(57)【要約】皮膚上の少なくとも一つの第一の領域を通して、皮膚の下の組織の中へ光を送信するのに制御可能な、少なくとも一つの光源と、血管中を伝播した後、皮膚上の少なくとも一つの第二の領域に到達する送信された光の部分を受信し、受信した光に応答する信号を生成する、少なくとも一つの光検出器と、及び、コントローラと、を備える分析装置において、前記コントローラが、血液と相互作用する少なくとも一つの波長の、及び前記検体と相互作用する少なくとも一つの波長の光を送信するために、前記少なくとも一つの光源を制御し、前記血管の位置を判断するために、前記血液と相互作用する前記光に応答する前記信号を用い、前記検体を分析するために、前記判断された位置及び前記光に応答する信号を用いる、患者の皮膚の下の血管における血液検体の分析装置。【選択図】図１Ａ
2007518443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚上の少なくとも一つの第一の領域を通して、皮膚の下の組織の中へ光を送信するのに制御可能な、少なくとも一つの光源と、
血管中を伝播した後、皮膚上の少なくとも一つの第二の領域に到達する送信された光の部分を受信し、受信した光に応答する信号を生成する、少なくとも一つの光検出器と、
コントローラと、
を備える分析装置において、前記コントローラが、血液と相互作用する少なくとも一つの波長の、及び前記検体と相互作用する少なくとも一つの波長の光を送信するために、前記少なくとも一つの光源を制御し、前記血管の位置を判断するために、前記血液と相互作用する前記光に応答する前記信号を用い、前記検体を分析するために、前記判断された位置及び前記光に応答する信号を用いる、
患者の皮膚の下の血管における血液検体の分析装置。
【請求項２】
前記コントローラが、一つの組における前記第一の及び第二の領域の間の前記距離が、前記他の組における距離と異なるような、前記皮膚上の第一の及び第二の領域の少なくとも二つの組の間に、光を送信するために、前記少なくとも一つの光源及び／又は前記少なくとも一つの検出器を制御する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記血管中の前記血流を変調し、及びそれによって前記信号に対応する変調を引き起こす変調装置を備えた、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記変調装置が、前記血管に超音波を照射する超音波送信機を備える、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記変調装置が、前記患者の体の領域に、前記血管の前記サイズに影響する筋肉の再発性緊張及び弛緩を引き起こす、時間変動する電界を加える電力源を備える、請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記変調装置が、前記血管の領域に時間変動する圧力を加える機械的共鳴器を備える、請求項３ないし５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記コントローラが、前記信号の前記変調に応答する前記位置を判断する、請求項３ないし６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記コントローラが、前記信号の前記変調に応答する前記検体を分析する、請求項３ないし７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記光源から前記少なくとも一つの第一の領域へ光を送信する前記少なくとも一つの光源のそれぞれに連結した光パイプを備える、請求項１ないし８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの第二の領域から前記検出器へ光を送信する前記少なくとも一つの光検出器のそれぞれに連結した光パイプを備える、請求項３ないし７のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの検出器が、複数検出器を含む、請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記検出器が、ＣＣＤにおけるピクセルを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの第二の領域から光を集め、前記光を前記ＣＣＤ上に集中させるレンズを備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記光源が、単一光源からなる、請求項１ないし１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記光源が、前記皮膚上の異なる第一の領域を照射するために移動させるように制御可能である、請求項１ないし１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記検体がグルコースである、請求項１ないし１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
血液と相互作用する少なくとも一つの波長、及び、前記検体と相互作用する少なくとも一つの波長の光を、前記皮膚上の少なくとも一つの第一の領域を通して、前記皮膚下の組織中へ送信することと、
前記血管中の伝播後、前記皮膚の少なくとも一つの第二の領域に到達する、前記少なくとも一つの波長のそれぞれにおける前記送信された光の部分に応答した信号を生成することと、
前記血管の位置を判断するために、前記血液と相互作用する前記光に応答する前記信号を用い、及び、前記検体を分析するために、前記判断された位置及び前記光に応答する信号を用いることと、
を含む、患者の皮膚の下の血管中の下の血液検体を分析する方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、その開示内容が参照によりここに導入される、２００３年７月９日に提出された出願番号６０／４８５，４０３号の米国仮出願の合衆国法典第３５巻１１９条（ｅ）の下での利益を主張する。その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、監視装置、例えば、体に密着して、長期間にわたって連続的に体内の物質を分析するある装置、特に、体内のグルコースレベルを連続的に監視する装着可能な装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、血中グルコースレベルを頻繁に監視しなければならない糖尿病患者により、家庭で使用する血中グルコースレベルを判断するための方法及び装置が利用可能である。これらの方法及び関連機器は、一般的に侵襲性であり、通常は指の穿刺による血液サンプルの採取を含む。しばしば、糖尿病患者は、毎日何度も、血中グルコースレベルを調べなければならず、指の穿刺は、不便かつ不快であると、認識されている。指の穿刺を避けるために、糖尿病患者は、グルコースレベルを調べる頻繁さを望ましい回数より減らしがちである。
【０００４】
血中グルコースを監視するための非侵襲性生体内方法および装置が知られている。
【０００５】
その開示が参照により本明細書に組み込まれるＰＣＴ公開ＷＯ９８／３８９０４には、人の血中グルコースを測定するために光音響効果を用いた「非侵襲性生体内グルコメータ」が記載されている。その開示が参照により本明細書に組み込まれるＰＣＴ公開ＷＯ０２／１５７７６には、体内の血管の位置決めを行い、前期血管内の血液ボーラスにおけるグルコース濃度を決定することが記載されている。当該公開に記載されたある実施形態では、ボーラスにおける光音響波を生成するために、グルコースによって吸収及び／又は散乱される光を、ボーラスに照射することにより、血液ボーラスにおけるグルコース濃度が決定される。グルコース濃度の関数である光音響波の強度は感知されボーラスにおけるグルコースを分析するために使用される。その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許６，６３０，６７３には、患者の皮膚の下の組織の層における検体、例えばグルコース、の濃度を非侵襲的に判断する方法が記載されている。当該方法は、皮膚上の第一の位置を通して組織中に、光を導くことを、及び、第一の及び第二の位置の間の少なくとも二つ異なる距離について、組織中を進み、皮膚上の第二の位置に到達する光の強度を測定すること、を含む。異なる距離に対する光の強度は、層における検体の濃度を分析するのに使用される。当該特許は、血管中の血液の分析を制限するための方法を述べていない。
【０００６】
グルコースを分析する装着可能なデバイスは、知られており、一般的に、近赤外線（ＮＩＲ）分光学法に基づいている。また、通常は、患者の指、手首又は体の他の部分に取り付けられた光源および光学的検出器から構成される。グルコースを分析するための装着可能なＮＩＲデバイスは、Ｗｕ他の米国特許６，２４１，６６３、及びＳｉｍｏｎｓｅｎ他の米国特許５，５５１，４２２に記載されている。その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００７】
以下、グルコースレベルを決定する装置を「グルコメータ」と呼ぶ。
【発明の開示】
【０００８】
［発明の概要］本発明のいくつかの実施形態の一側面は、患者の体の血管に合わせて、患者の皮膚に搭載し、その後、実質的なユーザ介入を要求することなしに、作用して、血管内の血液中のグルコースを繰り返し分析する、装着可能なグルコメータを提供することに関する。
【０００９】
本発明の実施形態によるグルコメータは、少なくとも一つの光源と、少なくとも一つの光学的検出器と、及び、コントローラとを備える。グルコメータが、患者の皮膚に搭載されたときに、コントローラは、皮膚上の少なくとも一つの局所化された「入力」領域を通して、皮膚の下の組織中へ、光を送信するために、少なくとも一つの光源を制御する。少なくとも一つの検出器は、入力及び出力領域の間の距離が異なる入力及び出力領域の少なくとも二つ異なる組に対して、皮膚上の少なくとも一つの局所化された「出力」領域に到達する光の強度及び／又は強度変調の位相に応答する信号を生成する。これらの信号は、さらに処理されて、血中グルコース値として表示することができる。出力領域に到達する光の強度及び／又は強度変調の位相は、一般的に、出力位置及びそれが対応する入力位置の間の領域中の、皮下組織における、送信された光の散乱、反射、及び／又は吸収の、及び／又は皮下組織における光の放射の刺激、の関数である。光が皮膚上の入力領域及び皮膚上の出力領域の間の皮下組織中を伝播する領域を、以下、「伝播チャンネル」と呼ぶ。
【００１０】
本発明の実施形態において、コントローラは、少なくとも一つの光源を、入力及び出力領域の少なくとも二つの組の間の皮膚を通して、血液に吸収される光の波長の光を送信するために、制御する。コントローラは、グルコメータの位置に相対する皮膚の下の血管の位置を判断するために、出力領域に到達する送信された光の強度及び／又は強度変調の位相に応答する少なくとも一つの検出器により生成された信号を用いる。選択的に、皮下組織中に送信された光は、位相変調及び／又は振幅変調される。また、強度及び／又は検出器信号は、血管の位置を見つけるために、送信された光の変調に応答して、処理される。本技術分野において、知られている、当該測定に応答する皮膚下の組織物の位置を判断するのに好適な強度及び／又は位相測定を提供するために、光源及び検出器を制御する、種々の方法のいずれも、血管の位置を判断するために、使用することができる。そのような方法は、例えば、米国特許６，２７２，３６７３、米国特許６，６３０，６７３、米国特許６，５６４，０８８及び、”光学的生物医学的診断ハンドブック”、Ｖａｌｅｒｙ  Ｖ．  Ｔｕｃｈｉｎ、ＳＰＩＥプレス、２００２、に記載されている。その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００１１】
本発明のいくつかの実施形態においては、血管中の血流は、変調され、及び、少なくとも一つの検出器により供給される変調信号の強度及び／又は位相の時間依存性は、血管の位置を見つけるための血流変調の時間依存性と相互関連する。皮膚上の入力及び出力領域により確定した伝播チャンネルが、血管を通過する場合には、入力及び出力領域の間に送信された光の一部分は、血液の体積及び／又は速度の変化によって変調される。出力領域における光に応答した、検出器により供給される強度及び／又は位相信号は、変調を反映して、血管を通過する、入力及び出力領域に関連した伝播チャンネルを示す。本発明のいくつかの実施形態においては、血流は、グルコメータの位置に近い患者の体の領域に、周期的な圧力変化を加えることにより、変調される。本発明のいくつかの実施形態においては、当該周期的な圧力変化は、血管が露出された超音波により生成される。血管を通過する伝播チャンネルに関連した、入力及び出力領域の間に送信された光の一部分は、超音波により生成された音響光学効果で変調される。
【００１２】
選択的に、コントローラは、グルコメータの視野と血管とを整列させることを補助するために、血管の位置を用いる。グルコメータの所与の位置に対して、皮膚上の入力及び出力領域の位置は、少なくとも一つの光源及び少なくとも一つの検出器及び／又は選択的に、光源及び検出器から、それぞれ、光を伝送する光学的部品の空間的構成により決定される。その光源及び検出器、及び／又は関連した光学的要素が移動可能であるグルコメータに対して、入力及び出力領域の位置は、光源、検出器及び関連した光学的要素が移動可能であるような範囲にもまた依存する可能性がある。グルコメータの入力及び出力領域間の伝播チャンネルにより確定した皮下組織の体積は、グルコメータの視野として確定される。
【００１３】
選択的に、コントローラは、グルコメータのユーザが、血管に対してグルコメータの視野を整列させるのを助けるために、血管の位置に応答する信号を生成する。選択的に、グルコメータは、表示画面及びコントローラを備える。及び、少なくとも一つの検出器により生成された強度及び／又は位相信号を、血管の画像、グルコメータを血管に整列させるのを容易にするために、検出に応答するアイコン及び／又は別の標示を生成し、表示するために、処理する。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態においては、グルコメータは、自動位置合わせを行い、コントローラは、グルコメータを血管に整列させるために、血管の位置に応答した、少なくとも一つの光源及び／又は少なくとも一つの検出器の位置を調整する。
【００１５】
自動位置合わせのグルコメータは、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ２００４／０００４８３に記載されている。その開示内容は参照により本明細書に組み込まれるが、本発明による自動位置合わせグルコメータは、それ自身を血管に整列させるために、上記出願に記載された、いかなるデバイスからも構成することができ、記載されたいかなる方法も採用することができる。
【００１６】
いったん整列すると、コントローラは、血管中を通過する伝播チャンネルに関連した患者の皮膚上の入力及び出力領域の少なくとも一つの組の間のグルコースによって光が吸収及び／又は散乱される、少なくとも一つの波長（以下「測定波長」と呼ぶ）の光を送信するために、少なくとも一つの光源を制御する。
【００１７】
選択的に、コントローラは、血管中を実質的に通過しない伝播チャンネルの入力及び出力領域の少なくとも一つの組の間を伝播する測定光の強度及び／又は強度変調の位相を測定するために、少なくとも一つの光源及び少なくとも一つの検出器を制御する。血管中を通過する、入力及び出力領域の間の伝播チャンネルは、「分析伝播チャンネル」と呼ばれる。また、実質的に血管中を通過しない伝播チャンネルを、「参照伝播チャンネル」と呼ぶ。
【００１８】
分析伝播チャンネルを通して伝播する測定光に対する、少なくとも一つの検出器により生成された強度及び／又は位相信号は、分析領域の組織における測定光に対する減衰長を判断するために、使用される。参照伝播チャンネルを通して伝播する測定光に対する、少なくとも一つの検出器により生成された強度及び／又は位相信号は、参照領域の組織における測定光に対する減衰長を判断するために、使用される。本技術分野において知られている、いかなる方法、例えば、米国特許６，２７２，３６７３、米国特許６，６３０，６７３、米国特許６，５６４，０８８及び、”光学的生物医学的診断ハンドブック”に記載されているもの、上で参照されているもの、は、少なくとも一つの検出器により提供される強度及び／又は位相信号から減衰長を判断するために、使用することができる。
【００１９】
分析領域及び参照領域における組織に対する減衰長は、選択的に、血管中の血液に対する減衰長を判断し、それから、血液中のグルコースを分析するために、本技術分野において知られている方法を用いて処理される。選択的に、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ２００４／０００２８９に記載された減衰長に応答する検体を分析する方法が、血管中の血液のグルコースを分析するために使用される。その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２０】
従って、本発明の実施形態において、皮膚上の少なくとも一つの第一の領域を通して、皮膚の下の組織の中へ光を送信するのに制御可能な、少なくとも一つの光源と、血管中を伝播した後、皮膚上の少なくとも一つの第二の領域に到達する送信された光の部分を受信し、受信した光に応答する信号を生成する、少なくとも一つの光検出器と、及び、コントローラと、を備える分析装置において、前記コントローラが、血液と相互作用する少なくとも一つの波長の、及び前記検体と相互作用する少なくとも一つの波長の光を送信するために、前記少なくとも一つの光源を制御し、前記血管の位置を判断するために、前記血液と相互作用する前記光に応答する前記信号を用い、前記検体を分析するために、前記判断された位置及び前記光に応答する信号を用いる、患者の皮膚の下の血管における血液検体の分析装置が提供される。
【００２１】
選択的に、前記コントローラが、一つの組における前記第一の及び第二の領域の間の前記距離が、前記他の組における距離と異なるような、前記皮膚上の第一の及び第二の領域の少なくとも二つの組の間に、光を送信するために、前記少なくとも一つの光源及び／又は前記少なくとも一つの検出器を制御する。
【００２２】
追加的に、又は、代替的に、当該装置は、前記血管中の前記血流を変調し、及びそれによって前記信号に対応する変調を引き起こす変調装置を備える。選択的に、前記変調装置が、前記血管に超音波を照射する超音波送信機を備える。追加的に、又は、代替的に、前記変調装置が、前記患者の体の領域に、前記血管の前記サイズに影響する筋肉の再発性緊張及び弛緩を引き起こす、時間変動する電界を加える電力源を備える。本発明のいくつかの実施形態においては、前記変調装置が、前記血管の領域に時間変動する圧力を加える機械的共鳴器を備える。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態においては、前記コントローラが、前記信号の前記変調に応答する前記位置を判断する。本発明のいくつかの実施形態においては、前記コントローラが、前記信号の前記変調に応答する前記検体を分析する。
【００２４】
本発明のいくつかの実施形態においては、当該装置は、前記光源から前記少なくとも一つの第一の領域へ光を送信する前記少なくとも一つの光源のそれぞれに連結した光パイプを備える。本発明のいくつかの実施形態においては、当該装置は、前記少なくとも一つの第二の領域から前記検出器へ光を送信する前記少なくとも一つの光検出器のそれぞれに連結した光パイプを備える。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態においては、前記少なくとも一つの検出器が、複数検出器を含む。選択的に、前記検出器が、ＣＣＤにおけるピクセルを含む。選択的に、当該装置は、前記少なくとも一つの第二の領域から光を集め、前記光を前記ＣＣＤ上に集中させるレンズを備える。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態においては、前記光源が、単一光源からなる。本発明のいくつかの実施形態においては、前記光源が、前記皮膚上の異なる第一の領域を照射するために移動させるように制御可能である。本発明のいくつかの実施形態においては、前記検体がグルコースである。
【００２７】
さらに、本発明の実施形態において、血液と相互作用する少なくとも一つの波長、及び、前記検体と相互作用する少なくとも一つの波長の光を、前記皮膚上の少なくとも一つの第一の領域を通して、前記皮膚下の組織中へ送信することと、前記血管中の伝播後、前記皮膚の少なくとも一つの第二の領域に到達する、前記少なくとも一つの波長のそれぞれにおける前記送信された光の部分に応答した信号を生成することと、前記血管の位置を判断するために、前記血液と相互作用する前記光に応答する前記信号を用い、及び、前記検体を分析するために、前記判断された位置及び前記光に応答する信号を用いることと、を含む、患者の皮膚の下の血管中の下の血液検体を分析する方法が提供される。
【００２８】
本発明の非限定的な実施形態の例が、本段落に続いてリストに記載された本書添付の図面を参照して、以下に記述される。当該図面において、複数の図面に現れる同一の構造、要素、又は部分は、一般的に、それらが現れるすべての図面において、同一の数字を示すラベルを付けられる。図面に表された部品及び組織物の大きさは、利便性及び表現の明確性のために選択され、必ずしも縮尺通りに示すものではない。
【００２９】
［例示的な実施形態の詳細な説明］図１Ａは、本発明典型的な実施形態による、血管中のグルコースを分析するグルコメータの斜視図を、概略的に示す。血管中の血液のグルコースを分析するために、患者の皮膚下の組織領域２３の下に位置する血管２４に対して整列した後のグルコメータ２０が、患者の皮膚２２の領域に取り付けられたところが示されている。
【００３０】
図１Ｂは、図１Ａ中の線“ＡＡ”によって示された平面で切り取られた、グルコメータ２０の部分及び血管２４の断面図を示す。グルコメータ２０の血管２４との整列について、以下に議論する。
【００３１】
グルコメータ２０の部品は、点線で示す筐体５０に含まれている。これは、皮膚２２に粘着する搭載板５１を備える。ここで、グルコメータを皮膚２２にしっかりと固定するために、選択的に、粘着材５２を用いる。選択的に、グルコメータ２０は、手首の領域に取り付けられる。選択的に、グルコメータは、ストラップを用いて取り付けられる。選択的に、グルコメータ２０の部品及びコントローラ４６に電力を供給する電源４５が、筐体の内側に搭載される。本発明のいくつかの実施形態において、グルコメータ２０は、外部電源から電力の供給を受ける。選択的に、それは、患者の体に搭載される。筐体５０は、選択的に、フィードバックのため、及び／又は、コマンド及びあるいはデータをコントローラ４６に送信のための、視覚表示画面（図示せず）及び制御ボタン（図示せず）を備える。
【００３２】
グルコメータ２０は、選択的に、それぞれが光源３２、及び、本技術分野において利用可能な多くの方法のいずれかを用いた光検出器３４、に密着する複数の光パイプ２６を備える。当該光パイプは、搭載板が皮膚２２に粘着するとき、端部３８が皮膚に光学的に接触するように、搭載板５１に密着した端部３８を有する。選択的に、供給源３２及び検出器３４は、本技術分野において知られているマイクロ製造技術を用いて好適な基板３６に形成される。グルコメータ２０は、３行８列の方形アレーに構成された２４本の光パイプ２６及び光パイプの端部３８を備えるが、一方、グルコメータ２０は、方形ではなくても、異なる数の光パイプ及び光パイプの端部で、アレーに構成できる。
【００３３】
コントローラ４６は、選択的に、光を送信するあるいは送信しないように、光源３２を制御し、また、検出器上に投射する光に応答して検出器３４により生成された信号を受信する。コントローラが、所与の光パイプ２６に密着し、光を送信する光源３２を制御するときに、光が、光パイプの端部３８直接下の皮膚上の局所化された領域を通して皮膚２２下の組織を照射する。選択的に、端部３８は、レンズ（図示せず）で形成される、及び／又は、搭載板５１に形成された光学部品（図示せず）に密着する。搭載板は、端部３８から出る光源３２からの光を、望ましい形を有する光のビーム（図示せず）に、整形する。選択的に、レンズ及び／又は光学部品は、当該光を平行ペンシルビームに整形する。コントローラが、所与の光パイプ２６に密着した検出器３４から受信する信号は、別の光パイプ２６により組織２３に送信された光に応答して生成される。他の光パイプにより送信された光は、所与の光パイプの端部直接下の皮膚２２の領域を通して当該所与の光パイプの端部３８に到達する。光が光パイプ２６により送信されたときに、光パイプの端部３８の直接下の領域は、皮膚上の光学的入力領域として機能する。光が、その端部３８の反対側の領域を通して、光パイプに受信されたときは、当該領域は、皮膚上の光学的出力領域として機能する。
【００３４】
第一の光パイプ２６により皮膚２２上の光学的入力領域を通して組織２３に送信され、及び組織を通して、皮膚２２上の光学的出力領域へ伝播し、そこで、第二の光パイプ２６により受信される、光は、当該組織内の比較的明確な「バナナ形状」領域の中を伝播する。図１Ｂは、光パイプ２６の二つの組に対するバナナ形状伝播チャンネル６０及び６３の断面を概略的に示す。一例として、伝播チャンネル６０は、皮膚２２上の入力領域５９から出力領域６１へ伸び、血管２４と交差する。及び、伝播チャンネル６３は、皮膚上の入力領域６２から出力領域６４へ伸び、血管と交差しない。伝播チャンネル６０は、血管２４に交差するので、入力領域５９及び出力領域６１の間を伝播する光は、血管中の血液と相互作用し、血液の光学的性質により影響される。当該伝播チャンネルは、分析伝播チャンネルである。伝播チャンネル６３は、血管２４と交差しないので、入力及び出力領域６２及び６４の間を伝播する光は、血管２４中の血液と相互作用せず、実質的に、血管を取り囲む組織のみの光学的性質により影響される。これは、参照伝播チャンネルである。
【００３５】
なお、分析伝播チャンネル６０は、血管２４上に集中するのではあるが、分析伝播チャンネルの定義は、厳密な定義ではなく、血管２４中の血液が、実質的に、伝播チャンネル内の組織におけるグルコースに対する減衰長に貢献する場合には、伝播チャンネルが、分析伝播チャンネルとして受け取られる。
【００３６】
なお、皮膚上の入力及び出力領域の間の皮下組織を通して送信された光に対する伝播チャンネルのバナナ形状構成は、よく知られており、例えば、モンテカルロシミュレーション及び／又は拡散計算を用いて、組織の光学的性質の種々の仮定の下でモデル化することができる。一般に、光学的入力領域及び光学的出力領域の間の距離が増加するにつれて、バナナ形状伝播チャンネルが、皮膚の下により深く入り、入力及び出力領域の間に送信された光は皮膚の下のより深いところの組織をサンプリングする。
【００３７】
血管２４中の血液のグルコースを分析するために、コントローラ４６は、組織領域２３中に、少なくとも一つの測定波長の光を送信する少なくとも一つの第一の光源３２を制御する。そして、組織内の、例えば図１Ｂで示す領域６０のような分析伝播チャンネルを横断した送信された測定光に応答する、少なくとも一つの検出器３４から信号を受信する。選択的に、コントローラ４６は、少なくとも一つの検出器３４から、組織２３内の例えば伝播チャンネル６２のような少なくとも一つの参照伝播チャンネルを横断した測定光に応答する、信号を受信する。コントローラ４６は、組織に対する減衰長及び分析伝播チャンネル、参照伝播チャンネルを判断するために、信号を処理する。一般に、分析伝播チャンネル、例えば分析伝播チャンネル６０、は、血管内の血液と同様に、血管２４を取り囲む「背景組織」なる組織を含む。結果として、分析領域に対して判断された減衰長は、血液だけに対する減衰長に等しくない、しかし、それは、背景組織に対する減衰長の関数でもある。
【００３８】
本発明の実施形態において、少なくとも一つの参照伝播チャンネルに対して判断された減衰長及び知られたあるいは計算された伝播チャンネルの幾何的形状は、少なくとも一つの分析伝播チャンネルにたいして判断された減衰長への寄与を取り除くために使用される。そして、血管２４内の血液に対する減衰長を判断する。したがって、少なくとも一つの測定波長の光の、血管２４中の血液に対する確定した減衰長が、血液中のグルコースを分析するために、使用される。
【００３９】
なお、コントローラ４６は、グルコメータ２０の空間的構成及び（グルコメータに対して整列する）血管２４の位置から、光パイプ２６の端部３８により定義される組織領域２３中の、どの伝播チャンネルが、分析伝播チャンネルであるのか、及び、どれが参照伝播チャンネルであるのかを「知って」いる。本発明のいくつかの実施形態においては、Ａ血管２４を通る血流の体積は、変調され、その変調は、コントローラ４６が、どの伝播チャンネルが、分析伝播チャンネルであり、どれが参照伝播チャンネルであるのかを同定するのを補助する。例えば、血管２４を通る血流が調和的に変調されると仮定すると、血管２４に交差する伝播チャンネルを通って伝播する光に応答して、検出器３４により生成された信号は、対応する調和変調を示す。さらに、血管２４が伝播チャンネルのより大きい領域に交差するようになると、光の変調がより強力となる。血管２４にわずかに重なる伝播チャンネルは、比較的弱い変調を示す。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態において、周期的な圧力が、血管２４中の血流を変調するために、血管２４の近傍において、患者の体に加えられる。
【００４１】
選択的に、圧力は、機械的共鳴器あるいは音響的アクチュエータを用いて、加えられる。例えば、スピーカに使用されるようなものである。本発明のいくつかの実施形態においては、電界が、血管２４のサイズに影響する筋肉の再発性収縮及び弛緩を引き起こすために、グルコメータ２０の領域において組織に加えられる。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態においては、血管２４を通過する光を変調する音響光学効果を生成するために、血管２４は超音波により照射される。
【００４３】
例えば、超音波を血管２４に、方向を合わせて集中させ及び光出力変調の測定をそれと同期させることにより、血液の領域の変調は、超音波伝達及び光変調タイムスロットの間の遅延を、血管の深さ及び組織の音速に従って、選ぶことにより、分離することができる。
【００４４】
上で言及したが、図１Ａ及び１Ｂで示すように、血管が、実質的にグルコメータ２０の視野の中心に位置するときに、グルコメータ２０は、血管２４に対して整列する。グルコメータ２０の視野は、光パイプ２６の端部３８により定義される実質的にすべての伝播チャンネルを含む組織２３における体積である。さらに、グルコメータの視野が長い方向を有する場合、例えば、グルコメータ２０視野が、光パイプ２６の方形アレーにより定義される場合、血管は、選択的に、血管の長さ方向が、実質的に視野の長い方向に垂直であるようにグルコメータに対して整列する。血管を長い方向に垂直に整列させると、血管に垂直グルコメータの位置ずれに対するグルコメータにより提供される分析する感度を減らすことができる。
【００４５】
本発明の典型的な実施形態において、グルコメータ２０を血管２４に整列させるために、グルコメータ２０は、血管２４がその下に位置すると期待する皮膚２２の領域上に配置される。好適なゲルあるいはオイルが、選択的に、グルコメータを皮膚に光学的に結合するために、使用される。制御信号が、グルコメータ２０に、例えば、グルコメータに備えられたインターフェースボタンを経て、入力される。制御信号は、整列モードにおいて、動作するように、コントローラ４６に指示する。また、グルコメータは、光パイプ端部３８の方形アレーの長い方が、血管２４に垂直であるように方向付けられる。
【００４６】
患者及び／又は患者の補助者は、次に、グルコメータ２０を前後に、実質的に血管２４の長さに垂直の方向に、動かす。選択的に、グルコメータ２０が動いている間は、コントローラ４６は、光を組織２３中に送信するように、光源３２を制御する。光は、選択的に、血管２４中の血液により、強力に吸収及び／又は散乱される。また、コントローラは、光パイプ２６の端部３８により定義された異なる伝播チャンネルを通って伝播する、送信された光に応答する信号を受信する。コントローラ４６は、血管２４の位置を判断し、組織２３における、組織物の「整列」画像を生成するために、本技術分野において知られている方法を用いて、その信号を処理する。
【００４７】
選択的に、コントローラ４６は、グルコメータ２０のユーザが、グルコメータを血管の整列させるのを補助するために、血管２４の位置に応答する信号及び／又は画像を生成する。例えば、コントローラ４６は、いつグルコメータ２０が血管２４に対して整列したかを示す視覚及び／又は音声信号を提供するために、グルコメータ２０に相対する血管２４の位置に応答するＬＥＤ及び／又は小さなスピーカ（図示せず）を制御することができる。
【００４８】
選択的に、コントローラ４６は、グルコメータの血管への整列を容易にするために、整列画像を、選択的に、グルコメータ２０に含まれている表示画面上に、表示する。例えば、本発明のいくつかの実施形態においては、コントローラ４６は、画像を表示画面上に、グルコメータ２０の視野の中心を表す好適基準マークと共に、表示する。患者、及び／又は患者の補助者は、基準マークに比較して、血管２４の画像における位置に応答して、グルコメータ２０を血管２４に整列させる。
【００４９】
いったん、グルコメータが、実質的に、血管２４に対して整列すると、患者の皮膚上の整列したグルコメータ位置は、選択的に、任意の好適なマーキングデバイスを用いてマークされる。例えば、皮膚にマークするための、非毒性インクのペンが用いられる。次に、患者は、グルコメータ２０を、皮膚２２から取り除き、選択的に、粘着材５２の層を搭載板５１に適用する、あるいは、既に搭載板上の所定位置にある粘着材５２の層上の保護被覆を取り除く。患者及び／又は患者の補助者は、次に、グルコメータ２０を皮膚２２に、皮膚に接触する粘着材で、整列マークに応答して、再配置する。また、グルコメータを皮膚にたいして押圧して、保証皮膚の粘着材への適切な接触を確かにする。グルコメータを血管に整列させる種々の方法が、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＩＬ２００４／０００４８３に記載されている。その開示は参照により本明細書に組み込まれ、また、発明の実施に用いられる。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態においては、グルコメータ２０と同様のグルコメータは、患者の体の領域に、粘着材を使用することなしで取り付けられる。つまり、ストラップにより、皮膚にほとんど接触するあるいは隣接する所定位置に保持される。本発明のいくつかの実施形態において、グルコメータ２０と同様のグルコメータ２０は、装着されず、要求にしたがって、周期的に、グルコースの測定のために、患者の体の領域上の所定位置に保持される。
【００５１】
なお、いったん整列すると、グルコメータ２０は、選択的に、血液と相互作用する、選択的に、強力に相互作用する光で組織２３を照射し、血管の「更新された」位置を判断するために検出器３４により生成された信号を処理することにより、血管２４の位置を、繰り返しチェックする。コントローラ４６は、血管２４の更新された位置に従って、光源３２が供給するグルコースと相互作用する波長の光に応答して、検出器３４により生成された信号を処理する。
【００５２】
図２Ａは、本発明の代替の典型的な実施形態による、皮膚２２の下の組織領域２３中の血管２４の血液を分析するグルコメータ８０の斜視図を概略的に示す。図２Ｂ及び２Ｃは、グルコメータ８０の側面図を示す。当該議論に密接な関係があるグルコメータ８０の構成物のみを、図２Ａ−２Ｃで示している。
【００５３】
グルコメータ８０は、皮膚２２上の異なる光学的入力領域において、組織２３に光を差し込む照射システム８１と、組織２３を通って皮膚２２上の異なる光学的出力領域へ伝播する光を画像化する画像化システム８２と、コントローラ４６と、を備える。
【００５４】
照射システム８１は、選択的に、光源９１と、方向調節ミラー９２と、反射細長面９４と反射細長面９４に平行な部分的反射面９５を有するプリズム９３と、を備える。光源９１は、方向調節ミラー９２上に投射する光９６を供給する。方向調節ミラーは、投射した光を面９４に反射する。面９４は、それが受信した光を、部分的に反射する面９５に、反射する。反射面９５は、受信した光の部分を、皮膚２２及び皮膚下の組織２３、に向ける。方向調節ミラー９２は、コントローラ４６により、双頭ブロック矢印９８により示された方向に沿って前後に動かすのに、また細長面９４に平行な線に沿って異なる位置に配置するのに、制御可能である。結果として、方向調節ミラー９２を細長面９４に沿って異なる位置に配置することにより、光９６を、部分的反射面９５に平行な直線に沿って横たわる皮膚上の異なる光学的入力領域において、皮膚２２を通して組織２３に差し込むことができる。図２Ａでは、皮膚上の光学的入力領域１００における皮膚２２上に投射する光９６が示される。図２Ｂは、グルコメータ８０の側面図を示す。そこで、光９６は、図２Ａで示す光学的入力領域１００に投射する。図２Ｂにおいて、方向調節ミラー９２は、コントローラ４６により、光源９１のより近くに、移動しており、光９６は、皮膚２２上の光学的入力領域１１０に投射する。
【００５５】
画像化システム８２は、選択的に、ＣＣＤ１２１、及び、選択的に、レンズ１２０で表される、光をＣＣＤに伝達する光学的転送システム、を備える。本発明のいくつかの実施形態においては、光学的システム１２０は、それぞれが皮膚２２の異なる領域の画像をＣＣＤ１２１上に結ぶ複数レンズを備える。本発明のいくつかの実施形態においては、光学的システム１２０は、少なくとも一つの皮膚の領域からＣＣＤ１２１に向かって伝播する光を平行にする平行要素を備える。例えば、光学的入力領域１００及び１１０のような皮膚２２上の光学的入力領域から皮膚２２上の光学的出力領域へ伝播する光９６の部分は、部分的反射面９５及びプリズム９３を通して、レンズ１２０に向かって送信される。
【００５６】
レンズ１２０は、出力領域から光を集め、光をＣＣＤ１２１上に集中させる。ＣＣＤ１２１における各ピクセル（図示せず）は、皮膚２２の異なる光学的出力領域を定義し、画像化する。また、それが受信した光に応答する信号を生成する。一例として、図２Ｂは、入力領域１００から出力領域１０４に伸び、光１０６が出力領域からレンズ１２０及びＣＣＤ１２１に向かって伝播する分析伝播チャンネル１０２を概略的に示す。図２Ｃは、入力領域１１０から出力領域１１４へ伸び、光１１６が出力領域からＣＣＤ１２１に向かって伝播する参照伝播チャンネル１１２を概略的に示す。方向調節ミラー９２の各位置に対して、従って、皮膚２２の各光学的入力領域に対して、グルコメータ２０は、同時に、ＣＣＤ１２１のピクセル数に等しい、組織２３を通る複数伝播チャンネルのデータを供給する。コントローラ４６は、信号を受信し、グルコメータ２０におけるコントローラ４６が、検出器３４により、グルコメータ２０を血管２４に整列させ、血管中の血液のグルコースを分析するために提供される信号を処理するのと、同様の方法で、それらを処理する。
【００５７】
グルコメータ８０においては、画像化システム８２は、レンズ１２０を備える一方、本発明のいくつかの実施形態による、グルコメータ８０と同様のグルコメータは、レンズ１２０を含まず、ＣＣＤ１２１が、プリズム９３に近く、あるいは接触して配置され、皮膚２２からの光が、レンズなしでＣＣＤ上に直接画像を結ぶ。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態においては、ここに記載されたグルコメータと同様のグルコメータが、患者の血中グルコースの監視だけでなく、患者の血中グルコースをコントロールするためにもまた、使用される。グルコメータは、患者にインシュリンを投与するために制御可能な好適なインシュリン送達システム、例えば、針と連結したインシュリンポンプ、あるいは薬物送達パッチなどに、に接続される。グルコメータ及び送達システムは、患者の体に搭載される。グルコメータのコントローラは、患者にインシュリンを投与する送達システムを制御し、それによって、グルコメータにより提供される血中グルコース測定値に応答して患者の血中グルコースレベルをコントロールする。
【００５９】
なお、上で議論されたグルコメータは、グルコースを分析するために使用されるものとして記載されている一方で、グルコメータを、グルコース以外の血管中の血液の検体を分析するために使用することができる。例えばトリグリセライド酸化ヘモグロビン、ヘマトクリットなどである。グルコース以外の血管中の検体を分析するために、本発明によるグルコメータは、グルコース分析するために、それが操作されるのと同様の方法で、操作される。ただし、他の検体により吸収及び／又は散乱される光を供給するグルコメータの光源あるいは供給源を用いる。
【００６０】
本出願の記述及び請求項において、「備える」、「含む」、「有する」の各動詞及びその活用形は、各動詞の単数あるいは複数の目的語が、各動詞の単数あるいは複数の主語の、部材、構成物、要素又は部分の必ずしも完全な列挙ではないことを示すために使用される。
【００６１】
本発明は、その一例として提供され、本発明の範囲の制限を意図しない実施形態の詳細な説明を用いて記述されている。記述された実施形態は、さまざまな特徴を備えるが、それらのすべてが、本発明のすべての実施形態に要求されるわけではない。本発明のいくつかの実施形態は、特徴のいくつかのみ、あるいは、特徴の可能な組み合わせを利用している。記述された本発明の実施形態の変形、及び、記述された実施形態中で言及された特徴のさまざまな組合わせからなる本発明の実施形態は、当業者が気づくようなものであろう。本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明典型的な実施形態による、血管中のグルコースを分析するグルコメータの斜視図を、概略的に示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の典型的な実施形態による、図１Ａで示されたグルコメータの部分の断面図を概略的に示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明典型的な実施形態による、血管中のグルコースを分析する別のグルコメータを概略的に示す。
【図２Ｂ−２Ｃ】図２Ｂ及び２Ｃは、図２Ａで示されたグルコメータの側面図を概略的に示す。
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【国際調査報告】
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