(57)【要約】一方法は被検体および物質を包含するサンプル中の被検体濃度を測定する。該方法（１００）はサンプル（２００）の吸光スペクトルを提供することを包含する。該吸光スペクトルは吸光度のベースラインを有する。該方法はさらに、吸光度のベースラインが選択した波長範囲で選択した吸光度値と同等であるように吸光スペクトル（３００）をシフトさせることを包含する。該方法はさらに、物質の寄与（４００）を吸光スペクトルから減算することを含んでなる。従って、該方法は物質からの寄与を実質的に含まない補正済吸光スペクトルを提供する。
2005517923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの吸光スペクトルを提供すること（該吸光スペクトルは吸光度のベースラインを有する）；
該吸光度ベースラインが選択した吸収波長範囲で選択した吸光度値にほぼ同等となるように吸光スペクトルをシフトさせること；および
吸光スペクトルから物質の寄与を減算してそれにより該物質からの寄与を実質的に含まない補正済吸光スペクトルを提供すること
を含んでなる、被検体および物質を含んでなるサンプル中の被検体濃度の測定方法。
【請求項２】
吸光スペクトルを提供することが：
サンプルの透過スペクトルを提供すること（該透過スペクトルは透過率のベースラインを有する）；
透過率ベースラインが選択した透過波長範囲でゼロにほぼ同等となるように透過スペクトルをシフトさせること；および
透過スペクトルから吸光スペクトルを決定すること
を含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
サンプルの透過スペクトルを提供することが：
赤外シグナルの少なくとも一部分を、サンプルを透過させること（該赤外シグナルは複数の波長を含んでなる）；および
サンプルを透過した赤外シグナルの該部分を波長の関数として測定すること
を含んでなる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
透過スペクトルを提供することが、キュベット中にサンプルを入れることをさらに含んでなる、請求項３記載の方法。
【請求項５】
サンプルが血液を含んでなり、被検体がブドウ糖を含んでなり、かつ、選択した透過波長範囲が、透過スペクトルが水の透過率により支配される波長を含んでなる、請求項２記載の方法。
【請求項６】
選択した透過波長範囲が、およそ６ミクロンとおよそ６．１５ミクロンとの間の波長を含んでなる、請求項２記載の方法。
【請求項７】
選択した透過波長範囲が、およそ１２ミクロンとおよそ１３ミクロンとの間の波長を含んでなる、請求項２記載の方法。
【請求項８】
選択した透過波長範囲が３ミクロンにほぼ同等な波長を含んでなる、請求項２記載の方法。
【請求項９】
選択した吸光度値がゼロにほぼ同等である、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
サンプルが血液を含んでなり、かつ、選択した吸収波長範囲が、水および全血タンパク質がほぼ同等な吸光度を有する等吸収波長を含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
選択した吸収波長範囲がおよそ３．８ミクロンとおよそ４．４ミクロンとの間の波長を含んでなる、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
選択した吸収波長範囲がおよそ９ミクロンとおよそ１０ミクロンとの間の波長を含んでなる、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
全血タンパク質がヘモグロビン、アルブミン、グロブリンおよびフェリチンよりなる群からの物質を含んでなる、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
物質の寄与の減算が：
参照物質吸光スペクトルを提供すること；
スケーリング係数により該参照物質吸光スペクトルを乗算することにより参照物質吸光スペクトルをスケーリングすること、および
該吸光スペクトルからスケーリング済参照物質吸光スペクトルを減算してそれにより補正済吸光スペクトルを提供すること
を含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
物質が水を含んでなる、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
参照物質吸光スペクトルが温度依存性の影響について補正される、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
参照物質吸光スペクトルが波長の非直線性について補正される、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
参照物質吸光スペクトルのスケーリングが最低２波長範囲を利用する、請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
サンプルが第二の物質を含んでなり、かつ、該方法が、第二の物質に対応する第二の寄与を補正済吸光スペクトルから減算してそれにより該物質および該第二の物質からの寄与を実質的に含まない２回補正済吸光スペクトルを提供することをさらに含んでなる、請求項１記載の方法。
【請求項２０】
第二の寄与の減算が：
第二の物質に対応する第二の参照吸光スペクトルを提供すること；
第二の参照吸光スペクトルを第二のスケーリング係数により乗算することにより第二の参照吸光スペクトルをスケーリングすること；および
補正済吸光スペクトルからスケーリング済第二の参照吸光スペクトルを減算してそれにより２回補正済吸光スペクトルを提供すること
を含んでなる、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
第二の物質が全血タンパク質を含んでなる、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
第二の物質が、水と全血タンパク質との間の境界層の成分を含んでなる、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
第二の物質が尿素もしくは乳酸を含んでなる、請求項２０記載の方法。
【請求項２４】
補正済吸光スペクトルを被検体スペクトルデータに当てはめてそれによりサンプル中の被検体濃度の測定値を生じることをさらに含んでなる、請求項１４記載の方法。
【請求項２５】
補正済吸光スペクトルが参照被検体スペクトルデータに当てはめられる、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
補正済吸光スペクトルが被検体の吸光極大近くの一波長で参照被検体スペクトルデータに当てはめられる、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
被検体がブドウ糖を含んでなり、かつ、被検体吸光極大値がおよそ９．２５ミクロンの波長に対応する、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
被検体がブドウ糖を含んでなり、かつ、被検体吸光極大値がおよそ９．６５ミクロンの波長に対応する、請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
サンプルの吸光スペクトルを提供すること（該吸光スペクトルは吸光度のベースラインを有する）；および
吸光度ベースラインが、水および全血タンパク質がほぼ同等な吸光度を有する等吸収波長を含んでなる吸収波長範囲中での選択した吸光度値にほぼ同等となるように、吸光スペクトルをシフトさせること
を含んでなる、赤外（ＩＲ）分光法を使用するサンプル中の血液構成要素の光路長非感受性の測定値の提供方法。
【請求項３０】
サンプルの吸光スペクトルを提供すること；
第一の成分および第二の成分がほぼ同等な吸光度を有する等吸収波長での吸光スペクトルの吸光度値を決定すること；および
吸光度値から光路長を計算すること
を含んでなる、第一の成分および第二の成分を含んでなるサンプルの光路長の測定方法。
【請求項３１】
約４ミクロンと１１ミクロンとの間の複数の波長でサンプルの吸光度を測定すること；
水の存在による前記サンプル吸光度への寄与を減算すること；および
ヘモグロビンの存在による前記サンプル吸光度への寄与を減算すること
を含んでなる、血液サンプルのブドウ糖濃度の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の開示は、全般として、物質サンプルを通過したもしくはそれから発射された電磁エネルギーを分析することによる該物質サンプルの組成の決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の人々が、血糖値の自然の調節が損なわれている糖尿病および他の状態に苦しめられている。これらの人々にとって、血糖値のモニタリングは健康維持の重要な一部分であり、そして、この目的上血液サンプル中のブドウ糖レベルを定期的に測定するための多様な技術および機器が開発されている。
【０００３】
これらの方法の大部分は分光学的測定を必要とし、ここでは血液サンプルの電磁エネルギーの吸収が測定され、そしてブドウ糖濃度と相互に関連付けられる。いくつかの場合には、該電磁エネルギーは光波長にある。これらの系においては、ブドウ糖と化学的に反応し、そして、存在しかつ該反応に参画するブドウ糖の量に依存する光帯域中の吸収を生じさせる化学物質試薬が、典型的に血液サンプルに添加される。こうした試薬に基づく系を製造する費用に加え、これらのアッセイは、それらの正確さおよび再現性を低下させる他の血液構成要素により妨害されることがある。
【０００４】
試薬に基づく光学的アッセイが成功裏に製造かつ商品化されているとは言え、電磁スペクトルの赤外（ＩＲ）領域での血液の吸収の特徴が最近、血中ブドウ糖濃度を測定するために探究されている。ブドウ糖は、血液サンプルに添加されなければならない別の化学種との反応を実施する必要なしに数個のＩＲ波長領域で有意の吸収を表すため、これは光学的波長測定を上回る利点を有する。
【０００５】
しかしながら、水、アラニン、アルブミン、ヘモグロビン、尿素、乳酸および他者を包含する他の化学種もまた数個のＩＲ帯域周波数で強く吸収する。これらの構成要素のいくつかはブドウ糖濃度の５０もしくは１００倍またはそれ以上の濃度で血液中に存在する。いずれかの所定の波長でのサンプルの吸光度はその波長での各成分の吸光度の総和であるため、ＩＲ吸光度測定値はこれらの他成分の存在により複雑にされる。結果として、他の血液成分の存在についての測定したＩＲ吸光度の効果的な補償および補正を可能にする方法が、糖尿病患者および定期的なブドウ糖モニタリングの必要な他者に安価かつ正確な系を提供するのに有益であるとみられる。
【発明の開示】
【０００６】
［発明の要約］
本明細書に記述されるある態様によれば、一方法は被検体および物質を含んでなるサンプル中の被検体濃度を測定する。該方法はサンプルの吸光スペクトルを提供することを含んでなる。該吸光スペクトルは吸光度のベースラインを有する。該方法はさらに、吸光度ベースラインが選択した吸収波長範囲の選択した吸光度値にほぼ同等となるように吸光スペクトルをシフトさせることを含んでなる。該方法はさらに、該吸光スペクトルから物質の寄与を減算することを含んでなる。従って、該方法は物質からの寄与を実質的に含まない補正済吸光スペクトルを提供する。
【０００７】
本明細書に記述される他の態様によれば、一方法は赤外（ＩＲ）分光法を使用するサンプル中の血液構成要素の光路長に非感受性の測定値を提供する。該方法はサンプルの吸光スペクトルを提供することを含んでなる。該吸光スペクトルは吸光度ベースラインを有する。該方法はさらに、吸光度ベースラインが、水および全血タンパク質がほぼ同等な吸光度を有する等吸収波長を含んでなる吸収波長範囲中の選択した吸光度値にほぼ同等となるように吸光スペクトルをシフトさせることを含んでなる。
【０００８】
本明細書に記述されるなお他の態様によれば、一方法は第一の成分および第二の成分を含んでなるサンプルの光路長を測定する。該方法はサンプルの吸光スペクトルを提供することを含んでなる。該方法はさらに、第一の成分および第二の成分がほぼ同等な吸光度を有する等吸収波長で吸光スペクトルの吸光度値を測定することを含んでなる。該方法はさらに、該吸光度値から光路長を計算することを含んでなる。
【０００９】
本明細書に記述されるなお他の態様によれば、一方法は血液サンプルのブドウ糖濃度を推定する。該方法は、約４ミクロンと１１ミクロンとの間の複数の波長でサンプルの吸光度を測定することを含んでなる。該方法はさらに、水の存在による前記サンプル吸光度への寄与を減算することを含んでなる。該方法はさらに、ヘモグロビンの存在による前記サンプル吸光度への寄与を減算することを含んでなる。
【００１０】
本発明を要約する目的上、本発明のある局面、利点および新規特徴を上に記述した。しかしながら、必ずしも全部のこうした利点が本発明のいずれかの特定の態様に従って達成されうるわけではないことが理解されるべきである。従って、本発明は、本明細書に教示もしくは示唆されうるところの他の利点を必ずしも達成せずとも本明細書に教示されるところの１利点もしくは一群の利点を達成もしくは至適化する様式で例示もしくは実施しうる。
［発明の詳細な説明］
下にさらに記述されるであろうとおり、サンプルからの吸光度データ（ときに「光学密度」もしくは「ＯＤ」と呼ばれる）を使用してサンプルの多様な構成要素の相対濃度を測定し得る。とりわけ、血液サンプルからの赤外吸収データを使用して多様な被検体の濃度を決定し得る。ブドウ糖濃度の特定の一測定技術を本明細書に記述するが、しかし、下述される技術は全血タンパク質、尿素、乳酸もしくは他のサンプル被検体を測定するのに使用し得ることが認識されるであろう。
【００１１】
多くの測定値中で、測定した吸光スペクトルへの目的の被検体（例えばブドウ糖）からの寄与は、しばしば、サンプル内の他の物質からの寄与の小さな比率にすぎない。例えば、血液は、典型的には、容量で約７０％の水、約３０％の固形物（主としてタンパク質）およびわずか約０．１％のブドウ糖から構成される。血液はまた尿素、アラニンおよびいくつかの場合にはアルコールもしくは果糖のような他の糖のような他の種も包含する。従って、血中ブドウ糖測定値は高度に感受性でありかつ不正確さの影響を受けやすい。
【００１２】
正確なブドウ糖測定値が望ましい場合、多様な血液構成要素のそれぞれの特徴を考慮しなければならない。水による大きな吸収を回避するための試みにおいて、以前の努力は近赤外（ＩＲ）領域（例えば約２．５ミクロン未満の波長）に集中していた。近ＩＲ領域における水のＩＲ吸収は極めて小さい。しかしながら、アラニン、尿素、アルブミン、アスコルビン酸およびトリアセチンのような多くの血液成分はブドウ糖に類似の大きさの吸収を有し、そして、試みがなされたとは言え、それらの相対的寄与を分離することは困難である。
【００１３】
有利には、本明細書に記述される系および方法は、約４ないし約１１ミクロンの中ＩＲ領域での吸光度データ、および水による寄与の減算手順を利用する。図１Ａはこれらの波長での血液の吸光度プロットを具体的に説明し、また、図１Ｂは純水の吸光度プロットを具体的に説明する。吸収全体への主要な寄与体（ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｏｒ）はこのスペクトルにわたって水であるとは言え、約６．８ミクロンから１０．５ミクロンまでの血液スペクトル中に存在するピークおよび他の構造は、他の血液成分の吸光スペクトルの組合せによる。ブドウ糖は約８．５から１０ミクロンまでに強い吸収ピーク構造を有する一方、大部分の他の血液構成要素は８．５ないし１０ミクロン範囲に低くかつ平坦な吸光スペクトルを有するため、４ないし１１ミクロンの領域が有利と見出されている。主な例外は水およびヘモグロビンであり、その双方はこの領域中でかなり強く吸収し、そしてそれらはまた濃度に関して２つの最も有意の血液成分でもある。本明細書に記述される技術のある態様は、従って、サンプル中のブドウ糖の寄与および従って濃度を解明するためにこの領域から水およびヘモグロビンの寄与を除去することに向けられる。
【００１４】
図２は、吸光スペクトルが得られる透過スペクトルを提供するための本明細書に記述される態様と適合する一配置１０を図解で具体的に説明する。配置１０はカセット２２内にキュベット２０を含んでなり、キュベット２０はサンプル３０を含有する。キュベット２０は分析中の波長範囲の赤外放射に対し実質的に透過性である。ある態様において、サンプル３０は血液を含んでなりかつ被検体はブドウ糖を含んでなる。配置１０はまた赤外光源４０、開口４２、フィルターホイール４５上のフィルター４４、光線スプリッター４６、サンプルレンズ４７、シグナルレンズ４８、赤外シグナル検出器５０、赤外参照検出器６０および参照レンズ６２も包含する。本明細書に記述される態様と適合する機器の一例は、マサチューセッツ州ウェレズリーのパーキン−エルマー  インク（Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ，Ｉｎｃ．）から入手可能なフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光計である。
【００１５】
図２により具体的に説明されるとおり、キュベット２０は赤外光源４０と赤外シグナル検出器５０との間に配置され、その結果光源４０から発射される赤外シグナルの少なくとも一部分がキュベット２０およびサンプル３０を透過し、そしてシグナル検出器５０により測定される。赤外光源４０は複数の波長を含んでなる赤外シグナルを提供するよう適応される。図２に具体的に説明されるところのある態様において、光源４０は広帯域赤外シグナルを提供し、これは複数の波長が同時に発射されかつ特定の波長を選択するために開口４２およびフィルター４４を透過される。他の態様において、光源４０は選択した波長をもつ赤外シグナルを提供するよう調整可能である。
【００１６】
ある態様の開口４２は、フィルター４４に入射する赤外シグナルのビームサイズを規定する。図２に具体的に説明されるとおり、ある態様のフィルター４４はフィルターホイール４５上の複数のフィルターの１つである。フィルターホイール４５は、フィルターホイール４５が赤外シグナルの光路中に選択したフィルター４４を配置するために回転させ得るようにステッピング・モーター６４および位置センサー６５を含んでなる。
【００１７】
フィルター４４を透過する赤外シグナルは、光線スプリッター４６により２個の別個の部分に分割され、２個の別個の光路に沿って伝播する。単一光路に沿って、赤外シグナルの単一部分がサンプルレンズ４７によりサンプル３０に集中される。サンプル３０を透過したシグナル部分の該部分はシグナルレンズ４８によりシグナル検出器５０に集中される。参照光路に沿って、赤外シグナルの参照部分が参照レンズ６２により参照検出器６０に集中される。
【００１８】
ある態様において、シグナル検出器５０および参照検出器６０は同時に複数の波長の赤外放射を測定する一方、他の態様においては、検出器５０、６０は選択した波長を測定するよう調整可能である。参照検出器６０により検出されたシグナルを使用して、光源４０からの発射シグナル中の変動について、シグナル検出器５０により検出されたシグナルを補正し得る。加えて、参照検出器６０およびシグナル検出器５０が実質的に同一である態様において、参照検出器６０を使用してシグナル検出器５０の波長依存性応答について補正し得る。
【００１９】
図３はキュベット２０の平面性の設計仕様を図解で具体的に説明する。シグナル検出器５０により検出されたシグナルが、赤外シグナルがそれを通って伝播するキュベット２０上の位置に依存しないことを確実にするために、キュベット２０は好ましくはその２表面間に十分な程度の平面性を有する。好ましい態様において該平面性は±１ミクロンである。この平面性はキュベット２０に剛性素材を使用して達成することができ、そして例示的素材は限定されるものでないがシリコンおよびＢａＦ２を挙げることができる。
【００２０】
キュベット２０の透過性の設計仕様を図４により図解で具体的に説明する。キュベット２０それ自身による吸収によるシグナルの喪失を回避するために、キュベット２０の素材は好ましくは目的の波長範囲で比較的高い透過率を有するように選択される。例示的素材は限定されるものでないがシリコンを挙げることができる。図４は、ＡＲ被覆シリコンの透過がおよそ４．５〜５．５ミクロンおよび７．９〜１０．１ミクロンの波長範囲で９０％以上であることを示す。
【００２１】
本明細書に記述される態様に適合する別のキュベット素材は、費用効率のよい一選択肢を提供し得るポリエチレンである。ポリエチレンを使用して、限定されるものでないが射出成形技術および層状「ウェブ」集成技術を挙げることができる多様な技術によりキュベット２０を成形することができる。
【００２２】
図５は被検体および物質を含んでなるサンプル中の被検体濃度の測定方法１００の一態様の流れ図である。方法１００はサンプルの吸光スペクトルを提供することを含んでなり、該吸光スペクトルは作動ブロック（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｂｌｏｃｋ）２００の吸光度ベースラインを有する。方法１００はさらに、該吸光度ベースラインが作動ブロック３００の選択した吸収波長範囲で選択した吸光度値にほぼ同等であるように吸光スペクトルを移動させることを含んでなる。方法１００はさらに、作動ブロック４００の吸光スペクトルから物質の寄与を減算することを含んでなる。従って、方法１００は物質からの寄与を実質的に含まない補正済吸光スペクトルを提供する。
【００２３】
ある態様において、作動ブロック２００の吸光スペクトルを提供することは、サンプル３０を赤外放射で照射すること、およびサンプル３０による赤外放射の吸収を波長もしくは赤外放射のエネルギーの関数として測定することを含んでなる。図６は、図５の作動ブロック２００の吸光スペクトルを提供するための一態様の流れ図である。作動ブロック２１０においてサンプル３０の透過スペクトルが提供され、該透過スペクトルは透過率ベースラインを有する。ある態様において、サンプル３０の透過スペクトルは作動ブロック２１２で赤外シグナルの少なくとも一部分にサンプル３０を透過させることにより提供される。赤外シグナルは複数の波長を含んでなる。サンプル３０を透過した赤外シグナルの部分が動作ブロック２１４で波長の関数として測定される。図２に具体的に説明される配置１０を使用して透過スペクトルを提供し得る一方、他の配置および装置もまた、本明細書に記述される態様により透過スペクトルを提供するのに使用し得る。図７Ａは本明細書に記述される態様による血液を含んでなるサンプル３０の一例示的透過スペクトルを図解で具体的に説明する。
【００２４】
ある態様において、透過率のベースラインは透過率が最小である波長での透過スペクトルの値であると定義される。血液に関しては、この値は、典型的に、水およびヘモグロビン双方が強い吸収体である約６．１〜６．２ミクロンである。これらの波長でのサンプル３０からの透過スペクトルがほとんどゼロであることが期待される一方、機器の誤差および熱的変動のような多様な影響が透過率ベースラインへの非ゼロの寄与をもたらし得る。加えて、機器の誤差および熱的変動のような影響は、これらの特徴の期待される波長からの透過スペクトル中の既知の特徴の波長移動をもたらし得る。
【００２５】
あるこうした態様において、図６の作動ブロック２２０で具体的に説明されるとおり、作動ブロック２００の吸光スペクトルを提供することは、透過率ベースラインが選択した透過波長範囲でほぼゼロに同等であるように透過スペクトルを移動させることを含んでなる。サンプル３０が血液を含んでなるある態様において、選択した透過波長範囲は透過率が最小である波長を含んでなる。あるこうした態様において、選択した透過波長範囲はおよそ６ミクロンとおよそ６．１５ミクロンとの間の波長を含んでなる。他のこうした態様において、選択した透過波長範囲はおよそ１２ミクロンよおよそ１３ミクロンとの間の波長を含んでなる。これらの波長での透過スペクトルは、低濃度レベルで存在する多様な血液成分からの寄与により部分的に影響を及ぼされるかもしれない。なお他のこうした態様において、選択した透過波長範囲は３ミクロンにほぼ同等な波長を含んでなる。これらの波長のそれぞれは強い水吸収ピークに対応する。
【００２６】
透過率ベースラインへの非ゼロの寄与が存在する態様において、透過スペクトルを移動させてもよい。ある態様において、透過スペクトルは、６ないし６．２ミクロンの波長範囲の透過スペクトルがゼロにほぼ同等であるように移動される。既知の特徴がそれらの期待される波長から波長を移動される態様において、透過スペクトルは波長を移動され得る。加えて、透過スペクトルの移動は非直線的に実施し得る（例えば、透過スペクトルにわたって量を変えることにより異なる波長を移動させる）。
【００２７】
図６により具体的に説明されるとおり、吸光スペクトルを提供することは、作動ブロック２３０の透過スペクトルから吸光スペクトルを決定することをさらに含んでなる。ある態様において、透過スペクトルと吸光スペクトルとの間の関係は：
【００２８】
【数１】
2005517923.tif 000003
【００２９】
として表され、ここでλは波長であり、Ａ（λ）は波長の関数としての吸光度であり、そしてＴ（λ）は波長の関数としての透過率である。
【００３０】
図５の作動ブロック３００により示されるとおり、ある態様において、方法１００は、その吸光度ベースラインが選択した吸収波長範囲中の選択した吸光度値にほぼ同等となるように吸光スペクトルをシフトさせることを含んでなる。ある態様において、吸光度のベースラインは低吸収を伴う吸光スペクトルの一部分により定義されるように選択し得る。サンプル３０が血液を含んでなる他のある態様において、吸光度のベースラインは、水および全血タンパク質がほぼ同等な吸光度を有する等吸収波長での吸光スペクトルの大きさであると定義される。例示的全血タンパク質は限定されるものでないがヘモグロビン、アルブミン、グロブリンおよびフェリチンを挙げることができる。
【００３１】
等吸収波長を具体的に説明するための例示的一態様において、全血タンパク質の代わりにウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）および血清の代わりに生理的食塩水を使用して血液をその主要成分で模擬実験した。サンプルの赤外吸収スペクトルはパーキン−エルマー（Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ）のＦＴＩＲ機器で測定した。キュベットの光路長は、３２および２０マイクロメートルのＢａＦ２ウィンドウ間で異なるスペーサーを用いて設定した。空のキュベットの縞筋パターンをキュベット内側の実際の光路長の計算に使用した。可撓性チューブおよび流入型のキュベットが、実験の設定に対して変更を行うことなく多様な溶液での反復充填を可能にした。機器の変動およびベースラインの逸脱は、サンプル測定前および後の生理的食塩水参照の測定値で説明された。１サンプルあたり合計１００回の走査を約５分の期間にわたり収集した。走査データをＡＳＣＩＩ形式で保存しかつ評価のため電子表計算ソフト（例えばニューヨーク州アーモンクのＩＢＭ  コーポレーション（ＩＢＭ  Ｃｏｒｐ．）からのＬｏｔｕｓ  １−２−３）に転送した。
【００３２】
図７Ａおよび７Ｂは２波長範囲における生理的食塩水中２０％ＢＳＡおよび生理的食塩水単独の吸光スペクトルのグラフである。図７Ａで見ることができるとおり、ＢＳＡタンパク質および水はおよそ４．０５ミクロンの等吸収波長で同一の赤外吸光度を表す。同様に、図７Ｂで見ることができるとおり、ＢＳＡタンパク質および水はおよそ９．４ミクロンの等吸収波長で同一の赤外吸光度を表す。等吸収波長は異なる溶液中の異なるタンパク質について異なる可能性がある。
【００３３】
タンパク質および水の測定した吸光度は等吸収波長で同一であるため、等吸収波長での測定した吸光度はタンパク質濃度および水濃度の比（ヘモクリットレベル）に依存しない。一等吸収波長で、所定のサンプル容量について、サンプル３０が完全に水であったにせよ完全にタンパク質であったにせよ該二者の何らかの組合せであったにせよ、同一量の吸収が観察されるとみられる。その場合、等吸収波長での吸光度は水およびタンパク質の相対濃度に依存せず、総サンプル容量の表示である。従って、等吸収波長での観察された吸光度はサンプル３０の光路長のみの尺度である。ある態様において、等吸収波長での観察された吸光度はサンプル３０の有効光路長の測定に有用であり得る。加えて、こうした情報を機器関連の光路長の非直線性の補償のためのその後の計算で使用し得る。ある態様において、これらの測定は他の波長範囲での吸光度測定の前もしくはそれと同時に行い得る。
【００３４】
ある態様において、一等吸収波長での観察された吸光度は、波長スペクトルデータの組全体にわたる一定のオフセット値を加算もしくは減算することにより等吸収波長での選択した値（０、０．５、１などのような）に吸光スペクトルをシフトさせることにより、吸光度データを内的に参照するのに有用であり得る。加えて、吸光スペクトルの移動は非直線的に実施し得る（例えば、異なる波長範囲の吸光スペクトルの部分を異なる量だけ移動する）。
【００３５】
ある態様において、図５の作動ブロック３００の吸光スペクトルのシフトのための選択した吸収波長範囲は、水および全血タンパク質がほぼ同等な吸光度を有する等吸収波長を含んでなる。サンプル３０が血液を含んでなるある態様において、選択した吸収波長範囲はおよそ３．８ミクロンとおよそ４．４ミクロンとの間の波長を含んでなる。他のある態様において、選択した吸収波長範囲は９ミクロンとおよそ１０ミクロンとの間の波長を含んでなる。吸光度をタンパク質−水の等吸収点での何らかの値（例えば０）に設定するような吸光スペクトルのシフトは、好ましくは、ゼロに関してスペクトル位置全体のヘモクリットレベルへの依存性を除去するのに役立つ。
【００３６】
ある態様において、サンプル３０からの吸光スペクトルが、ゼロにほぼ同等である選択した吸光度値に吸光度のベースラインがほぼ同等となるように作動ブロック３００でシフトされる。他の態様において、選択した吸光度値は非ゼロ（例えば０．５もしくは１）である。図１Ａは本技術により生じられる血液サンプルの例示的一吸光度プロットである。
【００３７】
図１Ａに示されるプロットのようなシフトした吸光度プロットが一旦生成されれば、ブドウ糖濃度の測定方法は、ブドウ糖の検出を妨害する血液中の他の物質からの吸光スペクトルへの１種もしくはそれ以上の寄与を減算することにより継続する。図８は図５の作動ブロック４００で物質の寄与を減算するための一態様の流れ図である。作動ブロック４１０において、参照物質吸光スペクトルが提供される。作動ブロック４２０において、参照物質吸光スペクトルがスケーリング係数によりそれを乗算することによりスケーリングされる。作動ブロック４３０において、スケーリング済参照物質吸光スペクトルが測定した吸光スペクトルから減算される。従って、この手順は、好ましくは物質からの寄与を実質的に含まない補正済吸光スペクトルを提供する。
【００３８】
上述されたとおり、この波長範囲での血液のＩＲ吸光スペクトルへの主な寄与体は水である。水、ヘモグロビンおよびブドウ糖の相対的ＩＲ吸光スペクトルの検査（図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃに具体的に説明される）は、約４．７ミクロンの吸収ピークが主として水の存在によることを示す。従って、血液サンプルからの測定した吸光スペクトル中のこのピークの高さを参照純水スペクトルとともに使用して、４〜１１ミクロンの範囲全体にわたる水の存在によるサンプルの吸光度を決定し得る。
【００３９】
例示的一態様においてこの減算を実施するために、図９Ａに示されるもののような水の参照吸光スペクトルを提供し、そして、４．７ミクロンから５．２ミクロンまでのスケーリング済参照ピークの垂直高さを４．７ミクロンと５．２ミクロンとの間のサンプルスペクトルのピーク高さの差異に等しくすることにより参照吸光スペクトルをスケーリングするの一定のスケール係数により、該参照吸光スペクトルの値を乗算する。その後、参照スペクトルの垂直位置の波長を移動させて、４．７ミクロンおよび５．２ミクロンでのスケーリング済参照ピークおよび谷（ｔｒｏｕｇｈ）を、測定した血液スペクトル上の同一のピークおよび谷と整列させる。図１０は、こうして操作し、かつ測定したサンプル吸光スペクトルと重ねた水参照スペクトルを示す。各波長で、測定したサンプル吸光度値からスケーリング済水参照値を減算する。図１１に具体的に説明されるこの計算の結果は、水吸収の寄与が減算された測定したサンプルの吸光スペクトルである。結果として生じる吸光スペクトルはおよそ４．５ミクロンと５ミクロンとの間の波長についてゼロにほぼ同等である。生じる吸光スペクトルは好ましくは水吸収からの寄与を効果的に含まない。他のスケーリング手順、波長範囲および減算手順は、水補正済吸光スペクトルを生じさせるための本明細書に記述される態様と適合する。
【００４０】
ある態様において、測定した吸光スペクトルの処理は第二の物質（例えばヘモグロビン）の寄与を減算することにより継続する。図１２は作動ブロック５００で第二の物質の第二の寄与を減算する一態様の流れ図である。作動ブロック５１０において、第二の寄与の減算は、第二の物質に対応する第二の参照吸光スペクトルを提供することを含んでなる。作動ブロック５２０において、第二の寄与の減算はさらに、第二の参照吸光スペクトルを第二のスケーリング係数により乗算することによる第二の参照吸光スペクトルのスケーリングを含んでなる。スケーリング済第二の参照吸光スペクトルは第二の選択した波長での補正済吸光スペクトルにほぼ同等である。作動ブロック５３０において、第二の寄与の減算はさらに、補正済吸光スペクトルからのスケーリング済第二の参照吸光スペクトルの減算を含んでなる。従って、物質および第二の物質からの寄与を実質的に含まない２回補正済吸光スペクトルが提供される。
【００４１】
ある態様において、サンプルは１種以上の物質を含んでなる。あるこうした態様の方法１００はさらに、測定した吸光スペクトルからのこれらの付加的物質の吸光度の寄与の減算を含んでなる。図９Ｂに具体的に説明されるとおり、ヘモグロビンは約４〜１１ミクロンの波長範囲に有意の吸光度を有する。血液サンプルの測定した吸光スペクトルへのヘモグロビンの寄与は、参照ヘモグロビン吸光スペクトルを提供しかつスケーリングすること、および水補正済の測定したスペクトルからスケーリング済参照ヘモグロビンスペクトルを減算することにより除去し得る。
【００４２】
この減算を例示的一態様において実施するために、図９Ｂに示されるもののような参照ヘモグロビンスペクトルを提供しかつ一定のスケーリング係数により乗算して、スケーリング済参照スペクトルの約８．０ないし８．４ミクロンの間の吸光度の差異が約８．０ないし８．４ミクロンの間サンプルスペクトルでの吸光度の差異と同等であるような参照ヘモグロビンスペクトルをスケーリングする。図１３Ａは水補正済の測定したスペクトルを重ねたスケーリング済参照ヘモグロビンスペクトルを示す。各波長で、スケーリング済ヘモグロビン参照値が水補正済の測定したスペクトル値から減算される。図１３Ｂに具体的に説明されるこの計算の結果は、水の寄与およびヘモグロビン吸光度が減算された、測定したサンプルの吸光スペクトルである。他のスケーリング手順、波長範囲および減算手順は、水補正済およびヘモグロビン補正済の測定した吸光スペクトルを生じさせるための本明細書に記述される態様と適合する。
【００４３】
血液を含んでなるサンプルについて、第二の物質は多様な化合物を含むことができ、その例は限定されるものでないが全血タンパク質、尿素および乳酸を挙げることができる。
【００４４】
ある態様において、測定した吸光スペクトルは、目的の被検体によらない他の寄与についてさらに補正し得る。図１５Ａは純粋なブドウ糖の吸光スペクトルと比較した純粋なアルコールの吸光スペクトルを具体的に説明する。アルコールの吸収は目的の波長範囲でブドウ糖のものに類似であるため、アルコールはブドウ糖の測定を潜在的に妨害する物質である。純粋なブドウ糖についての約９．２ミクロンのピークに対する約９．６ミクロンのピークのピーク高さ比がおよそ１．１〜１．２であり、また、純粋なアルコールについての比がおよそ３．０〜３．２であることが観察されている。図１４Ｂに示されるとおり、ピーク高さのこの比はブドウ糖およびアルコールの混合物の吸光スペクトルについて、これらの２つの値の間で変動する。従って、アルコールおよびブドウ糖の相対濃度を決定するのにピーク高さ比を使用することが可能である。その後、アルコールからの寄与を、測定した吸光スペクトルから減算し得る。
【００４５】
スペクトル全体への水の寄与の正しい減算は、水の吸光スペクトルが温度変化とともに変化するために、温度によってもまた影響を及ぼされる。従って、システムが数種の異なる水参照スペクトルを保存し、各１つが選択した温度範囲に適用可能であることが有利である。適切な参照はサンプルの温度に基づくスケーリングおよび減算について選択することができる。
【００４６】
いくつかの態様においては、サンプルの温度を直接測定もしくは制御するための熱電対、ヒーターなどのような機器を提供してもよい。このアプローチはときに適するかもしれないとは言え、サンプルサイズが非常に小さく、また、実際の血液温度はキュベット温度もしくはキュベットを取り巻く周囲温度から変動しうるために、血液の温度を正確に測定かつ制御することは困難であり得る。
【００４７】
図１５Ａおよび１５Ｂに具体的に説明されるとおり、水吸光スペクトルの異なる部分は温度により異なる量だけ影響を及ぼされるため、この問題はあるいはサンプルスペクトルそれ自身を分析することにより取り扱うことができる。図１５Ｂは、全血スペクトルへの水の寄与を特徴付けするために上述されたとおり使用される４と６ミクロンとの間の水スペクトルのピークおよび谷の構造の詳細図である。本図に示されるとおり、約４．９ミクロンと５．１５ミクロンとの間の吸光度差は温度に非常に依存性であるわけではない一方、４．６５ミクロンと４．９ミクロンとの間の吸光度差は高度に温度依存性である。一定の水濃度を含む所定のサンプルの温度が変化する際に、４．６５と４．９ミクロンとの間の吸光度差は大きく変化することができ、また、４．９と５．１５ミクロンとの間の吸光度差は全く大きくは変化しないことができる。従って、低温度依存性を有する２点（例えば４．９および５．１５ミクロン）間の吸光度差に対する高温度依存性を有する２点（例えば４．６５および４．９ミクロン）間の吸光度差の比を、温度の尺度として使用し得る。この測定が一旦なされれば、いくつかの異なる保存された水参照曲線からの適切な選択を行うことができる。
【００４８】
方法１００がマイクロプロセッサを使用して実施されるある態様において、参照物質吸光スペクトルはマイクロプロセッサに接続された記憶装置中に保存される。こうした態様において、該記憶装置は保存された参照物質吸光スペクトルを適切なコマンドに応答してマイクロプロセッサに提供する。
【００４９】
ある態様において、参照物質吸光スペクトルは保存されたスペクトルを波長の非直線性について補正することにより提供する。例えば、物質が水を含んでなる場合、光路長（１個もしくはそれ以上の等吸収波長でのサンプル吸収全体に基づく）ならびに水吸収により支配される１個もしくはそれ以上の波長での測定した吸光度（例えばおよそ４．５と５ミクロンとの間）の知識を使用して、保存された参照水吸光スペクトルをスペクトル全体での波長の非直線性について補正し得る。保存された参照スペクトルのこうした補正は最終結果におけるひずみ（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を低下させるのに有利である。
【００５０】
ある態様の第二の物質は水と全血タンパク質との間の境界層の成分を含んでなる。境界層の成分による測定した吸光スペクトルの特徴は、水と全血タンパク質との間の相互作用から生じる。これらのスペクトルの特徴は「結合型」成分に帰される。
【００５１】
ある態様において、遊離タンパク質は約７．１ミクロンに集中される吸収ピークを有し、遊離タンパク質の測定した吸光スペクトルを補正するのにこれを使用し得る。測定した吸光スペクトル全体での水和タンパク質による寄与は、適切なスケーリング済参照吸光度を減算することにより補正し得、その結果補正済吸光スペクトルは選択した波長範囲についてほぼゼロとなる。ある態様において、波長範囲は約７．０と７．２ミクロンとの間、あるいは７．９と８．１ミクロンとの間、あるいは波長範囲のある組合せである。
【００５２】
ある態様において、等吸収波長でのサンプルの吸収全体、ならびに選択した波長範囲（例えば７．０〜７．２ミクロン、もしくは７．９〜８．１ミクロン）でのタンパク質吸収全体に基づく光路長の以前の知識が、非直線性について補償されている参照タンパク質吸光スペクトルの改変（ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を可能にする。こうした改変済参照タンパク質吸光スペクトルは、生じる吸光スペクトルのひずみを含まない提示に有利であり得る。
【００５３】
ある態様において、測定した吸光スペクトルを１種もしくはそれ以上の物質の寄与について補正した後に、補正済吸光スペクトルを参照被検体スペクトルデータに当てはめて被検体濃度の尺度を提供する。参照被検体スペクトルデータは被検体の吸光極大近くの波長でのデータを包含し得る。具体的に説明する一例として、図１６Ａはブドウ糖の吸光スペクトルからの参照スペクトルデータのグラフを示す。該ブドウ糖スペクトルはそれぞれおよそ９．２５および９．６５ミクロンの波長で２つの最大ピークをもつ多様なピークを包含する。図１６Ｂは図１３Ｂの補正済吸光スペクトルから作成した例示的一測定を具体的に説明する。約８．５ミクロンの波長とおよそ９．６５ミクロンの波長との間の補正済吸光スペクトルの吸光度差は、血液サンプル中のブドウ糖濃度の尺度を提供する。血液中のブドウ糖の定義（すなわちサンプルの容量あたりのブドウ糖の尺度）に従い、最終的なブドウ糖量を全水、全タンパク質あるいは双方の組合せにより除算することにより、ブドウ糖濃度の有用な尺度が、本明細書に記述されるところのアルゴリズム的に得られる赤外量から好ましく得られる。
【００５４】
図１７は、オハイオ州イエロースプリングスのＹＳＩ  ライフ  サイエンシーズ（ＹＳＩ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）からの標準的固定化酵素バイオセンサー分析器を使用して測定したブドウ糖濃度に対しプロットした、血液サンプルのコンピュータ計算したブドウ糖濃度のグラフである。該プロットは、本方法とＹＳＩの測定値との間の良好な一致を示す。
【００５５】
上の論考は全範囲のＩＲ波長にわたる測定値を含んでなるデータの組に集中しているとは言え、スペクトル全体にわたって、しかし分析で使用する個別の波長でのみ、データを得ることが必要でないことが認識されるであろう。ブドウ糖濃度を見出すために水およびヘモグロビンの寄与を全血スペクトルから減算する上の態様において、約１０個もしくはそれ未満の全測定値が必要とされる。
【００５６】
水の寄与を特徴付けるために、約４．７ミクロンおよび５．３ミクロンでの測定値を得ることができる。ヘモグロビンの特徴付けのため、約８．０および８．４ミクロンでの測定値を得ることができる。ブドウ糖の特徴付けは約８．５ミクロンと９．６ミクロンとの間の差違の尺度を必要としうる。これは各成分について２個の６個の値である。透過率曲線のゼロ合わせをしかつ吸光度値をシフトさせることが望ましい態様において、約６．１ミクロンの水吸収ピークおよび４．１ミクロンの水／タンパク質等吸収点での透過率測定をさらに行うことが望ましいかもしれない。上で論考されたとおり、約４．９ミクロンの別のデータ点の追加が温度の決定を可能にする。約９．２５ミクロンの低級アルコールのピークでの別の測定を使用して、アルコール含量についてならびにまた上述されたとおりにブドウ糖測定値を補償し得る。
【００５７】
これは合計１０個の測定値であり、かつ、減算されるべき各付加的成分はそれぞれもう１もしくは２回を必要とするかもしれない。
【００５８】
ある態様において、生じる吸光スペクトル（例えば機器の変動、光路長、ひずみ、および主要成分からの寄与について補正した後）を、参照ブドウ糖吸光スペクトルに当てはめてブドウ糖の寄与を除去し得る。この吸光スペクトルを残余成分の個々の決定にさらに使用し得る。ある態様において、残余成分は、限定されるものでないが他のタンパク質、アルブミン、ヘモグロビン、フィブリノーゲン、リポタンパク質およびトランスフェリンを挙げることができる高分子量物質を包含する。ある態様において、残余成分は、限定されるものでないが尿素、乳酸およびビタミンＣを挙げることができる低分子量物質を包含する。最終的なブドウ糖の尺度は、尿素のような特定の物質の参照スペクトルを残余データから減算することによりこうしたより低レベルの潜在的に妨害する物質の存在について補正し得る。
【００５９】
本発明の特定の態様とともに上述されたとは言え、態様の記述は本発明の具体的説明でありかつ制限することを意図していないことが理解されるべきである。多様な改変および応用が、付属として付けられる請求の範囲に定義されるところの本発明の真の技術思想および範囲から離れることなく当業者に思い浮かぶとみられる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１Ａ−１Ｂ】約４ないし約１１ミクロンの波長範囲でのそれぞれ血液および純水の吸光度プロットを具体的に説明する。
【図２】吸光スペクトルが得られる透過スペクトルを提供するための１配置を図解で具体的に説明する。
【図３】キュベットの平面性を図解で具体的に説明する。
【図４】４と１１ミクロンとの間の波長についてのＡＲ被覆シリコンの透過スペクトルのグラフである。
【図５】サンプル中の被検体濃度の測定方法の一態様の流れ図である。
【図６】吸光スペクトルを提供するための一態様の流れ図である。
【図７Ａ−７Ｂ】２波長範囲での生理的食塩水中２０％ＢＳＡおよび生理的食塩水単独の吸光スペクトルのグラフである。
【図８】物質の寄与を減算するための一態様の流れ図である。
【図９Ａ−９Ｃ】それぞれ水、ヘモグロビンおよびブドウ糖の相対的赤外吸収スペクトルを具体的に説明する。
【図１０】例示的一態様におけるスケーリング手順を具体的に説明するグラフである。
【図１１】図１０の測定した吸光スペクトルから図１１のスケーリング済参照水吸光スペクトルの減算を具体的に説明するグラフである。
【図１２】第二の物質の第二の寄与を減算する一態様の流れ図である。
【図１３Ａ】スケーリング済ヘモグロビン吸光スペクトルと重ねた水補正済吸光スペクトルのグラフである。
【図１３Ｂ】水補正済吸光スペクトルからスケーリング済ヘモグロビン吸光スペクトルを減算した後の結果として生じる吸光スペクトルのグラフである。
【図１４Ａ】純粋なアルコールおよび純粋なブドウ糖の吸光スペクトルを示す。
【図１４Ｂ】１００ｍｇ／ｄｌのブドウ糖、ならびに、（１００ｍｇ／ｄｌのブドウ糖＋１００ｍｇ／ｄｌのアルコール）および（１００ｍｇ／ｄｌのブドウ糖＋２００ｍｇ／ｄｌのアルコール）のアルコールおよびブドウ糖の混合物の吸光スペクトルを示す。
【図１５Ａ−１５Ｂ】水の吸光スペクトルの温度依存性を具体的に説明するグラフである。
【図１６Ａ】ブドウ糖の吸光スペクトルからの参照スペクトルデータのグラフである。
【図１６Ｂ】図１３Ｂの補正済吸光スペクトルから行った例示的一測定を具体的に説明する。
【図１７】固定化酵素バイオセンサー分析器を使用して測定したブドウ糖濃度に対しプロットした、計算したグルコース濃度のグラフである。
【図１８】本発明の一態様により使用し得る選択した波長を具体的に説明する全血吸光スペクトルである。
【図１Ａ−１Ｂ】
2005517923.tif 000004
【図２】
2005517923.tif 000005
【図３】
2005517923.tif 000006
【図４】
2005517923.tif 000007
【図５】
2005517923.tif 000008
【図６】
2005517923.tif 000009
【図７Ａ】
2005517923.tif 000010
【図７Ｂ】
2005517923.tif 000011
【図８】
2005517923.tif 000012
【図９Ａ−９Ｃ】
2005517923.tif 000013
【図１０】
2005517923.tif 000014
【図１１】
2005517923.tif 000015
【図１２】
2005517923.tif 000016
【図１３Ａ】
2005517923.tif 000017
【図１３Ｂ】
2005517923.tif 000018
【図１４Ａ−１４Ｂ】
2005517923.tif 000019
【図１５Ａ】
2005517923.tif 000020
【図１５Ｂ】
2005517923.tif 000021
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
2005517923.tif 000023
【図１７】
2005517923.tif 000024
【図１８】
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【国際調査報告】
2005517923.tif 000026