JP2002236097A - 非侵襲性近赤外分光法における多重スペクトル分析のための方法および装置 - Google Patents
非侵襲性近赤外分光法における多重スペクトル分析のための方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 種々のバックグラウンドマトリックスを有
し、そしてさらに実質的な成分干渉をおそらく有するサ
ンプル中に存在する分析物の濃度を決定する方法および
分光光度装置を提供すること。 【解決手段】 本方法は、概して以下の工程を包含する
方法を提供する：（１）近赤外領域におけるいくつかの
異なる非重複の波長領域を同定する工程であって、これ
らの波長領域は、分析物濃度と高い相関性を有する；
（２）これらの領域を含む入射光でサンプルを照射し、
サンプル構成成分との相互作用によりスペクトル的に減
衰される放射光を得る工程；（３）スペクトル的に減衰
された放射光を検出する工程；（４）非重複の波長領域
における波長にて、スペクトル的に減衰された放射光の
強度を測定する工程；および（５）該測定を相関させ
て、分析物の濃度を示唆する値を得る工程。
し、そしてさらに実質的な成分干渉をおそらく有するサ
ンプル中に存在する分析物の濃度を決定する方法および
分光光度装置を提供すること。 【解決手段】 本方法は、概して以下の工程を包含する
方法を提供する：（１）近赤外領域におけるいくつかの
異なる非重複の波長領域を同定する工程であって、これ
らの波長領域は、分析物濃度と高い相関性を有する；
（２）これらの領域を含む入射光でサンプルを照射し、
サンプル構成成分との相互作用によりスペクトル的に減
衰される放射光を得る工程；（３）スペクトル的に減衰
された放射光を検出する工程；（４）非重複の波長領域
における波長にて、スペクトル的に減衰された放射光の
強度を測定する工程；および（５）該測定を相関させ
て、分析物の濃度を示唆する値を得る工程。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多重スペクトル分
析を用いてサンプル中の標的分析物の濃度を決定するた
めの方法および装置に関する。本発明は、広範囲の化学
分析物（特に、血液分析物の非侵襲的分光光度（ｓｐｅ
ｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ）分析）における適用
を見出す。
析を用いてサンプル中の標的分析物の濃度を決定するた
めの方法および装置に関する。本発明は、広範囲の化学
分析物（特に、血液分析物の非侵襲的分光光度（ｓｐｅ
ｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ）分析）における適用
を見出す。
【０００２】
【従来の技術】血液構成成分の濃度の測定は、ヒト被験
体における病状および疾患の診断および処置における種
々の手順における用途を見出す。１つの重要な用途は、
血糖の測定である。詳細には、血糖濃度は、糖尿病に罹
患する人において定期的にモニターされるべきであり、
およびインシュリン依存糖尿病またはＩ型糖尿病では、
１日数回、血糖をモニターすることがしばしば必要であ
る。さらに、血中コレステロール濃度の測定により、冠
動脈疾患に罹患する人の処置または予防に関する重要な
情報が得られ、そしてビリルビンおよびアルコールのよ
うな他の血中有機分析物（ｏｒｇａｎｉｃ ｂｌｏｏｄ
ａｎａｌｙｔｅ）の測定は種々の診断に関して重要で
ある。
体における病状および疾患の診断および処置における種
々の手順における用途を見出す。１つの重要な用途は、
血糖の測定である。詳細には、血糖濃度は、糖尿病に罹
患する人において定期的にモニターされるべきであり、
およびインシュリン依存糖尿病またはＩ型糖尿病では、
１日数回、血糖をモニターすることがしばしば必要であ
る。さらに、血中コレステロール濃度の測定により、冠
動脈疾患に罹患する人の処置または予防に関する重要な
情報が得られ、そしてビリルビンおよびアルコールのよ
うな他の血中有機分析物（ｏｒｇａｎｉｃ ｂｌｏｏｄ
ａｎａｌｙｔｅ）の測定は種々の診断に関して重要で
ある。
【０００３】最も正確であり、かつ広く実施される血中
分析物濃度を得る方法は、患者からの血液採取を伴い、
この血液は、次いで、高精度かつ感受性のアッセイ技術
を用いる実験室においてか、またはより精度の劣る自己
試験方法の使用によるかのいずれかで分析される。特
に、従来の血糖モニタリング方法は、各試験のために血
液サンプルを抜き取り（例えば、指先の切開により）、
そしてグルコメーター（ｇｌｕｃｏｍｅｔｅｒ）（グル
コース濃度を読む分光器）または比色校正方法を用いて
グルコースレベルを読むことを糖尿病患者（ｄｉａｂｅ
ｔｉｃ）に要求する。このような侵襲的な血液採取は、
糖尿病患者に痛みとうんざりする負担とを生じ、そし
て、特に、必要とされる試験頻度を考慮すると、糖尿病
患者を感染の可能性に曝す。これらの考慮は、糖尿病患
者によるモニタープロセスの低減を導き得る。
分析物濃度を得る方法は、患者からの血液採取を伴い、
この血液は、次いで、高精度かつ感受性のアッセイ技術
を用いる実験室においてか、またはより精度の劣る自己
試験方法の使用によるかのいずれかで分析される。特
に、従来の血糖モニタリング方法は、各試験のために血
液サンプルを抜き取り（例えば、指先の切開により）、
そしてグルコメーター（ｇｌｕｃｏｍｅｔｅｒ）（グル
コース濃度を読む分光器）または比色校正方法を用いて
グルコースレベルを読むことを糖尿病患者（ｄｉａｂｅ
ｔｉｃ）に要求する。このような侵襲的な血液採取は、
糖尿病患者に痛みとうんざりする負担とを生じ、そし
て、特に、必要とされる試験頻度を考慮すると、糖尿病
患者を感染の可能性に曝す。これらの考慮は、糖尿病患
者によるモニタープロセスの低減を導き得る。
【０００４】従って、血中分析物濃度（特に、糖尿病患
者による血糖モニターに関して）を非侵襲的に測定する
ための単純かつ正確な方法およびデバイスに関して、当
該技術分野において認識される必要性が存在する。問題
への１つのアプローチは、近赤外（ｎｅａｒ−ＩＲ、す
なわち「ＮＩＲ」）分析についての従来方法の使用を伴
い、ここで、１以上の特定の波長での吸収測定が、分析
物に特有な情報を所定のサンプルから導き出すために使
用される。
者による血糖モニターに関して）を非侵襲的に測定する
ための単純かつ正確な方法およびデバイスに関して、当
該技術分野において認識される必要性が存在する。問題
への１つのアプローチは、近赤外（ｎｅａｒ−ＩＲ、す
なわち「ＮＩＲ」）分析についての従来方法の使用を伴
い、ここで、１以上の特定の波長での吸収測定が、分析
物に特有な情報を所定のサンプルから導き出すために使
用される。
【０００５】液体サンプルの近赤外吸収スペクトルは、
そのサンプルの種々の有機構成成分に関する多量の情報
を含む。具体的には、有機分子構造（例えば、炭素−炭
素、炭素−水素、炭素−窒素、および窒素−水素化学結
合）に関連する振動、回転および伸縮エネルギーによ
り、近赤外領域（この領域は検出可能であり、そのサン
プル中に存在する種々の有機構成成分の濃度に関し得
る）での摂動を生じる。しかし、複合サンプルマトリッ
クスに関して、近赤外スペクトルはまた、分析物間の構
造の類似性、分析濃度の相対的レベルをある程度原因と
する検出可能な量の干渉を含み、これは、分析物と、特
定の系に固有の電気的および化学的「ノイズ」の大きさ
との間の関係を干渉する。このような干渉は、近赤外分
光法を用いて得られる、液体サンプル分析物の濃度を決
定するための測定の効率および精度を減じる。しかし、
多くの近赤外デバイスおよび方法が記載されており、非
侵襲性血中分析物の決定が提供されている。
そのサンプルの種々の有機構成成分に関する多量の情報
を含む。具体的には、有機分子構造（例えば、炭素−炭
素、炭素−水素、炭素−窒素、および窒素−水素化学結
合）に関連する振動、回転および伸縮エネルギーによ
り、近赤外領域（この領域は検出可能であり、そのサン
プル中に存在する種々の有機構成成分の濃度に関し得
る）での摂動を生じる。しかし、複合サンプルマトリッ
クスに関して、近赤外スペクトルはまた、分析物間の構
造の類似性、分析濃度の相対的レベルをある程度原因と
する検出可能な量の干渉を含み、これは、分析物と、特
定の系に固有の電気的および化学的「ノイズ」の大きさ
との間の関係を干渉する。このような干渉は、近赤外分
光法を用いて得られる、液体サンプル分析物の濃度を決
定するための測定の効率および精度を減じる。しかし、
多くの近赤外デバイスおよび方法が記載されており、非
侵襲性血中分析物の決定が提供されている。
【０００６】米国特許第５，３６０，００４号（Ｐｕｒ
ｄｙら）は、血中分析物濃度を決定するための方法およ
び装置を記載し、ここでは、身体部分が、２以上の異な
るバンドの連続波長入射光を含む放射光で照射される。
Ｐｕｒｄｙらは、水についてのＮＩＲ吸収スペクトルに
おける２つのピーク（約１４４０および１９３５ｎｍに
生じる）での放射光を特異的に遮断するためのろ過技術
を強調する。このような選択的な遮断は、照射される身
体部分における水による放射光の吸収が原因であり得る
加熱効果を避けるために行われる。
ｄｙら）は、血中分析物濃度を決定するための方法およ
び装置を記載し、ここでは、身体部分が、２以上の異な
るバンドの連続波長入射光を含む放射光で照射される。
Ｐｕｒｄｙらは、水についてのＮＩＲ吸収スペクトルに
おける２つのピーク（約１４４０および１９３５ｎｍに
生じる）での放射光を特異的に遮断するためのろ過技術
を強調する。このような選択的な遮断は、照射される身
体部分における水による放射光の吸収が原因であり得る
加熱効果を避けるために行われる。
【０００７】対照的に、米国特許第５，２６７，１５２
号（Ｙａｎｇら）は、非侵襲性デバイス、およびＮＩＲ
水吸収ピーク（例えば、「水透過ウィンドウ（ｗａｔｅ
ｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｎｄｏｗ）」（これ
は、１３００〜１９００ｎｍの波長を含む））を含むＩ
Ｒスペクトル部分のみを使用して血糖濃度を測定する方
法を記載する。任意に制御された光が、組織供給源に向
けられ、次いで、積分球により集められる。集められた
光は分析され、保存された参照校正曲線を用いて血糖濃
度が計算される。
号（Ｙａｎｇら）は、非侵襲性デバイス、およびＮＩＲ
水吸収ピーク（例えば、「水透過ウィンドウ（ｗａｔｅ
ｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｎｄｏｗ）」（これ
は、１３００〜１９００ｎｍの波長を含む））を含むＩ
Ｒスペクトル部分のみを使用して血糖濃度を測定する方
法を記載する。任意に制御された光が、組織供給源に向
けられ、次いで、積分球により集められる。集められた
光は分析され、保存された参照校正曲線を用いて血糖濃
度が計算される。
【０００８】デバイスはまた、複合サンプル中の分析物
濃度の決定における使用についても記載されている。
濃度の決定における使用についても記載されている。
【０００９】例えば、米国特許第５，２４２，６０２号
（Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎら）は、水性系を分析して複数
の活性または不活性な水処理成分を検出する方法を記載
する。この方法は、２００〜２５００ｎｍの範囲にわた
る、成分の吸収または発光スペクトルの決定、および得
られたスペクトルデータのセグメントを抽出し、複数の
性能指標（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｉｃａｔｏ
ｒ）を定量するためのケモメトリックスアルゴリズムの
適用を伴う。
（Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎら）は、水性系を分析して複数
の活性または不活性な水処理成分を検出する方法を記載
する。この方法は、２００〜２５００ｎｍの範囲にわた
る、成分の吸収または発光スペクトルの決定、および得
られたスペクトルデータのセグメントを抽出し、複数の
性能指標（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｉｃａｔｏ
ｒ）を定量するためのケモメトリックスアルゴリズムの
適用を伴う。
【００１０】米国特許第５，２５２，８２９号（Ｎｙｇ
ａａｒｄら）は、赤外減衰測定技術（ｉｎｆｒａｒｅｄ
ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅ）を用いるミルクサンプル中の尿素濃度
を測定するための方法および装置を記載する。部分最小
二乗アルゴリズム、主成分回帰、多重線形回帰、または
人工神経ネットワーク学習（ａｒｔｉｆｉｃａｌ ｎｅ
ｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｌｅａｒｎｉｎｇ）を用い
て公知の成分のスペクトル成分を決定するために、多変
数技術が行われる。校正は、目的の分析物シグナルを遮
断する成分の寄与を説明することよって行われる。従っ
て、Ｎｙｇａａｒｄらは、より正確な測定を得るため
に、赤外減衰による複数の分析物の測定技術およびバッ
クグラウンド分析物の影響を補償する技術を記載する。
ａａｒｄら）は、赤外減衰測定技術（ｉｎｆｒａｒｅｄ
ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｅ
ｃｈｎｉｑｕｅ）を用いるミルクサンプル中の尿素濃度
を測定するための方法および装置を記載する。部分最小
二乗アルゴリズム、主成分回帰、多重線形回帰、または
人工神経ネットワーク学習（ａｒｔｉｆｉｃａｌ ｎｅ
ｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｌｅａｒｎｉｎｇ）を用い
て公知の成分のスペクトル成分を決定するために、多変
数技術が行われる。校正は、目的の分析物シグナルを遮
断する成分の寄与を説明することよって行われる。従っ
て、Ｎｙｇａａｒｄらは、より正確な測定を得るため
に、赤外減衰による複数の分析物の測定技術およびバッ
クグラウンド分析物の影響を補償する技術を記載する。
【００１１】米国特許第４，９７５，５８１号（Ｒｏｂ
ｉｎｓｏｎら）は、生物学的サンプル中の分析物濃度
を、公知の分析物濃度とサンプルとの間の赤外エネルギ
ー吸収の比較（すなわち、いくつかの波長における吸収
の差）に基づいて決定する方法および装置を記載する。
この比較は、部分最小二乗分析または他の多変数技術を
用いて行われる。
ｉｎｓｏｎら）は、生物学的サンプル中の分析物濃度
を、公知の分析物濃度とサンプルとの間の赤外エネルギ
ー吸収の比較（すなわち、いくつかの波長における吸収
の差）に基づいて決定する方法および装置を記載する。
この比較は、部分最小二乗分析または他の多変数技術を
用いて行われる。
【００１２】米国特許第４，８８２，４９２号（Ｓｃｈ
ｌａｇｅｒ）は、血中分析物濃度を非侵襲的に決定する
ための方法および装置を記載する。変調ＩＲ放射光は、
組織サンプル（例えば、耳たぶ）に対して向けられ、そ
して組織を通過させるかまたは標的分析物（グルコー
ス）によりスペクトル的に変調される皮膚表面に当てら
れる。スペクトル的に変調された放射光は、次いで分裂
し、ここで、一部が負相関セルに向けられ、他方は参照
セルに向けられる。これらのセルを通過する放射光の強
度が比較され、サンプル中の分析物濃度を決定する。
ｌａｇｅｒ）は、血中分析物濃度を非侵襲的に決定する
ための方法および装置を記載する。変調ＩＲ放射光は、
組織サンプル（例えば、耳たぶ）に対して向けられ、そ
して組織を通過させるかまたは標的分析物（グルコー
ス）によりスペクトル的に変調される皮膚表面に当てら
れる。スペクトル的に変調された放射光は、次いで分裂
し、ここで、一部が負相関セルに向けられ、他方は参照
セルに向けられる。これらのセルを通過する放射光の強
度が比較され、サンプル中の分析物濃度を決定する。
【００１３】米国特許第４、３０６、１５２号（Ｒｏｓ
ｓら）は、濁ったサンプルまたは他の方法では分析困難
な液体サンプルにおける測定精度でバックグラウンド吸
収（すなわち、流体サンプルの全レベル光学吸収または
ベースレベル光学吸収）の効果を最小にするように設計
された光学的流体分析器を記載する。この装置は、目的
のサンプル成分の特徴的な光学吸収での光学シグナル、
およびおよそのバックグラウンド吸収に対して選択され
た波長での別のシグナルを測定し、次いで、引き算して
分析物依存シグナルのバックグランド成分を減じる。
ｓら）は、濁ったサンプルまたは他の方法では分析困難
な液体サンプルにおける測定精度でバックグラウンド吸
収（すなわち、流体サンプルの全レベル光学吸収または
ベースレベル光学吸収）の効果を最小にするように設計
された光学的流体分析器を記載する。この装置は、目的
のサンプル成分の特徴的な光学吸収での光学シグナル、
およびおよそのバックグラウンド吸収に対して選択され
た波長での別のシグナルを測定し、次いで、引き算して
分析物依存シグナルのバックグランド成分を減じる。
【００１４】上記方法およびデバイスを用いて得られた
情報の精度は、バックグラウンド（すなわち、非分析
物、サンプル構成成分（これもまた、近赤外領域に吸収
スペクトルを有する））により生じるスペクトルの干渉
により制限される。適切なレベルのバックグラウンドノ
イズは、特に非常に微量の分析物が存在する場合に、固
有のシステム制限を象徴する。この制限を考慮すると、
シグナル対ノイズ比を改善するための試みが行われてい
る（例えば、水の吸収ピークを避けて増大した放射光強
度の使用を可能にすることにより、分析されるべきスペ
クトル情報量を減じることにより、またはバックグラウ
ンド吸収の近似に基づく引き算または補償技術の使用に
より）。このような技術はいくつかの改善を提供する
が、液体マトリックス中の分析物濃度を（特に、血糖モ
ニタリングに関して）より高精度に決定し得る方法およ
び装置の必要性が依然存在する。
情報の精度は、バックグラウンド（すなわち、非分析
物、サンプル構成成分（これもまた、近赤外領域に吸収
スペクトルを有する））により生じるスペクトルの干渉
により制限される。適切なレベルのバックグラウンドノ
イズは、特に非常に微量の分析物が存在する場合に、固
有のシステム制限を象徴する。この制限を考慮すると、
シグナル対ノイズ比を改善するための試みが行われてい
る（例えば、水の吸収ピークを避けて増大した放射光強
度の使用を可能にすることにより、分析されるべきスペ
クトル情報量を減じることにより、またはバックグラウ
ンド吸収の近似に基づく引き算または補償技術の使用に
より）。このような技術はいくつかの改善を提供する
が、液体マトリックス中の分析物濃度を（特に、血糖モ
ニタリングに関して）より高精度に決定し得る方法およ
び装置の必要性が依然存在する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の第１
の目的は、種々のバックグラウンドマトリックスを有
し、そしてさらに実質的な成分干渉をおそらく有するサ
ンプル中に存在する分析物の濃度を決定する方法を提供
することにより、当該技術分野における上記必要性に取
り組むことである。本方法は、サンプル中に存在する種
々の成分間の構造の類似性、分析物濃度の相対的強度、
ならびに種々のサンプル成分および計器変動により与え
られるスペクトルの干渉によるものである。
の目的は、種々のバックグラウンドマトリックスを有
し、そしてさらに実質的な成分干渉をおそらく有するサ
ンプル中に存在する分析物の濃度を決定する方法を提供
することにより、当該技術分野における上記必要性に取
り組むことである。本方法は、サンプル中に存在する種
々の成分間の構造の類似性、分析物濃度の相対的強度、
ならびに種々のサンプル成分および計器変動により与え
られるスペクトルの干渉によるものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本方法は、概して以下を
包含する：（１）近赤外領域におけるいくつかの異なる
非重複の波長領域を同定する工程であって、これらの波
長領域は、分析物濃度と高い相関性を有する；（２）こ
れらの領域を含む入射光でサンプルを照射し、サンプル
構成成分との相互作用によりスペクトル的に減衰される
放射光を得る工程；（３）スペクトル的に減衰された放
射光を検出する工程；（４）非重複の波長領域における
波長にて、スペクトル的に減衰された放射光の強度を測
定する工程；および（５）該測定を相関させて、分析物
の濃度を示唆する値を得る工程。
包含する：（１）近赤外領域におけるいくつかの異なる
非重複の波長領域を同定する工程であって、これらの波
長領域は、分析物濃度と高い相関性を有する；（２）こ
れらの領域を含む入射光でサンプルを照射し、サンプル
構成成分との相互作用によりスペクトル的に減衰される
放射光を得る工程；（３）スペクトル的に減衰された放
射光を検出する工程；（４）非重複の波長領域における
波長にて、スペクトル的に減衰された放射光の強度を測
定する工程；および（５）該測定を相関させて、分析物
の濃度を示唆する値を得る工程。
【００１７】本発明の目的はまた、種々のバックグラウ
ンドマトリックスおよび実質的な成分干渉を有するサン
プル中に存在する分析物濃度を決定するための分光光度
装置を提供することである。この装置は、多重スペクト
ル分析において、分析物に特異的なシグナルおよび計器
バックグラウンドノイズに関連しスペクトル情報を干渉
するシグナルを含むスペクトル情報を得るために使用さ
れる。ケモメトリックス技術は、分析物に特異的な情報
と分析物濃度との相関性を強調し得るフィルター要素を
設計するため、および分析物濃度値を決定し得るシステ
ムアルゴリズムを得るために使用される。
ンドマトリックスおよび実質的な成分干渉を有するサン
プル中に存在する分析物濃度を決定するための分光光度
装置を提供することである。この装置は、多重スペクト
ル分析において、分析物に特異的なシグナルおよび計器
バックグラウンドノイズに関連しスペクトル情報を干渉
するシグナルを含むスペクトル情報を得るために使用さ
れる。ケモメトリックス技術は、分析物に特異的な情報
と分析物濃度との相関性を強調し得るフィルター要素を
設計するため、および分析物濃度値を決定し得るシステ
ムアルゴリズムを得るために使用される。
【００１８】本発明１つの局面では、分析物に特異的な
情報と分析物濃度との相関性を強調し得る特別の光学変
換セルを備える装置が提供される。この特別の光学変換
セルは、選択された分析物の濃度と高い相関性を有する
波長を選択的に強調するように適応された正相関フィル
ターを有する。強調された波長は、情報を受容し、そし
てこの情報を波長の強度を表示するシグナルに変換する
手段に連絡される。
情報と分析物濃度との相関性を強調し得る特別の光学変
換セルを備える装置が提供される。この特別の光学変換
セルは、選択された分析物の濃度と高い相関性を有する
波長を選択的に強調するように適応された正相関フィル
ターを有する。強調された波長は、情報を受容し、そし
てこの情報を波長の強度を表示するシグナルに変換する
手段に連絡される。
【００１９】
【発明の実施の形態】（発明を実施するための方法）本
発明を詳細に記述する前に、本発明が、変化し得るもの
として記載されたデバイスまたは方法の特定の構成部品
に限定されないことが理解されるべきである。本明細書
中で使用される用語は特定の実施態様のみを記述する目
的であり、そして制限されることを意図しないこともま
た理解されるべきである。明細書および添付の請求の範
囲において用いられる場合、文脈が明らかに他を指示し
なければ、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」
は複数の言及を含むことが注意されるべきである。それ
ゆえ、例えば、「分析物」の言及は分析物の混合物を含
み、「光学変換セル」の言及は２つ以上の光学変換セル
を含み、「放射光を反射的に透過するための手段」は２
つ以上のこのような手段を含み、「波長」は２つ以上の
波長を含み、「ケモメトリックスアルゴリズム」は２つ
以上のアルゴリズムを含むなどである。
発明を詳細に記述する前に、本発明が、変化し得るもの
として記載されたデバイスまたは方法の特定の構成部品
に限定されないことが理解されるべきである。本明細書
中で使用される用語は特定の実施態様のみを記述する目
的であり、そして制限されることを意図しないこともま
た理解されるべきである。明細書および添付の請求の範
囲において用いられる場合、文脈が明らかに他を指示し
なければ、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」
は複数の言及を含むことが注意されるべきである。それ
ゆえ、例えば、「分析物」の言及は分析物の混合物を含
み、「光学変換セル」の言及は２つ以上の光学変換セル
を含み、「放射光を反射的に透過するための手段」は２
つ以上のこのような手段を含み、「波長」は２つ以上の
波長を含み、「ケモメトリックスアルゴリズム」は２つ
以上のアルゴリズムを含むなどである。
【００２０】本明細書中および以下の請求の範囲におい
て、言及は以下の意味を有するように定義されるべき多
数の用語になされる：「ケモメトリックス」は、化学分
析の適用における数学的、統計的およびパターン認識技
術の適用をいう。例えば、Ｂｒｏｗｎら（１９９０）
Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６２：８４−１０１を参照のこ
と。ケモメトリックスは、高度なシグナルプロセシング
および校正技術を使用する非侵襲性の診断用機器の開発
および使用の文脈において本明細書中で実行される。シ
グナルプロセシングは、分析的シグナルにおける物理的
に有意な情報のアクセス性能を改良するために使用され
る。シグナルプロセシング技術の例として、フーリエ変
換、第１および第２の導関数、およびデジタルまたは適
応ろ過が挙げられる。
て、言及は以下の意味を有するように定義されるべき多
数の用語になされる：「ケモメトリックス」は、化学分
析の適用における数学的、統計的およびパターン認識技
術の適用をいう。例えば、Ｂｒｏｗｎら（１９９０）
Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６２：８４−１０１を参照のこ
と。ケモメトリックスは、高度なシグナルプロセシング
および校正技術を使用する非侵襲性の診断用機器の開発
および使用の文脈において本明細書中で実行される。シ
グナルプロセシングは、分析的シグナルにおける物理的
に有意な情報のアクセス性能を改良するために使用され
る。シグナルプロセシング技術の例として、フーリエ変
換、第１および第２の導関数、およびデジタルまたは適
応ろ過が挙げられる。
【００２１】ケモメトリックスの文脈において、「校
正」とは、数量化の目的のためにデータ測定を化学的濃
度に関係づけるプロセスをいう。特に、ケモメトリック
ス方法を用いる統計的校正は、複雑なデータセットから
の特定の情報を取り出すために使用され得る。このよう
な校正の方法として、線形回帰、多重線形回帰、部分線
形回帰、および主成分分析が挙げられる。他の適用にお
いて、校正は人工神経ネットワーク、遺伝子学的アルゴ
リズムおよび回転主成分分析を用いて実行され得る。
正」とは、数量化の目的のためにデータ測定を化学的濃
度に関係づけるプロセスをいう。特に、ケモメトリック
ス方法を用いる統計的校正は、複雑なデータセットから
の特定の情報を取り出すために使用され得る。このよう
な校正の方法として、線形回帰、多重線形回帰、部分線
形回帰、および主成分分析が挙げられる。他の適用にお
いて、校正は人工神経ネットワーク、遺伝子学的アルゴ
リズムおよび回転主成分分析を用いて実行され得る。
【００２２】複雑な化学的マトリックスにおける１つ以
上の成分に関する情報を検出する計測は、１つ以上の化
学的成分に関して特定する情報を明らかにするために、
分析アルゴリズム（例えば、ケモメトリックスを用いて
誘導されたもの）を頼りにするべきである。ケモメトリ
ックス技術を使用して、未知の値を校正された基準値お
よびデータベースと比較し、高度な形式のクラスタ分析
を提供しそして未知のサンプルから統計的および数学的
モデルにおける情報として使用され得る特徴を取り出し
得る。
上の成分に関する情報を検出する計測は、１つ以上の化
学的成分に関して特定する情報を明らかにするために、
分析アルゴリズム（例えば、ケモメトリックスを用いて
誘導されたもの）を頼りにするべきである。ケモメトリ
ックス技術を使用して、未知の値を校正された基準値お
よびデータベースと比較し、高度な形式のクラスタ分析
を提供しそして未知のサンプルから統計的および数学的
モデルにおける情報として使用され得る特徴を取り出し
得る。
【００２３】「主成分分析」（ＰＣＡ）は、ケモメトリ
ックス的技術の複雑なマトリックスにおける化学分析物
の分光学的測定への適用において実行され得るデータ縮
小方法の１つである。ＰＣＡは、別の成分からある成分
を識別する情報を保持する間、大量の相互関係のある変
数の次元の数を縮小するために使用される。この縮小
は、相互関係のある変数のオリジナルセット（例えば、
吸収スペクトル）の、オリジナルセットにおけるほとん
どの情報を表す、関連のない主成分（ＰＣ）変数の実質
的により小さなセットへの固有ベクトル変換を用いて実
行される。変数の新規のセットは、第１のＰＣがオリジ
ナル変数のすべてにおいて存在するほとんどの変数を保
持しないように並べられる。例えば、Ｊｏｌｌｉｆｆ
ｅ， Ｌ．Ｔ．， Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎ
ｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ， Ｓｐｒｉｎｔｅｒ−Ｖｅ
ｒｌａｇ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ （１９８６）を参照の
こと。より詳細には、各ＰＣは、オリジナルの測定変数
すべての線形組み合わせである。第１のＰＣは、観察さ
れた変数の最も大きな分散方向のベクトルである。次の
ＰＣは、測定データの最も大きな変化を表すように、そ
して前に計算されたＰＣに直交するように、選択され
る。それゆえ、ＰＣは、重要性の降下順に配置される。
ックス的技術の複雑なマトリックスにおける化学分析物
の分光学的測定への適用において実行され得るデータ縮
小方法の１つである。ＰＣＡは、別の成分からある成分
を識別する情報を保持する間、大量の相互関係のある変
数の次元の数を縮小するために使用される。この縮小
は、相互関係のある変数のオリジナルセット（例えば、
吸収スペクトル）の、オリジナルセットにおけるほとん
どの情報を表す、関連のない主成分（ＰＣ）変数の実質
的により小さなセットへの固有ベクトル変換を用いて実
行される。変数の新規のセットは、第１のＰＣがオリジ
ナル変数のすべてにおいて存在するほとんどの変数を保
持しないように並べられる。例えば、Ｊｏｌｌｉｆｆ
ｅ， Ｌ．Ｔ．， Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｃｏｍｐｏｎ
ｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ， Ｓｐｒｉｎｔｅｒ−Ｖｅ
ｒｌａｇ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ （１９８６）を参照の
こと。より詳細には、各ＰＣは、オリジナルの測定変数
すべての線形組み合わせである。第１のＰＣは、観察さ
れた変数の最も大きな分散方向のベクトルである。次の
ＰＣは、測定データの最も大きな変化を表すように、そ
して前に計算されたＰＣに直交するように、選択され
る。それゆえ、ＰＣは、重要性の降下順に配置される。
【００２４】用語「重み定数」は、部分最小二乗回帰お
よび／または主成分回帰の波長係数、あるいは未知のサ
ンプルに関して値（例えば、分析物濃度）を計算するた
めに使用され得る任意の統計的校正から得られた任意の
定数を含む。「波長重み係数」は、スペクトルデータか
らの波長特異的情報を強調し得る光学フィルター手段の
構成において使用される重み定数の実施態様である。波
長特異的情報は、分析を受けるサンプルに関連する所望
の値（例えば、分析物濃度）を決定するために使用され
得る。波長重み係数は、特定のフィルター密度（例え
ば、中性または波長特異的）、フィルター厚みなどとし
て具体化され得、このようなパラメータは上記の統計的
校正技術を用いて決定される。
よび／または主成分回帰の波長係数、あるいは未知のサ
ンプルに関して値（例えば、分析物濃度）を計算するた
めに使用され得る任意の統計的校正から得られた任意の
定数を含む。「波長重み係数」は、スペクトルデータか
らの波長特異的情報を強調し得る光学フィルター手段の
構成において使用される重み定数の実施態様である。波
長特異的情報は、分析を受けるサンプルに関連する所望
の値（例えば、分析物濃度）を決定するために使用され
得る。波長重み係数は、特定のフィルター密度（例え
ば、中性または波長特異的）、フィルター厚みなどとし
て具体化され得、このようなパラメータは上記の統計的
校正技術を用いて決定される。
【００２５】用語「光学変換セル」は、可視、紫外、ま
たは赤外スペクトル領域において入射光を部分的に吸収
する、任意の光学的活性要素を包含し、ここで部分的吸
収は波長に関して選択的である。本発明の目的のため
に、光学変換セルは一般に、部分最小二乗または主成分
回帰分析から誘導される吸収特性を有する光学フィルタ
ー手段を含む。光学フィルター手段は、選択された分析
物濃度との高い相関を有する波長を選択的に強調するた
めに使用される。「高い相関」または「密接な相関」
は、特定波長における吸収スペクトルと特定の分析物濃
度との間の定量的関係のことをいう。ここで、２つの変
数は０．９以上の相関係数（ｒ）を有する。
たは赤外スペクトル領域において入射光を部分的に吸収
する、任意の光学的活性要素を包含し、ここで部分的吸
収は波長に関して選択的である。本発明の目的のため
に、光学変換セルは一般に、部分最小二乗または主成分
回帰分析から誘導される吸収特性を有する光学フィルタ
ー手段を含む。光学フィルター手段は、選択された分析
物濃度との高い相関を有する波長を選択的に強調するた
めに使用される。「高い相関」または「密接な相関」
は、特定波長における吸収スペクトルと特定の分析物濃
度との間の定量的関係のことをいう。ここで、２つの変
数は０．９以上の相関係数（ｒ）を有する。
【００２６】「正相関フィルター」は、標的分析物に対
応し、そして他の吸収分析物に対応しない特定波長の放
射光を強調するのに十分な吸収スペクトルを有する光学
フィルター手段である。そのため、正相関フィルター
は、最適変換機能を提供し、この最適変換機能は測定さ
れるべきサンプル中の分析物濃度と高く相関する。理想
的な正相関フィルターは、標的分析物と完全に相関し
（すなわち、相関係数ｒが＋１．０である）、そして特
定のサンプルにおけるすべての他の干渉吸収分析物とは
全く相関しない（ｒは０．０である）。正相関フィルタ
ーの合成は、本明細書中においてケモメトリックス技術
を用いて実施され、適切な波長重み係数を決定する。
応し、そして他の吸収分析物に対応しない特定波長の放
射光を強調するのに十分な吸収スペクトルを有する光学
フィルター手段である。そのため、正相関フィルター
は、最適変換機能を提供し、この最適変換機能は測定さ
れるべきサンプル中の分析物濃度と高く相関する。理想
的な正相関フィルターは、標的分析物と完全に相関し
（すなわち、相関係数ｒが＋１．０である）、そして特
定のサンプルにおけるすべての他の干渉吸収分析物とは
全く相関しない（ｒは０．０である）。正相関フィルタ
ーの合成は、本明細書中においてケモメトリックス技術
を用いて実施され、適切な波長重み係数を決定する。
【００２７】「ニュートラルフィルター」とは、平らな
吸収スペクトルを有する標準光学フィルター手段のこと
をいう。ニュートラルフィルターは、フィルター系にお
ける相関フィルターに関連して使用され得、重み係数を
提供し、選択された波長における分析物による吸光度を
減衰し、そしてさらにこの系によって提供された相関の
精度を改良する。ニュートラルフィルターは、目的の範
囲のすべての波長において等しく放射光を減衰するのに
十分な吸収スペクトルを有し得る。
吸収スペクトルを有する標準光学フィルター手段のこと
をいう。ニュートラルフィルターは、フィルター系にお
ける相関フィルターに関連して使用され得、重み係数を
提供し、選択された波長における分析物による吸光度を
減衰し、そしてさらにこの系によって提供された相関の
精度を改良する。ニュートラルフィルターは、目的の範
囲のすべての波長において等しく放射光を減衰するのに
十分な吸収スペクトルを有し得る。
【００２８】本明細書中において使用されるように、
「水性媒体」は、水に関連する、水から生成されるかま
たは水を含有する任意の基質を包含する。それゆえ、水
性媒体は、水が主成分である媒体（すなわち、水が少な
くとも約５０％の量で存在する）、ならびに水が溶媒で
あるが約５０％未満の量で存在する媒体を含む。水性媒
体は、本明細書中において、哺乳動物組織を含むように
特に定義される。
「水性媒体」は、水に関連する、水から生成されるかま
たは水を含有する任意の基質を包含する。それゆえ、水
性媒体は、水が主成分である媒体（すなわち、水が少な
くとも約５０％の量で存在する）、ならびに水が溶媒で
あるが約５０％未満の量で存在する媒体を含む。水性媒
体は、本明細書中において、哺乳動物組織を含むように
特に定義される。
【００２９】用語「血中分析物」とは、近ＩＲの範囲を
吸収する血液成分のことをいい、その測定方法は、患者
のモニタリングまたはヘルスケアの提供において有用で
ある。
吸収する血液成分のことをいい、その測定方法は、患者
のモニタリングまたはヘルスケアの提供において有用で
ある。
【００３０】本明細書中において使用されるように、用
語「近赤外線」または「近ＩＲ」は、約６６０ｎｍ〜３
５００ｎｍの範囲のスペクトルにおける放射光を含む
が、代表的に約１０５０ｎｍ〜２８５０ｎｍの範囲にお
いて、そしてより代表的には約１１００〜約２５００ｎ
ｍの範囲においてである。
語「近赤外線」または「近ＩＲ」は、約６６０ｎｍ〜３
５００ｎｍの範囲のスペクトルにおける放射光を含む
が、代表的に約１０５０ｎｍ〜２８５０ｎｍの範囲にお
いて、そしてより代表的には約１１００〜約２５００ｎ
ｍの範囲においてである。
【００３１】用語「バックグラウンド吸収」は、分析さ
れるべき水性サンプルの光学的吸収の全体またはベース
レベルをいい、選択された成分の吸収は、１つ以上の特
徴的波長で、ここから選択された成分の濃度を示す程度
までそれる。バックグラウンド吸収のレベルが、多数の
干渉成分が見出される複合水性媒体中のように、選択さ
れた成分の特徴的吸収に関して高い場合、目的の成分の
特徴的波長における吸収のわずかな変化の大きさの正確
な測定は、本明細書中に記載されたケモメトリックス技
術の適用を必要とする。このことは特に、目的の成分の
全体濃度が水性媒体に比べて低い適用（例えば、血中分
析物の測定において）においてそのようである。
れるべき水性サンプルの光学的吸収の全体またはベース
レベルをいい、選択された成分の吸収は、１つ以上の特
徴的波長で、ここから選択された成分の濃度を示す程度
までそれる。バックグラウンド吸収のレベルが、多数の
干渉成分が見出される複合水性媒体中のように、選択さ
れた成分の特徴的吸収に関して高い場合、目的の成分の
特徴的波長における吸収のわずかな変化の大きさの正確
な測定は、本明細書中に記載されたケモメトリックス技
術の適用を必要とする。このことは特に、目的の成分の
全体濃度が水性媒体に比べて低い適用（例えば、血中分
析物の測定において）においてそのようである。
【００３２】（一般的方法）分光光度法が、近赤外放射
光を用いる液体サンプル中の分析物の濃度の決定におい
て提供される。先行技術に対して、本方法は、高度の精
度で分析物濃度を決定するために使用され得る測定のセ
ットを得るために、近赤外範囲に含まれるすべてのスペ
クトル情報を使用する。
光を用いる液体サンプル中の分析物の濃度の決定におい
て提供される。先行技術に対して、本方法は、高度の精
度で分析物濃度を決定するために使用され得る測定のセ
ットを得るために、近赤外範囲に含まれるすべてのスペ
クトル情報を使用する。
【００３３】本方法は以下の工程を含む：（１）近赤外
における波長のいくつかの異なる非重複領域を選択する
工程であって、ここで各領域はスペクトル領域を定義す
る、工程、（２）選択されたスペクトル領域を含む近赤
外光を用いてサンプルを照射し、減衰されたスペクトル
的に改変された放射光を得る工程、（３）スペクトル的
に減衰された放射光の強度を、選択されたスペクトル領
域のそれぞれに含まれる１つ以上の波長で収集しかつ測
定する工程、および（４）それぞれの測定を相関させ、
分析物濃度の示す値を得る工程。
における波長のいくつかの異なる非重複領域を選択する
工程であって、ここで各領域はスペクトル領域を定義す
る、工程、（２）選択されたスペクトル領域を含む近赤
外光を用いてサンプルを照射し、減衰されたスペクトル
的に改変された放射光を得る工程、（３）スペクトル的
に減衰された放射光の強度を、選択されたスペクトル領
域のそれぞれに含まれる１つ以上の波長で収集しかつ測
定する工程、および（４）それぞれの測定を相関させ、
分析物濃度の示す値を得る工程。
【００３４】この方法を用いて得られたスペクトル情報
は、数学的変換の組み合わせに供され、正確な分析物濃
度値に達し得る。例えば、標準統計的技術（例えば、部
分最小二乗（ＰＬＳ）分析、または主成分回帰（ＰＣ
Ｒ）分析）が特異的波長での放射光の吸光度を分析物構
造および濃度に相関させるために使用され得る。ＰＬＳ
技術は、例えば、Ｇｅｌａｄｉら（１９８６） Ａｎａ
ｌｙｔｉｃａ Ｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ １８５：１
−１７に記載されている。ＰＣＲ技術の記載に関して、
Ｊｏｌｌｉｆｆｅ， Ｌ．Ｔ．， Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ
Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ， Ｓｐｒｉ
ｎｔｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９８
６）が参考とされ得る。
は、数学的変換の組み合わせに供され、正確な分析物濃
度値に達し得る。例えば、標準統計的技術（例えば、部
分最小二乗（ＰＬＳ）分析、または主成分回帰（ＰＣ
Ｒ）分析）が特異的波長での放射光の吸光度を分析物構
造および濃度に相関させるために使用され得る。ＰＬＳ
技術は、例えば、Ｇｅｌａｄｉら（１９８６） Ａｎａ
ｌｙｔｉｃａ Ｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ １８５：１
−１７に記載されている。ＰＣＲ技術の記載に関して、
Ｊｏｌｌｉｆｆｅ， Ｌ．Ｔ．， Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ
Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ， Ｓｐｒｉ
ｎｔｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９８
６）が参考とされ得る。
【００３５】従って、身体組織サンプルからの血中分析
物濃度の決定における１つの方法は、１１００〜３５０
０ｎｍにわたる近赤外領域；特に１１００〜１３５０ｎ
ｍにわたる第１の領域、１４３０〜１４５０ｎｍまたは
１９３０〜１９５０ｎｍにわたる第２の領域スパン、お
よび２０００〜２５００ｎｍにわたる第３の領域からの
波長の３つの非重複領域の選択を含み、ここで、各領域
は「スペクトル領域」を定義する。第１の領域は、タン
パク質および他の細胞成分が優位なスペクトル活性を示
す波長を含み、第２の領域は水の吸収スペクトルによっ
て支配され、そして第３の領域は有機分析物分子が顕著
なスペクトル活性を示す波長を含む。これらの成分はま
た、それらが優位種でないそれらの領域における吸収ス
ペクトルに寄与する。従って、各領域から得られるスペ
クトル的に減衰された放射光は、統計的方法を用いて減
少されなければならない大量の相互関連情報を含み、分
析物特異的情報を得る。
物濃度の決定における１つの方法は、１１００〜３５０
０ｎｍにわたる近赤外領域；特に１１００〜１３５０ｎ
ｍにわたる第１の領域、１４３０〜１４５０ｎｍまたは
１９３０〜１９５０ｎｍにわたる第２の領域スパン、お
よび２０００〜２５００ｎｍにわたる第３の領域からの
波長の３つの非重複領域の選択を含み、ここで、各領域
は「スペクトル領域」を定義する。第１の領域は、タン
パク質および他の細胞成分が優位なスペクトル活性を示
す波長を含み、第２の領域は水の吸収スペクトルによっ
て支配され、そして第３の領域は有機分析物分子が顕著
なスペクトル活性を示す波長を含む。これらの成分はま
た、それらが優位種でないそれらの領域における吸収ス
ペクトルに寄与する。従って、各領域から得られるスペ
クトル的に減衰された放射光は、統計的方法を用いて減
少されなければならない大量の相互関連情報を含み、分
析物特異的情報を得る。
【００３６】本発明はまた、シグナルプロセシングの使
用を含み、分析的シグナルにおける物理的に有意な情報
のアクセス性能を改良する。それゆえ、特定の波長にお
いて得られたシグナルの強度値がプロセスされ、機器ノ
イズの影響を減少させ得る。次いで、プロセスされたシ
グナルは公知の統計的技術を用いる多変量の分析に供さ
れる。
用を含み、分析的シグナルにおける物理的に有意な情報
のアクセス性能を改良する。それゆえ、特定の波長にお
いて得られたシグナルの強度値がプロセスされ、機器ノ
イズの影響を減少させ得る。次いで、プロセスされたシ
グナルは公知の統計的技術を用いる多変量の分析に供さ
れる。
【００３７】データ縮小のＰＣＡ方法は、本発明の実施
において使用される１つの好ましい方法であり、別の成
分からある成分を識別する情報を保持する間、大量の相
互関連のある変数の次元の数を減少する。データ縮小
は、相互関連変数のオリジナルセット（例えば、吸収ス
ペクトル）の、オリジナルセットにおけるほとんどの情
報を表す、相関しない主成分（ＰＣ）変数の実質的によ
り小さなセットへの固有ベクトル変換を用いて実行され
る。変数の新規のセットは、第１のＰＣは、オリジナル
セットにおいて存在するほとんどの変化を保持しないよ
うに並べられる。
において使用される１つの好ましい方法であり、別の成
分からある成分を識別する情報を保持する間、大量の相
互関連のある変数の次元の数を減少する。データ縮小
は、相互関連変数のオリジナルセット（例えば、吸収ス
ペクトル）の、オリジナルセットにおけるほとんどの情
報を表す、相関しない主成分（ＰＣ）変数の実質的によ
り小さなセットへの固有ベクトル変換を用いて実行され
る。変数の新規のセットは、第１のＰＣは、オリジナル
セットにおいて存在するほとんどの変化を保持しないよ
うに並べられる。
【００３８】主成分ベクトルは、吸光度に関する平均値
に対する直交性の回転によって変換され得、公知の波長
と分析物に帰属し得る波長における吸光度の相対値との
両方を得る。この分析を３つのスペクトルの領域のそれ
ぞれから得られた情報において実行し、線形アルゴリズ
ムによって主成分ベクトルを相関し（ｃｒｏｓｓ−ｃｏ
ｒｒｅｌａｔｉｎｇ）、そして干渉分析物の影響を除く
ために減算方法を用いることにより、システムアルゴリ
ズムに使用して分析物濃度を決定し得る値が得られる。
に対する直交性の回転によって変換され得、公知の波長
と分析物に帰属し得る波長における吸光度の相対値との
両方を得る。この分析を３つのスペクトルの領域のそれ
ぞれから得られた情報において実行し、線形アルゴリズ
ムによって主成分ベクトルを相関し（ｃｒｏｓｓ−ｃｏ
ｒｒｅｌａｔｉｎｇ）、そして干渉分析物の影響を除く
ために減算方法を用いることにより、システムアルゴリ
ズムに使用して分析物濃度を決定し得る値が得られる。
【００３９】多変量技術が、各スペクトル領域における
特定波長の放射光の強度を特定のサンプルマトリックス
（例えば、身体組織）中の分析濃度に関連させるモデル
を提供するために使用される。このモデルは２セットの
例示的測定を用いて構成される。この例示的測定、第１
の測定セットである、スペクトルデータ（例えば、選択
された波長における放射光強度）を含む「予測セット」
と、第２の測定セットである、侵襲性サンプリング技術
を用いて決定される高精度の分析物濃度を含む「校正セ
ット」とは同時に得られる。この手順は、分析物濃度の
範囲にわたって実施され、校正および予測データセット
を提供する。
特定波長の放射光の強度を特定のサンプルマトリックス
（例えば、身体組織）中の分析濃度に関連させるモデル
を提供するために使用される。このモデルは２セットの
例示的測定を用いて構成される。この例示的測定、第１
の測定セットである、スペクトルデータ（例えば、選択
された波長における放射光強度）を含む「予測セット」
と、第２の測定セットである、侵襲性サンプリング技術
を用いて決定される高精度の分析物濃度を含む「校正セ
ット」とは同時に得られる。この手順は、分析物濃度の
範囲にわたって実施され、校正および予測データセット
を提供する。
【００４０】校正セットおよび予測セットの両方におい
て得られた測定は、例えば、ソフトウエアプログラムを
開発する市販の多変量モデルの使用により、多変量分析
に供され、最初のモデルを提供する。最初のモデルは予
測データに適用され、侵襲性技術によって得られる値と
比較され得る分析物濃度値を誘導する。上記の工程を相
互に行うことによって、本発明の方法によって得られた
データの分析で使用するシステムアルゴリズムを確立す
るために使用され得る洗練されたモデルが開発される。
て得られた測定は、例えば、ソフトウエアプログラムを
開発する市販の多変量モデルの使用により、多変量分析
に供され、最初のモデルを提供する。最初のモデルは予
測データに適用され、侵襲性技術によって得られる値と
比較され得る分析物濃度値を誘導する。上記の工程を相
互に行うことによって、本発明の方法によって得られた
データの分析で使用するシステムアルゴリズムを確立す
るために使用され得る洗練されたモデルが開発される。
【００４１】上記の多変量技術はまた、スペクトル情報
の分析物濃度との相関を増強し得る光学活性要素（例え
ば、正相関フィルターシステム）を設計するために使用
され得る。特に、多変量分析を用いて得られた解決法
は、正相関フィルターシステムについての光学パラメー
ター（例えば、吸収特性）を決定するために使用され得
る。
の分析物濃度との相関を増強し得る光学活性要素（例え
ば、正相関フィルターシステム）を設計するために使用
され得る。特に、多変量分析を用いて得られた解決法
は、正相関フィルターシステムについての光学パラメー
ター（例えば、吸収特性）を決定するために使用され得
る。
【００４２】本発明の実施において、種々の非重複スペ
クトル領域からの非分析物特異的情報はまた、例えば、
各スペクトル走査の規格化、バックグラウンドおよびベ
ースライン干渉の減算、または不正確な測定を検出する
ために使用されるシグナル値の提供のために、使用され
る。
クトル領域からの非分析物特異的情報はまた、例えば、
各スペクトル走査の規格化、バックグラウンドおよびベ
ースライン干渉の減算、または不正確な測定を検出する
ために使用されるシグナル値の提供のために、使用され
る。
【００４３】身体組織サンプル中の血中分析物濃度を決
定する場合、約１３２０〜１３４０ｎｍにわたるスペク
トル領域でなされる測定は、範囲内に主要な吸収バンド
が存在しないので、非常に影響され減衰されないシグナ
ルを提供する。その範囲内における放射光の強度を回収
し測定することによって値が得られ、この値はサンプル
を照射するために使用される近赤外光の実際の強度を推
定するために使用され得る。この値は、それぞれ個々の
走査を規格化し、そして光源の強度の変動を補正するた
めに使用され得、このことは本発明の方法を用いて得ら
れた分析物濃度値の精度に効果を与え得た。
定する場合、約１３２０〜１３４０ｎｍにわたるスペク
トル領域でなされる測定は、範囲内に主要な吸収バンド
が存在しないので、非常に影響され減衰されないシグナ
ルを提供する。その範囲内における放射光の強度を回収
し測定することによって値が得られ、この値はサンプル
を照射するために使用される近赤外光の実際の強度を推
定するために使用され得る。この値は、それぞれ個々の
走査を規格化し、そして光源の強度の変動を補正するた
めに使用され得、このことは本発明の方法を用いて得ら
れた分析物濃度値の精度に効果を与え得た。
【００４４】さらに、約１４３０〜１４５０ｎｍおよび
約１９３０〜１９５０ｎｍにわたるスペクトル領域でな
される測定は、水の近赤外吸収スペクトルでの約１４４
０および１９３５ｎｍで起こる２つの優位な吸収ピーク
の結果として、実質的に影響のない非常に減衰されたシ
グナルを提供する。それらの範囲の１つまたは両方にお
ける放射光の強度を回収し測定することによって値が得
られ、この値は照射されたサンプルにより全体的に吸収
されない近赤外光の実際の強度を推定するために使用さ
れ得る。この値は、他の領域において得られた分析物特
異的シグナルからのバックグラウンドまたはベースライ
ン情報の減算および／または不正確な測定を検出するた
めの内部参照の提供のために使用され得る。この値は、
皮膚のきめおよび年齢で変化する鏡面反射によって起こ
るペデスタル効果を補正するために、本発明の方法を用
いて得られた各スペクトル測定値から減算され得る。
約１９３０〜１９５０ｎｍにわたるスペクトル領域でな
される測定は、水の近赤外吸収スペクトルでの約１４４
０および１９３５ｎｍで起こる２つの優位な吸収ピーク
の結果として、実質的に影響のない非常に減衰されたシ
グナルを提供する。それらの範囲の１つまたは両方にお
ける放射光の強度を回収し測定することによって値が得
られ、この値は照射されたサンプルにより全体的に吸収
されない近赤外光の実際の強度を推定するために使用さ
れ得る。この値は、他の領域において得られた分析物特
異的シグナルからのバックグラウンドまたはベースライ
ン情報の減算および／または不正確な測定を検出するた
めの内部参照の提供のために使用され得る。この値は、
皮膚のきめおよび年齢で変化する鏡面反射によって起こ
るペデスタル効果を補正するために、本発明の方法を用
いて得られた各スペクトル測定値から減算され得る。
【００４５】第１の領域（例えば、約１３２０〜１３４
０ｎｍにわたるスペクトル領域）から得られた実質的に
減衰されないシグナルの測定と第２の領域（例えば、約
１４３０〜１４５０ｎｍおよび約１９３０〜１９５０ｎ
ｍにわたるスペクトル領域）から得られた非常に減衰さ
れたシグナルの測定とはまた、拡散反射した反射光を鏡
面反射光と比較するために使用され得る。２領域におけ
るシグナルが相対的に比較可能な値を有し得る場合、組
織サンプルを照射するために使用されるほとんどの放射
光は皮膚表面から反射され、従って皮膚を透過して血中
分析物と相互作用しないようである。この情報は、組織
サンプルの適切な機器スキャンが得られないことから起
こる無効な測定を確認するために使用され得る。
０ｎｍにわたるスペクトル領域）から得られた実質的に
減衰されないシグナルの測定と第２の領域（例えば、約
１４３０〜１４５０ｎｍおよび約１９３０〜１９５０ｎ
ｍにわたるスペクトル領域）から得られた非常に減衰さ
れたシグナルの測定とはまた、拡散反射した反射光を鏡
面反射光と比較するために使用され得る。２領域におけ
るシグナルが相対的に比較可能な値を有し得る場合、組
織サンプルを照射するために使用されるほとんどの放射
光は皮膚表面から反射され、従って皮膚を透過して血中
分析物と相互作用しないようである。この情報は、組織
サンプルの適切な機器スキャンが得られないことから起
こる無効な測定を確認するために使用され得る。
【００４６】発明の方法は、多くの分光光度計の構成を
用いて実施され得る。ここで図１に関して、液体試料中
の分析物の濃度を決定する１つの特定の装置は、一般に
１０で示される。この装置は、約６００〜約３５００ｎ
ｍの範囲の波長の複数別個の非重複領域を提供する放射
光源１２を含む。多くの適切な放射光源は当該分野で公
知である（例えば、妨害フィルターを横切って進む白熱
光源、付属のチョッパーホイールによって変調されたハ
ロゲン光源、レーザー光源、レーザーダイオードアレ
イ、または高速光放射ダイオード（ＬＥＤ）アレイ）。
１つの特定の装置において、放射光源１２は、特に近赤
外（ｎｅａｒ−ＩＲ）の、典型的には約１１００〜１３
５０ｎｍ範囲の第１の波長領域、一般に約１９３０〜１
９５０ｎｍの範囲の第２の領域、そして典型的には約２
０００〜３５００ｎｍの範囲の第３の領域の３つの別の
波長領域で放射光を提供する。
用いて実施され得る。ここで図１に関して、液体試料中
の分析物の濃度を決定する１つの特定の装置は、一般に
１０で示される。この装置は、約６００〜約３５００ｎ
ｍの範囲の波長の複数別個の非重複領域を提供する放射
光源１２を含む。多くの適切な放射光源は当該分野で公
知である（例えば、妨害フィルターを横切って進む白熱
光源、付属のチョッパーホイールによって変調されたハ
ロゲン光源、レーザー光源、レーザーダイオードアレ
イ、または高速光放射ダイオード（ＬＥＤ）アレイ）。
１つの特定の装置において、放射光源１２は、特に近赤
外（ｎｅａｒ−ＩＲ）の、典型的には約１１００〜１３
５０ｎｍ範囲の第１の波長領域、一般に約１９３０〜１
９５０ｎｍの範囲の第２の領域、そして典型的には約２
０００〜３５００ｎｍの範囲の第３の領域の３つの別の
波長領域で放射光を提供する。
【００４７】装置１０もまた、放射光源からの入射光
が、分析物を含む試料媒体１６との接触を始める試料イ
ンターフェース光学手段１４を含む。試料媒体に接触し
た後、拡散反射光として試料から出現するスペクトル変
調放射光は集められ、そして第１レンズ系１８に送達さ
れる。これによって光は第１および第２光路（それぞれ
は２０および２２に示される）に進む。第１レンズ系１
８は、当該分野で公知のような部分反射鏡構成を含み得
る。
が、分析物を含む試料媒体１６との接触を始める試料イ
ンターフェース光学手段１４を含む。試料媒体に接触し
た後、拡散反射光として試料から出現するスペクトル変
調放射光は集められ、そして第１レンズ系１８に送達さ
れる。これによって光は第１および第２光路（それぞれ
は２０および２２に示される）に進む。第１レンズ系１
８は、当該分野で公知のような部分反射鏡構成を含み得
る。
【００４８】種々の構成において、試料インターフェー
ス光学手段１４は、装置１０のインターフェースと媒体
１６との接近を可能にする（例えば、この発射は装置を
試料媒体と直接接触するように設置することによって実
行される）よう設計され得、それにより放射光源を分析
される試料の近傍に導く。この発射の後、反射光を光学
活性手段（例えば、光収束手段またはビーム偏向光学）
を用いて集められる。あるいは、試料インターフェース
光学手段１４は、遠隔装置配置および操作を可能にする
ように装置に接続された光ファイバーウェーブガイドを
含み得る。他の構成は提供され、ここで単一の光ファイ
バー束が、媒体におよび媒体からの放射光を伝達するた
めに用いられる。単一束の終端に配置された光極（ｏｐ
ｔｒｏｄｅ）は、近赤外放射光を試料媒体１６に伝達
し、そしてそこから束を通って装置１０に直接戻るスペ
クトル変調放射光を受ける。サファイヤまたは高級水晶
は、上記の光ファイバーウェーブガイドの光学素子とし
て使用され得、これらの物質は近赤外スペクトル範囲で
非常に良好な伝達特性を有する。
ス光学手段１４は、装置１０のインターフェースと媒体
１６との接近を可能にする（例えば、この発射は装置を
試料媒体と直接接触するように設置することによって実
行される）よう設計され得、それにより放射光源を分析
される試料の近傍に導く。この発射の後、反射光を光学
活性手段（例えば、光収束手段またはビーム偏向光学）
を用いて集められる。あるいは、試料インターフェース
光学手段１４は、遠隔装置配置および操作を可能にする
ように装置に接続された光ファイバーウェーブガイドを
含み得る。他の構成は提供され、ここで単一の光ファイ
バー束が、媒体におよび媒体からの放射光を伝達するた
めに用いられる。単一束の終端に配置された光極（ｏｐ
ｔｒｏｄｅ）は、近赤外放射光を試料媒体１６に伝達
し、そしてそこから束を通って装置１０に直接戻るスペ
クトル変調放射光を受ける。サファイヤまたは高級水晶
は、上記の光ファイバーウェーブガイドの光学素子とし
て使用され得、これらの物質は近赤外スペクトル範囲で
非常に良好な伝達特性を有する。
【００４９】第１光路２０の反射光は、いかなる分析物
の濃度にも依存しない特定波長の光を通すように配置さ
れた第１フィルター手段２２に伝達される。１つの配置
では、第１フィルター手段は、近赤外線吸収特性を有す
る狭いバンド通過フィルターを含み得、分析物の濃度と
実質的に関係のない波長を含む領域の放射光を選択的に
通過させる。次いで第１フィルター手段２２から出現す
る放射光は、第１検出手段２４に伝達される。第１検出
手段への放射光の伝達は、焦点手段２６（例えば、コリ
メーターレンズなど）を介して行われ得る。あるいは、
装置１０は、第１フィルター手段から放射光を直接受け
ることができる放射光検出器を含み得る。
の濃度にも依存しない特定波長の光を通すように配置さ
れた第１フィルター手段２２に伝達される。１つの配置
では、第１フィルター手段は、近赤外線吸収特性を有す
る狭いバンド通過フィルターを含み得、分析物の濃度と
実質的に関係のない波長を含む領域の放射光を選択的に
通過させる。次いで第１フィルター手段２２から出現す
る放射光は、第１検出手段２４に伝達される。第１検出
手段への放射光の伝達は、焦点手段２６（例えば、コリ
メーターレンズなど）を介して行われ得る。あるいは、
装置１０は、第１フィルター手段から放射光を直接受け
ることができる放射光検出器を含み得る。
【００５０】第１検出手段は検出し、そして通過した放
射光を分析物に依存しない放射光の強度を表す信号に変
換する。１つの特定の装置において、第１検出手段２４
は、約１１００から少なくとも約３５００ｎｍまでの波
長の範囲を１ｎｍごとにスキャンできる硫化鉛光検出器
を含む。
射光を分析物に依存しない放射光の強度を表す信号に変
換する。１つの特定の装置において、第１検出手段２４
は、約１１００から少なくとも約３５００ｎｍまでの波
長の範囲を１ｎｍごとにスキャンできる硫化鉛光検出器
を含む。
【００５１】第１検出手段から得られる信号は、容易に
デジタル信号（例えば、アナログ／デジタル変換器を用
いる、分析物に依存しない波長の強度を指示するデジタ
ル信号）に変換され得る。デジタル化された情報は、当
該分野で公知のようにマイクロプロセッサへの入力また
は電気的記憶手段に容易に利用できる。
デジタル信号（例えば、アナログ／デジタル変換器を用
いる、分析物に依存しない波長の強度を指示するデジタ
ル信号）に変換され得る。デジタル化された情報は、当
該分野で公知のようにマイクロプロセッサへの入力また
は電気的記憶手段に容易に利用できる。
【００５２】さらに図１に関して、第２光路２２の反射
光は、調節可能なフィルター手段２８に通され、この調
節可能なフィルター手段２８は、外部で生じるか、また
は装置１０で生じた信号に対応して調節されるその吸収
特性を有することが可能である。調節可能なフィルター
手段は一般に、外部信号またはシステム命令により指令
されるように、放射光強度を様々に減衰するために調節
される吸収特性を有するスクリーンフィルター（例え
ば、ニュートラルフィルター）を含む。調節可能なフィ
ルター手段２８によって提供される減衰の程度は、予め
決定された要素に基づいており、この要素は、調節可能
なフィルターから放射される放射光が、フィルター通過
する前の放射光の強度に関係なく一定値であることを保
証するように選択される。１つの特定の装置において、
調節可能なフィルター手段により提供された減衰は、第
１検出手段２４により生じたフィードバック信号により
調節される。
光は、調節可能なフィルター手段２８に通され、この調
節可能なフィルター手段２８は、外部で生じるか、また
は装置１０で生じた信号に対応して調節されるその吸収
特性を有することが可能である。調節可能なフィルター
手段は一般に、外部信号またはシステム命令により指令
されるように、放射光強度を様々に減衰するために調節
される吸収特性を有するスクリーンフィルター（例え
ば、ニュートラルフィルター）を含む。調節可能なフィ
ルター手段２８によって提供される減衰の程度は、予め
決定された要素に基づいており、この要素は、調節可能
なフィルターから放射される放射光が、フィルター通過
する前の放射光の強度に関係なく一定値であることを保
証するように選択される。１つの特定の装置において、
調節可能なフィルター手段により提供された減衰は、第
１検出手段２４により生じたフィードバック信号により
調節される。
【００５３】調節可能なフィルター手段２８から出現す
る減衰された放射光は、主分析物フィルター３０に伝達
され、これは放射光源１２により発射された波長の各別
個の非重複領域からの１つ以上の波長を選択的に通過可
能な光学特性を有する。主分析物フィルターを通過した
波長は、分析物の濃度と相関を有するように選択され
る。
る減衰された放射光は、主分析物フィルター３０に伝達
され、これは放射光源１２により発射された波長の各別
個の非重複領域からの１つ以上の波長を選択的に通過可
能な光学特性を有する。主分析物フィルターを通過した
波長は、分析物の濃度と相関を有するように選択され
る。
【００５４】第２フィルター手段３２は、主分析物フィ
ルターから出現する選択的通過波長が、第２フィルター
手段と相互作用するように、主分析物フィルター３０に
関する装置１０で内に配列され、これによって各通過波
長の強度は、第２フィルター手段によって独立に減衰さ
れる。第２フィルター手段によって提供される減衰は、
例えば、ケモメトリックス技術を用いて得られる独立し
たセットの重み係数（ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ｆａｃｔｏ
ｒ）により決定され得る。
ルターから出現する選択的通過波長が、第２フィルター
手段と相互作用するように、主分析物フィルター３０に
関する装置１０で内に配列され、これによって各通過波
長の強度は、第２フィルター手段によって独立に減衰さ
れる。第２フィルター手段によって提供される減衰は、
例えば、ケモメトリックス技術を用いて得られる独立し
たセットの重み係数（ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ｆａｃｔｏ
ｒ）により決定され得る。
【００５５】１つの特定の構成において、重み係数は、
分析物を含む試料から得られる本来のスペクトルの部分
最小二乗法または主成分回帰を用いて決定される。第２
フィルター手段３２は、少なくとも６００〜３５００ｎ
ｍの範囲の放射光を伝達できる適切な基質層を用いて構
築され得る。基質層は一般に、当該分野で従来的な１つ
以上の金属および／または酸化物の層でコーティングさ
れており、複数の減衰フィルター密度を提供する。この
ようなコーティングは、当業者に周知の乳濁液または化
学蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）（ＣＶＤ）技術を用いて基質に付与され得
る。別の装置では、第２フィルター手段は、光学密度の
スペクトル線を有する写真マスクであり、光学密度は主
成分回帰または最小二乗分析技術を用いて決定される重
さ関数に比例する。
分析物を含む試料から得られる本来のスペクトルの部分
最小二乗法または主成分回帰を用いて決定される。第２
フィルター手段３２は、少なくとも６００〜３５００ｎ
ｍの範囲の放射光を伝達できる適切な基質層を用いて構
築され得る。基質層は一般に、当該分野で従来的な１つ
以上の金属および／または酸化物の層でコーティングさ
れており、複数の減衰フィルター密度を提供する。この
ようなコーティングは、当業者に周知の乳濁液または化
学蒸着（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）（ＣＶＤ）技術を用いて基質に付与され得
る。別の装置では、第２フィルター手段は、光学密度の
スペクトル線を有する写真マスクであり、光学密度は主
成分回帰または最小二乗分析技術を用いて決定される重
さ関数に比例する。
【００５６】第２フィルター手段による減衰のあと、そ
れぞれの波長は第２検出手段３４（例えば、ＰｂＳ検出
器など）に伝達する。上記のように、第２フィルター手
段から出現する波長は、焦点手段３６（例えば、コリメ
ーターレンズなど）を介して第２検出手段に伝達され得
る。あるいは、装置１０は第２フィルター手段からの放
射光を直接受けることができる放射光検出器を含み得
る。
れぞれの波長は第２検出手段３４（例えば、ＰｂＳ検出
器など）に伝達する。上記のように、第２フィルター手
段から出現する波長は、焦点手段３６（例えば、コリメ
ーターレンズなど）を介して第２検出手段に伝達され得
る。あるいは、装置１０は第２フィルター手段からの放
射光を直接受けることができる放射光検出器を含み得
る。
【００５７】第２検出手段は第２フィルター手段から放
射された減衰波長を検出し、そして信号に変換する。次
いでこの信号は、分析物の濃度を決定するために分析物
特異的アルゴリズムに適用され得る。特に、第２検出手
段から得られた信号は、アナログ／デジタル変換器を用
いて容易にデジタル信号に変換され得る。デジタル化さ
れた情報は、分析物の濃度を提供するために用いられる
マイクロプロセッサ（ここで、分析物の濃度は表示デバ
イスで可視化され得、および／または出力記憶装置で記
録され得る）への入力に容易に利用可能である。
射された減衰波長を検出し、そして信号に変換する。次
いでこの信号は、分析物の濃度を決定するために分析物
特異的アルゴリズムに適用され得る。特に、第２検出手
段から得られた信号は、アナログ／デジタル変換器を用
いて容易にデジタル信号に変換され得る。デジタル化さ
れた情報は、分析物の濃度を提供するために用いられる
マイクロプロセッサ（ここで、分析物の濃度は表示デバ
イスで可視化され得、および／または出力記憶装置で記
録され得る）への入力に容易に利用可能である。
【００５８】装置１０は、種々の複合媒体中（例えば、
多重スペクトルバックグラウンドを有する水性媒体中）
の分析物の濃度を測定するために用いられ得る。１つの
適用において、この装置は血中分析物濃度、特に血中有
機分析物（例えば、これらに限定されないが、グルコー
ス、尿素（ＢＵＮ）、脂質、ビリルビンおよびアルコー
ル）の濃度の決定に用いられる。血中分析物はインビト
ロ試料媒体（例えば、血液試料）中に存在し得、または
装置は組織中の血中分析物を測定するために用いられ得
る。しかし、装置１０は特に広範な用途（例えば、血中
アルコールの測定、または自宅健康管理（例えば、血中
グルコースの決定））での使用に適している。
多重スペクトルバックグラウンドを有する水性媒体中）
の分析物の濃度を測定するために用いられ得る。１つの
適用において、この装置は血中分析物濃度、特に血中有
機分析物（例えば、これらに限定されないが、グルコー
ス、尿素（ＢＵＮ）、脂質、ビリルビンおよびアルコー
ル）の濃度の決定に用いられる。血中分析物はインビト
ロ試料媒体（例えば、血液試料）中に存在し得、または
装置は組織中の血中分析物を測定するために用いられ得
る。しかし、装置１０は特に広範な用途（例えば、血中
アルコールの測定、または自宅健康管理（例えば、血中
グルコースの決定））での使用に適している。
【００５９】図２に関して、複合水性媒体中の分析物濃
度の測定のための別の装置は、一般に６０で示される。
この装置は、約６００〜約３５００ｎｍの範囲の波長の
複数別個の非重複領域を提供する放射光源６２を含む。
光源６２からの放射光は、放射光を受け、そしてビーム
経路中に方向付けるための、および／または選択された
波長を通過させるための光学的活性手段６４に伝達され
る（例えば、コリメーターレンズ、選択的ろ過手段な
ど）。
度の測定のための別の装置は、一般に６０で示される。
この装置は、約６００〜約３５００ｎｍの範囲の波長の
複数別個の非重複領域を提供する放射光源６２を含む。
光源６２からの放射光は、放射光を受け、そしてビーム
経路中に方向付けるための、および／または選択された
波長を通過させるための光学的活性手段６４に伝達され
る（例えば、コリメーターレンズ、選択的ろ過手段な
ど）。
【００６０】手段６４から出る近赤外放射光は、ビーム
分割器６６を通って伝達される（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔ
ｅｄ）。ここで、放射光は、６８および７０でそれぞれ
示される２つのビームに分割され、ビーム分割器６６か
らの第１のビーム６８は、未知の濃度の目的の分析物を
含む試料媒体７２に伝達される。図２では、試料媒体７
２は、目的の近赤外範囲での放射光を伝達する能力のあ
る適切な基質から形成される試料細胞を含む。１つの場
合では、試料は血液血清試料を含み得、ここで、これは
血液分析物の濃度を決定することが望まれる。また、第
１のビーム６８は、試料表面（例えば、組織表面）へ、
直接の界面手段または間接の界面手段（例えば、上記の
ような光ファイバーウェーブガイド手段）を用いて、伝
えられ得る。この様式では、組織試料中に存在する血液
分析物の濃度が、組織試料と相互作用している放射光の
吸収スペクトルの反射近赤外測定を用いて、非侵襲的に
決定され得る。
分割器６６を通って伝達される（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔ
ｅｄ）。ここで、放射光は、６８および７０でそれぞれ
示される２つのビームに分割され、ビーム分割器６６か
らの第１のビーム６８は、未知の濃度の目的の分析物を
含む試料媒体７２に伝達される。図２では、試料媒体７
２は、目的の近赤外範囲での放射光を伝達する能力のあ
る適切な基質から形成される試料細胞を含む。１つの場
合では、試料は血液血清試料を含み得、ここで、これは
血液分析物の濃度を決定することが望まれる。また、第
１のビーム６８は、試料表面（例えば、組織表面）へ、
直接の界面手段または間接の界面手段（例えば、上記の
ような光ファイバーウェーブガイド手段）を用いて、伝
えられ得る。この様式では、組織試料中に存在する血液
分析物の濃度が、組織試料と相互作用している放射光の
吸収スペクトルの反射近赤外測定を用いて、非侵襲的に
決定され得る。
【００６１】次いで、放射光（試料（例えば、目的の分
析物）の構成要素と相互作用するスペクトル的に修飾さ
れた放射光を含む）は、集められ、そしてビーム経路中
に配置される光移動セル７４に向けられる。光移動セル
７４は、放射光を受け、そして目的の分析物の濃度と高
い相関を有しかつ試料中に存在する干渉成分と実質的に
相関が無い１つ以上の波長を選択的に増幅するのに十分
な吸収スペクトルを有する正相関フィルター系（ａ ｐ
ｏｓｉｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅ
ｒ ｓｙｓｔｅｍ）を含む。正相関フィルター系は、従
って、測定バックグラウンドについての情報、および装
置変更、または干渉効果の修正に使用され得る情報と同
様に、分析物−特定情報を与える多くの選択された波長
範囲を通す。光伝達セル７４から出る放射は、スペクト
ル的に修飾された放射光を、その放射光の強度を表すシ
グナルに変換するための検出手段７６によって受け取ら
れる。検出手段は、広いスペクトル光検出器（例えば、
ＰｂＳ光検出器など）を含み得る。
析物）の構成要素と相互作用するスペクトル的に修飾さ
れた放射光を含む）は、集められ、そしてビーム経路中
に配置される光移動セル７４に向けられる。光移動セル
７４は、放射光を受け、そして目的の分析物の濃度と高
い相関を有しかつ試料中に存在する干渉成分と実質的に
相関が無い１つ以上の波長を選択的に増幅するのに十分
な吸収スペクトルを有する正相関フィルター系（ａ ｐ
ｏｓｉｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅ
ｒ ｓｙｓｔｅｍ）を含む。正相関フィルター系は、従
って、測定バックグラウンドについての情報、および装
置変更、または干渉効果の修正に使用され得る情報と同
様に、分析物−特定情報を与える多くの選択された波長
範囲を通す。光伝達セル７４から出る放射は、スペクト
ル的に修飾された放射光を、その放射光の強度を表すシ
グナルに変換するための検出手段７６によって受け取ら
れる。検出手段は、広いスペクトル光検出器（例えば、
ＰｂＳ光検出器など）を含み得る。
【００６２】さらに、図２を参照すると、ビーム分割器
６６からの第２のビーム７０は、ビーム経路中に配置さ
れる光学活性要素７８に伝達される。１つの形状では、
光学活性要素７８は、近赤外波長の選択された範囲にわ
たって、放射光を等しく弱めるのに十分な吸収特性を有
するニュートラルフィルター手段を含む。別の形状で
は、光学活性要素７８は、光学変換セル要素７４の吸収
スペクトルと同一の吸収スペクトルを有する正相関フィ
ルター系を含む光学変換セルである。光学活性要素７８
から出る放射光は、放射光をその強度を表すシグナルへ
変換するための検出手段８０によって受け取られる。
６６からの第２のビーム７０は、ビーム経路中に配置さ
れる光学活性要素７８に伝達される。１つの形状では、
光学活性要素７８は、近赤外波長の選択された範囲にわ
たって、放射光を等しく弱めるのに十分な吸収特性を有
するニュートラルフィルター手段を含む。別の形状で
は、光学活性要素７８は、光学変換セル要素７４の吸収
スペクトルと同一の吸収スペクトルを有する正相関フィ
ルター系を含む光学変換セルである。光学活性要素７８
から出る放射光は、放射光をその強度を表すシグナルへ
変換するための検出手段８０によって受け取られる。
【００６３】正相関フィルター系は、特別の分析物濃度
の高い相関を有する１つ以上の波長を選択的に増幅する
能力のある吸収特性を与える光学活性被覆を有する単一
の基質層から形成され得る。特に、系の形状、正相関フ
ィルターは、複数のフィルター層（各層は、所望の吸収
特性を与えるのに適した選択されたフィルター密度、お
よび／またはフィルター厚さを有する）を含む。１つの
場合では、系の少なくとも１つの層は、因子手段を計量
する波長を含むフィルター密度および／または厚さを有
する、ここで、重み係数は、選択された試料媒体中での
分析物濃度を有する通過波長の増幅された正の相関を与
える。
の高い相関を有する１つ以上の波長を選択的に増幅する
能力のある吸収特性を与える光学活性被覆を有する単一
の基質層から形成され得る。特に、系の形状、正相関フ
ィルターは、複数のフィルター層（各層は、所望の吸収
特性を与えるのに適した選択されたフィルター密度、お
よび／またはフィルター厚さを有する）を含む。１つの
場合では、系の少なくとも１つの層は、因子手段を計量
する波長を含むフィルター密度および／または厚さを有
する、ここで、重み係数は、選択された試料媒体中での
分析物濃度を有する通過波長の増幅された正の相関を与
える。
【００６４】次いで、検出手段７６および８０によって
生成するシグナルは、それらのシグナルを、ソース６２
から出てかつ試料から出るスペクトル的に修飾された放
射光に対応する放射光の強度比を表示するデジタルシグ
ナルに変換するための手段８２に伝えられる。この様式
では、ソース６２から出る放射光の強度における変化
は、測定中に系から得られる潜在的な誤りの原因を除去
するために修正され得る。さらに、シグナル比は、次い
で、デジタル形式に変換され、そして内部マイクロプロ
セッサー８４系、または当該分野で公知の方法をもちい
る関連する系を用いて分析物濃度を決定し得ることが理
解される。
生成するシグナルは、それらのシグナルを、ソース６２
から出てかつ試料から出るスペクトル的に修飾された放
射光に対応する放射光の強度比を表示するデジタルシグ
ナルに変換するための手段８２に伝えられる。この様式
では、ソース６２から出る放射光の強度における変化
は、測定中に系から得られる潜在的な誤りの原因を除去
するために修正され得る。さらに、シグナル比は、次い
で、デジタル形式に変換され、そして内部マイクロプロ
セッサー８４系、または当該分野で公知の方法をもちい
る関連する系を用いて分析物濃度を決定し得ることが理
解される。
【００６５】所望ならば、マイクロプロセッサーは、ケ
モメトリックスアルゴリズムのシグナル比への応用によ
って、分析物濃度を計算するようにプログラムされ得
る。適切なアルゴリズムは、上記のケモメトリックス技
術（例えば、目的の分析物の元のスペクトルの最小二乗
法分析または回転主成分分析）を用いて、決定され得
る。
モメトリックスアルゴリズムのシグナル比への応用によ
って、分析物濃度を計算するようにプログラムされ得
る。適切なアルゴリズムは、上記のケモメトリックス技
術（例えば、目的の分析物の元のスペクトルの最小二乗
法分析または回転主成分分析）を用いて、決定され得
る。
【００６６】本発明は、その好ましい特定の実施態様に
関して記載されているけれども、以上の記載および以下
の実施例は、例証することを意図しており、本発明の範
囲を制限しないことが理解されるべきである。本発明の
範囲内の他の局面、利益および変形が本発明に属するこ
とが、当業者に明白である。
関して記載されているけれども、以上の記載および以下
の実施例は、例証することを意図しており、本発明の範
囲を制限しないことが理解されるべきである。本発明の
範囲内の他の局面、利益および変形が本発明に属するこ
とが、当業者に明白である。
【００６７】
【実施例】非侵襲性グルコース測定が、本発明の方法を
用いて得られた。特に、約１１００ｎｍ〜３５００ｎｍ
の近赤外領域での反射光学測定が実行された。タングス
テン−水銀（Ｗ−Ｈｇ）放射光供給源、硫化鉛（Ｐｂ
Ｓ）検出器、および走査速度ｎｍ／０．４秒を有する装
置を用いるスペクトル走査が、ボランティアの被験者の
前腕から集められた。
用いて得られた。特に、約１１００ｎｍ〜３５００ｎｍ
の近赤外領域での反射光学測定が実行された。タングス
テン−水銀（Ｗ−Ｈｇ）放射光供給源、硫化鉛（Ｐｂ
Ｓ）検出器、および走査速度ｎｍ／０．４秒を有する装
置を用いるスペクトル走査が、ボランティアの被験者の
前腕から集められた。
【００６８】多くの特定のスペクトル範囲が、前腕組織
走査からのグルコース濃度を決定するのに使用され得る
情報を含むものとして同定された。インビトロ血液グル
コース濃度測定を侵襲的に得られるのと並行して、特定
の領域がインビボグルコース耐性研究から決定された。
特に、インビボ耐性研究の間に採取された時間依存走査
を図３で記述した。図３に見られるように、約２１２０
〜２１８０ｎｍの範囲にわたる反射強度差における著し
い変化が、研究の時間経過の間に記録された。これらの
変化は、耐性試験の間の血液グルコースレベルの増加と
直線関係で増加し、２１２０〜２１８０ｎｍの範囲がグ
ルコース特異的スペクトルの情報を含むことを示す。
走査からのグルコース濃度を決定するのに使用され得る
情報を含むものとして同定された。インビトロ血液グル
コース濃度測定を侵襲的に得られるのと並行して、特定
の領域がインビボグルコース耐性研究から決定された。
特に、インビボ耐性研究の間に採取された時間依存走査
を図３で記述した。図３に見られるように、約２１２０
〜２１８０ｎｍの範囲にわたる反射強度差における著し
い変化が、研究の時間経過の間に記録された。これらの
変化は、耐性試験の間の血液グルコースレベルの増加と
直線関係で増加し、２１２０〜２１８０ｎｍの範囲がグ
ルコース特異的スペクトルの情報を含むことを示す。
【００６９】一旦、特定のスペクトル範囲が同定される
と、４つの別個のスペクトル範囲からの情報を用いて、
非侵襲性グルコース測定が得られる。第１のスペクトル
範囲は、約１３２０〜１３４０ｎｍで起こる放射光を含
む。この範囲は、非常に高度に反射されたシグナルを与
え、そしてこの範囲内に、主なグルコース吸収バンドは
無い。第１のスペクトル範囲から得られる情報は、放射
光供給源および機械的な振動による変動を修正するため
に、各々の個々の走査を標準化するのに使用され得る。
と、４つの別個のスペクトル範囲からの情報を用いて、
非侵襲性グルコース測定が得られる。第１のスペクトル
範囲は、約１３２０〜１３４０ｎｍで起こる放射光を含
む。この範囲は、非常に高度に反射されたシグナルを与
え、そしてこの範囲内に、主なグルコース吸収バンドは
無い。第１のスペクトル範囲から得られる情報は、放射
光供給源および機械的な振動による変動を修正するため
に、各々の個々の走査を標準化するのに使用され得る。
【００７０】第２のスペクトル範囲は、約１４４０〜１
４６０ｎｍ、または約１９４０〜１９６０ｎｍのどちら
かで起こる放射光を含んだ。これらの範囲は、拡散反射
光を弱める水バンドの高吸収に起因する、実質的に非反
射のシグナルを与える。これらの範囲から得られる情報
は、他の測定からのバックグラウンドおよびベースライ
ンの差し引きに使用され得る。これらの測定は、鏡面反
射シグナル値によって引き起こされる変動を考慮するた
めの基礎的調整を可能にする。
４６０ｎｍ、または約１９４０〜１９６０ｎｍのどちら
かで起こる放射光を含んだ。これらの範囲は、拡散反射
光を弱める水バンドの高吸収に起因する、実質的に非反
射のシグナルを与える。これらの範囲から得られる情報
は、他の測定からのバックグラウンドおよびベースライ
ンの差し引きに使用され得る。これらの測定は、鏡面反
射シグナル値によって引き起こされる変動を考慮するた
めの基礎的調整を可能にする。
【００７１】第３の範囲は、約１６７０〜１６９０ｎｍ
で起こる放射光を含んだ。この範囲は、グルコース振動
倍音バンドの存在に起因する分析物−特定情報を与え
る。
で起こる放射光を含んだ。この範囲は、グルコース振動
倍音バンドの存在に起因する分析物−特定情報を与え
る。
【００７２】第４の範囲は、約２１２０〜２２８０ｎｍ
で起こる放射光を含んだ。この範囲は、グルコース結合
振動バンドに起因する分析物特異的情報を与える。
で起こる放射光を含んだ。この範囲は、グルコース結合
振動バンドに起因する分析物特異的情報を与える。
【００７３】第１の範囲から得られるシグナルは、他の
領域のシグナルを標準化するのに、使用された。この方
法は、各々のスペクトル走査で繰り返される際、光供給
源変更に関連する問題を除去し、そして、内部参照を与
えるのに役立つ。従って、光学界面（例えば、被検体の
配置）の違いによって引き起こされる測定変動は、実質
的に低減される。
領域のシグナルを標準化するのに、使用された。この方
法は、各々のスペクトル走査で繰り返される際、光供給
源変更に関連する問題を除去し、そして、内部参照を与
えるのに役立つ。従って、光学界面（例えば、被検体の
配置）の違いによって引き起こされる測定変動は、実質
的に低減される。
【００７４】バックグラウンド情報は、第３および第４
の分析物特異的範囲で得られたシグナルから第２の範囲
で得られたシグナルを差し引きすることによって、除去
された。この様式では、皮膚組織および年齢で変わる鏡
面反射によって引き起こされる基礎的効果が修正され
た。
の分析物特異的範囲で得られたシグナルから第２の範囲
で得られたシグナルを差し引きすることによって、除去
された。この様式では、皮膚組織および年齢で変わる鏡
面反射によって引き起こされる基礎的効果が修正され
た。
【００７５】標準化され、そしてベースライン修正され
た第３および第４の範囲からのシグナルは、分析ケモメ
トリックス分析に適用された。図４は、第２および第３
の範囲中のシグナル間の標準化された相違を記述する。
た第３および第４の範囲からのシグナルは、分析ケモメ
トリックス分析に適用された。図４は、第２および第３
の範囲中のシグナル間の標準化された相違を記述する。
【００７６】図４で記述された結果によってわかり得る
ように、血液グルコースレベルの増加は、２つの範囲間
のシグナル差の増加をもたらす。
ように、血液グルコースレベルの増加は、２つの範囲間
のシグナル差の増加をもたらす。
【００７７】
【発明の効果】本発明は、種々のバックグラウンドマト
リックスを有し、そしてさらに実質的な成分干渉をおそ
らく有するサンプル中に存在する分析物の濃度を決定す
る方法および分光光度装置を提供する。
リックスを有し、そしてさらに実質的な成分干渉をおそ
らく有するサンプル中に存在する分析物の濃度を決定す
る方法および分光光度装置を提供する。
【００７８】具体的には、本発明によれば以下が提供さ
れる： （１） サンプル中の分析物濃度を決定するための装置
であって、以下： （ａ）該サンプルを入射光で照射するための手段であっ
て、該入射光が、複数の、異なる、非重複の近赤外の波
長の領域を含む、手段； （ｂ）該サンプルから出現する反射光を集め、そして該
反射光を第１および第２光路に向けるための手段であっ
て、ここで、該第１光路が、波長の第１領域からの放射
光を含む、手段； （ｃ）該第１光路に配置される第１フィルター手段であ
って、ここで、該第１フィルター手段が、該分析物濃度
と実質的に相関性のない放射光を選択的に通過し得る、
手段； （ｄ）該第１フィルター手段から出現する選択的に通過
された放射光を受容するための第１検出手段、および該
放射光を、該放射光の強度を表示するシグナルに変換す
るための手段； （ｅ）該第２光路に配置される調整可能なフィルター手
段であって、ここで、該調整可能なフィルター手段が、
該第２光路における該放射光の強度を減衰する、手段； （ｆ）該調整可能なフィルター手段から出現する、減衰
された放射光を受容し得、そしてそこから１以上の独立
した波長を選択的に通過し得る、主要分析物フィルター
手段であって、該１以上の独立した波長が、該分析物濃
度に特異的に相関する、手段； （ｇ）該主要分析物フィルター手段から出現する該１以
上の別々の波長を受容し得、そして各独立した波長の強
度をそれぞれ減衰し得る、第２フィルター手段； （ｈ）該第２フィルターから出現する該減衰された別々
の波長を受容するための第２検出手段、および； （ｉ）該検出波長を、該波長の強度を表示するシグナル
に変換するための手段、を備える、装置。 （２） 前記入射光の波長が、約１１００〜３５００ｎ
ｍの範囲である、項（１）に記載の装置。 （３） 前記第１フィルター手段が、通過幅の狭いフィ
ルターを備える、項（１）に記載の装置。 （４） 前記調整可能なフィルター手段が、ニュートラ
ルフィルターを備える、項（３）に記載の装置。 （５） 前記第１検出手段から得られる前記シグナル
が、前記調整可能なフィルター手段により生じる減衰を
調節するために使用される、項（４）に記載の装置。 （６） 前記第２フィルター手段が、ニュートラルフィ
ルターを備える、項（１）に記載の装置。 （７） 前記第２フィルター手段により生じる前記減衰
が、重み係数を用いて確立される、項（６）に記載の装
置。 （８） 前記重み係数が、ケモメトリック技術を用いて
得られる、項（７）に記載の装置。 （９） 前記重み係数が、前記分析物の吸収スペクトル
の回転主成分分析を用いて得られる、項（８）に記載の
装置。 （１０） 前記サンプルが生体組織を含み、そして前記
分析物が血中有機分析物を含む、項（１）に記載の装
置。 （１１） 前記血中分析物が、グルコース、尿素（ＢＵ
Ｎ）、脂質、ビリルビン、およびエチルアルコールから
なる群から選択される、項（１０）に記載の装置。 （１２） 前記血中分析物がグルコースである、項（１
０）に記載の装置。 （１３） サンプル中の前記分析物濃度を決定するため
の装置であって、以下： （ａ）近赤外光を発光し得る供給源であって、該近赤外
光が、該近赤外における、複数の、異なる、非重複の領
域を含む、供給源； （ｂ）部品（ａ）の該供給源により発光された放射光
を、第１および第２ビーム経路に分けるための手段； （ｃ）該サンプルを、該第１ビーム経路において該放射
光で照射し、それによって、反射光を与えるための手
段； （ｄ）該サンプルから出現する該反射光を集め、そして
該反射光を反射光路に向けるための手段； （ｅ）該反射光路に配置される第１光学変換セルであっ
て、該第１セルは、第１正相関フィルター手段を備え、
該第１正相関フィルター手段は、該反射光を受容し、そ
して該反射光からの１以上の波長を強調するように適応
された吸収特性を有し、ここで、該１以上の波長が、該
サンプル中の該分析物濃度と高い相関性を有する、第１
光学変換セル； （ｆ）該１以上の強調された波長を該第１光学変換セル
から受容し、そして該波長を、該強調された波長の強度
を表示するシグナルに変換するための手段； （ｇ）該第２ビーム経路に配置された第２光学変換セル
であって、該第２セルは、ニュートラルフィルター手段
を備え、該ニュートラルフィルター手段が、該第２ビー
ム経路からの該放射光の強度を、選択された近赤外波長
範囲にわたって等しく減衰するのに十分な吸収特性を有
する、第２光学変換セル； （ｈ）該第２光学変換セルからの減衰された放射光を受
容し、そして該放射光を、放射光の該強度を表示するシ
グナルに変換するための手段；および （ｉ）部品（ｆ）および（ｉ）により生じたシグナルを
用いて、該サンプル中の該分析物濃度を計算するための
手段、を備える、装置。 （１４） 前記入射光の波長が、約１１００〜３５００
ｎｍの範囲である、項（１３）に記載の装置。 （１５） 前記第２光学変換セルが、第２正相関フィル
ター手段を備え、該第２正相関フィルター手段は、前記
第１正相関フィルター手段と同じ吸収特性を有する、項
（１４）に記載の装置。 （１６） 前記サンプル中の前記分析物濃度を計算する
ための手段が、部品（ｆ）および（ｉ）により生じたシ
グナルを、前記供給源から出現する前記放射光と該サン
プルから出現する対応する放射光との前記強度比を示唆
するデジタルシグナルに変換する、項（１４）に記載の
装置。 （１７） 前記サンプル中の前記分析物濃度を計算する
ための手段が、部品（ｆ）および（ｉ）により生じた前
記シグナルにケモメトリックスアルゴリズムを適用する
ための手段を備える、項（１４）に記載の装置。 （１８） 前記第１正相関フィルター手段が、複数の層
を含み、各層は、該フィルター手段が、前記分析濃度と
高い相関を有する波長群を強調するような選択された吸
収特性を有する、項（１３）に記載の装置。 （１９） 前記第１および第２正相関フィルター手段由
来の少なくとも１層の前記吸収特性が、重み係数を用い
て確立される、項（１８）に記載の装置。 （２０） 前記重み係数が、ケモメトリック技術を用い
て得られる、項（１９）に記載の装置。 （２１） 前記重み係数が、前記分析物の吸収スペクト
ルの回転主成分分析を用いて得られる、項（１９）に記
載の装置。 （２２） 前記サンプルが生体組織を含み、そして前記
分析物が血中有機分析物を含む、項（１３）に記載の装
置。 （２３） 前記血中分析物が、グルコース、尿素（ＢＵ
Ｎ）、脂質、ビリルビン、およびエチルアルコールから
なる群から選択される、項（２２）に記載の装置。 （２４） 前記血中分析物がグルコースである、項（２
２）に記載の装置。
れる： （１） サンプル中の分析物濃度を決定するための装置
であって、以下： （ａ）該サンプルを入射光で照射するための手段であっ
て、該入射光が、複数の、異なる、非重複の近赤外の波
長の領域を含む、手段； （ｂ）該サンプルから出現する反射光を集め、そして該
反射光を第１および第２光路に向けるための手段であっ
て、ここで、該第１光路が、波長の第１領域からの放射
光を含む、手段； （ｃ）該第１光路に配置される第１フィルター手段であ
って、ここで、該第１フィルター手段が、該分析物濃度
と実質的に相関性のない放射光を選択的に通過し得る、
手段； （ｄ）該第１フィルター手段から出現する選択的に通過
された放射光を受容するための第１検出手段、および該
放射光を、該放射光の強度を表示するシグナルに変換す
るための手段； （ｅ）該第２光路に配置される調整可能なフィルター手
段であって、ここで、該調整可能なフィルター手段が、
該第２光路における該放射光の強度を減衰する、手段； （ｆ）該調整可能なフィルター手段から出現する、減衰
された放射光を受容し得、そしてそこから１以上の独立
した波長を選択的に通過し得る、主要分析物フィルター
手段であって、該１以上の独立した波長が、該分析物濃
度に特異的に相関する、手段； （ｇ）該主要分析物フィルター手段から出現する該１以
上の別々の波長を受容し得、そして各独立した波長の強
度をそれぞれ減衰し得る、第２フィルター手段； （ｈ）該第２フィルターから出現する該減衰された別々
の波長を受容するための第２検出手段、および； （ｉ）該検出波長を、該波長の強度を表示するシグナル
に変換するための手段、を備える、装置。 （２） 前記入射光の波長が、約１１００〜３５００ｎ
ｍの範囲である、項（１）に記載の装置。 （３） 前記第１フィルター手段が、通過幅の狭いフィ
ルターを備える、項（１）に記載の装置。 （４） 前記調整可能なフィルター手段が、ニュートラ
ルフィルターを備える、項（３）に記載の装置。 （５） 前記第１検出手段から得られる前記シグナル
が、前記調整可能なフィルター手段により生じる減衰を
調節するために使用される、項（４）に記載の装置。 （６） 前記第２フィルター手段が、ニュートラルフィ
ルターを備える、項（１）に記載の装置。 （７） 前記第２フィルター手段により生じる前記減衰
が、重み係数を用いて確立される、項（６）に記載の装
置。 （８） 前記重み係数が、ケモメトリック技術を用いて
得られる、項（７）に記載の装置。 （９） 前記重み係数が、前記分析物の吸収スペクトル
の回転主成分分析を用いて得られる、項（８）に記載の
装置。 （１０） 前記サンプルが生体組織を含み、そして前記
分析物が血中有機分析物を含む、項（１）に記載の装
置。 （１１） 前記血中分析物が、グルコース、尿素（ＢＵ
Ｎ）、脂質、ビリルビン、およびエチルアルコールから
なる群から選択される、項（１０）に記載の装置。 （１２） 前記血中分析物がグルコースである、項（１
０）に記載の装置。 （１３） サンプル中の前記分析物濃度を決定するため
の装置であって、以下： （ａ）近赤外光を発光し得る供給源であって、該近赤外
光が、該近赤外における、複数の、異なる、非重複の領
域を含む、供給源； （ｂ）部品（ａ）の該供給源により発光された放射光
を、第１および第２ビーム経路に分けるための手段； （ｃ）該サンプルを、該第１ビーム経路において該放射
光で照射し、それによって、反射光を与えるための手
段； （ｄ）該サンプルから出現する該反射光を集め、そして
該反射光を反射光路に向けるための手段； （ｅ）該反射光路に配置される第１光学変換セルであっ
て、該第１セルは、第１正相関フィルター手段を備え、
該第１正相関フィルター手段は、該反射光を受容し、そ
して該反射光からの１以上の波長を強調するように適応
された吸収特性を有し、ここで、該１以上の波長が、該
サンプル中の該分析物濃度と高い相関性を有する、第１
光学変換セル； （ｆ）該１以上の強調された波長を該第１光学変換セル
から受容し、そして該波長を、該強調された波長の強度
を表示するシグナルに変換するための手段； （ｇ）該第２ビーム経路に配置された第２光学変換セル
であって、該第２セルは、ニュートラルフィルター手段
を備え、該ニュートラルフィルター手段が、該第２ビー
ム経路からの該放射光の強度を、選択された近赤外波長
範囲にわたって等しく減衰するのに十分な吸収特性を有
する、第２光学変換セル； （ｈ）該第２光学変換セルからの減衰された放射光を受
容し、そして該放射光を、放射光の該強度を表示するシ
グナルに変換するための手段；および （ｉ）部品（ｆ）および（ｉ）により生じたシグナルを
用いて、該サンプル中の該分析物濃度を計算するための
手段、を備える、装置。 （１４） 前記入射光の波長が、約１１００〜３５００
ｎｍの範囲である、項（１３）に記載の装置。 （１５） 前記第２光学変換セルが、第２正相関フィル
ター手段を備え、該第２正相関フィルター手段は、前記
第１正相関フィルター手段と同じ吸収特性を有する、項
（１４）に記載の装置。 （１６） 前記サンプル中の前記分析物濃度を計算する
ための手段が、部品（ｆ）および（ｉ）により生じたシ
グナルを、前記供給源から出現する前記放射光と該サン
プルから出現する対応する放射光との前記強度比を示唆
するデジタルシグナルに変換する、項（１４）に記載の
装置。 （１７） 前記サンプル中の前記分析物濃度を計算する
ための手段が、部品（ｆ）および（ｉ）により生じた前
記シグナルにケモメトリックスアルゴリズムを適用する
ための手段を備える、項（１４）に記載の装置。 （１８） 前記第１正相関フィルター手段が、複数の層
を含み、各層は、該フィルター手段が、前記分析濃度と
高い相関を有する波長群を強調するような選択された吸
収特性を有する、項（１３）に記載の装置。 （１９） 前記第１および第２正相関フィルター手段由
来の少なくとも１層の前記吸収特性が、重み係数を用い
て確立される、項（１８）に記載の装置。 （２０） 前記重み係数が、ケモメトリック技術を用い
て得られる、項（１９）に記載の装置。 （２１） 前記重み係数が、前記分析物の吸収スペクト
ルの回転主成分分析を用いて得られる、項（１９）に記
載の装置。 （２２） 前記サンプルが生体組織を含み、そして前記
分析物が血中有機分析物を含む、項（１３）に記載の装
置。 （２３） 前記血中分析物が、グルコース、尿素（ＢＵ
Ｎ）、脂質、ビリルビン、およびエチルアルコールから
なる群から選択される、項（２２）に記載の装置。 （２４） 前記血中分析物がグルコースである、項（２
２）に記載の装置。
【図１】図１は、本発明に従って構築された装置の概略
図である。
図である。
【図２】図２は、本発明に従って構築された相関分光装
置の概略図である。
置の概略図である。
【図３】図３は、インビボグルコース耐性研究において
取り込まれた時間依存性スキャンを例示するグラフであ
る。
取り込まれた時間依存性スキャンを例示するグラフであ
る。
【図４】図４は、本発明の方法を用いて行われた血糖濃
度の非侵襲的決定により得られた結果からのグラフを示
す。
度の非侵襲的決定により得られた結果からのグラフを示
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ステファン エフ． マリン アメリカ合衆国 アリゾナ 85048， フ ェニックス， エス． フォース ストリ ート 16228
Claims (2)
- 【請求項１】 サンプル中の分析物濃度を決定するため
の装置であって、以下： （ａ）該サンプルを入射光で照射するための手段であっ
て、該入射光が、複数の、異なる、非重複の近赤外の波
長の領域を含む、手段； （ｂ）該サンプルから出現する反射光を集め、そして該
反射光を第１および第２光路に向けるための手段であっ
て、ここで、該第１光路が、波長の第１領域からの放射
光を含む、手段； （ｃ）該第１光路に配置される第１フィルター手段であ
って、ここで、該第１フィルター手段が、該分析物濃度
と実質的に相関性のない放射光を選択的に通過し得る、
手段； （ｄ）該第１フィルター手段から出現する選択的に通過
された放射光を受容するための第１検出手段、および該
放射光を、該放射光の強度を表示するシグナルに変換す
るための手段； （ｅ）該第２光路に配置される調整可能なフィルター手
段であって、ここで、該調整可能なフィルター手段が、
該第２光路における該放射光の強度を減衰する、手段； （ｆ）該調整可能なフィルター手段から出現する、減衰
された放射光を受容し得、そしてそこから１以上の独立
した波長を選択的に通過し得る、主要分析物フィルター
手段であって、該１以上の独立した波長が、該分析物濃
度に特異的に相関する、手段； （ｇ）該主要分析物フィルター手段から出現する該１以
上の別々の波長を受容し得、そして各独立した波長の強
度をそれぞれ減衰し得る、第２フィルター手段； （ｈ）該第２フィルターから出現する該減衰された別々
の波長を受容するための第２検出手段、および； （ｉ）該検出波長を、該波長の強度を表示するシグナル
に変換するための手段、を備える、装置。 - 【請求項２】 サンプル中の前記分析物濃度を決定する
ための装置であって、以下： （ａ）近赤外光を発光し得る供給源であって、該近赤外
光が、該近赤外における、複数の、異なる、非重複の領
域を含む、供給源； （ｂ）部品（ａ）の該供給源により発光された放射光
を、第１および第２ビーム経路に分けるための手段； （ｃ）該サンプルを、該第１ビーム経路において該放射
光で照射し、それによって、反射光を与えるための手
段； （ｄ）該サンプルから出現する該反射光を集め、そして
該反射光を反射光路に向けるための手段； （ｅ）該反射光路に配置される第１光学変換セルであっ
て、該第１セルは、第１正相関フィルター手段を備え、
該第１正相関フィルター手段は、該反射光を受容し、そ
して該反射光からの１以上の波長を強調するように適応
された吸収特性を有し、ここで、該１以上の波長が、該
サンプル中の該分析物濃度と高い相関性を有する、第１
光学変換セル； （ｆ）該１以上の強調された波長を該第１光学変換セル
から受容し、そして該波長を、該強調された波長の強度
を表示するシグナルに変換するための手段； （ｇ）該第２ビーム経路に配置された第２光学変換セル
であって、該第２セルは、ニュートラルフィルター手段
を備え、該ニュートラルフィルター手段が、該第２ビー
ム経路からの該放射光の強度を、選択された近赤外波長
範囲にわたって等しく減衰するのに十分な吸収特性を有
する、第２光学変換セル； （ｈ）該第２光学変換セルからの減衰された放射光を受
容し、そして該放射光を、放射光の該強度を表示するシ
グナルに変換するための手段；および （ｉ）部品（ｆ）および（ｉ）により生じたシグナルを
用いて、該サンプル中の該分析物濃度を計算するための
手段、を備える、装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/596,409 US5747806A (en) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | Method and apparatus for multi-spectral analysis in noninvasive nir spectroscopy |
| US08/596,409 | 1996-02-02 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9527784A Division JPH11506207A (ja) | 1996-02-02 | 1997-01-31 | 非侵襲性近赤外分光法における多重スペクトル分析のための方法および装置 |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2002236097A true JP2002236097A (ja) | 2002-08-23 |
Family
ID=24387178
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9527784A Withdrawn JPH11506207A (ja) | 1996-02-02 | 1997-01-31 | 非侵襲性近赤外分光法における多重スペクトル分析のための方法および装置 |
| JP2002028798A Pending JP2002236097A (ja) | 1996-02-02 | 2002-02-05 | 非侵襲性近赤外分光法における多重スペクトル分析のための方法および装置 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9527784A Withdrawn JPH11506207A (ja) | 1996-02-02 | 1997-01-31 | 非侵襲性近赤外分光法における多重スペクトル分析のための方法および装置 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0877926B1 (ja) |
| JP (2) | JPH11506207A (ja) |
| KR (1) | KR19990082236A (ja) |
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| AT (1) | ATE239910T1 (ja) |
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| DE (1) | DE69721732T2 (ja) |
| DK (1) | DK0877926T3 (ja) |
| HK (1) | HK1019635A1 (ja) |
| NZ (1) | NZ331158A (ja) |
| PL (1) | PL184609B1 (ja) |
| TW (1) | TW426802B (ja) |
| WO (1) | WO1997028438A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012132745A (ja) * | 2010-12-21 | 2012-07-12 | Photoscience:Kk | コレステロール濃度測定装置 |
Families Citing this family (382)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6240306B1 (en) | 1995-08-09 | 2001-05-29 | Rio Grande Medical Technologies, Inc. | Method and apparatus for non-invasive blood analyte measurement with fluid compartment equilibration |
| DE19601923C1 (de) * | 1996-01-12 | 1997-07-24 | Inst Chemo Biosensorik | Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen organischer Substanzen |
| US5747806A (en) * | 1996-02-02 | 1998-05-05 | Instrumentation Metrics, Inc | Method and apparatus for multi-spectral analysis in noninvasive nir spectroscopy |
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