(57)【要約】  生体組織の血中ブドウ糖濃度のような目標対象物の属性を測定するのに適した無侵襲画像生成および分析システムは、探査および探査放射線を与える光学処理システムを含んでいる。システムはまた、探査放射線を分析されるべき目標対象物に適用し、探査および参照放射線を干渉分光学的に結合せしめ、同時干渉信号を検出し、検出した信号を予め記憶された電気的データと相関させることによって目標対象物の属性を決定するための手段を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標対象物の属性を決定するための方法であって、
探査放射線を生成するステップと、
前記探査放射線の少なくとも一部を、前記目標対象物に適用することによって後方散乱放射線を生成するステップと、
参照放射線を生成するステップと、
前記後方散乱放射線および前記参照放射線を結合することによって干渉信号を生成するステップと、
前記干渉信号を検出器によって検出するステップと、
前記検出された信号から同時情報を引き出すステップと、
前記引き出された同時情報をメモリ内に記憶されたデータバンクからのデータと相関させるステップと、
前記相関により得られたデータを処理することによって前記目標対象物の属性を決定するステップと、を有していることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記引き出された同時情報は規格化されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記引き出された同時情報が環境センサ信号に関係付けられたデータによって変化せしめられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記目標対象物が生体組織であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記目標対象物の属性がブドウ糖濃度であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記目標対象物の属性がバイオメトリック特性であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記目標対象物の属性がそのイメージであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記相関により得られたデータが処理されることによってフィギュア・オブ・メリットが生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記フィギュア・オブ・メリットがモニタの状態を表示するために使用されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記目標対象物に適用される前記探査放射線の一部が、前記目標対象物に関係付けられた登録マークに位置合わせされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記検出された干渉信号から前記同時情報を引き出すステップが、電子フィルタリングによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記検出された干渉信号から前記同時情報を引き出すステップが、前記干渉信号を特定の時刻にサンプリングすることによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記検出器がマルチセグメント検出器からなっていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記干渉信号から前記同時情報を引き出すステップが、前記検出器のセグメント特性を用いることによって実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記探査放射線が超発光ダイオードによって生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記探査放射線がモードロックレーザによって生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記探査放射線が音響放射線からなっていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記探査放射線が光源のアレイによって生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記参照放射線が前記生成された探査放射線の一部からなっていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記探査放射線が複合参照放射線からなっていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記複合参照放射線が少なくとも２つの反射素子および少なくとも１つの変調素子によって生成されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
目標対象物の属性を決定するための装置であって、
探査放射線を生成するための手段と、
前記探査放射線の少なくとも一部を、前記目標対象物に適用することによって後方散乱放射線を生成する手段と、
参照放射線を生成するための手段と、
前記後方散乱放射線および前記参照放射線を結合することによって干渉信号を生成するための手段と、
前記干渉信号を検出器によって検出する手段と、
前記検出された干渉信号から同時情報を引き出すための手段と、
前記引き出された同時情報をメモリ内に記憶されたデータバンクからのデータと相関させることによって相関データを生成するための手段と、
前記相関データを処理することによって前記目標対象物の属性を決定するための手段と、を有していることを特徴とする装置。
【請求項２３】
前記引き出された同時情報は規格化されていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記引き出された同時情報が環境センサ信号に関係付けられたデータによって変化せしめられることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記目標対象物が生体組織であることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記目標対象物の属性がブドウ糖濃度であることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２７】
前記目標対象物の属性がバイオメトリック特性であることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２８】
前記目標対象物の属性がそのイメージであることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２９】
前記相関データが処理されてフィギュア・オブ・メリットが生成されることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３０】
前記フィギュア・オブ・メリットがモニタの状態を表わすために用いられることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記目標対象物に適用される前記探査放射線の一部が、前記目標対象物に関係付けられた登録マークに位置合わせされることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３２】
前記検出された干渉信号から前記同時情報を引き出すための手段が、電子フィルタリングからなっていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３３】
前記検出された干渉信号から前記同時情報を引き出すための手段が、特定の時刻において前記干渉信号をサンプリングする手段からなっていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３４】
前記検出器がマルチセグメント検出器からなっていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３５】
前記検出された干渉信号から前記同時情報を引き出すための手段が、前記検出器のセグメント特性を有していることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３６】
前記探査放射線が超発光ダイオードによって生成されることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３７】
前記探査放射線がモードロックレーザによって生成されることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３８】
前記探査放射線が音響放射線からなっていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項３９】
前記探査放射線が光源のアレイによって生成されることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項４０】
前記参照放射線が前記生成された探査放射線の一部であることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項４１】
前記探査放射線が複合参照放射線であることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項４２】
前記複合参照放射線が少なくとも２つの反射素子および少なくとも１つの変調素子によって生成されることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
目標対象物の属性を決定するためのシステムであって、
探査放射線を生成し、
前記探査放射線の少なくとも一部を、前記目標対象物に適用することによって後方散乱放射線を生成し、
参照放射線を生成し、
前記後方散乱放射線および前記参照放射線を結合することによって干渉信号を生成し、
前記干渉信号を検出器によって検出し、
前記検出された干渉信号から同時情報を引き出し、
前記引き出された同時情報をメモリ内に記憶されたデータバンクからのデータと相関させて相関データを生成し、
前記相関データを処理することによって前記目標対象物の属性を決定させるものであること、を特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願に関するクロスリファレンス］
本出願（ケースＮｏ．ＪＨ０５１０２１ＰＴ）は、２００５年１０月１９日付けで出願された「同時的かつ無侵襲的に得られた信号の相関をとる方法」という表題の米国特許出願（ケースＮｏ．ＪＨ０５１０１９ＵＳ）と対をなすものであり、２００４年１０月２３日付けで出願された「パラレル三次元分析システム」という表題の米国仮特許出願Ｎｏ．６０／６２１，３６６に基づく優先権主張を伴っている。本出願はまた、２００４年１０月２３日付けで出願された「金属パラレル深度分析システム」という表題の米国仮特許出願Ｎｏ．６０／６２１，４１７に基づく優先権主張を伴っている。
【０００２】
本出願は、２００４年１２月２９日付けで出願された「マルチレファレンス無侵襲分析システム」という表題の米国仮特許出願Ｎｏ．１１／０２５，６９８および２００５年８月１８日付けで出願された同一の表題のそれに関係するＰＣＴ出願（ケースＮｏ．ＪＨ０５０８１８ＰＴ１）に関連しており、これらの出願の内容を参考文献としてこの出願に組み込む。本願出願はまた、２００５年１月３１日付けで出願された「周波数分解イメーシングシステム」という表題の米国特許出願Ｎｏ．１１／０４８，６９４および２００５年８月１８日付けで出願された同一の表題のそれに関係するＰＣＴ出願（ケースＮｏ．ＪＨ０５０８１８ＰＴ２）に関連しており、これらの出願の内容もまた参考文献として本出願に組み込む。本出願は、２００４年６月１７日付けで出願された「無侵襲分析システム」という表題の特許出願Ｎｏ．１０／８７０，１２１に関連しており、この出願の内容もまた参考文献として本出願に組み込む。本出願はまた、２００４年６月１７日付けで出願された「リアルタイムイメージングおよび分析システム」という表題の特許出願Ｎｏ．１０／８７０，１２０に関連しており、この出願の内容もまた参考文献として本出願に組み込む。
【０００３】
本出願は、一般に無侵襲分析に関係し、とりわけ、生体組織、器官および歯材のような生物医学的目標対象物の光学的な無侵襲分析に関するものである。本出願はまた、非破壊欠陥分析および書類が真正であることの証明に関するものである。
【背景技術】
【０００４】
本発明の目的に関して、非破壊分析を含む無侵襲分析は、分析される系に損傷を与えるような望ましくない副次的な悪影響を生じさせずに、系または目標対象物に関する情報を獲得するための価値ある技術である。無侵襲分析は欠陥に関するアーチファクトの非破壊分析、紙幣のような書類が真正であることの証明、バイオメトリック分析および生体の生物医学的分析を含む広範囲のアプリケーションを伴っている。人間の組織のような生体を分析する場合は、侵襲分析の望ましくない副次的な悪影響は、その侵襲プロセスに関係する痛みや不快感とともに感染症を引き起こすおそれを有している。
【０００５】
糖尿病患者の血中ブドウ糖濃度の測定のような特定の場合において、頻繁にかつ正確にブドウ糖濃度を測定することにより、適当な処置法の欠如によって、腎臓病や、心臓疾患または心臓発作を含む生体組織に致命的な健康上の問題を引き起こし得るとき、糖尿病の適切な処置を行なうことが非常に望ましい。無侵襲的な処置方法は、痛みや感染症のおそれを回避し、頻繁なあるいは連続した検査の機会をもたらす。
【０００６】
無侵襲分析システムは、幾つかの技術に基づいており、これまでに種々のものが提案されてきている。これらの技術は、照射および反射プロセスの両方を用いる赤外分光学、空間的に分解された拡散反射率、周波数ドメイン反射率、蛍光分光法、およびポラリメトリおよびラマン分光法を含んでいる。
【０００７】
これらの技術は、環境の変化、種々の干渉する汚れの存在、皮膚の不均質性および分析位置の変動のような問題に起因して、不正確性を生じやすい。これらの技術はまた、典型的には、多様性分析を用いることによる要求される測定値のデコンボリューションのための膨大なプロセスを必要とし、典型的には、その精度および信頼性が十分ではない。
【０００８】
糖尿病患者の血中ブドウ糖濃度と無侵襲的に測定された生体組織の光学散乱係数との間の相関が、例えば、Optics Letters,Vol.19,No.24,Des.15,1994pages2062-2064およびOptics Letters/,Vol.22,No.3/Februay.1,1997pages190-192に発表された論文中に明確に示されている。
【０００９】
この相関関係は、光学的干渉断層計（ＯＣＴ）を含めることによって無侵襲ブドウ糖モニタリングの基礎として提案されている。この提案された技術は、ＯＣＴ信号の傾きと生体組織散乱係数との間の関係あるいはブドウ糖濃度の変化に伴う光路長の変化を測定することに依存している。このアプローチが、議事録SPIE,Vol,4263,pages83-90(2001)、Optics Letters/Vol.26,No.13,July1,2001,Phys.Med.48(2003)1371-1390および２００４年４月２０日付けで特許された米国特許第６，７２５，０７３号および１９９８年１月２０付けで特許された米国特許第５，７１０，６３０号に記載されている。
【００１０】
これらの文献に記載されたＯＣＴアプローチは、広い帯域幅および短コヒーレント長のビームを出力する超発光ダイオード（ＳＬＤ）を使用する。ＯＣＴ分析はＳＬＤ出力ビームを探査ビームおよび参照ビーム（または主要光の第１の部分および第２の部分）に分離することを含む。探査ビームを生成する同一のＳＬＤから導出された参照ビームのみが探査に関係なく光と結合せしめられたときに、干渉分光学的に意味のある信号が生じ得る。探査ビームが分析すべき系（目標対象物）に対して適用される。目標対象物から後方散乱された光は、参照ビームと結合せしめられて測定信号を形成する。
【００１１】
短コヒーレント長のために、探査および参照ビームの全光路長が等しくなるように、目標対象物内のある深度から散乱された光のみが干渉分光学的に結合せしめられる。すなわち、干渉分光学的な信号は、目標対象物内の特定の深度における散乱測定値を与える。
【００１２】
参照光路長を変化させることによって、特定の深度における散乱測定値が得られ、そして、深度の関数としての散乱値が測定される。深度の関数としての散乱信号のプロファイルはＯＣＴ信号と呼ばれ、信号の関数としての散乱信号の変化の傾斜、すなわち変化率はＯＣＴ信号の傾斜と呼ばれる。
【００１３】
ＯＣＴ信号の傾斜と散乱係数との間の正確な相関は、平均して、生体組織の全体にわたって均一な散乱が生じているとして、前提条件を単純化することに依存している。実際の生体組織中においては、散乱素子は細胞膜であり、非常に不均一な分布を示す。実際の装置においては、生体組織のゆがみおよび生体組織とモニタリング装置との間の相対運動がまた、ＯＣＴ信号の傾斜と散乱係数との間の相関を壊す。
【００１４】
ＯＣＴシステムにおいて、深度走査が相対光路長、すなちわち参照光路および探査光路の長さを変化させることによって実行される。相対光路長は、検流計または運動するコイルアクチュエータのような電気機械的な技術、高速走査光学遅延ラインまたは回転多角形によって変化せしめられる。これらの技術はいずれも運動する部分を含んでおり、走査速度が制限され、また、重要な位置合わせを必要とし、またＳ／Ｎ比に関係する問題を引き起こす。
【００１５】
走査の継続中に生じる運動が正確な信号検出に重大な問題を引き起こし得る。もし、運動が走査継続中に生じると、その運動に関係するアーチファクトは検出された信号中の真の信号情報から区別されなくなり、運動に関係するノイズまたはＯＣＴ信号の傾斜の測定の不正確さを招く。より大きな信号差を生じさせ、または参照エリアを位置決めするために長時間にわたる物理的な走査がなされると、運動のアーチファクトがより重要性を増し、ＯＣＴ信号の傾斜とブドウ糖濃度の間の相関に破壊的な悪影響を及ぼす。
【００１６】
運動しない部分を用いるという解決法は、音響光学的な走査を含んでおり、これは高速で実施可能である。しかしながら、このような解決法は、非常に高くつき、装置が大がかりなものとなり、熱的な制御を必要とし、それに関連して、熱的Ｓ／Ｎ比に関する問題を生じさせてしまう。光ファイバに基づくＯＣＴシステムはまた、圧電ファイバストレッチャを用いる。しかしながら、このシステムは、極回転に関係するＳ／Ｎ比の問題を生じさせ、また、物理的に非常に大がかりなものとなり、高価であり、高圧の電源制御システムを必要とする。
【００１７】
ブドウ糖濃度を測定するためのＯＣＴアプローチによれば、典型的にはＳＬＤ出力ビームが目標対象物の生体組織上に収束せしめられて、深度走査が実行され、ビーム走査機構が移動せしめられて、異なる位置での種々の深度走査がなされる。ＯＣＴ信号はこれらの多数の走査について平均化され、平均化されたＯＣＴ信号の傾斜がブドウ糖濃度を決定するための用いられる。
【００１８】
この多数の走査を行なうアプローチのシーケンシャルな特性は、さらに従来の低速走査機構において問題のあるモーション・アーチファクトに関係するノイズを増大させる。この問題に立ち向かうべく、多数のＳＬＤを同時的に用いると、受け入れがたいコスト負担を招き、ＯＣＴ信号の傾斜に関する運動の根本的な悪影響を解消することはできない。
【００１９】
分析される生体組織中における、例えば、応力、または応力勾配、または温度変化、または温度勾配から生じる物理的な圧縮に起因する一時的な、または時間とともに生じる物理的な変化は、深度構造に一時的なゆがみを生じさせ、異なる深度走査位置毎に異なる構造があらわれる。このような一時的な変化は、ＯＣＴ信号の傾斜に影響を及ぼし、異なる走査位置での走査毎に異なってしまう。
【００２０】
さらに、生体組織中における散乱要素の不均一な分布が、深度走査において、並びに異なる位置での深度走査の間にＯＣＴ信号の傾斜を歪ませる（運動または一時的な破壊が生じないときでさえ）。この生体組織中における散乱要素の不均一な分布は、近似的なモデルにのみ基づくＯＣＴ信号の傾斜およびブドウ糖濃度の間の相関に破壊的な影響を及ぼす。これらの破壊的な影響は、ＯＣＴ信号の傾斜およびブドウ糖濃度の間の相関関係を弱め、またはランダム化し、そして、信号をぼやけさせる。ノイズに対して弱いブドウ糖濃度測定を基礎としてＯＣＴ信号の傾斜が用いられ、あるいは光路長の測定がなされる。
【００２１】
これらの特徴は、ＯＣＴ信号の傾斜を用い、または光路長の測定を行なうことによってブドウ糖濃度をモニタリングするための従来のアプローチをもたらし、それは結果的に望ましくないＳ／Ｎ比の特性および十分に高精度で強くコンパクトな構成を伴う市場において入手可能な現実的な手段を提供することはできない。これらの問題のある特徴はまた、広範囲にわたるアプリケーションを目的としてＯＣＴ無侵襲分析を用いることを困難にしている。
【００２２】
したがって、被分析物濃度の測定、そして特に、人体組織中におけるブドウ糖濃度の測定における無侵襲分析を実行するための高精度かつ信頼性のあるコンパクトで強い低価格の無侵襲測定装置が要求されている。
【００２３】
［発明の概要］
本発明は、無侵襲分析のための方法、装置およびシステムに関する。本発明は、人体生体組織中のブドウ糖濃度を含む目標対象物中の特定の成分または被分析物の濃度のような目標対象物の属性を決定するのに適している。本発明は、探査放射線および参照放射線を与える光源、並びに光学処理システムを有している。本発明はまた、探査放射線を分析される目標対象物に適用し、探査および参照放射線を干渉分光学的に再結合することによって検出され、予め記憶された電子データと相関をとられる同時的干渉分光学的信号を生成して、目標対象物の属性を決定するための手段を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
光学的干渉断層法は、広帯域の光源からの出力を探査放射線および参照放射線に分離し、参照放射線の光路長を変化させることによつて生体組織のような目標対象物の深度走査を実行し、その深度走査のＯＣＴ信号を生成することに基づいた無侵襲分析技術である。ＯＣＴを用いて血中ブドウ糖を分析する特定のアプリケーションにおいては、光路長の変化が複数の深度において順次測定され、あるいは複数の深度走査のＯＣＴ信号の傾斜が平均化されることによって生体組織（目標対象物）中のブドウ糖濃度が決定される。
【００２５】
このアプローチは、モーション・アーチファクト、一時的な物理的変動を含む問題に関連する制限を有しているが、いずれにおいても近似的なモデルに基づくものである。本発明の目的に関して、モーション・アーチファクトは光学的分析系および目標対象物間の相対運動、そしてまた、目標対象物の種々の構成要素間の相対運動の干渉またはぼやけの影響を含んでいる。
【００２６】
別の無侵襲光学的分析アプローチは、これらの問題および制限に立ち向かうものであるが、分析すべき生体組織に対して放射線を適用することを含んでいる。そして、このアプローチによれば、目標対象物中の複数の深度からの複数の干渉信号が同時的に検出され、それによって、モーション・アーチファクトが回避され、検出された空間的に分解された干渉信号が規格化されることによって一時的な物理的特性並びに信号レベルの変動が補正され、この規格化された検出された空間的に分解された干渉信号がデータバンクに予め記憶されたデータと相関をとられることによって相関データが生成され、そして、この相関データが処理されることによってブドウ糖濃度が決定される。
【００２７】
この新規なアプローチの長所は、干渉信号の完全な組を同時的に獲得し、運動に関係する問題を回避し、そして、光路長の変化またはＯＣＴ信号の傾斜を測定するというよりもむしろ干渉信号データの組を予め記憶されたデータの組と相関させ、そして、目標対象物の単純化されたモデルを想定することにある。干渉信号はブドウ糖濃度によって変更せしめられる生体組織（目標対象物）の特性あるいは属性を示す。データの組（またはデータのマップ）を参照データの組（またはデータの基準マップ）と相関させることは単純な前提条件を設定すること、または近似的なモデルを用いることを必要としない。
【００２８】
データの組をデータの基準マップと相関させることは、散乱要素の不均一な分布を前提とせず、現実の生体組織のより正確な表現を可能とする。一般に、データの組を基準マップと相関させることは、干渉信号を生じさせるメカニズムの正確な理解または記述を必要としない。理想的には、干渉信号に干渉する別の因子が環境センサを用いることによって補正され、決定されるべき目標対象物の属性は、これらの干渉信号に支配的な影響を及ぼす。
【００２９】
この出願の目的に関して、同時信号は瞬間的な信号、およびモーション・アーチファクトに関して高速で生じる信号を含んでおり、それによって、このような信号をモーション・アーチファクトの影響を受けない。本出願の目的に関して、環境センサは干渉信号に影響を及ぼす因子を測定する任意のセンサからなっている。
【００３０】
瞬間的にまたは高速度で、よって同時的に複数の深度から干渉信号を得るための技術が本出願中に組み込まれた前述の参考文献中に記載されている。これらの技術は、異なる深度に対応する干渉信号を瞬間的に生成して、異なる信号が異なる周波数成分をもち、それ故、電磁フィルタリングによって分離され得るようにし、さらに、異なる周波数でモードロック周波数を有する２つのモードロックレーザを用いることによって高速の電子的走査を実行することを含む。
【００３１】
超発光ダイオード（ＳＬＤ）またはレーザダイオードのような光源の出力レベルの向上によって、（低出力の収束した放射線よりむしろ）高帯域のコリメートされた探査放射線を用いることができ、マルチセグメント検出器を用いるのに十分な後方散乱放射線を得ることができ、それによって、複数の空間的に分解された干渉信号を瞬間的に検出することができる。１つまたはそれ以上の光学的マスク、またはマイクロレンズアレイが使用され、それによって、個々のセグメントに対する干渉信号のオーバーラップが分離され、そして減じられる。これは複数の空間的に分散された干渉信号を同時的に得る機会をもたらす。
【００３２】
種々の深度および複数の空間的に分解された目標対象物の位置からの同時的信号の組が複数の探査放射線を生成するための広範囲に広がる放射線を用いることによって、あるいは単一の狭い探査放射線を順次異なる空間的分解された位置へと移動させることによって得られる。一般に、このような単一の探査放射線または複数の探査放射線は、探査放射線と総称される。信号が分析されるべき種々の深度が参照放射線の特性によって、またはタイミング信号によって決定される。
【００３３】
理想的には、決定される種々の深度は、モニタされる生体組織中の対応する深度に、正確にかつ繰り返し対応する。実際の使用において、生体組織は、例えば、モニタを皮膚に適用するときの圧力によってゆがめられ得る。このようなゆがみは、ゆがみの影響を測定することによって補正される。例えば、応力を測定するためのひずみゲージを準備し、それらの測定値を用いることによってゆがみの影響を補正することができる。補正は、このようなゆがみを考慮するための名目深度を調節することによって達成される。
【００３４】
また、理想的には、固定された強度の探査放射線を用いることによって、種々の深度および空間的位置において同一の探査強度を正確にかつ繰り返し得ることができる。現実の使用において、皮膚表面における変化、探査放射線の皮膚表面に対する法線方向の入射からのずれ、および圧力のようなゆがみの影響は、すべて、異なる深度および空間位置に達する現実の探査強度を変化させる。これらの変化の影響は、検出された種々の干渉信号の測定された強度を調節することによってそれらの影響を測定し、それに基づいて補正を行なうことによって補正される。
【００３５】
補正を実行するための技術は、それに限定されないが、以下のとおりである。すなわち、１つの深度（例えば、皮膚表面）での強度を測定し、その測定値と予測値との間の差を用いて異なる深度に対する変更因子の組を導出し、１組の深度において平均強度を測定し、測定値と予測値との間の差を用いて異なる深度に対する変更因子の組を導出し、異なる空間位置における強度を同一の名目深度と比較することによって調節因子を導出することからなっている。
【００３６】
一般に、これらの補正技術は、ここでは検出された空間的に分解された干渉信号の規格化と呼ばれる。規格化された信号強度の測定値の組は、生体組織の規格化された干渉信号マップを補正する。この干渉信号マップは、メモリに記憶されたデータバンクと相関をとられる。データバンクは、異なる深度および空間位置における異なる規格化された干渉信号に対応するブドウ糖濃度の基準マップ、または参照データの組を含んでいる。
【００３７】
低コストのコンシューマデバイス中に意味のある個別のデータバンクを記憶させることは、フラッシュメモリのような記憶機構中においてすでに実際になされている。あるいは、データバンクはディスクに基づくメモリのようなリモートメモリに記憶され、そして例えば、無線携帯電話技術またはインターネットによる電子的処理システムとの通信を介して、そのような記憶が達成される。
【００３８】
データバンク中に記憶された基準マップは、予め実行される校正プロセスにおいて生成され、それによって、実際のブドウ糖濃度が予め校正されたブドウ糖濃度測定システムによって正確に測定され、一方、（ブドウ糖濃度が知られる間に）装置が１つまたそれ以上の特定の組織部位に適用され、種々の深度および空間位置における干渉信号強度およびその影響が測定される。あるいは、基準マップは、測定データを意味のある時間にわたって処理することにより、校正データを生成する継続的な測定プロセスによって形成される。
【００３９】
校正プロセスの間に、異なる干渉の影響の値がまた測定される。この干渉の影響（または環境センサデータ）に関係する補正因子が生成され、ブドウ糖濃度および補正因子が、例えば、干渉信号強度に関係するメモリアドレスに記憶される。フィギュア・オブ・メリットデータが記憶される。
【００４０】
予め校正されたシステムは、それに限定されないが、従来のフィンガープリッキングシステム、またより複雑な専門的なレベルの侵襲または無侵襲システムのような直接的な血液分析法を含むシスデムを有している。これらの校正測定は、多数の異なるブドウ糖濃度において繰り返される。種々の適応アルゴリズムまたは学習アルゴリズムが使用されることによって記憶されたデータが新たな完全な信号測定と相関をとられるときに正確なブドウ糖濃度の測定値を与えることが補償される。
【００４１】
測定されなかった付加的なブドウ糖濃度における強度が測定された濃度から内挿または外挿によって生成され得る。校正は相対的に短い時間にわたって完備された方法で実行され得る。この間に、ブドウ糖濃度は規則的に測定され、広範囲にわたって変動する。あるいは、校正は予め校正されたブドウ糖測定システムを間欠的に使用することによって拡張された時間にわたって実行される。この拡張された校正時間の間、校正されていない装置がモニタの傾向を検出するためにのみ使用さ得る。
【００４２】
校正される装置の精度がフィギュア・オブ・メリットを用いてモニタリングされ、検査され得る。フィギュア・オブ・メリットは、校正される装置が信頼できるブドウ糖濃度の測定、またはモニタリング装置として独立して使用されるだけの十分な精度を有していること、すなわち、それが十分に校正されたことを表わし得る。同様にして、フィギュア・オブ・メリットは、再校正が必要であるかどうかも表わす。
【００４３】
規格化され、検出された空間的に分化された干渉信号をデータバンクからの基準マップと相関させることはそれに限定されないが、データバンクを特定の空間位置における特定の深度に対応する、規格化され、検出された空間的に分解された干渉信号の強度の組合わせからなるアドレスにアドレス指定することを含み得る。選択されたアドレスからのデータ出力は、それに制限されないが、ブドウ糖濃度および重み付け因子のデータを含み得る基準マップデータからなっている。
【００４４】
生成された基準マップデータは、処理されてブドウ糖濃度が決定される。または、一般に目標対象物の特性がデータバンに記憶された基準マップと相関をとられて目標対象物の属性が決定される。基準マップデータを処理することによって、被分析物濃度を決定することはそれに限定されないが、以下のことを含み得る。すなわち、基準マップデータから生じるすべてのブドウ糖濃度の重み付けされた平均値を計算し、許容されたブドウ糖濃度範囲の外側にあるマップ基準マップデータは除外し、さらに、基準マップデータから生じるブドウ糖濃度の減じられた組の重み付けされた平均値を再計算し、そして、複数回にわたってこれら全プロセスを繰り返した結果を平均化することを含んでいる。
【００４５】
得られた基準マップデータはまた、処理されて、種々の測定間における補正の程度を表わすフィギュア・オブ・メリットが得られる。このフィギュア・オブ・メリットは、記憶され、一定の時間にわたってモニタリングされ、それによって、当初の校正が依然として有効であり、再校正を必要とするときを表すのに使用可能か否かの程度が測定される。校正が複数の組織部位において実行される場合、このフィギュア・オブ・メリットはまた、望ましい部位を表わすため、または特定の組織部位が関係してはならないことを表わすために用いられ得る。
【００４６】
そして、部位はそれに限定されないが、指紋、またはしみ、または皮膚の傷の縁または入れ墨のような人工的なマークを含む特性またはマークを検出することによって識別され得る。本出願の目的に関して、これらの特性は登録マークと呼ばれる。種々の技術が登録マークに正確に位置合わせされることを保証するため用いられる。例えば、マルチセグメント検出器または公知の電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器から導出された目標エリアの拡大されたイメージが、理想的に配置された他のイメージとともに、（液晶ディスプレイまたは薄膜技術に基づくディスプレイ（ＬＬＤまたはＴＦＴ）のような）ディスプレイ上に表示され、手動によるモニタの位置決めをアシストする。
【００４７】
イメージ間の異なる情報がまた、モニタを自動的に位置決めするために用いられ得る。ひずみゲージおよび／またはマルチセグメント検出器からの情報が、モニタの傾斜角を調節して実質上皮膚表面に対して垂直な放射線が得られるようにするために用いられる。一組の点滅する発光ダイオード（ＬＥＤ）のような、別の位置および向き表示手段が用いられ得る。例えば、ＬＥＤがモニタの縁に配置され、点滅周波数が動かすべき方向を表示し、また、ＬＥＤの発光強度が垂線に関する現在の傾斜角を表示し得る。
【００４８】
位置決めされたイメージを生成するための放射線は、生体組織のブドウ糖濃度を分析するために使用されるものと同一であってよい。あるいは、ＬＥＤのような別の光源からの放射線であってもよい。２つの放射源の間の干渉は、この両方の放射源を位相をずらせてパルス的に発光させることによって防ぐことができる。分析放射線のパルス照射がまた、背景放射線からの干渉を抑制するため用いられる。分析放射線のパルス照射はまた、より高いピーク出力を生成し、それによって、改善されたＳ／Ｎ比をもたらし、それによって、より正確なブドウ糖濃度測定に導くより正確な散乱係数の測定をもたらす。
【００４９】
本発明の好ましい実施例が図１に説明される。この実施例では、無侵襲分析システムが開示される。以下の説明は、本発明の特定のブドウ糖濃度モニタリングのアプリケーションに関係している。しかし、本発明は、広範囲のアプリケーションを伴っている。一般に、本発明は、目標対象物の属性を決定するための方法、装置およびシステムである。ブドウ糖濃度測定のアプリケーションにおいて目標対象物は生体組織であり、決定される属性はブドウ糖濃度である。
【００５０】
好ましい実施例において、光学処理システム１０１は探査放射線１０２を生成し、この探査放射線１０２の一部が目標対象物１０３に適用され、そして、後方散乱放射線が生成される。後方散乱Ｘ線は光学処理システムにおいて干渉分光学的に分析され、得られた干渉信号が光電検出器によって検出される。好ましい実施例において、探査放射線は広範囲に広がる放射線であり、検出器はマルチセグメント検出器からなっている。得られた電子的信号１０４は電子的処理システム１０５に送られる。
【００５１】
電子的処理システム１０５はまた、コントロールシステム１０７からタイミング信号１０６を受信する。コントロールシステム１０７は電子的な制御信号１０８および変調信号１０９を用いることによって光源および光学処理システム１０１内の複数の変調反射素子を制御する。電子的処理システム１０５はまた、電子的環境センサ信号１１１を用いることによって環境センサ１１０からデータを受信する。環境センサ１１０は、表面圧、血圧および体温を測定する機能を有している。
【００５２】
電子的処理システム１０５はまた、フラッシュメモリまたはディスクメモリのようなデータバンクメモリ１１２から予め記憶されたデータを検索する。データバングメモリ１１２はセンサの検出値の変動を補正するためのデータ並びに検出された干渉信号およびセンサの検出信号の種々の組合わせに対応するブドウ糖濃度データの基準マップを含んでいる。電子的処理システム１０５は、従来のアドレス／データバスからなるアドレス／データバス１１３によって、またはリモートデータバンクの場合には、例えば、無線携帯電話技術によってデータバンクメモリ１１２と通信する。
【００５３】
電子的処理システム１０５はまた、検出された信号およびセンサの測定値を処理することによって、光学処理システム１０１を目標対象物上の登録マークに対して位置合わせする。これは、電子的位置合わせデータ１１４をコントロールシステム１０７に与え、そして、コントロールシステム１０７がこのデータを用いて光学処理システム１０１を登録マークに対して位置合わせする位置合わせ制御信号１１５を生成するようにすることによって達成され得る。
【００５４】
電子的処理システム１０５は、検出された干渉信号１０４、干渉センサ信号１１１、およびデータバングメモリ１１２からのデータを処理することによって、位置合せされた目標対象物のブドウ糖濃度を計算する。この処理は、位置合わせのための調節とともに繰り返し実行される。また、別の位置合わせが、位置合せエラーを測定し、マルチセグメント検出器の空間的な強度分布をサイドマッピングすることによって電気的に実行され得る。
【００５５】
この別の位置合わせのためのアプローチは、多数の検出セグメントを備えたマルチセグメント検出器を用いて最適化され得る。処理が、アナログドメインまたはデジタルドメインまたはそれらの組合わせにおいて生じ得る。例えば、検出された干渉信号は規格化されて、アナログドメインにおける強度変化、そしてさらに、デジタル化された規格化信号の強度変化を生じさせ、それに続いて、デジタルドメインにおける環境センサ信号（または情報またはデータ）を変化させる。
【００５６】
アナログおよびデジタル処理の多数の組合わせが可能である。本出願の目的に関し、干渉信号または環境信号のような用語を使用するとき、「信号」、「情報」および「データ」という用語は、相互に交換可能である。また、信号または情報の規格化は、空間的な分解の前または後において実行され得る。あるいは、空間的な分解の前にその一部が、空間的な分解の後に残りの部分が実行される。
【００５７】
電子的処理システム１０５は、位置合わせ検出干渉信号１０４、環境センサ信号１１１、およびデータバンクメモリ１１２からのデータを繰り返し処理し、周波数インターバル毎の目標対象物のブドウ糖濃度を計算する。人体の変化する状況に関するブドウ糖濃度の応答時間は、典型的には、数分または１０分のオーダである。数分または１０分のオーダの時間間隔毎のブドウ糖濃度の計算または測定またはモニタリングは、ブドウ糖濃度の連続的なモニタリングを効果的に校正する。
【００５８】
好ましい実施例が図２により詳細に説明されている。ＳＬＤ、ＬＥＤまたはモードロックレーザのような光源２０１は、光学レンズ２０３（または光学レンズ系）によって広範囲に広がる放射線となるようにコリメートされる。コリメートされた広範囲に広がる放射線２０４は、ビームスプリッタ２０５によって方向選定され、そして、探査放射線を形成するコリメートされた広範囲に広がる放射線２０６の第１の部分が光学走査ミラー２０８によって目標対象物２０７に適用される。目標対象物内に後方散乱放射線が生成される。
【００５９】
広範囲に広がる放射線２０４の第２の部分２０９は、第１のビームスプリッタ２０５によって部分反射ミラー２１０に向けられる。部分反射ミラー２１０は、一部に反射面２１１を備え、残りの部分に反射を妨げるコーティング面２１２を備えており、そして、そこから伝送された部分が変調反射素子２１４に適用される。部分反射面２１１および変調反射素子２１４の組合わせは、後方散乱放射線と組み合わされたときに、目標対象物の異なる深度に対応する複数の干渉信号を生成する複合参照放射線を生成する。
【００６０】
変調反射素子２１４の変調周波数は制御信号２１２によって制御される。本出願に組み込まれた参考文献中に記載されているように、複数の干渉信号は異なる周波数成分を有していて、異なる深度に対応する信号を電子的フィルタリングによって分離可能とし、異なる深度からの情報を同時的に与えるので、運動の影響をほとんど受けない。複数の深度間の相対的な光路長が、部分反射面２１１および変調反射素子２１４の間の距離によって決定される。
【００６１】
変調された参照放射線は、第１のビームスプリッタ２０５（ビーム結合器としてもまた機能する）に向けられ、そしてそこで、目標対象物中において生成された後方散乱放射線の一部と結合せしめられ、光電子検出器２１７によって検出される同時環境信号の組を形成する。光電子検出器は、図３に示されるようなマルチセグメント検出器であり、空間的に分解された干渉信号を検出する。
【００６２】
マルチセグメント検出器からの出力信号、すなわち空間的に分解された干渉信号２２９は、処理システム２１８に送られる。コントロールシステム２１９は、信号２２１および２１５によって光源２０１および変調反射素子２１４を制御する。コントロールシステム２１９はまた、処理システム２１８に対してタイミング信号２２０を供給し、このタイミング信号２２０によって、処理システムは、異なる深度式に対応する干渉信号に関係付けられた情報を分解することができる。
【００６３】
この電子的フィルタリングは、異なる深度に対応し、マルチセグメント検出器によって検出された干渉信号（または複合干渉信号）のそれぞれから引き出される情報を空間的に分解し得る。
【００６４】
処理システム２１８はまた、目標対象物の表面に配置されたひずみゲージおよび温度センサのようなセンサ２２２から環境信号２３１を受信する。環境信号は深度補正データを与え、この深度補正データによって環境因子の影響に対する補正のために名目深度信号が調節され得る。
【００６５】
これは、深度補正データを、名目深度位置データ、および公知のアドレス／データバイス２２４によってメモリデータバンク２２３から予め記憶された深度補正データを検索するためのアドレスデータとしての空間位置とともに用いることによって達成される。検索された深度補正データは、サンプルタイミング信号を変化させるため、または測定された干渉信号強度またはそれら両方の組合わせを補正するために用いるられる。
【００６６】
処理システム２１８はまた、検出された空間的に分解された干渉信号の強度を補正する。強度補正は、生体組織の表面上またはその近傍のようなブドウ糖（または被分析物）の濃度によって影響を受けない深度における測定された干渉信号強度を比較し、深度位置データ、およびメモリデータバンク２２３から予め記憶された強度補正データを検索するためのアドレスデータとしての空間位置とともに使用される強度補正データを生成することによって達成され得る。
【００６７】
処理システム２１８は、強度補正データおよび深度補正データを、検出された空間的に分解された干渉信号の測定強度と結合させることによって、検出された空間的に分解された干渉信号を規格化する。規格化された、検出された空間的に分解された干渉信号の強度は、データバンクに記憶され、予め記憶されたブドウ糖濃度データの基準マップを含むデータと相関せしめられる。
【００６８】
これは、規格化された、検出された空間的に分解された干渉信号強度データを深度データ、およびメモリデータバンク２２３から予め記憶された相関データ、または基準マップを検出するためのアドレスデータとしての空間位置を用いることによってなされる。補正データは、ブドウ糖濃度データおよび重み付け因子データを含んでいる。
【００６９】
補正データは、処理されて、補正データから導出されるすべてのブドウ糖濃度の重み付けされた平均値を計算し、許容され得るブドウ糖濃度範囲を確立し、許容されたブドウ糖濃度の範囲外にあるブドウ糖濃度を除外し、そして、ブドウ糖濃度の減じられた組の重み付けされた平均値を再計算することによって、生体組織（目標対象物）のブドウ糖濃度（属性）を決定する。
【００７０】
補正データがまた、処理され、探査信号が皮膚表面上の位置的特性またはマークに対して位置合わせされる。これは皮膚表面に関係付けられたマルチセグメント検出器からの干渉信号の空間的相関を分析し、コントロールシステム２１９に送られる位置合わせ情報２２５を生成することによって実行され得る。
【００７１】
コントロールシステムは位置合わせ信号２２６を生成する。位置合わせ信号２２６は、光学処理システム２２７を電気機械的手段のような公知の手段によってフレーム２２８に対して動かすために用いられる。光学探査放射線を目標対象物の登録マークに対して移動させるめの種々の方法が、本出願に参考文献として組み込まれた特許出願に開示されている。
【００７２】
干渉信号の完全な検出および処理が複数回にわたって繰り返され、平均ブドウ糖濃度が計算される。必要な場合、再度の位置合わせが処理の間に実行され得る。処理の完全な一周期の繰り返しは、連続的なブドウ糖濃度のモニタリングを校正する。
【００７３】
図３Ａには、クォドラント光電子検出器（光学的データ記憶装置において一般に用いられているのと同様の構造を有する）からなるマルチセグメント検出器が記載されている。この検出器は、典型的に、円形の探査放射線からの後方散乱放射線に集中せしめられる。そのうちの１つが番号３０１で表わされるセグメントはそれぞれ、後方散乱信号から生ずる干渉信号の１／４の量に等しく応答する。この場合、各セグメントは等しい面積を有し、後方散乱放射線に対し空間的に対称となるように配置されている。
【００７４】
図３Ｂは、すべてが同じ面積を有してるわけではない、多数のセグメントを備えた検出器の一例が示してある。詳細な構造は、例えば、セグメントの面積を探査放射線のエネルギプロファイルに一致させること、または外部セグメントを登録マークの特性に一致させることによって最適化され得る。図３Ｃには、従来のＮ×Ｍ検出器アレイ（例えば、４×４）が示してある。このようなアレイは、増大する光源出力に適合する多数個のエレメントによって形成される。多数個のアレイによって、複数の検出器セグメントの出力は、互いにグループ化され、それによって検出器セグメントの有効面積が増大する。
【００７５】
このグループ化は、光学処理システムを登録マークに関係する処理情報に応答して位置合わせする方法として、ダイナミックになされ得る。この位置合わせのアプローチは、光学処理の物理的な再位置決めを必要としないが、物理的な再位置決めと組合わせることはもちろん可能である。例えば、ダイナミックなグループ化は、再位置合わせの間に、標準的なグループ化とコンパチブルな位置合わせを実現する位置合せによって用いられ得る。
【００７６】
図３Ｄには、そのうちの１つが番号３０２によって表わされた、ボールアレイからなるマスクが示されている。マスクは、不透明な材料によって周囲を取り込まれており、図３Ｃの検出器アレイとともに使用するのに適している。１つまたはそれ以上のマスクが、異なる検出器セグメント間の信号の干渉または重畳を減じるために用いられ得る。図３Ｄはまた、そのうちの１つが番号３０２によって示されるマイクロレンズアレイを示したものである。
【００７７】
このようなマイクロレンズアレイは、放射線をマルチセグメント検出器上に収束させるのに適している。長いラーレーレンジを有する類似のマイクロレンズアレイは、放射線を目標対象物中に収束させるのに適している。別のマスクおよびマイクロレンズアレイの構造は、異なる面積をもつ複数のホールまたはレンズを有していて、光学的放射線の外側部分に対してより大きな直径のホールまたはレンズを用いることにより、光学的出力を均一化することを助ける。
【００７８】
図４は、探査放射線４０１をビーム・ステアリング・ミラー４０３（図２の２０８）にによって目標対象物４０２に適用するための構成を示したものである。探査放射線４０１は、剛体のハウジング４０４内の（透明な位相からなる）アパーチャを通って目標対象物４０２に向けられる。ハウジング４０４の下側から見たとき、目標対象物に対して直接物理的に接触した状態にあるが、それを図４Ｄに示した。
【００７９】
図４Ｂにおいて、探査放射線４０５は、ハウジング中央のアパーチャに集中せしめられている。ハウジング４０６の図示された下面（変形可能である）は、埋め込まれたゆがみゲージを有し、このゲージは、その１つが４０７で表されるが、接着された金属製の応力ゲージまたは半導体緩圧分散ゆがみゲージのようなゲージからなっている。ハウジング４０６はまた、温度センサ４０８のような環境センサを含み得る。温度センサ４０８は、アパーチャのまわりに配置されたリングに熱的に接触した状態にあり、目標対象物に対しても接触している。環境センサの電気的出力は、図１の電子処理システム１０５によって利用される。
【００８０】
図１の電子処理システム１０５が種々の電気信号を処理できるようにする構成が図５に示されている。図５において、データバンク５０１は、２５６メガバイトのオーダの記憶容量を有するフラッシュメモリのようなメモリ中に記憶される。モード制御データ５０２が、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）およびマルチプレクサを含むモジュールによって特定の環境信号５０３または干渉信号５０４を選別するために用いられる。このＡ／Ｄマルチプレクサモジール５０５は、データバンクメモリ５０１をアドレス指定するために、モードデータ５０２に結合せしめられるアドレスデータ５０６のような選択された信号をデジタル化して使用可能にする。
【００８１】
データバンクメモリの出力データ５０７は、電子処理システム１０５（図１参照）が使用できるように処理される。出力データ５０７は、モードデータ５０２およびアドレスデータ５０６に関係する対応する信号に依存する補正データまたはブドウ糖濃度からなっている。モード選択データは、最上位ビットまたは最下位ビットの間の選択をすることによって、８または１６ビットよりも高い精度を許容することを含んでいる。
【００８２】
出力データ５０７のデータバスは双方向のデータバスであり、決定されるブドウ糖濃度、環境条件、およびブドウ糖濃度決定に関する測定時間、およびフィギュア・オブ・メリットの情報がデータバンクメモリに記憶されて、将来の分析およびの利用のために用いられ得る。上述の補正および処理技術によって決定された現在のブドウ糖濃度がディスプレイ表示され、警告をトリガするために使用され、または例えば、リモートモニタリングまたはデータ・ログのために無線技術によって送信される。
【００８３】
別の実施例が図６に示されている。この実施例によれば、ＳＬＤ、ＬＥＤまたはモードロックレーザのような光源６０１は、光学レンズ６０３（または光学レンズ系）によって広範囲に広がる放射としてコリメートされた放射線６０２を生成する。コリメートされた広範囲に広がる放射線６０４は、第１ビームスプリッタ６０５によって選定され、そして、コリメートされた広範囲に広がる放射線６０６の第１の部分が光学ステアリング・ミラー６０８によって目標対象物６０７に適用されて、目標対象物に中における後方散乱放射線を生成する。
【００８４】
広範囲にわたって広がる放射線６０４の第２の部分は、第１ビームスプリッタ６０５によって第２のビームスプリッタ６３０に向けられ、そしてそこで、第１および第２の参照放射線に分離される。第１の参照放射線６１０は変調反射素子６１１によって反射せしめられる。変調反射素子６１１の変調周波数は、制御信号６１２によって制御される。第２の参照放射線６１３は変調反射素子６１４によって反射せしめられる。変調反射素子６１４の変調周波数は制御信号６１５によって制御される。変調反射素子６１１および６１４は（ここに組み込まれた参照文献に記載されているように）位相変調を行い、または圧電素子によって変調が行なわれる。
【００８５】
第１および第２の参照放射線６１０および６１３の相対光路長が関係する干渉信号が、対応する目標対象物内の深度差を決定する。変調制御信号６１２、６１５は異なる周波数成分を有し、関係する干渉信号が電子的フィルタリングによって分離され得るようする。
【００８６】
変調され反射された第１および第２の参照放射線が、ビームスプリッタ６３０（ビーム結合器としても機能する）内において再結合される。再結合された参照放射線６０９は第１ビームスプリッタ６０５（ビーム結合器としても機能する）に向けられ、そしてそこで、目標対象物中において生成された後方散乱放射線の一部と結合せしめられ、目標対象物中の２つの深度から干渉分光学的情報を含む複合干渉信号６１６を生成する。
【００８７】
複合干渉信号６１６は光電子検出器６１７によって検出され、光電子検出器６１７は図３に示されたマルチセグメント検出器からなっている。この光電子検出器６１７は空間的に分解された干渉信号を検出する。マルチセグメント検出器からの出力信号、すなわち空間的に分解された干渉信号６２９は、処理システム６１９に送られる。コントロールシステム６１９は、光源６０１および変調反射素子６１１および６１４を信号６２１、６１２および６１５によって制御する。
【００８８】
コントロールシステム６１９はまた、処理システム６１８が異なる深度位置に対応する干渉信号に関係付けられた情報を分解できるようにするタイミング信号６２０を供給する。この電子的フィルタリングによって、異なる深度に対応して、空間的に分解された情報がマルチセグメント検出器によって検出された干渉信号のそれぞれから引き出され得るようにする。
【００８９】
好ましい実施例によれば、処理システム６１８はまた、ひずみゲージおよび温度センサのようなセンサ６２２から環境信号６３１を受信して環境因子の影響を補正する。この補正は、公知のアドレス／データバス６２４を用いて、メモリデータバンク６２３から検索された予め記憶された深度補正データと組み合わせることによってなされる。検索された深度補正データは、サンプルタイミング信号を変更するため、または測定された干渉信号強度を補正するために使用される。
【００９０】
処理システム６１８はまた、前に説明したように、検出された空間的に分解された干渉信号の強度を補正する。処理システム６１８は、強度補正データおよび深度補正データを検出された空間的に分解された干渉信号の測定された強度と結合することによって、検出された空間的に分解された干渉信号を規格化する。規格化された検出された空間的に分解された干渉信号の強度は、メモリ内に記憶されたデータバンクからのデータと相関せしめられるる。
【００９１】
相関データは処理され、生体組織（目標対象物）のブドウ糖濃度（属性）を決定し、また、コントロールシステム６１９に送られる位置合わせ情報６２５を生成することによって皮膚表面上の位置決め特性またはマークに対して探査信号を合わせするために用いられる。コントロールシステムは、位置合わせ信号６２６を生成し、位置合わせ信号６２６は光学処理システム６２７を電気機械的手段のような公知の手段によってフレーム６２８に対して移動させるために用いられる。
【００９２】
別の実施例では、付加的な振動からの干渉信号が２つの変調反射素子を用いることによって得られる。各検出器セグメント毎に、４つの異なる深度から干渉信号を得るのに適した複数の参照放射線特性が図７に示されている。探査放射線から分離された放射線７０１が、３つのビームスプリッタ７０２、７０３および７０４によって４つの参照放射線に分離される。４つの参照放射線７０５、７０６、７０７および７０８は、４つの変調反射素子７０９、７１０、７１１および７１２によって反射せしめられる。４つの変調反射素子７０９、７１０、７１１および７１２はそれぞれ異なる周波数において変調を行なう。
【００９３】
別の実施例によれば、１つまたはそれ以上の変調反射素子は、異なる光路長を規定し、それによって、異なる深度に対応する干渉信号を生成するゾーン（またはセグメント）を有し得る。この特徴が図８Ａに示されている。図８Ａでは、拡大された側面図において、参照放射線８０１が、正面８０３（破線で示される）が典型的に無反射コーティングを有する複合またはゾーン反射素子８０２に向けられる。
【００９４】
後面は、第１のゾーンを構成する反射面８０６、８０７、および第３のゾーンを構成する反射面８０８からなる多重反射面を備えている。これらのゾーンはさらに、図８Ｂに示されており、図８Ｂでは、第１のゾーン８０９、第２のゾーン８１０、第３のゾーン８１１が示されたゾーン反射素子の後面が示されている。
【００９５】
これらのゾーンは、再び図８Ｃに示されるように、マルチセグメント検出器に適合するように設計される。第３のゾーン８１１は、マルチセグメント検出器の中央の４つの検出器セグメントに適合し、第１のゾーン８０９は１６の検出器セグメントの外側リングに適合する一方、第２のゾーンは残りの１２の検出器セグメントに適合する。これらの複数のゾーン（またはレベル）反射素子は、（単一のゾーンのみを有する）単一レベル反射素子と組み合わせて使用され、前述の位相変調および圧電変調技術を用いて変調される。
【００９６】
別の実施例では、単一のマルチゾーン反射器および電気機械的音声コイルのような従来の移動技術によって、光学処理システムの全体が目標対象物に対して移動せしめられる。移動は移動速度によって決定される周波数で干渉信号を生成する。このアプローチは、位相変調器または圧力変調器必要としないという長所を有している。
【００９７】
反射素子および変調素子に対する多くのアプローチの組合わせがまた、特定のアプリケーションを最適化するために使用可能である。本出願の目的に関して、複合反射系は以下のものを含んでいる。すなわち、例えば、図７に示されるような、マルチシングルゾーン反射素子ビームスプリッタ、例えば、図８Ａおよび図８Ｂ示されるような、シングルマルチゾーン反射素子、１つ以上のマルチゾーン反射素子およびビームスプリッタ、シングルゾーンおよびマチゾーン反射素子の組み合わせ。
【００９８】
このような複合反射系は、参照放射線を生成し、この参照放射線は三次元空間的に分解された情報を含む同時干渉信号を生成する。空間的に分解された情報を引き出すことは、マルチセグメント検出器によって干渉信号を検出し、異なる深度に関係する情報を電子的フィルタリングによって異なる干渉信号から分離することを含んでいる。
【００９９】
光学系のさらに別の実施例が図９に示されている。第１のモードロックレーザのような第１の光源９０１は探査放射線９０２を生成し、この探査放射線９０２は光学レンズ９０３（または光学レンズ系）によって広範囲に広がるビームにコリメートされる。広範囲に広がるコリメートされた探査放射線９０４は、ビームスプリッタ９０５によって方向選定され、そして、広範囲に広がるコリメートされた探査放射線９０６の一部が目標対象物９０７に適用される。
【０１００】
後方散乱放射線が目標対象物中において生成され、後方散乱放射線の一部がビームスプリッタ９０５によって第２のビームスプリッタ９１０に向けられる。後方散乱放射線の再方向選定された部分には、番号９０９が付されている。第２のモードロックレーザのような第２の光源９１１は、その出力が同様にして光学レンズ９１２（または光学レンズ系）にコリメートされて広範囲に広がるコリメートされた走査参照放射線９１３を形成する。
【０１０１】
走査参照放射線９１３および後方散乱放射線部分９０９がビームプリッタ９１０（またはビーム結合系としても機能する）において結合されて光電検出器９１６および９１７によって検出される補助干渉分光学的信号９１４、９１５を生成する。光電検出器は、マルチセグメント検出器からなっており、それ故、空間的に分解された干渉信号を検出する。
【０１０２】
マルチセグメント検出器からの出力信号、すなわち空間的に分解された干渉信号９１８および９１９は、前述の実施例の場合と同様に処理システムに送られる。この実施例では、超高速電子深度走査が光源９０１、９１１のようなモードロックレーザを用いることによってなされる。光源９０１は探査レーザであり、光源９１１は参照レーザである。
【０１０３】
探査および参照レーザダイオードを異なる周波数においてモードロックすることによって、目標対象物中の順次変化する深度から生じた意味のある干渉信号が、モードロック周波数の差によって決定される繰り返し周波数で生成される。モードロックは、ＲＦ信号９２１および９２０を光源９０１および９１１に適用することによってなされ得る。これらの電気的ＲＦ信号はメガヘルツのオーダの周波数の差を有し得る。
【０１０４】
これによって、電子的深度走査が目標対象物中のモーション・アーチファクトに対して高速で可能となる。この実施例において、情報は（同時的よりもむしろ）順次異なる深度から得られるにもかかわらず、その情報は同時的情報となる。なぜなら、シーケンシャルな情報が高速度で獲得され、それ故、運動の影響を受けないからである。
【０１０５】
電子深度走査はさらに、本出願に参考文献として組み込まれる特許出願中に記載されている。別の実施例によれば、検出された干渉信号９１８および９１９は、環境因子によって補正され、規格化され、そして、予め記憶された基準マップと相関せしめられて目標対象物の属性の測定をもたらす。
【０１０６】
好ましい実施例の上記説明は、ブドウ糖濃度のモニタリングへのアプリケーションに基づいているが、本発明は、多くの潜在的なアプリケーション、すなわちそれらに限定されないが、バイオメトリック分析、アーチファクトの欠陥分析、紙幣のような書類が真正であることの証明を含むアプリケーションを伴っている。
【０１０７】
バイオメトリック分析へのアプリケーションにおいて、各個人の識別は、皮膚および生体組織の下位の表面の三次元マップを、通常の指紋分析技術に結合させることによってより高精度でなされる。本出願の目的に関して、「指紋」という用語は通常の指紋および皮膚生体組織の下位の表面および皮膚表面上に存在する任意の物質の三次元マップを含む。
【０１０８】
このような三次元高速分析はまた、人工的なプリントが用いられていること、また、分析される生体組織が生体の生体組織であることを証明することができる。このアプリケーションにおいて、データバンクメモリは巨大な集中されたディスクベースの記憶システムからなっている。データバンクとの通信は、公知の無線技術、または公知のイントラネット、またはインターネット通信技術によってなされる。
【０１０９】
プラスチックまたはセラミック製のパーツ、生物学的または半導体コンポーネントのようなアーチファクトが分析され、それらに欠陥のないことが確認される。登録マークは欠陥のないアーチファクトの縁および表面からなっている。基準マップは欠陥のないアーチファクトに対応する干渉信号データを含み、容易に更新可能な中央ディスクに記憶される。フィギュア・オブ・メリットの補正は、このアプリケーションにおいては、典型的には製造ライン環境においてアーチファクトを拒絶し、または許容するために用いられる。
【０１１０】
紙幣が真正であることの証明へのアプリケーションにおいて、このアプローチの長所は、内部的な下位の表面のまたは埋め込まれた特性が分析され、紙幣が真正であることの証明に用いられ得るということである。このアプリケーションにおいて、登録マークは紙幣の表面上の適切なマークからなっている。基準マップは異なる主要な紙幣の表現からなり、フィギュア・オブ・メリットは目標紙幣が、特定の主要な紙幣の真正なバージョンであるかどうかを決定するために用いられ、環境センサは温度または湿度を測定する。
【０１１１】
一般に、本出願の目的に関して、フィギュア・オブ・メリットという用語は、補正データの任意の機能を含んでおり、属性が決定される信頼性または精度に関係付けられる。フィギュア・オブ・メリットを決定するのに適した補正データの機能は、それに限定されないが、補正データの平均偏差および補正データの部分群の平均偏差を含んでいる。校正プロセスおよび目標対象物の属性を決定するプロセスの両方において、補正データが処理され、フィギュア・オブ・メリットが生成される。
【０１１２】
フィギュア・オブ・メリットはモニタの状態を表わすために用いられ得る。モニタの状態は、それに限定されないが、必要とされるモニタの再校正または許容されたモニタ上の増大した信頼性を含んでいる。状態は、ディスプレイを用いて、またはその他の通信方法を用いて、またはモニタの１つまたはそれ以上の機能または性能の使用を可能とすることまたは不可能とすることによって表示される。
【０１１３】
これまでの記述は、もっぱら説明を意図したものであって、本発明の構成を限定するものではない。上記実施例の多くの変形および組合わせが可能であり、例えば、別の環境センサとして、パルス率または湿度を用いるために、種々の組合わせおよび構成が用いられ得る。
【０１１４】
広範囲にわたって広がる放射線は、単一の光源よりもむしろＶＣＳＥＬアレイ（垂直キャビティ表面照射レーザアレイ）、ＳＬＤアレイまたはＬＥＤアレイのような光源のアレイによって生成され得る。このようなアレイはマルチセグメント検出器に空間的に適合したマイクロレンズアレイによってコリメートされる。このようなアレイを用いることの利点は、隣接する光学的信号間のクロストークに対する影響を防止できることにある。なぜなら、それらは互いにインコヒーレントだからである。第１および第２のモードロックレーザは、モードロックレーザダイオードまたはモードロックマイクロレーザからなっていてもよい。
【０１１５】
上で説明されたマルチセグメント検出器は、二次元の検出器であり、高度の対称性を有している。多数の別のトポロジーが使用可能であり、それらは対称性を伴わないものや、一次元のセグメントアレイを含んでいる。一次元セグメントアレイは、二次元的な同時的情報をもたらす。二次元の同時的情報の組が光学系を公知の手段によって移動させることにより情報の三次元的な組を与えることによって獲得され得る。同様に、単一のセグメント検出器が一次元的な同時情報を与えるために用いられ、一次元的同時情報の組が光学系を公知の手段によって移動させることにより、情報の二次元または三次元的な組が得られる。
【０１１６】
ビームスプリッタは、くさび状のまたは平行な面を備えた出力カプラから構成され得る。ペリクルスがまた、ビームスプリッタとして使用され得る。本発明の説明された構成は、自由空間において実行される。本発明のそれと等価な光ファイバに基づく構成がまた可能である。光ファイバに基づく実施例において、光ファイバスプリッタがビームスプリッタとして用いられ、ファイバブラッグ格子またはファイルバループが反射素子として用いられる。
【０１１７】
図２、６および７に示された複合参照ビームと呼ばれる複数の参照ビームを生成させる実施例に加えて、他の多くの変形実施例を創作することが可能である。例えば、図２を参照して、部分反射素子２１１の位置が変更され、そして、反射素子２１４は変更されず、あるいは素子２１１および２１４の両方がいずれも変更され得る。素子２１４はまた、部分反射素子から構成され得る。一般に、複合参照放射線は、少なくとも２つの反射素子および少なくとも１つの変調素子によって生成される。
【０１１８】
また、別のアプリケーションが可能である。例えば、画像生成のアプリケーションにおいては、異なる環境条件下に、干渉信号データの組を繰り返し生成し、記憶することが含まれる。記憶されたデータの組は、将来的な分析のための基準マップとなり、例えば、生体組織中の異常な変化をモニタリングすることを容易にする。このような変化の分析は、皮膚癌のような悪条件の進行、またはやけどのようなトラウマ的な損傷後の治癒の経過を日常的にモニタリングする方法を提供する。
【０１１９】
上述の実施例は、光学的な放射線を使用するが、本発明は、光学的な使用に限定されるものではない。本発明は、別の形態の放射線、すなわち限定されないが、超音波のような音響放射線、およびマイクロ波放射線、またはＸ線のような別の形態の電磁的放射線を使用することができる。
【０１２０】
基準マップを使用して、または使用せずに、画像生成のアプリケーションにおいて、マルチセグメント検出器によって捕捉された複数の空間的に分解された干渉信号を同時に検出することができる。複数の反射素子を使用することによって、速度をあげて深度走査をすることが可能となる。これによって、モーション・アーチファクトに影響を及ぼされない高速画像生成技術が実現可能である。
【０１２１】
それ故、本発明の構成は、上述の実施例の説明のみで決定されるものではなく、添付の請求の範囲および図面、並びにこれらの請求の範囲および図面に記載された構成およびその均等物を考慮して決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明による無侵襲分析システムを示す図である。
【図２】無侵襲分析システムのより詳細な図である。
【図３】マルチセグメント検出器、マスク、およびマイクロレンズアレイを示す図である。
【図４】環境センサとともにハウジング内に取り付けられた走査ミラーを示す図である。
【図５】デジタル化および多重化モジュール、並びにデータバンクメモリを示す図である。
【図６】無侵襲分析システムの別の実施例を示す図である。
【図７】４つの反射素子を備えた複合反射系を示す図である。
【図８】異なる深度領域をもって反射素子を示す図である。
【図９】システムの光学的特徴の別の実施例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【国際調査報告】
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