JP2004500163A

JP2004500163A - 固体非侵襲性熱サイクリング分光計

Info

Publication number: JP2004500163A
Application number: JP2001532659A
Authority: JP
Inventors: ブレイグ，ジエイムズ・アール; スターリング，バーンハード・ビー; ゴツドフリー，ジヨアン・シー; コーテラ，ジユリアン・エム; コレイア，デイビツド・ジエイ; クラマー，チヤールズ・イー; シユレンバーガー，アーサー・エム
Original assignee: オプテイスカン・バイオメデイカル・コーポレーシヨン
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2004-01-08
Also published as: EP1223857A1; CA2385288A1; US20040138537A1; EP1223857A4; US6633771B1; AU1249401A; WO2001030236A1

Abstract

標本組織からの熱勾配スペクトルを非侵襲的に作りかつ獲得するための固体装置である。この装置は、赤外線透過の層状ウインドウ組立体（２００）、及び標本組織（３５０）に熱勾配を誘発させるための要素を備える。更に、標本組織内に一時的な温度勾配が進行したとき組織から出る赤外線エミッションを検出するための赤外線放射検出器（７２０）も提供される。センサーは、検出された赤外線エミッションに比例した出力信号を提供する。誘発された一時的な温度勾配が標本組織内に進行したとき、赤外線放射検出器から受信した出力信号をサンプリングするために、データ獲得要素が設けられる。

Description

【０００１】
【関連特願】
本願は、１９９９年１０月２５日付け、米国特願０９／４２７，１７８号の恩典を要求する。
【０００２】
【技術分野】
本発明は、人又は動物の組織における一時的な熱勾配を起こすため、及び組織を通る熱勾配の伝播として組織から赤外線スペクトルを得るための装置に関する。次いで、得られた赤外線スペクトルが、組織内の物質（分析物）、例えばブドウ糖の濃度を決定するために使用することができる。
【０００３】
【発明の背景】
毎日、何百万もの糖尿病患者が、血液のブドウ糖レベルを決定するために採血される。血中のブドウ糖濃度を正確に決定するための非侵襲性な方法の探索に大きな努力が払われてきた。この目的で、カルフォルニヤ州アラメダのＯｐｔｉｓｃａｎ　Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、非侵襲性血中ブドウ糖解析の現状技術を大きく進展させた。一連の特許及び特願において、Ｏｐｔｉｓｃａｎ社は非侵襲性血中ブドウ糖決定の技術状態を定めている。
【０００４】
米国特願０８／８２０，３７８号及び０９／２６７，１２１号において教示された方法は、米国特願０８／８１６，７２３号及び０９／２６５，１９５号において教示された装置により実施することができる。これら諸文献は、ここに参考文献として取り入れられる。
【０００５】
−２７３．１６℃（絶対零度）以上の温度の物体は赤外線エネルギーを放出する。かかる放出は、プランクの式により記述されることが多く、「黒体曲線」と呼ばれる。理論的には、放射率１．０の物体はプランクの式と完全な一致を示す。具合よいことに、多くの物体が１．０に近い放射率を持つ。特に人の組織は約０．９から０．９８の放射率を持つ。人体からの赤外線放射がプランクの式でよく近似でき、黒体タイプの放射スペクトルを生ずることがよく知られる。
【０００６】
人体は、プランクの式で記述されたものに近似した分布を有するエネルギーを放射するが、プランクの式は、人体から放射された全てのエネルギーの総和を完全には記述しない。プランクの式との完全な一致からの変動は、組織の層及び人体内の体液による放射の選択的吸収により生ずる。従って、組織の層及び血液又はその他の液体は、人体の深層から放射されたエネルギーを、エネルギーが皮膚の表面の達するより前に吸収する。更に、人体の深層部は外側の層より温度が高く、体内に温度勾配が存在する。これが、理論的黒体の放射の放出からの更なる偏差を発生させる。
【０００７】
しかし、発明者は、上の２条件があるとき、人体から放出された総エネルギーの本来の解析から、組成依存吸収スペクトルを構成できることを発見した。不均質な物体については、物質の組成は深度依存であるとすることができ、逆に、深い層で作られた吸収スペクトルは、組織内にある個々の成分の正確な濃度決定を許すに十分な組成情報を含む可能性がある。これは、温度勾配が事前に発生し、又は体内に誘発させたときに可能である。
【０００８】
米国特願０８／８２０，３７８号（以下 ’３７８号）に教示された発明は、赤外線放射源として自発の体温を使用する。体の内部深層から生じた赤外線放射が、表面に近い組織の層を通過するとき、遭遇した組織によりある波長のエネルギーが選択的に吸収される。信号のこの選択的吸収は、エネルギーが調査対象物質から最終的に放出されたときの期待放射スペクトルにおけるエネルギー減少バンドを作る。このスペクトルは、材料の吸収スペクトルと呼ばれる。
【０００９】
特願０８／８１６，７２３号（以下 ’７２３号）に教示された発明は、温度勾配を組織の選択された層に伝達させることにより放射の選択的な吸収を助けるように積極的に誘発された冷却を使用する。この選定された層は、典型的に組織表面の下方４０から２５０μｍの範囲である。特願 ’７２３号に例示されたように、組織の吸収スペクトルが測定され、ブドウ糖濃度の決定がなされる。
【００１０】
組織標本における物質（解析物）の濃度を決定するための追加の技術が、米国特願０９／２６７，１２１号（以下 ’１２１号）に説明される。特願 ’１２１号は温度勾配に曝された組織標本から放出される赤外線放出の測定方法を説明する。選定された波長で放出された信号を検出し、これに選定された基準信号を注意深く含ませることにより、基準信号と解析信号との間の周波数、大きさ又は位相の差を、解析物濃度の決定のために使用することができる。更に、 ’１２１号に教示された方法は、温度勾配を断続的又は周期的に変化させることの使用、及び解析物濃度を決定するために解析物吸収により生じた周波数、大きさ、又は位相の差の連続測定を教える。更に特願 ’１２１号は、組織表面により生じた影響の修正方法を教える。
【００１１】
米国特願０８／８２０，３７８号（以下 ’３７８号）により、人又は動物の組織からの熱勾配スペクトルの非侵襲性発生及び獲得のための分光計が提供される。 ’３７８号の分光計は、組織との誘導熱伝達手段による組織内の一時的熱勾配を誘導するための赤外線伝達熱質量、及びこの熱質量を冷却するために熱質量と機能的に組み合う冷却手段を備える。組織内への勾配の進行と同時に被観察組織から放出される赤外線放射を検出するための赤外線センサーも設けられる。また、組織内への勾配の進行と同時にセンサーが受信した出力信号をサンプリングするためのデータ獲得手段も備える。 ’７２３号の発明は、検査対象の組織と断続的に接触させられる冷却されたゲルマニウムの円筒体を使用する。得られた勾配が、特願 ’７２３号の教示された方法の実行に使用される。この発明による皮膚の再加温は、各冷却接触の後で単に患者の皮膚の自然の再加温を許すことにより達成される。或いは、再加温は、第２の暖かいゲルマニウム円筒体の形式の外部熱源により達成される。米国特願０９／２６５，１９５号（以下 ’１９５号）は、組織の一時的な熱勾配の効果を作りかつ測定するための「固体（ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ）」装置を提供する。特願 ’１９５号は、組織の加温と冷却の双方ができ、かつ勾配により作られた吸収スペクトルを透過し得る単一の熱質量構造（「熱質量ウインドウ」）を教示する。これは、全測定時間中、「ウインドウ」が組織と接触したままでいることを許し、これにより精度と測定の再現性を改善する。
【００１２】
発明者は、周期的な温度勾配を含むことにより幾つかの測定の利点の生じることを見いだした。これらの利点は、かなり急速な冷却／再加温サイクル時間（以下「サイクル時間」と呼ぶ）が使われたときにより現れる。２ヘルツ台のサイクル時間が好ましい。現存の装置は、加熱段階及び冷却段階の後に熱質量構造内に残っている残留熱又は低温のため、所要のサイクル時間を得るには幾つかの難点がある。従って、周期的に冷却段階及び加熱段階にするには大きな時間とエネルギーとを取る。より速やかに温度勾配を誘発させかつ少ないエネルギーを使用する熱勾配装置に対する要求がある。少ないエネルギーを使って勾配を作る装置の利点は、より小さい装置を構成し得ることである。
【００１３】
【発明の概要】
本発明の原理により、標本組織内の解析物の濃度を決定するための固体装置が提供される。この装置は、組織内の熱勾配を作り、組織の解析物濃度を決定するために赤外線放射スペクトルを測定する。装置は、複数の赤外線透過要素を有する赤外線透過ウインドウ組立体を備え、前記要素の一つは加熱要素であり、他の要素は断熱要素である。装置は、断熱要素と機能的に組み合わせられた冷却要素も備える。装置は、赤外線放射が前記ウインドウ組立体を通過するとき、そのスペクトルを検出するための赤外線検出器も備える。
【００１４】
本発明の重要な態様は、加熱要素と冷却要素との間に位置決めされた断熱用及びインピーダンス整合用の要素である。本発明のなお別の実施例は、冷却要素と熱的に接触しているヒートシンクを備えることにより冷却／再加熱サイクルを迅速に繰り返すように装置の性能を強化する。これにより、サイクル中の装置の温度を効果的に安定させる。この熱安定は、相の変化する材料の使用により強化される。
【００１５】
本発明のその他の特徴は「発明の詳細な説明」において開示され、又は明らかにされる。
【００１６】
【本発明の詳細な説明】
本発明をより総合的に理解するために、付属図面を参照する。図面を通して、番号は、同じ部品又は相当する部品を指す。
【００１７】
本発明は、不均一な物体から放出される赤外線（ＩＲ）放射の測定に関する。特に、組織標本に温度勾配を誘発させかつ組織から放出されるＩＲ放射スペクトルを測定する装置に関する。以下の説明は、本技術の通常の熟練者が、特定の用途及びその要求の状況に置かれたとき、本発明を作りかつ使用できるように与えられる。好ましい実施例についての種々の変更は、本技術の熟練者には容易に明らかであり、更にここに定められる一般原理はその他の実施例に対して適用することができる。本発明は、示された実施例に限定されることを意図したものではなく、ここに明らかにされる原理及び新規な特徴と合致する最も広い範囲を認めるべきである。
【００１８】
解析物の定量に適用される非侵襲性赤外線分光計の原理は、組み込まれた参考文献において見いだすことができる。
【００１９】
本発明は、熱勾配を作り、かつその大きさ、伝搬、速度、及び形状を制御し、更に標本観察部位の周期的な冷却と再加温とを組み入れた方法及び装置を教示する。更に、本発明は、標本部位からの赤外線スペクトルエミッションの検出と測定を教示する。
【００２０】
図１を参照すれば、本発明の実施例のブロック図が示される。示された実施例は、組織標本１００内で温度勾配を誘発する固体熱勾配誘発装置５００を与える。物体からの赤外線エミッションは熱勾配装置５００を経て伝達され、赤外線放射検出器組立体７００により集められる。検出器組立体７００は、組織１００からの赤外線エミッションを受け、情報処理用の１個の処理システム８００に通過するある波長の情報を測定する。システムの幾つかの要素が、以下説明されるであろう。
【００２１】
固体熱勾配装置５００は、次の３個の一般的な構成要素よりなる。組織標本からＩＲ放射検出器組立体７００に赤外線放射の透過を許しつつ組織標本１００との直接接触を提供する赤外線透過ウインドウ組立体２００。固体熱勾配装置５００は、組織標本１００内に温度勾配を誘発させるための手段３００も備える。この手段３００は、典型的に加熱要素と冷却要素とを備える。加熱要素は、赤外線透過ウインドウ組立体２００と一体にすることができる。最後に、固体熱勾配装置５００は、冷却要素に熱伝導するヒートシンク４００を組み入れる。
【００２２】
【ウインドウ組立体２００】
本発明の一実施例においては、図２に示されるように、固体熱勾配装置５００は、赤外線透過ウインドウ組立体２００を備える。ウインドウ組立体２００は、層状様式に構成し得る複数の赤外線透過要素を備える。
【００２３】
図３は層状ウインドウ組立体２００を示す。ウインドウ組立体は、赤外線を透過する熱伝導性のスプレッダー（ｓｐｒｅａｄｅｒ）層２０５を特徴とする。スプレッダー層２０５の下にヒーター又は加熱要素２２０がある。この加熱要素２２０は、薄い電気絶縁層（図示せず）で処理することができる。加熱要素２２０に隣接して断熱及びインピーダンス整合要素２３０がある。断熱要素２３０に隣接して熱伝導ベース層２４０がある。熱伝導スプレッダー層２０５は、その上面に保護コーティングの薄層２０１が塗布される。ベース層の底面は薄いオーバーコート層２４２が塗布される。保護コーティング２０１とオーバーコート層２４２とは反射防止特性を有することが好ましい。
【００２４】
スプレッダー層２０５は、ヒーター要素２２０から組織標本１００内への均一な熱伝導を容易にするに十分な大きい熱伝導率を有する赤外線透過材料より形成することが好ましい。満足な材料は、フローティングゾーン結晶成長法を使用して形成されたシリコン結晶である。このシリコン製造方法の一般的な説明は、ＰｅｔｅｒＶａｎＺａｎｔのＭｉｃｒｏｃｈｉｐＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎ．ＡＰｒａｃｔｉｃａｌＧｕｉｄｅｔｏＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．３ｒｄ．Ｅｄ．，ＭｃＧｒａｗＨｉｌｌ１９９７に見いだすことができ、これはここに参考文献として取り入れられている。その他の効果的な材料は、限定するものではないが、ＣＶＤダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ガリウム砒素、ゲルマニウム、及び十分に大きい熱伝導率を有するその他のＩＲ透過材料を含む。スプレッダー層２０５の好ましい寸法は、直径が約２５．４ｍｍ（１インチ）で厚さが約０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）である。図３は、斜めにされた縁を有するスプレッダー層２０５の好ましい実施例を示す。要求されないが、約４５゜の面取り角度が好ましい。
【００２５】
保護層２０１は、スプレッダー層２０５の頂面上に形成される。保護層は、スプレッダー層２０５の上面を破損から保護するために意図される。保護層は、引掻き及びその他の摩耗のような機械的損傷に対して高い抵抗を有することが理想的である。更に、保護層は赤外線を透過する。保護層２０１は反射防止特性も有し、約５から１２μｍの波長範囲の光の放射の透過を増加させれば特に有利である。例えば、スプレッダー層２０５としてフローティングゾーンシリコンが使用されたときは、スプレッダー層は、シリコンの比較的大きい反射率のため、空気とシリコンとの境界において入射光の３０％を反射する。保護層２０１は、組織の反射率と整合しかつスプレッダー層２０５の表面反射を減らし、これによりウインドウ組立体２００を通過するエネルギーの量を最適にするように設計される。保護層２０１は、大きい熱伝導率も持たねばならない。満足な保護層の材料は、ミシシッピー州セントチャールズのＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂ．，Ｉｎｃ．で作られた専売の多層ＢｒｏａｄＢａｎｄＡｎｔｉ−ＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅＣｏａｔｉｎｇである。ダイヤモンド状炭素コーティングもまた満足である。
【００２６】
スプレッダー層２０５の下に加熱要素２２０がある。加熱要素２２０も、最大に満足できる光学出力を提供しなければならず、かつスプレッダー層の基盤材料から電気的に絶縁されねばならない。好ましい加熱要素２２０は、ウインドウ組立体２００の約１０％又は２０％以下を覆い隠す（ｏｂｓｃｕｒｅ）。満足な加熱要素は、限定するものではないが、熱交換器、電気抵抗式加熱格子、熱電ヒーター、高周波（ＲＦ）ヒーター、赤外線放射ヒーター、光ヒーター、又はワイヤーブリッジ加熱格子を含む。更に、高い固有抵抗域及び低い固有抵抗域を有するドーピングされた赤外線透過材料を使うことができる。例えば、ドーピングされたシリコン層をヒーターとして使うことができる。
【００２７】
かかるヒーター要素２２０の一実施例が図４に示された加熱格子である。図４に示された実施例は、ＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂ．，Ｉｎｃ．により設計され製造された金属ヒーター格子２２１を示す。ヒーター格子２２１は、約２オームの抵抗を有し、かつ１５００Åの好ましい厚さを持つ。好ましい格子材料は金合金であるが、その他の受容し得る材料は、限定するものではないが、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、及びニッケル（Ｎｉ）を含む。格子の周囲は、導電線との接触のためのバスバー２２２により囲まれる。ヒーター２２０は電気絶縁用のコーティングで覆われ、これは同時にスプレッダー層２０５への接着を強化する。好ましい覆いの一つは格子パターン上方の酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）コーティングであり、これにより、スプレッダー層２０５が電流を組織１００内に伝達することを防止する。Ａｌ_２Ｏ_３もヒーター要素２２０のスプレッダー層２０５への接着を増強する。その他の受容し得る材料は、限定するものではないが、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）又はセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）を含む。ヒーター格子２２１は、バスバー２２２を経て電源に電気接続される。好ましいバスバー材料は金である。ヒーター格子の好ましい一例は、格子２２１全体にわたり一定の出力密度を維持するように導電線間に可変のピッチ距離ｄを取り入れる。この実施例においては、好ましい線幅ｗは約２５μｍである。
【００２８】
格子２２１の全体にわたり一定の出力密度を維持するための別のデザインは、ピッチ距離ｄを一定に保ちつつ可変の線幅ｗを取り入れる。
【００２９】
再び図２及び３を参照すれば、ヒーター２２０の下に断熱層２３０がある。断熱層２３０は、以下なお詳細に説明されるであろう幾つかの新規かつ驚くべき機能をする。断熱層２３０は、冷却要素（図示せず）からの低温が組織１００を効果的に冷却することを許すと同時にヒーター要素２２０からの熱の分散を防止する。断熱層２３０は、断熱性（例えば、スプレッダー層より小さい熱伝導率）及び赤外線透過特性を有する材料よりなる。好ましい材料は、テキサス州ガーランドのＡｍｏｒｐｈｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．で作られたＡＭＴＩＲ−１として知られるカルコジェナイドガラス（ｃａｌｃｏｇｅｎｉｄｅｇｌａｓｓ）族のゲルマニウム砒素セレニウム化合物である。この材料の更なる記述は、この会社の材料データ安全シート（ＭＳＤＳ）に見いだすことができる。図示実施例は、約２１．５９ｍｍ（０．８５インチ）の直径、及び好ましくは約０．１２７から約０．２５４ｍｍ（０．００５から０．０１０インチ）の範囲の厚さを持つ。加熱要素２２０がスプレッダー層２０５を通して組織１００内を加熱するとき、（小さい熱伝導率を有する）断熱層２３０がこの熱を絶縁する。断熱層２３０の下に、伝熱性材料で形成されたベース層２４０がある。好ましい材料は、フローティングゾーン結晶成長を使って形成された結晶シリコンである。このベース層２４０の目的は、層状ウインドウ組立体全体のための低温伝導用の機械的ベースとして働くことである。ベース層の底面はオーバーコート層２４２で処理される。オーバーコート層２４２は、約５μｍから約１２μｍの間の波長範囲における放射の透過に対して最適にされかつ空気の屈折率を有する専売の多層ＢｒｏａｄＢａｎｄＡｎｔｉ−ＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅＣｏａｔｉｎｇである。かかるコーティング材料は、ミズーリ州セントチャールズのＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＬａｂ．，Ｉｎｃ．より入手可能である。
【００３０】
層状ウインドウ組立体２００の光の総合透過率は７０％に等しいか又はそれ以上である。層状ウインドウ組立体２００は、保持用ブラケットにより勾配装置５００に固定され一緒に保持される。ブラケットは、ガラス充填プラスチック、例えばＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃにより作られたＵｌｔｅｍ２３００より形成されることが好ましい。Ｕｌｔｅｍ２３００は、層状ウインドウ組立体２００からの熱伝導を絶縁する低い熱伝導率を持つ。そこで、組織１００は、層状ウインドウ組立体２００から出る高温及び低温によってのみ加熱され冷却される。
【００３１】
図５を参照すれば、標本組織における解析物の濃度を決定するための全固体式の非侵襲性装置の一部が示される。層状ウインドウ組立体２００は、冷却要素３５０に隣接した低温レザーバー３３０上に置かれて示される。冷却要素３５０は、空冷式の通常のクーラー、ヒートシンクのような受動的な伝導式クーラー、又は熱電クーラーのような能動的なクーラーのような要素から選定することができる。冷却要素３５０は、限定するものではないが、水槽、低温窒素ガス又はその他のガスを使ったガスクーラー、又は赤外線透過冷却用液体のグループから選ぶこともできる。好ましい冷却要素は、熱電クーラー、例えば、ニュージャージー州トレントンのＭｅｌｃｏｒにより製造された２５Ｗ熱電クーラーである。冷却要素３５０（以下「熱電クーラー」又はＴＥＣと呼ぶ）は、低温レザーバー３３０と熱的に接触して位置決めされる。好ましい低温レザーバー３３０は、層状ウインドウ組立体２２０及びＴＥＣ３５０の両者と熱的に接触している銅のリング構造である。
【００３２】
組織１００内に温度勾配を誘発させる手段は、加熱要素２２０、断熱要素２３０、低温レザーバー３３０、及び冷却要素３５０の組合せを備える。典型的に、これは、冷却要素３５０を約８−１５℃の範囲内の一定温度に設定することにより達成される。加熱要素２２０は、最高約４０℃に加熱するように周期的に作動される。加熱要素２２０の熱サイクルが層状ウインドウ組立体２００を周期的に加熱し、組織１００内に温度勾配を誘発させる。
【００３３】
続けて図５を参照すれば、発明者は、熱電クーラーが冷却要素３５０として選ばれたとき、ある量の廃熱が勾配装置５００内に蓄積されることを見いだした。この装置の運転温度を安定させるために、ヒートシンク４００がＴＥＣ３５０と熱伝導する。ヒートシンク４００は、ＴＥＣ３５０から廃熱を効果的に取り去り、装置５００は一定の温度範囲内で機能することができる。更に、ヒートシンク４００は、その冷却効果を強化するために冷却フィン４１０を持つことができる。加えて、ヒートシンク４００は、空洞部４２０を特徴とする。この空洞部は、ヒートシンク４００の温度安定効果を強化するために相変化材料４３０（図示せず）で満たすことができる。ここで定義される相変化材料４３０は、温度に依存して相が変化する適宜の材料である。例えば、水は、氷から水に相が変化する。相変化の過程中、かかる材料は熱の多くの部分を吸収し、これによりヒートシンク４００の効果を強調する。好ましい相変化材料は、カルシウムクロライドヘキサヒドレート（ｃａｌｃｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅｈｅｘａｈｙｄｏｒａｔｅ）のような水和物塩である。この材料の適切なバージョンＴＨ２９が、イリノイ州ネーパービルのＰｈａｓｅＣｈａｎｇｅＳｏｌｕｔｕｉｏｎにより製造される。この材料の更なる説明は、参考文献として組み入れたこの会社のＭＳＤＳに含まれる。この材料は、装置の作動温度に近い２９℃の融点を持つ。この相変化材料の効果が、装置の正常に運転する時間を通しての温度安定のグラフである図６に明らかに示される。ＴＨ２９６１０を使用しているヒートシンクの時間を通しての温度の安定は、水６２０及び相変化材料６３０なしのヒートシンク４００の両者と比較して優れた温度安定性能を持つ。
【００３４】
勾配誘発手段の性能は、層状ウインドウ組立体２００の断熱層２３０の存在により更に強化される。断熱層２３０は、加熱要素２２０とベース２４０との間に置かれる。発明者により、断熱要素２３０のない場合は、冷却要素３５０からの低温が、加熱要素２２０の温度を下げ過ぎることが見いだされた。このため、再加熱が困難となる。かかる冷却の後で加熱要素２２０を十分の再加熱するには、大量の動力が必要であった。更に、冷却要素２２０を作動温度に加熱するに要する時間が、サイクル時間を禁止的に制限した。このため、加熱速度及び冷却速度を上げてサイクル時間を増加させるように断熱要素２３０が加えられた。断熱要素２３０の存在は、加熱要素２２０を、一貫したかつ比較的高温に維持することを助け、これにより加熱要素２２０とスプレッダー層２０５の、従って組織１００の再加熱をより迅速にすることを可能とした。同じく重要な点として、断熱要素は、より少ない動力を使って再加熱することを可能とした。これらの要因が、より早いサイクル時間を可能とした。断熱層２３０の存在がＴＥＣ３５０の冷却効果を大きく妨げないことは驚くべき結果である。このため、勾配誘発手段（即ち、加熱要素２２０、断熱要素２３０、及び冷却要素３５０）は、断熱層２３０の存在により、その効果がかなり強化される。
【００３５】
層状ウインドウ組立体２００は、ウインドウ２００を通して最大量の光エネルギーを透過するという理念で設計される。更に、低温レザーバー３３０、熱冷却要素３５０、及びヒートシンク４００は、全て、光放射の透過の妨害を最小にするように設計される。層状ウインドウ組立体２００の下に赤外線検出器組立体７００が置かれる。
【００３６】
図５及び７を参照すれば、赤外線検出器組立体７００の一部を形成する赤外線放射検出器７２０の好ましい実施例が示される。限定するものではないが、干渉計、分光光度計、格子モノクロメーター、可変フィルターモノクロメーター、及び離散型赤外線帯域通過フィルター（又は同調可能なファブリ・ペローフィルターを含むファブリ・ペローフィルター）と検出器のグループを含む多くの異なった種類の放射検出器を使用し得ることを指摘しなければならない。前記赤外線放射検出器組立体７００の有効性は、高反射スクランブラー（ｓｃｒａｍｂｌｅｒ）７１０の存在により強化することができる。スクランブラー７１０は、層状ウインドウ組立体２００に入る放射の方向を不規則にさせるように設計される。スクランブラー７１０は、組織の不規則性の影響を効果的に最小にし、これにより検出可能な信号を最大にする。スクランブラー７１０は、好ましくは約５μｍから約１２μｍの範囲の光放射を吸収しない材料から作られ又はこの材料でコーティングされる。満足なスクランブラー７１０は、電鋳された金の層を有して構成することができる。満足な高反射率の金の電鋳された光スクランブラー７１０は、ニューヨーク、ブルックリンのＥｐｎｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙにより製造される。スクランブラーの出口７１２に検出器要素７２０がある。上述のように、検出器要素７２０は、多くの適切な装置の中から選ぶことができる。好ましい一実施例は、一連の放射検出器７２０Ｄが下にある一連の帯域通過フィルター７２０Ｆを使用する。
【００３７】
一実施例は、組織標本内のブドウ糖解析物の存在を検知するために最適化された数個の帯域通過波長を使用する。ブドウ糖は、９μｍと１０μｍとの間に数個の強くかつ判然とした吸収のピークを持つ。これは、ブドウ糖を通る光エネルギーの伝達がこの波長範囲内で大きく低下することを意味する。内部組織から自然に放出された赤外線エネルギーが組織の外層におけるブドウ糖を通過すると、９．３μｍから９．６μｍの帯域におけるエネルギーの幾らかが吸収される。
【００３８】
ブドウ糖が強力に吸収する特定波長においては、組織内の深層から出るエネルギーの大部分は、これが表面に達する以前に吸収される。ブドウ糖が僅かしか吸収しないその他の波長では、組織の深層からのエネルギーの大部分は表面へのその経路を見いだす。更に、ブドウ糖が吸収しない波長範囲、例えば約８−９μｍの波長範囲において、ブドウ糖の識別に使用し得る基準信号を測定することができる。従って、特定の大きいブドウ糖吸収ピークにより、他の干渉物質とブドウ糖との識別ができる。
【００３９】
人体はほとんど水より構成されているので、人体の大量の水の中にある少量のブドウ糖を識別することが必要である。水は、ほとんどの波長において遠赤外線及び中赤外線のエネルギーを吸収する。しかし、赤外線エネルギーが完全に吸収されない赤外線透過「ウインドウ」が存在する。この「ウインドウ」は、９．３から９．６μｍのブドウ糖吸収帯域の解析を許す。これは、かなり減らされる水吸収の領域が、ブドウ糖の強く吸収する領域と同じであるためである。より特別には、約１０−１１μｍの波長範囲においては、水もブドウ糖生体物質も強く吸収しない。このため、この波長範囲は、水とブドウ糖の両者に対して基準波長を提供し、それらの識別を許す。
【００４０】
他方、水が強く吸収する波長範囲は、目標組織の吸収、従って表面放射を決定するために使用できる。例えば、約５．９−６．２μｍの範囲の波長は、水の定量化に使用することができる。更に、約１１．５−１３μｍの範囲においては、強くかつ明確な水の吸収ピークが存在し、組織表面の吸収の解析に理想的な波長を与える。
【００４１】
その他の波長範囲を調べることができる。これらは、組織内に水がない、ブドウ糖がないときの効果を識別する装置の性能を強化する。例えば、放射は５．０−５．５の波長範囲において最大に組織に進入する。従って、Ｈ_２Ｏも生体成分も吸収しないこの範囲において、最大の解析組織深度の付近の情報を得ることができる。ある種のタンパク質及びある種のグリコシル化したタンパク質は、血液中のブドウ糖の正確な測定を妨害する重要な妨害物質の例である。これらタンパク質は（６．２−６．６）及び（７．９−８．１）及び（９−１０）μｍの波長範囲付近に主要な吸収のピークを有するため、これらは分離しかつ補償することができる。更に、タンパク質についての適切な基準信号を、これら範囲の外側、例えば約８．２又は８．３μｍにおいて測定することができる。
【００４２】
同様に、その他の妨害解析物を検出するために異なったフィルターの組合せを最適化することができる。グリコシル化タンパク質に加えて、その他の物質を補償することができる。その他の妨害物質の例は、限定するものではないが、ビタミンＣ、アセトアミノフェン、アルコール、及び尿素を含む。
【００４３】
組織標本におけるブドウ糖解析物の存在を検知するために最適化された好ましい一実施例は、次の帯域通過波長を有する８個のフィルター７２０Ｆを使用する。即ち、６．１μｍ、６．９μｍ、８．５μｍ、９．３μｍ、９．７μｍ、１０．４μｍ、１１．０μｍ、及び１２．５μｍである。より少数又は異なるフィルターを使用するフィルター組合せを使うことができる。満足なフィルターは、カルフォルニア州サンタローザのＯｐｔｉｃａｌＣｏａｔｉｎｇＬａｂ．，Ｉｎｃ．（ＯＣＬＩ）から得ることができる。本発明の原理により、別の解析物の検出に対して最適化された別のフィルター又はフィルター組合せを使用し得ることが考えられる。また、別の検出方法又は装置が本発明により意図される。濾波された放射は、複数の検出器７２０Ｄ、例えばＰｈｏｔｏＶｏｌｔｉａｃＭｅｒｃｕｒｙＣａｄｍｉｕｍ（ＰＶＭＣＴ）検出器のアレイにより検出することができる。満足な検出器は、カルフォルニア州シミバレイのＦＥＲＭＩＯＮＩＣＳから得ることができ、例えばＰＶＡ−４８１−１増幅器付きのＰＶ−９．１検出器を使うことができる。Ｏｐｔｉｓｃａｎにより作られた特製の熱ボードは、検出器及び赤外線透過ウインドウ組立体の温度の制御に使用することができる。他の製造業者から入手可能な同様な装置も使用できる。更に、室温のマイクロボロメーターを使うことができる。これら検出器は、信号処理システム８００に送られる電気信号を作る。Ｏｐｔｉｓｃａｎにより作られた特製の回路板は、検出器及び赤外線透過ウインドウ組立体の温度の制御に使用することができる。他の製造業者より入手し得る同様な装置も使用できる。
【００４４】
満足な信号処理システム８００は、ＩＢＭ、Ｄｅｌｌ、Ｇａｔｅｗａｙなどの会社から市販されている一般用のパソコンである。その他の多くのコンピューター又はデータ処理装置を同じ容易さで使うことができる。更に、ハードウエア、ファームウエア、ソフトウエア又はこれらの組合せを組み込んだ特殊化したコンピューターを、必要な信号処理機能を達成するために使うことができる。コンピューターは、計算エンジン、ディスプレイ、及びユーザーインターフェースを提供する。検出器のアナログ信号を適切なコンピューター入力信号に変換するためにアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）システムを使うことができる。例えば、受け入れ得るＡ／Ｄ変換器は、テキサス州オースチンのＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓにより製造されたＰＣＩ−ＭＩＯ−１６ＸＥ１０である。
【００４５】
本発明の精神及び範囲から離れることなく上述された実施例に多くの変更をなし得ることが認められるであろう。
【００４６】
特に、多くの異なった層状ウインドウ組立体で可能であったように、ヒートシンクに関連して多く異なった相変化材料を使用できることに注意すべきである。また、帯域通過フィルターが赤外線検知器と関連して使用されるときは、多くの異なったフィルターを使用でき、更に前記フィルターをブドウ糖以外の解析物の検出に最適化させることができる。
【００４７】
本発明は、その好ましい実施例及び特徴に関して特に図示され説明された。示された実施例は本発明の現在の好ましい実施例であり、従って本発明により広範に意図された事項を与えるものである。本発明の範囲は、本技術の熟練者に明らかとなるその他の実施例を完全に含み、従って、特許請求の範囲以外の何物によっても限定されず、また要素に関しては、単数は「１個でかつ唯一」を意味するのではなく「１個又はそれ以上」を意味するものである。本技術の熟練者に知られ又は後で知られる上述の好ましい実施例の要素のすべての構造及び機能的相当品は、明らかに関連してここに取り込まれ、そして請求範囲内にあることが意図される。更に、本発明により解決された諸問題に対処するための装置又は方法は、特許請求の範囲内に含まれるために不必要である。更に、本開示における要素、構成部品、又は方法段階は、その要素、構成部品、又は方法段階が請求範囲において明白に列挙されているか否かに無関係に一般に示すべきとは考えていない。ここに請求されない要素は、その要素が、用語「のための手段」を使用して明らかに示された場合を除いて、米国特許法１１２条第６項の規定により解釈すべきでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の原理により構成された装置の図式的表現である。
【図２】
本発明の層状ウインドウ組立体の断面図である。
【図３】
図２の層状ウインドウ組立体の分解断面図である。
【図４】
本発明のヒーター格子の平面図である。
【図５】
本発明の原理を図解している装置の断面斜視図である。
【図６】
温度安定曲線のグラフである。
【図７】
本発明の検出要素の分解斜視図である。

Claims

標本組織内の解析物の濃度を決定するための装置であって、
赤外線放射検出器組立体、
前記赤外線放射検出器組立体と機能的に組み合っている赤外線透過ウインドウ、及び
前記標本組織内の温度勾配を誘発させるための冷却要素手段であって、前記ウインドウと機能的に組み合っている前記冷却要素手段
を備えた装置。
前記ウインドウ及び前記加熱要素と機能的に組み合っている冷却要素手段を更に備える請求項１の装置。
前記装置が、前記冷却要素及び前記加熱要素と機能的に組み合っている断熱要素を備える請求項２の装置。
前記加熱要素、前記冷却要素手段、及び前記断熱要素の各が赤外線透過要素である請求項３の装置。
前記赤外線透過ウインドウが層状ウインドウであり、更に前記加熱要素と前記断熱要素との各が前記層状ウインドウの層よりなる請求項４の装置。
前記断熱要素が、前記層状ウインドウの層よりなる請求項４の装置。
前記加熱要素が、熱交換器、光ヒーター、赤外線ヒーター、高周波ヒーター、電気抵抗式加熱格子、熱電ヒーター、及びワイヤーブリッジ加熱格子よりなるグループから選定される請求項３の装置。
前記加熱要素が、熱交換器、光ヒーター、赤外線ヒーター、高周波ヒーター、電気抵抗式加熱格子、熱電ヒーター、及びワイヤーブリッジ加熱格子よりなるグループから選定される請求項６の装置。
前記冷却要素が、対流空気クーラー、受動型伝導クーラー、及び能動型伝導クーラーよりなるグループから選定される請求項３の装置。
前記冷却要素手段が、対流空気クーラー、受動型伝導クーラー、及び能動型伝導クーラーよりなるグループから選定される請求項６の装置。
冷却用の前記冷却要素手段が、時間で変化する温度勾配又は周期的に変化する温度勾配の一方を誘発させる請求項１の装置。
標本組織内の解析物濃度を決定するための装置であって、
前記標本組織における温度勾配を誘発させるための複数の赤外線透過要素手段を有する層状ウインドウ組立体であって、前記赤外線透過要素手段が、加熱要素、冷却要素、及び断熱要素を含んでいる前記層状ウインドウ、
前記加熱要素及び冷却要素と機能的に組み合っている断熱要素、及び
赤外線放射検出器組立体
を機能的に組み合わせて備える装置。
前記加熱要素が加熱格子を備える請求項１２の装置。
前記冷却要素が熱電クーラーである請求項１２の装置。
前記冷却要素が、更にヒートシンクを備える請求項１２の装置。
前記ヒートシンクが、更に相変化材料を備える請求項１５の装置。
前記赤外線放射検出器組立体が光スクランブラーを備える請求項１２の装置。
前記装置が、前記赤外線放射検出器組立体からデータを受信しかつ処理するための信号処理システムを更に備える請求項１２の装置。
前記放射検出器組立体が、離散型赤外線帯域通過フィルター、及び検出器、干渉計、分光光度計、格子モノクロメーター、ファブリ・ペローフィルター、室温マイクロボロメーター、及び可変フィルターモノクロメーターよりなるグループから選定される放射検出器を備える請求項１２の装置。
前記放射検出器が、少なくも１個の特定の解析物の検出に対して最適化された複数の赤外線帯域通過フィルターと検出器とを備える請求項１２の装置。
前記赤外線放射検出器が、ブドウ糖の検出に対して最適化される請求項２０の装置。
前記複数の離散型赤外線帯域通過フィルターが、約９．３μｍ及び９．６μｍの帯域通過波長を有する請求項２１の装置。
前記複数の離散型赤外線帯域通過フィルターが、約８μｍから９μｍ及び１０μｍから１１μｍの範囲の帯域通過波長を有する請求項２１の装置。
前記複数の離散型赤外線帯域通過フィルターが水の測定に対して最適化されたフィルターを備え、前記フィルターが約５．９μｍから６．２μｍ及び１１．５μｍから１３μｍの範囲の帯域通過波長を有する請求項２０の装置。
前記複数の離散型赤外線帯域通過フィルターが水の測定に対して最適化されたフィルターを備え、前記フィルターが約１０μｍから１１μｍの範囲の帯域通過波長を有する請求項２０の装置。
前記複数の離散型赤外線帯域通過フィルターがタンパク質の測定に対して最適化されたフィルターを備え、前記フィルターが約６．２μｍから６．６μｍ、７．９μｍから８．１μｍ、９．１μｍから９．４μｍ、及び９．４μｍから９．８μｍの範囲の帯域通過波長を有する請求項２０の装置。
前記複数の離散型赤外線帯域通過フィルターがタンパク質の測定に対して最適化されたフィルターを備え、前記フィルターが約８．２μｍから６．３μｍの範囲の帯域通過波長を有する請求項２０の装置。
前記複数の離散型赤外線帯域通過フィルターが最大組織深さの情報の測定に対して最適化されたフィルターを備え、前記フィルターが約５．０μｍ及び５．５μｍの範囲の帯域通過波長を有する請求項２０の装置。
前記複数の離散型赤外線帯域通過フィルターが、約６．１μｍ、６．９μｍ、８．５μｍ、９．３μｍ、９．７μｍ、１０．４μｍ、１１．０μｍ、及び１２．５μｍの波長に中心を合わせられたフィルターを備える請求項２０の装置。
前記加熱要素、及び冷却要素が、時間で変化する温度勾配又は周期的に変化する温度勾配の一方を誘発させる請求項１２の装置。
標本の赤外線スペクトルエミッションを測定することにより、標本組織内の解析物の濃度を決定するための装置であって、
赤外線透過ウインドウ組立体、
各が前記標本組織を加熱及び冷却するように位置決めされた加熱要素手段と冷却要素手段、及び
前記標本組織からの前記赤外線スペクトルエミッションが前記赤外線透過ウインドウ組立体を通って検出器の上に通過するように位置決めされた赤外線放射検出器組立体
を備えた装置。
前記加熱要素手段が前記赤外線透過ウインドウ組立体の一部である請求項３１の装置。
前記加熱要素手段と前記冷却要素手段との間に位置決めされた赤外線透過断熱要素を更に備える請求項３２の装置。
前記冷却要素手段がヒートシンクを更に備える請求項３１の装置。
前記赤外線放射検出器組立体が、前記標本組織からの選択された赤外線スペクトルエミッションのみを検出するように最適化された請求項３１の装置。
前記選択された赤外線スペクトルエミッションが、前記標本組織内のブドウ糖の存在を検出するように最適化された請求項３５の装置。
前記加熱要素手段及び冷却要素手段が、時間で変化する温度勾配又は周期的に変化する温度勾配の一方を誘発させる請求項３１の装置。
標本の赤外線スペクトルエミッションを測定することにより、標本組織内の解析物の濃度を決定するための装置であって、
赤外線透過ウインドウ組立体、
前記標本組織を加熱及び冷却するための手段であって、前記標本組織を加熱し冷却するように位置決めされている前記手段、及び
前記標本組織からの前記赤外線スペクトルエミッションが前記赤外線透過ウインドウ組立体を通って検出器の上に通過するように位置決めされた赤外線放射検出器組立体
を備えた装置。
前記加熱用及び冷却用の手段が、前記赤外線透過ウインドウ組立体の部分である請求項３８の装置。
前記加熱用及び冷却用の手段がヒートシンクを更に備える請求項３９の装置。
前記加熱用及び冷却用の手段が赤外線透過断熱具を更に備える請求項４０の装置。
前記赤外線放射検出器組立体が、前記標本組織内のブドウ糖の検出に対して最適化された請求項３８の装置。
前記検出器からの信号を受信し処理するための信号処理装置を更に備える請求項３８の装置。
前記標本組織を加熱及び冷却するための前記手段が、時間で変化する温度勾配又は周期的に変化する温度勾配の一方を誘発させる請求項３８の装置。
標本組織内の解析物の濃度を決定するための装置において、解析物の濃度の決定を行うために組織内に温度勾配を作りそして赤外線スペクトルを測定する装置であって、
複数の赤外線透過要素を有する層状ウインドウ組立体、
前記標本組織内に温度勾配を誘発させるための手段であって、前記透過ウインドウと機能的に組み合いかつ前記標本組織と熱伝導状態にある前記手段、及び
前記ウインドウと機能的に組み合っている赤外線放射検出器組立体
を機能的に組み合わせて備える装置。
温度勾配を誘発させるための前記手段が、時間で変化する温度勾配又は周期的に変化する温度勾配の一方を誘発させる請求項４５の装置。
温度勾配を誘発させるための前記手段が、赤外線透過の加熱要素と冷却要素とを備える請求項４５の装置。
温度勾配を誘発させるための前記手段が、前記加熱要素と前記冷却要素との間の断熱を提供するように位置決めされた赤外線透過断熱要素を更に備える請求項４７の装置。
前記冷却要素が更にヒートシンクを備える請求項４７の装置。
前記ヒートシンクが更に相変化材料を備える請求項４９の装置。
前記層状ウインドウ組立体を備えている前記複数の赤外線透過要素が、前記標本組織と前記加熱要素との間に位置決めされた熱伝導スプレッダー層を備える請求項４７の装置。
前記スプレッダー層が、フローティングゾーンシリコン材料から形成される請求項５１の装置。
前記スプレッダー層が、化学蒸着されたダイヤモンド材料より形成される請求項５２の装置。
前記スプレッダー層が、保護層の形成された頂面を更に有する請求項５１の装置。
保護層が、前記層状ウインドウを通る赤外線エネルギーの透過を強化する材料で形成される請求項５４の装置。
保護層が、機械的耐久性の耐摩耗材料より形成される請求項５４の装置。
前記保護層が、ダイヤモンド状の炭素材料より形成される請求項５４の装置。
前記層状ウインドウ組立体を備えている前記複数の赤外線透過要素が、前記冷却要素に隣接して位置決めされた熱伝導性のベース層を備える請求項５４の装置。
前記ベース層が、フローティングゾーンシリコン材料から形成される請求項５８の装置。
前記ベース層が、広帯域反射防止材料で形成されたオーバーコート層を有する底面を更に備える請求項５８の装置。
前記赤外線放射検出器組立体が、複数の離散型赤外線帯域通過フィルターと検出器とを備える請求項４５の装置。
前記複数の離散型赤外線帯域通過フィルターが、ある特定の解析物を検出するように最適化された帯域通過波長を有して選定される請求項６１の装置。
前記複数の離散型帯域通過フィルターが、約６．１μｍ、６．９μｍ、８．５μｍ、９．３μｍ、９．７μｍ、１０．４μｍ、１１．０μｍ、及び１２．５μｍの帯域通過波長を有するフィルターを備える請求項６１の装置。
前記赤外線放射検出器組立体が、更に高反射スクランブラーを備える請求項４５の装置。
前記赤外線放射検出器組立体から受信したデータを処理するための信号処理システムを更に備える請求項４５の装置。
前記標本組織内に温度勾配を誘発させるための複数の層状赤外線透過要素手段であって、加熱要素及び断熱要素を含んでいる前記手段を機能的に組み合わせて備えている赤外線透過患者ウインドウ。
前記複数の層状赤外線透過要素手段が、更にスプレッダー層とベースウインドウとを備える請求項６６のウインドウ。
前記スプレッダー層が前記加熱要素に隣接して位置決めされ、加熱要素が前記断熱要素に隣接し、更に前記断熱要素が前記ベースウインドウに隣接して位置決めされている請求項６７のウインドウ。
前記スプレッダー層が保護層を有する頂面を備え、前記保護層が、前記ウインドウのエネルギーエミッションを強化しかつ熱伝導性を有しかつ高度の機械的摩耗抵抗を有する赤外線透過材料で形成されている請求項６８のウインドウ。
前記ベースウインドウが、オーバーコート層を有する底面を備える請求項６９のウインドウ。
前記加熱要素及び断熱要素が、時間で変化する温度勾配又は周期的に変化する温度勾配の一方を誘発させる請求項６６のウインドウ。
標本組織内の熱勾配を作りそして前記標本内の解析物の濃度を決定するために赤外線スペクトルを測定する方法であって、
複数の赤外線透過要素を有する層状ウインドウを設け、
温度勾配を誘発させるための手段であって前記ウインドウと機能的に組み合っている前記手段を設け、
前記ウインドウと機能的に組み合っている赤外線放射検出器を設け、更に
前記放射検出器と機能的に組み合っている信号処理システムを設ける
諸段階を含む方法。
複数の赤外線透過要素を有する層状ウインドウ組立体を設ける前記段階が赤外線透過断熱要素を設けることを含む請求項７２の方法。
温度勾配を誘発させるための手段の前記段階が、間に前記赤外線透過断熱要素が配置された加熱要素と冷却要素とを設ける段階を更に含む請求項７３の方法。
複数の赤外線透過要素を有する層状ウインドウ組立体を設ける前記段階が、前記複数の赤外線透過要素の一つとして前記加熱要素を設けることを含む請求項７４の方法。
複数の赤外線透過要素手段を有する層状ウインドウ組立体を設ける前記段階が、第１の熱伝導赤外線透過要素を設けることを含み、前記第１の熱伝導要素は頂面と底面とを有し、前記頂面はその上に配置された赤外線透過保護層を有し、前記保護層が前記標本組織に隣接して配置されている請求項７５の方法。
前記複数の赤外線透過要素手段の一つとして前記加熱要素を設ける前記段階が、前記第１の熱伝導要素の前記底面に隣接して前記加熱要素を位置決めすることを含む請求項７６の方法。
前記加熱要素を設ける前記段階が、熱交換器、光ヒーター、赤外線ヒーター、高周波ヒーター、電気抵抗加熱格子、熱電ヒーター、及びワイヤーブリッジ加熱格子よりなるグループから前記加熱要素を選定する更なる段階を含む請求項７４の方法。
前記ウインドウと機能的に組み合っている赤外線放射検出器を設ける前記段階が、離散型赤外線帯域通過ィルターと検出器、干渉計、分光光度計、格子モノクロメーター、同調可能なファブリ・ペローフィルター、及び可変フィルターモノクロメーターよりなるグループから前記赤外線放射検出器を選定する更なる段階を含む請求項７４の方法。
赤外線放射検出器を設ける前記段階が、相互に交換可能な複数の離散型赤外線帯域通過フィルターを設ける段階を含む請求項７９の方法。
前記複数の離散型赤外線帯域通過フィルターを設ける前記段階が、約６．１μｍ、６．９μｍ、８．５μｍ、９．３μｍ、９．７μｍ、１０．４μｍ、１１．０μｍ、及び１２．５μｍの帯域通過波長を有するフィルターを設けることを含む請求項８０の方法。