JP2005535411A - Devices and methods for in vitro determination of analyte concentration in body fluids - Google Patents
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Abstract
患者の近くに配置され得る無試薬全血分析物検出システムはスペクトルバンドを有する放射のビームを放射出来る源を有する。又該全血システムは該ビームの光路内に検出器を有する。又該全血システムは該源と該検出器とを収容するよう構成されたハウジングを有する。該全血システムは又該ビームの光路内に位置するサンプル要素を有する。該サンプル要素はサンプルセルと、該スペクトルバンド内の放射のビームの透過性を排除しないサンプルセル壁と、を有する。A reagentless whole blood analyte detection system that can be placed near a patient has a source capable of emitting a beam of radiation having a spectral band. The whole blood system also has a detector in the optical path of the beam. The whole blood system also has a housing configured to contain the source and the detector. The whole blood system also has a sample element located in the optical path of the beam. The sample element has a sample cell and a sample cell wall that does not exclude the transmission of the beam of radiation within the spectral band.
Description
本発明は一般的に材料サンプル中の分析物濃度(analyte concentrations)の決定に関する。 The present invention generally relates to the determination of analyte concentrations in a material sample.
数百万の糖尿病患者(diabetics)が彼等の血流(bloodstream)中のブドウ糖レベル(level of glucose)をモニターするために日毎ベースで血液の様な体液(bodily fluid)のサンプルを採取する(draw)。この慣行はセルフモニタリング(self-monitoring)と呼ばれ、多数の試薬ベースのブドウ糖モニター(reagent-based glucose monitors)の1つを使って普通行われる。これらのモニターは該流体サンプル中での試薬と該ブドウ糖の間の化学反応の或る側面を観察することによりブドウ糖濃度を測定する。該試薬は予測可能な仕方でブドウ糖と反応すると知られる化学的化合物(chemical compound)であり、該モニターが該サンプル中のブドウ糖濃度を決定出来るようにする。例えば、該モニターは該ブドウ糖と該試薬との間の反応により発生する電圧又は電流を測定するよう構成される。該試薬を保持し、該ブドウ糖と該試薬の間の該反応を演じさせる(host)ために小さなテストストリップ(test strip)が使われることが多い。試薬ベースのモニターとテストストリップは種々の問題をこうむり、又限られた性能しか有しない。 Millions of diabetics take samples of bloody fluids on a daily basis to monitor the level of glucose in their bloodstream ( draw). This practice is called self-monitoring and is usually done using one of a number of reagent-based glucose monitors. These monitors measure glucose concentration by observing certain aspects of the chemical reaction between the reagent and the glucose in the fluid sample. The reagent is a chemical compound known to react with glucose in a predictable manner, allowing the monitor to determine the glucose concentration in the sample. For example, the monitor is configured to measure a voltage or current generated by a reaction between the glucose and the reagent. Often a small test strip is used to hold the reagent and to host the reaction between the glucose and the reagent. Reagent-based monitors and test strips suffer from various problems and have limited performance.
試薬に関係する問題とコストは、該試薬を含むテストストリップの製造、輸送、貯蔵、そして使用の間に生ずる。該ストリップが最後に適切に機能することを保証するために高価で、厳しい品質管理戦略が該テストストリップ製造過程に組み入れられねばならない。例えば、該ストリップが消費者向け販売にリリースされ得る前に製造ロット固有の校正コード(manufacturing lot-specific calibration code)が血液又は等価の試験(blood or equivalent testing)を通して決定されねばならない。試薬ベースのモニターを使う糖尿病患者は、該モニターが該ストリップ上にあるサンプル内のブドウ糖濃度を精確に読んでいることを保証するためにこの校正コードを該モニター内に入れねばならないことが多い。当然に、この要求は該校正コードの読み取りと入力に誤りを導き、それは該モニターにブドウ糖濃度の危険な迄に不正確な読み値を生じさせ得る。 Problems and costs associated with reagents arise during the manufacture, transport, storage, and use of test strips containing the reagents. Expensive and stringent quality control strategies must be incorporated into the test strip manufacturing process to ensure that the strip will function properly at the end. For example, a manufacturing lot-specific calibration code must be determined through blood or equivalent testing before the strip can be released for consumer sale. Diabetic patients using reagent-based monitors often have to put this calibration code in the monitor to ensure that the monitor is accurately reading the glucose concentration in the sample on the strip. Of course, this requirement leads to errors in reading and entering the calibration code, which can cause the monitor to produce inaccurate readings of glucose concentration.
又試薬ベースのモニターテストストリップは該試薬の水和を避けるために輸送及び貯蔵中は特殊梱包を要する。早過ぎる水和は該試薬がブドウ糖と反応する仕方に影響し、誤った読み値を引き起こさせ得る。一旦該テストストリップが輸送されると、それらはベンダー及びユーザーにより制御された貯蔵温度範囲内で貯蔵されねばならない。不幸にして、多数のユーザーはこれらのプロトコル(protocols)に従うことが出来ないことが多い。テストストリップとそれらの試薬が適切に取り扱われ、貯蔵される、ことがないと、誤ったモニター読み取りが起こり得る。例え、全ての必要な過程、梱包、そして貯蔵管理が追随されても、該ストリップ上の試薬はなお時間と共に劣化し、かくして該ストリップは限られた貯蔵寿命(limited shelf-life)しか有しない。全てのこれらの要因が消費者を試薬ベースのモニターとテストストリップを高価で面倒と見るよう導いた。実際、試薬ベーステストストリップは、それらがより簡単で完全にフエールセーフになるよう設計されたとしてもなお高価となるだろう。 Reagent-based monitor test strips also require special packaging during shipping and storage to avoid hydration of the reagent. Premature hydration affects the way the reagent reacts with glucose and can cause false readings. Once the test strips are transported, they must be stored within a storage temperature range controlled by the vendor and user. Unfortunately, many users are often unable to follow these protocols. If the test strips and their reagents are not properly handled and stored, false monitor readings can occur. Even if all necessary processes, packaging, and storage management are followed, the reagents on the strip will still degrade over time and thus the strip will have only a limited shelf-life. All these factors have led consumers to make reagent-based monitors and test strips expensive and cumbersome. In fact, reagent-based test strips will still be expensive even if they are designed to be simpler and completely failsafe.
試薬ベースのブドウ糖モニターの性能は試薬に関連する多くの面で限定される。上記で論じられた様に、この様なモニターの精度(accuracy)は該試薬の感度(sensitive nature)により限定され、かくして製造、梱包、貯蔵、そして用法に関連する厳しいプロトコルでの何等かのブレークダウン(breakdown)は該モニターの精度を減じる。ブドウ糖と該試薬の間で反応が起こる時間は該ストリップ上の試薬の量により限定される。従って、該サンプル中のブドウ糖濃度を測定する時間も同様に限定される。該試薬ベースの血液ブドウ糖モニター出力の信頼度(Confidence)は、より多くの流体サンプルを取り、追加の測定を行うことに依ってのみ高められる。これはそれが痛い流体取り出しの数を2倍又は3倍にするので望ましくない。同時に、試薬ベースのモニター性能は、反応速度が個別測定値を得る速さを限定する点で、限定される。該反応時間は大抵のユーザーにより余りに長いと見なされている。 The performance of reagent-based glucose monitors is limited in many aspects related to reagents. As discussed above, the accuracy of such a monitor is limited by the sensitive nature of the reagent, and thus any breaks in strict protocols related to manufacturing, packaging, storage, and usage. A breakdown reduces the accuracy of the monitor. The time at which the reaction occurs between glucose and the reagent is limited by the amount of reagent on the strip. Accordingly, the time for measuring the glucose concentration in the sample is similarly limited. The confidence of the reagent-based blood glucose monitor output can only be increased by taking more fluid samples and making additional measurements. This is undesirable because it doubles or triples the number of painful fluid withdrawals. At the same time, reagent-based monitoring performance is limited in that the reaction rate limits the rate at which individual measurements are obtained. The reaction time is considered too long by most users.
一般に、試薬ベースのモニターは大抵のユーザーにとって余りに複雑であり、限定した性能しか有しない。加えて、この様なモニターは、注意深く処理されねばならない鋭いランス(lance)を用いてユーザーが日に多数回流体を採取することを要する。
1実施例では、本発明は患者の近くに配置(deployed)され得る、無試薬全血分析物検出システム(reagentless whole-blood analyte detection system)である。該全血システムはスペクトルバンド(a spectral band)を有する放射ビーム(beam of radiation)を放射することが出来る源(source)と、該ビームの光路(optical path)内の検出器(detector)とを備える。該全血システムは又該源と該検出器とを収容するよう構成されたハウジング(housing)を有する。又該全血システムは該ビームの該光路内に位置するサンプル要素(sample element)を有する。該サンプル要素はサンプルセル(sample cell)と、該スペクトルバンド内の放射ビームの透過を排除しないサンプルセル壁(sample cell wall)と、を有する。 In one embodiment, the present invention is a reagentless whole-blood analyte detection system that can be deployed near a patient. The whole blood system includes a source capable of emitting a beam of radiation having a spectral band, and a detector in the optical path of the beam. Prepare. The whole blood system also has a housing configured to contain the source and the detector. The whole blood system also has a sample element located in the optical path of the beam. The sample element has a sample cell and a sample cell wall that does not exclude transmission of the radiation beam in the spectral band.
もう1つの実施例では、本発明は無試薬全血分析物検出システムを含む。該全血システムは、約4.2μmと約12.2μmの間の少なくとも1つのスペクトルバンドで電磁放射を一緒に発生する放射源(radiation source)及びフイルター(filter)を有する放射発生システム(radiation generating system)を備える。又該全血システムは該スペクトルバンドの放射の光路内に位置付けられ、信号を発生するよう該スペクトルバンドの放射に応答する光学的検出器(optical detector)を有する。又該全血システムは該信号を受信し、処理するシグナルプロセサー(signal processor)を有する。又該シグナルプロセサーは出力を発生する。又該全血システムはデイスプレー(display)とサンプル抽出器(sample extractor)とを有する。携帯型ハウジングは該放射発生システム、該光学的検出器、該シグナルプロセサー、そして該サンプル抽出器の少なくとも1つを少なくとも部分的に収容するよう構成されている。該ハウジングは少なくとも1つの光学的に透過性の部分を有するサンプル要素を収容するよう適合されている。 In another embodiment, the present invention includes a reagentless whole blood analyte detection system. The whole blood system comprises a radiation generating system having a radiation source and a filter that together generate electromagnetic radiation in at least one spectral band between about 4.2 μm and about 12.2 μm. system). The whole blood system also includes an optical detector positioned in the optical path of the spectral band radiation and responsive to the spectral band radiation to generate a signal. The whole blood system also has a signal processor that receives and processes the signal. The signal processor also generates an output. The whole blood system also has a display and a sample extractor. A portable housing is configured to at least partially contain at least one of the radiation generating system, the optical detector, the signal processor, and the sample extractor. The housing is adapted to receive a sample element having at least one optically transmissive portion.
なおもう1つの実施例では、本発明は無試薬全血分析物検出システムを含む。該全血システムは源、光学的検出器、そしてサンプル要素を有する。該源は電磁放射を放出するよう構成されている。該光学的検出器は放射の光路内に位置付けられる。該サンプル要素は該放射の光路内に位置する。該全血システムは、該全血の少なくとも1つの特性を評価するために全血のサンプルについて光学的分析(optical analysis)を行う。 In yet another embodiment, the present invention includes a reagentless whole blood analyte detection system. The whole blood system has a source, an optical detector, and a sample element. The source is configured to emit electromagnetic radiation. The optical detector is positioned in the optical path of radiation. The sample element is located in the optical path of the radiation. The whole blood system performs optical analysis on a sample of whole blood to assess at least one characteristic of the whole blood.
もう1つの実施例では、全血のサンプルを分析するための無試薬全血分析物検出システムは光学的校正システム(optical calibration system)と光学的分析システム(optical analysis system)とを有する。該光学的校正システムは該光学的分析システムが全血のサンプルを分析すると概略同時に該全血システムを校正するよう適合されている。 In another embodiment, a reagentless whole blood analyte detection system for analyzing a sample of whole blood comprises an optical calibration system and an optical analysis system. The optical calibration system is adapted to calibrate the whole blood system substantially simultaneously with the optical analysis system analyzing a sample of whole blood.
もう1つの実施例では、全血分析物検出を行う方法が提供される。患者の近くに配置され得て、光学的校正システム、光学的分析システム、そしてサンプルセルを含む無試薬全血分析物検出システムが提供される。該サンプルセルの実質的部分がサンプルで充たされる。該サンプルセルの第1の校正の測定が行われる。該サンプルセル内の全血のサンプルの分析的測定が行われる。 In another embodiment, a method for performing whole blood analyte detection is provided. A reagent-free whole blood analyte detection system that can be positioned near a patient and includes an optical calibration system, an optical analysis system, and a sample cell is provided. A substantial portion of the sample cell is filled with the sample. A first calibration measurement of the sample cell is performed. An analytical measurement of a sample of whole blood in the sample cell is performed.
もう1つの実施例では、本発明は無試薬全血分析物検出用の方法を含む。源、該源の光路内の検出器、該源及び該検出器を収容するよう構成された携帯型ハウジング、そしてサンプルセルを有するサンプル要素が提供される。流体のサンプルが組織の部分から採取される。サンプル要素の開口部は、流体が該サンプル要素内へ採取されるよう、該流体のサンプルに隣接して位置付けられる。該サンプル要素は該サンプルセルが該源の光路内にあるよう該ハウジング内で位置付けられる。少なくとも1つのスペクトルバンドを有する放射された放射ビームが該源から該サンプル要素のサンプルセルへ放射される。該サンプル要素を出た放射を含む透過放射ビームは該検出器により検出される。 In another embodiment, the invention includes a method for reagent-free whole blood analyte detection. A sample element having a source, a detector in the optical path of the source, a portable housing configured to receive the source and the detector, and a sample cell is provided. A fluid sample is taken from a portion of tissue. The opening of the sample element is positioned adjacent to the sample of fluid such that fluid is drawn into the sample element. The sample element is positioned within the housing such that the sample cell is in the optical path of the source. A emitted radiation beam having at least one spectral band is emitted from the source to the sample cell of the sample element. A transmitted radiation beam containing radiation exiting the sample element is detected by the detector.
もう1つの実施例では、本発明は患者の近くで行われ得る無試薬全血分析物検出用の方法を含む。電磁放射を放射するよう構成された源と、該放射の光路内に位置付けられた光学的検出器と、が提供される。又、該源と該光学的検出器とを少なくとも部分的に収容するよう構成された携帯型ハウジングと、サンプル要素とが提供される。該サンプル要素は該ハウジング内で該放射の光路内に位置し、全血のサンプルを含む。電磁放射の放射ビームは該源から放射される。全血の該サンプルを通して透過した放射の透過ビームは該全血のサンプルの少なくとも1つの特性を評価するために検出される。 In another embodiment, the present invention includes a method for reagent-free whole blood analyte detection that can be performed near a patient. A source configured to emit electromagnetic radiation and an optical detector positioned in the optical path of the radiation are provided. A portable housing configured to at least partially contain the source and the optical detector and a sample element are also provided. The sample element is located in the optical path of the radiation within the housing and contains a sample of whole blood. A radiation beam of electromagnetic radiation is emitted from the source. A transmitted beam of radiation transmitted through the sample of whole blood is detected to evaluate at least one characteristic of the sample of whole blood.
もう1つの実施例では、本発明は患者の近くに配置され得る無試薬全血検出システムを操作する方法を含む。該検出システムは光学的校正システムと光学的分析システムとを有する。校正部分と、全血のサンプルを有する分析部分と、を備えるサンプル要素は該全血分析システム内へ進められる。該全血のサンプルと該サンプル要素と、の光学的特性を決定するために該サンプル要素の該分析部分を通して電磁放射の第1ビームが透過させられる。 In another embodiment, the present invention includes a method of operating a reagentless whole blood detection system that may be placed near a patient. The detection system includes an optical calibration system and an optical analysis system. A sample element comprising a calibration portion and an analysis portion having a sample of whole blood is advanced into the whole blood analysis system. A first beam of electromagnetic radiation is transmitted through the analysis portion of the sample element to determine the optical properties of the whole blood sample and the sample element.
もう1つの実施例では、自動無試薬全血分析物検出システム(automatic reagentless whole-blood analyte detection system)は源、光学的検出器、サンプル抽出器(sample extractor)、サンプルセル、そしてシグナルプロセサーを有する。該源は電磁放射の少なくとも波長を有する放射を発生することが出来る。該光学的検出器は該放射の光路内に位置付けられる。該光学的検出器は少なくとも1つの信号を発生することにより該放射に応答する。サンプル抽出器は組織の部分から流体をサンプルするよう構成される。該サンプルセルは該放射の光路内に位置し、流体のサンプルを受けるよう構成される。該シグナルプロセサーは該信号を処理する。その試験システムは患者からの何等介入(intervention)無しに、流体のサンプルを採取し、流体の該サンプルを受け、該放射を発生し、該放射を検出し、そして該信号を処理するよう構成される。 In another embodiment, an automatic reagentless whole-blood analyte detection system has a source, an optical detector, a sample extractor, a sample cell, and a signal processor. . The source can generate radiation having at least a wavelength of electromagnetic radiation. The optical detector is positioned in the optical path of the radiation. The optical detector responds to the radiation by generating at least one signal. The sample extractor is configured to sample fluid from a portion of tissue. The sample cell is positioned in the optical path of the radiation and is configured to receive a fluid sample. The signal processor processes the signal. The test system is configured to take a fluid sample, receive the fluid sample, generate the radiation, detect the radiation, and process the signal without any intervention from the patient. The
或る好ましい実施例(embodiments)及び例(examples)が下記で説明されるが、本発明が特に開示された実施例を超えて他の代わりの実施例及び/又は本発明の使用法そしてその明らかな変型品及び等化物にまで及ぶことは当業者により理解されよう。かくして、ここで開示される本発明の範囲は下記で説明する特定の開示実施例により限定されるべきでないと意図されている。
I.分析物検出システムの概観(OVERVIEW OF ANALYTE DETECTOIN SYSTEMS)
分析物検出システムがここで開示されるが、それは下記の部分Aで主として論じられる非侵襲性システムと、下記の部分Bで主として論じられる全血システムと、を有している。又種々の方法が開示されるが、それらは材料サンプル内の分析物の濃度を検出するための方法を含んでいる。該非侵襲性システム/方法と該全血システム/方法とは、それらが共に光学的測定を用い得る点で関係付けられる。測定の装置及び方法を参照してここで用いられる時、”光学的(optical)”は幅広い用語であり、その普通の意味で用いられ、限定無しに、化学反応が起こる必要無しに、材料サンプル内の分析物の存在又は濃度の識別を称する。下記でより詳細に論じる様に、該2つのアプローチ(approaches)は各々が材料サンプルの光学的分析を行うよう独立に動作することが出来る。又該2つのアプローチは装置内で組み合わされ得たり、或いは該2つのアプローチは方法の異なる過程を行うよう一緒に使われることも出来る。
Although certain preferred embodiments and examples are described below, the present invention goes beyond the specifically disclosed embodiments to other alternative embodiments and / or uses of the present invention and its obviousness. It will be understood by those skilled in the art that this extends to various variants and equivalents. Thus, it is intended that the scope of the invention disclosed herein should not be limited by the specific disclosed embodiments described below.
I. Overview of analyte detection systems (OVERVIEW OF ANALYTE DETECTOIN SYSTEMS)
An analyte detection system is disclosed herein, which has a non-invasive system that is primarily discussed in Part A below, and a whole blood system that is primarily discussed in Part B below. Various methods are also disclosed, including methods for detecting the concentration of an analyte in a material sample. The non-invasive system / method and the whole blood system / method are related in that they can both use optical measurements. As used herein with reference to measurement devices and methods, “optical” is a broad term and is used in its ordinary sense, without limitation, without the need for a chemical reaction to occur, a material sample Refers to the identification of the presence or concentration of an analyte within. As discussed in more detail below, the two approaches can each operate independently to perform an optical analysis of a material sample. The two approaches can also be combined in the device, or the two approaches can be used together to perform different process steps.
1実施例では、該2つのアプローチ装置、例えば、非侵襲性アプローチを使う装置、の校正を行うよう組み合わされる。もう1つの実施例では、該2つのアプローチの有利な組み合わせは、より高い精度を達成する非侵襲性測定と患者の不快感(discomfort)を最小化する全血測定と、を行う。例えば、該全血技術は、日の或る時間、例えば、食事が消費された後又は薬が投与された後、の或る時間、に於いては非侵襲性技術より精密である。 In one embodiment, the two approach devices are combined to calibrate, for example, a device that uses a non-invasive approach. In another embodiment, an advantageous combination of the two approaches provides a non-invasive measurement that achieves higher accuracy and a whole blood measurement that minimizes patient discomfort. For example, the whole blood technique is more precise than non-invasive techniques at certain times of the day, for example, after a meal has been consumed or after a drug has been administered.
しかしながら、開示されるデバイスのどれも何等かの適当な検出方法(detection methodology)により操作され、開示されるどの方法も何等かの適当なデバイスの操作で使われることは理解されるべきである。更に、開示されるデバイスと方法は、侵襲性、非侵襲性、間歇的又は連続的測定、皮下インプランテーション(subcutaneous implantation)、ウエアラブル検出システム(wearable detection system)又はその何等かの組み合わせ、を含むがそれに限定されない、広い種類の操作の情況又はモードで適用可能である。 However, it should be understood that any of the disclosed devices may be operated by any suitable detection methodology, and any disclosed method may be used in the operation of any suitable device. Further, the disclosed devices and methods include invasive, non-invasive, intermittent or continuous measurements, subcutaneous implantation, wearable detection systems or any combination thereof, The present invention is not limited thereto, and can be applied in a wide variety of operation situations or modes.
ここで説明され、図解される如何なる方法も説明される作用(acts)の精確なシーケンスに限定されず、表明される全ての作用の慣行に必ずしも限定されない。イベント又は作用の他のシーケンス、又は該イベントの全てより少ないもの、又は該イベントの同時生起(simultaneous occurrence)が、問題の方法(複数を含む)を実行するのに利用されてもよい。
A.非侵襲性システム(Noninvasive System)
1.モニター構造(Monitor Structure)
図1は現在の好ましい構成の非侵襲性光学的検出システム(noninvasive optical detection system){以下”非侵襲性システム(noninvasive system)”}10を描いている。該描かれた非侵襲性システム10は、下記で更に詳細に論じられる様に、サンプルにより放射される赤外線エネルギー(infrared energy)を観測することにより材料サンプルS内の分析物の濃度を非侵襲的に(noninvasively)検出するのに特に好適である。
Any method described and illustrated herein is not limited to the precise sequence of acts described, but is not necessarily limited to the practices of all actions expressed. Other sequences of events or actions, or less than all of the events, or a simultaneous occurrence of the events, may be used to perform the method (s) in question.
A. Noninvasive system
1. Monitor structure
FIG. 1 depicts a currently preferred configuration of a noninvasive optical detection system {hereinafter “noninvasive system”} 10. The depicted
ここで使用される時、用語”非侵襲性(noninvasive)”は広い用語であり、その普通の意味で用いられ、限定無しに、体外組織サンプル又は体液内の分析物の濃度を決定する能力を有する分析物検出デバイス及び方法を呼称する。しかしながら、ここで開示される該非侵襲性システム10は、該非侵襲性システム10が侵襲的に又は非侵襲的に得られた体外流体又は組織サンプルを分析するために使われてもよいので、非侵襲的使用法に限定されないことは理解されるべきである。ここで使われる時、該用語”侵襲性(invasive)”は広い用語であり、その普通の意味で使用され、限定無しに、皮膚を通しての流体サンプルの取り出し(removal)を含む分析物検出方法を呼称する。ここで使われる時、用語”材料サンプル(material sample)”は広い用語であり、その普通の意味で用いられ、限定無しに、該非侵襲性システム10による分析に好適な材料のどんな集まり(any collection of material)も呼称する。例えば、該材料サンプルSは該非侵襲性システム10に対して置かれた、人間前腕(human forearm)の様な、組織サンプルを含んでもよい。又該材料サンプルSは、全血(whole blood)、血液成分(複数を含む){blood component(s)}、非侵襲的に得られた間隙性流体(interstitial fluid)又は細胞間流体(intercellular fluid)、又は非侵襲的に得られた唾液(saliva)又は尿(urine)、又は有機又は無機材料の何等かの集まり、の様な或る容積の体液を含む。ここで使われる時、用語”分析物(analyte)”は広い用語であり、その普通の意味で使用されそして、限定無しに、該非侵襲性システム10により材料サンプルS内で存在又は濃度が探されている何等かの化学種(chemical species)を呼称する。例えば、該非侵襲性システム10により検出される分析物(複数を含む)はブドウ糖、エタノール、インスリン、水、二酸化炭素、血液酸素(blood oxygen)、コレステロール、ビリルビン(bilirubin)、ケトン、脂肪酸(fatty acids)、リポタンパク質(lipoproteins)、アルブミン(albumin)、尿素(urea)、クレアチニン(creatinine)、白血球、赤血球、ヘモグロビン、酸化ヘモグロビン(oxygenated hemoglobin)、一酸化炭素ヘモグロビン(carboxyhemoglobin)、有機分子、無機分子、調合薬(pharmaceuticals)、シトクロム(cytochrome)、種々のタンパク質及び発色団(chromephores)、微少石灰沈着物(microcalcifications)、電解質、ナトリウム、カリウム、塩素、炭酸水素塩、そしてホルモンを含むが、それらに限定されない。ここで測定技術を説明するため使われる時、用語”連続的(continuous)”は広い用語であり、その普通の意味で使われ、、限定無しに、約10分毎に1回より頻繁な個別測定を行うこと、及び/又は、例えば、1から数秒、数分、数時間、数日、又はより長い時間に亘る様な、何等かの適当な時間に亘り測定値又は他のデータの流れ又はシリーズを取ることを呼ぶ。ここで測定技術を説明するため使われる時、用語”間歇的(intermittent)”は広い用語であり、その普通の意味で使用され、限定無しに、約10分毎に1回より少ない頻度で測定値を取ることを称する。
As used herein, the term “noninvasive” is a broad term and is used in its ordinary sense to limit, without limitation, the ability to determine the concentration of an analyte in an extracorporeal tissue sample or fluid. The analyte detection device and method is referred to. However, the
該非侵襲性システム10は、或る実施例ではウインドー組立体(window assembly)12は省略されるけれども、好ましくはウインドー組立体12を含むのがよい。該ウインドー12の1つの機能は、サンプルSが該ウインドー組立体12の上面12aに対して置かれた時、赤外線エネルギーEが該サンプルSから該非侵襲性システム10に入ることを可能にすることである。該ウインドー組立体12は、該材料サンプルSを加熱しそしてそこからの赤外線エネルギーの放射を励起(stimulate)するため使われるヒーター層(下記議論参照)を有する。該ウインドー組立体12と該材料サンプルSが下記でより詳細に論じられる検出方法論に依り操作され得るように、好ましくはペルチエ型熱電デバイス(Peltier-type thermoelectric device)を含むのがよい冷却システム14は該ウインドー組立体12と熱伝導関係にある。該冷却システム14は、該冷たいリザーバー16及び該ウインドー組立体12と熱伝導関係にある冷たい面14aと、ヒートシンク18と熱伝導関係にある熱い面14bと、を有する。
The
該赤外線エネルギーEが該非侵襲性システム10に入ると、それは最初に該ウインドー組立体12を、次いで光学的ミキサー(optical mixer)20,そして次いでコリメーター(collimator)22を通過する。該光学的ミキサー20は好ましくは、赤外線エネルギーEが通過し、該ミキサー壁に対し反射する時該赤外線エネルギーEの方向性をランダム化する高度に反射性の内面を有する光パイプ(light pipe)を備えるのがよい。又コリメーター22は高度に反射性の内壁を有する光パイプを備えるが、該壁はそれが該ミキサー20から離れるよう延びると発散(diverge)する。該発散性壁(divergent wall)は該赤外線エネルギーEを、それが該コリメーター22のより幅広い端部の方へ進む時直線化する傾向を引き起こすが、それは該コリメーター壁に対し反射する時赤外線エネルギーの入射角度(angle of incidence)のためである。
As the infrared energy E enters the
該コリメーター22から、該赤外線エネルギーEはフイルターの配列24を通過するが、該配列の各々は選択された波長又は波長のバンドのみがそこを通過することを可能にする。これらの波長/バンドは、下記で詳細に論じられる検出方法論で、関心のある分析物の吸収効果をハイライトにするか又は分離するよう選択される。各フイルター24は好ましくは集線装置(concentrator)26及び赤外線検出器28と光学的に連通しているのがよい。該集線装置26は、該赤外線エネルギーが該検出器28の方へ進む時該赤外線エネルギーを集中させる、高度に反射性で、収斂する内壁(highly reflective, converging inner wall)を有し、前記検出器28上に入射するエネルギーの密度を増加させる。
From the
該検出器28は制御システム30と電気的に連絡しており、該システムは該検出器28から電気信号を受け、サンプルS内の分析物の濃度を計算する。又該制御システム30は、該ウインドー12及び/又は冷却システム14の温度をモニターし、該ウインドー12及び該冷却システム14への電力の供給を制御するよう、該ウインドー12及び冷却システム14と電気的に連絡している。
The
a.ウインドー組立体(Window Assembly)
ウインドー組立体12の好ましい構成が、その下側(換言すれば、サンプルSの反対のウインドー組立体12の側)から見る様に、図2で、斜視図で示されている。該ウインドウ組立体12は一般に、高度に赤外線透過性の材料で形成される主層(main layer)32と、該主層32の下側に付接(affixed)されたヒーター層(heater layer)34と、を有する。該主層32は、約0.25mmの好ましい厚さを有する、好ましくはダイヤモンドで、最も好ましくは化学蒸着された(chemical-vapor-deposited)(”CVD”)ダイヤモンドで、形成されるのがよい。他の実施例では、シリコン又はゲルマニウムの様な、高度に赤外線透過性である代わりの材料が該主層32の形成で使われてもよい。
a. Window Assembly
A preferred configuration of the
該ヒーター層34は好ましくはヒーター素子(heater elements)38の配列(array)の相対する端部に配置されたブスバー(bus bars)36を有するのがよい。該ブスバー36は、該ブスバー36を適当な電力源(示されてない)に接続した時、該ウインドー組立体12内に熱を発生する電流が該素子38を通して送られるように、該素子38に電気的に接続される。又該ヒーター層34は該ウインドー組立体12の温度を測定し、該制御システム30に温度フイードバックを提供するために、サーミスター(thermistors)又は抵抗温度デバイス(resistance temperature devices){アールテーデーエス(RTDs)}の様な1つ以上の温度センサーを含んでもよい(図1参照)。
The
なお図2を参照すると、ヒーター層34は該主層32に付けられた合金層上に析出された金又は白金の第1接着層(first adhesion layer){以下”金(gold)”層と呼ぶ}を含むのが好ましい。該合金層は、例に依れば、10/90チタン/タングステン、チタン/白金、ニッケル/クロミウム、又は他の同様な材料、の様な、ヒーター層34の実現(implemetation)に好適な材料を含む。該金層は好ましくは約4000Åの厚さを、そして該合金層は好ましくは約300Åと約500Åの間に及ぶ厚さを有するのがよい。該金層及び/又は該合金層は、蒸気析出(vapor deposition)、液体析出(liquid deposition)、メッキ、積層(laminating)、鋳造(casting)、シンタリング(sintering)又は当業者に公知の他の形成又は析出方法論を含むが、それらに必ずしも限定されない、化学的析出(chemical deposition)により該主層32上に析出されてもよい。望ましいならば、該ヒーター層34は電気絶縁コーテイングでカバーされてもよく、該コーテイングは又該主層32への接着を向上させる。1つの好ましいコーテイング材料は酸化アルミニウムである。他の受け入れ可能な材料は酸化チタン又はセレン化亜鉛を含むがそれらに限定されない。
Referring to FIG. 2, the
該ヒーター層34は層全体34に亘り、一定電力密度を保持し、均一な温度を促進するために、隣接するヒーター素子38の中心線間に可変ピッチ間隔(variable pitch distance)を組み込んでもよい。一定ピッチ間隔が使われる場合、好ましい間隔は少なくとも約50ー100マイクロメートルである。該ヒーター素子38は一般に約25マイクロメートルの好ましい幅を有するが、又それらの幅は上記で述べた同じ理由で必要な様に変えられてもよい。
The
該ヒーター層34としての使用に好適な代わりの構造は、熱電ヒーター(thermoelectric heaters)、高周波(radiofrequency){アールエフ(RF)}ヒーター、赤外線放射ヒーター、光学的ヒーター、熱交換器、電気抵抗加熱格子(electrical resistance heater grids)、ワイヤブリッジ加熱格子(wire bridge heating grids)、又はレーザーヒーターを含むが、それらに限定されない。どの種類のヒーター層が使われても、該ヒーター層が該ウインドー組立体12の約10%以下を覆い隠すことは好ましい。
Alternative structures suitable for use as the
好ましい実施例では、該ウインドー組立体12は実質的には該主層32と該ヒーター層34のみを有する。かくして、図1に示す該非侵襲性システム10の様な光学的検出システム内に設置された時、該ウインドー組立体12は該ウインドー組立体12の(好ましくは平坦な)上面と該非侵襲性システム10の赤外線検出器28との間の最小にしか遮られない光路を実現する。好ましい非侵襲性システム10内の該光路32は、該ウインドー組立体12の該主層32とヒーター層34(それに付けられた又はそれの中に置かれた、何等かの反射防止用、屈折率マッチング用、電気絶縁用、又は保護用のコーテイングを含む)を通り、該光学的ミキサー20とコリメーター22を通り、そして該検出器28へとのみ進行する。
In the preferred embodiment, the
図3は図2で示された構成の代わりに使われてもよいウインドー組立体12用の代わりの構成の組立分解側面図を描いている。図3で描かれたウインドー組立体12はその上面(サンプルSと接触するよう意図された表面)の近くに高度に赤外線透過性で、熱伝導性のスプレッダー(spreader)層42を有する。該スプレッダー層42の下にヒーター層44がある。酸化アルミニウム、二酸化チタン、又はセレン化亜鉛の様な薄い電気絶縁層(示されてない)が該ヒーター層44と該スプレッダー層42の間に配置されてもよい(酸化アルミニウム層は又該ヒーター層44の該スプレッダー層42への接着を高める)。該ヒーター層44に隣接して熱絶縁用及びインピーダンスマッチング用(impedance matching)の層46がある。該熱絶縁層46に隣接して内部の熱伝導層48がある。該スプレッダー層42はその頂部面上を薄い保護コーテイング層50でコートされている。該内部層48の底面は薄いオーバーコート層52でコートされる。好ましくは、該保護コーテイング50とオーバーコート層52は反射防止特性を有するのがよい。
FIG. 3 depicts an exploded side view of an alternative configuration for the
該スプレッダー層42は、材料サンプルSが該ウインドー組立体12に対するよう置かれた時、該ヒーター層から該材料サンプルS内への均一な熱伝達を容易化するのに充分な高い熱伝導率を有する高度に赤外線透過性の材料で形成されるのが好ましい。他の有効な材料は、CVDダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、砒素化ガリウム、ゲルマニウム、そして充分高い熱伝導率を有する他の赤外線透過性材料、を含むがそれらに限定はされない。該スプレッダー層42用の好ましい寸法は直径約25.4mm(1インチ)と厚さ約0.254mm(0.010インチ)である。図3で示される様に、該スプレッダー層42の好ましい実施例はベベルされた縁(beveled edge)を組み込んでいる。必要ではないが、約45度のベベル(bevel)が好ましい。
The
保護層50は該スプレッダー層42の頂部表面を破損から保護するよう意図されている。理想的には、該保護層は高度に赤外線透過性で、引っ掻き(scratching)又は擦過(abrasion)の様な機械的破損に非常に耐性があるのがよい。又該保護層50とオーバーコート層52は高い熱伝導率と、反射防止及び/又は屈折率マッチング特性と、を有することが好ましい。該保護層50及びオーバーコート52として使用するために満足すべき材料はミズーリ州、セントチャールズ(St.Charles, Missouri)のデポジションリサーチラボラトリー社(Deposition Research Laboratories, Inc.)により製造される多層ブロードバンド反射防止コーテイング(multi-layer Broad Band Anti-Reflective Coating)である。ダイヤモンド状炭素コーテイング(Diamondlike carbon coatings)も好適である。
The
下記で注意されることを除けば、該ヒーター層44は一般的に図2で示されたウインドー組立体で使われたヒーター層34と同様である。代わりに、該ヒーター層44はより高い及びより低い抵抗率の領域を有する、ドープされたシリコン層の様なドープされた赤外線透過性材料を有してもよい。該ヒーター層44は好ましくは約2オームの抵抗を有し、約1、500Åの好ましい厚さを有するのがよい。該ヒーター層44を形成するのに好ましい材料は金合金であるが、他の受け入れ可能な材料は白金、チタン、タングステン、銅、そしてニッケルを含むが、それらに限定されない。
Except as noted below, the
該熱絶縁層46は該ヒーター素子44からの熱の放出を防止する一方、該冷却システム14が該材料サンプルSを有効に冷却することを可能にする(図1参照)。この層46は熱絶縁性(例えば、該スプレッダー層42より低い熱伝導率)で赤外線透過性の品質を有する材料を備える。好ましい材料は、テキサス州、ガーランド(Garland, Texas)のアモルフアスマテリアル社(Amorphous Materials, Inc.)により製造されるエイエムテーアイアール−1(AMTIR-1)として知られる、カルコゲナイドガラス族(calcogenide glass family)のゲルマニウム−砒素−セレン化合物(germanium-arsenic-selenium compound)である。描かれた実施例は約21.6mm(約0.85インチ)の直径と約0.127から約0.254mm(約0.005から約0.010インチ)の範囲の好ましい厚さを有する。該ヒーター層44により発生される熱が該スプレッダー層42を通り材料サンプルS内に通過する時、該熱絶縁層46はこの熱を絶縁する。
The
該内部層48は熱伝導材料、好ましくは従来の浮遊帯域結晶成長法(conventional floatzone crystal growth method)を用いて形成された結晶性シリコンで形成されるのがよい。該内部層48の目的は成層ウインドー組立体全体用の低温伝導用機械的基礎(cold-conducting mechanical base)として役立つことである。
The
図3で示される該ウインドー組立体12の全体の光学的透過率(overall optical transmission)は好ましくは少なくとも70%であるのがよい。図3のウインドー組立体12は好ましくは保持用ブラケット(示されてない)により一緒に保持され、該非侵襲性システム10に取り付けられるのがよい。該ブラケットは好ましくは、ガラス添加プラスチック(glass-filled plastic)、例えば、ジェネラルエレクトリック(General Electric)により製造される、ウルテム2300(Ultem 2300)で形成されるのがよい。ウルテム2300は該成層ウインドー組立体12からの熱伝達を防止する低い熱伝導率を有する。
The overall optical transmission of the
b.冷却システム(Cooling System)
冷却システム14(図1参照)は好ましくはペルチエ型熱電デバイス(Peltier-type thermoelectric device)を有するのがよい。かくして、該好ましい冷却システム14への電流の印加は該冷たい面14aを冷えさせ、反対の熱い面14bを熱くさせる(heat up)。該冷却システム14は該冷却システム14の冷たい面14aとの熱伝導関係にある該ウインドー組立体12の状況を介して該ウインドー組立体12を冷却する。該冷却システム14,該ヒーター層34,又は両者は、ここで論じる種々の分析物検出方法論(analyte-detection methodologies)に依り、サンプルS内に振動する熱的勾配(oscillating thermal gradient)を創るために該ウインドー組立体12内に望ましい時間変化する温度(time-varying temperature)を誘起するよう操作させられ得る。
b. Cooling system
The cooling system 14 (see FIG. 1) preferably has a Peltier-type thermoelectric device. Thus, application of current to the
好ましくは、該冷たいリザーバー16は該冷却システム14と該ウインドー組立体12の間に位置付けられ、該システム14と該ウインドー組立体12の間の熱伝導体として機能するのがよい。該冷たいリザーバー16は適当な熱伝導材料、好ましくは黄銅で形成されるのがよい。代わりに、該ウインドー組立体12は該冷却システム14の該冷たい面14aと直接接触するよう位置することも出来る。
Preferably, the
代わりの実施例では、該冷却システム14は空気、窒素又は冷水(chilled water)の様な冷却剤(coolant)が通って汲み上げられる熱交換器、又はヒートシンクの様な受動的伝導クーラー(passive conduction cooler)を有してもよい。更に進んだ代替えとして、該ウインドー組立体12の下側と接触し(図1参照)、そこから熱を伝導するように窒素の様な気体冷却剤が該非侵襲性システム10の内部を通して循環されてもよい。
In an alternative embodiment, the
図4は該ウインドー組立体12(図2で示される種類の)と該冷たいリザーバー16の好ましい配置の略平面図であり、図5は該ウインドー組立体12が該冷却システム14と直接接触する代わりの配置の略平面図である。該冷たいリザーバー16/冷却システム14はヒーター層34のどちらかの側で、その相対する縁に沿って該ウインドー組立体12の下側に接触するのが好ましい。該ウインドー組立体12と該冷却システム14の間に確立された熱伝導性で、該ウインドー組立体は該非侵襲性システム10の動作中必要な様に冷却され得る。ウインドー組立体12の上面上の実質的に均一の又は等温の(isothermal)温度プロフアイル形成を促進するために、隣接ヒーター素子38の中心線間のピッチ間隔(pitch distance)は、該ウインドー組立体12と該冷たいリザーバー16/冷却システム14の間の接触領域(複数を含む)の近くでより小さくされ(それにより該ヒーター素子38の密度を高め)てもよい。補足又は代替えとして、該ヒーター素子38自身がこれらの接触領域の近くでより広くされてもよい。ここで使用される時、”等温の(isothermal)”は広い用語であり、その普通の意味で使用され、限定無しに、時間の与えられた点で、該ウインドー組立体12又は他の構造体の温度が、該材料サンプルSと熱伝導関係に置くよう意図された表面に亘り実質的に均一である条件を呼称する。かくして、該構造又は表面の温度が時間中に変動するけれども、それにも拘わらず時間の如何なる与えられた点でも該構造又は表面は等温である。
FIG. 4 is a schematic plan view of a preferred arrangement of the window assembly 12 (of the type shown in FIG. 2) and the
該ヒートシンク18は該冷却システム16の熱い表面14bから廃熱(waste heat)をドレインし、該非侵襲性システム10の動作温度を安定化する。好ましいヒートシンク18(図6参照)は黄銅又は、比較的高い比熱及び高い熱伝導率を有する何等かの他の適当な材料、で形成される中空の構造を備える。該ヒートシンク18は伝導面18aを有し、該面は該ヒートシンク18が該非侵襲性システム10内に設置された時、該冷却システム14の熱い表面14bと熱伝導関係に入る(図1参照)。空洞54が該ヒートシンク18内に形成され、該シンク18の容量を増やすために好ましくは相転移材料(phase-change material)(示されてない)を含むのがよい。好ましい相転移材料はイリノイ州、ネイパービル(Naperville, Illinois)のピーシーエムサーマルソリューション社(PCM Thermal Solutions, Inc.)からテーエイチ29(TH29)の名で入手可能な、塩化カルシウム六水和物(claciumchrolide hexahydrate)の様な、水和塩である。代わりに、該空洞54は除かれ、充実の、ユニットの塊(solid, unitary mass)を有するヒートシンク18を創ってもよい。又該ヒートシンク18は該シンク18から周囲空気への熱伝導を更に増やすために多数のフイン56を形成する。
The
代わりに、該ヒートシンク18は、銅又はアルミニウムの様な堅い、熱伝導性の材料のユニットの塊として該光学的ミキサー20及び/又はコリメーター22と一体に形成されてもよい。この様なヒートシンクでは、該ミキサー20及び/又はコリメーター22は該ヒートシンク18を軸方向に通って延び、該ヒートシンクは該ミキサー20及び/又はコリメーター22の内壁を規定する。これらの内壁は、下記で更に説明する様に、適当な反射率と赤外線波長での非吸収性を有するようコートされそして/又はポリッシされる。この様なユニットのヒートシンク−ミキサー−コリメーターが使われる場合、該ヒートシンクから該検出器配列を熱的に絶縁することが望ましい。
Alternatively, the
該材料サンプルSに適当な程度のサイクルされた加熱及び/又は冷却が与えられる限り、上記開示のウインドー組立体12/冷却システム14の代わりに又はそれらに加えて、何等かの適当な構造体が該材料サンプルSを加熱及び/又は冷却するため使われてもよいことは理解されるべきである。加えて、放射、化学的に誘起された熱、摩擦及び振動の様な、但しそれらに限定されない、他の形式の熱が該材料サンプルSを加熱するため使われてもよい。更に、該サンプルの加熱は、対流、伝導、放射、他の様な何等かの適当な方法により達成され得ることは評価されるであろう。
As long as the material sample S is provided with a suitable degree of cycled heating and / or cooling, any suitable structure may be provided instead of or in addition to the
c.光学機器(Optics)
図1に示す様に、光学的ミキサー20は内面コーテイングを有する光パイプを備えるが、該コーテイングは高度に反射性であり、赤外線波長で最小の吸収性を示し、好ましくはポリッシされた金のコーテイングがよいが、尤も、他の波長の電磁放射が使われる場合は他の適当なコーテイングが使われてもよい。該パイプ自身は、該内面が高度に反射性であるようコートされるか又は他の仕方で処理される限り、アルミニウム又はステンレス鋼の様なもう1つの堅い材料で作られてもよい。他の多角形の形状又は円又は楕円の形状の様な他の断面形状が代わりの実施例で使われてもよいが、好ましくは、該光学的ミキサー20は長方形断面を有するのがよい(該ミキサー20及び該コリメーター22の縦軸線A−Aに直交して取られた時)。該光学的ミキサー20の内壁は該ミキサー20及びコリメーター22の縦軸線A−Aに実質的に平行である。該ミキサー20の高度に反射性で実質的に平行な内壁は、該赤外線エネルギーEが該ミキサー20の壁の間で反射される回数を最大化し、該エネルギーが該ミキサー20を通って伝播する時、該赤外線エネルギーEを完全に混合する。現在の好ましい実施例では、該ミキサー20は長さが約3.05cmから6.1cm(約1.2インチから2.4インチ)で、その断面は約1.02cm×1.52cm(約0.4インチ×約0.6インチ)の長方形である。勿論、該ミキサー20を作るのに他の寸法が使われてもよい。特に、該ミキサーを小型化するか又は他の仕方でそれを出来るだけ小さくすることは有利である。
c. Optical equipment (Optics)
As shown in FIG. 1, the
なお図1を参照すると、該コリメーター22は非常に反射性であり、赤外線波長で最小の吸収性である内面コーテイング、好ましくはポリッシされた金のコーテイングを有するチューブを備えるのがよい。該内面が高度に反射性であるようコートされるか又は他の仕方で処理される限り、該チューブ自身はアルミニウム、ニッケル又はステンレスの様なもう1つの堅い材料で作られてもよい。好ましくは、該コリメーター22は長方形の断面を有するのがよいが、尤も、代わりの実施例では、他の多角形の形状又は円、放物線又は楕円の形状の様な、他の断面形状が使われてもよい。該コリメーター22の内壁はそれらが該ミキサーから離れるよう延びると発散する。好ましくは、該コリメーター22の内壁は実質的に直線状で該縦軸線A−Aに対し約7度の角度を形成するのがよい。該コリメーター22は、赤外線エネルギーEが出来るだけ90度に近い角度でフイルター24の表面を打つように、該ミキサー20及びコリメーター22の縦軸線A−Aに概ね平行な方向に伝播するよう該赤外線エネルギーEを整合させる。
Still referring to FIG. 1, the
現在の好ましい実施例では、該コリメーター22は長さが約19.05cm(約7.5インチ)である。その狭い端部22aで、該コリメーター22の断面は約1.02cm×約1.52cm(約0.4インチ×約0.6インチ)の長方形である。その広い端部では、該コリメーター22は約4.57cm×約6.60cm(約1.8インチ×2.6インチ)の長方形の断面を有する。好ましくは、該コリメーター22は該赤外線エネルギーEを、該エネルギーEがフイルター24上に衝突する前に、約0−15度の入射角(縦軸線A−Aに対し)に整合させるのがよい。勿論、他の寸法及び入射角が該コリメーター22を作り、操作するのに使われてもよい。
In the presently preferred embodiment, the
図1及び6Aを更に参照すると、各集線装置(concentrator)26は、その広い端部26aが対応するフイルター24を出る赤外線エネルギーを受けるべく適合されるようそしてその狭い端部26bが対応する検出器28に隣接するように、配向されたテーパ付き面を有する。該集線装置26の内方に面する表面は、高度に反射性で赤外線波長で最小の吸収性の内面コーテイング、好ましくはポリッシされた金のコーテイング、を有するのがよい。それらの内面が高度に反射性にコートされるか又は他の仕方で処理される限り、該集線装置26自身はアルミニウム、ニッケル又はステンレス鋼の様なもう1つの堅い材料で作られてもよい。
With further reference to FIGS. 1 and 6A, each concentrator 26 is adapted so that its
好ましくは、該集線装置26は長方形断面を有するのがよいが、尤も、代わりの実施例では、他の多角形の形状、又は円、放物線又は楕円の形状の様な、他の断面形状が使われてもよい。該集線装置の内壁はそれらが狭い端部26bの方へ延びるにつれて収斂する。好ましくは、該集線装置26の内壁が実質的に直線状で、縦軸線A−Aに対し約8度の角度を形成するのがよい。この様な形状は、それが該検出器28に到達する前に、広い端部26aから狭い端部26bへ該集線装置26を通過する時赤外線エネルギーを集中するのに適合している。
Preferably, the
現在の好ましい実施例では、各集線装置26は長さが約3.81cm(約1.5インチ)である。その広い端部26aで、各集線装置26の断面は約1.52cm×1.45cm(約0.6インチ×0.57インチ)の長方形である。その狭い端部26bで、各集線装置26は約0.45cm×0.45cm(約0.177インチ×0.177インチ)の長方形断面を有する。勿論、他の寸法又は入射角が該集線装置26を作るため使われてもよい。
In the presently preferred embodiment, each concentrator 26 is about 1.5 inches in length. At its
d.フイルター(Filters)
フイルター24は好ましくは、カリフオルニア州、サンタローザ(Santa Rosa, CA)のオプチカルコーテイングラボラトリー社(Optical Coating Laboratory, Inc.){”オーシーエルアイ(OCLI)”}の様な製造者から広く入手可能な、標準的干渉型赤外線フイルター(standard interference-type infrared filters)を有するのがよい。図1で図解された実施例では、フイルター24の3×4配列が検出器28及び集線装置26の3×4配列上に位置付けられる。この実施例で使われる様に、該フイルター24は同じ波長感度を有する3つのフイルターの4グループで配置される。これら4グループはそれぞれ7.15μm±0.03μm、8.40μm±0.03μm、9.48μm±0.04μm、そして11.10μm±0.04μmのバンドパス中心波長(bandpass center wavelength)を有するが、それらは水及びブドウ糖が付近で電磁放射を吸収する波長に対応する。これらのフイルター用の典型的バンド幅は0.20μmから0.50μmに及ぶ。
d. Filters
代わりの実施例では、波長で固有のフイルター24の配列は1つのフアブリーペロー干渉計(Fabry-Perot interferometer)で置き換えられてもよく、該干渉計は、赤外線エネルギーのサンプルが材料サンプルSから取られると変化する波長感度を提供する。かくして、この実施例は、出力信号が時間上の波長特異性で変わる唯1つの検出器28の使用を可能にする。該出力信号は、該材料サンプルSにより放射される赤外線エネルギーの多数波長プロフアイルを提供するよう、該フアブリーペロー干渉計により誘起される波長感度に基づき分離(de-multiplexed)されることが可能である。この実施例では、唯1つの検出器28しか使われる必要がないので、該光学的ミキサー20は省略されてよい。
In an alternative embodiment, the wavelength-specific array of
なお他の実施例では、フイルター24の配列は変化する波長感度を有する種々のフイルターが1つの検出器24上を回転するフイルターホイール(filter wheel)を有する。代わりに、検出過程中に変化する波長感度を提供するために電子的に同調可能な赤外線フイルターが、上記で論じたフアブリーペロー干渉計と同様な仕方で使われてもよい。これらの実施例のどちらでも、唯1つの検出器28しか使われる必要がないので、該光学的ミキサー20は省略されてよい。
In still other embodiments, the arrangement of
e.検出器(Detectors)
検出器28は、好ましくは中赤外線波長(mid-infrared wavelength)での、赤外線エネルギーの検出に適合した何等かの検出器の種類を具備するのよい。例えば、検出器28は水銀−カドミウム−テルル化物(mercury-cadmium-telluride){エムシーテー(MCT)}検出器を具備してもよい。ピーブイエイ481−1(PVA481-1)前置増幅器を有するフアーミオニクス(Fermionics){カリフオルニア州、シミバレイ(Simi Valley, Calif.)}モデルピーブイ−9.1(model PV-9.1)の様な検出器が受け入れ可能である。グレースビイ(Graseby){フロリダ州、タンパ(Tampa, Fla.)}の様な他の製造者からの同様なユニットが置き換えられ得る。該検出器28としての使用のための他の適当な部品は焦電性検出器(pyroelectric detectors)、熱電堆(thermopiles)、ボロメーター(bolometers)、シリコンマイクロボロメーター(silicon microbolometer)そしてレッドソールトフオーカルプレーン配列(lead-salt focal plane arrays)を含む。
e. Detectors
The
f.制御システム(Control System)
図7は詳細な制御システム30のみならず、該制御システムと、該非侵襲性システムの他の関連部分と、の間の相互接続をも描いている。該制御システムは温度制御サブシステムとデータ取得サブシステム(data acquisition subsystem)とを有する。
f. Control system
FIG. 7 depicts not only the
該温度制御サブシステムでは、該ウインドー組立体12内に配置された温度センサー{アールテーデーエス(RTDs)及び/又はサーミスターの様な}がウインドー温度信号を同期型アナログ−デジタル変換システム70と非同期型アナログ−デジタル変換システム72へ提供する。該A/Dシステム70,72は今度はデジタルウインドー温度信号をデジタルシグナルプロセサー(digital signal processor){デーエスピー(DSP)}74に提供する。該プロセサー74はウインドー温度制御アルゴリズムを実行し、該ウインドー温度信号内に含まれた情報に基づき、該ウインドー組立体12の該ヒーター層34用及び/又は冷却システム14用の適当な制御入力を決定する。該プロセサー74は1つ以上のデジタル制御信号をデジタル−アナログ変換システム76へ出力するが、該変換システムは今度は1つ以上のアナログ制御信号を電流ドライバー78へ提供する。該制御信号(複数を含む)に応答して、該電流ドライバー78は該ヒーター層34及び/又は冷却システム14に供給される電力を調整する。1実施例では、該プロセサー74は制御信号をデジタルI/Oデバイス77を通してパルス幅変調器(pulth-width modulator)(PWM)制御部(control)80へ提供し、該制御部は電流ドライバー78の動作を制御する信号を提供する。代わって、該PWMの出力にあるローパスフイルター(示されてない)が該電流ドライバー78の連続動作を提供する。
In the temperature control subsystem, a temperature sensor (such as RTDs and / or thermistors) located within the
もう1つの実施例では、温度センサーが該冷却システム14に配置され、該A/Dシステム(複数を含む)及びプロセサーに適当に接続され同様に該冷却システムの閉ループ制御を提供する。
In another embodiment, a temperature sensor is located in the
なおもう1つの実施例では、検出器冷却システム82は該検出器28の1つ以上と熱伝導関係に置かれる。該検出器冷却システム82は該冷却システム14を含む上記開示のデバイスの何れかを具備し、好ましくはペルチエ型熱電デバイスを具備するのがよい。又、該温度制御サブシステムは該検出器冷却システム82内又はそれに隣接して配置されたアールテーデーエス(RTDs)及び/又はサーミスターの様な、温度センサーと、これらの温度センサーと該非同期A/Dシステム72の間の電気接続と、を含んでもよい。該検出器冷却システム82の温度センサーは該プロセサー74に検出器温度信号を提供する。1実施例では、該検出器冷却システム82は該ウインドー温度制御システムから独立に動作し、該検出器冷却システム温度信号は該非同期A/Dシステム72を使ってサンプルされる。該温度制御アルゴリズムに依れば、該プロセサー74は、該検出器温度信号内に含まれた情報に基づいて、該検出器冷却システム82用に適当な制御入力を決定する。該プロセサー74はデジタル制御信号を該D/Aシステム76へ出力し、該システムは今度は該電流ドライバー78にアナログ制御信号を提供する。該制御信号に応答して、該電流ドライバー78は該検出器冷却システム14へ供給される電力を調整する。1実施例では、該プロセサー74は又、該電流ドライバー78による該検出器冷却システム82の操作を制御するために、該デジタルI/Oデバイス77と該PWM制御部80と通して制御信号を提供する。代わりに、該PWMの出力にあるローパスフイルター(示されてない)が該電流ドライバー78の連続動作を提供する。
In yet another embodiment, the
該データ取得サブシステムでは、該検出器28は、1つ以上のアナログ検出器信号を前置増幅器84に送ることにより、その上に入射した赤外線エネルギーEに応答する。該前置増幅器84は該検出器信号を増幅し、それらを同期A/Dシステム70へ送るが、該システムは該検出器信号をデジタル形式に変換し、それらを該プロセサー74へ送る。該プロセサー74は、該検出器信号と、メモリーモジュール88内に記憶された濃度−分析アルゴリズム(concentration-analysis algorithm)、及び/又は、位相/濃度回帰モデル(phase/concentration regression model)と、に基づいて、関心のある分析物(複数を含む)の濃度を決定する。該濃度−分析アルゴリズム、及び/又は、位相/濃度回帰モデルはここで論じられた分析方法論の何れかにより開発されてもよい。該プロセサーは該濃度結果及び/又は他の情報をデイスプレー制御器86へ通信し、該制御器は該情報をユーザーに提示するためにLCDデイスプレーの様なデイスプレー(示されてない)を動作させる。
In the data acquisition subsystem, the
該プロセサー74が正しく動作していることを保証するためにウオッチドッグタイマー(watchdog timer)94が使われてもよい。もし該ウオッチドッグタイマー94が指定された時間内に該プロセサー74から信号を受信しないなら、該ウオッチドッグタイマーはプロセサーをリセットする。又該制御システムは該非侵襲性システム10の試験を可能にするためにジェイテーエイジーインターフエース(JTAG interface)96を含んでもよい。
A watchdog timer 94 may be used to ensure that the processor 74 is operating correctly. If the watchdog timer 94 does not receive a signal from the processor 74 within a specified time, the watchdog timer resets the processor. The control system may also include a JTAG interface 96 to allow testing of the
1実施例では、該同期A/Dシステム70は20ビット、14チャンネルシステムを含み、そして該非同期A/Dシステム72は16ビット、16チャンネルシステムを含む。該前置増幅器は12の検出器28の配列に対応する12チャンネルの前置増幅器を含んでもよい。
In one embodiment, the synchronous A /
又該制御システムはパーソナルコンピュータ92への接続を可能にするために直列ポート90又は他の従来のデータポートを有してもよい。該パーソナルコンピュータは、メモリーモジュール88内に記憶されたアルゴリズム(複数を含む)、及び/又は、位相/濃度回帰モデル(複数を含む)を更新するため、又は該非侵襲性システムからの分析物−濃度データのコンパイル作業(compilation)をダウンロードするため、使われることが可能である。ユーザーに望ましい何等かの時間依存計算(time-dependent calculations)を行うために、実時間クロック又は他のタイミングデバイスが該プロセサー74によりアクセス可能であってもよい。 The control system may also have a serial port 90 or other conventional data port to allow connection to a personal computer 92. The personal computer updates the algorithm (s) stored in the memory module 88 and / or the phase / concentration regression model (s) or analyte-concentration from the non-invasive system. Can be used to download data compilation. A real time clock or other timing device may be accessible by the processor 74 to perform any time-dependent calculations desired by the user.
2.分析方法論(analysis methodology)
該非侵襲性システム10の該検出器(複数を含む)28は材料サンプルSにより種々の望ましい波長で放射される赤外線エネルギーを検出するため使われる。各測定された波長に於いて、材料サンプルSが時間に亘り変化する強度(intensity)で赤外線エネルギーを放射する。該時間変化する強度は、主として、材料サンプルS内の熱的勾配(thermal gradient)を誘起する、該ウインドー組立体12(そのヒーター層34を含んで)及び該冷却システム14の使用に応答して起こる。ここで使われる時、”熱的勾配(thermal gradient)”は広い用語であり、その普通の意味で使われ、限定無しに、該サンプルの1つ以上の場所で温度及び/又は熱エネルギーを増加又は減少させる何等か適当な方法により誘起され得る材料サンプルの、種々の深さの様な、種々の場所間の温度及び/又は熱エネルギーの差を呼称する。下記で詳細に論じる様に、材料サンプルS内の関心のある分析物(ブドウ糖の様な)の濃度は、種々の測定された波長の時間変化する強度プロフアイルを比較することにより、該非侵襲性システム10の様なデバイスで決定され得る。
2. Analysis methodology
The detector (s) 28 of the
ここでは分析方法論は、大きな比率の水を含む、組織サンプル(tissue sample)の様な、材料サンプル内のブドウ糖の濃度を検出する背景で論じられる。しかしながら、これらの方法論はこの背景に限定されず、広い種類のサンプルタイプ内の広い種類の分析物の検出に適用されてもよいことは明らかである。又、他の適当な分析方法論及び広い種類の該開示される方法論が、該非侵襲性システム10の様な、分析物検出システムを操作するのに使われてもよいことは理解されるべきである。
Here, analytical methodologies are discussed in the context of detecting the concentration of glucose in a material sample, such as a tissue sample, which contains a large proportion of water. However, it is clear that these methodologies are not limited to this background and may be applied to the detection of a wide variety of analytes within a wide variety of sample types. It should also be understood that other suitable analytical methodologies and a wide variety of the disclosed methodologies may be used to operate an analyte detection system, such as the
図8に示す様に、第1基準信号(first reference signal)Pが第1基準波長(first reference wavelength)で測定される。該第1基準信号Pは水が強く吸収する波長(例えば、2.9μm又は6.1μm)で測定される。水はこれらの波長の放射を強く吸収するので、検出器信号強度はそれらの波長で減じられる。更に、これらの波長では、水はサンプルの深い内部から発する光子放射(photon emissions)を吸収する。正味の効果は該サンプルの深い内部からのこれらの波長で放射される信号は容易には検出されないことである。該第1基準信号Pはかくしてサンプル表面近くの熱的勾配効果(thermal gradient effects)の良好な指標(indicator)である。この信号は、該サンプルに印加される加熱又は冷却がない場合、1のベースライン値(baseline value of 1)に校正され、正規化(normalized)されてもよい。より高い精度用に、1つより多い第1基準波長が測定されてもよい。例えば、2.9μm及び6.1μmの両者が第1基準波長として選ばれてもよい。 As shown in FIG. 8, a first reference signal P is measured at a first reference wavelength. The first reference signal P is measured at a wavelength that is strongly absorbed by water (for example, 2.9 μm or 6.1 μm). Since water strongly absorbs radiation at these wavelengths, the detector signal intensity is reduced at those wavelengths. In addition, at these wavelengths, water absorbs photon emissions emanating from the deep interior of the sample. The net effect is that signals emitted at these wavelengths from deep inside the sample are not easily detected. The first reference signal P is thus a good indicator of thermal gradient effects near the sample surface. This signal may be calibrated and normalized to a baseline value of 1 if there is no heating or cooling applied to the sample. More than one first reference wavelength may be measured for higher accuracy. For example, both 2.9 μm and 6.1 μm may be selected as the first reference wavelength.
更に図8に示す様に、第2基準信号Rも測定されてもよい。該第2信号Rは水が非常に低い吸収を有する波長(例えば、3.6μm又は4.2μm)で測定されてもよい。かくしてこの第2基準信号Rは該分析物に該サンプルのより深い領域に関する情報を提供し、一方該第1基準信号Pは該サンプル表面に関する情報を提供する。この信号も、該サンプルに印加される加熱又は冷却がない条件で、1のベースライン値に校正され、正規化されてもよい。該第1(表面)基準信号Pに於ける様に、1つより多い、第2(深い)基準信号を使うことにより、より高い精度が得られる。 Further, as shown in FIG. 8, the second reference signal R may also be measured. The second signal R may be measured at a wavelength where water has very low absorption (eg, 3.6 μm or 4.2 μm). Thus, this second reference signal R provides the analyte with information about the deeper region of the sample, while the first reference signal P provides information about the sample surface. This signal may also be calibrated and normalized to a baseline value of 1 in the absence of heating or cooling applied to the sample. By using more than one second (deep) reference signal, as in the first (surface) reference signal P, higher accuracy is obtained.
分析物濃度を決定するために、第3の(分析用)信号Qも測定される。この信号は選択された分析物のIR吸収ピークで測定される。ブドウ糖についての該IR吸収ピークは約6.5μmから11.0μmの範囲内にある。この検出器信号も、該材料サンプルSに印加される加熱又は冷却がない条件で、1のベースライン値に校正され、正規化されてもよい。該基準信号P、Rに於ける様に、該分析信号Qが1つより多い吸収ピークで測定されてもよい。 A third (analytical) signal Q is also measured to determine the analyte concentration. This signal is measured at the IR absorption peak of the selected analyte. The IR absorption peak for glucose is in the range of about 6.5 μm to 11.0 μm. This detector signal may also be calibrated and normalized to a baseline value of 1 in the absence of heating or cooling applied to the material sample S. As in the reference signals P, R, the analysis signal Q may be measured with more than one absorption peak.
オプションで、或いは追加して、基準信号が該分析物吸収ピークを挟む(bracket)波長で測定されてもよい。これらの信号は該分析物吸収ピークと重複しない基準波長でモニターされるのが有利である。更に、サンプル内に含まれる他の起こり得る成分の吸収ピークと重複しない吸収ピークの基準波長を測定するのが有利である。 Optionally or additionally, a reference signal may be measured at a wavelength that brackets the analyte absorption peak. These signals are advantageously monitored at a reference wavelength that does not overlap with the analyte absorption peak. Furthermore, it is advantageous to measure the reference wavelength of the absorption peak that does not overlap with the absorption peaks of other possible components contained in the sample.
a.基本の熱的勾配(Basic Thermal Gradient)
更に図8で示される様に、該信号強度P、Q、Rが1の正規化ベースライン信号強度で最初に示される。勿論これは印加される加熱、冷却のない場合のテストサンプルのベースラインの放射動作を反映している。時刻tCで、サンプル表面は該サンプル内に熱的勾配を誘起する温度イベント(temperature event)に供される。該勾配は該サンプルを加熱又は冷却することにより誘起され得る。図8に示す例は、例えば、10℃の冷却イベントを用いた冷却を使用する。該冷却イベントに応答して、該検出器信号P、Q、Rの強度は時間上で減少する。
a. Basic thermal gradient
As further shown in FIG. 8, the signal strengths P, Q, and R are initially shown with a normalized baseline signal strength of 1. Of course, this reflects the baseline radiation behavior of the test sample in the absence of applied heating or cooling. At time t C, the sample surface is subjected to a thermal event (Temperature event) to induce thermal gradients within the sample. The gradient can be induced by heating or cooling the sample. The example shown in FIG. 8 uses cooling using, for example, a 10 ° C. cooling event. In response to the cooling event, the intensity of the detector signals P, Q, R decreases over time.
サンプルの冷却は均一でなく、瞬間的でもないので、該表面は該サンプルのより深い領域が冷える前に冷える。該信号P、Q、Rの各々が強度が低下すると、パターンが現れる。信号強度は予測した様に低下するが、該信号P、Q、Rが与えられた振幅値(又は振幅値のシリーズ:150,152,154,156,158)に達する時、或る時間的結果に気付く。冷却イベントがtCで誘起された後、第1(表面)基準信号Pは最も速く振幅が低下し、時刻tPでチェックポイント150に最初に到着する。これは該第1基準信号Pがサンプルの表面に近いサンプルの放射特性を反映する事実のためである。サンプル表面は下に在る領域の前に冷えるので、該表面(第1)基準信号Pは最初に強度が降下する。
Since the cooling of the sample is neither uniform nor instantaneous, the surface cools before the deeper region of the sample cools. As each of the signals P, Q, and R decreases in intensity, a pattern appears. The signal strength decreases as expected, but when the signal P, Q, R reaches a given amplitude value (or series of amplitude values: 150, 152, 154, 156, 158), a certain temporal result Notice. After the cooling event is triggered at t C , the first (surface) reference signal P decays the fastest and arrives at
同時に、第2基準信号Rがモニターされる。該第2基準信号Rは該表面程速く冷えない(表面冷却が該サンプルのより深い領域内へ伝播するに要する時間のために)サンプルのより深い領域の放射特性に対応するので、信号Rの強度は僅か後まで低下しない。その結果、信号Rは幾らか後れた時刻tRまで大きさ150に到達しない。換言すれば、第1基準信号Pの振幅がチェックポイント150に達する時刻tPと第2基準信号Rが同じチェックポイント150に達する時刻tRとの間に時間遅延(time delay)がある。この時間遅延は位相差(phase difference)Φ(λ)として表され得る。加えて、位相差は分析信号Qと、基準信号P、Rの何れか又は両者と、の間で測定されてもよい。
At the same time, the second reference signal R is monitored. Since the second reference signal R does not cool as fast as the surface (due to the time required for surface cooling to propagate into the deeper region of the sample), it corresponds to the radiation characteristics of the deeper region of the sample. The strength does not decrease until a little later. As a result, the signal R does not reach the
分析物の濃度が増大すると、該分析波長での吸収量が増大する。これは濃度依存の仕方で分析信号Qの強度を減じる。その結果、該分析信号Qは或る中間的時刻tQに強度150に達する。分析物濃度が高い程、分析信号Qはより多く図8の左へシフトする。結果として、増大する分析物濃度と共に、位相差Φ(λ)は第1(表面)基準信号Pに対し減じ第2(深い組織)基準信号Rに対し増大する。該位相差(複数を含む)Φ(λ)は分析物濃度に直接関係し、分析物濃度の精密な決定を行うため使用され得る。
As the analyte concentration increases, the amount of absorption at the analysis wavelength increases. This reduces the intensity of the analysis signal Q in a concentration dependent manner. As a result, the analytical signal Q reaches
該第1(表面)基準信号Pと該分析信号Qの間の位相差Φ(λ)は下記方程式で表される。 The phase difference Φ (λ) between the first (surface) reference signal P and the analysis signal Q is expressed by the following equation.
Φ(λ)=|tP−tQ|
この位相差の大きさは増大する分析物濃度と共に減少する。
Φ (λ) = | t P −t Q |
The magnitude of this phase difference decreases with increasing analyte concentration.
第2(深い組織)基準信号Rと該分析信号Qの間の位相差Φ(λ)は下式で表される。 The phase difference Φ (λ) between the second (deep tissue) reference signal R and the analysis signal Q is expressed by the following equation.
Φ(λ)=|tQ−tR|
この位相差の大きさは増加する分析物濃度と共に増加する。
Φ (λ) = | t Q −t R |
The magnitude of this phase difference increases with increasing analyte concentration.
精度(accuracy)は幾つかのチェックポイント、例えば、150,152,154,156,そして158、を選び、各チェックポイントで観察される位相差を平均することにより向上する。この方法の精度は該全テスト時間に亘り連続的に該位相差(複数を含む)を積分することにより更に向上する。この例では唯1つの温度イベント(ここでは、冷却イベント)が誘起されたので、サンプルは新しいより低い平衡温度に達し、該信号は新しい一定レベルIFで安定化する。勿論、該方法は、加熱により、或いは、放射、化学的に誘起された熱、摩擦そしてい振動の様な、しかしそれらには限定されない、他の形式のエネルギーの印加又は導入により、誘起された熱的勾配でも等しくこれ又作動する。 Accuracy is improved by selecting several checkpoints, eg 150, 152, 154, 156 and 158, and averaging the phase differences observed at each checkpoint. The accuracy of this method is further improved by integrating the phase difference (s) continuously over the entire test time. In only one thermal event (in this case, the cooling event) This example because is induced, the sample reaches the lower equilibrium temperature than the new, the signal is stabilized at a new constant level I F. Of course, the method was induced by heating or by the application or introduction of other types of energy such as but not limited to radiation, chemically induced heat, friction and vibration. It works equally well with thermal gradients.
この方法論は位相差の決定に限定されない。何等かの与えられた時刻に(例えば、時刻tXに)、分析信号Qの振幅が基準信号P、Rのどちらか又は両者の振幅と比較されてもよい。振幅の差は観察され、分析物濃度を決定するため処理される。 This methodology is not limited to determining phase differences. And whether the time given what (e.g., at time t X), the amplitude reference signal P of the analytical signal Q, may be compared with the amplitude of either or both of R. The difference in amplitude is observed and processed to determine the analyte concentration.
この方法、ここで開示された変型品、そして該方法(複数を含む)の適用のために好適として開示される装置は、体内ブドウ糖濃度(in-vivo glucose concentration)の検出に限定されない。該方法と開示された変型品と装置は、人間、動物、又は例え植物対象、又は非医学的設定での有機又は無機配合物(compositions)で使用されてもよい。該方法は事実上どんな種類の体内又は体外サンプルの測定を行うために使われてもよい。該方法は、ブドウ糖、エタノール、インスリン、水、二酸化炭素、血液酸素、コレステロール、ビリルビン(bilirubin)、ケトン、脂肪酸(fatty acids)、リポタンパク質(lipoproteins)、アルブミン(albumin)、尿素(urea)、クレアチニン、白血球、赤血球、ヘモグロビン、酸化ヘモグロビン、一酸化炭素ヘモグロビン、有機分子、無機分子、調合薬、シトクロム(cytochrome)、種々のタンパク質及び発色団(chromophores)、微少石灰沈着物(microcalcifications)、ホルモンのみならず他の化学的化合物を含むが、それらに限定されない、広範囲の付加的化学分析物の濃度を測定するため有用である。与えられた分析物を検出するため、人は適当な分析波長及び基準波長を選択するだけでよい。 This method, variants disclosed herein, and devices disclosed as suitable for application of the method (s) are not limited to the detection of in-vivo glucose concentration. The methods and disclosed variants and devices may be used in organic or inorganic compositions in human, animal, or even plant subjects, or in non-medical settings. The method may be used to make measurements of virtually any type of in-vivo or extra-corporeal sample. The method includes glucose, ethanol, insulin, water, carbon dioxide, blood oxygen, cholesterol, bilirubin, ketones, fatty acids, lipoproteins, albumin (urebumin), urea (urea), creatinine , White blood cells, red blood cells, hemoglobin, oxygenated hemoglobin, carbon monoxide hemoglobin, organic molecules, inorganic molecules, pharmaceuticals, cytochromes, various proteins and chromophores, microcalcifications, only hormones It is useful for measuring the concentration of a wide range of additional chemical analytes, including but not limited to other chemical compounds. To detect a given analyte, one only needs to select the appropriate analysis wavelength and reference wavelength.
該方法は、一旦、体液(例えば、血液、尿又は唾液)のサンプルが患者から抽出されると、それらの中の化学的濃度を決定するために適合可能であり、使用されてよい。実際、該方法は事実上どんな種類の体外サンプルの測定用に使用されてもよい。 The method is adaptable and may be used to determine the chemical concentration in a body fluid (eg, blood, urine or saliva) sample once extracted from the patient. In fact, the method may be used for measuring virtually any type of extracorporeal sample.
b.変調された熱的勾配(Modulated Thermal Gradient)
上記説明の方法論の変型で、周期的に変調された熱的勾配が、分析物濃度の精密な決定を行うため使われ得る。
b. Modulated Thermal Gradient
In a variation on the methodology described above, a periodically modulated thermal gradient can be used to make an accurate determination of the analyte concentration.
図8に前に示した様に、一旦熱的勾配がサンプル内に導入されると、基準及び分析信号P、Q、Rは相互に対し位相外れして降下する(fall out of phase)。この位相差Φ(λ)は該熱的勾配が加熱、又は冷却で誘起されても存在する。テストサンプルを加熱、冷却のサイクリックなパターンに交互に供するか又は交互に加熱及び冷却をすることにより、振動する熱的勾配が延長された時間の間サンプル内に誘起される。 As previously shown in FIG. 8, once a thermal gradient is introduced into the sample, the reference and analysis signals P, Q, R fall out of phase with respect to each other. This phase difference Φ (λ) exists even when the thermal gradient is induced by heating or cooling. By alternately subjecting the test sample to a cyclic pattern of heating and cooling, or alternatively heating and cooling, an oscillating thermal gradient is induced in the sample for an extended period of time.
振動する熱的勾配は正弦波状に変調された勾配を使って図解される。図9はテストサンプルから発する検出器信号を描いている。図8に示す方法論に於ける様に、1つ以上の基準信号J、Lが測定される。1つ以上の分析信号Kもモニターされる。これらの信号はサンプルへ印加される加熱又は冷却のない場合で、1のベースラインに校正され、正規化される。図9は正規化後の信号を示す。或る時刻tCに、温度イベント(例えば、冷却)がサンプル表面に誘起される。これは検出器信号の低下(decline)を引き起こす。図8で示した様に、信号(P、Q、R)は熱的勾配が消えるまで低下し、そして新しい平衡検出器信号IFに到達する。図9に示された方法では、勾配が信号強度160で消え始めると、時刻tWでの加熱イベントが該サンプル表面に誘起される。結果として、検出器出力信号J、K、Lはサンプル温度が上昇すると上昇する。或る後れた時刻tC2で、もう1つの冷却イベントが誘起され、該温度と検出器信号を低下させる。冷却及び加熱のこのサイクルは任意の長さの時間間隔で亘り繰り返されてもよい。更に、もし該冷却と加熱のイベントが適当にタイミングを取られるなら、該テストサンプル内に周期的に変調された熱的勾配が誘起される。
The oscillating thermal gradient is illustrated using a sinusoidally modulated gradient. FIG. 9 depicts the detector signal emanating from the test sample. As in the methodology shown in FIG. 8, one or more reference signals J, L are measured. One or more analysis signals K are also monitored. These signals are calibrated to one baseline and normalized in the absence of heating or cooling applied to the sample. FIG. 9 shows the signal after normalization. At some time t C , a temperature event (eg, cooling) is induced on the sample surface. This causes a detector signal decline. As shown in FIG. 8, the signal (P, Q, R) is reduced to a thermal gradient disappears and reach a new equilibrium detector signal I F. In the illustrated method in FIG. 9, slope and start off the
図8に関する論議で前に説明した様に、該位相差Φ(λ)が測定され、分析物濃度を決定するため使われる。図9は第1(表面)基準信号Jの強度が最初に低下し、上昇することを示す。第2(深い組織)基準信号Lは該第1基準信号に対し時間遅延した仕方で低下し、上昇する。分析信号Kは該分析物濃度依存の時間/位相遅延を示す。増加する濃度と共に、分析信号Kは図9で左にシフトする。図8に於ける様に、位相差Φ(λ)が測定されてもよい。例えば、第2基準信号Lと分析信号Kの間の位相差Φ(λ)が図9で示す設定振幅162で測定されてもよい。再び、位相信号の大きさはサンプルの分析物濃度を反映する。
As previously discussed in the discussion regarding FIG. 8, the phase difference Φ (λ) is measured and used to determine the analyte concentration. FIG. 9 shows that the intensity of the first (surface) reference signal J first decreases and increases. The second (deep tissue) reference signal L falls and rises in a time delayed manner with respect to the first reference signal. Analytical signal K indicates the analyte concentration dependent time / phase delay. With increasing concentration, the analysis signal K shifts to the left in FIG. As in FIG. 8, the phase difference Φ (λ) may be measured. For example, the phase difference Φ (λ) between the second reference signal L and the analysis signal K may be measured with the
サンプル内の分析物濃度を決定するために、ここに開示された方法論の何れかによりコンパイルされた位相差情報は前に決定された位相差情報と、制御システム30(図1参照)により、相関(correlated)を取られる。この相関関係(correlation)は、該サンプルの分析から受けた位相差情報の、広範な種類の既知の分析物濃度の標準の分析から観察された位相差プロフアイルを含むデータセットとの、比較を含む。1実施例では、既知の分析物濃度の標準で観察された位相差データのセットに回帰技術(regression techniques)を適用することにより位相/濃度の曲線又は回帰モデル(regression model)が確立される。この曲線は該サンプルから受けた位相差情報に基づきサンプル内の分析物濃度を見積もるため使われる。 To determine the analyte concentration in the sample, the phase difference information compiled by any of the methodologies disclosed herein is correlated with the phase difference information previously determined by the control system 30 (see FIG. 1). (Correlated) is taken. This correlation is a comparison of the phase difference information received from the analysis of the sample with a data set containing phase difference profiles observed from a standard analysis of a wide variety of known analyte concentrations. Including. In one embodiment, a phase / concentration curve or regression model is established by applying regression techniques to a set of phase difference data observed with a standard of known analyte concentration. This curve is used to estimate the analyte concentration in the sample based on the phase difference information received from the sample.
有利なことは、該位相差Φ(λ)はテスト期間を通して連続的に測定されてもよいことである。該位相差測定は、位相差Φ(λ)の極度に精密な測定用に全テスト期間に亘り積分されてもよい。精度は1つより多い基準信号及び/又は1つより多い分析信号を使うことにより改善されてもよい。 Advantageously, the phase difference Φ (λ) may be measured continuously throughout the test period. The phase difference measurement may be integrated over the entire test period for extremely precise measurement of the phase difference Φ (λ). The accuracy may be improved by using more than one reference signal and / or more than one analysis signal.
位相差(複数を含む)測定の代わり又は補足として、分析及び基準信号(複数を含む)間の振幅の差が測定され、分析物濃度決定に使われてもよい。この技術に関連し、ここで繰り返す必要のない追加的詳細事項が、下記の引用により組み込まれる、譲り受け人の特許出願である特許文献1で見出される。 As an alternative or supplement to the phase difference (s) measurement, the amplitude difference between the analysis and the reference signal (s) may be measured and used to determine the analyte concentration. Additional details relating to this technology and not needing to be repeated here are found in the assignee's patent application, which is hereby incorporated by reference below.
加えて、これらの方法は1つ以上の分析物の濃度を同時に測定するため有利に使われる。重複しない基準及び分析物波長(reference and analyte wavelengths)を選ぶことにより、位相差が同時に測定出来て、分析物濃度決定のため処理出来る。図9は正弦波状に変調された熱的勾配と関連して使用される方法を図解したが、該原理はどんな周期関数(periodic function)に適合(conforming)する熱的勾配にも適用される。より複雑な場合、フーリエ変換(Fourier transform)又は他の技術での信号処理を用いた解析が位相差Φ(λ)及び分析物濃度の精密な決定を可能にする。 In addition, these methods are advantageously used to simultaneously measure the concentration of one or more analytes. By selecting non-overlapping reference and analyte wavelengths, the phase difference can be measured simultaneously and processed to determine the analyte concentration. Although FIG. 9 illustrates the method used in conjunction with a sinusoidally modulated thermal gradient, the principle applies to a thermal gradient that is conforming to any periodic function. In more complex cases, analysis using signal processing with a Fourier transform or other techniques allows for precise determination of the phase difference Φ (λ) and analyte concentration.
図10に示す様に、該位相差の大きさは、基準信号J、Lと分析信号Kの振幅ピーク(amplitude peaks){又はトラフ(toughs)}間の時間間隔を測定することにより決定される。代わりに、”ゼロ叉交点(zero crossings)”(該信号振幅が正から負に、又は負から正に変わる点)間の時間間隔が該分析信号Kと該基準信号J、Lの間の位相差を決定するため使われてもよい。この情報は次いで処理され、分析物濃度の決定が行われる。この特定の方法は正規化された信号(normalized signals)を要しない利点を有する。 As shown in FIG. 10, the magnitude of the phase difference is determined by measuring the time interval between the amplitude peaks {or toughs} of the reference signals J, L and the analysis signal K. . Instead, the time interval between “zero crossings” (the point at which the signal amplitude changes from positive to negative, or from negative to positive) depends on the position between the analytic signal K and the reference signals J, L. It may be used to determine the phase difference. This information is then processed to determine the analyte concentration. This particular method has the advantage of not requiring normalized signals.
更に進んだ代替えとして、サンプル内の選択された深さでの分析物濃度を決定するために2つ以上の駆動周波数(driving frequency)が使われてもよい。ゆっくりした(例えば、1Hz)駆動周波数は速い(例えば、3Hz)駆動周波数により創られる勾配より深くサンプル内に貫入する熱的勾配を創る。これは個別の加熱及び/又は冷却イベントは該駆動周波数が低い場合持続時間がより長いからである。かくして、ゆっくりした駆動周波数の使用は速い駆動周波数の使用がもたらすよりサンプルの深い”スライス(slice)”からの分析物濃度情報を提供する。 As a more advanced alternative, more than one driving frequency may be used to determine the analyte concentration at a selected depth within the sample. A slow (eg, 1 Hz) drive frequency creates a thermal gradient that penetrates deeper into the sample than a gradient created by a fast (eg, 3 Hz) drive frequency. This is because individual heating and / or cooling events have a longer duration when the drive frequency is low. Thus, the use of a slow drive frequency provides analyte concentration information from a deeper “slice” of the sample than the use of a fast drive frequency.
人の皮膚のサンプルを分析する時10℃の温度イベントは、約50msの露出後、約150μmの深さに貫入する熱的勾配を創ることが見出された。結果的に、1Hzの冷却/加熱サイクル又は駆動周波数は約150μmの深さまでの情報を提供する。約167ms間の10℃の温度イベントへの露出は約50μmの深さまで貫入する熱的勾配を創ることが決定された。従って、3Hzの冷却/加熱サイクルは約50μmの深さまでの情報を提供する。1Hz駆動周波数で測定された検出器信号情報から3Hz駆動周波数で測定された検出器信号情報を引くことにより、50と150μmの間の皮膚の領域内の分析物濃度(複数を含む)を決定出来る。勿論、同様な取り組みは何等かの適当な種類のサンプル内で何等かの望まれる深さ範囲の分析物濃度を決定するため使われ得る。 When analyzing human skin samples, a temperature event of 10 ° C. was found to create a thermal gradient that penetrates to a depth of about 150 μm after an exposure of about 50 ms. As a result, a 1 Hz cooling / heating cycle or drive frequency provides information up to a depth of about 150 μm. It was determined that exposure to a 10 ° C. temperature event for about 167 ms creates a thermal gradient that penetrates to a depth of about 50 μm. Thus, a 3 Hz cooling / heating cycle provides information up to a depth of about 50 μm. By subtracting the detector signal information measured at 3 Hz drive frequency from the detector signal information measured at 1 Hz drive frequency, the analyte concentration (s) in the skin region between 50 and 150 μm can be determined. . Of course, a similar approach can be used to determine analyte concentrations in any desired depth range within any suitable type of sample.
図11に示す様に、交番する深い及び浅い熱的勾配が、交番するゆっくりした及び速い駆動周波数により誘起される。上記説明の方法に於ける様に、この変型した方法(this variation)も基準信号G、G’及び分析信号H、H’の間の位相差Φ(λ)の検出と測定を含む。位相差は速い(例えば、3Hz)及びゆっくりした(例えば、1Hz)両駆動周波数で測定される。該ゆっくりした駆動周波数は任意に選ばれた数のサイクル(領域SL1)、例えば、2つのフルのサイクル(two full cycles)の間、続いてもよい。次いで、該速い駆動周波数が、選択された持続時間の間、領域F1内で使われる。該位相差データは上記開示と同じ仕方でコンパイルされる。加えて、該速い駆動周波数に付随する勾配貫入深さ(gradient penetration depth)と該ゆっくりした駆動周波数に付随するそれとの間で、サンプルの領域内の分析物濃度の精密な決定を提供するために、該速い周波数(浅いサンプル)位相差データが該ゆっくりした周波数(深いサンプル)データから引かれる。 As shown in FIG. 11, alternating deep and shallow thermal gradients are induced by alternating slow and fast drive frequencies. As in the method described above, this variation also includes detection and measurement of the phase difference Φ (λ) between the reference signals G, G ′ and the analysis signals H, H ′. The phase difference is measured at both fast (eg, 3 Hz) and slow (eg, 1 Hz) drive frequencies. The slow drive frequency may last for an arbitrarily chosen number of cycles (region SL 1 ), eg, two full cycles. Then, the speed had driving frequency during the selected duration, used in region F 1. The phase difference data is compiled in the same manner as disclosed above. In addition, to provide a precise determination of the analyte concentration in the region of the sample between the gradient penetration depth associated with the fast drive frequency and that associated with the slow drive frequency The fast frequency (shallow sample) phase difference data is subtracted from the slow frequency (deep sample) data.
該駆動周波数(例えば、1Hz及び3Hz)は図12に示す様に多重化(multiplexed)され得る。速い(3Hz)及びゆっくりした(1Hz)駆動周波数はシーケンシャルに実施されるより、重畳される。解析中、該データは周波数により分離され(フーリエ変換又は他の技術を用いて)、駆動周波数の各々で位相遅延の独立した測定値が計算されてもよい。一旦分離されると、該2セットの位相遅延データは吸収及び分析物濃度を決定するように処理される。 The drive frequencies (eg, 1 Hz and 3 Hz) can be multiplexed as shown in FIG. Fast (3 Hz) and slow (1 Hz) drive frequencies are superimposed rather than being implemented sequentially. During analysis, the data may be separated by frequency (using Fourier transforms or other techniques) and independent measurements of phase delay may be calculated at each of the drive frequencies. Once separated, the two sets of phase delay data are processed to determine absorption and analyte concentration.
ここで繰り返される必要のない追加の詳細が、特許文献2,3,4,1,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18及び19で見出される。上記特許、特許出願及び刊行物はそれらの全体でここの引用によりここに組み入れられ、本明細書の1部をなすものである。
B.全血検出システム(Whole-Blood Detection System)
図13は好ましい構成の無試薬全血分析物検出システム200{以後”全血システム(whole-blood system)”と呼ぶ}の略図である。該全血システム200は放射源220、フイルター230、サンプルセル(sample cell)242を有するキュベット(cuvette)240、そして放射検出器250を備える。該全血システム200は好ましくはシグナルプロセサー260とデイスプレー270も有するのがよい。キュベット240がここでは示されるが、下記で説明する様に、他のサンプル要素(sample elements)も該システム200で使用され得る。該全血システム200は又サンプル抽出器(sample extractor)280も有し得るが、該抽出器は指290,前腕又は何等かの他の適当な位置の様な外肢(appendage)から体液(bodily fluid)にアクセスするため使われ得る。
Additional details that need not be repeated here are described in U.S. Pat. 19 found. The above patents, patent applications and publications are hereby incorporated by reference in their entirety and form part of this specification.
B. Whole-Blood Detection System
FIG. 13 is a schematic diagram of a preferred configuration of a reagentless whole blood analyte detection system 200 (hereinafter referred to as a “whole-blood system”). The
ここで使われる時、用語”全血分析物検出システム(whole-blood analyte detection system)”及び”全血システム(whole-blood system)”は広い、同義語的(synonymous)用語であり、それらの普通の意味で使われ、限定無しに、サンプルを通して電磁放射を通過させ該サンプルによる該放射の吸収を検出することにより材料サンプル内の分析物濃度を決定出来る分析物検出デバイスを呼ぶ。ここで用いられる時、用語”全血(whole-blood)”は広い用語であり、その普通の意味で使用され、限定無しに、患者から抜き取られたが、該患者から取り出された後、他に処理されたことがない、例えば、溶血されたり(hemolysed)、減圧下凍結乾燥されたり(lyophilized)、遠心分離されたり又は何等かの他の仕方で分離されたり、しなかった血液を呼ぶ。全血は、抜き取り過程中に該サンプルに入った又は該血液内に自然に存在した、間隙性流体(interstitial fluid)、又は細胞間流体(intercellular fluid)、の様な或る量の他の流体を含んでもよい。しかしながら、ここで開示される該全血システム200は、該全血システム10が、唾液、尿、汗、間隙性流体、細胞間流体、溶血された、減圧下凍結乾燥された又は遠心分離された血液又は何等かの他の有機又は無機材料、の様な他の物質を分析するため使われるので、全血の分析に限定されないことは理解されるべきである。
As used herein, the terms “whole-blood analyte detection system” and “whole-blood system” are broad, synonymous terms and their Used in the normal sense, and without limitation, refers to an analyte detection device that can determine the concentration of an analyte in a material sample by passing electromagnetic radiation through the sample and detecting absorption of the radiation by the sample. As used herein, the term “whole-blood” is a broad term and is used in its ordinary sense, and without limitation, has been extracted from a patient, but after being removed from the patient, others Refers to blood that has never been processed, eg, hemolysed, lyophilized under reduced pressure, centrifuged, or otherwise separated. Whole blood has entered some amount of other fluids, such as interstitial fluid or intercellular fluid, that entered or naturally existed in the sample during the withdrawal process May be included. However, the
該全血システム200は患者近くの試験システム(near-patient testing system)を具備してもよい。ここで使われる時、”患者近くの試験システム(near-patient testing system)”はその普通の意味で使われ、限定無しに、患者が排他的にラボラトリーにいるのでない所で使われるよう構成された試験システム、例えば、患者の家庭、クリニック、病院、又は移動可能の環境内でさえ使われ得るシステム、を含む。患者近くの試験システムのユーザーは患者、患者の家族メンバー、臨床家、看護士、又はドクターを含む。”患者近くの試験システム”は”ポイントオブケア(point-of-care)”システムも含む。
The
該全血システム200は1実施例では患者又はユーザーにより容易に操作されるよう構成されてもよい。この様であるから、該システム200は好ましくは携帯型デバイスであるのがよい。ここで使われる時、”携帯型(portable)”はその普通の意味で使われ、限定無しに、該システム200が患者により容易に運ばれ、便利な所で使用されることを意味する。例えば、有利なことに該システム200は小型である。1つの好ましい実施例では、該システム200はパース(purse)又はバックパック(backpack)内に収まる(fit)に充分な程小さい。もう1つの実施例では、該システム200はパンツのポケット内に収まる程充分に小さい。もう1つの実施例では、該システム200はユーザーの掌(palm of a hand)内で保持されるに充分な程小さい。
The
ここで説明される実施例の幾つかは生物学的流体のサンプルの様な、材料サンプルを保持するサンプル要素(sample element)を使う。ここで使われる時、”サンプル要素(sample element)”は広い用語であり、その普通の意味で使われ、限定無しに、サンプルセル(sample cell)と少なくとも1つのサンプルセル壁(sample cell wall)とを有する構造体を含むが、もっと一般的に、材料サンプルを保持、支持又は含むことが出来て、そして電磁放射が、それにより保持、支持又は含まれるサンプルを通過することを可能にする多数の構造体の何れか、例えば、キュベット(cuvette)、テストストリップ(test strip)、等を含む。ここで使われる時、サンプル要素の様な部品に適用された時該用語”使い捨て可能な(disposable)”は広い用語であり、その普通の意味で使用され、限定無しに、問題の部品が有限回使用され、次いで捨てられることを意味する。或る使い捨て可能な部品は唯1回だけ使われ、次いで捨てられる。他の使い捨て可能な部品は1回より多く使われ、次いで捨てられる。 Some of the embodiments described herein use sample elements that hold material samples, such as biological fluid samples. As used herein, “sample element” is a broad term and is used in its ordinary sense, without limitation, a sample cell and at least one sample cell wall. More generally, but can hold, support or contain a material sample and thereby allow electromagnetic radiation to pass through the contained, supported or contained sample. Including, for example, cuvettes, test strips, and the like. As used herein, the term “disposable” when applied to a component such as a sample element is a broad term, used in its ordinary sense, and without limitation, the component in question is finite. Means used once and then discarded. Some disposable parts are used only once and then discarded. Other disposable parts are used more than once and then discarded.
全血システム200の放射源220は多数のスペクトル範囲の何れかの、例えば、赤外線波長内の、中部赤外線波長(mid-infrared wavelengths)内の、約0.8μmの上の、約5.0μmと約20.0μmの間の、及び/又は5.25μmと約12.0μmの間の、電磁放射を放射する。しかしながら、他の実施例では、該全血システム200は、可視スペクトル(visible spectrum)からマイクロ波スペクトル(microwave spectrum)までの何処かで、例えば、約0.4μmから約100μmより長くまでの何処かで、見出される波長で放射する放射源220を使ってもよい。なお更に進んだ実施例では、該放射源は約3.5μmと約14μmの間の、又は約0.8μmと約2.5μmの間の、又は約2.5μmと約20μmの間の、又は約20μmと約100μmの間の、又は約6.85μmと約10.10μmの間の、波長の電磁放射を放射する。
The
該源220から放射される放射は、1実施例では約1.5(one-half)Hzと約100Hzの間の周波数で、もう1つの実施例では約2.5Hzと約7.5Hzの間で、なおもう1つの実施例では約50Hzで、そしてなおもう1つの実施例では約5Hzで、変調(modulated)される。変調される放射源を用いると、フリッカーする蛍光灯の様な、周囲光源は、該検出器250上に入射する放射を解析する時、容易に識別され、拒絶され得る。この応用に好適な1つの源は、イオンオプチックス社(ION OPTICS, INC.)により作られ、部品番号エヌエル5エルエヌシー(NL5LNC)の下で販売されている。
The radiation emitted from the
フイルター230は選択された波長の電磁放射が通過し、キュベット/サンプル要素240上に突き当たることを可能にする。好ましくは該フイルター230は少なくとも概略下記波長、すなわち、3.9、4.0μm、4.05μm、4.2μm、4.75,4.95μm、5.25μm、6.12μm、7.4μm、8.0μm、8.45μm、9.25μm、9.5μm、9.65μm、10.4μm、12.2μm、の放射が該キュベット/サンプル要素へ通過することを可能にする。もう1つの実施例では、該フイルター230は少なくとも概略下記波長、すなわち、5.25μm、6.12μm、6.8μm、8.03μm、8.45μm、9.25μm、9.65μm、10.4μm、12μm、の放射が該キュベット/サンプル要素へ通過することを可能にする。なおもう1つの実施例では、該フイルター230は少なくとも概略下記波長、すなわち、6.85μm、6.97μm、7.39μm、8.23μm、8.62μm、9.02μm、9.22μm、9.43μm、9.62μm、そして10.10μm、の放射が該キュベット/サンプル要素へ通過することを可能にする。上記で羅列した波長のセットはこの開示の範囲内の特定の実施例に対応する。更に、上記セットの他のサブセット(subsets)又は他の波長の組み合わせが選択されることも可能である。最後に、生産のコスト、開発時間、入手可能性そして選択された波長を発生するため、及び/又は必要なフイルターの合計数を減らすために、使用されるフイルターのコスト、製造可能性、そして市販までの時間に関する他の要因に基づき、この開示の範囲内で他の波長のセットが選択されることも可能である。
1実施例では、該フイルター230は種々の狭いスペクトルバンド又は種々の選択された波長の中のその通過バンドを循環(cycling)することが出来る。該フイルター230はかくしてイオンオプチックス社から入手可能なそれの様な、固体同調可能赤外線フイルター(solid-state tunable infrared filter)を具備してもよい。又該フイルター230はそのホイール上に設置され、該源220により放射される放射の方向に概ね直角な、複数の固定通過バンドフイルター(fixed-passband filters)を有する、フイルターホイール(filter wheel)として実施されることも出来る。該フイルターホイールの回転は或る波長の放射を通過させるフイルターを交番式に差し出すが、該波長は該フイルターが該検出器250の視野を通過する時の該フイルターにより変化する。
In one embodiment, the
検出器250は長さ3mm、幅3mmの焦電性検出器pyroelectric detectorを含む。適当なサンプルがドイツ、ドレスデン(Dresden, Germany)のデーアイエイエスアンゲバンデゼンゾリクゲーエムベーハー(DIAS Angewandte Sensorik GmbH)により、又はビーエイイーシステム(BAE Systems){そのテージーエスモデル(TGS model)検出器の様な}により作られている。該検出器250は交互に熱電堆(thermopile)、ボロメーター(bolometer)、シリコンマイクロボロメーター(silicon bolometer)、鉛塩フオーカルプレーンアレー(lead-salt focal plane array)、又は水銀−カドミウムーテルル化物(MCT)検出器を有し得る。該検出器としてどの構造体が使われようと、入射放射に対応する電気信号を作るためにその動作面(active surface)254上に入射した放射に応答するよう構成されるのが望ましい。
The
1実施例では、該サンプル要素はキュベット240を有し、該キュベットは今度はそのサンプルセル内に患者からの組織及び/又は流体(全血、血液成分、間隙性流体、細胞間流体、唾液、尿、汗及び/又は有機又は無機材料、の様な)のサンプルを保持するよう構成されたサンプルセル242を有する。該キュベット240は全血システム200内に設置され、該サンプルセル242は放射源220と検出器250の間の光路243内に少なくとも部分的に配置される。かくして、放射が該源220から、該フイルター230と、該キュベット240のサンプルセル242と、を通して放射された時、該検出器250は関心のある波長(複数を含む)の放射信号強さ(radiation signal strength)を検出する。この信号強さに基づき、シグナルプロセサー260はセル242内の該サンプルが検出された波長(複数を含む)の放射を吸収する程度(degree)を決定する。関心のある分析物の濃度は次いで該吸収データから何等かの適当なスペクトロスコープ的技術(spectroscopic technique)を介して決定される。
In one embodiment, the sample element includes a
図13で示される様に、該全血システム200もサンプル抽出器280を有することが出来る。ここで使われる時、用語”サンプル抽出器(sample extractor)”は広い用語であり、その普通の意味で使われ、限定無しに、患者の皮膚を通しての全血又は他の体液の様に、組織からの流体サンプルの採取(drawing)に好適な何等かのデバイスを呼称する。種々の実施例では、該サンプル抽出器はランス(lance)、レーザーランス(laser lance)、イオントフオレチックサンプラー(iontophoretic sampler)、ガスジェット、流体ジェット又は粒子ジェットパーフオレーター(fluid-jet or particle-jet perforator)、超音波エンハーンサー(ultrasonic enhancer){化学的エンハーンサー(chemical enhancer)を伴って又は伴わずに使われる}、又は何等かの他の適当なデバイスを含む。
As shown in FIG. 13, the
図13に示す様に、サンプル抽出器280は全血をキュベット240に入手可能にするために指290の様な、外肢(appendage)に開口部(opening)を形成出来る。それに限定されないが前腕(forearm)を含み他の外肢がサンプルを採取するため使用され得ることは理解されるべきである。サンプル抽出器280の或る実施例を用いて、ユーザーは、全血の様な体液のサンプルが通って流れる、皮膚を通る小さな孔(tiny hole)又はスライス(slice)を形成する。該サンプル抽出器280がランスを含む場合(図14参照)、該サンプル抽出器280は金属又は他の堅い材料製の鋭利な切断用器具(sharp cutting implement)を含む。1つの好適なレーザーランスはニューメキシコ州、アルブクエルク(Albuquerque, New Mexico)のセルロボテックインターナショナル社(Cell Robotics International, Inc.)により作られるラセットプラス(R)(Lasette Plus(R))である。レーザーランス、イオントフオレチックサンプラー、ガスジェット又は流体ジェットパーフオレーターがサンプル抽出器280として使われる場合、それは該全血システム200に組み込まれ得るか(図13参照)、或いはそれは別のデバイスとすることも出来る。
As shown in FIG. 13, the
レーザーランスに関する追加の情報は特許文献20に見出されるが、この特許の全体はここでの引用によりここに組み込まれ、本明細書の1部となる。1つの好適なガスジェット、流体ジェット又は粒子ジェットのパーフオレーターは特許文献21で開示されるが、この特許の全体はここでの引用によりここに組み込まれ、本明細書の1部となる。1つの好適なイオントフオレチックサンプラーは特許文献22で開示されるが、この特許の全体はここでの引用によりここに組み込まれ、本明細書の1部となる。1つの好適な超音波エンハーンサー、及びそれと共に使用されるのに好適な化学的エンハーンサーは特許文献23で開示されるが、その開示の全体は引用によりここに組み込まれ、本明細書の1部となる。 Additional information regarding laser lances can be found in US Pat. No. 6,057,034, the entirety of which is hereby incorporated by reference herein and made a part of this specification. One suitable gas jet, fluid jet, or particle jet perforator is disclosed in US Pat. No. 6,057,096, the entirety of which is incorporated herein by reference and made a part of this specification. One suitable iontophoretic sampler is disclosed in U.S. Patent No. 6,057,096, the entirety of which is hereby incorporated by reference herein and made a part of this specification. One suitable ultrasonic enhancer, and a chemical enhancer suitable for use therewith, is disclosed in US Pat. No. 6,057,086, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference and is incorporated herein by reference. Become.
図14はキュベット240の形のサンプル要素の1実施例を非常に詳細に示す。該キュベット240は更にサンプル供給通路(sample supply passage)248,穿孔部分(pierceable portion)249,第1ウインドー244,そして第2ウインドー246を有し、該サンプルセル242は該ウインドー244,246の間に延びている。1実施例では、キュベット240は第2ウインドー246を有しない。第1ウインドー244(又は第2ウインドー246)はサンプルセル壁の1形式であり、ここで開示したサンプル要素及びキュベットの他の実施例では、生物学的流体サンプルの様な材料サンプルを少なくとも部分的に含み、保持し或いは支持する、そして電磁放射の少なくとも或るバンドに透過性で、そして可視範囲の電磁放射には透過性であってもよいがその必要はない、様な何等かのサンプルセル壁が使用されてもよい。該穿孔部分249は該サンプル抽出器280の適当な実施例により穿孔され得るサンプル供給通路248の1範囲である。外肢290に傷を創り、該傷からの血液又は他の流体が該キュベット240に入る入り口を提供するために、サンプル抽出器280の適当な実施例は該部分249及び該外肢290を穿孔出来る。(該サンプル抽出器280は、それがどちらかの側から該部分249を穿孔するので、図14では図13と比べて該サンプル要素の反対側で示されている。)
該ウインドー244,246は源220により放射され、フイルター230を通過することが許される電磁放射の範囲で光学的に透過性であるのが好ましい。1実施例では、該ウインドー244,246を構成する材料は完全に透過性であり、すなわちそれは該源220と、それ上に入射するフイルターと、からの電磁放射を何等吸収しない。もう1つの実施例では、該ウインドー244,246の材料は関心のある電磁的範囲で幾らかの吸収を有するが、その吸収は無視出来る。なおもう1つの実施例では、該ウインドー244,246の吸収は無視出来ないが、それは既知で、比較的長い期間の間安定である。もう1つの実施例では、該ウインドー244,246の吸収は比較的短い期間安定であるのに過ぎないが、該全血システム200は該材料の吸収を観測し、該材料特性が測定可能に変化し得る前に該分析物測定からそれを排除するよう構成されている。
FIG. 14 shows an example of a sample element in the form of a
The
該ウインドー244,246は1実施例ではポリプロピレン製である。もう1つの実施例では、該ウインドー244,246はポリエチレン製である。ポリエチレンとポリプロピレンは、当該技術で公知の様に、取り扱い及び製造用に特に有利な特性を有する材料である。又、ポリプロピレンは該サンプル要素内で該サンプルの流れ特性を向上させる多数の構造、例えば、アイソタクチック(isotactic)、アタクチック(atactic)そしてシンディオタクチック(syndiotactic)に配置(arranged)され得る。好ましくは、該ウインドー244,246が上記のポリプロピレン又はポリエチレン、又はシリコン又は何等かの他の適当な材料の様な耐久性があり容易に製造可能な材料で作られるのがよい。該ウインドー244,246は構造がアイソタクチック、アタクチック又はシンディオタクチックであり得るどんな適当なポリマーで作られることも可能である。
The
ウインドー244,246間の間隔は光路長(optical pathlength)を含み、約1μmと約100μmの間とすることが出来る。1実施例では、該光路長は約10μmと約40μmの間か、又は約25μmと約60μmの間か、又は約30μmと約50μmの間にある。なおもう1つの実施例では、該光路長は約25μmである。該ウインドー244,246の各々の横断寸法(transverse size)は好ましくは該検出器250の寸法と概略等しいのがよい。1実施例では、該ウインドーは円く約3mmの直径を有する。該光路長が約25μmであるこの実施例では、該サンプルセル242の容積は約0.177μlである。1実施例では、サンプル供給通路248の長さは約6mmで、該サンプル供給通路248の高さは約1mm、そして該サンプル供給通路248の厚さは該サンプルセルの厚さに概略等しく、例えば25μmである。該サンプル供給通路の容積は約0.150μlである。かくして、1実施例でのキュベット240の合計容積は約0.327μlである。勿論、キュベット240/サンプルセル242/他の容積は、検出器250の寸法と感度、源220により放射される放射の強度、サンプルの予期される流れ特性、そして流れエンハーンサー(下記で論じられる)が該キュベット240内に組み込まれるかどうか、の様な多くの変数により、変わり得る。該サンプルセル242への流体の輸送は好ましくは毛細管作用(capillary action)を通して達成されるのがよいが、又、ウイッキング(wicking)又はウイッキングと毛細管作用の組み合わせ、を通して達成されてもよい。
The spacing between the
図15−17は該全血システム200と連携して使用出来るキュベット305のもう1つの実施例を描いている。キュベット305はサンプルセル310,サンプル供給通路315,エアベント通路(air vent passage)320,そしてベント(vent)325を有する。図16,16Aそして17で最も良く見られる様に、該キュベットも内側332を有する第1サンプルセルウインドー(first sample cell window)330と内側337を有する第2サンプルセルウインドー(second sample cell window)335とを備える。上記で論じた様に、或る実施例の該ウインドー(複数を含む)330/335は又サンプルセル壁(複数を含む)を有する。又キュベット305は該サンプルセル310の反対の該サンプル供給通路315の端部に開口部317を有する。該キュベット305は好ましくは約6.35mm−3.18mm(約1/4−1/8インチ)の幅と約19.05mm(約3/4インチ)の長さであるが、しかしながら、該キュベット305の利点をなお達成しながら、他の寸法も可能である。
FIGS. 15-17 depict another embodiment of a
該サンプルセル310は第1サンプルセルウインドー330の内側332と第2サンプルセルウインドー335の内側337の間に規定される。該2つの内側332,337の間の垂直距離Tは光路長(optical pathlength)を含み、該長さは約1μmと約1.22mmの間とすることが出来る。該光路長は代わりに約1μmと約100μmの間とすることが出来る。該光路長はなお代わりに約80μmとすることが出来るが、好ましくは約10μmと約50μmの間にあるのがよい。もう1つの実施例では、該光路長は約25μmである。該ウインドー330,335は好ましくは充分な放射透過率を保持するとして上記で論じられた材料の何れかで形成されるのがよい。各ウインドーの厚さは該サンプルセル310又はキュベット305を余りに弱めること無しに出来るだけ小さいのが好ましい。
The
一旦外肢290に傷が作られると、該キュベット305のサンプル供給通路315の開口部317は該傷から流れる流体と接触するように置かれる。もう1つの実施例では、該サンプルは、例えば、唾液サンプルで行われる様に、傷を創ることなく得られる。その場合、該キュベット305のサンプル供給通路315の開口部317は傷を創ることなく得られた流体と接触するように置かれる。該流体は次いで該サンプル供給通路315を通り、毛細管作用を介して該サンプルセル310内に輸送される。エアベント通路320は、該キュベット内の空気圧の形成(buildup)を防止し、血液がその中へ流れる時該血液が該空気を置換することを可能にすることにより該毛細管作用を改善する。
Once a wound is created in the
該サンプルを該サンプルセル310へ輸送するために他の機構が使われてもよい。例えば、該サンプル供給通路315の少なくとも1部分内にウイッキング材料(wicking material)を提供することによりウイッキングが使われることも可能である。もう1つの変型として、該サンプルを該サンプルセル310へ輸送するためにウイッキングと毛細管作用とを一緒に使うことも出来る。又該全血システム200により行われる光学的測定を複雑化するかも知れない成分を同時に濾過しながら、血液を動かすために膜(membranes)が該サンプル供給通路315内に位置付けられることも可能である。
Other mechanisms may be used to transport the sample to the
図16及び16aは該キュベット305の製作への1つの方策を描いている。この方策で、キュベット305は第1層350,第2層355,そして第3層360を有する。第2層355は該第1層350と第3層360の間に位置付けられる。該第1層350は該第1サンプルセルウインドー330と該ベント325を形成する。上述の様に、該ベント325は該サンプルセル310内にある空気用の逃げ道(escape)を提供する。該ベント325が第1層350上に示されるが、それは又該第3層360上に位置付けられるか、或いは該第2層内のカットアウト(cutout)となり、そして次いで該第1層350と第3層360の間に配置されることも可能である。該第3層360は第2サンプルセルウインドー335を形成する。
16 and 16a depict one strategy for making the
該第2層355は該第1及び第3層350,360を接合(joins)する接着剤(adhesive)で全く形成されてもよい。他の実施例では、該第2層は第1及び第3層と同様な材料、又は何等かの他の適当な材料で形成されてもよい。第2層355は又その両側上に堆積された接着剤を有するキャリア(carrier with an adhesive deposited on both sides thereof)として形成されてもよい。該第2層355はサンプル供給通路315,エアベント通路320,そしてサンプルセル310を形成する。該第2層355の厚さは約1μmと約1.22μmの間にすることが出来る。該厚さは代わりに約1μmと約100μmの間にすることも出来る。この厚さは代わりに約80μmにすることも出来るが、好ましくは約10μmと約50μmの間にあるのがよい。もう1つの実施例では、該第2層厚さは約25μmである。
The
他の実施例では、第2層355は通路315,320を規定するカットアウト部分(cutout portion)を有する接着剤フイルムとして、又は接着剤で囲まれるカットアウトとして作られることも可能である。
In other embodiments, the
更に進んだ情報は特許文献24で見出されるがその全体はここに引用することによりここに組み込まれ、本明細書の1部をなすものである。 Further information can be found in US Pat. No. 6,057,086, the entirety of which is hereby incorporated by reference herein and forms part of this specification.
II.無試薬全血分析物検出システム(REAGENTLESS WHOLE-BLOOD ANALYTE DETECTION SYSTEM)
A.検出システム(Detection Systems)
図18は、下記の詳細を除けば、上記で論じた全血システム200と同様な無試薬全血分析物検出システム400の略図を示す。該全血システム400は患者の近くで使用されるよう構成され得る。患者の近くで使用されるよう構成された1実施例は患者近くの、又はポイントオブケア、試験システム(near-patient, or point-of-care test system)である。この様なシステムはより複雑なラボラトリーシステム(laboratory systems)を上回る幾つかの利点を提供するが、それらは患者又はドクターへの利便性、使い易さ、そして行われる分析の比較的低いコストを含む。
II. REAGENTLESS WHOLE-BLOOD ANALYTE DETECTION SYSTEM
A. Detection systems
FIG. 18 shows a schematic diagram of a reagentless whole blood
該全血システム400はハウジング402,通信ポート(communication port)405,そして該全血システム400を外部デバイス420へ接続するための通信ライン(communication line)410を含む。1つのこの様な外部デバイス420はもう1つの分析物検出システム、例えば、該非侵襲性システム10である。該通信ポート405とライン410は、好ましくはシームレス(seamless)、安全(secure)、そして組織されている(organized)のがよい、仕方でデータを該外部デバイス420へ送信するよう該全血システム400を接続する。例えば、該データは、該全血システム400の第1ユーザーに対応するデータは他のユーザーに対応するデータから分離される(segregated)ように、組織された仕方(organized fashion)で該通信ポート405及びライン410を経由して通信される。これは該ユーザーによる介入無しに行われるのが好ましい。この仕方で、該第1ユーザーのデータは該全血システム400の他のユーザーに誤適用(misapplied)されることはない。他の外部デバイス420が、例えば、該モニターにより作られたデータを更に処理したり、或いは該データがインターネットの様なネットワークに利用可能にしたり、するために使用されてもよい。これは、公知の様に、該全血システム400の出力が、遠隔に配置された健康管理従事者(remotely located health-care professionals)に利用可能になるようにさせる。該デバイス420は”外部(external)”デバイスとラベル付けされるが、該デバイス420と該全血システム400とは或る実施例では恒久的に接続されてもよい。
The
該全血システム400は患者又はユーザーにより容易に操作されるよう構成される。この様であるから、該全血システム400は好ましくは携帯型デバイスであるのがよい。ここで使用される時、”携帯型(portable)”は該全血システム400が患者により容易に運ばれ、便利な所で使用され得ることを意味する。例えば、源220及び検出器250の少なくとも1部分を収容するよう構成されたハウジング402は小さい。1つの好ましい実施例では、該全血システム400のハウジング402はパース又はバックパック内に収まるに充分な程小さい。もう1つの実施例では、該全血システム400のハウジング402はパンツのポケット内に収まるに充分な程小さい。なおもう1つの実施例では、該全血システム400のハウジング402はユーザーの掌内に保持されるに充分な程小さい。寸法がコンパクトであることに加えて、該全血システム400はそれを患者又は末端ユーザーがそれを使うことを容易にさせる他の特徴を有する。この様な特徴は、患者、臨床家(clinician)、看護士又はドクターにより容易に充たされ、該サンプルを介入処理すること無しに該全血システム400内へ挿入される、ことを可能にするここで論じた種々のサンプル要素を含んでいる。図18は、一旦サンプル要素、例えば、示されたキュベットが、患者又はユーザーにより充たされると、それが、分析物検出用に、該全血システム400のハウジング402内へ挿入され得ることを示す。又、全血システム400を含む、ここで説明された全血システムは、それらが耐久性を有するよう設計され、例えば、非常に少ない可動部品しか有しない点で患者使用のために構成されている。
The
該全血システム400の1実施例では、放射源220は約3.5μmと約14μmの間の波長の電磁放射を放射する。そのスペクトルバンドは関心のある分子の第1次振動(the primary vibration)に対応する多数の波長を含む。もう1つの実施例では、該放射源220は約0.8μmと約2.5μmの間の波長の電磁放射を放射する。もう1つの実施例では、該放射源220は約2.5μmと約20μmの間の波長の電磁放射を放射する。もう1つの実施例では、該放射源220は約20μmと約100μmの間の波長の電磁放射を放射する。もう1つの実施例では、該放射源220は約5.25μmと約12μmの間の放射を放射する。なおもう1つの実施例では、該放射源220は約6.85μmと約10.10μmの間の赤外線放射を放射する。
In one embodiment of the
上記で論じた様に、該放射源220は1実施例では約1.5Hzと約10Hzの間で変調される。もう1つの実施例では該源220は約2.5Hzと約7.5Hzの間で変調される。もう1つの実施例では、該源220は約5Hzで変調される。もう1つの変型では、該放射源220は一定強度で、すなわち直流源(D.C.)として、放射を放射することが出来る。
As discussed above, the
サンプルセル242へのサンプルの輸送は好ましくは毛細管作用で達成されるのがよいが、又ウイッキング又はウイッキングと毛細管現象との組み合わせで達成されてもよい。下記で論じる様に、サンプルセル242内への血液の流れを改善するために1つ以上の流れエンハーンサーがキュベット240の様なサンプル要素内へ組み込まれてもよい。流れエンハーンサーはサンプルセル242内へのサンプル流れを助ける該サンプル供給通路の1つ以上の表面上の、多数の物理的処理、化学的処理又は何等かのトポロジー的特徴(topological features)の何れかである。流れエンハーンサーの1実施例では、該サンプル供給通路248は1つの非常にスムーズな表面と、小さな孔(small pores)又はデインプル(dimples)を有する相対する表面と、を有するよう作られる。これらの特徴は1つの表面上に粒状化された洗剤(granulated detergent)を播く(spread)処理により形成される。次いで該洗剤は洗い流され、該孔又はデインプルを創る。流れエンハーンサーは下記でより詳細に論じられる。該キュベット240内に1つ以上の流れエンハーンサーを組み込むことにより、サンプル供給通路248の容積は減じられ、キュベット240の充填時間(filling time)は減じられ、或いは該キュベット240の容積と充填時間との両者が減じられ得る。
Transport of the sample to the
該フイルター230が電子的に同調可能なフイルターを有する場合、イオンオプチックス社(ION OPTICS INC.)により作られる1つの様な固体同調可能赤外線フイルター(solid state tunable infrared filter)が使用されてもよい。該イオンオプチックス社のデバイスは非特許文献1の論文で説明されたデバイスの商業的適合品(commercial adaptation)である。この論文の全内容はここでの引用によりここに組み込まれ、本明細書の1部をなす。電子的に同調可能なフイルターの使用は比較的小さな空間的容積内で多数の波長のモニタリングを可能にするので有利である。
If the
上記で論じた様に、フイルター230も図19に示すフイルターホイール530として実施され得る。フイルター230に於ける様に、該フイルターホイール530は源220とキュベット240の間に位置付けられる。該フイルターホイール530は何等かの他のサンプル要素と連携して同様に使用され得る。該フイルターホイール530は軸線Aの周りに回転可能な概ね平面的構造体540を有する。少なくとも第1フイルター550Aが該平面的構造体540上に設置され、従って回転可能でもある。該フイルターホイール530とフイルター550Aは、該フイルターホイール530が回転する時、該フイルター550Aが該源220により放射される放射の光路内へと周期的に回転するよう、該源220と該キュベット240に対して位置付けられる。かくして、該フイルター550Aは指定された波長の放射が該キュベット240上に打ち当たることを周期的に可能にする。図19で図解された1実施例では、該フイルターホイール530は又、源220により放射される放射の光路内へと同様に周期的に回転させられる第2フイルター550Bを有する。図19は更に該フイルターフイール530が必要なだけ多くのフイルター(すなわち、第n番フイルター、550Nまで)を有して作られ得ることを示す。
As discussed above, the
上記で論じた様に、フイルター230,530は選択された波長の電磁放射が通過し、該キュベット240上に打ち当たることを可能にする。好ましくは、該フイルター230,530が、少なくとも概略下記波長、すなわち、4.2μm、5.25μm、6.12μm、7.4μm、8.0μm、8.45μm、9.25μm、9.65μm、10.4μm、12.2μm、の放射が該キュベットへ通過することを可能にする。もう1つの実施例では、該フイルター230,530が少なくとも概略下記波長、すなわち、5.25μm、6.12μm、6.8μm、8.03μm、8.45μm、9.25μm、9.65μm、10.4μm、12μm、の放射が該キュベットへ通過することを可能にする。なおもう1つの実施例では、該フイルター230,530は、少なくとも概略下記波長、すなわち、6.85μm、6.97μm、7.39μm、8.23μm、8.62μm、9.02μm、9.22μm、9.43μm、9.62μm、そして10.10μm、の放射が該キュベットへ通過することを可能にする。上記で引用した波長のセットはこの開示の範囲内の特定の実施例に対応する。他の波長のセットが、生産コスト、開発時間、入手可能性、そして選択された波長を発生するため使われるフイルターのコスト、製造可能性、そして市販までの時間に関係する他の要因に基づいて、この開示の範囲内で選択され得る。
As discussed above, the
又該全血システム400は該検出器250に電気的に接続されたシグナルプロセサー260を有する。上記で論じた様に、検出器250は、放射スペクトルを解析するために操作され得る電気信号を発生することにより該動作面254上に入射する放射に応答する。1実施例では、上記で説明した様に、該全血システム400は変調される源220とフイルターホイール530を有する。その実施例では、該シグナルプロセサー260は検出器250により発生される電気信号を処理するために同期復調回路(synchronous demodulation circuit)を有する。該検出器250の信号を処理した後、該シグナルプロセサー260はデイスプレー448へ出力信号を提供する。
The
該全血システム400の1実施例では、該デイスプレー448は図13に図解される様に、デジタルデイスプレーである。もう1つの実施例では、該デイスプレー448は可聴式デイスプレー(audible display)である。この種のデイスプレーは限られた視力、移動性又は盲目のユーザー用に特に有利である。もう1つの実施例では、該デイスプレー448は該全血システム400の部品でなく、むしろ別デバイスである。別デバイスとして、該デイスプレーは該全血システム448に恒久的に接続されるか、又は1時的に接続可能であってもよい。1実施例では、該デイスプレーはパームパイロット(PalmPilot)、パームIII(PalIII)、パームV(PalmV)、そしてパームVII(PalmVII)の名前で、パーム社(PALM, INC.)により作られるものの様な、パーソナルデータアシスタント(personal data assistant){”ピ−デーエイ(PDA)”}として普通知られる、携帯型計算デバイスである。
In one embodiment of the
図18Aは、無試薬全血分析物検出サブシステム456(”全血サブシステム”)と非侵襲性サブシステム460とを、少なくとも部分的に、取り囲むハウジング452を有する無試薬検出システム450(”無試薬システム”)の略図である。上記で論じた様に、該全血サブシステム456は全血のサンプルを得るよう構成されている。これは図13に関連して上記で論じたサンプル抽出器280を使用して行われる。上記で論じた様に、他の生物学的流体のサンプルも又該全血システム450と連携して使用され得る。一旦抽出されると、該サンプルは上記で論じた様にサンプルセル242内に位置付けられる。次いで、該サンプルの光学的分析が行われ得る。該非侵襲性サブシステム460は図1−12と関連して上記で説明した様に機能するよう構成されている。1動作モードでは、該無試薬システム450は該全血サブシステム456か又は該非侵襲性サブシステム460か何れかを分離して使うよう操作され得る。該無試薬システム450は、環境により、例えば、そのユーザーが最近食事したか、極端に精確な試験が望まれるか、等に依り、1つのサブシステム又はもう1つを選択するよう構成され得る。もう1つの動作モードでは、該無試薬システム450は該全血サブシステム456と該非侵襲性サブシステム460を協調した仕方で操作することが出来る。例えば、1実施例では、該無試薬システム450は、校正が必要な時該サブシステム456、460の使用を協調させる。もう1つの実施例では、該無試薬システム450は、第1の選択可能なサンプル供給通路を通って該全血サブシステム456へか、又はサンプルが得られた後第2選択サンプル供給通路を通って該非侵襲性サブシステム460へか、何れかへサンプルを辿らせるよう構成される。該サブシステム460は測定用にウインドー上に該全血サンプルを位置付けるためにアダプターを有して構成されてもよい。
FIG. 18A illustrates a reagentless detection system 450 (“no-removal”) having a
図20A−20Cは該全血システム200と共に使用するためのキュベットを作るもう1つの取り組みを図解する。この実施例では、第1部分655はインジェクションモールデイング過程(injection molding process)を用いて形成される。該第1部分655はサンプルセル610,サンプル供給通路615,エアベント通路620,そして第2サンプルセルウインドー335を有する。該キュベット605は又、少なくとも該サンプルセル610と該サンプル供給通路615とを囲むために該第1部分655に取り付けられるよう構成された第2部分660を含む。該第2部分660は第1サンプルセルウインドー330を有し、好ましくは、又該エアベント通路620の少なくとも1部分を囲むのがよい。該第1部分655と該第2部分660は溶接接合665での溶接過程により一緒に接合されるのが好ましい。4つの溶接接合665が示されているが、4つより少ない又は多い溶接接合が用いられ得ることは理解されるべきである。理解される様に、他の技術も該部分655,660を固着するため使用され得る。
20A-20C illustrate another approach to making a cuvette for use with the
キュベット240の製作へのなおもう1つの取り組みはウエーハ製作過程(wafer fabrication process)を使ってそれを作ることである。図21はウエーハ製作技術の様な、微少電気機械的システム加工技術(micro-electromechnical system machining techniques)を用いてキュベット755を作る過程の1実施例を図解する。過程710では、上記で論じた様に、受け入れ可能な電磁放射透過特性を有する材料製のウエーハが提供される。該ウエーハは好ましくはシリコン又はエルマニウムで作られるのがよい。好ましくは、次の過程720で、受け入れ可能な電磁放射透過特性を有する材料で作られた第2ウエーハが提供されるのがよい。該第2ウエーハは該選択された材料の簡単な平面状部分(simple planar portion)であってもよい。好ましくは、次の過程730で、多数のキュベット部分組立体(cuvette subassemblies)を創るためにエッチング過程(etching process)が使われるのがよいが、各部分組立体はサンプル供給通路、エアベント通路、そしてサンプルセルを有する。該ウエーハ内にこれらの構造体をエッチングするために従来のエッチング過程が用いられるが、個別エッチング部分組立体は図20Cに示す第1部分655と同様な外観を有する。好ましくは、次の過程740で、サンプル供給通路、サンプルセル、そしてエアベント通路の各々を囲むウエーハ組立体を創るために、該第2ウエーハは該第1ウエーハに取り付けられ、ボンドされ、そしてシールされるのがよい。この過程は相互に結合された多数のキュベットを創る。好ましくは、次の過程750で、該ウエーハ組立体は、該多数のキュベットを個別キュベット755に分離するよう処理される、すなわち、例えば、機械加工されるか、ダイス(diced)されるか、スライスされるか、又は鋸切断(sawed)される。該過程710−750が特定の順序で表明されたが、該過程は該方法の範囲内で他の順序で行われてもよいことは理解されるべきである。
Yet another approach to making
1実施例では、図21の過程で作られた該キュベット755は比較的小さい。もう1つの実施例では、該キュベット755は概略キュベット305の寸法である。もし該キュベット755が小さいならば、それらは、図22に示す使い捨てサンプル要素ハンドラー(disposable sample element handler)780内にそれらを組み込むことにより使い易くされ得る。該使い捨てサンプル要素ハンドラー780は未使用(unused)サンプル要素部分785と使用済み(used)サンプル要素部分790とを有する。新しい時、該未使用キュベット部分785はどんな数のサンプル要素757を含んでもよい。ユーザーによる該サンプル要素ハンドラー780の最初の使用のために、最初のサンプル要素757Aはサンプル取り位置(sample taking location)795へ進められる。次いでユーザーは上記説明の仕方でサンプルを取る。システム200の様な全血システムを用いて光学的測定が行われる。一旦該測定が完了すると、次のサンプル要素757Bが該サンプル取り位置795へ進められる時、使用済みサンプル要素757Aは該使い捨て可能サンプル要素ハンドラー780の使用済みサンプル要素部分790の方へ進められることが可能である。一旦最後のサンプル要素757Nが使われると、該使い捨てサンプル要素ハンドラー780は捨てられ、生物学的有害材料(biohazardous material)は該使用済みサンプル要素部分790内に含まれる。もう1つの実施例では、一旦該サンプルが取られると、該サンプル要素757Aは試験システム400のハウジング402内へ進められる。或る実施例では、該サンプル要素ハンドラー780は該サンプル取り位置795へ自動的に進められ得て、次いで該ハウジング402内へ自動的に進められる。
In one embodiment, the cuvette 755 made in the process of FIG. 21 is relatively small. In another embodiment, the cuvette 755 is approximately the size of the
図15−17に関連して上記で論じた様に、エアベント325はキュベット305内の空気が逃げることを可能にし、それにより外肢290から該サンプルセル310内へのサンプルの流れを向上させる。”流れエンハーンサー(flow enhancers)”としてここで呼ばれる他の構造体は又サンプルのサンプルセル310内への流れを向上するため使われ得る。図23Aは流れエンハーンサーを有するキュベット805の1実施例を図解する。キュベット805はサンプルセル810、サンプル供給通路815、そしてシール820を有する。サンプル抽出器880は該キュベット805内に組み込まれるか又はそれから分離されることも可能である。
As discussed above in connection with FIGS. 15-17, the
キュベット805のシール820は該サンプルセル810とサンプル供給通路815の中の真空を保持する。又該シール820は汚染物が該キュベット805に入ることを防止するバリヤを提供するが、該サンプル抽出器880により貫入され得る(penetrated)。該シール820は、外部へのサンプル損失(extraneous sample loss)と他の生物学的汚染を除去するために、組織とキュベット805の間のボンド(bond)を創るので有利である。多くの種々の材料が該シール820を準備するため使われ得るが、使用され得る1つの特別な材料はデユポンのテーワイブイイーケー(Dupont's TYVEK)材料である。該キュベット805はサンプル流れを向上するのみならず、集合流れを誘起するベントに依る毛細管集合システムで見出されるサンプル零れ(sample spillage)の問題も除去する。該キュベット805に適用された該流れ向上の取り組みは他のサンプル要素にも適用出来る。
The
図23Bは下記で説明されることを除けば、図23Aで示すそれと同様なキュベット885の略図解である。該キュベット885は1つ又は複数の小さな小孔(small pores)を有し、それは該キュベット885の内部から周囲大気(ambient atomsphere)への空気の通過を可能にする。これらの小さな小孔は該ベント325と同様に機能するが、サンプル(例えば、全血)が該キュベット885外へ零れることを防止するのに充分な程小さい。該キュベット885は更に、外部真空源(すなわちポンプ)、ダイアフラム、プランジャー、又は該キュベット885内のサンプル流れを改善する機械的手段を有する機械的介入血液取得システム890を備える。該システム890は該小さい小孔に接触して置かれ、該キュベット885内の空気を該キュベット885から抜く。該システム890は又該血液を該キュベット885内へ引く傾向がある。該キュベット885に適用された流れ向上技術は他のサンプル要素にも同様に適用出来る。
FIG. 23B is a schematic illustration of a
流れエンハーンサーのもう1つの実施例が図24Aと23Bに示される。キュベット905はキュベット305と同様であり、サンプルセル310とウインドー330,335を有する。上記で論じられた様に、該ウインドーはサンプルセル壁を有し得る。又該キュベットは、キュベット905の外側縁の第1開口部917と該キュベット905のサンプルセル310の第2開口部919との間に延びるサンプル供給通路915を有する。図24Bに示す様に、該サンプル供給通路915は該サンプル供給通路915の頂部と底部上に形成された1つ以上の峰部(ridges)940を有する。1つの変型では、該峰部940は該サンプル供給通路915の、該頂部上のみ、又は該底部上のみ、に形成される。該峰部940の波打つ形状(undulating shape)はキュベット905の該サンプル供給通路915内へのサンプルの流れを有利に向上させ、又該サンプルを該サンプルセル310内へ流れるよう有利に促す。
Another example of a flow enhancer is shown in FIGS. 24A and 23B. The
流れエンハーザーの他の変型も考えられる。例えば、流れエンハーンサーの種々の実施例は通路表面をスコアする(scoring)様な物理的変化を含んでもよい。もう1つの変型では、該通路内へ引かれるサンプルの表面張力を減じるために、該サンプル供給通路の1つ以上の表面に化学的処理、例えば、界面活性化学処理(surface-active chemical treatment)が適用されてもよい。上記で論じた様に、ここで開示した流れエンハーンサーはここで説明した種々のキュベットの他に他のサンプル要素に適用することも出来る。 Other variations of the flow enhancer are also conceivable. For example, various embodiments of the flow enhancer may include physical changes such as scoring the passage surface. In another variation, one or more surfaces of the sample supply passage are subjected to a chemical treatment, such as a surface-active chemical treatment, in order to reduce the surface tension of the sample drawn into the passage. May be applied. As discussed above, the flow enhancer disclosed herein can be applied to other sample elements in addition to the various cuvettes described herein.
上記で論じた様に、該全血システム200で使われるスペクトル範囲内で或る電磁放射吸収を有する材料はキュベット240の部分を作るために使うことが出来る。図25は全血分析物検出システム1000を示すが、該システムは、下記で詳述することを除けば、上記で論じた該全血システム200と同様である。該全血システム1000はキュベット1040の様なサンプル要素を作るため使われる材料により吸収量を決定するよう構成される。これを達成するために、該全血システム1000は光学的校正システム(optical calibration system)1002と光学的分析システム(optical analysis system)1004を有する。示される様に、該全血システム1000は該全血システム200のそれと同様な源220を有する。又該全血システム1000はフイルター230と同様なフイルター1030を有する。該フイルター1030は又放射を2つの平行ビームに分け(splits)、すなわちスプリットビーム(split beam)1025を創る。該スプリットビーム1025は校正ビーム(calibration beam)1027と分析物透過ビーム(analyte transmission beam)1029を有する。もう1つの変型では、2つの平行ビームを創るため2つの源220が使われてもよく、或いは該源220と該フイルター1030の間に別のビームスプリッター(separate beam splitter)が位置付けられてもよい。又ビームスプリッターは該フイルター1030の下流であるが、該キュベット1040の前に位置付けられることも出来る。上記変型の何れでも、校正ビームは該キュベット1040の校正部分1042を通るよう導かれ、分析物透過ビームは該キュベット1040のサンプルセル1044を通るよう導かれる。
As discussed above, materials that have some electromagnetic radiation absorption within the spectral range used by the
図25の実施例では、校正ビーム1027はキュベット1040の校正部分1042を通過し、検出器1052の動作面1053上に入射する。該分析物透過ビーム1029はキュベット1040のサンプルセル1044を通過し、検出器1054の動作面1055上に入射する。検出器1052,1054は同じ種類であり、上記で論じた検出技術の何れかを使用してもよい。上記で説明した様に、検出器1052,1054はそれらの動作面1053,1055上に入射した放射に応答して電気信号を発生する。発生された該信号はデジタルシグナルプロセサー1060へ送られ、該プロセサーは該キュベット1040の放射吸収を確かめるために両信号を処理し、該キュベット1040の吸収を除去するために該検出器1054からの電気信号を修正し、そして結果を該デイスプレー484に提供する。1実施例では、該光学的校正システム1002は該校正ビーム1027と該検出器1052とを有し、該光学的分析システム1004は該分析物透過ビーム1029と該検出器1054とを有する。もう1つの実施例では、該光学的校正システム1002もキュベット1040の校正部分1042を有し、該光学的分析システム1004も該キュベット1040の分析部分1044を有する。
In the embodiment of FIG. 25, the
図26は無試薬全血分析物検出システム1100(”全血システム”)のもう1つの実施例の略図解である。図26は同様の校正手順が1つの検出器250で行われ得ることを示す。この実施例では、図13と関連して上記で説明した様に、源220及びフイルター230は一緒にビーム1125を発生する。該ビーム1125の光路内に光学的ルーター(optical router)1170が提供される。該ルーター1170は該ビーム1125を交互に、校正ビーム1127として又分析物透過ビーム1129として導く。該校正ビーム1127は該ルーター1170により該キュベット1040の校正部分1042を通るよう導かれる。図26の実施例では、該校正ビーム1127はその後第1校正ビーム光学的デイレクター(first calibration beam optical director)1180と第2校正ビーム光学的デイレクター(second calibration beam optical director)1190とにより該検出器250の動作面254へ導かれる。1実施例では、該光学的デイレクター1180,1190は反射性面(reflective surface)である。もう1つの変型では、該光学的デイレクター1180,1190は集合レンズ(collection lenses)である。勿論、他の数の光学的デイレクターが該ビームを該動作面254上へ導くよう使用されることも可能である。
FIG. 26 is a schematic illustration of another embodiment of a reagentless whole blood analyte detection system 1100 (“whole blood system”). FIG. 26 shows that a similar calibration procedure can be performed with one
上記で論じた様に、分析物透過ビーム1129は該キュベット1040のサンプルセル1044内へ導かれ、該サンプルを透過し、そして該検出器250の動作面254上に入射する。シグナルプロセサー1160は該校正ビーム1127が該動作面254上に入射する時及び該分析物透過ビーム1129が該動作面上に入射する時に該検出器250により発生される信号を比較する。この比較は該シグナルプロセサー1160に該サンプルセル1044内のみでの、すなわちキュベット1040の吸収寄与を除いた、該サンプルの吸収を表す信号を発生させる。この信号は上記説明した仕方でデイスプレー484に提供される。かくして、キュベット1040自身の吸収は、該ビーム1029がサンプルセルを通過し、検出器250で検出された時観察されるキュベットプラスサンプル(cuvette-plus-sample)の吸収から除去され得る。図25に関連して上記で議論した様に、該全血システム1100は光学的校正1196及び光学的分析システム1198を含んでいる。該光学的校正システム1196は該ルーター1170,該光学的デイレクター1180,1190、そして該検出器250を有する。該光学的分析システム1198は該ルータ1170と該検出器250とを有する。もう1つの実施例では、該光学的分析システム1198は又該キュベット1040の該分析部分1044を有し、該光学的校正システム1196も該キュベット1040の校正部分1042を有する。該キュベット1040は図25及び26のシステムと連携して使用されるサンプル要素の1形式に過ぎない。
As discussed above, the analyte transmitted
図27は該全血システム1000,1100で使用されるよう構成されたキュベット1205の略図解である。該校正部分1242は該全血システム1000,1100が反射又は屈折無しに該ウインドー330,335のみの吸収を見積もることを可能にするよう構成されている。該キュベット1205は構成部分1242と、第1サンプルセルウインドー330及び第2サンプルセルウインドー335を有するサンプルセル1244と、を備える。該構成部分1242は、該ウインドー330と同じ電磁透過特性を有するウインドー1250と、該ウインドー335と同じ電磁透過特性を有するウインドー1255と、を備える。上記で論じた様に、該ウインドー1250,1255はサンプルセル壁の形で形成され、或る実施例では2つのウインドーがある必要はない。1実施例では、該校正部分1242は、ウインドー1250,1255の内面の割れ目(separation)が該ウインドー330の内面332と該ウインドー335の該面337との割れ目(すなわち、図17で示される寸法T)より可成り小さいように、該サンプルセル1244から狭められている(necked-down)。該校正部分1242は狭められるが、ウインドー1250,1255の厚さはウインドー330,335と同じであるのが好ましい。
FIG. 27 is a schematic illustration of a
校正部分1242の該ウインドー1250,1255の割れ目を減じることにより、該サンプルセル1240のウインドー330,335による吸収の寄与の見積もりでの誤差は減じられることが可能になる。この様な誤差は、例えば、該放射が該校正部分1242を通過する時、該ウインドー1250,1255の間に配置される分子による該ビーム1027又はビーム1127の電磁放射の散乱(scattering)により引き起こされる。この様な散乱は該シグナルプロセサー1060,1160により該ウインドー1250,1255による吸収と解釈される。
By reducing the cracks in the
もう1つの変型では、該ウインドー1250,1255間の空間は完全に除去され得る。なおもう1つの変型では、該シグナルプロセサー1060,1160はウインドー1250,1255間に空間を持つことにより誘起される何等かの誤差を見積もるよう構成されたモジュールを含むことが出来る。その場合、該校正部分1242は全く狭められる(necked down)必要はなく、該キュベットのみならず該ウインドー1250,1255もそれらの長さに沿って概ね一定の厚さを有することが出来る。
In another variation, the space between the
図28は単一運動ランス(single motion lance)1310とサンプル供給通路1315とを有するキュベット1305の1実施例の平面図である。該ランス1310は金属ランス、鋭利化されたプラスチック又は何等かの他の適当な堅い材料製のランス(lance made of sharpened plastic, or any other suitable rigid material)であることが可能である。該ランス1310は、指の様な外肢、前腕、又は上記で論じた様な何等かの他の外肢内に、非常に小さくなり得るスライスか又は微少裂傷(microlaceration)を創る小型剃刀刃(miniature razor-blade)の様に働く。該ランス1310は、該外肢に該スライスを創るため使われる単一運動がその傷に該サンプル供給通路1315の開口部1317を置くように、該キュベット1305内に位置付けられる。これは該サンプル供給通路1315の開口部1317を該傷に整合させる過程を取り除く。これは、該キュベット1305が該サンプルの非常に小容積を受けるよう構成され、該ランスが非常に小さいスライスを創るよう構成されるので、全てのユーザー用に有利である。結果として、開口部1317と該スライスから出る全血のサンプルを別々に整合させることは難しくなり得る。これは、高齢のユーザー又は筋肉疾患(muscular diseases)をこうむる人の様な、限られた精細動力制御しか有しないユーザー用には特に然り(true)である。
FIG. 28 is a plan view of one embodiment of a
図28Aは単一運動ランス1360,サンプル供給通路1315,そして開口部1317を有するキュベット1355のもう1つの実施例の平面図である。上記で論じた様に、該単一運動ランスは金属ランス、鋭利化されたプラスチック、又は何等かの他の適当な堅い材料製のランスとすることが出来る。該ランス1310に於ける様に、該ランス1360は外肢に微少なスライス、又は微少裂傷を創る小型剃刀はの様に働く。又単一運動ランス1360は外肢穿孔端部を有し、それは遠位の端部1375で収斂する第1切断器具(first cutting implement)1360と、第2切断器具(second cutting implement)1370と、を有する。該遠位の端部1375と入り口1317の間に、発散部1380が形成される。該単一運動ランス1360は、単一運動が外肢にスライスを創り、該傷にサンプル供給通路1315の開口部1317を置くように該キュベット1305内に位置付けられる。該発散部1380は、ユーザーにより経験される苦痛を最小化するに充分な程小さいが、該キュベット1355を満足するよう充たすには充分な全血を生じるには充分な程大きい、傷を創るよう構成される。キュベット1305に関連して上記で論じた様に、該キュベット1355は別々に、スライスを創り、該キュベット1355の開口部1317を整合させる必要を取り除く。
FIG. 28A is a plan view of another embodiment of a
図29は上記で論じた何等かの適当な仕方で作られる単一運動ランス1410を有するキュベット1405のもう1つの実施例の平面図である。この実施例では、該単一運動ランス1410はサンプル供給通路1415に隣接して位置付けられる。該サンプル供給通路1415の開口部1417は、該キュベット1405が外肢に隣接して置かれ、該外肢にスライスを創るため横に動かされ、そして整合され得るように、配置される。見られる様に、ランス1410の幅は該サンプル供給通路1415の幅に比較して小さい。これは該外肢にスライスを創るキュベット1405の運動が該サンプル供給通路1415の開口部を傷に位置付けることも保証する。キュベット1305に関連して上記で論じた様に、キュベット1405は別々にスライスを創り、該キュベット1405の開口部1417を整合させる必要を無くする。
FIG. 29 is a plan view of another embodiment of a
図31−32Aは該全血システム200,400,450,1000そして1100と連携して又はそれらと別に使うことが出来る無試薬サンプル要素1502のもう1つの実施例を図解する。該無試薬サンプル要素1502は患者の近くで行われる分析物濃度の無試薬測定用に構成されている。これはより複雑なラボラトリーシステム(laboratory systems)に優る幾つかの利点を提供するが、それらは患者又はドクターへの便利さ、使い易さ、そして行われる分析の比較的低いコストを含む。無試薬サンプル要素に関する追加的情報は特許文献25で見出されるが、その全体はここでの引用によりここに組み込まれ、本明細書の1部となっている。
FIGS. 31-32A illustrate another embodiment of a reagentless sample element 1502 that can be used in conjunction with or separate from the
サンプル要素1502はハウジング1506の1対のチャンネル1520,1522内に保持されるキュベット1504を有する。図31に示す様に、該ハウジング1506は更に弾性のある曲げ可能なストリップ1508と遠位のランシング部材(distal lancing member)1524を有する集積化ランス(integrated lance)1507を備える。該遠位のランシング部材1524は金属又は他の堅い材料製の鋭利な切削器具(sharp cutting implement)を有し、それは全血を該キュベット1504に入手可能にさせるよう、指290の様な外肢に開口部を形成出来る。前腕、腹腔(abdomen)又は指先の他の手の上の何処かを含むが、それらに限定されない他の外肢が該サンプルを採取するために使用され得ることは理解されるべきである。該集積化ランス1507は、サンプル抽出手順中に同時にサンプル要素1502の要する動作をより少なくしながら、サンプル要素1502の片手操作を容易にすることは評価されるであろう。
Sample element 1502 has a
種々の他の実施例で、該集積化ランス1507はレーザーランス、イオントフオレチックサンプラー、ガスジェット、流体ジェット又は粒子ジェットパーフオレーター、又は何等かの他の適当なデバイスを含むことが考えられる。1つの適当なレーザーランスはニューメキシコ州アルブクエルクの(Albuquerque, New Mexico)、セルロボチックインターナショナル社(Cell Robotics International, Inc.)により作られるラセットプラス(R)(Lasette Plus(R))である。更に、レーザーランス、イオントフオレチックサンプラー、ガスジェット又は流体ジェットパーフオレーターが使われる時、該集積化ランス1507が該全血システム200内に組み込まれること、該ハウジング1506内へ組み込まれること又は別デバイスとして利用されることが考えられる。レーザーランスに関する追加的情報は上述の特許文献20で見出される。1つの好適なガスジェット、流体ジェット又は粒子ジェットパーフオレーターは上述の特許文献21に開示されておりそして1つの好適なイオントフオレチックサンプラーは上述の特許文献22に開示されている。
In various other embodiments, the
該キュベット1504は第1プレート1510,第2プレート1512そして1対のスペーサー1514,1514’を有する。図32A及び33に最も明らかに示される様に、スペーサー1514,1514’は、サンプル供給通路1518がそれら間に規定され、該キュベット1504の遠位の端部1503で開口部1519(図32参照)を有するよう、該第1及び第2プレート1510,1512の間に配置される。該プレート1510,1512と該スペーサー1514,1514’は糊付けされるか、溶接されるか又は何等かの適当な技術の使用による他の仕方で一緒に締結される。該ハウジングは該プレート1510,1512及び該スペーサー1514,1514’への機械的支持を提供し、該全血システム200/400/450/1000/1100から分離して使われる時、該キュベット1504の保持を容易化する。
The
該スペーサー1514,1514’は全体が該第1及び第2プレート1510,1512を接合する接着剤で形成されてもよい。他の実施例では、該スペーサー1514,1514’は該プレート1510,1512と同様な材料又は何等かの他の適当な材料から形成されてもよい。又該スペーサー1514,1514’は、その両側に堆積された接着剤を有するキャリヤ(carriers)として形成されてもよい。
The
図33に示す様に、第1プレート1510は第1ウインドー1516を有し、該第2プレート1512は第2ウインドー1516’を有する。該第1及び第2ウインドー1516,1516’は、該源220により放射され、該フイルターを通過することを可能にされる電磁放射の範囲内で光学的に透過性であるのが好ましい。1実施例では、該ウインドー1516,1516’を含む材料は完全に透過性であり、すなわち、該材料は該源220及びフイルター230からの入射電磁放射のいずれをも吸収しない。もう1つの実施例では、該ウインドー1516,1516’を含む該材料は関心のある電磁的範囲内で無視出来る吸収(absorption)を示す。なおもう1つの実施例では、該ウインドー1516,1516’を含む材料の吸収は無視出来ず、むしろ該吸収は既知であり、比較的長い期間安定である。もう1つの実施例では、該ウインドー1516,1516’の吸収は比較的短期間だけ安定であるが、該全血システム200は該材料の吸収を検出しそして該材料特性が何等かの測定可能な変化を受ける前に該分析物測定からそれを除去するよう構成されてもよい。
As shown in FIG. 33, the
1実施例では、該第1及び第2ウインドー1516,1516’はポリプロピレン製である。もう1つの実施例では、該ウインドー1516,1516’はポリエチレン製である。上述の様に、ポリエチレン及びポリエチレンは、当該技術で公知の様に、取り扱い及び製造に特に有利な特性を有する材料である。加えて、これらのプラスチックは多数の構造、例えば、アイソタクチック、アタクチックそしてシンディオタクチックの構造で、配備され得て、それは該サンプル要素1502内のサンプルの流れ特性を向上させる。好ましくは、該ウインドー1516,1516’は、上述のポリプロピレン又はポリエチレン、シリコン、又は何等かの他の適当な材料の様な耐久性があり、容易に製造可能な材料で作られるのがよい。更に、該ウインドー1516,1516’は構造がアイソタクチック、アタクチック又はシンディオタクチックであり得る何等かの適当なポリマーで作ることが出来る。
In one embodiment, the first and
代わりに、該第1及び第2プレート1510,1512全体は上記で論じたポリプロピレン又はポリエチレンの様な透明材料で作られてもよい。この実施例では、該プレート1510,1512の各々は透明材料の単一ピースで形成され、該ウインドー1516,1516’は該プレート1510,1512間のスペーサー1514,1514’の位置と、分析されるサンプル供給通路1518に沿う縦の距離と、により規定される。透明材料で該プレート1510,1512の全体を形成することは該キュベット1504の製造を有利に簡単化することは評価されよう。
Alternatively, the entire first and
図32A及び32Bで図解される様に、該第1及び第2ウインドー1516,1516’は、該ウインドー1516,1516’とスペーサー1514,1514’が室1534を規定するよう該プレート1510,1512上に位置付けられる。該室1534は、該第1ウインドー1516の内面1517と該第2ウインドー1516’の内面1517’のみならず、スペーサーが使われる場合、スペーサー1514の内面1515とスペーサー1514’の内面1515’にも規定される。室1534の遠位にはサンプル供給通路1518が、そして該室1534の近位にはベント1536がある。該室1534と該ベント1536がスペーサー1514,1514’の長さに沿うサンプル供給通路1518の遠位の延長部により形成されることは評価されるであろう。図32Bで図解される様に、破線は該室1534、該サンプル供給通路1518そしてベント1536の間の境界を示す。内面1517、1517’間の垂直距離Tは光路長を含み、該長さは、1実施例では、約1μmと、約1.22mmより短い長さと、の間とすることが出来る。代わりに、該光路長は約1μmと約100μmの間とすることが出来る。該光路長はなお代わりに約80μmに、又は約10μmと約50μmの間にすることが出来る。もう1つの実施例では、該光路長は約25μmである。各ウインドーの厚さは、該室1534又は該キュベット1504を余りに弱くすること無しに出来るだけ薄いのが好ましい。
As illustrated in FIGS. 32A and 32B, the first and
図31−35で描かれた該サンプル要素は無試薬であり、分析物濃度の無試薬測定での使用に意図されているので、該室1534,及び/又は該室1534自身の容積を規定する内面1515,1515’、1517,1517’は、分析物濃度測定用にその中に採取される体液の何れに対しても不活性である。換言すれば、該内面1515,1515’、1517,1517’を形成する材料及び/又は該室1534内に含まれるどんな材料も、該室1534内へのエントリーに続く約15−30分の間、該全血システム200/400/450/1000/1100又は何等かの他の適当なシステムに於ける体液のサンプル内の分析物濃度で行われる何等かの測定に可成り影響する仕方で該体液と反応しないであろう。従って、該室1534は無試薬室(reagentless chamber)を有する。
The sample elements depicted in FIGS. 31-35 are reagent-free and are intended for use in reagent-free measurements of analyte concentration, thus defining the volume of the
1実施例では、該プレート1510,1512とスペーサー1514,1514’は、該室1534が約0.5μlの容積を有する様に、寸法を決められる。もう1つの実施例では、該プレート1510,1512とスペーサー1514,1514’は該キュベット1504内へ採取される体液の合計容積が精々1μlになる様に、寸法を決められる。なおもう1つの実施例では、該室1534は体液の約1μl以下を保持するよう構成されてもよい。当業者に依り評価される様に、キュベット1504/室1534等の容積は、例によれば、該キュベット1504と関連して使われる検出器の寸法と感度、該ウインドー1516,1516’を通過する放射の強度、サンプルの予想される流れ特性そして流れエンハーンサー(上記議論の)がキュベット1504内に組み込まれるか否か、の様な、幾つかの変数に依り、変化してもよい。該室1534内への体液の輸送は毛細管作用により達成されてもよいが、又ウイッキング又はウイッキングと毛細管作用の組み合わせで達成されてもよい。
In one embodiment, the
動作では、キュベット1504の遠位の端部1503が、外肢290、又は体液1560の取得用に好適な患者の身体上の他のサイト、と接触する様に置かれる(図32C)。該体液1560は全血、血液成分、間隙性流体、細胞間流体、唾液、尿、汗及び/又は患者からの他の有機又は無機材料を含んでもよい。次いで弾性のある曲げ可能なストリップ1508が、該ランシング部材を該外肢290内へ遠位の方へ瞬間的に押し、それにより小さな傷(wound)を創るよう、加圧され、レリースされる。一旦該傷が作られると、該傷から流れる流体が該サンプル供給通路1518に入るよう該キュベット1504と該傷との間の接触が保持される。もう1つの実施例では、該体液1560は、例えば、唾液サンプルに於いて行われる様に、傷を創らずに得られてもよい。その場合、該サンプル供給通路1518の遠位の端部は傷を創らずに該体液1560に接触するよう置かれる。図32Cで図解される様に、該体液1560は次いで該サンプル供給通路1518を通りそして該室1534内へ輸送される。該体液1560が該サンプル供給通路1518を通り該室1534内へ、使われる精密構造(複数を含む)に依って、毛細管作用及び/又はウイッキング(wicking)を介して、輸送されてもよいことは評価されるであろう。ベント1536は、該体液1560が該サンプル供給通路1518と室1534内の空気を排気(displaces)するにつれて、空気が該キュベット1504から近位の方へ出ることを可能にする。これは該体液1560が該室1534内へ流れ込む時該キュベット1504内の空気圧の形成を防止する。
In operation, the
体液1560を該室1534へ輸送するために他の機構が使われてもよい。例えば、該サンプル供給通路1518の少なくとも1部内にウイッキング材料(wicking material)を提供することによりウイッキングが使われてもよい。もう1つの実施例では、該室1534への体液1560の輸送に関連してウイッキング及び毛細管作用が使われてもよい。又、該全血システム200により行われる光学的測定を複雑化する成分を同時に濾過しながら該体液1560を動かすために該サンプル供給通路1518内に膜が位置付けられてもよい。
Other mechanisms may be used to transport
図32Cに示す様に、一旦体液1560が該室1534に入ると、該全血システム200/400/450/1000/1100又は他の同様な光学的測定システムの何れか1つ内にキュベット1504が設置される。該キュベット1504が該全血システム200内に設置されると、該室1534は、少なくとも部分的に、該放射源220と該検出器250の間の光路243内に配置される。かくして、源220からフイルター230(図13)とキュベット1504の室1534とを通して放射が放射されると、検出器250は関心のある波長(複数を含む)の放射信号強さを検出する。この信号強さに基づいて、該シグナルプロセサー260は、該室1534内の体液1560が検出された波長(複数を含む)で放射を吸収する度合いを決定する。次いで関心のある分析物の濃度が何等かの適当なスペクトロスコープ的技術(spectropic technique)を介して該吸収データから決定される。
As shown in FIG. 32C, once bodily fluid 1560 enters the
1実施例では、患者の組織内の分析物濃度を測定する方法は、該サンプル要素1502の遠位の端部1503を患者の身体上の取り出しサイト(withdrawal site)に対して置く過程を具備する。1実施例では、該取り出しサイトは外肢290の指先端(fingertip)である。もう1つの実施例では、該取り出しサイトは、例に依れば、前腕、腹腔、又は該指先端の他の手の上の何処か、の様な分析物濃度測定に好適な患者の身体上の何れかの代わりのサイト位置(any alternate-site location)であってもよい。
In one embodiment, a method for measuring an analyte concentration in a patient's tissue comprises placing a
一旦該遠位の端部1503が適当な取り出しサイトに接触して置かれると、図31に示す該集積化ランス1507が該取り出しサイトにランスするよう使われ、それにより小さな傷を創る。該サンプル要素1502が該取り出しサイトと静止接触して保持される間、該遠位の端部1503又は該キュベット1504を動かすことなく、該体液1560(図32C)は該取り出しサイトから流れ、サンプル供給通路1518の開口部に入り、サンプル室1534内へ輸送される。体液1560の該室1534内への輸送は毛細管作用で達成されるが、又該サンプル要素1502と連携して利用される特定の構造体及び/又はエンハーンサー(enhancers)により、ウイッキング、又はウイッキングと毛細管作用の組み合わせで達成されてもよい。1実施例では、該キュベット1504は該体液1560の約1μl以下を取り出すよう構成される。もう1つの実施例では、該室1534は該体液1560の精々約0.5μlを保持するよう構成される。なおもう1つの実施例では、該室1534は該体液1560の約1μl以下を保持するよう構成されてもよい。
Once the
一旦該体液1560が、上記で説明した様に、該室1534内に取り出されると、該サンプル要素1502は該取り出しサイトから除去され、該キュベット1504は該ハウジング1506から除去される。該キュベット1504は、次いで、該室1534が該光路243内に配置されるように、該全血システム200/400/450/1000/1100、又は他の同様なシステムの何れか1つ内に挿入される。好ましくは、該室1534は、該ウインドー1516,1516’が図32Cで示す様に、光路243に実質的に直角に配向されるよう該光路243内に位置するのがよい。該キュベット1504が該全血システム200内に挿入されると、該室1534は該放射源220と該検出器250の間に配置される。該体液1560内の分析物濃度は次いで、図13を参照して上記で詳細に論じた様に、該全血システム200を用いて測定される。
Once the
図34A−34Bは集積化ランシング部材(integrated lancing member)を有するキュベット1530のもう1つの実施例を図解する斜視図である。該キュベット1530は、該キュベット1530がランシング部材1524を受けるチャンネル138を有する第1プレート1532を備えることを除けば、図31−33のキュベット1504と実質的に同様である。該チャンネル1538はランシング部材1524用の縦のガイドとして役立ち、該チャンネルは、該ランシング部材1524が、上記説明の様に、傷を創るため使われる時、該ランシング部材が横に動かないことを保証する。又該チャンネル1538は該ランシング部材1524を該サンプル供給通路1518の開口部の近くに置く。これは、該ランシング部材1524が傷を創るため使われる時該サンプル供給通路1518内への体液のエントリーを容易化するが、該キュベット1530は該傷サイト上で動き回される必要がない。
Figures 34A-34B are perspective views illustrating another embodiment of a
図35は該全血システム200/400/450/1000/1100と連携して、又はそれらと別に使われる無試薬サンプル要素1550のもう1つの実施例を図解する。該サンプル要素1550はハウジング1556の1対のチャンネル1520,1522内に保持されるキュベット1504を含む。該サンプル要素1550は、該ハウジング1556がサンプル抽出器1552を有すると言う例外を有するが、図31から32Bのサンプル要素1502と実質的に同様である。種々の実施例では、該サンプル抽出器1552はランス、レーザーランス、イオントフオレチックサンプラー、ガスジェット、流体ジェット又は粒子ジェットパーフオレーター、超音波エンハーンサー(化学的エンハーンサーを伴って又は伴わずに用いられる)又は何等かの他の適当なデバイスを含んでもよい。従って、図31に示すランス1524は同様にサンプル抽出器と考えられるべきである。更に、図31に図解するサンプル要素1502に於ける様に、図35のサンプル要素1550は体液1560の精々約1μlを取り出すよう構成されると理解されるべきである。同様に、サンプル要素1550の室1534は該体液1560の約0.5μl以下を保持するよう構成される。もう1つの実施例では、該室1534は該体液1560の約1μl以下を保持するよう構成されてもよい。
FIG. 35 illustrates another embodiment of a reagentless sample element 1550 used in conjunction with or separate from the
図35で示す様に、該サンプル抽出器1552は、該全血及び/又は他の流体を該キュベット1504に取得可能にするよう、指290の様な外肢に作用する時、サンプル抽出器1552のサンプル抽出機構(例えば、レーザービーム、流体ジェット、粒子ジェット、ランス先端、電流)がそれに沿って作用する付随動作通路(associated operating path)1554を有する。前腕を含むが、それに限定されない他の外肢が、該サンプルを採取するために使われ得ることを理解されるべきである。
As shown in FIG. 35, when the
図35に示す様に、該サンプル抽出器1552はハウジング1556の1部を含むので、該供給通路1518の開口部1519と該室1534は、該ハウジング1556内への該キュベット1504の設置時、該動作通路1554の近くに位置付けられる。この配置は、該動作通路1554に沿うサンプル抽出器1552の作用により抽出される流体が、該キュベット1504を該患者の取り出しサイトへ移動させる必要無しに、該供給通路1518と該室1534へ流れ込むことを保証する。もしレーザーランス、イオントフオレチックサンプラー、ガスジェット又は流体ジェットパーフオレーターがサンプル抽出器1552として使用されるなら、それが代わりに該全血システム200内に組み込まれてもよい。
As shown in FIG. 35, the
1実施例では、患者組織内の分析物濃度を測定するために該サンプル要素1550を使う方法は、該サンプル要素1502の遠位の端部1503を該患者の身体の取り出しサイトに対して置く過程を具備する。1実施例では、該取り出しサイトは外肢290の指先端である。もう1つの実施例では、該取り出しサイトは、例により、前腕、腹腔、又は該指先端の他の手の上の何処か、の様な分析物濃度測定に好適な患者の身体上の何等かの代わりのサイト位置であってもよい。
In one embodiment, a method of using the sample element 1550 to measure an analyte concentration in patient tissue includes placing a
一旦該遠位の端部1503が適当な取り出しサイトに接触して置かれると、該サンプル抽出器1552は体液のサンプルを該取り出しサイトから流れさせるよう使われる。上述の様に、該サンプル抽出器1552の使用により抽出された体液1560は全血、血液成分、間隙性流体又は細胞間流体を含んでもよい。
Once the
該サンプル要素1550が該取り出しサイトと静止接触に保持される間、該遠位の端部1503又は該キュベット1504を動かすこと無く、該体液1560は該取り出しサイトから流れ、該サンプル供給通路1518の開口部1519に入りそして該サンプル室1534に移る。1実施例では、該室1534内への体液1560の輸送は毛細管作用で達成されるが、又該サンプル要素1550と関連して利用される特定の構造体及び/又はエンハーンサーにより、ウイッキング、又はウイッキングと毛細管作用の組み合わせで達成されてもよい。該キュベット1504(図31)に於ける様に、該キュベット1550は該体液1560の1μl以下を取り出すよう構成され、該室1534は該体液1560の精々約0.5μlを保持するよう構成される。もう1つの実施例では、該室1534は体液1560の約1μl以下を保持するよう構成される。
While the sample element 1550 is held in stationary contact with the removal site, the
一旦該体液1560が該室1534内へ取り出されると、該サンプル要素1550は該取り出しサイトから除去され、該キュベット1504は該ハウジング1556から除去される。該キュベット1504は次いで、光路243が該室1534を通過するよう、該全血システム200/400/450/1000/1100又は他の同様なシステムのどれか1つ内へ挿入される。好ましくは、該室1534は、該ウインドー1516,1516’が図32Cに示す様に、光路243に実質的に直角に配向されるよう、該光路243内に位置するのがよい。該キュベット1504が該全血システム200内に挿入される時、該室1534は該放射源220と該検出器250の間に配置される。該体液1560内の該分析物濃度は次いで、図13を参照して上記で詳細に論じられた様に、該全血システム200を使って測定される。
B.利点と他の使用法(Advantages and Other Uses)
ここに説明した該全血システムは、上記で既に論じたそれらに加えて、幾つかの利点と使用法を有する。ここで説明された全血システムは、それらが関心のある分析物を光学的に測定しているので、非常に精密である。又、該全血システムの精度は多数の血液サンプルを採取する必要無しに更に改善出来る。試薬ベースの技術では、血液サンプルはテストストリップ(test strip)上の試薬との接触にもたらされ、処方された化学反応が起こり、その反応の或る側面が観察される。該反応を演じさせる(hosts)該テストストリップは限られた量の試薬しか有せず、限られた量の血液しか収容出来ない。結果として、試薬ベースの分析技術はテストストリップ当たり1反応しか観察せず、該反応は単一測定に対応する。試薬ベースの技術の精度を改善するよう第2測定を行うためには、第2テストストリップが準備されねばならず、それは患者からの血液の第2の取り出しを要する。対照的に、ここで説明した該全血システムは入射放射に対するサンプルの応答を光学的に観察する。この観察は患者から取り出された各血液サンプルについて多数回行われ得る。
Once the
B. Advantages and Other Uses
The whole blood system described herein has several advantages and uses in addition to those already discussed above. The whole blood systems described here are very precise because they optically measure the analyte of interest. Also, the accuracy of the whole blood system can be further improved without the need to collect a large number of blood samples. In reagent-based techniques, a blood sample is brought into contact with a reagent on a test strip, a prescribed chemical reaction occurs, and certain aspects of the reaction are observed. The test strip that hosts the reaction has a limited amount of reagent and can only accommodate a limited amount of blood. As a result, reagent-based analytical techniques observe only one reaction per test strip, which corresponds to a single measurement. In order to make a second measurement to improve the accuracy of the reagent-based technique, a second test strip must be prepared, which requires a second removal of blood from the patient. In contrast, the whole blood system described herein optically observes the sample response to incident radiation. This observation can be made multiple times for each blood sample removed from the patient.
ここで論じられた該全血システムでは、分析物の光学的測定値は多数の測定について積分され得て、該分析物濃度のより精密な見積もりを可能にする。図30はx軸線上の測定時間に対するy軸線上のmg/dlでの根二乗平均誤差(RMS Error)を示す。測定時間はx軸線上で示されるが、より多い測定時間は行われたより多くの測定を表す。図30はより多くの測定が行われた時3つの異なるサンプルについて根二乗平均誤差を示す。下記サンプル、すなわち、ファントム(phantom)すなわち既知の分析物濃度を有するサンプル、ブドウ糖と水の組み合わせ、そして人のサンプル、の各々を表す線が示される。図30のグラフ上の線の各々は、より多くの測定(より多い測定時間に対応する)が行われると、向上する精度(減少する誤差)の傾向を示す。 In the whole blood system discussed herein, the optical measurements of the analyte can be integrated over a number of measurements, allowing a more accurate estimate of the analyte concentration. FIG. 30 shows the root mean square error (RMS Error) in mg / dl on the y-axis versus the measurement time on the x-axis. Measurement time is shown on the x-axis, but more measurement time represents more measurements made. FIG. 30 shows the root mean square error for three different samples when more measurements were taken. Lines representing each of the following samples are shown: a phantom, a sample with a known analyte concentration, a combination of glucose and water, and a human sample. Each line on the graph of FIG. 30 shows a trend of increasing accuracy (decreasing error) as more measurements (corresponding to more measurement times) are made.
向上する精度の提供に加えて、ここで開示された該全血システムは又より低い製造コストを有する。例えば、該全血システムに使われるサンプル要素はより低い製造コストで作り得る。試薬を要するシステムと異なり、ここで開示された該全血システムのサンプル要素は限定された貯蔵寿命制限(shelf-life limitations)を受けない。又、試薬ベースのシステムと異なり、該サンプル要素は試薬の水和を避けるよう梱包される必要がない。試薬の実働可能性(viability)を保存するよう設計された多くの他の高価な品質保証対策は必要としない。要するに、ここで開示された全血システムの部品は作り易く、試薬ベースの部品より低コストで作られ得る。 In addition to providing improved accuracy, the whole blood system disclosed herein also has a lower manufacturing cost. For example, the sample elements used in the whole blood system can be made at a lower manufacturing cost. Unlike systems that require reagents, the sample elements of the whole blood system disclosed herein are not subject to limited shelf-life limitations. Also, unlike reagent-based systems, the sample elements do not need to be packaged to avoid reagent hydration. Many other expensive quality assurance measures designed to preserve reagent viability are not required. In summary, the components of the whole blood system disclosed herein are easier to make and can be made at a lower cost than reagent-based components.
又該全血システムは、それらが比較的急激な分析物検出を行うことが出来るので、より使用に便利である。結果として、ユーザーは結果を求めるのに長時間待つことを要しない。該全血システムの精度は、更に進んだ便利さを付加するためにユーザーのニーズ又は環境向きに誂えることが出来る。1実施例では、全血システムは行われる測定の数(そしてそれらの測定値の積分)に基づいて報告される分析物濃度値の精度の運転中の見積もり(running estimate)を計算し、表示する。1実施例では、ユーザーは、その精度が充分であると結論付けた時該測定を終了することが出来る。1実施例では、該全血システムは該分析物濃度測定に対する”信頼”水準(”confidence”level)を測定し、適用することが出来る。該信頼読み値(confidence reading)はパーセンテージ、プラス又はマイナスシリーズ、又はより多くの測定が行われるにつれて増加する何等かの他の適当な測度(any other appropriate measurement)、の形であってもよい。1実施例では、該全血システムは、精度を高めるためにより多くの測定が行われるべきかを決定する、そして見積もられる必要測定時間(estimated necessary measurement time)をユーザーに自動的に知らせるよう構成される。又、上述の様に、該全血システムの精度はユーザーからのサンプルの多数の取り出し無しに改善される。 The whole blood systems are also more convenient to use because they can perform relatively rapid analyte detection. As a result, the user does not need to wait for a long time to obtain the result. The accuracy of the whole blood system can be tailored to the user's needs or environment to add further convenience. In one embodiment, the whole blood system calculates and displays a running estimate of the accuracy of the reported analyte concentration value based on the number of measurements made (and the integration of those measurements). . In one embodiment, the user can terminate the measurement when he concludes that the accuracy is sufficient. In one embodiment, the whole blood system can measure and apply a “confidence” level for the analyte concentration measurement. The confidence reading may be in the form of a percentage, a plus or minus series, or any other appropriate measurement that increases as more measurements are made. In one embodiment, the whole blood system is configured to determine if more measurements should be taken to increase accuracy and automatically inform the user of the estimated necessary measurement time. The Also, as described above, the accuracy of the whole blood system is improved without the need for multiple sample removals from the user.
上記説明のサンプル要素のコストは少なくとも試薬が使われないので安い。各使用についてユーザーのコストはサンプル抽出器を組み込むことにより或る実施例では更に減じられるが、それは別のサンプル抽出器のニーズを排除する。上記で論じられたサンプル要素のもう1つの利点は、サンプル要素内へサンプルを採取するサンプル供給通路の開口部が該サンプル抽出器により創られる傷のサイトに予め配置され得ることである。かくして、傷上にサンプル供給通路を位置付けるために該サンプル要素を動かす作用は排除される。上記説明のサンプル要素の更に進んだコスト低減はサンプルセル壁(複数を含む)の光学的校正を使うことにより達成出来る。 The cost of the sample elements described above is low because at least no reagents are used. Although the user cost for each use is further reduced in some embodiments by incorporating a sample extractor, it eliminates the need for another sample extractor. Another advantage of the sample element discussed above is that the opening of the sample supply passage for taking the sample into the sample element can be pre-positioned at the site of the wound created by the sample extractor. Thus, the action of moving the sample element to position the sample supply passage over the wound is eliminated. Further cost reduction of the sample elements described above can be achieved by using optical calibration of the sample cell wall (s).
上記説明の様に、ここで説明した全血システムにより行われる測定は、化学反応が起こる必要がないので速くなる。もしユーザー又は全血システムが該測定中より多くの積分時間(integration time)を簡単に許容するならもっと精密な結果が達成出来る。器具のコストと寸法は電子的に同調可能なフイルターを組み込むことにより下げられ得る。該全血システムは、前腕の様なより低くしか灌流されないサイト(lower perfused sites)での測定を可能にする非常に少量の血液で適切に機能する。 As described above, the measurements performed by the whole blood system described herein are faster because no chemical reaction needs to occur. More precise results can be achieved if the user or whole blood system simply allows more integration time during the measurement. The cost and size of the instrument can be reduced by incorporating an electronically tunable filter. The whole blood system works well with very small amounts of blood that allows measurements at lower perfused sites such as the forearm.
1実施例では、無試薬全血システムは自動的に動作するよう構成される。この実施例では、ここで開示した全血システムの何れか、例えば図13の全血システム200、は自動無試薬全血システム(automatic reagentless whole-blood system)として構成される。該自動システムは、患者近くの試験システム(near-patient testing system)の場合がそうである様に、患者の近くに配置され得る。この実施例では、該自動システムは、図13に関連して説明した様に、源220,光学的検出器250,サンプル抽出器280,サンプルセル254、そしてシグナルプロセサー260を有する。1実施例では、該自動試験システムはユーザー又は患者からの最小の介入だけで動作するよう構成される。例えば、1実施例では、該ユーザー又は患者はサンプルセル254を該自動試験システムに挿入し、該試験を始動するのみである。該自動試験システムはスライスを形成し、該スライスからサンプルを受け、放射を発生し、該放射を検出し、そして該患者からの何等の介入も無しに該信号を処理するよう構成される。もう1つの実施例では、該ユーザーからの介入は無い。これが達成される1つの方法は、図22に関連して上記で論じた様に、サンプル要素ハンドラーを提供することに依っており、そこではサンプル要素は該源220からの放射の光路内に自動的に進められる。もう1つの実施例では、該全血システムはユーザー又は患者の介入無しに間歇的又は連続モニタリングを提供するよう構成される。
In one embodiment, the reagentless whole blood system is configured to operate automatically. In this embodiment, any of the whole blood systems disclosed herein, such as the
当業者に依って評価される様に、従来の試薬ベースの分析物検出システムは或る容積の体液(例えば、血液)と共にある或る量の分析物(例えば、ブドウ糖)を試薬{例えば、グルコースオキシダーゼ酵素(enzyme glucose oxidase)}と反応させ、該反応により作られる電流(current){すなわち、電子流れ(electron flow)}を測定する。電子測定回路内のノイズを克服するのに充分な大きさの電流を発生することは実質的な量の考慮される分析物を要し、かくして測定出来る最小量を確立する。当業者はこの様なシステムでは、電子的ノイズレベルは一定に留まりながら、該反応により作られる電流が減少するので、減少するサンプル容積に伴って、信号対雑音比(signal to noise ratio)は低下することは認識するであろう。近代的電子回路は理論的{すなわち、量子の(quantum)}最小ノイズ限界に近づきつつある。かくして、血液の約0.5μlを要する当該技術の現状はこの技術の低容積限界を表す。 As will be appreciated by those skilled in the art, conventional reagent-based analyte detection systems can be used to transfer a volume of analyte (eg, glucose) along with a volume of body fluid (eg, blood) to a reagent {eg, glucose It is reacted with an enzyme glucose oxidase} and the current produced by the reaction {ie, electron flow} is measured. Generating a current large enough to overcome noise in the electronic measurement circuit requires a substantial amount of analyte to be considered, thus establishing a minimum amount that can be measured. Those skilled in the art will appreciate that with such a system, the signal to noise ratio decreases with decreasing sample volume, as the electronic noise level remains constant while the current produced by the reaction decreases. You will recognize it. Modern electronic circuits are approaching the theoretical {ie quantum} minimum noise limit. Thus, the current state of the art requiring about 0.5 μl of blood represents the low volume limit of this technique.
ここで開示した様に、試薬を要しないスペクトロスコープ的測定は(1)サンプル中の分析物分子による電磁エネルギーの吸収と、(2)これら分子による吸収を測定する測定システムの能力と、に依存する。測定に要するサンプルの容積は光学的部品、最も重要な面では検出器250の物理的寸法により実質的に決定される。1実施例では、該検出器250は直径が約2mmであり、かくして室1534も又直径で約2mmとなり得る。これらの寸法は約0.3μl程の小さいサンプル容積に帰着する。該検出器250の寸法は最小サンプル容積を確立するが、それは該検出器250に入射する全電磁信号が該サンプルの吸収により変調されねばならないからである。他方、放射源220の寸法は、該源220により供給される光学的ビームの強度(W/cm2)分布が該サンプル及び該検出器250の本質的に全範囲内で実質的に均一である限り、制限する要因ではない。
As disclosed herein, spectroscopic measurements that do not require reagents depend on (1) the absorption of electromagnetic energy by the analyte molecules in the sample and (2) the ability of the measurement system to measure the absorption by these molecules. To do. The sample volume required for the measurement is substantially determined by the optical components, most importantly the physical dimensions of the
より小さい1−mm直径の検出器{デーアイエイエスゲーエムベーハー(DIAS GmbH)により製造される検出器の様な}が使われるもう1つの実施例では、それに伴ってより小さいサンプル容積が収容され得る。約0.1μl以下のサンプル容積を許容する検出器寸法はデーアイエイエス(DIAS)、インフラテック(InfraTec)、エルテック(Eltec)他の様な製造者から商業的に入手可能である。無試薬、光学的/スペクトロスコープ的測定の1つの有利な特徴は、検出器寸法が減少すると、真性の検出器ノイズレベル(intrinsic detector noise level)も同様に低下することである。かくして、光学的/スペクトロスコープ的測定システムでは、サンプルの容積が減少しても信号対雑音比は比較的一定に留まる。これはより小さい検出器そして従ってより小さいサンプル容積の使用を実現し、それは上記で論じた試薬ベースのシステムにはないケースである。 In another embodiment where a smaller 1 mm diameter detector {such as a detector manufactured by DIAS GmbH) is used, a smaller sample volume is accommodated accordingly. obtain. Detector dimensions that allow sample volumes of about 0.1 μl or less are commercially available from manufacturers such as DIAS, InfraTec, Eltec, and others. One advantageous feature of reagentless, optical / spectroscopic measurements is that as detector size decreases, the intrinsic detector noise level decreases as well. Thus, in an optical / spectroscopic measurement system, the signal to noise ratio remains relatively constant as the sample volume is reduced. This achieves the use of a smaller detector and thus a smaller sample volume, which is not the case with the reagent-based systems discussed above.
Claims (189)
前記患者上の1部位からの体液の流れを引き起こすよう構成されたサンプル抽出器と、そして
前記サンプル抽出器の動作通路に近い室と、を具備しており、前記室は少なくとも1つの内面により規定されており、前記少なくとも1つの内面の全てが前記体液に対し不活性の材料を有しており、前記室は前記体液の0.5μl以下を保持するよう構成されており、
該患者が前記サンプル抽出器でランスされる時、該体液が、前記室の変位無しに、該ランスされた部位から前記室内へ流れることを特徴とする該サンプル要素。 A sample element for use in determining the concentration of an analyte in a patient's body fluid, said sample element comprising:
A sample extractor configured to cause a flow of bodily fluid from a site on the patient, and a chamber close to an operating passage of the sample extractor, the chamber being defined by at least one inner surface All of the at least one inner surface has a material that is inert to the body fluid, and the chamber is configured to hold 0.5 μl or less of the body fluid,
The sample element characterized in that when the patient is lanced with the sample extractor, the body fluid flows from the lanced site into the chamber without displacement of the chamber.
前記患者上の1部位からの体液の流れを引き起こすよう構成されたサンプル抽出器と、そして
前記サンプル抽出器の動作通路の近くの室と、を具備しており、前記室は前記体液に対し不活性であり、前記室は前記体液の0.5μl以下を保持するよう構成されており、
該患者が前記サンプル抽出器でランスされた時、該体液が、前記室の変位無しに、該ランスされた部位から前記室内へ流れることを特徴とする該サンプル要素。 A sample element for use in determining the concentration of an analyte in a patient's body fluid, said sample element comprising:
A sample extractor configured to cause fluid flow from a site on the patient, and a chamber near an operating path of the sample extractor, the chamber being incompatible with the fluid. Active and the chamber is configured to hold 0.5 μl or less of the bodily fluid;
The sample element wherein when the patient is lanced by the sample extractor, the body fluid flows from the lanced site into the chamber without displacement of the chamber.
前記患者上の1部位からの体液の流れを引き起こすよう構成されたサンプル抽出器と、そして
前記サンプル抽出器の動作通路の近くの無試薬室と、を具備しており、前記室は前記体液の0.5μl以下を保持するよう構成されており、
該患者が前記サンプル抽出器でランスされた時、該体液が、前記室の変位無しに、該ランスされた部位から前記室内へ流れることを特徴とする該サンプル要素。 A sample element for use in determining the concentration of an analyte in a patient's body fluid, said sample element comprising:
A sample extractor configured to cause a flow of bodily fluid from a site on the patient, and a reagent-free chamber near an operating passage of the sample extractor, the chamber being in the body fluid Configured to hold 0.5 μl or less,
The sample element wherein when the patient is lanced by the sample extractor, the body fluid flows from the lanced site into the chamber without displacement of the chamber.
前記患者上の1部位からの体液の流れを引き起こすよう構成されたサンプル抽出器と、そして
前記サンプル抽出器の動作通路の近くの室と、を具備しており、前記室は少なくとも1つの内面により規定されており、前記少なくとも1つの内面の全ては前記体液に対し不活性である材料を有し、前記室は前記体液の1μl以下を保持するよう構成されており、
該患者が前記サンプル抽出器でランスされた時、該体液は、前記室の変位無しに、該ランスされた部位から前記室内へ流れることを特徴とする該サンプル要素。 A sample element for use in determining the concentration of an analyte in a patient's body fluid, said sample element comprising:
A sample extractor configured to cause fluid flow from a site on the patient; and a chamber near an operating passage of the sample extractor, the chamber being defined by at least one inner surface. All of the at least one inner surface comprises a material that is inert to the bodily fluid, and the chamber is configured to hold no more than 1 μl of the bodily fluid;
The sample element characterized in that when the patient is lanced by the sample extractor, the body fluid flows from the lanced site into the chamber without displacement of the chamber.
前記患者上の1部位からの体液の流れを引き起こすよう構成されたサンプル抽出器と、そして
前記サンプル抽出器の動作通路の近くの室と、を具備しており、前記室は前記体液に対し不活性であり、前記室は前記体液の1μl以下を保持するよう構成されており、
該患者が前記サンプル抽出器でランスされた時、該体液は、前記室の変位無しに、該ランスされた部位から前記室内へ流れることを特徴とする該サンプル要素。 A sample element for use in determining the concentration of an analyte in a patient's body fluid, said sample element comprising:
A sample extractor configured to cause fluid flow from a site on the patient, and a chamber near an operating path of the sample extractor, the chamber being incompatible with the fluid. Active and the chamber is configured to hold 1 μl or less of the bodily fluid;
The sample element characterized in that when the patient is lanced by the sample extractor, the body fluid flows from the lanced site into the chamber without displacement of the chamber.
前記患者上の1部位からの体液の流れを引き起こすよう構成されたサンプル抽出器と、そして
前記サンプル抽出器の動作通路の近くの無試薬室と、を具備しており、前記室は前記体液の1μl以下を保持するよう構成されており、
該患者が前記サンプル抽出器でランスされた時、該体液が前記室の変位無しに該ランスされた部位から前記室内へ流れることを特徴とする該サンプル要素。 A sample element for use in determining the concentration of an analyte in a patient's body fluid, said sample element comprising:
A sample extractor configured to cause a flow of bodily fluid from a site on the patient, and a reagent-free chamber near an operating passage of the sample extractor, the chamber being in the body fluid Configured to hold 1 μl or less,
The sample element characterized in that when the patient is lanced by the sample extractor, the bodily fluid flows from the lanced site into the chamber without displacement of the chamber.
全容積で約0.5μlより少ない容積を有する体液のサンプルを集める過程と、
前記サンプルを流れない仕方で保持する過程と、そして
試薬の使用無しに、前記濃度を決定するために光学的透過スペクトロスコープ技術を使用する過程と、を具備することを特徴とする該方法。 A method for determining the concentration of an analyte in a body fluid, the method comprising:
Collecting a sample of bodily fluid having a total volume of less than about 0.5 μl;
Holding the sample in a non-flowing manner and using an optical transmission spectroscopic technique to determine the concentration without the use of reagents.
約0.5μl以下の体液のサンプルを集める過程と、
前記サンプルの少なくとも1部分でサンプル要素の室を充たす過程と、
前記室内の前記サンプルを流れない仕方で保持する過程と、そして
無試薬の技術で前記サンプル内の前記分析物の前記濃度を決定する過程と、を具備することを特徴とする該方法。 A method for determining the concentration of an analyte in a body fluid, the method comprising:
Collecting a sample of body fluid of about 0.5 μl or less;
Filling a chamber of sample elements with at least a portion of the sample;
Holding the sample in the chamber in a non-flowing manner, and determining the concentration of the analyte in the sample with a reagentless technique.
患者からの前記体液の助けられない流れを創る過程と、
前記体液の約0.5μl以下を含むサンプルをサンプル要素の室内に、前記サンプルの少なくとも幾らかが前記サンプル要素のウインドーに隣接するよう、輸送する過程と、
前記サンプルを前記サンプル要素の前記室内に、流れない仕方で保持する過程と、そして
前記サンプルを試薬と反応させずに、前記サンプル要素内に輸送された前記サンプルから、前記体液内の前記分析物の前記濃度を決定する過程と、を具備することを特徴とする該方法。 A method for determining the concentration of an analyte in a body fluid, the method comprising:
Creating an unhelpful flow of the body fluid from the patient;
Transporting a sample containing no more than about 0.5 μl of the bodily fluid into the chamber of the sample element such that at least some of the sample is adjacent to the window of the sample element;
Holding the sample in the chamber of the sample element in a non-flowing manner; and from the sample transported into the sample element without reacting the sample with a reagent, the analyte in the body fluid And determining the concentration of the method.
室の近くに動作通路を有するサンプル抽出器を使って前記動物上の1部位からの体液の流れを引き起こす過程を具備しており、前記室は少なくとも1つの内面により規定されており、前記少なくとも1つの内面の全てが前記体液に対し不活性である材料を有しており、そして前記方法は又、
前記室の変位無しに前記体液の少なくとも1部分を前記室内に集める過程を具備しており、前記室は前記体液の精々0.5μlを保持するよう構成されていることを特徴とする前記方法。 A method for determining the concentration of an analyte in an animal body fluid, the method comprising:
Using a sample extractor having a working channel near the chamber to cause a flow of bodily fluid from a site on the animal, the chamber being defined by at least one inner surface, wherein the at least one All of the inner surfaces have a material that is inert to the body fluid, and the method also includes
Collecting said at least a portion of said bodily fluid in said chamber without displacement of said chamber, said chamber being configured to hold at most 0.5 μl of said bodily fluid.
合計容積で約1μlより少ない容積を有する体液のサンプルを集める過程と、
前記サンプルを流れない仕方で保持する過程と、そして
試薬の使用無しで、前記濃度を決定するために光学的透過スペクトロスコープ技術を使用する過程と、を具備することを特徴とする該方法。 A method for determining the concentration of an analyte in a body fluid, the method comprising:
Collecting a sample of bodily fluid having a total volume less than about 1 μl;
Holding the sample in a non-flowing manner, and using an optical transmission spectroscopic technique to determine the concentration without the use of reagents.
約1μl以下の容積の体液のサンプルを集める過程と、
サンプル要素の室を前記サンプルの少なくとも1部分で充たす過程と、
前記室内の前記サンプルを流れない仕方で保持する過程と、そして
無試薬技術を使って前記サンプル内の前記分析物の前記濃度を決定する過程と、を具備することを特徴とする該方法。 A method for determining the concentration of an analyte in a body fluid, the method comprising:
Collecting a sample of bodily fluid having a volume of about 1 μl or less;
Filling a chamber of sample elements with at least a portion of the sample;
Holding the sample in the chamber in a non-flowing manner, and determining the concentration of the analyte in the sample using reagentless techniques.
患者からの前記体液の助けられない流れを創る過程と、
前記体液の約1μl以下の容積を含むサンプルをサンプル要素の室内に、前記サンプルの少なくとも幾らかが前記サンプル要素のウインドーに隣接するよう、輸送する過程と、
前記サンプルを流れない仕方で前記サンプル要素の前記室内に保持する過程と、そして
前記サンプルを試薬と反応させずに、前記サンプル要素内に輸送された前記サンプルから前記体液内の前記分析物の前記濃度を決定する過程と、を具備することを特徴とする該方法。 A method for determining the concentration of an analyte in a body fluid, the method comprising:
Creating an unhelpful flow of the body fluid from the patient;
Transporting a sample containing a volume of about 1 μl or less of the bodily fluid into the chamber of the sample element such that at least some of the sample is adjacent the window of the sample element;
Holding the sample in the chamber of the sample element in a manner that does not flow, and the sample of the analyte in the body fluid from the sample transported into the sample element without reacting the sample with a reagent. Determining the concentration. The method comprising:
室の近くに動作通路を有するサンプル抽出器を使って、前記動物上の1部位からの体液の流れを引き起こす過程を具備しており、前記室は少なくとも1つの内面により規定されており、前記少なくとも1つの内面の全ては前記体液に対し不活性の材料を有しており、そして前記方法は又、
前記室の変位無しに前記体液の少なくとも1部を前記室内に集める過程を具備しており、前記室は前記体液の精々1μlを保持するよう構成されていることを特徴とする該方法。 A method for determining the concentration of an analyte in an animal body fluid, the method comprising:
Using a sample extractor having an operating passage near the chamber to cause a flow of bodily fluid from a site on the animal, the chamber being defined by at least one inner surface, All of one inner surface has a material that is inert to the body fluid, and the method also includes
The method comprising collecting at least a portion of the bodily fluid in the chamber without displacement of the chamber, wherein the chamber is configured to hold at most 1 μl of the bodily fluid.
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