JP2001522043A - 反射率計 - Google Patents

反射率計

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JP2001522043A
JP2001522043A JP2000519293A JP2000519293A JP2001522043A JP 2001522043 A JP2001522043 A JP 2001522043A JP 2000519293 A JP2000519293 A JP 2000519293A JP 2000519293 A JP2000519293 A JP 2000519293A JP 2001522043 A JP2001522043 A JP 2001522043A
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ウェイトマン、アーウィン
ワイス、ジョン
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テクニカル ケミカルズ アンド プロダクツ、 インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 変調光源は、所定の色または色相を有する目標面を照明する。目標面から反射した光は、光検出器によって検出される。周囲光、温度およびその他の外部要因に起因するあらゆるずれに対して出力を補償し、変調し、目標面の色または色相を示すほぼ固定のDC電圧を生成する。参照テーブルまたは数式を用いて、固定のDC電圧を分析物濃度のような対応する量または質の測定値に変換する。温度変化による変調光源のあらゆる強度変動に対して補償を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (関連出願に対する相互引用) この特許出願は、1997年10月31日に出願された”Reflectan
ce−Type Glucose Meter”と題する米国予備特許出願第6
0/063,935号からの優先権を主張する。
【0002】 (発明の背景) (発明の分野) 本発明は、反射率計の技術に関し、更に特定すれば、比較的高精度で色相を検
出し測定する方法および装置に関するものである。色相が測定可能な量または質
を示す場合、本発明は、更に、検出した色相を対応する量または質の測定値に変
換する方法および装置にも関する。
【0003】 (関連技術の説明) 今日、家庭で血中化学物質を監視する唯一の承認されている方法では、通常、
ランスを用いて指に突き刺し、1滴の血液を化学細片上にたらすことによって採
血しなければならない。結果として生ずる化学反応が細片の色を変化させ、この
変化をデスク・トップ反射率計で読み取ることにより血糖値の指示が得られる。
別の方法にも、血糖値を検出するために採血し、1滴の血液を使い捨てプリント
回路(PC)ボード上にたらし、血液の電気的応答を測定しなければならないも
のがある。赤外線技法を用い、皮膚を通して血糖の判断を行なう試みもいくつか
あったが、信頼性が低く、商用とするには余りに高価であることがわかった。
【0004】 摂食またはインスリンの注入によってインスリン・レベルを制御する必要があ
る糖尿病患者は、毎日5回または6回自己検査をする場合がある。この頻度は、
アメリカ糖尿病協会が推奨するものである。採血の不快感を避けるために、推奨
よりも少ない頻度で検査を行なうことを選択する者もいる。したがって、患者に
傷を負わせるあらゆる必要性を回避して血糖値判断を行なう処置の開発には、多
大な関心が寄せられている。
【0005】 高精度で反復可能な結果を実証した技術の1つは、経皮パッチを採用し、血糖
値を検出し測定するものがある。この経皮パッチ技術は、搬送機構を利用して、
グルコースに関連する分析物(間質液に見られるようなもの)を皮膚から抽出し
、感応膜に搬送する。この膜において、抽出した分析物との化学的または生物学
的反応が生じ、その上に色指標が現れ、その色および色相をグルコース・レベル
に関連付けることができる。かかるパッチ装置の1つが1997年9月11日に
出願され、本願と同一譲受人に譲渡された、同時係属中の米国特許出願第08/
929,262号に アロノヴィッツ(Aronowitz)等によって開示さ
れている。その開示内容は、この言及により本願にも含まれるものとする。別の
パッチ式グルコース測定技術が、米国特許4,821,733号においてペック
(Peck)によって教示されている。その開示内容は、この言及により本願に
も含まれるものとする。
【0006】 少なくともアロノヴィッツによって開示された経皮検出機構に関して抽出され
る分析物は、広範囲にわたって変動する血糖値を示すが、生憎、発現する色相の
変化は、非常に僅かに過ぎない。多くの場合、発現した色相の差は、容認可能な
血糖値と容認できない血糖値との間において、裸眼では、精度高くかつ反復可能
に検出することはできない。経皮グルコース測定技術の非観血的利点を得つつ、
生命に関わる検査処置を含み得るものにおける測定精度を確保するためには、色
相評価および比較という誤りやすい人間の活動を検査および測定プロセスから排
除することは必須である。
【0007】 したがって、経皮パッチ抽出および対象とするある分析物の処理の結果として
生成される微妙な色相変化を全範囲にわたって精度高く解明することが可能な超
高感度測定器が必要とされている。好ましくは、この測定器は、小型、軽量で携
帯可能(ハンド・ヘルド型)とするのがよい。色相の微妙な差に対する感度の向
上という明白な必要性を超えて、この測定器は、背景の光変化、温度変化、安定
しない手持ち操作(例えば、デバイスの圧力変動、回転、移動による)というよ
うな読み取り精度に対してマイナスの要因となり、検査細片上で血糖値を測定す
るために広く採用されているデスク・トップ測定器には通常関連のない携帯可能
性の効果を考慮しなければならない。
【0008】 (発明の概要) 本発明は、色および色相における微妙な変化を検出し測定する反射率計をから
成る。概略的に、パルス状光源は、色および色相を有する目標面を照明する。光
検出回路は、目標面から反射した光を同期的に検出し、出力信号を発生する。そ
の電圧は、目標面の色および色相を示す。次に、この電圧を処理し、検出された
色または色相によって表現されるあらゆる測定可能な量または質の評価および特
定を行なう。
【0009】 更に具体的には、変調光源が光を放出し、有色目標面を照明する。特定の色ま
たは色相が測定可能な量または質(分析物の濃度等)を示す。目標面から反射し
た変調光を光検出器によって検出する。光検出器からの出力信号を差動的に増幅
し、目標面の色および色相を示すAC出力信号を生成する。光検出器からの出力
信号を更に処理し、光検出器にフィードバックし、環境光またはその他の外部要
因の影響によって生ずるAC出力信号のDCレベルにおけるずれを補償する。次
に、差動増幅器からの出力信号を同期検出器によって復調し、実質的に不変のD
C電圧を生成する。これは、目標面における色または色相を示す。このDC電圧
を対応するデジタル値に変換し、参照テーブルまたはその他の数式を用いてこの
デジタル値を対応する量または質の測定値に変換する。
【0010】 本発明の方法および装置についての一層深い理解は、添付図面と関連付けて以
下の詳細な説明を参照することによって得ることができる。
【0011】 (図面の詳細な説明) 図1Aを参照すると、身体内における対象分析物(および恐らくはその濃度)
の存在検出を示す色相が発現した経皮パッチ10の斜視図が示されている。パッ
チ10は、角を丸めた矩形形状(図示ように)を有するが、所望に応じて(円形
または楕円形というような)他の形状を有することも可能である。パッチ10の
上面12は、概略的に円形の開口14を含み、これによって膜16が露見するよ
うになっている。一般に、パッチ10の底面(図示せず)は、接着層を含み、患
者の皮膚に固定することができる。次に、皮膚から対象分析物を抽出し、ゲル状
搬送媒体を通じて膜16に搬送する。膜16において、抽出した対象分析物に対
する生物的および化学的反応が生じ、その上に色指標が発現する。これが身体内
の分析物の存在を示す。発現した色指標の色相は、身体内における分析物濃度レ
ベルを示すこともできる。一例として、対象分析物が血糖に関係する場合、発現
した膜上の色相は、グルコース・レベルを示す。パッチ10から他の対象分析物
を抽出し、コレステロール、中性脂肪、胆汁色素、クレアチニン、尿素、アルフ
ァ・アミラーゼ、L−乳酸、アラニンアミノ基転移酵素(ALT/GPT)、ア
スパラギン酸アミノ基転移酵素(AST/GOT)、アルブミン、尿酸、果糖ア
ミン、カリウム、ナトリウム、塩素、ピルビン酸、脱水素酵素、フェニルアラニ
ン水酸化酵素、プリン・ヌクレオチド酵素およびフォエニルアラニン水酸化酵素
またはフェニル・アラニン、ピルビン酸フェニルまたは乳酸フェニルのような、
その基質に関係する色指標を膜16上に発現するために用いることができ、これ
以外にも名前を挙げることができる。経皮パッチの構造および動作に関する更に
詳細な説明は、1997年9月11日に出願し、本願と同じ譲受人に譲渡された
同時係属中の米国特許出願第08/929,262号を参照することによって得
ることができる。その開示内容は、この言及により本願にも含まれるものとする
【0012】 次に図1Bを参照すると、対象分析物(および恐らくはその濃度)の身体にお
ける存在を示す色相を発現する検査細片20の斜視図が示されている。細片20
は、概略的に矩形形状を有する。細片20の上面22は、検査領域24を含む。
一般に、(血液、尿、唾液、吐息等のような)体液を1滴、検査領域24上に沈
着させる。沈着した流体内において対象分析物に対して生物的および化学的反応
が発生し、細片20上に当該分析物の身体内における存在を示す色指標が発現す
る。発現した色指標の色相は、身体内における分析物の濃度レベルを示すことも
できる。一例として、対象分析物が血糖に関係する場合、細片20上に発現した
色相は、グルコース・レベルを示す。他の対象分析物(経皮パッチ10に関して
先に論じたようなもの)を検査領域24において処理し、分析物の濃度に関係す
る色指標を発現するために用いることも可能である。
【0013】 次に図2Aおよび図2Bを参照すると、図1Aの経皮パッチ10上に発現した
色および色相を読み取るのに適したハンド・ヘルド反射率計30の上面図および
側面図がそれぞれ示されている。反射率計30は、片手に快適に保持できる半円
筒状ケース34の一端面上にセンサ・ヘッド32を含む。「READ」ボタン3
6が反射率計30を活性化し、センサ・ヘッド32において色および色相の測定
を行なう。液晶ディスプレイ(LCD)38が、色相あるいは読み取った当該色
相に関連する(例えば、電圧レベルのような)何らかの測定可能な量または質を
示す(例えば、濃度レベルのような)数値出力を反射率計30のユーザに与える
。また、ディスプレイ38は、日付や時間というような他の重要な情報もユーザ
に提供する。ディスプレイ38が数字だけでなく英字および/またはグラフィッ
クも生成可能である場合、ディスプレイは、メッセージをユーザに与えるために
も使用可能である(恐らく、使用のための指令、エラー指示、アイコン、忘備録
等)。2つのキー・スイッチ、「SCROLL」ボタン40および「SELEC
T」ボタン42は、反射率計30の面上に配置されている。これらのボタン40
および42を利用することにより、ユーザは、日付および時刻情報を設定するこ
とができる。更に、これらのボタン40および42は、ユーザに読み取りを行な
う必要があるときを警告するアラームをプログラムするために利用することもで
きる。更に、ユーザは、ボタン40および42を利用して、高精度の測定および
情報出力を確保するために必要なデータを反射率計30に入力することもできる
。一例として、ユーザは、経皮パッチ10の製造バッチ・コードを選択したり、
あるいは反射率計30を較正するために色/色相データを入力したり、あるいは
実行する検査の種類(例えば、グルコース対コレステロール)を選択することが
できる。バッテリ室44は、反射率計の上端に位置付けられている。外部ポート
接続部(図示せず)も備え、ユーザに反射率計30をパーソナル・コンピュータ
あるいは電話回線または赤外線通信リンクに接続させ、読み取り値を伝達するこ
とも可能である。更に、反射率計30は、スピーカ(図示せず)のための開口4
6を含み、警報音およびデータ入力確認音のような音を生成することができる。
【0014】 反射率計30の動作は、図1Aに示すような経皮パッチ10と共に使用した場
合の例を以下に提示することによって、より良く理解することができる。一旦皮
膚に被着すると、経皮パッチ10は、約3分から5分の培養期間(温度を含む多
数の要因によって異なる)を必要とする。一例として、経皮パッチ10は、患者
の上腕の内側の皮膚に貼り付けるのが好ましい。一旦、経皮パッチ10を皮膚に
被着したなら、ユーザは、SELECTボタン42を押して、ユーザが選択した
反射率計が計算した又は予めプログラムされているカウント・ダウン期間を開始
させ、培養および抽出した分析物を示す色相の発現に必要な時間を測定すること
ができる。この時間が経過した後、可聴アラームによって読み取りを行なうとき
であることをユーザに警報する。次に、センサ・ヘッド32の円筒形状に突出し
た前端部分48(開口14の円形とサイズおよび形状がほぼ一致する)を経皮パ
ッチ10の開口14内に挿入し、膜16に隣接して配置する。次に、ユーザは、
「READ」ボタン36を押してデバイスを起動し、反射率計30の動作を開始
させ、膜16上に発現するあらゆる色および色相を検出および測定する。検出し
た色相に関連する信号電圧レベルまたは検出した色相に関連する分析物濃度のよ
うなデータを出力し、ディスプレイ38上でユーザが検討する。代わりにまたは
追加的に、このデータを外部ポート接続部を介して出力し、離れて処理し分析し
、分析物濃度情報をユーザに知らせることも可能である。
【0015】 次に図3を参照すると、図2Aおよび図2Bに示したハンド・ヘルド反射率計
30のセンサ・ヘッド32の断面図が示されている。センサ・ヘッド32は、二
重光源を内蔵し、反射信号強度を高めると共に、分析物の存在および濃度レベル
を示す色および色相が発現する膜16の目標面をより均一に照明する。2つの発
光ダイオード(LED)50は、筐体52内に膜16の法線54に対して角度Θ
で取り付けられている。LED50は、検出する色相に関連するいずれかの適し
た色とすればよい。一例として、グルコース分析物検査中において、(O−トリ
ジン、テトラ・メチル・ベンジン等のような)適切な発色団または蛍光体指標を
使用して膜16上に発現した色相を検出する際に、波長が約637nmの赤色L
ED50が素晴らしい結果をもたらすことがわかっている。他の色(緑等)また
は恐らくは赤外線のLEDも、選択した発色団または蛍光体指標によっては(恐
らく、赤色のLEDと共に)使用可能である。筐体52は、好ましくは非反射性
表面を有するRytonのような低膨張率プラスチックで構成し、光源の波長に
対しては不透明であり、LED50から放出される光の迷走反射からのあらゆる
背景信号を実質的に除去しなければならない。角度Θは、スペクトル反射の検出
を最少に抑えるいずれかの角度とすればよく、約40から45度が好ましい。L
ED50は、各々、その放出光出力に対して比較的狭い(例えば、15度)投影
角度を有する。LED50から出力された光は、光パイプ(またはコリメータ)
56に沿って送出され、開口58を通過してセンサ・ヘッド32の突出した前端
48の部分に入り、目標面を照明する。LED50の光パイプ56の長さに沿っ
た位置は、反射率計の製造中に調節し、目標面の照明強度や光パイプ内部の側面
反射の影響およびインスタンスを変化させることができる。フォト・トランジス
タ60が筐体52内に取り付けられ、膜16の目標面に対する法線54に沿って
経皮パッチ10に対して方位付けられている。フォト・トランジスタ60も同様
に、比較的狭い(例えば、15度)視野角を有する。膜16の目標面から放出さ
れた反射光は、開口58を通過し、センサ・ヘッド32の突出した前端48の部
分に入り、光パイプ(またはコリメータ)62に沿ってフォト・トランジスタ6
0に導かれる。光パイプ62の長さに沿ったフォト・トランジスタ60の位置は
、反射率計の製造中に調節し、目標面の照明および色相を読み取る際の反射率計
の感度および許容度を変更することができる。図示した角度Θだけずらし、対称
的に方位付けたLED50およびフォト・トランジスタ60の配列は、膜16の
目標面からのスペクトル反射の検出を最少に抑え、目標面の僅かに不均一な照明
に起因し得る法線54を中心とした回転誤差の影響を低減するように作用する。
【0016】 図4を参照すると、図1Bの検査細片20上に発現した色相を読み取るのに適
したデスク・トップ反射率計30’の斜視図が示されている。反射率計30’は
、読み取り部位32’を含む。「READ」ボタン36が反射率計30’を活性
化し、読み取り部位32’において色相の測定を行なう。液晶ディスプレイ(L
CD)38は、反射率計30’のユーザに対して検出した色相あるいは当該読み
取った色相に関連する何らかの測定可能な量または質を示す数値出力を与える。
また、ディスプレイ38は、日付や時間というような他の重要な情報もユーザに
提供することがでできる。ディスプレイ38が数字だけでなく英字および/また
はグラフィックも生成可能である場合、ディスプレイは、メッセージをユーザに
与えるためにも使用可能である(恐らく、使用のための指令、エラー指示、アイ
コン、忘備録等)。2つのキー・スイッチ、「SCROLL」ボタン40および
「SELECT」ボタン42は、反射率計30’の面上に配置されている。これ
らのボタン40および42を利用することにより、ユーザは、日付および時間情
報を設定することができる。更に、これらのボタン40および42は、ユーザに
読み取りを行なう必要があるときを警告するアラームをプログラムするために利
用することもできる。更に、ユーザは、ボタン40および42を利用して、高精
度の測定および情報出力を確保するために必要なデータを反射率計30に入力す
ることもできる。一例として、ユーザは、検査細片20の製造バッチ・コードを
選択したり、あるいは反射率計30’を較正するために色/色相データを入力し
たり、あるいは実行する検査の種類(例えば、グルコース対コレステロール)を
選択することができる。外部ポート接続部(図示せず)も備え、ユーザに反射率
計30’をパーソナル・コンピュータあるいは電話回線または赤外線通信リンク
に接続させ、読み取り値を伝達することも可能である。更に、反射率計30’は
、スピーカ(図示せず)のための開口46を含み、警報音およびデータ入力確認
音のような音を生成することができる。
【0017】 反射率計30’の動作は、図1Bに示すような検査細片10と共に使用した場
合の例を以下に提示することによって、より良く理解することができる。反射率
計30’が活性化されると、検出した電圧レベルから検査細片がスロット70内
の適所にあるか否かについて確認する。ない場合、反射率計30’は、患者に細
片を挿入するように促す。検査細片のスロット70への挿入に応答して、反射率
計30’は、患者に十分な量の体液(血液、尿、唾液、吐息等)を沈着させるよ
うに促し、次いで細片20の検査領域24上に、これを沈着させる。沈着した体
液内の対象分析物に対して生物および化学的反応が発生し、細片20上に色指標
が発現する。その色相は、分析物の濃度レベルに関連付けることができる。次に
、タイマを起動させ、(ユーザが選択するか、反射率計が計算するか、あるいは
予めプログラムすることができる)所定の第1の時間期間内に化学反応の十分な
進展が発生したか否かについて(検出した電圧レベルに基づいて)測定する。発
生しない場合、新たな細片を用いて検査プロセスをやり直すように患者に促す。
十分な進展がこの第1の時間期間内に発生した場合、次にタイマは、(ユーザが
選択するか、反射率計が計算するか、あるいは予めプログラムすることができる
)第2の時間期間の測定を開始し、検査プロセスの完了を検出する。対応する検
査手順の1つでは、第2の時間期間の満了によって、反射率計30’の動作を開
始させ、細片20上の色相を検出し測定する。次に、発現した色相に関連する信
号電圧レベルまたは当該発現した色相に関連する分析物濃度のようなデータが出
力され、ディスプレイ38上でユーザが検討する。別の対応する検査手順では、
反射率計30’は、細片20上で検出した色相を示す電圧レベルを測定するよう
に動作する。第2の時間期間の満了前に測定電圧レベルが安定した場合、発現し
た色相に関連する信号電圧レベルまたは当該発現した色相に関連する分析物濃度
のようなデータが出力され、ディスプレイ38上でユーザが検討する。代わりに
又は追加的に、このデータを外部ポート接続部を介して出力し、離れて処理し分
析し、分析物濃度情報をユーザに知らせることも可能である。1)測定電圧レベ
ルが安定しない場合、または2)測定電圧レベルが容認可能なしきい値未満に低
下した場合、エラー・メッセージを表示し、新しい細片を用いて検査プロセスを
やり直すように患者を促す。
【0018】 図5を参照すると、図4に示したデスク・トップ反射率計30の読み取り部位
32’の断面図が示されている。読み取り部位32’は、二重光源を内蔵し、反
射信号強度を高めると共に、細片20の目標面をより均一に照明する。2つの発
光ダイオード(LED)50は、筐体52内に細片20の法線54に対して角度
Θで取り付けられている。LED50は、検出する色相に関連するいずれかの適
した色とすればよい。一例として、グルコース分析物検査中において、適切な発
色団または蛍光体指標を使用して細片20上に発現する色相を検出する際に、波
長が約637nmの赤色LED50が素晴らしい結果をもたらすことがわかって
いる。他の色(緑等)または恐らくは赤外線のLEDも、選択した発色団または
蛍光体指標によっては(恐らく、赤色のLEDと共に)使用可能である。筐体5
2は、好ましくは非反射性表面を有するRytonのような低膨張率プラスチッ
クで構成し、光源の波長に対しては不透明であり、LED50から放出される光
の迷走反射からのあらゆる背景信号を実質的に除去しなければならない。角度Θ
は、スペクトル反射の検出を最少に抑えるいずれかの角度とすればよく、約40
から45度が好ましい。LED50は、各々、その放出光出力に対して比較的狭
い(例えば、15度)投影角度を有する。LED50から出力された光は、光パ
イプ(またはコリメータ)56に沿って送出され、スロット70に沿った反射率
計のケースの上面72にある開口58を通過する。LED50の光パイプ56の
長さに沿った位置は、反射率計の製造中に調節し、目標面の照明強度や、光パイ
プ内部の側面反射の影響およびインスタンスを変化させることができる。フォト
・トランジスタ60が筐体52内に取り付けられ、細片20の目標面に対する法
線54に沿って方位付けられている。フォト・トランジスタ60も同様に、比較
的狭い(例えば、15度)視野角を有する。細片20の目標面から放出された反
射光は、開口58を通過し、光パイプ(またはコリメータ)62に沿ってフォト
・トランジスタ60に導かれる。光パイプ62の長さに沿ったフォト・トランジ
スタ60の位置は、反射率計の製造中に調節し、目標面の照明および色相を読み
取る際の反射率計の感度および許容度を変更することができる。図示した角度Θ
だけずらし、対称的に方位付けたLED50およびフォト・トランジスタ60の
配列は、膜16の目標面からのスペクトル反射を最少に抑え、目標面の僅かに不
均一な照明に起因し得る法線54を中心とした回転誤差の悪影響を低減するよう
に作用する。
【0019】 図6Aおよび図6Bを参照すると、本発明による反射率計30/30’の電子
回路について、2つの実施形態がブロック図で示されている。光源100が方形
波電流によって駆動され、目標面106を照明する光のパルス104を放出する
。一実施形態(図6Aに示す)では、方形波は、発振器102によって発生する
。他の実施形態(図6Bに示す)では、方形波は、マイクロプロセッサ142に
よって発生する。図3および図5に示したように、光源は、同じ色または異なる
色の一対のLED50を備えることができる。異なる色を用いる状況では、LE
Dは、同時にまたは交互にパルス駆動させることができる。光のパルス104は
、光源100から75ヘルツの周波数および50パーセントのデューティ比で出
力する。ACライン電圧(即ち50または60ヘルツ)の高調波または副高調波
を含まず、目標面を読み取るのに十分高く、受け入れ可能な短い測定期間内に統
計的に有意な数の反射率サンプルを取り込むことができるのであれば、いずれの
周波数でも選択可能である。光源100によって照明される目標面106は、例
えば、図1Aに示したような経皮パッチ10の膜16または図1Bに示したよう
な細片20の表面で構成することができる。あるいは、他のいずれかの基板を光
源100によって照明することも可能である。
【0020】 照明された目標面106は、受光した光104を反射し、したがって、目標面
106上に発現した色および色相に対応する光108を放射し、これを光検出器
110が検出する。図3および図5に示すように、光検出器110は、フォト・
トランジスタ60を含むことができる。光検出器110は、差動増幅器構成にお
いて、一対の差動出力112および116(互いに180度位相外れ)を発生す
る。そのピーク・ピーク電圧は、検出した目標面106の色および色相を表わす
。一対の差動出力112および116は、差動(不平衡変換に対して)増幅器1
14に印加され、単一の出力信号122を発生する。そのピーク・ピーク電圧は
、目標面106で検出した色および色相を表わす。光検出器110の第2の出力
116は、差動増幅器114に印加する前に、バッファ118に印加される。バ
ッファ118の出力は、積分器120にも印加され、積分器120は、この信号
を基準電圧と比較し、比較結果を積分してDC信号162を発生し、光検出器1
00を偏移させ、その設計静止動作点に戻すことにより検出したあらゆる周囲(
DC)背景光を補償する。したがって、差動増幅器114の出力122は、ピー
ク・ピーク電圧レベルが(光源がオフになっている場合の)目標面における周囲
DC光の影響に関連するあらゆる色および色相に対する(光源が点灯している場
合の)目標面の色および色相を示す信号を供給する。
【0021】 次に、差動増幅器114の出力は、同期検出器124に印加される。同期検出
器124は、発振器102から出力される光源100の駆動信号も受け取り、光
源100が目標面を照明している(および照明していない)ときに関する情報を
得る。この照明が光検出器110によって検出されているときに、差動増幅器1
14からの信号出力112は、検出される照明による影響を受けるので、同期検
出器124は、出力122を処理し、差動増幅器114からの信号出力112を
全波整流し、目標面の色または色相を示す実質的に不変のDC電圧を生成する。
次に、同期検出器124の出力126は、ロー・パス・フィルタにかけられ、同
期検出プロセスに起因して含まれたあらゆる高周波成分を除去し、後続の処理を
行なうのは、その後である。
【0022】 光源100に隣接して温度センサ128が配置されている(恐らくは、何らか
の熱−機械結合部を含んで)。温度センサ128は、光源または付近の温度を示
す出力130を発生する。この情報を考慮することは、光源100から放出され
る光104の明るさおよび強度が温度と共に変動する状況においては、重要であ
る。放出された光104に生ずるあらゆる明るさ又は強度の変化は、出力信号1
26に対応する変化を生じさせる。温度指示情報を知ることによって、同期検出
器124から出力される信号126の後続処理の間に適切な処置を取り、放出さ
れた光の温度に起因する変動および対応する出力信号126の変動を考慮するこ
とができる。
【0023】 図6Aを具体的に参照する。本発明の第1の実施形態によれば、反射率計30
/30’の前述の構成部品は、ケース(前述のハンド・ヘルドまたはデスク・ト
ップ・ユニット等)内に内蔵されている。反射率計30/30’は、信号126
および信号130を外部ポート接続部132を介して更に通信リンク134上を
パーソナル・コンピュータ136(反射率計30/30’のケースとは別個であ
り、離間している)に出力し、ここで信号を処理する。通信リンク134は、例
えば、反射率計30/30’がパーソナル・コンピュータ136の近くに位置す
る場合には、マルチ・ワイヤ・ケーブル、反射率計がパーソナル・コンピュータ
136から離れて位置する場合には、電話回線または赤外線送受信機で構成すれ
ばよい。PC/MCIAカード(図示せず)を利用して、反射率計30/30’
をパーソナル・コンピュータ136にインターフェースすることも可能である。
勿論、反射率計30を電話回線にインターフェースするためには、適当な機器(
図示しないが、当業者には周知である)も含ませなければならないことは理解さ
れる。パーソナル・コンピュータ136では、受信した信号126および130
は、内部デジタル/アナログ変換器138によってデジタル値に変換される。こ
れらのデジタル値は、次に内部演算装置140によって処理され、分析物濃度レ
ベルに関する情報を発生する。次に、検出した濃度情報は、パーソナル・コンピ
ュータ136によって、そのディスプレイ画面上に表示され、更にコンピュータ
・メモリ内に格納され、後に検索、検討、分析および転送が行われる。この実施
形態では、反射率計30/30’の「READ」ボタン36、「SCROLL」
ボタン40および「SELECT」ボタン42(図2A参照)から出力される信
号も、外部ポート接続部132を介して通信リンク134上でパーソナル・コン
ピュータ136に送信される。
【0024】 図6Bを具体的に参照する。本発明の第2の実施形態によれば、反射率計30
/30’の必要な読み取りおよび処理構成部品の全ては、ケース(前述のハンド
・ヘルドまたはデスク・トップ・ユニット等)内に内蔵すると有利である。これ
によって、自蔵式携帯デバイスが得られる。信号126および信号130は、反
射率計30/30’のケース内に配置されているマイクロプロセッサ142に供
給される。マイクロプロセッサ142は、アナログ信号126および130をデ
ジタル値に変換するアナログ/デジタル変換機能性144を含む。次に、これら
のデジタル値は、マイクロプロセッサ142によって処理され、検出された分析
物濃度レベルに関する情報を発生する。次に、検出された濃度情報は、反射率計
30/30’によって液晶ディスプレイ38上で表示され、更にマイクロプロセ
ッサ142のメモリ146に格納され、後に検索、検討および転送が行われる。
外部ポート接続部148がマイクロプロセッサ140を介して設けられ、検出さ
れた濃度情報を通信リンク134を通じてパーソナル・コンピュータ136に伝
達することができる。通信リンク134は、例えば、反射率計30/30’がパ
ーソナル・コンピュータ136の近くに位置する場合には、マルチ・ワイヤ・ケ
ーブル、反射率計がパーソナル・コンピュータ136から離れて位置する場合に
は、電話回線で構成すればよい。好ましくは、マイクロプロセッサ142は、反
射率計30/30’を電話回線にインターフェースする適切な回路を含む。代わ
りとして、マイクロプロセッサ142は、光源100を利用して光通信リンク(
赤外線接続等)を通じて検出した濃度情報を伝達することも可能である。この実
施形態では、プロセッサは、検出した濃度情報によって光源を適切に変調し、デ
ータ通信を実行する。
【0025】 「READ」ボタン36、「SCROLL」ボタン40および「SELECT
」ボタン42(図2A参照)は、マイクロプロセッサ142への入力として接続
されている。「READ」ボタン36を用いて、ユーザは、反射率計30/30
’を活性化し、色相の測定を行なう。次に、液晶ディスプレイ38は、色相また
は読み取った色相に関連する何らかの測定可能な量または質を示す数値出力をユ
ーザに与える。「SCROLL」ボタン40および「SELECT」ボタン42
を用いて、ユーザは、日付および時間情報を設定し、現在の日付および時間情報
を要求し、読み取りを行なう必要があるときについてユーザに警報するアラーム
をプログラムし、反射率計のデータ(経皮パッチ10の製造バッチ・コードまた
は反射率計を較正するための入力色/色相データ等)を入力し、実行する検査の
種類(例えば、グルコース対コレステロール)を選択することができる。マイク
ロプロセッサ142にスピーカ150を接続し、ユーザに可聴信号(アラーム等
)を与える。
【0026】 図7Aおよび図7Bを参照すると、本発明の反射率計のアナログ部分(図6A
および図6Bにそれぞれ示した)の回路図が示されている。図6Aの実施形態に
おける方形波発振器102は、従来のLM555タイマ積分回路151を含む。
これは、適切に接続された抵抗器およびコンデンサによって構成され、ライン1
52上に選択された周波数(例えば、75ヘルツ)および選択されたデューティ
比(例えば、50パーセント)の方形波出力を発生する。あるいは、方形波は、
図6Bの実施形態では、マイクロプロセッサ142によって発生し、バッファ1
02’によってライン152上の出力に供給する。ライン152上の方形波出力
は、一対の直列接続されたLED50(光のパルスを放出する)および光源10
0内においてポテンショメータ156を備える光レベル調節回路154に印加さ
れる。
【0027】 ポテンショメータの使用によって行われる調節は、LED50から出力される
パルス光のレベルまたは強度を反射率計30/30’に対して設定するための工
場で行われる調節から成る。更に具体的には、この調節は、反射率計30/30
’の一次較正から成る。この較正プロセスをどのように実行するかについての更
に詳しい説明は、以下で行なうことにする。
【0028】 変調光は、目標面から反射し、光検出器110によって検出される(最少スペ
クトル反射成分)。この光検出器110は、別のトランジスタ158に差動的に
接続されたフォト・トランジスタ60を含み、差動的に接続されたフォト・トラ
ンジスタおよび他方のトランジスタが実質的に同様の動作特性を共有する。差動
接続とは、フォト・トランジスタ60およびトランジスタ158のエミッタが互
いに接続されていることを意味する。トランジスタ158のベースは、分圧回路
160から出力される信号によって駆動され、検出器110の静止動作点を設定
する。フォト・トランジスタ60のベースは、ライン162上のフィードバック
信号(以下で更に詳しく説明する)によって駆動され、フォト・トランジスタを
偏移させ最適静止動作点に戻す(こうして周囲DC光の検出を考慮する)。カレ
ント・ミラー回路164は、差動接続状のフォト・トランジスタ60およびトラ
ンジスタ158の接続されているエミッタに固定の一定電流を供給する。
【0029】 フォト・トランジスタ60は、そのコレクタに第1の差動出力信号112を発
生する。トランジスタ158は、そのコレクタに第2の差動出力信号116を発
生する。第1および第2の差動出力信号112および116は、互いに180度
位相外れであり、各々、目標面から反射した検出光(その色および色相を含む)
を表わすピーク・ピーク電圧を有する。第2の差動出力信号116は、電圧ホロ
ワ接続された演算増幅器166を含むバッファ118に印加される。バッファ1
18から出力される信号116は、積分器接続の演算増幅器168から成る積分
器120に印加される。積分器120は、バッファされた信号116とDC基準
電圧との比較を行い、この比較結果を積分し、ライン162上にフィードバック
信号を発生する。その電圧は、光検出器110の所望の静止動作点と、フォト・
トランジスタ60によって検出される周囲(DC)光、差動対における温度変動
およびその他の外部要因(構成部品の経年変化等)によって生ずる平均電圧のず
れとの間で検出される誤差に比例する。次に、ライン162上に発生したフィー
ドバック信号をフォト・トランジスタ60のベースに印加し、この構成部品を偏
移させ、好ましい静止動作点に戻すことにより、(発生した第1および第2の差
動出力信号112および116のピーク・ピーク電圧における)これら外部要因
に対応する。このようにしない場合、光源100から放出され反射されたパルス
状光の色および色相検出に対する測定誤差が生ずる。
【0030】 第1および第2の差動出力信号112および116は、差動的に接続された演
算増幅器170から成る差動増幅器114に印加される。差動増幅器114は、
第2の差動出力信号から第1の差動出力信号を減算し、ライン172上に単一出
力信号122を与える。そのピーク・ピーク電圧は、目標面から反射し検出され
た光(その色および色相を含む)を表わす。この出力信号122内にあるあらゆ
るDC成分も、DCブロッキング・コンデンサ174によって除去される。残っ
たAC成分(概して言えば、方形波から成り、そのピーク・ピーク電圧は、フォ
ト・トランジスタ60によって検出される反射光に比例し、当該光の色および色
相特性を表わす)は、次に同期検出器124に印加される。
【0031】 同期検出器124は、方形波発振器102から出力される方形波信号を受け取
り、これを用いて出力信号122の同期全波整流(復調)を行い、目標面におけ
る色または色相を示す実質的に不変のDC電圧を生成する。この同期検出プロセ
スは、更に、フォト・トランジスタ60によって検出される(例えば、蛍光灯か
らの)周囲(AC)光によって生ずる出力信号122におけるあらゆるずれを排
除するように機能する。更に具体的には、同期検出器124は、全くDCの影響
を受けずに、光検出器から得られる出力信号122のピーク・ピークAC電圧を
精度高く測定する実質的に不変のDC電圧を生成するように機能する。
【0032】 同期検出器124は、受け取る方形波信号に基づいて選択的に構成される演算
増幅器192を含み、出力信号122の反転または非反転の単位利得処理を行な
う。この機能性は、複数のCMOSスイッチの作用によって得られる。第1のC
MOSスイッチ180は、方形波信号をバッファし、位相を反転し、第2のCM
OSスイッチ182および第2のCMOSスイッチ184を駆動する。第2のC
MOSスイッチ182は、位相反転器として機能し、第1および第2のCMOS
スイッチは、互いに180度位相ずれの方形波出力信号をライン186および1
88上に発生する。これらの信号の一方(ライン188)は、第3のCMOSス
イッチ184に印加され、これら信号の他方(ライン186)は、第4のCMO
Sスイッチ196に印加される。第3のCMOSスイッチ184は、ライン18
8の信号によって活性化されると、演算増幅器192の非反転入力をダイオード
238によって供給される基準接地に接続する。第4のCMOSスイッチ196
は、ライン186の信号によって活性化されると、DCを除去した出力信号12
2を受け取るように演算増幅器192の非反転入力を接続する。出力信号122
は、更に、演算増幅器192の反転入力にも供給される。
【0033】 第3のCMOSスイッチ184が活性化されると、第4のCMOSスイッチ1
96は、活性化されない。非反転端子の接地により、演算増幅器192は、出力
信号122の利得を1として反転する処理を行なうように構成される。逆に、第
3のCMOSスイッチ184が活性化されると、第4のCMOSスイッチ196
は、活性化されない。接地のリフティングならびに出力信号122の非反転およ
び反転端子への接続により、演算増幅器192は、出力信号122の利得を1と
して非反転処理を行なうように構成される。CMOSスイッチの活性化を制御す
るために印加される方形波信号の位相を適切に変化させることにより、出力信号
122の同期全波整流が行われる。
【0034】 本発明の同期検出器124の同期全波整流を行なう動作は、図8Aおよび図8
Bを参照することにより、より良く理解することができる。図8Aには、同期検
出器124が受け取る出力信号122の波形210が示されている。波形210
は、正部分212および負部分214を含み、そのピーク・ピーク電圧は、目標
面における色または色相を示す。方形波信号.(正しく整相されている)に応答
して、第3のCMOSスイッチが活性化され、非反転端子を接地し、これにより
演算増幅器192は、正部分212の間、出力信号122の非反転単位利得処理
を行なうように構成される。次に、再度方形波信号(正しく整相されている)に
応答して、第4のCMOSスイッチが活性化され、出力信号122を非反転端子
に接続し、これにより演算増幅器192は、正部分212の間、出力信号122
の反転単位利得処理を行なうように構成される。第3および第4のCMOSスイ
ッチのスイッチングは、方形波信号によって駆動され継続する。この選択的処理
の結果、図8Bに示すように、目標面における色または色相を示す実質的に不変
のDC電圧を有する出力信号126をライン208上に発生する。波形220は
、出力信号122の非反転(正)部分212に対応する第1の部分222および
出力信号122の反転(負)部分214に対応する第2の部分224を含む。尚
、波形220は、更に、方形波発振器102からの出力信号がCMOSスイッチ
効果によって低および高間で切り替わる各点において、僅かな負のスパイク21
6も含むことを注記する。
【0035】 再度、図7を参照すると、ライン208上の出力信号126は、R−C一次ロ
ー・パス・フィルタによって濾波され、波形220内にある僅かな負のスパイク
216を除去する。得られた濾波出力信号126は、次に、反射率計30/30
’のアナログ部分からの第1のアナログ信号出力として供給され、後続のデジタ
ル処理が行われる(図6Aおよび図6B参照)。
【0036】 ダイオード238によって混入するDCレベルのずれは、同期検出器からの出
力信号126のDC電圧レベル(そして、反射率計30/30’のアナログ部分
からの第1のアナログ信号出力)に影響を与える。したがって、DCレベルのず
れを考慮し、出力される第1のアナログ信号が適正に解釈されて、目標面におけ
る色および色相を確実に検出するようにしなければならない。更に具体的には、
DCレベルのずれを出力信号126から減算しなければならない。このために、
DCレベルずれ電圧は、反射率計30/30’のアナログ部分からの第2のアナ
ログ信号出力としてライン240上に出力され、後続のディジタル処理が行われ
る。これは、デジタル処理の間に行なえばよく、あるいは差動増幅器(図示せず
)を利用することによって反射率計30/30’のアナログ部分で対処し、後続
のあらゆるデジタル処理に先立って、第1のアナログ信号から第2のアナログ信
号を減算することもできる。
【0037】 先に論じたように、反射率計30/30’は、更に温度センサ128も含む。
尚、LED50は、それらの光出力に関して感温素子であることは認められる。
精度高く温度変動による動作変化を追跡可能とするために、温度センサ128は
、ダイオード230(LED50の動作特性を補完する動作特性を有する)を備
え、これをLED50に熱−機械的に結合すると共に接地とポテンショメータ2
34から成るレベル調節回路232を介して発振器102から出力されるライン
152の方形波との間に電気的に接続することが好ましい。この調節は、ノード
/ライン236から出力される温度指示電圧のレベルを設定するための工場で行
われる調節から成る。ライン236上の温度指示電圧は、このように反射率計3
0/30’のアナログ部分からの第3のアナログ信号出力から成り、後続のデジ
タル処理が行われる。
【0038】 再度、図6Aおよび図6Bを参照する。反射率計30/30’のアナログ部分
からの第1のアナログ信号出力(第2のアナログ信号出力を減算した後)および
第3のアナログ信号出力には、次にデジタル処理が行われる。更に具体的には、
目標面において検出した反射光を表わす第1のアナログ信号(色および色相を示
す)のDC電圧は、アナログ/デジタル変換され、第1のデジタル値となる。同
様に、温度を表わす第3のアナログ信号のDC電圧は、アナログ/デジタル変換
され、第2のデジタル値となる。次に、第1および第2のデジタル値を処理し、
補償電圧を算出する。これは、標準的な状態において目標面からの非スペクトル
反射率の色および色相に直接関連する。プロセッサは、ある補償電圧(目標面の
色および色相を示す)をある分析物濃度に相関付けるために格納されている参照
テーブルを用いることにより、または適切な数式の使用により、分析物濃度レベ
ル出力値を特定する。反射率計データ(経皮パッチ10または検査細片20の製
造バッチ・コード等)および実行する検査の種類(例えば、グルコース対コレス
テロール)のユーザ選択により、目標面の色および色相を示す補償電圧を評価し
、対応する分析物濃度レベル出力値を判定する際に格納されている複数の参照テ
ーブルまたは数式のいずれをプロセッサが考慮すべきかについて特定する。
【0039】 先に端的に論じたように、LED50からの光出力の強度は、周囲温度による
影響を受ける。温度が上昇する程、光出力の強度は、低下する。逆に、温度が低
下するに連れて、光出力の強度は、上昇する。したがって、光源におけるあらゆ
る温度変化に対処することは、検出した不変のDC電圧が色および色相を正確に
表わすことを保証するためには必須である。
【0040】 多数の温度差検知機構を利用することができる。これらの内、第1の機構によ
れば、LED50は、ダイオードであり、ダイオード230は、LEDの感温動
作を模擬する温度センサとして用いると効果的であることが認められる。ダイオ
ード間の電圧降下は、LED50からの光強度出力が温度による影響を受けるの
と同様に、温度による影響を受ける。この電圧降下を既知の温度における基準電
圧降下と比較して測定することにより現在の温度を判定することが可能となる。
【0041】 一例として、小信号のダイオード(IN4148等)の電圧降下(Vdc)の
温度依存性は、約0.0021ボルト/℃と測定されている。反射率計30/3
0’の工場における較正では、ポテンショメータ234の調節によってダイオー
ド230間の順方向電圧降下は、25℃において0.609ボルトに設定されて
いる。一旦、この基準線電圧降下を確定すれば、実際の電圧降下と基準電圧降下
との間のあらゆる測定差でも、容易に温度変動に変換することができ、LED5
0の動作および第1のアナログ出力信号双方を評価する際に判定した温度変動に
対処することができる。
【0042】 これに関して、LED50からの光強度出力に対する温度の影響は、反射率計
30/30’に関して対象となる有限の温度範囲において、検出信号とほぼ線形
に変動することがわかる。したがって、電圧単位で示す温度誤差に対する反射率
(即ち、目標面において検出される反射光を表わし、色および色相を示す第1の
アナログ信号)のプロットから原点を交差し、ほぼ0.0035ボルト/℃の正
の傾き(これ以降k1)を有するほぼ直線状の線が判明する。標準からの温度変
化に考慮すべき温度調節(ΔV)は、以下のように算出することができる。
【0043】
【数1】
【0044】 ここで、SVは、目標面において検出される反射光を表わし、色および色相を示
す信号であり、 ΔCは、25℃における基準標準からの検知温度変化(即ち、検出されたずれ
)であり、以下に等しい。
【0045】
【数2】
【0046】 ここで、Vdtは、ダイオード間の現測定電圧降下であり、 Vdrは、25℃の基準標準におけるダイオード間の電圧降下である。
【0047】 補償された電圧CV(温度の影響を考慮した)は、標準的な数学的操作を用い
ることによって算出することができ、補償電圧は、次のように算出することがで
きる。
【0048】
【数3】
【0049】 ここで、k2は、k1/Vdcに等しい定数である。
【0050】 前述の具体的な例の信号ダイオードの場合、k2は、0.0035/0.00
21=1.667に等しい。
【0051】 図9Aを参照すると、温度補償に有用な第2の温度検知機構を表わした回路図
が示されている。この実施態様では、温度による光強度変動に対して直接一次補
償を行なう。1つまたは2つのダイオード230’は、互いにおよびLED50
と直列にライン152上の方形波出力と、ポテンショメータ156から成る光レ
ベル調節回路154との間に接続されている。ダイオード230’は、ダイオー
ド230と同様に、LED50に熱−機械的に結合されている。直列接続された
230’間の電圧は、温度上昇に連れて、LED50に印加される電流の増大を
招く。この印加電流の増大により、温度上昇によるLED50からの光強度出力
におけるあらゆる減少に対して一次補償を行なう。この直列ダイオード230’
の補償方式では、ゲルマニウムまたはショットキ・ダイオードを用いることが好
ましい。何故なら、これらの種類では順方向電圧降下が低いので、光調節ポテン
ショメータ156の感度を制御する際に有利であるからである。この直列ダイオ
ード230’による補償方式は、図7に示したダイオード230のセンサ構成と
組み合わせて利用し、温度検出および補償の改善を図ることも可能である。
【0052】 図9Bを参照すると、温度補償に有用な第3の温度検知機構を表わした回路図
が示されている。この実施態様では、電圧降下の測定は、LED50の一方、L
EDの各々またはLEDの全ての間で行なう。この瞬時LED電圧降下測定を用
いて、動的な温度補償を実施し、現在生じている温度変動だけでなく、LED5
0の長期劣化にも対処することができる。図6Aに示す反射率計30/30’に
関しては、LED50の1つ、各々または全てにおける電圧降下を測定するため
に、電圧降下検出器252が備えられている。測定した電圧降下は、次に、外部
ポート接続部を介して出力され、先に論じたCV式に応じてパーソナル・コンピ
ュータによって処理することができる。一方、図6Bに示した反射率計30/3
0’に関しては、LED50の1つ、各々または全てのアノード/カソード・リ
ードから一対のアナログ・タップ254を引き出し、マイクロプロセッサに入力
する。次に、マイクロプロセッサのアナログ−デジタル変換器は、測定電圧をデ
ジタル信号に変換し、互いからこれらの値を減算し、得られた電圧降下を判定し
、先に論じたCV式に応じた後続の処理に進む。
【0053】 再度、図7Aおよび図7Bを参照する。温度補償に有用な第4の温度検知機構
は、同期検出器のDCレベル・シフト・ダイオード238を有効に利用して、こ
のダイオード間の電圧降下を検知することにより温度を測定する。一構成では、
ダイオード238は、LED50に熱−機械的に結合され、先に論じたDV式に
応じた後続の処理のために光源に関連する温度情報を提供することができる。別
の構成では、ダイオード238は、反射率計30/30’内のいずれの熱源から
も離れて位置し、(光源温度ではなく)周囲を知ることに依存する評価に関する
後続の処理のために周囲温度情報を提供するようにしてもよい。一例として、経
皮パッチおよび/または細片上の生物および化学的反応は、周囲温度に依存する
。正確な培養時間を算出するためには、ダイオード238の周囲温度データを処
理し、読み取りを行なうのに適した時間を識別するとよい。
【0054】 再度、図2A、図2Bおよび図3を参照する。先に論じたように、反射率計3
0/30’は、外光の影響、誘発されるノイズおよび温度による影響を極力抑制
する。したがって、センサ・ヘッド32の円筒形状の突出した前端48の部分は
、必ずしも経皮パッチ10内の開口14に遮光状態で嵌合する必要はない。何故
なら、膚の色と同様に、周囲光のもれは、同期検出機構によって補償されるから
である。内部では、光源および検出回路の交流特性には、DCドリフトを生じな
い。更に、温度補償の問題についても、温度検出および補償回路の使用ならびに
先に論じた処理によって対処している。
【0055】 しかしながら、色および色相読み取りの精度に影響を与え得るその他の要因も
ある。例えば、揺動運動またはその他の移動による反射率計30の未定常動作は
、例えば、センサ・ヘッド32および経皮パッチ10間の界面における照明の幾
何学的形状を変化させることもあり得る。他の関心事として、反射率計30およ
び経皮パッチ10間に加えられる接触圧力の度合いのばらつきがある。特にハン
ド・ヘルド・デバイスに関しては、検出した色および色相を示す出力信号上で繰
り返し可能なピーク・ホールドを測定するルーチンが振動や未定常動作に耐えな
ければならないことは非常に重要である。この目標を達成するために、非常に高
いレートでデータをサンプリングし、実際上できるだけ多くのデータ点を平均化
ルーチンに入力する。これらのサンプルを平均化する技法は、数秒の内に正しい
読み取り値を判定することができ、しかも読み取りを行なう時間に影響されない
ようにしなければならない。
【0056】 繰り返し可能な結果を確保するための検査として、ピーク検出電圧安定性を利
用する。例えば、検出電圧範囲が0.5から0.8ボルトであるとすると、0.
002ボルトのピーク検出電圧安定性があれば、1パーセントよりも高い解像度
が得られる。信号利得が5であると、2.5ないし4ボルトの範囲が得られ、こ
の範囲は、5ボルトの電源によるアナログ/デジタル変換器を有するマイクロプ
ロセッサとの互換性が高くなる。
【0057】 図10および図13を参照すると、目標面において検出される反射光を表わす
(そして色および色相を示す)第1のアナログ信号のDC電圧を処理する際に用
いられるピーク・ホールド検出アルゴリズムの動作例が示されている。
【0058】 未補償電圧に関連する生データを所定のサンプリング・レートで収集する(ス
テップ500)。次に、最後のnサンプルについて、移動ブロック平均(Av(
i))を算出する。次に、ステップ504において、移動ブロック平均A(v(
i))を直前の移動ブロック平均(Av(i−1))と比較する。現移動ブロッ
ク平均Av(i)と直前の移動ブロック平均Av(i−1)との間の偏差が所定
の偏差電圧しきい値未満である場合、定常状態条件が満たされており、ステップ
506において、目標面の色および色相を示す不変のDC電圧として後続処理の
ために現移動ブロック平均Av(i)をピーク値として保持する。ステップ50
4において、測定した偏差が所定の偏差電圧しきい値を超過している場合、プロ
セスは、ステップ502に戻り、新たな現移動ブロック平均を算出する。プロセ
スは、現移動ブロック平均Av(i)および直前の移動ブロック平均Av(i−
1)間で判定した偏差が偏差電圧スレシホルド未満となるまで、サンプリング(
ステップ500)、移動ブロック平均の算出(502)および比較(504)を
続ける。
【0059】 次に、不変のDC電圧に対して保持したピーク値を処理して、DCオフセット
の調節を行い、次に温度補正を行い、更に(所望または必要であれば)色および
/またはバッチ較正を調節する。得られた補償電圧は、標準的な条件における目
標面での反射率の色および色相に直接関連する。プロセッサは、補償値(目標面
の色および色相を示す)を分析物濃度に相関付ける格納されている参照テーブル
または(恐らく参照テーブルに関連するデータに基づく)数式を用いることによ
って、分析物濃度レベルの出力値を特定する。補償電圧値が参照テーブル内の2
つの行の間に該当すれば、分析物濃度レベルの最終データ点を補間し、出力を生
成する。(経皮パッチ10または検査細片20の製造バッチ・コード等)反射率
計のデータおよび実行する検査の種類(例えば、グルコース対コレステロール)
のユーザ選択により、目標面の色および色相を示す補償電圧を評価し、対応する
分析物濃度レベル出力値を判定する際に格納されている複数の参照テーブルのい
ずれをプロセッサが考慮すべきかについて特定する。個人に対する較正に影響を
及ぼし得る他の要因は、参照テーブルの選択による影響を受ける可能性もある。
本発明の反射率計に用いて好適な参照テーブルの一例を図11に示す。
【0060】 図11の参照テーブル(またはそれと同等の数式)に関して、グルコース・レ
ベルを監視するための反射率計30/30’の使用例を提示する。午前10時0
0分に予め設定してある可聴アラームが糖尿病患者にグルコースの読み取りを行
なうように警告する。経皮パッチ10を患者の前腕内側に貼り付け、SELEC
Tボタンを押し、培養カウントダウン期間の開始を通知する。この期間が終了し
た後、異なるトーン・シーケンスを有する別の可聴アラームがパッチ10上で読
み取りを行なう時刻であることを患者に警告する。センサ・ヘッド32の円筒形
状の突出した前端48の部分を経皮パッチ10内の開口14に挿入し、READ
ボタンを押す。約1秒の読み取り時間の後、最初のアナログ出力信号は、未だ定
常状態条件に達していない(偏差電圧しきい値に対して)。約2秒後、定常状態
に達し、DCオフセットが調節されているが、温度が補償されていない電圧が0
.664ボルトの値で得られる。次いで、この不変のDC電圧を分析用第1のア
ナログ出力信号としてプロセッサに渡す。加えて、温度センサ・ダイオード23
0は、0.611ボルトの値を有する第3のアナログ出力信号を供給する。前述
の温度補正アルゴリズムに応じて、目標面の色および色相を示す補償電圧CVが
0.662ボルトと算出される。必要であれば、適切な色および/またはバッチ
較正調節を行なってもよい。図11の参照テーブル(またはそれと同等の数式)
では、この補償電圧は、140ないし180mg/dL間のグルコース・レベル
に相関がある。これら2つの終点の補間により最終結果である170.4mg/
dLが得られる。次に、このグルコース・レベルを最も近い整数に丸め、170
mg/dLという最終結果が患者に表示される。また、この結果は、日付および
時刻と共にメモリに格納され、今後の参考に使用したり、または患者履歴として
コンピュータにダウンロードする。
【0061】 図12Aを参照すると、反射率計および経皮パッチの不適正な係合を図示する
断面図が示されている。前述のように、色および色相読み取りの精度に影響を与
え得る要因の1つは、反射率計30および経皮パッチ10間に異なる度合いの接
触圧力を加えることである。これに関して、高精度の測定は、目標面が適正な位
置にあるか否かに左右されることを注記する。逆に、非均一な圧力または過剰な
圧力は、膜16を歪ませ(即ち、曲げや皴が生ずる)、目標面を適正な位置から
ずらす可能性がある。この影響を図12Aに誇張して示す。反射率計測定器によ
ってパッチに加える圧力を増大させた結果、目標面がフォト・トランジスタ側に
偏向し、そのために反射率信号が大きくなったことが認められる。更に、場合に
よっては、膜は、元々歪んでいたり、あるいは生物および化学的反応の結果とし
て歪むこともある。
【0062】 図12Bを参照すると、反射率計のセンサ・ヘッド32の円筒形状の突出した
前端48の部分上におけるウインドウ290の使用が示されている。ウインドウ
290は、膜16におけるあらゆる既存の歪み(曲げ、皴等)を平面化し、更に
、加える圧力変動に対して測定プロセスが比較的感応しないように作用する。こ
れに応じて、目標面は、色および色相読み取りのために正確に位置付けられる。
ウインドウ290は、透明であり、好ましくは、用いる光源の光の波長、この場
合は、LED50が放出する波長において高い透過性を有するプラスチックまた
はガラスで作る。追加の要件として、耐久性および洗浄溶液や傷に対する強さが
含まれる。追加の利点として、透明なウインドウ290は、汚損、塵芥、および
破壊屑(反射率計の感度低下を招く虞れがあり、更に較正にも影響を及ぼす可能
性がある)がセンサ・ヘッド内に侵入し蓄積するのを防止する。
【0063】 次に図12Cを参照すると、反射率計のセンサ・ヘッド32のテーパ円筒形状
の前端部分48’の使用を表わす断面図が示されている。先に論じたように、反
射率計30/30’は、外部光の影響は実質的に受けない。したがって、センサ
・ヘッド32の前端部分48/48’は、必ずしも経皮パッチ10の開口14内
に遮光状に嵌合する必要はない。周囲光の漏れは、皮膚の色と同様に、含まれる
フィードバック信号および同期検出機構によって補償される。しかしながら、図
12Aに示したように、目標面をヘッド48/48’に対して適正な位置に置く
ことは重要である。円筒形状のセンサ・ヘッド48(図3、図12および図12
Bに示したものと同様)は、経皮パッチ10内の円形開口の直径とほぼ同一の直
径を有し、ユーザが注意を払っていない場合に、膜に対して面一に開口内に適正
に座着しない場合もあり得る。更に別の懸念として、経皮パッチの上面は、前端
を捕捉可能なように接着層を有する場合もあり、パッチ開口内に前端を適正に座
着させるのが困難となる。ユーザが反射率計30の適正な面一の位置付けを得る
のを補佐するために、反射率計のセンサ・ヘッド32の円筒形状の前端部分48
’をテーパ状とし、挿入の間にパッチ10内の開口を発見し、反射率計の膜に対
する適正な配置を簡便化するように機能する。ウインドウ290をその厚さだけ
前端の中に引っ込め、センサ・ヘッド内の開口を封止し、取扱中にウインドウの
縁が引っ掛かったり、傷付いたり、外れてしまうのを防止する。
【0064】 再度、図6Aおよび図6Bを参照する。前述のように、読み取りプロセスを開
始する際、ユーザは、SELECTボタンを押す。このボタンが培養カウントダ
ウン期間の開始を通知する。パッチ10または細片20上で発生する生物および
化学的プロセスの完了に要する時間は、温度に依存し得ることは認められる。し
たがって、反射率計30/30’のプロセッサは、ダイオード238を利用して
、周囲温度を示す情報を得る。SELECTボタンが活性化されると、プロセッ
サは、ダイオード238が与える現周囲温度情報を用いて十分な長さの培養カウ
ントダウン期間を判定し、パッチ10または細片20上における生物および化学
的プロセスの完了を確保し、その後、読み取りを行なう時刻であることを示す可
聴アラームでユーザに通知する。
【0065】 図7および図14を参照すると、反射率計30/30’の一次較正を行なうプ
ロセスを表わすフロー図が示されている。尚、この一次較正は、(25℃という
ように)制御された温度で行なわなければならないことを注記する。ステップ3
50において、(図11の参照テーブルによって表わされるもののような)補償
電圧−分析物濃度曲線において、好ましくは反射率計を最も精度高く読み取れる
1点を選択する。殆どの場合、この点は、曲線の中間またはその付近である。次
に、ステップ352において、反射率計30/30’を選択した分析物濃度の色
相に対応する標準色相と突き合わす。次に、ステップ354において、得られた
補償電圧または分析物濃度値を出力する。次に、ステップ356において、光レ
ベル調節回路154の内部ポテンショメータ156を調節し、ステップ358に
おいて、調節した補償電圧を出力する。次に、ステップ360において、検査を
行い、ステップ356の調節によって、ステップ358において調節補償電圧が
得られ、ステップ350において補償電圧−分析物濃度曲線上で選択した点に一
致したか否かについて判定を行なう。一致しない場合、プロセスは、戻ってステ
ップ356、358および360を再度、実行する。これは、ポテンショメータ
156の調整により、補償電圧−分析物濃度曲線上で選択した点における補償電
圧に一致する調節補償電圧が生成されるまで繰り返す。この一次較正プロセスを
各反射率計30/30’に対して行なう場合、各反射率計は、中間点において同
様に正確に読み取ることにより、デバイス間の反射率計動作に一貫性が得られる
【0066】 図6A、図6Bおよび図15を参照すると、反射率計30/30’の二次較正
を実行するプロセスを表わすフロー図が示されている。尚、この二次較正は、(
25℃のような)制御された温度で行なわなければならないことを注記する。ス
テップ370において、(図11の参照テーブルによって表わされるもののよう
な)補償電圧−分析物濃度曲線の一端における点を選択する。ステップ273に
おいて、反射率計30/30’を選択した分析物濃度に対応する標準色相と突き
合わせる。ステップ374において、得られた補償電圧値を出力する。ステップ
376において、出力補償電圧値と、補償電圧−分析物濃度曲線上で選択した終
点における補償電圧との間の第1の終点オフセットを判定し、ステップ378に
おいてプロセッサによって(不揮発性メモリに)格納する。この時点で、温度セ
ンサ128のダイオード230間の電圧降下を再度測定し、ステップ362にお
いてプロセッサによって(不揮発性メモリに)格納する。次に、ステップ380
において、補償電圧−分析物濃度曲線の他端における点を選択する。次に、ステ
ップ382において、反射率計30/30’を選択した分析物濃度に対応する標
準色相と突き合わせる。次に、ステップ384において、得られた補償電圧値を
出力する。ステップ386において、出力した補償電圧値と、補償電圧−分析物
濃度曲線上で選択した終点における補償電圧との間の第2の終点オフセットを判
定し、ステップ388においてプロセッサによって(不揮発性メモリに)格納す
る。次に、ステップ390において、補償電圧−分析物濃度曲線の中間における
点を選択する。次に、ステップ392において、反射率計30/30’を選択し
た分析物濃度に対応する標準色相と突き合わせる。ステップ394において、得
られた補償電圧値を出力する。次に、ステップ396において、出力した補償電
圧値と、補償電圧−分析物濃度曲線上の第2の終点における補償電圧との間の中
間点オフセットを判定し、ステップ398においてプロセッサによって(不揮発
性メモリに)格納する。格納した第1および第2の終点オフセットならびに中間
点オフセットは、(読み取った目標面の色および色相を示す)ある補償電圧をあ
る分析物濃度に相関付ける格納されている参照テーブル(または数学的アルゴリ
ズム)を用いて、分析物の濃度レベル出力値を特定する際に、プロセッサを考慮
に入れることができる。特に図示しないが、二次較正のために曲線上で2点また
は3点を選択し、動作精度を更に高めることも可能である。
【0067】 尚、図15の二次較正プロセスは、異なる種類の検査(例えば、グルコースお
よびコレステロール)について読み取りを行なうために反射率計を利用する可能
性が高い場合、単一の反射率計上で多数回行なうこともあり得ることを注記する
。かかる場合、反射率計30/30’は、各々(読み取った目標面の色および色
相を示す)ある補償値をある分析物濃度に相関付ける複数の格納されている参照
テーブル(または数学的アルゴリズム)を用いてプログラムする。反射率計は、
これら検査の各々について適用可能なデータに較正し、適正な動作を確保しなけ
ればならない。
【0068】 経皮パッチまたは細片上に発現する色指標は、製造バッチ間でばらつく可能性
があることが認められる。この懸念に対処する1つの方法は、その色指標に応じ
て、各バッチをコード化することである。そして、各反射率計に、バッチ・コー
ドの指定ならびに第1および第2の終点や中間点における適切なオフセットをプ
ログラムする。このようにプログラミングすることが不可能な状況では、図15
に示すプロセスを使用する経皮パッチまたは細片の各バッチに対して患者が(工
場においてではなく)実行するとよい。この患者バッチ・コード(三次)較正プ
ロセスに対応するためには、経皮パッチまたは細片の各バッチは、3つの標準色
相を含み、当該バッチによって測定される所定の分析物濃度と各色相を対応付け
る。プロセスの完了後、バッチのばらつきに関連する、格納した第1および第2
の終点オフセットならびに中間点オフセットを(読み取った目標面の色および色
相を示す)ある補償値をある分析物濃度に相関付ける格納されている参照テーブ
ル(または数学的アルゴリズム)を使用して分析物濃度レベルの出力値を特定す
る際にプロセッサを考慮に入れることができる。
【0069】 図11および図16を参照すると、補償電圧−分析物濃度曲線400ならびに
図14および図15の一次および二次較正プロセスの影響をそれぞれ表わすグラ
フが示されている。曲線400は、測定補償値(y軸上)と対応する分析物濃度
(x軸上)との間の関係を表わす。より正確には、曲線400は、図11に示し
た、具体的な補償電圧−分析物濃度関係を提示する。
【0070】 最初に図14の一次較正プロセスに移ると、図16の曲線400上の中間点4
02を選択する(この場合、300mg/dLの分析物濃度を表わす)。次に反
射率計をこの選択した分析物濃度に対応する標準色相と突き合わせる。対応する
予想補償電圧404の読み取り値(この場合、550mVとなる)を生成する代
わりに、反射率計は、異なる補償電圧406を報告する。次に、適切なポテンシ
ョメータ156による調節を行い、反射率計が報告した補償電圧406を予想補
償電圧404との一致関係に持っていく。また、この点における温度センサ12
8のダイオード250間の電圧降下を格納する。
【0071】 図15の二次較正プロセスに移り、図16の曲線400上で第1の終点408
を選択する(この場合、625mg/dLの分析物濃度を表わす)。次に、この
選択した分析物濃度に対応する標準色相と反射率計を突き合わせる。対応する予
想補償電圧410の読み取り値(この場合、400mVとなる)を生成する代わ
りに、反射率計は、異なる補償電圧412を報告する。予想補償電圧410と反
射率計が報告した補償電圧412との間のオフセットd1を判定し格納する。曲
線400上の第2の終点414を選択する(この場合、55mg/dLの分析物
濃度を表わす)。次に、この選択した分析物濃度に対応する標準色相と反射率計
を突き合わせる。対応する予想補償電圧416の読み取り値(この場合、850
mVとなる)を生成する代わりに、反射率計は、異なる補償電圧418を報告す
る。予想補償電圧416と反射率計が報告した補償電圧418との間のオフセッ
トd2を判定し格納する。曲線400上の中間点420を選択する(この場合、
300のmg/dLの分析物濃度を表わす)。次に、この選択した分析物濃度に
対応する標準色相に反射率計を突き合わせる。先に行なった一次較正により、反
射率計は、予想補償電圧404の読み取り値(この場合、550mVとなる)を
当然生成することになる。生成しない場合、一次および二次較正プロセスを再度
、実行しなければならない。反射率計が異なる種類の検査(例えば、グルコース
およびコレステロール)と共に使用するようにプログラムされている場合、反射
率計は、予想補償電圧404の読み取り値を生成しない可能性が高い。むしろ、
反射率計は、異なる補償電圧406を報告する。予想補償電圧404と反射率計
が報告した補償電圧406との間のオフセットd3を判定し格納する。格納した
第1および第2の終点オフセットd1およびd2ならびに中間点オフセットd3
は、プロセッサが検出した補償電圧(読み取った目標面色および色相を示す)を
処理する場合に、参照テーブル(図11参照)または数式を用いて分析物濃度レ
ベル出力値を特定する際に考慮に入れることができる。この二次較正の結果、実
際、問題の個々の反射率計30/30’の許容度を考慮に入れて、各検査毎に調
節した補償電圧−分析物濃度曲線400’(破線で示す)が得られる。曲線40
0(図11の参照テーブル)上の終点408および411間の点において反射率
計30/30’が検出した補償電圧を処理する際、適切なd1、d2またはd2
のオフセットの補間を(参照テーブルまたは数式内のデータ点間の計算を行なう
ために必要なあらゆる補間と共に)算出し、分析物濃度レベル出力値の最終判定
を行なうことができる。次いで、患者は、前述のプロセスを繰り返し、追加のd
1、d2およびd3オフセットを算出し、こうしてパッチまたは細片のバッチ毎
に別々の調節済み補償電圧−分析物濃度曲線390’(破線で示す)を生成する
【0072】 図17を参照すると、読み取った色相を示す入力電圧を濃度値出力に変換する
プロセスを表わすフロー図が示されている。図示のプロセスは、補償電圧を発生
する際のあらゆる温度を考慮に入れるだけでなく、二次較正オフセット(図15
参照)および参照テーブル内のデータ点間の計算(図11参照)に必要なあらゆ
る補間も考慮に入れている。ステップ600において、色および色相を示す安定
出力電圧を判定する(図13参照)。安定出力電圧の精度に影響を及ぼすいずれ
かのDCオフセットがある場合(同期検出器に関して説明したもののように)、
ステップ602において、これらのオフセットを安定出力電圧から減算する。次
に、ステップ604において、先に論じた式を用いて、オフセットを調節した安
定出力電圧を処理し、温度による光源強度の変動を補償し、補償電圧(CV)を
生成する。次に、ステップ606において補償電圧を処理し、二次色較正および
三次バッチ・コード較正(図15および図16参照)に関連して必要となるあら
ゆる調節を行なう。次に、ステップ608において参照テーブル(または数式)
を用いて、色(バッチ・コード)較正を調節した補償電圧を濃度レベルに変換す
る。ステップ610において、判定した濃度レベルに必要なあらゆる補間を行な
う。次に、ステップ612において、(補間し)判定した濃度レベルが実行中の
特定の検査に対して容認可能な予測範囲内にあるか否かについて判定を行なう。
ない場合、ステップ614においてエラー・メッセージを表示し、ステップ61
6において、日付および時刻と共にエラーの記録を格納する。範囲内にある場合
、ステップ618において、(補間した)判定した濃度レベルを表示し、ステッ
プ616において、日付および時刻と共にこのレベルの記録を格納する。
【0073】 以上、本発明の方法および装置の好適な実施形態を添付図面を参照しながら示
し、これまでの詳細な説明において記載したが、本発明は、開示した実施形態に
限定されるのではなく、特許請求の範囲に明記し定義した本発明の精神から逸脱
することなく、多数の再構成、変更、交換が可能であることは理解される。
【図面の簡単な説明】
【図1A】 患者内にあることが検出された対象分析物を示す色相が発現した経皮パッチの
斜視図である。
【図1B】 患者内にあることが検出された対象分析物を示す色相が発現した検査細片の斜
視図である。
【図2A】 図1Aの経皮パッチ上に発現した色相を読み取るのに適したハンド・ヘルド反
射率計の上面図である。
【図2B】 図1Aの経皮パッチ上に発現した色相を読み取るのに適したハンド・ヘルド反
射率計の側面図である。
【図3】 図2Aおよび図2Bに示すハンド・ヘルド反射率計のセンサ・ヘッドの断面図
である。
【図4】 図1Bの検査細片上に発現した色相を読み取るのに適したデスク・トップ反射
率計の斜視図である。
【図5】 図4に示すデスク・トップ反射率計の読み取り部位の断面図である。
【図6A】 本発明による反射率計の一実施形態の電子回路のブロック図である。
【図6B】 本発明による反射率計の一実施形態の電子回路のブロック図である。
【図7A】 図6Aに示す本発明の反射率計のアナログ部分についての回路図である。
【図7B】 図6Bに示す本発明の反射率計のアナログ部分についての回路図である。
【図8A】 本発明の同期検出器の動作を示す波形図である。
【図8B】 本発明の同期検出器の動作を示す波形図である。
【図9A】 温度指示データを反射率計に供給する代替実施態様を示す回路図である。
【図9B】 温度指示データを反射率計に供給する代替実施態様を示す回路図である。
【図10】 検出した光を表わす信号を処理する際に用いるピーク・ホールド検出アルゴリ
ズムの動作例を示す図である。
【図11】 検出した目標面の色および色相を示すある電圧を対象分析物のある濃度に相関
付ける参照テーブルを示す。
【図12A】 過剰圧力による反射率計のセンサ・ヘッドおよび経皮パッチの不適正な係合を
示す断面図である。
【図12B】 反射率計のセンサ・ヘッドの前端部分上にウインドウを使用することにより目
標面に対する反射率計の正確な位置決めを確保することを示す断面図である。
【図12C】 反射率計のセンサ・ヘッドのテーパ状前端部分の使用を示す断面図である。
【図13】 検出した光を表わす信号を処理する際に用いるピーク・ホールド検出アルゴリ
ズムを示すフロー図である。
【図14】 反射率計の一次較正を行なうプロセスを示すフロー図である。
【図15】 反射率計の二次および三次較正を行なうプロセスを示すフロー図である。
【図16】 補償電圧−分析物濃度曲線の一例ならびに図14および図15の一次、二次お
よび三次較正プロセスのそれに対する影響を示すグラフである。
【図17】 読み取り色相を示す入力電圧を濃度値出力に変換するプロセスを示すフロー図
である。
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Claims (67)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反射率計であって、 光を放出し、所定の色および色相を有する目標面を照明する変調光源と、 前記目標面から反射した光を検出し、検出した光を示す第1の出力を発生する
    光検出器と、 前記第1の出力を処理してフィードバック信号を発生し、前記光検出器に印加
    し、前記光検出器による周囲光の検出に起因する前記第1の出力におけるあらゆ
    るずれを補償し、前記第1の出力を差動的に増幅し、第2の出力を発生する手段
    と、 前記第2の出力を同期的に復調し、前記目標面における前記色または色相を示
    す、実質的に不変のDC出力電圧を発生する検出器と、 を備える反射率計。
  2. 【請求項2】 前記変調光源は、温度変化と共に変動する強度を有する光を放出し、前記反射
    率計は、更に、 前記変調光源に熱−機械的に結合された温度センサであって、前記変調光源の
    温度を示す第3の出力を発生するセンサと、 前記第3の出力に応じて、前記実質的に不変のDC出力電圧を数学的に補正し
    、前記変調光源温度において検出した変化を考慮する手段と、 を備える請求項1記載の反射率計。
  3. 【請求項3】 前記変調光源は、少なくとも1つの発光ダイオードを備え、前記温度センサは
    、前記発光ダイオードの動作特性を実質的に補完する動作特性を有するダイオー
    ド手段を備える請求項2記載の反射率計。
  4. 【請求項4】 前記変調光源は、温度変化と共に変動する強度を有する光を放出し、前記反射
    率計は、更に、 前記変調光源に熱−機械的に結合された温度補償器と、 前記変調光源の温度補償器の制御動作を前記変調光源の温度変化による光強度
    のあらゆる変動に対して均衡させる手段と、 を備える請求項1記載の反射率計。
  5. 【請求項5】 前記変調光源は、少なくとも1つの発光ダイオードを備え、前記温度補償器は
    、ダイオードを備え、前記均衡させる手段は、前記ダイオードの前記発光ダイオ
    ードとの直列電気接続から成る請求項4記載の反射率計。
  6. 【請求項6】 前記変調光源は、当該変調光源間の電圧降下の変化と共に変動する強度を有す
    る光を放出し、前記反射率計は、更に、 目標面の照明中、前記変調光源間の電圧降下を測定するセンサと、 前記測定した電圧降下に応じて、前記実質的に不変のDC出力電圧を数学的に
    補正し、光強度の変動を考慮する手段と、 を備える請求項1記載の反射率計。
  7. 【請求項7】 前記光検出器は、 前記目標面から反射した光を受信および検出し、第1の差動信号を発生するフ
    ォト・トランジスタと、 静止動作点を設定し、第2の差動信号を発生するトランジスタと、 前記フォト・トランジスタおよびトランジスタを共通エミッタ接続として差動
    構成で接続する手段と、 を備える請求項1記載の反射率計。
  8. 【請求項8】 更に、前記差動接続したフォト・トランジスタおよびトランジスタ間の共通エ
    ミッタ接続部に固定の低電流を供給するカレント・ミラーを備える請求項7記載
    の反射率計。
  9. 【請求項9】 前記処理する手段は、前記第2の差動信号を処理して前記フィードバック信号
    を発生し、前記フォト・トランジスタに印加して前記フォト・トランジスタを前
    記静止動作点に偏移させる請求項7記載の反射率計。
  10. 【請求項10】 前記処理する手段は、前記第2の差動信号を基準電圧と比較し、該比較の結果
    を積分して前記フィードバック信号を発生する積分器を備え、前記フィードバッ
    ク信号は、前記静止動作点と前記フォト・トランジスタにおいて検出したDC周
    囲光に起因するずれとの間の誤差を示す請求項9記載の反射率計。
  11. 【請求項11】 前記変調光源は、 少なくとも2つの発光ダイオードと、 前記発光ダイオードを各々前記光検出器の方位角から離れた方位角で取り付け
    、前記光検出器に対するスペクトル反射を最少に抑えつつ、前記目標面を実質的
    に均一に照明する手段と、 を備える請求項1記載の反射率計。
  12. 【請求項12】 前記2つの発光ダイオードが異なる色である請求項11記載の反射率計。
  13. 【請求項13】 前記同期的に復調する検出器は、前記第2の出力信号の前記ピーク・ピーク電
    圧に比例するDC電圧を生成する全波同期検出器を備える請求項1記載の反射率
    計。
  14. 【請求項14】 更に、前記変調光源、差動光検出器、差動増幅器および 同期検出器を収容するハンド・ヘルド・ケースを含む請求項1記載の反射率計。
  15. 【請求項15】 前記目標面は、経皮パッチの発色膜を備え、前記ハンド・ヘルド・ケースは、
    前記経皮パッチの発色膜と嵌合するように構成された読み取りヘッドを含む請求
    項14記載の反射率計。
  16. 【請求項16】 前記経皮パッチは、前記発色膜を露見させる開口を含み、前記読み取りヘッド
    は、前記経皮パッチの開口に挿入する形状の前端を含む請求項15記載の反射率
    計。
  17. 【請求項17】 前記読み取りヘッドの前記前端は、前記読み取りヘッドを前記経皮パッチの開
    口に挿入する場合に、前記発色膜を平面化する透明窓を含む請求項16記載の反
    射率計。
  18. 【請求項18】 前記経皮パッチの前記開口は、所定のサイズおよび形状を有し、前記読み取り
    ヘッドの前記前端の形状は、相補的なサイズおよび形状を有する請求項16記載
    の反射率計。
  19. 【請求項19】 前記開口は円形であり、前記前端形状は、前記円形開口内に嵌合するのに適し
    た円筒形状を有する請求項16記載の反射率計。
  20. 【請求項20】 前記前端形状の円筒形は、前記読み取りヘッドが前記円形開口を発見できるよ
    うにテーパ状である請求項19記載の反射率計。
  21. 【請求項21】 更に、前記変調光源、差動光検出器、差動増幅器および 同期検出器を収容するデスク・トップ・ケースを含む請求項1記載の反射率計。
  22. 【請求項22】 前記目標面は、発色検査細片を備え、前記デスク・トップ・ケースは、前記発
    色検査細片を押さえるように構成された読み取り部位を含む請求項21記載の反
    射率計。
  23. 【請求項23】 前記目標面の色相は、測定可能な量または質を示し、前記反射率計は、更に、
    前記目標面における前記色または色相を示す前記固定DC電圧を対応する量また
    は質の測定値に変換するプロセッサを備える請求項1記載の反射率計。
  24. 【請求項24】 更に、固定DC電圧値を対応する量または質の測定値に相関付ける格納された
    参照テーブルまたは数式を備え、前記プロセッサは、その変換を行なう際に、前
    記参照テーブルまたは数式を参照する請求項23記載の反射率計。
  25. 【請求項25】 前記測定可能な量または質は、分析物濃度を含む請求項24記載の反射率計。
  26. 【請求項26】 前記分析物濃度は、グルコース値またはコレステロール値のいずれかを含む請
    求項25記載の反射率計。
  27. 【請求項27】 前記変調光源は、温度変化と共に変動する強度を有する光を放出し、前記目標
    面の色相は、測定可能な量または質を示し、前記反射率計は、更に、 光源の温度を示す温度信号を発生するセンサと、 前記目標面における前記色または色相を示す前記固定DC電圧を前記温度信号
    に応じて補正し、補償DC電圧を発生し、該補償DC電圧を対応する量または質
    の測定値に変換するプロセッサと、 を備える請求項1記載の反射率計。
  28. 【請求項28】 反射率計の読み取りヘッドであって、 少なくとも2つの発光ダイオードと、 光検出器と、 前記発光ダイオードを各々前記光検出器の方位から離れる角度にオフセットし
    た方位で取り付け、前記光検出器に対するスペクトル反射を最少に抑えつつ、前
    記目標面を実質的に均一に照明する手段と、 を備える読み取りヘッド。
  29. 【請求項29】 前記光検出器の方位は、前記目標面に対して垂直である請求項28記載の読み
    取りヘッド。
  30. 【請求項30】 前記オフセット角度は、40から45度の間である請求項28記載の読み取り
    ヘッド。
  31. 【請求項31】 前記目標面は、経皮パッチの発色膜を備え、前記読み取りヘッドは、前記経皮
    パッチの前記発色膜と嵌合するように構成された請求項28記載の読み取りヘッ
    ド。
  32. 【請求項32】 前記経皮パッチは、前記発色膜を露見させる開口を含み、前記読み取りヘッド
    は、前記経皮パッチの開口に挿入する形状の前端を含む請求項31記載の読み取
    りヘッド。
  33. 【請求項33】 前記読み取りヘッドの前記前端は、前記読み取りヘッドを前記経皮パッチの開
    口に挿入する場合に、前記発色膜を平面化する透明ウインドウを含む請求項32
    記載の読み取りヘッド。
  34. 【請求項34】 前記経皮パッチの前記開口は、所定のサイズおよび形状を有し、前記読み取り
    ヘッドの前記前端の形状は、相補的なサイズおよび形状を有する請求項32記載
    の読み取りヘッド。
  35. 【請求項35】 前記開口は、円形であり、前記前端形状は、前記円形開口内に嵌合するのに適
    した円筒形状を有する請求項32記載の読み取りヘッド。
  36. 【請求項36】 前記前端形状の円筒形は、前記読み取りヘッドが前記円形開口を発見できるよ
    うにテーパ状である請求項35記載の読み取りヘッド。
  37. 【請求項37】 前記2つの発光ダイオードは、異なる色である請求項28記載の読み取りヘッ
    ド。
  38. 【請求項38】 温度変化と共に変動する強度を有する光を放出する光源と、 前記光源からの光を検出し、検出した光を示す第1の出力を発生する光検出器
    と、 前記光源に熱−機械的に結合された温度センサであって、前記光源の温度を示
    す第2の出力を発生するセンサと、 前記第1の出力の電圧レベルを前記第2の出力に応じて、数学的に補正し、検
    出した光源温度の変化を考慮する手段と、 を備える装置。
  39. 【請求項39】 前記光源は、少なくとも1つの発光ダイオードを備え、前記温度センサは、前
    記発光ダイオードの動作特性を実質的に補完する動作特性を有するダイオード手
    段を備える請求項38記載の温度。
  40. 【請求項40】 温度変化と共に変動する強度を有する光を放出する光源と、 前記光源からの光を検出し、検出した光を示す出力を発生する光検出器と、 前記変調光源に熱−機械的に結合された温度補償器と、 前記温度補償器に応答し、前記光源の動作を制御し、光源温度の変化による光
    強度のあらゆる変動に対して均衡させる手段と、 を備える装置。
  41. 【請求項41】 前記変調光源は、少なくとも1つの発光ダイオードを備え、前記温度補償器は
    、ダイオードを備え、前記制御手段は、前記ダイオードの前記発光ダイオードと
    の直列電気接続から成る請求項40記載の装置。
  42. 【請求項42】 光源であって、該光源間の電圧降下の変化と共に変動する強度を有する光を放
    出する光源と、 前記光源からの光を検出し、検出した光を示す出力を発生する光検出器と、 前記光源間の電圧降下を測定するセンサと、 前記出力の電圧レベルを前記測定した電圧降下に応じて数学的に補正し、電圧
    降下の変化による光強度の変動を考慮する手段と、 を備える装置。
  43. 【請求項43】 反射率計であって、 光を放出し、所定の色および色相を有する目標面を照明する光源と、 前記目標面から反射した光を検出し、前記目標面における前記色または色相を
    示す実質的に固定のDC出力電圧を発生する光検出器と、 前記目標面における前記色または色相を示す前記固定DC電圧を対応する量ま
    たは質の測定値に変換するプロセッサと、 前記光源の変調を第1のモードで制御して前記目標面を照明し、かつ第2のモ
    ードで制御して、光通信リンクを通じて前記対応する量または質の測定値を識別
    するデータを遠隔通信する手段と、 を備える反射率計。
  44. 【請求項44】 前記光検出回路は、 前記目標面から反射した光を検出し、検出した光を示す第1の出力を発生する
    光検出器と、 前記第1の出力を処理してフィードバック信号を発生し、前記光検出器に印加
    し、前記光検出器による周囲光の検出に起因する前記第1の出力におけるあらゆ
    るDC電圧のずれを補償し、前記第1の出力を差動的に増幅し、第2の出力を発
    生する手段と、 前記第2の出力を同期的に復調し、前記目標面における前記色または色相を示
    す前記実質的に定常なDC出力電圧を発生する検出器と、 を備える請求項43記載の反射率計。
  45. 【請求項45】 前記光検出器は、 前記目標面から反射した光を受光および検出し、第1の差動信号を発生するフ
    ォト・トランジスタと、 前記静止動作点を設定し、第2の差動信号を発生するトランジスタと、 前記フォト・トランジスタおよびトランジスタを共通エミッタ接続として差動
    構成で接続する手段と、 を備える請求項44記載の反射率計。
  46. 【請求項46】 更に、前記差動的に接続されたフォト・トランジスタおよびトランジスタ間の
    前記共通エミッタ接続部に固定の低電流を供給するカレント・ミラーを備える請
    求項45記載の反射率計。
  47. 【請求項47】 前記処理する手段は、前記第2の差動信号を処理して前記フィードバック信号
    を発生し、前記フォト・トランジスタに印加して前記フォト・トランジスタを前
    記静止動作点に偏移させる請求項46記載の反射率計。
  48. 【請求項48】 前記処理する手段は、前記第2の差動信号を基準電圧と比較し、該比較の結果
    を積分して前記フィードバック信号を発生する積分器を備え、前記フィードバッ
    ク信号は、前記静止動作点と前記フォト・トランジスタにおいて検出したDC周
    囲光に起因するずれとの間の誤差を示す請求項47記載の反射率計。
  49. 【請求項49】 前記変調光源は、 少なくとも2つの発光ダイオードと、 前記発光ダイオードを各々前記光検出器の方位角から離れた方位角で取り付け
    、前記光検出器に対するスペクトル反射を最少に抑えつつ前記目標面を実質的に
    均一に照明する手段と、 を備える請求項44記載の反射率計。
  50. 【請求項50】 前記2つの発光ダイオードは、異なる色である請求項49記載の反射率計。
  51. 【請求項51】 更に、前記異なる色の発光ダイオードを交互にパルス駆動する手段を含む請求
    項50記載の反射率計。
  52. 【請求項52】 前記同期的に復調する検出器は、前記第2の出力信号の前記ピーク・ピーク電
    圧に比例するDC電圧を生成する全波同期検出器を備える請求項44記載の反射
    率計。
  53. 【請求項53】 反射率計であって、 所定の色および色相を有する目標面を照明する光を放出する光源と、 前記目標面から反射する光を検出し、前記目標面における前記色または色相を
    示す実質的に固定のDC出力電圧を発生する光検出回路と、 複数の異なる検査の各1つについて固定DC電圧値を対応する量または質の測
    定値に相関付ける格納されている参照テーブルまたは数式と、 実行される検査のために前記格納されている参照テーブルまたは数式を参照し
    、前記目標面における前記色または色相を示す前記固定DC電圧を前記検査に応
    じて対応する量または質の測定値に変換するプロセッサと、 を備える反射率計。
  54. 【請求項54】 前記光源は、変調光源であり、前記光検出回路は、 前記目標面から反射した光を検出し、検出した光を示す第1の出力を発生する
    光検出器と、 前記第1の出力を処理してフィードバック信号を発生し、前記光検出器に印加
    し、前記光検出器による周囲光の検出に起因する前記第1の出力におけるあらゆ
    るずれを補償し、前記第1の出力を差動的に増幅し、第2の出力を発生する手段
    と、 前記第2の出力を同期的に復調し、前記目標面における前記色または色相を示
    す前記実質的に固定のDC出力電圧を発生する検出器と、 を備える請求項53記載の反射率計。
  55. 【請求項55】 前記光検出器は、 前記目標面から反射した光を受光および検出し、第1の差動信号を発生するフ
    ォト・トランジスタと、 前記静止動作点を設定し、第2の差動信号を発生するトランジスタと、 前記フォト・トランジスタおよびトランジスタを共通エミッタ接続として差動
    構成で接続する手段と、 を備える請求項54記載の反射率計。
  56. 【請求項56】 前記処理する手段は、前記第2の差動信号を処理して前記フィードバック信号
    を発生し、前記フォト・トランジスタに印加して前記フォト・トランジスタを前
    記静止動作点に偏移させる請求項55記載の反射率計。
  57. 【請求項57】 前記処理する手段は、前記第2の差動信号を基準電圧と比較し、該比較の結果
    を積分して前記フィードバック信号を発生する積分器を備え、前記フィードバッ
    ク信号は、前記静止動作点と前記フォト・トランジスタにおいて検出したDC周
    囲光に起因するずれとの間の誤差を示す請求項56記載の反射率計。
  58. 【請求項58】 前記同期的に復調する検出器は、前記第2の出力信号のピーク・ピーク電圧に
    比例するDC電圧を生成する全波同期検出器を備える請求項54記載の反射率計
  59. 【請求項59】 更に、前記複数の異なる検査の各1つについて格納されている各参照テーブル
    または数式に対して前記反射率計を較正する手段を含む請求項53記載の反射率
    計。
  60. 【請求項60】 前記較正する手段は、所定の色または色相に対応する中間点において所定のD
    C出力電圧を読み取るように前記反射率計を設定する手段を備える請求項59記
    載の反射率計。
  61. 【請求項61】 前記較正する手段は、更に、各々所定の色または色相に対応する終点における
    DC出力を読み取るために適用するオフセットを決定する手段を備える請求項6
    0記載の反射率計。
  62. 【請求項62】 前記較正する手段は、更に、所定の検査に対し所定の色または色相に対応する
    中間点におけるDC出力電圧を読み取るために適用するオフセットを決定する手
    段を備える請求項60記載の反射率計。
  63. 【請求項63】 前記較正する手段は、更に、所与のバッチ内における所定の色または色相に各
    々対応する終点におけるDC出力電圧を読み取るために適用するオフセットを決
    定する手段を備える請求項60記載の反射率計。
  64. 【請求項64】 反射率計であって、 所定の色または色相を有する目標面を照明する光を放出する光源と、 前記目標面から反射する光を検出し、前記目標面における前記色または色相を
    示す実質的に固定のDC出力電圧を発生する光検出回路と、 固定DC電圧値を対応する量または質の測定値に相関付ける格納されている参
    照テーブルまたは数式と、 所定の色または色相に対応するDC出力電圧を読み取るために適用するオフセ
    ットを決定するために前記反射率計を較正する手段と、 前記目標面における前記色または色相を示す前記固定DC電圧を調節するオフ
    セットを決定し、前記格納されている参照テーブルまたは数式を参照し、前記調
    節した固定DC電圧を対応する量または質の測定値に変換するプロセッサと、 を備える反射率計。
  65. 【請求項65】 前記較正する手段は、更に、各々所定の色または色相に対応する終点における
    DC出力電圧を読み取るために適用するオフセットを決定する手段を備える請求
    項64記載の反射率計。
  66. 【請求項66】 前記較正する手段は、更に、所定の検査に対し所定の色または色相に対応する
    中間点におけるDC出力電圧を読み取るために適用するオフセットを決定する手
    段を備える請求項64記載の反射率計。
  67. 【請求項67】 前記プロセッサは、更に、前記オフセットを補間し、前記所定の色または色相
    に対応しないDC出力電圧を読み取るために適用する請求項64記載の反射率計
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