MXPA98001048A - Metodo para medicion no invasiva de un analito en sangre, con una interfase optica mejorada - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para la medición no invasiva de la concentración de una analito, particularmente un analito sanguíneo en sangre. El método utiliza técnicas espectrográficas junto con una interfaseóptica mejorada entre una sonda (11) detectora y la superficie (12) de la piel o de la superficie de tejido del cuerpo que contiene la sangre que se va a analizar. Se describe un medio (22) de acoplamiento para mejorar la interfase entre la sonda (11) detectora y la superficie (12) de la piel durante el análisis espectrográfica. En una modalidad preferida, la concentración del analito sanguíneo en sangre se cuantifica utilizando el análisis de cuadrado parcial en relación a un modelo que incorpora una pluralidad de muestras de sangre conocidas.

Description

MÉTODO PARA MEDICIÓN NO INVASIVA DE TJN ANALITO EM SANGRE, CON UNA P??KFASE ÓPTICA MEJORADA CAMPQ TÉCNICO La presente invención se relaciona generalmente con un método no invasivo para medir un analito sanguíneo, particularmente glucosa, utilizando métodos espectroscópicos . De manera más particular, el método incorpora una interfase óptica de entrada mejorada para irradiar tejido biológico con energía infrarroja que tiene por lo menos varias longitudes de onda y una interfase óptica de salida mejorada para recibir la energía infrarroja no absorbida como una medida de la absorción diferencial por la muestra biológica para determinar la concentración de glucosa. Se describe un medio de acoplamiento de índice como un elemento clave de la interfase óptica mejorada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se ha documentado bien la necesidad y demanda por un método no invasivo y preciso para determinar el nivel de glucosa en sangre. Barnes et al., (patente norteamericana número 5,379,764) describen la necesidad de los diabéticos de verificar frecuentemente los niveles de glucosa en su REF: 26786 sangre. Se reconoce además que cuanto más frecuente sea el análisis, es menos probable que haya oscilaciones grandes en los niveles de glucosa. Estas oscilaciones grandes están asociadas con los síntomas y complicaciones de la enfermedad, cuyos efectos a largo plazo pueden incluir enfermedad cardíaca, arteriosclerosis, ceguera, ataques, hipertensión, fallo renal y muerte prematura. Como se describe abajo, se han propuesto varios sistemas para la medición no invasiva de glucosa en sangre. Sin embargo, pese a estos esfuerzos, aún es necesario un corte con lanceta en el dedo para todas las formas disponibles comercialmente en la actualidad de verificación de glucosa en casa. Se considera que al comprometer de esta manera al paciente diabético a un uso más efectivo de cualquier forma de manejo diabético rara vez se consigue. Los diversos métodos propuestos no invasivos para determinar el nivel de glucosa de sangre, discutidos individualmente a continuación, generalmente utilizan la espectroscopia infrarroja cuantitativa como una base teórica para análisis. La espectroscopia infrarroja mide la radiación electromagnética (0.7-25 µm) que absorbe una sustancia a diversas longitudes de onda. Las moléculas no mantienen posiciones fijas una con respecto a la otra, sino que vibran hacia atrás y hacia adelante alrededor de una distancia promedio. La absorción de luz a una energía apropiada provoca que las moléculas sean excitadas a un nivel de vibración mayor. La excitación de las moléculas hasta un estado excitado se presenta únicamente en ciertos niveles de energía definidos, los cuales son características para esa molécula particular. Los principales estados de vibración primaria se presentan en la región de frecuencia infrarroja media (es decir, 2.5-25 µm) . Sin embargo, la determinación no invasiva de analitos en sangre en esta región es problemática, en caso de no ser imposible, debido a la absorción de luz por el agua. El problema se resuelve mediante el uso de longitudes más cortas de luz las cuales no son atenuadas tanto por el agua. Los sobretonos de los estados de vibración primaria existen a longitudes de onda más cortas y permiten determinaciones cuantitativas a estas longitudes de onda. Se sabe que la glucosa absorbe a frecuencias múltiples en el intervalo del infrarrojo medio y cercano. Sin embargo, en la sangre se encuentran otros analitos activos al infrarrojo los cuales también absorben a frecuencias similares. Debido a la naturaleza superpuesta de estas bandas de absorción, no se puede utilizar una frecuencia específica única para una medición no invasiva confiable de glucosa. Por lo tanto, el análisis de los datos espectrales para la medición de glucosa requiere la evaluación de muchas intensidades espectrales sobre un intervalo espectral amplio para obtener sensibilidad, precisión, exactitud y confiabilidad necesaria para la determinación cuantitativa. Además de superponer las bandas de absorción, la medición de glucosa se complica adicionalmente por el hecho de que la glucosa es un componente menor, en cuanto a peso, en la sangre, y que los datos espectrales resultantes pueden mostrar una respuesta no lineal debido tanto a las propiedades de la sustancia que se examina y/o a la falta de linealidad inherente en la instrumentación óptica. Un elemento común adicional para las técnicas no invasivas de medición de glucosa es la necesidad de una mterfase óptica entre la porción de cuerpo y el punto de medición y el elemento detector del instrumento analítico. Generalmente, el elemento detector debe incluir un elemento de entrada o medios para irradiar el punto de muestra con energía infrarroja. El elemento detector debe incluir adicionalmente un elemento de salida o medios para medir la energía transmitida o reflejada a diversas longitudes de onda que resulten de la irradiación a través del elemento de entrada. Robinson et al. (patente norteamericana número 4,975,581) describen un método y aparato para medir una característica de valor desconocido en una muestra biológica utilizando espectroscopia infrarroja junto con un modelo de variación múltiple que se deriva empíricamente de un conjunto de espectros de muestras biológicas de valores características conocidos. La característica mencionada antes generalmente es la concentración de un analito, tal como glucosa, pero también puede ser una propiedad química o física de la muestra. El método de Robinson et al., involucra un proceso de dos etapas que incluye las etapas tanto de calibración como de predicción. En la etapa de calibración, la luz infrarroja se acopla a muestras de calibración de valores característicos conocidos de manera que hay una atenuación diferencial de por lo menos varias longitudes de onda de la radiación infrarroja como una función de los diversos componentes y analitos que comprenden la muestra con un valor característico conocido. La luz infrarroja se acopla a la muestra al hacer pasar la luz a través de la muestra o por reflexión de la luz desde la muestra. La absorción de la luz infrarroja por la muestra provoca variaciones de intensidad de la luz que son una función de la longitud de onda de la luz. Las variaciones resultantes en la intensidad en por lo menos varias longitudes de onda se mide para el establecimiento de las muestras de calibración de valores característicos conocidos. Después se relacionan empíricamente las variaciones originales o transformadas de intensidad con la característica conocida de las muestras de calibración utilizando un algoritmo de variable múltiple para obtener un modelo de calibración de variable múltiple. En la etapa de predicción, la luz infrarroja se acopla a una muestra de valor característico desconocido, y se aplica el modelo de calibración a las variaciones de intensidad originales o transformadas de las longitudes de onda apropiadas de luz medidas a partir de esta muestra desconocida. El resultado de la etapa de predicción es el valor estimado de la característica de la muestra desconocida. La descripción de Robinson et al se incorpora en la presente como referencia. Varias de las modalidades descritas por Robinson et al., son no invasivas e incorporan una interfase óptica que tiene un elemento detector. Como se muestra en las figuras 5 y 6 de Robinson et al., la interfase óptica incluye primero un elemento de entrada y en segundo lugar, un elemento de salida. El elemento de entrada es una fuente de luz infrarroja o una fuente de luz cercana al infrarrojo. La interfase del elemento de entrada con la muestra o la porción del cuerpo que contiene la sangre que se va a probar incluye transmitir la energía luminosa o propagar la energía luminosa a la superficie de la piel por medio del aire. El elemento de salida incluye un detector el cual recibe la energía luminosa transmitida o reflejada. La interfase de salida con la muestra también incluye propagar la luz transmitida o reflejada a través del aire desde la piel.

Barnes et al., (patente norteamericana número 5,379, 764) describen un método espectrográfico para analizar la concentración de glucosa, en donde se proyecta radiación del infrarrojo cercano en una porción del cuerpo, la radiación incluye una pluralidad de longitudes de onda, seguidas por detección de la radiación resultante emitida desde la porción del cuerpo afectada por la absorción del cuerpo. El método descrito incluye pretratar los datos resultantes para minimizar las influencias de desviación y arrastre para obtener una expresión de la magnitud de la radiación detectada como ha sido modificada.' El elemento detector descrito por Barnes et al . , incluye una sonda de fibra óptica de conductor doble la cual se coloca en contacto o contacto cercano con la piel del cuerpo. El primer conductor de la sonda de fibra óptica de conductor doble actúa como un elemento de entrada el cual transmite la radiación del infrarrojo cercano a la superficie de la piel mientras está en contacto con la misma. La segunda fibra conductora de la sonda del conductor doble actúa como un elemento de salida el cual transmite la energía reflejada o energía no absorbida de regreso al analizador del espectro. La interfase óptica entre el elemento detector y la piel se obtiene al poner en contacto simplemente la superficie de la piel con la sonda, y puede incluir la transmisión de la energía de luz a través del aire a la piel y a través del aire de regreso a la sonda en base al grado de contacto entre la sonda y la piel. Las irregularidades en la superficie de la piel y en el punto de medición pueden alterar el grado de contacto. Dáhne et al., (patente norteamericana número 4,655,225) describe la utilización de espectroscopia del infrarrojo cercano para transmitir de manera no invasiva energía óptica en el espectro del infrarrojo cercano a través de un dedo o el lóbulo de la oreja de una persona. También se discute el uso de la energía del infrarrojo cercano reflejada de manera difusa desde la profundidad dentro de los tejidos. Las respuestas se derivan a dos longitudes de onda diferentes para cuantificar glucosa en el sujeto. Una de las longitudes de onda se utiliza para determinar la absorción de fondo, mientras que la otra longitud de onda se utiliza para determinar la absorción de glucosa . La interfase óptica descrita por Dáhne et al., incluye un elemento detector que tiene un elemento de entrada el cual incorpora un medio de dirección de luz la cual se transmite a través del aire hacia la superficie de la piel. La energía luminosa la cual es transmitida o reflejada desde el tejido del cuerpo como una medida de absorción se recibe por un elemento de salida. La interfase para el elemento de salida incluye transmitir la energía luminosa reflejada o transmitida a través del aire hacia los elementos detectores. Caro (patente norteamericana número 5,348,003) describe el uso de energía electromagnética modulada temporalmente a longitudes de onda múltiples como la energía luminosa irradiante. Se compara la dependencia de longitud de onda derivada de la absorción óptica por unidad de longitud de trayectoria con un modelo de calibración para derivar concentraciones de analito en el medio. La interfase óptica descrita por Caro incluye un elemento detector que tiene un elemento de entrada, en donde la energía luminosa se transmite a través de un medio de enfoque sobre la superficie de la piel. El medio de enfoque puede estar cercano o en contacto con la superficie de la piel. El elemento detector también incluye un elemento de salida el cual incluye un medio de recolección óptica el cual puede estar en contacto con la superficie de la piel o cerca de la superficie de la piel para recibir la energía luminosa la cual es transmitida a través del tejido. Nuevamente, una porción de la energía luminosa se propaga a través del aire hacia la superficie de la piel y de regreso al elemento de salida debido a la falta de contacto con el detector e irregularidades en la superficie de la piel .

Se han reconocido problemas con la interfase óptica entre el tejido y el instrumento. En particular, se han reconocido problemas en la interfase óptica asociados con la luz de acoplamiento y de regreso de salida en el tejido por Ralf Marbach como se ha publicado en su tesis intitulada "MeBverfahren zur IR-spektroskopishen Blutglucose Bestimmung" (traducción al inglés: "Técnicas de medición para determinación espectroscópica IR de glucosa en sangre"), publicado en 1993. Marbach establece que los requerimientos de la accesoria óptica para medición de la reflexión difusa de el labio son: 1) Un "rendimiento" óptico elevado con el propósito de optimizar la proporción S/N de los espectros, 2) Supresión de la intensividad para Fresnel o la reflexión especular en el área de la superficie de la piel . El accesorio de mención propuesto por Marbach intenta resolver ambos requerimientos mediante el uso de una lente de inmersión semiesferica . La lente se fabrica de un material el cual recuerda cercanamente al índice de refracción del tejido, fluoruro de calcio. Como se establece por Marbach, las ventajas importantes de la lente de inmersión para las mediciones de reflexión difusa transcutánea son un acoplamiento casi completo de los índices de refracción de CaF2 y la piel y la supresión exitosa de la reflexión Fresnel. Sin embargo, el cloruro de calcio no presenta un acoplamiento de índice ideal para el tejido, pues tiene un índice de 1.42, en relación al tejido que es de aproximadamente 1.38. Por lo tanto, existe un pareamiento de índice en los lentes para la interfase de tejido suponiendo un contacto completo entre la lente y el tejido. La eficiencia óptica del accesorio de muestreo se compromete adicionalmente por el hecho de que las lentes y el tejido no están en contacto óptico perfecto debido a la rugosidad del tejido. El resultado es un mal acoplamiento significativo de índices de refracción cuando la luz es forzada a viajar a través del lente (N = 1.42) al aire (N = 1.0) y después al tejido (N = 1.38). Por lo tanto, la rugosidad inherente del tejido resulta en espacios de aire pequeños entre la lente y el tejido, lo cual disminuye el rendimiento óptico del sistema, y en consecuencia compromete el funcionamiento del accesorio de medición. La magnitud del problema asociado con el mal pareamiento del índice de refracción es una cuestión complicada. En primer lugar, una fracción de luz, la cual de otra manera estaría disponible para análisis espectroscópico de los analitos de sangre, es reflejada en los límites de mal pareamiento regresa a la entrada o al sistema óptico de recolección sin interrogar a la muestra. El efecto es gobernado por la ecuación de Fresnel: R = W ~ 2 { N' + N) 2 Para luz polarizada aleatoriamente, normalmente incidente, en la que N y N' son los índices de refracción de los dos medios. Al resolver para la interfase aire/CaF2 se obtiene una R = 0.03, o un 3% de reflexión. Esta interfase debe ser atravesada dos veces, lo que proporciona un 6% de componente reflejado, el cual no interroga a la muestra. Estos malos pareamientos de interfase son multiplicativos. Entonces debe ser considerada la fracción de luz que entra con éxito al tejido. En algunas regiones del espectro, por ejemplo, bajo una banda fuerte de agua, casi la totalidad de la luz transmitida es absorbida por el tejido. El resultado es que este componente de luz reflejado aparentemente pequeño del mal pareamiento de índice de refracción virtualmente puede limpiar y oscurecer la señal deseada desde la muestra. Finalmente, es útil considerar el efecto del ángulo crítico a la tela luz intenta salir del tejido. El tejido está altamente disperso y de esta manera los rayos de luz los cuales llegan al tejido a incidencia normal pueden salir del tejido en un ángulo de incidencia elevado. Si la lente de acoplamiento no está en contacto íntimo con el tejido, estos rayos de luz de ángulo elevado se pierden para una reflexión interna total. La ecuación la cual define el ángulo crítico, o punto de reflexión interna total, es como sigue: ?„ sen -1 N Cuando la luz se propaga a través de un material de índice superior como el tejido (N' = 1.38) y se aproxima a una interfase con un índice de refracción menor, como el aire (N = 1.0), se presenta un ángulo crítico de reflexión interna total. La luz que se aproxima a tal interfase con un ángulo mayor que el crítico no se propagará en el medio más enrarecido (aire) , sino que se reflejará totalmente hacia adentro, al interior del tejido. Para la interfase de tejido/aire mencionada antes, el ángulo crítico es de 46.4°. La luz no escapará cuando se encuentre con una inclinación mayor que este ángulo. Por lo tanto, un contacto óptimo íntimo es esencial para una captura eficiente de luz desde el tejido. Como se detalla antes, cada uno de los aparatos de la técnica anterior para la medición no invasiva de la concentración de glucosa utiliza un elemento detector. Cada elemento detector incluye un elemento de entrada y un elemento de salida. La interfase óptica entre el elemento de entrada, el elemento de salida y la superficie de la piel del tejido que se va a analizar, en cada aparato, es similar. En cada caso, la energía de luz de entrada se transmite a través del aire a la superficie o potencialmente a través del aire debido a un espacio en la superficie de contacto entre el detector de entrada y la superficie de la piel. De igual manera, el detector de salida recibe la energía luminosa transmitida o reflejada' por medio de transmisión a través del aire hacia el detector de salida, o potencialmente a través de un espacio entre el elemento detector y la superficie de la piel aunque se han hecho intentos por colocar el detector de salida de contacto con la piel. Se considera que las interfases ópticas descritas en la técnica anterior alteran la exactitud y consistencia de los datos que se adquieren utilizando los métodos y aparatos de la técnica anterior. Por lo tanto, la precisión de estos métodos para la invasión no invasiva de glucosa están comprometidos. En consecuencia, existe necesidad por un método y aparato para medir de manera no invasiva las concentraciones de glucosa en sangre la cual incorpore una interfase óptica mejorada. La interfase óptica debe producir resultados repetibles consistentes de manera que la concentración del analito pueda ser calculada con precisión a partir de un modelo tal como el descrito por Robinson et al. La interfase óptica debe minimizar los efectos de la energía luminosa de entrada y de salida debido a la transmisión a través del aire tanto hacia el interior como fuera del tejido que es analizado. Además, se deben reducir o eliminar los efectos dañinos de los espacios debido a irregularidades en la superficie de la piel o la presencia de otros contaminantes. La presente invención resuelve estas necesidades así como otros problemas asociados con los métodos existentes para la medición no invasiva de concentración de glucosa en sangre utilizando espectroscopia infrarroja y la interfase óptica asociada con la misma. La presente invención también ofrece ventajas adicionales con respecto a la técnica anterior y resuelve los problemas asociados con la misma.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención es un método para medir de manera no invasiva la concentración de un analito, particularmente glucosa en tejido humano. El método utiliza técnicas espectroscópicas junto con una interfase óptica mejorada entre una sonda detectora y la superficie de la piel o la superficie de tejido del cuerpo que contiene el tejido que se va a analizar. El método para medir de manera no invasiva la concentración de glucosa en sangre incluye proporcionar primero un aparato para medir la absorción infrarroja por un analito contenido en el tejido. El aparato generalmente incluye tres elementos, una fuente de energía, un elemento detector y un analizador de espectro. El elemento detector incluye un elemento de entrada y un elemento de salida. El elemento de entrada está conectado operativamente a la fuente de energía por un primer medio para transmitir energía infrarroja. El elemento de salida está conectado operativamente al analizador de espectro por un segundo medio para transmitir la energía infrarroja. En las modalidades preferidas, el elemento de entrada y el elemento de salida comprenden sistemas de lentes los cuales enfocan la energía de luz infrarroja hacia y desde la muestra. En una modalidad preferida, el elemento de entrada y el elemento de salida comprenden un sistema de lentes sencillos el cual se utiliza tanto para la entrada de energía luminosa infrarroja desde la fuente de energía como para la salida de la energía luminosa tanto especular como reflejada de manera difusa desde la muestra que contiene el analito. De manera alternativa, el elemento de entrada y el elemento de salida pueden estar constituidos de dos sistemas de lentes, colocados en lados opuestos de una muestra que contiene analito, en donde la energía luminosa de la fuente de energía se transmite al elemento de entrada y la energía luminosa se transmite a través de la muestra que contiene el analito y después pasa a través del elemento de salida hacia el analizador de espectro. El primer medio para transmitir la energía infrarroja, en las modalidades preferidas, incluye simplemente colocación de una fuente de energía infrarroja próxima al elemento de entrada de manera que la energía luminosa desde la fuente se transmite por medio del aire hacia el elemento de entrada. Además, en modalidades preferidas, el segundo medio para transmitir la energía infrarroja incluye de manera preferible un espejo sencillo o un sistema de espejos los cuales dirigen la energía luminosa que sale del elemento de salida a través del aire hacia el analizador de espectro. Al llevar a la práctica el método de la presente invención, se selecciona un analito que contiene un área de tejido como el punto de análisis. Esta área puede incluir la superficie de la piel en el dedo, lóbulo de la oreja, antebrazo o cualquier otra superficie de la piel. De manera preferible, el tejido que contiene el analito en el área para muestreo incluye vasos sanguíneos cercanos a la superficie y una superficie de piel relativamente regular sin callosidades. Una posición de muestra preferida es la parte inferior del antebrazo. Posteriormente se coloca una cantidad de un medio o fluido de acoplamiento de índice sobre el área de la piel que se va a analizar. Se prefiere que el medio de coincidencia de índice no sea tóxico y tenga una firma espectral en la región del infrarrojo cercano la cual sea mínima. En las modalidades preferidas, el medio de acoplamiento de índice tiene un índice de refracción de aproximadamente 1.38. Además, el índice de refracción del medio debe ser constante a través de la composición. La composición de medios de acoplamiento de índice se detalla abajo. El elemento detector, el cual incluye el elemento de entrada y al elemento de salida, se coloca posteriormente en contacto con el medio de acoplamiento de índice. De manera alternativa, el medio de acoplamiento de índice puede colocarse primero sobre el elemento detector, seguido por colocación del elemento detector en contacto con la piel, con el medio de acoplamiento de índice, colocado entre los mismos. De esta manera, el elemento de entrada y el elemento de salida se acoplan al tejido que contiene el analito o la superficie de la piel vía el medio de acoplamiento de índice lo cual elimina la necesidad de que la energía luminosa se propague a través del aire o de bolsas de aire debido a irregularidades en la superficie de la piel. Al analizar la concentración de glucosa en el tejido que contiene el analito, la energía luminosa de la fuente de energía se transmite vía el primer medio para transmitir energía infrarroja al interior del elemento de entrada. La energía luminosa se transmite desde el elemento de entrada a través del medio de acoplamiento de índice hacia la superficie de la piel. Parte de la energía luminosa que hace contacto con la muestra que contiene el analito se absorbe diferencialmente por los diversos' componentes y analitos contenidos en el mismo a diversas profundidades dentro de la muestra. También se transmite parte de energía luminosa a través de la muestra. Sin embargo, una cantidad de energía luminosa se refleja de regreso al elemento de salida. En una modalidad preferida, la energía luminosa no absorbida o no transmitida se refleja de regreso al elemento de salida ante la propagación a través del medio de acoplamiento de índice. Esta energía luminosa reflejada incluye tanto la energía luminosa reflejada de manera difusa como la energía luminosa reflejada de manera especular. La energía luminosa reflejada de manera especular es aquella la cual se refleja desde la superficie de la muestra y contiene poca o nula información del analito, mientras que la energía luminosa reflejada de manera difusa es aquella la cual se refleja desde las más profundas dentro de la muestra, en donde están presentes los analitos. En las modalidades preferidas, la energía luminosa reflejada especularmente se separa de la energía luminosa reflejada de manera difusa. Posteriormente, la energía luminosa reflejada de manera difusa no absorbida se transmite vía un segundo medio para transmitir la energía infrarroja al analizador de espectro. Como se detalla abajo, el analizador de espectro de manera preferible utiliza una computadora para generar un resultado de predicción utilizando las intensidades medidas, un modelo de calibración y un algoritmo de variables múltiples. Un dispositivo preferido para separar la luz reflejada especularmente de la luz reflejada de manera difusa es un dispositivo de control especular como se describe en la solicitud copendiente y cedida comúnmente número de serie 08/513,094, presentada el 9 de agosto de 1995 e intitulada "Aparato de monitoreo de reflejancia difusa" . La solicitud anterior se incorpora en la presente como referencia. En una modalidad alternativa, el elemento de entrada se coloca en contacto con una primera cantidad de medio de acoplamiento de índice sobre una primera superficie de la piel, mientras que el elemento de salida se coloca en contacto con una segunda cantidad de medio de acoplamiento de índice en la superficie de piel opuesta. De manera alternativa, se puede colocar el medio de acoplamiento de índices sobre los elementos de entrada y de salida antes de contacto con la piel de manera que el medio se coloque entre los elementos y la superficie de la piel durante la medición. Con esta modalidad alternativa, la energía luminosa propagada a través del elemento de entrada y la primera cantidad del medio de acoplamiento de índice se absorben diferencialmente por el tejido que contiene el analito o se reflejan desde el mismo, mientras que una cantidad de la energía luminosa a diversas longitudes de onda se transmite a través del analito que contiene tejido a la segunda superficie de piel o superficie de piel opuesta. Desde la segunda superficie de piel, la energía luminosa no absorbida se propaga a través de la segunda cantidad de medio de acoplamiento de índice hacia el elemento de salida con propagación subsecuente al analizador de espectro para calculo de la concentración de analito. El medio de acoplamiento de índice de la presente invención es una clave para la precisión mejorada y capacidad de repetición del método descrito antes. El medio de acoplamiento de índice es una composición que contiene perfluorocarbonos y clorofluorocarbonos . De manera preferible, el compuesto contiene una aditivo hidrofílico tal como alcohol isopropílico. Se considera que el compuesto hidrofílico recoge la humedad en la superficie de la piel para mejorar la interfase entre el fluido y la piel. Además, el medio de acoplamiento de índice puede contener agentes limpiadores para unir el aceite en la piel en el punto de muestra y reducir el efecto del mismo. Finalmente, también se puede incluir un tensoactivo en la composición fluida. El tensoactivo mejora el humedecimiento del tejido, lo que genera una interfase uniforme. También se puede agregar un material antiséptico al medio de acoplamiento de índice. En una modalidad alternativa de la presente invención, el índice de acoplamiento entre los elementos detectores ópticos y el tejido se puede llevar a cabo por un sólido deformable. El sólido deformable puede alterar su forma de manera que se minimicen los espacios de aire, debido en parte a superficies irregulares de la piel. Los sólidos deformables pueden incluir por lo menos gelatina, cinta adhesiva y sustancias que son líquidas cuando se aplican pero que se solidifican con el tiempo. El medio de acoplamiento de índice de manera preferible tiene un índice de refracción entre 1.35 y 1.40. Se ha encontrado que la utilización de un índice de refracción en este intervalo mejora la capacidad de repetición y precisión del método anterior al mejorar el funcionamiento óptico y disminuir las variaciones espectroscópicas no relacionadas con la concentración del analito. Además, el medio de acoplamiento de índice debe tener un índice de refracción consistente a través de la composición. Por ejemplo, no deben estar presentes burbujas de aire las cuales provoquen cambios en la dirección de la luz. En una modalidad preferida, la concentración de glucosa en el tejido se determina al medir primero la intensidad de luz recibida por el detector de salida. Estas intensidades medidas en combinación con un modelo de calibración se utilizan por un algoritmo de variable múltiple para predecir la concentración de glucosa en el tejido. El modelo de calibración relaciona de manera empírica las concentraciones conocidas de glucosa en un conjunto de muestras de calibración con las variaciones de intensidad medidas obtenidas a partir de las muestras de calibración. En una modalidad preferida, el algoritmo de variables múltiples utilizado es el método de mínimos cuadrados parciales, aunque se pueden utilizar otras técnicas de variables múltiples. El uso de un medio acoplador de índice para acoplar el elemento de entrada del detector óptico y el elemento de salida a la superficie de la piel reduce la probabilidad de que se adquieran datos aberrantes. El medio de acoplamiento de índice incrementa la capacidad de repetición y precisión del procedimiento de medición. Se eliminan los efectos adversos en la entrada y salida de energía luminosa por transmisión a través del aire o de las superficies irregulares de la piel que tengan bolsas de aire . Estas y otras ventajas adicionales y características novedosas las cuales caracteriza la presente invención se resaltan particularmente en las reivindicaciones anexas a la presente que forman parte de la misma. Sin embargo, para una mejor compresión de la invención, se hará referencia a sus ventajas y al objetivo obtenido mediante el uso en los dibujos los cuales forman una parte adicional de la misma y a la materia descriptiva anexa en la cual se ilustra y describen las modalidades preferidas de la presente invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos, en los cuales los números de referencia similares indican partes o elementos correspondientes de las modalidades preferidas de la invención a través de las diversas vistas: la figura 1 es una vista en sección transversal parcial de un elemento detector acoplado a la superficie de la piel por medio de un fluido de acoplamiento de indexación; la figura 2 es una vista en sección transversal, parcial, de una modalidad alternativa de un elemento detector acoplado a lados opuestos de la superficie de la piel por medio de un fluido de acoplamiento de indexación; y la figura 3 es una representación gráfica de datos experimentales que muestran la mejoría en la precisión y capacidad de repetición de un detector acoplado a la piel vía un medio de acoplamiento de índice.

DESCRIPCIÓN t t.?T.T.?n.1 DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Se describen en la presente las modalidades detalladas de la presente invención. Sin embargo, debe entenderse que las modalidades descritas son únicamente ejemplares de la presente invención la cual puede estar constituida en diversos sistemas. Por lo tanto, no se deben considerar como limitantes los detalles específicos descritos en la presente, sino más bien como una base para las reivindicaciones y como una base representativo para las enseñanzas para una persona familiarizada con la técnica que puede llevar a la práctica de manera variable la invención. La presente invención se dirige a un método para medición no invasiva de constituyentes de tejido utilizando espectroscopia. Se ha encontrado que una muestra es una matriz compleja de materiales con índices de refracción y propiedades de absorción diferentes. Además, debido a que los constituyentes de interés sanguíneos están presentes a concentraciones muy bajas, se ha encontrado que es imperativo acoplar la luz dentro y fuera del tejido de una manera eficiente. El método de la presente invención incorpora un medio de acoplamiento de índice, un fluido o un sólido deformable, para mejorar la eficiencia de acoplamiento de luz dentro y fuera de la muestra de tejido. La presente invención utiliza la energía luminosa en la región del infrarrojo cercano del espectro óptico como una fuente de energía para análisis. El agua es, por mucho, el contribuyente más grande de la absorción en el tejido en la región del infrarrojo cercano debido a su concentración, así como a su fuerte coeficiente de absorción. Se ha encontrado que el espectro de absorción total del tejido, por lo tanto, recuerda estrechamente al espectro del agua. Por ejemplo, menos de 0.1% de la absorción de luz es de un constituyente tal como glucosa. Se ha encontrado además que el tejido dispersa en gran medida la luz debido a que hay muchas discontinuidades en el índice de refracción en una muestra de tejido típica. El agua es irrigada a través del tejido, con un índice de refracción de 1.33. Las paredes celulares y otras características del tejido tienen índices de refracción cercanos a 1.5 y 1.6. Estas discontinuidades en el índice de refracción da lugar a inspección. Aunque son frecuentes estas discontinuidades en el índice de refracción, también son típicamente de magnitud pequeña y la dispersión generalmente tiene una direccionalidad fuerte hacia la dirección delantera. Esta dispersión delantera ha sido descrita en términos de anisotropía, la cual se define como el coseno del ángulo de dispersión promedio. Por lo tanto, para una dispersión hacia atrás completa, significa que todos los eventos de dispersión deben provocar que un fotón se desvié de su dirección de viaje 180°, y el factor de anisotropía sería de -1. De igual manera, para una dispersión hacia adelante completa, el factor de anisotropía sería de +1. En el infrarrojo cercano, se ha encontrado que el tejido tiene un factor de anisotropía de aproximadamente 0.9 a 0.95, lo cual es una dispersión hacia adelante. Por ejemplo, un factor de anisotropía de 0.9 significa que un fotón promedio de luz únicamente se dispersa a través de un ángulo de hasta 25° conforme pasa a través de la muestra. Cuando se realiza en análisis para un analito en tejido, deben realizarse mediciones en por lo menos dos modos diferentes. Se reconoce que se puede medir la luz transmitida a través de una sección de tejido o se puede medir la luz reflejada o remitida desde el tejido. Se ha reconocido que la transmisión es el método preferido de análisis en espectroscopia debido a la dispersión hacia adelante de la luz conforme pasa a través del tejido. Sin embargo, es difícil encontrar una parte del cuerpo la cual sea lo suficientemente delgada ópticamente para que la luz del infrarrojo cercano pase a través de la misma, especialmente a longitudes de onda más grandes. Por lo tanto, el método preferido para medición en la presente invención se enfoca en la reflectancia de la luz desde la muestra. Los fotones se reflejan y refractan en discontinuidades de índice de refracción, y de esta manera la luz que incide en el tejido inmediatamente tiene una reflectancia pequeña en la superficie del tejido. Esto se conoce como reflectancia especular. Puesto que la luz no penetra en el tejido, contiene poca información acerca de los constituyentes del tejido. Esto es especialmente válido al considerar la fisiología de la piel, la cual posee una capa exterior la cual está esencialmente muerta y carece de valores de concentración de los analitos que generalmente se consideran de interés en una muestra. Por lo tanto, la energía de luz reflejada que contiene la información del analito es aquella luz la cual es reflejada de regreso a la superficie a través de las discontinuidades del índice de refracción más profundas dentro de la muestra de tejido. Esta energía luminosa reflejada se conoce como luz reflejada de manera difusa.

Los solicitantes han encontrado que se absorben en el tejido una gran fracción de fotones incidentes. Aquellos fotones los cuales están disponibles para acoplamiento de regreso fuera de los tejidos probablemente son desviados en su trayectoria angular. De hecho, por definición, un fotón debe cambiar de dirección con el fin de excitar el tejido en una dirección hacia la entrada óptica. Sin embargo, los solicitantes han encontrado que un gran problema asociado con la detección se relaciona con la discontinuidad en el índice de refracción entre el índice de refracción del tejido promedio y el índice de refracción del aire fuera del tejido. Se ha encontrado que esta discontinuidad actúa sobre la luz incidente lo que lleva a una red fracción y una reflectancia especular pequeña de menos de aproximadamente 5 por ciento. Sin embargo, en el camino de salida, la discontinuidad da lugar a un fenómeno de ángulo crítico. Debido a que el fotón viaja desde un medio de índice de refracción elevada a uno de menor índice de refracción, existe un ángulo crítico después del cual un fotón es totalmente reflejado hacia el interior y no escapará de la muestra de tejido. Se ha encontrado que el ángulo crítico para los fotones que viajan desde el tejido hacia el aire es de aproximadamente 46°, lo cual representa un problema. Un fotón normalmente incidente sobre la superficie del tejido debe desviarse a través de un ángulo grande para que salga. Debido a la direccionalidad hacia adelante de la dispersión, es difícil que un fotón haga esto, y es muy probable que realice un roce o un ángulo de incidencia elevado con el tejido y la interfase de aire. Los fotones de indicencia de roce no escapan debido a que se excede el ángulo crítico. Los solicitantes han encontrado una solución para las diferencias en el índice de refracción asociado con la energía luminosa acoplante que sale del tejido para un instrumento analítico. La solución es el uso de un fluido de inmersión el cual tiene muy poca absortividad en el intervalo espectral de interés, y tiene una viscosidad compatible con un flujo y capacidad de recubrimiento buenas, y al mismo tiempo tiene un índice de refracción el cual coincide estrechamente con el del tejido. Un material preferido es un aceite de polímero de hidrocarburo clorado, fluorado fabricado por Occidental Chemical bajo el nombre comercial FLUOROLUBE . Estos aceites tienen un índice de refracción de aproximadamente 1.38, no son tóxicos y tienen una firma espectral en la región del infrarrojo cercano la cual es mínima. Ahora con referencia a las figuras 1 y 2, se muestran vistas en sección transversal parcial de dos modalidades preferidas de un aparato para la medición no invasiva de la concentración de un analito en sangre. Los dibujos en las figuras 1 y 2 son esquemáticos para mostrar el concepto de utilización de un medio 22 de acoplamiento de índice junto con un elemento 11 detector no invasivo conectado de manera operativa a una fuente 16 de energía y un analizador 30 de espectro. No se muestran el tamaño relativo, la forma y detalle de los componentes físicos. El aparato que se muestra en la figura 1 y el aparato mostrado en la figura 2 generalmente incluyen tres elementos, una fuente 16 de energía, un elemento 11 detector y un analizador 30 de espectro. La modalidad de la figura 1 muestra el elemento detector que incluye un elemento 20 de entrada y un elemento 26 de salida, el cual puede incluir un sistema de lente único para la energía luminosa tanto de entrada como de salida. El elemento 20 de entrada y el elemento 26 de salida están en contacto con una superficie 12 de piel común de un tejido 10 que contiene el analito. La modalidad alternativa de la figura 2 muestra un arreglo o disposición de un elemento 11 detector alternativo, en el que el elemento 20 de entrada y el elemento 26 de salida se colocan en superficies 12, 14 opuestas de un tejido 10 que contiene el analito. Ambas modalidades funcionan para dar una medida de la absorción de energía infrarroja con el tejido 10 que contiene el analito. Sin embargo, se utiliza la modalidad de la figura 1 para medir la cantidad de energía luminosa la cual es reflejada desde el tejido 10 que contiene el analito por los componentes de analito en el mismo. En contraste, la modalidad de la figura 2 mide la transmisión de energía luminosa a través del tejido 10 que contiene el analito. En ambas modalidades, se puede determinar la absorción a diversas longitudes de onda por comparación de la intensidad de la energía luminosa desde la fuente 16 de energía. La fuente 16 de energía de manera preferible es una fuente de cuerpo negro infrarrojo, de banda amplia. Las longitudes de onda ópticas emitidas desde la fuente 16 de energía de manera preferible están entre 1.0 y 2.5 µm. La fuente 16 de energía está acoplado operativamente a un primer medio para transmitir energía 18 infrarroja desde la fuente de energía hacia el elemento 20 de entrada. En las modalidades preferidas, el primer medio 18 simplemente es la transmisión de energía luminosa al elemento 20 de entrada a través del aire al colocar una fuente 16 de energía próxima al elemento 20 de entrada. El elemento 20 de entrada del elemento 11 detector de manera preferible es un lente óptico el cual enfoca la energía luminosa a un punto de densidad de alta energía. Sin embargo, se debe entender que se pueden utilizar otros medios de enfoque de haz junto con los lentes ópticos para alterar el área de iluminación. Por ejemplo, se pueden utilizar un sistema de lentes múltiples, fibras ahusadas u otros dispositivos para conformar un haz óptico convencionales con el fin de alterar la energía luminosa de entrada . En ambas modalidades que se muestran en las figuras 1 y 2, se utiliza un detector 26 de salida para recibir la energía luminosa reflejada o transmitida desde el tejido 10 que contiene el analito. Como se describe en relación con un método de análisis abajo, la modalidad de la figura 1 tiene un detector 26 de salida el cual recibe la energía luminosa reflejada, mientras que la modalidad de la figura 2 incluye un detector 26 de salida el cual recibe la luz transmitida a través del tejido 10 que contiene el analito. Al igual que con el elemento 20 de entrada, el elemento 26 de salida de manera preferible es un lente óptico. Se puede incorporar otro medio de recolección óptica dentro del elemento 26 de salida, tal como un sistema de lentes múltiples, una fibra ahusada u otro medio de recolección de haces para ayudar a dirigir la energía luminosa al analizador 30 de espectro. Un segundo medio para transmitir la energía 28 infrarroja se conecta operativamente al elemento 26 de salida. La luz transmitida a través del segundo medio para transmitir energía 28 infrarroja se transmite al analizador 30 de espectro. En una modalidad preferida, la conexión operativa al elemento de salida incluye la transmisión de la energía luminosa reflejada o transmitida que sale del elemento de salida a través del aire, al analizador 30 de espectro. Se puede utilizar un espejo o una serie de espejos para dirigir está energía luminosa al analizador de espectro. En una modalidad preferida, se incorpora un dispositivo de control especular para separar la luz reflejada especular de la luz reflejada de manera difusa. Este dispositivo se describe en la solicitud copendiente y cedida comúnmente número de serie 08/513,094, presentada el 9 de agosto de 1995 e intitulada "Aparato de verificación de reflectancia difusa", la descripción de la cual se incorpora en la presente como referencia. Al llevar a la práctica el método de la presente invención, se selecciona un área 10 de tejido que contiene el analito como el punto de análisis. Esta área puede incluir la superficie 12 de la piel en el dedo, el lóbulo de la oreja, el antebrazo o cualquier otra superficie de la piel. De manera preferible, el área para el muestreo incluye vasos sanguíneos cerca de la superficie, en una superficie relativamente regular sin callosidades. Una posición de muestra preferida es la parte inferior del antebrazo. Posteriormente se coloca sobre la superficie 12 de la piel una cantidad de medio 22 de acoplamiento de índice, ya sea un fluido o un sólido deformable, en el área que se va a analizar. El elemento 11 detector, el cual incluye al elemento 20 de entrada y al elemento 26 de salida, como se muestra en la modalidad de la figura 1, posteriormente se pone en contacto con el medio 22 de acoplamiento de índice. Alternativamente, se puede colocar una cantidad de medio 22 de acoplamiento de índice sobre el elemento 11 detector, el cual después se pone en contacto con la superficie 12 de la piel, con el medio 22 de acoplamiento de índice colocado entre los mismos. En cualquiera de los procedimientos, el elemento 20 de entrada y el elemento 26 de salida se acoplan al tejido 10 que contiene el analito o la superficie 12 de la piel vía el medio 22 de acoplamiento de índice. El acoplamiento del elemento 11 detector con la superficie de la piel vía el medio 22 de acoplamiento de índice elimina la necesidad de que la energía luminosa se propague a través del aire o bolsas de aire debido a un espacio entre la sonda y la superficie 12 de la piel o a irregularidades en la superficie 12 de la piel. Al realizar el análisis para determinar la concentración de glucosa en el tejido 10 que contiene el analito, la energía luminosa de la fuente 16 de energía se transmite a través del primer medio para transmitir energía 18 infrarroja al interior del elemento 20 de entrada. La energía luminosa se transmite desde el elemento 20 de entrada a través del medio 22 de acoplamiento de índice a la superficie 12 de la piel. La energía luminosa que hace contacto con la superficie 12 de la piel es absorbida diferencialmente por los diversos componentes y analitos contenidos debajo de la superficie 12 de la piel con el cuerpo en el mismo (por ejemplo, sangre dentro de los vasos) . En una modalidad preferida, la energía luminosa no absorbida se refleja de regreso al elemento 26 de salida ante la propagación nuevamente a través del medio 22 de acoplamiento de índice. La energía luminosa no absorbida se transmite vía el segundo medio para transmitir energía 28 infrarroja al analizador 30 de espectro. En la modalidad alternativa de la figura 2, el elemento 20 de entrada se pone en contacto con una primera cantidad de medio 22 de acoplamiento de índice sobre una primera superficie 12 de la piel, mientras que el elemento 26 de salida se coloca en contacto con una segunda cantidad de medio 24 de acoplamiento de índice en una superficie 14 opuesta de la piel. Al igual que con la modalidad previa, el medio 22 de acoplamiento de índice se puede colocar primero sobre el elemento 20 de entrada y el elemento 26 de salida antes del contacto con la superficie 12 de la piel. Con esta modalidad alternativa, la energía luminosa propagada a través del elemento 20 de entrada y la primera cantidad de medio 22 de acoplamiento de índice es absorbida diferencialmente por el tejido 20 que contiene el analito, mientras que la cantidad de energía luminosa en diversas longitudes de onda se transmite a través del tejido 10 que contiene el analito hacia la segunda superficie 14 de la piel o la superficie opuesta. Desde la segunda superficie 14 de la piel, la energía luminosa no absorbida se propaga a través de la segunda cantidad del medio 24 de acoplamiento de índice hacia el elemento 26 de salida con propagación subsecuente hacia el analizador 30 del espectro para el cálculo de la concentración del analito. Como se establece previamente, el medio 22 de acoplamiento de índice de la presente invención es una clave para una mejoría en la exactitud y capacidad de reproducción del método descrito antes. De manera preferible, el medio de acoplamiento de índice puede ser una composición fluida que contenga perfluorocarbonos y clorofluorocarbonos . Una composición preferida incluye clorotrifluoroeteno . El compuesto de manera preferible contiene un aditivo hidrofílico, tal como alcohol isopropílico. Se considera que el aditivo hidrofílico recoge la humedad en la superficie de la piel para mejorar la interfase entre el medio y la piel. Además, el medio de acoplamiento de índice puede contener agentes limpiadores para unir el aceite en la piel en el punto de muestra y reducir el efecto del mismo. También se puede incluir un tensoactivo en la composición. El tensoactivo mejora el humedecimiento del tejido, por lo que se mejora el contacto. Finalmente, se puede agregar un compuesto antiséptico al medio de acoplamiento de índice. En una modalidad alternativa de la presente invención, el acoplamiento de índice entre los elementos detectores ópticos y el tejido se puede llevar a cabo por un sólido deformable. El sólido deformable puede alterar su forma tales como espacios de aire, debido en parte a que se minimizan las superficies irregulares de la piel. Los sólidos deformables pueden incluir por lo menos gelatina, cinta adhesiva y sustancias que son líquidas cuando se aplican, pero que se vuelven sólidas con el tiempo. De manera preferible, el medio de acoplamiento de índice tiene un índice de refracción de 1.35-1.41. Se ha encontrado que la utilización de un índice de refracción en este intervalo mejora la capacidad de repetición y exactitud del método anterior. Se reconoce que el índice de refracción del medio de acoplamiento de índice debe ser consistente a través de toda la composición para evitar la refracción de energía luminosa conforme pase a través del medio. Por ejemplo, no debe haber burbujas de aire presentes en el medio de acoplamiento de índice las cuales pueden provocar una discontinuidad en el índice de refracción. En una modalidad preferida, la concentración de glucosa en el tejido se determina al medir primero la intensidad de luz recibida por el detector de salida. Estas intensidades medidas en combinación con un modelo de calibración se utilizan por un algoritmo de variables múltiples para predecir la concentración de glucosa en el tejido. El modelo de calibración empíricamente relaciona las concentraciones conocidas de glucosa en las muestras de calibración con las variaciones de intensidad medidas obtenidas a partir de las muestras de calibración. En una modalidad preferida, el algoritmo de variables múltiples utilizado es el método parcial de mínimos cuadrados, aunque se pueden utilizar otras técnicas de variables múltiples. La energía infrarroja de entrada desde el detector de elemento de entrada se acopla a la muestra que contiene el analito o la sangre a través del medio 22 de acoplamiento de índice. Por lo tanto, existe una absorción diferente a diferentes longitudes de onda de la energía infrarroja como una función de la composición de la muestra. La absorción diferente provoca variaciones en la intensidad de la energía infrarroja que pasa a través de las muestras que contienen el analito. Las variaciones de intensidad derivada de la energía infrarroja se reciben por reflectancia o transmitancia a través de la muestra que contiene el analito por el elemento de salida del detector, el cual también se acopla a la sangre o a la muestra que contiene el analito a través del medio 22 de acoplamiento de índice.

El analizador 30 de espectro de la presente invención de manera preferible incluye un dispositivo de dispersión de frecuencia y un arreglo de fotodiodo de detectores en conjunción con una computadora para comparar los datos recibidos desde tales dispositivos al modelo descrito antes. Aunque es preferible, se pueden utilizar otros métodos de analización de la energía de salida. El dispositivo de dispersión de frecuencia y los detectores de arreglo de fotodiodo se colocan de manera que el arreglo incluye electrodos de salida múltiples, uno de los cuales es asignado a una longitud de onda particular o intervalo estrecho de longitudes de onda de la fuente 16 de energía. La amplitud del voltaje desarrollado en cada uno de los electrodos se puede medir con la intensidad de la energía infrarroja incidente en cada detector particular en el arreglo para la longitud de onda de la fuente asociada con ese detector. Típicamente, los fotodiodos del detector de arreglo son pasivos, en vez de fotovoltaicos , aunque se pueden utilizar dispositivos fotovoltaicos. Los diodos del detector de arreglo deben suministrarse con un voltaje de suministro de energía de corriente directa derivada del suministro de energía y acoplado a los diodos del detector de arreglo por medio de un cable. La impedancia de los elementos de diodo del detector de arreglo se cambian como una función de la intensidad de la energía óptica incidente en el mismo en la banda de paso de la fuente 16 de energía asociada con cada elemento de fotodiodo particular. Los cambios de impedancia pueden controlar la amplitud de la señal suministrada por el detector de arreglo a una computadora de memoria de acceso aleatorio. La computadora incluye una memoria que tiene almacenada en la misma un modelo de calibración de variables múltiples que relacione de manera empírica la concentración conocida de glucosa en un conjunto de muestras de calibración con las variaciones en la intensidad de la medida desde las muestras de calibración, a diferentes longitudes de onda. Tal modelo se construye utilizando técnicas conocidas por personas familiarizadas con estadística. La computadora predice la concentración de analito de la muestra 10 que contiene el analito al utilizar las variaciones de intensidad medidas, el modelo de calibración y un algoritmo de variables múltiples. De manera preferible, el cálculo se realiza por la técnica de mínimos cuadrados parciales como se describe por Robinson et al., en la patente norteamericana número 4,975,581, incorporada en la presente como referencia. Se ha encontrado que se obtiene una mejoría considerable en la precisión de la detección al utilizar simultáneamente por lo menos varias longitudes de onda a partir de la totalidad del intervalo de frecuencia espectral de la fuente 16 de energía para derivar datos para un análisis de variables múltiples. El método de variables múltiples permite tanto la detección como la compensación para interferencias, la detección de resultados sin significado, así como la elaboración de modelos de muchos tipos de relaciones no lineales. Puesto que las muestras de calibración utilizadas para derivar los modelos se han analizado en una base de variables múltiples, la presencia de materiales biológicos desconocidos en el tejido 10 que contiene el analito no evita o altera el análisis. Esto es debido a que los materiales biológicos desconocidos están presentes en las muestras de calibración utilizadas para formar el modelo. El algoritmo de mínimos cuadrados parciales, el modelo de calibración y las variaciones de intensidad medidas se utilizan por la computadora para determinar la concentración del analito en el tejido 10 que contiene el analito. La indicación derivada por la computadora se acopla a pantallas visuales alfanuméricas convencionales.

Parte Experimental Se llevan a cabo pruebas comparativas para documentar el efecto de utilizar un medio de acoplamiento de índice en comparación con un medio que no permite el comparamiento de índice en el mismo aparato. La referencia debe realizarse con la figura 3, la cual es una representación gráfica de los resultados del experimento, en donde la línea 50 representa el análisis sin el medio de acoplamiento de índice, y la línea 52 documenta la precisión mejorada del resultado cuando el elemento detector se acopla a la superficie de la piel vía un medio de acoplamiento de índice. Para llevar a cabo la prueba, se realizan muéstreos en el antebrazo con y sin medio de acoplamiento de índice con una recolección de datos separada en tiempo de dos minutos . El aparato utilizado para llevar a cabo el experimento utiliza un espectrómetro infrarrojo de transformada de Fourier Perkin-Elmer (Norwalk, CT) , sistema 2000 (FTIR) con un detector de elemento único antimonuro de indio (InSb) , DÍA de 4 mm. La fuente de luz es una lámpara de luz de halógeno de tungsteno y cuarzo de 100 watts de Gilway Technical Lamp (Woburn, MA) . El interferómetro utilizado es un divisor de haz de cuarzo transmisor del infrarrojo. La recolección de datos se realiza vía un enlace transportador a una PC que desarrolla elementos de programación Perkin-Elmer TR-IR. La visualización de datos se lleva a cabo en Matlab (Math orks, Natick, MA) . Se construyen sistemas ópticos de muestreo caseros que consisten, en parte, del sistema óptico descrito en la solicitud copendiente 08/513,094, presentada el 9 de agosto de 1995, intitulada "aparato de verificación de reflactancia difusa" . Todos los parámetros del instrumento fueron idénticos para la recolección de ambos espectros. El procedimiento experimental es como sigue. La superficie de muestreo consiste de una semiesfera de MgF2 montada con su lado de radio orientado hacia abajo, y su superficie plana colocado horizontalmente. Se hace incidir luz en la semiesfera desde la parte inferior. La superficie plana de la semiesfera, el montaje para la semiesfera y el soporte para el montaje todos están constituidos de una superficie de muestreo horizontal en el mismo plano. Se coloca el brazo del paciente hacia abajo en esta superficie de manera que el lado inferior del antebrazo se apoya contra la superficie de muestreo de la semiesfera. El área del antebrazo previamente se ha rasurado y lavado con jabón y agua, y después se ha frotado con alcohol isopropílico. Posteriormente el brazo se cubre con un rodete o cuño de presión sanguínea el cual se infla hasta una presión de 30 mmHg. El puño actúa para retener el brazo en su lugar y para evitar el movimiento del brazo en relación a la semiesfera. La superficie de muestreo se mantiene a una temperatura constante de 28 °C con elementos calentadores de resistencia y un dispositivo de retroalimentación de termobar. Después de que el brazo se ha colocado en el dispositivo, se permite que se equilibre durante 30 segundos antes del muestreo. Con referencia a la figura 3, trazo superior, con la marca de número 50, se muestra el resultado obtenido cuando el muestreo se realiza en el modo descrito previamente en ausencia de medio de acoplamiento de índice. En el trazo inferior, marcado con el número 52, se aplican 100 microlitros de clorotrifluoroeteno a la superficie de la semiesfera antes de la colocación del brazo. Existen varias diferencias notables. La más evidente es la dispersión de los datos. Las líneas 50 y 52 están constituidas cada una de espectros múltiples. Con FLUOROLUBE, la totalidad del espectro se superpone entre si de manera muy estrecha. Esto indica que la interfase es muy estable. Sin FLUOROLUBE, la interfase es extremadamente inestable. Además, resulta notable en los datos de lectura cerca de los 5200 cm"1. Esta es la posición para la banda de agua más fuerte. Sin FLUOROLUBE, esta banda aparece más débil, puesto que está contaminada con luz especular. De hecho, se nota que la dispersión de los datos es más grande bajo esta banda. De hecho, la diferencia entre los dos trazos se puede atribuir principalmente a la energía espuria a partir de la contaminación especular.

Se han establecido las características y ventajas novedosas de la invención abarcadas por este documento en la descripción precedente. Sin embargo, se comprenderá que está descripción es, en muchos aspectos, únicamente 5 ilustrativa. Se pueden realizar cambios en los detalles, particularmente en materia de forma, tamaño y colocación de las partes, sin excederse en el alcance de la invención. Por supuesto, el alcance de la invención está definido por el lenguaje en el cual se expresan las reivindicaciones anexas.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención. Habiéndose descrito la invención como antecede, se -1-3 reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:

Claims (32)

1. Un método no invasivo para medir la concentración de un analito sanguíneo en tejido humano, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) proporcionar un aparato para medir la absorción infrarroja, el aparato incluye una fuente de energía que emite energía infrarroja a longitudes de onda múltiples colocado operativamente a un elemento de entrada, el aparato incluye además un elemento de salida conectado operativamente a un analizador de espectro; (b) proporcionar un medio de acoplamiento de índice y colocar una cantidad de medio entre el tejido humano y el elemento de entrada y el elemento de salida para acoplar el elemento detector con el tejido que contiene el analito a través del medio de acoplamiento de índice; y (c) irradiar el tejido a través del elemento de entrada con longitudes de onda múltiples de energía infrarroja de manera que exista absorción diferencial de por lo menos parte de las longitudes de onda; y (d) recolectar por lo menos una porción de la energía infrarroja no absorbida con el elemento de salida seguido por medición de las intensidades de longitudes de onda de la energía infrarroja no absorbida con el cálculo subsecuente de la concentración del analito sanguíneo utilizando un algoritmo y un modelo.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de entrada y el elemento de salida se incorporan en un solo elemento detector.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de acoplamiento de índice tiene un índice de refracción que coincide cercanamente con el del tejido que es irradiado.

4. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el medio de acoplamiento de índice tiene un índice de refracción entre 1.30 y 1.45.

5. Un método no invasivo para medir la concentración de analito sanguíneo en tejido humano, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) proporcionar un aparato para medir la absorción infrarroja, el aparato incluye una fuente de energía que emite energía infrarroja a longitudes de onda múltiples conectado operativamente a un elemento de entrada de un elemento detector, el aparato incluye además un elemento de salida dentro del elemento detector conectado operativamente a un analizador de espectro; (b) seleccionar un área de muestra sobre una superficie de la piel de un tejido que contiene analito; (c) proporcionar un medio de acoplamiento de índice y colocar una cantidad de medio entre el elemento detector y el área de muestra; (d) colocar el elemento de entrada y el elemento de salida en contacto con la cantidad de medio de acoplamiento de índice para acoplar el elemento detector con el tejido que contiene el analito a través del medio de acoplamiento de índice; y (e) irradiar el tejido que contiene el analito a través del elemento de entrada de manera que exista absorción diferencial de por lo menos algunas de las longitudes de onda y medir la absorción diferencial de las longitudes de onda a través del elemento de salida conectado con el analizador de espectro.

6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque comprende de manera adicional la etapa de calcular una concentración del analito sanguíneo en el tejido que contiene analito con el analizador de espectro al comparar la absorción diferencial con un modelo que incluye datos de absorción diferencial en una pluralidad de muestras conocidas de tejido que contiene analito .

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque se utiliza un análisis parcial de mínimos cuadrados para comparar la absorción diferencial del tejido que contiene analito con el modelo.

8. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el elemento de entrada y el elemento de salida incluyen lentes ópticos.

9. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el área de muestra es una superficie de la piel en el lado inferior de un antebrazo de un paciente.

10. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el medio de acoplamiento de índice comprende una mezcla de perfluorocarbonos y clorofluorocarbonos .

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el medio de acoplamiento de índice tiene un índice de refracción de aproximadamente 1.30 a aproximadamente 1.40.

12. Un método no invasivo para medir la concentración de analito sanguíneo en un tejido humano, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) proporcionar un aparato para medir la absorción infrarroja, el aparato incluye una fuente de energía que emite energía infrarroja a longitudes de onda múltiples conectado operativamente a un elemento de entrada de un elemento detector, el aparato incluye además un elemento de salida dentro 5 del elemento detector conectado operativamente al analizador de espectro; (b) seleccionar un área de muestra sobre una superficie de la piel de un tejido que contiene analito; 10 (c) proporcionar un medio de acoplamiento de índice y colocar una primera cantidad del medio entre el elemento de entrada y el área de muestra, y una segunda cantidad de medio de acoplamiento de índice entre el elemento 15 de salida y una superficie opuesta del área de muestra; (d) colocar el elemento de entrada en contacto con la primera cantidad de medio de acoplamiento de índice y el elemento de 20 salida en contacto con la segunda cantidad del medio de acoplamiento de índice para acoplar el elemento detector con el tejido que contiene analito a través de la primera y segunda cantidad de medio de acoplamiento 25 de índice; y irradiar el tejido que contiene analito a través del elemento de entrada de manera que exista absorción diferencial de por lo menos parte de las longitudes de onda y medir la absorción diferencial por transmitancia de una porción de las longitudes de onda a través del tejido que contiene el analito al elemento de salida conectado al analizador de espectro.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque comprende además la etapa de calcular una concentración de analito sanguíneo en el tejido que contiene analito con el analizador de espectro al comparar la absorción diferencial con un modelo que incluye datos de absorción diferencial en una pluralidad de muestras de tejido conocidas que contienen analito.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque se utiliza el análisis parcial de mínimos cuadrados para comparar la absorción diferencial del tejido que contiene analito con el modelo.

15. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el elemento de entrada y el elemento de salida incluyen lentes ópticos.

16. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el área de muestra es una superficie de la piel en el lado inferior de un antebrazo de un paciente.

17. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque ' el medio de acoplamiento de índice comprende una mezcla de perfluorocarbonos y clorofluorocarbonos .

18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el medio de acoplamiento de índice tiene un índice de refracción de aproximadamente 1.30 a aproximadamente 1.40.

19. Una composición de fluido para proporcionar una interfase óptica entre la superficie de la piel en un cuerpo y un elemento detector espectrográfico cuando se mide la absorción de energía infrarroja por constituyentes bajo la superficie de la piel dentro del cuerpo a longitudes de onda múltiples, la composición de fluido está caracterizada porque comprende : (a) aproximadamente 80% a aproximadamente 99% de una mezcla de perfluorocarbonos y clorofluorocarbonos; y (b) aproximadamente 1% a aproximadamente 20% de un aditivo hidrofílico.

20. La composición de fluido de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque el aditivo hidrofílico es alcohol isopropílico.

21. La composición de fluido de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque la mezcle de perfluorocarbonos y clorofluorocarbonos comprende aproximadamente 90% de clorotrifluoroeteno y aproximadamente 10% de otros fluorocarbonos .

22. La composición de fluido de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque comprende de manera adicional aproximadamente 1% a aproximadamente 10% de agentes limpiadores, los agentes limpiadores incluyen por lo menos aceite mineral.

23. La composición de fluido de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque comprende de manera adicional aproximadamente 1% a aproximadamente 5% de un tensoactivo, el tensoactivo incluye por lo menos dodecilsulfato de sodio.

24. La composición de fluido de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque el índice de refracción del fluido es de aproximadamente 1.30 a aproximadamente 1.40.

25. La composición de fluido de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque el índice de refracción del fluido es de aproximadamente 1.38.

26. La composición de fluido de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque comprende además un aditivo antiséptico.

27. Un fluido para proporcionar una interfase óptica entre una superficie de la piel y un elemento detector para la medición no invasiva de analitos en sangre, el fluido está caracterizado porque presenta las características de: (a) ser no tóxico para el cuerpo humano; (b) no dañar el elemento detector; y (c) ser susceptible de rellenar la superficie regular del tejido y al mismo tiempo mantener un índice de refracción constante a través del fluido.

28. El fluido de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el fluido tiene un índice de refracción que coincide con el del tejido.

29. El fluido de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque el fluido tiene un índice de refracción entre 1.30 y 1.45.

30. Un instrumento de análisis cuantitativo para la medición no invasiva de un analito sanguíneo en tejido humano, el instrumento está caracterizado porque comprende: (a) una fuente de por lo menos tres longitudes de onda de luz, las longitudes de onda están en el intervalo desde 500 hasta 2500 nm; (b) un elemento detector de entrada para dirigir la longitud de onda de luz al interior del tejido, y un elemento detector de salida para recolectar por lo menos una porción de la luz no absorbida desde el tejido; (c) los detectores de entrada y salida están adaptados para permitir la colocación de un medio de acoplamiento de índice a través de su superficie y entre ellos y el tejido que contiene el analito; (d) por lo menos un detector para medir las intensidades de por lo menos una porción de las longitudes de onda recolectadas por el elemento detector de salida; (e) sistemas electrónicos para procesar las intensidades medidas para estimar el valor del analito en sangre; y (f) medios para indicar el valor estimado del analito sanguíneo.

31. El instrumento de análisis de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque los elementos detectores están adaptados para uso con un medio de acoplamiento de índice de manera que el espesor del medio de acoplamiento de índice permanece constante durante el período de medición.

32. El instrumento de análisis de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque los elementos detectores están adaptados para uso con un medio de acoplamiento de índice de manera que el espesor del medio de acoplamiento de índice es relativamente constante desde una medición de tejido a la siguiente medición de tejido.