JP2006525084A - 非侵襲的分析物測定のための方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、被験体の組織中の分析物濃度のレベルを検出するための非侵襲的な-方法および器具に関する。被験体の身体から発せられる中赤外照射のスペクトルが、照射する組織内の種々の化合物の濃度に対応して改変される。本発明の１つの局面では、器具（２００）は、患者の眼（１００）のような被験体の身体表面を、中赤外線範囲（１５０）にある照射を注ぎ、そして上記器具（２００）に反射して戻る中赤外線照射に基づき、分析物濃度を測定する。

Description

（発明の分野）
本発明は、被験体の組織中のグルコースのような広範な範囲の分析物の存在を検出またその濃度を測定するための光学的な非侵襲的方法および器具に関する。この被験体の身体から発せられる中赤外線照射のスペクトルは、この被験体組織内の分析物の存在、不在または濃度に対応して改変される。本発明の１つの局面では、この器具は、皮膚または眼、口、耳または鼻のような任意の開口部、穿孔管または腔のような患者の身体の表面に、中赤外線範囲にある光を注ぎ、そしてこの器具に反射されて戻る上記分析物に特有の中赤外線照射識別特性に基づき、分析物の存在、不在または濃度を決定する。本発明の別の局面では、器具は、患者身体の表面からの中赤外線照射のレベルを測定し、これには、制限されないで、皮膚または眼、口、耳または鼻のような任意の開口部、穿孔管または腔のような患者の身体の表面から発せられる中赤外線照射が含まれ、そして、上記分析物に特有の中赤外線照射識別特性に基づき、分析物の存在、不在または濃度を決定する。好ましい実施形態では、本発明は、被験体の結膜中の、グルコースのような広範な範囲の分析物の存在またはその濃度を測定するための非侵襲的方法に関する。患者の結膜から発せられるか、または反射される中赤外線照射のスペクトルは、この被験体の結膜内の分析物の存在、不在または濃度に対応して改変される。本発明の１つの局面では、上記患者の眼の結膜は、光学的信号を検出し得る器具によって検出される上記分析物の特有のスペクトル特徴に基づき、分析物の存在、不在または濃度を決定するための光学的信号の供給源として利用される。本発明の、結膜または任意のその他の身体部分に対する上記器具によってなされる測定は、この器具の患者身体の表面との直接接触を必要としない。

（発明の背景）
糖尿病は、世界的な健康管理システムに直面する最も重篤かつ治療されている疾患の１つであるままである。糖尿病は、身体が血流中のグルコースの通常レベルを維持できない慢性疾患である。今日では、合衆国で、疾患からの死亡の今や第５番目の主要な原因であり、そして全体の健康管理予算の約１５％の割合を占めている。糖尿病を持つ人々は、２つのグループ：１型（形式的に、生命を維持するためにインシュリンをとることが必要である「若年型」または「インシュリン依存性」糖尿病として知られる）および２型（形式的に、インシュリンを必要とし得るが、しばしば、ダイエットおよび経口血糖降下薬剤によって処置され得る「成人型」または「非インシュリン依存性」として知られる）に分類される。両方の場合において、専用および定期的な血中グルコース測定なくして、すべての患者は、心臓血管疾患、腎臓疾患、失明、手足の切断および早死を含む糖尿病の合併症の可能性に直面している。

合衆国における糖尿病の事例の数は、過去１０年間に４０％急増した。この高い速度の増加は、遺伝的原因、ならびに肥満および乏しいダイエットを含む、長期間の傾向であるように見えるライフスタイルの組み合わせに起因すると考えられている。米国糖尿病協会（ＡＤＡ）およびその他は、約１７００万人の米国人、および全世界で１億５０００万人を超える人々が糖尿病を有すことを推定し、そしてこれら人々の４０％までが現在未診断であると推定されている。米国糖尿病協会、「Ｆａｃｔｓ ＆ Ｆｉｇｕｒｅｓ．」。

糖尿病は、この疾患の合併症の発症を遅延するために「制御」されなければならない。従って、糖尿病をもつ人々は、かれらのグルコースレベルを正常範囲内（８０〜１３０ｍｇ／ｄＬ）で維持するための試みで、一日あたり数回かれらの血中グルコースレベルを測定することが必須である。これらのグルコース測定は、グルコースレベルを標的限界内にするために必要なインシュリンの量または代替処置を決定するために用いられる。血中グルコースの自己モニタリング（ＳＭＢＧ）は、患者の寿命の残りの間、一日あたり複数回繰り返される継続プロセスである。

現在市販されるすべてのＦＤＡ認可侵襲的または「より少ない侵襲的」（血液は腕からまたはその他指先部位からとられる）グルコースモニタリング製品は、血中グルコースの定量的測定を行うために血液の採取を必要とする。継続する測定要求および頻繁測定要求（１日あたり１〜恐らくは１０回）は、すべての糖尿病患者に、痛み、皮膚外傷、不自由、および感染リスクを提示し、適切なインシュリン用量またはその他の治療を選択するために必要な重要な測定を頻繁に実施することを一般に不承不承にする。

これらの現在の製品の欠点は、患者応諾の乏しい率に至る。１型糖尿病患者の中では、３９％が、かれらの血中グルコースを１日１回未満しか測定せず、そして２１％は、かれらのグルコースをまったくモニターしない。インシュリンを摂取する２型糖尿病患者の中では、わずか２６％が１日あたり少なくとも１回モニターし、そして４７％がまったくモニターしていない。７５％を超えるインシュリン非摂取２型糖尿病患者、かれらのグルコースレベルを決してモニターしない。Ｒｏｐｅｒ Ｓｔａｒｃｈ Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｓｕｒｖｅｙ。調査された１，１８６の糖尿病患者のうち、９１％が、非侵襲的グルコースモニターに興味を示した［ｗｗｗ．ｃｈｉｌｄｒｅｎｗｉｔｈｄｉａｂｅｔｅｓ．ｃｏｍ］。従って、非侵襲的グルコースセンサーに対する途方もない興味および臨床的必要性の両方が存在する。

本発明の好ましい実施形態は、侵襲的測定、および光学的非侵襲的器具をともなうグルコース試験細片の使用を含む、現在用いられているグルコース測定方法、デバイスおよび器具を置き換えることを求める。

種々の方法が、指または耳たぶのような皮膚試験部位を用いる非侵襲的グルコース検知に関する開発されている。これらの方法は、主に、近赤外線照射スペクトルにある光のみを生成および測定することにより血中グルコース濃度を測定する器具を主に採用する。例えば、米国特許第４，８８２，４９２号（’４９２特許）は、ヒトの皮膚表面上の試験されるべきサンプルを通る近赤外線照射を伝達する器具に関する。この’４９２特許では、このサンプルを通過する近赤外線照射は、２つのビームに分割され、ここで、１つのビームは、負相関フィルターを通るようにされ、そして第２のビームは、中立密度フィルターを通る。この２つの光ビームのこれらフィルターを通って測定される差別的光強度は、この’４９２特許によればグルコース濃度に比例する。

米国特許第５，０８６，２２９号（’２２９特許）は、約６００〜約１１００ナノメーターのスペクトル内の近赤外線照射を生成する器具に関する。この’２２９特許によれば、人は、この生成された近赤外線照射供給源と、検出器との間にかれらの指を置き、これは、検出された近赤外線照射に基づき、血中グルコース濃度を関連付ける。同様に、米国特許第５，３２１，２６５号（’２６５特許）もまた、近赤外線照射および試験部位としての指先の両方を用いて血中グルコースレベルを測定する。この’２６５特許に開示される検出器は、シリコン光セルおよび広帯域パスフィルターをさらに備える。

米国特許第５，３６１，７５８号（’７５８特許）は、ヒトの指または耳たぶを透過するか、またはそれから反射されるかのいずれかである近赤外線照射を測定する器具に関する。この’７５８特許では、上記透過または反射された光は、回折格子またはプリズムによって分離され、そしてこの近赤外線照射は検出され、そして血中グルコース濃度と関連付けられる。この’７５８特許の器具はまた、さらなるタイミングおよび制御プログラムを備え、ここで、このデバイスは心拍の間に特異的に測定を行い、そしてまた、温度に対して調節し得る。

米国特許第５，９１０，１０９号（’１０９特許）はまた、近赤外線照射および試験部位として耳たぶを用いる、血中グルコース濃度を測定するための器具に関する。この’１０９特許の器具は、非常に特異的な近赤外線発光スペクトルの４つの光源、およびこの光源の波長に対応する特異的近赤外線検出スペクトルを有する４つの検出器を備える。この４つの別個の検出器によって検出される信号は平均され、そしてこれらの平均が分析されて、この’１０９特許に従って血中グルコース濃度を決定する。

近赤外線照射が皮膚試験部位を透過するか、またはそれから反射される、近赤外線照射を用い、そしてインビボでグルコースを測定するためにモニターされる技法は、不正確であることが知られている。目的のグルコース濃度は、血液、または組織液中にあり、皮膚の表面上にない。従って、これらの方法は、皮膚の上層の下にある層中に貫通しなければならない。皮膚中には、この近赤外線グルコースレベルを妨害し得る多くの物質がある。さらに、ヒトの皮膚には、個体間および所定の個体内の両方で広範な変動がある。さらに、グルコースは、単に、近赤外線照射スペクトル中に満足に識別し得る「フィンガープリント」を欠いている。近赤外線照射は、グルコースによって十分に吸収されず、そして皮膚中で見出される組織妨害のレベルのため、この技法は、血中グルコース濃度の正確な測定のためには実質的により所望されない。

米国特許第６，３６２，１４４号（’１４４特許）は、試験部位として指先を用いることを開示する。しかし、これに記載される器具は、減衰される総反射（ＡＴＲ）赤外線分光光度法を用いる。この’１４４特許によれば、選択された皮膚表面、好ましくは、指が、接触の圧力を理想的に維持しながら、ＡＴＲプレートと接触される。皮膚は、次いで、中赤外線ビームで照射され、ここで、この赤外線照射が検出され、そして定量化されて血中グルコースレベルを測定する。しかし、この技法は、測定が行われる皮膚組織の表面が、目的の波長領域で非常に密であるか、または、眼、鼻、口、またはその他の開口部、腔または穿孔管のような、ＡＴＲプレートと直接接触することが容易でない場合、理想的でない。

上皮組織中の末梢毛細血管の最小深さは、代表的には、約４０ミクロンである。ここで再び、所望のグルコース特異的信号を妨害し得る、皮膚中に存在する物理的特徴および多数の物質が存在する。実験室では有用であるが、上記で述べた近赤外線透過方法、およびＡＴＲ方法の両方は実際的でないか、または患者中の血中グルコース濃度をモニターする際の使用のためには適切ではないかも知れない。

試験部位として眼を用いる非侵襲的グルコース検知に関する方法がまた開発されている。例えば、米国特許第３，９５８，５６０号（’５６０特許）および同第４，０１４，３２１号（’３２１特許）の両者では、偏光の光学的回転を利用するデバイスが記載されている。上記’５６０特許および’３２１特許では、光源および光検出器がコンタクトレンズ中に取り込まれ、これが、眼の表面上に配置され、それによって、眼が、各供給源が角膜または眼房水の一方の側で異なる吸収スペクトルで伝達する、偏光照射の２つの供給源を用いて走査される。この角膜を通過する照射の光学的回転は、上記’５６０特許および’３２１特許によれば、角膜中のグルコース濃度と相関する。この方法は、血液の引抜きが必要でないので、「非侵襲的」と呼ばれ得る一方で、それは、なお、使用者の顕著な不快または歪んだ視野を引き起こし得る。なぜなら、センサーを眼の上に直接配置する必要があるからである。

米国特許第５，００９，２３０号（’２３０特許）は、９４０〜１０００ｎｍの範囲内の近赤外線照射の偏光ビームを用いる。この’２３０特許では、偏光ビーム上の眼の血流中に存在するグルコースによる与えられる回転の量が測定されて、グルコース濃度を決定する。ここで、再び、正確さは制限される。なぜなら、グルコースが、単に、この近赤外線照射スペクトルでは、十分に識別可能な「フィンガープリント」を欠いているからである。

米国特許第５，２０９，２３１号（’２３１特許）、および国際公開番号ＷＯ９２／０７５１１（’５１１出願）の両者は、最初ビームスプリッターにより参照ビームと検出器ビームに分割され、そして次いで、好ましくは眼の眼房水である標本を透過する偏光の使用を同様に記載している。透過された参照ビームと検出器ビームとの間で比較される相シフトの量は、これら’２３１特許および’５１１出願でグルコース濃度を決定するために関連付けられる。米国特許第５，５３５，７４３号（’７４３特許）は、眼の眼房水に対して虹彩の表面によって提供される拡散性に反射される光を測定する。この’７４３特許によれば、この光学的吸収の測定は可能であるが、眼房水を通る光学的回転の測定は、可能ではない。しかし、この’７４３特許では、拡散性に反射される光の強度は、血中グルコース濃度を含む、眼芽水の光学的性質に関する有用な情報を得るために分析され得る。

米国特許第５，６８７，７２１号（’７２１特許）はまた、測定偏光ビームおよび参照偏光ビームの両方を生成すること、およびこれらビームを比較して血中グルコース濃度に起因する回転の角度を決定することにより血中グルコース濃度を測定する方法を開示する。しかし、開示される好ましい試験部位は、この’７２１特許によれば、指またはその他の適切な付属器である。この’７２１特許は、光源として、単色レーザーおよび／または半導体の使用をさらに開示および必要とする。

米国特許第５，７８８，６３２号（’６３２特許）は、第１の偏光器および第１のリターダを通って光の第１のビームを透過すること、次いで、この光を測定されるべきサンプルを通るようにすること、この光を第２の偏光器またはリターダを通って透過すること、および最後に、この光を第２の検出器から検出することによる、血中グルコース濃度を決定するための非侵襲的器具を開示する。測定された偏光の回転は、この’６３２特許により、測定されたサンプルの血中グルコース濃度に関連付けられる。

米国特許第５，４３３，１９７号（’１９７特許）は、眼を、エネルギーが眼の前方チャンバーちゅう眼房水を通過し、そして次いで虹彩から反射されるような様式で照射する広帯域の近赤外線照射を用いて血中グルコース濃度を決定するための非侵襲的器具を開示している。次いで、この反射されたエネルギーは、眼房水および角膜を通って戻り、そしてスペクトル分析のために収集される。この’１９７特許によれば、反射されたエネルギーの電気信号の代表が、一変量および／または多変量信号処理技法によって分析され、グルコース決定における任意の誤りを矯正する。ここで、再び、’１９７特許中の器具の正確度は、グルコースが単にこの近赤外線照射スペクトルでは十分に識別可能な「フィンガープリント」を欠くために制限される。

試験部位としてヒトの身体、そして特に、鼓膜を用いて、血中グルコース濃度を測定するために天然に発せられる照射を用いる器具および方法が開示されている。米国特許第４，７９０，３２４号；同第４，７９７，８４０号；同第４，９３２，７８９号；同第５，０２４，５３３号；同第５，１６７，２３５号；同第５，１６９，２３５号；および同第５，１７８，４６４号は、鼓膜非接触検温計のための種々の設計、安定化技法および較正技法を記載している。さらに、米国特許第５，６６６，９５６号（’９５６特許）は、鼓膜から電磁照射を測定し、そして照射強度、スペクトル分布、および黒体温度を測定することによりＰｌａｎｋの法則を用いて単色の放射率を算出する器具を開示する。この’９５６特許によれば、得られる単色の放射率は、測定される部位のスペクトル特徴、すなわち、鼓膜から測定された血中グルコース濃度に依存して変動し得る。しかし、この’９５６特許は、身体の皮膚表面を、その単色の放射率に対して黒体よりもむしろ「灰白体」と等しくする。従って、この’９５６特許によれば、天然の黒体が発する照射を利用するこのような皮膚表面を基礎にした方法の正確さは、上記鼓膜から発せられる天然の黒体照射を利用する表面下分析の方法と比較したとき、分析物測定には有用ではない。

ヒト身体は、その表面から赤外線照射を天然に発し、そのスペクトルまたは照射識別特性は、身体組織中の分析物の存在、不在またはその濃度によって改変される。眼は、この赤外線照射を検出するための試験部位として特に良好に適合している。例えば、グルコースのような特定の分析物は、眼と血液との間のグルコース濃度変化で最小の時間遅延を示し、そして眼は、ほとんど妨害のない身体表面を提供する。Ｃａｍｅｒｏｎら、（３）２ ＤＩＡＢＥＴＥＳ ＴＥＣＨＮＯＬ．ＴＨＥＲ．、２０２〜２０７（２００１）。従って、非侵襲的分析物モニタリングの分野では、血中グルコース濃度、およびこのタイプの血液分析物測定を必要とする被験体におけるその他の所望の分析物の濃度のような、分析物濃度を正確に測定するための適切な器具、およびそれを使用する方法に対するまだ対処されていない必要性が存在している。

（発明の要旨）
本発明は、身体表面に赤外線照射を注ぐこと、および反射されるこの赤外線照射を測定することによるか、またはこの患者の天然の黒体照射を用いること、および上記分析物濃度を決定するために発せられた照射を分析することのいずれかにより、被験体の組織中の分析物の存在、または分析物濃度のレベルを検出するための非侵襲的方法および器具に関する。本発明の器具および方法は、分析物測定をなすために、患者の身体の表面との器具の直接接触を必要としない。このような測定のために特に良好に適している身体表面は、結膜である。この結膜は、角膜を除き、眼の剥き出た表面を覆う。結膜は、眼の白い部分の上に横たわり、そしてまた瞼の内側を裏打ちする透明な薄い組織の層である。この結膜は、瞼および眼球の湿気を維持するのを支援し、そして眼のために重要なその他の機能を有する。結膜は、高度に血管形成され、そしてこの結膜内に含まれる組織液は、グルコースを含む血液または組織分析物の非侵襲的測定のための優れた部位を提供することが見出された。本発明の非侵襲的方法は、制限されないで、電磁照射および任意のその他の光学的信号測定を含む。

好ましい実施形態では、実際に測定されるか、または検出される上記分析物は、中赤外線範囲で照射識別特性を有する任意の化合物または物質であり得る。特定の分析物の存在、不在または濃度を直接測定することに加え、本発明の方法および器具はまた、制限されないで、分析物の任意の代謝産物または分解産物、または目的の分析物によって影響される上流または下流経路成分または産物を含む、目的の別の分析物のための代理マーカーを提示するか、または目的の別の分析物の存在、不在、または濃度と相関関係を有する任意の化合物または物質の存在、不在または濃度を検出するために用いられ得る。この状況では、実際に測定される分析物は、目的の別の分析物の代理マーカーである。本発明の方法および器具はまた、患者と接触された、または患者によって発散された空気中の分析物の存在、不在または濃度を検出するために利用され得る。このような空気中の分析物はまた、例えば、制限されないで、ケトン、βヒドロキシ酪酸、またはアルコールを含む任意の揮発性化合物または揮発性物質であり得る。

本発明の別の実施形態は、被験体の組織中の分析物濃度を測定するための方法に関し、この方法は、患者の眼を中赤外線照射に曝す工程、反射される該中赤外線照射スペクトルを決定する工程、およびこの組織中の分析物濃度を決定する工程を包含し得る。この実施形態では、試験される被験体は哺乳類動物であり得、そして好ましくは、この被験体はヒトである。さらに、測定される分析物濃度は、検出可能な照射識別特性を有する任意の分析物であり得る。１つの実施形態では、測定される分析物濃度は、グルコース濃度である。別の実施形態では、この分析物濃度は、被験体の身体の広範な種類の組織について測定され得る。

別の実施形態では、本発明は、被験体の身体の表面から中赤外線照射のレベルを測定し、そしてこの分析物の特有の中赤外線照射識別特性に基づき特定の分析物の濃度を決定する器具に関する。この実施形態における器具は、必要に応じて、中赤外線照射を生成し得る光源、および中赤外線照射検出器をさらに備え得る。別の実施形態では、この器具はまた、マイクロプロセッサーおよびディスプレイを備え得る。１つの実施形態では、この器具は、制限されないで、広帯域の光または狭周波数帯の光を発するダイオード、ネルンスト燈、ニクロム線、およびグローバーランプを含む任意の適切な中赤外線光源であり得る。別の実施形態では、上記器具はまた、制限されないで、吸収フィルター、干渉フィルター、モノクロメーター、直線状可変フィルター、環状可変フィルター、およびプリズムを含む任意の適切なタイプのフィルターをさらに備え得る波長セレクターを備え得る。別の実施形態では、上記器具はまた、制限されないで、熱電対、サーミスタ、ミクロボロメーター、および液体窒素冷却ＭＴＣを含む任意の適切なタイプであり得る中赤外線光検出器を備え得る。

別の実施形態では、本発明は、被験体の身体の表面に中赤外線範囲にある光を含む光を注ぎ、そしてこの器具に反射して戻る分析物の中赤外線識別特性に基づき分析物濃度を測定する器具に関する。この実施形態では、この器具は、約２．５ミクロン〜約２５．０ミクロンの範囲の波長を有する中赤外線照射を生成し得る光源、約８．０ミクロン〜約１１．０ミクロンの範囲にある波長を有する中赤外線照射を検出し得る中赤外線照射検出器をさらに備え、そして必要に応じてマイクロプロセッサー、およびディスプレイを備える。１つの実施形態では、この器具は、制限されないで、広帯域の光または狭周波数帯の光を発するダイオード、ネルンスト燈、ニクロム線、およびグローバーランプを含む任意の適切な中赤外線光源であり得る光源をさらに備える。さらに、この実施形態の器具は、必要に応じて、それ自身が、制限されないで、吸収フィルター、干渉フィルター、モノクロメーター、直線状可変フィルター、環状可変フィルター、およびプリズムを含む適切な波長フィルターをさらに備え得るセレクターをさらに備え得る。１つの実施形態では、上記器具はまた、制限されないで、熱電対、サーミスタ、ミクロボロメーター、および液体窒素冷却ＭＴＣを含む適切な中赤外線光検出器を備え得る。

本発明の別の実施形態では、上記器具は、制限されないで、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、および電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）を含む英数ディスプレイのようなディスプレイを備え得る。本発明の別の実施形態では、この器具は、記録された音響クリップ、スピーチ合成器および音声エミュレーションアルゴリズムを含む音響供給源を備え得る音響ディスプレイを備え、上記分析物濃度を聞こえるように報告する。

別の実施形態では、本発明の器具は、マイクロプロセッサーおよびこのマイクロプロセッサーに作動可能に接続されるメモリーを備える。この実施形態の器具はまた、この器具からコンピューターシステムにデータを伝達するよう適合された通信インターフェースをさらに備え得る。この実施形態では、選択された通信インターフェースは、制限されないで、シリアル、パラレル、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）、ファイアーワイヤ、イーサーネット、光ファイバー、同軸ケーブル、およびねじれペアケーブルを含む任意の適切なインターフェースであり得る。

別の実施形態では、本発明は、測定された分析物濃度をダウンロードおよび記憶するためのコンピューターシステムに関する。この実施形態は、さらに、コンピュータープロセッサー、このコンピュータープロセッサーに作動可能に連結されたメモリー、このコンピュータープロセッサー内でデータを受信かつ送信するように適合された通信インターフェース、およびこのコンピュータープロセッサー内で履行される、上記メモリー中に記憶されたコンピュータープログラムを備え得る。この実施形態のコンピュータープロセッサーは、データベースをさらに備え、ここで、このプロセッサーによって受容されたデータは、データベースとしてメモリー上に記憶され得、そして所定のフィールド中に記憶され、そしてこのデータベースは、ダウンロードされた分析物濃度のグラフの提示であり得る。この実施形態のグラフの提示は、制限されないで、カラム、ライン、バー、パイ、ＸＹスキャナー、領域、レーダー、および表面提示を含み得る。

別の実施形態では、本発明は、分析物濃度についてのデータを遠隔のコンピュータープロセッサーまたは使用者に伝達するようにさらに適合されているコンピューターインターフェースに関する。この実施形態では、遠隔の使用者は、医師、研究所、専門家、看護婦、ホスピスサービスプロバイダー、保険業者、およびヘルスケアプロバイダーであり得る。

さらなる実施形態では、本発明は、被験体の分析物濃度をダウンロードおよび記憶するための方法またはシステムに関し、これは、通信インターフェースを有する非侵襲的器具を用いて分析物を測定する工程、この非侵襲的器具を、上記通信インターフェースを通じて、コンピュータープロセッサー、このコンピュータープロセッサーで履行するコンピュータープログラム、および類似の通信インターフェースを有するコンピューターシステムに接続する工程、およびこの非侵襲的器具から測定された分析物濃度を上記コンピューターシステムにダウンロードする工程を包含し得る。この実施形態の通信インターフェースは、上記器具からコンピューターシステムにデータを伝達するよう適合された通信インターフェースをさらに備える。この実施形態では、この通信インターフェースは、例えば、シリアル、パラレル、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ファイアーワイヤ、イーサーネット、光ファイバー、同軸ケーブル、およびねじれペアケーブルを含み得る。

本発明のその他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明から明らかになる。この詳細な説明および特定の実施例は、本発明の特定の実施形態を示しているが、例示のみによって提供される。従って、本発明はまた、この詳細な説明から当業者に明らかとなり得る本発明の思想および範囲内の種々の変更および改変を含む。

（発明の詳細な説明）
本発明は、本明細書中に記載の特定の方法、プロトコール、器具、およびシステムなどに、これらは変動し得るので制限されないことが理解されるべきである。本明細書中で用いられる用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のために用いられ、そして本発明の範囲を制限することは意図されないこともまた理解されるべきである。本明細書中および添付の請求項中で用いられるとき、単数形態「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明瞭に指示しなければ、複数の参照を含むことを注記しなければならない。従って、例えば、「中赤外線フィルター」への参照は、１つ以上のフィルターへの参照であり、そして当業者に公知のその透過物などを含む。

他であることが規定されなければ、本明細書中で用いられるすべての技術的および科学的用語は、本発明が属する分野の当業者の１人によって共通に理解されるのと同じ意味を有する。好ましい方法、デバイス、および材料が記載されるが、本明細書に記載のものと類似また等価である任意の方法および材料が、本発明の実施または試験で用いられ得る。

（定義）
分析物：本明細書で用いられとき、測定されるべき任意の特定の物質を記載する。分析物はまた、赤外線照射識別特性を示す、被験体の組織中の、または被験体と接触したか、もしくは被験体により発散された空気中に存在する任意の物質を含み得る。分析物の例は、制限されないで、代謝化合物または物質、グルコースを含む糖のような炭水化物，タンパク質、ペプチド、またはアミノ酸、脂質または脂肪酸、トリグリセリド、多糖、エタノールを含むアルコール、トキシン、ホルモン、ビタミン、細菌関連物質、真菌関連物質、ウイルス関連物質、寄生虫関連物質、薬学的または非薬学的化合物、物質、プロドラッグまたは薬物、および任意の前駆体、代謝物、先行するものの任意の分解産物または代理マーカーを含む。分析物はまた、被験体の身体に対し異物であるか、またはその中に通常存在しない任意の物質を含み得る。

結膜：本明細書中で用いられるとき、眼の剥き出た表面および瞼の内表面を覆う膜組織を記載する。

遠赤外線照射：本明細書中で用いられるとき、任意の供給源が生成されるか、または天然に発せられるかいずれかの約５０．００〜約１０００．００ミクロンの波長を有する任意の照射をいう。

注ぐこと：本明細書中で用いられるとき、表面への相対的に広く拡散されるか、または広がる光の光線を広く付与することをいう。

集中される：本明細書で用いられるとき、特定の所定の点の上に集められる大部分が平行の光の光線を意味する。

赤外線照射：本明細書で用いられるとき、任意の供給源から生成されるか、または天然に発せられるかいずれかの、約０．７８〜約１０００．００ミクロンの波長を有する任意の照射をいう。

中赤外線照射：本明細書で用いられるとき、任意の供給源から生成されるか、または天然に発せられるかいずれかの、約２．５０ミクロン〜約５０．００ミクロンの波長を有する任意の照射をいう。

中赤外線照射検出器：本明細書で用いられるとき、赤外線照射を登録し得る任意の検出器またはセンサーをいう。適切な中赤外線検出器の例は、制限されないで、熱電対、サーミスタ、ミクロボロメーター、および液体窒素冷却ＭＴＣを含む。合わせて検出された赤外線照射は、フーリエ変換のような手段を用いて分析物濃度に対応する波長と相関付けられ得、高解像度スペクトルを生成する。

近赤外線照射：本明細書で用いられるとき、任意の供給源から生成されるか、または天然に発せられるかいずれかの、約０．７８ミクロン〜約２．５０ミクロンの波長を有する任意の照射をいう。

表面：本明細書で用いられるとき、制限されないで、自然に存在するか、または手術により作製された表面のような人工いずれかの、皮膚、眼、耳、口、鼻または任意の開口部、身体腔、穿孔管またはその他の表面を含む、外部環境に曝され得る患者の身体の任意の部分をいう。

組織：本明細書で用いられるとき、制限されないで、皮膚、血液、体液、眼、組織液、眼液、骨、筋肉、上皮、脂肪、毛、筋膜、器官、軟骨、腱、靭帯、および任意の粘膜を含む、被験体の任意の組織または成分を含む。

（非侵襲的グルコース測定）
本発明の１つの局面では、中赤外線照射が、照射供給源を用いて身体表面上に注がれる。この注がれた照射は、身体表面の前に配置された中赤外線検出器具より検出される。ここで再び、反射される中赤外線照射の照射識別特性は、分析物の存在または濃度により影響される。これは、被験体の眼を含む、任意の身体表面から、グルコースのような分析物の存在、不在または濃度を測定するために本発明の器具を採用する非侵襲的方法を提供する（図３）。

本発明の別の局面では、人間は、中赤外線照射スペクトル中のエネルギーの天然の放射体または放射体である。本発明の１つの局面では、身体は、それ自身光（熱）供給源として作用し、その中に存在する分析物の中赤外線照射識別特性を提供する。この局面では、および被験体の身体の表面に関して、身体からの光（または熱）は、身体表面から発せられるか、または放射され、そして中赤外線照射検出器具によって検出される。この身体の中赤外線照射の放射における中赤外線照射識別特性は、被験体の組織中のグルコースのような分析物の存在、不在または濃度によって影響される。身体の天然の中赤外線照射識別特性内に含まれるグルコースの天然の中赤外線照射識別特性は、このような測定（図３）を行う非侵襲的グルコース測定および器具のための基礎を提供する。さらに、特定の分析物の濃度を減少すること、または増加することは、赤外線照射の身体の天然の放射における増加を引き起こし得る。身体の天然の赤外線放射におけるこのような増加は、分析物の存在、不在または濃度を測定するために利用され得る測定可能な信号を提供し得る。

血中グルコースレベルにおける変動が、眼の眼房水中のグルコースレベルと良好に相関しているという相当な証拠がある。（Ｓｔｅｆｆｅｓ、１（２）ＤＩＡＢＥＴＥＳ ＴＥＣＨＮＯＬ．ＴＨＥＲ．、１２９〜１３３（１９９９））。実際、血中グルコース能動と眼房水のグルコース濃度との間の時間遅延は、平均して約５分間であることが推定されている。（Ｃａｍｅｒｏｎら、３（２）ＤＩＡＢＥＴＥＳ ＴＥＣＨＮＯＬ．ＴＨＥＲ．、２０１〜２０７（２００１））。眼房水は、レンズと角膜との間にある水っぽい液体であり、角膜、レンズおよび虹彩を浴し、そして栄養分を供給する（図１）。眼中のグルコースは、制限されないで、上皮細胞、眼房水、硝子体液、角膜の種々の層、虹彩、強膜の種々の層、結膜、涙、涙層、および血管を含む種々の成分および区画全体に位置されている。従って、制限されないで、この涙層を含む眼は、被験体の組織中の分析物の存在、不在または濃度の非侵襲的測定のための理想的かつ適切両方の身体表面である。

（中赤外線照射を測定すること）
電磁照射が物質を通過するとき、その周波数およびそれが遭遇する分子の構造に依存して吸収されるか、または透過するかのいずれかであり得る。電磁照射はエネルギーであり、これ故、分子が照射を吸収するとき、それは、１つのエネルギー状態（Ｅ_{ｉｎｉｔｉａｌ}）から別のエネルギー状態（Ｅ_{ｆｉｎａｌ}）への量子遷移を受けるのでエネルギーを得る。吸収された照射の周波数は、プランクの法則：Ｅ_{ｆｉｎａｌ}−Ｅ_{ｉｎｉｔｉａｌ}＝Ｅ＝ｈｎ＝ｈｃ／ｌによる遷移のエネルギーに関連している。従って、プランク定数による入射照射の周波数に関連している遷移が存在する場合、そのときは、この照射は吸収され得る。逆に、この周波数がプランク式を満足しない場合、そのときは、この照射は透過される。入射照射の周波数 対 サンプルにより吸収された照射％の特定の測定のプロットは、化合物の照射識別特性である。照射を吸収する物質または物質を含む身体表面に付与される照射のある程度の吸収は、実際に通過する照射の量における測定可能な減少を生じ得るか、または照射吸収性物質により影響される。通過、またはこの照射吸収性物質より影響される照射の量におけるこのような減少は、分析物の存在、不在または濃度を測定するために利用され得る測定可能な信号提供し得る。

ヒト身体は、赤外線照射スペクトル内の電磁放射を発する。発せられる赤外線照射のスペクトル特徴は、被験体の身体表面のようなこの発する物体の性質と関連付けられ得る。例えば、グルコースは、約８．０ミクロンと約１１．０ミクロンとの間の波長の中赤外線照射を吸収する。中赤外線照射が、グルコースが存在する物体を通過またはそれから反射される場合、別個の照射「フィンガープリント（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ）」または「識別特性（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）」が、吸収されない残りの光から検出され得、照射識別特性を生成する。この生成された照射識別特性は、分析物の存在または不在を確認する、および分析物の濃度を示すことの両方を行い得る。さらに、グルコースは、照射吸収性物質であるので、被験体の眼を含む被験体の身体表面のようなグルコース含有物質を通過または反射する照射エネルギーの量で測定可能な減少が存在し得る。この照射エネルギーの量における測定可能な減少は、被験体中のグルコースの存在、不在または濃度を測定するために利用され得る。

本発明の１つの実施形態は、被験体中の血液分析物濃度を非侵襲的に測定するための方法を提供し、この被験体の身体表面上に注がれる中赤外線照射を生成する工程、反射する中赤外線照射を検出する工程、この検出された中赤外線照射のスペクトル特徴を、分析物濃度に対応する照射識別特性と関連付ける工程、およびこの検出された中赤外線照射識別特性を分析し、分析物濃度測定を与える工程を包含する。別の実施形態では、この方法は、約８．００ミクロン〜約１１．００ミクロンの波長のみがフィルターを通過するように、身体表面から反射して戻る中赤外線照射をフィルターにかけることによる、検出の前にフィルターにかける工程を包含する。この実施形態では、このフィルターにかける工程は、吸収フィルター、干渉フィルター、モノクロメーター、直線状可変フィルターおよび環状可変フィルター、プリズムまたは任意のその他の当該分野で公知の機能的相当物を用いて達成され得る。上記検出工程は、熱電対、サーミスタ、ミクロボロメーター、液体窒素冷却ＭＴＣ、または当該分野で公知の任意のその他の機能的透過物のような任意の中赤外線照射センサーを用いて達成され得る。上記検出される中赤外線照射のスペクトル特徴を関連付ける工程は、上記検出された中赤外線照射識別特性を分析物の照射識別特性と関連付けるマイクロプロセッサーの使用を含み得る。測定される分析物がグルコースである場合、そのときは、上記生成される照射識別特性は、約８．０〜約１１．０ミクロン内の範囲であり得る。上記分析工程は、上記吸収されたスペクトルをグルコース濃度と関連付けるために、プランクの法則に基づくアルゴリズムを用いるマイクロプロセッサーをさらに備え得る。本発明の別の実施形態では、上記分析する工程は、相関関係のために上記検出された中赤外線信号を分析物スペクトルに変換するために、制限されないでＫｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ変換または当該分野で公知のその他の古典的変換のような変換の使用を含み得る。

グルコースが目的の分析物中にある、本発明の別の実施形態では、中赤外線照射検出器を備える器具およびディスプレイが被験体の身体表面に支持され得る。この身体表面からの中赤外線照射は、必要に応じて、約８．０ミクロン〜約１１．０ミクロンの波長のみが上記中赤外線照射検出器に到達するようにフィルターにかけられ得る。この検出器により検出される中赤外線照射の照射識別特性は、次いで、グルコース濃度に対応する照射識別特性と関連付けられる。この照射識別特性は、次いで、正確なグルコース濃度測定を与えるように分析され得る。測定されたグルコース濃度は表示され得る。

本発明の別の実施形態では、中赤外線照射発生器、中赤外線照射検出器およびディスプレイを備える器具が、患者の身体表面に支持され得る。中赤外線照射は、この器具によって生成され、そして被験体の身体表面上に集められたビームを注ぐか、または向けるために用いられ得る。生成された中赤外線照射は、広帯域または狭周波数帯照射であり得、そしてまた、所望の照射の波長のみを上記身体表面に到達するためにフィルターにかけられ得る。身体表面の任意の成分中に存在するグルコースのような任意の分析物は、生成された照射のいくらかを吸収し得る。吸収されない中赤外線照射は、反射して上記器具に戻り得る。この反射した中赤外線照射は、必要に応じて、約８．０ミクロン〜約１１．０ミクロンの波長のみが上記中赤外線照射検出器に到達するようにフィルターにかけられ得る。この検出器によって検出される中赤外線照射の照射識別特性は、次いで、グルコースのような分析物の濃度に対応する照射識別特性と関連付けられ得る。この照射識別特性は、グルコースのような分析物の濃度を得るために分析され得る。グルコースのような分析物の測定された濃度は、上記器具によって表示され得る。

赤外線照射は、本発明の器具によって生成され得る。このような赤外線照射は、広帯域波長発生器または狭周波数帯波長発生器によって生成され得る。本発明の１つの実施形態では、器具は、中赤外線照射発生器を備え得る。本発明の別の実施形態では、この器具は、上記身体表面に到達する光の波長を制限するために１つ以上のフィルターを備えた光源を備える。この中赤外線発生器は、加熱要素をさらに備え得る。この実施形態の加熱要素は、ネルンスト燈（酸化ジルコニウム／酸化イットリウム）、ニクロム線（ニッケル−クロムワイヤ）、およびグローバー（シリコン−炭素ロッド）、広帯域光発光ダイオードまたは狭周波数帯発光ダイオード、または当該分野で公知の任意のその他の機能的透過物であり得る。中赤外線照射は、約２．５ミクロン〜約５０．０ミクロンの範囲にある波長を有する。分析物は、代表的には、吸収のような中赤外線照射に対する分析物の影響から生じるその中赤外線照射スペクトルに関して特徴的な「フィンガープリント」または「識別特性」を有する。特にグルコースは、約８．０ミクロン〜約１１．０ミクロンの波長で、中赤外線照射中の明確な「フィンガープリント」または「識別特性」を有する。グルコースのこの照射識別特性は、照射識別特性データをとるために広範な種類の身体表面を利用して、広範な種類のグルコース濃度に対して容易に生成され得る。本発明の１つの実施形態では、器具は、すべての中赤外線照射から、約８．０〜約１１．０ミクロンの波長の範囲内にないものをフィルターするために、中赤外線照射フィルターを備え得る。その他の実施形態では、このフィルターは、グルコースのような所望の分析物の照射識別特性を提供する波長以外のすべての中赤外線照射をフィルターで除くよう選択される。中赤外線照射をフィルターにかけることは、吸収フィルター、干渉フィルター、モノクロメーター、直線状可変フィルター、環状可変フィルター、プリズムまたは当該分野で公知の任意のその他機能的透過物を用いて達成され得る。

本発明の器具はまた、中赤外線照射を検出するための中赤外線照射検出器を備え得る。この中赤外線照射検出器は、熱エネルギーの形態を含む任意の形態にある天然に発せられるか、または反射された中赤外線照射を測定し得る。この天然に発せられるか、または反射された中赤外線照射を検出することは、熱電対、サーミスタ、ミクロボロメーター、液体窒素冷却ＭＴＣ、または当該分野で公知の任意のその他の機能的透過物を用いて達成され得る。熱電対およびサーミスタの両方は、当該分野で周知であり、そして市販されて利用可能である。例えば、熱電対は、一般に用いられるセンサーであり、なぜなら、それらは、比較的安価で、交換可能であり、標準的な接続器を有し、そして広範な範囲の温度を測定し得るからである。さらに、温度計製品ポートフォリオは、広範な範囲のサーミスタ（熱に感受性のレジスター）を備え、これは、タイプに従って負（ＮＴＣ）、または正（ＰＴＣ）の抵抗／温度係数を有する。

本発明の器具はまた、マイクロプロセッサーを備え得る。この実施形態のマイクロプロセッサーは、上記検出された中赤外線照射を、そのスペクトル特徴が測定される分析物濃度についてこのマイクロプロセッサーに情報を提供する照射識別特性と関連付ける。この実施形態のマイクロプロセッサーは、プランクの法則に基づくアルゴリズムを用い得られる照射識別特性を分析し、この識別特性を、測定されるサンプル中の正確な分析物濃度測定に変換する。

広帯域の光の供給源が、フーリエ変換分光法のような干渉計によって、またはアダマール変換分光法のような電気光学的または移動マスクによって改変され得、時間ドメイン中に波長情報をコード化することは、当業者に容易に明らかである。別個の波長帯が、例えば、音響光学調整フィルターを用いて、中央波長で選択および走査され得る。照射供給源を有する本発明の器具は、１つ以上の中赤外線照射供給源を備え、これは、多くの波長で照射を提供し、そしてまた１つ以上の中赤外線照射検出器を備える。この器具は、さらに、１つ以上フィルターまたは波長セレクターを備え得、検出器による検出の前後で、所望の波長の照射を除去、識別または選択する。

（臨床適用）
糖尿病患者および糖尿病のリスクにある被験体が、かれらの血中グルコース濃度レベルを受容可能な範囲に維持し、そして個人的および医療記録の両方のために血中グルコースレベルの正確な記録を作製する試みにおいて、血中グルコースレベルを規則的に測定することが要求され得る。本発明の１つの局面では、上記器具はまた、測定されたグルコース濃度を表示するために英数字ディスプレイを備え得る。この実施形態の英数字ディスプレイは、視覚ディスプレイおよび音響ディスプレイを備え得る。この視覚ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、および電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）または当該分野で公知の任意のその他の機能的等価物であり得る。英数字データを伝達し得、そしてこの英数字データを音響ディスプレイに変換し得る音響ディスプレイは、記録された音響クリップ、スピーチ合成器および音声エミュレーションアルゴリズムまたは当該分野で公知の任意のその他の機能的等価物であり得る。

血中グルコースの自己モニタリング（ＳＭＢＧ）は、糖尿病患者の寿命の残りの間、一日あたり複数回繰り返される継続プロセスである。これら測定の正確な記録は、診断目的に重大である。このデータのための容易な記憶およびアクセスシステムがまた、本発明で企図される。本発明の１つの局面では、血中グルコース濃度を非侵襲的に測定するための器具は、マイクロプロセッサー、および血中グルコース測定を記憶するためにこのマイクロプロセッサーに作動可能に接続されるメモリーをさらに備え得る。この実施形態の器具は、データをこの器具からコンピューターシステムに伝達するよう適合された通信インターフェースをさらに備える。この実施形態では、この選択される通信インターフェースは、例えば、シリアル、パラレル、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ファイアーワイヤ、イーサーネット、光ファイバー、同軸ケーブル、およびねじれペアケーブルまたは当該分野で公知の任意のその他の機能的等価物を含み得る。

器具内血中グルコース測定データを記憶することに加え、本発明は、これらの測定データをダウンロードおよび記憶するためのコンピューターシステムを含み、この情報の記憶およびアクセスを容易にする。本発明は、さらに、コンピュータープロセッサー、このコンピュータープロセッサーに作動可能に接続されるメモリー、このコンピュータープロセッサー内にデータを受容または送るよう適合された通信インターフェース、およびこのコンピュータープロセッサー内で実行される上記メモリー中に記憶されるコンピュータープログラムを企図する。この実施形態のコンピュータープログラムはデータベースをさらに備えてもよく、ここで、このデータベースによって受容されるデータは、所定のフィールド中に記憶されてもよく、そしてこのデータベースは、ダウンロードされた分析物濃度をグラフ表示し得る。この実施形態のグラフ表示は、制限されないで、カラム、ライン、バー、パイ、ＸＹスキャナー、領域、レーダー、および表面提示を含み得る。

本発明によって企図されるコンピューターシステムは、類似の通信インターフェースを経由して、診断、研究またはその他の医療関連ツールとして使用のために、遠隔アクセス使用者にアクセス可能であるべきである。医師は、例えば、彼らの類似の通信インターフェースを経由してこのコンピューターシステムにログオンし得、そして任意の時間に亘り患者の血中グルコース測定値をアップロードし得る。この情報は、医師に、患者モニタリング、または、例えば、薬物療法のレベルを調節すること、または食事療法変更を推奨することのような診断ツールとして使用するための正確な記録を提供し得る。その他の企図される遠隔アクセス使用者は、研究施設、臨床試験センター、専門家、看護婦、ホスピスサービスプロバイダー、保険業者、およびその他の任意のヘルスケアプロバイダーを含み得る。

本発明は、グルコースが、身体表面からの中赤外線信号を用いて非侵襲的に測定され得ることを示した。研究は、種々のシステム、膜サンプル上のグルコース濃度を用いるインビトロ研究、血中グルコース濃度を変動するインビホのウサギ研究、および血中グルコース濃度を変動して糖尿病ヒトボランティアでのヒト研究で実施された。これらの研究は、赤外線測定値をとるために、異なるタイプの赤外線検出器ヘッドを用いた。

本発明の本発明者らは、中赤外線照射（８から１２ミクロンの波長範囲にある）が、角膜（これは約５００ミクロンの厚さである）を通り、そして眼房水中に貫通し得ないことを見出した。本発明の本発明者らはまた、中赤外線照射が結膜を貫通したこと、しかも、この結膜から中赤外線照射を用いて得たグルコース測定値が、標準的なＳＭＢＧ試験細片を用いる血中グルコース測定と非常に良く相関した用量依存性曲線を提供したことを見出した。

ヒト研究を含むすべての研究は、中赤外線照射測定技法を用い、グルコース濃度に対する用量依存性応答を明瞭に示した。

以下の実施例は、本発明を説明し、および例示するために提供される。従って、それらは、本発明の範囲を制限すると解釈されるべきではない。当業者は、多くのその他の実施形態もまた、本発明の範囲内に入ることを良好に認識する。なぜなら、それは、上記本明細書および請求項中に記載されているからである。

（実施例１）
器具の精度および正確さを試験するための実験インビトロモデル
（器具使用）
中赤外線照射測定のために用いた器具は、ＳＯＣポータブルＦＴＩＲであった。このＳＯＣポータブルＦＴＩＲは、干渉計に基づき、そして当初は、戦場ガスを検出するため、米国陸軍のために設計された。この器具は、ウサギおよびヒトの眼に対する測定を可能にするために改変された。これらの改変は、測定されるべき領域に７〜１３ミクロンにあるエネルギーのみを可能にするフィルターの据え付け、そしてまた、ウサギおよびヒトの眼のためのこの器具のより容易な配置を許容する面板の改変を含めた。

（インビトロ研究）
変動する濃度のグルコースを含む溶液が、中赤外線照射の用量応答を与え得ること示すために研究が実施された。Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからの親水性ポリエチレン膜を、２０００ｍｇ／ｄＬおよびより低い濃度のグルコース溶液で飽和した。この実験で生成された一連の曲線を図４に示す。このプロットのために、以下の等式が用いられた：吸収＝−ｌｎ（サンプルスペクトル／金参照スペクトル）。グルコース濃度が９．７５ミクロンにおける吸収に対してプロットされるとき、図６に示されるプロットが観察された。これらの研究は、グルコース濃度が中赤外線波長範囲における水系環境で測定され得ることを確認した。

（実施例２）
（実験ウサギモデル）
（ケタミン麻酔ウサギ研究）
科学文献に記載のように（Ｃａｍｅｒｏｎら、ＤＩＡＢＥＴＥＳ ＴＥＣＨ．ＴＨＥＲ．、（１９９９）１（２）：１３５〜１４３）、ケタミンで麻酔されたウサギは、肝臓からのグルコースの放出に起因して、急速かつ顕著な血中グルコース濃度における増加を経験する。本発明者らは、一連の実験でこれを確認し、そしてウサギ血糖が、ＬＸＮＥｘｐｒｅｓｓＶｉｅｗ血中グルコースメーターで測定したとき、６０分で、約１２５ｍｇ／ｄＬ〜約３２５ｍｇ／ｄＬに変化し得ることを観察した。これら実験は、ケタミンの使用の前にガス麻酔（イソフロラン）の予備使用を必要とする。このウサギは、麻酔後、眼球が、ＳＯＣポータブルＦＴＩＲでの測定のために利用可能であったように固定された。一旦、この動物が無意識になったとき、静脈から一滴の血液を採り、そしてＬＸＮＥｘｐｒｅｓｓＶｉｅｗ血中グルコースメーターを用い、血中グルコース試験細片上で試験した。このようなサンプルは、この研究の全体で１５分毎に採取した。ガスは、このケタミンの効果がそれ自身十分に顕示するために中断されなければならない。眼からの乾燥は、瞼を縫合すること、および測定のため眼を開けるために縫合糸を用いること、そして次にそれらを測定後、眼球を潤すために閉じさせることにより防がれ得る。

強膜からグルコース濃度を測定するウサギ研究からのデータは、図８に示されるように、０．８６の回帰係数（Ｒ二乗）の結果を得た。

（実施例３）
（ヒト臨床研究）
非糖尿病および糖尿病ヒトボランティアでいくつかの研究が実施された。これらの研究を実施する前に、この用いられる赤外線照射が健康ハザードを課さないことを確認した。

糖尿病ボランティアでのいくつかの実験が実施された。被験体は、３〜４時間の時間枠に亘り、約１００から３００ｍｇ／ｄＬに移動する被験体のグルコースレベルを有するために、食物摂取とインシュリン投与を調節するように頼まれた。研究の間に、１０〜１５分毎に、患者は、二重のフィンガースティックグルコース測定をとり、そしてほぼ１５分毎にＳＯＣ４００で走査された。赤外線走査を収集する前に、上記器具オペレーターは、このＳＯＣ４００を被験体の眼に整列し、眼から離れて反射される最も強い信号を収集することを試みた。

（ＳＯＣ拡散検出器を用いるヒト研究）
グルコース追跡研究は、ＳＯＣ４００のための拡散検出器を用いて実施された（すべての先の実験は、反射（Ｓｐｅｃｕｌａｒ）検出器を用いて実施された）。グルコース追跡研究は、糖尿病ボランティアで実施され、そして図９に示された結果は、本発明の器具および方法を用いて、グルコース濃度変化が明瞭に検出され、そして測定されたことを示す。

（実施例４）
（遠隔アクセスが、コンピューターシステムにダウンロードされ、かつ記憶された被験体の測定された分析物濃度を受容し得る方法）
本発明の１つの局面は、被験体の測定された分析物濃度をダウンロードおよび記憶する方法に関する（図５）。被験体は、最初、かれらの眼（１００）のような身体表面から分析物濃度を測定し、それによって、反射された中赤外線照射（１５０）が、非侵襲的器具（２００）を用いて測定される。この非侵襲的器具（２００）は、通信インターフェース（２５０）を通り、この非侵襲的器具（２００）をコンピューターシステム（４００）に接続（３００）し得る通信インターフェース（２５０）をさらに備える。この通信インターフェース（２５０）は、データを上記器具からコンピューターシステム（４００）に伝達するよう特に適合されている。このコンピューターシステム（４００）は、コンピュータープロセッサー、このコンピュータープロセッサー中で履行されるコンピュータープログラム、および類似の通信インターフェース（４５０）を備える。この非侵襲的器具（２００）から測定された分析物濃度は、通信インターフェース（２５０）を経由してコンピューターシステム（４００）にダウンロードされる。類似の通信インターフェース（４５０）を備えたコンピューターシステムを有する遠隔アクセス使用者（５００）は、このコンピューターシステム（４００）からダウンロードされた測定分析物濃度を回収し得る。この通信インターフェース（２５０、４５０）は、例えば、シリアル、パラレル、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ファイアーワイヤ、イーサーネット、光ファイバー、同軸ケーブル、およびねじれペアケーブルを含み得る。この情報は、例えば、患者または医師に、データ、警告、アドバイスまたは支援を提供するため、およびこの疾患の経過全体を通じ患者の進行を追跡するために用いられる。

図１（パネルＡ）は、結膜を示してパネルＡ中にヒトの眼の図解を提供する。 図１（パネルＢ）は、血管（Ｖ）および小動脈（Ａ）とともに、結膜中の高い程度の血管形成を示す。 図２は、グルコースに対する中赤外線照射スペクトルを描写するチャートを提供する。 図３は、本発明の１つの実施形態の図解を提供し、ここで、分析物濃度は、眼から反射されて戻る中赤外線照射から測定される。 図４は、本発明の１つの実施形態の図解を提供し、ここで、分析物濃度は、眼から自然に発せられる中赤外線照射から測定される。 図５は、本発明の１つの実施形態のフローチャートを提供し、ここで、遠隔アクセス使用者が、コンピューターシステム内にダウンロードされ、そして記憶された被験体の測定された分析物濃度を受容し得る方法を含む。 図６は、測定表面としてポリエチレン膜を用いてグルコース水溶液の変動する濃度の検出を用いる複数用量応答測定のグラフを提供する。 図７は、測定表面としてポリエチレン膜を用い、グルコース濃度対中赤外線吸収のプロットを示す。 図８は、表面としてそこから測定が行われたウサギの眼を用いる、グルコース濃度の中赤外線測定から得た結果のプロットを示す。 図９は、患者の血中グルコース濃度を決定するために中赤外線吸収を用いて測定された、患者の眼の表面から得たヒトデータのプロットを示す。 ヒトの眼の表面から測定された中赤外線吸収とのグルコース濃度の相関を示すグルコース追跡研究におけるヒト糖尿病患者から得たデータのプロットを示す。

Claims (57)

1. ａ．被験体の自然の中赤外線照射を用いる工程、または被験体の身体表面を中赤外線照射に曝す工程；
   ｂ．該身体表面から発せられるか、または反射される中赤外線照射を検出する工程；および
   ｃ．該被験体の組織中の分析物濃度を決定するために該反射される中赤外線照射の照射識別特性を決定する工程
   を包含する、方法。
2. 前記方法が非侵襲的であり、かつ前記被験体がヒトである、請求項１に記載の方法。
3. 前記分析物が、代謝化合物または代謝物質、炭水化物、糖、グルコース、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、脂肪、脂肪酸、トリグリセリド、多糖、アルコール、エタノール、トキシン、ホルモン、ビタミン、細菌関連物質、真菌関連物質、ウイルス関連物質、寄生虫関連物質、薬学的化合物、非薬学的化合物、プロドラッグ、薬物、ならびに任意の前駆体、代謝物、分解産物および代理マーカーからなる群から選択される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記分析物がグルコースである、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記組織が、皮膚、血液、体液、眼、組織液、眼液、骨、筋肉、上皮、脂肪、毛、筋膜、器官、軟骨、腱、靭帯、および粘膜からなる群から選択される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記工程ａ）の中赤外線照射が、約２．５ミクロン〜約２５．０ミクロンの範囲の波長範囲にある、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記検出する工程が、前記中赤外線照射を選択かつ検出することをさらに包含する、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 前記発せられるか、または反射される中赤外線照射を選択する工程が、該反射される中赤外線照射をフィルターにかけることをさらに包含する、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記検出する工程および前記決定する工程が、マイクロプロセッサーを用いることをさらに包含する、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記発せられるか、または反射される中赤外線照射か、約２．５ミクロンと約２５．０ミクロンとの間の波長を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記発せられるか、または反射される中赤外線照射か、約２．５ミクロンと約１１．０ミクロンとの間の波長を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. ａ．被験体から発せられる天然に存在する中赤外線照射を、中赤外線検出器を備える非侵襲的器具を用いて検出する工程；
    ｂ．該中赤外線照射の照射識別特徴を、分析物濃度に対応する中赤外線照射の照射識別特性と比較する工程；および
    ｃ．該被験体の組織中の該分析物の濃度を決定するために、該被験体からの該中赤外線照射の照射識別特性を分析する工程
    を包含する、方法。
13. 前記分析物が、代謝化合物または代謝物質、炭水化物、糖、グルコース、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、脂肪、脂肪酸、トリグリセリド、多糖、アルコール、エタノール、トキシン、ホルモン、ビタミン、細菌関連物質、真菌関連物質、ウイルス関連物質、寄生虫関連物質、薬学的化合物、非薬学的化合物、プロドラッグ、薬物、および任意の前駆体、代謝物、分解産物および代理マーカーからなる群から選択される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記分析物がグルコースである、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記組織が、皮膚、血液、体液、眼、組織液、眼液、骨、筋肉、上皮、脂肪、毛、筋膜、器官、軟骨、腱、靭帯、および粘膜からなる群から選択される、請求項１２〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 前記組織が、血液である、請求項１２〜１５のいずれかに記載の方法。
17. 前記天然に存在する中赤外線照射が、約２．５ミクロンと約２５．０ミクロンとの間の波長を有する赤外線照射を含む、請求項１２〜１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記検出工程が、前記天然に存在する中赤外線の所望の波長を選択かつ検出することをさらに包含する、請求項１２〜１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記比較する工程および前記分析する工程が、マイクロプロセッサーを用いることをさらに包含する、請求項１２〜１８のいずれかに記載の方法。
20. ａ．中赤外線照射を生成し得る照射供給源；
    ｂ．患者の身体の表面から反射される該生成された中赤外線照射を検出するための中赤外線照射波長検出器；および
    ｃ．該被験体の組織中の分析物濃度の英数字または音響表示のためのディスプレイ
    を備える、器具。
21. 前記分析物濃度に対応する波長をもつ前記検出された中赤外線照射を該分析物濃度に関連付け、かつ前記組織中の分析物濃度を算出するために該波長を分析するためのマイクロプロセロッサーをさらに備える、請求項２０に記載の器具。
22. 前記中赤外線照射検出器が、熱電対、サーミスタ、ミクロボロメーター、および液体窒素冷却ＭＴＣからなる群から選択される、請求項２０または２１に記載の器具。
23. 前記中赤外線照射波長検出器が、中赤外線照射セレクターをさらに備える、請求項２０〜２２のいずれかに記載の器具。
24. 前記セレクターが、吸収フィルター、干渉フィルター、モノクロメーター、直線状可変フィルターおよび環状可変フィルター、ならびにプリズムからなる群から選択される、請求項２３に記載の器具。
25. 前記ディスプレイが、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、および電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）からなる群から選択される英数字表示である、請求項２０〜２４のいずれかに記載の器具。
26. 前記ディスプレイが、スピーカーを備える音響ディスプレイである、請求項２０〜２５のいずれかに記載の器具。
27. 前記音響ディスプレイが、記録された音響クリップ、スピーチ合成器および音声エミュレーションアルゴリズムからなる群から選択される音響供給源を備える、請求項２６に記載の器具。
28. 前記器具が、赤外線分光計をさらに備える、請求項２０〜２７のいずれかに記載の器具。
29. 前記マイクロプロセッサーが、該マイクロプロセッサーに作動可能に連結されるメモリーをさらに備える、請求項２０〜２８のいずれかに記載の器具。
30. 前記器具が通信インターフェースをさらに備え、ここで、該インターフェースが、シリアル、パラレル、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）、ファイアーワイヤ、イーサーネット、光ファイバー、同軸ケーブル、およびねじれペアケーブルからなる群から選択される、請求項２０〜２９のいずれかに記載の器具。
31. ａ．約２．５〜約２５．０ミクロンの範囲内の中赤外線照射の照射供給源；および
    ｂ．約８．０〜約１１．０ミクロンの間の波長範囲内の被験体を通って伝達された該中赤外線照射を検出するための中赤外線照射検出器
    を備える、器具。
32. 前記伝達された中赤外線照射を、分析物濃度に対応する照射識別特性と関連付け、かつ前記被験体の組織中の分析物濃度を算出するために該照射識別特性を分析するためのマイクロプロセロッサーをさらに備える、請求項３１に記載の器具。
33. 前記中赤外線照射検出器が、熱電対、サーミスタ、ミクロボロメーター、および液体窒素冷却ＭＴＣからなる群から選択される、請求項３１または３２に記載の器具。
34. 前記中赤外線照射波長検出器が、中赤外線照射セレクターをさらに備える、請求項３１〜３３のいずれかに記載の器具。
35. 前記セレクターが、吸収フィルター、干渉フィルター、モノクロメーター、直線状可変フィルターおよび環状可変フィルター、およびプリズムからなる群から選択されるフィルターをさらに備える、請求項３４に記載の器具。
36. 液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、および電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）からなる群から選択されるディスプレイをさらに備える、請求項３１〜３５のいずれかに記載の器具。
37. 前記ディスプレイが、スピーカーを備える音響ディスプレイである、請求項３６に記載の器具。
38. 前記音響ディスプレイが、記録された音響クリップ、スピーチ合成器および音声エミュレーションアルゴリズムからなる群から選択される音響供給源を備える、請求項３７に記載の器具。
39. 前記器具が、赤外線分光計をさらに備える、請求項３１〜３８のいずれかに記載の器具。
40. 前記マイクロプロセッサーが、該マイクロプロセッサーに作動可能に連結されるメモリーをさらに備える、請求項３１〜３９のいずれかに記載の器具。
41. 前記器具が、該器具からコンピューターシステムにデータを伝達するよう適合された通信インターフェースをさらに備える、請求項３１〜４０のいずれかに記載の器具。
42. 前記インターフェースが、標準的入力／出力、シリアルケーブル、パラレルケーブル、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）、ファイアーワイヤ、ネットワークカード、光ファイバー、ワイヤレス、同軸ケーブル、およびねじれペアケーブルからなる群から選択される、請求項４１に記載の器具。
43. 請求項２０または３１に記載の器具から収集されたデータをダウンロードおよび記憶するためのコンピューターシステムであって：
    ａ．コンピュータープロセッサー；
    ｂ．該コンピュータープロセッサーに作動可能に連結されたメモリー；
    ｃ．該コンピュータープロセッサー内でデータを受信かつ送信するように適合された通信インターフェース；および
    ｄ．該コンピュータープロセッサー内で履行される、該メモリー中に記憶されたコンピュータープログラム、を備える、コンピューターシステム。
44. 被験体の測定された分析物濃度をダウンロードおよび記憶する方法であって：
    ａ．通信インターフェースを有する請求項２０または３１に記載の非侵襲的器具を用いて該分析物濃度を測定する工程；
    ｂ．該非侵襲的器具を、該通信インターフェースを通じて、コンピュータープロセッサー、該コンピュータープロセッサー中で履行されるコンピュータープログラム、および類似の通信インターフェースを有するコンピューターシステムに接続する工程；および
    ｃ．該非侵襲的器具から該コンピューターシステムに該測定された分析物濃度をダウンロードする工程
    を包含する、方法。
45. ａ．被験体の結膜表面の少なくとも一部分を電磁照射に曝す工程；
    ｂ．該結膜から反射される電磁照射を検出する工程；および
    ｃ．該被験体の組織中の分析物濃度を決定するために、該反射された電磁照射の照射識別特性を決定する工程
    を包含する、方法。
46. 前記方法が非侵襲的であり、そして前記被験体がヒトである、請求項４５に記載の方法。
47. 前記分析物が、代謝化合物または代謝物質、炭水化物、糖、グルコース、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、脂肪、脂肪酸、トリグリセリド、多糖、アルコール、エタノール、トキシン、ホルモン、ビタミン、細菌関連物質、真菌関連物質、ウイルス関連物質、寄生虫関連物質、薬学的化合物、非薬学的化合物、プロドラッグ、薬物、および任意の前駆体、代謝物、分解産物および代理マーカーからなる群から選択される、請求項４５または４６に記載の方法。
48. 前記分析物がグルコースである、請求項４５〜４７のいずれかに記載の方法。
49. 前記電磁照射が中赤外線照射である、請求項４５〜４８のいずれかに記載の方法。
50. 前記中赤外線照射が、約２．５ミクロン〜約２５．０ミクロンの波長範囲にある、請求項４９に記載の方法。
51. 前記検出する工程が、前記反射される電磁照射内の少なくとも１つの波長を選択することをさらに包含する、請求項４５〜５０のいずれかに記載の方法。
52. 前記反射される電磁照射を選択することが、該反射される電磁照射をフィルターにかけることを包含する、請求項５１に記載の方法。
53. 前記決定する工程が、マイクロプロセッサーを用いることをさらに包含する、請求項４５〜５２のいずれかに記載の方法。
54. 前記反射される電磁照射が、約２．５ミクロンと約２５．０ミクロンとの間の波長範囲を有する赤外線照射を含む、請求項４５〜５３のいずれかに記載の方法。
55. 前記反射される電磁照射が、約２．５ミクロンと約１１．０ミクロンとの間の波長範囲である、請求項５４に記載の方法。
56. 請求項４５に従って収集されたデータをダウンロードおよび記憶するためのコンピューターシステムであって：
    ａ．コンピュータープロセッサー；
    ｂ．該コンピュータープロセッサーに作動可能に連結されたメモリー；
    ｃ．該コンピュータープロセッサー内でデータを受信かつ送信するように適合された通信インターフェース；および
    ｄ．該コンピュータープロセッサー内で履行される、該メモリー中に記憶されたコンピュータープログラム
    を備える、コンピューターシステム。
57. 被験体の測定された分析物濃度をダウンロードおよび記憶する方法であって：
    ａ．通信インターフェースを有する請求項４５に記載の非侵襲的器具を用いて該分析物濃度を測定する工程；
    ｂ．該非侵襲的器具を、該通信インターフェースを通じて、コンピュータープロセッサー、該コンピュータープロセッサー中で履行されるコンピュータープログラム、および類似の通信インターフェースを有するコンピューターシステムに接続する工程；および
    ｃ．該非侵襲的器具から該コンピューターシステムに該測定された分析物濃度をダウンロードする工程
    を包含する、方法。

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