(57)【要約】オキシメータセンサシステムは、少なくとも、第１の可視光ＬＥＤ、第２の可視光ＬＥＤ、及び、第１の可視光ＬＥＤ及び第２の可視光ＬＥＤに隣接する赤外ＬＥＤを含む複数のＬＥＤを有する光源群と、ベース、１つ又は複数の側壁、及び発光端を有する光源ハウジングであって、錐台形状を有し、光源群は、ベースに隣接し、発光端を向いて配設され、１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有する、光源ハウジングと、光源ハウジングの発光端に対向し、発光端から離間し、発光端に向いて配設された光検出器と、光源ハウジングの発光端と光検出器との間に配設されたキュベットとを含む。
2019522777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オキシメータセンサシステムであって、
発光モジュールであって、
少なくとも、第１の可視光ＬＥＤ、第２の可視光ＬＥＤ、及び赤外ＬＥＤを含む複数のＬＥＤを有する光源群、及び、
ベース、１つ又は複数の側壁、及び前記ベースに対向する発光端を有する光源ハウジングであって、錐台形状を有し、前記光源群は、前記ベースに隣接し、前記発光端を向いて配設され、前記１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有する、光源ハウジングを備える、発光モジュールと、
前記光源ハウジングの前記発光端に対向し、前記発光端から離間し、前記発光端に向いて配設された光検出器と、
前記光源ハウジングの前記発光端と前記光検出器との間に配設されたキュベット組立体とを備える、センサシステム。
【請求項２】
前記光源群と前記キュベットとの間に配設された拡散器を更に備える、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項３】
前記赤外ＬＥＤの前に配設された可視光遮断フィルタを更に備える、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項４】
一方又は両方の可視光ＬＥＤの前に配設された赤外光遮断フィルタを更に備える、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項５】
前記第１の可視光ＬＥＤは低波長可視光範囲を有し、前記第２の可視光ＬＥＤは高波長可視光範囲を有し、前記赤外ＬＥＤは、近赤外波長範囲内の波長範囲を有する、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項６】
前記低波長可視光範囲は、約５９３ｎｍ以上でかつ約６２０ｎｍ以下の波長範囲を有し、前記高波長可視光範囲は、約６３４ｎｍ以上でかつ約６６９ｎｍ以下の波長範囲を有し、前記赤外ＬＥＤは、９４０ｎｍ以上の波長範囲を有する、請求項５に記載のセンサシステム。
【請求項７】
前記光源ハウジングの前記錐台形状は、円錐形状、角錐形状、又は多面形状のうちの１つである、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項８】
キュベットは、約０．００９インチ（０．２３ｍｍ）の公称経路長を有する、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項９】
少なくとも、メモリモジュール、処理モジュール、変換器モジュール、及び、吸収値をパーセント酸素飽和度にマッピングする数学的マッピング関数を有するコンピュータプロセッサモジュールを更に備え、前記マッピング関数は、前記メモリモジュール又は前記処理モジュール内に存在し、前記変換器モジュールから受信されるデジタル信号を測定値に変換し、前記測定値は、前記キュベット内に配設されかつ前記キュベット内で測定される試料の酸素飽和度のパーセンテージに比例する、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項１０】
前記数学的マッピング関数はカーネルベース関数である、請求項９に記載のセンサシステム。
【請求項１１】
前記カーネルベース関数は、潜在構造に対するカーネルベース直交射影関数である、請求項１０に記載のセンサシステム。
【請求項１２】
吸収値をパーセント酸素飽和度にマッピングする前記関数は、前記キュベットの予め規定された公称経路長について既知のパーセント酸素飽和度を有する試料の複数の吸収値から生成される、請求項９に記載のセンサシステム。
【請求項１３】
前記複数のＬＥＤは、第１の可視光ＬＥＤ及び第２の可視光ＬＥＤの波長範囲と異なる波長範囲をカバーする１つ又は複数の更なる可視光ＬＥＤを含み、前記更なる可視光ＬＥＤは、総ヘモグロビン補正及び／又は散乱効果及びカルボキシヘモグロビン干渉の除去を提供するために使用される、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項１４】
全血のパーセント酸素飽和度を測定するときに使用するためのオキシメータセンサであって、
発光モジュールであって、
第１の可視光ＬＥＤ、第２の可視光ＬＥＤ、及び、前記第１の可視光ＬＥＤ及び前記第２の可視光ＬＥＤに隣接する赤外ＬＥＤからなる複数のＬＥＤを有する光源群、及び、
ベース、１つ又は複数の側壁、及び発光端を有する光源ハウジングであって、錐台形状を有し、前記光源群は、前記ベースに隣接し、前記発光端を向いて配設され、前記１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有する、光源ハウジングを備える、発光モジュールと、
前記光源ハウジングの前記発光端に対向し、前記発光端から離間し、前記発光端に向いて配設された光検出器とを備える、センサ。
【請求項１５】
前記赤外ＬＥＤの前に配設された可視光遮断フィルタを更に備える、請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１６】
一方又は両方の可視光ＬＥＤの前に配設された赤外光遮断フィルタを更に備える、請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記第１の可視光ＬＥＤは低波長可視光範囲を有し、前記第２の可視光ＬＥＤは高波長可視光範囲を有し、前記赤外ＬＥＤは、近赤外波長範囲内の波長範囲を有する、請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記低波長可視光範囲は、約５９３ｎｍ以上でかつ約６２０ｎｍ以下の波長範囲を有し、前記高波長可視光範囲は、約６３４ｎｍ以上でかつ約６６９ｎｍ以下の波長範囲を有し、前記赤外ＬＥＤは、９４０ｎｍ以上の波長範囲を有する、請求項１４に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記光源ハウジングの錐台形状は、円錐形状、角錐形状、及び多面形状からなる群から選択される、請求項１４に記載のセンサ。
【請求項２０】
全血のパーセント酸素飽和度を測定することが可能なオキシメータセンサのための発光モジュールであって、
第１の可視光ＬＥＤ、第２の可視光ＬＥＤ、及び、前記第１の可視光ＬＥＤ及び前記第２の可視光ＬＥＤに隣接する赤外ＬＥＤからなる複数のＬＥＤを有する光源群と、
ベース、１つ又は複数の側壁、及び発光端を有する光源ハウジングであって、錐台形状を有し、前記光源群は、前記ベースに隣接し、前記発光端を向いて配設され、前記１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有する、光源ハウジングとを備える、モジュール。
【請求項２１】
前記赤外ＬＥＤの前に配設された可視光遮断フィルタを更に備える、請求項２０に記載のモジュール。
【請求項２２】
一方又は両方の可視光ＬＥＤの前に配設された赤外光遮断フィルタを更に備える、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２３】
前記第１の可視光ＬＥＤは低波長可視光範囲を有し、前記第２の可視光ＬＥＤは高波長可視光範囲を有し、前記赤外ＬＥＤは、近赤外波長範囲内の波長範囲を有する、請求項２０に記載のセンサ。
【請求項２４】
前記低波長可視光範囲は、約５９３ｎｍ以上でかつ約６２０ｎｍ以下の波長範囲を有し、前記高波長可視光範囲は、約６３４ｎｍ以上でかつ約６６９ｎｍ以下の波長範囲を有し、前記赤外ＬＥＤは、９４０ｎｍ以上の波長範囲を有する、請求項２０に記載のセンサシステム。
【請求項２５】
前記光源ハウジングの錐台形状は、円錐形状、角錐形状、及び多面形状からなる群から選択される、請求項２０に記載のセンサシステム。
【請求項２６】
全血試料内のパーセント酸素飽和度を測定する方法であって、
ａ．オキシメータセンサシステムを使用して、複数の可視光波長においてまた赤外波長において血液試料の吸光度を測定することであって、前記オキシメータセンサシステムは、
ベース、１つ又は複数の側壁、及び発光端を有する光源ハウジング内に搭載された、複数のＬＥＤを組込む光源群であって、前記光源ハウジングは錐台形状を有し、光源群は、前記ベースに隣接し、前記開口上部を向いて配設され、前記１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有する、光源群と、
前記光源ハウジングの前記発光端に対向し、前記発光端から離間し、前記発光端に向いて配設された光検出器と、
前記光源ハウジングの前記発光端と前記光検出器との間に配設されたキュベット組立体とを備える、測定すること、
ｂ．前記複数の可視光波長のそれぞれについてのまた前記赤外波長における吸収値を計算すること、及び、
ｃ．ステップｂで計算された各吸収値を、吸収値をパーセント酸素飽和度にマッピングする、潜在構造に対するカーネルベース直交射影マッピング関数にさらすことを含む、方法。
【請求項２７】
既知であるが変動するパーセンテージの酸素飽和度を含む複数の血液試料を使用して、吸収値をパーセント酸素飽和度にマッピングする関数を計算することを更に含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
吸収値をパーセント酸素飽和度にマッピングする関数を決定するステップは、
既知であるが変動するパーセンテージの酸素飽和度を含む複数の血液試料を使用して、複数の光波長において、予め規定された光路長を有するキュベットについて複数の吸収値を測定すること、及び、
吸収値をパーセント酸素飽和度にマッピングする関数を使用して較正データセットを作成することであって、それにより、パーセント酸素飽和度を含む既知の試料特性の第１のＹ行列と、複数の予め規定された光波長における測定された吸収値の第２のＸ行列との間の関係を確立する、作成することを更に含み、前記較正データセット及び前記行列関係は、吸収値をパーセント酸素飽和度にマッピングする関数の計算時に使用される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
インライン構成で前記キュベットを通して血液を流すことを更に含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記処理するステップは、
スペクトル吸収になるように電気信号を処理し、その後、計算マッピング関数を使用して、前記スペクトル吸収を現在の酸素飽和度値にマッピングすることを更に含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記処理するステップは、前記計算マッピング関数として、潜在構造に対するカーネルベース直交射影マッピング関数を使用することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３２】
吸光度を使用して、全血試料内のパーセント酸素飽和度を測定する方法であって、
キュベットモジュールであって、キュベットモジュールを通る既知の光路長を有する光路を有し、透明流体を充填される、キュベットモジュールを通して光を透過させることによって、測定範囲内の複数の波長にわたる透過光強度スキャンを測定し記録することであって、前記透過光強度スキャンのために使用される透過光は、錐台形状を画定する１つ又は複数の側壁を有する光源ハウジング内に配設される光源群から生じ、前記１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有し、前記キュベットモジュールを通る前記透過光は、光検出器によって受信される、こと、
前記キュベットモジュールを通る前記既知の光路長を有する前記光路を有し、全血試料を充填される前記キュベットモジュールを通して光を再度透過させることによって、前記測定範囲内の前記複数の波長にわたる透過光強度スキャンを測定し記録することであって、前記透明流体及び前記全血試料についての測定し記録するそれぞれのステップは、前記キュベットモジュールを通して前記透過光を透過させる前に、前記透過光を拡散させ、その後、スペクトル吸収を決定することを含む、こと、
前記全血試料の前記透過光強度スキャンと前記透明流体の前記透過光強度スキャンとの比に基づいて、前記測定範囲の前記複数の波長の各波長におけるスペクトル吸収を決定すること、及び、
計算マッピング関数を使用して、前記測定範囲の前記複数の波長の各波長における前記吸収を、前記血液試料のパーセント酸素飽和度値と相関させること、を含む、方法。
【請求項３３】
電子チップを上に配設されているキュベットモジュールを選択すること、前記キュベットモジュールの光路長を測定すること、及び、前記キュベットモジュールの前記電子チップ内に前記光路長を電子的に格納すること、を更に含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記相関させるステップは、潜在構造に対するカーネルベース直交射影関数である計算マッピング関数を選択すること、を更に含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記相関させるステップは、前記パーセント酸素飽和度値を、血中のそれぞれの既知のパーセント酸素飽和度値にマッピングすること、を更に含む、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は、概して、酸素飽和度センサに関する。特に、本発明は、全血と共に使用するための酸素飽和度センサに関する。
［背景技術］
酸素は、ヘモグロビン分子に付着した血液で運ばれる。酸素飽和度は、血液が、どれだけ多くの酸素を、血液が運ぶ可能性がある最大のパーセンテージとして運ぶかという尺度である。１つのヘモグロビン分子は、最大４つの酸素分子を運ぶことができる。
【０００２】
換言すれば、酸素飽和度は、血中の全ヘモグロビン（不飽和＋飽和）に対する酸素＋飽和ヘモグロビンの割合を指す用語である。人間の身体は、血中において酸素の非常に精密かつ特異的な平衡を必要とし調節する。人間における正常な動脈血酸素レベルは９５〜１００パーセントであると考えられる。そのレベルは、９０パーセント未満である場合、低いと考えられ、低酸素血症をもたらす。８０パーセント未満の動脈血酸素レベルは、脳及び心臓等の器官機能を低下させる場合があり、継続する低酸素レベルは、呼吸停止又は心停止をもたらす場合がある。
【０００３】
酸素飽和度は、異なる組織において測定され得る。静脈血酸素飽和度（ＳｖＯ２）は、身体がどれだけ多くの酸素を消費するかを知るために測定される。臨床処置下で、６０％未満のＳｖＯ２は、身体が、酸素が不足しており、虚血性疾患が起こることを示す。この測定は、心肺機械（体外循環）を用いた処置下でしばしば使用され、健康に留まるために患者がどれだけ多くの流量を必要とするかについてのアイデアを灌流技師に与え得る。組織酸素飽和度（ＳｔＯ２）は、近赤外分光法によって測定され得る。その測定は、依然として広く議論されているが、種々の状況における組織酸素化のアイデアを与える。末梢毛細管酸素飽和度（ＳｐＯ２）は、パルスオキシメータデバイスによって通常測定される酸素飽和度レベルの推定値である。
【０００４】
ヘモグロビン酸素飽和度の決定は、インビボ技法を含み、そのインビボ技法によって、血液試料が、患者から引き出され、分析のために実験所に送られる。パルスオキシメータが、血中ヘモグロビン酸素飽和度のインビボ決定のために利用されてきたが、ヘモグロビン濃度に関する情報を提供するために使用されていない。これらのオキシメータによって取得される結果は、静脈血、組織、骨、周囲光、又は患者の動きによってしばしば悪い影響を受ける。
【０００５】
血中ヘモグロビン酸素飽和度を決定するために使用される分光写真技法は、血液試料内の異常ヘモグロビンの存在によって引き起こされる測定誤差を受ける場合がある。メテモグロイン及びカルボキシヘモグロビン等の異常ヘモグロビンは、酸素を輸送できないが、スペクトル吸収を有する。このスペクトル吸収は、使用される入射光の波長に応じて、オキシヘモグロビンの吸収に干渉する。
【０００６】
血中ヘモグロビン酸素飽和度及び非溶血全血のヘモグロビン濃度の分光写真測定が、全血の拡散特性によって、難しく、臨床精度を達成できないと当業者によって通常思われている。
【０００７】
実際には、通常のＣＯＯｘ分析は、全血の分光分析に関して遭遇する問題のために、全血の代わりに溶解血を使用する。溶解血の測定は、比較的簡単である。その理由は、溶解プロセスが、赤血球を分解し、血液をほぼ非拡散媒体にするからである。吸収は、散乱による光の損失がほとんどないキュベットを通した、単純なコリメート済みのビームによって測定される。散乱による光の損失が低いため、簡単な線形分析が使用されて、試料の酸素飽和度を見出すことができる。
【０００８】
全血試料を使用する酸素飽和度の測定は、全血の光散乱が強いため、非常に難題である。これらの問題は、溶解血と比較して、全血の増加した光散乱レベルを扱うことに主に関連する。これは、光損失及び非線形吸収を測定に導入する。
【０００９】
全血等の拡散試料の光吸収測定は、特有の問題を呈する。全血試料の拡散透過は、光源に典型的である非均一性によって引き起こされる測定システムの初期光分布を乱す。そのため、「ブランク（ｂｌａｎｋ）」スキャンの空間光分布は、全血試料スキャンと全く異なり得る。光検出器が、空間的に変動する応答を有するため、応答は、全体強度が変化しなかった場合でも、入射光の空間分布変化によって変動し得る。全血試料スキャンとブランクスキャンとの比に基づく吸収スキャンは、試料だけによる吸収に加えて、光源のこの非線形性による有意の吸収成分を有することになる。これは、酸素飽和度にとって許容できない全血試料吸収の有意の測定誤差をもたらす。
【００１０】
全血に対する分光写真測定で使用される現在の酸素飽和度センサは、通常、２波長（６６０ｎｍ及び８８０ｎｍ）反射センサである。２波長反射センサは、センサごとに傾斜及びオフセット変動を有し、その変動は、比較的大きく、これらのタイプのセンサについて典型的な挙動を示す。更に、これらのタイプのセンサの間の相関ｒ値は、同様に、比較的不十分である。
【００１１】
ユニットごとの傾斜及びオフセット変動を大幅に減少される、全血と共に使用するための酸素飽和度センサを提供することが本発明の目的である。センサの間の相関ｒ値を大幅に増加させる、全血と共に使用するための酸素飽和度センサを提供することが本発明の別の目的である。現在の２波長反射センサとほぼ同じか又はそれよりコストが安い、全血と共に使用するための酸素飽和度センサを提供することが本発明の更なる目的である。全血を測定するときのＳＯ２センサ間の精度を改善することが本発明のなお更なる目的である。
［発明の概要］
本発明は、オキシメータセンサシステムであって、光路に沿って光を提供する発光モジュールと、光路内に配設された光検出器と、発光モジュールと光検出器との間に配設されたキュベット組立体とを含む、オキシメータセンサシステムを設けることによって、これら及び他の目的を達成する。
【００１２】
本発明の一実施形態において、発光モジュールは、少なくとも、第１の可視光（低波長帯）ＬＥＤ、第２の可視光（高波長帯）ＬＥＤ、及び赤外ＬＥＤを含む複数のＬＥＤを有する光源群を含む。赤外フィルタは、第１及び第２の可視光ＬＥＤのみの前に配設されて、可視光ＬＥＤからのどんな赤外波長光をもフィルタリング除去し、それにより、赤外ＬＥＤからの赤外波長帯に影響を及ぼすことを回避する。多くのタイプの可視帯ＬＥＤは、この用途において削除される必要がある寄生赤外放出を有する。可視帯ＬＥＤがこの寄生赤外放出を持たない場合、フィルタは、そのＬＥＤについて必要でない。複数のＬＥＤ及び赤外フィルタは、光源ハウジング内に配設される。光源ハウジングは、ベース、１つ又は複数の側壁、及び発光端を有する。光源ハウジングは、錐台形状を有し、光源群は、ベースに隣接し、発光端を向いて配設されている。１つ又は複数の側壁は、反射コーティングを有し、反射コーティングは、発光端に向けて光を反射し、光路を作成する。  
【００１３】
本発明の一実施形態において、光拡散器は、光源群とキュベット組立体との間の光路内に配設される。
本発明の別の実施形態において、発光モジュールは、赤外ＬＥＤの前に配設された可視光フィルタを含む。  
【００１４】
本発明の更なる実施形態において、第１の可視光ＬＥＤは低波長可視光範囲を有し、第２の可視光ＬＥＤは高波長可視光範囲を有し、赤外ＬＥＤは近赤外波長範囲内の波長範囲を有する。
【００１５】
本発明の一実施形態において、低波長可視光範囲は、約５９３ｎｍ以上でかつ約６２０ｎｍ以下の波長範囲を有し、高波長可視光範囲は、約６３４ｎｍ以上でかつ約６６９ｎｍ以下の波長範囲を有し、赤外ＬＥＤは、９４０ｎｍ〜約９６０ｎｍの波長範囲を有し、９５０ｎｍの公称波長を有する。
【００１６】
光源ハウジングの一実施形態において、錐台形状は、円錐形状、角錐形状、又は多面形状のうちの１つである。
本発明の一実施形態において、キュベット組立体は、約０．００９インチ（０．２３ｍｍ）の公称経路長を有するキュベットを有するキュベットモジュールを有する。
【００１７】
別の一実施形態において、オキシメータセンサシステムは、少なくとも、メモリモジュール、処理モジュール、変換器モジュール、及び、吸収値をパーセント酸素飽和度にマッピングする数学的マッピング関数を有するコンピュータプロセッサモジュールを有し、マッピング関数は、メモリモジュール又は処理モジュール内に存在し、変換器モジュールから受信されるデジタル信号を測定値に変換する。測定値は、キュベット内に配設されかつキュベット内で測定される試料の酸素飽和度のパーセンテージに比例する。
【００１８】
本発明の一実施形態において、数学的マッピング関数はカーネルベース関数である。
本発明の一実施形態において、カーネルベース関数は、潜在構造に対するカーネルベース直交射影関数である。
【００１９】
本発明の一実施形態において、数学的マッピング関数は、吸収値をパーセント酸素飽和度にマッピングし、その関数は、キュベットの予め規定された公称経路長について既知のパーセント酸素飽和度を有する試料の複数の吸収値から生成される。
【００２０】
更なる実施形態において、複数のＬＥＤは、第１の可視光ＬＥＤ及び第２の可視光ＬＥＤの波長範囲と異なる波長範囲をカバーする１つ又は複数の更なる可視光ＬＥＤを含む。更なる可視光ＬＥＤは、散乱効果及びカルボキシヘモグロビン干渉の総ヘモグロビン補正及び／又は除去を提供するために使用される。
【００２１】
の実施形態において、全血内のパーセント酸素飽和度を測定することが可能なシステムにおいて使用するためのオキシメータセンサが開示され、センサは、発光モジュール及び光検出器を含む。発光モジュールは、複数のＬＥＤを有する光源群と、可視光ＬＥＤが赤外フィルタリング能力を全く持たない場合に、可視光ＬＥＤである複数のＬＥＤの幾つかの前に配設されたオプションの赤外フィルタと、赤外ＬＥＤが可視光フィルタリング能力を全く持たない場合に、赤外ＬＥＤである複数のＬＥＤの幾つかの前に配設されたオプションの可視光フィルタと、ベース、１つ又は複数の側壁、及び発光端を有する光源ハウジングであって、錐台形状を有する、光源ハウジングとを有する。光源群は、ベースに隣接し、発光端を向いて配設される。１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有する。
【００２２】
オキシメータセンサの一実施形態において、第１の可視光ＬＥＤは低波長可視光範囲を有し、第２の可視光ＬＥＤは高波長可視光範囲を有し、赤外ＬＥＤは近赤外波長範囲内の波長範囲を有する。
【００２３】
オキシメータセンサの一実施形態において、低波長可視光ＬＥＤは、約５９３ｎｍ〜６２０ｎｍの範囲を有し、高波長可視光ＬＥＤは、約６３４〜６６９ｎｍ以下の範囲を有し、赤外ＬＥＤについての波長は約９５０ｎｍである。
【００２４】
別の実施形態において、ＳＯ２センサにおいて使用するための発光モジュールが開示される。発光モジュールは、第１の可視光ＬＥＤ、第２の可視光ＬＥＤ、及び、第１の可視光ＬＥＤ及び第２の可視光ＬＥＤに隣接する赤外ＬＥＤからなる複数のＬＥＤを有する光源群と、ベース、１つ又は複数の側壁、及び発光端を有する光源ハウジングであって、錐台形状を有し、光源群は、ベースに隣接し、発光端を向いて配設され、１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有する、光源ハウジングとを有する。
【００２５】
一実施形態において、吸光度を使用して、全血試料内のパーセント酸素飽和度を測定する方法が開示される。方法は、キュベットモジュールであって、キュベットモジュールを通る既知の光路長を有する光路を有し、透明流体を充填される、キュベットモジュールを通して光を透過させることによって、測定範囲内の複数の波長にわたる透過光強度スキャンを測定し記録することを含み、透過光強度スキャンのために使用される透過光は、錐台形状を画定する１つ又は複数の側壁を有する光源ハウジング内に配設される光源群から生じ、１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有し、キュベットモジュールを通る透過光は、光検出器によって受信される。方法は、全血試料を充填されるキュベットモジュールを通して光を再度透過させることによって、測定範囲内の複数の波長にわたる透過光強度スキャンを測定し記録することを同様に含み、透明流体及び全血試料についての、測定し記録するそれぞれのステップは、光をキュベットモジュールに送信しキュベットモジュールを透過させる前に、透過光を拡散させ、その後、全血試料の透過光強度スキャンと透明流体の透過光強度スキャンとの比に基づいて、測定範囲の複数の波長の各波長におけるスペクトル吸収を決定することを含む。方法は、計算マッピング関数を使用して、測定範囲の複数の波長の各波長における吸収を、血液試料のパーセント酸素飽和度値と相関させることを更に含む。
【００２６】
別の実施形態において、方法は、カーネルベースマッピング関数である計算マッピング関数を選択することを含む。更なる実施形態において、マッピング関数は、潜在構造に対するカーネルベース直交射影関数である。方法は、パーセント酸素飽和度値を、血中のそれぞれの既知のパーセント酸素飽和度値にマッピングすることを更に含む。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】オキシメータセンサ、キュベット、光検出器、及びプロセッサモジュールを示す、本発明の一実施形態の正面斜視図である。
【図２】図１の実施形態の後面斜視図である。
【図３】オキシメータセンサの断面図を示す図１の実施形態の側面図である。
【図４】図３に示し、光路を形成する複数のＬＥＤからの光線を示すオキシメータセンサの拡大側面図である。
【図５】図３に示すオキシメータセンサの上面図である。
【図６】ＬＥＤ、赤外フィルタ、及びオプションの可視光フィルタの位置を示す図３のオキシメータセンサの断面図である。
【図７】赤外フィルタ及び光拡散器を示す図３のオキシメータセンサの光源ハウジングの後面斜視図である。
【図８】図７に示す光源ハウジングの後面図である。
【図９】図７に示す光源ハウジングの分解図である。
【図１０】図１０に示す光源ハウジングの後面図である。
【図１１】図１０に示す光源ハウジングの正面図である。
【図１２】図２〜５に示す錐台状光源ハウジングを有するセンサについての相関プロット及びデータのグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［発明の詳細な説明］
本発明の実施形態は、図１〜１２に示される。図１は、オキシメータセンササブシステム１０の一実施形態を示す。センササブシステム１０は、発光モジュール２０、光検出器８０、及び、発光モジュール２０と光検出器８０との間に位置決めされたキュベット組立体１００を含む。センササブシステム１０は、任意選択で、プロセッサモジュール１５０を含むことができる、又は、プロセッサモジュール１５０は、任意選択で、オキシメータセンササブシステム１０がその中の一部である診断システムのエレクトロニクス回路内に含まれることができる。ライン５は、プロセッサモジュール１５０がオキシメータセンササブシステム１０の一部であることができる又は一部であることができないことを意味するために含まれる。プロセッサモジュール１５０は、マイクロプロセッサモジュール１６０及びメモリモジュール１７０を含むが、それに限定されない。任意選択で、プロセッサモジュール１５０は、同様に、変換器モジュール１８０を含むことができる、又は、変換器モジュール１８０は、オキシメータセンササブシステム１０の外部にあることができる。オキシメータセンササブシステム１０が使用されて、吸光度を使用して全血の酸素飽和度（ＳＯ２）を測定する。
【００２９】
図１及び２は、キュベット組立体１００の一実施形態の正面及び後面斜視図を示す。キュベット組立体１００は、キュベット基板１１０及びキュベットモジュール１２０を含む。キュベット基板１１０は、オキシメータセンササブシステム１０内でキュベット組立体１００を留めるための支持体を提供し、キュベット光路開口１１２を含み、キュベット光路開口１１２は、光路２１内に配設され、発光モジュール２０から放出される光ビームに整列する。キュベットモジュール１２０は、試料受取り凹部１３５（図示せず）を有するキュベット第１部分１３０、試料入口ポート１２２、試料出口ポート１２４、電子チップ組立体１２６、及び第１のキュベット窓１２９、並びに、第１のキュベット窓１２９に対向しかつ整列した第２のキュベット窓１４２を有するキュベット第２部分１４０を含み、第１及び第２のキュベット窓１２９、１４２は、光路２１に整列し、光路２１内に配設される。キュベット第１部分１３０及びキュベット第２部分１４０は、ガスケットがキュベット第１部分１３０とキュベット第２部分１４０との間に配設された状態で又は配設されない状態で互いに接合される。接合は、全てが当技術分野でよく知られているように、接着剤、超音波技法、溶媒ベース技法等を使用して達成することができる。組立てられると、キュベット第１部分１３０及びキュベット第２部分１４０は、試料入口及び出口ポート１２２、１２４と流体連通する試料受取りチャンバ１０２（図示せず）を形成する。試料受取りチャンバ１０２の第１のキュベット窓１２９と第２のキュベット窓１４２との間の距離は、キュベット光路長を規定し、キュベット光路長は、正確に測定され、プロセッサモジュール１５０が後で取出すために、電子チップ組立体１２６内に格納される。本発明のこの実施形態において使用される典型的な経路長は０．００９インチ（０．２３ｍｍ）である。
【００３０】
図３は、オキシメータセンササブシステム１０の側面図を示す。この図において、発光モジュール２０の断面は、発光モジュール２０を構成する種々の構成要素を示す。発光モジュール２０は、光源群３０、並びに、発光端６０及びベース５２を有する錐台形状を有する光源ハウジング５０を有する。光源群３０は、複数のＬＥＤ３２を含む。より詳細には、この実施形態において、複数のＬＥＤ３２は、３つのＬＥＤ、２つの可視光ＬＥＤ及び赤外ＬＥＤ３８を含む。可視光ＬＥＤ３４は、約５９３ｎｍ〜約６２０ｎｍに及ぶ低波長可視帯ＬＥＤである。低波長可視帯について使用可能なＬＥＤの一例は、ＬＥＤ部品番号Ｖｉｓｈａｙ  ＴＬＣＯ５１００であり、Ｖｉｓｈａｙ  Ｉｎｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．（ペンシルバニア州マルバーン（Ｍａｌｖｅｒｎ，ＰＡ）所在）から入手可能である。可視光ＬＥＤ３６は、約６３４ｎｍ〜約６６９ｎｍに及ぶ高波長可視帯ＬＥＤである。６６０ｎｍ範囲内のＬＥＤが、特定の波長範囲を持つのではなく、通常、＋／−１５ｎｍの範囲を報告していることが留意される。高波長可視帯について使用可能なＬＥＤの一例は、ＬＥＤ部品番号Ｋｉｎｇｂｒｉｇｈｔ  ＷＰ１５０３であり、Ｋｉｎｇｂｒｉｇｈｔ（カルフォルニア州インダストリー市（Ｃｉｔｙ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ＣＡ）所在）から入手可能である。赤外ＬＥＤ３８は、約９４０〜９６０ｎｍの波長範囲を有し、９５０ｎｍの公称波長を有する。幅広の近赤外波長範囲は必要とされない。その理由は、約９５０ｎｍの赤外範囲におけるＳＯ２測定の感度が、その範囲における血液吸収スペクトルの平坦性によって、波長に対して感度がずっと低いからである。典型的な従来技術の酸素飽和度センサは、測定のために２つの波長の光を使用し、幾つかの新しいタイプは、従来の２つの波長より多い波長を使用して、％ＳＯ２に加えて更なるパラメータの測定を追加する。本発明は、３つの波長を使用して、％ＳＯ２に加えて他の血液パラメータを測定するのではなく、更なる分析物パラメータを報告する代わりに、総ヘモグロビン補正及び／又は直交成分除去（散乱効果及びカルボキシヘモグロビン干渉）を提供するため等で％ＳＯ２精度を挙げる。
【００３１】
光源ハウジング５０は、反射コーティング７０がその上に配設される内部表面５４ａを有する１つ又は複数の側壁５４を有する。反射コーティング７０は、１つ又は複数の側壁５４上に塗布されることができるか、１つ又は複数の側壁５４上に噴霧されることができるか、又は、１つ又は複数の側壁５４に接して位置決めされた及び／又は側壁５４に固着された反射金属フォイルの薄層であることができる。光源ハウジング５０の錐台形状が、円錐状であるか、角錐状であるか、又は、錐台形状を構成する共に組立てられた任意の数の（すなわち、多面）側壁５４を有することができることが留意される。光源群３０は、光源基板３１によって支持された複数のＬＥＤ３２を有し、光源ハウジング５０は、複数のＬＥＤ３２からの光を、キュベット組立体１００の第１及び第２のキュベット窓１２９、１４２に整列する発光端６０から出るように方向付ける。発光モジュール２０からのキュベット組立体１００の対向する側に、光検出器８０が存在する。光検出器８０は、キュベット組立体１００の第１及び第２のキュベット窓１２９、１４２に整列するため、キュベット組立体１００のキュベットモジュール１２０を通して送信された発光モジュール２０からの光を受信する。発光モジュール２０の錐台形状が、光検出器８０として単一フォトダイオードの使用を可能にすることを留意することが、要件ではないが重要である。
【００３２】
図４は、発光モジュール２０の拡大断面図である。図４は、複数のＬＥＤ３２からの複数の光線２００の表現を示す。光源ハウジング５０の反射コーティング７０及び錐台形状は、複数の光線２００を集中させて、ハウジングベース５２及び光源群３０より小さい発光端６０から放出させる。反射コーティング７０と結合された光源ハウジングの形状は、全血の試料を通して光を透過するときに、混合し、空間光分布を一様にするという更なる利益を提供する。
【００３３】
図５は、発光モジュール２０の拡大上面図である。見られるように、赤外光フィルタ４０は、第１及び第２の可視光ＬＥＤ３４、３６の前に位置決めされる。第１及び第２の可視光ＬＥＤに隣接して、赤外光ＬＥＤ３８が存在する。赤外光フィルタ４０は、第１及び第２の可視光ＬＥＤ３４、３６から放出されるどんな赤外光をも、キュベットモジュール１２０に送信されることを防止するため、赤外光ＬＥＤ３８から放出される赤外光波長のみがキュベットモジュール１２０を透過する。発光モジュール２０の発光端６０において、発光端６０内に、又は発光端６０に隣接して、光拡散器９０が存在する。光拡散器９０は、発光端６０から放出される光を拡散させるように働くため、光透過強度は、発光端６０の断面積にわたって一定である。許容可能な光拡散器９０の一例は、約３ｍｍの厚さを有するオパール（ｏｐａｌ）拡散ガラスである（Ｅｄｍｕｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓ部品番号４６１６６は、こうしたガラスの例である）。
【００３４】
図６は、赤外フィルタ４０を有する光源群３０の端面図である。赤外フィルタ４０が、第１の可視光ＬＥＤ３４の前でかつ第２の可視光ＬＥＤ３６の前でのみに位置決めされることが見られる。一実施形態において、赤外光ＬＥＤ３８は、可視光フィルタとして働くカバーを有するため、第１及び第２の可視光ＬＥＤ３４、３６の不正確な相関をもたらす赤外光ＬＥＤ３８からの可視光は全く放出されない。他の実施形態において、そのカバーが可視光フィルタとして働かない赤外光ＬＥＤ３８が使用されるとき、別個の可視光フィルタ４４が、発光モジュール２０に含まれ、赤外光ＬＥＤ３８の前に位置決めされ、別個の可視光フィルタ４４は、可視光フィルタ４０に隣接して、オプションの可視光フィルタ４４として図６に示される。フィルタ４４は、通常、ＣＹＲＯ  ＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓからのＡＣＲＹＬＩＴＥ（登録商標）ＧＰ部品番号１１４６−０（ＩＲＴ）等のアクリル材料で作られる。フィルタ４０は、３ｍｍの厚さを有するＳｃｈｏｔｔ部品番号ＫＧ５ガラスで作られることができる。
【００３５】
ここで図７を参照すると、可視光フィルタ４０及び光拡散器９０を有する光源ハウジング５０の斜視透明図が示される。可視光フィルタ４０は、ハウジングベース５２から予め規定された距離に位置決めされたフィルタ支持体４２に留められる。フィルタ支持体４２は、可視光フィルタ４０が第１及び第２の可視光ＬＥＤ３４、３６のすぐ前にあるように位置する。この実施形態において、光拡散器９０は、発光端６０のハウジング端凹部６２内に位置決めされる。側面５４の内部表面５４ａは、上に反射コーティング７０を配設されている。
【００３６】
図８は、ベース５２からの、図７の光源ハウジング５０の平面図である。この実施形態において、フィルタ支持体４２は、側面５４の内部表面５４ａに接して位置決めされた支持部分４２ａ、４２ｂ、４２ｃを有するものとして示される。可視光フィルタ４０は、可視光フィルタ４０の対応する側面に沿って支持部分４２ａ、４２ｂ、４２ｃに付着される。
【００３７】
図９は、図７に示す光源ハウジング５０の斜視分解図である。可視光フィルタ４０は、ハウジングベース５２を通してフィルタ支持体４２に接して位置決めされ、フィルタ支持体４２によって支持される。任意の適した接着剤が使用されて、可視光フィルタ４０を支持体４２に留めることができる。同様に、この実施形態において、光拡散器９０は、発光端６０のハウジング端凹部６２内に配設される。可視光フィルタ４０について述べたように、任意の適した接着剤が使用されて、光拡散器９０を発光端６０に留めることができる。
【００３８】
図１０は、図９に示す光源ハウジング５０のみの平面図である。側壁５４は、ベース５２から、発光端６０の光出口ポート６４に向かってテーパが付く。図１１は、図９に示す光源ハウジング５０の端部平面図である。この視点から、光出口ポート６４より大きいが、発光端６０より小さいハウジング凹部６２が示される。ハウジング端凹部６２は、内部に光拡散器９０を受取るように構成される。光拡散器９０が発光ハウジング５０とキュベットモジュール１２０との間の光路２１内に位置決めされる限り、光拡散器９０が、発光端９０内に配設される必要があるのではなく、発光ハウジング５０から分離した支持構造によって支持されることができること、及び、光拡散器９０のサイズが、発光モジュール２０からのどんな光をも、光拡散器９０を通過することなく、キュベットモジュール１２０の第１及び第２のキュベット窓１２９、１４２に衝当することを防止するのに十分であることが理解されるべきである。
学習データ：
約１０人の異なる個人からの約４０の血液試料のデータセットが生成された。各血液試料内の酸素レベルを操作するために、トノメータが使用された。総ヘモグロビンレベル（ｔＨｂ）レベルを変更するために、血漿が、試料から除去された又は試料に付加された。或る範囲のｔＨｂ、カルボキシヘモグロビン（ＣＯＨｂ）、デオキシヘモグロビン（ＨＨｂ）、及びオキシヘモグロビン（Ｏ２Ｈｂ）をカバーするために、血液試料が操作された。１５％より多いＣＯＨｂを有する又は２０％より少ない％ＳＯ２を有する試料は、モデル生成データに含まれなかった。試料は、述べたＳＯ２センサによって測定された。使用されるキュベットは、０．００９”（０．２３ｍｍ）の経路長を有した。このデータセットは、Ｍａｔｌａｂスクリプトと共に使用するために、Ｍａｔｌａｂセルアレイファイルに変換された。血液試料のＳＯ２レベルは、同様に、ＣＯＯｘ分析器及び分析ソフトウェアを装備する基準溶解ｐＨＯｘウルトラ分析器（Ｎｏｖａ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ）上で測定された。
予測モデル：
計算における次のステップは、予測モデルを作成することである。初期較正データセットを使用して、機械学習アルゴリズムの較正シーケンスは、既知の試料特性の行列（Ｙ行列）と、幾つかの吸収値における測定されたパーセント酸素飽和度値及びおそらくは他の測定値の行列（Ｘ行列）との間の関係を確立する。各波長における吸収は、独立した値として考えられ、一緒にだけでなく別々に使用されることができる。この関係が確立されると、この関係は、分析器によって使用されて、試料に関してＸの新しい測定値から未知のＹを予測する。較正セットＹ行列は、ｎの血液試料の較正試料セットの既知の値から、次の通りに構築される：
【００３９】
【数１】
2019522777.tif 000003
【００４０】
ここで、％ＳＯ２は、酸素飽和度のパーセンテージであり、
ｔＨｂは、特定の試料ｎについての総ヘモグロビンである。
ｔＨｂは、本発明の有用性に悪い影響を与えることなく省略されることができるが、％ＳＯ２値を補正することが必要とされた場合、総ヘモグロビンが予測成分として付加されたことが留意される。
【００４１】
Ｘ行列の行は、次の通りに構築される：
【００４２】
【数２】
2019522777.tif 000004
【００４３】
ここで、Ａｎ，λ１及びＡｎ，λ２は、特定の試料ｎについて、可視光ＬＥＤについての吸収値をそれぞれ表し、
Ａｎ，９５０ｎｍは、特定の試料ｎについて、赤外ＬＥＤについての吸収値を表す。
【００４４】
初期較正データセットを使用して、機械学習アルゴリズムの較正シーケンスは、既知の試料特性の行列（Ｙ行列）と、幾つかの波長における測定された吸収値及びおそらくは他の測定値の行列（Ｘ行列）との間の関係を確立する。この関係が確立されると、この関係は、分析器によって使用されて、全血試料に関してＸの新しい測定値から未知のＹを予測する。
【００４５】
これらの行列が形成されると、これらの行列は較正セットとして使用され、マッピング関数は、選択された機械学習アルゴリズムに特有のプロシージャに従って計算される。
従来の部分最小２乗、線形回帰、線形代数、ニューラルネットワーク、多変量適応的回帰スプライン、潜在構造に対するカーネルベース直交射影、又は他の機械学習数学は、データの較正セットから取得される結果と共に使用されて、吸収値とパーセント酸素飽和度との間の経験的関係（又はマッピング関数）を決定する。通常、数学パッケージが、結果を生成するために使用され、パッケージは、一般に、当業者に知られている機械学習数学のうちの１つを選択するオプションを有する。種々の数学パッケージが、存在し、また、少数を挙げると、マサチューセッツ州ナティック（Ｎａｔｉｃｋ，ＭＡ）のＭａｔｗｏｒｋｓによるＭａｔｌａｂ、ｗｗｗ．ｒ−ｐｒｏｊｅｃｔ．ｏｒｇのインターネットを通じて入手可能なＲ  ｐｒｏｊｅｃｔ  ｆｏｒ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇによる「Ｒ」、ｏｒａｎｇｅ．ｂｉｏｌａｂ．ｓｉのインターネットを通じて入手可能なＯｒａｎｇｅ  ＢｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓからのＯｒａｎｇｅデータマイニングソフトウェアと組合せた、Ｐｙｔｈｏｎ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎからのまたｗｗｗ．ｐｙｔｈｏｎ．ｏｒｇのインターネットを通じて入手可能なＰｙｔｈｏｎを含むが、それに限定されない。
【００４６】
潜在構造に対するカーネルベース直交射影（ＫＯＰＬＳ：Ｋｅｒｎｅｌ−Ｂａｓｅｄ  Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｌａｔｅｎｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）を、マッピング関数を生成するために１つのタイプの機械学習アルゴリズムとして使用することができることが示されるであろう。ＫＯＰＬＳの説明及び記述は、以下の参考文献：Ｊｏｈａｎ  Ｔｒｙｇｇ  ａｎｄ  Ｓｖａｎｔｅ  Ｗｏｌｄ．「Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ  ｔｏ  ｌａｔｅｎｔ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  （Ｏ−ＰＬＳ）」Ｊ．Ｃｈｅｍｏｍｅｔｒｉｃｓ  ２００２；１６：１１９−１２８；Ｍａｔｔｉａｓ  Ｒａｎｔａｌａｉｎｅｎ  ｅｔ  ａｌ．「Ｋｅｒｎｅｌ−ｂａｓｅｄ  ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ  ｔｏ  ｌａｔｅｎｔ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  （Ｋ−ＯＰＬＳ）」Ｊ．Ｃｈｅｍｏｍｅｔｒｉｃｓ  ２００７；２１：３７６−３８５； 及びＭａｘ  Ｂｙｌｅｓｊo  ｅｔ  ａｌ．「Ｋ−ＯＰＬＳ  ｐａｃｋａｇｅ：Ｋｅｒｎｅｌ−ｂａｓｅｄ  ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ  ｔｏ  ｌａｔｅｎｔ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｆｅａｔｕｒｅ  ｓｐａｓｅ」ＢＭＣ  Ｂｉｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｃｓ  ２００８，９：１０６によって最もよく例示されており、それらの参考文献は、参照により本明細書に組込まれる。カーネルベース数学は、オリジナルデータをより高次の空間にマッピングするカーネル関数を使用することによって、システムにおける非線形挙動を扱うときに有用である。上記で述べた機械学習数学の任意の機械学習数学は、当業者が本発明を実施することを可能にするために使用されることができるが、ＫＯＰＬＳは、例えば、従来の部分最小２乗等の他の計算に勝る更なる利点を有する。その理由は、ＫＯＰＬＳが、定量化された変動と、決定される分析値との間の関係を確立し得るだけでなく、オリジナルデータ内の、定量化されていないが一貫して存在する変動を取除き得るからである。これらの定量化されていない変動は、試料の特性、分析器ベースライン変動、ドリフト等による場合がある。
【００４７】
初期訓練データセットを使用して、ＫＯＰＬＳモデルは、ＫＯＰＬＳ法によって指定されるカーネル関数を通して処理されるように、既知の試料特性の行列（Ｙ行列）と、幾つかの波長における測定された吸収値及びおそらくは他の測定値の行列（Ｘ行列）との間の関係（マッピング関数）を確立する。各波長における吸収の値は、独立した値として考えられ、一緒にだけでなく別々に使用されることができる。この関係のＫＯＰＬＳ係数が確立されると、この係数は、カーネル関数と共に分析器によって使用されて、試料に関してＸの新しい測定値から未知のＹ値を予測する。
【００４８】
この例において使用されるカーネル関数は、上記で挙げたＭａｔｔｉａｓ  Ｒａｎｔａｌａｉｎｅｎ等の参考文献に記載され、以下の式で表される単純な線形カーネル関数である：
κ（Ｘ，Ｘ）＝<Ｘ，Ｘ>
ここで、測定値の行列Ｘは、カーネル関数に入れられ、上記で引用したＫＯＰＬＳ参考文献（参照により組込まれる）で指定されたように、更なる処理を受けて、ＫＯＰＬＳ訓練係数を作成する。
【００４９】
訓練係数のセット又はマッピング関数が確立されると、それは、将来の測定値から血液試料の％ＳＯ２値を予測するために使用される。単一行Ｘ行列が、新しい測定値から作成され、次に、この単一行Ｘ行列からの値が、カーネル関数及びマッピング関数を通して入れられて、上記で開示されたＫＯＰＬＳ参考文献に詳細に記載されるＫＯＰＬＳプロシージャに従って使用されるマッピング関数について必要なプロシージャに従って％ＳＯ２値を生成する。
【００５０】
上述した血液サンプルから収集されるデータは、交差検証プロセスにおいてＫＯＰＬＳ法を通して入れられた。交差検証は、データセットを使用して、方法を試験するためのプロセスである。幾つかのデータセット行は保留され、残りが、マッピング関数を作成するために使用される。保留された値は、その後、「新しい」測定値及び計算されるそのＹ行列値として使用される。このプロセスは、他の測定値を保留し、別のマッピング関数を計算することによって繰り返される。計算値に対して血液データの既知の値をプロットすることによって、方法の有効性が、プロットを調査することによって確認されることができる。Ｘデータアレイは、２つの可視波長帯及び１つの赤外波長における、測定された吸収から作成される項から構築された。低波長可視帯は５９３〜６２０ｎｍに及ぶＬＥＤを使用し、高波長可視帯は６３４〜６６９ｎｍに及ぶＬＥＤを使用し、赤外波長は公称９５０ｎｍを使用した。
【００５１】
ＬＥＤの異なるセットと共に作られたセンサの利得及びオフセットは、特定の可視帯ＬＥＤ波長と共に変動することがわかったため、個々のＬＥＤの特定の波長に基づいて各センサの利得及びオフセットを補正する手段が開発された。各センサについての交差検証相関ラインは、各センサについて別個の利得及びオフセットを有する。平均ＬＥＤ低波長可視帯（λ１）及び平均ＬＥＤ高波長可視帯（λ２）を異なる各センサに適用される利得及びオフセット補正に関連付ける２軸多項式関数の係数が、波長データに対するセンサ利得及びオフセットの全てに当てはめられる。多項式当てはめプロシージャは、Ｍａｔｌａｂ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｒ等の多くの標準的な数学ソフトウェアパッケージのうちの１つのソフトウェアパッケージ、或いは、ＦＯＲＴＲＡＮ又はＣ言語等のコンピュータ言語を使用して実装されることができる。ＳＯ２予測は、これらの多項式係数を使用して補正された利得及びオフセットである（以下の式１及び２）。
【００５２】
Ｇａｉｎ＝ａＧ＋ｂＧ１λ１＋ｂＧ２λ２＋ｃＧλ１λ２＋ｄＧ１λ１２＋ｄＧ２λ２２      式１
Ｏｆｆｓｅｔ＝ａ０＋ｂ０１λ１＋ｂ０２λ２＋ｃ０λ１λ２＋ｄ０１λ１２＋ｄ０２λ２２  式２
利得及びオフセット補正の使用は、１％標準偏差以内までのセンサ間の精度を提供する。上記で述べたＳＯ２センサの構造（すなわち、光源ハウジングの錐台形状）は、センサ間のデータの散逸を、試料内でｔＨｂレベルに対する更なるオフセット依存性を識別することが可能であるポイントまで低減する。その結果、ｔＨｂオフセットは、その結果から決定され、予測された％ＳＯ２値に付加される。以下の式３は、このオフセットを計算するために使用される：
−０．５７１４×ＹｔＨｂ＋７．８５６                                式３
ここで、ＹｔＨｂ値（Ｙ行列と混同されるべきでない）は、ＫＯＰＬＳモデルから予測されたｔＨｂ値である。
【００５３】
図１２は、錐台形状の光源ハウジングを有するセンサについての相関プロット及びデータを示す。見られるように、データポイントの散逸がほとんど存在しない。つまり、データポイントが、傾斜ラインに非常に近いことを意味する。
【００５４】
Ｎｏｖａ  ＢｉｏｍｅｄｉｃａｌのＣＣＸ及びｐＨＯｘウルトラ分析器上で使用されるような典型的なＳＯ２センサが、センサ間でのかなりの傾斜及びオフセット変動を有することに留意することが重要である。３つの被試験ｐＨＯｘウルトラセンサについての９５％信頼限界は、４．８〜７．２％ＳＯ２の範囲内にある。
【００５５】
本発明のＳＯ２センサについての精密実行は、同様に、共通の光路を用いて、３つの異なる％ＳＯ２レベルにおいて２０の連続試料に関して実施される。表１は、これらの２０の連続試料についての平均精度を示す。
【００５６】
【表１】
2019522777.tif 000005
【００５７】
本発明のＳＯ２センサについての９５％信頼限界は、１．１％ＳＯ２であり、ｐＨＯｘウルトラＳＯ２センサの場合の４．８〜７．２％ＳＯ２レベルからかなり減少している。
本発明のＳＯ２センサは、従来のＳＯ２センサに勝る幾つかの利点をリストアップする。本発明は、ＳＯ２センサのユニットごとの傾斜及びオフセット変動を大幅に減少させる。本発明は、同様に、ＳＯ２センサの相関ｒ値の著しい増加を提供する。更に、本発明は、センサ間の％ＳＯ２の測定において著しく増加した精度を提供する。
【００５８】
本発明は、同様に、全血試料内のパーセント酸素飽和度を測定する方法を含む。方法は、発光モジュール２０を含むオキシメータセンサシステム１０を使用して、複数の可視光波長及び赤外波長において全血試料の光吸収を測定することを含む。方法は、錐台形状を有するハウジング５０のベース５２に位置する複数のＬＥＤ３２から、発光端６０においてハウジング５０を出る複数の波長の光を、全血の試料を含むキュベットモジュール１２０に方向付けられた光路２１に沿って誘導することを含む。光は、キュベットモジュール１２０から出て光検出器８０に方向付けられる。方法は、複数の可視光波長及び赤外波長のそれぞれについて吸収値を計算すること、及び、上記ステップで計算された各吸収値を、吸収値をパーセント酸素飽和度にマッピングするカーネルベースマッピング関数にさらすことを更に含む。
【００５９】
本発明の好ましい実施形態が本明細書で述べられたが、上記説明は、単に例証である。本明細書で開示される本発明の更なる修正は、それぞれの技術分野の専門家に思い付かれることになり、こうした全ての修正は、添付の請求項によって規定される本発明の範囲内にあると見なされる。
【図１】
2019522777.tif 000006
【図２】
2019522777.tif 000007
【図３】
2019522777.tif 000008
【図４】
2019522777.tif 000009
【図５】
2019522777.tif 000010
【図６】
2019522777.tif 000011
【図７】
2019522777.tif 000012
【図８】
2019522777.tif 000013
【図９】
2019522777.tif 000014
【図１０】
2019522777.tif 000015
【図１１】
2019522777.tif 000016
【図１２】
2019522777.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月13日(2019.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全血試料の酸素飽和度を測定する全血ＣＯＯｘ分析器で用いられるオキシメータセンサシステムであって、
発光モジュールであって、
少なくとも、低波長可視光範囲を有する第１の可視光ＬＥＤ、高波長可視光範囲を有する第２の可視光ＬＥＤ、及び近赤外波長範囲内の波長範囲を有する赤外ＬＥＤを含む複数のＬＥＤを有する光源群、及び、
ベース、１つ又は複数の側壁、及び前記ベースに対向する発光端を有する光源ハウジングであって、錐台形状を有し、前記光源群は、前記ベースに隣接し、前記発光端を向いて配設され、前記１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有する、光源ハウジングを備える、発光モジュールと、
前記光源ハウジングの前記発光端に対向し、前記発光端から離間し、前記発光端に向いて配設された光検出器と、
前記光源ハウジングの前記発光端と前記光検出器との間に配設され、前記全血試料を受容するように構成されたキュベット組立体とを備える、センサシステム。
【請求項２】
前記光源群と前記キュベットとの間に配設された拡散器を更に備える、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項３】
前記赤外ＬＥＤが可視光フィルタとして働くカバーを有さない場合に前記赤外ＬＥＤの前に配設された可視光遮断フィルタを更に備える、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項４】
一方又は両方の可視光ＬＥＤの前に配設された赤外光遮断フィルタを更に備える、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項５】
前記低波長可視光範囲は、約５９３ｎｍ以上でかつ約６２０ｎｍ以下の波長範囲を有し、前記高波長可視光範囲は、約６３４ｎｍ以上でかつ約６６９ｎｍ以下の波長範囲を有し、前記赤外ＬＥＤは、９４０ｎｍ以上の波長範囲を有する、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項６】
前記光源ハウジングの前記錐台形状は、円錐形状、角錐形状、又は多面形状のうちの１つである、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項７】
キュベットは、約０．００９インチ（０．２３ｍｍ）の公称経路長を有する、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項８】
前記複数のＬＥＤは、第１の可視光ＬＥＤ及び第２の可視光ＬＥＤの波長範囲と異なる波長範囲をカバーする１つ又は複数の更なる可視光ＬＥＤを含み、前記更なる可視光ＬＥＤは、総ヘモグロビン補正及び／又は散乱効果及びカルボキシヘモグロビン干渉の除去を提供するために使用される、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項９】
全血試料のパーセント酸素飽和度を測定する全血ＣＯＯｘ分析器で用いられるオキシメータセンサのための発光モジュールであって、
低波長可視光範囲を有する第１の可視光ＬＥＤ、高波長可視光範囲を有する第２の可視光ＬＥＤ、及び、近赤外波長範囲内の波長範囲を有し前記第１の可視光ＬＥＤ及び前記第２の可視光ＬＥＤに隣接する赤外ＬＥＤからなる複数のＬＥＤを有する光源群と、
ベース、１つ又は複数の側壁、及び発光端を有する光源ハウジングであって、錐台形状を有し、前記光源群は、前記ベースに隣接し、前記発光端を向いて配設され、前記１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有する、光源ハウジングとを備える、モジュール。
【請求項１０】
前記赤外ＬＥＤが可視光フィルタとして働くカバーを有さない場合に前記赤外ＬＥＤの前に配設された可視光遮断フィルタを更に備える、請求項９に記載のモジュール。
【請求項１１】
一方又は両方の可視光ＬＥＤの前に配設された赤外光遮断フィルタを更に備える、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記低波長可視光範囲は、約５９３ｎｍ以上でかつ約６２０ｎｍ以下の波長範囲を有し、前記高波長可視光範囲は、約６３４ｎｍ以上でかつ約６６９ｎｍ以下の波長範囲を有し、前記赤外ＬＥＤは、９４０ｎｍ以上の波長範囲を有する、請求項９に記載のセンサシステム。
【請求項１３】
前記光源ハウジングの錐台形状は、円錐形状、角錐形状、及び多面形状からなる群から選択される、請求項９に記載のセンサシステム。
【請求項１４】
全血試料内のパーセント酸素飽和度を測定する方法であって、
ａ．オキシメータセンサシステムを使用して、複数の可視光波長においてまた赤外波長において血液試料の吸光度を測定することであって、前記オキシメータセンサシステムは、
ベース、１つ又は複数の側壁、及び発光端を有する光源ハウジング内に搭載された、複数のＬＥＤを組込む光源群であって、前記複数のＬＥＤは、低波長可視光範囲を有する第１の可視光ＬＥＤ、高波長可視光範囲を有する第２の可視光ＬＥＤ、及び、近赤外波長範囲内の波長範囲を有する赤外ＬＥＤを含み、前記光源ハウジングは錐台形状を有し、光源群は、前記ベースに隣接し、前記開口上部を向いて配設され、前記１つ又は複数の側壁は、上に反射コーティングを有する、光源群と、
前記光源ハウジングの前記発光端に対向し、前記発光端から離間し、前記発光端に向いて配設された光検出器と、
前記光源ハウジングの前記発光端と前記光検出器との間に配設されたキュベットモジュールとを備える、測定すること、
ｂ．前記複数の可視光波長のそれぞれについてのまた前記赤外波長における吸収値を計算すること、及び、
ｃ．ステップｂで計算された各吸収値を、吸収値をパーセント酸素飽和度にマッピングする、潜在構造に対するカーネルベース直交射影マッピング関数にさらすことを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、さらに、
前記キュベットモジュールであって、該キュベットモジュールはキュベットモジュールを通る既知の光路長を有する光路を有し、キュベットは透明流体を充填される前記キュベットモジュール、を通して光を透過させることによって、測定範囲内の複数の波長にわたる透過光強度スキャンを測定し記録することであって、前記透過光強度スキャンのために使用される透過光は、前記光源群から生じ、前記キュベットモジュールを通る前記透過光は、前記光検出器によって受信される、こと、
前記キュベットモジュールを通る前記既知の光路長を有する前記光路を有し、全血試料を充填される前記キュベットモジュールを通して光を再度透過させることによって、前記測定範囲内の前記複数の波長にわたる他の透過光強度スキャンを測定し記録することであって、前記透明流体及び前記全血試料についての測定し記録するそれぞれのステップは、前記キュベットモジュールを通して前記透過光を透過させる前に、前記透過光を拡散させることを含む、こと、
前記全血試料の前記透過光強度スキャンと前記透明流体の前記透過光強度スキャンとの比に基づいて、前記測定範囲の前記複数の波長の各波長におけるスペクトル吸収を決定すること、及び、
計算マッピング関数を使用して、前記測定範囲の前記複数の波長の各波長における前記吸収を、前記血液試料のパーセント酸素飽和度値と相関させること、を含む、方法。
【請求項１６】
約５９３ｎｍ以上でかつ約６２０ｎｍ以下の波長範囲を有する第１の可視光ＬＥＤ、約６３４ｎｍ以上でかつ約６６９ｎｍ以下の波長範囲を有する第２の可視光ＬＥＤ、及び、９４０ｎｍ以上の波長範囲を有する赤外ＬＥＤを選択すること、を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【国際調査報告】
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