JP2008519281A - 光学活性体の濃度を測定する非侵襲的測定システム及び方法 - Google Patents

Abstract

被験者の光学活性体の濃度を非侵襲的に測定する方法及びシステムが開示される。このシステムは、光を或る濃度の光学活性体を有する被験者又は物体に向かって送る光源と、光源と被験者との間に配置された偏光子と、像取込みデバイスと、プロセッサとを有する。像取込みデバイスは、被験者から反射された光を受け取ってこの光から測定画像を生じさせるよう位置決めされている。測定画像は、測定された光強度データを定める。プロセッサは、測定光強度データの選択部分に基づいて光学活性体の濃度を計算するよう構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学活性体の濃度、特に、人間の血流中のブドウ糖の濃度を非侵襲的に測定する方法及びシステムに関する。

或る特定の状況では、人の血流中の特定の物質の濃度を測定することが必要である。かかる濃度を測定するために一般に用いられている試験手技は、侵襲性であって、血液の引き出しを必要とする。これは、頻繁な間隔で濃度測定値を得る必要がある人にとって特に不快な場合がある。例えば、糖尿病患者は、自分の血流中のブドウ糖のレベルをモニタする必要があり、毎日、しばしば１日に数回、かかる侵襲的測定手技を受ける必要がある。典型的には、測定は、血液を引き出すフィンガープリック（finger prick）により行われ、この血液を試験ストリップ上に置き、次にこれをブドウ糖モニタ装置内に挿入する。

侵襲的試験の問題を回避するため、関心のある血流中の成分、例えばブドウ糖の濃度を測定する非侵襲的方法が開発された。ブドウ糖及び他の或る特定の化合物は、「光学活性」化合物と呼ばれている。本明細書で用いる「光学活性」という用語が指す化合物は、かかる化合物を含む溶液に光を通したときに偏光を回転させる化合物のことである。光学活性は又、化学式及び化学構造が同一の異性体と関連しているが、これらの原子は、対の構成員が互いに鏡像関係をなすように空間向きが異なっている。異性体の光学活性対の両方の員が混合物中に等しい割合で存在している場合、この混合物は、「ラセミ体（racemic）」と呼ばれ、これは、各異性体の回転効果が互いに打ち消し合うので偏光の正味の回転を呈さないであろう。しかしながら、当業者には知られているように、哺乳動物では、ブドウ糖及び他の或る特定の光学活性体は、これらの光学活性異性体のうちの１つの形態でしか存在せず、それにより、ラセミ体混合物により生じる回転の打ち消しが回避される。

光学活性体、例えばブドウ糖の光学活性を人体中のこれらの濃度を非侵襲的に測定する手段として利用することが望ましい。平面偏光の回転は、以下の関係式に従って光の通る溶液中の光学活性体の濃度に比例することが知られている。

α＝［α］_D［Ｃ］ｌ
上式において、Ｃは、光学活性体の濃度、ｌは、光路長（即ち、平面偏光が通る流体の長さ）、［α］_Dは、溶液の温度及び用いられる光の波長で変化する光学活性体に特有なパラメータである比旋光度である。

非侵襲的ブドウ糖測定を行うのに適した１つの場所は、目の眼房水である。眼房水中のブドウ糖の濃度は、血流中のブドウ糖の濃度に直接関連している。しかしながら、眼房水中のブドウ糖の濃度と眼房水を透過した偏光の回転度との間の関係は、血流中のブドウ糖の濃度を求める目的に用いるには困難である。１つには、この問題は、光路長（ｌ）を正確に測定することが目の幾何学的形状とほぼ同じほど複雑な機械的形状を有する構造では困難であるということに起因している。加うるに、平面偏光の回転角度を測定する公知の技術は、実験室環境、特に、かかる非侵襲的試験が患者又は技術者により行われる環境の外部で信頼性をもって実施するのは困難である。その結果、上述の問題に取り組む方法及びシステムの開発が要望されている。

本発明の一特徴によれば、光を或る濃度の光学活性体を有する被験者又は物体に向かって送る光源を有する装置が提供される。この装置は、偏光子と、第１の像取込みデバイスと、プロセッサとを更に有する。偏光子は、光源と被験者との間に配置される。第１の像取込みデバイスは、被験者から反射された光を受け取ってこの光から測定画像を生じさせるよう位置決めされている。測定画像は、測定された光強度データを定める。プロセッサは、測定された光強度データの選択部分に基づいて光学活性体の濃度を計算するよう構成されている。

光学活性体は、好ましくはブドウ糖である。好ましい実施形態では、本装置は、ハウジングを更に有し、光源、偏光子、第１の像取込みデバイス、及びプロセッサは、ハウジング内に収納されている。より好ましくは、この装置は、携帯可能であり、この装置は、手持ち型装置であることが特に好ましい。好ましい実施形態では、物体は、虹彩を備えた人間の目であり、測定画像は、虹彩の測定画像である。

別の好ましい実施形態によれば、光学活性体に関する所定濃度データ及び所定光強度データを含むデータベースが提供される。プロセッサは、測定光強度データの選択された部分、所定の濃度データの選択された部分、及び所定の光強度データの選択された部分に基づいて光学活性体の濃度を計算するよう構成されている。

他の好ましい実施形態によれば、物体は、虹彩を有する人間の目であり、偏光子は、光源からの光を虹彩に向かって送って送られた光が１つ又は２つ以上の入射角で虹彩に接触し、それにより物体から反射された光の部分が作られるように位置決めされている。入射角のうちの１つ又は２つ以上が偏光を生じさせるのに十分であることが特に好ましい。

本発明の別の特徴によれば、光学活性体の溶液を収容した物体中の光学活性体の濃度を計算する方法が提供される。この方法は、物体の少なくとも１つの測定画像像を提供するステップを有し、各前記測定画像は、物体から反射された光の測定強度のアレイを構成する。この方法は、物体から反射された光の測定強度の少なくとも１つの比を計算するステップと、光強度の少なくとも１つの測定比に基づいて光学活性体の濃度を計算するステップとを更に有する。物体は、好ましくは、虹彩を備えた人間の目である。

好ましい実施形態では、光学活性体の濃度を計算するステップは、測定画像中に複数の計算空間を定めるステップと、各計算空間中の計算空間比を計算するステップとを有する。計算空間は、好ましくは、第１及び第２の領域から成り、これら領域は、より好ましくは、「Ｌ字形」を形成する。

さらに他の好ましい実施形態では、この方法は、各々が光学活性体の既知の濃度に対応した基準物体の複数の所定の画像を提供するステップと、物体から反射された光の所定の強度のアレイを構成するステップと、所定の強度の各アレイ内の強度の少なくとも１つの所定の比を計算するステップとを有する。光学活性体の濃度は、測定強度の少なくとも１つ及び基準物体から反射された光の所定の強度の各アレイ内の強度の所定の比のうちの少なくとも１つの比に基づいて計算される。

さらに好ましい実施形態では、基準物体から反射された光の所定強度の各アレイ内の少なくとも１つの所定の光強度比を計算するステップは、各所定の画像中の少なくとも１つの所定の計算空間を定めるステップと、各所定の計算空間内の所定の計算空間比を計算するステップとを有し、少なくとも１つの所定の光強度比は、所定の計算空間比のうちの少なくとも１つを含む。

他の好ましい実施形態では、この方法は、オフセット誤差アレイを生成するステップを有する。追加の好ましい実施形態では、この方法は、最小オフセット誤差アレイを生成するステップを有する。

本発明の別の特徴によれば、光学活性体の溶液を収容した物体中の光学活性体の濃度を計算する方法が提供される。この方法は、物体の測定画像を提供するステップを有する。測定画像は、物体から反射された光の強度のアレイを定める。測定画像を複数の回転位置に回転させ、それにより、物体から反射された光の複数の回転測定強度を生じさせる。光学活性体の濃度は、物体から反射された光の測定強度及び物体から反射された光の回転測定強度に基づいて計算される。

本発明の追加の特徴によれば、光学活性体の溶液を収容した物体中の光学活性体の濃度を計算する方法が提供される。この物体は、複数個の物体領域を含む。この方法は、物体から反射された光の複数の測定強度値を提供するステップを有し、各測定強度値は、物体の領域のうちの１つに対応している。光学活性体の溶液を収容した基準物体から反射された光の複数の所定の強度も又提供される。基準物体は、複数の基準物体領域を含み、各所定の光強度は、基準物体の領域のうちの１つ及び光学活性体の既知の濃度に対応している。基準物体から反射された光の複数の所定の強度の一部を選択する。光学活性体の濃度は、物体から反射された光の測定強度のうちの１つ又は２つ以上及び物体から反射された光の複数の所定の強度の選択された部分に基づいて計算される。好ましい実施形態では、基準物体から反射された光の複数の所定の強度の一部を選択するステップは、１つ又は２つ以上の統計学的信頼パラメータに基づいて行われる。

本発明の別の特徴によれば、光学活性体の溶液を収容した物体中の光学活性体の濃度を計算する方法が提供される。この方法は、物体の測定画像を提供するステップを有し、測定画像は、測定光強度データを構成する。光学活性体の溶液を収容した基準物体の複数の所定の画像が提供される。各所定の画像は、光学活性体の既知の濃度に対応している。複数の所定の画像は、所定の光強度データのアレイを構成する。複数の所定の光強度データは、所定の光強度データの複数のサブアレイを構成する。この方法は、測定画像を複数の回転位置まで回転させ、それにより回転光強度データを作成するステップと、サブアレイのうちの１つを選択するステップとを有する。物体中の光学活性体の濃度は、測定光強度データ、回転光強度データ、及び所定の光強度データの選択されたサブアレイに基づいて計算される。

本発明の別の特徴によれば、光学活性体の溶液を収容した物体中の光学活性体の濃度を計算する指令を有するコンピュータにより読み取り可能な媒体が提供される。この方法は、測定光強度データを定める物体の測定画像を受け取るステップを有する。

光学活性体の溶液を収容した基準物体の複数の所定像を受け取る。これら像は各々、光学活性体の既知の濃度に対応し、複数の所定の像は、所定の光強度データのアレイを構成し、このアレイは、所定の光強度データの複数のサブアレイを更に構成する。測定画像を複数の回転位置まで回転させて回転光強度データを作成する。所定の光強度データのサブアレイのうちの１つを選択し、物体中の光学活性体の濃度は、測定光強度データ、回転光強度光データ、及び所定の光強度データの選択されたサブアレイに基づいて計算される。

本発明は、添付の図面を参照することにより容易に理解できる。

本発明は、被験者としての人の血流中のブドウ糖レベルを人の目の虹彩の種々の領域から反射された光の強度の比と相関させることができるという驚くべき発見に関している。これとは対照的に、ブドウ糖濃度の非常に大幅な変化により、偏光をブドウ糖含有溶液、例えば人の目の眼房水に通したときに偏光の比較的僅かな回転度が生じることが判明している。かくして、濃度レベルと偏光回転との間の関係は、特に実験室環境の外部でブドウ糖レベルを確実に（信頼性を持って）予測する上で満足のいくものでないことが判明した。しかしながら、虹彩からの光の強度の比を用いることにより、ここの不感受性の問題が回避されることが発見された。

図１は、本発明の種々の実施形態の説明に用いられる被験者の目３０の略図である。眼３０は、水晶体２２と眼房水と呼ばれる流体３２で満たされた角膜２６により画定された前眼房１４を有している。眼は、瞳孔１６を構成する中央アパーチュアを備えた虹彩１８を更に有している。虹彩１８は、強膜２４（即ち、眼の「白目」）によって包囲されている。結膜２８が、強膜２４の上部及び下部を覆っている。

図２を参照すると、光学活性体の濃度を測定するシステムが提供されている。このシステムは、血流中に光学活性体の濃度を有する被験者の目３０の虹彩に向かって光１５を送るようになった光源１０を有している。光源１０は、好ましくは、瞳孔１６の前に置かれ、この光源は、好ましくは、発光ダイオード（“ＬＥＤ”）又は各々が光を互いに異なる波長で放出する発光ダイオードの組み合わせである。例えば、以下の波長、即ち、４７０ｎｍ（青色）、５２５ｎｍ（緑色）、６２５ｎｍ（赤色）、及び９４０ｎｍ（近赤外）を用いるのがよい。１つの波長だけを用いる場合、近赤外が好ましい。多数の波長を用いる場合、青色、緑色、赤色、及び近赤外が好ましい。

目３０の虹彩１８の前には眼房水３２が位置しており、この眼房水は、種々のレベルの溶解ブドウ糖を収容している。偏光子２０が、好ましくは、光源１０及び瞳孔１６と一線をなすと共に光源１０と目３０との間に位置決めされていて、光１５が、目３０への途中で偏光子２０を通過するようになっている。その結果、目３０に到達した光は、偏光される。像取込み又は像捕捉デバイス４０が、目３０から反射された光を受け取るよう位置決めされている。好ましくは、像取込みデバイス４０は、電荷結合デバイス（“ＣＣＤ”）、例えば日本国ジェイエーアイ・コーポレイション（JAI Corporation）により製造されたCV-M50 IR CCD又は目３０から反射された光から像を作るようになった別の公知の像取込みデバイスである。ＣＣＤは、画素と呼ばれる光強度検出ロケーションのアレイを有している。かくして、光がＣＣＤにより受け取られると、強度測定値のアレイが作られる。ＣＣＤのアレイ構造により、ＣＣＤは、虹彩から反射された光の強度を測定することにより虹彩の像を得ることができる。

画像化効率を高めるため、好ましくは、レンズ３８が設けられ、このレンズは、光源１０から約１ｍｍ〜約５ｍｍの距離のところに且つ像取込みデバイス４０から約１５ｍｍ〜約３０ｍｍの距離のところで光源１０と像取込みデバイス４０との間に位置決めされている。好ましい実施形態では、レンズ３８は、Ｆが１．４の２５ｍｍレンズである。像取込みデバイス４０に対するレンズ３８の位置は、好ましくは、像のフォーカスを向上させるよう調節できる。

好ましくは、光源１０及び偏光子２０は、互いに且つ瞳孔１６と一線をなして位置決めされる。これらは、互いに間隔を置いた別個のコンポーネントから成るのがよいが、より好ましくは、偏光子２０及び光源１０は、一体形ユニットを形成し、別体としない。光源１０は、好ましくは、目３０から約１５ｍｍ〜約３０ｍｍの距離のところに配置され、２０ｍｍという距離は、特に好ましい。

偏光子２０、光源１０、像取込みデバイス４０、プロセッサ４２、及びメモリ４４を一体形ハウジング（図示せず）、より好ましくは、携帯用の手持ち型ユニットの形態で提供されるのがよいが、このようにするかどうかは任意である。システム２５のコンポーネントは又、一体形ハウジングを用いないで別々に接続できる。また、コンポーネントのうち２つ又は３つ以上を単一のハウジング内に組み合わせ、次に別々に残りのコンポーネントに接続し又は残りのコンポーネントと共に用いてもよい。

図２に示す実施形態によれば、光源１０及び偏光子２０は、光が１又は２以上の入射角で目３０の虹彩に当たるよう位置決めされている。光の少なくとも一部は、像取込みデバイス４０の方へ反射される光の何割かを偏光するのに十分な角度で虹彩に当たる。本発明の範囲を何ら制限するものではないが、目の曲率により、偏光が多くの種々の入射角で虹彩に当たり、散乱効果を生じさせることが理論化される。当業者には理解されるように、光が表面に当たると、反射係数が入射面に平行な光の成分についてはゼロになるブルースター角と呼ばれる入射角が生じる。その結果、ブルースター角で反射された光は、その振動平面が入射平面に対して直角をなした状態で偏光される。かくして、虹彩に当たった光の少なくとも一部が散乱及び（又は）ブルースターの反射の効果によりもう１度（最初は、偏光子２０により行われる）偏光されることが理論化される。

この場合も又、本発明の範囲を何ら限定するものではなく、上述の２重偏光効果の結果として、虹彩から反射された光の強度を偏光の平面を目の前方部分内に入っているブドウ糖によって回転させる程度の間接的な尺度として使用できることが理論化される。

図２に示すように、像取込みデバイス４０は、オプションとしてプロセッサ４２に接続されており、このプロセッサは、以下に詳細に説明するようにブドウ糖濃度を計算するよう構成されている。

パターン照合（マッチング）表の作成
図２のシステムは、プロセッサ４２に作動的に結合されていて、所定のブドウ糖濃度データ及び所定の光強度データを格納したメモリ４４を更に有している。メモリ４４は、好ましくは、所定の光強度データと既知のブドウ糖濃度のパターン照合表を有する。一実施形態では、パターン照合表は、これを用いて自分のブドウ糖濃度を予測する被験者の各々について作成される。

図４は、パターン照合表を作成する方法の好ましい実施形態を示す流れ図である。ステップ４１０において、ブドウ糖を被験者に供給してその人のブドウ糖濃度を調節する。ブドウ糖を例えば患者に果汁のグルコラ（glucola）を摂取させることにより供給するのがよい。ブドウ糖が血流に入るのに要する時間、例えば１０分間待った後、ステップ４２０において被験者の血流中のブドウ糖の濃度を公知の侵襲法により測定する。

既知の濃度をいったん定めると、光源１０からの光を、偏光子２０を介して目３０に差し向ける。ステップ４３０において、目３０から反射された光を像取込みデバイス４０により受け取り、所定の像を取り込む。パターン照合表を作成する一部として得られた画像を、本明細書においては、これら画像を、ブドウ糖又は他の光学活性体の未知の濃度を測定する目的で生成される画像から区別するために「所定（の）画像」と称する。未知の濃度で得られた画像を「測定（された）画像」と称する。

ステップ４３０において、光源１０、偏光子２０、及び像取込みデバイス４０を、好ましくは、目３０の虹彩に当たった光のうちの或る量が二次偏光を生じ、その結果、像取込みデバイス４０により検出されるように位置決めする。光源１０は、好ましくは、偏光子２０と一体であり、この光源を目３０から約１５ｍｍ〜約３０ｍｍの距離のところに配置し、２０ｍｍという距離が、特に好ましい。光源１０及び偏光子２０を好ましくは瞳孔１６の前に配置する。レンズ３８を、好ましくは、光源１０から約１ｍｍ〜約５ｍｍの距離のところで光源１０、偏光子２０、及び瞳孔１６と一線をなして位置決めする。像取込みデバイス４０を、好ましくは、レンズ３８から約１５ｍｍ〜約３０ｍｍの距離のところで光源１０、偏光子２０、レンズ３８、及び瞳孔１６と一線をなして位置決めする。

像取込みデバイス４０は、装置内の種々の強度測定ロケーションのところで、例えば、ＣＣＤ内の画素ロケーションのところで受け取った光の強度を測定することにより目３０の虹彩の像を取り込む。その結果、虹彩の画像が作られる。この画像は、像取込みデバイス４０により得られた強度測定値のアレイから成る。好ましくは、この画像は、単一波長の光１５を用いて作られる。多数の波長の光が用いられる場合、後で説明するように、かかる波長は、好ましくは、各々が単一の波長に基づく一連の互いに異なる画像を生成するために用いられる。

目３０の瞳孔１６は、虹彩１８内に位置しているので、虹彩１８の画像は、この中に位置する瞳孔の画像を更に含むことになる。しかしながら、瞳孔は、目の中の構造体ではなく、これとは異なり、虹彩の内周により画定されるアパーチュアである。かくして、瞳孔の画像は、瞳孔領域中に送られてこれから反射される光の量は比較的僅かなので、虹彩画像よりも実質的に暗いであろう。しかしながら、以下に更に説明するように、瞳孔画像は、好ましくは、光学活性体濃度を計算するのに用いられることはない。

図３は、図１の像取込みデバイス４０から取り込まれる目５０の像の作図である。

図３を参照すると、目５０の画像は、強膜６０、虹彩７０、及び瞳孔１３０を含む。上述したように、画像５０は、１組の画素値によって定められる。各画素の強度値は、代表的には、０〜２５５の考えられる２５６個の値を持つ８ビットバイトとして表されることになる。好ましくは、図４のステップ４４０において、まず最初に目に光が差し向けられない場合の目の画像を得ることによりダークフレーム較正法又は手順を実施する。次に、較正画像は、各画素について基準値を生じさせ、この基準値は、後でその画素について測定される強度から差し引かれる。ダークフレーム較正により、各画素は、画像を得る最も暗い条件でゼロ強度を有することになり、それにより、０〜２５５範囲の有効又は有用部分を拡張する。加うるに、画像引き伸ばしを利用して８ビットバイトの有効範囲を拡張するのがよいが、このようにするかどうかは任意である。画像引き伸ばしは、ダークフレーム較正後に最大強度値及び最小強度値を識別することにより行う。次に、各画素値に２５５／（最大強度−最小強度）の比を乗算して最も高い測定強度が２５５の画素値を有し、最も低い画素値が０の画素値を有するようにする。このような画像引き伸ばしは、画像の外観を向上させる上で特に有用である。

ステップ４５０において、ボックス８０（図３）により表されたデータセットを、虹彩画像７０を含むが、強膜画像６０を排除するように選択する。好ましい実施形態では、強膜画像６０を取り込んだ画像から除外するのに、画像取込みデバイス４０の視野を大抵の被験者にとって代表的である虹彩直径よりも小さな又はこれに等しい直径にあらかじめ設定する。しかしながら、他の方法、例えばしきい値検出を用いて強膜画像６０の存在場所を突き止め、これをボックス８０から排除してもよい。

ステップ４６０によれば、虹彩画像７０中に多数の計算空間９０，１００，１１０，１２０を定め、これら計算空間の各々は、虹彩の特定の領域に対応している。図３に示すように、計算空間９０は、第１の領域９２及び第２の領域９４を有している。他の計算空間１００，１１０，１２０も同様に、これらそれ自体のそれぞれの第１及び第２の領域を有している。第１及び第２の領域は、好ましくは、性質として矩形であり、「Ｌ字形」計算空間を形成するよう互いに対して位置決めされている。

第１の領域９２及び第２の領域９４は、好ましくは、長さが画素１５０個分及び幅が画素２０個分である。第１の領域９２は、好ましくは、ボックス８０の近くのコーナー部の水平方向及び垂直方向内方に配置された１７個の画素である。瞳孔１３０は、虹彩７０内に位置し、かくして、虹彩の画像は、瞳孔を含む。しかしながら、瞳孔は、光学活性体の濃度を計算するのには用いられず、計算空間９０，１００，１１０又は１２０内には位置していない。

上述したように、本発明は、被験者から反射された偏光の強度の比を用いると、ブドウ糖濃度を予測できるという発見に関している。しかしながら、かかる比は、ブドウ糖濃度と共に周期的に変わることが判明した。また、光強度測定値は、患者の目３０に対する像取込みデバイス４０、光源１０、及び偏光子２０の位置合わせ状態が首尾一貫しないので「ピッチ・アンド・ヨー（pitch and yaw）」誤差を受ける場合があることが判明した。この結果、パターン照合表を作成するために用いられる画像と未知の濃度を測定するために用いられる画像との間に不一致が生じる場合がある。多数の計算空間を用いることにより、少なくとも或る程度は、強度比とブドウ糖及びピッチ・アンド・ヨー誤差との間の関係の周期性がアドレスされることが理論化される。

ステップ４７０において、所定の画像を用いて、第１の領域９２の画素値の全てを互いに加算して所定の強度の第１の和を得ると共に第２の領域９４の画素値の全てを互いに加算して所定の強度の第２の和を得る。ステップ４８０において、所定の強度の第１の和を所定の強度の第２の和で除算して計算空間９０について所定の強度比を得る。次に、同じ手順を残りの計算空間１００，１１０，１２０について用いてこれらのそれぞれの所定の強度比を生じさせる。

ステップ４９０に示すように、所望の数の既知の濃度の各々に対応した所定の画像を得ることによりこの手順を繰り返し、表１に示すようにパターン照合表を作成する。表１及び本明細書に記載している残りの表のデータは、参考目的で提供されており、これらのデータは、実験結果に基づく実際のデータを反映するものではない。加うるに、表に示された計算空間比値に１０⁵を乗算し、それにより、かかる値を整数表記に変換してパターン照合表がコンピュータで実行したときに計算効率を向上させる。

表 １
計算空間比
ブドウ糖 計算空間 計算空間 計算空間 計算空間
（ｍｇ／ｄｌ） ９０ １００ １１０ １２０
１ 100 101000 110000 90000 112000
２ 200 130000 115000 108000 117500
３ 300 145900 120000 136500 127000
４ 400 200000 175000 190000 183500

好ましくは、被験者の目３０の瞳孔の直径は、連続した各々の所定の画像及び既知のブドウ糖濃度について一定の値に保ち、それにより、計算空間が首尾一貫して同一の虹彩位置に位置決めされるように一層よく保証すると共に瞳孔直径のばらつきにより生じる光の反射のばらつきを減少させる。

未知のブドウ糖値の計算
パターン照合表をいったん得ると、未知の濃度値を図２のシステムの使用により求めることができる。目３０の測定画像の取り込みに先立って被験者の瞳孔は、好ましくは、パターン照合表の作成と関連して所定の画像を取り込んだ時点でその直径に一致するよう調節される。

図５は、本発明の好ましい実施形態に従って光学活性体の濃度を測定する方法を示す流れ図である。この方法によれば、測定画像、例えば図３に示す測定画像を、パターン照合表を作成するのに所定の画像を得たのと同一の仕方でステップ５１０において得る。ステップ５２０では、ダークフレーム較正を上述したように実行する。ステップ５３０に示すように、ボックス８０で表されたデータセットを虹彩画像７０を含むが強膜画像６０を排除するよう選択する。

ステップ５４０において、計算空間９０，１００，１１０，１２０を測定画像中に定めてこれら計算空間が、パターン照合表を作成するために用いられた所定画像中に用いられた計算空間に対応するようにする。

ステップ５５０において、測定画像から、計算空間９０の第１の領域９２中の画素の全てを合計して測定光強度データの第１の和を得ると共に第２の領域９４中の画素の全てを合計して測定光強度データの第２の和を得る。ステップ５６０において、第１の和を第２の和で除算して計算空間９０について測定強度の比を得る。同様な仕方で、測定強度の比を計算空間９０，１００，１１０，１２０について得る。

次に、ステップ５７０，５８０において、最小オフセット誤差を各計算空間について計算する。本明細書で用いる「オフセット誤差」という用語は、測定光強度の比と所定の光強度の比の差の絶対値を指している。最小オフセット誤差を各計算空間について計算するため、まず最初に、各計算空間に関する測定光強度と同じ計算空間に対応するパターン照合表中の所定の光強度比の各々との差の絶対値を計算することにより各計算空間についてのオフセット誤差を求める。

表２は、計算空間９０についてのオフセット誤差の計算結果を示している。例えば、表１のデータを用いると、計算空間９０の測定光強度比が１１１０００である場合、オフセット誤差は次の通りである。

表 ２
パターン照合表 既知のブドウ糖値 所定光強度比 計算空間９０について
エントリの索引 （ｍｇ／ｄｌ） のオフセット誤差
1 100 101000 10000
2 200 130000 19000
3 300 145900 34900
4 400 200000 99000

かくして、計算空間９０に関し、最小オフセット誤差は、１００００であり、これは、１００ｍｇ／ｄｌの既知のブドウ糖濃度に相当している。注目されるように、オフセット誤差を計算するために用いられた所定光強度比は、表１の「計算空間９０」の列からの比である。同様に、オフセット誤差及び最小オフセット誤差を計算空間１００，１１０，１２０について計算する。最小オフセット誤差は各々、計算空間と既知のブドウ糖濃度の両方に対応している。

本発明の一実施形態によれば、ステップ５９０において、一連のクラスタ又はグループを定め、各クラスタ又はグループは、固有の組をなす計算空間又は虹彩領域を有する。クラスタを用いることにより、光学活性体の濃度を互いに最も一致している計算空間に基づかせる手段が得られ、それにより、首尾一貫性の最も低い計算空間が取り除かれる。例えば、クラスタを次のように定めるのがよい。
クラスタ１：計算空間９０，１００，１１０
クラスタ２：計算空間１００，１１０，１２０
クラスタ３：計算空間９０，１００，１２０
クラスタ４：計算空間９０，１１０，１２０
この実施形態によれば、ステップ６００において、各クラスタを有する計算空間について最小オフセット誤差を合計し、最小オフセット誤差の合計が最も小さなクラスタを識別する。識別されたクラスタは、各々がパターン照合表中の既知の濃度値に相当する最小オフセット誤差を有する３つの計算空間を有することになる。次に、３つの既知の濃度値をステップ６１０において平均し、それにより被験者に関する測定濃度値を得る。

例えば、計算空間９０の測定強度比が、１１００００であり、計算空間１００，１１０，１２０の測定強度比がそれぞれ、１２５０００，１５００００，１６００００である場合、以下のように表１のデータから以下の最小オフセット誤差及びこれに対応した既知ブドウ糖濃度が得られる。

表 ３
計算空間 最小オフセット誤差 最小オフセット誤差に相当する
既知のブドウ糖濃度（ｍｇ／ｄｌ）
９０ １００００ １００
１００ ５０００ ３００
１１０ １３５００ ３００
１２０ ２３５００ ４００

次に、各クラスタに関する最小オフセット誤差和は、次の通りである。
表 ４
クラスタ クラスタを有する計算空間 最小オフセット誤差の和
１ ９０，１００，１１０ ２８５００
２ １００，１１０，１２０ ４２０００
３ ９０，１００，１２０ ３８５００
４ ９０，１１０，１２０ ４７０００

かくして、最小オフセット誤差和を有するクラスタは、クラスタ１である。クラスタ１を有する計算空間は、既知のブドウ糖濃度１００，３００，３００に相当する最小オフセット誤差を有し、これらの平均は、７００／３＝２３３ｍｇ／ｄｌである。

画像の回転
本発明の別の特徴は、光学活性体の濃度を計算するために回転画像データの任意的な使用に関している。上述したように、像取込みデバイスを首尾一貫して位置決めする際の問題の結果として、「ピッチ・アンド・ヨー」誤差が生じる場合があり、その結果、パターン照合表を作成するために得られる画像が未知の濃度を測定するために用いられる画像に対して一貫性のない状態で位置決めされるようになる。本発明のこの特徴によれば、複数個の回転画像を得て最も首尾一貫した結果が複数の計算空間の中から得られた回転を識別する。

好ましくは、画像取込みデバイスにより１つの画像を取り込み、測定光強度データを変換してこれを各所望の回転に対応させることにより回転画像データを作成する。かかる回転変換を行う方法は、当業者には知られており、かかる方法は、市販のソフトウェアパッケージ、例えば、テキサス州オースチン所在のナショナル・インストラメンツ・コーポレイション（National Instruments Corporation）により市場に出されているプログラムであるＬＡＢＶＩＥＷ（登録商標）によって実施できる。回転は、基準座標系に関し約−３°〜約＋３°の範囲であることが好ましい。さらに好ましくは、６０個の回転画像を約０．１°の間隔で作成する。

各々が被験者の虹彩の領域に対応した複数の計算空間を基準座標系に関して定める。計算空間は座標系に対して固定されたままなので、画像の回転及び関連のデータ変換は、各計算空間内に位置する測定強度データのシフト又はずれに対応している。その結果、各計算空間についての測定光強度値は、回転位置で変わることになる。

各回転位置では、最小オフセット誤差を上述した仕方で各計算空間について求める。その結果、多数の最小オフセット誤差が生じるが、これらは各々、回転位置、計算空間及びパターン照合表からの既知の濃度値に対応している。任意的に、データを多数のロケーションを有するアレイとして表すことができ、かかるロケーションは各々、回転位置に対応した行及び計算空間に対応した列によって定められる。表５は、６０個の回転画像について作成されたかかるアレイの一部を示している。

表 ５
最小オフセット誤差
回転位置 計算空間９０ 計算空間１００ 計算空間１１０ 計算空間１２０
-3° 80000 60000 50000 75000
-2.9° 81000 43000 10000 1000
-2.8° 10500 9200 8100 4375
-2.7° 300 2260 40000 55000
… … … … …
0 45000 10000 16000 8200
… … … … …
+2.7° 2268 401 389 16000
+2.8° 600 2970 10000 2200
+2.9° 2600 4500 10500 7890
+3.0° 950 1050 1000 2200

上記において与えられた例の場合と同様、各最小オフセット誤差は、光強度の測定比とパターン照合表中の光強度の所定比との間の差の絶対値が最小である既知の濃度値に対応している。

この実施形態によれば、好ましい回転位置は今や、どの回転位置が最小オフセット誤差和を有するかを求めることにより選択される。表５のアレイ構造を用いて各行を合計して回転画像の個数に対応した列の数を有する最小オフセット誤差和ベクトルを得る。この場合も又、表５の例を用いて、以下の最小オフセット誤差和ベクトルを次のようにして作成することができる。
表 ６
回転位置 最小オフセット誤差和
−３° ２６５０００
−２．９° １３５０００
−２．８° １２６６７５
−２．７° ９７５６０
・・・ ・・・
０ ７９２００
・・・ ・・・
＋２．７° １９０５８
＋２．８° １５７７０
＋２．９° ２５４９０
＋３．０° ５２００

かくして、表６の例によれば、図示のデータについての最小オフセット誤差和は、５２００であり、これは、好ましい回転が＋３．０°であることを指示している。

次に、計算空間を各々が計算空間の総数の固有のサブセットを有するクラスタの状態にグループ分けする。この例の目的に関し、クラスタは、この場合も又、次のように定められる。
クラスタ１：計算空間９０，１００，１１０
クラスタ２：計算空間１００，１１０，１２０
クラスタ３：計算空間９０，１００，１２０
クラスタ４：計算空間９０，１１０，１２０

好ましい回転（即ち、表５から＋３°の行）を用いて、最小オフセット誤差を合計して各々がクラスタを有する計算空間について最小オフセット誤差の和を有するクラスタの和を得る。この場合も又、図２の例を用いると、＋３．０°の選択された回転におけるクラスタ和は、次の通りである。
クラスタ１の和＝９５０＋１０５０＋１０００＝３０００
クラスタ２の和＝１０５０＋１０００＋２２００＋＝４２５０
クラスタ３の和＝９５０＋１０５０＋２２００＋＝４２００
クラスタ４の和＝９５０＋１０００＋２２００＋＝４１５０

かくして、クラスタ１は、最小クラスタ和を有し、このクラスタ１は、ブドウ糖濃度を計算する目的で選択されたクラスタである。上述したように、各最小オフセット誤差は、表１からの所定光強度比及び表１からの既知の濃度値に相当している。かくして、表２に戻ってこれを参照すると、計算空間９０，１００，１１０についての９５０，１０５０，１０００の最小オフセット誤差に相当する既知の濃度をパターン照合表（例えば表１）から検索して取り出し、平均してブドウ糖濃度を得る。

パターン照合表内のウィンドウ生成
上述したように、虹彩から反射された光の強度の比がブドウ糖濃度と共に周期的に変化することが発見された。さらに、周期は、用いられた光の波長と共に変化することが発見された。例えば、９４０ｎｍ光源を用いた場合、１サイクル全体が、被験者のブドウ糖レベルが４０ｍｇ／ｄｌから４７５ｍｇ／ｄｌに変化したときに測定光強度比の変化中に観察される。５２５ｎｍ光源を用いた場合、ほぼ２回のサイクルが、同一のブドウ糖範囲にわたって観察される。本発明の範囲を何ら限定しないで、この周期性は、ブドウ糖レベルが変化すると、虹彩から反射される強度が空間依存的に変化するので生じると理論化される。その結果、互いに異なる虹彩領域が、ブドウ糖レベルが変化するにつれて明るくなり又は薄暗くなるように見えることになる。これら反射強度の変化が、湾曲面、即ち、目の表面で生じるので、周期的関係が観察されると考えられる。

被験者のブドウ糖の変化の幅が十分に狭い場合、僅かなグルコース濃度範囲についてパターン照合表を作成することができ、周期性に関する問題を最小限に抑えることができる。しかしながら、被験者のブドウ糖レベルが強度比の周期とブドウ糖濃度の関係よりも広い範囲内で変化する場合、周期性を考慮に入れた技術を採用することが望ましい。

かくして、本発明の別のオプションとしての特徴は、パターン照合表を副表に細分することに関する。図６は、本発明の好ましい実施形態に従って副表を用いて光学活性体の濃度を計算する方法の好ましい実施形態を示す流れ図である。この図を参照すると、ステップ７１０〜７４０において、回転画像データを上述した仕方で作成する。ステップ７５０において、測定光強度の一連の比を多くの計算空間及び回転位置について作成する。ステップ７６０において、パターン照合表を互いにオーバラップするウィンドウの状態に細分する。以下に詳細に説明する或る特定の統計学的信頼パラメータを用いてステップ７８０において、ウィンドウのうちの１つを選択し、ステップ７９０において、ブドウ糖濃度をパターン照合表全体に基づくのではなく、選択したウィンドウに基づいて予測する。

以下の表７は、本発明のこの特徴を実証するために用いられる例示のパターン照合表である。

表 ７
計算空間比
索引 ブドウ糖 計算空間 計算空間 計算空間 計算空間
（mg/dl ） ９０ １００ １１０ １２０
1 100 101000 110000 90000 112000
2 200 130000 115000 108000 117500
3 250 145900 120000 136500 12700
4 300 200000 175000 190000 183500
5 350 140000 165000 120000 180000
6 400 138000 130000 115000 170000
7 450 180000 150000 160000 190000
8 500 120000 140000 125000 145000

この実施形態によれば、一連の副表又は「ウィンドウ」は、パターン照合表から選択される。大きな表に関し、３つの行副表を用い、これに対し、小さな表に関しては、２つの行副表が好ましい。副表は、互いにオーバラップすることが好ましい。互いにオーバラップした副表を用いることは、種々の計算空間とパターン照合表との間のあてはまり又は照合（マッチング）の質の良好な指標を提供すると考えられる。この例の目的に関し、２つの行の互いにオーバラップした副表が用いられる。かくして、第１の副表は、行１，２から成り、第２の副表は、行２，３から成り、第３の副表は、行３，４から成り、第４の副表は、行４，５から成り、第５の副表は、行５，６から成り、第６の副表は、行６，７から成り、第７の副表は、行７，８から成る。

虹彩の画像を取り込んだ後、画像を回転させて上述したような複数個の回転画像を作る。各回転時に、最小オフセット誤差を各計算空間について計算するが、選択した副表の行のみを用いる。例えば、特定の回転時に、計算空間９０が１９５０００の測定強度比を有する場合、種々の副表中のその最小オフセット誤差は、次の通りである。
副表１：１９５０００−１３００００＝６５０００であり、これは、ブドウ糖の２００ｍｇ／ｄｌに相当する。
副表２：１９５０００−１４５９００＝４９１００であり、これは、ブドウの２５０ｍｇ／ｄｌに相当する。
副表３：２０００００−１９５０００＝５０００であり、これは、ブドウ糖の３００ｍｇ／ｄｌに相当する。
副表４：２０００００−１９５００００＝５０００であり、これは、ブドウ糖の３００ｍｇ／ｄｌに相当する。
副表５：１９５０００−１４００００＝５５０００であり、これは、ブドウ糖の３５０ｍｇ／ｄｌに相当する。
副表６：１９５０００−１８００００＝１５０００であり、これは、ブドウ糖の４５０ｄｇ／ｄｌに相当する。
副表７：１９５０００−１８００００＝１５０００であり、これは、ブドウ糖の４５０ｍｇ／ｄｌに相当する。

各副表に関する上述の技術を用いて、数回転好ましくは６０回転で各計算空間について最小オフセット誤差を生成する。この操作の結果として、各副表は、これと関連して最小オフセット誤差のアレイを有することになり、各行は、回転に対応し、各列は、計算空間に対応する。この時点において、好ましい回転を上述したのと同一の仕方で識別する。ただし、これを関心のある副表にのみ基づいて識別する場合を除く。かくして、各副表内において、最小オフセット誤差を各回転時における計算空間の全てにわたって合計する。最小オフセット誤差和を有する回転を好ましい回転として識別する。その結果、各副表は、好ましい回転及びこれと関連した最小オフセット誤差和を有することになる。この操作は、表８のデータによって示されている。回転を好ましくは−３０°〜＋３０°の回転指数によって表すことができるが、このようにするかどうかは任意である。

表 ８
副表の番号 開始行 終了行 好ましい回転指数 最小オフセット誤差和
１ １ ２ −２ ５５００
２ ２ ３ −５ ６０００
３ ３ ４ ＋７ １００００
４ ４ ５ ＋１５ ２３０００
５ ５ ６ ０ １５０００
６ ６ ７ −８ ２２００
７ ７ ８ −３ ４７５０

各好ましい回転指数における各最小オフセット誤差和は、各計算空間について１つずつの１組の最小オフセット誤差に相当している。各計算空間のそれぞれの最小オフセット誤差も又、パターン照合表からの既知の濃度値に対応している。したがって、各副表内において、クラスタ誤差和が最も小さいクラスタを識別し、上述したように識別されたクラスタを含む計算空間について対応の既知のブドウ糖値の平均値を計算することにより好ましい回転時にブドウ糖の数を計算することができる。

統計学的信頼パラメータ
本発明の追加の特徴としては、統計学的信頼パラメータを用いて未知のブドウ糖濃度を計算する目的で幾つかの副表のうちどの副表を選択すべきかを突き止めることが挙げられる。一般的に言って、計算空間の存在場所及び画像回転に対する予測ブドウ糖濃度の感受性を評価する。以下に、幾つかの統計学的信頼パラメータの説明が記載され、かかるパラメータを種々の組み合わせで用いると、ブドウ糖濃度を計算するのに好ましい副表を突き止めることができる。

関心のある第１の統計学的信頼パラメータは、「アレイ偏差」と呼ばれている。本明細書で用いる「アレイ偏差」という用語は、以下のステップに従って各副表について計算されたアレイを指している。
１．各回転時に、全ての計算空間全体にわたって最小オフセット誤差和を計算し、それにより最小オフセット誤差和のベクトルを作成する。ベクトルは、回転の数に等しい多くの値を有し、各最小オフセット誤差和は、回転及び副表に対応する。
２．各ベクトル内において、ベクトル値の標準偏差を計算して選択した副表に対応した標準偏差を得る。

次に、上述のステップを各副表について繰り返し実施する。ゼロのアレイ偏差が好ましく、このことは、一般に、特定の副表に関する結果が画像回転の変化に対する感受性が比較的低いことを指示している。

関心のある第２の統計学的信頼パラメータは、「クラスタ和の偏差」と呼ばれている。本明細書で用いるクラスタ和の偏差という表現は、次のステップに従って各副表について計算された変数を指している。
１．各副表について好ましい回転を識別する。
２．好ましい回転及び選択した副表に対応する回転画像データを用いて、クラスタを含む計算空間について最小オフセット誤差を加えることにより各クラスタについて最小オフセット誤差和を計算する。これにより、１組のクラスタ和の値が生じることになる。
３．クラスタ和の値の標準偏差を計算して各副表について単一の標準偏差を得る。

好ましくは、クラスタの数は、計算空間の数に等しいであろう。かくして、４つの計算空間が用いられる場合、標準偏差は、４つのクラスタ和を利用した４点標準偏差であろう。

関心のある第３の統計学的信頼パラメータは、「クラスタ近接度偏差」と呼ばれている。本明細書で用いる「クラスタ近接度偏差」という表現は、次のステップに従って各副表について計算された変数を指している。
１．各回転時に、各計算空間について最小オフセット誤差を計算する（表５の例で示されているように）。
２．各クラスタについて、そのクラスタを有する計算空間について最小オフセット誤差の標準偏差を計算する。これにより、回転位置の数に等しい数の行及びクラスタの数に等しい数の列を有する標準偏差のアレイが得られる。
３．クラスタ近接度偏差は、上述のアレイ中の最も低い標準偏差に等しいであろう。

例えば、表５のデータを用いると、−２．８°におけるクラスタ１についての標準偏差は、１０５００，９２００，８１００の３点標準偏差、即ち、１２０１である。この手順を全てのクラスタ及び回転について繰り返し行った後、最も低い標準偏差をクラスタ近接度偏差として選択する。次に、クラスタ近接度偏差を各副表について同一の仕方で計算する。

関心のある次の統計学的信頼パラメータは、「クラスタ近接度偏差比」である。本明細書で用いる「クラスタ近接度偏差比」という表現は、副表のクラスタ近接度偏差をそのクラスタ和の偏差で除算することにより各副表について計算された数を指している。

関心のある次の統計学的信頼パラメータは、「アレイ偏差比」と呼ばれている。本明細書で用いる「アレイ偏差比」という表現は、以下の方法に従って各副表について計算された数を指している。
１．各副表内において、全ての回転位置のところでの各計算空間について最小オフセット誤差を計算して各計算空間について最小オフセット誤差のベクトルを得る。各ベクトルは、回転位置の数に等しい数の要素を有する。
２．各ベクトルにおける値の標準偏差を計算して各計算空間について１つの標準偏差を得る。
３．すると、関心のある副表についてのアレイ標準比は、上述の標準偏差の中で最も大きなものをこれらの中で最も小さなもので除算して得られた値に等しいであろう。

一例として４つの計算空間及び６０の回転位置を用いると、ステップ１により、４つの計算空間の各々について１つずつ、最小オフセット誤差について６０個の要素から成る４つのベクトルが得られる。ステップ２において、６０の要素の標準偏差をベクトルごとの方式で取り、４つの標準偏差値を得る。次に、アレイ偏差を計算するのに４つの標準偏差のうちで最も高い値をこれらのうちで最も低い値で除算する。低いアレイ偏差が一般に好ましい。というのは、これは、種々の計算空間相互間において比較的優れた一致性を指示するからである。

関心のある次の統計学的信頼パラメータは、「分散」と呼ばれる。本明細書で用いる「分散」という用語は、次の方法に従って各副表について計算された数を指している。
１．上述の方法を用いて関心のある副表について好ましい回転を突き止める。
２．各副表内において、好ましい回転時における各計算空間について最小オフセット誤差を突き止める。各最小オフセット誤差は、パターン照合表中の既知の濃度値に対応し、したがって、表中の行の値に対応する。
３．各計算空間について識別された最小オフセット誤差に対応するパターン照合表中の索引（即ち、行番号）を突き止める。
４．計算空間の各クラスタについて、そのクラスタを含む計算空間について最小オフセット誤差に対応したパターン照合表の索引の標準偏差を計算する。
５．上述の標準偏差のうち最も低いものが、分散である。

例えば、所与の副表中の好ましい回転時に、計算空間９０がパターン照合表の行２に対応した最小オフセット誤差を有し、計算空間１００が、行３に対応した最小オフセット誤差を有し、計算空間１１０，１２０が各々、行６に対応した最小オフセット誤差を有している場合、分散を表９に示すように計算する。

表 ９
クラスタ クラスタを 計算空間について対応の 表索引の標準偏差
含む計算空間 パターン照合表索引
1 90,100,110 2,3,6 2.082
2 100,110,120 3,6,6 1.732
3 90,100,120 2,3,6 2.082
4 90,110,120 2,6,6 2.309

かくして、この例では、分散は、１．７３２である。低い分散値が好ましい。というのは、このような分散値は、一般に、互いに異なる計算空間相互間の比較的優れた一致度を指示しているからである。

関心のある次の統計学的信頼パラメータは、「近接度Ｑ係数」であり、これは、２つのパラメータ“Ｑｃ”及び“Ｑｖ”によって定められる。本明細書で用いられる“Ｑｖ”という用語は、以下の方法に従って各副表について計算された数を指す。
１．各回転位置に関し、最小オフセット誤差の最も低い計算空間を突き止める。突き止めた最小オフセット誤差は、パターン照合表中の表索引に対応する。
２．識別した計算空間を含むクラスタのうちの任意の１つを選択する。
３．各回転位置の選択されたクラスタに関し、そのクラスタを含む各計算空間について最小オフセット誤差に対応した既知のブドウ糖濃度を平均することによりブドウ糖濃度を計算する。これにより、回転位置の数に等しい数の要素を有するブドウ糖濃度のベクトルが得られる。
４．上述のベクトルを含むデータ値からヒストグラムを作成し、任意の１つのブドウ糖値に対応したベクトルロケーションの最大数を突き止める。Ｑｖは、ベクトルロケーションの突き止められた最大数である。

高いＱｖ係数値が好ましい。というのは、これらは、回転空間全体を通じ予測ブドウ糖値が一貫することを指示しているからである。最大ピークに加えて、上述のヒストグラム中に他のピークを観察することができ、これらピークを変数Ｑｖ₁，Ｑｖ₂等に割り当てることができる。回転向きの最善あてはめにより、０度の回転箇所の近くでヒストグラム中にピークが生じる。これとは対照的に、回転中の多数のピークは、曖昧さを実証しており、オフセンタ状態にある（即ち、０度の箇所から遠くに位置する）ピークは、パターン照合表を作成するために用いられる所定の画像に対する画像向き誤差を指示している。

上述したように、Ｑｖに加えて、近接度Ｑ係数は、別の変数“Ｑｃ”を有する。本明細書で用いる“Ｑｃ”は、上述したように作成されたヒストグラムに基づいてＱｖが生じる回転位置を指している。

図６のステップ７８０に示すように、上記統計学的パラメータを用いて被験者のブドウ糖濃度を計算する目的でパターン照合表から特定の副表を選択する。パラメータを種々の仕方で用いて副表を選択することができる。しかしながら、パラメータを用いる好ましい実施形態は、以下の方法によって構成される。
１．２つの最も低いアレイ偏差値を有する副表を選択する。
２．以下の基準を表１０に特定された順序で適用することによりブドウ糖計算の基礎となる副表を選択する。

表 １０
基準 重要度 最も好ましい値
クラスタ近接度偏差比 ２ １．０
分散 ４ ０
Ｑｖ ３ 中心で最大
アレイ偏差 １ 最小
アレイ偏差比 ５ 最小
好ましい回転時における ６ 最小
最小オフセット誤差和

この実施形態による統計学的信頼パラメータの適用例が表１１及び表１２のデータによって示されている。

表 １１
副表 アレイ偏差 好ましい回転指数 好ましい回転時における クラスタ近接度
（−30〜＋30） 最小オフセット誤差和 偏差比
1 23230 3 3662 2.01
2 22294 3 2351 1.57
3 22754 4 8314 7.1
4 23486 6 171 1.87
5 23634 6 3809 2.14
6 24163 -2 4075 1.26
7 21567 4 24618 1.61

表 １２
副表 アレイ偏差比 分散 近接度Ｑ係数 予測ブドウ糖
（Ｑｖ） （ｍｇ／ｄｌ）
1 3.08 0.43 48 300
2 2.77 0.5 25 317
3 2.81 0.43 21 325
4 2.97 0.5 39 362
5 2.76 0 26 375
6 2.74 0.43 32 404
7 2.92 0.5 44 438

この実施形態によると 共に表１１及び表１２のデータに基づくと、２つの最小アレイ偏差値は、副表２，７で生じる。副表２，７は、それぞれ１．５７及び１．６１という事実上同一のクラスタ近接度偏差比を有している。かくして、副表を選択するのに追加の基準が必要である。したがって、次に近接度Ｑ係数を比較する。副表７のＱｖは、４４であり、副表２の近接度Ｑｖは、２５である。かくして、Ｑｖの値の中心が比較的良好に０度の回転箇所に位置していると仮定すれば、グルコース濃度を計算する目的で副表７を選択する。

副表７を選択すると、次にこれを用いて好ましい回転時（これは、この場合、＋０．３°（回転指数３に対応している）である）最も低い最小オフセット誤差を有するクラスタに基づいてブドウ糖濃度を計算する。上述したように、まず最初に各段階について最小オフセット誤差を計算するが、これらは、副表７のデータにのみ基づいている。次に、各クラスタについて最小オフセット誤差を合計し、最小オフセット誤差の和の最も低いクラスタを選択する。次に、選択したクラスタを含む計算空間について最小オフセット誤差に対応した副表７（図示せず）から既知のブドウ糖値を平均して最終のブドウ糖濃度を得るが、これは、表１２の例では、４３８ｍｇ／ｄｌである。

多波長光源の使用
本発明の別の好ましい実施形態によれば、多種多様な波長の光により得られる画像を用いてブドウ糖計算を行う。上述したように、虹彩から反射された光の強度の比は、ブドウ糖濃度に従って周期的に変化する。その結果、或る範囲の濃度にわたり、同一の強度比は、多種多様な濃度に対応する場合がある。光の多くの波長により作成される画像を用いると、周期性の問題をアドレスする追加の手段が得られる。

この実施形態によれば、図１の光源１０は、光を複数の互いに異なる波長で送るようになっている。変形例として、互いに異なる画像を互いに異なる波長で作成するのに複数の互いに異なる光源を用いてもよい。赤色（６２５ｎｍ）、緑色（５２５ｎｍ）及び近赤外（９４０ｎｍ）を用いて画像を作成することが好ましい。

反射光強度比の周期とブドウ糖濃度との関係は、光の波長の関数である。光の互いに異なる波長により得られた種々の画像を用いることにより、周期性に関する問題を解決することができる。というのは、実際のブドウ糖の数は、用いられる全ての波長に関して強度比とブドウ糖濃度との間の関係を満足させなければならないからである。かくして、所与の波長で測定された強度比は多種多様なブドウ糖濃度に対応している場合があるが、これら濃度のうちの１つだけが、他の波長について測定された強度に対応することになる。かくして、周期性に関する問題を最小限に抑えることができ、しかも、予測した固有のブドウ糖濃度を得ることができる。

この実施形態によれば、パターン照合表を互いに異なる波長の各々で作成した後、対応の波長を用いて測定画像を作成する。対応の測定画像及びパターン照合表を用いて、上述した方法の使用によりブドウ糖濃度を計算する。各波長に基づいてブドウ糖濃度をいったん計算すると、結果を平均して最終の予想ブドウ糖濃度を得る。

上記実施形態は、本発明の単なる例示である。当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなくかかる実施形態の多くの用途及び変形例を想到できよう。したがって、本発明の範囲は、かかる実施形態によっては何ら限定され又は特定されず、これとは異なり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載にのみ基づいて定められる。

本発明の好ましい実施形態に従って光学活性体の濃度を測定する方法を説明するために用いられる目の略図である。 本発明の好ましい実施形態に従って光学活性体の濃度を測定するシステムの略図である。 本発明の好ましい実施形態による目の虹彩の像の略図である。 本発明の好ましい実施形態に従って所定の光強度データ及び所定の濃度データを生成する方法を示す流れ図である。 本発明の好ましい実施形態に従って光学活性体の濃度を測定する方法を示す流れ図である。 本発明の別の好ましい実施形態に従って光学活性体の濃度を測定する方法を示す流れ図である。

Claims (30)

1. ａ．光学的活性体の溶液を収容した物体に向かって光を送るようになった光源を有し、
   ｂ．前記光源と前記物体との間に位置決めされた偏光子を有し、
   ｃ．物体から反射された光の一部を受け取るように配置され、これから測定画像を作るようになった第１の像取込みデバイスを有し、前記測定画像は、測定光強度データを構成し、
   ｄ．前記測定光強度データの選択された部分に基づいて前記光学活性体の濃度を計算するよう構成されたプロセッサを有する、装置。
2. 前記物体は、虹彩を有する人間の目であり、前記測定画像は、前記虹彩の測定画像から成る、請求項１記載の装置。
3. ハウジングを更に有し、前記光源、前記偏光子、前記第１の像取込みデバイス、及び前記プロセッサは、前記ハウジング内に収納されている、請求項１記載の装置。
4. 前記装置は、手持ち型装置である、請求項３記載の装置。
5. 前記装置は、携帯型装置である、請求項３記載の装置。
6. 前記光学活性体は、ブドウ糖である、請求項１記載のシステム。
7. データベースを更に有し、前記データベースは、前記光学活性体に関する所定濃度データ及び所定光強度データを含み、前記プロセッサは、前記測定光強度データの前記選択された部分、前記所定の濃度データの選択された部分、及び前記所定の光強度データの選択された部分に基づいて前記光学活性体の濃度を計算するよう構成されている、請求項１記載の装置。
8. メモリを更に有し、前記データベースは、前記メモリに格納されている、請求項７記載の装置。
9. 前記物体は、虹彩を有する人間の目であり、前記偏光子は、前記光源からの光を前記虹彩に向かって送って前記送られた光が１つ又は２つ以上の入射角で前記虹彩に接触し、それにより前記物体から反射された光の前記部分が作られるように位置決めされている、請求項１記載の装置。
10. 前記像取込みデバイスは、電荷結合デバイスである、請求項１記載の装置。
11. 前記１つ又は２つ以上の入射角のうちの少なくとも一方は、偏光を生じさせるのに十分である、請求項９記載の装置。
12. 前記１つ又は２つ以上の入射角のうちの少なくとも一方は、ブルースター角である、請求項９記載の装置。
13. 前記第１の像取込みデバイスは、複数のロケーションを有し、前記第１の像取込みデバイスは、各前記ロケーションのところで受け取った光の強度を測定し、それにより前記物体から反射された光の前記部分の１つ又は２つ以上の測定強度を生じさせるようになっており、前記プロセッサは、前記物体から反射された光の前記部分の前記１つ又は２つ以上の測定強度を受け取るようになっており、前記測定光強度データは、前記物体から反射された光の前記１つ又は２つ以上の測定強度を含む、請求項１記載の装置。
14. 前記物体から反射された光の前記１つ又は２つ以上の測定強度は、１つ又は２つ以上の計算空間が構成されたアレイを定め、各前記計算空間は、この中に定められた複数の測定光強度を有し、前記測定光強度データの前記選択された部分は、前記１つ又は２つ以上の計算空間内の前記複数の測定光強度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３記載の装置。
15. 前記プロセッサは、各前記計算空間に対応した計算空間比を計算するよう構成され、前記測定光強度データの前記選択された部分は、前記計算空間比のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４記載の装置。
16. 各前記計算空間比は、前記対応の計算空間内の測定光強度の比を含む、請求項１５記載の装置。
17. 前記各プロセッサは、更に、各前記計算空間内の測定光強度の第１及び第２の和を計算するよう構成され、各前記計算空間比は、前記対応の第１の和と前記対応の第２の和の比を含む、請求項１５記載の装置。
18. 各前記計算空間は、この中に第１の領域を構成する第１の長さ及び第１の幅を有すると共にこの中に第２の領域を構成する第２の長さ及び第２の幅を有し、各前記第１の和は、前記対応の計算空間の各前記対応の第１の領域中の前記測定光強度の和を含み、各前記第２の和は、前記対応の計算空間の各前記対応の第２の領域中の測定光強度の和を含む、請求項１７記載の装置。
19. 前記所定の濃度データは、１つ又は２つ以上の既知の濃度値を含み、前記所定の光強度データは、１つ又は２つ以上の所定の計算空間比を含む、請求項７記載の装置。
20. 各前記所定の計算空間比は、光強度の所定の比を含み、各前記光強度の所定の比は、所定の光強度のアレイ中に定められた所定の計算空間に対応し、前記アレイ中の各前記所定光強度は、第２の像取込みデバイスにより特定された複数のロケーションのうちの１つのところで測定された光の強度を含む、請求項１９記載の装置。
21. 前記第１の像取込みデバイス及び前記第２の像取込みデバイスは、同一のデバイスである、請求項２０記載の装置。
22. 各前記光強度の所定の比は、前記所定の光強度の第１の和と前記所定の光強度の第２の和の比を含み、前記第１の和と前記第２の和の両方は、前記所定の光強度の比と対応関係にある同一の所定の計算空間に対応している、請求項２０記載の装置。
23. 各前記所定の計算空間は、第１の長さ及び第２の長さを備えた第１の領域と、第２の長さ及び第２の幅を備えた第２の領域とを含み、各前記所定光強度の第１の和は、各前記第１の領域中の前記所定の光強度の和を含み、各前記第２の和は、各前記第２の領域中の前記所定の光強度の和を含む、請求項２２記載の装置。
24. 前記物体は、複数個の物体領域から成り、前記所定の濃度データは、前記光学活性体の２つ又は３つ以上の既知の濃度値を含み、前記所定の光強度データは、光強度の複数の所定の比を含み、各前記光強度の所定の比は、前記物体領域のうちの１つと前記既知の濃度値のうちの１つの両方に対応している、請求項７記載の装置。
25. 前記物体は、虹彩を備えた目である、請求項２４記載の装置。
26. 前記光源及び前記偏光子は、前記光源からの光を前記複数の物体領域に向かって送り、前記送られた光が１つ又は２つ以上の入射角で前記複数の物体領域に接触し、それにより前記物体から反射された光の前記部分が作られるよう位置決めされており、前記プロセッサは、各前記物体領域に対応した光強度の少なくとも１つの測定比を前記物体から反射された光の前記部分から計算するよう構成されている、請求項２４記載の装置。
27. 前記入射角のうちの少なくとも１つは、偏光を生じさせるのに十分である、請求項２６記載の装置。
28. 前記入射角のうちの少なくとも１つは、ブルースター角である、請求項２６記載の装置。
29. 前記プロセッサは、オフセット誤差アレイを生じさせるよう構成されている、請求項１記載の装置。
30. 前記オフセット誤差アレイは、複数のオフセット誤差を含み、各前記オフセット誤差は、前記光学活性体の既知の濃度に対応した行及び目の複数の虹彩領域のうちの１つに対応した列により特定されるオフセット誤差アレイロケーションを有する、請求項２９記載の装置。

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