JP5671460B2 - 分光センサ - Google Patents
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Description
本出願は、内容全体が参照により本明細書に組み入れられる、2008年8月7日に出願された米国仮特許出願第61/087,084号の優先権を主張する。
本発明は、国立宇宙生物医学研究所(National Space Biomedical Research Institute)助成金No.SMS00004、および米陸軍医学研究司令部(U.S.Army Medical Research and Materiel Command)契約No.W81XWH-06-1-0545の下の政府支援で行われた。政府は本発明に一定の権利を有する。
本開示はセンサに関し、より詳細には試料特性を測定するための分光センサに関する。
近赤外線は一般に皮膚および脂肪の層を通過して、筋組織中の血管を照射することができる。放射線は赤血球中のヘモグロビン、筋線維中のミオグロビン、水分、および血漿中の別のタンパク質により吸収されることができる。放射線は筋線維と血球の両方により散乱され、散乱放射線は検出され、散乱放射線の波長依存性を決定するために分析されることができる。筋組織中の様々な吸収成分の吸収度スペクトルが、組織に届けられる入射放射線のスペクトル、および組織からの散乱放射線を比較することにより決定されることができる。ある種の試料では吸収度スペクトル中の特定のスペクトル特徴が筋組織中の特定の成分に割り当てられることができる(たとえば、ある種のスペクトルシグネチャがヘモグロビンおよび/またはミオグロビンによる吸収に割り当てられることができる)。
本明細書において開示されるのは、装置、たとえばセンサ、ならびにヒトおよび動物の組織を含む試料の近赤外スペクトルを測定するための、およびスペクトルに基づき試料の一つまたは複数の特性を決定するための方法である。具体的には、本明細書において開示される機器は、多数の放射線源、スペクトル検出器、ならびに放射線源および検出器を制御する電子プロセッサを含む回路基板ベースのセンサを含み、検出器からのスペクトル情報を処理して試料の吸収度スペクトルを計算し、吸収度スペクトルに基づき試料の特性を決定する。
[本発明1001]
電子プロセッサを含む回路基板と;
それぞれが該回路基板に取り付けられた複数の放射線源と;
該複数の放射線源の一つまたは複数に由来する放射線を分析するように構成されている、前記回路基板に取り付けられたスペクトル検出器と
を含むセンサであって、
使用中、センサが、被験者の体の一部に装着されるように構成され;
電子プロセッサが、複数の放射線源の2つ以上に入射放射線を被験者に向けさせ、スペクトル検出器に被験者からの放射線を分析させ、被験者からの放射線に基づき被験者の一つまたは複数の特性を決定させるように構成されている、
センサ。
[本発明1002]
電子プロセッサが、入射放射線を生成するために、放射線源の少なくとも一つを選択的に調節するように構成されている、本発明1001のセンサ。
[本発明1003]
電子プロセッサが、選択されたスペクトル形状を有する入射放射線を生成するために、(i)放射線源のそれぞれのデューティサイクル、および(ii)放射線源のそれぞれに供給される電気的駆動電流、の少なくとも一つを選択的に調節するように構成されている、本発明1002のセンサ。
[本発明1004]
放射線源が、検出器から距離9mm以下に配置される近距離放射線源と、検出器から距離10mm以上にそれぞれが配置される少なくとも2つの遠距離放射線源とを含む、本発明1001のセンサ。
[本発明1005]
放射線源が、少なくとも2つの近距離放射線源と、少なくとも3つの遠距離放射線源とを含む、本発明1001のセンサ。
[本発明1006]
電子プロセッサが、遠距離放射線源のそれぞれにより生成される入射放射線を使って被験者を照射し、該遠距離放射線源のそれぞれによる照射に対応する被験者の吸収度スペクトルを測定し、測定された吸収度スペクトルを比較して該遠距離放射線源の一つを選択することにより、入射放射線の少なくとも一部を生成する該遠距離放射線源の一つを選択するように構成されている、本発明1004のセンサ。
[本発明1007]
前記比較が、
遠距離放射線源のそれぞれについて、該遠距離放射線源に対応する吸収度スペクトルを被験者の吸収度スペクトルに関するテイラ級数モデルに適合させ、吸収度スペクトルとモデルの間の平均誤差を決定する段階と、
吸収度スペクトルとモデルの間の最小平均誤差に対応する遠距離放射線源を選択する段階と
を含む、本発明1006のセンサ。
[本発明1008]
前記比較が、遠距離放射線源に対応する吸収度スペクトルを適合させる段階の前に、近距離放射線源からの放射線に被験者を曝すことにより得られる吸収度スペクトルに由来する情報を使用して、被験者内の皮膚および脂肪の層によるスペクトル効果を低減するために、前記遠距離放射線源に対応する吸収度スペクトルのそれぞれを修正する段階をさらに含む、本発明1007のセンサ。
[本発明1009]
遠距離放射線源を選択する段階が、選択された遠距離放射線源が最小適合性基準を満たすかどうか決定する段階をさらに含む、本発明1007のセンサ。
[本発明1010]
選択された遠距離放射線源が最小適合性基準を満たすかどうか決定する段階が、モデルフィッティング誤差の平均値(μ)および標準偏差(σ)を決定する段階を含み、電子プロセッサが、モデルと前記選択された遠距離放射線源に対応する吸収度スペクトルとの間の平均誤差が間隔(μ−3σ、μ+3σ)の範囲内にある場合、該遠距離放射線源を選択するように構成されている、本発明1009のセンサ。
[本発明1011]
放射線源が2つ以上の近距離放射線源を含み;
電子プロセッサが:
被験者を近距離放射線源のそれぞれにより生成される入射放射線を使って照射し;
近距離放射線源のそれぞれに対応する吸収度スペクトルを測定し;
近距離放射線源に対応するスペクトルのそれぞれを使って遠距離放射線源に対応するスペクトルのそれぞれを修正し;
修正されたスペクトルを被験者の吸収度スペクトルに関するテイラ級数モデルに適合させ、修正されたスペクトルのそれぞれとモデルの間のフィッティング誤差を決定し;
修正されたスペクトルの中で最小フィッティング誤差に対応する近距離放射線源と遠距離放射線源とを含む組合せを同定すること
により、入射放射線の少なくとも一部を生成する近距離放射線源と遠距離放射線源の組合せを選択するように構成されている、
本発明1010のセンサ。
[本発明1012]
入射放射線が複数の放射線源により放出される表面とは反対側のセンサの表面上に配置される表示装置であって、被験者の一つまたは複数の特性の少なくとも一部の値および被験者の一つまたは複数の特性の以前に測定された値を表示するように構成されている表示装置をさらに含む、本発明1001のセンサ。
[本発明1013]
センサとの間でデータを送信するように構成される無線の送信機および受信機を含む通信インタフェースをさらに含み、センサがネットワークを介してデータを送信するように構成されている、本発明1001のセンサ。
[本発明1014]
一つまたは複数の特性が、被験者の酸素飽和度、酸素分圧、pH、ヘマトクリット、ヘモグロビン濃度、無酸素性作業閾値、含水量、および酸素消費量の少なくとも一つを含む、本発明1001のセンサ。
[本発明1015]
電子プロセッサが、被験者からの放射線の分析中、信号強度の所定の範囲内の非ゼロの測定された検出器信号強度を維持するように構成されている、本発明1001のセンサ。
[本発明1016]
所定の範囲内に検出器信号強度を維持することが、信号強度を制御するために、検出器の電子的利得および信号取得時間の少なくとも一つを調節することを含む、本発明1015のセンサ。
[本発明1017]
所定の範囲内に検出器信号強度を維持することが、被験者に入射放射線を向けるために、複数の放射線源の異なる一つを選択することを含む、本発明1015のセンサ。
[本発明1018]
複数の放射線源の異なる一つを選択することが、検出器から距離10mm以上に配置される放射線源の中から異なる放射線源を選択することを含む、本発明1017のセンサ。
[本発明1019]
複数の放射線源の異なる一つを選択することが、検出器から距離9mm以下に配置される放射線源の中から異なる放射線源を選択することを含む、本発明1017のセンサ。
[本発明1020]
電子プロセッサが、治療装置を制御するために、被験者の一つまたは複数の特性に関する情報を治療装置に提供するように構成されている、本発明1001のセンサ。
[本発明1021]
試料に直接付着するよう構成され、かつ試料に付着するときに試料の少なくとも一部に対応する形状を帯びるように構成されている接着性表面を含む可撓性のある据え付け要素と;
該据え付け要素に取り付けられる複数の放射線源、スペクトル検出器、および電子プロセッサと、
を含むセンサであって、
電子プロセッサが、放射線源の少なくとも2つに入射放射線を試料に向けさせ、スペクトル検出器に試料からの放射線を分析させ、試料からの放射線に基づき試料の一つまたは複数の特性を決定するように構成されている、
センサ。
[本発明1022]
据え付け要素が、試料に接触する第1の使い捨てできる部分と、複数の放射線源、検出器、および電子プロセッサが取り付けられる第2の使い捨てできない部分とを含み、使い捨てできる部分が、近赤外線に対して少なくとも部分的に透過性であり、放射線源により生成される入射放射線が試料に到達するように通過するウィンドウを形成する、本発明1021のセンサ。
[本発明1023]
一つまたは複数の特性が、試料の酸素分圧、酸素飽和度、pH、ヘマトクリット、ヘモグロビン濃度、無酸素性作業閾値、含水量、および酸素消費量の少なくとも一つを含む、本発明1021のセンサ。
[本発明1024]
一つまたは複数の試料特性を測定する方法であって、
複数の放射線源の一つを選択し、選択された放射線源からの放射線を試料に入射するように向ける段階、試料からの放射線を検出する段階、および検出された放射線に基づき一つまたは複数の試料特性を決定する段階とを含み、
前記選択する段階が、
複数の放射線源のそれぞれ一つについて、試料を放射線源からの放射線に曝すことにより試料の吸収度スペクトルを測定する段階;
吸収度スペクトルを試料の吸収度に関するモデルに適合させ、各スペクトルについてモデルに対する平均フィッティング誤差を決定する段階;および
最小平均適合誤差を有するスペクトルに対応する放射線源を選択する段階
を含む方法。
[本発明1025]
選択する段階が、平均フィッティング誤差を決定する段階の前に、試料中の皮膚および脂肪の層によるスペクトル効果を低減するために、吸収度スペクトルのそれぞれを修正する段階をさらに含む、本発明1024の方法。
[本発明1026]
選択する段階が、フィッティング誤差に関連する平均値μおよび標準偏差値σを決定する段階と、放射線源に対応する吸収度スペクトルから決定される平均フィッティング誤差が間隔(μ−3σ、μ+3σ)の範囲内にある放射線源を選択する段階とをさらに含む、本発明1024の方法。
[本発明1027]
試料からの放射線を検出中、検出される放射線信号の強度をゼロよりも大きく、かつ信号強度の所定の範囲内に維持する段階をさらに含む、本発明1024の方法。
[本発明1028]
所定の範囲内に信号強度を維持する段階が、信号強度を制御するために、検出器の電子的利得、および放射線が検出される信号取得時間の少なくとも一つを調節する段階を含む、本発明1027の方法。
[本発明1029]
所定の範囲内に信号強度を維持する段階が、試料に放射線を向けるために、複数の放射線源の異なる一つを選択する段階を含む、本発明1027の方法。
[本発明1030]
一つまたは複数の試料特性が、試料の酸素飽和度、酸素分圧、pH、ヘマトクリット、ヘモグロビン濃度、無酸素性作業閾値、含水量、および酸素消費量の少なくとも一つを含む、本発明1024の方法。
本明細書において開示されているのは、具体的にはヒト被験者を含む試料の特性を決定するためのセンサおよび関連する方法である。センサは、典型的には、しかし排他的でなく、試料からの近赤外吸収度スペクトルまたは近赤外反射率スペクトルを測定するように、および吸収度スペクトルまたは反射率スペクトルに基づき一つまたは複数の試料パラメータを計算するように構成される。センサは比較的小さく、すべてのセンサ構成要素が据え付けられる回路基板を含むことができる。その結果、センサは、具体的には比較的高い物理的応力の期間中でさえ、ヒト被験者により引き延ばされる衣類になじみやすい。
であり、ここで、I0(λ)は試料上の入射放射線の強度であり、I(λ)は試料からの反射放射線または散乱放射線の強度であり、c0およびc1は定数であり、<L>は試料を通る反射光または散乱光の平均経路長であり、εHb(λ)は試料中の脱酸化ヘモグロビンに対する波長依存性吸収係数であり、εHbO2(λ)は試料中の酸化ヘモグロビンに対する波長依存性吸収係数であり、cwatは試料中の水の濃度であり、εwat(λ)は試料中の水の波長依存性吸収係数である。
本明細書において開示されるセンサは、ヒトと動物の両方の被験者を監視するための様々な異なる応用で使用されることができる。センサの比較的低いプロファイル、小さなサイズおよび重さ、ならびに必要なものを完備した性質のために、センサは被験者に対して負担になる動きの制約を課すことなく快適に装着されることができる。
本明細書において記載されている方法段階および手順は、ハードウェアで、またはソフトウェアで、または両方の組合せで実装されることができる。具体的には、プロセッサ20(および/またはプロセッサ22などのセンサ10の別のプロセッサ)が、上記に議論された任意の方法を実行するためのソフトウェアおよび/またはハードウェア命令を含むことができる。方法は、本明細書において開示される方法段階および図面に従う標準的プログラミング技法を使用してコンピュータプログラムの形で実装されることができる。本明細書において記載されている機能を実行するためにプログラムコードが入力データに適用される。プリンタ、または表示装置、またはたとえば遠隔監視のためのWebサイトへのアクセスを伴うコンピュータモニタ上のWebページなどの一つまたは複数の出力装置に出力情報が適用される。
テイラ級数モデルフィッティング誤差の大きさおよび分布を評価するために、成人が仰向けの位置にいる間に、6人の成人被験者から体の異なる部分で近赤外スペクトル反射率測定値が得られた。被験者の皮膚と関心対象の筋組織の間に介在する脂肪層、および位置が厚さ5mmから20mmまでの範囲に及ぶように、各被験者に対して多数の測定位置が選択された。脂肪厚の測定値は超音波スキャナ(ワシントン州、Bothell、SonoSite)を使用して定量的に決定された。各被験者の各位置で、5回または6回の重複する測定が行われた。重複するスペクトルが正規化され、次に、テイラ級数モデルに適合され、測定されたスペクトルとテイラ級数モデルの間の二乗平均平方根誤差(たとえば、誤差の二乗の和を各スペクトル中の個々の波長点の数で除算された商の平方根)としてテイラ級数モデルフィッティング誤差が決定された。すべての測定値および誤差が決定された後、平均フィッティング誤差、およびフィッティング誤差の標準偏差が、重複する測定値から各位置に対して決定された。
多数の個々のLEDを活動化することによる入射放射線スペクトルの合成を調べるために、異なる2組のLEDを使って研究が行われた。1組目のLEDは以下のピーク波長、すなわち735nm、810nm、850nm、850nm、890nm、および940nmで放出するように構成されるダイオードを含む。2組目のLEDは以下の波長、すなわち735nm、780nm、810nm、850nm、890nm、および940nmで放出するように構成されるダイオードを含む。LEDの各組について、1組内のLEDのそれぞれに印加される駆動電流が、LEDのそれぞれに対する駆動電流の調節可能なほんの一部分であった。本研究では、ほんの一部分が1組内の個々のLEDのそれぞれに対して等しくなるように調節された。LEDのそれぞれからの放射を含む各組のスペクトルが、99%SPECTRALON(登録商標)反射率標準からの反射光を検出するために、30mmの放射線源-検出器間隔を使用して測定された。図15は2組目のLEDの測定されたスペクトルを示す。図15に示されるスペクトルは、関心対象の特定周波数領域で多数のLEDを同時に活動化することにより、比較的なめらかな入射放射線スペクトルが得られることができることを示唆する。血液の近赤外スペクトル測定では、最も重要な波長が、デオキシヘモグロビンの最大吸収の波長であるほぼ760nmである。しかし、図15では760nmの近傍のスペクトル強度が適度の減少を示す。さらに、940nmで放出するLEDが、測定される入射放射線に大きな強度を与えないように見える。したがって、個々のLED放射源の異なる分布が、具体的には、940nmのLEDが、760nmにより近いピーク放出波長を有するLEDと置き換えられた分布が、血液の近赤外反射率スペクトルを測定するためにより適した合成スペクトルをもたらすことがある。センサの具体的な応用に応じて、LEDの異なる分布が、スペクトルの近赤外領域での測定信号の質を改善するために使用するために選択されることができる。
1組のLEDからのスペクトル放出は、LEDの個々の放出スペクトルと、検出器のスペクトル応答のたたみこみである。図15に示されるように、たとえば、LEDのそれぞれが放出スペクトル全体にほぼ等しく寄与するときでさえ、スペクトルの決まった部分で測定される放出放射線は、検出器のスペクトル応答関数により、スペクトルの別の部分よりも強度が弱くなることがある。例示として、図15では、約700nmと780nmの間の放射線強度が780nmと860nmの間の放射線強度よりも弱い。
一般に、入射放射線の量の増加をもたらすことにより、本明細書において開示されるセンサ上の一つまたは複数の放射線源はより強い反射信号を示し、それにより、検出される信号に基づくパラメータのより正確な決定につながる。しかし、LEDは動作中に熱を発生し、遠距離放射線源を使用する入射放射線の量の増加をもたらすことは、たとえば患者の皮膚の加熱につながることがあり、皮膚の加熱は測定された放射線信号に基づくパラメータの決定を誤りやすくすることがある。酸素飽和度などのパラメータの値を正確に決定するために、十分な量の測定される反射率スペクトルをもたらすことができるほどの十分な量の入射放射線の提供につながる動作条件を確立する際、患者の皮膚の過熱を避けるように注意が払われるべきである。
一部の事例では、最大曝露時間4000msが短すぎるため、酸素飽和度などのパラメータの測定値を抽出することができるほど十分な量のスペクトルデータを得ることができないことがある。この困難を克服するためには、検出器の電子的利得を増して、試料からの比較的弱い反射率信号の検出を強化することができることがある。この感度増大は、試料の曝露時間を増大させることなく達成されることができ、それにより、さらに試料が加熱されるのを防止する。検出器利得を増すことは、たとえば、皮膚表面と関心対象の組織の間にある比較的黒い皮膚および/または脂肪の薄い層を有する被験者に対して特に役立つことがある。
使用前に、本明細書において開示されるセンサは、典型的には正確な波長特有測定値を提供するために較正される。センサは、反射率標準から反射される測定された光強度に対する試料からの反射光強度の比を計算することにより反射率スペクトルおよび/または吸収度スペクトルを決定する。本明細書において開示されるセンサの較正安定性を評価するために、99%SPECTRALON(登録商標)反射率標準(ニューハンプシャ州、North Sutton、Labsphereから入手可能)に対して例示的センサを標準化するために研究が行われた。99%反射率標準から反射される放射線が、センサの放射線源から放出される放射線の近似尺度を提供した。センサの較正は、同じ研究で行われた光ファイバベースのプローブの較正と比較された。センサと光ファイバプローブの両方について、同様に50%および2%のSPECTRALON(登録商標)反射率標準(同様にLabsphereから入手可能)から反射される放射線を測定するための実験も行われた。
本明細書において開示されるセンサにより提供される様々な放射線源-検出器間隔が、様々な厚さの上に重なる脂肪層を含む組織の非侵襲呼びかけ信号を可能にする。センサ上の様々な放射線源からの放射線の侵入深さを決定するために研究が行われた。たとえば、内容全体が参照により本明細書に組み入れられる、Yangらの「Simultaneous correction of skin color and fat thickness for tissue spectroscopy using a two-distance fiber optic probe and orthogonalization techniques,」Optics Letters,30:2269-2271(2005)に記載される方法を使用して、2層ファントムが準備された。ファントムでは、低減された散乱係数(μ’s’)が脂肪の散乱係数と同様になるように、脂肪が公知の量のイントラリピドを含む寒天を使ってシミュレートされた。脂肪層は、2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、および20mm厚の脂肪層を生成するために公知の厚さの型の中に注がれ、その結果、2mmの増分で2mmから20mmまでの脂肪厚が2つ以下のファントムを組み合わせることにより得られることができた。ファントムにメラニンを付加することにより(中間色調の皮膚および黒い色調の皮膚それぞれについて0.15mg/mLおよび0.25mg/mL)、実際の皮膚の低減された散乱係数とマッチするように調節された低減された散乱係数を有する中間色調および黒い色調のファントムを生成するために、1mm厚の皮膚層が成形された。脂肪層(一つまたは2つの脂肪ファントムからなる)の上に皮膚層が置かれ、層が黒く吸収度が高い支持物質上に配置された。光ファイバセンサと、本明細書において開示されるセンサの一つの両方を使用して、各ファントムについて反射率スペクトルが測定された。センサを使用して記録されたスペクトルが、様々な異なる信号取得時間を使用して測定された。入射放射線の深さ侵入を決定するために、反射放射線の強度が脂肪厚の関数として測定された。理論では、図24に示されるようなS字形曲線が、反射放射線強度と脂肪厚の間の関係を説明すると期待される。具体的には、放射線が皮膚および脂肪の層を通って完全に侵入する場合、放射線は黒い支持物質により吸収される。したがって、測定される反射率信号は比較的小さい。しかし、放射線が皮膚および脂肪の層の中に部分的にしか侵入しないとき、入射放射線のより多くの部分が反射され、検出器に到達する。したがって、測定される反射率信号は増加する。測定される反射率信号は、入射放射線のほぼすべてが皮膚および脂肪の層に侵入できず、反射されるときに最大に達する(たとえば、図24では大きな厚さの値にある強度の平坦部)。
いくつかの態様が説明された。それにもかかわらず、本開示の精神および範囲を逸脱することなく様々な修正が行われることがあることが理解されるであろう。したがって、別の態様が以下の特許請求の範囲内に入る。
Claims (20)
- 電子プロセッサを含む回路基板と;
それぞれが該回路基板に直接据え付けられた複数の放射線源と;
該複数の放射線源の一つまたは複数に由来する放射線を分析するように構成されている、前記回路基板に直接据え付けられたスペクトル検出器と
を含むセンサであって、
該複数の放射線源が、検出器から距離9mm以下に配置された近距離放射線源と、検出器から少なくとも10mmの異なる距離にそれぞれ配置された少なくとも2つの遠距離放射線源とを含み;かつ、
電子プロセッサが、センサの動作中に:
(i)被験者に遠距離放射線源の一つによって生成された入射放射線をあてること;
(ii)被験者からの反射放射線または透過放射線を、スペクトル検出器を使用して測定すること;
(iii)長距離放射線源のそれぞれに対応するスペクトル情報を生成するために、長距離放射線源のそれぞれに対して(i)および(ii)を繰り返すこと;
(iv)長距離放射線源のどれが被験者の照射に好適かを決定するために、長距離放射線源のそれぞれに対するスペクトル情報と、期待されるピーク情報とを比較すること;および
(v)前記(iv)の好適な長距離放射線源のそれぞれに対応したスペクトル情報に関する取得時間に基づいて、該好適な長距離放射線源の一つを選択すること
によって前記少なくとも2つの遠距離放射線源の一つを選択し;
被験者に前記近距離放射線源および選択された長距離放射線源からの入射放射線をあて、かつ、スペクトル検出器を使用して被験者からの前記近距離放射線源および選択された長距離放射線源による照射に対応した放射線を測定し;かつ、
該測定された放射線を分析して被験者の一つまたは複数の特性を決定するように構成されている、
センサ。 - 電子プロセッサが、選択されたスペクトル形状を有する入射放射線を生成するために、(i)前記複数の放射線源の1つまたは複数のデューティサイクル、および(ii)前記複数の放射線源の1つまたは複数に供給される電気的駆動電流、の少なくとも一つを選択的に調節するように構成されている、請求項1記載のセンサ。
- 前記複数の放射線源が、少なくとも2つの近距離放射線源と、少なくとも3つの遠距離放射線源とを含む、請求項1記載のセンサ。
- 電子プロセッサが、さらに、
近距離放射線源による被験者の照射に対応する被験者の吸収度スペクトルを計算し;
選択された長距離放射線源による被験者の照射に対応する被験者の吸収度スペクトルを計算し;かつ、
前記近距離放射線源による照射に対応する吸収度スペクトルに由来する情報を使用して、被験者内の皮膚および脂肪の層によるスペクトル効果を低減するために、前記遠距離放射線源による照射に対応する吸収度スペクトルを修正するように構成されている、請求項1記載のセンサ。 - 入射放射線が複数の放射線源により放出される表面とは反対側のセンサの表面上に配置される表示装置であって、被験者の一つまたは複数の特性の少なくとも一部の値および被験者の一つまたは複数の特性の以前に測定された値を表示するように構成されている表示装置をさらに含む、請求項1記載のセンサ。
- センサとの間でデータを送信するように構成される無線の送信機および受信機を含む通信インタフェースをさらに含み、センサがネットワークを介してデータを送信するように構成されている、請求項1記載のセンサ。
- 一つまたは複数の特性が、被験者の酸素飽和度、酸素分圧、pH、ヘマトクリット、ヘモグロビン濃度、無酸素性作業閾値、含水量、および酸素消費量の少なくとも一つを含む、請求項1記載のセンサ。
- 電子プロセッサが、被験者からの放射線の測定中、信号強度の所定の範囲内の非ゼロの測定された検出器信号強度を維持するように構成されている、請求項1記載のセンサ。
- 電子プロセッサが、信号強度を制御するために、検出器の電子的利得および信号取得時間の少なくとも一つを調節することにより、所定の範囲内に検出器信号強度を維持するように構成されている、請求項8記載のセンサ。
- 電子プロセッサが、被験者に入射放射線を向けるために、複数の放射線源の異なる一つを選択することにより、所定の範囲内に検出器信号強度を維持するように構成されている、請求項8記載のセンサ。
- 電子プロセッサが、治療装置を制御するために、被験者の一つまたは複数の特性に関する情報を治療装置に提供するように構成されている、請求項1記載のセンサ。
- 試料に直接付着するよう構成され、かつ試料に付着するときに試料の少なくとも一部に対応する形状を帯びるように構成されている接着性表面を含む可撓性のある第1の据え付け要素と;
該第1の据え付け要素に接続された、可撓性のない第2の据え付け要素と;
該第2の据え付け要素に直接据え付けられた複数の放射線源、スペクトル検出器、および電子プロセッサと、
を含むセンサであって、
該複数の放射線源が、検出器から距離9mm以下に配置された近距離放射線源と、検出器から少なくとも10mmの異なる距離に配置された少なくとも2つの遠距離放射線源とを含み;かつ、
電子プロセッサが、センサの動作中に:
(i)試料に遠距離放射線源の一つによって生成された入射放射線をあてること;
(ii)試料からの反射放射線または透過放射線を、スペクトル検出器を使用して測定すること;
(iii)長距離放射線源のそれぞれに対応するスペクトル情報を生成するために、長距離放射線源のそれぞれに対して(i)および(ii)を繰り返すこと;
(iv)長距離放射線源のどれが試料の照射に好適かを決定するために、長距離放射線源のそれぞれに対するスペクトル情報と、期待されるピーク情報とを比較すること;および
(v)前記(iv)の好適な長距離放射線源のそれぞれに対応したスペクトル情報に関する取得時間に基づいて、該好適な長距離放射線源の一つを選択すること
によって前記少なくとも2つの遠距離放射線源の一つを選択し;
試料に前記近距離放射線源および選択された長距離放射線源からの入射放射線をあて、かつ、スペクトル検出器を使用して試料からの前記近距離放射線源および選択された長距離放射線源による照射に対応した放射線を測定し;かつ、
該測定された放射線を分析して試料の一つまたは複数の特性を決定するように構成されている、
センサ。 - 第1の据え付け要素が使い捨てでき、近赤外線に対して少なくとも部分的に透過性であり、放射線源により生成される入射放射線が試料に到達するように通過するウィンドウを形成する、請求項12記載のセンサ。
- 一つまたは複数の特性が、試料の酸素分圧、酸素飽和度、pH、ヘマトクリット、ヘモグロビン濃度、無酸素性作業閾値、含水量、および酸素消費量の少なくとも一つを含む、請求項12記載のセンサ。
- 一つまたは複数の試料特性を測定する方法であって、
センサの検出器から少なくとも10mmの異なる距離にそれぞれが配置された、センサの複数の長距離放射線源の一つを選択する、以下の(i)〜(v)を含む段階:
(i)試料に遠距離放射線源の一つによって生成された入射放射線をあてること;
(ii)試料からの反射放射線または透過放射線を測定すること;
(iii)長距離放射線源のそれぞれに対応するスペクトル情報を生成するために、長距離放射線源のそれぞれに対して(i)および(ii)を繰り返すこと;
(iv)長距離放射線源のどれが試料の照射に好適かを決定するために、長距離放射線源のそれぞれに対するスペクトル情報と、期待されるピーク情報とを比較すること;および
(v)前記(iv)の好適な長距離放射線源のそれぞれに対応したスペクトル情報に関する取得時間に基づいて、該好適な長距離放射線源の一つを選択すること;
試料に、検出器から距離9mm以下に配置された近距離放射線源および選択された長距離放射線源からの入射放射線をあて、かつ、試料からの前記近距離放射線源および選択された長距離放射線源による照射に対応した放射線を測定する段階;および、
該測定された放射線を分析して試料の一つまたは複数の特性を決定する段階
を含む、方法。 - 近距離放射線源による試料の照射に対応する試料の吸収度スペクトルを計算し;
選択された長距離放射線源による試料の照射に対応する試料の吸収度スペクトルを計算し;かつ、
前記近距離放射線源による照射に対応する吸収度スペクトルに由来する情報を使用して、試料中の皮膚および脂肪の層によるスペクトル効果を低減するために、前記遠距離放射線源による照射に対応する吸収度スペクトルを修正する段階をさらに含む、請求項15記載の方法。 - 試料からの放射線の測定中、検出される放射線信号の強度をゼロよりも大きく、かつ信号強度の所定の範囲内に維持する段階をさらに含む、請求項15記載の方法。
- 所定の範囲内に信号強度を維持する段階が、信号強度を制御するために、検出器の電子的利得、および放射線が測定される信号取得時間の少なくとも一つを調節する段階を含む、請求項17記載の方法。
- 所定の範囲内に信号強度を維持する段階が、試料に放射線を向けるために、異なる放射線源を使用する段階を含む、請求項17記載の方法。
- 一つまたは複数の試料特性が、試料の酸素飽和度、酸素分圧、pH、ヘマトクリット、ヘモグロビン濃度、無酸素性作業閾値、含水量、および酸素消費量の少なくとも一つを含む、請求項15記載の方法。
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