JP2011511694A - 網膜から逆反射された光を使用して、血液中の物質濃度を非侵襲的に測定する装置および方法 - Google Patents

Abstract

ある方法が、被検体の血液中の物質の濃度を決定する。この方法は、少なくとも１つの光ビームと、被検体の身体の一部との相互作用を測定するステップを含む。この方法はさらに、少なくとも１つの光ビームと、被検体の身体の一部における物質との相互作用を示す光学的に測定されたパラメータの値を計算するステップを含む。この方法はさらに、被検体の身体の一部の温度に対応する１つまたは複数の温度指標パラメータの値を測定するステップを含む。この方法はさらに、光学的に測定されたパラメータおよび１つまたは複数の温度指標パラメータの、血液中の物質の濃度に対する経験的な相関関係にアクセスするステップを含む。この方法はさらに、その経験的な相関関係を使用して、被検体の血液中の物質の濃度を得るステップを含む。その濃度は、光学的に測定されたパラメータの値と、１つまたは複数の温度指標パラメータの値とに対応する。

Description

本出願は、一般に、被検体の血液中の物質の濃度を非侵襲的に測定するための装置および方法に関し、より詳細には、被検体の血液中のグルコースの濃度を非侵襲的に測定するための装置および方法に関する。

この数１０年間に、多数のシステムが被検体の血液中の物質（例えば、グルコース）のレベルを非侵襲的に測定する問題を解決するために提案された。それらのシステム全ての主な欠点は、非常に低い信号対雑音比であり、それによって、非常に重いコンピューティングシステムが必要となり、一貫性のない再現不可能な結果がもたらされた。

加えて、血液中の物質（例えば、グルコース）の非侵襲的測定のための従来のシステムは、人間の細胞内のこのような測定に影響を及ぼす様々なパラメータを考慮に入れていない。例えば、眼から取られる測定値を使用する従来のシステムは、瞳孔の大きさ、眼の他の構成要素、眼球内部の光の吸収または散乱など、眼のパラメータの変化を考慮に入れていない。具体的には、特許文献１、および特許文献２は、元々、照射された光の輝度から、反射された光の輝度を差し引いて、この差し引かれた値をグルコース濃度と相関させることを提案している。

米国特許第６４９４５７６号明細書 米国特許第５８２０５５７号明細書

特定の実施形態においては、ある方法が、被検体の血液中の物質の濃度を決定する。この方法は、第１の波長および第１のパワーを有する測定光ビームにより、被検体の眼を非侵襲的に照射するステップを含む。測定光ビームの少なくとも一部が、眼の網膜から逆反射され、それによって、第１の波長を有する測定逆反射光ビームをもたらす。この方法は、第２の波長および第２のパワーを有する基準光ビームにより、被検体の眼を非侵襲的に照射するステップをさらに含む。第２の波長は、第１の波長とは異なる。基準光ビームの少なくとも一部が、眼の網膜から逆反射され、それによって、第２の波長を有する基準逆反射光ビームをもたらす。この方法は、被検体の体温および被検体の周囲温度のうちの少なくとも一方を測定するステップをさらに含む。この方法は、測定逆反射光ビームのパワーを検出するステップをさらに含む。この方法は、基準逆反射光ビームのパワーを検出するステップをさらに含む。この方法は、測定逆反射光ビームの検出されたパワーと、第１のパワーとの測定比を計算するステップをさらに含む。この方法は、基準逆反射光ビームの検出されたパワーと、第２のパワーとの基準比を計算するステップをさらに含む。この方法は、測定比と基準比とによって決まるパラメータを計算するステップをさらに含む。方法は、計算されたパラメータと、体温および周囲温度のうちの少なくとも一方とに応答して、被検体の血液中の物質の濃度を決定するステップをさらに含む。

特定の実施形態においては、ある装置が、被検体の血液中の物質の濃度を測定する。この装置は、第１の波長を有する光を生成し、第２の波長を有する光を生成する少なくとも１つの光源を備える。第２の波長は、第１の波長とは異なる。この装置は、第１の波長を有する光の少なくとも一部を、第１のパワーを有する測定光ビームとして、被検体の眼に向かって方向付ける光学システムをさらに備える。測定光ビームの少なくとも一部が、被検体の網膜から逆反射される。光学システムは、第２の波長を有する光の少なくとも一部を、第２のパワーを有する基準光ビームとして、被検体の眼に向かって方向付ける。基準光ビームの少なくとも一部が、被検体の網膜から逆反射される。この装置は、測定光ビームの逆反射部分と、基準光ビームの逆反射部分とを受け取る検出器システムをさらに備える。検出器システムは、測定光ビームの受け取られた逆反射部分のパワーを示す第１の信号を生成することによって、測定光ビームの受け取られた逆反射部分に応答する。検出器システムは、基準光ビームの受け取られた逆反射部分のパワーを示す第２の信号を生成することによって、基準光ビームの受け取られた逆反射部分に応答する。この装置は、被検体の体温および被検体の周囲温度のうちの少なくとも一方を測定し、体温および周囲温度のうちの少なくとも一方を示す少なくとも１つの信号を生成する少なくとも１つの温度検出器をさらに備える。この装置は、第１の信号と、第２の信号と、少なくとも１つの信号とを受け取るコンピューティングシステムをさらに備える。コンピューティングシステムは、第１のパワーと、測定光ビームの受け取られた逆反射部分のパワーとの第１の比を計算する。コンピューティングシステムは、第２のパワーと、基準光ビームの受け取られた逆反射部分のパワーとの第２の比を計算する。コンピューティングシステムは、第１の比と第２の比とによって決まるパラメータを計算し、計算されたパラメータと、少なくとも１つの信号とに応答して、被検体の血液中の物質の濃度を決定する。

特定の実施形態においては、あるコンピューティングシステムが、被検体の血液中の物質の濃度を測定する。このコンピューティングシステムは、被検体の眼に入射する測定光ビームの第１のパワーを示す第１の信号と、被検体の眼に入射する基準光ビームの第２のパワーを示す第２の信号と、被検体の網膜から逆反射される測定光ビームの一部の第３のパワーを示す第３の信号と、被検体の網膜から逆反射される基準光ビームの一部の第４のパワーを示す第４の信号と、被検体の体温および被検体の周囲温度のうちの少なくとも一方を示す少なくとも１つの信号とを受け取るように構成されている１つまたは複数の入力部を備える。測定光ビームは、第１の波長を含み、基準光ビームは、第１の波長とは異なる第２の波長を有する。このコンピューティングシステムは、第１のパワーと第３のパワーとの第１の比を計算するように構成されている電気回路をさらに備える。電気回路はさらに、第２のパワーと第４のパワーとの第２の比を計算するように構成されている。電気回路はさらに、第１の比と第２の比とによって決まるパラメータを計算するように構成されている。電気回路はさらに、計算されたパラメータと、被検体の体温および被検体の周囲温度のうちの少なくとも一方とに応答して、被検体の血液中の物質の濃度を決定するように構成されている。

特定の実施形態においては、ある方法が、被検体の血液中の物質の濃度を決定する。この方法は、少なくとも１つの光ビームと、被検体の身体の一部との相互作用を測定するステップを含む。この方法は、少なくとも１つの光ビームと、被検体の身体の一部における物質との相互作用を示す光学的に測定されたパラメータの値を計算するステップをさらに含む。この方法は、被検体の身体の一部の温度に対応する１つまたは複数の温度指標パラメータの値を測定するステップをさらに含む。この方法は、光学的に測定されたパラメータおよび１つまたは複数の温度指標パラメータの、血液中の物質の濃度に対する経験的な相関関係にアクセスするステップをさらに含む。この方法は、経験的な相関関係を使用して、被検体の血液中の物質の濃度を得るステップをさらに含む。その濃度は、光学的に測定されたパラメータの値と、１つまたは複数の温度指標パラメータの値とに対応する。

特定の実施形態においては、ある方法が、人の血液中の物質の濃度の、複数のパラメータとの相関関係を決定する。この方法は、複数の状態における複数の人の血液中の物質の濃度値を侵襲的に測定するステップを含む。それらの複数の人は、より大集団の人を統計的に代表する。この方法は、複数の状態における複数の人からのパラメータの値を非侵襲的に光学的に測定するステップをさらに含む。人の身体の一部から測定される光学的に測定されたパラメータの値は、人の血液中の物質の濃度を示す。この方法は、複数の状態における複数の人についての１つまたは複数の温度指標パラメータの値を測定するステップをさらに含む。１つまたは複数の温度指標パラメータは、人の身体の一部の温度に対応する。この方法は、光学的に測定されたパラメータの測定値および１つまたは複数の温度指標パラメータの測定値を、複数の人の血液中の物質の濃度の測定値に対して相関させることによって相関関係をもたらすステップをさらに含む。

本明細書に説明する特定の実施形態による装置の例示的な構成を概略的に示す図である。 本明細書に説明する特定の実施形態による可動要素に結合される第１の光源および第２の光源を有する装置の例示的な構成を概略的に示す図である。 本明細書に説明する特定の実施形態による互いから間隔をおいた第１の光源および第２の光源を有する装置の例示的な構成を概略的に示す図である。 本明細書に説明する特定の実施形態による単一の広帯域光源を有する装置の例示的な構成を概略的に示す図である。 本明細書に説明する特定の実施形態による２つの光検出器を有する装置の例示的な構成を概略的に示す図である。 本明細書に説明する特定の実施形態による例示的な電子回路を概略的に示す図である。 水について、および水／グルコースの混合物についての透過測定の温度依存性の例示的なグラフである。 本明細書に説明する特定の実施形態による装置の別の例示的な構成を概略的に示す図である。 本明細書に説明する特定の実施形態による例示的なマルチパラメータのルックアップテーブルを概略的に示す図である。

より十分に後述するように、従来技術の従来のシステムにおいて使用される単純な減算スキームは、被検体の身体の中の物質の濃度測定に影響を及ぼす他のパラメータについて明らかにできない。したがって、これらの単純な減算スキームは、被検体の血液の物質濃度の尺度として信頼性をもって使用することができない。

本明細書に説明する特定の実施形態は、被検体の血液中の物質（例えば、グルコース）の濃度に相関可能な可測パラメータを分離する装置と、測定および計算方法とを提供する。より十分に後述するように、特定の実施形態においては、方法は、（ｉ）使用されている光の波長、およびその波長間の関係と、（ｉｉ）測定に影響を及ぼす可能性はあるが、測定される物質（例えば、グルコース）の実際の濃度に関係していない様々なパラメータを消去するため、またはそうでなければ、それらのパラメータについて明らかにするために、これらの波長による測定に基づく計算の方法とに対する制約を含む。

特定の実施形態は、グルコース濃度を測定する文脈において本明細書には説明するが、本明細書に説明する特定の実施形態により測定可能な他の物質の濃度は、コレステロールを含むが、それに限定されない。特定の実施形態は、赤外線または近赤外線の光学吸収測定の文脈において本明細書には説明するが、本明細書に説明する特定の実施形態により改良可能な他の近赤外線光学測定は、透過測定、反射測定、散乱測定、偏光測定、およびラマン測定を含むが、それらに限定されない。特定の実施形態は、被検体の眼から取られる非侵襲的な光学測定の文脈において本明細書には説明するが、本明細書に説明する特定の実施形態により改良可能な他の非侵襲的光学測定は、皮膚、耳たぶ、指（皮膜、もしくは表皮）、唇、または頬を含むが、それらに限定されない被検体の身体の他の部分から取られる。

本明細書に説明する特定の実施形態は、有利には、優れた信号対雑音比を有する非侵襲的グルコース計測器を提供し、したがって、測定を安定的な、繰返し可能な、かつ信頼できるものにする。本明細書に説明する特定の実施形態は、有利には、非侵襲的グルコース測定のためのこのような装置を提供し、それは、ユーザによって取扱いが容易であり、簡単であり、小さな大きさであり、安価である。本明細書に説明する特定の実施形態は、有利には、様々な環境、屋内、および屋外において使用可能な非侵襲的グルコース計測器を提供する。

本明細書に説明する特定の実施形態は、光学装置として、眼の特性を利用する。焦点手段および焦点面を備えている全ての光学装置は逆反射の現象を示し、装置は、入射光ビームの少なくとも一部を、それが生じた同じ方向で逆向きに反射することを意味する。本明細書に説明する特定の実施形態は、眼の液体（硝子体）中および／または血液中のグルコースあるいは別の物質の濃度を決定するために、眼の逆反射の特徴を使用する電子光学装置を提供する。

図１は、本明細書に説明する特定の実施形態による例示的な装置１０を概略的に示している。装置１０は、第１の波長を有する光を生成する少なくとも１つの光源２０を備える。少なくとも１つの光源２０はさらに、第２の波長を有する光を生成する。装置１０はさらに、第１の波長を有する光の少なくとも一部を、第１のパワーを有する測定光ビーム３２として、被検体の眼４０に向かって方向付ける光学システム３０を備え、測定光ビーム３２の少なくとも一部は、被検体の網膜４２から逆反射する。光学システム３０はまた、第２の波長を有する光の少なくとも一部を、第２のパワーを有する基準光ビーム３４として、被検体の眼４０に向かって方向付け、基準光ビーム３４の少なくとも一部は、被検体の網膜４２から逆反射する。装置１０はさらに、測定光ビーム３２の逆反射部分と、基準光ビーム３４の逆反射部分とを受け取る検出器システム５０を備える。検出器システム５０は、測定光ビーム３２の受け取られた逆反射部分のパワーを示す第１の信号を生成することによって、測定光ビーム３２の受け取られた逆反射部分に応答する。検出器システム５０は、基準光ビーム３４の受け取られた逆反射部分のパワーを示す第２の信号を生成することによって、基準光ビーム３４の受け取られた逆反射部分に応答する。装置１０はさらに、検出器システム５０から第１の信号と、第２の信号とを受け取るコンピューティングシステム６０を備える。コンピューティングシステム６０は、第１のパワーと、測定光ビーム３２の受け取られた逆反射部分のパワーとの第１の比を計算する。コンピューティングシステム６０はさらに、第２のパワーと、基準光ビーム３４の受け取られた逆反射部分のパワーとの第２の比を計算する。コンピューティングシステム６０はさらに、第１の比と第２の比とによって決まるパラメータ（例えば、第１の比と第２の比との差、または第１の比の対数と第２の比の対数との間の差）を計算し、計算されたパラメータに応答して、被検体の血液中の物質の濃度を決定する。

特定の実施形態においては、装置１０は、ユーザ（例えば、医療関係者、または被検体自身）によって持運び可能な、かつ容易に保持可能な大きさである。より十分に後述するように、装置１０は、内部電源（例えば、電池、または燃料電池）を備えることが可能であり、コンピューティングシステム６０から濃度値を示す信号を受け取り、濃度値（例えば、濃度値それ自体、または濃度値が所定値を上回るか、もしくは下回る指標）に関する情報をユーザに示すディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイ）を備えることが可能である。装置１０はまた、コンピューティングシステム６０からの濃度値に関する情報を示す信号を受け取るように、かつ後に使用するための、またはユーザに表示するための情報を保存するように構成されているメモリシステム（例えば、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ）を備えることが可能である。特定の実施形態においては、コンピュータシステム６０は、ディスプレイおよび／またはメモリシステムを備えることが可能である。

特定の実施形態においては、装置１０は、動作中（例えば、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４が、被検体の網膜４２に向かって方向付けられる間）、被検体の眼から少なくとも１００ミリメートルの距離に位置決めされるように構成されている。特定の他の実施形態においては、装置１０は、被検体の眼４０から検出器システム５０までの測定光ビーム３２の逆反射部分および基準光ビーム３４の逆反射部分の光路長が、少なくとも１００ミリメートルになるように、位置決めされるように構成されている。特定の実施形態についての被検体の眼４０から検出器システム５０の光路長は、十分に長く、それにより、検出器システム５０は、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４の逆反射部分を主に受け取り、有利には、装置１０が雑音であると解釈する可能性がある（例えば、被検体の角膜からの）他の反射を受け取らないようになる。

少なくとも１つの光源２０は、第１の波長を有する光を光学システム３０に出力し、第２の波長を有する光を光学システム３０に出力するように構成されている。特定の実施形態においては、少なくとも１つの光源２０は、２つの異なる波長帯域内で光を放出する少なくとも２つ赤外線（ＩＲ）エミッタを備える。例えば、図２は、本明細書に説明する特定の実施形態による第１の光源２１および第２の光源２２を有する例示的な装置１０を概略的に示している。本明細書に説明する特定の実施形態と適合する光源の例は、バンドパスフィルタを有する電球、レーザダイオード、および高出力赤外線発光ダイオードを含むが、それらに限定されない。

図２によって概略的に示される装置１０においては、第１の光源２１および第２の光源２２は、光を光学システム３０に透過するように、第１の光源２１または第２の光源２２のいずれかを位置決めするために作動可能な可動要素２３（例えば、モータ）に結合される。したがって、特定のこのような実施形態においては、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４は、順次に、連続して、被検体の眼４０に向かって方向付けられる。特定の実施形態においては、第１の波長を有する光、および第２の波長を有する光は、図２に概略的に示すように、互いと同じ経路に沿って、光学システム３０に向かって伝播する。特定の実施形態においては、少なくとも１つの光源２０は、光を少なくとも１つの光源２０から光学システム３０に向かって方向付ける少なくとも１つの光学要素２４（例えば、レンズ）を備える。

図３によって概略的に示される装置１０においては、第１の光源２１および第２の光源２２は、互いから間隔をおいているが、それぞれは、光を光学システム３０に透過するように位置決めされる。したがって、特定のこのような実施形態においては、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４は、互いと同時に被検体の眼４０に向かって方向付けられる。特定の実施形態においては、第１の波長を有する光および第２の波長を有する光は、互いに平行であっても、または平行でなくてもよい異なる経路に沿って、光学システム３０に向かって伝播する。例えば、第１の光源２１と、対応する光学要素２４（例えば、レンズ）とは、光学システム３０のある側に位置決めされ、第２の光源２２と、対応する光学要素２５とは、光学システム３０の別の側に位置決めされる。少なくとも１つの光源２０の第１の光源２１、第２の光源２２、光学要素の他の構成もまた、本明細書に説明する特定の実施形態と適合する。

特定の実施形態においては、図４によって概略的に示されるように、少なくとも１つの光源２０は、広い波長帯域で光を放出する単一の広帯域光源２６（例えば、豆ランプ）と、光学要素２７（例えば、レンズ）と、広帯域光源２６からの光を２つの異なる波長帯域にフィルタリングする２つ以上の狭帯域フィルタを備えるフィルタホイール２８とを備える。特定のこのような実施形態は、有利には、３つ以上の波長を提供して、グルコースまたは他の物質の濃度を分析するために使用される。特定の実施形態においては、フィルタホイール２８は、広帯域光源２６からの光の経路内にフィルタホイール２８の選択されたフィルタを位置決めするために作動可能なモータを備え、それによって、少なくとも１つの光源２０によって放出される光から選択される波長をフィルタ除去する。図４は、光学要素２７が、広帯域光源２６と、フィルタホイール２８との間にある実施形態を概略的に示しているが、特定の他の実施形態においては、フィルタホイール２８が、広帯域光源２６と、光学要素２７との間にある。

特定の実施形態においては、第１の波長を有する少なくとも１つの光源２０によって放出される光は、光学システム３０が、測定光ビーム３２として、被検体の眼４０に向かって方向付ける光ビーム（例えば、ほぼ平行な、実質的には平行な、またはコリメートされた光ビーム）を含み、第２の波長を有する少なくとも１つの光源２０によって放出される光は、光学システム３０が、基準光ビーム３４として、被検体の眼４０に向かって方向付ける光ビーム（例えば、ほぼ平行な、実質的には平行な、またはコリメートされた光ビーム）を含む。特定の他の実施形態においては、少なくとも１つの光源２０によって放出される光は、平行でない、またはコリメートされていない光ビームを含むが、光学システム３０は、第１の波長を有する光を受け取るように、およびほぼ平行な、実質的には平行な、またはコリメートされた測定光ビーム３２を生成するように、ならびに第２波長を有する光を受け取るように、およびほぼ平行な、実質的には平行な、またはコリメートされた基準光ビーム３４を生成するように構成されている。特定の様々な実施形態においては、測定光ビーム３２は、５度未満もしくはそれに等しい、３度未満もしくはそれに等しい、または１度未満もしくはそれに等しいビーム広がりを有する。特定の様々な実施形態においては、基準光ビーム３４は、５度未満もしくはそれに等しい、３度未満もしくはそれに等しい、または１度未満もしくはそれに等しいビーム広がりを有する。特定の実施形態においては、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４は、実質的には、互いに平行である。特定の実施形態においては、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４は、２つのビーム間の角度が、０．１度未満またはそれに等しくなるように、互いに平行である。特定の実施形態においては、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４は、実質的には、互いに同一直線上にある。例えば、特定の実施形態の測定光ビーム３２および基準光ビーム３４は、互いに平行であり、０．２ミリメートル未満だけ互いから間隔をおいている。

特定の実施形態においては、第１の波長は、測定すべき物質（例えば、グルコース）が、高い吸収係数を有する波長の領域にあり、第２の波長は、測定すべき物質が、低い吸収係数を有する波長の領域にある。特定の実施形態においては、第１の波長は、波長の赤外線（ＩＲ）または近赤外線（近ＩＲ）領域にあり、第２の波長は、波長の赤外線（ＩＲ）または近赤外線（近ＩＲ）領域にある。グルコースが測定される特定の様々な実施形態においては、第１の波長は、略９２０ナノメートルと略９８０ナノメートルとの間（例えば、９５０ナノメートル）の領域に、略１１３０ナノメートルと略１１９０ナノメートルとの間（例えば、１１６０ナノメートル）の領域に、または略１．３マイクロメートルと略１．５マイクロメートルとの間（例えば、１４６０ナノメートル）の領域にあるように選択可能である。グルコースが測定される特定の様々な実施形態においては、第２の波長は、第１の波長に近づくように選択されるが、グルコースのため、実質的には吸収性を含まない。例えば、第１の波長が、略９２０ナノメートルと略９８０ナノメートルとの間の領域にある特定の実施形態においては、第２の波長は、略８００ナノメートルと略９０５ナノメートルとの間（例えば、８７０ナノメートル、または８８０ナノメートル）の領域にあることが可能である。別の例では、特定の実施形態においては、第１の波長は、略１１６０ナノメートルであり、第２の波長は、略１１２０ナノメートルである。被検体の眼の液体および／または血液の中の他の物質の濃度を測定するために、有利には、他の波長が使用される。特定の実施形態においては、基準光ビーム３４は、瞳孔および／または虹彩の変化を補償するために使用可能な基準ビームとして使用され、したがって、装置１０を様々な光条件で使用することを可能にする。

特定の実施形態においては、光学システム３０は、少なくとも１つの光源２０から光を受け取り、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４を被検体の眼４０に向かって方向付ける。特定の実施形態においては、光学システム３０は、装置１０の中央に配置される。図２および図３は、本明細書に説明する特定の実施形態による例示的な光学システム３０を概略的に示している。図２および図３の光学システム３０は、２色性コーティング層３６、光学ガラス層３７、ホログラフィックビームスプリッタ層３８、およびカバーガラス層３９を備える。４層のこの組合せは、光学結合器として、特定の実施形態において動作する。特定の実施形態の２色性コーティング層３６は、光学ガラス層３７の少なくとも一方の表面上に貼り付けられる。特定の実施形態においては、２色性コーティング層３６は、第１の光源２１の波長に対応するか、または第２の光源２２の波長に対応する中心波長を有する。特定の実施形態の２色性コーティング層３６は、少なくとも１つの光源２０からＩＲ光の５０〜６０％は被検体の眼４０の中を通過し、少なくとも１つの光源２０からのＩＲ光の４０〜５０％はその眼に向かって９０°の角度で反射されることを可能にする。

特定の実施形態においては、ホログラフィックビームスプリッタ層３８は、光学ガラス層３７の他方の表面上にあり、カバーガラス層３９によってカバーされる。特定の実施形態のホログラフィックビームスプリッタ層３８は、第１の光源２１または第２の光源２２の波長に対応する中心波長を有する。特定の実施形態においては、ホログラフィックビームスプリッタ層３８は、中心波長を有する少なくとも１つの光源２０からの光の５０〜６０％は被検体の眼４０の中を通過し、中心波長を有する少なくとも１つの光源２０からの光の４０〜５０％はその眼に向かって２７０°の角度で反射されることを可能にする。

特定の実施形態においては、光学システム３０は、単一の２色性コーティング層３６のみを含む。例えば、特定のこのような実施形態においては、第１の光源２１および第２の光源２２は、（例えば、図２に示す可動要素またはモータ２３を作動して、第１の光源２１および第２の光源２２を移動させることによって、）間欠的に光学システム３０に向かって光を放出するために、位置を変える。特定のこのような実施形態の２色性コーティング層３６は、第１の光源２１および第２の光源２２の両方の波長のための広帯域コーティングである。

特定の実施形態においては、少なくとも１つの光源２０は、光学要素（例えば、レンズ２４、２５）を備え、それにより、測定光ビーム３２は、ほぼ平行な、実質的には平行な、またはコリメートされたビームになり、基準光ビーム３４は、ほぼ平行な、実質的には平行な、またはコリメートされたビームになる。特定の他の実施形態においては、光学システム３０は、光学要素（例えば、レンズ）を備え、それにより、測定光ビーム３２は、ほぼ平行な、実質的には平行な、またはコリメートされたビームになり、基準光ビーム３４は、ほぼ平行な、実質的には平行な、またはコリメートされたビームになる。特定の実施形態においては、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４は、互いと同じ光学経路上にある。特定の実施形態においては、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４はそれぞれ、略２ミリメートルの直径（例えば、半値全幅の直径）を有する。特定の実施形態においては、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４はそれぞれ、概して、ガウスビーム強度プロファイルを有し、実質的には円形の、または実質的には楕円形のビームスポット形状を有する。特定の実施形態においては、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４は、連続波ビームであり、特定の他の実施形態においては、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４は、パルス光ビームである。

測定光ビーム３２および基準光ビーム３４は、被検体の眼４０に向かって方向付けられ、角膜、瞳孔、および／または虹彩、眼のレンズ、および眼の液体を通過することによって、その眼に入る。２つの光ビーム３２、３４は、焦点４４において網膜４２上でほぼ焦点が合わせられる。測定光ビーム３２の一部が、網膜４２から反射され、この反射された光の逆反射部分が、同じ焦点４４から、入射測定光ビーム３２の正確な光学経路に沿って、しかし反対方向に、被検体の眼４０から外に出る。測定光ビーム３２のこの逆反射部分は、装置１０に向かって伝播し、その装置によって受け取られる。同様に、基準光ビーム３４の一部が、網膜４２から反射され、この反射された光の逆反射部分が、同じ焦点４４から、入射基準光ビーム３４の正確な光学経路に沿って、しかし反対方向に、被検体の眼４０から外に出る。基準光ビーム３４のこの逆反射部分は、装置１０に向かって伝播し、その装置によって受け取られる。

特定の実施形態における測定光ビーム３２の逆反射部分と、基準光ビーム３４の逆反射部分とのそれぞれは、眼４０の中を２回通過し、まず角膜、眼のレンズ、および液体（硝子体）を通り、次いで、網膜４２に焦点を合わせ、続いて、光学システム３０に向かって、眼の液体、レンズ、および角膜を通って逆向きに反射される。

特定の実施形態においては、測定光ビーム３２の逆反射部分と、基準光ビーム３４の逆反射部分とは、眼４０から直接、検出器システム５０によって受け取られる。特定の他の実施形態においては、光学システム３０は、眼４０から直接、測定光ビーム３２の逆反射部分と、基準光ビーム３４の逆反射部分とを受け取り、これらの逆反射部分を検出器システム５０に透過する。図２、図３、および図４によって概略的に示されるように、検出器システム５０は、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４として、同じ光学経路上に配置され、それにより、測定光ビーム３２の逆反射部分と、基準光ビーム３４の逆反射部分とは、光学システム３０の構成要素を（例えば、ビームスプリッタ層３８を）検出器システム５０へと通過する。例えば、特定の実施形態においては、測定光ビーム３２および基準光ビーム３４の逆反射部分の５０〜６０％は、ビームスプリッタ層３８を検出器システム５０へと通過することが可能である。

特定の実施形態においては、検出器システム５０は、少なくとも１つの光学要素５２（例えば、レンズ）、および少なくとも１つの光検出器５４を備える。図２、図３、および図４によって概略的に示されるように、特定の実施形態の少なくとも１つの光学要素５２は、逆反射光を受け取り、少なくとも１つの光検出器５４上に、逆反射光の焦点を合わせる。特定の実施形態の少なくとも１つの光検出器５４は、測定光ビーム３２の受け取られた逆反射部分のパワーを示す第１の信号を生成するように構成され、基準光ビーム３４の受け取られた逆反射部分のパワーを示す第２の信号を生成するように構成されている。本明細書に説明する特定の実施形態と適合する光検出器の例は、シリコン検出器、ＰｂＳ検出器、または当技術分野で知られている任意の他の種類のＩＲ検出器を含むが、これらに限定されない。

図５は、本明細書に説明する特定の実施形態による２つの光学要素５２、５６と、２つの光検出器５４、５８とを有する装置の例示的な構成を概略的に示している。光学要素５２および光検出器５４は、２つの逆反射光ビームを受け取り、光検出器５４は、それらの逆反射光ビームのパワーに対応する信号を生成するように構成されている。光学要素５６および光検出器５８は、少なくとも１つの光源２０によって生成される光の一部を受け取り、光検出器５８は、被検体の眼４０に入射する測定光ビーム３２および基準光ビーム３４のパワーに対応する信号を生成するように構成されている。特定のこのような実施形態は、入射光ビームのパワーの測定をもたらして、逆反射光ビームのパワーに比較する。少なくとも１つの光源２０、光学システム３０、および検出システム５０の他の構成もまた、本明細書に説明する特定の実施形態と適合する。

図６は、本明細書に説明する特定の実施形態による例示的な装置１０の電子回路図を概略的に示している。特定の実施形態においては、コンピューティングシステム６０は、中央処理装置（ＣＰＵ）６１（例えば、日本のＥｐｓｏｎによって製造されたＥｐｓｏｎ６２００）を備える。特定の実施形態のＣＰＵ６１は、少なくとも１つの光源２０、光学システム３０、および検出器システム５０のうちの１つまたは複数に電気的に結合されて、装置１０の動作を制御する。

特定の実施形態においては、少なくとも１つの光源２０は、図６によって概略的に示されるように、第１の光源２１と、第２の光源２２と、第１の光源２１に電気的に結合された第１の増幅器６２と、第２の光源２２に電気的に結合された第２の増幅器６３とを備える。第１の増幅器６２および第２の増幅器６３は、コンピューティングシステム６０から信号を受け取り、それに応答して、第１の光源２１および第２の光源２２を（例えば、順次に、または同時に）アクティブにする。特定の実施形態においては、少なくとも１つの光源２０はさらに、図６に概略的に示すように、可動要素２３（例えば、モータ）と、可動要素２３に電気的に結合された第３の増幅器６４とを備える。第３の増幅器６４は、コンピューティングシステム６０から信号を受け取り、それに応答して、第１の光源２１および第２の光源２２を位置決めするために、可動要素２３をアクティブにして、光を光学システム３０に透過する。

特定の実施形態においては、検出器システム５０は、図６に概略的に示すように、少なくとも１つの光検出器５４、増幅器６５、フィルタ６６、およびアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器６７を備える。例えば、特定の実施形態においては、Ａ／Ｄ変換器６７は、高速１２ビット変換器を備える。測定光ビーム３２および基準光ビーム３４の逆反射部分の検出されたパワーに対応する少なくとも１つの光検出器５４からのアナログ信号は、増幅され、フィルタリングされ、デジタル信号に変換され、コンピューティングシステム６０に伝送される。検出器システム５０が、（例えば、図５によって概略的に示されるように、）第２の光検出器５８を備える特定の実施形態においては、入射光ビームのパワーに対応する第２の光検出器５８からの信号は、同様なやり方で、増幅され、フィルタリングされ、デジタル信号に変換される。これらのデジタル信号は、次いで、本明細書にさらに説明するコンピューティングシステム６０によって使用可能である。

特定の実施形態においては、装置１０は、電源６９（例えば、リチウム電池）を回路に接続するスイッチ６８によってオンにされる。セルフチェック後、特定の実施形態のＣＰＵ６１は、ディスプレイユニット７０（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ））上に「Ｒｅａｄｙ」を表示する。特定の実施形態においては、測定を行うために、スイッチ７１がアクティブになり、それに応じて、ＣＰＵ６１が測定手順を開始する。特定の実施形態においては、ＣＰＵ６１は、第１の増幅器６２を通じて第１の光源２１を、および第２の増幅器６３を通じて第２の光源２２を順々にアクティブにし、可動要素２３が使用される特定の実施形態においては、第３の増幅器６４を通じてこのような可動要素２３をアクティブにする。眼４０から検出される測定光ビーム３２および基準光ビーム３４の逆反射部分は、少なくとも１つの光検出器５４（例えば、ＩＲ検出器）によってアナログ電圧信号に変えられ、それは、増幅器６５によって増幅され、フィルタ６６によってフィルタリングされる。このアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器６７によってデジタル形態に変換され、ＣＰＵ６１によって受け取られ、（例えば、メモリ７２内に）保存される。２つの波長に対応する測定データを受け取った後、ＣＰＵ６１は、メモリ７２（例えば、電気的消去可能プログラム可能型読取り専用メモリ、またはＥ^２ＰＲＯＭ）内に保存された較正パラメータを使用して計算される吸収レベルにより、物質（例えば、グルコース）の濃度を計算する。特定の実施形態のＣＰＵ６１はまた、計算の結果をユーザに利用可能にするように、信号をディスプレイ７０に伝送する。

眼４０内の物質が測定光ビーム３２または基準光ビーム３４の波長において無視できない吸収係数α_λを有するという理由から、光ビーム３２、３４の吸収は、（α_λχ）の指数関数に相関し、ただし、χは、眼４０内の光路長である。したがって、吸収の大きさは、

に比例し、ただし、χは、吸収媒体を通る光路長であり、α_λは、波長λにおいて測定されることになる物質（例えば、グルコース）の吸収係数である。

特定の実施形態においては、眼４０内の光路長が長いために、測定される物質（例えば、グルコース）が低い濃度であっても、吸収は大きいことがあり得る。光ビームが眼４０を２回通過するという理由から、吸収媒体内の光学経路は長く、（α_λχ）の指数関数に相関する吸収信号は、光ビームの逆反射部分を主に使用しない従来のシステムにおいてよりも、はるかに強いことになる。吸収媒体における長い光学経路を通って進む眼からの逆反射光を使用することによって、本明細書に説明する特定の実施形態は、有利には、以前に提案されたシステム全ての主な欠点を克服し、本質的には、優れた信号対雑音比を有する。特定の実施形態の装置１０は、本明細書に説明するように、非常に単純であり、優れた信号対雑音比の理由から、信号の処理もまた、単純であり、安価である。

本明細書に説明する特定の実施形態は、有利には、物質（例えば、グルコース）の濃度の測定に影響をもたらす可能性がある他のパラメータ（例えば、温度）の測定とともに、非侵襲的光学測定を使用して、被検体の血液中の物質の濃度の定量向上をもたらす。特定の実施形態においては、被検体の血液中の物質の濃度を決定する方法が、少なくとも１つの光ビームと、被検体の身体の一部との相互作用を測定するステップ、および少なくとも１つの光ビームと、被検体の身体の一部との相互作用を示す光学的に測定されたパラメータの値を計算するステップを含む。特定の実施形態の方法はさらに、被検体の身体の一部の温度に対応する１つまたは複数の温度指標パラメータの値を非侵襲的に測定するステップを含む。特定の実施形態の方法はさらに、光学的に測定されたパラメータおよび１つまたは複数の温度指標パラメータの、血液中の物質の濃度に対する経験的な相関関係にアクセスするステップを含む。特定の実施形態の方法はさらに、経験的な相関関係から血液中の物質の濃度を得るステップを含む。濃度は、光学的に測定されたパラメータの値と、１つまたは複数の温度指標パラメータの値とに対応する。

図７は、水について、および水／グルコースの混合物についての透過測定の温度依存性のグラフである。図７の測定値は、様々な温度における（四角いデータ点として示す）蒸留水、または（丸いデータ点として示す）グルコースの知られている濃度（蒸留水１デシリットル中２５０ミリグラム）を有する蒸留水のいずれかを含む経路長略２５ミリメートルのキュベットを通る波長１，１６０ナノメートルの光を透過することによって取られたものである。

図７によって示されるように、測定される近赤外線透過率は、液体の変動温度により著しく変化する。蒸留水について、および水／グルコースの混合物についての測定データ点はともに、概して、線形関数と一致可能であり、実線で図７に示している。これらの線形関数は、概して、摂氏略２度の温度によって、互いからオフセットされる。例えば、摂氏３０度の温度における蒸留水による測定透過率は、摂氏３２度の温度における水／グルコースの混合物による測定透過率とほぼ等しい。したがって、測定された近赤外線透過率だけでは、プローブされる素材のグルコース濃度を決定するには情報が十分でない。具体的には、１０ミリグラム／デシリットルまたはそれを上回る公差に対して血液中のグルコース濃度を測定するために、温度は、有利には、摂氏０．０５度またはそれを上回る精度で測定される。このような結果は、近赤外線光学測定（例えば、吸収、透過）を使用する際に、光によってプローブされる素材の温度について正確に明らかにすることの重要性を明確にして、素材中の物質（例えば、グルコース）の濃度を正確に決定する。

被検体の身体の一部がプローブされる特定の実施形態においては、プローブされる部分の温度は、温度検出器（例えば、サーモカップル、サーミスタ、赤外線検出器（例えば、サーモパイル）、または、当業者に知られている任意の他のタイプの温度計）を使用して（例えば、非侵襲的、または侵襲的のいずれかで）直接的に測定される。特定の他の実施形態においては、プローブされる部分の温度は測定されないが、その代わり、プローブされる部分の温度を示すと思われる他のパラメータ（例えば、他の温度）の測定値が使用される。例えば、被検体の眼から行われた光学測定では、被検体の眼の温度は、所望の精度でグルコース濃度を決定するために有用であることが可能である。しかし、被検体の眼の温度の測定値を得るには現実的でない場合の特定の実施形態においては、代わりに被検体の体温および周囲温度が測定可能であり、光学測定の温度依存性について明らかにするために使用可能である。

図８は、本明細書に説明する特定の実施形態による別の例示的な装置１０を概略的に示している。この例示的な装置１０は、被検体の眼から行われた光学的吸収測定とともに説明されるが、当業者は、本明細書に説明する特定の実施形態は、さらに、被検体の身体の他の部分から取られる他のタイプの近赤外線光学測定とともに使用可能であることを認識する。例えば、本明細書に説明する特定の実施形態により改良可能な他の近赤外線光学測定は、透過測定、反射測定、散乱測定、偏光測定、およびラマン測定を含むが、それらに限定されない。特定の実施形態においては、これらの測定は、眼の他に、皮膚、耳たぶ、指（皮膜、もしくは表皮）、唇、または頬を含むが、それらに限定されない被検体の身体の他の部分から取られる。

特定の実施形態においては、装置１０は、少なくとも１つの光源２０、光学システム３０、検出器システム５０、少なくとも１つの温度検出器８０、およびコンピューティングシステム６０を備える。特定の実施形態の少なくとも１つの光源２０（例えば、第１の光源２１および第２の光源２２）は、第１の波長を有する光と、第１の波長とは異なる第２の波長を有する光とを生成するように構成されている。本明細書に説明する少なくとも１つの光源２０の様々な構成は、図８の例示的な装置１０と適合する。

特定の実施形態においては、光学システム３０は、被検体の身体の一部に向かって、少なくとも１つの光ビームを方向付けるように構成されている。例えば、特定の実施形態の光学システム３０は、第１の波長を有する光の少なくとも一部を、第１のパワーを有する測定光ビーム３２として、被検体の眼４０に向かって方向付けるように構成されており、測定光ビーム３２の少なくとも一部は、被検体の網膜４２から逆反射する。特定の実施形態の光学システム３０はさらに、第２の波長を有する光の少なくとも一部を、第２のパワーを有する基準光ビーム３４として、被検体の眼４０に向かって方向付けるように構成されており、基準光ビーム３４の少なくとも一部は、被検体の網膜４２から逆反射する。特定の実施形態においては、測定光ビーム３２は、ほぼ平行なビームであり、基準光ビーム３４は、ほぼ平行なビームである。本明細書に説明する光学システム３０の様々な構成は、図８の例示的な装置１０と適合する。

特定の実施形態においては、装置１０はさらに、少なくとも１つの光ビームが、被検体の身体の部分と相互作用した後、少なくとも１つの光ビームの少なくとも一部を受け取るように、および少なくとも１つの対応する信号を生成するように構成されている検出器システム５０を備える。例えば、特定の実施形態においては、検出器システム５０は、測定光ビーム３２の逆反射部分、および基準光ビーム３４の逆反射部分を受け取るように構成されている。特定の実施形態の検出器システム５０は、測定光ビーム３２の受け取られた逆反射部分のパワーを示す第１の信号を生成することによって、測定光ビーム３２の受け取られた逆反射部分に応答するように構成されている。特定の実施形態の検出器システム５０は、基準光ビーム３４の受け取られた逆反射部分のパワーを示す第２の信号を生成することによって、基準光ビーム３４の受け取られた逆反射部分に応答するように構成されている。本明細書に説明する検出器システム５０の様々な構成は、図８の例示的な装置１０と適合する。

特定の実施形態においては、装置１０はさらに、被検体の身体の部分の温度に対応する１つまたは複数の温度指標パラメータの少なくとも１つの検出器を備え、その１つまたは複数の温度指標パラメータの測定値に対応する少なくとも１つの信号を生成するように構成されている。例えば、特定の実施形態においては、装置１０は、被検体の体温および被検体の周囲温度のうちの少なくとも一方を測定するように構成されている少なくとも１つの温度検出器８０を備える。少なくとも１つの温度検出器８０はさらに、被検体の体温および被検体の周囲温度のうちの少なくとも一方を示す少なくとも１つの信号を生成するように構成されている。特定の実施形態においては、少なくとも１つの温度検出器８０は、サーモカップル、サーミスタ、赤外線検出器（例えば、サーモパイル）、または、当業者に知られている別のタイプの温度計を備えることが可能である。特定の実施形態においては、少なくとも１つの温度検出器８０は、摂氏０．０５度またはそれを上回る精度で温度を測定する。

特定の実施形態においては、少なくとも１つの温度検出器８０は、被検体の体温および被検体の周囲温度の両方を測定するように構成されている。特定の実施形態においては、体温および周囲温度のうちの少なくとも一方の測定は、測定光ビーム３２の逆反射部分のパワーを検出すること、または基準光ビーム３４の逆反射部分を検出することと同時に行われる。特定の実施形態においては、体温および周囲温度のうちの少なくとも一方の測定は、測定光ビーム３２の逆反射部分のパワーを検出すること、および基準光ビーム３４の逆反射部分を検出することの両方と同時に行われる。

本明細書に使用する限り、用語「体温」は、被検体の身体の少なくとも一部の温度を含むが、それに限定されないその最も広い合理的な意味を有する。例えば、特定の実施形態においては、体温は、被検体の口腔温度であっても、側頭動脈もしくは前額部の温度であっても、鼓膜温度であっても、耳たぶ温度であっても、指温度であっても、皮膚温度であっても、または腋窩温｛えきかおん｝度であってもよい。特定の実施形態においては、体温は、光学測定が行われる被検体の身体の同じ部分から測定される。特定の実施形態においては、体温は、光学測定が行われる被検体の身体の一部から間隔をおいた被検体の身体の部分から測定される。本明細書に使用する限り、用語「周囲温度」は、被検体に近接する、または概して被検体を囲む領域の温度を含むが、それに限定されないその最も広い合理的な意味を有する。例えば、特定の実施形態においては、周囲温度は、被検体が位置する部屋の室温であっても、装置１０および被検体を含む領域内の温度であっても、または被検体の２メートルの範囲内の温度であってもよい。特定の実施形態の体温および周囲温度は、光学測定が行われている被検体の身体の部分の温度を示すパラメータである。したがって、特定の実施形態においては、体温および周囲温度は、光学測定が行われている被検体の身体（例えば、被検体の眼）の部分の温度についての代用として使用される。

特定の実施形態においては、装置１０はさらに、第１の信号、第２の信号、および少なくとも１つの信号を受け取るように構成されているコンピューティングシステム６０を備える。例えば、コンピューティングシステム６０は、第１の信号、第２の信号、および少なくとも１つの信号を受け取るように構成されている１つまたは複数の入力部を備える。特定の実施形態においては、コンピューティングシステム６０の１つまたは複数の入力部はまた、被検体の眼４０に入射する測定光ビーム３２のパワーを示す信号を受け取るように、および被検体の眼４０に入射する基準光ビーム３４のパワーを示す信号を受け取るように構成されている。

特定の実施形態のコンピューティングシステム６０は、少なくとも１つの光ビームと、被検体の身体の部分との相互作用を示す光学的に測定されるパラメータの値を計算するように構成されている。例えば、特定の実施形態においては、コンピューティングシステム６０は、第１のパワーと、測定光ビーム３２の逆反射部分のパワーとの第１の比を計算するように、第２のパワーと、基準光ビーム３４の逆反射部分のパワーとの第２の比を計算するように、第１の比と第２の比とによって決まるパラメータ（例えば、第１の比と第２の比との間の差、または第１の比の対数と第２の比の対数との間の差）を計算するように、および計算されたパラメータおよび少なくとも１つの信号に応答して、被検体の血液中の物質の濃度を決定するように構成されている電気回路を備える。本明細書に説明するコンピューティングシステム６０の様々な構成は、図６の例示的な装置１０と適合する。

近赤外線波長を使用して、眼の中の物質の濃度を測定する場合、水、さらに場合によっては他の物質による吸収は、測定に影響をもたらす可能性がある。所望の濃度を決定するために、本明細書に説明する特定の実施形態は、有利には、他の素材、主には水による吸収から、対象の物質による吸収を分離する。本明細書に説明する特定の実施形態は、主には水、および対象の物質（例えば、グルコース）によって吸収される１つまたは複数の波長を有する光を使用する。本明細書に説明する特定の実施形態は、第２の物質が、対象の物質によって吸収される波長の領域に近い、またはその領域と同じ波長の領域内に吸収を有することになることを考慮に入れている。

特定の実施形態においては、Ｉ_Ｏ（λ）は、（例えば、検出器システム５０によって測定される）被検体の眼４０に入射する波長λを有する光ビームのパワーとして定義され、Ｉ_Ｒ（λ）は、（例えば、検出器システム５０よって測定される）被検体の眼から受け取られる波長λを有する逆反射光ビームのパワーとして定義される。逆反射パワーＩ_Ｒ（λ）は、

と表されることが可能であり、ただし、Ｒは、測定時に逆反射パワーに影響を及ぼすパラメータ（例えば、波長λにおける網膜の反射率、瞳孔の大きさなど）を含む光学係数であり、α（λ，ｃ）は、波長λおよび濃度ｃの関数としての物質（例えば、グルコース）の吸収係数であり、χは、物質を含む素材を通る光路長である。この関係を使用して、透過率Ｔ_λを

と表すことが可能である。

物質（例えば、グルコース）の濃度に相関することになるパラメータを求めるために、水による吸収は、全吸収から分離される。波長λ_１は、物質および水の両方によって吸収される光の波長として定義され、波長λ_２は、水によって吸収されるが、物質によって吸収されない光の波長と定義される。これらの２つの波長における透過率は、

と表すことが可能であり、βは、水の吸収係数である。当業者は、他のベース（例えば、ベース１０）の対数もまた、本明細書に説明する特定の実施形態と適合することを認識するであろう。

パラメータＴ_ｆは、方程式（３）および（４）の２つの波長における透過率間の差と定義され、

と表すことが可能であり、ただし、Δβ（λ_１，λ_２）＝β（λ_１）−λ（λ_２）であり、それは一定である。

方程式（５）を導き出す際に、パラメータｌｎ（Ｒ）は、波長λ_１における透過率から、波長λ_２における透過率を減算することによって消去された。この減算は、有利には、パラメータｌｎ（Ｒ）が、λ_１およびλ_２が互いに近い（例えば、０．２マイクロメートル未満だけ異なる）場合など、λ_１からλ_２の波長領域において安定している場合に行われる。特定の実施形態においては、値Δβ（λ_１，λ_２）は、少量の雑音を測定に有するために、（例えば、２つの波長を選択して、同様の水吸収係数を有することによって）小さくなるように選択される。

特定の実施形態においては、パラメータＴ_ｆは、入射光ビームと、逆反射光ビームとの測定されたパワーから、コンピューティングシステム６０によって計算され、差Ｔ_ｆ、および他の非侵襲的に測定されたパラメータ（例えば、体温、周囲温度）の、臨床的に認められた侵襲的測定に対する以前に得た相関関係にアクセスし、その相関関係を参照することによって、物質（例えば、グルコース）の濃度に相関している。特定の実施形態においては、被検体の血液中の物質の濃度の結果的に生じる決定値は、メモリ内に保存されるか、ディスプレイ上に表示されるか、またはその両方である。

特定の実施形態においては、コンピューティングシステム６０はさらに、光学的に測定されたパラメータおよび１つまたは複数の温度指標パラメータの、血液中の物質の濃度に対する経験的な相関関係にアクセスするように構成されている。例えば、特定の実施形態においては、コンピューティングシステム６０は、人の身体（例えば、眼）から取られる同様の吸収測定値の、人の血液中の物質（例えば、グルコース）の濃度の経験的または臨床的な侵襲的測定値との１つまたは複数の以前に決定された（例えば、メモリ内に保存された）相関関係にアクセスする。

特定の実施形態においては、コンピューティングシステム６０はさらに、経験的な相関関係を使用して、被検体の血液中の物質の濃度を得るように構成されている。得られた濃度は、光学的に測定されたパラメータの値と、１つまたは複数の温度指標パラメータの値とに対応する。例えば、特定の実施形態においては、コンピューティングシステム６０は、以前に決定された相関関係を使用して、被検体の身体（例えば、眼）から取られる吸収測定値を、被検体の血液中の対象の物質の濃度と同一なものと見なすか、または相関させる。特定のこのような実施形態においては、これらの計算はまた、他の非侵襲的に測定されたパラメータ（例えば、体温、周囲温度）の、経験的または臨床的な侵襲的測定値との以前に決定された相関関係を含み、被検体の身体から取られる吸収測定値とともに、これらの他の測定されたパラメータを使用して、被検体の血液中の対象の物質の濃度を決定する。本明細書に説明する特定の実施形態において使用可能な非侵襲的に測定される温度指標パラメータの他の例は、光学測定が行われている被検体の身体（例えば、眼）の部分に近い領域内の周囲湿度および空気流を含むが、それらに限定されない。

特定の実施形態においては、相関関係の少なくとも一部が、人の血液中の物質の濃度を、光学的に測定されたパラメータ（例えば、差Ｔ_ｆ）と、他の非侵襲的に測定されたパラメータ（例えば、体温、周囲温度）とに関連付けるルックアップテーブルの形態で、装置１０のメモリ内に保存される。図９は、本明細書に説明する特定の実施形態による例示的な複数のパラメータのルックアップテーブルを概略的に示している。測定された体温、測定された周囲温度、および光学的に測定されたパラメータは、ルックアップテーブルによって示される３次元パラメータ空間内の位置に３つの座標をもたらす。この位置は、これらの３つの座標の値に対応する物質（例えば、グルコース）の濃度の以前に経験的に導き出された値を含む。図９は、３次元のパラメータ空間を概略的に示しているが、特定の他の実施形態は、４次元以上のパラメータ空間を使用する。例えば、空気流は、特定の実施形態においては、測定された体温、測定された周囲温度、測定された空気流、および光学的に測定されたパラメータの値に対応する物質の濃度の値を含むパラメータ空間内の位置を特定するために使用される４つの座標として、使用可能である。

特定の実施形態においては、相関関係の少なくとも一部が、人の血液中の物質の濃度を、差Ｔ_ｆと、他の非侵襲的に測定されたパラメータ（例えば、体温、周囲温度）との値に関連付ける１つまたは複数の式の形態で、装置１０のメモリ内に保存される。例えば、特定の実施形態においては、相関関係は、物質の濃度の推定値をもたらす非侵襲的に測定されたパラメータの経験的値間に補間する複数の線形の式として保存可能である。

特定の実施形態においては、相関関係は、研究グループのメンバの血液中の物質の濃度の侵襲的測定値の、差Ｔ_ｆの非侵襲的な測定値および他の非侵襲的に測定されたパラメータ（例えば、体温、周囲温度）との以前に行われた研究の結果である経験的な相関関係である。例えば、侵襲的測定値は、研究グループのメンバから抽出された血液サンプルのグルコース濃度測定値を含むことが可能であり、これらの侵襲的測定値は、差Ｔ_ｆの実質的に同時の非侵襲的な測定値と、研究グループのメンバから取られた他の非侵襲的に測定されたパラメータ（例えば、体温、周囲温度）と相関可能である。特定の実施形態においては、経験的研究は、濃度測定が行われることになる大集団の人を示すために選択される統計的に代表するグループの人からの測定値を含む。特定の実施形態におけるそのグループの人は、様々な年齢、体重、および様々な身体状態の男女の人（例えば、糖尿病の人、または糖尿病でない人）をともに含むことが可能である。特定の実施形態においては、経験的研究は、多種多様の状態の下、これらの人から行われる測定を含む。例えば、光学的に測定されたパラメータ、温度指標パラメータ（例えば、体温および周囲温度）、ならびに侵襲的に測定された濃度は、システムが使用されることが予測される周囲温度の領域（例えば、摂氏１６度から摂氏３６度）にわたって測定される。特定の実施形態においては、光学的に測定されたパラメータ、温度指標パラメータ、および侵襲的に測定された濃度は、侵襲的に測定された濃度の、光学的に測定された温度および温度指標パラメータとの相関関係が信頼性をもって得ることが可能な大きいデータベースをもたらすために、他の変数（例えば、一日の時間、食前および食後の間隔）の領域にわたって測定される。したがって、研究は、人の血液中の物質の、物質の濃度を示す光学的に測定されたパラメータ（例えば、差Ｔ_ｆ）および他の非侵襲的に測定されたパラメータ（例えば、体温、周囲温度）の値との相関関係をもたらすために使用可能である。特定の実施形態においては、結果として生じた相関関係の少なくとも一部を含むルックアップテーブルが、コンピュータ可読媒体（例えば、読取り専用メモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク、デジタルビデオディスク）内に保存可能である。特定の実施形態においては、結果として生じた相関関係の少なくとも一部を含む１つまたは複数の式は、コンピュータ可読媒体内に保存可能である。

特定の実施形態におけるこれらの測定の結果は、平均的な個人を代表する相関関係をもたらすように平均化される。特定の実施形態においては、グループからの値の確率分布は、十分に大きい標準偏差を有することが可能であり、個人によって著しい違いがあることを示す。特定のこのような実施形態においては、装置は、特定の被検体に個人的に較正可能であり、その人から、物質の濃度の光学的測定が行われることになる。例えば、特定の実施形態においては、被検体からの侵襲的な測定（例えば、血液飛沫グルコース測定）を使用して、物質の濃度の後続の非侵襲的な光学決定を較正する。特定の被検体からのこのような侵襲的な測定を使用して、（例えば、正規化係数を式に与えることによって、）被検体から得られた結果を平均的な相関関係に正規化することが可能である。例えば、平均的な個人から行われる予想測定が１００ｍｇ／ｄｌになるための条件の下で、被検体から行われたグルコース濃度の測定が１２０ｍｇ／ｄｌの場合、係数１．２を使用して、被検体のグルコース濃度の後続の決定を正規化することが可能である。このようにして、特定の実施形態は、有利には、濃度の周期的な非侵襲的測定をもたらし、普通なら必要になる侵襲的な測定の数を抑える。

特定の実施形態においては、使用される波長での吸収を有する追加の物質は、追加の波長での追加の測定を使用することによって、明らかにされ得る。これらの測定は、次いで、知られていない値を決定するために、前述したものと類似する追加の方程式とともに使用される。

本発明を特定の実施形態に関して説明してきたが、当業者には明らかな他の実施形態もまた本発明の範囲内にあり、それらは、本明細書に記載した特徴および利点を全て提供しているとは限らない実施形態を含む。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。

１０ 装置
２０ 光源
２１ 光源
２２ 光源
２３ 可動要素
２４ 光学要素
２５ 光学要素
２６ 広帯域光源
２７ 光学要素
２８ フィルタホイール
３０ 光学システム
３２ 測定光ビーム
３４ 基準光ビーム
３６ ２色性コーティング層
３７ 光学ガラス層
３８ ホログラフィックビームスプリッタ層
３９ カバーガラス層
４０ 被検体の眼
４２ 被検体の網膜
４４ 焦点
５０ 検出器システム
５２ 光学要素
５４ 光検出器
５６ 光学要素
５８ 光検出器
６０ コンピューティングシステム
６１ ＣＰＵ
６２ 増幅器
６３ 増幅器
６４ 増幅器
６５ 増幅器
６６ フィルタ
６７ Ａ／Ｄ変換器
６８ スイッチ
６９ 電源
７０ ディスプレイ
７１ スイッチ
７２ メモリ
８０ 温度検出器

Claims (28)

1. 被検体の血液中の物質の濃度を決定する方法において、
   第１の波長および第１のパワーを有する測定光ビームにより、前記被検体の眼を非侵襲的に照射するステップであって、前記測定光ビームの少なくとも一部が前記眼の網膜から逆反射されることによって、前記第１の波長を有する測定逆反射光ビームを生じさせる、ステップと、
   第２の波長および第２のパワーを有する基準光ビームにより、前記被検体の前記眼を非侵襲的に照射するステップであって、前記第２の波長は前記第１の波長とは異なり、前記基準光ビームの少なくとも一部が前記眼の前記網膜から逆反射されることによって、前記第２の波長を有する基準逆反射光ビームを生じさせる、ステップと、
   前記被検体の体温および前記被検体の周囲温度のうちの少なくとも一方を測定するステップと、
   前記測定逆反射光ビームのパワーを検出するステップと、
   前記基準逆反射光ビームのパワーを検出するステップと、
   前記測定逆反射光ビームの検出されたパワーと、前記第１のパワーとの測定比を計算するステップと、
   前記基準逆反射光ビームの検出されたパワーと、前記第２のパワーとの基準比を計算するステップと、
   前記測定比と前記基準比とによって決まるパラメータを計算するステップと、
   計算された前記パラメータと、前記体温および前記周囲温度のうちの少なくとも一方とに応答して、前記被検体の血液中の前記物質の濃度を決定するステップと
   を含む方法。
2. 前記物質はグルコースを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記測定光ビームは、ほぼ平行な光ビームであり、前記基準光ビームは、ほぼ平行な光ビームである、請求項１に記載の方法。
4. 前記測定光ビームおよび前記基準光ビームは、互いに実質的に平行である、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１の波長および前記第２の波長は、近赤外線波長である、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１の波長は、略９２０ナノメートルと略９８０ナノメートルとの間の領域にあり、前記第２の波長は、略８００ナノメートルと略９０５ナノメートルとの間の領域にある、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１の波長および前記第２の波長は、０．２マイクロメートル未満だけ異なる、請求項１に記載の方法。
8. 前記体温および前記周囲温度のうちの少なくとも一方を測定するステップは、前記体温および前記周囲温度の両方を測定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 人の血液中の前記物質の濃度の、前記パラメータの値と、前記人の体温および前記人の周囲温度のうちの少なくとも一方の値とに対する相関関係にアクセスするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記相関関係にアクセスするステップは、人の血液中の前記物質の前記濃度を、前記パラメータの値と、前記人の体温および前記人の周囲温度のうちの前記少なくとも一方の値とに関連付けるルックアップテーブルにアクセスするステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記相関関係にアクセスするステップは、人の血液中の前記物質の前記濃度を、前記パラメータの値と、前記人の体温および前記人の周囲温度のうちの前記少なくとも一方の値とに関連付ける１つまたは複数の式にアクセスするステップを含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記パラメータは、前記測定比と前記基準比との間の差、または前記測定比の対数と前記基準比の対数との間の差である、請求項１に記載の方法。
13. 前記検出器システムは、前記測定光ビームおよび前記基準光ビームの前記逆反射光部分を主に受け取り、前記被検体の眼から他の反射を受け取らないようにする、請求項１に記載の方法。
14. 被検体の血液中の物質の濃度を測定するための装置において、
    第１の波長を有する光を生成し、また、第２の波長を有する光を生成する少なくとも１つの光源であって、前記第２の波長は前記第１の波長とは異なる、少なくとも１つの光源と、
    前記第１の波長を有する前記光の少なくとも一部を、第１のパワーを有する測定光ビームとして、前記被検体の眼に向かって方向付ける光学システムであって、前記測定光ビームの少なくとも一部が前記被検体の網膜から逆反射し、該光学システムは、前記第２の波長を有する前記光の少なくとも一部を、第２のパワーを有する基準光ビームとして、前記被検体の眼に向かって方向付け、前記基準光ビームの少なくとも一部が前記被検体の網膜から逆反射する、光学システムと、
    前記測定光ビームの逆反射部分と、前記基準光ビームの逆反射部分とを受け取る検出器システムであって、前記測定光ビームの受け取られた逆反射部分のパワーを示す第１の信号を生成することによって、前記測定光ビームの受け取られた逆反射部分に応答し、前記基準光ビームの受け取られた逆反射部分のパワーを示す第２の信号を生成することによって、前記基準光ビームの受け取られた逆反射部分に応答する、検出器システムと、
    前記被検体の体温および前記被検体の周囲温度のうちの少なくとも一方を測定し、前記体温および前記周囲温度のうちの少なくとも一方を示す少なくとも１つの信号を生成する少なくとも１つの温度検出器と、
    前記第１の信号、前記第２の信号、および前記少なくとも１つの信号を受け取るコンピューティングシステムであって、前記第１のパワーと、前記測定光ビームの受け取られた逆反射部分のパワーとの第１の比を計算し、前記第２のパワーと、前記基準光ビームの受け取られた逆反射部分のパワーとの第２の比を計算し、前記第１の比と前記第２の比とによって決まるパラメータを計算し、計算された前記パラメータと、前記少なくとも１つの信号とに応答して、前記被検体の血液中の前記物質の濃度を決定する、コンピューティングシステムと
    を備える装置。
15. 前記物質はグルコースを含む、請求項１４に記載の装置。
16. 前記測定光ビームは、前記基準光ビームに実質的に平行である、請求項１４に記載の装置。
17. 前記第１の波長および前記第２の波長は、近赤外線波長である、請求項１４に記載の装置。
18. 前記第１の波長は、略９２０ナノメートルと略９８０ナノメートルとの間の範囲内にあり、前記第２の波長は、略８００ナノメートルと略９０５ナノメートルとの間の範囲内にある、請求項６に記載の装置。
19. 前記第１の波長および前記第２の波長は、０．２マイクロメートル未満だけ異なる、請求項１４に記載の装置。
20. 前記コンピューティングシステムは、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、およびディスプレイを備える、請求項１４に記載の装置。
21. 前記メモリは、人の血液中の前記物質の濃度の、前記パラメータの値と、前記人の体温および前記人の周囲温度のうちの前記少なくとも一方の値とに対する相関関係を含む、請求項２０に記載の装置。
22. 前記相関関係は、人の血液中の前記物質の濃度を、前記パラメータの値と、前記人の体温および前記人の周囲温度のうちの前記少なくとも一方の値とに関連付けるルックアップテーブルを含む、請求項２１に記載の装置。
23. 前記相関関係は、人の血液中の前記物質の濃度を、前記パラメータの値と、前記人の体温および前記人の周囲温度のうちの少なくとも一方の値とに関連付ける１つまたは複数の式を含む、請求項２１に記載の装置。
24. 前記パラメータは、前記第１の比と前記第２の比と間の差、または前記第１の比の対数と前記第２の比の対数との間の差である、請求項１４に記載の装置。
25. 被検体の血液中の物質の濃度を測定するためのコンピューティングシステムにおいて、
    被検体の眼に入射する測定光ビームの第１のパワーを示す第１の信号であって、前記測定光ビームは第１の波長を有する、第１の信号、
    前記被検体の眼に入射する基準光ビームの第２のパワーを示す第２の信号であって、前記基準光ビームは、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する、第２の信号、
    前記被検体の網膜から逆反射される前記測定光ビームの一部の第３のパワーを示す第３の信号、
    前記被検体の網膜から逆反射される前記基準光ビームの一部の第４のパワーを示す第４の信号、ならびに
    前記被検体の体温および前記被検体の周囲温度のうちの少なくとも一方を示す少なくとも１つの信号
    を受け取るように構成されている１つまたは複数の入力部と、
    前記第１のパワーと前記第３のパワーとの第１の比を計算し、前記第２のパワーと前記第４のパワーとの第２の比を計算し、前記第１の比と前記第２の比とによって決まるパラメータを計算し、計算された前記パラメータと、前記被検体の体温および前記被検体の周囲温度のうちの少なくとも一方とに応答して、前記被検体の血液中の前記物質の濃度を決定するように構成されている電気回路と
    を備えるコンピューティングシステム。
26. 人の血液中の前記物質の濃度を、前記パラメータの値と、前記人の体温および前記人の周囲温度のうちの少なくとも一方の値とに関連付けるルックアップテーブルをさらに備える、請求項２５に記載のコンピューティングシステム。
27. 人の血液中の前記物質の濃度を、前記パラメータの値と、前記人の体温および前記人の周囲温度のうちの前記少なくとも一方の値とに関連付ける１つまたは複数の式をさらに含む、請求項２５に記載のコンピューティングシステム。
28. 前記パラメータは、前記第１の比と前記第２の比との間の差、または前記第１の比の対数と前記第２の比の対数との間の差である、請求項２５に記載のコンピューティングシステム。

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