JP2014505500A - 血球数パラメータを検出するための検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、血管の血液成分の血球数パラメータを検出するための検出装置であって、第１周波数の第１伝送信号及び第２周波数の第２伝送信号が前記血管内で注入するように構成される伝送器（１０１）；前記第１周波数による第１受信信号、前記第２周波数による第２受信信号を受信するように構成される受信器（１０５）；前記第１伝送信号及び前記第１周波数における前記第１受信信号に基づき第１損失変数を同定し、前記第２伝送信号及び前記第２周波数における前記第２受信信号に基づき第２損失変数を同定するよう構成される損失検出器（１０７）；及び第１基準損失変数に対する前記第１損失変数の第１周波数シフトを同定し、第２基準損失変数に対する前記第２損失変数の第２周波数シフトを同定し、前記第１周波数シフト及び前記第２周波数シフトに基づき前記血球数パラメータを同定するよう構成されるプロセッサ（１０９）；を含む、検出装置を提供する。
【選択図】 図１
【選択図】 図１
Description
本発明は、血液成分の濃度、例えば血糖値を検出する分野に関する。
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、血液成分の緩和時間定数を検出して血球数パラメータを同定しうるという知見に基づく。例えば、同定された血球数パラメータが血中糖濃度である場合、糖含有水溶液の緩和時間定数は血糖濃度、すなわち血糖値の指標となる。多数の吸収線の周波数シフトを観察することで、血液パラメータ同定の信頼性がさらに高まりうる。吸収線の周波数シフトに基づく血球数パラメータの検出は、糖濃度が増加すると水溶液の粘度が変化し、その結果、例えば水‐糖溶液の吸収線が純水の吸収線よりも低い周波数で生じうるというさらなる知見に基づく。このように、１つ以上の吸収線の周波数シフトを、例えば２〜１２ＧＨｚの周波数で検出することで、血糖濃度を検出しうる。
本発明は、例えば、静脈又は動脈等の血管について、当該血管周囲の脂肪組織を覆う皮膚の層を誘電体導波管システムとみなしうるという他の知見に基づく。すなわち、当該誘電体導波管システムが励起されると、異なるモード又は波、例えば横電磁（ＴＥＭ）波若しくは横電気（ＴＥ）波又は横磁気（ＴＭ）波又はＨＥ波が励起されうる。ＴＥモードの場合、伝搬方向配向性でゼロでない磁場成分が存在する。一方、ＴＭモードの場合は、モードの伝搬方向配向性でゼロでない電界成分が存在する。すなわち、高周波の励起に応じて、血管及び皮膚の層を含む誘電体導波管システムで異なるモードを励起しうる。当該モードは血流方向に伝搬でき、その結果、血球数パラメータを正確に検出しうる。
１態様では、本発明は、第１周波数の第１伝送信号及び第２周波数の第２伝送信号が前記血管内で注入するように構成される伝送器、第１周波数による第１受信信号、第２周波数による第２受信信号を受信するように構成される受信器、第１伝送信号及び第１周波数における第１受信信号に基づき第１損失変数を同定し、第２伝送信号及び第２周波数における第２受信信号に基づき第２損失変数を同定するよう構成される損失検出器、さらに第１基準損失変数に対する第１損失変数の第１周波数シフトを同定し、第２基準損失変数に対する第２損失変数の第２周波数シフトを同定し、第１周波数シフト及び第２周波数シフトに基づき前記血球数パラメータを同定するよう構成されるプロセッサを含む、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する。損失変数は例えば電磁波の損失変数でもよい。
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損失変数が電磁エネルギーの吸収である場合、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電磁エネルギー吸収であってよい。
１の実施形態では、本発明は、第１基準損失変数及び第２基準損失変数を提供する記憶媒体をさらに含む検出装置に関する。上記のように基準損失変数は、例えば研究室で予め測定され、記憶されてよい。
１の実施形態では、本発明は、第１損失変数は第１周波数の血液成分含有水溶液の吸収線であり、第２損失変数は第２周波数の水溶液の吸収線であってよい検出装置に関する。血液成分が血糖の場合、例えばその周波数の位置が血糖の濃度に依存する吸収極大又は吸収極小がある吸収線が異なる周波数で形成される。血球数パラメータは、上記基準損失変数から形成されうる基準吸収線に対する吸収線の周波数シフトから同定されうる。
１の実施形態では、本発明は、第１損失変数及び第２損失変数は、血液成分含有水溶液の吸収の周波数依存性プロファイルを定め、前記第１基準変数及び前記第２基準変数は、基準濃度の前記血液成分含有水溶液の吸収の周波数依存性のプロファイルを定める検出装置に関する。
１の実施形態では、本発明は、第１損失変数は第１周波数を含む第１周波数範囲の吸収極小又は吸収極大であり、第２損失変数は第２周波数を含む第２周波数範囲の吸収極小又は吸収極大である検出装置に関する。
１の実施形態では、本発明は、血球数パラメータは、特にグルコース等の糖又は乳酸塩若しくは乳酸又は酸素である前記血液中の１の血液成分の濃度である検出装置に関する。
１の実施形態では、本発明は、第１周波数及び第２周波数が各々１〜１５ＧＨｚの範囲の周波数である検出装置に関する。
１の実施形態では、本発明は、損失検出器が２ポート測定を用いて前記第１損失変数及び前記第２損失変数を同定するよう構成される検出装置に関する。
１の実施形態では、本発明は、損失検出器がネットワーク分析器、特にベクトル又はスカラーネットワーク分析器又はパワー検出器を含む検出装置に関する。
１の実施形態では、本発明は、損失検出器が、第１損失変数及び第２損失変数を同定するために各々前方伝送係数Ｓ２１及び入力反射係数Ｓ１１を同定するよう構成される検出装置に関する。
１の実施形態では、本発明は、損失検出器が、以下の式：
（式中Ｐｌｏｓｓは各々前記損失変数を表し、Ｓ１１は前記入力反射係数を表し、Ｓ２１は前記前方伝送係数を表す）
に基づき各々前記第１損失変数及び前記第２損失変数を同定するよう構成される検出装置に関する。
（式中Ｐｌｏｓｓは各々前記損失変数を表し、Ｓ１１は前記入力反射係数を表し、Ｓ２１は前記前方伝送係数を表す）
に基づき各々前記第１損失変数及び前記第２損失変数を同定するよう構成される検出装置に関する。
１の実施形態では、本発明は、第１伝送信号又は第２伝送信号を注入する伝送器が、少なくとも１つの伝送アンテナ、特にダイポールアンテナ、フレームアンテナ又はパッチアンテナを含み、第１受信信号及び第２受信信号を受信するための受信器が、伝送アンテナからある程度離れた少なくとも１つの受信アンテナ、特にダイポールアンテナ、フレームアンテナ又はパッチアンテナを含む検出装置に関する。
１の実施形態では、本発明は、伝送器が、あるモード又は波の種類として、特に横電気（ＴＥ）波又は横磁気（ＴＭ）波又は横電磁（ＴＥＭ）波又はＨＥ波として、特に血管の流れに対して縦方向又は横方向に、第１伝送信号又は第２伝送信号を血管に注入するよう構成される検出装置に関する。
１の実施形態では、本発明は、伝送器が、特に伝送信号生成器又は同調発振器を用いて連続的に、又は第１伝送信号及び第２伝送信号を含む広帯域信号を用いて同時に、第１伝送信号及び第２伝送信号を血管に注入するよう構成される検出装置に関する。
他の態様では、本発明は、第１周波数の第１伝送信号を血管に注入する工程；第２周波数の第２伝送信号を血管に注入する工程；第１周波数の第１受信信号を受信する工程；第２周波数の第２受信信号を受信する工程；第１伝送信号及び第１周波数の第１受信信号に基づき第１損失変数を測定する工程；第２伝送信号及び第２周波数の第２受信信号に基づき第２損失変数を測定する工程；第１基準損失変数に対する第１損失変数の第１周波数シフトを同定する工程；第２基準損失変数に対する第２損失変数の第２周波数シフトを同定する工程；第１周波数シフト及び第２周波数シフトに基づき血球数パラメータを同定する工程を含む、血管内血液の血球数パラメータを検出する方法に関する。
他の方法の工程は、血球数パラメータを検出する検出装置の機能性から直接導かれる。
他の典型的な実施形態は添付の図面を参照してより詳細に説明される。詳細は以下の通りである。
図１は、例えば血糖又は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１００のブロック図である。検出装置１００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１に概略的に示す血管１０３に注入するよう構成される伝送器１０１を含む。第１伝送信号及び第２伝送信号は、例えば、共に広帯域信号もたらしうる。伝送器１０１は、第１伝送信号及び第２伝送信号を、例えば周波数掃引によって順に発信するよう構成されうる。このため、伝送器１０１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実施されうる１つ以上の伝送アンテナがありうる。
検出装置１００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受信器１０５をさらに含む。このため、受信器１０５には１以上の受信アンテナがあってよい。
検出装置１００はさらに損失検出器１０７を含み、これは例えば伝送器１０１及び受信器１０５に注入された第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、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ために提供される。
当該検出装置はさらにプロセッサ１０９を含み、損失検出器１０７に注入され、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周波数シフトを同定するために提供される。プロセッサ１０９は、２つの周波数シフトに基づき血球数パラメータを同定するようさらに構成されうる。
検出装置１００には、例えば、プロセッサ１０９及び場合によっては損失検出器１０７にアクセスしうる記憶媒体１１１がさらにありうる。記憶媒体１１１には、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保存される。基準損失変数は、例えば、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き検出された損失変数は、例えば血糖濃度等の血球数パラメータを周波数シフトに基づき測定されるように、周波数シフト後の吸収又は吸収線であってよい。
図１に示す検出装置１００は、例えば人間の前腕の血管、皮膚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。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、すなわち血管が分布する。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１に示す伝送器１０１及び受信器１０５が皮膚上層部に設置される場合、伝送器１０１は、血管、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例えば横電気（ＴＥ）波又は横磁気（ＴＭ）波を注入するために用いられうる。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うる。
例えば、材料の複素誘電率の同定に用いられうるように、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うる。
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１０１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１０１及び受信器１０５は、電磁波を血管１０３に注入し、電磁波を血管１０３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２Ａ〜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２０１、血管２０３及び血管２０３周囲の脂肪組織２０５を含む。図２Ａに示すモデルは、図２Ｂ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２Ｃに示す電気的薄膜導波路を形成する。
図２Ｂに示す誘電体導波管は、血管２０３及び血管周囲の脂肪組織２０５を含む。対照的に、図２Ｃの誘電体薄膜導波路は皮膚の層２０１及び脂肪組織２０５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２０１、脂肪組織２０５及び血管２０３各々に構成する。ここで、最上層の血管２０３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２０１により形成される、図２Ｃ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１０１の伝送アンテナ及び受信器１０５の受信アンテナは、好ましくは、専用の方式で血管２０３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２０３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、薄膜導波路２Ｃ内の薄膜導波路モードの励起を回避するべく、誘電体導波管２Ｂ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。血管２０３内に場が集中する好ましいモード系は、皮膚の層２０１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、血管の進行方向である縦方向の成分Ｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ、Ｈｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌの伝播方向は、血管の進行に対して横方向である横方向の成分Ｅｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ、Ｈｔｒａｎｓｖｅｒｓｅより強いことが示される。従って、血管２０３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３Ａ〜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うる。
図３Ａに示すアンテナ３０１は、第１アンテナ部３０３及び第２アンテナ部３０５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３０３及び３０５は間隔があり、例えば、血管３０７の拡張に対して横方向に構成される。アンテナ３０１は、供給ライン３０８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Ｅｔａｎｇｅｎｔｉａｌを生成しうる。
図３Ｂは、フレームアンテナであってよいアンテナ３０９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３Ｂに示した血管３０７に対するフレームアンテナ３０９の構成では、例えば、血管３０７の拡張又は血流方向を横断する向きの磁場Ｈｔａｎｇｅｎｔｉａｌが励起され、アンテナ３０９は供給ライン３１０により励起されうる。
図３Ｃは、第１アンテナ部３１３及び第２アンテナ部３１５を備える電気的ダイポールを形成するアンテナ３１１を示す。アンテナ部３１３及び３１５は間隔があり、図３Ｃに示す供給ライン３１７を用いて励起される。アンテナ３１１により形成される電気的ダイポールは、アンテナ部３１３及び３１５が血管３０７の拡張に平行になるように、血管３０７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Ｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌがある電界が励起される。
図３Ｄ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３１９を示す。フレームアンテナ３１９は供給ライン３２０を用いて励起され、図３Ｄに示すように、磁場に血管３０７の拡張方向に成分Ｈｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌがあるように、血管３０７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３Ａ〜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３Ａに示すように、血管３０７、例えば血流方向の接線方向に構成されるか又は図３Ｃに示すように、血管３０７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３０７を横断する方向である場合、図３Ｂ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３０７の方向の場合、例えば図３Ｂに示すように磁場も血管３０７の方向である。図３Ａ〜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４Ａ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４０１を示す。電気的ダイポールアンテナ４０１は、基板４０８内に設置されて供給ライン４０７により励起されうるダイポールアンテナ部４０３及び４０５を含む。ダイポールアンテナ４０１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４Ｂは、皮膚の層４１５の下の血管４１３の進行方向の伝送器の伝送アンテナ４０９及び受信器の受信アンテナ４１１の励起構成を示す。伝送アンテナ４０９及び受信アンテナ４１１は、例えば図４Ａの電気的ダイポールアンテナである。図４Ｂの構成では、血流方向等の血管４１３の進行方向に電界成分がある電界が生成される。
図５Ａは、皮膚の層５０７の下側に位置する血管５０５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５０１及び受信器の受信アンテナ５０３を含む励起構成を示す。伝送アンテナ５０１及び受信アンテナ５０３は、例えば、図４Ａ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５Ｂでは、ダイポールアンテナ部４０３及び４０５の構成が血流方向に対してより詳細に記載される。
図６Ａは、環状フレーム６０３及び環状フレーム６０３を励起するための供給ライン６０５を備えるループアンテナ６０１を示す。ループアンテナ６０１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６０３及び供給ライン６０５は基板内に構成されうる。
図６Ｂは、図６Ａ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６０７及び受信器の受信アンテナ６０９による励起構成を示す。ループアンテナ６０７、６０９は、例えば、環状フレーム６０３が血管６１１上に構成され、供給ライン６０５が血流方向である血管６１１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６１１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７は、血管７０５に対する伝送器の伝送アンテナ７０１及び受信器の受信アンテナ７０３の励起構成を示す。例えば、伝送アンテナ７０１及び受信アンテナ７０３は、図６Ａ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６０３が各々血管７０５の上に構成され、供給ライン６０５が血管７０５と互い違いに構成される。この結果、血管７０５の進行に垂直な方向の磁場成分Ｈが生成され、当該場の成分は、環状フレーム６０３により垂直方向に適用される広がった表面を示す。
図８は、例えば図６Ａ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８０１の励起構成を示す。伝送アンテナ８０１は、例えばフレーム６０３により垂直方向に適用される広がった表面が血管８０３の拡張の方向になるよう、血管８０３に対して構成される。当該構成は例えば血管８０３の屈曲部で実施しうる。この結果、血管８０３の進行方向の磁場成分Ｈが生成される。
図９は、例えば図６Ａに示す形状のループアンテナであり、基板９０１、例えばポリマー基板内に構成されうる伝送アンテナ６０１の励起構成を示す。伝送アンテナ６０１は、環状フレーム６０３により垂直方向に適用される広がった表面が血管９０３の進行方向を向くように血管９０３上に構成される。この結果、磁場成分Ｈが血流方向である血管９０３の進行方向になる磁場が生成される。
図１０は、パッチアンテナ表面１００３及び供給ライン１００５を備えるパッチアンテナでよい伝送アンテナ１００１の励起構成を示す。パッチアンテナ表面１００３は、例えば、血管１００７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１００７の進行方向を向く電界が生成される。
他の実施形態では、損失検出器１０７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、│Ｓ２１│は図１１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１１０１を備える伝送器を含む。伝送信号生成器１１０１の出力は伝送アンテナ１１０３に接続される。検出装置はさらに受信アンテナ１１０５を備える受信器を含み、その出力は損失検出器１１０７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１１に示すように、伝送アンテナ１１０３及び受信アンテナ１１０５は血管１１０９より上に構成される。伝送器は伝送器１０１に、受信器は受信器１０５の機能に、損失検出器１１０７は損失検出器１０７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、Ｐｌｏｓｓは各損失変数を表し、Ｓ１１は入力反射係数を、Ｓ２１は前方伝送係数を示す）
に基づいて測定される。
（式中、Ｐｌｏｓｓは各損失変数を表し、Ｓ１１は入力反射係数を、Ｓ２１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１２は、第１血糖濃度での吸収極大１２０１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１２０３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１３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１３０１及び１３０３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１４は、直径６ｍｍ及び３．４ｍｍの血管の、図１３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１５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１５０１、第２周波数の第２伝送信号の血管への注入１５０３、第１受信信号の第１周波数の受信１５０５、第２受信信号の第２周波数の受信１５０７、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１５０９、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１５１１、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１５１３、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１５１５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１５１７を含む。
例えば、図１５に示す方法は、図１又は１１に示す検出装置で実施されうる。
上記検出原理を、例えば、アームバンドで一体化し、これを手首の周りに装着して例えばポンプで膨張させうる。この結果、皮膚層とアンテナの間の空気の間隙を最小化する同一の圧力が常に存在し、電磁波の身体への注入について再現性が得られる。さらにマイクロ波測定の上記原理は、検出及び評価されるのが吸収線の高さでなく吸収線の周波数シフトであり非常にロバストである。例えば血糖含有量等の血球数パラメータは持続的にモニタリングされうる。その結果、食物摂取と血糖上昇の時間差を同定しうる。さらに、患者の日課変動により迅速に反応しうる。つまり、高血糖又は低血糖になると、直ちに警告が起動され、図１に示す遠隔医療アクセスも可能となる。
１の実施形態では、マイクロ波の血管への特定の注入に伝送側の多数の伝送アンテナ及び受信側の多数の受信アンテナが提供されうる。全てのアンテナの組み合わせの順列を用いて、例えば、最小の注入損失に関連する受信アンテナに関する伝送アンテナを含むアンテナ対を選択しうる。選択されたアンテナ対は、血球数パラメータのマイクロ波に基づく検出に用いられうる。
図１に示す伝送器１０１には、例えば１つ以上の伝送信号を発信する１つ以上の伝送アンテナがあってよく、当該アンテナは、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。同様に、受信器１０５には、１つ以上の受信信号を受信する１つ以上の伝送アンテナがあってよい。プロセッサ１０９は、好ましくは複数の検出構成を連続的に選択するよう構成される。ここで、各検出構成には１つの伝送アンテナ及び１つの受信アンテナが含まれ、伝送アンテナ間は離れてよく、受信アンテナ間は離れてよい。検出構成が選択された場合、伝送器１０１は伝送信号を発信するように関連する伝送アンテナを励起し、受信器１０５は受信信号を受信するために各受信アンテナを用いる。
損失検出器１０７は、例えば、伝送信号及び受信信号に基づくエネルギー吸収等の電磁波の損失変数を同定しうる。次の工程では、伝送信号を発信する他の検出構成が用いられ、他の損失変数が検出される。このようにして複数の検出構成が連続的又はあらゆる順序で血管１０３に伝送信号を注入させるために用いられ、各検出構成で損失変数が損失検出器１０７を用いて同定される。プロセッサ１０９は例えば損失変数を比較し、最小の損失変数と関連する検出構成を選択しうる。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うる。
図１６は図１に示す検出装置１００の実施形態であってよい検出装置を示す。当該検出装置には、例えば、同調発振器１６０２及び複数の伝送アンテナ１６０３があってよい。当該検出装置は、例えばパワー検出器がありうる損失検出器１６０５をさらに含む。さらに、複数の受信アンテナ１６０７を備える受信器１６０６が提供される。
同調発振器１６０２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１６０９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１６０７の受信アンテナの各出力は、切り替えマトリックス１６１１を用いて損失検出器１６０５に接続されうる。
例えば切り替えマトリックス１６１１及び切り替えマトリックス１６０９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１６に概略的に示す血管１６１３に最適に注入しうる。切り替えマトリックス１６０９及び１６１１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１６１５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１６０９、１６１１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１６１１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１６１７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１６１９が選択され、損失変数は伝送信号及び受信アンテナ１６１９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１６２１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１６２３が選択され、伝送信号及び受信アンテナ１６２３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１６０９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１６の例示では、例えば、伝送アンテナ１６１５及び受信アンテナ１６２１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１６１５、１６２１が血管のすぐ上に位置しているためであり、血管１６１３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うる。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１６１５に関して例えば受信アンテナ１６０７の全て又はいくつかが試験されうる。
伝送アンテナ１６０３又は受信アンテナ１６０７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１６０９及び１６１１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。
１の実施形態では、測定は狭帯域方式でなく広帯域方式で実施される。伝送信号は例えば周波数掃引を用いるか又は広帯域伝送信号の部分信号として血管に注入されうる。Ｓパラメータの好ましいベクトル検出の結果、その実部のみならず複素比誘電率をも評価しうる。複数の吸収線の周波数シフトを観察して、血球数パラメータをより正確に同定しうる。これは好ましくは１ポート測定ではなく、２ポート測定により実施される。
図１７は、検出装置１７０１及び調整装置１７０３を備えるアームバンド１９００の典型的な実施形態のブロック図である。検出装置１７０１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中グルコース濃度である。
調整装置１７０３は、腕上のアームバンド１７００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１７００に所定の接触圧を設定すると、調整装置１７０３には、検出装置１７０１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１７０３は、特に、検出装置１７０１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１７００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１７００は、膨張式アームバンド１７００として構成される。ここで、調整装置１７０３には特に、所定の接触圧を設定するためにアームバンド１７００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１７０１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１７０３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１７０３は、検出装置１７０１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１７００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１７０３は、好ましくは検出装置１７０１により血球数パラメータが検出される間、アームバンド１７００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１８は、アームバンド１８００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１８００には検出装置１８０１及び調整装置１８０３がある。検出装置１８０１及び調整装置１８０３は、少なくとも図１７の検出装置１７０１及び調整装置１７０３のように構成される。さらに、図１８の調整装置１８０３にはセンサ装置１８０５及び制御装置１８０７がある。センサ装置１８０５は、腕上のアームバンド１８００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２００７が腕に対して所定の接触圧を設定する。
図１９は、アームバンド１９００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１９００には検出装置１９０１及び調整装置１９０３がある。調整装置１９０３にはセンサ装置１９０５、制御装置１９０７及び空気ポンプ１９１１がある。センサ装置１９０５は腕上のアームバンド１９００の最新の接触圧を測定する。制御装置１９０７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１９００を膨張させる空気ポンプ１９１１が制御される。
図２０は、腕の血管内の血液の血球数パラメータを検出するための検出装置の電極、すなわちアンテナ２００３、２００５の構成２０００の概略ブロック図である。
図２０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９０３、９０５の構成９００の概略ブロック図である。
一般性を制限せず、構成２０００は、２つの電極２００３及び２００５のみを示す。特に、構成２０００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２００３、２００５には５ｍｍ×５ｍｍの基礎領域がある。例えば、電極２００３と２００５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。
Claims (15)
- 血管内の血液の血球数パラメータを検出する検出装置であって、
第１周波数の第１伝送信号及び第２周波数の第２伝送信号が前記血管内で注入するように構成される伝送器（１０１）；
前記第１周波数による第１受信信号、前記第２周波数による第２受信信号を受信するように構成される受信器（１０５）；
前記第１伝送信号及び前記第１周波数における前記第１受信信号に基づき第１損失変数を同定し、前記第２伝送信号及び前記第２周波数における前記第２受信信号に基づき第２損失変数を同定するよう構成される損失検出器（１０７）；及び
第１基準損失変数に対する前記第１損失変数の第１周波数シフトを同定し、第２基準損失変数に対する前記第２損失変数の第２周波数シフトを同定し、前記第１周波数シフト及び前記第２周波数シフトに基づき前記血球数パラメータを同定するよう構成されるプロセッサ（１０９）；
を含む、検出装置。 - 前記第１基準損失変数及び前記第２基準損失変数を提供する記憶媒体（１１１）をさらに含む、請求項１に記載の検出装置。
- 前記第１損失変数は前記第１周波数の血液成分含有水溶液の吸収線であり、前記第２損失変数は前記第２周波数の前記水溶液の吸収線である、請求項１に記載の検出装置。
- 前記第１損失変数及び前記第２損失変数は、血液成分含有水溶液の前記吸収の周波数依存性プロファイルを定め、前記第１基準変数及び前記第２基準変数は、基準濃度の前記血液成分含有水溶液の前記吸収の周波数依存性のプロファイルを定める、請求項１又は２に記載の検出装置。
- 前記第１損失変数は前記第１周波数を含む第１周波数範囲の吸収極小又は吸収極大であり、前記第２損失変数は前記第２周波数を含む第２周波数範囲の吸収極小又は吸収極大である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出装置。
- 前記血球数パラメータは、特にグルコース等の糖又は乳酸塩若しくは乳酸又は酸素である前記血液中の１の血液成分の濃度である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の検出装置。
- 前記第１周波数及び前記第２周波数が各々１〜１５ＧＨｚの範囲の周波数である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の検出装置。
- 前記損失検出器（１０７）は、２ポート測定を用いて前記第１損失変数及び前記第２損失変数を同定するよう構成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の検出装置。
- 前記損失検出器（１０７）は、ネットワーク分析器又はパワー検出器を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の検出装置。
- 前記損失検出器（１０７）は、前記第１損失変数及び前記第２損失変数を同定するために各々前方伝送係数Ｓ２１及び入力反射係数Ｓ１１を同定するよう構成される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の検出装置。
- 前記損失検出器（１０７）は、以下の式：
（式中Ｐｌｏｓｓは各々前記損失変数を表し、Ｓ１１は前記入力反射係数を表し、Ｓ２１は前記前方伝送係数を表す）
に基づき各々前記第１損失変数及び前記第２損失変数を同定するよう構成される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検出装置。 - 前記第１伝送信号又は前記第２伝送信号を注入する前記伝送器（１０１）は、少なくとも１つの伝送アンテナ、特にダイポールアンテナ又はフレームアンテナを含み、前記第１受信信号及び前記第２受信信号を受信する前記受信器（１０５）は、少なくとも１つの受信アンテナ、特にダイポールアンテナ、フレームアンテナ、又はパッチアンテナを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の検出装置。
- 前記伝送器（１０１）は、あるモード又は波の種類として、特に横電気（ＴＥ）波又は横磁気（ＴＭ）波又は横電磁（ＴＥＭ）波として、特に前記血管の流れ又は血流方向に対して縦方向又は横方向に、前記第１伝送信号又は前記第２伝送信号を前記血管に注入するよう構成される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の検出装置。
- 前記伝送器（１０１）は、特に伝送信号生成器（１１０１）又は同調発振器（１１０１）を用いて連続的に、又は前記第１伝送信号及び前記第２伝送信号を含む広帯域信号を用いて同時に、前記第１伝送信号及び前記第２伝送信号を前記血管に注入するよう構成される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の検出装置。
- 血管内血液の血球数パラメータを検出する方法であって、以下の工程：
第１周波数の第１伝送信号を前記血管に注入する工程（１５０１）；
第２周波数の第２伝送信号を前記血管に注入する工程（１５０３）；
前記第１周波数の第１受信信号を受信する工程（１５０５）；
前記第２周波数の第２受信信号を受信する工程（１５０７）；
前記第１伝送信号及び前記第１周波数の前記第１受信信号に基づき第１損失変数を測定する工程（１５０９）；
前記第２伝送信号及び前記第２周波数における前記第２受信信号に基づき第２損失変数を測定する工程（１５１１）；
第１基準損失変数に対する前記第１損失変数の第１周波数シフトを同定する工程（１５１３）；
第２基準損失変数に対する前記第２損失変数の第２周波数シフトを同定する工程（１５１５）；
前記第１周波数シフト及び前記第２周波数シフトに基づき前記血球数パラメータを同定する工程（１５１７）；
を含む、方法。
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