(57)【要約】【課題】誘電分光を用いて成分濃度の測定をする際の温度変動による影響を抑制する。【解決手段】成分濃度測定装置は、測定対象に電磁波を照射して複素誘電率を測定し誘電分光スペクトルを取得する誘電分光部２と、測定対象の温度を測定する温度測定部３と、温度測定部３によって測定された温度に応じて、誘電分光スペクトルを補正する信号処理部４と、成分濃度が既知のサンプルの誘電分光スペクトルから予め作成された検量モデルを、信号処理部４によって補正された誘電分光スペクトルに適用して、測定対象の成分濃度を算出する演算部５とを備える。測定プローブ１には、電磁波の送受信を行う誘電分光センサと温度に応じて変化する信号を出力する温度センサとが、一定距離を保つように固定されている。【選択図】  図１
2019190895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に電磁波を照射して複素誘電率を測定し誘電分光スペクトルを取得する誘電分光部と、
前記測定対象の温度を測定する温度測定部と、
この温度測定部によって測定された温度に応じて、前記誘電分光スペクトルを補正する補正部と、
成分濃度が既知のサンプルの誘電分光スペクトルから予め作成された検量モデルを、前記補正部によって補正された誘電分光スペクトルに適用して、前記測定対象の成分濃度を算出する演算部とを備えることを特徴とする成分濃度測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の成分濃度測定装置において、
さらに、前記測定対象の近傍または前記測定対象と接触するように配置される測定プローブを備え、
電磁波の送受信を行う誘電分光センサと温度に応じて変化する信号を出力する温度センサとが、一定距離を保つように前記測定プローブに固定され、
前記誘電分光部は、前記誘電分光センサを介して前記測定対象に電磁波を照射し、前記測定対象からの電磁波を前記誘電分光センサを介して受信して前記誘電分光スペクトルを取得し、
前記温度測定部は、前記温度センサから出力される信号を温度値に変換することを特徴とする成分濃度測定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の成分濃度測定装置において、
前記補正部は、前記成分濃度の測定開始時からの前記温度の時間変化に応じて、前記誘電分光部によって取得された誘電分光スペクトルを補正することを特徴とする成分濃度測定装置。
【請求項４】
測定対象に電磁波を照射して複素誘電率を測定し誘電分光スペクトルを取得する第１のステップと、
前記測定対象の温度を測定する第２のステップと、
この第２のステップで測定した温度に応じて、前記誘電分光スペクトルを補正する第３のステップと、
成分濃度が既知のサンプルの誘電分光スペクトルから予め作成された検量モデルを、前記第３のステップで補正した誘電分光スペクトルに適用して、前記測定対象の成分濃度を算出する第４のステップとを含むことを特徴とする成分濃度測定方法。
【請求項５】
請求項４記載の成分濃度測定方法において、
電磁波の送受信を行う誘電分光センサと温度に応じて変化する信号を出力する温度センサとが一定距離を保つように固定された測定プローブを、前記測定対象の近傍または前記測定対象と接触するように配置し、
前記第１のステップは、前記誘電分光センサを介して前記測定対象に電磁波を照射し、前記測定対象からの電磁波を前記誘電分光センサを介して受信して前記誘電分光スペクトルを取得するステップを含み、
前記第２のステップは、前記温度センサから出力される信号を温度値に変換するステップを含むことを特徴とする成分濃度測定方法。
【請求項６】
請求項４または５記載の成分濃度測定方法において、
前記第３のステップは、前記成分濃度の測定開始時からの前記温度の時間変化に応じて、前記第１のステップで取得した誘電分光スペクトルを補正するステップを含むことを特徴とする成分濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電分光法を用いて対象成分の成分濃度を測定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘルスケア分野ではウェアラブル端末の需要が高まっており、様々な医療情報を手軽に測定できる技術の開発が望まれている。測定対象として考えられるのは、血糖値などの血液成分、皮膚の水分量などが考えられる。例えば、血糖値などの検査では血液を採取するため、患者にとって大きな負担となる。よって、血液を採取しない非侵襲な成分濃度測定方法が注目されている。
【０００３】
非侵襲な成分濃度測定方法としては、近赤外光などの光学的手法と比べ生体内での散乱が少ない、１フォトンの持つエネルギーが低い、などの理由からマイクロ波〜ミリ波帯の電磁波を用いた方法がいくつか提案されている。例えば非特許文献１に開示された方法では、アンテナや共振器などのＱ値の高いデバイスと測定試料とを接触させ、共振周波数周辺の周波数特性を測定する。共振周波数はデバイスの周囲の複素誘電率により決定されるため、共振周波数のシフト量を測定する方法ではシフト量と成分濃度との間の相関を予め測定することにより、共振周波数のシフト量から成分濃度を推定する。
【０００４】
マイクロ波〜ミリ波帯の電磁波を用いた他の成分濃度測定法としては、誘電分光法が提案されている（特許文献１）。誘電分光法は、皮膚内に電磁波を照射し、測定対象とする血液成分、例えば、グルコース分子と水の相互作用に従い、電磁波を吸収させ、電磁波の振幅および位相を観測する。観測される電磁波の周波数に対応する信号の振幅や位相から、誘電緩和スペクトルを算定する。誘電緩和スペクトルは、一般的にはCole-Cole式に基づき緩和カーブの線形結合として表現し、複素誘電率を算定する。生体成分の計測では、例えば血液中に含まれるグルコースやコレステロール等の血液成分の量に複素誘電率は相関があり、その変化に対応した電気信号（振幅、位相）として測定される。複素誘電率変化と成分濃度との相間を予め測定することによって検量モデルを構築し、計測した誘電緩和スペクトルの変化から成分濃度の検量を行う。
【０００５】
誘電分光法は、物質固有のスペクトルの重なり合わせからなるスペクトルを測定するので、統計学的な多変量解析手法により測定対象の固有の特徴量の抽出が可能である。そのため、血液等の多成分系中の成分濃度測定に関して、非特許文献１に開示された共振器法よりも優位である。
また、誘電分光法を用いて水に関する成分分析を行うことにより、生体の水分量を測定することも可能であり、誘電分光は成分分析、水分量計測いずれにも適用し得る技術である。
【０００６】
しかしながら、誘電分光法には、成分濃度の測定中に測定対象の温度変化に依存して誘電分光スペクトルが変化し、測定精度が低下するという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１８８７７８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】G.Guarin，M.Hofmann，J.Nehring，R.Weigel，G.Fischer，and D.Kissinger，“Miniature Microwave Biosensors”，IEEE Microwave Magazine，May 2015，pp.71-86
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、誘電分光を用いて成分濃度の測定をする際の温度変動による影響を抑制し、高精度に成分濃度を測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の成分濃度測定装置は、測定対象に電磁波を照射して複素誘電率を測定し誘電分光スペクトルを取得する誘電分光部と、前記測定対象の温度を測定する温度測定部と、この温度測定部によって測定された温度に応じて、前記誘電分光スペクトルを補正する補正部と、成分濃度が既知のサンプルの誘電分光スペクトルから予め作成された検量モデルを、前記補正部によって補正された誘電分光スペクトルに適用して、前記測定対象の成分濃度を算出する演算部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の成分濃度測定装置の１構成例は、さらに、前記測定対象の近傍または前記測定対象と接触するように配置される測定プローブを備え、電磁波の送受信を行う誘電分光センサと温度に応じて変化する信号を出力する温度センサとが、一定距離を保つように前記測定プローブに固定され、前記誘電分光部は、前記誘電分光センサを介して前記測定対象に電磁波を照射し、前記測定対象からの電磁波を前記誘電分光センサを介して受信して前記誘電分光スペクトルを取得し、前記温度測定部は、前記温度センサから出力される信号を温度値に変換することを特徴とするものである。
また、本発明の成分濃度測定装置の１構成例において、前記補正部は、前記成分濃度の測定開始時からの前記温度の時間変化に応じて、前記誘電分光部によって取得された誘電分光スペクトルを補正することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の成分濃度測定方法は、測定対象に電磁波を照射して複素誘電率を測定し誘電分光スペクトルを取得する第１のステップと、前記測定対象の温度を測定する第２のステップと、この第２のステップで測定した温度に応じて、前記誘電分光スペクトルを補正する第３のステップと、成分濃度が既知のサンプルの誘電分光スペクトルから予め作成された検量モデルを、前記第３のステップで補正した誘電分光スペクトルに適用して、前記測定対象の成分濃度を算出する第４のステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温度測定部によって測定された温度の情報を用いて誘電分光スペクトルの温度変化による変動を抑制することにより、生体などの、温度が比較的短時間に変化する測定対象に対しても精度よく測定対象の成分濃度を測定することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係る成分濃度測定装置の誘電分光部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係る成分濃度測定装置の誘電分光部の別の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施例に係る成分濃度測定装置の温度測定部の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施例に係る成分濃度測定装置の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施例に係る成分濃度測定装置の測定プローブの構成を示す断面図および下面図である。
【図７】図７は、本発明の実施例に係る成分濃度測定装置の測定プローブの別の構成を示す平面図および下面図である。
【図８】図８は、血清の誘電分光スペクトルの温度依存性を示す図である。
【図９】図９は、誘電分光測定の測定例を示す図である。
【図１０】図１０は、図９の測定例に本発明の実施例の補正を実施した結果を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例に係る成分濃度測定装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係る成分濃度測定装置の構成を示すブロック図である。同図に示す成分濃度測定装置は、測定対象（不図示）の近傍または測定対象と接触するように配置される測定プローブ１と、誘電分光部２と、温度測定部３と、信号処理部４（補正部）と、演算部５と、表示部６とを備えている。
【００１５】
誘電分光部２は、生体、液体、あるいは固体などの測定対象にマイクロ波〜ミリ波帯の電磁波を照射して、測定対象で反射した電磁波または測定対象を透過した電磁波を検出することで誘電分光スペクトル（誘電緩和スペクトル、複素誘電率スペクトル）を得ることができる装置である。生体とは、人や動物、細胞などである。測定対象が人や動物の場合は、耳朶、腕、掌、足、腹部など測定プローブ１を装着し易い部位に測定プローブ１を設置して測定を行う。
【００１６】
図２は誘電分光部２の構成を示すブロック図である。誘電分光部２は、測定プローブ１に設けられる誘電分光センサ２０にマイクロ波〜ミリ波帯の信号を供給する発振器２１と、測定対象で反射した電磁波を誘電分光センサ２０を介して受信する受信器２２と、受信器２２によって受信された電磁波の振幅や位相から誘電分光スペクトルを算出する測定部２３と、電源２４とから構成される。
【００１７】
このような誘電分光部２の例としては、例えば、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ：Vector Network Analyzer）やインピーダンスアナライザ（ＩＡ：Impedance Analyzer）がある。
誘電分光センサ２０としては、同軸プローブ、導波管、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路などを用いることができる。
【００１８】
発振器２１としては、広帯域発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）、誘電体発振器、シンセサイザなどを用いることができる。測定部２３は、マイクロプロセッサやＭＣＵ（Micro Controller Unit）などから構成される。電源２４としては、ＡＣアダプタや電池などを用いる。
【００１９】
図２の例では、電磁波の放射と受信を独立して行うタイプの誘電分光センサ２０の例で説明したが、電磁波の放射と受信を共通の構造で行うタイプの誘電分光センサ２０を用いる場合には、図３に示すように誘電分光部２に信号分離部２５を設けるようにすればよい。信号分離部２５は、発振器２１からの信号を誘電分光センサ２０に供給し、誘電分光センサ２０からの電磁波を受信器２２に出力する。信号分離部２５としては、方向性結合器やサーキュレータなどを用いることができる。
以上の誘電分光部２を用いて例えば１０ＭＨｚ〜７０ＧＨｚの広帯域において測定対象の複素誘電率を測定する。
【００２０】
また、ＶＮＡやＩＡを用いる誘電分光部２の代わりに、２種類のレーザーとフォトミキサを用いたマイクロ波−ミリ波生成器と、ショットキーバリアダイオードなどの受信器の組み合わせからなる誘電分光部２を用いてもよい。フォトミキサとしては、ｐｉｎフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、単一走行キャリアフォトダイオードなどを用いる。受信器としては、ショットキーバリアダイオードの代わりにプレーナドープドバリアダイオード、スペクトルアナライザ、ボロメータ、ゴーレイセルなどを用いてもよい。また、誘電率測定法としてＶＮＡと液体セルを用いた自由空間法を用いることもでき、この場合はＶＮＡの代わりに光伝導アンテナを用いた時間領域分光法や２種類のレーザーとフォトミキサによる信号源を用いた周波数領域分光法を用いてもよい。これらの複数の手法を組み合わせて誘電分光部２を構成してもよい。
【００２１】
図４は温度測定部３の構成を示すブロック図である。温度測定部３は、測定プローブ１に設けられる温度センサ３０と、温度センサ３０の出力をデジタル信号に変換するアナログ−デジタルコンバーター（ＡＤＣ：Analog-to-Digital Converter）３１と、ＡＤＣ３１から出力されたデジタル信号を温度値に変換する変換器３２とから構成される。
【００２２】
温度センサ３０としては、熱電対、サーミスタ、測温抵抗体などを用いることができる。温度センサ３０とＡＤＣ３１との間に、信号を増幅するアンプや、ノイズを除去するフィルタ等を設けるようにしてもよい。
【００２３】
信号処理部４は、誘電分光部２で得られた誘電分光スペクトルのＳ／Ｎ比の向上のための信号の前処理を実施する。前処理としては、例えば同一の周波数の信号を複数回測定することによる平均化、スペクトルの移動平均によるスムージング、スペクトルのサビツキー・ゴーレイ（Savitky-Golay）フィルタを用いたスムージング、スペクトルの１次微分、スペクトルの２次微分、スペクトルの中心化、スケーリング、ＭＳＣ（Multiplicative Scatter Correction）、ＳＮＶ（Multiplicative Scatter Correction）等の、スペクトルに重畳するノイズを除去するための処理などがある。また、信号処理部４は、温度測定部３によって測定された温度に応じて、誘電分光スペクトルの補正を実施する。この補正の詳細は後述する。
【００２４】
演算部５は、信号処理部４によって補正された誘電分光スペクトルに基づいて測定対象の成分濃度を求める。演算部５は、信号の周波数が１点の場合、スケーリングファクタとバイアスを用いて測定対象の成分濃度に変換を行う。また、演算部５は、信号の周波数がスペクトルの場合、信号処理部４によって補正された誘電分光スペクトルと、成分濃度が既知のサンプルから予め作成された検量モデルとを用いて測定対象の成分濃度を求める。
【００２５】
検量モデルは、測定対象と同じ物質で成分濃度が既知のサンプルにマイクロ波〜ミリ波帯の電磁波を照射して、サンプルで反射した電磁波を検出することで誘電分光スペクトルを取得し、この誘電分光スペクトルを多変量解析することにより作成することができる。ここでは、サンプルの既知の成分濃度を目的変量、誘電分光スペクトルを説明変量とし、多変量解析により検量モデルを作成する。多変量解析手法としては、例えば重回帰分析やＰＬＳ（Partial Least Squares regression）回帰分析、主成分分析、主成分回帰、ロジスティック回帰、スパースモデリング、ニューラルネットワークを用いた機械学習、あるいはこれらを組み合わせた分析法などの統計的な手法がある。なお、サンプルの温度は、測定対象の想定される温度と同程度であることが好ましい。
【００２６】
表示部６は、演算部５によって算出された、測定対象の成分濃度の結果を表示する。表示部６は、液晶ディスプレイなどの表示装置でもよいし、例えばブルートゥース（Bluetooth（登録商標））を用いて演算部５と接続されたＰＣ（コンピュータ）やスマートフォンであってもよい。
【００２７】
図５は成分濃度測定装置の処理の流れを説明するフローチャートである。上記のとおり、誘電分光部２は、誘電分光センサ２０を介して測定対象に電磁波を照射し（図５ステップＳ１）、測定対象で反射した電磁波を誘電分光センサ２０を介して受信して（図５ステップＳ２）、測定対象の複素誘電率を算出して誘電分光スペクトルを取得する（図５ステップＳ３）。
【００２８】
信号処理部４は、誘電分光スペクトルに対して上記の補正を含む信号処理を実施する（図５ステップＳ３）。
演算部５は、信号処理部４によって補正された誘電分光スペクトルに基づいて測定対象の成分濃度を算出し（図５ステップＳ４）、表示部６は、演算部５の算出結果を表示する（図５ステップＳ５）。
【００２９】
図６（Ａ）は測定プローブ１の断面図、図６（Ｂ）は測定対象側から測定プローブ１の測定対象との接触面（測定プローブ１が測定対象の近傍に配置される場合には測定対象と対向する面）を見た下面図である。
測定プローブ１は、基材１０と、基材１０に互いに一定距離を保つように固定された誘電分光センサ２０と温度センサ３０とから構成される。基材１０の材料としては、銅、銀、プラチナ、ステンレスなどの金属や、プラスチックやアクリルなどの樹脂がある。誘電分光センサ２０と温度センサ３０との距離は、なるべく短い方が望ましく、例えば５ｍｍ以下とする。
【００３０】
図７（Ａ）は測定プローブ１を上から見た平面図、図７（Ｂ）は測定対象側から測定プローブ１の接触面を見た下面図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）の例では、平板状の基材１０を用い、この基材１０上に誘電分光センサ２０と温度センサ３０と配線２６，３３とを集積している。基材１０としては、ガラスエポキシ、テフロン（登録商標）、アルミナ、石英等からなるプリント基板や、ポリイミド、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）等からなるフレキシブル基板を用いることができる。
【００３１】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）の誘電分光センサ２０としては、マイクロストリップライン、コプレーナ線路、準同軸構造などの、プリント基板上で作成可能な構造を用いる。基材１０の測定対象との接触面（測定プローブ１が測定対象の近傍に配置される場合には測定対象と対向する面）に形成された誘電分光センサ２０と、接触面と反対側の基材１０の面に形成された外部接続用の配線２６とは、基材１０に形成された、めっきされたビアホール（不図示）を介して接続される。配線２６としては、マイクロストリップラインやコプレーナ線路などの広帯域な伝送線路を用いる。なお、ビアホール内を銅ピンや導電性インクなどで充填してもよい。
【００３２】
温度センサ３０の外部接続用の配線３３としては、配線２６と同様の構造を用いることができる。温度センサ３０と配線３３との間は、半田や銅ペースト、銀ペーストなどで接続すればよい。また、配線３３として銅やアルミ、銀等からなる金属の線材を用い、このような線材をカプトンテープなどで基材１０に接着してもよい。
【００３３】
次に、誘電分光部２により測定する誘電分光スペクトルについて説明する。誘電分光部２によって得られた誘電分光スペクトルは複素数であり、この複素数の実部が誘電率、虚部が測定対象に照射した電磁波の損失に対応する。このとき、マイクロ波〜ミリ波帯の誘電分光スペクトルは次式（１）で表される。
【００３４】
【数１】
2019190895.tif 000003
【００３５】
式（１）のε*（ω）は各周波数ωにおける測定対象の複素誘電率、ε∞は静的誘電率、Δεnはデバイ緩和の緩和強度、τnはデバイ緩和の緩和時間、ε0は真空の誘電率、σは測定対象の導電率である。式（１）の右辺第１項はデバイ緩和モデルの線形結合である。ｎは線形結合の数であり、溶質および溶質と溶媒との水和の数により決定される。ここで、複素誘電率ε*（ω）の実部ε’（ω）と虚部ε”（ω）を次式（２）で定義する。
【００３６】
【数２】
2019190895.tif 000004
【００３７】
式（１）の実部と虚部および式（２）から，ε’（ω）とε”（ω）とは次式（３）、（４）で表される。
【００３８】
【数３】
2019190895.tif 000005
【００３９】
式（４）で表される複素誘電率の虚部ε”（ω）が誘電損失に相当する。測定対象が例えばグルコースのような分子量１８０程度の分子からなる単成分系の水溶液の場合、誘電分光スペクトルは、デバイ緩和モデルの線形結合により、次式（５）のように３つの線形結合で表される。
【００４０】
【数４】
2019190895.tif 000006
【００４１】
ここで、Δεおよびτの添え字のｓ，ｈ，ｂはそれぞれ溶質、水和水、バルク水を意味する。すなわち、式（５）の右辺第１項は溶質のデバイ緩和モデル、右辺第２項は水和水のデバイ緩和モデル、右辺第３項はバルク水のデバイ緩和モデルである。バルク水の緩和を水素結合性の遅い緩和と非水素結合性の速い緩和の２つに分け、誘電分光スペクトルを４つの線形結合で表すこともある。また、測定対象が蛋白質、例えばリゾチウムやアルブミンなどの水溶液の場合には、水和水に関するデバイ緩和の数が増え、リゾチウムの場合は２つのデバイ緩和、アルブミンの場合は４〜５個程度のデバイ緩和とすることがある。
【００４２】
このように、デバイ緩和の線形結合は測定対象の成分数に応じて増加する。グルコース濃度が増加したとき、溶質およびグルコースによる水和水の緩和が強くなり、水の排斥によりバルク水の緩和が弱くなることにより、ピーク周波数がシフトしたスペクトル変化となる。
【００４３】
式（１）の右辺第２項は導電損失を表している。導電損失は測定対象の導電率の関数であり、導電率は主に測定対象中のイオンの濃度や測定対象の温度に依存する。血液や生体などを測定対象とする際には様々な成分が混合した形で式（１）を基本としたスペクトルを取得することができる。
【００４４】
図８に、血清を測定対象とした場合の誘電分光スペクトルの温度依存性を示す。この例では、血清の温度が２６℃、２７℃、２８℃の場合について誘電分光スペクトルを測定している。式（１）におけるデバイ緩和の緩和強度Δεn、緩和時間τn、測定対象の導電率σの全てが温度依存性を持つため、測定対象の温度が変化すると、誘電分光スペクトルも変化する。そこで、本実施例の信号処理部４は、温度による誘電分光センサ出力への影響を低減するために、次式（６）を用いて誘電分光スペクトルの補正を行う。
【００４５】
【数５】
2019190895.tif 000007
【００４６】
式（６）のε”corrected（ω，ｔ）は補正された誘電分光スペクトル、ε”（ω，ｔ）は時刻ｔにおいて誘電分光部２によって取得された誘電分光スペクトル、α（ω）は周波数ごとの補正係数、ｄＴ（ｔ）は温度測定部３によって測定された温度の時間変化である。ここでｄＴ（ｔ）は次式（７）のように定義される。
【００４７】
【数６】
2019190895.tif 000008
【００４８】
式（７）のＴ（ｔ）は時刻ｔにおいて温度測定部３によって測定された温度、Ｔ0は成分濃度の測定開始時に温度測定部３によって測定された温度である。ｄＴ（ｔ）の計算には次式（８）、（９）を用いてもよい。
【００４９】
【数７】
2019190895.tif 000009
【００５０】
また、補正係数を二次の項であるとし、式（６）の代わりに、次式（１０）を用いて誘電分光スペクトルを補正してもよい。
【００５１】
【数８】
2019190895.tif 000010
【００５２】
測定対象と同じ物質で成分濃度が既知のサンプルにマイクロ波〜ミリ波帯の電磁波を照射して、誘電分光スペクトルを取得する試験を、サンプルの温度を変えながら行うことで、式（６）の補正係数α（ω）、式（１０）の補正係数α12（ω）＋α2（ω）を測定開始前に決定しておくことができる。
【００５３】
図９に生体試料に対し誘電分光を実施した際のある周波数の誘電率の時間変化の例を示す。測定プローブ１を測定対象に設置することにより測定プローブ１と測定対象間に温度の非平衡状態が生じるため、温度が時間発展的に変化すると同時に、誘電分光部２から照射される電磁波の熱吸収により測定対象が僅かに加熱される効果の２つが生じていると考えられる。
【００５４】
図１０は、図９の誘電分光部出力に本実施例の信号処理部４による補正を実施した結果を示している。本実施例の補正により、温度変動による誘電分光部２の出力変動を抑制することができ、成分濃度の変化量を測定できる。
【００５５】
本実施例の演算部５は、成分濃度が既知のサンプルから予め作成された検量モデルを、信号処理部４によって補正された誘電分光スペクトルに適用し、測定対象の成分濃度を算出する。具体的には、補正された誘電分光スペクトルは、次式（１１）によって測定対象の成分濃度に換算される。
【００５６】
【数９】
2019190895.tif 000011
【００５７】
この式（１１）が検量モデルを示す多項式である。Ａはスケーリングのための係数であり、Ｂはバイアスである。ε”corrected（ω，ｔ）がスペクトルの場合には、式（１１）の右辺第１項は係数と補正された誘電分光スペクトルの内積であり、信号処理部４や演算部５で実施される信号処理や多変量解析などの手法により高精度化が期待できる。
【００５８】
以上説明したように、本実施例によれば、ＭＨｚ〜ＧＨｚ帯の複素誘電率が測定可能な誘電分光部２と温度が測定可能な温度測定部３とを用いて、誘電分光センサ２０と温度センサ３０を近接させた状態で生体などの測定対象の誘電分光スペクトルを取得し、温度情報を用いて誘電分光スペクトルの温度変化による変動を抑制することにより、生体などの、温度が比較的短時間に変化する測定対象に対しても精度よく測定対象の成分濃度を測定することが可能である。
【００５９】
本実施例で説明した成分濃度測定装置の信号処理部４と演算部５とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置およびインターフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図１１に示す。コンピュータは、ＣＰＵ１００と、記憶装置１０１と、インターフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）１０２とを備えている。Ｉ／Ｆ１０２には、誘電分光部２と温度測定部３と表示部６とが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の成分濃度測定方法を実現させるためのプログラムは記憶装置１０１に格納される。ＣＰＵ１００は、記憶装置１０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。なお、誘電分光部２の測定部２３を実現するコンピュータを、信号処理部４および演算部５を実現するコンピュータと同一としてもよいし、別のコンピュータとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、誘電分光法を用いた成分濃度測定に適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１…測定プローブ、２…誘電分光部、３…温度測定部、４…信号処理部、５…演算部、６…表示部、１０…基材、２０…誘電分光センサ、２１…発振器、２２…受信器、２３…測定部、２４…電源、２５…信号分離部、２６，３３…配線、３０…温度センサ、３１…アナログ−デジタルコンバーター、３２…変換器。
【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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【図１１】
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