(57)【要約】【課題】発光部の光量が変動した場合に、誤差を低減したスペクトルを生成するための構成を簡素化する。【解決手段】光を出射する発光部と、前記発光部から出射して被測定体の内部で反射した光のスペクトルを特定する特定部と、前記発光部に供給される電力を測定する測定部と、前記測定部が測定した電力と第１基準値との相違に応じた補正値を利用して、前記スペクトルを補正する補正部とを具備する解析装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する発光部と、
前記発光部から出射して被測定体の内部で反射した光のスペクトルを特定する特定部と、
前記発光部に供給される電力を測定する測定部と、
前記測定部が測定した電力と第１基準値との相違に応じた補正値を利用して、前記スペクトルを補正する補正部と
を具備する解析装置。
【請求項２】
前記補正値は、第２基準値に対する、前記測定部が測定する電力の変動比が、所定の範囲を外れた場合に更新される
請求項１の解析装置。
【請求項３】
前記測定部は、前記発光部に供給される電圧または電流を測定する
請求項１または請求項２の解析装置。
【請求項４】
前記補正部により補正されたスペクトルから前記被測定体の状態を表す指標を算定する算定部を具備する
請求項１から請求項３の何れかの解析装置。
【請求項５】
前記被測定体は、生体であり、
前記算定部は、前記生体の血糖値を前記指標として算定する
請求項４の解析装置。
【請求項６】
前記発光部が出射する前記光は、近赤外光を含む
請求項１から請求項５の何れかの解析装置。
【請求項７】
光を出射する発光部に供給される電力を測定し、
前記測定された電力と基準値との相違に応じた補正値を利用して、前記発光部から出射して被測定体の内部で反射した光のスペクトルを補正する
解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば生体等の被測定体に照射された光を検出するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定体に照射された光を検出する各種の測定技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、光源から試料に光を照射することで試料の透過スペクトルを特定する構成が開示されている。光源の光量変動に応じて試料の透過スペクトルが補正される。透過スペクトルの補正には、試料を透過しない光を検出する光源モニタ用光検出器が利用される。光源からの光は、光ファイバーおよびレンズ等を含む光学系により、光源モニタ用検出器に導かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１２６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術では、試料の透過スペクトルを検出するイメージセンサーに加えて、光源モニタ用光検出器および光学系（光ファイバおよびレンズ）が必要になり、透過スペクトルを補正するための構成が煩雑化するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る解析装置は、光を出射する発光部と、前記発光部から出射して被測定体の内部で反射した光のスペクトルを特定する特定部と、前記発光部に供給される電力を測定する測定部と、前記測定部が測定した電力と第１基準値との相違に応じた補正値を利用して、前記スペクトルを補正する補正部とを具備する。
本発明の好適な態様に係る解析方法は、光を出射する発光部に供給される電力を測定し、前記測定された電力と基準値との相違に応じた補正値を利用して、前記発光部から出射して前記被測定体の内部で反射した光のスペクトルを補正する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る生体解析装置の構成図である。
【図２】発光部に供給される電流の変動比と発光部の光量の変動比との関係を示すグラフである。
【図３】血糖値を測定する処理のフローチャートである。
【図４】第２実施形態に係る生体解析装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る生体解析装置１００の構成図である。生体解析装置１００（解析装置の例示）は、被験者の生体指標を非侵襲的に測定する測定機器である。例えば被験者の血糖値（グルコース濃度）が生体指標として例示される。被験者の身体のうち測定対象となる部位（以下「測定部位」という）Ｈに光Ｌを照射することで、血糖値が測定される。測定部位Ｈは、例えば掌、指、手首または上腕である。
【０００８】
具体的には、生体解析装置１００は、発光部２０と給電部３０と測定部４０と特定部５０と補正部６０と算定部７０と記憶装置８０と表示装置９０とを具備する。記憶装置８０は、例えば不揮発性の半導体メモリーで構成され、生体解析装置１００が実行するプログラムと各種のデータとを記憶する。表示装置９０（例えば液晶表示パネル）は、測定結果を含む各種の画像を表示する。
【０００９】
発光部２０は、光Ｌを出射する光源である。例えば白熱電球（例えばハロゲンランプ）等の発光素子が発光部２０として好適である。第１実施形態の発光部２０は、例えば近赤外領域内の所定の波長（＝８００ｎｍ〜１３００ｎｍ）の光Ｌを測定部位Ｈに向けて出射する。なお、相異なる波長の光を出射する複数の発光素子で発光部２０を構成してもよい。また、発光部２０が出射する光Ｌは近赤外光に限定されない。給電部３０により供給される電力Ｐにより発光部２０が光Ｌを出射する。
【００１０】
発光部２０から出射して測定部位Ｈに入射した光Ｌは、測定部位Ｈの内部を通過しながら拡散反射を繰返したうえで生体解析装置１００側に出射する。具体的には、測定部位Ｈの内部に存在する動脈（例えば上腕動脈、橈骨動脈または尺骨動脈）等の血管と血管内の血液とを通過した光Ｌが測定部位Ｈから生体解析装置１００側に出射する。
【００１１】
特定部５０は、測定部位Ｈから到来する光Ｌの分光スペクトル（透過スペクトル）λ1を特定する。すなわち、発光部２０から出射して測定部位Ｈの内部で反射した光Ｌの分光スペクトルλ1が特定される。第１実施形態の特定部５０は、分光部５１と受光部５３と処理部５５とを具備する。測定部位Ｈから到来する光Ｌは、分光部５１に入射する。分光部５１は、特定の波長域内の光Ｌを選択的に透過させる。例えばファブリ・ペロー型干渉計（エタロン）が分光部５１として好適である。分光部５１が透過させる光Ｌの波長は、時分割で変化する。分光部５１を透過した光Ｌは、受光部５３に入射する。なお、グレーティングや液晶リオフィルター等を分光器５１として利用してもよい。
【００１２】
受光部５３は、分光部５１を透過した光Ｌを受光する。具体的には、受光部５３は、発光部２０から出射して生体（測定部位Ｈ）の内部で反射した光Ｌの受光強度を表す検出信号Ｓを生成する。検出信号Ｓは、分光部５１を透過した光Ｌの波長毎の受光強度を表す信号である。例えば、受光強度に応じた電荷を発生するフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）等の受光素子が受光部５３として利用される。具体的には、近赤外領域に高い感度を示すＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）で光電変換層が形成された受光素子が受光部５３として好適である。発光部２０と受光部５３とは、発光部２０と受光部５３とが測定部位Ｈに対して片側に位置する反射型の光学センサーとして機能する。ただし、発光部２０と受光部５３とが測定部位Ｈを挟んで反対側に位置する透過型の光学センサーとして発光部２０と受光部５３とが機能してもよい。
【００１３】
処理部５５は、受光部５３が生成した検出信号Ｓから分光スペクトルλ1を特定する。具体的には、処理部５５は、受光部５３が生成した検出信号Ｓから波長毎の受光強度を抽出することで分光スペクトルλ1を特定する。なお、実際には、参照体に光Ｌを照射したときの分光スペクトル（以下「参照スペクトル」という）が事前に測定される。処理部５５は、測定部位Ｈに光Ｌを照射したときの検出信号Ｓから特定された分光スペクトルを、参照スペクトルにより補正することで分光スペクトルλ1を特定する。参照体は、測定部位Ｈと対比される物体である。例えば、光Ｌの波長域内で反射率が均等である物体、または、標準的な生体の光学特性を有する物体が参照体として好適に利用される。
【００１４】
給電部３０は、電力Ｐを供給することで発光部２０を発光させる。一定の電力Ｐが供給部から発光部２０に供給される。しかし、実際には、発光部２０に供給される電力Ｐは、発光部２０の温度や発光部２０の経年劣化等の影響により変化し得る。図２は、発光部２０に実際に供給される電流（以下「供給電流」という）Ｉの変動比ΦIと、発光部２０の光量の変動比ΦLとの関係を示すグラフである。変動比ΦIは、ある時点の電流を基準とした変動の比率（％）であり、変動比ΦLは、ある時点の光量を基準とした変動の比率（％）である。変動比ΦI（＝ｘ）と変動比ΦL（＝ｙ）との間の関係は、一次回帰式（ｙ＝3.6149x+0.0099）で表現され、変動比ΦIと変動比ΦLとの相関係数R2は、0.9966である。すなわち、変動比ΦIと変動比ΦLとは高い相関関係（正の相関関係）がある。つまり、駆動電流Ｉに応じて発光部２０の光量は変化する。発光部２０の光量が変化すると、測定される分光スペクトルλ1に誤差が発生し得る。以上の事情を考慮して、第１実施形態では、供給電流Ｉが変動した場合（すなわち発光部２０の光量が変動した場合）に、分光スペクトルλ1を補正する。
【００１５】
図１の測定部４０は、供給電流Ｉを測定する。例えば電流計が測定部４０として好適である。供給電流Ｉの測定は、所定の期間毎に繰り返し実行される。補正部６０は、測定部４０が測定した供給電流Ｉを利用して、処理部５５が特定した分光スペクトルλ1を補正する。分光スペクトルλ1を補正することで、分光スペクトルλ2が生成される。分光スペクトルλ1は、相異なるＮ個の波長毎の受光強度ｖ1(1)〜ｖ1(N)で表されるスペクトルである。分光スペクトルλ2は、相異なるＮ個の波長毎の受光強度ｖ2(1)〜ｖ2(N)で表されるスペクトルである。
【００１６】
具体的には、補正部６０は、測定部４０が測定した供給電流Ｉと第１基準値Ｉ1との相違に応じた補正値Ａを利用して、分光スペクトルを補正する。第１基準値Ｉ1は、所定の時点（例えば初期状態）において発光部２０に供給された電流である。補正値Ａは、例えば供給電流Ｉに対する第１基準値Ｉ1の比（Ａ＝Ｉ1／Ｉ）である。分光スペクトルλ1の各受光強度ｖ1(n)に対して補正値Ａを乗算することで、補正後の分光スペクトルλ2の各受光強度ｖ2(n)が算定される（ｖ2(n)＝Ａ×ｖ1(n)）。nは、１以上Ｎ以下（１≦n≦Ｎ）の何れかの整数である。以上の処理により、第１基準値Ｉ1の電流が発光部２０に供給された場合に観測されるべき分光スペクトルλ2が生成される。
【００１７】
第１実施形態では、補正値Ａは、第２基準値Ｉ2に対する供給電流Ｉの変動比（以下「基準変動比」という）が、所定の範囲（例えば１を中心とした所定幅の範囲）を外れた場合に更新される。基準変動比は、例えば第２基準値Ｉ2に対する供給電流Ｉの比（＝Ｉ／Ｉ2）である。第２基準値Ｉ2は、所定の時点（例えば初期状態）において発光部２０に供給された電流である。第１基準値Ｉ1と第２基準値Ｉ2との異同は問わない。なお、所定の範囲は、実験的または統計的に選定された固定の範囲、または利用者からの指示に応じた可変の範囲に設定される。
【００１８】
算定部７０は、補正部６０が生成した分光スペクトルλ2から血糖値を算定する。具体的には、算定部７０は、分光スペクトルλ2から吸光スペクトルを生成し、当該吸光スペクトルから血糖値を特定する。吸光スペクトルを利用した血糖値の特定には、例えば重回帰分析法等の公知の技術が任意に利用され得る。ＰＬＳ（Partial Least Squares）回帰分析法および独立成分分析法等が重回帰分析法として例示される。表示装置９０は、算定部７０が算定した血糖値を表示する。
【００１９】
なお、生体解析装置１００は、受光部５３の出力信号を増幅およびＡ/Ｄ変換する出力回路（例えば増幅回路とＡ/Ｄ変換器）を包含するが、図１では各回路の図示を省略した。処理部５５と補正部６０と算定部７０との機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の演算処理装置が記憶装置８０に記憶されたブログラムを実行することで実現される。
【００２０】
図３は、血糖値を測定する処理のフローチャートである。例えば被験者からの測定の指示を契機として図３の処理が開始される。図３の処理が開始されると、測定部４０は、供給電流Ｉを測定する（Ｓa1）。補正部６０は、第２基準値Ｉ2に対する供給電流Ｉの比である基準変動比が所定の範囲を外れたか否かを判定する（Ｓa2）。基準変動比が所定の範囲を外れた場合（Ｓa2：YES）、補正部６０は、補正値Ａを更新する（Ｓa3）。特定部５０は、分光スペクトルλ1を特定する（Ｓa4）。補正部６０は、更新後の補正値Ａを利用して分光スペクトルλ2を生成する（Ｓa5）。
【００２１】
基準変動比が所定の範囲内である場合（Ｓa2：NO）、補正値Ａの更新（Ｓa3）を実行することなく、特定部５０が分光スペクトルλ1を特定する（Ｓa4）。補正部６０は、既存の補正値Ａを利用して分光スペクトルλ2を生成する（Ｓa5）。算定部７０は、補正部６０により生成された分光スペクトルλ2を利用して血糖値を算定する（Ｓa6）。
【００２２】
以上の説明から理解される通り、第１実施形態では、供給電流Ｉと第１基準値Ｉ1との相違に応じた補正値Ａを利用して分光スペクトルλ2が補正されるから、供給電流Ｉが変動した場合でも、誤差を低減した分光スペクトルλ2を生成することができる。ひいては、分光スペクトルλ2から高精度に血糖値を算定することができる。第１実施形態では特に、測定部４０が測定した供給電流Ｉを利用して分光スペクトルλ1が補正されるから、分光スペクトルλ1の補正のために発光部２０からの光を監視するためのセンサーと、発光部２０からの光をセンサーに導くための光学系は不要である。したがって、特許文献１の構成と比較して、発光部２０の光量の変動に起因した誤差を低減した分光スペクトルλ2を生成するための構成が簡素化される。
【００２３】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各形態において作用または機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
【００２４】
図４は、第２実施形態に係る生体解析装置１００の構成図である。第１実施形態では、測定部位Ｈから受光部５３に到達する光路上に分光部５１を設置する構成（すなわち後分光）を例示した。第２実施形態では、発光部２０から測定部位Ｈに到達する光路上に分光部５１を設置する構成（すなわち前分光）を例示する。第２実施形態の生体解析装置１００は、分光部５１の位置が相違する以外は、第１実施形態と同様の構成である。
【００２５】
発光部２０を出射した光Ｌは、分光部５１に入射する。分光部５１を透過した光Ｌが測定部位Ｈに照射される。受光部５３は、分光部５１を透過して測定部位Ｈの内部で反射した光Ｌの受光強度を表す検出信号Ｓを生成する。処理部５５は、第１実施形態と同様に、検出信号Ｓから分光スペクトルλ1を特定する。分光部５１と受光部５３と処理部５５とは、第１実施形態と同様に、発光部２０から出射して測定部位Ｈの内部で反射した光Ｌの分光スペクトルλ1を特定する特定部５０として機能する。第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。
【００２６】
＜変形例＞
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を適宜に併合することも可能である。
【００２７】
（１）前述の各形態では、分光スペクトルλ1を補正する構成を例示したが、例えば吸光スペクトルを補正する構成も採用され得る。特定部５０は、発光部２０から出射して生体の内部で反射した光Ｌの吸光スペクトルを特定する。補正部６０は、補正値Ａを利用して特定部５０が特定した吸光スペクトルを補正する。算定部７０は、補正により補正された吸光スペクトルから血糖値を算定する。分光スペクトルと吸光スペクトルとは、「スペクトル」として包括的に表現される。
【００２８】
（２）前述の各形態では、供給電流Ｉを測定することでスペクトルを補正したが、発光部２０に供給される電圧、または、電圧および供給電流Ｉの双方を測定することでスペクトルを補正してもよい。電流の測定と、電圧の測定と、電流および電圧の測定とは、「電力の測定」と包括的に表現される。すなわち、測定部４０は、発光部２０に供給される電力Ｐを測定する要素として機能し、補正部６０は、測定部４０が測定した電力Ｐと第１基準値Ｉ1との相違に応じた補正値Ａを利用してスペクトルを補正する要素として機能する。なお、第１基準値Ｉ1および第２基準値Ｉ2は、測定部４０の測定対象に応じて適宜変更される。
【００２９】
（３）前述の各形態では、生体指標として血糖値を算定したが、生体指標は以上の例示に限定されない。例えば血液中のコレステロール値や中性脂肪値を生体指標として算定してもよい。
【００３０】
（４）前述の各形態において、生体を測定対象（すなわち被測定体）として例示したが、被測定体は生体に限定されない。例えば分析または試験等に使用される試料を被測定体としてもよい。算定部７０は、被測定体の内部で反射したスペクトルから被測定体の状態を表す指標を算定する要素として包括的に表現される。なお、前述の生体解析装置１００は、被測定体の状態を表す指標を算定する解析装置の一例である。また、生体指標は、被測定体の状態を表す指標の一例である。
【００３１】
（５）前述の各形態では、基準変動比が所定の範囲を外れた場合に補正値Ａを更新したが、補正値Ａを更新する条件は以上の例示に限定されない。例えば、分光スペクトルλ1を特定する度に補正値Ａを更新する構成や、血糖値の算定毎に補正値Ａを更新する構成も採用され得る。ただし、基準変動比が所定の範囲を外れた場合に補正値Ａを更新する構成によれば、例えば分光スペクトルλ1を特定する度に補正値Ａを更新する構成と比較して解析装置の処理負荷が軽減される。
【００３２】
（６）前述の各形態において、処理部５５と補正部６０と算定部７０とを生体解析装置１００とは別体の端末装置（例えば携帯電話機もしくはスマートフォン等の情報端末）に搭載してもよい。生体解析装置１００が特定した供給電流Ｉと検出信号Ｓとが有線または無線で端末装置に送信される。端末装置は、受信した供給電流Ｉと検出信号Ｓとから血糖値を算定して、当該端末装置の表示装置９０に表示する。また、補正部６０および算定部７０を端末装置に搭載してもよい。生体解析装置１００が特定した供給電流Ｉと分光スペクトルλ1とが有線または無線で端末装置に送信される。端末装置は、受信した供給電流Ｉと分光スペクトルλ1とから血糖値を算定する。また、算定部７０を端末装置に搭載してもよい。生体解析装置１００が特定した分光スペクトルλ2が有線または無線で端末装置に送信される。端末装置は、受信した分光スペクトルλ2から血糖値を算定する。以上の説明から理解される通り、生体解析装置１００の複数の要素を相互に別体の装置として実現してもよい。
【００３３】
（７）前述の各形態では、被験者の血糖値を表示装置９０に表示したが、血糖値を被験者に報知するための構成は以上の例示に限定されない。例えば、血糖値を音声で被験者に報知することも可能である。また、血糖値を被験者に報知することは必須ではない。例えば、生体解析装置１００が算定した血糖値を通信網から他の通信装置に送信してもよい。また、生体解析装置１００の記憶装置８０や生体解析装置１００に着脱可能な可搬型の記録媒体に血糖値を格納してもよい。
【００３４】
（８）前述の各形態に係る生体解析装置１００は、前述の例示の通り、演算処理装置（例えばＣＰＵ）とプログラムとの協働により実現される。本発明の好適な態様に係るプログラムは、コンピューターが読取可能な記録媒体に格納された形態で提供されてコンピューターにインストールされ得る。また、配信サーバーが具備する記録媒体に格納されたプログラムを、通信網を介した配信の形態でコンピューターに提供することも可能である。記録媒体は、例えば非一過性（non-transitory）の記録媒体であり、ＣＤ-ＲＯＭ等の光学式記録媒体（光ディスク）が好例であるが、半導体記録媒体または磁気記録媒体等の公知の任意の形式の記録媒体を包含し得る。なお、非一過性の記録媒体とは、一過性の伝搬信号（transitory, propagating signal）を除く任意の記録媒体を含み、揮発性の記録媒体を除外するものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１００…生体解析装置、２０…発光部、３０…給電部、４０…測定部、５０…特定部、５１…分光部、５３…受光部、５５…処理部、６０…補正部、７０…算定部、８０…記憶装置、９０…表示装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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