JP2010504795A - 光学的に体を分析するための機器 - Google Patents

Abstract

光学的に体を分析するための機器は、照明検出ヘッド、及び光カプラで構成される。その照明検出ヘッドは、その光カプラを通じて分析対象の体部分を照らすための光源、及び、その体部分によって拡散的に反射される光を受けるための検出器を有する。その光カプラは、その照明検出ヘッドから機械的に分断され、その光カプラとその体部分との間の接触がその体部分の物理的特性に最小限の影響しか及ぼさないようにしながら、その体部分の外表面と接触するように構成される。その機器は、その光源によって発せられ且つその体部分によって拡散的に反射される光をその検出器がその光カプラを通じて受けられるように、その照明検出ヘッドの位置をその光カプラに対して調節するよう構成される位置合わせユニットを更に有する。

Description

本発明は、医療機器の分野に関し、より具体的には、皮膚下層のような体部分の光学的な分析のための機器に関する。特に、本発明は、皮膚層の特性及び成分の検出のための非侵襲的な光学的皮膚分析の分野に関連する。

患者の皮膚の光学的測定は、生物学的指標を検出するために、しばしば用いられる。例えば、近赤外（ＮＩＲ）分光法は、細胞組織及び血液中のグルコース濃度を判定するための非侵襲的な方法である。ＮＩＲ分光法は、糖尿病のグルコース制御でしばしば用いられる。それは、以下のように動作する。第一に、皮膚と接触する光プローブヘッドを通じて光源が体の一部を近赤外光で照らし、そして、その体液及び体内組織によって反射された光がそのプローブヘッドで検出される。

例えば、特願平０６−０５２４４４号は、表面反射光を抑えることによって被検体の拡大表面を観察するために用いられる装置を開示する。

そのプローブヘッドがその皮膚に接触するこの種の測定における問題は、その皮膚上にあるそのプローブヘッドからの圧力が、皮膚細胞の表皮の、真皮線維層及び脂肪組織層における光の散乱を変化させることにある。従って、従来技術に係るシステムの欠点は、そのプローブヘッドの重量が皮膚下層の物理的状態に影響を及ぼし、それにより、信頼性のない態様で特性測定及び成分濃度を変えてしまうという点にある。

従って、少なくとも、再現可能な皮膚のスペクトル測定の間、サンプリング条件が同じままとなるように、サンプリング条件への影響を最小限に抑える分析機器を考案することが望まれる。

特願平０６−０５２４４４号明細書

本発明の目的は、分析条件の変化を最小限に抑える機器を考案することであり、それによって、再現可能な測定条件の実現を可能にする。

上述の問題に取り組むために、本発明は、より具体的には、照明検出ヘッド及び光カプラを第一に有する光学的な体分析のための機器に関する。その照明検出ヘッドは、分析のためにその光カプラを通じて体部分を照らすための光源、及び、その体部分によって拡散的に反射された光を受けるための検出器を有する。その光カプラは、その照明検出ヘッドから機械的に分断されており、また、その体部分の外表面に接触するよう構成される。

その機器は、そのプローブ接触圧を最低限に維持することによってサンプリング条件を同じ状態に維持する。言い換えれば、その光カプラとその体部分との間の接触は、その体部分の物理的特性に最小限の影響しか及ぼさない。実際には、従来技術に係るシステムとは異なり、その光カプラのみがその体部分（例えば、皮膚表面である。）に置かれ、そして、その光カプラとその照明検出ヘッドとの間の機械的強度が、そのような機械的強度がそのヘッドをその光カプラに拘束するときに、ほとんど存在しない。その結果、本発明に係る機器は、分析機器全体によって引き起こされる、関心の体部分の物理的環境に対する撹乱を極小化する。結果的には、その物理的状態は、その光カプラの重量又はその光カプラとその体部分の外層とを接触させる圧力のために僅かに変えられるが、物理的平衡がその皮膚下層で迅速に確立され、被分析物濃度及び物理的特性は一時的に影響を受けるのみである。

典型的な実施例では、その機器は、その光源によって発せられ且つその体部分によって拡散的に反射される光をその検出器がその光カプラを通じて受けられるように、その照明検出ヘッドの位置をその光カプラに対して調節するよう構成される位置合わせユニットを更に有する。

典型的な実施例では、その光カプラは、軽量材料で作られている。特定の実施例では、その照明検出ヘッドは、関心領域に関連して出てくる光を選択的に集めるために、その検出器の前に配置されるレンズを更に有し、より正確な測定或いはより短い測定時間を可能にする。

別の実施例では、レンズは、測定すべき所望の領域にその光を投影するために、その光源の前に置かれる。そのレンズは、例えばレーザのような点光源よりもむしろ、電球のような広がった光源の使用を可能にし、より安全で且つより低コストの装置を可能にする。

別の実施例では、その光源及びその検出器は、その光カプラによって直接的に反射された光がその検出器に入るのを防止するように、配置される。このように、その試料によって拡散的に反射された光のみがその検出器に入る。その光カプラから直接反射された光は、価値のある情報を含んでいないので、この実施例は、その測定における信号対雑音比を改善させる。この有利点はまた、その光源及びその検出器のそれぞれが偏光板を有し、一方の偏光板の偏光方向が他方の偏光板の偏光方向に直交するという別の実施例でも実現され得る。

別の実施例では、その光カプラは、その端部に、その光カプラからの直接反射がその検出器の方に向けられるのを防止するよう構成される面取り面を有する。

更なる実施例では、その位置合わせユニットは、その照明検出ヘッドがその光カプラに対して正確に位置付けられた場合に、その面取り面で反射された光を受けるよう構成される少なくとも二つの位置敏感型光検出器を有する。

本発明に係る別の典型的な実施例では、その光カプラは、屈折率整合流体又はジェルを通じてその体部分と接触する。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下で説明される実施例を通じて明確となり、且つ、それらを参照しながら解明される。

本発明の第一実施例に従った機器の概略図である。 本発明の第二実施例に従った機器の概略図である。 本発明の第三実施例に従った機器の概略図である。 本発明の第四実施例に従った機器の概略図である。 本発明の第五実施例に従った機器の概略図である。 本発明の第六実施例に従った光カプラの概略図である。 本発明の第六実施例に従った機器の概略図である。

図において、同じ参照番号は、類似又は同一の物を表す。

図１を参照すると、機器１は、光カプラ２及び照明検出ヘッド３を有する。

光カプラ２は、分析のために、体部分４の外層に位置付けられる。その外層は、例えば、患者の皮膚である。光カプラ２は、境界明瞭な滑らかな表面を持つ透明物質の一部分であってもよい。それら光カプラは、典型的には、皮膚が照らされたときにその被照面の起伏(relief)が分かるように、その皮膚の粗さを補正するために用いられる。これは、どの程度の光が反射され、また、どの程度の光がその皮膚に浸透するかの予測をより容易にする。光カプラ２はまた、皮膚−カプラの接合部分に如何なる気泡が閉じこめられるのも防止するために光カプラ２と皮膚４との間に置かれる屈折率整合流体(index matching fluid)又はジェル５の何れかに関連付けられてもよい。屈折率整合流体５は、光カプラ２及び皮膚４を通過する或いはそれら二つの境界における光の反射を極小化する。その流体又はジェル５はまた、光カプラ２の屈折率を適合させながら、皮膚表面を平らにする接着剤の一種であってもよい。

光カプラ２は、皮膚表面４に最小限の圧力だけが掛かるようにし、その結果、体部分４の皮膚下層の物理的状態に最小限の影響しか及ぼさないよう、軽量材料で作られていてもよい。前述のように、成分濃度、及び、散乱のような物理的特性は、それ故に、全く変更されないか、或いは、極めて僅かに変更されるのみであり、信頼性の高い測定をもたらす。

照明検出ヘッド３は、サポート１０上に搭載される。そのサポート１０は、ヘッド３の６軸の動き（３つの平行移動、３つの回転）を可能にし得る位置合わせユニット６を介して可動である。この実施例では、ヘッド３の照明部分及び検出部分は相互依存の関係にあるが、当業者は、それら二つの部分が独立して移動するという実施例を考案し得る。また、位置合わせユニット６は、より少ない平行移動及び回転移動だけを許容するようにしてもよく、言い換えれば、位置合わせユニット６は、５つ以下の軸であってもよい。

照明検出ヘッド３は、その皮膚領域を照らすために反射器８と組み合わされた、電球又はレーザのような光源７を有する。それは、光ファイバ又はＣＣＤマトリクスのような検出器９を更に有する。

位置合わせユニット６は、検出器９が、光源７によって発せられた光の少なくとも一部を、それが光カプラ２を通ってその皮膚領域によって拡散的に反射された後に、受けられるように、光カプラ２に対して照明検出ヘッド３の位置を調節してもよい。

図２は、試料である皮膚４における関心位置からの光をより効率的に集めるために検出器９の前にレンズ２０が追加された別の実施例を示す。レンズ２０の使用は、拡散的に反射された光を集めることが望まれるところからその表面積をより良好に定義できるようにする。実際のところ、レンズは、一般的に、如何なる表面積から入ってくる光であってもより効率的に捉える。探査されるその体積は、照明検出ヘッド３の位置に依存する。更に、その検出される拡散的反射光信号の強度は、そのサンプリング体積の中に存在する微粒子の量に依存する。そのサンプリングされた体積における情報は、このようにして、関心の微粒子の濃度を判定するのに役立つ。この実施例の有利点は、レンズ２０の使用が、たった今説明されたように、定量分析の基本パラメータであるその探査されたサンプリング体積の再現に役立ち得る点にある。更なる有利点は、レンズ２０の使用によって、その関心領域から出る光のより多くの部分が検出器９に捉えられ且つ入り込む点にある。結果として、集められた信号のレベルはより高いものとなり、より正確な測定、又は、より短い測定時間を可能にする。

図３で図解されるような別の実施例では、光源７からの光を試料である皮膚表面４の所望の領域に向けるために、別のレンズ３０がヘッド３に含まれる。有利的には、“ドーナツ型”のレンズが、リング状の光をその試料である表面４上に投影するために用いられる。リング状の照明が、その皮膚に適用される光強度と最適な結果をもたらす被照面との間のまずまずの妥協をもたらすことが光学分析でよく知られている。

レンズ３０の有利点は、レーザのような点光源が必要とならず、その結果、より安全でより低コストの機器を可能にするという点にある。

別の典型的な実施例では、レンズ２０、３０の双方が一つの物理的な要素として統合される。

図４で図解されるような別の実施例では、光カプラ２で直接反射される光が検出器９に入ることができないように、光源７及び検出器９が配置される。例えば、照明のために用いられるレンズ２０と反射器８とは、検出器９の検出角度に合致しない角度で光カプラ２の表面に入射する平行光ビームを創出する。このように、その試料によって拡散的に反射された光だけが検出器９に入ることができる。このことは、光カプラ２で直接反射された光が皮膚領域４に関する有用な情報を含んでおらず、検出されたとしても背景雑音の増大をもたらすだけなので、好都合である。

図５で図解された別の実施例では、偏光板５１が検出器９の入口の前に置かれ、且つ、第一の偏光板５１に対して直交する偏光方向を有する別の偏光板５０が光源７の前に置かれている。この実施例は、光カプラ２からの直接反射が検出器９に入るのを防止する。直接反射光は、偏光板５１によってブロックされる偏光を有するからである。皮膚４で拡散的に反射された光は、偏光が解消され、そして、検出器９の前にある偏光板５１を部分的に通過し得る。

図６で図解された別の実施例では、光カプラ２の形状は、光カプラ２からの不要な反射光が検出器９に入るのを防止するように構成されている。これは、光カプラ２の上面の端に面取り面（chamfer）６０を創出することによって実現され得る。

図７で図解される典型的な実施例では、光カプラ２の面取り面６０から直接反射して遠ざけられる光は、照明検出ヘッド３と光カプラ２との間の距離を判定するために用いられてもよい。位置敏感型光検出器７０、７１は、ヘッド３に追加され、そして、検出器７０、７１は、面取り面６０で反射される光を検出する。一旦、面取り面６０で反射された光が検出されると、相対位置、すなわち、検出ヘッド３と光カプラ２との垂直距離及び水平位置が分かるようになる。光検出器の第二のセットは、ここでは図示されていないが、検出器７０、７１のセットの間の線の方向におけるヘッド３の傾斜を測定することができる。位置敏感型光検出器の第三のセットは、図７では同様に図示されていないが、その第一の傾斜方向に直交する方向における傾斜を検出するために、検出器７０、７１のセットの間の線の外側に配置されてもよい。

本発明は図面及び先行する記載で詳細に図解され且つ説明されたが、そのような図解及び説明は、例示的或いは典型的なものであり、限定的なものではないと解釈される。そのため、本発明は、開示された実施例に限定されない。

例えば、位置合わせユニット６は、操作者がヘッド３の位置を調節し、或いは、ヘッド３の位置を自動的に調節するための電動サポート１０を制御するのを支援するために、その操作者に可視的な支援を提供するようにしてもよい。

開示された実施例に対する他の変形例は、それら図面、それら開示、及びそれら添付の請求項の検討から、請求項に記載された発明を実施するときに、当業者によって、理解され、且つ、もたらされ得る。請求項において、単語“有する”は、他の要素を除外するものではなく、また、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は、複数を除外するものではない。

Claims (13)

1. 光学的に体を分析するための機器であって：
   照明検出ヘッドであり：
   光カプラを通じて分析のために体部分を照らすための光源、及び
   前記光カプラを通じて前記体部分によって拡散的に反射された光を受けるための検出器、を有する照明検出ヘッドを有し、
   前記光カプラが、前記照明検出ヘッドから機械的に分断され、且つ、前記体部分の外表面と接触するよう構成される、
   機器。
2. 前記光源によって発せられ且つ前記体部分によって拡散的に反射された光を、前記光カプラを通じて前記検出器が受けられるよう、前記照明検出ヘッドの位置を前記光カプラに対して調節するよう構成される位置合わせユニットを更に有する、
   請求項１に従った機器。
3. 前記光カプラは、前記体部分上に置かれた場合に、前記体部分上に最小限の圧力のみを掛ける軽量カプラである、
   請求項１に従った機器。
4. 前記光カプラは、屈折率整合流体又はジェルを通じて前記体部分と接触する、
   請求項１に従った機器。
5. 前記検出器は、少なくとも一つの光ファイバと、該光ファイバの前にあるレンズとを有する、
   請求項１に従った機器。
6. 前記光源は、前記光源によって発せられた光を、前記体部分における所定の皮膚下領域に集めるよう構成されるレンズを有する、
   請求項１に従った機器。
7. 前記検出器は、前記体部分における所定の皮膚下層から拡散的に反射された光を前記検出器に集めるよう構成されるレンズを有する、
   請求項１に従った機器。
8. 前記光源は、前記検出器の周りに置かれ、また、前記レンズは、ドーナツ型である、
   請求項６に従った機器。
9. 前記光源及び前記検出器は、前記光カプラによって直接反射された光が前記検出器に入るのを防止するよう位置付けられる、
   請求項１に従った機器。
10. 前記光源及び前記検出器のそれぞれは、偏光板を有し、一方の偏光板の偏光方向は、他方の偏光板の偏光方向と直交する、
    請求項１に従った機器。
11. 前記光カプラは、周辺端部に、前記光源によって発せられ且つ前記光カプラで直接反射された光が前記検出器の方に向けられるのを防止するよう構成される面取り面を有する、
    請求項１に従った機器。
12. 前記照明検出ヘッドは、前記光源によって発せられ且つ前記面取り面で直接反射された光を受けるよう構成される少なくとも二つの位置敏感型光検出器を有する、
    請求項９に従った機器。
13. 光学的に体部分を分析するための方法であって：
    前記体部分の外層上に置かれる光カプラから機械的に分断された照明検出ヘッドを、前記光カプラに対して位置付けるステップを有し、
    前記照明検出ヘッドが、前記光カプラを通じて前記体部分を照らすための少なくとも一つの光源と、検出器とを有し、
    前記位置付けるステップは、前記光源によって発せられた光の少なくとも一部を、それが前記体部分によって拡散的に反射された後に、前記検出器が受けられるようにする、
    方法。

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