JP2010088556A - Medication apparatus and wavelength variable filter used therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、投薬装置およびこれに用いる波長可変フィルタに関する。 The present invention relates to a dosing device and a tunable filter used therefor.
医療分野において、患者に薬剤を投与した際、薬剤による副作用を最小限に抑え、かつ十分な治療効果を得るために、患者の体内における薬剤の濃度に関する情報を得ることが求められている。例えば濃度が低いからといって安易に増量すると、血中濃度が一気に中毒域に入ってしまうような投与量の制御が難しい薬剤もあるからである。従来、最も一般的な手法として、患者の静脈から採血を行って血中濃度を測定し、そのデータを解析することで体内の薬物動態を解析する方法が採られている。しかしながら、正確な薬物動態を知るには血中濃度測定を例えば5〜6時点以上で行う必要があり、日常の臨床においてそれだけ多くの血中濃度測定を行うことは現実的には不可能であり、治療効果や安全性を保証する意味では1〜2時点の測定に限られる。したがって、非侵襲の方法で生体内の薬剤濃度分布が得られる方法が求められている。 In the medical field, when a drug is administered to a patient, it is required to obtain information on the concentration of the drug in the patient's body in order to minimize side effects caused by the drug and obtain a sufficient therapeutic effect. For example, there are some drugs whose dosage is difficult to control when the dose is easily increased just because the concentration is low, and the blood concentration immediately enters the poisoning zone. Conventionally, as a most general technique, a method for analyzing pharmacokinetics in the body by collecting blood from a patient's vein, measuring the blood concentration, and analyzing the data has been adopted. However, in order to know accurate pharmacokinetics, it is necessary to perform blood concentration measurement at, for example, 5 to 6 time points or more, and it is practically impossible to measure blood concentration as much in daily clinical practice. In the sense of guaranteeing the therapeutic effect and safety, it is limited to the measurement at 1 to 2 time points. Accordingly, there is a need for a method capable of obtaining a drug concentration distribution in a living body by a non-invasive method.
従来、生体内の薬剤濃度を知る方法としては、以下のようなものが提案されている。下記の特許文献1には、アスピリン等の薬剤の体内薬剤濃度を測定する有機センサと、体温を測定する体温センサと、を備えた薬剤濃度測定装置が開示されている。下記の特許文献2には、薬剤投与を適応的に調整するシステムが開示されており、このシステムでは薬剤を投与した際の患者の生理的作用である血圧、心拍、体温等の変化を経時的に測定することで薬剤濃度を検出する手法が用いられている。また、濃度を測定する方法ではないが、下記の特許文献3には、造影剤をリンパ管に投与した後、観察部位にレーザ光を照射し、その際に造影剤から放射される近赤外線を検出することによりリンパ管を経皮的に観察できるリンパ管観察装置が開示されている。
しかしながら、上記の特許文献1〜3の技術は、いずれも上記の要求を満足できるものではなかった。
特許文献1の方法では、有機センサを使用する際に、指先等に穿刺器を穿刺し、試験紙に血液を付着させる必要がある。すなわち、特許文献1の方法は非侵襲で薬剤濃度分布を測定できるものではない。また、特許文献2の方法は、薬剤を投与した際の患者の生理的作用を測定する方法であるから、測定結果に個人差が生じる、測定結果の再現性に劣る、測定に長時間を要する、等の問題があった。また、特許文献3の装置では、リンパ管の観察は行えるものの、薬剤濃度分布を測定することはできない。
However, none of the techniques of
In the method of
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、非侵襲で生体内の薬剤濃度分布を正確かつ迅速に測定でき、その測定結果に基づいて適切な投薬が行える投薬装置およびこれに用いる波長可変フィルタを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a dosing device capable of accurately and rapidly measuring a drug concentration distribution in a living body in a non-invasive manner and capable of performing appropriate dosing based on the measurement result. An object of the present invention is to provide a tunable filter used in the above.
本発明の投薬装置は、生体に投薬を行う投薬手段と、測定対象である生体に対して光を照射する光源と、前記標識剤に生体外から前記光が照射された際に前記標識剤から生体外に放出される光が入射され、入射光の全波長域のうちの所定の波長域の光を透過するとともに、前記波長域を変更可能な波長可変フィルタと、前記波長可変フィルタを通して入射された光の強度を検出して前記測定対象の複数の位置から放出される光の強度分布を取得する光検出手段と、前記光検出手段が取得した前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて前記標識剤とともに投与された薬剤の濃度を算出し、前記薬剤の濃度算出結果に基づいて前記投薬手段による投薬量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。 The dosing device of the present invention includes a dosing unit for dosing the living body, a light source for irradiating light to the living body to be measured, and the labeling agent when the light is irradiated from outside the living body to the labeling agent. Light emitted outside the living body is incident, transmits light in a predetermined wavelength range out of the entire wavelength range of incident light, and enters through the wavelength tunable filter capable of changing the wavelength range, and the wavelength tunable filter. A light detecting means for detecting the intensity of the emitted light and obtaining an intensity distribution of the light emitted from the plurality of positions of the measurement object; and a light intensity distribution at the plurality of positions of the measurement object obtained by the light detection means. And a control means for calculating the concentration of the drug administered together with the labeling agent based on the above and controlling the dosage by the dosing means based on the concentration calculation result of the drug.
本発明の投薬装置は、造影機能を有する標識剤と薬剤とが投与された生体内の薬剤の濃度分布を測定し、その測定結果に基づいて投薬を行う装置である。光源を用いて生体外から標識剤に光を照射すると、波長約600nm以下の光はヘモグロビンで吸収され、波長約1500nm以上の光は水で吸収されるため、波長約600〜1500nmの光は身体を透過して血管内の標識剤に照射される。すると、造影機能を有する標識剤では、照射された光を励起光として光が放射されたり、一部の光が吸収されて残りの光が反射されたりして波長約700〜1400nmの光が生体外に放出される。 The dosing device of the present invention is a device that measures the concentration distribution of a drug in a living body to which a labeling agent having a contrast function and the drug are administered, and performs dosing based on the measurement result. When the labeling agent is irradiated with light from a living body using a light source, light having a wavelength of about 600 nm or less is absorbed by hemoglobin, and light having a wavelength of about 1500 nm or more is absorbed by water. And is irradiated to the labeling agent in the blood vessel. Then, in the labeling agent having a contrast function, light is emitted using the irradiated light as excitation light, or a part of the light is absorbed and the remaining light is reflected, and light with a wavelength of about 700 to 1400 nm is emitted from the living body. Released outside.
ここで、一般的に標識剤の濃度が高いほど光強度が大きくなるため、波長可変フィルタの透過波長域を変化させつつ、光検出手段は、波長可変フィルタを通して入射された光の強度を検出し、測定対象の複数の位置から放出される光の強度分布(スペクトル)を取得する。制御手段は、光強度分布と標識剤濃度との相関関係および薬剤濃度との相関関係のデータを予め持っており、光検出手段が取得した測定対象の複数の位置における光強度分布に基づいて標識剤とともに投与された薬剤の濃度を算出する。このとき、本発明の装置では、特定波長の光の強度値だけで薬剤濃度を算出するのではなく、例えば約700〜1400nmといった所定の波長帯域の光強度分布から薬剤濃度を算出するので、薬剤濃度の算出を精度良く行える。そして、高精度の薬剤濃度算出結果に基づいて投薬手段による投薬量が精密に制御される。このようにして、本発明の投薬装置によれば、採血等を行うことなく非侵襲の方法で生体からの放出光を検出することにより薬剤濃度分布を正確かつ迅速に測定でき、その測定結果に基づいて適切な投与量の投薬を行うことができる。 Here, since the light intensity generally increases as the concentration of the labeling agent increases, the light detecting means detects the intensity of light incident through the wavelength tunable filter while changing the transmission wavelength range of the wavelength tunable filter. The intensity distribution (spectrum) of light emitted from a plurality of positions to be measured is acquired. The control means has data on the correlation between the light intensity distribution and the concentration of the labeling agent and the correlation between the drug concentration in advance, and the labeling is performed based on the light intensity distribution at a plurality of positions of the measurement target acquired by the light detection means. Calculate the concentration of the drug administered with the drug. At this time, in the apparatus of the present invention, the drug concentration is calculated not from the intensity value of light of a specific wavelength alone but from the light intensity distribution in a predetermined wavelength band such as about 700 to 1400 nm. The concentration can be calculated with high accuracy. Then, the dosage by the medication means is precisely controlled based on the highly accurate drug concentration calculation result. Thus, according to the dosing device of the present invention, the concentration distribution of the drug can be measured accurately and quickly by detecting the light emitted from the living body by a non-invasive method without collecting blood or the like. Based on this, an appropriate dosage can be administered.
本発明の他の投薬装置は、生体に投薬を行う投薬手段と、測定対象である生体に対して光を照射する光源と、前記薬剤に生体外から前記光が照射された際に前記薬剤から生体外に放出される光が入射され、入射光の全波長域のうちの所定の波長域の光を透過するとともに、前記波長域を変更可能な波長可変フィルタと、前記波長可変フィルタを通して入射された光の強度を検出して前記測定対象の複数の位置から放出される光の強度分布を取得する光検出手段と、前記光検出手段が取得した前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて前記薬剤の濃度を算出し、前記薬剤の濃度算出結果に基づいて前記投薬手段による投薬量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。 According to another dosing device of the present invention, there is provided a dosing unit for dosing a living body, a light source for irradiating light on a living body to be measured, and the medicine when the light is irradiated from outside the living body. Light emitted outside the living body is incident, transmits light in a predetermined wavelength range out of the entire wavelength range of incident light, and enters through the wavelength tunable filter capable of changing the wavelength range, and the wavelength tunable filter. A light detecting means for detecting the intensity of the emitted light and obtaining an intensity distribution of the light emitted from the plurality of positions of the measurement object; and a light intensity distribution at the plurality of positions of the measurement object obtained by the light detection means. Control means for calculating the concentration of the drug based on the drug and controlling the dosage by the dosing means based on the concentration calculation result of the drug.
本発明の他の投薬装置は、造影機能を有する薬剤が投与された生体内の薬剤の濃度分布を測定し、その測定結果に基づいて投薬を行う装置である。すなわち、生体に造影機能を有する薬剤を投与することができれば、造影機能を有する標識剤を用いる必要がなくなる。この投薬装置においても、上記と同様の作用、効果を得ることができ、非侵襲の方法で薬剤濃度分布を正確かつ迅速に測定でき、その測定結果に基づいて適切な投与量の投薬を行うことができる。 Another dosing device of the present invention is a device that measures the concentration distribution of a drug in a living body to which a drug having a contrast function is administered, and performs dosing based on the measurement result. That is, if a drug having a contrast function can be administered to a living body, it is not necessary to use a labeling agent having a contrast function. In this dosing device, the same actions and effects as described above can be obtained, the drug concentration distribution can be measured accurately and quickly by a non-invasive method, and an appropriate dose is administered based on the measurement result. Can do.
また、本発明において、前記波長可変フィルタが、一対の偏光子と、前記一対の偏光子の間に挟持される液晶層と、前記液晶層に電圧を印加する電極と、を備えた液晶セルを複数組有していることが望ましい。
波長可変フィルタとして複数組の液晶セルを有するものを用いた場合、各液晶セル作製時のセル厚の設定、および使用時の印加電圧の調整によって、透過波長域を最適化できるとともに、透過波長域を容易に変化させることができる。
In the present invention, the wavelength tunable filter includes a liquid crystal cell including a pair of polarizers, a liquid crystal layer sandwiched between the pair of polarizers, and an electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer. It is desirable to have multiple sets.
When a filter with multiple sets of liquid crystal cells is used as a wavelength tunable filter, the transmission wavelength range can be optimized and the transmission wavelength range can be optimized by setting the cell thickness when manufacturing each liquid crystal cell and adjusting the applied voltage during use. Can be easily changed.
また、本発明において、前記光検出手段の入射側に、波長が650nm以下の光を遮断する光学フィルタが設けられていることが望ましい。
この構成によれば、液晶セルによる波長可変フィルタを用いたときに生じる波長が650nm以下の光を遮断でき、ノイズ成分を除去することで光強度の検出精度を向上させることができる。
In the present invention, it is desirable that an optical filter for blocking light having a wavelength of 650 nm or less is provided on the incident side of the light detection means.
According to this configuration, light having a wavelength of 650 nm or less generated when a wavelength tunable filter using a liquid crystal cell is used can be blocked, and light intensity detection accuracy can be improved by removing noise components.
本発明の波長可変フィルタは、造影機能を有する標識剤と薬剤もしくは造影機能を有する薬剤が投与された生体内の前記薬剤の濃度分布を測定し、その測定結果に基づいて投薬を行う装置に用いられる波長可変フィルタであって、一対の偏光子と、前記一対の偏光子の間に挟持される液晶層と、前記液晶層に電圧を印加する電極と、を備えた液晶セルを複数組有し、前記一対の偏光子の透過軸が互いに平行であり、前記液晶層は液晶分子がホモジニアス配向したものであり、前記一対の偏光子の透過軸と前記液晶分子の配向方向とのなす角が45°±5°であり、前記液晶層の波長590nmの光に対する光学異方性をΔn、前記液晶層の層厚をdとしたときに、下の式(1)を満たすことを特徴とする。
2m(1.034×Δn−0.90)<d<2m(2.266×Δn−0.82)…(1)
(ただし、m=0,1,2,3,4,5)
The wavelength tunable filter of the present invention is used in a device that measures the concentration distribution of a drug in a living body to which a labeling agent having a contrast function and a drug or a drug having a contrast function is administered, and that dispenses based on the measurement result. A plurality of liquid crystal cells each including a pair of polarizers, a liquid crystal layer sandwiched between the pair of polarizers, and an electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer. The transmission axes of the pair of polarizers are parallel to each other, the liquid crystal layer has liquid crystal molecules that are homogeneously aligned, and the angle formed by the transmission axes of the pair of polarizers and the alignment direction of the liquid crystal molecules is 45. The liquid crystal layer satisfies the following formula (1), where Δn is the optical anisotropy of the liquid crystal layer with respect to light having a wavelength of 590 nm, and d is the layer thickness of the liquid crystal layer.
2 m (1.034 × Δn −0.90 ) <d <2 m (2.266 × Δn −0.82 ) (1)
(However, m = 0, 1, 2, 3, 4, 5)
この構成によれば、波長可変フィルタの検出可能なピーク値の最大波長を800nm以上、1400nm以下の範囲とすることができる。これにより、例えば波長1100nm付近の光を放射する標識剤を用いるのに好適な波長可変フィルタとすることができる。詳細は後述する。 According to this configuration, the maximum wavelength of the peak value that can be detected by the wavelength tunable filter can be in the range of 800 nm to 1400 nm. Thereby, for example, a wavelength tunable filter suitable for using a labeling agent that emits light in the vicinity of a wavelength of 1100 nm can be obtained. Details will be described later.
さらに、本発明において、前記液晶層の波長590nmの光に対する光学異方性をΔn、前記液晶層の層厚をdとしたときに、下の式(2)を満たすことがより望ましい。
2m(1.245×Δn−0.89)<d<2m(1.865×Δn−0.83)…(2)
(ただし、m=0,1,2,3,4,5)
Furthermore, in the present invention, it is more desirable to satisfy the following formula (2), where Δn is the optical anisotropy of the liquid crystal layer with respect to light having a wavelength of 590 nm, and d is the thickness of the liquid crystal layer.
2 m (1.245 × Δn -0.89) <d <2 m (1.865 × Δn -0.83) ... (2)
(However, m = 0, 1, 2, 3, 4, 5)
この構成によれば、波長可変フィルタの検出可能なピーク値の最大波長を900nm以上、1300nm以下の範囲とすることができる。これにより、例えば波長1100nm付近の光を放射する標識剤を用いるのにより好適な波長可変フィルタとすることができる。詳細は後述する。 According to this configuration, the maximum wavelength of the peak value that can be detected by the wavelength tunable filter can be in the range of 900 nm to 1300 nm. Thereby, for example, a more tunable filter can be obtained by using a labeling agent that emits light in the vicinity of a wavelength of 1100 nm. Details will be described later.
さらに、本発明において、一対の偏光子と、前記一対の偏光子の間に挟持される液晶層と、前記液晶層に電圧を印加する電極と、を備え、前記一対の偏光子の透過軸が互いに直交し、前記液晶層は液晶分子がホモジニアス配向したものであり、前記一対の偏光子の透過軸と前記液晶分子の配向方向とのなす角が45°±5°である補正用液晶セルを有することが望ましい。
この構成によれば、ノイズ成分となる光を補正用液晶セルによって除去することができる。
The present invention further includes a pair of polarizers, a liquid crystal layer sandwiched between the pair of polarizers, and an electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer, wherein the transmission axes of the pair of polarizers are The liquid crystal layer is a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are homogeneously aligned, and an angle between the transmission axis of the pair of polarizers and the alignment direction of the liquid crystal molecules is 45 ° ± 5 °. It is desirable to have.
According to this configuration, light that becomes a noise component can be removed by the correction liquid crystal cell.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
本実施形態の投薬装置1は、造影機能を有する標識剤と薬剤とが投与された生体内の薬剤の濃度分布を測定し、その測定結果に基づいて投薬を行う装置の一例である。測定対象は、人間でも良いし、薬理実験等に良く用いられるラット、マウス等の動物でも良いが、本実施形態では人間(患者)を想定して説明する。
図1は、本実施形態の投薬装置1の概略構成を示すブロック図である。図2は、投薬装置1の使用状態のイメージを示す斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a
[装置構成]
本実施形態の投薬装置1は、図1に示すように、薬剤投与装置2(投薬手段)と、光源3と、液晶フィルタ4(波長可変フィルタ)と、エリアセンサ5(光検出手段)と、信号処理プロセッサ6(Digital Signal Processor,DSP)(制御手段)と、外部メモリ7と、を備えている。光源3は、測定対象である生体に対して光を照射するものである。液晶フィルタ4は、生体内の標識剤に光が照射された際に標識剤から放出される光を受け、入射光の全波長域のうちの特定波長域の光を透過させるものである。エリアセンサ5は、液晶フィルタ4を通して入射された光の強度を検出するものである。DSP6は、エリアセンサ5が取得した測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて薬剤の濃度を算出するものである。外部メモリ7は、DSP6が得た画像データを記憶するものである。
[Device configuration]
As shown in FIG. 1, the
薬剤の濃度分布の測定に先立って、造影機能を有する標識剤と薬剤との混合物を人体に投与する。光を用いて生体内の情報を得るためには、生体の構成成分に吸収される波長以外の波長の光を用いる必要がある。波長が約600nm以下の光はヘモグロビンで吸収され、波長が約1500nm以上の光は水で吸収されるため、これらの波長域の光は利用できず、波長が約600〜1500nmの光は生体組織を比較的良く透過する。この観点から、約600〜1500nmの波長域の光を受けてこの波長域の光を放出する特性を有する標識剤を本濃度分布測定に用いることができる。 Prior to measurement of the concentration distribution of the drug, a mixture of a labeling agent having a contrast function and the drug is administered to the human body. In order to obtain in vivo information using light, it is necessary to use light having a wavelength other than the wavelength absorbed by the constituents of the living body. Light having a wavelength of about 600 nm or less is absorbed by hemoglobin, and light having a wavelength of about 1500 nm or more is absorbed by water. Therefore, light in these wavelength ranges cannot be used, and light having a wavelength of about 600 to 1500 nm is a living tissue. It penetrates relatively well. From this viewpoint, a labeling agent having a characteristic of receiving light in a wavelength region of about 600 to 1500 nm and emitting light in this wavelength region can be used for the concentration distribution measurement.
具体的には、標識剤として、インドシアニングリーン、金ナノロッド、蛍光造影剤SF64(商品名、富士フィルム社製)等を用いることができる。インドシアニングリーンは、波長750〜780nmの光の照射によって励起され、波長800〜1200nm程度の近赤外光を放射する物質である。インドシアニングリーンに代わる物質として、パテントブルー、インジゴカルミン等が挙げられる。金ナノロッドは、棒状の金ナノ粒子のことであり、近赤外域に強い吸収性を有しており、近赤外光を用いる際の造影剤として使用できる。蛍光造影剤SF64は、近赤外域で強い蛍光を生じる特性を有している。 Specifically, indocyanine green, gold nanorods, fluorescent contrast agent SF64 (trade name, manufactured by Fuji Film) or the like can be used as a labeling agent. Indocyanine green is a substance that is excited by irradiation with light having a wavelength of 750 to 780 nm and emits near infrared light having a wavelength of about 800 to 1200 nm. Examples of substances that can replace indocyanine green include patent blue and indigo carmine. Gold nanorods are rod-shaped gold nanoparticles, have strong absorbency in the near-infrared region, and can be used as a contrast agent when using near-infrared light. The fluorescent contrast agent SF64 has a characteristic of generating strong fluorescence in the near infrared region.
標識剤と薬剤との混合物の投与方法としては、皮内注射、皮下注射、筋肉内注射、(末梢点滴)静脈内注射、中心静脈内注射、直腸投与、経皮投与、経肺投与、経鼻投与、口腔内投与等、侵襲、非侵襲のいずれの方法を用いても良い。本実施形態では、点滴法を用いた静脈内注射を用いている。その場合、薬剤投与装置2としては、薬剤の投与量や投与速度を調整可能な薬剤投与用マイクロポンプ等を用いることができる。その他、例えば経肺投与であれば、患者の鼻と口を覆って装着するマスク等を用いることができる。
The method of administering the mixture of the labeling agent and the drug includes intradermal injection, subcutaneous injection, intramuscular injection, (peripheral infusion) intravenous injection, central intravenous injection, rectal administration, transdermal administration, transpulmonary administration, nasal administration Any of invasive and non-invasive methods such as administration and intraoral administration may be used. In this embodiment, intravenous injection using the drip method is used. In that case, as the
光源3には例えばキセノンランプが用いられる。キセノンランプの光源3から、可視域(青色域)から赤外域までの連続した分光スペクトルを持つ光が射出され、測定対象である人体に照射される。このとき、予め投与された標識剤と薬剤とが患者の体内に分布しているため、光源からの光のうちの一部の波長の光が人体を透過して標識剤に照射されると、標識剤から近赤外光が放出される。例えば標識剤にインドシアニングリーンを用いた場合には、光源3から射出された光のうち、波長750〜780nmの光によって標識剤が励起され、標識剤の濃度に応じて波長800〜1200nm程度の近赤外光が放射される。インドシアニングリーンの場合は近赤外光によって自身が励起され、近赤外光を放射する特性を有しているが、必ずしも近赤外光を放射する特性を持つ必要はなく、標識剤の濃度に応じた量の吸収もしくは反射が生じ、所定量の近赤外光を放出する特性を有していれば良い。
As the
液晶フィルタ4は、詳細は後述するが、一対の基板と、一対の基板の外面に配置された一対の偏光子と、一対の基板の間に挟持された液晶層と、一対の基板の内面に配置され、液晶層に電圧を印加する一対の電極とを備えた複数組の液晶セルから構成されている。本実施形態の場合、後述するエリアセンサ5において、ある1点の波長における光量を検出するのではなく、複数の波長における光量を検出し、放射光のスペクトルを取得する必要があるため、エリアセンサ5の入射側で透過波長域を走査できる波長可変フィルタが必要である。液晶フィルタ4はこのような波長可変フィルタとして機能する。液晶フィルタ4のいくつかの構成例については後述する。
As will be described in detail later, the liquid crystal filter 4 has a pair of substrates, a pair of polarizers disposed on the outer surfaces of the pair of substrates, a liquid crystal layer sandwiched between the pair of substrates, and an inner surface of the pair of substrates. The liquid crystal cell includes a plurality of sets of liquid crystal cells that are arranged and have a pair of electrodes that apply a voltage to the liquid crystal layer. In the case of the present embodiment, the
エリアセンサ5には、CCD、CMOSセンサ等からなる2次元のイメージングセンサが用いられる。一般にCCD、CMOSセンサ等のイメージングセンサは、波長800〜1200nm程度の近赤外光を含む感度領域を有している。エリアセンサ5には液晶フィルタ4を通して光が入射されるため、ある時刻においては所定の波長帯域の光のみを受光するが、液晶フィルタ4の透過波長域の走査に応じて異なる波長帯域の光を受光し、走査時間全体としては光の強度分布(スペクトル)を取得することができる。エリアセンサ5は、受光した近赤外光の強度を電気信号として後述のDSP6に伝達する。なお、本例では2次元のイメージングセンサを用いたが、1次元のイメージングセンサ、いわゆるリニアセンサを用いても良い。その場合には、例えば測定領域上でリニアセンサを走査し、2次元の測定領域における光の強度を検出すれば良い。
As the
さらに、図1には図示していないが、エリアセンサ5の感度領域内で本濃度分布測定に不要な光、例えば波長が700nm以下の光を遮断する光学フィルタをエリアセンサ5の入射側に配置しても良い。この種の光学フィルタとしては、紫外・可視光カットフィルタR−72(商品名:Edmund社製)等を用いることができる。
Further, although not shown in FIG. 1, an optical filter that blocks light unnecessary for the main concentration distribution measurement, for example, light having a wavelength of 700 nm or less, is arranged on the incident side of the
DSP6では、エリアセンサ5からの電気信号を受け、測定対象上の各点における光の強度分布に基づいて標識剤の濃度を算出し、標識剤の濃度から薬剤の濃度を算出する。このように、測定対象上の各点における薬剤の濃度を算出することによって全体として生体内の薬剤濃度分布を知ることができる。得られた薬剤濃度分布の測定データは、図2に示すように、DSPから液晶モニタ等の任意の出力装置9に送られ、薬剤濃度の大小を色やその濃淡で表現するなどして、医師や看護師等の使用者が視覚的に確認することができる。
The
[液晶フィルタ−1]
ここで、液晶フィルタ4の第1構成例について図3〜図6を用いて説明する。
図3は、本構成例の液晶フィルタを分解した状態で示す斜視図である。図4は、液晶フィルタを構成する一つの液晶セルの断面図である。図5は、各液晶セルへの印加電圧と透過ピーク波長との関係を示すグラフである。図6は、液晶フィルタの分光特性を示す図である。
なお、以下に示す液晶セルへの印加電圧、透過波長等の具体的な数値は、本発明者らが行ったシミュレーション結果に基づいている。
[Liquid crystal filter-1]
Here, a first configuration example of the liquid crystal filter 4 will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a perspective view showing the liquid crystal filter of this configuration example in an exploded state. FIG. 4 is a cross-sectional view of one liquid crystal cell constituting the liquid crystal filter. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the voltage applied to each liquid crystal cell and the transmission peak wavelength. FIG. 6 is a diagram showing the spectral characteristics of the liquid crystal filter.
The specific numerical values such as the voltage applied to the liquid crystal cell and the transmission wavelength shown below are based on the simulation results performed by the present inventors.
本構成例の液晶フィルタ4は、図3、図4に示すように、シール剤11を介して貼り合わされた一対のガラス基板12,13と、一対のガラス基板12,13の外面に配置された一対の偏光板14,15と、一対のガラス基板12,13の間に挟持された液晶層16と、一対のガラス基板12,13の内面に配置され、液晶層16に電圧を印加する一対の電極17,18と、各電極上の配向膜19,20と、を備えた液晶セル21a,21b,21cが3組積層されたものである。ただし、隣接する組の液晶セルの間に位置する偏光板については、これら2つの液晶セルで1枚の偏光板を共用している。なお、以下の説明では便宜上、図面の上側から下側に向けて「第1液晶セル21a」、「第2液晶セル21b」、「第3液晶セル21c」、…と呼ぶことにする。
As shown in FIGS. 3 and 4, the liquid crystal filter 4 of this configuration example is disposed on a pair of
第1〜第3液晶セル21a,21b,21cは、一対のガラス基板12,13が互いに平行でかつ逆向きの配向方向をとっており、いわゆるアンチパラレル配向を呈している。これにより、各液晶セル21a,21b,21cの液晶層16を構成する液晶分子はホモジニアス配向の状態となる。また、一対のガラス基板12,13を挟んで配置された一対の偏光板14,15は、その透過軸同士が互いに平行であり、透過軸の方向が一方の基板の配向方向に対して45°±5°の角度をなすように配置されている。偏光板14,15としては、ヨウ素系偏光フィルムは近赤外域における偏光性を有していないために好ましくなく、位相差層と等方層を交互に積層した積層型反射偏光子、もしくはワイヤーグリッド型反射偏光子を用いるのが好適である。また、各液晶セル21a,21b,21cの一対の電極17,18間にはこれら電極に電圧を印加するための駆動回路22が接続されている。
In the first to third
第1〜第3液晶セル21a,21b,21cの全てにわたって、各液晶セル21a,21b,21cの液晶層16の波長590nmの光に対する光学異方性Δnの値は0.201に設定されている。一方、液晶層16の層厚(一対の基板のセルギャップ)は第1〜第3液晶セル21a,21b,21cのそれぞれで異なり、第1液晶セル21aの液晶層厚が6.5μm、第2液晶セル21bの液晶層厚が12.9μm、第3液晶セル21cの液晶層厚が25.8μm、である。本構成例の液晶フィルタ4では、830〜1098nmの波長域で15段階の分光スペクトルを選択している。したがって、DSP6は、液晶フィルタ4の各液晶セル21a,21b,21cに対して15段階の印加電圧のうちのいずれかを供給するように駆動回路を制御する。DSP6は、第1〜第3液晶セル21a,21b,21cに対して略同一の電圧を印加するが、予めメモリに記憶されている補正データを参照して微小な電圧の補正を行う。
Over all of the first to third
測定対象から放射される光の強度を画像データとして取り込む際には、まず第1〜第3液晶セル21a,21b,21cへの印加電圧を0Vとする。すると、液晶フィルタ4は1098nmにピークを有する透過特性を示し、1098nmの波長の光を透過させ、この光がエリアセンサ5のアレイ状の画素面に入射する。ここで、エリアセンサ5は入射光の強度を画素毎に順次検出していき、1画面分の画像全体を30msecで読み出し、電気信号に変換した後、DSP6に向けて出力する。そして、DSP6は、波長1098nmでの1画面分の画像データを外部メモリ7に蓄える。以上で第1サイクルの選択画像データ取り込み処理が終了する。
When capturing the intensity of light emitted from the measurement object as image data, first, the voltage applied to the first to third
次いで、第1〜第3液晶セル21a,21b,21cへの印加電圧を1.0Vとする。すると、液晶フィルタ4は1077nmにピークを有する透過特性を示し、1077nmの波長の光がエリアセンサに入射する。エリアセンサは、1画面分の画像を30msecで読み出し、電気信号に変換した後、DSP6に向けて出力する。そして、DSP6は、波長1077nmでの1画面分の画像データを外部メモリ7に蓄える。以上で第2サイクルの選択画像データ取り込み処理が終了する。
Next, the voltage applied to the first to third
以下、第3サイクル以降は、表1に示すように、第1〜第3液晶セル21a,21b,21cへの印加電圧を1.10V、1.15V、1.18V、1.21V、1.23V、1.26V、1.28V、1.30V、1.32V、1.34V、1.35V、1.37V、1.39V(最後のサイクルでは第1液晶セル21aのみ1.42Vに補正する)と変化させる。すると、この電圧変化に応じて透過ピーク波長は1057nm、1018nm、999nm、980nm、962nm、944nm、927nm、910nm、893nm、877nm、861nm、845nm、830nmと変化する。以上で全15サイクルの選択画像データ取り込み処理が終了する。
表1のデータをグラフに表したものが図5である。すなわち、図5は各液晶セル21a,21b,21cへの印加電圧と透過ピーク波長との関係を示すグラフであって、縦軸が印加電圧(V)、横軸が透過ピーク波長(nm)を示している。また、これら透過ピーク波長の値に基づき、液晶フィルタの分光特性として示したものが図6である。つまり、本構成例によれば、図6に示す分光特性を有する波長800〜1100nmの透過波長範囲の液晶フィルタを実現できる。なお、図6のスペクトルのうち、700nm以下の波長成分は本濃度分布測定にとって不要なノイズ成分となるので、上述の光学フィルタを用いて除去することが望ましい。
FIG. 5 is a graph showing the data in Table 1. That is, FIG. 5 is a graph showing the relationship between the voltage applied to each of the
[液晶フィルタ−2]
液晶フィルタの第2構成例について図7、図8を用いて説明する。
図7は、本構成例の液晶フィルタを分解した状態で示す斜視図である。図8は、液晶フィルタの分光特性を示す図である。なお、図7において、第1構成例の図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Liquid crystal filter-2]
A second configuration example of the liquid crystal filter will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a perspective view showing the liquid crystal filter of this configuration example in an exploded state. FIG. 8 is a diagram showing the spectral characteristics of the liquid crystal filter. In FIG. 7, the same components as those in FIG. 3 of the first configuration example are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
第1構成例の液晶フィルタが3組の液晶セル21a,21b,21cを積層した構成であったのに対し、本構成例の液晶フィルタは4組の液晶セル21a,21b,21c,21dを積層した構成である点が異なっている。本構成例の液晶フィルタは、図7に示すように、第3液晶セル21cの下方に第4液晶セル21dが積層されている。第4液晶セル21dの配向方向や偏光板の透過軸方向は第1〜第3液晶セル21a,21b,21cと同一である。ただし、液晶層厚は異なり、第1液晶セル21aの液晶層厚が6.5μm、第2液晶セル21bの液晶層厚が12.9μm、第3液晶セル21cの液晶層厚が25.8μm、第4液晶セル21dの液晶層厚が51.6μm、である。
Whereas the liquid crystal filter of the first configuration example has a configuration in which three sets of
各液晶セル21a,21b,21c,21dに対する印加電圧と透過ピーク波長との関係は、表2に示す通りである。第1〜第3液晶セル21a,21b,21cに対する印加電圧は同一であり、第4液晶セル21dに対する印加電圧は第1〜第3液晶セル21a,21b,21cに対する印加電圧と略同一であるが、若干の調整を行う。
表2の透過ピーク波長の値に基づき、液晶フィルタの分光特性として示したものが図8である。本構成例によれば、図8に示す分光特性を有する波長800〜1100nmの透過波長範囲の波長可変フィルタを実現できる。また、第1構成例と比較すると、液晶セルを3層から4層にすることにより、透過波長域の半値幅が、第1構成例では70〜90nmと広かったものが本構成例では30〜50nmと狭くなった。これにより、標識剤濃度の検出精度を向上させることができる。 FIG. 8 shows the spectral characteristics of the liquid crystal filter based on the transmission peak wavelength values in Table 2. According to this configuration example, it is possible to realize a wavelength tunable filter having a spectral wavelength characteristic illustrated in FIG. 8 and having a wavelength range of 800 to 1100 nm. In addition, compared with the first configuration example, by changing the liquid crystal cell from three layers to four layers, the half width of the transmission wavelength region is as wide as 70 to 90 nm in the first configuration example. It was as narrow as 50 nm. Thereby, the detection accuracy of the labeling agent concentration can be improved.
[液晶フィルタ−3]
液晶フィルタの第3構成例について説明する。
本構成例の液晶フィルタは、第2構成例の液晶フィルタと同様、4組の液晶セル21a,21b,21c,21dを積層した構成である。各液晶セル21a,21b,21c,21dの配向方向や偏光板の透過軸方向についても第2構成例と同一である。ただし、液晶層厚が異なり、第1液晶セル21aの液晶層厚が6.5μm、第2液晶セル21bの液晶層厚が12.9μm、第3液晶セル21cの液晶層厚が51.6μm、第4液晶セル21dの液晶層厚が51.6μm、である。すなわち、本構成例では、第3液晶セル21cに第4液晶セル21dと同一のものを用いた。
[Liquid crystal filter-3]
A third configuration example of the liquid crystal filter will be described.
The liquid crystal filter of this configuration example has a configuration in which four sets of
各液晶セル21a,21b,21c,21dに対する印加電圧と透過ピーク波長との関係は、表3に示す通りである。第1、第2液晶セル21a,21bに同一の電圧を印加し、第3液晶セル21cには第1、第2液晶セル21a,21bよりも高い電圧を印加する。第4液晶セル21dに対する印加電圧は第1、第2液晶セル21a,21bと略同一であるが、若干の調整を行う。
図示は省略したが、本構成例の場合も、第2構成例の液晶フィルタと略同様の分光特性を有する波長可変フィルタを実現できる。本構成例の場合は、第2構成例と異なり、第3液晶セル21cに第4液晶セル21dと同じ仕様のものを用いることができるため、液晶フィルタの製造が容易になるという利点がある。
Although not shown, also in the case of this configuration example, a wavelength tunable filter having substantially the same spectral characteristics as the liquid crystal filter of the second configuration example can be realized. In the case of this configuration example, unlike the second configuration example, the third
[液晶フィルタ−4]
液晶フィルタの第4構成例について説明する。
本構成例の液晶フィルタは、第2、第3構成例の液晶フィルタと同様、4組の液晶セル21a,21b,21c,21dを積層した構成である。各液晶セル21a,21b,21c,21dの配向方向や偏光板の透過軸方向についても第2、第3構成例と同一である。ただし、液晶層厚が異なり、第1液晶セル21aの液晶層厚が12.9μm、第2液晶セル21bの液晶層厚が12.9μm、第3液晶セル21cの液晶層厚が51.6μm、第4液晶セル21dの液晶層厚が51.6μm、である。すなわち、第1液晶セル21aに第2液晶セル21bと同一のものを用い、第3液晶セル21cに第4液晶セル21dと同一のものを用いた。
[Liquid crystal filter-4]
A fourth configuration example of the liquid crystal filter will be described.
The liquid crystal filter of this configuration example has a configuration in which four sets of
各液晶セル21a,21b,21c,21dに対する印加電圧と透過ピーク波長との関係は、表4に示す通りである。第1液晶セル21aには第2液晶セル21bよりも高い電圧を印加する。第3液晶セル21cへの印加電圧は第1液晶セル21aと略同一であり、第4液晶セル21dへの印加電圧は第2液晶セル21bと略同一であるが、ともに若干の調整を行う。
図示は省略したが、本構成例の場合も、第2、第3構成例の液晶フィルタと略同様の分光特性を有する波長可変フィルタを実現できる。本構成例の場合は、第1液晶セル21aに第2液晶セル21bと同じ仕様のもの、第3液晶セル21cに第4液晶セル21dと同じ仕様のものを用いることができるため、第3構成例に比べて液晶フィルタの製造がさらに容易になるという利点がある。
Although illustration is omitted, also in the case of this configuration example, a wavelength tunable filter having substantially the same spectral characteristics as the liquid crystal filters of the second and third configuration examples can be realized. In the case of this configuration example, the first
[液晶フィルタ−5]
液晶フィルタの第5構成例について説明する。
第1〜第4構成例では、各液晶セル21a,21b,21c,21dの波長590nmの光に対する光学異方性Δnの値を0.201に設定したが、本構成例では各液晶セル21a,21b,21c,21dの波長590nmの光に対する光学異方性Δnの値を0.136に設定した。また、光学異方性Δnの値の変更に伴い、液晶層厚も変更し、第1液晶セル21aの液晶層厚を9.0μm、第2液晶セル21bの液晶層厚を18.0μm、第3液晶セル21cの液晶層厚を36.1μm、第4液晶セル21dの液晶層厚を72.1μm、とした。
[Liquid crystal filter-5]
A fifth configuration example of the liquid crystal filter will be described.
In the first to fourth configuration examples, the value of the optical anisotropy Δn with respect to light having a wavelength of 590 nm of each of the
図示は省略したが、本構成例の場合も、第2〜第4構成例の液晶フィルタと略同様の分光特性を有する波長可変フィルタを実現できる。すなわち、液晶層の光学異方性Δnの値を変えても、それに応じて適切な液晶層厚dを設定すれば、本発明に好適な波長可変フィルタが得られることがわかった。 Although illustration is omitted, also in the case of this configuration example, a wavelength tunable filter having substantially the same spectral characteristics as the liquid crystal filters of the second to fourth configuration examples can be realized. That is, it has been found that even if the value of the optical anisotropy Δn of the liquid crystal layer is changed, a wavelength tunable filter suitable for the present invention can be obtained if an appropriate liquid crystal layer thickness d is set accordingly.
[液晶フィルタにおけるΔnとdとの関係]
次に、液晶セルの波長590nmの光に対する光学異方性Δn(以下、Δn(590nm)と記す)と液晶層厚dを変化させたときの分光特性を調べた。その結果について説明する。
ここで、第m液晶セルの液晶層厚dmは、第1液晶セルの液晶層厚をd0としたとき、dm=2m×d0の関係を満たすようにした。
[Relationship between Δn and d in liquid crystal filter]
Next, spectral characteristics when the optical anisotropy Δn (hereinafter referred to as Δn (590 nm)) and the liquid crystal layer thickness d of the liquid crystal cell with respect to light having a wavelength of 590 nm were changed were examined. The result will be described.
Here, the liquid crystal layer thickness dm of the m-th liquid crystal cell satisfies the relationship of dm = 2 m × d0, where d0 is the liquid crystal layer thickness of the first liquid crystal cell.
液晶セルの光学異方性Δn(590nm)と液晶層厚dを種々の値に変え、液晶フィルタの透過ピーク波長の最大値λmaxを求めた。そして、液晶フィルタの透過ピーク波長の最大値λmax毎に、光学異方性Δn(590nm)と第1液晶セルの液晶層厚d0との関係を示したのが図9である。図9の横軸は光学異方性Δn(590nm)[nm]、縦軸は第1液晶セルの液晶層厚d0[μm]である。 The optical anisotropy Δn (590 nm) of the liquid crystal cell and the liquid crystal layer thickness d were changed to various values to obtain the maximum value λmax of the transmission peak wavelength of the liquid crystal filter. FIG. 9 shows the relationship between the optical anisotropy Δn (590 nm) and the liquid crystal layer thickness d0 of the first liquid crystal cell for each maximum value λmax of the transmission peak wavelength of the liquid crystal filter. In FIG. 9, the horizontal axis represents the optical anisotropy Δn (590 nm) [nm], and the vertical axis represents the liquid crystal layer thickness d0 [μm] of the first liquid crystal cell.
液晶フィルタの透過ピーク波長の最大値λmaxが800nm以下になると、標識剤から放射される近赤外光が液晶フィルタを透過できず、標識剤の濃度検出が困難になる。よって、最大値λmaxの下限を800nmとする。そこで、図9のλmax:800nmの曲線におけるΔn(590nm)とd0との関係から、Δn(590nm)と液晶層厚dとの関係式を求めると、下の(3)式となる。
d=2m(1.034×Δn−0.90)…(3)
(ただし、m=0,1,2,3,4,5)
すなわち、最適な液晶層厚は(3)式で表されるdよりも厚くする必要がある。
When the maximum value λmax of the transmission peak wavelength of the liquid crystal filter is 800 nm or less, near-infrared light emitted from the labeling agent cannot pass through the liquid crystal filter, making it difficult to detect the concentration of the labeling agent. Therefore, the lower limit of the maximum value λmax is set to 800 nm. Therefore, when the relational expression between Δn (590 nm) and the liquid crystal layer thickness d is obtained from the relation between Δn (590 nm) and d0 in the curve of λmax: 800 nm in FIG. 9, the following expression (3) is obtained.
d = 2 m (1.034 × Δn− 0.90 ) (3)
(However, m = 0, 1, 2, 3, 4, 5)
That is, the optimum liquid crystal layer thickness needs to be larger than d expressed by the equation (3).
一方、液晶フィルタの透過ピーク波長の最大値λmaxが1400nm以上になると、波長1200nm以下の近赤外光を検出するためには2〜3Vの高電圧を印加しなければならず、分光特性が不安定になってしまう。よって、最大値λmaxの上限を1400nmとする。そこで、図9のλmax:1400nmの曲線におけるΔn(590nm)とd0との関係から、Δn(590nm)と液晶層厚dとの関係式を求めると、下の(4)式となる。
d=2m(2.266×Δn−0.82)…(4)
(ただし、m=0,1,2,3,4,5)
すなわち、最適な液晶層厚は(4)式で表されるdよりも薄くする必要がある。
On the other hand, when the maximum value λmax of the transmission peak wavelength of the liquid crystal filter is 1400 nm or more, a high voltage of 2 to 3 V must be applied in order to detect near-infrared light having a wavelength of 1200 nm or less, resulting in poor spectral characteristics. It becomes stable. Therefore, the upper limit of the maximum value λmax is set to 1400 nm. Therefore, when the relational expression between Δn (590 nm) and the liquid crystal layer thickness d is obtained from the relation between Δn (590 nm) and d0 in the curve of λmax: 1400 nm in FIG. 9, the following expression (4) is obtained.
d = 2 m (2.266 × Δn− 0.82 ) (4)
(However, m = 0, 1, 2, 3, 4, 5)
That is, the optimal liquid crystal layer thickness needs to be thinner than d expressed by the equation (4).
したがって、最適な液晶層厚dは、(3)式、(4)式より、
2m(1.034×Δn−0.90)<d<2m(2.266×Δn−0.82)…(5)
(ただし、m=0,1,2,3,4,5)
となる。
Therefore, the optimal liquid crystal layer thickness d is calculated from the equations (3) and (4).
2 m (1.034 × Δn −0.90 ) <d <2 m (2.266 × Δn −0.82 ) (5)
(However, m = 0, 1, 2, 3, 4, 5)
It becomes.
基本的には(5)式を満足すれば十分であるが、より望ましい条件を求めると、以下のようになる。
液晶フィルタの透過ピーク波長の最大値λmaxが900nm以上になると、標識剤から放射される近赤外光のノイズ成分が除去でき、強度検出がより容易になる。そこで、図9のλmax:900nmの曲線を用い、上述した手順によって最適な液晶層厚dを求めると、下の(6)式となる。
d=2m(1.245×Δn−0.89)…(6)
(ただし、m=0,1,2,3,4,5)
すなわち、最適な液晶層厚は(6)式で表されるdよりも厚くする必要がある。
Basically, it is sufficient to satisfy equation (5), but more desirable conditions are obtained as follows.
When the maximum value λmax of the transmission peak wavelength of the liquid crystal filter is 900 nm or more, the noise component of the near infrared light emitted from the labeling agent can be removed, and the intensity detection becomes easier. Therefore, when the optimum liquid crystal layer thickness d is obtained by the above-described procedure using the curve of λmax: 900 nm in FIG. 9, the following equation (6) is obtained.
d = 2 m (1.245 × Δn− 0.89 ) (6)
(However, m = 0, 1, 2, 3, 4, 5)
That is, the optimum liquid crystal layer thickness needs to be larger than d expressed by the equation (6).
一方、透過ピーク波長の最大値λmaxが1300nm以下であれば、高電圧を印加することなく、波長1200nm以下の近赤外光をより安定して検出できる。そこで、図9のλmax:1300nmの曲線を用い、上述した手順によって最適な液晶層厚dを求めると、下の(7)式となる。
d=2m(1.865×Δn−0.83)…(7)
(ただし、m=0,1,2,3,4,5)
すなわち、最適な液晶層厚は(7)式で表されるdよりも薄くする必要がある。
On the other hand, when the maximum value λmax of the transmission peak wavelength is 1300 nm or less, near infrared light having a wavelength of 1200 nm or less can be detected more stably without applying a high voltage. Therefore, when the optimum liquid crystal layer thickness d is obtained by the above-described procedure using the curve of λmax: 1300 nm in FIG. 9, the following equation (7) is obtained.
d = 2 m (1.865 × Δn− 0.83 ) (7)
(However, m = 0, 1, 2, 3, 4, 5)
That is, the optimal liquid crystal layer thickness needs to be thinner than d expressed by the equation (7).
したがって、最適な液晶層厚dは、(6)式、(7)式より、
2m(1.245×Δn−0.89)<d<2m(1.865×Δn−0.83)…(8)
(ただし、m=0,1,2,3,4,5)
となる。
Therefore, the optimum liquid crystal layer thickness d is obtained from the equations (6) and (7):
2 m (1.245 × Δn -0.89) <d <2 m (1.865 × Δn -0.83) ... (8)
(However, m = 0, 1, 2, 3, 4, 5)
It becomes.
なお、上記の式中の「m」の値は0,1,2,3,4,5のいずれかを取ることが好ましい。このような「m」の数値範囲から、上記の式中の液晶層厚dの数値範囲を求めると、概ね数μm〜100μm程度となる。上記の数値範囲が好ましい理由は、「m」の値が5を超えると、バンドパスフィルターとしての透過波長域が小さくなり過ぎる、透過率が低下し始める、液晶層厚dが100μm以上となって液晶セルの製作が困難になる、等の不具合があるからである。 The value of “m” in the above formula is preferably 0, 1, 2, 3, 4, or 5. When the numerical range of the liquid crystal layer thickness d in the above formula is obtained from such a numerical range of “m”, it is approximately several μm to 100 μm. The reason why the above numerical range is preferable is that when the value of “m” exceeds 5, the transmission wavelength region as a bandpass filter becomes too small, the transmittance starts to decrease, and the liquid crystal layer thickness d becomes 100 μm or more. This is because the liquid crystal cell is difficult to manufacture.
[液晶フィルタ−6]
液晶フィルタの第6構成例について図10〜図12を用いて説明する。
図10は、本構成例の液晶フィルタを分解した状態で示す斜視図である。図11は、各液晶セルへの印加電圧と透過ピーク波長との関係を示すグラフである。図12は、液晶フィルタの分光特性を示す図である。なお、図10において、第1構成例の図3と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。
[Liquid crystal filter-6]
A sixth configuration example of the liquid crystal filter will be described with reference to FIGS.
FIG. 10 is a perspective view showing the liquid crystal filter of this configuration example in an exploded state. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the voltage applied to each liquid crystal cell and the transmission peak wavelength. FIG. 12 is a diagram showing the spectral characteristics of the liquid crystal filter. In FIG. 10, the same components as those in FIG. 3 of the first configuration example are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本構成例の液晶フィルタは、図10に示すように、第1構成例の液晶フィルタの第4層目に補正用液晶セル24を備えたものである。補正用液晶セル24は、一対のガラス基板12,13がアンチパラレル配向であって、液晶層を構成する液晶分子はホモジニアス配向となっている。一対の偏光板14,15は、その透過軸同士が互いに直交しており、一方の偏光板(図10の下側の偏光板15)の透過軸の方向が一方の基板の配向方向に対して135°±5°の角度をなすように配置されている。また、第1構成例と同様、第1液晶セル21aの液晶層厚が6.5μm、第2液晶セル21bの液晶層厚が12.9μm、第3液晶セル21cの液晶層厚が25.8μmであり、補正用液晶セル24の液晶層厚が16.1μm、である。
As shown in FIG. 10, the liquid crystal filter of this configuration example includes a correction
本構成例によれば、図12に示す分光特性を有する波長800〜1200nmの透過波長範囲の液晶フィルタを実現できる。第1構成例の図6のスペクトルと比較すると、700nm以下のノイズ成分が低減されていることがわかる。
以上、[液晶フィルタ−1]〜[液晶フィルタ−6]に、液晶フィルターの構成例を示したが、複数組の液晶セルを積層する順番は任意でよい。
According to this configuration example, it is possible to realize a liquid crystal filter having a spectral characteristic shown in FIG. 12 and having a transmission wavelength range of a wavelength of 800 to 1200 nm. Compared with the spectrum of FIG. 6 of the first configuration example, it can be seen that a noise component of 700 nm or less is reduced.
As mentioned above, although the structural example of the liquid crystal filter was shown to [liquid crystal filter-1]-[liquid crystal filter-6], the order which laminates a plurality of sets of liquid crystal cells may be arbitrary.
[濃度分布算出方法]
次に、DSP6による濃度算出方法について説明する。
DSP6は、外部メモリ7に蓄えた波長毎の画像データを読み出し、画像データと予め記憶しておいたデータテーブルとから標識剤の濃度を検出する。このデータテーブルは検量線に相当するものであり、画像データを構成する各画素の光強度分布を、データテーブル内の光強度−標識剤濃度の相関関係と照合し、標識剤の濃度を求める。光強度−標識剤濃度の相関関係は予備実験により求めておき、データテーブルを作成しておく。なお、データテーブルを用いる方法に代えて、各点の光強度分布のデータを基に多変量解析を行い、標識剤濃度を求めても良い。その後、DSP6は、標識剤の濃度から薬剤の濃度を算出する。
[Concentration distribution calculation method]
Next, a density calculation method by the
The
薬剤の濃度をCx、標識剤の濃度をCm、投与後の経過時間をtとすると、薬剤の濃度Cxは、標識剤の濃度Cmと経過時間tの関数として捉えることができる。すなわち、
Cx=f(Cm,t) …(9)
である。
具体的には、例えば、
Cx=k(t)・Cm+l(t) …(10)
となる。この場合、標識剤と薬剤の混合物を生体に投与した後、複数時点で採血を行い、経過時間tと標識剤の濃度Cmおよび薬剤の濃度Cxとの相関関係を調べ、その結果から(10)式中のk(t)やl(t)を求めておく。その後、上記の方法により標識剤の濃度を求めることができれば、(10)式から薬剤の濃度を算出することができる。
When the drug concentration is Cx, the labeling agent concentration is Cm, and the elapsed time after administration is t, the drug concentration Cx can be regarded as a function of the labeling agent concentration Cm and the elapsed time t. That is,
Cx = f (Cm, t) (9)
It is.
Specifically, for example,
Cx = k (t) · Cm + 1 (t) (10)
It becomes. In this case, after the mixture of the labeling agent and the drug is administered to the living body, blood is collected at a plurality of time points, and the correlation between the elapsed time t, the concentration Cm of the labeling agent and the concentration Cx of the drug is examined. Find k (t) and l (t) in the equation. Thereafter, if the concentration of the labeling agent can be determined by the above method, the concentration of the drug can be calculated from the equation (10).
例えば標識剤と薬剤の混合物を静脈内注射により数時間おきに生体に投与した場合、標識剤と薬剤は、生体内の所定の位置において図13に示すような濃度変化を生じると推定される。すなわち、薬剤の濃度を、副作用が生じることなく治療に有効な濃度管理範囲Cmin〜Cmax内にコントロールしたいときには、上記の方法により標識剤の濃度Cmを求めた後、例えば(10)式から薬剤の濃度Cxを算出すれば、生体内の薬剤濃度Cxの変化が図13のように測定でき、薬剤の濃度が濃度管理範囲内にあるか否かを判断することができる。また同様に、標識剤と薬剤の混合物を数時間おきに経口投与した場合には、図14に示すような動向を示す。 For example, when a mixture of a labeling agent and a drug is administered to a living body every few hours by intravenous injection, it is estimated that the labeling agent and the drug change in concentration as shown in FIG. 13 at a predetermined position in the living body. That is, when it is desired to control the drug concentration within the concentration control range Cmin to Cmax effective for treatment without causing side effects, the concentration Cm of the labeling agent is obtained by the above method, If the concentration Cx is calculated, the change in the drug concentration Cx in the living body can be measured as shown in FIG. 13, and it can be determined whether or not the drug concentration is within the concentration management range. Similarly, when a mixture of a labeling agent and a drug is orally administered every several hours, a trend as shown in FIG. 14 is shown.
そこで、DSP6は、薬剤濃度Cxの算出結果に基づいて薬剤投与装置2による投薬量を制御する。例えば、算出した薬剤濃度Cxが濃度管理範囲の下限値Cminを下回っていたとすると、薬剤投与用マイクロポンプ等の薬剤投与装置を制御して、薬剤の投与量や投与速度を増やす。
Therefore, the
本実施形態の投薬装置1においては、特定波長の光の強度値だけで薬剤濃度を算出するのではなく、例えば約800〜1200nmといった所定の波長帯域の光の強度分布から薬剤濃度を算出しているので、薬剤濃度の算出を精度良く行うことができる。このようにして、本実施形態の投薬装置によれば、採血等を行うことなく非侵襲の方法で生体からの放出光を検出することで薬剤濃度分布を正確かつ迅速に測定でき、その測定結果に基づいて適切な投与量の投薬を行うことができる。
In the
個々の患者の血中薬剤濃度を測定することで望ましい有効治療濃度に収まるように用法、用量を設計する薬物治療モニタリング(Therapeutic Drag Monitoring:TDM)という医療技術が知られている。本実施形態の投薬装置は、薬剤濃度をリアルタイムで測定できるので、内服薬のような投薬間隔の長い(例えば3〜6時間)投与経路だけでなく、経鼻投与、経肺投与、静脈内注射等の即効性の投与経路においてもTDM技術に利用できる。また、従来の採血による方法では静脈内の1点の濃度データでしか取れなかったものが、2次元の濃度分布データとして取れることになり、得られる情報の幅が広がることで測定精度が大幅に向上し、応用範囲が格段に広がる。 A medical technique called therapeutic drag monitoring (TDM) is known in which the dosage and dosage are designed so that the effective therapeutic concentration is achieved by measuring the blood drug concentration of each individual patient. The dosing device of this embodiment can measure the drug concentration in real time, so that it is not only a route of administration having a long dosing interval (for example, 3 to 6 hours) such as an internal medicine, but also nasal administration, pulmonary administration, intravenous injection, etc. It can also be used for TDM technology in the fast-acting administration route. In addition, what can be obtained with only one point of concentration data in the vein by the conventional blood sampling method can be obtained as two-dimensional concentration distribution data, and the range of information obtained is widened to greatly increase the measurement accuracy. The range of application will be greatly expanded.
さらに、従来は測定時間がかかり、非経済的であるとして、モニタリングして投与する方法を採っていなかった薬剤についても、TDMの考え方が適用できるようになる。このようにして、副作用を生じることなく、種々の薬剤の効果を大きく引き出すことができる。したがって、薬理効果は大きい反面、副作用が大きい、有効濃度域が狭い等の理由で使い難かった薬剤も使い易くできる。このようにして、本発明によれば、医療の質を向上させるとともに医療コストを低減させることができ、社会に大きく貢献できる。 Furthermore, it is possible to apply the TDM concept even to drugs that have not been measured and administered in the past because it is time-consuming and uneconomical. In this way, the effects of various drugs can be greatly extracted without causing side effects. Therefore, although the pharmacological effect is large, it is easy to use a drug that is difficult to use due to a large side effect and a narrow effective concentration range. In this way, according to the present invention, it is possible to improve the quality of medical care and reduce medical costs, which can greatly contribute to society.
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では標識剤と薬剤との混合物を生体に投与する例を説明したが、造影機能を有する薬剤を生体に投与することができれば、標識剤を用いる必要がなくなる。この場合、光強度−薬剤濃度の相関関係を記したデータテーブルを作成しておけば、測定対象上の各画素の光強度分布のデータから、データテーブルを用いて薬剤の濃度分布を直接求めることができる。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, an example in which a mixture of a labeling agent and a drug is administered to a living body has been described. However, if a drug having a contrast function can be administered to a living body, it is not necessary to use a labeling agent. In this case, if a data table describing the correlation between light intensity and drug concentration is created, the drug concentration distribution can be directly obtained from the data of the light intensity distribution of each pixel on the measurement target using the data table. Can do.
また、上記実施形態では、1種類の標識剤と薬剤との混合物を用いる例を説明したが、標識剤は1種類に限るものではなく、複数種の標識剤と薬剤との混合物を用いても良い。例えば2種類の標識剤を用いる場合、第1の標識剤に対する光強度分布−標識剤濃度のデータテーブル、第2の標識剤に対する光強度分布−標識剤濃度のデータテーブルの2つのデータテーブル(検量線)を準備しておけば良い。そして、薬剤の濃度をCx、第1の標識剤の濃度をCm1、第2の標識剤の濃度をCm2、投与後の経過時間をtとすると、薬剤の濃度Cxは、第1の標識剤の濃度Cm1と第2の標識剤の濃度Cm2と経過時間tの関数として捉えることができる。すなわち、
Cx=f(Cm1,Cm2,t) …(11)
である。
In the above embodiment, an example in which a mixture of one type of labeling agent and a drug is used has been described. However, the labeling agent is not limited to one type, and a mixture of a plurality of types of labeling agents and drugs may be used. good. For example, when two kinds of labeling agents are used, two data tables (calibration data table of light intensity distribution for the first labeling agent-labeling agent concentration data table and light intensity distribution for the second labeling agent-labeling agent concentration data table) Line). When the drug concentration is Cx, the first labeling agent concentration is Cm1, the second labeling agent concentration is Cm2, and the elapsed time after administration is t, the drug concentration Cx is the first labeling agent concentration. It can be grasped as a function of the concentration Cm1, the concentration Cm2 of the second labeling agent, and the elapsed time t. That is,
Cx = f (Cm1, Cm2, t) (11)
It is.
具体的には、例えば、
Cx=k(t)・Cm1+l(t)・Cm2+m(t) …(12)
となる。この場合、第1,第2の標識剤と薬剤の混合物を生体に投与した後、複数時点で採血を行い、経過時間tと第1,第2の標識剤の濃度Cm1,Cm2および薬剤の濃度Cxとの相関関係を調べ、その結果から(12)式中のk(t)、l(t)、m(t)を求めておく。その後、上記実施形態の方法により標識剤の濃度が求められれば、(12)式から薬剤の濃度を算出することができる。
Specifically, for example,
Cx = k (t) · Cm1 + 1 (t) · Cm2 + m (t) (12)
It becomes. In this case, after the mixture of the first and second labeling agents and the drug is administered to the living body, blood is collected at a plurality of time points, the elapsed time t, the concentrations Cm1 and Cm2 of the first and second labeling agents, and the drug concentration The correlation with Cx is examined, and k (t), l (t), and m (t) in equation (12) are obtained from the result. Thereafter, if the concentration of the labeling agent is obtained by the method of the above embodiment, the concentration of the drug can be calculated from the equation (12).
例えば第1,第2の標識剤と薬剤との混合物を静脈内注射により数時間おきに生体に投与した場合、第1,第2の標識剤と薬剤は、生体内の所定の位置において図15に示すような濃度変化を生じることが推定される。すなわち、薬剤の濃度を、副作用が生じることなく治療に有効な濃度管理範囲Cmin〜Cmax内にコントロールしたいときには、上記の方法により第1,第2の標識剤の濃度Cm1,Cm2をそれぞれ求めた後、例えば(12)式から薬剤の濃度Cxを算出すれば、生体内の薬剤濃度Cxの変化が図15のように算出でき、薬剤の濃度Cxが濃度管理範囲Cmin〜Cmax内にあるか否かを判断することができる。また同様に、第1,第2の標識剤と薬剤の混合物を数時間おきに経口投与した場合には、図16に示すような動向を示す。 For example, when a mixture of the first and second labeling agents and the drug is administered to a living body by intravenous injection every several hours, the first and second labeling agents and the drug are shown in FIG. It is estimated that the concentration change as shown in FIG. That is, when it is desired to control the drug concentration within the concentration management range Cmin to Cmax effective for treatment without causing any side effects, the concentration Cm1 and Cm2 of the first and second labeling agents are obtained by the above method. For example, if the drug concentration Cx is calculated from the equation (12), the change in the drug concentration Cx in the living body can be calculated as shown in FIG. 15, and whether or not the drug concentration Cx is within the concentration management range Cmin to Cmax. Can be judged. Similarly, when the mixture of the first and second labeling agents and the drug is orally administered every several hours, the trend shown in FIG. 16 is exhibited.
例えば生体内のどの位置に蓄積されやすいか、といった生体内での挙動が標識剤と薬剤とで異なるのは十分に予想されることである。この点を考慮すると、1種類の標識剤濃度から薬剤濃度を算出するよりも複数種の標識剤濃度から薬剤濃度を算出した方が、より実態に近い形の薬剤濃度の算出が可能になる。 For example, it is fully expected that the behavior in the living body such as in which position in the living body is likely to be accumulated differs between the labeling agent and the drug. In consideration of this point, it is possible to calculate a drug concentration in a form closer to the actual situation by calculating the drug concentration from a plurality of types of labeling agent concentrations than calculating the drug concentration from one type of labeling agent concentration.
また、上記実施形態の図2は、生体に対して離れた位置に比較的大型の濃度分布測定装置を配置するイメージで描いているが、身体の一部のみを測定する小型の装置であっても良いし、例えば腕時計のような形態で光源や液晶フィルタ、CCD等を搭載した装置を肌に直接装着するものであっても良い。 Moreover, although FIG. 2 of the said embodiment is drawn with the image which arrange | positions the comparatively large concentration distribution measuring apparatus in the position distant with respect to the biological body, it is a small apparatus which measures only a part of body. Alternatively, for example, a device equipped with a light source, a liquid crystal filter, a CCD, and the like may be directly attached to the skin in the form of a wristwatch.
1…投薬装置、3…光源、4…液晶フィルタ(波長可変フィルタ)、5…エリアセンサ(光検出手段)、6…信号処理プロセッサ(薬剤濃度算出手段)、7…外部メモリ、21a,21b,21c,21d…液晶セル、24…補正用液晶セル。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
生体に投薬を行う投薬手段と、
測定対象である生体に対して光を照射する光源と、
前記標識剤に生体外から前記光が照射された際に前記標識剤から生体外に放出される光が入射され、入射光の全波長域のうちの所定の波長域の光を透過するとともに、前記波長域を変更可能な波長可変フィルタと、
前記波長可変フィルタを通して入射された光の強度を検出して前記測定対象の複数の位置から放出される光の強度分布を取得する光検出手段と、
前記光検出手段が取得した前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて前記標識剤とともに投与された薬剤の濃度を算出し、前記薬剤の濃度算出結果に基づいて前記投薬手段による投薬量を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする投薬装置。 An apparatus for measuring a concentration distribution of the drug in a living body to which a labeling agent having a contrast function and the drug are administered, and performing a medication based on the measurement result,
A dosing means for dosing the living body;
A light source that irradiates light to a living body to be measured;
When the labeling agent is irradiated with the light from outside the living body, the light emitted from the labeling agent to the outside of the living body is incident, and transmits light in a predetermined wavelength region of the entire wavelength region of the incident light, A tunable filter capable of changing the wavelength range;
Light detecting means for detecting the intensity of light incident through the wavelength tunable filter and obtaining intensity distribution of light emitted from a plurality of positions of the measurement object;
The concentration of the drug administered together with the labeling agent is calculated based on the light intensity distribution at the plurality of positions of the measurement target acquired by the light detection unit, and the dosage by the dosing unit is calculated based on the concentration calculation result of the drug Control means for controlling the amount;
A dosing device comprising:
生体に投薬を行う投薬手段と、
測定対象である生体に対して光を照射する光源と、
前記薬剤に生体外から前記光が照射された際に前記薬剤から生体外に放出される光が入射され、入射光の全波長域のうちの所定の波長域の光を透過するとともに、前記波長域を変更可能な波長可変フィルタと、
前記波長可変フィルタを通して入射された光の強度を検出して前記測定対象の複数の位置から放出される光の強度分布を取得する光検出手段と、
前記光検出手段が取得した前記測定対象の複数の位置における光の強度分布に基づいて前記薬剤の濃度を算出し、前記薬剤の濃度算出結果に基づいて前記投薬手段による投薬量を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする投薬装置。 An apparatus for measuring a concentration distribution of the drug in a living body to which a drug having a contrast function is administered, and performing a medication based on the measurement result,
A dosing means for dosing the living body;
A light source that irradiates light to a living body to be measured;
When the light is irradiated to the medicine from outside the living body, light emitted from the medicine to the outside of the living body is incident, and transmits light in a predetermined wavelength region out of the entire wavelength region of the incident light, and the wavelength A tunable filter that can change the frequency range,
Light detecting means for detecting the intensity of light incident through the wavelength tunable filter and obtaining intensity distribution of light emitted from a plurality of positions of the measurement object;
Control means for calculating the concentration of the medicine based on the light intensity distribution at the plurality of positions of the measurement object acquired by the light detection means, and for controlling the dosage by the medication means based on the concentration calculation result of the medicine When,
A dosing device comprising:
一対の偏光子と、前記一対の偏光子の間に挟持される液晶層と、前記液晶層に電圧を印加する電極と、を備えた液晶セルを複数組有し、
前記一対の偏光子の透過軸が互いに平行であり、
前記液晶層は液晶分子がホモジニアス配向したものであり、
前記一対の偏光子の透過軸と前記液晶分子の配向方向とのなす角が45°±5°であり、
前記液晶層の波長590nmの光に対する光学異方性をΔn、前記液晶層の層厚をdとしたときに、下の式(1)を満たすことを特徴とする波長可変フィルタ。
2m(1.034×Δn−0.90)<d<2m(2.266×Δn−0.82)…(1)
(ただし、m=0,1,2,3,4,5) A wavelength tunable filter used in a device for measuring a concentration distribution of the drug in a living body to which a labeling agent having a contrast function and a drug or a drug having a contrast function are administered, and performing administration based on the measurement result,
A plurality of liquid crystal cells each including a pair of polarizers, a liquid crystal layer sandwiched between the pair of polarizers, and an electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer;
The transmission axes of the pair of polarizers are parallel to each other;
The liquid crystal layer is one in which liquid crystal molecules are homogeneously oriented,
The angle formed by the transmission axis of the pair of polarizers and the alignment direction of the liquid crystal molecules is 45 ° ± 5 °,
A wavelength tunable filter satisfying the following expression (1), where Δn is an optical anisotropy of the liquid crystal layer with respect to light having a wavelength of 590 nm, and d is a layer thickness of the liquid crystal layer.
2 m (1.034 × Δn −0.90 ) <d <2 m (2.266 × Δn −0.82 ) (1)
(However, m = 0, 1, 2, 3, 4, 5)
2m(1.245×Δn−0.89)<d<2m(1.865×Δn−0.83)…(2)
(ただし、m=0,1,2,3,4,5) The wavelength tunable according to claim 5, wherein when the optical anisotropy of the liquid crystal layer with respect to light having a wavelength of 590 nm is Δn and the thickness of the liquid crystal layer is d, the following formula (2) is satisfied. filter.
2 m (1.245 × Δn -0.89) <d <2 m (1.865 × Δn -0.83) ... (2)
(However, m = 0, 1, 2, 3, 4, 5)
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-
2008
- 2008-10-06 JP JP2008259424A patent/JP2010088556A/en active Pending
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