特表 2022-551381 小型化アクティブセンシングシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-09

(54)【発明の名称】小型化アクティブセンシングシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/1455 20060101AFI20221202BHJP

【ＦＩ】

A61B5/1455

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2022510082

(86)(22)【出願日】2020-08-14

(85)【翻訳文提出日】2022-04-13

(86)【国際出願番号】 EP2020072885

(87)【国際公開番号】W WO2021032629

(87)【国際公開日】2021-02-25

(31)【優先権主張番号】62/887,767

(32)【優先日】2019-08-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】19192138.6

(32)【優先日】2019-08-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(31)【優先権主張番号】19195939.4

(32)【優先日】2019-09-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(31)【優先権主張番号】19218195.6

(32)【優先日】2019-12-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(31)【優先権主張番号】20158808.4

(32)【優先日】2020-02-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ

(71)【出願人】

【識別番号】522059634

【氏名又は名称】グルコマート ゲー・エム・ベー・ハー

【氏名又は名称原語表記】Ｇｌｕｃｏｍａｔ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｄｏｎａｕｐａｒｋ １３， ９３３０９ Ｋｅｌｈｅｉｍ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】マティアス ライヒル

【テーマコード（参考）】

4C038

【Ｆターム（参考）】

4C038KK10

4C038KL05

4C038KL07

4C038KM03

4C038KX01

(57)【要約】

本発明は、被験体の体液中の生理的パラメータを測定するための非侵襲的なアクティブセンシングシステムに関する。さらに、本発明は、被験体の体液中の生理的パラメータを測定するための非侵襲的な方法に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被験体の体液中の生理的パラメータを測定するための非侵襲的なシステムであって、前記システムが、
（ａ）約４００ｎｍ～約１５００ｎｍまたは５００ｎｍ～約１５００ｎｍの範囲の可視（ＶＩＳ）／近赤外（ＮＩＲ）放射を前記被験体の身体部位に放出するように適応化された放射源であって、前記身体部位は特に、指先、耳たぶ、手首、前腕および上腕から選択されており、照射された前記身体部位が電磁エネルギを吸収して組織温度の局所的な上昇および約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射の放出の増大をもたらす、放射源と、
（ｂ）前記被験体の従前に照射された前記身体部位から放出される約５μｍ～約１２μｍの範囲のＩＲ放射を検出するためのセンシングユニットであって、
（ｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように、かつ
（ｉｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように
適応化された、センシングユニットと、
（ｃ）前記センシングユニット（ｂ）において検出されたＩＲ放射に基づいて、前記生理的パラメータを定性的にかつ／または定量的に測定するための分析ユニットと
を備える、システム。

【請求項2】

前記システムは、約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射を放出するための外部放射源を備えていない、請求項１記載のシステム。

【請求項3】

前記生理的パラメータがグルコースであり、前記体液がグルコースである、請求項１または２記載のシステム。

【請求項4】

前記システムが、血液中のグルコースを測定するように適応化されており、前記センシングユニットが、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記血液中のグルコースの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、前記少なくとも１つの波長もしくは波長範囲は、特に、約９．２μｍの波長、約９．４μｍの波長、約９．６μｍの波長、約９．２μｍ、約９．４μｍおよび約９．６μｍの波長のうちの少なくとも２つを含む波長範囲、約９．２μｍ、約９．４μｍおよび約９．６μｍの波長を含む波長範囲、またはこれらの任意の組み合わせから選択されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項5】

前記放射源（ａ）が、約５５０ｎｍ～約１２００ｎｍの範囲、特に約８００ｎｍ～約８２０ｎｍの範囲、例えば約８１０ｎｍ、および／または約５９０ｎｍ～約６１０ｎｍの範囲、例えば約６００ｎｍ、および／または約９２０ｎｍ～約９８０ｎｍの範囲、例えば約９４０ｎｍのＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出するように適応化されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項6】

前記放射源（ａ）は、ＬＥＤ、レーザーダイオード、ｖｃｓｅｌ（垂直共振器型面発光レーザー）、またはレーザーである、請求項１から５までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項7】

前記放射源（ａ）は、多波長放射源である、請求項１から６までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項8】

前記センシングユニット（ｂ）が、少なくとも１つの第１のセンサ、少なくとも１つの第２のセンサ、および任意手段としての少なくとも１つの第３のセンサを備え、
前記少なくとも１つの第１のセンサは、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、
前記少なくとも１つの第２のセンサは、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、
前記少なくとも１つの第３のセンサは、存在する場合に、（ｉ）不特定のＩＲ放射を検出するように適応化されており、（ｉｉ）不特定のＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するように適応化されており、（ｉｉｉ）検出されるＶＩＳ／ＮＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に依存する波長を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するように適応化されており、かつ／または（ｉｖ）前記身体部位の温度を計測するための温度センサである、
請求項１から７までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項9】

少なくとも１つの第１のセンサが、第１の波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、少なくとも１つの他の第１のセンサが、第２の波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、
前記第２の波長範囲が、前記第１の波長もしくは波長範囲と、さらに別の波長もしくは波長範囲とを含み、
前記システムが特に、血液中のグルコースを測定するように適応化されており、第１のセンサが、約９．２μｍの波長を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、別の第１のセンサが、約９．２μｍ～約９．６μｍの波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、前記約９．２μｍ～約９．６μｍの波長範囲が、約９．２μｍの第１の波長と、約９．４μｍおよび約９．６μｍの少なくとも一方の波長とをさらに含み、特に約９．４μｍおよび約９．６μｍの波長をさらに含む、
請求項８記載のシステム。

【請求項10】

前記システムが、少なくとも２つの異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化された少なくとも２つの異なる第２のセンサを備え、
前記システムが特に、血液中のグルコースを測定するように適応化されており、第２のセンサが、約８．６μｍ～９．０μｍの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、別の第２のセンサが、約９．８μｍ～約１０．２μｍの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されている、
請求項８または９記載のシステム。

【請求項11】

前記センシングユニット（ｂ）が、異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を時間依存的に別々に検出するように適応化された少なくとも１つのセンサを備え、
少なくとも１つの第１の時間間隔において、前記センサが、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、
少なくとも１つの第２の時間間隔において、前記センサが、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項12】

前記センシングユニット（ｂ）が単一のセンサを備える、請求項１から１１までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項13】

前記センシングユニット（ｂ）が、光学検出器、特に光学的な光起電力検出器、さらに特にＩｎＡｓＳｂベースの検出器である、少なくとも１つのセンサを備える、請求項１から１２までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項14】

前記システムが、前記放射源（ａ）によって放出されるＩＲ／ＶＩＳ放射および前記センシングユニット（ｂ）によって検出されるＩＲ放射に対して光学的に透明な材料から少なくとも部分的に作製されたカバーをさらに備え、
前記カバーは、ＣａＦ_２および／またはＢａＦ_２から少なくとも部分的に作製されており、かつ／またはＩＲ放射に対して透明な、かつ任意手段としてＶＩＳ／ＮＩＲ放射に対して透明なプラスチック材料から少なくとも部分的に作製されており、
前記カバーの光学的に透明な材料は、約０．２ｍｍ～約２ｍｍ、特に約０．５ｍｍ～約１．５ｍｍ、さらに特に約１ｍｍの厚さを有する、
請求項１から１３までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項15】

前記システムが、前記身体部位からのＩＲ放射を前記センシングユニット（ｂ）に、特に前記センシングユニット（ｂ）の前記少なくとも１つのセンサに集束させるカバーをさらに備え、特に、前記カバーは、ＩＲフレネルレンズ、または複数のＩＲフレネルレンズを含むアレイを備える、請求項１から１４までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項16】

被験体の体液中の生理的パラメータを非侵襲的に測定するための、請求項１から１５までのいずれか１項記載のシステムの使用であって、前記生理的パラメータがグルコースであり、前記体液が血液であり、血液中のグルコース量の変化率が測定される、使用。

【請求項17】

被験体の体液中の生理的パラメータを非侵襲的に測定するための方法であって、前記方法が、
（ａ）約４００ｎｍ～約１５００ｎｍまたは約５００ｎｍ～約１５００ｎｍの波長範囲の可視（ＶＩＳ）／近赤外（ＮＩＲ）放射を前記被験体の身体部位に照射するステップであって、照射された前記身体部位が電磁エネルギを吸収して組織温度の局所的な上昇および約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射の放出の増大をもたらす、ステップと、
（ｂ）前記被験体の従前に照射された前記身体部位から放出される約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射を検出するステップであって、
別々に、（ｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するステップ、および
（ｉｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するステップ
を含む、ステップと、
（ｃ）前記生理的パラメータを定性的にかつ／または定量的に測定するために、検出されたＩＲ放射を分析するステップと
を含む、方法。

【請求項18】

前記身体部位が、約５μｍ～約１２μｍの波長範囲の外部ＩＲ放射源によって照射されない、請求項１７記載の方法。

【請求項19】

前記生理的パラメータがグルコースであり、前記体液が血液である、請求項１７または１８記載の方法。

【請求項20】

前記生理的パラメータの濃度が定量的に測定され、かつ／または前記生理的パラメータの量の変化率が測定され、特に非定量的に測定される、請求項１７から１９までのいずれか１項記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被験体の体液中の生理的パラメータを測定するための非侵襲的なアクティブセンシングシステムに関する。さらに、本発明は、被験体の体液中の生理的パラメータを測定するための非侵襲的な方法に関する。

【0002】

背景
２０１６年において、約４億１５００万人が糖尿病を患っている。２０４０年には６億４０００万人超まで増大することが予想されている。糖尿病患者には失明、腎臓疾患、心臓疾患、卒中などの合併症のリスクがあるので、血液グルコースレベルを細かくモニタリングすることによって疾患を制御することが求められている。

【0003】

現在、血液グルコースの測定は主に侵襲的なシステムおよび方法に基づいており、血液サンプルが採取された後にin vitro試験にかけられたり、グルコースレベルをin vivoで測定するためにセンサが埋め込まれたりする。これらの侵襲的なシステムおよび方法は、痛みを感じたり、不便であったりする、という欠点がある。

【0004】

よって、グルコースおよび／または生理的パラメータの信頼性の高い非侵襲的な測定を可能にするシステムおよび方法を開発する必要がある。

【0005】

発明の概要
本発明によれば、非侵襲的なシステムおよび方法を用いて、生理的パラメータの簡単、迅速かつ信頼性の高い測定が実現可能となる。これらのシステムおよび方法は、約４００ｎｍ～約１５００ｎｍまたは約５００ｎｍ～約１５００ｎｍの範囲の可視（ＶＩＳ）／近赤外（ＮＩＲ）放射を被験体、特にヒト被験体の身体部位に照射し、前記被験体の照射された身体部位から放出される約５μｍ～約１２μｍの範囲のＩＲ放射を検出することを含む。驚くべきことに、本発明者は、身体部位、例えば指先、耳たぶ、手首または前腕に短波長の放射を照射し、照射された身体部位から放出される長波長の放射を検出することにより、血液などの体液中のグルコースなどの生理的パラメータを測定できることを見出した。

【0006】

本発明によるＶＩＳ／ＮＩＲ放射を身体部位に照射すると、照射された身体部位の領域内でエネルギ吸収が引き起こされる。この照射された領域、すなわち吸収領域におけるエネルギ吸収は、照射された身体部位内、特に吸収領域内の組織温度の局所的な上昇をもたらし、これにより、照射された身体部位、特に吸収領域からの約５μｍ～約１２μｍの範囲のＩＲ放射の放出の増大を含む、ＩＲ放射の放出の増大が再び引き起こされる。よって、照射された身体部位から放出されるＩＲ放射の検出が容易となり、実質的に改善される。

【0007】

本発明の第１の態様は、被験体の体液中の生理的パラメータ、特にグルコースを測定するための非侵襲的なシステムであって、システムが、
（ａ）約４００ｎｍ～約１５００ｎｍまたは約５００ｎｍ～約１５００ｎｍの範囲の可視（ＶＩＳ）／近赤外（ＮＩＲ）放射を前記被験体の身体部位に放出するように適応化された放射源であって、身体部位は特に、指先、耳たぶ、手首、前腕および上腕から選択されている、放射源と、
（ｂ）前記被験体の照射された身体部位から放出される約５μｍ～約１２μｍの範囲のＩＲ放射を検出するためのセンシングユニットであって、
（ｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように、かつ
（ｉｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように
適応化された、センシングユニットと、
（ｃ）センシングユニット（ｂ）において検出されたＩＲ放射に基づいて、生理的パラメータを定性的にかつ／または定量的に測定するための分析ユニットと
を備える、システムに関する。

【0008】

本発明のさらなる態様は、被験体の体液中の生理的パラメータを非侵襲的に測定するための上記のシステムの使用であって、特に、生理的パラメータがグルコースであり、体液が血液である、使用に関する。

【0009】

本発明のまたさらなる態様は、被験体の体液中の生理的パラメータ、特にグルコースを非侵襲的に測定するための方法であって、方法が、
（ａ）約４００ｎｍ～約１５００ｎｍまたは約５００ｎｍ～約１５００ｎｍの波長範囲の可視（ＶＩＳ）／近赤外（ＮＩＲ）放射を前記被験体の身体部位に照射するステップと、
（ｂ）前記被験体の照射された身体部位から放出される約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射を検出するステップであって、
別々に、（ｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するステップ、および
（ｉｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するステップ
を含む、ステップと、
（ｃ）生理的パラメータを定性的にかつ／または定量的に測定するために、検出されたＩＲ放射を分析するステップと
を含む、方法に関する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】波長［ｎｍ］に応じた身体組織への電磁放射の侵入深さ［ｍｍ］を示す図である。

【図2】４００ｎｍ～１１００ｎｍの範囲の波長に応じた、人体に存在する特定の化合物の相対的な吸収係数を示す図である。

【図3】グルコースの吸収帯を示す図である。

【図4】本発明のシステムの実施形態を示す図である。

【図5】本発明のシステムのさらなる実施形態を示す図である。

【図6】本発明のまたさらなる実施形態を示す図である。

【図7】本発明のまたさらなる実施形態を示す図である。

【図8】本発明のまたさらなる実施形態を示す図である。

【図9】複数の分析物に対して特異的な波長／波長範囲および基準波長／波長範囲での計測を示す図である。

【図10】一実施形態を示す図である。

【図11】本発明のまたさらなる実施形態を示す図である。

【図12】本発明のまたさらなる実施形態を示す図である。

【図13】図４のシステムの概略図である。

【図14】８１０ｎｍの光を２秒間にわたって照射した後の指先のヒートマップを示す図である。

【図15】パワー２ｍＷ、周波数０．１Ｈｚで８１０ｎｍの光を断続的に照射している間の時間依存的な熱パワー出力を指先の自己放出に加えて示す図である。

【図16a】本発明のセンシングユニットの実施形態のブロック図である。

【図16b】図１６ａに示したセンシングユニットと同様である、本発明のセンシングユニットのさらなる実施形態のブロック図である。

【図17】一実施形態を示す図である。

【0011】

詳細な説明
本発明は、被験体、特にヒト被験体の従前に照射された身体部位からの約５μｍ～約１２μｍの波長範囲、特に約８μｍ～約１０μｍの範囲のＩＲ放射を検出することによって生理的パラメータを測定することを含む。生理的パラメータは、この波長範囲に特性吸収帯を有する任意の化合物でありうる。例えば、生理的パラメータは、グルコース、または乳酸もしくはトロポニンなどの臨床的に関連する別の分析物である。

【0012】

本発明の特定の実施形態では、システムは、血液中のグルコースを非侵襲的に測定するように適応化されている。この実施形態では、ＩＲ放射は、グルコースが特性吸収帯を有し、かつ検出されるＩＲ放射の強度が血液中のグルコースの濃度に依存する、グルコースに対して特異的な波長もしくは波長範囲で検出される。さらに特に、グルコースに対して特異的な波長もしくは波長範囲は、約９．２μｍの波長、約９．４μｍの波長、約９．６μｍの波長、約９．２μｍ、約９．４μｍおよび約９．６μｍの波長のうちの少なくとも２つを含む波長範囲、約９．２μｍ、約９．４μｍおよび約９．６μｍの波長の３つ全てを含む波長範囲、またはこれらの任意の組み合わせから選択される。付加的に、ＩＲ放射は、グルコースが特性吸収帯、特に吸収最小値を有しておらず、かつ検出されるＩＲ放射の強度が血液中のグルコースの濃度に実質的に依存しない、基準波長もしくは波長範囲で検出される。さらに特に、基準波長もしくは波長範囲は、約８．７μｍ～約９．０μｍの波長もしくは波長範囲、約９．７μｍ～約１０．２μｍの波長もしくは波長範囲、またはこれらの任意の組み合わせから選択される。

【0013】

上で概説したように、本発明は、約５００ｎｍ～約１５００ｎｍの波長範囲の電磁放射（ＶＩＳ／ＮＩＲ放射）を身体組織に照射し、照射された身体部位から放出される約５μｍ～約１５μｍの波長範囲の電磁放射（ＩＲ放射）を検出することに基づく。ＶＩＳ／ＮＩＲ放射を身体部位に照射すると、局所的なエネルギ吸収によって前記身体部位からのＩＲ放射の自己放出が高められ、局所的な温度上昇が引き起こされることになる。よって、照射された身体部位からのＩＲ放射の自己放出が、前記身体部位のＶＩＳ／ＮＩＲ放射による従前の照射によって増大する。このため、約５μｍ～約１５μｍの波長範囲の外部ＩＲ放射源による身体部位の照射が必要とされない。よって、特定の実施形態では、本発明のシステムは、外部ＩＲ放射源を含まず、特に特定の実施形態では、本発明のシステムは、検出されるＩＲ放射が放出される身体部位を照射するように適応化された外部ＩＲ放射源を含まない。

【0014】

図１は、波長［ｎｍ］に応じた身体組織への電磁放射の侵入深さ［ｍｍ］を示す。侵入深さが波長に依存することが分かる。約４００ｎｍ～約１５００ｎｍの可視（ＶＩＳ）／近赤外（ＮＩＲ）波長範囲、特に約５００ｎｍ～約１５００ｎｍの範囲または約４００ｎｍ～約１２００ｎｍの範囲、さらに特に約５５０ｎｍ～約１２００ｎｍの範囲では、約１ｍｍ以上の、特に約３ｍｍ以上の侵入深さが存在する。よって、放射を照射された身体部位が電磁エネルギを吸収して組織温度の局所的な上昇をもたらすことになる。これにより、体液中に存在する特定の有機化合物、すなわち生理的パラメータが吸収帯を示す、より長い波長のＩＲ放射、例えば約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射の放出の増大が再びもたらされる。これにより、本発明の上記の態様による、そのようなパラメータの定量的または定性的な測定が可能となる。

【0015】

特定の実施形態では、身体部位に放出されるＶＩＳ／ＮＩＲ放射は、約５５０ｎｍ～約１０００ｎｍの範囲、特に約８００ｎｍ～約８２０ｎｍ、例えば約８１０ｎｍ、および／または約５９０ｎｍ～約６６０ｎｍの範囲、例えば約６００ｎｍ、および／または約９２０ｎｍ～約９８０ｎｍの範囲、例えば約９４０ｎｍである。特定の実施形態では、身体に放出されるＶＩＳ／ＮＩＲ放射は、約４５０ｎｍ～約８００ｎｍの範囲である。

【0016】

図２は、４００ｎｍ～１１００ｎｍの範囲の波長に応じた、人体に存在する特定の化合物の相対的な吸収係数を示す。放射を身体部位へ放出させることのできる約６００ｎｍおよび約８１０ｎｍの波長が、具体的に示されている。約５００ｎｍ～約１０５０ｎｍの波長範囲では、水（Ｈ_２Ｏ）の吸収が比較的少ない。さらに、主要な血液成分であるヘモグロビン（Ｈｂ）とオキシヘモグロビン（Ｈｂｏｘｙ）は、同様の吸収係数を示す。皮膚色素であるメラミンは、波長の増大とともに減少する吸収係数を示す。

【0017】

本発明の実施形態では、放射源（ａ）は、約９２０ｎｍ～約９６０ｎｍの範囲、例えば約９４０ｎｍのＶＩＳ／ＮＩＲ放射を身体部位に放出するように適応化されている。この照射波長は、単独で、または少なくとも１つのさらなる照射波長と組み合わせて使用可能である。図３に示すように、グルコースは、波長９４０ｎｍに吸収帯を有する。よって、約９４０ｎｍの波長の照射は、グルコース分子の選択的な励起を招き、ＩＲ波長範囲、特に約５μｍ～約１２μｍの波長範囲におけるグルコース分子のより多くの吸収をもたらしうる。

【0018】

本発明の実施形態によれば、放射源（ａ）は、約９２０ｎｍ～約９８０ｎｍの範囲、例えば約９４０ｎｍのＶＩＳ／ＮＩＲ放射を前記被験体の身体部位に放出するように適応化されており、センシングユニット（ｂ）は、約９４０ｎｍの波長を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するようにさらに適応化されており、検出されるＶＩＳ／ＮＩＲ放射の強度はグルコースの濃度に依存する。ＶＩＳ／ＮＩＲ波長範囲の計測信号は、例えば比較器によって、上述したようなＩＲ範囲の計測信号と組み合わされてもよい。

【0019】

またさらなる実施形態では、ＶＩＳ／ＮＩＲの照射が、少なくとも２つの異なる波長の組み合わせ、特に、約８００ｎｍ～約８２０ｎｍ、例えば約８１０ｎｍの第１の波長と、約９２０ｎｍ～約９８０ｎｍ、例えば約９４０ｎｍの第２の波長との組み合わせで行われる。

【0020】

図４は、本発明のシステムの実施形態を示す。身体部位（１）、例えば指先が、身体部位（１）内の吸収領域（２）への照射を行うように適応化されたシステムとの接触状態に置かれる。

【0021】

システムは、光学的に透明な材料から少なくとも部分的に作製されたカバー（３）を備える。例えば、カバーは、約５μｍ～約１２μｍのＩＲ波長範囲またはその部分範囲、例えば約８μｍ～約１２μｍにおいて透明であり、かつ任意手段としての、約４００ｎｍ～約１５００ｎｍまたはその部分範囲のＶＩＳ／ＮＩＲ波長範囲において透明である、ＣａＦ_２および／もしくはＢａＦ_２またはプラスチック材料から少なくとも部分的に作製される。好適なＩＲ透過プラスチック材料は、例えば、Ｆｒｅｓｎｅｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（Ｆｏｒｔ Ｗｏｒｔｈ，Ｔｅｘａｓ，ＵＳＡ）から市販されているＰｏｌｙＩＲプラスチック材料などである。特定の実施形態では、カバーは、約０．２ｍｍ～約２ｍｍ、特に約０．５ｍｍ～約１．５ｍｍ、さらに特に約１ｍｍの厚さを有しうる。

【0022】

システムは、フィルタ要素（５）および任意手段としてのレンズ要素（図示せず）を備えうる少なくとも１つのセンサ（４）をさらに備え、レンズ要素は、例えば、センサ（４）とフィルタ要素（５）との間に配置されていてよい。センサ（４）は、回路基板（６）上に取り付けられていてもよい。さらに、システムは、少なくとも１つの放射源（９，９ａ）を備える。例えば、システムは、センサ（４）と同じ側に配置された放射源（９）、および／またはセンサ（４）とは反対の身体部位（１）の側に位置する放射源（９ａ）を備えていてよい。所望により、被験体の正確な皮膚温度をモニタリングするために、フィルタ要素（５）を備えていないさらなるセンサ（４）を設けてもよい。

【0023】

システムは、１つ以上のセンサ（４）を含む。図４の実施形態では、システムは、４つの異なるセンサ（４）を備える。センサは、所望によりロックインアンプと組み合わせて使用されうる、光学検出器、特に光学的な光起電力検出器、例えばＩｎＡｓＳｂベースの検出器であってよい。光起電力検出器、例えばＩｎＡｓＳｂベースの検出器は、立ち上がり時間がわずか数ナノ秒であり、身体部位が断続的に照射される装置に特に有用である。他の実施形態では、センサは、熱検出器、例えばサーモパイルまたはボロメータであってもよい。好適なセンサとしては、光起電力検出器（例えば、Ｈａｍａｍａｔｓｕ Ｐ１３８９４）、サーモパイル（例えば、Ｈｅｉｍａｎｎ ＨＣＳ Ｃ２１ Ｆ８－１４）または他のタイプのＩＲセンサ（例えば、Ｓｅｎｓｉｒｉｏｎ ＳＴＳ２１またはＭｅｌｅｘｉｓ ＭＬＸ９０６３２）が挙げられる。所望により、センサ（４）が、所望の波長もしくは波長範囲の放射を選択的に透過させることができるフィルタ要素（５）を備えていてもよい。フィルタ要素は、例えば約５０～１００ｎｍの狭い帯域幅、または、例えば約４００ｎｍ以上の、より広い帯域幅を有してもよい。フィルタは、それぞれの波長に対して光学的に透過性である、ゲルマニウムまたは他のフィルタ材料から作製されていてよい。さらに、センサは、このセンサに入射する光を集束させることができるレンズ要素、例えばマイクロレンズを備えていてもよい。

【0024】

特定の実施形態では、センサ表面は、その感度を高めるために、ＡｕまたはＡｇ、特にＡｕなどの貴金属でコーティングされていてよい。Ｂｕｎｄｔ焼き皿（baking-pan）として形成可能なこうしたコーティングが、Ａｗａｄ（Ｎａｔｕｒｅ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ ９：１２１９７（２０１９））に記載されており、この文献の内容は参照によって本明細書に組み込まれる。

【0025】

特定の実施形態では、センサは、約１ｍｍ^２～約１００００ｍｍ^２、例えば約１０ｍｍ^２～約１０００ｍｍ^２の面積を有する小型化センサである。特定の実施形態では、センサは、さらにより小型化されてもよく、例えばＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）であってもよい。

【0026】

本発明のセンシングユニットでは、少なくとも１つのセンサが、分析物に対して特異的なセンサ、すなわち、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されたセンサであってよく、少なくとも１つのセンサは、基準センサ、すなわち、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されたセンサであってもよい。

【0027】

特定の実施形態では、センシングユニット（ｂ）は、従前に照射された身体部位から自己放出されるＩＲ放射、すなわち、外部ＩＲ源による照射なしに被験体の体熱によって生じたＩＲ放射を検出するように適応化されている。さらに、センシングユニット（ｂ）は、従前に照射された身体部位内の吸収領域から放出されるＩＲ放射を検出するように適応化されていてよく、吸収領域は、局所的に温度が上昇し、約５μｍ～約１２μｍの波長範囲におけるＩＲ放射の放出の増大を示す。

【0028】

特定の実施形態では、少なくとも１つのさらなるセンサ、例えば、（ｉ）不特定のＩＲ放射を検出するように適応化されたセンサ、（ｉｉ）不特定のＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するように適応化されたセンサ、（ｉｉｉ）検出されるＶＩＳ／ＮＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に依存する波長を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するように適応化されたセンサ、および／または（ｉｖ）身体部位の温度を計測するための温度センサが存在してもよい。

【0029】

特定の実施形態では、少なくとも１つのさらなる分析物に対して特異的なセンサ、すなわち、検出されるＶＩＳ／ＮＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するように適応化されたセンサが存在してもよい。例えば、約９４０ｎｍの波長を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するように適応化された少なくとも１つのさらなるセンサが存在してもよい。

【0030】

さらに、デバイスは、光源（９）が取り付けられた回路基板（７）と、能動的および／または受動的なヒートシンク（８）とを備えていてよい。

【0031】

ＶＩＳ／ＮＩＲ放射源（９，９ａ，９ｂ）は、コリメートされた放射を放出するように適応化可能であり（例えば、レーザーベースの光源）、かつ／またはコリメートされていない放射を放出するように適応化可能である（例えば、ＬＥＤベースの光源）。例えば、光源は、ＬＥＤ、レーザーダイオード、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器型面発光レーザー）、またはレーザーから選択されうる。特定の実施形態では、約６５０ｎｍ～約９５０ｎｍの範囲、特に約７５０ｎｍ～約８５０ｎｍの範囲、さらに特に約７８０ｎｍ～約８２０ｎｍの範囲のＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出するように適応化可能な広帯域ＶＩＳ／ＮＩＲ放射エミッタが使用される。好適なＶＩＳ／ＮＩＲエミッタは、例えばＯｓｒａｍ社によるＯＳＬＯＮ製品、ＯＳＬＯＮ ＳＦＨ ４７６３である。

【0032】

放射源は、約４００ｎｍ～約１５００ｎｍの範囲、特に約５００ｎｍ～約１５００ｎｍの範囲のＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出するように適応化されている。ＶＩＳ／ＮＩＲ放射は、所定の時間間隔を通じて連続的または断続的に放出されてもよい。

【0033】

特定の実施形態では、放射源は、照射された身体部位、例えば指先の温度、特に照射された身体部位内の吸収領域の温度の局所的な上昇を引き起こすように適応化されている。温度の局所的な上昇は、約１℃～約１５℃の範囲、特に約２℃～約１０℃、さらに特に約３℃～約５℃の範囲であってよい。照射された身体部位、例えば指先の局所的な温度上昇は、約４５℃まで、約４０℃まで、または約３７℃までの温度範囲、例えば約３０℃～約３５℃または約３０℃～約３２℃の温度範囲であってもよい。この局所的な温度上昇により、照射された身体部位、特に照射された身体部位内の吸収領域からのＩＲ放射の自己放出が高められることになる。

【0034】

特定の実施形態では、放射源は、約１０ｍＷ～約１Ｗ、特に約２０ｍＷ～約５００ｍＷ、さらに特に約５０ｍＷ～約２５０ｍＷ、なおさらに特に約１００ｍＷ～約２００ｍＷ、例えば約１５０ｍＷのパワーで、約０．１～約２０秒、特に約０．２秒～約５秒、さらに特に約０．５秒～約２秒、例えば約１秒の時間間隔において連続的に放射を放出するように適応化されていてもよい。

【0035】

さらなる実施形態では、放射源は、約１０ｍＷ～約５Ｗ、特に約２０ｍＷ～約１Ｗ、さらに特に約５０ｍＷ～約５００ｍＷのパワーで、約０．１秒～約２０秒、特に約０．２秒～約５秒、さらに特に約０．５秒～約２秒の時間間隔において断続的に放射を放出するように適応化されていてもよい。放射は、約１Ｈｚ～約１ＭＨｚのパルス周波数で断続的に放出されるように適応化されていてもよい。

【0036】

さらなる実施形態では、放射源は、複数の異なる波長、例えば２個、３個、４個、５個、６個、７個、８個またはさらにより多くの異なる波長でＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出するように適応化されてもよい。例えば、放射源はマルチＬＥＤチップであってよい。多波長放射源の使用により、身体部位の特定の特徴、例えば、色素沈着、皮膚の厚さ、角質の有無などに応じて、照射される身体部位の組織への電磁放射の所定の侵入深さを調節することができる。前述の図１に示したように、身体組織への侵入深さは波長によって変化し、異なる波長または異なる波長の組み合わせを有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射の使用は、所望により、各被験体および／または各身体部位に個々に適合させることができる。

【0037】

特定の実施形態では、放射源（ａ）は、幾つかの異なる波長もしくは波長範囲、例えば、約４００ｎｍ～約１２００ｎｍ、さらに特に約４５０ｎｍ～約９００ｎｍ、例えば、約４７０ｎｍ、約５２０ｎｍ、約５９０ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７５０ｎｍおよび約８１０ｎｍの波長から選択されうる少なくとも２個、３個、４個、６個または８個の波長で、ＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出するように適応化された多波長放射源である。

【0038】

本発明のシステムのさらなる実施形態が、図５に示されている。ここでは、単一の放射源（９ａ）が、フィルタ（５）を備えた少なくとも１つのセンサ（４）とフィルタ（５ａ）を備えたさらなるセンサ（４ａ）とを備えるセンシングユニットとは反対の、身体部位（１）の側に設けられる。特定の実施形態では、センサ（４ａ）は、光センサ、例えばフォトダイオードである。これは、放射源（９ａ）からの透過放射の基準計測、例えば、約６００ｎｍおよび／または約８１０ｎｍおよび／または約９４０ｎｍの波長の放射を計測するように適応化されている。このために、フィルタ要素（５ａ）は、約６００ｎｍおよび／または約８１０ｎｍおよび／または約９４０ｎｍのバンドパスフィルタであってよい。

【0039】

本発明のまたさらなる実施形態が、図６に示されている。ここでは、身体部位（１）内の吸収領域（２）への直接のアクセスが、放射によるデバイスのカバー構造の通過なしにかつ／または身体表面の角質構造、例えば指の爪および／または角質の通過なしに、身体部位の皮膚を通して提供される、放射源（９ｂ）が、身体部位（１）、例えば指先の側に設けられる。これにより、干渉、例えばカバー構造による干渉、または角質もしくは爪のケラチン物質、およびマニキュアによる任意の干渉を低減または排除することができる。この実施形態によれば、単一の放射源（９ｂ）または複数の放射源（９ｂ）、例えば２個、３個、４個、６個または８個の放射源が、身体部位（１）、例えば指先の周囲の位置に設けられていてよい。複数の放射源が存在する場合、これらは好ましくは身体表面の約３ｍｍ～約５ｍｍ下方にありうる、身体部位内の単一の吸収領域（２）に放射を放出するように適応化されている。

【0040】

本発明のまたさらなる実施形態が、図７に示されている。この実施形態では、身体部位から放出されるＩＲ放射をセンシングユニットの少なくとも１つのセンサ（４）に集束させるように適応化されたカバー（３）が設けられる。これにより、センサ上の放射強度、ひいては計測の感度および／または精度が向上しうる。カバー（３）は、センサ上で検出される波長範囲のＩＲ放射、特に約５μｍ～約１２μｍまたはその部分範囲、例えば約８μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射に対して実質的に透明である材料、例えば、プラスチック、金属、金属酸化物または複合材料からなる。好適な材料は、例えば前述のＰｏｌｙＩＲプラスチック材料である。この実施形態では、カバー（３）は、ＩＲフレネルレンズ、すなわち、通過するＩＲ放射を効率的に集束させることができる大きな開口および短い焦点距離を有するレンズ、または複数の、例えば１０個までもしくはより多数のＩＲフレネルレンズを含むアレイを備えていてよい。特定の実施形態では、アレイは、約５０ｎｍ～約５００μｍの範囲の直径を有しうるＩＲフレネルマイクロレンズ、例えば１００個または１０００個までのマイクロレンズを備えていてもよい。特定の実施形態では、ＩＲフレネルレンズは、約３ｍｍ～約１０ｍｍ、例えば約５ｍｍのバックフォーカス長を有していてよく、ＩＲ透過プラスチックから製造されていてよい。例えば、８～１４μｍの波長範囲において光学的に透明である好適なＩＲフレネルレンズが、Ｅｄｍｕｎｄ Ｏｐｔｉｃｓ社（製品ファミリ番号２０４２）から市販されている。

【0041】

さらに、図７は、センサ（４）を備えるセンシングユニットの位置とは反対の身体部位の側に設けられた放射源（９ａ）を示している。しかし、１つ以上の放射源が、例えば図６に示したように、身体部位（１）の周囲に配置されてもよいことに留意されたい。この実施形態では、例えば図４および図５に示したように、複数の異なるセンサが存在してもよいことにさらに留意されたい。

【0042】

図４および図５に示したように、本発明のシステムは、複数の異なるセンサ（４）を備えていてもよい。特定の実施形態では、システムは、第１のセンサが、第１の波長もしくは波長範囲、例えば約９．２μｍの波長の放射を検出するように適応化されており、少なくとも別の第１のセンサが、第１の波長もしくは波長範囲を含む、また別の波長もしくは波長範囲をさらに含む第２の波長範囲のＩＲ放射を検出するように適応化された、複数の分析物に対して特異的なセンサ、例えばグルコース特異センサを備えてもいてよい。例えば、他の第１のセンサは、約９．２μｍの波長の、付加的に約９．４μｍの波長および／または約９．６μｍの波長の、特に約９．４μｍの波長および約９．６μｍの波長のＩＲ放射を検出するように適応化されていてもよい。

【0043】

さらに、センシングユニットは、異なる波長もしくは波長範囲の基準放射を検出するように適応化された複数の基準センサを備えてもよい。例えば、グルコースを測定する場合、基準センサが、約８．６μｍ～約９．０μｍの波長範囲を有する放射を検出するように適応化されてもよい。別の基準センサが、約９．８μｍ～約１０．２μｍの波長もしくは波長範囲を有する放射を検出するように適応化されている。

【0044】

本発明のまたさらなる実施形態が、図８に示されている。この実施形態では、身体部位（１）、例えば指先のための支持体（１６）が設けられ、前記支持体（１６）は、身体部位（１）の一部分（１５）を受け入れるように適応化された開口部を備える。例えば、支持体は、その中心に開口部、例えば実質的に円形の開口部を有する環状構造体を備えていてよい。システムは、身体部位（１）の一部分（１５）、例えば指先の一部分が開口部に押し込まれるように、身体部位（１）を支持体（１６）の開口部に押し付けるように適応化されている。よって、部分（１５）内の血管を含む組織が圧縮され、部分（１５）内の毛細血管の血液量の増大をもたらす。これにより、信号強度、ひいては計測の感度および／または精度を向上させることができる。

【0045】

さらに、図８のシステムは、図７の文脈で上述したようなＩＲフレネルレンズとして形成されうるカバー（３）を含む。しかし、他のカバーも好適であることに留意されたい。さらに、センサ（４）を備えるセンシングユニットの位置とは反対の身体部位の側に設けられた放射源（９ａ）が示されている。しかし、１つ以上の放射源がまた、例えば図６に示したように、身体部位（１）の周囲に配置されていてもよいことに留意されたい。さらに、この実施形態では、例えば図４および図５に示したように、複数の異なるセンサが存在してもよいことに留意されたい。

【0046】

図９には、複数の分析物に対して特異的な波長／波長範囲および基準波長／波長範囲での計測が示されている。

【0047】

グルコースの吸収信号（２４）は、約９．２μｍ、約９．４μｍおよび約９．６μｍの３つの異なるピークを有する。第１のグルコース特異センサが、９．２μｍのピークのみを計測するように適応化されうる。このようなセンサは、狭い範囲（２２）のみの放射を透過させることができるフィルタ要素によって適応化される。よって、センサは、この狭い範囲内の放射を選択的に検出することができる。さらなるグルコース特異センサが、約９．１μｍ～約９．７μｍのより広い範囲の放射を計測し、これにより約９．２μｍ、９．４μｍおよび９．６μｍのピークを含むように適応化されていてもよい。このセンサは、より広い範囲（２１）の放射を透過させることができるフィルタ要素によって適応化されていてもよい。

【0048】

２つの基準センサが設けられていてもよく、ここで、各前記基準センサは、約８．６μｍ～約９．０μｍ、特に約８．８μｍ～８．９μｍの範囲の波長の放射（２０）、および／または約９．８μｍ～約１０．２μｍ、特に約９．９μｍ～１０．１μｍの範囲の波長の放射（２３）をそれぞれ透過させることができるフィルタ要素を備える。

【0049】

約９．２μｍの波長での計測と、９．２μｍのピークを含み、他のピークの少なくとも１つ、特に約９．６μｍのピークを含む波長範囲での計測とを別々に並行して行うと、被験体の血液にエタノールが含まれているかどうかを判断できるので、さらなる利点が得られる。エタノールおよび他のアルコールは、約９．６μｍの波長に吸収帯を有するが、約９．２μｍの波長には有していないので、９．２μｍのピークと９．６μｍのピークとの間の比が、血中アルコールによって生じる外乱を測定し、かつ任意手段として補正するために使用されうる。

【0050】

代替的な実施形態では、第１のグルコース特異センサが９．６μｍのピークのみを計測するように適応化されていてもよい。このようなセンサは、狭い範囲のみの放射を透過させることができるフィルタ要素を備える。さらなるグルコース特異センサが約９．４μｍ～約９．６μｍのより広い範囲の放射を計測し、これにより約９．４μｍおよび約９．６μｍのピークを含むが、９．２μｍのピークを含まないように適応化されてもよい。このセンサは、より広い範囲の放射を透過させることができるフィルタ要素を備えてもよい。

【0051】

さらなる代替的な実施形態では、約７．８μｍ～約８．２μｍ、特に約７．９μｍ～約８．１μｍの範囲の波長を有する放射を透過させることができるフィルタ要素を備えた基準センサが、任意手段としての、約８．８μｍ～９．２μｍの範囲の波長を有する放射および／または約９．８μｍ～１０．２μｍの波長を有する放射をそれぞれ透過させることができるフィルタ要素を備えた少なくとも１つのさらなる基準センサと組み合わせて設けられてもよい。

【0052】

本発明のまたさらなる実施形態では、システムは、異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を時間依存的に検出するように適応化されたセンサを備えていてよい。この実施形態では、システムは、異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を透過させるように適応化された複数のフィルタを備えるセンサを備えていてよく、前記フィルタは、計測サイクルの異なる段階中にセンサ上に配置され、これによって計測サイクル内の異なる波長もしくは波長範囲の検出を可能にする。このような実施形態が、図１０に示されている。ここでは、軸（１１）を中心として回転可能なフィルタホイール（１０）と、軸を中心として回転可能なシャッタホイール（１３）とを備えるシステムが提供される。フィルタホイールおよびシャッタホイールは、放射源（図示せず）からの光が被験体の身体部位（図示せず）へと通過しうる照明孔（１５）を備える。照射された身体部位からの反射光は、上述したような分析物に対して特異的なフィルタ要素および／または基準フィルタ要素を備えうるフィルタホイール（１０）の異なる孔（１４）を通過しうる。フィルタホイール（１０）およびシャッタホイール（１３）の位置は、磁気センサと組み合わせた磁石（１２）を用いてモニタリングされうる。動作中、これらは所定の周波数で回転され、これにより、所定の時間間隔で放射源からの放射を身体部位へと時間依存的に通過させ、フィルタホイール（１０）の異なる孔（１４）を通してセンサ（図示せず）まで、身体部位から放出される放射を時間依存的に通過させることができる。

【0053】

代替的な実施形態（図示せず）では、異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を時間依存的に検出するように適応化されたセンサが、ファブリペロー干渉計、例えば、所望のＩＲ波長範囲に関するＭＥＭＳ分光器（参照：Ｔｕｏｈｉｎｉｅｎｉ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ． Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．２２（２０１２），１１５００４；Ｔｕｏｈｉｎｉｅｎｉ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．２３（２０１３），０７５０１１）であってもよい。

【0054】

特定の実施形態では、システムは、異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を時間依存的に検出するように適応化された単一のセンサを備える。このセンサは、異なるフィルタ、例えばフィルタホイールを備えてもよく、または上述したようなファブリペロー干渉計であってもよい。

【0055】

本発明のシステムは、センシングユニット（ｂ）において検出されたＩＲ放射に基づいて生理的パラメータを定性的にかつ／または定量的に測定するための分析ユニット（ｃ）をさらに備える。分析ユニットは、例えばＡ／Ｄ変換器およびマイクロコントローラを備えていてもよい。計測された信号の分析は、強度および／または減衰時間に基づきうる。

【0056】

本発明のまたさらなる実施形態が、図１１に示されている。この実施形態のシステムは、被験体の身体に持続的に固定されるように適応化されている。このシステムは特に、所定の時間間隔において複数の計測を実施するように適応化されている。システムは、ハウジング（３０）と、このハウジングを身体（３３）、例えば手首または前腕の周りに固定するためのストラップ（３１）とを備える。さらに、システムは、身体部位（３３）の吸収領域（３４）にＶＩＳ／ＮＩＲ光を放出するための放射源と、照射された身体部位から放出されるＩＲ放射を検出するためのセンサとを備える。

【0057】

本発明のまたさらなる実施形態が、図１２に示されている。この実施形態のシステムは、被験体の身体に持続的に固定されるように適応化されており、特に、所定の時間間隔において複数の計測を実施するように適応化されている。システムは、ハウジング（３０）と、このハウジングを身体（３３）、例えば手首や前腕の周りに固定するためのストラップ（３１）とを備える。さらに、システムは、身体部位（３３）の吸収領域（３４）にＶＩＳ／ＮＩＲ光を放出するための複数の放射源、例えば２つの放射源と、照射された身体部位から放出されるＩＲ放射を検出するためのセンサとを備える。これらの放射源から放出される光は、身体部位（３３）の表面に斜めに、例えば約３０°～約７５°の角度で入射しうる。

【0058】

図１３には、図４のシステムの概略図が示されている。

【0059】

図１４は、８１０ｎｍの光を２秒間にわたって照射した後の指先のヒートマップを示している。

【0060】

図１５は、パワー２ｍＷ、周波数０．１Ｈｚで８１０ｎｍの光を断続的に照射している間の時間依存的な熱パワー出力を指先の自己放出に加えて示す図である。

【0061】

図１６ａは、本発明のセンシングユニットの実施形態のブロック図を示している。関心領域（ＲＯＩ）、すなわち被験体、特にヒト被験体の皮膚組織が、９４０ｎｍの波長を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出する第１の光源、約８１０ｎｍの波長を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出する第２の光源、および任意手段としての、約６００ｎｍの波長を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出する第３の光源によって照射される。関心領域を透過した、または関心領域から反射された放射が、センシングユニットによって分析される。さらに、デバイスは温度センサを備える。

【0062】

センシングユニットは、複数のセンサ、例えば分析物に対して特異的なＩＲセンサ（１）および（２）、ならびに基準センサ、例えばＩＲセンサ（４）を備える。グルコースの測定のために、ＩＲセンサ（１）は、約９．２μｍの波長に対して透過性である第１の光学フィルタを備えていてよく、ＩＲセンサ（２）は、約９．２μｍ～約９．６μｍの波長範囲に対して透過性である第２の光学フィルタを備えていてよい。基準センサ（４）が、約８．６μｍ～約９．０μｍの波長もしくは波長範囲および／または約９．８μｍ～約１０．２μｍの波長もしくは波長範囲に対して透過性である、第４の光学フィルタを備えていてもよい。さらに、センシングユニットは、グルコースが強い吸収帯を有する約９４０μｍの波長を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するためのＮＩＲセンサを備える。ＮＩＲセンサは、この波長に対して透過性である好適な光学フィルタを備える。さらに、センシングユニットは、関心領域における皮膚組織の温度を計測するための温度センサを備えてもよい。それぞれのセンサは、最初の信号増幅のために増幅器（アンプ）に結合されていてもよい。個々のセンサからの信号は、比較器を用いて他のセンサからの信号によって参照されてよく、これによって計測精度および／または信号品質が改善される。例えば、９４０ｎｍのＮＩＲセンサからの計測信号が、分析物に対して特異的なＩＲセンサ（１）からの計測信号によって参照されうる。代替的または付加的に、９４０ｎｍのＮＩＲセンサからの計測信号が、分析物に対して特異的なＩＲセンサ（１）および／または分析物に対して特異的なＩＲセンサ（２）および／または基準ＩＲセンサ（４）からの計測信号によって参照されてもよい。計測された信号、および任意手段としての参照信号が、ロックインアンプユニットによってさらに増幅され、マイクロコントローラユニットに送信される。ロックインアンプから光源へのフィードバック制御も提供されうる。信号および／または内部アルゴリズムの結果が、マイクロコントローラユニットから、例えば直接の接続によって、またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈおよび／またはＷＬＡＮを介して、ディスプレイユニットおよび／または別のデバイスに送信されてもよい。

【0063】

図１６ｂは、図１６ａに示したセンシングユニットと同様の、本発明のセンシングユニットのさらなる実施形態のブロック図を示す。ここでは、付加的または代替的に、多波長光源、例えば、複数の個々のダイオードを備える多波長ＬＥＤが設けられる。多波長光源は、例えば４００ｎｍ～約７００ｎｍの波長範囲を有してもよく、マイクロコントローラユニットによって操作されてもよい。さらに、アンプ（ＡＭＰ）に結合された温度センサが存在する。この温度センサもまた、マイクロコントローラユニットによって操作されてもよい。

【0064】

本発明のまたさらなる実施形態では、システムは、例えば約７μｍ～約１２μｍの範囲、特に約８μｍ～約１０μｍの範囲を含む、関心対象となる波長範囲内のＩＲスペクトルを検出するように適応化された、スペクトルもしくはラインセンサまたはスペクトルもしくはラインセンサアレイ、典型的にはボロメータまたはサーモパイルアレイを備えていてよい。照射された身体部位からのＩＲ放射をスペクトル分割または回折デバイスに通過させ、次いでセンサまたはセンサアレイに通過させることによって、ＩＲスペクトルが生成されうる。このような実施形態が、図１７に示されている。照射された身体部位（７１）、例えば指先から放出されるＩＲ放射（７０）が、任意手段としての、ＩＲ放射を集束させるように適応化された集束要素（７２）、例えばレンズまたは凹面鏡要素によって集束され、次いでスペクトル分割または回折要素（７３）、例えばプリズムまたは透過性もしくは反射性の光学格子へと進行し、そこでＩＲ放射がその波長に従って分割される。回折した放射は、そこからスペクトルセンサもしくはラインセンサまたはセンサアレイ（７４）、典型的にはボロメータまたはサーモパイルアレイへと進行し、そこで、関心対象となる波長範囲、例えば上述したように、例えば、分析物に対して特異的な波長もしくは波長範囲および基準波長もしくは波長範囲を含む８μｍ～約２０μｍのＩＲスペクトルが検出される。関心対象となる生理的パラメータ、例えばグルコースの量は、所定の分析物に対して特異的な波長と基準波長との相対強度に従って、スペクトル分析によって測定されてもよい。

【0065】

本発明のシステムおよび方法は、計測される生理的パラメータを定性的にかつ／または定量的に測定すること、特に血液中のグルコースを定性的にかつ／または定量的に測定することを可能にする。

【0066】

特定の実施形態では、生理的パラメータの濃度、例えば血液中のグルコースの濃度は、定量的に測定される。特定の実施形態では、生理的パラメータ、例えばグルコースの計測量の変化率が測定される。これらの実施形態は、非定量的な計測、例えば、単位時間当たりの分析物量の変化、すなわち、単位時間当たりの分析物量の増大または分析物量の減少の相対的な計測を含んでもよい。分析物量の一方向への変化すなわち増大または減少が所定のレベルおよび／または時間を超えた場合、システムは警告を発生させる。この実施形態は特に、被験体の身体、例えば手首、前腕または上腕の周りに持続的に固定されうる、図１１および図１２に示したようなシステムに有用である。この実施形態は、グルコースレベルの常時モニタリングに対して適応化されていてよい。

【0067】

特定の実施形態では、本発明のシステムは、非定量的計測と定量的計測の両方を行うように適応化されている。例えば、システムは、非定量的計測を行うように、例えば、標準的な動作中の経時的な分析物量の変化、例えば増大または減少を定性的に計測するように適応化されていてよい。非定量的計測は、例えば、必要に応じて、連続的および／または断続的なモニタリング計測として行われてもよい。分析物量の変化が所定のレベルおよび／または時間を超えた場合、システムは、より詳細な情報を提供するために定量的計測に切り替えるように適応化されている。これらの実施形態では、身体、例えば手首や足首に持続的に固定されるように適応化されたシステムが使用されうる。このようなシステムの具体的な実施形態は、図１１および図１２に示されている。

【0068】

特定の実施形態では、システムは、幾つかの異なる身体部位の非定量的計測、例えば連続的および／または断続的なモニタリング計測と定量的計測とを行うように適応化されている。例えば、システムは、第１の身体部位、例えば、システムが持続的に固定されうる、手首や足首などの身体部位の非定量的計測を行い、第２の身体部位、例えば、毛細血管によりアクセスしやすい、耳たぶや指先などの身体部位の定量的計測を行うように適応化されていてよい。第２の身体部位の計測を行うために、システムは、第１の身体部位から取り外され、第２の身体部位に特に直接に接触させられる。第２の身体部位の計測を行った後に、システムはそこから取り外され、例えば第１の身体部位に固定することにより、第１の身体部位に再び接触させられてもよい。具体的な実施形態では、第１の身体部位は手首であり、かつ／または第２の身体部位は指先である。

【0069】

本発明のまたさらなる態様は、血中アルコールによって生じる外乱の識別および任意の補正を可能にする、血液中のグルコースを測定するための非侵襲的なシステムであって、
前記被験体の身体部位から放出される約５μｍ～約１２μｍの範囲のＩＲ放射を検出するための、（ｉ）約９．２μｍの波長のＩＲ放射を検出し、それとは別に少なくとも約９．２μｍおよび約９．６μｍの波長のＩＲ放射、特に約９．２μｍ、約９．４μｍおよび約９．６μｍの波長を含む波長範囲のＩＲ放射を検出するように適応化された、センシングユニットと、
上記のセンシングユニットとは別にグルコースを測定する分析ユニットと
を備える、システムである。

【0070】

本発明のまたさらなる態様は、このシステムを使用して被験体の血液中のグルコースを非侵襲的に測定するための方法である。

【0071】

これらの態様の好ましい特徴は、上記の明細書において先に示した通りである。

【0072】

本発明のまたさらなる態様は、身体部位から放出されるＩＲ放射を計測するための、任意手段としてのロックインアンプと組み合わせた、ＩｎＡｓＳｂセンサの使用である。

【0073】

この態様の好適な特徴は、上記の明細書において先に示した通りである。

【0074】

本発明のまたさらなる態様は、グルコースを非定量的に計測するためのシステムおよび方法であって、所定の時間間隔中の複数の計測を含み、分析物量の変化を示す計測信号の変化を測定し、グルコース量の一方向への変化すなわち増大または減少が所定の時間内で特定のレベルを超えた場合に警告を発生させる、システムおよび方法である。このシステムおよび方法は、グルコースレベルの常時モニタリングに適応化されてもよい。

【0075】

この態様の好適な特徴は、上記の明細書において先に示した通りである。

【0076】

以下では、本発明の特定の態様および実施形態を明細書の一部として記述する。

【0077】

本明細書の実施形態
１． 被験体の体液中の生理的パラメータを測定するための非侵襲的なシステムであって、システムが、
（ａ）約４００ｎｍ～約１５００ｎｍまたは約５００ｎｍ～約１５００ｎｍの範囲の可視（ＶＩＳ）／近赤外（ＮＩＲ）放射を前記被験体の身体部位に放出するように適応化された放射源であって、照射された身体部位が電磁エネルギを吸収して組織温度の局所的な上昇および約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射の放出の増大をもたらす、放射源と、
（ｂ）前記被験体の従前に照射された身体部位から放出される約５μｍ～約１２μｍの範囲のＩＲ放射を検出するためのセンシングユニットであって、
（ｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように、かつ
（ｉｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように
適応化された前記センシングユニットと、
（ｃ）センシングユニット（ｂ）において検出されたＩＲ放射に基づいて、生理的パラメータを定性的にかつ／または定量的に測定するための分析ユニットと
を備える、システム。

【0078】

２． システムは、約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射を放出するための外部放射源を備えていない、実施形態１記載のシステム。

【0079】

３． 生理的パラメータが、約５μｍ～約１２μｍのＩＲ範囲、特に約８μｍ～約１０μｍの範囲に少なくとも１つの特性吸収帯を有する化合物から選択される、実施形態１または２記載のシステム。

【0080】

４． 生理的パラメータがグルコースである、実施形態１から３までのいずれか１つ記載のシステム。

【0081】

５． 体液が血液である、実施形態１から４までのいずれか１つ記載のシステム。

【0082】

６． システムが、血液中のグルコースを測定するように適応化されており、前記センシングユニットが、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の血液中のグルコースの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、前記少なくとも１つの波長もしくは波長範囲は、特に、約９．２μｍの波長、約９．４μｍの波長、約９．６μｍの波長、約９．２μｍ、約９．４μｍおよび約９．６μｍの波長のうちの少なくとも２つを含む波長範囲、約９．２μｍ、約９．４μｍおよび約９．６μｍの３つ全ての波長を含む波長範囲、またはこれらの任意の組み合わせから選択されている、実施形態１から５までのいずれか１つ記載のシステム。

【0083】

７． システムが、血液中のグルコースを測定するように適応化されており、前記センシングユニットが、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の血液中のグルコースの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、前記少なくとも１つの波長もしくは波長範囲が特に、約８．７μｍ～約９．０μｍの波長もしくは波長範囲、約９．７μｍ～約１０．２μｍの波長もしくは波長範囲、またはこれらの任意の組み合わせから選択されている、実施形態１から６までのいずれか１つ記載のシステム。

【0084】

８． システムが、単一の放射源（ａ）を備える、実施形態１から７までのいずれか１つ記載のシステム。

【0085】

９． システムが、複数の放射源（ａ）、例えば、２個、３個、４個またはそれ以上、例えば１０個までの個々の放射源（ａ）を備える、実施形態１から７までのいずれか１つ記載のシステム。

【0086】

１０． 放射源（ａ）が、約４００ｎｍ～約１２００ｎｍの範囲、特に約５５０ｎｍ～約１１００ｎｍの範囲、特に約８００ｎｍ～約８２０ｎｍの範囲、例えば約８１０ｎｍ、および／または約５９０ｎｍ～約６６０ｎｍの範囲、例えば約６００ｎｍ、および／または約９２０ｎｍ～約９８０ｎｍの範囲、例えば約９４０ｎｍのＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出するように適応化されている、実施形態１から９までのいずれか１つ記載のシステム。

【0087】

１１． 放射源（ａ）が、コリメートされた放射を放出するように適応化されており、かつ／またはコリメートされていない放射を放出するように適応化されている、実施形態１から１０までのいずれか１つ記載のシステム。

【0088】

１２． 放射源（ａ）が、ＬＥＤ、レーザーダイオード、ｖｃｓｅｌ（垂直共振器型面発光レーザー）、またはレーザーである、実施形態１から１１までのいずれか１つ記載のシステム。

【0089】

１３． 放射源（ａ）が、所定の時間間隔を通じて連続的または断続的にＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出するように適応化されている、実施形態１から１２までのいずれか１つ記載のシステム。

【0090】

１４． 放射源（ａ）が、照射された身体部位、特に照射された身体部位内の吸収領域において約２℃～約１０℃の範囲、特に約３℃～約５℃の範囲の温度の局所的な上昇を得るためにＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出するように適応化されている、実施形態１から１３までのいずれか１つ記載のシステム。

【0091】

１５． 放射源（ａ）が、約１０ｍＷ～約１Ｗ、特に約２０ｍＷ～約５００ｍＷ、さらに特に約５０ｍＷ～約２５０ｍＷのパワーでＶＩＳ／ＮＩＲ放射を連続的に放出するように適応化されている、実施形態１３または１４記載のシステム。

【0092】

１６． 放射源（ａ）が、約０．１秒～２０秒、特に約１秒～約５秒、さらに特に約０．５秒～約２秒の時間間隔にわたってＶＩＳ／ＮＩＲ放射を連続的に放出するように適応化されている、実施形態１３、１４または１５記載のシステム。

【0093】

１７． 放射源（ａ）が、約１０ｍＷ～約５Ｗ、特に約２０ｍＷ～約１Ｗ、さらに特に約５０ｍＷ～約５００ｍＷのパワーでＶＩＳ／ＮＩＲ放射を断続的に放出するように適応化されている、実施形態１３または１４記載のシステム。

【0094】

１８． 放射源（ａ）が、約０．１秒～約２０秒、特に約０．２秒～約５秒、さらに特に約０．５秒～約２秒の時間間隔にわたってＶＩＳ／ＮＩＲ放射を断続的に放出するように適応化されている、実施形態１３、１４または１７記載のシステム。

【0095】

１９． 放射源（ａ）が、約１Ｈｚ～約１ＭＨｚのパルス周波数でＶＩＳ／ＮＩＲ放射を断続的に放出するように適応化されている、実施形態１３、１４、１７または１８記載のシステム。

【0096】

２０． 放射源（ａ）が多波長放射源であり、特に、放射源が、約４００ｎｍ～約１２００ｎｍ、さらに特に約４５０ｎｍ～約９００ｎｍの幾つかの、例えば２個、３個、４個、６個、８個、１０個またはそれ以上の異なる波長もしくは波長範囲の、例えば、約４７０ｎｍ、約５２０ｎｍ、約５９０ｎｍ、約６５０ｎｍ、約７５０ｎｍおよび約８１０ｎｍから選択されうる少なくとも２個、３個、４個、６個または８個の波長のＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出するように適応化されている、実施形態１から１９までのいずれか１つ記載のシステム。

【0097】

２１． 放射源（ａ）が、センシングユニット（ｂ）とは反対に位置する身体部位の側に設けられている、実施形態１から２０までのいずれか１つ記載のシステム。

【0098】

２２． 少なくとも１つの放射源（ａ）が、放射をシステムの一部を通過させずに身体部位に直接に放出することの可能な身体部位の側に設けられている、実施形態１から２１までのいずれか１つ記載のシステム。

【0099】

２３． 少なくとも１つの放射源（ａ）が、放射を身体表面の角質部分、例えば指の爪を通過させずに身体部位内に直接に放出することの可能な身体部位の側に設けられている、実施形態１から２２までのいずれか１つ記載のシステム。

【0100】

２４． センシングユニット（ｂ）が、従前に照射された身体部位から自己放出されるＩＲ放射を検出するように適応化されている、実施形態１から２３までのいずれか１つ記載のシステム。

【0101】

２５． センシングユニット（ｂ）が、従前に照射された身体部位内の吸収領域から放出されるＩＲ放射を検出するように適応化されており、吸収領域が、局所的に温度が上昇し、約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射の放出の増大を示す、実施形態１から２４までのいずれか１つ記載のシステム。

【0102】

２６． センシングユニット（ｂ）が、少なくとも１つの第１のセンサ、少なくとも１つの第２のセンサ、および任意手段としての少なくとも１つの第３のセンサを備え、
少なくとも１つの第１のセンサは、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、
少なくとも１つの第２のセンサは、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、
少なくとも１つの第３のセンサは、存在する場合に、（ｉ）不特定のＩＲ放射を検出するように適応化されており、（ｉｉ）不特定のＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するように適応化されており、（ｉｉｉ）検出されるＶＩＳ／ＮＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に依存する波長を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するように適応化されており、かつ／または（ｉｖ）身体部位の温度を計測するための温度センサである、
実施形態１から２５までのいずれか１つ記載のシステム。

【0103】

２７． 少なくとも１つの第１のセンサおよび少なくとも１つの第２のセンサが、所定の波長もしくは波長範囲において光学的に透明であるフィルタ要素、および任意手段としてのレンズ要素をそれぞれ備える、実施形態２６記載のシステム。

【0104】

２８． システムが、少なくとも２つの異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化された少なくとも２つの異なる第１のセンサを備える、実施形態２６または２７記載のシステム。

【0105】

２９． 少なくとも１つの第１のセンサが、第１の波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、少なくとも１つの他の第１のセンサが、第２の波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、第２の波長範囲が、第１の波長もしくは波長範囲を含み、さらに別の波長もしくは波長範囲を含む、実施形態２６、２７または２８記載のシステム。

【0106】

３０． システムが、血液中のグルコースを測定するためのものであり、第１のセンサが、約９．２μｍの波長を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、別の第１のセンサが、約９．２μｍ～約９．６μｍの波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されている、実施形態２９記載のシステム。

【0107】

３１． システムが、血液中のグルコースを測定するためのものであり、第１のセンサが、約９．６μｍの波長を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、別の第１のセンサが、約９．４μｍ～約９．６μｍの波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されている、実施形態２９記載のシステム。

【0108】

３２． システムが、少なくとも２つの異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化された少なくとも２つの異なる第２のセンサを備える、実施形態２６から３１までのいずれか１つ記載のシステム。

【0109】

３３． システムが、血液中のグルコースを測定するためのものであり、第２のセンサが、約８．６μｍ～９．０μｍの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、別の第２のセンサが、約９．８μｍ～約１０．２μｍの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されている、実施形態３２記載のシステム。

【0110】

３４． システムが、血液中のグルコースを測定するためのものであり、第２のセンサが、約７．８μｍ～約８．２μｍの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、任意手段としての少なくとも１つのさらなる第２のセンサが、約８．６μｍ～９．０μｍの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように、かつ／または約９．８μｍ～約１０．２μｍの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されている、実施形態２６から３２までのいずれか１つ記載のシステム。

【0111】

３５． システムが、血液中のグルコースを測定するためのものであり、ＶＩＳ／ＮＩＲ放射、特に、約９４０ｎｍの波長を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するように適応化された少なくとも１つの第３のセンサを備える、実施形態２６から３４までのいずれか１つ記載のシステム。

【0112】

３６． センシングユニット（ｂ）が、異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を時間依存的に別々に検出するように適応化された少なくとも１つのセンサを備え、
少なくとも１つの第１の時間間隔において、センサが、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、
少なくとも１つの第２の時間間隔において、センサが、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されている、
実施形態１から３５までのいずれか１つ記載のシステム。

【0113】

３７． センシングユニット（ｂ）が、異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を透過させるように適応化された複数のフィルタを備える少なくとも１つのセンサを備える、実施形態３６記載のシステム。

【0114】

３８． センサが、シャッタホイールおよび／またはフィルタホイールを備える、実施形態３６または３７記載のシステム。

【0115】

３９． シャッタホイールが、複数の開口部を備え、前記開口部の少なくとも幾つかが、所定の波長もしくは波長範囲において光学的に透明であるフィルタ要素、および任意手段としてのレンズ要素を備える、実施形態３８記載のシステム。

【0116】

４０． センシングユニット（ｂ）が、ファブリペロー干渉計である少なくとも１つのセンサを備える、実施形態３６記載のシステム。

【0117】

４１． センシングユニット（ｂ）が、少なくとも１つのスペクトルセンサもしくはラインセンサ、またはスペクトルもしくはラインセンサアレイを備える、実施形態１から４０までのいずれか１つ記載のシステム。

【0118】

４２． センシングユニット（ｂ）が単一のセンサを備える、実施形態３６から４１までのいずれか１つ記載のシステム。

【0119】

４３． センシングユニット（ｂ）が、光学検出器、特に光学的な光起電力検出器、さらに特にＩｎＡｓＳｂベースの検出器である、少なくとも１つのセンサを備える、実施形態１から４２までのいずれか１つ記載のシステム。

【0120】

４４． センシングユニット（ｂ）が、サーモパイルまたはボロメータである、少なくとも１つのセンサを備える、実施形態１から４３までのいずれか１つ記載のシステム。

【0121】

４５． 分析ユニット（ｃ）が、生理的パラメータの濃度を定量的に測定するように、かつ／または生理的パラメータの変化率を非定量的に測定するように適応化されたマイクロコントローラを備える、実施形態１から４４までのいずれか１つ記載のシステム。

【0122】

４６． システムが、指先、耳たぶ、手首、前腕および上腕から選択される身体部位からのＩＲ放射を検出するように適応化されている、実施形態１から４５までのいずれか１つ記載のシステム。

【0123】

４７． 放射源（ａ）とセンシングユニット（ｂ）とが、身体部位の同じ側に配置されている、実施形態１から４６までのいずれか１つ記載のシステム。

【0124】

４８． 放射源（ａ）とセンシングユニット（ｂ）とが、身体部位の異なる側、特に反対の側に配置されている、実施形態１から４７までのいずれか１つ記載のシステム。

【0125】

４９． 第１の放射源（ａ）が、センシングユニット（ｂ）と同じ身体部位の側に配置されており、さらなる放射源（ａ）が、異なる側、特にセンシングユニットとは反対の身体部位の側に配置されている、実施形態１から４８までのいずれか１つ記載のシステム。

【0126】

５０． システムが、放射源（ａ）によって放出されるＶＩＳ／ＮＩＲ放射および／またはセンシングユニット（ｂ）によって検出されるＩＲ放射に対して光学的に透明な材料から少なくとも部分的に作製されたカバーをさらに備える、実施形態１から４９までのいずれか１つ記載のシステム。

【0127】

５１． カバーは、ＣａＦ_２および／またはＢａＦ_２から少なくとも部分的に作製されており、かつ／またはＩＲ放射に対して透明な、かつ任意手段としてＶＩＳ／ＮＩＲ放射に対して透明なプラスチック材料から少なくとも部分的に作製されている、実施形態５０記載のシステム。

【0128】

５２． カバーの光学的に透明な材料は、約０．２ｍｍ～約２ｍｍ、特に約０．５ｍｍ～約１．５ｍｍ、さらに特に約１ｍｍの厚さを有する、実施形態５０または５１記載のシステム。

【0129】

５３． システムが、センシングユニットによって検出されるＩＲ放射、特に約５μｍ～約１２μｍのＩＲ波長範囲またはその部分範囲において光学的に透明なカバーをさらに備え、前記材料が、任意手段としての、放射源（ａ）によって放出されるＶＩＳ／ＮＩＲ放射に対して実質的に光学的に不透過性の材料から少なくとも部分的に作製されている、実施形態１から５２までのいずれか１つ記載のシステム。

【0130】

５４． 身体部位からのＩＲ放射をセンシングユニット（ｂ）、特に、センシングユニット（ｂ）の少なくとも１つのセンサに集束させるカバーをさらに備える、実施形態１から５３までのいずれか１つ記載のシステム。

【0131】

５５． カバーが、ＩＲフレネルレンズ、または複数のＩＲフレネルレンズを含むアレイを備える、実施形態５４記載のシステム。

【0132】

５６． 被験体の体液中の生理的パラメータを非侵襲的に測定するための、実施形態１から５５までのいずれか１つ記載のシステムの使用。

【0133】

５７． 生理的パラメータがグルコースであり、体液が血液である、実施形態５６記載の使用。

【0134】

５８． 生理的パラメータが、定量的に測定される、実施形態５６または５７記載の使用。

【0135】

５９． 生理的パラメータレートの変化率が、非定量的に測定される、実施形態５６、５７または５８記載の使用。

【0136】

６０． 被験体の体液中の生理的パラメータを非侵襲的に測定するための方法であって、方法が、
（ａ）約５００ｎｍ～約１５００ｎｍまたは約５００ｎｍ～約１５００ｎｍの波長範囲の可視（ＶＩＳ）／近赤外（ＮＩＲ）放射を前記被験体の身体部位に照射するステップであって、照射された身体部位が電磁エネルギを吸収して組織温度の局所的な上昇および約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射の放出の増大をもたらす、ステップと、
（ｂ）前記被験体の従前に照射された身体部位から放出される約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射を検出するステップであって、
別々に、（ｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するステップ、および
（ｉｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の体液中の生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するステップ
を含む、ステップと、
（ｃ）生理的パラメータを定性的にかつ／または定量的に測定するために、検出されたＩＲ放射を分析するステップと
を含む方法。

【0137】

６１． 身体部位が、約５μｍ～約１２μｍの波長範囲の外部ＩＲ放射源によって照射されない、実施形態６０記載の方法。

【0138】

６２． 生理的パラメータがグルコースであり、体液が血液である、実施形態６０または６１記載の方法。

【0139】

６３． 生理的パラメータが、定量的に測定される、実施形態６０、６１または６２記載の方法。

【0140】

６４． 生理的パラメータレートの変化率が、非定量的に測定される、実施形態６０から６３までのいずれか１つ記載の方法。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16a】

【図16b】

【図17】

【手続補正書】

【提出日】2021-02-25

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被験体の体液中の生理的パラメータを測定するための非侵襲的なシステムであって、前記システムが、
（ａ）約４００ｎｍ～約１５００ｎｍまたは５００ｎｍ～約１５００ｎｍの範囲の可視（ＶＩＳ）／近赤外（ＮＩＲ）放射を前記被験体の身体部位に放出するように適応化された放射源であって、前記身体部位は特に、指先、耳たぶ、手首、前腕および上腕から選択されており、照射された前記身体部位が電磁エネルギを吸収して組織温度の局所的な上昇および約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射の放出の増大をもたらす、放射源と、
（ｂ）前記被験体の従前に照射された前記身体部位から放出される約５μｍ～約１２μｍの範囲のＩＲ放射を検出するためのセンシングユニットであって、
従前に照射された前記身体部位が、組織温度の局所的な上昇と、約５μｍ～約１２μｍの波長のＩＲ放射の放出の増大とを示し、
（ｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように、かつ
（ｉｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように
適応化された、センシングユニットと、
（ｃ）前記センシングユニット（ｂ）において検出されたＩＲ放射に基づいて、前記生理的パラメータを定性的にかつ／または定量的に測定するための分析ユニットと
を備える、システム。

【請求項2】

前記システムは、約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射を放出するための外部放射源を備えていない、請求項１記載のシステム。

【請求項3】

前記生理的パラメータがグルコースであり、前記体液がグルコースである、請求項１または２記載のシステム。

【請求項4】

前記システムが、血液中のグルコースを測定するように適応化されており、前記センシングユニットが、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記血液中のグルコースの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、前記少なくとも１つの波長もしくは波長範囲は、特に、約９．２μｍの波長、約９．４μｍの波長、約９．６μｍの波長、約９．２μｍ、約９．４μｍおよび約９．６μｍの波長のうちの少なくとも２つを含む波長範囲、約９．２μｍ、約９．４μｍおよび約９．６μｍの波長を含む波長範囲、またはこれらの任意の組み合わせから選択されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項5】

前記放射源（ａ）が、約５５０ｎｍ～約１２００ｎｍの範囲、特に約８００ｎｍ～約８２０ｎｍの範囲、例えば約８１０ｎｍ、および／または約５９０ｎｍ～約６１０ｎｍの範囲、例えば約６００ｎｍ、および／または約９２０ｎｍ～約９８０ｎｍの範囲、例えば約９４０ｎｍのＶＩＳ／ＮＩＲ放射を放出するように適応化されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項6】

前記放射源（ａ）は、ＬＥＤ、レーザーダイオード、ｖｃｓｅｌ（垂直共振器型面発光レーザー）、またはレーザーである、請求項１から５までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項7】

前記放射源（ａ）は、多波長放射源である、請求項１から６までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項8】

前記センシングユニット（ｂ）が、少なくとも１つの第１のセンサ、少なくとも１つの第２のセンサ、および任意手段としての少なくとも１つの第３のセンサを備え、
前記少なくとも１つの第１のセンサは、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、
前記少なくとも１つの第２のセンサは、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、
前記少なくとも１つの第３のセンサは、存在する場合に、（ｉ）不特定のＩＲ放射を検出するように適応化されており、（ｉｉ）不特定のＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するように適応化されており、（ｉｉｉ）検出されるＶＩＳ／ＮＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に依存する波長を有するＶＩＳ／ＮＩＲ放射を検出するように適応化されており、かつ／または（ｉｖ）前記身体部位の温度を計測するための温度センサである、
請求項１から７までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項9】

少なくとも１つの第１のセンサが、第１の波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、少なくとも１つの他の第１のセンサが、第２の波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、
前記第２の波長範囲が、前記第１の波長もしくは波長範囲と、さらに別の波長もしくは波長範囲とを含み、
前記システムが特に、血液中のグルコースを測定するように適応化されており、第１のセンサが、約９．２μｍの波長を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、別の第１のセンサが、約９．２μｍ～約９．６μｍの波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、前記約９．２μｍ～約９．６μｍの波長範囲が、約９．２μｍの第１の波長と、約９．４μｍおよび約９．６μｍの少なくとも一方の波長とをさらに含み、特に約９．４μｍおよび約９．６μｍの波長をさらに含む、
請求項８記載のシステム。

【請求項10】

前記システムが、少なくとも２つの異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化された少なくとも２つの異なる第２のセンサを備え、
前記システムが特に、血液中のグルコースを測定するように適応化されており、第２のセンサが、約８．６μｍ～９．０μｍの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、別の第２のセンサが、約９．８μｍ～約１０．２μｍの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されている、
請求項８または９記載のシステム。

【請求項11】

前記センシングユニット（ｂ）が、異なる波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を時間依存的に別々に検出するように適応化された少なくとも１つのセンサを備え、
少なくとも１つの第１の時間間隔において、前記センサが、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されており、
少なくとも１つの第２の時間間隔において、前記センサが、検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するように適応化されている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項12】

前記センシングユニット（ｂ）が単一のセンサを備える、請求項１から１１までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項13】

前記センシングユニット（ｂ）が、光学検出器、特に光学的な光起電力検出器、さらに特にＩｎＡｓＳｂベースの検出器である、少なくとも１つのセンサを備える、請求項１から１２までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項14】

前記システムが、前記放射源（ａ）によって放出されるＩＲ／ＶＩＳ放射および前記センシングユニット（ｂ）によって検出されるＩＲ放射に対して光学的に透明な材料から少なくとも部分的に作製されたカバーをさらに備え、
前記カバーは、ＣａＦ_２および／またはＢａＦ_２から少なくとも部分的に作製されており、かつ／またはＩＲ放射に対して透明な、かつ任意手段としてＶＩＳ／ＮＩＲ放射に対して透明なプラスチック材料から少なくとも部分的に作製されており、
前記カバーの光学的に透明な材料は、約０．２ｍｍ～約２ｍｍ、特に約０．５ｍｍ～約１．５ｍｍ、さらに特に約１ｍｍの厚さを有する、
請求項１から１３までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項15】

前記システムが、前記身体部位からのＩＲ放射を前記センシングユニット（ｂ）に、特に前記センシングユニット（ｂ）の前記少なくとも１つのセンサに集束させるカバーをさらに備え、特に、前記カバーは、ＩＲフレネルレンズ、または複数のＩＲフレネルレンズを含むアレイを備える、請求項１から１４までのいずれか１項記載のシステム。

【請求項16】

被験体の体液中の生理的パラメータを非侵襲的に測定するための、請求項１から１５までのいずれか１項記載のシステムの使用であって、前記生理的パラメータがグルコースであり、前記体液が血液であり、血液中のグルコース量の変化率が測定される、使用。

【請求項17】

被験体の体液中の生理的パラメータを非侵襲的に測定するための方法であって、前記方法が、
（ａ）約４００ｎｍ～約１５００ｎｍまたは約５００ｎｍ～約１５００ｎｍの波長範囲の可視（ＶＩＳ）／近赤外（ＮＩＲ）放射を前記被験体の身体部位に照射するステップであって、照射された前記身体部位が電磁エネルギを吸収して組織温度の局所的な上昇および約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射の放出の増大をもたらす、ステップと、
（ｂ）前記被験体の従前に照射された前記身体部位から放出される約５μｍ～約１２μｍの波長範囲のＩＲ放射を検出するステップであって、
従前に照射された前記身体部位が、組織温度の局所的な上昇と、約５μｍ～約１２μｍの波長のＩＲ放射の放出の増大とを示し、
別々に、（ｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に依存する少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するステップ、および
（ｉｉ）検出されるＩＲ放射の強度が前記被験体の前記体液中の前記生理的パラメータの濃度に実質的に依存しない少なくとも１つの波長もしくは波長範囲を有するＩＲ放射を検出するステップ
を含む、ステップと、
（ｃ）前記生理的パラメータを定性的にかつ／または定量的に測定するために、検出されたＩＲ放射を分析するステップと
を含む、方法。

【請求項18】

前記身体部位が、約５μｍ～約１２μｍの波長範囲の外部ＩＲ放射源によって照射されない、請求項１７記載の方法。

【請求項19】

前記生理的パラメータがグルコースであり、前記体液が血液である、請求項１７または１８記載の方法。

【請求項20】

前記生理的パラメータの濃度が定量的に測定され、かつ／または前記生理的パラメータの量の変化率が測定され、特に非定量的に測定される、請求項１７から１９までのいずれか１項記載の方法。

【国際調査報告】