JP2012529349A - 血中代謝物濃度の非侵襲的監視 - Google Patents
血中代謝物濃度の非侵襲的監視 Download PDFInfo
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Abstract
【選択図】 図9
Description
[0063]以下は、図4のセンサアレイ143を有するグルコース監視装置140を使用して得られる実験結果を説明するための例である。この実験で使用するすべてのセンサは、使い捨てバイオパック(BIOPAC)(登録商標)電極(バイオパック(登録商標)は、BIOPAC Systems Inc., Goleta, Caの登録商標)であり、各電極の直径は10.5mmであった。図10は、この実験で使用するセンサアレイ143の概略側面図である。本明細書に記載するように、センサアレイ143内の各電極には、番号(1〜8)を割り当てた。センサアレイ143は、電極間の(中心間)距離がXとなり、電極1の中心から電極8の中心までの距離が7Xとなる(電極間の間隙が等しい)ように構成した。この例では、計測値は、1つの電流送り出し電極、1つの電流受け取り電極及び2つの電圧検知電極を含む4つの電極の組を使用して得た。図11は、実験中に使用する9つの検査パターン(A〜I)を示す表である。図11に示すように、エントリ「A」は、電流送り出し電極を示し、エントリ「B」は、電流受け取り電極を示し、エントリ「M」及び「N」は、電圧検知電極を示す。すべての構成において、電流送り出し電極「A」は、電流受け取り電極「B」と交換可能であることが理解される。したがって、この説明のために、電流送り出し電極「A」及び電流受け取り電極「B」両方を、「電流搬送電極A及びB」と称する。
[0066]図12は、計測された組織体積及びその計測されたインピーダンスの概念モデルを示す。このモデルにおいて、ZAは、パターンAのインピーダンス計測値及び計測された体積を表し、ZEは、パターンEのインピーダンス計測値及び計測された体積を表す。この検査において、パターンEにおける電極間の距離は、パターンAにおける電極間の距離の2倍である(2X対X)。したがって、ZAの効果をZEから除去する(ZAとZEの差を求める)と、Z1は、ZAと直列のZAと等しくなり、したがって、Z1=ZA+ZA(下記の式1)となる。ZEは、Z1及びZ2の並列接続であり、並列接続の式は、ZE=(Z1Z2)/(Z1+Z2)である。Z1を代入すると、ZE=(ZA+ZA)*Z2/((ZA+ZA)+Z2)となり、式中、Z1は、表面から深さXまでの組織のインピーダンス値であり、Z2は、深さXから深さ2Xまでの組織のインピーダンス値である。ある検査においては、Xは、約11.75ミリメートル(mm)であった。組織体積除去の目標は、Z1の効果をZEから除去することなので、式2をZEの式(上記)から導出し、Z2の値を求めた。
[0067] Z1=ZA+ZA (式1)
[0068] Z2=Z1ZE/(Z1−ZE) (式2)
[0071]患者の表皮層からの読み取り値と真皮層又は皮下層のいずれかからの読み取り値の差を求めるために、検査をさらに実施した。センサアレイ143を使用して、電磁インピーダンス読み取り値を、140mmol/Lの標準塩化ナトリウム溶液から計測した。塩化ナトリウム溶液の体積が同質であると仮定し、単一の周波数において種々の電極対(図11)によって計測された体積間の関係を、以下のように実験で導出した。
[0072] ZI=kIGZG=kICZC (式3)
[0073] ZG=kGCZC (式4)
[0074]式中、Zは、計測されたパターン(I、G、C)のインピーダンスであり、kIG、kIC及びkGCは、140mmol/Lの標準塩化ナトリウム溶液を使用して算出した。これらの実験で導出された関係が動物組織に当てはまるかどうか検査するために、2種類の検査を行った。検査Aは、厚さ35mmの動物筋肉組織について行い、ここで、同質の筋肉組織のk値は、塩化ナトリウム検査(上記)と一貫させた。検査Bは、検査Aと同じ動物筋肉組織の上に置いた厚さ1.35mmの動物皮膚組織の片により行われた。式3を用いると、インピーダンスZIは、インピーダンスZG及びZCとは「異な」った。式4を用いると、インピーダンスZGは、インピーダンスZCとは「異ならな」かった。電磁インピーダンス(Z)は、計測された電磁インピーダンスの差が10%を超える場合に、「異なる」と考察した。検査Bにおいて、計測された電磁インピーダンスの振幅の差は、以下の通りとなった。
[0076]2)ZIとZCのパーセント差 約37%、及び
[0077]3)ZGとZCのパーセント差 約7%。
[0079]組織体積判別及び組織体積除去が別々に可能であると判断した後に、体積判別及び除去(VDR)を実施することが可能である。このアプローチには、VDRアプローチごとに4つの電磁インピーダンス読み取り値を計測することが含まれていた。具体的には、2つの電磁インピーダンス読み取り値を、上側の体積(すなわち、表皮)から計測することができ、一方で、2つの電磁インピーダンス読み取り値を下側の体積(すなわち、真皮又は皮下)から計測することができる。上記で詳述した異なる組織体積の同定の後、体積間の差を表す電磁インピーダンス値を算出するために、4つの計測値を等価回路モデルにおいて使用することができる。一実施形態において、4つの計測値のうちの2つは、浅い体積(動物皮膚組織)からのもので、別の2つは、深い体積(動物皮膚組織&動物筋肉組織)からのものである。等価回路モデルを図14に示したが、このモデルは、従来の交流(AC)ブリッジモデルに似ており、そこでは、インピーダンスは、0又は零の読み取り値(D)にわたって「平衡にされ」る。図14において、一実施形態によれば、電磁インピーダンスZJ、ZMは、浅い体積(動物皮膚組織)を表し、電磁インピーダンスZK、ZLは、合計体積(すなわち、浅い/深い体積)を表す。ACブリッジモデルから、以下の等価回路モデル式を導出した。
[0081]式中、「D」は、浅い体積と深い体積の差を表す電磁インピーダンス値である。Dを0の値に設定し、浅い体積及び深い体積の電磁インピーダンスを計測することによって、インピーダンス値間の割合が求められる。別の実施形態において、ZJ、ZK、ZL及びZMは、それぞれ、2つ以上の体積からの電磁インピーダンスを表すことができる。例えば、ZJは、患者の表皮層及び真皮層についての電磁インピーダンスデータを表すことができ、一方でZKは、患者の真皮層及び表皮層についての電磁インピーダンスデータを表すことができる。この場合、インピーダンス読み取り値(ZJ、ZK)を判別することが、差Dを求めるためにさらに必要である。この場合、インピーダンス値ZJ及びZKは、成分(すなわち、実部及び虚部)に分けることができ、判別を行うことができる。
[0084] ZK=ZJ*(Z1*ZE+Z1−ZE)/(Z1−ZE−Z1*ZE)。
Claims (81)
- センサアレイで、複数の電磁インピーダンス読み取り値を、患者の表皮層及び前記患者の真皮層又は皮下層のいずれかから、前記読み取り値間の差が閾値を超えるまで繰り返し計測するステップと、
前記差を表すインピーダンス値を、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用して算出するステップと、
前記患者の血中代謝物濃度を、前記インピーダンス値及び血中代謝物濃度アルゴリズムから測定するステップであって、前記血中代謝物濃度アルゴリズムは、前記患者の血中代謝物濃度データ対電磁インピーダンスデータ値の対応を含む、ステップと
を含む方法。 - 前記患者の前記血中代謝物濃度及び前記患者の既知の血中代謝物濃度に基づいて前記センサアレイを較正するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記血中代謝物濃度がグルコース濃度である、請求項1に記載の方法。
- 前記個人調整因子データが、前記患者の体重、前記患者の性別、前記患者の体脂肪率、前記患者の心拍数、患者の年齢、及び患者の人種のうちの少なくとも1つに関する情報を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記表皮層から繰り返し計測する前記ステップが、前記患者の1グルコースサイクル以内に実施される、請求項1に記載の方法。
- 前記患者の前記真皮層又は前記皮下層の前記いずれかから繰り返し計測する前記ステップが、前記患者の1グルコースサイクル以内に実施される、請求項1に記載の方法。
- 繰り返し計測する前記ステップが、前記複数の電磁インピーダンス読み取り値を、前記表皮層から連続して計測するサブステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記センサアレイが、少なくとも8個のセンサを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記患者の前記血中代謝物濃度をディスプレイに表示するステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。
- 前記等価回路モデルが、
D=((ZK/(ZJ+ZK))−(ZM/(ZM+ZL))
(式中、ZJは、前記表皮層からの第1の電磁インピーダンス読み取り値であり、ZMは、前記表皮層からの第2の電磁インピーダンス読み取り値であり、ZKは、前記真皮層又は前記皮下層の前記いずれかからの第1の電磁インピーダンス読み取り値であり、ZLは、前記真皮層又は前記皮下層の前記いずれかからの第2の電磁インピーダンス読み取り値であり、Dは、前記差を表す前記インピーダンス値である)
を有する等価回路式を含む、請求項1に記載の方法。 - 複数の電磁インピーダンス読み取り値を、患者の表皮層及び前記患者の真皮層又は皮下層のいずれかから、前記読み取り値間の差が閾値を超えるまで繰り返し計測するセンサアレイと、
前記差を表すインピーダンス値を算出する計算器であって、前記算出が、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用することを含む、計算器と、
前記患者の血中代謝物濃度を、前記インピーダンス値及びグルコースアルゴリズムから測定する測定器と
を備える、血中代謝物濃度監視システム。 - 電磁信号を生成し、前記電磁信号を前記センサアレイに送信する信号生成器をさらに備える、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記電磁信号を分析し、前記電磁インピーダンス読み取り値を生成する信号分析器をさらに備える、請求項12に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記計算器及び前記測定器が、前記センサアレイと無線接続されている、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- ディスプレイをさらに備える、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記ディスプレイが、前記計算器、前記測定器、又は前記センサアレイのうちの少なくとも1つと無線接続されている、請求項15に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記計算器が、ナイキスト方法又はニューラルネットワーク方法の少なくとも一方を使用して、前記差を表す前記インピーダンス値を算出する、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記電磁インピーダンス読み取り値を、約10Hz〜10MHzの周波数で得る、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記患者の前記血中代謝物濃度及び前記患者の既知の血中代謝物濃度に基づいて前記センサアレイを較正する較正器をさらに備える、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記血中代謝物濃度がグルコース濃度である、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記センサアレイが、前記複数の電磁インピーダンス読み取り値を、前記患者の1グルコースサイクル以内に繰り返し計測する、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記センサアレイが、少なくとも8個のセンサを含む、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記少なくとも8個のセンサが、実質的に直線状に配列されている、請求項22に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記血中代謝物濃度アルゴリズムが、前記患者の血中代謝物濃度データ対電磁インピーダンスデータ値の対応を含む、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記患者の前記表皮層及び前記真皮層又は前記皮下層のいずれかからの前記複数の電磁インピーダンス読み取り値間の前記差を、前記閾値と比較する比較器をさらに備える、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記センサアレイが、銀/塩化銀(Ag/AgCl)、白金及び炭素からなる群から選択される導電材料で形成された複数の電極を含む、請求項11に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記複数の電極が、前記患者の前記表皮層に、直線状の配列に位置する電流送り出し電極、電流検知電極、及び6つの電圧検知電極を含む、請求項26に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 実行時に、
患者の表皮層及び前記患者の真皮層又は皮下層のいずれかに関する複数の電磁インピーダンス読み取り値を得ること、
前記電磁インピーダンス読み取り値を比較して、差を求めること、
前記差を表すインピーダンス値を、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用して算出すること、並びに
前記患者の血中代謝物濃度を、前記インピーダンス値、及び前記患者の血中代謝物濃度データ対電磁インピーダンスデータ値の対応を含む血中代謝物濃度アルゴリズムから測定すること
を実行する、コンピュータ可読媒体に格納されたプログラム製品。 - 前記患者の前記血中代謝物濃度及び前記患者の既知の血中代謝物濃度に基づいてセンサアレイを較正する命令を出すことをさらに実行する、請求項28に記載のプログラム製品。
- 前記血中代謝物濃度がグルコース濃度である、請求項28に記載のプログラム製品。
- 前記個人調整因子データが、前記患者の体重、前記患者の性別、前記患者の体脂肪率、前記患者の心拍数、患者の年齢、及び患者の人種のうちの少なくとも1つに関する情報を含む、請求項28に記載のプログラム製品。
- 前記血中代謝物濃度をディスプレイに表示する命令を出すことをさらに実行する、請求項28に記載のプログラム製品。
- 前記等価回路モデルが、
D=((ZK/(ZJ+ZK))−(ZM/(ZM+ZL))
(式中、ZJは、前記表皮層からの第1の電磁インピーダンス読み取り値であり、ZMは、前記表皮層からの第2の電磁インピーダンス読み取り値であり、ZKは、前記真皮層又は前記皮下層の前記いずれかからの第1の電磁インピーダンス読み取り値であり、ZLは、前記真皮層又は前記皮下層の前記いずれかからの第2の電磁インピーダンス読み取り値であり、Dは、前記差を表す前記インピーダンス値である)
を有する等価回路式を含む、請求項28に記載のプログラム製品。 - 前記電磁インピーダンス読み取り値が、センサアレイから得られる、請求項28に記載のプログラム製品。
- 患者の血中代謝物濃度を、前記患者から計測された複数の電磁インピーダンス読み取り値に基づいて、前記患者の単一の血中代謝サイクル以内で測定するデバイス
を備える血中代謝物監視システム。 - 前記複数の電磁インピーダンス読み取り値を、前記患者から非侵襲的に計測するセンサアレイをさらに備える、請求項35に記載の血中代謝物監視システム。
- 前記患者の前記血中代謝物濃度及び前記患者の既知の血中代謝物濃度に基づいて前記センサアレイを較正する較正器をさらに備える請求項36に記載の血中代謝物監視システム。
- 電磁信号を前記センサアレイに送信する信号生成器であって、前記電磁信号は、前記患者からの前記複数の電磁インピーダンス読み取り値の前記計測に使用される、信号生成器をさらに備える、請求項36に記載の血中代謝物監視システム。
- 前記電磁インピーダンス読み取り値が、前記患者の表皮層及び前記患者の真皮層又は皮下層のいずれかから計測される、請求項35に記載の血中代謝物監視システム。
- 前記デバイスが、
複素インピーダンス値を、前記複数の電磁インピーダンス読み取り値から算出する計算器と、
前記患者の前記血中代謝物濃度を、前記複素インピーダンス値及び血中代謝物アルゴリズムに基づいて測定する測定器と
を備える、請求項35に記載の血中代謝物監視システム。 - 前記計算器が、前記複素インピーダンス値を、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用して算出する、請求項40に記載の血中代謝物監視システム。
- 前記デバイスが、前記複数の電磁インピーダンス読み取り値間の差を閾値と比較する比較器を備える、請求項35に記載の血中代謝物監視システム。
- 前記デバイスが、前記差を表す複素インピーダンス値を算出する計算器であって、前記算出が、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用することを含む、計算器を備える、請求項42に記載の血中代謝物監視システム。
- 信号を、前記比較器と前記計算器の間で無線送信する送信器をさらに備える、請求項43に記載の血中代謝物監視システム。
- 前記血中代謝物濃度がグルコース濃度である、請求項35に記載の血中代謝物監視システム。
- 患者の血中代謝物濃度を監視する方法であって、
患者の血中代謝物濃度を、前記患者から計測された複数の電磁インピーダンス読み取り値に基づいて、前記患者の単一の血中代謝サイクル以内で測定するステップを含む方法。 - 前記複数の電磁インピーダンス読み取り値が、前記患者からセンサアレイを使用して非侵襲的に計測される、請求項46に記載の方法。
- 前記患者の前記血中代謝物濃度及び前記患者の既知の血中代謝物濃度に基づいて前記センサアレイを較正するステップをさらに含む、請求項47に記載の方法。
- 前記測定ステップが、信号生成器を使用して電磁信号を前記センサアレイに送信するサブステップであって、前記電磁信号は、前記患者からの前記複数の電磁インピーダンス読み取り値の前記計測に使用される、サブステップを含む、請求項47に記載の方法。
- 前記電磁インピーダンス読み取り値が、前記患者の表皮層及び前記患者の真皮層又は皮下層のいずれかから計測される、請求項46に記載の方法。
- 前記測定ステップが、
複素インピーダンス値を、前記複数の電磁インピーダンス読み取り値から算出するサブステップと、
前記患者の前記血中代謝物濃度を、前記複素インピーダンス値及び血中代謝物アルゴリズムに基づいて測定するサブステップと
を含む、請求項46に記載の方法。 - 前記計算器が、前記複素インピーダンス値を、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用して算出する、請求項51に記載の方法。
- 前記測定ステップが、前記複数の電磁インピーダンス読み取り値間の差を閾値と比較するサブステップを含む、請求項46に記載の方法。
- 前記測定ステップが、前記差を表す複素インピーダンス値を算出するサブステップであって、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用することを有するサブステップを含む、請求項53に記載の方法。
- 前記血中代謝物濃度がグルコース濃度である、請求項46に記載の方法。
- 実行時に、
患者の血中代謝物濃度を、前記患者から集められた複数の電磁インピーダンス読み取り値に基づいて、前記患者の単一の血中代謝サイクル以内で測定すること
を実行する、コンピュータ可読媒体に格納されたプログラム製品。 - 前記複数の電磁インピーダンス読み取り値が、前記患者からセンサアレイを使用して非侵襲的に集められる、請求項56に記載のプログラム製品。
- 前記患者の前記血中代謝物濃度及び前記患者の既知の血中代謝物濃度に基づいて前記センサアレイを較正する命令を出すことをさらに行う、請求項57に記載のプログラム製品。
- 前記患者からの前記複数の電磁インピーダンス読み取り値の計測に使用される電磁信号を、前記センサアレイに送信するように信号生成器に命令を出すことをさらに行う、請求項57に記載のプログラム製品。
- 前記電磁インピーダンス読み取り値が、前記患者の表皮層及び前記患者の真皮層又は皮下層のいずれかから集められる、請求項56に記載のプログラム製品。
- 複素インピーダンス値を、前記複数の電磁インピーダンス読み取り値から算出すること、及び、
前記患者の前記血中代謝物濃度を、前記複素インピーダンス値及び血中代謝物アルゴリズムに基づいて測定すること
をさらに実行する、請求項56に記載のプログラム製品。 - 前記複素インピーダンス値を前記算出することが、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用することを含む、請求項61に記載のプログラム製品。
- 前記複数の電磁インピーダンス読み取り値間の差を閾値とさらに比較する、請求項56に記載のプログラム製品。
- 前記差を表す複素インピーダンス値をさらに算出し、前記算出は、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用することを含む、請求項56に記載のプログラム製品。
- 前記血中代謝物濃度がグルコース濃度である、請求項56に記載のプログラム製品。
- 電磁信号を送信する信号生成器と、
前記電磁信号を前記信号生成器から受信し、前記電磁信号を患者に印加し、
複数の電磁インピーダンス読み取り値を、前記患者の表皮層及び前記患者の真皮層又は皮下層のいずれかから非侵襲的に計測する
センサアレイと、
前記複数の電磁インピーダンス読み取り値間の差を閾値と比較する比較器と、
前記信号生成器及び前記比較器を制御するコントローラであって、前記送信、前記非侵襲的計測、及び前記差が前記閾値未満であることに応答しての前記比較を繰り返す命令を出すコントローラと
を備える血中代謝物監視システム。 - 前記差を表す複素インピーダンス値を算出する計算器であって、前記算出が、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用することを含む、計算器をさらに備える、請求項66に記載の血中代謝物監視システム。
- 前記患者の血中代謝物濃度を、前記複素インピーダンス値及び血中代謝物アルゴリズムを使用して測定する測定器をさらに備える、請求項67に記載の血中代謝物監視システム。
- 前記血中代謝物濃度がグルコース濃度である、請求項68に記載の血中代謝物監視システム。
- 前記患者の前記血中代謝物濃度及び前記患者の既知の血中代謝物濃度に基づいて前記センサアレイを較正する較正器をさらに備える、請求項68に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 前記コントローラと、前記比較器、前記計算器、前記測定器、前記較正器、又は前記センサアレイのうちの少なくとも1つとの間で信号を送信する送信器をさらに備える、請求項70に記載の血中代謝物濃度監視システム。
- 実行時に、
電磁信号をセンサアレイに送信すること、
前記患者の表皮層及び前記患者の真皮層又は皮下層のいずれかから集められる複数の電磁インピーダンス読み取り値を、前記センサアレイから受け取ること、
前記複数の電磁インピーダンス読み取り値間の差を閾値と比較すること、並びに
前記送信、前記受け取り、及び前記差が前記閾値未満であることに応答しての前記比較を繰り返す命令を出すこと
を実行する、コンピュータ可読媒体に格納されたプログラム製品。 - 前記差を表す複素インピーダンス値を算出することをさらに実行し、前記算出が、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用することを含む、請求項72に記載のプログラム製品。
- 前記患者の血中代謝物濃度を、前記複素インピーダンス値及び血中代謝物アルゴリズムを使用して測定することをさらに実行する、請求項73に記載のプログラム製品。
- 前記血中代謝物濃度がグルコース濃度である、請求項74に記載のプログラム製品。
- 前記患者の前記血中代謝物濃度及び前記患者の既知の血中代謝物濃度に基づいて前記センサアレイを較正する命令を出すことをさらに実行する、請求項74に記載のプログラム製品。
- 患者の血中代謝物濃度を監視する方法であって、
電磁信号をセンサアレイに送信するステップと、
複数の電磁インピーダンス読み取り値を前記センサアレイから受け取るステップであって、前記電磁インピーダンス読み取り値は、前記患者の表皮層及び前記患者の真皮層又は皮下層のいずれかから集められる、ステップと、
前記複数の電磁インピーダンス読み取り値間の差を閾値と比較するステップと、
前記送信、前記受け取り、及び前記差が前記閾値未満であることに応答しての前記比較を繰り返すステップと
を含む方法。 - 前記差を表す複素インピーダンス値を算出するステップであって、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用するサブステップを含むステップをさらに含む、請求項77に記載の方法。
- 前記患者の血中代謝物濃度を、前記複素インピーダンス値及びグルコースアルゴリズムから測定するステップをさらに含む、請求項78に記載の方法。
- 前記血中代謝物濃度がグルコース濃度である、請求項79に記載の方法。
- 前記患者の前記血中代謝物濃度及び前記患者の既知の血中代謝物濃度に基づいて前記センサアレイを較正するステップをさらに含む、請求項79に記載の方法。
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