DE69737363T2

DE69737363T2 - Überwachung von gewebe-bestandteilen mittels infrarot-strahlung

Info

Publication number: DE69737363T2
Application number: DE69737363T
Authority: DE
Inventors: Janusz M. Buchert
Original assignee: INFRATEC Inc; Infratec Inc Danbury
Current assignee: INFRATEC Inc; Infratec Inc Danbury
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2017-04-01
Also published as: US5666956A; EP1815786A1; PL330044A1; EP0948284B1; EP0948284A1; IL127111A0; DE69737363D1; JP2001503999A; IL127111A; EA002636B1; ATE353590T1; PL184077B1; EA199801025A1; JP3686422B2; AU2599697A; PT948284E; ES2281912T3; AU711156B2; WO1997043947A1; DK0948284T3

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein spektroskopisches Instrument zur Messung von Konzentrationsänderungen von Analyten (z.B. Glukose) in menschlichem Gewebe (z.B. Blut) unter Verwendung einer nicht-invasiven Technik, welche die Entnahme einer Probe von einem Körper zur Untersuchung nicht erfordert. Sie umfasst ein Instrument zur Detektion der Infrarotstrahlung, die durch den menschlichen Körper natürlich emittiert wird, mittels der Verwendung eines Infrarotdetektors mit einer Kombination von adäquaten Filtern.
Das Instrument basiert auf der Entdeckung, dass natürliche Infrarotemission eines menschlichen Körpers, insbesondere der tympanischen Membran (Trommelfell), durch den Zustand des emittierenden Gewebes moduliert wird. Das spektrale Emissionsvermögen menschlicher Infrarotstrahlung der tympanischen Membran besteht aus Spektralinformationen des Blutanalyten. Dies kann direkt mit der Konzentration des Blutanalyten korreliert werden, z.B. der Glukosekonzentration.
2. Stand der Technik
Der gegenwärtige Stand der Technik bei der Messung von Zuckerkonzentrationen in Körperflüssigkeiten oder Lebensmitteln, Früchten und anderen landwirtschaftlichen Produkten erfordert die Entnahme einer Probe des Gegenstandes während des Untersuchungsvorganges. Spezielle Instrumente stehen für die Messung von Blutglukosekonzentrationen bei Menschen mit Diabetes zur Verfügung. Die Technologie verwendet eine kleine Blutprobe, die durch einen Stich in den Finger erhalten wird. Das Blut wird auf chemisch präparierte Streifen aufgebracht und in ein tragbares Instrument eingeführt, dass es analysiert und eine Blutglukosekonzentrationsmessung zur Verfügung stellt. Diabetiker müssen in ihre Finger stechen, um Blut zur Überwachung ihres Glukoseniveaus zu erhalten, und einige von ihnen müssen dies viele Male am Tag durchführen.
Zur Beseitigung der Schmerzen bei der Entnahme von Blut sowie der Beseitigung einer Quelle für potentielle Infektionen, wurden nicht-invasive optische Verfahren zur Messung von Zucker im Blut erfunden und verwenden Absorption, Transmission, Reflektion oder Lumineszenzverfahren zur spektroskopischen Analyse von Blutzuckerkonzentrationen.
Im den U.S. Patenten Nr. 3,958,560 und Nr. 4,014,321 von W. F. March, wird ein einzigartiger Glukosesensor zur Bestimmung von Glukoseniveaus bei Patienten beschrieben. Das Auge des Patienten wird automatisch gescannt, wobei eine Doppelquelle polarisierter Strahlung verwendet wird, wovon jede mit einer anderen Wellenlänge eine Seite der Kornea (Hornhaut) bestrahlt. Ein Sensor, der auf der anderen Seite der Kornea platziert ist, detektiert eine optische Drehung der Strahlung, die durch die Kornea gedrungen ist. Da die Konzentration von Glukose in der Blutbahn des Patienten eine Funktion (keine einfache) der Glukosekonzentration in der Kornea ist, kann die Drehung der Polarisation die Konzentration des Niveaus der Glukosekonzentration bestimmen.
Im U.S. Patent Nr. 3,963,019 von R. S. Quandt ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Veränderungen der Körperchemie beschrieben, z.B. bei Glycinämie, bei dem ein Lichtstrahl durch den wässrigen Humor des Auges des Patienten projiziert wird. Ein Analysator, der so angeordnet ist, dass er den Strahl beim Austritt aus dem Auge des Patienten detektiert, vergleicht den Effekt, den besagter wässriger Humor auf besagten Strahl hat, mit einer Norm. Der Wechsel der Glukosekonzentration wird angezeigt und bestimmt.
Im U.S. Patent Nr. 4,882,492 von K. J. Schlager sind eine nicht-invasive Vorrichtung und ein sich darauf beziehendes Verfahren zur Messung der Konzentration von Glukose oder anderer Blutanalyten beschrieben. Es verwendet sowohl diffus reflektive wie auch transmittive Infrarotabsorptionsmessungen. Die Vorrichtung und das Verfahren benutzt nicht-dispersive Korrelationsspektrometrie. Durch die Bestimmung der Lichtintensität zwischen zwei Lichtpfaden, einer mit einem negativen Korrelationsfilter und der andere ohne einen, stellt die Vorrichtung eine Messung zur Verfügung, die proportional zur Analytenkonzentration ist.
Im U.S. Patent Nr. 4,883,953 von K. Koashi und H. Yokota ist ein Verfahren zur Messung der Konzentration von Zucker in Flüssigkeiten unter Verwendung von nahinfrarotem Licht offenbart. Die Konzentration von Zucker in der Probe wird durch die Errechnung eines Absorptionsspektrums von Zucker in verschiedenen Tiefen der Probe bestimmt. Dabei wird mit einer relativ schwachen Leistung von Infrarotlicht gemessen, die in die Probe nah an der Oberfläche vordringt, und mit einer relativ starken Infrarotlichtleistung, die relativ tief in die Probe vordringt.
Im U.S. Patent Nr. 5,009,230 von D. P. Hutchinson ist eine Vorrichtung zur nicht-invasiven Bestimmung von Blutglukose im Patienten offenbart. Der Glukosewächter basiert auf dem Effekt von Glukose in einem rotierenden polarisierten Infrarotlicht. Insbesondere werden zwei orthogonale und gleich-polarisierte Zustände von Infrarotlicht mit minimaler Absorption durch Gewebe, das Blut enthält, gelenkt und eine genaue Bestimmung der Veränderung der Signalintensität wird mittels des Winkels der Rotation dieser Zustände gemacht. Diese Rotation hängt vom Glukoseniveau ab. Das Verfahren verwendet die Transmission von Infrarotlicht durch Gewebe bei minimalem Absorptionsniveau des Gewebes.
In den U.S. Patenten Nr. 5,028,787 und 5,068,536 und 5,086,229 von R. D. Rosenthal et al. werden ein quantitatives Nahinfrarotanalyseinstrument sowie ein Verfahren zur Kalibrierung für nicht-invasive Messungen von Blutglukose mittels der Analyse von Nahinfrarotenergie, die aus einer Interaktion mit venösem oder arteriellen Blut oder aus der Transmission durch in einem Körperteil befindliches Blut folgt, vorgestellt.
Im U.S. Patent Nr. 5,054,487 von R. H. Clarke ist ein Verfahren zur nicht-invasiven Materialanalyse vorgestellt, in welchem ein Material mit einer Vielzahl von diskreten Wellenlängen bestrahlt wird. Messungen der Intensität von reflektiertem Licht bei solchen Wellenlängen werden durchgeführt, und eine Analyse des Reflektionsverhältnisses für verschiedene Wellenlängen werden mit spezifischen Materialeigenschaften korreliert, wie z.B. der Konzentration der Analyten.
Ein weiteres offenbartes Verfahren zur Messung von Blutzucker (Internationale Veröffentlichungsnummer WO 91 15990 A, korrespondierend mit U.S. Patent Nr. 5,115,133 und 5,146,091 und 5,179,951 von Mark B. Knudson) umfasst das Testen von Körperflüssigkeitsbestandteilen durch Messung des Lichts, welches von der tympanischen Membran reflektiert wird. Das Testlicht und das Referenzlicht werden bei einer glukosesensitiven Wellenlänge von ungefähr 500 bis ungefähr 4000 Wellenzahlen (cm^–1) in Richtung der tympanischen Membran gelenkt, die eine Flüssigkeit mit einer unbekannten Konzentration eines Bestandteils beinhaltet. Ein Lichtdetektor steht zur Messung der Intensität des Testlichtes und der Intensität des reflektierten Lichtes zur Verfügung, wobei beide durch die Flüssigkeit reflektiert und spektral modifiziert werden. Ein Lichtpfadentfernungsmesser ist zur Messung der Distanz eines Lichtpfades vorgesehen, die vom Testlicht und vom Referenzlicht zurückgelegt wird. Eine Schaltung zur Berechnung des Anteils des Bestandteils in der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Verringerung der Intensität sowohl des Testlichts als auch des Referenzlichts und in Abhängigkeit von der gemessenen Distanz ist angegeben. Knudson lehrt, dass Messungen eines Köperflüssigkeitsbestandteils durch Messung an der tympanischen Membran vorgenommen werden können, unter Verwendung eines Absorptionsverfahrens charakterisiert durch lichterzeugende Mittel zur Erzeugung eines Testlichts einer bekannten Intensität, wobei das Testlicht wenigstens eine Wellenlänge beinhaltet, die durch den besagten Bestandteil absorbiert werden kann, und durch die weitere Bestimmung der Größe des Testlichts, welches durch den Bestandteil absorbiert wurde.
Im U.S. Patent Nr. 5,313,941 von Braig et al. ist ein nicht-invasives gepulstes Infrarotspektrophotometer zur Messung der Konzentration von wenigstens einem vorbestimmten Bestandteil eines Patientenblutes beschrieben. Es umfasst eine Infrarotquelle, die Breitbandpulse aus infrarotem Licht emittiert, umfassend verschiedene Wellenlängen von wenigstens 2.0 Mikrometer. Es umfasst einen Infrarotdetektor, welcher Licht bei besagten Wellenlängen detektiert, welches durch arterielle Blutadern des Patienten gedrungen ist und welches von wenigstens einem der vorbestimmten Bestandteile selektiv absorbiert wurde. In der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 95/31930 A und dem korrespondierenden U.S. Patent Nr. 5,515,847 ausgestellt auf Braig et al. ist ein selbstemittierendes nicht-invasives Infrarotspektrophotometer zur Überwachung von Glukose und anderer Blutbestandteile offenbart. Messungen werden durch Überwachung der Infrarotabsorption des gewünschten Blutbestandteils im langinfraroten Wellenlängenbereich durchgeführt. Die langwellige Infrarotenergie, die von der Person als Wärme emittiert wird, wird als Infrarotstrahlungsquelle verwendet, die durch arterielles Blut hindurchtritt, zur Messung der Infrarotabsorption von speziellen Bestandteilen im arteriellen Blut bei charakteristischen Infrarotabsorptionswellenlängen dieser Bestandteile.
In einen anderen offenbarten Verfahren (U.S: Patent Nr. 5,341,805 von M. Stravridi und W. S. Grundfest) bestimmt ein Glukosewächter die Konzentration von Glukose in einer Probe durch Messung von fluoreszierendem Licht, direkt erzeugt durch jede in der Probe enthaltene Glukose. Es illuminiert die Probe mit ultraviolettem Anregungslicht, dass Glukose zur Fluoreszenz anregt. Ein Detektor überwacht das Antwortlicht in zwei Wellenlängenbanden. Eine Wellenlängenbande umfasst einen charakteristischen Spektralpeak der Glukosefluoreszenz; die andere Wellenlängenbande ist ein Referenzband mit bekannten Spektralcharakteristiken. Ein Prozessor wird zur Bestimmung der Konzentration von Glukose in der Probe verwendet.
In U.S. Patenten Nr. 5,360,004 und 5,379,764 von D. Purdy et al. ist ein Verfahren und eine Vorrichtung offenbart, zur nicht-invasiven Bestimmung einer Konzentration wenigstens eines Analyten in einem Säugetier. Ein Teil des Körpers des Säugetiers wird mit einer einfallenden Nahinfrarotstrahlung bestrahlt, wobei die einfallende Strahlung zwei oder mehrere Banden einfallender Strahlung von kontinuierlicher Wellenlänge beinhaltet. Die resultierende Strah lung, die von dem Teil des Körpers emittiert wird, und ein Wert für die Konzentration des Analyten wird bestimmt.
Im U.S. Patent Nr. 5,370,114 von J. Y. Wong et al. ist eine nicht-invasives Blutchemiemessvorrichtung zur Messung der Konzentration von selektierten Blutbestandteilen offenbart. Diese Vorrichtung umfasst: eine Quelle zur Bereitstellung von Licht in einer infraroten Spektralregion und die Mittel zur Detektion von Licht, welches von Molekülen als Antwort auf die Aussetzung dem Licht besagter Quelle emittiert. Wenigstens zwei detektierte Signale werden überwacht und weiterverarbeitet, bei Wellenlängenzahlen, die für die Elimination von Temperatur- und Druckeffekten auf die kalkulierten Blutglukoseniveaus geeignet sind.
Im U.S. Patent Nr. 5,383,452 von J. Burchert ist ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine Prozedur zur nicht-invasiven Detektion von Zuckerkonzentrationsänderungen in Blut offenbart. Das Instrument misst Zuckerkonzentrationsänderungen unter Verwendung von natürlichen Fingerabdrücken von Zucker, einer Drehung der Polarisation von Licht, die von biologischen Partikelchromophoren emittiert wird, die zusammen mit Zucker in menschlichen Flüssigkeiten aufgelöst sind. Der Grad der Polarisation des Lichts, dass von Lumineszenzzentren emittiert wird, die einer Wechselwirkung mit einem optisch aktiven Medium wie Zucker unterliegen, ist proportional zur Konzentration von Zucker in Blut.
In anderer Forschung (von J. S. Maier et al, veröffentlich in Optics Letters, V. 19, Nr. 24, 15. Dezember 1994, S. 2062 und von M. Kohl et al., veröffentlicht in Optics Letters, V. 19, Nr. 24, 15. Dezember 1994, S. 2710) wird gezeigt, dass der Unterschied im Brechungsindex zwischen der extrazellulären Flüssigkeit und des zellulären Bestandteils durch Gewebeglukosekonzentrationen moduliert werden kann, die den Brechungsindex der extrazellulären Flüssigkeit berührt. Forscher entwarfen und konstruierten ein Frequenzdomänen-Nahinfrarot-Gewebe-Spektrometer, das in der Lage war, den reduzierten Streukoeffizienten von Gewebe mit genügender Präzision zu messen, so dass Veränderungen in Glukosekonzentrationen im physiologischen und pathologischen Bereich bestimmt werden konnten.
Andere Patente zur nicht-invasiven Analyse von Glukosekonzentrationen im Blut basierend auf verschiedenen spektroskopischen, elektrochemischen und Schallgeschwindigkeitsmessungsverfahren, sind die folgenden:
In den U.S. Patenten Nr. 4,875,486 und 5,072732 von U. Rapoport et al. ist eine Kernspinresonanzvorrichtung offenbart, bei der vorbestimmte Wasser- und Glukosepeaks mit den gemessenen Wasser- und Glukosepeaks verglichen werden, zur Bestimmung der gemessenen Konzentration.
Im U.S. Patent Nr. 5,119,819 von G. H. Thomas et al. sind Schallgeschwindigkeitsmessungen zur Überwachung des Effekts der Glukosekonzentration auf die Dichte und die adiabatische Kompressibilität offenbart.
Im U.S. Patent Nr. 5,139,032 von T. H. Stanley et al. ist ein Verfahren zur nicht-invasiven Blutglukoseüberwachung offenbart, bei der der Umfang der Glukose, welche eine Epithelmembran, wie z.B. Haut, durchsetzt, mit einem glukoseempfangenden Medium über einen festgelegten Zeitraum korreliert wird. Das glukoseempfangende Medium wird dann entfernt und auf die Anwesenheit von Glukose unter Verwendung einer konventionellen Analysetechnik analysiert.
Im U.S. Patent Nr. 5,140,985 von J. M. Schroeder et al. ist ein Messinstrument und eine Anzeigevorrichtung offenbart, die ein Anzeichen auf Blutglukose gibt, durch Messung des Glukosegehaltes in Schweiß oder anderen Körperflüssigkeiten, unter Verwendung einer Vielzahl von Sauerstoffsensoren, bedeckt durch eine teildurchlässige Membran. Die Vorrichtung kann direkt am Arm angebracht werden; die Messvorrichtung wird mit lokalisiertem Schwitzen reagieren und das Blutglukoseniveau der Person des Trägers anzeigen.
Der oben beschriebene Stand der Technik in nicht-invasiven Blutglukosemessvorrichtungen beinhaltet vielen Herangehensweisen und zeigt die Wichtigkeit des Problems auf. Keine der oben beschriebenen Verfahren sind bisher auf den Markt gekommen. Einige Erfinder beanspruchen, dass die entwickelten Instrumente genaue Blutglukosekonzentrationen anzeigen und für den Heimgebrauch bei Diabetes verwendet werden können. Diese Vorrichtungen weisen Beschränkungen auf, die von der Verwendung von nahinfrarotem Licht zur Messung von Absorption, Transmission oder Reflexion herrühren; in dieser Region des Spektrums kann man Störungen bei der Absorption, die von anderen chemischen Bestandteilen herrühren, beobachten. Analysen, die auf nur eine oder zwei Wellenlängen beruhen, können ungenau sein, wenn sich Alkohol oder jede andere Substanz im Blut befindet, die bei den gleichen Frequenzen absorbiert. Des Weiteren können diese Analysen durch Instrumentenfehler, Ausreißerproben (Proben mit Spektren, die sich vom Kalibrierset unterscheiden), physiologischen Unterschieden zwischen Menschen (Hautpigmentierung, Dicke des Fingers) fehlgeleitet werden. Nahinfrarotspektroskopieverfahren müssen mit ausgereiften mathematischen und statistischen Techniken vernetzt werden, um von Nicht-Glukosequellen unterscheiden zu können und eine schwache Glukosespektralsignatur herausfiltern zu können.
Eine andere Einschränkung dieser Typen von Blutglukosetestern ist, dass sie für jeden Nutzer maßgeschneidert kalibriert werden müssen. Das Bedürfnis nach individueller Kalibrierung ergibt sich aus den verschiedenen Kombinationen von Wasser-, Fett und Proteinkonzentrationen in verschiedenen Menschen, was eine Veränderung der Absorption von Nah-infrarotem Licht bewirkt. Da die Glukosemenge im Körper weniger als ein Tausendstel anderer Chemikalien ist (und alle davon Absorption im nahen Infrarotbereich aufweisen), machen Veränderungen dieser Bestandteile die unter Menschen existieren eine universelle Kalibrierung wohlmöglich unwahrscheinlich.
Andere, nicht-invasive aber auch nicht-direkte Verfahren und Vorrichtungen versuchen, Blutglukoseinhalte durch Messung von Glukose in Schweiß, Speichel, Urin oder Tränen zu bestimmen. Diese Messungen, die recht verlässlich vom Standpunkt der chemischen Analyse sein können, bestimmen Blutglukosekonzentrationen wegen der komplizierten und nicht immer wohldefinierten Beziehung zwischen Blutglukosekonzentrationen und Glukosekonzentrationen in anderen Flüssigkeiten nicht. Andere erfundene Verfahren, wie Schallgeschwindigkeitsmessungen in Blut, sind nicht sehr verlässlich, wegen des Fehlens einer gut etablierten und einfachen Beziehung mit Blutglukosekonzentrationen.
Keine der obigen, mit Ausnahme von Braig et al., Internationale Veröffentlichungsnummer WO 95/31930 A, beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen zur nicht-invasiven Messung von Blutglukose oder anderer biologischer Bestandteile des menschlichen Körpers, untersucht die Eigenschaft dass der menschliche Körper natürlicherweise sehr starke elektromagnetische Signale im Mikrometerwellenlängenbereich emittiert. Nicht-invasive optische Methoden, die bereits für die Zuckerbestimmung erfunden wurden, verwenden Absorption, Transmission, Reflektion, Lumineszenz oder Streuverfahren in nah-infraroten oder infraroten Spektralbereichen zur Analyse von Blutglukosekonzentrationen. Wie in spektroskopischen Standartmethoden benötigt man eine Quelle elektromagnetischer Strahlung bestimmter Wellenlängen und ein Mittel zur Bestimmung der resultierenden transmittierten, absorbierten, lumineszierenden Strahlung nachdem sie einer Wechselwirkung mit einem gemessenen Medium, z.B. Blut oder anderem Gewebe, unterlag, zur Bestimmung der Konzentration von biologischen Bestandteilen des menschlichen Körpers unter Verwendung einer Reihe von technischen Ansätzen. Braig et al., in WO 95/31930 A, verwendet die langwellige Infrarotenergie, die von der Person als Wärme emittiert wird, als Quelle von Infrarotstrahlung, die durch arterielles Blut hindurchdringt, zur Messung von Infrarotabsorption von bestimmten Bestandteilen im arteriellen Blut bei charakteristischen Infrarotabsorptionswellenlängen dieser Bestandteile. Thermische Emission basiert auf der Tatsache, dass alle Körper im Universum, die sich über dem absoluten Nullpunkt befinden, Wärme, d.h. thermische Strah lung, emittieren. Thermische Emission wurde bereits medizinisch seit der Erfindung der Thermographie (Lawson: „Implication of Surface Temperatures in the Diagnosis of Breast Cancer", Can Med Assoc J: 75: 309–310, 1956) und der von Trommelfellthermometern genutzt (Fraden: „Infrared electronic thermometer and method for measuring temperature", U.S. Patent 4,797,840). Thermische Emissionsspektroskopieverfahren werden im medizinischen Sektor, z.B. während der Marsexpedition (von der NASA), zur Analyse der Chemie von Marsgestein verwendet und werden in der Astronomie zur Analyse chemischer Bestandteile von Sternen benutzt.
Infrarotmessvorrichtungen waren kommerziell verfügbar zur Messung der Temperatur von Objekten. Infrarot-Thermometrie wird in der Industrie zur Fernmessung von Verfahrens- und Maschinerietemperaturen verwendet. In medizinischen Anwendungen werden diese Verfahren zur Messung der Temperatur von Patienten ohne physischen Kontakt verwendet. Man kann die Körpertemperatur oder verlässlicher die Patiententemperatur durch die Quantifizierung der Infrarotemission der tympanischen Membran (Trommelfell) messen. Die tympanische Membran ist bekannt als exzellenter Ort zur Messung von Körpertemperaturen, da es die Blutzufuhr mit dem Hypothalamus teilt. Das tympanische Thermometer verwendet das Ohr. Es wird in den Hörkanal eingeführt, so dass der Detektor ausreichend umschlossen wird, so dass multiple Reflektionen der Strahlung der tympanischen Membran den Hörkanal in einen Hohlraum eines „schwarzen Körpers" transformieren, ein Hohlraum mit der theoretischen Emissionsvermögen von Eins. Auf diese Weise kann der Sensor eine klare Sicht der tympanischen Membran und ihrer Blutkanäle zur Bestimmung des Anteils von Infrarotstrahlung erhalten, die von der tympanischen Membran des Patienten emittiert wird.
Das Plancksche Gesetz formuliert eine Beziehung zwischen der Strahlungsintensität, der Spektralverteilung und der Temperatur des schwarzen Körpers. Wenn die Temperatur ansteigt, steigt die Strahlungsenergie an. Die Strahlungsenergie variiert in Abhängigkeit der Wellenlängen. Der Spitzenwert der emittierten Strahlungsverteilung verschiebt sich zur kurzen Wellenlängenseite bei einer Zunahme der Temperatur und Strahlung tritt in einen breiten Wellenlängenbereich auf. Die Gesamtenergie, die von einem schwarzen Körper abgegeben und durch ein Nicht-Kontakt-Infrarot-Thermomether gemessen wird, ist ein Ergebnis der Gesamtenergie, die über alle Wellenlängen emittiert wird. Sie ist proportional zu einem Integral der Plankschen Gleichung über alle Wellenlängen. Es wird in der Physik durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz beschrieben.
Eine Anzahl von U.S.-Patenten beschreiben eine andere Idee und ein anderes Design von tympanischen Nicht-Kontakt-Thermometern. Als Beispiel kann man sich beziehen auf: U.S.
Patent Nr. 4,790,324 von G. J. O'Hara; U.S. Patent Nr. 4,932,789 und 5,024,533 von Shunji Egawa et al.; U.S. Patent Nr. 4,797,840 und 5,178,464 von J. Fraden; U.S. Patent Nr. 5,159,936 von M. Yelderman et al.; U.S. Patent Nr. 5,167,235 von A. R. Seacord et al.; and U.S. Patent Nr. 5,169,235 von H. Tominaga et al.. In diesen Patenten werden verschiedene technische Herangehensweisen beschrieben, die die Stabilisierung und Kalibrierung von solchen Nicht-Kontakt-Thermometern beinhalten. Kommerziell sind nur einige solcher Thermometer erhältlich. Diese umfassen: Thermoscan Sofort-Thermometer Modell Nr. HM-2 zum Heimgebrauch von der Thermoscan Inc., 6295 Ferris Square, Suite G, San Diego, CA 92121-3248 und andere Instrumente wie Thermosran PRO-1 und PRO-LT für den klinischen Gebrauch.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Instrument zur nicht-invasiven Analytenkonzentrationsmessung, wie zum Beispiel Blutglukose, anzugeben.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Tatsache, dass der menschliche Körper natürlicherweise starke elektromagnetische Strahlung im Mikrometerwellenlängenbereich emittiert und basiert auf der Entdeckung, dass besagte Strahlung die Spektralinformation des Blutanalyten (z.B. Glukose) oder anderer Gewebeanalyten beinhaltet, und direkt mit den Konzentrationen des Blutanalyten (z.B. Glukose) oder anderer Gewebeanalyten in Beziehung gesetzt werden kann.
Das Instrument misst extern die Emissionsintensität einer spektralen Bande des Analyten, z.B. Glukose, in einem Infrarot-Spektralbereich. Das Instrument verwendet ein nicht-dispersives Korrelationsspektroskopieverfahren.
Das Instrument verwendet einen negativen Korrelationsfilter und einen Neutraldichtefilter zur Bestimmung besagter Strahlung im infraroten Spektralbereich.
Der menschliche Körper emittiert starke elektromagnetische Strahlung basierend auf dem physikalischen Gesetz, welches besagt, dass alle Objekte Infrarotstrahlung emittieren, und dass die Infrarotstrahlungsanteile und Spektralcharakteristiken des Objektes durch ihre absolute Temperatur wie auch durch die Eigenschaften und Zustände des Objektes bestimmt sind.
Das Plancksche Gesetz gibt eine Beziehung zwischen der Strahlungsintensität, der Spektralverteilung und der Temperatur des schwarzen Körpers wie folgt an: W0(λ,T) = 2πc2h/λ5(ehc/kλT – 1)–1 mit:

W₀(λ,T): – spektrale spezifische Ausstrahlung [W/cm²μm]
T: – absolute Temperatur des schwarzen Körpers [K],
λ: – Wellenlänge der Strahlung [μm]
c: – Lichtgeschwindigkeit = 2,998 × 10¹⁰ [cm/s]
h: – Plancksche Konstante = 6,625 × 10^–34 [W s²]
k: – Boltzmannkonstante = 1,380 × 10^–23 [W s/K].

Wenn die Temperatur ansteigt, steigt die Strahlungsenergie wie in 1 gezeigt an. Die Strahlungsenergie variiert in Abhängigkeit von den Wellenlängen. Der Spitzenwert der Ausstrahlungsverteilung verschiebt sich zur kurzen Wellenlängenseite mit einer Zunahme der Temperatur, und Strahlung tritt in einem breiteren Wellenlängenband auf.
Das Verhältnis von spektraler spezifischer Ausstrahlung W(λ,T) bei einer bestimmten Wellenlänge der Nicht-Schwarzkörperstrahlung zur spektralen spezifischen Ausstrahlung W₀(λ,T) des schwarzen Körpers bei der selben Wellenlänge und Temperatur wird monochromatisches Emissionsvermögen ε_λ genannt:
Wenn ε_λ konstant für alle Wellenlängen ist, dann kann dieser Körper ein grauer Körper genannt werden. Für gewöhnlich haben wir in der Natur viele Materialien deren Eigenschaften nah an den Eigenschaften des grauen Körpers liegen. So hat z.B. humanes Hautgewebe ein integriertes Emissionsvermögen von etwa gleich 0.986. Für die tympanische Membran, die sehr gut mit Blut versorgt wird und sehr dünnes, von Infrarotystrahlung durchdringbares Hautgewebe hat, wird das monochromatische Emissionsvermögen durch die Spektralcharakteristik des Blutgewebes moduliert und die Blutzusammensetzung wird dies beeinflussen. Das Kirchhoffsche Gesetz bestätigt, dass für den gesamten Körper bei der gleichen Temperatur und für die gleiche Wellenlänge das Absorptionsvermögen A_λ gleich dem monochromatischen Emissionsvermögen ε_λ ist. Daher kann man folgern, dass die spektralen Blutcharakteristiken mit verschiedenen Glukoseanteilen (oder anderer Analyten) gezeigt in 2 das Emissionsvermögen der tympanischen Membran verändern werden und es möglich machen, die Konzentration eines Analyten (z.B. Glukose) im Blut zu bestimmen.
Die Strahlung des menschlichen Körpers besitzt Informationen über die Spektralcharakteristiken des Objektes und wird bestimmt durch absolute Körpertemperaturen wie auch durch die Eigenschaften und Zustände des emittierenden Körpergewebes.
Man kann die Strahlung der Haut eines menschlichen Körpers messen, oder, verlässlicher, die Infrarotemission der tympanischen Membran quantifizieren. Die tympanische Membran ist als exzellenter Ort zur Messung, z.B. der Körpertemperatur, bekannt, weil sie die Blutversorgung mit dem Hypothalamus teilt, dem Zentrum der Kernkörpertemperaturregulierung. Das tympanische Thermometer misst die integrale Intensität der Infrarotstrahlung und verwendet das Ohr. Es wird in den Hörkanal eingeführt, so dass der Detektor ausreichend umschlossen wird, so dass multiple Reflektionen der Strahlung der tympanischen Membran den Hörkanal in einen Hohlraum eines „schwarzen Körpers" transformieren, einen Hohlraum mit der theoretischen Emissionsvermögen von Eins. Auf diese Weise kann der Sensor eine klare Sicht der tympanischen Membran und ihrer Blutgefäße zur Bestimmung der Menge Infrarotstrahlung erhalten, die von der tympanischen Membran des Patienten emittiert wird. Diese Infrarotstrahlung wird spektral durch das Gewebe modifiziert, wenn sie mit der theoretischen Schwarzkörperstrahlung, wie oben für das Planksche und das Kirchhoffsche Gesetz gezeigt, verglichen wird. Daher hat Infrarotstrahlung die Spektralcharakteristik von z.B. dem Blut in der tympanischen Membran. Dies erlaubt die Messung der Konzentration von Blutbestandteilen durch Spektralanalyse der natürlich ausgestrahlten Strahlung des menschlichen Körpers.
Die Spektralcharakteristiken, die in der elektromagnetischen Strahlung des menschlichen Körpers beinhaltet sind, umfassen Informationen von allen Bestandteilen des Gewebes. Im erfindungsgemäßen Instrument werden Spektralcharakteristiken von verschiedenen Bestandteilen unter Verwendung nicht-dispersiver Korrelationsspektroskopieverfahren separiert. Es stützt sich auf die Verwendung eines negativen Korrelationsfilters, der vor einen Infrarotdetektor platziert wird. Der negative Korrelationsfilter blockiert Strahlung in der Absorptionsbande des zu bestimmenden Analyten in einem der Infrarotdetektorfenster, während das andere Infrarotdetektorfenster von einem anderen Filter bedeckt wird, einem Neutraldichtefilter, der geeignet ist, Strahlung in der Art zu blockieren, dass sie keine Absorptionsbandencharakteristiken des Analyten bei jeder Wellenlänge im interessierenden Bereich beinhaltet. Die Unterscheidung der Strahlungsintensitäten zwischen beiden Detektorfenstern, welche aufgrund der physikalischen Konstruktion des Detektors auf der Detektorebene gemacht wird, stellt ein Maß proportional zur Analytenkonzentration bereit und kann beispielsweise die Konzentration von Glukose in Blutgewebe aufzeigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Graph, der die spektralen Veränderungen der Intensität im infraroten Wellenlängenbereich in Abhängigkeit von der Temperatur des Schwarzkörper-Objektes zeigt.
2 ist ein Infrarot-Absorptionsspektrum:

a) von D-Glukose;
b) von getrocknetem menschlichem Blut mit einem hohen Niveau von Glukoseanteil;
c) von getrocknetem menschlichem Blut mit einem niedrigen Niveau von Glukoseanteil;
d) ein Differenzspektrum zwischen einem hohen und einem niedrigen Niveau von Glukoseanteil in getrocknetem menschlichem Blut, das eine der spektralen Charakteristiken des erfindungsgemäßen Detektorsystems zeigt.

3 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Instrumentes der Erfindung.
4 ist ein Diagramm eines Detektorsystems für Infrarotstrahlung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei:

a) ein Doppel-Element-Pyroelektrik-Detektor mit zwei verschiedenen Filtern ist, die zwei sensitive Kristalloberflächen bedecken;
b) eine Draufsicht des Doppel-Element-Pyroelektrik-Detektors ist;
c) ein vereinfachtes Schaltbild des Sensorkreises ist.

5 ist eine Darstellung von Messungen der Blutglukosekonzentration im Blut eines menschlichen Subjektes während eines Glukosetoleranztestes, wobei:

a) eine Darstellung von Werten ist, die mit dem erfindungsgemäßen Instrument mit einem Zuckerfilter gemessen wurden, und von Glukosekonzentrationen, die mit einem Heimblutglukosemessgerät gemessen wurden, gegen die Zeit nach der Einnahme von Tafelzucker,
b) eine Darstellung der Glukosekonzentration gemessen mit einem Heimblutglukosemessgerät gegen den mit dem erfindungsgemäßen Instrument gemessenen Wert.

6 ist eine Darstellung von Messungen der Glukosekonzentrationen im Blut eines menschlichen Subjektes während eines Glukosetoleranztestes, wobei:

a) eine Darstellung von Werten gemessen mittels des erfindungsgemäßen Instrumentes mit einem Schmalbandfilter ist und von Glukosekonzentrationen gemessen mit einem Heimblutglukosemessgerät, gegen die Zeit nach der Einnahme von Tafelzucker,
b) eine Darstellung von Glukosekonzentrationen gemessen mittels eines Heimblutglukosemessgerätes gegen den Wert gemessen mittels des erfindungsgemäßen Instrumentes.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Instrument zur nicht-invasiven Detektion von Konzentrationen von Analyten im menschlichen Gewebe gerichtet, z.B. Glukose im Blut, unter Verwendung der natürlich auftretenden Infrarotstrahlung im Mikrometerspektralbereich des menschlichen Körpers.
Das erfindungsgemäße Instrument wird Infrarotstrahlung, die natürlich vom menschlichen Körper emittiert wird, messen. Diese Infrarotstrahlung beinhaltet Spektralinformationen des emittierenden Körpergewebes. Das Strahlungsthermometer misst die integrale Energie von Infrarotstrahlung des Körpers über die gesamten Infrarotwellenlängen ohne spektrale Unterscheidung. Im Falle des erfindungsgemäßen Instrumentes ist das Signal des Detektors proportional zur Differenz zwischen der Intensität des vom Körper emittierten Spektrums, das den Filter mit der Spektralcharakteristik des gemessenen Analyten passiert, beispielsweise Glukose in Blut, und der Intensität des vom Körper emittierten Infrarotspektrums, das den Neutraldichtefilter mit Spektralcharakteristiken, die die Spektralbanden des Analyten nicht beinhalten, passiert. Auf diese Art und Weise ist das gemessene Signal unabhängig von der Gesamttemperatur des emittierenden Körpers, da die Information durch Subtraktion sich gegenseitig aufhebt.
In 1 ist ein Graph gezeigt, der die spektralen Charakteristika der Schwarzkörperstrahlung im interessierenden infraroten Wellenlängenbereich bei verschiedenen Temperaturen zeigt.
In 2a ist das Infrarotspektrum von D-Glukose gezeigt. Das Spektrum zeigt alle charakteristischen Banden von Interesse für Glukose in dieser Infrarotregion. Einsetzen eines solchen Filters in eines der Fenster des Infrarotdetektorsystems und Verwendung eines geeigneten Dämpfungsfilters zur Kompensation der Differenz in der integralen Intensität, die vom ersten Filter absorbiert wird, führt zu einer Messung der Konzentration von Glukose im menschlichen Körper, der natürliche elektromagnetische Strahlung im Infrarotspektralbereich emittiert, durch das Instrument.
In 2b ist ein Infrarotspektrum von getrocknetem menschlichem Blut mit einem hohen Niveau an Glukoseanteil gezeigt, und in 2c eines mit einem niedrigen Niveau an Blutglukose. Ein Differenzspektrum der Kurve b und Kurve c ist in 2d gezeigt. Die Kurve in 2d ist das Differenzspektrum zwischen einem hohen und einem niedrigen Anteil von Glukose in getrocknetem Blut. Diese spektralen Absorptionscharakteristiken werden das Emissionsvermögen von menschlicher Strahlung beeinflussen. Diese Kurve zeigt außerdem die bevorzugte spektrale Charakteristik des negativen Korrelationsfilters. Ein Instrument mit dieser Art von Filter wird eine ausgezeichnete Sensitivität und dynamische Bandbreite für Blutglukosemessungen haben. Das Signal wird direkt proportional zur Konzentration von Glukose in Blut sein.
In 3 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines Instrumentes der Erfindung gezeigt. Infrarotstrahlung vom Zielobjekt 1, wie z.B. einem menschlichen Körper, wird optisch durch unser Instrument empfangen. Das Instrument besteht aus: einem Spekulum 3 (zur Einführung, z.B. in einen Ohrkanal) mit einer Plastikabdeckung 2 (aus hygienischen Gründen gefertigt aus einem dünnen Polymermaterial, dass transparent bezüglich Strahlung in der entfernten Infrarotspektralregion ist); dem infraroten optischen System, welches umfassen kann: den Infrarot-Wellenleiter 4, wie z.B. ein poliertes und/oder innen vergoldetes Hohlrohr oder eine Fiberoptik, die Infrarotstrahlung überträgt, beispielsweise aus ATRIR-Spezialglas, hergestellt von Amorphous Materials Inc.; des optischen Ventils 5; und das Detektionssystem mit einer Elektronik 8, einem Mikrocomputer 9 und einem Displaysystem 10. Besagter Infrarotwellenleiter 4 kann in der Form einer beliebigen Führungsvorrichtung sein, wie z.B. einem Spiegel, einem Reflektor, einer Linse, etc.. Am Ende des empfangenden Wellenleiters 4 ist das optische Ventil 5 in Form eines Shutters oder Choppers positioniert, welcher die Messung von Infrarotstrahlung durch ein Detektionssystem aktiviert. Das Detektionssystem besteht aus einem optischen Infrarotfiltersatz 6 und einem Detektor 7, der in der Infrarotregion menschlicher Körperstrahlung empfindlich ist. Der Infrarotsensor (Detektor 7) kann von beliebiger im Stand der Technik bekannter Art sein. Der Sensor erzeugt ein elektrisches Signal, welches für die empfangene Strahlung repräsentativ ist. Die Elektronik 8, der Mikroprozessor 9 und das Displaysystem 10 müssen die temperaturabhängigen Teile des Instrumentes stabilisieren, Umgebungstemperaturänderungen kompensieren, korrelieren, berechnen und dann die Konzentration des Analyten aus der Spektralintensitätsmessung der emittierten Infrarotstrahlung des Körpers anzeigen.
Das Detektionssystem besteht beispielsweise aus dem pyroelektrischen Detektor von Doppelelementtyp der Serie P4488 der Hamamatsu Corporation, Bridgewater, NJ, mit zwei pyroelektrischen Messfeldern 11 und 12, die durch ein Siliziumfenster 13 mit einem 5 μm Langpassfilter bedeckt sind (zum alleinigen Durchlassen von Infrarotstrahlung, die der Emission im Bereich der internen Temperatur eines menschlichen Körpers entspricht), wie schematisch in 4a gezeigt. Das Messelement 11 ist mit einem negativen Korrelationsfilter bedeckt, während das andere Messfeld 12 durch einen geeigneten Neutraldichtefilter bedeckt ist, der keine Spektralbandcharakteristiken des gemessenen Analyten aufweist. Spektral modifizierte Infrarotstrahlung z.B. von der tympanischen Membran bestrahlt beide Fenster, eines mit einem negativen Korrelationsfilter, der die Strahlung in den Absorptionsbanden des zu messenden Analyten abblockt, und das andere, welches durch den Neutraldichtefilter gelangt, der geeignet ist, Strahlung aller Wellenlängen gleichmäßig im interessierenden Bereich zu blockieren. Dieser kompensiert die Gesamtdämpfung durch den negativen Korrelationsfilter im ersten Messfeld. Die beiden Messfelder 11 und 12 des Detektors 7, dessen Draufsicht in 4b gezeigt ist, sind so verbunden, dass ihre Ausgaben subtrahiert werden, wie im internen elektrischen Detektorschaltbild der 4c gezeigt. Die Differenz der Strahlungsintensität zwischen den beiden Strahlungspfaden stellt ein Maß proportional zur Analytenkonzentration dar. Das elektrische Signal des Detektors wird dann zur umformenden Elektronik 8 und weiter zum Mikroprozessor 9 und zum Displaysystem 10 geleitet, wie in 4 gezeigt. Die Intensität des Signals ist proportional zur durch den Detektor gemessenen Spektraldifferenz und daher proportional zur Konzentration des Körperanalyten.
In 5 und 6 sind Messungen von Glukosekonzentrationen während eines Glukosetoleranztestes eines menschlichen Subjektes gezeigt. Während des Glukosetoleranztestes nimmt die Testperson (Nicht-Diabetiker) oral etwa 75 Gramm Tafelzucker in einer Wasserlösung zu sich. Die Glukosekonzentration im Blut wurde vor dem Experiment und nach der Einnahme von Zucker, alle 10 oder 15 Minuten, gemessen, unter Verwendung eines Heimglukosemessgerätes Tracer II hergestellt von Boehringer Mannheim Corporation, Indianapolis, IN.
Während des Experiments, mit den in 5 gezeigten Ergebnissen, wurden Messungen mit einem erfindungsgemäßen Instrument durchgeführt, mit einem Zuckerfilter als negativem Korrelationsfilter in einem Fenster des Detektors und einem Neutraldichtefilter (Dämpfungsfilter) in dem Anderen, wie zuvor beschrieben. Ein Zuckerfilter wurde durch Verwendung einer Wasserlösung hergestellt, der eines der Fenster des Detektors bedeckte.
5a ist eine Darstellung der Messungen, bei der hohle Dreiecke die Messungen des erfindungsgemäßen Instrumentes zeigen und schwarze Punkte die Messungen des Heimglukosemessegerätes zeigen, gegen die Zeit, während der das Experiment durchgeführt wurde, wobei die Zeit Null die Zeit der Zuckerannahme anzeigt.
In 5b ist eine Darstellung der Messungen eines erfindungsgemäßen Instrumentes gegen Messungen eines Heimglukosemessegerätes gezeigt. Punkte der Messungen des erfindungsgemäßen Instrumentes wurden über drei aufeinanderfolgende Messungen gemittelt, die bei einer Zeitdifferenz von nicht weniger als 30 Sekunden durchgeführt wurden. Der Korrelationskoeffizient für die Linearregression ist r = 0,94.
Der vor einem der Detektorfenster platzierte Filter aus Zucker war vom Standpunkt eines optimalen Absorptionsvermögens nicht auf irgendeine Art für eine beste Leistung optimiert. Es wurde lediglich Sorgfalt für die Kompensation der integralen Intensität getragen, die in das andere Detektorfenster eindringt, um das resultierende elektrische Signal zu optimieren.
In 6a ist eine Darstellung von mit dem erfindungsgemäßen Instrument mit einem Spektralbandfilter gemessenen Werten gezeigt (leere Dreiecke, Messungen jede Minute genommen); die schwarzen Punkte zeigen Messungen eines Heimblutglukosemessgeräts (Messungen alle 10 Minuten genommen) gegen die Zeit, in der das Experiment durchgeführt wurde, wobei die Zeit Null den Zeitpunkt der Einnahme des Zuckers anzeigt.
In 6b ist eine Darstellung von Messungen eines erfindungsgemäßen Instrumentes gegen Messungen eines Heimglukosemessegerätes gezeigt. Der Korrelationskoeffizient für die Linearregression ist r = 0,95.
Die Anzeigeeinrichtung des Instrumentes wird eine wichtige Rolle während der täglichen Bedienung einnehmen und die Konzentration von Blutglukose jeder Messung bei diabetischen Patienten anzeigen. Ein Computer kann ferner die Informationen speichern, damit Messungen der Patientenblutzuckeranteile festgehalten werden können.

Claims

Instrument zum Bestimmen der Konzentration eines Gewebe-Analyten des menschlichen Körpers mittels non-invasiver Messungen, umfassend: a. ein Mittel zum Erfassen von Emissions-Spektrallinien, die für den Körpergewebe-Analyten charakteristisch sind, in einem Infrarot-Spektralbereich, der natürlich als Wärmestrahlung ausgestrahlt wird, und zum Messen der spektralen Intensität der Emissions-Spektrallinien bei einer vorbestimmten Infrarot-Wellenlänge, wobei das Erfassungsmittel ein Analysemittel zum Auswählen signifikanter Wellenlängen des Gewebe-Analyten umfasst, das umfasst: – einen optischen Infrarot-Filtersatz (6) zum Filtern der Emissions-Spektrallinien, mit einem erster Filter, der die für den Körpergewebe-Analyten charakteristischen Emissions-Spektralwellenlängen zurückhält, und einen zweiten Neutraldichtefilter, und – Mittel zum Subtrahieren der Intensitäten der Strahlung, die den ersten und den zweiten Filter passiert hat, und b. ein Mittel zum Korrelieren der Differenz zwischen den Intensitäten der Strahlung der Emissions-Spektrallinien, die den ersten und den zweiten Filter passiert hat, mit der Konzentration des Gewebe-Analyten.
Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektormittel (7) ein Infrarot-Energiesensor ist, der ein elektronisches Ausgangssignal erzeugt.
Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter ein negativer Korrelationsfilter ist, der den Körpergewebe-Analyten umfasst.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Intensitätskorrelierungsmittel ein elektronisches Mittel (8) ist, das elektronische Verstärker, Signalkonditionierer und einen Mikrocomputer (9) zum Korrelieren eines Zustands des elektronischen Ausgangssignals des Detektormittels (7) mit der Konzentration des Gewebe-Analyten umfasst.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: a. ein Spekulum (3) zum Einführen in einen Ohrkanal, b. einen Infrarot-Wellenleiter (4) zum Empfangen von Infrarot-Strahlung von einem Trommelfell (1) und zum Ausleuchten von zumindest zwei Fenstern des Erfassungsmittels, c. zumindest zwei Messbereiche (11, 12), die von dem ersten bzw. dem zweiten Filter bedeckt sind, die mit Elektronik (8), einem Mikroprozessor (9) und einem Display-System (10) für das Erzeugen, Berechnen und Anzeigen eines elektrischen Signals des Detektors (7) verbunden sind, um einen Zahlenwert der Konzentration des Analyten anzuzeigen.
Instrument nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein optisches Ventil (5), ausgewählt aus der Gruppe eines Shutters oder Choppers.
Instrument nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spekulum (3) eine Kunststoffabdeckung (2) umfasst, die aus einem Material gefertigt ist, das für Strahlung in einem Infrarot-Spektralbereich durchlässig ist.
Instrument nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarot-Wellenleiter (4) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Spiegel, einem Reflektor, einer Linse, einem Hohlrohr und einer Faseroptik.
Instrument nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbereiche (11, 12) elektronisch so verbunden sind, dass ihre Ausgangsgrößen subtrahiert werden.
Instrument nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarot-Filtersatz (6) spezifisch für die Infrarot-Wärmesignatur von Glucose ist.