(57)【要約】      （修正有）【課題】患者の肺癌状態を診断及び治療し、肺癌の発生を監視し、場合によってはそれを防止する方法及び装置を提供する。【解決手段】肺癌にかかる患者の素因又は傾向を決定する装置及び方法が含まれる。また、環境因子への曝露を低減するように、かつ肺癌の発生に関する患者のスクリーニングを増やすように、警告する及び措置を取るために、患者のバイオマーカーについてまた環境因子について監視する装置及び方法が含まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある形態の癌を検出するためのシステムであって、
患者のゲノムの標的位置における変異を決定するために前記患者の遺伝子データを取得するための手段であって、前記変異は、前記形態の癌を有するリスクの増大に関連付けられている、手段と、
第１のデータベース記録であって、家族の健康歴の記録を含む、第１のデータベース記録と、
第２のデータベース記録であって、空のデータセットと前記患者の環境曝露の記録との一方又は両方を含む、第２のデータベース記録と、
第１のセンサシステムであって、癌状態に関連するバイオマーカーを検知するように構成され、前記バイオマーカーは前記ユーザから発出する、第１のセンサシステムと、
第２のセンサシステムであって、粒子状物質と化学汚染物質との一方又は両方について前記ユーザの局所的環境を検知するように構成されている、第２のセンサシステムと、
処理システムであって、
第１のセンサシステム結果を閾値レベルと比較するために前記第１のセンサシステムからのデータを処理する第１のアルゴリズムであって、前記閾値レベルは、
ｉ）前記患者のゲノムの標的位置における前記決定された変異の結果、
ｉｉ）前記第１のデータベース記録、及び
ｉｉｉ）前記第２のデータベース記録、のうちの１つ又は２つ以上に基づいて決定されている、第１のアルゴリズムと、
前記患者の位置における環境条件を決定するために前記第２のセンサからのデータを処理する第２のアルゴリズムと、の少なくとも一方を実装する、処理システムと、
前記処理システムによる処理の結果に基づいて前記患者に信号を伝達するように構成されたフィードバックデバイスと、を備える、システム。
【請求項２】
前記第１のセンサシステムは非特異的化学センサである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２のセンサシステムは非特異的化学センサである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記非特異的化学センサ内の複数の要素は、前記患者の肺癌を発症させるリスクの増加に関連すると疑われる第１の化学物質に相関付けられている応答のパターンをなして、前記非特異的化学センサの周囲の環境における化学物質への曝露に応答する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の化学物質はラドンである、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の化学物質はビス（クロロメチル）エーテルである、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の化学物質は、多環芳香族炭化水素のファミリーのものである、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記非特異的化学センサは、ポリマーフィルムの表面の吸収特性を調節する化学種でドープされた前記ポリマーフィルムを備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
前記非特異的化学センサは、水晶の表面への物質の吸収度又は該水晶の表面に適用されたフィルムへの物質の吸収度によって固有振動数が調節される前記水晶を備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のセンサシステムは、前記患者の呼吸において肺癌のバイオマーカーを検出する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第２のセンサシステムは粒子検知デバイスである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第２のセンサシステムは、少なくとも第１の生物学的因子を検知する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記生物学的因子は結核菌である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記患者が仕事中である間に前記患者の周りの仕事環境を検知する静止型検知システムを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記静止型検知システムは放射能を検知する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記静止型検知センサは化学曝露検知を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記静止型検知システムは粒子曝露検知を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
前記静止型検知システムは血液検知を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記静止型検知システムはバイオメトリックの検知を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記バイオメトリックは吸息率である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記バイオメトリックは前記患者の脈拍である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１のセンサシステムは前記患者の肺内に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記患者の肺内に配置されている前記第１のセンサシステムは、化学マーカーを検知する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記患者の肺内に配置されている前記第１のセンサシステムは、環境化学物質への曝露を検知する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第１のセンサシステムと前記第２のセンサシステムの少なくとも一方は、その無線通信デバイスを、他の地域的に分散されたセンサシステムとのメッシュネットワークトポロジに構成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２６】
肺癌にかかる素因のある患者が肺癌にかかるリスクを低減する方法であって、
前記患者のゲノムを分析することによって、肺癌にかかることに対する前記患者の前記素因を決定することと、
前記患者の家族歴を分析することによって、肺癌にかかることに対する前記患者の前記素因を決定することと、
前記患者の環境曝露歴を分析することによって、肺癌にかかることに対する前記患者の前記素因を決定することと、
第１のセンサシステムを起動することであって、前記第１のセンサシステムは、癌状態に関連するバイオマーカーを検知するように構成され、前記バイオマーカーは前記ユーザから発出する、ことと、
第２のセンサシステムを起動することであって、前記第２のセンサシステムは、粒子状物質と化学汚染物質との一方又は両方について前記ユーザの局所的環境を検知するように構成されている、ことと、
処理システムを起動することであって、前記処理システムは、前記第１のセンサシステムに由来する記憶データと、前記第２のセンサシステムに由来する記憶データとを処理し、閾値レベルに対するステータスを決定する第１のアルゴリズムを実施し、前記閾値レベルは、前記患者のゲノムの分析に少なくとも部分的に基づいて決定されている、ことと、
フィードバックデバイスを起動することであって、前記フィードバックデバイスは、アラームレベルに対する前記ステータスに基づいて前記患者に信号を伝達する、ことと、
前記第２の検知システムによって、前記患者の周りの第１の環境ステータスを監視することと、
前記第２の検知デバイスによって、前記患者から発出するバイオマーカーを監視することと、
前記第１のセンサシステム又は前記第２のセンサシステムの一方又は両方から結果を検出することであって、前記結果は前記閾値レベルを超える、ことと、
前記検出された結果に基づいて前記患者に信号を伝達することと、
前記第１の環境ステータス又は前記第２の環境ステータスの一方又は両方への前記患者の曝露を低減するための措置を取ることと、を含む、方法。
【請求項２７】
前記第２のセンサシステムは非特異的化学センサである、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記非特異的化学センサ内の複数の要素は、前記患者の肺癌を発症させるリスクの増加に関連すると疑われる第１の化学物質に相関付けられている応答のパターンをなして、前記非特異的化学センサの周囲の環境における化学物質への曝露に応答する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の化学物質はアスベストである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の化学物質はビス（クロロメチル）エーテルである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の化学物質は、多環芳香族炭化水素のファミリーのものである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記非特異的化学センサは、ポリマーフィルムの表面の吸収特性を調節する化学種でドープされた前記ポリマーフィルムを備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記非特異的化学センサは、水晶の表面への物質の吸収度又は該水晶の表面に適用されたフィルムへの物質の吸収度によって固有振動数が調節される前記水晶を備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２のセンサシステムは粒子検知デバイスを備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２のセンサシステムは、少なくとも第１の生物学的因子を検知する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記生物学的因子は結核菌である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記患者の職場の環境を検知する静止型センサシステムを設置することを更に含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３８】
前記静止型センサシステムは放射能を検知する、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記静止型センサシステムは化学曝露検知を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記静止型センサシステムは粒子曝露検知を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
前記静止型センサシステムは血液検知を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
前記静止型センサシステムはバイオメトリックの検知を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
前記バイオメトリックは吸息率である、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記バイオメトリックは前記患者の脈拍である、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
癌になる潜在的リスクを低減するためのシステムであって、
患者のゲノムの標的位置における変異を決定するために前記患者の遺伝子データを取得するための手段であって、前記変異は、前記形態の癌を有するリスクの増大に関連付けられている、手段と、
第１の検知デバイスであって、前記患者の住宅の位置に設置されている、第１の検知デバイスと、
第２の検知デバイスであって、前記患者の職場の位置に設置されている、第２の検知デバイスと、
処理システムであって、前記第１の検知デバイスに由来する記憶データと、前記第２の検知デバイスに由来する記憶データとを処理し、閾値レベルに対するステータスを決定する第１のアルゴリズムを実施し、前記閾値レベルは、前記患者のゲノムの標的領域における前記決定された変異の結果に基づいて決定されている、処理システムと、
フィードバックデバイスであって、アラームレベルに対する前記ステータスに基づいて前記患者に信号を伝達する、フィードバックデバイスと、を備える、システム。
【請求項４６】
ある形態の癌を検出するためのシステムであって、
患者のゲノムの標的位置における変異を決定するために前記患者の遺伝子データを取得するための手段であって、前記変異は、前記形態の癌を有するリスクの増大に関連付けられている、手段と、
第１のデータベース記録であって、家族の健康歴の記録を含む、第１のデータベース記録と、
第２のデータベース記録であって、空のデータセットと前記患者の環境曝露の記録との一方又は両方を含む、第２のデータベース記録と、
第１のセンサシステムであって、癌状態に関連するバイオマーカーを検知するように構成され、前記バイオマーカーは前記ユーザから発出する、第１のセンサシステムと、
第２のセンサシステムであって、粒子状物質と化学汚染物質との一方又は両方について前記ユーザの局所的環境を検知するように構成されている、第２のセンサシステムと、
処理システムであって、
第１のセンサシステム結果を閾値レベルと比較するために前記第１のセンサシステムからのデータを処理する第１のアルゴリズムであって、前記閾値レベルは、
ｉ）前記患者のゲノムの標的位置における前記決定された変異の結果、
ｉｉ）前記第１のデータベース記録、及び
ｉｉｉ）前記第２のデータベース記録、のうちの１つ又は２つ以上に基づいて決定されている、第１のアルゴリズムと、
前記患者の位置における環境条件を決定するために前記第２のセンサからのデータを処理する第２のアルゴリズムと、の少なくとも一方を実装し、
前記第１のセンサシステムは、ローカルニューラルネットワーク処理デバイスを備える、処理システムと、
前記処理システムによる処理の結果に基づいて前記患者に信号を伝達するように構成されたフィードバックデバイスと、を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本特許願は２０１６年１１月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／４２４，７１９号の利益を主張するものである。本内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、患者の肺癌の発生を監視し、場合によってはそれを防止する方法及び装置に関する。本分野には、肺癌にかかる患者の素因又は傾向を決定する装置及び方法が含まれる。
【背景技術】
【０００３】
癌は単一の疾患ではなく、むしろ、本質的に身体のいかなる箇所においても始まり得る関連する疾患の集合である。すべての種類のがんの間で共通するのは、身体の細胞が、止め処なく分裂し始めて、増殖し、場合によっては周りの組織の中に転移することである。通常の成り行きでは、細胞は成長及び分裂して、身体によって求められるとおりに新たな細胞を形成し、また細胞が損傷するか若しくは古くなると死に、新たな細胞が、損傷した若しくは古くなった細胞に取って代わるが、しかしながら、癌はこの過程を妨げる。癌を伴うと、細胞は異常となり、死ぬべき細胞が死なず、新たな細胞が必要とされていないときに形成される。これらの新しい細胞は、止め処なく繁殖又は増殖し得、腫瘍と呼ばれる成長を形成し得る。
【０００４】
癌性腫瘍は悪性であり、これはすなわち、それらが周りの健康な組織の中に転移するか又はそれらに侵入し得ることを意味する。加えて、癌細胞は離脱し、血液を通して又はリンパ系内で体内の離れた領域へと移動し得る。良性腫瘍は、悪性腫瘍とは異なり、周りの組織に転移したり侵入したりしないが、しかしながら、大きく成長し、損傷を引き起こすことがある。悪性腫瘍と良性腫瘍のいずれもが切除又は処置され得る。悪性腫瘍は再び成長しがちであるのに対し、良性腫瘍は再び成長することもあるが、そのようになることははるかに少ない。
【０００５】
癌は、細胞が機能する、特に細胞が成長及び分裂する様を制御する遺伝子の変化によって引き起こされるという点で、遺伝子性疾患である。癌を引き起こす遺伝子の変化は受け継がれることもあり、あるいはそれらは、細胞が分裂するときに生じるエラーの結果として、又は、特定の環境曝露、例えば、工業用／商業用化学物質及び紫外線によって引き起こされるＤＮＡの損傷が原因で、個人の生涯にわたって生じることもある。癌を引き起こし得る遺伝子の変化は、３種類の遺伝子に影響を与える傾向があり、それらはつまり、正常な細胞増殖及び細胞分裂に関与する癌原遺伝子、同様に細胞増殖及び細胞分裂の制御に関与する癌抑制遺伝子、並びに、その名が示すように損傷ＤＮＡの修復に関与するＤＮＡ修復遺伝子である。
【０００６】
１００以上の異なるタイプの癌が確認されている。癌のタイプは、癌が生じる臓器又は組織にちなんで、例えば肺癌と命名され得るか、又はそれらを形成する細胞のタイプにちなんで、例えば扁平上皮癌と命名され得る。癌は、残念ながら、米国と全世界のいずれにおいても最も多い死因である。世界保健機関（ＷＨＯ）によれば、新たな癌患者の数は今後２０年間で、年間二千五百万人に増加すると見られている。
【０００７】
肺癌は今日、最も一般的な癌の１つである。世界保健機関（ＷＨＯ）のＷｏｒｌｄ  Ｃａｎｃｅｒ  Ｒｅｐｏｒｔ  ２０１４によれば、肺癌は１４００万人に発生し、結果として全世界で８８０万人の死をもたらし、男性の癌関連死の中で最も多い死因であり、女性の癌関連死の中でも２番目に多い死因となっている。肺癌又は肺癌腫は、未処置のまま放置されると、隣接する組織及び器官に転移し得る悪性肺腫瘍である。肺癌の大多数は、長期のたばこ喫煙によって引き起こされるものであるが、肺癌症例の約１０％〜１５％はタバコに関連しないものである。これらの非たばこ症例は最も多くは、遺伝的要因と、ラドンガス、アスベスト、間接喫煙、他の形態の大気汚染、及び他の因子といった特定の環境条件への曝露との組み合わせによって引き起こされる。肺癌及び他の形態の肺癌を生き抜く確率は、早期発見と処置に依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、癌は遺伝的要因と環境的要因との組み合わせによって引き起こされ得る。したがって、癌、例えば肺癌に対する遺伝的素因を有する個人は好ましくは、この遺伝的カスケードを引き起こすか又は誘発することが知られている環境的要因への曝露について監視されるべきである。センサ又はセンサアレイは、環境中の分析物を検出し、曝露の潜在的リスクを個人に警告するだけでなく、癌細胞によって生成された分析物を早期検出のために検出するように適合され得る。センサアレイは好ましくはポータブルであり、環境中の分析物と、個人によって発生された分析物の両方をサンプリングし、例えば呼吸及び／又は他の身体排出物を分析するように構成される。肺癌に対する患者の素因に基づき得るものであり、また遺伝的に決まる肺癌に対する素因に応じて適切なレベルの環境監視と患者スクリーニングを結び付けるプロトコルを策定することが望まれよう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、遺伝的に素因のある患者の環境を監視し、措置を取るように患者に警告する方法及び装置が本明細書で開示される。加えて、素因のある患者の排出物、生体流体、バイオーム及びバイオメトリックを検知する方法及び装置もまた開示される。警告を受けた患者は、追加の定期的なスクリーニングを含む措置を取り、素因のある患者の肺癌リスクの上昇と相関付けられ得るレベルの環境因子に不所望にも曝露される可能性のある場所を避けることができる。いくつかの例では、患者が取り得る措置には、吸着材料又はフィルタを有するマスクなどの防護服の着用が含まれ得る。装置は、患者の曝露レベルを検知し、その結果をデータベースに記録し得る。いくつかの例では、患者は、デバイスにデータを記録された監視装置を通院のために着用し得る。非限定的な例として患者の肺のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）Ｘ線走査など、患者に対して実施されるスクリーニングのレベルを決定するために、曝露の履歴記録が医療専門家によって用いられ得る。
【００１０】
一例において、癌になる潜在的リスクを低減するためのシステムは、多数の装置を含めて形成され得る。いくつかの例では、このシステムは、遺伝子増幅を実施するためのサーマルサイクラーを含み得るが、ここで、遺伝子増幅の結果は、患者のゲノムの標的領域における変異を決定するために患者のＤＮＡの配列を決定する際に使用される。このシステムは第１の検知デバイスを含んでもよく、その第１の検知デバイスは患者の住宅の位置に設置されるものである。このシステムは第２の検知デバイスを含んでもよく、その第２の検知デバイスは、患者の職場の位置に設置されるものである。このシステムは処理システムを含み得るが、その処理システムは、第１の検知デバイスに由来する記憶データと、第２の検知デバイスに由来する記憶データとを処理し、閾値レベルに対するステータスを決定する第１のアルゴリズムを実施し、閾値レベルは、患者のゲノムの標的領域における決定された変異の結果に基づいて決定される。いくつかの例では、スマートフォン又は他のウェアラブルデバイスに取り付けられるか又は組み込まれる検知装置など、第３の検知デバイスが、患者自身に関連付けられてもよい。このシステムはまたフィードバックデバイスを含み得るが、そのフィードバックデバイスは、アラームレベルに対するステータスに基づいて患者に信号を伝達するものである。代替的な実施形態では、このシステムは、着用又は携帯され得るデバイスなど、スタンドアロン又は自蔵式デバイスとして実装されてもよい。
【００１１】
システムのこの構成は、構成要素の性質に様々な柔軟性をもたらし得る。一例では、このシステムは、第１の検知デバイスが非特異的化学センサである例を含み得る。一例では、このシステムは、非特異的化学センサ内の複数の要素が、患者の肺癌を発症させるリスクの増加に関連すると疑われる第１の化学物質に相関付けられる応答のパターンをなして、非特異的化学センサの周囲の環境における化学物質への曝露に応答する例を含み得る。  いくつかの例では、監視装置は、リアルタイムでのパターン認識及び計算のためにニューラルネットワークに接続される複数の非特異的化学センサを備えてもよい。また更なる例では、０．５メガバイト程度の小容量のメモリを備え得る小さなディープニューラルネットが、リアルタイムで化学配列のパターンを認識し、複数の成分系を検出するディープニューラルネットを備える組み込みシステムに対して使用され得る。
【００１２】
一例では、このシステムは、第１の化学物質がラドンである例を含み得る。一例では、このシステムは、第１の化学物質がビス（クロロメチル）エーテルである例を含み得る。一例では、このシステムは、第１の化学物質が、多環芳香族炭化水素のファミリーのものである例を含み得る。一例では、このシステムは、非特異的化学センサが、ポリマーフィルムの表面の吸収特性を調節する化学種でドープされたポリマーフィルムを備える例を含み得る。一例では、このシステムは、非特異的化学センサが、水晶の表面への物質の吸収度又はその水晶の表面に適用されたフィルムへの物質の吸収度によって固有振動数が調節される水晶を備える例を含み得る。一例では、このシステムは、非特異的化学センサが患者の呼吸において肺癌のバイオマーカーを検出する例を含み得る。
【００１３】
一実施形態では、このシステムは、第１の検知デバイスが粒子検知デバイスである例を含み得る。一例では、このシステムは、第１の検知デバイスが、少なくとも第１の生物学的因子を検知する例を含み得る。一例では、このシステムは、生物学的因子が結核菌である例を含み得る。
【００１４】
別の実施形態では、このシステムは、患者の周囲の身近な環境を検知する個人用検知デバイスを更に備える例を含み得る。一例では、個人用検知デバイスは放射能を検知する。一例では、個人用検知は化学曝露検知を含み得る。一例では、個人用検知は粒子曝露検知を含み得る。一例では、個人用検知は血液検知を含み得る。一例では、個人用検知はバイオメトリックの検知を含み得る。バイオメトリックは、いくつかの例では吸息率であっても患者の脈拍であってもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、個人用センサは、患者の肺内に配置され得る。この個人用センサは化学マーカーを検知し得る。いくつかの例では、個人用センサは、環境化学物質への曝露を検知し得る。いくつかの他の例では、この個人用センサは放射能を検知し得る。
【００１６】
いくつかの例では、ある形態の癌を検出するためのシステムが作成され得るが、そのシステムは、患者のゲノムの標的位置における変異を決定するために患者の遺伝子データを取得するための手段であって、変異がその形態の癌を有するリスクの増大に関連付けられる、手段を含む。このシステムはまた第１のデータベース記録を含んでもよく、その第１のデータベース記録は家族の健康歴の記録を含む。いくつかの例では、家族の健康歴のデータベース記録は動的に更新されてもよい。このシステムはまた、第２のデータベース記録を含み得るが、その第２のデータベース記録は、空のデータセットと患者の環境曝露の記録との一方又は両方を含む。この点に関して、環境曝露のデータベース記録は、システムによって取得されたデータ、並びにネットワークを介してシステムに通信されたデータに基づいて動的に更新され得る。このシステムは第１のセンサシステムを含み得るが、その第１のセンサシステムは、癌状態に関連するバイオマーカーを検知するように構成され、そのバイオマーカーはユーザから発出するものである。このシステムはまた第２のセンサシステムを含み得るが、その第２のセンサシステムは、粒子状物質と化学汚染物質との一方又は両方についてユーザの局所的環境を検知するように構成される。また、システムのこれらの要素は、含められた処理システムにリンクされ得る。この処理システムは、第１のアルゴリズムと第２のアルゴリズムの少なくとも一方を実装する。第１のアルゴリズムは、第１のセンサシステムからのデータを処理して第１のセンサシステム結果を閾値レベルと比較する例を含み得るが、その閾値レベルは、患者のゲノムの標的位置における決定された変異の結果、第１のデータベース記録内のデータの処理、及び第２のデータベース記録内のデータの処理のうちの１つ又は２つ以上に基づいて決定される。第２のアルゴリズムは、患者の位置における環境条件を決定するために第２のセンサからのデータを処理し得る。このシステムはまた、処理システムによる処理の結果に基づいて患者に信号を伝達するように構成されたフィードバックデバイスを含み得る。したがって、システムが対象の条件又はユーザに関する懸念を検出したとき、その条件の通信がユーザとの間でなされ得る。
【００１７】
実装は様々な方法を含み得る。一例では、肺癌にかかる素因のある患者が肺癌にかかるリスクを低減する方法が、様々な工程を含み得る。この方法は、患者のゲノムを分析することによって、肺癌にかかることに対する患者の素因を決定することを含み得る。この方法は第１の検知デバイスを設置することを含み得るが、その第１の検知デバイスは、患者の住宅の位置に設置されるものである。この方法は第２の検知デバイスを設置することを含み得るが、その第２の検知デバイスは患者の職場の位置に設置されるものであり、またこの方法は処理システムを設置することを含み得るが、その処理システムは、第１の検知デバイスに由来する記憶データと、第２の検知デバイスに由来する記憶データとを処理し、閾値レベルに対するステータスを決定する、第１のアルゴリズムを実施し、閾値レベルは、患者のゲノムの標的領域における決定された変異の結果に基づいて決定されるものである。この方法はまたフィードバックデバイスを設置することを含み得るが、そのフィードバックデバイスは、アラームレベルに対するステータスに基づいて患者に信号を伝達するものである。この方法は、第１の検知デバイスによって、患者の住宅における第１の環境ステータスを監視することを含み得る。この方法は、第２の検知デバイスによって、患者の職場における第２の環境ステータスを監視することを含み得る。この方法は、第１の検知デバイス又は第２の検知デバイスの一方又は両方から、閾値レベルを超える信号を検出することを含み得る。この方法は、検出された信号に基づいて患者に信号を伝達することを含み得る。またこの方法は、第１の環境ステータス又は第２の環境ステータスの一方又は両方への患者の曝露を低減するための措置を取ることを含み得る。様々な方法工程が、これまでにシステムと関連させて説明してきたように、様々なオプションを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明の上述及び他の特徴と利点は、添付図面に例証されるような、本発明の好ましい実施形態の以下のより詳しい記載から明白となるであろう。
【図１】本発明による、肺癌の素因及び環境因子への曝露並びに肺癌を発症する確率に対するそれらの併用効果の例示的なモデルを示している。
【図２Ａ】本発明による例示的な環境検知ロケーションタイプを示している。
【図２Ｂ】本発明による例示的な個人用検知様式を示している。
【図３Ａ】本発明による例示的なマルチチャネル広域スペクトル検知デバイスを示している。
【図３Ｂ】本発明による、図３Ａのデバイスの個々の要素が環境因子への曝露時に生じ得る例示的な結果を示している。
【図４】本発明による例示的な粒子検知デバイスを示している。
【図５Ａ】本発明による、生物学的因子を検知するための例示的な比色デバイスを示している。
【図５Ｂ】本発明による、生物学的因子を検知するための例示的な比色デバイスを示している。
【図６Ａ】本発明による、生物学的因子を検知するための例示的な検知デバイスを示している。
【図６Ｂ】本発明による、生物学的因子を検知するための例示的な検知デバイスを示している。
【図７Ａ】本発明による、吸収スペクトルを発生させるための例示的なスペクトル技法を示している。
【図７Ｂ】本発明による、図７Ａの技法を実施するのに有用となり得る例示的なデバイスを示している。
【図７Ｃ】本発明による、図７Ａの技法を実施するのに有用となり得る例示的なデバイスを示している。
【図７Ｄ】本発明による、図７Ａの技法を実施するのに有用となり得る例示的なデバイスを示している。
【図８Ａ】本発明による、肺癌に関連する患者のバイオマーカーを検出するのに有用となり得る例示的な個人用検知デバイスを示している。
【図８Ｂ】本発明による、肺癌に関連する患者のバイオマーカーを検出するのに有用となり得る例示的な個人用検知デバイスを示している。
【図８Ｃ】本発明による、肺癌に関連する患者のバイオマーカーを検出するのに有用となり得る例示的な個人用検知デバイスを示している。
【図８Ｄ】本発明による、肺癌に関連する患者のバイオマーカーを検出するのに有用となり得る例示的な個人用検知デバイスを示している。
【図８Ｅ】本発明による、肺癌に関連する患者のバイオマーカーを検出するのに有用となり得る例示的な個人用検知デバイスを示している。
【図９】本発明による、患者の肺癌の治療及び予防に有用となり得る例示的な方法工程を示している。
【図１０】本発明による、患者の肺癌の治療及び予防に有用となり得る更なる例示的な方法工程を示している。
【図１１】本発明による、患者の肺癌の治療及び予防に有用となり得る例示的な方法工程を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図示及び説明されたものは、最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるが、説明及び図示した特定の設計及び方法からの変更がそれ自体当業者にとって自明であり、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく使用できることは明らかであろう。本発明は、記載し例証した特定の構成に限定されないが、添付の特許請求の範囲に含まれ得るすべての修正と一貫するように構成されているべきである。
【００２０】
肺癌状態を診断及び治療し、場合によってはそれらの発生を遅延又は予防するための検知要素を形成及び使用する方法が本願において開示される。患者における肺癌にかかる一般的性質の簡略化モデルは、肺癌にかかる可能性が、環境寄与因子への曝露と交差する、あるタイプの肺癌に対する個人の根本的傾向の関数となることであってもよい。したがって、揮発性の化学物質などの高レベルの環境寄与因子に曝露されても決して肺癌にかかることのない、肺癌の一形態になる傾向の弱い個人の例が存在し得る。あるタイプの肺癌にかかる傾向の強い他の個人は、特定の環境寄与因子に表面的にはほとんど曝露されていなくても、その肺癌を患い得る可能性がある。
【００２１】
化学検知技術及び環境検知技術における発展、特にこの１０年間に進み、今日も続いている発展は、遺伝子マッピングにおける発展及び様々な形態の肺癌への遺伝子の寄与の理解と結び付けられると、予防的で診断的でかつ治療的な新規な治療方法を可能にする。
【００２２】
用語集
本説明及び以下の特許請求の範囲において、以下の定義が適用される様々な用語が使用され得る。
【００２３】
本明細書で使用するとき、「生体適合性」とは、特定の用途において適切な宿主応答で機能する材料又はデバイスを指す。例えば、生体適合性デバイスは、生体系に毒性又は有害な影響を及ぼさない。
【００２４】
本明細書で使用するとき、「被覆（コーティング）」は、材料の薄型堆積物（薄い形態での材料の付着）を指す。いくつかの用途では、この用語は、堆積物が形成される基板の表面を実質的に被覆する、薄型堆積物を指す。他のより特定の用途では、この用語は、表面のより小さい領域内にある小さい薄型堆積物を説明するために使用されてよい。
【００２５】
本明細書で使用するとき、「機能化」は、例えば、通電、起動、又は制御などの機能を、層又は装置が実行できるようにすることを指す。
【００２６】
肺癌に対する遺伝的素因及び環境要因
相当な頻度の肺癌発生が、個人の遺伝的素因と、様々な環境要因へのその個人の曝露の量及び性質との相互作用としてモデル化され得ることが研究により示されている。例えば、肺癌にかかる多くの個人に関連付けられる最大の現在の環境要因の１つは、たばこ製品の喫煙である。更に、生活の中で大量のたばこ製品を喫煙したが肺癌にかかったことのなかった個人、並びに自身は喫煙しなかったがそれでも肺癌にかかった個人の事例があるという事例証拠が一般的に知られている。したがって、かかった肺癌のうちのいくつかの部分に関し、図１に示すようなモデル１００が適切となり得る。図１に示すように、個人が肺癌にかかる確率が、例えば、例示的な５０％の確率レベル１５０において、環境因子への曝露１３０対肺癌を発症する個人の傾向１４０の次元にわたって、１本の線としてプロットされ得る。この線の上方に移ると肺癌１１０の確率も増加し得、線の下方に移ると、非癌１２０の確率が増加し得る。したがって、遺伝子変異及び受け継がれる遺伝子異常がどのようにして肺癌に対する素因を発生させ得るかに関する知識の発展として、個人が様々な環境因子への自身の曝露を監視することを可能にし得る方策及び設備が開発され得る。したがって、患者の病歴及び体質により医師が遺伝子検査を実施して患者の遺伝的素因を評価することになると、患者は、肺癌にかかる平均以上の、又は更には高水準な「傾向」若しくは素因を自身が有していると悟ることになり得る。モデル１００では、チャートの右側に示されるように、平均以上の又は強い傾向を有する患者が、自身が肺癌を発症する確率に関するプロファイルを有することになる。したがって、患者が重大な環境因子への自身の曝露を最小化又は排除し得る場合、その患者は、肺癌にかからない確率を著しく改善し得る。したがって、検知装置への投資及び検知される曝露を制御する尽力が、結果における著しい改善を生じ得る。
【００２７】
遺伝的傾向の決定に関連する特定の既知の遺伝子には様々な変異が存在し得る。しかしながら、この知識は更に改善しており、本明細書における議論の精神は、新たな知識が発展しているときには、その知識を本質的に柔軟に取り入れることを意味する。同じ柔軟性が、平均以上の又は強い傾向を有する患者が回避するのに重要となり得る、重大な環境因子に関する知識の発展に適合され得る。それでもなお、肺癌に対する遺伝的傾向を増進するものとして現在疑われている重要な遺伝的変異が存在し得る。例えば重要視されている遺伝的変異の重要なエリアの１つが、ヨーロッパ系の背景を持つ患者の遺伝的位置５ｐ１５．３３（ＴＥＲＴ／ＣＬＰＴＭ１Ｌ）、遺伝的位置６ｐ２１．３３（ＢＡＴ３／ＭＳＨ５）、及び遺伝的位置１５ｑ２５．１（ＣＨＲＮＡ５／ＣＨＲＮＡ３／ＣＨＲＮＢ４）における多型性変異である。加えて、ＴＰ５３結合タンパク質１遺伝子を含んだ遺伝的位置２２ｑ１２（１０，１１）及び遺伝子座１５ｑ１５．２における一塩基多型性（ＳＮＰ）が肺癌リスクに関連付けられている。アジア系の背景を有する患者においては、遺伝子位置１３ｑ１２．１２、２２ｑ１２．２（１５）及び３ｑ２８（１６）に、注目される３つの更なる易罹患性領域が存在し得る。たばこ喫煙が肺癌の主要な危険因子であるのに対して、遺伝的感受性がこのリスクを加減することを示唆する証拠がある。ＥＰＩＣ（European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition）に取り組んでいる研究者は、より一般的な人口頻度を持ついくつかの興味深い遺伝子座を識別している。前述の染色体１５ｑ２５に、いくつかのニコチン性アセチルコリン受容体を含む遺伝子座がある。これらの研究のいくつかの結果は、染色体６  ＭＨＣ領域１、ＲＡＤ５２、及びＣＤＮＫ２Ａ４におけるｈＴＥＲＴ及びＣＬＰＴＭ１Ｌ遺伝子３、ｈＭＳＨ５を含む領域である前述の５ｐ１５．３３における変異を示している。
【００２８】
特定の組織構造（ＭＨＣ、ＣＤＫＮ２Ａ、ＲＡＤ５２、ｈＴＥＲＴ）との関連性を示す変異は、これらの前述の遺伝子座の高い割合にあり、このことは、肺癌に関しては組織亜型が重要となり得ることを示唆し得る。上記のように、肺癌にかかる個人の傾向を評価するための遺伝子検査によって精査され得る、知られているか又はまだ知られていない他の遺伝子及び変異が存在し得る。各方法は、これらの様々な遺伝的変異を精査し得るものであり、また半定量的方法において、その結果は、患者のリスクプロファイルを、肺癌への素因に関する弱い傾向、平均以上の傾向、及び強い傾向などの多数の層に分類するために用いられ得る。肺癌に対する素因リスクの相対的なレベルを決定するために、標的遺伝子座における遺伝的変異を決定するための商業的かつ科学的に実行可能な手段のいずれかが、患者からの遺伝物質のサンプルに適用され得る。
【００２９】
本発明に関連するシステムは、肺癌への素因リスクについてゲノムデータを測定又は監視し得るデバイスを含み得る。患者からのサンプルは、遺伝子増幅を実施するためのサーマルサイクラーで処理され得るが、ここで、遺伝子増幅の結果は、患者のゲノムの標的領域における変異を決定するために患者のＤＮＡの配列を決定するための後の工程で使用される。リスクを決定するために、突然変異をスクリーニングするための重要な領域が評価され得る。
【００３０】
同様のモデルにおいて、監視デバイスを装備したスマートフォンなど、患者の環境を監視するために使用されるデバイスが、監視を実施するアプリケーションを含んでもよく、またインターネット接続を介してデータにアクセスする能力をも含む。いくつかの例では、患者は、患者のゲノムの様々な位置を配列し、その結果をデータベースに記録する商業組織に、自身の遺伝物質のサンプルを提出している場合がある。アプリケーションは、データへのアクセスを有してもよく、又はデータにアクセスし、対象の遺伝的修飾の識別をスマートデバイス上のアプリケーションに引き渡す商業組織からの通信を受信してもよく、このアプリケーションは、識別された遺伝的修飾に基づいて分析条件を変更又は追加してもよい。いくつかの例では、商業組織又は別の組織データベースは、個人の家族の健康歴の態様を含み得る。患者がそのような家族の健康状態及びゲノム履歴を受け取るように「オプトインする」ための適切な手段を起動した場合、スマートフォンアプリケーションは、その分析を集結させる際にそのようなデータも受信し得る。一例では、家族の記録は、集団分析が、監視装置によって監視され得る特定の環境因子及び条件に対する感受性と相関され得る、特定のタイプの癌の発生を示し得る。特定の感度を考慮すると、分析デバイスのリソースは、優先順位を付けられること、及び／又は特定の環境因子若しくは条件の分析のための専用のものにされることが可能である。
【００３１】
同様に、図１の例示的なモデルに示すように、肺癌にかかる機会の増加に関連付けられ得る多数の一般的な環境側面及び因子が存在する。傾向を判定するために使用する重要な遺伝的変異の知識が増加するため、更に重要な環境因子を識別する能力もまた向上され得る。現在、タバコの喫煙は、患者が一次喫煙者であるだけでなく副流煙に晒される個人でもある場合に重要となり得る、肺癌にとって急性的に重要な環境因子であることが、広く認められ得る。
【００３２】
他の環境因子には、ラドンガスへの曝露が含まれ得る。ラドンは、患者が曝露され得る空気の一部に最終的になり得る土壌、岩及び水の中におけるウランの自然分解によって生成される。ラドンは、世界の多くの地域で蔓延しているため、特に重要である。例えば、地下室を有する住宅では、長期間にわたるラドン汚染が健康リスクをもたらし得る。
【００３３】
いくつかの例では、アスベスト及び他の繊維状ケイ素含有化合物が、追跡すべき重要な環境要因となり得る。職場において一般的となり得る他の材料には、ヒ素、ベリリウム、カドミウム、クロム及びニッケルを含む元素化合物が含まれる。これらの環境要因の多くは、複数のタイプの曝露で生じる場合に、複合化して重大となり得る。
【００３４】
ディーゼル及び他の化石燃料、並びにビス（クロロメチル）エーテル及び多環芳香族炭化水素などの他の化学物質の燃焼に関連する大気汚染物質もまた、肺癌を発症するリスクを増大させる重大な環境要因となり得る。
【００３５】
いくつかの例では、結核性などの感染因子が、肺癌にかかる機会を増加させ得る重大な曝露の環境要因となり得る。
【００３６】
種々様々な元素組成の微粒子状物質への曝露もまた、患者にとって重大な環境曝露リスクとなり得る。肺癌に対する危険因子の増加を示すこの粒子状物質は、少なくとも２つのバケットに要約され得る。ＰＭ２．５（空気中に見られる２．５マイクロメートル以下の寸法の粒子）及びＰＭ１０（空気中に見られる１０マイクロメートル〜２．５マイクロメートルの寸法の粒子）は、肺癌発症のリスクと相関され得る測定パラメータである。危険因子は、扁平細胞及び腺癌などの様々なタイプの肺癌について同様であり得るが、危険因子はまた、患者が喫煙者であるか、過去に喫煙者であったか、又は喫煙したことがないかに関する患者の生活歴に基づいて加減され得る。
【００３７】
肺癌にかかるリスクに関連する様々なタイプの煙の中に多数の因子が存在し得る。種々のタイプの煙の成分の中でも、マイクロメートルスケールよりも微細な粒子は、ナノ粒子と呼ばれることがあり、重大な危険因子であり得る。人工ナノ粒子を含む市販製品の開発は、今後数十年にわたる職業上の曝露及び個人的な曝露に関連する態様を変え得る新たな製品タイプである。多くのタイプのセンサは、後の節で論じるように、粒子及びナノスケールの粒子を監視することが可能となり得る。ナノ粒子のユニークな特徴は、それらが非常に大きな表面積と質量との比を有することである。したがって、それらへの曝露の影響は、質量よりも表面積により深く関連している可能性がある。
【００３８】
ヒトの研究から、ナノ粒子曝露との肺癌リスクの関連性を決定的に証明する疫学的証拠は存在しないかもしれないが、実験的な毒性研究による以前からの証拠が、懸念の原因を示唆している可能性がある。したがって、肺癌への高い素因を有する患者のためにそのような物質を監視する方法が賢明となり得る。
【００３９】
例示的な検知デバイス
前述したように、人々、特に肺癌の素因が高い人々が呼吸する可能性のある環境に関連する空気を監視することが有利となり得る。図２Ａを参照すると、監視され得る様々なタイプの環境の概要が例示的な形態で示されている。
【００４０】
人は居住２０２において自身の時間のうちのかなりの部分を費やし得る。したがって、様々な部屋に、粒子モニタ、特定の化学モニタ、ラドンなどのための放射能モニタ、生物センサ、及び様々なタイプの化学形態及び粒子形態に敏感となり得る広域スペクトルモニタなど、様々な検知装置が装備され得る。これらのタイプのセンサについては、後の節でより詳細な形式で説明されている。住宅内の種々の部屋に、これらのタイプのセンサのうちの１つ又は２つ以上が配置され得る。ベッドルーム、キッチン、及びリビングルームは、検知のための重要な場所となり得るが、地下室及び／又はガレージ内などの他の場所もまた重要視され得る。
【００４１】
人は外部環境２０３で時間を過ごすこともある。外部環境２０３は、住宅又は職場にない閉鎖空間を含むことがあり、したがって、例えば、自動車の内部空間を含むことがある。同様に、公園、歩行通路、庭、デッキなどの外部環境は、肺癌の素因を有する患者にとって空気の質が重要となり得ることの多い場所であり得る。地方自治体、州の機関は、粒子状物質及び大気汚染の化学的性質を含む様々な種類の検知のための地域監視局を設立することがある。いくつかの例では、そのような監視のリアルタイム又はほぼリアルタイムの検知出力は、インターネット及び無線通信などの配信手段を介して通信されることもある。いわゆる「スマートシティ」は、都市エリアに配備された複数のセンサを有していることがあり、それらのセンサは、充電可能となり得る小さな電源と、検知手段と、インターネット又は他のネットワークとインターフェースする通信機能とを有し得るモノのインターネット（Internet of Things）（ＩｏＴ）デバイスとして動作する。いくつかの例では、本発明による方法は、外気環境に関連する品質尺度を含むインターネット分散データベースにアクセスする装置及びアルゴリズムを含み得る。人間のスケールで地理的に分離され得る多数のセンサの結果は、それでもなお、肺癌患者又は肺癌の素因が平均以上であるか又は高い患者にとって懸念となり得る様々な環境因子に対する地域平均の曝露推定値を補間するのに使用され得る。
【００４２】
複数のセンサ間の通信は、異なるタイプのネットワークトポロジに形成されることが可能となり得る。いくつかの例では、通信能力を有する複数のほぼ静止したセンサが無線メッシュネットワークへと構成され得る。いくつかの例では、固定ネットワークノードは、無線ノードと相互作用して、複雑なネットワークトポロジを形成し得る。様々な分散型センサは、環境条件を監視するのに有用となり得ると同時に、とりわけ、データ通信が促進され得ると共に非常に効率的となり得るロバストなフォールトトレラントネットワークを形成するのに関与し得る。したがって、概ね静止した適度に密な場所に分散された環境監視センサシステムのシステムは、メッシュ環境に進入する他のモバイルノードをサポートし得るメッシュネットワークベースを形成し得る。したがって、ローカル環境検知メッシュネットワークにリンクし得る監視デバイスを着用している患者は、データ自体をも提供する一方で検知システムにリンクすることも可能となり得る。多数の患者／ユーザの間に分散されたシステムも同様に、無線メッシュ形態のネットワークに参加又はアセンブルし得る。
【００４３】
自動車などのそれ自体に含まれる外部環境は、前述したように、含まれる環境内の空気の質を監視する内部センサを有し得る。いくつかの例では、自動車用デバイスは、インターネットとインターフェースし、検知デバイスによって測定された環境空気質に関する情報にアクセスし得るスマートデバイスを組み込み得る。結果として得られるデータベース補間は、素因のある患者がある場所から別の場所に移送されるときに、その患者のための経路決定を計画及び実行するために用いられ得る。いくつかの例では、それらにより、計画された経路の終点が対象の環境因子のレベル上昇に遭遇すると予測されることを患者に警告することが可能となり得る。そのような情報は、計画された交通手段を変更するのに有用となり得る。いくつかの例では、患者は、例えば、内部の駐車ガレージを経由して終点に移送されてもよい。他の例では、患者は完全に終点まで移動しないこともある。また、他の例では、患者は、粒子フィルタ及び化学／吸収性物質フィルタなど、多数の空気浄化方式を採用してもよい。更に他の例では、閉鎖された環境又は地域センサネットワーク内のセンサに基づく患者の推定曝露は、累積曝露推定値として患者のデータベースにおいて関連付けられてもよい。いくつかの例では、個人が場所を移動するときにその個人の地理位置を追跡し得るデバイスは、患者が地域を移動する際に地域的に推定される曝露の精度を改善する上で有用となり得る。
【００４４】
再び図２Ａを参照すると、個人の職場２０４は、その場所のすべての関係者のために空域を監視する目的で、又はいくつかの例では、肺癌の素因が平均以上である個人のために空域を監視するために、監視システムを配備していてもよい。建物は、粒子モニタ、特定の化学モニタ、ラドンなどのための放射能モニタ、生物センサ、及び様々なタイプの化学形態及び粒子形態に敏感となり得る広域スペクトルモニタなど、様々な検知装置を装備され得る。同様に、職場では、揮発性有機炭素ガス、多数の形態の粒子及びエアロゾル化金属含有化合物などの特定のタイプの物質に曝露される可能性が、はるかに高くなり得る。職場に持ち込まれた化学物質又は職場で行われているプロセスの副生成物である可能性のある化学物質を検出するように訓練されたセンサが、特に据え付けられ得る。
【００４５】
これらの環境のほとんどすべて、及びこれらのタイプの環境の境界上に存在し得る任意の他の環境において、患者は、パーソナライズされた検知装置２０１を用い得る。非限定的な例として、センサを中に含み、スマートウォッチなどのウェアラブルセンサとすることによって、又はユーザが携帯する傾向のある携帯電話などの電気器具と結び付けることによって、ユーザに関連付けられる多数のタイプの装置が存在し得る。個人用のセンサは、粒子モニタ、特定の化学モニタ、ラドンなどのための放射能モニタ、生物センサ、及び様々なタイプの化学形態及び粒子形態に敏感となり得る広域スペクトルモニタなど、様々な検知装置を装備され得る。いくつかの例では、検知デバイスは、いくつかのこれらの種々の検知能力を含み得る。いくつかの他の例では、種々の検知タスクを実施するために、複数のデバイスが使用され得る。パーソナライズされた検知装置２０１は、非特異的検知装置がほぼリアルタイムの方式で患者の周辺環境を監視するように、選定又は「訓練」され得る。
【００４６】
いくつかの例では、監視装置は、リアルタイムでのパターン認識及び計算のためにニューラルネットワークに接続される複数の非特異的化学センサを備えてもよい。人工ニューラルネットワーク（ＡＮＮ）又はコネクショニストシステムは、動物の脳を構成する生物学的ニューラルネットワークに触発されたコンピューティングシステムである。そのようなシステムは、一般的にはタスク固有のプログラミングを伴わずに、例を検討することによってタスクを行なうことを学習する（漸進的に能力を向上させる）。例えば、画像認識において、それらのシステムは、「猫（cat）」又は「非猫（no cat）」と手動でラベル付けされたサンプル画像を分析し、その分析結果を使用して他の画像の猫を識別することによって、猫を含む画像を識別することを学習し得る。それらは、ルールベースのプログラミングを使用して従来のコンピュータアルゴリズムで表現することが困難なアプリケーションにおいて、最大の用途が見出されている。本明細書で使用されるニューラルネットワークは、生物学的ニューロンを含まない場合には人工ニューラルネットワークとも呼ばれ得るものであり、人工ニューロンと呼ばれる接続されたユニットの集合に基づくものである。接続されたユニット間の接続は、シナプスと呼ばれることがあり、それらは第１のニューロンから別のニューロンに信号を送信するために使用され得る。受信ニューロンはその信号を処理し、次いでそれに接続された下流ニューロンに信号を送信し得る。ニューロンには「状態」が定義されていることがある。状態は、一般に０〜１で表現され得る値で表され得る。シナプスとニューロンのシステムで学習が生じるので、ニューロンが与えられる重み係数は変化し得る。重みを変化させることによって、システムは、下流で通信される信号の強度を調整し得る。
【００４７】
ディープニューラルネットワークとは、入力層と出力層との間に複数の隠れ層を有する人工ニューラルネットワークである。ディープニューラルネットワークは、特に分析物の組み合わせが環境中に存在するときに非特異的センサアレイが生成する信号に関連し得る、複雑な非線形関係をモデル化し得る。ディープニューラルネットワークはセンサのアレイ上で使用されてもよく、また、経時的に精度を向上させる、つまり「学習」する、分析物の種々の組み合わせに対する信号パターンの複雑な重ね合わせのモデルを生成するアーキテクチャを作成し得る。ディープニューラルネットの追加層は、より下位の層からのフィーチャの構成を可能にし、場合によっては、同様に実施する浅いニューラルネットワークよりも少ないユニットで複雑なデータをモデリングすることを可能にし得る。また更なる例では、０．５メガバイト程度の小容量のメモリを備え得る小さなディープニューラルネットが、リアルタイムで化学配列のパターンを認識し、複数の成分系を検出するディープニューラルネットを、ポータブルスマートデバイス又は生物医学的デバイスに組み込まれ得る小さな形状係数で備える組み込みシステムに対して使用され得る。ニューラルネットワーク処理構成要素を有する検知デバイスは、迅速に機能し得るか又はリアルタイムで機能し得る正確な検知デバイスを作り出すために、分析物の標準的な混合物で訓練され得る。
【００４８】
いくつかの例では、パーソナライズされた検知装置２０１は、検知装置に関連付けられるデータをアルゴリズム的に処理することが可能なデバイスに接続され得る。デバイスは、検知デバイスが、監視される環境因子に対する応答の上昇を認め始めたときに、措置を取るようユーザに伝え得るように、警報トリガレベルでイネーブルにされ得る。ユーザに伝える手段は、非限定的な意味で、措置を取るように患者に動機づける環境条件を患者に警告するアラーム、ブザー、振動又は視覚的画面表示を含む、任意の標準的な通信プロトコルを含み得る。この措置には、非限定的な例として、その場所から非難すること又は１着の防護服を着用することが含まれ得る。いくつかの例では、接続されたデバイスは、日付のタイムスタンプと共に様々なセンサ出力を記録するデータベースを維持し得る。記録されたデータは、患者の治療に関連する決定をサポートし得る様々な方式で集約され得る。いくつかの例では、Ｘ線分析、血液監視、又は肺癌の素因が高いか若しくは平均以上である患者に対する医学的に適切なスクリーニングのその他の例など、スクリーニングプロトコルを高めるために、時間の経過と共に上昇した曝露事象若しくは統合的な曝露量又は組み合わせの曝露（ここでは検知される複数の曝露が同時に発生する）の証拠が用いられ得る。
【００４９】
個人用検知の例
図２Ｂを参照すると、多数のパーソナライズされた検知装置の例の例示的な図が示されている。この図には、環境因子への曝露を検知するために使用され得る多数のデバイスが含まれている。いくつかの他のデバイスでは、その目的は、集中した環境因子、又はそのような集中した環境因子の代謝産物が体内にある証拠について患者の系を監視することであり得る。また更なるデバイスでは、モニタシステムのいくつかの目的は、肺癌疾患状態の存在に相関付けられ得るバイオマーカーの存在を検知することであり得る。
【００５０】
いくつかのデバイスは、患者が対象の病原体に曝露されているか否かを示し得る方式で動作し得る。非限定的な意味で、結核菌は、いくつかの感染個体において肺癌との潜在的な因果関係を有する病原体の例であり得る。恐らくは感染が起こる前でも、結核菌への曝露の存在を検知し得るデバイスが重要となり得る。いくつかの他の例では、温度、障害性の又は「騒がしい」呼吸又は他のそのような測定基準などの感染状態を示し得るバイオメトリック情報が有用となり得る。
【００５１】
また更なるデバイスは、曝露事象の間に患者の生理学的状態と結び付けるために使用され得るバイオメトリックデータを記録し得る。例えば、脈拍数、呼吸速度、呼吸量、及び血圧は、患者が曝露され得る環境因子の取り込みの性質を理解するのに有用なバイオメトリックとなり得る。
【００５２】
本発明と一致する個人の検知を実施するために個々に又は組み合わせて使用され得る、多数のタイプのバイオメトリック関連の検知技法が存在し得る。再び図２Ｂを参照すると、多数の例示的なタイプの生物医学デバイスの概要が見出され得る。コンタクトレンズ、眼内デバイス、涙点プラグなどの様々な眼用デバイス２００は、眼球環境内の生体流体中の分析物を分析することを含む様々な検知機能を実施し得る。涙液は、個人の身体から供された化学物質及び物質を含有し得るが、個人の環境に相当に曝露されるものでもあり、またある期間にわたる履歴的な曝露の記録を含み得る。
【００５３】
コンタクトレンズ２１０はまた、眼球組織に埋め込まれ得る検知デバイスからの結果を読み取り、定量化するために使用され得る。
【００５４】
臓器２０５内への埋め込みとしては、脳埋め込み、心臓埋め込み、ペースメーカ、及び他の埋め込みであって、ユーザの臓器内に埋め込まれるものを挙げてもよい。これらの埋め込みは、ユーザの組織細胞層、又はユーザの組織細胞層に接触する流体を直接検知するか又は間接的に検知することができてもよい。後でより詳細に説明するように、肺インプラント２９５を参照して特殊なタイプについて説明する。
【００５５】
他の例では、生物医学的な検知デバイスは聴覚センサ２２０であってもよい。聴覚センサ２２０は、例えば、温度などのバイオメトリックを赤外線信号として間接的に検知し得る。聴覚センサ２２０はまた、血液酸素化、分析物及び生物体の検知及び他のそのような検知など、他のバイオメトリックを定量化することが可能となり得る。それらはまた、個人からの化学物質の排出、並びに個人の空間における環境化学物質及び物質を検知するために使用され得る。いくつかのバイオメトリックは、自身の環境における個人のバイオームに関する発作及び誘発の検出に潜在的な診断上の関連性を有し得るか、あるいはバイオメトリックは病状に対する診断上の関連性を有し得る。
【００５６】
歯科センサ２３０は、種々様々なタイプのバイオメトリックデータを検知するために使用されてもよい。センサ２３０は口腔内の流体を検査して、食品からの生体分子及び化学種、並びに様々な種類の環境曝露の影響を受けた生体液を調べてもよい。センサ２３０はまた、様々なタイプの間接測定値を調べてもよい。例えば、非限定的な観点で、環境内の圧力、温度、流れ、及び音（バイオメトリックス例えば温度、呼吸速度、継続時間、強さなどに直接又は間接的に関係する場合がある）である。加えて、歯科用センサ２３０は、吸息と呼息との両方の間にバイオメトリックデータを検知するために利用され得る。そのような歯科用センサは、センサから得られたデータのニューラルネットベースの制御及び／又は分析を用いた非特異的センサを備え得る。いくつかの例では、化学的分離膜は、水性の液体を排除する一方で、揮発性有機化合物をセンサに通すことを可能にし得る。気体の透過を可能にする微細孔を有するブロックコポリマーの計画された組み合わせで作製された固有ミクロ多孔性ポリマー（Polymers of Intrinsic Microporosity）（ＰＩＭ−１）ベースの膜が例となり得る。他の例には、ポリアセチレン、フッ素化ポリマー、ポリノルボルナン、及びポリイミドなどの固有の多孔性を有するポリマーが例として挙げられ得る。
【００５７】
血管ポートセンサ２４０を用いて、血流中の種々の様相を検知してもよい。いくつかの例には、神経タンパク質、又は肺癌の初期段階の間に発現され得ると共に腫瘍随伴症候群に関連付けられ得る他のホルモン又は抗体が挙げられ得る。これらの神経タンパク質又は肺癌の初期段階の間に発現され得る他のホルモン若しくは抗体を含み得る体液と相互作用する任意の検知の例は、このような方式で機能し得るものであり、またそのような例は、血管ポートセンサ２４０に限定されることを意味しない。血管ポートセンサ２４０による検知の他の例は、酸素監視又は他の化学監視であってもよい。非限定的な例として、血圧又は脈などの他のバイオメトリックが血管ポートにおいて監視されてもよい。
【００５８】
いくつかのバイオメトリックセンサはウェアラブルセンサ２５０であってもよい。ウェアラブルセンサ２５０は、環境中の様々なバイオメトリック並びに化学物質及び物質だけでなく、個人によって放出されるものをも間接的に測定し得る。周知の例が、非常に重篤な肺疾患である嚢胞性線維症の汗塩素アッセイである。このアッセイでは、汗が個人から採取され、特定のバイオマーカーについて試験される。より具体的には、第７染色体（７ｑ３１．２）の長腕に位置する嚢胞性線維症膜貫通コンダクタンス調節因子（ＣＦＴＲ）遺伝子が調べられる。いくつかの例では、検知素子はユーザの任意の体組織又は体液と独立したものであってもよい。そのような検知要素は、全体としてのユーザの身体、又は個人の化学的環境及び粒子性環境に関連するバイオメトリックを監視し得る。いくつかの例では、そのようなデバイスは、個人が経時的に位した場所の記録を含み得る地理的位置特定デバイスを中に有し得る。そのような情報は、個人の曝露レベルを推測するために、外部データベースのデータと合体され得る。他の装着可能センサが、ユーザの組織細胞層を直接又は間接的に検知するか又は検査してもよく、これにより、非限定的な例として温度、酸素化の測定、及び発汗の化学分析が可能になってもよい。装着可能センサ２５０は、いくつかの例では衣類又は宝石類という形を取ってもよいし又はこれらの中に取り入れられてもよい。他の例では、装着可能センサ２５０は衣類又は宝石類に取り付けてもよい。
【００５９】
バイオメトリックセンサの種々の例を皮下センサ２６０に取り入れてもよい。ここでは、外科手術によって、センサを伴う生物医学的デバイスをユーザの皮膚層の真下に配置してもよい。皮下センサ２６０は、組織層又は間質液に直接接触して高感度であってもよい。皮下センサ２６０は、種々の検体に対する分析が、例えば本明細書で前述した技術を用いて可能であってもよい。また物理的パラメータを測定してもよい。例えば温度、圧力、及び他のこのような物理的に関連するバイオメトリックパラメータである。
【００６０】
センサを様々な種類の血管又は胃腸ステント内に取り入れて、ステントセンサ２７０を形成してもよい。したがって、ステントセンサ２７０は、種々の化学種の検知が行なうことができてもよい。ステントセンサ２７０を血管内に取り入れることによって、様々なタイプの物理的パラメータを特徴付けて測定することができてもよい。例えば、血管形状のステントセンサ２７０によって心臓ポンピングサイクルの間の血管内の圧力を測定して、血管圧力の生理学的に関連する決定を行なうことができてもよい。このような圧力センサが、小さい圧電センサ、エラストマーセンサ、及び他のこのようなセンサと共に機能することができる多くの方法が存在する場合がある。血流内で直接監視してもよい圧力に加えて、多くの物理的パラメータが存在する場合がある。肺癌状態に関連し得る前述のホルモンを含む化学物質も同様に監視され得る。
【００６１】
飲み込み可能ピル２９０などの丸薬形態のバイオメトリックセンサが、バイオメトリックフィードバックを提供するために使用されてもよく、また個人における単純な化学物質及び生物化学物質を検知し得る。いくつかの例では、飲み込み可能ピルは薬効成分を取り入れてもよい。他の例では、飲み込み可能ピル２９０は様々な種類のバイオメトリックセンサを単純に含んでいてもよい。飲み込み可能ピル２９０は、それが取り入れた胃腸液の検体測定を行なってもよい。更に、ピルによって、行なってもよい物理的測定の非限定的な例として中心の中核体温測定が得られてもよい。また、ユーザの消化管を通るピルの移動の速度によって、バイオメトリック関連の付加情報が得られてもよい。いくつかの例では、検体センサによって、食事摂取及び栄養的側面に関係する測定値を得ることができてもよい。吸入された化学物質及び粒子状物質は、口、喉、喉頭を横切るので、曝露のいくつかの記録は、唾液を通じて胃腸管の中へと進み、そこでそのようなセンサがそれらの存在を記録し得る。
【００６２】
包帯形状センサ２８０を用いて、バイオメトリック及び環境検知を行なってもよい。いくつかの例では、包帯形状センサ２８０は、ウェアラブルセンサ２５０と同様であってもよく、発汗の態様を含む皮膚環境中の化学物質に対する測定、並びに入射した化学物質及び物質の曝露分析を実施してもよい。また、包帯形状センサ２８０は物理的な測定を行なってもよい。いくつかの特別な例では、包帯はユーザの様々な種類の創傷の付近にあってもよく、またその領域における化学的及び物理的測定は、治癒に関係する特殊な目的を有していてもよい。他の例では、包帯センサ２８０は、環境曝露センサを含めることに対する有用な形状因子又は環境的に制御された領域であってもよい。
【００６３】
上述のように、バイオメトリックセンサが肺インプラント２９５内に組み込まれてもよい。肺インプラントは、能動的又は受動的（検知）の役割を有し得るいくつかの例では、ユーザの肺上皮組織の中に作製され得る。肺インプラント２９５内に組み込まれたバイオメトリックセンサは、化学的及び物理的監視を可能にし得る。いくつかの例では、肺インプラント２９５を使用して、肺癌型のバイオマーカーを検知し得る。別の意味では、肺インプラント２９５は、肺組織に到達した環境化学物質、粒子状及び他の物質を直接監視する手段を与え得る。
【００６４】
図２Ｂに示すバイオメトリックセンサ形式によって、本発明に整合している場合がある例示的なタイプのセンサを表してもよい。しかし、本発明と整合している場合がある多くの他のタイプのセンサが存在する場合がある。更に、関連し得る図２Ｂに関して説明した一部又は全部の機能面を組み合わせるセンサの例が存在する場合がある。本発明は、図２Ｂに示した例に限定することは意図していない。種々のセンサをある位置に例示しているが、特定の応用状況に応じて身体の任意の位置にあってもよいことに留意することは重要である。
【００６５】
非特異的化学物質センサ
非特異的な方式で化学物質の存在を検知する類の検知デバイスが開発されている。この検知を達成する手段はいくつも存在し得る。一例では、一組の成形された水晶が、非限定的な例として、ポリマー、単層の無機物質及び生物学的抗体などの種々の材料で被覆される。これらの種々の材料は、それらの環境内の分子に対して独特の結合様相を有することになる。また抗体の場合は、特定の形状を有する生物学的物質に比較的特異的となり得る。センサの環境中の分子は、水晶表面上に吸着し、それらが沈降し得る結合部位を見出し得る。水晶の表面層上にある多数の結合分子の存在は、水晶が振動する共振周波数を変化させる。水晶センサを強制的に振動させることにより、水晶の共振周波数シフトが測定され得、また物理的原理により、水晶の質量変化の相対的計算値を算出することが可能となる。種々の分子が、様々でかつ特徴的な様式で様々なコーティングに付着し得る。種々の特性は、種々の水晶の集合体が、特にそれらが異なる表面タイプにわたって著しく異なる特性を有するときに、異なる分子を区別する能力を有することを可能する。
【００６６】
種々様々なタイプの化学センサが知られていることに留意することが重要である。例えば、質量分析計及びガスクロマトグラフが、本発明による使用のために適合されてもよい。
【００６７】
図３Ａを参照すると、気相からの材料の種々の吸収量に対して水晶の周波数差を探索及び測定するための、電気接点を有する「チップ」形態３００に組み立てられた３０個以上の水晶の例示的な集合体が示されている。共通又は接地接続部３１０は、第１の水晶３２１の両端に電気信号を印加してその特性について調べるために、第２の接続部３２０を有し得る第１の水晶３２１の一方の側に接続し得る。第２の水晶３３１は、共通の接地接続部３１０を使用して水晶の一方の側に電気的に接続し、第２の水晶とは異なる第２の接点３３０を使用して、空気サンプルに曝露された第２の水晶の特性を同時に記録し得る。
【００６８】
「チップ」３００が使用される場合、チップ３００は、水晶のいずれかの表面から任意の分子を脱着させる手段に曝露され得る。非限定的な例では、水晶は分子を脱着させるために電気的に加熱されてもよい。いくつかの例では、検知デバイスは２組のチップを備えてもよく、一方はガスサンプルを吸収及び分析するために使用され、もう一方は、検知表面を清浄にするために加熱され得るように、サンプリングから閉鎖され得る。センサが動作温度まで冷却された後、センサは空気環境を探索し始めることができ、分子は種々の水晶表面に吸収され、異なる吸収信号が時間と共に記録され得る。図３Ｂを参照すると、図３Ａに示された３２の種々の水晶の例示的な応答の集合が示されており（３５０）、種々の水晶型の各々について、計算された質量増加率が示されている。例示的な第１の水晶型は、３２２で示される第１の質量増加率を有し得るが、第２の水晶は３３２で示される結果を有し得る。図３Ｂの結果は、種々の濃度で多数の種々のガス種が水晶アレイ上に吸収され得ることを示唆し得る。いくつかの例では、検出アレイが利用されるため、環境中の意図された分析物又は他の分子若しくは種にかかわらず、検出アレイはそれが曝露される物質によって最終的に「汚される」ことがある。したがって、単一使用の装置が望ましくなり得る場合も存在し得る。したがって、分析ソリューションは、１回限りの使用のために構成されたカプセル化センサの使い捨てアレイ、又は１回若しくは複数回の使用後に洗浄され得る使い捨てアレイを含む様々な方式で実現され得る。
【００６９】
水晶アレイは、データベースに記憶され得る種々のセンサの各々について異なる応答を見出すように、既知の濃度の既知のガス種について「訓練」されていてもよい。アルゴリズムがこれらの訓練された応答を使用して、空気サンプルに対する非特異的センサの動的応答を分析し、空気中に存在する最高確率の気体を数学的に抽出し得る。この技法は、少数の周囲ガスが特定の時間に変化している状態又は存在するガスが少数しかない状態に対して特に良好に機能し得る。
【００７０】
例示的な意味では、ガスの集合体に曝露されるセンサの組み合わせの数学的処理は、以下のように表され得る。センサのアレイが線形応答曲線で動作すると共に、分析物混合物に対して相加的な応答を示す条件下では、ｍ種類の分析物の混合物に対する特定のセンサの応答は、以下のようにモデル化され得る。
【００７１】
【数１】
2018100957.tif 000003
上式において、濃度（ｋ）はｋ番目の分析物の濃度（「ｃｏｎｃ」）を表し、感度（ｋ）は特定のセンサ部位のｋ番目の分析物の感度（「Ｓｅｎ」）を表す。ｎ個のセンサのアレイの組み合わせは、以下のように表され得る連立線形方程式となる。
【００７２】
【数２】
2018100957.tif 000004
【００７３】
得られた方程式を使用すると、混合物中の未知数の分析物の予想濃度の関係が抽出され得る。多くのタイプの分析では、特に検知要素が、混合物中に存在する気体全体にわたって著しく異なる応答を生じさせる場合、より多数のセンサが抽出結果の精度を向上させる。サンプル中の気体の種類が多いほど、計算され得る応答の精度が低くなることも事実となり得る。
【００７４】
多数の検知要素の非特異的な検知アレイを生成するように発展され得る多数の種々のタイプの検知要素が存在し得る。いくつかの例では、ポリマーベースの検知要素が、分析物に対して異なる吸収特性を有するようにポリマーの表面を調整する種々の化合物で様々にドープされてもよい。小型アレイシステム内の多数の素子は、これらのタイプのポリマーベースのセンサ用の集積回路の処理装置を備えて形成されてもよい。いくつかの例では、分子がその表面に結合するときに生じ得るセンサの誘電率又は実効誘電体厚さの変化が、プローブ要素の容量性の変化として検知され得る。例えば、ナノシートベースの電界効果バイオセンサが利用されて、癌マーカータンパク質が検出され得る。異なる物質でコーティングされ得るか、又はポリマー検知構造内に埋め込まれた様々なタイプの「ドーパント」を有し得る、種々に発展される表面層への種々の結合が、露出時にプローブ要素の容量性に種々の変化を生じさせ得る。
【００７５】
別のタイプの検知要素が、カーボンナノチューブチップを使用して形成されてもよい。チップは、チップを傾斜させてチップの近傍に電界を形成する電圧源に電気的に接続されてもよく、また気相中の分子の破壊特性を特徴付ける。前述したような様々な環境検知用途で使用され得る、低コストで再利用可能な小型の検知モジュールを提供するように発展され得る他のタイプのセンサアレイが存在し得る。これらのタイプのいくつかのセンサは、粒子状物質、特にガスサンプル中に存在するナノ粒子を特徴付けることが可能となり得る。
【００７６】
微粒子センサ及びダストセンサ
肺癌にかかる素因が平均以上であるか又は高い患者は、自身の環境における粒子への曝露を監視及び制御し得る。ナノ粒子などの最小の粒子のいくつかについては、非特異的化学物質センサのいくつかは、そのようなナノ粒子のその表面への結合に敏感となり得、またそれらの存在を検出することが可能となり得る。一般に、粒子のレベルを検出するために、他のタイプの検出器が使用されてもよい。図４を参照すると、例示的な粒子監視装置が示されている。光ビームが透明チューブ４００内の空気流４３０に向けられ、透明チューブ４００は、限定された領域に空気流を集中させる。粒子４４０などの気流中の粒子が閉じ込め領域に流入する、ここで、レーザ光源４１０からのレーザ光ビーム４２０が粒子に衝突し、粒子によって散乱される（４７０）。ビーム経路に微粒子が存在しない場合、光は透明チューブ４００を通じて進行し、ビームストップ４６０によって吸収される。したがって、散乱された光４７０のみがビームストップ４６０を通過し、光検出器４５０へと進む。いくつかの例では、散乱角は粒子の径の関数となり得るので、光検出器４５０は、光を散乱させている粒子の相対径を推定するために粒子センサによって使用され得る散乱角の弧を識別し得る、複数の孤立した検知領域を有する。
【００７７】
光散乱粒子計数器が、ウェアラブルデバイスであり得る小型の可搬型検知デバイスの中に形成されてもよい。そのようなデバイスの最大のエネルギー消費は、検知領域を通じて様々な粒子を移動させるのに必要なポンプシステム又は他の空気流システムを組み込むことによるものであり得る。ウェアラブルデバイスの場合、そのような電源はバッテリによって設けられてもよい。
【００７８】
いくつかの例では、光散乱粒子計数器が特定の位置に固定して装着されてもよい。センサは、インターネット接続を通じてデータベースにセンサデータを自発的に提供し得る。いくつかの例では、粒子センサは、肺癌にかかる素因が平均以上であるか又は高い患者の近くの職場に配置されてもよい。同様に、粒子センサがまた自宅の場所内に配置されてもよい。
【００７９】
ウェアラブル又は固定式で装着された粒子計数器が粒子状物質のレベル上昇を検出すると、可聴アラームを鳴らしてもよい。いくつかの例では、センサは、インターネット接続を通じてその検知レベルをサーバに通信してもよい。ソフトウェアアルゴリズムが、センサデータを処理するために使用されてもよく、またいくつかの例では患者の位置を確認することが可能となり得る。患者が平均以上の粒子の検出の間にセンサの周りの領域に位置する場合、非限定的な意味で携帯電話又はスマートフォンなどのユーザのデバイスに通信がなされ得る。素因のある患者は、フィルタリングマスクのような防護服を着用することなど、空気中における平均以上の粒子レベルの検出に基づいて防護措置を取り得る。いくつかの例では、ユーザは、粒子状物質の平均以上のレベルが検出されたときに、ある場所を離れるか、又はある場所に行くことを避けることができる。そのような措置を取ることによって、素因のある患者は、環境因子への累積曝露を低下させ得るが、このことが肺癌にかかるリスクレベルを低下させ得る。
【００８０】
また患者の既知の場所に相関する検出レベルが、これらの曝露事象の記録を記憶し得るデータベースに伝達され得る。累積曝露値及び曝露事象の詳細は、環境因子への曝露を有する患者のスクリーニングの強化などの予防措置を促すために、医療従事者によって使用され得る。
【００８１】
化学的特異的センサ及び分析的センサ
いくつかの使用環境では、化学的特異的センサ又は高度な分析的センサの使用は、肺癌になるリスクの増加に関連することが知られている化学物質を検出するために用いられ得る。いくつかの化学的特異的センサは、素因のあるリスク患者へのリスク増大に関する対象の特定の気体を含めて、存在する気体の定量的評価のために空気サンプルを調査する化学的又は電気化学的検知技法を実施するために、マイクロ流体処理デバイスを使用し得る。化学的に選択的な電界効果トランジスタベースのセンサは、気体又は液体サンプル中の選択された化学物質の存在に対して選択的に応答し得る。電界効果トランジスタに基づく電子センサは、様々な化学的及び生物学的な分析物クラスに敏感であり得る効率的で潜在的に低コストなセンサベースを提供し得る。ナノ構造の半導体を備えたアクティブチャネルを有する電界効果トランジスタのクラスは、特に敏感で効果的な電界効果トランジスタベースの電子センサを提供する。１次元シリコンナノワイヤ及びカーボンナノチューブと、２次元グラフェン及びその誘導体とに基づく変形形態は、電子センサにおける最も有望なチャネル材料の１つである。電界効果トランジスタのチャネル領域上への気体分子の吸収度は、電界効果トランジスタのアレイのチャネルの導電率において再現可能なシフトを生じる。チャネルは、化学変換、物理的変換などに対するチャネル領域材料の様々な処理によって機能化され得る。気体検知デバイスにおける同様の変形形態が、機能化された金属酸化物半導体（ＭＯＳ）センサアレイから生じ得る。伝導度測定半導体金属酸化物気体センサは、十分に研究及び特徴付けられており、本明細書における発明的構想に望ましいセンサタイプを構成する。ＭＯＳセンサアレイは、製造における低コスト性及び柔軟性、並びに使用時の簡潔性により、大気条件下での気体検知に望ましい。ＭＯＳセンサアレイは、多数の可能性のある応用分野において多数の検出可能な気体を検知できることが実証されている。ガス検知材料の導電率変化に加えて、この反応の検出は、静電容量、仕事関数、質量、光学特性、又は気体／固体相互作用によって放出される反応エネルギーの変化を測定することによって実施され得る。いくつかの例では、特定の分子に対する親和性を有するようにゲートが修飾／処理／機能化された機能化ＭＯＳセンサのアレイは、そのような吸着された気体分子の濃度を、仕事関数におけるそれらの変化によって検知するように動作し得る。
【００８２】
いくつかの例では、より精巧な化学検知装置が環境因子検知に使用され得る。ガスクロマトグラフ／質量分析などの技法は、広範囲の分析物に対して高精度でかつ高感度な検知プロトコルを提供し得る。ボルタンメトリー分析、誘導結合プラズマ原子発光分光法（ＩＣＰ＿ＡＡＳ）、又は金属成分の検出のための質量分析（ＩＣＰ＿ＭＳ）、特に揮発性有機炭素化合物の特徴付けのためのガスクロマトグラフ赤外分光法（ＧＣ−ＩＲ）などの様々な分光技法を用いて分析物を検知し得る、非限定的な意味での電気化学センサなど、比較的洗練された試験プロトコルで分析結果を提供する他の技術が存在し得る。これらのいくつかの例では、形状係数の小さなデバイスを求める開発活動が進行中であるが、一般的にこれらの高度な技法は、比較的大きなコスト係数を有し得ると共に、配備される検知デバイスに関して大きな形状係数を有し得る。分析技法は、地域の大気質を検知するのに特に好適となり得、その結果はデータベースと共有され、ソフトウェアアルゴリズムによってアクセスされ、化学物質の平均以上のレベルをそのようなシステムが検出したときに、システムの近傍に位置する素因のある患者に通信及び警告を提供し得る。いくつかの例では、環境を監視するために、又は患者の呼吸のサンプルを分析するために、限られた化学種又は単一の化学種に焦点を当てた専用化学センサが使用され得る状況が存在し得る。いくつかの例では、赤外線に基づく小型の検出器が、特定の種又は特定の気体の組み合わせを検出するように構成され得る。特定の種の赤外線シグネチャは、特定の周波数及び相対吸収率で光を吸収し得る。特定の種の組み合わせについて、これらの複数の種の定量分析が可能となるように、吸収スペクトルの十分な分離性が存在し得る。拡散制御された電気化学ベースのセンサは、ほとんど単一のガス系の正確な検知を目標とするように分析システムが構成され得るもう１つの例である。そのような特定のセンサの組み合わせは、ガス種の特定の組み合わせの存在について正確に分析する手段を提供し得る。
【００８３】
バイオマーカー／分析化学
バイオマーカー又は生物学的マーカーは全般的に、ある生物学的状態又は条件の測定可能な指標を指している。またこの用語は時折、その存在が生存生物の存在を示す物質を指すために用いられる。更に、生命体は、特定の位置におけるそれらの存在の証拠として、一意の化学物質（例えば、デオキシリボ核酸）を環境内に発することが知られている。バイオマーカーは多くの場合に、正常な生物学的過程、発病過程、又は治療的介入に対する薬理反応を試験するために測定及び評価される。それら全体として、これらのバイオマーカーによって、疾患の防止及び治療と健康状態及び健康状態の維持とにとって重要な膨大な量の情報が明らかになる場合がある。
【００８４】
バイオマーカーを分析するように構成された生物医学的デバイスを用いて、ヒトの正常な身体機能を迅速かつ正確に明らかにして、そのヒトが健康的な生活様式を維持しているか否か又は病気若しくは疾患を回避するために変更が必要とされ得るかを評価してもよい。生物医学的デバイスは、タンパク質、バクテリア、ウィルス、温度変化、ｐＨ変化、代謝産物、電解質、並びに診断医学及び分析化学で用いられる他のこのような検体を読み取って分析するように構成され得る。本明細書で用いられるとき、バイオマーカーを分析するために生物医学デバイスを使用する技法は、肺癌の獲得の早期段階又は進行段階を示唆し得る患者のバイオーム内の変化を監視するのに有用となり得るものである。この技法はまた、肺癌にかかる機会を増加させ得る、特に肺の感染性因子の存在を探索し得るものである。前に述べたように、非特異的センサプロトコル及びデバイスのいくつかは、病原体がデバイス表面と接触したときに検知デバイスの信号変化を可能にし得る抗体又は他の生物学的分子でコーティングされ得る。
【００８５】
検体分析用の蛍光ベースのプローブ素子
蛍光に基づく分析法を用いて、様々なタイプの検体を検出し、分析することができる。これらの技法のサブセットは、検体自体からの直接の蛍光発光を含み得る。より一般的な技法の組は、検体分子に結合してその際に蛍光サインを変える構成成分を有する蛍光プローブに関する。例えば、フォルスター共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）において、プローブは、相互作用するタンパク質に化学的に付着し得る２つのフルオロフォアの組み合わせを用いて構成される。フルオロフォアの互いからの距離は、そこから発する蛍光信号の効率に影響することがある。
【００８６】
フルオロフォアの一方が励起放射信号を吸収する場合があり、励起を他方のフルオロフォアの電子状態に共鳴移動させることができる。結合した、相互作用するタンパク質への検体の結合は幾何学を乱し、フルオロフォアの対からの蛍光発光における変化を引き起こし得る。結合部位は、相互作用するタンパク質に遺伝学的にプログラムすることができ、例えば、グルコースに反応する結合部位をプログラムすることができる。場合によっては、得られる部位は、所望のサンプルの間質液中の他の構成成分に対する反応が低いか又は反応しないことがある。
【００８７】
ＦＲＥＴプローブへの検体の結合は、グルコース濃度に反応する蛍光信号をもたらし得る。いくつかの例示的な実施形態では、ＦＲＥＴに基づくプローブは、わずか１０μＭの濃度のグルコースにも反応することができ、かつ最高数百ミクロモルまでの濃度に反応し得る。様々なＦＲＥＴプローブを遺伝学的に設計及び形成し得る。得られるプローブは、被験者の間質液の分析を助け得る構造に構成され得る。あるいは、検知デバイスは、分析物が膜を通ってＦＲＥＴプローブを含む流体層の中へと拡散することを可能にする膜を空気に供し得る。種々にチューニングされたＦＲＥＴプローブのアレイは、生物学的分子から対象の環境分子に及ぶいくつかのタイプの分析物に対して可能な、柔軟性でありながらも特異的な検知をもたらし得る。
【００８８】
いくつかの例示的な実施形態では、プローブは、患者の体内に位置するときに間質液に、又はＦＲＥＴプローブを取り囲む分析デバイスの流体に対して透過性である材料のマトリックス内に配置され得る。例えば、異なるＦＲＥＴプローブがヒドロゲル構造へと組み立てられ得る。いくつかの例示的な実施形態では、これらのヒドロゲルプローブは、それらが眼の上に着用されたときに涙液中に浸漬されるヒドロゲル封入内で存在し得るような方法で、眼用コンタクトレンズのヒドロゲルに基づく処理工程中に含めることができる。他の例示的な実施形態では、プローブは、強膜のすぐ上の眼組織に挿入し得る。蛍光発光検体反応性のプローブを含むヒドロゲルマトリックスは、検体を含有する体液と接触している様々な場所に配置し得る。眼は環境に曝露されるので、着用されたコンタクトレンズが患者の環境に対する監視能力を提供することが可能となり得る。他の例では、ＦＲＥＴプローブを埋め込まれたヒドロゲルは、アレイ形式で組み立てられ得るＦＲＥＴプローブからの信号を読み出すのに必要な蛍光光源及び検出器を含むセンサデバイス内に存在し得る。
【００８９】
素因のある患者の体内の眼用センサの例では、蛍光プローブは、強膜近傍の眼球領域の間質液と接触していてもよい。これらの場合、プローブが侵襲的に埋め込まれているところで、検出器は、眼用レンズから、又は眼の近くに保持されている携帯デバイスなどの眼の外部の場所から、蛍光プローブ上に放射信号の入射を提供し得る。ＦＲＥＴプローブは、前述したように、肺癌の増殖を示唆し得るタンパク質及びホルモンに対して感受性となるように操作され得る。
【００９０】
他の例示的な実施形態では、プローブは、眼用レンズの内部に埋め込むこともまた可能な蛍光検出デバイスに近接した眼用レンズの内部に埋め込まれてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、ヒドロゲルのスカートは、蛍光検出器を有する眼用インサート及びＦＲＥＴに基づく検体プローブの両方を封入し得る。生物医学的デバイスにおいて蛍光検出器を用いることに対する更なる使用可能性が、参照によりその内容が本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１４／０１１，９０２号（２０１３年８月２８日に出願）で述べるように見出される場合がある。
【００９１】
いくつかの例では、蛍光に基づく分析に基づいて非特異的化学検出器が形成され得る。分析デバイスは、患者の息のガス状化学物質と相互作用するように構成され得る。呼吸されると、数十の種々のセンサ「スポット」を含み得るセンサプレートが、患者の息の様々なガスと相互作用し得る。試験装置は次いで、その蛍光スペクトルを特徴付け得る。他の非特徴的センサと同様に、プローブは、種々の検体について固有のスペクトル応答を取得するように「訓練」されてもよく、次いでこれらの特性結果は、重複する結果の分析に使用されるデータベースへと集合され得る。
【００９２】
いくつかの例では、分析物の絶対濃度は、懸念を決定するための唯一の基礎を形成し得る。測定値を所定の閾値又は絶対的な閾値と比較することに代わって又はそれに加えて、健康な患者に対する基準線が確立され得、この基準線からの変化を検出するために検出器が利用され得る。経時的な測定値の変化は、必然的に閾値を超える条件に接近していることを示し得るものであり、また時間に依存する変化を検出することは、より早期の検出効果をもたらし得る。疾患状態のスペクトル及び付随する分析物生成は、疾患の厳密な状態に応じて変化し得ることも考えられる。そのような場合、完全に有効な閾作用値を決定することが可能でない場合もあり、したがって、所与の個人の基準値からの変化を使用することが、検出及び予防的処置の有効な方法となり得る。
【００９３】
様々なタイプの非特異的センサが、化学組成について周囲を検知するために使用され得るアレイへと構成され得る。健康の観点から検知され得る、明らかに重要な環境の種類は、患者の呼吸であり得る。患者の呼吸は、非限定的な例として、２−エチルヘキサノール、３−メチルヘキサン、５−エチル−３−メチルオクタン、アセトン、エタノール、エチルアセテート、エチルベンゼン、イソノナン、イソプレン、ノナナール、スチレン、トルエン、ウンデカンを含む一連の多種多様な化学成分を含有し得る。様々な疾患に対して、これらの化学物質の相対的なレベルは著しく異なり得る。これらの構成成分の検出及び患者の息のサンプル中の化学物質のポートフォリオを監視する能力は、患者に起こり得る疾患状態の理解になり得るものである。例えば、肺癌患者の呼吸における研究により、これらの患者の呼吸にこれらの化学物質のいくつかが相当なレベルで含まれていることが示されている。例では、典型的に存在する化学物質には、２−エチルヘキサノール、３−メチルヘキサン、エタノール、イソノナン、イソプレン、ノナナール、スチレン、及びトルエンが挙げられ得る。他の重要な分析物が、これらの例より低いレベルで存在することもある。
【００９４】
癌関連ガス検出器は、比較的小さい（直径約５０ｍｍの）円形プレートを用いて組み立てられ得ることが実証されている。プレート上には、蛍光交差反応センサアレイを形成するための感受性スポットがある。センサは、センサエッジの周りに数十の化学応答性スポットが配置された使い捨てアレイからなっていてもよい。スポットは次いで、感受性合成化合物の種々のサンプルを充填され得る。そのような蛍光交差反応性アレイと特定の分析物又は揮発性有機化合物ガスとの相互作用が、スポットの蛍光特性において特徴的なシフトを引き起こし得る。反応の前後にセンサアレイの蛍光発光スペクトルを収集することにより、数十の試験サイトの蛍光応答におけるシフトを説明し得る化学物質の最適なセットを決定するために、既知の分析物のデータベースを介して分析され得るデータセットが取得され得る。これらの原理に基づくプローブは、患者の呼吸と相互作用し得る様々な形状係数へと形作られ得る。
【００９５】
事象着色機構を伴う検知デバイス
検体を検出する別の方法は、検体が反応性化合物に厳密に結合することで色変化が生じて特定の検体の存在を示す場合がある受動的な着色方式であってもよい。そのようなプローブは、分光法を用いて着色スキームの変化を検出するスタンドアロン検知要素へと形作られ得る。他の例では、着色は、素因のあるリスク肺癌患者が視認し得る信号として検出され得る。以下のパラグラフでは、コンタクトレンズのオプティカルゾーンが少なくとも部分的に色を変化させ得るコンタクトレンズにおけるそのような視覚スキームの説明が記載されている。それに代わって、様々な着色技法の使用が、眼に着用されていない様々な種類の分光読取りの有無にかかわらずに携帯センサに配され得ることに留意されたい。
【００９６】
眼科の例に進むが、事象着色機構は反応混合物を含んでいてもよい。反応混合物は、例えば、眼用デバイスの硬いインサートに、例えば熱成形技術を通して、付加されてもよいし、印刷されてもよいし、又は埋め込まれてもよい。あるいは、事象着色機構は、硬いインサートを必要としないが、その代わりに、ヒドロゲル部分上に又はその内部に、例えば印刷又は注入技術を用いて配置されてもよい。
【００９７】
事象着色機構は、一過性の涙液のあるコンポーネント又は眼用レンズ内のあるコンポーネントに対して反応する硬いインサートの一部を含んでいてもよい。例えば、事象は、ある沈殿剤（例えば、脂質又はタンパク質）の、硬い眼用インサート及びヒドロゲル部分の一方又は両方（眼用レンズの組成に応じて）への特定の蓄積であってもよい。蓄積レベルは、電源を必要とせずに事象着色機構を「活性化」してもよい。活性化は漸次的であってもよく（蓄積レベルの増加と共に色がより可視的になる）、これによって眼用レンズを洗浄又は交換する必要があるときを示してもよい。
【００９８】
あるいは、色は、特定のレベルで明らかになるのみであってもよい。いくつかの実施形態では、活性化は可逆的であってもよい（例えば、装着者がヒドロゲル部分又は硬いインサートから沈殿剤を効果的に取り除く場合）。事象着色機構をオプティカルゾーンの外側に配置してもよく、その結果、硬いインサートの環状の実施形態が可能になり得る。他の実施形態では、特に事象によって装着者が即座の行動を取ることが促され得る場合、事象着色機構をオプティカルゾーン内に配置し得、装着者が事象着色機構の活性化を見ることを可能にする。
【００９９】
いくつかの他の実施形態では、事象着色機構は、着色物質（例えば、染料）を収容するリザーバを含んでいてもよい。事象の発生の前に、リザーバは可視的ではない場合がある。リザーバは、例えば、タンパク質又は脂質を含む、涙液のいくつかの構成要素によって不可逆的に分解され得る、分解性材料で封入され得る。分解されたらすぐに、着色物質は眼用レンズ内又は第２のリザーバ内に放出されてもよい。このような実施形態は、使い捨ての眼用レンズを、例えば、製造業者の推薦パラメータに基づいて廃棄すべきときを示してもよい。
【０１００】
図５Ａ及び５Ｂに進んで、眼用レンズ５００が複数の事象着色機構５０１〜５０８を伴う例示的な実施形態を例示する。いくつかの実施形態では、事象着色機構５０１〜５０８は、眼用レンズ５００の軟質のヒドロゲル部分５１０内、及びオプティカルゾーン５０９の外側に配置され得る。
【０１０１】
このような実施形態では、事象着色機構５０１〜５０８を機能させるための硬いインサートもメディアインサートも必要でなくてもよいが、インサートをやはり眼用レンズ５００に取り入れて更なる機能性を可能にしてもよい。いくつかの実施形態では、各事象着色機構５０１〜５０８は、眼用レンズ５００の柔らかいヒドロゲル部分５１０内に別個に封入してもよい。事象着色機構５０１〜５０８のコンテンツは、ある条件（例えば温度、又は涙液のコンポーネント、例えばバイオマーカー）に対して反応する化合物を含んでいてもよい。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、各事象着色機構５０１〜５０８は、異なる事象に基づいて「活性化」してもよい。例えば、１つの事象着色機構５０８は、眼球環境の温度の変化に反応し得る液晶を含み得、ここでは、事象は、熱である。同じ眼用レンズ５００内の他の事象着色機構５０２〜５０６が特定の病原体と反応してもよい。病原体は例えば、眼の感染を生じさせ得るもの又は非眼性の感染若しくは疾患を示し得るものである（例えば、角膜炎、結膜炎、角膜潰瘍、及び蜂巣炎）。このような病原体としては次を挙げてもよい。例えば、結核菌、アカントアメーバ角膜炎、緑膿菌、淋菌、並びにブドウ球菌及び連鎖球菌歪み、例えば黄色ブドウ球菌である。これらの病原体のいくつかは、肺癌にかかる平均以上の又は高い素因を有する患者の危険因子となり得、その他は、治療される前又は治療された後の肺癌状態の存在下で起こり得る日和見感染となり得る。
【０１０３】
事象着色機構５０１〜５０７は、涙液のコンポーネントに対して選択的に透過性であり得る化合物を用いて封入してもよい。いくつかの実施形態では、事象着色機構５０２〜５０６は、凝集反応によって（例えば、コアグラーゼテストを通して）機能してもよい。病原体の濃度が高くなったら、事象着色機構５０２〜５０６内で化合物に付着してもよく、沈殿物の凝集又は形成を起こしてもよい。沈殿物によって、着色が生じてもよいし、又は別個の反応を通して事象着色機構５０２〜５０６内の別の化合物と反応してもよい。あるいは、事象着色機構５０２〜５０６は、反応が起きたら（例えば、あるオキシダーゼテストを用いて）変色する試薬を含んでいてもよい。
【０１０４】
図５Ｂの断面図５２０に示すように、事象着色機構５２２、５２５を、ヒドロゲル部分５３０の光学表面を変えることなく、眼用レンズの周辺部に配置してもよい。いくつかの実施形態（図示せず）では、事象着色機構が少なくとも部分的にオプティカルゾーン５２９内に存在して、装着者に事象を警告してもよい。事象着色機構５２２、５２５の位置は、単一の眼用レンズ５００内で変わってもよく、一部は周辺部にあり、一部はオプティカルゾーン５２９内にあってもよい。
【０１０５】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、オプティカルゾーン６０１と、事象着色機構６１１〜６１４、６２１〜６２４、及び６３１〜６３４を有する非オプティカルゾーン６０２とを有する眼用レンズ６００の代替的で例示的な実施形態が示されている。いくつかのこのような実施形態では、事象機構６１１〜６１４、６２１〜６２４、及び６３１〜６３４には、反応性分子６１２〜６１４、６２２〜６２４、及び６３２〜６３４がそれぞれ含まれ、眼用レンズ６００内に固定されていてもよい。反応性分子６１２〜６１４、６３２〜６３４は、中心の結合部分６１３、６３３（その横に消光剤６１２、６３２が配置されている）と、着色部分６１４、６３４（例えば、発色団又はフルオロフォア）とを含んでいてもよい。分子構造に依存して、指定された化合物が結合部分６１３、６３３に結合するとき、着色部分６１４、６３４は、消光剤６１２の近くにシフトし、着色を低減し得るか、又は消光剤６３２から離れてシフトし得、これは、着色を増加させるであろう。他の実施形態では、反応性分子６２２〜６２４は結合部分６２３を含み、その横にフェルスター共鳴エネルギー転移対６２２、６２４が配置されていてもよい。ＦＲＥＴ対６２２、６２４は、消光剤６１２、６３２及び発色団（着色部分）６１４、６３４と同様に機能してもよいが、ＦＲＥＴ対６２２、６２４は両方とも着色を示してもよく、互いに極めて接近しているときに、それらのスペクトルの重なりによって着色の変化が生じてもよい。
【０１０６】
反応性分子６１２〜６１４、６２２〜６２４、及び６３２〜６３４を、涙液内の特定の化合物を目標とするように選択してもよい。いくつかの実施形態において、特定の化合物は、事象を直接示し得る。例えば、涙液中のブドウ糖のレベルが事象である場合、反応性分子６１２〜６１４、６２２〜６２４、及び６３２〜６３４はブドウ糖と直接結合してもよい。事象が病原体の存在又は濃度である場合、例えば、その病原体の特定の様相が反応性分子６１２〜６１４、６２２〜６２４、及び６３２〜６３４と結合してもよい。これは、その病原体の固有の脂質又はタンパク質成分を含み得る。あるいは、特定の化合物は、事象の間接的なインジケータであり得る。特定の化合物は、その病原体に応答する特定の抗体等の病原体の副生成物であり得る。
【０１０７】
図６Ｂの断面図に例示するように、眼用レンズ６５０内の反応性分子６６０、６８０の配置はヒドロゲル６５２内で変わってもよい。例えば、いくつかの反応性分子６８０は全体として周辺部にあってオプティカルゾーン６５１と重なり合っていなくてもよい。他の反応性分子６６０は少なくとも部分的に、オプティカルゾーン６５１内に延びてもよい。いくつかのこのような実施形態では、反応性分子６６０はオプティカルゾーン６５１内にその反応性分子６６０のいくつかの構成で延びてもよい。例えば事象が起こったときに延びて、装着者に事象を警告してもよい。
【０１０８】
生物医学的デバイスにおいて事象検出器を用いることに対する更なる使用可能性が、参照によりその内容が本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１３／８９９，５２８号（２０１３年５月２１日に出願）で述べるように見出される場合がある。
【０１０９】
量子ドット分光
小さい分光デバイスが、ユーザに対する種々の検体の濃度を測定及び制御する能力を伴う生物医学的デバイスを形成する上で、重要な助けとなる場合がある。現在のマイクロ分光器デザインでは大抵、干渉フィルタ及び干渉オプティクスを用いて、光を吸収する材料を含む混合物のスペクトル応答を測定する。いくつかの例では、分光計は、量子ドットからなるアレイを作成することによって形成してもよい。量子ドットアレイに基づく分光計は、波長多重化原理に基づいて光スペクトルを測定する場合がある。波長多重化原理は、複数のスペクトルバンドが１つのフィルタ素子及び１つの検出器素子をそれぞれ用いて同時に符号化及び検出されたときに達成され得る。アレイフォーマットによって、プロセスを、異なるエンコーディングを伴う異なるフィルタを用いて効率的に何度も繰り返すことが可能になってもよく、その結果、目標スペクトルの計算的再構成を可能にする十分な情報が得られてもよい。例を、光検出器の配列を考えること（例えば電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラにおいて見出されるもの）によって例示してもよい。感光デバイスの配列は、ＣＣＤアレイ中の各特定の検出器素子に達する光の量を定量化するのに有用な場合がある。広帯域分光計では、複数（しばしば数百）の量子ドットベースのフィルタ素子を配備して、各フィルタによって光があるスペクトル領域から１つ又は２、３のＣＣＤ素子まで進むことが可能となるようにしている。数百のこのようなフィルタの配列は、サンプルを通過した照明光が量子ドット（ＱＤと言う）フィルタの配列を通ってＱＤフィルタに対するＣＣＤ素子の対応する組まで進むことがあるように配列されている。スペクトル符号化データを同時に収集することによって、サンプルの迅速分析が可能になる場合がある。
【０１１０】
狭帯域のスペクトル分析例を、ＱＤフィルタの数を減らして狭帯域の周りに配置することによって形成してもよい。図７Ａでは、２つのフィルタを組み合わせることによってスペクトルバンドがどのように観察され得るかについての説明を例示している。また、数百のフィルタの配列は、図７Ａのそれを何度も繰り返したものと同様の考え方であると想定してもよいことが明らかであり得る。
【０１１１】
図７Ａでは、第１のＱＤフィルタ７８０は、ｙ軸上のＡＢＳとして例示及び表示されるように、付随するスペクトル吸収応答を有していてもよい。第２のＱＤフィルタ７８１は、付随するスペクトル吸収が、フィルタに含まれる量子ドットの異なる性質（例えばＱＤはＱＤフィルタ７８１の方が直径が大きくてもよい）に付随してシフトしていてもよい。すべての波長の光（白色光）の平面発光の差異曲線は、フィルタ７８１を横断する光とフィルタ７８０を横断する光とに起因する吸収の差から生じてもよい。したがって、これらの２つのフィルタを通して照射する効果は、差異曲線が、図示した透過帯域７８２におけるスペクトル応答を示すであろうということである。ここで、ｙ軸は透過と標示して、透過特性に関する応答曲線を示している。検体が分光計の光路内に導入されると、検体がＵＶ／可視スペクトル及び可能性として赤外に吸収帯を有する場合、結果は、スペクトラム７８３によって示すように、そのスペクトルバンドにおける光透過率が変更されることであろう。７８２から７８３への差異によって、２つの量子ドットフィルタによって画定される領域における検体に対して吸収スペクトル７８４となる。そのため、狭いスペクトル応答が少数のフィルタによって得られる場合がある。いくつかの例では、同じスペクトル領域の異なるフィルタタイプによる重複する被覆面積を用いて、スペクトル結果の信号対雑音特性を向上させてもよい。
【０１１２】
ＱＤに基づく吸収フィルタは、ＱＤとしてそれらの表面上に消光分子を有するものを含んでいてもよい。これらの分子によって、ＱＤが適切な周波数範囲のエネルギーを吸収した後に光を発することが停止されてもよい。より全般的には、ＱＤフィルタは、半径がバルク励起ボーア半径よりも小さいナノ結晶（電子電荷の量子閉じ込めが起こる）から形成してもよい。結晶のサイズはナノ結晶の拘束されたエネルギー状態に関係しており、全般的に結晶サイズが減少すると閉じ込めが強くなる効果がある。このように閉じ込めが強くなることは量子ドット中の電子状態に影響して、有効バンドギャップが増加する結果となる。その結果、光吸収及び蛍光発光の両方において青色波長にシフトすることになる。多くのスペクトル限定供給源が広アレイの量子ドットに対して画定されている。これは、購入又は製造用に入手できる場合があり、生物医学的デバイス内に取り入れられてフィルタとして機能する場合がある。わずかに変更されたＱＤを配備することによって（例えばＱＤのサイズ、形状、及び組成を変えることによって）、吸収スペクトルを、深紫外線から中赤外線の範囲の波長にわたって連続的かつ微細に調整することが可能となり得る。また、ＱＤは非常に微細なパターンで印刷することができる。
【０１１３】
量子ドット分光計を伴う生物医学的デバイス
図７Ｂは、生物医学的デバイス７００における例示的なＱＤ分光計システムを示している。図７Ｂにおける説明では、サンプルの収集に対する受動的アプローチを用いている場合がある。サンプル流体がチャネル７０２に受動的に入る。チャネル７０２は、いくつかの例では生物医学的デバイス７００の内部にあってもよく、他の例では、図示のように、生物医学的デバイス７００は、外部領域をくぼみ形空洞で囲んでもよい。いくつかの例において生物医学的デバイス７００がそれ自体の外部に流体のチャネルを形成する場合には、デバイス７００はまた、孔７６０を含んで試薬又は染料を放出して、チャネル領域における外部流体と相互作用してもよい。そのような生物医学的デバイスは、非限定的な意味で、歯科用器具及びインプラント、食事用器具などを含む様々なタイプの検知位置に含められ得る。また、舌圧子の形状をなすプローブなど、ユーザによる明白な試験操作を必要とし得る特定のプロービングデバイスは、肺癌にかかる素因がある患者の口の中に配置されることによって機能し得、また患者の呼吸のスペクトル特性を検知し得る。
【０１１４】
非限定的な意味で、受動的なサンプリングを、生物医学的デバイス７００が飲み込み可能なピルであってもよい例を参照して理解してもよい。ピルは、薬剤７５０を放出する領域、並びに、分析物の存在について胃液などの周囲の流体を分析する領域を備えてもよく、ここで分析物は、例えば薬剤であってもよいが、患者が曝露されていた環境因子が食道を下って胃液の中に入ったことの証拠にもなり得る。ピルは、コントローラ７７０の領域を含んでもよい。分析領域７０３は、生物医学的ピルデバイス内にくぼみ形チャネル７０２を含んで、外部流体がチャネルに受動的に流出入できるようになっていてもよい。検体が、例えば、胃液中にあって、チャネル７０２内に拡散又は流れ込むと、図７Ｂに示したような分析領域７０３の間に配置される。
【０１１５】
次に図７Ｃを参照して、検体が量子ドット分光計チャネル（チャネル７０２と言う）に拡散するか又は他の方法で入ったらすぐに、サンプル７３０は量子ドット（ＱＤ）放出体７１０の放出部分に進んでもよい。ＱＤ放出体７１０は、ＱＤ放出体コントローラ７１２から情報を受信してもよい。ＱＤ放出体コントローラ７１２は、ＱＤ放出体７１０に命令を出して、光の出力スペクトルをチャネル７０２にわたって放出させる。
【０１１６】
いくつかの例では、ＱＤ放出体７１０は量子ドットの放出特性に基づいて作動してもよい。他の例では、ＱＤ放出体は量子ドットの吸収特性に基づいて作動してもよい。量子ドットの放出特性を用いる例では、これらの放出は光刺激を受けてもよいし又は電気的に刺激を受けてもよい。光刺激のいくつかの例では、バイオレットから紫外における高エネルギー光が光源によって放出され、量子ドットに吸収され得る。ＱＤにおける励起は、狭帯域の特性エネルギーの光子を放出することによって緩和される場合がある。前述したように、ＱＤは、対象とする選択周波数で放出が起こるように設計してもよい。
【０１１７】
同様の組の例において、ＱＤは一組の層内に形成してもよい。層は、ＱＤを電気的活性層（ＱＤ内に電子及び正孔を供与してもよい）間に配置してもよい。これらの励起は、電子及び正孔の供与に起因して、ＱＤを同様に刺激して選択周波数の特性光子を放出してもよい。ＱＤ放出体７１０は、ナノスコピック結晶（量子ドットとして機能する）を含めることによって形成してもよい。結晶はその成長及び材料（結晶が放出体素子上に含まれる前に結晶を形成するために用いられる）を制御してもよい。
【０１１８】
代替的な組の例において、ＱＤが吸収モードで作動する場合、一組のフィルタの組み合わせを用いて、領域におけるスペクトル応答を決定してもよい。この機構については、図７Ａに関連して前のセクションで説明している。ＱＤ吸収素子の組み合わせを分析において用いて、分析のためのスペクトルの領域を選択してもよい。
【０１１９】
これらの種類の放出例のいずれかにおいて、光周波数のスペクトルをＱＤ放出体７１０によって放出してもよく、またスペクトルはサンプル７３０を通って進んでもよい。サンプル７３０は、サンプル内の化学成分がこれらの周波数を吸収することができる場合、発光周波数の一部から光を吸収してもよい。吸収されない残りの周波数は検出器素子まで進み続けてもよく、ここで、ＱＤ受信部７２０が光子を吸収して、それを電気信号に変換してもよい。これらの電気信号は、ＱＤ検出器センサ７２２によってデジタル情報に変換してもよい。いくつかの例では、センサ７２２をＱＤ受信部７２０のそれぞれに接続してもよいし、又は他の例では、電気信号を検知用の集中電気回路に送ってもよい。デジタルデータは、ＱＤ波長吸光度値に対する所定の値に基づいてサンプル７３０を分析する際に用いてもよい。
【０１２０】
図７Ｄにおいて、ＱＤシステムは、空間的に配置されたスペクトル分析素子の前方にサンプルが送られるように示されている。図７Ｃ及び図７Ｄは、分析領域に沿って第１の位置７３１から新しい位置７３２に移動したサンプル７３０の位置の間の差として、そのような移動を示す。他の例では、ＱＤは、励振手段及び検知手段が機能ごとに単一の要素に統合される単一のマルチドット位置で動作するように統合されてもよい。一部の生物医学的デバイスは、１００を超える量子ドットデバイスを含む分光計に対してはスペースが制限されている場合があるが、他の生物医学的デバイスは、数百の量子ドットデバイスを有して、混合物を含む検体の完全な分光学的キャラクタリゼーションができる場合がある。
【０１２１】
ＱＤ分析システムはまた、マイクロ流体デバイスと共に機能して、検体を含むサンプルを、染料を含む試薬と反応させてもよい。染料分子は特定の検体と反応してもよい。前述したように、このような結合の例はＦＲＥＴインジケータであってもよい。染料分子は、紫外及び可視スペクトルに著しく強い吸収帯を有していてもよい。また、これは高い吸光係数を有すると言ってもよい。したがって、特定の検体の少量を、スペクトル周波数において著しく吸収する分子に選択的に結合してもよい。これにより、ＱＤ分析システムによって焦点を合わせてもよい。色素複合体の信号を増強することによって、検体濃度のより正確な定量化が可能になってもよい。
【０１２２】
飲み込み可能なピルに関連して説明されているが、本明細書に記載されているように、どのようにして量子ドット分光デバイスが、様々な検知デバイスに組み込まれ得る小型でフレキシブルな分光装置を表し得るかは明らかとなろう。
【０１２３】
例示的な監視パラダイム
ここで図８Ａ〜８Ｅを参照すると、監視装置を配備する多くの例示的な手段が示されている。図示された手段のいくつかは前の節で論じられているが、肺癌にかかる傾向が平均以上であるか又は強い患者の監視に関連し得る個人監視の特性のタイプを説明するために、ここで取り上げられている。肺は、内臓のために外気と接触する非常に大きな表面積を有するため、性質の異なるものとなり得る。環境曝露のリスクは一般に、素因のある患者の肺組織に因子が吸入される、環境中の因子の個人への曝露に関連し得る。したがって、患者の潜在的な曝露と容易に相互作用する検知様式を定義することが有利となり得る。例えば清掃などの日常的な家事、並びに、家の周りのより複雑な仕事、例えば大工及び干積みは、遺伝的素因を持つ個人をリスクにさらす可能性があることを理解することが重要である。家庭用クリーナー、粉塵、干積み用化合物、及びおがくずは、場合によっては問題を引き起こし得る材料である。
【０１２４】
例えば、第１の様式は、計算能力を有し得、通信機能を有し得、望ましくは患者の口の近くの空気と相互作用し得る電子手段と検知デバイスを関連付けることであり得る。図８Ａの携帯電話８１０は、そのような装置の優れた例を提供し得る。通常の動作では、携帯電話は、ユーザが電話に向かって話すときに、しばしばユーザの口のところに保持される。検知装置はしたがって、ユーザの呼吸を検知し得る。いくつかの例では、検知装置は、その近傍の空気を監視し得、したがって、ユーザの口に頻繁に近接設するため、極めて適切な方式で空気を監視することになる。携帯電話８１０は、電話の一部であってもよく、又はケース若しくはアタッチメントとして電話に連結され得る様々な検知デバイスを含み得る。携帯電話８１０はまた、様々な通信をユーザに提供するための理想的な手段でもある。携帯電話、無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又は他の通信手段が使用可能である場合はそれらを通じて、携帯電話はメッセージを受信し、非限定的な例としてビデオスクリーン、振動トランスデューサ、及びオーディオスピーカーを介してそれらのメッセージを伝達し得る。
【０１２５】
第２の例示的な様式が、歯科用器具８２０として図８Ｂに図示され得る。歯科用器具は、口の中に置かれ得るか又は口の中に備えられ得るブレース又はブリッジであってもよい。他の例では、口腔器具は、ユーザの呼吸、ユーザの唾液、又はその両方を検知し得る様々な検知デバイスを含み得る。論じてきたように、各々は、環境中に存在する化学物質及び粒子を含み得る。いくつかの例では、化学物質及びガスは、肺癌に関連する状態を示唆し得るユーザの身体によって放出され得る。
【０１２６】
第３の例示的な様式が、図８Ｃにおいて食器類８３０として示され得る。いくつかの例では、食事のために使用される器具は、それらを使用している個人の呼吸を検知するためのセンサを含んでもよい。いくつかの例ではまた、ユーザの唾液が、フォーク、ナイフ及び／又はスプーンなどの食器類８３０によって検知されてもよい。
【０１２７】
個人的監視のための第４の例示的な様式が、図８Ｄにおいて、スマートウォッチ又は電子ブレスレットなどのリストタイプのセンサ８４０として示され得る。リストタイプのセンサ８４０は、その近傍の空気を監視し得るデバイスを含み得る。リストタイプのセンサ８４０は、スマートウォッチの一部であってもよく、又はケース若しくはアタッチメントとしてウォッチに連結され得る様々な検知デバイスを含み得る。いくつかの例では、リストタイプのセンサ８４０は、検知デバイスを含んだブレスレットであってもよい。リストタイプのセンサ８４０はまた、様々な通信をユーザに提供するための理想的な手段でもあり得る。携帯電話、無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又は他の通信手段が使用可能である場合はそれらを通じて、スマートウォッチはメッセージを受信し、非限定的な例としてビデオスクリーン、振動トランスデューサ、及びオーディオスピーカーを介してそれらのメッセージを伝達し得る。
【０１２８】
個人的検知のための第５の例示的な様式が、センサを備えたトイレなどのセンサ対応衛生デバイス８５０として図８Ｅに示され得る。ユーザの排泄物には、肺癌などの疾病状態を示唆し得る多数の化学物質が存在し得る。衛生デバイスは、分析され得るサンプルの取得を容易にすることが可能となり得る。いくつかの例では、スマートフォン又はスマートウォッチなど、ユーザのパーソナルデバイスは、センサ対応衛生デバイス８５０と通信し、得られたサンプルを用いてユーザを識別する情報を通信し得る。他の衛生センサには、生理用ナプキン、タンポン、及び成人用おむつが含まれ得る。
【０１２９】
ユーザに近接した環境条件か又はそれに代わってユーザの生物医学的状態のいずれかを検知することを可能にし得る多数の他のタイプの個人用検知様式が存在し得る。論じた例は、検知が生じ得る種々の方式及び方法の多様性を制限することを意味するものではない。検知の結果は、肺癌にかかる素因を持つユーザにとって重要な情報を提供し得る。
【０１３０】
方法
環境因子への患者の曝露を減じることによって、肺癌にかかることに関する個人が有する確率を低減する以下の遂行において、肺癌にかかる平均以上の又は高い素因を持つ患者を支援するために、専用のセンサ技法が配され得る多数の方法が存在する。図９を参照すると、そのような方法論の第１の例が示されている。９１０において、患者は、遺伝物質のサンプルを採取し、分析のために提示し得る。上記の例並びに将来認識される例を含めて、バリエーションが分析され、工程９２０に示すように患者の肺癌を発症する遺伝的傾向を決定するために分析及び使用され得る多数の遺伝子位置が存在し得る。いくつかの例では、工程９３１に示すように患者が肺癌を発症する傾向が平均以上でもなく強くもないと、工程９３０で判定されてもよい。他の例では、工程９４０に示すように、患者は肺癌を発症する傾向が平均以上であるか又は強い可能性がある。これらの患者に対して、工程９５０に示された慎重な工程は、本明細書で論じた多くの例が示しているように、個人用監視デバイス、家庭用監視デバイス及び職場用監視デバイスのうちの１つ又は２つ以上を用いて、患者の環境を監視することを含み得る。いくつかの例では、任意選択の工程９６０に示すように、素因がある患者は、データベース内の正確な時間及び日付スタンプと共に自身の位置を決定し得る地理位置情報デバイスを装備し得る。位置及び時間データは、都市が膨大な数のセンサを近隣に配備し、その情報を大都市に関連するデータベースに引き渡す「スマートシティ」のデータベースなどの他のデータベースと合体され得る。環境検知は、現在の操作で検知されている重要なタイプのデータである。特定の場所の環境を検知し、次いでその分析結果を保存する多くの機関及び組織が存在し得る。無料又は有料のモデルでは、データは、肺の患者がアクセスを有し得るアプリケーションによってアクセスされ得る。システムセンサに基づいて、又は環境データベースとの位置及び時間状態データの結びつきに基づいて、平均以上の曝露の状態は、ユーザのアプリケーションで動作するアルゴリズムによって検出することができる。工程９７０において、患者は、アルゴリズムによって自身に伝達される警告を受け取り得る。その警告は、環境因子が大量のレベルで検出されていることをユーザに示してもよく、またユーザが取り得る措置を示唆してもよい。工程９８０において、ユーザは、環境因子への曝露を改善するために、それらの措置のうちの１つ又は２つ以上を取り得る。いくつかの例では、患者は、平均以上のレベルの環境因子が検知される区域から抜け出し得る。いくつかの他の例では、患者は、自身を曝露から保護するための防護服、例えば単純な外科用マスクを使用し得る。工程９９０では、患者が肺癌にかかる可能性を高めると疑われ得る平均以上のレベルの環境因子に患者が曝露されていた可能性があるため、その人物は、増強された医療走査及び監視が積極的に実施される患者として認識され得るが、その医療走査及び監視は、患者が長年にわたって環境因子に曝露された有害作用に関するものである。監視に加えて、患者は、可能な場合には損傷を治療、逆行させるか、又は潜在的な将来の害から患者を保護するための何らかの形の治療を施され得る。寛解治療を用いても、曝露の測定は依然として、癌の発生に関する監視方式を強化する指針となり得るものであり、その指針は、突然変異事象に対する医学的撮像の研究及び遺伝子の監視、並びに、患者の呼吸内の化学種に関する高頻度な間隔における標準的な監視を含み得る。
【０１３１】
いくつかの例では、肺癌の発症に関連するあるレベルの遺伝的変異を有する患者のリスクポテンシャルを、単に、変異の証拠が存在する場合には高いレベル、変異の証拠がない場合には低いレベルへと階層化するよりも、更に多数のレベルに階層化することが可能となり得る。特定のタイプの変異の存在によって、又は変位を示す部位の数に基づいて例として示され得るいくつかの「グレー」レベルが存在し得る。リスクポテンシャルが平均以上ではあるが高レベルではない患者に対しては、いくつかの異なる方法論が存在し得る。
【０１３２】
図１０を参照すると、肺癌を発症するリスクが遺伝的に平均以上である患者に関する種々の方法論の例であり、このリスクは中間のリスクレベルに階層化される。図１０の例では、図９の例と比較すると、監視のレベルは非限定的な例として修正され得る。高リスクの患者は、仕事、家、及び個人空間、並びに地理位置情報ベースの追跡及びリスク補間に関連するモニタを有し得るが、平均以上のリスクの患者は、非限定的な例として仕事場及び住宅のみを監視され得る。
【０１３３】
図１０を参照すると、１０１０において、患者は、遺伝物質のサンプルを採取し、分析のために提示し得る。肺癌リスクとの遺伝的相関性の理解が急速に発展及び進化していることを考慮して、本発明による監視／警告デバイスは、任意の新しいスクリーニング基準及び／又はプロセスが本発明の監視／警告デバイスに直ちにアップロードされるか又はさもなければそれらのデバイスに利用可能にされ得るように、アップデート機構を備え得る。いくつかの例では、監視／警告デバイスのハードウェアの一部は、監視／警告デバイスを新たに進化した理解に合わせるために、ソフトウェアアップデートと同様に、又はソフトウェアアップデートに加えてアップデートされ得る。
【０１３４】
上記の例並びに将来認識される例を含めて、バリエーションが分析され、工程１０２０に示すように患者の肺癌を発症する遺伝的傾向を決定するために分析及び使用され得る多数の遺伝子位置が存在し得る。いくつかの例では、工程１０３１に示すように患者が肺癌を発症する傾向が平均以上でもなく強くもないと、工程１０３０で判定されてもよい。他の例では、工程１０４０に示すように、患者は単に、肺癌を発症する傾向が平均以上であり得る。これらの患者に対して、工程１０５０に示された慎重な工程は、本明細書で論じた多くの例が示しているように、家庭用監視デバイス及び職場用監視デバイスのうちの１つ又は２つ以上を用いて、患者の環境を監視することを含み得る。外部環境の一般化された検知が家庭及び職場用監視デバイスで十分であり、したがって環境データベースとの相関は必要でないと決定され得る。
【０１３５】
工程１０６０において、患者は、アルゴリズムによって自身に伝達される警告を受け取り得る。その警告は、環境因子が大量のレベルで検出されていることをユーザに示してもよく、またユーザが取り得る措置を示唆してもよい。工程１０７０において、ユーザは、環境因子への曝露を改善するために、それらの措置のうちの１つ又は２つ以上を取り得る。いくつかの例では、患者は、平均以上のレベルの環境因子が検知される区域から抜け出し得る。いくつかの他の例では、患者は、自身を曝露から保護するための防護服を使用し得る。工程１０８０では、患者が肺癌にかかる可能性を高めると疑われ得る平均以上のレベルの環境因子に患者が曝露されていた可能性があるため、その人物は、増強された医療走査及び監視が積極的に実施される患者として認識され得るが、その医療走査及び監視は、患者が長年にわたって環境因子に曝露された有害作用に関するものである。
【０１３６】
肺癌の初期段階又は一般的発生を示唆し得るバイオマーカーの存在について個人の監視を進めるために、遺伝子評価を用いる方法も存在し得る。図１１を参照すると、遺伝的傾向を検出し、次いで疾患の進行を示す分析物の存在について、高リスク又は平均以上のリスクの患者を日常的に監視することに関する方法論の一例が示されている。図１１を参照すると、１１１０において、患者は、遺伝物質のサンプルを採取し、分析のために提示し得る。上記の例並びに将来認識される例を含めて、バリエーションが分析され、工程１１２０に示すように患者の肺癌を発症する遺伝的傾向を決定するために分析及び使用され得る多数の遺伝子位置が存在し得る。いくつかの例では、工程１１３１に示すように患者が肺癌を発症する傾向が強くもなく平均以上でもないと、工程１１３０で判定されてもよい。他の例では、工程１１４０に示すように、患者は肺癌を発症する傾向が強いか又は平均以上である可能性がある。これらの患者に対して、工程１１５０に示す慎重な工程は、肺癌のバイオマーカーの存在の分析のための１つ又は２つ以上のタイプの監視デバイスを用いて、患者の呼吸、唾液及び肺組織のうちの１つ又は２つ以上を監視することを含み得る。
【０１３７】
工程１１６０において、場合によりセンサは、バイオマーカーの潜在的な平均以上のレベルを検出してもよく、患者は、様々なセンサとインターフェースする監視システムによって自身に伝達される警告を受け取り得る。その警告は、バイオマーカーが平均以上のレベルで検出されていることをユーザに示してもよく、またユーザが取り得る措置を示唆してもよい。工程１１７０において、患者は、強いか又は平均以上の傾向の患者の組織が、肺癌と一致する変化を受けていることを示し得る指示を特定のバイオマーカーを介して有し得るため、その人物は、増強された医療走査及び監視が積極的に実施される患者として認識され得るが、その医療走査及び監視は、患者が長年にわたって環境因子に曝露された有害作用に関するものである。
【０１３８】
ここで図示及び説明した実施形態は、最も実用的で好適な実施形態と考えられるが、当業者であれば、ここに説明及び図示した特定の設計及び方法からの変更はそれ自体当業者にとって自明であり、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく使用できることは明らかであろう。本発明は、記載し例証した特定の構成に限定されないが、添付の特許請求の範囲に含まれ得るすべての修正と一貫するように構成されているべきである。
【０１３９】
〔実施の態様〕
（１）  ある形態の癌を検出するためのシステムであって、
患者のゲノムの標的位置における変異を決定するために前記患者の遺伝子データを取得するための手段であって、前記変異は、前記形態の癌を有するリスクの増大に関連付けられている、手段と、
第１のデータベース記録であって、家族の健康歴の記録を含む、第１のデータベース記録と、
第２のデータベース記録であって、空のデータセットと前記患者の環境曝露の記録との一方又は両方を含む、第２のデータベース記録と、
第１のセンサシステムであって、癌状態に関連するバイオマーカーを検知するように構成され、前記バイオマーカーは前記ユーザから発出する、第１のセンサシステムと、
第２のセンサシステムであって、粒子状物質と化学汚染物質との一方又は両方について前記ユーザの局所的環境を検知するように構成されている、第２のセンサシステムと、
処理システムであって、
第１のセンサシステム結果を閾値レベルと比較するために前記第１のセンサシステムからのデータを処理する第１のアルゴリズムであって、前記閾値レベルは、
ｉ）前記患者のゲノムの標的位置における前記決定された変異の結果、
ｉｉ）前記第１のデータベース記録、及び
ｉｉｉ）前記第２のデータベース記録、のうちの１つ又は２つ以上に基づいて決定されている、第１のアルゴリズムと、
前記患者の位置における環境条件を決定するために前記第２のセンサからのデータを処理する第２のアルゴリズムと、の少なくとも一方を実装する、処理システムと、
前記処理システムによる処理の結果に基づいて前記患者に信号を伝達するように構成されたフィードバックデバイスと、を備える、システム。
（２）  前記第１のセンサシステムは非特異的化学センサである、実施態様１に記載のシステム。
（３）  前記第２のセンサシステムは非特異的化学センサである、実施態様１に記載のシステム。
（４）  前記非特異的化学センサ内の複数の要素は、前記患者の肺癌を発症させるリスクの増加に関連すると疑われる第１の化学物質に相関付けられている応答のパターンをなして、前記非特異的化学センサの周囲の環境における化学物質への曝露に応答する、実施態様３に記載のシステム。
（５）  前記第１の化学物質はラドンである、実施態様４に記載のシステム。
【０１４０】
（６）  前記第１の化学物質はビス（クロロメチル）エーテルである、実施態様４に記載のシステム。
（７）  前記第１の化学物質は、多環芳香族炭化水素のファミリーのものである、実施態様４に記載のシステム。
（８）  前記非特異的化学センサは、ポリマーフィルムの表面の吸収特性を調節する化学種でドープされた前記ポリマーフィルムを備える、実施態様３に記載のシステム。
（９）  前記非特異的化学センサは、水晶の表面への物質の吸収度又は該水晶の表面に適用されたフィルムへの物質の吸収度によって固有振動数が調節される前記水晶を備える、実施態様３に記載のシステム。
（１０）  前記第１のセンサシステムは、前記患者の呼吸において肺癌のバイオマーカーを検出する、実施態様１に記載のシステム。
【０１４１】
（１１）  前記第２のセンサシステムは粒子検知デバイスである、実施態様１に記載のシステム。
（１２）  前記第２のセンサシステムは、少なくとも第１の生物学的因子を検知する、実施態様１に記載のシステム。
（１３）  前記生物学的因子は結核菌である、実施態様１２に記載のシステム。
（１４）  前記患者が仕事中である間に前記患者の周りの仕事環境を検知する静止型検知システムを更に備える、実施態様１に記載のシステム。
（１５）  前記静止型検知システムは放射能を検知する、実施態様１４に記載のシステム。
【０１４２】
（１６）  前記静止型検知センサは化学曝露検知を含む、実施態様１４に記載のシステム。
（１７）  前記静止型検知システムは粒子曝露検知を含む、実施態様１４に記載のシステム。
（１８）  前記静止型検知システムは血液検知を含む、実施態様１４に記載のシステム。
（１９）  前記静止型検知システムはバイオメトリックの検知を含む、実施態様１４に記載のシステム。
（２０）  前記バイオメトリックは吸息率である、実施態様１９に記載のシステム。
【０１４３】
（２１）  前記バイオメトリックは前記患者の脈拍である、実施態様１９に記載のシステム。
（２２）  前記第１のセンサシステムは前記患者の肺内に配置されている、実施態様１に記載のシステム。
（２３）  前記患者の肺内に配置されている前記第１のセンサシステムは、化学マーカーを検知する、実施態様１に記載のシステム。
（２４）  前記患者の肺内に配置されている前記第１のセンサシステムは、環境化学物質への曝露を検知する、実施態様１に記載のシステム。
（２５）  前記第１のセンサシステムと前記第２のセンサシステムの少なくとも一方は、その無線通信デバイスを、他の地域的に分散されたセンサシステムとのメッシュネットワークトポロジに構成する、実施態様１に記載のシステム。
【０１４４】
（２６）  肺癌にかかる素因のある患者が肺癌にかかるリスクを低減する方法であって、
前記患者のゲノムを分析することによって、肺癌にかかることに対する前記患者の前記素因を決定することと、
前記患者の家族歴を分析することによって、肺癌にかかることに対する前記患者の前記素因を決定することと、
前記患者の環境曝露歴を分析することによって、肺癌にかかることに対する前記患者の前記素因を決定することと、
第１のセンサシステムを起動することであって、前記第１のセンサシステムは、癌状態に関連するバイオマーカーを検知するように構成され、前記バイオマーカーは前記ユーザから発出する、ことと、
第２のセンサシステムを起動することであって、前記第２のセンサシステムは、粒子状物質と化学汚染物質との一方又は両方について前記ユーザの局所的環境を検知するように構成されている、ことと、
処理システムを起動することであって、前記処理システムは、前記第１のセンサシステムに由来する記憶データと、前記第２のセンサシステムに由来する記憶データとを処理し、閾値レベルに対するステータスを決定する第１のアルゴリズムを実施し、前記閾値レベルは、前記患者のゲノムの分析に少なくとも部分的に基づいて決定されている、ことと、
フィードバックデバイスを起動することであって、前記フィードバックデバイスは、アラームレベルに対する前記ステータスに基づいて前記患者に信号を伝達する、ことと、
前記第２の検知システムによって、前記患者の周りの第１の環境ステータスを監視することと、
前記第２の検知デバイスによって、前記患者から発出するバイオマーカーを監視することと、
前記第１のセンサシステム又は前記第２のセンサシステムの一方又は両方から結果を検出することであって、前記結果は前記閾値レベルを超える、ことと、
前記検出された結果に基づいて前記患者に信号を伝達することと、
前記第１の環境ステータス又は前記第２の環境ステータスの一方又は両方への前記患者の曝露を低減するための措置を取ることと、を含む、方法。
（２７）  前記第２のセンサシステムは非特異的化学センサである、実施態様２６に記載の方法。
（２８）  前記非特異的化学センサ内の複数の要素は、前記患者の肺癌を発症させるリスクの増加に関連すると疑われる第１の化学物質に相関付けられている応答のパターンをなして、前記非特異的化学センサの周囲の環境における化学物質への曝露に応答する、実施態様２７に記載の方法。
（２９）  前記第１の化学物質はアスベストである、実施態様２８に記載の方法。
（３０）  前記第１の化学物質はビス（クロロメチル）エーテルである、実施態様２８に記載の方法。
【０１４５】
（３１）  前記第１の化学物質は、多環芳香族炭化水素のファミリーのものである、実施態様２８に記載の方法。
（３２）  前記非特異的化学センサは、ポリマーフィルムの表面の吸収特性を調節する化学種でドープされた前記ポリマーフィルムを備える、実施態様２７に記載の方法。
（３３）  前記非特異的化学センサは、水晶の表面への物質の吸収度又は該水晶の表面に適用されたフィルムへの物質の吸収度によって固有振動数が調節される前記水晶を備える、実施態様２７に記載の方法。
（３４）  前記第２のセンサシステムは粒子検知デバイスを備える、実施態様２６に記載の方法。
（３５）  前記第２のセンサシステムは、少なくとも第１の生物学的因子を検知する、実施態様２６に記載の方法。
【０１４６】
（３６）  前記生物学的因子は結核菌である、実施態様３５に記載の方法。
（３７）  前記患者の職場の環境を検知する静止型センサシステムを設置することを更に含む、実施態様２６に記載の方法。
（３８）  前記静止型センサシステムは放射能を検知する、実施態様３７に記載の方法。
（３９）  前記静止型センサシステムは化学曝露検知を含む、実施態様３７に記載の方法。
（４０）  前記静止型センサシステムは粒子曝露検知を含む、実施態様３７に記載の方法。
【０１４７】
（４１）  前記静止型センサシステムは血液検知を含む、実施態様３７に記載の方法。
（４２）  前記静止型センサシステムはバイオメトリックの検知を含む、実施態様３７に記載の方法。
（４３）  前記バイオメトリックは吸息率である、実施態様４２に記載の方法。
（４４）  前記バイオメトリックは前記患者の脈拍である、実施態様４２に記載の方法。
（４５）  癌になる潜在的リスクを低減するためのシステムであって、
患者のゲノムの標的位置における変異を決定するために前記患者の遺伝子データを取得するための手段であって、前記変異は、前記形態の癌を有するリスクの増大に関連付けられている、手段と、
第１の検知デバイスであって、前記患者の住宅の位置に設置されている、第１の検知デバイスと、
第２の検知デバイスであって、前記患者の職場の位置に設置されている、第２の検知デバイスと、
処理システムであって、前記第１の検知デバイスに由来する記憶データと、前記第２の検知デバイスに由来する記憶データとを処理し、閾値レベルに対するステータスを決定する第１のアルゴリズムを実施し、前記閾値レベルは、前記患者のゲノムの標的領域における前記決定された変異の結果に基づいて決定されている、処理システムと、
フィードバックデバイスであって、アラームレベルに対する前記ステータスに基づいて前記患者に信号を伝達する、フィードバックデバイスと、を備える、システム。
【０１４８】
（４６）  ある形態の癌を検出するためのシステムであって、
患者のゲノムの標的位置における変異を決定するために前記患者の遺伝子データを取得するための手段であって、前記変異は、前記形態の癌を有するリスクの増大に関連付けられている、手段と、
第１のデータベース記録であって、家族の健康歴の記録を含む、第１のデータベース記録と、
第２のデータベース記録であって、空のデータセットと前記患者の環境曝露の記録との一方又は両方を含む、第２のデータベース記録と、
第１のセンサシステムであって、癌状態に関連するバイオマーカーを検知するように構成され、前記バイオマーカーは前記ユーザから発出する、第１のセンサシステムと、
第２のセンサシステムであって、粒子状物質と化学汚染物質との一方又は両方について前記ユーザの局所的環境を検知するように構成されている、第２のセンサシステムと、
処理システムであって、
第１のセンサシステム結果を閾値レベルと比較するために前記第１のセンサシステムからのデータを処理する第１のアルゴリズムであって、前記閾値レベルは、
ｉ）前記患者のゲノムの標的位置における前記決定された変異の結果、
ｉｉ）前記第１のデータベース記録、及び
ｉｉｉ）前記第２のデータベース記録、のうちの１つ又は２つ以上に基づいて決定されている、第１のアルゴリズムと、
前記患者の位置における環境条件を決定するために前記第２のセンサからのデータを処理する第２のアルゴリズムと、の少なくとも一方を実装し、
前記第１のセンサシステムは、ローカルニューラルネットワーク処理デバイスを備える、処理システムと、
前記処理システムによる処理の結果に基づいて前記患者に信号を伝達するように構成されたフィードバックデバイスと、を備える、システム。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2018100957.tif 000016
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
2018100957.tif 000018
【図８Ａ】
2018100957.tif 000019
【図８Ｂ】
2018100957.tif 000020
【図８Ｃ】
2018100957.tif 000021
【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
2018100957.tif 000023
【図９】
2018100957.tif 000024
【図１０】
2018100957.tif 000025
【図１１】
2018100957.tif 000026
【外国語明細書】
2018100957000001.pdf