DE69635819T2

DE69635819T2 - Vorrichtung zur Harnuntersuchung

Info

Publication number: DE69635819T2
Application number: DE69635819T
Authority: DE
Inventors: c/o Kyoto Dai-ichi Kagaku Co. Xiaoming Dou; Kyoto Dai-ichi Kagaku Co. Harumi Uenoyama; Kyoto Dai-ichi Kagaku Co. Yung Xiang Wang; c/o Kyoto Dai-ichi Kagaku Co. Koji Matsuoka
Original assignee: Arkray Inc
Current assignee: Arkray Inc
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2016-10-18
Also published as: DE69635819D1; EP0769691B1; EP0769691A3; EP0769691B8; US5815260A; EP0769691A2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung einer urogenen Komponente, die zur Harnanalyse eingesetzt wird, und insbesondere bezieht sie sich auf eine Messvorrichtung einer urogenen Komponente, die mit einem Untersatz integriert ist, die eine Funktion eines automatischen Sammelns von Urin aus dem Untersatz und eines qualitativen/quantitativen Messens einer Mehrzahl urogener Komponente zu der gleichen Zeit aufweist.
Beschreibung der Hintergrundtechnik
In Anbetracht einer Leichtigkeit beim Sammeln einer Urinprobe und eines Punkts, dass Urin eine Fluktuation einer normalen Komponente, die in einem Körperfluid vorliegt, oder ein Vorliegen einer anormalen Komponente in einer frühen Stufe wiederspiegelt, wird eine Harnanalyse nicht nur zur Bestimmung verschiedener Typen von Krankheiten eingesetzt, sondern als ein Anzeichen einer Beurteilung einer Nachbehandlung oder Therapie, um als Mittel zum Erfassen täglicher Gesundheit zu dienen.
Während eine einzelne Person eine Harnanalyse durchführen kann, ist dies nicht allgemein, da eine Experimentiertechnik für diesen Vorgang nötig ist. Ein Untersatz, der ein Harnanalysetestpapier aufweist, oder ein Messgerät wurde als Mittel zum Vereinfachen einer persönlichen Harnanalyse entwickelt. Es wurden eine Vorrichtung zum Sammeln eines Teils von Urin in einem vorgeschriebenen Abschnitt eines Untersatzes und Eintauchen eines Testpapiers hierin zum Messen urogener Glukose (siehe japanische Patentveröffent lichung Nr. 5-39552 (1993)), eine Vorrichtung, die eine Urinsammelkammer in einem Untersatz bereitstellt, zum Messen von urogener Glukose oder Bilirubin mit einem Reagens (siehe japanisches Patentoffenlegungsamtsblatt Nr. 5-29266 (1993)), ein Verfahren zum Zugeben eines Ausfällungsmittels zu Urin, der aus einem Untersatz gesammelt wird, zum Bestimmen eines Proteins aus der Masse der Ausfällung (siehe japanisches Patentoffenlegungsamtsblatt Nr. 4-233457 (1992)) und eine Vorrichtung zum Sammeln von Urin in einem Speicher, der mit einem Untersatz kommuniziert, und Messen von Zucker oder Harnsäure (siehe japanische Patentveröffentlichung Nr. 4-34445 (1992)) vorgeschlagen.
Es ist jedoch bei den zuvor genannten Vorrichtungen häufig, dass Verbrauchsmaterialien, wie z. B. Reagenzien und Testpapiere, zum Messen urogener Komponenten nötig sind und eine Messung durch ein indirektes Verfahren durch eine Zwischenreaktion durchgeführt wird.
Ein Bestimmungsverfahren bei dem Testpapierverfahren ist hauptsächlich Kolorimetrie und ein Hauptreaktionsmechanismus desselben ist eine chemische Reaktion, wie z. B. eine Enzymreaktion oder eine Oxidation-Reduktion-Reaktion. Bei dem Reagensverfahren ist Kolorimetrie durch einen Indikator oder eine Enzymreaktion oder chemische Reaktion oder Nephelometrie, die zur Proteinmessung eingesetzt wird, hauptsächlich. Außerdem gibt es einen Biosensor, der eine Enzymelektrode einsetzt.
Jedes Verfahren weist jedoch aufgrund eines indirekten Verfahrens durch eine Mediationsreaktion potentielle Fehler auf. Allgemein werden in dem Verfahren, das eine Bestimmung durch Kolorimetrie durchführt leicht, Fehler bei der Bestimmung von Ergebnissen bewirkt und das Verfahren durch eine chemische Reaktion weist eine geringe Spezifität auf. Ferner ist im Urin eine Anzahl von Substanzen vorhanden, die eine derartige Untersuchung stören, und so könnten diese störenden Substanzen eine Reaktion hemmen, eine fal sche positive Reaktion bewirken oder eine Nuance vorlegen, die sich von einer positiven Reaktion unterscheidet, um die positive Reaktion zu verschleiern. Ein System, das ein Enzym verwendet, ist ursprünglich instabil und ein System durch eine chemische Reaktion wird leicht durch eine ebenfalls vorliegende Substanz beeinflusst. Während das Testpapierverfahren eine Anzahl von Gegenständen gleichzeitig messen kann, ist nur eine semi-quantitative Analyse möglich.
Der Biosensor arbeitet außerdem durch eine Enzymreaktion, was zu einem ähnlichen Phänomen führt. Ferner gibt es, obwohl sich die Technik bei einer Messung von Glukose oder Harnsäure im Wesentlichen etabliert hat, auch Substanzen, die noch immer nicht messbar sind, und Empfindlichkeit und Genauigkeit stehen in Frage.
Bei einer Heim-Untersuchung durch das Testpapierverfahren wird Kolorimetrie visuell durchgeführt und so variiert deren Bewertung mit der Person und dies kann nicht als strenge Untersuchung betrachtet werden.
Bei einer nosokomialen Untersuchung muss ein Patient selbst Urin in einem Gefäß, wie z. B. einer Urinsammelschale, sammeln und dies einer Krankenschwester oder einem Untersucher übergeben. In diesem Fall könnte sich der Patient schämen.
Die IEEE Transactions on biomedical engineering 42 (7), 728-731 (1995), offenbart ein Raman-Spektrometer auf CCD-Basis zum Bestimmen von Spektren zur Quantifizierung von chemischen Körpersubstanzen, wie der Bestimmung der Glukosekonzentration und der Milchsäurekonzentration in Harnstoff.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Messvorrichtung einer urogenen Komponente für eine Harnanalyse bereitzustellen, die kein Verbrauchsmaterial, wie z. B. ein Reagens oder ein Testpapier, benötigt, Probleme der Bewahrung einer Stabilität eines nicht verwendeten Reagens und einer Entsorgung einer bio-gefährlichen Substanz löst, eine Störung durch eine ebenso vorliegende Substanz beseitigt, gleichzeitig verschiedene Typen von Komponenten, die in Urin enthalten sind, in einer kurzen Zeit bestimmen kann, kein Urinsammeln benötigt, direkt Urin unmittelbar nach einem Urinieren messen kann und keine seelischen Pein für einen Patienten bewirkt.
Um die zuvor genannten Probleme zu lösen, wird eine optische Technik anstelle des Reagensverfahrens oder des Testpapierverfahrens, das allgemein als Messmittel eingesetzt wird, verwendet. So sind keine Verbrauchsmaterialien, wie z. B. ein Reagens oder ein Testpapier, nötig, wodurch die Probleme der Bewahrung einer Stabilität eines nicht verwendeten Reagens und einer Entsorgung einer bio-gefährlichen Substanz gelöst sind, und eine Messvorrichtung einer urogenen Komponente, die aufgrund keiner Zwischenreaktion, wie z. B. einer Enzymreaktion oder einer chemischen Reaktion, kaum einer Störung durch eine ebenfalls vorliegende Substanz unterworfen ist, ohne Verschleierung einer positiven Farbe durch die Nuance des Urins, wurde erfunden.
Ferner wird eine Messung durch Raman-Licht durchgeführt, das spezifisch für eine Zielsubstanz ist. So kann eine Anzahl von Gegenständen gleichzeitig in einer kurzen Zeit gemessen werden, während sich der Patient nicht schämt, da er oder sie normal in einen Untersatz uriniert, so dass der Urin als eine Probe zur Messung verwendet wird.
Ferner kann die Vorrichtung ohne ein weitgehendes Verändern der Struktur eines herkömmlichen Untersatzes hergestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein spezifisches Raman-Spektrum aus jeder urogenen Komponente in einer Zielsubstanz zum quantitativen Messen jeder Komponentenkonzentration aus ihrer Spektralintensität und einem Spektralmuster erhalten. Der Ausdruck „Raman", der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst nicht nur eine Raman-Streuung in einer engen Bedeutung, sondern auch eine Fluoreszenz, da eine Fluoreszenz ebenso erfasst wird, wenn eine Fluoreszenz erzeugt wird.
Bezüglich jeder zu messenden urogenen Komponente wird eine Verschiebungswellenzahl, die einen Korrelationskoeffizienten R von zumindest 0,8, vorzugsweise zumindest 0,9, zwischen der Konzentration und der spezifischen Raman-Spektralintensität aufweist, als eine Messverschiebungswellenzahl ausgewählt, die spezifisch für die Komponente ist, eine Urinprobe wird mit Raman-Anregungslicht bestrahlt, eine Raman-Spektralintensität bei der Messverschiebungswellenzahl, die für jede einer Mehrzahl zu messender urogener Komponenten unter der zuvor genannten Bedingung ausgewählt wird, wird gemessen und die Mehrzahl urogener Komponenten wird gleichzeitig quantitativ durch eine zuvor gebildete Kalibrierungskurve oder eine multivariate Regressionsanalyse analysiert. Der Korrelationskoeffizient R wird wie folgt bereitgestellt:
wobei xi die Konzentration jedes Punkts jeder urogenen Komponente darstellt, yi eine Raman-Spektralintensität in Bezug auf xi darstellt, X einen Durchschnittswert der Konzentration jedes Punkts jeder urogenen Komponente darstellt und Y einen Durchschnittswert der Raman-Spektralintensität darstellt.
25 z. B. ist ein Graph, der Korrelationskoeffizienten R zwischen dem Spektrum und der Konzentration auf der Achse von Ordinaten zeigt, während Verschiebungswellenzahlpositionen von 0 bis 4.000 cm^–1 des Spektrums auf der Achse von Abszissen in Bezug auf Glukose gezeigt sind. Durch diesen Graphen könnte eine Verschiebungswellenzahl von zumindest 0,8, vorzugsweise zumindest 0,9 auf der Achse von Ordinaten als eine Messverschiebungswellenzahl ausgewählt werden.
Wenn eine Urinprobe zumindest zwei Komponenten in den zuvor genannten Komponenten beinhaltet, werden jedoch jeweilige Komponentenkonzentrationen auf der Basis von Spektralintensitäten mit Messverschiebungswellenzahlen berechnet, die für die jeweiligen Komponenten in der zuvor genannten Weise gesetzt sind, und bei Verschiebungswellenzahlen, die einander nicht überlappen, unter Raman-Spektren, die durch ein Bestrahlen der Urinprobe mit Anregungslicht einer einzelnen Wellenlänge und ein Empfangen von Streulicht von der Urinprobe erhalten werden, um eine Bestimmung durchzuführen, ohne eine Datenverarbeitung, wie eine multivariate Regressionsanalyse, einzusetzen.
Es ist auch möglich, eine Datenverarbeitung, wie z. B. eine multivariate Regressionsanalyse, einzusetzen. Die multivariate Regressionsanalysenoperation ist angepasst, um eine Datenanalyse durch eine multivariate Regressionsanalyse durchzuführen, wie z. B. eine Hauptkomponentenregressionsanalyse (PCR) oder ein Teil-Fehlerquadratverfahren (PLS-Verfahren). Bei der multivariaten Regressionsanalyse kann eine Regressionsanalyse durch ein Einsetzen einer Anzahl von Spektralintensitäten auf einmal durchgeführt werden, wodurch eine quantitative Analyse mit höherer Genauigkeit verglichen mit einer Einzelregressionsanalyse möglich ist.
Während eine Mehrfachregressionsanalyse am allgemeinsten eingesetzt wird, ist eine Anzahl von Mustern erforderlich und ihre quantitative Analysegenauigkeit ist reduziert, wenn eine Korrelation zwischen Spektralintensitäten bei jeweiligen Verschiebungswellenzahlen hoch ist. Andererseits kann eine PCR, die eine multivariate Regressionsanalyse ist, Spektralintensitäten bei einer Mehrzahl von Verschiebungswellenzahlregionen zu Hauptkomponenten intensivieren, die füreinander irrelevant sind, und unnötige Rauschdaten löschen, wodurch eine hohe quantitative Analysegenauigkeit erzielt werden kann. Ferner kann das PLS-Verfahren auch Daten einer Probekonzentration bei einer Extraktion von Hauptkomponenten einsetzen, wodurch eine hohe quantitative Analysegenauigkeit erzielt werden kann, ähnlich der PCR. In Bezug auf die multivariate Regressionsanalyse kann Bezug auf „Tahenryo Kaiseki" (von Kazuo Nakatani, Shinyo-Sha) genommen werden.
Um nötige Informationen aus einem Spektrum herauszuziehen, das durch verschiedene Fluktuationsfaktoren komplex fluktuiert, ist eine Datenverarbeitung durch einen Computer erstaunlich nützlich. Ein typisches Verarbeitungsverfahren ist in einer Verarbeitungssoftware gespeichert, die in einer kommerziell erhältlichen Nah-Infrarot-Vorrichtung oder dergleichen vorgesehen ist. Als kommerziell erhältliche Software gibt es „Unscramber" von CAMO Company oder dergleichen. Typische Verarbeitungsverfahren sind die zuvor genannte Mehrfachregressionsanalyse, PLS, die Hauptkomponentenregressionsanalyse, usw.
Große Ströme einer Datenverarbeitung, die durch die multivariate Regressionsanalyse auf eine quantitative Regressionsanalyse angewendet wird, sind (1) eine Bildung eines Kalibrierungsmodells (Kalibrierungskurve), (2) eine Bewertung des Kalibrierungsmodells und (3) eine Bestimmung eines unbekannten Musters.
Um eine Kalibrierung durchzuführen, ist es nötig, eine geeignete Anzahl von Mustern zum Bilden einer Kalibrierungskurve in ausreichender Genauigkeit zu messen. Erhaltene Spektren werden bei Bedarf Vorverfahren unterzogen. Typische Vorverfahren sind ein Glätten, eine Differenzierung und Normierung der Spektren, was allgemeine Vorgänge sind.
Die Kalibrierung ist eine Verarbeitung eines Aufbauens mathematischer relationaler Ausdrücke zwischen Spektraldaten und analytischen Werten von Zielcharakteristika, d. h. Modellen. Eine Bildung von Modellen wird durch eine statistische Technik durch ein Verwenden analytischer Werte von Mustern zum Bilden einer Kalibrierungskurve und von Spektraldaten durchgeführt. Um eine Genauigkeit einer Vorhersage der erstellten Kalibrierungskurve in Bezug auf ein unbekanntes Muster korrekt zu bewerten, werden Messfehler bezüglich des unbekannten Musters durch ein Bewertungsmuster erhalten. Wenn die Genauigkeit der Kalibrierungskurve als nicht ausreichend bestimmt wird, werden der Typ des Verarbeitungsverfahrens oder Parameter bei Bedarf verändert, um die Kalibrierungskurve zu korrigieren.
Eine Kalibrierungskurve, die als eine ausreichende Genauigkeit aufweisend erkannt wird, wird als ein relationaler Ausdruck zum Vorhersagen von Werten von Zielcharakteristika aus Spektraldaten bei einer Analyse des unbekannten Musters verwendet, um zur Bestimmung der Konzentration des unbekannten Musters verwendet zu werden.
23 ist ein Flussdiagramm eines allgemeinen Vorgangs einer multivariaten Regressionsanalyse. Eine Raman-Spektralmessung eines Musters zur Erstellung einer Kalibrierungskurve (mit einem bekannten analytischen Wert) wird durchgeführt und Vorverfahren, wie z. B. Glätten und Normierung, werden bei Bedarf durchgeführt, um danach ein Kalibrierungsmodell aus erhaltenen Raman-Spektraldaten (Raman-Spektralintensität bei jeder Wellenzahl) zu bilden, indem eine Kalibrierung durch eine multivariate Regressionsanalyse durchgeführt wird.
Dann wird eine Raman-Spektralmessung eines Bewertungsmusters (mit einem bekannten analytischen Wert) zum Bewerten dieses Kalibrierungsmodells durchgeführt und Vorverfahren werden bei Bedarf durchgeführt, um danach erhaltene Raman-Spektraldaten stattdessen in dem Kalibrierungsmodell einzusetzen und einen gemessenen Wert und einen berechneten Wert aus dem Kalibrierungsmodell miteinander zu vergleichen, um dadurch eine Genauigkeit des Kalibrierungsmodells zu bewerten. Das Verfahren kehrt zu den Stufen der Spektralmessung des Musters für eine Erstellung einer Kalibrierungskurve, Vorverfahren und Bildung eines Kalibrierungsmodells, zum Korrigieren des Kalibrierungsmodells und Wiederholen einer Bewertung durch Raman-Spektraldaten des Bewertungsmusters, wenn eine Genauigkeit nicht ausreichend ist, zurück. Wenn bestimmt wird, dass eine ausreichende Genauigkeit erzielt wurde, werden andererseits Raman-Spektraldaten, die durch eine Raman-Spektralmessung eines unbekannten Musters (mit einem unbekannten analytischen Wert) erhalten werden, stattdessen bei diesem Kalibrierungsmodell zur Berechnung der Konzentration eingesetzt.
Bezüglich der zur Messung verwendeten Verschiebungswellenzahl kann eine Verschiebungswellenzahl mit einem Korrelationskoeffizienten von zumindest 0,8, vorzugsweise zumindest 0,9, zwischen der Konzentration und der Raman-Spektralintensität wie oben beschrieben ausgewählt werden, während die zur Messung eingesetzte Verschiebungswellenzahl alternativ in einem willkürlichen Wellenlängenbereich ausgewählt werden kann, wenn eine multivariate Regressionsanalyse verwendet wird.
Die Konzentration jeder urogenen Komponente fluktuiert mit dem Urinvolumen. Andererseits weist Kreatinin ein konstantes Entladungsvolumen pro Zeit auf. Deshalb ist es vorzuziehen, Kreatinin als eine zu messende urogene Komponente zum Korrigieren Konzentrationen anderer urogener Komponenten in Bezug auf eine gemessene Kreatininkonzentration zu beinhalten. So können gemessene Werte, die eine Fluktuation des Urinvolumens korrigieren, erhalten werden.
Urin, das durch einen Benutzer in einen Untersatz abgegeben wird, wird in einem konkaven Urinsammler in dem Untersatz gesammelt. Dieser Urin wird mit Raman-Anregungslicht aus z. B. einem Anregungslaser bestrahlt, um Raman-Licht zu erhalten. Erhaltene Raman-Spektraldaten werden einer arithmetischen Verarbeitung unterzogen, wodurch eine Anzahl urogener Komponenten qualitativ/quantitativ gemessen werden kann.
Gemäß der erfindungsgemäßen Messvorrichtung einer urogenen Komponente wird in dem Urinsammler gesammelter Urin mit Raman-Anregungslicht bestrahlt, so dass Intensitäten an geeigneten Verschiebungswellenzahlpositionen und Gesamtspektralintensitäten in Bezug auf eine Mehrzahl zu messender Körperfluidkomponenten aus dem erhaltenen Raman-Licht erhalten werden, und eine Technik, wie z. B. eine multivariate Regressionsanalyse, wird eingesetzt, wodurch eine Mehrzahl urogener Komponenten gleichzeitig quantitativ in einer kurzen Zeit analysiert werden kann, Verbrauchsmaterialien, wie z. B. ein Testpapier oder ein Reagens, unnötig sind und kein Problem einer Entsorgung nach der Verwendung entsteht. Es ist nicht nötig, Urin zu sammeln, und eine Person kann ohne Weiteres eine Harnanalyse durchführen. Ferner wird kaum ein Einfluss durch eine ebenfalls vorliegende Substanz ausgeübt, da keine Enzymreaktion oder chemische Reaktion vorliegt, und eine Messung kann mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung könnten ein kleines Loch zum Setzen eines Speigatts, eine Anregungslichtquelle, ein Raman-Lichtempfangsfaserbauteil und ein Kondensierungsfaserbauteil in einem existierenden Untersatz bereitgestellt sein, während es möglich ist, ein Spektralerfassungsteil, ein Datenverarbeitungsteil und ein Datenausgabe teil, die außerhalb des Unteransatzkörpers gesetzt sind, durch extrem einfache zu bewältigen, wodurch kein breiter Platz benötigt wird. Deshalb kann sie in einen Raum gesetzt werden, der in einer Toilette eines Hauses oder eines Krankenhauses existiert. Ferner könnten die Kosten in Bezug auf Herstellung/Arbeit angemessen sein, da ein relativ billiger Detektor und dergleichen verwendet werden.
Vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine Seitenschnittansicht eines Untersatzkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
1B ist eine perspektivische Ansicht, die ein Optikfaserbauteil-Befestigungsteil für den Untersatz zeigt;
2 ist eine Schnittdraufsicht des Untersatzkörpers des Ausführungsbeispiels;
3 ist eine Seitenschnittansicht eines Untersatzkörpers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
4 ist ein Vorderaufriss des Untersatzkörpers gemäß dem Ausführungsbeispiel;
5 ist ein Blockdiagramm, das hauptsächlich ein optisches System bei einem Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, das hauptsächlich ein optisches System bei einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt;
7A ist ein Flussdiagramm, das den Gesamtfluss einer Funktionsweise zur Durchführung einer Messung durch einen Harnanalyseuntersatz gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
7B ist ein Flussdiagramm, das Funktionsweisen jeweiliger Teile zeigt;
8 stellt die Korrelation zwischen Kreatinin-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
9 stellt die Korrelation zwischen Albumin-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
10 stellt die Korrelation zwischen Globulin-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
11 stellt die Korrelation zwischen Hämoglobin-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
12 stellt die Korrelation zwischen Glukose-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
13 stellt die Korrelation zwischen Laktose-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
14 stellt die Korrelation zwischen Fruktose-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
15 stellt die Korrelation zwischen Galaktose-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
16 stellt die Korrelation zwischen Lithium-Acetoacetat-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
17 stellt die Korrelation zwischen β-Hydroxy-Buttersäure-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
18 stellt die Korrelation zwischen Aceton-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
19 stellt die Korrelation zwischen Ditaurobilirubin-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
20 stellt die Korrelation zwischen Urobilin-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
21 stellt die Korrelation zwischen Natriumnitrit-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
22 stellt die Korrelation zwischen Harnstoff-Konzentrationen und Raman-Streulicht-Intensitäten dar;
23 ist ein Flussdiagramm, das einen Vorgang aus einer Spektralmessung zu einer Konzentrationsbestimmung durch eine multivariate Regressionsanalyse zeigt;
24 zeigt Korrelationsdiagramme berechneter Werte und tatsächlicher Werte einer Mehrzahl urogener Komponenten, die durch ein multivariate Regressionsanalyse berechnet werden; und
25 ist ein Graph, der Korrelationskoeffizienten zwischen dem Spektrum und der Konzentration auf der Achse von Ordinaten zeigt, während eine Verschiebungswellenzahl von 0 bis 4.000 cm^–1 des Spektrums auf der Achse von Abszissen in Bezug auf Glukose gezeigt ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Während einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nun auf der Basis der Zeichnungen beschrieben werden, ist die vorliegende Erfindung durch diese nicht eingeschränkt.
Die 1A und 1B sind eine Seitenschnittansicht bzw. eine Schnittdraufsicht eines Untersatzkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Untersatzloch 2 ist in einer oberen Oberfläche eines Untersatzkörpers 1 gebildet, um eine Untersatzform im Westernstil, ähnlich wie im Stand der Technik, darzustellen, ein Wassertank 7, der Spülwasser speichert, ist über eine hintere obere Oberfläche des Untersatzkörpers 1 gesetzt, ähnlich wie im Stand der Technik, und ein Wasserloch 9 ist in einem oberen Abschnitt des Untersatzkörpers 1 vorgesehen. Das Spülwasser läuft durch einen Durchgang 8 aus dem Wassertank 7 und fließt aus dem Wasserloch 9 heraus, um eine Schüssel 3 und einen Urinsammler 4 zu spülen.
Der konkave Urinsammler 4 ist unter einen vorderen Endabschnitt des Untersatzkörpers 1 gesetzt, so dass Urin in der Schüssel 3 gesammelt werden kann. Einzelfaserlöcher 13L und 13R sind an das vordere Ende bzw. die linke Seite des Urinsammlers 4 gesetzt und Kondensorlinsen 15L und 15R zum Kondensieren von Licht sind an Seiten der Schüssel 3 dieser Faserlöcher 13L bzw. 13R gesetzt, während ein Anregungslichtfaserbauteil 5 zum Tragen von Anregungslicht von einer Anregungslichtquelle 14 (wird Bezug nehmend auf die 5 und 6 später beschrieben) und ein Raman-Lichtempfangs faserbauteil 6 zum Aufnehmen von Raman-Licht in die Faserlöcher 13L bzw. 13R gesetzt sind.
1B stellt die inneren Teile der Faserlöcher 13L und 13R detailliert dar. Die Kondensorlinse 15L ist auf die Seite der Schüssel 3 des Faserlochbauteils 13L gesetzt, um das Anregungslicht, das von dem Anregungslichtfaserbauteil 5 ausgeht, das in die äußere Seite des Untersatzkörpers 1 des Faserlochs 13L eingesetzt ist, zu kondensieren. Andererseits ist die Kondensorlinse 15R auf die Seite der Schüssel 3 des Faserlochs 13R zum Kondensieren des Raman-Lichts aus einer Urinprobe in dem Urinsammler 4 gesetzt, so dass hier kondensiertes Raman-Licht durch das Raman-Lichtempfangsfaserbauteil 6 aufgenommen und zu einem optischen System, das einen Spektrodetektor umfasst, geführt wird.
Ein Speigatt 35 ist an dem unteren Abschnitt des Urinsammlers 4 vorgesehen und der Durchmesser des Speigatts 35 ist auf eine Größe gesetzt, die einen derartigen Durchgangswiderstand aufweist, dass die Urinprobe für zumindest eine zur Messung nötige Zeit in dem Urinsammler 4 bleibt. Während der Urin auch während einer Messung aus dem Urinsammler 4 fließt, verschwindet der Urin während der Messung nicht. Nach der Messung fließt der in dem Urinsammler 4 verleibende Urin fortwährend durch das Speigatt 35, so dass der Urinsammler 4 nach einer konstanten Zeit geräumt ist. Wenn der Urinsammler 4 in einem den Urin speichernden Zustand gespült wird, wird der verbleibende Urin mit dem Spülwasser weggewaschen, das wiederum in dem Urinsammler 4 gesammelt wird. Das in dem Urinsammler 4 gesammelte Spülwasser fließt auch durch das Speigatt 35, so dass der Urinsammler 4 nach einer konstanten Zeit geräumt ist.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das Anregungslichtfaserbauteil 5 mit der Anregungslichtquelle 14 verbunden, die außerhalb des Untersatzkörpers 1 gesetzt ist, während das Raman-Lichtempfangsfaserbauteil 6 mit einem Spektrodetektor 10 kommuniziert, der außerhalb des Untersatzkörpers 1 gesetzt ist. Ein Raman-Signal, das in seine Spektralkomponenten zerlegt ist, die durch den Spektrodetektor 10 erfasst werden, wird einer Datenverarbeitung durch ein Datenverarbeitungsteil 11 unterzogen und aus einem Datenausgabeteil 12 als ein gemessener Wert ausgegeben. Jeweilige Teile der Anregungslichtquelle 14, des Spektrodetektors 10, des Datenverarbeitungsteils 11 und des Datenausgabeteils 12 werden später Bezug nehmend auf die 5 und 6 beschrieben.
Die 3 und 4 sind ein Seitenaufriss bzw. ein Vorderaufriss, die einen Untersatzkörper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
Bezug nehmend auf 3 ist ein Untersatzloch 2 an einer Vorderoberfläche des Untersatzkörpers 1 gebildet, um die Form eines Urinbeckens, ähnlich wie im Stand der Technik, darzustellen, und ein Wasserloch 9 ist in einem oberen Abschnitt des Untersatzkörpers 1, ähnlich wie im Stand der Technik, vorgesehen. Spülwasser, das aus einer Schüssel 3 in einen Urinsammler 4 fließt, fließt durch ein Speigatt 35, um den Urinsammler 4 zu spülen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der konkave Urinsammler 4 in einen inneren unteren Abschnitt des Untersatzkörpers 1 gesetzt, so dass Urin in der Schüssel 3 gesammelt werden kann. Einzelfaserlöcher 13L und 13R sind an das untere Ende bzw. die linke Seite des Urinsammlers 4 gesetzt und Kondensorlinsen 15L und 15R zum Kondensieren von Licht sind an Seiten der Schüssel 3 der Faserlöcher 13L bzw. 13R gesetzt, während ein Anregungslichtfaserbauteil 5 zum Tragen von Anregungslicht von einer Anregungslichtquelle 14 (Bezug nehmend auf die 5 und 6 später beschrieben) und ein Raman-Lichtempfangsfaserbauteil 6 zum Aufnehmen von Raman-Licht in die Faserlöcher 13L bzw. 13R gesetzt sind.
Wie in 4 gezeigt ist, ist das Anregungslichtfaserbauteil 5 mit der Anregungslichtquelle 14 verbunden, die außerhalb des Untersatzkörpers 1 gesetzt ist, während das Raman-Lichtempfangsfaserbauteil 6 mit einem Spektrodetektor 10 kommuniziert, der außerhalb des Untersatzkörpers 1 gesetzt ist, ähnlich wie in 2. Ein Raman-Signal, das in seine Spektralkomponenten zerlegt ist, die durch den Spektrodetektor 10 erfasst werden, wird einer Datenverarbeitung durch ein Datenverarbeitungsteil 11 unterzogen und als ein gemessener Wert aus einem Datenausgabeteil 12 ausgegeben.
5 ist ein Blockdiagramm, das hauptsächlich ein optisches System bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, das aus einem Lichtquellenteil 16, einem Mess-/Photoempfangsteil 17, einem optischen Zieleinstellteil 18, einem Spektrodetektorteil 19, einem Datenverarbeitungs- und Ausgabeteil 20 und einem optischen Korrektureinstellteil 21 besteht. Das Mess-/Photoempfangsteil 17 ist in einen Untersatzkörper 1 gesetzt, während das Lichtquellenteil 16, das optische Zieleinstellteil 18, das Spektrodetektorteil 19 und das Datenverarbeitungs- und Ausgabeteil 20 und das optische Korrektureinstellteil 21 außerhalb des Untersatzkörpers 1 gesetzt sind.
In konkreter Beschreibung weist das Lichtquellenteil 16 eine Anregungslichtquelle 14, die Licht einer einzelnen Wellenlänge erzeugt, ein Bandpassfilter 23 zum Übertragen von nur einer Anregungswellenlänge aus der Anregungslichtquelle 14, während das verbleibende Licht reflektiert wird, einen Strahlteiler 24 zum Unterteilen eines Strahls aus der Anregungslichtquelle 14 in einen Musterstrahl 31s und einen Korrekturstrahl 31r und eine Lichtquellenkondensorlinse 22 und eine Konvergenzlinse 32, die auf beide Seiten des Strahlteilers 24 gesetzt sind, zum Konvergieren des Musterstrahls 31s auf einer Urinprobe in einem Urinsammler 4 des Mess-/Photoempfangsteils 17 auf. Wenn die Anregungslichtquelle 14 eine Lasereinheit ist, ist es vorzuziehen, ein Bandpassfilter 23 zum Abblocken eines Seitenbands von dessen Laserstrahl bereitzustellen.
Eine Lasereinheit wird z. B. als die Anregungslichtquelle 14 verwendet. Ein kontinuierlich oszillierender Kr-Ionenlaser, ein He-Ne-Laser, eine Laserdiode aus InGaAs oder dergleichen, ein Nd:YAG-Laser oder ein Pulslaser kann als die Lasereinheit verwendet werden und kann aus Lasern eines breiten Wellenlängenbereichs über eine Nah-Ultraviolett- bis zu einer Nah-Infrarot-Region ausgewählt und eingesetzt werden. Als eine andere Lichtquelle als die Lasereinheit kann eine Lichtquelle, wie z. B. eine Halogenlampe, die Mehrwellenlängenlicht erzeugt, in Kombination mit einem Spektroskop oder einem optischen Filter eingesetzt werden.
Die Wellenlänge des Anregungslichts beträgt vorzugsweise zumindest 800 nm, d. h. in einer längeren Wellenlängenregion über Nah-Infrarot hinaus. Der Grund hierfür ist wie folgt: eine wichtige Komponente weist eine große Fluoreszenz auf, eine Fluoreszenzlichtausbeute ist hoch, wenn die Anregung mit sichtbarem Licht eines Ar-Lasers (514,5 nm) oder eines He-Ne-Lasers (632,8 nm) erfolgt, und ein Spektrum wird ohne Weiteres durch Fluoreszenz beeinflusst, während die Fluoreszenz-Lichtausbeute reduziert ist und ein Einfluss von Fluoreszenz reduziert werden kann, wenn die Anregung mit Licht einer längeren Wellenlängenregion über Nah-Infrarot hinaus angeregt wird, und ein Einfluss durch externes Licht einer Fluoreszenzlampe, die Streulicht bildet, kann reduziert werden.
Eine Urinprobe wird in einem Urinsammler 4 gespeichert und in das Mess-/Photoempfangsteil 17 gesetzt. Das Mess-/Photoempfangsteil 17 weist ein Anregungslichtfaserbauteil 5 zum Führen des Musterstrahls 31s, eine Kondensorlinse 15L zum Kondensieren des Musterstrahls 31s aus dem Anregungslichtfaserbauteil 5 und Bestrahlen der Urinprobe in dem Urinsammler 4 mit dem Musterstrahl 31s, den Urinsammler 4 zum Sammeln der Urinprobe und Dienen als eine Musterzelle, eine Kondensorlinse 15R zum Konvergieren von Raman-Licht, das aus der Urinprobe erzeugt wird, die mit dem Musterstrahl 31s bestrahlt wird, und ein Raman-Lichtempfangsfaserbauteil 6 zum Aufnehmen des Raman-Lichts, das durch die Kondensorlinse 15R erhalten wird, und Führen des Raman-Lichts zu dem Spektrodetektorteil 19 durch das optische Zieleinstellteil 18 auf. Das Anregungslichtfaserbauteil 15 und das Raman-Lichtempfangsfaserbauteil 6 könnten optische Faserbauteile mit einem einzelnen Kern sein bzw. optische Faserbündel, die durch ein Bündeln mehrerer optischer Faserbauteile gebildet sind.
Das optische Zieleinstellteil 18 weist ein Filter 26 zum Entfernen der gleichen Wellenlängenkomponente (Rayleigh-Licht) wie dem Anregungslicht aus dem erhaltenen Raman-Licht und Herausnehmen von Ziellicht, das Fluoreszenz- und Raman-Streulicht umfasst, und ein optisches System (Kondensorlinsen 25 und 27) zum Einstellen von Strahlen auf.
Das Filter 26 ist vorzugsweise entweder ein holographisches Kerbfilter, das die Rayleigh-Licht-Lichtwellenlänge in seiner Kerbregion umfasst, oder ein Schnittfilter zum Blockieren der Rayleigh-Lichtwellenlänge und einer kürzeren Wellenlängenseite. Das holographische Kerbfilter blockiert nur eine gewünschte Wellenlängenregion und überträgt Wellenlängenlicht einer anderen Region. Es ist möglich, eine Anregungslichtkomponente zu entfernen, indem diejenige eingesetzt wird, die die Anregungslichtwellenlänge in der blockierten Region (Kerbregion) umfasst. Das holographische Kerbfilter ist z. B. bei Kaiser Optical Systems, Inc. (USA) erhältlich.
Ein Strahlteiler 28 ist zwischen das Filter 26 des optischen Zieleinstellteils 18 und die Kondensorlinse 27 als Wellenkombinierungsmittel gesetzt, so dass das Ziellicht durch den Strahlteiler 28 übertragen und an einen Einlassschlitz eines Spektroskops des Spektrodetektors 10 durch die Kondensorlinse 27 geführt wird.
Das optische Korrektureinstellteil 21 ist angepasst, um den Korrekturstrahl 31r, der durch den Strahlteiler 24 unterteilt ist, zu dem Strahlteiler 28 der Wellenkombinierungseinrichtung zu führen, und weist ein Neutralfilter 29 zum Dämpfen der Lichtmenge und einen reflektierenden Spiegel 30 zum Biegen eines optischen Pfads auf, um den Korrekturstrahl 31r einzustellen. Der Korrekturstrahl 31r aus dem optischen Korrektureinstellteil 21 wird durch den Strahlteiler 28 reflektiert und zu dem Einlassschlitz des Spektroskops des Spektrodetektors 10 durch die Kondensorlinse 27 geführt.
Der Korrekturstrahl 31r umfasst nur das Anregungslicht aus der Anregungslichtquelle 14 und nicht durch ein Muster und so hängt der Korrekturstrahl 31r nicht von dem Muster ab, sondern drückt eine Intensitätsfluktuation aus der Lichtquelle in Wiedergabetreue aus. Der Korrekturstrahl 31r ist angepasst, um eine Fluktuation einer Spektrallichtintensität durch ein Fluktuation der Anregungslichtintensität aus der Anregungslichtquelle 14 zu korrigieren, und wenn eine derartige Korrektur nicht nötig ist, sind der Strahlteiler 24 des Lichtquellenteils 16, das optische Korrektureinstellteil 21 und der Strahlteiler 28, der ein Wellenkombinationseinrichtung ist, nicht nötig.
Das Spektrodetektorteil 19 weist den Einzelspektrodetektor 10, der das Spektroskop zum Beinhalten eines Strahls, der von dem optischen Zieleinstellteil 18 ausgeht, und des Korrekturstrahls 31r, der aus dem optischen Korrektureinstellteil 21 durch den Stahlteiler 28 ausgeht, der als Wellenkombinierungseinrichtung dient und den Strahl in Spektralkomponenten desselben trennt, sowie einen Detektor zum Erfassen der durch das Spektroskop getrennten Spektralkomponenten auf.
Der Spektrodetektor 10 ist vorzugsweise ein Polychrometer, das einen Mehrkanalphotodetektor zum gleichzeitigen Erfas sen zu messender Wellenlängenregionen aufweist. Wenn der Spektrodetektor 10 ein Polychrometer ist, können die zu messenden Wellenlängenregionen gleichzeitig erfasst werden, und ein Ziellichtspektrum einer vorgeschriebenen Region und das Anregungslicht können gleichzeitig erfasst werden. Folglich wird keine Differenz zwischen Erfassungszeiten für die jeweiligen Wellenlängen des Ziellichts und des Anregungslichts bewirkt. Wenn eine Differenz zwischen den Erfassungszeiten für die jeweiligen Wellenlängen des Ziellichts und des Anregungslichts jedoch erlaubt ist, könnte das Spektrodetektorteil 19 ein Wellenlängenabtasttyp-Spektroskop oder optische Filter und einen Einzelkanalphotodetektor zum aufeinander folgenden Erfassen der zu messenden Wellenlängenregionen verwenden.
Das Datenverarbeitungs- und Ausgabeteil 20 weist ein Datenverarbeitungsteil 11 zum Datenverarbeiten von Spektren, die durch den Detektor des Spektrodetektors 10 erfasst werden, und ein Ausgabeteil 12 zum Ausgeben von Daten, die in dem Datenverarbeitungsteil 11 verarbeitet werden, auf. Das Datenverarbeitungsteil 11 ist angepasst, um Operationen der jeweiligen Teile zu steuern, sowie eine Datenverarbeitung durchzuführen, wie z. B. eine multivariate Regressionsanalyse an einem Signal, das durch den Spektrodetektor 10 erfasst wird, während eine Funktion eines Korrigierens einer erfassten Intensität des Ziellichts Bezug nehmend auf eine erfasst Intensität der Anregungslichtkomponente in den Spektren, die durch den Spektrodetektor 10 erfasst werden, enthalten ist, bildet ein Raman-Streuspektrum, bei dem eine Fluktuation der Lichtquelle korrigiert wird, und führt eine Qualifizierung und Bestimmung des Musters aus der Ziellichtintensität durch. Das Ausgabeteil 12 ist ein Drucker oder eine Anzeige, die die in dem Datenverarbeitungsteil 11 verarbeiteten Daten ausgibt.
Während angenommen wird, dass bei diesem Ausführungsbeispiel θ = 90° ist, unter der Annahme, dass θ einen Winkel darstellt, der durch gestreutes Licht von einer Zielsub stanz in Bezug auf einfallendes Licht gebildet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt, solange 0° ≤ θ < 360° gilt.
6 zeigt eine Vorrichtung in dem Fall von θ = 180° und Teile, die die gleichen wie diejenigen der in 5 gezeigten Vorrichtung sind, sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Ein Musterstrahl 31s aus einem Anregungslichtquellenteil 16 wird durch einen mittleren Übertragungsreflexionsspiegel 33 übertragen, der ein Mittelloch aufweist und in einem optischen Zieleinstellteil 18 angeordnet ist, um auf eine Urinprobe in einem Mess-/Photoempfangsteil 17 durch ein Optikfaserbauteil 5a angelegt zu werden. Das optische Zieleinstellteil 18 ähnelt dem in 5 dargestellten und ist mit Kondensorlinsen 25 und 27 zum Konvergieren von Raman-Licht von der Urinprobe, das durch das optische Faserbauteil 5a läuft und durch den Spiegel 33 in einen Einlassschlitz eines Spektroskops eines Spektrodetektors 10 reflektiert wird, versehen, während ein holographisches Kerbfilter, das gesetzt ist, um eine Wellenlänge eines Anregungslichts in dessen Kerbregion zu umfassen, zwischen den Kondensorlinsen 25 und 27 als ein Filter 26 zum Entfernen der gleichen Wellenlängenkomponente wie dem Anregungslicht und Herausnehmen von Ziellicht angeordnet ist. Die verbleibende andere Struktur als das Mess-/Photoempfangsteil 17 ist identisch zu dem aus 5.
Bei dem Ausführungsbeispiel aus 6 dient das optische Faserbauteil 5a sowohl als ein Anregungslichtfaserbauteil als auch als ein Raman-Lichtempfangsfaserbauteil. Ebenso könnte in diesem Fall das optische Faserbauteil 5a ein optisches Faserbauteil mit einem einzelnen Kern sein oder ein optisches Faserbündel, das durch ein Bündeln einer Mehrzahl optischer Faserbauteile gebildet ist. In dem Fall eines optischen Faserbündels ist es möglich, dasselbe unterschiedlich zum Verwenden eines Teils als ein Anregungs lichtfaserbauteil und des verbleibenden Teils als ein Raman-Lichtempfangsfaserbauteil zu verwenden.
In den optischen Systemen der 5 und 6 können transparente Plattenglasbauteile, wie z. B. Diaglas, als die Strahlteiler 24, 28 und 33 eingesetzt werden. Wenn transparente Plattenglasbauteile schräg auf optischen Pfaden angeordnet sind, ist es möglich, Einzeleinfallslicht in reflektiertes Licht und übertragenes Licht zu trennen und übertragenes Einfallslicht und reflektiertes Einfallslicht auf der gleichen optischen Achse zu kombinieren. Halbspiegel könnten anstelle der Transparentplattenbauteile eingesetzt werden. Wenn transparente Plattenglasbauteile eingesetzt werden, kann die übertragene Lichtmenge erhöht werden, da keine Absorption bezüglich übertragenen Lichts vorliegt, im Gegensatz zu den Halbspiegeln.
Die 7A und 7B sind Flussdiagramme, die den Gesamtfluss einer Funktionsweise zum Messen der Urinprobe in dem Urinsammler 4 durch den Harnanalyseuntersatz gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen und jeweilige Funktionsweisen der jeweiligen Teile zeigen.
Wenn eine Leistungsquelle, die außerhalb des Untersatzkörpers 1 vorgesehen ist, eingeschaltet wird, wird der Vorrichtungsbetrieb aus einem Messvorbereitungszustand begonnen. Eine Oszillation des Anregungslichts und eine Messung werden gestartet. Raman-Licht der Urinprobe in dem Urinsammler 4, das durch die Anregungslichtquelle 14 angeregt wird, wird durch das Raman-Lichtempfangsfaserbauteil 6 aufgenommen und die Messung endet nach einer Raman-Spektralmessung einer vorbestimmten Zeit. Ergebnisse, die durch ein Verarbeiten der erhaltenen Raman-Spektraldaten durch ein Durchführen eines ordnungsgemäßen Datenanalysebetriebs erhalten werden, werden als Konzentrationen jeweiliger Komponenten ausgegeben, usw. Die Leistungsquelle wird automatisch nach Fertigstellung der Datenausgabe abgeschaltet.
Das Datenverarbeitungsteil 11 analysiert die gemessenen Daten durch eine mathematische arithmetische Verarbeitung, wie z. B. eine multivariate Regressionsanalyse, auf der Basis von Intensitäten des Raman-Lichts, das durch den Spektrodetektor 10 in seine Spektralkomponenten getrennt wird, oder von Spektralmustern, und erhält jeweilige Komponentenkonzentrationen. Die Analyseergebnisse werden an das Datenausgabeteil 12 ausgegeben.
Das Datenverarbeitungsteil 11 kann auch einen Betrieb eines Korrigierens von Konzentrationen anderer Komponenten Bezug nehmend auf eine Kreatininkonzentration durchführen.
Um die Messung zu starten, könnte das Speigatt 35 von 1A durch ein transparentes Glasrohr gebildet sein, so dass die Messung anstelle eines Verfahrens eines manuellen Drückens eines Startknopfs automatisch gestartet wird, wenn die Urinprobe durch das Speigatt 35 läuft.
Ergebnisse einer Messung bei einigen Komponenten, die im Urin enthalten sind, sind gezeigt. Daten, die in den 8 bis 22 gezeigt sind, sind Ergebnisse einer Messung in Bezug auf Muster einer wässrigen Lösung der jeweiligen einzelnen Komponenten.
8 zeigt ein Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von Kreatinin und ein Mehrfachkorrelationskoeffizient R² (Quadrat des Korrelationskoeffizienten R) beträgt 0,961.
Die 9 bis 11 zeigen Ergebnisse einer Bestimmung bezüglich eines Proteins im Urin. Albumin und Globulin dienen als Anzeichen für ein Nephrosesyndrom oder Glomerulonephritis und Hämoglobin dient als ein Anzeichen für eine Entzündung oder einen Tumor des Harnsystems oder dergleichen.
9 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentration von Albumin und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,999.
10 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von Globulin und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,994.
11 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von Hämoglobin und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,998.
Die 12 bis 15 zeigen Ergebnisse einer Bestimmung bezüglich Zucker im Urin. Glukose, Laktose, Fruktose und Galaktose dienen als Anzeichen für Diabetes Mellitus, kindliche Dyspepsie, Ernährungs-Fruktosämie bzw. eine kritische Hepatopathie oder kindliche Trophopathie.
12 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von Glukose und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,964.
13 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von Laktose und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,999.
14 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von Fruktose und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,990.
15 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von Galaktose und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,974.
Die 16 bis 18 zeigen Ergebnisse einer Bestimmung bezüglich Keton-Körpern im Urin. Lithium-Acetoacetat, β-Hydroxy-Buttersäure und Aceton dienen als Anzeichen für Ketoacidose oder dergleichen.
16 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von Lithium-Acetoacetat und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,998.
17 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von β-Hydroxy-Buttersäure und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,997.
18 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von Aceton und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,999.
Die 19 und 20 zeigen Ergebnisse einer Bestimmung in Bezug auf Gallenpigmente im Urin. Bilirubin und Urobilinogen dienen als Anzeichen für eine Leber-/Gallenkrankheit bzw. eine Leber-/Gallenkrankheit oder eine cythemolytische Krankheit. Da Bilirubin in Wasser unlöslich ist, wurde bei diesem Beispiel Ditaurobilirubin eingesetzt. Bezüglich Urobilin wurde eine Messung mit Urobilin durchgeführt, das Urobilinogen instabil ist und durch Luftoxidation leicht zu Urobilin wird.
19 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von Ditaurobilirubin und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,994.
20 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung einer Korrelation zwischen Spektralintensitäten und Konzentrationen von Urobilin und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² beträgt 0,995.
21 zeigt das Ergebnis einer Bestimmung bezüglich Nitrit im Urin und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² seiner Spektralintensitäten und Konzentrationen beträgt 0,998. Natriumnitrit dient als ein Anzeichen für Mikrobismus eines Harnsystems.
22 zeigt das Ergebnis einer Bestimmung bezüglich Harnstoff im Urin und der Mehrfachkorrelationskoeffizient R² seiner Spektralintensitäten und Konzentrationen beträgt 0,998. Urogener Harnstoff ist nützlich zum Erkennen eines internen Proteinstoffwechsels, einer Leber-/Nierenfunktion oder dergleichen. Die Sthenie eines Körperproteinkatabolismus oder eine Dosis Chinin ist vorstellbar, wenn dies erhöht ist, während ein hepatozytischer Einfluss oder eine Niereninsuffizienz vorstellbar ist, wenn dies reduziert ist. Es wurde ebenso erkannt, dass das Volumen von urogenem Harnstoff als ein Anzeichen einer spezifischen Urindichte dient („Shintei Rinsho Kensa Kenshu Handbook 3" von Nozomu Kosakai, Yakujinippo-Sha), während ein osmotischer Druck Brechungsindex und eine spezifische Urindichte allgemein im Verhältnis hervorragend sind und eine Bestimmung der drei wird durch eine spezifische Dichte ersetzt („Rinsho Kensaho Teiyo" von Masamitsu Kanai, Kinbara Shuppan Kabushiki Kaisha).
Die 23 und 24 stellen Beispiele dar, die eine multivariate Regressionsanalyse einsetzen.
150 mg/dl, 300 mg/dl bzw. 450 mg/dl Harnstoff, 600 mg/dl, 1,2 g/dl bzw. 1,8 g/dl Natriumnitrit und 300 mg/dl, 600 mg/dl bzw. 900 mg/dl Aceton wurden zu normalem Urin in willkürlichen Kombinationen zugegeben, Spektren wurden gemessen und Konzentrationen wurden durch eine multivariate Regressionsanalyse bestimmt.
Die Konzentration einer willkürlichen Substanz, die im Urin vorliegt, kann annäherungsweise durch die folgende Gleichung bestimmt werden:
wobei C die Konzentration der willkürlichen Substanz, die im Urin vorliegt, darstellt, k(λi) eine Proportionalkonstante bei einer Verschiebungswellenzahl i cm^–1 darstellt und A(λi) eine Raman-Spektralintensität bei der Verschiebungswellenzahl i cm^–1 darstellt.
Der Wert k(λi) wird bei dem Vorgang der multivariaten Regressionsanalyse bestimmt, so dass die Korrelation zwischen der Konzentration eines Musters, das einen bekannten analytischen Wert aufweist, und einer geschätzten Konzentration maximiert ist. Diese Berechnung wird zuvor in eine kommerziell erhältliche Verarbeitungssoftware integriert und automatisch durchgeführt, so dass diese Gleichung für jede urogene Substanz gebildet wird, deren Konzentration erhalten werden soll.
23 ist ein Flussdiagramm, das den Vorgang von einer Spektralmessung zu einer Konzentrationsbestimmung zeigt. Bei diesem Beispiel wurde keine Vorbehandlung durchgeführt und QUANT+ von Perkin Elmar Co., Ltd. wurde als Verarbeitungssoftware eingesetzt. Das PCR-Verfahren wurde als das Verarbeitungsverfahren eingesetzt. Wenn eine vollständige Vergleichsprüfung durchgeführt wird, kann eine Bewertung der Genauigkeit eines Kalibrierungsmodells weggelassen werden.
24 zeigt Korrelationsdiagramme berechneter Werte und tatsächlicher Werte (Referenzwerte), die bei diesem Beispiel erhalten werden. Mehrfachkorrelationskoeffizienten R² und ein SEP von Harnstoff, Natriumnitrit und Aceton betru gen 0,986 und 18,13, 0,992 und 57,17 bzw. 0,956 und 69,74. SEP zeigt einen vorhergesagten Standardfehler an, der wie folgt berechnet wird:
wobei di die Differenz zwischen einem berechneten Wert durch ein Kalibrierungsmodell und einem tatsächlichen Wert darstellt, D einen durchschnittlichen Wert von di darstellt und n die Anzahl von Bewertungsmustern darstellt.
Wenn dieser numerische Wert reduziert ist, zeigt dies an, dass eine Genauigkeit der Kalibrierungskurve hoch ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und dargestellt wurde, ist klar verständlich, dass dieselbe lediglich zur Darstellung und beispielhaft ist und nicht als Einschränkung aufgefasst werden soll, wobei die Wesensart und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch die Ausdrucksweise der beigefügten Ansprüche eingeschränkt sind.

Claims

Eine Messvorrichtung einer urogenen Komponente, mit folgenden Merkmalen: einem Untersatzkörper (1); einem Urinsammler (4), der in dem Untersatzkörper (1) in einer Position zum Aufnehmen von Urin vorgesehen ist; gekennzeichnet durch: ein Anregungslichtquellenteil (16), das angeordnet ist, um Anregungslicht einer sichtbaren oder Infrarot-Wellenlängenregion zu erzeugen; ein Mess-/Photoempfangsteil (17), das angeordnet ist, um eine Urinprobe in dem Urinsammler mit dem Anregungslicht aus dem Anregungslichtquellenteil (16) zu bestrahlen, und angeordnet ist, um Ziellicht zu empfangen, das Raman-Licht umfasst, das aus der Urinprobe, die mit dem Anregungslicht bestrahlt wird, erzeugt wird; ein optisches System (18, 19), das einen Spektro-Detektor (10) umfasst, der angeordnet ist, um das Ziellicht zu empfangen, das gerade in dem Mess-/Photoempfangsteil (17) empfangen wird, und angeordnet ist, um entweder eine Raman-Spektralintensität bei einer ausgewählten Messverschiebungswellenzahl oder eine Raman-Spektralintensität bei jeder Verschiebungswellenzahl in einem willkürlichen Verschiebungswellenzahlbereich zu messen, der einer zu messenden urogenen Komponente entspricht; ein Datenverarbeitungsteil (11), das angeordnet ist, um den gemessenen Raman-Spektralintensitätswert zu empfangen, der in dem optischen System (18, 19) erhalten wird, und angeordnet ist, um die Konzentration einer oder mehrerer urogener Komponenten auf der Basis dessen zu berechnen; ein Datenausgabeteil (12), das angeordnet ist, um ein Datenanalyseergebnis auszugeben, das durch das Datenverarbeitungsteil (11) erhalten wird; und ein Speigatt (35), das an einem Basisabschnitt des Urinsammlers (4) vorgesehen ist, wobei der Durchmesser des Speigatts (35) derart ist, dass das Speigatt (35) einen Durchgangswiderstand aufweist, so dass die Urinprobe für zumindest die für eine Messung erforderliche Zeit in dem Urinsammler (4) verbleibt.
Die Messvorrichtung einer urogenen Komponente gemäß Anspruch 1, bei der die Messverschiebungswellenzahl, die für die zu messende urogene Komponente ausgewählt wird, eine Verschiebungswellenzahl ist, die spezifisch für die Komponente ist, die eine hervorragende Korrelation zwischen einer Konzentration und einer Raman-Spektralintensität in einer Messung einer wässrigen Lösung der urogenen Komponente aufweist, und das Datenverarbeitungsteil (11) Kalibrierungskurvendaten hält, die Beziehungen zwischen Konzentrationen und Raman-Spektralintensitäten bei jeweiligen Messverschiebungswellenzahlen in Bezug auf eine Mehrzahl urogener Komponenten anzeigen, zum Empfangen gemessener Raman-Spektralintensitätswerte bei den jeweiligen Messverschiebungswellenzahlen, die der Mehrzahl urogener Komponenten entsprechen, und gleichzeitigen quali tativen/quantitativen Analysieren der Mehrzahl urogener Komponenten durch die Kalibrierungskurvendaten.
Die Messvorrichtung einer urogenen Komponente gemäß Anspruch 2, bei der die Messverschiebungswellenzahl eine Verschiebungswellenzahl ist, die einen Korrelationskoeffizienten R von zumindest 0,8, vorzugsweise zumindest 0,9, in einer Messung einer wässrigen Lösung der urogenen Komponente aufweist.
Die Messvorrichtung einer urogenen Komponente gemäß Anspruch 1, bei der die Messverschiebungswellenzahl, die ausgewählt wird, die der zu messenden urogenen Komponente entspricht, eine Verschiebungswellenzahl ist, die spezifisch für die urogene Komponente ist, die eine hervorragende Korrelation zwischen einer Konzentration und einer Raman-Spektralintensität in einer Messung einer wässrigen Lösung der urogenen Komponente aufweist, und das Datenverarbeitungsteil (11) gemessene Raman-Spektralintensitätswerte bei jeweiligen Messverschiebungswellenzahlen empfängt, die einer Mehrzahl urogener Komponenten entsprechen, und gleichzeitig qualitativ/quantitativ die Mehrzahl urogener Komponenten durch eine multivariable Regressionsanalyse analysiert.
Die Messvorrichtung einer urogenen Komponente gemäß Anspruch 4, bei der die Messverschiebungswellenzahl eine Verschiebungswellenzahl ist, die einen Korrelationskoeffizienten R von zumindest 0,8, vorzugsweise zumindest 0,9, in einer Messung einer wässrigen Lösung der urogenen Komponente aufweist.
Die Messvorrichtung einer urogenen Komponente gemäß Anspruch 1, bei der das Datenverarbeitungsteil (11) gemessene Raman-Spektralintensitätswerte bei jeweiligen Wellenlängen in einem willkürlichen Wellenlängenbereich empfängt, der einer Mehrzahl urogener Komponenten entspricht, und gleichzeitig die Mehrzahl urogener Komponenten durch eine multivariable Regressionsanalyse qualitativ/quantitativ analysiert.
Die Messvorrichtung einer urogenen Komponente gemäß Anspruch 1, wobei die zu messende urogene Komponente Kreatinin ist, wobei das Datenverarbeitungsteil (11) Konzentrationen anderer urogener Komponenten in Bezug auf eine Kreatininkonzentration korrigiert.
Die Messvorrichtung einer urogenen Komponente gemäß Anspruch 1, bei der der Spektro-Detektor (10) einen Mehrkanal-Photodetektor zum gleichzeitigen Erfassen von Raman-Spektralintensitäten bei einer Mehrzahl von Verschiebungswellenzahlen aufweist.
Die Messvorrichtung einer urogenen Komponente gemäß Anspruch 1, bei der das Anregungslichtquellenteil (16) das Anregungslicht, das Licht mit einer Wellenlänge von zumindest 800 nm umfasst, erzeugt.
Die Messvorrichtung einer urogenen Komponente gemäß Anspruch 9, bei der die Anregungslichtquelle des Anregungslichtquellenteils (16) ein Halbleiterlaser ist.
Die Messvorrichtung einer urogenen Komponente gemäß Anspruch 1, bei der das Anregungslichtquellenteil (16) und das optische System (18, 19) außerhalb des Untersatzkörpers (1) gesetzt sind und ein faseroptisches Bauteil (5, 6) zwischen dem Urinsammler (4) und dem Anregungslichtquellenteil (16) und dem optischen System (18, 19) als ein Lichtübertragungsweg vorgesehen ist.