JP2013533769A - 測定媒体の成分または特性、特に生理的血液値を特定およびモニタするための装置ならびに方法 - Google Patents
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Abstract
Description
複雑な体液中のグルコースを決定するための、試薬を使わない分光法が既に開発されている。一例として、近赤外範囲(NIR分光法)における分光測定は既に開示されている。ここでは、低濃度のグルコース(約2mmol/lから約30mmol/lまで;ターゲット範囲5.0から7.0mmol/l)が検出されなければならない。さらに、血液には高い水分含有量(典型的には80%を超える)があり、NIR分光法では、より大きな吸収が引起される。さらに、血液は他の物質を変動するおよび未知の濃度で含み、交差感度を除外しなければならない。非侵襲性の測定とするのなら、周りの組織内の体内で測定を行なう必要があり、異なる媒体の影響を考慮するまたは除外しなければならない。
1.グルコースおよび水の吸収帯域上および外になければならない。
さらなる根底は、光と分子との間の量子化学相互作用にある。したがって、個々のおよび分子に特有の回転−振動遷移または電子的遷移は、光量子の波長依存吸収によって励起される。ここで、調波の回転−振動励起および分子の結合した振動の結果として、または発色団の複合電子遷移の結果として、励起は観測スペクトル範囲で起こる。これらの遷移は波長に特有および物質に特有のものである。したがって、異なる物質は異なる波長で分析することができる。しかし、たとえば人体は非常に多くの異なる物質からなり、そこからの情報は重畳したものであるので、量子化学相互作用を考慮するためには、ノードに基づくマルチスペクトル測光または測光分析ではなく、分光法を用いる必要がある。
パルス周波数
パルス形状および構造
酸素飽和度Hb(SHbO2)
総Hb(ctHb)
HbCO濃度
MetHb濃度
脱酸素化Hbの濃度
PI(灌流指標)
PVI(脈波変動指数)
組織酸素飽和度StO2
血糖濃度
乳酸塩
本明細書の範囲内において、生理的血液値は、診断目的のために、または上記の値をモニタするために患者で確定されたすべての値を含む。
本発明に従い、スリットは皮膚上の記録点の線形方向に実質的に対応できる。回折する方向または波長分散方向は、このスリット方向に対して垂直に走ることができ、それにより画像センサの二次元ピクセルアレイの列および行は、これらの方向に対応することができる。したがって、回折画像および該当するスペクトルを確立するために、たとえば皮膚上の記録線に対応する一次元空間成分を有する、および交差する回折方向を有する、画像が現われる。
%SpO2濃度および総ヘモグロビン値の計算は、「パルス酸素濃度の光-組織相互作用」(Mannheimer Ph.D.; Anesth. Analg. 2007年12月; 105(6 Suppl): S10-7. Review)または「ヒト血液のヘモグロビン濃度の非侵襲性測定のためのLEDの基づくセンサシステム」(U. Timm, E. Lewis, D. McGrath, J. KraitlおよびH. Ewald;生物医工学第13回国際会議; volume 23, Springer Berlin Heidelberg, 2009)に記載されているように、計算を行なうことができる。
異なるヘモグロビン誘導体の濃度は、直接定量的分光計測分析から得られる。
測定点から戻ってきた分析光は、後で反射モードおよび/または透過モードで得られる。得られた分析光は次に波長依存態様で広げられ、捉えられた光の個々の波長依存成分は、ハウジングに配置される二次元センサアレイに結像される。特に、本件ではこれは二次元CMOSアレイである。より好ましくは、光がアレイの複数の並行な列に結像される。つぎに、並行な列から生成されたスペクトルは加えられる。
図2は本発明に係わる装置を概略的に示す。さまざまなコンポーネント、特に2つの光源20a/20b、上述のミラー5、光学ユニット6、8および10、アパーチャ7ならびに回折格子9は、ハウジング16内に配置される。
より短い波長では、吸収は相対的に高い接触圧において大きく低下する(図10における数字4)。吸収が減少するのは、比較的低い血液が利用可能だからである(血液は指から押出される)。
Claims (24)
- 測定媒体の成分または特性、特に生理的血液値を特定およびモニタするための装置であって、前記装置は、
測定領域(3;3′,3″)に作用するために、広帯域光(2;2a,2b)、好ましくは少なくとも500nmから850nmおよび/または800nmから1200nmの光を発生するための少なくとも1つの光源(20;20a,20b)であって、より特定的にはLEDである光源と、
波長に従い分析光(4)を分光するための手段とを備え、分析光(4)は少なくとも1つの測定点(3;3′,3″)から戻ってきている、または測定点を透過しており、さらに
分光された分析光(13)を記録するための、二次元センサアレイ(11)、より特定的には二次元CMOSアレイを備え、センサアレイは、異なる波長の光がセンサアレイ(11)の異なる点に当たるよう配置され、
装置(1)は好ましくはハウジング(16)を有し、コンパクトアセンブリとして設計され、少なくとも光源(20;20a,20b)、分光するための手段(9)、およびセンサアレイ(11)を含む、装置。 - ハウジング(16)は人間の患者の体のある点、より特定的には指もしくは耳たぶに、または測定媒体用のラインに固定するよう設計されている、請求項1に記載の装置。
- 分散するための手段は、回折格子(9)、より特定的にはホログラフィック回折格子を有する、請求項1または2に記載の装置。
- 装置(1)は、分析光(4)用の入力領域と分光するための手段(9)との間に配置されるスリットアパーチャ(7)を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の装置。
- 光を分光するための手段(9)について、スリットアパーチャ(7)は、細長い画像が細長い画像と異なる方向、好ましくは垂直な方向に、作成されるように配置される、請求項1から4のいずれか1項に記載の装置。
- 装置はアナログ/デジタルコンバータを有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の装置。
- 装置は増幅器を有し、好ましくはパラメータ化され得る、請求項1から6のいずれか1項に記載の装置。
- 装置は電気的通信接続(29)用のコネクタを有し、装置は光を向けるまたは離れるよう案内するためのコネクタを特に有さない、請求項1から7のいずれか1項に記載の装置。
- 装置は透過および反射を測定するよう設計されている、請求項1から8のいずれか1項に記載の装置。
- 装置はコンピュータ配置(26)を有し、透過測定および反射測定を交互に行なうことができるよう設計されており、装置は、第1の測定領域(3′)を照射することにより、反射測定を行なうための第1の光源と、透過測定を行なうために、第2の測定領域(3″)を照射するための第2の光源(20b)とを含む、請求項9に記載の装置。
- 装置には、分析光(4)を反射領域(3′)および透過領域(3″)から分離するための手段(17)が設けられる、請求項9に記載の装置。
- 装置は50Hzを超える周波数で走査するよう設計されており、それにより測定される生理的血液値の組織成分およびパルス性成分を確定することができる、請求項1から11のいずれか1項に記載の装置。
- 好ましくは外部のコンピュータ配置(26,30)が装置に割当てられ、前記コンピュータ配置は測定が時間分解態様で行なうことができるよう設計されている、請求項1から12のいずれか1項に記載の装置。
- 好ましくは外部のコンピュータ配置(26,30)が装置に割当てられ、前記コンピュータ配置は、得られたスペクトルの二次導関数を確定することができるよう、および特に生理的血液値がこの二次導関数に基づき確定できるよう、設計されている、請求項1から13のいずれか1項に記載の装置。
- 分光された分析光が二次元センサアレイ(11)の複数の隣接する列に当たるよう、二次元センサアレイ(11)が配置され、装置(1)は隣接する列によって生成されたスペクトルを加えるよう設計されているコンピュータ配置を有する、請求項1から14のいずれか1項に記載の装置。
- 外部コンピュータ配置(32)および請求項1から15のいずれか1項に記載の装置の組合せであって、装置(1)およびコンピュータ配置(32)は、通信ケーブル(29)によって、相互接続されるまたは相互接続可能である、組合せ。
- 測定媒体の成分または特性、特に生物の生理的血液値を特定およびモニタするための方法であって、特に請求項1から15のいずれか1項に記載の装置と併せて、前記方法は:
広帯域光源(20;20a,20b)からの光(2;2a,2b)を少なくとも測定領域(3;3′,3″)に与えるステップと、
反射および/または透過モードで戻ってきた分析光(4)を捉えるステップと、
捉えられた分析光(4)に対して波依存分光を行ない、捉えられた分析光(4)の個々の波長依存成分を、二次元センサアレイ(11)で、より特定的にはスペクトルを生成するために二次元CCDカメラで、結像するステップと、
測定媒体の成分または特性、特に血液値を確定するために、生成されたスペクトルを評価するステップとを備え、
ハウジングが、特に前もって、特に生物の測定領域(3;3′,3″)に与えられ、ハウジングは光源およびセンサアレイを収納する、方法。 - 分析光(4)は回折格子(9)で分光される、請求項17に記載の方法。
- 分析光(4)は、反射モードおよび透過モードで捉えられる、請求項17または18に記載の方法。
- 分析光(4)は、時間分解態様で評価される、請求項17から19のいずれか1項に記載の方法。
- 生理的血糖値を確定するために、捉えられたスペクトルの二次導関数が確定される、請求項17から20のいずれか1項に記載の方法。
- 走査は50Hzを超える周波数で行なわれ、測定された生理的血液値の組織成分およびパルス性成分が確定される、請求項17から21のいずれか1項に記載の方法。
- 分光された分析光は、センサアレイ(11)の複数の隣接する列に結像され、個々の列によって生成されたスペクトルが加えられる、請求項17から22のいずれか1項に記載の方法。
- コンピュータプログラムプロダクトであって、コンピュータで実行される場合、請求項17から22のいずれか1項に記載の方法を実行する、コンピュータプログラムプロダクト。
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