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公開番号2024166199
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2024130930,2023053866
出願日2024-08-07,2016-02-04
発明の名称全血中のヘモグロビンパラメータを決定するための分析システム及び方法
出願人ノヴァバイオメディカルコーポレイション
代理人名古屋国際弁理士法人
主分類G01N 21/27 20060101AFI20241121BHJP(測定;試験)
要約【課題】吸光度を使用して全血サンプル中のヘモグロビン及びビリルビンパラメータを測定するシステム及び方法を提供する。
【解決手段】システム(10)は、光学サンプルモジュール(20)、分光計モジュール(100)、光学サンプルモジュール(20)を分光計モジュール(100)に光学的に接続する光ファイバ組立体(90)、及びプロセッサモジュール(150)を含む。光学サンプルモジュール(20)は、LED光源(28)を有する発光モジュール(22)、キュベット組立体(40)、及び較正光モジュール(60)を有する。プロセッサモジュール(150)は、分光計モジュール(100)からの電気信号を受信して処理し、電気信号を、全血サンプルについてヘモグロビンパラメータ値及び/又は総ビリルビンパラメータ値を表示し報告するために使用可能な出力信号に変換する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
全血ヘモグロビンパラメータを測定するためのシステム（１０）であって、
光学サンプルモジュール（２０）であって、
光を放出することが可能なＬＥＤ光源（２８）を有する発光モジュール（２２）であって、光が方向付けられ、それにより、光路（２１）を規定する、発光モジュール（２２）、
前記発光モジュール（２２）に隣接する置換可能キュベット組立体（４０）であって、全血サンプルを受容するように適合され、第１のキュベット窓（４９）及び前記第１のキュベット窓（４９）に整列した第２のキュベット窓（５２）を有するサンプル受容チャンバ（５４）であって、前記ＬＥＤ光源（２８）から光を受信するために前記光路（２１）内に配設され、前記第１のキュベット窓（４９）と前記第２のキュベット窓（５２）との間に規定済み光路長（４３ａ）を有する、サンプル受容チャンバ（５４）、及び、前記サンプル受容チャンバ（５４）の経路長の値を記憶することが可能な電子チップ（４８ｃ）を有する、置換可能キュベット組立体（４０）、及び、
１つ又は複数の既知の波長の光を有する較正光源（７２）を有する較正光モジュール（６０）であって、前記光路（２１）内に較正光を放出することが可能な、較正光モジュール（６０）を備える、光学サンプルモジュール（２０）と、
受光端（９２ａ）及び発光端（９２ｂ）を有する光ファイバ（９２）であって、前記受光端（９２ａ）は、前記光学サンプルモジュール（２０）に光学的に接続され、前記光路（２１）に沿って放出された光を受信し、光を前記発光端（９２ｂ）に伝える、光ファイバ（９２）と、
前記光ファイバ（９２）の前記発光端（９２ｂ）から光を受信し、それぞれが異なる波長を有する複数の光ビームに光を分離し、前記複数の光ビームを電気信号に変換することが可能な分光計モジュール（１００）と、
前記電子チップ（４８ｃ）から前記サンプル受容チャンバ（５４）の経路長の値を取得し（１）、全血サンプルについて生成された前記分光計モジュール（１００）からの前記電気信号を受信して処理し（２）、前記サンプル受容チャンバ（５４）の経路長の値によって、前記電気信号を、前記全血サンプルについてヘモグロビンパラメータ値及び／又は総ビリルビンパラメータ値を表示し報告するために使用可能な出力信号に変換することが可能なプロセッサモジュール（１５０）と、を備える、システム（１０）。
続きを表示（約 3,800 文字）【請求項２】
前記発光モジュール（２２）は、前記ＬＥＤ光源（２８）と前記キュベット組立体（４０）との間の光路（２１）内に配設された複数の光学コンポーネント（Ｂ）を含み、前記複数の光学コンポーネント（Ｂ）は、少なくとも第１の光学拡散板（３２）、並びに、コリメーティングレンズ（３０）、円偏光子（３４）、及び収束レンズ（３６）の１つ又は複数を含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項３】
前記較正光モジュール（６０）は、前記キュベット組立体（４０）から下流であるが、ビームスプリッタ（６９）から上流にある前記光路（２１）内に配設された第２の光学拡散板（６８）を含む、請求項１に記載のシステム（１０）。
【請求項４】
全血用の吸光度測定システム（１０）であって、
光学サンプルモジュール（２０）であって、
光を放出することが可能なＬＥＤ光源（２８）を有する発光モジュール（２２）であって、光が方向付けられ、それにより、光路（２１）を規定する、発光モジュール（２２）、
前記発光モジュール（２２）に隣接する置換可能キュベットモジュール（４３）であって、全血サンプルを受容するように適合され、第１のキュベット窓（４９）及び前記第１のキュベット窓（４９）に整列した第２のキュベット窓（５２）を有するサンプル受容
チャンバ（５４）であって、前記ＬＥＤ光源（２８）から光を受信するために前記光路（２１）内に配設される、サンプル受容チャンバ（５４）を有する、置換可能キュベットモジュール（４３）、
前記ＬＥＤ光源（２８）と置換可能キュベットモジュール（４３）との間の光路（２１）内に位置決めされた第１の光学拡散板（３２）、及び、
置換可能キュベットモジュール（４３）の後ろの光路（２１）内に位置決めされた第２の光学拡散板（６８）を有する、置換可能キュベットモジュール（４３）と、
受光端（９２ａ）及び発光端（９２ｂ）を有する光ファイバ（９２）であって、前記受光端（９２ａ）は、前記光学サンプルモジュール（２０）に光学的に接続され、前記光路（２１）に沿って放出された光を受信し、光を前記発光端（９２ｂ）に伝える、光ファイバ（９２）と、
前記光ファイバ（９２）の前記発光端（９２ｂ）から光を受信し、それぞれが異なる波長を有する複数の光ビームに光を分離し、前記複数の光ビームを電気信号に変換することが可能な分光計モジュール（１００）と、
前記電子チップ（４８ｃ）から前記サンプル受容チャンバ（５４）の経路長の値を取得し（１）、全血サンプルについて生成された前記分光計モジュール（１００）からの前記電気信号を受信して処理し（２）、前記サンプル受容チャンバ（５４）の前記経路長の値を用いて、前記電気信号を、前記全血サンプルについてヘモグロビンパラメータ値及び／又は総ビリルビンパラメータ値を表示し報告するために使用可能な出力信号に変換することが可能なプロセッサモジュール（１５０）と、を備える、吸光度測定システム（１０）。
【請求項５】
前記発光モジュール（２２）は、前記ＬＥＤ光源（２８）と前記置換可能キュベットモジュール（４３）との間の光路（２１）内に配設された複数の光学コンポーネント（Ｂ）を含み、前記複数の光学コンポーネント（Ｂ）は、少なくとも第１の光学拡散板（３２）、並びに、コリメーティングレンズ（３０）、円偏光子（３４）、及び収束レンズ（３６）の１つ又は複数を含む、請求項４に記載の吸光度測定システム（１０）。
【請求項６】
前記分光計モジュール（１００）は、
光路（２１）内に位置決めされた入力スリット（１１４）であって、それにより、前記光ファイバ（９２）の前記発光端（９２ｂ）から放出される光を受信し、入力スリット（１１４）に光を透過させる、入力スリット（１１４）と、
アクロマティックレンズ（１２４）及び光分散要素（１３０）を有する光学コンポーネント群（１２０）であって、前記光分散要素（１３０）は、光路（２１）内に配設され、前記光分散要素（１３０）は、前記入力スリット（１１４）及び前記アクロマティックレンズ（１２４）を透過した光を受信し、光を、それぞれが異なる波長を有する複数の光ビームに分離し、前記複数の光ビームを、前記入力スリット（１１４）に向かうが前記入力スリット（１１４）からオフセットして、前記アクロマティックレンズ（１２４）を通して戻るように再び方向付けることが可能である、光学コンポーネント群（１２０）と、
前記複数の光ビームを受信し、前記複数の光ビームを電気信号に変換することが可能な光アレイ検出器（１１６）と、を備える、請求項４に記載の吸光度測定システム（１０）。
【請求項７】
ＣＯＯｘ分析器内で使用するための光学分光器（１００）であって、
ベースプレート（１０４ａ）及び光ファイバ収容端（１０８）を有する分光計ハウジング（１０２）と、
前記分光計ハウジング（１０２）の前記光ファイバ収容端（１０８）に隣接して位置決めされる受光入力スリット（１１４）と、
前記分光計ハウジング（１０２）の前記光ファイバ収容端（１０８）から離間し、前記受光入力スリット（１１４）から光がそれに沿って移動する光路（２１）内に位置決めさ
れた前記ベースプレート（１０４ａ）に搭載された光分散要素（１３０）であって、前記入力スリット（１１４）を透過した光を受信し、光を、それぞれが異なる波長を有する複数の光ビームに分離し、前記複数の光ビームを再び方向付けることが可能である、光分散要素（１３０）と、
前記複数の光ビームを受信し、前記複数の光ビームを電気信号に変換することが可能な光アレイ検出器（１１６）と、
レンズマウント（１２２）を有するアクロマティックレンズ（１２１）及び前記レンズマウント（１２２）内に搭載されたアクロマティックレンズ（１２４）であって、前記アクロマティックレンズ（１２４）は、光路（２１）内に位置決めされて、光を、前記入力スリット（１１４）から前記光分散要素（１３０）に方向付け、前記光分散要素（１３０）から反射される複数の光ビームを受信し、複数の光ビームを前記光アレイ検出器（１１６）上に方向付ける、アクロマティックレンズ（１２１）及びアクロマティックレンズ（１２４）と、
前記光アレイ検出器（１１６）上で複数の光ビームの位置を維持するための熱補償手段であって、前記分光計ハウジング（１０２）の周りに配設された断熱体、温度コントローラ組立体、及び熱補償レンズマウント（１２２）の１つ又は複数を備える、熱補償手段と、を備える、光学分光器（１００）。
【請求項８】
前記熱補償レンズマウント（１２２）は、固定マウント端（１２２ａ）、及び、前記熱補償レンズマウント（１２２）の熱膨張及び収縮を可能にする未固定マウント端（１２２ｂ）を有し、前記固定マウント端（１２２ａ）は、前記ベースプレート（１０４ａ）に固定的に取付けられ、前記レンズマウント（１２２）は、前記ベースプレート（１０４ａ）膨張係数より大きい膨張係数を有する、請求項７に記載の光学分光器（１００）。
【請求項９】
前記熱補償レンズマウント（１２２）は、前記レンズマウント（１２２）の膨張係数に基づいて前記光入力スリット（１１４）からの光の光路（２１）に対して直線的かつ横方向に移動して、前記光分散要素（１３０）からの分散光の位置を前記光アレイ検出器（１１６）上に維持する、請求項７に記載の光学分光器（１００）。
【請求項１０】
全血中のヘモグロビンパラメータを測定するためのコンパクト分光計（１００）であって、
光入射ポート（１０９）を有する光ファイバ収容端（１０８）を有する閉囲式分光計ハウジング（１０２）と、
前記閉囲式分光計ハウジング（１０２）内に配設された回路基板サブストレート（１１２）上に配設された光入力スリット（１１４）であって、前記光入射ポート（１０９）に整列しかつ隣接する、光入力スリット（１１４）と、
前記光入力スリット（１１４）に隣接して前記回路基板サブストレート（１１２）上に配設される光アレイ検出器（１１６）と、
前記光入力スリット（１１４）から下流に配設された光分散要素（１３０）及び前記光入力スリット（１１４）と前記光分散要素（１３０）との間に配設された球アクロマティックレンズ（１２０）からなる光学コンポーネント群（１２０）と、を備え、前記光分散要素（１３０）は反射表面（１３２）を有し、前記アクロマティックレンズ（１２０）は、前記光入力スリット（１１４）から前記光分散要素（１３０）に光を透過させ、前記光分散要素（１３０）から反射された分散光を前記光アレイ検出器（１１６）まで透過させる、コンパクト分光計（１００）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は、一般に、血中のヘモグロビンパラメータを同定し特徴付けるための分光システム及び方法に関する。
［背景技術］
紫外線－可視光分光システムは、吸収分光法又は反射分光法を含む。名前が示唆するように、こうしたシステムは、サンプルを分析するために可視及び近紫外範囲内の光を使用する。波長範囲は、通常、約４００ｎｍ～約７００ｎｍである。可視光の吸収又は反射は、関係する化学物質の知覚される色に直接影響を及ぼす。ＵＶ／Ｖｉｓ分光法は、遷移金属イオン、高度の共役した有機化合物、及び生体高分子等の異なる分析物の定量的決定のための分析化学において日常的に使用される。分光分析は、一般に、溶液内で実施されるが、固体及び気体を同様に調査することができる。
続きを表示（約 3,200 文字）【０００２】
近赤外分光システムは、同様に、吸収分光法又は反射分光法を含む。こうしたシステムは、サンプルを分析するために近赤外範囲内の光を使用する。波長範囲は、通常、約７００ｎｍ～２，５００ｎｍ未満である。典型的なアプリケーションは、製薬、医療診断（血糖及びパルスオキシメトリを含む）、食物及び農薬品質管理、及び燃焼研究、並びに、脳機能イメージングにおける研究、スポーツ医療及び科学、エリートスポーツトレーニング、人間工学、リハビリテーション、新生児研究、ブレインコンピュータインタフェース、泌尿器学（膀胱収縮）、及び神経学（神経血管結合）を含む。
【０００３】
近ＩＲ（ＮＩＲ）分光法用の機器は、ＵＶ－可視及び中ＩＲ範囲用の機器と同様である。分光計の基本的部品は、光源、サンプル用のホルダ、異なる波長の光を分離するためのモノクロメータ及びプリズム内の回折格子、及び検出器である。放射源は、しばしば、タングステンフィラメント（３００～２５００ｎｍ）、紫外線領域（１９０～４００ｎｍ）にわたって連続である重水素アークランプ、１６０ｎｍから２，０００ｎｍまで連続であるキセノンアークランプ、又はより最近としては、可視波長用の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。検出器は、通常、光電子増倍管、フォトダイオード、フォトダイオードアレイ、又は電荷結合素子（ＣＣＤ）である。単一フォトダイオード検出器及び光電子増倍管は、走査型モノクロメータと共に使用され、走査型モノクロメータは、１回に単一波長の光だけが検出器に達するように光をフィルタリングする。走査型モノクロメータは、回折格子を移動させて、その強度が波長の関数として測定されるように各波長を「ステップスルーする（ｓｔｅｐ－ｔｈｒｏｕｇｈ）」。固定型モノクロメータは、ＣＣＤ及びフォトダイオードアレイと共に使用される。これらのデバイスは共に、１次元又は２次元アレイにグループ化された多くの検出器からなるため、異なるピクセル又はピクセルの群上で異なる波長の光を同時に収集できる。一般的な白熱又は石英ハロゲンライトバルブは、最もしばしば、分析アプリケーション用の近赤外放射の広帯域供給源として使用される。発光ダイオード（ＬＥＤ）が同様に使用される。使用される検出器のタイプは、測定される波長の範囲に主に依存する。
【０００４】
人間身体に対するＮＩＲ分光法の主要なアプリケーションは、人間身体組織におけるＮＩＲ光の透過及び吸収がヘモグロビン濃度変化に関する情報を含むことを使用する。幾つかの波長及び時間分解（周波数又は時間領域）法及び／又は空間分解法を使用することによって、血流、体積、及び絶対組織飽和度（ＳｔＯ
２
又は組織飽和指数（ＴＳＩ：ＴｉｓｓｕｅＳａｔｕｒａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ））が定量化され得る。ＮＩＲＳ法によるオキシメトリのアプリケーションは、神経科学、人間工学、リハビリテーション、ブレインコンピュータインタフェース、泌尿器学、血液循環に影響を及ぼす病気（例えば、末梢血
管疾患）の検出、胸部腫瘍の検出及び評価、及び、スポーツ医療におけるトレーニングの最適化を含む。
【０００５】
吸収分光法に関して、ベール・ランベルトの法則（Ｂｅｅｒ－Ｌａｍｂｅｒｔｌａｗ）は、溶液の吸が溶液内の吸収種の濃度及び経路長に正比例することを述べる。そのため、固定経路長について、ＵＶ／Ｖｉｓ及びＮＩＲ分光法が使用されて、溶液内の吸収体の濃度を決定し得る。方法は、ほとんどの場合定量的に使用されて、ベール・ランベルトの法則を使用して、溶液内の吸収種の濃度を決定する：
Ａ＝ｌｏｇ
１０
（Ｉ
０
／Ｉ）＝εｃＬ
ここで、Ａは吸光度単位（ＡＵ：Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅｕｎｉｔ）の測定された吸光度であり、
Ｉ
０
は、所与の波長の入射光の強度であり、
Ｉは透過強度であり、
Ｌはサンプルを通る経路長であり、
ｃは吸収種の濃度である。
【０００６】
それぞれの種及び波長について、εは、モル吸収率又は消散係数として知られる定数である。この定数は、特定の温度及び圧力における所与の溶媒内の基本的な分子特性であり、１／Ｍ
＊
ｃｍ又はしばしばＡＵ／Ｍ
＊
ｃｍの単位を有する。吸光度及び消散度εは、時として、１０を底とする対数の代わりに自然対数によって規定される。
【０００７】
ベール・ランベルトの法則は、多くの化合物を特徴付けるのに有用であるが、全ての物質の濃度及び吸収についての普遍的関係として有効でない。
種々の因子がこれらの分光システムに影響を及ぼすことが当業者によって認識される。これらの因子は、スペクトル帯域幅、波長誤差、迷走光、ベール・ランベルトの法則からの逸脱、及び測定の不確実性源を含む。
【０００８】
迷走光は、分光システムに影響を及ぼす重要な因子である。迷走光は、不正に低い吸光度を機器に報告させる。
ベール・ランベルトの法則からの逸脱は、濃度に基づいて生じる。十分に高い濃度において、吸収帯域は飽和し、吸収平坦化を示すことになる。吸収ピークは、１００％に近い光が既に吸収されているため、平坦化しているように見える。これが起こる濃度は、測定される特定の化合物に依存する。
【０００９】
測定の不確実性は、定量的化学分析で生じ、その結果は、測定される化合物及び／又は溶液の性質からの不確実性源によって更に影響される。これらは、吸収帯域オーバラップ、（分解又は反応によって引起される）吸収種の色あせ、及びサンプルと較正溶液との間の考えられる組成不整合を含む。
［発明の概要］
ヒトヘモグロビン（ＨＧＢ：ｈｕｍａｎｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）が赤血球内の酸素運搬蛋白質であることが知られている。全血中のその濃度の決定は、臨床生化学において有用かつ重要な診断ツールである。ＣＯＯｘ分析器は、吸光度測定を使用して、総ヘモグロビン（ｔＨｂ：ｔｏｔａｌｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）、カルボキシヘモグロビン（ＣＯＨｂ：ｃａｒｂｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）、脱酸素化ヘモグロビン（ＨＨｂ：ｄｅｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）、酸素化ヘモグロビン（Ｏ２Ｈｂ：ｏｘｙｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）、メトヘモグロビン（ＭｅｔＨｂ：ｍｅｔｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）、及び胎児ヘモグロビン（ＦＨｂ：ｆｅｔａｌｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ）等の血液のヘモグロビンパラメータ、並びに総ビリルビン（ｔＢｉｌ：ｔｏｔａｌｂｉｌｉｒｕｂｉｎ）を測定するために使用される。実際には、典型的なＣＯＯｘ分析器は、全血の分光分析で遭遇する問題のために、全血の代わりに溶解血を使用する。溶解血の測定は、比較的簡単である。その理
由は、溶解プロセスが赤血球を溶解し、血液をほぼ非拡散の媒体にするからである。吸光度は、散乱による光の損失がほとんどないキュベットを通る単純なコリメート済みビームによって測定される。散乱による光の損失が小さいため、簡単な線形解析が使用されて、ヘモグロビン及び総ビリルビンパラメータを見出し得る。
【００１０】
全血サンプルを使用するヘモグロビン及び総ビリルビンパラメータの測定は、全血の強い光学散乱のために非常に大変である。これらの問題は、溶解血と比較して全血の増加した光散乱レベルに対処することに主に関する。これは、光損失及び非線形吸光度を測定に導入する。
（【００１１】以降は省略されています）

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