分光測定
本発明は、混濁媒体中の少なくとも１つの物質の測定のための装置及び方法に関する。装置は、少なくとも１つの照射地域上で混濁媒体（１７）を照明するよう較正される少なくとも１つの放射線源（１２）を含む。装置は、さらに、少なくとも１つの検出地域から混濁媒体からの後方散乱光を検出し且つ後方散乱光を表す検出信号を生成するよう構成される少なくとも１つの検出器を備える。装置は、少なくとも２つの異なる照射−検出距離に関する検出信号を生成するよう構成される。照射−検出距離は、照射地域と検出地域との間のそれぞれの距離として定められる。装置は、液体（７）を密封する少なくとも２つの電極板（５，８）を含む少なくとも１つの空間光変調器（２）も含み、電極板（５，８）は、複数の電極（６，１０）を支持し、複数の電極は、液体（７）と共に、電極（６，１０）の間の電界に依存して、光透過パターンを定めるよう構成され、照射地域及び／又は検出地域は、前記光透過パターンによって定められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、散乱媒体内の物質の濃度の分光測定に関する。具体的には、それは人間の血液中のグルコースの濃度を非侵襲的に監視する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光法は、人間の皮膚内の物質の濃度を測定するために使用され得る。光ビームが皮膚の上に送られ、探針（プローブ）される皮膚容積の反射率を測定するために、（後方散乱された或いは透過された）媒体と相互作用した光が検出される。吸収スペクトルが反射率から演繹され、標的物質の濃度が、媒体内に含まれる物質の既知のスペクトル特性を使用して、数学的モデルを用いて吸収スペクトルから計算され得る。皮膚に対する分光法は、生体内で非侵襲的に、検体の人の血液濃度を推測することを許容する。
【０００３】
定量分光法の基本的な着想は、光の測定強度から、探針される媒体の吸収係数を演繹し、そこから、標的物質の濃度を演繹するために、ランベルトベールの法則を使用することである。しかしながら、人間の皮膚のような混濁媒体に対する透過又は拡散反射分光法では、ランベルトベールの法則の単純な関係は有効ではない。混濁媒体のスペクトルに対する線形回帰分析は誤りを起こす傾向があり、よって、測定精度における効果的な減少を招く。正に、混濁媒体のためのランベルトベールの法則の減衰係数は、吸収係数及び散乱係数の両者に依存する。さらに、探針される容積内の光の経路長は定められず、検出器に達する光子は、異なる長さで異なる経路を進行する。
【０００４】
これらの問題に対応して、番号ＩＢ２００６／０５４３１１の下で２００６年１１月１７日に本出願人によって出願された国際特許出願は、具体的には、血液中の有効減衰係数μｅｆｆ（λ）を備える混濁媒体内の少なくとも１つの検体の濃度の非侵襲的測定のための装置を記載しており、装置は、
− 電磁放射線のスペクトルを生成し且つ電磁放射線の前記スペクトルを混濁媒体に送るよう構成される少なくとも１つの放射線源を含み、
− 混濁媒体から反射放射線のスペクトルを検出し且つ検出放射線を表す検出信号を生成するよう構成される少なくとも１つの検出器を含み、前記放射線源の照射地域及び混濁媒体上の前記検出器の検出地域は、少なくとも２つの異なる源−検出器距離ρ１，２に対する検出信号を生成するよう配置され、前記源−検出器距離は、照射地域と検出地域との間のそれぞれの距離として定められ、前記源−検出器は、ρ１，２＞＞１／μｅｆｆであるよう選択され、
− 検出信号から、源―検出器距離に対する反射における相対的変化を表す第一定量を決定し、前記第一定量から引き出して、有効減衰係数μｅｆｆを表す第二定量を決定し、且つ、前記第二定量から前記濃度を決定するよう構成されるデータ処理手段を含む。
【０００５】
より精密には、特許出願番号ＩＢ２００６／０５４３１１の発明によれば、検体の濃度を決定する測定スキームは、
１．十分に大きい２つの源−検出器距離、即ち、ρ１，２＞＞１／μｅｆｆで、反射スペクトルＲを取り、
２．ρに対する１ｎ（Ｒ）の導関数を計算し、結果を二乗し、よって、源−検出器距離に対する反射における相対的変化を表す前記第一定量を得る。これは、第一定量が、源−検出器距離に対する１ｎ（Ｒ）の導関数を計算し、前記計算の結果を二乗することによって決定されると言うのに等しく、Ｒは、強度反射係数である。
３．以下の方程式
【数１】
に従って（ここで、μａは、全吸収係数、μｓ’は、皮膚の減少された散乱係数である）、前記第一定量から第二定量、有効減衰係数μｅｆｆを表すＳｒを引き出し、前記定量から前記濃度を決定する。
【０００６】
源−検出器距離に対する反射における相対的変化を計算することは、利用される機器の絶対的な較正が不要であるという追加的な利点を有する、即ち、源強度又は検出器効率の毎日の変化は重要ではない。機器は、それぞれの源−検出器距離での、即ち、幾分短い時間間隔での２つの所要スペクトルの測定中、反復可能な結果を生成し得るだけであるべきである。
【０００７】
特許出願番号ＩＢ２００６／０５４３１１の方法はさらに詳説されず、さらなる詳細が必要とされるならば、この文献の記載が参照される。
【０００８】
特許出願番号ＩＢ２００６／０５４３１１の方法の実質的な実施のために、混濁媒体は、例えば、中心検出地域の周りに延在する本質的に同心的な円形地域内で照射される。特許出願番号ＩＢ２００６／０５４３１１の装置の対応する実施態様では、放射線源は、混濁媒体の前記境界に本質的に延び且つ混濁媒体の前記境界上の共通の中心検出地域の周りに配置される、それぞれの複数の導波管ファイバの少なくとも２つの同心状の円形配置を含み、検出器は、混濁媒体の境界に本質的に延び且つデータ処理手段と動作的に接続する、少なくとも１つの中心導波管ファイバを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
混濁媒体が少なくとも２つの源−検出器距離で分析される方法を実施するための、特に特許出願番号ＩＢ２００６／０５４３１１中に記載される種類の方法を実施するための代替的な装置を提供することが本発明の目的である。前記においては、「源−検出器距離」を、むしろ「照射−検出器距離」と呼ぶ。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、混濁媒体中の少なくとも１つの物質の濃度の測定のための装置であって、
− 少なくとも１つの照射地域の上で混濁媒体を照明するよう構成される少なくとも１つの放射線源と、
− 少なくとも１つの検出地域から混濁媒体からの後方散乱光を検出し且つ後方散乱光を表す検出信号を生成するよう構成される少なくとも１つの検出器とを含み、
− 当該装置は、少なくとも２つの異なる照射−検出距離に関する検出信号を生成するよう構成され、照射−検出距離は、照射地域と検出地域との間のそれぞれの距離として定められ、
− 当該装置は、液体を密封する少なくとも２つの電極板を含む、少なくとも１つの空間光変調器を含み、電極板は、複数の電極を支持し、複数の電極は、液体を用いて、電極の間の電界に依存して光透過パターンを定めるよう構成され、照射地域及び／又は検出地域は、光透過パターンによって定められる装置が提供される。
【００１１】
空間光変調器は、極めて簡単で適合可能な装置であり、その位置付けに関する如何なる柔軟性の懸念も含まない。多くの照射−検出距離が想定され得る。何故ならば、照射地域及び／又は検出地域は、変調器の光透過パターンによって定められるからである。その上、変調器は、高く安定的な空間透過性を有し、柔軟な透過幾何を有する、換言すれば、光透過パターンは、電極を動作するだけで、容易に変更され得る。異なる光透過パターンの間の移行は迅速に取得され得る。さらに、そのような変調器は、低い価格で生産され得る。
【００１２】
本発明のお陰で、ファイバが、混濁媒体へ或いは混濁媒体から、少なくとも１つの方向において、光の透過に包含されないように装置を構成することが可能である。結果的に、この方向において、結合懸念が包含されず、光の損失の危険性は存在しない。
【００１３】
ある実施態様によれば、液体及び電極は、電極の間の電界に依存して、変調器を通じて不透過的地域及び透過的地域を定めるよう構成される。
【００１４】
ある実施態様によれば、固定中央検出地域を含み、円形照射地域を定めるよう構成される。
【００１５】
ある実施態様によれば、液体は、液晶である。
【００１６】
ある実施態様によれば、液体は、エレクトロウェッティング液体である。
【００１７】
ある実施態様によれば、電極板は、半導体を含む。
【００１８】
その場合には、ある実施態様によれば、変調器は、光源と、半導体板の上に配置される光ダイオードとを含む。
【００１９】
ある実施態様によれば、当該装置は、混濁媒体と変調器との間の光路上で変調器の吸収及び反射を制御するよう構成される。
【００２０】
ある実施態様によれば、当該装置は、変調器の吸収及び反射を制御するよう配置される電気泳動液体を含む。
【００２１】
本発明によれば、混濁媒体中の少なくとも１つの物質の濃度を測定するための方法であって、
− 少なくとも１つの照射地域上で混濁媒体を照明することを含み、
− 少なくとも１つの検出地域から混濁媒体からの後方散乱光を検出し、且つ、後方散乱光を表す検出信号を生成することを含み、
− 当該方法は、少なくとも２つの異なる照射−検出距離に関する検出信号を生成することを含み、照射−検出距離は、照射地域と検出地域との間のそれぞれの距離として定められ、
− 液体を密封する、少なくとも２つの電極板を含む、少なくとも１つの空間光変調器を制御することを含み、電極板は、複数の電極を支持し、複数の電極は、光透過パターンを用いて照射地域及び／又は検出地域を定めるために、液体を用いて、電極の間の電界に依存して光透過パターンを定めるよう構成される方法も提供される。
【００２２】
ある実施態様によれば、照射−検出距離の関数として、混濁媒体と検出器との間の光路上で変調器の吸収及び反射を制御することを含む。
【００２３】
本発明によれば、近赤外（ＮＩＲ）分光法による人間の皮膚中のグルコースの濃度を測定への上記に提示される方法の適用も提供される。しかしながら、人は本発明の範囲がＮＩＲ分光法にも人間の皮膚にも限定されないことが理解されるべきである。
【００２４】
本発明のこれらの及び他の特徴は、付属の図面を参照して以下の記載からより明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の装置の第一実施態様に従った変調器を示す底面図である。
【図２】図１の装置を示す側断面図である。
【図３】本発明の具体的な実施態様に従った変調器を示す底面図である。
【図４】第一光透過パターンを備える本発明の装置の他の具体的な実施態様に従った変調器を示す底面図である。
【図５】第二光透過パターンを備える図４の変調器を示す底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、対応する電界を空間光変調器に適用することによって、この空間光変調器で光透過パターンを定めることに基づく。電極を含む板は、関心の波長範囲内で透過的であるべきである。ある実施態様によれば、変調器の電極は、前記光透過パターンを定めるために、関心の波長範囲内で、変調器の特定部分が透過的(transparent)であり、他の部分が不透過的(opaque)であるよう動作され得る。
【００２７】
記載中、有用性の理由のために、装置は劣等位置及び上等位置を参照して記載される。それらの位置は、装置が他の方法で方向付けられ得ないが、素子をより容易に記載することを許容することを意味する。それらの位置は、図２の装置のものである。劣等部分は、皮膚の側にある部分である。
【００２８】
本発明の第一実施態様によれば、並びに、図１及び２を参照すれば、装置１は、液晶を含む種類である空間光変調器２を含む。液晶はこの用途に適する如何なる液晶でもよい。層化された層を含む変調器２は、第一偏光器板３と、第一の配列の電極６を支持する第一電極板５と、第一電極板５と第二電極板８との間に挟装される液晶７と、液晶７の周囲を取り囲む外側リング９と、第二偏光器板１１とを含み、第二電極板８は、電極１０を支持している。電極板５，８は、ガラスから作成され、電極６，１０は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）から作成され、それは液晶装置における古典的な構造である。図１上で見られ得る４で参照される層は、現在記載されている実施態様に関係しないが、以下に記載される第二実施態様に関係する。それは第一偏光器板３が第一電極板５と接触する第一実施態様の記載中には存在しないと考えられるべきである。
【００２９】
装置は、光源１２も含み、それは、ここでは、ＮＩＲ分光法を実施するために、近赤外（ＮＩＲ）波長の放射線を放射する光源である。そのような光が使用されるのは、それがより容易に皮膚に入り込み且つ直ぐに吸収されず或いは激しく散乱されるからである。光は、案内手段を用いずに、変調器２の方向に放射される。変調器２の照明は、好ましくは、安定的であり、より好ましくは、均一である。光源１２は、反射器及び／又はレンズと組み合わされた白熱灯、ＬＥＤ、放電ランプ、又は、あらゆる他の適切な光源である。
【００３０】
電極６，１０は、同心状のリング内に配置され、第一板５の電極６は、第二板８の電極に面している。記載される実施態様では、図１から見られ得るように、第二板８は、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇで参照される７個の環状電極を含む。
【００３１】
装置は、図示されない検出器も含み、それは、探針される皮膚容積から後方散乱される光を収集し且つそれを検出器に向けるよう構成される検出ファイバ１３に接続され、検出器は、従来技術において既知なような、後方散乱される光を表す検出信号を生成するよう構成される、図示されない手段を含む。検出ファイバ１３は、変調器２内の孔内に挿入される。それはその遠位端１３ａ（換言すれば、その開口）が、変調器２の劣等境界２ａに、換言すれば、皮膚の側の上にある第二偏光器１１の表面に中心的に位置付けられるように位置付けられる。記載される実施態様において、この表面２ａは、探針される皮膚容積１７と接触している。従って、検出ファイバ１３の開口１３ａは、探針される皮膚容積１７と近接近し、より多くの光を収集する。
【００３２】
変調器２は、記載される実施態様において、２つの照射及び検出地域の少なくとも１つを定めるために、光路の上に設けられ、それは照射地域を定める。光路は、光から皮膚に、皮膚を通じ、皮膚から検出器に延びる。換言すれば、光路は、光源１２と検出器との間に並びに混濁媒体（即ち、皮膚１７）を通じて延びる。
【００３３】
変調器２は、以下のように機能する。
【００３４】
電極６，１０が動作されないとき、換言すれば、電界がそれらの間に印可されないとき、液晶７は、その「デフォルト状態」にある。そのような状態では、変調器２は、液晶７及び偏光器３，１１の性質に依存して、ＮＩＲ光に対して不透過的であるか或いは透過的である。正に、入射光は、第一偏光器４を通じて、液晶７を通じて、並びに、第二偏光器１１を通じて通る。液晶は、光の偏光を変更し得るし或いは変更し得ない。従って、偏光器３，１１の相対的な偏光方向並びに電界が適用されないときの光偏光に対する液晶７の影響に依存して、光は「デフォルト状態」において透過的或いは不透過的であり得る。記載される実施態様では、光はこの「デフォルト状態」において遮断される。光が変調器２の特定領域を通じて遮断されるとき、領域を「不透過的構造」内と呼ぶ。これは、対応する領域内で、入射光のために、偏光器３，１１及び液晶７の組立体が不透過的であることを意味する。ある領域が、図１上で、変調器２の高さの上で、特定の電極１０ａ〜１０ｇの形状に対応する。換言すれば、ある領域が、それらの間に面する電極及び液体を含む変調器２の容積として理解されるべきである。
【００３５】
もし互いに面し合う一対の電極６，１０が、それらの間に電界を創成するよう動作されるならば、それらの電極の間に含まれる液晶７の分子は、異なって方向付けられ、それは液晶７中の透過光の偏光の方向を修正し、ここでは、「デフォルト状態」の方向に対して垂直である。電極６，１０が動作される状態を「緊張状態」と呼ぶ（何故ならば、電極６，１０の間に緊張が適用されるからである）。「緊張状態」において、変調器２の光透過は、「デフォルト状態」と比べて逆である。従って、記載される実施態様では、「緊張状態」において、光は透過される。光が変調器２の特定領域を通じて透過されるとき、領域を「透過構造」内と呼ぶ。これは、偏光器３，１１及び液晶７の組立体が、対応する領域内で、入射光のために、透過的であることを意味する。
【００３６】
簡単に言うと、液晶７は、電極間の電界に依存して、「デフォルト状態」（電界はない）又は「緊張状態」内のいずれかにあり得る。これらの状態のそれぞれにおいて、対応する領域１０ａ〜１０ｇは、「不透過的構造」又は「透過的構造」内のいずれかにあり得る。記載される実施態様において、「デフォルト状態」には「不透過的構造」が対応し、「緊張状態」には「透過的状態」が対応する。
【００３７】
従って、変調器２の一部の領域１０ａ〜１０ｇは、透過的構造内に置かれ得るのに対し、他は不透過的構造内に置かれる。何故ならば、変調器２は、複数の独立した電極１０ａ〜１０ｇを含むからである。
【００３８】
そのような不透過的領域及び透過的領域の組み合わせは、光透過パターンを定める。正に、光は、透過的領域を通じて皮膚１７に透過されるが、不透過的領域内で反射され（、そして、よって、遮断）される。
【００３９】
前述においては、光透過パターンの定義のために、電極板８の電極の参照番号１０ａ−１０ｇのみが参照された。第一電極板５の電極６は相応して動作されることが理解されるべきである。
【００４０】
具体的な実施態様では、第一番５の全ての電極は接地に接続され、電界が第二板８の電極１０によって決定される。他の実施態様では、それは逆である。実施態様が何であれ、変調器２の領域１０ａ−１０ｇの構造（不透明又は透明）の指令は、互いに面し合う第一及び第二の電極板５，８の電極６，１０の間の電界に依存する。
【００４１】
照射検出距離、換言すれば、照射地域と検出地域との間の距離は、どの領域１０ａ−１０ｇが透過的構造に置かれるべきかを決定することによって容易に選択され得る。例えば、もし、透過的構造に置かれる代の外側領域１０ｂを除き、全ての領域１０ａ−１０ｇが不透過的構造に置かれるならば、ＮＩＲ光源１２からの入射光は、透過的領域１０ｂを通じて透過され（、そして、変調器２上のどこにでも反射され）、探針される皮膚容積１７内に入り込み、後方散乱され、その遠位端１３ａで、検出ファイバ１３内に収集される。従って、被照射検出距離は、その場合には、検出ファイバ１３の遠位端１３ａと透過的領域１０ｂとの間の距離である。
【００４２】
装置１の動作がより詳細に今や記載される。
【００４３】
第一に、且つ、選択的に、バックグラウンド測定が遂行される。変調器２の全ての領域１０ａ−１０ｇが不透過的構造に置かれる。即ち、光は変調器２のいかなる領域によっても透過されない。光は検出ファイバ１３内に収集され、これは迷光、検出のオフセット、及び、検出器１３の暗電流の存在を構築する。
【００４４】
第二に、且つ、選択的に、「全透過測定」が遂行される、換言すれば、透過的構造内の変調器の全ての領域１０ａ−１０ｇを用いて測定が遂行される。そのようなステップは、探針される皮膚容積１７の全体的な反射を迅速に構築するために使用され得る。その結果は、正しい皮膚位置付け及び予想積分時間を評価するために使用され得る（その使用は以下に説明される）。
【００４５】
第三に、有効照射−検出距離で測定が遂行される。変調器２の１つ又はそれよりも多くの領域１０ａ−１０ｇは、固有照射−検出距離を標的するために、透過的構造に切り換えられ、その他は不透過的構造にある。検出ファイバ１３内で収集される信号は処理され、選択される照射−検出距離での信号を構築するために検出器内で積分される（その他の素子はここでは詳説されない）。積分時間は固定され得るし、或いは、上述された全体的反射測定から決定され得るし、或いは、測定中の信号対雑音比から決定され得る。最後の場合には、測定は雑音に関する所望の比率の信号が達成されるまで或いは時間限度に達するまで続く。
【００４６】
測定が異なる照射−検出距離で遂行される方法を実施するために、上述された第三段階は、全ての照射−検出距離のために反復される。
【００４７】
変調器２に進入する光は第一偏光器３によって偏光されることに気付かされ得る。この偏光器３は、もしレーザのような偏光光源が使用されるならば、それは光源１２から変調器２への光路上に配置される変調器によって置換され得る。
【００４８】
変調器２から出る光は、第二変調器１１によって濾過される（それは分析器と呼ばれ得る。何故ならば、それは変調器２の出力に配置されるからである）。代わりに、もし変調器２が上記の実施態様におけるように探針される皮膚容積１７と直接的に接触しないならば、偏光器は、変調器２から皮膚１７への光路上に配置され得る。
【００４９】
検出ファイバ１３を取り囲む電極幾何６，１０は、光が同心状リング内の探針される皮膚容積１７内に発射され得るようである。記載される実施態様では、リングの幅は、増大する直径に伴って増大する。これは増大する照射−検出距離でより低い拡散反射を補償するのを許容する。
【００５０】
本発明は、同心状リングの形態の電極を用いて提示されたが、他の幾何も、入射光を通過させる或いはさせない領域のために補償され得る。リングの利点は、それらが中心ファイバの等距離で連続的幾何であることである。
【００５１】
上記された実施態様において、変調器２は、照射地域の位置及びパターンを制御する働きをするのに対し、検出の位置及びパターンは（図示される実施態様では、ディスクの形態における中央位置（ファイバ遠位端１３ａ）に）固定される。他の実施態様によれば、変調器２は、検出地域の位置及びパターンを制御する働きをする。例えば、そのような場合には、ファイバは変調器の中心に挿入され得るし、光はその中で照射され得る。従って、入射光は、照射地域の固定位置及びパターンに従った発射される。その他に、変調器の透過的領域から来る後方散乱光を収集するよう配置される検出器が、変調器の近傍に配置され得る。例えば、レンズが設けられ得るし、検出器地域からの光をファイバ又は分光器の入口スリット上に集束し得る。代替的に、光は、十分に大きい光センサ上に集束され得る。そのようなセンサは、波長固有ではなく、異なる波長で皮膚を順次的に照射することが必要であり得る。代替的に、再び、大きい光検出器が変調器の上に直接的に設けられ得る。そして、再び、異なる波長で皮膚を順次的に照明することが必要であり得る。他の構造も、もちろん想定され得る。
【００５２】
いずれの場合においても、変調器によって制御されない素子は（上記提示されたように）変調器内或いは変調器の外側に適合され得る。
【００５３】
変調器によって制御される照射地域及び検出地域の両方を有することも想定され得る。
【００５４】
選択的に、偏光フィルタが、照射光の偏光に対して直交する向きを備える光検出路に加えられ得る。これは皮膚表面上に反射される或いは一回又は二回だけ散乱される光の抑圧を招く。結果的に、有効探針深さは増大される。
【００５５】
本発明の第二実施態様が今や記載される。
【００５６】
グルコース濃度を決定する組織の拡散反射分光法のために、重要な吸収帯は１５３６ｎｍ及び１６８８ｎｍに見出され得る。他の組織構成成分を補償するために、これらの構成成分による吸収に対応する他の波長も測定される必要がある。これは測定されるべき波長範囲を拡張する。皮膚に対する拡散反射分光法のための典型的な波長範囲は、約１１１１〜１８３５ｎｍである。
【００５７】
本発明の第二実施態様によれば、電極板５，８は、半導体、例えば、シリコンから作成され、電極６，１０は、標準的な半導体工具で得られるドープシリコンから作成される。従って、シリコンは基板としてのガラスを置換する。絶縁体上のシリコン(silicon on insulator)技術を用いて、ガラス板の上にシリコン層を創成することも可能である。
【００５８】
シリコンの第一の利点は、ＩＴＯと比較すると、上記に提示されたような波長範囲である。
【００５９】
シリコンの第二の利点は、それが可視波長のためにフィルタとして作用することであり、それはガラスの場合には該当しない。我々は、ガラスを用いる上記に提示された第一実施態様に関して、行われる測定において有用でない可視光を遮断するために、ロングパスフィルタが使用され得る。従って、シリコンは、そのようなロングパスフィルタと交替し得るし、或いは、第二ロングパスフィルタとして作用し得る。
【００６０】
シリコンの第三の利点は、それは半導体であるので、センサ層内の光ダイオード及び温度センサを容易に一体化することが可能であり、それは図１上に見られ得る。そのようなセンサ及び光ダイオードは、センサ層４上の集積回路内で具現される。そのような層４は、第一偏光器３と第一電極板５との間に加えられ得る。それはこの第一電極板５と一体的にも実現され得る。何故ならば、両者とも半導体上に基礎付けられるからである。従って、シリコン板は、一方の側に、センサ層４と、他方の側に、電極層５を含み得る。
【００６１】
そのようなセンサは、光源１２の出力電力を監視するために使用され得る。それは測定の精度のために有用である。シリコンの温度を測定するために、温度センサも使用され得る。何故ならば、シリコンの透過特性は温度従属的であり、温度特性が既知であるときに既知であるからである。これは、顕著には、機器の較正のために、拡散反射スペクトルのより正確な測定も可能にする。もし変調器２が皮膚と接触するならば、センサは患者の皮膚の温度を決定するためにも使用され得る。
【００６２】
本発明の第三実施態様が今や記載される。
【００６３】
この実施態様は、空間光変調器が液晶セルを含まずエレクトロウェッティングセルを含むことを除き、第一のものと類似し、エレクトロウェッティングセルでは、流体は、吸収状態と透過状態との間、換言すれば、不透明性構造と透明性構造との間で切り換えられ得る。エレクトロウェッティングセルは当業者によって既知であり、この実施態様の実施の本質的な詳細は詳細に展開されない。その原理は、第一実施態様の１つに類似する。即ち、板は電極を備え、それらの間に液体、例えば、水及び油の混合物を取り囲む。電界が特定の電極に印可されるとき、水及び油の位置は、セルの対応する容積内で変化し、よって、液体の光透過率を変更する。従って、特定の電極に電界を印可し、他には印可しないことによって、光透過パターンが取得され得る。液晶の実施態様のためになされた全ての注釈（相対的な電極、照射地域、及び／又は、検出地域の配置は、変調器等によって定められる）は、適用可能であるときには、この実施態様のためにもなされ得る。
【００６４】
この実施態様の利点は、非偏光入射光が使用され、セルを通じて伝搬するその光が平行化される必要がない（平行化は上述の実施態様でも不要とされることに気付かされ得るであろう）。
【００６５】
本発明の第四実施態様が、図３を参照して、今や記載される。
【００６６】
この実施態様は、皮膚の側での変調器の吸収及び反射を制御する電気泳動液体のさらなる使用に基づく。
【００６７】
図３から見られ得るように、変調器２’は、上記の第一実施態様のものと類似する液晶の環状セル７’を含む。変調器２’は、さらに、電気泳動液体の環状セル１４を含む。図３では、白色で表されている液晶セル７’は、黒色で表されている電気泳動液体セル１４と交互にされている。第一実施例におけると同様に、検出ファイバ１３’が変調器２’の中心に挿入されている。この実施態様では、セル７’，１４は、互いに絶縁され、従った、液体７’，１４は、それぞれの同心状の円筒形壁の間に密封されている。
【００６８】
電気泳動液体は、その中の懸濁液中のコロイド状粒子を備える液体である。懸濁液は、電界の印可によって移動され得る。印可される電界に依存して、電気泳動液体は、２つの状態、即ち、吸収状態及び反射状態を提示する。記載される実施態様において、電気泳動液体は、白色粒子及び黒色粒子を含む。白色粒子及び黒色粒子のいずれも、電界を用いて、（記載される実施態様では、皮膚と接触して）皮膚の側の表面に方向付けられることが可能であり、制御可能な吸収及び反射を備える検出をもたらす。吸収状態では、探針される皮膚容積から来る後方散乱光の殆どは、電気泳動液体によって吸収される。反射状態では、探針される皮膚容積から来る後方散乱光の殆どは、電気泳動液体によって反射される。両方の状態において、電気泳動液体は、入射光に対して不透過的であり、従って、入射光に関しては、不透過的構造にある液晶として作用する。
【００６９】
従って、電気泳動液体セル１４の機能は、以下の通りである。
− 入射光を遮断すること、及び、
− 後方散乱光のために、皮膚の側で、変調器２’の吸収及び反射を制御すること。
【００７０】
これは、照射−検出距離の関数として、皮膚の側での変調器２の（拡散）反射を変更することによって、光子経路長を矯正することを許容する。
【００７１】
もし照射−検出距離が大きい（換言すれば、例えば、液晶セル７’の最外側リングが透過的構造にあるのに対し、他が不透過的構造にある）ならば、電気泳動セル１４は、後方散乱光のために反射的であるよう制御される。結果的に、第一散乱の後に戻って来る光は吸収されず、電気泳動セル表面によって反射され、従って、さらなる散乱のために皮膚内に戻って来る。そのような反射状態では、探針される容積は余り深くなく、照射−検出距離は大きい。
【００７２】
もし照射−検出距離が小さい（換言すれば、例えば、液晶セル７’の最内側リングの１つが透過滴状態にあるのに対し、他が不透過的構造にある）ならば、電気泳動セル１４は、後方散乱光のために吸収的であるよう制御される。結果的に、第一散乱の後に戻って来る光は、電気泳動セル表面によって吸収され、さらなる散乱のために皮膚内に戻って来ない。そのような吸収状態では、探針される容積は、反射状態よりも深いが、照射−検出距離は小さい。探針される容積はより深い。何故ならば、皮膚表面に近接して皮膚を通じて進行する光は、皮膚表面に達し、従って、吸収されず、検出器地域に達しない高い可能性がある。従って、検出器地域に達する光は、反射状態におけるよりも深い平均経路長を有する。
【００７３】
図３の変調器２’の動作は、図２の変調器２の動作と極めて類似することが理解され得る。即ち、照射−検出距離は、（電極の光透過パターンを用いて）液晶セル７’によって制御され、適確なリング７は、図３中の白色のものである。電気泳動セル１４の存在は、この動作を変更しない。何故ならば、これらのセルは、入射光に関して不透過的であるからである。その上、皮膚の側での変調器２’の吸収及び反射は、照射−検出距離の長さに依存して、電気泳動セル１４で制御される。この制御は二進的ではなく、連続的である、換言すれば、吸収と反射との間の比率は制御され得る。
【００７４】
本発明の第五実施態様が、図４及び５を参照して今や記載される。
【００７５】
この実施態様は、第四実施態様と極めて類似している。何故ならば、変調器２”は、後方散乱光のために変調器の境界の（拡散）反射を制御するよう配置されるからである。
【００７６】
この実施態様において、変調器２”は、上記の第三実施態様におけるような電気泳動セルを含み、中心位置にある検出ファイバ１３”を備える。エレクトロウェッティング液体が、以下の二重の機能を充足するよう配置される。
− 第三実施態様におけるように、照射−検出距離を制御するために、入射光のための光透過パターンを創成するのを許容する、入射光のための不透過的構造と透過的構造との間の切換え機能、及び、
− 皮膚の側での変調器の反射及び吸収の制御の機能。
【００７７】
その実施態様では、変調器２”が透過的状態にあるとき、皮膚から戻って来る光は、変調器２”を通過し、皮膚内に反射して戻る極めて小さい可能性を有する。従って、光は効果的に吸収される、換言すれば、反射されない。即ち、変調器２”は、皮膚の側で吸収状態にある。変調器２”が不透過的状態にあるとき、それは（即ち、（水又は油のいずれかの中の散乱性粒子の懸濁液のような）極めて散乱的なエレクトロウェッティング流体を使用することによって）反射的にされ得る。従って、変調器２”は、反射状態にある。
【００７８】
図４の構造において、変調器２”は、透過的構造にあるエレクトロウェッティング液体の外側リング１５を含み、残余の液体は、不透過的構造にある。従って、この構造は、大きい照射−検出距離を暗示するのに対し、液体の不透過的部分は、後方散乱光のために反射状態にある。
【００７９】
図５の構造において、変調器２”は、透過的構造にあるエレクトロウェッティング液体の内側リング１６を含み、残余の液体は、不透過的構造にある。従って、この構造は、小さい照射−検出距離を暗示するのに対し、液体の不透過的部分は、後方散乱光のために吸収状態にある。
【００８０】
本発明は、図面及び前記記載中に詳細に例証され且つ記載されたが、そのような例証及び記載は、制限的ではなく、例証的或いは例示的に考えられるべきである。本発明は、開示される実施態様に限定されない。
【００８１】
開示された実施態様に対する他の変形は、図面、開示、及び、付属の請求項の研究から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され且つ実施され得る。請求項において、「含む」という語は、他の素子又はステップを排除せず、不定冠詞は、複数を排除しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項中に引用される幾つかの品目の機能を充足し得る。特定の手段が相互に異なる従属項中に引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示さない。コンピュータプログラムが、他のハードウェアと共に或いはその一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体上に記憶／分配され得るが、インターネット又は他の有線若しくは無線の通信システムを介してのように、他の形態でも分配され得る。請求項中の如何なる参照記号も、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、散乱媒体内の物質の濃度の分光測定に関する。具体的には、それは人間の血液中のグルコースの濃度を非侵襲的に監視する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光法は、人間の皮膚内の物質の濃度を測定するために使用され得る。光ビームが皮膚の上に送られ、探針（プローブ）される皮膚容積の反射率を測定するために、（後方散乱された或いは透過された）媒体と相互作用した光が検出される。吸収スペクトルが反射率から演繹され、標的物質の濃度が、媒体内に含まれる物質の既知のスペクトル特性を使用して、数学的モデルを用いて吸収スペクトルから計算され得る。皮膚に対する分光法は、生体内で非侵襲的に、検体の人の血液濃度を推測することを許容する。
【０００３】
定量分光法の基本的な着想は、光の測定強度から、探針される媒体の吸収係数を演繹し、そこから、標的物質の濃度を演繹するために、ランベルトベールの法則を使用することである。しかしながら、人間の皮膚のような混濁媒体に対する透過又は拡散反射分光法では、ランベルトベールの法則の単純な関係は有効ではない。混濁媒体のスペクトルに対する線形回帰分析は誤りを起こす傾向があり、よって、測定精度における効果的な減少を招く。正に、混濁媒体のためのランベルトベールの法則の減衰係数は、吸収係数及び散乱係数の両者に依存する。さらに、探針される容積内の光の経路長は定められず、検出器に達する光子は、異なる長さで異なる経路を進行する。
【０００４】
これらの問題に対応して、番号ＩＢ２００６／０５４３１１の下で２００６年１１月１７日に本出願人によって出願された国際特許出願は、具体的には、血液中の有効減衰係数μｅｆｆ（λ）を備える混濁媒体内の少なくとも１つの検体の濃度の非侵襲的測定のための装置を記載しており、装置は、
− 電磁放射線のスペクトルを生成し且つ電磁放射線の前記スペクトルを混濁媒体に送るよう構成される少なくとも１つの放射線源を含み、
− 混濁媒体から反射放射線のスペクトルを検出し且つ検出放射線を表す検出信号を生成するよう構成される少なくとも１つの検出器を含み、前記放射線源の照射地域及び混濁媒体上の前記検出器の検出地域は、少なくとも２つの異なる源−検出器距離ρ１，２に対する検出信号を生成するよう配置され、前記源−検出器距離は、照射地域と検出地域との間のそれぞれの距離として定められ、前記源−検出器は、ρ１，２＞＞１／μｅｆｆであるよう選択され、
− 検出信号から、源―検出器距離に対する反射における相対的変化を表す第一定量を決定し、前記第一定量から引き出して、有効減衰係数μｅｆｆを表す第二定量を決定し、且つ、前記第二定量から前記濃度を決定するよう構成されるデータ処理手段を含む。
【０００５】
より精密には、特許出願番号ＩＢ２００６／０５４３１１の発明によれば、検体の濃度を決定する測定スキームは、
１．十分に大きい２つの源−検出器距離、即ち、ρ１，２＞＞１／μｅｆｆで、反射スペクトルＲを取り、
２．ρに対する１ｎ（Ｒ）の導関数を計算し、結果を二乗し、よって、源−検出器距離に対する反射における相対的変化を表す前記第一定量を得る。これは、第一定量が、源−検出器距離に対する１ｎ（Ｒ）の導関数を計算し、前記計算の結果を二乗することによって決定されると言うのに等しく、Ｒは、強度反射係数である。
３．以下の方程式
【数１】
に従って（ここで、μａは、全吸収係数、μｓ’は、皮膚の減少された散乱係数である）、前記第一定量から第二定量、有効減衰係数μｅｆｆを表すＳｒを引き出し、前記定量から前記濃度を決定する。
【０００６】
源−検出器距離に対する反射における相対的変化を計算することは、利用される機器の絶対的な較正が不要であるという追加的な利点を有する、即ち、源強度又は検出器効率の毎日の変化は重要ではない。機器は、それぞれの源−検出器距離での、即ち、幾分短い時間間隔での２つの所要スペクトルの測定中、反復可能な結果を生成し得るだけであるべきである。
【０００７】
特許出願番号ＩＢ２００６／０５４３１１の方法はさらに詳説されず、さらなる詳細が必要とされるならば、この文献の記載が参照される。
【０００８】
特許出願番号ＩＢ２００６／０５４３１１の方法の実質的な実施のために、混濁媒体は、例えば、中心検出地域の周りに延在する本質的に同心的な円形地域内で照射される。特許出願番号ＩＢ２００６／０５４３１１の装置の対応する実施態様では、放射線源は、混濁媒体の前記境界に本質的に延び且つ混濁媒体の前記境界上の共通の中心検出地域の周りに配置される、それぞれの複数の導波管ファイバの少なくとも２つの同心状の円形配置を含み、検出器は、混濁媒体の境界に本質的に延び且つデータ処理手段と動作的に接続する、少なくとも１つの中心導波管ファイバを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
混濁媒体が少なくとも２つの源−検出器距離で分析される方法を実施するための、特に特許出願番号ＩＢ２００６／０５４３１１中に記載される種類の方法を実施するための代替的な装置を提供することが本発明の目的である。前記においては、「源−検出器距離」を、むしろ「照射−検出器距離」と呼ぶ。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、混濁媒体中の少なくとも１つの物質の濃度の測定のための装置であって、
− 少なくとも１つの照射地域の上で混濁媒体を照明するよう構成される少なくとも１つの放射線源と、
− 少なくとも１つの検出地域から混濁媒体からの後方散乱光を検出し且つ後方散乱光を表す検出信号を生成するよう構成される少なくとも１つの検出器とを含み、
− 当該装置は、少なくとも２つの異なる照射−検出距離に関する検出信号を生成するよう構成され、照射−検出距離は、照射地域と検出地域との間のそれぞれの距離として定められ、
− 当該装置は、液体を密封する少なくとも２つの電極板を含む、少なくとも１つの空間光変調器を含み、電極板は、複数の電極を支持し、複数の電極は、液体を用いて、電極の間の電界に依存して光透過パターンを定めるよう構成され、照射地域及び／又は検出地域は、光透過パターンによって定められる装置が提供される。
【００１１】
空間光変調器は、極めて簡単で適合可能な装置であり、その位置付けに関する如何なる柔軟性の懸念も含まない。多くの照射−検出距離が想定され得る。何故ならば、照射地域及び／又は検出地域は、変調器の光透過パターンによって定められるからである。その上、変調器は、高く安定的な空間透過性を有し、柔軟な透過幾何を有する、換言すれば、光透過パターンは、電極を動作するだけで、容易に変更され得る。異なる光透過パターンの間の移行は迅速に取得され得る。さらに、そのような変調器は、低い価格で生産され得る。
【００１２】
本発明のお陰で、ファイバが、混濁媒体へ或いは混濁媒体から、少なくとも１つの方向において、光の透過に包含されないように装置を構成することが可能である。結果的に、この方向において、結合懸念が包含されず、光の損失の危険性は存在しない。
【００１３】
ある実施態様によれば、液体及び電極は、電極の間の電界に依存して、変調器を通じて不透過的地域及び透過的地域を定めるよう構成される。
【００１４】
ある実施態様によれば、固定中央検出地域を含み、円形照射地域を定めるよう構成される。
【００１５】
ある実施態様によれば、液体は、液晶である。
【００１６】
ある実施態様によれば、液体は、エレクトロウェッティング液体である。
【００１７】
ある実施態様によれば、電極板は、半導体を含む。
【００１８】
その場合には、ある実施態様によれば、変調器は、光源と、半導体板の上に配置される光ダイオードとを含む。
【００１９】
ある実施態様によれば、当該装置は、混濁媒体と変調器との間の光路上で変調器の吸収及び反射を制御するよう構成される。
【００２０】
ある実施態様によれば、当該装置は、変調器の吸収及び反射を制御するよう配置される電気泳動液体を含む。
【００２１】
本発明によれば、混濁媒体中の少なくとも１つの物質の濃度を測定するための方法であって、
− 少なくとも１つの照射地域上で混濁媒体を照明することを含み、
− 少なくとも１つの検出地域から混濁媒体からの後方散乱光を検出し、且つ、後方散乱光を表す検出信号を生成することを含み、
− 当該方法は、少なくとも２つの異なる照射−検出距離に関する検出信号を生成することを含み、照射−検出距離は、照射地域と検出地域との間のそれぞれの距離として定められ、
− 液体を密封する、少なくとも２つの電極板を含む、少なくとも１つの空間光変調器を制御することを含み、電極板は、複数の電極を支持し、複数の電極は、光透過パターンを用いて照射地域及び／又は検出地域を定めるために、液体を用いて、電極の間の電界に依存して光透過パターンを定めるよう構成される方法も提供される。
【００２２】
ある実施態様によれば、照射−検出距離の関数として、混濁媒体と検出器との間の光路上で変調器の吸収及び反射を制御することを含む。
【００２３】
本発明によれば、近赤外（ＮＩＲ）分光法による人間の皮膚中のグルコースの濃度を測定への上記に提示される方法の適用も提供される。しかしながら、人は本発明の範囲がＮＩＲ分光法にも人間の皮膚にも限定されないことが理解されるべきである。
【００２４】
本発明のこれらの及び他の特徴は、付属の図面を参照して以下の記載からより明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の装置の第一実施態様に従った変調器を示す底面図である。
【図２】図１の装置を示す側断面図である。
【図３】本発明の具体的な実施態様に従った変調器を示す底面図である。
【図４】第一光透過パターンを備える本発明の装置の他の具体的な実施態様に従った変調器を示す底面図である。
【図５】第二光透過パターンを備える図４の変調器を示す底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、対応する電界を空間光変調器に適用することによって、この空間光変調器で光透過パターンを定めることに基づく。電極を含む板は、関心の波長範囲内で透過的であるべきである。ある実施態様によれば、変調器の電極は、前記光透過パターンを定めるために、関心の波長範囲内で、変調器の特定部分が透過的(transparent)であり、他の部分が不透過的(opaque)であるよう動作され得る。
【００２７】
記載中、有用性の理由のために、装置は劣等位置及び上等位置を参照して記載される。それらの位置は、装置が他の方法で方向付けられ得ないが、素子をより容易に記載することを許容することを意味する。それらの位置は、図２の装置のものである。劣等部分は、皮膚の側にある部分である。
【００２８】
本発明の第一実施態様によれば、並びに、図１及び２を参照すれば、装置１は、液晶を含む種類である空間光変調器２を含む。液晶はこの用途に適する如何なる液晶でもよい。層化された層を含む変調器２は、第一偏光器板３と、第一の配列の電極６を支持する第一電極板５と、第一電極板５と第二電極板８との間に挟装される液晶７と、液晶７の周囲を取り囲む外側リング９と、第二偏光器板１１とを含み、第二電極板８は、電極１０を支持している。電極板５，８は、ガラスから作成され、電極６，１０は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）から作成され、それは液晶装置における古典的な構造である。図１上で見られ得る４で参照される層は、現在記載されている実施態様に関係しないが、以下に記載される第二実施態様に関係する。それは第一偏光器板３が第一電極板５と接触する第一実施態様の記載中には存在しないと考えられるべきである。
【００２９】
装置は、光源１２も含み、それは、ここでは、ＮＩＲ分光法を実施するために、近赤外（ＮＩＲ）波長の放射線を放射する光源である。そのような光が使用されるのは、それがより容易に皮膚に入り込み且つ直ぐに吸収されず或いは激しく散乱されるからである。光は、案内手段を用いずに、変調器２の方向に放射される。変調器２の照明は、好ましくは、安定的であり、より好ましくは、均一である。光源１２は、反射器及び／又はレンズと組み合わされた白熱灯、ＬＥＤ、放電ランプ、又は、あらゆる他の適切な光源である。
【００３０】
電極６，１０は、同心状のリング内に配置され、第一板５の電極６は、第二板８の電極に面している。記載される実施態様では、図１から見られ得るように、第二板８は、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇで参照される７個の環状電極を含む。
【００３１】
装置は、図示されない検出器も含み、それは、探針される皮膚容積から後方散乱される光を収集し且つそれを検出器に向けるよう構成される検出ファイバ１３に接続され、検出器は、従来技術において既知なような、後方散乱される光を表す検出信号を生成するよう構成される、図示されない手段を含む。検出ファイバ１３は、変調器２内の孔内に挿入される。それはその遠位端１３ａ（換言すれば、その開口）が、変調器２の劣等境界２ａに、換言すれば、皮膚の側の上にある第二偏光器１１の表面に中心的に位置付けられるように位置付けられる。記載される実施態様において、この表面２ａは、探針される皮膚容積１７と接触している。従って、検出ファイバ１３の開口１３ａは、探針される皮膚容積１７と近接近し、より多くの光を収集する。
【００３２】
変調器２は、記載される実施態様において、２つの照射及び検出地域の少なくとも１つを定めるために、光路の上に設けられ、それは照射地域を定める。光路は、光から皮膚に、皮膚を通じ、皮膚から検出器に延びる。換言すれば、光路は、光源１２と検出器との間に並びに混濁媒体（即ち、皮膚１７）を通じて延びる。
【００３３】
変調器２は、以下のように機能する。
【００３４】
電極６，１０が動作されないとき、換言すれば、電界がそれらの間に印可されないとき、液晶７は、その「デフォルト状態」にある。そのような状態では、変調器２は、液晶７及び偏光器３，１１の性質に依存して、ＮＩＲ光に対して不透過的であるか或いは透過的である。正に、入射光は、第一偏光器４を通じて、液晶７を通じて、並びに、第二偏光器１１を通じて通る。液晶は、光の偏光を変更し得るし或いは変更し得ない。従って、偏光器３，１１の相対的な偏光方向並びに電界が適用されないときの光偏光に対する液晶７の影響に依存して、光は「デフォルト状態」において透過的或いは不透過的であり得る。記載される実施態様では、光はこの「デフォルト状態」において遮断される。光が変調器２の特定領域を通じて遮断されるとき、領域を「不透過的構造」内と呼ぶ。これは、対応する領域内で、入射光のために、偏光器３，１１及び液晶７の組立体が不透過的であることを意味する。ある領域が、図１上で、変調器２の高さの上で、特定の電極１０ａ〜１０ｇの形状に対応する。換言すれば、ある領域が、それらの間に面する電極及び液体を含む変調器２の容積として理解されるべきである。
【００３５】
もし互いに面し合う一対の電極６，１０が、それらの間に電界を創成するよう動作されるならば、それらの電極の間に含まれる液晶７の分子は、異なって方向付けられ、それは液晶７中の透過光の偏光の方向を修正し、ここでは、「デフォルト状態」の方向に対して垂直である。電極６，１０が動作される状態を「緊張状態」と呼ぶ（何故ならば、電極６，１０の間に緊張が適用されるからである）。「緊張状態」において、変調器２の光透過は、「デフォルト状態」と比べて逆である。従って、記載される実施態様では、「緊張状態」において、光は透過される。光が変調器２の特定領域を通じて透過されるとき、領域を「透過構造」内と呼ぶ。これは、偏光器３，１１及び液晶７の組立体が、対応する領域内で、入射光のために、透過的であることを意味する。
【００３６】
簡単に言うと、液晶７は、電極間の電界に依存して、「デフォルト状態」（電界はない）又は「緊張状態」内のいずれかにあり得る。これらの状態のそれぞれにおいて、対応する領域１０ａ〜１０ｇは、「不透過的構造」又は「透過的構造」内のいずれかにあり得る。記載される実施態様において、「デフォルト状態」には「不透過的構造」が対応し、「緊張状態」には「透過的状態」が対応する。
【００３７】
従って、変調器２の一部の領域１０ａ〜１０ｇは、透過的構造内に置かれ得るのに対し、他は不透過的構造内に置かれる。何故ならば、変調器２は、複数の独立した電極１０ａ〜１０ｇを含むからである。
【００３８】
そのような不透過的領域及び透過的領域の組み合わせは、光透過パターンを定める。正に、光は、透過的領域を通じて皮膚１７に透過されるが、不透過的領域内で反射され（、そして、よって、遮断）される。
【００３９】
前述においては、光透過パターンの定義のために、電極板８の電極の参照番号１０ａ−１０ｇのみが参照された。第一電極板５の電極６は相応して動作されることが理解されるべきである。
【００４０】
具体的な実施態様では、第一番５の全ての電極は接地に接続され、電界が第二板８の電極１０によって決定される。他の実施態様では、それは逆である。実施態様が何であれ、変調器２の領域１０ａ−１０ｇの構造（不透明又は透明）の指令は、互いに面し合う第一及び第二の電極板５，８の電極６，１０の間の電界に依存する。
【００４１】
照射検出距離、換言すれば、照射地域と検出地域との間の距離は、どの領域１０ａ−１０ｇが透過的構造に置かれるべきかを決定することによって容易に選択され得る。例えば、もし、透過的構造に置かれる代の外側領域１０ｂを除き、全ての領域１０ａ−１０ｇが不透過的構造に置かれるならば、ＮＩＲ光源１２からの入射光は、透過的領域１０ｂを通じて透過され（、そして、変調器２上のどこにでも反射され）、探針される皮膚容積１７内に入り込み、後方散乱され、その遠位端１３ａで、検出ファイバ１３内に収集される。従って、被照射検出距離は、その場合には、検出ファイバ１３の遠位端１３ａと透過的領域１０ｂとの間の距離である。
【００４２】
装置１の動作がより詳細に今や記載される。
【００４３】
第一に、且つ、選択的に、バックグラウンド測定が遂行される。変調器２の全ての領域１０ａ−１０ｇが不透過的構造に置かれる。即ち、光は変調器２のいかなる領域によっても透過されない。光は検出ファイバ１３内に収集され、これは迷光、検出のオフセット、及び、検出器１３の暗電流の存在を構築する。
【００４４】
第二に、且つ、選択的に、「全透過測定」が遂行される、換言すれば、透過的構造内の変調器の全ての領域１０ａ−１０ｇを用いて測定が遂行される。そのようなステップは、探針される皮膚容積１７の全体的な反射を迅速に構築するために使用され得る。その結果は、正しい皮膚位置付け及び予想積分時間を評価するために使用され得る（その使用は以下に説明される）。
【００４５】
第三に、有効照射−検出距離で測定が遂行される。変調器２の１つ又はそれよりも多くの領域１０ａ−１０ｇは、固有照射−検出距離を標的するために、透過的構造に切り換えられ、その他は不透過的構造にある。検出ファイバ１３内で収集される信号は処理され、選択される照射−検出距離での信号を構築するために検出器内で積分される（その他の素子はここでは詳説されない）。積分時間は固定され得るし、或いは、上述された全体的反射測定から決定され得るし、或いは、測定中の信号対雑音比から決定され得る。最後の場合には、測定は雑音に関する所望の比率の信号が達成されるまで或いは時間限度に達するまで続く。
【００４６】
測定が異なる照射−検出距離で遂行される方法を実施するために、上述された第三段階は、全ての照射−検出距離のために反復される。
【００４７】
変調器２に進入する光は第一偏光器３によって偏光されることに気付かされ得る。この偏光器３は、もしレーザのような偏光光源が使用されるならば、それは光源１２から変調器２への光路上に配置される変調器によって置換され得る。
【００４８】
変調器２から出る光は、第二変調器１１によって濾過される（それは分析器と呼ばれ得る。何故ならば、それは変調器２の出力に配置されるからである）。代わりに、もし変調器２が上記の実施態様におけるように探針される皮膚容積１７と直接的に接触しないならば、偏光器は、変調器２から皮膚１７への光路上に配置され得る。
【００４９】
検出ファイバ１３を取り囲む電極幾何６，１０は、光が同心状リング内の探針される皮膚容積１７内に発射され得るようである。記載される実施態様では、リングの幅は、増大する直径に伴って増大する。これは増大する照射−検出距離でより低い拡散反射を補償するのを許容する。
【００５０】
本発明は、同心状リングの形態の電極を用いて提示されたが、他の幾何も、入射光を通過させる或いはさせない領域のために補償され得る。リングの利点は、それらが中心ファイバの等距離で連続的幾何であることである。
【００５１】
上記された実施態様において、変調器２は、照射地域の位置及びパターンを制御する働きをするのに対し、検出の位置及びパターンは（図示される実施態様では、ディスクの形態における中央位置（ファイバ遠位端１３ａ）に）固定される。他の実施態様によれば、変調器２は、検出地域の位置及びパターンを制御する働きをする。例えば、そのような場合には、ファイバは変調器の中心に挿入され得るし、光はその中で照射され得る。従って、入射光は、照射地域の固定位置及びパターンに従った発射される。その他に、変調器の透過的領域から来る後方散乱光を収集するよう配置される検出器が、変調器の近傍に配置され得る。例えば、レンズが設けられ得るし、検出器地域からの光をファイバ又は分光器の入口スリット上に集束し得る。代替的に、光は、十分に大きい光センサ上に集束され得る。そのようなセンサは、波長固有ではなく、異なる波長で皮膚を順次的に照射することが必要であり得る。代替的に、再び、大きい光検出器が変調器の上に直接的に設けられ得る。そして、再び、異なる波長で皮膚を順次的に照明することが必要であり得る。他の構造も、もちろん想定され得る。
【００５２】
いずれの場合においても、変調器によって制御されない素子は（上記提示されたように）変調器内或いは変調器の外側に適合され得る。
【００５３】
変調器によって制御される照射地域及び検出地域の両方を有することも想定され得る。
【００５４】
選択的に、偏光フィルタが、照射光の偏光に対して直交する向きを備える光検出路に加えられ得る。これは皮膚表面上に反射される或いは一回又は二回だけ散乱される光の抑圧を招く。結果的に、有効探針深さは増大される。
【００５５】
本発明の第二実施態様が今や記載される。
【００５６】
グルコース濃度を決定する組織の拡散反射分光法のために、重要な吸収帯は１５３６ｎｍ及び１６８８ｎｍに見出され得る。他の組織構成成分を補償するために、これらの構成成分による吸収に対応する他の波長も測定される必要がある。これは測定されるべき波長範囲を拡張する。皮膚に対する拡散反射分光法のための典型的な波長範囲は、約１１１１〜１８３５ｎｍである。
【００５７】
本発明の第二実施態様によれば、電極板５，８は、半導体、例えば、シリコンから作成され、電極６，１０は、標準的な半導体工具で得られるドープシリコンから作成される。従って、シリコンは基板としてのガラスを置換する。絶縁体上のシリコン(silicon on insulator)技術を用いて、ガラス板の上にシリコン層を創成することも可能である。
【００５８】
シリコンの第一の利点は、ＩＴＯと比較すると、上記に提示されたような波長範囲である。
【００５９】
シリコンの第二の利点は、それが可視波長のためにフィルタとして作用することであり、それはガラスの場合には該当しない。我々は、ガラスを用いる上記に提示された第一実施態様に関して、行われる測定において有用でない可視光を遮断するために、ロングパスフィルタが使用され得る。従って、シリコンは、そのようなロングパスフィルタと交替し得るし、或いは、第二ロングパスフィルタとして作用し得る。
【００６０】
シリコンの第三の利点は、それは半導体であるので、センサ層内の光ダイオード及び温度センサを容易に一体化することが可能であり、それは図１上に見られ得る。そのようなセンサ及び光ダイオードは、センサ層４上の集積回路内で具現される。そのような層４は、第一偏光器３と第一電極板５との間に加えられ得る。それはこの第一電極板５と一体的にも実現され得る。何故ならば、両者とも半導体上に基礎付けられるからである。従って、シリコン板は、一方の側に、センサ層４と、他方の側に、電極層５を含み得る。
【００６１】
そのようなセンサは、光源１２の出力電力を監視するために使用され得る。それは測定の精度のために有用である。シリコンの温度を測定するために、温度センサも使用され得る。何故ならば、シリコンの透過特性は温度従属的であり、温度特性が既知であるときに既知であるからである。これは、顕著には、機器の較正のために、拡散反射スペクトルのより正確な測定も可能にする。もし変調器２が皮膚と接触するならば、センサは患者の皮膚の温度を決定するためにも使用され得る。
【００６２】
本発明の第三実施態様が今や記載される。
【００６３】
この実施態様は、空間光変調器が液晶セルを含まずエレクトロウェッティングセルを含むことを除き、第一のものと類似し、エレクトロウェッティングセルでは、流体は、吸収状態と透過状態との間、換言すれば、不透明性構造と透明性構造との間で切り換えられ得る。エレクトロウェッティングセルは当業者によって既知であり、この実施態様の実施の本質的な詳細は詳細に展開されない。その原理は、第一実施態様の１つに類似する。即ち、板は電極を備え、それらの間に液体、例えば、水及び油の混合物を取り囲む。電界が特定の電極に印可されるとき、水及び油の位置は、セルの対応する容積内で変化し、よって、液体の光透過率を変更する。従って、特定の電極に電界を印可し、他には印可しないことによって、光透過パターンが取得され得る。液晶の実施態様のためになされた全ての注釈（相対的な電極、照射地域、及び／又は、検出地域の配置は、変調器等によって定められる）は、適用可能であるときには、この実施態様のためにもなされ得る。
【００６４】
この実施態様の利点は、非偏光入射光が使用され、セルを通じて伝搬するその光が平行化される必要がない（平行化は上述の実施態様でも不要とされることに気付かされ得るであろう）。
【００６５】
本発明の第四実施態様が、図３を参照して、今や記載される。
【００６６】
この実施態様は、皮膚の側での変調器の吸収及び反射を制御する電気泳動液体のさらなる使用に基づく。
【００６７】
図３から見られ得るように、変調器２’は、上記の第一実施態様のものと類似する液晶の環状セル７’を含む。変調器２’は、さらに、電気泳動液体の環状セル１４を含む。図３では、白色で表されている液晶セル７’は、黒色で表されている電気泳動液体セル１４と交互にされている。第一実施例におけると同様に、検出ファイバ１３’が変調器２’の中心に挿入されている。この実施態様では、セル７’，１４は、互いに絶縁され、従った、液体７’，１４は、それぞれの同心状の円筒形壁の間に密封されている。
【００６８】
電気泳動液体は、その中の懸濁液中のコロイド状粒子を備える液体である。懸濁液は、電界の印可によって移動され得る。印可される電界に依存して、電気泳動液体は、２つの状態、即ち、吸収状態及び反射状態を提示する。記載される実施態様において、電気泳動液体は、白色粒子及び黒色粒子を含む。白色粒子及び黒色粒子のいずれも、電界を用いて、（記載される実施態様では、皮膚と接触して）皮膚の側の表面に方向付けられることが可能であり、制御可能な吸収及び反射を備える検出をもたらす。吸収状態では、探針される皮膚容積から来る後方散乱光の殆どは、電気泳動液体によって吸収される。反射状態では、探針される皮膚容積から来る後方散乱光の殆どは、電気泳動液体によって反射される。両方の状態において、電気泳動液体は、入射光に対して不透過的であり、従って、入射光に関しては、不透過的構造にある液晶として作用する。
【００６９】
従って、電気泳動液体セル１４の機能は、以下の通りである。
− 入射光を遮断すること、及び、
− 後方散乱光のために、皮膚の側で、変調器２’の吸収及び反射を制御すること。
【００７０】
これは、照射−検出距離の関数として、皮膚の側での変調器２の（拡散）反射を変更することによって、光子経路長を矯正することを許容する。
【００７１】
もし照射−検出距離が大きい（換言すれば、例えば、液晶セル７’の最外側リングが透過的構造にあるのに対し、他が不透過的構造にある）ならば、電気泳動セル１４は、後方散乱光のために反射的であるよう制御される。結果的に、第一散乱の後に戻って来る光は吸収されず、電気泳動セル表面によって反射され、従って、さらなる散乱のために皮膚内に戻って来る。そのような反射状態では、探針される容積は余り深くなく、照射−検出距離は大きい。
【００７２】
もし照射−検出距離が小さい（換言すれば、例えば、液晶セル７’の最内側リングの１つが透過滴状態にあるのに対し、他が不透過的構造にある）ならば、電気泳動セル１４は、後方散乱光のために吸収的であるよう制御される。結果的に、第一散乱の後に戻って来る光は、電気泳動セル表面によって吸収され、さらなる散乱のために皮膚内に戻って来ない。そのような吸収状態では、探針される容積は、反射状態よりも深いが、照射−検出距離は小さい。探針される容積はより深い。何故ならば、皮膚表面に近接して皮膚を通じて進行する光は、皮膚表面に達し、従って、吸収されず、検出器地域に達しない高い可能性がある。従って、検出器地域に達する光は、反射状態におけるよりも深い平均経路長を有する。
【００７３】
図３の変調器２’の動作は、図２の変調器２の動作と極めて類似することが理解され得る。即ち、照射−検出距離は、（電極の光透過パターンを用いて）液晶セル７’によって制御され、適確なリング７は、図３中の白色のものである。電気泳動セル１４の存在は、この動作を変更しない。何故ならば、これらのセルは、入射光に関して不透過的であるからである。その上、皮膚の側での変調器２’の吸収及び反射は、照射−検出距離の長さに依存して、電気泳動セル１４で制御される。この制御は二進的ではなく、連続的である、換言すれば、吸収と反射との間の比率は制御され得る。
【００７４】
本発明の第五実施態様が、図４及び５を参照して今や記載される。
【００７５】
この実施態様は、第四実施態様と極めて類似している。何故ならば、変調器２”は、後方散乱光のために変調器の境界の（拡散）反射を制御するよう配置されるからである。
【００７６】
この実施態様において、変調器２”は、上記の第三実施態様におけるような電気泳動セルを含み、中心位置にある検出ファイバ１３”を備える。エレクトロウェッティング液体が、以下の二重の機能を充足するよう配置される。
− 第三実施態様におけるように、照射−検出距離を制御するために、入射光のための光透過パターンを創成するのを許容する、入射光のための不透過的構造と透過的構造との間の切換え機能、及び、
− 皮膚の側での変調器の反射及び吸収の制御の機能。
【００７７】
その実施態様では、変調器２”が透過的状態にあるとき、皮膚から戻って来る光は、変調器２”を通過し、皮膚内に反射して戻る極めて小さい可能性を有する。従って、光は効果的に吸収される、換言すれば、反射されない。即ち、変調器２”は、皮膚の側で吸収状態にある。変調器２”が不透過的状態にあるとき、それは（即ち、（水又は油のいずれかの中の散乱性粒子の懸濁液のような）極めて散乱的なエレクトロウェッティング流体を使用することによって）反射的にされ得る。従って、変調器２”は、反射状態にある。
【００７８】
図４の構造において、変調器２”は、透過的構造にあるエレクトロウェッティング液体の外側リング１５を含み、残余の液体は、不透過的構造にある。従って、この構造は、大きい照射−検出距離を暗示するのに対し、液体の不透過的部分は、後方散乱光のために反射状態にある。
【００７９】
図５の構造において、変調器２”は、透過的構造にあるエレクトロウェッティング液体の内側リング１６を含み、残余の液体は、不透過的構造にある。従って、この構造は、小さい照射−検出距離を暗示するのに対し、液体の不透過的部分は、後方散乱光のために吸収状態にある。
【００８０】
本発明は、図面及び前記記載中に詳細に例証され且つ記載されたが、そのような例証及び記載は、制限的ではなく、例証的或いは例示的に考えられるべきである。本発明は、開示される実施態様に限定されない。
【００８１】
開示された実施態様に対する他の変形は、図面、開示、及び、付属の請求項の研究から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され且つ実施され得る。請求項において、「含む」という語は、他の素子又はステップを排除せず、不定冠詞は、複数を排除しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項中に引用される幾つかの品目の機能を充足し得る。特定の手段が相互に異なる従属項中に引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示さない。コンピュータプログラムが、他のハードウェアと共に或いはその一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な媒体上に記憶／分配され得るが、インターネット又は他の有線若しくは無線の通信システムを介してのように、他の形態でも分配され得る。請求項中の如何なる参照記号も、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混濁媒体中の少なくとも１つの物質の濃度の測定のための装置であって、
少なくとも１つの照射地域の上で前記混濁媒体を照明するよう構成される少なくとも１つの放射線源と、
少なくとも１つの検出地域から前記混濁媒体からの後方散乱光を検出し且つ該後方散乱光を表す検出信号を生成するよう構成される少なくとも１つの検出器とを含み、
当該装置は、少なくとも２つの異なる照射−検出距離に関する検出信号を生成するよう構成され、前記照射−検出距離は、照射地域と前記検出地域との間のそれぞれの距離として定められ、
当該装置は、液体を密封する少なくとも２つの電極板を含む、少なくとも１つの空間光変調器を含み、前記電極板は、複数の電極を支持し、該複数の電極は、前記液体を用いて、前記電極の間の電界に依存して光透過パターンを定めるよう構成され、前記照射地域及び／又は前記検出地域は、前記光透過パターンによって定められる、
装置。
【請求項２】
前記液体及び前記電極は、前記電極の間の電界に依存して、変調器を通じて不透過的地域及び透過的地域を定めるよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
固定中央検出地域を含み、円形照射地域を定めるよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記液体は、液晶である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記液体は、エレクトロウェッティング液体である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記電極板は、半導体を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記変調器は、光源と、半導体板の上に配置される光ダイオードとを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記混濁媒体と前記変調器との間の光路上で前記変調器の吸収及び反射を制御するよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記変調器の吸収及び反射を制御するよう配置される電気泳動液体を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
混濁媒体中の少なくとも１つの物質の濃度を測定するための方法であって、
少なくとも１つの照射地域上で前記混濁媒体を照明することを含み、
少なくとも１つの検出地域から前記混濁媒体からの後方散乱光を検出し、且つ、該後方散乱光を表す検出信号を生成することを含み、
当該方法は、少なくとも２つの異なる照射−検出距離に関する検出信号を生成することを含み、前記照射−検出距離は、照射地域と前記検出地域との間のそれぞれの距離として定められ、
液体を密封する、少なくとも２つの電極板を含む、少なくとも１つの空間光変調器を制御することを含み、前記電極板は、複数の電極を支持し、該複数の電極は、前記光透過パターンを用いて前記照射地域及び／又は前記検出地域を定めるために、前記液体を用いて、前記電極の間の電界に依存して光透過パターンを定めるよう構成される、
方法。
【請求項１１】
前記照射−検出距離の関数として、前記混濁媒体と前記検出器との間の光路上で前記変調器の吸収及び反射を制御することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
近赤外分光法による人間の皮膚中のグルコースの濃度を測定することに対する請求項１０に記載の方法の適用。
【請求項１】
混濁媒体中の少なくとも１つの物質の濃度の測定のための装置であって、
少なくとも１つの照射地域の上で前記混濁媒体を照明するよう構成される少なくとも１つの放射線源と、
少なくとも１つの検出地域から前記混濁媒体からの後方散乱光を検出し且つ該後方散乱光を表す検出信号を生成するよう構成される少なくとも１つの検出器とを含み、
当該装置は、少なくとも２つの異なる照射−検出距離に関する検出信号を生成するよう構成され、前記照射−検出距離は、照射地域と前記検出地域との間のそれぞれの距離として定められ、
当該装置は、液体を密封する少なくとも２つの電極板を含む、少なくとも１つの空間光変調器を含み、前記電極板は、複数の電極を支持し、該複数の電極は、前記液体を用いて、前記電極の間の電界に依存して光透過パターンを定めるよう構成され、前記照射地域及び／又は前記検出地域は、前記光透過パターンによって定められる、
装置。
【請求項２】
前記液体及び前記電極は、前記電極の間の電界に依存して、変調器を通じて不透過的地域及び透過的地域を定めるよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
固定中央検出地域を含み、円形照射地域を定めるよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記液体は、液晶である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記液体は、エレクトロウェッティング液体である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記電極板は、半導体を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記変調器は、光源と、半導体板の上に配置される光ダイオードとを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記混濁媒体と前記変調器との間の光路上で前記変調器の吸収及び反射を制御するよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記変調器の吸収及び反射を制御するよう配置される電気泳動液体を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
混濁媒体中の少なくとも１つの物質の濃度を測定するための方法であって、
少なくとも１つの照射地域上で前記混濁媒体を照明することを含み、
少なくとも１つの検出地域から前記混濁媒体からの後方散乱光を検出し、且つ、該後方散乱光を表す検出信号を生成することを含み、
当該方法は、少なくとも２つの異なる照射−検出距離に関する検出信号を生成することを含み、前記照射−検出距離は、照射地域と前記検出地域との間のそれぞれの距離として定められ、
液体を密封する、少なくとも２つの電極板を含む、少なくとも１つの空間光変調器を制御することを含み、前記電極板は、複数の電極を支持し、該複数の電極は、前記光透過パターンを用いて前記照射地域及び／又は前記検出地域を定めるために、前記液体を用いて、前記電極の間の電界に依存して光透過パターンを定めるよう構成される、
方法。
【請求項１１】
前記照射−検出距離の関数として、前記混濁媒体と前記検出器との間の光路上で前記変調器の吸収及び反射を制御することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
近赤外分光法による人間の皮膚中のグルコースの濃度を測定することに対する請求項１０に記載の方法の適用。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１０−５１５０４６（Ｐ２０１０−５１５０４６Ａ）
【公表日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４３５６０（Ｐ２００９−５４３５６０）
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００７／０５５２４４
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８１３８４
【国際公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００７／０５５２４４
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８１３８４
【国際公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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