JP2005513491A - 生物学的マトリックス中の光輸送パラメータおよび分析物の決定のための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
T.J. Farrell et al.:“A diffusion theory model of spatially resolved, steady-state diffuse reflectance for the noninvasive determination of tissue optical properties in vivo”, Med. Phys. 19, 879-888 (1992)
R.C. Haskell et al.:“Boundary conditions for the diffusion equation in radiative transfer”, J. Opt. Soc. Am A, 11, 2727-2741 (1994)
a)光学的散乱の典型値(μs,MC)のための数値シミュレーションによって測定距離(ρ)および光学的吸収(μa)の二次光の強度(I)の理論的依存性の算出。
b)測定距離(ρ)および光学的吸収(μa)の所定の値に各々1つの強度値(I(ρ/μa))が割り当てられるルックアップ表の形式におけるシミュレーション結果の記憶。
c)生物学的マトリックス中の光輸送の特性を表す光輸送パラメータ(μa、μs)の多数の様々な値に対して測定距離(ρ)への強度(I)の依存性が計算され、対応する強度測定値と計算により決定された測定距離(ρ)への強度(I)の依存性の好適な一致が達成される光輸送パラメータ(μa、μs)の値を決定するために、検出測定において測定された強度測定値と比較され、適合化法によって光学的マトリックス中の光散乱に特有のパラメータ(μs)の決定において、工程c)が以下の部分工程を包含する:
c1)工程a)で使用された典型的な光学的散乱(μs,MC)に対する任意の光学的散乱(μs)の関係からの計数因子(s)の計算。
c2)計数因子(s)によって工程b)で記憶されたルックアップ表の独立変数(ρ、μa)の変換。
c3)ルックアップ表に記憶された値を基礎に変換された変数によって光学的散乱(μs)の選択値における光学的吸収(μa)と測定距離(ρ)への強度(I)の依存性の計算。
ρi’=ρi・s
I0’(ρi’)=I0(ρi)/s2
Claims (13)
- 生物学的マトリックス中の光散乱に特有の光輸送パラメータの選択的決定のための方法であって、少なくとも3つの検出測定において、それぞれ光が一次光(9)として放射サイト(10)で生物学的マトリックス(5)中に放射され、前記光が生物学的マトリックス(5)中で光路(20−22)に沿って伝播され、検出測定において各放射サイトの様々な測定距離(ρ)にある検出サイト(33−40)で出射する二次光(12)の強度測定値が測定される前記検出測定と、生物学的マトリックス(5)中の光散乱に特有の光輸送パラメータが評価アルゴリズムによって検出測定において測定された強度測定値から導出される評価工程とを含むものにおいて、一次光が生物学的マトリックス(5)の表面(4)と放射サイト(10)で接触する光導波素子(29)によって放射され、一次光が放射サイト(10)で表面(4)上への垂線(31)に対し5゜および85゜のあいだの入射角(α)で斜めに生物学的マトリックス(5)に放射され、少なくとも2つの検出測定において各放射サイト(10)と各検出サイト(33−40)とのあいだの測定距離(ρ)が生物学的マトリックス中で伝播する光の平均自由経路長の最大5倍に相当する方法。
- 生物学的マトリックス中の光散乱に影響を及ぼす分析物、特にグルコースの決定のための方法であって、少なくとも3つの検出測定において、それぞれ光が放射サイト(10)で生物学的マトリックス(5)中に放射され、前記光が一次光(9)として生物学的マトリックス(5)中で光路(20−22)に沿って伝播され、検出測定において各放射サイトの様々な測定距離(ρ)にある検出サイト(33−40)で出射する二次光(12)の強度測定値が測定される前記検出測定と、生物学的マトリックス(5)中の分析物の濃度に関する情報が評価アルゴリズムによって検出測定において測定された強度測定値から導出される評価工程とを含むものにおいて、一次光が生物学的マトリックス(5)の表面(4)と放射サイト(10)で接触する光導波素子(29)によって放射され、一次光が放射サイト(10)で表面(4)上への垂線(31)に対し5゜および85゜のあいだの入射角(α)で斜めに生物学的マトリックス(5)に放射され、少なくとも2つの検出測定において各放射サイト(10)と各検出サイト(33−40)とのあいだの測定距離(ρ)が生物学的マトリックス中で伝播する光の平均自由経路長の最大5倍に相当する方法。
- 少なくとも3つの検出測定において各放射サイト(10)と各検出サイト(33−40)とのあいだの測定距離(ρ)が生物学的マトリックス中で伝播する光の平均自由経路長の最大5倍に相当する、請求項1または2記載の方法。
- 少なくとも4つの検出測定において各放射サイト(10)と各検出サイト(33−40)とのあいだの測定距離(ρ)が生物学的マトリックス中で伝播する光の平均自由経路長の最大5倍に相当する、請求項1または2記載の方法。
- 評価工程において専ら、各放射サイト(10)と各検出サイト(33−40)とのあいだの測定距離(ρ)が生物学的マトリックス(5)中で伝播する光の平均自由経路長の最大10倍に相当する検出測定から生じる強度測定値が使用される、請求項1、2、3または4記載の方法。
- 二次光(12)が生物学的マトリックスと検出サイトで接触する光導波素子(30)によって検出される、請求項1、2、3、4または5記載の方法。
- 二次光(12)が検出サイト(33−40)で、表面上への垂線を基準として、5゜および85゜のあいだの角度(β)で表面に対して斜めに伸長する検出方向(43)により検出される、請求項1、2、3、4、5または6記載の方法。
- 検出方向(43)が放射サイト(10)へ配向される、請求項7記載の方法。
- 二次光が複数の、それぞれ複数の検出サイト(49)を含む生物学的マトリックス(5)の表面上の検出領域(50、51、52)で検出され、検出方向が検出領域(50、51、52)の複数の検出サイト(49)で単一であるが、複数の検出領域においては異なる、請求項1、2、3、4、5、6、7または8記載の方法。
- 生物学的マトリックス(5)中の光散乱に特有の光輸送パラメータの選択的決定、特に生物学的マトリックス中のグルコース濃度の非侵襲的決定を目的とする方法であって、少なくとも2つの検出測定において、それぞれ光が一次光(9)として放射サイト(10)で生物学的マトリックス(5)中に放射され、前記光が生物学的マトリックス(5)中で光路(20−22)に沿って伝播され、検出測定において各放射サイトの様々な測定距離(ρ)にある検出サイト(33−40)で出射する二次光(12)の強度測定値が測定される前記検出測定と、生物学的マトリックス(5)中の光散乱に特有の光輸送パラメータが評価アルゴリズムによって検出測定において測定された強度測定値から導出される、特に請求項1、2、3、4、5、6、7、8または9記載の評価工程とを含むものにおいて、評価アルゴリズムが、
a)光学的散乱の典型値(μs,MC)のための数値シミュレーションによって測定距離(ρ)および光学的吸収(μa)の二次光の強度(I)の理論的依存性を算出する部分工程と、
b)測定距離(ρ)および光学的吸収(μa)の所定の値に各々1つの強度値(I(ρ、μa))が割り当てられるルックアップ表の形式におけるシミュレーション結果を記憶する部分工程と、
c)生物学的マトリックス中の光輸送に特有の光輸送パラメータ(μa、μs)の多数の様々な値に対して測定距離(ρ)への強度(I)の依存性が計算され、対応する強度測定値と計算により決定された測定距離(ρ)への強度(I)の依存性の好適な一致が達成される光輸送パラメータ(μa、μs)の値を決定するために、検出測定において測定された強度測定値と比較される適合化法によって光学的マトリックス中の光散乱に特有のパラメータ(μs)を決定する部分工程とを包含し、工程c)が、
c1)工程a)で使用された典型的な光学的散乱(μs,MC)と任意の光学的散乱(μs)の関係からの計数因子(s)を計算する部分工程と、
c2)計数因子(s)によって工程b)で記憶されたルックアップ表の独立変数(ρ、μa)を変換する部分工程と、
c3)ルックアップ表に記憶された値を基礎に変換された変数によって光学的散乱(μs)の選択値における光学的吸収(μa)と測定距離(ρ)への強度(I)の依存性を計算する部分工程と、を含む方法。 - 検出測定が、評価アルゴリズムの一部を実施するコンピュータシステムを包含する携帯用分析装置によって実施され、工程a)およびb)が携帯用分析装置のほかに別のコンピュータシステムによって実施される、請求項10記載の方法。
- 各々1つの放射サイトで一次光を放射する光放射手段(7)と、検出サイトで二次光を検出する検出手段(16)とを含む、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10または11記載の方法を実施するための装置用の測定ヘッドであって、光放射手段(7)が生物学的マトリックス(5)の表面と各放射サイト(10)で接触する光導波素子(29)を包含し、一次光が放射サイト(10)で表面(4)上への垂線(31)に対し5゜および85゜のあいだの入射角(α)で斜めに生物学的マトリックス(5)中に放射されるように形成され、1つの放射サイトと2つの検出サイトまたは2つの放射サイトと1つの検出サイトが、その測定距離(ρ)が生物学的マトリックス中で伝播する光の平均自由経路長の最大5倍に相当するように配置されている測定ヘッド。
- プログラム技術的に工程c)の実施のために形成される信号処理−および評価ユニットを包含する、特に請求項12記載の測定ヘッドを用いる、請求項10または11記載の方法を実施するための装置。
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