JP2004245830A

JP2004245830A - 成型少量導波光学フォマット

Info

Publication number: JP2004245830A
Application number: JP2004011735A
Authority: JP
Inventors: Andrew J Dosmann; アンドリュー・ジェイ・ドスマン; Frank W Wogoman; フランク・ダブリュ・ワゴマン
Original assignee: Bayer Healthcare LLC
Current assignee: Bayer Healthcare LLC
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2004-09-02
Also published as: CN1517696A; AU2004200217A1; US8377381B2; CA2455218A1; US20040142370A1; EP1441214A2; EP1441214A3

Abstract

【課題】少ないサンプル量の一貫した光学分析を可能にするために、より広い直径の照射ビームを用いても、狭い光ビームが常にサンプルを正確に通過するようにした光学分析用フォマットを提供する。
【解決手段】照明入射口、照明入射口からの光を受けてサンプルが置かれる光学読み取り窓へ方向づける照明ガイド、サンプルを透過した光が検出出口の方へ導く検出ガイドを設けるとともに、入射ビームのうち過剰な光を照明光ガイドの方向から離れる方向に変更させる過剰照明方向変更機構を設け、サンプル収集用針又は毛細管とともに一体化した。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的には医療試験に関するもので、より具体的には、成型光学フォマットを用いる光学分析に関する。

発明の背景
近年、様々なタイプの医療分析が、ますます分散化しており、患者にとってもより近づき易くなってきた。体液の試験は、この分散化の一例を示す。以前には、医院で行なったり、多分、別の施設で分析しなければならなかった多くの試験が、今日では、患者が自宅にいながら、すみやかに安価に行うことができる。このような試験の１つの例には、血糖監視があり、糖尿病患者の間では広く使われている。

光学分析は、体液を分析するための便利な方法の１つとして示されている。光学的分析の典型的な適合として、光を液体に通過させることができるように適合される読取領域に、ある量の液体が収納される。液体中を通過する光は、集められて分析されるが、光が変化することによって、液体の重要な性質を医学的に示す。液体を、「フォマット」又は液体を集めて取り扱うためのプラットフォームを使って、読取領域の方へ方向づけることができる。

このような分析のために使われる液体の量は、大変少量であり、典型的には約５０ｎｌから約２５０ｎｌまでの範囲であるという問題が生ずる。このような少ないサンプルの量は、サンプルがその上に置かれ、分析のために光が通過する小さな読取領域又は読取窓の使用を要求する。例えば、約１．０ｍｍの光学読取領域が、多くの適合において適当である。

小さな窓を使う１つの結果は、最終目標がサンプルの光学的読取りを行うことであるときに、窓の端部での読取りを避けるために、より小さな光学読取直径が必要とすることである。例えば、１．０ｍｍの窓では、窓の端部での読み取りを避けるために、約０．７５ｍｍの光学読取領域が適切であろう。

典型的には、光学液体試験システムの小さな窓や小さな光学読取直径は、フォマット、照明、読み取り装置又は機器の間の厳しい機械公差を要求し、更に、ビームが、常にサンプルが位置する読取窓を確実に通過するように、狭い光ビームを要求する。上記の例において、フォマットと光学機器の間で、典型的な機械公差としてプラスマイナス０．３８１ｍｍ（光学機器のためのプラスマイナス０．２５４ｍｍの公差とフォマットの公差の組合せ）が必要である。アライメント公差を考慮するとき、常に確実にビームが窓を通過するために、わずか０．３６９ｍｍ（０．７５ｍｍ − ０．３８１ｍｍ）のビーム直径が必要となる。フォマットと光学機器の間の公差を増すことを許容し、更に、より広い直径の照明ビームを使用することを許容する使用が容易な液体光学試験用フォマットを有することが望まれる。

少量のサンプルを自己で試験する場合の更なる問題は、少ないサンプル量を突き刺して採集して分析する便利な方法がないことである。５０から２５０ｎｌのサンプル量は、消費者が容易に見るのには小さすぎ、また、光学フォマットに収納するのには難しすぎる。この問題によって、サンプルを簡易に採集することができる使用が容易な液体光学試験用フォマットが望まれることになる。

本発明の概要
本発明の１つの実施態様によれば、単体の導波光学フォマットは照明を受け、照明が液体サンプルを通過するように方向づけ、更に、結果としての出射光をフォマットから検出器の方へ方向づける。

本発明のその他の実施態様によれば、少量の液体サンプルの光学分析用成型光学フォマットは、照明入射口と、照明入射口からの光を受けて光学読み取り窓へ方向づける照明ガイドとを含む。このフォマットは、更に、光を検出出射口の方へ導く検出ガイドを含み、光はフォマットから放出されて検出器の方へ方向づけられる。

本発明の更に他の実施態様によれば、液体の光学分析を行う方法では、液体サンプルを集めて貯蔵する単一の光学フォマットを用い、更に、光がフォマットや液体サンプルを通過して、その後フォマットから出るように方向づける。過剰照明方向変更面は、過剰照明光をフォマットから外すように方向づける。

発明では様々な修正や代替の形式も許容されるが、特別な実施形態が、図面を用いて示され、以下に詳細に記載される。しかし、発明は開示された特別な形式に制限されるように意図されるものではないことは、理解されるべきである。むしろ、発明は、添付の特許請求の範囲で規定された発明の精神や範囲の中にある全ての修正、均等物、及び代替物を網羅するものである。

具体的な実施形態の記載
グルコースの濃度測定のための血液又は間質液の透過分光測光法のような、医療目的の液体の光学試験において、必要な医療機器の複雑さを軽減し、使用者とのやりとりを簡単にする機器や技術は価値の高いものである。図１に転ずる、光学試験機器の設計の複雑さを著しく軽減でき、更に、試験の簡易性を増すことのできる光学フォマット１０が示される。光学フォマット１０は、光源１４からの光を受ける照明入射領域１２を含む。光源はダイオードレーザや、医療用液体分析に用いられる他の形式の光源のように、レーザを用いることができる。本発明の１つの実施形態によれば、照明入射領域１２を照明するために、平行にした入射ビーム１６が用いられる。本発明の１つの実施形態によれば、入射ビーム１６は約１．０ｍｍ^２の断面積を有する。光ビームが、照明入射領域１２をいっぱいに満たさず、照明光ガイド１８をいっぱいに満たすことが好ましい。光学フォマット１０の１つの実施形態によれば、照明入射領域１２は約１．５ｍｍ^２の断面積を有し、照明光ガイド１８は、約０．５ｍｍ^２の断面積を有する。

フォマット１０が使用されるとき、光は、照明光ガイド１８によって、照明入射領域１２から矢印Ａに示される方向に導かれる。照明入射領域１２は、入射ビーム１６を過剰照明方向変更構成部材２０へ導く。この過剰照明方向変更構成部材２０は、過剰照明光を、照明光ガイド１８中の光の進行方向から、離れるように方向変更させるように働く。図２により明確に示されるように、本発明の１つの実施形態においては、過剰照明方向変更構成部材２０は、第１、第２、第３、及び第４の過剰照明方向変更面２２、２４、２６、及び２８を含む。不必要な過剰照明光はサンプルの読み取りの正確さを妨げるかもしれないので、従って、光学フォマット１０から離れるように方向づけられる。過剰照明方向変更面２２、２４、２６、及び２８は、全内部反射によって入射光を反射して、入射照明の過剰照明部分を、照明光ガイド１８に対して概略垂直となるように方向変更させる。本発明の１つの実施形態によれば、入射ビーム１６の照明光ガイド１８の入射口に対するアライメントは、照明光ガイド１８よりも過小照明となる場合を除き、プラスマイナス０．２５ｍｍの範囲で変化することができる。

図２は、４つの照明方向変更面を有する本発明の１つの実施形態における照明方向変更配置を示す。各々の照明方向変更面は、過剰照明光を照明光ガイドから離れるように方向変更させ、ある面では、過剰照明部分を、過剰照明ビームのそれぞれの領域から離れるように方向変更させる。図２に示される実施形態では、第１過剰照明方向変更面２２は、過剰照明光を、入射ビーム１６の上部から、照明光光ガイド１８から離れるように方向変更させる。図２に示される実施形態において、第１過剰照明方向変更面２２が、過剰照明光を入射ビーム１６の上部から他の方向変更させることも考えられるが、第１過剰照明方向変更面２２は、過剰照明光を、入射ビームの上部（上、下、右、下の方向は、図２に示される視点から与えられる）から、入射ビーム１６の進行方向の右の方へ方向変更させるように位置している。図２は、過剰照明光を入射ビーム１６の左側から、入射ビーム１６の進行方向の右の方へ方向変更させるように配置された第２過剰照明方向変更面２４を示す。図２には、過剰照明光を入射ビーム１６の右側から入射ビーム１６の進行方向の左の方へ方向変更させるように配置された第３過剰照明方向変更面２６が示される。図２には、過剰照明光を入射ビーム１６の底側から入射ビーム１６の進行方向の右の方へ方向変更させるように配置された第４過剰照明方向変更面２８が示される。光学フォマット１０の特有の用途に応じて、入射の方向の上側や下側、そして、入射ビームに沿うよりもむしろ離れる方向を含む他の方向へ、過剰照明光を方向変更させるように、過剰照明方向変更面２２、２４、２６、及び２８の各々を配置することができると考えられる。光学フォマットの特有の実施形態による必要性に応じて、より多くの又はより少ない数の方向変更面を用いることができる。あらゆる過剰照明方向変更面を、参照用ビームとして用いるために、入射ビーム１６の領域を方向変更させるように用いることができる。図３に関連して下記に述べられるように、本発明の１つの実施形態によれば、４番目の過剰照明方向変更面が参照用ビームを反射する。

入射照明方向変更面３０は、矢印Ｂにより示される全内部反射によって、入射光を反射する。本発明の１つの実施形態によれば、照明方向変更面３０は、反射材料で表面を覆われている。本発明の１つの実施形態によれば、照明方向変換面３０は、照明光ガイド１８に対して４５度の角度で配置されている。

図１に示される実施形態によれば、入射照明方向変換面３０から反射した後、入射光は液体サンプル３４を収容した読み取り窓３２を通過するように方向づけられる。光をフォマット１０を通ってサンプル３４上へ導くことによって、分析するサンプルの量を少なくすることができ、非常に少ないサンプル量を採集する更に便利な手段を提供することができる。光学フォマット１０の１つの実施形態によれば、サンプル３４は、針３６又は毛細管を経由して、読み取り窓３２の上へ方向づけられる。針３６は、患者に突き刺して１つのアクションでサンプルを採るように使うことができ、突き刺すことと採取することを統合することによって、患者に対する処置を非常に単純化することができる。読み取り窓３２は、試験される液体サンプルを、照明光ガイド１８と照明方向変更面３０に関して、正確に位置決めする光学的に透明なプラットフォームとしての役目を果たす。本発明の１つの実施形態によれば、試薬が、読み取り窓３２の上で乾燥される。この実施形態では、試薬は、サンプルの色彩メトリック変化を供給するサンプルとして再構成される。

本発明の１つの実施形態によれば、入射光が通過する光学読み取り領域は、読み取り窓３２の不完全さを平均化し、サンプルの不均一な色彩生成を平均化させ、信号検出器における信号レベルを増やすように最適化される。読み取り窓３２における光とサンプル３４との間の相互作用の後、光は「検出光」と称することができる。

サンプル３４との相互作用の後、検出光は検出方向変更面３８によって、検出ガイド４０へ入る矢印Ｃに示される方向へ方向変更される。本発明の１つの実施形態によれば、検出方向変更面３８は、検出ガイド４０に対して４５度の角度に配置される。検出方向変更面３８は、反射材料で覆うことができる。検出ガイド４０は、検出光を検出出口４２の方へ方向づけ、更に、検出器４４の方へ方向づける。本発明の１つの実施形態においては、光学フォマット１０は計測機器の外側に位置しているけれども、光源１４と検出器４４は計測機器の内側に取り付けることができる。この実施形態では、サンプルの採集を容易に行うことができ、患者が採集を見ることができる。サンプルは計測機器の外側に保管することができ、計測機器や計測機器の光学部材を汚染することはない。

本発明による光学フォマット１０においては、照明光ガイド１８、読み取り窓３２、及び検出ガイド４０の間のアライメントは固定される。なぜならば、これらの要素の各々は、光学フォマット１０の一部だからである。本発明の１つの実施形態によれば、検出ガイド４０の断面積は、照明光ガイド１８の断面積よりも広く、検出器４４まで導かれる完全に平行になっていない光も許容する。従って、光学フォマットは、その内部に、サンプルを光学的に試験するときに、均一な光の進行や不変の読み取りを可能にする光経路や導波路を含む。

ここで図３に転じると、本発明による光学フォマット１０の平面図が示される。上記の構成部品に加えて、図３は、サンプルを通過した光との比較で用いられる参照ビーム４６の方向を変えるために適合される１つの過剰照明方向変更面２８を示す。参照ビームは参考検出器４８で検出し、光源の不安定さや温度勾配による信号変動は、サンプル読み取りと参考読み取りを同時に行うことによって修正できる。サンプルを参照信号と比較することによって、サンプル３４によるものでない信号変動が取り除かれる。

図４は、本発明による光学フォマット１０の正面図を示す。図４は、照明光ガイド１８と検出ガイド４０の軸から垂直に突き出た参照ビーム４６を示す。図５には、本発明の１つの実施形態による光学フォマット１０の等角投影図が示される。

本発明の光学フォマット１０は、フォマットの外側に配置されて使用されるいくつかの構成要素を有し、それらを単一の構造に組み込んで、より単純な全体構造を可能にする。本発明による光学フォマット１０は、光学的に透明なプラスチックで成型することができ、フォマットの組み立て中に結合されるいくつかの分離したスナップ留め部品として成型することができる。本発明のいくつかの実施形態によれば、フォマット１０は、アクリル、ポリカーボネート、及びポリエステルのような光学的に透明な材料によって成型できる。成型を容易にするために、通常の光学軸に垂直な光学フォマット１０の全ての面に、約５度の抜き勾配を設けることができる。

本発明の導波光学フォマット１０を用いる場合、フォマットと光学機器の間の必要機械公差が、プラスマイナス０．５００ｍｍまで増加するけれども、０．７５ｍｍの最適光学読み取り直径を許容することが可能である。更に、光学的に透明なプラスチックで光学フォマットを成型できることによって、光学フォマットを製造する複雑さやコストを著しく減少させる。本発明の光学フォマット１０を、特定の適合に基づいて、大きさにおいてより大きく又はより小さく変更することができるが、１つの実施形態によれば、照明光ガイド１４は約０．５０ｍｍ^２の断面積を有する。そのような面積では、照明光ガイド１４が許容量よりも少ない光で満たされる前には、入射光ビーム又は光学フォマット１０は、プラスマイナス０．５ｍｍ程度だけアライメントから外れている可能性がある。フォマット自体の中に光学部材を含むことによって、特に少ないサンプル量を用いるときには、一貫性のある光学サンプルの読み取りの可能性が大きく増大する。

本発明は１以上の特別な実施形態を参照して記述されるが、当業者は、本発明の精神や範囲からそれることなく、多くの変更を行うことができること認識するであろう。例えば、本発明は医療への適合に方向づけられているように一般的に記載されているが、あらゆる光学液体試験の用途が、本発明の原則を用いているであろうと理解される。これらの実施形態やそれの明らかな変形の各々は、特許請求の範囲に示される請求項に記載された発明の精神や範囲の中にあると考えられる。

本発明の１つの実施形態による光学フォマットの側面図である。本発明の１つの実施形態による過剰照明方向変更構成部品の等角投影図である。本発明の１つの実施形態による光学フォマットの平面図である。本発明の１つの実施形態による光学フォマットの正面図である。本発明の１つの実施形態の光学フォマットの等角投影図である。

Claims

照明入射領域、
前記照明入射領域との光学的伝達によって入射光路を形成する照明光ガイド、
前記入射光路に概略垂直に配置された読み取り窓、
前記読み取り窓に近接した１つの端部と、検出出射口を形成する第２の端部とを有し、前記入射光路に概略平行に配置された検出ガイド、及び
前記照明光ガイドを過剰照明する光を、前記照明光ガイドから離れるように方向変更させるために適合される１以上の過剰照明方向変更面
を含んだサンプルの光学分析用フォマット。
前記照明光ガイド、前記読み取り窓、及び前記検出ガイドが光経路を含み、前記フォマットが、更に、前記光経路の前記照明光ガイドと前記読み取り窓との間に、照明方向変更面を含む請求項１に記載のフォマット。
前記照明光ガイド、前記読み取り窓、及び前記検出ガイドが光経路を含み、前記フォマットが、更に、前記光経路の前記読み取り窓と前記検出ガイドとの間に、検出方向変更面を含む請求項１に記載のフォマット。
前記読み取り窓から外側に伸び、サンプルを前記読み取り窓に置くために適合される針を、更に含む請求項１に記載のフォマット。
前記読み取り窓にある乾燥した試薬を、更に含む請求項１に記載のフォマット。
前記照明光ガイドが照明光ガイド断面積を有し、前記検出ガイドが前記照明光ガイド断面積よりも大きい検出ガイド断面積を有する請求項１に記載のフォマット。
前記照明光ガイドと前記検出ガイドとが、光学的に透明な材料の単一部材として成型される請求項１に記載のフォマット。
前記照明光ガイドと前記検出ガイドが、光学的に透明な材料の分離した複数の部材として成型され、単一光学フォマットに結合される請求項１に記載のフォマット。
前記１以上の過剰照明方向変更面が、前記照明光ガイドを過剰照明する光を、前記照明光ガイドに対して概略垂直に方向づけるために適合される請求項１に記載のフォマット。
前記過剰照明方向変更面の数が４であり、更に、前記過剰照明方向面の各々が、前記照明光ガイドから概略４５度の角度で配置される請求項１に記載のフォマット。
照明入射領域、
前記照明入射領域から光を受けるために適合される照明光ガイド、
前記照明入射領域から概略４５度の角度で配置され、過剰照明光が前記照明光ガイドから離れるように方向づけるために適合される第１、第２、第３、及び第４の過剰照明方向変更面、
前記照明ガイドから概略４５度の角度の面に配置される入射照明方向変更面、
前記照明方向変更面に対して概略垂直な面に配置される検出方向変更面、
前記照明方向変更面と前記検出方向変更面との間に配置され、前記照明入射ガイドに対して概略垂直な方向の光を受けるために適合される読み取り窓、
前記照明光ガイドと概略並行で、前記検出方向変更面と光学的伝達を行う検出ガイド、及び、
前記検出ガイドから光を出射するために適合される検出出射口
を含む成型導波光学フォマット。
前記照明光ガイドが、約０．５０ｍｍ^２の照明ガイド断面積を有し、前記検出ガイドが、約０．８０ｍｍ^２よりも大きい検出ガイド断面積を有する請求項１１に記載の成型導波光学フォマット。
サンプルを光学導波フォマットの中に採集すること、
光を前記フォマットの照明入射領域内へ方向づけ、この照明入射領域から照明光ガイドへ方向づけること、
前記照明光ガイドを過剰照明する光を、前記照明光ガイドから離れるように方向変更すること、
光学的にガイドされた前記光が、前記フォマットを通過し前記サンプルを通過できるようにすること、及び、
前記フォマットの検出出射口からの光を検出すること
を含むサンプルの光学的分析方法。
前記照明光ガイドを過剰照明する光を方向変更することが、更に、参照ビームを形成することを含む請求項１３に記載の方法。
前記フォマットの照明入射領域内に光を方向づけることが、前記フォマットの照明入射領域にいっぱいに詰め込むステップを含む請求項１３に記載の方法。
前記光学フォマット内に光を受け、前記光が入射方向に進む入射領域、
前記入射方向から、前記入射方向に対して概略垂直な方向に、光を反射するように位置付けられた第１、第２、第３、及び第４の過剰照明方向変更面、
前記入射領域からの光を受け、前記光を前記入射方向に方向づけるように位置付けられた照明光ガイド、
前記入射方向から、前記入射方向に対して概略垂直な方向へ、光を反射するように位置付けられた照明方向変更応面、
サンプルを保持するために適合され、前記照明方向変更面からの光を受けるように位置付けられた読み取り窓、
前記読み取り窓からの光を受け、前記読み取り窓からの光を、前記入射方向に対して概略平行な方向に反射するように位置付けられた検出方向変更面、
前記方向変更面からの光を受ける検出ガイド、及び、
前記検出ガイドからの光を受け、前記光を前記光学フォマットから外側に方向づける検出出射口
を含むサンプルの光学測定用導波光学フォマット。
前記検出方向変更面が、更に、前記入射方向と反対の方向に前記光を反射するように位置付けられた請求項１６に記載の光学フォマット。
サンプルを得るために適合され、更に前記サンプルを前記読み取り窓上に方向づけるために適合される針を、更に含む請求項１６に記載の光学フォマット。
サンプルを得るために適合され、更に前記サンプルを前記読み取り窓上に方向づけるために適合される毛細管を、更に含む請求項１６に記載の光学フォマット。
前記読み取り窓が約１ｍｍの直径を有する請求項１６に記載の光学フォマット。