技术领域
本发明涉及一种用于非侵入性地分析物质的方法和系统。具体地，本发明涉及一种用于非侵入性地分析来自被置于物质上的光学介质反射的探测光束偏转的物质的方法和系统。
背景技术
在各种技术应用中，尤其是在化学、生物和医学应用中，需要对其组成和其组成物质进行物质分析。在许多分析方法中，部分物质被去除并与其它物质进行反应。从反应混合物的变化，可以得出关于物质的组成物质的结论。
然而，可能不期望将物质去除或改变，例如如果作为反应结果，物质不再可用于其实际目的，或者如果部分物质的去除将损坏或破坏物质。在这些情况下，非侵入性物质分析可以是有利的，其中物质的原始功能或应用能力没有受到分析的不利影响。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于非侵入性分析物质的方法和系统。
该问题通过如权利要求1的方法以及如权利要求28的系统来解决。优选的实施方案公开于从属权利要求中。
根据本发明，该方法包括将光学介质布置在物质表面上的步骤，使得光学介质表面的至少一部分与物质表面接触。在本发明的上下文中，将光学介质布置在物质表面上的步骤应当尤其被理解为还包括将物质表面布置在光学介质上，并通常与其产生任意的接触。因此，尤其还可以将光学介质设计为用于物质的保持器(holder)，或者固定连接到物质上。优选地，光学介质是由ZnS、ZnSe、Ge或Si制成的主体，其在预定波长范围内，优选在红外范围或部分红外范围内是透明的。物质可以是组织，例如皮肤，但也可以是流体或固体，或固体、皮肤和组织的组合，例如由玻璃制成的样品保持器，其具有位于其上的待测组织或其中所包含的流体。
上述接触通常包括直接接触。“直接接触”被认为是光学介质和物质的表面相接触。就此而言，上述将光学介质布置在物质表面上的步骤意味着使光学介质和物质的表面相接触。例如，光学介质和物质可以在一个区域中各自具有(基本上)平坦的表面，使它们相互接触。
根据本发明的方法还包括以下步骤：发射具有激发波长的激发光束，其通过与物质表面接触的光学介质的表面的区域到物质表面上。此外，根据本发明的方法包括以下步骤：发射探测光束，其通过光学介质到与物质表面相接触的光学介质的表面的区域上，使得探测光束和激发光束在光学介质和物质表面的界面处重叠。优选地，探测光束和激发光束在光学介质和物质表面的界面处重叠10％至100％或50％至100％，尤其优选地大于90％，或者甚至100％。例如，通过如下事实来确定重叠度：限定了第一界面区域，95％，优选98％的探测光束的总光强度位于所述第一界面区域。类似地，限定了第二界面区域，95％，优选98％的激发光束的总光强度位于所述第二界面区域。然后将第一界面区域和第二界面区域的交集除以第一界面区域和第二界面区域的平均值，以获得重叠度。
根据本发明的方法还包括直接或间接地检测反射的探测光束的偏转作为激发光束的波长的函数的步骤。例如，可以直接通过位置敏感光检测器(PSD)或间接通过光检测器，尤其是布置在虹膜光圈后的光电二极管来确定偏转。
此外，根据本发明的方法包括基于检测到的反射的探测光束的偏转作为激发光束的波长的函数来分析物质的步骤。本文中的“分析”尤其是指测量或确定表征物质组成的参数。优选地，分析包括确定物质的吸收特性。如果激发光束是红外光束，则分析优选包括进行红外光谱测量。
根据本发明的方法是基于如下事实：物质中吸收的激发光束改变了探测光束通过光学介质的光束路径。其原因是激发光束在物质中的吸收引起温度升高，其局部地改变了与物质接触的光学介质的折光率或折射率，并因此偏转了探测光束的光束路径。偏转程度与物质中激发光束的吸收程度相关，使得可以从探测光束的偏转程度识别具有特征吸收光谱的物质组分。
方法优选地包括校准探测光束的步骤，使得探测光束在光学介质和物质表面之间的界面处经历全内反射。根据斯涅尔折射定律，本说明书和权利要求中的术语“全内”反射等于探测光束的入射角，该入射角大于全内反射的临界角，其中临界角等于该物质的折射率除以光学介质的折射率的商的反正弦。优选地校准探测光束，使得其能够分析具有不同光密度的多种不同的物质。
激发光束优选地被设计为强度调制的，尤其是脉冲的，激发光束。调制频率，尤其是脉冲速率，优选为5至2000Hz，尤其优选为10至1000Hz，或20至700Hz。如果激发光束被设计为脉冲激发光束，则吸收激发光的物质组分的周期性加热和冷却产生了成分的膨胀和收缩，并因此产生了压力波，尤其是热波，其穿过物质并传播至光学介质中并因此也使探测光束的光束路径偏转。
优选地，对于不同的调制频率重复发射激发光束的步骤，并且分析物质的步骤包括基于检测到的探测光束的偏转作为激发光束的波长与调制频率的函数来分析物质。在这样做时，不同的调制频率允许不同的层被包括在吸收过程中。因此，例如，较高的调制频率导致更接近表面的吸收过程，而较低的调制频率还包括在较深层中的吸收过程。因此，促进了不同层的分析。
分析物质的步骤优选地包括从基于第二调制频率下检测到的探测光束偏转的数值中减去基于第一调制频率下检测到的探测光束偏转的数值，或者将基于第一调制频率下检测到的探测光束偏转的数值除以基于第二调制频率下检测到的探测光束偏转的数值。通过计算差值或进行除法，然后可以通过计算发生在表面层和更深层中的吸收过程来推断出表面层的影响，使得可以确定更深层的贡献。
分析物质的步骤优选地包括从基于不同波长的激发光束的第二调制频率下检测到的探测光束偏转的数值中减去基于不同波长的激发光束的第一调制频率下检测到的探测光束偏转的数值，其中所述数值尤其优选是光谱吸收强度值，或者是基于不同波长的激发光束的第一调制频率下检测到的探测光束偏转的数值除以基于不同波长的激发光束的第二调制频率下检测到的探测光束偏转的数值，其中所述数值优选是光谱吸收强度值。通过减去或除以所述数值，可以分离材料的特定层的吸收光谱，使得可以证明在该层中存在某些物质，当物质不均匀地分布出现在材料中时，其尤其有利。
分析步骤优选地包括将基于在不同调制频率处检测到的探测光束偏转的数值与物质中的不同区域，优选与位于物质不同深度的区域相关联。通过将值与物质区域分配或关联，可以提供出物质在含有此物质的物质中的分布，尤其是存在的特定物质的深度分布谱。
确定探测光束的偏转优选地包括用锁定放大器放大相关联的探测信号。通过将脉冲激发光束与锁定放大器组合使用，甚至位于噪声范围内的小信号或信号变化也可以被检测出。脉冲激发光束优选地由光学斩波器调制。光学斩波器优选地连接至锁定放大器。或者，脉冲激发光束可以由脉冲激发光源产生。
优选地，激发光束通过光学装置聚焦于光学介质的表面，其中光学装置尤其包括抛物面镜。光学装置优选地通过发射可见光的调节激光器来调节。调节激光器的激光束可以通过反射镜装置来调节或校准，使得调节激光束的光束路径至少部分地与激发光束的光束路径一致。
激发光束的波长优选是变化的，尤其是通过在预定波长范围内周期性调谐的波长或者通过选择性设置的特征波长，尤其是可疑物质的吸收波长。激发光束的波长范围的变化使得能进行光谱分析，其允许区分出具有部分相似或重叠的吸收光谱的物质组分。可以例如使用可调谐的光源来实现预定波长范围的变化。
激发光束优选为激发激光束。由于使用激发激光束，可以以高分辨率分析吸收范围或吸收光谱。对于红外光谱范围，优选地可以使用量子级联激光器作为激发激光器。
探测光束优选地是探测激光束。探测光束的波长优选地在可见光波长范围内。使用可见的探测激光束能够简化探测激光束在激发光束通过的界面区域上的校准。
激发波长优选为6μm至13μm，尤其优选为8μm至11μm。
优选地调节探测光束的偏振，使得反射的探测光束的偏转最大。
在检测偏转之前，探测光束优选地在光学介质的界面处的相同点处经历至少一次，优选二至五次的全内反射。例如，通过反射镜系统将探测光束反射回与激发光束重叠的区域上。这有效地增加了偏转角度，以允许提高检测偏转的精度。
如果待分析的物质是患者皮肤，则该方法优选包括通过施加和移除织物条以去除死皮细胞来准备皮肤表面的步骤，其中织物条包括粘附到皮肤表面的物质。去除死皮细胞能够提高分析精度，这是因为可以避免死皮细胞的干扰效应。
如果待分析的物质是患者皮肤，则分析物质的步骤优选包括确定患者的血糖水平的步骤。确定血糖水平的步骤尤其优选包括测量患者皮肤的间质液的葡萄糖含量的步骤。
如果待分析的物质是患者皮肤，则分析物质的步骤优选包括确定患者皮肤的含水量的步骤。
如果待分析的物质是患者皮肤，则分析物质的步骤优选包括确定患者皮肤的蛋白质组成的步骤，尤其优选确定患者皮肤的不同皮肤层中的蛋白质组成。应当理解的是，术语“皮肤层”应当理解为表示皮肤中(基本上)平行于皮肤表面延伸并且位于彼此之上或之下的区域。
优选地，物质是流体或固定流体或乳剂，并且物质的分析包括确定流体的糖含量、醇含量、脂肪和/或蛋白质含量。
物质优选是燃料，并且物质的分析包括确定燃料的醇含量、菜籽油甲酯含量、铅或苯含量。
物质优选是淡水或盐水，并且物质的分析包括确定水污染。
优选地，物质是体液。
基于检测到的探测光束的偏转，吸收强度值优选地与激发光束的波长相关联。吸收强度值可以与校正的吸收强度值进行比较，校正的吸收强度值表示具有已知血糖水平并且在激发光束的这一精确波长下的患者皮肤的吸收强度值。然后优选地基于比较确定患者的当前血糖水平，其中所确定的血糖水平偏离校正所基于的血糖水平越多，吸收强度值偏离校正的吸收强度值越多。
根据本发明的系统包括光学介质、用于发射具有激发波长的一个或多个激发光束的装置，以及测量装置。如上所述，光学介质可以是，例如，由ZnS、ZnSe、Ge或Si制成的主体，其在预定波长范围内是透明的。
用于发射激发光束的装置被布置成使发射的激发光束通过第一表面进入光学介质并且通过第二表面上的预定点再次离开它。如果物质被布置于光学介质的第二界面处，则激发光束至少部分地被吸收于物质的表面或物质中。可以用测量装置检测吸收程度。
测量装置包括用于发射探测光束的装置，其被布置成使在操作期间，发射的探测光束进入光学介质中并且在光学介质和物质表面的界面处与激发光束重叠。探测光束和激发光束优选在光学介质和物质表面的界面处重叠10％至100％，或50％至100％，尤其优选大于90％或甚至100％。如上所述，例如，通过如下事实来确定重叠度，即限定了第一界面区域，95％，优选98％的探测光束的总光强度位于所述第一界面区域。类似地，限定了第二界面区域，95％，优选98％的激发光束的总光强度位于所述第二界面区域。然后将第一界面区域和第二界面区域的交集除以第一界面区域和第二界面区域的平均值，以获得重叠度。
例如，探测光束可以以小于全内反射的临界角的角度撞击(impinge)在第二表面和物质表面之间的界面上，其中入射点与激发光束的入射点重叠，并且优选与其一致。
测量装置另外包括用于接收反射的探测光束并且用于直接或间接地检测反射的探测光束的偏转的装置。
例如，如果光学介质与第二表面被布置于待分析的物质上，则激发光束进入物质中，并且根据物质的组成和激发光束的波长，吸收不同量的激发光束。激发光的吸收触发了热传输和压力波，其影响探测激光束在光学介质中的光束路径。由于该效果与吸收红外光的物质组分的浓度相关，因此可以通过测量光束路径与未受影响的光束路径的偏离程度来确定物质组分的浓度。
在操作中，探测光束优选地在光学介质和物质表面之间的界面处经历全内反射。
激发光束优选是红外光束，这是因为红外光特征性地被许多物质吸收，因此尤其适合于物质分析。
激发光束优选是强度调制的，尤其是脉冲的，激发光束。用于接收反射的探测光束并且用于直接或间接地检测反射的探测光束的偏转的装置优选包括锁定放大器。调制频率，尤其是脉冲速率，优选为5至2000Hz，尤其优选为10至1000Hz，或者20至700Hz。为了产生脉冲激发光束，用于发射激发光束的装置优选包括光学斩波器。光学斩波器优选位于激发光束的光束路径中并且调制激发光束的强度。强度调制的，尤其是脉冲光束与锁定放大器的组合使用，意味着也可以检测在噪声范围内的小信号或信号变化。
激发光束优选是激发激光束，并且用于发射激发激光束的装置被配置成用于发射不同激发频率的激发激光束。由于使用了激发激光束，可以以高分辨率分析吸收区域或吸收光谱。
优选地，该系统还包括旨在用于将激发光束聚焦于预定点的光学装置。通过聚焦于预定点，激发光束的效果甚至可以更强烈地集中，导致探测光束甚至更大地偏转。光学装置可以包括，例如抛物面镜。
该系统优选地包括调节激光器，其有助于光学装置的调节。在这种情况下，该系统优选包括反射镜对，此反射镜对适用于调节或校准调节激光器的光束路径，使得确保至少一部分的调节激光束与激发光束的光束路径一致。
用于发射激发光束的装置优选是量子级联激光器。用于发射激发光束的装置优选地在6μm至13μm，优选8μm至11μm，的激发波长范围内是可调谐的。
探测光束的波长优选在可见范围内。这简化了探测光束与激发光束的校准。
用于接收反射的探测光束并且用于直接或间接地检测反射的探测光束偏转的装置优选包括光检测器，尤其是光电二极管和虹膜光圈，其中光检测器被布置于虹膜光圈或PSD之后。
在检测偏转之前，探测光束优选在光学介质的界面处的相同点处经历至少另一次，优选二至五次，的全内反射。例如，通过反射镜系统以不同角度将探测光束反射回与激发光束重叠的点上。由于在重叠区域中多次反射，偏转角被有效地增加了，这提高了检测偏转的精度。
此外，该方法和系统被设计成用于分析皮肤上和皮肤中的物质，并且用于记录这些物质的深度选择性分布谱。该方法和系统也都适用于分析皮肤上的痕量物质，例如污染物或爆炸物，或用于研究化妆品进入皮肤的吸收，例如脂肪和乳膏、软膏或洗剂成分，或药物活性成分、药物等的吸收。该方法和系统也适用于感觉相关的应用，例如监测流动和静置的流体或溶液和乳剂，用于测定诸如以下的性质，如酒精饮料，如啤酒、葡萄酒或烈酒的醇含量或组成，奶或奶制品的脂肪含量以及食品中大体的糖、脂肪、醇或蛋白质含量。此外，该方法和系统适用于燃料分析，例如用于确定铅或苯的水平，测量水污染物(例如油)或分析体液以及分析皮肤中的病理性和非病理性变化，例如通过确定各种皮肤深度处的皮肤的蛋白质组成来检测黑素瘤，检测牛皮癣或过敏，以及确定皮肤水分含量。
该系统优选被包括在用于确定患者的血糖水平的设备中，所述设备还包括用于设定激发光束的不同波长的控制器以及逻辑单元或计算单元，所述逻辑单元或计算单元被配置为用于由检测到的探测光束的偏转作为激发波长的函数确定患者皮肤中的血糖水平，当光学介质与患者皮肤相接触时，使得从光学介质的预定点射出的激发光束进入皮肤。
该系统优选地被包括在用于分析物质的设备中，所述设备还包括用于设定激发光束的不同调制频率的控制器以及逻辑单元或计算单元，所述逻辑单元或计算单元被配置为用于通过检测到的不同调制频率下的探测光束的偏转来分析物质，当光学介质与物质相接触时，使得从光学介质的预定点射出的激发光束进入物质。
物质优选是患者皮肤，并且逻辑单元或计算单元被配置成用于由不同调制频率下所检测到的探测光束的偏转来分析患者皮肤的不同层。
该系统优选地被包括在用于确定流体或乳剂成分的设备中，所述设备还包括用于设定激发光束的不同波长的控制器以及逻辑或计算单元，所述逻辑或计算单元被配置为用于由检测到的探测光束的偏转作为激发波长的函数来确定流体或乳剂成分，当光学介质与流体或乳剂相接触时，使得从光学介质的预定点射出的激发光束进入流体或乳剂。
附图说明
图1示出了运行中的根据本发明的系统的优选的示例性实施方案的示意图；
图2示出了当利用根据本发明的系统的优选的示例性实施方案分析人类皮肤时所测量的葡萄糖带；
图3示出了根据本发明的系统的优选的示例性实施方案的血糖水平的非侵入性测定与使用血糖仪的侵入性测量的比较；
图4示出了根据图3的非侵入性测量的葡萄糖水平在克拉克误差网格中的评估；
图5示出了利用根据本发明的系统的优选的示例性实施方案在不同调制频率下所获得的吸收强度谱；
图6a-c示出了待分析物质的原理示意图、葡萄糖的吸收强度谱以及聚合物层的吸收强度谱；
图7示出了根据本发明的方法的处理步骤。
优选的示例性实施方案的描述
图1示出了运行中的根据本发明的系统的优选的示例性实施方案的示意图。优选的示例性实施方案包括光学介质10，以量子级联激光器20的形式的用于发射红外光束的装置，以探测激光器30的形式的用于发射探测光束的装置，以及具有用于接收反射的探测激光束的具有光电二极管40的工具并且具有用于评估反射的探测激光束的工具的装置，所述用于评估反射的探测激光束的工具包括锁定放大器50、模数转换器51和计算机52。
量子级联激光器20通过光学斩波器22在第一红外激光束的子路径21上发射红外激光束，该光学斩波器22将连续的红外激光束转换为脉冲红外激光束，其优选具有10Hz至1000Hz的脉冲频率。或者，用于发射红外光束的装置(在此是量子级联激光器30)可以以脉冲模式进行操作-也优选以10Hz至1000Hz的脉冲频率进行操作。
在第一红外激光束的子路径21的端部，红外激光器入射到抛物面镜23上。抛物面镜23使红外激光束沿着第二红外激光束的子路径24转向到光学介质10的第一表面11。在图1所示的优选的示例性实施方案中，第二红外激光束的子路径24与第一表面11之间的入射角是90°。然而，原则上，如果红外激光束通过第一表面11进入光学介质10并且没有被全内反射，则第二红外激光束的子路径24和第一表面11之间的其它入射角度也是可能的。
红外激光束的光束路径沿着光学介质10中的第三红外激光束的子路径25朝向光学介质10的第二表面12传递。在图1所示的优选的实施方案中，第三红外激光束的子路径25与第二表面12之间的入射角是90°。然而，原则上，如果足够比例的红外激光束可以通过第二表面12离开光学介质10，则第三红外激光束的子路径25和第二表面12之间的其它入射角度也是可能的。
在图1操作中所示的优选的实施方案中，红外激光束沿着第四红外激光束的子路径穿透进紧靠光学介质10的物质样品100中。选择抛物面镜23与光学介质的第二表面12之间的距离以及抛物面镜23的形状，考虑沿第二和第三红外激光束的子路径24、25的光密度，使得红外激光束被聚焦到第二表面12上，或被聚焦到位于物质样品100的第二表面12之后的预定距离例如30μm至100μm的点上。
在物质样品中，红外激光束至少部分地被物质组分吸收。该吸收改变了吸收物质组分的温度。在如图1所示的脉冲红外激光束的情况下，产生了压力波和热波，这是由于吸收物质组分被周期性地加热和冷却，并且所产生的膨胀波动引起了压力波动，其以压力波的形式传播通过物质。由于光学介质10与物质直接接触，所产生的热波和压力波迁移到光学介质10中，从而影响折射率。
通过由探测激光器30发射的探测激光束进行红外激光束吸收的测量以及与吸收相关的光学介质10的光密度变化的测量。在图1中，探测激光束通过第一反射镜31被引导到光学介质10的第三表面13上。或者，探测激光器30也可以被校准，使得探测激光束被直接引导到第三表面13上。如图1所示，探测激光束的光束路径可以包括与第三表面13形成的90°的角度。或者，如果足够的探测光束成分可以进入光学介质10，则探测激光束的光束路径可以包括与第三表面13形成的更小的角度。
然而，探测光束的光束路径必须被调整或被校准，使得探测激光束在光学介质10的第二表面12上的入射点与红外光束在光学介质的第二表面12上的入射点一致或至少与其重叠。这确保了在红外激光束的操作期间，探测激光束的光束路径穿过光学介质10的上述区域，其中折射率n足够强烈地受物质100中的红外激光束的吸收的影响，其中清楚的是，该区域是有限的，这是因为压力波随着其传播而衰减，并且热增加随着距离吸收区域的距离而减小。
优选地，根据待检查的物质100以及探测激光束的光束路径与第二表面12之间的角度来选择光学介质10的光学密度，使得探测激光束在第二表面12处或在光学介质10的第二表面12和物质100之间的界面处被全内反射。在后续的光束路径过程中，被反射或被全内反射的探测激光束入射到光学介质10的第四表面14。第四表面14使得探针激光束通过第四表面14离开光学介质10。
如图1所示，通过光电二极管40检测离开光学介质10的探测激光束。如图1所示，可以通过如下事实测量因光学介质10的子区域中的光学密度的变化引起的探测激光束的偏转，即探测激光束穿过虹膜光圈41，然后入射到光电二极管40上。然后虹膜光圈41部分地阻挡了偏转的探测激光束射入到光电二极管40中，使得在光电二极管40处所测量的探测激光束的强度因由穿过光学介质10引起的偏转而减小。或者，可以使用空间分辨光电二极管40(例如，四象限光电二极管)来测量光束路径或偏转的变化。在这种情况下，可以省略虹膜光圈41。
锁定放大器50接收来自光电二极管40的信号和脉冲红外光束的频率信号。锁定放大器过滤掉来自强度信号的噪声，使得可以测量到甚至很小的强度波动。
滤过的光电二极管40的强度信号通过模数转换器51转换成数字信号并被传输到计算机52，计算机52被配置为记录作为量子级联激光器30的波长或波长范围的函数的强度测量，并且用于将所记录的值与校正曲线相比较，以得出关于物质100的组成的结论。用于此目的的计算机52包括处理器、存储单元和指令，当由处理器执行时，所述指令记录与量子级联激光器30的波长或波长范围相关的强度测量。
对于红外光范围中的一系列不同的波长或波长范围，优选重复上述过程(其概述示于图7中)，以能够确定单个或多个物质组分的吸收光谱。这样做时，可以通过测量特征吸收光谱来确定存在的物质组分，并且可以例如通过与校正曲线相比较，从光谱的振幅确定物质组分的浓度。出于这一目的，量子级联激光器30可以是可调谐的，例如在8μm至11μm的波长范围内是可调谐的。
如果使用系统以确定患者的血糖值，则可以通过校正曲线由所测量的间质液中的葡萄糖的吸收光谱计算患者的血糖水平。
图1所示的系统包括用于发射调节或校准激光束的装置(在此是以He-Ne激光器60的形式)以及反射镜对61、62，其校准调节激光器的光束路径，使得调节激光器的至少一部分的光束路径与红外光束(即激发光束)的光束路径一致。
如果待分析的物质100是皮肤，并且分析的目的是确定血糖水平，则将例如拇指的圆形突出部位、指尖、手的圆形突出部位或身体的其它表面与光学介质10的第二表面12相接触。可以通过附着并再去除织物条以去除死皮细胞来预先制备待接触的身体表面，其中织物条包括粘附到皮肤表面的物质。
利用根据本发明的系统的优选的示例性实施方案以此方式测量的皮肤光谱示出了角质细胞和脂质的条带作为第一主要成分。所测量的第二主要成分是如图2所示的葡萄糖带。
在根据本发明系统的优选示例性实施方案的血糖水平的非侵入性测定与使用血糖仪的侵入性测量之间的比较中，如图3所示，获得了良好的一致性，甚至在低浓度区(180mg/dL至小于100mg/dL)中亦如此。图3示出了所测量的血糖值以及由第二主要成分的振幅所确定的血糖浓度。
如图4所示，如果将非侵入性测量血糖水平的结果(如图3所示)绘制在克拉克误差网格中，则所测量的所有数据点都位于“A”区中，其中90％的值必须位于所接受的方法中。
量子级联激光器30在8μm至11μm的波长范围内是可调谐的。从所测量的间质液中的葡萄糖的吸收光谱，通过校正曲线计算出患者的血糖水平。
在优选的实施方案中，系统永久地附着到患者上，例如以腕带的形式，并且被另外地配置为如果间质液中的葡萄糖浓度下降到预定值以下时，则用警报信号警告患者。
在另一个优选的实施方案中，系统可以控制胰岛素泵，以便使患者保持恒定的血糖值。
在另一个优选的实施方案中，计算机52可被配置成对红外激光束的不同脉冲频率，记录作为量子级联激光器30的波长或波长范围的函数的强度测量。出于此目的，计算机52包括处理器、存储单元和指令，当由处理器执行时，所述指令记录与波长或波长范围以及红外激光束的脉冲频率相关的强度测量。
在这一点上，图5示出了利用另一个优选的实施方案所测量的如图6a所示的物质布置的强度测量，其中所述物质布置由在光学介质10上布置的由聚合物膜66覆盖的葡萄糖溶液64组成。如图5所示的吸收谱与如图6b和6c所示的吸收强度谱的比较示出了在较高频率下，聚合物膜66的吸收对吸收强度的定性分布的影响降低了。通过在不同脉冲频率下减去或除以吸收强度谱，可以因此大量消除特定层的影响，或者可以计算特定物质层的吸收强度谱，使得可以确定例如待检查的物质100中所存在的物质的深度分布。
例如，可以如图5所示相对于指定参考光谱对光谱进行求差或除法。例如，可以使用最低或最高脉冲频率处的光谱作为参考光谱。为了考虑由较高层的吸收引起的各个层中的不同的泵浦(pumping)强度，可以在减法或除法之前确定加权因子，其中将待从另一光谱或光谱值中减去的或待被另一光谱或光谱值相除的光谱或光谱值乘以加权因子。此外，可以使用基于非线性迭代偏最小二乘法(NIPALS)算法的主要成分分析，例如用于确定在固体基质中按深度不同分布的物质。
此外，本领域技术人员将理解，上述示例性实施方案应被理解为是纯粹说明性的，而绝不限制权利要求的保护范围。特别地，应当注意的是，系统的具体应用不意图限制于附图中所述的应用。相反，假定本领域技术人员将立即认识到附图中所述的应用仅旨在阐明本发明的原理，而其适用于多种不同的物质和其中所含的物质。
附图标记列表
10 光学介质
11 光学介质的第一表面
12 光学介质的第二表面
13 光学介质的第三表面
14 光学介质的第四表面
20 量子级联激光器
21 第一红外激光束的部分路径
22 光学斩波器
23 抛物面镜
24 第二红外激光束的部分路径
25 第三红外激光束的部分路径
30 探测激光器
31 反射镜
40 光电二极管
41 虹膜光圈
50 锁定放大器
51 模数转换器
52 计算机
60 校准激光器
61 反射镜
62 反射镜
64 葡萄糖溶液
66 聚合物膜