(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサアレイで、複数の電磁インピーダンス読み取り値を、患者の表皮層と、前記患者の真皮層又は皮下層とから、前記患者の表皮層の前記読み取り値と、前記真皮層又は皮下層からの前記読み取り値との間の差が閾値を超えるまで繰り返し計測するステップと、
前記差を表すインピーダンス値を、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用して算出するステップと、
前記患者の血中代謝物濃度を、前記インピーダンス値及び血中代謝物濃度アルゴリズムから測定するステップであって、前記血中代謝物濃度アルゴリズムは、前記患者の血中代謝物濃度データ対電磁インピーダンスデータ値の対応を含む、ステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記患者の前記血中代謝物濃度及び前記患者の既知の血中代謝物濃度に基づいて前記センサアレイを較正するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記血中代謝物濃度がグルコース濃度である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記個人調整因子データが、前記患者の体重、前記患者の性別、前記患者の体脂肪率、前記患者の心拍数、患者の年齢、及び患者の人種のうちの少なくとも１つに関する情報を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
繰り返し計測する前記ステップが、約１分〜約６分内で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記患者の前記真皮層又は前記皮下層から繰り返し計測する前記ステップが、前記患者の１グルコースサイクル以内に実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
繰り返し計測する前記ステップが、前記表皮層、真皮層又は皮下層から前記複数の電磁インピーダンス読み取り値を連続して計測するサブステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記センサアレイが、少なくとも８個のセンサを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記等価回路モデルが、
Ｄ＝（（ＺＫ／（ＺＪ＋ＺＫ））−（ＺＭ／（ＺＭ＋ＺＬ））
（式中、ＺＪは、前記表皮層からの第１の電磁インピーダンス読み取り値であり、ＺＭは、前記表皮層からの第２の電磁インピーダンス読み取り値であり、ＺＫは、前記真皮層又は前記皮下層からの第１の電磁インピーダンス読み取り値であり、ＺＬは、前記真皮層又は前記皮下層からの第２の電磁インピーダンス読み取り値であり、Ｄは、前記差を表す前記インピーダンス値である）
を有する等価回路式を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複数の電磁インピーダンス読み取り値を、患者の表皮層と、前記患者の真皮層又は皮下層とから、前記患者の表皮層の前記読み取り値と、前記真皮層又は皮下層からの前記読み取り値との間の差が閾値を超えるまで繰り返し計測するセンサアレイと、
前記差を表すインピーダンス値を算出する計算器であって、前記算出が、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用することを含む、計算器と、
前記患者の血中代謝物濃度を前記インピーダンス値及びグルコースアルゴリズムから測定する測定器と
を備える、監視システム。
【請求項１１】
電磁信号を生成し、前記電磁信号を前記センサアレイに送信する信号生成器をさらに備える、請求項１０に記載の監視システム。
【請求項１２】
前記電磁信号を分析し、前記電磁インピーダンス読み取り値を生成する信号分析器をさらに備える、請求項１１に記載の監視システム。
【請求項１３】
前記電磁インピーダンス読み取り値を、約１０Ｈｚ〜１０ＭＨｚの周波数で得る、請求項１０に記載の監視システム。
【請求項１４】
前記センサアレイが、少なくとも８個のセンサを含む、請求項１０に記載の監視システム。
【請求項１５】
前記少なくとも８個のセンサが実質的に直線状に配列されている、請求項１４に記載の監視システム。
【請求項１６】
前記センサアレイが、前記患者の前記表皮層に、直線状の配列に位置する電流送り出し電極、電流検知電極、及び２つの電圧検知電極を含む、請求項１０に記載の監視システム。
【請求項１７】
コンピュータ可読媒体に格納されたプログラム製品であって、
実行時に、
患者の血中代謝物濃度を、センサアレイを使用して前記患者から非侵襲的に集められた複数の電磁インピーダンス読み取り値であって、患者の表皮層と、前記患者の真皮層又は皮下層とから、前記患者の表皮層の前記読み取り値と、前記真皮層又は皮下層からの前記読み取り値との間の差が閾値を超えるまで繰り返し計測された前記複数の電磁インピーダンスに基づいて、前記患者の単一の血中代謝サイクル以内で測定することを行い、
前記患者の前記血中代謝物濃度及び前記患者の既知の血中代謝物濃度に基づいて前記センサアレイを較正する命令を出すことをさらに行う、プログラム製品。
【請求項１８】
前記患者からの前記複数の電磁インピーダンス読み取り値の計測に使用される電磁信号を、前記センサアレイに送信するように信号生成器に命令を出すことをさらに行う、請求項１７に記載のプログラム製品。
【請求項１９】
複素インピーダンス値を、前記複数の電磁インピーダンス読み取り値から算出すること、及び、
前記患者の前記血中代謝物濃度を、前記複素インピーダンス値及び血中代謝物アルゴリズムに基づいて測定すること
をさらに実行する、請求項１７に記載のプログラム製品。
【請求項２０】
前記複素インピーダンス値を前記算出することが、等価回路モデル及び前記患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用することを含む、請求項１９に記載のプログラム製品。
【請求項２１】
前記血中代謝物濃度が、患者のグルコース濃度である、請求項１７に記載のプログラム製品。
【請求項２２】
前記電流送り出し電極、前記電流検知電極及び前記２つの電圧検知電極が、前記センサアレイにおいて互いに等間隔に配置される、請求項１６に記載の監視システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、部分的には、２００８年１０月２７日に出願された米国特許出願第１２／２５８，５０９号及び２００９年６月９日に出願された米国特許仮出願第６１／１８５，２５８号に関し、これらは参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
[0002]本開示は、患者の血中代謝物濃度（ｂｌｏｏｄ  ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅ  ｌｅｖｅｌ）の非侵襲的監視に関する。より詳細には、本開示は、センサアレイ及び電磁インピーダンス断層撮影を用いて患者の血中代謝物濃度を非侵襲的に監視するための解決策に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]グルコース濃度、乳酸濃度及び水和レベルなどの血中代謝物濃度は、患者の健康及び身体の状態についての重要な指標である。非侵襲的血中代謝物監視システムにおいて、生物学的データの計測値は、患者の身体の表面（表皮）で取られる。これらの表面計測値は、下の層（例えば、真皮層又は皮下層）で取られる侵襲的な計測値と比べて、身体の変化に影響を受けやすい。体温、発汗、水分レベルなどの変動が、患者の生物学的データに急速且つ劇的な変化を引き起こす可能性がある。表皮層を介して（皮膚上でセンサを使用して）生物学的データ（すなわち、血中代謝物濃度）を測定しようとする際、こういった変化を補正するなかで困難が生じる。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]患者の血中代謝物濃度の非侵襲的監視を可能にする解決策を開示する。一実施形態において、本方法は、センサアレイで、複数の電磁インピーダンス読み取り値を、患者の表皮層及び患者の真皮層又は皮下層のいずれかから、読み取り値間の差が閾値を超えるまで繰り返し計測するステップと、差を表すインピーダンス値を、等価回路モデル及び患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用して算出するステップと、患者の血中代謝物濃度を、インピーダンス値及び血中代謝物濃度アルゴリズムから測定するステップであって、血中代謝物濃度アルゴリズムは、患者の血中代謝物濃度データ対電磁インピーダンスデータ値の対応を含む、ステップとを含む。
【０００５】
[0005]本発明の第１の態様は、センサアレイで、複数の電磁インピーダンス読み取り値を、患者の表皮層及び患者の真皮層又は皮下層のいずれかから、読み取り値間の差が閾値を超えるまで繰り返し計測するステップと、差を表すインピーダンス値を、等価回路モデル及び患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用して算出するステップと、患者の血中代謝物濃度を、インピーダンス値及び血中代謝物濃度アルゴリズムから測定するステップであって、血中代謝物濃度アルゴリズムは、患者の血中代謝物濃度データ対電磁インピーダンスデータ値の対応を含む、ステップとを含む方法を提供する。
【０００６】
[0006]本発明の第２の態様は、複数の電磁インピーダンス読み取り値を、患者の表皮層及び患者の真皮層又は皮下層のいずれかから、読み取り値間の差が閾値を超えるまで繰り返し計測するセンサアレイと、差を表すインピーダンス値を算出する計算器であって、等価回路モデル及び患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを含む計算器と、患者の血中代謝物濃度を、インピーダンス値及び血中代謝物濃度アルゴリズムから測定する測定器とを備える、血中代謝物濃度監視システムを提供する。
【０００７】
[0007]本発明の第３の態様は、実行時に、患者の表皮層及び患者の真皮層又は皮下層のいずれかに関する複数の電磁インピーダンス読み取り値を得ること、電磁インピーダンス読み取り値を分析して、差を求めること、差を表すインピーダンス値を、等価回路モデル及び患者の生理学的特徴を表す個人調整因子データを使用して算出すること、並びに患者の血中代謝物濃度を、インピーダンス値、及び患者の血中代謝物濃度データ対電磁インピーダンスデータ値の対応を含む血中代謝物濃度アルゴリズムから測定することを実行する、コンピュータ可読媒体に格納されたプログラム製品を提供する。
【０００８】
[0008]本発明の第４の態様は、患者の血中代謝物濃度を、患者から計測された複数の電磁インピーダンス読み取り値に基づいて、患者の単一の血中代謝サイクル以内で測定するデバイスを備える血中代謝物監視システムを提供する。
【０００９】
[0009]本発明の第５の態様は、患者の血中代謝物濃度を監視する方法であって、患者の血中代謝物濃度を、患者から計測された複数の電磁インピーダンス読み取り値に基づいて、患者の単一の血中代謝サイクル以内で測定するステップを含む方法を提供する。
【００１０】
[0010]本発明の第６の態様は、実行時に、患者の血中代謝物濃度を、患者から集められた複数の電磁インピーダンス読み取り値に基づいて、患者の単一の血中代謝サイクル以内で測定することを実行する、コンピュータ可読媒体に格納されたプログラム製品を提供する。
【００１１】
[0011]本発明の第７の態様は、電磁信号を送信する信号生成器と、電磁信号を信号生成器から受信し、電磁信号を患者に印加し、複数の電磁インピーダンス読み取り値を、患者の表皮層及び患者の真皮層又は皮下層のいずれかから非侵襲的に計測するセンサアレイと、複数の電磁インピーダンス読み取り値間の差を閾値と比較する比較器と、信号生成器及び比較器を制御するコントローラであって、送信、非侵襲的計測、及び差が閾値未満であることに応答しての比較を繰り返す命令を出すコントローラとを備える血中代謝物監視システムを提供する。
【００１２】
[0012]本発明の第８の態様は、実行時に、電磁信号をセンサアレイに送信すること、患者の表皮層及び患者の真皮層又は皮下層のいずれかから集められる複数の電磁インピーダンス読み取り値を、センサアレイから受け取ること、複数の電磁インピーダンス読み取り値間の差を閾値と比較すること、並びに送信、受け取り、及び差が閾値未満であることに応答しての比較を繰り返す命令を出すことを実行する、コンピュータ可読媒体に格納されたプログラム製品を提供する。
【００１３】
[0013]本発明の第９の態様は、患者の血中代謝物濃度を監視する方法であって、電磁信号をセンサアレイに送信するステップと、複数の電磁インピーダンス読み取り値をセンサアレイから受け取るステップであって、電磁インピーダンス読み取り値は、患者の表皮層及び患者の真皮層又は皮下層のいずれかから集められる、ステップと、複数の電磁インピーダンス読み取り値間の差を閾値と比較するステップと、送信、受け取り、及び差が閾値未満であることに応答しての比較を繰り返すステップとを含む方法を提供する。
【００１４】
[0014]本発明のこれらの及びその他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示す添付の図面に関連づけてなされる、以下の、本発明の種々の態様の詳細な説明からより容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を実施するための例示的な環境及びコンピュータインフラストラクチャの構成図である。
【図２】本発明の諸実施形態による、患者のグルコース濃度の監視におけるステップを示す流れ図である。
【図３】本発明の一実施形態による、グルコース監視装置の下面図である。
【図４】本発明の別の実施形態による、グルコース監視装置の下面図である。
【図５】本発明の諸実施形態による、グルコース監視装置の概略図である。
【図６】本発明の代替実施形態による、グルコース監視装置の下面図である。
【図７】本発明の諸実施形態による、等価回路モデルの図である。
【図８】本発明の一実施形態による、グルコース監視装置の上面図である。
【図９】本発明の一実施形態を実施するための例示的な環境及びコンピュータインフラストラクチャの構成図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、センサアレイの概略側面図である。
【図１１】本発明の諸実施形態に従って使用される検査パターンを含む表である。
【図１２】図１１の検査パターンに対応するセンサアレイの概略側面図である。
【図１３】本発明の諸実施形態による、試験中に得られる電磁インピーダンスの値を含む表である。
【図１４】本発明の諸実施形態による、試験中に使用される等価回路モデルの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0029]本発明の図面は正確な縮尺でないことに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様のみを示すことを意図されており、したがって、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面において、同様の番号は、各図面間で同様の要素を表している。
【００１７】
[0030]患者の血中代謝物濃度を非侵襲的に監視するための解決策が、図示され、本明細書中で説明される。血中代謝物濃度情報は、患者の複数の身体の状態を判定するために使用され得ることが理解される。水和レベル及び乳酸濃度などの他の血中代謝物濃度を、本明細書に記載の解決策を使用して監視してもよいが、グルコース濃度を、主たる説明用の例として使用する。これらの解決策は、過度な実験をもって患者の水和レベル、乳酸濃度などを監視するように容易に適合できることが理解される。例えば、図１に示し、本明細書に記載するグルコース監視システム１０６、グルコース測定器１２６及びグルコース監視装置１４０は、別法として、すなわち、患者の水和レベル及び／又は乳酸濃度を監視するように構成することもできる。
【００１８】
[0031]図面に移ると、図１は、患者のグルコース濃度を監視するための例示的な環境１００を示す。この点に関して、環境１００は、本明細書に記載の種々の処理を実行することができるコンピュータインフラストラクチャ１０２を含む。特に、グルコース監視システム１０６を備えるコンピューティングデバイス１０４を含むコンピュータインフラストラクチャ１０２を示しており、グルコース監視システム１０６は、コンピューティングデバイス１０４に、本開示のステップを実行することによって患者のグルコース濃度を監視することを可能にさせる。
【００１９】
[0032]コンピューティングデバイス１０４は、メモリ１１２、処理装置（ＰＵ）１１４、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス１１６、及びバス１１８を備える状態で図示されている。また、コンピューティングデバイス１０４は、グルコース監視装置１４０及びストレージシステム１２２と通信している状態で図示されている。一般に、処理装置１１４は、メモリ１１２及び／又はストレージシステム１２２に格納されているグルコース監視システム１０６などのコンピュータプログラムコードを実行する。コンピュータプログラムコードを実行している間、処理装置１１４は、電磁インピーダンス読み取り値１４４などのデータを、メモリ１１２、ストレージシステム１２２、及び／又はＩ／Ｏインターフェイス１１６から読み出すこと、及び／又はそれらに書き込むことができる。バス１１８は、コンピューティングデバイス１０４内の構成要素のそれぞれの間に通信リンクを提供する。
【００２０】
[0033]いずれにしても、コンピューティングデバイス１０４は、ユーザによってインストールされたコンピュータプログラムコードを実行することが可能な、任意の汎用コンピューティング製品（例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ、ハンドヘルドデバイスなど）を含むことができる。しかし、コンピューティングデバイス１０４及びグルコース監視システム１０６は、本発明の種々の処理ステップを実行することができる、可能な種々の等価なコンピューティングデバイスを代表しているに過ぎないことが理解される。この点に関して、他の実施形態において、コンピューティングデバイス１０４は、特定の機能を実行するためのハードウェア及び／又はコンピュータプログラムコードを含む任意の特定用途コンピューティング製品、或いは特定用途及び汎用ハードウェア／ソフトウェアの組み合わせを含む任意のコンピューティング製品などを含むことができる。それぞれの場合において、プログラムコード及び／又はハードウェアは、それぞれ標準的なプログラミング技術及び工学技術を用いて作成することができる。
【００２１】
[0034]同様に、コンピュータインフラストラクチャ１０２は、本発明を実施するための、種々のタイプのコンピュータインフラストラクチャを例示するものでしかない。例えば、一実施形態において、コンピュータインフラストラクチャ１０２は、本発明の種々の処理ステップを実行するために、ネットワーク又は共用記憶域などの任意のタイプの有線及び／又は無線通信リンクを介して通信する２つ以上のコンピューティングデバイス（例えば、サーバクラスタ）を含む。通信リンクがネットワークを含むとき、ネットワークは、１つ又は複数のタイプのネットワーク（例えば、インターネット、ワイドエリアネットワーク、ローカルエリアネットワーク、仮想私設ネットワークなど）のうちの任意の組み合わせを含むことができる。いずれにせよ、コンピューティングデバイス間の通信は、種々のタイプの伝送技術の任意の組み合わせを用いることができる。
【００２２】
[0035]上記で言及し、以下でもさらに検討するように、グルコース監視システム１０６は、コンピューティングインフラストラクチャ１０２に患者のグルコース濃度の測定を可能にさせる。この点に関して、グルコース監視システム１０６は、比較器１１０、計算器１２４、測定器１２６及びオプションで較正器１２８を備える状態で図示されている。図１には、グルコース監視装置１４０も示してあり、これはセンサアレイ１４２を含むことができる。センサアレイ１４２は、電磁インピーダンス読み取り値１４４を患者から得ることができ、患者は、例えばヒトであってもよい。グルコース監視装置１４０は、電磁インピーダンス読み取り値１４４を、グルコース監視システム１０６及び／又はストレージシステム１２２に送ることができる。これらの構成要素のそれぞれの動作は、本明細書においてさらに検討する。しかしながら、図１に示してある種々の機能のうちのいくつかは、独立に実施すること、組み合わせること、及び／又はコンピュータインフラストラクチャ１０２に含まれる１つ又は複数の別個のコンピューティングデバイス用のメモリに格納することができることが理解される。また、システム及び／又は機能のうちのいくつかは、実施されなくてもよく、或いは追加のシステム及び／又は機能が、環境１００の部分として含まれてもよいことが理解される。
【００２３】
[0036]次に、図２に移り、引き続き図１を参照しながら、患者のグルコース濃度を監視する方法の実施形態について説明する。ステップＳ１において、センサアレイ１４２は、複数の電磁インピーダンス読み取り値１４４を、患者の表皮層及び真皮層又は皮下層のいずれかから、読み取り値間の差が閾値を超えるまで繰り返し計測する。電磁インピーダンス読み取り値１４４は、例えば交流信号などの電磁信号に対する、患者の身体部分のインピーダンス（又は「複素」インピーダンス）を計測することによって集められたデータを含み得る。電磁インピーダンス読み取り値１４４は、患者の身体部分のインピーダンスを、ある周波数の範囲にわたって計測することによって得ることができるインピーダンススペクトルのデータを含み得る。周波数の範囲は、例えば１００Ｈｚ〜１０ＭＨｚとすることができる。一実施形態において、周波数の範囲は、１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚとすることができる。周波数範囲は、例えば、電磁信号をセンサアレイ１４２に送ることができる信号生成器によって制御され得ることが理解される。この場合、信号生成器は、グルコース監視システム１０６、グルコース監視装置１４０、又は全く別個の構成要素内の構成要素であり得る。電磁インピーダンス読み取り値１４４（例えば、電位差）は、信号分析器によって計測され得ることがさらに理解される。例えば、電磁インピーダンス読み取り値は、グルコース監視システム１０６、グルコース監視装置１４０、又は全く別個の構成要素内の構成要素であり得るインピーダンスアナライザによって計測され得る。
【００２４】
[0037]図２に戻ると、ステップＳ１は、以下の２つの部分、１）複数の電磁インピーダンス読み取り値１４４を、患者の表皮層から、センサアレイ１４２で計測すること、及び２）複数の電磁インピーダンス読み取り値１４４を、患者の真皮層又は皮下層のいずれかから、センサアレイ１４２で計測することを含み得る。患者の真皮層又は皮下層のいずれかからの複数の電磁インピーダンス読み取り値１４４は、必然的に患者の表皮層についてのデータを含むことが理解される。本明細書に記載のすべての読み取り値１４４は、患者の皮膚の表面（表皮層）で取得しているため、そのような読み取り値は常に表皮層についてのなんらかのデータを含むことになる。例えば、患者の皮下層「から」又は「について」の読み取り値１４４は、皮下層、真皮層（皮下層の上）、及び表皮層（真皮層の上）についての電磁インピーダンスデータを含む。
【００２５】
[0038]次に、センサアレイ１４２について、複数のセンサ２４０、２４２、２５０を有するセンサアレイ１４２、１４３、１４４の例を示す図３〜６を参照しつつ説明する。図３に示すように、センサアレイ１４２は、電流送り出しセンサ２４０、２４２、電流受け取りセンサ２４０、２４２、及び電圧センサ２５０を含み得る。これらの要素のそれぞれの動作は、本明細書において検討する。いくつかの構成において、図示し、説明しているが、センサアレイ１４２及びセンサ２４０、２４２、２５０の配列は、例示的なものでしかない。電流送り出しセンサ２４０、２４２、電流受け取りセンサ２４０、２４２、及び電圧センサ２５０は、図３で示したもの以外の配列で、センサアレイ１４２内に配置することができる。例えば、電圧センサ２５０は、電流送り出しセンサ２４０と２４２の間及び電流受け取りセンサ２４０と２４２の間に、直線状の配列（図４〜５）で配置することができる。しかしながら、電流送り出しセンサ２４０、２４２及び電流受け取りセンサ２４０、２４２は、例えば、電圧センサ２５０間に、直線状の配列で配置してもよい。また、センサアレイ１４２及びセンサ２４０、２４２、２５０は、例えば、円形状又は弧状の配列などの、他の配列で構成することができる。図４〜６は、センサアレイ１４２の代替実施形態を示す。図３に示すように、センサアレイ１４２は、１６個のセンサを含む。しかしながら、センサアレイ１４２は、示した数よりも少ない又は多い数のセンサ２４０、２４２、２５０を含んでもよい。例えば、図４のセンサアレイ１４３は、８個のセンサ２４０、２４２、２５０を含んでいるが、図６のセンサアレイ１４４は、１０個のセンサ２４０、２４２、２５０を含んでいる。センサアレイ１４２及びセンサ２４０、２４２、２５０は、例えば、銀／塩化銀、白金又は炭素などの導電材料で形成されてもよい。しかしながら、センサアレイ１４２及びセンサ２４０、２４２、２５０は、現在知られている又は今後に見いだされる、他の導電材料で形成されてもよい。一実施形態において、センサ２４０、２４２、２５０は、本明細書に記載の機能を実施することが可能な従来の電極であってもよい。
【００２６】
[0039]いずれの場合でも、センサ２４０、２４２、２５０は、機能的に、センサアレイ１４２上で置き換え可能である。センサ２４０、２４２、２５０の置き換えは、センサの物理的な移動及び置換を必要としなくてもよく、グルコース監視システム１０６によるセンサアレイ１４２の再プログラミングによって行うことができる。例えば、センサアレイ１４２は、センサ２４２を電流送り出しセンサから電流受け取りセンサに変更するために、ユーザによってグルコース監視システム１０６を介して再プログラミングされてもよい。また、センサアレイ１４２は、センサ２４２を電流送り出しセンサから電圧センサに変更するために、ユーザによって再プログラミングされてもよい。この互換性は、図４〜６を参照しつつさらに説明する。
【００２７】
[0040]図２及びステップＳ１に戻ると、センサアレイ１４２は、複数の電磁インピーダンス読み取り値１４４を、患者の表皮層及び真皮層又は皮下層のいずれかから、読み取り値間の差が閾値を超えるまで繰り返し計測することができる。表皮層からの複数の電磁インピーダンス読み取り値１４４は、互いにほぼ同時に、又は連続して計測することができる。また、真皮層又は皮下層のいずれかからの複数の電磁インピーダンス読み取り値１４４は、互いにほぼ同時に、又は連続して計測することができる。さらに、表皮層及び真皮層又は皮下層からの複数の電磁インピーダンス読み取り値１４４は、互いにほぼ同時に計測することができる。一実施形態において、表皮層及び真皮層又は皮下層のいずれかからの複数の電磁インピーダンス読み取り値１４４は、患者のグルコース濃度の正確な計測を保証するために、互いに約６分未満で計測することができる。当技術分野で知られているように、ヒト患者の典型的なグルコースサイクル（グルコース代謝の細胞振動）は、約２〜６分の長さである。一部の患者では、このグルコースサイクルは、１０分もの長さになり得る。この場合、複数の電磁インピーダンス読み取り値１４４は、互いに約１０分以内に計測してもよい。患者の１グルコースサイクル以内に複数の電磁インピーダンス読み取り値１４４を計測することで、その患者のグルコース濃度の正確な計測が可能になる。
【００２８】
[0041]表皮層及び真皮層又は皮下層のいずれかからの電磁インピーダンス読み取り値１４４は、それぞれ「浅い」及び「深い」読み取り値として使用されることがさらに理解される。本明細書では、表皮層は、患者の外側の身体表面を覆う皮膚の外層を指す。真皮層は、真皮乳頭層及び真皮網状層を含む表皮の下にある皮膚の層を指す。真皮層はまた、細い血管（毛細血管床（ｃａｐｉｌｌａｒｙ  ｂａｄ））並びにエクリン（汗）腺及び皮脂（油）腺などの特異性細胞を含む。皮下層は、表皮層並びに脂肪組織及び太い血管を含む真皮層の真下の皮膚の層を指す。真皮層及び皮下層を、「深い」読み取り値に関して本明細書で説明するが、表皮の下にある組織の他の層も、十分に「深い」読み取り値を提供し得ることが理解される。
【００２９】
[0042]図４を参照しつつ説明したように、センサアレイ１４３は、複数の交流信号を、患者の異なる層を貫通して送ることができる。一実施形態において、信号生成器（図示せず）は、電磁信号を生成し、その信号をセンサアレイ１４３に送信することができる。この場合、信号生成器は、当技術分野で知られている従来の信号生成器のいずれでもよい。別の実施形態において、センサアレイ１４３は、電磁信号を生成する信号生成器を含むことができる。別の実施形態において、電流送り出しセンサ２４０は、電磁信号を生成可能な従来の信号生成器を含むことができるか、又はそれと電気的に結合していてもよい。いずれの場合でも、電流送り出しセンサ２４０及び電流受け取りセンサ２４２は、患者の（１つ又は複数の）層を導電媒体として使用する電磁回路を作り出す。本明細書に記載するように、電流送り出しセンサ２４０は、患者の（１つ又は複数の）層を貫通して送られ、電流受け取りセンサ２４２によって受け取られる交流信号を生成することができる。交流信号は、患者からのグルコース読み取り値の抽出を最大にする周波数範囲内にあり得る。この周波数の範囲は、約１００Ｈｚ〜約１０ＭＨｚにわたり得る。信号が、患者の層を貫通して送られたとき、電圧差が、その層内で計測され得る。電圧センサ２５０は、患者の層内のこの電圧差を測定し、グルコース監視装置１４０は、この電圧差をグルコース監視システム１０６に送ることが可能である。電圧センサ２５０の数は例示的なものでしかなく、１２個もの電圧センサが、センサアレイ１４３又は他のセンサアレイ１４２、１４４内に存在してもよいことが理解される。
【００３０】
[0043]図５に移ると、図４のセンサアレイ１４３を有するグルコース監視装置１４０の回路図が示してある。図５は、電流送り出しセンサ２４０、電流受け取りセンサ２４２、及び６の（６個の）電圧センサ２５０（一部の符号表示は省略する）を含む。電流送り出しセンサ２４０と電流受け取りセンサ２４２の間に送られる交流信号は、電流分配線２７０によって示す。等電位線２７２もまた示され、スカラーポテンシャル（電圧）が一定の面を示している。また、電流計測値線（「Ｉ」）並びに電圧計測値線「Ｖ１」、「Ｖ２」及び「Ｖ３」が示され、電流及び電圧が、それぞれセンサ２４０、２４２、２５０にわたって測定され得ることを示している。図４に示すように、電圧センサ２５０は、電流送り出しセンサ２４０と２４２の間及び電流受け取りセンサ２４０と２４２の間に、直線状の配列で位置している。３「組」の電圧センサ２５０が、電圧計測値Ｖ１、Ｖ２及びＶ３によって示されている。センサ２４０、２４２、２５０の間の位置関係は、下にある組織（すなわち、「検査中の物質」）の性質と併せることで、電圧が計測され得る深さを規定する。この説明用の例において、交点２８０は、等電位線２７２がどこで電流分配線２７０と交差するかを示すことによって電圧が計測され得る異なる深さを示すことができる。交点２８０は、電流送り出しセンサ２４０及び電流検知センサ２４２から最も遠い電圧センサ２５０が、最も深い組織層における電圧レベルを読み取ることができることを示している。この場合、Ｖ１は、患者の表皮層にわたって電圧読み取り値を表すことができる。Ｖ２は、Ｖ１よりも深い読み取り値を表し、患者の真皮層についてのデータを計測することができる。Ｖ３は、Ｖ２よりも深い読み取り値を表し、患者の皮下層についてのデータを計測することができる。図５から理解されるように、センサ２４０、２４２、２５０の互換性は、センサ種類の操作によって、異なる組織層の測定を可能にすることができる。
【００３１】
[0044]図６は、センサアレイ１４４を有するグルコース監視装置１４０の別の代替実施形態を示す。本実施形態において、それぞれが５つのセンサ２４０、２４２、２５０を含む２つの列が示してある。各列は、電流送り出しセンサ２４０、２４２、電流受け取りセンサ２４０、２４２、及び３つの電圧センサ２５０を含むことができる。電圧センサ２５０は、電流送り出しセンサ２４０と２４２の間及び電流受け取りセンサ２４０と２４２の間に、直線状の配列で位置することができる。グルコース監視装置１４０は、電磁インピーダンス読み取り値１４４を、異なる層（すなわち、表皮、真皮、皮下）で、行内又は列間の電圧センサ２５０の異なる組み合わせを用いて計測することができる。図３〜５に関して同様に記載したように、センサアレイ１４４におけるセンサ２４０、２４２、２５０の種類は、異なる組織層の測定を可能にするために、列内又は列間で置き換え可能である。
【００３２】
[0045]図２に戻ると、ステップＳ２において、比較器１１０は、電磁インピーダンス読み取り値間の差を閾値差と比較する。閾値差は、例えば、単一のインピーダンス値、又は（インピーダンス値の）差が、患者のグルコース濃度を測定するのに足りる、深い読み取り値に関する情報を含むことが確証されるインピーダンス範囲であってもよい。閾値差は、電磁インピーダンス読み取り値を計測するために使用するセンサ２４０、２４２、２５０の位置によって、グルコース監視装置１４０内の電子部品（図示せず）の信号対雑音比によって、また検査中の物質（患者組織）の特徴によって決定され得る。表皮層からの電磁インピーダンス読み取り値１４４の変動を補正するため、差は、真皮層又は皮下層のいずれかにおけるグルコース濃度に関する十分な情報を提供するのに足りる大きさでなければならない。
【００３３】
[0046]ステップＳ３Ａにおいて、差が閾値差未満であることに応答して、計測ステップ及び比較ステップが、差が閾値差を超えるまで繰り返される。本明細書においては「差」と記載しているが、この値は、複雑な数学的値及び／又は複雑な式であってもよい。差は、読み取り値１４４を患者の異なる層から計測し、次の読み取り値１４４を、層間の既知の関係に基づいて調整することの反復処理によって算出することができる。例えば、一実施形態において、最初の交流信号が患者の表皮層を超えて進むかどうかは明らかでない。この場合、センサ２４０、２４２、２５０の位置及び周波数範囲を調整することによって、異なる電磁インピーダンス読み取り値１４４を得ることができる。それらの異なる電磁インピーダンス読み取り値１４４及び患者の皮膚層間の既知の関係から、異なる層の貫通を判定することができる。別の実施形態において、差は、ナイキスト又はニューラルネットワーク技術などの１種又は複数種の数学的評価技術を使用して算出することができる。ただし、任意の他の既知の数学的技術も使用できることが理解される。
【００３４】
[0047]ステップＳ３において、差が閾値差と少なくとも等しいことに応答して、計算器１２４は、等価回路モデル及び個人調整因子データを使用して、その差を表すインピーダンス値を算出する。等価回路モデルは、従来の交流（ＡＣ）ブリッジ回路の式に似ていてもよく、「０」又は零の読み取り値がその出力で測定されるとき、回路の４つの要素のインピーダンスは平衡になる。この場合、等価回路モデルは、表皮層からの複数のインピーダンス読み取り値１４４及び真皮層又は皮下層のいずれかからの複数のインピーダンス読み取り値１４４をＡＣブリッジの「要素」として使用する。図７は、本発明の一実施形態によるＡＣ回路モデル３００の例を示す。この場合、等価回路モデルの平衡式は、Ｄ＝（（ＺＫ／（ＺＪ＋ＺＫ））−（ＺＭ／（ＺＬ＋ＺＭ））となり得る。
【００３５】
[0048]図７の例において、ＺＪは、表皮層からの第１の電磁インピーダンス読み取り値であり、ＺＫは、真皮層又は皮下層のいずれかからの第１の電磁インピーダンス読み取り値であり、ＺＭは、表皮層からの第２の電磁インピーダンス読み取り値であり、ＺＬ真皮層又は皮下層のいずれかからの第２の電磁インピーダンス読み取り値であり、Ｄは、差を表すインピーダンス値である。読み取り値ＺＪ、ＺＭ、ＺＫ及びＺＬを得るために使用されるセンサアレイ１４０内の特定のセンサ２４０、２４２、２５０は、比較器１１０によって選択される。この式を用いて、計算器１２４は、差を表すインピーダンス値を算出することができる。表皮層からの読み取り値と真皮層又は皮下層のいずれかからの読み取り値の差を表すインピーダンス値は、真皮層又は皮下層のいずれかを表すインピーダンス値であることが理解される。したがって、インピーダンス値Ｄは、患者の真皮層又は皮下層に関する情報を含み、本明細書に記載するように、その患者のグルコース濃度を測定するために使用することができる。
【００３６】
[0049]ステップＳ４において、測定器１２６は、患者のグルコース濃度を、差を表すインピーダンス値及びグルコースアルゴリズムから測定する。グルコースアルゴリズムは、電磁インピーダンス対グルコース濃度の相関情報を含み得る。例えば、グルコースアルゴリズムは、患者から集められた実験データ及びその実験データに割り当てられた対応する電磁インピーダンス値から導出することができる。この場合、複数の患者を、（本明細書でさらに記載する）典型的な指先穿刺法などの従来のグルコース検査技術によって検査することができる。従来の検査によって求められるグルコース濃度の測定値は、次いで、電磁インピーダンス値と対にされ、これらの対を評価するために、検査がさらに実施され得る。この反復処理によって、電磁インピーダンスの範囲は、特定の患者プロフィール用のグルコース濃度の範囲と相関させることができる。例えば、患者プロフィールは、患者のグループについて定めることができ、１つのそのような例のプロフィールは、白人女性、４５〜５０歳、体重１２０〜１３０ポンド、体脂肪１５〜１８％などである。患者がこのプロフィールに当てはまる場合、患者のグルコース濃度を、患者から計測される読み取り値間（表皮と真皮／皮下）の差を表すインピーダンス値及び患者のプロフィールに合わせたグルコースアルゴリズムを使用して測定することができる。別の実施形態において、グルコースアルゴリズムは、１人の患者に具体的に合わせることができる。この場合、グルコースアルゴリズムは、その患者のみから集められた実験データから導出することができる。患者のグルコース濃度を測定する際に集められた複数の電磁インピーダンス読み取り値とは対照的に、この実験データ（グルコース濃度データ及び電磁インピーダンスデータ）は、患者の１グルコースサイクルよりも長く継続する期間にわたって集めることができる。この患者ごとのグルコースアルゴリズムは、患者のグルコース濃度の測定において、一般的な患者プロフィール用のグルコースアルゴリズムよりも正確な結果をもたらすことができる。いずれの場合でも、測定器１２６は、患者のグルコース濃度を、差を表すインピーダンス値及びグルコースアルゴリズムから測定する。
【００３７】
[0050]オプションのステップＳ５において、較正器１２８は、患者のグルコース濃度を患者の既知のグルコース濃度と比較することによって、センサアレイ１４２を較正することができる。患者の既知のグルコース濃度は、例えば、典型的な指先穿刺法によって得ることができる。この場合、患者の血液は、患者の指先の皮膚を穿刺し、例えばバイアル内に血液を集めることによって採取する。その血液は、次いで、グルコース濃度を測定するために、従来のグルコース計測技術を使用して分析され得る。指先穿刺は、患者の既知のグルコース濃度を得ることができる従来の方法の一例に過ぎない。患者の既知のグルコース濃度は、当技術分野で知られている他のさまざまな方法で得ることができる。いずれの場合でも、既知のグルコース濃度は、次いで、グルコース測定器１２６によって測定されるグルコース濃度と比較され得る。既知のグルコース濃度及び測定されたグルコース濃度が同じでない場合、較正器１２８は、センサ動作状態及びセンサ種類に調整を施すことによって、グルコース監視装置１４０を較正することができる。例えば、図４のセンサアレイ１４３において、較正器１２８は、電圧センサ２５０の対を、それぞれ電流送り出しセンサ２４０及び電流受け取りセンサ２４２に変換するように、グルコース監視装置１４０に命令することができる。較正器１２８は、患者についての電磁インピーダンスデータを得るために電圧センサ２５０の別個の対を使用するように、グルコース監視装置１４０にさらに命令することができる。較正は、グルコース監視システム１０６を再起動することなく実施することができ、較正待ち行列又は待ち時間が、ディスプレイ３４２（図８）の一部に表示され得る。
【００３８】
[0051]センサアレイ１４２の較正は、本明細書に記載のステップとは別に実施され得ることが理解される。例えば、センサアレイ１４２の較正は、計測ステップＳ１の前に実施し、患者プロフィール（患者の生理学的特徴を表すデータを含み得る）に基づくことができる。この患者プロフィールは、患者の体重、体脂肪率、年齢、性別などの情報を含み得る。患者プロフィールは、例えば、皮膚厚情報及び検査位置情報（例えば、前腕領域、手首、背中など）などの患者ごとの情報をさらに含み得る。患者プロフィールを使用して、較正器１２８は、１つ又は複数の電圧センサ並びに１又は複数組の電流送り出しセンサ２４０及び電流受け取りセンサ２４２を使用して患者についての電磁インピーダンスデータを得るように、グルコース監視装置１４０に命令することができる。
【００３９】
[0052]図８に移ると、グルコース監視装置１４０の上面図が示してある。グルコース監視装置１４０は、ディスプレイ３４２、及び複数の調節部３４４を含み得る。ディスプレイ３４２は、ディスプレイ３４２を観察している患者及びその他の人に見えるグルコース読み取り値３４６（「グルコース濃度：５００ｍｇ／ｄＬ」）を提示することができる。グルコース読み取り値３４６は、調節部３４４の操作に応答して提示され得る。場合によっては、グルコース読み取り値３４６は、複数の時間間隔にわたるグルコースデータを患者が見ることを可能にするグルコースデータ履歴を含み得る。また、グルコース読み取り値３４６は、調節部３４４の操作に応答して、グルコースデータのグラフ表示を提供することができる。さらに、グルコースデータは、ストレージシステム１２２及び／又はコンピューティングデバイス１０４に格納及び／又は移送され得る。また、グルコース監視装置１４０及びセンサアレイ１４２、１４３、１４４は、別々の位置にあってもよいことを理解されたい。例えば、センサアレイ１４２、１４３、１４４は、電磁インピーダンス読み取り値１４４を患者の手首、背中、大腿などから集め、電磁インピーダンス読み取り値１４４をグルコース監視装置１４０に送信することができる。グルコース監視装置１４０は、電磁インピーダンス読み取り値１４４を、配線接続又は無線接続を利用して、例えば、グルコース監視システム１０６に送信することができる。
【００４０】
[0053]図９は、本発明の別の実施形態による、患者のグルコース濃度を監視するための例示的な環境５００を示す。この点に関して、環境５００は、本明細書に記載の種々の処理を実行することができるコンピュータインフラストラクチャ５０２を含む。特に、グルコース監視システム５０６を備えるコンピューティングデバイス５０４を含むコンピュータインフラストラクチャ５０２を示しており、グルコース監視システム５０６は、コンピューティングデバイス５０４に、本開示のステップを実行することによって患者のグルコース濃度を監視することを可能にさせる。図１の例示的な環境１００と比較すると、一般的な名称の構成要素（例えば、メモリ、計算器、ストレージシステムなど）は、本明細書に記載され、図１に示されるのと同様に機能し得ることが理解される。
【００４１】
[0054]図９に示すように、グルコース監視システム５０６は、（オプションで）比較器５１０、計算器５２４、グルコース測定器５２６及び（オプションで）較正器５２８を含み得る。グルコース監視システム５０６は、ストレージシステム５２２、及び／又はグルコース監視装置５４０と、コンピューティングデバイス５０４を介して通信している状態で図示されている。グルコース監視装置５４０は、（オプションで）比較器５１０、コントローラ５４１、信号生成器５４３及び送信器５４６を含み得る。グルコース監視装置５４０は、電磁インピーダンス読み取り値５４４を患者（図示せず）から得ることができるセンサアレイ５４２と通信している状態で図示されている。
【００４２】
[0055]本実施形態において、センサアレイ５４２は、グルコース監視装置５４０及びグルコース監視システム５０６とは別個の構成要素であり得る。例えば、センサアレイ５４２は、本明細書に記載の任意の構成に配列された電極の使い捨てアレイであり得る。本明細書に記載するように、センサアレイ５４２は、電磁インピーダンス読み取り値５４４を、患者の身体部分から非侵襲的に得ることができる。センサアレイ５４２は、グルコース監視装置５４０に、配線手段又は無線手段を介して接続することができる。いずれの場合でも、センサアレイ５４２は、信号を、グルコース監視装置５４０及び／又は患者とやり取りすることが可能である。一実施形態において、コントローラ５４１は、信号生成器５４３に、電気信号（例えば、交流信号）を生成するように命令し、送信器５４６に、電気信号をセンサアレイ５４２に送信するように命令することができる。信号生成器５４３及び送信器５４６は、当技術分野で知られている従来の信号生成器及び送信器のいずれであってもよい。いずれの場合でも、センサアレイ５４２が電気信号を送信器５４６から受け取った後、センサアレイ５４２は、複数の電磁インピーダンス読み取り値５４４を患者から計測することができる。電磁インピーダンス読み取り値５４４の計測は、本明細書に記載の又は当技術分野で知られている任意の方法で実施することができる。センサアレイ５４２は、電磁インピーダンス読み取り値５４４をグルコース監視装置５４０に、任意の従来の手段（例えば、センサアレイ５４２上に位置する別個の送信器）を介して返すことができる。しかしながら、センサアレイ５４２とグルコース監視装置５４０が、互いに配線接続されている場合、送信器５４６及びセンサアレイ５４２上に位置する送信器は、電気信号をやり取りするために必須でなくてもよい。いずれの場合でも、センサアレイ５４２は、電磁インピーダンス読み取り値５４４をグルコース監視装置５４０に送信することができる。
【００４３】
[0056]一実施形態において、比較器５１０は、グルコース監視装置５４０内の構成要素である。この場合、比較器５１０は、図１の比較器１１０と実質的に同様に機能し得る。コントローラ５４１からの命令を受けて、比較器５１０は、電磁インピーダンス読み取り値５４４を比較して、読み取り値５４４間の差が閾値を超えたかどうか判定する。差が閾値を超える場合、コントローラ５４１は、送信器５４６に、差を表す電磁インピーダンス読み取り値５４４をグルコース監視システム５０６に送信するように命令することができる。差が閾値を超えない場合、コントローラ５４１は、信号生成器５４３及び（オプションで）送信器５４６に、追加の電磁インピーダンス読み取り値５４４を計測するために、センサアレイ５４２に追加の電気信号を送信するように命令することができる。コントローラ５４１及び比較器５１０は、読み取り値５４４間の差が閾値差を超えるまで、この処理を繰り返すことができる。
【００４４】
[0057]グルコース監視装置５４０とグルコース監視システム５０６は、配線手段又は無線手段によって接続され得る。一実施形態において、グルコース監視装置５４０が、グルコース監視システム５０６と無線接続されている場合、送信器５４６は、電磁インピーダンス読み取り値５４４をグルコース監視システム５０６に、無線周波数（ＲＦ）の無線伝送を用いて送信することができる。いずれの場合でも、グルコース監視装置５４０は、電磁インピーダンス読み取り値５４４を、図１のグルコース監視システム１０６と実質的に同様に機能し得るグルコース監視システム５０６に送信する。
【００４５】
[0058]代替実施形態において、比較器５１０は、グルコース監視システム５０６（図１のグルコース監視システム１０６と同様に図示し、説明する）内の構成要素であり得る。この場合、比較器５１０は、閾値差を表す電磁インピーダンス読み取り値５４４を得るために、グルコース監視装置５４０と、具体的には、コントローラ５４１と通信することができる。一度得られると、これらの読み取り値５４４は、図１を参照して説明したように処理され得る（例えば、計算器５２４、グルコース測定器５２６などを使用して）。
【００４６】
[0059]別の代替実施形態（点線で図示）において、グルコース監視装置５４０及びその構成要素は、グルコース監視システム５０６（及び／又はコンピューティングデバイス５０４）に組み込まれていてもよい。この場合、例示的な環境５００は、２つの構成要素であるコンピューティングデバイス５０４及びセンサアレイ５４２を含む。ここで、コンピューティングデバイス５０４は、センサアレイ５４２と配線又は無線のいずれかで接続することができ、グルコース監視装置５４０の機能は、すべてグルコース監視システム５０６によって実施され得る。いずれの場合でも、グルコース監視システム５０６、グルコース監視装置５４０及びセンサアレイ５４２は、患者の血中代謝物（例えば、グルコース）濃度の非侵襲的監視を実現する。
【実施例】
【００４７】
[0061]以下では、本明細書に記載の実施形態の具体的な例を提供する。
【００４８】
[0062]実施例１：組織層の同定
[0063]以下は、図４のセンサアレイ１４３を有するグルコース監視装置１４０を使用して得られる実験結果を説明するための例である。この実験で使用するすべてのセンサは、使い捨てバイオパック（ＢＩＯＰＡＣ）（登録商標）電極（バイオパック（登録商標）は、ＢＩＯＰＡＣ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．，  Ｇｏｌｅｔａ，  Ｃａの登録商標）であり、各電極の直径は１０．５ｍｍであった。図１０は、この実験で使用するセンサアレイ１４３の概略側面図である。本明細書に記載するように、センサアレイ１４３内の各電極には、番号（１〜８）を割り当てた。センサアレイ１４３は、電極間の（中心間）距離がＸとなり、電極１の中心から電極８の中心までの距離が７Ｘとなる（電極間の間隙が等しい）ように構成した。この例では、計測値は、１つの電流送り出し電極、１つの電流受け取り電極及び２つの電圧検知電極を含む４つの電極の組を使用して得た。図１１は、実験中に使用する９つの検査パターン（Ａ〜Ｉ）を示す表である。図１１に示すように、エントリ「Ａ」は、電流送り出し電極を示し、エントリ「Ｂ」は、電流受け取り電極を示し、エントリ「Ｍ」及び「Ｎ」は、電圧検知電極を示す。すべての構成において、電流送り出し電極「Ａ」は、電流受け取り電極「Ｂ」と交換可能であることが理解される。したがって、この説明のために、電流送り出し電極「Ａ」及び電流受け取り電極「Ｂ」両方を、「電流搬送電極Ａ及びＢ」と称する。
【００４９】
[0064]この実験は、動物皮膚組織の層及び動物筋肉組織の複数の層で行った。まず、動物皮膚組織を動物筋肉組織の複数の層の上に置き、電流を加えた。この実験中の異なる時点で、計測深さを求めるために、動物皮膚組織を動物筋肉組織層の間に置いた。Ａｇｉｌｅｎｔ  ＨＰ  ４１９２Ａ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ（「インピーダンスアナライザ」）を、電流が電流搬送電極ＡとＢの間を通過する間、２つの電圧検知電極（Ｍ及びＮ）間の電位差を計測するために使用した。この実験のために、限られた数の電極パターンを選択した。したがって、以下の２つの条件を設定した。１）電流搬送電極Ａ及びＢは、電圧検出電極Ｍ及びＮの外側にあるようにする、並びに２）電極ＡとＭの間の距離は、いずれの構成においても、電極ＮとＢの間の距離と等しくなるようにする。これらの条件を考慮して、９つの可能なパターン（Ａ〜Ｉ）を使用した（図１１）。インピーダンスアナライザを周波数１００ｋＨｚで使用して、各電極パターン（Ａ〜Ｉ）で、皮膚組織及び筋肉組織のそれぞれの構成について電磁インピーダンスデータを集めた。これらの検査は、計測値が得られる深さが、検査中の物質（すなわち、皮膚組織）の抵抗率（すなわち、１／伝導率）及び計測を行うために使用する４つの活性電極の構成に依存することを示した。すべての電極（Ａ、Ｂ、Ｍ、及びＮ）間の距離が等しいとき、計測深さは電極間の距離に等しいことが知られている。図４のセンサアレイ１４３を使用すると、Ｄ（Ａ−Ｍ）＝Ｄ（Ｎ−Ｂ）＝Ｄ（Ｍ−Ｎ）のときに２つの例がある。これは、図１０のパターンＡ及びＥにおいて起こる。パターンＡにおいて、Ｄ（Ａ−Ｍ）＝Ｄ（Ｎ−Ｂ）＝Ｄ（Ｍ−Ｎ）＝１１．７５ｍｍであり、また、パターンＥにおいて、Ｄ（Ａ−Ｍ）＝Ｄ（Ｎ−Ｂ）＝Ｄ（Ｍ−Ｎ）＝２３．５ｍｍである。この理論を用いて、電極パターンＡは、組織の深さ１１．７５ｍｍにおける特徴を求め、電極パターンＥは、組織の深さ２３．５ｍｍにおける特徴を求めるはずだった。しかしながら、この実験を、パターンＡ及びＥを使用して実施することで、わずかに異なる結果が得られた。電極パターンＡは、深さ９．５ｍｍを計測することができ、一方で、電極パターンＥは、深さ１８．７５ｍｍを計測することができた。これらは、それぞれ１９％及び２０％偏差である。これらの偏差は、検査中の物質及びセンサアレイ１４３において使用する電極に基づいて、センサアレイ１４３を較正して異なる計測深さを求めるために、後で使用した。
【００５０】
[0065]実施例２：組織体積除去
[0066]図１２は、計測された組織体積及びその計測されたインピーダンスの概念モデルを示す。このモデルにおいて、ＺＡは、パターンＡのインピーダンス計測値及び計測された体積を表し、ＺＥは、パターンＥのインピーダンス計測値及び計測された体積を表す。この検査において、パターンＥにおける電極間の距離は、パターンＡにおける電極間の距離の２倍である（２Ｘ対Ｘ）。したがって、ＺＡの効果をＺＥから除去する（ＺＡとＺＥの差を求める）と、Ｚ１は、ＺＡと直列のＺＡと等しくなり、したがって、Ｚ１＝ＺＡ＋ＺＡ（下記の式１）となる。ＺＥは、Ｚ１及びＺ２の並列接続であり、並列接続の式は、ＺＥ＝（Ｚ１Ｚ２）／（Ｚ１＋Ｚ２）である。Ｚ１を代入すると、ＺＥ＝（ＺＡ＋ＺＡ）＊Ｚ２／（（ＺＡ＋ＺＡ）＋Ｚ２）となり、式中、Ｚ１は、表面から深さＸまでの組織のインピーダンス値であり、Ｚ２は、深さＸから深さ２Ｘまでの組織のインピーダンス値である。ある検査においては、Ｘは、約１１．７５ミリメートル（ｍｍ）であった。組織体積除去の目標は、Ｚ１の効果をＺＥから除去することなので、式２をＺＥの式（上記）から導出し、Ｚ２の値を求めた。
[0067]    Ｚ１＝ＺＡ＋ＺＡ  （式１）
[0068]    Ｚ２＝Ｚ１ＺＥ／（Ｚ１−ＺＥ）  （式２）
【００５１】
[0069]このモデルを確認するために、第２の検査を実施したが、今回はパターンＡ及びＥに集中し、平均厚さ２４．６１ｍｍの動物筋肉組織のみを使用した。ＺＡ及びＺＥを計測し、Ｚ１及びＺ２を、上記の式１及び２を用いて算出した。これらの振幅及び位相の値を、図１３の表に表示する。これらの振幅及び位相の値は、筋肉組織を計測するときのみ、結果の特徴づけに役立つ。図１３に示すように、筋肉組織の限界は、Ｚ１＝１８０Ω及び０．０３°、Ｚ２＝４３７Ω及び−１．０３°である。したがって、Ｚ１及びＺ２が、それぞれ１８０Ω及び４３７Ωよりも大きいとき、皮膚と筋肉の組み合わせは、計測中である。Ｚ１及びＺ２がこれらの限界に近付いた場合、Ｚ１及びＺ２は、筋肉組織と皮膚組織を判別できなかったことが理解される。
【００５２】
[0070]実施例３：組織体積判別
[0071]患者の表皮層からの読み取り値と真皮層又は皮下層のいずれかからの読み取り値の差を求めるために、検査をさらに実施した。センサアレイ１４３を使用して、電磁インピーダンス読み取り値を、１４０ｍｍｏｌ／Ｌの標準塩化ナトリウム溶液から計測した。塩化ナトリウム溶液の体積が同質であると仮定し、単一の周波数において種々の電極対（図１１）によって計測された体積間の関係を、以下のように実験で導出した。
[0072]    ＺＩ＝ｋＩＧＺＧ＝ｋＩＣＺＣ  （式３）
[0073]    ＺＧ＝ｋＧＣＺＣ  （式４）
[0074]式中、Ｚは、計測されたパターン（Ｉ、Ｇ、Ｃ）のインピーダンスであり、ｋＩＧ、ｋＩＣ及びｋＧＣは、１４０ｍｍｏｌ／Ｌの標準塩化ナトリウム溶液を使用して算出した。これらの実験で導出された関係が動物組織に当てはまるかどうか検査するために、２種類の検査を行った。検査Ａは、厚さ３５ｍｍの動物筋肉組織について行い、ここで、同質の筋肉組織のｋ値は、塩化ナトリウム検査（上記）と一貫させた。検査Ｂは、検査Ａと同じ動物筋肉組織の上に置いた厚さ１．３５ｍｍの動物皮膚組織の片により行われた。式３を用いると、インピーダンスＺＩは、インピーダンスＺＧ及びＺＣとは「異な」った。式４を用いると、インピーダンスＺＧは、インピーダンスＺＣとは「異ならな」かった。電磁インピーダンス（Ｚ）は、計測された電磁インピーダンスの差が１０％を超える場合に、「異なる」と考察した。検査Ｂにおいて、計測された電磁インピーダンスの振幅の差は、以下の通りとなった。
【００５３】
[0075]１）ＺＩとＺＧのパーセント差  約２９％、
[0076]２）ＺＩとＺＣのパーセント差  約３７％、及び
[0077]３）ＺＧとＺＣのパーセント差  約７％。
【００５４】
[0078]実施例４：組織体積判別及び除去（ＶＤＲ）
[0079]組織体積判別及び組織体積除去が別々に可能であると判断した後に、体積判別及び除去（ＶＤＲ）を実施することが可能である。このアプローチには、ＶＤＲアプローチごとに４つの電磁インピーダンス読み取り値を計測することが含まれていた。具体的には、２つの電磁インピーダンス読み取り値を、上側の体積（すなわち、表皮）から計測することができ、一方で、２つの電磁インピーダンス読み取り値を下側の体積（すなわち、真皮又は皮下）から計測することができる。上記で詳述した異なる組織体積の同定の後、体積間の差を表す電磁インピーダンス値を算出するために、４つの計測値を等価回路モデルにおいて使用することができる。一実施形態において、４つの計測値のうちの２つは、浅い体積（動物皮膚組織）からのもので、別の２つは、深い体積（動物皮膚組織＆動物筋肉組織）からのものである。等価回路モデルを図１４に示したが、このモデルは、従来の交流（ＡＣ）ブリッジモデルに似ており、そこでは、インピーダンスは、０又は零の読み取り値（Ｄ）にわたって「平衡にされ」る。図１４において、一実施形態によれば、電磁インピーダンスＺＪ、ＺＭは、浅い体積（動物皮膚組織）を表し、電磁インピーダンスＺＫ、ＺＬは、合計体積（すなわち、浅い／深い体積）を表す。ＡＣブリッジモデルから、以下の等価回路モデル式を導出した。
【００５５】
[0080]    Ｄ＝［Ｚｋ／（Ｚｊ＋Ｚｋ）］−［Ｚｍ／（Ｚｌ＋Ｚｍ）］  （式５）
[0081]式中、「Ｄ」は、浅い体積と深い体積の差を表す電磁インピーダンス値である。Ｄを０の値に設定し、浅い体積及び深い体積の電磁インピーダンスを計測することによって、インピーダンス値間の割合が求められる。別の実施形態において、ＺＪ、ＺＫ、ＺＬ及びＺＭは、それぞれ、２つ以上の体積からの電磁インピーダンスを表すことができる。例えば、ＺＪは、患者の表皮層及び真皮層についての電磁インピーダンスデータを表すことができ、一方でＺＫは、患者の真皮層及び表皮層についての電磁インピーダンスデータを表すことができる。この場合、インピーダンス読み取り値（ＺＪ、ＺＫ）を判別することが、差Ｄを求めるためにさらに必要である。この場合、インピーダンス値ＺＪ及びＺＫは、成分（すなわち、実部及び虚部）に分けることができ、判別を行うことができる。
【００５６】
[0082]別の場合においては、差Ｄを求めるのを容易にするために、インピーダンス値及びインピーダンス値間の関係について仮定を行うことができる。図１２〜１３を見ると、差Ｄを求めるのを簡易化するために、Ｚ２、ＺＪ、及びＺＫについて仮定を行うことができる。この場合、Ｚ２は、差Ｄを表すが、ＺＪ及びＺＫは、それぞれＺＡ及びＺＥのある代数的結合を表す。数学的には、これらの仮定は、以下の通りである。Ｄ＝Ｚ２（図１１）、ＺＪ＝ＺＭ、及びＺＫ＝ＺＬ。これらの仮定を用い、式５に代入することで、以下のようになる。
【００５７】
[0083]    Ｚ２＝（（Ｚ１＊ＺＥ）／（Ｚ１−ＺＥ））、及び
[0084]    ＺＫ＝ＺＪ＊（Ｚ１＊ＺＥ＋Ｚ１−ＺＥ）／（Ｚ１−ＺＥ−Ｚ１＊ＺＥ）。
【００５８】
[0085]上記の式におけるＺＫについて解くために、修正（仮定及び／又は代入）がさらに必要であるが、それらの修正は当業者の技術水準以内である。
【００５９】
[0086]患者の血中代謝物濃度（具体的には、グルコース濃度）を監視する方法及びシステムとして図示し、本明細書中で説明しているが、本開示は、種々の代替実施形態をさらに提供することが理解される。すなわち、本開示は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態又はハードウェア要素及びソフトウェア要素の両方を含む実施形態の形をとることができる。好ましい実施形態において、本開示は、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含むがそれらには限らないソフトウェアにおいて実施される。一実施形態において、本開示は、コンピュータ又は任意の命令実行システムによって、又はそれと連携して使用されるプログラムコードを提供する、コンピュータが使用可能な媒体又はコンピュータ可読媒体から利用可能なコンピュータプログラム製品の形をとることができ、命令実行システムは、実行時に、コンピュータインフラストラクチャに、患者のグルコース濃度を測定することを可能にさせる。説明のために、コンピュータが使用可能な媒体又はコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによって、又はそれと連携して使用されるプログラムを保有、格納、又は移送できる任意の装置であってもよい。媒体は、電子、磁気、光、電磁、赤外線又は半導体システム（又は装置若しくはデバイス）であってもよい。コンピュータ可読媒体の例には、ストレージシステム１２２、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、テープ、剛性磁気ディスク及び光ディスクなどの半導体記憶装置又は固体記憶装置がある。現在の光ディスクの例には、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク読み取り／書き込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）及びＤＶＤがある。
【００６０】
[0087]プログラムコードの格納及び／又は実行に適したデータ処理システムは、システムバス１１８を介して直接的に又は間接的に記憶素子に結合した少なくとも１つの処理部１１４を含む。記憶素子は、ローカルメモリ、例えば、プログラムコードを実際に実行している間に使用されるメモリ１１２、大容量記憶装置（例えば、ストレージシステム１２２）、及び実行中に大容量記憶装置からコードを読み出さなければならない回数を減らすための、少なくともいくつかのプログラムコード用の一時的な記憶領域を提供するキャッシュメモリを含むことができる。
【００６１】
[0088]別の実施形態において、本開示は、患者のグルコース濃度を監視するシステムを生成する方法を提供する。この場合、コンピュータインフラストラクチャ１０２、５０２（図１、９）などのコンピュータインフラストラクチャを得る（例えば、作成する、保持する、利用可能にする）ことができ、本明細書に記載の処理を実行する１つ又は複数のシステムを得（例えば、作成し、購入し、使用し、修正し）、コンピュータインフラストラクチャに展開することができる。この点に関して、各システムの展開は、以下のうちの１つ又は複数を含むことができる。（１）コンピュータ可読媒体から、コンピューティングデバイス１０４、５０４（図１、９）などのコンピューティングデバイスにプログラムコードをインストールすること、（２）１つ又は複数のコンピューティングデバイスを、コンピュータインフラストラクチャに追加すること、及び（３）コンピュータインフラストラクチャの１つ又は複数の既存のシステムの組み込み及び／又は修正を行って、コンピュータインフラストラクチャに本開示の処理ステップの実行を可能にさせること。
【００６２】
[0089]さらに別の実施形態において、本開示は、本明細書に記載の処理を実行するビジネス方法を、加入、広告、及び／又は料金ベースで提供する。すなわち、アプリケーションサービスプロバイダなどのサービスプロバイダが、本明細書に記載するような動物のグルコース濃度を測定することを申し出てもよい。この場合、サービスプロバイダは、本明細書に記載の処理を１又は複数の顧客に実施する、コンピュータインフラストラクチャ１０２、５０２（図１、９）などのコンピュータインフラストラクチャを管理（例えば、作成、維持、サポート）することができる。その引き換えに、サービスプロバイダは、（１又は複数の）顧客から、加入契約及び／又は料金契約で支払いを受けること、１又は複数のサードパーティに対する広告売り上げから支払いを受けることなどができる。
【００６３】
[0090]本明細書では、用語「プログラムコード」及び「コンピュータプログラムコード」は同義であり、直接的に又は（ａ）別の言語、コード又は表記への変換、（ｂ）異なる物質形体への複製、及び／若しくは（ｃ）展開を任意に組み合わせた後、情報処理機能を有するコンピューティングデバイスに特定の機能を実行させる命令セットの、任意の言語、コード又は表記における任意の表現を意味することが理解される。この点に関して、プログラムコードは、アプリケーション／ソフトウェアプログラム、コンポーネントソフトウェア／機能のライブラリ、オペレーティングシステム、特定のコンピューティングデバイス及び／又はＩ／Ｏデバイスのための基本Ｉ／Ｏシステム／ドライバなどの１つ又は複数の種類のプログラム製品として具体化することができる。
【００６４】
[0091]本発明の種々の態様についての前述の説明は、例示及び説明のために提示してきた。説明は、網羅的であること、又は開示した厳密な形態に本発明を制限することは意図しておらず、また、多くの修正及び変形が可能であることは自明である。当業者には明らかであり得るそのような修正及び変形は、添付の特許請求の範囲で定義する本発明の範囲内に含まれることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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