(57)【要約】      （修正有）【課題】  生体表面からみて同じ位置で、かつ異なる深さの生体組織における生体情報を測定する。【解決手段】  生体組織と当接するための凹部を備える光学素子を用いて、凹部の第１の位置から凹部に当接した生体組織に第１の光を照射する工程Ａと、凹部の第２の位置から凹部に当接した生体組織に第２の光を照射する工程Ｂと、生体組織から光学素子に帰還した第１の光を測定する工程Ｃと、生体組織から光学素子に帰還した第２の光を測定する工程Ｄと、工程Ｃ及び工程Ｄにおいて得られた測定結果に基づいて生体組織の生体情報を求める工程Ｅとを含み、凹部において第２の位置は第１の位置よりも深い場所に位置し、凹部の第１の位置及び第２の位置は光学素子を生体組織に当接する側からみて第１の光の光軸と第２の光の光軸とが重なるように設定されている生体情報測定方法。【選択図】  図１
2006296660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織と当接するための凹部を備え、光源から入射した光を前記生体組織に照射するための光学素子を用いる、生体情報測定方法であって、
前記凹部の第１の位置から、前記凹部に当接した前記生体組織に第１の光を照射する工程Ａと、
前記凹部の第２の位置から、前記凹部に当接した前記生体組織に第２の光を照射する工程Ｂと、
前記生体組織から前記光学素子に帰還した前記第１の光を測定する工程Ｃと、
前記生体組織から前記光学素子に帰還した前記第２の光を測定する工程Ｄと、
前記工程Ｃおよび工程Ｄにおいて得られた測定結果に基づいて、前記生体組織の生体情報を求める工程Ｅとを含み、
前記凹部において、前記第２の位置は前記第１の位置よりも深い場所に位置し、
前記凹部の第１の位置および第２の位置は、前記光学素子を前記生体組織に当接する側からみて、前記第１の光の光軸と前記第２の光の光軸とが重なるように設定されている生体情報測定方法。
【請求項２】
前記工程Ｃにおいて得られた測定結果を用いて、前記工程Ｄにおいて得られた測定結果を補正する工程Ｆをさらに含む、請求項１記載の生体情報測定方法。
【請求項３】
前記第１の光が前記生体組織の表皮および真皮中を伝播するように、前記第１の位置が設定されている、請求項１記載の生体情報測定方法。
【請求項４】
生体組織と当接するための凹部と、
光源から入射した光を、前記凹部から前記生体組織に向けて出射する第１の光出射部および第２の光出射部と、
前記第１の光出射部から出射し前記生体組織によって散乱および／または吸収された第１の光が前記生体組織から前記凹部に入射する位置に設けられた第１の光入射部と、
前記第２の光出射部から出射し前記生体組織によって散乱および／または吸収された第２の光が前記生体組織から前記凹部に入射する位置に設けられた第２の光入射部とを備え、
前記凹部において、前記第２の光出射部は前記第１の光出射部よりも深い場所に位置し、かつ前記第２の光入射部は前記第１の光入射部よりも深い場所に位置し、
前記凹部において、前記第１の光出射部、前記第２の光出射部、前記第１の光入射部および第２の光入射部は、前記光学素子を前記生体組織に当接する側から見て、前記第１の光の光軸と前記第２の光の光軸とが重なるように配置されている生体情報測定用光学素子。
【請求項５】
前記第１の光出射部および前記第２の光出射部が互いに異なる光出射面に配置されており、
前記第１の光入射部および第２の光入射部が互いに異なる光入射面に配置されている、請求項４記載の生体情報測定用光学素子。
【請求項６】
前記第１の光出射部および前記第２の光出射部が１つの光出射面に配置されており、
前記第１の光入射部および第２の光入射部が１つの光入射面に配置されている、請求項４または５記載の生体情報測定用光学素子。
【請求項７】
前記光出射面において、前記第１の光出射部と前記第２の光出射部との間に第１の光透過制御部が設けられ、
前記第１の光入射部と前記第２の光入射部との間に第２の光透過制御部が設けられている請求項６記載の生体情報測定用光学素子。
【請求項８】
光源と、請求項４〜７のいずれかに記載の生体情報測定用光学素子と、前記生体情報測定用光学素子から出射された光を検出する光検出器と、前記光検出器によって得られた情報を演算することにより生体情報を算出する演算器とを備える生体情報測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織を光学的に測定することによって体液中のグルコース、コレステロール、尿素およびトリグリセリドなどを非侵襲的に測定する、体液成分の光学的測定装置および測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体表面と当接する凹部を備えた光学素子を用いて、生体情報を測定する方法が提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１に開示された生体情報測定装置は、図６に示すように、光源１１と、表面に複数の凹部６２１、６２２、６２３、６２４、６２５と凸部６３１、６３２、６３３、６３４、６３５、６３６を有する生体情報検出用接触子と、光検出器１８と、信号処理部６４と、表示装置６５とを備えている。
【０００３】
この生体情報測定装置を使用する場合、生体情報検出用接触子の表面を生体組織６６に接触させ、上記凸部６３１、６３２、６３３、６３４、６３５、６３６が生体組織６６に押し込まれた状態で、光源１１からの光を、生体情報検出用接触子から上記凹部６２１、６２２、６２３、６２４、６２５と接触している生体組織６６に入射させる。生体組織６６内を光が伝播した後、生体情報検出用接触子に入射し、生体情報検出用接触子から出射した光を光検出器１８にて検出する。凹部６２１、６２２、６２３、６２４、６２５の深さを調節することで、測定対象となる生体組織６６の深さを制御することができ、特定層の光学特性が決定される。
【特許文献１】国際公開第０１／５８３５５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の光学測定方法および光学測定装置は、以下のような問題点を有していた。すなわち、上記従来の方法では、複数の凹部６２１、６２２、６２３、６２４、６２５および凸部６３１、６３２、６３３、６３４、６３５、６３６のうち、例えば、ある凹部６２２を他の位置にある凹部６２３よりも深く形成することにより、異なる深さの情報を測定していた。しかし、互いに異なる位置に設けられた凹部６２２、６２３を用いる必要があるため、生体組織を測定する位置が、生体表面からみて異なるという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、生体表面からみて同じ位置で、かつ異なる深さの生体組織における生体情報を測定することができる生体情報測定方法、生体情報測定用光学素子および生体情報測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記のような課題を解決すべく、本発明は、
生体組織と当接するための凹部を備え、光源から入射した光を前記生体組織に照射するための光学素子を用いる、生体情報測定方法であって、
前記凹部の第１の位置から、前記凹部に当接した前記生体組織に第１の光を照射する工程Ａと、
前記凹部の第２の位置から、前記凹部に当接した前記生体組織に第２の光を照射する工程Ｂと、
前記生体組織から前記光学素子に帰還した前記第１の光を測定する工程Ｃと、
前記生体組織から前記光学素子に帰還した前記第２の光を測定する工程Ｄと、
前記工程Ｃおよび工程Ｄにおいて得られた測定結果に基づいて、前記生体組織の生体情報を求める工程Ｅとを含み、
前記凹部において、前記第２の位置は前記第１の位置よりも深い場所に位置し、
前記凹部の第１の位置および第２の位置は、前記光学素子を前記生体組織に当接する側からみて、前記第１の光の光軸と前記第２の光の光軸とが重なるように設定されている生体情報測定方法を提供する。
【０００７】
また、本発明は、
生体組織と当接するための凹部と、
光源から入射した光を、前記凹部から前記生体組織に向けて出射する第１の光出射部および第２の光出射部と、
前記第１の光出射部から出射し前記生体組織によって散乱および／または吸収された第１の光が前記生体組織から前記凹部に入射する位置に設けられた第１の光入射部と、
前記第２の光出射部から出射し前記生体組織によって散乱および／または吸収された第２の光が前記生体組織から前記凹部に入射する位置に設けられた第２の光入射部とを備え、
前記凹部において、前記第２の光出射部は前記第１の光出射部よりも深い場所に位置し、かつ前記第２の光入射部は前記第１の光入射部よりも深い場所に位置し、
前記凹部において、前記第１の光出射部、前記第２の光出射部、前記第１の光入射部および第２の光入射部は、前記光学素子を前記生体組織に当接する側から見て、前記第１の光の光軸と前記第２の光の光軸とが重なるように配置されている生体情報測定用光学素子を提供する。
【０００８】
さらに本発明は、光源と、上記生体情報測定用光学素子と、前記生体情報測定用光学素子から出射された光を検出する光検出器と、前記光検出器によって得られた情報を演算することにより生体情報を算出する演算器とを備える生体情報測定装置をも提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、生体表面からみて同じ位置で、かつ異なる深さの生体組織における生体情報を測定することができる生体情報測定方法、生体情報測定用光学素子および生体情報測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の生体情報測定方法は、生体組織と当接するための凹部を備え、光源から入射した光を前記生体組織に照射するための光学素子を用いるものであり、
前記凹部の第１の位置から、前記凹部に当接した前記生体組織に第１の光を照射する工程Ａと、前記凹部の第２の位置から、前記凹部に当接した前記生体組織に第２の光を照射する工程Ｂと、前記生体組織から前記光学素子に帰還した前記第１の光を測定する工程Ｃと、前記生体組織から前記光学素子に帰還した前記第２の光を測定する工程Ｄと、前記工程Ｃおよび工程Ｄにおいて得られた測定結果に基づいて、前記生体組織の生体情報を求める工程Ｅとを含み、前記凹部において、前記第２の位置は前記第１の位置よりも深い場所に位置し、前記凹部の第１の位置および第２の位置は、前記光学素子を前記生体組織に当接する側からみて、前記第１の光の光軸と前記第２の光の光軸とが重なるように設定されている。
このような構成によれば、生体表面からみて同じ位置で、かつ異なる深さの生体組織における生体情報を測定することができる。
【００１１】
ここで、本発明の生体情報測定方法は、前記工程Ｃにおいて得られた測定結果を用いて、前記工程Ｄにおいて得られた測定結果を補正する工程Ｆをさらに含むことが好ましい。
このような構成によれば、生体表面からみて同じ位置で測定された結果を用いて補正することができるので、より高精度な補正が可能である。
【００１２】
さらに、前記第２の光が前記生体組織の表皮層および真皮層中を伝播するように、前記第２の位置が設定されていることが好ましい。
このような構成によれば、表皮層の影響を補正して真皮層中の生体情報を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の生体情報測定用光学素子は、生体組織と当接するための凹部と、光源から入射した光を、前記凹部から前記生体組織に向けて出射する第１の光出射部および第２の光出射部と、前記第１の光出射部から出射し前記生体組織によって散乱および／または吸収された第１の光が前記生体組織から前記凹部に入射する位置に設けられた第１の光入射部と、前記第２の光出射部から出射し前記生体組織によって散乱および／または吸収された第２の光が前記生体組織から前記凹部に入射する位置に設けられた第２の光入射部とを備え、前記凹部において、前記第２の光出射部は前記第１の光出射部よりも深い場所に位置し、かつ前記第２の光入射部は前記第１の光入射部よりも深い場所に位置し、前記凹部において、前記第１の光出射部、前記第２の光出射部、前記第１の光入射部および第２の光入射部は、前記光学素子を前記生体組織に当接する側から見て、前記第１の光の光軸と前記第２の光の光軸とが重なるように配置されている。
このような構成によれば、生体表面からみて同じ位置で、かつ異なる深さの生体組織における生体情報を測定することができる。
【００１４】
ここで、前記第１の光出射部および前記第２の光出射部が互いに異なる光出射面に配置されており、前記第１の光入射部および第２の光入射部が互いに異なる光入射面に配置されていてもよい。
また、前記第１の光出射部および前記第２の光出射部が同一の光出射面に配置されており、前記第１の光入射部および第２の光入射部が同一の光入射面に配置されていてもよい。この場合、前記光出射面において、前記第１の光出射部と前記第２の光出射部との間に第１の光透過制御部が設けられ、前記第１の光入射部と前記第２の光入射部との間に第２の光透過制御部が設けられていてもよい。
【００１５】
また、本発明の生体情報測定装置は、光源と、上記生体情報測定用光学素子と、前記生体情報測定用光学素子から出射された光を検出する光検出器と、前記光検出器によって得られた情報を演算することにより生体情報を算出する演算器とを備える。
【００１６】
以下において、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明に係る生体情報測定装置の概略図である。図１に示すように、本発明の実施の形態に係る生体情報測定装置１００は、光源１１、生体情報測定用光学素子１２、光分割器１６、分光器１７、光検出器１８、演算器１９とから構成されている。この分光器１７としては、例えばグレーティングを用いた分光装置やフーリェ変換分光装置などが挙げられる。
【００１７】
生体情報測定用光学素子１２は、本発明の凹部に相当する溝部１３が配置され、溝部１３に測定対象の皮膚を接触させて測定する。溝部１３には、図１に示すように、光源１１からの光が生体情報測定用光学素子１２に入射し、生体組織に向けて出射する面である溝部における２つの光出射面１４と、生体組織からの光が生体情報測定用光学素子１２に帰還する面である溝部における２つの光入射面１５が存在する。２つの光出射面１４は溝部１３の互いに深さの異なる位置に配置され、２つの光入射面１５は溝部１３の互いに深さの異なる位置に配置されている。
【００１８】
ここで、２つの光出射面１４のうち、溝部１３のより深い場所に位置している光出射面１４が第２の光出射部に相当し、より浅い場所に位置している光出射面１４が第１の光出射部に相当する。また、２つの光入射面１５のうち、溝部１３のより深い場所に位置している光入射面１５が第２の光入射部に相当し、より浅い場所に位置している光入射面１５が第１の光入射部に相当する。光出射面１４および光入射面１５は、溝部１３の長手方向と垂直な方向の断面において、互いに左右対称の位置に配置されている。
【００１９】
図１に示すように、溝部１３における光出射面１４、溝部１３における光入射面１５の角度を変化させることによって、光の屈折角度を変化させ、生体組織の異なる深さの情報を測定する。生体情報測定用光学素子１２の上面側の溝部における光出射面１４を通る光を用いて生体組織のより深い情報を測定し、生体情報測定用光学素子１２の下面側の溝部における光出射面１４を通る光を用いて生体組織のより浅い情報を測定する。
【００２０】
本発明に係る生体情報測定装置は、表皮、真皮およびその近傍の生体組織のみを測定することにより、体液成分の情報を測定することを特徴とする。ここで、体液成分の情報とは、体液成分の濃度、濃度の時間的変化など、各種診断・治療に有用な情報を意味する。
表皮の厚さは、一般的に、約２００μｍと言われている。また、一般的な表皮は図２に示すように４層構造となっている。
【００２１】
ここで、図２は、表皮と真皮の構造を説明するための概略断面図である。最外層から、順に角質層２１、顆粒層２２、有棘層２３、基底層２４、基底膜２９および真皮２００と呼ばれ、各層を構成している個々の細胞は、それぞれ角質細胞２５、顆粒細胞２６、有棘細胞２７および基底細胞２８と呼ばれる。
角質層２１は、通常、数層から十数層の角質細胞２５から形成されている。角質細胞２５は、いわゆる「死んだ細胞」であり、代謝など生命活動は行われていない。また、構成成分は、主に脂質とタンパク質である。このため、角質層２１は、体液成分を光学的に測定する際の妨害成分として影響する。
【００２２】
顆粒層２２は、生細胞と角質層を形成する死細胞を分ける境界に存在し、おもに、より深い層の水分の体外流出を防ぐ「防水バリア」として機能している。
有棘層２３は、有棘層２３より下層にある基底層２４から分化した細胞で、表皮の大部分を占める層である。有棘層２３は、均一な組織であり、糖代謝、脂質代謝など、通常の細胞と同様に生命活動が営まれている。
基底層２４は、真皮との境界に存在し、表皮の幹細胞として、表皮細胞を細胞分裂により産出している。
【００２３】
これら表皮を形成する細胞は、角質細胞２５を除いて生細胞であるため、細胞として生存するためには、栄養分が補給されていなければならない。そして、これらの細胞は、真皮２００の乳頭２１０に存在する毛細血管２２０により栄養される。また、表皮中のグルコース濃度は、血糖値の変化に対して正比例で変化することが知られている（例えば、山村、他４名編、「現代皮膚科学大系３Ｂ  皮膚の構造と機能II」、中山書店、１９８２年）。また、真皮２００も血管が非常に富み、真皮中に存在するグルコース濃度は、血糖値の変化に追従することが知られている。
【００２４】
つぎに、本発明に係る生体情報測定装置１００の動作を、図１を用いて説明する。
図１に示すように、光源１１から出射されて生体情報測定用光学素子１２に入射した光は、溝部１３に到達した後、溝部における光出射面１４より生体組織に向け出射する。出射した光は、生体組織を通過する。このとき光は、生体組織によって吸収・散乱される。溝部１３を図１のような形状にすることによって生体組織中の異なる深さの情報を測定する。その後、溝部における光入射面１５から再び生体情報測定用光学素子１２中に入射する。その後、光は生体情報測定用光学素子１２より出射され、光分割器１６によって、それぞれの深さを透過した光を別々に測定するために分割され分光器１７によって分光される。最終的に光検出器１８に入射する。
【００２５】
光検出器１８は光を検出し、その光の強度から、吸光度を算出する。このとき、表皮の吸光度と組織の表皮より深い部分の吸光度を光分割器１６によって、光を分割することによって別々に算出することができる。
演算器１９は、吸光度とグルコース濃度との相関を表す換算テーブルを参照して、得られた吸光度から体液中のグルコース濃度を算出する。
【００２６】
つぎに、測定部位として内側前腕部の生体組織を測定する場合を例にとり、図３を参照しながら測定時の様子を説明する。なお、ここでは測定部位を前腕部とするが、測定部位は前腕部に限られるものではなく、例えば、耳垂、口唇粘膜、指および上腕部など、特に限定されない。
【００２７】
図３は、実際に皮膚が接触しているときの溝部１３と表皮３１の位置関係の様子を示している。図３に示すように、溝部１３の表面に生体組織が密着する。このとき、生体組織は、図３に示すような形状を取る。この状態で光を溝部１３を通じて入射させると、生体組織と溝部１３の界面で屈折し、第２の光３２は、表皮３１に入射する。このとき、真皮２００は図３に示すように変形しているため、真皮２００を第１の光３３が透過する。
【００２８】
このように溝部１３と生体組織で図３のように屈折させるために、溝部１３が設けられている生体情報測定用光学素子１２の屈折率は、生体組織よりも高いほうが好ましい。また、生体組織は散乱体であり、波長によって屈折率の分散があるため、屈折角が分散し、測定に影響を与える可能性がある。しかし、生体組織は、前方散乱が強く、光路長が短いため、これらの影響は、本発明においては無視できる。
【００２９】
表皮のみを測定するためには、図３に示すように、溝の隙間に表皮３１が入り込み、かつ、一般的な表皮の厚さがほぼ２００マイクロメートルであることから、第１の光３３が通過する溝部１３の深さの最大値を少なくとも２００μｍ以下に設定すればよい。
第１の光が通過する溝部１３の深さの最大値は基本的に表皮３１の厚みにより影響を受ける。したがって、例えば、ある部位で表皮が２００μｍより薄いのであれば、溝の深さの最大値は２００μｍより薄くすればよい。また、表皮の厚さが２００μｍより厚い場合も、同様に溝の深さの最大値を２００μｍより厚くすればよい。そして、個人差が大きい位置では、表皮の厚さに応じて溝の深さの最大値を決定するとよい。
【００３０】
さらには、それぞれ異なる深さを測定するためには、それぞれの深さに対応して光路長が異なっていることが好ましい。
さらには、第１の光３３の光路長の方が第２の光３２の光路長より長いほうが好ましい。第１の光３３によって得られる情報の方が第２の光３２の光によって得られる情報の方より、真皮２００の情報をより多く含まれるためである。
【００３１】
最適な光路長は、測定に用いる光の波長によって異なるが、例えば、近赤外領域を用いる場合は、光路長を１〜２ｍｍに設定することが好ましい。また、中赤外領域を用いる場合は、１００μｍ以下に設定することが好ましい。
ここで、近赤外領域とは波長８００−２５００ｎｍの領域を指し、中赤外領域とは波長２５００−２５０００ｎｍの領域を指す。以下、本実施の形態では、中赤外領域を用いた場合を説明する。
【００３２】
また、本発明の一改変例として図４に示したような生体情報測定用光学素子１２が挙げられる。溝部１３を凸形状に設定し、第２の光３２、第１の光３３を図４のとおり生体組織を通過させる。
この場合でも、第１の光３３の光路長を第２の光３２の光路長より長く設定することが好ましい。
【００３３】
また、本発明の一改変例として、図５に示したような生体情報測定用光学素子１２も挙げられる。図５のように、光透過制御部５１を、第２の光３２、第１の光３３を分けるように設けてもよい。光透過制御部５１は、当該分野で公知のものを特に限定なしに利用することができる。
例えば、光吸収体によって、光を吸収しても良いし、光反射体によって光を反射させてもよい。また、光吸収体を適切な厚さの単層膜で形成、もしくは、多層膜で形成すると、膜内で光を多重干渉し、効率よく不要な光を吸収できるため好ましい。
【００３４】
また、このときの光吸収体、および、膜の材料としては、特に限定なしに用いることができ、例えば、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、アモルファスＳｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ、ＷＳｉ2、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴｉＷ、Ｃｏ、ＳｉＧｅ、ＴｉＳｉ2、ＣｒＳｉ2、ＭｏＳｉ2、ＦｅＳｉ2、ＮｉＳｉ2、ＣｒＮ、ＭｏＮ2、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2などが挙げられる。
光吸収体としては、生体情報測定用光学素子１００の溝部１３にホウ素、リンなどを例えばイオン注入法などを用いてドープすることで形成し、不純物による吸収を持たせても良い。
【００３５】
つぎに、演算器１９を用いた補正方法を、式（１）〜（５）を用いて説明する。
【００３６】
【数１】
2006296660.tif 000003
【００３７】
本発明の測定方法において、表皮層は測定の妨害成分となる。図３に示すように、第１の光および第２の光が伝播する表皮層の厚さはほぼ等しくなる。
したがって、図３のように、より浅い組織を伝播する第２の光が表皮層および真皮層を伝播するような状態で測定する場合は、第１の光を用いた測定および第２の光を用いた測定への表皮層の影響は、ベールの法則より等しくなる。
【００３８】
吸光度は、式（１）で表されるランベルト−ベールの法則によって表される。ここで、αはモル吸光係数εと濃度Ｃの積である。式（２）は、より深い組織を測定したときのランベルト−ベールの法則を示し、各種成分の吸収係数と光路長の積を足し合わせたものであり、式（３）は、より浅い組織を測定した時のベールの法則である。
式（２）と式（３）とを比較すると、表皮層中の光路長は、前述したとおり表皮層の厚みが同じであるが、生体組織へ入射する光の角度が異なるため異なってしまうが、頂角３４から求まる図３中のθ1、θ2を用いて補正することができる。なお、このときの表皮中の各光路長の関係は、式（４）で示される。
【００３９】
また、表皮層の吸収係数は、同じ位置での組織を測定しているため、各測定でほぼ同じである。そのため、式（２）と式（３）とで異なるのは、真皮層中の光路長のみである。したがって、補正工程においては、例えば、式（２）で算出される吸光度から、式（３）で算出される吸光度を式（５）のように、式（２）から式（３）を減算することで表皮層の影響をキャンセルすることができる。
そして、吸光度とグルコース濃度との相関を表す換算テーブルを参照して、式（５）により得られた吸光度から、真皮層における体液中のグルコース濃度を求めることができる。
【００４０】
本実施の形態では、本工程を補正工程として用いた。また、本実施の形態では、表皮層について考えたが、妨害を与えるものとして、例えば唾液、汗および涙などであってもよい。
本発明によれば、体液成分（本実施の形態ではグルコース）を測定する際に妨害成分として存在する角質層、唾液、汗および涙などが生体組織にあっても、異なる深さを測定することにより、前記妨害成分の体液成分の情報に与える影響を低減もしくは除去することができる。
【００４１】
体液成分の濃度は一様ではなく、濃度分布が存在する。例えば、表皮中のグルコース濃度は、供給源が真皮層中の毛細血管であり、前記毛細血管から漏れ出したグルコースが表皮中に拡散しながら表皮に供給されるという理由により、濃度分布が存在する。そのため、生体表面からみて互いに異なる位置で測定を行った場合、測定により得られる体液成分の濃度は異なるおそれがある。
本発明によれば、生体表面からみて同じ位置で、かつ異なる深さの生体組織における生体情報を測定することができるので、従来に比べて高精度に妨害成分の補正を行うことができる。
【００４２】
つぎに、光源１１としては、測定対象である測定成分の吸収波長の光を発するものであればよい。中赤外領域の光であれば、例えばＳｉＣを棒状に焼結したグローバ光源、ＣＯ2レーザおよびタングステン灯などを用いることができる。グルコースのように、波数１０３３ｃｍ-1、１０８０ｃｍ-1などの赤外域に吸収ピークがあるような物質を測定する場合には、比較的広い波長範囲をカバーすることができ１０μｍ程度の長波長領域でも良好に発光するという観点から、グローバ光源が好ましい。また、近赤外領域の光であれば、例えばハロゲン光源、半導体レーザおよびＬＥＤなどが挙げられる。
【００４３】
生体情報測定用光学素子１２の材料としては、当該分野で公知のものを用いることができる。例えば中赤外領域の波長では、シリコン、ゲルマニウム、ＳｉＣ、ダイアモンド、ＺｎＳｅ、ＺｎＳおよびＫｒＳが挙げられる。
ここで、グルコースのように、波数１０３３ｃｍ-1あるいは１０８０ｃｍ-1の中赤外領域に吸収ピークがあるような物質を計測する場合には、約９〜１０μｍの赤外波長で透過率が高いという観点から、シリコンまたはゲルマニウムであって、ホウ素やリンなどの不純物含有量が小さく、抵抗率が１００Ωｃｍ以上のものが好ましい。さらに、抵抗率が１５００Ωｃｍ以上のものが特に好ましい。
【００４４】
近赤外領域の場合は、溶融石英、単結晶シリコンなどが挙げられる。
なかでも、屈折率が高いという観点から単結晶シリコンが好ましく、単結晶シリコンの中でもホウ素やリンなどの不純物含有量が小さく、抵抗率が１００Ωｃｍ以上のものが好ましい。さらに、抵抗率が１５００Ωｃｍ以上のものが特に好ましい。また、ガラスや、樹脂を用いても構わない。
【００４５】
溝部１３としては、表皮または真皮を測定できる機能を発揮するような形状を有していればよい。特に測定深さを５００μｍ以下に設定できるものであれば特に限定せず用いることができる。例えば、図１に示すような形状の他、図４に示すような階段状溝などが挙げられる。
また、上記では、第１の光および第２の光を用いて２つの異なる深さにおいて生体組織の情報を得る場合について説明したが、例えばさらに第３の光および第４の光を用いて、さらに測定する深さを変えて測定してもよい。例えば、第３の光を用いて表皮中の角質層を測定し、第２の光を用いて表皮中の有棘層、第１の光を用いて真皮の情報を測定しても良い。このようにすることによって、さらに深さに関する情報が得られるため好ましい。
【００４６】
光分割器１６としては、本発明の属する分野において公知のものであればよく、それぞれの深さを測定した光を分離し、光検出器１８に光を入射できるものであれば特に限定せず用いることができる。
例えば、機械式チョッパー、フィルターおよび音響光学変調器などが挙げられる。また、それぞれの光の出射端に直接光検出器１８を設けても良い。
【００４７】
分光器１７としては、本発明の属する分野において公知のものを用いることができる。例えばグレーティングを用いた分光器やフーリェ変換分光装置などが挙げられる。
光検出器１８としても、本発明の属する分野において公知のものを用いることができる。例えば、中赤外領域では、焦電センサやサーモパイル、サーミスタおよびＭＣＴ検出器（量子型検出器の一種であるＨｇＣｄＴｅ検出器）が挙げられる。また、近赤外領域では、ＩｎＧａＡｓ検出器、フォトダイオード、ＰｂＳ検出器、ＩｎＳｂ検出器およびＩｎＡｓ検出器などが挙げられる。
【００４８】
演算器１９としては、特に限定なく用いることができる。例えば、コンピュータなどの演算処理装置を用いても良い。
上記においては、被検試料である生体組織としてヒト内側前腕部を採用し、グルコースを測定する方法および装置を説明したが、例えば耳垂、口唇粘膜、指および上腕部などを採用することも可能である。また、体液成分が光学的に測定可能な物質であれば、グルコース以外の体液成分の測定も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上説明したように、本発明の生体情報測定方法、生体情報測定用光学素子および生体情報測定装置は、生体表面からみて同じ位置で、かつ異なる深さの生体組織、例えば表層組織およびそれよりも深い層を選択的に、測定することができる。本発明は、特に医療用途での体液成分の測定に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る生体情報測定装置の一実施の形態を示す概略図である。
【図２】ヒト皮膚の構造を示す概略図である。
【図３】図１に示した生体情報測定用光学素子が皮膚に接触している様子を示す、当該生体情報測定用光学素子の溝部１３部分の縦断面図である。
【図４】生体情報測定用光学素子の溝部の別の例を示す図である。
【図５】生体情報測定用光学素子の溝部のさらに別の例を示す図である。
【図６】従来の生体情報検出用接触子を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  生体情報測定装置
１１  光源
１２  生体情報測定用光学素子
１３  溝部
１４  溝部における光出射面
１５  溝部における光入射面
１６  光分割器
１７  分光器
１８  光検出器
１９  演算器
２１  角質層
２２  顆粒層
２３  有棘層
２４  基底層
２５  角質細胞
２６  顆粒細胞
２７  有棘細胞
２８  基底細胞
２９  基底膜
２００  真皮
２１０  乳頭
２２０  毛細血管
３１  表皮
３２  第２の光
３３  第１の光
３４  頂角
５１  光透過制御部
６２１，６２２，６２３，６２４，６２５  凹部
６３１，６３２，６３３，６３４，６３５，６３６  凸部
６４  信号処理部
６５  表示装置
６６  生体組織
【図１】
2006296660.tif 000004
【図２】
2006296660.tif 000005
【図３】
2006296660.tif 000006
【図４】
2006296660.tif 000007
【図５】
2006296660.tif 000008
【図６】
2006296660.tif 000009