(57)【要約】標的被検物質及びその他の被検物質を含む局所的な組織領域（２２）内の該標的被検物質を分析するための装置（２０、１００）であって：光源であって、複数ある波長の各々の波長の光で該領域を照射し、該各々の波長の光が該領域内の組織によって吸収及び／又は散乱され、該複数波長のうち少なくとも１波長の光が該領域内で該標的被検物質によって吸収又は散乱を受ける、ことを特徴とする光源（３４、１０４）と；該局所領域（２２）内の様々な部位にある光源（３４、１０４）からの光の強度に対応した信号を発生する信号発生器（４０）と；コントローラ（３２、１０２）であって：該発生した信号を受信し、該局所領域における各波長の光に対する消衰係数を決定するために該信号を処理し、該領域（２２）内の複数の被検物質の濃度を未知の変数とする連立方程式の解に対応した該標的被検物質の濃度を決定する、ここで、該複数の被検物質の１つは該標的被検物質であり、該連立式の各等式は該複数波長の異なる１波長の光に対する該領域における消衰係数、吸収係数及び／又は換算散乱係数の間の関係を表しており、該等式の少なくとも１つは吸収係数と換算散乱係数との間の関係を表している、ことを特徴とするコントローラと、を備えることを特徴とする装置。
2006521869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的被検物質及びその他の被検物質を含む局所的な組織領域内の該標的被検物質を分析するための装置であって、
複数ある波長の各々の波長の光で該領域を照射する光源であって、該各々の波長の光が該領域内の組織によって吸収及び／又は散乱され、該複数波長のうち少なくとも１波長の光が該領域内の該標的被検物質によって吸収及び／又は散乱を受ける、ことを特徴とする光源と、
該局所領域内の様々な部位にある光源からの光の強度に対応した信号を発生する信号発生器と、
コントローラであって、
該発生した信号を受信し、
該局所領域における各波長の光に対する消衰係数を決定するために該信号を処理し、
該領域内の複数の被検物質の濃度を未知の変数とする連立方程式の解に対応した該標的被検物質の濃度を決定し、該決定において、該複数の被検物質の１つは該標的被検物質であり、該連立式の各等式は該複数波長の異なる１波長の光に対する該領域における消衰係数と吸収係数及び／又は換算散乱係数との間の関係を表しており、該等式の少なくとも１つは吸収係数と換算散乱係数との間の関係を表している、
ことを特徴とするコントローラと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
消衰係数と換算散乱係数との間の関係を表す前記少なくとも１つの等式が、吸収係数に対する依存性を含むことを特徴とする装置。
【請求項３】
前記複数波長のうち少なくとも１波長における換算散乱係数が、該換算散乱係数の測定値であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の装置であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長における換算散乱係数が、解析式によって決定された値であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長における換算散乱係数が、解析関数として表現されることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、
前記解析式が、前記連立方程式の解に従って決定可能な値を有する、少なくとも１つの未知の変数の関数であることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
前記少なくとも１つの未知の変数が、前記標的被検物質及びその他の被検物質のうち少なくとも１つの濃度であることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項４から請求項７のいずれかに記載の装置であって、
前記関数は、λを波長、ＢとＣを定数として、Ｂλ−ｃの形式の式を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の装置であって、
前記信号発生器は少なくとも１つの音響トランスデューサを備え、
該音響トランスデューサは、前記光によって前記領域で発生した光音響波から該音響トランスデューサに到達する音響エネルギーに対応した信号を発生する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の装置であって、
前記信号発生器は１つの光干渉断層計からなり、
該光干渉断層計は、前記領域で散乱された前記光源からの光を受光し、該散乱光と反射器により反射された該光源からの光との干渉パターンに対応した干渉信号を生成する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の装置であって、
前記コントローラは、前記局所領域を包含するより大きな領域において、局所領域を識別してその位置を決定することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、
前記局所領域を識別してその位置を決定するために、前記コントローラは、
該局所領域に特有の成分によって吸収される光で前記より大きな領域を照射するように前記光源を制御し、
該より大きな領域内の異なる部位にある光源からの光の強度に対応した、前記信号発生器が発生した信号を受信し、
該より大きな領域内の異なる局所領域にある該特有の成分を分析するために該信号を使用し、
該分析結果に対応する該局所領域を識別してその位置を決定する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２のいずれかに記載の装置であって、
該装置は超音波の伝達を制御可能な音響トランスデューサを少なくとも１つ備え、前記局所領域を識別してその位置を決定するために、前記コントローラは、
前記より大きな領域内に超音波を伝達するために、前記少なくとも１つの音響トランスデューサを制御し、
伝達された超音波に由来し、該より大きな領域にある特徴によって反射された音響エネルギーに対応した、該少なくとも１つの音響トランスデューサが発生した信号を受信し、
該特徴を、それによって該局所領域を識別してその位置を決定するために該信号を使用する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の装置であって、
前記局所領域は血液のボーラスであることを特徴とする装置。
【請求項１５】
標的被検物質及びその他の被検物質を含む可能性のある生体組織の領域内の該標的被検物質を分析する方法であって、
複数の異なる波長の各々の光に対する消衰係数の決定であって、該決定において、該複数波長の各波長の光は該領域内の組織により吸収及び／又は散乱され、該複数波長の少なくとも１波長の光が該領域内で該標的被検物質によって吸収及び／又は散乱される、ことを特徴とする消衰係数の決定をすることと、
各波長における換算散乱係数に数値または解析式を与えることと、
該領域内の複数の被検物質の濃度を未知の変数とする連立方程式の解に対応した該標的被検物質の濃度の決定をすることであって、該複数の被検物質の１つは該標的被検物質であり、該連立式の各等式は該複数波長の異なる１波長の光に対する該領域における消衰係数と吸収係数及び／又は換算散乱係数との間の関係を表しており、該等式の少なくとも１つは吸収係数と換算散乱係数との間の関係を表している、ことを特徴とする該標的被検物質の濃度の決定をすること、
からなることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
消衰係数と換算散乱係数との間の関係を表す前記少なくとも１つの等式が、吸収係数に依存することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５または請求項１６のいずれかに記載の方法であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長に対する消衰係数を決定することが、
前記領域に光音響波を発生させるために該波長の光で該領域を所定位置から照射することと、
該組織領域における該所定位置からの距離の増加にしたがって該発生した光音響波の振幅が減少する割合を決定することと、
該決定した減少する割合から消衰係数を決定すること、
からなることを特徴とする方法。 
【請求項１８】
請求項１５から請求項１７のいずれかに記載の方法であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長に対する消衰係数を決定することが、
該波長の光で前記領域を所定位置から照射することと、
該組織領域における該所定の位置からの距離の増加にしたがって光強度が減少する割合を決定するために光干渉断層計を使用することと、
該決定した減少する割合から消衰係数を決定すること、
からなることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１５から請求項１８のいずれかに記載の方法であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長における換算散乱係数が、該換算散乱係数の測定値であることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１５から請求項１９のいずれかに記載の方法であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長における換算散乱係数が、解析式に対応した決定された値であることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１５から請求項２０のいずれかに記載の方法であって、
換算散乱係数を、少なくとも１つの解析関数である前記等式で表現すること
からなることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記解析式が、前記連立方程式の解に従って決定可能な値を有する、少なくとも１つの未知の変数の関数であることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの未知の変数が、前記標的被検物質及びその他の被検物質のうち少なくとも１つの濃度であることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２０から請求項２３のいずれかに記載の方法であって、
前記関数は、λを波長、ＢとＣを定数として、Ｂλ−ｃの形式の式を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１５から請求項２４のいずれかに記載の方法であって、
前記局所領域を包含するより大きな領域において、局所領域を識別してその位置を決定すること、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、
前記局所領域を識別してその位置を決定することが、
該局所領域に特有の成分によって吸収される光で前記より大きな領域を照射することと、
該より大きな領域内の異なる部位における光強度に対応した信号を発生することと、
該信号を用いて、該より大きな領域内の異なる局所領域において該特有の成分を分析することと、
分析結果に対応する該局所領域を識別してその位置を決定すること、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５または請求項２６のいずれかに記載の方法であって、
前記局所領域を識別してその位置を決定することが、
前記より大きな領域に超音波を伝達することと、
該伝達された超音波に由来し、該より大きな領域にある特徴によって反射された音響エネルギーに対応した信号を発生することと、
該信号を用いて該特徴を識別してその位置を決定することと、
該特徴の識別および位置を用いて、前記局所領域を識別してその位置を決定すること、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１から請求項２７のいずれかに記載の方法であって、
前記局所領域は血液のボーラスであることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内の物質の濃度を非侵襲的に生体内(in-vivo)で検査する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体組織内の領域に含まれるグルコース等の「標的」被検物質（以下、「標的物質」という。）を非侵襲的に分析する方法は、従来から知られている。近赤外分光（ＮＩＲＳ：Near infrared spectroscopy）法は、近赤外波長帯の複数の異なる波長の光を生体の組織領域内に伝達させることによって組織領域内の標的物質を分析する。その波長、「標的波長」をもつ光は、標的物質によって吸収または散乱を受ける。組織領域を透過した、又は組織領域外に散乱した様々な波長の光の強度が測定される。測定された強度は、組織中の他の「妨害(interfering)」被検物質（以下、「妨害物質」という。）が透過又は散乱係数に寄与する中で、標的波長における組織領域の吸収又は散乱係数への標的物質の寄与を分離し、識別するために用いられる。標的波長における標的物質の既知の吸収又は散乱断面積、及び決定した標的物質の吸収又は散乱係数への寄与を用いて、組織中の標的成分が分析される。
【０００３】
ＮＩＲＳ法は標的物質の濃度を提供するが、これは測定光が組織を通過する比較的長い光路長に渡る平均値である。その結果、ＮＩＲＳ法／ＮＩＲＳ技術は低い空間分解能に悩まされることになる。加えて、ＮＩＲＳ信号は、皮膚等の組織界面や不均一組織での光散乱によるノイズの影響を受け易い。従って、ＮＩＲＳ法は比較的低いＳ/Ｎ比を示す傾向がある。
【０００４】
G. Yoon 他による論文、"Determination of Glucose Concentration in a Scattering Medium Based on Selected Wavelengths by Use of an Overtone Absorption Band（オーバートーン吸収帯を用いて選択した波長による散乱媒質中のグルコース濃度測定）", APPLIED OPTICS, Vol.41, No.7 (1 March 2002) には、組織媒質中のグルコース濃度を分析するためのＮＩＲＳ法および装置が記載されている。この方法は、組織中に含まれる妨害物質の分析結果への影響を低減するために、ＮＩＲＳ分析に使用する光の離散的な波長を選択する基準を示すものである。この方法は組織媒質中のＮＩＲＳ吸収スペクトル測定に基づくのであるが、組織媒質は光を吸収するだけでなく散乱させると考えられる。該論文には、「測定されたスペクトルが媒質による散乱に依存しない」ように最適化された相対位置に置かれた媒質について、吸収スペクトルを測定するための光源及び検出器を備えるグルコース分析装置が記載されている。
【０００５】
比較的に局所的な組織領域について標的物質の濃度を正確に決定することは、多くの医療処置のために有益である。例えば、患者のグルコース体液濃度を分析するには、血中のグルコース濃度を測定することが一般に有益である。そのような測定値を得るために、例えば間質液中のグルコース濃度により測定値が「希釈」されないように、測定は血管に対して局所的になされなければならない。ＮＩＲＳ法及び装置は、比較的に空間分解能が低いため、通常はそのような局所的な分析評価を提供することができない。
【０００６】
時間分解光音響効果、または光干渉断層計（ＯＣＴ）を使用した組織領域内の標的物質の濃度測定法は、比較的高い空間分解能の測定を提供することができる。
【０００７】
時分解光音響効果を使用する方法では、標的物質による吸収又は散乱を受ける波長のうち少なくとも１波長の光を用いて、組織領域内に光音響波を発生させる。１つ以上の適当な音響トランスデューサに到達した光音響波に由来する音響エネルギーによって発生した圧力は、光音響波が発生した領域内の位置にある標的物質の分析に使用される。光音響波が発生した位置は、光音響波の伝播方向に沿って、軸方向に約１０μｍ以内、横方向に約２００μｍ以内の精度で決定することができる。その結果、標的物質の分析は、軸寸法約１０μｍ、横寸法約２００μｍと比較的に小さい体積に局所化できるようになる。
【０００８】
ＯＣＴでは、干渉計に備えられた準コヒーレント光源からの光が参照光線と組織領域を照射する光線とに分割される。参照光線からの光はミラーで干渉計内の「干渉領域」へ反射され、そこで、組織領域で散乱されて干渉領域まで到達した光と干渉する。実質的に等しい光路長を進んだ後で干渉領域に到達した参照光と散乱光に対してのみ干渉領域で干渉信号が発生する。その結果、散乱光と参照光の光路長が実質的に等しくなる組織領域の小体積中に存在する物質によって散乱される光に実質的に限定して、参照信号が発生することになる。干渉信号の強度は、小体積中の物質の散乱係数に実質的に比例するので、その小体積中の標的物質の分析に用いられる。光干渉断層計は、約１μｍの軸方向空間分解能と約３μｍの横方向空間分解能を提供する。従って、ＯＣＴ分析が提供する分析の空間分解能は数μｍオーダとなる。
【０００９】
しかしながら、組織領域内の標的物質と妨害物質の吸収及び散乱断面積は、標的物質の分析に使用する光音響信号やＯＣＴ信号に寄与する。被検物質の散乱断面積からの信号への寄与が、見積れないか、又は、被検物質の吸収断面積からの信号への寄与と区別できない場合、分析精度は一般に妥協したものになる。散乱断面積の信号への寄与を見積り、これを吸収断面積の信号への寄与と区別するための、光音響信号あるいはＯＣＴ信号に対応する組織領域内の標的物質を見積る方法を先行技術は提供していない。
【発明の開示】
【００１０】
本発明の一部の実施形態の態様は、光音響効果を使用して局所的な組織領域内の標的物質を分析する分析装置を提供することに関するものであり、分析評価の決定において光音響効果を発生させるために用いる光散乱について説明するものである。
【００１１】
本発明の一部の実施形態の態様は、ＯＣＴ信号を使用して局所的な組織領域内の標的物質を分析する分析装置を提供することに関するものであり、分析評価決定におけるＯＣＴ信号を発生させるために用いる光散乱について説明するものである。
【００１２】
本発明の一部の実施形態の態様は、光音響効果やＯＣＴを用いた組織領域内の標的物質の分析に光散乱効果を取り入れるための方法を提供することに関するものである。
【００１３】
本発明の実施形態による分析装置は、複数ある波長のうちの各波長（以下「測定波長」という。）の光で組織領域を照射する少なくとも１つの光源を備える。測定波長のうち少なくとも１波長の光は、標的物質によって、選択的に強く、吸収及び／又は散乱を受ける。
【００１４】
本発明の一部の実施形態においては、分析装置は、光によって組織領域内の異なる位置で発生する光音響波中の圧力を感知する少なくとも１つの音響トランスデューサを備える。代替的又は付加的な方法として、分析装置はＯＣＴ干渉計を備える。干渉計によって、組織領域内の異なる位置にある物質によって散乱された光と、光源が提供する参照光線との間で、干渉信号が発生する。各測定波長における消衰係数は、少なくとも１つの音響トランスデューサで発生した信号、あるいは干渉計で発生した干渉信号のいずれかに対応する組織領域に対して測定される。
【００１５】
各消衰係数が同じ複数の「測定」被検物質（以下、「測定物質」という。）の少なくとも１つの濃度に依存するように、測定波長を決定する。測定物質のうちの１つは標的物質であり、残りの測定物質は「妨害」物質である。したがって、各消衰係数は、測定物質の少なくとも１つの濃度を未知の変数とする方程式を定義する。合わせて、消衰係数は、組織領域における測定物質の濃度を未知の変数とする複数の連立方程式を定義する。従って、複数ある測定波長の数、及び、連立方程式の等式の数（次元）は、複数の測定物質の数に等しいか、それ以上となる。
【００１６】
本発明の一部の実施形態においては、少なくとも１つの特性パラメータで表される波長依存の関数（以下「散乱係数関数」）によって、測定波長の少なくとも１波長における散乱係数の値が与えられる。この散乱係数は、その波長における消衰係数に寄与する。所定の測定波長における消衰係数によって定義される等式は、その測定波長で定まる散乱係数関数の項を含む。標的物質の分析評価は、連立方程式の解に対応するものとして与えられる。
【００１７】
本発明の一部の実施形態において、散乱係数関数の少なくとも１つの特性パラメータは、その連立方程式を決定するために使用された情報とは無関係な情報から決定される。本発明の一部の実施形態において、散乱係数関数の少なくとも１つの特性パラメータは、少なくとも１つの音響トランスデューサ、または代替的に干渉計が提供する信号によって決定される消衰係数から決定される。
【００１８】
本発明の一部の実施形態において、複数の測定波長ひいては消衰係数の数は、複数の測定物質の数よりも大きく、連立方程式によって散乱関数の少なくとも１つの特性パラメータが決定される。
【００１９】
本発明の一部の実施形態において、組織領域の光散乱がミー散乱であると仮定して、散乱係数関数を決定する。
【００２０】
本発明の一部の実施形態において、標的物質はグルコースであり、分析装置を用いて患者体内の血管内でグルコースの生体内（in vivo）測定を提供する。
【００２１】
従って、本発明の実施形態によって、標的物質その他の被検物質を含む局所的な組織領域内の標的物質を分析する装置が提供される。当該装置は次のものを備える：複数ある波長の各々の波長の光によって該領域を照射する光源であって、該各々の波長の光は該領域内の組織により吸収及び／又は散乱を受け、かつ、該複数波長の少なくとも１波長の光は該領域内の標的物質によって吸収又は散乱を受けることを特徴とするもの；信号発生器であって、該局所領域内の様々な位置にある光源からの光の強度に対応した信号を発生するもの；そして、コントローラであって：該発生した信号を受信し；該信号を処理して、各波長における該局所領域での光の消衰係数を決定し；該領域内にある複数の被検物質（その１つは標的物質である）の濃度を未知の変数とする一組の連立方程式の解に対応して標的物質の濃度を決定する。ここで、該連立式の各等式は該複数波長の異なる１波長の光に対する消衰係数、吸収係数、及び／又は、換算散乱係数（reduced  scattering  coefficent）の間の関係を表し、該等式の少なくとも1つは消衰係数と換算散乱係数との関係を表す。
【００２２】
任意選択的に、消衰係数と換算散乱係数との関係を表す少なくとも１つの方程式は、吸収係数に依存する。
【００２３】
付加的または代替的に、前述の複数波長のうちの少なくとも１波長における換算散乱係数は、換算散乱係数の測定値である。
【００２４】
本発明の一部の実施形態において、該複数波長のうちの少なくとも１波長の換算散乱係数は、解析式に対応して決定された数値である。
【００２５】
本発明の一部の実施形態において、該複数波長のうちの少なくとも１波長の換算散乱係数は、解析関数として表現される。任意選択的に、解析式は、連立方程式の解に対応して決定される数値を有する、少なくとも１つの未知の変数の関数である。任意選択的に、少なくとも１つの未知の変数は、標的物質その他の被検物質の少なくとも１つの濃度である。
【００２６】
本発明の一部の実施形態において、その関数は、λを波長、ＢとＣを定数としたときに、Ｂλ-Ｃの関数形で表現される。
【００２７】
本発明の一部の実施形態において、信号発生器は、光によって該領域内に発生する光音響波からトランスデューサに到達する音響エネルギーに対応した信号を発生する少なくとも１つの音響ドランスデューサを備える。
【００２８】
本発明の一部の実施形態において、信号発生器は、該領域で散乱された光源からの光を受光し、該散乱光と反射器によって反射された光源からの光との干渉パターンに対応する干渉信号を発生する光干渉性断層計を備える。
【００２９】
本発明の一部の実施形態において、コントローラは、局所的な領域を含むより大きな領域において、該局所的な領域を識別し、その位置を決定する。
【００３０】
任意選択的に、局所的な領域を識別し、その位置を決定するためのコントローラは、光源を制御して、該局所的な領域に特有の成分により吸収される光で該より大きな領域を照射し；該より大きな領域内の様々な位置にある光源からの光の強度に対応して信号発生器が発生する信号を受信し；該信号を利用して、該より大きな領域にある様々な局所領域中の該特有の成分を分析する；そして、分析評価に対応する局所的な領域を識別し、その位置を決定する。
【００３１】
任意選択的に、装置は、超音波の伝達を制御可能な音響トランスデューサを少なくとも１つ備える。そして、局所的な領域を識別してその位置を決定するためにコントローラは：超音波をより大きな領域に伝達するために少なくとも1台のトランスデューサを制御し；伝達された超音波に由来し、より大きな領域内の特徴によって反射された音響エネルギーに対応して少なくとも１つの音響トランスデューサが発生した信号を受信し；該信号を利用して、該特徴、ひいては該局所領域を識別し、その位置を決定する。
【００３２】
本発明の一部の実施形態において、局所的な領域は血液ボーラスである。
【００３３】
さらに、本発明により、標的物質その他の被検物質を含む生体組織領域内の標的物質を分析評価する方法が提供される。この方法は以下の要素からなる：複数の波長の各波長の光について消衰係数を決定することであって、該各波長の光は該領域内の組織によって吸収及び／又は散乱を受け、かつ該複数の波長の少なくとも１波長の光は該領域内の標的物質によって吸収又は散乱を受けるもの；各波長における換算散乱係数
を数値または解析式で提供すること；該領域内にある複数の被検物質（その１つは標的物質である）の濃度を未知の変数とする一組の連立方程式の解に対応して標的物質の濃度を決定することであって、該連立式の各等式は該複数波長の異なる１波長の光に対する消衰係数、吸収係数、及び／又は、換算散乱係数の間の関係を表し、該等式の少なくとも1つは消衰係数と換算散乱係数との関係を表すものである。
【００３４】
任意選択的に、消衰係数と換算散乱係数間の関係を表す少なくとも１つの方程式は、吸収係数に依存する。
【００３５】
付加的または代替的に複数の波長の少なくとも１波長の消衰係数を決定することは、任意選択的に以下を含む：該領域に光音響波を発生させるために、該波長の光で該領域を所定の位置から照射すること；該発生した光音響波の振幅が、所定の位置からの組織領域における距離の増加に従って減少する比率を決定すること；そして、その決定した減少率から消衰係数を決定すること。
【００３６】
本発明の一部の実施形態において、複数の波長のうちの少なくとも１波長の消衰係数を決定することは、以下を含む：所定の位置から、その波長の光で領域を照射すること；組織領域における、所定の位置からの距離の増加に従う光強度の減少率を決定するために光干渉断層計を使用すること；そして、その決定した減少率から消衰係数を決定すること。
【００３７】
本発明の一部の実施形態において、前述の複数の波長のうちの少なくとも１波長における換算散乱係数は、換算散乱係数の測定値である。
【００３８】
本発明の一部の実施形態において、前述の複数の波長のうちの少なくとも１波長における換算散乱係数は、解析式に対応して決定された数値である。
【００３９】
本発明の一部の実施形態において、本方法は、前述の換算散乱係数を表す連立式のうち少なくとも１つの等式を解析関数で表すことからなる。
【００４０】
本発明の一部の実施形態において、解析式は、連立方程式の解に対応して決定される数値を有する少なくとも１つの未知の変数の関数である。任意選択的に、少なくとも１つの未知の変数は、標的物質その他の被検物質のうちの少なくとも１つの濃度である。
【００４１】
本発明の一部の実施形態において、λを波長、ＢとＣを定数としたときに、その解析式はＢλ-Ｃの関数形で表される。
【００４２】
本発明の一部の実施形態において、コントローラは、前述の局所的な領域を含んでいるより大きな領域において、局所的な領域を識別し、その位置を決定する。
【００４３】
任意選択的に、局所的な領域を識別してその位置を決定することは、以下を含む：その局所的な領域に特有の成分によって吸収を受ける光で、より大きな領域を照射すること；より大きな領域内の異なる位置における光の強度に対応した信号を発生すること；その信号を使用して、より大きな領域内の異なる局所的な領域にある該特有の成分を分析すること；そして、分析評価に対応する局所的な領域を識別し、その位置を決定すること。
【００４４】
付加的または代替的に、局所的な領域を識別してその位置を決定することは、以下からなる：超音波をより大きな領域に伝達すること；伝達された超音波に由来する、より大きな領域にある特長によって反射された音響エネルギーに対応した信号を生成すること；および、その信号を用いて、その特徴を識別してその位置を決定すること；その特徴の識別と位置を用いて、局所領域を識別してその位置を決定すること。
【００４５】
本発明の一部の実施形態において、局所的な領域は血液ボーラスである。
【００４６】
本発明の非限定的な実施例について、添付図面を参照しながら以下に説明する。図面においては、１つ以上の図面に現れる同一の構造、構成要素または部品については、それが記載される全ての図面において一様に同じ番号の引用符号を付けている。図で示される構成要素と形態の寸法は、説明上の便宜と明快さのために選ばれており、必ずしも同じ縮尺で表示されてはいない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
図１は、本発明の実施形態により、患者の身体部分２４の「標的領域」２２内のグルコース分析を行う分析装置２０（以下、「グルコース計」という。）を概略的に示す。標的領域２２は、任意選択的に身体部分２４の軟組織の領域２６内に設定され、あるグルコース濃度の体液、例えば間質液、からなる。任意選択的に、標的領域２２は、あるグルコース濃度を有する体液からなる体積であり、領域２６は体液を含んでいる液体腔の領域である。例えば、図１のように、標的領域２２は血液のボーラスであり、体液腔は血管２３である。
【００４８】
グルコース計２０は、任意選択的に、コントローラ３２、光源３４（任意選択的にコントローラ内に配置される）、および光源に結合する光ファイバ３６を備える。任意選択的に、ファイバ３６の先端３８は、音響トランスデューサあるいはトランスデューサ・アレイが取り付けられる支持構造４０（以下、「プローブ・ヘッド」という。）に取り付けられる。適当なものであれば、いずれの種類の音響トランスデューサまたはトランスデューサ・アレイでも本発明の実施に使用できる。例証として、図１においてプローブ・ヘッド４０は、光ファイバ３６の先端３８の周りに円周に配置される音響トランスデューサ４２のアレイを持つ。図では、アレイ中の２つのトランスデューサのみが図示されている。ファイバ３６の先端３８を身体部分に近接あるいは接触して配置させるために、また、身体部分に音響トランスデューサを音響的に連結するために、プローブ・ヘッド４０を身体部分２４の皮膚４４に押し付ける。
【００４９】
任意選択的に、コントローラ３２は最初に、血液ボーラス２２内のグルコースを分析するために、その開示内容が参照によって本出願に含まれる、ＰＣＴ公報WO02/15776に記載される方法のような、従来から知られている任意の方法を用いて、グルコース計２０を制御して血管２３と血液ボーラスの位置を決定する。例えば、血液ボーラス２２の位置を決定するために、コントローラ３２はトランスデューサ４２を制御して領域２６内に超音波を放射させる。コントローラ３２は、血管２３の位置を測定するために、領域２６内の構造物で反射されてきた超音波に対応してトランスデューサ４２が発生した信号を処理する。代替として、コントローラ３２は光源３４を制御して、血液によって比較的強く吸収される光で組織領域２６を照射する。光が強く血液に吸収されるので、光音響波が血管２３内に選択的に発生する。コントローラ３２は、トランスデューサ４２が光音響波からの音響エネルギーに対応して発生する信号を処理して、領域２６内の特徴を画像化し、血管２３の位置を決定する。
【００５０】
本発明の実施形態により、次にコントローラ３２は光源３４を制御して、Ｎλ個の複数の測定波長λｉの各々の波長の、波形の矢印５０で表される少なくとも１つの光パルスで領域２６を照射する。指数ｉは、Ｎλ個の測定波長の特定の１つを示し、条件１≦ｉ≦Ｎλを満たす。
【００５１】
標的波長λｉをもつ光５０の少なくとも１つのパルスは、光音響波（組織領域２６と血液ボーラス２２にある星形５２によって図示される）を誘発する。トランスデューサ４２は、トランスデューサに到達する光音響波５２に由来する音響エネルギー中の圧力に対応した信号を生じる。下記に示されるように、信号は、本発明の実施形態に従って信号を処理するコントローラ３２に送信されて、標的領域２２内のグルコース濃度を測定する
【００５２】
本発明の一部の実施形態において、異なる測定波長λｉで伝達された光５０の少なくとも１つのパルスは、異なる時刻に送出されてボーラス２２を照射する。本発明の一部の実施形態において、少なくとも１つのパルス５０は、パルス列からなる。本発明の一部の実施形態において、異なる測定波長λｉの光パルス列の複数のパルスは、異なるパルス繰り返しレートで送出される。任意選択的に、異なる測定波長の光のパルス列は、同時に送出される。異なる測定波長の光のパルス列によって誘発された光音響波５２に対応して音響トランスデューサ４２が発生する信号は、適切なヘテロダインや位相ロック技術のような既知の従来技術である信号処理技術を使用して識別される。
【００５３】
測定波長で身体部分２４に伝達される光パルス５０の、ファイバ３６の先端３８から距離ｄ離れた位置における強度をＩ（λｉ，ｄ）とする。ｄが波長λｉのフォトンの平均自由行程より大きいとすれば、Ｉ（λｉ，ｄ）は次式で記述される。
【数１】
2006521869.tif 000003
ここで、αｅ（λｉ）は波長λｉの光に対する身体部分の組織における消衰係数であり、Ｉ（λｉ）はファイバ３６の先端３８における光パルスの光強度である。消衰係数は、波長λｉの光に対する身体部分の組織内での吸収係数αａ（λｉ）及び散乱係数αｓ（λｉ）の関数である。拡散近似の仮定の下、消衰係数は次式で記述される。
【数２】
2006521869.tif 000004
ここで、
【数３】
2006521869.tif 000005
ここで、α’ｓ（λｉ）を換算散乱係数と呼ぶ。g は異方性因子である。
【００５４】
数２を変形すると、 吸収係数αａ（λｉ）の式が得られる。
【数４】
2006521869.tif 000006
【００５５】
各波長λｉにおいて、吸収係数αａ（λｉ）は、波長λｉの光を吸収する領域２４内の被検物質の吸収係数の総和として表される。与えられた被検物質の吸収係数は、波長λｉの光に対する吸収断面積と、生体内の被検物質の濃度との積である。波長λｉにおける「第j番」被検物質の吸収断面積をσｊ（λｉ）とし、また血液ボーラス２２中の濃度をｘｊで表す。本発明の実施形態により、各測定波長λｉにおいて、同じ「ＮＡ」個の複数の測定物質のうちの少なくとも１つだけが実質的に αａ（σｉ）に関与するようにＮλ個の測定波長が選ばれる 。ＮＡ個の測定物質σｊ（λｉ）の１つは標的物質のグルコースであり、Ｎλ個の測定波長λｉの１つは、標的物質グルコースに対応する標的波長であり、標的波長の光は任意選択的にグルコースに強く吸収される。ｊ＝１に対する吸収断面積σｊ（λｉ）と、ｉ＝１に対する波長λｉは、それぞれ、標的物質グルコースの吸収断面積
および、これに対応する標的波長をそれぞれ表す。従って、波長λｉにおける吸収係数は次式により記述される。
【数５】
2006521869.tif 000007
【００５６】
Ｎλ個の測定波長は、ＮＡ個の未知の濃度ｘｊ（１≦ｊ≦ＮＡ）に関する数５の形式の一組の線形方程式を与える。もしもＮλ≧ ＮＡであり、ＮＡ個の波長のうちの各測定波長λｉ、消衰係数αｅ（λｉ）および換算散乱係数σｓ（λｉ）が既知であれば、任意または全ての測定物質濃度ｘｊ、特に血液ボーラス２２中の濃度ｘｌ、について方程式を解くことができる。
【００５７】
本発明の実施形態により、記載の各測定波長λｉにおける血液ボーラス２２の消衰係数αｅ（λｉ）を決定するために、コントローラ３２は、トランスデューサの位置における光音響波５２によって生じる圧力に対応してトランスデューサ４２が発生する信号を処理する。 
【００５８】
光音響波５２に対応した音響センサ４２で感知された圧力は時間に依存する。光パルス５０が身体部分２４を照射した時刻の後、これによって音響センサ４２からの距離が“ｄ”が ｖｔ（ここで、ｖは音速）に実質的に等しくなる身体部分内の位置で発生した光音響波に由来する圧力が時刻“ｔ”において感知される。（光の透過時間は無視できる。）組織領域２６を照射する波長λｉの光５０のパルスに対応して、時刻ｔにおいて音響センサ４２により感知される圧力をＰ（λτ，ｔ）とする。すると、トランスデューサ４２から距離ｄの位置にある組織領域２６内の位置で発生する光音響波Ｐ（λτ，ｔ）は次式で表される。 
【数６】
2006521869.tif 000008
ここで、Ｋは比例定数である。
数１を用いると、数６は次式に書き換えられる。
【数７】
2006521869.tif 000009
【００５９】
Ｐ（λｉ，ｔ）の時間依存性により、コントローラ３２は、トランスデューサ４２が発生した信号のうち、どちらが、血液ボーラス２２内の位置に相当するファイバ端３８から距離ｄの位置を起源とする光音響波により発生したＰ（λｉ，ｔ）に対応しているかを決定する。（血液ボーラス２２に対応する距離ｄは、前述のように決定される血管２３の位置からわかる。）血液ボーラス２２内を起源とする光音響波５２に対応する信号から、コントローラ３２は、先端３８から異なる距離ｄにある血液ボーラス２２内の複数の位置に対してＰ（λｉ，ｄ）の値を決定する。コントローラはＰ（λｉ，ｄ）と数８の値を用いて、αｅ（λｉ）の値を決定する。任意選択的に、決定したαｅ（λｉ）の値は、数７を決定した値Ｐ（λｉ，ｄ）にフィッティングするときの最適値である。
【００６０】
測定波長λｉに対する換算散乱係数α’ｓ（λｉ）を決定するため、本発明の一部の実施形態では、その波長で血液ボーラス２２内の光散乱が測られる。本発明の一部の実施形態において、波長に依存する解析関数から散乱係数が決定される。例えば、少なくとも１つの特性パラメータによって表される散乱係数関数であり、任意選択的に、その光散乱が実質的にミー散乱であると仮定して散乱係数関数が決定される。その結果、当該技術分野で公知であるように、α’ｓ（λｉ）の波長依存性は、次の関数形によって近似的に表される。
【数８】
2006521869.tif 000010
【００６１】
本発明の一部の実施形態において、数８における特性パラメータＢとＣの値は、当業界で知られている方法を使用して血液ボーラス２２について決定される。例えば、以下に記述される方法による。Mourant その他：非侵襲性光学的組織診断法に関連する生体細胞による光散乱の機構; Applied Optics 第 37巻、発行第16号、3586-3593ページ、1998年6月（Mourant et al; "Mechanisms of Light Scattering from Biological Cells Relevant to Noninvasive Optical-Tissue Diagnostics" ; Applied Optics Vol. 37, issue 16, pg 3586-3593, June 1998）。それに加えて、血液ボーラス２２に対する換算散乱係数α’ｓ（λＲ）（以下、“基準散乱係数”という。）が基準波長λRに対して決定される。基準波長と、これに関連した基準散乱係数によって、換算散乱係数α’ｓ（λｉ）は、次式で表される。
【数９】
2006521869.tif 000011
【００６２】
本発明の一部の実施形態において、組織領域に対する基準波長λRは吸収係数αａ(λR)が知られている波長であり、基準散乱係数α’ｓ（λＲ）は数２と基準波長の消衰係数αｅ（λＲ）の測定値から決定される。本発明の一部の実施形態において、組織領域に対する吸収係数αａ（λＲ）は、その領域内の濃度が既知の被検成分によって実質的に決定されるので、既知のものとなる。本発明の一部の実施形態において、被検成分の濃度は、領域の消衰係数が被検成分の吸収係数と実質的に等しくなる波長における領域の消衰係数αｅ（λＲ）の測定値から決定される。任意選択的に、前述のように、消衰係数αｅ（λＲ）の測定値は、領域内で誘発された光音響波に対応してトランスデューサ４２が発生した信号の時間依存性から得られる。
【００６３】
数値の例として、血液に対するα’ｓ（λｉ）の決定が必要な数９のパラメータを決定するために、５７０ｎｍにおける換算散乱係数α’ｓ（５７０）の大きさは、およそ２ｃｍ-1から３ｃｍ-1の間にある。５７０ｎｍにおける血液の吸収係数αａ（５７０）の大きさは約２８０ｃｍ-1である。５７０ｎｍにおける血液の消衰係数αｅ（５７０）は、したがって、血液の吸収係数αａ（５７０）と実質的に等しくなる。それに加えて、５７０ｎｍにおける血液の吸収係数は、実質的にヘモグロビンの吸収係数と等しい。さらに、５７０ｎｍは、酸化および還元ヘモグロビンの吸収断面積がほぼ等しくなるヘモグロビンの等吸収点波長である。したがって、５７０ｎｍでの光音響効果の測定値から全モグロビンに対する酸化ヘモグロビンの比率を知ることなく、５７０ｎｍでのヘモグロビンの濃度を決定できる。波長５７０ｎｍにおける血液に対する数４は、次式となる。
【数１０】
2006521869.tif 000012
ここで、αａｈ（５７０）は５７０ｎｍにおけるヘモグロビンの吸収係数であり、ｘｈは血液中のヘモグロビンの濃度である。本発明の実施形態により、数１０はｘｈの値を与える。
【００６４】
８１０ｎｍは、ヘモグロビンの吸収係数 σａｈ（８１０）が血液の吸収係数に支配的に寄与する、ヘモグロビンの吸収スペクトルにおけるもう１つの等吸収点波長である。しかしながら、８１０ｎｍにおいては換算散乱係数を無視することはできず、数２は次式となる。
【数１１】
2006521869.tif 000013
【００６５】
ｘｈは数１０により既知なので、本発明の実施形態により、数１１を解くと８１０ｎｍにおける換算散乱係数αｓ（８１０）の値が得られる。従って、波長λｉにおける血液の散乱係数α’ｓ（λｉ）は、数９に基準波長として８１０ｎｍ、基準散乱係数としてα’ｓ（８１０）を用いた次式により決定される。
【数１２】
2006521869.tif 000014
【００６６】
数１２の係数Ｃを決定するために、任意選択的に、ヘモグロビン濃度が実質的に血液の吸収係数を決定する少なくとも２つの他の非等吸収点の波長の光に対して消衰係数 αｅ (λ)が決定される。適当な波長は、例えば９５０ｎｍ（望ましくは８１０ｎｍ）と７００ｎｍにまたがる波長である。またがる波長をλ+ 、 λ-、そしてこれらをまとめてλ±と表す。また、血液中の全ヘモグロビンに対する酸化ヘモグロビンの割合をＳ、波長λ±における酸化及び還元ヘモグロビンの吸収断面積をそれぞれαａｈＯ（λ±）とσａｈＤ（λ±）としてまとめて表すと、波長λ±における血液中のモグロビンの吸収係数αａｈ（λ±）は、次式で表される。
【数１３】
2006521869.tif 000015
【００６７】
数２、数１２と数１３および波長λ±に対して決定した消衰係数αｅ (λ±)を用いて、λ±、Ｓおよびベキ指数Ｃは２つの等式から決定できる。
【数１４】
2006521869.tif 000016
【００６８】
を数５のα’ｓ（λｉ）を数９の右辺で置き換えると、次式が得られる。
【数１５】
2006521869.tif 000017
【００６９】
Ｎλ個の測定波長λｉについての数１５は、未知の濃度ｘｊに関する一組のＮλ個の連立方程式を与える。本発明の実施形態により、コントローラ３２は、Ｎλ個の連立方程式によって定義される濃度ｘｉの制限に対応したグルコースの濃度ｘｌの値を提供する。任意選択的に、水は生体組織の主要成分であり、水の濃度は比較的変化しやすいため、少なくとも測定波長の１つを、例えば１３５０ｎｍといった、水によって光が強く吸収され、生体内の他の被検物質による吸収、または散乱が無視できる波長とする。
【００７０】
測定波長の数Ｎλが測定物質の数ＮＡと等しいので、連立方程式を操作し、解くための任意の既知の方法によって、ｘｌの値が得られる。本発明の一部の実施形態では、測定波長の数ＮλはＮＡより大きく、従って、連立方程式の等式の数がＮＡ個の未知の濃度ｘｊの数より多くなる。そのようなケースに対しては、最小二乗法法のような適当な最適化アルゴリズムが濃度ｘｊを決定するために用いられる。
【００７１】
本発明の一部の実施形態において、数１５は、ＮＡ個の測定物質の未知の濃度に加えて、基準散乱係数α’ｓ（λＲ）と基準波長λRが未知の定数となり、（Ｎ＋２）個の未知数をもつ等式として扱われる。数１５の形の式の少なくとも（ＮＡ＋２）個の連立方程式を得るためには、（ＮＡ＋２）以上のＮλ個の複数の測定波長λiについて消衰係数αｅ（λｉ）の測定値を得る必要がある。少なくとも（Ｎ＋２）個の一組の連立方程式があれば、全ての濃度ｘｉ及びα’ｓ（λＲ）とλＲの値を決定することができる。コントローラ３２はＮλ個の連立方程式によって定義される濃度ｘｉ、基準散乱係数α’ｓ（λＲ）と基準波長λRに関する制限に対応した値をグルコースの濃度ｘｉとして与える。
【００７２】
同様に、本発明の一部の実施形態において、数１５におけるべき指数「Ｃ」もまた未知数であると考えられ、少なくとも（ＮＡ＋３）個の測定波長λiについてαｅ（λｉ） の測定値を求める必要がある。少なくとも、（ＮＡ＋３）個の消衰係数の測定値は、少なくとも（ＮＡ＋３）個の数１５の形の式の連立方程式を与える。コントローラ３２は、Ｎλ＝（ＮＡ＋３）個の連立方程式によって定義される濃度ｘｉ、基準散乱係数α’ｓ（λＲ）、基準波長λＲとべき指数Ｃに関する制限に対応したグルコース濃度ｘｌの値を提供する。
【００７３】
本発明の一部の実施形態において、散乱係数は、測定物質のうちの少なくとも１つの濃度である、少なくとも１つの未知の特性パラメータを有する解析関数として表される。任意選択的に、測定物質のうちの少なくとも１つの濃度に、標的物質の濃度を含む。波長λにおける散乱係数を表す解析関数をＳ（λ，Ｘ）、ここでＸを測定物質の濃度の配列{ｘｊ}またはその一部とすると、数５は次式となる。
【数１６】
2006521869.tif 000018
数５の場合と同様に、Ｎλ個の測定波長は、ＮＡ個の未知の濃度ｘｊ（１≦ｊ≦ＮＡ）についてのＮλ個の数１６の形の式を与える。標的物質の濃度は、一組の連立式の解に対応して決定される。
【００７４】
一部の標的物質と条件のために、数５または数１６の形の一組の等式に従って被検物質の濃度を決定するために、測定波長の有利な一組を選ぶことが可能である。例えば、上述の通り、５７０ｎｍと１３５０ｎｍにおける血液の消衰係数は、実質的に５７０ｍｎにおけるヘモグロビンと１３５０ｎｍにおける水の吸収係数にそれぞれ等しい。等吸収点波長８１０ｎｍにおいて、吸収係数と換算散乱係数の双方が血液の消衰係数に寄与する。本発明の一部の実施形態により、これら３つの波長を測定波長とし、またモグロビン、水およびグルコースを測定検体として用いることは可能であり、グルコースの分析評価おいて有利となり得る。
【００７５】
特に、８１０ｎｍにおいて、少なくとも１つの等式が数１６の形の式を有し、換算散乱係数が分析関数Ｓ（λｉ，Ｘ)によって表される、測定波長における連立方程式の一組を用いることは有利となり得る。例えば、ヘモグロビン、水およびグルコースの濃度がｘｈ、ｘｗおよびｘｇによってそれぞれ表されるならば、数１６におけるＳ（λｉ，Ｘ)は任意選択的にＳ（λｉ，ｘｈ，ｘｇ）になる。任意選択的に、Ｓ（λｉ，ｘｈ，ｘｇ）は濃度ｘｈ、ｘｗとｘｇにおいて、テイラー級数における望ましい等級に展開される。テイラー級数における係数は、適切なモデルにより、および／または経験に基づいて決定される。例えば、係数は、「浸漬血液(immersed blood)の光学的除去、沈殿、および凝集の研究における動的光干渉断層計」Valery V. Tuchin, Xiangqun Xu, Ruikang K. Wang; APPLIED OPTICS, Vol.41, No.1, 258-271（2002年1月）に記述される換算散乱係数のための式を使用して決定する。任意選択的に、波長５７０ｎｍと１３５０ｎｍにおいて吸収係数は消衰係数に対して支配的となり、換算散乱係数はゼロであり、Ｓ（λｉ，ｘｈ，ｘｗ，ｘｇ）の式は、８１０ｎｍにおける式(16)の等式においてのみ使用される。
【００７６】
上記の例において、グルコース濃度xlを決定するために使用されるＮλ個の測定波長および基準波長に対する消衰係数αｅ（λｉ）は、光音響効果を使用して測定されるように記述されている。本発明の一部の実施形態において、光干渉断層計（ＯＣＴ）は、被検物質の濃度を決定するために使用する消衰係数のうちの少なくとも１つを決定するために使用する。
【００７７】
ＯＣＴは通常、消衰係数が実質的に換算散乱係数によって決定されるような、光音響効果信号よりも良いＳＮＲをもつ消衰係数の決定に用いられる。光音響効果信号は通常、吸収係数が消衰係数において支配的となる波長で、ＯＣＴ信号より良いＳＮＲをもつ。本発明の一部の実施形態において、組織領域内のグルコースを分析するためのグルコース計は、少なくとも１つの音響トランスデューサと、それに加えて「ＯＣＴ」干渉計を備える。少なくとも１つの音響トランスデューサが発生した光音響信号は処理され、これにより消衰係数の値の決定において吸収係数が支配的となる波長における消衰係数が決定され、これを用いてグルコースが分析される。
【００７８】
図２は、本発明の実施形態により、少なくとも１つの音響トランスデューサとＯＣＴ干渉計を備えるグルコース計１００を概略的に示したものである。ＯＣＴ干渉計の構成要素は、非常に簡略化され単純に示されている。グルコース計１００が、組織領域２６の血管２３における血液ボーラス２２内のグルコースの分析している様子が簡略的に示されている。
【００７９】
発明に記載のグルコース計１００は、任意選択的に、コントローラ１０２、および光源１０４を備える。光源１０４は、任意選択的にコントローラ内に配置され、本発明の実施形態によってグルコースを分析するために用いる消衰係数を決定するのに必要な準コヒーレント光を提供する。光学ファイバ３６は、光カプラ１０６を介して光源１０４に結合される。ファイバ３６の先端３８は、音響トランスデューサ４２が取り付けられる支持構造４０に、任意選択的に取り付けられる。
【００８０】
ボーラス２２内のグルコースを分析するために、コントローラ１０２は光源１０４を制御して、ボーラス２２に対する消衰係数を決定すべき各波長で、光学ファイバ３６に少なくとも１つの光パルスを伝達する。光カプラ１０８は、光源１０４によって送出され光ファイバ３６に沿って伝播する光の一部を光ファイバ１１０に結合させ、光の一部をファイバ３６の先端３８へ伝達させ、光を先端３８から出射させて組織領域２４を照射する。
【００８１】
ファイバ３６に沿って伝播し、先端３８でファイバから出射した光の一部は、組織領域２６において吸収され、領域内で光音響波５２を誘発し、領域２６内の物質により光の一部は散乱する。グルコース計２０における場合と同様に、音響トランスデューサ４２は光音響波５２に対応した信号を発生する。散乱光の一部は、先端３８でファイバ３６に再び入り、光結合器１０８を通過してコントローラ１０２に向かって逆方向に伝搬する。
【００８２】
カプラ１０８により光ファイバ１１０に結合された光は、先端１１２からファイバを出て、ミラー１１４で反射されてファイバに戻る。反射して光ファイバ１１０へ戻った光の一部は、光結合器１０８によってコントローラ１０２へ導かれる。ミラー１１４で反射された光と、組織領域２６で散乱されて再び光ファイバ３６に入った光がコントローラ１０２に到達すると、光はカプラ１０６によってコンバイナー１１６に導かれる。コンバイナー１１６は、干渉信号を発生するために、干渉領域（図示せず）で散乱光と反射光を重ねる。光路長は、実質的に領域内の所望の位置にある組織によって散乱された光のみが干渉信号を生成するように決定される。準コヒーレント光源１０４、カプラ１０６及び１０８、光ファイバ３６及び１１０、ミラー１１４及びコンバイン１１６は、協力してＯＴＣ干渉計の機能を担う。
【００８３】
血液ボーラス22において異なる位置で発生する光音響波に相当する信号のどれであるのかを決定するために、コントローラ１０２は音響トランスデューサ４２によって発生する信号を処理する。コントローラ１０２は血液ボーラス２２をスキャンするために鏡１１４の位置を制御し、血液ボーラスにおいて異なる位置から反射される光に対応している干渉信号を発生する。
【００８４】
吸収係数によって支配される消衰係数をもつ測定波長の光に対して、コントローラ１０２は任意選択的に、トランスデューサ４２が血液ボーラス２２内の位置に対応して発生した信号を用いて、その波長における血液ボーラスの消衰係数を決定する。散乱係数によって支配されている消衰係数をもつ測定波長の光に対して、コントローラ１０２は任意選択的に、血液ボーラス内の位置に対応してコンバイナー１１６が発生した干渉信号を用いて、その波長における血液ボーラスの消衰係数を決定する。グルコース計２０が消衰係数を用いてグルコースを分析するのと同じ方法で、コントローラは分析評価グルコースに消衰係数を使用する。
【００８５】
本出願の明細書及び特許請求の範囲の原文において、各動詞”comprise”、” include”、”have”、そして、その同根語は、動詞の目的語が必ずしも部材、構成要素、要素または動詞の主語、または主語の一部の完全なリストであるというわけではないことを示すために用いられている。
【００８６】
本発明は、例証として提供され、本発明の範囲を制限することを目的としない、その実施例の詳細な説明を使って記述されている。記述された実施例は、本発明の全ての実施例において全てが必要であるとは限らない異なる特徴からなる。本発明の一部の実施形態は、特徴のいくつか、またはあり得る特徴の組み合わせのいくつかだけを利用するものである。記述された本発明の実施例のバリエーション、そして記述された実施例において見られる特徴の異なる組み合わせよりなる本発明の実施例は当業者が思いつくであろう。本発明の範囲は以下の請求の範囲のみに限られる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態による、光音響効果を利用してグルコースを分析する分析装置である。
【図２】本発明の実施形態による、光音響効果とＯＣＴの両方を利用してグルコースを分析する分析装置である。
【符号の説明】
【００８８】
２０    分析装置
２２    標的領域
２３    血管
２４    体の一部
２６    組織領域
３２    コントローラ
３４    光源
３６    光ファイバ
３８    先端
４０    プローブ・ヘッド
４２    音響トランスデューサ
４４    皮膚
５０    光
５２    光音響波
【図１】
2006521869.tif 000019
【図２】
2006521869.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月1日(2004.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的被検物質及びその他の被検物質を含む局所的な組織領域内の該標的被検物質を分析するための装置であって、
複数ある波長の各々の波長の光で該領域を照射する光源であって、該各々の波長の光が該領域内の組織によって吸収及び／又は散乱され、該複数波長のうち少なくとも１波長の光が該領域内の該標的被検物質によって吸収及び／又は散乱を受ける、ことを特徴とする光源と、
該局所領域内の様々な部位にある光源からの光の強度に対応した信号を発生する信号発生器と、
コントローラであって、
該発生した信号を受信し、
該局所領域における各波長の光に対する消衰係数を決定するために該信号を処理し、
該領域内の複数の被検物質の濃度を未知の変数とする連立方程式の解に対応した該標的被検物質の濃度を決定し、該決定において、該複数の被検物質の１つは該標的被検物質であり、該連立式の各等式は該複数波長の異なる１波長の光に対する該領域における消衰係数と吸収係数及び／又は換算散乱係数との間の関係を表しており、該等式の少なくとも１つは吸収係数と換算散乱係数との間の関係を表している、
ことを特徴とするコントローラと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
消衰係数と換算散乱係数との間の関係を表す前記少なくとも１つの等式が、吸収係数に対する依存性を含むことを特徴とする装置。
【請求項３】
前記複数波長のうち少なくとも１波長における換算散乱係数が、該換算散乱係数の測定値であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の装置であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長における換算散乱係数が、解析式によって決定された値であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長における換算散乱係数が、解析関数として表現されることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、
前記解析式が、前記連立方程式の解に従って決定可能な値を有する、少なくとも１つの未知の変数の関数であることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
前記少なくとも１つの未知の変数が、前記標的被検物質及びその他の被検物質のうち少なくとも１つの濃度であることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項４から請求項７のいずれかに記載の装置であって、
前記関数は、λを波長、ＢとＣを定数として、Ｂλ−ｃの形式の式を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の装置であって、
前記信号発生器は少なくとも１つの音響トランスデューサを備え、
該音響トランスデューサは、前記光によって前記領域で発生した光音響波から該音響トランスデューサに到達する音響エネルギーに対応した信号を発生する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の装置であって、
前記信号発生器は１つの光干渉断層計からなり、
該光干渉断層計は、前記領域で散乱された前記光源からの光を受光し、該散乱光と反射器により反射された該光源からの光との干渉パターンに対応した干渉信号を生成する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の装置であって、
前記コントローラは、前記局所領域を包含するより大きな領域において、局所領域を識別してその位置を決定することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置であって、
前記局所領域を識別してその位置を決定するために、前記コントローラは、
該局所領域に特有の成分によって吸収される光で前記より大きな領域を照射するように前記光源を制御し、
該より大きな領域内の異なる部位にある光源からの光の強度に対応した、前記信号発生器が発生した信号を受信し、
該より大きな領域内の異なる局所領域にある該特有の成分を分析するために該信号を使用し、
該分析結果に対応する該局所領域を識別してその位置を決定する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２のいずれかに記載の装置であって、
該装置は超音波の伝達を制御可能な音響トランスデューサを少なくとも１つ備え、前記局所領域を識別してその位置を決定するために、前記コントローラは、
前記より大きな領域内に超音波を伝達するために、前記少なくとも１つの音響トランスデューサを制御し、
伝達された超音波に由来し、該より大きな領域にある特徴によって反射された音響エネルギーに対応した、該少なくとも１つの音響トランスデューサが発生した信号を受信し、
該特徴を、それによって該局所領域を識別してその位置を決定するために該信号を使用する、
ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の装置であって、
前記局所領域は血液のボーラスであることを特徴とする装置。
【請求項１５】
標的被検物質及びその他の被検物質を含む可能性のある生体組織の領域内の該標的被検物質を分析する方法であって、
複数の異なる波長の各々の光に対する消衰係数の決定であって、該決定において、該複数波長の各波長の光は該領域内の組織により吸収及び／又は散乱され、該複数波長の少なくとも１波長の光が該領域内で該標的被検物質によって吸収及び／又は散乱される、ことを特徴とする消衰係数の決定をすることと、
各波長における換算散乱係数に数値または解析式を与えることと、
該領域内の複数の被検物質の濃度を未知の変数とする連立方程式の解に対応した該標的被検物質の濃度の決定をすることであって、該複数の被検物質の１つは該標的被検物質であり、該連立式の各等式は該複数波長の異なる１波長の光に対する該領域における消衰係数と吸収係数及び／又は換算散乱係数との間の関係を表しており、該等式の少なくとも１つは吸収係数と換算散乱係数との間の関係を表している、ことを特徴とする該標的被検物質の濃度の決定をすること、
からなることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
消衰係数と換算散乱係数との間の関係を表す前記少なくとも１つの等式が、吸収係数に依存することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５または請求項１６のいずれかに記載の方法であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長に対する消衰係数を決定することが、
前記領域に光音響波を発生させるために該波長の光で該領域を所定位置から照射することと、
該組織領域における該所定位置からの距離の増加にしたがって該発生した光音響波の振幅が減少する割合を決定することと、
該決定した減少する割合から消衰係数を決定すること、
からなることを特徴とする方法。 
【請求項１８】
請求項１５から請求項１７のいずれかに記載の方法であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長に対する消衰係数を決定することが、
該波長の光で前記領域を所定位置から照射することと、
該組織領域における該所定の位置からの距離の増加にしたがって光強度が減少する割合を決定するために光干渉断層計を使用することと、
該決定した減少する割合から消衰係数を決定すること、
からなることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１５から請求項１８のいずれかに記載の方法であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長における換算散乱係数が、該換算散乱係数の測定値であることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１５から請求項１９のいずれかに記載の方法であって、
前記複数波長のうち少なくとも１波長における換算散乱係数が、解析式に対応した決定された値であることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１５から請求項２０のいずれかに記載の方法であって、
換算散乱係数を、少なくとも１つの解析関数である前記等式で表現すること
からなることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記解析式が、前記連立方程式の解に従って決定可能な値を有する、少なくとも１つの未知の変数の関数であることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの未知の変数が、前記標的被検物質及びその他の被検物質のうち少なくとも１つの濃度であることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２０から請求項２３のいずれかに記載の方法であって、
前記関数は、λを波長、ＢとＣを定数として、Ｂλ−ｃの形式の式を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１５から請求項２４のいずれかに記載の方法であって、
前記局所領域を包含するより大きな領域において、局所領域を識別してその位置を決定すること、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法であって、
前記局所領域を識別してその位置を決定することが、
該局所領域に特有の成分によって吸収される光で前記より大きな領域を照射することと、
該より大きな領域内の異なる部位における光強度に対応した信号を発生することと、
該信号を用いて、該より大きな領域内の異なる局所領域において該特有の成分を分析することと、
分析結果に対応する該局所領域を識別してその位置を決定すること、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５または請求項２６のいずれかに記載の方法であって、
前記局所領域を識別してその位置を決定することが、
前記より大きな領域に超音波を伝達することと、
該伝達された超音波に由来し、該より大きな領域にある特徴によって反射された音響エネルギーに対応した信号を発生することと、
該信号を用いて該特徴を識別してその位置を決定することと、
該特徴の識別および位置を用いて、前記局所領域を識別してその位置を決定すること、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１から請求項２７のいずれかに記載の方法であって、
前記局所領域は血液のボーラスであることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2006521869.tif 000021
2006521869.tif 000022
2006521869.tif 000023