JP2008541826A - 生体器官の生理学条件および感情状態を決定する方法およびシステム - Google Patents

生体器官の生理学条件および感情状態を決定する方法およびシステム Download PDF

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Abstract

生体器官の生理学条件および感情状態から選択され、生体器官の少なくとも１つの条件を非侵襲的に決定する方法において、皮膚部分から超高周波数（ＥＨＦ）バンドで発せられる電磁波を検出し、検出された電磁波から器官の条件を示し、生体器官の少なくとも１つのユニークなバイオメトリック・シグネチャを得る。このシステムは、皮膚部分から発せられる電磁波を検出するアンテナ・アレイ・ユニットと、ユニークなバイオメトリック・シグネチャを得る受信ユニットとを備える。検出された電磁波は、生体器官の皮膚部分に分布し、ニューラル接続され、電磁的に相互作用する構造体の生物電気活動を示す。

Description

（発明の分野）
本発明は、一般的には非侵襲的識別およびモニタ技術の分野に関し、ミリ波長およびサブミリ波長の領域にある電磁波を使って生体器官と通信するシステムおよび方法に関する。
（発明の背景）
生体器官は、広い周波数（波長）レンジ内の電磁波を発生する電気信号に満ちている。これら電磁波は、器官内の電気活動、例えば、代謝呼吸、神経インパルス、筋肉の収縮、骨と皮膚のピエゾ電気効果、脳の活動から生じるものであり、従って、器官の生理学条件および感情状態を表している。東洋の思想によれば、病とは、体の内部およびその周囲における「エネルギの場（気）」の欠如またはアンバランスの結果として生じるものであると考えられており、病は、この気を検査することによって観察できる。種々の技術を使用することにより、体の電気信号および電磁界を非侵襲的に測定し分析できる。
例えば、脳から発生される電磁放射線を測定することにより、機能、認識および感覚応答の機構を理解できるようになる（例えば、ナーデルに付与された米国特許第５，７８８，６４８号を参照）。
医学診断技術として熱分析がこれまで何年もの間、使用されている。傷部の近くの体温は、その周辺の組織の体温よりも高温となっていることがよく知られている。接触式熱センサまたは赤外線検出カメラにより熱画像形成も行うことができる。
ファーマ外に付与された米国特許第５，４５８，１４２号には、器官の電磁放射により、生体器官の生理学状態および感情状態並びに生理学状態および感情状態の変化をモニタする方法およびシステムが開示されている。診断および治療目的のためのファーマ外によって開示されたこのシステムは、器官から発せられた０．１Ｈｚ〜３０Ｈｚの低周波数レンジ内の磁界を検出する導電性材料のコイルを使用している。
治療および健康目的のために、電磁放射線を加える多数の技術がこれまで開発されている。
例えば、ロバレル外に付与された米国特許第５，１３１，４０９号および欧州特許第０４４７５６８号は、マイクロ・ウェーブ共鳴による治療用装置を開示している。この装置は、患者内の生物学的に患者の身体のアクティブなポイントに加える２５ＧＨｚ〜１８０ＧＨｚの周波数レンジに対応するミリ波バンドを使用している。
シトコに付与された米国特許第５，５０７，７９１号は、一組の生物学的にアクティブなポイントにマイクロ波周波数レンジ内の電磁放射線を照射することにより、患者を治療する方法について述べている。照射される放射線の周波数およびパワーは、治療が望ましい領域での患者の定常応答反応を促進する周波数およびパワーレベルを決定するよう、それぞれ５２ＧＨｚ〜６２ＧＨｚのレンジおよび１０−２０Ｗ／Ｈｚ・ｃｍ２〜１０−１０Ｗ／Ｈｚ・ｃｍ２のレンジ内で変化する。
アズレ外に付与された米国特許第６，２１７，６０４号は、患者内の病変細胞の治療方法について述べている。この方法では、電磁界を発生し、この電磁界を患者に照射する。電磁界は、パルス状の電磁界でもよいし、エイズ患者の治療に使用できる。この方法は、種々の状態を治療するのに有効な、可視スペクトル内にない周波数（２ＧＨｚまで）の電磁波と組み合わせて、可視スペクトル内の周波数の電磁界を患者に照射することも含むことができる。
（発明の概要）
本発明は、生体器官の皮膚に分布するニューラル接続された構造の一部が電磁波的に活性な機能を提供できるとの見解に基づくものである。これにより、電磁放射線を使って生体組織との通信が可能となる。以下、次の効果、すなわち放射線検出（皮膚から発せられる電磁波の受信）および皮膚の放射線刺激／励起（皮膚への電磁放射線の伝達）のうちのいずれか一方または双方を意味する。従って、本発明は、皮膚内に分布するニューラル接続された構造の一部が電磁的にアクティブな機能を奏し得るという技術を利用するものである。例えば、スピラル汗腺は、電解質（例えば、水のＮａ＋およびＣｌ−）で満たされているので、電気回路における誘導コイルと等価的な器官と見なすことができる。従って、人の皮膚の既知の容量および抵抗とこれら汗腺が結合することによって、人の皮膚を抵抗器、コンデンサおよびインダクタから構成された回路（ＲＣＬ共振回路）の空間分布と見なすことができる。
共振回路は、各々、対応する共振周波数を特徴とする電磁波信号を発生する。従って、皮膚を位相アンテナ・アレイと見なすことができ、このアンテナ・アレイでは、個々の汗腺／汗腺管は、電磁波を送受信するアンテナ素子として働くことができる。特に、汗腺抱くとの壁の細胞内の水素結合したネットワークが媒介する高速プロトン電流は、システムの搬送電流を発生でき、一方、汗の電解質電流により、振幅および位相の変調が生じ得る。この結果生じる放射線パターンは、各汗腺の発汗のスタート時間、皮膚表面上の汗腺の空間分布、個々の汗腺の共振周波数の変化、汗腺を通る発汗の異なるレートおよびその他の要因によって影響される。
生体器官の皮膚内に分布するニューラル接続され、かつ電磁的に相互作用する構造の生物電気活動に関連する電磁波を検出する技術が当技術分野で求められている。
生体器官の例として、人およびある種の哺乳類を挙げることができるが、これらだけに限定されるものではない。
皮膚内に分布するニューラル接続され、かつ電磁相互作用する構造の例として、汗腺を挙げることができるが、これだけに限定されるものではない。
各個人における汗腺の分布の個々のパターンを利用することが好ましい。このようなパターンにより、人を識別し診断し治療するために汗腺（例えば、外分泌汗腺）の生物電気活動度に関連するユニークな生物電気シグネチャを利用することが可能となる。
本発明は、生体器官の皮膚部分内に分布する汗腺の生物電気活動の結果として生じる電磁波を検出することに基づき、生体器官の少なくとも１つの条件を非侵襲的に測定する方法を提供することにより、上記ニーズを満たすものである。器官の条件とは、生体組織の生理学条件および感情状態から選択されるものであり、生理学条件の例として、運動によって生じる条件、環境条件（例えば、温度および湿度）、病気、思春期、更年期、月経、代謝などを挙げることができるが、これらだけに限定されるものではない。感情状態の例として、ストレス、心配、恐れ、怒り、神経症、困惑、パニック、一般的な神経的疾患などを挙げることができるが、これらだけに限定されるものではない。
本発明の１つの特徴によれば、汗腺の生物電気活動の結果として生じる電磁波を検出する概念を、いわゆるパッシブ・モードで放射線を検出するのに使用する。
パッシブ・モードを検出する方法は、約３０ＧＨｚ〜１ＴＨｚの周波数レンジ内で皮膚部分から発せられる電磁波を検出することを含む。この検出周波数領域は、３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数バンド（この周波数バンドは、通常、当技術分野では超高周波数レンジ（ＥＨＦ）と称される）を含み、（低（または近）赤外放射線の一部と見なされる）より高い電磁放射線も含む。本発明が使用する検出周波数レンジは、約０．３ｍｍ〜１０ｍｍの波長を有するので、この波長を、例えば、サブミリからミリメートルのバンドとすることができる。この検出レンジは、明確にするために従来のＥＨＦバンドを拡張できるが、以下、本発明を不明瞭にすることなく、３０ＧＨｚ〜１ＴＨｚの検出レンジ全体を超高周波数（ＥＨＦ）レンジと称す。
本発明の方法は、検出された電磁波から１つ以上のバイオメトリック・シグネチャおよび必要なときには汗腺の生物電気活動に関連する１つ以上のシグネチャの特徴を定める特性パラメータを得ることも含む。これらバイオメトリック・シグネチャおよびシグネチャの特徴を定めるパラメータは、発汗、すなわち、生体器官の生理学条件および／または感情状態に影響する生体器官の条件を示す。
本発明の一実施例によれば、バイオメトリック・シグネチャを得るステップは、検出したＥＨＦ電磁波に基づき、超高周波数（ＥＨＦ）電磁信号を発生することを含む。ＥＨＦ電磁信号は、汗腺の生物電気活動に関連する低周波情報信号によって変調されたＥＨＦ搬送波信号である。バイオメトリック・シグネチャを得るステップは、ＥＨＦ信号を超高搬送波周波数バンドから低周波数バンドにヘテロダイン変換することも含む。次に、中間周波数の電磁信号を復調し、１つの変調関数または数個の変調関数の組合せを示す低周波数情報信号を提供できる。変調関数は、振幅変調関数、周波数変調関数および位相変調関数から選択できる。
バイオメトリック・シグネチャを得るステップは、更に低周波数情報信号をアナログ・フォームからデジタル・フォームに変換し、デジタル化された情報信号を発生することも含む。デジタル情報信号は、その後、バイオメトリック・シグネチャを決定するために分析される。
本発明の一実施例によれば、デジタル化された情報信号の分析は、周波数ドメインで実行され、この場合、バイオメトリック・シグネチャは、デジタル化された情報信号の周波数スペクトルのフォームにできる。
本発明の別の実施例によれば、デジタル化された情報信号の分析を時間ドメインで実行する。この場合、デジタル化された情報信号の分析は、フーリエ変換によるデジタル化情報信号の処理を行い、デジタル化された情報信号の自己相関化関数のフォームをしたバイオメトリック・シグネチャを得ることも含む。
必要であれば、デジタル化された情報信号の分析は、更にバイオメトリック・シグネチャの挙動から誘導される１つ以上のバイオメトリック特性パラメータを決定することも含む。例えば、デジタル化された情報信号の分析を周波数ドメインで実行するとき、周波数スペクトルの挙動を記述するパラメータを特性パラメータとして選択できる。かかるパラメータの例として、周波数スペクトル上のピークが生じる周波数の値、これらピークの振幅およびこれらピークのＱファクタ（値）を挙げることができるが、これらだけに限定されるものではない。
デジタル化された情報信号の分析を時間ドメインで実行するとき、デジタル化された情報信号の時間自己相関化関数の挙動を記述するパラメータおよび／または予め決定した情報信号との信号の相互相関性を記述するパラメータを特性パラメータとして選択できる。これらバイオメトリック特性パラメータの例として、相関関数の振幅およびピークの有効相関時間を挙げることができるが、これらだけに限定されるものではない。
本発明の一実施例によれば、生体器官を識別するのに、生体器官の条件を非侵襲的に決定する方法を使用できる。かかるケースでは、このケースは器官の個人的特性に応答し、生体器官のグループに対する汗腺に関連する条件を示す所定の基準データを提供するステップを更に含む。これら所定の基準データとして、バイオメトリック・シグネチャおよび／または器官のグループからの各器官に対するシグネチャから誘導される特性パラメータを挙げることができる。
次に、識別に使用される方法は、識別対象の生体器官の少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたはこのバイオメトリック・シグネチャから誘導される少なくとも１つのバイオメトリック特性パラメータと、所定の基準データとを比較することを含む。その後、この方法は、この比較から、バイオメトリック・シグネチャまたは特性パラメータが器官のグループからの器官のうちのどの器官に対応するかを推定することを含む。
本発明の別の実施例によれば、生体器官の条件を非侵襲的に決定する方法を使って、生体器官の診断を行うことができる。この場合、この方法は、器官の個人的特性に応答し、所定の病気のリストから異なる条件付き状態（例えば、健康状態および／または病気）を示す所定の基準データを提供することも含む。この場合、所定の基準データは、バイオメトリック・シグネチャおよび／または条件付き状態の所定のリストからの各病気に対応するバイオメトリック・シグネチャから誘導されあ特性パラメータを含む。
次に、診断対象の生体器官の少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたはこのバイオメトリック・シグネチャから誘導された少なくとも１つのバイオメトリック特性パラメータと所定の基準データとを比較する。その後、この方法は、この比較から、バイオメトリック・シグネチャまたは特性パラメータが条件付きデータの所定のリストからの条件付き状態のどれに対応するかを推定することを含む。
本発明の更に別の実施例によれば、バイオメトリック・シグネチャおよび／または特性パラメータを決定する本発明の方法を使って、生体器官がどの状態を有するかを決定できる。かかるケースでは、この方法は、第１の条件に対して診断される複数の生体器官からの少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたはこのバイオメトリック・シグネチャから誘導される少なくとも１つの特性パラメータも提供することを更に含む。次に、このステップを繰り返し、各々が異なる条件に対応する一連の基準データを提供する。その後、この方法は、検査対象となっている生体器官のバイオメトリック・シグネチャおよび／またはこの生体器官の特性パラメータと、前記一連の基準データのうちの所定の基準データの各１つとを比較することを含む。次のこの方法は、どの基準データが検査対象の生体器官のバイオメトリック・シグネチャまたは生体器官の特性パラメータと統計学的に有意な類似性を有し、よって基準データが統計学的に有意な類似性を有する条件が、生体器官の条件であるかどうかを判断することを含む。
本発明の別の特徴によれば、汗腺の生物電気活動の結果として生じる電磁波を検出する概念を使って、アクティブ・モードで検出を行うこともできる。
皮膚部分から発せられる電磁波を検出する前に、アクティブに検出する方法は、変調された所定の高周波信号を作成することを更に含む。この変調された所定の高周波信号とは、所定の低周波数情報信号により変調されたＥＨＦキャリア信号である。アクティブに検出するこの方法は、変調された高周波数信号に基づき、変調された所定の電磁波を発生し、皮膚部分へ変調された所定の電磁波を照射することも含む。その後、上記パッシブ検出の方法のすべてのステップは、識別用途および診断用途にも使用できる。
同じように、治療のために超高周波数レンジ内にある変調された所定の電磁波を使用することも可能である。特に所定の情報信号によって変調されたＥＨＦ搬送波信号である変調された電磁波を生体器官の皮膚に照射できる。適当な情報信号は、汗腺の条件、例えば、生理学条件および感情状態を変更する情報を含むことができる。
更に、皮膚に分布するニューラル接続され、電磁的に相互作用する構造体（例えば、汗腺）の生物電気活動を矯正し、よって器官を治療するために電磁波照射を利用できる。かかるケースでは、健康な器官から検出された振幅、周波数および／または位相変調関数を使用して、ＥＨＦキャリア信号を変調できる。健康な器官の情報を有する変調関数によって変調されたかかるＥＨＦ信号を病気の器官に照射すると、この情報が脊髄および脳に伝えられ、これら器官の機能を制御できる。
本発明は、生体器官の少なくとも１つの条件を非侵襲的に決定するシステムを提供することによって、上記ニーズも満たす。
本発明の一実施例によれば、このシステムは、アンテナ・アレイ・ユニットと、このアンテナ・アレイ・ユニットに結合された受信ユニットとを含む。アンテナ・アレイ・ユニットは、ＥＨＦレンジ内の皮膚部分から発せられた電磁波を検出し、この検出された電磁波に基づき、ＥＨＦ電磁信号を発生するようになっている。この高周波電磁信号は、ニューラル接続され、電磁的に相互作用する構造体の生物電気活動に関連する低周波数情報信号により変調されたＥＨＦキャリア信号である。この受信ユニットは、検出された電磁波に基づき、ＥＨＦ電磁信号から構造体（例えば、汗腺）の生物電気活動に関連する１つ以上のバイオメトリック・シグネチャを得るようになっている。
本発明の一実施例によれば、受信ユニットは、アンテナ・アレイに結合されたヘテロダイン・ユニットを含む。このヘテロダイン・ユニットは、ＥＨＦ電磁信号を超高搬送波周波数バンドから、より低い周波数バンドに変換し、中間周波電気信号を発生するように作動できる。
この受信ユニットは、ヘテロダイン・ユニットの下流側の復調器も含み、この復調器は、中間周波電気信号を復調し、よって振幅変調関数、周波数変調関数および位相変調関数から選択された少なくとも１つの変調関数を示す情報信号を提供するようになっている。
受信ユニットは、復調器に結合され、低周波数情報信号をアナログ・フォームからデジタル・フォームに変換し、デジタル化された情報信号を発生するようになっているアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータを更に含む。
受信ユニットは、更に、Ａ／Ｄコンバータに結合されると共に、バイオメトリック・シグネチャおよび／またはこのシグネチャから誘導された特性パラメータを決定するためにデジタル化された情報信号を分析するようになっている制御パラメータも含む。
必要な場合、受信ユニットは、ヘテロダイン・ユニットに結合されており、中間周波電気信号を増幅し、増幅された中間周波電気信号を発生するようになっている中間周波増幅器を含むことができる。
必要な場合、受信ユニットは、アンテナ・アレイの下流側であって、ヘテロダイン・ユニットの上流側に配置されたＥＨＦ周波数増幅器も含むことができる。このＥＨＦ周波数増幅器は、ＥＨＦ電磁信号をヘテロダイン・ユニットに送る前に、このＥＨＦ電磁信号を増幅するようになっている。
本発明の一実施例によれば、ヘテロダイン・ユニットは、ヘテロダイン発生器と、このヘテロダイン発生器に結合されたミキサと、ミキサに結合された非線形素子と、この非線形素子の下流側に配置されたローパス・フィルタとを含む。非線形素子の一例としてダイオードを挙げることができるが、このダイオードだけに限定されるものではない。
本発明によれば、復調器は、振幅変調モジュール、周波数変調モジュールおよび位相変調モジュールから選択された少なくと１つの変調モジュールを含む。
本発明の一実施例によれば、制御システムは、特に器官の個人特性に応答し、器官のグループに対する１つ以上の汗に関連する条件を示す所定の基準データを記憶するようになっているメモリ・ユニットを含む。これら所定の基準データは、バイオメトリック・シグネチャと、これに対応する汗に関連する条件との間の相関性を確立する１つ以上の記録を含むデータベースの形態とすることができる。
この実施例によれば、システムは、生体器官を識別するようになっている。かかるケースでは、制御システムは、識別対象の生体器官のバイオメトリック・シグネチャまたはこのシグネチャから誘導された特性パラメータと所定の基準データとを比較し、これらバイオメトリック・シグネチャまたは特性パラメータが器官のグループの器官のうちのどれに対応するかをこの比較から推定するように作動する。
本発明の別の実施例によれば、このシステムは、生体器官を診断するようになっている。この場合、制御システムは、特に器官の個人特性に応答し、条件付き状態の所定のリストから異なる条件付き状態（例えば、健康状態および／または病気）を表示する所定の基準データを記憶するようになっているメモリ・ユニットを含む。この所定の基準データは、バイオメトリック・シグネチャと病気の所定のリストからの対応する病気との間の相関性を確立する１つ以上の記録を含むデータベース状となっている。この実施例によれば、このシステムは、診断対象の生体器官のバイオメトリック・シグネチャまたはこのシグネチャから誘導される特性パラメータと所定の基準データとを比較し、バイオメトリック・シグネチャまたは特性パラメータが条件付き状態の所定のリストからの条件付き状態のどれに対応するかをこの比較から推定するようになっている。
本発明の一実施例によれば、このシステムは、アクティブ・モードで作動できる。この場合、システムは、制御システムに結合された送信ユニットと、この送信ユニットに結合された送信アンテナとを更に含む。送信ユニットは、制御システムに結合され、この制御システムによって発生されたスイッチ制御信号に応答するＥＨＦ信号発生器を含む。このＥＨＦ信号発生器は、所定の高周波数の１つ以上のパルスを含み、時間に対してサンプリングされたＥＨＦキャリア信号を発生するように作動できる。
送信ユニットは、ＥＨＦ信号発生器および制御ユニットに結合された変調器も含むことができる。送信ユニットの変調器は、制御システムが提供する変調制御信号に応答自在であり、所定の低周波数情報信号（この信号は、少なくとも１つの所定の変調関数によって示される）をＥＨＦ発生器に印加し、ＥＨＦキャリア信号を変調するようになっている。
必要な場合、送信ユニットは、ＥＨＦ発生器に結合され、変調されたＥＨＦ搬送波信号を増幅するようになっているＥＨＦ増幅器を含むことができる。送信アンテナを送信ユニットのＥＨＦ増幅器に結合し、ＥＨＦ周波数変調信号に基づき電磁波を発生し、この電磁波を生体器官に向けて放射するようにアンテナを構成できる。
この実施例に係るシステムでは、所定の低周波情報信号は、１つ以上の汗に関連した条件を変更する情報を含むことができる。同様に、所定の低周波情報信号は、生体器官に対して治療を行う情報を含むことができる。
要約すれば、本発明の広範な特徴によれば、
超高周波数（ＥＨＦ）バンドにおいて、皮膚部分から発せられた電磁波を検出するステップを備え、この検出された電磁波は、生体器官の皮膚部分に分布するニューラル接続され、電磁的に相互作用する構造体の生物電気活動を示し、
少なくとも１つの器官の条件を示す生体器官の少なくとも１つのユニークなバイオメトリック・シグネチャを検出された電磁波から得るステップとを備え、
生体器官の生理学条件および感情状態から選択された生体器官の少なくとも１つの条件を非侵襲的に決定する方法が提供される。
本発明の別の広範な特徴によれば、
生体器官の生理学条件および感情状態から選択された生体器官の少なくとも１つの条件を非侵襲的に決定するシステムにおいて、
皮膚部分から発せられる超高周波数（ＥＨＦ）バンド内の電磁波を検出し、検出された電磁波に基づき、ＥＨＦ電磁信号を発生するようになっているアンテナ・アレイ・ユニットを備え、ＥＨＦ電磁信号は、生体器官の皮膚部分に分布する神経接続され、電磁的に相互作用する構造体の生物電気活動と関連する低周波情報信号によって変更されるＥＨＦ搬送波信号であり、
アンテナ・アレイに結合され、少なくとも１つの器官の条件を示す生体器官の少なくとも１つのユニークなバイオメトリック・シグネチャを検出した電磁波に基づくＥＨＦ電磁信号から得るようになっている受信ユニットとを備えたシステムが提供される。
以下に続く詳細な説明がより良好に理解できるよう、本発明のより重要な特徴の概略を説明した。本発明の別の細部および利点については、次の詳細な説明に記載するが、その一部は、この説明から理解できるし、または本発明を実施することにより理解できる。
本発明を理解し、本発明を実際にどのように実行できるかを見るために、以下、添付図面を参照し、発明を限定しない単なる例として、好ましい実施例について説明する。
（発明の詳細な説明）
添付図面および次の詳細な説明から、生体器官の外分泌汗腺の生物電気活動の結果として発生する電磁波を検出する本発明のシステムおよび方法の原理および作動について良好に理解できる。これら図面および詳細な説明の例は、単に説明のために記載したものであり、発明を限定するものではない。本明細書全体にわたり、図面に示された外分泌汗腺から生じる放射線を検出するシステムおよびそれら部品で共通する部品を識別するために、同じローマ数字およびアルファベットを用いることにする。本発明の種々の実施例を示す図面内のブロックは、物理的接続および／または物理的関係以外のエンティティ間の機能的関係を示すように、機能的エンティティとしてのみ示すものであることに留意すべきである。
以下に続く詳細な説明の一部は、アルゴリズムおよびコンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理量として示されるデータに対する演算のシンボル表示として示す。ここで、アルゴリズムとは、物理量の物理的操作を必要とし、所望する結果を生じさせる一連のステップと見なす。通常、必ずしもそうでないが、これら量は、記憶し、転送し、組み合わせたり比較し、または他の方法で操作できる電気信号または磁気信号の形態をとり得る。本明細書の説明では、これら信号を値、要素、シンボル、用語、数字または同等のものと称すことができる。
特に明記しない限り、本明細書の説明全体にわたり、処理またはコンピューティングまたは計算または決定もしくは同様な用語を利用することは、データを操作し、変換するコンピュータ・システムまたは同様な電子計算デバイスの動作およびプロセスを示すものである。
皮膚は、体の最大の器官であり、体重の１２〜１６％を占め、４つの層、すなわち、角質層、表皮層、真皮層、皮下層の複雑なモザイク構造から構成されている。多くの内科的疾患は、皮膚に固有の影響を与えることが知られている。皮膚は、熱調節と水分バランスにおける基本的な役割を果たし、皮膚は、生命維持に不可欠な触覚器官であり、この機械的特性は、物体に接触した場合に生じるニューラル・パターンの性質に大きな影響を与える。例えば、ニューラル機械的受容器（小体）は、ブラッシング、振動、フラッタおよび凹みのような表面的および深い圧力を検出する。電気的な受容器の異なる組により、温度（熱受容器）および痛み（ノイセプタ）が検出される。これら皮膚感覚器は、筋肉／関節の位置の知覚、すなわち、プロピオセクション（プロピオセプタ）は、身体の感覚のモザイクを構成する。受容器は、機械的、熱的または化学的エネルギを電気信号に変換することにより、脊髄コードおよび脳にこの情報を伝える。従って、皮膚は、ニューラル接続され、相互作用する多くの構造、例えば、汗腺を含む。
汗腺は、身体の最大の外分泌腺を形成する。発生、形態および機能に関して少なくとも２つのタイプの汗腺が区別される。すなわち、大多数を形成する外分泌汗腺と、限られた領域にしか存在しないアポクリン汗腺の２つのタイプがある。
外分泌汗腺は、体の表面全体にわたって分布するが、顔、手のひらおよび足の裏のような所定の領域では高密度に分布する。図１は、人の親指の皮膚のパッチ上の汗腺孔の半径の分布の一例を示す。
一般に、３つのタイプの発汗が知られており、これらタイプは、熱調節発汗、味覚発汗および感情発汗がある。特に外分泌汗腺からの発汗は、重要な温度調節を行う。発汗は、ストレス、感情および病気だけでなく、身体的な運動によっても誘導されることが分かっている（例えば、オオハシ外著、Ｆｈｙｓｉｏｌ．Ｍｅａｓ，１９９８年，１９巻，４４９−４６１ページを参照）。
これら役割は、蒸発による熱損失を通してニューラル制御された活動と熱バランスに影響する汗腺の活動とが密接に関係している。外分泌汗腺の機能を視床下部における中枢神経のサーモスタットが調節する。発汗は、汗腺を刺激するコリン作用繊維を介し、交感神経系により発汗が制御される。
図２を参照すると、外分泌汗腺２０は、真皮層２２内に深く配置された分泌コイル２１と汗腺管２３とを備え、汗腺管２３は、真皮層２２から真皮層２４および表皮角質層２４ａの角質層まで皮膚を横断する。汗腺は、汗腺管２３を通して皮膚表面２５まで分泌された汗を伝える。汗腺管２３は、コイル状の管の形状となっている。
本発明は、外分泌汗腺の生体電気活動がＲＣＬ共振回路の挙動に類似するという事実を利用するものである。しかしながら、汗に関連する基礎流量は、汗腺管の遂げ構造の寸法（この値は、約１０ミクロン〜１００ミクロンの範囲にある）から誘導される特性共振周波数と比較して小さいことに留意する。従って、汗の流れがこれらＲＣＬ回路の駆動機構となる可能性は低い。しかしながら、この汗の流れは、汗腺が発生する電磁波の変調に寄与し得る。
更に、特に生物学的な細胞がギャップ接合部を介して電気信号を伝えることが分かっている。細胞表面に存在するかかるギャップ接合部は、ほとんどすべての動物の組織でも見ることができ、汗腺でも見ることができる（例えば、グランガ外著、Ａｍ．Ｊ．Ｐｈｙｓｉｏｌ．Ｃｅｌｌ Ｐｈｙｓｉｏｌ．，２００３年，２８５巻，Ｃ１０４７−Ｃ１０５８ページを参照）。ギャップ接合部は、化学的シナップスよりも活動ポテンシャルを伝搬させるより高速の機構を構成できる。特に化学的シナップスの遅延時間は、一般的に０．５であるが、電気的なシナップス（ギャップ接合部の主要な成分）の遅延時間は、１０−１３秒未満である。
同様に、汗腺管の表面内の細胞の水性内部は、安定な水素結合されたネットワークを形成できる。従って、かかるネットワークに沿ったコヒーレントなプロトンの伝達が生じ得る。かかる伝達のための特性時間は１０−１３の領域内にあり、従って、スパイラル汗腺管の細胞に沿った表面電流は、瞬間的であると見なすことができ、汗腺の共振周波数は、汗腺管の幾何学的構造によって決定される。
この結果、汗腺によって発生される電磁放射線は、（サブミリ波長の範囲を通るミリメートルに対応する）３０ＧＨｚ〜１ＴＨｚの範囲内の極端に高い周波数（ＥＨＦ）搬送波となり、この搬送波は、生体器官の条件、例えば、生理学的な条件および感情の状態を示す低周波の情報信号によって変調される。
汗腺に関連する電磁波を発生する役割を果たす電荷キャリアのこれまで説明した機構は、発明を説明する普遍性を限定するものでないと理解すべきである。更に本明細書で説明した電磁波の発生の減少を記述する電荷キャリアのタイプおよび／または理論を制限する意図はない。
図２および３を共に参照する。本発明の意図は、一実施例によれば、皮膚素子と外分泌汗腺２０との電気性質は、電気回路４０によって示すことができ、この回路において、汗腺管２３は、抵抗器Ｒ１に直列に接続されたインダクタンスＬを有するコイルを含む誘導素子を備えた等価回路素子によって近似できるので、この等価的インピーダンスはＺ１＝Ｒ１＋ｉωＬによって示される。汗腺のインダクタンスＬは、次の式によって示すことができる。
Figure 2008541826
ここで、Ｎは、巻回数であり、Ａは、汗腺管の横断面積であり、ｈは、汗腺管２３の高さである。
表皮層２４のうちの角質化した層は、抵抗器Ｒ３に並列接続されたコンデンサＣを含む回路素子によって近似できるので、全体のインピーダンスは、次の式によって示される。
Figure 2008541826
従って、皮膚表面の抵抗は、シャント抵抗器Ｒ２によって近似できる。このシャント抵抗器Ｒ２は、インピーダンス回路Ｚ３に直列に接続されているので、組み合わされたインピーダンスは、Ｚ２＝Ｒ２＋Ｚ３によって示される。
この皮膚要素の結果生じる全体のインピーダンスは、次のようになる。
Figure 2008541826
図４を参照すると、この図には、外分泌汗腺の上記電気モデルに従えば、皮膚表面の抵抗Ｒ２の異なる値に対する全体のインピーダンス｜Ｚ＊｜のモジュールの周波数依存性のシミュレーションの一例が示されている。このシミュレーションは、電気回路の塊状素子（図４における４０）を仮定した上で実行したものである。構造体の共振波長（約１ｍｍ）に対する（約１００μｍである）汗腺管寸法の比は、比較的小さい（例えば、約０．１）ので、当業者であれば、塊状要素の仮定を第１近似としてかなり妥当であると見なすことができると考えなければならない。シミュレーションでは、モデルの電気パラメータＣ、Ｒ１およびＲ３の値を変化できないように維持し、次の値に設定した。すなわち、Ｃ〜２．３１０−１６Ｆ；Ｒ３＝１００ｋΩ、Ｒ１＝１ｋΩに設定した。インダクタンスＬを推定するために、外分泌汗腺管の次の幾何学的パラメータを定数、すなわち、Ｍ＝４およびｈ＝１００μｍに維持した。図１に示される汗腺孔の分布に基づき、汗腺管の横断面積の分布を検討した。
皮膚表面の抵抗Ｒ２は、汗腺が発生する汗の量によって実質的に影響される。従って、Ｒ２は、比較的広い範囲で変化し得る。シミュレーションのために次の値、すなわち、１ｋΩ（曲線５１）、３ｋΩ（曲線５２）および１０ｋΩ（曲線５３）を選択した。図４から分かるように、抵抗Ｒ２の影響は、劇的である。孔を通過し、より強力な発汗に対応するＲ２が減少するにつれ（曲線５１参照）、共振スペクトルを分解できる。更に、かかる汗の流れは、発生する高周波の搬送波の振幅変調および低周波変調の役割を果たすことがあり、器官の条件、例えば、生体器官の生理学条件および感情状態を表すことができる。
汗腺の推奨される電気モデルおよび上記シミュレーションの有効性を実証するために、人の手のひらの電磁放射線の反射係数の測定を実行した。手を電波吸収のバックプレートに固定し、外部放射線源からシールドした。マイクロ・ウェーブ発生器およびネットワーク・アナライザによって接続された３ｃｍ２の開口部を有するホーン・アンテナを使って被験者から３０ｃｍの距離で測定を実行した。スイープした周波数バンドは、７５ＧＨｚ〜１１０ＧＨｚであった。寄生反射および回折効果を考慮するために、同じ構成で測定した水のファントム・スペクトルと測定スペクトルとを比較した。
図５Ａを参照すると、ここには手の３つの異なる条件に対する反射係数の周波数依存性の例が示されている。曲線６２は、手の表面に汗がほとんど、または全くない低温状態の手の測定に対応し、曲線６３は、明らかに手の表面に湿り気がある暖かい手の測定に対応し、曲線６１は、明らかに手の表面に汗があり、暖かい状態の手の測定に対応する。低温条件および温暖条件の手の皮膚の温度の差は、１Ｋであった。
理解できるように、測定された周波数レンジでは、被験者の反射スペクトルにおいて２つの異なるピークが顕著であることが理解できる。１つのピークは、８６ＧＨｚ〜９０ＧＨｚのレンジ内にあり、別のピークは、１０２ＧＨｚ〜１０７Ｇの範囲内にある。発汗が増えるにつれ、信号強度も高くなるので、上記電気汗腺モデルの有効性を確認できることが理解できる。
図５Ｂを参照すると、ここには次の関数の時間的挙動（曲線６４の一例が示されている。
Figure 2008541826
強い運動をした２０分後の休止している人の手の周波数バンド７５ＧＨｚ〜１１０ＧＨｚ内の反射係数測定から信号パワー〈Ｉ（ｔ）〉が得られる。比較のために、人のパルスの時間挙動（曲線６５）を示す。次の式を証明するために、［ｆ１；ｆ２］にわたる（｜Ｒ｜２に比例する）反射強度から信号パワーを計算した。
Figure 2008541826
手の表面の水からの反射を防止するために手を乾かした。信号パワーの挙動は、一定の静止レベルまで被験者のパルスの緩和曲線の挙動と相関性がある。
汗腺によって発生する電磁放射パターンは、この構造およびモルフォロジによって決まる。人の体には２００万〜４００万個までの汗腺があり、それらの皮膚内の空間分布、汗腺管のサイズおよび巻回数の数は、個人ごとにユニークであることが知られている。従って、汗腺に関連する放射パターンも個人ごとにユニークである。この放射パターンは、器官の条件（例えば、生体器官の生理学条件、感情状態）を示し、後述するように、識別のために使用できる。生理学条件の例として、運動によって生じる状態、高温の気象状態、湿度、病気、思春期、更年期、月経、代謝などを挙げることができるが、これらだけに限定されるものではない。感情状態の例として、ストレス、心配、恐れ、怒り、神経症、困惑、パニック、一般的な神経的疾患などを挙げることができ、熱い飲み物、スパイシーな食べ物、所定の薬および所定の不法ドラッグは、対応する放射パターンが示す汗腺の生物電気活動（味覚の発汗）を生じさせ得ることも知られている。
更に種々の疾患は、汗腺の集合体に影響し、この影響により汗腺に関連する放射パターンに疾患固有の変化を生じさせる。疾患の例として、熱、インフルエンザ、風邪、肺炎、マラリア、疼痛、低血糖発作、エイズ、多汗症、無汗症、ガン、フレイ氏症候群などを挙げることができるが、これらだけに限定されるものではない。検出される放射パターンは、生体器官の対応する疾患を表示することがあるので、これらパターンを診断に利用できる。
本発明の１つの特徴によれば、外分泌汗腺の生物電気活動の結果として生じる電磁波を検出する概念をパッシブ・モードでの検出に利用できる。
図６は、生体器官７１の外分泌汗腺（図示せず）の生物電気活動の結果として生じる電磁波を非侵襲的に検出するシステムの一例７０を示す。このシステムは、パッシブ検出用であり、すなわち、受信モードだけで作動するようになっており、アンテナ・アレイ・ユニット７２と、このアンテナ・アレイ・ユニット７２に結合された受信ユニットＲＵとを含む。
アンテナ・アレイ・ユニット７２は、１つ以上のアンテナ（本例では２つのかかるアンテナ７２１が示されている）を含み、皮膚の表面に沿ってアンテナが分散されるように生体器官に対して適応されている。各アンテナ７２１は、生体器官７１の対応する皮膚部分から発せられる３０ＧＨｚ〜１ＴＨｚの超高周波数（ＥＨＦ）レンジ内の電磁波を検出するように構成されている。このアンテナ・アレイ・ユニット７２は、検出された電磁波に基づき、超高周波（ＥＨＦ）電気信号を発生するようになっており、本発明の目的に適したアンテナ・アレイ・ユニット７２内のアンテナ７２１の例として、ホーン・アンテナ、スロット・アンテナ、ストリップ・アンテナ、パラボラ・アンテナなどを挙げることができるが、これらだけに限定されるものではない。アンテナ・アレイ・ユニット７２が発生する超高周波電磁波信号は、生体器官の条件を示している。
受信ユニットＲＵは、アンテナ・アレイ・ユニットが発生したＥＨＦ電磁信号を受信し、この信号を分析し、生体器官の現在の状態を示す出力データを発生するようになっている。受信ユニットおよびＲＵは、アンテナ・アレイ・ユニット７２に結合されたヘテロダイン・ユニット７３と、このヘテロダイン・ユニット７３の下流に配置された復調器７４と、この復調器７４に結合されたアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ７５と、Ａ／Ｄコンバータ７５に結合された制御システム７６とを含む。
特に示していないが、環境によって測定が影響されないよう、システム７０をシールド・ケージ（例えば、ファラデ・ケージ）内に収納できると理解すべきである。
ヘテロダイン・ユニット７３は、ヘテロダイン発生器７３４と、ヘテロダイン発生器７３４に結合されたミキサ７３１と、このミキサ７３１に結合された非線形素子７３２と、この非線形素子７３２の下流側のローパス・フィルタ７３３とを含む。ヘテロダイン・ユニット７３は、超高搬送波周波数バンドから、より低い周波数バンドにＥＨＦ電磁信号を変換し、中間周波電気信号を発生するようになっている。ヘテロダイン変換は、元のＥＨＦ信号とヘテロダイン発生器７３４が発生するサイン波とを混合し、元のＥＨＦ電磁信号の情報を維持する中間周波電気信号を発生することによって達成される。このヘテロダイン変換方法は、それ自身周知であるので、以下、詳細には説明しない。
本発明の一実施例によれば、復調器７４は、中間周波電気信号を復調するように適当に構成されている。外分泌汗腺の生物電気活動に関連する信号は、振幅変調、周波数変調および／または位相変調されていてもよいと理解すべきである。例えば、振幅変調を汗の異なる流量と関連付けできる。次に、汗腺管の幾何学的パラメータおよび電気パラメータの変化により、高周波電気信号の周波数および位相変調を行ってもよい。従って、復調器７４は、これら３つのタイプの変調のうちのすべて、または少なくとも１つを行うように構成できる。
復調プロセスの結果として、外分泌汗腺によって発生された高周波搬送波の少なくとも１つの変調関数（振幅Ａ、周波数ωおよび／または位相φ）を示す比較的低い周波数の情報信号が発生される。一般的なケースでは、低周波の情報信号は、振幅、周波数および位相変調関数の組合せを示す。
Ａ／Ｄコンバータ７５は、復調器７４が誘導した情報信号をアナログ・フォームからデジタル・フォームに変換し、デジタル化された情報信号を発生するようになっている。従って、このデジタル化された情報信号は、制御ユニット７６に送られる。
制御システム７６は、一般にコンピュータ・システムであって、このコンピュータ・システムは、特に公知のユーティリティ、例えば、メモリ・ユニット７６１、プロセッサ７６２（データ収集処理ユーティリティ）および検出された結果を示すようになっているモニタ・システム７６３を有する。プロセッサ７６２は、受信したデータ（すなわちＡ／Ｄコンバータ７７の出力情報信号）を分析し、後述するように、汗腺から生じた放射線に関連する１つ以上の所望するバイオメトリック・シグネチャを決定できる適当なソフトウェア・モデルによって予めプログラムされている。モニタ・システム７６３は、ディスプレイ、プリンタおよび／または他のモニタ・デバイス（図示せず）を含むことができる。
強制的ではないが、受信ユニットＲＵは、更にヘテロダイン・ユニット７３の下流側に配置され、中間周波数の電気信号を増幅し、更に信号処理するのにより適した増幅された中間周波電気信号を発生するように構成された中間周波増幅器７７を含むことが好ましい。
受信ユニットＲＵは、必要な場合に、ヘテロダイン・ユニット７３の前であって、アンテナ・アレイの下流側に配置された超高周波数（ＥＨＦ）増幅器７８を含むことができる。
必要な場合、デジタル化された情報信号の分析は、ローパス・フィルタおよび／またはハイパス・フィルタ（図示せず）を利用することにより、情報信号をブロードバンド・フィルタリングすることも含むことができることを理解すべきである。
本発明の一実施例によれば、デジタル化された情報信号の分析およびバイオメトリック・シグネチャの決定を周波数ドメインで実行できる。この場合、バイオメトリック・シグネチャの一例は、デジタル化された情報信号の周波数スペクトルとなる。
バイオメトリック・シグネチャの一例は、次の式に示されるデジタル化された情報信号Ｕ（ω）の強度に関する周波数スペクトルを含むが、これだけに限定されない。
Figure 2008541826
ここで、上つきのアステリックは、複素共役を示す。
本発明者達は、汗腺に関連する周波数スペクトルが生体器官の汗に関連する状態に依存することを発見した。更に、この周波数スペクトルは、同様な汗に関連する状態に対する同様な特徴を有する。従って、汗に関連する各条件は、周波数スペクトルの対応する固有のパターンに一致できる。換言すれば、周波数スペクトルの挙動により、器官の固有の生理学条件および／または感情状態の特徴を定めることができる。
図７Ａを参照すると、ここには異なる器官条件に対応する手の異なる発汗状態αと、３Ｄの周波数スペクトルＳ（α、ω）のパターンの一例が示されている。特に状態１は、乾いた手に対応し、状態２は、適度に湿った手に対応し、状態３は、多量に発汗した手に対応する。
周波数スペクトルＳ（α、ω）は、３つのメイン・ピーク８１、８２、８３を特徴とする。この周波数スペクトルの挙動の特徴を定めるパラメータ、例えば、ピーク８１、８２、８３の振幅（強度）、周波数スペクトル上のピークの位置（すなわち、ピークが生じる生じれの値）およびピークのＱファクタは、実質的に手の発汗状態に応じて決まる。従って、これらパラメータは、被験者の精神状態を識別するのに使用できる。以下、周波数スペクトルの挙動の特徴を定めるこれらパラメータをバイオメトリック特性パラメータと称す。
当業者であれば理解できるように、皮膚の一部に対する対応する周波数スペクトルＳ（ｘ、ｙ、ω、Ａ、φ）を作成できる。ここで、ｘおよびｙは、基準ポイントに対する皮膚部分の２つの次元座標である。必要であれば、生体器官の画像（ピクチャ）に周波数スペクトルＳ（ｘ、ｙ、ω、Ａ、φ）をマッピングし、モニタ・システムのディスプレイで可視化できる（図６の７６３）。例えば、画像の輝度（または強度）の変化により振幅変調関数を可視化でき、色の変化によって周波数変調関数を可視化でき、一方、ピクチャ・コントラストの変化によって位相変調関数を可視化できる。従って、器官の少なくとも１つの汗に関連する条件が変化すると、その結果、皮膚部分の画像の輝度、カラーおよび／またはコントラストが変化する。
本発明の別の実施例によれば、デジタル化された情報信号の分析およびバイオメトリック・シグネチャの決定を時間ドメインで実行できる。この場合、制御システムは、次の式を証明するようにデジタル化された情報信号の自己相関化関数の形態でバイオメトリック・シグネチャを得るためにフーリエ変換を通して周波数スペクトルＳ（ω）を処理するように作動する。
Figure 2008541826
この時間自己相関関数から誘導されるバイオメトリック特性パラメータの例として、相関関数Ψ（０）の振幅および次の式に示されるピークの有効相関時間を挙げることができるが、これだけに限定されない。
Figure 2008541826
図７Ｂを参照する。ここには、図７Ａを参照してこれまで説明した３つの異なる同じ器官条件に対応する手の異なる発汗状態αに対する手のデジタル化された情報信号の３Ｄの時間自己相関関数Ψ（α、ｔ）のパターンの一例が示されている。ここから分かるように、最も明らかなピークは、約０．１ナノ秒を中心とするピークであり、このピークの振幅は、発汗量の増加と共に増加している。より長い時間のピークは、あまり明らかでない。
実際に、種々のバイオメトリック・シグネチャ（例えば、周波数スペクトル・パターン、時間自己相関関数）およびこれらシグネチャから誘導される特性パラメータ（周波数スペクトル・パターンでのピークの位置、振幅およびＱファクタおよび相関関数の振幅並びに自己相関関数パターンでのピークの有効相関時間）のデータベース（基準データ）を当該各被験者（生体器官）に対して作成し、これらを制御システム（図６の７６）のうちのメモリ・ユニット（図６の７６１）に記憶し、各生体器官のカタログを作成できる。このデータベースは、ユニークなバイオメトリック・シグネチャおよびそれらのパラメータと器官に関連する種々の条件（生理学および感情条件）との相関性を確立する記録を含むことができる。このデータベースのデータは、かかる個人情報の潜在的な秘密性に起因し、必要であれば暗号化アルゴリズムにより処理し、制御システムのメモリ・ユニットに記憶することもできる。
本発明の１つの特徴によれば、器官の個人的識別をするために、このデータベースに示されたデータを使用できる。
図８を参照すると、被験者（生体器官）９１を識別するようになっている本発明の検出システム９０の構成の一例が示されている。この実施例によれば、検出システム９０は、一般的に上記システム（図６の７０）に類似しており、被験者９１が通過できるドア・フレームのトンネル・ゲート９２に連動している。ドア・フレーム・トンネル・ゲート９２の側面９２１および頂部９２２は、図６を参照してこれまで説明したように、超高マイクロ・ウェーブ周波数レンジ（ミリ波長およびサブミリ波長）を検出するようになっている一連のアンテナ（例えば、ホーン・アンテナ）７２１を有するアンテナ・アレイ・ユニット７２を維持する。アンテナ７２１は、ゲート９２に対して適当に分散されている。
識別のために、本発明の検出システムを使用するとき、器官に対して別々に応答する所定の基準データを提供しなければならない。この基準データは、特にユニークなバイオメトリック・シグネチャ、これらの特徴を定めるパラメータおよび器官に関連するスペクトル画像を含むことができる。一実施例によれば、種々の器官の条件（例えば、静かな感情状態および神経質な感情状態）を受けた特定の生体器官の所定のグループに対する電磁波を検出することによって、基準データを得て、これらデータをデータベースのカタログ・フォームでメモリ・ユニット（図６の７６１）に記憶できる。別の実施例によれば、人の精神および感情状態を記述する包括的な生理学的モデルを開発し、これらモデルを使用することによって基準データを得ることができる。
作動時に被験者９１（個人）がドア・フレームのトンネル・ゲート９２を通過すると、アンテナ・アレイ・ユニット７２によって発生した超高周波電気信号が上記のように検出システム９０によって処理され、個人のユニークなバイオメトリック・シグネチャおよび／または対応するバイオメトリックの特性パラメータを得る。その後、所定のグループからのどの器官にこれらデータが対応するかを評価するように１つ以上のバイオメトリック・シグネチャおよび／または特性パラメータと、メモリ・ユニット（図６の７６１）に記憶されているものと比較し、器官およびその現在の生理学条件および／または感情状態を識別することができる。得た画像とメモリ・ユニットに予め記憶された被験者のカタログ化されたバイオメトリック画像とを比較することにより、識別目的のために同じように、上記のように周波数スペクトルを視覚化した器官の画像を使用できる。既知の適当な画像認識技術を使って画像間の相関化を実行できる。
本発明の別の特徴によれば、カタログ化されたバイオメトリック・シグネチャおよび特性パラメータと異なる病気とを照合し、メモリ・ユニットに記憶できる。これらデータは、器官の診断のための基準データとして利用できる。
作動時に器官の個人的特性に応答し、病気の所定のリストから異なる病気を表示できる所定の基準データを提供しなければならない。次に、本発明に従って、検出から得られたバイオメトリック・シグネチャから誘導された１つ以上のバイオメトリック・シグネチャまたは特性パラメータと所定の基準データとを比較できる。その後、これらバイオメトリック・シグネチャおよび／または特性パラメータが病気の所定のリストからのどの病気に対応するかをこのように比較することにより推定できる。
図９を参照すると、ここには被験者（生体器官）１０１を診断するようになっている本発明の検出システム１００の構成の一例が示されている。この構成は、検出システムが改造ベース・プレート１０２を更に含むという点で図９に示された構成と異なっている。
作動時にドア・フレームのトンネル・ゲート１０４の内部に被験者（生体器官）１０１が立っており、被験者の体に対して垂直に頭部から脚部にアンテナ・アレイ・ユニット７２の要素が垂直方向へ移動する。被験者は、アンテナの移動と調和してベース・プレート１０２で分解され、識別のために上記と同じパッシブ・モードで被験者の電磁パターンを検出できる。復調された情報信号は、１つ以上のバイオメトリック・シグネチャおよびそれらの特性パラメータを受信するために更に分析できるように制御ユニットに中継され、次に、この信号は、特定の病気のカタログ化されたシグネチャおよびパラメータと比較されるか、または経験的なモデルに対して測定される。
本発明の別の特徴によれば、汗腺の生物電気活動の結果として生じた電磁波を検出する概念は、アクティブ・モードでの検出にも利用できる。
図１０を参照すると、ここには本発明の特徴に従い、生体器官１１１の皮膚部分における外分泌汗腺（図示せず）の生物電気活動の結果として生じる電磁波を検出するシステムの一例１１０が示されている。
このシステム１１０は、パッシブ検出システム（図６の７０）のうちのすべてのユニットを含み、更に制御システム７６に結合された送信ユニットＴＵを含む。この制御システム７６は、後述するように、送信ユニットＴＵを作動させるために必要な種々の制御信号を更に発生するようになっている。この送信ユニットＴＵは、制御システム７６に結合された超高周波（ＥＨＦ）信号発生器１１２と、ＥＨＦ信号発生器１１２および制御システム７６に結合された変調器１１３と、ＥＨＦ増幅器１１４に結合された（単一アンテナまたはアンテナ・アレイを含む）送信アンテナ・ユニット１１５を含む。必要であれば、ＥＨＦ発生器１１２の下流側に超高周波数（ＥＨＦ）増幅器１１４を配置することもできる。
このＥＨＦ発生器１１２は、制御システム７６が発生するスイッチ制御信号に応答すると共に、オペレータ（図示せず）が選択する所定高周波数ｆ１、ｆ２、．．．ｆｎのパルス列を含む、時間に対してサンプリングされたＨＦ搬送波信号を発生するようになっている。周波数の数ｎは、スキャンのために選択された周波数レンジ［ｆ１、ｆｎ］および２つの隣接する周波数の間のインターバル（増分量）によって決まる。例えば、最低周波数ｆ１を約３０ＧＨｚとし、最高周波数ｆｎを約１０００ＧＨｚとし、中間周波数を１ＧＨｚの増分量に従って選択できる。ＥＨＦ発生器１１２は、例えば、バックワード・ウェーブ発振器またはサンプリングされるアナログ信号の従来の他の適当なＥＨＦ発生器に基づくことができる。
変調器１１３は、制御システム７６が発生する変調制御信号に応答できると共に、少なくとも１つの所定の変調関数によって示された低周波情報信号をＥＨＦ発生器１１２に加えるようになっている。従って、この低周波情報信号は、ＨＦ搬送波信号に重ねられ、この搬送波信号を変調する。位相変調、振幅変調および周波数変調を行う３つのタイプの変調関数を検討できる。変調のタイプは、制御システム７６が発生する変調制御信号によって定められる。一例によれば、所定の高周波数ｆ１、ｆ２、．．．、ｆｎは、同一の所定の変調関数によって変調され、別の例では、各周波数またはこれら周波数のうちの少なくとも一部は、異なる変調関数によって変調される。
一部のアプリケーションのために、複雑な情報信号を合成する必要があるとき、変調器１１３は、変調関数をＥＨＦ発生器１１２に中継する前に変調信号の高調波を混合するように構成された高調波ミキサ（図示せず）も含むことができる。
このＨＦ増幅器１１４は、ＥＨＦ信号発生器１１２が提供するＥＨＦ周波数変調信号を増幅するように増幅し、増幅された周波数信号を送信アンテナ・ユニット１１５に中継するように構成される。送信アンテナ・ユニット１１５は、ＥＨＦ周波数変調信号に基づき電磁波を発生し、これを生体器官に向けて放射するようになっている。
作動時に、ＥＨＦ周波数変調信号に基づく電磁波は、外分泌汗腺が内部に分散している皮膚の部分に照射される。この放射は、この皮膚部分によって吸収されたり、または反射されるので、図６を参照してこれまで説明したように、システム１１０によって検出できる。従って、生体器官の識別および診断のために検出された信号を利用できる。
同じように、治療のためにミリ波長からサブミリ波長レンジ（３０ＧＨｚ〜１ＴＨｚ）の所定の変調された電磁波を利用することが可能である。特に、所定の情報信号により変調された超高周波搬送波信号である所定の変調された電磁波を生体器官の皮膚に照射できる。この所定の情報信号は、器官の条件、例えば、生理学条件および感情状態を変える情報を含むことができる。
更に、汗腺を介し、器官の生物電気活動を矯正し、よって器官に対する治療を行うのに電磁波の照射を利用できる。かかるケースでは、健康的な器官から検出された振幅、周波数および／または位相変調関数を使用して、ＥＨＦ発生器１１２が発生したＥＨＦ信号を変調できる。健康な器官の情報を有する変調関数によって変調されたかかるＥＨＦ信号を疾患のある器官に照射すると、この情報が脊髄および脳に伝えられ、器官の機能を調節できる。
以上で、好ましい実施例に関連し、本発明について説明したが、本明細書がベースとする概念は、本発明のいくつかの目的を達成するための他の構造、システムおよびプロセスを設計する基礎として容易に利用できることが、当業者には理解できる。
更に、本明細書で使用するフレーズおよび用語は、発明を説明するためのものであり、発明を限定するものでないと理解すべきである。
最後に、特許請求の範囲全体にわたって使用する「含む」または「備える」なる用語は、「含む」がこれらだけに限定されないことを意味するものと理解すべきである。
従って、本発明の範囲は本明細書に記載した実施例によって限定されるものと見なしてはならず、特許請求の範囲およびその均等物に記載された本発明の範囲内で他の変形が可能であると理解すべきである。
人の親指の上の汗腺の孔の半径の分布の一例を示す。 外分泌汗腺を含む皮膚要素の略図である。 本発明の一実施例に係わる単一の外分泌汗腺の等価電気回路を示す。 外分泌汗腺を含む皮膚要素の全インピーダンスのモジュールの周波数依存性のシミュレーションの一例を示す。 手の異なる条件に対する反射係数の周波数依存性の種々の例を示す。 人の手の反射係数から得られる信号パワーの時間挙動および強い運動の後の休止時における同じ人の同時パルスの時間挙動の例を示す。 生体器官の外分泌汗腺の生物電気活動の一例として生じる電磁波を非侵襲的に検出する、パッシブ・モードで作動するシステム例を示す。 発汗状態の関数としてのデジタル化された情報信号の３Ｄ周波数スペクトル・パターンの例を示す。 発汗状態の関数としてのデジタル化された情報信号の３Ｄの時間自己相関関数パターンの例を示す。 生体器官を識別するようになっている本発明の検出システムの構成の例を示す。 生体器官を診断するようになっている本発明の検出システムの構成の例を示す。 生体器官の皮膚部分における外分泌汗腺の生物電気活動の結果生じる電磁波を検出するようにアクティブ・モードで作動するシステムの例を示す。

Claims (38)

  1. 生体器官の生理学条件および感情状態から選択された生体器官の少なくとも１つの条件を非侵襲的に決定する方法であって、
    皮膚部分から超高周波数（ＥＨＦ）バンドで発せられる電磁波を検出するステップを備え、検出された電磁波は、生体器官の皮膚部分に分布し、神経接続され、電磁的に相互作用する構造体の生物電気活動を示し、更に検出された電磁波から少なくとも１つの器官の条件を示す生体器官の少なくとも１つのユニークなバイオメトリック・シグネチャを得るステップとを備えた前記方法。
  2. 請求項１記載の方法であって、前記神経接続され、電磁相互作用する構造体は、汗腺である前記方法。
  3. 請求項１記載の方法であって、超高周波数バンドは、３０ＧＨｚ〜１ＴＨｚのレンジ内にある前記方法。
  4. 請求項２記載の方法であって、少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャを得る前記ステップは、検出された電磁波に基づき、超高周波数（ＥＨＦ）信号を発生するステップを含み、前記ＥＨＦ信号は、汗腺の生物電気活動に関連する情報信号によって変調されたＥＨＦ搬送波電磁信号であり、
    前記ＥＨＦ信号をその超高搬送波周波数バンドから、より低い周波数バンドにヘテロダイン変換し、中間周波数の電気信号を発生するステップと、
    中間周波電気信号を復調し、振幅変調関数、周波数変調関数および位相変調関数から選択された少なくとも１つの変調関数を示す情報信号を得るステップと、
    情報信号をアナログ・フォームからデジタル・フォームに変換し、デジタル化された情報信号を発生するステップと、
    デジタル化された情報信号を分析し、少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャを決定するステップとを備えた前記方法。
  5. 請求項４記載の方法であって、デジタル化された情報信号を分析する前記ステップは、デジタル化された情報信号をブロードバンド・フィルタリングすることを含む前記方法。
  6. 請求項４記載の方法であって、デジタル化された情報の分析ステップを周波数ドメインで実行し、よってデジタル化された情報信号の周波数スペクトルのフォームでバイオメトリック・シグネチャを得る前記方法。
  7. 請求項４記載の方法であって、デジタル化された情報信号の分析ステップを時間ドメインで実行し分析するステップは、フーリエ変換によりデジタル化された情報信号を処理し、デジタル化された情報信号の自己相関関数のフォームでバイオメトリック・シグネチャを得ることを含む前記方法。
  8. 請求項６記載の方法であって、少なくとも１つの器官の条件の変化を視覚化するために、皮膚部分の画像に周波数スペクトルをマッピングするステップを更に含む前記方法。
  9. 請求項４記載の方法であって、デジタル化された情報信号を分析するステップは、少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャから誘導された少なくとも１つのバイオメトリック特性パラメータを決定することを含む前記方法。
  10. 請求項９記載の方法であって、少なくとも１つのバイオメトリック特性パラメータは、周波数スペクトルパターンのピークの位置、振幅およびＱファクタならびに相関関数の振幅および自己相関関数パターンのピークの有効相関時間を含むリストから選択された要素を含む前記方法。
  11. 請求項４記載の方法であって、デジタル化された情報信号を分析するステップは、少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャと対応する器官の条件との間の相関を確立する少なくとも１つの記録を含むデータベースを作成することを含む前記方法。
  12. 請求項４記載の方法であって、アナログ信号からデジタル信号への変換前に、増幅された中間周波電気信号を発生するように中間周波電気信号を増幅することを含む前記方法。
  13. 請求項１記載の方法であって、検出前に、所定の低周波情報信号によって変調されたＥＨＦ搬送波信号である所定の変調された高周波信号を作成するステップと、
    変調されたＥＨＦ信号に基づき、所定の変調された電磁波を発生するステップと、
    皮膚部分に対し、所定の変調された電磁波を照射するステップを実行することを含む前記方法。
  14. 請求項１３記載の方法であって、所定の変調されたＥＨＦ信号を作成するステップは、
    所定の超高周波数の少なくとも１つのパルスを含み、時間に対してサンプリングされたＥＨＦ搬送波信号を発生するステップと、
    ＥＨＦ搬送波信号に所定の低周波情報信号を重ねるステップとを備える前記方法。
  15. 請求項１記載の方法であって、生体器官のグループのうちの各器官に対する少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたはこのシグネチャから誘導された少なくとも１つの特性パラメータを含む所定の基準データを提供するステップと、
    識別対象の生体器官の少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたは少なくとも１つの特性パラメータと所定の基準データとを比較するステップと、
    比較の結果から少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたは少なくとも１つの特性パラメータが生体器官のグループから器官のうちのどれに対応するかを推定するステップを更に含む生体器官を識別するのに使用される前記方法。
  16. 請求項１記載の方法であって、条件付き状態の所定のリストから各条件状態に対応する少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたはこのシグネチャから誘導された少なくとも１つの特性パラメータを含む所定の基準データを提供するステップと、
    診断対象となっている生体器官の少なくとも１つの決定されたバイオメトリック・シグネチャまたは特性パラメータと所定の基準データとを比較するステップと、
    比較の結果を分析すると共に、少なくとも１つの決定されたバイオメトリック・シグネチャまたは特性パラメータが条件付き状態の所定のリストからの条件付き状態のうちのどれに対応するかを推定するステップとを更に備え、生体器官の少なくとも１つの条件付き状態を診断するのに使用される前記方法。
  17. 請求項１６記載の方法であって、前記条件付き状態は、健康状態である前記方法。
  18. 請求項１６記載の方法であって、前記条件付き状態は、病気である前記方法。
  19. 請求項１４記載の方法であって、前記所定の低周波数情報信号は、少なくとも１つの器官の条件を変更する情報を含む前記方法。
  20. 請求項１４記載の方法であって、前記所定の低周波数情報信号は、生体器官を治療する情報を含む前記方法。
  21. 生体器官が有するのは、どの条件であるかを測定するのに使用される請求項１記載の方法であって、
    （ａ）第１の条件に関して診断された複数の生体器官に対し、少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたはこれから誘導される少なくとも１つの特性パラメータの所定の基準データを提供するステップと、
    （ｂ）ステップ（ａ）を繰り返し、各々が異なる条件に対応する一連の基準データを提供するステップと、
    （ｃ）検査対象の生体器官の、少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたはこのシグネチャから誘導された少なくとも１つの特性パラメータと、一連の基準データの所定の基準データのうちの各１つとを比較するステップと、
    （ｄ）検査対象の生体器官のバイオメトリック・シグネチャまたは特性パラメータと統計学的に有意な類似性をどの基準データが有するかを判断するステップとを備え、生体器官の条件は、基準データが統計学的に有意な類似性を有する条件である前記方法。
  22. 請求項２１記載の方法であって、前記異なる条件は、異なる病気に対応する前記方法。
  23. 生体器官の生理学条件および感情状態から選択された生体器官の少なくとも１つの条件を非侵襲的に決定するシステムであって、
    皮膚部分から発せられる超高周波数（ＥＨＦ）バンドの電磁波を検出し、検出された電磁波に基づきＥＨＦ電磁信号を発生するアンテナ・アレイ・ユニットを備え、ＥＨＦ電磁信号は、生体器官の皮膚部分に分布する神経に接続され、電磁的に相互作用する構造体の生物電気活動と関連する低周波情報信号によって変更されるＥＨＦ搬送波信号であり、
    アンテナ・アレイに結合され、少なくとも１つの器官の条件を示す生体器官の少なくとも１つのユニークなバイオメトリック・シグネチャを検出した電磁波に基づくＥＨＦ電磁信号から得る受信ユニットとを備えた前記システム。
  24. 請求項２３記載のシステムであって、前記神経に接続され電磁的に相互作用する構造は、汗腺である前記システム。
  25. 請求項２３記載のシステムであって、前記超高周波数バンドは、３０ＧＨｚ〜１ＴＨｚのレンジ内にある前記システム。
  26. 請求項２４記載のシステムであって、前記受信ユニットは、
    アンテナ・アレイに結合され、ＥＨＦ電磁信号を超高搬送波周波数バンドから、より低い周波数バンドまで変換し、中間周波電気信号を発生するヘテロダイン・ユニットと、
    ヘテロダイン・ユニットの下流側にあり、中間周波電気信号を復調し、振幅変調関数、周波数変調関数および位相変調関数から選択された少なくとも１つの変調関数を示す情報信号を提供する復調器と、
    復調器の下流側にあり、情報信号をアナログ・フォームからデジタル・フォームに変換し、デジタル化された情報信号を発生するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータと、
    Ａ／Ｄコンバータに結合され、デジタル化された信号を分析し、少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャを決定する制御システムとを含む前記システム。
  27. 請求項２６記載のシステムであって、前記受信ユニットは、ヘテロダイン・ユニットの下流側に配置され、中間周波電気信号を増幅し、増幅された中間周波電気信号を発生する中間周波増幅器を更に含む前記システム。
  28. 請求項２６記載のシステムであって、前記受信ユニットは、アンテナ・アレイの下流側であって、かつヘテロダイン・ユニットの上流側に配置されたＥＨＦ周波数増幅器を更に備え、ＥＨＦ周波数増幅器は、ＥＨＦ電磁信号をヘテロダイン・ユニットに送る前に、ＥＨＦ電磁信号を増幅する前記システム。
  29. 請求項２６記載のシステムであって、前記ヘテロダイン・ユニットは、ヘテロダイン発生器と、ヘテロダイン発生器に結合されたミキサと、ミキサに結合された非線形素子と、非線形素子の下流側に配置されたローパス・フィルタとを備える前記システム。
  30. 請求項２６記載のシステムであって、前記制御システムは、生体器官のグループの各器官に対する少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたは少なくとも１つのバイオメトリック特性パラメータを含む所定の基準データを記憶するメモリ・ユニットを含む前記システム。
  31. 請求項３０記載のシステムであって、識別対象の生体器官の少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたは少なくとも１つの特性パラメータと所定の基準データとを比較し、
    この比較結果から、少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたは少なくとも１つの特性パラメータが生体器官のグループの器官のうちのどれに対応するかを推定し、生体器官を識別する前記システム。
  32. 請求項２６記載のシステムであって、前記制御システムは、条件付き状態の所定のリストから各条件付き状態に対応する少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたは少なくとも１つのバイオメトリック特性パラメータを含む所定の基準データを記憶するメモリ・ユニットを含む前記システム。
  33. 請求項３２記載のシステムであって、診断対象の生体器官の少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたは少なくとも１つの特性パラメータと所定の基準データとを比較し、
    この比較結果から、少なくとも１つのバイオメトリック・シグネチャまたは少なくとも１つの特性パラメータが対応する条件付き状態の所定のリストから、条件付き状態のどれに対応するかを推定し、生体器官の診断を行う前記システム。
  34. 請求項２１記載のシステムであって、前記制御システムに結合された送信ユニットを更に備え、送信ユニットは、
    制御システムに結合され、制御システムによって提供されるスイッチ制御信号に応答するＥＨＦ信号発生器を備え、ＥＨＦ信号発生器は、所定の超高周波数の少なくとも１つのパルスを含み、時間でサンプリングされたＥＨＦキャリア信号を発生し、
    ＥＨＦ信号発生器および制御システムに結合された変調器を更に備え、変調器は、制御システムが提供する変調制御信号に応答し、少なくとも１つの所定の変調関数によって示される所定の低周波情報信号をＥＨＦ信号発生器に印加し、ＥＨＦキャリア信号を変調し、
    変調器に結合され、ＥＨＦ周波数の変調された信号に基づき、電磁波を発生し、これを生体器官に向けて放射する送信アンテナ・ユニットを更に備えた前記システム。
  35. 請求項３４記載のシステムであって、前記所定の低周波情報信号は、少なくとも１つの器官の条件を変える情報を含む前記システム。
  36. 請求項３４記載のシステムであって、前記所定の低周波情報信号は、生体器官に対する治療を行う情報を含む前記システム。
  37. 図面を参照し、本明細書に実質的に記載した生体器官の少なくとも１つの器官の条件を非侵襲的に決定する方法。
  38. 図面を参照し、本明細書に実質的に記載した生体器官の少なくとも１つの器官の条件を非侵襲的に決定するシステム。
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