(57)【要約】流体、特に体液および血液を分析する装置は、流体のサンプルへ振動電界を印加する手段（１，７，８）と、電界印加による分析されるサンプル内の電流の流れを測定して、サンプルが含まれる電気回路の損率の決定を可能にする手段（９）とを備える。印加された電界の周波数に従う損率の変化は、記憶データとの比較によって決定でき、流体内の物質の存在および濃度を識別するために用いることができる。この装置を、生体内の血液を分析するよう構成することができる。
2004533867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析されるべき流体のサンプルへ振動電界を印加する手段と、前記電界の印加による分析されるサンプル内の電流の流れを測定して前記サンプルが含まれる電気回路の損率を決定するのを可能にする手段と、
を備える流体分析装置。
【請求項２】
前記流体は血液である請求項１記載の装置。
【請求項３】
電気発振器と、サンプルもしくは分析されるべきサンプルを収容する容器に隣接して配置される２つの関連電極と、を備える請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
電気絶縁体が、それぞれの電極に付随しており、使用時に前記電極と分析されるサンプルとの間に配される請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記電極は、人間の体または動物の体への装着に適応している請求項３または４記載の装置。
【請求項６】
前記電極は、クリップ内に含まれる請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記電極は、衣類内に含まれる請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記電界を印加する手段は、可変周波数の振動電界を作り出すよう動作し、前記電流を測定する手段は、異なる電界周波数が印加されるときに電流を測定するよう動作する請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記電界を印加する手段は、ある範囲を通して印加電界の周波数を変化させるよう動作する請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記範囲は、キロヘルツ台からギガヘルツ台まで及ぶ請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記サンプルが含まれる電気回路の力率を計算するよう動作する手段を備える請求項１〜１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
情報を記憶する手段と、印加された電界周波数の範囲中のサンプルの測定力率を記憶情報と比較して測定力率の特徴をサンプル内の物質の存在と関連付けるよう動作する手段と、を備える請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
識別された物質に関する情報をユーザへ出力するよう動作する手段を備える請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
分析されるべき流体のサンプルへ振動電界を印加するステップと、前記電界の印加による前記サンプル内の電流の流れを測定して、前記サンプルが含まれる電気回路の損率を決定するのを可能にするステップと、を含む流体分析方法。
【請求項１５】
前記流体は血液である請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記印加された電界の周波数がある範囲を通して変化し、前記サンプルが含まれる回路の力率が、前記周波数が変化するときに計算される請求項１４または１５記載の方法。
【請求項１７】
前記計算された力率を記憶情報と比較して前記サンプル内の物質の存在を検出する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記力率を記憶情報と比較して前記サンプル内の物質の存在および／または濃度を決定する請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、流体、特に、これらに限られないが血液および他の体液（body fluid）を分析する装置および方法に関し、このような流体内の様々な物質の存在および濃度を測定する装置および方法に関する。
【０００２】
人間および動物の医療と診断において、血液分析が広く行われている。血液分析について多数の方法が知られている。本発明の実施例は血液分析の代替の方法を提供する。
【０００３】
一般的に、血液のサンプルを、分析のために生体（living body）から体の外に取り出すことが必要である。これは、血液中のブドウ糖濃度の頻繁な分析が必要な糖尿病患者のケースのように血液の頻繁な分析が要求される場合には特に、不快かつ不便となり得る。本発明の実施例は、体内の血液の非侵襲の分析装置および分析方法を提供する。
【０００４】
本発明の一態様によれば、分析されるべき流体のサンプルに振動電界（oscillating electrical field）を印加する手段と、電界印加による分析されるサンプル内の電流の流れを測定してサンプルが含まれる電気回路の損率を決定するのを可能にする手段とを備える流体分析装置が提供される。
【０００５】
本発明の他の態様によれば、分析されるべき流体のサンプルに振動電界を印加するステップと、電界印加によるサンプル内の電流の流れを測定してサンプルが含まれる電気回路の損率を決定するのを可能にするステップとを含む流体分析方法が提供される。
【０００６】
サンプルが含まれる回路の損率はサンプルの誘電率に関連している。サンプルの誘電率はサンプルの成分によって変化し得る。したがって、損率の測定は、流体内に存在する物質の存在と濃度とを決定するのを可能にすることができる。これをより十分に以下に説明する。
【０００７】
好ましくは、流体は体液であり、特に血液である。
【０００８】
１実施形態において、振動電界を作り出す手段は、電気発振器と２つの付随電極とを備える。電極は、サンプルもしくは分析されるべきサンプルを収容する容器に隣接して配置されることが意図される。好ましくは、電気絶縁体が、それぞれの電極に付随しており、使用時に電極と分析されるサンプルとの間に配されることが意図されている。電極は、人間の体もしくは動物の体への装着に適応でき、好ましくは、人間の体の血液に富んだ部分、例えば耳たぶへの装着に適応する。１実施形態において、電極は、人間の耳たぶに合うように構成されたクリップ内に含まれ、１つの電極が人間の耳たぶのそれぞれの側に接触する。他の実施形態において、電極は衣類内に含まれる。したがって、本方法は、人間の体または動物の体の内側もしくは外側での血液の分析を含むことができる。本装置は、特に、生体内の流体（fluid in vivo）を分析できる。
【０００９】
好ましくは、電界を印加する手段は、可変周波数の振動電界を作り出すよう動作し、分析されるサンプル内の電流の流れは、異なる電界周波数が印加されるときに測定される。１構成において、本装置は、ある範囲を通して印加電界の周波数を変化させる。当該範囲は、キロヘルツ台からギガヘルツ台まで及んでもよい。この構成に関して、電流は、好ましくは、当該範囲の全体にわたって監視される。１実施形態において、周波数範囲は０〜５００メガヘルツである。
【００１０】
一連の周波数が、血液および他の流体内に含まれる様々な物質を識別するのを可能にする。
【００１１】
本装置は、好ましくは、サンプルが含まれる電気回路の力率を計算する手段を備え、したがって、本方法は、好ましくは、サンプルが含まれる電気回路の力率を計算するステップを含む。この回路は、例えば、分析されるべきサンプルの相対する両側にそれぞれ配された２つの電極によって形成されたコンデンサを備えることができる。
【００１２】
印加された電界の周波数の変化にしたがうサンプルの（力率の変化によって示される）誘電率の変化は、サンプル内の物質の存在および濃度を示す。容易に利用可能な分析結果をユーザへ提供するために、本装置は、好ましくは、印加された電界周波数の範囲中の測定力率を、記憶情報と比較し、測定力率の特徴を、サンプル内の物質の存在と関連付けるよう動作する。本装置は、さらに好ましくは、識別された物質に関する情報を例えばディスプレイによってユーザへ出力するよう構成される。情報は、識別された物質の絶対濃度に関連してもよく、および／または、特定の物質の存在または一定の濃度を単に示してもよい。
【００１３】
本発明をより明確に理解するために、例として、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１および２を参照すると、本発明の装置は、弾性体のＵ字形クリップ２の２つの腕部の自由端に相互に対向して配された２つの導電電極１を備える。電極を電気絶縁材料で覆って、電極の導電部が露出しないようにする。クリップ２は電気絶縁プラスチック材料から形成され、人間の耳たぶに快適に合うように構成され、したがって、２つの電極１は、人間の耳たぶの相対する両側にそれぞれ配される。
【００１５】
電極１は制御装置４へ電気リード線３によって接続される。制御装置４は、外側にディスプレイ５と様々なユーザ操作可能制御部６とを有する箱体を備え、電子回路７，８，９と付随する電源１０とを収容する。箱体は、ユーザの手で便利よく持てる大きさである。
【００１６】
電子回路は、可変周波数発振器７，増幅器８，マイクロプロセッサ９およびメモリ１１を備える。可変周波数発振器７は、数キロヘルツ〜数ギガヘルツの範囲内の可変および可制御周波数のほぼ正弦波の交流電気信号を作り出すよう動作する。増幅器８は、電極１への伝達のために当該信号を増幅するよう動作する。マイクロプロセッサ９は、発振器７を制御し、電極１間の電流の流れを分析し、この情報を処理し、ディスプレイ５を介してユーザへ出力を与えるよう動作する。マイクロプロセッサ９は、また、ユーザ操作可能制御部６を使ってユーザによって入力された命令に応答するよう構成される。メモリは、マイクロプロセッサ９による使用のために情報と命令とを記憶する。
【００１７】
このように、本装置は、電極１間に配された物質に交流電界を印加することができ、電界印加による当該物質内の電流の流れを分析することができる。血液を含む人間の耳たぶのように電極間に配置された物質が誘電性特性を有する場合には、電極と物質との組み合せがコンデンサを形成する。交流電界の印加によるコンデンサ内の電流の流れの特徴は、当該物質の特性、特にその誘電率ξに依存することとなる。これは、特定の物質の構造に依存し、特に、電荷または双極子を有する物質の成分に依存し、そしてこれらの成分が交流電界に反応する方法に依存する。
【００１８】
血液と、血液内で発見され得る関心のある（interest）物質とは、永久電気双極子を有する分子を典型的に含む。印加された電界の影響下で、それぞれの双極子は、双極子を電界の方向に配向する傾向がある力を受けることとなり、結果として生じるよじれて渦巻き状の鎖の運動が極めて複雑になるであろうことが理解できる。加えて、電子，原子，および分子は、可変周波数の電界の印加に対して異なった反応を有することとなる。双極子が自身を電界へ配向するためにかかる時間、そして、原子および分子が電界に反応するためにかかる時間は、問題となっている個々の双極子（分子），原子または分子の特質に依存する。結果として、一定の双極子に対して起こる双極子分極の程度は、印加された電界の周波数によって変化することとなる。分極の程度は、物質の誘電率（ξ）に影響を与える。したがって、血液のような物質に関して、印加された電界の周波数によって誘電率が変化し得ることが認められることとなる。
【００１９】
図３は、永久電気双極子を有する分子の化学種を含む誘電体物質へ印加された電界の周波数Fによって誘電率（ξ）がどのように変化するかを示す。領域Ａ（低周波数）において、全ての三成分の分極が作用する、すなわち、電子，原子および分子の分極が印加された電界の弱い変化に直ちに反応でき、それに応じて自身を配向できる。一方、双極子の寸法と双極子が位置している環境とに特徴的な値を上回る周波数に関しては、双極子は電界変化に追従することができなくなり、総分極に対する双極子の寄与が消滅する。したがって、領域Ｂ（高周波数）においては、電子および原子の分極成分だけが有効であり、ｆはこれらの変化が起こる周波数を表す。
【００２０】
印加される周波数がｆを通過して増大するにつれて、物質の誘電率の漸進的変化がもたらされる。
【００２１】
周波数にしたがう誘電率のこの変化にエネルギの損失が関連する。この“誘電損”は、電界を供給する回路から得られ、サンプル物質内で熱へ変換されるエネルギを表す。それは、いわゆる“損失角”δの点から適切に表される。誘電損がない場合に、図２のコンデンサの電流の流れは、大きさωＣＶの印加電圧との矩象（すなわち９０°位相がずれる）となる。（ω＝２πｆ，ｆは印加周波数ＨＺ，Ｃはキャパシタンス，Ｖは印加電圧）。
【００２２】
誘電損が発生する場合でも、印加電界と同位相の電流成分“Ｉｄ”が存在する。結果として、（結果として生じる）全電流の位相が角度δだけ完全な矩象から変位する。これを図４に示す。Ｓｉｎδ（δの小さい値に関してｔａｎδとほぼ等しい）は、力率として知られており、電極とサンプル物質とによって形成されたコンデンサへ印加された皮相電力が物質内で熱へ変換される割合を表す。
【００２３】
力率が、本発明に係る装置のマイクロプロセッサによって測定され導かれる。一定のコンデンサについての力率の測定は、十分に理解され、従来のＱメータ（Ｑ＝quality factor）を用いて容易に実現できる。
【００２４】
周波数のある範囲にわたって物質の力率を測定することにより、既知の周波数において力率に影響を与える物質の成分の存在を識別することが可能になる。
【００２５】
図５は、図１および２の装置の電極１を人間の耳たぶに取付けることによって作成された血液サンプルに関する印加電界の周波数対力率（ｔａｎδ）の例を示す図表である。図表内のピークは、血液中の一定の物質の存在を示す一定の周波数における力率の急激な増加を表す。例えば、ｆ１はクレアチンの存在を示し、ｆ２はブドウ糖，ｆ３は高密度脂質（コレステロール），ｆ４は低密度脂質の存在を示す。ｆｘによって示すように、多くの他の物質をこのように識別できる。
【００２６】
特定の物質に対して適切な周波数または周波数範囲を実験的に決定することが可能である。
【００２７】
この方法はまた、血液中の特定の物質の濃度を測定することも可能にし、この濃度はピークの大きさに影響を与える。これもまた実験的に決定することができる。
【００２８】
使用時において、マイクロプロセッサ８は、交流電気信号を発振器７に作り出させるように動作し、この交流電気信号の周波数は数ＫＨｚから数ＧＨｚまで漸次変化する。この信号は、適切に増幅され、電極１を介して人間の耳たぶへ加えられる。信号の周波数が変化するとき、マイクロプロセッサが電極間の電流の流れを監視し、回路の力率を計算する。次に、装置は、力率が測定された駆動信号の周波数と関連付けて力率の値を（メモリ１１に）記憶する。次に、この情報は、マイクロプロセッサ９によって、特徴的な周波数に関するメモリ１１によって記憶された情報と比較される。この特徴的な周波数において、力率のピークが一定の物質または関心のある物質の存在を示すことが予定される。これらの周波数のいずれかにおいて、収集されたデータ中に力率のピークが確認された場合、これは、関心のある物質の存在を示す。次に、ピークの大きさを記憶情報と比較して、識別された物質の濃度の値を決定する。
【００２９】
次に、分析の結果がユーザのためにディスプレイ５上に表示される。全ての適切な表示形式を用いることができるが、好ましくは、ディスプレイは、図６に示すように、識別された物質の名前をその濃度の表示と一緒に表示する。濃度は数字の値として示してもよく、あるいは、多数の所定の階級、例えば高，中，低のうちの１つと一致するように示してもよい。
【００３０】
他の実施形態を図７によって説明する。この図を参照すると、（広い周波数範囲にわたって低インピーダンス出力を与えるための）幅の広い金属片２１を介してテスト・コイル２２へ交流電気信号を供給する広帯域可変発振器２０を備え、テスト・コイル２２は、また、ダイオード２３を介してアースへ接続される。テスト・コイル２２は、可変コンデンサ２４，２つの電極と分析のための血液サンプルとを含む試験用コンデンサ２５，およびダイオード２６へ、直列に接続される。ダイオード２６は、コンデンサ２５内に含まれるサンプルの誘電損を決定するＱメータ２７を介してアースへ接続される。本装置は、流体サンプルが振動電界を受けること、電界によるサンプル内の電流の流れを分析すること、サンプルを分析するためにサンプルを含むコンデンサ２５の力率を決定することを可能にする。
【００３１】
本装置および方法は、サンプル内に含まれた永久双極子を有する分子によって生じた誘電損の測定に主に関係するが、本装置および方法を同様に用いて、サンプルの他の成分例えば原子および個々の電子によって生じた誘電損を測定してもよい。
【００３２】
上述の実施形態は、流体特に生きている人間または動物の体内の血液の、適切，迅速，非侵襲の分析を促進する。そして、血液内のブドウ糖の濃度を決定するのに特に適している。
【００３３】
血液および他の流体内に存在する単一または複合化合物を分析できる。血液において、検体は、ブドウ糖，クレアチン，コレステロールであってもよく、あるいは一般的もしくは具体的な健康状態もしくは臨床状態の他のインジケータであってもよい。本装置は自身の電源を備えてもよい。
【００３４】
本装置によって取得されたデータは、ＲＦ，モデム，ＩＲまたは他のデジタルもしくはアナログ伝送媒体によって伝送でき、記憶可能であり、同じ方法または他の方法によって取得された他のデータと比較して用いることができる。それによって行われるデータ比較は、継続的に、もしくは定期的に試みられてもよい。装置の出力を用いて自動薬交付システム（automated drug delivery system）および自動警報システムのような他の装置を制御してもよい。本装置は、その場での検体の直接的測定を提供する。本装置は、静止している流体および動いている流体双方を測定でき、サンプル内部の固有の検体および固有でない検体双方を測定できる。
【００３５】
更なる実施形態および例において、以下のことが観察された。筋肉，靱帯，腱または骨格の骨構造（skeletal bone structure）がなく、軟組織のみから成る耳たぶが試験位置として特に好ましい。直径が５ｍｍ〜１０ｍｍある円形金属極板に相当するものが、耳たぶのいずれか一方の側に配される一方、耳たぶ（latter）から絶縁される。このような金属極板は、典型的に、金属コーティングされた薄いセラミック・ディスク（薄いセラミック・ディスクは極めて低い誘電損を有する）とすることができる。このような構造は、工業的にわずか２５０ミクロン以下とすることができ、厚さ１〜２ｍｍ（図を参照）のセラミック環の一方の開口部に挿入して固定することができる。（好ましくは絶縁されている）ワイヤを金属化領域へはんだ付けしてもよい。円形開口を含む第３のセラミック部品を、当該開口に当該絶縁ワイヤ導体を通して、金属化領域の背部に配置する。全体の構造は、長い寿命を有し、体液、例えば汗，尿，糞便に対して不浸透性にシールされた強固な電極構成を形成できる。第２の電極構成を耳たぶの他方の側へ配置する。双方の電極構成は、２つの電極間の距離が患者の耳たぶの大きさに従って変化するのを可能にする軽量構造物によって支持される。電極は、耳たぶへしっかりと確実に留められる必要があるが、過度にそうする必要はない。実際の圧力は、患者の快適さによって決定される。固定する前に、耳たぶを掃除し、肌表面を特許された（patented）油脂溶剤によって脱脂する必要がある。電極付属物と支持部との総重量は、数グラムを上回らないことが観察された。同様に耳たぶの背部にあり、耳の上部と背部で支持されるのは、固定高Ｑコンデンサと高Ｑコイルとを収容する小型のプラスチック隔室であり、高Ｑコイルは、セラミック円柱状巻型上に配されたらせん状金属化コイルあるいは代わりに薄い平らなセラミック板上に配された平らならせん状金属化コイルによって形成される。耳領域は、したがって、接続されて直列の共振回路を形成する３つの電気部品を含む。非常に小型サイズの第４の電気部品（半導体高周波数ダイオード）も含まれ、２つのコンデンサに生じたa.c.電圧を対応するd.c.電圧へ変換する。上述の全体的構造から、可撓性であり薄い多コア・ケーブルが小型制御ボックスへ導かれ、このボックスは、患者の体へ自由に取り付けられあるいは接続される。制御ボックスは、電源，メモリ，マイクロプロセッサ，増幅器，論理回路，スイッチ／キーボード，およびディスプレイそしてもちろんスポット周波数を利用できるものを収容し、スポット周波数は、周波数変調によって定期的に周波数をわずかにシフトすることができる。計測（instrumentation）は、ブドウ糖濃度に関する情報のみを必要とする糖尿病患者の要件よりも複雑であり、一連の血液検体に関する情報を必要とする血液学者により適合するであろうことに留意されたい。
【００３６】
我々は後者（糖尿病患者）の要件に注目する。患者がボタンを押し下げると、それによってマイクロプロセッサが別個の発振器チップを開始させ命令し、所定の周波数で発振を開始させ、狭帯域周波数偏移内で周波数変調させる。拡張共振（enhanced resonant）電圧の順整流（rectification）から生じるd.c.がd.c.増幅器へ伝わり、d.c.増幅器の出力がメモリへ達する。メモリはまた、一連の電極間隔についてコンデンサ電極間に空気のみがあるときの共振回路のＱ値に関して事前に記録された情報を保有する。特定の情報は患者によって入力され、彼自身にのみ関連する。この時点で利用できる情報はＱ値とキャパシタンスであり後者はメモリに記憶されている。次に、マイクロプロセッサがｔａｎδの値を計算し、ピーク値を選択し、ピーク値が次に表示されｍｍｏｌｓ／Ｌで示される。患者が血糖減少状態または血糖過多状態に近い場合には、可聴の音が聞こえるようにしてもよい。このさらなる実施形態を図８および９に示す。
【００３７】
上述の実施形態は、例のみとして述べられたものである。本発明から外れることなしに多くの変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る装置を示す図である。
【図２】図１の装置の概略回路図である。
【図３】一定の成分についての誘電率対周波数のグラフである。
【図４】伝導電流および変位電流のベクトル図である。
【図５】血液についての損率対振動数のグラフである。
【図６】図１の装置のディスプレイの表示である。
【図７】本発明に係る装置の代替の実施形態の概略ブロック図である。
【図１】
2004533867.tif 000003
【図２】
2004533867.tif 000004
【図３】
2004533867.tif 000005
【図４】
2004533867.tif 000006
【図５】
2004533867.tif 000007
【図６】
2004533867.tif 000008
【図７】
2004533867.tif 000009
【図８】
2004533867.tif 000010
【図９】
2004533867.tif 000011
【国際公開パンフレット】
2004533867.tif 000012
2004533867.tif 000013
2004533867.tif 000014
2004533867.tif 000015
2004533867.tif 000016
2004533867.tif 000017
2004533867.tif 000018
2004533867.tif 000019
2004533867.tif 000020
2004533867.tif 000021
2004533867.tif 000022
2004533867.tif 000023
2004533867.tif 000024
2004533867.tif 000025
2004533867.tif 000026
2004533867.tif 000027
2004533867.tif 000028
2004533867.tif 000029
2004533867.tif 000030
【国際調査報告】
2004533867.tif 000031
2004533867.tif 000032
2004533867.tif 000033