JP2011522214A - 被験領域、特に生体組織内の被験領域における物質濃度を示す信号を収集する方法および測定器 - Google Patents

Abstract

分光試験信号の生成方法は、検査対象の生体組織領域に光を照射し、検査対象の組織領域からの反射光を分光計装置に誘導し、分光計装置を用いて、反射光を波長と対応させることにより反射光の強度を示す測定信号を生成し、任意の時間（ｔ）にわたって検査対象の組織領域の温度を冷却又は加熱することにより能動的に変化させ、かつ組織領域の異なる温度に対するスペクトルを記録することにより測定を実行し、異なる組織温度に対して連続的に検出されるスペクトルから、温度により誘発されるスペクトルの変化を決定し、相関システムに基づいて変化から組織領域内の選択した物質の濃度を計算する。
【選択図】なし

Description

本発明は、特に生体組織領域における物質濃度に関する情報を示す信号を確定する方法および測定器に関する。

対象の組織領域に対して可動式分光計を動作させ、この可動式分光計により組織からの反射光のスペクトルを記録することにより主要組織を分析する測定方法が公知である。この方法によれば、記録したスペクトルによって検査対象の組織領域に存在する様々な物質を検出可能である。

本発明の目的は、分光測定により、組織領域、詳細には毛管系内の所定の物質を検出し、更に、詳細には検出した物質の量又は濃度に関するより包括的な情報が得られるような試験結果を得るための問題解決方法を提供することである。

本発明によれば、上述の目的は、検査対象の生体組織領域に光を照射し、検査対象の組織領域からの反射光を分光計装置に誘導し、分光計装置を用いて、反射光を波長と対応させることにより反射光の強度を示す試験信号を生成し、任意の時間（Ｔ）にわたって検査対象の組織領域の温度を冷却又は加熱することにより能動的に変化させ、かつ組織領域の異なる温度に対するスペクトルを記録することにより測定を実行し、異なる組織温度に対して連続的に検出されるスペクトルから、温度により誘発されるスペクトルの変化を決定し、決定した変化から組織領域内の選択した物質の濃度を計算する、分光試験信号の生成方法により達成できる。

したがって、有利なことには、検査対象の組織領域に対して複数のスペクトルを相対的に速い速度で連続生成可能であり、生成されるスペクトルの各々は、能動的に誘発した温度変化によって、検出する物質の濃度を決定するのに十分な差異（「歪み」）を有する。

本発明の特に好ましい実施の形態によれば、光を照射することにより検査対象の組織領域の温度を能動的に変化させる。この光は好ましくは放熱器、詳細には加熱光源により生成する。この点において、血液成分の検出には詳細には近赤外領域の光が望ましい。

適切に形成された光源によって発生するこのような加熱光を、詳細には集光レンズシステムを用いて、組織内の反射光スペクトルの生成に関連する部分のみを局所的に加熱するよう組織に入射させることが可能である。

毎回記録されるスペクトルに対応する組織温度値は、詳細には加熱相の範囲内で発生する流入エネルギにより計算又は測定してもよい。温度は、詳細には記録したスペクトルにおける所定のスペクトル領域を直接評価して測定してもよい。

検査対象の組織領域又は試料は、好ましくはパルスにより加熱する。パルスの間隔は、連続する加熱パルス内で検査対象の組織領域を連続加熱できるよう決定してもよい。好ましくは、対応するスペクトルは各加熱パルスの直後に検出し、電子データ処理により記憶する。

本発明によるスペクトルの物質濃度を決定するための熱歪を可能な限り大きくするために、詳細には測定の開始時に、検査対象の組織領域を能動的に冷却してもよい。この能動的な冷却は、例えば分光計装置に直接設けられる冷却装置により行ってもよい。本発明によれば、濃度を決定するために最大限の数のスペクトルを記録する工程は好ましくは２７３〜３１５Ｋの温度範囲で実行される。

本発明は、用途を主要組織における物質濃度の決定に制限するものではない。能動的に熱歪を誘発させることにより物質濃度を示す値を決定する本発明の方法はまた、詳細には物質濃度のインビトロ分析において、その他の試料に対して実行してもよい。

本発明の更なる詳細および特徴は、以下の説明および図面に基づく。

図１は、本発明による、検査対象の組織領域を各時間で段階的に加熱して物質スペクトルを連続生成する測定アセンブリを示す概略図である。 図２は、物質の異なる組織温度に対する吸収率の変化を示すグラフである。 図３は、検査対象の組織領域の温度を連続的に上昇させて、濃度を示すスペクトルを能動的に変化させた際のグラフである。

図１は、分光試験信号を生成する測定アセンブリを非常に簡略化した図である。測定アセンブリは好ましくはＬＥＤ光源からなる光源１と、図示を目的としてプリズムのみとして示す受信システム２を備え、これにより試料Ｐからの光Ｌ１を検出できる。受信システム２は、反射光Ｌ１を波長に対応させることにより反射光Ｌ１の強度を示す試験信号を生成する分光計装置を備える。本発明による測定アセンブリにおいては、十分に長い時間をかけて試料Ｐを徐々に加熱し、この試料Ｐの加熱中に複数のスペクトルを記録する。

異なる組織温度に対して連続的に記録したスペクトルにより、相関的方法に基づいて所定の物質の濃度が計算できる。

上述のような所定の物質の濃度は、検査した系全体における所定物質の光学密度の変化における温度依存性は、その系全体における物質濃度にも依存するという現象を用いて計算する。

系全体に含まれる物質が加熱又は冷却されると、吸収幅は、詳細には赤外領域内および近傍で温度によって変化する。本発明によれば、この作用を用いて物質を定量化する。本発明によれば、検出対象の物質を含む検査対象の組織を加熱し、同時に、吸収スペクトルを測定する。

吸収率Ａは以下より求める。

Ａ＝ｃρπｒ²ＴＪ^-1ｙ^-1
この場合、ρ＝Ｓの密度、ｃ＝Ｓの比熱、ｒ＝物質断面積、Ｔ＝温度、Ｊ＝試料の熱量、ｙ＝冷却定数である。

周期的に加熱を実行および停止すると、以下が得られる。

Ａ＝ｃρπｒ²Ｊ^-1（ｄＴ／ｄｔ）
以上により、物質Ｓの温度に依存した振幅変化が得られる。この振幅変化は、既知量の熱が加えられた際の物質濃度を直接的に示す。

物質が混合物に含まれる場合はｄＴ／ｄｔを変更することにより、すなわち周波数およびＴを変更することにより、Ｓの濃度を決定できる。

Claims (12)

1. 分光試験信号の生成方法であって、
   検査対象の生体組織領域に光を照射し、
   前記検査対象の組織領域からの反射光を分光計装置に誘導し、
   前記分光計装置を用いて、前記反射光を波長と対応させることにより前記反射光の強度を示す測定信号を生成し、
   任意の時間（ｔ）にわたって前記検査対象の組織領域の温度を冷却又は加熱することにより能動的に変化させ、かつ前記組織領域の異なる温度に対するスペクトルを記録することにより前記測定を実行し、
   異なる組織温度に対して連続的に検出される前記スペクトルから、温度により誘発される前記スペクトルの変化を決定し、相関システムに基づいて前記変化から前記組織領域内の選択した物質の濃度を計算することを特徴とする方法。
2. 光を照射することにより前記組織領域を加熱することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記光を加熱光源により生成することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記加熱光を、前記加熱光が前記組織領域の限られた部分を加熱するよう前記組織領域に照射することを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記反射光スペクトルから、前記組織温度に特有のスペクトル領域を抽出し、前記スペクトル領域に基づいて温度値を計算することを特徴とする請求項１〜４のうち少なくとも１項に記載の方法。
6. 前記組織領域をパルスにより加熱することを特徴とする請求項１〜５のうち少なくとも１項に記載の方法。
7. 前記組織領域の加熱は複数の工程により実行することを特徴とする請求項１〜６のうち少なくとも１項に記載の方法。
8. 各加熱工程に対して前記反射光のスペクトルを記録することを特徴とする請求項１〜７のうち少なくとも１項に記載の方法。
9. 前記組織領域を冷却ヘッドにより冷却することを特徴とする請求項１〜８のうち少なくとも１項に記載の方法。
10. 前記組織領域をまず冷却し、その後加熱することを特徴とする請求項１〜９のうち少なくとも１項に記載の方法。
11. 連続的に決定されるスペクトルを記録するため、前記強度又は光学密度および前記組織温度を含む、各分解波長値に関するデータを含むデータフィールドを設定することを特徴とする請求項１〜１０のうち少なくとも１項に記載の方法。
12. 記憶装置および評価回路を備える可動式分光計であって、
    検査対象の生体組織領域に光を照射し、前記検査対象の組織領域からの反射光を分光計装置に誘導し、
    前記反射光を波長に対応させることにより前記反射光の強度を示す測定信号を前記分光計装置により生成し、
    前記検査対象の組織領域を加熱する加熱装置を更に備え、
    異なる組織加熱温度に対して複数のスペクトルを記録するように測定を行うことができるように構成されていることを特徴とする分光計。

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