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JP-2026515031-A - 生体計測装置

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Abstract

生体計測装置（１０）は、少なくとも１つの刺激電極（１０２ａ、１０２ｂ）と刺激回路とを含む刺激装置（１２）を含む。刺激回路は、少なくとも１つの刺激電極に電気刺激信号を提供すると、この少なくとも１つの刺激電極が所定の電気力学場を生成し、生体物質に印加するように構成される。感知装置は、少なくとも１つの感知電極（２０２ａ、２０２ｂ）と感知回路とを含み、少なくとも１つの感知電極は、応答電気力学場を感知し、対応する電気応答信号を感知回路に提供するように構成される。電気刺激信号は、複数の異なる擬似ランダム２進数列を含み、各擬似ランダム２進数列は、他の（複数の）擬似ランダム２進数列によって提供される（複数の）周波数の範囲とは別の周波数の範囲を有する所定の電気力学場を提供する長さ及びデータレートを有する。

Inventors

  • クレイトン、トーマス

Assignees

  • サイトモス リミテッド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240426
Priority Date
20230428

Claims (20)

  1. 生体計測装置であって、 少なくとも１つの刺激電極と、刺激回路であって、前記少なくとも１つの刺激電極が生体物質に印加される所定の電気力学場を生成するように、前記少なくとも１つの刺激電極に電気刺激信号を提供するように構成された刺激回路とを含む刺激装置と、 感知回路と、少なくとも１つの感知電極であって、前記印加された電気力学場に対する応答を感知して、対応する電気応答信号を前記感知回路に提供するように構成された少なくとも１つの感知電極とを含む感知装置とを含み、 前記電気刺激信号は、異なる複数の擬似ランダム２進数列を含み、各擬似ランダム２進数列は、他の擬似ランダム２進数列によって提供される周波数の範囲とは別の周波数の範囲を有する前記所定の電気力学場を提供する長さ及びデータレートを有する、 生体計測装置。
  2. 前記電気刺激信号は、３つ以上の擬似ランダム２進数列を含み、各擬似ランダム２進数列は、前記他の擬似ランダム２進数列によって提供される前記周波数の範囲とは別の周波数の範囲を有する前記所定の電気力学場を提供する長さ及びデータレートを有する、請求項１に記載の生体計測装置。
  3. 前記電気刺激信号は、対数分布した一連の擬似ランダム２進数列を含む、請求項１又は請求項２に記載の生体計測装置。
  4. 前記複数の擬似ランダム２進数列は最大長数列（ｍ数列）である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生体計測装置。
  5. 前記電気刺激信号は、異なる前記複数の擬似ランダム２進数列を含む信号パケットを含む、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の生体計測装置。
  6. 前記複数の擬似ランダム２進数列は異なるサンプルレートを有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の生体計測装置。
  7. クロックが前記複数の擬似ランダム２進数列に使用されて、前記クロックは前記擬似ランダム２進数列の各々について同一である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の生体計測装置。
  8. 前記複数の擬似ランダム２進数列は、１つの低周波数擬似ランダム２進数列と１つの高周波数擬似ランダム２進数列とを少なくとも含み、前記低周波数擬似ランダム２進数列の各ビットの周期は、前記高周波数擬似ランダム２進数列の各ビットの整数倍である、請求項７に記載の生体計測装置。
  9. 前記擬似ランダム２進数列によって提供される前記周波数の範囲は、周波数の全体的な範囲にわたって分散されて、低周波数擬似ランダム２進数列の各ビットの前記周期は、高周波数擬似ランダム２進数列の各ビットの整数倍である、請求項８に記載の生体計測装置。
  10. 前記複数の擬似ランダム２進数列は、前記電気刺激信号のフレーム内において複数のサブフレームを提供する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の生体計測装置。
  11. 前記複数の擬似ランダム２進数列の前記サブフレームはそれぞれ、サブフレーム分離期間によって時間的に分離される、請求項１０に記載の生体計測装置。
  12. 前記サブフレーム分離期間は少なくとも１つのｍ数列期間である、請求項１１に記載の生体計測装置。
  13. 前記生体計測装置は処理装置を含み、前記処理装置はアナログ形式の前記電気応答信号を受信し、前記電気応答信号をデジタル応答信号に変換するように構成される、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の生体計測装置。
  14. 前記デジタル応答信号は、前記電気刺激信号のビットレートに等しいビットレートを有し、低周波数擬似ランダム２進数列からの前記デジタル応答信号の各ビットの周期は、高周波数擬似ランダム２進数列からの前記デジタル応答信号の各ビットの整数倍である、請求項１３に記載の生体計測装置。
  15. 前記電気応答信号の高周波数成分は高周波数ビット周期を有し、前記処理装置は、前記高周波数ビット周期の整数倍から前記高周波数ビット周期の整数分数を引いた値に等しいサンプル周期で構成され、前記処理装置は複数のインターリーブパスで前記電気応答信号をサンプリングするように構成される、請求項１３又は請求項１４に記載の生体計測装置。
  16. 前記処理装置は、前記高周波数ビット周期にｎを乗じた値から、前記高周波数ビット周期の１／ｎを引いた値に等しいサンプル周期で構成される、請求項１５に記載の生体計測装置。
  17. 前記電気応答信号の低周波数成分は低周波数ビット周期を有し、前記処理装置は前記低周波数ビット周期よりもｎ倍大きいサンプルレートを有し、前記処理装置は、前記擬似ランダム２進数列の遷移点と整列するサンプルを破棄し、残りのｎ－１サンプルを平均化して前記デジタル応答信号を提供するように構成される、請求項１３から請求項１６のいずれか一項に記載の生体計測装置。
  18. 前記デジタル応答信号は、メモリの単一区画に記憶される、請求項１３から請求項１７のいずれか一項に記載の生体計測装置。
  19. 前記デジタル応答信号は、前記電気刺激信号の高周波数擬似ランダム２進数列のビットレートに等しいデータレートで出力される、請求項１３から請求項１８のいずれか一項に記載の生体計測装置。
  20. 低周波数擬似ランダム２進数列からの前記デジタル応答信号の各ビットの周期は、高周波数擬似ランダム２進数列からの前記デジタル応答信号の各ビットの整数倍である、請求項１３から請求項１９のいずれか一項に記載の生体計測装置。

Description

本発明は、生体計測装置に関する。 生体粒子の物理的又は化学的特性の分析は、疾患の診断、研究、薬物の臨床試験などに使用される。そのような分析を、粒子の同時マルチパラメトリック計測を提供するように構成された装置を用いて自動で実行するために、計測装置を使用することが知られている。典型的には、対象の生体粒子は、計測装置に導入される前に流体中に懸濁されて、計測装置で懸濁された生体粒子は励起を受け、励起に対する応答が検出される。 そのような計測装置の一例は、生体粒子の特性を計測するためにインピーダンス分光法又は誘電分光法を利用する。インピーダンス分光法又は誘電分光法は、生体粒子を含有する溶液に電気力学場を印加し、例えば粒子の複素電気誘電率によって引き起こされる、生体粒子の存在に起因する場への変化を計測することを含む。従来、インピーダンス分光法及び誘電分光装置は、ロックイン増幅器を使用して、標的領域を通過する溶液の変化、例えば細胞の突然の出現などによって引き起こされる信号の大きさ及び位相シフトを計算する。これは、典型的な計測装置が、そのようなロックイン増幅器の各々について、一度に単一周波数のインピーダンスを計測可能であることを意味する。 生体粒子の多くの異なる特性を一度に分析するために、多くの周波数のインピーダンスを一度に計測する装置が、例えばＷＯ２０１５／００１３５５に提案されている。しかしながら、そのような計測装置において高帯域幅を達成するには大きな課題がある。 ここで、先行技術に関連する上述の及び／又はその他の欠点を克服又は実質的に軽減する、改善された生体計測装置が考案された。 本発明の第一態様によれば、 生体計測装置であって、 少なくとも１つの刺激電極と、刺激回路であって、少なくとも１つの刺激電極が生体物質に印加される所定の電気力学場を生成するように、少なくとも１つの刺激電極に電気刺激信号を提供するように構成された刺激回路とを含む刺激装置と、 感知回路と、少なくとも１つの感知電極であって、応答電気力学場を感知して、対応する電気応答信号を感知回路に提供するように構成された少なくとも１つの感知電極とを含む感知装置とを含み、 電気刺激信号は、複数の異なる擬似ランダム２進数列とを含み、各擬似ランダム２進数列は、他の（複数の）擬似ランダム２進数列によって提供される（複数の）周波数の範囲とは別の周波数の範囲を有する所定の電気力学場を提供する長さ及びデータレートを有する、 生体計測装置を提供する。 本発明のさらなる態様によれば、 生体計測の方法であって、 少なくとも１つの刺激電極が生体物質に印加される所定の電気力学場を生成するように、少なくとも１つの刺激電極に電気刺激信号を提供することと、 少なくとも１つの感知電極によって、応答電気力学場を感知して、対応する電気応答信号を感知回路に提供することとを含み、 電気刺激信号は、複数の異なる擬似ランダム２進数列を含み、各擬似ランダム２進数列は、他の（複数の）擬似ランダム２進数列によって提供される（複数の）周波数の範囲とは別の周波数の範囲を有する所定の電気力学場を提供する長さ及びデータレートを有する、 方法を提供する。 本発明は、複数の異なる周波数の範囲を有する所定の電気力学場を提供する、複数の異なる擬似ランダム２進数列が、その長さに線形比例する周波数の幅を有する、単一の擬似ランダム２進数列と比較して、所与の数列長及びデータレートに対して、周波数の幅をより広くできるため、有利である。したがって、本発明は、１つの周波数範囲を有する擬似ランダム２進数列を使用した場合と比較して、生体計測装置の帯域幅を増大できる。 特に、帯域幅の大きさが数桁にわたる周波数を含む擬似ランダムノイズ信号を単一の擬似ランダム２進数列で達成するには、数列の長さを非常に長くする必要があるが、それはホストマシンに送信することが困難であり、後処理を実行するのは計算上集約的である。さらに、本発明によって可能となる周波数帯域幅の増大によって、線形に分布した周波数計測だけでなく、対数分布した一連の周波数計測も可能となり、これは、線形に分布した一連の周波数計測が高周波数の過剰表現及び低周波数の表現不足を引き起こす可能性があるために、有利である。 複数の異なる擬似ランダム２進数列の使用により、ブロードバンドシステム応答が必要とされる、他の装置において利点を提供し得る。 それゆえに、本発明のさらなる態様によれば、 計測装置であって、 電気刺激信号を提供するように構成された刺激装置と、 対応する電気応答信号を提供する感知装置とを含み、 電気刺激信号は、複数の異なる擬似ランダム２進数列とを含み、各擬似ランダム２進数列は、他の（複数の）擬似ランダム２進数列によって提供される（複数の）周波数の範囲とは別の周波数の範囲を有する所定の電気力学場を提供する長さ及びデータレートを有する、 計測装置を提供する。 本発明のさらなる態様によれば、 計測の方法であって、 少なくとも１つの刺激電極が所定の電気力学場を生成するように、少なくとも１つの刺激電極に電気刺激信号を提供することと、 少なくとも１つの感知電極によって、応答電気力学場を感知して、対応する電気応答信号を生成することを含み、 電気刺激信号は、複数の異なる擬似ランダム２進数列を含み、各擬似ランダム２進数列は、他の（複数の）擬似ランダム２進数列によって提供される（複数の）周波数の範囲とは別の周波数の範囲を有する所定の電気力学場を提供する長さ及びデータレートを有する、 方法を提供する。 電気刺激信号、したがって所定の電気力学場は、複数の異なる擬似ランダム２進数列を含む信号パケットを含んでもよい。電気刺激信号の１又は複数の信号パケット、したがって所定の電気力学場が、計測される材料に印加されてもよい。電気刺激信号の１つ以上の信号パケット、したがって所定の電気力学場が、計測される材料に印加される場合、信号パケットは順次印加されてもよい。 所定の電気力学場が、計測される材料に印加され得て、この材料は、流動性材料、又は流動性材料によって担持される粒子、例えば生体粒子を含み得る。計測装置は、刺激装置及び感知装置に対して、計測される材料の流れを提供する流路装置を含むか、又は流路装置と共に動作するように適応されてもよい。測定される材料が粒子から構成される場合、流路装置は、測定のために粒子を一度に1個ずつ提示するように構成され得る。電気刺激信号の少なくとも１つの信号パケット、したがって所定の電気力学場は、計測される各粒子又は計測される流動性材料の各体積に印加されてもよい。 本発明は、細胞培養物がバイオリアクタ内にある間、細胞培養物の連続的なモニタリングが可能になり得て、したがって、先行技術のモニタリングシステムと比較して、より信頼性の高い、及び／又は、より詳細なデータを得ることが可能になり得るので、プロセスアナリティクス技術（ＰＡＴ）における生体計測装置として使用される場合に特に有利である。 電気刺激信号は、３つ以上の擬似ランダム２進数列を含んでもよく、各擬似ランダム２進数列は、他の擬似ランダム２進数列によって提供される周波数の範囲とは別の周波数の範囲を有する所定の電気力学場を提供する長さ及びデータレートを有する。 計測装置は、擬似ランダムノイズ信号を生成するように構成されてもよい。擬似ランダムノイズ信号は、擬似ランダム２進数列から生成されてもよい。刺激回路によって提供される電気刺激信号は、擬似ランダム２進信号を含んでもよい。擬似ランダム２進数列は、決定的アルゴリズムを用いて生成される。それにもかかわらず、擬似ランダム２進数列は、真にランダムな数列と同様の統計的挙動を示す。擬似ランダム２進数列は、最大長数列、いわゆる「ｍ数列」であってもよく、線形フィードバックシフトレジスタによって生成されてもよい。２進数列が線形フィードバックシフトレジスタによって生成される場合、出力は最終的に出力自体を繰り返す。ｍ数列は、所与の数のシフトレジスタに対する、最長の起こり得る非反復数列である。 したがって、擬似ランダムノイズ信号は、ｍ数列を含んでもよい。ｍ数列は、所望の動作帯域幅にわたって平坦なパワースペクトル密度を示す。さらに、ｍ数列は標準的なデジタル回路によって容易に提供され得て、したがって、ＣＭＯＳなどの半導体製造プロセスによって形成される集積回路における実装に適し得る。 刺激回路は、線形フィードバックシフトレジスタによって、又は当業者の通常の設計技術の範囲内であるように、ｍ数列の形態をとる刺激信号を生成するように動作してもよい。例えば、刺激回路は、ｍ数列を記憶するメモリを含んでもよい。あるいは、ｍ数列は、外部信号発生器によって提供されてもよい。 複数の擬似ランダム２進数列は、ｍ数列であってもよい。各ｍ数列の長さは２ｎ－１であり、ｎは線形フィードバックシフトレジスタ内のレジスタの数である。複数の擬似ランダム２進数列は、同一の長さを有してもよく、異なる長さを有してもよい。各擬似ランダム２進数列によって提供される周波数の範囲は、ビット数で決定される擬似ランダム２進数列の各々の長さ、及び電気刺激信号のビットレートによって決定され得る。 各擬似ランダム２進数列の周波数の範囲は、擬似ランダム２進数列の長さ及び電気刺激信号のビットレートで達成可能なバイナリ信号によって決定される。周波数範囲の最高周波数は、互いに直接隣接するビットの交互数列であってもよく、ビットレートの半分の周波数を有するであろう。最低周波数は、数列の全長にわたって一定値であってもよく、ビットレートを数列の長さで割った周波数を有するであろう。複数の擬似ランダム２進数列の生成には同一のクロックを用いてもよい。しかしながら、複数の擬似ランダム２進数列のビットレートは、低周波数擬似ランダム２進数列のビット周期が高周波数擬似ランダム２進数列のビット周期の整数倍であることによって異なり得る。 ｎレジスタｍ数列は、２ｎ－１ビットの長さを有するであろう。ｆのデータレートでは、ｎレジスタｍ数列は、ｆ／２からｆ／（２ｎ－１）の周波数を提供するであろう。例えば、５レジスタｍ数列は３１ビットの長さを有するであろう。例示的な目的のために提供される実施例では、９５０ＭＨｚのデータレートで、５レジスタｍ数列は４７５ＭＨｚから３０．６５ＭＨｚの周波数を提供するであろう。対照的に、７レジスタｍ数列は１２７ビットの長さを有するであろう。５０ＭＨｚのデータレートでは、７レジスタｍ数列は２５ＭＨｚから３９３ｋＨｚの周波数を提供するであろう。それゆえに、１５８ビットのみを使用して、４７５ＭＨｚから３９３ｋＨｚの周波数範囲が提供されるであろう。比較のために、２，０４８ビットの長さを有する１１レジスタｍ数列は、９５０ＭＨｚのデータレートで、本発明の前述の実施例と同じ大きさの桁にわたって延在する、４７５ＭＨｚから４６４ｋＨｚの周波数を提供するのに必要だが、本発明に要求されるよりも桁の大きい長さを必要とする。 複数の擬似ランダム２進数列は、１つの低周波数擬似ランダム２進数列と１つの高周波数擬似ランダム２進数列とを少なくとも含んでもよい。 各擬似ランダム２進数列は、電気刺激信号のフレーム内においてサブフレームを提供してよい。複数の擬似ランダム２進数列は、期間によって時間的に互いに分離され得て、その期間は少なくとも１つのｍ数列期間であってもよい。 計測装置は、刺激回路及び／又は感知回路を有してもよい処理装置を含み得る。処理装置及び／又は感知回路は、電気応答信号を受信して、電気応答信号をデジタル形式に変換するように構成されてもよい。したがって、処理装置及び／又は感知回路は、出力がデジタル応答信号であるように、アナログ入力とデジタル出力とを有してもよい。 した