(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】  光源２と、該光源２から発せられた光を導光する単一の装置内光ファイバ３２とを備える装置本体３１と、生体Ａ表面に接触状態に配置され、光源２からの光を生体Ａ内に向けて照射する測定プローブ４０と、これら装置本体３１と測定プローブ４０とを着脱可能に接続する照射用光ファイバ４１とを備え、該照射用光ファイバ４１の一端面が測定プローブ４０の先端面４０ａに固定され、他端面が装置内光ファイバ３２の端面に突き当てられた状態で前記装置本体３１に取り付けられるグルコース濃度測定装置１を提供する。【選択図】      図１
2005192612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源から発せられた光を導光する単一の装置内光ファイバとを備える装置本体と、
生体表面に略接触状態に配置され、光源からの光を生体内に向けて照射する測定プローブと、
これら装置本体と測定プローブとを着脱可能に接続する照射用光ファイバとを備え、
該照射用光ファイバの一端面が測定プローブの先端面に固定され、他端面が装置内光ファイバの端面に突き当てられた状態で前記装置本体に取り付けられるグルコース濃度測定装置。
【請求項２】
装置内光ファイバが、照射用光ファイバのコア径以下のコア径を有する請求項１に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項３】
装置内光ファイバおよび照射用光ファイバが、それぞれマルチモードファイバからなる請求項１または請求項２に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項４】
前記測定プローブが、前記照射用光ファイバの周囲に半径方向に所定間隔をあけて配置された複数の受光用光ファイバを備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項５】
各受光用光ファイバのコア径が、照射用光ファイバのコア径より大きい請求項４に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項６】
照射用光ファイバが、装置本体と測定プローブとの間で分岐されている請求項４または請求項５のいずれかに記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項７】
生体に照射する光を発生する光源と、生体において拡散あるいは透過させられた光を検出する光検出器とを備える装置本体と、光源からの光を生体内に向けて出射する照射用光ファイバと、生体内からの光を受光して前記光検出器まで導光する複数の受光用光ファイバと、これら照射用光ファイバの端面および該照射用光ファイバの端面の周囲に半径方向に所定間隔をあけて配される受光用光ファイバの端面が配置された先端面を生体表面に接触させる測定プローブとを有し、
前記測定プローブの先端面に、前記照射用光ファイバの端面および該照射用光ファイバの端面の周囲に半径方向に所定間隔をあけて配される受光用光ファイバの端面が配置され、
各受光用光ファイバのコア径が、照射用光ファイバのコア径より大きいグルコース濃度測定装置。
【請求項８】
生体に照射する光を発生する光源と、生体において拡散あるいは透過させられた光を検出する光検出器とを備える装置本体と、光源からの光を生体内に向けて出射する照射用光ファイバと、生体内からの光を受光して前記光検出器まで導光する受光用光ファイバと、これら照射用光ファイバの端面および受光用光ファイバの端面が配置された先端面を生体表面に接触させる測定プローブとを備え、
照射用光ファイバが複数に分岐され、
各照射用光ファイバの端面が、前記受光用光ファイバの端面の周囲に半径方向に所定間隔をあけて配置され、
各受光用光ファイバのコア径が、照射用光ファイバのコア径より大きいグルコース濃度測定装置。
【請求項９】
生体に照射する光を発生する光源と、生体において拡散あるいは透過させられた光を検出する光検出器とを備える装置本体と、光源からの光を生体内に向けて出射する照射用光ファイバと、生体内からの光を受光して前記光検出器まで導光する受光用光ファイバと、これら照射用光ファイバの端面および受光用光ファイバの端面が配置された先端面を生体表面に接触させる測定プローブとを備え、
照射用光ファイバが複数に分岐され、
各照射用光ファイバの端面の周囲に半径方向に所定間隔をあけて、複数の受光用光ファイバの端面が配置され、
各受光用光ファイバのコア径が、照射用光ファイバのコア径より大きく設定され、
各照射用光ファイバからみて、最も近い距離に配置されている受光用光ファイバまでの距離の２倍より離れた位置に、次に近い受光用光ファイバが配置されているグルコース濃度測定装置。
【請求項１０】
生体に照射する光を発生する光源と、生体において拡散あるいは透過させられた光を検出する光検出器とを備える装置本体と、光源からの光を生体内に向けて出射する複数の照射用光ファイバと、生体内からの光を受光して前記光検出器まで導光する複数の受光用光ファイバと、これら照射用光ファイバの端面および受光用光ファイバの端面が規則的に配置された先端面を生体表面に接触させる測定プローブとを備え、
各受光用光ファイバにおいて受光された光の検出信号に重み付けをして相互に加減算することにより、生体内を所定の深さまで進達した光の情報を抽出する情報抽出手段を備えるグルコース濃度測定装置。
【請求項１１】
照射用光ファイバおよび受光用光ファイバの端面が、一定のピッチで２次元的に配列されている請求項１０に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項１２】
前記光源が、波長領域の異なる複数の広帯域光源と、これら広帯域光源から発せられた光を合波する合波手段とを備える請求項１から請求項１１のいずれか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、特許文献１に示される方法は、受光ファイバにより受光した光を回折格子ユニットにより分光し、分光された光を受光素子ユニット、すなわち、光検出器により検出しているが、受光ファイバの数が増えると光検出器に必要とされる受光面積が増大する。複数の受光ファイバにより受光されたすべての光をもれなく受光するためには、大型の光検出器が必要となる。光検出器はその寸法が大きくなると急激に値段が高くなるため、コストが高くつくという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１に示される装置では、光の照射量および受光量を大きく確保するために、発光ファイバおよび受光ファイバとしては、全て、２００μｍという比較的大きな同一のコア径の光ファイバを使用している。しかしながら、同じ発光ファイバから生体内に入射され同じ受光ファイバによって受光される光であっても、大きなコア径の光ファイバから発せられた光は様々な光路長の経路をたどることになる。このため、受光ファイバに受光される光には、様々な進達度の光の情報が含まれ、グルコース濃度の測定精度が低下してしまうという不都合がある。
【０００７】
特に、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。
【０００８】
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】
【０００９】
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、光源と、該光源から発せられた光を導光する単一の装置内光ファイバとを備える装置本体と、生体表面に接触状態に配置され、光源からの光を生体内に向けて照射する測定プローブと、これら装置本体と測定プローブとを着脱可能に接続する照射用光ファイバとを備え、該照射用光ファイバの一端面が測定プローブの先端面に固定され、他端面が装置内光ファイバの端面に突き当てられた状態で前記装置本体に取り付けられるグルコース濃度測定装置を提供する。
【００１０】
この発明によれば、光源から発せられ、装置内光ファイバ内を導光されてきた光が、装置内光ファイバの端面から出射される。装置内光ファイバの端面には、照明用光ファイバがその端面を突き当てた状態で装置本体に取り付けられているので、装置内光ファイバの端面から出射された光は、照射用光ファイバ内に入射させられる。照射用光ファイバの他端面は測定プローブの先端面に固定されているので、測定プローブを生体の表面に密着させることにより、光源から発せられた光を効率よく生体内に入射させることが可能となる。すなわち、光源からの光を無駄なく生体内に入射させることにより、小さい光源で生体内へ入射させる光量を増大させることができ、光源の大型化や発熱の増加を抑えることができる。また、光源からの光を効率よく生体内に入射させるので、生体外部において受光される光に含まれる信号成分を増大させて測定精度を高めることが可能となる。
また、照明用光ファイバを装置本体から取り外すことにより、保守を容易に行うことが可能となる。
【００１１】
上記発明においては、装置内光ファイバが、照射用光ファイバのコア径以下のコア径を有することとしてもよい。
このようにすると、装置内光ファイバの端面が、該装置内光ファイバと同等またはそれより大きなコア径を有する照射用光ファイバの端面に突き合わせられ、装置内光ファイバ内を導光されてきた光は、漏れなくコア径の大きな照射用光ファイバ内に入射されるので、光の損失を低減して効率を高め、測定精度をさらに向上することが可能となる。
【００１２】
上記発明においては、装置内光ファイバおよび照射用光ファイバが、それぞれマルチモードファイバからなることとしてもよい。
この発明によれば、コア径の大きなマルチモードファイバを使用することにより、種々のモードを有する光を効率よく導光することができ、またコストも低減することができる。
【００１３】
また、本発明は、上記発明において、前記測定プローブが、前記照射用光ファイバの周囲に半径方向に所定間隔をあけて配置された複数の受光用光ファイバを備え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、照射用光ファイバから出射された光が生体内に入射され、生体内において拡散ないし透過された後に、生体表面から外部に放出される光が、照射用光ファイバの周囲に配置されている受光用光ファイバによって受光される。小さい照射面積の照射用光ファイバから光を生体内に入射し、その入射点から周囲に広がるように進行する光が、その周囲に複数配置した受光用光ファイバで受光されるので、生体外に放出される光を漏れなく受光することが可能となる。特に、照射用光ファイバと受光用光ファイバとを所定の間隔をあけて配置したので、各受光用光ファイバには、生体内に入射された光のうち、一定の深さまで進達した光が多く受光されることになる。したがって、グルコースの情報を多く含む領域まで進達した光を受光することが可能となり、グルコース濃度の測定精度を高めることができる。
【００１４】
上記発明においては、各受光用光ファイバのコア径が、照射用光ファイバのコア径より大きいことが好ましい。
照射用光ファイバのコア径が大きい場合あるいは、照射用光ファイバがファイババンドルの形態で提供されている場合には、照射用光ファイバの端面の各位置から生体内に光が入射される。このため、同一の受光用光ファイバにより受光される光の中には、種々の光路長を有する光が含まれることになる。したがって、グルコース濃度の測定に必要な深さまで進達した光以外に、グルコース濃度の測定に不要な深さまで進達した光が比較的大きな強度を有して含まれることになり、検出信号におけるノイズ成分を増大させている。
【００１５】
これに対して、この発明によれば、同一の受光用光ファイバにより受光される光の光路長の幅を狭めることができる。特に、照射用光ファイバのコア径を十分に小さく設定することにより、生体内に実質的に一点から光を入射させることが可能となり、上記作用をさらに向上することができる。これにより、検出信号に含まれるノイズ成分を低減して測定精度を向上することができる。例えば、照射用光ファイバのコア径を５０μｍとし、受光用光ファイバのコア径を２００μｍとすれば効果的である。
【００１６】
さらに、上記発明においては、照射用光ファイバが、装置本体と測定プローブとの間で分岐されていることが好ましい。
これによれば、分岐された各照射用光ファイバから生体内に光が入射される。各照射用光ファイバの周囲には所定間隔をあけて複数の受光用光ファイバが配置されているので、生体表面の複数地点における測定が可能となる。その結果、一の照射用光ファイバからの光の入射を阻害する要因、例えば、体毛が存在している場合においても、他の照射用光ファイバからの光の入射および受光用光ファイバによる光の受光が正常に行われるので、測定の確実性を向上することができる。
【００１７】
さらに、本発明は、生体に照射する光を発生する光源と、生体において拡散あるいは透過させられた光を検出する光検出器とを備える装置本体と、光源からの光を生体内に向けて出射する照射用光ファイバと、生体内からの光を受光して前記光検出器まで導光する複数の受光用光ファイバと、これら照射用光ファイバの端面および該照射用光ファイバの端面の周囲に半径方向に所定間隔をあけて配される受光用光ファイバの端面が配置された先端面を生体表面に接触させる測定プローブとを備え、各受光用光ファイバのコア径が、照射用光ファイバのコア径より大きいグルコース濃度測定装置を提供する。
【００１８】
この発明によれば、光源から発せられた光が装置本体から照射用光ファイバを介して生体内に入射され、生体内において拡散あるいは透過させられた光が受光用光ファイバによって受光されて装置本体内まで導光され、光検出器により検出される。照射用光ファイバおよび受光用光ファイバは測定プローブの先端面に、相互に所定の間隔をあけて配置されているので、照射用光ファイバから出射された光は、生体内を所定の深さまで進達した後に受光用光ファイバにより受光される。その結果、光ファイバの端面の間隔を調節しておくことにより、グルコース濃度に関する情報を多く含む光を受光することが可能となる。また、受光用光ファイバのコア径を照射用光ファイバのコア径より大きく設定しているので、受光用光ファイバに到達する光の光量を増加させることができる。したがって、検出信号に含まれるノイズ成分を低減して測定精度を向上することができる。
【００１９】
さらに、本発明は、生体に照射する光を発生する光源と、生体において拡散あるいは透過させられた光を検出する光検出器とを備える装置本体と、光源からの光を生体内に向けて出射する照射用光ファイバと、生体内からの光を受光して前記光検出器まで導光する受光用光ファイバと、これら照射用光ファイバの端面および受光用光ファイバの端面が配置された先端面を生体表面に接触させる測定プローブとを備え、照射用光ファイバが複数に分岐され、各照射用光ファイバの端面が、前記受光用光ファイバの端面の周囲に半径方向に所定間隔をあけて配置され、各受光用光ファイバのコア径が、照射用光ファイバのコア径より大きいグルコース濃度測定装置を提供する。
【００２０】
この発明によれば、複数に分岐された照射用光ファイバが、受光用光ファイバの周囲から生体内に光を入射させるので、これらの照射用光ファイバから発せられ生体内で拡散しあるいは透過した光は、中央の受光用光ファイバによって受光される。各照射用光ファイバの端面が、受光用光ファイバの端面の周囲に半径方向に所定間隔をあけて配置され、かつ、各受光用光ファイバのコア径が、照射用光ファイバのコア径より大きく設定されているので、受光用光ファイバに到達する光の光量を増大させ、グルコース濃度の測定に必要な進達度の光を多く含む信号を受光することにより、検出信号に含まれるノイズ成分を低減して測定精度を向上することができる。
【００２１】
さらに、本発明は、生体に照射する光を発生する光源と、生体において拡散あるいは透過させられた光を検出する光検出器とを備える装置本体と、光源からの光を生体内に向けて出射する照射用光ファイバと、生体内からの光を受光して前記光検出器まで導光する受光用光ファイバと、これら照射用光ファイバの端面および受光用光ファイバの端面が配置された先端面を生体表面に接触させる測定プローブとを備え、照射用光ファイバが複数に分岐され、各照射用光ファイバの端面の周囲に半径方向に所定間隔をあけて、複数の受光用光ファイバの端面が配置され、各受光用光ファイバのコア径が、照射用光ファイバのコア径より大きく設定され、各照射用光ファイバからみて、最も近い距離に配置されている受光用光ファイバまでの距離の２倍より離れた位置に、次に近い受光用光ファイバが配置されているグルコース濃度測定装置を提供する。
【００２２】
この発明によれば、複数に分岐された照射用光ファイバから光が生体内に入射され、生体内において拡散あるいは透過した後に、照射用光ファイバの周囲に配置されている複数の受光用光ファイバにより受光される。各照射用光ファイバは受光用光ファイバよりも小さいコア径を有しているので、周囲の受光用光ファイバには生体内において一定の光路長を経た光が受光される。特に、各照射用光ファイバからみて、最も近い距離に配置されている受光用光ファイバには、最も短い光路長を経た光が受光されるので、その距離をグルコース濃度の測定に必要な進達度が得られる距離に設定しておくことにより、多くのグルコース濃度の情報を検出することが可能となる。
【００２３】
一方、各照射用光ファイバからみて次に近い受光用光ファイバまでの距離は、最も近い受光用光ファイバまでの距離の２倍より離れているので、当該次に近い受光用光ファイバに入射される光は、最も近い受光用光ファイバに入射される光と比較するとその光路長が２倍より大きくなる。光路長が大きくなればなるほど光は減衰し、特に、２倍より大きくなると、ほとんど無視し得るほどにまで減衰するという知見が得られた。この発明によれば、各受光用光ファイバには、当該受光用光ファイバに最も近い照射用光ファイバからの光が多く受光され、他の照射用光ファイバからの光は無視し得るほどに減衰される。したがって、照射用光ファイバを多数配置して、体毛等による光の入射の阻害を回避しつつ、他の照射用光ファイバからのグルコース濃度の測定に不必要な光が受光用光ファイバに受光されて、ノイズが増大することを回避することができる。
【００２４】
さらに、本発明は、生体に照射する光を発生する光源と、生体において拡散あるいは透過させられた光を検出する光検出器とを備える装置本体と、光源からの光を生体内に向けて出射する複数の照射用光ファイバと、生体内からの光を受光して前記光検出器まで導光する複数の受光用光ファイバと、これら照射用光ファイバの端面および受光用光ファイバの端面が規則的に配置された先端面を生体表面に接触させる測定プローブとを備え、各受光用光ファイバにおいて受光された光の検出信号に重み付けをして相互に加減算することにより、生体内を所定の深さまで進達した光の情報を抽出する情報抽出手段を備えるグルコース濃度測定装置を提供する。
【００２５】
この発明によれば、複数の照射用光ファイバから出射された光は生体内において拡散あるいは透過させられた後に複数の受光用光ファイバにより受光され光検出器において検出される。各照射用光ファイバおよび受光用光ファイバの端面は生体表面に接触させられる測定プローブの先端面に規則的に配列されているので、各受光用光ファイバに受光される光の中に、各照射用光ファイバからの光がどのような割合で含まれているのかが予め把握できる。そこで、情報抽出手段の作動により、各受光用光ファイバにおいて受光された光の検出信号に重み付けをして相互に加減算することにより、グルコース濃度の測定に必要な深さまで進達した光の成分情報を残し、他の成分を相殺してほぼゼロにすることができる。その結果、検出信号からノイズを除去して測定精度を向上することが可能となる。
【００２６】
上記発明においては、照射用光ファイバおよび受光用光ファイバの端面が、一定のピッチで２次元的に配列されていることが好ましい。
このようにすることで、上記加減算を簡易にすることが可能となり、ノイズの除去を容易に行うことができる。
【００２７】
さらに、上記発明においては、前記光源が、波長領域の異なる複数の広帯域光源と、これら広帯域光源から発せられた光を合波する合波手段とを備えることとしてもよい。
このようにすることで、各照射用光ファイバに光源からの光が効率よく供給され、高輝度の光を生体内に入射して、受光用光ファイバに受光される光量を増大させ、測定精度の向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、光源からの光が光ファイバによって漏れなく、効率よく生体表面まで導いて、生体内に入射することにより、測定精度の向上を図ることができる。また、光源を小型化できるので、装置の大型化や発熱増大を防止してコンパクトに製造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】
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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型のものは、容易に光ファイバ２４と結合できる。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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。本実施形態においては、光ファイバ３０，３２は、コア径５０μｍのマルチモードファイバである。
【００３９】
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平行光を２方向に分岐させるビームスプリッタ３５と、分岐された平行光を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。
【００４０】
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。
【００４１】
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による光ファイバ３２，４１の接続を図５に示す。コネクタ３９は、相互に締結されて装置本体３１の壁面にあけた貫通穴５２に取り付けられるハウジング５３，５４と、各光ファイバ３２，４１のシース先端から口出しされた心線３２ａ，４１ａに取り付けられるフェルール５５，５６とこれらフェルール５５，５６の突き当て部を覆うように配されるスリーブ５７とフェルール５５，５６どうしを押しつけるように付勢力を作用させるコイルバネ５８，５９とを備えている。
【００４２】
コネクタ３９による光ファイバ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。また、光ファイバ４１もコア径５０μｍのマルチモードファイバである。したがって、相互に突き当てるように配置された光ファイバ３２，４１のコア径は同一であるので、光ファイバ３２内を導光されてきた光は光ファイバ４１に漏れなく引き渡されるようになっている。一方、ハウジング５３，５４の締結を緩めることにより、２本の光ファイバ３２，４１を簡単に切り離すことができるようになっている。これにより、保守時あるいは交換時には、コネクタ３９を緩めて測定プローブ４０を装置本体３１から取り外すことができ、使用時には、ハウジング５３，５４どうしを締結するだけで簡単に取り付けることができるようになっている。
【００４３】
前記測定プローブ４０には、その先端面４０ａに、図６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、例えば、８本の受光用光ファイバ４２が配置されている。これらの受光用光ファイバ４２は、例えば、コア径２００μｍのマルチモードファイバである。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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
特に、光ファイバ３２，４１はいずれもコア径５０μｍのマルチモードファイバにより構成されているので、光ファイバ３２から出射される測定光は漏れなく光ファイバ４１内に入射され、損失が抑制されることになる。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、照射用光ファイバ４１が受光用光ファイバ４２と比較して十分に小さいコア径を有しているので、照射用光ファイバ４１は生体Ａに対し、実質的に一点から光を入射させることになる。その結果、各受光用光ファイバ４２が受光する光の生体Ａ内における光路長の幅を狭めることができる。グルコース濃度の測定に必要な深さまで進達した光を効率的に回収して、測定精度の向上を図ることができる。
【００５９】
また、コア径の小さい照射用光ファイバ４１に対して、受光用光ファイバ４２を周囲に複数配置し、しかも各受光用光ファイバ４２のコア径を大きく確保しているので、照射面積に対して受光面積が極めて大きく、生体Ａ内において拡散あるいは透過された光を漏れなく回収することが可能となる。
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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７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。
【００６７】
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８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。
【００６８】
また、上記実施形態に係るグルコース濃度測定装置１においては、受光用光ファイバ４２の数を８本として説明したが、任意の数でよい。すなわち、照射用光ファイバ４１と受光用光ファイバ４２との間の距離と受光用光ファイバ４２の外径寸法とにより、自ずと制限される。例えば、照射用光ファイバ４１と受光用光ファイバ４２との間の距離を０．８ｍｍとすれば、２００μｍのコア径を有する受光用光ファイバを１６本設置することも可能である。
【００６９】
そして、上記実施形態においては、信号光を測定する光検出器４５を１個設けた例を説明したが、図９に示されるように、２個以上設けることにしてもよい。特に、受光用光ファイバ４２の数が増大すると、全ての受光用光ファイバ４２を束ねたファイババンドルの端面から出射される信号光を単一の光検出器４５により受光することが困難になる。この場合に、サイズの大きな他の光検出器を採用することも考えられるが、光検出器はサイズの増大とともにその価格が大幅に高くなるため好ましくない。また、不要に大きな受光面積を有する光検出器は、他のノイズを拾いやすく測定精度を低下させてしまうことにもなる。そこで、ファイババンドルを複数に分割し、小さいサイズの光検出器４５を複数設けることが、コスト上も精度上も好ましい。図中符号６０は加算器、符号６１は集光レンズである。
【００７０】
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１０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。
【００７１】
次に、本発明の第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置について、図１１を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、第１の実施形態に係るグルコース濃度測定装置１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略することにする。
【００７２】
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置７０は、照射用光ファイバ７１において、第１の実施形態に係るグルコース濃度測定装置１と相違している。
本実施形態においては、照射用光ファイバ７１は、図１１に示されるように、一端をコネクタ３９に接続され、他端を測定プローブ４０に取り付けられている点においては第１の実施形態と同様であるが、その長さ方向の途中位置にファイバ分岐部７２を備えている点、および測定プローブ４０の先端面４０ａに分岐された複数の照射用光ファイバ７１ａの端面が配置されている点において相違している。
【００７３】
ファイバ分岐部７２は、図８に示した光分岐部と同様に複数のファイバカプラを用いることにより、コア径５０μｍの１本の照射用光ファイバ７１ｂを、同コア径５０μｍの複数本、例えば４本の照射用光ファイバ７１ａに分岐している。
測定プローブ４０においては、図１２に示されるように、各照射用光ファイバ７１ａの端面の周囲には、同一の間隔をあけて、それぞれ６本ずつの受光用光ファイバ４２が配置されている。隣接する照射用光ファイバ７１ａは１本または２本ずつ受光用光ファイバ４２を共有しているので受光用光ファイバ４２の本数は１８本である。各受光用光ファイバ４２のコア径は、２００μｍである。
【００７４】
なお、受光用光ファイバ４２が１８本と多数であるので、図９に示したように、受光用光ファイバ４２のファイババンドルを複数に分割し、小さいサイズの複数の光検出器４５により検出するようにすれば、製品コストおよびノイズを削減することができるので好ましい。
【００７５】
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７０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測定装置７０によれば、照射用光ファイバ７１ｂがファイバ分岐部７２により４本に分岐されており、その分岐された４本の照射用光ファイバ７１ａが測定プローブ４０の先端面40aに端面を配置しているので、生体Ａ内には、４本同時に測定光が照射される。そして、生体Ａ内に入射された測定光は、拡散あるいは透過されることにより生体Ａ外に信号光として戻り、各照射用光ファイバ７１ａの周囲に配置されている受光用光ファイバ４２により受光される。
【００７６】
この場合においても、照射用光ファイバ７１ａのコア径が十分に小さいので、測定光は異なる４点から照射されることになる。したがって、各受光用光ファイバ４２に受光される信号光は、生体Ａ内における光路長の幅が狭く、Ｓ／Ｎ比の高い信号となっている。これにより、第１の実施形態と同様に、高い測定精度でグルコース濃度を測定することができる。
【００７７】
また、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置７０によれば、測定光が４点同時に入射されるので、いずれかの入射箇所に、測定光の入射を阻害する要因、例えば、体毛がちょうど照射用光ファイバ７１ａの端面を塞いでしまっているような場合においても、他のいくつかの照射用光ファイバ７１ａから測定光が生体Ａ内に入射されるので、正常な測定を継続することが可能であるという効果がある。
【００７８】
次に、本発明の第３の実施形態に係るグルコース濃度測定装置８０について説明する。
本実施形態の説明において、上述した第１、第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置１，７０と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置８０は、測定プローブ４０の先端面４０ａに配置される照射用光ファイバ８１ａの端面と受光用光ファイバ４２の端面の配列において、上記第１、第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置１，７０と相違している。
【００７９】
図１３に本実施形態に係るグルコース濃度測定装置８０の測定プローブ４０の先端面４０ａにおける光ファイバ８１ａ，４２の端面の配列例を示す。
本実施形態においては、照射用光ファイバ８１ａが８本備えられ、受光用光ファイバ４２が７本備えられている。受光用光ファイバ４２は、２本−３本−２本を３列に並べた配列で束ねられ、その周囲に間隔をあけて８本の照射用光ファイバ４２が配列されている。
【００８０】
照射用光ファイバ８１ａがコア径５０μｍの光ファイバにより構成され、受光用光ファイバ４２がコア径２００μｍの光ファイバにより構成されている点は、上記第１、第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置１，７０と同様である。照射用光ファイバ８１ａは、第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置７０と同様に、途中に配置されたファイバ分岐部７２により８本に分岐され、それぞれ光源および分光器から導光されてきた測定光を端面から照射することができるようになっている。
【００８１】
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８０によれば、照射用光ファイバ８１ａから発せられた測定光は、生体Ａ内に照射されると、全ての方向に向かって広がることになるが、その内の測定プローブ４０の中心方向に向かう光が、生体Ａ内における拡散あるいは透過の後に生体Ａ外部において測定プローブ４０の中心位置に配置されている受光用光ファイバ４２のファイババンドルによって受光されることになる。
【００８２】
この場合に、測定プローブ４０の中心方向以外の方向に向かう測定光は、受光用光ファイバ４２によって受光されることがなく廃棄されるため効率が低下する。しかしながら、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置８０においても、上述した第１、第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置１，７０と同様に、小さい照射面積の照射用光ファイバ８１ａから発せられた光から受光用光ファイバ４２により受光される信号光には、比較的狭い幅の進達度を有する信号が多く含まれる。このため、グルコース濃度の測定においてはノイズ成分が除去され測定精度が向上するという利点がある。
【００８３】
また、測定プローブ４０の中央部に配置した受光用光ファイバ４２のファイババンドルによって、比較的大きな検出面積を確保しているので、受光される光量は十分である。なお、このファイババンドルを構成する受光用光ファイバ４２の本数は７本に限定されるものではなく、７本以下でも以上でもよいし１本でもよい。
【００８４】
次に、本発明の第４の実施形態に係るグルコース濃度測定装置９０について、図面を参照していかに説明する。
なお、本実施形態の説明において、第１〜第３の実施形態に係るグルコース濃度測定装置１，７０，８０と構成を共通とする箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置９０も、第３の実施形態に係るグルコース濃度測定装置８０と同様に、測定プローブ４０の先端面４０ａにおける照射用光ファイバ９１ａおよび受光用光ファイバ４２の配列に特徴がある。
【００８５】
本実施形態は、第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置７０と同様に、照射用光ファイバ９１ａを複数に分岐し、生体Ａ内に複数の照射点から照射するとともに、各照射用光ファイバ９１ａの周囲に配置した複数の受光用光ファイバ４２により受光する。各受光用光ファイバ４２には、複数の照射用光ファイバ９１ａからの光が生体Ａ内において拡散あるいは透過された後に合成されて入射されることになる。
【００８６】
この場合に、生体Ａ内において拡散あるいは透過された光は、その光路長の増加とともに急激に減衰するため、信号光として有効な光強度を有するのは、受光用光ファイバ４２に近いいくつかの照射用光ファイバ９１ａからの光に限られる。
そこで、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置９０は、各照射用光ファイバ９１ａからみて、最も近い距離に配置されている受光用光ファイバ４２までの距離Ｒの２倍以上離れた位置に、次に近い受光用光ファイバ４２を配置している。
【００８７】
具体的には、図１４、図１６、図１８に示されるように、３本または４本の照射用光ファイバ９１ａの周囲に、複数の受光用光ファイバ４２を配置することにより構成されている。
図１４に示される測定プローブ４０は、３本の照射用光ファイバ９１ａの周囲にそれぞれ３本ずつ受光用光ファイバ４２を配置したものである。各照射用光ファイバ９１ａとその周囲の３本の受光用光ファイバ４２との間の距離Ｒは同一である。３本の照射用光ファイバ９１ａは、同一の円周上に１２０°の等角度間隔をあけて配置されており、その中心位置には、共通の１本受光用光ファイバ４２が配置されている。
【００８８】
また、一の照射用光ファイバ９１ａの周囲に配置されている共通の受光用光ファイバ４２以外の他の２本の受光用光ファイバ４２は、他の照射用光ファイバ９１ａからみると前記距離Ｒの２倍、すなわち、距離２Ｒより離れて配置されている。その結果、各受光用光ファイバ４２が受光する光の強度は、図１５に示されるように、該受光用光ファイバ４２に最も近い距離Ｒに配置されている照射用光ファイバ９１ａから発せられた光の光強度が最も大きく、次に近い照射用光ファイバ９１ａから発せられた光の光強度は、そのわずかに数％に過ぎない程度まで減衰していることになる。
【００８９】
同様に、図１６に示される測定プローブ４０は、各照射用光ファイバ９１ａの周囲に、共通の受光用光ファイバ４２以外に３本の受光用光ファイバ４２、計４本の受光用光ファイバ４２を配置したものである。これら３本の受光用光ファイバ４２は、他の照射用光ファイバ９１ａからみると距離２Ｒより離れて配置されている。その結果、上記と同様、図１７に示されるように、受光用光ファイバ４２に最も近い照射用光ファイバ９１ａから発せられた光の光強度が最も大きく、次に近い照射用光ファイバ９１ａから発せられた光の光強度は、１％程度まで抑制されることになる。
【００９０】
さらに、図１８に示される測定プローブ４０は、４本の照射用光ファイバ９１ａの周囲にそれぞれ等距離Ｒに配置される４本の受光用光ファイバ４２を備える構造のものである。４本の内３本は他の照射用光ファイバ９１ａから距離Ｒの位置に配置されている。各一の照射用光ファイバ９１ａからみると、周囲の４個の受光用光ファイバ４２は距離Ｒの位置に配置されているが、その他の受光用光ファイバ４２は、距離２Ｒより離れた位置に配置されていることがわかる。逆に、各受光用光ファイバ４２からみると、距離Ｒの位置に配置されている照射用光ファイバ９１ａは１本または２本であり、それ以外の照射用光ファイバ９１ａは距離２Ｒより離れた位置に配置されていることになる。
【００９１】
その結果、上記の各測定プローブと同様に、図１９に示されるように、距離Ｒの位置に配されている照射用光ファイバ９１ａから発せられた光の光強度が最も大きく強調され、次に近い照射用光ファイバ９１ａからの光は数％に抑制されることになる。
このように、照射用光ファイバ９１ａと受光用光ファイバ４２の配置を工夫することで、特定の距離Ｒに配置されている照射用光ファイバ９１ａから生体Ａ内に照射され、拡散または透過された後に生体Ａ表面に放出された光を選択的に受光することが可能となり、生体Ａ内の特定の深さの情報を多く含む信号光をピンポイントで取得することができる。したがって、信号光に含まれるノイズ成分を低減し、測定精度を向上することができる。
【００９２】
次に、本発明の第５の実施形態に係るグルコース濃度測定装置について、図２０を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１００も、測定プローブ４０における照射用光ファイバＬ１〜Ｌ７および受光用光ファイバＡ〜Ｇの端面の配列を工夫するとともに、各受光用光ファイバＡ〜Ｇにより受光された信号光に対し、所定の処理を施したものである。
【００９３】
本実施形態においては、図２０に示されるように、７本の照射用光ファイバＬ１〜Ｌ７の端面を２本−３本−２本の３列に千鳥状にピッチＰ＝０．５で配置し、その周囲に受光用光ファイバＡ〜Ｇの端面を同一のピッチＰ＝０．５で２次元的に規則的に配置することにより、いわゆる俵積み式に配列している。
表１に、図２０において、２重円で示される受光用光ファイバＡ〜Ｇに着目したときの、各照射用光ファイバＬ１〜Ｌ７と受光用光ファイバＡ〜Ｇとの間の中心間距離Ｌを示す。また、表２に、いずれかの照射用光ファイバＬ１〜Ｌ７との間に同じ中心間距離Ｌを有する受光用光ファイバＡ〜Ｇの本数を示す。
【００９４】
【表１】
2005192612.tif 000003
【００９５】
【表２】
2005192612.tif 000004
【００９６】
すなわち、これらの表１，表２によれば、６本の各受光用光ファイバＡには、中心間距離０．５の位置に、照射用光ファイバＬ１〜Ｌ７が２本ずつ（例えば、Ｌ１，Ｌ６）隣接しているので、合計１２本の照射用光ファイバＬ１〜Ｌ６からの第１の光強度Ｐ１の光を受光する。また、中心間距離０．８６６の位置に照射用光ファイバＬ７が１本ずつ配置されているので、合計６本の照射用光ファイバＬ７から第２の光強度Ｐ２の光を受光する。さらに、中心間距離１．０の位置に照射用光ファイバＬ１〜Ｌ７が２本ずつ（例えば、Ｌ２，Ｌ５）配置されているので、合計１２本の照射用光ファイバＬ１〜Ｌ６から第３の光強度Ｐ３の光を受光する。以下同様である。また、受光用光ファイバＢ〜Ｇについても同様に考えることができる。
【００９７】
本実施形態においては、第１の光強度Ｐ１の光がグルコース濃度の測定に必要な進達度の光であるように設定している。そして、それ以外の光強度の光は、グルコース濃度の測定には不要であり、これらを除去するために以下の処理を施す。
すなわち、信号光に対する所定の処理は、各受光用光ファイバＡ〜Ｇにおいて受光された光の検出信号に重み付けをして相互に加減算することにより、生体Ａ内を所定の深さまで進達した光の情報を抽出する処理である。処理は、コンピュータ（情報抽出手段）４９により行われる。
具体的には、例えば、下式（１）の通りである。
Ｓ＝−ＰＡ＋３×ＰＢ−５×ＰＣ＋４×ＰＤ−２×ＰＥ＋２×ＰＦ−４×ＰＧ    （１）
【００９８】
ここで、ＰＡ〜ＰＧは、受光用光ファイバＡ〜Ｇに受光される信号光であり、以下の通りに表すことができる。
ＰＡ＝１２×Ｐ１＋  ６×Ｐ２＋１２×Ｐ３＋１２×Ｐ４
ＰＢ＝  ６×Ｐ１＋１２×Ｐ２＋  ６×Ｐ３＋１２×Ｐ４＋６×Ｐ５
ＰＣ＝              ６×Ｐ２＋  ６×Ｐ３＋１２×Ｐ４＋６×Ｐ５＋・・・
ＰＤ＝                          ６×Ｐ３＋１２×Ｐ４＋６×Ｐ５＋・・・
ＰＥ＝                                    １２×Ｐ４＋          ・・・
ＰＦ＝                                      ６×Ｐ４＋６×Ｐ５＋・・・
ＰＧ＝                                                ６×Ｐ５＋・・・
【００９９】
そして、これらのＰＡ〜ＰＧを式（１）に当てはめると、以下の通りとなる
−ＰＡ＝−１２×Ｐ１−  ６×Ｐ２−１２×Ｐ３−１２×Ｐ４
＋３×ＰＢ＝  １８×Ｐ１＋３６×Ｐ２＋１８×Ｐ３＋３６×Ｐ４＋１８×Ｐ５
−５×ＰＣ＝            −３０×Ｐ２−３０×Ｐ３−６０×Ｐ４−３０×Ｐ５＋・・・
＋４×ＰＤ＝                          ２４×Ｐ３＋４８×Ｐ４＋２４×Ｐ５＋・・・
−２×ＰＥ＝                                    −２４×Ｐ４−            ・・・
＋２×ＰＦ＝                                      １２×ｐ４＋１２×Ｐ５＋・・・
−４×ＰＧ＝                                                −２４×Ｐ５＋・・・
Ｓ    ≒    ６×Ｐ１
【０１００】
これにより、グルコース濃度の測定に必要な第１の光強度Ｐ１の光のみを残し、他の不要な光強度Ｐ２以降の成分を代数的に消去することができる。受光用光ファイバＡ〜Ｇから十分に遠い照射用光ファイバＬ１〜Ｌ７からの光の光強度（本実施形態では光強度Ｐ６以上）は誤差範囲内であり無視できる。したがって、生体Ａ内を所定の深さまで進達した光の情報を選択的に抽出することができるので、グルコース濃度の測定を精度よく行うことが可能となる。
【０１０１】
なお、上記重み付けは一例であり、他の式に当てはめることにしてもよい。また、俵積み配列の場合について説明したが、格子状配列その他の配列でもよい。さらに、前記光源７は、広帯域光源に代えて、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等の他の光源でもよい。また、照射用光ファイバおよび受光用光ファイバの数は任意でよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の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照射用光ファイバを装置本体に接続するコネクタの構造を示す縦断面図である。
【図６】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７】図３のマルチプレクサの変形例を示す概略図である。
【図８】図４の光分岐部の変形例を示す概略図である。
【図９】受光用光ファイバと光検出器の変形例を示す図である。
【図１０】図１のグルコース濃度測定装置の変形例を示す概略図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るグルコース濃度測定装置の照射用光ファイバを示す概略図である。
【図１２】図１１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１３】本発明の第３の実施形態に係る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１４】本発明の第４の実施形態に係る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１５】図１４の測定プローブにより測定した場合の、照射用光ファイバと受光用光ファイバとの間の距離と光強度との関係を示すグラフである。
【図１６】図１４の変形例を示す図である。
【図１７】図１６の測定プローブにより測定した場合の、照射用光ファイバと受光用光ファイバとの間の距離と光強度との関係を示すグラフである。
【図１８】図１４の変形例を示す図である。
【図１９】図１８の測定プローブにより測定した場合の、照射用光ファイバと受光用光ファイバとの間の距離と光強度との関係を示すグラフである。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る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。
【符号の説明】
【０１０３】
Ａ  生体
１  グルコース濃度測定装置
２  光源
７〜１１  広帯域光源
１２  マルチプレクサ（合波手段）
３１  装置本体
３２  装置内光ファイバ
４０  測定プローブ
４０ａ  先端面
４１，７１，７１ａ，７１ｂ，９１ａ  照射用光ファイバ
４２  受光用光ファイバ
４５  光検出器
４９  コンピュータ（情報抽出手段）
【図１】
2005192612.tif 000005
【図２】
2005192612.tif 000006
【図３】
2005192612.tif 000007
【図４】
2005192612.tif 000008
【図５】
2005192612.tif 000009
【図６】
2005192612.tif 000010
【図７】
2005192612.tif 000011
【図８】
2005192612.tif 000012
【図９】
2005192612.tif 000013
【図１０】
2005192612.tif 000014
【図１１】
2005192612.tif 000015
【図１２】
2005192612.tif 000016
【図１３】
2005192612.tif 000017
【図１４】
2005192612.tif 000018
【図１５】
2005192612.tif 000019
【図１６】
2005192612.tif 000020
【図１７】
2005192612.tif 000021
【図１８】
2005192612.tif 000022
【図１９】
2005192612.tif 000023
【図２０】
2005192612.tif 000024