(57)【要約】本開示は、体液関連指数および／またはその変化を算定するためのシステム、装置、および／または方法を提供する。本開示は、特に組織に関連する体液指数に対応する全身の指数と関連付けるためのシステム、装置、および／または方法をさらに提供する。本開示は、そのような指数を算定し、体液平衡の維持および／または回復に関連する診断および／または治療的介入を容易にするためのシステム、装置、および／または方法も提供する。この方法は、少なくとも１つの波長の光を光源から着目組織部位に向けて放射することを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者における細胞外水指数を算定する方法であって、
少なくとも１つの光の波長を着目組織部位に向けて放射することであって、該放射光の一部は該着目組織部位によって反射されることと、
該着目組織部位によって反射された該光の少なくとも１つの波長を該着目組織部位から約１ｍｍ−約５ｍｍの位置から検出することと、
少なくとも１つの波長から成る光を参照組織部位に向けて放射することであって、該放射光の一部は該参照組織部位によって反射されることと、
該参照組織部位によって反射された該光の少なくとも１つの波長を該参照組織部位から約１ｍｍ−約５ｍｍの位置から検出することと、
該着目組織部位から検出された反射光および該参照組織部位から検出された反射光を処理し、該細胞外水指数を計算することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記細胞外水指数は、血管内水分率ｆｗＩＶ、間隙水分率ｆｗＩＳ、細胞外水分率ｆｗＥＣ、水分平衡指数Ｑ、およびそれらの組み合わせから成る細胞外水指数の群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記細胞外水指数は、血管内水分率の変化ΔｆｗＩＶ、間隙水分率の変化ΔｆｗＩＳ、細胞外水分率の変化ｆｗＥＣ、水分平衡指数の変化ΔＱ、およびそれらの組み合わせから成る該細胞外水指数の群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記細胞外水指数は、前記被験者の全身の少なくとも一部の指数である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記細胞外水指数を対照と比較し、その比較から前記被験者の全身の前記少なくとも一部が脱水状態であるか、または水分過剰状態であるかを判断することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
脱水状態の被験者に水分補給治療を行うことをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
水分過剰状態の被験者に脱水治療を行うことをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記着目組織部位の前記静水圧は、前記参照組織部位の前記静水圧と異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記細胞外水指数をディスプレイに表示することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の検出器によって検出された前記光は、９５０−１４００ｎｍ、１５００−１８００ｎｍ、および２０００−２３００ｎｍから成る前記波長の群から選択される波長を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の検出器によって検出された前記波長の光は、１１８０ｎｍ、１１２５ｎｍ、１１６８ｎｍ、１１７０ｎｍ、１１８５ｎｍ、１１９０ｎｍ、１２３０ｎｍ、１２４５ｎｍ、１２５０ｎｍ、１２７４ｎｍ、１２７５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３３０ｎｍ、１７１０ｎｍ、１７３０ｎｍ、１７４０ｎｍ、およびそれらの組み合わせから成る前記波長の群から選択される波長を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも２つの波長から成る光が前記第１の検出器によって検出される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記波長が少なくとも１０ｎｍ異なる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の検出器によって検出された前記光は、９５０−１４００ｎｍ、１５００−１８００ｎｍ、および２０００−２３００ｎｍから成る前記波長域の群から選択される波長域内の少なくとも１つの波長を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の検出器によって検出された前記光の波長は、１１８０ｎｍ、１１２５ｎｍ、１１６８ｎｍ、１１７０ｎｍ、１１８５ｎｍ、１１９０ｎｍ、１２３０ｎｍ、１２４５ｎｍ、１２５０ｎｍ、１２７４ｎｍ、１２７５ｎｍ、１３００ｎｍ、１３３０ｎｍ、１７１０ｎｍ、１７３０ｎｍ、１７４０ｎｍ、およびそれらの組み合わせから成る前記波長の群から選択される波長を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
少なくとも２つの波長から成る光は、前記第２の検出器によって検出される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記波長が少なくとも１０ｎｍ異なる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記着目組織部位に向かう少なくとも１つの波長の前記放射光は光源からの放射光を含み、前記参照組織部位に向かう少なくとも１つの波長から成る前記放射光は該光源からの放射光を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記着目組織部位に向かう少なくとも１つの波長の前記放射光は第１光源からの放射光を含み、前記参照組織部位に向かう少なくとも１つの波長の前記放射光は第２光源からの放射光を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記着目組織部位によって反射された少なくとも１つの波長の前記光の検出は、検出器を用いて光を検出することを含み、前記参照組織部位によって参照された少なくとも１つの波長の前記光の検出は、該検出器を用いて光を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記着目組織部位によって反射された少なくとも１つの波長の前記光の検出は、第１の検出器を用いて光を検出することを含み、前記参照組織部位によって参照された少なくとも１つの波長の前記光の検出は、第２の検出器を用いて光を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記着目組織部位と参照組織部位とは、単一の連続する器官内の２つの異なる部位に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記着目組織部位と参照組織部位とは、異なる器官内に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記着目組織部位と参照組織部位とは、異なる静水圧下にある実質的に同一部位にある、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記算定は光散乱の変化および温度の変化に実質的に左右されない、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記光源は前記着目組織部位から約１ｍｍ−約５ｍｍの位置にある、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記光源は前記参照組織部位から約１ｍｍ−約５ｍｍの位置にある、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
（ａ）前記放射前に前記被験者から前記着目部位を切除すること、（ｂ）該放射前に該被験者から前記参照部位を切除すること、または（ｃ）該放射前に該被験者から該着目部位および該参照部位の両方を切除すること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記被験者は哺乳類である、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記哺乳類はヒトである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
被験者における全身細胞外水指数を算定するための方法であって、
該被験者の第１の組織部位における第１の局所的細胞外水指数を算定することと、
該被験者の第２の組織部位における第２の局所的細胞外水指数を算定することと、
該第１および第２の局所的細胞外水指数を処理し、全身の細胞外水指数を算出することと
を含む、方法。
【請求項３２】
前記第１の組織部位は皮膚を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の組織部位は皮膚を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の局所的細胞外水指数の算定は、生体インピーダンス、経上皮水分喪失、粘弾性、赤外線、磁気共鳴、超音波、またはそれらの組み合わせを測定することを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２の局所的細胞外水指数の算定は、生体インピーダンス、経上皮水分喪失、粘弾性、赤外線、磁気共鳴、超音波、またはそれらの組み合わせを測定することを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記細胞外水指数は、血管内水分率ｆｗＩＶ、間隙水分率ｆｗＩＳ、細胞外水分率ｆｗＥＣ、水分平衡指数Ｑ、およびそれらの組み合わせから成る細胞外水指数の群から選択される、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記細胞外水指数は、血管内水分率の変化ΔｆｗＩＶ、間隙水分率の変化ΔｆｗＩＳ、細胞外水分率の変化ΔｆｗＥＣ、水分平衡指数の変化ΔＱ、およびそれらの組み合わせから成る該細胞外水指数の群から選択される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記全身の細胞外水指数をディスプレイに表示することをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１と第２組織部位とは、単一の隣接する器官内の２つの異なる部位にある、請求項３１に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１と第２組織部位とは、異なる器官内に配置される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１組織部位は、前記第２組織部位とは異なる静水圧を持つ、請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１の組織部位は、前記組織において前記第２組織部位と同一の位置ある、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記被験者は哺乳類である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記哺乳類はヒトである、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
（ａ）前記算定前に前記被験者から前記第１組織部位を切除すること、（ｂ）該算定前に該被験者から前記第２組織部位を切除すること、または（ｃ）該算定前に該被験者から該第１組織部位および該第２組織部位の両方を切除すること、をさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４６】
細胞外水指数の変化を算定する方法であって、
第１静水圧を有する組織部位において光検出器によって受信された第１光信号を測定することと、第２静水圧を有する組織部位において光検出器によって受信された第２光信号を測定することと、
該第１および第２光信号のセットから水分含有量を推定することと、
該水分含有量の推定と静水圧の差との関係を判断し、前記関係から細胞外水指数の変化を推定することと
を含む、方法。
【請求項４７】
前記第１および第２光信号は、反射率、透過率、および吸収率から成る前記光信号の群から個別に選択される、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
細胞外水指数をディスプレイに表示することをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記第１光信号は、９５０−１４００ｎｍ、１５００−１８００ｎｍ、および２０００−２３００ｎｍから成る前記波長群から選択される少なくとも１つの波長を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
前記第２光信号は、９５０−１４００ｎｍ、１５００−１８００ｎｍ、および２０００−２３００ｎｍから成る前記波長群から選択される少なくとも１つの波長を含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
第１静水圧を有する前記組織部位および第２静水圧を有する前記組織部位は、単一の連続する器官内の２つの異なる部位に位置する、請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
第１静水圧を有する前記組織部位および第２静水圧を有する前記組織部位は、異なる器官内に位置する、請求項４６に記載の方法。
【請求項５３】
前記測定は光散乱の変化および温度の変化に実質的に左右されない、請求項４６に記載の方法。
【請求項５４】
前記被験者は哺乳類である、請求項４６に記載の方法。
【請求項５５】
前記哺乳類はヒトである、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
（ａ）前記第１光信号の測定前に、前記被験者から第１静水圧を有する前記組織部位を切除すること、（ｂ）前記第２光信号の測定前に、該被験者から第２静水圧を有する前記組織部位を切除すること、または（ｃ）該第１および第２光信号の測定前に、該被験者から第１静水圧を有する該第１組織部位および第２静水圧を有する該第２組織部位の両方を切除すること、をさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項５７】
被験者の全身水分指数を算定するシステムであって、
着目組織部位における局所的水分指数を算定するように構成された局所的水分含有量プローブと、
参照組織部位における局所的水分指数を算定するように構成された局所的水分含有量プローブと、
着目組織部位における局所的水分指数を算定するように構成された局所的水分含有量プローブに操作可能に連結され、参照組織部位における局所的水分指数を算定するように構成された局所的水分含有量プローブに操作可能に連結され、着目組織部位における局所的水分指数および参照組織部位における局所的水分指数を処理し、全身の体内水分含有量指数を算出するプロセッサと
を備える、システム。
【請求項５８】
着目組織部位の静水圧を変える、組織参照部位の静水圧を変える、または着目組織部位および組織参照部位の静水圧を変えるように構成された組織圧縮器をさらに備える、請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
生体インピーダンスプローブをさらに備える、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６０】
光学分光光度プローブをさらに含む、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６１】
前記システムの少なくとも一部は、滅菌、除菌、使い捨て、取り替え、または修理が可能となるように構成される、請求項５７に記載のシステム。
【請求項６２】
被験者における細胞外水指数を算定するためのシステムであって、該システムは、
組織部位における局所的水分指数を算定するように構成された局所的水分含有量プローブと、
該プローブ、前記着目組織部位、または該プローブおよび該着目組織部位の位置情報を算定するように構成された位置情報センサと、
該局所的水分含有量プローブに操作可能に連結され、該位置情報プロセッサに操作可能に連結され、局所的水分含有量指数および位置情報を処理して細胞外水指数を算出するプロセッサと
を備える、システム。
【請求項６３】
体水分指数を算定するためのプローブであって、
着目組織部位に近接して配置され、少なくとも１つの滅菌処理された表面を有するように構成されたプローブ筐体と、
該プローブ筐体に接続され、該組織部位に対して少なくとも１つの波長の放射を行うように構成された近赤外光放射光ファイバケーブルと、
該プローブ筐体に接続され、該組織部位に対して少なくとも１つの波長の放射を受光するように構成された近赤外光検出光ファイバケーブルと、
着目組織部位の静水圧を変える、組織参照部位の静水圧を変える、または着目組織部位および組織参照部位の静水圧を変えるように構成された組織圧縮器と
を備える、プローブ。
【請求項６４】
前記プローブは使い捨て可能に構成される、請求項６３に記載のプローブ。
【請求項６５】
前記光放射ファイバケーブルからの放射、該光検出光ファイバケーブルからの放射、および前記位置情報センサからの位置情報を処理し、体液量関連指数を算出するように構成されたプロセッサをさらに含む、請求項６３に記載のプローブ。
【請求項６６】
細胞外水含有量を算定するためのシステムであって、
第１静水圧下で組織部位における水分含有量を算定するための手段と、
第２静水圧下で組織部位における水分含有量を算定するための手段と、
該第１静水圧下での該組織部位における該水分含有量、および該第２静水圧下での該組織部位における該水分含有量を処理して、細胞外水分含有量を算出する手段と
を含む、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
２００３年１０月３０日に出願された米国特許出願第１０／６９９，６１０号は、２００３年５月２０日に出願された米国特許出願第１０／４４１，９４３号の一部継続出願であり、後者の出願は、２００１年３月１６日に出願された米国特許出願第０９／８１０，９１８号であって、現在は米国特許第６，５９１，１２２号の継続出願であり、これらの出願は本願明細書に参照によって援用される。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、１つ以上の体液指数を算定および評価するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
脱水は、歯の疾患、尿路感染症、気管支−肺疾患、腎臓結石、便秘、免疫機能低下、心臓血管病変、および認知機能障害を起こす危険性の増加と関連する場合がある。体液平衡の維持は、しばしば重症患者のケアおよび治療において最も懸念されることの１つであるが、医師がこの極めて重要なタスクを支援する診断ツールを利用する機会はほとんどない。うっ血性心不全患者は、例えば、慢性全身浮腫を患う場合が多く、厳しい制限内で管理して適切な組織かん流を保ち、危険な電解質平衡異常を避ける必要がある。下痢を起こしている乳幼児の脱水は、直ちに理解され、治療が行われなければ命にかかわる可能性がある。
【０００４】
浮腫または脱水の重度を判断するための最も一般的な方法は、主観的な臨床的症状（例えば、手足の腫れ、粘膜の乾燥）の解釈、および排尿回数、心拍数、尿素窒素（ＢＵＮ）／クレアチニン比、および血中電解質レベルおよび／またはタンパク質レベルの測定によって提供される付加情報に基づく。しかし、これらの既存の単一変数アセスメントはどれも、水分保持または喪失を容易に判断するための手段を提供しない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため、侵襲性が低く、より客観的かつ正確な体液（例えば、水）指数を監視するための方法および装置が必要となる。一部の特定実施形態によると、本開示は、体液関連の指数およびその変化を算定するためのシステム、装置、および／または方法に関する。その他の特定実施形態は、本開示に基づいて、例えば特定組織における体液関連の指数に対応する全身指数と関連付けるためのシステム、装置、および／または方法にさらに関する。
【０００６】
本開示は、一部の特定実施形態によると、被験者の細胞外水指数を算定するための方法を提供し、この方法は、（ａ）少なくとも１つの波長の光を光源から着目組織部位に向けて放射することであって、放射された光の一部は着目組織部位によって反射されることと、（ｂ）光源から約０ｍｍ−約２０ｍｍ（例えば、約１ｍｍ−約５ｍｍ）の位置にある着目組織部位によって反射された光の少なくとも１つの波長を検出することと、（ｃ）少なくとも１つの波長の光を光源から参照組織部位に向けて放射することであって、放射された光の一部は参照組織部位によって反射されることと、（ｄ）光源から約０ｍｍ−約２０ｍｍ（例えば、約１ｍｍ−約５ｍｍ）の位置にある参照組織部位によって反射された光の少なくとも１つの波長を検出することと、（ｅ）検出された着目組織部位および参照組織部位からの反射光を処理し、細胞外水指数を計算することとを含む。一部の特定実施形態によると、本開示は、被験者の細胞外水指数を算定するための方法をさらに提供する。この方法は、（ａ）被験者の第１組織部位における第１局所的水分指数を算定することと、（ｂ）被験者の第２組織部位における第２局所的水分指数を算定することと、（ｃ）第１および第２局所的水分指数を処理し、全身の細胞外水分指数を算出することとを含む。その他の特定実施形態において、本開示は、細胞外水量の変化を算定するための方法を提供する。この方法は、（ａ）第１静水圧を有する組織部位において光学検出器によって受光された第１光学信号を測定することと、（ｂ）第２静水圧を有する組織部位において光学検出器によって受光された第２光学信号を測定することと、（ｃ）第１および第２光学信号のセットから液体含有量を推定することと、（ｄ）前記液体含有量の推定値と静水圧の差との関係を判断し、前記関係から細胞外水量の変化を推定することとを含む。本開示は、被験者の全身体液指数を算定するためのシステムおよび／または装置をさらに提供する。これは、着目組織部位における局所的液体指数を算定するように構成された局所的液体含有量プローブと、組織参照部位における局所的液体指数を算定するように構成された局所的液体含有量プローブと、プロセッサとを備え、このプロセッサは、着目組織部位における局所的液体指数を算定するように構成された局所的液体含有量プローブと操作可能に連結され、組織参照部位における局所的液体指数を算定するように構成された局所的液体含有量プローブと操作可能に連結され、着目組織部位における局所的液体含有量指数および組織参照部位における局所的液体含有量指数を処理し、全身の液体含有量指数を算出するように構成される。その他の特定実施形態において、被験者の体液指数を算定するためのシステムおよび／または装置は、組織部位における局所的液体含有量指数を算定するように構成された局所的液体含有量プローブと、プローブ、着目組織部位、または両方の位置情報を算定するように構成された位置情報センサと、プロセッサとを含んでよく、このプロセッサは、局所的液体含有量プローブと操作可能に連結され、位置情報プロセッサと操作可能に連結され、局所的液体含有量指数および位置情報を処理し、細胞外水指数を算出するように構成されてもよい。
【０００７】
本開示の一部の特定実施形態において、細胞外水含有量指数を算定するためのシステムおよび／または装置は、第１静水圧下の組織部位における液体含有量指数を算定するための手段と、第２静水圧下の組織部位における液体含有量指数を算定するための手段と、第１静水圧下の組織部位および第２静水圧下の組織部位における液体含有量指数を処理し、細胞外水含有量指数を算出する手段とを含んでもよい。
【０００８】
本開示の一部の特定実施例によると、体液指数を算定するためのプローブは、着目組織部位に近接して配置されるように構成されたプローブ筐体と、プローブ筐体に接続され、少なくとも１つの波長を組織部位に放射するように構成された近赤外光放射光ファイバケーブルと、プローブ筐体に接続され、少なくとも１つの波長の放射を組織部位から受光するように構成された近赤外光検出光ファイバケーブルと、組織部位（例えば、着目組織部位、組織参照部位、または両方）の静水圧を変える（例えば、増減する）ように構成された組織圧縮器とを含んでもよい。一部の特定実施形態において、プローブは、少なくとも１つの滅菌表面をさらに含んでもよい（例えば、プローブは損傷組織または雑菌の混入に敏感なその他の組織と関連する、および／または接触してもよい）。
【０００９】
本開示の一部の特定実施例は、以下の説明および添付の図面を一部参照することによって理解されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
一部の特定実施例によると、本開示のシステム、装置、および／または方法は、被験者または被験者の任意の一部における液体、例えば水分状態を算定、監視、および／または調整する際に有効な場合がある。例えば、利尿薬と同様に種々の液体は一般に、患者の水分状態を算定することなく、手術中または集中治療中に複数回投与される。そのようなフィードバックのない状態で、患者は不適切または過剰な全身水和のリスクに曝される場合がある。別の特定実施形態によると、本開示のシステム、装置、および／または方法は、１つ以上の体液関連指数のアセスメントを通して、このリスクの最小化に貢献する。別の特定実施形態によると、本開示のシステム、装置、および／または方法は、被験者の体の任意の組織および／または領域に適用されてもよい。体液指数は、任意の多細胞生物および／または多細胞生物の任意の部分において算定されてもよい。一部の特定実施形態において、被験者は哺乳類（またはその他の動物）であってもよい。その他の特定実施形態において、哺乳類被験者はヒトであってもよい。
【００１１】
水は一般に、体内で２つのコンパートメント、つまり細胞内部（細胞内コンパートメント）および細胞外部（細胞外コンパートメント）のうちの１つに分割される。細胞外コンパートメントは、さらに血管コンパートメントおよび間隙コンパートメントに分割される。さらに別の特定実施形態によると、本開示のシステム、装置、および／または方法は、（ａ）総水分率（ｆｗＴ）、（ｂ）除脂肪および／または除脂肪組織の水分率（ｆＷＬ）、（ｃ）血管内水分率（ｆｗＩＶ）、（ｄ）細胞外水分率（ｆｗＥＶ）、（ｅ）間隙水分率（ｆｗＩＳ）、（ｆ）細胞内水分率（ｆｗＩＣ）、（ｇ）細胞外水分率（ｆｗＥＣ）、および／または（ｈ）それらの組み合わせを含むが、それらに限定されない体液関連指数のアセスメントを可能にする。
【００１２】
本開示の教示に従って、体内の液体、例えば水分を定量するいくつかの方法を使用してもよく、生体インピーダンス、経上皮水分喪失、粘弾性測定、誘電電導性、光学的分光光度法、磁気共鳴、超音波、および／またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない。例えば、生体インピーダンス分析および／または生体電気インピーダンス分光法を使用して電流を適用し、組織電導性を算定することによって、局所的および／または全身の液体指数を得る。
【００１３】
被験者の体内の任意の組織部位は、本開示のシステム、装置、および／または方法を使用して算定されてもよい。一部の特定実施形態において、皮膚の表面またはその付近の部位の液体、例えば水分の含有量を算定してもよい。その他の特定実施形態において、器官の表面または器官内の局所的組織部位の水分含有量を算定してもよい。算定可能な器官は、脳、眼、鼻、口、食道、胃、皮膚、腸、肝臓、胆嚢、膵臓、脾臓、心臓、血液、肺、腎臓、肝臓、膣、子宮頚部、子宮、卵管、卵巣、陰茎、精巣、前立腺、膀胱、および／または膵臓を含むが、それらに限定されない。算定可能な組織は、筋肉、骨、脂肪、腱、および／または靭帯を含むが、それらに限定されない。
【００１４】
（液体アセスメント）
本開示の一部の制限されない特定実施形態によると、体液指数は単一組織において算定されてもよい。そのような単一部位アセスメントを追加情報と組み合わせて、同一指数および／または別の指数に関して、被験者の全身水分状態を評価してもよい。例えば、アセスメント部位は、その水分状態が全身体液指数と密接に関連するという経験的判断に基づいて選択されてもよい。そのような部位は、横位にある被験者の胴体の中心線、および心臓が額より下に位置している被験者の額を含むが、それらに限定されない。また全身指数は除脂肪水分％であってもよい。その他の部位を利用してもよい。
【００１５】
本開示は、実証、算出、または推定された直接または比例相関に基づいて、全身指数を組織特定の体液指数の代用として使用してもよい特定の実施形態を提供する。一例において、全身体液指数を取得および／または使用し、対応する局所的体液指数を推定および／または判断してもよい。総間隙量などの全身体液指数を、例えば局所的間隙量などの異なる局所的指数の代用として使用してもよい。
【００１６】
拡散反射または透過近赤外（「ＮＩＲ」）分光法を採用して、組織内の液体率、例えば水分率を測定してもよい。皮膚の液体、例えば水分の含有量の増減によって、非ヘムタンパク質（主に、ケラチン、コラーゲン、およびエラスチン）、脂質、ヘモグロビンおよび水が吸収する３つの基準波長域（９５０−１４００ｎｍ、１５００−１８００ｎｍ、および２０００−２３００ｎｍ）におけるそのＮＩＲ反射スペクトルが固有に変化する。
【００１７】
組織水分率ｆｗは、水分濃度と、水および組織のその他の組成の総吸収量との比として定義されてもよい。つまり、次式となる。
【００１８】
【数１】
2009515663.tif 000003
ここに、ＣＷは水分濃度であり、ＣＴは組織組成の組み合わせの濃度である。一部の実施形態において、濃度は重量比、体積比、モル濃度、またはその他の単位で表される。多くのシミュレーションおよび実験研究で実証されるように、組織水分率は、非特定の散乱変化、温度、およびその他の干渉変数の存在下で測定されてもよい。
【００１９】
組織組成の濃度は、異なるスペクトル波長で測定された組織反射率（または透過率）を組み合わせることによって計算される。水を除く種々の組織組成の吸収をこれらの測定値に含んでもよい。例えば、特定の一実施形態において、非ヘムタンパク質、脂質（「脂肪」）、およびヘモグロビンなどのその他の主要な組織組成をすべて含めることによって、総組織水分率ｆｗＴを求めてもよい。
【００２０】
その他の特定の実施形態において、特定の組織組成を測定された組織水分率から除外してもよい。本開示は、分光光度法、物理的方法、および／または計算法を含むが、それらに限定されない組織組成を除外する任意の手段の使用を意図する。
【００２１】
特定の組織組成を組織水分率の計算から除外するための分光光度法の非限定例をここで開示する。特定の一実施形態において、選択された組織組成のために吸収寄与の小さいスペクトル領域を選択してもよい。例えば、反射率または透過率を約１１５０ｎｍ以上の波長で測定し、ヘモグロビン吸収の影響を低減してもよい。別の特定実施例において、組織組成による吸収寄与は、複数の波長における分光測定値を適切に組み合わせることによって相殺されてもよい。ヘモグロビンの場合、反射率または透過率は、９５０ｎｍという短い波長で測定されてもよいが、複数の波長における反射率または透過率の測定を適切に組み合わせることによって、ヘモグロビン吸収の影響を低減してもよい。
【００２２】
一部の特定実施形態において、そのような分光法を使用し、ＣＴからの脂質による吸収を除外してもよい。そうすることによって、除脂肪組織または除脂肪組織の水分率ｆｗＬを算出する。
【００２３】
特定の組織組成を除外するための物理的方法の限定されない例は、（ａ）アセスメント部位に力を及ぼすことと、（ｂ）アセスメント部位に関して定義された位置に光源−検出器を配置することと、を含む。アセスメント部位に適用される力は、重力であってもよい。例えば、質量中心より下にあるアセスメント部位（例えば、足首）は、可動組成を含んでもよい。可動組成を低減または測定から除外するために、例えば、被験者の体位を変えてアセスメント部位が被験者の質量中心より上にあるようにしてもよい（例えば、被験者を病院のベッドに寝かせ、足首を心臓より高い位置に上げる。）任意の作用機序に限定されることなく、可動組織組成は、質量中心より上にある場合、重力に応じてアセスメント部位から流れ出る。
【００２４】
アセスメント部位に適用される力は、圧力であってもよい。一部の特定実施形態において、アセスメント部位に圧力を適用および／または解放する前後に水分率を測定することによって、組織の可動経静脈部分または間隙部分を測定に含める、または除外する。圧縮おもり、カフ、ベルト、またはその他の装置の使用を含むが、それらに限定されない手段によって、アセスメント部位に圧力を適用してもよい。アセスメント部位に圧力を適切に適用することによって、経静脈空間における水分含有率ｆｗＩＶ、および／または細胞外空間における水分含有率ｆｗＥＶまたは間隙空間または細胞内空間における水分含有率の算定が可能になり得る。その他の特定の実施形態において、光電脈波、例えば、組織を通る血液の自然な動脈拍動を利用して、これらの測定を行ってもよい。
【００２５】
アセスメント部位に関して光源−検出器を選択的に配置することによって、一部の組織組成の吸収をアセスメントから除外してもよい。一部の特定実施形態において、光源および検出器を互いに約０ｍｍ−約２０ｍｍ（例えば、約１ｍｍ−約５ｍｍ、あるいは最大６．５ｍｍ）離間してもよい。しかし、部位および光源−検出器に応じて、その他の離間距離を利用してもよい。離間は真皮を標的とし、浅部侵入（皮膚の角質層のみを示す）を避けてもよい。また離間によって、下層の高脂肪含有層、またはさらに骨を含む層に至る深部侵入を避けてもよい。上皮の表層を通じた光の分岐を避けるため、光源および／または検出器は、例えば約０．３ラジアン未満の低開口数を有するように構成されてもよい。しかし、光源および／または検出器に応じて、その他の開口を使用してもよい。
【００２６】
水分率アセスメントの散乱変化に対する感度は、必要に応じて、例えば反射率を測定する波長において真皮を通る光学パスの長さを密接に適合させることによって最小化してもよい。この適合は、例えば同様の吸収散乱特性を有する波長のセットを慎重に選択することによって行ってもよい。そのような波長および／または波長のセットは、上述の３つの基準波長域（９５０−１４００ｎｍ、１５００−１８００ｎｍ、および２０００−２３００ｎｍ）のうちのいずれか１つから選択されてもよい。波長、波長の対、および／またはセットは、一部の特定の実施形態によると、これらの波長域全体からではなく、これら３つの基準波長域のうちの１つから選択されてもよい。例えば、１１８０および１３００ｎｍの波長対は波長のセットであり、これらの波長において真皮を通る光学パスの長さは、できる限り密接して適合される。波長域内において、一部の実施形態によると、約１ｎｍから最大４５０ｎｍまで異なる波長を選択してもよい。例えば、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約１５ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約３５ｎｍ、約４０ｎｍ、約４５ｎｍ、約５０ｎｍ、約５５ｎｍ、約６０ｎｍ、約６５ｎｍ、約７０ｎｍ、約７５ｎｍ、約８０ｎｍ、約８５ｎｍ、約９０ｎｍ、約９５ｎｍ、約１００ｎｍ、約１０５ｎｍ、約１１０ｎｍ、約１１５ｎｍ、約１２０ｎｍ、約１２５ｎｍ、約１３０ｎｍ、約１３５ｎｍ、約１４０ｎｍ、約１４５ｎｍ、約１５０ｎｍ、約１５５ｎｍ、約１６０ｎｍ、約１６５ｎｍ、約１７０ｎｍ、約１７５ｎｍ、約１８０ｎｍ、約１８５ｎｍ、約１９０ｎｍ、約１９５ｎｍ、約２００ｎｍ、または約２００ｎｍ以上異なる波長域内の波長を選択してもよい。
【００２７】
種々の生物組織組成の吸収ピークは、温度変化とともに遷移してもよい。水分率アセスメントの温度変化に対する感度は、吸水スペクトルにおける温度等吸収波長に近い反射率測定波長を選択することによって、最小化してもよい。例えば、著しい温度変化が生じない吸収スペクトルの位置における波長を選択してもよい。代わりに、温度変化の度合いが既知または推定される場合、光学的測定を組み合わせて組織水分指数の値を計算する際に、任意の温度変化を数学的に相殺するよう波長セットを選択してもよい。そのような波長セットは、上述の３つの基準波長域（９５０−１４００ｎｍ、１５００−１８００ｎｍ、および２０００−２３００ｎｍ）のうちのいずれか１つから選択されてもよい。波長、波長の対、および／またはセットは、一部の特定実施形態によると、これらの波長域全体からではなく、これら３つの基準波長域のうちの１つから選択されてもよい。例えば、１１９５および１３００ｎｍの波長対は、吸水スペクトルにおける温度等吸収波長の対である。
【００２８】
近赤外光の光源は、１つ以上の波長を放射するように構成されてもよい。検出器は、１つ以上の波長の反射率、透過率、または吸収率を検出するよう対応して構成されてもよい。反射率データは、式（２）に基づいて吸収率データに変換されてもよい。
【００２９】
【数２】
2009515663.tif 000004
ここに、Ｒは波長λにおける反射率である。２つ以上の波長が放射および検出される場合、測定された反射率および透過率を組み合わせて単一の比率、比率の合計、ｌｏｇ［Ｒ（λ１）／Ｒ（λ２）］の形式で表される比率の比率、および／またはｌｏｇ［Ｒ（λ）］で表される重量合計の比率を形成してもよく、ここで分母はこれらの特定組成のうちのいずれか、および水分の濃度における変化に対してほぼ等しく敏感となるように、分子は主に水分の吸収に依存し、分母は主に水分指数率の合計、および他の特定の組織組成に依存する。
【００３０】
したがって、本開示の一特定実施形態において、２つの波長における反射率または透過率の測定値Ｒ（λ）、および実験的に選択された較正定数ｃ０およびｃ１に基づき、以下の式に従って水分率ｆｗを推定してもよい。
【００３１】
【数３】
2009515663.tif 000005
数値シミュレーションおよびｉｎ  ｖｉｔｒｏ実験によって実証されるように、総組織水分率ｆｗＴは、２つの波長において測定された反射率Ｒ（λ）、および実験的に判断された定数ｃ０およびｃ１を含む式（３）を使用して、５０−８０％の水分含有量の範囲にわたって、約＋／−２％の精度で推定される。適切な波長の対は、例えば（ａ）λ１＝１３００ｎｍおよびλ２＝１１６８ｎｍ、（ｂ）λ１＝１２３０ｎｍおよびλ２＝１１６８ｎｍを含むが、それらに限定されない。
【００３２】
水分率ｆｗは、３つの波長における反射率または透過率の測定値Ｒ（λ）、および実験的に判断された較正定数ｃ０、ｃ１およびｃ２に基づき、以下の式（４）に従って推定されてもよい。
【００３３】
【数４】
2009515663.tif 000006
追加の波長における反射率の測定値を組み込む式（４）を使用することにより、より優れた絶対精度が得られる。切除された皮膚に関するｉｎ  ｖｉｔｒｏ実験の結果は、式（４）に基づいて、３つの波長（λ１＝１１９０ｎｍ、λ２＝１１７０ｎｍ、λ３＝１２７４ｎｍ）から正確な総組織水分含有量の推定量が得られることを示す。
【００３４】
一部の特定実施形態によると、水分率ｆｗは、３つの波長における反射率または透過率の測定値Ｒ（λ）、および実験的に判断された較正定数ｃ０およびｃ１に基づき、以下の式（５）に従って推定されてもよい。
【００３５】
【数５】
2009515663.tif 000007
式（５）を使用して得られた推定値の精度は、追加の波長における反射率の測定値を組み込む式（４）を使用して得られた精度より高くなり得る。数値シミュレーションは、式（５）を使用して、総組織水分を＋／−０．５％の範囲で推定してもよいことを示す。ここで、反射率は、３つの近接する波長：λ１＝１７１０ｎｍ、λ２＝１７３０ｎｍ、およびλ３＝１７４０ｎｍにおいて測定される。追加の数値シミュレーションは、除脂肪組織水分含有率ｆｗＬの正確な測定値が、１１２５、１１８５、および１２５０ｎｍにおける反射率の測定値を組み合わせることによって、式（５）を使用して得られることを示す。
【００３６】
組織液モニタは、患者が水分補給を必要とするか、水分量を下げる必要があるか、あるいはいずれも不要であるかどうかの表示を医師に提供し、望ましい水分状態を実現する。そのような測定値は、ヒト集団における脂肪含有量が様々に異なるため、全質量または総組織含有量のいずれかに関する水分率を報告する機器を使用して判断される場合に、臨床的に望ましい測定値より広く適用されない。脂肪は水分をほとんど含まないため、体内の脂肪含有率の変化は体内の水分含有率の変化に直接つながる。
【００３７】
脂肪含有量における性別および年齢に関連する相違を多くの患者で平均することによって、水分含有量の全身変化が明らかになる。この観察は、例えば図１に示されるように、文献において詳しく記載されている。図１に示される値は、Ｃｏｈｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｌａｂ．Ｃｌｉｎ．Ｍｅｄ．（１９８５）１０５（３），３０５−３１１の表ＩＩ−ＩＩＩから算出されている。
【００３８】
反対に、脂肪を計算から除外する場合、健康な被験者の水分含有率ｆｗＬは、例えば図１および２に示されるように、性別および年齢にかかわらず一定である。これは、ｆｗＬが特定の状態においてｆｗより臨床的に有効な測定値であることを提示する。図２に示されるように、骨質量が計算から除外される場合、「正常」レベルの水分含有率における被験者対被験者の変化がさらに減少することが観察される。これは、体の骨含有量が年齢とともに（例えば、骨粗鬆症によって）減少する傾向にあるという事実に拠る。そのため、光源−検出器の離間、波長域の選択、または本開示の計算アルゴリズムによって得られたｆｗＬの測定値は、脂肪−骨を除く全身含有率として全身の水分含有量と密接に関連する。
【００３９】
組織水分率ｆｗは、複数の波長における反射率Ｒ（λ）の測定に基づき、以下の式に従って推定してもよい。
【００４０】
【数６】
2009515663.tif 000008
ここに、ｐｎおよびｑｍは較正係数、Ｒ（λ）は波長において受光された放射の測定値であり、ｎ＝１−Ｎおよびｍ＝１−Ｍは、同一または異なる波長の組み合わせから成る複数の波長の指数を表す。
【００４１】
組織検体の定量に対する障害は、組織の散乱係数の被験者対被験者変化が大きいことである。式（６）に従って組織水分率を判断することによって、例えば、Ｎ＋１波長が同一の波長域（９５０−１４００ｎｍ、１５００−１８００ｎｍ、または２０００−２３００ｎｍ）内から選択される場合、散乱変化を相殺するという利点を提供する。式（６）が散乱変化を相殺する方法を以下に説明する。
【００４２】
修正されたＢｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔ式に基づき、組織反射率をモデル化できる。
【００４３】
【数７】
2009515663.tif 000009
ここに、
Ｒは、組織反射率であり、
１は、波長λにおける光の平均パス長であり、
∈ｊおよびｃｊは、組織における減衰係数および組成ｊの濃度であり、
ｌｏｇ｛Ｉ０（λ）｝は、散乱オフセット項である。
【００４４】
このモデルによると、組織反射率の散乱依存は、オフセット項ｌｏｇ｛Ｉ０（λ）｝およびパス長変化項ｌ（λ）に依存する。散乱係数は波長とともに徐々に変わるため、同一の波長域内からすべての波長を選択することによって、散乱係数の波長依存を近似値に対して無視することができる。これらの条件下、波長Ｎ＋１（またはＭ＋１）における反射率のｌｏｇにＮ（またはＭ）またはその他の波長における反射率のｌｏｇの乗算に使用される係数の負の合計を掛けることによって、式（６）の分子および分母の両方における散乱オフセット項が相殺される。これは、例えば、式（７）を式（６）の分子に置き換えて式（８）を得ることによって明らかとなる。
【００４５】
【数８】
2009515663.tif 000010
式（８）のレビューは、散乱オフセット項は相殺されたが、散乱依存のパス長変化項である１は残ることを示している。式（６）の分子および分母が組み合わされる場合、式（９）に示されるように、パス長変化項も相殺される。
【００４６】
【数９】
2009515663.tif 000011
そのため、式（９）は、組織組成の濃度および減衰係数、および較正係数ｐｎおよびｑｍに依存する。
【００４７】
変数散乱補正を提供するだけでなく、式（６）を使用する方法は、上記の式（５）の使用によって課される制約を緩和することによって、さらに一般的な実装を可能にする。例えば、ｆｗの測定値に対して一定レベルの精度を提供するため、式（５）の分子は、水分濃度の変換に敏感である一方、その他の組織組成における変換には鈍感である必要がある。さらに詳しくは、式（５）において、水以外のすべての組織組成（例えば、脂質、非ヘムタンパク質、および／またはヘモグロビン）の吸収が波長１および２においてほぼ等しい必要がある。この制約は、式（６）では取り除かれる。ここで、係数ｐｎを選択して水以外のすべての組織組成による吸収を相殺する。
【００４８】
さらにｆｗの測定値に一定レベルの精度を提供するために、式（５）の分子は、水分率が正常化されるすべての組織組成の濃度変化に等しく敏感である必要がある。さらに、式（５）は水分率の正常化から除外されるすべての組織組成に対して波長２および３における吸収率が等しい必要がある。この制約を式（６）から除去してもよく、ここで係数ｑｍを選択し、特定の組成による吸収寄与を相殺する一方、吸収感度を残りの組織組成に対して均等化することができる。
【００４９】
除脂肪水分率を測定する場合、式（６）の分子における係数Ｐｎを選択し、水以外の組織のすべての主な光吸収組成からの寄与を相殺してもよい。同様に、式（６）の分母における係数ｑｍを選択し、水およびタンパク質以外のすべての組織組成から寄与を相殺してもよい。さらに、係数ｑｍを選択し、体積率に基づいて、水分およびタンパク質の変化に対する分母の感受性を均等化してもよい。これら２つの項の割合を計算することによって得られる結果は、除脂肪組織における水分濃度の体積率測定値である。
【００５０】
さらに、総組織量ｆｗＴにおける水分含有率の測定に対する式（６）の適用は、式（６）の分母における係数ｑｍを選択することによって行ってよく、すべての組織組成（脂質を含む）が体積率に基づいて均等化されるようにする。
【００５１】
式（５）によって課される制約の一部を緩和することにより、前述の理由から、式（６）を使用して組織水分含有率をより正確に予測することができる。上述の基準に基づいて、種々の波長の組み合わせを使用してもよい。
【００５２】
水、非ヘムタンパク質、脂質、およびヘモグロビンの減衰係数を実験的に測定し、除脂肪組織の水分含有率ｆｗＬを測定するための式（６）で使用する波長の組み合わせを選択した。実際の組織データは、施設内倫理委員会（ＩＲＢ）の承認を受け、地域の病院において３７人のボランティアから収集した。光源を検出器から約２．５ｍｍ離し、指腹からの反射光をセンサで測定した。各測定の間、センサを組織から完全に取り除いた。
【００５３】
種々の波長の組み合わせを組織吸光の数値モデルに適用した。次に、最も有望な波長の組み合わせを組み込むアルゴリズムの再現性を実際の組織データと比較した。４つの波長、例えば、１１８０、１２４５、１２７５、および１３３０ｎｍにおける測定値を組み合わせるアルゴリズムを利用してもよい。この波長選択を使用して、測定対測定の再現性は、図３に示されるように、０．３７％である。これは本明細書で開示される方法を使用した組織水分測定が高い再現性を持つことを示している。
【００５４】
組織水分率を測定するための方法を提供するだけでなく、上述の式（６）に基づく方法は、組織における検体の分別定量に対する一般用途を有してもよい。適切な波長および係数を選択することによって、式（６）を展開し、組織における任意の組織組成または組成の組み合わせの濃度率をその他の任意の組成または組成の組み合わせに関して測定してもよい。例えば、この式を組織中のヘモグロビン含有率の特定に適用してもよい。
【００５５】
したがって、特定の一実施形態によると、本開示は、組織中の総ヘモグロビンの体積率を算定する方法を提供し、ヘモグロビンによって強く吸収された波長における反射率を測定することと、残りの組織組成（例えば、水、脂質、および／または非タンパク質）によって強く吸収された波長における反射率を測定することと、これらの測定値を式（６）に入力することと、組織中の総ヘモグロビンの体積率を計算することと、を含む。式（６）の分子における係数ｐｎは、総ヘモグロビンを除くすべての組織組成からの吸収寄与を相殺するよう選択されてもよい。式（６）の分子における係数ｑｍは、すべての主要な組織組成の吸収寄与を体積率に基づいて均等化するよう選択されてもよい。この測定を行うための特定の波長の組み合わせは、例えば、８０５ｎｍ、１１８５ｎｍ、および１３１０ｎｍであってもよい。８０５ｎｍにおいて、オキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンによる吸光度は、ほぼ等しい。１１８５ｎｍにおいて、水、非ヘムタンパク質、および脂質の吸光度は、体積率に基づいてほぼ等しい。１３００ｎｍにおいて、組織吸収率は水に左右される。
【００５６】
本開示のさらに別の特定実施形態によると、組織に含まれる異種のヘモグロビンの濃度率を測定してもよい。一般に、この方法は、１種以上のヘモグロビンで構成される第１セットにおけるヘモグロビンの濃度率を、組織に１種以上のヘモグロビンで構成される第２セットにおけるヘモグロビン濃度に関して測定する手段を提供する。セット１に含まれるヘモグロビン種を除くすべての組織組成からの吸光寄与を相殺するように、式（６）の分子における係数ｐｎを選択してもよい。セット２に含まれるヘモグロビン種を除くすべての組織組成からの吸光寄与を相殺するように、式（６）の分子における係数ｑｍを選択してもよい。セット１および２は、体組織または血液に存在するヘモグロビン種のサブセットである。例えば、そのようなヘモグロビン種は、オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、カルボキシヘモグロビン、メトヘモグロビン、硫化ヘモグロビンなどを含む。また一般に、本明細書で使用されるように、その他の物理的パラメータはその他の組成のサブセットを持ち、それぞれ異なる波長で吸収できる。セット１がオキシヘモグロビンで構成され、セット２がオキシおよびデオキシヘモグロビンで構成される場合、測定を行うための特定波長の組み合わせは、例えば、７３５、７６０、および８０５ｎｍであってもよい。
【００５７】
当業者は、本開示の指針に従って、式（３）−（６）に項を追加してもよいことを理解するであろう。これらの追加項を使用し、追加の波長における反射率測定値を組み込んでよく、それによって、例えばさらに精度が改善される可能性がある。
【００５８】
追加の特定実施形態によると、本開示は、分光光度法を使用し、血液に出入りする液体移動の定量的アセスメント方法を提供する。特定の作用機序に限定されることなく、この特定実施形態によって、心臓の鼓動に応じた皮膚血管の拡張によるパルスによって、特定の波長における反射率が変化することが理解される。これらの変化は、血管および周囲の間隙組織における光の有効吸収の差に比例する。数値シミュレーションは、水吸収が十分に強い波長が選択された場合、血液中の水分率ｆｗＩＶおよび周囲組織の水分率ｆｗＥＶの差は、以下の式（１０）に基づいて、２つの波長で測定された直流正常化反射率の変化比（ΔＲ／Ｒ）に比例する。
【００５９】
【数１０】
2009515663.tif 000012
ここに、ｃ０およびｃ１は、実験的に判断された較正定数である。この差は経時的に統合され、毛細血管に出入りする液体量の測定を提供する。
【００６０】
本開示の一部の特定実施形態は、式（１１）を使用して、水分平衡指数Ｑを算定する方法を提供する。
【００６１】
【数１１】
2009515663.tif 000013
ここに、
ｆｈＩＶは、血中ヘモグロビンの体積濃度率であり、
ａ０およびａ１は較正係数である。
水分平衡を特定するための式（１１）の使用は、上記の式（１０）の使用と類似する。ここで、ｆｈＩＶは１に等しく設定される。しかし、式（１０）を使用し、ｆｈＩＶが派生した結果に及ぼす影響を考慮することによって、より正確な判断が可能になる。この省略の効果は、ｆｈＩＶが固定されるか、変化してもよい場合、総ヘモグロビンを正常物理的範囲内で変化させ、式（１０）によって提供される結果の差を処理することによって理解される。例えば、０．７５−０．８０の間で変化するｆＷＩＶおよび０．０９−０．１３５の間で変化するｆｈＩＶを用いて計算を行った場合、結果として生じる誤差は、＋／−２０％であった。著しい血液喪失または血管内液過負荷（循環血液量減少または循環血液量過多）の場合、誤差は大きくなる。
【００６２】
式（１０）によって提供される指数は、さらなる操作を行わずに、臨床的有用性を有してもよい。例えば、Ｑおよび組織水分率（ｆｗまたはｆｗＬのいずれか）を同時に測定することによって、直接および／または間接的に体液量および浸透圧の変化が臨床的に適応される。代わりに、指数（Ｑ）を血液中のヘモグロビン濃度率ｆｈＩＶ（例えば、ヘマトクリットまたは総ヘモグロビンの標準的な臨床測定によって提供される）の個別の測定値と組み合わせ、細胞内および細胞外水含有量の差ｆｗＩＶ−ｆｗＥＶの測定値を提供する。
【００６３】
表１は、（Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，２ｎｄＥｄｉｔｉｏｎ，Ｌｉｎｄａ  Ｓ．  Ｃｏｓｔａｎｚｏ，Ｗｉｌｌｉａｍｓ  ａｎｄ  Ｗｉｌｋｉｎｓ，Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ，１９９８，ｐｇ．１５６から）臨床的に観察される体液の量および浸透圧の変化の組み合わせ、および結果として生じる血液中の水分量率（ｆｗＩＶ）における変化の予想方向および程度、組織中の水分量率（ｆｗＥＶ）、血液中のヘモグロビン量率（ｆｈＩＶ）、Ｑの分子（Ｑｎ）、Ｑの分母の逆数（１／Ｑｄ）、組み合わされた結果（Ｑｎ／Ｑｄ＝Ｑ）、および除脂肪組織の水分量率ｆｗＬを示す６つの例をリストにしたものである。
【００６４】
例えば、等浸透圧量の増加（例えば、等張食塩水の注入によって誘引された膨張）は、血液中の水分率（ｆｗＩＶ）の増加、細胞外水分率（ｆｗＥＶ）の僅かな増加、および／または血液中のヘモグロビン濃度率（ｆｈＩＶ）の大幅な減少をもたらす。これら３要素を組み合わせることによって、Ｑが大幅に増加する。除脂肪組織中の水分率（ｆｗＬ）における僅かな増加も予想される。
【００６５】
ＱおよびｆｗＬを合わせて検討すると、表１にリストされる６種類の液体均衡変化のそれぞれに対する固有の特徴を提供する。非侵襲性および／または継続な様式でこれらの測定を提供する装置は、組織の水分平衡を監視するための強力なツールを提供する。
【００６６】
【表１】
2009515663.tif 000014
（細胞外水アセスメント）
水は１つのコンパートメントから別のコンパートメントに移動する。例えば、細胞外水は重力または静水圧に応じて体内を移動する。さらに、水分含有量は、細胞内、間隙、および／または血管コンパートメントにおいて独立に変化し、液体管理に異なる影響を及ぼす。例えば、間隙水の過負荷によって肺に水が入り、ガス交換を妨げる。２つの細胞外コンパートメントのうち、間隙容量は血管容量の約３倍である。水移動の一部のダイナミクスを考慮して、単一組織またはコンパートメントにおける水分測定は、総体内水分と必ずしも相関しない。例えば、除脂肪水分率（ｆｗｌ）測定値は、センサが心臓より著しく低い位置にある場合、全身のｆｗｌに関して高くなり、および／または相互に、センサが心臓より著しく高い位置にある場合、全身のｆｗｌに関して低くなる。
【００６７】
そのため、本開示は、一部の特定実施形態において、そのような可動組成を説明および／または算定するための方法を提供する。例えば、体液指数は、着目組織および参照組織の除脂肪水分率の差を特定することによって算定されてもよい。参照組織は、異なる静水圧下で同一組織、または異なる組織であってもよい。例えば、単一センサを単一組織に配置して、体液、例えば水の指数を算定する。次に、位置の静水圧状態を変えた後、第２の体液関連指数を算定する。不安定または人為的な読み取りを最小化するため、組織を再平衡した後に、同一部位を２度算定してもよい。
【００６８】
アセスメント部位の静水圧状態は、当該技術分野において使用可能ないずれかの手段によって変更されてもよい。例えば、体の他の部位に関して部位の位置を変えることによって、例えば、被験者の心臓に関してサンプリング位置を上下させることによって、静水圧状態を変えてもよい。代わりに、位置にかかる環境外部圧を増減させることによって、静水状態を変えてもよい。これは、例えば、圧縮おもり、カフ、ベルト、または圧縮室などの組織圧縮器を使用して、第１または第２アセスメントの間に圧力を部位に適用することによって行ってもよい。
【００６９】
したがって、本開示の一部の特定実施形態は、細胞外水指数の変化を評価する方法に関し、（ａ）光信号、第１静水圧を有する１つ以上のアセスメント部位において、少なくとも１つの光検出器によって少なくとも１つの光源から受光された１つ以上の波長における光信号、例えば光信号のセットを測定することと、（ｂ）第２静水圧を有する１つ以上のアセスメント部位において、少なくとも１つの光検出器によって少なくとも１つの光源から受光された１つ以上の波長における光信号、例えば光信号のセットを測定することと、（ｃ）前記静水圧を有する前記１つ以上の部位から得られた前記光信号から液体量、例えば、水分指数を推定することと、（ｄ）前記水分含有量の推定値と静水圧の差との関係を特定し、前記関係に基づいて、細胞外水量の変化を推定することとを含む。
【００７０】
一部の特定実施形態において、組織および参照組織の除脂肪水分率の差を特定することによって、組織における細胞外水量を算定してもよい。参照組織は、異なる静水圧または重力圧下で同一の組織であってもよい。例えば、細胞外水は、式（１３）に示されるように、総水分（例えば、細胞内水および細胞外水の合計）の割合として表されてもよい。
【００７１】
【数１３】
2009515663.tif 000015
ここに、
ＣｗＩＣは細胞内水濃度であり、
ＣｗＥＣは細胞外水濃度である。
したがって、次式となる。
【００７２】
【数１４】
2009515663.tif 000016
式６において定義されるような項に関し、細胞外水は、平衡状態のＺ（Ｚｅｑ）を測定し、圧力下のＺ（Ｚｐ）を測定し、および式１５に基づいてｆｗＥＣを計算することによって算定されてもよい。
【００７３】
【数１５】
2009515663.tif 000017
式１５は、係数ＰｎまたはＺを選択し、水を除くすべての組織係数によって吸収率を相殺する場合に適用してもよい。一部の特定実施形態において、サンプル量における総水分に関する細胞外水分率の算定は、有効量における浮腫の直接算定を提供する。スペクトルの複数領域における反射率測定を、一部の実施形態において数学的に組み合わせ、水を除くすべての組成による寄与が相殺されるようにしてもよい。組織部位に圧力を適用する前後に測定を行ってもよい。圧力を適用した場合としない場合の結果の比を計算することによって、細胞外水分率を推定してもよい。
【００７４】
細胞外水分率は、総水分率の変化と等しくてもよい。総水分率または除脂肪水分率における変化が観察されなくなるまで部位にかかる圧力を上げることによって、細胞外水分を測定してもよい。このピーク圧力における総水分率または脂肪を除く水分率は、細胞内水分率と実質的に等しくてもよい。特定組織における残余水分を無視できない場合は、定数を使用し、少量の残余細胞外水分量を補正してもよい。そのような定数は、当業者によって選択されるか、または実験的に判断されてもよい。
【００７５】
代わりに、参照組織は異なる組織部位（「Ｓｒｅｆ」）であってもよい。着目部位および参照部位は、独立して選択されてもよい。本開示の一部の特定実施形態において、それぞれの位置におけるアセスメントは、異なる時間、ほぼ同時、および／または同時に行なってもよい。参照組織は、同一または同様の組織または器官内にあってよく、あるいは異なる組織または器官内にあってもよい。一部の特定実施形態において、参照組織は、可動細胞外水が両者間を移動できるよう、着目部位（「Ｓｉ」）と静水接触状態にあってもよい。着目部位における細胞外水が圧力の適用時に参照部位に移動する場合、総水分率または除脂肪水分率の変化は、着目部位における残留細胞外水分含有量と相関してもよい（ｆｗ（Ｓ１）ＥＣ（ｅｑ））。着目部位に適用された圧力量は、参照部位における総水分の変化が観察されなくなるまで増加される。着目部位における細胞外水分は、式（１６）を使用して算定されてもよい。
【００７６】
【数１６】
2009515663.tif 000018
ここに、
ｅ０は相関定数である。
すべての水が着目部位から参照部位に移動する場合、相関定数は値１を有してもよい。着目部位における全体量に満たない細胞外水分量が参照部位に移動する場合、ｅ０の値は１より大きいか、また計算および／または実験的に判断されてもよい。例えば、機械的圧力が着目組織部位から出る、および／または参照部位に入る水の流れに影響する場合である。特定の実施形態において、着目部位における細胞外水は、圧力を適用すると隣接する組織に放射状に移動し、相関定数は、着目部位から参照部位までの半径距離の関数であってもよい。細胞外水が移動する領域のサイズおよび／または形状が未知の場合、着目部位を中心とするグリッドを描き、圧力の増加に応じて、各セクションにおける総水分または除脂肪水分を測定してもよい。
【００７７】
一部の限定されない特定実施形態によると、参照部位は着目部位と静水接触状態にある必要はない。例えば、水分状態がホルモン、電気、および／またはその他の信号を介してその他の部位の水分状態と連動し、影響を与える場合、水は着目部位と参照部位の間を直接移動しない。一部の特定実施形態において、着目組織部位と参照部位の間に接続がなくてもよい。
【００７８】
細胞外水の蓄積は、診断または治療目的で監視されてもよい。例えば、組織における余分な細胞外水量は、その組織に浮腫が存在すると増加する。長い期間寝たきりの被験者は、ベッドの表面またはその付近の組織に細胞外水を蓄積する。細胞外水の蓄積は、被験者の質量中心の上にある組織の総水分含有量および／または除脂肪水分含有量を定期的に測定し、被験者の質量中心の下にある組織の総水分含有量および／または除脂肪水分含有量を定期的に測定し、それら２つの差を計算することによって監視されてもよい。経時的に、重力によって細胞外水は上部組織から下部組織に流れる。下部における細胞外水（Ｓｌｏｗ）は式１７を使用して推定されてもよい。
【００７９】
【数１７】
2009515663.tif 000019
ここに、
ｋ０は相関定数である。
相関定数（ｋ０）は実験的に判断され、ＳｕｐからＳｌｏｗの不完全な流れを補正してもよい。細胞外水は、一部または完全に不動の被験者（例えば、昏睡状態の患者）の体位をいつ変えるかを判断するための有効な指数であってもよい。したがって、上部組織の細胞外水分含有量が特定の閾値より低くなる場合、または下部組織の含有量が特定の閾値を越える場合、被験者を変位して細胞外水を再分配してもよい。
【００８０】
一部の特定実施形態によると、本開示は、疾患および／または損傷組織における細胞外水分を算定する方法を提供する。そのような組織では、圧力を適用することによって既に劣悪な状態の組織がさらに悪化する危険性がある。２つ以上の検出器を着目部位の周囲に配置してもよい。着目部位は、心臓または全身の質量中心に関して事前に選択された位置に配置されてもよい。代わりに、着目部位が末端にある場合は、その末端の質量中心に関して配置されてもよい。質量または循環参照位置に関する配置を行なって、着目部位における静水圧の変化を最小化してもよい。次に、検出器が配置される参照部位における水分指数を測定し、この情報を検出器、心臓、および／または質量中心に関する着目部位の位置とともに処理して、着目部位における指数を計算することにより、着目部位における水分指数を算定してもよい。任意の検出器部位における水分率、部位の間の水分率の変化、および／または部位の間の水分率の変化率を単独または組み合わせて使用し、疾患および／または損傷組織の水分状態を算定してもよい。損傷部位から種々の距離にある検出器配列を配置し、それぞれにおける体液指数を算定することによって、損傷部位を通して液体が失われているか、または得られているか、および／またはその量を判断することができる。一部の実施形態において、部位の汚染に対する予防措置を取ることが望ましい。例えば、水プローブおよび／または検出器は、部位に近接することが望まれるプローブおよび／または検出器の一部に近接し、少なくとも１つの消毒および／または滅菌された表面をさらに含んでもよい。
【００８１】
（位置情報を用いた液体アセスメント）
本開示の追加の特定実施形態において、単一部位の液体指数アセスメントを部位位置情報と組み合わせ、対応する全身体液指数を計算または推定してもよい。アセスメント部位の位置は、直接および／または間接的に検出または特定されてもよい。代わりに、体液指数算定に使用される装置（「水プローブ」）の位置を使用してもよい。位置情報は、アセスメント部位の位置、方向、および／または高度、および／または被験者の質量中心および／またはその他の体内参照位置に関する水プローブを含んでもよい。位置情報は、任意の参照位置、例えば被験者のベッド、地面、重力ベクトルおよび／またはそれらの組み合わせなどに関するアセスメント部位および／または水プローブの位置、方向、および／または高度を含んでもよい。位置情報は、水プローブ位置センサを使用して算定されてもよい。位置情報を使用し、（ａ）乗数（例えば、相関定数）および／または（ｂ）単一部位のデータに関して行う操作を判断して、対応する全身指数を生成してもよい。
【００８２】
当業者は、位置、方向、および／または高度変化を検知するための複数の手段を容易に使用できることを理解するであろう。例えば、手持ちサイズの医療用モニタのディスプレイを含むフラットパネルディスプレイに統合されるセンサと同様の方向センサを使用し、ディスプレイを縦向きから横向きに切り替えてもよい。心臓に関する高度変化を特定する手段は、手術台または病院のベッド、カメラ、液体および圧力センサを一端に備える小チューブ上に設定することを含んでもよい。さらに、本開示の一部の特定実施形態に基づく水プローブ位置センサは、１つ以上の機械的リンク機構、例えば、プローブに取り付けるジョイント付きアームなどを含んでもよい。これらの場合、プローブの位置および／または方向は、アームの長さ、ジョイントの角度、および／または被験者の位置から確定されてもよい。リモート水プローブ位置センサは、被験者の体に関する位置情報も提供する。例えば、センサは光学および／または超音波発光器（例えば、プローブ、被験者、および／または病院のベッド上）および検出器（例えば、センサ上）を使用する。代わりに、センサはビデオカメラを含んでもよく、および／または物体理解画像処理ソフトウェアを使用し、プローブの位置および／または組織部位の位置、方向、および／または高度を検出してもよい。さらに別の例において、センサはプローブに配置される１つ以上の小圧電振動ジャイロスコープから信号を受信してもよい。これらは、自動車のナビゲーションシステムで使用され、プローブ位置情報の検出を可能にするジャイロスコープと同一種であってもよい。
【００８３】
本開示の特定実施形態によると、水プローブおよび水プローブ位置センサは、直接接触、例えば物理接触してよく、プローブおよびセンサは単一ユニットに統合されてもよい。その場合、例えば、被検体の病院ベッド、床、および／または壁などの外部位置を参照して、位置情報を算定してもよい。発光器および／または検出器は、必要に応じてこれらの外部位置に配置されてもよい。本開示の別の特定実施形態によると、プローブおよびセンサは、アーム、ケーブル、および／またはその他のリンカーによって物理的に接続されてもよい。代わりに、プローブおよびセンサは直接接続を持たなくてもよい。プローブおよびセンサが離れている場合、それぞれが互いに信号を交換し、信号をディスプレイに送信し、信号をリモートプロセッサに送信し、および／またはそれらの組み合わせを行うように構成されてもよい。
【００８４】
したがって、本開示は、プローブ位置の検出および／または組織などにおいて算定された過度に高いまたは低い体液指数の相殺について考える。相殺の性質および／または度合いの判断は、種々の位置にあるヒトボランティアからのデータ収集および／または分析を組織部位におけるセンサを用いて、適度な期間行ってもよい。したがって、本開示はさらに、種々の位置にある体の種々の体内位置から得られた体液指数データのデータベースを個人および／または集団に関して蓄積されてもよい特定実施形態を提供する。本開示の特定実施形態によると、次に個別の体液指数をアセスメント部位における体液指数を検出し、被験者におけるアセスメント部位の位置を識別し、質量中心および／または循環参照位置に関するアセスメント部位の位置を識別し、および／または局所的体液指数および／または局所的位置データに対応する全身体液指数と相関させることによって算定してもよい。
【００８５】
（システムおよび装置）
一部の特定実施形態において、本開示は、体組織液体含有量指数、例えば水分含有量を測定するためのシステムおよび装置を提供する。被験者の全身水分含有量を算定するためのシステムおよび／または装置は、組織部位（例えば、着目組織部位および／または組織参照部位）における局所的液体指数を算定するように構成された局所的水分含有量プローブ（例えば、水プローブ）を含んでもよい。本開示のシステム、装置、および／またはプローブは、一部の実施形態において、反射標準（例えば、テフロン（登録商標）ブロック）を含み、組織部位発光器および／または検出器の波長反応性または感度、あるいは放射率を較正してもよい。本開示のシステムおよび／または装置は、一部の実施形態において、組織部位またはその付近に接触するよう較正され、プローブを解除式に固定するように構成されたプローブレシーバを含んでもよい。例えば、プローブレシーバは、被験者に配置されて組織部を取り囲み、プローブまたはプローブ筐体をその中心スペースに受け入れるドーナツ型の接着パッドを含んでもよい。
【００８６】
本開示のシステムおよび／または装置は、アセスメント部位および／または参照部位の静水圧を変える（例えば、増減する）ように構成された組織圧縮器を含んでもよい。本開示のシステムおよび／または装置は、プローブおよび／またはアセスメント部位の位置情報を特定するように構成されたプローブ位置情報センサをさらに含んでもよい。本開示に基づくシステムおよび／または装置は、着目組織部位における局所的液体含有量指数、および組織参照部位における局所的液体含有量指数を処理し、全身液体含有量指数を求めるように構成されたプロセッサ、例えば処理装置をさらに含んでもよい。その他の特定実施形態において、本開示に基づくシステムおよび／または装置は、局所的液体含有量指数およびプローブ位置情報を処理し、全身液体含有量指数を求めるように構成されたプロセッサ、例えば処理装置をさらに含んでもよい。一部の特定実施形態によると、本開示のシステムまたは装置の少なくとも一部は、滅菌、消毒、使い捨て、置換、および／または修理できるよう較正されてもよい。その他の特定実施形態において、システムおよび／または装置、例えばプローブの少なくとも一部は、使い捨て可能なカバーで覆われてもよい。例えば、プローブは、耳で測る赤外線体温計で使用されるものと同様の衛生カバーによって全体または一部が覆われてもよい。
【００８７】
本開示のシステムおよび／または装置は、生体インピーダンス、経上皮水分喪失、粘弾性測定値、光学分光測光、磁気共鳴、超音波、および／またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない任意の手段によって、局所的液体指数を算定するように構成されてもよい。例えば、生体インピーダンス分析および／または生体電気インピーダンス分光法を使用して電流を適用し、組織の導電性を算定することによって、局所的液体指数を得る。少なくとも一部は、種々の電流頻度において種々の生体組織における異なる導電および誘電特性に基づいてもよい。適用される電流は、最も抵抗の少ないパスを通る。組織において、最も抵抗の少ないパスは、その導電性に応じて、細胞外水または細胞そのもの、例えば血液、筋肉、および／またはその他の除脂肪組織であってもよい。
【００８８】
例えば、本開示は生体インピーダンスおよび／または生体電気インピーダンス分光法を使用して、全身体液指数を算定するためのシステム、装置、および／または方法を提供する。特定の一実施形態において、全身液体指数を算定するための方法は、電流を組織部位に適用することと、組織部位の導電性を算定することと、組織部位の位置情報を取得することと、組織部位の導電性および位置情報を処理して全身液体指数を得ることと、を含んでもよい。組織部位導電性の算定は、被験者の少なくとも一部を２つ以上の電気接点と接触させることと、１つ以上の周波数において少なくとも２つの電気接点を通して周知の電流を適用することと、少なくとも２つの電気接点の間のインピーダンスを測定することと、を含んでもよい。
【００８９】
また本開示は、一部の特定実施形態において、全身液体指数を算定するためのシステムおよび／または装置を提供する。システムは、使い捨て生体インピーダンス水プローブ、処理装置（例えば、プロセッサ）、および／または位置センサを含んでもよい。システムは、電源（例えば、交流電源）、１つ以上のコントロール（例えば、レオスタット）、および／または１つ以上の安全機構（例えば、電流ガバナ）をさらに含んでもよい。生体インピーダンス水プローブは、被験者の少なくとも一部に電気的に接触し、電流を適用するように構成された２つ以上の電気接点を含んでもよい。
【００９０】
さらに、システムおよび／または装置は、光学分光光度法を使用して測定を行うよう設計されてもよい。装置は、アセスメント部位および／またはその付近に配置されるように構成されたプローブ筐体と、前記筐体に接続され、放射光をアセスメント部位に配向するように構成された発光素子と、および／または前記筐体に接続され、アセスメント部位から放射光を受光するように構成された光検出素子と、を含んでもよい。システムは、アセスメント部位および／またはその付近に配置されるように構成されたプローブ筐体と、前記筐体に接続され、放射光をアセスメント部位に配向するように構成された発光素子と、前記筐体に接続され、放射光をアセスメント部位から受光するように構成された光検出素子と、前記発光素子および光検出素子からの放射光を処理し、指数を計算するように構成されたプロセッサなどの処理装置と、および／または生データおよび／または体液指数が表示されるディスプレイと、を含んでもよい。ディスプレイは、発光素子、光検出素子、および／またはプロセッサに操作可能に連結されてもよい。プローブ筐体などの装置は、組織の圧縮率を算定し、前記組織内の自由水分率の指数を求めるための圧力変換器を含んでもよい。
【００９１】
一部の特定実施形態によると、システムおよび／または装置は、少なくとも１つの波長の電磁気放射を発光できる光源を含んでもよい。例えば、システムおよび／または装置は、広域または狭域帯幅の波長の赤外光、可視光、および／または紫外光を放射する光源を含んでもよい。光源は、蛍光またはリン光を発光する光を放射してもよい。光源は、光を連続的に、断続的に、および／または散発的に放射してもよい。一部の特定実施形態において、システムおよび／または装置は、１つ以上のモジュレータ、偏光器、ローム、エタロン、プリズム、ウィンドウ、格子、スリット、干渉計、レンズ、鏡、反射相抑制剤、波長セレクタ、導波管、ビーム拡大器、ビーム分配器、および／または光検出器を含むが、それらに限定されない任意の追加分光光度コンポーネントを含んでもよい。
【００９２】
本開示の一部の特定実施形態は、図４Ａ−５Ｃを一部参照することによって理解されてもよい。ここで、同様の番号は同一および同様の部分を示す。これらの図は、単に例示的であり、種々の特定実施形態の可能なサイズ、形態、比率、および／または相対配置の制限を意図しない。表２は、参照番号をそれらに関連する名前およびそれらが示される図のリストである。
【００９３】
図４Ａ−４Ｂに示される非限定の特定実施形態において、システム１０は、システム筐体１５、発光素子２０、光検出素子３０、プロセッサ４０、ディスプレイ４５、使い捨て水プローブ５０、および水プローブ位置センサ５５を含んでもよい。発光素子２０は、発光開口２１、使い捨て光ファイバケーブル２２、光ファイバケーブルコネクタ２３、光ファイバケーブル２４、および光源２５を含んでもよい。光検出素子３０は、光検出開口３１、使い捨て光ファイバケーブル３２、光ファイバケーブルコネクタ３３、光ファイバケーブル３４、および光検出器３５を含んでもよい。
【００９４】
放射光は、発光素子２０によって組織部位に搬送されてもよい。例えば、発光素子２０は、光源２５によって放出された放射光の最大で全量が光ファイバケーブル２４に入り、光ケーブルコネクタ２３、使い捨て光ファイバケーブル２２、および開口２１を通過して、組織部位と接触するように構成されてもよい。同様に、放射光は光検出素子３０によって組織部位から光検出器３５に搬送されてもよい。例えば、光検出素子３０は、組織部位によって反射、散乱、および／または透過された光の最大で全量が光検出開口３１に入り、使い捨て光ファイバケーブル３２、光ファイバケーブルコネクタ３５、および光ファイバケーブル３４を通過して、光検出器３５の少なくとも一部と接触するように構成されてもよい。
【００９５】
またシステム１０は、広域光源を組成波長に分散するためのコンポーネント（図示せず）、例えば、プリズム、格子、干渉計、帯域通過フィルタ、同調フィルタなどを含んでもよい。
【００９６】
検出器３５は、組織部位から受光された光の量および／または波長を検出するように構成されてもよい。光検出器３５は、検出された光に対応する信号を操作可能に連結されたプロセッサ４０に送達する。発光素子２０は、組織部位に送達された光の量および／または波長に対応する信号を送達するように構成されてもよい。プロセッサ４０は、受光された信号に関して１つ以上の数学操作を行うように構成されてもよい。プロセッサ４０はさらに、行われた数学操作に対応する信号、数学操作に使用されたデータ、および／または数学操作の結果をディスプレイ４５に送達するように構成されてもよい。ディスプレイ４５は、（ａ）光源２５によって放射された光、（ｂ）発光素子２０によって組織部位に送達された光、（ｃ）光検出素子３０によって受光された光、および／または（ｄ）検出器３５によって検出された光の量および波長に対応するいずれかのシステムコンポーネント信号から受信してもよい。
【００９７】
システム１０は、水プローブ位置センサ５５を含んでもよい。センサ５５は、位置情報を検出および／または受信するように構成されてもよい。位置情報は、システム１０の少なくとも一部の位置および／または方向、アセスメント部位の位置および／または方向、および／または参照部位の位置および／または方向を含んでもよい。センサ５５は、位置情報に対応する信号をプロセッサ４０に送達するように構成されてもよい。
使い捨て水プローブ５０は、開口２１、使い捨て光ファイバケーブル２２、光ファイバケーブルコネクタ２３、使い捨て水プローブ筐体５１、スペーサ５２、および／またはシール５３を含んでもよい。スペーサ５２は、プローブ５０の個別のコンポーネントであってもよい。代わりに、プローブ筐体５１の壁を発光開口および／または光検出開口を越えて望ましい距離だけ延長することによって形成してもよい。
【００９８】
使い捨て水プローブ５０は、使用毎に置換、修正、修理、滅菌および／または消毒されるように構成されてもよい。使い捨て水プローブ５０は、シール５３において、またはその付近で被験者と接触するように構成されてもよい。シール５３は、プローブ筐体５１の間に光密シールを形成するように構成されてもよい。この文脈において、光密は最大ですべての外部光を組織部位から除外し、組織部位によって反射、散乱、吸収、および／または透過される光の光源の少なくとも一部を検出できる。
【００９９】
図５Ａに示される特定の実施形態によると、システム１１０は、ベースユニット１１１、光ファイバ束１１８、使い捨て水プローブ１５０、および再使用可能な水プローブマニピュレータ１６０を含んでもよい。ベースユニット１１１は、筐体１１５、コントローラ１１６、電源インレットまたは電源１１７、光ファイバ束１１８、光ファイバ束筐体１１９、光ファイバケーブル１２４の少なくとも一部、光源１２５、光ファイバケーブル１３４の少なくとも一部、光検出器１３５、および図５Ｂに示されるプロセッサ１４０を含んでもよい。ベースユニット１１１はさらに、ディスプレイ１４５を図５Ｂおよび５Ｃにそれぞれ示されるように、統合または個別のコンポーネントとして含んでもよい。ベースユニット１１１は追加で、図５Ｃに示されるような、例えばキーボード１１２などのユーザ入力部を含んでもよい。
【０１００】
ベースユニット１１１は、再使用可能な水プローブマニピュレータ１６０および光ファイバ束１１８によって、使い捨て水プローブ１５０に接続されてもよい。光ファイバ束１１８の長さは、予定される使用、光源の強度、開口の存在およびサイズ、光ファイバケーブルの透過率に基づいて選択されてもよい。
【０１０１】
発光素子１２０は、発光開口１２１、使い捨て光ファイバケーブル１２２、光ファイバケーブルコネクタ１２３、光ファイバケーブル１２４、および光源１２５を含んでもよい。光検出素子１３０は、光検出開口１３１、使い捨て光ファイバケーブル１３２、光ファイバケーブルコネクタ１３３、光ファイバケーブル１３４、および光検出器１３５を含んでもよい。
【０１０２】
システム１１０は、広域光源を組成波長に分散するためのコンポーネント（図示せず）、例えばプリズム、格子、干渉計、帯域通過フィルタ、同調フィルタなどを含んでもよい。
【０１０３】
放射光は、発光素子１２０によって組織部位に搬送されてもよい。例えば、発光素子１２０は、光源１２５によって発光された放射光の最大で全量が光ファイバケーブル１２４に入り、光ファイバケーブルコネクタ１２３、使い捨て光ファイバケーブル１２２、および開口１２１を通過して、組織部位と接触するように構成されてもよい。同様に放射光は、光検出素子１３０によって組織部位から光検出器１３５に搬送されてもよい。例えば、光検出素子１３０は、組織部位によって反射、散乱、および／または透過された放射光の最大で全量が光検出開口１３１に入り、使い捨て光ファイバケーブル１３２、光ファイバケーブルコネクタ１３３、および光ファイバケーブル１３４を通過して、光検出器１３５の少なくとも一部と接触するように構成されてもよい。
【０１０４】
検出器１３５は、組織部位から受光された光の量および／または波長を検出するように構成されてもよい。光検出器１３５は、検出された光に対応する信号を操作可能に連結されたプロセッサ１４０に送達してもよい。発光素子１２０は、プロセッサコネクタ１４１および／またはプロセッサコネクタ１４２によって組織部位に送達された光の量および／または波長に対応する信号をプロセッサ１４０に送達するように構成されてもよい。プロセッサ１４０は、受光された信号に関して、１つ以上の数学操作を行うように構成されてもよい。プロセッサ１４０はさらに、行われた数学操作に対応する信号、数学操作に使用されたデータ、および／または数学操作の結果をディスプレイ１４５に送達するように構成されてもよい。ディスプレイ１４５は、（ａ）光源１２５によって放射された光、（ｂ）発光素子１２０によって組織部位に送達された光、（ｃ）光検出素子１３０によって受光された光、および／または（ｄ）検出器１３５によって検出された光の量および／または波長に対応する信号をいずれかのシステムコンポーネントから受光してもよい。
【０１０５】
システム１１０は、水プローブ位置センサ１５５を含んでもよい。センサ１５５は、位置情報を検出および／または受光するように構成されてもよい。位置情報は、システム１１０の少なくとも一部の位置および／または方向、アセスメント部位の位置および／または方向、および／または参照部位の位置および／または方向を含んでもよい。センサ１５５は、プロセッサコネクタ１４３を介して位置情報に対応する信号をプロセッサ１４０に送達するように構成されてもよい。
【０１０６】
使い捨て水プローブ１５０は、図５Ｂに示されるように、開口１２１、使い捨て光ファイバケーブル１２２、光ファイバケーブルコネクタ１２３（図に明示せず）、開口１３１、使い捨て光ファイバケーブル１３２、光ファイバケーブルコネクタ１３３（図に明示せず）、使い捨て水プローブ筐体１５１、スペーサ１５２、および／またはシール１５３を含んでもよい。スペーサ１５２は、プローブ１５０の個別コンポーネントであってもよい。代わりに、プローブ筐体１５１の壁を発光開口および／または光検出開口を越えて望ましい距離だけ延長することによって形成してもよい。水プローブマニピュレータ１６０は、水分マニピュレータ筐体１６１、光ファイバケーブル１２４の少なくとも一部、および光ファイバケーブル１３４の少なくとも一部を含んでもよい。水プローブマニピュレータ１６０はさらに、図５Ｂに示されるように、水プローブ位置センサ１５５を含んでもよい。
【０１０７】
電源インレットまたは電源１１７は、図５Ｂに示されるように、電力をコントローラ１１６に送達してもよい。さらに、電源インレットまたは電源１１７は、電力をキーボード１１２、光源１２５、光検出器１３５、プロセッサ１４０、ディスプレイ１４５、および／または位置センサ１５５に送達してもよい。電源インレットまたは電源１１７は、変圧器および／またはバッテリ（図に明示せず）を含んでもよい。
【０１０８】
一部の実施形態において、プローブまたはその任意の一部は、使い捨て、修理、および／または置換可能に構成されてもよい。例えば、プローブ全体および／またはプローブ筐体は、（ａ）部位のアセスメント、（ｂ）被験者のアセスメント、および／または（ｃ）被験者毎（集合的に「使用毎」）に滅菌、消毒、修正、修理、または置換されてもよい。プローブおよび／またはプローブ筐体は、少なくとも１つの滅菌または消毒表面をアセスメント部位またはその付近に持つように構成されてもよい。滅菌または消毒表面は、使用毎に置き換えられてもよい使い捨てディスクおよび／または使い捨てスリーブなどのカバーを含んでもよい。
【０１０９】
当業者は、本発明のシステムおよび装置の正確な構成を体液指数の算定に対して不適切にすることなく、変えてもよいことを理解するであろう。例えば、図４Ａ−５Ｃに示される非限定の一部の特定実施形態において、光検出開口および光検出器の間に光ファイバケーブルが図示されているが、この光ファイバケーブルは、すべての特定実施形態において重要というわけではない。一部の実施形態において、例えば、光検出器は光検出開口と接触するか、またはその付近にあってもよい。同様に、発光素子は、光源によって組織部位に放射された光の最大で全量を、例えば直接照明または１つ以上の鏡を使用することによって光ファイバケーブルなしに送達するように構成されてもよい。さらに、図４Ａ−５Ｃに示される特定実施形態は、発光光ファイバケーブル、発光光ファイバケーブルコネクタ、使い捨て発光光ファイバケーブル、発光開口、光検出開口、使い捨て光検出光ファイバケーブル、光検出光ファイバケーブルコネクタ、および光検出光ファイバケーブルのうちのいずれか１つのみを有するが、その他の特定実施形態によると、それらのうちの複数を使用してもよい。例えば、２つ以上の光検出光ファイバケーブルを使用して、光検出の感度を強化してもよい。
【０１１０】
一部の特定実施形態によると、発光素子を調整し、複数の狭いスペクトル波長において光を放射してもよい。例えば、複数の狭いスペクトル波長は、着目生物組成が吸収するよう選択されてもよい。複数の狭いスペクトル波長は、着目生物組成以外の種によって吸収される光を最小限にするよう選択されてもよい。干渉種による吸収は、着目生物組成より検出可能に低い吸収からゼロ吸収の範囲で低減されてもよい。例えば、干渉種によって吸収された光は、着目生物組成によって吸収された光より１０％以下を吸収してもよい。
【０１１１】
その他の例において、複数の狭いスペクトル波長は、組織水、非ヘムタンパク質、および脂質によって選択的に吸収されるように選択されてよく、ここで選択的に吸収された波長は、その吸収が非ヘムタンパク質および脂質それぞれの濃度から実質的に独立し、非ヘムタンパク質および脂質の個別の濃度の合計に実質的に依存する波長であってもよい。さらに特定の実施形態において、複数の狭いスペクトル波長を選択し、測定された受光光が散乱変数に対して実質的に鈍感であり、前記波長において組織、例えば上皮を通る光学パス長が実質的に等しいことを保証してもよい。さらに別の特定実施形態において、複数の狭いスペクトル波長を選択して、組織部位から測定された受光光が温度変数に対して鈍感であり、ここで前記波長は水吸収スペクトルにおいて温度等吸収であるか、または受光された光は、組織水分率を計算する際に受光された光の個別の波長の温度依存を実質的に相殺する方法で組み合わされる。
【０１１２】
発光素子および／または光検出素子は、プローブ筐体内に載置され、適切な配列で位置されて、透過モードおよび／または反射モードでの検出を可能にする。発光素子および／または光検出素子は、光ファイバを通してプローブ筐体に操作可能に接続されたリモートユニットに配置されてもよい。発光素子は、任意の電磁発光体を含んでもよい。電磁発光体は、白熱光源、白色光源、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、および／またはレーザ（例えば、垂直キャビティ面発光レーザ）を含んでもよい。一部の特定実施形態において、レーザは高効率で光ファイバに連結されるという事実に基づいて、光ファイバセンサとともに使用するレーザを選択してもよい。
【０１１３】
一部の特定実施形態において、処理装置は少なくとも２セットの光学測定値を受光および比較してもよい。ここで、少なくとも第１の光学測定値セットは、その吸収が主に水、脂質、および非ヘムタンパク質によるものである光の検出に対応し、少なくとも第２の光学測定値セットは、その吸収が主に水によるものである光の検出に対応する。そして前記少なくとも２つの光学測定値を比較することによって、前記組織部位内の絶対水分率の測定値が提供される。その他の特定実施形態において、処理装置は少なくとも２つの光学測定値のセットを受光および比較してもよい。ここで前記少なくとも２つの光学測定値のセットは、少なくとも２つの波長から受光された放射光に基づき、結合されて前記受光放射光の単一比、前記受光放射光の比の合計、または前記受光放射光の比率のうちのいずれかを形成する。追加の特定実施形態において、処理装置は、少なくとも２つの光学測定値のセットを少なくとも２つの異なる波長から受光し、比較してもよい。ここで、前記少なくとも２つの異なる波長における光の吸収は、主に血管血液中および血管外組織中の水によるものであり、前記少なくとも２つの測定値の比は、血液中の水分率および周囲組織部位における水分率の差の測定値を提供する。
【０１１４】
本開示に基づくシステムおよび／または装置は、使用毎、定期的、時折、必要に応じて、あるいはその他の望ましい場合に較正されてもよい。一部の実施形態において、本開示の水液体指数は、全体的な光強度における波長非依存性の変化によってほとんど、あるいはまったく影響されない。しかし、一部の実施形態において、光強度における波長依存性の変化（例えば、「色ずれ」）は、測定の精度に影響する可能性がある。光源の強度は、一部の実施形態において、その安定した拡散反射率から、テフロン（登録商標）ブロックを使用して較正されてもよい。較正頻度は、光源の安定性に一部依存する。
【０１１５】
【表２】
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当業者によって理解されるように、組織内の水分率（ｆｗ）を測定するその他の同様の方法または代替方法、および血管内および血管外コンパートメントの間の液体変化、ＩＶＦ−ＥＶＦまたはＱは、本開示の実施形態によると、その本質的な特性から逸脱することなく予測できる。例えば、本開示の装置は手持ちサイズまたはテーブルトップ構成のいずれかで製造されてもよい。さらに、近赤外分光法技術に精通する者であれば、本明細書で使用されるアルゴリズムに項を追加し、追加の波長における反射率の測定を組み込むことによって、さらに精度を改善することができる。また、白熱光および望ましい波長に適切に同調された狭帯域光源を含むがそれらに限定されないＬＥＤを除く光源または発光素子、および関連する光検出素子は、プローブ筐体内に配置されてよく、プローブ筐体は、組織部位の近くまたはリモートユニット内に配置されてもよい。光検出素子は、光ファイバを介してプローブ位置に光を送達し、プローブからの光を受光する。さらに、光学検出器は前方散乱モード、後方散乱モード、反射モード、および／または透過モードで機能する。本明細書は、体液指数を計算するための多くの計算式および数学操作を提供するが、当然のことながら、当業者であれば同一の図は同様の別の計算式および操作を使用して得られてもよいことがわかる。それらの同等物および代替物は、明らかな変更および修正とともに本開示の範囲内に含まれることが意図される。したがって、前述の開示は以下の請求項によって示されるように、本開示の範囲の限定されない例示を意図する。
【実施例】
【０１１６】
（実施例１）
水分過多の豚モデルを使用して、局所的および全身の除脂肪水分率の相関を評価した。動物モデルにそれぞれ、１リットルの加乳酸リンガー液を毎時間２０分間、５時間投与した。
【０１１７】
動物組織の局所的水分状態を、何百もの胴体皮膚生検で算定した。動物は横位に位置され、それぞれの動物から３つの生検を胴体の中心線、そこより上、および下から採取した。本研究の結果を図６に示す。各動物において、ｆｗｌは低高度において高高度より著しく高かった。さらに、中心線生検のｆｗｌは全身と強く相関した。
【０１１８】
任意の特定の作用機序に限定されることなく、これらの高度に依存する結果は、恐らく１０ｃｍＨ２Ｏ（７．５ｍｍＨｇ）の静水圧差による細胞外水分の移動に起因する。流血している組織部分の切除に固有の誤差、および小さいサンプルの乾燥、脂肪除去、および計量の繰り返しに起因する誤差のため、非常に大規模な組織生検分析を平均化してこの関係を表す必要があった。局所的な組織水分補給における同様の増加は、ヒトボランティアにおいても、頭が心臓より下に位置された場合に額のセンサを用いて観察された。
【０１１９】
（実施例２）
同時に、例１の組織生検を採取し、除脂肪水分率を光学的に算定した。各センサは単一の組織部位に取り付けられた。連続的な光学ｆｗｌアセスメントから得られた結果の標準偏差は０．１７％にすぎなかった。これらの結果は、図７において、単一の典型的な被験者に関して図示される。
【０１２０】
光学ｆｗｌ推定値の実施毎の変化分析に基づいて、異なる静水圧を有する２つの同様組織部位に設置される２つのプローブセットは、標準偏差約０．２５％を用いて局所的なｆｗｌの差を比較的短い測定で解決し、非常に高い精度でのＦｗＥＣの検出を可能にする必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】図１は、２０歳から７９歳の男女について、水分含有量を全質量および除脂肪質量のパーセントとして示す棒グラフである。
【図２】図２は、２０歳から７９歳の男女について、水分含有量を除脂肪質量および除脂肪−除骨質量のパーセントとして示す棒グラフである。
【図３】図３は、同一被験者における個別の除脂肪または除脂肪水分率（「ｆｗＬ」）測定値の相関関係を示すグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、本開示の教示による、使い捨て水プローブを固定位置に備えるシステムの一例の等角図を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、使い捨て水プローブが取り外された状態にある図４Ａの水分アセスメントシステムの断面図を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、本開示の教示による、使い捨て可能な水プローブを固定位置に備えるシステムの一例の等角図を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、使い捨て水プローブが取り外された状態にある図５Ａのシステムの断面図を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａのシステムの変型例の等角図を示す。このシステムにおいて、モニタはベースユニットから離れ、使い捨て可能な水プローブは被験者の胴体の中心線と接触する。
【図６】図６は、異なる高度で採取された組織生検における除脂肪水分率（ｆｗｌ）の測定結果を示す。
【図７】図７は、組織生検で同時に収集されたデータを用いた光学的ｆｗｌの推定値を示す。
【図８】図８は、脂肪が含まれる場合（ｆｗ）の局所的水分率および全身水分率の関係を示す。測定は、液体（１Ｌの加乳酸リンガー液）を経静脈的に一連の１時間ことで投与された子豚（生後：１−３ヶ月、体重：１０−２０ｋｇ）で行った。各液体ボーラスを２０分間投与した後、４０分間平衡して、局所的および全身水分率を推定した。実験の最後に均質化カーカスを化学分析することによって、全身の総水分量を全質量（ｆｗ）の比として特定した。実験中の動物の体重と死後の身体組成分析と組み合わせ、体重の変化が水分含有量の変化のみに起因すると仮定することによって、実験中の任意の時点におけるｆｗを特定することができる。組織生検（直径５−８ｍｍおよび深さ約３ｍｍ）を腹部および胸部にわたる部位から採取した。図に示される各データポイントにおいて、３−９生検の結果を平均化した。質量中心より上部から得た生検数と質量中心より下部から得た生検数との平衡を取るよう配慮した。同一の化学分析方法を使用して、全身カーカスおよび局所的生検サンプルの組成分析を行った。
【図９】図９は、全質量（ｆｗ）ではなく除脂肪質量（ｆｗｌ）の比として計算された局所的および全身水分指数を除き、図８と同一の実験から得たデータを示す。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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