JP2004524546A - 流体を分析する磁気センサおよび方法 - Google Patents

Abstract

流体を分析する装置は、空間内に不均一磁界を発生させる手段（１，２，４，５）と、空間内へ分析される流体のサンプルが導入されたときに磁界強度の変化が測定できるよう構成された磁界強度を測定する手段（６，８）とを有する。本装置を用いてあらゆる流体を分析できるが、本装置は体液、特に血液の分析に適している。分析されている流体内の物質の存在は、測定された磁界強度の変化を保管情報と比較することによって判別できる。磁界強度を測定する手段は、好ましくは、直線距離にわたって磁界強度を測定するよう動作する。磁界強度を測定する手段は、ホール効果デバイスのような磁界検出器の線形アレイを含んでもよい。

Description

【０００１】
本発明は、流体、特に、これらに限られないが血液のような体液（body fluid）を分析して、血液内の様々な物質の存在および濃度を測定する装置および方法に関する。
【０００２】
人間および動物の医療と診断において、血液分析が広く行われている。血液分析について多数の方法が知られている。本発明の実施例は血液分析の代替の方法を提供する。
【０００３】
一般的に、血液のサンプルを、分析のために生体（living body）から体の外に取り出すことが必要である。これは、血液中のブドウ糖濃度の頻繁な分析が必要な糖尿病患者のケースのように、血液の頻繁な分析が要求される場合には特に、不快かつ不便となり得る。本発明の実施例は、体内の血液の非侵襲の分析装置および分析方法を提供する。
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、空間内に不均一磁界を発生させる手段と、分析される流体のサンプルが空間に導入されたときに磁界強度の変化が測定できるよう構成された磁界強度を測定する手段とを備える流体分析装置が与えられる。
【０００５】
本発明の第２の態様によれば、分析される流体のサンプルへ不均一磁界を与えるステップと、磁界を測定してサンプルの存在によって生じた磁界強度の変化を判別するステップとを含む流体分析方法が与えられる。
【０００６】
全ての物質は、磁界内に置かれたときにある程度磁化される。磁化の程度とサインは物質の特性に依存する。物質が磁界内で磁化されるとき、当該物質は力を受ける。磁界に対して不同に反応する多数の物質を含有する流体が不均一磁界に置かれた場合、異なる物質が異なる力を受けて磁界の異なる領域へ移動する結果となる。流体内に存在する異なる磁性の物質は、異なる方法で磁界に影響を与えることになる。異なる物質が磁界に影響を与える与え方（way）に関する知識があれば、流体の存在が磁界に影響を与える与え方を測定することにより、不均一磁界を受けた流体内の異なる物質の存在と濃度とを推定することが可能である。
【０００７】
好ましくは、不均一磁界の強度は、直線距離に応じて変化する。不均一磁界を発生させる手段は、好ましくは、相互の間に磁界を発生させるよう構成された、２つの対向し離間した希土類磁石のような永久磁石を有する。当該磁石は例えば軟鉄製ヨークのようなヨーク上に備えられてもよい。当該磁石はそれぞれ、磁界に不均一性を導入するよう作用する成形磁極片が好ましくは取り付けられる。
【０００８】
磁界強度を測定する手段は、好ましくは、直線距離にわたって磁界強度を測定するよう動作する。磁界強度を測定する手段は、ホール効果デバイスのような磁界検出器の線形アレイを含んでもよい。ホール効果デバイスは、好ましくは高感度であり、特に、少なくとも３０ｍＶｍＡｋＧ^-1の感度である。ホール効果デバイスは、好ましくは三元物質（ternary material）を含む。当該アレイは、好ましくは、磁界強度が変化する方向に延びる。アレイ内のそれぞれの検出器は、好ましくは、当該検出器によって測定された磁界強度に依存する出力を作り出す。それぞれの検出器からの出力は、好ましくは処理手段へ送信される。好ましくは電気的処理手段または電子的処理手段であり、コンピュータを含んでもよい処理手段は、空間への分析されるサンプルの導入時にそれぞれの検出器によって検出された磁界の変化を測定するように好ましくは構成される。
【０００９】
これを実現できる１つの手段は、空間が空のときにそれぞれの検出器からの出力がゼロになるようにそれぞれの検出器からの出力を無効にする処理手段に関する。したがって、空間へのサンプルの導入時に、それぞれの検出器からの正または負の出力は、サンプルの導入によってもたらされた磁界の変化を表す。
【００１０】
代替として、磁界強度を測定する手段は、位置装置上に備えられた単一の磁界検出器を含んでもよく、この位置装置は検出器を移動させて直線距離にわたって磁界に近づくよう動作する。
【００１１】
磁界が測定される方向に沿った磁界強度の変化は、分析されているサンプルの成分を示すことになる。処理手段は、好ましくは、測定された磁界強度の変化を保管情報と比較し、当該比較に基づいて、分析されているサンプルの含有物の表示を与えるよう構成される。
【００１２】
処理手段は、好ましくは、例えばディスプレイのようなユーザへ情報を出力する手段を有する制御装置内に含まれる。
【００１３】
本装置は、体内にある血液の分析に適している。このために、磁界を発生させる手段と磁界を検出する手段とが人間または動物の身体への装着に適合することが好ましい。適切には、これらは耳たぶへの装着に適合したクリップ内に含まれてもよい。これらを衣類（garment）内に含めることもできる。
【００１４】
本装置および方法は、流体、特に血液の迅速な分析を可能とし、これらは非侵襲で分析できる。
【００１５】
本発明をより明確に理解できるように、添付図面を参照して本発明の実施形態を例として説明する。
【００１６】
図１〜３を参照すると、本装置は磁石システム１を備える。磁石システムは、ほぼ四角形のＵ字形軟鉄製ヨーク２を備え、ヨーク２は、基部から延びる２つの離間した直立部を有する。直立部は、それぞれ対向し，離間し，ほぼ平行な面を定め、この面のそれぞれの上に希土類永久磁石３が備えられる。それぞれの磁石３の上に成形軟鉄製磁極片４，５が備えられており、その結果、それぞれの磁石３はヨーク２の表面と磁極片４，５との間に挟まれる。双方の磁極片４，５は、磁極片４，５が備えられている磁石３の面をほぼ覆う。一方の磁極片４は断面がほぼ三角形であり、磁極片４の磁石３から突出し、他方の磁極片５の方を向いた楔形の外形を呈する。他方の磁極片５の断面形状は平らな頂上部を備える三角形形状であり、頂上部の相対する辺から、その間の空間を定める矩形突出部が突き出る。
【００１７】
磁石３はそれらの間の空間内に磁界を発生させるよう作用し、磁極片４，５は磁界に不均一性を導入するよう作用する。特に、磁極片４，５は、図３においてＸとして示された方向に延びる可変の場の勾配（field gradient）を導入する。
【００１８】
磁石システム１は、さらに、磁石３の間でＸ方向に延びるホール効果デバイスの線形アレイ６を含む。
【００１９】
磁石システム１は（図示しない）ハウジング内に配され、当該ハウジングは、磁石システム１を人間の耳７上に快適にはめるのを可能にして、人間の耳たぶを磁極片４，５の間の領域にさらす。
【００２０】
アレイ６のホール効果デバイスは、それぞれ制御装置８へ電気的に接続される。制御装置８は、外側にディスプレイ９と様々なユーザ操作可能制御部１０とを有するハウジングを備え、電子回路１１，１２および１３と付随する電源１４とを収容する。当該回路は、結線１６を介してアレイ６のホール効果デバイスのそれぞれと接続されマイクロプロセッサ１１と接続されるマルチプレクサ１３を備え、それぞれのホール効果デバイスのホール電圧を順々に測定するのを可能にする。マイクロプロセッサ１１は、また、ディスプレイ９，ユーザ操作可能制御部１０，電源１４およびメモリ１２へ接続される。電源１４は、また、結線１５を介してアレイ６のホール効果デバイスのそれぞれと接続される。電源１４は、制御装置を含む電子回路に電力を供給するよう動作し、アレイ６のホール効果デバイスのそれぞれに駆動電流を供給するよう動作する。マイクロプロセッサ１１は、ホール効果デバイスから測定されたホール電圧を監視し、この情報を処理して出力を作り出すよう動作する。
【００２１】
プロセッサは、磁石システム１が空間内に置かれているときに、アレイ６のホール効果デバイスのそれぞれを測定した公称ホール電圧が全てゼロになるように構成される。したがって、磁極片４，５間の空間への、分析されるサンプル例えば人間の耳たぶの導入時に、測定されるホール電圧は、サンプルの導入によってもたらされ、それぞれのホール効果デバイスによって測定された磁界強度の変化を表すことになる。
【００２２】
全ての物質は、磁界内に置かれたときにある程度磁化される。物質の磁化（Ｍ）は、単位体積あたりの磁気モーメントと定義される。これは、強磁性物質については比較的大きく正であり、常磁性物質については比較的小さく正であり、反磁性物質については比較的小さく負である。磁場の勾配のあるところで、これらの物質は単位体積あたりの力Ｆ＝ＭｇｒａｄＨを受けることとなる。ここで、Ｆは力であり、Ｍは磁化であり、そしてｇｒａｄＨは場の勾配である。したがって、異なる磁化Ｍを有する物質は異なる力を受けることになる。一部の流体、特に血液は、密接混合された異なる磁化の多数の物質を含む。このような流体に対する強不均一磁界の印加は、異なる物質に加えられる異なる力を生じさせてサンプル内部のこれらの物質の濃度勾配を生じさせることになる。磁界領域内のサンプル内部の物質濃度の変動は、磁界強度の変動につながり、磁界強度の変動は様々な物質の存在によってもたらされる。
【００２３】
図４は、血液サンプルが磁極片４，５の間の空間に導入されたときの図１〜３の装置のＸ方向に沿った磁界強度の変化を示すグラフである。様々なピークと谷は、サンプル内の様々な物質の存在を示す。例えばグラフの符号付ピーク１１，１２，１３は、尿素，グルコースおよびクレアチンの存在を示す。本装置を用いるサンプルの分析の結果を、既知の手法、例えば化学分析の結果と比較することによって、最初に実験的にサンプル内部の物質の存在と濃度とを決定することが可能である。様々な物質の存在を表す特徴的出力を測定して制御装置のメモリ１２に記憶することができる。プロセッサ１１は、次に、測定された磁界分布（magnetic field distribution）を保管情報と比較して分析されているサンプル内の様々な物質の存在と濃度とを推定するよう動作する。特定の物質の存在によってもたらされた磁界の変化は、サンプル内のその物質の濃度に比例する。
【００２４】
本装置は血液の非侵襲の分析に特に適しているが、多くの他の用途も有することが明らかである。
【００２５】
本装置は、独自の電源を備えて、部分的にあるいは全体として持ち運びできるようにしてもよい。本装置によって取得されたデータは、ＲＦ，モデム，ＩＲまたは他のデジタルもしくはアナログ伝送媒体によって伝送できる。本装置によって取得されたデータは、記憶可能であり、同じ方法または他の方法によって取得された他のデータと比較して用いることができる。それによって行われるデータ比較は、継続的に、もしくは定期的に試みられてもよい。本装置の出力を用いて自動薬交付システム（automated drug delivery system），自動警報システムのような他の装置を制御してもよい。本装置は、その場での検体の測定を提供する。本装置は、静止状態の流体および動状態の流体双方を測定できる。本装置は、サンプル内部の固有の検体および固有でない検体を測定できる。
【００２６】
上述の実施形態は、例のみとして述べられたものである。本発明から外れることなしに多くの変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る装置の一部を示す図である。
【図２】図１の磁石システムの概略ブロック図である。
【図３】図１の装置の磁石システムの斜視図である。
【図４】図１〜３の装置を用いて血液サンプルを測定した距離対磁界強度のグラフである。

Claims (18)

1. 空間内に不均一磁界を発生させる手段と、分析される流体のサンプルが前記空間に導入されたときに前記磁界の強度の変化が測定できるよう構成された前記磁界の強度を測定する手段と、を備える流体分析装置。
2. 前記不均一磁界の強度は直線距離に応じて変化する請求項１記載の装置。
3. 前記不均一磁界を発生させる手段は、相互の間に磁界を発生させるよう構成された、２つの対向し離間した永久磁石を有する請求項１または２記載の装置。
4. 前記磁石は、軟鉄製ヨークのようなヨーク上に備えられる請求項３記載の装置。
5. 前記磁石は、それぞれ、前記磁界に不均一性を導入するよう作用する成形磁極片が取り付けられる請求項３または４記載の装置。
6. 前記磁界の強度を測定する手段は、直線距離にわたって前記磁界強度を測定するよう動作する請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
7. 前記磁界の強度を測定する手段は、線形アレイの磁界検出器を有する請求項６記載の装置。
8. 前記線形アレイは、前記磁界強度が変化する方向に延びる請求項７記載の装置。
9. 前記測定する手段は位置装置上に備えられた単一の磁界検出器を有し、前記位置装置は前記検出器を移動させて直線距離にわたって前記磁界を走査するよう動作する請求項６記載の装置。
10. 前記単一の磁界検出器または前記アレイのそれぞれの磁界検出器は、前記検出器によって測定された磁界の強度に依存する出力を作り出し、それぞれの検出器からの出力は、前記空間への分析されるサンプルの導入時にそれぞれの検出器によって検出された磁界の変化を測定するよう構成された処理手段へ送信される請求項７〜９のいずれかに記載の装置。
11. 前記処理手段は、前記空間が空のときに前記それぞれの検出器からの出力がゼロになるように前記単一の磁界検出器または前記アレイのそれぞれの検出器からの出力を無効にするよう構成され、前記空間へのサンプルの導入時に、それぞれの検出器からの正または負の出力が前記サンプルの導入によってもたらされた磁界の変化を表す請求項１０記載の装置。
12. 前記処理手段は、前記測定された磁界強度の変化を保管情報と比較し、前記比較に基づいて、分析されているサンプルの含有物の表示を与えるよう構成される請求項１０または１１記載の装置。
13. 前記処理手段は、ユーザへ情報を出力する手段を有する制御装置内に含まれる請求項１０〜１２のいずれかに記載の装置。
14. 前記磁界を発生させる手段と、前記磁界を検出する手段とが、人間または動物の身体への装着に適合する請求項１〜１３のいずれかに記載の装置。
15. 分析される流体のサンプルへ不均一磁界を与えるステップと、前記磁界を測定して前記サンプルの存在によって生じた前記磁界の強度の変化を判別するステップと、を含む流体分析方法。
16. 前記不均一磁界の強度が直線距離に応じて変化し、前記磁界の強度が直線距離にわたって測定される請求項１５記載の方法。
17. 前記測定された磁界強度が保管情報と比較されて、分析されている流体の含有物の表示を与える請求項１５または１６記載の方法。
18. 前記流体は血液である請求項１５〜１７のいずれかに記載の方法。

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