专利名称：用于生物活性和/或生物可激活物质的检查和评估的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于通过使用红外、可见光或紫外光，对生物活性和/或生物可激活物质，尤其是人或动物体组织，进行光学检查和评估的设备和方法，其中对被检查的物质进行光学刺激，使得该物质发光(荧光分析)，或改变所使用的光的波长(拉曼分析)。
背景技术：
人(或动物)的代谢是所有生命维持生物化学和生物物理过程的总和。代谢因人而异，并且随着生命期而改变，另外它还取决于许多其他因素，诸如身体和精神压力或疾病。通过利用代谢分析，可以实现对人类有机体的当前健康状况的全面了解。迄今为止，代谢分析仅使用不同的单个检查方法的结论，这些方法是昂贵和费时的。具体地，这些方法是器官活性、免疫系统、内分泌系统、脂代谢、矿物质代谢的实验室分析。
迄今为止，代谢分析仍然需要采集并分析血样，将血样送到分析实验室进行分析。除了费用之外，还有其他的缺点。由于运输和长的分析持续时间，血样可以发生变异(例如，氧化反应、凝固反应)，这会影响检查的结果。另外，对于患者来说采集血样很不方便，并且某些时候，甚至带有危险。另外，用于光学检查生物组织样本的荧光属性的各种光谱仪设备在现有技术中是已知的。各物种的生物物质的蛋白质具有固有的荧光性，例如，卟啉、芳族氨基酸，诸如色氨酸、酪氨酸、苯基丙氨酸等。一个不利之处在于生物组织样本必须被从测试对象上取出，然后在进行光学检查之前，必须被放置在样本载体或球管内。现有技术的检查方法发生在实验室内，并且不适合于在工作或休养环境中的各个场合下对测试人员的立刻和快速的检查。另外，这些方法需要在身体的各个部分上进行的介入操作。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于光学检查，并且具体地用于生物活性和/或生物可激活物质(具体地，人或动物体组织)、尤其是关于细胞代谢物质的评估的设备和方法；所述设备和方法便于在工作和休养环境中的各种场合下对测试对象进行简单(即，由测试对象自己进行)、即时、和快速的检查，然而，不仅仅是检查，所述设备和方法确保或至少提供对属于被检查物质的有机体的医学上可靠且和可再现的全面评估。
通过权利要求1所述的设备和权利要求12所述的方法解决这个目的。
根据本发明的设备的特征在于电驱动的光源；光波导，光源发出的光通过该光波导可被作为辐射传输到被检查的物质；专用于被检查物体的光学或光电传感器设备，用于接收由生物活性和/或生物可激活物质发出或改变的光；专用于该传感器设备的光学或光电频谱仪设备，借助于该频谱仪设备，对由该物质发出或改变的光的不少于一个频率处的光强进行测量，或对其频移进行测量，将相应的测量信号传递给分配给该频谱仪设备的分析电路；以及描述测量表面的设备，其形状和大小适合于被检查的生物活性和/或生物可激活物质。
根据本发明的原理，该生物活性和/或生物可激活物质是生物组织，即，人、植物或动物源的组织。基本上，可以设想对不必是有生命物质的其他物质的应用，例如，用于测量土壤物质或腐殖质或者例如培养液、糖溶液等的“生物可激活”类的其他物质中的与生物相关的因素。
本发明允许生物活性和/或生物可激活物质，具体地是测试对象的组织物质的非介入光学检查；不需要取出组织样本，或不需要将测量探针等插入或钳入组织样本。由于光波导和传感器设备的发光段形成一个结构实体，该结构实体的上表面或外表面上包括有测量表面，该测量表面的形状和大小与将被检查的人或动物的生物组织匹配，所以通过与皮肤接触或不接触地将该测量表面置于测试对象的皮肤表面上的适合位置，并且通过在测量处理期间(典型地为几秒钟)将其保持在原地，可以容易地完成对该物质的光学检查。本发明允许在工作或休养环境中的各个场合下对被测人员进行立刻和快速的检查，检查是通过被测人员来执行。
根据本发明的设备允许进行检查，并且特别地，在几秒钟内对生物组织进行即时的后续评估，从而基于这种非介入代谢分析，可以确保关于当前整体健康状态的各种信息的即时呈递。该装置的各种方法提供了对测试对象的当前整体健康状态的说明，这可以给医师提供关于患者的与医学有关的因素的重要和必要的细节。
根据本发明的设备测量由辐射，特别是由短波UV照射或由近距离UV照射激活的身体的内源性组织间隙代谢物质的自体荧光。根据本发明的设备的优点，除了不流血、非介入分析方法之外，主要是仅仅几秒的持续检查和分析，因此可以提供对代谢调节的经济实惠的监测而不影响患者。细胞、组织和物质的自体或原有荧光基于内源性荧光团的激发。重要的内源性荧光团例如是色氨酸、辅酶NADH、NADPH和核黄素，以及包含锌的卟啉和无金属卟啉。在医学中，这种现象可被用于诊断，例如，皮肤和中空器官黏膜中的恶性细胞突变的早期诊断。对融解在间质中的代谢物质的测量是医学相关和十分重要的。术语“间质”指细胞之间填充液体的空间，其被填充以结缔组织、神经和血管，并且与细胞、血管和淋巴系统稳定接触。在间质中，发生营养物到细胞的传输和来自细胞的代谢物传输，以及细胞之间的分子信号(cue)的传输。细胞代谢或受扰细胞功能的改变以特定方式影响间质液体的组成。因此，间质最适合用于测量由物理或精神压力引起的代谢临时改变和由器官病变或疾病引起的代谢紊乱。
以特定的方式组合由根据本发明的设备检测到的测量的自体荧光值，并且它们提供关于已有的代谢紊乱、压力的影响、或其他调节失衡的信息；从而可以给出测试对象当前的健康状态的描绘。确定的参数允许关于当前的健康状态的下述结论代谢速度调节、过酸保护、免疫防御、结缔组织状况、炎症过程调节、氧化应激保护、心理承受力、过敏激活、感染过程保护、细胞赘生物过程、细胞退化、以及当前微营养需要。本发明最终允许以比较直接的方式做出关于一般代谢活动、它的规律和炎症影响、过敏反应、病毒和/或细菌感染的可再现的医学上可靠的评述。另外，采用本发明，开启了光诱导自体荧光应用的另一个领域。
下面，将描述可由该设备/方法获得的结论。过酸保护在代谢强烈发生处，并且当在代谢过程中产生的酸不能被充分分解时出现酸。整个代谢朝着产生酸的方向发展，所有中间代谢产物都是酸，必须以不同方式分别缓合这些酸。所谓的过酸尤其是发生在肠中(在代谢中)。酸过度，伴随着pH水平的偏移，主要引起对酶活性的干扰，这又导致代谢紊乱，导致最严重的炎症，导致弱免疫系统和疾病。趋于“红区”的值通常指示过酸危险，这可以导致例如持续炎症、差劲的皮肤外观、腹泻、顽固性便秘、乃至自体免疫疾病。免疫防御这个参数揭示有机体产生抵抗抗原的抗体的强度。测量值在“红区”中越高，免疫系统过劳的危险越大，即，有机体不再能够自身防御，从而可能产生各种疾病。代谢速度调节这个参数揭示有机体的代谢能力如何，有机体汲取营养的能力如何，和有机体保持自身功能的能力如何(生长、体温调节、再生、免疫反应等)。本发明测量的值在“红区”中越高，能力局限(所有身体和免疫功能的各种局限)的可能性越大。结缔组织状况结缔组织是将我们的身体保持在一起的一切，即，胶原质和弹性纤维、韧带、腱和皮下组织纤维。相应值在“红区”中越高，将肌肉紧张和肌肉的正常反应所需的弹性和胶质部分维持在某个百分比的紊乱的风险越大。这可以导致组织松弛、灵活性损伤(关节功能)、甚至导致例如关节病、关节炎等的疾病。炎症过程调节炎症过程是生命中持续发生的一部分；这些过程必须发生，由于它们属于代谢、免疫系统和酶功能的正常调节(除了慢性过程之外)。相应值在“红区”中越高，扰乱生命功能的慢性炎症的可能性越大。氧化应激保护氧化保护覆盖能够减小氧化应激(自由基)的所有物质，它们是所谓的抗氧化剂。有机体的存在依赖氧，它允许从营养物中获取能量以便维持所有身体功能。在另一方面，氧还具有有害的作用，由于在代谢过程中，可能形成具有高度攻击性和破坏性的氧核素(所谓的基)。通常，健康有机体可以应付这种压力，但是在某些情况下这种压力可以增加，这些情况是诸如具有物理和心理压力而服用刺激物和药物的不健康的生活方式以及健康临界生活状态、有毒环境的影响、变化的饮食习惯等。这导致过度自由基，而没有足够的保护，因此产生氧化应激。同时，已经发现所有疾病中的70％是由氧化应激引起的。因此，持久的保护，或者说，抗氧化物的充足提供是各种有机体存在的主要需求。相应的值在“红区”中越高，氧化应激的风险越高，这是由于不存在抗氧化物的充足提供。心理承受力这是思考的能力，将思想转变为意志的能力，并且控制该意志以该意志指引身体的能力。过敏激活健康情况中的过敏激活是免疫系统对抗在身体内产生或被导入身体的所有外来物质的战斗。与炎症类似，过敏是身体中的必要持续过程。然而，如果发生过度反应，则产生公知的过敏症状。测量值在“红区”中越高，免疫系统的过度反应越大；换言之过度反应衰退越快，免疫调节工作越好。感染过程保护这不意味着对感染的保护力度，由于如同炎症和过敏反应，必须持久地发生感染以便保持生命力。感染症状持续时间越短，保护越高，即，越早滋生，从而身体不必由于感染而高度紧张。测量值越差，感染过程发展为严重感染的风险越高。细胞赘生物过程这包含许多生理学和病理学过程，因此根据本发明的方法仅提供这些不好的值是指示恶性赘生物还是仅是再生过程范围内的增加的细胞繁殖的粗略倾向。重要的是观察到赘生物总是与细胞退化相联系。如果赘生物和细胞退化之间的平衡被打乱，医师必须检查其原因。细胞退化该参数仅给出粗略的倾向，它指示是否以高的速度发生细胞退化。如上所述，重要的是观察到赘生物总是与细胞退化相联系。综合情况这是组合了诸如免疫防御、代谢速度调节、氧化应激等因素以及睡眠恢复等的概述。训练状况有机体承受由基团引起的紧张的能力。值在“红区”中越大，有机体对基团的抵御越少，这又意味着较小的承受力。
根据本发明的设备以下面的方式工作将人或动物体部分置于传感器设备上，以由光源发出的光脉冲刺激组织液中具有荧光发光属性的各种物质；作为反应，这些物质开始发出某个波长的荧光，对这种荧光进行计算机辅助分析，并且彼此相关地计算这些被分析参数的荧光值。从生物活性和/或生物可激活物质的光学检查或分析中，可以计算不同的特定代谢参数，这些特定代谢参数包括细胞分裂活性和/或代谢活性和/或生物合成活性和/或免疫系统的调节和/或炎症过程的调节和/或代谢速度调节和/或细胞分裂活性的能耗和/或正常的和不正常的赘生物和/或炎症的正常赘生物和/或健康风险参数和/或活性赘生物的危险参数和/或综合代谢特性和/或氧化还原当量和/或心理稳定性参数。
根据本发明的原理，光波导和传感器设备的至少一部分可被置于壳体内，所述壳体在其上部上或之内包括有接触区域，该接触区域包括测量表面，或至少部分地与测量表面相关，被检查物质体的一部分(特别地，手、前臂、腿或脚)被放置在所述接触区域上，给壳体的上部上或之内的接触区域提供对准设备，用于将测试对象的主体部分和接触区域对准。
在本发明的优先实施例中，该光波导可以具有发光段，它被与传感器设备一起形成结构实体，所述实体在其上表面或外表面上包括测量表面。由此，对准设备可以具有在壳体的上部上或之内的凹部或凸部，所述对准设备的宽度近似为中指的宽度。
根据本发明的原理，在测试对象的手、手臂、脚、腿、脸或颈部和上肩部皮肤的不着衣物的或易于不被覆盖的主体部分执行光学检查。根据本发明，测量表面具有符合这个主体部分的轮廓线(例如，稍微握紧的手)的大致凸起形状。优选地，光源、光波导、传感器设备和光谱仪被置于壳体内，所述壳体包括壳体上部上或之内的接触区域，该接触区域包括测量表面，或至少部分地与测量表面相关，被检查物质主体的一部分(尤其是，手、前臂、腿或脚)被放置在所述接触区域上，给壳体的上部上或之内的接触区域提供对准设备，用于将测试对象的主体部分与接触区域对准。
在本发明的另一个优选实施例中，测量表面以近似符合握紧的手的轮廓线的形状强烈地凸起弯曲。在这种情况下，测量表面可被设计为手柄或方向盘、或操纵杆、或控制杆表面的一部分，或被设计为其他陆、水、空或空间交通工具的导向或控制设备。该实施例特别地具有这样的优点，即，在交通工具的驾驶员例如负有警惕和精神集中的特殊责任的长途卡车司机、船只驾驶员或导航员工作期间，对他进行医学和生物学检查，以便在失调的情况下(例如，交通工具驾驶员疲劳)采取适当的措施。采用本发明，可以实现防止驾驶员睡着的安全设备，从而防止此类事故。
在本发明的另一个优选实施例中，在测量表面上或在测量表面邻近放置图像显示设备，在其上显示测量结果以及用于控制根据本发明的设备的菜单驱动软件程序。
根据本发明的光谱仪设备可以包括光栅光谱仪或傅立叶变换光谱仪或滤波光谱仪。光栅光谱仪利用用于散射的光栅上的光线的衍射。通过使用旋转光栅或通过使用静态光栅完成对光谱的采样，通过使用旋转光栅，以单通道检测器时间偏移地对不同波长采样，而通过使用静态光栅，以多通道检测器完成所希望的波长范围的光谱的采样。傅立叶变换光谱仪的特征在于改变干涉仪滤波器，这种改变被记录为所谓的干涉图。通过所希望的波矢量区域内的干涉图的傅立叶变换获得所希望的光谱。滤波光谱仪基于选择单个波长的滤波屏。一般地，滤波光谱仪具有下面的两个缺点首先，仅能使用非常先进的涂覆技术实现良好的滤波屏的产生。其次，被分析的光与滤波屏相交，这产生了光损失，并且仅能获得差的信号噪声比。由于相对简单的构造和非常好的波长分辨率，光栅光谱仪是用于根据本发明的实施例的首选。
当在另一个实施例中，配备给传感器设备的光学或光电光谱仪设备具有半导体传感器装置时，可以实现根据本发明的设备的小型化，该半导体传感器装置至少包括具有相应于被测量的频率或频移的带隙的雪崩光电二极管。在这种情况中，该半导体传感器装置可以具有关于测量频率可调和/或可变的频率带。
根据本发明的方法包括下面的步骤 -以光源发出的光照射被检查物质，所述光被通过光波导传输到物质， -使用专用于被检查的物质的光学或光电传感器，接收由生物活性和/或生物可激活物质发出或修改的光， -通过使用专用于该传感器设备的光学或光电光谱仪设备，测量由该物质发出或修改的光的不少于一个频率的光强或其频移，和 -将相应的测量信号传递给分析电路。
由此，该生物活性和/或生物可激活物质是生物组织，即，人、植物或动物源的组织。
根据根据本发明的方法的原理，旨在通过将生物活性和/或生物可激活物质应用于传感器设备上，由光源发出的光脉冲激活该物质的不同荧光发光成分n，m(n，m＝a，b，c，d，...)，于是这些成分(a，b，c，d，...)开始发出某个波长和某个强度的光信号，对这些光信号进行测量。
由此，根据光信号的测量强度(Ia，Ib，Ic，Id)，应用下式计算多个(事实上至少3或4个，特别地，至少5或6个)不同的代谢参数Sn(n＝a，b，c，d，...) Sn＝F(In，λn)×G(Im，λm) F和G是强度和波长的两个不同的数学函数，n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m，并且该相互关系，函数F和G的数学关联“×”的最基本形式为下面形式的乘积或和 Sn＝∏[F(In，λn)·G(Im，λm)]或 Sn＝∑[F(In，λn)·G(Im，λm)]， 其中，n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m或n＝m。
具有各自的测量发射波长(λn，λm)和它们的测量强度(In，Im)的成分n，m具体地表现为下面的生物化学物质 a＝ATP(三磷酸腺苷)，和/或 b＝GTP(鸟苷三磷酸)，和/或 c＝FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)，和/或 d＝NADH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)，和/或 e＝NADP(烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸)，和/或 f＝犬尿酸，和/或 g＝乳清酸，和/或 h＝血栓素，和/或 i＝色氨酸。
测量成分n，m＝a，b，c，d，...的波长范围(λn，λm)从287到800nm，优选地，从340到600nm的荧光强度(In，Im)。
当荧光强度(In，Im)的测量发生在确定的时间(tn，tm)和/或以确定的时间间隔(Δtn，Δtm)发生时，这些级数测量可以揭示不同控制和调节过程，其中应用下式n≠m，tn≠tm，Δtn≠Δtm。
如果在测量的确定的时间(tn，tm)，在患者上施加心理或身体压力，并且在应用压力之前和之后对荧光强度(In，Im)进行若干次测量，可以确定代谢规律。
根据生物活性和/或生物可激活物质的光学检查或评估，并且根据对代谢参数Sn(其中，n＝a，b，c，d，...)的测量，计算各种不同特定状态变量Zn，并且将其图示为代谢参数Sn的数学函数，这些特定的状态变量Zn包括以下内容 α＝细胞分裂活性，和/或 β＝代谢活性，和/或 γ＝生物合成活性，和/或 δ＝免疫系统调节，和/或 ε＝炎症，和/或 ζ＝代谢速度，和/或 η＝细胞分裂活性的能量消耗，和/或 θ＝规则和不规则赘生物，和/或 ξ＝发炎性规则赘生物，和/或 ρ＝健康威胁风险参数，和/或 σ＝激活的赘生物，和/或
＝综合代谢特性，和/或 χ＝氧化还原当量，和/或 ψ＝精神稳定性参数 根据本发明的方法可具体地用于人和动物代谢的控制和调节过程的非介入检查，和/或用于疾病诊断以及用于预防性的检查，和/或用于承受高身体和心理压力职业团体和运动员的日常检查，和/或用于治疗控制，和/或用于透析和分离性输血治疗过程，以及用于确定对抗氧化剂的需求。
在根据本发明的方法的优选实施例中，特别地，针对具有预定发射波长的代谢相关物质，优选地针对ATP、GTP、FAD、NADH、NADP、犬尿酸、乳清酸、血栓素和色氨酸，测量波长范围从大约287nm到大约800nm、优选地从340nm到600nm的荧光强度。
优选地，通过在细胞和细胞间区域上应用具有287nm到340nm，优选地340nm激励波长的光，将表现出自体荧光的生物活性成分激活并发光。
在后面的权利要求中列举了本发明的优选实施例。
在参考附图对实施例进行的下列描述中，揭示了其他优点和功效。它示出 图1是第一个实施例中的根据本发明的设备的示意图； 图2是第一个实施例的等轴测图； 图3是第一个实施例的截面图； 图4是第一个实施例的整体图； 图5是放置了手的第一个实施例的整体图； 图6是第二个实施例的整体图； 图7是具有发光段的光波导的示意截面图； 图8是用于解释根据本发明的测量方法的人类皮肤表面的示意截面图； 图9是第三实施例的整体图； 图10是放置了手的第三实施例的整体图；和 图11是以根据本发明的方法建立的特定状态变量Zn的示意屏幕示图。
具体实施例方式 在这些图中，示出了本发明的实施例，以类似的附图编号标记类似的部件。
这些图示出了用于通过使用红外、可见或紫外光而对生物活性和/或可物质2进行光学检查或评估的设备1，其中光学地激励被检查和评估的物质2，从而物质2发光(特别地，荧光分析)，或修改所使用的光的波长(特别地，拉曼分析)。
设备1包括电驱动光源3；光波导4，通过该光波导4，由光源3发出的光可被作为辐射传输到被检查的物质2；专用于被检查的物质2的光学或光电传感器设备5，用以接收由生物活性和/或生物可激活物质发出或修改的光；专用于传感器设备5的光学或光电频谱仪设备6，借助于该光学或光电频谱仪设备6，测量由物质2发出或修改并且通过光波导体15耦合出的光的不少于一个频率的光强，或测量其频移，将相应的测量信号通过USB链路7传递到外部计算机的分析电路(未示出)。根据本发明，光波导4的发光段8和传感器设备5一起形成结构实体9；所述实体9包括位于其上表面或外表面10上的测量表面11，所述测量表面11符合被检查的人或动物的生物组织2的形状和大小。
在图1到5所示的第一实施例中，测量表面11具有近似符合稍微握紧的手2的轮廓线的大致凸起的形状。此处，光源3、光波导4、传感器设备5和频谱仪设备6被置于壳体12内，所述壳体包括在其上部上或之内的接触区域13，接触区域13包括测量表面11，或至少部分地与测量表面11有关，将要被检查2的人或动物组织(特别是，手)放置在所述接触区域13上，给壳体的上部上或之内的接触区域13配备对准设备14，用于将测试对象的主体部分和接触区域13对准。在示出的实施例中，对准设备14具有在壳体的上部上或之内的凹部，所述对准设备14的宽度近似为中指的宽度。
在如图6所示的第二实施例中，测量表面11以近似符合握紧的手的轮廓线的形状强烈地凸起弯曲。在这个实施例中，测量表面11可被设计为汽车方向盘16、或操纵杆或控制杆表面的一部分，或被设计为其他陆、水、空或空间交通工具的导向或控制设备。根据本发明汽车方向盘16作为设备1的壳体12。
在如图9到10所示的第三实施例中，测量表面11的形状近似为稍微握紧的手的轮廓线。在壳体12的上部上或之内，建立包括测量表面11、或至少部分地与测量表面11有关的接触区域13，将要被检查2的人或动物组织(特别是，手)放置在所述接触区域13上，给壳体的上部上或之内的接触区域13配备对准设备14，用于将测试对象的主体部分和接触区域13对准。另外，导圆壳体的边14a，并且它们用作手2的引导。在图9和10所示的第三个实施例中，与图1至3相比，壳体12具有较小的尺寸；在这个实施例中，可将光源3和频谱仪设备6放置在单独的部分，通过光波导4将放置在该部分的光学和光电组件连接到放置在壳体12内的传感器设备5。在这些实施例中，图像显示设备17被置于测量表面11上或与其相邻；这种显示设备例如是集成在壳体12内的微型屏幕17。功能键18紧邻图像显示设备17放置，以便控制显示在屏幕上的测量方法。
图8示意地示出了用于解释根据本发明的分析方法的皮肤的解剖图。人(或动物)的皮肤例如由三个互相连接的不同层组成，其中外层20被称为表皮，中间层21被称为真皮，并且下层22被称为皮下组织。表皮是皮肤的外层，它不具有血管，并且被分为多个子层。外部子层是“角质层”，光导被放置在其上。在这个层20a上，大约5％到7％的流化光被重新发射。表皮20之下是真皮21。真皮21使得皮肤具有拉伸力和可变形性。下一层是皮下组织22，它松散地连接到之下的肌肉纤维。皮下组织由连接组织组成，并且尤其是作为脂肪贮存器。在表皮20和真皮21之间，小动脉和微静脉的网络确保皮肤细胞的补给。进入的光23散射在各层的细胞结构上，并且被皮肤色素、胆红素、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白吸收。因此，皮肤组织由不同类型细胞组成，并且由以小静脉和微动脉(小动脉)连接的微细无肌肉血管(毛细管)激励(nerve)。毛细血管使得能够在血液和组织之间进行代谢物交换(例如，电解液、O2、CO2)。动脉、静脉和毛细管构成身体的传输系统，传输系统给器官和组织提供氧和其他营养物，并且便于脱氧血液和代谢产物的流出。根据本发明的方法基于内源组织间隙代谢物质24的被辐射23(特别是被短波UV辐射，或由近距离UV辐射)激发的自体荧光的测量。由于这种细胞、物质和组织的自体或原荧光，激活的内源荧光团重新发射具有不同波长的特定光束25，根据本发明由传感器设备检测该特定光束25。
以由光源发出的光脉冲23激发物质2的不同荧光发光成分n，m(n，m＝a，b，c，d，...)，在这些成分(a，b，c，d，...)开始发出某个波长和某个强度的光信号时，测量这些光信号。从而，根据该光信号的测量强度(Ia，Ib，Ic，Id)，应用下式计算多个(事实上至少3或4个，特别地，至少5或6个)不同的代谢参数Sn(n＝a，b，c，d，...)Sn＝F(In，λn)×G(Im，λm)，其中F和G是关于强度和波长的两个不同的数学函数，n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m，并且该相互关系即函数F和G的数学关联“×”的最基本形式为下面形式的乘积或和 Sn＝∏[F(In，λn)·G(Im，λm)]或 Sn＝∑[F(In，λn)·G(Im，λm)]，其中 n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m或n＝m。
具有各自的测量发射波长(λn，λm)和其测量强度(In，Im)的成分n，m具体地表现为下面的生物化学物质a＝ATP(三磷酸腺苷)，b＝GTP(鸟苷三磷酸)，c＝FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)，d＝NADH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)，e＝NADP(烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸)，f＝犬尿酸，g＝乳清酸，h＝血栓素，i＝色氨酸。
根据生物活性和/或生物可激活物质的光学检查或评估，并且根据对代谢参数Sn(n＝a，b，c，d，...)的测量，计算各种不同特定状态变量Zn，并且将其图示为代谢参数Sn的数学函数，这些特定的状态变量Zn包括以下内容(见图11) α＝细胞分裂活性告知是否发生了规则或不规则赘生物活性，并且特别是关于细胞赘生物的活性程度(正常的或失调的)。
β＝代谢活性告知代谢调节的状态，即，关于食物和营养物的利用的组成和降解。在失调情况下，可能发生发酵，或糖原异生主要基于蛋白质水解。各种代谢产物的积累可以危及整个有机体，并且导致各种疾病。
γ＝生物合成活性包括生命中运行的所有合成过程，即，具有恒定的细胞变异和产生的合成代谢。降低的活性导致关于身体物质的维持的失调，例如，伤口愈合，免疫反应等。这意味着身体结构更新的所有必需过程。
δ＝免疫系统调节告知免疫防御抵御各种病原体的效力如何。
ε＝炎症衡量身体内是否发生了炎症过程。
ζ＝代谢速度衡量例如为了生长、热平衡、器官活性等，从营养物取得的能量被利用、消耗、转化得如何。这个因子告知身体从营养物产生化学储备能并且使得这种能量可用的能力如何。
η＝细胞分裂活性的能量消耗；是细胞再生/细胞更新所需的代谢的一部分。如果这个值在“红区”内，意味着增加的细胞分裂，实际上这些细胞应当再生。
θ＝规则和不规则赘生物表示，与上述值类似，细胞退化和细胞产生之间的关系，并且指示可能的失调。
ξ＝发炎性规则赘生物给出关于炎症过程范围内的细胞赘生物的特定信息。
ρ＝健康威胁风险参数从所有其他值得出的概述。
σ＝激活的赘生物关于赘生物的特定信息，一个附加值。
＝综合代谢特性关于代谢的所有情况的反映。
χ＝氧化还原当量，氧化还原潜力表示氧化还原状态的氧化还原状态的改变。可以得到关于氧化应激的可能性的信息，以及此刻还原能力损失了多少。显示出了氧化物和抗氧化物之间的关系以及其失调，其最终暗示了生物调节的失调。
如图11示意地所示，在图像显示设备17上以绝对值26和彩色梯度27显示上述这些特定状态变量Zn。“红”值显示调节过程的增加的活性，这可被正面和负面解释，例如，在感染过程中必需的激活。从而，重要的是作为整体观察特定状态变量Zn的值，而不是孤立地看待它们。
权利要求
1.一种用于通过使用红外、可见或紫外光对生物活性和/或生物可激活物质(2)进行光学检查和评估的设备，其中光学地激励被检查和评估的物质，从而所述物质发光(特别地，荧光分析)，或修改所使用的光的波长(特别地，拉曼分析)，该设备包括
-电驱动光源(3)，
-光波导(4)，通过该光波导(4)，由光源(3)发出的光能够被作为辐射传输到被检查的物质(2)，
-专用于被检查的物质(2)的光学或光电传感器设备(5)，用以接收由所述生物活性和/或生物可激活物质发出或修改的光，
-专用于传感器设备(5)的光学或光电频谱仪设备(6)，借助于该光学或光电频谱仪设备(6)，测量由所述物质(2)发出或修改的光的不少于一个频率的光强，或测量其频移，将相应的测量信号传递到频谱仪设备(6)所配备的分析电路，和
-所述设备包括测量表面(11)，该测量表面(11)的形状和大小符合被检查的生物活性和/或生物可激活物质(2)。
2.如权利要求1的设备，其特征在于，所述生物活性和/或生物可激活物质(2)是生物组织，即，人、植物或动物源的组织。
3.如权利要求1或2的设备，其特征在于，所述光波导(4)的至少一部分和所述传感器设备(5)被置于壳体(12)内，所述壳体包括在该壳体上部上或之内的接触区域(13)，接触区域(13)包括所述测量表面(11)或至少部分地与所述测量表面(11)相关，将被检查物质(2)的身体的一部分，特别地是手、前臂、腿或脚，放置在所述接触区域(13)上，其中给所述壳体的上部上或之内的接触区域(13)配备对准设备(14)，用于将测试对象的该身体部分和所述接触区域(13)对准。
4.如权利要求1、2或3的设备，其特征在于，所述光波导(4)具有发光段(8)，该发光段(8)与所述传感器设备(5)一起形成结构实体(9)，所述实体(9)包括其上表面或外表面上的所述测量表面(11)。
5.如前面任意一个或多个权利要求的设备，其特征在于，所述对准设备(14)包括所述壳体(12)的上部上或之内的凹部(14)或凸部，所述对准设备(14)的宽度近似为中指的宽度。
6.如前面任意一个或多个权利要求的设备，其特征在于，所述测量表面(11)具有近似符合稍微握紧的手(2)的轮廓线的大致凸起的形状，或所述测量表面(11)以近似符合握紧的手的轮廓线的形状强烈地凸起弯曲。
7.如前面任意一个或多个权利要求的设备，其特征在于，图像显示设备(17)被置于所述测量表面(11)上或与其相邻。
8.如前面任意一个或多个权利要求的设备，其特征在于，所述测量表面(11)被置于测量头上，所述测量头通过光波导(4)连接到光源(3)。
9.如前面任意一个或多个权利要求的设备，其特征在于，所有光学和/或光电组件，诸如光源(3)、光波导(4)、传感器设备(5)和频谱仪设备(6)被嵌入所述壳体(12)。
10.如前面任意一个或多个权利要求的设备，其特征在于，被配备给传感器设备(5)的光学或光电频谱仪设备(6)具有半导体传感器装置，该半导体传感器装置至少包括具有相应于被测量的频率或频移的带隙的雪崩光电二极管。
11.如权利要求10的设备，其特征在于，所述半导体传感器装置包括关于测量频率的可调和/或可变频隙。
12.一种用于通过使用红外、可见或紫外光对生物活性和/或生物可激活物质(2)进行光学检查和评估的方法，其中光学地激励被检查和评估的物质，从而所述物质发光(特别地，荧光分析)，或修改所使用的光的波长(特别地，拉曼分析)，该方法包括下列步骤
-以由光源(3)发出的光照射被检查物质(2)，所述光被通过光波导(4)传输到所述物质(2)，
-使用专用于被检查的物质的光学或光电传感器(5)，接收由所述生物活性和/或生物可激活物质发出或修改的光，
-通过使用专用于所述传感器设备(5)的光学或光电频谱仪设备(6)，测量由所述物质(2)发出或修改的光的不少于一个频率的光强，或测量其频移，和
-将相应的测量信号传递给分析电路。
13.如权利要求12的方法，其特征在于，所述生物活性和/或生物可激活物质(2)是生物组织，即，人、植物或动物源的组织。
14.如权利要求12或13的方法，其特征在于，所述光波导(4)的至少一部分和所述传感器设备(5)被置于壳体(12)内，所述壳体包括在该壳体上部上或之内的接触区域(13)，接触区域(13)包括所述测量表面(11)，或至少部分地与所述测量表面(11)相关，将被检查物质(2)的身体的一部分，特别地是手、前臂、腿或脚放置在所述接触区域(13)上，给所述壳体的上部上或之内的接触区域(13)配备对准设备(14)，用于将测试对象的该身体部分和所述接触区域(13)对准。
15.如前面任意一个或多个权利要求的方法，其特征在于，通过将所述生物活性和/或生物可激活物质(2)放置在传感器设备(5)上，以由光源(3)发出的光脉冲激活所述物质(2)的不同荧光发光成分n，m(n，m＝a，b，c，d，...)，在这些成分(a，b，c，d，...)开始发出某个波长和某个强度(Ia，Ib，Ic，Id等)的光信号时，测量这些光信号(Ia，Ib，Ic，Id等)。
16.如权利要求15的方法，其特征在于，根据所述光信号的测量强度(Ia，Ib，Ic，Id)，应用下式计算多个，事实上至少3或4个、特别地至少5个或6个，不同的代谢参数Sn(n＝a，b，c，d，...)
Sn＝F(In，λn)×G(Im，λm)，
其中F和G是关于强度和波长的两个不同的数学函数，其中n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m，
并且该相互关系即函数F和G的数学关联“×”的最基本形式为下面形式的乘积或和
Sn＝Π[F(In，λn)·G(Im，λm)]或
Sn＝∑[F(In，λn)·G(Im，λm)]，
其中n，m＝a，b，c，d，...，并且n≠m或n＝m。
17.如权利要求15或16的方法，其特征在于，具有各自的测量发射波长(λn，λm)和其测量强度(In，Im)的所述成分n，m具体地表现为下面的生物化学物质
a＝ATP(三磷酸腺苷)，和/或
b＝GTP(鸟苷三磷酸)，和/或
c＝FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)，和/或
d＝NADH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)，和/或
e＝NADP(烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸)，和/或
f＝犬尿酸，和/或
g＝乳清酸，和/或
h＝血栓素，和/或
i＝色氨酸。
18.如权利要求15到17之一的方法，其特征在于，测量所述成分n，m＝a，b，c，d，...在波长范围(λn，λm)从287到800nm，优选地从340到600nm的荧光强度(In，Im)。
19.如权利要求15到18之一的方法，其特征在于，所述荧光强度(In，Im)的测量发生在确定的时间(tn，tm)和/或以确定的时间间隔(Δtn，Δtm)发生，其中
n≠m
tn≠tm
Δtn≠Δtm。
20.如权利要求15到19之一的方法，其特征在于，在确定的测量时间(tn，tm)，给患者施加心理或身体压力，并且在施加压力之前和之后对荧光强度(In，Im)进行若干次测量，并且确定代谢规律。
21.如前面任意一个或多个权利要求的方法，其特征在于，根据对生物活性和/或生物可激活物质的光学检查或评估，并且根据对代谢参数Sn(n＝a，b，c，d，...)的测量，计算各种不同的特定状态变量Zn，并且将其图示为代谢参数Sn的数学函数，其中这些特定的状态变量Zn包括以下内容
α＝细胞分裂活性，和/或
β＝代谢活性，和/或
γ＝生物合成活性，和/或
δ＝免疫系统调节，和/或
ε＝炎症，和/或
ζ＝代谢速度，和/或
η＝细胞分裂活性的能量消耗，和/或
θ＝规则和不规则赘生物，和/或
ξ＝发炎性规则赘生物，和/或
ρ＝健康威胁风险参数，和/或
σ＝激活的赘生物，和/或
和/或
χ＝氧化还原当量，和/或
ψ＝精神稳定性参数。
22.如权利要求16到21之一的方法，其特征在于，通过在细胞和细胞间区域上应用具有287nm到340nm，优选地340nm激励波长的光，使得表现出自体荧光的生物活性成分激活并发光。
23.如前面任意一个或多个权利要求的方法，其特征在于，该方法用于人和动物代谢的控制和调节过程的非介入检查，和/或用于疾病诊断以及用于预防性的检查，和/或用于承受高身体和心理压力职业团体和运动员的日常检查，和/或用于治疗控制，和/或用于透析和分离性输血治疗过程，以及用于确定对抗氧化剂的需求。
全文摘要
本发明涉及用于通过使用红外、可见或紫外光，对生物活性和/或生物可激活物质(2)进行光学检查和评估的设备和方法。光学地激励被检查或评估的物质，从而所述物质发光(特别地，荧光分析)，或修改所使用的光的波长(特别地，拉曼分析)。根据本发明，该设备包括在其上侧或外侧上的测量表面部分(11)，该测量表面部分(11)的形状和大小符合生物活性和/或生物可激活物质(2)。
文档编号G01N21/64GK101529228SQ200780016340
公开日2009年9月9日 申请日期2007年5月4日 优先权日2006年5月5日
发明者J·沃弗冈 申请人:梅维泰克有限公司