JP2003532461A - Non-invasive measurement method using retinal image - Google Patents

Non-invasive measurement method using retinal image

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JP2003532461A
JP2003532461A JP2001575895A JP2001575895A JP2003532461A JP 2003532461 A JP2003532461 A JP 2003532461A JP 2001575895 A JP2001575895 A JP 2001575895A JP 2001575895 A JP2001575895 A JP 2001575895A JP 2003532461 A JP2003532461 A JP 2003532461A
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Abstract

(57)【要約】 可視領域又は赤外線領域の選択された波長の照明光(12)が、眼(10)の瞳孔を通して眼底上に投射される。後に反射され瞳孔から出た光は、検出され(22)、かつ、好ましくは視神経乳頭上に位置する網膜血管を分析するために、視神経乳頭の領域を使用して分析される。照明光の特定の波長が、分析される物質のスペクトル特性に応じて、分析される各血液成分のために選択される。網膜からの反射画像が、ヘモグロビンのような非光反応性血液成分、及びビリルビンのような光反応性成分を測定するのに使用される。光反応性成分の測定のため、光反応性分析物に影響し、かつ分析物の濃度の測定を可能にする波長の光を用いて、画像を眼の照明の前後又は照明中に取り出す。 (57) Abstract Illumination light (12) of a selected wavelength in the visible or infrared region is projected onto the fundus through the pupil of the eye (10). Light that is later reflected back out of the pupil is detected (22) and analyzed using the area of the optic disc to analyze retinal vessels preferably located above the optic disc. A particular wavelength of the illumination light is selected for each blood component to be analyzed, depending on the spectral characteristics of the substance to be analyzed. Reflection images from the retina are used to measure non-photoreactive blood components, such as hemoglobin, and photoreactive components, such as bilirubin. For measurement of the photoreactive component, an image is taken before, after or during illumination of the eye using light of a wavelength that affects the photoreactive analyte and allows the concentration of the analyte to be measured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 (技術分野) 本発明は、グルコース、ヘモグロビン及びビリルビンのような血液成分の非観
血的なインビボ測定の分野に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of non-invasive in vivo measurement of blood components such as glucose, hemoglobin and bilirubin.

【0002】 (背景技術) ヘモグロビン及びグルコースのような血液成分の濃度の測定には、インビトロ
の分析のために血液サンプルの抜き取りが必要であった。分析のために血液を抜
き取る必要性は、患者に対する不快、医療要員が試料を抜き取りかつ取り扱うの
に要する時間、及び、皮膚の穿刺による病気の蔓延の潜在的な危険性を含む幾つ
かの理由のために望ましくない。血液試料の繰り返えしの抜き取りは、特に小児
には望ましくない。多くの糖尿病患者は、一日六回まで彼等の血液を検査して、
彼等の血液のグルコースレベルを監視しなければならない。かくして、簡単で非
観血的な技術により、ヘモグロビン及びグルコースのような血中の血液成分の濃
度の早くて信頼できる評価を得ることが望ましい。従来の努力は、指及び耳朶の
ような皮膚又は末端の、又は目につく表面血管の血液の検査を含んでいたが、こ
れらの努力は、血液成分の濃度だけの正確な読みを妨げる組織成分の存在により
、限定された実用的な成功を有していた。
BACKGROUND OF THE INVENTION Measuring the concentration of blood components such as hemoglobin and glucose required the withdrawal of blood samples for in vitro analysis. The need to draw blood for analysis is of several reasons, including discomfort to the patient, the time it takes medical personnel to draw and handle the sample, and the potential risk of spread of the disease due to skin puncture. Not desirable because. Repeated withdrawal of blood samples is not desirable, especially in children. Many diabetics test their blood up to six times a day,
The glucose level in their blood must be monitored. Thus, it would be desirable to have a quick and reliable assessment of the concentration of blood components in the blood, such as hemoglobin and glucose, by a simple, non-invasive technique. Previous efforts have involved the examination of skin or terminal blood such as fingers and ear lobes, or of visible superficial blood, but these efforts have involved tissue components that prevent accurate readings of blood component concentrations only. Has had limited practical success.

【0003】 (発明の開示) 各年だけで合衆国内に約四百万人の新生児が生まれる。新生児の約50%は、
高いビリルビンレベルから、臨床的に黄疸にかかっている。もしも、血清ビリル
ビンが、出生後期中、非常に高いレベルに達するならば、血清ビリルビンの持続
した高レベルに生ずる核黄疸、即ち神経損傷が起こるかもしれない。血清ビリル
ビンの頻繁な監視が、これらの乳児の看護のために重要である。生後5日の間に
黄疸と分かった170万人の新生児が、ビリルビンについて少なくとも一回血液
検査を受ける。検査を受けた新生児のうちの約70万人が、光線療法の治療を受
け、これらの乳児は、推定二乃至三回追加の血液検査を受ける。現在、血液を新
生児の踵から抜き取り、その結果、偶発的な感染及び他の合併症が起る。この処
置の他の欠点は、その高いコストと、医師に届くラボでの結果の遅れである。ビ
リルビンを測定するための現在導入された非観血的装置は、高い血清ビリルビン
レベルを診断又は治療するのに要求される精度レベルを提供せず、実際問題とし
て、装置を実質的に役立たなくする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Each year alone, approximately four million newborns are born in the United States. About 50% of newborns
Jaundice clinically due to high bilirubin levels. If serum bilirubin reaches very high levels during the late birth period, persistently high levels of serum bilirubin may cause nuclear jaundice, or nerve damage. Frequent monitoring of serum bilirubin is important for the care of these infants. 1.7 million newborns found to have jaundice during the first five days of life will have at least one blood test for bilirubin. Approximately 700,000 of the newborns tested are treated with phototherapy, and these babies have an estimated two to three additional blood tests. Currently, blood is drawn from the heel of the newborn, resulting in accidental infections and other complications. Another drawback of this procedure is its high cost and delayed laboratory results that reach the doctor. The currently introduced non-invasive device for measuring bilirubin does not provide the level of accuracy required to diagnose or treat high serum bilirubin levels, making the device practically useless in practice. .

【0004】 (発明の概要) 本発明は、血液成分のインビトロ実験室の検査の正確さと、迅速に繰り返し可
能な非観血的技術の利点とを組み合わせる。本発明は、網膜血管内のある血液成
分の非観血的な測定を可能にする、網膜撮像用の手持ち又は定置機器を利用する
。可視領域又は赤外線領域の選択された波長の照明光が、眼の中へ眼底上に投射
され、そして、反射して戻って(例えば、瞳孔から)出た光は、好ましくは、測
定すべきほとんどの血液成分について、視神経乳頭上に位置する網膜血管を分析
するために、視神経乳頭の領域を使用して、検出されかつ分析される。照明光の
特別の波長が、分析される特定の物質のスペクトル特性に応じて、分析されるべ
き各血液成分について選択される。網膜からの反射画像が、ヘモグロビン、グル
コース及びビリルビンのような血液成分を測定するのに利用される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention combines the accuracy of in vitro laboratory testing of blood components with the advantages of rapidly repeatable, non-invasive techniques. The present invention utilizes a handheld or stationary instrument for retinal imaging that allows non-invasive measurement of certain blood components within retinal blood vessels. Illumination light of a selected wavelength in the visible or infrared region is projected onto the fundus into the eye and then reflected back (eg, from the pupil) is preferably the most to be measured. Is detected and analyzed using the area of the optic disc to analyze retinal vessels located on the optic disc for blood components of The particular wavelength of illumination light is selected for each blood component to be analyzed, depending on the spectral characteristics of the particular substance being analyzed. Reflection images from the retina are used to measure blood components such as hemoglobin, glucose and bilirubin.

【0005】 血液成分のデータを得るための部位としての網膜の利用は、眼によって与えら
れた自然の窓のために、データを視覚化する容易さを含む、幾つかの利点を有す
る。視覚的に有効な波長の眼底からの反射光は、皮膚又は粘膜から反射された光
よりも、散乱がはるかに少ない、というのは、眼は散乱に対して本来的に免れて
いるからである。網膜は撮像用の一様な背景を作り、また、病気の状態の診断の
ために眼科医が網膜を撮像する必要があるため、網膜画像を得るのに必要とされ
る光学装置及び技術は広く開発研究されてきた。さらに、網膜への血流量は、多
くの病状にで、大変一様であり、かつ再現可能である。例えば、ショック状態の
患者は、皮膚や粘膜への血流量を減じており、皮膚や粘膜を検査する現行の技術
では、間違ったデータを取らせるけれども、身体は、極端に低い血圧の状態の場
合を除いて、網膜への一様な血流量を維持する。その上、本発明では、装置と皮
膚又は粘膜との間に要求される物理的接触がなく、それによって、患者の接触を
要求する装置と関連した病原体の伝染の可能性を除去する。装置は、使用の容易
さのために患者の眼に当てられ、所望ならば、病原体の感染の危険性をさらに最
小にするために、使い捨てのプラスチックカバーを使用することができる。かか
るカバーは、透明で、撮像装置の要求及び装置との偶発的な接触を防ぐ必要性に
応じて、装置を完全に覆ってもよいし、覆わなくともよい。
The use of the retina as a site for obtaining blood component data has several advantages, including the ease of visualizing the data due to the natural window provided by the eye. Light reflected from the fundus of a visually effective wavelength is much less scattered than light reflected from the skin or mucous membranes because the eye is inherently immune to scattering. . Since the retina creates a uniform background for imaging and the ophthalmologist needs to image the retina for diagnosis of disease states, the optical devices and techniques needed to obtain retinal images are widespread. Has been researched and developed. Moreover, blood flow to the retina is highly uniform and reproducible in many medical conditions. For example, a shocked patient has reduced blood flow to the skin and mucous membranes, and current techniques for examining the skin and mucous membranes give false data, but the body is exposed to extremely low blood pressure. Maintain a uniform blood flow to the retina. Moreover, the present invention eliminates the required physical contact between the device and the skin or mucous membranes, thereby eliminating the potential transmission of pathogens associated with the device requiring contact with the patient. The device is placed in the patient's eye for ease of use, and if desired, a disposable plastic cover can be used to further minimize the risk of pathogen infection. Such a cover is transparent and may or may not completely cover the device, depending on the needs of the imaging device and the need to prevent accidental contact with the device.

【0006】 発明によれば、網膜撮像用の手持ち機器又は定置機器は、光反応物、その一例
は血清ビリルビンである、の非観血的な測定を得るのに使用される。可視領域の
選択された波長の照明光は、眼の中へ眼底上に投射される。血清ビリルビンを測
定することができるように、照明光の特別の波長が選択される。眼底からの反射
画像の分析が、ビリルビンを測定するのに利用される。視神経乳頭上に位置する
血管からの反射光の測定が、本発明によれば好まれるけれども、典型的には、一
般的に、眼底から反射した光からビリルビン測定値を得ることも可能である。
According to the invention, a handheld or stationary instrument for retinal imaging is used to obtain a non-invasive measurement of a photoreactant, an example of which is serum bilirubin. Illumination light of a selected wavelength in the visible region is projected onto the fundus into the eye. The particular wavelength of the illumination light is chosen so that serum bilirubin can be measured. Analysis of the reflex image from the fundus is used to measure bilirubin. Although measurement of reflected light from blood vessels located on the optic disc is preferred according to the invention, it is also generally possible to obtain bilirubin measurements from light reflected from the fundus of the eye.

【0007】 血清ビリルビンレベルが正常より高い(例えば、新生児黄疸)病気の状態の間
、ビリルビンは脈絡膜から網膜の神経層の中へ押し出される。新生児黄疸の間、
この神経層は、高いビリルビンレベルにより黄色く着色する。この黄色い色は、
高い血清ビリルビンレベルに正比例し、血清ビリルビンの変化と共に迅速に変化
する。ビリルビン分子は、470nmで光の最大吸収を示す。しかしながら、こ
の波長の又はこの波長に近い光に曝されると、分子は、光学的に不活性な分子に
分解する。完全なビリルビン分子は、約550nm(黄色光)の波長の及びこの
波長に近い光を反射し、この光によって影響されない。本発明では、患者の眼の
網膜は、まず、ビリルビンを分解しない光、例えば、470nmの光はほとんど
又は全くなくて、550nmの波長の光で撮像される。550nmの最大反射波
長の又はそれに近い反射光の強度が検出される。次いで、網膜は、眼の中へ投射
される、ビリルビンを分解する光を使用して、例えば、550nmの光が続き、
又は550nmの光と組み合わせた470nmの光を使用して、再び撮像される
。瞳孔から出た550nmの反射光が、二度目に網膜を撮像するために検出され
る。470nmの光の追加で、ビリルビン分子は、光学的に不活性にされ、55
0nmで最早反射しない。第一の画像から第二の画像までの550nmの反射画
像強度の差は、ビリルビン濃度の関数である。ニューラルネットワーク又は他の
処理技術を、網膜カメラによって捕捉された画像の二つのデータセットを分析す
るのに使用してもよい。
During conditions of illness where serum bilirubin levels are above normal (eg, neonatal jaundice), bilirubin is extruded from the choroid into the neural layer of the retina. During the newborn jaundice,
This nerve layer is colored yellow due to high bilirubin levels. This yellow color is
It is directly proportional to high serum bilirubin levels and changes rapidly with changes in serum bilirubin. The bilirubin molecule exhibits a maximum absorption of light at 470 nm. However, when exposed to light at or near this wavelength, the molecule decomposes into optically inactive molecules. The complete bilirubin molecule reflects light at and near the wavelength of about 550 nm (yellow light) and is unaffected by this light. In the present invention, the retina of the patient's eye is first imaged with light at a wavelength of 550 nm with little or no light that does not degrade bilirubin, eg, 470 nm light. The intensity of the reflected light at or near the maximum reflection wavelength of 550 nm is detected. The retina is then followed by light that is projected into the eye, which decomposes bilirubin, for example, followed by light at 550 nm,
Or it is imaged again using 470 nm light combined with 550 nm light. Reflected light at 550 nm from the pupil is detected for the second time to image the retina. With the addition of 470 nm light, the bilirubin molecule is rendered optically inactive and 55
No longer reflects at 0 nm. The difference in reflected image intensity at 550 nm from the first image to the second image is a function of bilirubin concentration. Neural networks or other processing techniques may be used to analyze the two data sets of images captured by the retinal camera.

【0008】 更なる目的、特徴及び利点は、添付の図面に関連してなされるとき、以下の詳
細な説明から明らかにされるであろう。
Further objects, features and advantages will be made apparent from the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings.

【0009】 (発明の詳細な説明) 本発明は、種々の分析物を測定するのに使用される。これらの分析物は、光反
応性であってもよいし非光反応性であってもよい。下の表1は、光反応性分析物
及び非光反応性分析物の測定のための、本発明による好ましい方法論の例を要約
する。しかしながら、これらは、本発明を用いて測定することができる分析物の
例示であるに過ぎないことを理解すべきである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is used to measure a variety of analytes. These analytes may be photoreactive or non-photoreactive. Table 1 below summarizes examples of preferred methodologies according to the invention for the determination of photoreactive and non-photoreactive analytes. However, it should be understood that these are merely examples of analytes that can be measured using the present invention.

【表1】 [Table 1]

【0010】 装置の説明 図面を参照すると、図1が、図1中に10で説明的に示す患者の眼と共に、発
明の血液分析装置を示す。血液分析装置は、照明光を必ずしも直接でないけれど
も全体的に瞳孔を通して眼底に投射するための、眼底から反射し瞳孔から出た光
を受けるための、かつ、その光を合焦させて像を形成するためのレンズで構成さ
れた光学装置11を有する。レンズは、好ましくは、眼の角膜近くに(例えば、
角膜から約3mm)に位置決めすることができ、かつ、照明され、かつ、撮像さ
れるべき網膜の10乃至30度の円錐視界を与える最終レンズを有する。かかる
レンズ系は、在来の設計のものであり、また、網膜ビデオカメラのマクロビュー
(macroview)レンズ系に利用される。
Device Description Referring to the drawings, FIG. 1 illustrates an inventive blood analysis device with the patient's eye illustratively shown at 10 in FIG. A blood analyzer is used to project illumination light, though not necessarily directly, through the pupil to the fundus, to receive light reflected from the fundus and out of the pupil, and to focus the light to form an image. The optical device 11 is composed of a lens for The lens is preferably near the cornea of the eye (eg,
It has a final lens that can be positioned approximately 3 mm from the cornea and that provides a 10-30 degree conical view of the retina to be illuminated and imaged. Such a lens system is of conventional design and is used in the macroview lens system of retinal video cameras.

【0011】 照明装置12は、網膜を観察しかつ撮像するための選択された照明光を提供す
る。照明装置は、好ましくは、網膜を観察しかつ撮像するための光を提供する、
単色又は多不連続波長光源である。好ましくは、照明装置は、眼の内部又は外部
からの無関係な反射の可能性を減ずるために、観察用の光と撮像用の光を同軸に
提供する。照明装置からの光は、瞳孔を通して投射される。この光源の周波数成
分は、分析されるべき化合物に応じて選択される。照明光は、撮像用のキセノン
ストロボ又は多レーザーダイオード、及び観察用のハロゲン光源のような、二つ
(又はそれ以上)の別々の照明装置で構成されるのがよい。赤外撮像は、濾光さ
れたハロゲン光源又はレーザーダイオード光源を利用して行われるのがよい。光
は、眼10の眼底から反射され、眼の瞳孔の開口を通過して光学装置11に、そ
して、照明装置12を通過して、例えば電荷結合デバイス(CCD)検出器22
に入る。照明装置12は、好ましくは、照明及び撮像のための同軸設計を提供す
るよう変更された、既存の非散瞳眼底カメラに使用される装置と同じあるのがよ
い。観察装置14、例えば液晶表示(LCD)スクリーンは、画像データを受け
て、リアルタイムで、光学装置からの画像に基づいて、患者の網膜を最初に位置
決めするためにオペレータが使用する画像を表示する。同軸の「シーン」即ち視
覚目標が、デバイスの視野に含まれるので、患者は、このシーンをじっと見つめ
て、眼の動きを減らすことができる。眼の動きを減らすのに加えて、視覚目標の
位置は、視神経乳頭をCCD検出器のほぼ中心へ持ってくるであろう。子供用の
デバイスでは、シーンは、親しい動物のような視覚的に楽しい対象を含むのがよ
い。網膜撮像用に設計された、現在商業的に入手できるビデオカメラでは、典型
的には、LCD(又は他の表示)スクリーンが、ケーブルによって手持ちカメラ
に取り付けられた卓上電源上に設置される。かかる表示装置を本発明に使用して
もよいが、患者の眼とLCDスクリーンとを同じ視線上に有して、オペレーター
が網膜をより容易に位置決めすることができるように、LCDスクリーン(又は
他の表示装置)は、好ましくは、手持ちカメラユニットの後に配置される。本発
明で変形されかつ利用され、そして、光学装置11及び照明装置を含む、現在の
網膜ビデオカメラ装置は、ニデックのNM100手持ち非散瞳眼底カメラとトプ
コンのTRC−50EX(TRC−NW5S/TRC−NW5SF)非散瞳網膜
カメラを含む。ニデックのNM100カメラは、赤外線源をもった同軸撮像装置
を利用し、撮像が光学装置の外側の反射光により行われる。本発明は、散大させ
た眼の瞳孔で実施されてもよいけれども、網膜の撮像を、計測速度及び患者の便
宜のために、瞳孔の散大を要求することなく実施することが好ましい。カメラは
、好ましくは、無縁の反射及び光学ノイズの導入を最小にするために、周囲の光
が光学装置11に入るのを防止する遮蔽体(図示せず)を有する。
Illuminator 12 provides selected illumination light for viewing and imaging the retina. The illuminator preferably provides light for viewing and imaging the retina,
It is a monochromatic or multi-discontinuous wavelength light source. Preferably, the illuminator provides viewing light and imaging light coaxially to reduce the possibility of extraneous reflections from inside or outside the eye. Light from the illuminator is projected through the pupil. The frequency components of this light source are selected depending on the compound to be analyzed. The illumination light may consist of two (or more) separate illumination devices, such as a xenon strobe or multi-laser diode for imaging and a halogen light source for viewing. Infrared imaging may be performed using a filtered halogen light source or laser diode light source. The light is reflected from the fundus of the eye 10, passes through the aperture of the pupil of the eye to the optical device 11, and then passes through the illumination device 12, eg, a charge coupled device (CCD) detector 22.
to go into. The illuminator 12 is preferably the same device used in existing non-mydriasis fundus cameras, modified to provide a coaxial design for illumination and imaging. A viewing device 14, such as a liquid crystal display (LCD) screen, receives the image data and displays, in real time, an image used by an operator to initially position the patient's retina based on the image from the optical device. A coaxial "scene" or visual target is included in the field of view of the device so that the patient can gaze at the scene and reduce eye movement. In addition to reducing eye movement, the location of the visual target will bring the optic disc to approximately the center of the CCD detector. For children's devices, the scene may include visually pleasing objects such as familiar animals. In currently commercially available video cameras designed for retinal imaging, an LCD (or other display) screen is typically installed on a tabletop power supply attached to the handheld camera by a cable. Although such a display device may be used in the present invention, the LCD screen (or other) may be used to have the patient's eye and the LCD screen in line of sight to allow the operator to more easily position the retina. Display device) is preferably arranged after the handheld camera unit. The current retinal video camera device modified and utilized in the present invention and including the optical device 11 and the illuminator is a NIDEK NM100 handheld non-mydriatic fundus camera and TOPCON TRC-50EX (TRC-NW5S / TRC-). NW5SF) non-mydriatic retinal camera. The Nidek NM100 camera utilizes a coaxial imager with an infrared source and imaging is accomplished by reflected light outside the optical device. Although the present invention may be performed with the dilated pupil of the eye, it is preferred that imaging of the retina be performed without requiring dilation of the pupil for measurement speed and patient convenience. The camera preferably has a shield (not shown) that prevents ambient light from entering the optical device 11 in order to minimize the introduction of inconsistent reflections and optical noise.

【0012】 光学装置11はまた、視神経乳頭を自動的に見つけて焦点に合わせるために、
これも光学装置11に接続された画像捕捉装置17からのフィードバックを利用
する位置決め焦点装置16と接続する。コンボルバー(convolver)又は他のパ
ターン認識ソフトウエアを、視神経領域の円形パターンを見つけることによって
視神経乳頭領域を探索するのに利用してもよい。パターン認識情報を使用して、
視神経乳頭を視野の中心により正確に位置決めした後、視神経乳頭領域がCCD
(又は他の検出器)の活性領域を実質的に満たすように、画像を光学装置11の
一連のレンズを使用して拡大するのがよい。視神経乳頭が、視野の中心に置かれ
、そして、視野のほとんどを占めるように、光学装置は、好ましくは、光学系を
ズーミングしながら眼底の移動を追跡する。光学装置を、レンズ系をわずかにジ
ンバルで支持するモーター駆動装置により、眼底の運動を追跡するように形成す
るのがよい。この運動装置は、パターン認識ソフトウエアのフィードバックを利
用して閉ループ法で駆動されかつ制御される。
The optical device 11 is also provided for automatically finding and focusing the optic disc,
This also connects to a positioning focus device 16 which utilizes feedback from an image capture device 17 connected to the optical device 11. A convolver or other pattern recognition software may be used to search the optic disc area by finding a circular pattern of the optic area. Using pattern recognition information,
After positioning the optic disc more accurately in the center of the visual field,
The image may be magnified using a series of lenses of the optical device 11 so as to substantially fill the active area (or other detector). The optical device preferably tracks the movement of the fundus while zooming the optics so that the optic disc is centered in and occupies most of the visual field. The optics may be configured to track fundus movements by a motorized drive that slightly supports the lens system with gimbals. The motion device is driven and controlled in a closed loop method utilizing the feedback of pattern recognition software.

【0013】 画像捕捉装置17は、オペレータによって選択的に制御され、特徴及びパター
ン認識を使用して、位置決め及び自動焦点装置16を駆動し、分析に適当な画像
を捕捉して、これを記憶する。画像捕捉それ自体は、ディジタルスチルカメラに
よって行われる機能に似ている。画像捕捉装置は、特徴及びパターン認識を利用
して、位置決め及び自動焦点装置を駆動し、分析に適当な画像を捕捉してこれを
記憶することができる。商業的に入手できるパターン認識ソフトウエアを使用す
るのがよい。実際の撮像は、好ましくは、心収縮期検知装置13により眼の構造
の周りの患者の皮膚を通して血管から検知される患者の血流量に基づいて、時間
合わせされるのが好ましい。網膜から反射された光は、好ましくは検出され、画
像が心収縮時に形成され、かくして、網膜の脈管構造内の最大血流量を確保する
。患者の心収縮状態の検出は、商業的に入手できる血圧変換器のような、普通に
知られている任意の手段により行われてもよい。画像分析装置18は、画像捕捉
装置17と接続されて、網膜から反射された光を解析し、存在する特定の目標分
析物化合物の量を量的に決定する。その結果は、出力装置20を介して、オペレ
ータに表示されるのがよい。この出力装置は、その結果、並びに、データの捕捉
と関連した任意のフィードバックを示し、そして、LCD表示スクリーン又は他
の表示装置を含むのがよい。
The image capture device 17, selectively controlled by the operator, uses feature and pattern recognition to drive the positioning and autofocus device 16 to capture and store an image suitable for analysis. . The image capture itself resembles the function performed by a digital still camera. The image capture device can utilize feature and pattern recognition to drive a positioning and autofocus device to capture and store an image suitable for analysis. It is preferable to use commercially available pattern recognition software. The actual imaging is preferably timed based on the patient's blood flow as sensed by the systolic sensing device 13 from blood vessels through the patient's skin around the structure of the eye. The light reflected from the retina is preferably detected and an image is formed during systole, thus ensuring maximum blood flow within the retinal vasculature. Detection of the systolic state of the patient may be done by any of the commonly known means, such as commercially available blood pressure transducers. The image analyzer 18 is connected to the image capture device 17 and analyzes the light reflected from the retina to quantitatively determine the amount of the particular target analyte compound present. The result may be displayed to the operator via the output device 20. This output device presents the result, as well as any feedback associated with the capture of data, and may include an LCD display screen or other display device.

【0014】 図2に示すような修正した撮像方法論を使用してもよいし、この場合には、撮
像デバイス21が(普通のビデオカメラで利用されるものと同様でもよい)走査
モードで機能して、網膜の多画像を画像捕捉装置17に与える。次いで、画像認
識装置15は、画像捕捉装置17によって記憶された一連の画像から有効な画像
を選択するように働く。いったん、適当な画像の選択が行われると、所望の分析
物の大きさの計算が、既に述べたように画像分析装置18を使用して行われる。
画像の有効性は、焦点、眼底の中心までの近さ、及び画像中の眼底の傾きに基づ
かれる。
A modified imaging methodology as shown in FIG. 2 may be used, in which case the imaging device 21 functions in scan mode (which may be similar to that used in a normal video camera). Then, multiple images of the retina are provided to the image capturing device 17. The image recognizer 15 then acts to select a valid image from the series of images stored by the image capture device 17. Once the appropriate image selection has been made, the calculation of the desired analyte size is performed using the image analyzer 18 as previously described.
The effectiveness of an image is based on the focus, the proximity to the center of the fundus, and the tilt of the fundus in the image.

【0015】 図3は、光学装置11を取り付けた本発明の分析装置用の手持ちカメラ及び照
明ユニットを示し、図4は、オペレータが、リアルタイム基準で、得られている
網膜の画像を観察することを可能にする出力観察装置14を手持ちユニット25
の後端に示す。所望ならば、要求された波長の光を透過させるように選択された
、使い捨ての透明なプラスチック(例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ
プロピレン等)を、使用中、照明ユニット25をカバーするのに使用し、次いで
、感染症の伝染の危険性を最小にするために、処分するのがよい。眼の感染症は
、特に新生児では普通であり、カバーは、これらの感染症の予防を助ける。その
上、カバーは、眼窩の周りの皮膚と接触する柔らかい部分(例えば、発泡体)を
含むのがよい。これは、カバーを気持ち良くし、更に、測定中、周囲の光がカメ
ラレンズに入るのを防止する。
FIG. 3 shows a handheld camera and illumination unit for the analysis device of the present invention with the optical device 11 attached, and FIG. 4 shows the operator observing the image of the retina obtained on a real-time basis. Unit 25 for holding the output observation device 14 that enables the
Shown at the rear end. If desired, a disposable transparent plastic (eg polyethylene, polystyrene, polypropylene, etc.), selected to transmit the required wavelength of light, is used to cover the lighting unit 25 during use, It can then be disposed of to minimize the risk of transmission of the infectious disease. Eye infections are common, especially in newborns, and covers help prevent these infections. Moreover, the cover may include a soft portion (eg, foam) that contacts the skin around the orbit. This makes the cover comfortable and also prevents ambient light from entering the camera lens during the measurement.

【0016】 現在入手可能なCCD検出器は、約1000nmよりも長い波長に敏感でない
かもしれない。これらの長い波長の感知を必要とする分析物を測定する場合、他
の方策を用いるのがよい。その代わり、照明光源は、網膜上の関心領域を横切っ
て走査され、反射ビームは、標準のCCDの感度以上の赤外線(IR)波長に感
応する単一センサー(又は、小さな多数のセンサー)によって読み取られる。こ
の方法を使用して、所望ならば、網膜画像をデジタル的に再現しても良い。
Currently available CCD detectors may not be sensitive to wavelengths longer than about 1000 nm. Other strategies may be used when measuring analytes that require sensing of these long wavelengths. Instead, the illumination source is scanned across the region of interest on the retina and the reflected beam is read by a single sensor (or multiple small sensors) sensitive to infrared (IR) wavelengths above the sensitivity of standard CCDs. To be This method may be used to digitally reproduce the retinal image if desired.

【0017】 図5に示すように、画像処理及び分析は、データを画像捕捉装置17から画像
分析装置18が実行される遠隔地(即ち、インターネットによってリンクされた
世界中の任意の場所)の集中コンピュータに送るために、有線又は無線インター
ネットリンク(又は、専用通信リンク)を使用することによって、臨床環境から
遠隔の場所で行なわれるのがよい。出力装置20からの出力データを、アクセス
リンク29を介して、診療所の観察装置14に(又は、所望ならば、他の場所に
)戻すのがよい。
As shown in FIG. 5, image processing and analysis centralizes data from image capture device 17 to a remote location (ie, anywhere in the world linked by the Internet) where image analysis device 18 is executed. It may be done at a location remote from the clinical environment by using a wired or wireless internet link (or a dedicated communication link) to send to the computer. The output data from the output device 20 may be returned to the clinic's viewing device 14 (or, if desired, elsewhere) via the access link 29.

【0018】 (非光反応性分析物(ヘモグロビン)の測定) 多ビームスプリッター(multiple beam splitter)を使用して、ヘモグロビン
を検出するための装置のある実行では、眼から戻る視神経乳頭の画像が、三つの
同時の等しい像に分割される。次いで、各画像を、画像について640、766
及び800nmの好ましい波長の、フィルターに通す。光の異なる波長が、グル
コースのような他の物質の分析に使用される。これらの好ましい波長は、ヘモグ
ロビンの正確な測定をもたらすであろうが、可視又は近赤外線の他の波長をも、
ヘモグロビンに、この発明によって効果的に使用することができる。
Measurement of Non-Photoreactive Analyte (Hemoglobin) In one implementation of the device for detecting hemoglobin using a multiple beam splitter, an image of the optic disc that returns from the eye Divided into three simultaneous equal images. Each image is then 640,766 for the image.
And at a preferred wavelength of 800 nm. Different wavelengths of light are used to analyze other substances such as glucose. These preferred wavelengths would result in an accurate measurement of hemoglobin, but also other wavelengths in the visible or near infrared,
The present invention can be effectively used for hemoglobin.

【0019】 酸素飽和の異なるレベルを計算することを必要としないで、ヘモグロビン濃度
の正確な測定値を得るために、ヘモグロビンの測定を、オキシヘモグロビンとデ
オキシヘモグロビンの消光計数が一致する光の波長を使用して本発明で実施する
ことができる。かくして、その波長でのエネルギーの全体の吸収は、全体のヘモ
グロビンに比例する。かかる波長の例は、550nm及び800nmである。照
明波長の関数として、オキシヘモグロビン(HbO2)及びデオキシヘモグロビ
ン(Hb)の吸収曲線を図11に示す。そこに示したように、吸収曲線は、約3
80nm乃至580nm、特に約530nm乃至580nmの波長範囲内で、ほ
ぼ一致し、これらの範囲のほとんどの(又は、全ての)波長を使用させる。
In order to obtain an accurate measurement of hemoglobin concentration without the need to calculate different levels of oxygen saturation, the hemoglobin measurement is carried out by measuring the wavelength of light at which the extinction counts of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin match. It can be used and practiced in the present invention. Thus, the total absorption of energy at that wavelength is proportional to the total hemoglobin. Examples of such wavelengths are 550 nm and 800 nm. The absorption curves for oxyhemoglobin (HbO 2 ) and deoxyhemoglobin (Hb) as a function of illumination wavelength are shown in FIG. As shown there, the absorption curve is about 3
Within the wavelength range of 80 nm to 580 nm, especially about 530 nm to 580 nm, there is a near match, and most (or all) wavelengths in these ranges are used.

【0020】 好ましく分析に使用される領域は、視神経乳頭上に位置する網膜動脈及び網膜
静脈である。ヒッカム等による先の仕事は、視神経乳頭が眼底に差し向けられた
光で照明されるとき、その視神経乳頭が、視神経乳頭上に位置する網膜血管に光
を差し向ける光源として働くことを提唱した。「写真手法による被験者の網膜静
脈血の酸素飽和の研究」1963年3月刊、第XXVII巻、pp.375−3
85参照。当時、ヒッカム等は、これらの血管は血液で満たされたキュベットと
して機能し、キュベットを、これらの血管を通過して瞳孔から放出された光から
測定されるスペクトルパターンによって分析することができると考えた。実際に
は、光は、ヒッカム等が提唱したように、これらの血管を通過せず、視神経乳頭
から反射せず、そして、再びこれらの血管を通過しない。その代わり、光は、こ
れらの血管の表面、及びこれらの血管内の血液成分から直接反射する。本発明で
は、網膜動脈は、各選択された波長での信号の大きさを測定することによって分
析される副目標領域である。これは、各選択された波長での網膜動脈に相当する
副目標領域に対する画素の有効な反射画像強度を決定することによって行われる
。副目標領域内で、血液の最高濃度は、各測定波長での最高吸収を観察すること
によって決定される。次いで、副目標領域を、この最高濃度によって標準化され
、そして、コンボルバー(convolver)のような任意の普通のデジタル平均技術
を使用して平均するのがよい。副目標領域内で、ヒストグラムを作って、平均後
の異なる信号レベルを表す。次いで、ヒストグラム値及び局所的な強度の変化率
を表す値からなるこれらのデータは、分析用の分析プログラム、例えばニューラ
ルネットワークへの直接入力である。コンピュータで実行されるニューラルネッ
トワークは、好ましくは、既知の血液濃度との比較の画素データを分析するのに
利用される。好ましいタイプのニューラルネットワークは、バックプロパゲーシ
ョンである。
The area preferably used for analysis is the retinal artery and vein located on the optic disc. Previous work by Hickam et al. Proposed that when the optic disc is illuminated with light directed to the fundus, the optic disc serves as a light source that directs light to the retinal vessels located on the optic disc. "Study of oxygen saturation of retinal venous blood of subjects by photographic method", March 1963, Volume XXVII, pp. 375-3
See 85. At that time, Hickam et al. Believed that these vessels would function as blood-filled cuvettes, which could be analyzed by a spectral pattern measured from the light emitted from the pupil through these vessels. It was In fact, light does not pass through these vessels, does not reflect from the optic disc, and does not pass through these vessels again, as suggested by Hickam et al. Instead, light reflects directly from the surface of these blood vessels and blood components within these blood vessels. In the present invention, the retinal artery is a sub-target area that is analyzed by measuring the magnitude of the signal at each selected wavelength. This is done by determining the effective reflection image intensity of the pixel for the sub-target area corresponding to the retinal artery at each selected wavelength. Within the sub-target area, the maximum concentration of blood is determined by observing the maximum absorption at each measurement wavelength. The sub-target areas are then normalized by this highest concentration and may be averaged using any conventional digital averaging technique such as a convolver. Within the sub-target area, a histogram is created to represent the different signal levels after averaging. These data, which then consist of histogram values and values representing the rate of change of the local intensity, are the direct inputs to an analysis program for analysis, eg a neural network. A computer implemented neural network is preferably utilized to analyze the pixel data for comparison with known blood concentrations. A preferred type of neural network is backpropagation.

【0021】 ある網膜画像から他の網膜画像までの照度の差の影響は、好ましくは、視神経
乳頭の背景照度を血管照度と比較して、照度差について「ゼロにする」ことによ
って消される。これにより、副目標領域からの入力を、患者と患者の間、及びカ
メラとカメラの間で一致させるようにする。
The effect of the difference in illuminance from one retinal image to another is preferably eliminated by comparing the background illuminance of the optic disc with the vascular illuminance and “zeroing” the illuminance difference. This ensures that the inputs from the sub-target areas are matched between patients and between cameras.

【0022】 本発明は、上述したように図1及び図2の装置を用いて、「リアルタイム」の
ベースで、実施されるのに適しているけれども、走査されかつ処理された写真眼
底画像を使用して実行してもよい。写真画像を使用する本発明の例として、個人
のグループを検査して、本発明を利用してヘモグロビンレベルを測定する。普通
のインビトロ検査も、各個人から抜き取った血液の試料について行われた。臨床
データが、以下のように得られた。各眼科医は、既に眼を散大させた患者を、研
究のために、委託することに同意した。医師は、患者に、もしできたら、ヘモグ
ロビンの検査のために、眼を写真に撮らせ、かつ、血液を採らせることに同意し
てもらえないかと頼んだ。インフォームドコンセントの書類に、各患者が署名し
た。診療所の一員としての網膜撮影者は、それぞれの網膜写真を撮った。使用し
たスライドフィルムは、コダクローム64セレクト(Kodachrome 64 select)で
、ロールあたり24コマであった。網膜撮影者は、中心窩を写真の中心に位置さ
せて、各眼を撮った。各写真について口径、シャッタースピード及び照度を含む
ちょうど同じ条件が用いられた。秘密性を保証し、かつ、各患者の正確な追跡を
可能するコードが各患者に与えられた。コードが各写真に現われ、同じコードが
血液チューブに現われた。
The present invention is suitable for being implemented on a “real time” basis using the apparatus of FIGS. 1 and 2 as described above, but using scanned and processed photographic fundus images. You may execute it. As an example of the present invention using photographic images, a group of individuals is examined to utilize the present invention to measure hemoglobin levels. Routine in vitro tests were also performed on blood samples drawn from each individual. Clinical data were obtained as follows. Each ophthalmologist agreed to refer patients who had already dilated their eyes for the study. The doctor asked the patient if they could agree to have their eyes photographed and blood drawn for the test for hemoglobin. Informed consent documents were signed by each patient. The retina photographer as a member of the clinic took a picture of each retina. The slide film used was Kodachrome 64 select with 24 frames per roll. The retina photographer took each eye with the fovea in the center of the picture. Exactly the same conditions were used for each picture, including aperture, shutter speed and illumination. Each patient was given a code that assures confidentiality and allows accurate tracking of each patient. The code appeared in each picture and the same code appeared in the blood tube.

【0023】 有資格フレボトミストが、前腕前部の血液試料を各患者から得た。これらの血
液試料を、バキュテーナ(vacutainers)を用いて、後の分析のために紫頭のチ
ューブに吸い込ませた。チューブは、冷蔵され、その同じ晩を過した。分析に続
いて、もしもっと後の分析が要求されるならば、血液チューブを取っておく。血
液試料を、ヘモキュー(HemoCue(登録商標))B−ヘモグロビン分析器でヘモ
グロビン含有量について分析した。機械を、較正スライドで較正した。この装置
はCLIA認可され、試料を分析した技術者もCLIA認可された。各試料を、
正確な結果を確保するために、機械に三回流した。これらの結果を、患者のID
コードと一緒に記録した。コダクローム64セレクトスライドフィルムを、各網
膜写真について使用した。フィルムを、処理のためにコダック(Kodak)に送っ
た。コダックの現像所は、スライドの全部について、同じロットの化学薬品を使
用した。次いで、現像したスライドを、ポラロイド(Ploaroid)のスプリントス
キャン4000スキャナー(Sprintscan 4000 scanner)で、デジタルフォーマ
ット(ジェイペグファイル(jpeg file)に走査した。
A qualified flevotomist obtained a forearm blood sample from each patient. These blood samples were aspirated into purple-headed tubes for later analysis using vacutainers. The tubes were refrigerated and spent the same night. Following the analysis, save a blood tube if further analysis is required. Blood samples were analyzed for hemoglobin content on a HemoCue® B-hemoglobin analyzer. The machine was calibrated with a calibration slide. The device was CLIA approved and the technician who analyzed the sample was also CLIA approved. Each sample
The machine was flushed three times to ensure accurate results. These results are used to identify the patient's ID
Recorded with the code. Kodachrome 64 Select slide film was used for each retinal photograph. The film was sent to Kodak for processing. Kodak Labs used the same lot of chemicals for all of the slides. The developed slides were then scanned in digital format (jpeg file) with a Polaroid Sprintscan 4000 scanner.

【0024】 各被験者の多画像を取り、そして、照明の均一性、焦点の質、照明軸線に対す
る中心窩の傾き、及び心収縮状態に基づいて、分析のために画像を選択した。ジ
ェイペグファイルにおけるRGB画像データの(標準化された)緑部分を、分析
のために使用し、そこで、緑=G/(R+G+B)であった。図11に示すよう
に、緑の波長範囲(約500nm乃至550nm)には、オキシヘモグロビンと
デオキシヘモグロビンの吸収が同様である。画像分析は、各選択された画像につ
いて、次のステップを進めた。
Multiple images of each subject were taken, and images were selected for analysis based on illumination uniformity, focus quality, foveal tilt with respect to the illumination axis, and systolic state. The (normalized) green part of the RGB image data in the JPEG file was used for analysis, where green = G / (R + G + B). As shown in FIG. 11, absorption of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin is similar in the green wavelength range (about 500 nm to 550 nm). Image analysis proceeded to the next step for each selected image.

【0025】 視神経乳頭を見つける。 完全に視神経乳頭に、直径が視神経乳頭よりも小さい、データの円形領域を作
る。 データをこの円内に、小さなコンボルバー(convolver)(0.5mm)で巻
き込んで、データを平滑にする。 円内の画素中の緑の最大レベル及び最小レベルを見つける。 この最低レベルを使用して、円内の全画素の値を標準化する。 円内の緑の勾配を計算する。 勾配の大きさの図心を見つける。 視神経乳頭内で、図心に中心をもつ直径が約0.5mmである画像の円(副目
標)を構成する。 (この手順は、副目標領域を、視神経乳頭の網膜血管内に位置決めする。) 副目標内の緑の最大レベルの25〜45%の範囲内に緑の大きさを有する画素
中のデータを使用して、値については5バケット、及び派生的な大きさについて
は5バケットで、この領域の類度図(ヒストグラム)を作る。 各大きさの範囲について、平均派生的(勾配)大きさ、及び平均大きさを計算
する。
Find the optic disc. Create a circular region of data at the optic disc that is smaller in diameter than the optic disc. The data is smoothed by wrapping the data in this circle with a small convolver (0.5 mm). Find the maximum and minimum levels of green in the pixels within the circle. This lowest level is used to standardize the values of all pixels within the circle. Calculate the gradient of green in a circle. Find the centroid of gradient magnitude. Within the optic disc, an image circle (sub-target) centered on the centroid and having a diameter of about 0.5 mm is constructed. (This procedure positions the sub-target region within the retinal vessels of the optic disc.) Use data in pixels with a green magnitude within 25-45% of the maximum level of green in the sub-target. Then, a similarity diagram (histogram) of this region is created with 5 buckets for the value and 5 buckets for the derivative size. For each size range, calculate the average derivative (slope) size and the average size.

【0026】 次いで、これらの値は、測定されたヘモグロビンをデータセットと関連するよ
うに訓練されたニューラルネットワークシミュレーションのような、学習アルゴ
リズムのための入力となる。
These values are then inputs for a learning algorithm, such as a neural network simulation trained to associate the measured hemoglobin with the data set.

【0027】 例示のために採用されたニューラルネットワークは、「バックプロパゲーショ
ン」ニューラルネットワークであり、これは、マトラボ(MATLAB)のマトラボツ
ールボックスバージョン5.3(MATLAB Toolbox of MATLAB Version 5.3)に含
まれる。
The neural network employed for purposes of illustration is a “backpropagation” neural network, which is included in Matlab Toolbox of MATLAB Version 5.3. .

【0028】 ニューラルネットワークは、次の技術によって、先に決定されたデータセット
を用いて訓練される。 (a)セットの総数から、(一つの画像を表わす)一つのデータセットを除去
する。 (b)残っているデータセットを使用して、上述したニューラルネットワーク
を訓練する。 (c)訓練したニューラルネットワークを使用して、上の(a)で除外したデ
ータセットからヘモグロビン値を計算する
The neural network is trained with the previously determined data set by the following technique. (A) Remove one data set (representing one image) from the total number of sets. (B) Train the neural network described above using the remaining dataset. (C) Calculate the hemoglobin value from the data set excluded in (a) above using a trained neural network

【0029】 上のニューラルネットワーク計算を繰り返すことによって、非観血的に計算さ
れた値対実際の実験値の曲線が作られる。
By repeating the above neural network calculations, a curve of non-invasively calculated values versus actual experimental values is created.

【0030】 本発明により決定された如き個人ごとのヘモグロビン濃度の測定値対インビト
ロの実験測定によって得られたヘモグロビン測定値を示す相関データが、図10
に示される。これらのデータは、本発明によって得られた測定値と、標準のイン
ビトロの実験技術によって得られた測定値との間の強い相関、即ち0.89を示
す。
Correlation data showing hemoglobin concentration measurements for each individual as determined by the present invention versus hemoglobin measurements obtained by in vitro experimental measurements are shown in FIG.
Shown in. These data show a strong correlation between the measurements obtained according to the invention and those obtained by standard in vitro laboratory techniques, ie 0.89.

【0031】 血液成分の血清濃度値の分析の結果は、出力装置20でオペレータに表示され
る。出力装置20は、表示装置のLCDスクリーンを利用して、データをオペレ
ータに示とともに、画像の捕捉又は装置に起こるどんな問題についてもフィード
バックする。画像が良好でなく、画像により装置に正確な血液値を計算させない
場合には、出力装置20は、好ましくは、オペレータに別の画像を捕捉させる。
The result of analysis of the serum concentration value of the blood component is displayed to the operator on the output device 20. The output device 20, utilizing the LCD screen of the display device, presents the data to the operator and provides feedback on image capture or any problems with the device. If the image is not good and the image does not cause the device to calculate an accurate blood value, the output device 20 preferably causes the operator to capture another image.

【0032】 患者の母集団の部分集合では、特定の解剖学上の眼の特徴のため、種々の光の
散乱の程度に遭遇するかもしれない。この光の散乱は、老人性白内障を含む種々
の病気の状態の結果かもしれない。散乱の程度を測定するために装置に偏向光源
を含ませる。直交偏向の戻り光を散乱の測定として使用する。このデータを、患
者間の散乱変数としてニューラルネットワークに送り込んで、装置にこの変数に
ついて計算させる。
In a subset of the patient population, different degrees of light scattering may be encountered due to particular anatomical eye characteristics. This light scattering may be the result of various disease states, including senile cataract. A polarized light source is included in the device to measure the degree of scattering. The orthogonally polarized return light is used as a measure of scatter. This data is fed into the neural network as a patient-to-patient scatter variable and the device is calculated for this variable.

【0033】 本発明の装置で測定される幾つかの分析物はまた、眼の前眼房内へ分泌される
。装置の前述の実施形態は、光を前眼房を通して網膜に差し向ける。網膜から戻
った画像は、眼のこの領域を再び通過する。眼のこの部分における分析物の存在
が、誤ったデータセットを作り、装置を不正確にすることがあった。したがって
、前眼房に存在するグルコースのような分析物を測定するときには、光を別の進
路に沿って網膜に差し向けるのがよい。装置から放出する照明光を、強角膜接合
部(角膜縁部)に近い角膜のちょうど横で眼の中へある角度で網膜の方に向ける
のがよい。この角度は、光が眼の前眼房を通過するのを回避する。次いで、出て
いく光が、眼の反対側で、ある角度で、即ち、再び強各膜接合部(角膜縁部)近
く角膜のちょうど横で検出されるであろう。眼の表面に近いこの領域は、電磁ス
ペクトルの可視範囲で光学的に透き通っていないけれども、グルコースのような
分析物を測定するのに必要とされるより長い波長(>1000nm)では透明で
ある。
Some analytes measured with the device of the invention are also secreted into the anterior chamber of the eye. The previously described embodiments of the device direct light through the anterior chamber of the eye to the retina. The image returned from the retina passes through this area of the eye again. The presence of analytes in this part of the eye could create erroneous data sets, making the instrument inaccurate. Therefore, when measuring analytes such as glucose present in the anterior chamber of the eye, light should be directed along the alternate path to the retina. Illumination light emitted from the device should be directed towards the retina at an angle into the eye just beside the cornea near the strong corneal junction (cornea limbus). This angle avoids light passing through the anterior chamber of the eye. The exiting light would then be detected on the opposite side of the eye, at an angle, again just beside the cornea near the scleral junctions (cornea limbus). This region near the surface of the eye, although not optically clear in the visible range of the electromagnetic spectrum, is transparent at longer wavelengths (> 1000 nm) required to measure analytes such as glucose.

【0034】 (光反応性分析物(ビリルビン)の測定) さらに、本発明によれば、光反応性分析物の濃度が、その光反応性を利用する
ことによって決定される。例えば、ビリルビン濃度が、ビリルビン分子が470
nmで光の最大吸収を示し、かつ、この波長で又はその近くでビリルビン分子は
光学的に非活性な分子に分解するという事実を利用して決定される。ビリルビン
分子はまた、470nm±30nmの範囲の光に曝されると、効果的に分解する
。ビリルビン分子は、普通、約550nm(黄色光)の波長で又はその近くで、
光を最大に反射する。本発明によれば、網膜のコマ落とし画像が作られ、そこで
は、第一画像が550nm(±30nm)で照明され、それに続いて、第二画像
が470nm(±30nm)で照明され、第三画像が550nm(±30nm)
で照明される。第二画像と第三画像とは、光反応性分析物が化学状態を変化させ
るのに十分時間が分離される。ビリルビンの場合、その変化はほとんど瞬間であ
り、二つの波長が、同時に並びに連続的に投射されるのがよい。第一の照射は、
光反応性分析物(この例ではビリルビン)を含む画像を提供し、第三の照射は、
光反応性分析物(この例ではビリルビン)なしで、この患者のための基準点を提
供する。光反応性分析物の濃度を、ニューラルネットワーク又は他の周知の分析
方法を用いて、第一の照射と第三の照射の相違に基づいて計算することができる
。550nm以外の波長の光も、かかる波長が分析物(この例ではビリルビン)
からの光化学反応を促進させない限り、網膜を照明するのに使用することができ
る。
(Measurement of Photoreactive Analyte (Bilirubin)) Further, according to the present invention, the concentration of the photoreactive analyte is determined by utilizing its photoreactivity. For example, the bilirubin concentration is 470
It is determined by the fact that it exhibits a maximum absorption of light in nm and that at or near this wavelength the bilirubin molecule decomposes into optically inactive molecules. Bilirubin molecules also effectively decompose when exposed to light in the range of 470 nm ± 30 nm. Bilirubin molecules are usually at or near the wavelength of about 550 nm (yellow light),
Maximum reflection of light. According to the invention, a time-lapse image of the retina is created in which the first image is illuminated at 550 nm (± 30 nm), followed by the second image at 470 nm (± 30 nm) and the third. Image is 550nm (± 30nm)
Illuminated by. The second and third images are separated by sufficient time for the photoreactive analyte to change its chemical state. In the case of bilirubin, the change is almost instantaneous and the two wavelengths should be projected simultaneously and consecutively. The first irradiation is
An image containing a photoreactive analyte (bilirubin in this example) is provided and the third irradiation is
Provide a reference point for this patient without a photoreactive analyte (bilirubin in this example). The concentration of the photoreactive analyte can be calculated based on the difference between the first irradiation and the third irradiation using a neural network or other known analysis method. For light with a wavelength other than 550 nm, such a wavelength has an analyte (bilirubin in this example).
It can be used to illuminate the retina as long as it does not promote the photochemical reaction from the.

【0035】 本発明のある実施形態では、図6を参照し、目標分析物としてビリルビンを用
いると、波長550nmの光が、ビーム30上で、部分透過性反射ミラー31に
差し向けられ、それを通過して、光路32上をビームスプリッター34に、それ
故に眼10へ差し向けられる。波長550nmの光は、網膜に差し向けられて、
第一画像を作る。470nmの光源からの光は、光路36上を部分ミラー31へ
与えられ、光路32上を、ビームスプリッター34を通して眼10へ反射される
。470nmの反射光は、要素34によって、光路37上を吸収器38へ向けら
れる。470nmの光は、大変短い時間間隔で、網膜上にパルスで送られる。4
70nmの光の各脈動で、ビリルビン分子は、光学的に不活性にされ、また、ビ
リルビン分子は、550nmで網膜から反射されない。図7に示すように、反射
された550nmの光の強度は、470nmの光の照明がないときの間隔40で
高く、470nmの光が当てられた間隔41で低い。各脈動でピークから谷まで
の反射光強度の差は、ビリルビン濃度の関数である。選択された時間間隔40及
び41は、網膜への血流量に依存する。図8が、血流量と時間の変化を示す。時
間間隔は、ビリルビンを含有する血液による網膜循環の部分的な充填があるよう
に要求される。本発明はまた、図9に示すように、ビリルビン濃度を測定するの
に470nm光の単一パルスの付与を用いて実施される。
In one embodiment of the present invention, referring to FIG. 6, using bilirubin as the target analyte, light at a wavelength of 550 nm is directed onto the partially transmissive reflective mirror 31 on the beam 30. It passes through and is directed on the optical path 32 to the beam splitter 34 and thus to the eye 10. Light with a wavelength of 550 nm is directed to the retina,
Make the first image. The light from the 470 nm light source is given to the partial mirror 31 on the optical path 36, and is reflected on the optical path 32 to the eye 10 through the beam splitter 34. The 470 nm reflected light is directed by element 34 on path 37 to absorber 38. The 470 nm light is pulsed onto the retina at very short time intervals. Four
With each pulse of light at 70 nm, the bilirubin molecule is rendered optically inactive, and the bilirubin molecule is not reflected from the retina at 550 nm. As shown in FIG. 7, the intensity of the reflected light of 550 nm is high in the interval 40 when there is no illumination of the light of 470 nm and low in the interval 41 when the light of 470 nm is applied. The difference in reflected light intensity from peak to valley for each pulsation is a function of bilirubin concentration. The time intervals 40 and 41 selected depend on the blood flow to the retina. FIG. 8 shows changes in blood flow and time. The time interval is required so that there is a partial filling of the retinal circulation with blood containing bilirubin. The present invention is also practiced with the application of a single pulse of 470 nm light to measure bilirubin concentration, as shown in FIG.

【0036】 次いで、画素値を構成する550nmの戻り光に対応するデータが、分析用の
ニューラルネットワーク又は他の周知の処置への直接入力である。ニューラルネ
ットワークは、好ましくは、ビリルビンの既知の血液濃度との比較のための画素
データを分析するのに利用される。470nmの光パルスの前後の550nmの
反射光からの画素データの差は、血清ビリルビンレベルの直接関数である。
The data corresponding to the 550 nm return light that makes up the pixel value is then the direct input to the neural network for analysis or other known procedure. Neural networks are preferably utilized to analyze pixel data for comparison with known blood concentrations of bilirubin. The difference in pixel data from the 550 nm reflected light before and after the 470 nm light pulse is a direct function of serum bilirubin level.

【0037】 ビリルビンの血清値の結果は、出力装置20でオペレータに表示されるのがよ
い。出力装置20は、データをオペレータに示すために、並びに、画像捕捉又は
装置について起こるどんな問題についてもフィードバックするために、観察装置
のLCDスクリーンを利用するのがよい。画像が良好でなく、装置に正確なビリ
ルビン血を計算させない場合には、出力装置20は、好ましくは、オペレータに
別の画像を捕捉させる。他の光反応性分析物を、上で論じたように、ビリルビン
の測定に類似の方法で測定するのがよい。
The result of the serum level of bilirubin may be displayed to the operator on the output device 20. The output device 20 may utilize the LCD screen of the viewing device to present the data to the operator as well as to feed back any image capture or any problems that may occur with the device. If the image is not good and does not allow the device to calculate accurate bilirubin blood, the output device 20 preferably causes the operator to capture another image. Other photoreactive analytes may be measured in a manner similar to the measurement of bilirubin, as discussed above.

【0038】 本発明は、例示としてここに述べた実施形態に限定されないが、特許請求の範
囲の範囲に入るような全ての形態を包含することが理解される。
It is understood that the invention is not limited to the embodiments described herein by way of example, but encompasses all such forms as come within the scope of the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明による血液成分の濃度の測定用装置の概略線図である。[Figure 1]   1 is a schematic diagram of an apparatus for measuring the concentration of blood components according to the present invention.

【図2】 本発明による血液成分の測定用装置の変形形態の概略線図である。[Fig. 2]   FIG. 6 is a schematic diagram of a modification of the blood component measuring device according to the present invention.

【図3】 本発明により利用される手持ち照明及びカメラ装置の概略側面図である。[Figure 3]   1 is a schematic side view of a handheld lighting and camera device used according to the present invention.

【図4】 図3の照明及びカメラ装置の例示の正面図である。[Figure 4]   FIG. 4 is an exemplary front view of the lighting and camera device of FIG. 3.

【図5】 遠隔処理装置との通信リンクを有する、本発明による更なる装置の概略線図で
ある。
FIG. 5 is a schematic diagram of a further device according to the invention having a communication link with a remote processing device.

【図6】 血液中のビリルビン濃度を測定するための、本発明による装置の簡単化した概
略線図である。
FIG. 6 is a simplified schematic diagram of a device according to the invention for measuring the concentration of bilirubin in blood.

【図7】 470nmでの眼の周期的な照明の効果を示す、時間の関数として網膜から反
射された550nmの光の強度の例示のグラフである。
FIG. 7 is an exemplary graph of the intensity of light at 550 nm reflected from the retina as a function of time showing the effect of periodic illumination of the eye at 470 nm.

【図8】 網膜血管の血流変化の影響を示す、時間と反射光強度の、図7と同じ、例示の
グラフである。
FIG. 8 is an exemplary graph of time and reflected light intensity, similar to FIG. 7, showing the effect of blood flow changes in retinal vessels.

【図9】 470nmの単パルス照明の影響を示す、網膜から反射した550nmの光の
強度のグラフである。
FIG. 9 is a graph of the intensity of 550 nm light reflected from the retina showing the effect of 470 nm monopulse illumination.

【図10】 本発明により測定されたヘモグロビン濃度と、標準インビトロ技術によって測
定された濃度との相関を説明するグラフである。
FIG. 10 is a graph illustrating the correlation between hemoglobin concentration measured according to the present invention and concentration measured by standard in vitro techniques.

【図11】 デオキシヘモグロビンとオキシヘモグロビンの波長の関数としての光吸収のグ
ラフである。
FIG. 11 is a graph of light absorption as a function of wavelength for deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedure for Amendment] Submission for translation of Article 34 Amendment of Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成13年11月9日(2001.11.9)[Submission date] November 9, 2001 (2001.11.9)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT,AU, AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C N,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DZ,EE ,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR, HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,K P,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU ,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX, NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,S G,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ ,UA,UG,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 リウー ジェイムズ エム アメリカ合衆国 ケンタッキー州 40517 レキシントン アピアン ウェイ 3751 #132 (72)発明者 ウィリアムズ ウィリアム ティー アメリカ合衆国 テネシー州 37659 ジ ョーンズボロー チェスナット グローヴ ロード 360 (72)発明者 ラウト ウィルソン アメリカ合衆国 ケンタッキー州 40503 レキシントン アルカディア パーク 119 Fターム(参考) 2G059 AA01 AA06 BB12 BB13 CC16 CC18 EE02 EE13 FF04 GG01 GG10 HH01 HH02 HH06 JJ02 JJ11 KK04 MM02 MM03 MM09 MM10 PP04 4C038 KK10 KL07 KX01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW ), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, C N, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EE , ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, K P, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU , LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, S G, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ , UA, UG, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Liu James M             United States Kentucky 40517               Lexington Appian Way 3751               # 132 (72) Inventor Williams William Tee             United States Tennessee 37659 The             Jones Born Chestnut Grove               Road 360 (72) Inventor Laut Wilson             United States Kentucky 40503               Lexington Arcadia Park             119 F term (reference) 2G059 AA01 AA06 BB12 BB13 CC16                       CC18 EE02 EE13 FF04 GG01                       GG10 HH01 HH02 HH06 JJ02                       JJ11 KK04 MM02 MM03 MM09                       MM10 PP04                 4C038 KK10 KL07 KX01

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 個人の血液成分の濃度の検出方法であって、 (a)選択された波長を有する光を個人の眼の中へ投射して眼底を照明するス
テップと、 (b)眼底から反射された光を検出し、血管を含む眼底の一部分の画像を形成
するステップと、 (c)画像における、血管からの検出された光の選択された波長成分を分析し
て、選択された血液成分の濃度を決定するステップと、 を含む方法。
1. A method for detecting the concentration of a blood component of an individual, comprising: (a) projecting light having a selected wavelength into the eye of the individual to illuminate the fundus; and (b) from the fundus. Detecting reflected light to form an image of a portion of the fundus containing blood vessels, and (c) analyzing selected wavelength components of the detected light from the blood vessels in the image to select the selected blood. Determining the concentration of the component.
【請求項2】 選択された血液成分はヘモグロビンである、請求項1に記載
の方法。
2. The method of claim 1, wherein the selected blood component is hemoglobin.
【請求項3】 選択された血液成分はグルコースである、請求項1に記載の
方法。
3. The method of claim 1, wherein the selected blood component is glucose.
【請求項4】 選択された血液成分はビリルビンである、請求項1に記載の
方法。
4. The method of claim 1, wherein the selected blood component is bilirubin.
【請求項5】 波長成分を分析するステップにおいて、血管に対応する画像
の領域からの光だけが分析される、請求項1に記載の方法。
5. The method of claim 1, wherein in the step of analyzing wavelength components only light from regions of the image corresponding to blood vessels is analyzed.
【請求項6】 眼の中へ投射された光は、可視領域又は近赤外線領域の波長
を含み、眼底から反射された光を検出することは、可視領域又は近赤外線領域の
光を検出することを含む、請求項1に記載の方法。
6. The light projected into the eye includes wavelengths in the visible region or near-infrared region, and detecting the light reflected from the fundus detects the light in the visible region or near-infrared region. The method of claim 1, comprising:
【請求項7】 画像を形成するステップは、眼の視神経乳頭上に位置する領
域内の血管の画像を形成し、波長成分を分析するステップは、視神経乳頭から反
射された光を分析する、請求項1に記載の方法。
7. The image forming step forms an image of blood vessels in a region located on the optic disc of the eye, and the step of analyzing the wavelength component analyzes the light reflected from the optic disc. The method according to Item 1.
【請求項8】 検査される個人の血流量を検知して、心収縮期を検出するこ
とを含み、この情報は、眼底から反射された光を検出し、かつ画像を形成するス
テップを時間合わせするのに使用される、請求項1に記載の方法。
8. Detecting blood flow in the individual being examined to detect systole, this information detecting the light reflected from the fundus and timing the forming of the image. The method of claim 1 used to do.
【請求項9】 一定時間にわたって、不連続時間に、眼底の多画像が形成さ
れ、 多画像から一つの画像を選択し、その画像を解析して血液成分の濃度を決定す
る、請求項1に記載の方法。
9. The method according to claim 1, wherein multiple images of the fundus are formed in discontinuous time over a certain period of time, one image is selected from the multiple images, and the images are analyzed to determine the concentration of blood components. The method described.
【請求項10】 画像は、多画像に分割され、多画像は、濾光された多画像
を得るために、異なる波長を通すフィルターに通され、 濾光された多画像を分析して、血液成分の濃度を決定する、請求項1に記載の
方法。
10. The image is divided into multiple images, the multiple images are filtered through different wavelengths to obtain a filtered multiple image, and the filtered multiple images are analyzed to obtain blood images. The method of claim 1, wherein the concentration of the component is determined.
【請求項11】 血液成分はヘモグロビンであり、多画像は、640nm、
766nm及び800nmの波長に集中された光を通すように濾光される、請求
項10に記載の方法。
11. The blood component is hemoglobin, the multi-image is 640 nm,
11. The method of claim 10, wherein the method is filtered to pass light concentrated at wavelengths of 766 nm and 800 nm.
【請求項12】 画像に対応するデータを、通信リンクを通して、遠隔地に
送るステップを有し、選択された波長成分を分析するステップを、遠隔地で行う
、請求項1に記載の方法。
12. The method of claim 1, comprising sending data corresponding to the image to a remote location over a communication link, the step of analyzing selected wavelength components being performed at the remote location.
【請求項13】 光を眼の中へ投射するステップは、光を眼の瞳孔を通して
眼底上に投射することによって行われる、請求項1に記載の方法。
13. The method of claim 1, wherein projecting light into the eye is performed by projecting light through the pupil of the eye and onto the fundus.
【請求項14】 光を眼の中へ投射するステップは、光を、角膜のちょうど
横、即ち強角膜接続部近くである角度で進路上に投射することによって行われる
、請求項1に記載の方法。
14. The method of claim 1 wherein the step of projecting light into the eye is performed by projecting the light onto the track just beside the cornea, ie at an angle that is near the scleral corneal junction. Method.
【請求項15】 個人の血液中の光反応性分析物の濃度を検出する方法であ
って、 (a)光反応性分析物を分解する波長の光を含まない波長を含む光を個人の眼
の中へ投射して眼底を照明し、眼底から反射された光を検出して、これらの波長
での反射光の強度を決定し、 (b)光反応性分析物を分解する波長を含む光を眼の中へ投射して眼底を照明
し、 光反応性分析物を分解しない波長を含む光を眼の中へ投射して眼底を照明し、
かつ、眼底から反射されたかかる光の強度を検出し、 (c)眼底に投射され検出された、光反応性分析物を分解する波長のない光の
強度と、光反応性分析物を分解する光が眼底上に投射されたときに、検出された
光の強度との差を決定し、その差から分析物の濃度を決定する方法。
15. A method for detecting the concentration of a photoreactive analyte in the blood of an individual, comprising: (a) applying light containing a wavelength that does not include a wavelength of light that decomposes the photoreactive analyte. Illuminating the fundus by projecting into it and detecting the light reflected from the fundus to determine the intensity of the reflected light at these wavelengths, and (b) light containing wavelengths that decompose the photoreactive analyte. To illuminate the fundus by projecting light into the eye, and illuminating the fundus by projecting light containing a wavelength that does not decompose the photoreactive analyte into the eye.
And detecting the intensity of such light reflected from the fundus, and (c) decomposing the photoreactive analyte, as well as the intensity of the light having no wavelength that decomposes the photoreactive analyte and is projected and detected on the fundus. A method of determining the difference between the detected light intensity and the intensity of the light when projected onto the fundus, and determining the concentration of the analyte from the difference.
【請求項16】 目標分析物は、ビリルビン又は関連した分子である、請求
項15に記載の方法。
16. The method of claim 15, wherein the target analyte is bilirubin or a related molecule.
【請求項17】 ビリルビンを分解しない光を投射するステップにおいて、
投射される光は、470nm±30nmの範囲の波長を含まない、請求項16に
記載の方法。
17. In the step of projecting light which does not decompose bilirubin,
17. The method of claim 16, wherein the projected light does not include wavelengths in the range of 470 nm ± 30 nm.
【請求項18】 ビリルビンを分解しない投射される光は、550nmに集
中した光を含む、請求項17に記載の方法。
18. The method of claim 17, wherein the projected light that does not degrade bilirubin comprises light concentrated at 550 nm.
【請求項19】 ビリルビンを分解する光を投射するステップは、470n
m±30nmの範囲の波長を有する光を投射することを含む、請求項17に記載
の方法。
19. The step of projecting light that decomposes bilirubin is 470n.
18. The method of claim 17, comprising projecting light having a wavelength in the range m ± 30 nm.
【請求項20】 ステップ(b)は、470nm及び550nmの波長を含
む光を同時に投射することを含む、請求項20に記載の方法。
20. The method of claim 20, wherein step (b) comprises projecting light comprising wavelengths of 470 nm and 550 nm simultaneously.
【請求項21】 ステップ(b)は、470nmの光を投射し、その後続い
て550nmの波長を含む光を投射して眼底を照明することによって行われ、眼
底から反射された550nmの光を検出する、請求項16に記載の方法。
21. Step (b) is performed by projecting light of 470 nm and then projecting light containing a wavelength of 550 nm to illuminate the fundus, and detecting light of 550 nm reflected from the fundus. The method of claim 16, wherein the method comprises:
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