(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に照射する光を発生する広帯域光源７〜１１と、該広帯域光源７〜１１から出射された光を分光する分光器３とを有する光照射部４と、生体Ａ内で拡散あるいは透過した光を生体Ａ外部において検出する光検出部５と、該光検出部５により検出された光のスペクトルに基づいて生体Ａ内のグルコース濃度を算出する演算部６とを備えるグルコース濃度測定装置１を提供する。【選択図】      図１
2005192611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に照射する光を発生する広帯域光源と、該広帯域光源から出射された光を分光する分光器とを有する光照射部と、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光検出部と、該光検出部により検出された光のスペクトルに基づいて生体内のグルコース濃度を算出する演算部とを備えるグルコース濃度測定装置。
【請求項２】
前記光照射部が、帯域の異なる複数の広帯域光源と、これら広帯域光源から出射された光を合波して前記分光器に入射させる合波部とを備える請求項１に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項３】
前記合波部が、２つの光を合波する光学系を複数有し、グルコースに特徴的な吸収特性を有する帯域を含む広帯域光源からの光を最終段近傍において合波する請求項２に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項４】
生体表面に接触状態に配置され、分光器から出射された分光された光を生体内に入射させ、生体内から発せられた光を受光する測定プローブを具備するとともに、
広帯域光源と合波部間、合波部と分光器間および分光器と測定プローブ間が、光ファイバにより接続されている請求項２または請求項３に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項５】
分光器において分光された光を、前記測定プローブに向かわせる測定光と参照光とに分離する光分岐部を備えるとともに、
前記光検出部が、生体内から発せられた光を検出する測定用光検出器と、参照光を検出する参照用光検出器とを備え、
前記演算部が、前記測定用光検出器および参照用光検出器において検出された信号に基づいてグルコース濃度を算出する請求項４に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項６】
前記分光器が、音響光学可変波長フィルタからなり、該分光器の後段に配される光ファイバが、マルチモードファイバからなる請求項４または請求項５に記載のグルコース濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、ハロゲンランプから複数の発光ファイバに集光した近赤外光をそれら発光ファイバの先端面から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。
【特許文献１】特開２０００−１３１３２２号公報（図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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して、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、ハロゲンランプからの光を光ファイババンドルに集光させる場合に、ファイババンドル全体の断面積に対し、該ファイババンドルを構成する発光ファイバのコアの断面積の占める割合は非常に小さいため、ハロゲンランプから発せられた光の内、大部分は発光ファイバ内に入射されることなく捨てられてしまうという不都合がある。この不都合を回避するためには、ハロゲンランプの発光量を増大させる必要があるが、この場合には、装置が大型化したり発熱量が増大したりする問題が考えられる。
【０００５】
また、生体内において拡散あるいは透過されて、体外に放出される光はごく微量であり、発光ファイバから受光ファイバまでの２つのファイバ間を光が伝播する間に、種々の生体組織によって散乱、吸収されるため、光量が大幅に減衰するという問題がある。このため、受光ファイバに受光される光からは、可能な限りノイズを除去しておく必要がある。
【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、光源から発せられた光を効率よく生体に伝達し、Ｓ／Ｎ比を改善し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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、生体に照射する光を発生する広帯域光源と、該広帯域光源から出射された光を分光する分光器とを有する光照射部と、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光検出部と、該光検出部により検出された光のスペクトルに基づいて生体内のグルコース濃度を算出する演算部とを備え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、光照射部の作動により、広帯域光源から発せられた光が分光器において分光され、生体内に入射させられる。生体内で拡散あるいは透過させられた光は生体外部に配置されている光検出部において検出され、演算部の作動により、検出された光のスペクトルに基づいて生体内のグルコース濃度が算出される。この場合において、本発明は、数１０〜数１００ｎｍ程度の帯域を有し、数１０μｍ程度の空間的に比較的小さな径を有し、高輝度の光を発生する広帯域光源、例えば、ＡＳＥ(Amplified Spontaneous
Emission)光源や、ＳＬＤ(Super Luminescence Diode)光源等を用いているので、光を拡散させて無駄に捨てることなく分光器に入射させ、かつ、分光器から出射される光についても、無駄なく効率的に生体内に入射させることができる。特に、光ファイバによって導光する場合に、装置を大型化させずに効率よく光ファイバのＮＡより小さい角度で光ファイバに入射させることが可能となる。したがって、光を効率的に伝達して、生体に照射することが可能となる。
【０００９】
上記発明においては、前記光照射部が、帯域の異なる複数の広帯域光源と、これら広帯域光源から出射された光を合波して前記分光器に入射させる合波部とを備えることが好ましい。
上述したように、広帯域光源は、数１０〜数１００ｎｍ程度の帯域を有しているので、単一の広帯域光源では、それより広い帯域についてのスペクトルの分析を行うことが困難である。そこで、帯域の異なる複数の広帯域光源を用いることにより、スペクトル分析に必要な、例えば、１４００ｎｍ〜２４００ｎｍの帯域にわたる波長成分を有する光を生体に照射することが可能となる。合波部としては、例えば、ファイバカプラを内蔵するマルチプレクサが挙げられる。
【００１０】
また、上記発明においては、前記合波部が、２つの光を合波する光学系を複数有し、グルコースに特徴的な吸収特性を有する帯域を含む広帯域光源からの光を最終段近傍において合波することが好ましい。
２つの光を合波する各光学系においては、合波の際にそれぞれ光の損失を生ずるため、グルコースに特徴的な吸収特性を有する帯域、例えば、１６００ｎｍ近傍の帯域を含む広帯域光源からの光は、最終段近傍において合波することにより、少ない損失で生体に照射させることが可能となる。また、グルコースの測定に必要とされる複数の帯域を含む広帯域光源に順序を付し、最終段側から順に繰り上げて合波順位を設定しておけば、必要な帯域の光の損失を少なくすることができる。
【００１１】
また、上記発明においては、生体表面に接触状態に配置され、分光器から出射された分光された光を生体内に入射させ、生体内から発せられた光を受光する測定プローブを具備するとともに、広帯域光源と合波部間、合波部と分光器間および分光器と測定プローブ間が、光ファイバにより接続されていることが好ましい。
この発明によれば、広帯域光源から発せられた空間的に比較的小さい光束を、そのままの形態で測定プローブから生体へ照射することができる。広帯域光源から発せられた光を損失することなく生体へ照射することができるので、測定プローブにおいて受光される光量を十分に確保することができ、測定精度を向上することが可能となる。
【００１２】
また、上記発明においては、分光器において分光された光を、前記測定プローブに向かわせる測定光と参照光とに分離する光分岐部を備えるとともに、前記光検出部が、生体内から発せられた光を検出する測定用光検出器と、参照光を検出する参照用光検出器とを備え、前記演算部が、前記測定用光検出器および参照用光検出器において検出された信号に基づいてグルコース濃度を算出することが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、分光器において分光された光が、光分岐部の作動により、測定光と参照光とに分離される。測定光は、生体に照射させられた後に測定プローブにおいて受光され、測定用光検出器により検出される。参照光は、そのまま参照用光検出器により検出される。演算部の作動により、測定用光検出器および参照用光検出器において検出された信号が処理され、生体へ入射されることにより吸収された光のスペクトル成分が抽出されることになる。測定用光検出器により検出される光は、生体を通過させられることにより減衰されているので、参照光に対しては測定光のレベルに合わせるような所定のゲインをかけることにしてもよい。
【００１４】
また、上記発明においては、前記分光器が、音響光学可変波長フィルタからなり、該分光器の後段に配される光ファイバが、マルチモードファイバからなることが好ましい。
マルチモードファイバはシングルモードファイバより大きなコア径を有しているため、分光器における分光波長による光の出射方向の変動や、機械的なひずみや位置ズレによる振れを吸収して、分光器の出口における光量損失を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るグルコース濃度測定装置によれば、光源から生体までの伝達経路における光の損失を抑制して効率よく伝達し、光検出器に検出される測定光のＳ／Ｎ比を改善して精度よくグルコース濃度を測定することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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に示されるように、生体Ａに照射する光を発生する光源２と、該光源２から出射された光を分光する分光器３とを有する光照射部４と、生体Ａ内で拡散あるいは透過した光を生体Ａ外部において検出する光検出部５と、該光検出部５により検出された光のスペクトルに基づいて生体Ａ内のグルコース濃度を算出する演算部６とを備えている。
【００１７】
光照射部４は、複数の広帯域光源７〜１１、例えば、ＡＳＥ光源７〜９やＳＬＤ光源１０，１１と、これらの広帯域光源７〜１１から出射された光を合波するマルチプレクサ（ＭＵＸ）１２とを備えている。各広帯域光源７〜１１は、その出射する光の波長帯域を異にしている。図２に示す例では、例えば、グルコース濃度の測定に必要とされる近赤外光領域（波長約１４００〜１７００ｎｍ）を５つの波長領域に分割したぞれぞれの波長帯域を割り当てられている。具体的には、広帯域光源７は、１４３０〜１５２０ｎｍ、広帯域光源８は、１５２０〜１６１０ｎｍ、広帯域光源９は、１６５０〜１６９０ｎｍ、広帯域光源１０は、１３６０〜１４３０ｎｍ、広帯域光源１１は１６１０〜１６５０ｎｍの波長帯域を有している。各広帯域光源７〜１１は、数１０〜数１００ｎｍの波長帯域を有し、数１０μｍ程度の空間的に小さな径の光を発生するようになっている。
【００１８】
前記マルチプレクサ１２は、例えば、図３に示されるように、各広帯域光源７〜１１からの光を入射させる５個の入射部１３〜１７と単一の出射部１８とを有するボックス１９内に、４個のダイクロイックミラー２０〜２３を配置して構成されている。各ダイクロイックミラー２０〜２３は、第２から第５の入射部１４〜１７近傍にそれぞれ入射方向に対して傾斜配置されている。
【００１９】
第２の入射部１４近傍に配置されているダイクロイックミラー２０は、第１の入射部１３から入射された光を反射して第３の入射部１５に向かわせる機能と、第２の入射部１４から入射された光を透過させて、第１の入射部１３からの光と合波させ、同一の経路を通して第３の入射部１５に向かわせる機能とを備えている。第３の入射部１５近傍に配置されているダイクロイックミラー２１は、第２の入射部１４近傍に配置されているダイクロイックミラー２０から送られてきた第１および第２の入射部１３，１４から入射されて合波された光を第４の入射部１６に向けて反射するとともに、第３の入射部１５において入射されてきた光を透過させることで合波するように構成されている。
【００２０】
第４、第５の入射部１６，１７近傍のダイクロイックミラー２２，２３も同様に機能する。その結果、出射部１８から出射される光は、第１〜第５の入射部１３〜１７から入射された５つの光が合波された単一の光として出射されるようになっている。すなわち、マルチプレクサ１２の出射部１８から出射される光は、５つの波長帯域を全て含有する光である。
【００２１】
この場合において、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１は、第１〜第５の入射部１３〜１７に入射される光を発する広帯域光源７〜１１の順序を以下の通りに設定している。
すなわち、出射部１８に最も近い第５の入射部１７には広帯域光源８（ＡＳＥ２）が接続され、その次に近い第４の入射部１６には広帯域光源９（ＡＳＥ３）が接続され、第３の入射部１５には広帯域光源１１（ＳＬＤ２）、第２の入射部１４には広帯域光源７（ＡＳＥ１）、そして、出射部１８から最も離れた第１の入射部１３には広帯域光源１０（ＳＬＤ１）が接続されている。
この接続順序は、グルコースに特徴的な吸収特性を有する波長帯域の光ほど出射部１８に近い位置に入射させるように設定されている。
【００２２】
各広帯域光源７〜１１とマルチプレクサ１２とは光ファイバ２４により接続されている。上述したように広帯域光源７〜１１は空間的に小さい径の光を発する光源であるため、光学系を用いて光源と共役な点を光ファイバ２４の端面に位置させれば、広帯域光源から発せられた光を高効率に光ファイバ２４に入射させることができる。特に、光源内部の光ファイバ自体から励起発振する光源や、光出力として光ファイバを用いるものは、その光ファイバの端面が発光点となるので、ファイバの端面どうしを突き当てることにより、光ファイバ２４と効率よく結合させることができる。光ファイバ２４としては、シングルモードファイバであってもマルチモードファイバであってもよいが、各光源の光出力口の形状に対応した端面形状を有することが望ましい。
【００２３】
前記分光器３は、入力された高周波の周波数に応じて、入射された光の内の特定の波長の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、以下、ＡＯＴＦという。）２５と、該ＡＯＴＦ２５に高周波を供給して制御するフィルタ制御部２６とを備えている。
前記フィルタ制御部２６は、ＡＯＴＦ２５に対して特定の周波数の高周波を供給する。フィルタ制御部２６からＡＯＴＦ２５に供給される高周波の周波数は、所定の速度で順次変更されるようになっている。
【００２４】
また、フィルタ制御部２６は、ＡＯＴＦ２５に対して高周波を供給するのと同期して、該高周波を後述する演算部６に供給するようになっている。図中、符号２７は、高周波の基本周波数を発生する発振器、符号２８は加算器を示している。これにより、ＡＯＴＦ２５および演算部６には、発振器２７から供給される基本周波数とフィルタ制御部２６から供給される周波数とが加算された周波数の高周波がそれぞれ入力されるようになっている。マルチプレクサ１２とＡＯＴＦ２５とは光ファイバ２９により接続されている。この光ファイバにも特に制限はなく、シングルモードファイバであってもマルチモードファイバであってもよい。
【００２５】
ＡＯＴＦ２５から出力された偏光された光は、光ファイバ３０，３２によって装置本体３１の出口まで導かれるようになっている。このＡＯＴＦ２５の出口に配置された光ファイバ３０は、特に制限されるものではないが、ＡＯＴＦ２５の出力角度に変動が生じても、その光を全て光ファイバ３０の端面から入射させることができるように、比較的コア径の大きなマルチモードファイバが採用されることが好ましい。マルチモードファイバによれば、光学系の機械的なズレや変形によって光路が変動する場合にも、ＡＯＴＦ２５から出射される光を漏れなく入射させることが可能である。
【００２６】
また、この光ファイバ３０，３２の間には、ＡＯＴＦ２５から入射されてきた光を２方向に分岐させる光分岐部３３が設けられている。この光分岐部３３は、例えば、図４に示されるように、光ファイバ３０の端面に対向して配置されたコリメートレンズ３４と、該コリメートレンズ３４によりコリメートされた光を２方向に分岐させるビームスプリッタ３５と、分岐されたコリメート光を２本の光ファイバ３２，３６に集光させる２つの集光レンズ３７，３８とを備えている。
【００２７】
分岐後の一方の光ファイバ３２は、前記装置本体３１の出口に接続され、もう一方の光ファイバ３６は、後述する光検出部の参照光検出器に分岐された光を導くように構成されている。光分岐部３３におけるビームスプリッタ３５の分岐比率は、例えば、装置本体３１の出口側に向かう測定光が９５％、参照光検出器に向かう参照光が５％程度となるように設定されている。
【００２８】
装置本体３１の出口にはコネクタ３９が設けられており、前記光分岐部３３において分岐された一方の光ファイバ３２が接続されている。また、装置本体３１の外側には、生体Ａ組織表面に接触させられる測定プローブ４０が設けられ、該測定プローブ４０と前記コネクタ３９とが照射用光ファイバ４１によって接続されている。コネクタ３９における光ファイバ３２，４１の接続は、同径のコアを有する光ファイバ３２，４１の端面どうしを突き当てるように配置することにより行われている。光ファイバ３２，４１の端面は、例えば、ＰＣ研磨されており、一方の光ファイバ３２の端面から発せられた測定光を効率よく他方の光ファイバ４１内に引き渡すことができるようになっている。
【００２９】
前記測定プローブ４０には、その先端面４０ａに、図５に示されるように、中心に１本の照射用光ファイバ４１が配置され、その周囲に間隔をあけて複数本の受光用光ファイバ４２が配置されている。すなわち、測定プローブ４０の先端面４０ａを生体Ａ組織表面に密着させた状態で装置を作動させることにより、測定プローブ４０の中心から出射された測定光は、生体Ａ内に入射され、拡散あるいは透過させられた後に、生体Ａ表面に戻り、照射用光ファイバ４１の周囲に配置されている受光用光ファイバ４２によって信号光として受光されるようになっている。
【００３０】
各受光用光ファイバ４２と照射用光ファイバ４１との間の距離は、照射用光ファイバ４１から出射された測定光が、所定の光路長を経て受光用光ファイバ４２に受光されるような距離に設定されている。本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１の場合には、グルコースを多く含む真皮領域にまで測定光が進達するように、約０．４〜０．８ｍｍの距離をあけて配置されている。これにより、受光用光ファイバ４２により受光される信号光は、生体Ａ組織内を真皮の深さまで進達した光を多く含んでいるようになる。受光用光ファイバ４２は、束ねられることによりファイババンドルを形成し、他のコネクタ４３により装置本体３１に接続されている。
【００３１】
前記光検出部５は、２つの光検出器４４，４５を備えている。これら光検出器４４，４５は、例えば、ＰｂＳセンサ、あるいは、ＩｎＧａＡｓセンサである。一方の参照光検出器４４は、上述したように、光分岐部３３において分岐された一方の光ファイバ３６の端面に対向配置されており、該光ファイバ３６から出射されてきた参照光を検出して検出信号を出力するようになっている。また、他方の信号光検出器４５は、前記ファイババンドルを構成している受光用光ファイバ４２の端面に対向して配置されており、これら受光用光ファイバ４２により受光され伝播されてきた信号光を検出して検出信号を出力するようになっている。
【００３２】
前記演算部６は、前記信号光検出器４５の検出信号および前記参照光検出器４４の検出信号をそれぞれ増幅するアンプ４６と、該アンプ４６から出力された電気信号から特定の周波数の信号のみを抽出するロックイン検波器４７と、該ロックイン検波器４７から出力された電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４８と、該Ａ／Ｄ変換器４８から出力されたディジタル信号に基づいてグルコース濃度を算出するコンピュータ４９とを備えている。
【００３３】
前記ロックイン検波器４７は、前記フィルタ制御部２６から供給された高周波を受信して、アンプ４６からの電気信号から、高周波の周波数に一致する周波数成分の電気信号のみを抽出するようになっている。
また、コンピュータ４９は、ロックイン検波器４７により抽出された電気信号をＡ／Ｄ変換した出力信号と、前記フィルタ制御部２６から供給された高周波の周波数に対応してＡＯＴＦ２５から発せられる光の波長信号とを入力されるようになっている。
【００３４】
これにより、コンピュータ４９においては、Ａ／Ｄ変換器４８から得られた複数の出力信号と、フィルタ制御部２６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１６００ｎｍ近傍の領域における出力信号値からグルコース濃度が演算されるようになっている。
なお、コンピュータ４９には、ディスプレイ（図示略）が備えられており、コンピュータ４９において演算されたグルコース濃度値が表示されるようになっている。
【００３５】
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、測定プローブ４０の先端面４０ａを生体Ａ、例えば、指先の表面に密着させる。なお、測定部位は、指先の他、掌、前腕等でもよい。
【００３６】
この状態で、光照射部４を作動させる。光照射部４の全ての広帯域光源７〜１１が作動させられることにより、広帯域光源７〜１１から発せられた各波長帯域の光が光ファイバ２４の端面に漏れなく入射される。そして、光ファイバ２４内を伝達されてきた各波長帯域の光は、マルチプレクサ１２の各入射部１３〜１７に入射される。種々の異なる波長帯域を有する複数の光はマルチプレクサ１２において順次合波され、全ての波長帯域の光が合波された状態でマルチプレクサ１２の出射部１８から出射される。
【００３７】
この場合において、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、グルコースに特徴的な吸収特性を有する波長帯域の光ほど優先的に出射部１８に近い位置で入射させ、優先度が低い波長帯域は出射部１８から離すように設定されているので、グルコースに特徴的な吸収特性を有する光は、ダイクロイックミラー２０〜２３への入射回数が少なくなっている。したがって、グルコースに特徴的な吸収特性を有する光ほど、ダイクロイックミラー２０〜２３への入射による損失が少なくて済むことになる。
【００３８】
マルチプレクサ１２から出射された光は、光ファイバ２９を介してＡＯＴＦ２５に入射される。ＡＯＴＦ２５を作動させるには、ＡＯＴＦ２５により分光する測定光の波長に対応する周波数の高周波をフィルタ制御部２６からＡＯＴＦ２５に供給する。これにより、入射された光から所定波長の測定光が分光されて出射されることになる。
【００３９】
この場合において、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、ＡＯＴＦ２５の出射部にマルチモードファイバ３０が接続されているので、分光時に測定光の出射角度が変動しても、あるいは、光学系の機械的なズレや変形が生じても、ＡＯＴＦ２５から出射された測定光はコア径の大きなマルチモードファイバ３０に漏れなく入射されることになる。その結果、光源２から発せられた光が無駄なく測定プローブ４０に送られるので、生体Ａから得られる信号光の光量を最大限に確保することができる。そして、受光量を大きく確保することでＳ／Ｎ比を改善し、測定精度を向上することができるという効果がある。
【００４０】
ＡＯＴＦ２５から出射された測定光は、光ファイバ３０を介して光分岐部３３に送られ、光分岐部３３においてその一部を参照光として分岐される。分岐された参照光は、参照用光ファイバ３６の端面に対向配置されている参照光検出器４４によりそのまま検出されることになる。
【００４１】
参照光を分離された残りの測定光は、集光レンズ３７によって、光ファイバ３２内に入射されて、コネクタ３９により接続されている測定プローブ４０の照射用光ファイバ４１に入射させられる。コネクタ３９においては、同径のコアを有する光ファイバ３２，４１どうしの端面が突き当てられた状態に接続されているので、伝達されてきた測定光が外部に漏れることなく測定プローブ４０の先端面４０ａから出射されることになる。
【００４２】
生体Ａ内に入射された測定光は、生体Ａ内を進行する間に、生体Ａ組織に衝突して拡散される。測定光は、通過する生体Ａ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外に出射された信号光は、通過した生体Ａ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ことになる。
【００４３】
受光用光ファイバ４２は、上述したように照射用光ファイバ４１との間の距離を一定に固定されているので、その距離に応じた深さまで進達した光を多く含む信号光を受光する。本実施形態の場合には、測定光は真皮領域まで進達した後に、信号光として受光用光ファイバ４２に受光されるので、受光される信号光はグルコースの情報を多く含んでいることになる。
受光された信号光は、受光用光ファイバ４２を介して装置本体３１内に戻され、受光用光ファイバ４２の端面に対向配置されている信号光検出器４５により検出される。
【００４４】
信号光検出器４５および参照光検出器４４からの出力信号は、演算部６に入力されると、アンプ４６によってそれぞれ増幅される。信号光検出器４５により検出される信号光の大きさは、生体Ａに入射される光、すなわち、ＡＯＴＦ２５から発せられた測定光の強度の変動とともに変動する。したがって、生体Ａへの入射前の測定光の一部を参照光として参照光検出器４４により検出しておき、後述するコンピュータ４９において受光された信号光から差し引くことにより、ＡＯＴＦ２５から発せられる測定光の強度変動による信号光強度の変動を除去することが可能となる。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、光分岐部３３における分岐比率が、測定光９５％、参照光５％程度に設定されているので、測定光が生体Ａ内で減衰されて得られる信号光と参照光とのレベルを同等にして測定光の強度変動による信号光強度の変動を効果的に除去することができる。この場合に、コンピュータ４９においては、参照光検出器４４からの出力信号に所定の係数をかけることにより、信号レベルを調整してもよい。
【００４５】
アンプ４６において増幅された核検出器４４，４５からの出力信号は、それぞれロックイン検波器４７を通過させられる。これにより、フィルタ制御部２６からのＡＯＴＦ２５に入力された高周波に対応する波長の光に関する出力信号のみが抽出される。したがって、抽出された出力信号には、生体Ａに入射された測定光と波長を同じくする生体Ａからの散乱光の情報のみが含まれ、他の波長の光、例えば、外来光に関する情報は除かれている。その結果、外来光等によるノイズの発生を抑制することができる。
【００４６】
そして、ロックイン検波器４７において抽出された出力信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器４８によってディジタル信号に変換させられてコンピュータ４９に入力される。フィルタ制御部２６からＡＯＴＦ２５に入力される高周波の周波数が順次変更されており、コンピュータ４９には、生体Ａに入射させた測定光の波長情報が、フィルタ制御部２６から順次供給される。したがって、コンピュータ４９においては、出力信号と波長情報との関係を示す波長特性が求められていくことになる。また、コンピュータ４９は、求めた波長特性の内、所定の波長領域、例えば、波長１６００ｎｍ近傍の領域における出力信号値を求めることにより、生体Ａ内部のグルコース濃度を演算する。そして、演算されたグルコース濃度値は、ディスプレイに表示されることになる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、光源として広帯域光源７〜１１を採用したことにより、高輝度の光を光ファイバ２４内に無駄なく入射することができる。その結果、従来、ハロゲンランプのような光源からの光をファイババンドルの端面に入射させることによる無駄をなくすことができる。また、マルチプレクサ１２により複数の広帯域光源７〜１１からの光を合波することにより、グルコース濃度測定に必要な広い波長帯域の光を合成することができる。そして、マルチプレクサ１２においては、グルコース濃度測定に有用な波長帯域の光が合波された光の中に多く含まれるようにしているので、測定精度を高めることができる。
【００４８】
さらに、光分岐部３３により、測定光の一部を参照光として分離して検出し、検出された信号光との差分をとることで測定光の強度レベルの変動による信号光強度の変動による測定精度の低下を抑制することができる。また、ＡＯＴＦ２５の出口にマルチモードファイバ３２を接続したので、ＡＯＴＦ２５における偏光による出射角の変動、あるいは、光学系における機械的なズレや変形によってもＡＯＴＦ２５から出射される光を無駄なく回収して測定プローブ４０に送ることができる。
【００４９】
また、このように、広帯域光源７〜１１からマルチプレクサ１２、マルチプレクサ１２からＡＯＴＦ２５、ＡＯＴＦ２５から光分岐部３３、光分岐３３部からコネクタ３９を介して測定プローブ４０までを全て光ファイバ２４，２９，３０，３２，４１で接続し、空間光路を最低限に抑制しているので、外部に放出される光を極力低減し、測定の効率を高めることができる。
【００５０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
第１に、光源２を５個の広帯域光源７〜１１により構成することとしたが、これに代えて、２〜４個あるいは６個以上の広帯域光源を採用してもよい。
第２に、マルチプレクサ１２として、複数のダイクロイックミラー２０〜２３を備えるものを例に挙げて説明したが、これに代えて、図６に示されるように、複数のファイバカプラ５０により合波する構造のものを採用してもよい。
【００５１】
第３に、分光器３として、ＡＯＴＦ２５を採用したが、これに代えて、グレーティングとスキャンミラーとを組み合わせたもの等を採用してもよい。
第４に、光分岐部３３として、コリメートレンズ３４、集光レンズ３７，３８およびビームスプリッタ３５を組み合わせたものを例示して説明したが、これに代えて、図７に示されるように、ファイバカプラ５１により分岐する構造のものにしてもよい。
【００５２】
また、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、信号光検出器４５および参照光検出器４４からの出力信号をそれぞれ別個のアンプ４６で増幅し、別個のロックイン検波器４７およびＡ／Ｄ変換器４８を介してコンピュータ４９に入力し、該コンピュータ４９において差分処理を行うこととしたが、これに代えて、図８に示されるように、差動アンプ４６′に入力することにより、得られた差分信号を単一のロックイン検波器４７およびＡ／Ｄ変換器４８を介してコンピュータ４９に入力することにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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光源により出射される光のスペクトルを示す図である。
【図３】図１のグルコース濃度測定装置のマルチプレクサを説明する概略図である。
【図４】図１のグルコース濃度測定装置の光分岐部を説明する概略図である。
【図５】図１のグルコース濃度測定装置の測定プローブ先端面を示す図である。
【図６】図３のマルチプレクサの変形例を示す概略図である。
【図７】図４の光分岐部の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ａ  生体
１  グルコース濃度測定装置
３  分光器
４  光照射部
５  光検出部
６  演算部
７〜１１  広帯域光源
１２  マルチプレクサ（合波部）
２０〜２３  ダイクロイックミラー（光学系）
２４，２９，３２，４１  光ファイバ
２５  ＡＯＴＦ（音響光学可変波長フィルタ）
３０  マルチモードファイバ（光ファイバ）
３３  光分岐部
４０  測定プローブ
４４  参照用光検出器
４５  測定用光検出器
【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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