JP7458078B2 - 組織測定用センサ - Google Patents
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Description
-前記光検出器は、皮膚に対する前記センサの配置を補助するのに用いられ得る。光音響測定やその他の光測定も収集する携帯型装置に、読取り部が突設したものとされ得る。
-前記光検出器は、皮膚の具体的外観を診断目的又は校正目的で記録するのに用いられ得る。校正とは、カメラ又は検出器からの撮像信号を解析アルゴリズム内で利用する処理、例えば、皮膚の色や皮膚の粗さやその他の特徴を記録し、記録された光音響信号の特性を調整するのに当該特徴を利用する(例えば、光学的記録時の皮膚減衰に応じて導き出した係数を光音響信号の強度に乗算する)等といった処理を意味する。
-前記光検出器は、追加の診断情報を導き出すのに用いられ得る。好ましくは、前記光検出器は、皮膚への照射により当該皮膚の表面から反射した信号を記録し、この情報を分光的に処理して皮膚の吸収特性や散乱特性を導き出す。
sO2=a×R+b (式1)
(式中、a及びbは、既知の様々な飽和度についての2つ以上の測定結果を用いた校正で典型的に導き出される定数であり、R(比率)は、前記センサで測定された任意のパラメータ(好ましくは、2つの異なる波長で同じ層から記録された血管密度)の任意の除算である。)
皮膚及び/又は他の組織の特徴の、特には皮膚及び/又は他の組織の生体力学的及び/又は形態学的な特徴の非侵襲型光音響測定用センサであって、
人間の表皮に取り付けられるように構成された筐体と、
前記筐体が人間の表皮に取り付けられてから、人間の皮膚組織の照射空間を照射する、好ましくは同時照射するように構成された光源と、
前記筐体が人間の表皮に取り付けられてから、人間の皮膚及び/又は他の組織の検出空間、好ましくは共通検出空間から放出された超音波信号を検出するように構成された少なくとも1つの超音波検出器であって、前記照射空間と前記共通検出空間との交差部分が調査空間を形成し、当該調査空間は、好ましくは明確に定められたものであり且つ好ましくは前記筐体が人間の表皮に取り付けられてから固定のまま維持される、少なくとも1つの超音波検出器と、
を備える、センサ。
態様1に記載のセンサにおいて、前記光源及び/又は前記少なくとも1つの超音波検出器が、検出中静止したまま維持される、センサ。
態様1または2に記載のセンサにおいて、当該センサが、前記調査空間全体からデータを収集するように、かつ、前記調査空間のうちの前記少なくとも1つの超音波検出器からの距離が異なる区分に由来したデータ同士を幾何学的に区別するように構成されている、センサ。
態様3に記載のセンサにおいて、当該センサが、前記調査空間のうちの前記少なくとも1つの超音波検出器からの距離が同じである区分に由来したデータ同士については幾何学的に区別しないように構成されている、センサ。
態様3または4に記載のセンサにおいて、当該センサが、前記調査空間のうちの前記少なくとも1つの超音波検出器からの距離が異なる1つ以上の特定区分に由来したデータを解析し、皮膚及び/又は他の組織の相異なる深さの生体力学的及び/又は形態学的な特徴を抽出するように構成されている、センサ。
態様1から5のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記調査空間の大きさが、500.000μm3以上、好ましくは0.001mm3以上、より好ましくは0.002mm3以上、なおいっそう好ましくは0.004mm3以上、最も好ましくは0.01mm3以上である、センサ。
態様1から6のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記筐体が、人間の表皮に取り付けられるように構成された検出面、好ましくは平坦な検出面を有しており、かつ、前記調査空間の、当該検出面と略平行な最大断面積が、7.500μm2以上、好ましくは15.000μm2以上、より好ましくは30.000μm2以上、最も好ましくは60.000μm2以上である、センサ。
態様1から7のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記筐体が、人間の表皮に取り付けられるように構成された検出面、好ましくは平坦な検出面を有しており、かつ、前記調査空間の、当該検出面と略直交する最大範囲が、100μm以上、好ましくは200μm以上、より好ましくは300μm以上、最も好ましくは500μm以上である、センサ。
態様1から8のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記少なくとも1つの超音波検出器が、30MHz以上の、好ましくは50MHz以上の、より好ましくは70MHz以上の周波数帯域の超音波を検出するように構成された広帯域検出器である、センサ。
態様1から9のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記少なくとも1つの超音波検出器が、少なくとも20~40MHz、好ましくは少なくとも15~60MHz、より好ましくは少なくとも10~80MHzをカバーする周波数帯域の超音波を検出するように構成された広帯域検出器である、センサ。
態様1から10のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記光源がレーザおよび/またはLEDを含み、かつ/あるいは、前記光源が強度変調光源またはパルス光源である、センサ。
態様1から11のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、さらに、光検出器を備える、センサ。
態様12に記載のセンサにおいて、前記光検出器が、前記筐体に入っている、好ましくは前記筐体に組み込まれている、センサ。
態様1から13のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記筐体が、人間の表皮に取り付けられるように構成された検出面、好ましくは平坦な検出面を有しており、かつ、前記少なくとも1つの超音波検出器が、当該検出面に又は当該検出面の近傍に配置されている、センサ。
態様1から13のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記筐体が、人間の皮膚の前記検出空間から放出された前記超音波信号を前記少なくとも1つの超音波検出器へと反射するように構成された音響ミラーを構成している、センサ。
態様15に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーが、放物面の少なくとも一部を形成する表面を有している、センサ。
態様15に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーが、回転楕円面の少なくとも一部を形成する表面を有しており、当該回転楕円面の長軸が好ましくは前記音響ミラーの平面状フェース面に対して傾いており、当該回転楕円面の少なくとも一部を形成する前記表面が好ましくは前記平面状フェース面から凹入したものである、センサ。
態様15から17のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーの焦点が、前記少なくとも1つの超音波検出器のうちの1つ以上の内部又は近傍に位置している、センサ。
態様1から18のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、さらに、前記光源及び/又は前記少なくとも1つの超音波検出器を制御するように構成された処理部を備える、センサ。
態様19に記載のセンサにおいて、前記処理部が、前記少なくとも1つの超音波検出器により検出された前記信号の音伝播時間及び帯域幅を解析し、人間の皮膚の前記調査空間内の所定の深さの照射吸収体の分布についての情報を取得するように構成されている、センサ。
態様19または20に記載のセンサにおいて、前記処理部が、前記少なくとも1つの超音波検出器により検出された前記信号の振幅を時間の関数として記録するように構成されており、好ましくは、記録期間は、前記超音波信号が前記調査空間内の任意の地点から前記少なくとも1つの超音波検出器まで移動するのにかかる最長時間に比例する、センサ。
態様21に記載のセンサにおいて、前記処理部が、記録された前記信号を解析するように構成されている、センサ。
態様22に記載のセンサにおいて、前記解析が、記録された前記信号を、前記調査空間の相異なる深さの空間的区分に対応した時間的区分へと分割することを含む、センサ。
態様23に記載のセンサにおいて、前記解析が、1つ以上の区分についての次の特徴:極小値及び/又は極大値の数;極小値及び/又は極大値の振幅;極小値及び/又は極大値の相対距離;極小値及び/又は極大値のFWHM;信号の持続期間;信号の強度及び/又は位相;ならびに信号包絡線の振幅及び/又はFWHM;のうちの少なくとも一つを特定すること、ならびに、ある区分についての当該少なくとも一つの特徴を別の区分についての当該少なくとも一つの特徴及び/又は別の記録での同じ区分についての当該少なくとも一つの特徴と比較することを含む、センサ。
態様21から24のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記処理部が、記録された前記信号および/または記録された前記信号の前記時間的区分の、周波数成分を解析するように構成されている、センサ。
態様25に記載のセンサにおいて、前記解析が、記録された前記信号及び/又は当該信号の一部を周波数領域へ変換すること、1つ以上の変換部分についての次の特徴:極小値及び/又は極大値の数;極小値及び/又は極大値の振幅;極小値及び/又は極大値の相対距離;極小値及び/又は極大値のFWHM;信号の持続期間;信号の強度及び/又は位相;ならびに信号包絡線の振幅及び/又はFWHM;のうちの少なくとも一つを特定すること、ならびに、ある変換部分についての当該少なくとも一つの特徴を別の変換部分についての当該少なくとも一つの特徴及び/又は別の記録での同じ変換部分についての当該少なくとも一つの特徴と比較することを含む、センサ。
態様26に記載のセンサにおいて、前記部分が、少なくとも1つの区分、および/または時間領域の解析で予め特定された部分に対応している、センサ。
態様21から27のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記処理部が、前記調査空間内の光吸収体を特定するように、好ましくは相異なる深さでの当該吸収体の密度及び/又はサイズ及び/又は組成を定量化するように構成されている、センサ。
態様19から28のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記処理部が、次のパラメータ:微小血管系の密度;皮下組織の酸素飽和度;微小血管系の拡張;皮膚及び/又は皮下組織の炎症;微小循環;代謝AGE;脂質組成;ならびに組織密度;のうちの一つ又は組合せを測定するように構成されている、センサ。
態様19から29のいずれかの態様に記載のセンサシステムにおいて、前記処理部が、前記少なくとも1つの超音波検出器により検出された前記信号を経時的に監視及び/又は解析するように構成されている、センサシステム。
態様30に記載のセンサにおいて、前記処理部が、態様29に記載のパラメータのうちの一つ以上の経時的な比較を表示するように構成されている、センサ。
態様30または31に記載のセンサにおいて、前記処理部が、少なくとも1つの所定の条件が満たされると警告を発するように構成されている、センサ。
態様19から32のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記生化学的な特徴および形態学的な特徴が:血管密度;血管拡張炎症;組織酸素化;代謝/AGE(グルコース);血液の微小循環;脂質組成;組織密度;深さ判別;動脈脈波;ならびにエラスチン及びコラーゲン;のうちの一つ又は組合せを含む、センサ。
態様1から33のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、検出半径が、0.5~1mmの範囲内である、センサ。
態様1から34のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、皮膚に快適に取り付けられるように且つ高精度の測定を収集するように広面積な曲線状の幾何形状を有している、センサ。
態様1から35のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記光検出器が、対象領域への当該センサの配置を補助するカメラであり、使用する波長次第で異なる特徴に合わせて補助が調節されることが可能である、センサ。
態様1から36のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが:深さ;周波数;1つ以上の照射波長;あるいは、光センサ(パルスオキシメトリ、動脈波形)からの測定を含め、別の検出器の読取りや別の測定又は評価の外部データとの組合せ;の関数として測定結果を解析するように構成されている、センサ。
態様1から37のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、皮膚及び/又は他の組織及び/又は心血管系のパラメータを評価する静的測定に適している、センサ。
態様1から38のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、縦断的測定に適しており、病気の発症又は進行を示す持続的変化を検出するための個人化タイムラインを確立するように構成されている、センサ。
態様1から39のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、在宅環境のポイントオブケアで使用される、センサ。
態様1から40のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、病気読取りの定量化に使用可能である、センサ。
態様1から41のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、病気の早期警告又は早期発見として使用可能である、センサ。
態様1から42のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサからのデータが、各種疾患の主要な特徴を特定するように機械学習アルゴリズムと組み合わされることが可能である、センサ。
態様1から43のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサからのデータが、特には病気予防又は治療の監視に適用された場合に、病気発見器、特には早期発見又は疾病負荷定量化を提供するように、機械学習アルゴリズムと組み合わされることが可能である、センサ。
態様1から44のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記照射が、パルス照射または強度変調光である、センサ。
態様1から45のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、前記照射が、パルス列照射、好ましくはGolayモードを用いたパルス列照射である、センサ。
態様1から46のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、検出が、AD変換器を用いて行われてコンピュータ部で処理される、センサ。
態様1から47のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、データは、複数のセンサからのデータが集中的に集められて処理及びメタアナリシスを行うことが可能な収集装置へと送られる、センサ。
態様1から48のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、センサデータの集中処理が、予測モデルおよび移動疫学を提供するように、他の利用可能な測定およびデータと組み合わせられ得る、センサ。
態様1から49のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、超音波増幅用の音響キャビティの内部/周辺に実現されている、センサ。
態様1から50のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、さらなる数の密度特徴を明らかにするように、光干渉計を用いて300MHz帯域幅で実現されている、センサ。
態様1から51のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、2つ以上の波長を用いて酸素化測定を行うように実現されている、センサ。
態様1から52のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、周波数を利用して相異なる深さの定量化を得る、センサ。
態様1から53のいずれかの態様に記載のセンサにおいて、当該センサが、アルゴリズムを用いて、解析される任意のデータに基づき病気分類を行う、センサ。
Claims (22)
- 皮膚又は他の組織の特徴の非侵襲型光音響測定用センサであって、
人間の表皮に取り付けられるように構成された筐体(1)と、
前記筐体(1)が人間の表皮に取り付けられてから、人間の皮膚又は他の組織(4)の照射空間(3)を同時照射するように構成された光源(2)と、
前記筐体(1)が人間の表皮に取り付けられてから、人間の皮膚又は他の組織(4)の共通検出空間から放出された超音波信号(6)を検出するように構成された少なくとも1つの超音波検出器(5)であって、前記照射空間(3)と前記共通検出空間との交差部分は、前記筐体(1)が人間の表皮に取り付けられてから固定のまま維持される調査空間(7)を形成する、少なくとも1つの超音波検出器(5)と、
前記光源及び/又は前記少なくとも1つの超音波検出器を制御するように構成された処理部と、
を備え、前記処理部が、前記少なくとも1つの超音波検出器により検出された前記信号を時間の関数として記録するように構成されており、前記処理部が、記録された前記信号を解析するように構成されており、当該解析は、記録された前記信号を、前記調査空間の相異なる深さの複数の層に対応した時間的区分へと分割することを含み、
血管系内で循環する成分を含む、微小血管の病態生理学的若しくは生理学的な又は細胞の又は分子的な又は組織内の構成成分であり得る測定値が測定により得られる、センサ。 - 請求項1に記載のセンサにおいて、前記光源及び/又は前記少なくとも1つの超音波検出器が、検出中互いに対して静止したまま維持される、センサ。
- 請求項1または2に記載のセンサにおいて、当該センサが、前記調査空間全体からデータを収集するように、かつ、前記調査空間のうちの前記少なくとも1つの超音波検出器からの距離が異なる層に由来したデータ同士を区別するように構成されている、センサ。
- 請求項3に記載のセンサにおいて、当該センサが、前記調査空間のうちの前記少なくとも1つの超音波検出器からの距離が同じである層に由来したデータ同士については幾何学的に区別しないように構成されている、センサ。
- 請求項3または4に記載のセンサにおいて、当該センサが、前記調査空間のうちの前記少なくとも1つの超音波検出器からの距離が異なる1つ以上の特定層に由来したデータを解析し、皮膚及び/又は他の組織の相異なる深さの生体力学的及び/又は形態学的及び/又は生理学的及び/または分子的な特徴を抽出するように構成されている、センサ。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記少なくとも1つの超音波検出器が、30MHz以上の周波数帯域の超音波を検出するように構成された広帯域検出器である、センサ。
- 請求項1に記載のセンサにおいて、記録期間は、前記超音波信号が前記調査空間内の任意の地点から前記少なくとも1つの超音波検出器まで移動するのにかかる最長時間に比例する、センサ。
- 請求項1に記載のセンサにおいて、前記解析が、1つ以上の層についての次の特徴:極小値及び/又は極大値の数;極小値及び/又は極大値の振幅;極小値及び/又は極大値の相対距離;極小値及び/又は極大値のFWHM(Full Width at Half Maximum; 半値幅);信号の持続期間;信号の強度及び/又は位相;ならびに信号包絡線の振幅及び/又はFWHM;のうちの少なくとも一つを特定すること、ならびに、ある層についての当該少なくとも一つの特徴を別の層についての当該少なくとも一つの特徴及び/又は別の記録での同じ層についての当該少なくとも一つの特徴と比較することを含む、センサ。
- 請求項1から8のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記処理部が、記録された前記信号および/または記録された前記信号の前記時間的区分の、周波数成分を解析するように構成されている、センサ。
- 請求項9に記載のセンサにおいて、前記解析が、記録された前記信号及び/又は当該信号の一部を周波数領域へ変換すること、1つ以上の変換部分についての次の特徴:極小値及び/又は極大値の数;極小値及び/又は極大値の振幅;極小値及び/又は極大値の相対距離;極小値及び/又は極大値のFWHM;信号の持続期間;信号の強度及び/又は位相;ならびに信号包絡線の振幅及び/又はFWHM;のうちの少なくとも一つを特定すること、ならびに、ある変換部分についての当該少なくとも一つの特徴を別の変換部分についての当該少なくとも一つの特徴及び/又は別の記録での同じ変換部分についての当該少なくとも一つの特徴と比較することを含む、センサ。
- 請求項10に記載のセンサにおいて、前記部分が、少なくとも1つの層、および/または時間領域の解析で予め特定された部分に対応している、センサ。
- 請求項1から11のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記処理部が、前記調査空間内の光吸収体を特定するように構成されている、センサ。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記筐体が、人間の皮膚又は他の組織の前記検出空間から放出された前記超音波信号を前記少なくとも1つの超音波検出器へと反射するように構成された音響ミラーを構成している、センサ。
- 請求項13に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーが、放物面の少なくとも一部を形成する表面を有している、センサ。
- 請求項13に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーが、回転楕円面の少なくとも一部を形成する表面を有している、センサ。
- 請求項13から15のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記音響ミラーの焦点が、前記少なくとも1つの超音波検出器のうちの1つ以上の内部又は近傍に位置している、センサ。
- 請求項1から16のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記処理部が、前記調査空間内の光吸収体を特定するように構成されている、センサ。
- 請求項17に記載のセンサにおいて、特定された前記光吸収体に関する定量的情報が、スライディングウィンドウフーリエ変換アルゴリズムを用いることによって且つ/或いは検出された前記超音波信号のうちの時間的一部にフーリエ変換を実行することによって得られる、センサ。
- 請求項1から18のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記処理部が、次のパラメータ:微小血管系の密度;皮下組織の酸素飽和度;微小血管系の拡張;皮膚及び/又は皮下組織の炎症;微小循環;代謝AGE;脂質組成;ならびに組織密度;のうちの一つ又は組合せを測定するように構成されている、センサ。
- 請求項1から19のいずれか一項に記載のセンサにおいて、前記層が、明確に定められた幾何学的基準点を基準とした層に対応する、センサ。
- 請求項20に記載のセンサにおいて、前記処理部が、検出された前記超音波信号に基づいて前記基準点を自動的に定めるように構成されている、センサ。
- 請求項20または21に記載のセンサにおいて、前記処理部が、前記共通検出空間内の皮膚又は他の組織の動きを自動的に監視し、監視された当該動きに基づいて前記基準点を補正するように構成されている、センサ。
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