(57)【要約】【課題】本発明は、血液パラメータを決定するため、具体的にはＤ−グルコース濃度を非浸襲式に決定するために生データを計測するための計測方法と計測装置に関する。【解決手段】計測装置（１）は、電磁光線を生成するための励起源（２）、励起源（２）から出力された光線を計測対象物の体表面に結合するための結合手段（５〜８）および励起源（２）の結合された光線によって体表面において励起された赤外線（ＩＲ）光線を検出するためのセンサ手段（１３）を有する。結合手段（５〜８）は、励起源（２）から出力された光線を複数の計測箇所において体表面へと平面的に結合するように構成されており、センサ手段（１３）は、体表面において生成されたＩＲ光線を複数の計測箇所において取得するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液パラメータを決定するため、具体的にはＤ−グルコース濃度を非浸襲式に決定するために生データを計測するための計測装置（１）であって、
ａ）電磁光線を生成するための少なくとも１つの励起源（２）、
ｂ）前記励起源（２）から出力された光線を計測対象物の体表面に結合するための結合手段（５〜８）、および、
ｃ）前記励起源（２）の結合された光線によって前記体表面において励起された赤外線（ＩＲ）光線を検出するためのセンサ手段（１３）を有する計測装置において、
ｄ）前記結合手段（５〜８）は、前記励起源（２）から出力された光線を複数の計測箇所において前記体表面と平面的に結合するように構成されており、さらに、
ｅ）前記センサ手段（１３）は、前記体表面において生成されたＩＲ光線を複数の計測箇所において取得するように構成されていることを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記励起源（２）は、ＶＩＳおよび／またはＩＲ領域における電磁光線を生成するための調整可能な励起源であり、
前記計測装置（１）は、計測工程において予め定められたスペクトル領域において前記励起源（２）を調整するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記結合手段（５〜８）は、結合面において複数の計測箇所を時系列に照射するように構成された走査部（６）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の計測装置。
【請求項４】
ａ）前記センサ手段（１３）は、計測箇所に照射されたＩＲ光線を取得するために、好ましくはＩＲ−ＣＣＤセンサ、であるＩＲ表面センサを有し、さらに／あるいは、
ｂ）異なる計測箇所において生成されたＩＲ光線が、前記ＩＲ表面センサ（１３）におけるそれぞれ異なる領域において表示されることを特徴とする、請求項２または３に記載の計測装置。
【請求項５】
取得されたＩＲ光線と記録された基準スペクトルとの関連において血液パラメータ値、好ましくはＤ−グルコース濃度、を決定するための評価部（１４）を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項６】
ａ）調整されたスペクトル経路における強度の経路を計測するために予め定められたスペクトル領域において、前記励起源（２）を調整する際に、各計測箇所において取得されたＩＲ光線が前記ＩＲ表面センサ（１３）における異なる領域にそれぞれ表示され、さらに／あるいは、
ｂ）前記評価部（１４）は、前記基準スペクトルおよび／または平均値形成によって前記Ｄ−グルコース濃度を決定するのに適した計測箇所を特定するように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の計測装置。
【請求項７】
ａ）前記センサ手段（１３）は分光計を備え、さらに／あるいは、
ｂ）前記センサ手段（１３）は、体表面上において生成されたＩＲ光線の異なる波長領域を前記ＩＲ表面センサ（１３）における異なる列に表示するように構成される回析格子（２２）を有し、この前記ＩＲ表面センサ（１３）の列（２３、２４、２５）はそれぞれ前記体表面における異なる計測箇所に割り当てられており、さらに／あるいは、
ｃ）評価部（１４）は、基準スペクトルとの比較および／または平均値形成によって取得されたＩＲ強度値がＤ−グルコース濃度を決定するのに適している列を特定するように構成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項８】
ａ）前記評価部（１４）は、取得されたＩＲ光線のピークについて各ピークの波長および／または各ピークの強度を取得し、さらに／あるいは、
ｂ）前記評価部（１４）は、取得されたＩＲ光線のピークの予め与えられた基準曲線の該当するピークに対する強度比率を検出し、さらに／あるいは、
ｃ）前記評価部（１４）は、ＩＲ光線のピークの波長と基準曲線のピークの予め与えられた特徴的な波長との間における波長の一致を検出し、さらに／あるいは、
ｄ）前記特徴的な波長は、Ｄ−グルコース吸収ピークの波長に相当することを特徴とする、請求項５から７のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項９】
ａ）前記励起源（２）から出力される信号は変調されており、さらに、
ｂ）評価部（１４）は、変調された信号に応じて分散角度を決定するように構成されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項１０】
前記センサ手段は、計測箇所において取得されたＩＲ信号における温度に応じた変動を補正するために、基準信号を形成するために結合された前記励起源（２）の光線によって前記体表面で励起されたＩＲ光線を取得するＩＲフォトダイオード（２６）を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項１１】
ａ）前記結合手段（５〜８）は、その形状が検査対象者の下側または上側の指先（９）、踵、および／または耳たぶに合わせられた計測ヘッド（８）を有し、さらに／あるいは、
ｂ）前記結合手段（５〜８）は、計測工程を実施する前に前記検査対象者の下側または上側の指先（９）、踵、および／または耳たぶが前記計測ヘッド（８）上における予め定められた領域において位置付けされているかを検出するように構成されており、さらに／あるいは、
ｃ）前記結合手段（５〜８）は、前記励起源（２）から出力された光線が光ファイバー束（７）を介してまたは光学ユニットを介して平面的に体表面に結合されるように構成されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項１２】
ａ）前記励起源（２）によって生成された電磁光線が、２５０ｎｍから３００００ｎｍの範囲にあり、さらに／あるいは、
ｂ）調整可能な前記励起源（２）は、好ましくはＩＲ領域であるＤ−グルコース吸収帯において１つあるいはそれ以上のピークを有する予め定められたスペクトル領域を介して調整することが可能であり、さらに／あるいは、
ｃ）前記励起源（２）は、調整可能な量子カスケードレーザであり、生成された光線は１μｍから３０μｍの領域、好ましくは７μｍから１４μｍの領域にあることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１つに記載の計測装置。
【請求項１３】
Ｄ−グルコース濃度を非浸襲式に計測するために、請求項１から１２のいずれか１つに記載の計測装置（１）を利用すること。
【請求項１４】
血液パラメータを決定するため、具体的にはＤ−グルコース濃度を非浸襲式に決定するために生データを計測するための方法であって、
ａ）電磁光線を生成するステップ、
ｂ）生成された光線を対象者の体表面に結合するステップ、および
ｃ）結合された光線によって前記体表面において励起されるＩＲ光線を取得するステップを有する計測方法において
生成された光線は複数の計測箇所において前記体表面へと平面的に結合することを特徴とする計測方法。
【請求項１５】
結合された電磁光線が、計測工程において、予め定められたスペクトル領域においてＶＩＳおよび／またはＩＲ領域において調整されることを特徴とする、請求項１３に記載の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液パラメータを決定するために、具体的にはＤ−グルコース濃度を非浸襲式に決定するために、生データを計測するための計測方法および計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
血糖濃度を生体内において非浸襲式に計測するためのアプローチは先行技術より明らかである。この場合、例えば組織層が光学的に励起されることにより、グルコース濃度によって左右される計測された光線の吸収に基づいて血糖値を計測するものである。
【０００３】
公知である方法における欠点は、例えば図５において図示されるように公知であるグルコース吸収帯における吸収が、他の物質および組織成分の強い吸収・散乱効果と重畳されるため、従来は非浸襲式にグルコース濃度を決定する際に十分な精度を得ることができなかったことにある。
【０００４】
このような非浸襲式計測へのアプローチは、例えばＵＳ７，７２９，７３４Ｂ２によって公知である。ここでは位相が１８０度変位されており、異なる波長を有する２つの変調されたレーザ光線を用いてグルコースが励起される計測装置が提案されている。位相変位されたレーザ光線は２つの位相変位された赤外線（ＩＲ）領域における光熱信号を生成し、これらは赤外線センサによって検出される。レーザ誘導され、波長変調され、位相変位された信号を評価することによって、主に水によって生じる強いバックグラウンド信号を抑制することが可能となる。取得された差分赤外線信号の振幅と位相とに基づいて、グルコース濃度を推察する。
【０００５】
しかしながら提案されている計測装置における欠点は、計測されたＩＲ信号に基づいてグルコース濃度を決定するには０．１°の位相分解が必要であるものの、実地における操作条件においては遵守され得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許公告第ＵＳ７，７２９，７３４Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
よって本発明の課題は、公知である非浸襲式計測装置における欠点を解消することにある。特に、計測装置は、血液パラメータ、具体的にはＤ−グルコース濃度をより正確に非浸襲式によって決定することを可能にする生データを生成し得るものであるべきである。また別の課題は、従来の方法の欠点を解消することができる、血液パラメータ、具体的にはＤ−グルコース濃度を非浸潤式によって決定するための生データを計測するための計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの課題は、それぞれ独立クレームの特徴を有する計測装置および計測方法によって解消される。本発明の好ましい実施形態と利用方法は、従属クレームより得られるものである。
【０００９】
本発明は、例えば毛穴、静脈瘤、骨、角質層、汗、および／または毛細血管における密度変動といった、照射される体の表面またはその下にある皮膚の層における局所的に限定された凹凸によって計測が影響され得るため、公知である計測装置において煩わしい誤計測が生じ得るという識見に基づくものである。
【００１０】
したがって、本発明は、計測を検査する検査対象者の体表面における単一ではなく複数の計測箇所において実施するという一般的な技術的教訓を含むものである。これら計測箇所は、互いに離間しているもしくは重なり合う計測領域、または互いに離間した計測点として形成され得る。
【００１１】
本発明による計測装置は、先行技術と一致するように、電磁光線を生成するための少なくとも１つの励起源と、励起源から出力された光線を計測対象者の体表面に結合するための結合手段と、を備える。
【００１２】
さらに計測装置は、結合された励起源の光線によって体表面で励起された赤外線（ＩＲ）光線を取得するためのセンサ手段を有する。
【００１３】
計測を単一の計測点においてのみ実施することがないよう、結合手段は励起源から出力された光線を体表面における複数の計測箇所に対して平面的に結合するように構成されており、さらに、センサ手段は体表面において生成されたＩＲ光線を複数の計測箇所において取得するように構成されている。
【００１４】
本発明において、複数の計測箇所の使用は、前述の局所的に限定された凹凸に関連した誤計測点を検出し、計測箇所を適切に選択することによって補正することが可能であるという利点を有する。励起されたＩＲ光線を単一の計測箇所においてのみ計測する場合、計測されたＩＲ光線の強度値が、特定のグルコース濃度Ｘから生成されたのかグルコース濃度Ｙから生成されたのかを識別することができず、さらに、生成されたＩＲ強度が、例えば平均以上に分厚い角質層などの局所的な阻害効果の影響を受けていた。複数の計測箇所であれば、例えば、平均値を形成することによって全計測箇所について平均値からの偏差が予め定められたしきい値よりも大きいものは、その計測値が、おそらく局所的な凹凸および／または望まれない阻害効果によって影響されたものであるので、「誤った」計測箇所として特定することが可能である。こうして「誤った」計測箇所を選別することにより、計測精度が向上される。さらに、平均値を形成することによりバックグラウンド信号における変動を平均化できるため、残った「誤っていない」計測箇所に基づく血液パラメータ値、具体的にはＤ−グルコース濃度の決定における精度が向上され得る。
【００１５】
結合手段は、皮膚表面上の計測箇所が、例えば格子状など、規則的な間隔をおいて配置されるように構成されていることが好ましい。しかしながら、計測箇所は不規則な形で配置されていてもよい。
【００１６】
電磁光線が結合される計測箇所は、励起されたＩＲ光線が取得される計測箇所と一致することが好ましい。しかしながら、生成された電磁光線が平面的に結合され、生成されたＩＲ光線が平面的に読み取られ得る限り、電磁光線を結合するための計測箇所とＩＲ光線を取得するための計測箇所とが互いにわずかに偏位されているか、あるいはその数がわずかに異なる可能性もあり得る。
【００１７】
本発明の特に好ましい実施例において、励起源は、可視（ＶＩＳ−）および／またはＩＲ領域における電磁光線を生成することができる調整可能な励起源である。この変形例において、計測装置は、励起源を計測工程において予め定められたスペクトル領域に調整するように構成されている。
【００１８】
これにより、血糖濃度を決定する際に計測データがグルコース吸収スペクトルの１点または２点に基づくのではなく、予め定められた周波数領域にわたるスペクトル列を利用することが可能であるという利点を奏する。
【００１９】
このことは、例えば、高い吸水性やその他の要素により生じる阻害効果を調整されたＩＲスペクトルを採用することによって、確実に特定することが可能であることを発明者が見出したことに基づく。したがって、例えば、相関分析を実施することにより採用された計測曲線と、基準スペクトルとが、一致するかどうかを決定することが可能となる。調整された周波数領域において、例えば、Ｄ−グルコース吸収曲線である基準曲線に対して高い一致を示す計測されたＩＲ強度曲線は、結合された光線が計測箇所においてグルコース分子によって吸収されたことを示すのに対して、基準曲線との一致が低い場合は結合された光線が水あるいはその他の物質によって吸収されたかこれらに散乱されたことを示すものである。
【００２０】
したがって、本発明の特別な利点は、Ｄ−グルコース濃度を決定するために、例えば、図４にその吸収曲線が示されているように、グルコース吸収が実際に計測された計測曲線のみを使用することが可能であり、例えば、図５に図示されている他の要素の吸収曲線によって歪曲されていないことにある。これに対して、先行技術から公知である１点または２点の固定波長のみを計測するアプローチにおいては、計測された計測値が、例えば、高めのグルコース濃度を示すものであるか、あるいは単に隣接する他の物質の吸収曲線によって歪曲されたのかを確実に区別することができない。
【００２１】
別の実施例において、結合手段は、結合面における複数の計測箇所を時系列に照射（いわゆるフライング・スポット照射）するように構成された走査部を有することが可能である。結合手段は、例えば、マイクロスキャナあるいはＭＥＭＳスキャナとして構成されることが可能であり、デジタル光処理（ＤＬＰ）部を有するものであってもよい。
【００２２】
その利点は、励起光線を結合する際に照射された各計測箇所のエネルギー濃度とともに侵入深さが大きくなりながらも、全結合面にわたってエネルギー濃度の平均値が大きくならないことにある。
【００２３】
複数の計測箇所から出力されるＩＲ光線を平面的に取得するために、センサ手段は、例えば、ＩＲ−ＣＣＤセンサなどの赤外線表面センサであることが好ましい。
【００２４】
異なる計測箇所において生成されたＩＲ光線は、それぞれＩＲ表面センサの異なる領域上に表示されることが好ましい。これらにおいて、皮膚層に形成されたＩＲ光線が検出される、例えば、格子状に配置された計測箇所が表面センサの行と列の形で形成される格子構造上に表示されることによって、計測点の場所情報が維持される。
【００２５】
全計測箇所の計測値を比較することによって、局所的なエラー、すなわち血液パラメータを決定するに不適切な計測箇所を特定し、その後、計測された生データをさらに加工する際にはそれに応じて排除することが可能となる。
【００２６】
本発明による計測装置は、好ましくは、生データを、計測箇所の位置と調整可能な励起源の波長とで分類されて計測されたＩＲ光線の強度の形で生成する。これら計測データを用いて、この後に続くデータ加工を実施することにより、Ｄ−グルコース濃度あるいは血液パラメータの全般的な値を決定することが可能となる。
【００２７】
そのため、計測装置は、取得されたＩＲ光線と保存された基準スペクトルとに応じて、例えば、血糖濃度などの血液パラメータ値を検出する評価部を備え得る。
【００２８】
本発明による計測装置の特に好ましい利用方法は、生データを計測し、その生データに基づいて生体内におけるＤ−グルコース濃度を決定することである。以下において、繰り返しこの一例としてとりあげた本発明の計測装置の利用方法に脚光を当てて参照することとする。さらに本発明は、例えば、各血液パラメータのための該当する基準スペクトルを保存し、これら血液パラメータの吸収曲線に適合した適切な周波数領域を選択することによって、その他の血液パラメータを決定するためにも使用することも可能であるという趣旨において、計測装置を普遍化することが可能であることを強調しておく。
【００２９】
評価部は、取得されたＩＲデータと予め定められた基準スペクトルとを比較するように構成されることが好ましい。基準スペクトルを求めるためには、計測装置を用いてＩＲ計測を実施し、例えば、従来の浸襲式方法によって得られたＤ−グルコース濃度と、ＩＲ計測とを相関させる。
【００３０】
本発明の好ましい実施例において、調整されたスペクトル列における強度シーケンスを計測するために取得されたＩＲ光線が、計測箇所毎にＩＲ表面センサのそれぞれ異なる領域において表示される。言い換えると、計測箇所が表面センサの部分領域に対して１対１の形で表示されることによって、計測領域が、例えば、表面センサの予め定められた行と列とによって特徴付けられて表面センサ上に二次元解像度にて表示される。
【００３１】
予め定められた計測箇所に相当する表面センサの各部分領域は、励起源を調整する際に、相当する計測箇所のための励起スペクトルを記録する。評価部は、前述のとおり基準スペクトルとの比較および／または平均値形成によって、血液パラメータ値を決定するのに適切なあるいは不適切な計測箇所を特定することが可能となる。
【００３２】
本発明を実現するための別の可能性においては、センサ手段が分光計を有する。例えば、センサ手段が、体表面において生成されたＩＲ光線の異なる波長領域をそれぞれＩＲ表面センサにおける異なる列上に表示するための回折格子あるいはプリズムを有し得る。ＩＲ表面センサの各行に対しては、体表面における計測箇所の組がそれぞれ割り当てられている。なお、表面センサの平面的な両延伸方向のうちいずれが行あるいは列であるかは任意である。
【００３３】
この変形例においては、評価部が、基準スペクトルとの比較および／または平均値形成によって、取得されたＩＲ強度値がＤ−グルコース濃度を決定する上で適切である列を特定するように構成されている。これに対して、阻害効果が認められた列を選別することも可能である。これによって、血糖計測の精度をさらに向上することが可能となる。
【００３４】
この実施変形例においては、表面センサの一次元がＩＲ信号のスペクトル分解のために使用されるため、局所解像度が一次元分減少することになる。しかしながら、この実施例の特別な利点は、Ｄ−グルコース決定の精度を向上するために取得されたＩＲ信号をスペクトル分解することで、貴重な情報を得られることにある。例えば、別途の蛍光効果を計測したり、１つの励起周波数に対してグルコース吸収曲線における複数のピークを計測したりすることが可能である。
【００３５】
Ｄ−グルコース濃度は、例えば、グルコース吸収ピークの高さと相関するものである。別途の蛍光効果が生じた場合、これによって―グルコース濃度が変わらない場合には―、計測されたグルコース吸収ピークのピーク高さが変わることがある。別途のスペクトル分解を実施する場合、このような効果を検知して補正ファクタの形で考慮することが可能となる。
【００３６】
前述したとおり、一般的に、皮膚表面構造における局所的に限定された凹凸と毛細血管とにおいては、水およびその他の要素と比較してグルコース分子の濃度が低いことに起因して望まない誤った計測データが得られる場合がある。
【００３７】
したがって、評価部は、取得されたＩＲ光線のピーク、各ピークの波長、および／または各ピークの強度を検出することが好ましい。
【００３８】
その後、評価部は、ピークにおける強度比率、すなわち、例えば１つ目のピークの強度と２つ目のピークの強度との比率を検出することによって、主たる吸収ピークと場合によっては存在する副ピークとを検出することができるようにすることが好ましい。
【００３９】
さらに、評価部は、ＩＲ光線の計測されたピークの波長とグルコース吸収にとって特徴的である予め与えられた特徴的な波長との間において、波長が一致するかどうかを検出することが好ましい。計測されたピークの強度比率、および計測されたピークの波長と特徴的な波長との一致によって、計測された光線が実際にグルコース吸収に起因するものか誤りに起因するものかを判断することが可能となる。
【００４０】
さらに、評価部は、グルコース濃度を決定するために取得されたＩＲ光線のピークの予め与えられた基準曲線において相当するピークに対する強度比率を検出したり、取得されたＩＲ光線のピークと予め与えられた基準曲線における相当するピークとを比較したりすることが可能である。
【００４１】
さらに、評価部は、阻害効果によって影響を受けた計測箇所および計測曲線を特定するために、前述の平均化をセンサにおける個々の画素および行について実施することが可能である。
【００４２】
また、励起源から出力される信号が変調されていてもよい。この場合、評価部は、変調された信号に応じて分散角度を決定するように構成される。ここで好ましくは、赤外線領域にある波長の長い搬送波信号は、上部の皮膚層に対する所望の侵入深さが得られることを確証するとともに、変調された信号がさらに分散角度の評価を可能にする。
【００４３】
励起源は、調整可能である量子カスケードレーザであり得る。励起源によって生成された光線の波長は、２５０ｎｍから３０μｍの範囲にあることが好ましい。生成された光線は、８．５μｍから１０．５μｍの特徴的なグルコース吸収帯が含まれる７μｍから１４μｍの範囲にあり、ピークが約９．６μｍであり得ることがさらに好ましい。
【００４４】
調整可能である励起源がＤ−グルコース吸収帯における１つあるいは複数のピークを含み、なるべくならＩＲ領域における予め定められたスペクトル領域において調整されることが好ましいのは、この領域においてグルコース吸収帯が十分な強度を有し、結合された光線の侵入深さが１．５μｍから２μｍの深さにおける毛細血管に到達するのに十分であるからである。
【００４５】
本発明の範囲における計測精度は、センサ手段が、ＩＲ表面センサに加えて、励起源の結合された光線によって体表面において励起される赤外線光線を取得するための別のＩＲフォトダイオードを有することによって、さらに改善され得る。計測箇所の全面にわたって取得されたＩＲ光線は、フォトダイオードによって平均値として計測される。
【００４６】
ＩＲフォトダイオードを温度計測のために用いて、計測箇所において取得されたＩＲ信号における温度によって左右される変動を補正したり、場合によって生じる散乱効果を補正するために基準信号を形成したりすることが可能である。
【００４７】
さらに、評価部は、調整可能な励起源の現在の出力を監視して、励起源を調整する際にこれが一定に維持されるか、または予め定められた曲線形状を有するように制御するように構成されていてもよい。レーザの出力調整は、例えば、波長によって左右されるため、取得されたＩＲ光線の強度はレーザ出力に応じて基準化することが可能であり、よって、この別途の制御回路によって計測精度をさらに向上することが可能となる。
【００４８】
結合手段は、その形状が検査対象者の指先下側もしくは指先上側、踵、および／または耳たぶに適合された計測ヘッドを有することが好ましい。そのために計測ヘッドは、平らまたは湾曲した接触面を有するか、あるいはクリップとして形成されていてもよい。計測表面上の位置決めミスによる計測ミスを防止するために、結合手段は、さらに計測工程の実施前に検査対象者の指先下側もしくは指先上側、踵、または耳たぶが、計測ヘッド上の予め定められた領域に位置決めされているかどうかを検出するように構成されていてもよい。
【００４９】
励起源から照射された光は、光ファイバー束あるいは光学ユニットを介して体表面へと平面的に結合され得る。回析格子または分光計を有しない実施例においては、取得されたＩＲ光線が、同様に光ファイバー束を介して直接ＩＲ表面センサの該当する領域へと表示され得る。これに対して、分光計、回析格子、あるいはプリズムを有する実施例においては、別途の光学ユニットが設けられて１つの計測行の各計測箇所の光学的な強度の平均値を形成し、その後回析格子によってスペクトル分解されて表面センサの１つの行の上に表示される。
【００５０】
本発明は、さらに血液パラメータを決定するため、具体的にはＤ−グルコース濃度を非浸襲式に決定するために生データを計測する方法に関し、電磁光線を生成するステップと、生成された光線を計測対象者の体表面に結合するステップと、結合された光線によって体表面において励起される赤外線光線を取得するステップとを有し、生成された光線は体表面における複数の計測箇所において平面的に結合されるものである。結合された電磁光線は、計測工程においてＶＩＳおよび／またはＩＲ領域における予め定められたスペクトル領域に調整されることが好ましい。
【００５１】
計測装置の前述のアスペクトは、それぞれ明白に記述されなくとも該当する方法工程として構成され得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
本発明の更なる詳細と利点とは以下において添付図面を参照しつつ説明される。
【００５３】
【図１】一実施例による計測装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】別の実施例による本発明における計測装置のセンサ手段である。
【図３】一実施例によるＩＲ表面センサ上で取得されたＩＲ光線のスペクトル分解である。
【図４】ＩＲ領域におけるグルコースの主吸収ピークである。
【図５】血液中に存在するその他の要素の吸収曲線との対比におけるグルコース吸収曲線である。
【図６】別の実施例における計測装置を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１は、Ｄ−グルコース濃度を非浸潤式に決定するための本発明による計測装置１を示すブロック図が示されている。
【００５５】
Ｄ−グルコース濃度を非浸襲式に決定するために、血糖濃度を計測すべき人は指先９下側を計測ヘッド８の計測表面の上に乗せる。この例において、計測表面は平らな接触面として形成されている。しかしながら、侵入深さが浅い所に毛細血管が流れているため、指先上側、踵、あるいは耳たぶにおいて血糖濃度を有利な形で計測することも可能である。計測面を計測すべき体の箇所の表面形状に適合させる場合、指先上側や踵に接触させるため、計測表面は湾曲していてもよい。
【００５６】
計測装置１は、予め定められた波長領域において調整可能な量子カスケードレーザ２を有する。本実施例において、計測装置１は、計測工程のために量子カスケードレーザ２を７μｍから１４μｍの範囲において調整するように構成されている。図４に示されているように、この範囲においてグルコースの主吸収帯が存在する。この帯は８．８μｍから１０．５μｍにわたって延伸し、約９．６μｍの辺りでピークを有する。ここで、周波数領域の予め定められた周波数または周波数間隔を通過する際のパルシングは０．１Ｈｚから１２Ｈｚであり得る。
【００５７】
量子カスケードレーザ２から出力されたレーザ光は、光ファイバー線３と適切な一般的な光学ユニット４を介して結合手段５へと導かれる。結合手段５は、励起源２から出力された光線を指先９下側へと平面的に結合する。
【００５８】
本実施例において、結合手段５は、マイクロスキャナ６、各光ファイバーが１つの計測箇所に接近している光ファイバー束７、および計測ヘッド８からなる。
【００５９】
個々の計測箇所は、（図示されないが）格子状に行と列の形に配置されている。マイクロスキャナ６は、格子状に配置された点を例えば行毎などに順番に制御し、このことはフライング・スポット方法としても知られている。入射されたレーザ光は、指先９下側の上部皮膚層に吸収されて赤外線光線として再び放出される。結合されたレーザ光線によって生成された赤外線光線は、適切な一般的な光学ユニット１２を介してＩＲ−ＣＣＤセンサとして構成されているＩＲ表面センサ１３上に表示される。
【００６０】
ここでは複数の計測箇所のうちそれぞれが、ＩＲ−ＣＣＤセンサ１３における予め定められた領域上に表示されることによって、センサ表面上の該当する箇所または画素に対する１対１の割り当てが実施される。
【００６１】
こうすることによって、計測箇所の位置情報が維持され、個々の計測箇所の幾何学的な評価、すなわち皮膚表面上の位置に応じた計測箇所の評価が可能となる。
【００６２】
符号４、１０および１２で示された要素は、それ自体は先行技術より公知であり、励起光線の光路あるいは取得されたＩＲ光線の光路を形成するビームスプリッタ、レンズ、または鏡などの一般的な光学的要素を表わすものである。
【００６３】
通過される周波数領域の各周波数あるいは各周波数間隔について表面センサ１３が計測値を記録することによって、計測装置１が複数の計測点のそれぞれについて取得されたＩＲ光線の強度の形で通過された周波数間隔毎に１つの計測行を計測する。
【００６４】
計測データを評価して計測工程を制御するために、例えばフィールド・プログラマブル・フィールド・アレイ（ＦＰＧＡ）として実現することが可能な中央評価・制御部１４が設けられている。
【００６５】
制御部１４は、レーザ２、走査部６、表面センサ１３ 、および計測ヘッド８を信号線１７から２１を介して制御および同期する。制御部１４は、信号線１７を介して表面センサ１３によって計測されたデータを受信する。別の信号線１８を介して制御部１４が計測ヘッド８と連結されており、これを介して計測ヘッド８が制御部１４に対して指先９が計測ヘッド８上に位置づけられたか、さらにはこれが正しく、すなわち接触面の予め定められた領域に対して位置づけられたかどうかに関する信号を送る。該当する場合には、制御部１４が計測工程を実施し、それ以外には警告信号が出力される。
【００６６】
信号線２０および２１は、評価部１４を介してレーザ２を制御するための制御回路の一部を構成する。一方では、制御線２１を介して評価部１４は、計測工程を実施する際に所定の周波数領域を予め定められたパルシングにおいて通過するように、調整可能のカスケードレーザ２を制御することが可能である。さらに、レーザ２の出力を調整することが可能である。レーザ２の出力は波長とともに変化するため、デカップリングを介してレーザ２の出力が信号線２０を介して制御部１４へと伝達して、これによって監視される。これによって、計測されたＩＲ光線の強度における変化がレーザ強度における変動によって影響を受けることを避けるために、レーザ２における強度変動を防止することが可能となる。あるいは取得されたＩＲ信号を、計測されたレーザ強度との関連において基準化することが可能である。
【００６７】
別の信号線１９を介して評価部１４は、計測工程を実施する際にマイクロスキャナ６を制御する。さらに、計測装置１によって検出された計測データをディスプレイ１６上に表示することが可能である。それに先駆けて検知された基準スペクトルは、記憶部１５上に記憶されている。
【００６８】
通過した励起源の各周波数間隔について評価部１４が赤外線表面センサ１３によって取得される励起されたＩＲ光線の強度を読み出すことで、複数の計測点のうちそれぞれについて励起された波長を通る強度シーケンスが計測される。これによって、評価部１４が、各計測点について取得されたＩＲ光線のピークと各ピークの強度とを検出することが可能である。本発明における「ピーク」とは、取得されたＩＲ光線の計測された強度が減少する吸収ピークをも含むものとする。
【００６９】
こうすることによって、評価部１４は、図４において示されるように例えば９．６μｍにおける主吸収ピークの位置と高さとを検出することが可能である。
【００７０】
計測された値と記憶部１５に保存されている基準曲線とを比較することによって、グルコース濃度を決定することが可能となる。
【００７１】
計測精度を向上するために、評価部１４は、全ての計測点における個々の計測行を比較する。そのためには、例えば、全ての通過された波長領域におけるＩＲ光線の計測された強度における変動を個々の計測箇所を超えて比較することが可能である。これは、例えば、全ての計測箇所に対する平均値を形成し、その後に、この平均値からそれぞれの計測箇所の偏差を決定することによって実施され得る。これによって、局所的エラーとスペクトルエラーとを特定して算出することが可能である。ＩＲ光線の計測された強度が１つの計測箇所あるいは複数の計測箇所において大多数の計測箇所に比べて大きく異なる場合、Ｄ−グルコース濃度を決定する場合に該当する計測値は考慮されない。
【００７２】
図２に、本発明の別の実施例が示されている。ここではそれ以外の要素は図１のものに該当するため、計測装置１のセンサ手段のみが拡大して示されている。
【００７３】
図１の計測装置に比べて図２における計測装置は、体表面において生成されたＩＲ光線の異なる波長領域をＩＲ表面センサ１３の異なる各列に表示するように構成された回析格子２２を備える。こうして、ＩＲ表面センサ１３の各行を体表面上のそれぞれ異なる計測箇所に対して割り当て、異なる波長領域が表面センサ１３の異なる各列に表示されるようにして、取得されたＩＲ光線のスペクトル分解が実施される。
【００７４】
このことは、図２および３において、表面センサ１３の、例えば、最初の３つの行２３、２４、２５において図示されている。
【００７５】
特定の列の全ての計測値は、波長あるいは波長領域が計測されたＩＲ信号の強度に相当する。１つ目の列の全ての画素はそれぞれ波長λ１において取得されたＩＲ強度値に相当し、以後２つ目の列のものは波長λ２におけるものであり、３つ目の列のものは波長λ３におけるものである。
【００７６】
回析格子２２を用いた別途スペクトル割り付けによって、計測箇所を図１における実施例のように、表面センサ１３上において二次元的に局所分解することができなくなる。よって、計測面における１つの行の個々の計測箇所において計測された強度値が、回析格子２２に当たりこれによってスペクトル分解されて表面センサ１３上の該当する行の上に表示される（図示されず）前に光学的に求められる。
【００７７】
図３における曲線Ｉ＿２３は、表面センサ１３の１つ目の行２３において計測されたＩＲ光線に相当し、９．６μｍにおける吸収ピークに相当する主ピークＰ１＿２３と蛍光ピークに相当する約５μｍにおける２つ目のピークＰ２＿２３を示すものである。
【００７８】
図３における簡素化された表示において、取得された強度の減少に相当するものの吸収ピークＰ１＿２３がより高く示されている。
【００７９】
行２４および２５における取得された強度スペクトルＩ＿２４およびＩ＿２５は、１つ目の行２３のスペクトルに対して類似しているものの完全には一致しないシーケンスを示している。
【００８０】
こうして、評価部１４は取得された吸収スペクトルの個々のピークを分析することが可能となる。ここでは、全ての行の平均値に対して大きな偏差を示す行が誤計測として選別されることによって、グルコース濃度を決定する際の精度を向上する。さらに、例えば、ピークの数と高さの関係など計測されたピーク構造が基準曲線のピーク構造とは大きく異なるような行については局所的な誤計測として特定され得る。ピーク構造は、相関分析によって比較することが可能である。
【００８１】
例えば、１つの行が予期される５μｍではなく８μｍの波長において蛍光ピークを有する場合、評価部はこの計測行を計測エラーとして分類して、これらのデータをグルコース濃度を決定する際に考慮しないことが可能である。
【００８２】
図２の実施例におけるセンサ手段は、計測箇所の全面に亘って赤外線光線を平均値として計測する別のＩＲフォトダイオード２６を有する。このために、計測箇所において計測されたＩＲ光線が、ビームスプリッタ２７を介してフォトダイオード２６へと導かれる。ＩＲフォトダイオード２６は、計測箇所において取得されたＩＲ信号の温度による変動を修正する目的で温度計測のために使用される。
【００８３】
図６には、別の実施例における計測装置の概略的なブロック図が示されている。この実施例においては、励起源２から出力された信号が変調されている。ここでは、好ましくは赤外線領域にある長波の搬送波信号によって上部皮膚層への所望の侵入深さが得られるとともに、変調された信号がさらに分散角度の評価を可能とすることが確証される。図１の実施例とは異なり、この計測装置は別の鏡２９を有することよって干渉計計測を実施することが可能となる。このために、レーザ２から来るレーザ光の一部が半透明である鏡１０によって鏡２９へと導かれ、そこで反射されて、その後表面センサ１３上に垂直に表示される。これに対してレーザ２から来るレーザ光の一部は指先９へと結合される。指先９において励起された光線は再び鏡１０へと案内されて、これによって同様に表面センサ１３上に表示される。表面センサ１３上に表示された両方の光線は、表面センサ１３上において干渉して干渉図を形成する（図示されず）。この干渉図を用いて、グルコースにとって特徴的な値を示す屈折率を計算することが可能である。この別途の計測オプションを用いて計測精度をさらに向上させることが可能となる。
【００８４】
前述の明細書、図面および請求の範囲において開示された本発明の特徴は、個々であっても組み合わせとしてもそれぞれの形態における本発明の実現のために重要であり得る。
【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１】
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【図６】
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【国際調査報告】
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