JP6382971B6 - 分析物と背景信号とを区別するための応答信号の変調 - Google Patents
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Description
[0001] 本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、2013年10月23日に出願の米国特許出願第14/061,251号の優先権を主張する。
[0053] 診断システムは、人の複数の生理学的パラメータを非侵襲的に検出および測定することが得出来る。生理学的パラメータには、人の健康に関連し得るあらゆるパラメータが含まれ得る。例えば、システムは、血圧、脈拍数、皮膚温度等を測定するためのセンサを備え得る。生理学的パラメータの少なくともいくつかは、表面下血管系内を循環している血液内の1つ以上の分析物を非侵襲的に検出および/または測定するシステムによって得られ得る。1つ以上の分析物とは、血液中に存在する場合または存在しない場合、あるいは、特定の濃度または濃度範囲で存在する場合に、その人の医学的症状または健康を示すことができる任意の分析物であり得る。例えば、1つ以上の分析物には、酵素、ホルモン、タンパク質、細胞、または分子が含まれ得る。
[0074] 着用デバイス100は、このデバイスを着用している人の複数の生理学的パラメータを自動的に測定することができる。本開示において使用される「着用デバイス」という用語は、手首、足首、腰、胸部、または身体の他の部分等の体表に、体表上に、または体表付近に着用することが可能なあらゆるデバイスを指す。身体の外側から非侵襲的に生体内測定を行うためには、着用デバイスは、表面下血管系が容易に観察可能な体の部分上に位置決めされ得るが、その適格性は、使用される検出システムの種類に応じて決まる。デバイスは、皮膚または組織に極めて接近して置かれ得るが、皮膚または組織と接触または密着している必要はない。ベルト、手首バンド、足首バンド等の装着具110は、デバイスを体表に、体表上に、または体表付近に装着するために設けられ得る。装着具110は、着用デバイスが体に対して移動することを防止し、測定エラーおよび雑音を減少させ得る。図1に示される一例において、装着具110は、体の一部の周りに着用可能なストラップまたはバンド120の形態を取り得る。さらに、装着具110は、着用デバイス100を着用者の体に接着させるための接着基板であってもよい。
[0092] 図8は、一例の実施形態に係る着用デバイス800のコンポーネントを示すための簡略化されたブロック図である。着用デバイス800は、図2A〜2B、3A〜3C、4A〜4C、5および6に示された手首装着デバイス200、300、400、500、600のうちの1つの形態を取ってもよく、該手首装着デバイスと同様のものであってもよい。ただし、着用デバイス800は、足首装着デバイス、腰装着デバイス、胸部装着デバイスなどの他の形態を取ってもよい。
[00110] いくつかの例において、上述した着用デバイスは、機能化された粒子(例えば、微粒子またはナノ粒子)に対する臨床的に関連性のある分析物結合を検出することにより、健康に関連する情報の少なくとも一部を取得する。粒子は、特定の臨床的に関連性のある分析物に選択的に結合するように、または特定の臨床的に関連性のある分析物を他の態様で認識するように設計されたバイオレセプタを共有結合的に付着させることにより機能化され得る。例えば、粒子は、抗体、核酸(DNA、siRNA)、低分子量リガンド(葉酸、チアミン、ジメルカプトコハク酸)、ペプチド(RGD、LHRD、抗原ペプチド、内在化ペプチド)、タンパク質(BSA、トランスフェリン、抗体、レクチン、サイトカイン、フィブリノゲン、トロンビン)、多糖類(ヒアルロン酸、キトサン、デキストラン、オリゴ糖類、ヘパリン)、多価不飽和脂肪酸(パルミチン酸、リン脂質)プラズミドを含む多様なバイオレセプタによって機能化され得る。機能化された粒子は、注射、摂取、吸引、経皮、または何らかの他の態様により、人の血流内に導入され得る。
[00118] 図10は、非侵襲的で、生体内の、リアルタイムな生理学的パラメータの測定を行うために着用デバイスを動作させる方法1000を示すフローチャートである。着用デバイスは、まず、被験者の表面下血管系の一部分付近の体表に装着される(1010)。いくつかの例では、着用デバイスは、信号源を介して、表面下血管系の該部分内に呼び掛け信号を送信する(1020)。着用デバイスは、その後、検出器を介して、表面下血管系の該部分から送信された応答信号を検出する(1030)。ここで、応答信号は、表面下血管系の内腔内に存在する機能化された粒子に対する臨床的に関連性のある対象物の結合に関連する。いくつかの例において、応答信号は、呼び掛け信号に応答して生成される。機能化された粒子は、臨床的に関連性のある分析物に結合するように構成され、抗体等のレセプタを備え得る。「結合」という用語は、臨床的に関連性のある分析物と機能化された粒子との間の検出可能なあらゆる相互作用も含むものとして、最も広い意味で理解される。着用デバイスは、応答信号に基づき、臨床的に関連性のある分析物の有無および/または濃度(1040)と、臨床的に関連性のある分析物の有無および/または濃度に少なくとも部分的に基づいて、医学的症状が示されているか否かと、を特定する(1040)。さらに、機能化された粒子が磁性粒子である例では、着用デバイスは、さらに、表面下血管系の該部分内に磁界を誘導し得る。この磁界は、機能化された磁性粒子を表面下血管系の該部分の内腔内に収集させるのに十分な磁界である。
[00123] 図14は、着用デバイスを使用して、リアルタイムで、高密度で、非侵襲的な、生体内での生理学的パラメータの測定を行うための方法1400を示すフローチャートである。第1ステップにおいて、着用デバイスは、複数の測定期間の各期間中に1つ以上の生理学的パラメータを自動的に測定する(1410)。測定期間の長さは、デバイス自体上で設定されてもよく、または、例えばリモートサーバからの指示によってリモート設定されてもよい。デバイスは、毎日多くの測定期間(例えば、連続的、2時間毎、毎分、毎時間、6時間毎等)を有するように構成されてもよく、または、1週間もしくは1か月に1回測定を行うように構成されてもよい。さらに、測定される生理学的パラメータのそれぞれについて、異なる測定期間を設定することもできる。測定期間は、連続した数日に及んでもよく、それらの連続した数日のうちの各日が複数の測定期間を含んでもよい。連続した数日の各日は、さらに、少なくとも24回の測定期間を含むことができ、連続した数日は、少なくとも3日を含むことができる。生理学的パラメータの少なくともいくつかは、着用デバイス付近の表面下血管系内を循環している血液内の1つ以上の分析物を非侵襲的に検出することにより、測定される。
[00137] 上述したいずれかのような分析物検出システムにおける信号対雑音比(SNR)は、表面下血管系(または他の器官)から送信された分析物応答信号を背景信号と、場合によっては非結合粒子応答信号とに対して変調することにより高めることができる。このような変調は、システムの感度と、血液または他の体液内に存在する対象分析物を、他の分析物、粒子、細胞、分子、血液成分、骨および組織等から判別する能力と、を高めることができる。これは、光学的な方法などの一部の分析物の性質決定方法、または、対象物が血液中に希少であったり、対象物が比較的小さいサイズのものであったりする場合、または、体内の他の組織、細胞、および分子が何らかの固有の蛍光特性を有し、高レベルの背景雑音が生じさせるために低解像度に悩まされることの多い蛍光検出技術において、特に有益であり得る。
[00160] 図19は、応答信号を変調するための方法(1900)の例を示すブロック図である。機能化された粒子は、表面下血管系の内腔内等、生体内に導入される(1910)。粒子は、血液もしくは他の体液、またはリンパ系、消化器系、神経系等を含む系内に導入され得る。機能化された粒子は、身体の皮膚または組織内に埋め込まれてもよく、皮膚または組織内に存在する対象分析物と相互作用するように構成され得る。機能化された粒子の体内への導入は、経皮、経粘膜、局所、静脈内、筋肉内、および経口を含む、上述した手段のいずれかによって実現され得る。例えば、機能化された粒子は、機能化された粒子を腸壁内に送り込むように設計された嚥下可能なカプセルを使用して血液内に導入され得る。
[00165] 図20A〜20Eは、応答信号を空間的に変調するための例示的なシステム2000の一実施形態を示す。一例のシステム2000は、血液または他の体液内に存在する1つ以上の対象分析物と相互作用するように構成された機能化された粒子2040と、表面下血管系2030等の身体の一部分から送信された応答信号2052を検出するように構成された1つ以上の検出器2050と、応答信号2052を変調するように構成された変調源2070とを備える。機能化された粒子2040は、上述した手段の1つによって体内、例えば表面下血管系2030の内腔内に導入され得る。図20Aに図示されるように、検出器2050および磁界源2072は、それぞれ、接続された要素のアレイとして提供され得る。検出器2050および磁界源2072の有用性について、以下でさらに説明する。あるいは、検出器2050および磁界源2072は、それぞれ、信号要素として提供されてもよい。
[00176] 図23Aおよび23Bに示される別のシステム2300の例では、変調源2370は、表面下血管系2330の外部に置かれる信号遮断または低減マスク2476を採用し得る。マスク2476は、検出器2350と、機能化された粒子2340が導入された表面下血管系2330または他の器官もしくは組織との間のどこかに、例えば、身体の外側表面に接触して、皮膚または他の組織内に埋め込まれて、または検出器2350の表面に直接的に貼付して、位置決めされ得る。検出器2350は、着用デバイス2310の一部として設けられ得る。着用デバイス2310は、このデバイス2310を手首などの体表に対して保持するためのストラップなどの装着具2330を備え得る。図20Bに示されるシステム2000において使用されるマスク2076と同様に、マスク2476は、空間的配置を有するマスク2476を使用して結合粒子2342および非結合粒子2344を空間的に変調することにより、分析物応答信号2354と非結合粒子信号2356とを変更するように構成され得る。例えば、マスク2476は、血管内の流体の流れ(F)に実質的に垂直に方向付けられた、およそ1ミリメートル以下の間隔を置いて配置されるいくつかの棒の形状であり得る。
[00185] 実施形態例が人または人のデバイスに関連する情報を含む場合、一部の実施形態は、プライバシープライバシーコントロールを備えてもよい。このプライバシーコントロールは、少なくとも、デバイス識別子の非特定化、透過性、および、ユーザが該ユーザの製品の使用に関連する情報を修正または削除することができる機能を含むユーザコントロールを含み得る。
び実施形態も当業者には明らかであろう。本明細書で開示された多様な態様および実施形態は、例示を目的としており、限定を意図したものではない。本発明の真の範囲は、以下の請求の範囲により示されるものである。
Claims (25)
- デバイスの作動方法であって、
検出器が、表面下血管系の内腔内から送信された応答信号を検出することであって、前記応答信号は、背景信号と、機能化された粒子と前記表面下血管系内を循環している血液内に存在する1つ以上の対象分析物との相互作用に関連する分析物応答信号とを含み、前記分析物応答信号は、変調されていない前記分析物応答信号の周期が、検出時における変調された前記分析物応答信号の周期と異なり、検出時における変調された前記分析物応答信号の周期が、検出時における、前記背景信号の周期及び前記1つ以上の対象分析物と相互作用していない機能化された粒子から送信された非結合粒子信号の周期のいずれとも異なるように変調される、前記応答信号を検出することと、
プロセッサが、前記分析物応答信号を前記背景信号と前記非結合粒子信号とから識別することと、を含む、
デバイスの作動方法。 - 前記機能化された粒子は前記表面下血管系の内腔内に存在する、請求項1に記載の方法。
- 前記応答信号は、前記1つ以上の対象分析物と相互作用していない機能化された粒子に関連する非結合粒子信号をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 呼び掛け信号に応答して前記表面下血管系から送信された応答信号を検出することと、をさらに含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記変調は、前記1つ以上の対象分析物と相互作用している前記機能化された粒子を空間的に変調することにより、前記応答信号を変更するように構成される、請求項1に記載の方法。
- 前記変調は、前記1つ以上の対象分析物と相互作用している前記機能化された粒子の1つ以上の特性を変更するように構成される、請求項1に記載の方法。
- 前記機能化された粒子の前記1つ以上の特性は、光学特性、磁気特性、電気特性、熱特性、音響特性、および物理特性のうち1つ以上を含む、請求項6に記載の方法。
- デバイスの作動方法であって、
検出器が、環境から送信された応答信号を検出することであって、前記応答信号は、背景信号と、機能化された粒子と1つ以上の対象分析物との相互作用に関連する分析物応答信号とを含み、前記分析物応答信号は、変調されていない前記分析物応答信号の周期が、検出時における変調された前記分析物応答信号の周期と異なり、検出時における変調された前記分析物応答信号の周期が、検出時における、前記背景信号の周期及び前記1つ以上の対象分析物と相互作用していない機能化された粒子から送信された非結合粒子信号の周期のいずれとも異なるように変調される、前記応答信号を検出することと、
プロセッサが、前記分析物応答信号を前記背景信号と前記非結合粒子信号とから識別することと、を含む、
デバイスの作動方法。 - 呼び掛け信号に応答して前記環境から送信された応答信号を検出することと、をさらに含む、
請求項8に記載の方法。 - 前記環境は流体管を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記環境は流体貯蔵部を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記環境は生体を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記機能化された粒子は、前記生体内に存在する1つ以上の対象分析物と相互作用するように構成される、請求項12に記載の方法。
- 前記機能化された粒子は、前記生体の皮膚または組織内に埋め込まれた粒子である、請求項12に記載の方法。
- 前記機能化された粒子は、前記生体の前記皮膚または組織内に存在する1つ以上の対象分析物と相互作用するように構成される、請求項14に記載の方法。
- 前記機能化された粒子は、血液、涙液、尿、リンパ、髄液、または粘液を含む体液内に導入された粒子である、請求項12に記載の方法。
- 前記機能化された粒子は、前記体液中に存在する1つ以上の対象分析物と相互作用するように構成される、請求項16に記載の方法。
- 環境から送信された分析物応答信号を検出するように構成された検出器であって、前記分析物応答信号は、1つ以上の対象分析物と環境内に存在する機能化された粒子との相互作用に関連する、検出器と、
前記分析物応答信号を変調するように構成され、変調されていない前記分析物応答信号の周期が、検出時における変調された前記分析物応答信号の周期と異なり、検出時における変調された前記分析物応答信号の周期が、検出時における、背景信号の周期及び前記1つ以上の対象分析物と相互作用していない機能化された粒子から送信された非結合粒子信号の周期のいずれとも異なるように、前記分析物応答信号を変調する、変調源と、
少なくとも部分的に前記変調に基づいて、前記分析物応答信号を背景信号と前記非結合粒子信号とから識別することにより前記1つ以上の対象分析物を非侵襲的に検出するように構成されたプロセッサと、を備える、
デバイス。 - 前記環境の外表に装着されるように構成された着用デバイスをさらに備え、前記検出器は前記着用デバイス上に装着される、請求項18に記載のデバイス。
- 前記変調源の少なくとも一部分は、前記着用デバイス上に装着される、請求項19に記載のデバイス。
- 前記変調源は、前記分析物応答信号を前記背景信号とは異なるように変調するように構成される、請求項18に記載のデバイス。
- 前記環境内に呼び掛け信号を誘導するように構成された呼び掛け信号源をさらに備え、前記分析物応答信号は、前記呼び掛け信号に応答して送信される、請求項18に記載のデバイス。
- 前記環境は流体管を含む、請求項18に記載のデバイス。
- 前記環境は流体貯蔵部を含む、請求項18に記載のデバイス。
- 前記環境は生体を含む、請求項18に記載のデバイス。
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