(57)【要約】【課題】複数の成分を含有する被検体中の特定成分の濃度を正しく測定するための新しい手法の提案。【解決手段】濃度測定装置１において、第１波長の第１測定光と、被検体Ｓ中のタンパク質に係る吸光度に比べてグルコースに係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第２波長の第２測定光とが、照射部である光源１０によって被検体Ｓに照射される。被検体Ｓを透過した透過光は受光部５０で受光される。旋光度算出部１２０は、第１測定光が照射された際の受光部５０からの出力信号を用いて、第１波長での被検体Ｓの旋光度を算出する。また、吸光度算出部１３０は、第２測定光が照射された際の受光部５０からの出力信号を用いて、第２波長での被検体Ｓの吸光度を算出する。そして、濃度算出部１４０は、旋光度算出部１２０により算出された旋光度と、吸光度算出部１３０により算出された吸光度とを用いて、グルコースの濃度を算出する。【選択図】図１
2014032145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋光性及び吸光性を有する第１成分及び第２成分を含有する被検体の前記第１成分の濃度を測定する濃度測定装置であって、
第１波長の第１測定光と、前記被検体中の前記第２成分に係る吸光度に比べて前記第１成分に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第２波長の第２測定光とを前記被検体に照射する照射部と、
前記被検体を透過した透過光を受光する受光部と、
前記第１測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第１波長での前記被検体の旋光度を算出する旋光度算出部と、
前記第２測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第２波長での前記被検体の吸光度を算出する吸光度算出部と、
前記旋光度算出部により算出された旋光度と、前記吸光度算出部により算出された吸光度とを用いて、前記第１成分の濃度を算出する濃度算出部と、
を備えた濃度測定装置。
【請求項２】
前記濃度算出部は、
前記吸光度算出部によって算出された吸光度を用いて、前記第２成分に係る旋光度を推定する第２成分旋光度推定部と、
前記旋光度算出部によって算出された旋光度と、前記第２成分旋光度推定部によって推定された旋光度とを用いて、前記第１成分に係る旋光度を推定する第１成分旋光度推定部と、
を有し、前記第１成分旋光度推定部によって推定された旋光度に基づいて前記第１成分の濃度を算出する、
請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
前記被検体は水を含有し、
前記照射部は、前記被検体中の前記第２成分に係る吸光度に比べて、前記被検体中の前記第１成分に係る吸光度及び水に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長を前記第２波長として照射する、
請求項１又は２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記被検体に照射される前記照射部の照射光の一部を、前記被検体に含有されている第３成分を主成分とする参照体を介して受光する参照光受光部を更に備え、
前記吸光度算出部は、前記受光部からの出力信号と、前記参考光受光部からの出力信号とを用いて、前記第３成分に係る吸光度をキャンセルした前記第２波長での吸光度を算出する、
請求項１〜３の何れか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記第３成分は水である、
請求項４に記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記被検体は生体であり、
前記第１成分はグルコースであり、
前記第２成分はタンパク質であり、
前記照射部は、４００ｎｍ〜９００ｎｍの中の何れかの波長を前記第１波長として前記被検体に照射する、
請求項１〜５の何れか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項７】
前記被検体は生体であり、
前記第１成分はグルコースであり、
前記第２成分はタンパク質であり、
前記照射部は、１６００ｎｍ〜１８００ｎｍの中の何れかの波長を前記第２波長として前記被検体に照射する、
請求項１〜６の何れか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項８】
測定光を被検体に照射する照射部と、前記被検体を透過した光を受光する受光部とを備え、前記被検体の成分濃度を測定する濃度測定装置の制御方法であって、
前記被検体は、旋光性及び吸光性を有する第１成分及び第２成分を含有し、
第１波長の第１測定光と、前記被検体中の前記第２成分に係る吸光度に比べて前記第１成分に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第２波長の第２測定光とを前記照射部に照射させることと、
前記第１測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第１波長での前記被検体の旋光度を算出することと、
前記第２測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第２波長での前記被検体の吸光度を算出することと、
前記算出された旋光度と、前記算出された吸光度とを用いて、前記第１成分の濃度を算出することと、
を含む制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体中の特定成分の濃度を測定する濃度測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質を透過した光を測定することで、物質の成分を知る方法が知られている。例えば、グルコースのような光学活性物質を直線偏光が通過するとき、その偏光面が回転する旋光性という現象が知られている。また、物質を透過する光の吸収が物質の種類や濃度に依存して変化する吸光性という現象を利用して濃度の測定を行う技術も考案されている（例えば、特許文献１や２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８１２８４号公報
【特許文献２】特開２００４−１１３４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非侵襲式に濃度測定を行う従来の技術は、旋光性及び吸光性のうちの何れか一方の性質を利用して、被検体中の特定成分の濃度を測定するものがほとんどであった。しかし、この手法では、複数種類の成分を含有する被検体を対象として濃度の測定を行う場合に、精確な測定を行うことが困難な場面が生じ得た。
【０００５】
というのは、旋光及び吸光の特性が類似する複数種類の成分を含有する被検体を対象として測定を行った場合、特性が類似しているがために、旋光性及び吸光性をそれぞれ単独的に用いたのでは、各成分を分離することが困難なためである。
【０００６】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の成分を含有する被検体中の特定成分の濃度を正しく測定するための新しい手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための第１の形態は、旋光性及び吸光性を有する第１成分及び第２成分を含有する被検体の前記第１成分の濃度を測定する濃度測定装置であって、第１波長の第１測定光と、前記被検体中の前記第２成分に係る吸光度に比べて前記第１成分に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第２波長の第２測定光とを前記被検体に照射する照射部と、前記被検体を透過した透過光を受光する受光部と、前記第１測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第１波長での前記被検体の旋光度を算出する旋光度算出部と、前記第２測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第２波長での前記被検体の吸光度を算出する吸光度算出部と、前記旋光度算出部により算出された旋光度と、前記吸光度算出部により算出された吸光度とを用いて、前記第１成分の濃度を算出する濃度算出部と、を備えた濃度測定装置である。
【０００８】
また、他の形態として、測定光を被検体に照射する照射部と、前記被検体を透過した光を受光する受光部とを備え、前記被検体の成分濃度を測定する濃度測定装置の制御方法であって、前記被検体は、旋光性及び吸光性を有する第１成分及び第２成分を含有し、第１波長の第１測定光と、前記被検体中の前記第２成分に係る吸光度に比べて前記第１成分に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第２波長の第２測定光とを前記照射部に照射させることと、前記第１測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第１波長での前記被検体の旋光度を算出することと、前記第２測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第２波長での前記被検体の吸光度を算出することと、前記算出された旋光度と、前記算出された吸光度とを用いて、前記第１成分の濃度を算出することと、を含む制御方法を構成することとしてもよい。
【０００９】
この第１の形態等によれば、照射部により、第１波長の第１測定光と、被検体中の第２成分に係る吸光度に比べて第１成分に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第２波長の第２測定光とが被検体に照射される。吸光度が実質的に無視できる程度とは、例えば、第１成分及び第２成分の単位濃度換算での吸光度と、第１成分及び第２成分の被検体中の想定濃度とに基づいて、被検体中の第２成分分の吸光度に比べて第１成分分の吸光度が実質的に無視できる程度のことを意味する。このようにして定められる第２波長の第２測定光を被検体に照射することで、第１成分及び第２成分を分離することが可能となる。
【００１０】
具体的には、第１測定光が照射された際の受光部からの出力信号を用いて、第１波長での被検体の旋光度を算出する。また、第２測定光が照射された際の受光部からの出力信号を用いて、第２波長での被検体の吸光度を算出する。第１波長での被検体の旋光度は、主として第１成分及び第２成分の旋光性を反映した値となる。他方、第２波長での被検体の吸光度は、主として第２成分の吸光性を反映した値となる。旋光度と吸光度とは、濃度を介して相互に換算可能である。そのため、第１波長での被検体の旋光度と第２波長での被検体の吸光度とを用いれば、第１成分の濃度が算出できる。つまり、被検体中の特定成分の濃度を精度良く測定することが可能となる。
【００１１】
より具体的には、第２の形態として、第１の形態の濃度測定装置における前記濃度算出部は、前記吸光度算出部によって算出された吸光度を用いて、前記第２成分に係る旋光度を推定する第２成分旋光度推定部と、前記旋光度算出部によって算出された旋光度と、前記第２成分旋光度推定部によって推定された旋光度とを用いて、前記第１成分に係る旋光度を推定する第１成分旋光度推定部と、を有し、前記第１成分旋光度推定部によって推定された旋光度に基づいて前記第１成分の濃度を算出する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。
【００１２】
前述したように、第２波長での被検体の吸光度は、主として第２成分の吸光性を反映した値となる。従って、吸光度算出部によって算出された吸光度を濃度に換算し、それを旋光度に換算することで、第２成分に係る旋光度を推定することができる。また、第１波長での被検体の旋光度は、主として第１成分及び第２成分の旋光性を反映した値となる。そのため、具体的には、旋光度算出部によって算出された旋光度から第２成分旋光度推定部によって推定された第２成分の旋光度を差し引くことで、第１成分に係る旋光度を推定することができる。第１成分に係る旋光度が推定できれば、第１成分の濃度が求まる。
【００１３】
また、第３の形態として、第１又は第２の形態の濃度測定装置において、前記被検体は水を含有し、前記照射部は、前記被検体中の前記第２成分に係る吸光度に比べて、前記被検体中の前記第１成分に係る吸光度及び水に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長を前記第２波長として照射する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。
【００１４】
この第３の形態によれば、被検体は水を含有し、照射部は、被検体中の第２成分に係る吸光度に比べて、被検体中の第１成分に係る吸光度及び水に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長を第２波長として照射する。これにより、水の吸光の影響を排斥して、第１成分の濃度を正しく算出することが可能となる。
【００１５】
また、第４の形態として、第１〜第３の何れかの形態の濃度測定装置において、前記被検体に照射される前記照射部の照射光の一部を、前記被検体に含有されている第３成分を主成分とする参照体を介して受光する参照光受光部を更に備え、前記吸光度算出部は、前記受光部からの出力信号と、前記参考光受光部からの出力信号とを用いて、前記第３成分に係る吸光度をキャンセルした前記第２波長での吸光度を算出する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。
【００１６】
この第４の形態によれば、参照体受光部が、被検体に照射される照射部の照射光の一部を、被検体に含有されている第３成分を主成分とする参照体を介して受光する。そして、吸光度算出部が、受光部からの出力信号と、参考光受光部からの出力信号とを用いて、第３成分に係る吸光度をキャンセルした第２波長での吸光度を算出する。これにより、第１成分及び第２成分以外の成分（第３成分）が被検体に含有されている場合であっても、第１成分の濃度を正しく算出することが可能となる。
【００１７】
また、第５の形態として、第４の形態の濃度測定装置において、前記第３成分は水である、濃度測定装置を構成することとしてもよい。
【００１８】
この第５の形態によれば、第４の形態と相まって、被検体中に水が含有されている場合であっても、水の吸光の影響を排斥することが可能となる。
【００１９】
また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の濃度測定装置において、前記被検体は生体であり、前記第１成分はグルコースであり、前記第２成分はタンパク質であり、前記照射部は、４００ｎｍ〜９００ｎｍの中の何れかの波長を前記第１波長として前記被検体に照射する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。
【００２０】
この第６の形態によれば、被検体は生体であり、第１成分はグルコースであり、第２成分はタンパク質である。この場合、照射部が、４００ｎｍ〜９００ｎｍの中の何れかの波長を第１波長として被検体に第１測定光を照射することで、グルコース及びタンパク質の旋光性を反映した旋光度を算出することが可能となる。
【００２１】
また、第７の形態として、第１〜第６の何れかの形態の濃度測定装置において、前記被検体は生体であり、前記第１成分はグルコースであり、前記第２成分はタンパク質であり、前記照射部は、１６００ｎｍ〜１８００ｎｍの中の何れかの波長を前記第２波長として前記被検体に照射する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。
【００２２】
この第７の形態によれば、被検体は生体であり、第１成分はグルコースであり、第２成分はタンパク質である。この場合、照射部が、１６００ｎｍ〜１８００ｎｍの中の何れかの波長を第２波長として被検体に照射することで、タンパク質の吸光を反映した吸光度を算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】濃度測定装置の機能構成の一例を示すブロック図。
【図２】各成分の単位濃度換算での吸収係数の波長依存性を示す図。
【図３】濃度測定処理の流れを示すフローチャート。
【図４】第２光学装置の構成例を示す図。
【図５】第２濃度測定処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態の一例について説明する。但し、本発明を適用可能な形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。
【００２５】
１．第１実施形態
１−１．構成
図１は、第１実施形態における濃度測定装置１の機能構成の一例を示すブロック図である。濃度測定装置１は、主要な構成として、第１光学装置３Ａと、制御部１００と、操作部２００と、表示部３００と、音出力部４００と、通信部５００と、記憶部６００とを有して構成される。
【００２６】
第１光学装置３Ａは、光源１０と、分岐部２０と、偏光部３０と、直交分離部４０と、受光部５０と、増幅部６０と、ミラー７０と、第２受光部８０と、第２増幅部９０とを有して構成される。
【００２７】
偏光部３０と直交分離部４０との間には、被検体Ｓが配置される。被検体Ｓは、光学活性物質を含有し、光透過性を有する固体や液体等の任意の試料とすることが可能である。本実施形態では、被検体Ｓを、生体の皮下組織を模擬したグルコース（第１成分）とタンパク質（第２成分）と水（第３成分）とを含有する試薬として説明する。また、その中でもタンパク質を、血中の血球成分以外として多く含まれる２種類の血漿タンパクであるアルブミン及びグロブリンとして説明する。これは、血液から体組織に染み出している間質液中のグルコース濃度を測定する状況を想定したものである。
【００２８】
光源１０は、複数の波長の測定光を生成して出射可能に構成された照射部であり、例えば多波長光源として構成される。光源１０は、制御部１００の制御の下、照射制御部１１０から指示された波長の測定光を生成して出射する。
【００２９】
分岐部２０は、光源１０から出射した測定光を透過光と反射光との２つの光に分岐させる分岐器であり、例えばビームスプリッターを有して構成される。分岐部２０からの透過光は偏光部３０に入射し、反射光はミラー７０に導光される。
【００３０】
偏光部３０は、分岐部２０からの出射光を直線偏光に変換する偏光素子（偏光子）である。この偏光部３０としては、例えばグランタイプの偏光子の一種であるグラントムソンプリズムを適用することができる。
【００３１】
直交分離部４０は、直線偏光が被検体Ｓを透過した透過光を直交成分、すなわち互いに９０度異なる偏光成分に分離する光学素子である。この直交分離部４０としては、例えばウォラストンプリズムを適用することができる。
【００３２】
受光部５０は、直交分離部４０によって直交分離された光を受光する素子であり、フォトダイオード等の光検出器を有して構成される。受光部５０は、Ｐ偏光受光部５０ＡとＳ偏光受光部５０Ｂとを有して構成され、直交分離部４０によって直交分離された互いに直交する偏光成分（Ｐ成分及びＳ成分）を受光する。受光部５０で受光された光は光電変換され、受光光量に応じた電圧値が増幅部６０に出力される。以下の説明では、Ｐ偏光受光部５０Ａで光電変換された電圧のことを「Ｐ偏光電圧」と称し、Ｓ偏光受光部５０Ｂで光電変換された電圧のことを「Ｓ偏光電圧」と称して説明する。
【００３３】
増幅部６０は、受光部５０での受光レベルの差及び和を増幅する演算部であり、加算器６１と、減算器６３と、加算用増幅器６５と、減算用増幅器６７とを有して構成される。Ｐ偏光受光部５０Ａ及びＳ偏光受光部５０Ｂからの出力は、加算器６１及び減算器６３でそれぞれ加算及び減算が行われ、加算用増幅器６５及び減算用増幅器６７でそれぞれ増幅される。
【００３４】
本実施形態では、加算用増幅器６５の増幅率を第１増幅率「Ｇ１」とし、減算用増幅器６７の増幅率を第２増幅率「Ｇ２」として説明する。増幅部６０は、受光レベルの差に相当する電圧と、受光レベルの和に相当する電圧とを制御部１００に出力する。以下の説明では、この受光レベルの差に相当する電圧のことを「減算出力電圧」と称し、受光レベルの和に相当する電圧のことを「加算出力電圧」と称して説明する。
【００３５】
ミラー７０は、分岐部２０で分岐された光のうちの一方の光を反射させて、第２受光部８０に導光する。
なお、本実施形態では、分岐部２０で分岐された光がミラー７０によって第２受光部８０に導光されることとして図示・説明するが、これに代えて、分岐部２０で分岐された光を光ファイバーなどの導光器を用いて第２受光部８０に導光するように光経路を構成してもよい。
【００３６】
第２受光部８０は、ミラー７０で反射された測定光を受光する。第２受光部８０で受光された光は光電変換され、その受光光量に応じた電圧値が第２増幅部９０に出力される。
【００３７】
第２増幅部９０は、第２受光部８０から出力される電圧を所定の増幅率で増幅する増幅器である。本実施形態では、第２増幅部９０の増幅率を第３増幅率「Ｇ３」として説明する。
【００３８】
分岐部２０から第２増幅部９０に至る光の経路は、旋光度と吸光度とを同時に測定することを目的として設計した光経路であり、いわゆるダブルビーム方式の思想に基づき設計した光経路である。
【００３９】
制御部１００は、濃度測定装置１の各部を統括的に制御する制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を有して構成される一種のコンピューターである。
【００４０】
制御部１００は、主要な機能部として、照射制御部１１０と、旋光度算出部１２０と、吸光度算出部１３０と、濃度算出部１４０とを有する。但し、これらの機能部は、一実施例として記載したものに過ぎず、必ずしもこれら全ての機能部を必須構成要素としなければならないわけではない。また、これら以外の機能部を必須構成要素として追加してもよい。
【００４１】
照射制御部１１０は、光源１０による被検体Ｓへの測定光の照射を制御する。具体的には、測定光の波長を指示する制御信号を光源１０に出力し、所望の波長の測定光を光源１０に生成・出射させる制御を行う。
【００４２】
旋光度算出部１２０は、後述する合算旋光度を算出するために、第１波長の第１測定光が被検体Ｓに照射された際に増幅部６０から出力される出力電圧（出力信号）を用いて、第１波長での被検体Ｓの旋光度を算出する。
【００４３】
吸光度算出部１３０は、後述するタンパク質吸光度を算出するために、第２波長の第２測定光が被検体Ｓに照射された際に増幅部６０及び第２増幅部９０から出力される出力電圧（出力信号）を用いて、第２波長での被検体Ｓの吸光度を算出する。
【００４４】
濃度算出部１４０は、旋光度算出部１２０により算出された旋光度と、吸光度算出部１３０により算出された吸光度とを用いて、グルコース濃度を算出する。濃度算出部１４０は、吸光度算出部１３０によって算出された吸光度を用いて、グルコースに係る旋光度を推定するタンパク質旋光度推定部１４１を機能部として有する。また、旋光度算出部１２０によって算出された旋光度と、タンパク質旋光度推定部１４１によって推定された旋光度とを用いて、グルコースに係る旋光度を推定するグルコース旋光度推定部１４２とを機能部として有する。
【００４５】
操作部２００は、ボタンスイッチ等を有して構成される入力装置であり、押下されたボタンの信号を制御部１００に出力する。この操作部２００の操作により、グルコース濃度の測定開始指示等の各種指示入力がなされる。
【００４６】
表示部３００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を有して構成され、制御部１００から入力される表示信号に基づく各種表示を行う表示装置である。表示部３００には、グルコース濃度の測定値等の情報が表示される。
【００４７】
音出力部４００は、制御部１００から入力される音出力信号に基づく各種音出力を行う音出力装置である。例えば、測定開始や測定終了、エラー発生等の報知音を出力する。
【００４８】
通信部５００は、制御部１００の制御に従って、装置内部で利用される情報を外部の情報処理装置との間で送受するための通信装置である。通信部５００の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレイドルと呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、近距離無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。
【００４９】
記憶部６００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置を有して構成される。記憶部６００は、濃度測定装置１のシステムプログラムや、旋光度算出機能、吸光度算出機能といった各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００５０】
記憶部６００には、制御部１００によって読み出され、濃度測定処理（図３参照）として実行される濃度測定プログラム６１０が記憶されている。濃度測定処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
【００５１】
また、記憶部６００には、選定波長データ６２０と、換算用データ６３０と、合算旋光度６４０と、タンパク質吸光度６５０と、グルコース濃度６６０とが記憶される。これらのデータについては後述する。
【００５２】
１−２．原理
１−２−１．グルコース濃度の測定手順
本実施形態の濃度測定装置１は、旋光性及び吸光性を有する第１成分及び第２成分を含有する被検体Ｓの第１成分の濃度を測定する。本実施形態では、第１成分をグルコース、第２成分をタンパク質とし、被検体Ｓに含有されているグルコース濃度を測定することとする。旋光性及び吸光性の何れか一方を単体で利用するのではなく、両性質を併用することで、グルコース濃度の高精度な測定を実現する。
【００５３】
まず、旋光性について、被検体Ｓを透過し易い波長域であって、グルコース及びタンパク質が一定のレベルの旋光度を示す第１波長を選定する。そして、この第１波長の第１測定光を光源１０から被検体Ｓに照射させる。この場合、旋光度算出部１２０によって、グルコースの旋光度とタンパク質の旋光度とを合算した値が、第１波長での被検体Ｓの旋光度として算出される。この旋光度算出部１２０によって算出される旋光度を「合算旋光度」と称する。つまり、第１波長は、合算旋光度を算出するために用いられる波長であると言えるため、第１波長のことを「合算旋光度算出波長」と称して説明する。本願発明者は種々の波長で実験を行い、４００ｎｍ〜９００ｎｍの波長域の中から合算旋光度算出波長を選定することが適切であると判断した。
【００５４】
次に、吸光性について、タンパク質に係る吸光度に比べてグルコースに係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第２波長を選定する。ここで言う第２波長とは、グルコース及びタンパク質の単位濃度換算での吸光度と、グルコース及びタンパク質の被検体Ｓ中の想定濃度とに基づいて、被検体の吸光度中のタンパク質分の吸光度に比べてグルコース分の吸光度が実質的に無視できる程度になる波長のことを意味する。つまり、第２波長は、被検体Ｓに対する吸光の現象においてタンパク質がグルコースと比して優位に表れる波長のことを意味する。そこで、本実施形態では、この第２波長のことを「タンパク質吸光優位波長」と称して説明する。
【００５５】
本願発明者が行った実験によれば、１４００ｎｍ〜１５００ｎｍといった波長域や、１６００ｎｍ〜１８００ｎｍといった波長域で、アルブミン及びグロブリンの吸光度の絶対値がタンパク質の吸光度の絶対値と比べて、相対的にかなり大きくなっていることがわかった。つまり、これらの波長域は、タンパク質に係る吸光度に比べてグルコースに係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長域であると考えることができる。
【００５６】
しかし、ここで問題となるのは、被検体Ｓには第３成分として水が含有されていることである。水の吸光は非常に大きく、それに加えて温度の影響を受けやすいという特性がある。従って、水の吸光はグルコース濃度の測定精度を低下させる大きな要因となるため、水の吸光を考慮してタンパク質吸光優位波長を選定しなければならない。
【００５７】
図２は、グルコース、タンパク質及び水の単位濃度換算での吸収係数（吸光係数）の波長依存性を示す図である。図２において、横軸は波長（単位はｎｍ）であり、縦軸は吸収係数（単位はｃｍ−1）である。縦軸の吸収係数は、単位濃度換算での吸収係数（濃度で規格化した吸収係数）を示している。グルコースの吸収係数を実線で、タンパク質の吸収係数を点線で、水の吸収係数を一点鎖線でそれぞれ示している。
【００５８】
この図を見ると、１４５０ｎｍの近傍の波長で水の吸収係数が極大値を示しており、その近傍の波長域では、水の吸収係数がグルコースやタンパク質の吸収係数と比較して大きくなっていることがわかる。そのため、この波長域の波長を用いることは適切とは言えない。そこで、他の波長域に着目して、タンパク質吸光優位波長を選定する。
【００５９】
注意が必要なのは、図２の吸光スペクトルは、単位濃度換算の吸光スペクトルを表していることである。被検体として生体を考えた場合、グルコースの血中濃度は健常者で８０〜１００［ｍｇ／ｄｌ］であるのに対し、タンパク質の一種であるアルブミンでは４〜５［ｇ／ｄｌ］程度であり、その濃度には５０倍程度の開きがある。そのため、この濃度差を考慮して、タンパク質吸光優位波長を選定する必要がある。
【００６０】
水の吸光のピークが１４６０ｎｍの近傍や２０００ｎｍの近傍に存在することを考慮し、本願発明者は、図２の吸光スペクトルから判断して、好適には１６００ｎｍ〜１８００ｎｍ、より好適には１７００ｎｍ〜１８００ｎｍの波長域の中からタンパク質吸光優位波長を選定することが適切であると判断した。
【００６１】
上記の波長域から選定したタンパク質吸光優位波長の測定光を被検体Ｓに照射し、その場合の透過光の光量と測定光の光量とを用いて吸光度を算出する。この場合に算出される吸光度は、被検体Ｓ中のタンパク質に係る吸光がグルコース及び水の吸光に比べて優位な吸光度である。従って、この吸光度をタンパク質吸光度とみなして、グルコース濃度の算出に利用する。具体的には、吸光度算出部によって算出された吸光度を用いて、被検体Ｓ中のタンパク質に係る旋光度（以下、「タンパク質旋光度」と称す。）を推定する。
【００６２】
タンパク質旋光度の推定は、吸光度算出部１３０によって算出された吸光度を濃度に換算し、濃度を旋光度に換算することで行うことができる。吸光度から濃度への換算は、例えば次式（１）で与えられるランベルト・ベールの法則に従って行うことができる。
【数１】
2014032145.tif 000003
但し、「Ａｂｓ」は吸光度算出部１３０によって算出された吸光度であり、「ε」はタンパク質のモル吸光係数である。また、「ｃ」はタンパク質の濃度であり、「ｌ」は被検体Ｓを測定光が透過する際の透過光路長である。
【００６３】
なお、光学装置を構成する光学素子の性能等に起因する誤差要因により、ランベルト・ベールの法則が厳密には成立しない場合が想定される。そこで、タンパク質に係る濃度と吸光度との関係を示す検量線を予め求めて、そのデータを記憶部６００に記憶させておき、この検量線データを用いて、吸光度から濃度への換算を行うこととしてもよい。
【００６４】
次いで、次式（２）に従って、タンパク質の濃度をタンパク質の旋光度に換算する。
【数２】
2014032145.tif 000004
但し、［α］tλは温度ｔ、波長λでのタンパク質の比旋光度であり、「α」はタンパク質の旋光度である。
【００６５】
上記のようにしてタンパク質旋光度を推定したならば、先に算出しておいた合算旋光度と、推定したタンパク質旋光度とを用いて、被検体Ｓ中のグルコースに係る旋光度（以下、「グルコース旋光度」と称す。）を推定する。合算旋光度は、グルコースの旋光度とタンパク質の旋光度とを合算した旋光度である。従って、合算旋光度からタンパク質旋光度を減算することで、グルコース旋光度を推定することができる。
【００６６】
最後に、推定したグルコース旋光度を濃度に換算することで、被検体Ｓ中のグルコース濃度を推定する。この場合の旋光度から濃度への換算は、式（２）をグルコースに係る式として適用することで実現することができる。
【００６７】
上記の吸光度から旋光度への換算、旋光度から濃度への換算を実現するために、被検体Ｓに含有されている成分のモル吸光係数や比旋光度といったパラメーターや、各成分の吸光に係る検量線といったデータを、換算用データ６３０として記憶部６００に予め記憶させておけばよい。
【００６８】
１−２−２．旋光度の算出方法
被検体Ｓを透過した透過光の光量を「Ｅa2」とし、直交分離部４０に対する直線偏光の入射角を「θ0」とし、被検体Ｓによる旋光度（旋光角）を「θ」とする。このとき、Ｐ偏光の電界成分及びＳ偏光の電界成分は、それぞれ「Ｅa×ｃｏｓ（θ＋θ0）」及び「Ｅa×ｓｉｎ（θ＋θ0）」で表される。従って、Ｐ偏光電圧及びＳ偏光電圧は、それぞれ「Ｅa2×ｃｏｓ2（θ＋θ0）」及び「Ｅa2×ｓｉｎ2（θ＋θ0）」で表される。
【００６９】
このとき、Ｐ偏光電圧からＳ偏光電圧を減算することで、次式（３）のように減算電圧「Ｖｓ」を求めることができる。また、Ｐ偏光電圧とＳ偏光電圧とを加算することで、次式（４）のように加算電圧「Ｖａ」を求めることができる。
【数３】
2014032145.tif 000005
【数４】
2014032145.tif 000006
【００７０】
増幅部６０は、式（３）及び（４）で表される減算電圧「Ｖｓ」及び加算電圧「Ｖａ」を演算し、その演算結果をそれぞれ増幅する。減算電圧「Ｖｓ」に対する増幅率が第１増幅率「Ｇ１」、加算電圧「Ｖａ」に対する増幅率が第２増幅率「Ｇ２」であるため、増幅部６０から出力される減算出力電圧「Ｖ１」及び加算出力電圧「Ｖ２」は、それぞれ次式（５）及び（６）のようになる。
【数５】
2014032145.tif 000007
【数６】
2014032145.tif 000008
【００７１】
式（５）及び（６）から、次式（７）を導出することができる。
【数７】
2014032145.tif 000009
【００７２】
従って、式（７）から、旋光度「θ」を次式（８）のように算出することができる。
【数８】
2014032145.tif 000010
但し、「Ｇ１／Ｇ２＝Ｃ１」と置き換えた。
【００７３】
１−２−３．吸光度の算出方法
第２受光部８０で受光された光の光量を「Ｅb2」とする。このとき、第２増幅部９０からの出力電圧「Ｖ３」は、次式（９）で与えられる。
【数９】
2014032145.tif 000011
【００７４】
この場合、吸光度「Ａｂｓ」は、加算出力電圧「Ｖ２」と出力電圧「Ｖ３」とを用いて、次式（１０）のように算出することができる。
【数１０】
2014032145.tif 000012
但し、「Ｇ３／Ｇ２＝Ｃ２」と置き換えた。
【００７５】
１−２−４．光学装置の校正
本実施形態では、旋光度及び吸光度が正しく算出されるように光学装置を校正する。
旋光度「θ」の算出には「Ｃ１」及び「θ0」の２つのパラメーター値が必要である。「Ｃ１」は、第１増幅率「Ｇ１」の設計値と第２増幅率「Ｇ２」の設計値とを用いて算出することが可能である。また、「θ0」は、機械的に所定の角度に設定しておく。しかしながら、ごく微小な角度で表される旋光度を算出するに当たっては、上記のパラメーター値が、旋光度の算出が正しく行われるかどうかを左右する。
【００７６】
増幅部６０の設計上の増幅率には、利用する素子などの精度等に起因する誤差が含まれ得る。その誤差によって旋光度の測定精度が低下することも考えられる。そこで、旋光度が既知である２種類以上の物質を測定対象として測定を行い、この場合に光学装置から出力される電圧値を用いて旋光度を算出する。そして、この旋光度の算出値と測定対象として用いた物質の旋光度の理論値からのずれに基づき、光学装置を校正する。「Ｃ１」及び「θ0」の２個であるため、２以上の方程式が立てられれば、２個の未知数が求まる。方程式の解は、例えば最小二乗法等の公知の数値計算を用いて算出することができる。
【００７７】
同様に、吸光度の算出に係るパラメーターの値を求める。具体的には、第２増幅率「Ｇ２」と第３増幅率「Ｇ３」との比「Ｃ２」、及び、光量「Ｅa2」と「Ｅb2」との比「Ｅa2／Ｅb2」の２つのパラメーターの値を求める。増幅部６０及び第２増幅部９０の増幅率（設計値）には、上記のように利用する素子などの精度等に起因する誤差が含まれ得る。また、測定光の照射系及び受光系を構成する光学素子の特性等に起因して、受光部５０及び第２受光部８０で受光される光の光量には揺らぎが生じ得る。これらの誤差要因は、吸光度算出の正確性を低下させる要因となる。
【００７８】
そこで、被検体Ｓを配置しない状態（試料無しの状態）、或いは、所定の標準試薬を配置した状態で測定を行い、この場合に光学装置から出力される電圧値を用いて吸光度を算出する。そして、この吸光度の算出値と標準試薬等の吸光度の理論値からのずれに基づき、光学装置を校正する。
【００７９】
１−３．処理の流れ
図３は、制御部１００が、記憶部６００に記憶されている濃度測定プログラム６１０に従って実行する濃度測定処理の流れを示すフローチャートである。
【００８０】
最初に、制御部１００は、初期校正処理を行う（ステップＡ１）。具体的には、上記のように、旋光度の算出に係るパラメーター及び吸光度の算出に係るパラメーターを求めることで光学装置を校正する。
【００８１】
次いで、制御部１００は、合算旋光度算出波長及びタンパク質吸光優位波長を選定し、選定波長データ６２０として記憶部６００に記憶させる（ステップＡ３）。これらの波長を選定する波長域については、前述の通りである。
【００８２】
次いで、照射制御部１１０は、合算旋光度算出波長の測定光の照射制御を行う（ステップＡ５）。具体的には、合算旋光度算出波長の測定光を生成・出射させるための制御信号を光源１０に出力し、合算旋光度算出波長の測定光を被検体Ｓに照射させるように制御する。
【００８３】
次いで、旋光度算出部１２０は、初期校正処理で校正したパラメーター値と、加算用増幅器６５及び減算用増幅器６７から出力される加算出力電圧及び減算出力電圧とを用いて式（８）に従って旋光度を算出し、合算旋光度６４０として記憶部６００に記憶させる（ステップＡ７）。
【００８４】
その後、照射制御部１１０は、タンパク質吸光優位波長の測定光の出射制御を行う（ステップＡ９）。具体的には、タンパク質吸光優位波長の測定光を生成・出射させるための制御信号を光源１０に出力し、タンパク質吸光優位波長の測定光を被検体Ｓに照射させるように制御する。
【００８５】
次いで、吸光度算出部１３０は、初期校正処理で校正したパラメーター値と、加算用増幅器６５から出力される加算出力電圧と、第２増幅部９０から出力される出力電圧とを用いて式（１０）に従って吸光度を算出し、タンパク質吸光度６５０として記憶部６００に記憶させる（ステップＡ１１）。
【００８６】
次いで、タンパク質旋光度推定部１４１は、記憶部６００に記憶されている換算用データ６３０を用いて、タンパク質吸光度６５０からタンパク質旋光度を推定する（ステップＡ１３）。そして、グルコース旋光度推定部１４２は、合算旋光度からタンパク質旋光度を減算することで、グルコース旋光度を推定する（ステップＡ１５）。
【００８７】
その後、濃度算出部１４０は、換算用データ６３０を用いて、グルコース旋光度を濃度に換算し、換算結果をグルコース濃度６６０として記憶部６００に記憶させる（ステップＡ１７）。そして、制御部１００は、算出したグルコース濃度６６０を測定結果として表示部３００に表示させる制御を行った後（ステップＡ１９）、濃度測定処理を終了する。
【００８８】
１−４．作用効果
濃度測定装置１において、合算旋光度算出波長（第１波長）の測定光（第１測定光）と、被検体Ｓ中のタンパク質に係る吸光度に比べてグルコースに係る吸光度が実質的に無視できる程度になるタンパク質吸光優位波長（第２波長）の測定光（第２測定光）とが、光源１０（照射部）によって被検体Ｓに照射される。被検体Ｓを透過した透過光は受光部５０で受光される。
【００８９】
旋光度算出部１２０は、第１測定光が照射された際の受光部５０からの出力信号を用いて、第１波長での被検体Ｓの旋光度を算出する。また、吸光度算出部１３０は、第２測定光が照射された際の受光部５０からの出力信号を用いて、第２波長での被検体Ｓの吸光度を算出する。そして、濃度算出部１４０は、旋光度算出部１２０により算出された旋光度と、吸光度算出部１３０により算出された吸光度とを用いて、グルコースの濃度を算出する。
【００９０】
第１波長での被検体Ｓの旋光度は、主としてグルコース及びタンパク質の旋光性を反映した値として算出される。それに対し、第２波長は、被検体Ｓ中のタンパク質に係る吸光度に比べてグルコースに係る吸光度及び水に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長であることから、タンパク質吸光優位波長での被検体Ｓの吸光度は、主としてタンパク質の吸光性を反映した値となる。旋光度と吸光度とは、濃度を介して相互に換算可能である。従い、第１波長での被検体Ｓの旋光度と第２波長での被検体Ｓの吸光度とを用いることで、グルコースの濃度を正しく算出することができる。
【００９１】
２．第２実施形態
図４は、第２実施形態における第２光学装置３Ｂの構成の一例を示す図である。第２光学装置３Ｂでは、ミラー７０と第２受光部８０との間に参照体Ｒが配置されている。この場合、第２受光部８０は、被検体に照射される光源からの照射光の一部を参照体を介して受光する参照光受光部として機能する。
【００９２】
本実施形態では、参照体を水とする。水を参照体として配置するのは、被検体中の水に係る吸光度をキャンセルしたタンパク質吸光優位波長での吸光度を算出するためである。参照体Ｒとして水を配置することで、水による吸光を受けた透過光が第２受光部８０で受光される。この場合、第２増幅部９０からの出力電圧「Ｖ３」を用いて式（１０）に従って吸光度を算出すると、被検体Ｓの吸光度から水の吸光度が差し引かれて、水に係る吸光度をキャンセルしたタンパク質吸光優位波長での吸光度が得られる。この測定法を「差動測定法」と称する。
【００９３】
但し、水は、温度変化によってその吸光度が変化する傾向がある。そのため、被検体Ｓと参照体Ｒとは、温度差をほぼゼロとみなせる環境に配することが必要となる。例えば、光源１０以外の第２光学装置３Ｂの構成要素を恒温室内に設置したり、温調セルホルダーを用いて被検体Ｓ及び参照体Ｒの温度を同一温度且つ一定に保つようにすると好適である。この構成によれば、水の吸光の影響を考慮する必要がなくなるため、第１実施形態で例示したタンパク質吸光優位波長（第２波長）とは異なる波長を吸光度の算出に利用することができる。
【００９４】
ここで、再び図２を参照する。本実施形態の差動測定法では、水の吸光の影響を考慮する必要がなくなるため、グルコースとタンパク質の吸光特性にのみ着目して波長の選定を行えばよいことになる。具体的には、被検体中のタンパク質に係る吸光度に比べてグルコースに係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長を選定してタンパク質吸光優位波長とすればよい。
【００９５】
例えば、１３００ｎｍ〜１４５０ｎｍの波長域では、タンパク質の吸光度がグルコースの吸光度と比べて高くなっている。また、１７００ｎｍ〜１９００ｎｍの波長域においても、タンパク質の吸光度がグルコースの吸光度と比べて高くなっている。そのため、例えば、これらの波長域の中からタンパク質吸光優位波長を選定して、吸光度を算出するとよい。
【００９６】
なお、グルコース濃度を算出するための原理や手順は、第１実施形態で説明した通りであり、参照体Ｓとして水を配置すること以外は異なるところがないため、再度の説明を省略する。
【００９７】
３．変形例
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明する。
【００９８】
３−１．適用形態
上記の実施形態で説明した濃度測定装置は、例えば、果物の糖分を測定する糖分測定装置や、人間の血糖値を測定する血糖値測定装置といった測定用機器に組み込んで利用することが可能である。
【００９９】
糖分測定装置に適用する場合は、例えば果物の果汁を被検体Ｓとして、上記の実施形態で説明した手順で果物の糖分を測定すればよい。また、血糖値測定装置に適用する場合は、人間の耳たぶや指先、指の表皮部等の透過性を有する部位を測定用部位とし、当該測定用部位に測定光を照射するようにすればよい。この場合は、生体が被検体となる。
【０１００】
３−２．被検体の含有成分
上記の実施形態では、第１成分をグルコースとし、第２成分をタンパク質として説明したが、これらは一実施例として記載したものに過ぎない。旋光性及び吸光性を有する成分であれば、任意の成分を第１成分及び第２成分として、上記の実施形態と同様の手順で第１成分の濃度を測定することが可能である。
【０１０１】
また、上記の実施形態では、被検体に含有されている第３成分として水を例に挙げて説明したが、これも一例に過ぎない。水以外の成分を第３成分とした場合であっても、上記の実施形態と同様の原理で、第１成分の濃度測定を行うことが可能である。
【０１０２】
３−３．第２波長の選定
本願発明者が測定した吸光スペクトルによれば、近赤外光の波長域の他に、可視光の波長域においてもタンパク質の吸光度がグルコースの吸光度と比べて大きくなる波長域が存在する。そこで、例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域といった波長域の中から第２波長を選定して吸光度を算出することとしてもよい。
【０１０３】
３−４．波長掃引によるスペクトル解析
上記の実施形態では、光源の波長が離散的な場合を想定し、予め選定した波長の測定光を光源１０に生成させて被検体Ｓに照射することとして説明した。しかし、光源が連続的に波長を変更できる場合には、波長掃引（波長スイープ）を行って旋光及び吸光の全てのスペクトルデータを記憶部６００に記憶し、その中から、必要な波長のデータを読み出して濃度算出に利用することが可能である。
【０１０４】
図５は、この場合において、上記の実施形態の制御部１００が、図３の濃度測定処理に代えて実行する第２濃度測定処理の流れを示すフローチャートである。なお、濃度測定処理と同一のステップについては同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０５】
制御部１００は、ステップＡ３の後、光源１０の波長掃引を開始する（ステップＢ５）。具体的には、所定の波長域（例えば４００ｎｍ〜２０００ｎｍ）で測定光の波長を連続的に変化させる。制御部１００は、波長掃引を行いながら旋光度及び吸光度のスペクトル解析を行う（ステップＢ７）。このスペクトル解析によって、旋光度及び吸光度のそれぞれについて連続的なスペクトル波形のデータが得られる。その後、制御部１００は、波長掃引を終了する（ステップＢ９）。
【０１０６】
次いで、制御部１００は、スペクトル解析で得られた旋光度スペクトルのデータから、ステップＡ３で選定した合算旋光度算出波長に対応する旋光度を読み出して合算旋光度とする（ステップＢ１１）。また、制御部１００は、スペクトル解析で得られた吸光度スペクトルのデータから、ステップＡ３で選定したタンパク質吸光優位波長に対応する吸光度を読み出してタンパク質吸光度とする（ステップＢ１３）。以降の処理は、濃度測定処理と同じである。
【０１０７】
３−５．濃度の算出方法
上記の実施形態では、合算旋光度算出波長（第１波長）及びタンパク質吸光優位波長（第２波長）として、それぞれ１つずつの波長を選定して、合算旋光度の算出及びタンパク質吸光度の算出を行った。そして、合算旋光度及びタンパク質吸光度それぞれ１つずつの値を用いてグルコース濃度の算出を行った。しかし、第１波長及び第２波長として複数の波長を選定して、グルコース濃度の算出に用いることとしてもよい。
【０１０８】
例えば、図２の単位濃度換算の吸光スペクトルのグラフにおいて、タンパク質の吸光係数に対するグルコースの割合が略同一となる複数の波長をタンパク質吸光優位波長として選定し、それぞれのタンパク質吸光優位波長を用いて算出したグルコース濃度を用いて、最終的なグルコース濃度の測定値を決定することとしてもよい。例えば、複数のタンパク質吸光優位波長を用いて算出したグルコース濃度の平均値を求めるなどの統計処理を行い、複数のグルコース濃度の算出値を用いて、より確からしいグルコース濃度の測定値を決定するようにしてもよい。
【０１０９】
３−６．旋光度及び吸光度の算出
上記の実施形態では、増幅部６０及び第２増幅部９０から出力される出力電圧の瞬時値を用いて旋光度及び吸光度を算出したが、これに代えて、所定時間分の出力電圧の平均値を用いて旋光度及び吸光度を算出することとしてもよい。また、出力電圧の瞬時値を用いて旋光度及び吸光度を算出するステップを繰り返して所定時間分又は所定数の旋光度及び吸光度を算出し、これらを平均処理して旋光度及び吸光度を算出することとしてもよい。
【０１１０】
３−７．偏光用光学素子
上記の実施形態では、偏光部３０が、例えばグラントムソンプリズムを有して構成されるものとして説明したが、これ以外の偏光用光学素子を有する構成としてもよいことは勿論である。例えば、同じグランタイプの偏光用光学素子であるグランテーラープリズムを有する構成としてもよい。
【０１１１】
また、上記の実施形態では、直交分離部４０が、例えばウォラストンプリズムを有して構成されるものとして説明したが、直交分離部４０を構成する偏光用光学素子も適宜変更可能である。例えば、グランレーザープリズムやローションプリズムといった直交分離機能を有する偏光用光学素子を有する構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１１２】
１  濃度測定装置、  ３Ａ  第１光学装置、  ３Ｂ  第２光学装置、  １０  光源、  ２０  分岐部、  ３０  偏光部、  ４０  直交分離部、  ５０  受光部、  ５０Ａ  Ｐ偏光受光部、  ５０Ｂ  Ｓ偏光受光部、  ６０  増幅部、  ６１  加算器、  ６３  減算器、  ６５  加算用増幅器、  ６７  減算用増幅器、  ７０  ミラー、  ８０  第２受光部、  ９０  第２増幅部、  １００  制御部、  ２００  操作部、  ３００  表示部、  ４００  音出力部、  ５００  通信部、  ６００  記憶部
【図１】
2014032145.tif 000013
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014032145.tif 000017