JP2013543777A - 血球数パラメータを検出する検出装置を含むアームバンド - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、アームバンドを提供することである。
【解決手段】 当該課題は、腕の血管内血液の血球数パラメータを検出する検出装置及び当該腕上の前記アームバンドの規定の接触圧を調整する調整装置を含むアームバンドにより解決される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１の血管内を流れる血液中の血液成分、例えば糖の濃度を検出するための分野に関する。

例えば、１の血液成分の濃度等の血球数パラメータを同定するために侵襲的に血液を採取しうる。そして、血球数パラメータは、採取した血液を用いて標準化試験紙により同定できるが、その電気抵抗値は血液成分、例えば血糖値に依存する。例えば、試験紙の電気抵抗値を検出するための直流抵抗測定を行う血糖測定機器を用いて電気抵抗値を各々検出できる。抵抗値は、血糖濃度と抵抗値のそれ自体が公知の関係に基づき、血糖濃度に変換されうる。検出精度を高めるため、各試験紙は、較正データ、例えば基準抵抗値又は対応するコードと共に提供されることにより試験紙の特性のばらつきが補正されうる。しかし、侵襲的な手法の欠点は、血液を採取しなければならず、そのため患者を傷つけることである。さらに、例えば日内変動曲線を測定するために血液成分の濃度を持続的に検出することは困難である。その上、食物摂取と、例えば血糖増加までの時間的遅延を侵襲的手法で正確に検出することはできない。また、血中血糖濃度が低い場合は特に、患者にインスリンを投与する時間を正確に同定できない。

例えば、血液中の物質濃度又は物質組成等の血球数パラメータを同定するための非侵襲的方法としてマイクロ波分光法を用いうる。血球数パラメータを検出するマイクロ波分光法は、血液が潅流する組織にマイクロ波信号を注入させ、注入したマイクロ波エネルギーの周波数依存性の吸収を検出することに基づく
非特許文献１は、マイクロ波を用いた血球数パラメータ同定の多電極構成を記載する。多電極構成には電極間隔が異なる複数個の電極対が含まれ、これにより異なるマイクロ波信号が侵入（Eindringtiefe）しうる。血球数パラメータの検出は、インピーダンス測定、つまり１ポート測定により行われ、インピーダンスミスマッチのために誤差が生じうる。侵入が異なると、場合により毛細血管と静脈の血液を区別できず、測定結果が歪曲されうる。一般に、静脈血の血球数パラメータの測定は毛細血管血液の血球数パラメータの測定よりも正確であるが、これは例えば、毛細血管血液中の血糖の変化が静脈血に比べて遅いためである。

Andreas Caduff et al., "Non-invasive glucose monitoring in patients with Type 1 diabetes: A multi-sensor system combining sensors for dielectric and optical characterization of skin", Biosensors and Bioelectronics 24 (2009) 2778-2784 Buford Randal Jean et al., "A microwave frequency sensor for noninvasive blood-glucose measurement", SAS 2008 -IEEE Sensors Applications Symposium, Atlanta, GA, February 12-14, 2008 M. McClung, "Calibration methodology for a microwave non-invasive glucose sensor", Master Thesis, Baylor University, Mai 2008

非特許文献２及び非特許文献３は、さらに、血糖濃度の同定のための電極構成を記載する。本文献では、血液の誘電特性が血糖値に依存することを用いる。マイクロ波センサに親指を押しつけると、共振器の離調により親指の比誘電率の変化が測定される。しかし、親指の接触圧により血液が移動するために正確な測定結果が得られない。さらに、測定を持続することができない。また、血糖含有量同定のための測定データの評価は各患者に依存するため、他の患者に対する再現性がない。そして、当該方法ではマイクロ波電力の侵入を制御できず、毛細血管と静脈の血液を区別できない。さらに、比誘電率の変化は１ポート測定に基づいて行われ、ミスマッチの影響を受けやすい。

本発明の目的は、侵襲的同定ではない、血管を循環する血液中の血球数パラメータ、特に血糖値を、マイクロ波を用いて測定する効率的な概念の提供である。

本目的は独立請求項の特徴により達成される。有利な発展形が従属請求項の主題である。

本発明は、検出装置を備えるアームバンドが所定又は規定の接触圧で測定中に腕に押し付けられていれば、検出装置を備えるアームバンドによる血球数パラメータの測定又は検出が再現性のある方法で提供されうるという発見に基づく。規定の接触圧を提供するため、アームバンドは検出装置及び調整装置を備える。調整装置は、少なくとも検出装置による血球数パラメータの検出中に、所定又は規定の接触圧を設定しうるように構成される。

検出装置及び調整装置を備えるアームバンドは、患者の腕、特に手首に装着されるよう構成される。

特に、手首のこの場所は患者の自由な動きを妨げない。さらに、患者の当該箇所は従来の血圧測定器具用で既に確立されている。手首にアームバンドを装着する他の利点は、通常はこの位置で脈拍があり、皮膚が薄く、誤差原因が軽減されうることである。さらに、血球数パラメータの検出中にアームバンドを圧迫すると、検出装置が調節したマイクロ波の技術的設定を変化させる空隙が発生するのが妨げられる。規定の接触圧でアームバンドを圧迫することにより、アームバンドを各患者の骨格に適合させうる。

検出装置及び調整装置を備えるアームバンドを用いて、血球数パラメータを持続的に監視しうる。上記のように当該血球数パラメータの例は血糖濃度である。血糖濃度を持続的監視できれば、食事の摂取と血糖の上昇の間の遅延時間を同定しうる。さらに、患者の日課変動に極めて迅速に反応しうる。特に、高血糖又は低血糖になると、警告が迅速に起動されうる。

本発明の１態様では、腕の血管内の血液の血球数パラメータを検出する検出装置及び腕上のアームバンドの規定の接触圧を調整する調整装置があるアームバンドが供される。

１の実施形態では、調整装置は、少なくとも検出装置による血球数パラメータの検出中、規定の接触圧にアームバンドの接触圧を調整するよう構成される。

１の実施形態では、調整装置には、腕上のアームバンドの最新の接触圧を測定するセンサ装置及び測定された最新の接触圧に応じて規定の接触圧を調整する制御装置がある。

１の実施形態では、センサ装置はアームバンドの内側に構成される。

１の実施形態では、アームバンドは膨張式アームバンドとして構成される。

１の実施形態では、調整装置には、規定の接触圧を調整するためにアームバンドを膨張させるよう構成される空気ポンプがある。

１の実施形態では、調整装置は、腕上のアームバンドの最新の接触圧を測定するセンサ装置、測定された最新の接触圧に応じて制御信号を提供する制御装置及びアームバンドを膨張させる、提供された制御信号により制御される空気ポンプを含む。

１の実施形態では、検出装置は、少なくとも１つの高周波信号を血管に注入するよう構成される電極を含む。

１の実施形態では、調整装置は、腕上の電極の接触圧を規定の接触圧に調整するよう構成される。

１の実施形態では、調整装置は、検出装置による血球数パラメータの検出中、アームバンドの接触力を腕に均一に分散させるように構成される。

１の実施形態では、調整装置は、検出装置による血球数パラメータの検出中、アームバンドが均一に接触できるように構成される。

１の実施形態では、調整装置は、検出装置による血球数パラメータの検出中、アームバンドの接触圧を一定に維持するよう構成される。

１の実施形態では、アームバンドは、規定の接触圧を提供するための記憶媒体をさらに含む。

有利には、記憶媒体に保存された規定の接触圧が調整されうる。異なる患者ごとに異なる接触圧を予め規定しうる。

１の実施形態では、少なくとも１つの血球数パラメータは、前記血中のグルコース濃度、乳酸塩濃度又は酸素濃度を含む。

１の実施形態では、検出装置は伝送器、受信器、損失検出器及びプロセッサを含む。伝送器は第１周波数の第１伝送信号及び第２周波数の第２伝送信号を血管内に注入するよう構成される。受信器は、第１周波数による第１受信信号を、第２周波数による第２受信信号を受信するよう構成される。損失検出器は、第１伝送信号及び第１受信信号に基づいて第１損失変数を同定するよう構成される。損失検出器はさらに、第２伝送信号及び第２受信信号に基づいて第２損失変数を同定するよう構成される。プロセッサは、損失変数がより大きい周波数に応じた血液成分の緩和時間定数（τ）を測定するよう構成される。

特に、プロセッサは、第１損失変数が第２損失変数よりも小さくない場合、第１周波数に応じて血液成分の緩和時間定数（τ）を定めるか又は第２損失変数が第１損失変数よりも小さくない場合、第２周波数に応じて血液成分の緩和時間定数（τ）を同定するよう構成される。

１の実施形態では、検出装置は、第１周波数の第１伝送信号及び第２周波数の第２伝送信号を血管内に注入するよう構成される伝送器と、第１周波数による第１受信信号を、第２周波数による第２受信信号を受信するよう構成される受信器と、第１の伝送信号及び第１周波数による第１受信信号に基づいて第１損失変数を同定し、第２の伝送信号及び第２周波数による第２受信信号に基づいて第２損失変数を同定するよう構成される損失検出器と、第１の基準損失変数に対する第１の損失変数の第１の周波数シフトを同定し、第２の基準損失変数に対する第２の損失変数の第２の周波数シフトを同定し、第１の周波数シフト及び第２の周波数シフトに基づいて血球数パラメータを同定するよう構成構成されるプロセッサを含む。

第１基準損失変数及び第２基準損失変数は、例えば、実験又は測定に基づき予め同定されうる。例えば、第１損失変数及び第２損失変数が吸収線である場合、第１基準損失変数及び第２基準損失変数は、例えばある濃度の血液成分、例えば血糖含有基準水溶液による吸収線であってよい。

１の実施形態では、本発明は、血管内の血液の血球数パラメータを検出する検出装置に関し、少なくとも１つの伝送信号を発信するための多数の伝送アンテナ付き伝送器、少なくとも１つの受信信号を受信するための多数の受信アンテナ付き受信器、多数の伝送アンテナのうちの１つの伝送アンテナ、多数の受信アンテナのうちの１つの受信アンテナを含む第１検出構成を選択し、多数の伝送アンテナのうちの１つの伝送アンテナと多数の受信アンテナのうち１つの受信アンテナを含む第２検出構成を選択するよう構成されるプロセッサ、伝送信号を発信するために第１検出構成が選択された場合、伝送信号及び受信信号に基づいて第１損失変数を検出するように構成され、伝送信号を発信するために第２検出構成が選択された場合は、伝送信号及び受信信号に基づいて第２損失変数を検出するよう構成される損失検出器があり、プロセッサは、血球数パラメータを検出するために損失変数がより低い検出構成を選択するよう構成される。

好ましくは、各検出構成を選択すると血管が励起され、伝送信号は、例えば血管方向へ発信される。伝送信号が受信形態である受信信号に基づき、また伝送信号に基づき、例えば、伝送アンテナ及び受信アンテナを含むアンテナ対を、最小の注入損失と結合される検出構成として選択しうる。注入損失は、例えば、上記損失変数、例えば吸収線又は減衰の比較に基づいて検出されうる。

本発明の１態様では、腕の血管内の血液の血球数パラメータを検出する検出装置を備えるアームバンドを操作する方法が供され、腕上のアームバンドの規定の接触圧が調整される。

他の典型的な実施形態は、添付の図面を参照して説明される。以下に詳細を示す。

アームバンドの概略ブロック図である。 アームバンドの典型的な実施形態の一部の概略ブロック図である。 アームバンドの一部の概略ブロック図である。 検出装置の電極の構成の概略ブロック図である。 アームバンドを操作するための方法の概略フロー図である。 検出装置の概略ブロック図である。 周波数に依存する実数の比誘電率ε’及び複素誘電率ε”を示す図である。 緩和時間定数（τ）と血糖値の関係を示す図である。 通信装置を備える検出装置の概略ブロック図である。 血管内血液の血球数パラメータを検出する方法の概略フロー図である。 検出装置のブロック図である。 人間の前腕の断面のモデルを示す。 アンテナを示す。 アンテナを示す。 アンテナを示す。 アンテナを示す。 電気的ダイポールアンテナを示す。 励起構成を示す。 励起構成を示す。 励起構成を示す。 ループアンテナを示す。 励起構成を示す。 励起構成を示す。 励起構成を示す。 励起構成を示す。 励起構成を示す。 検出装置のブロック図である。 吸収極大の周波数シフトを示す。 伝送挙動を示す。 周波数シフトを示す。 血球数パラメータを検出する方法の図である。 検出装置のブロック図である。

図１は、検出装置１０１及び調整装置１０３を備えるアームバンド１００の典型的な実施形態のブロック図である。検出装置１０１は腕の血管の血液の血球数パラメータを検出するよう構成される。検出される血球数パラメータの例は血糖値である。

調整装置１０３は、腕上のアームバンド１００の規定の接触圧を設定するよう構成される。アームバンド１００に所定の接触圧を設定すると、調整装置１０３には、検出装置１０１による血球数パラメータの再現性ある検出が保証される。このため、調整装置１０３は、特に、検出装置１０１により血球数パラメータが検出される場合、アームバンド１００の接触圧を規定の接触圧に設定するよう構成される。

特に、アームバンド１００は、膨張式アームバンド１００として構成される。ここで、調整装置１０３には特に、所定の接触圧を設定するためにアームバンド１００を膨張させるために構成される空気ポンプがある。

詳細には、検出装置１０１は、特に、少なくとも高周波信号を血管に注入するために構成される電極を含む。高周波信号は血球数パラメータを検出するパラメータを提供するために構成される。当該パラメータの例は、血球数パラメータの緩和時間定数τにより形成される。ここで、調整装置１０３は、より詳細には腕上の電極の接触圧を、所定の接触圧に設定するよう設計される。

さらに、調整装置１０３は、検出装置１０１により血球数パラメータが検出される場合、アームバンド１００の接触力を腕に均一に分散させるように構成される。さらに、調整装置１０３は、好ましくは検出装置１０１により血球数パラメータが検出される間、アームバンド１００が均一に接触することを保証しうる方法で構成される。

図２は、アームバンド２００の典型的な実施形態の一部分のブロック図である。アームバンド２００には検出装置２０１及び調整装置２０３がある。検出装置２０１及び調整装置２０３は、少なくとも図１の検出装置１０１及び調整装置１０３のように構成される。さらに、図２の調整装置２０３にはセンサ装置２０５及び制御装置２０７がある。センサ装置２０５は、腕上のアームバンド２００の最新の接触圧を測定するよう構成される。測定された最新の接触圧に応じて、制御装置２０７が腕に対して所定の接触圧を設定する。

図３は、アームバンド３００の他の典型的な実施形態の一部のブロック図である。アームバンド３００には検出装置３０１及び調整装置３０３がある。調整装置３０３はセンサ装置３０５、制御装置３０７及び空気ポンプ３１１を有する。センサ装置３０５は腕上のアームバンド３００の最新の接触圧を測定する。制御装置３０７は、測定された最新の接触圧に応じて制御信号を提供する。提供された制御信号を用いて、アームバンド３００を膨張させる空気ポンプ３１１が制御される。

図４は、腕の血管内の血液の血球数パラメータを検出する検出装置の電極４０３、４０５の構成４００の概略ブロック図である。

一般性を制限せず、構成４００は、２つの電極４０３及び４０５のみを示す。特に、構成４００は検出装置の一部であり、例えば、５ｃｍ×２ｃｍの典型的な寸法のプレートとして構成される。例えば電極４０３、４０５には５ｍｍ×５ｍｍの基礎領域がある。例として、電極４０３、４０５の間の距離は１〜２ｃｍである。これより、十分強力な伝送に十分な強度が付与され、それにより十分に深い身体内侵入が保証される。

図５は、検出装置を備えるアームバンドを操作する方法の概略フロー図である。

工程５０１では、アームバンドは、腕の血管内の血液の血球数パラメータを検出する検出装置を備える。例えば、検出装置は図１、２、又は３の典型的な実施形態の１つより構成される。

工程５０３では、腕上のアームバンドの所定の接触圧が設定される。故に、検出装置による血球数パラメータの再現性ある検出が保証される。

図６は、例えば、血糖値やグルコース濃度等の血球数パラメータを検出する検出装置６００のブロック図である。検出装置６００は、第１周波数の第１伝送信号及び第２周波数の第２伝送信号を図６に概略的に示す血管６０３に注入するよう構成される伝送器６０１を含む。例えば第１伝送信号及び第２伝送信号は共に広帯域信号をもたらしうる。伝送器６０１は、第１伝送信号と第２伝送信号を、例えば周波数掃引により順に発信するよう構成されうる。このため、伝送器６０１には、例えばダイポールアンテナとして構成されうる、１つ以上の伝送アンテナがある。

検出装置６００は、第１周波数による第１受信信号を受信し、第２周波数による第２受信信号を受信するよう構成されうる受信器６０５をさらに含む。このため、受信器６０５には１つ以上の受信アンテナがある。

さらに、検出装置６００には、例えば伝送器６０１及び受信器６０５に取り付けられ、第１伝送信号及び第１受信信号に基づき第１損失変数を、さらに第２伝送信号及び第２受信信号に基づき第２損失変数を測定するために提供される損失検出器６０７がある。

検出装置６００には、損失検出器６０７に取り付けられ、損失変数が大きい周波数に応じて血球数パラメータの緩和定数τを同定するために提供されるプロセッサ６０９がある。

例えば、プロセッサ６０９は、第１損失変数が第２損失変数より大きい場合は第１周波数に応じて血球数パラメータの緩和時間係数を同定する。これに応じて、プロセッサ６０９は、第２損失変数が第１損失変数より大きい場合、第２周波数に応じて血球数パラメータの緩和時間定数（τ）を同定する。

図６に示す検出装置６００は、例えば静脈等の血管、皮膚層及び静脈周囲脂肪組織を誘電体導波管とみなしうるという知見を用いる。人間の前腕の構造は、Netter, F.N., Atlas der Anatomie, Thieme-Verlag, 2006に記載がある。これより、人間の前腕の断面は、筋肉組織で囲まれた２本の骨で構成される。筋肉組織の周囲には表在静脈が分布する。骨、筋肉組織及び静脈は脂肪組織に覆われ、さらに皮膚上層部に覆われる。表在静脈は皮膚上層部の比較的近傍に分布し、脂肪組織により皮膚上層部から隔てられる。

例えば、図６に示す伝送器６０１及び受信器６０５が皮膚上層部に設置される場合、伝送器６０１は、静脈、脂肪組織及び皮膚層で形成される誘電体導波管システムに横電気（ＴＥ）波又は横磁気（ＴＭ）波を注入するために用いられる。ここで、皮膚層及び脂肪組織は薄膜導波路となることが理解される。

上記のとおり、損失検出器６０７は、第１伝送信号及び第１受信信号に基づき第１損失変数を測定し、第２伝送信号及び第２受信信号に基づき第２損失変数を測定するよう構成される。他の伝送信号と受信信号を組合わせて用いる場合、損失検出器６０７はこれに応じて他の損失変数を測定する。

特に、損失検出器６０７は、２ポート測定により損失変数を測定するよう構成される。例えば、損失検出器６０７はネットワーク分析器又はパワー検出器を含む。

さらに、損失検出器６０７は、損失変数を測定するため、前方伝送係数Ｓ_２１及び入力反射係数Ｓ_１１を各場合に同定するよう構成される。

ここで、損失検出器は、各損失変数Ｐ_ｌｏｓｓを以下の式を用いて計算する：

特に、損失検出器６０７は、各損失変数を同定するために複素誘電率ε”を定めるよう構成される。

このため、図７に、周波数ｆに依存する実数の比誘電率ε’及び複素誘電率ε”を示す。

ここで、図７は、複素誘電率ε”により表される損失が、実部ε’が高レベルから低レベルへ移動する周波数範囲で上昇することを示す。この損失の上昇は分光学では吸収線ともいう。この場合に使用できる作用は、過剰な損失（ε”の極大参照）が糖含有量の濃度に伴い変動する周波数である。

例えば、人体は８０％の水で構成される。水は、例えば１９ＧＨｚ及び５０ＧＨｚに吸収線がある。その離調が測定され、糖含有量に対して示される。ε”の共振周波数の離調は、図７に示すようにε’のプラトー部の変化として検出が容易である。特に、有利には、注入に変化があってもε”の極大の周波数は変化しない。その結果、ε”を収集して糖濃度を同定するのは、ε’又はその変化のレベルを観察することよりも極めて誤差が小さい。

図７では多数の物質の当該曲線が重ねられるため、虚数の比誘電率ε”の測定により各物質が特定の吸収極大に特定されて物質を容易に分離できる。しかし、実際の比誘電率ε’は、関連する全物質の実際の全ての比誘電率ε’の和しか測定できない。

上記のとおり、プロセッサ６０９は損失変数が大きいか又は最大の周波数に応じて血球数パラメータの緩和定数τを同定するよう構成される。さらに、プロセッサ６０９は、同定された緩和時間定数に応じて血中グルコース濃度等の血球数パラメータを測定するよう構成される。

図８は、緩和時間定数（τ）と血中グルコース濃度Ｃ/ｍｏｌＬ^‐１の関係を示す。ここで、図８内の引用符号８０１が示す領域は血糖の限界範囲を示す。

さらに、プロセッサ６０９は、特に、以下の式：

（式中、ｆ_Ａは測定した損失変数が最大となる周波数を示す）
に基づいて緩和時間定数（τ）を計算するよう構成される。

有利には、プロセッサ６０９は、複素誘電率ε”の虚部が最大となる周波数を同定するよう構成され、同定された周波数に応じて緩和時間定数（τ）を測定する。プロセッサ６０９は当該同定された周波数を用いてグルコース濃度等の血球数パラメータを同定する。

図９は、検出装置９００の概略ブロック図である。検出装置９００には、アームバンド９０１、アームバンド９０１を備えるセンサアレイ９０３、マイクロプロセッサ９０５、伝送信号を生成するマイクロ波回路９０７及び通信装置９０９がある。

センサアレイ４０３には例えば、マイクロ波センサ、温度センサ及び水分センサがある。

マイクロプロセッサ４０５は例えば、図６のプロセッサ６０９のように構成される。

通信装置９０９は、検出装置９００に他の通信装置９１１の通信回線を提供するように構成される。通信装置９０９は例えばブルートゥースインターフェースを含む。他の通信装置９１１は例えば、移動無線装置、スマートフォン又はＧＰＳ使用装置である。

図１０は、例えば、血管内の血中グルコース濃度等の血球数パラメータを検出する方法の典型的な実施形態の概略フロー図である。

工程１００１では、第１周波数の第１伝送信号及び第２周波数の第２伝送信号が血管に注入される。

工程１００３では、第１周波数による第１受信信号が受信され、第２周波数による第２受信信号が受信される。

工程１００５では、第１伝送信号及び第１受信信号に基づき第１損失変数を測定する。

工程１００７では、第２伝送信号及び第２受信信号に基づき第２損失変数を測定する。

工程１００９では、血球数パラメータの緩和時間定数は損失変数がより大きい周波数に応じて同定される。例えば、血中グルコース濃度は、測定された緩和時間定数に応じて同定されうる。

図１１は、例えば、血糖濃度等の血球数パラメータを検出する検出装置１１００のブロック図である。検出装置１１００は、第１周波数の第１伝送信号及び第２周波数の第２伝送信号を図１１に概略的に示す血管１１０３に注入するよう構成される伝送器１１０１を含む。例えば、第１伝送信号及び第２伝送信号は共に広帯域信号をもたらしうる。伝送器１１０１は、第１伝送信号と第２伝送信号を、例えば周波数掃引により順に発信するよう構成されうる。このため、伝送器１１０１には、例えば、ダイポールアンテナ又はフレームアンテナ又はパッチアンテナとして構成されうる、１つ以上の伝送アンテナがある。

検出装置１１００は、第１周波数による第１受信信号を受信し、第２周波数による第２受信信号を受信するよう構成されうる受信器１１０５をさらに含む。このため、受信器１１０５には１つ以上の受信アンテナがある。

検出装置１１００は、伝送器１１０１及び受信器１１０５に取り付けられ、第１伝送信号及び第１受信信号に基づき第１損失変数を、さらに第２伝送信号及び第２受信信号に基づき第２損失変数を測定するために提供される損失検出器１１０７をさらに含む。

検出装置は、損失検出器１１０７に取り付けられ、第１基準損失変数に対する第１損失変数の第１周波数シフト及び第２基準損失変数に対する第２損失変数の第２周波数シフトを測定するために提供されるプロセッサ１１０９をさらに含む。プロセッサ１１０９は２つの周波数シフトに基づき血球数パラメータを測定するようにさらに構成されうる。

検出装置１１００には、さらに、例えば、プロセッサ１１０９及び場合によっては損失検出器１１０７にアクセスされうる記憶媒体１１１１がある。例えば、第１及び第２基準損失変数又は複数の基準損失変数が記憶媒体１１１１に保存される。例えば、基準損失変数は、血液成分、例えば血糖含有水溶液の吸収又は吸収線であってよい。周波数シフトに基づいて検出された損失変数は、例えば、血糖の濃度等の血球数パラメータを周波数シフトに基づいて同定するように、周波数シフト後の吸収又は吸収線であってよい。

図１１に示す検出装置１１００は、例えば人間の前腕の血管、皮膚の層及び血管周囲の脂肪組織を、誘電体導波管システムとみなしうるという知見を用いる。例えば、図１１に示す伝送器１１０１及び受信器１１０５が皮膚の上部層上に設置されると、伝送器１１０１は、例えば横電気（ＴＥ）波又は横磁気（ＴＭ）波を、血管、脂肪組織及び皮膚の層により形成される誘電体導波管システムに結合するため用いられる。ここで、皮膚の層及び脂肪組織は薄膜導波路となることが理解される。

例えば、材料の複素誘電率の同定に用いられるように、マイクロ波測定ヘッドが用いられると、皮膚、脂肪組織及び静脈からなる物質の混合物を特徴付けられる。

血球数パラメータを検出するのに実質的に静脈血のみを検出することは有利である。このため、伝送器１１０１は、電磁波形態の伝送信号を血管に直接注入するよう構成されうる。伝送器１１０１及び受信器１１０５は、電磁波を血管に注入し、電磁波を血管から注出するため、各々注入損失が最少になる伝送アンテナ及び受信アンテナを選択しうるように、各々複数のアンテナがありうる。

図１２Ａ〜Ｃは、例えば、現場シミュレーション又は誘電体導波管システムのモデル化に用いうる、人間の前腕、例えば手首の断面の簡略化モデルを示す。図１２Ａに示すように、このモデルは皮膚の層１２０１、血管１２０３及び血管１２０３周囲の脂肪組織１２０５を含む。図１２Ａに示すモデルは、図１２Ｂに示す誘電体導波管を含む誘電体導波管システム及び図１２Ｃに示す電気的薄膜導波路を形成する。

図１２Ｂに示す誘電体導波管は、血管１２０３及び血管周囲の脂肪組織１２０５を含む。対照的に、図１２Ｃの誘電体薄膜導波路は皮膚の層１２０１及び脂肪組織１２０５を含む。分散性が異なる、つまり周波数依存性の各複素誘電率の様態を、皮膚の層１２０１、脂肪組織１２０５及び血管１２０３各々に構成する。ここで、最上層の血管１２０３を誘電体導波管と解釈でき、その内部では、周波数に応じて、異なるモード又は波の種類、例えばＴＥ波、ＴＭ波、ＴＥＭ波又はＨＥ波が伝搬しうる。誘電体導波管内の導波管機構に加えて、皮膚上部層１２０１により形成される、図１２Ｃに示す薄膜導波路の形態の他の導波管機構も存在する。

伝送器１１０１の伝送アンテナ及び受信器１１０５の受信アンテナは、好ましくは、専用の方式で血管１２０３内にマイクロ波電力を注入させ、そのマイクロ波電力を、例えば数ｃｍ離れて再度注出する方法で構成されうる。ここで、血管１２０３は面積測定に機能するため集中要素でなく分布要素として考えるべきである。損失変数は好ましくは２ポート測定に基づき測定される。ここで、検出装置を手首に装着する場合は特に、図１２Ｃの薄膜導波路内の薄膜導波路モードの励起を回避するべく、図１２Ｂの誘電体導波管で主要モードを励起できるため、そのため、血球数パラメータをより正確に検出できる。

誘電体導波管システム内の第１モードを励起させるため、伝送信号の選択された周波数に応じて、異なるモードが優位でありうることを考慮しうる。静脈１２０３内に場が集中する好ましいモード系は、皮膚の層１２０１内に場が集中するモード系である。図１２Ｂの誘電体導波管の誘電特性により、特定モードでは、静脈の進行方向である縦方向の成分Ｅ_{ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ}、Ｈ_{ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ}の伝播方向は、静脈進行に対して横方向である横方向の成分Ｅ_{ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ、}Ｈ_{ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ}より強いことが示される。従って、血管１２０３内へマイクロ波電力を最大に注入しうるモードが、好ましくは検出すべき周波数範囲で励起される。

図１３Ａ〜Ｄは、典型的な方式のあるアンテナを示し、当該アンテナは伝送アンテナ、すなわち励起手段又は受信アンテナとして用いられる。

図１３Ａに示すアンテナ１３０１は、第１アンテナ部１３０３及び第２アンテナ部１３０５を備える電気的ダイポールとして構成される。アンテナ部１３０３及び１３０５は間隔があり、例えば、血管１３０７の拡張に対して横方向に構成される。アンテナ１３０１は、供給ライン１３０８で励起されうる。このように配列された電気的ダイポールは、例えば、血管の拡張又は血流方向を横断する電界Ｅ_{ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ}を生成しうる。

図１３Ｂは、フレームアンテナであってよいアンテナ１３０９を示す。例えば、フレームアンテナは四角形又は円形でありうる。図１３Ｂに示した血管１３０７に対するフレームアンテナ１３０９の構成では、例えば、血管１３０７の拡張又は血流方向を横断する向きの磁場Ｈ_{ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ}が励起され、アンテナ１３０９は供給ライン１３１０により励起されうる。

図１３Ｃは、第１アンテナ部１３１３及び第２アンテナ部１３１５を備える電気的ダイポールを形成するアンテナ１３１１を示す。アンテナ部１３１３及び１３１５は間隔があり、図１３Ｃに示す供給ライン１３１７を用いて励起される。アンテナ１３１１により形成される電気的ダイポールは、アンテナ部１３１３及び１３１５が血管１３０７の拡張に平行になるように、血管１３０７の拡張に対して構成される。この結果、血管の拡張方向に電界成分Ｅ_{ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ}がある電界が励起される。

図１３Ｄは、例えばパッチアンテナとしてループアンテナを形成する、フレームが四角形又は円形で形成されうるフレームアンテナ１３１９を示す。フレームアンテナ１３１９は供給ライン１３２０を用いて励起され、図１３Ｄに示すように、磁場が血管１３０７の拡張方向に成分Ｈ_{ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ}があるように、血管１３０７の拡張又は血流方向に対して構成される。

例えば、測定される各周波数範囲は、検出されるべきスペクトル線、すなわち吸収線により測定される。例えば、物質の特徴的な吸収線若しく水又はある濃度の血液成分を含む水溶液の吸収線に対する特定の血液成分の影響を観察しうる。

図１３Ａ〜Ｄに示すアンテナは、電気的ダイポール又は磁気フレームアンテナのいずれかである。さらに、パッチアンテナを用いうる。電気的ダイポールは、主として電気的ダイポールの軸に電界を生成する。当該軸は、図１３Ａに示すように、血管１３０７、例えば血流方向の接線方向に構成されるか又は図１３Ｃに示すように、血管１３０７の方向、例えば血流方向であってよい。場が主に磁場を生成すると、フレームアンテナが励起手段として適用されうる。表面が拡がったフレームを構成するフレームアンテナの表面ベクトルが、血流方向である血管１３０７を横断する方向である場合、図１３Ｂに示すように磁場も血管３０７を横断する方向である。対照的に、表面ベクトルが血管１３０７の方向の場合、例えば図１３Ｂに示すように磁場も血管１３０７の方向である。図１３Ａ〜Ｄに示す励起手段を選択すると、例えば、波の種類等の主要な励起モードが得られる。

図１４Ａは、伝送アンテナ又は受信アンテナとして適用されうる電気的ダイポールアンテナ１４０１を示す。電気的ダイポールアンテナ１４０１は、基板１４０８内に設置されて供給ライン１４０７により励起されうるダイポールアンテナ部１４０３及び１４０５を含む。ダイポールアンテナ１４０１は、伝送アンテナ又は受信アンテナとして適用されうる。

図１４Ｂは、皮膚の層１４１５の下の血管１４１３の進行方向の伝送器の伝送アンテナ１４０９及び受信器の受信アンテナ１４１１の励起構成を示す。伝送アンテナ１４０９及び受信アンテナ１４１１は、例えば図１４Ａの電気的ダイポールアンテナである。図１４Ｂの構成では、血流方向等の血管１４１３の進行方向に電界成分がある電界が生成される。

図１５Ａは、皮膚の層１５０７の下側に位置する血管１５０５の進行方向、すなわち血流方向を横断する、伝送器の伝送アンテナ１５０１及び受信器の受信アンテナ１５０３を含む励起構成を示す。伝送アンテナ１５０１及び受信アンテナ１５０３は、例えば、図１４Ａに示す電気的ダイポールアンテナにより形成されうる。図１５Ｂでは、ダイポールアンテナ部１４０３及び１４０５の構成が血流方向に対してより詳細に記載される。

図１６Ａは、環状フレーム１６０３及び環状フレーム１６０３を励起するための供給ライン１６０５を備えるループアンテナ１６０１を示す。ループアンテナ１６０１は、例えば、伝送アンテナとして又は受信アンテナに適用しうる。環状フレーム１６０３及び供給ライン１６０５は基板内に構成されうる。

図１６Ｂは、図１６Ａに示すループアンテナとして形成されうる、伝送器の伝送アンテナ１６０７及び受信器の受信アンテナ１６０９による励起構成を示す。ループアンテナ１６０７、１６０９は、例えば、環状フレーム１６０３が血管１６１１上に構成され、供給ライン１６０５が血流方向である血管１６１１の進行方向を横断する方向であるように構成される。この結果、血管１６１１の進行を横断する方向の磁場成分がある磁場Ｈが伝送器側に生成される。

図１７は、血管１７０５に対する伝送器の伝送アンテナ１７０１及び受信器の受信アンテナ１７０３の励起構成を示す。例えば、伝送アンテナ１７０１及び受信アンテナ１７０３は、図１６Ａに示す形状であるループアンテナであってよい。例えば、これらは、環状フレーム１６０３が各々血管１７０５の上に構成され、供給ライン１６０５が血管１７０５と互い違いに構成される。この結果、血管１７０５の進行に垂直な方向の場の成分Ｈが生成され、当該場の成分は、環状フレーム１６０３により垂直方向に適用される広がった表面を示す。

図１８は、例えば図１６Ａに示すループアンテナの形状を示す伝送器の伝送アンテナ１８０１の励起構成を示す。伝送アンテナ１８０１は、例えばフレーム１６０３により垂直方向に適用される広がった表面が血管１８０３の拡張の方向になるよう、血管１８０３に対して構成される。当該構成は例えば血管１８０３の屈曲部で実施しうる。この結果、血管１８０３の進行方向の磁場成分Ｈが生成される。

図１９は、例えば図１６Ａに示す形状のループアンテナであり、基板１９０１、例えばポリマー基板内に構成されうる伝送アンテナ１６０１の励起構成を示す。伝送アンテナ１６０１は、環状フレーム１６０３により垂直方向に適用される広がった表面が血管１９０３の進行方向を向くように血管１９０３上に構成される。この結果、場の成分Ｈが血流方向である血管１９０３の進行方向になる磁場が生成される。

図２０は、パッチアンテナ表面２００３及び供給ライン２００５を備えるパッチアンテナでよい伝送アンテナ２００１の励起構成を示す。パッチアンテナ表面２００３は、例えば、血管２００７より上に構成され、その結果、電界成分Ｅが血流方向である血管２００７の進行方向を向く電界が生成される。

１の実施形態では、損失検出器１１０７は、例えばスカラー又はベクトル測定又はパワー測定を実施するよう構成される。損失変数の測定のため、単純な分光計測が実施されてよく、当該測定では測定パラメータＳ２１の絶対値が検出される。

例えば、│Ｓ_２１│は図２１に示す検出装置を用いて測定されうる。検出装置は、同調発振器であってよい伝送信号生成器２１０１を備える伝送器を含む。伝送信号生成器２１０１の出力は伝送アンテナ２１０３に接続される。検出装置はさらに受信アンテナ２１０５を備える受信器を含み、その出力は損失検出器２１０７に接続される。例えば、損失検出器はパワー検出器を含んでよい。図２１に示すように、伝送アンテナ２１０３及び受信アンテナ２１０５は血管２１０９より上に構成される。伝送器は伝送器１１０１に、受信器は受信器１１０５の機能に、損失検出器２１０７は損失検出器１１０７に、対応しうる。

しかし、導波管内の損失である損失変数を測定する場合の精度は、測定パラメータＳ１１の絶対値をさらに検出することでより向上しうる。例えば、損失変数は以下の式：

（式中、Ｐ_ｌｏｓｓは各損失変数を表し、Ｓ_１１は入力反射係数を、Ｓ_２１は前方伝送係数を示す）
に基づいて測定される。

血糖濃度等の血球数パラメータを検出するため、例えば糖含有水溶液の吸収線の周波数シフトを検査できる。例えば、図２２は、第１血糖濃度での吸収極大２２０１の周波数シフトを、第１血糖濃度よりも高い第２血糖濃度の吸収極大２２０３の周波数シフトと比較したものを示す。ここで、約６ＧＨｚの伝送が損失変数として例示的に検出された。

吸収極大の周波数シフトは、例えば血糖値等の血球数パラメータの指標とみなしうる。糖含有水溶液の多量の吸収による周波数シフトを観察して、測定の信頼性をより高めうる。

図２３は、手首の静脈血の広帯域伝送挙動の例示である。ここで、プロファイル２３０１及び２３０３は、異なる血糖濃度の吸収線の異なる周波数を示す。血糖値等の血球数パラメータを検出するため、吸収Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧの具体的な周波数シフトを検出しうる。例えば、血糖値に応じた周波数の高低、例えば各周波数の吸収極大及び／又は吸収極小について、２〜１２ＧＨｚの範囲での周波数シフトを観察しうる。

図２４は、直径６ｍｍ及び３．４ｍｍの血管の、図２３に示す吸収Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧの周波数シフトを例示する。血糖値の変化に関する吸収が、正及び負両方向において周波数シフトがあることを確認しうる。従って複数の吸収又は吸収線の検出は、血糖値等の血球数パラメータをより正確に検出しうる。

図２５は、血管内血液の血球数パラメータを検出する方法のダイアグラムを示す。当該方法は、第１周波数の第１伝送信号の血管への注入２５０１、第２周波数の第２伝送信号の血管への注入２５０３、第１受信信号の第１周波数の受信２５０５、第２受信信号の第２周波数の受信２５０７、第１周波数の第１伝送信号及び第１受信信号に基づく第１損失変数の測定２５０９、第２周波数における第２伝送信号及び第２受信信号に基づく第２損失変数の測定２５１１、第１基準損失変数に対する第１損失変数の第１周波数シフトの同定２５１３、第２基準損失変数に対する第２損失変数の第２周波数シフトの同定２５１５及び第１周波数シフト及び第２周波数シフトに基づく血球数パラメータの同定２５１７を含む。

例えば、図２５に示す方法は、図１１に示す検出装置で実施されうる。

図２６は伝送器２６０１を備える検出装置を示し、当該検出装置には、例えば、同調発振器２６０２及び複数の伝送アンテナ２６０３がある。この検出装置は、例えばパワー検出器がありうる損失検出器２６０５をさらに含む。さらに、複数の受信アンテナ２６０７を備える受信器２６０６が提供される。

同調発振器２６０２の１つの出力は切り替え式で、例えば切り替えマトリックス２６０９により、例えば連続又はいかなる順序の組み合わせにも切り替え可能な各アンテナ入力に接続されうる。同様に、複数の受信アンテナ２６０７の受信アンテナの各出力は、切り替えマトリックス２６１１を用いて損失検出器２６０５に接続されうる。

例えば切り替えマトリックス２６１１及び切り替えマトリックス２６０９により伝送アンテナ及び受信アンテナを含む対を選択しうるが、これにより、マイクロ波信号を図２６に概略的に示す血管２６１３に最適に注入しうる。切り替えマトリックス２６０９及び２６１１により、例えば、伝送信号の発信に用いられる第１伝送アンテナ２６１５から開始して、連続的にアンテナ対が選択される。切り替えマトリックス２６０９、２６１１はトランジスタスイッチ等のスイッチがあってよい。

受信側では、切り替えマトリックス２６１１により、例えば、対応する受信信号を受信する受信アンテナ２６１７から開始し、順次対応する受信アンテナが選択され、伝送信号及び受信信号に基づいて損失変数が検出される。次の工程では、例えば受信アンテナ２６１９が選択され、損失変数は伝送信号及び受信アンテナ２６１９により受信された受信信号に基づいて損失検出器を用いて再度検出される。この後、例えば、受信アンテナ２６２１が選択され、伝送信号及び受信信号に基づき損失変数がさらに検出される。次の工程では、受信アンテナ２６２３が選択され、伝送信号及び受信アンテナ２６２３により受信された受信信号に基づき損失変数がさらに測定される。次の工程では、切り替えマトリックス２６０９が、例えば伝送アンテナをさらに選択でき、上記工程が繰り返されうる。測定された損失変数の比較により、例えば最小損失変数が選択される。図２６の例示では、例えば、伝送アンテナ２６１５及び受信アンテナ２６２１による検出構成は注入損失が最少となるが、これはアンテナ２６１５、２６２１が血管のすぐ上に位置しているためであり、血管２６１３へ最適な方法で信号を注入しうることが予想される。例えば、選択された検出構成は血球数パラメータの検出に用いられる。上記選択工程は、いかなる順序で実施されてもよい。つまり、伝送アンテナ２６１５に関して例えば受信アンテナ２６０７の全て又はいくつかが試験されうる。

伝送アンテナ２６０３又は受信アンテナ２６０７は、その場所及び／又は優位な方法で励起されるべき場の成分が異なってよい。ここで、切り替えマトリックス２６０９及び２６１１は、最適な励起の種類、例えばループアンテナ、電気的ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、又は励起場所が各々選択された周波数に関して選択されうることを保証する。

例えば、図２６に示す検出装置は膨張式アームバンドと一体化されうる。コントロールパラメータの検出による損失変数検出の間に、皮膚を空気にあて、発汗しないようアームバンドを換気しうる。測定間隔は変動しうる。例えば、１０分間隔で測定を実施しうる。しかし場合によって、より頻繁に測定を実施でき、測定頻度は摂食時間により同定しうる。

皮膚に位置し、各々電極プレートにより形成されうる伝送又は受信アンテナは、特に測定間の休止期で滑落することがあり、図２６に示す複数の励起手段の選定は、血管２６１３上の励起手段の選択を保証しうる。故に、血管２６１３へマイクロ波エネルギーを最大注入しうる励起手段は、各切り替えマトリックス２６０９及び２６１１を用いて選択されうる。

Claims (15)

1. アームバンド（１００、２００、３００）であって、
   腕の１の血管内の血液の血球数パラメータを検出する検出装置（１０１、２０１、３０１）及び前記腕の前記アームバンドの規定の接触圧を調整する調整装置（１０３、２０３、３０３）を含む、アームバンド。
2. 前記調整装置（１０３、２０３、３０３）は、少なくとも前記検出装置（１０１、２０１、３０１）による前記血球数パラメータの検出中、前記規定の接触圧に前記アームバンドの前記接触圧を調整するよう構成される、請求項１に記載のアームバンド。
3. 前記調整装置（２０３、３０３）には、前記腕上の前記アームバンド（２００、３００）の最新の接触圧を測定するセンサ装置（２０５、３０５）及び前記測定された最新の接触圧に応じて前記規定の接触圧を調整する制御装置（２０７、３０７）がある、請求項１又は２に記載のアームバンド。
4. 前記センサ装置（２０５、３０５）は、前記アームバンド（２００、３００）の内側（２０９、３０９）に構成される、請求項３に記載のアームバンド。
5. 前記アームバンド（１００、２００、３００）は膨張式アームバンドとして構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアームバンド。
6. 前記調整装置（３０３）には、前記規定の接触圧を調整するために前記アームバンド（３００）を膨張させるよう構成される空気ポンプ（３１１）がある、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアームバンド。
7. 前記調整装置（３０３）は、前記腕上の前記アームバンド（３００）の最新の接触圧を測定するセンサ装置（３０５）、測定された前記最新の接触圧に応じて制御信号を提供する制御装置（３０７）及び前記アームバンド（３００）を膨張させる、提供された前記制御信号により制御される空気ポンプ（３１１）を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のアームバンド。
8. 前記検出装置（４０１）は、少なくとも１つの高周波信号を前記血管に注入するよう構成される電極（４０３、４０５）を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のアームバンド。
9. 前記調整装置（１０３、２０３、３０３）は、前記腕上の前記電極（４０３、４０５）の前記接触圧を前記規定の接触圧に調整するよう構成される、請求項８に記載のアームバンド。
10. 前記調整装置（１０３、２０３、３０３）は、前記検出装置（１０１、２０１、３０１）による前記血球数パラメータの検出中、前記アームバンド（１００、２００、３００）の前記接触力を前記腕に均一に分散させるよう構成される、請求項１〜９のいずれか１項に記載のアームバンド。
11. 前記調整装置（１０３、２０３、３０３）は、前記検出装置（１０１、２０１、３０１）による前記血球数パラメータの検出中、前記アームバンド（１００、２００、３００）が均一に接触できるように構成される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアームバンド。
12. 前記調整装置（１０３、２０３、３０３）は、前記検出装置（１０１、２０１、３０１）による前記血球数パラメータの検出中、前記アームバンド（１００、２００、３００）の前記接触圧を一定に維持するよう構成される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアームバンド。
13. 前記規定の接触圧を提供するための記憶媒体をさらに含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のアームバンド。
14. 少なくとも１つの前記血球数パラメータは、前記血中のグルコース濃度、乳酸塩濃度又は酸素濃度を含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のアームバンド。
15. 腕の血管内の血液の血球数パラメータを検出する検出装置を備えるアームバンドを操作する方法（５０１）であって、前記腕上の前記アームバンドの規定の接触圧を調整する工程（５０３）を含む、方法。