(57)【要約】【課題】光学素子と生体との間に水、唾液、汗等の液体が介在した場合でも、また複数の生体を測定する場合でも、生体に含まれる特定成分の濃度を、ばらつきなく安定して容易に測定する。【解決手段】  生体と光学素子との間に介在する液体等の厚みの変動の影響を補正するために、補正用の検量線を算出し、これによって測定値を補正し、得られた補正値から濃度を得る。【選択図】図３ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に含まれる特定成分の濃度を測定する方法であって、
（１）光学素子に光を入射し、前記光を前記光学素子に接する生体に吸収および反射させた後、前記光学素子から出射させる工程、
（２）前記光学素子から出射させた光を検出し、検出光から波数信号を得る工程、
（３）前記生体と前記光学素子との境界部分の状態変化が前記波数信号に及ぼす影響を補正するための検量線を使用し、前記波数信号を補正する工程、ならびに
（４）前記補正後の波数信号から、前記生体に含まれる特定成分の濃度を得る工程を包むことを特徴とする特定成分濃度の測定方法。
【請求項２】
前記検量線が、
（３ａ）前記境界部分のｉ（ｉは２〜ｎの整数）種の状態に対応するｉ個のスペクトルを得る工程、および
（３ｂ）前記ｉ個のスペクトルそれぞれにおいてｊ（ｊは２〜ｎの整数）種の波数に対応するｊ個の波数信号によって決まるｉ個の点を座標系にプロットし、前記点を結んで検量線を得る工程によって作成される請求項１記載の特定成分濃度の測定方法。
【請求項３】
前記工程（３ａ）が、前記境界部分の２種の状態に対応する第１のスペクトルおよび第２のスペクトルを得る工程であり、
前記工程（３ｂ）が、前記第１のスペクトルにおいて２種の波数に対応する２個の波数信号により決まる点（ｘ１，ｙ１）および前記第２のスペクトルにおいて２種の波数に対応する２個の波数信号により決まる点（ｘ２，ｙ２）を座標系にプロットし、前記点を結んで検量線を得る工程である請求項２記載の特定成分濃度の測定方法。
【請求項４】
前記工程（３）が、複数の異なる波数において前記検出光から得られる波数信号で決まる点を通り、かつ前記検量線と同じ勾配を有する第２の検量線を作成し、前記波数信号を前記第２の検量線と暫定条件とに基づいて変換する工程を含む請求項２または３記載の特定成分濃度の測定方法。
【請求項５】
前記検量線が、
（３Ａ）前記生体と前記光学素子とが接触した状態でｉ（ｉは２〜ｎの整数）個のスペクトルを得る工程、および
（３Ｂ）前記ｉ個のスペクトルそれぞれにおいてｊ（ｊは２〜ｎの整数）種の波数に対応するｊ個の波数信号によって決まるｉ個の点を座標系にプロットし、前記点を結んで検量線を得る工程によって作成される請求項１記載の特定成分濃度の測定方法。
【請求項６】
前記工程（３Ａ）が、第１のスペクトルおよび第２のスペクトルを得る工程であり、
前記工程（３Ｂ）が、前記第１のスペクトルにおいて２種の波数に対応する２個の波数信号により決まる点（ｘ１，ｙ１）および前記第２のスペクトルにおいて２種の波数に対応する２個の波数信号により決まる点（ｘ２，ｙ２）を座標系にプロットし、前記点を結んで検量線を得る工程である請求項５記載の特定成分濃度の測定方法。
【請求項７】
前記工程（３）が、複数の異なる波数において前記検出光から得られる波数信号で決まる点を通り、かつ前記検量線と同じ勾配を有する第２の検量線を作成し、前記波数信号を前記第２の検量線と暫定条件とに基づいて変換する工程を含む請求項６記載の特定成分濃度の測定方法。
【請求項８】
前記境界部分の状態変化が液体層の厚み変化である請求項１〜７のいずれかに記載の特定成分濃度の測定方法。
【請求項９】
前記検量線を作成する際、７００〜３２００ｃｍ-1の範囲の２つ以上の波数における波数信号を用い、前記暫定条件として前記２つ以上の波数のいずれかにおける波数信号を用いる請求項４または７記載の特定成分濃度の測定方法。
【請求項１０】
生体に含まれる特定成分の濃度を測定するための装置であって、
（ａ）生体と接触させるための光学素子、
（ｂ）前記光学素子に光を入射させるための光源、
（ｃ）前記光学素子から出射する光を検出するための光検出手段、および
（ｄ）前記光検出手段において得られた波数信号を処理するための信号処理手段を備え、
前記信号処理手段が、１種以上の検量線を使用して前記波数信号を補正する特定成分濃度の測定装置。
【請求項１１】
前記信号処理手段が、前記検量線を記憶している請求項１０記載の特定成分濃度の測定装置。
【請求項１２】
前記信号処理手段が、前記検量線を算出する請求項１０記載の特定成分濃度の測定装置。
【請求項１３】
前記信号処理手段が、異なる波数において前記検出光から得られる波数信号で決まる点を通り、かつ前記検量線と同じ勾配を有する第２の検量線を作成し、前記波数信号を前記第２の検量線と暫定条件とに基づいて変換する請求項１０〜１２のいずれかに記載の特定成分濃度の測定装置。
【請求項１４】
前記検量線が、前記生体と前記光学素子との境界部分における液体層の厚み変化が、前記波数信号に及ぼす影響を補正するための検量線である請求項１０〜１３のいずれかに記載の特定成分濃度の測定装置。
【請求項１５】
前記暫定条件が、前記検量線を作成する際に用いた７００〜３２００ｃｍ-1の範囲の２つ以上の波数における波数信号である請求項１３または１４記載の特定成分濃度の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体における血糖値、水分またはコレステロール等の特定成分の濃度を、生体からの帰還光を測定することにより、光学的に測定するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光学測定装置を用いて、試料、とりわけ生体の特定成分を測定する方法が種々提案されている。例えば、平行に向かい合った一対の反射面を備えた透明な減衰全反射（ＡＴＲ）素子を光学素子として用い、この光学素子に上下の口唇を密着させて血糖値を測定する方法が提案されている（特許文献１および２）。
具体的にこの方法では、セレン化亜鉛、シリコンまたはゲルマニウム等からなるＡＴＲ素子を口にくわえて口唇で押さえつけ、この状態でＡＴＲ素子に光を入射させる。入射光は、ＡＴＲ素子の反射面と口唇との境界で全反射を繰り返し、その後ＡＴＲ素子の外部に出射する。この出射光を分析することによって唇に含まれる成分の濃度に関する情報を得ることができる。
【０００３】
また、口唇の粘膜に密着させたＺｎＳｅ光学結晶等からなるＡＴＲ素子に、波長９〜１１マイクロメートルのレーザ光を入射させ、ＡＴＲ素子の内部で多重反射させる方法も提案されている。多重反射した後の減衰全反射光または散乱反射光等を分析することによって、血糖値または血中エタノール濃度を測定することができる。
これらの方法によると、リアルタイムにかつ非侵襲的に、グルコースまたはコレステロール等の特定成分の濃度を測定することができる。これらの方法では、エバネッセント光（いわゆるしみだし光）が定量分析に応用されている。
【０００４】
このように、生体からの帰還光を測定することにより、体液の各種成分の濃度に関する情報を得ることができるが、光学素子と生体との境界部分に存在する液体が、測定精度に影響するという問題がある。なお、濃度に関する情報とは、濃度そのもの、濃度の絶対値、および濃度の時間的変化等を含む。
【特許文献１】特開平９−１１３４３９号公報
【特許文献２】特開平１１−１７８７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のような方法を実施するための従来の光学測定装置は、以下のような問題点を有する。すなわち、ＡＴＲ素子中を進行する光は、ＡＴＲ素子の反射面と口唇との境界で全反射を繰り返す際に、わずかに口唇中に進入する。このとき、光は、そこに存在する体液中の成分の影響を受ける。
例えば、グルコースは、波数１０３３ｃｍ-1および１０８０ｃｍ-1付近に吸収ピークを有する。したがって、この波数の光を生体に照射した場合、生体中のグルコース濃度に応じて光の吸収量が異なってしまう。
【０００６】
より具体的には、光学素子を用いて生体である口唇の濃度情報を測定する場合、光学素子と口唇との間に唾液等の液体が介在すると、口唇に到達する光の量は、液体層の厚みによって変化する。その結果、光の量に基づいて検出される信号量が大きく変化して測定結果にばらつきを生じ、安定した測定結果が得られない。
このときグルコースピーク値だけを濃度情報として求めると、例えば、実際はグルコース濃度が高いのに唾液層が厚いために測定される吸光度が低かったり、実際はグルコース濃度が低いにもかかわらず、唾液層が薄いために測定される吸光度が高かったりし、誤った濃度情報となる。
【０００７】
さらに、複数の被検体を測定する場合には、屈折率の個人差によっても、この信号量が大きく変化し、同様の問題が生じる。
また、口唇以外の部位において測定を行う場合、前記部位と光学素子との間に汗などの体液が介在すると、その体液層の厚みによって生体に到達する光の量が変化して測定結果にばらつきを生じ、同様の問題が生じる。
【０００８】
一般に、ＡＴＲ法において、エバネッセント光が測定対象に浸入する深さは、波長オーダである。この光は、生体の表面から波長オーダの範囲にある表層組織を透過した後、帰還する。エバネッセント光の侵入する深さは、生体の屈折率と光学素子への光の入射角により決定される。
生体と光学素子との間に液体などが介在する場合、介在する液体の厚みが変化すると、エバネッセント光の生体へ侵入する深さが変化する。また、測定される生体部位が複数存在する場合には、測定される部位ごとに屈折率が異なるため、侵入深さが変化する。このため、上記問題点は、ＡＴＲ素子を用いた光学測定装置において顕著である。
【０００９】
また、エバネッセント光ではなく、透過光を測定する方法であっても、生体と光学素子との境界部分に液体が介在し、その液体層の厚さが変化すると波数信号情報に変化を及ぼす影響は同様である。
すなわち、従来の測定方法では、生体と光学素子との境界部分の状態の変化が波数信号情報に影響を及ぼすという問題があり、本発明は、このような問題を解決すべく、光学素子と生体との間に水、唾液または汗等の液体が介在した場合や複数の生体部位で測定を行う場合でも、生体に含まれる特定成分の濃度情報を安定的に容易に測定することができる方法および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】
【００１０】
上述のような課題を解決すべく、本発明は、生体に含まれる特定成分の濃度を測定する方法であって、
（１）光学素子に光を入射し、前記光を前記光学素子に接する生体に吸収および反射させた後、前記光学素子から出射させる工程、
（２）前記光学素子から出射させた光を検出し、検出光から波数信号を得る工程、
（３）前記生体と前記光学素子との境界部分の状態変化が前記波数信号に及ぼす影響を補正するための検量線を使用し、前記波数信号を補正する工程、ならびに
（４）前記補正後の波数信号から、前記生体に含まれる特定成分の濃度を得る工程を包むことを特徴とする特定成分濃度の測定方法を提供する。
【００１１】
さらに、本発明は、上記測定方法を実施するための測定装置も提供する。この測定装置は、（ａ）生体と接触させるための光学素子、
（ｂ）前記光学素子に光を入射させるための光源、
（ｃ）前記光学素子から出射する光を検出するための光検出手段、および
（ｄ）前記光検出手段において得られた波数信号を処理するための信号処理手段を備え、
前記信号処理手段が、１種以上の検量線データを使用して前記波数信号を補正する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光学素子と生体との間に水、唾液または汗等の液体が介在した場合であっても、また、生体の複数の部位で測定を行う場合であっても、生体に含まれる特定成分の濃度情報を安定的にかつ容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、生体に含まれる特定成分の濃度を測定する方法であって、
（１）光学素子に光を入射し、前記光を前記光学素子に接する生体に吸収および反射させた後、前記光学素子から出射させる工程、
（２）前記光学素子から出射させた光を検出し、検出光から波数信号を得る工程、
（３）前記生体と前記光学素子との境界部分の状態変化が前記波数信号に及ぼす影響を補正するための検量線を使用し、前記波数信号を補正する工程、ならびに
（４）前記補正後の波数信号から、前記生体に含まれる特定成分の濃度を得る工程を包むことを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、あらかじめ、（３ａ）前記境界部分のｉ（ｉは２〜ｎの整数）種の状態に対応するｉ個のスペクトルを得る工程、および（３ｂ）前記ｉ個のスペクトルそれぞれにおいてｊ（ｊは２〜ｎの整数）種の波数に対応するｊ個の波数信号によって決まるｉ個の点を座標系にプロットし、前記点を結んで検量線を得る工程によって、前記検量線を作成しておく。そして、実際の測定の際に、検出光から得られる波数信号を、この検量線を用いて補正する。
【００１５】
前記工程（３ａ）が、前記境界部分の２種の状態に対応する第１のスペクトルおよび第２のスペクトルを得る工程であり、前記工程（３ｂ）が、前記第１のスペクトルにおいて２種の波数に対応する２個の波数信号により決まる点（ｘ１，ｙ１）および前記第２のスペクトルにおいて２種の波数に対応する２個の波数信号により決まる点（ｘ２，ｙ２）を座標系にプロットし、前記点を結んで検量線を得る工程であるのが好ましい。      
【００１６】
また、前記工程（３）が、複数の異なる波数において前記検出光から得られる波数信号で決まる点を通り、かつ前記検量線と同じ勾配を有する第２の検量線を作成し、前記波数信号を前記第２の検量線と暫定条件とに基づいて変換する工程を含むのが有効である。
【００１７】
また、本発明においては、あらかじめ、（３Ａ）前記生体と前記光学素子とが接触した状態で、一度の操作でｉ（ｉは２〜ｎの整数）個のスペクトルを得る工程、および（３Ｂ）前記ｉ個のスペクトルそれぞれにおいてｊ（ｊは２〜ｎの整数）種の波数に対応するｊ個の波数信号によって決まるｉ個の点を座標系にプロットし、前記点を結んで検量線を得る工程によって、前記検量線を作成しておく。そして、実際の測定の際に、検出光から得られる波数信号を、この検量線を用いて補正する。
【００１８】
前記工程（３Ａ）が、第１のスペクトルおよび第２のスペクトルを得る工程であり、前記工程（３Ｂ）が、前記第１のスペクトルにおいて２種の波数に対応する２個の波数信号により決まる点（ｘ１，ｙ１）および前記第２のスペクトルにおいて２種の波数に対応する２個の波数信号により決まる点（ｘ２，ｙ２）を座標系にプロットし、前記点を結んで検量線を得る工程であるのが好ましい。
【００１９】
この場合も、前記工程（３）が、複数の異なる波数において前記検出光から得られる波数信号で決まる点を通り、かつ前記検量線と同じ勾配を有する第２の検量線を作成し、前記波数信号を前記第２の検量線と暫定条件とに基づいて変換する工程を含むのが有効である。
【００２０】
前記境界部分の状態変化が液体層の厚み変化であるのが好ましい。
また、前記検量線を作成する際、７００〜３２００ｃｍ-1の範囲の２つ以上の波数における波数信号を用い、前記暫定条件として前記２つ以上の波数のいずれかにおける波数信号を用いるのが有効である。
【００２１】
さらに、本発明は、上記測定方法を実施するための測定装置にも関する。この測定装置は、生体に含まれる特定成分の濃度を測定するための装置であって、
（ａ）生体と接触させるための光学素子、
（ｂ）前記光学素子に光を入射させるための光源、
（ｃ）前記光学素子から出射する光を検出するための光検出手段、および
（ｄ）前記光検出手段において得られた波数信号を処理するための信号処理手段を備え、
前記信号処理手段が、１種以上の検量線を使用して前記波数信号を補正するものである。
【００２２】
前記信号処理手段が、前記検量線をデータとして記憶しているのが有効である。
また、前記信号処理手段が、前記検量線を算出する機能を有するのが有効である。
さらに、前記信号処理手段が、異なる波数において前記検出光から得られる波数信号で決まる点を通り、かつ前記検量線と同じ勾配を有する第２の検量線を作成し、前記波数信号を前記第２の検量線と暫定条件とに基づいて変換する機能を有するのが有効である。
【００２３】
また、前記検量線としては、前記生体と前記光学素子との境界部分における液体層の厚み変化が、前記波数信号に及ぼす影響を補正するための検量線であるのが有効である。
前記暫定条件は、前記検量線を作成する際に用いた７００〜３２００ｃｍ-1の範囲の２つ以上の波数における波数信号であるのが有効である。
【００２４】
図面を参照しながら本発明に係る測定方法および測定装置を説明する。図１および６は、本発明の一実施の形態に係る測定装置の構成を示す図である。これらの図において、光源から出射された光の経路が点線で示されている。なお、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
本発明に係る測定方法は以下の４つの工程を含む。
【００２５】
工程（１）：
工程１では、光学素子を生体の測定部位に接触させた後、前記光学素子に光を入射し、前記光を前記光学素子に接する生体に吸収および反射させた後、前記光学素子から出射させる。
図１に示されるように、光源１からＡＴＲ型の光学素子２に入射された光が、全反射を繰り返しながら、光学素子２内を伝搬していく。この光は、光学素子の外側に接する媒体中において、波長の数倍程度の距離（深さ）にまで、しみ出す。このとき、このしみ出し光は、光学素子２に密着した生体５に含まれる特定成分に応じた量だけ吸収される。その後、この光学素子２から光が出射される。
【００２６】
一方、図６に示す測定装置の場合、光学素子１２のセンシング面に形成された略Ｖ状部１３に生体５を接触させる。この場合、生体５が部分的に隆起して略Ｖ状部１３に接する。光源１から透過光型の光学素子１２に入射された光は、生体１５に吸収・反射され、光学素子１２内を伝搬する。このとき、この光は、光学素子１２に密着した生体５に含まれる特定成分に応じた量だけ吸収される。その後、光が、この光学素子１２から出射される。
【００２７】
工程（２）：
工程２においては、光学素子２または１２から出射された光を、例えば光検出手段３によって検出し、検出光から波数信号が得られる。波数信号としては、波数に対応した吸光度および透過率等が含まれる。
【００２８】
工程（３）：
ついで、工程３において、前記検出光から得られた波数信号を、検量線を用いて補正する。
この検量線は、波数信号が変動する情報を勾配線として表したものである。具体的には、前記検量線は、生体５と光学素子２または１２との境界部分の状態の変化が、検出光から得られた波数信号に及ぼす影響を補正するためのデータである。
【００２９】
前記検量線は、
（３ａ）前記境界部分のｉ（ｉは２〜ｎの整数）種の状態に対応するｉ個のスペクトルを得る工程、および
（３ｂ）前記ｉ個のスペクトルそれぞれにおいてｊ（ｊは２〜ｎの整数）種の波数に対応するｊ個の波数信号によって決まるｉ個の点を座標系にプロットし、前記点を結んで検量線を得る工程によって作成することができる。
【００３０】
ここで、前記境界部分には、水、唾液もしくは汗等の液体、または空気等が存在し得る。生体５が口唇であり、特定成分がグルコースであり、かつ光学素子２および１２と口唇との間の境界部分に唾液などの液体層が存在する場合に代表させて、上記工程（３ａ）および（３ｂ）を説明する。
【００３１】
前記境界部分の２種の状態として、唾液層の厚みが０．０１μｍの場合と１μｍの場合とを設定する。まず、光学素子２または１２と生体５である口唇との間の唾液層が、検出光から得られる波数信号に及ぼす影響を補正するための検量線（唾液層変動勾配線）Ｋを、作成する。図２は、唾液層の厚みを０．０１μｍまたは１μｍと仮定し、ある特定のグルコース濃度について、波数２１００ｃｍ-1での吸光度を横軸とし、波数１０８０ｃｍ-1での吸光度を縦軸として作成した検量線Ｋである。
この検量線Ｋは、グルコース濃度が同じ場合でも、唾液層の厚みによって吸収ピーク１０８０ｃｍ-1での吸光度が変化する様子を示している。
【００３２】
まず、工程（３ａ）において、生体５である口唇の屈折率、光学素子２または１２の屈折率、光学素子２または１２へ入射する光の入射角、および内部反射角などの光学情報を設定する。そして、ある特定のグルコース濃度を設定して、唾液層の厚みが０．０１μｍの場合のスペクトル、および唾液層の厚みが１μｍの場合のスペクトルを計算により求める。
スペクトルを計算するための条件は、実際の測定を行う場合に使用する条件と一致させる。具体的にこの条件とは、口唇の屈折率、使用した光学素子２または１２の屈折率、光学素子２または１２へ入射させる光の入射角等である。
また、図２において、グルコース濃度は、血糖値８０ｍｇ／ｄｌに相当するように設定した。
【００３３】
ついで、工程（３ｂ）において、唾液層の厚みが０．０１μｍである場合のスペクトルの波数２１００ｃｍ-1での吸光度をｘ１とし、波数１０８０ｃｍ-1での吸光度をｙ１とする。この波数２１００ｃｍ-1においては、水の影響によってスペクトル形状が大きく変動する。また、波数１０８０ｃｍ-1には、グルコースの吸収ピークの１つが現れる。
同様にして、唾液層の厚みが１μｍである場合のスペクトルにおいて、波数２１００ｃｍ-1での吸光度をｘ２とし、波数１０８０ｃｍ-1での吸光度をｙ２とする。
【００３４】
そして、上述のようにして得られた２つの点（ｘ１，ｙ１）および点（ｘ２，ｙ２）を、波数２１００ｃｍ-1での吸光度を横軸とし、波数１０８０ｃｍ-1での吸光度を縦軸とする座標系（ｘ−ｙ平面）にプロットして、グラフを作成する。最終的に前記２つの点を直線で結び、検量線Ｋを得る。
【００３５】
上記の例では、唾液層の厚みを０．０１μｍまたは１μｍと仮定してスペクトルを算出し、検量線を作成した。しかし、唾液層の厚みとして３種以上の厚みを仮定してスペクトルを求め、これらのスペクトルからの３つ以上の点を結んで、検量線を作成してもよい。
さらに、上記の例では、各々のスペクトルにおいて、２種の波数での吸光度の組を座標系における点とした。しかし、各々のスペクトルから３種以上の波数での吸光度を求め、これらの吸光度の組を点として、３次元以上の座標系を使用して、検量線を作成してもよい。
【００３６】
一般に、ある物質は中赤外域において特有の吸収パターンを持っており、このような吸収ピークが現れる領域を指紋領域と呼ぶ。一例として６５０〜１８００ｃｍ-1付近の範囲があげられる。
グルコースは、大小さまざまな吸収ピークを７００〜３２００ｃｍ-1の波数領域に有する。このなかでも指紋領域である９５０〜１５５０ｃｍ-1の領域での吸収ピークが、グルコースの濃度を測定するためによく用いられる。
【００３７】
生体のようにいろいろな成分を含んでいるものを測定する場合、指紋領域では水分が吸収ピークに影響し、それ以外の成分も吸収ピークに影響する。したがって、当該領域の波数を水分の影響を補正するために利用しても、水分以外の成分による影響は排除することはできず、好ましくない。
水の吸収ピークは１７００〜３０００ｃｍ-1の波数領域に現れる。したがって、指紋領域ではなく、より水の影響を強く受ける１７００〜３０００ｃｍ-1の領域を水分の影響の補正に利用することが好ましい。すなわち、前記工程（３ｂ）においては、少なくとも波数９５０〜１５５０ｃｍ-1の領域と１７００〜３０００ｃｍ-1の領域で測定を行なうのが好ましい。
【００３８】
スペクトルを計算するために用いられる生体の屈折率としては、既知の数値を用いてもよいし、測定によって求めてもよい。例えば、生体の吸光度をＰ偏光およびＳ偏光の２つの偏光状態で測定し、得られた結果から屈折率を逆算する方法、２つの異なる入射角で入射された光で生体の吸光度を測定し、屈折率を逆算する方法、クラマース・クロニッヒの方法、Ｄｒｕｂｅの方法、およびエリプソメトリーの方法等が挙げられる。
【００３９】
つぎに、上記検量線を用いて、検出光から得られた波数信号を補正する方法を説明する。まず、工程（３ｃ）として、検量線データを作成するために使用したｊ種の波数において測定された波数信号で表される点（ｘｍ，ｙｍ，・・・）を通り、かつ前記検量線と同じ勾配を有する第２の検量線を作成する。
そして、工程（３ｄ）として、前記ｊ種の波数のうちの少なくとも１つ（１つ以上）の波数における波数信号を暫定条件として設定し、前記第２の検量線上において、前記暫定条件の波数信号を、前記暫定条件の波数と異なる波数における波数信号に変換し、補正波数信号を得る。
【００４０】
なお、検量線を作成するために使用する波数と、測定スペクトルから選択する波数は同じである。
また、測定したデータから上記と同様に２１００ｃｍ-1での吸光度を横軸にプロットし、１０８０ｃｍ-1での吸光度を縦軸にプロットした点がｓ１である。この点ｓ１を通り、前記検量線Ｋと同じ勾配を有する第２の検量線が検量線Ｈである。
【００４１】
工程（４）：
最後に工程（４）において、前記補正波数信号から濃度に関する情報が得られ、この情報は外部に出力される。
例えば唾液層の厚みを常に０．２μｍと仮定して補正を行う場合について説明する。唾液層０．２μｍと仮定して補正する場合、その厚みに対応する２１００ｃｍ-1での吸光度は、上記工程（３ａ）と同様に計算することにより０．７と求められる。第２の検量線Ｈ上で暫定条件である０．７と交わる点が星印Ｊであり、この点Ｊが示す１０８０ｃｍ-1での吸光度はＲで表される。
【００４２】
測定したデータでは、グルコースの吸収ピークである１０８０ｃｍ-1での吸光度はＰで表されるが、唾液層の厚みの変動勾配を表す検量線Ｋに２１００ｃｍ-1での吸光度０．７を与えれば、吸光度Ｒという補正波数信号が得られる。すなわち、唾液層の厚みを常に０．２μｍとして補正を行うことで、唾液層の厚み変動の影響を受けない濃度情報が得られる。
測定される特定成分がグルコースである場合には、グルコースの吸収ピーク波数での波数信号を血糖値に換算する基本情報を用いて、補正された測定値から血糖値を算出することもできる。
【００４３】
測定は、生体５の一箇所において複数回行うことが好ましい。本発明の方法では、各測定において、測定値を補正するために同じ暫定条件を用いる。こうすることによって、各測定において、生体５と光学素子２または１２との境界部分の状態が異なっても、実際の測定値を特定の暫定条件下での測定値に変換することによって、境界部分の状態が同じである場合の測定値を得ることができる。このため、測定値のばらつきが低減され、安定した測定結果を得ることができる。
【００４４】
また、本発明の方法では、スペクトルを計算するために、生体５の屈折率を使用する。生体５の測定部位が異なれば、その各々の部位の屈折率を使用して、スペクトルを計算することが可能である。このため、本発明の方法は、生体５の複数箇所において測定を行う場合にも使用することができる。
【００４５】
生体５の複数部位を測定する場合には、１つの検量線を、すべての部位の測定値の補正に用いることはできないため、各々の部位に対応した検量線を使用する必要がある。このような検量線は、上記のように、生体５の個々の部位の屈折率を含む条件を用いてスペクトルを計算し、この計算されたスペクトルを用いて作成することができる。このようにして得られた各部位に対応する検量線を、測定値を補正するために使用する。
なお、スペクトルを計算するために使用する生体５の屈折率には、既存の値を用いてもよく、また本発明の方法を実施する際に測定によって求めてもよい。
【００４６】
このように、本発明の方法は、生体５の複数部位を測定する場合にも、その各々の部位に対応する検量線を使用して、測定値の補正を行うことができる。このため、部位間の差に影響されることなく、安定した測定結果を得ることができる。
【００４７】
また、前記検量線は、
（３Ａ）前記生体と前記光学素子とが接触した状態でｉ（ｉは２〜ｎの整数）回の測定を行ってｉ個のスペクトルを得る工程、および
（３Ｂ）前記ｉ個のスペクトルそれぞれにおいてｊ（ｊは２〜ｎの整数）種の波数に対応するｊ個の波数信号によって決まるｉ個の点を座標系にプロットし、前記点を結んで検量線を得る工程によって作成してもよい。
【００４８】
ここで、前記工程（３Ａ）を行うためには、測定開始スイッチなどを用い、一度の開始操作によって自動的に測定開始直後のデータと所定時間経過後のデータとを取り込んでもよい。前記所定時間は適宜選択することができる。前者のデータ取り込みと後者のデータ取り込みは、時間を置かずに連続して行ってもよいし、数秒間〜数分間経過後に行ってもよい。要は、生体５と光学素子２または１２とが接触した状態で連続して少なくとも２回の測定データ取り込みを行う。
【００４９】
また、前記工程（３Ａ）では、一度の操作で２回以上の測定を行ってデータを取り込んでもよい。測定の回数が多くデータの数が多いほど、精密な勾配を有する検量線を得ることができる。
【００５０】
ついで、工程（３Ｂ）において、図４に示すように、最初に取り込んだデータのスペクトルの２１００ｃｍ-1での吸光度をａ１とし、１０８０ｃｍ-1での吸光度をｂ１とする。同様に、２回目に取り込んだデータのスペクトルの２１００ｃｍ-1での吸光度をａ２とし、１０８０ｃｍ-1での吸光度をｂ２とする。
【００５１】
図５に示されるように、このようにして得られた２つの点（ａ１，ｂ１）および（ａ２，ｂ２）を、２１００ｃｍ-1での吸光度を横軸にとり、１０８０ｃｍ-1での吸光度を縦軸にとったｘ−ｙ平面にプロットする。この２つの点Ｃ１、Ｃ２を直線で結んで検量線Ｌを得ることができる。
【００５２】
上記の例では、２種の測定データから検量線を作成した。しかし、２個以上のスペクトルを求め、これらのスペクトルからの３つ以上の点を結んで、検量線を作成してもよい。さらに、前述したように、各々のスペクトルから３つ以上の波数での吸光度を求め、これらの吸光度を組として、３次元以上の座標を使用して検量線を作成してもよい。
【００５３】
また、上記工程（４）において、測定される特定成分がグルコースである場合には、グルコースの吸収ピーク波数での波数信号を血糖値に換算する基本情報を用いて、補正された測定値から血糖値を算出することもできる。
【００５４】
つぎに、本発明の測定方法を実施するための測定装置を、再度、図１を参照しながら説明する。本発明に係る測定装置は、図１または６に示されるように、光源１、光学素子２または１２、光検出手段３、信号処理手段４、偏光素子６、および光源１と光学素子２の間に設けられた分光手段（図示せず）で構成される。さらに、前記測定装置の機能を実行させるプログラムおよび当該プログラムを記憶した記録媒体を有する。
【００５５】
光源１としては、測定対象である特定成分が吸収する光の波数と同じ波数を有する光を発するものであれば用いることができる。例として、炭化珪素（ＳｉＣ）を棒状に焼結して得られるグローバ光源、ＣＯ2レーザ、およびタングステン灯等が挙げられる。
光学素子２および１２を構成する材料としては、特に限定されることなく、当該分野で公知のものを用いることができる。例として、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、ダイアモンド、ＺｎＳｅ、ＺｎＳおよびＫｒＳ等が挙げられる。
【００５６】
ここで、グルコースのように、波数１０３３ｃｍ-1および１０８０ｃｍ-1の赤外域に吸収ピークを示す物質を計測する場合には、約９〜１０ミクロン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構成され、ホウ素やリン等の不純物の含有量が少なく抵抗率が１００Ωｃｍ以上の材料を用いるのが好ましい。抵抗率が１５００Ωｃｍ以上のものがさらに好ましい。
【００５７】
光検出手段３としても、特に限定されることなく、当該分野で公知のものを用いることができる。例として、焦電センサやＭＣＴ検出器が挙げられる。
信号処理手段４は、特に限定されることなく、上記検量線データを用いて、光検出手段３で検出された光から得られた波数信号の補正を行うことができる装置であればよい。例えば、信号処理手段として、計算機を用いることができる。
【００５８】
この信号処理手段４は、測定する対象が特定されているならば、その対象に応じて計算で求めた基準検量線をあらかじめ保有（記憶）していてもよく、実際の測定の際に計算でその都度求めてもよい。
また、複数の生体または一つの生体の複数部位の測定を行う場合には、信号処理手段４は、生体５および光学素子２または１２の屈折率や光学角度が異なる場合に対応する複数の基準検量線を用意し、測定する生体や光学素子に適した基準検量線を選択してもよい。
【００５９】
さらに、前記信号処理手段４において、生体５の屈折率を求め、この屈折率を用いてスペクトルを計算させてもよい。この場合、検量線データが、信号処理手段において、生体ごとに作成される。この屈折率の算出は、生体５を、光の偏光状態を変化させる偏光素子６を用いて、Ｐ偏光状態、Ｓ偏光状態の２種類の状態で測定することによって行われる。
【００６０】
さらに、特定成分がグルコースである場合には、信号処理手段４に、このグルコース吸収ピーク波数での吸光度の値を血糖値に換算する基本情報を保有させておき、補正された吸光度の値を血糖値に換算して、外部出力させることもできる。
【００６１】
偏光素子６としては、特に限定されることなく、当該分野で公知のものを用いることができる。例として、ワイヤーグリッド型偏光子、プリズム偏光子、誘電体プリズム偏光子、フィルム偏光子、および反射型偏光子等が挙げられる。
【００６２】
特定成分は、光学的に測定可能な物質であればよい。その例としては、生体中の血糖、水分、コレステロール、中性脂肪、乳酸、血中エタノール、および体液の各種成分等が挙げられる。
生体５は、光学的に測定可能な物質を含むものであればよい。生体５の測定部位の例として、皮膚、および口唇等の生体組織が挙げられる。液体層が存在することで光学素子２または１２と密着させやすい口唇が、さらに好ましい。
【００６３】
濃度情報としては、測定対象である特定成分の濃度の絶対値、成分比、組成、およびこれらの時間的変化等が挙げられる。
さらに、本発明に係る測定装置には、分光手段を設けることにより、生体中に含まれる特定成分の吸収の波長依存性を計測することができる。干渉計を用いてＦＴ−ＩＲ法により測定を行なうと、高感度な測定ができるため好ましい。
【００６４】
特に、特定成分が、波数１０３３ｃｍ-1、１０８０ｃｍ-1の赤外域に吸収ピークを有するグルコースのような物質の場合には、光源として、グローバ光源を使用することが好ましい。なぜなら、このグローバ光源は、比較的広い波長範囲をカバーすることができ、かつ１０ミクロン程度の長波長領域でも良好に発光することができるからである。
【００６５】
また、光学素子２または１２としては、約９〜１０ミクロンの赤外波長で透過率が高いために、ホウ素やリン等の不純物含有量が小さく抵抗率が１００Ωｃｍ以上のシリコンまたはゲルマニウムが好ましい。また、その抵抗値は１５００Ωｃｍ以上であることがさらに好ましい。偏光素子としては、ワイヤーグリッド型偏光子を用いることが好ましい。
【００６６】
本発明に係る測定装置は、上記のような構成を有することにより、生体５が１つで測定部位が１つの場合、生体５が１つで測定部位が複数の場合、複数の生体５で測定部位がそれぞれ１つの場合、および複数の生体５で測定部位がそれぞれ複数の場合であっても、特定成分の濃度測定を容易に行うことができる。
【００６７】
また、本発明に係る測定装置には、当該測定装置の全部または一部の手段の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを含んでいてもよい。このプログラムは、検量線を算出する前記信号処理手段としてコンピュータを機能させ、コンピュータと協働して動作する。
【００６８】
そして、このプログラムは記録媒体に記憶させて用いてもよい。この記録媒体は、本発明に係る測定装置の全部または一部の手段の全部または一部の機能をコンピュータにより実行させるためのプログラムを担持する。また、コンピュータにより読み取り可能であり、かつ読み取られた前記プログラムが前記コンピュータと協働して前記機能を実行する。なお、一部の手段とは、複数の手段のすべてのうちの一つまたは幾つかの手段を意味する。
【００６９】
また、プログラムを利用する形態として、コンピュータにより読み取り（処理）可能な記録媒体に当該プログラムを記録し、コンピュータと協働して動作させてもよい。
また、プログラムを伝送媒体中を伝送させてコンピュータにより読み取らせ、コンピュータと協働して動作させてもよい。
また、データ構造としては、データベースおよびデータフォーマットなどが挙げられ、記録媒体としては、ＲＯＭなどが挙げられる。伝送媒体としては、インターネットなどの伝送媒体、光・電波・音波等が含まれる。
【００７０】
また、コンピュータは、ＣＰＵなどの純然たるハードウェアに限らず、ファームウェア、ＯＳ、さらに周辺機器を含むものであってもよい。
なお、以上説明したように、本発明の構成は、ソフトウェア的に実現してもよいし、ハードウェア的に実現しても良い。
【実施例１】
【００７１】
本実施例においては、図１に示す測定装置を用いて、本発明に係る測定方法によりグルコース濃度を測定した。また、図３は、グルコースの波数信号の補正を行うための手法を説明するための図である。
この測定では、生体５として口唇において測定を行った。また、検量線Ｋを作成するときに使用した波数は、２１００ｃｍ-1および１０８０ｃｍ-1とした。
【００７２】
本実施例で用いた測定装置においては、光源１としてＳｉＣ光源を用い、光学素子２としてゲルマニウムＡＴＲ素子を用いた。また、光検出手段３として焦電センサを用い、信号処理手段４として計算機を用いた。さらに、図示しないが、光源１とＡＴＲ素子との間には分光手段を設けた。
【００７３】
スペクトル測定を、以下のように行った。最初に、生体５である口唇を、この装置のＡＴＲ素子に密着させた。ついで、光源１から、光を所定の角度でＡＴＲ素子に入射させた。そして、ＡＴＲ素子から出射された光を、焦電センサにより検出して、波数信号を含む測定スペクトルを得た。
【００７４】
つぎに、計算機において、焦電センサから送られた測定スペクトルのデータから、検量線Ｋを作成したときに使用した波数２１００ｃｍ-1および１０８０ｃｍ-1での吸光度を求めた。ついで、図３に示されるように、波数２１００ｃｍ-1での吸光度と、１０８０ｃｍ-1での吸光度とで表される点を点ｓ１として得た。この点ｓ１を通り、検量線Ｋと平行な補正用の第２の検量線Ｈを求めた。すなわち、測定データの１つの点ｓ１に唾液層変動勾配を表す検量線Ｋを当てはめることで、その測定時の唾液層の厚み変動を推定した。
【００７５】
ここでは唾液層の厚みを常に０．２μｍと仮定して補正を行った。この厚みに対応する２１００ｃｍ-1での吸光度は、検量線Ｋを求めた際と同様の計算により、０．７と求められた。第２の検量線Ｈ上で暫定条件である０．７と交わる点が星印Ｊであり、この点Ｊが示す１０８０ｃｍ-1での吸光度はＲで表される。
測定したデータでは、グルコースの吸収ピークである１０８０ｃｍ-1での吸光度はＰで表され、唾液層の厚みの変動勾配を表す検量線Ｋに２１００ｃｍ-1での吸光度０．７を与えれば、吸光度Ｒという補正波数信号が得られた。この吸光度Ｒを出力させた。
【００７６】
このような測定を、生体５の口唇の１部分につき、数回繰り返した。このとき、すべての測定において、暫定条件を、２１００ｃｍ-1での吸光度０．７とした。これらの測定によって得られた測定値においてはバラツキが少なく、本発明により安定した測定結果が得られることがわかった。
本実施例では、図３中の星印Ｊで示す算出値を求める暫定条件として、２１００ｃｍ-1での吸光度０．７という値を用いたが、これに限定されない。例えば２１００ｃｍ-1以外で水分の影響を受けやすい他の波数であってもよい。また、唾液層の厚みを暫定的に０．２μｍとするために２１００ｃｍ-1での吸光度を０．７としたが、２１００ｃｍ-1での吸光度はこの数値と限定されるものではない。また唾液層の厚みも０．２μｍに限定されない。
【００７７】
一方、図６に示す測定装置を用いたスペクトル測定では、例えば生体５の口唇を光学素子１２に密着させる。密着した生体５は、図７に示すように、唾液層１４を介して光学素子１２の略Ｖ状部分１３にはまり込み、この部分に光源１からの光が入射される。入射した光は生体５内の特定成分に応じた量だけ吸収され、出射される。その後、検量線Ｋと平行な補正用の第２の検量線Ｈを求め、上述したように暫定条件を与えて補正する。
【００７８】
従来、生体５と光学素子２または１２との間に介在する唾液層の厚さは一定に制御することは難しく、測定毎に唾液層の厚さが変動する。このため、生体５に到達する光量が不安定となり、吸光度にばらつきが生じた。しかし、本実施例によれは、光学素子２または１２と生体５との間に介在する唾液層の厚みと、グルコースの吸収ピーク波数における吸光度との基準となる関係を、計算によりあらかじめ求めた。この関係を補正に利用して、実際の測定値から、唾液層がある設定した厚みを有する場合の吸光度に換算した。
【００７９】
このため、常に測定時の唾液層厚みを一定とした場合の吸光度が得られることになる。このように、測定結果のばらつきが低減するので、測定値が安定した測定を実施することが可能となる。
なお、生体５を生体口唇とし補正に利用する変動情報を唾液としたが、皮膚と汗であってもよい。
【実施例２】
【００８０】
本実施例においても、図１に示す測定装置を用い、本発明に係る測定方法によってグルコースの濃度を測定した。
図４は、生体５である口唇にＡＴＲ素子２を連続して密着させ続けたまま、２度の測定を行って取り込んだ１回目と２回目の２つのスペクトルを示す。生体５とＡＴＲ素子２を密着させた状態であると、唾液層の厚みが徐々に変動し、生体５に到達する光量が変化する。したがって、１回目と２回目の信号情報が変化し、２種類のスペクトルが得られる。
【００８１】
つぎに、図５に示すように、１回目のスペクトルの２１００ｃｍ-1および１０８０ｃｍ-1での吸光度ａ１、ｂ１で表される点を点Ｃ１、２回目のスペクトルの２１００ｃｍ-1および１０８０ｃｍ-1での吸光度ａ２、ｂ２で表される点を点Ｃ２とした。そして、この２つの点を直線で結び、検量線Ｌを得た。
【００８２】
この検量線Ｌを用い、２１００ｃｍ-1での吸光度０．７を暫定条件として与えて、１０８０ｃｍ-1での吸光度（図５中の星印Ｍ）を算出した。このような測定を、数回繰り返した。このとき、すべての測定において、暫定条件を２１００ｃｍ-1での吸光度０．７とした。
これらの測定によって得られた測定値は、そのバラツキが少なく、本発明によれば安定した測定結果が得られることがわかった。
本実例では、星印Ｍで示す算出値を求める暫定条件として、２１００ｃｍ-1での吸光度０．７という値を用いたが、これに限定されない。
【００８３】
１回目のデータではグルコースの吸収ピークである１０８０ｃｍ-1での吸光度はＰ、２回目のデータではグルコースの吸収ピークである１０８０ｃｍ-1での吸光度はＱであった。
検量線Ｌ上で暫定条件２１００ｃｍ-1での吸光度を０．７とすると、そのときのグルコースの吸収ピークである１０８０ｃｍ-1での吸光度Ｒが補正波数信号として得られた。
【００８４】
また、図６に示す測定装置を用いた場合も、同様に生体５と光学素子１２を連続して密着させた状態のまま、２度の測定を行って１回目と２回目の２つのスペクトルを取り込んだ。
ここで、光学素子１２の略Ｖ状部分１３と生体５の唾液層１４の厚みＰとの様子を図７および８に模式的に示した。図７および図８に示すように、生体５である口唇を密着することで徐々に唾液が外側に逃げていき、唾液層１４の厚みＰが変動した。これにより１回目と２回目の波数信号が変化し、２種類のスペクトルが得られた。
その後、補正用の第２の検量線Ｌを求め、この検量線Ｌを用い、上述したように暫定条件を与えて補正した。
【００８５】
以上のように、本実施例においては、光学素子２または１２と生体５である口唇との間に介在する唾液の実際の厚み変動を補正に利用した。具体的には、厚み変動による検量線Ｌに基づいて実際の測定値から、あらかじめ設定した暫定条件の唾液の厚みの場合の吸光度を推定した。こうすることによって、常に測定時の唾液層厚みを一定と仮定した場合の情報が得られることになり、測定ばらつきを低減させることができた。
なお、生体５の口唇において測定を行い、補正に利用する変動情報を唾液としたが、生体５の皮膚において測定し、補正に利用するファクタが汗であってもよい。
【００８６】
上記実施例１および２では、２１００ｃｍ-1での吸光度、グルコースの吸収ピークの一つである１０８０ｃｍ-1での吸光度に基づいて本発明に係る測定方法を実施したが、複数の波数信号から例えばベースライン補正した情報などを用いてもよい。
このように、本発明によれば、光学素子と生体との間に水、唾液または汗等の液体が介在した場合でも、また、生体の複数の部位を測定する場合であっても、生体の測定部位に含まれる特定成分の濃度を安定かつ容易に測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明に係る測定方法および測定装置によれば、 光学素子と生体との間に水、唾液または汗等の液体が介在した場合であっても、また、生体の複数の部位で測定を行う場合であっても、生体に含まれる特定成分の濃度情報を安定的にかつ容易に測定することができる。したがって、本発明は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】
【００８８】
【図１】本発明に係る測定装置の一実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態における吸光度を座標とするグラフである。
【図３】本発明の一実施の形態における補正を行なう手法を説明するためのグラフである。
【図４】本発明の一実施の形態における特定成分を測定したスペクトルを示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態における補正を行なう手法を説明するためのグラフである。
【図６】本発明の測定装置の一実施の形態を示す概略図である。
【図７】本発明の測定装置の一実施の形態を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の測定装置の一実施の形態を示す他の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１  光源
２  光学素子
３  光検出手段
４  信号処理手段
５  生体
６  偏光素子
【図１】
2004329888.tif 000003
【図２】
2004329888.tif 000004
【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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