JPH07136152A - 動物の血液成分の濃度を無侵襲的に測定する方法および装置 - Google Patents
動物の血液成分の濃度を無侵襲的に測定する方法および装置Info
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Classifications
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
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- G—PHYSICS
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 動物の身体の一部分１００を、連続スペクト
ルを持った強度変調された光で照射するステップと、連
続スペクトル内の複数波長範囲における上記身体の一部
分からの放出光強度を測定するステップと、この測定強
度を用いて、検体すなわち血液成分の濃度を算出するス
テップと、より成る方法。 【効果】 強度変調された光を使用するので、動物に対
する加熱作用が軽減され、投射光強度を高くして信号対
ノイズ比を向上させること、従って測定精度を高くする
ことができる。
ルを持った強度変調された光で照射するステップと、連
続スペクトル内の複数波長範囲における上記身体の一部
分からの放出光強度を測定するステップと、この測定強
度を用いて、検体すなわち血液成分の濃度を算出するス
テップと、より成る方法。 【効果】 強度変調された光を使用するので、動物に対
する加熱作用が軽減され、投射光強度を高くして信号対
ノイズ比を向上させること、従って測定精度を高くする
ことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、生きている動物の血
液中の検体（アナライト）の濃度を無侵襲的に検出する
技術に、詳しくは、人間の血液中のグルコース濃度の無
侵襲的な検出に連続スペクトルの赤外線の分光法（イン
フラレッド・スペクトロスコピック法）を使用すること
に、関するものである。
液中の検体（アナライト）の濃度を無侵襲的に検出する
技術に、詳しくは、人間の血液中のグルコース濃度の無
侵襲的な検出に連続スペクトルの赤外線の分光法（イン
フラレッド・スペクトロスコピック法）を使用すること
に、関するものである。
【０００２】種々の病状の診断や治療に際しては血液中
の諸成分の濃度を測定することが重要である。たとえ
ば、糖尿病の治療では血液中のグルコース濃度を周期的
に測定せねばならない。インスリン依存性の、またはＩ
型の糖尿病を患っている人々にとっては、血液中のグル
コース濃度を、毎日数回測定することが、必要であるか
望ましい場合が多い。冠状動脈に関する病気を防ぐには
コレステロールの濃度を正確に読取ることが重要であ
る。ビリルビンおよびアルコールの如き上記以外の血液
中の検体の濃度測定も、種々の診断目的のために重要で
ある。
の諸成分の濃度を測定することが重要である。たとえ
ば、糖尿病の治療では血液中のグルコース濃度を周期的
に測定せねばならない。インスリン依存性の、またはＩ
型の糖尿病を患っている人々にとっては、血液中のグル
コース濃度を、毎日数回測定することが、必要であるか
望ましい場合が多い。冠状動脈に関する病気を防ぐには
コレステロールの濃度を正確に読取ることが重要であ
る。ビリルビンおよびアルコールの如き上記以外の血液
中の検体の濃度測定も、種々の診断目的のために重要で
ある。
【０００３】現在行われている上記の様な血液成分の濃
度を正確に測定するやり方では、たとえば指に針などを
突き刺すというやり方で血液サンプルを採取することが
必要である。指を突き刺すという様な侵襲的な技法で血
液サンプルを採取することは、痛みを伴うと共に不快で
ある。糖尿病患者の場合に、グルコース濃度レベルをモ
ニタするために１日数回も指を突き刺す（傷をつける）
ことが必要であると、瘢痕組織が形成されることにな
る。実際に、多くの患者は、この侵襲的な方法は痛くか
つ不愉快であるから、指示されたほどひんぱんにはグル
コース濃度レベルをモニタしていないのが実情である
と、思われている。
度を正確に測定するやり方では、たとえば指に針などを
突き刺すというやり方で血液サンプルを採取することが
必要である。指を突き刺すという様な侵襲的な技法で血
液サンプルを採取することは、痛みを伴うと共に不快で
ある。糖尿病患者の場合に、グルコース濃度レベルをモ
ニタするために１日数回も指を突き刺す（傷をつける）
ことが必要であると、瘢痕組織が形成されることにな
る。実際に、多くの患者は、この侵襲的な方法は痛くか
つ不愉快であるから、指示されたほどひんぱんにはグル
コース濃度レベルをモニタしていないのが実情である
と、思われている。
【０００４】この様にグルコース濃度レベルのモニタを
怠ると、糖尿病による長期健康障害を受けるという危険
性が高くなる。その様な健康上の障害としては、或程度
または完全に視力を失うことになる眼の障害、およびそ
の他の健康上重大な問題がある。アメリカ合衆国だけで
数百万人もの人々が糖尿病にかかっている。従って、糖
尿病に悩んでいる人々が、各々のグルコース濃度レベル
を正しくモニタしていないということは、公衆保健衛生
の観点から大きな問題である。
怠ると、糖尿病による長期健康障害を受けるという危険
性が高くなる。その様な健康上の障害としては、或程度
または完全に視力を失うことになる眼の障害、およびそ
の他の健康上重大な問題がある。アメリカ合衆国だけで
数百万人もの人々が糖尿病にかかっている。従って、糖
尿病に悩んでいる人々が、各々のグルコース濃度レベル
を正しくモニタしていないということは、公衆保健衛生
の観点から大きな問題である。
【０００５】現在用いられている、血液中のグルコース
をモニタする侵襲的な方法に代わる方法として、種々の
無侵襲性の血中グルコース検出法が提案されている。そ
れらの方法のうちの一つは、無侵襲性の連続スペクトル
赤外線による分光法である。この様な方法の一つは、た
とえば米国特許第５，０７０，８７４号（発明者バーン
ズ氏他）に開示されている。この方法では、患者の身体
の一部分を赤外放射（赤外線）の連続スペクトルで無侵
襲的に照射する。（なお、この明細書中では、放射（ラ
ジエーション）を光、光線或いは線といい、電磁波を意
味するものとする）。そして、その身体の一部分から放
出された光（それは、身体の表面または内部から反射さ
れた（トランスフレクテッド）光または身体を透過した
（トランスミッテッド）光の何れかである）を検出し
て、上記連続スペクトル中の多数の波長範囲における光
の強度を表わす複数の信号を得る。次にこれらの信号を
処理して吸光度（アブソーバンス）スペクトルを得る。
こうして得られた吸光度スペクトルに適当な解析法を適
用して、血中グルコース濃度レベルを求める。血液中の
グルコース以外の他の検体（成分）の濃度も、この様に
して測定することができる。
をモニタする侵襲的な方法に代わる方法として、種々の
無侵襲性の血中グルコース検出法が提案されている。そ
れらの方法のうちの一つは、無侵襲性の連続スペクトル
赤外線による分光法である。この様な方法の一つは、た
とえば米国特許第５，０７０，８７４号（発明者バーン
ズ氏他）に開示されている。この方法では、患者の身体
の一部分を赤外放射（赤外線）の連続スペクトルで無侵
襲的に照射する。（なお、この明細書中では、放射（ラ
ジエーション）を光、光線或いは線といい、電磁波を意
味するものとする）。そして、その身体の一部分から放
出された光（それは、身体の表面または内部から反射さ
れた（トランスフレクテッド）光または身体を透過した
（トランスミッテッド）光の何れかである）を検出し
て、上記連続スペクトル中の多数の波長範囲における光
の強度を表わす複数の信号を得る。次にこれらの信号を
処理して吸光度（アブソーバンス）スペクトルを得る。
こうして得られた吸光度スペクトルに適当な解析法を適
用して、血中グルコース濃度レベルを求める。血液中の
グルコース以外の他の検体（成分）の濃度も、この様に
して測定することができる。
【０００６】無侵襲的な赤外線技法を使用する装置で、
現在使用されている侵襲的な方法による精度に匹敵する
程の正確さ（精度）を有するものは無い。充分な精度を
得ることが難しい主要な理由の一つは信号対ノイズ比が
低いことである。連続スペクトルによる無侵襲的な方法
は、そのスペクトル中の近赤外線部分の光を使用する。
しかし、スペクトル中のこの部分では、光が水によって
吸収される度合いが高い。更に、血液流中の測定対象検
体の濃度は一般に低い。
現在使用されている侵襲的な方法による精度に匹敵する
程の正確さ（精度）を有するものは無い。充分な精度を
得ることが難しい主要な理由の一つは信号対ノイズ比が
低いことである。連続スペクトルによる無侵襲的な方法
は、そのスペクトル中の近赤外線部分の光を使用する。
しかし、スペクトル中のこの部分では、光が水によって
吸収される度合いが高い。更に、血液流中の測定対象検
体の濃度は一般に低い。
【０００７】その結果、信号強度に対する測定対象検体
の寄与は、この方法で得られる全信号強度の中で、比較
的小さな変化でしかない。一方、検出器のノイズは、検
体濃度の変化によって生じる強度信号中の変化と、同程
度の大きさであることが判った。測定対象検体の濃度の
変化によって生じる信号強度の変化は非常に小さいの
で、過去に使用されていた強度では、上記信号の変化を
充分正確に読取れるほど検出器の感度が高くないことが
ある。
の寄与は、この方法で得られる全信号強度の中で、比較
的小さな変化でしかない。一方、検出器のノイズは、検
体濃度の変化によって生じる強度信号中の変化と、同程
度の大きさであることが判った。測定対象検体の濃度の
変化によって生じる信号強度の変化は非常に小さいの
で、過去に使用されていた強度では、上記信号の変化を
充分正確に読取れるほど検出器の感度が高くないことが
ある。
【０００８】この問題に対する可能な解決法は、被測定
者の身体の一部分に投射する光の強度を増大させること
である。しかし、投射光の強度を高めると、上記身体の
一部分で吸収されるエネルギ量を増加させることにな
る。この身体の一部分で吸収されるエネルギ量が増加す
ると、発生する熱によってその身体の部分が強く加熱さ
れる。加熱され過ぎると、不快感を覚えるだけでなく、
遂には火傷をするに至る。この様なことは明らかに好ま
しいことではない。
者の身体の一部分に投射する光の強度を増大させること
である。しかし、投射光の強度を高めると、上記身体の
一部分で吸収されるエネルギ量を増加させることにな
る。この身体の一部分で吸収されるエネルギ量が増加す
ると、発生する熱によってその身体の部分が強く加熱さ
れる。加熱され過ぎると、不快感を覚えるだけでなく、
遂には火傷をするに至る。この様なことは明らかに好ま
しいことではない。
【０００９】従って、この発明の目的は、生きている動
物の血液流中における検体を、改善された信号対ノイズ
比をもって、連続スペクトルによる無侵襲的なスペクト
ル分光法（スペクトロスコピック）により検出する方法
を提供するものである。
物の血液流中における検体を、改善された信号対ノイズ
比をもって、連続スペクトルによる無侵襲的なスペクト
ル分光法（スペクトロスコピック）により検出する方法
を提供するものである。
【００１０】この発明の、上記以外の目的および利点
は、この発明の好ましい実施例に関する以下の説明から
自ずと明らかになるであろう。
は、この発明の好ましい実施例に関する以下の説明から
自ずと明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の概要】生きでいる動物の血液中における検体の
濃度を無侵襲的に検出する方法は、その動物の身体の一
部分を、連続スペクトルに亘って強度変調された光で照
射するステップと、この身体の一部分から放出される、
上記連続スペクトル内で互いに区別できる（個別とい
う）複数の波長範囲の光の強度を検出するステップと、
この検出された強度を使って血中検体の濃度を計算する
ステップと、を持っている。
濃度を無侵襲的に検出する方法は、その動物の身体の一
部分を、連続スペクトルに亘って強度変調された光で照
射するステップと、この身体の一部分から放出される、
上記連続スペクトル内で互いに区別できる（個別とい
う）複数の波長範囲の光の強度を検出するステップと、
この検出された強度を使って血中検体の濃度を計算する
ステップと、を持っている。
【００１２】生きている動物の血液流中における検体の
濃度を無侵襲的に検出する装置は、その動物の身体の一
部分を照射するために連続スペクトルに亘る強度変調さ
れた光の光源と、この身体の一部分から放出される上記
連続スペクトル内の複数の波長範囲にある光の強度を検
出してこの検出された光強度を表わす出力信号を供給す
る検出器と、この検出された強度から検体の濃度を計算
する装置と、を含んで構成されている。
濃度を無侵襲的に検出する装置は、その動物の身体の一
部分を照射するために連続スペクトルに亘る強度変調さ
れた光の光源と、この身体の一部分から放出される上記
連続スペクトル内の複数の波長範囲にある光の強度を検
出してこの検出された光強度を表わす出力信号を供給す
る検出器と、この検出された強度から検体の濃度を計算
する装置と、を含んで構成されている。
【００１３】
【実施例の説明】図１には、動物の血液流中における検
体の濃度を無侵襲的に検出するための装置１０の概要構
成が示されている。装置１０は、連続スペクトルに亘る
強度変調された光を放射してこれを投射用光ファイバま
たは光ファイバの束２５の入力端に送り込む働きをする
光源１５を持っている。光ファイバの束２５の出力端
は、動物の身体の一部分１００に結合されている。光源
１５は、好ましくは、上記身体の一部分１００を、選択
された時間照射しまた選択された時間光を放射しないこ
とを交互に繰返すものである。光源１５は、タングステ
ン・フィラメント電球であることを可とする、連続発光
性の発光器１８を含んでいる。
体の濃度を無侵襲的に検出するための装置１０の概要構
成が示されている。装置１０は、連続スペクトルに亘る
強度変調された光を放射してこれを投射用光ファイバま
たは光ファイバの束２５の入力端に送り込む働きをする
光源１５を持っている。光ファイバの束２５の出力端
は、動物の身体の一部分１００に結合されている。光源
１５は、好ましくは、上記身体の一部分１００を、選択
された時間照射しまた選択された時間光を放射しないこ
とを交互に繰返すものである。光源１５は、タングステ
ン・フィラメント電球であることを可とする、連続発光
性の発光器１８を含んでいる。
【００１４】このタングステン・フィラメント電球の、
温度とフィラメントに供給される電流は、一定の光スペ
クトルが得られるように、注意深く制御することが好ま
しい。光源１５は、またチョッパ２０も持っている。チ
ョッパ２０は、発光器１８と身体の一部分１００との間
に配置されており、特に発光器１８と投射用光ファイバ
の束２５の間に在ることが好ましい。チョッパ２０は、
発光器１８から放射される光を交互に遮断、非遮断し、
それによって光源１５から放射される光を、矩形波状
の、強度対時間の形で強度変調されたものとする。チョ
ッパ２０は、軸支された（ピボット）腕であることが好
ましいが、またこの技術分野でよく知られた様な選択さ
れたチョッパ・ホイールであっても良い。
温度とフィラメントに供給される電流は、一定の光スペ
クトルが得られるように、注意深く制御することが好ま
しい。光源１５は、またチョッパ２０も持っている。チ
ョッパ２０は、発光器１８と身体の一部分１００との間
に配置されており、特に発光器１８と投射用光ファイバ
の束２５の間に在ることが好ましい。チョッパ２０は、
発光器１８から放射される光を交互に遮断、非遮断し、
それによって光源１５から放射される光を、矩形波状
の、強度対時間の形で強度変調されたものとする。チョ
ッパ２０は、軸支された（ピボット）腕であることが好
ましいが、またこの技術分野でよく知られた様な選択さ
れたチョッパ・ホイールであっても良い。
【００１５】連続的なスペクトルに亘る光を供給する光
源は或る範囲内におけるすべての波長の光を供給する
か、或いは或る範囲内において密に接近した（相互間隔
が小さい）個別の多数の波長の光を供給するものであ
る。たとえば、１１００ｎｍ乃至２５００ｎｍの範囲に
おけるすべての波長を含む連続スペクトルの光を供給す
ることができる。
源は或る範囲内におけるすべての波長の光を供給する
か、或いは或る範囲内において密に接近した（相互間隔
が小さい）個別の多数の波長の光を供給するものであ
る。たとえば、１１００ｎｍ乃至２５００ｎｍの範囲に
おけるすべての波長を含む連続スペクトルの光を供給す
ることができる。
【００１６】或いはまた、そのスペクトルを通じて、好
ましくは等間隔に隔てられた各波長の光を同時に放射す
る多数の個別（互いに区別できる別々の）波長光光源を
使用することもできる。たとえば、一つの連続スペクト
ルに亘る光を供給するのに、約１０〜１５ｎｍの波長間
隔を持つ複数の個別波長光の光源を設けることもでき
る。
ましくは等間隔に隔てられた各波長の光を同時に放射す
る多数の個別（互いに区別できる別々の）波長光光源を
使用することもできる。たとえば、一つの連続スペクト
ルに亘る光を供給するのに、約１０〜１５ｎｍの波長間
隔を持つ複数の個別波長光の光源を設けることもでき
る。
【００１７】チョッパ２０はモータ５５で駆動される。
モータ５５はデータプロセッサ／制御器５０で制御され
ている。モータ５５は、発光器１８からの光を一定周波
数で断続するようにチョッパ２０を駆動する。この周波
数は、約２５０Ｈｚから約１０００Ｈｚまでが良く、好
ましい実施例においては約５００Ｈｚである。
モータ５５はデータプロセッサ／制御器５０で制御され
ている。モータ５５は、発光器１８からの光を一定周波
数で断続するようにチョッパ２０を駆動する。この周波
数は、約２５０Ｈｚから約１０００Ｈｚまでが良く、好
ましい実施例においては約５００Ｈｚである。
【００１８】従って、光源１５が、交互に、身体の一部
分１００を照射し、また光を放射しない動作を行う、選
択された期間は、約１／５００秒乃至１／２０００秒
で、好ましい期間としては約１／１０００秒である。し
かし、この分野の専門家は、この周波数を任意に選択す
ることができるであろう。チョッパ２０がモータで駆動
される腕の形式をとる実施例の場合には、モータ５５は
固定周波数の同期モータであることが望ましい。
分１００を照射し、また光を放射しない動作を行う、選
択された期間は、約１／５００秒乃至１／２０００秒
で、好ましい期間としては約１／１０００秒である。し
かし、この分野の専門家は、この周波数を任意に選択す
ることができるであろう。チョッパ２０がモータで駆動
される腕の形式をとる実施例の場合には、モータ５５は
固定周波数の同期モータであることが望ましい。
【００１９】投射用光ファイバの束２５を介して身体の
一部分１００に伝達された光の一部は、ピックアップ用
の光ファイバまたは光ファイバの束３０に、上記身体の
一部から放出される。ピックアップ用の光ファイバの束
３０はこの身体の一部分から放出された光をスペクトロ
メータ３５に伝達する。スペクトロメータ３５は、この
光をスペクトル的に分離し、その光を検出器４０に集束
する。スペクトロメータ３５は、たとえば、ツエルニイ
−ターナー型構成の、適当なガラスの１つのブロックで
ある。
一部分１００に伝達された光の一部は、ピックアップ用
の光ファイバまたは光ファイバの束３０に、上記身体の
一部から放出される。ピックアップ用の光ファイバの束
３０はこの身体の一部分から放出された光をスペクトロ
メータ３５に伝達する。スペクトロメータ３５は、この
光をスペクトル的に分離し、その光を検出器４０に集束
する。スペクトロメータ３５は、たとえば、ツエルニイ
−ターナー型構成の、適当なガラスの１つのブロックで
ある。
【００２０】検出器４０は、赤外線および近赤外線の検
出用の通常の硫化鉛検出器を使用することができる。連
続スペクトル内の或る選択された波長範囲の光はスペク
トロメータ３５によって各検出器４０上に集束される。
たとえば、検出器４０は、それぞれが約１５ｎｍの波長
範囲をカバーする、６４個の個別検出器で構成すること
ができる。検出器４０のうちの各々は、検出した光の強
度を表わす強度の出力電気信号を生成する。
出用の通常の硫化鉛検出器を使用することができる。連
続スペクトル内の或る選択された波長範囲の光はスペク
トロメータ３５によって各検出器４０上に集束される。
たとえば、検出器４０は、それぞれが約１５ｎｍの波長
範囲をカバーする、６４個の個別検出器で構成すること
ができる。検出器４０のうちの各々は、検出した光の強
度を表わす強度の出力電気信号を生成する。
【００２１】検出器４０から得られる出力電気信号は前
置増幅器４５に伝達される。身体の一部分１００から放
出された光を表わす信号の部分は、その身体の一部分１
００を照射するのに使用したパルス化された、すなわち
強度変調された光のために、或る既知の周波数を持って
いる。前置増幅器４５では、適当な電気信号解析法、具
体的にはロック・イン変調法、によって、身体の一部分
１００から放出された光を表わす信号部分が分離され
る。
置増幅器４５に伝達される。身体の一部分１００から放
出された光を表わす信号の部分は、その身体の一部分１
００を照射するのに使用したパルス化された、すなわち
強度変調された光のために、或る既知の周波数を持って
いる。前置増幅器４５では、適当な電気信号解析法、具
体的にはロック・イン変調法、によって、身体の一部分
１００から放出された光を表わす信号部分が分離され
る。
【００２２】こうして、ノイズ、特に検出器のノイズ、
を信号から濾波除去することができる。前置増幅器４５
がデータプロセッサ／制御器５０によって制御されるこ
とは理解できよう。前置増幅器４５が少なくともノイズ
の一部を除去した後、その信号はデータプロセッサ／制
御器５０に送られる。通常のデータ処理法によって、デ
ータプロセッサ／制御器５０は、波長に対する吸光度を
示す吸光度スペクトルを得ることができる。
を信号から濾波除去することができる。前置増幅器４５
がデータプロセッサ／制御器５０によって制御されるこ
とは理解できよう。前置増幅器４５が少なくともノイズ
の一部を除去した後、その信号はデータプロセッサ／制
御器５０に送られる。通常のデータ処理法によって、デ
ータプロセッサ／制御器５０は、波長に対する吸光度を
示す吸光度スペクトルを得ることができる。
【００２３】吸光度スペクトルが得られると、装置１０
の較正をするとすれば、次のステップは従来の侵襲的な
方法で血液中の検体濃度を測定することである。このス
テップは、身体の一部分、たとえば指などを針で刺して
少量の血を採り、高精度の装置でそれを解析することで
行う。たとえば、グルコース濃度を無侵襲的に求めるに
は、イエロウ・スプリング・インスツルメンツ（Ｙｅｌ
ｌｏｗ ＳｐｒｉｎｇＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）製の解
析器を使用する。この装置の上記較正は、入力データと
してその装置から得られた吸光度スペクトルと侵襲的に
得られた血液サンプルを解析して求めた検体濃度を用い
て、データプロセッサ／制御器５０により多変量解析法
を使用して行うことが好ましい。
の較正をするとすれば、次のステップは従来の侵襲的な
方法で血液中の検体濃度を測定することである。このス
テップは、身体の一部分、たとえば指などを針で刺して
少量の血を採り、高精度の装置でそれを解析することで
行う。たとえば、グルコース濃度を無侵襲的に求めるに
は、イエロウ・スプリング・インスツルメンツ（Ｙｅｌ
ｌｏｗ ＳｐｒｉｎｇＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）製の解
析器を使用する。この装置の上記較正は、入力データと
してその装置から得られた吸光度スペクトルと侵襲的に
得られた血液サンプルを解析して求めた検体濃度を用い
て、データプロセッサ／制御器５０により多変量解析法
を使用して行うことが好ましい。
【００２４】また、２つの相異なる、血液量（ブラッド
・ボリエーム）対組織量（ティシュ・ボリューム）比で
得られた２つの吸光度スペクトルを使用することも有利
であると信じられている。これは、たとえば手首の内側
と前腕の上部内側のような、皮膚の血液の豊富な部分と
少ない部分とで同時に２つの読み取りを行うことによっ
て、或いは指或いは耳たぶの様な身体の一部分で第１の
読取りを行い、また血液量を減少させるように圧迫した
身体の一部分で第２の読取りを行うことによって、可能
である。２つの相異なる血液量対組織量比を使う方法お
よび唯一つの無侵襲的な読みのセットを使う方法の何れ
においても、多変量解析法は部分的最小２乗法でよい。
・ボリエーム）対組織量（ティシュ・ボリューム）比で
得られた２つの吸光度スペクトルを使用することも有利
であると信じられている。これは、たとえば手首の内側
と前腕の上部内側のような、皮膚の血液の豊富な部分と
少ない部分とで同時に２つの読み取りを行うことによっ
て、或いは指或いは耳たぶの様な身体の一部分で第１の
読取りを行い、また血液量を減少させるように圧迫した
身体の一部分で第２の読取りを行うことによって、可能
である。２つの相異なる血液量対組織量比を使う方法お
よび唯一つの無侵襲的な読みのセットを使う方法の何れ
においても、多変量解析法は部分的最小２乗法でよい。
【００２５】部分的最小２乗法解析に必要な演算処理
（コンピュテーション）を実行することができる種々の
市販ソフトウェア・パッケージを利用することができ
る。その様なソフトウェア・パッケージとしては、たと
えば、米国メリーランド州，シルバー・スプリングのＮ
ＩＲシステム製のＮＳＡＳ、および米国ニューハンプシ
ャー州セレームのギャラクタ・インダストリーズ（Ｇａ
ｌａｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）製のスペクトラ
（Ｓｐｅｃｔｒａ）Ｃａｌｃ，ラブ（Ｌａｂ）Ｃａｌ
ｃ、およびＧＲＡＭＳなどがある。部分的最小２乗法解
析を行うこの分野の専門家は、１セットのファクタを求
めるために、吸光度スペクトル・データと侵襲的に採取
した血液から求めた検体濃度とを、適正に入力すること
ができるであろう。この１セットのファクタは、与えら
れたスペクトルと乗算すれば、血液中の所望検体の濃度
を与えることになる。
（コンピュテーション）を実行することができる種々の
市販ソフトウェア・パッケージを利用することができ
る。その様なソフトウェア・パッケージとしては、たと
えば、米国メリーランド州，シルバー・スプリングのＮ
ＩＲシステム製のＮＳＡＳ、および米国ニューハンプシ
ャー州セレームのギャラクタ・インダストリーズ（Ｇａ
ｌａｃｔｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）製のスペクトラ
（Ｓｐｅｃｔｒａ）Ｃａｌｃ，ラブ（Ｌａｂ）Ｃａｌ
ｃ、およびＧＲＡＭＳなどがある。部分的最小２乗法解
析を行うこの分野の専門家は、１セットのファクタを求
めるために、吸光度スペクトル・データと侵襲的に採取
した血液から求めた検体濃度とを、適正に入力すること
ができるであろう。この１セットのファクタは、与えら
れたスペクトルと乗算すれば、血液中の所望検体の濃度
を与えることになる。
【００２６】検体濃度を得るのに較正された装置を使用
する際には、データプロセッサ／制御器５０は、上記し
た装置の較正期間に計算したファクタのセットを使用し
て、従来の方法に従って血液中の検体の濃度を計算す
る。この濃度は、適当な表示器に表示することが好まし
いし、また適当なメモリ装置に記憶させることもでき
る。検出ステップは、単一の血液量対組織量比で取った
読みを採用することもできるし、また２つの相異なる血
液量対組織量比で取った読みを採用することもできる。
する際には、データプロセッサ／制御器５０は、上記し
た装置の較正期間に計算したファクタのセットを使用し
て、従来の方法に従って血液中の検体の濃度を計算す
る。この濃度は、適当な表示器に表示することが好まし
いし、また適当なメモリ装置に記憶させることもでき
る。検出ステップは、単一の血液量対組織量比で取った
読みを採用することもできるし、また２つの相異なる血
液量対組織量比で取った読みを採用することもできる。
【００２７】この発明の有利な点は、連続スペクトルを
有するパルス状の光によって身体の一部分１００を照射
することにより、その身体の一部分１００に対する加熱
作用を低減できることである。図示した実施例において
は、発光器１８と身体の一部分１００との中間にチョッ
パ２０を配設したことによって、上記の利点を実現して
いる。チョッパ２０の配設位置を、たとえば身体の一部
分１００と検出器４０の中間でなく、発光器１８と身体
の一部分１００との中間に選んだことで、身体の一部分
１００に対する時間平均光束は２分の１に低減される。
有するパルス状の光によって身体の一部分１００を照射
することにより、その身体の一部分１００に対する加熱
作用を低減できることである。図示した実施例において
は、発光器１８と身体の一部分１００との中間にチョッ
パ２０を配設したことによって、上記の利点を実現して
いる。チョッパ２０の配設位置を、たとえば身体の一部
分１００と検出器４０の中間でなく、発光器１８と身体
の一部分１００との中間に選んだことで、身体の一部分
１００に対する時間平均光束は２分の１に低減される。
【００２８】従って、身体の一部分に対して投射される
光の強度は、時間平均光束を増大させずに、従って加熱
作用を増すことなく、１００パーセント増加させること
ができる。この投射光の強度が増加することによって、
身体の一部分１００から放出される光の強度が増加す
る。その結果、信号対ノイズ比が向上する。
光の強度は、時間平均光束を増大させずに、従って加熱
作用を増すことなく、１００パーセント増加させること
ができる。この投射光の強度が増加することによって、
身体の一部分１００から放出される光の強度が増加す
る。その結果、信号対ノイズ比が向上する。
【００２９】強度変調された投射光を得る手段として上
記以外の方法を採用できることは容易に理解されるであ
ろう。たとえば、光源１５は、パルス状信号を得るため
に、連続的にフラッシュ可能であるように構成すること
もできる。しかし、近赤外線の好ましい光源であるタン
グステン・フィラメント電球をフラッシングさせること
は、実用的な方法ではない。
記以外の方法を採用できることは容易に理解されるであ
ろう。たとえば、光源１５は、パルス状信号を得るため
に、連続的にフラッシュ可能であるように構成すること
もできる。しかし、近赤外線の好ましい光源であるタン
グステン・フィラメント電球をフラッシングさせること
は、実用的な方法ではない。
【００３０】この発明による方法および装置について、
この発明の思想を逸脱することなく、種々の多様な変形
態様があることは自明であろう。従って、これまでこの
発明の方法および装置の好ましい実施例を説明して来た
が、この発明はその様な好ましい実施例のみに限定され
るものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲によ
ってのみ限定されるこの発明の範囲に完全に含まれる幾
多の変形実施例があることは、言うまでもない。
この発明の思想を逸脱することなく、種々の多様な変形
態様があることは自明であろう。従って、これまでこの
発明の方法および装置の好ましい実施例を説明して来た
が、この発明はその様な好ましい実施例のみに限定され
るものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲によ
ってのみ限定されるこの発明の範囲に完全に含まれる幾
多の変形実施例があることは、言うまでもない。
【図１】この発明による、血液中の検体濃度を無侵襲的
に検出する装置の概要構成を示す図である。
に検出する装置の概要構成を示す図である。
１０ 血液中の検体濃度を無侵襲的に測定する装置 １５ 光源 １８ 発光器 ２０ チョッパ ２５ 光ファイバ、光ファイバの束 ３０ ピックアップ用光ファイバ ３５ スペクトロメータ ４０ 検出器 ５０ データプロセッサ／制御器 ５５ モータ １００ 身体の一部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペリー パロンボ アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 15068 ニユー・キングストン ダインウ イデイ・ドライブ 104 (72)発明者 マーク デイ フランチエスコー アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 15701 インデイアナ キーツ・ウエイ 2104
Claims (13)
- 【請求項１】 生きている動物の血液の成分の濃度を無
侵襲的に検出する方法であって； （イ）動物の身体の一部分を連続スペクトルの強度変調
された光で照射する照射ステップと、 （ロ）上記身体の一部分から放出された上記連続スペク
トル内の複数の波長範囲における光の強度を検出する検
出ステップと、 （ハ）上記検出された強度を用いて上記濃度を計算する
計算ステップと、を有する、動物の血液の成分の濃度を
無侵襲的に検出する方法。 - 【請求項２】 上記請求項１に記載の測定法であって、
上記（ハ）の計算ステップが、ノイズを濾波除去するた
めに、上記（イ）の照射ステップにおける上記光の変調
と同期したロック・イン変調を使用することから成る、
動物の血液の成分の濃度を無侵襲的に検出する方法。 - 【請求項３】 上記請求項１に記載の方法であって、上
記（イ）の照射ステップが、選択された時間に亘って上
記身体の一部分を照射することと照射しないことを交互
に繰返すことから成る、動物の血液の成分の濃度を無侵
襲的に検出する方法。 - 【請求項４】 上記請求項３に記載の方法であって、上
記選択された時間が約２０００分の１秒乃至５００分の
１秒の間の時間である、動物の血液の成分の濃度を無侵
襲的に検出する方法。 - 【請求項５】 上記請求項１に記載の方法であって、上
記（イ）の照射ステップが、連続的に光を放射する発光
器と上記光による上記身体の一部分の照射を周期的に遮
断するチョッパとを設けることから成る、動物の血液の
成分の濃度を無侵襲的に検出する方法。 - 【請求項６】 上記請求項１に記載の方法であって、上
記（ロ）の検出ステップが、上記身体の一部分から放出
された、上記複数の波長範囲の各範囲に相当する光を複
数の検出器の１つに集束することから成る、動物の血液
の成分の濃度を無侵襲的に検出する方法。 - 【請求項７】 生きている動物の血液流中の検体濃度を
無侵襲的に検出する装置であって； （ニ）上記動物の身体の一部分を照射するための、連続
スペクトルの強度変調された光の光源と、 （ホ）上記身体の一部分から放出された上記連続スペク
トル内の複数の波長範囲における光の強度を検出し、こ
の検出された光の強度を表わす出力信号を生成する複数
の検出器と、 （へ）上記検出された強度から検体の濃度を計算する手
段と、を具備して成る、動物の血液流中の検体濃度を無
侵襲的に検出する装置。 - 【請求項８】 上記請求項７に記載の装置であって、 更に、上記検出器の出力信号を受入れて、上記光の変調
と同期したロック・イン変調法を使用して、上記身体の
一部分から放出された光を表わす上記検出器出力信号の
部分を分離するための前置増幅器を具備する、動物の血
液流中の検体濃度を無侵襲的に検出する装置。 - 【請求項９】 上記請求項７に記載の装置であって、上
記光源が、選択された時間に亘って光を放射する動作
と、上記選択された時間に亘って光を放射しない動作と
を、交互に繰返すものである、動物の血液流中の検体濃
度を無侵襲的に検出する装置。 - 【請求項１０】 上記請求項９に記載の装置であって、
上記選択された時間が、約５００分の１秒乃至２０００
分の１秒の間の時間である、動物の血液流中の検体濃度
を無侵襲的に検出する装置。 - 【請求項１１】 上記請求項７に記載の装置であって、
上記光源が、光を連続的に放射するランプと、このラン
プと上記身体の一部分との間に配設されていて、上記身
体の一部分に対する照射を周期的に遮断するチョッパと
を具備する、動物の血液流中の検体濃度を無侵襲的に検
出する装置。 - 【請求項１２】 上記請求項７に記載の装置であって、 更に、上記身体の一部分から放出された上記複数の波長
範囲の各波長範囲の光を上記複数の検出器の１つに集束
する手段を具備する、動物の血液流中の検体濃度を無侵
襲的に検出する装置。 - 【請求項１３】 上記請求項１２に記載の装置であっ
て、上記集束する手段がスペクトロメータから成る、動
物の血液流中の検体濃度を無侵襲的に検出する装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/059,162 US5460177A (en) | 1993-05-07 | 1993-05-07 | Method for non-invasive measurement of concentration of analytes in blood using continuous spectrum radiation |
| US059162 | 1993-05-07 | ||
| PCT/US1994/012391 WO1996013201A1 (en) | 1993-05-07 | 1994-10-28 | Non-invasive measurement of analyte concentration in blood |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07136152A true JPH07136152A (ja) | 1995-05-30 |
Family
ID=22021233
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6120686A Pending JPH07136152A (ja) | 1993-05-07 | 1994-05-09 | 動物の血液成分の濃度を無侵襲的に測定する方法および装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5460177A (ja) |
| EP (1) | EP0623306A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07136152A (ja) |
| AU (1) | AU6186394A (ja) |
| CA (1) | CA2123153A1 (ja) |
| TW (1) | TW270175B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003524467A (ja) * | 1999-04-29 | 2003-08-19 | アボット・ラボラトリーズ | 生体試料中のアナライト濃度の非侵襲的測定 |
| KR100848118B1 (ko) * | 2007-05-03 | 2008-07-24 | 삼성전자주식회사 | 광 센서 생체 신호 측정 장치 및 상기 장치의 광 센서 제어방법 |
| CN103776533A (zh) * | 2014-01-26 | 2014-05-07 | 上海交通大学 | 多组分焊接电弧温度浓度测量的多摄影同步光谱采集系统 |
Families Citing this family (81)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5731581A (en) * | 1995-03-13 | 1998-03-24 | Ohmeda Inc. | Apparatus for automatic identification of gas samples |
| US5902311A (en) * | 1995-06-15 | 1999-05-11 | Perclose, Inc. | Low profile intraluminal suturing device and method |
| SG38866A1 (en) * | 1995-07-31 | 1997-04-17 | Instrumentation Metrics Inc | Liquid correlation spectrometry |
| JP3579686B2 (ja) * | 1995-08-07 | 2004-10-20 | アークレイ株式会社 | 測定位置再現方法および測定位置再現装置並びにそれを使用した光学測定装置 |
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