JP2016509868A - 非侵襲的血液分析 - Google Patents
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Abstract
Description
Danaeiら(非特許文献1)により、世界中で3億7千万人が糖尿病に罹患していると推定され、WHOは、糖尿病が2030年での死因の第7位になると予測している(非特許文献2)。
現在、糖尿病患者がその血糖濃度を測定する正確で安価な唯一の方法は、通常、指を刺し、1滴の血液をテストストリップに配置することにより、血液試料をとることによるものである。ストリップの色変化の測定または血液試料適用後のストリップでの酸化還元反応の測定が、血糖濃度の指標を提供する。
例えば、Klonoff(非特許文献3)は、「グルコースは、体によって吸収されるNIRの0.1%未満を占める。水分、脂肪、皮膚、筋肉、および骨がNIR吸収の大部分を占める。これらの物質の量が変動すると、NIR吸収が変化し、ひいては、吸光を血糖濃度に相関付ける較正式が無効になるおそれがある...」と述べている。
特許文献2の請求項25は、ユーザの健康に関連するパラメータの測定値を導出するために使用することができる信号を取得する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ(PHHM)に関する。信号取得装置は、個人ハンドヘルド計算装置(PHHCD)に統合される。信号取得装置は、ユーザの人体部位に光を届ける光エミッタを有する血液光センサと、人体部位を通して伝達されるか又は散乱された光を検出する光検出器と光学セルとを備えている。光学セルは、検出対象の検体を含む。人体部位を通るか又は人体部位によって散乱された光は、光検出器に到達する前に光学セルを通る。PHHMのプロセッサは、人体部位がある場合に光センサから得られる信号と、人体部位がない場合に光センサから得られる信号とを処理し、ユーザの血液中の検体の濃度の測定値を提供する。特許文献2は、一方は検体を含むセルを透過する2つの光線の原理の使用も開示し、各光線での光量を比較する。
ユーザの健康に関連するパラメータの測定値を導出するために使用することができる信号を取得する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ(PHHM)であって、信号取得装置は個人ハンドヘルド計算装置(PHHCD)に統合されており、
信号取得装置は、
ユーザの人体部位に光を届ける1つまたは複数の光エミッタと、
人体部位を通して伝達されるか又は人体部位で散乱された光を検出する1つまたは複数の光検出器と、
2つ以上の光学セルと
を有する血液光センサを備え、
光学セルのうちの少なくとも1つは、検出対象の検体を含むか、又は検出対象の検体の吸収スペクトルを模倣し、
人体部位を通して伝達されたか若しくは伝達される、又は人体部位で散乱されたか若しくは散乱される光は、光検出器又は各光検出器に到達する前に光学セルを通り、
PHHMのプロセッサは、
光検出器または各光検出器から受信する信号を処理して、検体セルまたは各検体セルを透過した光と、非検体セルまたは各非検体セルを透過した光との強度の差を計算し、かつ
、
人体部位がある場合に光センサから得られる信号と人体部位がない場合に光センサから得られる信号とを処理し、ユーザの血液中の検体の濃度の測定値を提供する
ように構成された、
個人ハンドヘルドモニタ(PHHM)を提供する。
PHHMのプロセッサは、血液光センサから受信される信号を分析して、ユーザの脈拍を特定するように構成し得る。
代替的には、PHHMは、互いに電気的に絶縁されるとともに、例えば一方の手の指と他方の手の指等のユーザの体の2つの別個の部位によって接触されるように配置される少なくとも第1および第2の電極を備える電気センサを含むことができ、PHHMのプロセッサは、電気センサからの信号を分析して、ユーザの脈拍を特定するように構成される。そのような電気センサは、国際公開第2013/001265号パンフレットに開示されている。
ユーザの健康に関連するパラメータの測定値を導出するために使用することができる信号を取得する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ(PHHM)であって、
信号取得装置は、
ユーザの人体部位に光を届ける1つまたは複数の光エミッタと、
人体部位を通して伝達されか又は人体部位で散乱された光を検出する1つまたは複数の光検出器と、
2つ以上の光学セルと
を有する血液光センサを備え、
光学セルのうちの少なくとも1つは、検出対象の検体を含むか、又は検出対象の検体の吸収スペクトルを模倣し、
人体部位を通して伝達されたか若しくは伝達される、又は人体部位で散乱されたか若しくは散乱される光は、光検出器又は各光検出器に到達する前に光学セルを通り、
PHHMのプロセッサは、
光検出器または各光検出器から受信する信号を処理して、検体セル又は各検体セルを透過した光と、非検体セル又は各非検体セルを透過した光との強度の差を計算し、ユーザの脈拍を特定し、かつ、
人体部位がある場合に光センサから得られる信号と人体部位がない場合に光センサから得られる信号とをユーザの脈拍に相関付けて、ユーザの血液中の検体の濃度の測定値を提供するように構成される、
個人ハンドヘルドモニタ(PHHM)を提供する。
この時点での吸収の変化は専ら、人体部位で血液量が追加された結果である。
図5は、この関係を示しており、この好ましい特徴の性能の数学的モデルから導出されるグラフを示す。横軸は、血液中の検体の濃度、この場合ではグルコースとして示される検体の濃度であり、縦軸は、光エミッタからの光の強度および人体部位内の散乱に現実的な値を使用しての、動脈が閉塞された時および動脈が開放された時の2つのセルの信号差の変化である。
回転ディスクの幾つかのエリアは、検体でコーティングされるか、または検体の吸収スペクトルを模倣するように構成され、他のエリアは、コーティングされなくてよく、または検体の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを有する材料でコーティングし得る。
この場合、PHHMのプロセッサは、光検出器または各光検出器から受信される信号を、ディスクの回転位置と調整するように構成される。これにより、PHHMは、1つの光検出器を利用し、光学部品の複雑性を低減することができるが、可動部品が導入されるという犠牲がある。
人体部位の動脈領域に圧力をかける手段と、
各脈拍での内腔面積の変化を測定する手段と、
付与される圧力を拡張期血圧に近づけて内腔面積の変化を最大にするように、付与される圧力を調整する手段と
を含む。
PHHMのプロセッサは、
動脈が開放されているとき(すなわち、動脈圧が付与圧力を超えるため、動脈が拡大する心収縮期)の光センサからの信号と、
閉塞されるとき(すなわち、動脈圧が付与圧力未満であるため、動脈が収縮する心拡張期)の光センサからの信号と
の差を検出するように構成される。
ユーザの健康に関連するパラメータの測定値を導出するために使用することができる信号を取得する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ(PHHM)であって、
信号取得装置は、
ユーザの人体部位に光を届ける1つまたは複数の光エミッタと、
人体部位を通して伝達されるか又は人体部位で散乱された光を検出する1つまたは複数の光検出器と、
2つ以上の光学セルと
を有する血液光センサを備え、
光学セルのうちの少なくとも1つは、検出対象の検体を含むか、又は検出対象の検体の吸収スペクトルを模倣し、
人体部位を通して伝達されたか若しくは伝達される、又は人体部位によって散乱されたか若しくは散乱される光は、光検出器または各光検出器に到達する前に光学セルを通り、
PHHMのプロセッサは、
前記光検出器または各光検出器から受信する信号を処理して、検体セル又は各検体セルを透過した光と、非検体セル又は各非検体セルを透過した光との強度の差を計算し、ユーザの脈拍を特定し、かつ、
光センサから得られる信号をユーザの脈拍に相関付ける
ように構成され、
PHHMは、使用に際して、人体部位での動脈が各脈拍中に閉塞から開放に変わるように、人体部位に圧力をかけるか、又は人体部位によってPHHMに圧力をかけるように構成され、
PHHMのプロセッサは、
各脈拍中の動脈の内腔面積の変化の測定値を導出し、かつ、
血液光センサから受信される信号を、脈拍および動脈の内腔面積の変化に相関付けて、動脈血内の検体の濃度の測定値を提供するように構成される、
個人ハンドヘルドモニタ(PHHM)が提供される。
この正規化は非線形であり得る。
好ましくは、正規化は、動脈が開放されている状態および動脈が閉塞している状態の両方での各セルからの信号の振幅と、人体部位がない場合の信号の振幅とを考慮に入れる。
好ましくは、正規化は、内腔面積を示す信号の振幅を更に考慮に入れて、センサの視野内の合計数量ではなく、検体の濃度を見つける。
好ましくは、PHHMのプロセッサは、光エミッタ若しくは各光エミッタがオフであるときか又は光エミッタ若しくは各光エミッタから発せられる光が完全に遮蔽されるときに光センサから受信される信号を処理して、光エミッタからの光が人体部位を照明するときに受信される信号を周囲光に関して補償するように構成される。
光は、光ファイバ(32)によって運ばれる。
回転ディスクの交互になったエリアは、検体でコーティングされ、他はそのまま残されるか又は検体とは異なる吸収スペクトルを有する材料でコーティングされる。
回転ディスク(31)の瞬間向き(instantaneous orientation)は、光検出器からの信号と一緒にPHHMのプロセッサに通信される。
プロセッサは、光検出器からの信号の振幅をディスクの回転と一致して(coherently)検出するように構成される。
Claims (18)
- ユーザの健康に関連するパラメータの測定値を導出するために使用することができる信号を取得する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ(PHHM)であって、
前記信号取得装置は、
ユーザの人体部位に光を届ける1つまたは複数の光エミッタと、
前記人体部位を通して伝達されるか又は前記人体部位で散乱された光を検出する1つまたは複数の光検出器と、
2つ以上の光学セルと
を有する血液光センサを備え、
前記光学セルのうちの少なくとも1つは、検出対象の検体を含むか、又は検出対象の前記検体の吸収スペクトルを模倣し、
前記人体部位を通して伝達されたか若しくは伝達される、又は前記人体部位で散乱されたか若しくは散乱される前記光は、前記光検出器又は各光検出器に到達する前に前記光学セルを通り、
前記PHHMのプロセッサは、
前記光検出器または各光検出器から受信する前記信号を処理して、検体セルまたは各検体セルを透過した光と、非検体セルまたは各非検体セルを透過した光との強度の差を計算し、前記ユーザの脈拍を特定し、かつ、
前記光センサから得られる前記信号を前記ユーザの前記脈拍に相関付ける
ように構成され、
前記PHHMは、使用に際して、前記人体部位での動脈が各脈拍中に閉塞から開放に変わるように、前記人体部位に圧力をかけるか、又は前記人体部位によって前記PHHMに圧力をかけるように構成され、
前記PHHMの前記プロセッサは、
各脈拍中の前記動脈の内腔面積の変化の測定値を導出し、かつ、
前記血液光センサから受信される前記信号を、前記脈拍および前記動脈の前記内腔面積の前記変化に相関付けて、動脈血内の前記検体の濃度の測定値を提供する
ように構成される、
個人ハンドヘルドモニタ(PHHM)。 - 前記PHHMは、前記人体部位に押しつけられるか、またはユーザにより前記人体部位を前記PHHMに押しつけて、前記動脈の前記内腔面積を変えるように構成される、請求項1に記載のPHHM。
- 前記PHHMの前記プロセッサは、視覚的指示および/または聴覚的指示を前記ユーザに提供して、各脈拍に伴う前記動脈の内腔面積の前記変化が最大になるように、前記人体部位にかけられる前記圧力または前記人体部位によってかけられる前記圧力を変更するように構成される、請求項2に記載のPHHM。
- 前記光エミッタまたは各光エミッタは熱エミッタである、請求項1〜3の何れか一項に記載のPHHM。
- 各光エミッタの温度は、前記光エミッタを通る電流または前記光エミッタにわたる電圧を調整するフィードバックによって制御される、請求項4に記載のPHHM。
- 前記光は、前記人体部位に、および/または前記人体部位から、光ファイバによって伝達される、請求項1〜5の何れか一項に記載のPHHM。
- 前記光エミッタまたは各光エミッタによって発せられる前記光を部分的または完全に減衰させる手段を含む、請求項1〜6の何れか一項に記載のPHHM。
- 前記PHHMの前記プロセッサは、
前記光センサからの前記信号、
前記光エミッタが完全に減衰されたときの前記光センサからの前記信号、
前記人体部位が存在しないときの前記光センサからの同様の信号、および
前記動脈の内腔面積の前記変化の検出に使用される手段から導出される任意の信号
のそれぞれの測定される値を考慮に入れることにより、
前記光センサからの前記信号間の計算される差を正規化するように構成される、
請求項1〜7の何れか一項に記載のPHHM。 - 前記セルは回転ディスクを備え、
前記回転ディスクのうちの1つまたは複数の部分は、前記検体の溶液若しくは前記検体の前記吸収スペクトルを模倣する溶液でコーティングされるか、または前記溶液内に保持され、
前記回転ディスクのうちの他の部分は、前記溶液でコーティングされないか、または前記溶液内に保持されない、
請求項1〜8の何れか一項に記載のPHHM。 - 1つまたは複数のシャッタを使用して、前記血液光センサを通る前記光の経路を選択する、請求項1〜9の何れか一項に記載のPHHM。
- 前記光学シャッタは電気光学装置である、請求項10に記載のPHHM。
- 前記光検出器または各光検出器はInGaAsで形成される、請求項1〜11の何れか一項に記載のPHHM。
- 前記検体はグルコース、エタノール、ヘモグロビン、クレアチニン、またはコレステロールである、請求項1〜12の何れか一項に記載のPHHM。
- 前記検体は不法または他に禁止されている薬剤または覚醒剤である、請求項1〜12の何れか一項に記載のPHHM。
- 光学システムが統合される、請求項1〜14の何れか一項に記載のPHHM。
- 互いに電気的に絶縁されるとともに、例えば一方の手の指と他方の手の指等のユーザの体の2つの別個の部位によって接触されるように配置される少なくとも第1および第2の電極を備える電気センサを含み、
前記PHHMの前記プロセッサは、前記電気センサからの前記信号を分析して、前記ユーザの前記脈拍を特定するように構成される、
請求項1〜15の何れか一項に記載のPHHM。 - 自己完結型であり、プロセッサと、ディスプレイと、制御装置と、通信装置と、記憶手段とを含み、前記ユーザの血液中の前記検体の前記濃度の測定値を提供する、請求項1〜16の何れか一項に記載のPHHM。
- 前記信号取得装置は、個人ハンドヘルド計算装置(PHHCD)に統合される、請求項1〜17の何れか一項に記載のPHHM。
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