(57)【要約】  生体組織内の血糖値を測定するための安定した又再現性のある光学的境界を作るためのシステムと方法が開示されている。それには集光レンズと光学的ウインドウを備えた使い捨て光学系に取付けられた二個のくさび形プリズム・センサーが含まれる。使い捨て光学系を皮膚に接着させて、患者が同じ位置で、複数の指示値の取得又は走査を行なえる。使い捨て光学系には、皮膚の面に光学ビームの焦点を維持するために、皮膚と同一面に置かれたＰｅｔｚｖａｌ面を含めることができる。さらに、センサー信号の健全性は、センサーの深さ方向の走査率と比較して、時間に対する二個のウエッブ形プリズムの回転率を変えることにより改善できる。使い捨て部分と皮膚の間に媒体を注入し、各屈折率を一致させ、センサーの信号収集を改善できる。
2009529973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的システムから送られた光を収束するように構成されたレンズ、
患者の皮膚に押付けるように構成され、それを通って収束された光が移動する光学的ウインドウ、
レンズと光学的ウインドウを光学的に結合するために接着剤を用いて患者の皮膚に取り付けられるように構成された装置、を具備する、
患者の皮膚に光学的システムを結合するためのレンズ・アセンブリー。
【請求項２】
光学的システムがＯＣＴ干渉計システムであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項３】
レンズ・アセンブリーが使い捨てアセンブリーであることを特徴とする請求項１に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項４】
光学的ウインドウが、光学的ウインドウを通って反射された光の光学的パワーを高めるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項５】
光学的ウインドウが反射補償型のＰｅｔｚｖａｌ面を有することを特徴とする請求項４に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項６】
レンズが、光学的ウインドウを通って反射された光の光学的パワーを高めるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項７】
光学的ウインドウがＰｅｔｚｖａｌ面を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項８】
レンズが、光学的ウインドウを通って反射された光の光学的パワーを高めるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項９】
光学的ウインドウが台座形状を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項１０】
患者の皮膚と光学的ウインドウの間に配置され、患者の皮膚と光学的ウインドウの間の屈折率の不一致の影響を低減するように適合した皮膚接触用媒体、を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項１１】
患者の皮膚と光学的ウインドウの間に配置され、その媒体が光学的面粗度の影響を低減するように適合した皮膚接触用媒体、を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項１２】
結合装置は、レンズ・アセンブリーに光学的システムを取外し可能に結合するために少なくとも１個のコネクターを有することを特徴とする請求項１に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項１３】
結合装置が、レンズと光学的ウインドウを予め決められた距離に保持するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレンズ・アセンブリー。
【請求項１４】
光のビームを用いる光学的干渉計のセンサー、
光学的センサーに接続した干渉計、
干渉計と関連して光学的受信器に接続されたコンピューター、及び
光学的センサーに接続された使い捨ての光学的レンズ装置、を具備し、使い捨て装置が集光レンズ及び該集光レンズに結合された光学的ウインドウを有し、使い捨て装置が接着剤により生体組織の表面領域に取付けられることを特徴とする、生体組織内の血糖値を測定するための光学的センサー・システム内で安定していて再現可能な光学的境界を作るためのシステム。
【請求項１５】
システムの光軸から光のビームの角度をそらすように光学的センサーが少なくとも１個の回転するくさび形プリズムを用いることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
システムの光軸から光のビームの角度をそらすように光学的センサーが少なくとも１個の振動する傾斜をしたミラーを用いることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
生体組織の表面領域との境界になるように光学的ウインドウがＰｅｔｚｖａｌ面を有することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
Ｐｅｔｚｖａｌ面がドームの形状であることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
光学的ウインドウが台座の形状であることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
接着剤を用いて生体組織の表面領域に使い捨て装置を取付ける過程、
使い捨て装置に光学的センサーを結合する過程、
光学的センサーを用いて血糖値の測定を行う過程、を有することを特徴とする生体組織の血糖値を測定するために、光学的干渉計用センサーと使い捨て光学装置を伴う光学的システムを用いる方法。
【請求項２１】
光学的センサーを使い捨て装置から外す過程、
後で使用するために生体組織の表面領域上に使い捨て装置を残す過程、を更に有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
使い捨て装置と生体組織の表面領域の間に屈折率が合致する媒体を置く過程を更に有することを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
光学的センサー・システムを用いて複数の走査を行う過程、
複数の走査の第一の走査内の第一のピークを位置決めする過程、
複数の走査のその後の各走査の第一のピークの位置決めする過程、
その後の各走査の第一の各ピークを第一の走査の第一のピークに対して正規化する過程、
結果としての走査の平均を作るために正規化した走査の平均をとる過程、
を有することを特徴とする、生体組織内の血糖値を測定するための少なくとも１個のくさび形プリズムを有する光学的センサー・システムの光学的経路長の変化を解決するための方法。
【請求項２４】
さらに、それぞれの第一のピークを位置決めするためにピーク位置決めアルゴリズムを用いる過程、を更に有することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
しきい値トリガーを決定する過程、
しきい値トリガーに達するとデータ取得を開始するために光学的センサー・システムを設定する過程、を有することを特徴とする生体組織内の血糖値を測定するための少なくとも１個のくさび形プリズムを有する光学的センサー・システムの光学的経路長の変化を解決するための方法。
【請求項２６】
光学的センサー・システムにより生じた信号と関連した第一のピーク強度より少なくとも１０デシベル低い信号強度にしきい値トリガーを設定する過程を更に有し、第一のピーク強度は光学的センサー・システムと生体組織の間の光学的境界に対応することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
信号と関連した最高のノイズ・ピークより高い信号強度にピーク・しきい値トリガーを設定する過程を更に有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
特定の構造的特徴に関連した信号強度にしきい値トリガーを設定する決定過程を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
特定の構造的特徴が、光学的センサー・システムと生体組織の間の光学的境界に対応することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
１回の深さ方向の走査中に１０の倍数を乗じられた光ビームの直径に等しい値より少ない距離を、生体組織上で光学的センサー・システムが用いる光ビームの横方向の位置を移動するような値に、少なくとも１個のくさび形プリズムの角速度を設定する過程を更に有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
１回の深さ方向の走査中に１０の倍数を乗じられた光ビームの直径に等しい値より少ない距離を、生体組織上で光学的センサー・システムが用いる光ビームの横方向の位置を移動するような値に、少なくとも１個のくさび形プリズムの角速度を設定する過程を更に有することを特徴とする、生体組織内の血糖値を測定するための少なくとも１個のくさび形プリズムを有する光学的センサー・システムの深さスケールの歪みを最小限にする方法。
【請求項３２】
光学的センサー・システムと関連する深さ方向の走査レートの非積分値に、少なくとも１個のくさび形プリズムの角速度を設定する過程を有することを特徴とする、生体組織内の血糖値を測定するために少なくとも１個のくさび形プリズムを有する光学的センサー・システムの走査パターンを安定化するための方法。
【請求項３３】
光学的センサー・システムを使用しながら、少なくとも１個のくさび形プリズムの角速度を変える過程を更に有することを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
光学的センサー・システムの全使用時間中に第二のくさび形プリズムと関連した第二の角速度に対して少なくとも１個のくさび状プリズムの角速度を変える過程を更に有し、角速度が第二の角速度の非積分値であることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
第一のくさび形プリズムと関連する第一の角速度を第二のくさび形プリズムと関連する第二の角速度のハーモニック・インテグラルに設定する過程であって、第一の角速度が第一の角速度より少なくとも１桁大きく、
第一の角速度と第二の角速度を、光学的センサー・システムと関連した深さ方向の走査レートの非ハーモニック値に設定する過程、を有することを特徴とする生体組織内の血糖値を測定するために、複数のくさび形プリズムを有する光学的センサー・システムの走査パターンを安定化する方法。
【請求項３６】
光学的センサー・システムの底面として、Ｐｅｔｚｖａｌ面を設ける過程、
生体組織がＰｅｔｚｖａｌ面を包むように生体組織の表面領域上に光学的センサー・システムを設置する過程、
集光レンズと光学的ウインドウを通った光のビームをＰｅｔｚｖａｌ面に向ける過程、
Ｐｅｔｚｖａｌ面と生体組織の領域の境界で光ビームの焦点を維持する過程、を有することを特徴とする、血糖値を測定するために生体組織の領域上に置かれた光学的センサー・システムと光の量が関連付けられた、生体組織の領域を出入りする光の量を最適化するための方法。
【請求項３７】
さらに、屈折率が合致する媒体をＰｅｔｚｖａｌ面と生体組織の領域の境界に注入する過程を更に有し、生体組織の領域の屈折率とＰｅｔｚｖａｌ面の屈折率を媒体が自動的に合致させることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願書との相互参照】
【０００１】
本出願は特許文献１に基づく優先権を主張している。特許文献１の名称は「安定した光学的境界を作るためのシステムと方法」であり、その米国特許出願書の内容全体が本出願書に参考用として組込まれている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全体として、光学的境界を安定させること、より特定すれば、生体組織と光学的血糖値センサーの間に再現性があり、安定した光学的境界を作ることに関する。
【背景技術】
【０００３】
血糖の濃度を監視することは、ヒトの糖尿病の治療にとって長い間重要であった。現在の血糖値モニターは血清と試験ストリップの間の化学的反応を含み、ランセット又は刺し針による侵襲性の採血を必要としている。患者がこの処置をどこでも、いつでも実施できるように小さな手持ちのモニターが開発されている。しかし、この処置特に採血と試験ストリップの使用と処分が不便なことで、利用率が低くなっている。そのような低利用率が重大な医学的問題を生じうる。それゆえ、血糖の監視に非侵襲性の方法が必要とされている。
【０００４】
研究では、血糖値の変化に関連した生体組織での散乱状態の小さな変化を光学的方法で検出できることを示している。非常に複雑であるけれども、生体組織により散乱された単色光の一次近似が以下の単純化した式１により描写できる。
ＩＲ＝ＩＯ  ｅｘｐ［−（μａ＋μｓ  ）Ｌ］                          式１
ここで、ＩＲは皮膚からの反射光の強さであり、ＩＯは皮膚を照らす光の強度であり、μａは特定波長の光での皮膚の吸収係数である。μｓは特定波長の光での皮膚の散乱係数である。又、Ｌはその光が横断した全経路である。この関係から、光の強さは指数関数的に衰え、それは生体組織による吸収又は散乱の増加によることが見られる。
【０００５】
血液細胞及び皮膚細胞のような血清／間質液（血液／ＩＦ）と細胞膜の間で屈折率に違いがあることは良く確認されている（非特許文献１参照）。この違いが伝達された光に特有の散乱を生じうる。ブドウ糖はその種々の形態で血液／ＩＦの主要成分である。血液／ＩＦ内のブドウ糖の違いがその屈折率を変化させ、それゆえ、血液が豊富な組織からの固有の散乱となる。近赤外線の波長域（ＮＩＲ））で、血中ブドウ糖は吸収係数を変化させる以上に散乱係数を変化させる。それゆえ、血液／ＩＦと細胞の混合物の光学的散乱が血液のブドウ値の変化と共に変化する。従って、光学的方法が、血中ブドウ糖濃度の非侵襲性測定のために可能な選択肢である。
【０００６】
血中ブドウ糖への適用で探された非侵襲性の光学的技術には、偏光分析、ラーマン分光計、近赤外線吸収、散乱、分光計、フォト音響方式、オプト音響方式が含まれる。有意な努力にも関わらず、これらの技術には、低感度、低精度（最新の侵襲性家庭用モニター未満）のような欠点を有していて、関連する生理的領域（４−３０ｍＭ又は７２−５４０ｍｇ／ｄＬ）内のブドウ糖濃度測定の特異性には不十分であった。従って、ブドウ糖の非侵襲性測定法はを改善する必要がある。
【０００７】
オプティカル・コーヒーレンス・トモグラフィ又はＯＣＴは生体組織の高解像度の画像を作る光波を用いる光学的画像処理技術である。ＯＣＴは、光のビームを媒体内に集光することにより、又、直線的に連続したスポットの深さを干渉分光的に走査することにより、各連続したスポットの種々の深さで吸収及び（又は）散乱を測定することにより画像を作成する。そして、データを処理して、走査された媒体の直線的断面の画像を示す。ＯＣＴが血糖値を測定するのに有用であると程案されている。
【特許文献１】米国特許出願一連番号１１／３７８，５３８
【特許文献２】米国特許出願一連番号１０／９１６，２３６
【特許文献３】米国特許出願一連番号６０／６７１，００７
【特許文献４】米国特許出願一連番号６０／６７１，２８５
【非特許文献１】Ｒ．Ｃ．  Ｗｅａｓｔ，  ｅｄ．，  ＣＲＣ  Ｈａｎｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ７０ｔｈ  ｅｄ．，  （ＣＲＣ  Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，  Ｏｈｉｏ  １９８９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施例は、生体組織での非侵襲性血糖測定のような測定を行うために安定して再現性のある光学的境界を作るためのシステムと方法を示している。そのような実施例は、集光レンズと光学的ウインドウから成る使い捨て光学系に取付けられた二個のくさび形プリズム付きセンサーを使用できる。使い捨て光学系を皮膚に付着するように適合させて、患者が同じ位置で多数の指示値の取得、又は、走査を行なえるようにできる。使い捨て光学系には、皮膚と同一面になるように置いたＰｅｔｚｖａｌ面を含み、皮膚の表面に光学ビームの焦点を維持する。ある実施例で、センサーの深さ走査レートと関連して、二個のくさび形プリズムの時間に対する回転レートを変えることによりセンサー信号の健全性を改善できる。さらに、媒体を使い捨て部品と皮膚の間に注入できて、屈折率不適合の影響を低減し、センサーの信号収集を高めることができる。
【０００９】
血糖値監視にＯＣＴを用いることに関連したひとつの欠点はスペックルとしても知られている光学的な干渉分光と関連した信号ノイズである。「生体組織内のブドウ糖値監視のための方法と装置」と題する特許文献２で論じているように、スペックルを低減するために、ＯＣＴの方法を組込んだブドウ糖モニターが、患者の組織の又は皮膚の二次元表面領域を連続的且つ横断的に平行光のビームを走査し、その一方で、干渉分光的に組織の深さを走査する。好ましくは、その走査が小さく、軽量で、頑丈な機構を用いて達成され、光ファイバー・ベースの製品を用いるタイプと、光ファイバーを用いない製品のタイプを使用するようにセンサーに組込むことができる。このタイプのセンサーを用いるひとつの主目的は、光学的境界の健全性を維持しながら、皮膚の横方向の同じ位置から多数の指示値を取得するために、被験者の皮膚とセンサーの光学的経路の間に再現性があり、安定した光学的境界を発生することである。以下で論じるように、ＯＣＴセンサーと患者の皮膚の間に安定していて、且つ、再現性のある光学的境界を提供し、維持することに関連した多数の問題がある。
【００１０】
（光学系の２種の基本的設計）
ＯＣＴを用いる２種の良く知られた設計の略図を図１及び２に示されている。図１は、集光レンズへの平行光の入射角度を変えるために２個の回転するくさび形プリズムを用いることに基づく設計を示している。図１で、入射光のビーム１０１はコリメータ−・レンズ１０２に当たり、ビーム１０１を多数の平行な光ビーム又は平行光１０３に分割される。そして、平行光１０３は１以上の一定速度で回転しているくさび形プリズム１０４を通過する。図１に示すように、２個の回転するくさび状プリズム１０４は、センサーの光軸から平行光１０３の角度偏差を生じる。光軸はセンサーの要素を通過する「センターライン」の軸で試験すべき皮膚１０９の表面に垂直である。平行光１０３の角度の偏差により、皮膚１０９と同一面になる光学的ウインドウ１０８の焦点面を光の焦点が動き回る。それにより、皮膚１０９上の種々の横方向の位置を走査する。１０５として示すように、くさび形プリズム１０４のどの部分を平行光１０３が通過することにより、平行光１０３の平行な光線が光軸からある角度で離れる。そして、その角度で傾斜したビーム１０５が集光レンズ１０６を通過して、光学的ウインドウ１０８の底面の焦点１０７に集光し始める。
【００１１】
図２は図１と類似の概念を示しているが、図１の二個のくさび形プリズム１０４を傾斜したミラー２０１例えば４５度の傾斜したミラーで置換えられ、２軸に沿って振動し、皮膚１０９の表面領域の回りで焦点１０８を動かすために光軸から平行光１０３の角度を偏らせる。従って、ＯＣＴセンサーの設計はこの分野で良く知られている。両方の設計とも、光軸から平行ビーム１０３の角度を偏らせることにより、皮膚の領域の走査を容易にする。それにより、光学レンズ１０８の底部に沿って、従って、患者の皮膚１０９の表面領域に沿って、焦点面内を横方向に比例した距離で焦点１０７を動かす。
【００１２】
両方のセンサー設計とも、ＯＣＴを非侵襲性血糖血糖センサーに組込むための機構を提供しているけれども、下記のように上記設計に関連したいくつかの欠点がある。
【００１３】
（光学的経路長の変動）
図１の二個のくさび形プリズムのセンサーに関連した１件の欠陥が図３に示されている。干渉分光的に、光のビームの光学的経路長がビームの物理的又は幾何的経路長、及び、式２に示すように、ビームが通過する媒体の屈折率により決定される。
ＬＯＰＴ  ＝ｎ・ＬＧＥＯ                              式２
ここで、“ＬＯＰＴ”は光学的経路長、“ｎ”は屈折率で、“ＬＧＥＯ”は幾何的又は物理的経路長である。
【００１４】
図３に示すように、平行ビーム１０３が輝く時点で、くさび形プリズム１０４の位置により、その一方で、平行ビーム１０３の幾何的経路長が同じままで、プリズムが回転すると、くさび形プリズム１０４の厚みを変えることにより、それにより、平行ビーム１０３の光学的経路長を変えて、屈折率が変化する。くさび形プリズム１０４のの厚みを連続的に変えることにより、平行ビームが通過すると共に、その平行ビーム１０３のの光学的経路長を連続的に変える。図３に示すように、くさびの配置で光学的経路長を伸ばして、皮膚１０９がセンサーから離れるように見える。それゆえ、プリズム１０４か異なる回転位置で３件の走査を異なる深さ位置で生じる時に、３回の光学的走査が２個のくさび形プリズム１０４により行われる。センサーのデータは多数の走査の平均なので、各走査が異なる深さ位置で行われる場合、得られた全体的平均は多数の走査の真の平均を代表しない。
【００１５】
例えば、図３で、３０１に示すように、くさび形プリズム１０４の薄い領域を平行ビーム１０３が通過する時、センサーは深さＡでデータ収集を始めるが、３０２で示すように、光学的ウインドウ１０８と深さＡにある皮膚１０９の間の境界を解釈する。しかしながら、平行ビーム１０３が、第一のくさび形プリズムの薄い部分と、第二のくさび形プリズムの厚い部分を通過する時、３０２で示すように、センサーは深さＢでデータ収集を開始し、３０４に示すように、深さＢにあるはずの光学的ウインドウ１０８と皮膚１０９の間の境界を解釈する。さらに、３０５で示すように、平行ビーム１０３が両方のくさび形プリズムの最も厚い部分を通過する時、センサーが深さＣで、データ収集を始め、３０６に示すように深さＣにあるべき光学的ウインドウ１０８と皮膚１０９の間の境界を解釈する。典型的に多数の走査（例えば、１００回を超える走査）が行われ、スペックルを低減するために平均する。深さの異なる位置で取得した走査を平均できない。それゆえ、この問題の解決が望まれる。
【００１６】
２個のくさび形プリズムのセンサーに関連する他の欠点は、皮膚に出入りする光のビームの深さ方向の軸即ちｚ軸に沿った走査の歪みである。くさび形プリズム１０４の回転速度が、光学的センサーの深さ方向の走査レートより数桁大きい場合、走査により測定された深さスケールはくさび形プリズム１０４の厚みの変化により生じる光路差の全量により「伸びる」か「収縮」する。しかしながら、くさび形プリズム１０４の回転レートが深さ方向の走査レートより大幅に遅ければ、くさび形プリズム１０４の厚みの変化は深さ方向のスケールへの影響は小さくなる。例えば、深さ方向の走査が６０Ｈｚで生じる場合、センサーは１秒の１／６０以内で深さ方向の走査を完了し、プリズムは３６００ｒｐｍで回転することを意味している。そして、各くさび形プリズムは深さ方向の走査を１回完了するのにかかる時間内に完全に１回転を行うことを意味する。各くさび形プリズムの厚みはプリズムの回転により変化するので、各深さ方向の走査の間に光路長は変化し、１回の走査中に深さスケールが変化することにより、センサーが集める深さのデータが歪む。それにより、ｚ軸の走査の歪みを最小限にする一方で、全表面積を完全に走査するように、深さ方向の走査レートとプリズムの回転レートの間で最適化を行わなければならない。
【００１７】
（走査パターンの安定性））
従って、全ての深さの走査位置が全体としてランダムで、均一に走査領域全体に分布するように、皮膚１０９の表面で種々の横方向の位置で各深さ方向の走査が行われることが望ましい。各深さ方向の走査の横方向の位置が、１）センサーの読取りの間に血糖値の変化する領域を効果的に包含する、２）スペックルを効果的に低減する、ことと空間的に独立していなければならない。しかしながら、図１の２個のくさび形プリズム及び図２の振動ミラー形センサーに関連する問題は、くさび形プリズム１０４の角速度、又は、傾斜ミラー２０１の振動率が光学的センサーの深さ方向の走査レートと位相面で調和する即ち角速度の周波数がセンサーの深さ方向の走査レートの倍数又は積分であることにより、各深さ方向の走査位置を捕捉することはできないことである。角速度又は振動率が深さ方向の走査レートの積分である時に、２レートがお互いに「うなり」を生じ、走査すべき皮膚１０９の表面領域に適合対応できなくなる。
【００１８】
図４Ｂに示すように、上記のセンサー内で、単一の回転くさび形プリズム又は振動傾斜ミラーを用いる時、複数の深さ方向の走査の最適結果は皮膚１０９の表面領域上の円形パターンであって、各「ドット」は深さ方向の走査を示している。各深さ方向の走査はこの円パターンの経路に沿って生じる。効果的に、円を破壊して一連の走査された点にする。しかしながら、角速度が深さ方向の走査レートの積分又は倍数であれば、深さ方向の走査は位置の重なりを生じ始め、それにより、不完全な円パターンを生じ、図４Ａに示すように、空間的に独立した深さ方向の走査が失われる。深さ方向の走査が重なることで、スペックル低減が少なくなり、走査された生体組織内の構造の画像処理が悪化する。その問題は、図４Ｃに示すように、２個のくさび形プリズムを持つセンサーの場合に指摘される。
【００１９】
（焦点面の不安定性）
図１のくさび形プリズムの設計と図２の振動ミラー形の設計の両方により示された他の課題には、焦点面上に焦点を合わせた平行ビーム又は光学的ウインドウ１０８と走査される皮膚１０９の表面領域の間の焦点１０７又は境界を維持できないことである。光学レンズは、光学的ウインドウ１０８の平坦な底面のような平坦な面上に画像を投影しない。代わりに、目の曲がった内部のような曲面上に画像を自然に投影する。この曲面はＰｅｔｚｖａｌ面として良く知られている。それで、平行光１０３が集光レンズ１０６に入ると、平行光１０３の焦点１０７は曲がった焦点面又はＰｅｔｚｖａｌ面を、図１のくさび形プリズム１０４又は図２の傾斜ミラー２０１により、光軸からの角度偏差により生じ、集光レンズ１０６の設計に基づいてたどる。それゆえ、光学的ウインドウ１０８の平坦な底部が焦点１０７を焦点面内に残さない。
【００２０】
焦点１０７がＰｅｔｚｖａｌ面から移動すると、集めている集光の効率が低下し始める。それは焦点面が光の捕捉を最大限にした場所だからである。さらに、集光の深さスケールが、焦点面から焦点１０７の移動で、信号の深さスケールで同等の損失を生じる。これにより光軸のぼやけを生じ、皮膚内の測定可能な詳細にぼやけを生じ、又は、洗い流されてしまう。それで、焦点面からの焦点の移動で、センサーの信号強度の低減及び光軸のほやけを生じる。
【００２１】
さらに、光学レンズは完全ではない。それゆえ、焦点１０７は、回転するくさび形プリズム１０４又は振動する傾斜ミラー２０１により、光軸から離れる。集光ビームは皮膚１０９から離れ、集光レンズ１０６に戻る。それで、焦点面から移動する。上記のように、焦点１０７がもはや焦点面上に存在しない場合、光の捕集効率が低下し、集めたデータが出力低下を不正確に示す。言い替えると、これは、集光ビームの深さを変え、それにより、皮膚の詳細を無意識に洗い流して、走査の解像度と健全性を低下させる。
【００２２】
（皮膚／センサーの光学的境界）
光学的走査の間に皮膚を出入りする光と比較して、皮膚の表面は「粗」である。これは光学的粗さとして良く知られている。さらに、典型的に、走査される皮膚の屈折率はセンサーの光学的ウインドウの材料の屈折率とは異なる。図５Ａに示すように、光学的ウインドウ５０３は皮膚の光学的粗さにより、必ずしも、皮膚５０４の表面に対して同一面にはならない。従って、入射光５０１が皮膚に向けられ、その光の一部が反射及び（又は）５０２として示すように回折を生じる。これは、光学的ウインドウ５０３の屈折率と皮膚５０４の屈折率の間に不一致があるからである。この屈折率の不一致と、さらに、皮膚５０４と光学的ウインドウ５０３の間の空間は光学的粗さ５０５によりセンサーが取得したデータの信頼性を低くしている。
【００２３】
図５Ｂは皮膚上の同じ位置で取得したが、皮膚１０９とセンサーの光学的ウインドウ１０８の間で一定の光学的接触をして、種々の時点で測定した２件の走査を表示している。そのような走査は、図１の２個のくさび形プリズムのセンサー又は図２の傾斜ミラーのセンサーにより作られる。データ・ライン５０６は時間０で取得した光学的走査の平均を示し、その一方で、時間０から３０分後に取得した光学的走査の平均を示す。典型的に、集光ビームが、光学的ウインドウ５０３と皮膚５０４の間の境界に当たる。ピーク５１０及び５１１で示すように、信号の鋭い上昇即ちピークが作られる。そして、ピーク５０８及び５０９で示すように、表皮と真皮の層間の境界にビームが当たると、ビームが皮膚５０４を通過して再上昇を始めると信号が低下する。ビームが希望の深さに達して、センサーに戻り始めると、信号が再低下して、低下を続ける。
【００２４】
図５Ｂに示すように、皮膚５０４とセンサーの光学的ウインドウ５０３の間で一定の光学的接触が維持されているけれども、時間０のピーク５０８から時間０＋３０分のピーク５０９まで時間をかけて上昇する真皮と表皮の層の境界でのピークにより示されているように光学的信号が時間と共に変動している。しかしながら、光学的ウインドウ５０３と皮膚５０４の間の境界でのピークは時間０でのピーク５１０から時間０＋３０分のピーク５１１に時間と共に低下している。この信号強度の変化は図５Ｃに５１２として示すように、光学的ウインドウ５０３と皮膚５０４の境界で汗と皮膚のオイルが蓄積することにより生じた光学的境界での徐々の変化によるもので、それは、光学的ウインドウ５０３から皮膚５０４へ効率的に移動するために入射光５０１の光学的移行として役立つ。さらに、汗と皮膚のオイルの蓄積は皮膚の光学的粗度を滑らかにする。光学的ウインドウ５０３と皮膚５０４の間の屈折率は時間と共に皮膚により生じる汗、オイル、及び他の流体により安定するか又は平衡値に達する。このプロセスは６０−９０分間上昇する可能性がある。不幸にも、この長期間に亘るこれらの信号強度の変化はＯＣＴ信号と共に生じる変化を完全に隠すことがある。それゆえ、血糖値の変化に対するＯＣＴ信号の変化の正しい相関関係を妨げる。これは「ＯＣＴベースの血糖モニターのデータの換算と校正のための方法」と題する特許文献３及び４で論じられている。それゆえ、時間をかけて実施した複数の走査はその皮膚の同じ横方向の位置からの信頼できる測定を行うことはできない。さらに、信頼でき、且つ、再現性のある結果を得るために、患者は皮膚の上にセンサーを置き、、それを用いるまで６０−９０分間待つように求められる。これは効率的でないセンサーを作ってしまう。
【００２５】
それゆえ、上記の欠陥を克服して、血糖値及び他の生理学的効果を測定するための光学的センサーの必要性が存在する。
【発明で解決しようとする課題】
【００２６】
本発明の一実施例に基づくと、光の平行ビームを用いる光学的センサーに接続されたＯＣＴベースの干渉計を含み、安定していて，再現性のある光学的境界を発生するためのシステムで、皮膚の種々の横方向の位置に平行ビームを送るために２個のくさび形プリズム、接着剤を用いて皮膚表面に接着した使い捨て光学レンズ装置から成り、その場合、使い捨て光学レンズ装置は集光レンズ及び皮膚との直接の境界となる光学的ウインドウから成る。代わりに、皮膚表面の種々の横方向に光ビームを移動させるために２軸に沿って振動する傾斜ミラーを用いて良い。
【００２７】
使い捨て光学レンズ装置を用いることにより、患者はセンサーを光学レンズ装置の上に置いて、指示値を読取り、センサーを外して、光学レンズ装置を自身の皮膚に例えば腕に残したままにしうる。後に別の表示値を読取る時に、同等の光学的走査を得るために、患者は単に光学レンズ装置にセンサーを再取付けするだけで、センサーの横方向の位置が同じことが保証される。ある時点で、患者は使い捨て光学レンズ装置を取外し、それを他で更新するためにのみ廃棄する。それで、その使い捨て光学レンズ装置は種々の材料で、例えば、例えば、ガラス、プラスチック又は他の重合材料から作られ、各患者の必要性に基づいて特注しうる。さらに、コンピューターも光学的センサー及び（又は）干渉計を接続できる。その場合、コンピューターはセンサー・データを処理して、血糖値のような生理学的データを作る。
【００２８】
従って、１実施例が、患者の皮膚に光学的システム（例えば、ＯＣＴ干渉計システム）を結合するためのレンズ・アセンブリーに注目している。アセンブリーは１回以上の使用後に使い捨てるのに適している。そのアセンブリーには光学的システムから送られた光を向けるための集光レンズのようなレンズを含めることができる。光学的ウインドウも含めることができる。それは、患者の皮膚に押付けるように構成できる。そのウインドウは集光された光を通過させることができる。光学的ウインドウを台座形に形成できる。又は、Ｐｅｔｚｖａｌ面を有するようにできる。これは特別のレンズに対応できる。レンズ、光学的ウインドウ又はその両方を、ウインドウを通って反射して戻る光の光学的パワーを強化するように構成できる。光学的ウインドウがそのように構成された時、それは又反射を補償するＰｅｔｚｖａｌ面として適合できる。屈折率の不一致の影響を低減するために、及び（又は）光学的面粗度の影響を低減するために、皮膚に接触する媒体を光学的ウインドウ上に配置できる。
【００２９】
さらにアセンブリーには、レンズ及び（又は）光学的ウインドウを保持するための装置を含めることができる。例えば、レンズと光学的ウインドウをお互いに事前決定された距離離して保持できる。装置は患者の皮膚に接着剤を用いて取付けるように構成できる。さらに、例えば、装置又はレンズ・アセンブリーの他の部分に取付けられた１以上のコネクターを用いることにより、その装置を取外し可能に取付けることができる。
【００３０】
上記のように、複数の走査が単一のセンサーを用いて行われ、それにより、共に平均化してＯＣＴベースのシステムに関連するスペックルを低減又は除去しうる。回転する２個のくさび形プリズムの種々の厚みにより作られた平行ビームの光学的経路長の変動を考慮して、得られた走査データが操作される。本発明の実施例に基づき、光学的経路長の変動を解決するための方法には、以下のステップをふくめる：（ｉ）センサーにより取得した第一の走査の、光学的ウインドウと患者の皮膚の間の境界を代表する第一のピークの位置決めをすること、（ｉｉ）１回の使用中に行われたその後の各走査で第一のピークの位置決めをすること、（ｉｉｉ）第一の走査のピークに対してその後の走査で第一の各ピークを正規化すること。さらに、その方法は以下のステップを含む：（ｉｖ）平均化した走査結果を生じるように正規化した走査を平均化すること、ピークの位置決めをするために、Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｐｅａｋ  ｆｉｔｔｉｎｇ  及び  ｓｅｃｏｎｄ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ  ｒｅｓｉｄｕａｌ  ｍｅｔｈｏｄｓのようなアルゴリズムが、本発明の分野で用いられ、又、良く知られている。
【００３１】
本発明の別の実施例では、光学的経路長の変動を解決するために、より時間的効率が高い方法を示している。その方法には以下のステップが含まれる：（ｉ）信号の強度内でピーク・しきい値・トリガーを設定すること、（ｉｉ）信号がしきい値トリガーに当たるまで真のデータ取得を控えること。．信号がしきい値トリガーに達すると、システムが走査データを集め始める。そこで種々の光学的態勢が種々のしきい値トリガーを必要とする。ここで、光学的態勢は光学的センサー内のくさび形プリズムの角度により異なる。しかしながら、しきい値トリガーを最適化するために、少なくとも１０ｄｂの差がしきい値トリガーと第一のピークの強度の値の間に存在する。この場合、信号の強度がデシベルで測定される。例えば、第一のピーク測定値が６０ｄｂである場合、しきい値トリガーが５０ｄｂ以下に設定される。さらに、信号強度の上昇が始まり、集光ビームが光学的ウインドウに当たるまで、信号により作られた最高のノイズ・ピークよりも上に、しきい値トリガーを設定しうる。例えば、最高のノイズ・ピークが３０ｄｂで、第一の強度ピークが６０ｄｂに達した場合、しきい値トリガーが３０ｄｂから５０ｄｂの間に設定するのが好ましい。最も有用なデータの取得が、典型的に、（皮膚内の真皮層内の）深さ約１５０ミクロンから始まるので、又、第一の信号ピークの上昇近くにしきい値トリガーを設定することにより、強度の第一のピークが典型的に深さ約２０ないし３０ミクロンで生じるので。光学的経路長の不一致が光学的センサー系統のコーヒーレンス長の半分未満になり、それは干渉計の解像度未満である。
【００３２】
光学的センサー系統のコーヒーレンス長はその系統の深さ方向の解像度の尺度であり、例えば、スーパールミネセント・ダイオードのようなその系統の光源の帯域に広く逆関連である。それで、光源の帯域が拡大するので、系統のコーヒーレンス長は縮小する。従って、その系統の深さ方向の解像度が改善する。光学的センサーと皮膚の境界は比ピーク強度値例えば６０ｄＢであり、ピークの幅は光学的センサー系統のコーヒーレンス長例えば３０ミクロンである。しかしながら、深さ方向の各走査の場合、光学的センサー／皮膚の境界のピークは必ずしも深さの正確な位置に生じない。即ち、ピークの位置は、深さ数ミクロンだけ偏る。例えば、しきい値トリガーが信号のピーク強度の値に近い値に設定された場合、各深さ方向の走査に対する各ピーク値の位置の偏りが一部のコーヒーレンス長より大きくできない。光学的系統の解像度より低くなる。それゆえ、偏りはセンサーにより集められたデータに影響しない。又、深さ方向の走査はスペックルを低減するために、又、正確なセンサーの指示値を生じるために、深さ方向の走査は平均化される。
【００３３】
実施例の一側面に基づくと、光学的センサー系統が、集光ビームが特定の構成機能に達すると、データを取得するように設定される。例えば、集光された光が皮膚と光学的ウインドウの間の境界に達すると、光の強度に対応してしきい値トリガーが設定される。それは、例えば、０．５ミリメートル（ｍｍ）の深さで生じる。それゆえ、光学的ウインドウ／皮膚の境界で６０ｄＢの強度を生じる場合、しきい値トリガーが５０ｄＢの値に設定される。それゆえ、光学的ウインドウ／皮膚の境界が、深さ方向の走査を平均化するために、深さ方向の各走査のための基準点になる。
【００３４】
本発明の別の実施例に基づくと、回転すると２個のくさび形プリズムの厚みの変化により、深さスケールの歪みを最小限にする方法には、深さ方向又はｚ軸に沿った走査の歪みを最小限にするために、プリズムの角速度に対する深さ方向の走査レートを最適化するステップが含まれる。もし、深さ方向の走査がくさび形プリズムの角速度付近のレートで生じる場合、センサーにより行われる深さ方向の各走査が、くさび形プリズムの１回転の期間に近い期間内に生じる。上記のように、くさび形プリズムは均一の厚みでないので、又、その厚みが屈折率及び光学的経路長に影響するので、プリズムが回転すると共に、深さ方向の各走査の深さが１回の走査内で歪む。なぜなら、期間が近いか又は正確な時に１回の走査の間に光学的経路長が変化するからである。この問題を防ぐために、方法にはくさび形プリズムの角速度をある値に設定し、皮膚表面の走査点の横方向の位置が深さ方向の１回の走査でのデータ取得中の走査点の直径の１０倍（“１０Ｘ”）未満の距離を移動するステップが含まれる。この方法により、深さ方向の各走査が行われる間、光学的経路長が安定したままになる。
【００３５】
本発明の別の実施例では、光学的センサーの走査パターンを安定化するための方法には以下のステップが含まれる。：（ｉ）くさび形プリズムの角速度を深さ方向の走査レートに対して、非調和位相の値に設定すること、そうすることにより、走査領域に適合対応を実現できる。しかしながら、そのようなシステムに共通した角速度のドリフトにより、深さ方向の走査レートの調和位相にドリフトして、適合対応を失う。それゆえ、その方法はさらに以下のステップを含む。（ｉｉ）センサーの全ての読取り（即ち１５００走査）の合計時間中に２個のくさび形プリズムの角速度を変えること、（ｉｉｉ）センサーの全ての読取りの合計時間中に他のくさび形プリズムに対する各くさび形プリズムの角速度を変えること。深さ方向の走査レートに対するくさび形プリズムの長期的角速度と他のくさび形プリズムに対する各くさび形プリズムの長期的角速度の両方を変えることにより、走査面の領域の適合対応を最大限行なえる。本実施例の一側面に基づくと、ミラー・センサー内の傾斜ミラーの振動レートを変えて、両軸の動きで振動レートが、センサーの深さ方向の走査と調和しないように、方法を修正しうる。
【００３６】
本発明の別の実施例では、回転する２個のくさび形プリズムを有する光学的センサーで、２個の調和的に関連した位相信号が、１個のくさび形プリズムと関連した１個の位相信号が他のくさび形プリズムと関連する１個の位相信号の時間が他のくさび形プリズムと関連する位相信号の時間より数倍長く、かつ、両方の位相信号が深さ方向の走査レートの非調和値である限り、各くさび形プリズムの角速度を変えるのに用いられる。例えば、もし、２．０Ｈｚと０．０２Ｈｚがくさび形プリズムの長期的に維持された角速度であれば、又、深さ方向の走査レートが５７Ｈｚであれば、問題は最小限になり、走査パターンの適合対応が最大限になる。その実施例がくさび形プリズムの角速度を変えるための多くの方法を含んでいる。例えば、鋸歯の波形、正弦波、三角波等である。
【００３７】
本発明の他の実施例では、皮膚領域に出入りする光量を最適化する方法には、光学的ウインドウの底面にドーム形を組込むことにより上記の使い捨て光学レンズを修正することが含まれる。ドーム形は、集光レンズのためのＰｅｔｚｖａｌ面を提供し、その後に、集光ビームの入射角を高めることにより光軸から焦点の偏りを生じる焦点移動の変形を生じるように設計できる。それゆえ、Ｐｅｔｚｖａｌ面は非点収差又はフィールド彎曲収差を正すことができる。そうしなければ、最終的にセンサーに達する光に影響する。Ｐｅｔｚｖａｌ面は皮膚と使い捨て光学的ウインドウの間に置くことができる。さらに、Ｐｅｔｚｖａｌ面は、深さ方向の走査の周辺で皮膚への局部的圧力を安定化することにより、使い捨て装置と皮膚の間の境界も改善できる。平坦な光学的ウインドウの場合、皮膚への圧力が比較的広い面積の光学的ウインドウと皮膚との全境界に亘って広く分散される。この広い圧力分散はセンサーの光学的結合効率を低下する。従って、Ｐｅｔｚｖａｌ面のドーム形は走査が行われるドームの中心に向けて皮膚組織上に圧力を集中する。それは、センサーの光学的結合効率を最適化する。
【００３８】
本発明の他の側面によれば、台座形は光学的ウインドウの皮膚境界側に組込まれ、台座の高原状端部に沿って圧力を分布することにより、深さ方向の走査の周辺で皮膚上の局部的圧力を安定化させる。それにより光学的接触を改善する。
【００３９】
Ｐｅｔｚｖａｌ面は皮膚上の焦点維持が容易で光軸のぼやかしを低減し、領域の走査の全ての点で、皮膚に出入りする捕捉光の均一性を最大限にする。Ｐｅｔｚｖａｌ面を用いて、集光ビームが皮膚の面に当たると、Ｐｅｔｚｖａｌ面の回りを包む皮膚により光軸に沿って利用できる深さで同じ距離を維持するだけでなく、光の最高効率を提供することに集光し、最大化する。Ｐｅｔｚｖａｌ面のサイズは使い捨て装置の集光レンズの設計の関数である。深さ方向の解像度と光学的集光効率の両方がＰｅｔｚｖａｌ面上の焦点を維持することにより最適化される。
【００４０】
本発明の別の実施例に基づくと、センサーと皮膚表面の間の光学的境界を改善するための方法には、この光学的境界で屈折率が合致する媒体を用いるステップが含まれている。その場合、媒体が光学的境界を改善し、安定化して、センサーから皮膚を通過する最適量の入射光に対する光学的移動をさせる。広範囲の媒体が使用でき、それぞれが種々の光学的特性及び粘性を有している。例えば、グリセリン、食塩水、鉱油のような流体、医療用ゲル又はゲル・モルスキンのようなゲル、又は、接着タイプの材料で、その媒体の屈折率が使い捨て装置の屈折率を下回る限り良い。好ましくは、屈折率が合致する媒体が皮膚上の薄い適合した被膜及び関連する使い捨て部の境界を提供し、皮膚の光学的粗さを滑らかにし、皮膚に入る入射光の損失を低減する。屈折率が合致する媒体を用いることにより使い捨て部と皮膚の境界を安定化するために、患者が６０−９０分待つ必要が無くなり、いつでもＯＣＴセンサーを皮膚に接着された使い捨て光学レンズ装置に接続するだけで使用できる。
【００４１】
さらに、屈折率が合致する媒体が皮膚の相対的粗度を滑らかにする。その場合、皮膚面で集光ビームを散乱させることがある。従って、屈折率が合致する媒体が皮膚を被覆し、皮膚面の光学的粗度を低減し、それにより、皮膚を出入りする光の強度を最適化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明は、添付の図面との関連で、以下に示す好ましい実施例の詳細説明から容易に理解しうる。
【００４３】
図６Ａは、本発明の実施例に基づき血糖値測定を行うための光学的走査装置のシステム、又は、センサー・システムを示す。特に、図６Ａのセンサー・システムには、Ｐｅｔｚｖａｌ面６０９を用いて使い捨て光学レンズ装置６０８に取付けられた２個のくさび形プリズム・センサーのハウジング６１４が含まれる。図６Ａで、センサー・システム６０１は、センサー・ハウジング６１４を含み、そのハウジングはコネクター６０７で光源に接続したコリメータ−６０２を含む。この場合、光源は平行光６０３を生じる。コネクターの一例は光ファイバー・ケーブルである。平行光６０３は固定ミラー６０４に当たり、その固定ミラーは平行光６０３を９０度の角度まで曲げる。平行光６０３は回転する２個のくさび形プリズム６０５を通って、センサー６０１の光軸から平行光６０３の角度を偏らせる。偏りの量は、くさび形プリズム６０５が回転すると平行光６０３が通過する各くさび形プリズム６０５の厚みに基づく。そして、平行光６０３が集光レンズ６０６を通過し、平行光６０３を収束光６１２に結合する。収束光６１２を焦点面及び焦点６１１に焦点を絞りやすい。そして、収束光６１２が使い捨て光学装置６０８を通過する。使い捨て装置６０８は、センサーと皮膚面６１０の境界を設けていて、集光レンズ６０６から焦点面までの距離設定が容易である。その焦点面は、皮膚面６１０と光学的ウインドウ６０９の境界を焦点面に位置決めすることにより、皮膚面６１０で固定される。光軸から外れると、焦点６１１が曲がった経路をたどるので、使い捨て装置６０８の底面に取付けられるのは、Ｐｅｔｚｖａｌドーム６０９であり、それは光学的ウインドウとして機能し、皮膚６１０の表面上の焦点６１１に集光する。図６Ａに示すようにＰｅｔｚｖａｌ面６０９は使い捨て装置６０８の底面に取付けられた物理的に別個の要素である。代わりに、Ｐｅｔｚｖａｌ面６０９は使い捨て装置６０８と同じ材料から一体に形成される。ある場合に、集光レンズ６０６は使い捨てレンズ・アセンブリーの一部にでき、そのレンズ・アセンブリーは使い捨て装置６０８と光学的ウインドウ６０９（例えば、Ｐｅｔｚｖａｌドーム）も含む。この構成は、光が焦点に集まらない時、結合された走査システムからの光が空間制御の精度が高くする必要がないという利点がある。ドーム６０９と同様に、レンズは装置６０８に取付けられた別個の要素としても、又は、その上に一体成形できる。他の場合に、使い捨てレンズには集光レンズを含めず、そのレンズは、走査システムの一部として、又は、使い捨てレンズ装置に結合できるシステムの他の光学的要素としうる。コンピュータのようなデータ収集装置がコネクター６０２を介してセンサー・ハウジング６１６に接続しうる。
【００４４】
図６Ｂでは、干渉計、受光器、復調器、及び、光源を最小にして、６１５として示すように、コネクター６０７を介してセンサー・ハウジングに直接接続し、センサーを干渉計の「サンプルアーム」にする。さらに、干渉計６１５をコンピューター６１６に接続して、センサーのデータをダウンロードして、そのデータを処理して血糖値、又は、他の生理的指示値を得る。
【００４５】
図６Ａでは、使い捨て光学レンズ装置６０８が集光レンズ６０６とＰｅｔｚｖａｌ面６０９を含み、例えば、シアノアクリレート、又は、３Ｍ医療用接着剤のような医療用接着剤のような局所的接着剤を用いて皮膚６１０上に取付け、放置する。そして、センサー・ハウジング６１４をコネクター６１３で使い捨て装置６０８を取付ける。患者は血糖値の読取りを完了すると、患者はセンサー・ハウジング６１４を取外し、皮膚に取付けていた使い捨て装置６０８はそのままとする。それにより、次の血糖値の読取りについて、それは一定時間後、多分食事後に行われるが、同等の結果を得るために、以前の読取りと同じ位置にセンサー・システムを配置されることについて、患者は心配する必要がない。代わりに、患者は血糖値の読取りを希望する時にはいつでもコネクター６１３を用いて、使い捨て装置６０８にセンサー・ハウジング６１４を取付けるだけでよい。そして、使い捨て装置６０８は取り除かれ、その日の終わりに廃棄される。例えば、次の日に新しい使い捨て装置６０８と交換しうる。代わりに、患者は継続的な血糖値の読取りを認めるために、長期間、使い捨て装置６０８に取付けられたセンサー・ハウジング６１４を取付けたままにしうる。
【００４６】
図７Ａ及び７Ｂは本発明の実施例に基づく使い捨て光学レンズ装置を示す。図７Ａに示すように、平行光６０３は集光レンズ６０６を通過して結合して収束光６１２になり、使い捨て光学装置６０８を通過する。収束光６１２は焦点面上の焦点６１１に収束する。その焦点面は使い捨て装置６０８の底面に取付けられたドーム形のＰｅｔｚｖａｌ面６０９により捕捉される。Ｐｅｔｚｖａｌ面６０９は焦点６１１が皮膚６１０を出入りする光の量を最適化するために皮膚境界に残るようにする。図７Ｂは本発明の実施例に基づき、使い捨て光学装置６０８の類似設計だが、台座形光学的ウインドウ６０９を用いている。
【００４７】
図７Ｃ及び７Ｄはそれぞれ本発明の別の実施例に基づくレンズ・アセンブリーの上面図と側面図を示す。アセンブリー７００にはレンズ７０６、取付具７０１，光学的ウインドウ７０９を含む。アセンブリー・ボデー７０８を使用して、レンズ７０６、取付具７０１，光学的ウインドウ７０９を取付けられる。取付具７０１はアセンブリー７００を着脱可能に光学系に結合して、レンズ７０６を叩く光（例えば、平行ビーム）を生じるのに用いられる。皮膚接触部材７２０は接着剤を用いて皮膚に接着するパッチとして、又は、他の取付機構を用いて機能できる。図７Ａ及び７Ｂに示す装置のように、光学的ウインドウを、ドーム形（例えば、Ｐｅｔｚｖａｌ面を有する）にでき、又は、台座形（例えば、アセンブリーの他の部分に接触する面よりも皮膚への接触面を小さくする）としうる。
【００４８】
ここで示すように、種々の実施例がＰｅｔｚｖａｌ面を用いた光学的ウインドウを使用している。言い替えると、光学的ウインドウは、光学的ウインドウに達する前に、種々の方向から集光レンズを叩く光ビームの焦点を実質的にたどる面を用いて設計できる。それゆえ、Ｐｅｔｚｖａｌ面の形状は集光レンズの質による。本出願書では、“Ｐｅｔｚｖａｌ”の用語は、実質的にＰｅｔｚｖａｌ状である物体を含む。（例えば、Ｐｅｔｚｖａｌ面になるように製造された面であるが、製造上の公差又は他の取扱いの欠陥のような要因からの小さな不完全部を有することがある）
【００４９】
ある実施例で、光学系（例えば、レンズ・アセンブリー）の部分が反射後に光学的ウインドウを通って戻る光のパワーを高めるように構成できる。以下の説明で、我々は、Ｐｅｔｚｖａｌ面の使用が無くても、そのような側面を実施できることを明らかにすることにより、Ｐｅｔｚｖａｌ面の変更に関するそのような実施例の側面を論じている。図８Ａは、平行光８３０が集光レンズ８２０を通過し、光学的ウインドウ面８４０の上に集光するレンズ・アセンブリーを示す。平行光８３０がレンズ８２０の中心軸８２１から離れて通るので集光の軸８３１が中心軸８２０と一致しない。さらに、集光の軸８３１と面３４０の接線８４１の交点で直角を形成しない。結果として、光の一部が第一の光路から反射又は屈折で離れ、光のパワー損失を生じる。
【００５０】
角度による反射又は屈折の損失の影響を低減することにより、戻り信号のパワーを高めるために、レンズ、光学的ウインドウ又はその両方の要素を、集光軸が光学的ウインドウの接線に垂直になるように形成できる。これは図８Ｂに示されている。この図では、平行光８３５がレンズの光軸８２６から離れるようにレンズ８２５を通る。集光の軸８３６と面８４６への接線がその交点で直角になるように、焦点の光が光学的ウインドウの面８４５に向けられる。結果として、光学的ウインドウの面が、戻り光の信号パワーの損失を生じる角度のずれによる反射又は屈折の効果を生じない。
【００５１】
上記の効果を実現するために修正されたＰｅｔｚｖａｌ面は、反射補償のＰｅｔｚｖａｌ面としてここでは知られている。一般に、本出願書の教示を与えれば、当業の技術者であれば、システムのために適当な焦点距離を選択し、それに応じて、レンズと光学的ウインドウの構成を選択することにより、これらの効果を実現できるレンズ・アセンブリーを設計できる、しかしながら、固定レンズの設計又は光学的ウインドウの設計を与えてそのようなシステムを設計すること、及び、戻り光のパワー増強を実現するためにウインドウ又はレンズのそれぞれについて修正することも可能である．他と共にこれらの変更は本発明の範囲内であると想定されている。
【００５２】
図９は、血糖値測定のための光学的センサー・システム６０１を用いる例示的方法を示す。方法のステップは必ずしも示されている順序である必要はない。そして、いくつかのステップは基本的に同時に行われて良い。ステップＳ８０１で、血糖値の読取りが行われる場所で、皮膚６１０の領域上にグリセリンのような屈折率が合致する媒体を置くか、こすりつける。屈折率が合致する媒体の使用が、皮膚６１０を出入りする光の量を最適化するために患者の皮膚６１０とＰｅｔｚｖａｌ面６０９の材料の間の屈折率一致を容易にする。又、皮膚面６１０と平衡状態に達するためにＰｅｔｚｖａｌ面６０９に必要な時間を加速する。例えば、もし、Ｐｅｔｚｖａｌ面６０９に用いられる材料が１．５の屈折率を有し、又、患者の皮膚６１０は１．３の屈折率を有する場合。屈折率が合致する媒体無しに、皮膚に入る収束光６１２の一部が皮膚６１０の屈折率が低いことにより失われる。従って、全てではないが皮膚６１０を出た光が屈折率が低いことによりデータ喪失を生じる。屈折率が合致する媒体を用いることにより、この例では１．４の屈折率で、媒体がＰｅｔｚｖａｌ面６０９と皮膚６１０の間で収束光６１２に対する光学的移行を生じる。その収束光が皮膚６１０を出入りする光の量を高める。屈折率が合致する媒体無しで、患者はセンサーのデータ収集皮膚を最適化するために、使い捨て部材が置かれる領域で皮膚が汗と他の皮膚オイルを生じるために６０ないし９０分以上待たなければならない。代わりに、又は、付加的に、皮膚接触媒体が、境界間の接触を高めるために皮膚又は他の境界のギャップ及び穴に充填することにより、光学的表面粗度の影響を低減するように機能しうる。
【００５３】
ステップＳ８０２で置かれた媒体により、患者は屈折率が合致した媒体が置かれる領域に、使い捨てレンズ装置６０８を接着しうる。シアノアクリレート又は医療用接着剤のような通常接着剤を使用して、固定しうる。ステップＳ８０３で、患者が、使い捨て装置６０８が固定されていると感じた場合、患者はコネクター６１３を用いて使い捨て装置６０８にセンサー・ハウジング６１４を結合する。
【００５４】
ステップＳ８０４で、センサー診断部が、４５ｄＢのしきい値トリガーが事前設定されていることを検証し、走査を正規化し、又、回転するくさび形プリズム６０５により生じた走査の光学的経路長の変化を、従って、回転中の各くさび形プリズム６０５の厚み変化を解明する。ステップＳ８０５で、センサー診断部が、各くさび形プリズム６０５の角速度が、各集光された走査スポットの横方向の位置が、深さ方向の走査のデータ取得中の集光された走査スポットの直径の１０倍未満の移動であるように値を事前設定されていることを検証する。例えば、集光された走査スポットのサイズが直径２０ミクロンを有する場合、角速度は、集光されたビーム６１１が深さ方向の走査中に２００ミクロンを超えて横方向に動かないような値に設定されている。各くさび形プリズム６０５の角速度をそのような値に設定することにより、回転すると、くさび形プリズム６０５の厚みの変化により生じる各走査の深さスケールの歪みを最小限にする。しきい値トリガー、深さ方向の走査レート及び角速度が事前設定されて、は最適化され、センサー・システム６０１に組込まれる。
【００５５】
ステップＳ８０６で。患者が皮膚６１０の走査を始めるために、センサー・システム６０１を設定する。しきい値トリガーはステップＳ８０４で、４５ｄＢに設定されるので、センサー・システム６０１により生じる光学的信号の強度が４５ｄＢの値に達するまで、センサー・システム６０１は走査データを蓄積しない。好ましくは、しきい値は信号により生じた最高のノイズ・ピークより高いが、皮膚６１０と使い捨て装置６１４の間の境界での強度ピークより少なくとも１０ｄＢ低い。
【００５６】
ステップＳ８０７で、センサー・システム６０１が多数の走査を、好ましくは約１５００回の走査を完了すると、センサー・ハウジング６１４を使い捨て装置６０８から取外す。又は、代わりに、センサー・ハウジング６１４を残して、別の血糖値の読取りを開始する。使い捨て装置６０８を患者の皮膚６１０に接着したままにする。そして、走査データは、干渉計６１５に接続したコンピューター６１６により操作される。しきい値トリガーが用いられるので、取得した全ての走査を時間０と同等の信号強度を４５ｄＢで開始する。従って、ステップＳ８０８で、走査を平均して、センサー６０１と関連するスペックルを低減する。ステップＳ８０９で、平均化した走査データは特許文献３及び４に記されているようなアルゴリズムを用いて走査される。食後のような後刻に、患者はセンサー・ハウジング６１４を使い捨て装置６０８に再取付をして、他の血糖値を測定する。
【００５７】
代わりに、センサー・システム６０１はステップＳ８０４でしきい値トリガーの設定を用いないように設計され，データを取得すると、走査を正規化する。例えば、センサーはステップＳ８０７で血糖値の読取りを完了すると、ステップＳ８１０でセンサー・システム６０１のコンピューター６１６を例えばＧａｕｓｓｉａｎ  ｐｅａｋ  ｆｉｔｔｉｎｇのようなピーク位置決めのアルゴリズムに、第一のピークを位置決めするための第一の走査に適用する。ステップＳ８１１で示すように、ステップＳ８１０が完了するとピーク位置決めアルゴリズムをそれぞれの連続的走査に適用する。Ｓ８１２で、走査をお互いに平均化するために、時間０での各ピークの位置を実質的に指定することにより第一の走査に対して、連続的走査を深さで正規化する。それで、回転時のくさび形プリズム６０５の厚みの変化による光学的経路長の歪みを除去する。
【００５８】
図１０はセンサー６０１の走査パターン６０１を安定化するための例示的方法を示していて、図１０Ａと関連させて論じている。図１０Ａは、センサー・システム６０１の２個のくさび形プリズム６０５の角速度の変化を図示している。血糖値を測定するためにセンサー・システム６０１を用いる時、第一のくさび形プリズム６０５が毎秒２．１回転（“ｒｐｓ”）の割合で回転を始める。それは図１０Ａで１００１として示されているように、ステップＳ９０１では２．１Ｈｚに相当する。同様に、ステップＳ９０２では、第２のくさび形プリズム６０５が１００２で示すように１．３Ｈｚのレートで、回転を始める。ここで、２．１Ｈｚと１．３Ｈｚはお互いに積分ではない。そして、センサー・システム６０１はステップＳ９０３で３０Ｈｚのレートで深さ方向の走査を実施し始める。３０Ｈｚの積分が２Ｈｚである（即ち２×１５＝３０）。さらに、３０Ｈｚの別の積分が１．５Ｈｚである（即ち、１．５×２０＝３０Ｈｚ）そして、くさび形プリズム６０５が３０Ｈｚの非積分であるレートで回転を始めるけれども、両方のくさび形プリズム６０５の角速度１００１、１００２が２．１Ｈｚと１．３Ｈｚのままであれば、角速度は２．０Ｈｚ、及び、１．５Ｈｚに向って漂流し、それにより、３０Ｈｚの積分になり、皮膚６１０の走査パターン領域での適合対応が阻止される。
【００５９】
角速度が深さ方向の走査レートの積分になり、その積分レートのままになるのを阻止するために、図１１Ａに示すように、深さ方向の走査レートに関連して、又、各くさび形プリズム６０５に関連して、両方のくさび形プリズム６０５の角速度１００１、１００２が時間的に変動する。ステップＳ９０４で、センサー・システム６０１が深さ方向の走査を実施し続けると、第一のくさび形プリズム６０５の角速度１００１が変動する。図１１Ａで、第一のくさび形プリズム６０５の角速度１００１が正弦波になり、２．５Ｈｚから１．７Ｈｚまで、６５００ミリ秒又は６．５秒の期間に亘って振動する。ステップＳ９０５で、第二のくさび形プリズム６０５の角速度１００２が変化するが、図１１Ａに示すように、第一のくさび形プリズム６０５の角速度１００１とは無関係である。図１１Ａでは、第二のくさび形プリズム６０５の角速度１００２が正弦波であり、１．５５Ｈｚから１．１Ｈｚまで、５２５０ミリ秒又は５．２５秒の期間に亘って振動する。それゆえ、両方のくさび形プリズム６０５の角速度が変動中に３０Ｈｚの調波に当たるけれども、速度変化の前に、１個又は２個の深さ方向の走査に対して角速度は３０ｒｐｍの積分のままに過ぎない。それにより、深さ方向の走査データの積分である角速度により深さ方向の走査データの損失を最小限にする。結果は、ステップＳ９０６に示すように、その結果以内で僅かな重なりを最小限にして皮膚６１０の走査された面のランダムで、等角のマッピングである。
【００６０】
図１１Ｂは、センサー・システム６０１の深さ方向の走査レートに対して、又、各くさび形プリズム６０５に対して、時間的にくさび形プリズム６０５の角速度を変えた結果を示す。深さ方向の走査レートと、くさび形プリズム６０５の角速度の間で作られる調波位相の可能性を最小限にすることにより、走査された皮膚６１０の領域の適合対応が最適化され、各ドットが皮膚６１０上の個々の深さ方向の走査の位置を代表している。
【００６１】
現在、本発明は好ましい実施例であると想定されたことについて示されているけれども、本発明は開示された実施例に限定されないことを理解すべきである。その逆で、本発明は添付された請求項の精神と範囲の中に含まれた種々の修正及び同等の装置に対応することを意図している。以下の請求項の範囲は、そのような修正及び同等の構成及び機能を全て含むように最も広い解釈に基づくべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例に基づく二個のくさび形プリズムが回転する光学的走査装置を示す。
【図２】本発明の実施例に基づくミラー・ベースの光学的走査装置を示す。
【図３】回転するくさび形プリズムによる光学的走査装置により走査された物体の相対位置が、くさび形プリズムの向きでどのように変化するかを図的に示す。
【図４Ａ−４Ｃ】本発明の実施例に基づく、１以上のくさび形プリズムの角速度と、センサーの走査パターンと関連してセンサーの深さ方向の走査レートの間の関係を示す。
【図５Ａ】光学的ウインドウと皮膚表面の間の光学的境界の拡大図を示す。
【図５Ｂ】光学的信号により生じたデータへの汗と体液の影響を示す。
【図５Ｃ】光学的ウインドウと皮膚表面の間の光学的境界での汗と体液の影響の拡大図を示す。
【図６Ａ】本発明の実施例に基づく光学的センサーシステムを示す。
【図６Ｂ】本発明の実施例に基づく光学的走査システムを示す。
【図７Ａ】本発明の実施例に基づく使い捨て光学レンズ装置のためのＰｅｔｚｖａｌ面の設計を示す。
【図７Ｂ】本発明の実施例に基づく使い捨て光学レンズ装置のための台座面の設計を示す。
【図７Ｃ】本発明の実施例に基づくレンズ・アセンブリーの上面図を示す。
【図７Ｄ】図７Ｄに示したレンズ・アセンブリーの側面図を示す。
【図８Ａ】反射又は屈折の損失を生じうるレンズ及び光学的ウインドウ面の略図を示す。
【図８Ｂ】本発明の実施例に基づく戻り光のパワー損失を低減するように構成されたレンズ及び光学的ウインドウ面の略図を示す。
【図９】本発明の実施例に基づく血糖値を測定するために光学的走査装置を用いる方法を示す。
【図１０】本発明の実施例に基づく光学的走査装置の走査パターンを安定化する方法を示す。
【図１１Ａ】光学的走査装置の二個のくさび形プリズムの角速度の時間に対する変化を図示している。
【図１１Ｂ】本発明の実施例に基づくセンサー装置の深さ方向の走査率と比較して光学的走査装置の中の二個のくさび形プリズムの角速度を変化する効果を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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