(57)【要約】【課題】非侵襲的なグルコース濃度測定において、Ｓ／Ｎ比を上げて測定精度を向上する。【解決手段】生体Ａの表面に配置されて、近赤外光を生体Ａ内に照射する光照射部６と、生体Ａ内で拡散あるいは透過した光を生体Ａの外部において検出する検出器７と、該検出器７により検出された受光信号に基づいて生体Ａ内のグルコース濃度を求める演算手段１８とを備え、前記光照射部６の周囲に、該光照射部６の外周面に接触状態に複数の検出器７が配置されているグルコース濃度測定装置１を提供する。【選択図】      図１
2004267613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体表面に配置されて、近赤外光を生体内に照射する光照射部と、生体内で拡散あるいは透過した光を生体外部において検出する検出器と、該検出器により検出された受光信号に基づいて生体内のグルコース濃度を求める演算手段とを備え、
前記光照射部の周囲に、該光照射部の外周面に接触状態に複数の検出器が配置されているグルコース濃度測定装置。
【請求項２】
前記検出器が、前記光照射部より大径の円形横断面を有するセンサからなり、
前記検出器が、前記光照射部の外周面に隣接して２個から５個配置されている請求項１に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項３】
前記検出器が、前記光照射部の周囲に形成される筒状の光検出部内に収容され、
前記光照射部が、直径略２ｍｍの開口を備え、
前記光検出部が、直径略６ｍｍの開口を備え、
これら光照射部と光検出部との間に遮光部材が配置されている請求項２に記載のグルコース濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、グルコース濃度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、糖尿病の判断のために血中グルコース濃度測定が行われており、特に、糖尿病患者のインシュリン投与量を決定する血糖値を検査するために、グルコース濃度の測定が行われている。グルコース濃度の測定は、一般に、指や腕から採取した血液を直接分析することにより行われている。患者の体内における血液中のグルコース濃度は、食事の前後や運動後などの測定条件によって変化するため、正確な血糖値を得るためには、頻繁なグルコース濃度測定が必要である。
しかしながら、採血した血液を直接分析する上記方法では、グルコース濃度の測定の度に注射針等を刺して採血しなければならず、患者にかかる負担が大きいという問題がある。
【０００３】
この問題を解決するために、指、腕、耳朶などの生体組織に対し、外部から近赤外光を照射して生体内で拡散させ、生体外に出射された光を検出する非侵襲的なグルコース濃度測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の方法は、複数本の発光ファイバと複数本の受光ファイバとを束ねて構成した光ファイババンドルを用意し、該光ファイババンドルを構成する各光ファイバの先端面を生体表面に接触状態に配置する。そして、複数の発光ファイバーの先端面から近赤外光を照射することにより、生体内に入射させ、生体内において拡散されて生体表面から生体外に戻る光を複数の受光ファイバにおいて受光するとともに、受光された光のスペクトルを分析することによりグルコースの濃度を算出するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１３１３２２号公報（図３等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生体内から戻って受光ファイバに受光される光には、グルコース濃度に寄与しない上皮組織等における拡散光も含まれるため、Ｓ／Ｎ比が低いという問題がある。
特許文献１に示される方法は、多数の発光ファイバおよび受光ファイバを使用することにより、照射光量および検出光量を増加させることで、検出されるグルコース濃度の情報量を増加させている。しかしながら、このような方法では、そもそも光ファイバを使用しているために、光ファイバにおける光の減衰やＮＡ（開口数）の制限などにより、導光検出効率が低いという問題がある。また、受光ファイバの受光面積に限りがあるため、生体外に出射された拡散光の一部が検出されずに失われる不都合もある。
【０００６】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、Ｓ／Ｎ比を上げて測定精度を向上し得るグルコース濃度測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、生体表面に配置されて、近赤外光を生体内に照射する光照射部と、生体内で拡散あるいは透過した光を生体外部において検出する検出器と、該検出器により検出された受光信号に基づいて生体内のグルコース濃度を求める演算手段とを備え、前記光照射部の周囲に、該光照射部の外周面に接触状態に複数の検出器が配置されているグルコース濃度測定装置を提供する。
【０００８】
この発明によれば、光照射部から発せられた近赤外光は、生体内に入射され、生体内において拡散あるいは透過させられて、生体外部に配置された検出器により検出される。検出器により検出された受光信号は、通過してきた組織に応じた情報を含んでいるため、演算手段の作動により、その受光信号に基づいてグルコース濃度が求められる。
この場合において、複数の検出器が光照射部の周囲に配置されているので、光照射部から発せられ、生体内で拡散等されて生体外に戻る光は、複数の検出器により漏れなく検出される。したがって、検出器に検出されずに失われる情報を少なくして、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【０００９】
また、生体組織の内、グルコース濃度の測定に寄与する真皮組織は、生体表面下２００μｍ〜１３００μｍの範囲に存在する。グルコース濃度の情報を得るためには、この領域における拡散光を多く検出する必要がある一方、生体内における光路長が３ｍｍ以上になってしまうと光がほとんど吸収されてしまい、信号が劣化するという問題がある。この発明によれば、光照射部の外周面に接触状態に検出器の開口を持ち、開口の光を効率よく検出できる複数の光検出器を配置しているので、生体表面下２００μｍ〜１３００μｍの拡散光であって、かつ、生体内における光路長が３ｍｍ以下の光を検出することが可能となる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のグルコース濃度測定装置において、前記検出器が、前記光照射部より大径の円形横断面を有するセンサからなり、前記検出器が、前記光照射部の外周面に隣接して２個から５個配置されているグルコース濃度測定装置を提供する。
【００１１】
この発明によれば、光照射部の周囲に隣接して光照射部より大径のセンサからなる検出器を配置しているので、光照射部から生体内に入射され、生体内において拡散されて戻る光を劣化させずにセンサにより検出することが可能となる。この場合において、光照射部の周囲に配置される大径のセンサの数を２個から５個とすることにより、光照射部と検出器とを半径方向に間隔をあけることなく配置できる。すなわち、センサとして既製品を使用しようとする場合に、特に、電子冷却素子を備えるセンサは、その外径寸法が大径とならざるを得ず、既製品としては直径１４ｍｍのものがある。この発明によれば、そのような既製の大径のセンサを利用して効率的に拡散光を検出することが可能となる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載のグルコース濃度測定装置において、前記検出器が、前記光照射部の周囲に形成される筒状の光検出部内に収容され、前記光照射部が、直径略２ｍｍの開口を備え、前記光検出部が、直径略６ｍｍの開口を備え、これら光照射部と光検出部との間に遮光部材が配置されているグルコース濃度測定装置を提供する。
この発明によれば、光照射部の開口から生体内に入射された光は、生体内で散乱された後に生体外に出射され、光照射部周囲の光検出部の開口から光検出部内に収容されている検出器に検出されることになる。この場合において、光照射部の開口が直径略２ｍｍ、光検出部の開口が直径略６ｍｍとされているので、生体表面下２００μｍ〜１３００μｍの拡散光であって、かつ、生体内における光路長が３ｍｍ以下の光を効率よく回収することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係るグルコース濃度測定装置について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１は、図１に示すように、測定ヘッド２と、該測定ヘッド２に接続される制御部３と、該制御部３に接続される表示部４とを備えている。
【００１４】
前記測定ヘッド２は、測定端面２ａに開口する開口部２ｂを有する空洞部（光検出部）５内に、その中央に配置された光照射部６と、該光照射部６の周囲に配置されたＰｂＳセンサ（検出器）７とを備えている。光照射部６は、直径約２ｍｍの円形横断面を有する中空の円筒状部材であって、その内面にアルミ蒸着処理が施され、その先端開口（開口）６ａが前記測定端面２ａ近傍に配置されている。これにより、光照射部６内に入射された光は、光照射部６の内面において反射されながら、先端開口６ａから出射されるようになっている。
【００１５】
また、前記空洞部５は、光照射部６の先端開口６ａの周囲にリング状の開口部２ｂを備え、その直径が略６ｍｍとなるように形成されている。これにより、測定ヘッド２の外周から開口部２ｂまでの距離を確保し、開口部２ｂに入射する外来光の影響を低減している。また、光照射部６を構成する円筒状部材は遮光部材を構成し、光照射部６から生体に入射される光が直接空洞部５内に入ることを防止している。
【００１６】
前記ＰｂＳセンサ７は、直径約１４ｍｍの円形横断面を有する円柱状に形成されている。ＰｂＳセンサ７としては、例えば、Ｐ２５３２−０１（浜松ホトニクス社製）が使用される。ＰｂＳセンサ７は、図２に示されるように、光照射部６の周囲に３個配置されている。これにより、全てのＰｂＳセンサ７が、光照射部６を取り囲んで相互にほぼ接触するように配置されるとともに、光照射部６の外周面に外接するように配置されている。
なお、符号８は、測定ヘッド２の側面に備えられ、前記ＰｂＳセンサ７に用いられている電子冷却素子（ペルチェ素子）を冷却するヒートシンク、符号９は、ＰｂＳセンサ７への外光の入射を防止する可視光カットフィルタを示している。
また、ＰｂＳセンサの代わりにＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオード（例えば、Ｇ５８５３−１０３（浜松ホトニクス社製））を使用してもよい。
【００１７】
前記制御部３は、光源１０と、該光源１０から発せられた光をコリメートするコリメートレンズ１１と、コリメートされた光を一定の偏光方向に偏光するポーラライザ１２と、入力された高周波の周波数に応じて、ポーラライザ１２で偏光された光を分光して特定の波長の光（近赤外光）のみをさらに偏光して出射する音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ：Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）１３と、該音響光学可変波長フィルタ１３に高周波を供給して制御するフィルタ制御部１４と、該音響光学可変波長フィルタ１３において偏光された特定の波長の光のみを通過させるアナライザ１５と、該アナライザ１５を通過させられた光を集光して前記光照射部６に入射させる集光レンズ１６と、ＰｂＳセンサ７からの出力信号を増幅するアンプ１７と、該アンプ１７により増幅された出力信号に基づいてグルコース濃度を算出する演算装置１８とを備えている。図中、符号１９はＰｂＳセンサ７からアンプに接続される配線である。
【００１８】
前記フィルタ制御部１４は、音響光学可変波長フィルタ１３に対して特定の周波数の高周波を供給するのと同期して、その周波数に応じて音響光学可変波長フィルタ１３から出射されている光の波長信号を演算装置１８に供給するようになっている。また、フィルタ制御部１４は、音響光学可変波長フィルタ１３に供給する高周波の周波数を順次変更するようになっている。
【００１９】
演算装置１８は、アンプ１７から得られた複数の出力信号と、フィルタ制御部１４から得られた各出力信号に対応する波長信号とから得られる出力信号のスペクトル分布に基づいて、特定の波長領域、例えば、波長１．５μｍ近傍の領域における出力信号値からグルコース濃度を演算するようになっている。前記光源１０は、例えば、ハロゲンランプである。また、前記表示部４は、前記演算装置１８に接続されたディスプレイであって、演算装置１８から出力されたグルコース濃度値を表示するようになっている。
【００２０】
このように構成された本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１を用いて生体Ａ内の体液のグルコース濃度を測定するには、測定ヘッド２の測定端面２ａを生体Ａ、例えば、指先の表面に密着させる。これにより、測定端面２ａに設けられた可視光カットフィルタ９が、生体Ａの表面に密着させられる。なお、測定部位は、指先の他、手のひら、前腕等でもよい。
【００２１】
この状態で、光源１０および音響光学可変波長フィルタ１３を作動させ、光源１０から発せられた光から近赤外光を分光して光照射部６に入射させる。光照射部６に入射された近赤外光は、光照射部６の先端開口６ａから出射されることにより、可視光カットフィルタ９を通過させられて、該可視光カットフィルタ９に密着している生体Ａの表面から生体Ａ内に入射させられる。
【００２２】
生体Ａ内に入射された近赤外光は、入射方向に沿って生体Ａ内を進行する間に、生体組織に衝突して拡散される。光は、通過する生体組織や体液の成分に応じて、特定の波長領域の光を吸収される。したがって、生体Ａ内で拡散されることにより生体Ａの表面に戻って生体Ａ外に出射された光は、通過した生体組織や体液に応じた特定の波長領域の光量が低下している。そして、このようにして生体Ａ外に出射された光がＰｂＳセンサ７により検出され、該ＰｂＳセンサ７からの出力信号がアンプ１７によって増幅された後に演算装置１８に入力される。演算装置１８は、入力されたＰｂＳセンサ７からの出力信号に基づいて生体Ａ内のグルコース濃度を計算する。そして、計算されたグルコース濃度が、表示部４に表示されることになる。
【００２３】
この場合において、生体Ａ外に出射される光の光量は、光照射部６の周囲全周にわたり、近傍において最も多く、光照射部６から半径方向に遠ざかるに従って急激に少なくなる。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、ＰｂＳセンサ７が、光照射部６の外周面にほぼ接触状態に、光照射部６の全周を取り囲むように配置されているので、生体Ａ外に出射される光をほぼ漏れなく検出することができる。
【００２４】
すなわち、単一の光照射部６から出射され、生体Ａ内の特定の領域において、あらゆる方向に拡散された光を、ほぼ漏れなく回収することができる。その結果、検出された光に含まれる生体Ａ内の体液中におけるグルコース濃度に関する情報量も多く、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。また、受光ファイバにより受光する従来の方法と比較して、生体Ａの表面から生体Ａ外に出射された光をＰｂＳセンサ７により直接検出するので、光の劣化を防止して、Ｓ／Ｎ比を高めることができるという効果がある。
【００２５】
なお、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１においては、光照射部６として中空の円筒状部材を採用したが、これに代えて、無水石英からなる光ロッドを採用してもよい。また、図３に示されるように、測定端面６ａに向かって先細に形成されたロート状の筒体２０の内面および外面を鏡面処理または光拡散面処理したものを採用してもよい。この場合には、ロート状の筒体２０を収容する空洞部５を測定ヘッド２に設け、空洞部５内面を鏡面処理または光拡散面処理し、ロート状の筒体２０と空洞部５内面との間のリング状空間にＰｂＳセンサ７を周方向に隙間なく配置することにすればよい。このようにすることで、筒体２０の外周面にほぼ接触状態に配置するＰｂＳセンサ７の数を増やすことが可能となる。また、光照射部６に関しては、光源１０の光量を増やすことにすれば、光ファイバを採用してもよい。
【００２６】
また、図４に示されるように、筒状の光照射部２１内にレンズ２２を配置し、測定端面６ａから光の進行方向前方に２００μｍ〜１．３ｍｍの範囲に近赤外光を集光させるように構成してもよい。このようにすることで、毛細血管が存在する真皮領域に近赤外光を集めてグルコース濃度に関する情報を多く含む拡散光を得ることができるという利点がある。
【００２７】
また、ＰｂＳセンサ７を光ファイバ６の周囲にほぼ接触状態に配置するために、ＰｂＳセンサ７の数を３個としたが、これに代えて、２個としてもよい。また、ＰｂＳセンサ７の外径寸法を小さくすることができれば、その数は増やしてもよい。
【００２８】
また、光源１０から入力する光の光量を矩形波状にオンオフ変化させることや、音響光学可変波長フィルタ１３に加える高周波を断続させることで、ＰｂＳセンサ７によって検出されアンプ１７からの出力信号に、照射時の信号成分と非照射時の信号成分とを交互に発生させ、これらの信号成分どうしを差し引きすることで、暗電流によるノイズ成分や０次元の漏れを除去して、Ｓ／Ｎ比をさらに向上させることにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係るグルコース濃度測定装置によれば、光照射部の周囲にほぼ接触状態に複数配置した検出器により、当該光照射部から生体内に入射され、特定領域の生体組織において各方向に拡散された光をほぼ漏れなく回収することができる。その結果、グルコース濃度に関する情報量を多くすることが可能となり、Ｓ／Ｎ比を向上して高い精度でグルコース濃度を測定することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るグルコース濃度測定装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のグルコース濃度測定装置の測定ヘッドにおける光照射部および検出器の配置を概略的に示す正面図である。
【図３】図１のグルコース濃度測定装置の測定ヘッドの変形例を示す縦断面図である。
【図４】図１のグルコース濃度測定装置の測定ヘッドの他の変形例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ａ  生体
１  グルコース濃度測定装置
２ｂ  開口
５  空洞部（光検出部）
６，２１  光照射部
６ａ  先端開口（開口）
７  ＰｂＳセンサ（検出器）
１８  演算手段
２０  筒体（光照射部）
【図１】
2004267613.tif 000003
【図２】
2004267613.tif 000004
【図３】
2004267613.tif 000005
【図４】
2004267613.tif 000006