JP5033789B2 - 腎臓機能分析のための方法 - Google Patents

Description

本開示は、一般的には、臓器診断のための方法及び装置に関し、より具体的には、腎臓診断のための方法及び装置に関する。

腎臓機能の測定は腎臓疾患の診断及び処置において重要な工程である。腎臓機能の１つのそのような尺度が糸球体濾過率（ＧＦＲ）である。ＧＦＲは、所与の時間内に腎臓によって濾過された血液（血漿）の体積として定義され、典型的にはミリリットル／分（ｍｌ／分）の単位で測定される。ＧＦＲを測定するために使用される典型的な臨床方法が尿クレアチニンクリアランスの測定である。クレアチニンは身体の代謝産物である。しかしながら、尿中のクレアチニンレベルを測定することによって推定されるＧＦＲは、実際のＧＦＲの直接的な測定値ではなく、その推定値にすぎない。これは、クレアチニンが身体によって絶えず産生され、かつ、濾過に加えて、尿中に分泌されるからである。典型的なＧＦＲ測定は、完了するまでに少なくとも６時間〜２４時間を要する。しかしながら、血清中のクレアチニンレベルが平衡状態でないとき、例えば、急性腎不全時などにおいては、ＧＦＲの測定は不可能である場合がある。典型的なＧＦＲ測定技術では、尿サンプルを採取すること、及び／又は、血液サンプルを採血することが要求される。

腎臓又は腎臓の機能に影響を及ぼす多くの疾患が存在する。タンパク尿は慢性疾患のマーカーである。タンパク尿を有する動物（例えば、ヒト患者）は腎不全を発症する恐れがあり、タンパク尿の早期検出は多くの根本的な疾患の処置において有益である。タンパク尿についての典型的な診断方法は、尿におけるアルブミンレベルの測定である。そのような測定は典型的には、尿ディップスティックを使用して半定量的に行われるか、又は、尿中のタンパク質対クレアチン比を化学的に測定することによって行われる。定量的な分析では、典型的には、２４時間の尿採取が要求される。しかしながら、２４時間の尿採取でさえ、タンパク質が近位尿細管細胞の再吸収によって尿から除かれるので、遅れた診断をもたらす場合がある。例えば、様々なタンパク質が糸球体（腎臓濾過バリア）を通り抜け、腎臓ろ液に入り、腎臓の尿細管細胞によって再吸収されることがあり、これにより、尿中にはタンパク質がほとんど残らないか、全く残らない。このことは、糖尿病性腎症においては、糸球体のタンパク質に対する透過性の変化をごく早期に検出することが治療の開始に非常に重要であることから、特に問題となる場合がある。

血中及び尿中のグルコースレベルもまた、診断測定値として使用される。異常な血中グルコースレベルが糖尿病及び他の疾患に直接に関連づけられる。血中及び尿中のグルコースレベルを求めるために使用される典型的な方法では、採血すること、及び／又は、尿におけるグルコース含有量を測定することが要求される。これらの方法は、比較的時間がかかり、また、血中グルコースレベルのリアルタイムでの監視ができない。

更に、多くの適用では、薬物の薬物動態学を知ることが望ましい。薬物の薬物動態学を測定するために使用される典型的な方法では、苦痛を伴い時間がかかり得る工程である、動物（例えば、ヒト患者）からの採血が要求される。薬物の薬物動態学を測定するために使用される他の方法では、例えばＭＲＩのような、大がかりで高価な医療用造影装置の使用が含まれる。

本発明は、添付された請求項において示される特徴、及び／又は、特許可能な主題を単独もしくは任意の組合せで含み得る下記の特徴のうち、１つ又は複数を含む。

動物の生理学的診断を求めるための方法が提供される。本方法は、複数の第１の分子及び複数の第２の分子の混合物を動物に注入する工程を含むことができる（なお、請求項に係る方法は、当該混合物をヒト個体に注入する工程は含まない）。第２の分子の分子量を第１の分子よりも大きくてもよい。第１の分子及び第２の分子は、蛍光性プローブであってもよい。本方法はまた、第１の分子及び第２の分子の分子比を求める工程を含むことができる。分子比は第１の分子及び第２の分子の蛍光強度比であってもよい。本方法は更に、生理学的データを求める工程を含むことができる。生理学的データは、例えば、薬物又は化学化合物の血漿クリアランス速度定数、糸球体濾過率、濾過抵抗、グルコースのクリアランス速度、グルコースの濾過抵抗値、グルコース代謝速度及び／又は薬物代謝速度であってもよい。グルコース代謝速度又は薬物代謝速度は、グルコース又は薬物のクリアランス速度と、グルコース又は薬物の濾過抵抗値とに基づいてそれぞれ求めることができる。

動物の生理学的診断を求めるための装置もまた提供される。本装置は複数の指収容開口部を含むことができる。本装置はまた、複数の光源及び複数の関連受光部を含むことができる。複数の光源及び関連受光部のそれぞれを、複数の指収容開口部の１つと関連させることができる。光源は、波長選択光学系とつながれた発光ダイオード、レーザー、ダイオードレーザー、及び／又は白色光光源であってもよい。本装置は更に、複数の光源につながれた光発生回路と、複数の関連受光部につながれた光検出回路とを含むことができる。光発生回路はデジタル・アナログ変換器回路を含むことができる。光検出回路は、受光部からの複数の光シグナルを検出するように構成することができる。光検出回路はまた、複数の増幅器及び／又は複数のフィルターを含むことができる。本装置は更に、光子パルス計数回路を含むことができる。光子パルス計数回路では、ＴＴＬをデジタルシグナル検出のために使用することができる。パルス計数回路を光検出回路につなぐことができる。パルス計数回路は、生理学的診断値を複数の光シグナルに基づいて求めるように構成することができる。あるいは、いくつかの実施形態において、デジタル・アナログ変換器回路を用いてアナログシグナルを検出するように構成することができる。本装置はなお更に、パルス計数回路に電気的につながれたユーザーインターフェースを含むことができる。ユーザーインターフェースは、生理学的診断値を表示するためのディスプレースクリーンを含むことができる。パルス計数回路（又はアナログ・デジタル変換器回路）は光検出回路に無線通信によりつなぐことができる。更に、光発生回路、パルス計数回路又はアナログ・デジタル変換器回路、及び、ユーザーインターフェースは、パーソナルコンピューターの一部を形成することができる。

本開示の上記特徴及び他の特徴（これらは特許可能な主題を単独又は任意の組合せで含むことができる）が下記の説明及び添付された図面から明らかになる。
詳細な説明では、下記の図面が特に参照される。

本特許出願は米国仮特許出願第６０／６７２，７０８号（発明の名称「腎臓機能分析のための方法及び装置」、２００５年４月１９日出願）（その全体を参照することにより本明細書中に特に組み込む）の優先権及び利益を主張する。

本開示の概念は様々な改変及び代替形態をとり得るが、それらの具体的な例示的実施形態が図面に例として示されており、また、本明細書中に詳しく記載される。しかしながら、本開示の概念を開示された特定の形態に限定する意図は全くなく、それどころか、その意図は、本開示の精神及び範囲に含まれるすべての改変、均等物及び代替物を包含することであることを理解しなければならない。

図１を参照すると、生理学的データ（例えば、腎臓診断データなど）を求めるためのアルゴリズム１０が示される。アルゴリズム１０は、腎臓の糸球体濾過率、所定のサイズを有する分子、及び／又は粒子の分子濾過抵抗、ならびに、他の腎臓診断測定値を求めるために使用することができる。そのために、処理工程１２において、２つ（又は２つ以上）の分子、即ちＡ及びＢ（又はそれ以上）の混合物が、生きている動物に注入される。本明細書中で使用される用語「動物」は、ヒトを含むことが意図される。これら２つ（又は２つ以上）の分子は異なるサイズ（即ち、異なる分子量）を有する。分子量（ＭＷ）が大きい分子は、比較的正常な腎臓機能を有する動物（例えば、ヒト患者）においては、典型的には、長期間（数時間から数日間）にわたって血流に保持される。これら２つ以上の分子のうちの一方が大きい分子量を有するならば（例えば、分子Ａが７０キロダルトンを超えるならば）、他方の分子（例えば、分子Ｂ）の濾過を監視することができ、分子Ｂのクリアランス速度をそれに基づいて計算することができる。

処理工程１４において、これら分子の分子比が求められる。時間の関数として血流において測定された、Ｂ／Ａの分子比（又は、一般化極性(generalized polarity)（ＧＰ））であるＲ_Ｂ／Ａが、これらの分子（Ａ及びＢ（又はそれ以上））の相対的な濾過速度（クリアランス速度）に直接に関連づけられる。分子比Ｒ_Ｂ／Ａを表すシグナルは、Ａ及びＢから測定することができる任意の特性を含み、下記の式に基づいて求めることができる。

上式において、Ｓ_Ａは、Ａから測定された複数のタイプのシグナルのいずれか１つであり、Ｓ_Ｂは、Ｂから測定された複数のタイプのシグナルのいずれか１つである。シグナル（Ｓ_Ａ及びＳ_Ｂ）のタイプには、蛍光強度、入射光からの（１つ又は複数の波長における）任意の散乱シグナル（レイリー散乱、ラマン散乱、コヒーレント反ストークス散乱など）、蛍光寿命の割合（この場合、比シグナルＲ_Ｂ／Ａは、Ｂからの蛍光寿命の寄与割合と、Ａからの蛍光寿命の寄与割合との間での比率である）、吸収、及び、偏光、が含まれ得るが、これらに限定されない。この比シグナル（Ａと、Ｂと、又はそれ以上との間での）はまた、Ａ及びＢからの任意のタイプのシグナルの間での任意の組合せを含むことができ、例えば、Ａからの蛍光シグナルと、Ｂからの散乱シグナルとの間での比率でもよい。加えて、Ｒ_Ｂ／Ａ＝Ｓ_Ｂの比シグナルを、Ｓ_Ａ＝１（１に正規化されたＡの定常シグナル）のときに使用することができる。

処理工程１６において、目的とする腎臓診断が、分子の比率に基づいて求められる。例えば、Ａ、Ｂ（又はそれ以上）の混合物の最初の注入の後でのＲ_Ｂ／Ａ（ｔ）（又はＧＰ（ｔ））の減衰関数を、下記の数学的モデル（式）を用いて記載することができる。

上式においてそれぞれ、Ｒ_Ｂ／Ａ（ｔ）は、時間の関数として測定された分子Ｂ及び分子Ａの分子比であり、Ｎは、任意の糸球体濾過プロセス、血流におけるプローブ分子の分布プロセス、体内におけるプローブ分子の非特異的な喪失などを含む、関与した指数関数的プロセスの総数であり、ｃは定数であり、ａ_ｉは非指数係数又は振幅であり、ｋ_ｉは個々のプロセスの相対的減衰定数（又は速度定数）である。ｋの個々の値を、時系列Ｒ_Ｂ／Ａ（ｔ）（又はＧＰ（ｔ））の線形（又は、所望するならば、非線形）最小二乗近似を行うことによって求めることができる。

糸球体濾過プロセスのみが存在する場合、減衰関数Ｒ_Ｂ／Ａ（ｔ）は下記の単項指数関数である。

上式において、Ｒ_Ｂ／Ａ（ｔ）は、時間の関数として測定された分子Ｂ及び分子Ａの分子比であり、ｃは定数であり、ａは非指数係数又は振幅であり、ｋは相対的減衰定数（又は速度定数）である。上記で記載されたように、もし分子Ａが大きい分子量（例えば、約７０ｋＤａを超える分子量）を有し、従って、腎臓に保持されるならば、血流における分子Ａの濃度は一定であると見なすことができる。時系列Ｒ_Ｂ／Ａ（ｔ）（又はＧＰ（ｔ））の線形（又は、所望するならば、非線形）最小二乗近似を行うことによって、ｋの値を求めることができる。速度定数ｋ（糸球体濾過プロセスの速度定数）が、下記の式に従って、糸球体濾過率（ＧＦＲ）及び総血漿体積Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}及び分子抵抗ξに直接に関係づけられる。

分子濾過抵抗ξの値は、分子が腎臓を通り抜けることができるための困難さの尺度である。分子（又は物質）がξ＝１を有するならば、その分子（又は物質）は、抵抗を受けることなく腎臓濾過バリアを自由に通り抜けることができる。分子（又は物質）がξ＜１を有するならば、その分子（又は物質）は腎臓濾過バリアを自由に通り抜けることができない。分子（又は物質）がξ＞１を有するならば、その分子（又は物質）は、（能動的な輸送機能が存在することにより）腎臓濾過バリアを能動的に通過している。

血漿体積Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}は体重Ｗ_ｂに比例しており、下記の関係を有する。

上式において、ηは体重・総血液（血漿及び血液細胞の両方を含む）体積係数であり、ρは総血液体積からの血漿体積のパーセント係数である。ヒトのρ及びηの平均値は知られているか、又は、測定することができる。他の実施形態では、血漿体積Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}を求めるために他の方法を使用することができる。例えば、図５に例示されるアルゴリズム５０の処理工程６０に関して下記において詳しく議論される、決定手順及び／又は式のいずれか１つ又は複数を使用して、Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}を求めることができる。

従って、上記の式１によって求められるような分子比に基づいて、上記で記載されるような式２〜式５のうちの１つ又は複数を使用して、任意の分子（又は物質）について、腎臓のＧＦＲ及び分子濾過抵抗ξを求めることができる。

減衰定数ｋの下記の議論において、分子濾過速度、クリアランス速度、及び速度定数は、同じ意味で使用される。分子Ａ及び分子Ｂの間における相対的な分子分離を、下記の式に基づく一般化極性を使用して定量化することができる。

上式において、Ｉ_{Ａ（ｌａｒｇｅ）}は大きい方の分子からのシグナルであり、Ｉ_{Ｂ（ｓｍａｌｌ）}は小さい方の分子からのシグナルである。大きい方の分子からのシグナルのみが存在するとき（分子Ａのみが存在するとき）は、ＧＰ＝１であり、小さい方の分子からのシグナルのみが存在するとき（分子Ｂのみが存在するとき）は、ＧＰ＝−１である。

あるいは、ＧＰはまた、ＧＰ＝（Ｉ_{Ｂ（ｓｍａｌｌ）}−Ｉ_{Ａ（ｌａｒｇｅ）}）／（Ｉ_{Ａ（ｓｍａｌｌ）}＋Ｉ_{Ｂ（ｌａｒｇｅ）}）として定義することができる。慣例及び議論の目的のために、式６でのＧＰの定義が使用されるが、ＧＰの他の定義も他の実施形態において使用することができる。ＧＰ値は、分子Ａ及び分子Ｂのそれぞれからの２つの個々のシグナルの相対的な強度（即ち、分子Ａ及び分子Ｂの相対的な占有の極性）を定量化するために使用することができる。

アルゴリズム１０は、数多くの腎臓診断のうちのいずれか１つを求めるために使用してもよいことを理解しなければならない。例えば、次に図２を参照すると、腎臓の糸球体濾過率を求めるためのアルゴリズム２０が示される。アルゴリズム２０に含まれる処理工程２２では、生理的食塩水又は他の水溶液に溶解された２つの蛍光性プローブ（Ａ及びＢ）の混合物が、動物の血流の中に注入される。これらの蛍光性プローブは異なるサイズを有する。例えば、蛍光性プローブの一方（例えば、プローブＡ）が、７０ｋＤを超える分子量（ＭＷ）を有することができる（例えば、７０ｋＤ又は５００ｋＤの蛍光標識されたデキストランなど）。プローブＡからの蛍光シグナルが基準シグナルとして使用される。他方の蛍光性プローブ（プローブＢ）はより小さい分子量を有し、体内で代謝されない。例えば、蛍光性プローブＢは、小さい蛍光性分子（例えば、フルオレセイン、カスケードブルー、蛍光標識されたイヌリン、又は、他の非毒性化合物など）であってもよい。

処理工程２４において、注入されたプローブについての蛍光強度比が求められる。蛍光強度比は、式：Ｒ_Ｂ／Ａ（ｔ）＝Ｉ_Ｂ（ｔ）／Ｉ_Ａ（ｔ）（式中、Ｉ_Ｂ（ｔ）及びＩ_Ａ（ｔ）はそれぞれ、時間の関数として測定された分子Ｂ及び分子Ａの蛍光強度である）に従って求めてもよい。蛍光強度比は、最初の色素混合物注入からの時間の関数として、血流（１つ又は複数の血管）から測定される。処理工程２６において、小さい方のプローブ分子についてのξが１に近いこと（ξ＝１）を仮定して、ＧＦＲが、上記の式１〜式５及び最小二乗近似を使用して計算される。

加えて、アルゴリズム１０をタンパク尿についての診断手段として使用することができる。例えば、図３を参照すると、タンパク尿についての診断測定値として、タンパク質濾過抵抗を求めるためのアルゴリズム３０が示される。アルゴリズム３０は、生理的食塩水又は他の水溶液に溶解された３つの蛍光性プローブ（Ａ、Ｂ及びＣ）の混合物が、血流の中に注入される処理工程３２を含む。プローブＡ及びプローブＢは、アルゴリズム２０に関して上記で記載されたＡ及びＢに類似する。プローブＣは、任意の種類（球状タンパク質又は非球状タンパク質）の蛍光標識されたタンパク質（マーカータンパク質）であり、例えば、テキサスレッド又はＦＩＴＣ（フルオレセインイソチオシアナート）の結合したアルブミンなどが挙げられる。

処理工程３４において、血管内のプローブＡ、プローブＢ及びプローブＣに由来する蛍光シグナルが、時間の関数として記録される。蛍光強度比であるＲ_Ｂ／Ａ（ｔ）＝Ｉ_Ｂ（ｔ）／Ｉ_Ａ（ｔ）の最小二乗近似を、上記の式２又は式３を使用して行うことによって、プローブＢの速度定数ｋ_１を求めてもよい。同様に、強度比Ｒ_Ｃ／Ａ（ｔ）＝Ｉ_Ｃ（ｔ）／Ｉ_Ａ（ｔ）を近似することによって、Ｃ（タンパク質）の速度定数ｋ_２を求めてもよい。処理工程３６において、濾過抵抗が求められる。相対的濾過抵抗ξ_Ｃ／Ｂを下記の式に従って直接に計算することができる。

もしξ_Ｂ＝１ならば、相対的濾過抵抗であるξ_Ｃ／Ｂはξ_Ｃ（マーカータンパク質の濾過抵抗）と同じである。

濾過抵抗は、マーカータンパク質が腎臓濾過バリアを通り抜けるための困難さレベルの指標として使用することができる。ξ_Ｃの値がより小さいことは、そのタンパク質が腎臓濾過バリアを通り抜ける困難さレベルがより大きいことを示す。タンパク質濾過抵抗ξのこの特性は、タンパク尿を診断するために使用することができる。動物（例えば、ヒト患者）が健康な個体からの平均タンパク質濾過抵抗値よりも大きい（マーカータンパク質の）濾過抵抗値を有するならば（ξ_{ｐａｔｉｅｎｔ}＞ξ_{ａｖｅｒａｇｅ}であるならば）、その動物はタンパク尿を発症している可能性がある。

代わりの実施形態においては、タンパク質濾過抵抗を、２回の別々の、注入及び関連した測定を使用して求めてもよい。最初の注入及び測定の工程において、プローブのうちＡ及びＢのみを含む混合物が注入され、速度定数ｋ_１がその後に求められる。続いて、プローブのうちＡ及びＣのみを含む混合物が注入され、速度定数ｋ_２がその後に求められる。

加えて、アルゴリズム１０は血中グルコースについての診断手段として使用してもよい。例えば、図４を参照すると、血中グルコースのクリアランス速度及び代謝速度を求めるためのアルゴリズム４０が示される。アルゴリズム４０は、生理的食塩水又は他の水溶液に溶解された３つの蛍光性プローブ（Ａ、Ｂ及びＣ１）の混合物が、血流の中に注入される処理工程４２を含む。プローブＡ及びプローブＢは、アルゴリズム２０に関して上記で記載されたＡ及びＢに類似する。プローブＣ１は、グルコースが左手キラリティーを有する（ラテン語でＬｅｖｏ−グルコース）、蛍光性のグルコースアナログ（Ｌ−グルコース）である。Ｌ−グルコースは甘味がなく、身体によって代謝されない。処理工程４４において、（Ｌ−グルコースから得られる）グルコースのクリアランス速度ｋ_ｆ及び濾過抵抗ξ_ｆが求められる。グルコースのクリアランス速度ｋ_ｆ及び濾過抵抗ξ_ｆは、図３に関して上記で記載されたアルゴリズム３０を使用することによって求めることができる。

処理工程４４において、グルコース代謝速度が求められる。Ｄ−グルコース（Ｄｅｘｔｒｏ−グルコース、これは右手のキラリティーを有する）については、身体はこのグルコースを代謝すると共に血液から除去（濾過）する。３つの蛍光性プローブ（Ａ、Ｂ及びＣ２）の混合物において、Ｃ２が、グルコースが右手のキラリティーを有する、蛍光性のグルコースアナログ（例えば、２−ＮＢＤＧ［２−（Ｎ−（７−ニトロベンゾ−２−オキサ−１，３−ジアゾール−４−イル）アミノ）−２−デオキシグルコース］又は６−ＮＢＤＧなどである）であるならば、時間の関数として測定される蛍光強度比であるＲ_Ｃ２／Ａ（ｔ）＝Ｉ_Ｃ２（ｔ）／Ｉ_Ａ（ｔ）を、下記の式に基づいて求めることできる。

上式において、ｋ_ｆは、濾過によるだけであるグルコース濾過速度であり、Ｍ（ｋ_ｍ，ｔ）は、グルコース代謝の速度論を記述する関数であり、ｋ_ｍはグルコース代謝速度である。ｋ_ｆは、Ｌ−グルコースの蛍光性アナログを使用して処理工程４２（上記）から知られる。グルコース代謝速度ｋ_ｍは、グルコース代謝関数Ｍ（ｋ_ｍ，ｔ）を近似することによって、処理工程４４において求めてもよい。

あるいは、グルコース代謝速度を、蛍光性プローブの混合物（Ａ、Ｃ１及びＣ２）の１回の注入を使用することによって求めることができる（ここで、Ａは大きい方の蛍光性分子（７０ｋＤを超えるデキストラン）であり、Ｃ１はＬ−グルコースの蛍光性アナログであり、Ｃ２はＤ−グルコースの蛍光性アナログである）。その場合、グルコース代謝関数を下記の式に基づいて求めてもよい。

更に、アルゴリズム１０は、薬物のクリアランス速度及び／又は代謝速度を求めるために使用することができる。例えば、代謝性薬物及び非代謝性薬物の薬物動態学を、図３に関して上記で記載されたアルゴリズム３０を使用して監視及び測定することができる。非代謝性の薬物（この場合には、薬物のクリアランス速度のみが考慮される）については、そのクリアランス速度ｋ及び濾過抵抗ξを測定するために、アルゴリズム３０に関して上記で記載された蛍光性プローブの混合物（Ａ、Ｂ及びＣ１）のうちのＣ１が、この薬物化合物で置き換えられる。代謝性の薬物については、そのクリアランス速度及び代謝速度を求めるために、図４に関して上記で記載されたアルゴリズム４０を、グルコースをそれぞれの薬物化合物で置き換えることによって使用してもよい。

腎臓の糸球体濾過率（ＧＦＲ）、及び、所望されるならば、分子の分子濾過抵抗を決定することは、腎臓以外のクリアランス機構を明らかにすること（即ち、上記の式３のｋの非腎臓クリアランス部分を明らかにすること）によって向上させてもよいことを理解しなければならない。加えて、そのような決定は、式５に関して上記で議論されたように、分布体積を平均値に基づくことによってではなく、むしろ、処置されている動物（例えば、ヒト患者）の分布体積Ｖ_Ｄを計算することによって向上されてもよい。そのために、腎臓の糸球体濾過率を求めるためのアルゴリズム５０を、図５に例示されるように使用してもよい。

アルゴリズム５０は、処理工程５２において、生理的食塩水又は他の水溶液に溶解された２つの蛍光性プローブ（Ａ及びＢ）の混合物が動物の血流の中に注入されることにより開始される。これらの蛍光性プローブは異なるサイズを有する。例えば、蛍光性プローブの一方（例えば、プローブＡ）は、７０ｋＤを超える分子量（ＭＷ）を有することができる（例えば、７０ｋＤ又は５００ｋＤの蛍光標識されたデキストランなど）。プローブＡからの蛍光シグナルが基準シグナルとして使用される。他方の蛍光性プローブ（プローブＢ）は、より小さい分子量を有し、体内で代謝されない。例えば、蛍光性プローブＢは小さい蛍光性分子（例えば、フルオレセイン、カスケードブルー、蛍光標識されたイヌリン、又は、他の非毒性化合物など）であってもよい。

処理工程５４において、注入されたプローブについての蛍光強度比が求められる。蛍光強度比は下記の式に従って求めることができる。

上式において、Ｉ_Ｂ（ｔ）及びＩ_Ａ（ｔ）はそれぞれ、時間の関数として測定された分子Ｂ及び分子Ａの蛍光強度である。蛍光強度比は、最初の色素混合物注入からの時間の関数として、血流（１つ又は複数の血管）から測定される。蛍光強度比は、任意の好適な画像化分析装置を使用して求めることができる。例えば、１つの具体的な実施形態において、図６〜図９に例示され、また、図６〜図９に関して下記で記載される、装置１００を使用してもよい。

あるいは、別の実施形態において、強度比は以下のようにして求めてもよい。まず最初に、２光子レーザー走査蛍光顕微鏡システム（例えば、Nikon Diaphot倒立顕微鏡（これはFryer Company Incorporated（Huntley, Illinois）から市販されている）及び外部検出器（例えば、４４０〜４７０ｎｍ、５００〜５５０ｎｍ及び５６０〜６５０ｎｍの検出器など）を備えるMRC-1024P顕微鏡（これはBio-Rad Laboratories（Heracules, CA）から市販されている）など）を使用して、腎臓の微小血管画像を作製する。続いて、任意の好適な画像化分析システムを使用して画像を分析し、蛍光強度比を求める。例えば、１つの具体的な実施形態において、Meta Imaging Series(Version 6)ソフトウエア（これはUniversal Imaging Corporation（West Chester、Pennsylvania）から市販されている）を使用して画像を分析し、蛍光強度比を求めてもよい。そのために、それぞれの検出チャンネル（即ち、それぞれの検出器）の閾値レベルを、色素注入の前に取られた画像からの、著しい自己蛍光を有しない画像の区域の平均ピクセル値に応じて、設定してもよい。その場合、目的とする領域からの強度比Ｒの平均ピクセル値を、分析のために、データ分析及びプロットのためのプログラム（例えば、PSI-PLOT（Version 6）（これはPoly Software International（Pearl River, New York）から市販されている）など）に転送してもよい。

蛍光強度比が求められると、総血漿クリアランス速度が処理工程５６において求められる。式３に関して上記で議論されたように、糸球体濾過プロセスのみが存在するときには、減衰関数Ｒ_Ｂ／Ａ（ｔ）は単項指数関数の時系列である。総血漿クリアランス速度は、この単項指数関数時系列の線形（又は非線形）最小二乗近似を行うことによって求めてもよい。例えば、下記の減衰関数Ｒ_{ｖｅｓｓｅｌ}（ｔ）を使用してもよい。

上式において、Ｒ_{ｖｅｓｓｅｌ}（ｔ）は、異なる時点で取り出された所与の区域（即ち、所与の血管内腔領域）からの強度比の、平均ピクセル値であり、ａは振幅又は指数関数項の係数であり、ｃは定数であり、ｔは時間であり、ｋ_Ａは総血漿クリアランス速度である。上記で議論されたように、ｋ_Ａの値を、非線形最小二乗近似を式１１に対して行うことによって求めてもよい。

総血漿クリアランス速度ｋ_Ａは、腎臓のクリアランス速度ｋ_Ａと腎臓以外の（例えば、肝臓によって取り込まれる）クリアランス速度ｋ_Ａの両方を含むことを理解しなければならない。そのため、クリアランス速度に基づいた計算（例えば、糸球体濾過率及び／又は分子濾過抵抗を求めることなど）の正確度を向上させるために、非腎臓クリアランス速度を、総血漿クリアランス速度から差し引いてもよいし、あるいはまた計算に入れてもよい。そのために、下記の式を使用することができる。

上式において、ｋ_Ａは総血漿クリアランス速度であり、ｋ_Ｐは固有血漿クリアランス（即ち、腎臓クリアランス）の速度定数であり、ｋ_Ｔは、自由に濾過された分子の非特異的な組織分布（即ち、非腎臓クリアランス）の速度定数である。上記で議論されたように、ｋ_Ａの値を、式１１を使用して求めてもよいし、また、腎臓分析手法が行われている動物が非ヒト動物である実施形態では、非特異的な組織分布速度定数ｋ_Ｔの値を、二重の全腎摘出法によって求めてもよい。総血漿クリアランス速度ｋ_Ａの値及び非特異的組織分布速度定数（即ち、非腎臓クリアランス速度）ｋ_Ｔの値は知られているので、固有血漿クリランスの速度定数（即ち、腎臓クリアランス速度）ｋ_Ｐの値を式１３によって求めることができる。

あるいは、腎臓分析手法が行われている動物がヒト患者である実施形態では、腎臓クリアランス速度及び非腎臓クリアランス速度の両方を、個々の速度論的プロセスを計算に入れる多成分モデルを使用して求めてもよい。例えば、下記の式を使用することができる。

上式において、Ｒ_Ｂ／Ａ（ｔ）は強度比であり、ａ及びｃは定数であり、ｔは時間であり、ｋ_{ｒｅｎａｌ}は腎臓の血漿クリアランス速度定数であり、ｆは、腎臓クリアランスに含まれないすべての速度論的プロセス（例えば、プローブの分布、非特異的な組織吸収など）を含む関数であり、ｋ_{ｎｏｎ−ｒｅｎａｌ}は腎臓以外の血漿クリアランス速度定数である。これらのクリアランス速度（ｋ_{ｒｅｎａｌ}及びｋ_{ｎｏｎ−ｒｅｎａｌ}）を、多成分最小二乗近似法を式１４に対して行うことによって求めることができる。数多くの異なる関数のうちのいずれか１つを、腎臓以外の血漿クリアランス速度論をモデル化するために使用してもよい。例えば、いくつかの実施形態において、単項指数関数式を下記のように使用することができる。

上式において、ｂは定数である。

腎臓及び腎臓以外のクリアランス速度を求めることの正確度を、複数の試験をヒト患者について行い、複数の総血漿クリアランスの軌跡または値を求め、続いて、複数の総血漿クリアランス軌跡の最小二乗近似を行うこと（即ち、全体的近似法を式１４に対して行うこと）によって、向上させることができる。例えば、複数のクリアランス値又はクリアランス軌跡を、マーカー分子（例えば、分子Ａ及び分子Ｂ）の様々な濃度比を使用して、複数の試験を行うことによって得ることができる。その場合、平均した非腎臓クリアランスであるｋ_{ｎｏｎ−ｒｅｎａｌ}を、平均的なヒト患者について、複数の試験に基づいて統計学的に求めることができる。続いて、腎臓の血漿クリアランス速度定数であるｋ_{ｒｅｎａｌ}を、下記の式に基づいて、マーカー分子（例えば、分子Ａ及び分子Ｂ）の１回の注入を使用して直接に求めることができる。

上式において、ｋ_{ｒｅｎａｌ}は腎臓の血漿クリアランス速度定数であり、ｋ_{ｏｖｅｒａｌｌ}は、複数のクリアランス軌跡を単項指数関数により近似することによって得られる、平均血漿クリアランス速度であり、ｋ_{ａｖｅｒａｇｅ ｎｏｎ−ｒｅｎａｌ}は平均非腎臓クリアランス速度である。

処理工程６０において、分布体積であるＶ_Ｄが求められる。マーカープローブ又はマーカー分子の少なくとも１つ（例えば、プローブ／分子Ａ）は比較的大きい（例えば、５００ｋＤの蛍光標識されたデキストランである）ので、この分子又はプローブは腎臓によって濾過されない。そのため、分布体積Ｖ_Ｄは、保存原理に従って下記のように表すことができる。

上式において、Ｖ_Ｄは分布体積（即ち、血漿体積）であり、Ｖ_{ｂｅｆｏｒｅ}は、患者の体内に注入する前の大きいプローブ又は分子（例えば、大きいデキストランプローブ）の容量であり、［Ｃ_{ｌａｒｇｅ}］_{ｂｅｆｏｒｅ}は、患者の体内に注入する前の大きいプローブ又は分子の濃度であり、［Ｃ_{ｌａｒｇｅ}］_{ｐｌａｓｍａ}は、平衡が得られた後での大きいプローブ又は分子の血漿中濃度である。大きい方のプローブ又は分子（例えば、プローブＡ）の蛍光強度Ｉ_Ｌはその濃度［Ｃ_{ｌａｒｇｅ}］に比例しているので、分布体積（即ち、血漿体積）Ｖ_Ｄは下記のように求めることができる。

上式において、Ｖ_Ｄは分布体積（即ち、血漿体積）であり、Ｖ_{ｂｅｆｏｒｅ}は、患者の体内に注入する前の大きいプローブ又は分子（例えば、大きいデキストランプローブ）の容量であり、［Ｉ_Ｌ］_{ｂｅｆｏｒｅ}は、注入前に測定された大きいプローブ又は分子の総強度値であり、［Ｉ_Ｌ］_{ｐｌａｓｍａ}は、注入後に測定された大きいプローブ又は分子の総強度値である。大きいプローブ又は分子の容量の値Ｖ_{ｂｅｆｏｒｅ}は知られており、また、［Ｉ_Ｌ］_{ｐｌａｓｍａ}の値は、獲得された時系列画像から求めてもよいし、又は、血漿中濃度を安定化させるために所定の時間（例えば、１０分）が経ってから採取された採血サンプルの、蛍光分光法測定を使用して求めてもよい。例えば、［Ｉ_Ｌ］_{ｐｌａｓｍａ}の値を、３回〜５回又はそれ以上の時点での測定の平均値に基づいて求めてもよい。［Ｉ_Ｌ］_{ｂｅｆｏｒｅ}の値を、［Ｉ_Ｌ］_{ｐｌａｓｍａ}を求めるために使用されたのと同じ装置設定を使用して求めてもよい。

いくつかの実施形態において、分布体積（即ち、血漿の体積）Ｖ_Ｄを、上記の式１８を使用するのではなく、むしろ、動物（例えば、ヒト患者）の体重に基づいて求めてもよい。即ち、動物の総血液体積を総体重の５．５％として推定してもよい。そして、総血漿体積Ｖ_Ｄを総血液体積の５０％として推定してもよい。

図５には、処理工程５６〜６０が順に例示されているが、腎臓クリアランス速度及び分布体積は、互いに対して任意の順序で決定されてもよいし、共に同時に決定されてもよいことを理解しなければならない。例えば、いくつかの実施形態では、腎臓クリアランス速度の決定に先立って分布体積を求めることができる。他の実施形態では、腎臓クリアランス速度の決定と同時に分布体積を求めることができる。

腎臓クリアランス速度ｋ_Ｐ（又はｋ_{Ｒｅｎａｌ}）及び分布体積Ｖ_Ｄが処理工程５８及び処理工程６０においてそれぞれ求められると、それらに基づいて、糸球体濾過率（ＧＦＲ）を処理工程６２において求めてもよい。そのために、下記の式を使用することができる。

上式において、ＧＦＲは糸球体濾過率であり、ｋ_Ｐは固有血漿クリアランスの速度定数（即ち、腎臓クリアランス速度）であり、Ｖ_Ｄは分布体積である。上記で議論されたように、ｋ_Ｐの値は、式１２〜式１３、又は式１４〜式１６を使用して求めてもよいし、Ｖ_Ｄの値は、式１７〜式１８を使用して求めてもよいし、あるいは、上記で詳しく議論されたように推定してもよい。

糸球体濾過率に加えて、いくつかの実施形態では、分子濾過抵抗もまた、処理工程６４において求めることができる。そのために、下記の式を使用することができる。

上式において、ξは分子濾過抵抗であり、ｋ_Ｐｆは、固有血漿クリアランス速度（即ち、腎臓の固有血漿クリアランス速度）であり、ｋ_Ｐは、大きい分子又はプローブ（例えば、プローブＡ）の血漿クリアランス速度である。サイズが大きい分子は典型的には、糸球体濾過バリアを自由に通り抜けられないので、サイズが大きい分子の血液からのクリアランスには、自由に濾過される分子のクリアランスよりも長い時間がかかる。そのため、様々なサイズの大きい分子を使用することによって、分子濾過速度を使用して糸球体傷害の程度を求めることができる。より小さい分子（例えば、糸球体濾過バリアを通って自由に濾過され得る小ささのサイズを有する分子）の分子濾過抵抗は、軽微な糸球体損傷を有する腎臓と重篤な糸球体損傷を有する腎臓においては実質的に類似し得るので、そのようなより小さい分子は典型的には、分子濾過抵抗を求めるために使用されない。

他の実施形態において、大きい分子（例えば、２０ｋＤを超える分子）の分子濾過抵抗ξ_{ＰＬａｒｅｇｅ}を、下記の式を使用して求めることができる。

上式において、ξ_{ＰＬａｒｅｇｅ}は大きい分子（例えば、プローブＡ）の分子濾過抵抗であり、ξ_{ＦＩＴＣ−ｉｎｕｌｉｎ}は、コントロール動物群から測定されたＦＩＴＣ−イヌリンの濾過抵抗値であり、［ｋ_{ＡＰ（ＦＩＴＣ−ｉｎｕｌｉｎ）}−ｋ_{ＴＰ（ＦＩＴＣ−ｉｎｕｌｉｎ）}］は、ＰＡＮ処置後の所与の日においてネフローゼ動物から測定された、ＦＩＴＣ−イヌリンの血漿クリアランス速度であり、［ｋ_{ＡＰＬａｒｇｅ}−ｋ_{ＴＰＬａｒｇｅ}］は、目的とする大きい分子（例えば、プローブＡ）のクリアランス速度定数である。分子濾過抵抗ξ_{ＰＬａｒｅｇｅ}の値は、測定された尿中タンパク質対クレアチニン比の対応する値と比較されてもよく、それによって、ξ_{ＰＬａｒｅｇｅ}と尿タンパク質分泌との間での相関、及び、ξ_{ＰＬａｒｅｇｅ}値をタンパク尿の早期検出のために使用することの感度を求めることができることを理解しなければならない。上記の実施形態では、ＦＩＴＣ−イヌリンがＧＦＲマーカー（例えば、分子／プローブＢ）として使用されることを理解しなければならない。しかし他の実施形態では、他のタイプのＧＦＲマーカー分子／プローブ（例えば、他の蛍光性マーカー分子又は非蛍光性マーカー分子など）を使用してもよい。そのような実施形態においては、上記で記載された式２０を、分子濾過抵抗を求めるために使用することができる。

蛍光性プローブの混合物を、上記で記載された実施形態のいずれかに従って注入した後、多光子レーザー散乱蛍光顕微鏡を使用して測定を行ってもよい。顕微鏡観察による測定のための位置決めは、体表面の任意の部位で行ってもよく、例えば、血管の容易な観察が可能な、皮膚が比較的薄い唇の表面で行ってもよい。続いて、注入された蛍光性プローブのそれぞれの蛍光画像が取得される。血管領域からの平均強度値が計算され、時間の関数としてプロットされる。これらの蛍光性プローブの強度時系列が、対応するｋ、ξ及びＧＦＲを近似して得るために使用される。

しかしながら、他のタイプの装置を、蛍光強度を動物の血流から測定するために使用してもよい。例えば、光干渉断層撮影法又は光子移動（拡散）原理を使用する装置などのような既存の装置を、そのような測定を行うために適合化してもよい。

次に図６を参照すると、動物に関連した生理学的データを求めるための装置１００の１つの実施形態が示される。生理学的データは、診断目的（例えば、腎臓診断など）、試験、薬物研究及び薬物開発などを含めて、数多くの分析目的のために使用することができる。装置１００は、光シグナルを使用して、腎臓機能ならびに他の生理学的機能の非浸襲的測定を可能にする。装置１００は測定ヘッド１０２及び制御部ユニット１２０を含む。制御部ユニット１２０は、下記の図９に関して例示され、記載される。測定ヘッド１０２は例示的には、ヒトの手の指先端からのシグナルを測定するために設計される。しかしながら、他の実施形態においては、ヒト患者及び／又は動物の他の身体部分からのシグナル（例えば、足指、耳、手首などからのシグナルを含む）を測定できるように測定ヘッド１０２を構成してもよい。

測定ヘッド１０２は、Ｈ１〜Ｈ４として示される複数の指収容部１０４を含む。指収容部は、ヒトの手に由来する指の解剖学的構造と一致するように構成され、円筒状の開口部として具体化してもよい。例えば、図７において例示されるように、指収容部１０４のそれぞれが、ヒトの手の指がわずかに離れるときの指の角度と一致するように、垂直軸に関して所定の角度で広がる。測定ヘッド１０２は、周囲の光がヘッド１０２を通り抜けることを制限する材料から作製される。測定ヘッド１０２は、制御部ユニットの複数の光源（Ｌ１〜Ｌ４）のそれぞれにつながれた、複数の光源用光ファイバー（Ｅ１ａ〜Ｅ４ａ）を含む（図９を参照のこと）。光源用光ファイバー（Ｅ１ａ〜Ｅ４ａ）により、照射光が指先端の手の平側に送達される。測定ヘッド１０２は、光源用光ファイバー（Ｅ１ａ〜Ｅ４ａ）により生じた光シグナルを集める複数の受光部光ファイバー（Ｅ１〜Ｅ４）を含む。受光部光ファイバー（Ｅ１〜Ｅ４）により、指先端の反対側（即ち、指爪のある側）からの光シグナルが集められる。光ファイバー（Ｅ１ａ〜Ｅ４ａ及びＥ１〜Ｅ４）と指先端との間での接触を、照射及び光シグナル検出を良好な接触によって保証できるように調節することができる。このことは、指の位置を直接に調節することによって達成してもよい。加えて、光ファイバーと指の爪との間での接触を、非蛍光性のカップリング潤滑剤（例えば、スクロースゲルなど）を使用することによって向上させてもよい。

次に図８を参照すると、代わりの実施形態において、装置１００は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）１１４（Ｌ１ａ〜Ｌ４ａ）を光源として有する測定ヘッド１１０を含む。光源（Ｌ１ａ〜Ｌ４ａ）は、動物（例えば、ヒト患者）の指が指収容部１１２の中に入れられると、指先端の手の平側と接触するか、又は、ほぼ接触する。測定ヘッド１０２と同様に、測定ヘッド１１０は、光源（Ｌ１ａ〜Ｌ４ａ）からの照射（励起）によって指先端から生じた光シグナルをそれぞれ集めるための、複数の受光部光ファイバー（Ｅ１〜Ｅ４）を含む。受光部光ファイバーは、光源から指先端の反対側（即ち、指爪のある側）に配置される。ＬＥＤの強度を、デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）を介して、制御部１２０によって制御してもよい。光源（Ｌ１ａ〜Ｌ４ａ）が測定ヘッド１１０内に位置するので、照射光の損失が減少する。

装置１００はまた制御部ユニット１２０を含む。制御部ユニット１２０により、生理学的診断が光子計数によって求められる。光子計数は、典型的には、高感度なシグナル検出を要求する適用において使用される。この例示的な実施形態では、図９において例示されるように、制御部ユニット１２０は光学部１２２及び制御部１２４を含む。いくつかの実施形態において、光学部１２２及び制御部１２４は１つの持ち運び可能なユニットに一体化される。他の実施形態において、光学部１２２が持ち運び可能なユニットに一体化され、制御部１２４がパーソナルコンピューターに含められる。制御部１２４は、別個のハードウエアデバイスとして、別個のソフトウエアアルゴリズムとして、又は、ハードウエアデバイス及びソフトウエアアルゴリズムの組合せとして、パーソナルコンピューターに含められてもよいことを理解しなければならない。

測定ヘッド１０２を含む実施形態において、制御部ユニット１２０の光学部１２２は、複数の光源１２５（Ｌ１〜Ｌ４）（例えば、ＬＥＤなど）を含む。これらの光源１２５は、同じ波長又は異なる波長で光を放つ。光ファイバーが、ＬＥＤにつながれて、光を測定ヘッド１０２に送達する。光学部１２２はまた、複数の検出器１２６（Ｄ１〜Ｄ４）を含む。これらの検出器は、蛍光及び他の光シグナルの検出のために、光電子増倍管、フォトダイオード、ＣＣＤ、又は、蛍光及び他の光シグナルを検出することができる他のデバイスとして具体化することができる。光シグナルは、測定ヘッド１０２を制御部ユニット１２０につなぐ光ファイバーを介して、検出器に送達される。加えて、光学部１２２は複数の光学フィルター１２８（Ｆ１〜Ｆ４）を含む。光学フィルター１２８は、ノイズ及び望まれないシグナルを拒絶又は濾波することによって光シグナルを濾波する。制御部ユニット１２０はまた、検出器１２６から受け取ったアナログシグナルを増幅する複数の増幅器１３０（Ａ１〜Ａ４）を含む。制御部ユニット１２０は、単光子パルスを識別し、単光子パルスからの出力シグナルを生じさせる、複数の弁別器１３２（Ｂ１〜Ｂ４）を含む。例示的には、出力シグナルはＴＴＬ（トランジスター・トランジスタロジック）シグナル（いわゆるデジタルシグナル）である。しかしながら、他の実施形態においては、弁別器１３２は他のタイプの出力シグナルを生じさせてもよいことを理解しなければならない。

弁別器１３２によって生じたＴＴＬシグナルは複数の通信リンク１３４によって制御部１２４に伝送される。通信リンク１３４は、個別配線又はＰＣＢトレースなどのような、任意のタイプの通信リンクとして具体化することができる。加えて、他の実施形態では、通信リンク１３４は、任意の好適な無線通信プロトコル（例えば、Bluetooth（登録商標）など）を使用する無線通信リンクとして具体化することができる。出力シグナルが制御部１２４によって受け取られると、出力シグナルはパルス計数回路１３６によって処理され、ユーザーインターフェース１３８（例えば、コンピュータースクリーン又は制御部ユニットにおけるディスプレーパネル）による表示のために更に処理される。制御部１２４はまた、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）１４０を含む。ＤＡＣ１４０は、ＬＥＤの電圧レベルを調節することにより、照射強度を制御するために使用してもよい。測定ヘッド１１０が使用される実施形態では、光源（Ｌ１ａ〜Ｌ４ａ）が、光学部１２２ではなく、むしろ、測定ヘッド１１０の内部に位置することに注目しなければならない。そのため、光源（Ｌ１ａ〜Ｌ４ａ）は、複数の電気的な相互接続（例えば、個別配線など）によってＤＡＣブロック１４０に直接につながれる。この例示的な実施形態では、４つの光源又は光源用光ファイバー及び関連した受光部光ファイバーが含まれるだけであるが、他の実施形態では、任意の数の光源／光源用光ファイバー及び関連した受光部光ファイバーが含まれてもよいこともまた理解しなければならない。

代わりの実施形態において、デジタルシグナル取得及び処理デバイスは、アナログシグナル取得デバイス及びアナログシグナル処理デバイスで置き換えることができる。例えば、弁別器１３２を除くか、又はアナログ増幅器で置き換えてもよいし、また、パルス計数電子回路１３６をアナログ・デジタル変換回路で置き換えてもよい。この例示的な実施形態では、４つの光源又は光源用光ファイバー及び関連した受光部光ファイバーが含まれるだけであるが、他の実施形態では、任意の数の光源／光源用光ファイバー及び関連した受光部光ファイバーが含まれてもよいこともまた理解しなければならない。

光源（Ｌ１ａ〜Ｌ４ａ及びＬ１〜Ｌ４）は、ＬＥＤ、ダイオードレーザー、キセノンランプ、適切なフィルターを備えたアーク灯、又は、診断測定において使用可能な他のタイプ光源として具体化することができる。使用される照射波長は、利用可能な蛍光性プローブに従って選択される。ＦＩＴＣタグ化分子については、４８８ｎｍ前後の照射が分子の励起のために使用される。５００ｎｍ〜５５０ｎｍの光を透過させることを可能にする、遮断フィルター（４８８ｎｍの励起光を遮断する）及び帯域透過フィルターの組合せを、ＦＩＴＣの蛍光を検出するために使用される、対応する検出器の前方に設置することができる。散乱シグナルを使用する実施形態においては、検出器の前方にあるフィルターは、照射光を透過させてもよい。光源、フィルター、蛍光性プローブ及び検出器についての構成の例が下記において表１に示される。

〔表１〕

従って、装置１００は、生理学的診断を求めるための数多くの適用において使用されてもよいことを理解しなければならない。例えば、装置１００は、腎臓機能の診断のために糸球体濾過率（ＧＦＲ）を求めるために、タンパク尿及び／又は他の疾患の診断のためにタンパク質濾過抵抗を求めるために、血中グルコースクリアランス速度及び／又はグルコース代謝速度を求めるために、かつ／あるいは、薬物クリアランス速度及び／又は薬物代謝速度を求めるために、使用することができる。いくつかの実施形態において、装置１００は、１つだけ又は限られた数の照射チャンネル及びそれぞれの検出チャンネルを、特定の適用（例えば、１つの蛍光性プローブを使用するＧＦＲ測定）のために有してもよいことを理解しなければならない。

本開示は図面及び前記の記述において例示され、また、詳しく記載されているが、そのような例示及び記述は、特徴において限定的ではなく、例示的であるとして見なされるものとし、従って、例示的な実施形態のみが示され、また、記載されていること、また、本開示の精神に含まれるすべての変化及び改変が保護されることが望まれることが理解される。

本開示の複数の利点が、本明細書中に記載された方法及び装置の様々な特徴から生じる。本開示の方法及び装置の代替的な実施形態では、記載された特徴のすべてを含んでいなくてもよく、それでも依然として、そのような特徴の利点の少なくともいくつかから利益を受け得ることは注目される。当業者は、本発明の特徴の１つ又は複数を取り込み、かつ、添付された請求項によって規定されるような、本開示の精神及び範囲に含まれる方法及び装置について、当業者自身による実施を容易に考案することができる。

腎臓診断を求めるためのアルゴリズムの処理フロー図である。 腎臓の糸球体濾過率を求めるための、図１のアルゴリズムの１つの実施形態の処理フロー図である。 タンパク質濾過抵抗を求めるための、図１のアルゴリズムの１つの実施形態の処理フロー図である。 血中グルコースのクリアランス速度及び代謝速度を求めるための、図１のアルゴリズムの１つの実施形態の処理フロー図である。 計算された分布体積を使用して腎臓の糸球体濾過率を求めるための、アルゴリズムの１つの実施形態の処理フロー図である。 生理学的診断を求めるための装置の測定ヘッドの透視図である。 図６の測定ヘッドの平面図である。 図６の測定ヘッドの代替実施形態の透視図である。 図６又は図８の測定ヘッドとともに使用される、生理学的診断を求めるための装置の制御ユニットの概略図である。

Claims (18)

1. 動物中の臓器による第１の分子の身体区画クリアランスの速度定数（ｋ）を求める方法であって、
   身体区画において、前記第１の分子が前記臓器によって前記身体区画から除去される速度よりも低い速度で、前記臓器によって前記身体区画から除去される第２の分子に対する、前記第１の分子の分子比（Ｒ_Ｂ／Ｒ_Ａ）の時系列（（Ｒ_Ｂ／Ｒ_Ａ）_（ｔ））を得るために、前記分子比（Ｒ_Ｂ／Ｒ_Ａ）をある長さの時間にわたって求める工程であって、前記分子比（Ｒ_Ｂ／Ｒ_Ａ）は、下記の式：
   R_B/R_A = I_B/I_A
   （式中、Ｉ_Ｂは身体区画中の第１の分子のレベルであり、Ｉ_Ａは身体区画中の第２の分子のレベルである）
   を用いて求められる工程、及び、
   下記の式：
   (R_B/R_A)(t) = c + a * exp(-kt)
   （式中、ｃは定数であり、ａは前指数係数であり、ｔは時間である）
   を用いて身体区画クリアランスの速度定数（ｋ）を求めるために、分子比の時系列（（Ｒ_Ｂ／Ｒ_Ａ）_（ｔ））の最小二乗近似を行う工程
   を含む方法。
2. 前記身体区画が前記動物の血管系であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記臓器が、腎臓，肝臓，肺，脾臓，膵臓，脳，心臓，筋，及び腸から成るグループから選ばれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記臓器の身体区画クリアランスが、濾過，再吸収，浸透，代謝，及び能動的分泌の少なくとも一つによることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１の分子のレベルが、前記第１の分子によって生じたシグナルの強度に基づいて求められ、前記第２の分子のレベルが、前記第２の分子によって生じたシグナルの強度に基づいて求められることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１の分子によって生じたシグナルが、前記第２の分子によって生じたシグナルとは異なるタイプのシグナルであることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の分子によって生じたシグナルと前記第２の分子によって生じたシグナルが、蛍光，入射光からの散乱シグナル，蛍光寿命の割合，吸収，及び偏光から成るグループから選ばれることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
8. 前記第１の分子の前記第２の分子に対する分子比（Ｒ_Ｂ／Ｒ_Ａ）が、前記第１の分子と前記第２の分子の一般化極性（ＧＰ）によって置き換えられ、前記一般化極性（ＧＰ）は、下記の式：
   GP = (I_A - I_B)/(I_A + I_B)
   および
   GP = (I_B - I_A)/(I_A + I_B)
   （式中、Ｉ_Ａは血液中の第２の分子のレベルであり、Ｉ_Ｂは血液中の第１の分子のレベルである）
   から成るグループから選ばれる式によって求められることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 前記臓器の糸球体濾過率（ＧＦＲ）を、下記の式：
   GFR = (k * V_plasma) / ξ
   （式中、Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}は前記動物の総血漿体積であり、ξは前記第１の分子の分子濾過抵抗である）
   を用いて求める工程をさらに含み、前記臓器は腎臓であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 前記第１の分子の分子濾過抵抗が、約１の値を有することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記第２の分子が、７０ｋＤを越える分子量を有する蛍光標識分子であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第２の分子が、前記第１の分子よりも大きい分子量を有することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
13. 動物中の分子の分子濾過抵抗（ξ）を求める方法であって、
    請求項１０に記載の方法によって、前記動物の糸球体濾過率（ＧＦＲ）を求める工程、
    請求項１に記載の方法によって、前記動物の身体区画クリアランス（ｋ_２）の速度定数を求める工程であって、前記分子は前記第１の分子である工程、及び、
    下記の式：
    ξ = (k₂ * V_plasma)/GFR
    （式中、Ｖ_{ｐｌａｓｍａ}は動物の総血漿体積である）
    を用いて、前記分子の分子濾過抵抗（ξ）を求める工程、
    を含む方法。
14. 前記分子がタンパク質であることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
15. 動物中の試験分子の代謝速度を求める方法であって、
    請求項１に記載の方法によって、前記動物の血管に投与された、臓器によって代謝されない第１の分子の身体区画クリアランスの速度定数（ｋ_１）を求める工程、
    前記動物の血管に投与された試験分子の前記動物の血管に投与された第２の分子に対する分子比（Ｒ_Ｃ／Ａ）の時系列（（Ｒ_Ｃ／Ａ）_（ｔ））を得るために、ある長さの時間にわたって前記試験分子の前記第２の分子に対する分子比を求める工程、及び、
    下記の式：
    (R_C/A)_(t) = c + a * exp(-k_1t) + M_(km,t)
    （式中、ｃは定数であり、ｋ_１は第１の分子のクリアランスの速度定数であり、ａは前指数係数であり、ｔは時間である）
    に従って試験分子の代謝関数（Ｍ_{（ｋｍ，ｔ）}）を求めるために、前記試験分子の前記第２の分子に対する分子比の時系列（（Ｒ_Ｃ／Ａ）_（ｔ））の最小二乗近似を行う工程、
    を含む方法。
16. 代謝関数（Ｍ_{（ｋｍ，ｔ）}）が、下記の式：
    M_(km,t) = (R_C/A)_(t) - (R_B/_A)_(t) = (I_C(t) - I_B(t))/I_A(t)
    （式中、（Ｒ_Ｃ／Ａ）_（ｔ）は前記試験分子の前記第２の分子に対する分子比の時系列であり、（Ｒ_Ｂ／Ａ）_（ｔ）は前記第１の分子の前記第２の分子に対する分子比の時系列であり、Ｉ_Ｃ（ｔ）は血液中の前記試験分子のレベルの時系列であり、Ｉ_Ｂ（ｔ）は血液中の前記第１の分子のレベルの時系列であり、Ｉ_Ａ（ｔ）は血液中の前記第２の分子のレベルの時系列である）
    に従って求められることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記試験分子が、Ｄ−グルコースの代謝性アナログであって、且つ、前記代謝速度が、Ｄ−グルコースの代謝速度であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
18. 前記Ｄ−グルコースの代謝性アナログが、［２−（Ｎ−（７−ニトロベンゾ−２−オキサ−１，３−ジアゾール−４−イル）アミノ）−２−デオキシグルコース］（２−ＮＢＤＧ）、または［６−（Ｎ−（７−ニトロベンゾ−２−オキサ−１，３−ジアゾール−４−イル）アミノ）−２−デオキシグルコース］（６−ＮＢＤＧ）であることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。

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