維持的失調，例如，傷口愈合，免疫反應等。這意味著身體結構更新的所有必需過程。
δ＝免疫系統調節告知免疫防御抵御各種病原體的效力如何。
ε＝炎癥衡量身體內是否發生了炎癥過程。
ζ＝代謝速度衡量例如為了生長、熱平衡、器官活性等，從營養物取得的能量被利用、消耗、轉化得如何。這個因子告知身體從營養物產生化學儲備能并且使得這種能量可用的能力如何。
η＝細胞分裂活性的能量消耗；是細胞再生/細胞更新所需的代謝的一部分。如果這個值在“紅區”內，意味著增加的細胞分裂，實際上這些細胞應當再生。
θ＝規則和不規則贅生物表示，與上述值類似，細胞退化和細胞產生之間的關系，并且指示可能的失調。
ξ＝發炎性規則贅生物給出關于炎癥過程范圍內的細胞贅生物的特定信息。
ρ＝健康威脅風險參數從所有其他值得出的概述。
σ＝激活的贅生物關于贅生物的特定信息，一個附加值。


＝綜合代謝特性關于代謝的所有情況的反映。
χ＝氧化還原當量，氧化還原潛力表示氧化還原狀態的氧化還原狀態的改變。可以得到關于氧化應激的可能性的信息，以及此刻還原能力損失了多少。顯示出了氧化物和抗氧化物之間的關系以及其失調，其最終暗示了生物調節的失調。
如圖11示意地所示，在圖像顯示設備17上以絕對值26和彩色梯度27顯示上述這些特定狀態變量Zn。“紅”值顯示調節過程的增加的活性，這可被正面和負面解釋，例如，在感染過程中必需的激活。從而，重要的是作為整體觀察特定狀態變量Zn的值，而不是孤立地看待它們。
權利要求
1.一種用于通過使用紅外、可見或紫外光對生物活性和/或生物可激活物質(2)進行光學檢查和評估的設備，其中光學地激勵被檢查和評估的物質，從而所述物質發光(特別地，熒光分析)，或修改所使用的光的波長(特別地，拉曼分析)，該設備包括
-電驅動光源(3)，
-光波導(4)，通過該光波導(4)，由光源(3)發出的光能夠被作為輻射傳輸到被檢查的物質(2)，
-專用于被檢查的物質(2)的光學或光電傳感器設備(5)，用以接收由所述生物活性和/或生物可激活物質發出或修改的光，
-專用于傳感器設備(5)的光學或光電頻譜儀設備(6)，借助于該光學或光電頻譜儀設備(6)，測量由所述物質(2)發出或修改的光的不少于一個頻率的光強，或測量其頻移，將相應的測量信號傳遞到頻譜儀設備(6)所配備的分析電路，和
-所述設備包括測量表面(11)，該測量表面(11)的形狀和大小符合被檢查的生物活性和/或生物可激活物質(2)。
2.如權利要求1的設備，其特征在于，所述生物活性和/或生物可激活物質(2)是生物組織，即，人、植物或動物源的組織。
3.如權利要求1或2的設備，其特征在于，所述光波導(4)的至少一部分和所述傳感器設備(5)被置于殼體(12)內，所述殼體包括在該殼體上部上或之內的接觸區域(13)，接觸區域(13)包括所述測量表面(11)或至少部分地與所述測量表面(11)相關，將被檢查物質(2)的身體的一部分，特別地是手、前臂、腿或腳，放置在所述接觸區域(13)上，其中給所述殼體的上部上或之內的接觸區域(13)配備對準設備(14)，用于將測試對象的該身體部分和所述接觸區域(13)對準。
4.如權利要求1、2或3的設備，其特征在于，所述光波導(4)具有發光段(8)，該發光段(8)與所述傳感器設備(5)一起形成結構實體(9)，所述實體(9)包括其上表面或外表面上的所述測量表面(11)。
5.如前面任意一個或多個權利要求的設備，其特征在于，所述對準設備(14)包括所述殼體(12)的上部上或之內的凹部(14)或凸部，所述對準設備(14)的寬度近似為中指的寬度。
6.如前面任意一個或多個權利要求的設備，其特征在于，所述測量表面(11)具有近似符合稍微握緊的手(2)的輪廓線的大致凸起的形狀，或所述測量表面(11)以近似符合握緊的手的輪廓線的形狀強烈地凸起彎曲。
7.如前面任意一個或多個權利要求的設備，其特征在于，圖像顯示設備(17)被置于所述測量表面(11)上或與其相鄰。
8.如前面任意一個或多個權利要求的設備，其特征在于，所述測量表面(11)被置于測量頭上，所述測量頭通過光波導(4)連接到光源(3)。
9.如前面任意一個或多個權利要求的設備，其特征在于，所有光學和/或光電組件，諸如光源(3)、光波導(4)、傳感器設備(5)和頻譜儀設備(6)被嵌入所述殼體(12)。
10.如前面任意一個或多個權利要求的設備，其特征在于，被配備給傳感器設備(5)的光學或光電頻譜儀設備(6)具有半導體傳感器裝置，該半導體傳感器裝置至少包括具有相應于被測量的頻率或頻移的帶隙的雪崩光電二極管。
11.如權利要求10的設備，其特征在于，所述半導體傳感器裝置包括關于測量頻率的可調和/或可變頻隙。
12.一種用于通過使用紅外、可見或紫外光對生物活性和/或生物可激活物質(2)進行光學檢查和評估的方法，其中光學地激勵被檢查和評估的物質，從而所述物質發光(特別地，熒光分析)，或修改所使用的光的波長(特別地，拉曼分析)，該方法包括下列步驟
-以由光源(3)發出的光照射被檢查物質(2)，所述光被通過光波導(4)傳輸到所述物質(2)，
-使用專用于被檢查的物質的光學或光電傳感器(5)，接收由所述生物活性和/或生物可激活物質發出或修改的光，
-通過使用專用于所述傳感器設備(5)的光學或光電頻譜儀設備(6)，測量由所述物質(2)發出或修改的光的不少于一個頻率的光強，或測量其頻移，和
-將相應的測量信號傳遞給分析電路。
13.如權利要求12的方法，其特征在于，所述生物活性和/或生物可激活物質(2)是生物組織，即，人、植物或動物源的組織。
14.如權利要求12或13的方法，其特征在于，所述光波導(4)的至少一部分和所述傳感器設備(5)被置于殼體(12)內，所述殼體包括在該殼體上部上或之內的接觸區域(13)，接觸區域(13)包括所述測量表面(11)，或至少部分地與所述測量表面(11)相關，將被檢查物質(2)的身體的一部分，特別地是手、前臂、腿或腳放置在所述接觸區域(13)上，給所述殼體的上部上或之內的接觸區域(13)配備對準設備(14)，用于將測試對象的該身體部分和所述接觸區域(13)對準。
15.如前面任意一個或多個權利要求的方法，其特征在于，通過將所述生物活性和/或生物可激活物質(2)放置在傳感器設備(5)上，以由光源(3)發出的光脈沖激活所述物質(2)的不同熒光發光成分n，m(n，m＝a，b，c，d，...)，在這些成分(a，b，c，d，...)開始發出某個波長和某個強度(Ia，Ib，Ic，Id等)的光信號時，測量這些光信號(Ia，Ib，Ic，Id等)。
16.如權利要求15的方法，其特征在于，根據所述光信號的測量強度(Ia，Ib，Ic，Id)，應用下式計算多個，事實上至少3或4個、特別地至少5個或6個，不同的代謝參數Sn(n＝a，b，c，d，...)
Sn＝F(In，λn)×G(Im，λm)，
其中F和G是關于強度和波長的兩個不同的數學函數，其中n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m，
并且該相互關系即函數F和G的數學關聯“×”的最基本形式為下面形式的乘積或和
Sn＝Π[F(In，λn)·G(Im，λm)]或
Sn＝∑[F(In，λn)·G(Im，λm)]，
其中n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m或n＝m。
17.如權利要求15或16的方法，其特征在于，具有各自的測量發射波長(λn，λm)和其測量強度(In，Im)的所述成分n，m具體地表現為下面的生物化學物質
a＝ATP(三磷酸腺苷)，和/或
b＝GTP(鳥苷三磷酸)，和/或
c＝FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸)，和/或
d＝NADH(還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸)，和/或
e＝NADP(煙酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸)，和/或
f＝犬尿酸，和/或
g＝乳清酸，和/或
h＝血栓素，和/或
i＝色氨酸。
18.如權利要求15到17之一的方法，其特征在于，測量所述成分n，m＝a，b，c，d，...在波長范圍(λn，λm)從287到800nm，優選地從340到600nm的熒光強度(In，Im)。
19.如權利要求15到18之一的方法，其特征在于，所述熒光強度(In，Im)的測量發生在確定的時間(tn，tm)和/或以確定的時間間隔(Δtn，Δtm)發生，其中
n≠m
tn≠tm
Δtn≠Δtm。
20.如權利要求15到19之一的方法，其特征在于，在確定的測量時間(tn，tm)，給患者施加心理或身體壓力，并且在施加壓力之前和之后對熒光強度(In，Im)進行若干次測量，并且確定代謝規律。
21.如前面任意一個或多個權利要求的方法，其特征在于，根據對生物活性和/或生物可激活物質的光學檢查或評估，并且根據對代謝參數Sn(n＝a，b，c，d，...)的測量，計算各種不同的特定狀態變量Zn，并且將其圖示為代謝參數Sn的數學函數，其中這些特定的狀態變量Zn包括以下內容
α＝細胞分裂活性，和/或
β＝代謝活性，和/或
γ＝生物合成活性，和/或
δ＝免疫系統調節，和/或
ε＝炎癥，和/或
ζ＝代謝速度，和/或
η＝細胞分裂活性的能量消耗，和/或
θ＝規則和不規則贅生物，和/或
ξ＝發炎性規則贅生物，和/或
ρ＝健康威脅風險參數，和/或
σ＝激活的贅生物，和/或
和/或
χ＝氧化還原當量，和/或
ψ＝精神穩定性參數。
22.如權利要求16到21之一的方法，其特征在于，通過在細胞和細胞間區域上應用具有287nm到340nm，優選地340nm激勵波長的光，使得表現出自體熒光的生物活性成分激活并發光。
23.如前面任意一個或多個權利要求的方法，其特征在于，該方法用于人和動物代謝的控制和調節過程的非介入檢查，和/或用于疾病診斷以及用于預防性的檢查，和/或用于承受高身體和心理壓力職業團體和運動員的日常檢查，和/或用于治療控制，和/或用于透析和分離性輸血治療過程，以及用于確定對抗氧化劑的需求。
全文摘要
本發明涉及用于通過使用紅外、可見或紫外光，對生物活性和/或生物可激活物質(2)進行光學檢查和評估的設備和方法。光學地激勵被檢查或評估的物質，從而所述物質發光(特別地，熒光分析)，或修改所使用的光的波長(特別地，拉曼分析)。根據本發明，該設備包括在其上側或外側上的測量表面部分(11)，該測量表面部分(11)的形狀和大小符合生物活性和/或生物可激活物質(2)。
文檔編號G01N21/64GK101529228SQ200780016340
公開日2009年9月9日 申請日期2007年5月4日 優先權日2006年5月5日
發明者J·沃弗岡 申請人:梅維泰克有限公司