WO2022039255A1 - インプラント、生体監視システムおよび生体管理システム - Google Patents

インプラント、生体監視システムおよび生体管理システム Download PDF

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WO2022039255A1
WO2022039255A1 PCT/JP2021/030543 JP2021030543W WO2022039255A1 WO 2022039255 A1 WO2022039255 A1 WO 2022039255A1 JP 2021030543 W JP2021030543 W JP 2021030543W WO 2022039255 A1 WO2022039255 A1 WO 2022039255A1
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analyzer
living body
epidermis
skin
inspection port
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PCT/JP2021/030543
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プラカッシ スリダラ ムルティ
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アトナープ株式会社
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    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
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    • A61B5/1459Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters invasive, e.g. introduced into the body by a catheter
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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    • A61F2230/0028Shapes in the form of latin or greek characters
    • A61F2230/0054V-shaped

Definitions

  • the present invention relates to an implant to be embedded in a living body such as a human being, and a system for monitoring and managing the living body using the implant.
  • the monitor includes a probe including an observation window mounted on the surface of the living body, a unit that irradiates at least a part of the observation area on the surface of the living body accessed through the observation window with a laser, and a plurality of monitors dispersed in the observation area in two dimensions. Based on the unit that detects the scattered light 28 caused by laser irradiation from each of the observation spots and the scattered light obtained from the plurality of observation spots, the scattering including the information of the target part inside the living body from the plurality of observation spots.
  • the spectral spectrum of at least one component is acquired from the Doppler analysis unit and the SORS analysis unit that limit the first observation spots where light is determined to be obtained, and the observation spots at or around the first observation spot, and the spectral spectra thereof are obtained. It has a CARS analysis unit that outputs first information indicating the state inside the living body based on the strength.
  • One aspect of the present invention is an implant embedded under the skin of a living body, which is a connection end connected to a blood vessel under the skin and a test port provided on the epidermis, in the epidermis, or just below the epidermis.
  • the inspection port may be formed of a member having a high transmittance of light having a wavelength from red to near infrared in order to obtain Raman scattered light.
  • the implant may be a transparent member such as glass, or may be made of a flexible resin member such as a silicon-based resin or a biomaterial.
  • One of the other aspects of the present invention is an analyzer mounted on the skin of a living body, which is an irradiation device (irradiation) that irradiates an inspection port of the above-mentioned implant embedded under the skin of a living body with a laser. It is an analyzer having a unit) and a detector (detection unit) that detects scattered light from the inspection port.
  • the analyzer may further have a search device that searches for inspection ports provided on the epidermis, in the epidermis, or just below the epidermis, and controls the laser irradiation destination.
  • the implant is placed in the skin so that the examination port where blood flow is formed is located near the epidermis.
  • the inspection port is likely to be observable from the skin surface, and the search device may have a function of recognizing the inspection port by an image.
  • the inspection port since the inspection port is located near the epidermis, by scanning the vicinity where the inspection port appears with a laser to obtain scattered light, scattered light including components corresponding to blood flow and components corresponding to blood flow can be obtained. It can be clearly distinguished from scattered light that is not included. Therefore, the search device has a function of scanning the vicinity of the planned position where the inspection port is located with a laser to acquire scattered light and performing preprocessing to determine the position of the inspection port from the information. May be good.
  • the irradiation device is a condensing device (condensing unit) that condenses at least two laser lights, for example, Stokes light for generating Raman scattered light and pump light so as to form a common spot on the inspection port. May include.
  • the analyzer may further include an optical tweezers device that forms an optical trap within the inspection port.
  • the analyzer may further include an electromagnetic field generator for microfluidic control of the fluid in the inspection port.
  • One of the other aspects of the present invention is a biological monitoring system (biological monitoring device) or a biological monitoring device kit (device set, assembly kit) having the implant and the analyzer described above.
  • One of the other aspects of the present invention is the biological monitoring system (biological monitoring device kit) described above and a dosing device that injects a drug into a living body through the skin based on the state of the living body obtained by the analyzer.
  • a biological management system biological management device having (injection device), or a biological management device kit.
  • One of the other aspects of the present invention is a method of monitoring the state of a living body.
  • an implant is placed under the skin of a living body to connect to blood vessels under the skin, and blood flow is formed in a test port provided on the epidermis, in the epidermis, or just below the epidermis, and the surface of the living body (skin of the living body).
  • the analyzer mounted on the above irradiates the inspection port with a laser and detects the scattered light obtained from the inspection port.
  • This method may include forming an optical trap with an optical tweezers device in the inspection port. Further, this method may include performing microfluidic control of the fluid by an electromagnetic field generator in the inspection port. In addition, this method may include injecting a drug into the living body through the skin by a dosing device based on the state of the living body obtained by the analyzer.
  • the figure which shows an example of the biological management system attached to the skin The figure which shows the other example of the biological management system attached to the skin.
  • FIG. 1 shows an example of a biological management system (health management system) 10 that manages the health condition of a living body, for example, the human body 1.
  • the biological management system 10 includes a biological monitoring system 20 for monitoring the state of the living body 1 and a dosing system (medication device) 60 for injecting a drug for maintaining the health of the living body 1.
  • the biological monitoring system 20 is provided by a biological monitoring kit 25 including an implant 50 embedded in the living body 1 and an analyzer 30 for monitoring the state of the living body 1 via the implant 50.
  • An example of the analyzer 30 is a wearable mobile terminal 40 having a communication function such as a smart watch and a user interface.
  • the dosing system 60 is provided by an injection kit 65 including an injector 61 that injects a drug through the skin 5 of a living body 1 and a supply device (supply unit) 63 that supplies a predetermined drug to the injector 61.
  • the biological management system 10 is provided by a biological management kit 15 including a biological monitoring kit 25 and a dosing kit (injection kit) 65.
  • An example of the implant 50 is a flexible or predeterminedly shaped implant (bioport, implant, implant body, implant flow path, implant port) embedded in the skin 5 (under the skin) of the living body 1.
  • the implant 50 has a connecting end 53 connected to a blood vessel 7 under the skin and an inspection port (inspection window, for inspection) provided or appearing (located) above the epidermis 3, in the epidermis 3 or just below the epidermis 3. It has an access portion) 51, and blood flow is formed in the inspection port 51 via the connection end 53.
  • An example of the implant 50 is an arched, U-shaped, with portions 53 at both ends connecting to subskinned blood vessels (eg, veins and arteries in the dermis or subcutaneous tissue) and a central examination port 51.
  • the shape of the inspection port 51 may be a cylindrical shape or a flat shape, and may be a shape or a structure that can easily correspond to laser irradiation, and may have an extended shape or a flow path with respect to the end portion 53. May be formed.
  • the implant 50 may be formed of a silicone resin or other infrared and near infrared highly transmissive resin, or a suitable biomaterial, such as a material that is dissolved or absorbed in the body.
  • the implant 50 may be embedded in the living body 1 by a simple operation, or may be inserted from the surface of the living body like a needle or a catheter for infusion. By forming blood flow near the outside world such as above and below the epidermis 3 by the implant 50, the influence of light absorption and / or scattering for spectroscopic analysis or absorption analysis by the skin (dermis, subcutaneous tissue) or the like is eliminated or Can be minimized.
  • the implant 50 may be connected to the blood vessel 7 under the skin, and the place where the living body 1 is embedded is not particularly limited.
  • the implant 50 may be embedded in a place where the mobile terminal 40 is mounted, for example, on the skin on which the smart watch on the wrist is mounted.
  • the analyzer 30 is a non-invasive analyzer using a laser, and by irradiating the inspection port 51 of the implant 50 with a laser, various information contained in the blood artificially formed on the epidermis 3 can be accurately acquired. do.
  • the analyzer 30 may employ various analytical methods such as infrared absorption.
  • the analyzer 30 of this example has an irradiation device (irradiation unit) 31 that irradiates the inspection port 51 of the implant 50 with a laser 71, and a detector (detection unit) 32 that detects scattered light 75 from the inspection port 51. ..
  • the irradiation device 31 is a condensing device (collection) that condenses at least two laser beams 71, in this example, Stokes light and pump light for generating Raman scattered light (CARS light), on a common spot of the inspection port 51.
  • Optical unit 33 such as an objective lens.
  • the irradiation device 31 may be a device that irradiates the probe light in addition to the Stokes light and the pump light as the laser light 71.
  • the condensing device 33 includes a device (irradiation position control device, irradiation position control optical system) 34 that controls the laser beam 71 to be guided to the position of the implant 50 in order to detect (measure) the composition of blood. good.
  • the irradiation position control device 34 further scans the inspection port 51 of the implant 50 or concentrates on multiple points to obtain the optimum spot so that the optimum location of the implant 50 can be selected and the laser beam 71 can be irradiated. It may include a function to select.
  • the irradiation position control device 34 may be a device that controls the position and orientation of the objective lens 33, or may be a device that controls the irradiation direction and angle of the laser by using a reflection device such as a digital mirror device. ..
  • the implant 50 is embedded in the skin 5 so that the inspection port 51 through which blood flow is formed is located near the epidermis. Therefore, there is a high possibility that the inspection port 51 can be visually recognized from the skin surface, and the analyzer 30 can be mounted on the skin according to the position of the inspection port 51.
  • the analyzer 30 further searches for a specific (detailed) position of the inspection port 51 provided on the epidermis, in the epidermis, or directly below the epidermis, and controls the irradiation destination of the laser beam 71 (search function) 35a. May be provided.
  • An example of the search device 35a may be a device (function) that acquires an image of the skin surface and recognizes the position of the inspection port, or may be a device that measures blood flow by using the Doppler effect or the like.
  • An image processing function such as OCT may be used, and the position of the inspection port 51 is determined by scanning the periphery of the inspection port 51 with a laser beam 71 and determining whether or not the scattered light 75 contains a blood component, for example, glucose. It may be a device.
  • the analyzer 30 includes a search device 35a that accurately detects the position of the inspection port 51 by the laser beam 71.
  • the inspection port 51 is located near the epidermis. Therefore, the search device (function) 35a scans the vicinity of the position where the inspection port 51 is scheduled to appear with the laser light 71 to obtain the scattered light 75, so that the scattered light containing the component corresponding to the blood flow and the blood It can be clearly distinguished from scattered light that does not contain the component corresponding to the flow.
  • the search device 35a determines the position of the inspection port 51 and performs a process (preprocessing) for determining the irradiation position of the laser beam 71 intermittently before the start of measurement, during the measurement, or in parallel with the measurement. May be good.
  • An example of the spectroscopic analysis type analysis module (analyzer) 30 is a Raman analyzer, which is particularly suitable for microscopic analysis, such as CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) analyzer and SRS (Induced Raman Scattering). , Stimulated Raman Scattering) An analyzer, a time-resolved CARS analyzer, or the like may be adopted.
  • CARS Coherent Anti-Stokes Raman Scattering
  • SRS duced Raman Scattering
  • Stimulated Raman Scattering An analyzer, a time-resolved CARS analyzer, or the like may be adopted.
  • the analyzer 30 has a function 35b for controlling the irradiation device 31 and analyzing the measurement result by the scattered light 75 obtained by the detector 32, a function 35a for controlling the irradiation device 31 and the detector 32 as a search device, and the like.
  • 35 including a controller (control device, control unit) 35.
  • the controller 35 may further include a function (communication function) of providing the measurement result to an external system such as a health management server on the cloud, a function of coordinating with the dosing system 60, and the like.
  • the analyzer 30 may further include an optical tweezers device 37 that outputs a laser beam 77 that forms an optical trap in the inspection port 51.
  • an optical tweezers device 37 that outputs a laser beam 77 that forms an optical trap in the inspection port 51.
  • the optical tweezers When the laser beam is focused to the utmost limit using an objective lens with a high numerical aperture, the optical tweezers generate a force to trap particles having a size of about micrometer by transmitting the momentum due to the scattering of photons. Therefore, the optical tweezers device 37 can trap particles or molecules of a predetermined size from the blood flowing through the test port 51 and target them for Raman spectroscopic analysis.
  • the analyzer 30 may further include an electromagnetic field generator 38 that controls the minute fluid of the fluid in the inspection port 51.
  • the electromagnetic field generator 38 includes a function of controlling the flow rate of blood flowing through the implant 50, and secures blood flow in the implant 50 within a range that does not impair the function of the blood vessel 7 to which the implant 50 is connected. It may have a function of changing the blood flow at the time of measurement. Further, by controlling the minute fluid of the electromagnetic field generator 38 and / or by controlling them with optical tweezers (optical traps), or by controlling these with the control device 35, the inspection port 51 has a nano-sized molecular sieve, a nano pen chamber, or the like. Can dynamically form structures that capture and / or filter molecules or particles in the blood.
  • the components in the blood are constantly and continuously maintained without obstructing the blood flow of the blood vessel 7 of the living body 1 and without creating a state harmful to the living body 1 such as a thrombus in the implant. It can be detected accurately and non-invasively.
  • Examples of molecules that can be captured by the analyzer 30 via the implant 50 are not limited to blood cells such as red blood cells, leukocytes, lymphocytes, and platelets, but also antibodies, antibody fragments, recombinant antibodies, single-stranded antibodies, and receptor proteins. , Binding proteins, enzymes, inhibitor proteins, lectins, cell adhesion proteins, oligonucleotides, polynucleotides, nucleic acids, and aptamers, and all other molecules that may be present in the blood.
  • the target of detection and / or identification by the monitoring system 20 equipped with the implant 50 and the analyzer 30 may be any atom, chemical, molecule, compound, composition, microorganism or aggregate, eg, blood cells, Amino acids, peptides, polypeptides, proteins, glycoproteins, lipoproteins, nucleosides, nucleotides, oligonucleotides, nucleic acids, sugars, carbohydrates, oligosaccharides, polysaccharides, fatty acids, lipids, hormones, metabolites, cytokines, chemokines, receptors, nerves Transmitters, antigens, allergens, antibodies, substrates, metabolites, cofactors, inhibitors, drugs, formulations, nutrients, prions, toxins, poisons, explosives, pesticides, chemicals, biologically harmful substances, radioisotopes , Vitamin, heterocyclic aromatic compounds, carcinogens, mutagens, drugs, amphetamines, barbiturates, illusionants, waste
  • the biological monitoring device kit (assembly set) 25 having the implant 50 and the analyzer 30, the implant 50 is embedded in the living body 1, and the analyzer 30 is irradiated with a laser on the inspection port 51.
  • the biological monitoring device kit 25 By attaching it to the surface of the living body 1, it is possible to provide a living body monitoring system 20 that is non-invasive and accurately detects various components in blood. Further, by using the biological monitoring device kit 25, it is possible to provide a biological monitoring system 20 that can accurately and continuously monitor the information of the living body 1 without imposing a burden on the living body 1.
  • the medication system 60 is a drug injection device (supply device) that supplies (injects) an amount of a drug necessary for maintaining the health of the living body 1 in a predetermined state at a necessary timing based on the measurement result of the analyzer 30.
  • the injector 61 may be of the type using a fine needle, or may be a needleless type in which a drug solution is injected through the skin without using a needle.
  • a biological management device kit (set for assembling a biological management device) having a biological monitoring kit 25 and a dosing kit 65 for injecting a drug into the living body 1 through the skin 5 based on the state of the living body 1 obtained by the analyzer 30. 15 and can be provided.
  • the implant 50 is embedded in the living body 1, and the analyzer 30 is attached to the surface of the living body 1 (skin surface, on the skin) so that the laser irradiates the inspection port 51, and further.
  • the biological management system 10 can be attached to the living body 1.
  • the biological management system 10 enables accurate and continuous monitoring of the information of the living body 1 without imposing a burden on the living body 1 through various components in the blood in a non-invasive manner, and based on this, a desired drug can be obtained. It can be injected into the living body at the required time and in the required amount.
  • the analysis system (monitor) 20 can continuously and accurately measure blood glucose in real time. Therefore, the dosing system 60 can finely control the dose of insulin with respect to the continuously measured glucose concentration.
  • the biological management system 10 may have a function such as an event recognition module that can predict or grasp the behavior or lifestyle of a living body (human body).
  • the biological management system 10 detects various behaviors including the occurrence of events (patient activities) such as exercise and meals, and further predicts patient activities using daily schedules and outputs of various sensors.
  • the drug to be administered and the amount thereof, eg, the type and amount of insulin, may be determined to accommodate the predicted condition. Therefore, for example, the glucose concentration in blood can be controlled in a narrow range that has little effect on health. Therefore, by wearing the biological management system 10, even a diabetic patient can play sports and eat like a healthy person.
  • the bioactive substance injected from the injection system (dosing system, drug delivery system) 60 is not limited to insulin, and may be other hormones, prescription drugs, minerals, nutrients and the like.
  • the biological management system 10 may include a function (dose estimation function) for determining and controlling the type and amount of the drug.
  • the biological management system 10 includes a system for sharing real-time biological information and medication information obtained by the system 10 with an external monitoring system, for example, a medical or insurance system, at any time or continuously. May be good.
  • FIG. 2 shows systems 10 and 20 using implants 50 of different shapes.
  • the shape of the implant 50 is not specified, and by implanting the implant 50 in the skin 5, it is connected to the blood vessels 7 in the skin (under the skin) or in the subcutaneous tissue, and the information of the living body 1 is reflected in real time. Blood flow is obtained in or near (upper and lower) the epidermis 3 via the test port 51. Therefore, the state of the living body 1 is accurately measured in real time by analyzing the components of the blood flow in the examination port 51 using a non-invasive measurement method (detection method) such as Raman spectroscopic analysis by the analyzer 30. can do.
  • a non-invasive measurement method detection method
  • Raman spectroscopic analysis by the analyzer 30.
  • An example of the analyzer 30 shown in FIG. 2 is a dedicated terminal 45 for providing the biological management system 10.
  • the dedicated terminal 45 may have a built-in function as a dosing system 60 in addition to the function as an analyzer 30, or may be attached to the skin 5 by using a pad 49 or the like for close contact.
  • the method of attaching the terminal 45 is not limited, and any method may be used as long as the terminal 45 can be fixed at a predetermined position on the skin 5.
  • the analyzer 30 includes an image pickup device for imaging the state of the epidermis 3, for example, a CCD 39.
  • the search device 35a may analyze the obtained image, determine the detailed position of the inspection port 51, and control the irradiation position of the laser beam 71.
  • FIG. 3 shows an outline of a process (method) for monitoring the state of the living body 1 by the above-mentioned system 10 or 20.
  • the implant 50 is embedded under the skin (in the skin) 5 of the living body 1, and both ends 53 thereof are connected to the blood vessels 7 under the skin (in the skin), whereby the implant 50 is formed on the epidermis 3, in the epidermis 3, or in the epidermis 3. Blood flow is formed in the inspection port 51 provided just below the epidermis 3.
  • the implant 50 may connect the arteries of the blood vessels 7 to each other, or may connect the veins to each other, or may connect the arteries to the veins, depending on the condition of the patient and the symptom or situation of the monitored object.
  • the implant 50 may be implanted by a simple operation in advance, or may be installed by the patient using a jig for implanting the implant 50.
  • the implant 50 may be made of a material that is dissolved or absorbed by the living body 1, and may be treated to implant the implant 50 on a regular basis.
  • step 84 the inspection port 51 is irradiated with the laser 71 by the analyzer 30 mounted on the surface of the living body, for example, the skin 5, and the scattered light 75 obtained from the inspection port 51, in this example, the CARS light is detected. do.
  • the position of the inspection port 51 may be searched to determine whether or not the irradiation position needs to be adjusted, for example, by pre-analyzing the scattered light 75. If the irradiation position adjustment is necessary, in step 83, the search device 35a is used to search for the detailed position of the inspection port 51.
  • the optical tweezers device 37 forms an optical trap in step 86. Further, if it is necessary to control the flow rate in the inspection port 51 in step 87, in step 88, an electromagnetic field is formed in the inspection port 51 by the electromagnetic field generator 38 in the inspection port 51, and minute fluid control of the fluid is performed. ..
  • step 89 the CARS light 75 obtained while performing these controls on the blood flow formed in the test port 51 is analyzed, and information on the target component in the blood is acquired.
  • the biological management system 10 is equipped with other functions of the wearable terminal, for example, information from an accelerometer, information from another wearable terminal, and an Internet (cloud) server. The behavior of the living body (user) 1 may be monitored or observed based on the information obtained from the above.
  • the necessity of dosing can be determined based on the information obtained by the analyzer 30 and the information obtained by behavioral observation, and the drug can be injected by the dosing system 60 in step 92.
  • the dosing system 60 may inject the drug into the living body 1 through the skin by the injecting device (injector) 61 based on the state of the living body 1 obtained by the analyzer 30.
  • the method for monitoring the state of a living body including the above-mentioned process is provided by storing it in a computer-readable recording medium as a program (program product) for controlling the monitoring system 20 including the analyzer 30 and the management system 10. You may. Further, the method of monitoring the state of a living body may be provided as a program that can be downloaded via the Internet or the like, or may be provided as a service via the Internet.

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Abstract

生体(1)の皮膚下に埋設されるインプラント(50)であって、皮膚下の血管(7)に接続され、表皮上、表皮内または表皮直下に設けられる検査ポート(51)に血流を形成するインプラントと、分析装置(30)とを備えた生体監視システム(20)を提供する。分析装置は、生体の皮膚下に埋設されたインプラントの検査ポートにレーザー(71)を照射する照射装置(31)と、検査ポートからの散乱光(75)を検出する検出器(32)とを有する。

Description

インプラント、生体監視システムおよび生体管理システム
 本発明は、人間などの生体に埋設するインプラント、およびそれを用いて生体を監視および管理するシステムに関するものである。
 国際公開WO2014/178199号公報には、生体表面から生体内部の状態を監視するモニターを提供することが記載されている。モニターは、生体表面に装着される観察窓を含むプローブと、観察窓を介してアクセスされる生体表面の観察領域の少なくとも一部にレーザーを照射するユニットと、観察領域に2次元に分散する複数の観測スポットのそれぞれから、レーザー照射に起因する散乱光28を検出するユニットと、複数の観測スポットから得られる散乱光に基づき、複数の観測スポットの中から生体内部のターゲット部分の情報を含む散乱光が得られると判断される第1の観測スポットを限定するドップラー解析ユニットおよびSORS解析ユニットと、第1の観測スポットまたはその周りの観測スポットから、少なくとも1つの成分の分光スペクトルを取得し、その強度に基づき生体内部の状態を示す第1の情報を出力するCARS解析ユニットとを有する。
 光、例えばレーザー光を用いて非侵襲で生体内部の情報、特に血管中を流れる血液に含まれる様々な情報を精度よく取得しようとすると、皮膚および皮膚下の組織による吸収および/または散乱の影響が問題となる。このため、これらの影響を排除できることが望ましい。
 本発明の一態様は、生体の皮膚下に埋設されるインプラントであって、皮膚下の血管に接続される接続端と、表皮上、表皮内または表皮直下に設けられる検査ポートであって、接続端を介して血流が形成される検査ポートとを有するインプラントである。皮膚下の血管の散乱光を取得する際に含まれる皮膚および皮膚下の組織の情報を除去する代わりに、このインプラントにより血流を表皮の上、表皮内または表皮直下に形成することにより、皮膚による吸収および/または散乱の影響を排除または最小限にすることができる。このため、レーザーを用いた非侵襲の分析装置により血管中を流れる血液に含まれる様々な情報を精度よく取得できる。
 非侵襲で血液中の成分の検出する方法としては、赤外線吸光など様々な方法を採用できるが、ラマン分光法は最適な方法の1つである。検査ポートは、ラマン散乱光を得るために、赤色から近赤外の波長の光の透過率の高い部材で形成されていてもよい。インプラントはガラスなどの透明な部材であってもよく、樹脂製のフレキシブルな部材、例えば、シリコン系樹脂、バイオマテリアルなどで形成されていてもよい。
 本発明の他の態様の1つは、生体の皮膚上に装着される分析装置であって、生体の皮膚下に埋設された上記に記載のインプラントの検査ポートにレーザーを照射する照射装置(照射ユニット)と、検査ポートからの散乱光を検出する検出器(検出ユニット)とを有する分析装置である。分析装置は、表皮上、表皮内または表皮直下に設けられた検査ポートを探索し、レーザーの照射先を制御する探索装置をさらに有していてもよい。血流が形成される検査ポートが表皮近傍に位置するようにインプラントは皮膚に埋設される。したがって、検査ポートは皮膚表面から観察できる可能性が高く、探索装置は、画像により検査ポートを認識する機能を備えていてもよい。また、検査ポートは表皮近傍に位置するために、検査ポートが現れる近傍をレーザーでスキャンして散乱光を得ることにより、血流に対応する成分を含む散乱光と、血流に対応する成分を含まない散乱光とを明確に区別することができる。したがって、探索装置は、検査ポートが配置されている予定の位置の近傍をレーザーでスキャンして散乱光を取得して、その情報から検査ポートの位置を決定する前処理を行う機能を備えていてもよい。
 照射装置は、少なくとも2つのレーザー光、例えば、ラマン散乱光を生成するためのストークス光とポンプ光を、検査ポートに、共通のスポットを形成するように集光する集光装置(集光ユニット)を含んでもよい。分析装置は、検査ポート内に光トラップを形成する光ピンセット装置をさらに含んでもよい。分析装置は、検査ポート内の流体の微小流体制御を行う電磁場生成装置をさらに含んでもよい。
 本発明の他の態様の1つは、上記に記載のインプラントと分析装置とを有する生体監視システム(生体監視装置)、または生体監視装置キット(装置セット、組立用キット)である。インプラントを生体に埋設し、分析装置をレーザーが検査ポートに照射されるように生体の表面(皮膚上)に装着することにより、非侵襲で血液中の諸成分を精度よく検出できる。このため、生体に負担をかけずに、生体の情報を精度よく、そして連続してモニタリングできる生体監視システムを提供できる。
 本発明の他の態様の1つは、上記に記載の生体監視システム(生体監視装置キット)と、分析装置により得られる生体の状態に基づいて、皮膚を介して生体に薬剤を注入する投薬装置(注入装置)とを有する生体管理システム(生体管理装置)、または生体管理装置キットである。インプラントを生体に埋設し、分析装置をレーザーが検査ポートに照射されるように生体の表面(皮膚表面)に装着し、さらに、注入装置を皮膚に取り付けることにより、非侵襲で血液中の諸成分を介して、生体に負担をかけずに、生体の情報を精度よく、そして連続してモニタリングでき、それに基づいて所望の薬剤を、必要な時期に必要な量だけ生体に注入できる生体管理システムを提供できる。
 本発明の他の態様の1つは、生体の状態を監視する方法である。この方法は、生体の皮膚下にインプラントを埋設して皮膚下の血管に接続し、表皮上、表皮内または表皮直下に設けられる検査ポートに血流を形成することと、生体表面(生体の皮膚上)に装着された分析装置により、検査ポートにレーザーを照射し、検査ポートから得られた散乱光を検出することとを有する。この方法は、検査ポート内に光ピンセット装置により光トラップを形成することを含んでもよい。さらに、この方法は、検査ポート内に電磁場生成装置により流体の微小流体制御を行うことを含んでもよい。また、この方法は、分析装置により得られる生体の状態に基づいて、投薬装置により皮膚を介して生体に薬剤を注入することを含んでもよい。
皮膚に装着された生体管理システムの一例を示す図。 皮膚に装着された生体管理システムの他の例を示す図。 生体管理システムの概略動作を示すフローチャート。
発明の実施の形態
 図1に、生体、例えば人体1の健康状態を管理する生体管理システム(健康管理システム)10の一例を示す。この生体管理システム10は、生体1の状態を監視(モニタリング)する生体監視システム20と、生体1の健康を維持するための薬剤を注入する投薬システム(投薬装置)60とを含む。生体監視システム20は、生体1に埋設されるインプラント50と、インプラント50を介して生体1の状態をモニタリングする分析装置30とを含む生体監視キット25により提供される。分析装置30の一例はスマートウォッチなどの通信機能およびユーザーインターフェイスを内蔵したウェアラブルな携帯端末40である。投薬システム60は、生体1の皮膚5を介して薬剤を注入するインジェクタ61と、インジェクタ61に所定の薬剤を供給する供給装置(供給ユニット)63とを含む注入キット65により提供される。生体管理システム10は、生体監視キット25および投薬キット(注入キット)65を含む生体管理キット15により提供される。
 インプラント50の一例は、生体1の皮膚5(皮膚下)に埋設されるフレキシブルな、または所定の形状のインプラント(バイオポート、埋設体、インプラント体、インプラント流路、インプラントポート)である。このインプラント50は、皮膚下の血管7に接続される接続端53と、表皮3の上、表皮3内または表皮3直下に設けられる、または現れる(位置する)検査ポート(検査窓、検査用のアクセス部分)51とを有し、検査ポート51には接続端53を介して血流が形成される。インプラント50の一例は、皮膚下の血管(例えば、真皮または皮下組織内の静脈および動脈)7に接続する部分53を両端に備え、中央に検査ポート51を備えた、アーチ状、U字型、V字型などに成型または変形可能な人工血管である。検査ポート51の形状は円筒状であってもよく、扁平した形状であってもよく、レーザーの照射に対応しやすい形状または構造であればよく、端部53に対して拡張した形状あるいは流路を形成するものであってもよい。インプラント50は、シリコン樹脂またはその他の赤外線および近赤外線の透過率の高い樹脂、または適当なバイオマテリアル、例えば、体内で溶解または吸収される素材により形成されてもよい。
 インプラント50は簡易な手術により生体1に埋設されてもよく、点滴用の針またはカテーテルのように生体表面から挿入してもよい。インプラント50により血流を表皮3の上下などの外界に近いところに形成することにより、皮膚(真皮、皮下組織)などによる分光分析または吸光分析用の光の吸収および/または散乱の影響を排除または最小限にすることができる。インプラント50は、皮下の血管7に接続できればよく、生体1の埋設される箇所に特に制限はない。分析装置30がスマートウォッチなどの携帯端末40に搭載されている場合は、その携帯端末40が装着される場所、例えば手首のスマートウォッチが装着される皮膚にインプラント50を埋設してもよい。
 分析装置30は、レーザーを用いた非侵襲の分析装置であり、レーザーをインプラント50の検査ポート51に照射することより人工的に表皮3に形成された血液に含まれる様々な情報を精度よく取得する。分析装置30は、赤外線吸光など様々な分析方法を採用してもよい。本例の分析装置30は、インプラント50の検査ポート51にレーザー71を照射する照射装置(照射ユニット)31と、検査ポート51からの散乱光75を検出する検出器(検出ユニット)32とを有する。照射装置31は、少なくとも2つのレーザー光71、本例では、ラマン散乱光(CARS光)を生成するためのストークス光とポンプ光を検査ポート51の共通のスポットに集光する集光装置(集光ユニット)33、例えば対物レンズを含む。照射装置31は、レーザー光71としてストークス光およびポンプ光に加えプローブ光を照射する装置であってもよい。
 集光装置33は、血液の組成を検出(測定)するためにインプラント50の位置にレーザー光71を導くように制御する装置(照射位置制御装置、照射位置制御光学系)34を備えていてもよい。照射位置制御装置34は、さらに、インプラント50の最適な箇所を選択してレーザー光71を照射できるように、インプラント50の検査ポート51をスキャンしたり、多点に集光して最適なスポットを選択する機能を含んでいてもよい。照射位置制御装置34は、対物レンズ33の位置や向きを制御する装置であってもよく、デジタルミラーデバイスなどの反射装置を用いてレーザーの照射方向や角度を制御する装置などであってもよい。
 インプラント50は、血流が形成される検査ポート51が表皮近傍に位置するように皮膚5に埋設される。したがって、検査ポート51は皮膚表面から視認できる可能性が高く、検査ポート51の位置に合わせて分析装置30を皮膚上に装着できる。分析装置30は、さらに、表皮上、表皮内または表皮直下に設けられた検査ポート51の具体的(詳細)な位置を探索し、レーザー光71の照射先を制御する探索装置(探索機能)35aを備えていてもよい。探索装置35aの一例は、皮膚表面の画像を取得して検査ポートの位置を認識する装置(機能)であってもよく、ドップラー効果などを用いて血流を測定する装置であってもよく、OCTなどの画像処理機能を用いてもよく、レーザー光71で検査ポート51の周囲をスキャンして散乱光75に血液成分、例えばグルコースが含まれているか否かにより検査ポート51の位置を判断する装置であってもよい。
 この分析装置30は、レーザー光71により検査ポート51の位置を精度よく検出する探索装置35aを含む。検査ポート51は表皮近傍に位置する。このため、探索装置(機能)35aは、検査ポート51が現れる予定の位置の近傍をレーザー光71でスキャンして散乱光75を得ることにより、血流に対応する成分を含む散乱光と、血流に対応する成分を含まない散乱光とを明確に区別することができる。探索装置35aは、検査ポート51の位置を判断して、レーザー光71の照射位置を決定する処理(前処理)を測定開始前、測定中に断続して、または測定と並列して実施してもよい。
 分光分析型の分析モジュール(分析装置)30の一例はラマン分析装置であり、特に、微量分析に適したCARS(コヒーレント反ストークスラマン散乱、Coherent Anti-Stokes Raman Scattering)分析装置、SRS(誘導ラマン散乱、Stimulated Raman Scattering)分析装置、時間分解型CARS分析装置などを採用してもよい。
 分析装置30は、照射装置31を制御したり、検出器32により得られた散乱光75による測定結果を解析する機能35b、また、探索装置として照射装置31および検出器32を制御する機能35aなどを備えたコントローラ(制御装置、制御ユニット)35を含む。コントローラ35は、さらに、測定結果を外部、たとえばクラウド上の健康管理サーバーなどの外部システムに提供する機能(通信機能)や、投薬システム60と協調する機能などを含んでいてもよい。
 分析装置30は、検査ポート51内に光トラップを形成するレーザー光77を出力する光ピンセット装置37をさらに含んでもよい。光ピンセットは、高い開口数の対物レンズを用いてレーザー光を極限まで集光すると、光子の散乱による運動量の伝達により、マイクロメートル程度の大きさの粒子をトラップする力が生じさせるものである。したがって、光ピンセット装置37により、検査ポート51を流れる血液から所定の大きさの粒子あるいは分子をトラップして、ラマン分光分析の対象とすることができる。
 分析装置30は、検査ポート51内の流体の微小流体制御を行う電磁場生成装置38をさらに含んでもよい。電磁場生成装置38は、インプラント50を流れる血液の流量制御を行う機能を含み、インプラント50が接続された血管7の機能を阻害しない範囲でインプラント50内の血流を確保したり、測定時と非測定時とで血流量を変えたりする機能を備えていてもよい。また、電磁場生成装置38の微小流体制御および/または光ピンセット(光トラップ)により、あるいはこれらを制御装置35により制御して協働させることにより、検査ポート51にナノサイズの分子篩、ナノペンチェンバーなどの血液中の分子あるいは粒子を捕獲および/またはフィルタリングする構造を動的に形成することができる。したがって、生体1の血管7の血液の流れを阻害せずに、また、インプラント内に血栓などの生体1に有害な状態を生成せずに、血液中の成分を、定常的に、連続して、精度よく、非侵襲で検出できる。
 インプラント50を介して分析装置30により捕捉可能な分子の例としては、赤血球、白血球、リンパ球、血小板等の血球に限らず、抗体、抗体断片、遺伝子組み替え抗体、一本鎖抗体、受容体タンパク質、結合性タンパク質、酵素、インヒビタータンパク質、レクチン、細胞接着タンパク質、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、核酸、およびアプタマーなど、血中に存在する可能性がある全ての分子を挙げることができる。インプラント50および分析装置30を備えた監視システム20による、検出および/または同定の対象は、任意の原子、化学物質、分子、化合物、組成物、微生物または凝集物であってよく、例えば、血球、アミノ酸、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、糖タンパク質、リポタンパク質、ヌクレオシド、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、核酸、糖、炭水化物、オリゴ糖、多糖、脂肪酸、脂質、ホルモン、代謝産物、サイトカイン、ケモカイン、受容体、神経伝達物質、抗原、アレルゲン、抗体、基質、代謝産物、補助因子、阻害物質、薬剤、製剤、栄養分、プリオン、トキシン、毒物、爆発物、農薬、化学兵器物質、生物学的有害物質、放射線同位体、ビタミン、複素環式芳香族化合物、発癌物質、変異誘発物質、麻薬、アンフェタミン、バルビツール酸塩、幻覚発現物質、廃棄物、および/または汚染物質が挙げられるが、これらに限定されるものではない。微生物としては、ウィルス、細菌、細胞などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
 このため、このインプラント50と分析装置30とを有する生体監視装置キット(組立用セット)25を用いて、インプラント50を生体1に埋設し、分析装置30をレーザーが検査ポート51に照射されるように生体1の表面に装着することにより、非侵襲で血液中の諸成分を精度よく検出する生体監視システム20を提供できる。また、生体監視装置キット25を用いることにより、生体1に負担をかけずに、生体1の情報を精度よく、そして連続してモニタリングできる生体監視システム20を提供できる。
 投薬システム60は、分析装置30の測定結果に基づいて、生体1の健康を所定の状態に維持するために必要な量の薬剤を必要なタイミングで供給(注入)する薬剤注入装置(供給装置)63と、皮膚5に装着された薬剤注入用のインジェクタ61とを含む。インジェクタ61は、微小針を用いたものであってもよく、針を使用せず薬液を噴射により皮膚より投入する無針タイプであってもよい。
 生体監視キット25と、分析装置30により得られる生体1の状態に基づいて、皮膚5を介して生体1に薬剤を注入する投薬キット65とを有する生体管理装置キット(生体管理装置組み立て用セット)15とを提供できる。この生体管理装置キット15によれば、インプラント50を生体1に埋設し、分析装置30をレーザーが検査ポート51に照射されるように生体1の表面(皮膚表面、皮膚上)に装着し、さらに、注入装置60のインジェクタ61を皮膚5、特に表皮3に取り付けることにより生体管理システム10を生体1に装着できる。生体管理システム10により、非侵襲で血液中の諸成分を介して、生体1に負担をかけずに、生体1の情報を精度よく、そして連続してモニタリングでき、それに基づいて所望の薬剤を、必要な時期に必要な量だけ生体に注入できる。
 生体管理システム(健康管理システム)10においては、分析システム(モニター)20により、連続して、リアルタイムに血中のグルコースを精度よく測定できる。したがって、投薬システム60により、連続して測定されるグルコース濃度に対してインスリンの投与量を細やかに制御できる。さらに、生体管理システム10は、イベント認識モジュールなどの生体(人体)の行動あるいは生活様式などを予測あるいは把握できる機能を備えていてもよい。生体管理システム10は、運動や、食事といったイベント(患者の活動)の発生を含む様々な行動を検出し、さらに、日常のスケジュールや、さまざまなセンサーの出力を用いて患者の活動を予測し、予測された状態に対応できるように、投与する薬剤およびその量、例えば、インスリンの種類および量を決定してもよい。このため、例えば、血中のグルコース濃度を、健康に影響の少ない細い幅の範囲に制御することができる。したがって、生体管理システム10を装着することにより、糖尿病の患者であっても健常人と同様にスポーツを行ったり、食事をとったりすることが可能となる。
 注入システム(投薬システム、ドラッグデリバリシステム)60から注入される生理活性物質は、インスリンに限定されず、その他のホルモン、処方薬、ミネラル、栄養素などであってもよい。生体管理システム10は、薬剤の種類と量とを決定および制御する機能(投薬量推定機能)を含んでもよい。また、生体管理システム10は、このシステム10で得られた生体のリアルタイムの情報および投薬の情報を随時、または連続して、外部の監視システム、例えば医療または保険システムと共有するシステムを備えていてもよい。
 図2に、異なる形状のインプラント50を用いたシステム10および20を示している。インプラント50の形状は特定されることはなく、インプラント50を皮膚5に埋設することにより、皮膚中(皮膚下)あるいは皮下組織の血管7に接続され、生体1の情報がリアルタイムで反映される量の血流が検査ポート51を介して表皮3中あるいは近傍(上下)で得られる。このため、分析装置30により、ラマン分光分析などの非侵襲の測定方法(検出方法)を用いて検査ポート51内の血流の成分を分析することにより、生体1の状態をリアルタイムで精度よく測定することができる。
 図2に示した分析装置30の一例は、生体管理システム10を提供するための専用端末45である。専用端末45は、分析装置30としての機能に加えて、投薬システム60としての機能を内蔵していてもよく、密着用のパット49などを用いて皮膚5に装着できるものであってもよい。端末45の装着方法は限定されず、皮膚5の所定の位置に端末45を固定できる方法であればよい。
 この分析装置30は、表皮3の様子を撮像するための撮像素子、例えばCCD39を含む。探索装置35aは、得られた画像を解析して、検査ポート51の詳細な位置を判断し、レーザー光71の照射位置を制御してもよい。
 図3に、上述したシステム10または20により生体1の状態を監視するプロセス(方法)の概要を示している。まず、ステップ81において、生体1の皮膚下(皮膚中)5にインプラント50を埋設し、その両端53を皮膚下(皮膚中)の血管7に接続することにより、表皮3上、表皮3内または表皮3直下に設けられる検査ポート51に血流を形成する。インプラント50は、患者の状態、監視対象の症状あるいは状況により、血管7の動脈同士を接続してもよく、静脈同士を接続してもよく、動脈と静脈とを接続してもよい。インプラント50は、事前に簡易な手術により埋設してもよく、インプラント50を埋設するための治具を用いて患者が設置してもよい。インプラント50は生体1に溶解あるいは吸収される材質であってもよく、定期的にインプラント50を埋設する処理を行ってもよい。
 ステップ84において、生体表面、例えば皮膚5の上に装着された分析装置30により、検査ポート51にレーザー71を照射し、検査ポート51から得られた散乱光75、本例においてはCARS光を検出する。この処理に先立って、ステップ82において、検査ポート51の位置を探索して照射位置の調整が必要か否かを、例えば、散乱光75を事前解析することにより判断してもよい。照射位置調整が必要であれば、ステップ83において、探索装置35aを用いて検査ポート51の詳細な位置を探索する。
 ステップ84において、CARS光75を検出するとともに、ステップ85において、検査ポート51に光トラップを形成することが要求されると、ステップ86において、光ピンセット装置37により光トラップを形成する。また、ステップ87において、検査ポート51内の流量を制御する必要があれば、ステップ88において、検査ポート51内に電磁場生成装置38により検査ポート51に電磁場を形成し、流体の微小流体制御を行う。
 ステップ89において、検査ポート51に形成された血流に対してこれらの制御を行いながら得られたCARS光75を解析し、血液中のターゲットとしている成分に関する情報を取得する。さらに、生体管理システム10は、ステップ90において、搭載されたウェアラブル端末の他の機能、例えば、加速度計などの情報から、あるいは、他のウェアラブル端末からの情報、さらには、インターネット(クラウド)のサーバーなどから得られる情報に基づき、生体(ユーザー)1の行動を監視または観察してもよい。
 ステップ91において、分析装置30により得られた情報、さらに、行動観察により得られた情報に基づき、投薬の必要性を判断し、ステップ92において投薬システム60により薬剤を注入することができる。投薬システム60は、分析装置30により得られる生体1の状態に基づいて、注入装置(インジェクタ)61により皮膚を介して生体1に薬剤を注入してもよい。
 上述したプロセスを含む、生体の状態を監視する方法は、分析装置30を含む監視システム20および管理システム10を制御するプログラム(プログラム製品)として、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に格納して提供してもよい。また、生体の状態を監視する方法は、インターネットなどを介してダウンロード可能なプログラムとして提供してもよく、インターネットを介したサービスとして提供してもよい。
 なお、上記においては、本発明の特定の実施形態を説明したが、様々な他の実施形態および変形例は本発明の範囲および精神から逸脱することなく当業者が想到し得ることであり、そのような他の実施形態および変形は以下の請求の範囲の対象となり、本発明は以下の請求の範囲により規定されるものである。

Claims (14)

  1.  生体の皮膚下に埋設されるインプラントであって、
     皮膚下の血管に接続される接続端と、
     表皮上、表皮内または表皮直下に設けられる検査ポートであって、前記接続端を介して血流が形成される検査ポートとを有する、インプラント。
  2.  請求項1において、
     前記検査ポートは、赤色から近赤外の波長の光の透過率の高い部材で形成されている、インプラント。
  3.  生体の皮膚上に装着される分析装置であって、
     前記生体の皮膚下に埋設された請求項1または2に記載のインプラントの前記検査ポートにレーザーを照射する照射装置と、
     前記検査ポートからの散乱光を検出する検出器とを有する分析装置。
  4.  請求項3において、
     表皮上、表皮内または表皮直下に設けられた前記検査ポートを探索し、前記レーザーの照射先を制御する探索装置をさらに有する、分析装置。
  5.  請求項3または4において、
     前記照射装置は、少なくとも2つのレーザー光を、前記検査ポートに、共通のスポットを形成するように集光する集光装置を含む、分析装置。
  6.  請求項3ないし5のいずれかにおいて、
     前記検査ポート内に光トラップを形成する光ピンセット装置をさらに有する、分析装置。
  7.  請求項3ないし6のいずれかにおいて、
     前記検査ポート内の流体の微小流体制御を行う電磁場生成装置を含む、分析装置。
  8.  請求項1または2に記載のインプラントと、
     前記3ないし7のいずれかに記載の分析装置とを有する、生体監視システム。
  9.  請求項8に記載の生体監視システムと、
     前記分析装置により得られる前記生体の状態に基づいて、前記皮膚を介して前記生体に薬剤を注入する投薬装置とを有する、生体管理システム。
  10.  生体の状態を監視する方法であって、
     前記生体の皮膚下にインプラントを埋設して皮膚下の血管に接続し、表皮上、表皮内または表皮直下に設けられる検査ポートに血流を形成することと、
     前記生体の皮膚上に装着された分析装置が、前記検査ポートにレーザーを照射し、検査ポートから得られた散乱光を検出することとを有する、方法。
  11.  請求項10において、
     前記分析装置の探索装置が、表皮上、表皮内または表皮直下に設けられた前記検査ポートを探索し、前記レーザーの照射先を制御することをさらに有する、方法。
  12.  請求項10または11において、
     前記分析装置の光ピンセット装置が、前記検査ポート内に光トラップを形成することを含む、方法。
  13.  請求項10ないし12のいずれかにおいて、
     前記分析装置の電磁場生成装置が、前記検査ポート内の流体の微小流体制御を行うことを含む、方法。
  14.  請求項10ないし13のいずれかにおいて、
     前記生体表面に装着される投薬装置が、前記分析装置により得られる前記生体の状態に基づいて前記皮膚を介して前記生体に薬剤を注入することを含む、方法。
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