(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体物質濃度の測定を補正するためのシステムであって、
前記システムの外側の身体からの赤外放射を受け入れる感応領域を有する赤外放射検出器と、
赤外放射の総放射を生成するコンポーネントであって、前記総放射の第１の部分が前記感応領域に入射するコンポーネントと、
補正構造と測定構造との間で切換可能なミラーを含むミラーアセンブリとを含み、
前記補正構造では、前記総放射の第２の部分が前記ミラーによって反射されて、前記感応領域に入射するミラー信号を生成し、前記ミラーアセンブリが、体外赤外放射が前記感応領域に達するのを阻害し、前記測定構造では、前記ミラーアセンブリが前記感応領域で前記体外赤外放射を受け入れ、
検出器と選択的に位置合わせ可能なピークフィルタと基準フィルタとを含むフィルタアセンブリをさらに備え、前記体外赤外放射が前記測定構造で前記ピークフィルタを通過する際には、前記ミラー信号が前記補正構造で同じピークフィルタを通過し、前記体外赤外放射が前記測定構造で前記基準フィルタを通過する際には、前記ミラー信号が前記補正構造で同じ基準フィルタを通過する、システム。
【請求項２】
前記補正構造と前記測定構造との間で前記ミラーアセンブリを自動的に切り換えることと、前記ピークフィルタと前記基準フィルタとの間で前記フィルタアセンブリを自動的に切り換えることとを含む動作を実行するようにプログラムされたコントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記検出器と、前記コンポーネントと、前記ミラーアセンブリとを納め、前記感応領域に入射する前記体外赤外放射を通過させる光学孔を有するハウジングをさらに備え、前記ミラーアセンブリが前記補正構造にあるとき前記光学孔を遮断する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ミラーアセンブリが前記ミラーに接続された回転自在プラットフォームと前記プラットフォームに接続されたモータとを備え、前記モータを始動させると、前記プラットフォームが回転して、前記ミラーが前記補正構造と前記測定構造との間で旋回する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記総放射を生成する前記コンポーネントが、レンズと、フィルタを含むフィルタアセンブリとを含む光学アセンブリを備え、前記体外赤外放射が前記測定構造で前記レンズおよび前記フィルタを通過し、前記ミラー信号が前記補正構造で同じレンズおよび同じフィルタを通過する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記フィルタアセンブリが、回転自在プラットフォームに接続されたピークフィルタと、前記プラットフォームに接続された基準フィルタと、前記プラットフォームに接続されたモータとを備え、前記モータを始動させると、前記プラットフォームが回転して、前記ピークフィルタと前記基準フィルタとの間で旋回して前記検出器と位置合わせされる、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記フィルタアセンブリが回転自在ホイールを備え、前記ホイールの一部にはピークフィルタが装着され、前記ホイールの別の部分には基準フィルタが装着されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記ミラーアセンブリが、前記ホイールに装着され前記ピークフィルタの一部に重なる１つのミラーと、前記ホイールに装着され前記基準フィルタの一部に重なる別のミラーとを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ミラーアセンブリが前記測定構造にあるとき、前記感応領域で、前記体外赤外放射の測定値を記録することと、
前記ミラーアセンブリが前記補正構造にあるとき、前記感応領域で、反射された前記総放射の測定値を記録することと、
前記測定構造での測定値に基づき体内物質濃度を算出して、前記補正構造での測定値に基づき前記体内物質濃度を補正することと
を含む動作を実行するようにプログラムされた信号処理部をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
生体物質濃度の測定を補正するためのシステムであって、
前記システムの外側の身体からの赤外放射を受け入れる感応領域を有する赤外放射検出器と、
赤外放射の総放射を生成し、前記総放射の第１の部分が前記感応領域に入射するフィルタアセンブリおよび光学アセンブリと、
補正構造と測定構造との間で切換可能なミラーを含むミラーアセンブリであって、前記補正構造では、前記総放射の第２の部分が前記ミラーによって反射されて前記感応領域に入射するミラー信号を生成し、前記ミラーアセンブリが前記感応領域からの体外赤外放射を阻害し、前記測定構造では、前記ミラーアセンブリが前記感応領域で体外赤外放射を受け入れるミラーアセンブリと、
検出器と選択的に位置合わせ可能なピークフィルタと基準フィルタとを含む前記フィルタアセンブリであって、前記体外赤外放射が前記測定構造で前記ピークフィルタを通過する際には、前記ミラー信号が前記補正構造で同じピークフィルタを通過し、前記体外赤外放射が前記測定構造で前記基準フィルタを通過する際には、前記ミラー信号が前記補正構造で同じ基準フィルタを通過する前記フィルタアセンブリと、
レンズを含み、前記体外赤外放射が前記測定構造で前記レンズを通過し、前記ミラー信号が前記補正構造で同じレンズを通過する前記光学アセンブリと、
前記検出器と、前記フィルタアセンブリと、前記光学アセンブリと、前記ミラーアセンブリとを納め、前記感応領域に入射する前記体外赤外放射を通過させる光学孔を有するハウジングであって、前記ミラーアセンブリが前記補正構造にあるときに前記光学孔を遮断するハウジングと
を備えるシステム。
【請求項１１】
前記ミラーアセンブリが、前記ミラーに垂直な配向で前記ミラーに接続された回転自在プラットフォームと、前記プラットフォームに接続されたモータとを備え、前記モータを始動させると、前記プラットフォームが回転して、前記ミラーが前記補正構造と前記測定構造との間で旋回する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ミラーアセンブリが、ホイール面で回転自在なホイールを備え、前記ミラーアセンブリが、前記ホイールに装着され前記ピークフィルタの一部に重なる１つのミラーと、前記ホイールに装着され前記基準フィルタの一部に重なる別のミラーとを含み、前記ミラーと前記別のミラーが前記ホイール面に平行な面に位置する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
生体物質濃度の測定を補正するための方法であって、
生体物質濃度の測定を補正するためのシステムを設けることと、
前記システムが、
感応領域を有する赤外放射検出器と、
赤外放射の総放射を生成するコンポーネントと、
ミラーを含むミラーアセンブリと、を含み、
前記ミラーアセンブリを測定構造に配置することと、
前記測定構造が作動するとき、前記システムの外側の身体からの赤外放射を前記感応領域で受け入れると同時に、総放射の第１の部分を前記感応領域で受け入れることと、
前記総放射の前記第１の部分と組み合わされた体外赤外放射に応じた前記検出器からの測定値を記録することであって、前記測定値が物質濃度を示すことと、
補正構造に前記ミラーアセンブリを配置することと、
前記補正構造が作動するとき、前記ミラーで前記総放射の第２の部分を反射して、前記感応領域に入射するミラー信号を生成すると同時に、前記ミラーアセンブリが前記感応領域からの体外赤外放射を遮断することと、
前記ミラー信号に応じた前記検出器からの補正値を記録することと、
前記補正値に基づき前記測定値を補正することと、
前記補正された測定値に基づき前記物質濃度を算出することと、
前記システムが、ピークフィルタと基準フィルタとを含むフィルタアセンブリをさらに備え、
前記ピークフィルタと前記検出器とを位置合わせすることと、
前記体外赤外放射を前記測定構造で前記ピークフィルタを通過させ、前記ミラー信号を前記補正構造で同じピークフィルタを通過させることと、
前記基準フィルタと前記検出器とを位置合わせすることと、
前記体外赤外放射を前記測定構造で前記基準フィルタを通過させ、前記ミラー信号を前記補正構造で同じ基準フィルタを通過させることと
を備える方法。
【請求項１４】
モータを始動することによって前記補正構造と前記測定構造との間で前記ミラーアセンブリを自動的に切り換え、別のモータを始動することによって前記ピークフィルタと前記基準フィルタとの間で前記フィルタアセンブリを自動的に切り換えるようにコントローラを始動することをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記フィルタアセンブリが回転自在ホイールを備え、前記ホイールの一部には前記ピークフィルタが装着され、前記ホイールの別の部分には前記基準フィルタが装着されており、前記ミラーアセンブリが、前記ホイールに装着され前記ピークフィルタの一部に重なる１つのミラーと、前記ホイールに装着され前記基準フィルタの一部に重なる別のミラーとを備え、前記ミラーアセンブリを自動的に切り換え、前記フィルタアセンブリを自動的に切り換えることがどちらも、前記フィルタホイールを一方向に連続的に回転させることを備える、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、米国特許法第１１９条に基づき、２０１５年３月１６日に提出された米国仮出願第６２／１３３，７８７号「非侵襲性物質濃度信号測定のシステムおよび方法」に優先権を主張し、同出願は引用により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
身体内の該当物質の濃度の非侵襲性測定に使用される赤外（「ＩＲ」）放射を用いる分光技術が既知であり、広く記載されている。関連分野の１つは、上記技術をヒトまたは動物の血中グルコース濃度の非侵襲性測定に使用することである。いくつかの特許および特許出願が、たとえば、赤外検出システムおよび方法を用いてヒトの血流中のグルコースなどの物質の濃度を非侵襲的に測定する方法を開示している。
【０００３】
２０１０年９月１５日に提出された米国特許出願第１２／８８３，０６３号「体内の物質濃度非侵襲性解析方法」は、グルコースなどの物質の体内濃度を測定する方法を記載している。記載される方法は、体表面温度を第１の温度から第２の温度に変化させ、その後、体表面温度を第２の温度から第１の温度に戻すことを含む。該方法は、第１の波長帯で体表面から吸収または放出される第１の量の赤外（「ＩＲ」）放射と、第２の波長帯で体表面から吸収または放出される第２の量のＩＲ放射とを所定の時間間隔で測定することを含む。測定は、体表面温度が第２の温度から第１の温度に戻る期間に実行される。物質濃度は、測定に基づき判定することができる。米国特許出願第１２／８８３，０６３号の内容は、引用により本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【０００４】
物質濃度補正システムは、補正システムの外側の身体からの赤外放射を受け入れる感応領域を有する赤外放射検出器を含む。また、該システムは、赤外放射の総放射を生成するコンポーネントを含み、総放射の第１の部分は感応領域に入射する。該システムは、補正構造と測定構造との間で切換可能なミラーを含むミラーアセンブリをさらに含む。よって、補正構造では、総放射の第２の部分がミラーによって反射されて、感応領域に入射するミラー信号を生成する。また、ミラーアセンブリは、体外赤外放射が感応領域に達するのを阻害する。測定構造では、ミラーアセンブリは感応領域で体外赤外放射を受け入れる。
【０００５】
物質濃度補正方法は、感応領域を有する赤外放射検出器と、赤外放射の総放射を生成するコンポーネントと、ミラーを含むミラーアセンブリとを有する物質濃度補正システムを設けることを含む。該方法は、測定構造にミラーアセンブリを配置することを含む。測定構造が作動するとき、該方法は、補正システムの外側の身体からの赤外放射を感応領域で受け入れると同時に、総放射の第１の部分を感応領域で受け入れることを含む。総放射の第１の部分と組み合わされた体外赤外放射に応じた測定値が検出器から記録される。測定値は物質濃度を示す。
【０００６】
該方法は、補正構造にミラーアセンブリを配置することを含む。補正構造が作動するとき、該方法は、ミラーで総放射の第２の部分を反射して、感応領域に入射するミラー信号を生成すると同時に、ミラーアセンブリが感応領域からの体外赤外放射を遮断することを含む。ミラー信号に応じた補正値が検出器から記録される。該方法は、補正値に基づき測定値を補正することと、補正された測定値に基づき物質濃度を算出することとを含む。
【０００７】
以下の添付図面を参照していくつかの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ミラーを有する携帯計として示される非侵襲性物質濃度測定の補正システムの斜視部分切欠き図である。
【図２】ミラーを有する着用型モニタの１コンポーネントとして示される非侵襲性物質濃度測定の別の補正システムの斜視図である。モニタリングを継続的に行うことができる。
【図３】非侵襲性物質濃度測定の補正システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この２０年以上にわたって、赤外（ＩＲ）放射を利用する市場性のある非侵襲性グルコース計を開発する試みが多数成されてきた。市場性のある非侵襲性グルコース計の開発は、基準信号と身体信号の両方に含まれるＩＲ放射内の各種攪乱が測定精度に及ぼす影響のために困難な場合がある。たとえば、黒体とヒトからのＩＲ放射を測定する際、信号内に各種攪乱が発生しうる。
【００１０】
本明細書に記載するシステムと方法は、上記の欠点の１つまたは複数を克服するように物質濃度を非侵襲的に補正する。物質濃度の測定値は、生測定データ中の攪乱を考慮に入れるように変更する、あるいは他の形で調節することができる。調節は、ミラーの赤外測定に基づくことができる。たとえば、上記の攪乱は、ミラーからＩＲ検出器に反射されるシステムの各種コンポーネントの総ＩＲ放射を測定することによって補正できる。ミラー測定は、各濃度信号測定の直後に実行して、補正精度を向上させることができる。ミラー反射測定を使用して、赤外スペクトルが約６〜約１５マイクロメートル（μｍ）の波長を示す中赤外（ＭＩＲ）領域で実行される測定などの非侵襲性物質濃度信号の測定を補正することができる。
【００１１】
本明細書に記載される該システムおよび方法は、着用型非侵襲性物質濃度システムおよび方法において使用することができる。このようなシステムおよび方法の例は、２０１５年６月１９日に提出された米国特許出願第１４／７４５，１８０号（以後、「’１８０出願」と称する）に記載されており、同出願は引用により全文が本明細書に組み込まれる。したがって、’１８０出願のＭＩＲ検出器アセンブリ１３０は、ミラーのＭＩＲ放射を測定するようにさらに構成することができる。
【００１２】
体内のグルコースなどの物質濃度を測定するため、２つのフィルタを使用することができる。本文書はグルコース濃度に言及することが多いが、本明細書内の該システムおよび方法は他の物質の濃度の測定にも適用可能であると理解される。第１のフィルタは物質がピーク放射／吸収量を有する場合の波長を通過させ、第２のフィルタは物質が無視できるほど少ない放射／吸収量を有する、あるいは放射／吸収量を全く有さない場合の波長を通過させる。２つの測定値は、黒体放射に対して正規化し、大気温度および他の温度に関して補正することができる。２つの測定値の比または差は、侵襲性測定方法を用いる血中内物質温度と予め相関させておくことができる。したがって、２つの測定値を用いて、物質濃度を判定することができる。
【００１３】
黒体（たとえば較正用）と身体（たとえばヒトまたは動物の対象）のＩＲ放射の測定中、放射の変動が物質濃度測定の精度に大きな影響を及ぼす可能性がある。変動は、医療監督機関（たとえば、米国食品医薬品局）が公布する定義の精度の範囲内で物質濃度測定を阻害する可能性もある。同一のスペクトル特性（黒体または身体の測定直後）を有するフィルタを介してミラーから反射される装置の放射を測定し、これらのミラー測定値を物質推定アルゴリズムに含めることによって、物質推定精度を一桁向上させることができる。
【００１４】
１例として、皮膚からの信号を測定するとき、（温接点と冷接点を有する）サーモパイル型のＩＲ検出器の熱状態を平衡状態と考えると、熱平衡式は以下のようにモデル化することができる。
（１）Ａ＋ｋＳ（Ｔ）＝ｋ（Ｔｈ−Ｔｃ）＋ｋＴｈ４＋ｋ（Ｔｈ−Ｔｇ）
ただし、
Ａは、検出器の感応領域によって身体から受け取る信号である。
Ｓ（Ｔ）は、検出器の感応領域（すなわち、温接点）にぶつかる該システムの全コンポーネントからの総放射を表す温度依存関数である。
Ｔｈは検出器の温接点温度である。
Ｔｃは検出器の冷接点温度である。
Ｔｇは検出器内のガスの温度である。
【００１５】
本文書全体を通じて、「ｋ」は各ケースで同一の特定定数ではなく一般の定数ｋを表す。たとえば、式１の（Ｔｈ−Ｔｃ）の前のｋは、必ずしもＴｈ４の前のｋと同一の値ではない。式１はサーモパイル検出器をモデルとしているが、本明細書に記載されるコンセプトを実行するため、類似式および以下の微分と同様の式を、他の種類のＩＲ検出器に関しても作成してもよいと理解される。
【００１６】
検出器の電圧出力は以下のようにモデル化することもできる。
（２）Ｖｏｕｔ＝ｋ（Ｔｈ−Ｔｃ）
【００１７】
式１と２を組み合わせると、以下のように記述することができる。
（３）Ｖｏｕｔ＝ｋＡ＋ｋＳ（Ｔ）−ｋＴｈ４−ｋ（Ｔｈ−Ｔｇ）
【００１８】
冷接点温度がガス（Ｔｈ−Ｔｇ）の温度と同じであると仮定すれば、ｋ（Ｔｈ−Ｔｇ）は式１（定数の伝播あり）のｋ（Ｔｈ−Ｔｃ）と組み合わせて、式３を以下のように書き直すことができる。
（４）Ｖｏｕｔ＝ｋＡ＋ｋＳ（Ｔ）−ｋＴｈ４
または
（４’）Ａ＝ｋＶｏｕｔ−ｋＳ（Ｔ）＋ｋＴｈ４
【００１９】
ミラーからの信号を測定する際の検出器の熱状態を検討する場合、熱平衡式は以下のようにモデル化することができる。
（５）ＭＲ＋ＣＳ（Ｔ）＝Ｃ（Ｔｈ−Ｔｃ）＋ＣＴｈ４
ただし、ＭＲは検出器の感応領域によってミラーから受信する反射信号であり、Ｃはミラー式において一般の定数ｋと置き換わる。ここでも、冷接点温度はガス（Ｔｈ−Ｔｇ）の温度と同一であると仮定し、上記のようにＣ（Ｔｈ−Ｔｇ）はＣ（Ｔｈ−Ｔｃ）と組み合わされるが、組み合わせるステップは省略する。
【００２０】
ミラー反射中の検出器Ｖｍの電圧出力は以下のように記述することができる。
（６）Ｖｍ＝ＣＭＲ＋ＣＳ（Ｔ）−ＣＴｈ４
ミラーが該システムの全コンポーネントからの総放射を反射するとき、ＭＲ＝ｆ（ＣＴｈ４＋ＣＳ（Ｔ））であるため、
（７）ＶｍはＣＳ（Ｔ）−ＣＴｈ４と記述することができる。
【００２１】
現時点では、２つの信号、すなわち、式（４）からのＶｏｕｔと式（７）からのＶｍを有する。これら２つの電圧信号を組み合わせ、
（８）Ｖｏｕｔ−ＣＶｍ＝ｋＡ＋（ｋ−Ｃ）Ｓ（Ｔ）−（ｋ−Ｃ）Ｔｈ４
が得られる。
【００２２】
目的は、較正に使用されることが既知である黒体を使用し、Ｓ（Ｔ）の前の係数−Ｔｈ４の前の係数によってそれらを相殺させることができる定数Ｃを導き出すことである。これにより、
（９）Ａ＝ｋＶｏｕｔ−ＣＶｍ
となる。
【００２３】
これは実際には、様々な大気温度と黒体温度（身体からの放射をシミュレートする）にわたって最良適合計算内の誤差を最小化することによって達成される。いったん定数が算出されれば、装置メモリに記憶されて、グルコース測定の補正に使用される。
【００２４】
したがって、算出された定数は、本明細書に記載される物質濃度の補正の各種方法およびシステムで使用することができる。ある物質濃度補正システムは、補正システムの外側の身体からの赤外放射を受け入れる感応領域を有する赤外放射検出器を含む。該システムは、赤外放射の総放射を生成するコンポーネントを含み、総放射の第１の部分は感応領域に入射する。該システムは、補正構造と測定構造との間で切換可能なミラーを含むミラーアセンブリをさらに含む。よって、補正構造では、総放射の第２の部分がミラーによって反射されて、感応領域に入射するミラー信号を生成する。また、ミラーアセンブリは、体外赤外放射が感応領域に達するのを阻害する。測定構造では、ミラーアセンブリは感応領域で体外赤外放射を受け入れる。
【００２５】
たとえば、該システムは、ピークフィルタと基準フィルタを含むフィルタアセンブリをさらに含むことができる。フィルタアセンブリは、検出器と選択的に位置合わせ可能であり、体外赤外放射が測定構造でピークフィルタを通過する際には、ミラー信号が補正構造で同じピークフィルタを通過し、体外赤外放射が測定構造で基準フィルタを通過する際には、ミラー信号が前記補正構造で同じ基準フィルタを通過する。
【００２６】
該システムは、補正構造と測定構造との間でミラーアセンブリを自動的に切り換え、ピークフィルタと基準フィルタとの間でフィルタアセンブリを自動的に切り換える動作を実行するようにプログラムされたコントローラを含むことができる。ハウジングは検出器、コンポーネント、ミラーアセンブリを納め、感応領域に入射する体外赤外放射を通過させる光学孔を有する。ミラーアセンブリは、補正構造にあるときに光学孔を遮断することができる。ミラーアセンブリは、ミラーに接続された回転自在プラットフォームとプラットフォームに接続されたモータとを含むことができる。モータを始動させると、プラットフォームが回転して、ミラーが補正構造と測定構造の間で旋回する。
【００２７】
総放射を生成するコンポーネントは、レンズを有する光学アセンブリとフィルタを有するフィルタアセンブリとを含むことができる。体外赤外放射は測定構造でレンズとフィルタを通過し、ミラー信号は補正構造で同じレンズと同じフィルタを通過する。１例として、フィルタアセンブリは、回転自在プラットフォームに接続されたピークフィルタ、プラットフォームに接続された基準フィルタ、プラットフォームに接続されたモータを含むことができる。モータを始動させると、プラットフォームが回転して、ピークフィルタと基準フィルタとの間で旋回して、検出器と位置合わせされる。別の例として、フィルタアセンブリは回転自在ホイールを含むことができ、ホイールの一部にはピークフィルタが装着され、ホイールの別の部分には基準フィルタが装着されている。このような場合、ミラーアセンブリは、ホイールに装着されピークフィルタの一部に重なる１つのミラーと、ホイールに装着され基準フィルタの一部に重なる別のミラーとを備えることができる。
【００２８】
該システムは、動作を実行するようにプログラムされた信号処理部を含むことができる。ある動作は、ミラーアセンブリが測定構造にあるときに感応領域での体外赤外放射の測定値を記録することを含む。別の動作は、ミラーアセンブリが補正構造にあるときに感応領域での反射された総放射の測定値を記録することを含む。さらに別の動作は、測定構造での測定値に基づき体内物質濃度を算出することと、補正構造での測定値に基づき体内物質濃度を補正することとを含む。
【００２９】
別の物質濃度補正システムは、補正システムの外側の身体からの赤外放射を受け入れる感応領域を有する赤外放射検出器を含む。該システムは、フィルタアセンブリと赤外放射の総放射を生成する光学アセンブリとをさらに含み、総放射の第１の部分は感応領域に入射する。該システムは、補正構造と測定構造との間で切換可能なミラーを有するミラーアセンブリをさらに含む。よって、補正構造では、総放射の第２の部分がミラーによって反射され、感応領域に入射するミラー信号を生成する。ミラーアセンブリは、感応領域からの体外赤外放射を遮断する。測定構造では、ミラーアセンブリは感応領域で体外赤外放射を受け入れる。
【００３０】
フィルタアセンブリは、検出器と選択的に位置合わせ可能なピークフィルタと基準フィルタとを含む。体外赤外放射が測定構造でピークフィルタを通過する際には、ミラー信号が補正構造で同じピークフィルタを通過する。また、体外赤外放射が測定構造で基準フィルタを通過する際には、ミラー信号が補正構造で同じ基準フィルタを通過する。光学アセンブリはレンズを含み、体外赤外放射が測定構造でレンズを通過し、ミラー信号が補正構造で同じレンズを通過する。ハウジングは、検出器、フィルタアセンブリ、光学アセンブリ、ミラーアセンブリを納める。ハウジングは、感応領域に入射する体外赤外放射を通過させる光学孔を有する。ミラーアセンブリは補正構造にあるときに光学孔を遮断する。
【００３１】
１例として、ミラーアセンブリは、ミラーに垂直な配向でミラーに接続された回転自在プラットフォームと、プラットフォームに接続されたモータを含む。モータを始動させると、プラットフォームが回転し、ミラーが補正構造と測定構造との間で旋回する。別の例として、ミラーアセンブリは、ホイール面内で回転自在なホイールを含み、ミラーアセンブリは、ホイールに装着されピークフィルタの一部に重なる１つのミラーと、ホイールに装着され基準フィルタの一部に重なる別のミラーとを含み、前者のミラーと他方のミラーはホイール面に平行な面に位置する。
【００３２】
物質濃度補正方法は、感応領域を有する赤外放射検出器と、赤外放射の総放射を生成するコンポーネントと、ミラーを含むミラーアセンブリとを有する物質濃度補正システムを設けることを含む。その代わりに、本明細書に記載される別のシステムを設けることもできる。該方法は、測定構造にミラーアセンブリを配置することを含む。測定構造が作動するとき、該方法は、補正システムの外側の身体からの赤外放射を感応領域で受け入れると同時に、総放射の第１の部分を感応領域で受け入れることを含む。総放射の第１の部分と組み合わされた体外赤外放射に応じた測定値が検出器から記録される。測定値は物質濃度を示す。
【００３３】
該方法は、補正構造にミラーアセンブリを配置することを含む。補正構造が作動するとき、該方法は、ミラーで総放射の第２の部分を反射して、感応領域に入射するミラー信号を生成すると同時に、ミラーアセンブリが感応領域からの体外赤外放射を遮断することを含む。ミラー信号に応じた補正値が検出器から記録される。該方法は、補正値に基づき測定値を補正することと、補正された測定値に基づき物質濃度を算出することとを含む。
【００３４】
たとえば、補正システムは、ピークフィルタと基準フィルタとを有するフィルタアセンブリをさらに含むことができる。よって、該方法は、ピークフィルタと検出器を位置合わせすることと、測定構造で体外赤外放射にピークフィルタを通過させることと、補正構造でミラー信号に同じピークフィルタを通過させることとをさらに含むことができる。該方法は、基準フィルタと検出器を位置合わせすることと、測定構造で体外赤外放射に基準フィルタを通過させることと、補正構造でミラー信号に同じ基準ピークフィルタを通過させることとをさらに含むことができる。
【００３５】
コントローラは、モータを始動することによって補正構造と測定構造との間でミラーアセンブリを自動的に切り換え、別のモータを始動することによってピークフィルタと基準フィルタとの間でフィルタアセンブリを自動的に切り換えるように始動することができる。
【００３６】
フィルタアセンブリは回転自在ホイールを含むことができ、ホイールの一部にはピークフィルタが装着され、ホイールの別の部分には基準フィルタが装着されている。ミラーアセンブリは、ホイールに装着されピークフィルタの一部に重なる１つのミラーと、ホイールに装着され基準フィルタの一部に重なる別のミラーとを含むことができる。ミラーアセンブリを自動的に切り換えることと、フィルタアセンブリを自動的に切り換えることはどちらも、フィルタホイールを一方向に連続的に回転させることを含むことができる。
【００３７】
本明細書でさらに説明するように、物質濃度の算出は、実験で得られる相関表を使用することができる。
【００３８】
図１は、体内の物質濃度を測定し補正する物質濃度補正システム６００の１例を示す。システム６００は、本明細書に組み込まれる米国特許出願第１２／８８３，０６３号のコンポーネントを含み、同出願に応じて動作する。システム６００は、サーモパイル検出器などの赤外検出器６０５を含む。赤外検出器６０５は、ＭＩＲ範囲内の光を検出することができる。システム６００は、受け取ったＭＩＲ放射を赤外検出器６０５の感知面に集束させる光学アセンブリ６０３をさらに含む。レンズを含む光学アセンブリ６０３が図１に示される。
【００３９】
システム６００は、フィルタホルダ６１０に搭載され、次いで回転自在プラットフォーム６２２に接続されたフィルタ６０７を有するフィルタアセンブリもさらに含む。フィルタ６０７は干渉フィルタであってもよく、図では検出器６０５と位置合わせされている。図６では明瞭ではないが、フィルタアセンブリは、別のフィルタホルダに搭載され、次いでプラットフォーム６２２に接続された別のフィルタと、プラットフォームに接続されたモータ（図示せず）とを含む。モータは軸６２０に平行な軸（図示せず）を中心にプラットフォーム６２２を回転させて、検出器６０５から外れる方向６２４にフィルタ６０７を移動させて、上記の別のフィルタを検出器６０５に位置合わせさせる。回転は約９０度とすることができる。フィルタ６０７は、グルコースがピーク放射／吸収を有する波長の信号を通過させる帯域通過フィルタ（ピークフィルタ）とすることができる。上記の別のフィルタは、グルコースが無視できるほど少ない放射／吸収を有する波長の信号を通過させる帯域通過フィルタ（基準フィルタ）とすることができる。
【００４０】
システム６００は、回転自在プラットフォーム６１８に接続され、次いでモータ６１４に接続されたミラー６０２を備えたミラーアセンブリもさらに含む。モータ６１４は軸６２０を中心にプラットフォーム６１８を回転させ、図１に示す補正構造と、測定構造との間で方向６１６にミラー６０２を旋回させる。回転は約９０度とすることができる。補正構造では、システム６００のコンポーネントからの総放射はミラーによって反射させて、検出器６０５へのミラー信号を生成することができる。また、ミラーアセンブリは、体外赤外放射が感応領域に達するのを阻害することもできる。
【００４１】
システム６００は、検出器６０５と、フィルタアセンブリと、光学アセンブリと、ミラーアセンブリと、その他のコンポーネントとを納め、検出器６０５に方向づけられる体外赤外放射を通過させる光学孔６０８を有するハウジングを含む。測定構造では、ミラーアセンブリは、ミラー６０２が光学孔６０８の視野から外れるとき、検出器６０５の感応領域で体外赤外放射を受け入れる。フィルタ６０７または別のフィルタでの測定後、ミラー６０２は光学孔６０８の視野内に移動させることができ、ミラーの測定は、同じフィルタアセンブリを通じて、同じ光学アセンブリ６０３を通じて行うことができる。
【００４２】
動作中、システム６００は、光学アセンブリ６０３を介した体表面の少なくとも１つのＭＩＲ測定値を記録することができる。たとえば、第１のＭＩＲ測定は物質がＭＩＲ放射または吸収に影響を及ぼす第１の波長帯で行い、第２のＭＩＲ測定は物質がＭＩＲ放射または吸収に全くあるいは無視できるほど少ない影響しか及ぼさない第２の波長帯で実行することができる。システム６００は、光学アセンブリ６０３を介してミラー６０２のＭＩＲ測定を記録することができる。ミラー６０２のＭＩＲ測定は、フィルタアセンブリを用いて第１の波長帯および第２の波長帯で実行することができる。
【００４３】
システム６００は、制御機能と信号処理機能を実行する回路６１２を含む。図３は、回路６１２を用いて実装することのできる特徴を有する物質濃度補正システム１００のブロック図である。システム１００はコントローラ１１０、電源１２２、表示装置１２４、中赤外（ＭＩＲ）検出器アセンブリ１３０、ミラーアセンブリ１４０、フィルタアセンブリ１５０を含む。ＭＩＲ検出器１３０は予め組み付けられたセンサおよび光学素子を含むことができる。たとえば、光学素子はレンズを含むことができ、放射を検出するためにセンサにＩＲ放射を集束させることができる。光学素子の代わりにウィンドウであってもよい。
【００４４】
コントローラ１１０はプロセッサ１１２とメモリ１１４を含む。プロセッサ１１２は、信号を受信し、処理することのできる回路を含むことができる。メモリ１１４はプロセッサ１１２にアクセスして、プロセッサ１１２にメモリ１１４からデータを引き出させ、メモリ１１４にデータを記憶させることができる。例示として、メモリ１１４は、プロセッサによって実行されるときに、プロセッサに本明細書に記載するような動作を実行させる命令を記憶できるプロセッサ読取可能媒体を含むことができる。
【００４５】
電源１２２はコントローラ１１０、表示装置１２４、ＭＩＲ検出器アセンブリ１３０、ミラーおよびフィルタアセンブリのモータに電力を供給することができる。電源１２２は長時間にわたって電荷を保持することができるため、長時間の携帯が可能となる。たとえば、電源１２２は，再充電せずに１日以上、システム１００に電力を供給することができる。１例として、電源１２２は再充電可能なリチウムイオンバッテリパックを含むことができる。
【００４６】
表示装置１２４は、視覚または音声信号をシステム１００のユーザに出力できる任意の装置を含むことができる。たとえば、表示装置は、液晶ダイオード（ＬＣＤ）画面、ブザー、別の種類の視覚または音声出力装置、あるいはそれらの組み合わせを含むことができる。図３は表示装置１２４を含むシステム１００を示しているが、システム１００は表示装置１２４を省略してもよい。１例として、システム１００は、遠隔装置への無線送信に依存してユーザ出力を生成することができる。
【００４７】
ＭＩＲ検出器アセンブリ１３０は、１つまたは複数の波長帯内のＭＩＲ放射および／または吸収を検出できる装置を含むことができる。たとえば、グルコースの場合、ピーク波長帯は約９．３μｍ〜約９．９μｍとすることができる。グルコースの場合、基準波長帯は約１０．５μｍ〜約１５μｍとすることができる。ＭＩＲ検出器アセンブリ１３０は、１つまたは複数の黒体装置のＭＩＲ放射および／または吸収を測定するようにさらに構成することができる。
【００４８】
図２は、上述の’１８０出願にあるような着用型非侵襲性物質濃度システムおよび方法と共に使用されるように構成される物質濃度補正システム７００を示す。システム７００は電子回路７６０、検出器７５０、フィルタホイール７１２を含む。電子回路７６０（たとえば、プリント回路基板）は、制御および／または信号処理と関連付けられるユニットを含むことができる。たとえば、電子回路７６０は、コントローラ１１０などのコントローラを含むことができる。つまり、物質濃度補正システム１００は電子回路７６０を用いて実装することができる。
【００４９】
検出器７５０は電子回路７６０に電気的に接続し、ＭＩＲ放射を検出するように構成することができる。さらに、検出器７５０は、検出のために受け取ったＭＩＲ放射を集束させる、あるいはその他の形で調節する光学アセンブリ７５１を含むことができる。
【００５０】
フィルタホイール７１２は２つ以上のフィルタ７１０、７２０を含むことができる。フィルタ７１０、７２０はそれぞれ、フィルタホイール７１２の約１８０度の部分を覆うことができる。第１および第２のフィルタの機能はそれぞれピークフィルタと基準フィルタとすることができる。各フィルタの半分はミラー７３０および７４０で覆うことができる。フィルタ７１０、７２０は円弧状であってもよい。検出器７５０とモータ７９０はシャーシ７７０に機械的に接続することができる。電子回路７６０、検出器７５０、ホイールモータ７９０は、充電可能なバッテリ７８０によって電力を供給することができる。
【００５１】
検出器７５０で実行されるＭＩＲ測定に伴う攪乱は、ミラー７３０、７４０から反射されるＭＩＲ放射を測定することによって補正することができる。ミラー測定は、各信号測定の直後に行って、補正精度を向上させることができる。たとえば、光学アセンブリ７５１を有する検出器７５０は、第１のフィルタ７１０を介して受け取る身体放射、第１のフィルタ７１０を通過するミラー反射、第２のフィルタ７２０を介して受け取る身体放射、第２のフィルタ７２０を通過するミラー反射を交互に測定する（あるいは周期的に測定する）ことができる。ミラー反射の測定を利用して、ＭＩＲ領域で行われた非侵襲性物質濃度信号測定を補正することができる。
【００５２】
個々のシステムおよび方法に関して記載される特徴の詳細は、特段明示されていなくても一致し適切である場合、本明細書に記載される他のシステムおよび方法の類似の特徴においても使用することができると理解される。
【００５３】
法律に従い、実施形態は、構造上および方法上の特徴に関して幾分具体的に説明した。しかしながら、実施形態は図示および記載される具体的な特徴に限定されないことを理解すべきである。したがって、実施形態は、均等論に従い適切に解釈される添付の特許請求の適切な範囲内での形式または変更で請求される。
【符号の説明】
【００５４】
１００：システム
１１０：コントローラ
１１２：プロセッサ
１１４：メモリ
１２２：電源
１２４：表示装置
１３０：ＭＩＲ検出器アセンブリ
１４０：ミラーアセンブリ
１５０：フィルタアセンブリ
６００：システム
６０２：ミラー
６０３：光学アセンブリ
６０５：赤外検出器
６０７：フィルタ
６０８：光学孔
６１０：フィルタホルダ
６１２：回路
６１４：モータ
６１６：方向
６１８：プラットフォーム
６２０：軸
６２２：プラットフォーム
６２４：方向
７００：システム
７１０：第１のフィルタ
７１２：フィルタホイール
７２０：第２のフィルタ
７３０：ミラー
７４０：ミラー
７５０：検出器
７５１：光学アセンブリ
７６０：回路
７７０：シャーシ
７８０：バッテリ
７９０：モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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