(57)【要約】【課題】非侵襲的でかつ、測定精度が高いグルコース濃度測定装置の提供を課題とする。【解決手段】生体表面Ｓ１に配置されて、近赤外光Ｌ１を生体Ｓ内に照射する光ファイバ５と、生体Ｓ内で拡散あるいは透過した光Ｌ２を生体Ｓの外部で検出するＰｂＳセンサ６と、このＰｂＳセンサ６により検出された受光信号に基づいて生体Ｓ内のグルコース濃度を求める演算部１８と、生体表面Ｓ１に負圧を与えるポンプ２０とを備える構成を採用した。【選択図】  図１
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【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で検出する検出器と、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、前記生体表面に負圧を与える吸引手段とを備えている
ことを特徴とするグルコース濃度測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のグルコース濃度測定装置において、
前記吸引手段により吸引された前記生体表面が入り込む凹所を有し、
前記近赤外光の照射方向と前記検出器の受光方向とが前記凹所内で互いに斜めをなすように、前記光照射部及び前記検出器が傾斜配置されている
ことを特徴とするグルコース濃度測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載のグルコース濃度測定装置において、
前記近赤外光の照射方向と前記検出器の受光方向とを交差させている
ことを特徴とするグルコース濃度測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載のグルコース濃度測定装置において、
前記生体表面を挟み込むとともに前記吸引手段に連通する凹所を有し、
該凹所を間に挟むように前記光照射部及び前記検出器が配置されている
ことを特徴とするグルコース濃度測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のグルコース濃度測定装置において、
前記近赤外光の照射方向と前記検出器の受光方向とを正対向させている
ことを特徴とするグルコース濃度測定装置。
【請求項６】
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、生体内で拡散した光を生体外部で検出する検出器と、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、前記生体表面に正圧を与える加圧手段とを備えている
ことを特徴とするグルコース濃度測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載のグルコース濃度測定装置において、
前記検出器が複数設けられ、
これら検出器のうちの少なくとも一つが、他の検出器よりも突出した受光端を有し、該受光端が前記加圧手段をなしている
ことを特徴とするグルコース濃度測定装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか１項に記載のグルコース濃度測定装置において、
前記生体表面の温度を調整する温度コントローラを備えている
ことを特徴とする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】
本発明は、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で行われている。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（例えば下記特許文献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、この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させた状態に配置する。そして、各発光ファイバの先端面から近赤外光を生体内に入射させ、さらには生体内で拡散されて生体表面から生体外に戻る光を各受光ファイバで受光するとともに、受光した光のスペクトルを分析することで、グルコース濃度を算出するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特願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で受光される光には、グルコース濃度に寄与しない表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及び受光ファイバを使用することにより、照射光量及び検出光量を増加させ、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、同時にノイズも増加するため、やはりＳ／Ｎ比が改善されないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、非侵襲的でかつ、測定精度が高いグルコース濃度測定装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載のグルコース濃度測定装置は、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で検出する検出器と、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、前記生体表面に負圧を与える吸引手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
上記請求項１に記載のグルコース濃度測定装置によれば、吸引手段を停止させた状態に比較して、吸引手段を起動させて生体表面に負圧を加えた状態では、生体内における吸引部分の血流量が増加する。また、吸引手段を起動させた状態でその吸引力を強弱させた場合にも、吸引力が弱いときに比較して強いときの方が、血流量が増加する。
したがって、光照射部から近赤外光を生体内に照射するとともに生体外に戻ってきた光を検出器で検出する際に、吸引手段で血流量を増加させたときの測定結果から、これよりも血流量が低いときの測定結果を差し引くことで、これらの差分を求めることができる。この差分は、生体内に近赤外光を照射することにより得られる全ての測定情報の中からノイズ成分を差し引いたものとなる。
【０００９】
請求項２に記載のグルコース濃度測定装置は、請求項１に記載のグルコース濃度測定装置において、前記吸引手段により吸引された前記生体表面が入り込む凹所を有し、前記近赤外光の照射方向と前記検出器の受光方向とが前記凹所内で互いに斜めをなすように、前記光照射部及び前記検出器が傾斜配置されていることを特徴とする。
【００１０】
上記請求項２に記載のグルコース濃度測定装置によれば、吸引手段によって吸引された生体表面は、凹所内を満たすように部分的に盛り上がった凸形状をなす。そして、この盛り上がった部分に対して、光照射部が近赤外光を照射するとともに検出器が光を受光することで、光照射部からの散乱を抑えることができる。したがって、散乱の影響を抑えて受光強度を高めることができる。
【００１１】
請求項３に記載のグルコース濃度測定装置は、請求項２に記載のグルコース濃度測定装置において、前記近赤外光の照射方向と前記検出器の受光方向とを交差させていることを特徴とする。
【００１２】
上記請求項３に記載のグルコース濃度測定装置によれば、光照射部から検出器にかけて、ほぼ「く」の字形状のライトパスが形成される。ライトパスの形状をこのようにすることで、近赤外光の照射方向と検出器の受光方向とを同一向きに平行にする場合に比較して、散乱を抑えられるので受光強度を高めることができる。
【００１３】
請求項４に記載のグルコース濃度測定装置は、請求項１に記載のグルコース濃度測定装置において、前記生体表面を挟み込むとともに前記吸引手段に連通する凹所を有し、該凹所を間に挟むように前記光照射部及び前記検出器が配置されていることを特徴とする。
【００１４】
上記請求項４に記載のグルコース濃度測定装置及によれば、凹所内に生体表面を挟み込み、この挟み込み部分に対して、光照射部が近赤外光を照射するとともに検出器が光を受光することで、光照射部からの散乱を抑えることができる。したがって、散乱の影響を抑えて受光強度を高めることができる。
【００１５】
請求項５に記載のグルコース濃度測定装置は、請求項４に記載のグルコース濃度測定装置において、前記近赤外光の照射方向と前記検出器の受光方向とを正対向させていることを特徴とする。
【００１６】
上記請求項５に記載のグルコース濃度測定装置によれば、光照射部から検出器にかけて、生体を透過する直線形状のライトパスが形成される。散乱を抑えられることにより、受光強度を高めることができる。
【００１７】
請求項６に記載のグルコース濃度測定装置は、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、生体内で拡散した光を生体外部で検出する検出器と、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、前記生体表面に正圧を与える加圧手段とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
上記請求項６に記載のグルコース濃度測定装置によれば、正圧が生体表面にかかっていない状態に比較して、加圧手段による正圧を加えた状態では、この加圧部分の血流量が減少する。また、この正圧を強弱させた場合にも、正圧が弱いときに比較して強いときの方が、血流量が減少する。
したがって、光照射部から近赤外光を生体内に照射するとともに生体外に戻ってきた光を検出器で検出する際に、正圧をかけていない測定結果から、正圧をかけて血流量を低下させたときの測定結果を差し引くことで、これらの差分を求めることができる。この差分は、生体内に近赤外光を照射することにより得られる全ての測定情報の中からノイズ成分を差し引いたものとなる。
【００１９】
請求項７に記載のグルコース濃度測定装置は、請求項６に記載のグルコース濃度測定装置において、前記検出器が複数設けられ、これら検出器のうちの少なくとも一つが、他の検出器よりも突出した受光端を有し、該受光端が前記加圧手段をなしていることを特徴とする。
【００２０】
上記請求項７に記載のグルコース濃度測定装置によれば、これを用いてグルコース濃度を測定するには、まず、光照射部及び各受光端を生体表面に対して押し当てる。この時、突出した受光端を有する検出器は、突出している分だけ、他の検出器よりも強く生体表面を圧迫する。これにより、圧迫部分の近傍部分における血液循環量が減少する。
したがって、光照射部から近赤外光を生体内に照射するとともに生体外に戻ってきた光を各検出器で検出する際に、突出した受光端による圧迫を加えて血流量を低下させた箇所における測定結果を他の測定結果から差し引くことで、これらの差分を求めることができる。この差分は、生体内に近赤外光を照射することにより得られる測定情報の中からノイズ成分を差し引いたものとなる。
【００２１】
請求項８に記載のグルコース濃度測定装置は、請求項１から請求項７の何れか１項に記載のグルコース濃度測定装置において、前記生体表面の温度を調整する温度コントローラを備えていることを特徴とする。
【００２２】
上記請求項８に記載のグルコース濃度測定装置によれば、温度コントローラによって生体表面を加温または冷却することにより、測定部位の血行を促進または抑制することができる。すなわち、吸引手段による負圧を生体表面に加えて測定する構成を採用した場合には、負圧を加えた測定時に加温することで、測定部位の血行を促進させることができる。さらにこのとき、負圧をかけない測定時に冷却を行うことで、血行を抑制させることもできる。
一方、加圧手段による加圧を生体表面に加えて測定する構成を採用した場合には、正圧を加えない測定時に加温することで、測定部位の血行を促進させることができる。さらにこのとき、正圧を加える測定時に冷却を行うことで、血行を抑制させることもできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明のグルコース濃度測定装置の各実施形態についての説明を、図面を参照しながら以下に行うが、本発明がこれらに限定解釈されるものでないことは勿論である。まず、図１及び図２を用いて、本発明の第１実施形態についての説明を行う。
図１に示すように、本実施形態のグルコース濃度測定装置１は、測定ヘッド２と、この測定ヘッド２が先端に接続された測定器本体３とを備えて概略構成されている。
【００２４】
測定ヘッド２は、グルコース濃度を測定する際に生体表面Ｓ１に対向配置されて近赤外光を生体Ｓ内に照射する光ファイバ５（光照射部）と、生体Ｓ内で拡散あるいは透過した光を生体Ｓの外部で検出するＰｂＳセンサ６（検出器）と、これら光ファイバ５及びＰｂＳセンサ６を収容するヘッド本体７とを備えている。
【００２５】
図２に示すように、ヘッド本体７は、測定の際に生体表面Ｓ１に当てられる測定端面７ａを有し、この測定端面７ａの中央部に凹所７ｂが形成されている。さらに、この凹所７ｂ内に連通する吸引路７ｃが、ヘッド本体７に形成されている。
光ファイバ５は、例えば直径１ｍｍの円形横断面を有し、その先端面５ａが、凹所７ｂの内壁面と面一になるように配置されている。また、光ファイバ５の外周面には、光を遮光するマスク５ｂが形成されている。このマスク５ｂにより、光ファイバ５の内部から外部に向かう光の漏れや、外部からの光が光ファイバ５の内部に入り込むのを防ぐことが可能となっている。したがって、光ファイバ５内を伝搬してきた光は、前記先端面５ａのみから出射されるようになっている。
【００２６】
ＰｂＳセンサ６は、例えば直径７ｍｍの円形横断面を有する円筒形状に形成されており、その受光面６ａが、凹所７ｂの内壁面に形成された貫通孔７ａ１を通して凹所７ｂ内空間を向くように配置されている。
そして、これらＰｂＳセンサ６及び光ファイバ５は、光ファイバ５から発せられる近赤外光Ｌ１の照射方向と、生体Ｓ内から生体外に戻ってくる光Ｌ２を受光するＰｂＳセンサ６の受光方向とが、凹所７ｂ内で互いに斜めをなして交差するように、これらＰｂＳセンサ６及び光ファイバ５の相対配置が定められている。より具体的に言うと、測定ヘッド２を図２に示す断面で見た場合に、この断面上に光ファイバ５の先端部分とＰｂＳセンサ６が配置され、なおかつ、近赤外光Ｌ１と光Ｌ２とで「く」の字状に曲がるライトパスを形成するようになっている。
【００２７】
図１に示すように、前記測定器本体３は、例えばハロゲンランプ等の光源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、入力された超音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−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）１３と、該音響光学可変波長フィルタ１３に超音波を供給して制御するフィルタ制御部１４と、音響光学可変波長フィルタ１３において偏光された特定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を通過した光を集光して前記光ファイバ５に入射させる集光レンズ１６と、前記ＰｂＳセンサ６からの出力信号を受けて増幅させるアンプ１７と、該アンプ１７で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部１８と、該演算部１８に接続されてその演算結果を表示する表示部１９と、前記吸引路７ｃを介して前記凹所７ｂ内を吸引するポンプ２０（吸引手段）と備えて構成されている。
【００２８】
前記音響光学可変フィルタ１３は、光源１０から発せられた光が入射されると、入力される超音波の周波数に応じて、入射された光から特定周波数領域の光、すなわち、本実施形態においては近赤外領域の光を分光して出力するようになっている。
前記フィルタ制御部１４は、音響光学可変波長フィルタ１３に対して特定周波数の超音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部１８に供給するようになっている。また、このフィルタ制御部１４は、音響光学可変波長フィルタ１３に供給する超音波の周波数を順次変更してスキャンさせることが可能となっている。
【００２９】
前記演算部１８は、アンプ１７を介してＰｂＳセンサ６から得た出力信号（受光信号）と、フィルタ制御部１４から得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。
前記表示部１９は、演算部１８に接続されたディスプレイであり、演算部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。
【００３０】
前記ポンプ２０は、前記凹所７ｂ内を吸引することによって生体表面Ｓ１に負圧を与え、この凹所７ｂ内に生体表面Ｓ１を吸い込んで入り込ませるものとなっている。このポンプ２０による吸引力のＯＮ／ＯＦＦ、または強弱の操作は、手動で行うようにしても良いし、または、自動的に行わせるようにしても良い。なお、図示を省略するが、このポンプ２０の動作状態（ＯＮ／ＯＦＦ、または強弱）を示す信号が、前記演算部１８にリアルタイムに取り込まれるようになっている。これにより、演算部１８は、ＰｂＳセンサ６からの電気信号を受信した同時刻におけるポンプ２０の動作状態を関連づけて把握することが可能となっている。なお、図１における符号２０ａは、ポンプ２０及び吸引路７ｃ間を接続する配管である。
【００３１】
以上説明の構成を有する本実施形態のグルコース濃度測定装置１の動作について以下に説明する。
まず、測定ヘッド２の測定端面７ａを生体Ｓ、例えば指先の表面に密着させる。この状態でポンプ２０を起動させ、凹所７ｂ内に負圧を発生させる。すると、生体表面Ｓ１が部分的に盛り上がって凹所７ｂ内に吸い込まれる。この状態で光源１０及び音響光学波長可変フィルタ１３を作動させ、光源１０から発せられた光より近赤外光を分光して光ファイバ５に入射させる。光ファイバ５に入射されて伝搬する近赤外光は、光ファイバ５の先端面５ａから生体Ｓ内に入射される。
【００３２】
生体Ｓ内に入射した近赤外光Ｌ１は、その入射方向に沿って生体Ｓ内を進行する間に、生体組織に衝突して拡散される。この時、通過する生体組織や体液の成分に応じて特定波長の光が吸収される。したがって、生体Ｓ内で拡散された後、生体Ｓ外に戻ってくる光は、通過した生体組織や体液に応じた特定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Ｓ外に出射された光をＰｂＳセンサ６により検出し、このＰｂＳセンサ６からの出力信号を演算部１８に入力する。以下、この時の測定結果を測定結果Ａと呼ぶ。
続いて、ポンプ２０を停止またはその吸引力を弱めた状態で同様の測定を行い、ＰｂＳセンサ６からの出力信号を演算部１８に取り込む。以下、この時の測定結果を測定結果Ｂと呼ぶ。
【００３３】
以上のようにして、演算部１８には、生体表面Ｓ１に吸引力（負圧）を加えた場合の測定結果Ａと、この吸引力を停止または弱めた場合の測定結果Ｂとの両方が取り込まれる。演算部１８では、測定結果Ａから測定結果Ｂを差し引いてグルコース濃度値を求めることで、ノイズ成分の少ない測定結果を得ることが可能となる。
すなわち、測定結果Ａの測定時は、測定結果Ｂの測定時に比較して生体表面Ｓ１に加える吸引力が強いため、生体Ｓ内における吸引部分の血流量が増加した状態となっている。
したがって、ポンプ２０で血流量を増加させたときの測定結果Ａから、これよりも血流量が低いときの測定結果Ｂを差し引くことで、これらの差分を求めることができる。この差分は、生体Ｓ内に近赤外光Ｌ１を照射することにより得られる全ての測定情報の中からノイズ成分を差し引いたものとなる。
このようにして求められたグルコース濃度値は、表示部１９に表示される。
【００３４】
以上説明の本実施形態のグルコース濃度測定装置１は、光ファイバ５とＰｂＳセンサ６と演算部１８とポンプ２０とを備えて、非侵襲的にグルコース濃度を測定する構成を採用した。この構成によれば、グルコース濃度の測定に際し、ポンプ２０による吸引力の上げ下げを行って測定結果Ａ，Ｂの差分を求めることで、生体Ｓ内に近赤外光Ｌ１を照射して得られる全ての測定情報の中から、ノイズ成分を差し引いた差分を求めることができる。この差分は、純粋に血液のみを測定した場合の結果に近くなるので、測定精度が高いグルコース濃度の測定が可能となる。
【００３５】
また、本実施形態のグルコース濃度測定装置１は、吸引された生体表面Ｓ１が入り込む凹所７ｂを有し、近赤外光Ｌ１の照射方向とＰｂＳセンサ６の受光方向とが凹所７ｂ内で交差する構成を採用した。この構成によれば、光ファイバ５からＰｂＳセンサ６にかけてのライトパスを「く」の字形状にすることができる。ライトパスの形状をこのようにすることで、近赤外光Ｌ１の照射方向とＰｂＳセンサ６の受光方向とを平行にする場合に比較して、散乱を抑えることができ、受光強度を高めることができる。したがって、ＰｂＳセンサ６で検出できる情報量を多くしてＳ／Ｎ比を向上させることが可能となっている。
【００３６】
続いて、本発明の第２実施形態の説明を、図３を参照しながら以下に説明する。なお、本実施形態は、測定ヘッド２の先端部分の構造に特徴があるので、この特徴点を中心に説明し、その他については上記第１実施形態と同様であるとして説明を省略する。
【００３７】
本実施形態の測定ヘッド２は、生体Ｓを部分的に挟みこむとともに吸引路７ｃに連通する凹所２１を有するとともに、光ファイバ５から発せられる近赤外光Ｌ１の照射方向とＰｂＳセンサ６の受光方向とが、凹所２１内で正対向するように、光ファイバ５及びＰｂＳセンサ６を配置させた点が特徴的となっている。さらに、本実施形態の測定ヘッド２は、挟み込んだ生体表面Ｓ１を加温するヒータ（温度コントローラ）２２を凹所２１内に装備した点も特徴的となっている。
【００３８】
本実施形態の測定では、まず、凹所２１内に生体Ｓを部分的に挟み込む。そして、ヒータ２２をＯＮにするとともに前記ポンプ２０を起動させて凹所２１内に吸引力を発生させた状態（以下、これを測定状態Ｓ１と称する。）と、ヒータ２２をＯＦＦにするとともにポンプ２０を停止又は吸引力を弱めた状態（以下、これを測定状態Ｓ２と称する。）との２条件についての測定を行う。
これら測定状態Ｓ１，Ｓ２の何れの場合においても、生体Ｓの挟み込み部分に対して光ファイバ５が近赤外光Ｌ１を照射するとともにＰｂＳセンサ６が光Ｌ２を受光することで、生体Ｓを透過する直線形状のライトパスが形成される。散乱を抑えることで、より受光強度を高めることができる。したがって、ＰｂＳセンサ６で検出できる情報量を多くしてＳ／Ｎ比を向上させることが可能となっている。
【００３９】
また、測定状態Ｓ１では、ポンプ２０による負圧が測定部位にかけられていることに加えて、同測定部位がヒータ２２により加温されているため、測定状態Ｓ２のときよりも測定部位の血行が促進されるものとなっている。これにより、測定状態Ｓ１では、ＰｂＳセンサ６が検出する光Ｌ２における、血液情報量の割合が測定状態Ｓ２に比較して多くなる。したがって、測定時の血流量の差をより際だたせることができるため、グルコース濃度を求める際のＳ／Ｎ比をより高めることが可能となっている。
【００４０】
なお、本実施形態では、生体Ｓの血行を促進させるためにヒータ２２を用いるものとしたが、これに代えて、生体表面Ｓ１の加温及び冷却を切り替えて行える温度コントローラ（図示せず。）を備えるものとしても良い。
この場合、前記温度コントローラによって生体表面Ｓ１を加温または冷却することにより、測定部位の血行を促進または抑制させることができる。すなわち、負圧を加える測定状態Ｓ１において、温度コントローラで測定部位を加温することにより、前述したように測定部位の血行を促進させることができる。さらに、負圧をかけない測定状態Ｓ２において、温度コントローラで測定部位を冷却することで、血行を抑制させることもできる。このようにして、血流量が多い状態での測定結果と少ない状態の測定結果との差をより大きくすることができる。これにより、血液による情報量の割合を増やしてＳ／Ｎ比をより高めることが可能となる。
【００４１】
続いて、本発明の第３実施形態の説明を、図４及び図５を参照しながら以下に説明する。
図４に示すように、本実施形態のグルコース濃度測定装置１０１は、測定ヘッド１０２と、この測定ヘッド１０２が先端に接続された測定器本体１０３とを備えて概略構成されている。
【００４２】
測定ヘッド１０２は、グルコース濃度を測定する際に生体表面Ｓ１に対向配置されて近赤外光を生体Ｓ内に照射する光ファイバ１０５（光照射部）と、生体Ｓ内で拡散した光を取り込む複数本の光ファイバ１０６と、これら光ファイバ１０６のそれぞれに接続された各受光素子１０７と、これら光ファイバ１０５，１０６及び各受光素子１０７を収容するヘッド本体１０８とを備えている。
【００４３】
図５（ｂ）に示すように、ヘッド本体１０８は、測定の際に生体表面Ｓ１に当てられる平坦な測定端面１０８ａを有している。
光ファイバ１０５は、例えば直径１ｍｍの円形横断面を有し、その先端面１０５ａが、前記測定端面１０８ａと面一になるように配置されている。また、光ファイバ１０５の外周面には、光を遮光するマスクが形成されている。このマスクにより、光ファイバ１０５の内部から外部に向かう光の漏れや、外部からの光が光ファイバ１０５の内部に入り込むのを防ぐことが可能となっている。したがって、光ファイバ１０５内を伝搬してきた光は、前記先端面１０５ａのみから出射されるようになっている。
【００４４】
各光ファイバ１０６は、図５（ａ）に示すように、前記光ファイバ１０５を中心として環状配置され、また、図５（ｂ）に示すように光ファイバ１０５の軸線を含む断面で見た場合に、この軸線に対して互いに平行をなすように配置されている。
そして、これら光ファイバ１０６は、その受光端である先端面１０６ａが１個おきに突出したものとなっている。すなわち、測定ヘッド１０２の測定端面１０８ａは、円形配置された各光ファイバ１０６の１箇所おきの各位置に対応した部分が、円筒状に突出した突起１０８ａ１を形成しており、これら突起１０８ａ１の先端と先端面１０６ａとが面一をなすように各光ファイバ１０６が突出配置されている。そして、これら突起１０８ａ１は、測定時に生体表面Ｓ１に正圧を加える加圧手段をなしている。
【００４５】
前記各受光素子１０７は、これに接続される光ファイバ１０６と組み合わされて一組の検出器を構成するので、実質的に、光ファイバ１０５の周囲に、測定端面１０８と面一をなす受光端（先端面１０６ａ）を有する検出器と、これらよりも突出した受光端（先端面１０６ａ）を有する検出器とを１個おきに環状配置させた構成をなすものとなっている。
【００４６】
また、これら光ファイバ１０６の外周面には、光を遮光するマスクが形成されている。このマスクにより、光ファイバ１０６の内部から外部に向かう光の漏れや、外部からの光が光ファイバ１０６の内部に入り込むのを防ぐことが可能となっている。したがって、光ファイバ１０６内に取り込まれる光は、先端面１０６ａのみからとなっている。
【００４７】
図４に示すように、前記測定器本体１０３は、例えばハロゲンランプ等の光源１１０と、該光源１１０から発せられた光をコリメートするコリメートレンズ１１１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１１２と、入力された超音波の周波数に応じて、ポーラライザ１１２で偏光された光を分光して特定波長の光（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−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）１１３と、該音響光学可変波長フィルタ１１３に超音波を供給して制御するフィルタ制御部１１４と、音響光学可変波長フィルタ１１３において偏光された特定波長の光のみを通過させるアナライザ１１５と、該アナライザ１１５を通過した光を集光して前記光ファイバ１０５に入射させる集光レンズ１１６と、前記各受光素子１０７からの出力信号を受けて増幅させるアンプ１１７と、該アンプ１１７で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部１１８と、該演算部１１８に接続されてその演算結果を表示する表示部１１９とを備えて構成されている。なお、図中の符号１０７ｂは、各受光素子１０７及びアンプ１１７間を接続する配線を示している。
【００４８】
前記フィルタ制御部１１４は、音響光学可変波長フィルタ１１３に対して特定周波数の超音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１１３から出射されている光の波長信号を演算部１１８に供給するようになっている。また、このフィルタ制御部１１４は、音響光学可変波長フィルタ１１３に供給する超音波の周波数を順次変更してスキャンさせることが可能となっている。
【００４９】
前記演算部１１８は、アンプ１１７を介して各受光素子１０７から得た各出力信号（受光信号）と、フィルタ制御部１１４から得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。すなわち、この演算部１１８は、各受光素子１０７に接続されている光ファイバ１０６の受光端が突出しているか否かを把握しており、測定端面１０８ａに面一な受光端を介して受光する受光素子１０７の受光信号から、これよりも突出した受光端を介して受光する受光素子１０７の受光信号を差し引いた差分を求める。そして、この差分の周波数分析を行い、特定波長、例えば１．５μｍ近傍の領域の光量に応じてグルコース濃度を算出すものとなっている。
【００５０】
以上説明の構成を有する本実施形態のグルコース濃度測定装置１０１の動作について以下に説明する。
まず、測定ヘッド１０２の測定端面１０８ａを生体Ｓ、例えば指先の表面に対して押し当てる。すると、突出した受光端を有する光ファイバ１０６では、他の光ファイバ１０６に比較して生体表面Ｓ１を強く圧迫するため、その受光端近傍部分における血液循環量が減少する。一方、測定端面１０８ａと面一の受光端部を有する他の光ファイバ１０６では、圧迫が少ないので通常の血液循環量が確保される。
この状態で光源１１０及び音響光学可変波長フィルタ１１３を作動させ、光源１１０から発せられた光より近赤外光を分光して光ファイバ１０５に入射させる。光ファイバ１０５に入射されて伝搬する近赤外光は、光ファイバ１０５の先端面１０５ａから生体Ｓ内に入射される。
【００５１】
生体Ｓ内に入射した近赤外光Ｌａは、その入射方向に沿って生体Ｓ内を進行する間に、生体組織に衝突して拡散される。この時、通過する生体組織や体液の成分に応じて特定波長の光が吸収される。したがって、生体Ｓ内で拡散された後、生体Ｓ外に戻ってくる光は、通過した生体組織や体液に応じた特定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Ｓ外に出射された光を、各光ファイバ１０６を介して各受光素子１０７で検出する。この時、突出した受光端を有する光ファイバ１０６に接続された受光素子１０７は、測定端面１０８ａに面一な受光端を有する光ファイバ１０６に接続された受光素子１０７に比較して血液循環量の少ない状態の受光信号を得るものとなっている。
【００５２】
そして、各受光素子１０７から発せられた出力信号は、アンプ１１７において増幅された後、演算部１１８に入力される。
演算部１１８では、圧迫が少ない箇所の測定結果（突出していない受光端を有する光ファイバ１０６による測定結果）から、これよりも圧迫が強い箇所の測定結果（突出した受光端を有する光ファイバ１０６による測定結果）を差し引くことで、これらの差分を求めることができる。この差分は、生体内に近赤外光を照射することにより得られる測定情報の中からノイズ成分を差し引いたものとなる。
このようにして求められたグルコース濃度値は、表示部１１９に表示される。
【００５３】
以上説明の本実施形態のグルコース濃度測定装置１０１によれば、グルコース濃度の測定に際し、通常血流量の測定結果から低い血流量の測定結果を差し引いた差分を求めることができる。この差分は、純粋に血液のみを測定した場合の結果に近くなるので、測定精度が高いグルコース濃度の測定が可能となる。
【００５４】
なお、本実施形態では、受光端（先端面１０６ａ）を突起させる各光ファイバ１０６の１個ずつに突起１０８ａ１を設けるものとしたが、生体表面Ｓ１に対する部分的な圧迫を加えられれば良く、その他の突起形状を採用しても良い。
【００５５】
例えば図６（ａ）〜（ｃ）に示すものでは、測定端面１０８ａを対向視した場合に光ファイバ１０５を中心とするリング状の環状突起１０８ａ２を採用している。そして、本例では、各光ファイバ１０６が、この環状突起１０８ａ２上に、その先端と面一をなすように環状配置されたものと、測定端面１０８ａと面一をなすように環状配置されたものとに２分されている。したがって、測定端面１０８ａを生体表面Ｓ１に押し当てて測定を行う際に、環状突起１０８ａ２が生体表面Ｓ１を圧迫してこの部分における血液循環量を減らすので、測定端面１０８ａと面一な光ファイバ１０６の測定結果から、環状突起１０８ａ２上に配置された光ファイバ１０６の測定結果を差し引くことにより、上記第３実施形態で得たものと同様の差分を得ることができる。この差分は、生体Ｓ内に近赤外光を照射することにより得られる全ての測定情報の中からノイズ成分を差し引いたものとなり、純粋に血液のみを測定した場合の結果に近くなるので、測定精度が高いグルコース濃度の測定が可能となる。
【００５６】
なお、上記第１実施形態及び第３実施形態のグルコース濃度測定装置に、上記第２実施形態において説明したヒータ２２や前記温度コントローラを組み合わせて、血流量が多い状態での測定結果と少ない状態の測定結果との差をより大きくする構成も採用可能である。この場合においても、血液による情報量の割合を増やしてＳ／Ｎ比をより高めることが可能となる。
ただし、第３実施形態に前記温度コントローラを組み合わせて用いる場合には、正圧を加える突出受光端を備えた部分では加温して血行促進するとともに、その他の突出していない受光端を備えた部分では冷却して血行抑制するのが好ましい。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載のグルコース濃度測定装置は、光照射部と検出器と演算手段と吸引手段とを備えて、非侵襲的にグルコース濃度を測定する構成を採用した。この構成によれば、グルコース濃度の測定に際し、吸引手段による吸引力の上げ下げを行って測定結果の差分を求めることで、生体内に近赤外光を照射して得られる全ての測定情報の中から、ノイズ成分を差し引いた差分を求めることができる。この差分は、純粋に血液のみを測定した場合の結果に近くなるので、測定精度が高いグルコース濃度の測定が可能となる。
【００５８】
また、請求項２に記載のグルコース濃度測定装置は、吸引された生体表面が入り込む凹所を有し、近赤外光の照射方向と検出器の受光方向とが凹所内で非平行をなす構成を採用した。この構成によれば、近赤外光の照射経路と、生体内で拡散されて生体外に戻る光の経路とで形成されるライトパスの全長を、比較的短くでき、受光強度を高めることができるものとなっている。したがって、検出器で検出できる情報量を多くしてＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００５９】
また、請求項３に記載のグルコース濃度測定装置は、近赤外光の照射方向と検出器の受光方向とを交差させる構成を採用した。この構成によれば、ライトパスの全長をより短くして検出器の受光強度をさらに高めることができる。これにより、検出器で検出できる情報量を多くして更にＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００６０】
また、請求項４に記載のグルコース濃度測定装置は、生体表面を挟み込むとともに前記吸引手段に連通する凹所を有し、この凹所を間に挟むように前記光照射部及び前記検出器を配置する構成を採用した。この構成によれば、近赤外光の照射経路と、生体内で拡散されて生体外に戻る光の経路とで形成されるライトパスの全長を短くでき、受光強度を高めることができるものとなっている。したがって、検出器で検出できる情報量を多くしてＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００６１】
また、請求項５に記載のグルコース濃度測定装置は、近赤外光の照射方向と検出器の受光方向とを正対向させる構成を採用した。この構成によれば、ライトパスの全長を最短にして検出器の受光強度をさらに高めることができる。これにより、検出器で検出できる情報量を多くして更にＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００６２】
また、請求項６に記載のグルコース濃度測定装置は、光照射部と検出器と演算手段と加圧手段とを備えて、非侵襲的にグルコース濃度を測定する構成を採用した。この構成によれば、グルコース濃度の測定に際し、加圧手段による正圧の上げ下げを行って測定結果の差分を求めることで、生体内に近赤外光を照射して得られる全ての測定情報の中から、ノイズ成分を差し引いた差分を求めることができる。この差分は、純粋に血液のみを測定した場合の結果に近くなるので、測定精度が高いグルコース濃度の測定が可能となる。
【００６３】
また、請求項７に記載のグルコース濃度測定装置は、前記検出器が複数設けられ、これら検出器のうちの少なくとも一つが、他の検出器よりも突出した受光端を有し、この受光端が前記加圧手段をなす構成を採用した。この構成によれば、グルコース濃度の測定に際し、測定精度が高いグルコース濃度を確実に測定することが可能となる。
【００６４】
また、請求項８に記載のグルコース濃度測定装置は、生体表面の温度を調整する温度コントローラを備える構成を採用した。この構成によれば、測定構成に応じて生体表面を加温または冷却することにより、血流量が多い状態での測定結果と少ない状態の測定結果との差を大きくすることができる。これにより、血液による情報量の割合を増やしてＳ／Ｎ比をより高めることが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のグルコース濃度測定装置の第１実施形態を示す装置構成図である。
【図２】同グルコース濃度測定装置の要部を示す図であって、測定ヘッド先端部分の拡大断面図である。
【図３】本発明のグルコース濃度測定装置の第２実施形態を示す図であって、図２に相当する拡大断面図である。
【図４】本発明のグルコース濃度測定装置の第３実施形態を示す装置構成図である。
【図５】同グルコース濃度測定装置を示す図であって、（ａ）は測定ヘッドの先端部分の正面図、（ｂ）の右側半分は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）の左側半分は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】同グルコース濃度測定装置の変形例を示す図であって、（ａ）は測定ヘッドの先端部分の正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【符号の説明】
１，１０１・・・グルコース濃度測定装置
５，１０５・・・光ファイバ（光照射部）
６，１０６・・・ＰｂＳセンサ（検出器）
７，１０７・・・受光素子（検出器）
７ｂ，７ｃ・・・凹所
１８，１１８・・・演算手段
２０・・・吸引手段
２２・・・ヒータ（温度コントローラ）
１０８ａ１・・・突起（加圧手段）
１０８ａ２・・・環状突起（加圧手段）
Ｓ・・・生体
Ｓ１・・・生体表面
【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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