JP2017536147A - 電磁放射を用いた非侵襲性の原位置における血のグルコース値の検出 - Google Patents

Abstract

被検者のグルコース値を非侵襲的に検査するための電磁放射の信号を使用するシステム及び方法。動作中、テラヘルツ波の入射ビームが生成され、眼球の表面上に投影され、これは涙層によって自然に反射される。反射されたテラヘルツ波が検出され、例えば２つの偏光方向の反射係数の軸比などの涙液層の反射特性を決定するために特徴付けられる。決定された軸比が提供されたり、軸比、涙のグルコース値、及び血のグルコース値の間の所定の相関関係にしたがって、被験体における現在の血のグルコース値は、導出されてユーザに提示され得る。

Description

本開示は、一般に、血のグルコース値の検出、さらには非侵襲性のグルコース値の検出機構の分野に関する。

糖尿病に罹患している人々は、身体によるインスリンの不適切な産生又は現在のインスリンに適切に応答する身体の不能のため、血の糖分又は血のグルコースの異常に高い値を有する。

糖尿病は一般的に不治であると考えられており、血糖値の定期的なモニタリング及びコントロールは治療の主要な部分である。糖尿病患者は、投薬、食事療法、運動、そして場合によってはインスリン注射によって血糖値をコントロールする。患者は、治療の管理体制の有効性を確保するために、しばしば自宅で毎日自分の血糖値を監視する必要がある。

今日の技術は、一般的に血糖計と呼ばれる携帯型の検査キットを使用して自宅の患者が血液検査を行うことを可能にする。患者が指を刺す穿刺装置を用いて血液サンプルを採取する計器を使用するには、血糖計に挿入された試験紙上の血液を利用する。血糖計は、試験紙上の血液の分析を自動的に行い、計器上のディスプレイパネルにグルコース値を表示する。

血糖計用の穿刺装置及び試験紙は、典型的には消耗品として設計されるので、このような血糖計を使用する費用は、実質的な経済的負担となり得る。例えば、１日５回までの検査を必要とする患者もいるので、少なくとも５つのランセットと５つの試験紙を使用する必要があり、この場合には、試験紙とランセットの価格に応じて１人あたり年間６００−１５００ドルの費用がかかる。経済的な浪費に加えて、使い捨ての穿刺装置及び試験紙は、医療廃棄物の危険性の重要な要因でもあり、環境汚染に寄与する。さらに、血液サンプルを採取するために指又は代替部位を突き刺すことは、身体的な不快感や苦痛を引き起こす。患者は、しばしば検査方法が不愉快で煩わしいと感じる。

患者のグルコース値を監視及び検査するための非侵襲的な手法の使用に新しい進展があった。研究は、血液と比較して希釈濃度ではあるが、人間の涙液がグルコースも含むことが示されている。人間の眼は常に涙液層によって潤されると共に覆われ、血のグルコース値の上昇は涙のグルコース値の上昇をもたらす。したがって、血液サンプルに含まれるグルコースを直接検査する代わりに、涙液中のグルコース値を検査するためにオンレンズの電気化学的なセンサ及び集積回路を用いて構築されたコンタクトレンズを用いる研究が報告されている。

この方法は、血糖検査を非侵襲的な性質に変換するが、コンタクトレンズを装着する必要があり、多くの患者にとって不便で面倒であると考えられる。

したがって、使い捨て可能な医療廃棄物を生成することなく、改善された患者の利便性を提供する非侵襲的な血糖検査機構を提供することが有利であろう。

本開示の実施形態は、制御された電磁波を用いて被検者の眼球を照射し、それにより、グルコース値と眼球を覆う涙液層の入射波に対する反射特性との間の既知の関係に基づいて、被検者のグルコース値を決定する。動作中に、既知の特性、好ましくはテラヘルツ帯の電磁波の入射光線が生成され、涙液層によって自然に反射される眼球の表面に投影される。反射された電磁波は、例えば、２つの偏光方向における反射係数の軸比などの涙液層の反射特性を決定するために検出されて特徴付けられる。決定された軸比が与えられ、軸比、涙のグルコース値、及び血のグルコース値の間の所定の相関関係によれば、被検者の現在の血のグルコース値が導出されて、例えば被検者又は被検者に関する検査を実施する人などのユーザに提示され得る。

いくつかの実施形態では、本開示によるグルコース検出装置は、家庭用のハンドヘルドデバイスとして設計され、使用時にユーザの額に対して配置され得る。検出装置は、テラヘルツ波の送信機や受信機、眼球位置の整列システム、較正システムや処理ロジックを含む。眼球の整列システムは、ユーザが、最適な検査結果のために、送信機、受信機、及び眼球の間で所定の入射角及び所定の距離を達成するために、装置に対して眼球の位置を調整することを容易にする。較正システムは、入射光線に対して既知の反射特性を有する基準面を利用する。送信機は、２つの偏光方向の電場を有する電磁波ビームを眼球表面に放射することができ、受信機は反射ビームの２つの偏光方向の電場を決定することができる。処理ロジックは、入射光線及び反射光線の電場に基づいて涙液層の反射特性を決定するために分析及び計算を実行し、それに応じて血のグルコース値の結果を出力する。

血のグルコース値が非侵襲性の電磁波に対する被検者の眼球内に存在する涙液の反射特性から推測され得るので、患者は従来の苦痛を伴う血液採取工程から有利に解放され得る。さらに、検出装置は、有益には、使い捨ての医療用品を使用せず、医療廃棄物も発生しない。

本開示の１つの実施形態によれば、グルコース値を決定する方法は、第１の電磁波を被検者の眼球に照射するステップと、第１の電磁波が眼球から反射することによって生じる第２の電磁波を検出するステップとを含む。被検者のグルコース値は、第１の電磁波及び第２の電磁波の特性に基づいて自動的に決定される。

一実施形態では、第１の電磁波及び第２の電磁波は、テラヘルツ波である。第２の電磁波は、眼球を覆う涙液膜から反射する第１の電磁波によって生じる。グルコース値を決定するために、直交する２つの偏光方向における第１の電磁波に対する涙液膜の反射係数間の比である軸比が決定される。グルコース値は、軸比と涙のグルコース値との間の所定の相関関係、及び涙のグルコース値と血のグルコース値との間の所定の相関関係にしたがって決定される。

本開示の別の実施形態によれば、被検者のグルコース値を決定する方法は、被検者の眼球に対する第１の所定の位置に、第１のテラヘルツ波を眼球に照射するステップと、眼球に対する第２の所定の位置に、前記第１のテラヘルツ波によって生成された第２のテラヘルツ波を眼球を覆う涙液層から反射させて検出するステップとを含む。この方法は、さらに、自動的に第１のテラヘルツ波に対する第２のテラヘルツ波の特性に基づいて、被検者中のグルコース値を決定することを含む。

本開示のさらに別の実施形態によれば、被験体のグルコース値を検出する方法は、（１）被検者の眼球に第１の電磁波を照射するステップと、（２）第１の電磁波に対する眼球を覆う涙液層の反射特性を決定するステップと、（３）第１の電磁波に対する涙液層の反射特性に基づいて被検者のグルコース値を決定するステップとを含む。

本開示の一実施形態によれば、装置は、被検者の眼球の位置をそれに近接して検出するように構成された位置決めアセンブリと、電磁波の入射光線を生成するように構成された送信アセンブリと、眼球の表面から反射された入射光線によって生成された電磁波の反射光線を検出するように構成された受信アセンブリと、送信アセンブリ及び受信アセンブリに結合された処理ロジックとを含む。処理ロジックは、入射光線及び反射光線の特性に基づいて被検者のグルコース値を決定するように構成される。

一実施形態では、入射光線はテラヘルツ波を含み、受信ユニットはテラヘルツ波を検出するように構成される。処理ロジックは、さらに、送信アセンブリや２つの偏光方向の入射光線における代表的な電場から第２の信号を受信し、第１の信号及び第２の信号に基づいて、２つの偏光方向の入射光線に対する表面の反射係数間の軸比を決定するように構成される。

処理ロジックは、さらに、軸比と涙のグルコース値との間の第１の相関関係と、涙のグルコース値と血のグルコース値との間の第２の相関関係とに基づいて、被検者のグルコース値を自動的に決定するように構成され得るものであり、第１及び第２の所定の相関関係を記憶するように構成されたメモリを備え得る。位置決めアセンブリは、眼球の位置を検出するように構成された位置アライナと、そのアライナに結合されたインジケータとを含み得る。インジケータは、送信アセンブリと表面との間の所定の距離、及び入射光線の表面における所定の入射角を達成するために眼球の位置を調整するためのユーザ指示を送信するように構成され、第１の相関関係は所定の入射角及び所定の距離に対応する。

本開示の別の実施形態によれば、グルコース値を検知するための携帯型の装置は、第１の電磁波を生成するように構成された送信アセンブリと、携帯型の装置に近接する被検者の眼球を覆う涙液層から反射された第１の電磁波によって生成された第２の電磁波を検出するように構成された受信アセンブリと、送信アセンブリ及び受信アセンブリに結合された処理ロジックとを含む。処理ロジックは、第１の電磁波に対する涙液層の反射特性を決定し、反射特性に基づいて被検者のグルコース値を自動的に決定することができる。

本開示のさらに別の実施形態によれば、システムは、入射テラヘルツ波を第１の位置で発生させるように構成された発生器と、第２の位置で反射されたテラヘルツ波を検出するように構成された検出器であって、反射されたテラヘルツ波が、入射テラヘルツ波が被検者の眼球を覆う涙液層から反射されることによって生成される発生器と、発電機及び検出器に結合されたプロセッサと、プロセッサに結合されたメモリとを含む。メモリは、プロセッサによって実行されると、入射のテラヘルツ波に対する涙液層の反射特性を自動的に決定するステップと、反射特性と涙のグルコース値との間の所定の相関関係にしたがって、反射特性に基づいて被検者のグルコース値を決定するステップとを実行する命令を記憶する。

この概要は、必要に応じて、簡略化、一般化、及び詳細の省略を含み、その結果、当業者は、概要が単なる例示であり、決して限定することを意図されるものではないことを理解するであろう。ただ特許請求の範囲によって定義される本発明の他の態様、発明の特徴、及び利点は、以下に記載される非限定的な詳細な説明において明らかになるであろう。

本発明の実施形態は、同様の参照符号が同様の要素を示す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明を読むことにより、よりよく理解されるであろう。

本開示の一実施形態による電磁放射を用いて涙のグルコース値を検査する例示的なグルコース検出装置の構成の正面図を示す。 図１に示す例示的なグルコース検出装置の構成の平面図を示す。 図１及び図２に示す例示的なグルコース検出装置の斜視図を示す。 涙液中の異なるグルコース濃度によって引き起こされる様々な屈折率における入射角の関数としてＡＲ_Γの模擬データプロットを示す。 ｎ_Ｔ が２．５＋ｊに等しいn及びkのうちのＡＲ_Γ（θ）の導関数を示すデータプロットである。 本発明の一実施形態に係る図１−３に示す例示的なグルコース検出装置を較正するために参照鏡を使用する構成を示す。 図７Ａ−図７Ｂは、本開示の一実施形態による検査のための所定の入射角θ_０及び反射位置Ｐ１を達成するために、グルコース検出装置に組み込まれた例示的な位置合わせシステムを使用する構成を示す。 本開示の一実施形態に係る、血のグルコース値を検査するためにテラヘルツ波を使用する例示的な工程を示すフローチャートである。 本開示の一実施形態による例示的なグルコース検出装置の外観図を示す。 本開示の一実施形態による例示的なグルコース検出装置の機能モジュールを示す。 本開示の実施形態による図１０に示すグルコース検出装置を使用する例示的な工程を示すフローチャートである。

本発明の好ましい実施形態を詳細に参照し、その例示が添付図面に示される。本発明は好ましい実施形態に関連して説明されるが、それらは本発明をこれらの実施形態に限定するものではないことが理解されるだろう。むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨及び範囲内に含まれ得る代替、改変、及び均等なものを包含することが意図される。さらに、本発明の実施形態の以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載されている。しかしながら、当業者であれば、本発明はこれらの具体的な詳細なしに実施できることを認識するであろう。他の例では、本発明の実施形態の態様を不必要に不明瞭にしないために、周知の方法、手順、構成要素、及び回路は詳細には記載されていない。本発明の実施形態を示す図面は、準概略図であり、一定の縮尺ではなく、特に、図面の明瞭性のために寸法の一部が示されており、図面において誇張されて示されている。同様に、説明を容易にするために図面の視野は、概して同様の方向を示すが、図のこの描写は、ほとんどの場合任意である。一般に、本発明は任意の方向で操作され得る。

（表記及び術語）
しかしながら、これらの用語及び類似の用語は、すべて適切な物理量に関連し、これらの量に適用される便利なラベルに過ぎないことに留意すべきである。以下の説明から明らかなように特に明記しない限り、本発明を通して、例えば「処理する」、「アクセスする」、「実行する」、「記憶する」、又は「レンダリングする」（「ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、「ａｃｃｅｓｓｉｎｇ」、「ｅｘｅｃｕｔｉｎｇ」、「ｓｔｏｒｉｎｇ」、又は「ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ」）などの用語は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理（電子）量として表されるデータ及び他のコンピュータ可読媒体を、同様にコンピュータシステムのメモリ、レジスタ、若しくはその他のそのような情報記憶装置、伝送又はクライアント内の物理量として表される他のデータに操作及び変換するコンピュータシステム又は同様の電子計算装置の動作及び工程を指すことが、理解される。いくつかの実施形態において構成要素が現れる場合には、同じ参照番号の使用は、その構成要素が元の実施形態に示されたものと同じ構成要素であることを意味する。

（電磁放射を用いた非侵襲性の原位置における血のグルコース値の検出）
本明細書では、電磁波信号を使用して被検者の眼球表面を覆う涙液中のグルコース値を非侵襲的に検査し、それにより被検者の血のグルコース値を推測するシステム及び方法が提供される。例示的なグルコース検出装置は、電磁波送信器、波検出器、及び処理ロジックを含む。涙液層と被検者の血のグルコース値との相関関係と、涙液層と検査用電磁波との相互作用パターンとが予め取得され、検出装置を構成するために使用される。検査中、制御された電磁波は、送信機によって生成され、眼球上に投影される。眼球表面から反射された波は、波検出器によって検出される。涙液の反射特性は、反射波の分析に基づいて決定され、次に被検者の血のグルコース値に関連付けられる。

血のグルコース値は、非侵襲性の電磁波に関して被検者の眼球に存在する涙の反射特性から推測され得、患者は、従来の苦痛な血液採取工程から有利に免れられ得る。さらに、検出工程及び装置は、有益には、使い捨ての医療用品を使用せず、医療廃棄物も発生しない。さらに、本開示の実施形態は、有利には、任意の外部の物体と人体の敏感な部分との間の触覚接触に依存せず（上述のコンタクトレンズのアプローチにおけるように）、ユーザの利便性及び知識をさらに高める。

本開示は試験電磁波又は信号のスペクトルによって制限されないが、テラヘルツ波は、非イオン化で人間の組織にとって安全であり、水の水和及び糖濃度に非常に敏感であり、低エネルギーで高度に指向性であるという特性のために好ましい。例えば、グルコース検査に使用されるテラヘルツ波は、一実施形態では１００ＧＨｚから１０ＴＨｚの範囲内の周波数を有するかもしれない。しかしながら、本開示の範囲から逸脱することなく、涙のグルコース値を検出するために、電磁放射の他の適切なクラスも使用され得る。

図１は、本開示の一実施形態による、涙のグルコース値を検査するために電磁放射を使用する例示的なグルコース検出装置１００の構成の正面図を示す。図２は、図１に示す例示的なグルコース検出装置１００の構成の平面図を示す。図３は、図１及び図２に示す例示的なグルコース検出装置１００の立体図を示す。

この構成は、基本形態で示されており、位置Ｐ０及びＰ２にそれぞれ配置されたテラヘルツ波の送信器（ＴＸ）１１０及び受信器（ＲＸ）１２０を含む。動作中、送信機は、テラヘルツ放射ビームを生成し、位置Ｐ１で被検者の眼球表面１３０に向ける。入射ビームは、涙液層によって覆われたＰ１の眼球表面１３０によって反射されるまで、距離Ｌ１移動する。反射されたビームは、反射点Ｐ１から距離Ｌ２で受信器１２０によって検出される。

以下でより詳細に説明するように、グルコース検出装置１００は、入射角θ及び距離Ｌ１及びＬ２が所定値に等しくなるまで、眼球位置を調節することをユーザに容易にする位置合わせシステムを含む。

涙液中のグルコース値は、０．１から０．６ミリモル／リットル（ｍＭ）の範囲であると報告されており、それば血液中のレベルの約１０倍低い。本開示の一実施形態による装置は、この範囲内で正確な測定を提供するように構成される。

眼球の反射特性が、涙中の生化学的組成、特にグルコース濃度によって変化することは理解される。本明細書で詳細に説明される実施形態では、交差偏光反射率測定が、放出されたパワー、経路損失、他のパラメータや放出されるビームの特性に関する知識への依存性を排除する、検査及び較正工程におけるテラヘルツの放射線分析に使用される。

より具体的には、２つの方向

の反射係数又はその比が、涙のグルコース値を示すメトリックとして使用され、θは入射角を表す。

を得るために、

で生成された入射ビームの電場及び

で検出された反射ビームの電場が決定される。

図１に示すように、受信器によって検出された電場は、送信器によって生成された電場、眼１３０上の送信器（Ｐ０）と反射点（Ｐ１）との間の距離、Ｐ０における涙の表面の反発係数、及びＰ１と受信器（Ｐ２）との間の距離である。この関係は、以下のように表され得る。

式（１）の変数は、以下のように定義される。

は、以下のように定義される。

フレネルの方程式を使用することにより、以下のことが得られる。

ここで、ｎ_Ａ及びｎ_Ｔは、それぞれ空気及び涙の屈折率である。屈折率

は、例えば、

などの複雑な式で表され得、ｎ及びｋは、位相速度及び吸収損失をそれぞれ示す。

（５）に（６）を代入すると、以下のことが得られる。

もしｎ_Ａが１に近似すると、式（７）は、以下のように単純化され得る。

式（８）によれば、ＡＲ_Γ（θ）は、ｎ_Ｔ及びθの関数である。典型的な涙のサンプルについては、ｎ_Ｔ＝２．５＋ｊである。図４は、涙の中にある異なるグルコース濃度によって引き起こされ得る様々な屈折率における入射角の関数としてＡＲ_Γの模擬データプロットを示す。

ｎ_Ｔの変化が涙のグルコース値と相関するので、ｎ_Ｔの測定によってグルコース値が得られ得る。図５は、２．５＋ｊに等しいｎ_Ｔに関連するn及びkのＡＲ_Γ（θ）の導関数を示すデータプロットである。図５は、５５から８５度の間の入射角が、ＡＲ_Γの測定によるｎ_Ｔの検出において高い感度をもたらすことを示す。実際には、以下でより詳細に説明するように、入射角は、グルコース検出装置を構成するための所定値として、この高感度領域から選択されるかもしれない。

式（１）及び式（２）を式（５）に代入することによって、ＡＲ_Γは、以下のように表わされ得る。

ここで、θ_０は、涙のグルコース値の検出において最も高い感度を得るために選択される最適な入射角である。式（９）では、受信機側で

の両方を直接測定され得、

は、送信機の動作設定に基づいて得られ得る（例えば、入射波の電力及び周波数など）。あるいは、

は、参照鏡測定を使用する較正工程を介して得られる。

図６は、本発明の一実施形態に係る図１−図３に示す例示的なグルコース検出装置１００を較正するために参照鏡を使用する構成を示す。ここで、参照鏡は、高い導電率を有する表面を指し、反射の軸比は既知の一定値ＡＲ_{Γ，Ｍｉｒｒｏｒ}（θ_０）である。そのような参照鏡の一例は、

を有する金属表面である。このように、

は、式（９）から得られ得る。

ここで、

は、参照鏡から反射されたＰ２の入射面に対して垂直で平行である測定された電場である。

涙の軸比ＡＲ_{Γ，Ｔｅａｒ}（θ_０）は、式（１０）を式（９）に代入することによって、以下によって表され得る。

したがって、各グルコース検査について、涙の軸比ＡＲ_{Γ，Ｔｅａｒ}（θ_０）は、式（１１）を用いて計算され得、このうち

は、涙液膜から反射されたＰ２における入射平面に対して垂直で平行である測定された電場である。いくつかの実施形態では、グルコース検出装置は、正確な検査結果を確実にするために較正工程が定期的に実行されるように構成される。

式（１２）のように、軸比を計算するための

の基準値を使用するために、被試験の眼球は、較正工程で配置された参照鏡と同じ位置に常に配置されるべきである。この目的のために、グルコース検出装置は、位置合わせ工程によるグルコース検査中の眼球の位置決めを容易にする位置合わせシステムを含む。図７Ａ−図７Ｂは、本開示の一実施形態による検査のための所定の入射角θ_０及び反射位置Ｐ１を達成するためにグルコース検出装置１００に組み込まれた例示的な位置合わせシステムを使用する構成を示す。位置合わせシステムは、調整可能な眼球位置ホルダ１７０、光源Ａ１４１及びＢ１４２、並びに、照準線Ａ１５１及びＢ１５２を透明スクリーン１５３上に投影することができるファインダを含む。

例えば、検査前に自己整列を行う場合に、人が、光源Ｂ１４２を照準線Ｂ１５２（図７Ａに示すように）に視覚的に整列させ、光源Ａ１４１を照準線Ａ１５１（図７Ｂに示すように）に整列させることができるまで、ユーザは、装置１００上のファインダを見て、眼球位置ホルダ１７０を調整する。眼球の瞳孔は、光を眼に入射させる開口であり、眼球とほぼ中央に整列される。瞳孔を光源及び照準線と整列させることにより、眼球の正確な位置決めは得られ、それにより涙液層の一貫した測定を保証する。

いくつかの実施形態では、検出装置は、眼球が正確に位置決めされたり、グルコース検査の準備ができているという確認表示を送信することができる。表示を受信することで、ユーザは眼のホルダ１７０をロックし、送信器１１０を検査用の他の動作構成要素と共に作動させるように命令することができる。

本開示は、入射放射線に対する涙液層の反射特性を決定する特定のメカニズムに限定されないことが理解されるだろう。例えば、いくつかの他の実施形態では、整列工程に頼ることなく、現在の眼球位置は、自動的に検出されるかもしれない。また、入射ビーム及び反射ビームの電場は、現在の眼球位置に基づいて、基準面又は関連する較正工程に依存することなく、直接的に決定されるかもしれない。

図８は、本開示の一実施形態に係る、グルコース値を検査するためにテラヘルツ波を使用する例示的な工程８００を示すフローチャートである。８０１において、テラヘルツ波のビームは、送信器において意図されたエネルギーレベルで生成され、被検者の眼球が位置決めされる標的位置に向けられる。本開示が、ヒト又は例えばペット等の他の適切な対象におけるグルコース値を検査するために使用され得ることが理解されるであろう。

８０２において、入射テラヘルツビームは、涙液層によって覆われた眼球表面から少なくとも部分的に反射され、その後受信機によって捕捉される。８０３において、検出された反射ビームが測定され、例えば、２つの偏光方向におけるその電場を決定するために分析される。この検出に基づいて、計算は、入射テラヘルツビームに対する眼球表面の反射特性を決定するために実行される。反射特性は、２つの偏光方向の反射係数又はその軸比によって表わされるかもしれない。

８０４において、眼球の反射特性と血のグルコース値との間の所定の相関関係が利用され、これは涙のグルコース値と血のグルコース値との間の所定の関係を意味する。その相関関係は、メモリ常駐であるかもしれず、例えば、理論的計算と組み合わせた検査又は他の発見的な工程による臨床及び実験データに基づく、当技術分野で知られている任意の適切な手段で決定されるかもしれない。その相関関係は、事前の検査結果に基づいて特定の被検者又は被検者の特定のカテゴリーに変わるかもしれない。

８０５において、被試験の涙液層における計算された反射特性が提供された場合には、被検者の血のグルコース値は、所定の相関関係にしたがって導出される。検査結果は、その後、表示パネルを介してユーザに提示され、将来の参照のためにデバイスに記憶されるかもしれない。

図９は、本開示の一実施形態に係る例示的なグルコース検出装置９００の外観図を示す。装置９００は、ハンドヘルド装置として設計され、ケース９１０、ハンドル９２０、ファインダ９３０、顔面支持クッション９４０、ディスプレイパネル９５０、及びトリガ９６０を含む。例えば、自己検査の場合、ユーザは、ハンドル９３０を押して、デバイス９００を人の顔に押し付ける。ユーザは、１つの眼を使用してファインダ９３０をのぞき込み、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明したように、視覚的に整列されるまで、光源及び照準線における知覚される位置に基づいて、デバイス９００に対する眼球の位置を調整する。位置調整器は、眼球とエミッタ／受信器との間の距離を変化させるために、クッション９４０の下に埋め込まれるかもしれない。

次いで、ユーザは、トリガ９６０を引っ張って検査工程を達成することができる。例えば、涙及び血のグルコース値などの測定結果、及び他の関連情報は、ディスプレイ装置９５０に表示される。しかしながら、様々な他の製品設計及び構成が、本開示の範囲から逸脱することなく、グルコース検出装置として実施され得ることは理解されるだろう。

本開示に係る検出装置は、ユーザが、ペット、子供などのような自己設定を行うことができない別の被検者に対して検査を行うことを可能にする特徴を含むかもしれない。例えば、位置情報は、検査を行っているユーザに目視可能であるかもしれず、位置調整機構は、そのユーザによって制御され得る。

図１０は、本開示の一実施形態による例示的なグルコース検出装置１０００の機能モジュールを示す。様々なモジュールは、図９に示すようにハウジング内に収容されるかもしれない。装置１０００は、眼球１０３０が配置されるべき目標位置から互いに離間した送信ユニット（ＴＸ）１０１０及び受信ユニット（ＲＸ）１０２０を含む。また、装置１０００は、眼整列ユニット１０７０、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１０８１、マイクロコントローラやデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）（又は、まとめて「処理ロジック」）１０８２、メモリ１０８３、機械的トリガ１０８６、及びディスプレイパネル１０８４や電源１０８５を含む。

眼整列ユニット１０７０は、光スポット１０５１及び１０５２並びに照準線１０４１及び１０４２を含み、ユーザが眼球位置を調整して所定の入射角及び送信機１０１０や受信機１０２０からの所定の距離を達成するのを容易にすることに役立つ。

眼の位置合わせが完了すると、ユーザはトリガ１０８６とやりとりして、送信ユニット１０１０及び受信ユニット１０２０を起動することができる。ユニット１０１０及び１０２０の動作パラメータは、周波数、出力電力、検査期間、放出方向、反射点位置などのような、処理ロジック１０８２によってプログラムされたり、制御されるかもしれない。

送信部１０１０は、眼球表面１０３０に入射したテラヘルツ波を出射する。受信ユニット１０２０は、眼球表面１０３０から反射された波の少なくとも一部を検出し、検出された波を表す信号をデジタル変換のためにＡＤＣ１０８１に送る。変換された信号は、分析及び計算処理のために処理ロジック１０８２に転送される。したがって、処理ロジックは、眼球１３０を覆う涙液層の反射係数又は軸比、及び所定の相関関係（単数又は複数）に基づいて得られる血のグルコース値を自動的に決定することができる。メモリ１０８３は、ユーザ情報、装置内の様々なユニットの動作パラメータ、テスト結果、所定の相関関係、並びに、信号解析、計算、及び検査結果のコンパイルなどのためのプログラムを格納することができる。

参照鏡１０６０は、既知の反射特性を有し、図６を参照してより詳細に説明するように較正のために使用される。この例では、基準面は眼球に似た形状を有する。解析及び計算は、メモリ１０８３に格納された命令及びデータに基づいて処理ロジック１０８２によって同様に実行される。各検査の終了時又はユーザの要求に応答して、検査結果は、ディスプレイパネル１０８４上に、例えば数字、チャート又はテーブルなど様々なフォーマットで表示され得る。

装置１０００の各構成要素は、当技術分野で周知の任意の適切な技術で実施され得る。グルコース検出装置は、ある範囲の他の構成要素及びアクセサリを含むかもしれず、様々な他の機能を実行するかもしないと理解されるだろう。例えば、検査結果がコンピュータデバイスにダウンロード又は遠隔送信され得るように、ネットワーク回路は、装置１０００に含まれるかもしない。

図１１は、本開示の実施形態に係る図１０に示すように、グルコース検出装置を使用する例示的な工程１１００を説明するフローチャートである。１１０１において、較正処理は、

を得るために、所定の最適入射角及び参照鏡の軸比を用いた参照鏡の反射測定を使用することにより行われる。１１０２において、位置合わせ工程が実行される。被検者は、光点と目標のカーソル点の両方のセット（例えば、緑のセット及び赤のセット）を同時に整列させることができるように、ファインダをのぞき見て、目の位置を調整する。

１１０３において、グルコース測定が行われる。例えば、受信器の位置Ｐ２での反射波の電場を得るために涙液膜の反射測定をトリガとする際に、被検者は光点Ａを見つめる。

１１０４において、涙液膜の軸比は、被検眼球からの反射波の電場、参照鏡の軸比、参照鏡からの反射波の電場を式（１１）に代入することによって計算される。１１０５において、涙のグルコース値−軸比の相関関係は、被検者の涙のグルコース値を得るために、メモリからアクセスされる。人の血のグルコース値は、さらに、涙のグルコース値−血のグルコース値の相関関係に基づいて自動的に生成される。この決定されたグルコース値は、ユーザに表示される。

特定の好ましい実施形態及び方法が本明細書に開示されているが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、そのような実施形態及び方法の変更や修正を行うことができることは、当業者には前述の開示から明らかだろう。本発明は、添付の特許請求の範囲及び適用法の規則や原則によって要求される範囲のみに限定されるものとする。

Claims (40)

1. グルコース値を決定する方法であって、
   被検者の眼球に第１の電磁波を照射するステップと、
   前記第１の電磁波によって生成された第２の電磁波を前記眼球から反射させて検出するステップと、
   前記第１の電磁波及び前記第２の電磁波の特性に基づいて前記被検者の前記グルコース値を決定するステップと、
   を含む方法。
2. 前記第１の電磁波及び前記第２の電磁波はテラヘルツ波を含む、請求項１に記載の方法。
3. 第２の電磁波は、前記眼球を覆う涙液膜から反射する第１の電磁波によって生じる、請求項１に記載の方法。
4. 前記グルコース値を決定するステップは、
   ２つの直交する偏光方向における前記第１の電磁波に対する前記涙液膜の反射係数間の軸比を決定するステップと、
   前記軸比と涙のグルコース値との間の所定の相関関係や、前記涙のグルコース値と血のグルコース値との間の所定の相関関係にしたがって前記グルコース値を導出するステップとを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記軸比を決定するステップは、
   第１の位置で前記２つの直交する偏光方向における前記第１の電磁波の電場を決定するステップと、
   第２の位置での前記検出に基づいて、２つの直交する偏光方向における前記第２の電磁波の電場を決定するステップと、
   前記第１及び第２の電磁波の電場に基づいて前記涙液膜の反射係数を計算するステップとを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記反射係数を計算するステップは、前記涙液膜を基準とした前記第１の電磁波の入射角にさらに基づいている、請求項５に記載の方法。
7. 前記入射角は、実質的に５５−８５度の範囲内にある、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の位置及び前記第２の位置に対する前記眼球の位置を検出するステップと、
   所定の入射角を達成するために前記位置を調整するための指示を前記被検者に送信するステップとを含む、請求項６に記載の方法。
9. 前記軸比を決定するステップは、
   前記第１の電磁波に対して既知の反射係数を有する基準面に前記第１の電磁波を照射することによって基準軸比を決定するステップと、
   前記基準軸比に基づいて前記軸比を導出するステップとを含む、請求項４に記載の方法。
10. 被検者のグルコース値を決定する方法であって、
    前記被検者の眼球に対する第１の所定位置において、前記眼球上に第１のテラヘルツ波を照射するステップと、
    前記第１のテラヘルツ波によって生成された第２のテラヘルツ波を、前記眼球を覆う涙液層から反射させて検出するステップと、
    前記第１のテラヘルツ波に対する前記第２のテラヘルツ波の特性に基づいて、前記被検者における前記グルコース値を自動的に決定するステップと、
    を含む方法。
11. 前記眼球の位置を検出するステップと、
    前記眼球における前記第１のテラヘルツ波の所定の入射角を達成するために前記位置を調整するための指示を前記被検者に送信するステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記グルコース値を決定するステップは、
    ２つの偏光方向の前記第１のテラヘルツ波に対する前記涙液層の反射係数間の軸比を決定するステップと、
    前記軸比と涙のグルコース値との間の所定の相関関係や前記涙のグルコース値と血のグルコース値との間の所定の相関関係にしたがって前記血のグルコース値を導出するステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記軸比を決定するステップは、
    前記２つの偏光方位における前記第１のテラヘルツ波の既知の特性にアクセスするステップと、
    前記２つの偏光方位における前記第２のテラヘルツ波の検出された特性にアクセスするステップと、
    前記第１のテラヘルツ波の前記既知の特性及び前記第２のテラヘルツ波の前記検出された特性に基づいて前記涙液層の前記反射係数を計算するステップとを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記既知の特性は、前記２つの偏光方向の電場を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記グルコース値を決定するステップは、
    前記第１のテラヘルツ波を、前記２つの偏光方位における前記第１のテラヘルツ波に対して既知の反射係数を有する基準面に照射することによって基準軸比を決定するステップと、
    前記基準軸比に基づいて前記軸比を較正するステップとを含む、請求項１２に記載の方法。
16. 被検者のグルコース値を検出する方法であって、
    前記被検者の眼球に第１の電磁波を照射するステップと、
    前記第１の電磁波に対する前記眼球を覆う涙液層の反射特性を決定するステップと、
    前記第１の電磁波に対する前記涙液層の反射特性に基づいて前記被検者のグルコース値を決定するステップと、
    を含む方法。
17. 前記第１の電磁波が前記涙液層から反射することによって生成された第２の電磁波を検出することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第１の電磁波及び前記第２の電磁波は、テラヘルツ波を含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記涙液層の前記反射特性を決定するステップは、
    前記涙液層における前記第１の電磁波の入射角を決定するステップと、
    前記入射角における軸比を決定するステップであって、前記軸比は、２つの偏光方向の前記第１の電磁波に対する前記涙液層の反射係数の比を表すステップと、
    前記軸比と涙のグルコース値との間の所定の相関関係及び前記涙のグルコース値と血のグルコース値との間の所定の相関関係にしたがって前記グルコース値を自動的に導出するステップとを含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記第１の電磁波を反射するための基準面を用いて基準軸比を決定するステップを含み、前記軸比を決定するステップは、
    前記第１の電磁波及び前記第２の電磁波のそれぞれの電場を決定するステップと、
    前記基準軸比と前記各電場に基づいて前記軸比を算出するステップとを含む、請求項１７に記載の方法。
21. 被検者の眼球の位置をその近傍に検出するように構成された位置決めアセンブリと、
    電磁波の入射ビームを生成するように構成された送信アセンブリと、
    前記眼球の表面から反射された前記入射ビームによって生成された電磁波の反射ビームを検出するように構成された受信アセンブリと、
    前記送信アセンブリ及び前記受信アセンブリに結合された処理ロジックであり、前記入射ビーム及び前記反射ビームの特性に基づいて前記被検者内のグルコース値を決定するように構成された処理ロジックと、
    を備えた装置。
22. 前記電磁波の入射ビームは、テラヘルツ波を含み、前記受信ユニットは、テラヘルツ波を検出するように構成されている、請求項２１に記載の装置。
23. 前記受信アセンブリは、
    ２つの偏光方向の前記反射ビームの電場を測定し、
    前記反射されたビームの測定された電場を表す第１の信号を前記処理ロジックに送るように構成されている、請求項２１に記載の装置。
24. 前記処理ロジックは、
    前記送信アセンブリから第２の信号を受信し、前記２つの偏光方向の前記入射ビームにおける生成された電場を表し、
    前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて、前記２つの偏光方向の前記入射ビームに対する前記表面の反射係数間の軸比を決定するように構成されている、請求項２３に記載の装置。
25. 前記処理ロジックは、
    前記軸比と涙ブドウ糖レベルとの間の第１の相関関係と、
    前記涙のグルコース値と血のグルコース値との間の第２の相関関係とに基づいて、前記被検者の前記グルコース値を自動的に決定するように構成されており、前記第１及び第２の所定の相関関係を記憶するように構成されたメモリをさらに備える、請求項２４に記載の装置。
26. 前記位置決めアセンブリは、
    前記眼球の位置を検出する位置合わせ手段を備え、
    前記位置合わせ手段は、
    光源と、
    前記光源に結合され、前記光源に対応する照準線を投影するように構成されたファインダと、
    前記位置合わせ手段に結合されたインジケータであり、前記送信アセンブリと前記表面との間の所定の距離と、前記表面における前記入射ビームの所定の入射角とになるように、前記眼球の前記位置を調整するためのユーザ指示を送信するように構成されたインジケータとを備え、前記第１の相関関係は前記所定の入射角及び前記所定の距離に対応する、請求項２４に記載の装置。
27. 前記所定の角度は、実質的に５５−８５度の範囲内にある、請求項２４に記載の装置。
28. 前記処理ロジックに結合され、前記偏光方向の前記入射ビームに対して既知の反射係数を有する基準面を備える、請求項２１に記載の装置。
29. 前記処理ロジックに結合され、検査のために前記グルコース値をユーザに表示するように構成された表示パネルを備える、請求項２１に記載の装置。
30. グルコース値を検出するための携帯機器であって、
    第１の電磁波を生成するように構成された送信アセンブリと、
    前記携帯機器に近接する被検者の眼球を覆う涙液層から反射された前記第１の電磁波によって生成された第２の電磁波を検出するように構成された受信アセンブリと、
    前記送信アセンブリ及び前記受信アセンブリに結合された処理ロジックであり、
    前記第１の電磁波に対する前記涙液層の反射特性を決定し、
    前記反射特性に基づいて前記被検者のグルコース値を自動的に決定するように構成された処理ロジックと、
    前記送信アセンブリ、前記受信アセンブリ、及び前記処理ロジックを囲むハウジングとを備える、携帯機器。
31. 前記ハウジングによって囲まれた位置決めアセンブリであり、
    前記眼球の位置を検出し、
    前記送信アセンブリと前記眼球との間の所定の距離と前記眼球における前記第１の電磁波の所定の入射角とになるように前記眼球の位置を調整するためのユーザ指示を送信するように構成された位置決めアセンブリを備える、請求項３０に記載の携帯機器。
32. 前記処理ロジックに結合された記憶ユニットであり、前記反射特性と涙のグルコース値との間の第１の相関関係及び前記涙のグルコース値と血のグルコース値との間の第２の相関関係を記憶する記憶ユニットを備える、請求項３０に記載の携帯機器。
33. 前記処理ロジックは、
    ２つの直交する偏光方向における前記第１の電磁波に対する前記涙液層の反射係数の間の軸比を決定し、
    前記第１の相関関係及び前記第２の相関関係にしたがって前記被検者の前記グルコース値を自動的に導出するように構成されている、請求項３２に記載の携帯機器。
34. 前記ハウジングによって囲まれた較正アセンブリであり、前記２つの直交する偏光方向の前記入射ビームに対して既知の反射係数を有する基準面を備える較正アセンブリを備える、請求項３２に記載の携帯機器。
35. 前記第１及び第２の電磁波は、テラヘルツ波を含む、請求項３０に記載の携帯機器。
36. 前記処理ロジックに結合された表示パネルであり、前記グルコース値を表示するように構成された表示パネルを備える、請求項３０に記載の携帯機器。
37. 入射テラヘルツ波を第１の位置で発生させるように構成された発生器と、
    第２の位置で反射されたテラヘルツ波を検出するように構成された検出器であり、前記反射テラヘルツ波は、前記入射テラヘルツ波が被検者の眼球を覆う涙液層から反射されることによって生成される検出器と、
    前記発生器及び前記検出器に結合されたプロセッサと、
    前記プロセッサに結合されたメモリであり、前記プロセッサによって実行された場合に
    前記入射テラヘルツ波に対する前記涙液層の反射特性を自動的に決定するステップと、
    前記反射特性と涙のグルコース値との間の所定の相関関係にしたがって前記反射特性に基づいて前記被検者のグルコース値を決定するステップの方法を実行する命令とを含むメモリと、
    を備える、システム。
38. 前記発生器は、２つの偏光方向の前記第１のテラヘルツ波における発生した電場を表す信号を提供するように構成され、前記検出器は、前記２つの偏光方向の前記第２のテラヘルツ波の検出された電場を表す信号を提供するように構成され、前記反射特性を自動的に決定するステップは、
    前記２つの偏光方向の前記第１のテラヘルツ波に対する前記眼球の前記表面の反射係数間の軸比を決定するステップを含む、請求項３７に記載のシステム。
39. 前記プロセッサに結合された位置決めアセンブリであり、
    前記被検者の前記眼球の位置を検出し、
    前記発生器と前記眼球との間の所定の距離と前記眼球における前記第１の電磁波の所定の入射角とになるように前記眼球の前記位置を調整するためのユーザ指示を生成するように構成された位置決めアセンブリを備える、請求項３７に記載のシステム。
40. 前記プロセッサに結合された較正アセンブリであり、前記２つの偏光方向の前記第１のテラヘルツ波に関する既知の反射係数を有する基準面を含む較正アセンブリを備える、請求項３７に記載のシステム。
    

Images