(57)【要約】  本発明は皮膚組織を光学的に測定するための干渉測定装置に関し、この干渉測定装置はビームスプリッタと、物体光路と、参照光路と、検出装置とを備えている。このビームスプリッタは、光源から放射された入射光を物体光と参照光とに分割するために設けられている。この物体光は、物体光路を介して皮膚へと導かれ、皮膚組織から後方散乱された物体光は物体光路へと戻る。参照光は、参照光路を介して参照体へと導かれ、参照体から参照光路へと戻る。この検出装置は、後方散乱された物体光と戻ってきた参照光とが重ね合わせられた干渉光を検出し、この干渉によって得られた強度変化を評価するために設けられている。皮膚に導かれる物体光の一部を後方散乱させるために、インプラントが皮膚に埋め込まれており、このインプラントは、物体光が入射する側の表面と、この表面とは反対側にある裏面とを備えており、周囲の皮膚物質とは異なる屈折率を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚組織を光学的に測定するための干渉測定装置であって、
該干渉測定装置は、ビームスプリッタ（１２）と、物体光路（１３）と、参照光路（１４）と、検出装置（１８）とを備えており、
前記ビームスプリッタ（１２）は、光源（１０）から放射された入射光（１１）を物体光（１３．１）と参照光（１４．１）とに分割するために使用され、
前記物体光（１３．１）は、前記物体光路（１３）を介して皮膚へと導かれ、皮膚組織から後方散乱された物体光（１３．１）は前記物体光路（１３）へと戻り、
前記参照光は、前記参照光路（１４）を介して参照体（１６）へと導かれ、該参照体（１６）から前記参照光路（１４）へと戻り、
前記検出装置（１８）は、前記後方散乱された物体光（１３．１）と戻ってきた前記参照光（１４．１）とが重ね合わせられた干渉光を検出し、干渉によって得られた強度変化を評価する
形式の干渉測定装置において、
前記皮膚に導かれる前記物体光（１３．１）の一部を後方散乱させるために、インプラント（２０）が皮膚に埋め込まれており、
該インプラント（２０）は、前記物体光（１３．１）が入射してくる側の表面と、該表面とは反対側にある裏面とを備えており、かつ周囲の皮膚物質とは異なる屈折率を有する、
ことを特徴とする干渉測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の干渉測定装置において、
皮膚における深部走査を行い、強度変化を生じさせるために走査装置が設けられており、
該走査装置は、前記参照光路内の前記参照光（１４．１）の光路長または前記光源（１０）の波長を所期のように変更するよう構成されているか、または前記検出装置（１８）においてスペクトル解析および評価が行われ、実空間への換算が行われるよう構成されている、
ことを特徴とする干渉測定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の干渉測定装置において、
前記インプラント（２０）には、該インプラント（２０）の表面と裏面との間に、組織液に対して多数の境界面が設けられており、
皮膚組織の特性を検出するために、前記物体光（１３．１）の前記インプラント（２０）の通過に関連させ、干渉信号の強度変化に基づいて、深さに応じた散乱光の減少および／または平均屈折率を考慮した平均光路長が求められるように評価が行われる、
ことを特徴とする干渉測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項記載の干渉測定装置において、
前記インプラント（２０）は、該インプラントの表面に起因する表面信号と、該インプラントの裏面に起因する裏面信号とが特に強調されるように成形されているか、構造化されているか、または被覆されている、
ことを特徴とする干渉測定装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項記載の干渉測定装置において、
前記参照光路（１４）内に、皮膚の通過区間に適合されている分散補償媒体（１９）が設けられている、
ことを特徴とする干渉測定装置。
【請求項６】
皮膚組織を光学的に測定するための干渉測定方法であって、
光源（１０）から放射された入射光（１１）が、参照体（１４）に導かれる参照光（１４．１）と、皮膚（１５）に導かれる物体光（１３．１）とに分割され、
前記参照体（１６）から後方散乱された前記参照光（１４．１）と、前記皮膚（１５）から後方散乱された前記物体光（１３．１）とが干渉し、該干渉により得られた強度変化が検出され、皮膚組織の特性を検出するために評価される、
干渉測定方法において、
前記皮膚（１５）にインプラント（２０）を埋め込み、
周囲の皮膚物質とは異なる屈折率を有する前記インプラント（２０）と組織液との少なくとも１つの境界面において後方散乱された光によって生じる強度変化を、皮膚組織の特性を検出するために評価する、
ことを特徴とする干渉測定方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、
前記皮膚組織の特性を検出するために、前記強度変化に基づいて、深さに応じた散乱光の減少、および／または平均屈折率を考慮した前記インプラント（２０）内部の平均光路長を検出し、
ただし幾何学的波長は既知である、
ことを特徴とする干渉測定方法。
【請求項８】
血糖濃度を検出するための、請求項１から５のいずれか一項記載の装置または請求項６または７記載の方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、皮膚組織を光学的に測定するための干渉測定装置に関し、この干渉測定装置は、ビームスプリッタと、物体光路と、参照光路と、検出装置とを備えている。このビームスプリッタは、光源から放射された入射光を物体光と参照光とに分割するために設けられている。この物体光は、物体光路を介して皮膚へと導かれ、皮膚組織から後方散乱された物体光は物体光路へと戻る。参照光は、参照光路を介して参照体へと導かれ、参照体から参照光路へと戻る。この検出装置は、後方散乱された物体光と戻ってきた参照光とが重ね合わせられた干渉性の光を検出し、この干渉によって得られた強度変化を評価するために設けられている。
【０００２】
このような干渉測定装置は、R.Kuranov, D. Prough, V. Sapozhnikova, I. Cicenaite, R. Esenaliev, "In vivo application of 2-D Lateral scanning mode Optical Coherence Tomography for glucose sensing", in Proc. SPIE, 6007, 60070K-1 60070K-6 (2005) に記載されている。この公知の測定装置ないし測定方法では、血糖濃度が、光干渉断層計（OCT）によって求められる。すなわちこの血糖濃度は、皮膚の組織液中の糖濃度が、この干渉測定装置により屈折率の変化に基づいて光学的に検出されることによって求められる。このときこの屈折率の変化は、この干渉測定装置に向かって後方に散乱された光の深さ分解測定により、間接的に測定される。この測定は、散乱の程度が組織液の屈折率により決定的な影響を受けるという認識を基礎としている。すなわち散乱強度は、皮膚（例えば皮膚細胞）における組織液と散乱体との間の光学的屈折率の跳躍的変化に依存している。この公知の方法の欠点は、多数の測定を平均化し、その後データ処理を行うことによって充分な精度を得るために、所要測定時間が数分のオーダにも及ぶことである。この原因は、一方では皮膚の光学的な状況にある。他方では、生体の測定条件が測定結果に影響を及ぼすことにある。
【０００３】
本発明の課題は、皮膚組織、とりわけ組織液の特性を検出するために、できるだけ高速で、しかも信頼性のある測定装置ないしは測定方法を提供することである。
【０００４】
発明の開示
本発明の利点
この課題は、請求項１の特徴部分に記載されている構成によって解決される。ここでは、皮膚に導かれる物体光の一部を後方散乱させるために、インプラントまたは埋込体が皮膚に埋め込まれており、このインプラントは、物体光が入射する側の表面と、この表面とは反対側にある裏面とを備えており、周囲の皮膚物質とは異なる屈折率を有する。
【０００５】
このインプラントによって、皮膚物質、とりわけ組織液とインプラントとの間にある所定の境界の光学的測定が実現される。これによって比較的精確で信頼性のある測定結果が得られる。
【０００６】
測定装置ないし測定方法のプロセスの種々異なる択一的実施形態では、皮膚における深部走査を行うため、また強度変化を生じさせるために、走査装置が設けられている。この走査装置は、参照光路にある参照光の光路長または光源の波長を所期のように変更するよう構成されているか、または検出装置においてスペクトル解析および評価が行われ、実空間への換算が行われるよう構成されている。
【０００７】
測定の精確性および信頼性のために有利には、インプラントには、このインプラントの表面と裏面との間に、組織液に対する多数の境界面が設けられている。さらに物体光のインプラントの通過に関連させて、干渉信号の強度変化に基づいて、深さに応じた散乱光の減少、および／または平均屈折率を考慮した平均光路長が皮膚組織の特性を検出するために求められるよう評価が行われる。
【０００８】
インプラントの表面に起因する表面信号とインプラントの裏面に起因する裏面信号とが特に強調されるようにインプラントを成形、構造化、被覆することによって、測定条件は最適となる。
【０００９】
皮膚層による分散の結果生じる障害を可能な限り抑制するための別の有利な手段として、参照光路には、皮膚の通過区間に適合されている分散補償媒体が設けられている。
【００１０】
本方法においては、評価の際に有利には、強度変化に基づいて、深さに応じた散乱光の減少、および／または平均屈折率を考慮したインプラント内部の平均光路長が、皮膚組織の特性を検出するために求められる。ここでは幾何学的な波長は既知である。
【００１１】
本発明の装置および方法の有利な使用では、組織液中の糖濃度と血液中の糖濃度との既知の関係を利用して、血糖濃度が検出される。
【００１２】
図の簡単な説明
本発明を、実施例に基づいて図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１３】
本発明の実施例
図面は、干渉計部分を備える干渉測定装置の概略図を示す。この干渉計部分は、測定すべき皮膚部分へと導かれる物体光路１３と、参照体１６を備える参照光路１４とを有する。入射光１１は光源１０からビームスプリッタ１２に導かれ、このビームスプリッタによって、物体光路１３を介して導かれた物体光１３．１と、参照光路１４を介して導かれた参照光１４．１とに分割される。皮膚１５から後方散乱された物体光と、参照体から後方散乱された参照光とは重ね合わせられ、干渉が生じる。このために、参照光路１４の光路長と物体光路１３の光路長は相応に適合されている。干渉光は、検出装置１８の撮像部によって撮像され、後続の評価装置において、干渉により生じた強度変化が評価される。皮膚層での分散を補償するために、参照光路１４内に、分散補償媒体１９が設けられている。
【００１４】
干渉測定装置は、光学的情報、とりわけ皮膚組織の所定の深さにおいて後方散乱された強度を、深さ分解して検出するために使用される。干渉計の構造に応じて、光源１０は、所定のコヒーレンス長と結びついたいわゆる白色光源であるか、狭帯域の調節可能な（レーザー）光源である。
【００１５】
物体光路１３内の光は、この物体光路にある物質と相互作用し、ここではとりわけ１つまたは複数の所定の境界面を形成するためにインプラントが皮膚に埋め込まれている。物質の境界面に接する皮膚物質、とりわけ組織液と、インプラント材料との屈折率の差に依存して、光の一部がビームスプリッタの方向に反射される。
【００１６】
参照光路１４内の光は、例えば平坦なミラーなど、反射性の参照体１６に突き当たり、この参照体１６から参照光路に反射される。物体光路１３に戻ってくる光の量に応じて、参照光路１４内の反射の程度を、別の措置によって適当に調整することも有利であろう。測定すべき皮膚部分を深部走査するために、例えば参照光路１４にある参照体１６を、ビームスプリッタの方向に移動させることもできる。
【００１７】
干渉測定装置の構造ないし干渉測定方法に応じて、参照光路１４にある参照体１６を移動させるか、または光源１０の波長を所期のように変更することによって深部走査が行われる。別の択一的実施形態では、検出装置１８は検出した光をスペクトル解析するために構成されており、このスペクトルに分解された光に基づいて評価が行われ、公知の方法によって実空間に換算される。
【００１８】
物体光路１３および参照光路１４から戻ってきて重ね合わされた干渉光１７は、検出装置１８において、瞬時の光強度に比例した信号を、強度変化に応じて形成する。干渉性の強度変化は、上述した走査メカニズムによって深さに応じて生じる。所定の走査位置における強度変化のレベルは、所定の深度において物体光路に後方散乱された光の量についての情報を示す。
【００１９】
インプラント２０は、非侵襲性の光学的測定を行うために皮膚に埋め込まれる。ここでは生体に適合したインプラントが使用される。インプラント２０の屈折率が既知で固定されている場合、インプラント２０と組織液とのそれぞれの境界面において後方散乱される光の量が、この２つの媒体の屈折率の差によって検出される。該当する皮膚物質の屈折率を決定付ける皮膚物質の特性が既知であるならば、それに応じてこの検出された屈折率の差によって皮膚物質の特性を推測することができる。このようにして例えば、血糖濃度に依存している組織液の屈折率変化を検出することができる。測定光が、インプラント物質と周囲の皮膚物質、とりわけ組織液との間の多数の境界面を通過すると、これに応じて、深さに応じた散乱光の減少を測定することができる。多数の境界面を設けるために、有利には、インプラント２０に多数の溝または空所を設けてマイクロ構造にするか、ないしは多孔質物質が使用される。このようなインプラント２０において観察される、深さに応じた散乱光の減少は、屈折率変化の測定、およびこれによって例えば血糖値の検出に使用することができる。
【００２０】
インプラント２０がマイクロ構造または多孔質である場合、屈折率の変化を測定するための別の方法もある。インプラント媒体における光路長と、皮膚物質、とりわけ組織液における光路長とを平均することによって得られる平均的な光の屈折率で、光はインプラント２０を通過する。光学的な深部走査においては、測定信号からインプラント媒体の表面および裏面が明らかになると、この平均光路長が検出される。この表面の点と裏面の点のとの測定における差によって、インプラント２０の光路長が得られる。このインプラント２０を、表面の信号と裏面の信号とが測定信号の中で特に強調されるように成形し、構造化し、被覆することができる。ここでは例えば、光学的屈折率が特に高い材料で被覆することもできる。
【００２１】
他方、幾何学的距離は光路長とは異なり一定であるから、測定された光路長の変化は、インプラント２０の内部にある皮膚物質ないし組織液の屈折率変化に起因するものとすることができる。ここでもこの屈折率変化は、血糖濃度などといった検出すべき特性に比例している。したがって、深さに応じた散乱光の変化に関する前述の方法に択一的に、または付加的に、別の情報、精確性の改善、または測定結果の制御をもたらす第2の物理測定量が同じ測定で使用される。
【００２２】
インプラント２０により、光学的測定のために、所定の固定の特性量が予め設定されるので、測定結果の測定精度および信頼性、ならびに測定速度が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、干渉計部分を備える干渉測定装置の概略図を示す。
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【国際調査報告】
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