DK153657B - Anvendelse af en polarimetrisk fremgangsmaade til kvantitativ bestemmelse af blodglukose - Google Patents

Description

DK 153657 B

i

Opfindelsen angår anvendelsen af en polarime-trisk fremgangsmåde til kvantitativ bestemmelse af blodsukkerindholdet in vivo eller in vitro i overensstemmelse med krav 1.

5 Ved opfindelsens anvendelse kan undersøgel sen ske ikke-incisivt in vivo, d.v.s. direkte på en ledende mekanisme uden at der fremkommer noget sår, eller in vitro.

Det er kendt at bestemme glukosekoncentra-10 tionen, sædvanligvis i serum, enten enzymatisk'" eller ved visuel kolorimetri, titrimetri eller fotometri.

Eksempler herpå er pikrinsyre-,glukoseoxidase-, peroxidase- og hexokinasemetoderne. Fra f. eks. de offentliggjorte DE patentansøgninger nr. 2 200 119 og 15 2 326 265 er det kendt i en levende organisme at im plantere en brændselscelle, som udgør en signalgiver, der ved hjælp af elektriske signaler afgiver information om nogle karakteristiske måleværdier så som pH-værdien, glukosekoncentrationen m.m. Det er også foreslået at 20 måle blodglukosekoncentrationen ved lysabsorptionsmåling ved en vis bestemt lysbølgelængde på f. eks. 975 nm i henhold til US patentskrift nr. 3 958 560 og 980 nm i henhold til en artikel af N. Kaiser i Optics Communication 11, nr. 2 fra 1974. Til sådanne, målinger er der 25 dog knyttet principielle vanskeligheder, da de pågældende molekyler har en næsten uoverskuelig mangfoldighed af absorptionsbånd, som måleteknisk kun meget vanskeligt kan skilles fra hinanden.

Den sædvanlige glukosebestemmelse, f. eks.

30 blodglukosebestemmelse, forudsætter almindeligvis at der må tages en blodprøve incisivt indgreb i en levende organisme, hvilket indebærer højere materialeforbrug og højere omkostninger samt en vis infektionsfare, f. eks. for hepatitis (virusgulsot). Der er derfor for tiden et 35 stigende ønske om at kunne skabe en ikke-incisiv analysefremgangsmåde og tilsvarende apparater, som kan anvendes af især praktiserende læger og i klinikker samt i I * 2

DK 153657B

visse tilfælde,endog indenfor det private område, f.eks. ---til blodsukkerbestemmelse for diabetikere. Også indenfor farmakologien, biokemien og den almene kemiske analyseteknik foreligger der tilsvarende behov.

5 Opfindelsen ifølge hovedkravet gør det muligt med stor følsomhed, kvantitativt at bestemme blodsukkeret ikke-incisivt in vivo eller uafhængigt heraf in vitro. De kendte fremgangsmåders ulemper undgås, og blodsukkerniveauet kan endog bestemmes ved direkte trans-10 kutan måling.

Opfindelsen bygger på polarimetriens principper. Foruden analyse in vitro er det f. eks. muligt at bestemme blodsukkerindholdet i den menneskelige eller dyriske organisme på et·strålingsgenhemtrængeligt sted, 15 f. eks. ved øreflippen eller en hudfold, og der fås pålidelige måleværdier endog ved meget små analyserumfang. Ved måling ifølge opfindelsen kan måleapparatet være udført til måling in vitro med små krav med hensyn til rumlige dimensioner, hvorved endog kvantitativ 20 analyse af et optisk virksomt stof i en uafhængig prøve bliver mulig med stor nøjagtighed.

Opfindelsen går ud på at måle drejningen af en lineært polariseret stråling ved dennes passage gennem et optisk aktivt emne. Drejningsvinkelmålingen skal 25 ske med stor nøjagtighed på 10“^ til 10”^ grader. Hvis analyseområdet omfatter gennemstrålet hud og nær målestedet beliggende vævsdele, virker disse depolariseren-de, men denne effekt kan i høj grad kompenseres ved hjælp af optiske foranstaltninger såsom anvendelse af 30 et transparent lag, der virker som en λ/4-plade.

Ved blodsukkerbestemmelse bevirker dog andre optisk aktive emner i blodet ligeledes en drejning af polarisationsplanet, hvorfor polarisationsbestemmelsen i det enkleste tilfælde alene giver relative målevær-35 dier. Dette kan dog i henhold til opfindelsen undgås ved at adskille den af glukosen forårsagede drejning fra 3 i

DK 153657 B

drejningen hidrørende fra andre stoffer, hvilket er muligt eftersom de to stofgruppers virkninger har helt forskellige forløb med tiden. En ændring af blodsukkerindholdet sker med en højeste frekvens på ca. 8 mHz me-5 dens f. eks. de optisk aktive blodfedtstoffer såsom kolesterin, lipider osv, ændrer drejningsvinkelmiddelværdien med en højeste frekvens på ca. 0,01 mHz. Ved de frembragte signalers behandling kan man derfor adskille de to drejningsvinkler ved hjælp af denne frekvens-10 forskel. Heri ligger udgangspunktet for den foreliggende opfindelse.

En måling af den absolutte værdi af glukoseindholdet kan ske ved at signalet differentieres, at de lave frekvenser fjernes og at signalet derefter integre-15 res. Det til fjernelse af de lave frekvenser anvendte højpasfilters amplitude- og faseegenskaber kan vælges således, at der alene fås det af glukose forårsagede vinkeldrejningsfrekvensbånd og at dette fås i sin helhed.

I et apparat til anvendelse ved fremgangs-20 måden kan den polarimetriske del være adskilt fra den strømforsynende og signalbehandlende del, hvilket er meget ønskværdigt ved målinger in vivo. Ved apparater, der alene skal anvendes til måling in vitro,behøves dog ikke denne foranstaltning.

25 Indikering af koncentrationen af det pågæl dende optisk aktive stof, f. eks. blodsukkeret, kan enten ske i apparatets måledel (strømforsynende del) eller adskilt derfra f. eks. ved digital indikering på samme måde som i et elektrisk armbåndsur. Stigende eller 30 faldende blodsukkerindhold kan indikeres f, eks. ved gentaget betjening af en tangent (trykknap) eller ved hjælp af et optisk signal. Den øvre og den nedre signaltærskelværdi og dermed en koncentrationstærskel kan være indstillelig og et akustisk og/eller optisk advarsels-35 signal kan automatisk udløses, hvis et af niveauerne overskrides.

DK 153657B

4

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning, hvor fig. 1 viser et principdiagram for en polarisationsindretning af kendt type, 5 fig. 2 et polarimeter, fig. 3 et apparat til brug i forbindelse med opfindelsen, fig. 4 et diagram til forklaring af måleprin-

C

cippet ifølge opfindelsen til måling af glukosekoncen-10 trationens absolutværdi, fig. 5 den ydre mekaniske udformning af et apparat til en sådan måling og fig 6 et ved anvendelse af opfindelsen fremstillet diagram over måleresulteterne ved en vis meto-15 de til måling in vitro.

Fig 1 viser en lyskilde 1 for linæert polariseret lys og denne lyskilde kan være en laser, en lysdiode eller en med polarisator forsynet sædvanlig lyskilde, som afgiver lys af en vis bølgelængde. Dette 20 lys passerer gennem en prøve 3, en λ/4-plade 4, en analysator 6 og en detektor 7 i form af en fotomultiplikator, fotodiode, fototransistor eller et lignende element. Denne detektor omformer lyset til et af lysintensiteten afhængigt elektrisk signal, som forstærkes 25 af en forstærker 9 og indikeres og/eller optegnes af en indikerende eller registrerende indretning 10.

Fig. 2 viser et polarimeter, hvis følsomhed er uafhængigt af den absolutte lysintensitet. Efter at lyset er passeret gennem prøven 3 og pladen 4 rammer 30 det en stråledeler 5, som afgrener en referancestråle og afgiver denne til en detektor 7X, der omdanner re-ferancestrålen til et elektrisk signal. Dette signal tilføres den ene indgang til en forskelsforstærker eller en anden forskelsdannende (sammenlignende) indretning 8.

35 Det af den anden detektor 7 afgivne signal tilføres den anden indgang til forstærkeren 8. En efterfølgende forstærker 9 afgiver da et forstærket forskelssignal, der

DK 153657B

5 indikeres og/eller registreres af indretningen 10.

Hele apparatets følsomhed kan yderligere forbedres og forøges ved at indrettes som vist i fig. 3.

Det af lyskilden 1 udsendte polariserede lys moduleres 5 af en lysmodulator 2, hvorved der kan frembringes frekvens-, fase- eller amplitudemodulering ved hjælp af en generator 11. Derefter behandles signalerne på samme måde som i fig. 2, men i det foreliggende tilfælde kan forstærkerne 8 og 9 være vekselstrømsforstærkere.

10 Forstærkeren 9 kan være en selektiv eller såkaldt låst forstærker med frekvens-, fase-eller amplitudemodu-lator, f. eks. en synkronforstærker, afhængigt af den i modulatoren 2 anvendte modulationsform. Herved kan sig-nal/støj- forholdet forøges med mindst én størrelsesor-15 den.

Af fig. 4 fremgår, hvorledes den absolutte værdi af et glukoseniveau kan måles i henhold til opfindelsen. Frem til forstærkeren 9's udgang er forløbet det samme som i fig. 3, men derefter følger et differen-20 tierende trin 12 et højpasfilter 13, en integrator 14 og en yderligere forstærker 15, hvis udgangssignal indikeres og/eller registreres af indretningen 10.

Fig. 5 viser, hvorledes et apparat ifølge fig. 4 kan være udført med hensyn til ydre form og op-25 deling. En måledel 16 indeholder en miniaturiseret optisk (polarimetrisk) del 17, som kan fastgøres f. eks. til øreflippen. En apparatdel 18 indeholder den elektriske måledel og en signalbehandlende del og kan f. eks. anbringes i en lomme ved anvendelse af det viste apparat.

30 Måleresultatet indikeres digitalt af apparatdelen 10, som f. eks. kan anbringes på håndleddet på samme måde som et armbåndsur eller på et andet passende sted. Selve den indikerende del (cifferfeltet) kan eventuelt indgå i et smykke såsom et armbånd eller en fingerring.

35 Fig. 6 viser resultatet af en måling in vitro ved hjælp af apparatet ifølge fig. 3, hvor delen 3 er

Claims (3)

1. Anvendelse af en polarimetrisk fremgangsmåde til kvantitativ in vivo- eller in vitro-bestemmelse 20 af glukosekoncentrationer i blod, hvorved lineært polariseret lys sendes gennem en prøve (3), hvorefter det lys, som har passeret prøven, opdeles (med 5) i to delstråler og intensiteten af den ene delstråle måles direkte og af den anden delstråle efter passage gennem en 25 analysator (6), hvilke målinger udføres elektrisk og et forskelssignal dannes på grundlag af de målte delintensiteter, kendetegnet ved^t signalet dif-fentieres, at de lave frekvenser fjernes, og at signalet derefter integreres, hvorved det integrerede signal er 30 proportionalt med glukosekoncentrationen.

2. Anvendelse ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der benyttes et apparat, hvori lyskilden er en laserdiode og detektorerne er fototransistorer.

3. Anvendelse ifølge krav 1 eller 2, k e n-35 detegnet ved, at der benyttes et apparat, som desuden er indrettet til at afgive et optisk eller akustisk signal, når der foreligger en bestemt glukosekoncentration.