JP2000504115A - 光吸収性化合物の非侵入測定のための装置および方法に使用するプログラム可能標準装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、相関分光計の標準装置として使用するプログラム可能フィルタを提供する。本発明はさらに、このプログラム可能標準装置を使用した光吸収性化合物の濃度決定方法を提供する。本発明はさらに、本発明のプログラム可能標準装置を組み込んで、光吸収性生物学的試料の濃度を非侵入的な方法で決定する方法および装置を提供する。一実施形態のプログラム可能標準装置（２０）は、分散部品（１０６ａ）および透過型空間光変調器（１０８）を含む。各光ビームの位置がその波長に相関するため、空間フィルタ（１０８）は、制御可能な方法で、入力ビームの所望の波長を選択的に減衰させる。

Description

【発明の詳細な説明】光吸収性化合物の非侵入測定のための装置および方法に使用す るプログラム可能標準装置 発明の分野 本発明は、光吸収性化合物の非侵入(noninvasive)定量に関する。より具体的 には本発明は、生物学的試料中の光吸収性化合物を非侵入的に定量する相関分光 測光装置および方法に使用するプログラム可能標準装置に関する。発明の背景 既存の分光分析手法のいくつかは、異なる波長における化合物の固有な吸収特 徴を利用する。次いで、異なる化合物の吸収特徴の知識を使用して、試料中のそ れらの濃度を決定する。 例えば、ある手法は偏光を使用する。化合物との相互作用に起因する偏光の変 化、およびこれらの変化に関する知識を使用して、未知の試料中の化合物の濃度 を特定する。その他の手法では、未知の試料からの信号を、既知の化合物の特徴 と相関させる、すなわちこれと比較する（相関分光法と呼ばれる）。 このような一般的な分光測光手法の使用に付随する大きな欠 点がある。第一に、特異性が十分ではなく（いくつかの化合物は類似した特徴を 有する）、また、組織による散乱が化合物の特徴をかなり歪めることがあげられ る。第二に、このような分光分析方法は、信号対雑音比に問題があることである 。したがって、測定法の特異性が不十分（その他の化合物が妨害する）となるか 、または、測定の精度が低くなる（雑音が多い品質の悪いデータ）。 これらの欠点にもかかわらず、このような手法を、生物学的試料（例えば生物 体）中の光吸収性化合物の非侵入測定に適合させようとする試みが多数報告され ている。このような試みは特に、さまざまな体区画中のグルコースの測定に焦点 を合わせている。 偏光の変化を使用してグルコースを定量する既存の方法は、旋光および／また は円偏光二色性など、全体の偏光状態の一部のみを使用するため、これらの方法 には限界がある。 例えば、米国特許第４８８２４９２号には、グルコースの測定に減法相関分光 計を使用することが記載されている。相関分光測定では、未知の試料のスペクト ルを標準装置のスペクトルと比較する。信号出力は、未知の試料が標準装置とど れだけ類 似して一致するのか程度である。この方法で使用する標準装置は、問題の検体（ analyte）を高濃度に含むガラスまたはプラスチック製のセルである。 このようなシステムの主な欠点は、標準装置が、測定ごとに固定されており、 簡単には変更することができない点である。第二の欠点は、グルコースの測定に 関するもので、標準装置が、高濃度のグルコースであるため、時間がたつと劣化 したり、変化したりする点である。最後としては、いくつかの妨害物質が、問題 の生物学的化合物と非常によく似たスペクトルを有することがあり、これが、そ の化合物の測定を妨害する点である。 任意の吸収スペクトルおよび任意の濃度で利用することができる標準装置が提 供される必要が依然としてある。本明細書に開示する装置および方法は、機器内 で使用する標準装置がプログラム可能であるため、既存の相関分光分析装置およ び方法よりも優れている。したがって任意の濃度で、どんな標準装置スペクトル でも作り出すことができる。これによって、未知の試料を、任意の数の相関成分 と比較することができる。さらに本発明によって、相関分光法を、時間的におよ び空間的に調節することができる。さらに本発明によって、プログラム可能標準 装置にグレースケールを使用することができ、既存の標準液の保存性の問題（例 えば劣化の問題）を排除することができる。最後に、本発明のプログラム可能標 準装置は、いかなる物理的な物質のスペクトルにも一致する必要がない。したが ってこのプログラム可能標準装置は、妨害に対する不感性が、物理的な標準装置 を使用するよりも優れている。図面の簡単な説明 図面は、本明細書の一部分を構成する。 第１図は、本発明のプログてラム可能標準装置の第一の実施形態の概略図であ る。 第２図は、本発明のプログラム可能標準装置の第二の実施形態の概略図である 。 第３図は、本発明のプログラム可能標準装置の第三の実施形態の概略図である 。 第４図は、本発明の分光光度計の第一の実施形態を示す概略図である。発明の概要 簡潔に述べると、本開示は、相関分光測光装置において有用なプログラム可能 標準装置を提供する。このプログラム可能標 準装置は、分散部品、分散部品からの光を受け取るように光学的に整列させた空 間フィルタ、および空間フィルタからの光を受け取るように光学的に整列させた 分散光再結合手段を有する。 分散部品は、回折格子であることが好ましく、凹面回折格子であることが最も 好ましい。空間フィルタは透過型空間フィルタであることが好ましく、液晶空間 フィルタであることが最も好ましい。分散光再結合手段は、光が空間フィルタを 通過した後も残ったスペクトルを非分散化するように適合させた分光写真器であ ることが好ましい。 本発明はさらに、反射型空間光変調器の使用によって、分散部品と再結合部品 を単一の分散部品に結合させた本発明のプログラム可能標準装置を提供する。 本発明はさらに、ビーム拡大器、連続変化フィルタ、透過型空間光変調器およ び第二のビーム拡大器を有するプログラム可能標準装置を提供する。 本発明はさらに、本発明のプログラム可能標準装置を含む相関分光計を提供す る。本発明のこの態様の好ましい一実施形態では、プログラム可能標準装置が、 第一の光ビーム分散手段、第一の拡大手段からの光を受け取るように光学的に整 列させた 可変カラーフィルタリング手段、可変カラーフィルタリング手段からの光を受け 取るように光学的に整列させた透過型空間光変調手段、および透過型変調手段か らの光を受け取るように光学的に整列させた第二の光拡大手段を含む。 本発明はさらに、生物学的試料中の光吸収性化合物の濃度を決定する非侵入的 方法を提供する。この方法によれば、試料を通過した光スペクトルを、本発明の プログラム可能標準装置を通過した光スペクトルと比較する。これらのスペクト ルを相関させ、化合物の濃度を決定する。本発明のこの態様の好ましい実施形態 では、分散部品および再結合部品が、反射型空間光変調器に関連した単一の部品 に結合される。この方法を、体液中のグルコース濃度の測定に使用することが好 ましい。発明の詳細な説明 本明細書で使用する用語「検体」または「成分」は、定量的または定性的な測 定を希望する光吸収性の任意の化学的なあるいは要素的な化合物を意味する。し たがって、問題の検体または成分には、臨床的および／または医学的、環境的、 または工業的に重要なものが含まれる。生物学的に重要な検体または成分の具体 例が知られており、グルコース、ヘモグロビン、脂質、 コレステロール、タンパク質などの臨床的に重要な検体が含まれる。当業者なら 、その他の検体をあげることは容易であろう。 本開示は、相関分光測定に使用するプログラム可能な標準装置を提供する。本 発明のプログラム可能標準装置は、現在、相関分光光度計で使用されている標準 装置に代わるものであり、このような機器が使用されるどんな状況においても有 用である。好ましい方法ではプログラム可能標準装置が、生物学的試料中の特定 の成分または特定の検体の非侵入検出および定量に使用される。 したがって本発明はさらに、本発明のプログラム可能標準装置を使用する相関 分光光度計を提供する。 本発明はさらに、本発明のプログラム可能標準装置を利用して、生物学的試料 中の光吸収性化合物の非侵入検出および／または非侵入定量を実施する方法を開 示する。 後により詳細に述べるように、本発明のプログラム可能標準装置は、光分散手 段とも呼ぶ分散部品、分散部品から光を受け取るように光学的に整列させた空間 フィルタ、および空間フィルタから光を受け取るように光学的に整列させた分散 光再結合手段を有する。 分散部品、空間フィルタおよび再結合部品は、光が、分散部品から空間フィルタ に、次いで空間フィルタから再結合部品に進むように光学的に整列させる。光学 的に整列させる手段は当業者には明白であり、後に、特定の実施形態に関してよ り詳細に論ずる。 当技術分野で知られていることであるが、分光写真器を、別個の分散手段およ び集束手段から都合よく構成することができる。本発明のプログラム可能標準装 置にもこのような部品を含めることができる。例えば、ツェルニー−ターナー（ Czerny-Turner）型格子分光写真器は、入口開口、コリメーティングミラー、平 面回折格子、集束ミラー、および出口開口をこの順番に含む。本発明の教示によ れば、単純なコリメーティングミラーおよび集束ミラーを、単純レンズまたは複 合レンズ、複合ミラー、集束ホログラフィック光学部品（ＨＯＥ）、二連光学部 品またはその他の集束光学部品で置き換えることができる。 分散部品の機能は、光を分散させる、すなわちその成分波長に分離させること である。分散部品は当技術分野で知られている。分散は、光ビームを、スリット すなわち開口を通過させ、面を横切らせて、分散光を導くか、および／または集 束させる ことによって最も容易に実現される。横切らせる面は、回折格子が最も一般的で あり、好ましい。したがって分散部品に入射した光ビームは、それぞれの方向が その波長に相関した一組の光ビームとなる。これらの光ビームを、空間フィルタ のところで集束させる。この空間フィルタにおける光ビームの位置の相違は波長 に相関したものである。 分散および集束部品は、凹面回折格子に結合されることが最も好ましい。しか し、ＨＯＥ、二連光学部品および分散プリズムなど、その他の適当な代替部品を あげることは容易であり、これらも本発明での使用に適する。これらの部品は、 光を集束させる働きをする曲面を有することが好ましい。 容易に分かるように、本発明の分散部品は、当技術分野で知られている分散分 光写真器に見られる分散部品と同様の働きをする。したがってこのような部品は 全て、本発明での使用に適当である。例えば、ツェルニー−ターナー型格子分光 写真器は、入口開口、コリメーティングミラー、平面回折格子、集束ミラー、お よび出口開口をこの順番に含む。したがって、この平面回折格子を、分散光学部 品、分散二連光学部品、または分散プリズムで置き換えることができる。 最低条件として、当技術分野で知られているレンズ、開口などを介して分散光 を再集束し、出口開口を通過させる。しかし後に論じるように、第二の分散部品 が、分散光の再集束の機能を果たすことが好ましい。 分散部品を通過した後、光は、空間フィルタに通される。空間フィルタは光を 変調する働きをするものであり、透過型または反射型の変調器とすることができ る。現在のところ空間フィルタは、透過型液晶変調器であることが好ましいが、 例えば、液晶空間光変調器、磁気光学空間光変調器、電気光学空間光変調器など のその他の空間光変調器も知られており、市販されているものもある。 好ましい実施形態では、空間フィルタは、分散部品の出口開口および分散光再 結合部品の入口開口の両方の役目を果たす。 空間フィルタを通過した後、分散スペクトルは、再結合すなわち非分散化され る。したがって、光を単一のビームに再結合する一切の手段は、本発明での使用 に適当である。これには、分光写真器、集光レンズ、集光ミラー、または回折格 子が無制限に含まれる。実施形態 プログラム可能標準装置２０の一実施形態を第１図に示す。相関分光光度計の ビームスプリッタを通過した入力光ビームＲは、第一のレンズ１０２ａおよび第 一の開口１０４ａを通って分散部品１０６ａに達する。先に論じたように、この 分散部品１０６ａは、光を、その成分波長に分離する働きをする。分散部品１０ ６ａを出た光は空間フィルタ１０８に導かれる。空間フィルタは、（第１図に示 すような）透過型の空間光変調器（spatial light modulator；ＳＬＭ）でもよ いし、または、反射型の空間光変調器でもよい。反射型空間光変調器を使用する 場合には、入口開口と出口開口が、上下または左右に互いに近接するように、光 学アラインメント（図示せず）を配置し直す必要がある。知られている反射型空 間光変調器の例には反射型液晶変調器がある。 光ビームは、空間フィルタ１０８を通過する（反射型空間光変調器を利用する ときは、空間フィルタの表面で反射する）。空間フィルタは、制御可能な方法で 、選択的に所望の光ビームを減衰させる。光ビームの位置はそれぞれその波長に 相関するので、空間フィルタ１０８は、入力光ビームの所望の波長を、 制御可能な方法で選択的に減衰させる。 空間フィルタ１０８はプログラム可能である。例えばこのフィルタを、コンピ ュータ制御された透過型液晶変調器とすることができる。ＳＬＭ中の各画素が、 異なる波長帯域を分担し、液晶変調器中の個々の画素の透過度を制御することに よって、コンピュータは、ビーム中のさまざまな波長の光の減衰をプログラム可 能な方法で制御する。 空間フィルタ用のプログラムは実際の材料の測定から導き出す。問題の化合物 を、例えば、走査型モノクロメータ、走査干渉計、または分光写真器などの従来 の分光光度計で測定し、その化合物の透過データをコンピュータに記憶させる。 このデータを、空間光変調器での使用にあわせてスケールを調節し、制御電子回 路に記憶する。例えば、米国特許第４９７５５８１号には、部分最小二乗法（pa rtial least squares；ＰＬＳ）または古典的最小二乗法（classical least squ ares：ＣＬＳ）などの統計的な方法を使用して、いくつかの既知の生物学的試料 のスペクトルを較正モデルに変換することが記載されている。このモデルを、測 定したスペクトルと比較し濃度を決定する。代替方法としては、米国特許第５２ ６７１５１号に記載されて いるようなニューラルネットワークを使用して、フィルタリングおよび分類を実 行するものがある。この方法では、ネットワークを、いくつかの既知の生物学的 試料のスペクトルを使用して学習させる。次いで、学習されたネットワークを使 用して未知の試料のスペクトルを分類する。したがって、本発明のプログラム可 能標準装置を同様の方法で作成することができる。すなわち、ニューラルネット ワークの出力がフィルタのプログラムとなる。 最も単純な手法においては、各画素を電気的に制御することによって、その画 素が、化学的な標準装置による変調量に等しい波長帯域変調を実施するようにす る。この場合、データは、標準装置試料の測定透過率をアナログまたはデジタル 信号に変換することによってスケール調節される。この変換された信号が画素を 制御するので、単一画素の透過率は、その波長での標準装置の透過率と同じにな る。 より精巧な手法では、画素を制御して、妨害物質またはその他の雑音から試料 を区別する透過率を作り出す。いくつかの画素は、雑音および妨害物質から試料 をより効果的に区別するので、制御アルゴリズムを、基準試料中で見られるより も強い、 すなわちより明るい透過に設定するのが都合がよい。 試料が機器に設置されると、制御電子回路が、変調器にデータを書き込み、相 関測定が実施される。所望ならば、全てのスペクトルを比較するまで、制御電子 回路が、他の相関用スペクトルを提示するようにすることもできる。 本発明の利点は、相関分光計の機能性および柔軟性が向上することにある。既 存の機器で一度に検出できるのは一成分だけである。本発明に基づく装置によれ ば、標準装置を、物理的に取り出したり交換したりする必要なしに、任意の数の 成分を測定することが可能になる。さらに、本発明はプログラム可能標準装置を 使用するので、物理的な標準装置に関連した劣化の問題が排除される。 空間フィルタ１０８での光の選択的減衰の後、光ビームは、このビームを出力 ビームＲ−１に再結合する再結合部品１０６ｂに送られる。この実施形態では、 部品１０６ｂは第二の分散部品である。 出力ビームＲ−１は、第二の開口１０４ｂおよび第二のレンズ１０２ｂを通過 する。開口１０４ｂおよびレンズ１０２ｂは、第二の分散部品１０６ｂを出た光 が相関分光光度計の検出器 （図示せず）に入るときに集束するように配置される。 本発明のプログラム可能標準装置の他の実施形態では、空間フィルタが反射型 空間光変調器である。この実施形態では、分散部品および再結合手段が単一の分 散部品で置き換えられる。この実施形態では、光がまず、分散部品からフィルタ に向かい、次いで再び分散部品に戻るように、分散部品および空間フィルタを整 列させる。このような実施形態はさらに、前述の集束部品を含むことができる。 このような実施形態２０−１を第２図に示す。 第２図のプログラム可能標準装置２０−１によれば、入力光ビームＲは、第一 のレンズ２０２ａおよび第一の開口２０４ａを通過し、分散部品２０６上の第一 の位置に達する。前述のとおり、分散部品２０６は、入射ビームをその成分波長 に分離し、それらの位置がそれらの波長に相関したビームを形成する。 分散部品２０６を出た光は、反射型空間光変調器２０８に送られ、次いで、分 散部品２０６上の第二の位置に戻されて、再結合される。再結合された光は次い で、分散部品２０６を出た光を検出器（第２図には図示せず）に導くように光学 的に整列させた第二のレンズ２０２ｂおよび第二の開口２０４ｂを通過 する。 本発明のプログラム可能標準装置の他の代替実施形態では、分散部品および再 結合部品の代わりに連続的に変化するフィルタを使用する。この実施形態では、 連続変化フィルタが、バンドパス波長がフィルタ内の位置によって決まる特殊な 特性を有するコーティングされた干渉フィルタであることが好ましい。例示的で 好ましいフィルタは、青色光を一端で、赤色光を他端で透過し、これらの両端の 間の部分で、可視スペクトルのさまざまな部分を透過する透過型ガラスフィルタ である。 本発明のこの実施形態によれば、プログラム可能標準装置は、第一のビーム拡 大器、第一のビーム拡大器に光学的に整列させた連続変化フィルタ、連続変化フ ィルタに光学的に整列させた空間フィルタ、および空間フィルタに光学的に整列 させた第二のビーム拡大器を含む。空間フィルタが透過型空間光変調器であると きには、この場合も、透過型液晶変調器を使用することが好ましい。 このような代替のプログラム可能標準装置の例２０−２を第３図に示す。入力 光ビームＲは、第一のビーム拡大器３０２ａによって拡大される。拡大されたビ ームは、異なる波長の光を 異なる位置で透過させる連続変化フィルタ３０４を通過する。変化フィルタ３０ ４を、例えば、赤い光をその一端で、青い光を他の一端で透過させ、中間の波長 の光を両端の間で通過させるものとすることができる。 変化フィルタ３０４を通過した後、拡大されたビームは、透過型空間光変調器 ３０６などの空間フィルタを通過する。好ましい透過型変調手段は、先に記載し たものと同じである。 透過型空間光変調器３０６は、連続変化フィルタ３０４のそれぞれの位置で透 過した波長に対応するビームの異なる空間部分を制御可能な方法で選択的に減衰 させる。その効果により、その成分波長が、制御可能な方法で選択的に減衰され たビームが得られる。光ビームは次いで、光を収縮させる第二のビーム拡大器３ ０２ｂに送られる。 この実施形態は、先の実施形態と同じ結果をもたらすが、分散部品を使用しな い点、および機械的整列に対する感受性がはるかに小さい点が利点である。しか しこの実施形態では、大部分のエネルギーがフィルタで排除されるので、検出器 に結合されるパワーが小さくなる。 他の実施形態は、プログラム可能標準装置を含む改良型の減 法混色相関分光計を提供する。既存の相関分光光度計では、広帯域光源が問題の 試料を照射し、試料が、これを通過する光のスペクトルを変化させる。この変化 した光が分光計に入射し、そこで、二つの別個の経路に分割される。 第一の経路は、標準装置フィルタを通って検出器に達する。第二の経路は、中 性フィルタを通って第二の検出器に達する。中性フィルタの吸光度は、試料がな いときに二つの検出器によって検出される信号が同じになるように調整される。 減法相関分光計は、スペクトルの差異を測定する。試料を通過する光は特定の 波長で吸収される。試料が問題の化合物を含む場合には、それらの特定の波長も 吸収される。 この光が標準装置フィルタを通過するときには、それ以上の光は吸収されない 。それらの波長のエネルギーがすでに排除されているからである。中性フィルタ は、広帯域吸収器でなので、これを通過する光は吸収される。 この吸収の差異が、検出器で測定された値の差異を生み出す。この差異と、当 技術分野で知られている手法に従って、試料が標準装置と一致する程度との相関 がとられる（例えば、チャ（Cha）およびゲーブル（Gable）著「Study On Infra red Gas- Filter Correlation spectrometer For Measuring Low-Concentration Met hanol Gases」Optical Engineering,25:12,pp.1200-1303（1986年12月）を参照 されたい）。 本発明に基づく装置は、先に記載したプログラム可能標準装置を含む相関分光 光度計を提供する。このような分光光度計の一実施形態は、光源、試料容器、二 本の光ビームを作り出すビームスプリッタ、第一の光ビームを受け取る中性フィ ルタ、第二の光ビームを受け取るプログラム可能標準装置、およびフィルタから の光を受け取る第一および第二の検出器を有する。 この分光光度計はさらに、二つのフィルタからの検出光を光吸収性化合物の濃 度に相関させるデータプロセッサまたはアナライザを含む。本発明の装置の一実 施形態１０を第４図に示す。 第４図によれば、装置１０は、光源１２、光学部品１４および少なくとも二つ の光学検出器２４ａ、２４ｂを含む。光学部品１４は、光源１２によって生成さ れた光ビーム（赤外線または可視光）を試料容器１６内に導く。光学部品１４は 一般に、ビームスプリッタ１８を使用して光ビームを二本の別個のビームに分離 する。 第一のビームは、フィルタ部品２２を通過して第一の光学検 出器２４ａに達する。第二のビームは、プログラム可能標準装置２０を通過して 第二の光学検出器２４ｂに達する。先に述べた本発明のプログラム可能標準装置 は全て使用可能である。プログラム可能標準装置の好ましい実施形態はすでに記 載した。好ましい第一のフィルタ部品は中性フィルタである。 装置１０の動作は、第４図に参照することによって理解することができる。最 初に、試料容器に試料を入れずにこの装置を動作させる。光源１２が、可視また は赤外光ビームを生成し、光学部品１４が、この光ビームを二本のビームに分割 する。 第一のビームはフィルタ２２を通過する。中性フィルタは全ての波長を一様に 減衰させる。中性フィルタは、プログラム可能標準装置２０が問題の検体にあわ せてプログラムされたときに、フィルタ２２から出射する光ビームの強度が、プ ログラム可能標準装置２０の出力ビームの強度に等しくなるようなものであるこ とが好ましい。第二のビームは、問題の検体による吸収の結果減衰される波長と 全く同じ波長の光を選択的に減衰させるようにプログラムされたプログラム可能 標準装置２０を通過する。 もちろん、最後に記載した実施形態において、既存の分光計 のさまざまな機能または部品を代わりに使用することもできる。 例えば、ビームスプリッタの代わりにチョッパを使用してもよい。 本発明のプログラム可能標準装置を使用して測定可能な問題の成分または検体 は、本発明の動作または有用性にとって重要ではない。したがって、問題の成分 がどんなものであっても、本明細書に開示した方法で測定することができる。検 体は、生物学的試料中にあることが好ましい。検体を直接に、すなわち生物学的 試料中で測定することもできるし（生体内で）、あるいは、最初に検体を、生物 体などの出発材料から、部分的にまたは完全に取り出すかまたは抽出し、例えば 組織、血液、尿などの試料として測定することもできる（生体外で）。問題の検 体または成分の例が知られており、これらには、グルコース、ヘモグロビン、脂 質、コレステロール、タンパク質などの臨床的に重要な知られている生物学的検 体が含まれる。当業者なら、その他の検体をあげることは容易であろう。 例えば、試料中の検体、例えばグルコースの濃度を測定するには、既知のピー ク吸光度の領域の光が減衰するようにプログラム可能標準装置２０をプログラム する（例えばグルコースは、 １６５０ｎｍの波長に幅広いバンドピークを有する）。プログラム可能標準装置 ２０の出力ビームの強度を検出器２４ｂで測定する。 次いで試料を試料容器１６に入れる。試料は、試料の成分に依存した方法で光 ビームを減衰させる。フィルタ２２は全ての波長を平等に減衰させるので、試料 による光ビーム強度の低減は、これに比例した、光学検出器２４ａでの測定強度 の低減となって現れる。 しかし、検出器２４ｂで測定される強度の低減は、試料の成分によって決まる 。試料による減衰が問題の検体以外の成分による場合は、検出器２４ｂによって 測定される強度の低減は、第一のビームの強度の低減とほぼ等しくなる。しかし 減衰が、問題の検体の吸収による場合は、プログラム可能標準装置２０による選 択減衰のため、強度の低減の程度が小さくなる。 例えば光源１２が、赤、青、緑の光を均等に放出するとする。測定する光吸収 性化合物が緑の光のみを吸収するときには、緑の光を減衰させるようにプログラ ム可能標準装置２０がプログラムされる。試料がないときには、プログラム可能 標準装置２０を通過する赤および青の光の強度は、フィルタ２２を通過する 赤、青および緑の光の強度に等しい。 試料を導入したとき、問題の検体を含まない場合に、試料が、全ての三つの波 長を２０％だけ減衰させるとする。したがって、光学検出器２４ａおよび２４ｂ はともに、光強度が２０パーセント低減したことを検出する。 しかし試料が、問題の検体を含む場合、試料は、赤および青の光を２０％、緑 の光を８０％減衰させるとする。この場合、検出器２４ａが測定する光の強度は 、約４０パーセント低減する。しかし、検出器２４ｂが測定する光の強度は２０ パーセントしか低減しない。これは、プログラム可能標準装置２０が緑の光をブ ロックし、そのため、赤および青の光の２０パーセントの減衰のみが検出される からである。したがって、二つの検出器２４ａおよび２４ｂによって測定された 強度の差異は、試料中の問題の検体の濃度を指示する。 プログラム可能標準装置２０の選択性およびプログラム可能性によって、本発 明の実施形態は、プログラム可能フィルタの減衰特性を変更するだけで、二つ以 上の問題の検体を特異的に検出することができるようになる。 他の態様では、本発明は、生物学的試料中の光吸収性化合物 の濃度を決定する非侵入的方法を提供する。この方法によれば、試料を通過した 、または試料から反射された光のスペクトルを、プログラム可能標準装置を通過 した光のスペクトルと比較し、これらのスペクトルを、化合物の濃度に相関させ る。 一方法は、光ビームで試料を照射する段階、試料から出射した光を、第一およ び第二の光ビームに分割する段階、および第一の光ビームを中性フィルタに、第 二の光ビームをプログラム可能標準装置に導く段階を含む。中性フィルタおよび プログラム可能標準装置からの光を検出し、これらを、化合物の濃度に相関させ る。 したがって、本発明のこの方法の一実施形態では、第二の光ビームが、第一の 集束部品、第一の分散部品、空間光変調器、第二の分散部品、第二の集束部品、 および第二の検出器にこの順番で導かれる。第一および第二の集束部品が開口を 含み、空間光変調器が、透過型液晶変調器などの透過型空間光変調器を含むこと が好ましい。 他の実施形態では、第二の光ビームが、第一の集束部品、分散部品、分散部品 に戻す反射型空間光変調器、前記分散部品、第二の集束部品および第二の検出器 にこの順番で導かれる。反 射型空間光変調器は、反射型液晶変調器であることが好ましい。 他の実施形態では、第二の光ビームが、第一のビーム拡大器、連続変化フィル タ、透過型空間光変調器、第二のビーム拡大器および第二の光検出器にこの順番 で導かれる。 本発明に基づく方法は、先に記載した装置によって実施される。測定するのに 好ましい光吸収性化合物は、先に述べた体液検体である。グルコース、脂質、タ ンパク質、ヘモグロビン、コレステロールなどがさらに好ましく、グルコースが 最も好ましい。 本発明を、好ましい実施形態に関して説明してきた。これらの実施形態は、特 許請求の範囲および本明細書を限定するものでは一切ない。当業者なら、本発明 の範囲および趣旨を逸脱しないこれらの実施形態の変更、修正および改変を想起 することは容易であろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．相関分光計に使用するプログラム可能標準装置であって、 分散部品と、 分散部品からの光を受け取るように整列させた空間フィルタと、 空間フィルタからの光を受け取るように光学的に整列され、空間フィルタを通 過した光を再結合する手段と を含むプログラム可能標準装置。 ２．空間フィルタが、透過型空間光変調器を含む請求の範囲第１項に記載のプロ グラム可能標準装置。 ３．透過型空間光変調器が透過型液晶変調器を含む請求の範囲第２項に記載のプ ログラム可能標準装置。 ４．空間フィルタが反射型空間光変調器を含む請求の範囲第１項に記載のプログ ラム可能標準装置。 ５．反射型空間光変調器が反射型液晶変調器を含む請求の範囲第４項に記載のプ ログラム可能標準装置。 ６．再結合する手段が分散部品である請求の範囲第４項に記載のプログラム可能 標準装置。 ７．分散部品に光を導く第一の手段と、分散部品を出射した光を光検出手段に導 く第二の手段とをさらに含む請求の範囲第１項に記載のプログラム可能標準装置 。 ８．空間フィルタが空間光変調器である請求の範囲第７項に記載のプログラム可 能標準装置。 ９．空間光変調器が液晶変調器である請求の範囲第８項に記載のプログラム可能 標準装置。 １０．光を集束する第一の手段が凹面鏡であり、光を集束する第二の手段が凹面 鏡である請求の範囲第７項に記載のプログラム可能標準装置。 １１．相関分光計に使用するプログラム可能標準装置であって、第一の光ビーム 拡大手段と、可変カラーフィルタリング手段からの光を受け取るように光学的に 整列された空間変調光のための、第一の光拡大手段からの光を受け取るように光 学的に整列させた可変カラーフィルタリング手段と、変調手段からの光を受け取 るように光学的に整列せた第二の光拡大手段とを含むプログラム可能標準装置。 １２．空間光変調手段が透過型空間光変調器を含む請求の範囲第１１項に記載の プログラム可能標準装置。 １３．透過型空間光変調器が透過型液晶変調器を含む請求の範囲第１２項に記載 のプログラム可能標準装置。 １４． ａ）光源と、 ｂ）光源からの光を受け取るように光学的に整列させた試料容器と、 ｃ）試料容器を通過した光を受け取るように光学的に整列させたビームスプリ ッタと、 ｄ）ビームスプリッタ手段からの第二の光ビームを受け取るようにビームスプ リッタと光学的に整列させたプログラム可能標準装置と、 ｅ）プログラム可能標準装置からの光を受け取るように光学的に整列させた検 出器と、 ｆ）検出器からの電気信号を処理し、光吸収性化合物の濃度を決定するアナラ イザと を含む分光光度計。 １５．生物学的試料を通過した光スペクトルと、プログラム可能標準装置を通過 した光スペクトルとを比較する段階と、これらのスペクトルを相関させて光吸収 性化合物の濃度を決定する 段階とを含む、生物学的試料中の光吸収性化合物の濃度を決定する非侵入的方法 。 １６． ａ）光ビームで試料を照射する段階と、 ｂ）試料から出射した光を、第一および第二の光ビームに分割する段階と ｃ）第一の光ビームを中性フィルタ手段に、第二の光ビームをプログラム可能 標準装置に導く段階と、 ｄ）中性フィルタ手段からの光およびプログラム可能標準装置からの光を検出 する段階と、 ｅ）検出した光を化合物の濃度に相関させる段階と を含む請求の範囲第１５項に記載の方法。 １７．第二の光ビームが、第一の分散部品、空間フィルタ、空間フィルタを通過 した光を再結合する手段および光検出手段にこの順番で導かれる請求の範囲第１ ６項に記載の方法。 １８．第一および第二の集束手段が開口を、空間フィルタが透過型空間光変調器 を含む請求の範囲第１７項に記載の方法。 １９．透過型空間光変調器が透過型液晶変調器を含む請求の範囲第１８項に記載 の方法。 ２０．第二の光ビームが、第一の光集束手段、分散部品、分散部品に光を反射す る空間フィルタ、第二の光集束手段、および第二の光検出手段にこの順番で導か れる請求の範囲第１６項に記載の方法。 ２１．空間フィルタが反射型空間光変調器を含む請求の範囲第２０項に記載の方 法。 ２２．反射型空間光変調器が反射型液晶変調器を含む請求の範囲第２１項に記載 の方法。 ２３．第二の光ビームが、第一の光拡大手段、可変カラーフィルタリング手段、 透過型光変調手段、第二の光拡大手段および第二の光検出手段にこの順番で導か れる請求の範囲第１６項に記載の方法。 ２４．光吸収性化合物がグルコースである請求の範囲第１５項に記載の方法。