特許 7573912 インプラント、生体監視システムおよび生体管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-18

(45)【発行日】2024-10-28

(54)【発明の名称】インプラント、生体監視システムおよび生体管理システム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/1459 20060101AFI20241021BHJP

   G01N 21/65 20060101ALI20241021BHJP

   A61M 5/172 20060101ALI20241021BHJP

【ＦＩ】

A61B5/1459

G01N21/65

A61M5/172 500

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023514535

(86)(22)【出願日】2022-03-18

(86)【国際出願番号】 JP2022012498

(87)【国際公開番号】W WO2022220012

(87)【国際公開日】2022-10-20

【審査請求日】2024-03-27

(31)【優先権主張番号】P 2021067980

(32)【優先日】2021-04-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】509339821

【氏名又は名称】アトナープ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102934

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 彰

(72)【発明者】

【氏名】ムルティ プラカッシ スリダラ

【審査官】▲高▼ 芳徳

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００３／００５０５４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２６９５７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１１７４１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６２１６０２２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特表２０１１－５１９６３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／１４５５ － ５／１４５９

Ｇ０１Ｎ ２１／６５

Ａ６１Ｍ ５／１７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体の皮膚上に装着される分析装置と、
前記生体の皮膚下に埋設されるインプラントとを有する生体監視システムであって、
前記分析装置は、前記生体の皮膚下のターゲットにレーザーを照射する照射装置と、
前記ターゲットからの散乱光を検出する検出器とを含み、
前記インプラントは前記ターゲットの下側に位置するように埋設され、前記ターゲットからの光を前記皮膚外に向けて導く反射機能を備えた凹面を含む光学部を含み、
前記照射装置は、少なくとも２つのレーザー光を、前記ターゲットの共通のスポットに集光する集光装置を含み、
前記検出器は、前記生体の皮膚下に埋設された前記インプラントの前記光学部を介して前記ターゲットからの散乱光を検出する、生体監視システム。

【請求項2】

生体の皮膚上に装着される分析装置と、
前記生体の皮膚下に埋設されるインプラントとを有する生体監視システムであって、
前記分析装置は、前記生体の皮膚下のターゲットにレーザーを照射する照射装置と、
前記ターゲットからの散乱光を検出する検出器とを含み、
前記インプラントは前記ターゲットの下側に位置するように埋設され、皮膚外から照射された光を皮膚下の前記ターゲットに向けて導く反射機能を備えた凹面を含む光学部を含み、
前記照射装置は、少なくとも２つのレーザー光を、前記生体の皮膚下に埋設された前記インプラントの前記光学部を介して前記ターゲットの共通のスポットに集光する集光装置を含む、生体監視システム。

【請求項3】

請求項１または２において、
前記集光装置は、波面を制御するマイクロミラーアレーを含む、生体監視システム。

【請求項4】

請求項１または２において、
前記インプラントは、前記光学部の前記生体内における位置を生体外から非接触で検知可能にするためのマーカーを含み、
前記分析装置は、前記生体の皮膚下に埋設された前記インプラントの位置を検出する装置をさらに有する、生体監視システム。

【請求項5】

請求項１または２において、
前記ターゲットは血管を流れる血液であり、
当該インプラントは、前記光学部が、前記皮膚外から照射された光を前記血管に向けて、および／または前記血管中の血液からの光を前記皮膚外に向けて導くように埋設される、生体監視システム。

【請求項6】

請求項１または２において、
前記インプラントは、前記光学部の前記生体内における位置を維持するために前記光学部の周囲から部分的に突き出た少なくとも１つの支持部をさらに有する、生体監視システム。

【請求項7】

請求項１または２において、
前記光学部の前記凹面は、赤色から近赤外の波長の光の反射機能を備えた第１の面を含む、生体監視システム。

【請求項8】

請求項７において、
前記第１の面は、金属薄膜、透明導電膜、誘電体多層膜、多層干渉膜の少なくともいずれかが形成された面を含む、生体監視システム。

【請求項9】

請求項１または２において、
前記光学部は直径が１００μｍ～１０ｍｍの円形状、楕円形状、または多角形状である、生体監視システム。

【請求項10】

請求項１または２に記載の生体監視システムと、
前記分析装置により得られる前記生体の状態に基づいて、前記皮膚を介して前記生体に薬剤を注入する注入装置とを有する、生体管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人間などの生体に埋設するインプラント、およびそれを用いて生体を監視および管理するシステムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

国際公開ＷＯ２０１４／１７８１９９号公報には、生体表面から生体内部の状態を監視するモニターを提供することが記載されている。モニターは、生体表面に装着される観察窓を含むプローブと、観察窓を介してアクセスされる生体表面の観察領域の少なくとも一部にレーザーを照射するユニットと、観察領域に２次元に分散する複数の観測スポットのそれぞれから、レーザー照射に起因する散乱光を検出するユニットと、複数の観測スポットから得られる散乱光に基づき、複数の観測スポットの中から生体内部のターゲット部分の情報を含む散乱光が得られると判断される第１の観測スポットを限定するドップラー解析ユニットおよびＳＯＲＳ解析ユニットと、第１の観測スポットまたはその周りの観測スポットから、少なくとも１つの成分の分光スペクトルを取得し、その強度に基づき生体内部の状態を示す第１の情報を出力するＣＡＲＳ解析ユニットとを有する。

【発明の開示】

【0003】

生体外、例えば皮膚外から光、例えばレーザー光を用いて、測定や治療等のために生体内のターゲットにアクセスする場合、ターゲットに対して十分に高い強度で集光しようとすると、皮膚を通過する際の面積当たりの強度（照度、照射強度）が高くなりすぎて皮膚や生体（人体）に悪影響を与える可能性がある。一方、ターゲットに対して十分に高い強度で光を集光できないと所望の測定や治療が難しくなる。

【0004】

例えば、レーザー光をターゲットに照射して得られる散乱光を用いて非侵襲で生体内部の情報、典型的には血管中を流れる血液に含まれる様々な情報を精度よく取得しようとすると、ターゲットから十分な強度の散乱光を取得できることが望ましい。そのためには、照射するレーザー光の強度を高くする必要があるが、皮膚や人体に影響を考慮すると照射するレーザー光の強度を抑制できることが要望されている。

【0005】

本発明の一態様は、生体の皮膚下に埋設されるインプラントである。このインプラントは、皮膚外から照射された光を皮膚下のターゲットに向けて、および／またはターゲットからの光を皮膚外に向けて導く光学部を有する。このインプラントにより、皮膚下（生体内）における光の進行方向を制御することも可能であり、生体内でターゲットに向けて光を集光したり、ターゲットからの光を皮膚外に向けて導いたりすることができる。ターゲットは、皮膚下、例えば、表皮下の毛細血管などの組織であってもよく、真皮あるいは真皮下の皮下組織中の血管などの組織であってもよく、さらに深部の血管または組織であってもよい。

【0006】

インプラントは、反射機能、例えば、反射面を含む光学部を有し、皮膚下のターゲットの下側（皮膚上と反対側）に位置するように埋設されるものであってもよい。ターゲットは血管を流れる血液であれば、インプラントを、光学部が、皮膚外から照射された光を血管に向けて、および／または血管中の血液からの光を皮膚外に向けて導くように埋設してもよい。このインプラントにより、皮膚下のターゲットから放射される光（散乱光）の方向を生体内において制御することが可能となり、非侵襲の分析装置により採取される散乱光の強度を向上できる。また、このインプラントにより、散乱光を得るために皮膚外から照射された光（レーザー）の方向を生体内で制御してターゲットに集光してもよい。このインプラントにより、ターゲットにおいて生じる散乱光の方向を皮膚外に主に向けるようにレーザーを導いてもよい。このため、光を介して生体中のターゲットの情報、例えば血管中を流れる血液に含まれる様々な情報を精度よく取得できる。

【0007】

このインプラントは、生体の皮膚下のターゲットにレーザーを照射する照射装置と、ターゲットからの散乱光を、埋設されたインプラントの光学部を介して検出する検出器とを有する分析装置と組み合わせて使用してもよい。生体の皮膚上に装着される分析装置であっても、皮膚下のターゲットから様々な方向に放出される散乱光を生体内のターゲット下に埋設されたインプラントの光学部により皮膚方向へ反射することにより、皮膚外で効率よく検出し、ターゲットの分析に用いられる散乱光の強度を向上できる。また、散乱強度の高い前方方向の散乱光をインプラントにより反射して皮膚外に導くことが可能となり、分析に用いられる散乱光の強度を向上できる。

【0008】

このインプラントは、生体の皮膚下に埋設されたインプラントの光学部を介してターゲットにレーザーを照射する照射装置と、ターゲットからの散乱光を検出する検出器とを有する分析装置と組み合わせて使用してもよい。生体の皮膚上に装着される分析装置であっても、生体内のインプラントを介してターゲットにレーザーを集光することにより皮膚に照射されるレーザーの強度を抑制でき、皮膚に対するレーザーの影響を抑制できる。さらに、皮膚下のターゲットに対し、下方に配置されたインプラントを介して下方からレーザーを照射でき、ターゲットの散乱光の強度が高い前方を皮膚上方向に設定できる。したがって、皮膚外に配置される分析装置において、散乱強度の高い前方方向の散乱光を用いた測定が可能となる。

【0009】

インプラントは、光学部の生体内における位置を維持するために光学部の周囲から部分的に突き出た少なくとも１つの支持部をさらに有してもよい。インプラントは、光学部の生体内における位置を生体外から非接触で検知可能にするためのマーカー（マーカー物質）を有していてもよい。マーカーの一例は磁性体である。インプラントを設置するための典型的なターゲットは血管中の血液であり、インプラントは血管中を流れる血液の成分を検出および分析するために好適である。ターゲットはリンパ管などの他の組織または臓器であってもよい。光学部は、反射機能を備えた凹面を含んでもよく、集光機能を備えていてもよい。光学部は、赤色から近赤外の波長の光の反射機能を備えた第１の面を含んでもよい。反射機能を含む第１の面は、金属薄膜、透明導電膜、誘電体多層膜、多層干渉膜などを用いて構成できる。光学部の典型的なサイズは直径が１０ｍｍ～１００μｍの円形状、楕円形状、多角形状などである。

【0010】

非侵襲で血液中の成分の検出する方法としては、赤外線吸光など様々な方法を採用できるが、ラマン分光法は最適な方法の１つである。インプラントは、ラマン散乱光を反射するように、赤色から近赤外の波長の光の反射率の高い光学部を備えていてもよい。インプラントは反射機能を備えたガラスなどの透明な部材であってもよく、樹脂製のフレキシブルな部材、例えば、シリコン系樹脂、バイオマテリアルなどで形成されていてもよい。インプラントは、所定の時間または期間が経過した後に溶解する生体内溶解性の樹脂または金属などであってもよい。

【0011】

インプラントと組み合わせで用いられる分析装置の照射装置は、少なくとも２つのレーザー光、例えば、ラマン散乱光を生成するためのストークス光とポンプ光を直にまたはインプラントの光学部を介してターゲットの共通のスポットに集光する集光装置（集光ユニット）を含んでもよい。集光装置は、波面を制御するマイクロミラーアレーを含んでもよい。分析装置は、検査対象のターゲット内に光トラップを形成する光ピンセット装置をさらに含んでもよい。分析装置は、ターゲット内の流体の微小流体制御を行う電磁場生成装置をさらに含んでもよい。

【0012】

本発明の他の態様の１つは、上記に記載のインプラントと分析装置とを有する生体監視装置キット（装置セット、組立用キット、生体監視システム）である。生体に埋設されたインプラントにより散乱光を効率よく皮膚外で採取することにより、非侵襲で血液中の諸成分などのターゲットあるいはターゲット内を流れる諸成分を精度よく検出できる。このため、レーザー強度を大幅に高くするなどの生体に負担をかける方法を選択せずに、生体の情報を精度よく、そして連続してモニタリングできる生体監視システムを提供できる。

【0013】

本発明の他の態様の１つは、上記に記載の生体監視装置キットと、分析装置により得られる生体の状態に基づいて、皮膚を介して生体に薬剤を注入する注入装置とを有する生体管理装置キットである。インプラントを生体に埋設し、分析装置を生体の表面（皮膚表面）に装着し、さらに、注入装置を皮膚に取り付けることにより、非侵襲で血液中の諸成分を介して、生体に負担をかけずに、生体の情報を精度よく、そして連続してモニタリングでき、それに基づいて所望の薬剤を、必要な時期に必要な量だけ生体に注入できる生体管理システムを提供できる。

【0014】

本発明の他の態様の１つは、上記した生体の状態を監視する方法である。この方法は、皮膚外から照射された光を皮膚下のターゲットに向けて、および／またはターゲットからの光を皮膚外に向けて導くように生体の皮膚下に埋設することと、皮膚外に設置された分析装置により、ターゲットにレーザーを照射することによるターゲットからの散乱光を検出することとを有する。検出することは、レーザー光の少なくとも一部、および／または散乱光の少なくとも一部がインプラントにより導かれることを含む。この方法は、分析装置により得られる生体の状態に基づいて、注入装置により皮膚を介して生体に薬剤を注入することを含んでもよい。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】皮膚に装着された生体管理システムの一例を示す図。

【図2】皮膚に装着された生体管理システムの他の例を示す図。

【図3】波面を制御する一例を示す図。

【図4】生体管理システムの概略動作を示すフローチャート。

【発明の実施の形態】

【0016】

図１に、生体、例えば人体１の健康状態を管理する生体管理システム（健康管理システム）１０の一例を示す。この生体管理システム１０は、生体１の状態を監視（モニタリング）する生体監視システム２０と、生体１の健康を維持するための薬剤を注入する投薬システム８０とを含む。生体監視システム２０は、生体１に埋設されるインプラント５０と、インプラント５０との組み合わせにより生体１の状態をモニタリングする分析装置３０とを含む生体監視装置キット２５により提供される。分析装置３０の一例はスマートウォッチなどの通信機能およびユーザーインターフェイスを内蔵したウェアラブルな携帯端末４０である。投薬システム８０は、生体１の皮膚５を介して薬剤を注入するインジェクタ８１と、インジェクタ８１に所定の薬剤を供給する供給装置（供給ユニット）８３とを含む投薬キット（注入キット）８５により提供される。生体管理システム１０は、生体監視装置キット２５および投薬キット（注入キット）８５を含む生体管理装置キット１５により提供される。

【0017】

インプラント５０の一例は、生体１の皮膚５の下に埋設されるインプラントであって、皮膚下のターゲット、典型的にはターゲットである血液を含む血管７の下側に位置するように埋設される反射機能を備えた光学部５１を有するインプラントである。測定対象は血管中の血液であるが、以下では、測定のための照射対象として血管７をターゲットに集光することを含めて説明する。

【0018】

インプラント５０は、皮膚外（表皮３の外側）９から照射された光６１を皮膚下のターゲット（例えば、血管）７に向けて、および／またはターゲット７からの光６５を皮膚外９に向けて導く光学部５１を有する。このインプラント５０により、皮膚下（生体内）８における光の進行方向を制御することも可能であり、生体内８でターゲット（例えば、血管）７に向けて光を集光したり、ターゲット７からの光を皮膚外９に向けて導いたりすることができる。ターゲットは、皮膚下、例えば、表皮３の下の毛細血管７などの組織であってもよく、真皮あるいは真皮下の皮下組織中の血管などの組織であってもよく、さらに深部の血管または組織であってもよい。

【0019】

インプラント５０は、さらに、光学部５１の生体内８における位置を維持するための支持部５５を有してもよい。光学部５１の一例は、直径が１００μｍ～１０ｍｍの円形状、楕円形状、または、多角形状の凹面５２を備えたものであってもよい。凹面５２は反射機能を有して、入射光６１または散乱光６５を凹面５２で反射することにより、それらの光６１および６５を集光したり、コリメートしたりすることができる。

【0020】

光学部５１を支持する支持部５５の一例は、凹面５２がターゲットである血管７の方向を向いて生体内８に維持されるように、光学部５１の周囲から部分的に突き出た部分である。支持部５５は、Ｓ字またはＪ字などに湾曲するように延びた１または複数のアーム状の部材であってもよい。光学部５１の凹面５２は反射機能を備えた面（第１の面）を含み、金属薄膜、透明導電膜、誘電体多層膜、多層干渉膜の少なくともいずれかにより反射性能が付与された面であってもよい。透明導電膜、誘電体多層膜、多層干渉膜は、赤色から近赤外の波長の光の反射機能（反射率）が高くなるように設計してもよい。

【0021】

光学部５１は、それ自身が金属などの反射機能を備えた素材により形成されていてもよい。インプラント５０は、シリコン樹脂またはその他の生体１と親和性が高く、ＭＲＩなどの検査において障害とならない、またはなりにくい樹脂、チタンなどの金属、または適当なバイオマテリアルにより形成されていてもよい。インプラントは、生体１の観察に要する所定の時間または期間が経過した後に、生体内８で溶解する生体内溶解性の樹脂または金属などであってもよい。

【0022】

インプラント５０は簡易な手術により生体１に埋設されてもよく、柔軟性の高い素材からなるインプラント５０は、適当な注入機器により、または、点滴用の針またはカテーテルにより生体表面から生体内の適当な位置に挿入されてもよい。インプラント５０は、皮下の血管７に光６１を照射したり、血管７からの散乱光６５を制御できる位置に埋設されればよく、生体１の埋設される箇所に特に制限はない。分析装置３０がスマートウォッチなどの携帯端末４０に搭載されている場合は、その携帯端末４０が装着される場所、例えば手首のスマートウォッチが装着される皮膚にインプラント５０を埋設してもよい。

【0023】

インプラント５０は、さらに、光学部５１の生体内における位置を生体外から非接触で検知可能にするためのマーカー５７を備えていてもよい。マーカー５７の一例は、皮膚外から磁場を用いて検出できる金属または磁性体を含むセラミックまたは樹脂などであり、光学部５１の全体あるいは一部にマーカー５７が含まれていてもよい。支持部５５の一部または全体がマーカー５７であってもよく、光学部５１の周囲にマーカー５７を含む部分が独立して形成されていてもよい。

【0024】

分析装置３０の一例は、レーザーを用いた非侵襲の分析装置であり、インプラント５０の光学部５１と協働してターゲット、本例では血管７を流れる血液に含まれる様々な情報を精度よく取得する。分析装置３０としては、赤外線吸光など様々な方法を採用できるが、本例の分析装置３０は、インプラント５０と協働して、または直に血管７に照射するレーザー６１を生成するレーザー光源（レーザー装置、レーザーユニット）３１と、血管７からの散乱光６５をインプラント５０と協働して、または直に検出する検出器（検出ユニット）３２とを有する。レーザー装置３１は、少なくとも２つのレーザー光、本例では、ラマン散乱光（ＣＡＲＳ光）を生成するためのストークス光とポンプ光を含むレーザー光６１を出射する。レーザー装置３１は、レーザー光６１としてストークス光およびポンプ光に加えプローブ光を照射する装置であってもよい。

【0025】

分析装置３０は、さらに、これらのレーザー光６１をインプラント５０と協働して、また直に、血管７の共通のスポットに照射する照射装置７０を含む。照射装置７０は、出射されるレーザー光６１をコリメートしたり、ターゲットからの散乱光６５を集光する集光装置（集光ユニット）としての機能を含む。集光装置７０は、対物レンズ７３と、レーザー光６１の波面を制御するマイクロミラーアレー（マイクロミラーデバイス）７１と、マイクロミラーアレー７１を制御するドライバー７５とを含む。集光装置７０は、血管中の血液の組成を検出（測定）するために、皮膚下（生体内）８に埋設されたインプラント５０の位置にレーザー光６１を導くように制御する装置（照射位置制御装置、照射位置制御光学系）７４を備えていてもよい。この照射位置制御装置７４は、レーザー光６１の照射により得られる散乱光６５を、インプラント５０を介して皮膚外９に導けるようにレーザー光６１の照射方向を制御する機能を備えていてもよい。照射位置制御装置７４は、対物レンズ７３の位置や向きを制御する装置であってもよく、デジタルミラーデバイスなどの反射装置を用いてレーザーの照射方向や角度を制御する装置などであってもよい。

【0026】

図３（ａ）に示すように、表皮３は、散乱体であり、平坦な波面を備えた光束が通過すると、ランダムな媒質によってレーザー光が散乱される。このため，その散乱光中にスペックルと呼ばれるきらきら輝く明暗の斑点模様が観察される。これに対し、空間光変調器（ＳＬＭ、Ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、例えば、マイクロミラーアレイデバイス７１により波面を散乱体による散乱をキャンセルするように制御することが可能である。その結果、図３（ｂ）に示すように、対物レンズ７３あるいは対物レンズ７３とインプラント５０の凹面状の光学部５１との協働により諸収差を抑制した状態で効率よくターゲットである血管７の所定のスポットにレーザー光６１を集光させることができる。マイクロミラーアレイデバイス７１の制御は、例えば、検出される散乱光の強度が最大になるように、コントローラ３５がドライバー７５を介して行ってもよい。あるいは、コントローラ３５がドライバー７５を介してマイクロミラーアレイデバイス７１を所定のパターンあるいはランダムパターンにより動かして、得られる散乱光の強度が最大になるパターンを探索してもよい。

【0027】

分析装置３０のコントローラ３５は、さらに、皮膚下の生体内８に埋設されたインプラント５０の具体的（詳細）な位置を探索し、レーザー光６１の照射先を制御する探索装置（探索機能）３５ａを備えていてもよい。探索装置３５ａの一例は、電磁場生成装置３８を用いて、インプラント５０のマーカー５７を、電磁場を用いて検出する機能である。探索装置３５ａは生体内８のインプラント５０の位置を検出するＯＣＴなどの画像処理機能を備えていてもよい。探索装置３５ａは、レーザー光６１でインプラント５０の埋設予定位置およびその周囲をスキャンして散乱光６５に血液成分、例えばグルコースが含まれているか否かによりインプラント５０の位置を判断する装置であってもよい。探索装置３５ａは、インプラント５０の位置を判断して、レーザー光６１の照射位置を決定する処理（前処理）を測定開始前、測定中に断続して、または測定と並列して実施してもよい。

【0028】

分光分析型の分析モジュール（分析装置）３０の一例はラマン分析装置であり、特に、微量分析に適したＣＡＲＳ（コヒーレント反ストークスラマン散乱、Coherent Anti-Stokes Raman Scattering）分析装置、ＳＲＳ（誘導ラマン散乱、Stimulated Raman Scattering）分析装置、時間分解型ＣＡＲＳ分析装置などを採用してもよい。

【0029】

分析装置３０は、照射装置７０を制御したり、検出器３２により得られた散乱光６５による測定結果を解析する機能３５ｂ、また、探索装置として照射装置７０および検出器３２を制御する機能３５ａなどを備えたコントローラ（制御装置、制御ユニット）３５を含む。コントローラ３５は、さらに、測定結果を外部、たとえばクラウド上の健康管理サーバーなどの外部システムに提供する機能（通信機能）や、投薬システム８０と協調する機能などを含んでいてもよい。コントローラ３５はメモリ、ＣＰＵなどのコンピュータ資源を備えており、プログラム（プラグラム製品）により分析装置３０および分析装置３０を含む生体監視システム２０および／または生体管理システム１０を制御してもよい。

【0030】

分析装置３０は、ターゲットの血管７内に光トラップを形成する光ピンセット装置３７をさらに含んでもよい。光ピンセットは、高い開口数の対物レンズを用いてレーザー光を極限まで集光すると、光子の散乱による運動量の伝達により、マイクロメートル程度の大きさの粒子をトラップする力が生じさせるものであり、血管７を流れる血液から所定の大きさの粒子あるいは分子をトラップして、ラマン分光分析の対象とすることができる。

【0031】

分析装置３０は、血管７内の流体の微小流体制御を行う電磁場生成装置３８をさらに含んでもよい。電磁場生成装置３８の微小流体制御および／または光ピンセット（光トラップ）により、あるいはこれらを制御装置３５により制御して協働させることにより、血管７にナノサイズの分子篩、ナノペンチェンバーなどの血液中の分子あるいは粒子を捕獲および／またはフィルタリングする構造を動的に形成することができる。

【0032】

インプラント５０を介して分析装置３０により捕捉可能な分子の例としては、赤血球、白血球、リンパ球、血小板等の血球に限らず、抗体、抗体断片、遺伝子組み替え抗体、一本鎖抗体、受容体タンパク質、結合性タンパク質、酵素、インヒビタータンパク質、レクチン、細胞接着タンパク質、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、核酸、およびアプタマーなど、血中に存在する可能性がある全ての分子を挙げることができる。インプラント５０および分析装置３０を備えた監視システム２０による、検出および／または同定の対象は、任意の原子、化学物質、分子、化合物、組成物、微生物または凝集物であってよく、例えば、血球、アミノ酸、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、糖タンパク質、リポタンパク質、ヌクレオシド、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、核酸、糖、炭水化物、オリゴ糖、多糖、脂肪酸、脂質、ホルモン、代謝産物、サイトカイン、ケモカイン、受容体、神経伝達物質、抗原、アレルゲン、抗体、基質、代謝産物、補助因子、阻害物質、薬剤、製剤、栄養分、プリオン、トキシン、毒物、爆発物、農薬、化学兵器物質、生物学的有害物質、放射線同位体、ビタミン、複素環式芳香族化合物、発癌物質、変異誘発物質、麻薬、アンフェタミン、バルビツール酸塩、幻覚発現物質、廃棄物、および／または汚染物質が挙げられるが、これらに限定されるものではない。微生物としては、ウィルス、細菌、細胞などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

【0033】

図１に示す生体監視システム２０においては、皮膚上９に装着された分析装置３０のレーザーユニット３１から出力されるラマン分光用のレーザー光（ストークス光、ポンプ光およびプローブ光）６１および光ピンセット装置３７のレーザー光６２が、ミラーなどの光学素子６４ａおよび６４ｂにより集められ、照射装置（集光装置）７０によりターゲットである皮膚下８の血管７に照射される。照射装置７０においては、レーザー光６１は、マイクロミラーデバイス７１により波面が制御された後に、対物レンズ７３を介して皮膚下の血管７の所定の位置（スポット）７ａに集光される。血管７を流れる血液の情報を含む散乱光（ＣＡＲＳ光）６５はスポット７ａから様々な方向に出力される。最も強度の高い前方、すなわちレーザー光６１の入射方向の前方に出力されるＣＲＡＳ光（フロントＣＡＲＳ光）６５は、血管７のスポット７ａの下側に予め埋設されているインプラント５０の光学部５１の凹面（反射面）５２により皮膚上９の方向に反射され、分析装置３０の対物レンズ７３を通って集光される。ＣＡＲＳ光６５は、適当な光学素子６６および６４ｃを経て検出器（スペクトロメータ）３２に導かれる。また、スポット７ａのレーザー光６１の入射方向の後方に出力されるＣＡＲＳ光（エピＣＡＲＳ光）は、皮膚方向に出力されるので、分析装置３０の対物レンズ７３を通って集光され、検出器３２に導かれる。

【0034】

このため、この生体監視システム２０においては、インプラント５０により体内に散乱するＣＡＲＳ光６５を、分析装置３０の方向に集めることが可能となり、より効率よくＣＡＲＳ光６５を検出することができる。したがって、分析装置３０をレーザー６１がインプラント５０の上部の血管７のスポット７ａに照射されるように生体１の表面に装着することにより、非侵襲で血液中の諸成分を精度よく検出する生体監視システム２０を提供できる。また、生体監視装置キット２５を用いることにより、生体に負担をかけずに、生体の情報を精度よく、そして連続してモニタリングできる生体監視システム２０を提供できる。

【0035】

投薬システム８０は、分析装置３０の測定結果に基づいて、生体１の健康を所定の状態に維持するために必要な量の薬剤を必要なタイミングで供給（注入）する薬剤注入装置（供給装置）８３と、皮膚５に装着された薬剤注入用のインジェクタ８１とを含む。インジェクタ８１は、微小針を用いたものであってもよく、針を使用せず薬液を噴射により皮膚より投入する無針タイプであってもよい。

【0036】

生体監視装置キット（生体監視キット）２５と、分析装置３０により得られる生体１の状態に基づいて、皮膚５を介して生体１に薬剤を注入する投薬キット８５とを有する生体管理装置キット（生体管理装置組み立て用セット）１５を提供できる。この生体管理装置キット１５によれば、インプラント５０を生体１に埋設し、分析装置３０をレーザー６１によるＣＡＲＳ光６５がインプラント５０を介して効率よく取得できるように生体１の表面（皮膚表面、皮膚上）９に装着し、さらに、投薬システム８０のインジェクタ８１を皮膚５、特に表皮３に取り付けることにより生体管理システム１０を生体１に装着できる。生体管理システム１０により、非侵襲で血液中の諸成分を介して、生体１に負担をかけずに、生体１の情報を精度よく、そして連続してモニタリングでき、それに基づいて所望の薬剤を、必要な時期に必要な量だけ生体に注入できる。

【0037】

生体管理システム（健康管理システム）１０においては、分析システム（モニター）２０により、連続して、リアルタイムに血中のグルコースを精度よく測定できる。したがって、連続して測定されるグルコース濃度に対して、投薬システム８０によりインスリンの投薬量を細やかに制御できる。さらに、生体管理システム１０は、イベント認識モジュールなどの生体（人体）の行動あるいは生活様式などを予測あるいは把握できる機能を備えていてもよい。生体管理システム１０は、運動や、食事といったイベント（患者の活動）の発生を含む様々な行動を検出し、さらに、日常のスケジュールや、さまざまなセンサーの出力を用いて患者の活動を予測し、予測された状態に対応できるように、投与する薬剤およびその量、例えば、インスリンの種類および量を決定してもよい。このため、例えば、血中のグルコース濃度を、健康に影響の少ない細い幅の範囲に制御することができる。したがって、生体管理システム１０を装着することにより、糖尿病の患者であっても健常人と同様にスポーツを行ったり、食事をとったりすることが可能となる。

【0038】

注入システム（投薬システム、ドラッグデリバリシステム）８０から注入される生理活性物質は、インスリンに限定されず、その他のホルモン、処方薬、ミネラル、栄養素などであってもよく、生体管理システム１０は、それらの種類と量とを決定および制御する機能（投薬量推定機能）とを含んでもよい。また、生体管理システム１０は、このシステム１０で得られた生体のリアルタイムの情報および投薬の情報を随時、または連続して、外部の監視システム、例えば医療または保険システムと共有するシステムを備えていてもよい。

【0039】

図２に、生体監視システム２０の異なる例を示している。分析装置３０の一例は、生体管理システム１０を提供するための専用端末４５である。専用端末４５は、分析装置３０としての機能に加えて、投薬システム８０としての機能を内蔵していてもよく、密着用のパット４９などを用いて皮膚５に装着できるものであってもよい。端末４５の装着方法は限定されず、皮膚５の所定の位置に端末４５を固定できる方法であればよい。

【0040】

この例においては、皮膚上９に装着された分析装置３０のレーザーユニット３１から出力されるラマン分光用のレーザー光（ストークス光、ポンプ光およびプローブ光）６１がミラーなどの光学素子６４を介して照射装置７０に導かれ、照射装置（集光装置）７０のマイクロミラーデバイス７１により波面が制御された後に、対物レンズ７３を介して皮膚下の生体内８に向けて照射される。生体内８においては皮膚（例えば、真皮）５の血管７の下に埋設されたインプラント５０の光学部５１の凹面５２によりレーザー光６１が反射され血管７のスポット７ａに集光される。

【0041】

したがって、分析装置３０をレーザー６１がインプラント５０に照射されるように生体１の表面に装着することにより、非侵襲で血液中の諸成分を精度よく検出することにより、生体１に負担をかけずに、生体の情報を精度よく、そして連続してモニタリングできる生体監視システム２０を提供できる。すなわち、レーザー６１を生体内で、インプラント５０により集光できるので、皮膚３また５、さらにインプラント５０に達するまでのレーザー６１のスポットを大きくすることができる。このため、生体内８を通過するレーザー６１の強度（照度、単位面積当たりの強度）を低くすることができ、皮膚３を含めた生体１への負荷を低減できる。その一方、生体内８のインプラント５０で、ターゲットである血管７に近いところからレーザー６１を所定のスポット７ａに向けて集光できる。このため、生体１への影響を最小限に抑えて、ターゲットである血管７に対して十分に強度の高いレーザー６１を照射でき、その結果として、十分に高い強度のＣＡＲＳ光６５を生成および検出することが可能となる。

【0042】

血管７を流れる血液の情報を含む散乱光（ＣＡＲＳ光）６５はスポット７ａから様々な方向に出力される。本例においては、血管７の下側に埋設されたインプラント５０により、血管７に対し、その下側から皮膚上９の方向にレーザー光６１が照射される。このため、ＣＡＲＳ光６５の最も強度の高い前方、すなわちレーザー光６１の入射方向の前方に出力されるＣＲＡＳ光（フロントＣＡＲＳ光）６５は、皮膚方向（皮膚上９の方向）に出力される。したがって、この強度の高いＣＡＲＳ光６５を、分析装置３０の対物レンズ７３を通って集光することが可能となり、検出器（スペクトルメータ）３２により効率よく解析できる。また、スポット７ａのレーザー光６１の入射方向の後方に出力されるＣＡＲＳ光（エピＣＡＲＳ光）は、インプラント５０の光学部５１の凹面５２により皮膚方向に反射されるので、分析装置３０の対物レンズ７３を通って集光できる。このため、後方に散乱されたＣＡＲＳ光６５を含めて検出器３２により検出できる。

【0043】

分析装置３０は、生体１の皮膚下８に埋設されたインプラント５０の位置を検出する装置として、光学的に生体内の物質および位置を画像化できるＯＣＴ３４を含んでもよい。インプラント５０が生体内８の他の組織と異なる物質として識別できる形状あるいは素材から形成されていれば、探索機能３５ａがＯＣＴ３４を用いて事前に、あるいはその都度、インプラント５０の位置を確認し、精度よくレーザー６１を照射でき、効率よくＣＡＲＳ光６５を得ることができる。

【0044】

図４に、上述したシステム１０または２０により生体１の状態を監視するプロセス（方法）の概要を示している。まず、ステップ９１において、生体１の皮膚下（生体中）８にインプラント５０を埋設する。具体的には、皮膚外９から照射された光６１を皮膚下のターゲット（血管７、さらに具体的には血管中の血液）に向けて、および／またはターゲットからの光（散乱光、ＣＡＲＳ光）６５を皮膚外９に向けて導くように生体１の皮膚下８に埋設する。インプラント５０は、事前に簡易な手術により埋設してもよく、インプラント５０を埋設するための治具を用いて患者自身が設置してもよい。インプラント５０は生体１に溶解あるいは吸収される材質であってもよく、定期的にインプラント５０を埋設する処理を行ってもよい。

【0045】

ステップ９４において、生体表面、例えば皮膚外９に装着された分析装置３０により、生体内８にレーザー６１を照射し、ターゲット（血管中の血液）から得られた散乱光（ＣＡＲＳ光）６５を検出（取得）する。ＣＡＲＳ光６５は、レーザー光６１の少なくとも一部、および／またはＣＡＲＳ光（散乱光）６５の少なくとも一部がインプラント５０により導かれ、結果としてＣＡＲＳ光６５が分析装置３０により効率よく検出される。

【0046】

例えば、図１に示した例では、監視するプロセスは、生体１の皮膚下８に、血管７の下側になるようにインプラント５０を埋設し、生体表面９に装着された分析装置３０により、血管７にレーザー６１を照射し、血管７から得られた散乱光（ＣＡＲＳ光）６５を、インプラント５０を介して検出することを含む。図２に示した例では、監視するプロセスは、生体１の皮膚下（生体中）８に、血管７の下側になるようにインプラント５０を埋設し、生体表面９に装着された分析装置３０により、インプラント５０を介して血管７にレーザー６１を照射し、血管７から得られた散乱光（ＣＡＲＳ光）６５を分析装置３０により検出することを含む。

【0047】

ステップ９４の処理に先立って、ステップ９２において、インプラント５０の位置を探索して照射位置の調整が必要か否かを、例えば、散乱光６５を事前解析することにより判断してもよい。照射位置調整が必要であれば、ステップ９３において、探索装置３５ａを用いてインプラント５０の詳細な位置を探索する。

【0048】

ステップ９４において、ＣＡＲＳ光６５を検出するとともに、ステップ９５において、ターゲットの血管７に光トラップを形成することが要求されると、ステップ９６において、光ピンセット装置３７により光トラップを形成する。ステップ９７において、インプラント５０を介して検出されたＣＡＲＳ光６５を解析し、血液中のターゲットとしている成分に関する情報を取得する。さらに、生体管理システム１０は、ステップ９８において、搭載されたウェアラブル端末の他の機能、例えば、加速度計などの情報から、あるいは、他のウェアラブル端末からの情報、さらには、インターネット（クラウド）のサーバーなどから得られる情報に基づき、生体（ユーザー）１の行動を監視または観察してもよい。

【0049】

ステップ９９において、分析装置３０により得られた情報、さらに、行動観察により得られた情報に基づき、投薬の必要性を判断し、ステップ１００において投薬システム８０により薬剤を注入することができる。投薬システム８０は、分析装置３０により得られる生体１の状態に基づいて、注入装置（インジェクタ）８１により皮膚を介して生体１に薬剤を注入してもよい。

【0050】

上述したプロセスを含む、生体の状態を監視する方法は、分析装置３０を含む監視システム２０を制御するプログラム（プログラム製品）として、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に格納して提供してもよい。また、生体の状態を監視する方法は、インターネットなどを介してダウンロード可能なプログラムとして提供してもよく、インターネットを介したサービスとして提供してもよい。

【0051】

上記には、生体の皮膚下に埋設されるインプラントであって、皮膚下のターゲットの下側に埋設される反射機能を備えた光学部を有するインプラントが開示されている。インプラントは、前記光学部の生体内における位置を維持するための支持部をさらに有してもよい。インプラントは、前記光学部の生体内における位置を生体外から非接触で検知可能にするためのマーカー部をさらに有してもよい。前記ターゲットは血管を含んでもよい。前記光学部は、反射機能を備えた凹面を含んでもよく、前記光学部は、赤色から近赤外の波長の光の反射機能を備えた第１の面を含んでもよい。前記第１の面は、金属薄膜、透明導電膜、誘電体多層膜、多層干渉膜の少なくともいずれかが形成された面を含んでもよい。前記光学部は直径が１０ｍｍ～１００μｍの円形であってもよい。

【0052】

上記には、さらに、生体の皮膚下の前記ターゲットにレーザーを照射する照射装置と、前記ターゲットからの散乱光を、埋設されたインプラントの前記光学部を介して検出する検出器とを有する分析装置が開示されている。前記照射装置は、少なくとも２つのレーザー光を、前記ターゲットの共通のスポットに集光する集光装置を含んでもよい。また、上記には、生体の皮膚下に埋設されたインプラントの前記光学部を介して前記ターゲットにレーザーを照射する照射装置と、前記ターゲットからの散乱光を検出する検出器とを有する分析装置が開示されている。前記照射装置は、少なくとも２つのレーザー光を、インプラントの前記光学部を介して前記ターゲットの共通のスポットに集光する集光装置を含んでもよい。前記集光装置は、波面を制御するマイクロミラーアレーを含んでもよい。分析装置は、生体の皮膚下に埋設された前記インプラントの位置を検出する装置をさらに有してもよい。

【0053】

上記には、さらに、上記のインプラントと、上記の分析装置とを有する生体監視装置キットが開示されている。また、上記には、前記分析装置により得られる生体の状態に基づいて、皮膚を介して生体に薬剤を注入する注入装置とを有する生体管理装置キットが開示されている。

【0054】

上記には、さらに、生体の状態を監視する方法が開示されている。この方法は、前記生体の皮膚下のターゲットの下側に反射機能を備えたインプラントを埋設することと、分析装置により、前記ターゲットにレーザーを照射し、ターゲットから得られた散乱光を前記インプラントからの反射光を含めて検出することとを有する。また、この方法は、前記生体の皮膚下のターゲットの下側に反射機能を備えたインプラントを埋設することと、分析装置により、前記インプラントを介して前記ターゲットにレーザーを照射し、ターゲットから得られた散乱光を検出することとを有してもよい。また、この方法は、前記分析装置により得られる生体の状態に基づいて、注入装置により皮膚を介して生体に薬剤を注入することを含んでもよい。

【0055】

なお、上記においては、本発明の特定の実施形態を説明したが、様々な他の実施形態および変形例は本発明の範囲および精神から逸脱することなく当業者が想到し得ることであり、そのような他の実施形態および変形は以下の請求の範囲の対象となり、本発明は以下の請求の範囲により規定されるものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】