(57)【要約】【課題】簡素な構成により生体のグルコース濃度を計測する。【解決手段】グルコースの吸光度がおおよそ極大となる第１の波長の光を生体に照射する第１照射部１１と、グルコースの吸光度が水の吸光度より小さい波長である第２の波長の光を生体に照射する第２照射部１２と、第１照射部１１のみが生体に光を照射したときの生体の透過光の強度を測定する第１測定部１４と、第１照射部１１と第２照射部１２とが生体に光を照射したときに、第１照射部１１の照射した光による生体の透過光の強度を測定する第２測定部１５と、第１測定部１４が測定した光の強度と第２測定部１５が測定した光の強度とに基づいて、生体におけるグルコース濃度を算出するパラメータ算出部１６とを備える。【選択図】図４
2014079559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象における目的成分の濃度に基づくパラメータの値を計測するパラメータ計測装置であって、
第１の波長の光を前記計測対象に照射する第１照射部と、
前記第１の波長と異なる波長である第２の波長の光を前記計測対象に照射する第２照射部と、
前記第１照射部のみが前記計測対象に光を照射したときに、前記第１照射部の照射した光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第１測定部と、
前記第１照射部と前記第２照射部とが前記計測対象に光を照射したときに、前記第１照射部の照射した光により前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第２測定部と、
前記計測対象における非目的成分に対して前記第１の波長の光を照射した場合と前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を照射した場合とにおける前記第１の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量の変化を示す抑圧係数と、前記第１測定部が測定した物理量と、前記第２測定部が測定した物理量と、に基づいて、前記計測対象における前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出するパラメータ算出部と
を備えることを特徴とするパラメータ計測装置。
【請求項２】
前記第１の波長は、前記目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長である
ことを特徴とする請求項１に記載のパラメータ計測装置。
【請求項３】
前記第２の波長は、前記目的成分の吸光度が前記非目的成分の吸光度より小さい波長である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパラメータ計測装置。
【請求項４】
前記抑圧係数は、前記非目的成分に対して前記第１の波長の光を照射した場合に前記第１の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量と、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を照射した場合に前記第１の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量との比である
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のパラメータ計測装置。
【請求項５】
前記第２の波長は、前記非目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載のパラメータ計測装置。
【請求項６】
前記第２照射部は、前記光を断続的に前記計測対象に照射し、
前記第２測定部は、前記第２照射部が光の照射を開始してから所定時間後における物理量を測定し、
前記抑圧係数は、前記非目的成分に対して前記第１の波長の光を照射したときに前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量と前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を照射してから前記所定時間後に前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量との変化を示す
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載のパラメータ計測装置。
【請求項７】
前記第１照射部が照射する光を、所定の周波数で変調する第１変調部を備え、
前記パラメータ算出部は、前記第１照射部が前記第１変調部によって変調された光を照射したときに前記第１測定部が測定した物理量に基づいて、任意の深度における前記計測対象の前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載のパラメータ計測装置。
【請求項８】
前記第１変調部は、前記第１照射部が照射する光を、第１の周波数及び前記第１の周波数より高い周波数である第２の周波数で変調し、
前記パラメータ算出部は、前記第１照射部が前記第１の周波数で変調された光を照射したときに前記第１測定部が測定した物理量と前記第１照射部が前記第２の周波数で変調された光を照射したときに前記第１測定部が測定した物理量とに基づいて、前記第１の周波数と前記第２の周波数においてエネルギーの減衰の差が生じる深度における前記計測対象の前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出する
ことを特徴とする請求項７に記載のパラメータ計測装置。
【請求項９】
前記第２の照射部が照射する光を、前記第１の周波数及び前記第２の周波数と異なる周波数に変調する第２変調部を備える
ことを特徴とする請求項８に記載のパラメータ計測装置。
【請求項１０】
前記計測対象から生じるエネルギーの物理量は、前記計測対象に生じる光の強度であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載のパラメータ計測装置。
【請求項１１】
前記計測対象から生じるエネルギーの物理量は、前記計測対象に生じる熱の温度であることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載のパラメータ計測装置。
【請求項１２】
前記計測対象から生じるエネルギーの物理量は、前記計測対象に生じる弾性波の振幅及び／または変位であることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１項に記載のパラメータ計測装置。
【請求項１３】
圧力が加わったときに当該圧力の大きさに比例する電圧を発生させる圧電体と、
前記圧電体に張力を与えて当該圧電体を前記計測対象に密着させる保持具と
を備え、
前記第１測定部及び前記第２測定部は、前記圧電体が変換した電圧に基づいて前記物理量を測定する
ことを特徴とする請求項１２に記載のパラメータ計測装置。
【請求項１４】
前記第１照射部または前記第２照射部は、前記第１測定部が測定した物理量と前記第２測定部が測定した物理量との差が所定の閾値未満である場合に、光の照射強度を変更することを特徴とする請求項１から請求項１３の何れか１項に記載のパラメータ計測装置。
【請求項１５】
計測対象における目的成分の濃度に基づくパラメータの値を計測するパラメータ計測方法であって、
前記目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長である第１の波長の光を前記計測対象に照射する第１照射ステップと、
前記第１照射ステップによって前記計測対象に光を照射したときに、前記第１の波長の光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第１測定ステップと、
前記第１の波長の光と、前記目的成分の吸光度が前記計測対象における非目的成分の吸光度より小さい波長である第２の波長の光とを前記計測対象に照射する第２照射ステップと、
前記第２照射ステップによって前記計測対象に光を照射したときに、前記第１の波長の光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第２測定ステップと、
前記非目的成分に対して前記第１の波長の光を照射した場合と前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を照射した場合とにおける前記第１の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量の変化を示す抑圧係数と、前記第１測定ステップで測定した物理量と、前記第２測定ステップで測定した物理量と、に基づいて、前記計測対象における前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出するパラメータ算出ステップと
を有することを特徴とするパラメータ計測方法。
【請求項１６】
コンピュータを、
計測対象における目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長である第１の波長の光を前記計測対象に照射する第１照射部、
前記目的成分の吸光度が前記計測対象における非目的成分の吸光度より小さい波長である第２の波長の光を前記計測対象に照射する第２照射部、
前記第１照射部のみが前記計測対象に光を照射したときに、前記第１照射部の照射した光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第１測定部、
前記第１照射部と前記第２照射部とが前記計測対象に光を照射したときに、前記第１照射部の照射した光により前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第２測定部、
前記非目的成分に対して前記第１の波長の光を照射した場合と前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を照射した場合とにおける前記第１の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量の変化を示す抑圧係数と、前記第１測定部が測定した物理量と、前記第２測定部が測定した物理量と、に基づいて、前記計測対象における前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出するパラメータ算出部
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象における目的成分の濃度に基づくパラメータの値を計測するパラメータ計測装置、パラメータ計測方法、及びプログラムに関する。本願は、日本国に出願された特願２０１２−２１３００４号（２０１２年０９月２６日出願）に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、糖尿病の患者数が爆発的に増加しており、２０３０年には糖尿病の患者が全世界で５億５０００万人に達すると予測されている（例えば、非特許文献１を参照）。糖尿病の治療は、血糖値管理に基づく食餌・運動療法が基本であり、血糖値管理のために血糖値を１日に数回計測する必要がある。一般的な血糖値測定器では採血を必要とするが、疼痛・衛生面・医療廃棄物が問題となっている。そこで、非侵襲・非観血な血糖値計測装置の確立が渇望されている。
【０００３】
このような要求に応じて、光の透過・反射・散乱に関する情報から血糖値を計測する方法が精力的に研究されている（例えば、特許文献１〜４、非特許文献２を参照）。しかしながら、これらの方法は、血糖値管理に必要な計測精度（±１０ミリグラム毎デシリットル程度）に対して透過光強度が不十分なため、正確な血糖値推定が困難であるという問題がある。
【０００４】
これに対して、物質に吸収された光エネルギーが熱波・弾性波に変換される光音響効果を利用した血糖値計測法が研究されている（例えば、特許文献５〜６を参照）。これらの方法は、透過光を利用した方法に比べて検出信号が大きく、また、照射光の変調周波数を制御することで計測領域を深さ方向に特定できる特徴を有する（例えば、非特許文献３を参照）。
【０００５】
しかしながら、上述した方法を用いた場合、計測結果に非目的成分である水分に由来する信号による雑音が混ざり、計測された血糖値の信頼性・正確性を著しく低下させてしまうという問題がある。これは、計測対象たる生体に含まれるグルコースの分光スペクトルと水の分光スペクトルが互いに重なり合っているためである。
【０００６】
すなわち、ある波長の光で得られたエネルギーのみを用いてグルコース濃度の計測を行った場合、当該エネルギーがグルコースに由来するものなのか、水に由来するものなのかを区別できないという問題がある。さらに、生体内に多く含まれる水分が種々の要因によって僅かに変化しただけでも、グルコース濃度を誤って計測するおそれがある。
【０００７】
この問題を解決する一つの方法として、対象物体から検出される分光スペクトルを複数の波長において計測し、多変量解析やニューラルネットワークを用いて、計測対象に含まれる物質の濃度を推定する方法が知られている（例えば、非特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３２５７９４号公報
【特許文献２】特開平１１−２１６１３１号公報
【特許文献３】特開２００４−１４７７０６号公報
【特許文献４】特開２００５−３７２５３号公報
【特許文献５】特開２００８−１９１１６０号公報
【特許文献６】特開２００９−１６５６３４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】国際糖尿病連合（International Diabetes Federation）著、「International Diabetes Federation, Diabetes atlas 5th edition」、２０１１年
【非特許文献２】David D. Cunningham, Julie A. Stenken  編、「In Vivo Glucose Sensing」、Wiley、２０１０年
【非特許文献３】和田森直、石原康利  著、「光音響分光法による測定可能深さに関する基礎検討」、生体医工学、２０１１年２月１０日、第４９巻、ｐｐ．２２０−２２５
【非特許文献４】尾崎幸洋、河田聡  編、「近赤外分光法」、学会出版センター、１９９６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した非特許文献４に記載の方法のように、複数の波長において分光スペクトルの計測を行う場合、複数の波長の光源と検出装置を配置する必要があり、装置が複雑化し、また計測に時間が掛かってしまうという問題がある。特に、生体におけるグルコースの量は微量であり、分光スペクトルの計測を行う全ての波長において高い計測精度が求められる。そのため、非特許文献４に記載の方法を用いる場合、装置の複雑化及び計測の長時間化の問題は顕著に現れる。
【００１１】
そこで、これらの問題を解決するために、本発明は、簡素な装置を用いて計測対象に含まれる目的成分の濃度に基づくパラメータの値を計測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、計測対象における目的成分の濃度に基づくパラメータの値を計測するパラメータ計測装置であって、第１の波長の光を前記計測対象に照射する第１照射部と、前記第１の波長と異なる波長である第２の波長の光を前記計測対象に照射する第２照射部と、前記第１照射部のみが前記計測対象に光を照射したときに、前記第１照射部の照射した光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第１測定部と、前記第１照射部と前記第２照射部とが前記計測対象に光を照射したときに、前記第１照射部の照射した光により前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第２測定部と、前記計測対象における非目的成分に対して前記第１の波長の光を照射した場合と前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を照射した場合とにおける前記第１の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量の変化を示す抑圧係数と、前記第１測定部が測定した物理量と、前記第２測定部が測定した物理量と、に基づいて、前記計測対象における前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出するパラメータ算出部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明において前記第１の波長は、前記目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明において前記第２の波長は、前記目的成分の吸光度が前記非目的成分の吸光度より小さい波長であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明において前記抑圧係数は、前記非目的成分に対して前記第１の波長の光を照射した場合に前記第１の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量と、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を照射した場合に前記第１の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量との比であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明において前記第２の波長は、前記非目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明において前記第２照射部は、前記光を断続的に前記計測対象に照射し、前記第２測定部は、前記第２照射部が光の照射を開始してから所定時間後における物理量を測定し、前記抑圧係数は、前記非目的成分に対して前記第１の波長の光を照射したときに前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量と前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を照射してから前記所定時間後に前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量との変化を示すことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記第１照射部が照射する光を、所定の周波数で変調する第１変調部を備え、前記パラメータ算出部は、前記第１照射部が前記第１変調部によって変調された光を照射したときに前記第１測定部が測定した物理量に基づいて、任意の深度における前記計測対象の前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明において前記第１変調部は、前記第１照射部が照射する光を、第１の周波数及び前記第１の周波数より高い周波数である第２の周波数で変調し、前記パラメータ算出部は、前記第１照射部が前記第１の周波数で変調された光を照射したときに前記第１測定部が測定した物理量と前記第１照射部が前記第２の周波数で変調された光を照射したときに前記第１測定部が測定した物理量とに基づいて、前記第１の周波数と前記第２の周波数においてエネルギーの減衰の差が生じる深度における前記計測対象の前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、前記第２の照射部が照射する光を、前記第１の周波数及び前記第２の周波数と異なる周波数に変調する第２変調部を備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明において前記計測対象から生じるエネルギーの物理量は、前記計測対象に生じる光の強度であることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明において前記計測対象から生じるエネルギーの物理量は、前記計測対象に生じる熱の温度であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明において前記計測対象から生じるエネルギーの物理量は、前記計測対象に生じる弾性波の振幅及び／または変位であることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、圧力が加わったときに当該圧力の大きさに比例する電圧を発生させる圧電体と、前記圧電体に張力を与えて当該圧電体を前記計測対象に密着させる保持具とを備え、前記第１測定部及び前記第２測定部は、前記圧電体が変換した電圧に基づいて前記物理量を測定することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明において前記第１照射部または前記第２照射部は、前記第１測定部が測定した物理量と前記第２測定部が測定した物理量との差が所定の閾値未満である場合に、光の照射強度を変更することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、計測対象における目的成分の濃度に基づくパラメータの値を計測するパラメータ計測方法であって、前記目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長である第１の波長の光を前記計測対象に照射する第１照射ステップと、前記第１照射ステップによって前記計測対象に光を照射したときに、前記第１の波長の光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第１測定ステップと、前記第１の波長の光と、前記目的成分の吸光度が前記計測対象における非目的成分の吸光度より小さい波長である第２の波長の光とを前記計測対象に照射する第２照射ステップと、前記第２照射ステップによって前記計測対象に光を照射したときに、前記第１の波長の光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第２測定ステップと、前記非目的成分に対して前記第１の波長の光を照射した場合と前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を照射した場合とにおける前記第１の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量の変化を示す抑圧係数と、前記第１測定ステップで測定した物理量と、前記第２測定ステップで測定した物理量と、に基づいて、前記計測対象における前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出するパラメータ算出ステップとを有することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、コンピュータを、計測対象における目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長である第１の波長の光を前記計測対象に照射する第１照射部、前記目的成分の吸光度が前記計測対象における非目的成分の吸光度より小さい波長である第２の波長の光を前記計測対象に照射する第２照射部、前記第１照射部のみが前記計測対象に光を照射したときに、前記第１照射部の照射した光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第１測定部、前記第１照射部と前記第２照射部とが前記計測対象に光を照射したときに、前記第１照射部の照射した光により前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第２測定部、前記非目的成分に対して前記第１の波長の光を照射した場合と前記第１の波長の光と前記第２の波長の光を照射した場合とにおける前記第１の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量の変化を示す抑圧係数と、前記第１測定部が測定した物理量と、前記第２測定部が測定した物理量と、に基づいて、前記計測対象における前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出するパラメータ算出部として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、１つの波長の光によって計測対象から生じるエネルギーを測定し、その測定結果に基づいて計測対象に含まれる目的成分の濃度に基づくパラメータの値を計測する。これにより、パラメータ計測装置は、簡素な構成により、計測対象に含まれる目的成分の濃度に基づくパラメータの値を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のベースとなる法則についての実験に用いた実験装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】水とグルコースの分光スペクトルに対する吸光度の大きさを示す図である。
【図３】実験装置により計測された分光スペクトルに対する透過光強度の変化を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるパラメータ計測装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態によるパラメータ計測装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】制御部による光の照射及び光強度の測定のタイミングの一例を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態によるパラメータ計測装置Ｂの構成を示す概略ブロック図である。
【図８】第２の実施形態による感圧部Ｂの構造を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態によるパラメータ計測装置Ｂの動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る実施例におけるグルコース濃度の変化に伴う吸光度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。ここでは特に、生体内の血糖値（グルコース濃度）を計測するための形態を例に挙げ、計測の目的成分をグルコース、非目的成分を水として説明するが、これらの対象物質が異なる場合や非目的成分の数が複数となる場合でも、同様の概念によって本発明を適用することが可能である。例えば、目的成分をグルコースとし、非目的成分を水、タンパク質及び脂質とする場合や、目的成分をヘモグロビンとし、非目的成分をタンパク質や脂質とする場合などが挙げられる。
【００３１】
まず、本発明の概要について説明する。本発明は、生体に対し、グルコースの吸光度が大きい波長の光を照射したときの透過光強度と、当該光と水の吸光度が大きい波長の光とを照射したときの透過光強度の差に基づいて、グルコース濃度を算出するものである。これは、発明者が、ある物質の透過光の強度を測定する際に、測定の対象とならない波長の光を照射したときに、当該波長に対する当該物質の吸光度に応じて透過光の強度が向上するという法則を発見し、当該発見に基づいてなされた発明である。
【００３２】
ここで、本発明のベースとなる法則についての実験について説明する。
図１は、本発明のベースとなる法則についての実験に用いた実験装置９０の構成を示す概略ブロック図である。
発明者は、試料の分光分析を行う分光器９１と１４５０ナノメートルの波長の光のレーザ光源９２とＰＣ９３とを備える実験装置９０を用いて実験を行った。分光器９１は、複数の波長の計測光を照射可能な分光器光源９１１と、試料を格納する計測セル９１２と、レーザ光源９２が照射する光による迷光を抑制するためのフィルタ９１３と、光強度を測定するセンサ９１４とを備える。なお、本実験では水を試料とした。
【００３３】
図２は、水とグルコースの分光スペクトルに対する吸光度の大きさを示す図である。
図２に示すように、水は１４５０ナノメートルの波長に吸光ピークを有し、グルコースは１６００ナノメートルの波長に吸光ピークを有する。
【００３４】
実験において発明者は、レーザ光源９２による光の照射がある場合とない場合とで、分光器光源９１１が照射する光の波長を、グルコースの吸光ピーク波長付近の波長である１５５０ナノメートルから１６５０ナノメートルの間で走査して水の分光スペクトルに対する透過光強度の変化を計測した。本実験により、発明者は、グルコースの吸光ピーク波長の光と水の吸光ピーク波長の光を用い、水の吸光ピーク波長の光の照射により水分子がグルコースの吸光度に及ぼす影響を観測した。なお、レーザ光源９２の駆動電流は３００ミリアンペア、出力パワーは約８０ミリワットに設定した。また、フィルタ９１３のピーク透過率は、１５９５±３０ナノメートルにおいて約８０パーセントであり、１４５０ナノメートルにおける透過率は約０．０４パーセントである。
【００３５】
図３は、実験装置９０により計測された分光スペクトルに対する透過光強度の変化を示す図である。
実験の結果、図３に示すように、レーザ光源９２が光を照射した場合、レーザ光源９２が光を照射しない場合と比較して、分光器９１が計測した水の透過光強度が数パーセント増加した。この透過光強度変化は、試料を格納するセルが引き起こす迷光などに起因した変化に比べ、相対的に３倍程度大きいことを確認している。さらに、レーザ光源９２による光の照射の有無による水の温度変化も測定した。レーザ光源９２による光の照射を１分間継続した場合の水の温度上昇は約０．２℃であった。温度変化による吸光度の低下は０．０００４以下であるため、本実験における透過光強度の変化は、水の温度変化によるものではなく、レーザ光源９２が照射した光によるものであることが分かる。
【００３６】
なお、グルコースの分光スペクトルにおいて極大を示す１６００ナノメートル付近の波長の光において、１４５０ナノメートルの波長の光を照射することによる透過光の強度の変化は小さい。他方、生体において水の濃度はグルコースの濃度と比較して十分に高いため、１６００ナノメートルの光の照射による透過光強度の低下が僅かであっても、透過光の強度の変化が水に由来するものなのかグルコースに由来するものなのかを識別するのには十分有用である。
【００３７】
上記実験結果より、グルコースの吸光ピーク波長である１６００ナノメートルの波長の光に加え、水の吸光ピーク波長である１４５０ナノメートルの波長の光を生体に照射し、１６００ナノメートルの波長の透過光の強度の変化を測定することで、生体のグルコース濃度を計測することができることが分かる。
【００３８】
《第１の実施形態》
図４は、本発明の第１の実施形態によるパラメータ計測装置１０の構成を示す概略ブロック図である。
パラメータ計測装置１０は、生体内のグルコース濃度を計測する装置であって、第１照射部１１、第２照射部１２、受光部１３、第１測定部１４、第２測定部１５、パラメータ算出部１６、制御部１７を備える。
【００３９】
第１照射部１１は、第１の波長の光を、計測対象である生体に照射する。本実施形態では、第１の波長の光として、グルコースの吸光度が極大となる波長である１６００ナノメートルの波長の光を用いる。なお、第１の波長の光は、必ずしもグルコースの吸光度が極大となる波長でなくても良く、グルコースの吸光度が極大となる波長付近の波長である１６００±７０ナノメートルの波長の光を用いることができる。第１の波長の光として１６００±７０ナノメートルの波長の光を用いると、汎用の安価なレーザを使用してグルコース濃度を計測することが可能となり、好ましい。さらに、グルコースの吸光度がおおよそ極大となる波長である１６００±３０ナノメートルの波長の光を用いると、精度よくグルコース濃度を計測することが可能となり、より好ましい。さらに、グルコースの吸光度が極大となる波長である１６００ナノメートルの波長の光を用いると、より高精度にグルコース濃度を計測することが可能となり、特に好ましい。なお、第１照射部１１は、レーザダイオードドライバや半導体レーザなどにより実現される。また、パラメータ計測装置１０には、第１照射部１１と生体との角度や距離を調整する機構が設けられ、第１照射部１１は、当該機構による調整値に応じて照射する光の強度を制御する。これにより、パラメータ計測装置１０は、第１照射部１１と生体との角度や距離によらずに一定の精度でグルコース濃度の計測を行うことができる。
【００４０】
第２照射部１２は、目的成分であるグルコースの吸光度が非目的成分である水の吸光度より小さい波長である第２の波長の光を、計測対象である生体に照射する。本実施形態では、第２の波長の光として、グルコースの吸光度が水の吸光度より小さく、かつ水の吸光度が極大となる波長である１４５０ナノメートルの光を用いる。なお、第２の波長の光は、必ずしも水の吸光度が極大となる波長でなくても良く、水の吸光度が極大となる波長付近の波長である１４５０±７０ナノメートルの波長の光を用いることができる。第２の波長の光として１４５０±７０ナノメートルの光を用いると、汎用の安価なレーザを使用してグルコース濃度を計測することが可能となり、好ましい。さらに、水の吸光度がおおよそ極大となる波長である１４５０±５０ナノメートルの波長の光を用いると、精度よくグルコース濃度を計測することが可能となり、より好ましい。さらに、水の吸光度が極大となる波長である１４５０ナノメートルの波長の光を用いると、より高精度にグルコース濃度を計測することが可能となり、特に好ましい。なお、第２照射部１２は、レーザダイオードドライバや半導体レーザなどにより実現される。
【００４１】
受光部１３は、第１照射部１１が照射し、生体を透過した光を受光する。なお、受光部１３は、第２照射部１２が照射した光を受光しないよう、第２照射部１２と対向しないように配置される。第１の実施形態では、第１照射部１１及び第２照射部１２は、第１照射部１１が照射する光と第２照射部１２が照射する光とが直交するように配置され、受光部１３は、第１照射部１１に対向して設けられる。なお、受光部１３には、光電効果を有する硫化鉛（ＰｂＳ）や、光起電力効果を有するインジウム・ガリウム・ヒ素（ＩｎＧａＡｓ）、その他の半導体検出器を用いることができる。
【００４２】
第１測定部１４は、第１照射部１１のみが生体に光を照射したときに、受光部１３が受光した光の強度（エネルギーの物理量）を測定する。
第２測定部１５は、第１照射部１１と第２照射部１２とが同時に生体に光を照射したときに、受光部１３が受光した光の強度を測定する。
【００４３】
パラメータ算出部１６は、第１測定部１４が測定した光の強度と、第２測定部１５が測定した光の強度と、所定の抑圧係数（補正係数）とに基づいて、生体におけるグルコースの濃度を算出する。ここで、抑圧係数とは、水に対して１６００ナノメートルの波長の光を照射した場合における透過光の強度と、水に対して１６００ナノメートルと１４５０ナノメートルの波長の光とを同時に照射した場合における１６００ナノメートルの波長の透過光の強度の比である。なお、抑圧係数は、１６００ナノメートルの波長の光及び１４５０ナノメートルの波長の光を水に照射する実験を行うことなどによって、予め算出されたものである。
【００４４】
制御部１７は、第１照射部１１及び第２照射部１２が生体に光を照射するタイミング、並びに第１測定部１４及び第２測定部１５が光の強度を測定するタイミングを制御する。
【００４５】
次に、本実施形態によるパラメータ計測装置１０の動作について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態によるパラメータ計測装置１０の動作を示すフローチャートである。
まず、第１照射部１１と第２照射部１２が照射する光が交差する位置に計測対象である生体が設置されると、制御部１７は、第１照射部１１に光の照射開始指示を発する。第１照射部１１は、照射開始指示に従い、生体に対して１６００ナノメートルの波長の光の照射を開始する（ステップＳ１）。このとき、第１照射部１１が照射した光は、生体を透過して受光部１３に受光される。
【００４６】
なお、第２照射部１２が照射する光の照射領域は、第１照射部１１が照射する光の照射領域よりも大きいことが好ましい。これにより、水に由来する信号量を安定して評価することができる。
【００４７】
次に、制御部１７は、第１測定部１４に対して測定指示を発する。第１測定部１４は、測定指示に従い、生体を透過して受光部１３が受けた１６００ナノメートルの波長の光の強度Ｅ１を測定する（ステップＳ２）。
【００４８】
次に、制御部１７は、第２照射部１２に光の照射開始指示を発する。第２照射部１２は、照射開始指示に従い、生体に対して１４５０ナノメートルの波長の光の照射を開始する（ステップＳ３）。つまり、このとき生体には、第１照射部１１が照射する１６００ナノメートルの波長の光と第２照射部１２が照射する１４５０ナノメートルの波長の光とが照射される。なお、第２照射部１２が照射した光は生体を透過するが、受光部１３が第２照射部１２と対向しないように配置されているため、受光部１３によって受光されることはない。また、第１照射部１１と第２照射部１２の照射は同時に行っても良いし、所定の時間差を設けて行っても良い。
【００４９】
次に、制御部１７は、第２測定部１５に対して測定指示を発する。第２測定部１５は、測定指示に従い、生体を透過して受光部１３が受けた１６００ナノメートルの波長の光の強度Ｅ２を測定する（ステップＳ４）。このとき、通常は、第２測定部１５が測定した光の強度は、第１測定部１４が測定した光の強度より高くなる。このため、水に対して１６００ナノメートルの波長の光を照射した場合における透過光の強度と、水に対して１６００ナノメートルと１４５０ナノメートルの波長の光とを同時に照射した場合における１６００ナノメートルの波長の透過光の強度の比を抑圧係数と呼んでいる。ただし、温度上昇が顕著な場合には、第２測定部１５が測定した光の強度が、第１測定部１４が測定した光の強度より低くなることもあり得ることから、抑圧係数に代えて補正係数と言い換えても良い。制御部１７は、第２測定部１５による光の強度の測定が終了すると、第１照射部１１及び第２照射部１２に対して照射停止指示を発する。第１照射部１１及び第２照射部１２は、照射停止指示に従い、光の照射を停止する。
【００５０】
次に、パラメータ算出部１６は、第１測定部１４が測定した光の強度Ｅ１と第２測定部１５が測定した光の強度Ｅ２とを用いてグルコース濃度を算出する（ステップＳ５）。
以下にグルコース濃度の算出方法について説明する。
【００５１】
生体には水とグルコースが含まれているため、第１測定部１４が測定した透過光の強度は、水による吸光とグルコースによる吸光の影響を受ける。従って、第１測定部１４が測定した光の強度Ｅ１と水の濃度Ｃｗ及びグルコースの濃度Ｃｇとの関係は、式（１）に示すとおりである。なお、ここでは光の強度Ｅ１を吸光度として表す。
【００５２】
【数１】
2014079559.tif 000003
【００５３】
但し、εｗは、水の１６００ナノメートルにおけるモル吸収係数を示す。また、εｇは、グルコースの１６００ナノメートルにおけるモル吸収係数を示す。また、ｄは、第１照射部１１が照射する光の光路長を示す。光路長ｄは、実測データとシミュレーションとを用いることで算出することができる。また、水の吸光度を利用して、式（２）を用いて算出することもできる。
【００５４】
【数２】
2014079559.tif 000004
【００５５】
なお、式（２）を用いて光路長ｄを算出する場合、１４５０ナノメートルや２０００ナノメートルの波長の透過光を用いることで、光路長の算出精度を高めることができる。また、１４５０ナノメートルや２０００ナノメートルの波長の透過光を用いて光路長を算出した場合、光路長の算出に用いた光と１６００ナノメートルの波長の光との光路長の比を検定することで、おおよその精度を見積もることができる。
【００５６】
また、第２測定部１５が測定した透過光の強度は、第１測定部１４が測定した透過光の強度と同様に、水による吸光とグルコースによる吸光の影響を受ける。このとき、水の吸光度とグルコースの吸光度は、第２照射部１２が照射する１４５０ナノメートルの波長の光の影響により減少する。他方、１４５０ナノメートルの波長の光に対する水の吸光度とグルコースの吸光度の比率は１７対１程度であり、また生体における水の濃度はグルコースの濃度に比べて十分に大きいことから、グルコースの吸光度の変化はほぼ無視することができる。そのため、第２測定部１５が測定した光の強度Ｅ２と水の濃度Ｃｗ及びグルコースの濃度Ｃｇとの関係は、式（３）のように示すことができる。なお、ここでは光の強度Ｅ２を吸光度として表す。
【００５７】
【数３】
2014079559.tif 000005
【００５８】
但し、ｋは、水に対して１６００ナノメートルの波長の光を照射した場合における透過光の強度と、水に対して１６００ナノメートルと１４５０ナノメートルの波長の光とを同時に照射した場合における１６００ナノメートルの波長の透過光の強度の比を示す抑圧係数である。なお、上述したとおり抑圧係数は、予め実験などにより算出しておくことができる。
【００５９】
従って、パラメータ算出部１６は、式（１）と式（３）とに基づいて導出される式（４）を解くことで、グルコース濃度を算出することができる。
【００６０】
【数４】
2014079559.tif 000006
【００６１】
以上、本実施形態によれば、パラメータ計測装置１０は、目的成分の吸光度が高い波長の透過光強度のみを用いて、目的成分の濃度を算出することができる。つまり、パラメータ計測装置１０は、目的成分の濃度を算出するために複数の波長の光について光強度を検出する必要がない。これにより、パラメータ計測装置１０は、非侵襲かつ簡素な構成により、生体に含まれるグルコース濃度を計測することができる。
【００６２】
なお、第２照射部１２から光を照射した場合と、照射しない場合との吸光度変化は、試料内部の温度変化に伴う吸光度変化に比べて大きな変化であることが確認されているものの、第１の実施形態は、光エネルギーによる著しい発熱が生じない状況でグルコース信号を検出するものである。そのため、第２照射部１２による光の照射時間及び照射電力並びに第２測定部１５による光強度の測定タイミングを適切に制御することが好ましい。
【００６３】
図６は、制御部１７による光の照射及び光強度の測定のタイミングの一例を示す図である。
図６（Ａ）は、第２照射部１２が光を照射している間に第２測定部１５が透過光の強度を複数回測定する例である。図６（Ｂ）は、第２照射部１２が光を照射開始してから所定時間ｔｄ後に第２測定部１５が１度だけ透過光の強度を測定する例である。図６（Ｃ）は、第２照射部１２が光の照射を停止してから所定時間ｔｄ後に第２測定部１５が１度だけ透過光の強度を測定する例である。なお、１４５０ナノメートルの波長の光の照射を開始してから水の吸光度が変化するまでには数ピコ秒から数フェムト秒の時間がかかるため、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）の場合、所定時間ｔｄはピコ秒からフェムト秒のオーダのタイミングとすることが好ましい。
また、この場合、水に対して１６００ナノメートルの波長の光を照射したときにおける水の透過光の強度と、１４５０ナノメートルと１６００ナノメートルの波長の光を同時に照射してから所定時間ｔｄ後における水の透過光の強度との比を抑圧係数とすることが好ましい。
【００６４】
また、第１の実施形態では、第１測定部１４及び第２測定部１５が光の強度を１回計測し、パラメータ算出部１６が当該計測した値に基づいてグルコース濃度の計算をする場合について説明したが、これに限られない。例えば、第１測定部１４が測定した光の強度と第２測定部１５が測定した光の強度の差が所定の閾値未満である場合、第２照射部１２が照射した光に基づく吸光度の変化の感度が低いことが分かる。この場合、制御部１７が、第２照射部１２が照射する光の強度を増加させ、再度第１測定部１４及び第２測定部１５による計測を行わせた後に、パラメータ算出部１６は、当該計測結果を用いてグルコース濃度の算出を行うようにしても良い。
【００６５】
なお、第１の実施形態では、光エネルギーによる著しい発熱が生じない状況でグルコース信号を検出する場合について説明したが、これに限られない。例えば、生体に許容される程度の発熱による分光スペクトルの変化を利用しても良い。具体的には、第２照射部１２が照射する光によって生じる発熱から水に由来する透過光強度の変化を定量し、これを識別したり、これにより計測値を補正したりすることができる。この場合、当該発熱が水分子による発熱であることを明確にするために、第２照射部１２による照射光の強度を所定の周波数で変調することが好ましい。
【００６６】
但し、第２照射部１２が照射する光によって生じる発熱が過度に高くなることを防ぐため、生体の温度を検出する温度計をさらに備え、当該温度計が計測する生体の温度が所定の温度以下になるように、第２照射部１２が照射する光の照射強度や照射時間を制御することが好ましい。また、温度上昇により水に起因する透過光のスペクトルのピーク周波数がずれることが知られているため、当該ピーク周波数を監視し、ピーク周波数が所定の範囲内に収まるように第２照射部１２が照射する光の照射強度や照射時間を制御しても良い。
【００６７】
また、第１の実施形態では、受光部１３が１６００ナノメートルの光のみを受光できるよう、第１照射部１１及び第２照射部１２が、第１照射部１１が照射する光と第２照射部１２が照射する光とが直交するように配置され、受光部１３が第１照射部１１に対向して設けられる場合について説明したが、これに限られない。例えば、第２照射部１２が照射する光を受光部１３が受光しないように設けられていれば、第１照射部１１が照射する光と第２照射部１２が照射する光とが直交していなくても良い。また例えば、第２照射部１２が照射する光が受光部１３に到達する場合であっても、受光部１３に１６００ナノメートルの光のみを通過させるようなバンドパスフィルタを設けることで、受光部１３が１６００ナノメートルの光のみを受光できるようになっていれば良い。
【００６８】
また、第１の実施形態では、受光部１３が生体の透過光を受光する場合について説明したが、これに限られず、受光部１３は例えば、生体の反射光や散乱光を受光しても良い。
【００６９】
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態は、生体に照射する光の強度を変調し、光音響分光法を用いて生体の目的深度におけるグルコース濃度を計測するものである。なお、目的深度とは、グルコースの濃度を計測すべき生体の深度のことである。
図７は、本発明の第２の実施形態によるパラメータ計測装置２０の構成を示す概略ブロック図である。
パラメータ計測装置２０は、生体内のグルコース濃度を計測する装置であって、第１照射部２１、第１変調部２２、第２照射部２３、第２変調部２４、感圧部２５、第１測定部２６、第２測定部２７、パラメータ算出部２８、制御部２９を備える。
【００７０】
第１照射部２１は、１６００ナノメートルの波長の光を、計測対象である生体に照射する。
第１変調部２２は、第１照射部２１が照射する光の強度を、周波数ω１（第１の周波数）及び周波数ω２（第２の周波数）で変調する。なお、周波数ω１は、当該周波数の光を生体に照射した場合に、目的深度において生体から発生した弾性波が減衰せずに感圧部２５に到達する周波数である。また、周波数ω２は、当該周波数の光を生体に照射した場合に、目的深度において生体から発生した弾性波が感圧部２５に到達するまでに減衰する周波数である。つまり、周波数ω１で変調された光により生体から発生する弾性波は、真皮近傍に存在する生体水から生じる弾性波と血管床のグルコースとの混合物質から弾性波とを反映している。他方、周波数ω２で変調された光により生体から発生する弾性波は、真皮近傍に存在する生体水から生じる弾性波を主に反映している。なお、弾性波の強度は、周波数と深度に反比例するため、周波数ω２は、周波数ω１より高い周波数となる。
【００７１】
第２照射部２３は、１４５０ナノメートルの波長の光を、計測対象である生体に照射する。
第２変調部２４は、第２照射部２３が照射する光の強度を、周波数ω１、ω２と異なる周波数である周波数ω３で変調する。なお、パラメータ計測装置２０は、必要に応じて第２変調部２４を２つ以上設けても良い。
【００７２】
図８は、第２の実施形態による感圧部２５の構造を示す図である。
感圧部２５は、第１照射部２１が照射した光によって生体に生じた弾性波を検出する。感圧部２５は、ポリフッ化ビニリデンなどの圧電体によって形成された圧電フィルム２５１と、圧電フィルム２５１に張力を与えつつ圧電フィルム２５１を保持する保持具２５２とを備える。
保持具２５２は、シリコンゴムなどの弾性体により形成されており、圧電フィルム２５１の片面を覆い、圧電フィルム２５１の外縁と連結される。なお、保持具２５２は、圧電フィルム２５１と外縁以外では接触しないよう形成される。
これにより、圧電フィルム２５１を生体に当てて保持具２５２を生体に対して押し付けることで、圧電フィルム２５１の外縁に対して外側方向に保持具２５２の弾性力が生じ、圧電フィルム２５１に張力があたえられる。保持具２５２の形状の例としては、図８に示すように、圧電フィルム２５１に相対する内面及び外面が半球状に形成される形状が挙げられる。
このように、圧電フィルム２５１と生体とが接触しているときに、圧電フィルム２５１に張力を与えることで、圧電フィルム２５１と生体とを密着させることができる。
【００７３】
第１測定部２６は、第１照射部２１のみが生体に光を照射したときに、感圧部２５が検出した弾性波の振幅（エネルギーの物理量）を測定する。
第２測定部２７は、第１照射部２１と第２照射部２３とが同時に生体に光を照射したときに、感圧部２５が検出した弾性波の振幅を測定する。
【００７４】
パラメータ算出部２８は、第１測定部２６が測定した弾性波の振幅と、第２測定部２７が測定した弾性波の振幅と、所定の抑圧係数とに基づいて、生体におけるグルコースの濃度を算出する。ここで、抑圧係数とは、水に対して１６００ナノメートルの波長の光を照射した場合における弾性波の振幅と、水に対して１６００ナノメートルと１４５０ナノメートルの波長の光とを同時に照射した場合における弾性波の振幅の比である。なお、抑圧係数は、１６００ナノメートルの波長の光及び１４５０ナノメートルの波長の光を水に照射する実験を行うことなどによって、予め算出されたものである。また、パラメータ算出部２８は、第１照射部２１が周波数ω１で変調された光を照射したときに第１測定部２６が測定した弾性波の振幅と第１照射部２１が周波数ω２で変調された光を照射したときに第１測定部２６が測定した弾性波の振幅とに基づいて、目的深度における生体のグルコース濃度を算出する。
【００７５】
制御部２９は、第１照射部２１及び第２照射部２３が生体に光を照射するタイミング、第１変調部２２の変調周波数、並びに第１測定部２６及び第２測定部２７が光の強度を測定するタイミングを制御する。
【００７６】
次に、本実施形態によるパラメータ計測装置２０の動作について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態によるパラメータ計測装置２０の動作を示すフローチャートである。
まず、第１照射部２１と第２照射部２３によって光が照射される位置に計測対象である生体が設置されると、制御部２９は、第１照射部２１に光の照射開始指示を発し、第１変調部２２に周波数ω１での変調をさせる変調指示を発する。第１照射部２１は、照射開始指示に従い、生体に対して１６００ナノメートルの波長の光の照射を開始する。当該光は、第１変調部２２により周波数ω１で変調される（ステップＳ１１）。このとき、第１照射部２１が照射した光は、生体内部において水及びグルコースを振動させ、弾性波を生じさせる。
次に、制御部２９は、第１測定部２６に対して測定指示を発する。第１測定部２６は、測定指示に従い、感圧部２５が生体から検出した弾性波の振幅ｐ１１を測定する（ステップＳ１２）。
【００７７】
次に、制御部２９は、第１変調部２２に周波数ω２での変調をさせる変調指示を発する。これにより、第１照射部２１が照射する光は、第１変調部２２により周波数ω２で変調される（ステップＳ１３）。次に、制御部２９は、第１測定部２６に対して測定指示を発する。第１測定部２６は、測定指示に従い、感圧部２５が生体から検出した弾性波の振幅ｐ１２を測定する（ステップＳ１４）。
【００７８】
次に、制御部２９は、第２照射部２３に光の照射開始指示を発し、第１変調部２２に周波数ω１での変調をさせる変調指示を発する。第２照射部２３は、照射開始指示に従い、生体に対して１４５０ナノメートルの波長の光の照射を開始する。当該光は、第２変調部２４により周波数ω３で変調される（ステップＳ１５）。また、第１照射部２１が照射する光は、第１変調部２２により周波数ω１で変調される（ステップＳ１６）。次に、制御部２９は、第２測定部２７に対して測定指示を発する。第２測定部２７は、測定指示に従い、感圧部２５が生体から検出した弾性波の振幅ｐ２１を測定する（ステップＳ１７）。このとき、第２測定部２７は、感圧部２５が生体から検出した弾性波に対してフーリエ変換などの処理を行い、周波数ω３の弾性波の影響を除去する。これは、周波数ω３の弾性波が第２照射部２３が照射した光に起因するためである。
【００７９】
次に、制御部２９は、第１変調部２２に周波数ω２での変調をさせる変調指示を発する。これにより、第１照射部２１が照射する光は、第１変調部２２により周波数ω２で変調される（ステップＳ１８）。次に、制御部２９は、第１測定部２６に対して測定指示を発する。第１測定部２６は、測定指示に従い、感圧部２５が生体から検出した弾性波の振幅ｐ２２を測定する（ステップＳ１９）。このとき、第２測定部２７は、感圧部２５が生体から検出した弾性波に対してフーリエ変換などの処理を行い、周波数ω３の弾性波の影響を除去する。
【００８０】
制御部２９は、第２測定部２７による光の強度の測定が終了すると、第１照射部２１及び第２照射部２３に対して照射停止指示を発する。第１照射部２１及び第２照射部２３は、照射停止指示に従い、光の照射を停止する。
【００８１】
次に、パラメータ算出部２８は、第１測定部２６がステップＳ１２で測定した弾性波の振幅ｐ１１からステップＳ１４で測定した弾性波の振幅ｐ１２を減算する（ステップＳ２０）。これにより、パラメータ算出部２８は、１６００ナノメートルの波長の光を照射したときに、生体の目的深度の成分から生じる弾性波の振幅ｐ１を算出することができる。同様に、パラメータ算出部２８は、第２測定部２７がステップＳ１７で測定した弾性波の振幅ｐ２１からステップＳ１９で測定した弾性波の振幅ｐ２２を減算することで、１６００ナノメートルと１４５０ナノメートルの波長の光を同時に照射したときに生体の目的深度の成分から生じる弾性波の振幅ｐ２を算出する（ステップＳ２１）。
【００８２】
そして、パラメータ算出部２８は、ステップＳ２０で算出した弾性波の振幅ｐ１とステップＳ２１で算出した弾性波の振幅ｐ２とを用いて、式（５）に従ってグルコース濃度を算出する（ステップＳ２２）。
【００８３】
【数５】
2014079559.tif 000007
【００８４】
以上、本実施形態によれば、パラメータ計測装置２０は、強度が変調された光に起因する弾性波を用いて、目的深度における目的成分の濃度を算出することができる。これにより、パラメータ計測装置２０は、非侵襲かつ簡素な構成により、生体の任意の深度の組織に含まれるグルコース濃度を計測することができる。
なお、上述した説明では、２つの異なる周波数を用いることで、ある深さのグルコース濃度を推定できることを示したが、生体内のグルコース濃度は深さ方向に分布を示している。このような場合でも、複数の変調周波数を用いて信号を検出することで、同様の概念に基づいてグルコースの分布を算出できる。このとき、変調周波数を変えながら検出する方法にはいくつか考えられるが、断続的な変調周波数の制御や、連続的な周波数の走査により信号を検出することで検出時間を短縮することが可能となる。
【００８５】
なお、第２の実施形態では、異なる周波数で変調された光に起因する弾性波の振幅の差を用いて、生体の目的深度におけるグルコース濃度の計測を行う場合について説明したが、これに限られない。例えば、パラメータ算出部２８は、第１変調部が１つの周波数で第１照射部２１が照射する光を変調し、当該光に起因する弾性波の位相に基づいて生体の目的深度におけるグルコース濃度の計測を行っても良い。
【００８６】
また、第２の実施形態では、感圧部２５として図８に示す形状のものを用いる場合について説明したが、これに限られない。例えば、感圧部２５が圧電フィルム２５１のみから形成され、生体表面に貼付したり巻きつけたりして用いても良い。また、圧電フィルム２５１に代えて、マイクロフォン、圧電素子などの素子や、レーザ光を応用して微小変動を検出するシステムを用いても良い。
【００８７】
また、第２の実施形態では、パラメータ算出部２８が弾性波の振幅に基づいて生体の目的深度におけるグルコース濃度の計測を行う場合について説明したが、これに限られない。例えば、感圧部２５に代えて焦電素子を備え、パラメータ算出部２８が、第１照射部２１が照射する光によって生体に生じた熱の温度に基づいてグルコース濃度の計測を行っても良い。
【００８８】
《第３の実施形態》
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態は、生体に照射する光の照射強度及び照射時刻、並びに測定時刻の条件を変えて、光の強度を複数回測定して、生体のグルコース濃度をより正確に計測するものである。なお、第３の実施形態によるパラメータ計測装置１０の構成は、第１の実施形態によるパラメータ計測装置１０の構成と同じである。
【００８９】
制御部１７は、第１照射部１１、第２照射部１２、第１測定部１４、第２測定部１５に対して、異なる条件での測定を複数回実行させる。そして、パラメータ算出部１６は、第１測定部１４及び第２測定部１５が各条件下において測定した光の強度に対して、上記式（４）に基づいて多変量解析手法やニューラルネットワークなどの数値処理手法を用いて、グルコース濃度を算出する。これにより、パラメータ計測装置１０は、生体のグルコース濃度をより正確に計測することができる。
【００９０】
なお、第３の実施形態では、複数の測定条件に応じた光の強度について多変量解析などの処理を行う場合について説明したが、これに限られない。例えばパラメータ計測における非目的成分の種類が２以上ある場合、パラメータ計測装置１０は、非目的成分ごとの光の強度について多変量解析などの処理を行うことで、グルコース濃度を計測しても良い。
【００９１】
以上、図面を参照してこの発明のいくつかの実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述した各実施形態では、パラメータ計測装置１０、２０を専用機として設ける場合について説明したが、これに限られず、例えば図１に示す実験装置９０のように、汎用的な分光器９１やＰＣ９３を用いてパラメータ計測装置１０、２０を構成しても良い。
【００９２】
また、上述した各実施形態では、パラメータ計測装置１０、２０がグルコースの濃度を計測する場合について説明したが、これに限られず、濃度に基づくその他のパラメータを計測しても宵。濃度に基づくパラメータの例としては、例えば、グルコースに起因する光の吸光度や、グルコースに起因する弾性波の振幅などが挙げられる。
【００９３】
なお、上述のパラメータ計測装置１０、２０は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００９４】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【実施例】
【００９５】
ここで、本発明の第１の実施形態に係る実施例について説明する。
まず、グルコース濃度が０パーセント、４．８パーセント、９．２パーセントであるグルコース水溶液を用意し、２ミリメートル角（光路長２ミリメートル）の四面透過石英セルに注入した。この四面透過石英セルに、光ファイバを介して、第１照射部１１から波長が１６００ナノメートルの光を、照射電力が約１０ミリワットとなるように調整して照射した。一方、四面透過石英セルに、光ファイバを介して、第２照射部１２から波長が１４５０ナノメートルのパルス光（変調周波数２００ヘルツ、デューティ比２０パーセント）を、照射電力が約８０ミリワットとなるように調整して照射した。
【００９６】
そして、第２照射部１２から光を照射した場合と照射しない場合とにおける、第１照射部１１から照射される光の透過光強度を、受光部１３として高速ＩｎＧａＡｓ検出器を用いてそれぞれ計測し、第２照射部１２から光を照射した場合と照射しない場合との吸光度変化として求めた。
【００９７】
図１０は、各グルコース濃度において、第２照射部１２から光を照射した場合と照射しない場合との吸光度変化を示す図である。
グルコース濃度０パーセント（水のみの試料）において、第２照射部１２から照射される光の有無による第１測定部１４で得られる吸光度変化は０．０１５７であった。これに対して、グルコース濃度９．２パーセントの水溶液において、第２照射部１２から照射される光の有無による第１測定部１４で得られる吸光度変化は０．０１３７であった。
【００９８】
ここで、グルコース濃度０パーセントにおいて得られるＥ１、Ｅ２から算出される補正係数（０．９７０４４１）が得られる。また、グルコース濃度９．２パーセントの場合の式（１）で表されるＥ１は０．５５２０５４、式（３）で表されるＥ２は０．５３８４４１であった。εｇは０．７８、光路長ｄは２ミリメートルであるので、これらのデータを用いれば、式（４）を用いて、上記第１の実施例に基づくグルコース濃度が１０．５パーセントと算出される。
【００９９】
本来のグルコース濃度は９．２パーセントであるので、１０数パーセント程度の計測誤差が認められるが、従来の血糖値計測のようなグルコースと水とが混在した不正確な計測データに比べると大幅な計測精度の改善が期待される。このような“正味”のグルコース濃度の変化を検出することにより、食後血糖値や糖負荷試験における血糖値変化をモニタすることが可能となる。
【０１００】
なお、従来の採血に基づく血糖値計測結果と同様の単位（ミリグラム毎デシリットル）への換算は、前述したグルコースの１６００ナノメートルにおけるモル吸収係数εｇと、式（２）で評価される行路長とを用いれば可能となる。
ただし、上記の計算過程では、第２照射部１２から照射される光によるグルコースの吸光度変化は考慮していない。より高精度にグルコース量を算出するには、その影響を加味して評価することが望ましいが、図２からもわかるように、第２照射部１２から照射される光によってグルコースの吸光度変化に及ぼす影響は小さいと考えられる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…パラメータ計測装置  １１…第１照射部  １２…第２照射部  １３…受光部  １４…第１測定部  １５…第２測定部  １６…パラメータ算出部  １７…制御部  ２０…パラメータ計測装置  ２１…第１照射部  ２２…第１変調部  ２３…第２照射部  ２４…第２変調部  ２５…感圧部  ２６…第１測定部  ２７…第２測定部  ２８…パラメータ算出部  ２９…制御部  ２５１…圧電フィルム  ２５２…保持具  ９０…実験装置  ９１…分光器  ９２…レーザ光源  ９３…ＰＣ  ９１１…分光器光源  ９１２…計測セル  ９１３…フィルタ  ９１４…センサ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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