(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラマン分光検査法により身体組織（１）内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定する方法であって、
ａ）第１の波長（λ１）の単色一次光線（３）が照射された身体組織から逆散乱した二次光線（７）を検出するステップと、
ｂ）波長に応じて二次光線の強度を第１の波長（λ１）での第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリ（１２）に記憶するステップと、
ｃ）第２の波長（λ２）の単色一次光線（３）が照射された身体組織から逆散乱した二次光線（７）を検出するステップと、
ｄ）波長に応じて二次光線の強度を第２の波長（λ２）での第２のラマン・スペクトル信号として第２のメモリ（１９）に記憶するステップと、
ｅ）第１のメモリ（１２）内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ（１９）内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される比較信号を生成するステップと、
ｆ）少なくとも１つの照会波長（λ３）での比較信号の強度を測定する、その強度が体液中の物質の濃度に対応するものであるステップとを含み、
所定の周波数で第１の波長および／または第２の波長の一次光線（３）が照射され、所定の周波数で第１のラマン・スペクトル信号と第２のラマン・スペクトル信号が記憶される方法。
【請求項２】
ラマン分光検査法により身体組織（１）内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定する方法であって、
ａ）第１の温度での所定の波長（λ）の単色一次光線（３）が照射された身体組織から逆散乱した二次光線（７）を検出するステップと、
ｂ）波長に応じて二次光線の強度を第１の温度での第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリ（１２）に記憶するステップと、
ｃ）第２の温度での所定の波長（λ）の単色一次光線（３）が照射された身体組織から逆散乱した二次光線（７）を検出するステップと、
ｄ）波長に応じて二次光線の強度を第２の温度での第２のラマン・スペクトル信号として第２のメモリ（１９）に記憶するステップと、
ｅ）第１のメモリ（１２）内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ（１９）内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去された比較信号を生成するステップと、
ｆ）少なくとも１つの照会波長（λ３）での比較信号の強度を測定する、その強度が体液中の物質の濃度に対応するものであるステップとを含む方法。
【請求項３】
ラマン分光検査法により身体組織（１）内の体液中の物質を非侵襲的に検出する方法であって、
ａ）第１の温度での第１の波長（λ１）の単色一次光線（３）が照射された身体組織から逆散乱した二次光線（７）を検出するステップと、
ｂ）波長に応じて二次光線の強度を第１の波長（λ１）での、かつ第１の温度での第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリ（１２）に記憶するステップと、
ｃ）第１の温度での第２の波長（λ２）の単色一次光線（３）が照射された身体組織から逆散乱した二次光線（７）を検出するステップと、
ｄ）波長に応じて二次光線の強度を第２の波長（λ２）での、かつ第１の温度での第２のラマン・スペクトル信号として第２のメモリ（１９）に記憶するステップと、
ｅ）第１のメモリ（１２）内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ（１９）内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される第１の比較信号を生成するステップと、
ｆ）少なくとも１つの照会波長（λ３）での第１の比較信号の強度を測定するステップと、
ｇ）第２の温度でステップａ）からｆ）を反復し、少なくとも照会波長（λ３）での第２の比較信号を生成し、第１の波長および第２の波長（λ１、λ２）の二次光線（７）の強度を第３のメモリ（２６）もしくは第４のメモリ（２８）に記憶するステップと、
ｈ）第１の比較信号と第２の比較信号とを比較し、少なくとも１つの照会波長（λ３）での比較結果に応じて識別信号を生成するステップとを含む方法。
【請求項４】
所定の周波数で第１の波長および／または第２の波長の一次光線（３）が照射され、所定の周波数で第１のラマン・スペクトル信号と第２のラマン・スペクトル信号が記憶されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
身体組織の第１の温度と第２の温度とを調整するための加熱装置が所定の周波数で制御されることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項６】
所定の周波数が心臓周波数であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第１の波長および／または第２の波長を有する一次光線（３）がピコ秒領域のパルス長を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
一次光線がレーザによって生成されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
二次光線（７）がラマン・スペクトルのストークス領域および／または反ストークス領域内で検出されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
一次光線（３）の波長（λ１、λ２）が７５０ｎｍ〜８５０ｎｍであることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
一次光線（３）の波長（λ１、λ２）と照会波長（λ３）との差の絶対値が２０００ｃｍ−１未満であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
一次光線（３）の波長（λ１、λ２）と照会波長（λ３）との差の絶対値が２０ｃｍ−１より大きいことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
レイリー散乱を除去するために少なくとも１つのノッチ・フィルタ（５、８）を使用することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
一次光線（３）とほぼ同時に、物質によって吸収された波長（λＡｎｒ）を有する励振光線が身体組織（１）内に照射されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項１５】
励振光線の波長（λＡｎｒ）が１．２μｍ〜３μｍであることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
被検査物質の濃度測定を較正するために少なくとも１つの照会波長（λ３）での第１の比較信号の強度と、別の照会波長（λ４）での第１のラマン・スペクトル信号および／または第２のラマン・スペクトル信号の強度が比較されることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
ラマン分光検査法を使用して身体組織（１）内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定する装置であって、
ａ）第１の波長（λ１）の単色一次光線（３）を身体組織内に照射するための第１の光源（２）と、
ｂ）身体組織から逆散乱した二次光線（７）を検出するための光検出器（９、１１）と、
ｃ）波長に応じて二次光線（７）の強度を第１の波長（λ１）での第１のラマン・スペクトル信号として記憶するための第１のメモリ（１２）と、
ｄ）身体組織内に第２の波長（λ２）の単色一次光線（３）を照射するための第２の光源（１３）と、
ｅ）波長に応じて二次光線（７）の強度を第２の波長（λ２）での第２のラマン・スペクトル信号として記憶するための第２のメモリ（１９）と、
ｆ）第１のメモリ（１２）内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ（１９）内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される比較信号を生成するための比較装置（２０）と、
ｇ）少なくとも１つの照会波長（λ３）での比較信号の強度を測定する、その強度が体液中の物質の濃度に対応するものである弁別ユニット（２１）とを備え、
第１の光源（２）および／または第２の光源（１３）、光検出器（９、１１）、および第１のメモリ（１２）および第２のメモリ（１９）が所定の周波数でパルス式に作動される装置。
【請求項１８】
ラマン分光検査法により身体組織（１）内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定する装置であって、
ａ）身体組織内に所定の波長（λ）の単色一次光線（３）を照射するための光源（２）と、
ｂ）身体組織内の第１の温度と第２の温度を調整するための加熱装置（２５）と、
ｃ）身体組織から逆散乱した二次光線（７）を検出するための光検出器（９、１１）と、
ｄ）波長に応じて二次光線（７）の強度を第１の温度での第１のラマン・スペクトル信号として記憶するための第１のメモリ（１２）、および波長に応じて二次光線（７）の強度を第２の温度での第２のラマン・スペクトル信号として記憶するための第２のメモリ（１９）と、
ｅ）第１のメモリ（１２）内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ（１９）内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、かつ身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される比較信号を生成するための比較装置（２０）と、
ｆ）少なくとも１つの照会波長（λ３）での比較信号の強度を測定する、その強度が体液中の物質の濃度に対応するものである弁別ユニット（２１）とを備える装置。
【請求項１９】
ラマン分光検査法により身体組織（１）内の体液中の物質を非侵襲的に検出する装置であって、
ａ）第１の波長（λ１）の単色一次光線（３）を身体組織内に照射するための第１の光源（２）と、
ｂ）身体組織内に第２の波長（λ２）の単色一次光線（３）を照射するための第２の光源（１３）と、
ｃ）身体組織内の第１の温度と第２の温度を調整するための加熱装置（２５）と、
ｄ）身体組織から逆散乱した二次光線（７）を検出するための光検出器（９、１１）と、
ｅ）波長に応じて二次光線（７）の強度を第１の波長（λ１）での、かつ第１の温度での第１のラマン・スペクトル信号として記憶するための第１のメモリ（１２）、波長に応じて二次光線（７）の強度を第２の波長（λ２）での、かつ第１の温度での第２のラマン・スペクトル信号として記憶するための第２のメモリ（１９）、波長に応じて二次光線（７）の強度を第１の波長（λ１）での、かつ第２の温度での第３のラマン・スペクトル信号として記憶するための第３のメモリ（２６）、および波長に応じて二次光線（７）の強度を第２の波長（λ２）での、かつ第２の温度での第４のラマン・スペクトル信号として記憶するための第４のメモリ（２７）と、
ｆ）第１のメモリ（１２）内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ（１９）内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、かつ身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される第１の比較信号を生成するための第１の比較装置（２０）と、
ｇ）第３のメモリ（２６）内の第３のラマン・スペクトル信号と、第４のメモリ（２７）内の第４のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、かつ身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される第２の比較信号を生成するための第２の比較装置（２８）と、
ｈ）第１の比較信号と第２の比較信号とを互いに比較し、かつ比較結果に応じて第３の比較信号を生成するための第３の比較装置（２９）と、
ｉ）少なくとも１つの照会波長（λ３）での第３の比較信号の強度を測定するための弁別装置（２１）と、
ｊ）少なくとも１つの照会波長（λ３）での強度に応じた識別信号を出力するための出力ユニット（２２）とを備える装置。
【請求項２０】
第１の光源（２）および／または第２の光源（１３）、光検出器（９、１１）、および第１のメモリ（１２）ないし第３のメモリ（２６）および／または第２のメモリ（１９）ないし第４のメモリ（２７）が所定の周波数でパルス式に作動されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
身体組織の第１の温度と第２の温度とを調整する加熱装置（２５）が所定の周波数で制御されることを特徴とする請求項１８または１９に記載の装置。
【請求項２２】
心臓周波数を検出するための記録装置を備えると共に、所定の周波数が心臓周波数であることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
第１の光源（２）および／または第２の光源（１３）がピコ秒領域のパルス長のパルスを生成することを特徴とする請求項１７から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
第１の光源（２）および／または第２の光源（１３）がレーザであることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
第１の光源（２）および／または第２の光源（１３）が７５０ｎｍ〜８５０ｎｍの一次光線（３）の波長（λ１、λ２）を生成することを特徴とする請求項１７から２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
レイリー散乱を除去するための少なくとも１つのノッチ・フィルタ（４、５、８）を結像光学系（６）と光検出装置（９、１１）との間に配置することを特徴とする請求項１７から２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
物質によって吸収される波長（λＡｎｒ）を有する励振光線を生成するための第３の光源（２４）を備えることを特徴とする請求項１７から２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
第３の光源（２４）が１．２μｍ〜３μｍの波長（λＡｎｒ）を生成することを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
第３の光源（２４）がピコ秒領域の光パルスを生成するためのレーザであることを特徴とする請求項２７または２８に記載の装置。
【請求項３０】
ラマン分光検査法により身体組織（１）内の体液中の物質を非侵襲的に測定する方法であって、
ａ）第１のパラメータ値で第１の一次波長（λ１）の単色一次光線（３）が照射された身体組織から逆散乱した二次光線（７）を検出するステップと、
ｂ）波長に応じて二次光線の強度を第１の一次波長（λ１）での、かつ第１のパラメータ値での第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリ（１２）に記憶するステップと、
ｃ）別の一次波長および別のパラメータ値でステップａ）とｂ）とを反復し、それぞれの別の一次波長およびそれぞれの別のパラメータ値での二次光線（７）の強度をそれぞれ別のメモリ（２６）に記憶するステップと、
ｄ）少なくとも１つの照会波長（λ３）を測定するためにラマン・スペクトル信号を統計的に多変量比較し、その際に強度がパラメータ値に対応して変化するものであるステップと、
ｅ）複数のラマン・スペクトル信号中の少なくとも１つの照会波長（λ３）での強度をパラメータ値の関数として測定し、かつ出力するステップとを含む方法。
【請求項３１】
パラメータが血糖レベルであることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ラマン分光検査法により体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定し、かつ検出する方法と装置とに関する。本発明は特に人体の血液中のグルコース、コレステリン、乳酸塩、またはその類似物質の検出と、かつ濃度測定とに関する。
【０００２】
患者の血液中に溶解した物質を検出するため、多くの場合、患者から血液が採取され、引き続いて分析される。このような血液検査が一度だけ、または時間的に比較的長い間隔で、また適切に訓練された人員によって外来で行われる限りは、患者にとって過剰に大きな負担にはならない。しかし、糖尿病患者の場合のように、頻繁で規則的な間隔で繰り返される血液検査が必要な場合には、頻繁な採血は医院の、または診療室の患者に負担が掛かりすぎる。そこで、患者自体が管理でき、しかも時間的にもスペース的にも依存しない、いわゆる「自宅モニタリング」方式が開発された。しかし、それには患者がそのために必要な器具を常に携帯していることが前提となる。この方法の基本的な欠点は、極めてまれであるせよ、採血には常に感染の危険が伴うことである。従って、適切な器具（注射器等）を使用できず、または殺菌状態で使用できない場合は、血液検査は不可能である。血友病の体質がある患者の場合は採血による血液検査には更に大きい困難が伴う。いずれの場合も採血を伴う血液値の分析は、患者にとって多かれ少なかれ傷みを伴う侵襲と、患者自身には必ずしも、またたやすくは耐えられない負担を意味する。
【０００３】
医院で、または診療室の外来で採取された血液は検査室で（湿式）化学的に検査されなければならない。これに対して「自宅モニタリング」方式の場合は患者は試験紙等の形式である場合が多い乾式化学設備（ミニラボ）がほとんどの場合採血と共に機器内に統合されているので、そのために備えられた独自の検査室での作業は必要ない。しかし、あらゆる化学的検査の欠点は、清潔さと配量の正確さに対する要求基準が高いことにある。その上、あらゆる試験管内方式には血液および／または化学薬品が周囲に達し、ひいては場合によっては病原体が伝播する危険がある。
【０００４】
１日に何度もある場合が多い、患者にとって必要な採血は健康上も、また精神的にも、また移動できないことによっても患者に大きな負担をかける。
【０００５】
このような理由から、採血せずに患者の生体内血液検査を可能にし、化学的な分析では避けることができないかなりの時間遅延を伴わずに結果を表示できる方法が開発された。特に、被検査物質によって変化する光線の物理的な特性に基づく、患者の体液中の医学的に重要な物質の濃度を測定するための方法が記載されている。
【０００６】
ＤＥ−Ａ−１９５１８５１１号から血液中の物質の経皮性、無採血の濃度測定方法が公知である。グルコース、血糖、乳酸塩、コレステリン、アルコール、麻薬またはその類似物質のような、患者の血液から測定される物質の濃度を無採血で生体内測定する際に、分光検査法を利用して生成される、物質量および所定の身体領域の水分量に対応する信号が計測され、物質量と水分量の信号値の比率形成によって水分中の濃度が判定され、そこから血液濃度値が計算される。特に、分光検査法として核スピン共鳴分光検査法、および他の分光検査法と並んで一般的な関連でラマン分光検査法も挙げられる。
【０００７】
しかし、組織液中の物質の濃度を測定するためにラマン分光検査法を採用するには重大な問題点が立ちはだかっている。ラマン散乱の強度は僅かでしかなく、一般にレイリー散乱と比較して数等級も低い。人体組織の場合、（ここでは散乱する波長を変化させない全ての散乱プロセスに、従って粒子散乱にも要約される）レイリー散乱は媒体の不均質な、また不透明な特性のためラマン散乱よりも約１０等級も大きい。このような強いレイリー散乱は波長がずれるラマン散乱の領域では公知の検出システムの「目をくらませる」。レイリー散乱の他に人体組織内では励振波長によっては不都合な蛍光またはその他の干渉光線放射が生じ、これがラマン信号を覆い隠してしまう。その他の問題点は様々な他の物質のラマン信号が、被検査物質の信号とスペクトル重複することから生ずる。媒体の成分が複雑であることにより、被検査物質のための測定信号よりも大幅に大きいことがある干渉信号が発生する。
【０００８】
ＤＥ６９１２１５８９Ｔ２号から、ラマン分光検査法により眼房水中のＤ−グルコース濃度を非侵襲的に測定する方法および装置が公知である。
【０００９】
ＤＥ１９５３８３７２Ａ１号から、これもラマン分光検査法による眼内の非侵襲性グルコース測定の方法および装置が公知である。
【００１０】
ＤＥ６９２１９５８０Ｔ２号から、ラマン分光検査法を使用して患者の気道内の任意の気体混合物の成分と濃度を測定することが公知である。
【００１１】
従って、本発明の目的は極めて正確な分析精度で患者に受け入れられる短期の測定期間を守ることができる、体液中の物質を非侵襲的に検出するための方法と装置を創出することにある。
【００１２】
上記の目的は請求項１、２、または３に記載の方法、および請求項１８、１９、または２０に記載の装置によって達成される。本発明による有利な実施形態は各従属請求項の対象となっている。
【００１３】
本発明の原理は、被検査物質の濃度に対応する信号を得るために、被検査物質での一次光線のラマン散乱を利用することにある。被検査物質のラマン信号の測定の妨害を排除し、または少なくとも最小限にするため、本発明に基づいて、被検査物質のラマン・スペクトルの領域の二次光線の波長スペクトルが２つの異なる一次光線波長について記録される。発明者の知識によれば、被検査物質のラマン・スペクトルは相異なる一次光線波長に対応してずれるが、双方の一次光線波長での身体組織のラマン・スペクトルは全く同一である。第１の一次光線波長と第２の一次光線波長でのラマン・スペクトルを比較することによって、身体組織の背景信号を除去し、被検査物質の濃度に比例する信号を得ることができる。
【００１４】
本発明の内容は、ａ）身体組織内に第１の波長λ１の単色一次光線を照射するステップと、ｂ）身体組織から逆散乱した二次光線を検出し、かつ波長に応じて二次光線の強度を第１の波長での第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリに記憶するステップと、ｃ）身体組織内に第２の波長λ２の単色一次光線を照射するステップと、ｄ）身体組織から逆散乱した二次光線を検出し、かつ波長に応じて二次光線の強度を第２の波長での第２のラマン・スペクトル信号として第２のメモリに記憶するステップと、ｅ）第１のメモリ内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される比較信号を生成するステップと、ｆ）少なくとも１つの照会波長λ３での比較信号の強度を測定する、その強度が体液中の物質の濃度に対応するものであるステップとを含むラマン分光検査法により身体組織内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定する方法である。
【００１５】
本発明の別の内容は、ａ）身体組織内に第１の温度での所定の波長λの単色一次光線を照射するステップと、ｂ）身体組織から逆散乱した二次光線を検出し、かつ波長に応じて二次光線の強度を第１の温度での第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリに記憶するステップと、ｃ）身体組織内に第２の温度での所定の波長λの単色一次光線を照射するステップと、ｄ）身体組織から逆散乱した二次光線を検出し、かつ波長に応じて二次光線の強度を第２の温度での第２のラマン・スペクトル信号として第２のメモリに記憶するステップと、ｅ）第１のメモリ内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される比較信号を生成するステップと、ｆ）少なくとも１つの照会波長λ３での比較信号の強度を測定する、その強度が体液中の物質の濃度に対応するものであるステップとを含むラマン分光検査法により身体組織内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定する方法である。
【００１６】
本発明の更に別の内容は、ａ）身体組織内に第１の温度での第１の波長λ１の単色一次光線を照射するステップと、ｂ）身体組織から逆散乱した二次光線を検出し、かつ波長に応じて二次光線の強度を第１の波長での、かつ第１の温度での第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリに記憶するステップと、ｃ）身体組織内に第１の温度での第２の波長λ２の単色一次光線を照射するステップと、ｄ）身体組織から逆散乱した二次光線を検出し、かつ波長に応じて二次光線の強度を第２の波長での、かつ第１の温度での第２のラマン・スペクトル信号として第２のメモリに記憶するステップと、ｅ）第１のメモリ内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される第１の比較信号を生成するステップと、ｆ）少なくとも１つの照会波長λ３の第１の比較信号の強度を測定するステップと、ｇ）第２の温度でステップａ）からｆ）を反復し、少なくとも１つの照会波長λ３での第２の比較信号を生成し、第１の波長および第２の波長の二次光線の強度を第３のメモリもしくは第４のメモリに記憶し、かつ第２の比較信号を生成するステップと、ｈ）第１の比較信号と第２の比較信号とを比較し、少なくとも１つの照会波長λ３での比較結果に応じて識別信号を生成するステップと、を含むラマン分光検査法により身体組織内の体液中の物質を非侵襲的に検出する方法である。
【００１７】
これらの方法の好適な実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数の特徴を備えていることを特徴としている。すなわち、
所定の周波数を有する第１の波長および／または第２の波長の一次光線を照射し、所定の周波数を有する第１のラマン・スペクトル信号と第２のラマン・スペクトル信号とが記録されること、
所定の周波数は数キロヘルツの範囲にあること、
身体組織の第１の温度と第２の温度は所定の周波数で調整されること、
所定の周波数は心臓周波数であること、
第１の波長および／または第２の波長を有する一次光線はピコ秒領域のパルス長を有していること、
一次光線はレーザによって生成されること、
二次光線をラマン・スペクトルのストークス領域および／または反ストークス領域内で検出すること、
一次光線の波長λ１、λ２は７５０ｎｍないし８５０ｎｍであること、
一次光線の波長λ１、λ２と照会波長λ３との差の絶対値は２５０ｍｅ
Ｖ（２０００ｃｍ−１）未満であること、
一次光線の波長λ１、λ２と照会波長λ３との差の絶対値は２．５ｍｅＶ（２０ｃｍ−１）より大きいこと、
レイリー散乱を除去するために少なくとも１つのノッチ・フィルタを使用すること、
一次光線とほぼ同時に、物質によって吸収された波長λＡｎｒを有する励振光線が身体組織内に照射されること、
励振光線の波長λＡｎｒは１．２μｍないし３μｍであること、である。
【００１８】
上記の方法を実施するため、本発明に基づいて下記の装置が製造される。
【００１９】
ラマン分光検査法を使用して身体組織内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定する第１の装置は、ａ）第１の波長λ１の単色一次光線を身体組織内に照射するための第１の光源と、ｂ）身体組織から逆散乱した二次光線を検出するための光検出器と、ｃ）波長に応じて二次光線の強度を第１の波長λ１での第１のラマン・スペクトル信号として記憶するための第１のメモリと、ｄ）身体組織内に第２の波長λ２の単色一次光線を照射するための第２の光源と、ｅ）波長に応じて二次光線の強度を第２の波長λ２での第２のラマン・スペクトル信号として記憶するための第２のメモリと、ｆ）第１のメモリ内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される比較信号を生成するための比較装置と、ｇ）少なくとも１つの照会波長λ３での比較信号の強度を測定する、その強度が体液中の物質の濃度に対応するものである弁別ユニットとを備えている。
【００２０】
ラマン分光検査法により身体組織内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定する代替装置は、ａ）身体組織内に所定の波長λの単色一次光線を照射するための光源と、ｂ）身体組織内の第１の温度と第２の温度を調整するための加熱装置と、ｃ）身体組織から逆散乱した二次光線を検出するための光検出器と、ｄ）波長に応じて二次光線の強度を第１の温度での第１のラマン・スペクトル信号として記憶するための第１のメモリ、および波長に応じて二次光線の強度を第２の温度での第２のラマン・スペクトル信号として記憶するための第２のメモリと、ｅ）第１のメモリ内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、かつ身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される比較信号を生成するための比較装置と、ｆ）少なくとも１つの照会波長λ３での比較信号の強度を測定する、その強度が体液中の物質の濃度に対応するものである弁別ユニットとを備えている。
【００２１】
ラマン分光検査法により身体組織内の体液中の物質を非侵襲的に検出する代替装置は、ａ）第１の波長λ１の単色一次光線を身体組織内に照射するための第１の光源と、ｂ）身体組織内に第２の波長λ２の単色一次光線を照射するための第２の光源と、ｃ）身体組織内の第１の温度と第２の温度を調整するための加熱装置と、ｄ）身体組織から逆散乱した二次光線を検出するための光検出器と、ｅ）波長に応じて二次光線の強度を第１の波長λ１での、かつ第１の温度での第１のラマン・スペクトル信号として記憶するための第１のメモリ、波長に応じて二次光線の強度を第２の波長λ２での、かつ第１の温度での第２のラマン・スペクトル信号として記憶するための第２のメモリ、波長に応じて二次光線の強度を第１の波長λ１での、かつ第２の温度での第３のラマン・スペクトル信号として記憶するための第３のメモリ、および波長に応じて二次光線の強度を第２の波長λ２での、かつ第２の温度での第４のラマン・スペクトル信号として記憶するための第４のメモリと、ｆ）第１のメモリ内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、かつ身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される第１の比較信号を生成するための第１の比較装置と、ｇ）第３のメモリ内の第３のラマン・スペクトル信号と、第４のメモリ内の第４のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、かつ身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される第２の比較信号を生成するための第２の比較装置と、ｈ）第１の比較信号と第２の比較信号とを互いに比較し、かつ比較結果に応じて第３の比較信号を生成するための第３の比較装置と、ｉ）少なくとも１つの照会波長λ３での第３の比較信号の強度を測定するための弁別装置と、ｊ）少なくとも１つの照会波長λ３での強度に応じた識別信号を出力するための出力ユニットと、を備えている。
【００２２】
これらの装置の好適な実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数の特徴を備えていることを特徴としている。すなわち、
第１の光源および／または第２の光源、光検出器、および第１のメモリないし第３のメモリおよび／または第２のメモリないし第４のメモリは所定の周波数でパルス化されること、
所定の周波数は数ｋＨｚの範囲にあること、
身体組織の第１の温度と第２の温度とを調整する加熱装置は所定の周波数で制御されること、
心臓周波数を検出するための記録装置を備え、かつ所定の周波数は心臓周波数であること、
第１の光源および／または第２の光源はピコ秒領域のパルス長のパルスを生成すること、
第１の光源および／または第２の光源はレーザであること、
第１の光源および／または第２の光源は７５０ｎｍ〜８５０ｎｍの一次光線の波長λ１、λ２を生成すること、
レイリー散乱を除去するための少なくとも１つのノッチ・フィルタを結像光学系と光検出装置との間に配置すること、
物質によって吸収される波長λＡｎｒを有する励振光線を生成するための第３の光源を備えること、
第３の光源は１．２μｍないし３μｍの波長λＡｎｒを生成すること、
第３の光源はピコ秒を生成するためのレーザであることである。
【００２３】
本発明の方法と装置の多くの利点の１つは、血液値を離散的ではなく、時間的に継続して監視することが可能であることにある。更に、採血による患者の組織の持続的な損傷、およびひいては場合によって付随する組織の炎症、並びに感染の危険の増大が避けられる。信号／ノイズ比が改善される、選択的な比較的高い信号強度を生成する本発明に基づく方法と装置によって、短期の測定期間で再現性が極めて優れた分析精度を達成できる。
【００２４】
本発明のその他の利点、特徴、および利用可能性は添付図面を参照した実施例の以下の説明によって明らかにされる。
【００２５】
図１、図２、および図３は縮尺どおりの光学系の構成を示すものではない。
図１には本発明に基づく方法の実施形態を実施するための本発明に基づく基本構造の実施形態が示されている。ラマン分光検査法により身体組織１内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定する装置は、第１の波長λ１の単色一次光線３を身体組織１内に照射する役割を果たす第１の光源２を含んでいる。一次光線３は第１の光学フィルタ４を透過し、λ１以外の波長を有する残留光がある場合は、このフィルタ内で濾過して除去される。したがってこの帯域フィルタ４は、非単色の光源２が使用される場合に特に有利である。一次光線３は引き続いて非干渉分光器５に進行するが、その機能については後に説明する。非干渉分光器５の後方には、一次光線３を身体組織１の部位に結像する結像／集光光学系６が配置されている。図示した実施形態では一次光線３は、図１の右側に示した患者の耳たぶに集束される。
【００２６】
身体組織１から逆散乱した二次光線は図示した装置の実施形態では同じ結像／集光光学系６に受光される。このことは、１つの光学系だけを備えればよく、また一次光線３によって放射される身体組織１の同じ部位から二次光線が半自動的に正確に出てくるので特に有利である。しかし、一次光線３用の結像光学系と、二次光線用の集光光学系とを互いに別個に配置することも可能である。
【００２７】
二次光線７は短い光路を経て一次光線３と同一直線上を、しかし反対方向に伝播し、非干渉分光器５を透過する。非干渉分光器５では二次光線は一次光線３の伝播経路から分岐して、非干渉分光器５の後方で一次光線の光路とは異なる光路７へと伝播する。その際に非干渉分光器５内での一次光線３と二次光線７との分離は波長の選択、または偏光の選択によって行うことができるが、これは専門家には一般に知られているので、ここではそれ以上の説明はしない。二次光線７は第２の光学フィルタ８を通過し、そこで不要な散乱光線が濾過されて除去される。この第２の光学フィルタ８も第１の光学的帯域フィルタ４と同様にオプションである。フィルタ８は主としてレイリー散乱（波長の変化を伴わない散乱）を除去する役割を果たす。
【００２８】
フィルタ５もしくは８として好適にはノッチ・フィルタが使用される。ノッチ・フィルタの場合は透過光線の強度はノッチ・フィルタの反射率が角度に依存するので、それぞれの入射角と出射角とを選択することで調整することができる。そこで、非干渉分光器５の入射角（および出射角）は好適には１０°に調整される。
【００２９】
拡散素子９（格子、プリズム）では二次光線７はスペクトル分解された二次光線１０へと分割され、今度は光検出装置１１によって検出される。光検出装置１１は好適にはＣＣＤカメラ、またはフォトダイオード・アレイのような多重チャネル検出器である。
【００３０】
光検出装置１１からの信号は第１のメモリ１２では、波長に応じた二次光線７の強度信号が第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリ１２に記憶される。記憶されたこのスペクトルは一次光線波長λ１用のスペクトルである。その際に多重光検出装置１１の読み込みチャネルの選択によって、所定の波長領域に対する光学的な制限を補足して、電子的にも制限を加えることができる。
【００３１】
第２の波長λ２の単色一次光線３を生成するために第２の光源１３が備えられる。この第２の光源１３からの一次光線は第１のビーム分割器１４と第２のビーム分割器１５とを経て第１の光源２の光路と結合するので、第２の波長λ２の一次光線３は、第１の波長λ１の一次光線３と同様に身体組織１内に入射する。
【００３２】
第２のメモリ１９には上記と同様に、波長に応じた二次光線７の強度が第２のラマン・スペクトル信号として記憶され、場合によっては、この場合も所定の波長領域に補足的な電子的制限を加えることができる。記憶されたこのスペクトルは第２の一次光線波長λ２用のスペクトルである。
【００３３】
光検出装置１１の出力の第２のメモリ１９への切換えはスイッチ・ゲート１８によって行われ、これは一端では光検出装置１１と、他端では第１のメモリ１２並びに第２のメモリ１９との間に接続されている。ゲート１８はシステム・クロック１６によって電気制御回線１７を経て第１の光源２および第２の光源１３と同期して制御されるので、メモリ１２と１９は「独自の」スペクトルだけを記憶し、スペクトルがメモリ１２と１９に重複して記憶されることはない。
【００３４】
比較装置２０では第１のメモリ１２内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ１９内の第２のラマン・スペクトル信号とが互いに比較されて比較信号が生成され、この比較信号では身体組織１によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去され、身体組織内、もしくは体液中の被検査物質へとフィードバックされる二次光線の特徴だけが残される。比較ユニット２０は特に、メモリ１２もしくは１９内の２つのラマン・スペクトルを互いに減算する減算器である。しかし、比較ユニット２０として除算器を使用してもよく、比較の前後にデータ処理するためのその他の数学的方法を用いることもできる。
【００３５】
比較の前後にデータ処理するための数学的な方法としては、例えば公知の多変量統計方式、特に部分線形回帰、主成分分析（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ａｎａｌｙｓｉｓ：ＰＣＡ）、および主成分回帰（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ：ＰＣＲ）を用いることができる。その際に、可変的なグルコース濃度用に保存される多数の測定済みのラマン・スペクトル信号が多変量統計方式で分析される。２つの信号の簡単な差分計算とは異なり、この統計的な方法によって背景に対するグルコース・スペクトルを特に良好に認識し（パターン認識）、ひいてはグルコース濃度のより正確な測定が可能である。患者に対する実際の用例では、できるだけ多数のラマン・スペクトルが多様な時間で記録され、記憶される。記憶された各々のラマン・スペクトルは変数としての血液中の特定のグルコース濃度に対応する。多変数統計分析のためのグルコース濃度の関数として活用できるラマン・スペクトルの数が多い程、統計的回帰分析からより良好で正確なグルコース濃度を特定できる。
【００３６】
具体的には、ラマン分光検査法により身体組織１内の体液中の物質を非侵襲的に検出する方法では、第１の波長λ１の単色一次光線３が第１のパラメータ値で身体組織１内に照射される。引き続いて、身体組織から逆散乱した二次光線７が検出され、かつ波長に応じて二次光線の強度が第１の波長λ１での、また第１のパラメータ値での第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリ１２に記憶される。一次波長を照射し、二次光線を検出し、記憶するこれらの双方のステップが別の一次波長および別のパラメータ値で反復され、その際にそれぞれ別の一次波長λｉ、λｊ、λｋでの、またそれぞれ別のパラメータ値での一次光線７の強度がそれぞれ別のメモリに記憶される。最終的に、ラマン・スペクトル信号は少なくとも照会波長λ３を測定するために多変量統計方式によって比較され、その際に強度はパラメータ値の変化に対応した挙動を示し、したがってパラメータ値に対応して強度を変化させる。照会波長λ３での強度は多数のラマン・スペクトル信号内で測定され、パラメータ値の関数として出力される。
【００３７】
好適には、パラメータは患者の血糖レベルである。すなわち、例えば血糖レベルが変化する比較的長期間にわたって複数のスペクトル（例えば１日毎に２０のスペクトル）が測定され、多変数統計方式を用いて比較される。
【００３８】
身体組織、もしくは体液中の被検査物質にフィードバックされる比較信号の特徴は、弁別ユニット２１で分析される。特に、被検査物質の信号が予期される少なくとも１つの照会波長λ３での比較信号の強度が測定され、その強度は体液中の物質の濃度に対応する。
【００３９】
測定結果は出力装置２２を介して表示され、この出力装置２２はあらゆる適宜の、また一般に公知の出力能力を備えたスクリーン、プリンタ、またはパソコンである。
【００４０】
第１のメモリ１２、第２のメモリ１９、および弁別ユニット２１内のラマン・スペクトルがシミュレーションとして図４ＡからＣに示されている。図４ＡからＣにはスペクトル分解された二次光線１０の波長が光検出装置１１のチャネル番号として座標に記載されている。強度に対応する光検出装置１１からの信号の高さは任意のユニット内の縦座標に示されている。基本的に図４Ａのスペクトルはより大きいチャネル番号（波長）へ、すなわちスペクトルの右側へと上昇する強度曲線を示している。これらの曲線には波長λ３でのラマン線が重なっている（この場合は、１本の線、例えばストークス線だけが示されているが、実際には２本の線、すなわちストークス線の他に、勿論弱いがアンチストークス線が予測される）。
【００４１】
基本的に同じスペクトルは図４Ｂに示されている一次光線の第２の波長にて発生し、発明者の認識では、基本的に構造化されていない背景（右側への上昇）は一次光線の第１の波長について記録された図４Ａのスペクトルと対照的に基本的に不変である。図４Ｂでもラマン線は波長λ４にある広い上昇に重なっている。第１のスペクトル内の波長λ３でのラマン線と、第２のスペクトル内の波長λ４でのラマン線とのエネルギー差は第１の光源２もしくは第２の光源１３の一次光線の第１の波長λ１と第２の波長λ２とのエネルギー差に対応する。
【００４２】
図４Ｃには図４Ａと４Ｂの双方のスペクトルの差分スペクトルが示されており、周囲の身体組織にフィードバックする背景は除去されている。それによって、波長λ３もしくはλ４での双方のラマン線を符号まで明確に特定可能であり、被検査物質の濃度の尺度になる。（差分スペクトルには補足的に対応するアンチストークス線（ここには図示せず）も現れ、これは場合によっては濃度の測定のためにも、またはそれを補足するために参考にすることができる。）
【００４３】
図１の実施形態では更に第３の光源２４が備えられ、その光線はビーム分割器２３を介して第１の光源２と結像／集光光学系６の間の光路内で結合する。（この図、および以下の図での光路は単に記号的なものとして理解されたい。専門家には、光学系の精密な構造が使用される光学素子のそれぞれの透過特性および反射特性によって左右されることは明白である。そこで、ビーム分割器２３を光検出器９と非干渉分光器５との間に配置してもよい。場合によっては、第３の光源２４を第１の光源２および第２の光源１３とは独立に身体組織１へと照射することもできる。）分光器２３用にも非干渉分光器５の場合と同様に、第３の光源の波長を有する光線を反射し、他の全ての波長を透過するノッチ・フィルタを挿入することができる。第３の光源２４は第１の光源ないし第２の光源２および１３の直前に起動される。それによって、被検査分子を「準備」することができ、例えば分子内の比較的高い振動状態を増加させ、もしくは分子の低い振動状態を減少させることができる。それによってスペクトル信号内の強度差を誘発することができ、かつ被検査物質の一次光線による励振時の選択性を高めることができる。特に、この方法はアンチストークス遷移に利用することができ、このことは場合によってはそれによってしか可能ではなく、ひいては特に高感度の検査プローブになる。従って、第３の光源２４から生成される波長λＡｎｒは１．２μｍと３μｍの間にある。このスペクトル領域内では身体組織は基本的に透明である。この領域でも光源２４としては好適にはレーザが使用される。
【００４４】
第３の光源２４によって励振される被検査分子内の状態が弛緩するため、第１の光源、第２の光源、および第３の光源２、１３、および２４は好適にはビコ秒領域のパルス長を有するパルスを生成する。それは光源としてレーザを使用することによって特に良好に達成される。
【００４５】
図２にはラマン分光検査法を使用して身体組織１内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定するための代替装置が示されており、同じ構成部品は同じ参照番号を付して図１の装置と同様に示されており、再び説明することはしない。この第２の装置は測定信号の温度依存性の検出に基づいている。この装置の構造は図１に示した装置と基本的に同一であり、図２では第２の光源が欠落しているに過ぎない。したがって、所定の波長λの単色一次光線３を身体組織１内に照射するための光源２が備えられている。第２の光源の代わりに、身体組織１内の第１の温度と第２の温度を調整するための加熱装置２５が備えられ、この加熱装置２５は好ましくは図２の右側に星型構造で示されている赤外線ヒータである。
【００４６】
光学素子４から６、および８、並びに身体組織１から逆散乱した二次光線７を検出するための分散素子９を有する光検出装置１１、第１のラマン・スペクトル信号を記憶するための第１のメモリ１２、および第２のラマン・スペクトル信号を記憶するための第２のメモリ１９、並びに比較装置２０および弁別装置２１は図１の対応する素子と同一である。
【００４７】
測定は先ず身体組織１の第１の温度Ｔ１で行われ、対応するスペクトルが第１のメモリ１２に記憶される。その後、同じ一次光線波長λでの測定が第２の温度Ｔ２で繰り返され、第２のスペクトルが第２のメモリ１９に記憶される。スペクトルの比較と評価は図１の装置において前述したものと同様に行われる。
【００４８】
第１のメモリ１２、第２のメモリ１９、および弁別ユニット２１内の対応するスペクトルが図５ＡからＣに示されている。この場合は双方のラマン線とも同じ波長λ３にあるが、それは励振波長λが変化しておらず、したがって散乱光線は双方の測定経路で同じ波長を有するからである。その他の点では、図５Ａおよび５Ｂのスペクトルも広く上昇しており、これは発明者の観察では身体組織にフィードバックされ、従って被検査物質によって規定されない。
【００４９】
図５Ｃの差分スペクトルは図４Ｃのスペクトルとは異なり、１本の線、すなわち波長λ３での線しか備えていない。この線の場合も強度は体液中の物質濃度の尺度である。
【００５０】
多くの物質の場合、ラマン信号は極めて弱く、身体組織の背景信号から被検査物質のラマン信号をフィルタで除去するための著しい困難を克服するためには、十分な信号を得るために同時に複数の異なるパラメータを変更しなければならない。その上、強度測定がもはや不可能であるだけではなく、物質の質的な検出だけしか行うことができないことさえある。図３には、ラマン分光分析法によって身体組織１内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定するための、もしくは物質を検出するための装置が示されており、図１または図２の装置と同一の構成部品は同じ参照符号を付して示されているので、再度説明することはしない。
【００５１】
図３の装置は身体組織１内に第１の波長λ１もしくは第２の波長λ２の単色一次光線３を照射するための第１の光源２と第２の光源１３とを含んでいる。更にこの装置は身体組織１内の第１の温度と第２の温度を調整するための加熱装置２５をも含んでいる。光検出装置１１によってスペクトル分解された二次光線７が検出され、第１のメモリ１９では第１の一次光線波長λ１用の、また第１の温度Ｔ１での第１のラマン・スペクトル信号が検出され、また第２のメモリ１９では第２の一次光線波長λ２用の、また第１の温度Ｔ１での第１のラマン・スペクトル信号が検出され、第３のメモリ２６では第１の一次光線波長λ１用の、また第２の温度Ｔ２での第３のラマン・スペクトル信号が検出され、また第４のメモリ２７では第２の一次光線波長λ２用の、また第２の温度Ｔ２での第４のラマン・スペクトル信号が検出される。
【００５２】
比較装置２０では第１のメモリ１２内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ１９内の第２のラマン・スペクトル信号とが互いに比較され、身体組織によって規定されるスペクトル信号がほぼ完全に除去される第１の比較信号が生成される。
【００５３】
同様に、第２の比較装置２８では第３のメモリ２６内の第３のラマン・スペクトル信号と、第４のメモリ２７内の第４のラマン・スペクトル信号とが互いに比較され、身体組織によって規定されるスペクトル信号がほぼ完全に除去される第２の比較信号が生成される。
【００５４】
第３の比較装置２９では第１の比較装置２０の第１の比較信号と、第２比較装置２８の第２の比較信号とが比較され、比較結果に応じて第３の比較信号が生成される。
【００５５】
弁別装置２１では少なくとも１つの照会波長λ３での第３の比較信号の強度が測定され、出力ユニット２２では少なくとも１つの照会信号λ３で温度に応じた信号変化があるか否かを示す識別信号が出力される。第１の比較信号と第２の比較信号との間の温度に応じた差異が充分大きい場合は、そこからも体液中の被検査物質の濃度に関する表示を導きだすことができ、その際に、計算は各測定ごとの判明している温度差に依る。それによって本発明に基づき、物質を検出するための極めて感度が高い多重示差装置が製造される。
【００５６】
図３の装置による測定は場合によっては統計的ノイズによって妨害されることがあるので、第１の光源２と第２の光源１３とはパルス式に作動される。システム・クロック１６による光源２と光源１３の制御と同期して、比較検出装置１１および第１メモリ１２、第２メモリ１９、第３メモリ２６、および第４メモリ２７は所定の周波数で作動される。このように、例えば第１の一次光線波長λ１、および第１の温度Ｔ１での１００回の測定、第１の一次光線波長λ１、および第２の温度Ｔ２での１００回の測定、等々が行われる。このような測定用には中間メモリとして、これもシステム・クロック１６によって制御され、同期化されるロックイン増幅器３０が備えられる。
【００５７】
測定シーケンスが実行される周波数は好適には数ヘルツから数キロヘルツの範囲であるので、数分以内に数ヘルツからキロヘルツの測定シーケンス周波数の場合、２つの一次光線波長について１００回の測定の検出で終了する。
【００５８】
身体組織内の温度の調整は勿論やや長く継続するので、身体組織の第１の温度と第２の温度を調整するための加熱装置２５が制御される周波数は好適には心臓周波数である。そのために図２または図３に示した装置の場合、心臓周波数を検出するための検出装置（図示せず）が備えられる。
【００５９】
身体組織１内の体液中のグルコースを検出するために光源は７５０ｎｍないし８５０ｎｍの一次光線の波長λ１もしくはλ２を生成する。この波長領域では身体組織１はほぼ透明である。
【００６０】
上記の装置によって物質を検出し、もしくは物質の濃度を測定するための下記の方法を実施することができる。
【００６１】
ラマン分光分析法によって身体１内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定する本発明に基づく方法には、第１のステップとして第１の波長λ１の単色一次光線３を身体組織１内に照射することが含まれる。身体組織から逆散乱した二次光線７が検出され、その強度が波長に応じて第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリ１２に記憶される。
【００６２】
前述し、また図４Ａ、４Ｂ、５Ａ、および５Ｂに示すように、ラマン・スペクトル信号は被検査物質に関する情報を既に含んでいる。しかし、人体組織および血液の成分は極めて複雑であるので、身体組織の背景信号を除去することが必要である。本発明の方法は、第１の一次光線波長（λ１）について検出される物質に対応する波長スペクトルで第１の強度信号を検出し、引き続いて第２の一次光線波長（λ２）に対応して第１の一次光線波長からシフトしている波長スペクトルで第２の強度信号を検出することに基づくものである。以下では簡略にするため、検出される物質としてグルコースを想定する。本発明に基づく方法と装置は別の物質にも同様に応用できる。グルコースとは身体組織および血液中に存在する他の物質と比較して小さい分子であり、血液または身体組織内では約２．５ｍｅＶ（２０ｃｍ−１）の線幅を有する尖鋭なラマン・スペクトルである。これは一次光線波長が線幅が約１．３ｎｍである約８００ｎｍの波長の場合、この波長領域でのダイオード・レーザの標準的な線幅と対応する。これに対して、主として大きい分子および水に起因する血液または身体組織内のラマン・スペクトルの背景のスペクトルは極めて広い。したがって、一次光線波長はグルコースのラマン遷移の帯域幅から数倍だけ、すなわち数ｎｍシフトしているので、それによってグルコースのラマン・スペクトルにとっては明確に顕著なシフトであり、一方、背景のラマン・スペクトルは全く不変のままに留まる。したがって、本発明の方法によって、異なる一次光線波長で２つのラマン・スペクトルが検出される。双方のラマン・スペクトルを減算することによって、背景スペクトルが除去され、この差分スペクトル内の、グルコースから発するラマン・スペクトルが基準線での正と負のピークのスペクトルとして得られる。この基準線は理想的には一定である必要があろう。背景のラマン・スペクトルは一次波長に僅かにではあるが、完全には無視できない程度に左右されるので、この基準線は実際の測定条件では完全には一定ではなく、非常に幅広の構造を示すが、スペクトル内の検査される細い構造とはやや異なることがある。本発明によれば、グルコースのそれぞれの振動遷移ごとのこの基準線上に、基準線に対して正と負のピークが生じ、ピークの最大値は一次光線の波長差（波数の差、エネルギー差）に対応して互いにずれ、強度信号は正のピークと負のピークとの中間で基準線の強度信号に対応する。したがって、双方の一次光線波長の波長差が判明し、グルコース・ラマン・スペクトルのピークの帯域幅とピーク波形が判明している場合は、グルコース濃度に比例する強度信号を差分スペクトルのデータ分析、および測定され、モデリングされたスペクトルとの比較によって得ることができる。
【００６３】
従って、この方法は別のステップとして第２の波長λ２の単色一次光線３を身体組織１内に照射し、かつ第２の一次波長で身体組織１から逆散乱した二次光線７を検出するステップを含んでいる。二次光線の強度は波長に応じて第２の波長λ２での第２のラマン・スペクトル信号として第２のメモリ１９に記憶される。第１のメモリ１２内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ１９内の第２のラマン・スペクトル信号とが互いに比較され、身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される比較信号が生成される。少なくとも１つの照会波長λ３での比較信号の強度から体液内中の物質の濃度が判定される。
【００６４】
図２に示した装置の場合と同様に、ラマン分光検査法により身体組織１内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定する方法は、ａ）身体組織１内に第１の温度での所定の波長λの単色一次光線３を照射するステップと、ｂ）身体組織から逆散乱した二次光線７を検出し、かつ波長に応じて二次光線の強度を第１の温度Ｔ１での第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリ１２に記憶するステップと、ｃ）身体組織１内に第２の温度での所定の波長λの単色一次光線３を照射するステップと、ｄ）身体組織から逆散乱した二次光線７を検出し、かつ波長に応じて二次光線の強度を第２の温度Ｔ２での第２のラマン・スペクトル信号として第２のメモリ１９に記憶するステップと、ｅ）第１のメモリ１２内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ１９内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去される比較信号を生成するステップと、ｆ）少なくとも１つの照会波長λ３での比較信号の強度を測定する、その強度が体液中の物質の濃度に対応するものであるステップとを含んでいる。
【００６５】
ラマン散乱の強度は散乱がなされるエネルギー・レベルの配分に比例する。絶対温度（ケルビンで）に応じたエネルギー・レベルの配分はボルツマン分布によって規定される。温度が上昇すると、励振した振動レベルでの分子の配分が高まり、これに対応して振動の基本状態での配分が低くなる（逆の場合も同様である）。したがって、（一次光線波長に対してより長い波長側での）ストークス・ラマン散乱の強度信号は身体組織の温度が上昇すると低下し、一方、（一次光線波長に対してより短い波長側での）アンチストークス・ラマン散乱の強度信号は高まる。温度が３Ｋだけ変化すると、被検査物質のラマン信号は１％変化する。したがって、人体組織にとって現実的に可能な（例えば額部での）約１０ｋの温度変化で、ラマン信号の強度変化は３％以上に達することが可能である。そこで、血液中のグルコース濃度を必要な感度と精度で測定することができる。
【００６６】
本発明による方法では、被検査物質の濃度で較正された信号を得るために、ラマン散乱の温度依存性が活用される。身体組織内の被検査物質の濃度を測定するため、一次光線が少なくとも１つの波長領域で照射され、二次光線が検出され、スペクトル分解される。本発明によれば、血液および身体組織の背景信号の除去は、身体組織の少なくとも２つの異なる温度での被検査物質のラマン・スペクトルが検出されることによって達成される。被検査物質のラマン・スペクトルの強度信号は温度によって左右され、身体組織の異なる温度に対応して異なる。これに対して、身体組織のラマン・スペクトルは身体組織の温度にはほとんど左右されない。したがって、双方のラマン・スペクトルを減算し、かつ差分スペクトルのデータ分析、および測定され、モデリングされたスペクトルとの比較によって、身体組織の背景信号が除去され、被検査物質の濃度に比例する信号が得られる。
【００６７】
被検査物質を定性的に検出し、かつ感度および精度を上昇させるために、図３に示したラマン分光検査法により身体組織１内の体液中の物質の濃度を非侵襲的に測定し、もしくは該物質を検出する本発明の方法は、ａ）身体組織１内に第１の温度での第１の波長λ１の単色一次光線３を照射するステップと、ｂ）身体組織から逆散乱した二次光線７を検出し、かつ波長に応じて二次光線の強度を第１の波長λ１での、かつ第１の温度での第１のラマン・スペクトル信号として第１のメモリ１２に記憶するステップと、ｃ）身体組織１内に第１の温度での第２の波長λ２の単色一次光線３を照射するステップと、ｄ）身体組織から逆散乱した二次光線７を検出し、かつ波長に応じて二次光線の強度を第２の波長λ２での、かつ第１の温度での第２のラマン・スペクトル信号として第２のメモリ１９に記憶するステップと、ｅ）第１のメモリ１２内の第１のラマン・スペクトル信号と、第２のメモリ１９内の第２のラマン・スペクトル信号とを互いに比較し、身体組織によって規定されるスペクトル構造がほぼ完全に除去された第１の比較信号を生成するステップと、ｆ）少なくとも１つの照会波長λ３の第１の比較信号の強度を測定するステップと、ｇ）第２の温度でステップａ）からｆ）を反復し、少なくとも照会波長λ３の第２の比較信号を生成するステップであって、第１の波長および第２の波長λ１、λ２の二次光線７の強度が第３のメモリ２６もしくは第４のメモリ２８に記憶され、第２の比較信号が生成されるステップと、ｈ）第１の比較信号と第２の比較信号とを比較し、比較結果に応じて、少なくとも１つの照会波長λ３で温度に左右される信号変化があるか否かを示す識別信号を生成するステップとを含んでいる。この種類の方法は物質を検出するための極めて高感度の多重示差方法を呈示するものである。特に、双方のパラメータの変更によって、双方の第１の比較スペクトル内の残留停滞波（差分スペクトル内の背景構造のシフト）を除去することができるので、この方法における差分スペクトル内の基本線は「簡単な」方法の場合よりも構造が更に少ない。したがって、被検査物質の濃度測定のより高い精度と再現性とを達成できる。Ｔ１とＴ２との温度変化は好適には血液循環系の収縮／拡張のサイクルと同期している。
【００６８】
図３の装置を使用した方法の場合、第１の波長および／または第２の波長の一次光線３が好適には所定の周波数で照射され、かつ第１のラマン・スペクトル信号および第２のラマン・スペクトル信号が所定の周波数でロックイン増幅器３０によって検出され、記憶される。その場合、所定の周波数とは好適には数ヘルツないしキロヘルツの範囲にある。
【００６９】
全ての方法は好適には、二次光線７では、検出精度および測定精度を更に高めるためにラマン・スペクトルのストークス領域、および／またはアンチストークス領域で実施される。このことは、二次光線で検出された波長領域は一次光線波長λ１、λ２よりも短い波長（アンチストークス）もしくはより長い波長領域（ストークス）へとシフトすることを意味している。
【００７０】
一次光線３の波長λ１、λ２は身体組織が基本的に透明である領域、すなわち７５０ｎｍないし８５０ｎｍの間にあり、一次光線３の波長λ１、λ２と、照会波長λ３との差の絶対値は例えばグルコース測定の場合は好適には２５０ｍｅＶ（２０００ｃｍ−１）未満であるが、２．５ｍｅＶ（２０ｃｍ−１）より大きい。
【００７１】
その上、一次光線３とほぼ同時に、波長λＡｎｒを有する励振光線が身体組織１内に照射され、これは物質によって吸収されるので、被検査分子内で振動帯域が励振し、これを測定信号中でトラッキングすることができる。励振光線の波長λＡｎｒはグルコースの場合は１．２μｍないし３μｍである。
【００７２】
体液または身体組織内の被検査物質の濃度の較正には、被検査物質の濃度には左右されない一定の基準信号が必要である。これは被検査物質に関連する測定信号と身体組織１内の同じ散乱量から判明している一定の測定信号とを比較することによって行われる。そのためには著しく一定の背景信号（図４Ａ、４Ｂ；５Ａ、５Ｂの上昇）、残留レイリー散乱、並びに濃度が判明しているか、または一定である水分またはその他の物質から発するラマン信号が適している。物質信号と基準信号の強度を比較することによって、物質の濃度が較正される。あるいは、二次光線がそこから検出される散乱量を基準信号から測定することができ、かつ散乱量から被検査物質の信号を較正し、ひいてはその濃度を測定することができる。言い換えると、被検査物質の濃度測定を較正するために、少なくとも１つの照会波長λ３での第１の比較信号の強度と、別の照会波長λ４での第１および／または第２のラマン・スペクトル信号の強度とが比較される。被検査物質の濃度測定の較正は例えば（本来の測定とは異なる場所と異なる時間での）臨床的な較正として行うことができる。
【００７３】
本発明による方法の別の改良された実施形態では、グルコース信号の識別と、グルコース濃度の測定は、測定されたラマン・スペクトル信号を比較し、かつ分析するための公知の多変量統計による数学的な方法で行われる。その場合、多変量統計による数学的な方法は、本発明による測定装置と接続されたコンピュータ・システムで実施される。患者に適用する場合は、異なる時点でできるだけ多数のラマン・スペクトルが測定され、メモリ・ユニットに記憶される。専門家には公知であるように、この測定は多変量統計回帰（例えば主成分回帰）を調整する役割を果たす。そこで、新規の測定のためのグルコース濃度は較正モデルから得た特定の標準偏差を有する回帰係数によって算出することができる。評価のために利用できる測定データが多ければ多いほど、グルコース濃度の標準偏差は低下する。この装置は「学習」によって、すなわちデータの蓄積と、多変量統計分析から得られた較正モデルの改良によって、グルコース濃度測定の精度を改善することができる。
【００７４】
要約：本発明はラマン分光検査法により体液中の物質の濃度を非侵襲的に検出、もしくは測定する方法と装置に関するものである。患者に受け入れられる短い測定期間で、極めて優れた再現性がある分析精度で体液中の物質を非侵襲的に生体内検出できるようにするため、身体組織１内の体液でラマン分光分析法を実施するための方法と装置が提案され、そこでは少なくとも２つのラマン・スペクトルが異なる物理的条件下で検出され、互いに比較される。比較結果は被検査物質検出、もしくは被検査物質の濃度の尺度である。
【００７５】
専門家は、前述の実施形態を越え、しかし本発明の原理に基づいて構成された別の実施形態をも簡単に考案できる。このように、第１の光源２および第２の光源１３として、反復率がより高い電気的なパラメータを変更することによって離調可能であるので、第１の波長λ１、および（第１の波長とはあまりずれていない）第２の波長λ２を同じ光源によって生成することができる、例えばレーザーダイオードのような単一のレーザ装置を使用することも勿論可能である。
【００７６】
更に、光線をそのつど導波管または導波管群内で結合し、ないしはこれらによって集光すれば、照射経路３および７を特に検査環境、および検査状態に適応させることができる。
【００７７】
その上、「加熱装置」という概念での上述の基準は勿論、加熱と冷却を交互に行うための装置であると理解される。加熱だけではなく冷却にも適した装置の場合、身体組織を損なうことなく、利用できるＴ１とＴ２の温度差を高めることができるので、より優れた信号／ノイズ比が得られる。
【００７８】
第１のメモリ、第２のメモリ、第３のメモリ、および第４のメモリ内のスペクトルはそれぞれ所定の波長領域にわたって記憶される。全ての方法と装置で測定上の統計を改善するために、特にロックイン増幅によって複数の測定シーケンスを実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による第１の方法を実施するための本発明による装置の実施形態である。
【図２】  本発明による第２の方法を実施するための本発明による装置の実施形態である。
【図３】  本発明による第３の方法を実施するための本発明による装置の実施形態である。
【図４】  図４Ａ、ＢおよびＣは、第１の一次光線波長での第１のスペクトル信号、第２の一次光線波長での第２のスペクトル信号、および図４Ａおよび４Ｂの双方のスペクトル信号の差分スペクトルである。
【図５】  図５Ａ、ＢおよびＣは、第１の温度での第１のスペクトル信号、第２の温度での第２のスペクトル信号、および図５Ａおよび５Ｂの双方のスペクトル信号の差分スペクトルである。
【符号の説明】
１  身体組織
２  第１光源
３  一次光線
４  第１光学フィルタ
５  非干渉分光器
６  結像／集光光学系
７  二次光線
８  第２光学フィルタ
９  拡散素子、格子
１０  スペクトル分解された二次光線
１１  光検出装置、ＣＣＤカメラ
１２  第１メモリ
１３  第２光源
１４  第１分光器
１５  第２分光器、もしくはミラー
１６  システム・クロック
１７  制御線
１８  スイッチ・ゲート
１９  第２メモリ
２０  第１比較装置
２１  弁別ユニット
２２  出力装置
２３  第３分光器、もしくはミラー
２４  第３光源
２５  加熱装置
２６  第３メモリ
２７  第４メモリ
２８  第２比較装置
２９  第３比較装置
３０  ロックイン増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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