(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の脈波の所定の値となる時点からの一定時間内に、前記被検体の脈波を検出する脈波検出手段が前記一定時間内の脈波を検出し、異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射する混合光出射手段が前記一定時間内に２波長の光を出射し、及び前記被検体で発生する音波を検出する音波検出手段が前記一定時間内に音波を検出する第１脈波音波検出手順と、
前記第１脈波音波検出手順の前記時点からの前記一定時間内を除き前記被検体の脈波の所定の値となる他の時点からの前記一定時間内に、前記脈波検出手段が前記一定時間内の脈波を検出し、前記異なる２波長の光のうち所定の１波長を電気的に強度変調して出射する第１単一光出射手段が前記一定時間内に１波長の光を出射し、及び前記音波検出手段が前記一定時間内に音波を検出する第２脈波音波検出手順と、
を有することを特徴とする成分濃度測定装置制御方法。
【請求項２】
前記脈波検出手段の検出する脈波を積算して脈波積算値として取得する脈波積算手段が前記第１脈波音波検出手順において前記一定時間内に検出される脈波を逐次積算して脈波積算値として取得し、及び前記音波検出手段の検出する音波の大きさを積算して音波強度として取得する音波強度積算手段が前記第１脈波音波検出手順において前記一定時間内に検出される音波を逐次積算して混合音波強度として取得する第１脈波音波強度積算手順と、
前記脈波積算手段が前記第２脈波音波検出手順において前記一定時間内に検出される脈波を逐次積算して他の脈波積算値として取得し、及び前記音波強度積算手段が前記第２脈波音波検出手順において前記一定時間内に検出される音波を逐次積算して単一音波強度として取得する第２脈波音波強度積算手順と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項３】
測定対象とする成分濃度を算出する成分濃度算出手段が、前記第１脈波音波強度積算手順及び前記第２脈波音波強度積算手順において取得される脈波積算値、他の脈波積算値、混合音波強度及び単一音波強度から成分濃度を算出する成分濃度算出手順をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項４】
前記成分濃度算出手順において前記成分濃度算出手段は、前記混合音波強度を前記脈波積算値で除算した混合音波強度規格値、及び前記単一音波強度を前記他の脈波積算値で除算した単一音波強度規格値の比から成分濃度を算出することを特徴とする請求項３に記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項５】
前記一定時間を前記脈波検出手段の検出する脈波の１周期以内とし、
前記脈波検出手段は、前記被検体の脈波のうち連続した２拍分を前記第１脈波音波検出手順及び前記第２脈波音波検出手順において１拍ずつ検出し、
前記混合光出射手段は、前記第１脈波音波検出手順において前記２拍分に対応して異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し、
前記第１単一光出射手段は、前記第２脈波音波検出手順において前記２拍分に対応して所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、
前記音波検出手段は、前記第１脈波音波検出手順及び前記第２脈波音波検出手順において前記２拍分に対応してそれぞれの音波を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項６】
前記脈波検出手段により検出される連続した２拍分の脈波の極大値の比率を算出する第１極値比率算出手段が、前記第１脈波音波検出手順及び前記第２脈波音波検出手順において検出される前記連続した２拍分の脈波の極大値の比率を算出し、算出した比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに、前記脈波検出手段及び前記混合光出射手段が前記第１脈波音波検出手順に戻り且つ前記脈波検出手段及び前記第１単一光出射手段が前記第２脈波音波検出手順に戻って成分濃度を繰り返し測定する第１脈波確認手順をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項７】
前記第１脈波音波検出手順の前記時点からの前記一定時間内及び前記第２脈波音波検出手順の前記他の時点からの前記一定時間内を除き前記被検体の脈波の所定の値となる他の時点からの前記一定時間内に、前記脈波検出手段が前記一定時間内の脈波を検出し、前記異なる２波長の光のうち他の所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する第２単一光出射手段が前記一定時間内に１波長の光を出射し、及び前記音波検出手段が前記一定時間内に音波を検出する第３脈波音波検出手順をさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項８】
前記音波強度積算手段が、前記第３脈波音波検出手順において前記一定時間内に検出される音波を逐次積算して他の単一音波強度として取得する音波強度積算手順をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項９】
前記第２脈波音波強度積算手順において取得される単一音波強度と前記音波強度積算手順において取得される他の単一音波強度との差の絶対値を算出し且つ算出した前記絶対値と前記第１脈波音波強度積算手順において取得される混合音波強度との比率を算出する音波強度比率算出手段の算出する比率が１．０５より大きいとき又は０．９５より小さいときに、前記脈波検出手段及び前記混合光出射手段が前記第１脈波音波検出手順に戻り且つ前記脈波検出手段及び前記第１単一光出射手段が前記第２脈波音波検出手順に戻って成分濃度を繰り返し測定する音波強度確認手順をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１０】
前記一定時間を前記脈波検出手段の検出する脈波の１周期以内とし、
前記脈波検出手段は、前記被検体の脈波のうち連続した３拍分を前記第１脈波音波検出手順、前記第２脈波音波検出手順及び前記第３脈波音波検出手順において１拍ずつ検出し、
前記混合光出射手段は、前記第１脈波音波検出手順において前記３拍分に対応して異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し、
前記第１単一光出射手段は、前記第２脈波音波検出手順において前記３拍分に対応して所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、
前記第２単一光出射手段は、前記第３脈波音波検出手順において前記３拍分に対応して他の所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、
前記音波検出手段は、前記第１脈波音波検出手順、前記第２脈波音波検出手順及び前記第３脈波音波検出手順において前記３拍分に対応してそれぞれの音波を検出することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１１】
前記脈波検出手段により検出される連続した３拍分の脈波のうちいずれか２拍の極大値の比率を算出する第２極値比率算出手段が、前記第１脈波音波検出手順、前記第２脈波音波検出手順及び前記第３脈波音波検出手順において検出される前記連続した３拍分の脈波のうちいずれか２拍の極大値の比率を算出し、算出した前記比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに、前記脈波検出手段及び前記混合光出射手段が前記第１脈波音波検出手順に戻り且つ前記脈波検出手段及び前記第１単一光出射手段が前記第２脈波音波検出手順に戻って成分濃度を繰り返し測定する第２脈波確認手順をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１２】
前記第１脈波音波検出手順、前記第２脈波音波検出手順及び前記第３脈波音波検出手順において前記脈波検出手段は、前記混合光出射手段、前記第１単一光出射手段若しくは前記第２単一光出射手段の出射する光により前記被検体から発生する音波から脈波を検出し、前記混合光出射手段、前記第１単一光出射手段若しくは前記第２単一光出射手段の出射する光の前記被検体での反射光から脈波を検出し、又は心電計若しくはプレスチモグラフにより脈波を検出することを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１３】
前記２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差が水の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１４】
前記２波長の光のうち前記所定の１波長の光の波長を測定対象とする成分が特徴的な吸収を呈する波長に設定し、他方の１波長の光の波長を水が前記一方の光の波長におけるのと相等しい吸収を呈する波長とすることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の成分濃度測定装置制御方法。       
【請求項１５】
前記２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差がそれ以外の成分の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の成分濃度測定装置制御方法。
【請求項１６】
被検体の脈波の所定の値となる時点からの一定時間内、及び前記被検体の脈波の所定の値となり前記時点からの前記一定時間内を除く他の時点からの前記一定時間内のそれぞれに前記被検体の脈波を検出する脈波検出手段と、
前記時点からの前記一定時間内に異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射する混合光出射手段と、
前記他の時点からの前記一定時間内に前記異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する第１単一光出射手段と、
前記混合光出射手段から前記一定時間内に出射される光により前記被検体で発生する音波を前記時点からの前記一定時間内に検出し、及び前記第１単一光出射手段から前記一定時間内に出射される光により前記被検体で発生する音波を前記他の時点からの前記一定時間内に検出する音波検出手段と、
を備えることを特徴とする成分濃度測定装置。
【請求項１７】
前記時点からの前記一定時間内に前記脈波検出手段により検出される脈波をそれぞれ逐次積算して脈波積算値として取得し且つ前記他の時点からの前記一定時間内に前記脈波検出手段により検出される脈波を逐次積算して他の脈波積算値として取得する脈波積算手段と、
前記時点からの前記一定時間内に前記混合光出射手段からの２波長の光により発生し前記音波検出手段により検出される音波の大きさを逐次積算して混合音波強度として取得し且つ前記他の時点からの前記一定時間内に前記第１単一光出射手段からの１波長の光により発生し前記音波検出手段により検出される音波の大きさを逐次積算して単一音波強度として取得する音波強度積算手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の成分濃度測定装置。
【請求項１８】
前記脈波積算手段により取得され前記時点からの前記一定時間内の脈波積算値、前記脈波積算手段により取得され前記他の時点からの前記一定時間内の他の脈波積算値、前記音波強度積算手段により取得され前記時点からの前記一定時間内の混合音波強度、及び前記音波強度積算手段により取得され前記他の時点からの前記一定時間内の単一音波強度から、測定対象とする成分濃度を算出する成分濃度算出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の成分濃度測定装置。
【請求項１９】
前記成分濃度算出手段は、前記混合音波強度を前記脈波積算値で除算した混合音波強度規格値、及び前記単一音波強度を前記他の脈波積算値で除算した単一音波強度規格値の比から成分濃度を算出することを特徴とする請求項１８に記載の成分濃度測定装置。
【請求項２０】
前記一定時間を前記脈波検出手段の検出する脈波の１周期以内とし、
前記脈波検出手段は、前記被検体の脈波のうち連続した２拍分を前記時点及び前記他の時点からの前記一定時間内に１拍ずつ検出し、
前記混合光出射手段は、前記２拍分に対応して前記時点からの前記一定時間内に異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し、
前記第１単一光出射手段は、前記２拍分に対応して前記他の時点からの前記一定時間内に所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、
前記音波検出手段は、前記２拍分に対応してそれぞれの音波を検出することを特徴とする請求項１６から１９のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項２１】
前記脈波検出手段により検出される前記連続した２拍分の脈波の極大値の比率を算出する第１極値比率算出手段をさらに有し、
前記第１極値比率算出手段の算出する比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに、前記脈波検出手段、前記混合光出射手段及び前記第１単一光出射手段は、成分濃度を繰り返し測定することを特徴とする請求項２０に記載の成分濃度測定装置。
【請求項２２】
前記被検体の脈波の所定の値となり前記時点からの前記一定時間内及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く他の時点からの前記一定時間内に、前記異なる２波長の光のうち他の所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する第２単一光出射手段をさらに備え、
前記脈波検出手段は、
前記時点からの前記一定時間内及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く前記他の時点からの前記一定時間内の脈波を検出し、
前記音波検出手段は、前記時点からの前記一定時間内及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く前記他の時点からの前記一定時間内に、前記第２単一光出射手段からの１波長の光による音波を検出することを特徴とする請求項１６から２１のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項２３】
前記音波強度積算手段は、
前記時点からの前記一定時間内及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く前記他の時点からの前記一定時間内に前記第２単一光出射手段からの１波長の光により発生し前記音波検出手段により検出される音波の大きさを逐次積算して他の単一音波強度として取得することを特徴とする請求項２２に記載の成分濃度測定装置。
【請求項２４】
前記音波強度積算手段により取得される前記単一音波強度と前記他の単一音波強度との差の絶対値を算出し且つ算出した前記絶対値と前記音波強度積算手段により取得される前記混合音波強度との比率を算出する音波強度比率算出手段をさらに有し、
前記音波強度比率算出手段の算出する比率が１．０５より大きいとき又は０．９５より小さいときに、前記脈波検出手段、前記混合光出射手段及び前記第１単一光出射手段は、成分濃度を繰り返し測定することを特徴とする請求項２３に記載の成分濃度測定装置。
【請求項２５】
前記一定時間を前記脈波検出手段の検出する脈波の１周期以内とし、
前記脈波検出手段は、前記被検体の脈波のうち連続した３拍分を前記時点からの前記一定時間内、前記他の時点からの前記一定時間内、並びに前記時点及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く前記他の時点からの前記一定時間内において１拍ずつ検出し、
前記混合光出射手段は、前記３拍分に対応して前記時点からの前記一定時間内に異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し、
前記第１単一光出射手段は、前記３拍分に対応して前記他の時点からの前記一定時間内に所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、
前記第２単一光出射手段は、前記３拍分に対応して前記時点及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く前記他の時点からの一定時間内に他の所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、
前記音波検出手段は、前記３拍分に対応してそれぞれの音波を検出することを特徴とする請求項２２から２４のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項２６】
前記脈波検出手段により検出される前記連続した３拍分の脈波のうちいずれか２拍の極大値の比率を算出する第２極値比率算出手段をさらに有し、
前記第２極値比率算出手段の算出する前記比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに、前記脈波検出手段、前記混合光出射手段及び前記第１単一光出射手段は、成分濃度を繰り返し測定することを特徴とする請求項２５に記載の成分濃度測定装置。
【請求項２７】
前記脈波検出手段は、前記混合光出射手段、前記第１単一光出射手段若しくは前記第２単一光出射手段の出射する光により前記被検体から発生する音波から脈波を検出し、前記混合光出射手段、前記第１単一光出射手段若しくは前記第２単一光出射手段の出射する光の前記被検体での反射光から脈波を検出し、又は心電計若しくはプレスチモグラフにより脈波を検出することを特徴とする請求項２２から２６のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項２８】
前記２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差が水の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることを特徴とする請求項１６から２７のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項２９】
前記２波長の光のうち前記所定の１波長の光の波長を測定対象とする成分が特徴的な吸収を呈する波長に設定し、他方の１波長の光の波長を水が前記一方の光の波長におけるのと相等しい吸収を呈する波長とすることを特徴とする請求項１６から２７のいずれかに記載の成分濃度測定装置。      
【請求項３０】
前記２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差がそれ以外の成分の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることを特徴とする請求項２８又は２９に記載の成分濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間又は動物の被検体の非侵襲な成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢化が進み、成人病に対する対応が大きな課題になりつつある。血糖値などの検査においては血液の採取が必要なために患者にとって大きな負担となるので、血液を採取しない非侵襲な成分濃度測定装置が注目されている。現在までに開発された非侵襲な成分濃度測定装置としては、皮膚内に電磁波を照射し、測定対象とする血液成分、例えば、血糖値の場合はグルコース分子に吸収され、局所的に加熱して熱膨張を起こして生体内から発生する音波を観測する、光音響法が注目されている。
【０００３】
しかし、グルコースと電磁波との相互作用は小さく、また生体に安全に照射し得る電磁波の強度には制限があり、生体の血糖値測定においては、十分な効果をあげるに至っていない。
【０００４】
図６および図７は、従来例として、光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。図６は光パルスを電磁波として用いた第一の従来例である（例えば、非特許文献１参照。）。本例では血液成分として血糖、すなわちグルコースを測定対象としている。図６において、駆動回路６０４はパルス状の励起電流をパルス光源６１６に供給し、パルス光源６１６はサブマイクロ秒の持続時間を有する光パルスを発生し、発生した光パルスは被検体６１０に照射される。光パルスは被検体６１０の内部にパルス状の光音響信号と呼ばれる音波を発生させ、発生した音波は超音波検出器６１３により検出され、さらに音圧に比例した電気信号に変換される。
【０００５】
変換された電気信号の波形は波形観測器６２０により観測される。この波形観測器６２０は上記励起電流に同期した信号によりトリガされ、変換された電気信号は波形観測器６２０の管面上の一定位置に表示され、変換された電気信号は積算・平均して測定することができる。このようにして得られた電気信号の振幅を解析して、被検体６１０の内部の血糖値、すなわちグルコースの量が測定される。図６に示す例の場合はサブマイクロ秒のパルス幅の光パルスを最大１ｋＨｚの繰り返しで発生し、１０２４個の光パルスを平均して、前記電気信号を測定しているが十分な精度が得られていない。
【０００６】
そこで、より精度を高める目的で、連続的に強度変調した光源を用いる第二の従来例が開示されている。図７に第二の従来例の装置の構成を示す（例えば、特許文献１参照。）。本例も血糖を主な測定対象として、異なる波長の複数の光源を用いて、高精度化を試みている。説明の煩雑さを避けるために、図７により光源の数が２の場合の動作を説明する。図７において、異なる波長の光源、即ち、第１の光源６０１及び第２の光源６０５は、それぞれ駆動回路６０４及び駆動回路６０８により駆動され、連続光を出力する。
【０００７】
第１の光源６０１及び第２の光源６０５が出力する光は、モータ６１８により駆動され一定回転数で回転するチョッパ板６１７により断続される。ここでチョッパ板６１７は不透明な材質により形成され、モータ６１８の軸を中心とする第１の光源６０１及び第２の光源６０５の光が通過する円周上に、互いに素な個数の開口部が形成されている。
【０００８】
上記の構成により、第１の光源６０１及び第２の光源６０５の各々が出力する光は互いに素な変調周波数ｆ１及び変調周波数ｆ２で強度変調された後、合波部６０９により合波され、１の光束として被検体６１０に照射される。
【０００９】
被検体６１０の内部には第１の光源６０１の光により周波数ｆ１の光音響信号が発生し、第２の光源６０５の光により周波数ｆ２の光音響信号が発生し、これらの光音響信号は、音響センサ６１９により検出され、音圧に比例した電気信号に変換され、その周波数スペクトルが、周波数解析器６２１により観測される。本例においては、複数の光源の波長は全てグルコースの吸収波長に設定されており、各波長に対応する光音響信号の強度は、血液中に含まれるグルコースの量に対応した電気信号として測定される。
【００１０】
ここで、予め光音響信号の測定値の強度と別途採血した血液によりグルコースの含有量を測定した値との関係を記憶しておいて、前記光音響信号の測定値からグルコースの量を測定している。
【特許文献１】特開平１０−１８９号公報
【非特許文献１】オウル大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｏｕｌｕ、Ｆｉｎｌａｎｄ）学位論文「Ｐｕｌｓｅ  ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｓ  ａｎｄ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｈｕｍａｎ  ｂｌｏｏｄ  ａｎｄ  ｔｉｓｓｕｅ」（ＩＢＳ  ９５１−４２−６６９０−０、ｈｔｔｐ：／／ｈｅｒｋｕｌｅｓ．ｏｕｌｕ．ｆｉ／ｉｓｂｎ９５１４２６６９００／、２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の従来例においては以下のような課題がある。即ち、人間や動物などの被検体の脈動は、血液量（体積）の変動である。そのため、被検体の脈動は、被検体の血液成分による光の吸収量を変化させ、結果として光音響信号の発生量を変化させる。
【００１２】
従って、従来の被検体又は被測定物の成分濃度の測定方法においては、測定時の被検体の脈動による測定誤差が非常に大きくなるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明は、所定の温度における測定対象の成分の吸光度特性から設定した異なる２波長の光を出射し、被検体又は被測定物の温度を所定の温度に合わせて、被検体又は被測定物から発生する音波を検出することにより、被検体の脈動による誤差を除いて、成分濃度を正確に測定する成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法である。ここで、被検体とは測定対象の人間や動物であり、以下の説明においても同様である。
【００１４】
初めに、本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法の基本原理を、一例として、被検体の成分濃度を測定する場合について説明する。
【００１５】
本発明では、異なる２波長の光の中の、第１の光の波長を、例えば被検体の測定対象の成分による吸光度が被検体の大部分を占める水による吸光度と顕著に異なる波長に設定し、第２の光の波長を水が第１の光の波長におけるのと合い等しい吸光度を示す波長に設定する。上記の波長の設定方法を、血液中のグルコースの濃度を測定する場合を例として図１により説明する。
【００１６】
図１は常温における水とグルコース水溶液の吸光度特性を示す。図１において、縦軸は吸光度を示し、横軸は光の波長を示している。また、図１において、実線は水の吸光度特性を示し、破線はグルコース水溶液の吸光度特性を示している。図１に示す波長λ１はグルコースによる吸光度が水による吸光度と顕著に異なる波長であり、波長λ２は、水がλ１における吸光度と合い等しい吸光度を示す波長である。従って、例えば、第１の光の波長をλ１と設定し、第２の光の波長をλ２と設定することができる。
【００１７】
以下の説明においては、一例として、第１の光の波長を測定対象の成分による吸光度が水による吸光度と顕著に異なる波長λ１に設定し、第２の光の波長を水が第１の光の波長λ１におけるのと合い等しい吸光度を示す波長λ２に設定した場合を説明する。
【００１８】
上記のように設定した異なる２波長の光の各々を、同一周波数で逆位相の信号により強度変調してパルス状の光として出射し、出射された異なる２波長の光が被検体の成分に吸収されて発生する音波を検出して、検出した音波の大きさから、被検体の測定対象の成分の濃度を測定する。上記のように強度変調された異なる２波長の光を出射した場合、第１の光を測定対象の成分と水の両方が吸収して被検体から発生する第１の音波と、第２の光を被検体の大部分を占める水が吸収して被検体から発生する第２の音波とは、周波数が等しくかつ逆位相である。従って、第１の音波と第２の音波は被検体内で重畳し、音波の差として、第１の音波の中の測定対象の成分が吸収して被検体から発生する音波の大きさのみが残留する。そこで、残留した音波により、第１の光が測定対象の成分が吸収して被検体から発生する音波のみを測定することができる。上記の測定においては、測定対象の成分と水の両方が吸収して発生する音波と水が吸収して発生する音波を個別に測定して差を演算するよりも、測定対象の成分が吸収して被検体から発生する音波を正確に測定することができる。
【００１９】
さらに、被検体と音波検出素子との接触状態などの音波測定系の誤差の要因を除いて、高精度に測定する方法を以下に説明する。波長λ１の光及び波長λ２の光の各々に対する、被検体の大部分を占める水の吸収係数をα１（ｗ）及びα２（ｗ）として、被検体の測定対象の成分のモル吸収係数をα１（ｇ）及びα２（ｇ）とすれば、波長λ１の光及び波長λ２の光の各々により被検体から発生する音波の大きさｓ１及びｓ２を含む連立方程式は数式（１）で表される。
【００２０】
【数１】
0004477568.tif 000002
【００２１】
上記の、数式（１）を解いて、被検体の測定対象の成分濃度Ｍを求めることができる。ここで、Ｃは制御あるいは予想困難な係数、すなわち、被検体と音波検出素子の結合状態、音波検出素子の感度、被検体において光により音波が発生される位置と音波検出素子との間の距離、被検体の比熱及び熱膨張係数、被検体の内部の音波の速度、波長λ１の光及び波長λ２の光の変調周波数、水の吸収係数及び被検体の成分のモル吸収係数、などに依存する未知定数である。さらに数式（１）でＣを消去すると次の数式（２）が得られる。
【００２２】
【数２】
0004477568.tif 000003
【００２３】
ここで、波長λ１の光及び波長λ２の光の各々に対する、被検体の大部分を占める水の吸収係数α１（ｗ）及びα２（ｗ）が等しくなるように選択されているので、α１（ｗ）＝α２（ｗ）が成立し、さらに、ｓ１≒ｓ２であることを用いれば、成分濃度Ｍは数式（３）で表される。
【００２４】
【数３】
0004477568.tif 000004
【００２５】
上記の数式（３）に、既知の係数として、α１（ｗ）、α１（ｇ）及びα２（ｇ）を代入し、さらに、波長λ１の光及び波長λ２の光の各々により被検体から発生する音波の大きさｓ１及びｓ２を測定して代入することにより、被検体の成分濃度Ｍを算出することができる。上記の数式（３）においては、２つの音波の大きさｓ１及びｓ２を個別に測定するよりも、それらの差ｓ１−ｓ２を測定して、別に測定した音波の大きさｓ２で除する方が、被検体の成分濃度を高精度に測定することができる。
【００２６】
そこで、本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法においては、まず、波長λ１の光及び波長λ２の光を、互いに逆位相の変調信号により強度変調して、１の光束に合波して出射することにより、被検体から発生する音波の大きさｓ１及び音波の大きさｓ２が相互に重畳して生じる音波の差（ｓ１−ｓ２）を測定する。次に、波長λ２の光を出射して、被検体から発生する音波の大きさｓ２を測定する。上記のように測定した（ｓ１−ｓ２）とｓ２とから、数式（３）により（ｓ１−ｓ２）÷ｓ２を演算して被検体の測定対象の成分濃度を高精度に測定することができる。
【００２７】
本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法における被検体の脈動による影響は以下の通りである。
【００２８】
本発明では、数式（３）における分子の（ｓ１−ｓ２）の値は、異なる２波長の光を電気的に強度変調して同時に照射し被検体で発生する音波の大きさとして測定することができる。一方、分母のｓ２の値は、異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を別途照射して被検体で発生する音波の大きさとして測定することができる。
【００２９】
しかし、分子の（ｓ１−ｓ２）の値と分母のｓ２の値とは、上記のように同時に測定することができず異なる時間で測定することとなるため、音波の大きさの測定の際、位相検波増幅部の積分時間を１００ｍｓｅｃ〜１ｓｅｃ程度に設定している場合、脈動による血液量の変化による血管の構造変形の影響を受けるため、著しく異なった値となる。
【００３０】
図２に、音波の大きさの脈動による変動のグラフを示す。図２では、脈拍が約６０拍／秒の場合を示している。
【００３１】
図２において、被検体から発生する音波の大きさ３０、３１は、被検体の組織から発生する音波の大きさ４２、静脈血から発生する音波の大きさ４１及び動脈血から発生する音波の大きさ４０の加算として測定される。そして、図２に示すように、第１の光により発生する音波の大きさ３０及び第２の光により発生する音波の大きさ３１は、共に脈波２０に同期して増減する。動脈の血管が脈動に同期して膨張・収縮を繰り返すためである。また、第１の光及び第２の光の混合光により発生する音波の大きさ３２は、第１の光により発生する音波の大きさ３０と第２の光により発生する音波の大きさ３１との差分で得られ、第１の光により発生する音波の大きさ３０及び第２の光により発生する音波の大きさ３１と同様に、脈波２０に同期して増減する。ここで、上記のように、位相検波増幅部での積分時間を１００ｍｓｅｃ〜１ｓｅｃ程度とする場合、人体の脈拍が約６０拍／秒であるとすると、積分する時点の違いにより積分値が大きく異なる。その結果、成分濃度の算出値に誤差が生じる。
【００３２】
この脈拍に起因する算定濃度の増減による誤差を補正するために、最も単純には、音波の大きさの長時間の平均を取ることによって、脈波の影響を低減させることが考えられる。一方、音波を長時間に亘って平均化することは、測定時間が長くなり、拘束することによる精神的な圧迫がある。そのため、実用上は計測時間を短くすることが要請される。
【００３３】
そこで、本発明では、上記２回の音波の大きさ３１、３２を測定するため、音波を検出すると共に脈波２０を検出することとし、さらに２回の検出の時点を２回とも脈波の所定の値となる時点とすることとした。
【００３４】
具体的には、本発明に係る成分濃度測定装置制御方法は、被検体の脈波の所定の値となる時点からの一定時間内に、前記被検体の脈波を検出する脈波検出手段が前記一定時間内の脈波を検出し、異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射する混合光出射手段が前記一定時間内に２波長の光を出射し、及び前記被検体で発生する音波を検出する音波検出手段が前記一定時間内に音波を検出する第１脈波音波検出手順と、前記第１脈波音波検出手順の前記時点からの前記一定時間内を除き前記被検体の脈波の所定の値となる他の時点からの前記一定時間内に、前記脈波検出手段が前記一定時間内の脈波を検出し、前記異なる２波長の光のうち所定の１波長を電気的に強度変調して出射する第１単一光出射手段が前記一定時間内に１波長の光を出射し、及び前記音波検出手段が前記一定時間内に音波を検出する第２脈波音波検出手順と、を有することを特徴とする。
【００３５】
本発明では、混合光出射手段は、異なる２波長の光、即ち、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って被検体の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に設定する。そして、第１脈波音波検出手順において、混合光出射手段は第１の光及び第２の光の各々を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射する。このように出射した第１の光及び第２の光が被検体に照射されると被検体から音波が発生し、音波検出手段は、被検体から発生する音波を検出する。ここで、音波検出手段により測定される音波は前述の第１の光により発生する第１の音波と第２の光により発生する第２の音波の差の音波である。
【００３６】
さらに、第２脈波音波検出手順において、第１単一光出射手段は、第２の光と同様の波長の光を、第２の光と同様に強度変調して、第２の光と同様の強度で出射する。このように出射した第２の光が被検体に照射されると被検体から音波が発生し、音波検出手段は、被検体から発生する音波を検出する。  
【００３７】
ここで、第１脈波音波検出手順において混合光出射手段が第１の光及び第２の光を出射する際、第２脈波音波検出手順において第１単一光出射手段が第２の光を出射する際に、脈波検出手段は、被検体の脈波を検出する。また、混合光出射手段が第１の光及び第２の光を出射する時間、第１単一光出射手段が第２の光を出射する時間及び脈波検出手段が脈波を検出する時間は、共に被検体の脈波の所定の値となる時点からの一定時間内であり、被検体の脈波の所定の値をトリガにした一定時間とする。また、第１脈波音波検出手順及び第２脈波音波検出手順は、いずれが先に行われてもよい。
【００３８】
このように、本発明では、第１、第２脈波音波検出手順により脈波の所定の値をトリガにして脈波を検出し、並びに第１の光又は／及び第２の光を出射し音波を検出することで、脈動による血液量が相対的に同一の状態の時の脈波及び音波を検出することが可能である。そのため、検出した脈波及び音波から後述する音波強度の規格化が可能となり、脈動による血流量の変化が音波強度に与える影響を少なくして成分濃度を正確に測定することができる。
【００３９】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記脈波検出手段の検出する脈波を積算して脈波積算値として取得する脈波積算手段が前記第１脈波音波検出手順において前記一定時間内に検出される脈波を逐次積算して脈波積算値として取得し、及び前記音波検出手段の検出する音波の大きさを積算して音波強度として取得する音波強度積算手段が前記第１脈波音波検出手順において前記一定時間内に検出される音波を逐次積算して混合音波強度として取得する第１脈波音波強度積算手順と、前記脈波積算手段が前記第２脈波音波検出手順において前記一定時間内に検出される脈波を逐次積算して他の脈波積算値として取得し、及び前記音波強度積算手段が前記第２脈波音波検出手順において前記一定時間内に検出される音波を逐次積算して単一音波強度として取得する第２脈波音波強度積算手順と、をさらに有することが望ましい。
【００４０】
上記の第１、第２脈波音波強度積算手順は、後述する音波強度の規格化に至るまでの具体的な１手順である。ここで、脈波及び音波を積算するためには、例えば、脈波信号と音波信号を、積算回路によって積算し、除算回路で信号の平均化処理を行う。積算時間が長い程、ランダム雑音の影響が小さくなるので、１００ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃの時間で積算することが望ましいが、ランダム雑音の影響が無視できるほどに小さい場合には、１ｍｓｅｃと短い積算時間で計測することもできる。
【００４１】
このように、本発明では、第１、第２脈波音波強度積算手順により脈波積算値及び音波強度を得ることで、音波強度の規格化に必要な具体的な情報を得て音波強度の規格化が可能となる。
【００４２】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、測定対象とする成分濃度を算出する成分濃度算出手段が、前記第１脈波音波強度積算手順及び前記第２脈波音波強度積算手順において取得される脈波積算値、他の脈波積算値、混合音波強度及び単一音波強度から成分濃度を算出する成分濃度算出手順をさらに有することが望ましい。
【００４３】
本発明では、成分濃度算出手順により、後述する規格化した音波強度により成分濃度を算出することができる。
【００４４】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記成分濃度算出手順において前記成分濃度算出手段は、前記混合音波強度を前記脈波積算値で除算した混合音波強度規格値、及び前記単一音波強度を前記他の脈波積算値で除算した単一音波強度規格値の比から成分濃度を算出することが望ましい。
【００４５】
本発明では、混合音波強度を脈波積算値で除算することにより混合音波強度の規格化を行う。また、単一音波強度を脈波積算値で除算することにより単一音波強度の規格化を行う。ここで、混合音波強度を除算する脈波積算値は、混合光により発生する音波と同時刻に検出された音波及び脈波の積算値であり、単一音波強度を除算する脈波積算値は、単一光により発生する音波と同時刻に検出された脈波の積算値である。本発明では、脈動による血液量が相対的に同一の状態の時の脈波及び音波を検出するため、音波強度を脈波積算値で除算することにより、規格値を得て脈動による音波強度への影響を少なくすることができる。従って、本発明では、音波強度を規格化して成分濃度を算出するため、精度良い算出結果を得ることができる。
【００４６】
ここで、脈波のトリガとなる所定の値は、脈波のいずれの値の時点としてもよいが、脈波の極値（極大値又は極小値のいずれか一方）とすることが望ましい。１拍以内の積算時間で拍間をまたぐことなく積算できるので、数拍でも（２拍以上で）精度よく、成分濃度の算出が可能であり、測定間隔を短くすることが可能である。また、時間が短いため、脈拍間隔の変動も小さくでき、成分濃度の算出精度を向上させることができる。
【００４７】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記一定時間を前記脈波検出手段の検出する脈波の１周期以内とし、前記脈波検出手段は、前記被検体の脈波のうち連続した２拍分を前記第１脈波音波検出手順及び前記第２脈波音波検出手順において１拍ずつ検出し、前記混合光出射手段は、前記第１脈波音波検出手順において前記２拍分に対応して異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し、前記第１単一光出射手段は、前記第２脈波音波検出手順において前記２拍分に対応して所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、前記音波検出手段は、前記第１脈波音波検出手順及び前記第２脈波音波検出手順において前記２拍分に対応してそれぞれの音波を検出することが望ましい。
【００４８】
本発明では、脈波及び音波の検出時間差を短くすることができるため、成分濃度の測定誤差を小さくすることができる。また、検出時間差を短くすることで成分濃度の測定時間を短くすることができ、被検体への負担を軽減させることができる。
【００４９】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記脈波検出手段により検出される連続した２拍分の脈波の極大値の比率を算出する第１極値比率算出手段が、前記第１脈波音波検出手順及び前記第２脈波音波検出手順において検出される前記連続した２拍分の脈波の極大値の比率を算出し、算出した比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに、前記脈波検出手段及び前記混合光出射手段が前記第１脈波音波検出手順に戻り且つ前記脈波検出手段及び前記第１単一光出射手段が前記第２脈波音波検出手順に戻って成分濃度を繰り返し測定する第１脈波確認手順をさらに有することが望ましい。
【００５０】
安静時は連続する脈波の変動は小さいと考えられるが、体動や外的要因によって、脈動は、急激に変動することが考えられる。本発明では、連続２拍間での極大値−極大値（または極小値−極小値）での信号差がある一定の基準より小さいところより、血液量差が、ある一定の範囲内、つまり両者の血液量が略同等とみなせる状態を判断することが可能である。そのため、[第１の光及び第２の光により発生する差分の音波]と[第２の光により発生する音波]の両信号を血液量変動差が小さい条件で検出することができる。
【００５１】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記第１脈波音波検出手順の前記時点からの前記一定時間内及び前記第２脈波音波検出手順の前記他の時点からの前記一定時間内を除き前記被検体の脈波の所定の値となる他の時点からの前記一定時間内に、前記脈波検出手段が前記一定時間内の脈波を検出し、前記異なる２波長の光のうち他の所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する第２単一光出射手段が前記一定時間内に１波長の光を出射し、及び前記音波検出手段が前記一定時間内に音波を検出する第３脈波音波検出手順をさらに有することが望ましい。
【００５２】
本発明では、第３脈波音波検出手順により音波強度を取得することにより、第１、第２脈波音波強度積算手順において取得した音波強度の妥当性を検証するための情報を得ることが可能となる。
【００５３】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記音波強度積算手段が、前記第３脈波音波検出手順において前記一定時間内に検出される音波を逐次積算して他の単一音波強度として取得する音波強度積算手順をさらに有することが望ましい。
【００５４】
上記の音波強度積算手順は、例えば、音波信号を、積算回路によって積算し、除算回路で信号の平均化処理を行う。積算時間が長い程、ランダム雑音の影響が小さくなるので、１００ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃの時間で積算することが望ましいが、ランダム雑音の影響が無視できるほどに小さい場合には、１ｍｓｅｃと短い積算時間で計測することもできる。
【００５５】
このように、本発明では、音波強度積算手順により音波強度を取得することで、音波強度の妥当性の検証に必要な具体的な情報を得て音波強度の妥当性の検証が可能となる。
【００５６】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記第２脈波音波強度積算手順において取得される単一音波強度と前記音波強度積算手順において取得される他の単一音波強度との差の絶対値を算出し且つ算出した前記絶対値と前記第１脈波音波強度積算手順において取得される混合音波強度との比率を算出する音波強度比率算出手段の算出する比率が１．０５より大きいとき又は０．９５より小さいときに、前記脈波検出手段及び前記混合光出射手段が前記第１脈波音波検出手順に戻り且つ前記脈波検出手段及び前記第１単一光出射手段が前記第２脈波音波検出手順に戻って成分濃度を繰り返し測定する音波強度確認手順をさらに有することが望ましい。
【００５７】
本発明では、[第１の光により発生する音波と第２の光により発生する音波の差分音波信号]と[第１の光により発生する音波信号]−[第２の光により発生する音波信号]の差が大きい場合に、再度測定をやり直す。従って、本発明では、第１、第２脈波音波強度積算手順において取得した混合音波強度及び単一音波強度の妥当性を検証して、成分濃度の測定精度を向上させることができる。
【００５８】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記一定時間を前記脈波検出手段の検出する脈波の１周期以内とし、前記脈波検出手段は、前記被検体の脈波のうち連続した３拍分を前記第１脈波音波検出手順、前記第２脈波音波検出手順及び前記第３脈波音波検出手順において１拍ずつ検出し、前記混合光出射手段は、前記第１脈波音波検出手順において前記３拍分に対応して異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し、前記第１単一光出射手段は、前記第２脈波音波検出手順において前記３拍分に対応して所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、前記第２単一光出射手段は、前記第３脈波音波検出手順において前記３拍分に対応して他の所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、前記音波検出手段は、前記第１脈波音波検出手順、前記第２脈波音波検出手順及び前記第３脈波音波検出手順において前記３拍分に対応してそれぞれの音波を検出することが望ましい。
【００５９】
本発明では、音波の検出時間差が小さくなるため、第１、第２脈波音波強度積算手順において取得した混合音波強度及び単一音波強度の妥当性の検証結果の精度を向上させることができる。
【００６０】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記脈波検出手段により検出される連続した３拍分の脈波のうちいずれか２拍の極大値の比率を算出する第２極値比率算出手段が、前記第１脈波音波検出手順、前記第２脈波音波検出手順及び前記第３脈波音波検出手順において検出される前記連続した３拍分の脈波のうちいずれか２拍の極大値の比率を算出し、算出した前記比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに、前記脈波検出手段及び前記混合光出射手段が前記第１脈波音波検出手順に戻り且つ前記脈波検出手段及び前記第１単一光出射手段が前記第２脈波音波検出手順に戻って成分濃度を繰り返し測定する第２脈波確認手順をさらに有することが望ましい。
【００６１】
安静時は連続する脈波の変動は小さいと考えられるが、体動や外的要因によって、脈動は、急激に変動することが考えられる。本発明では、連続２拍間での極大値−極大値（または極小値−極小値）での信号差がある一定の基準より小さいところより、血液量差が、ある一定の範囲内、つまり両者の血液量が略同等とみなせる状態を判断することが可能である。そのため、[第１の光及び第２の光により発生する差分の音波]、[第２の光により発生する音波]又は[第１の光により発生する音波]のいずれか２つの信号を血液量変動差が小さい条件で検出することができる。
【００６２】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記第１脈波音波検出手順、前記第２脈波音波検出手順及び前記第３脈波音波検出手順において前記脈波検出手段は、前記混合光出射手段、前記第１単一光出射手段若しくは前記第２単一光出射手段の出射する光により前記被検体から発生する音波から脈波を検出し、前記混合光出射手段、前記第１単一光出射手段若しくは前記第２単一光出射手段の出射する光の前記被検体での反射光から脈波を検出し、又は心電計若しくはプレスチモグラフにより脈波を検出することが望ましい。
【００６３】
本発明では、被検体の脈波を心電計又はプレスチモグラフにより検出することができる。また、被検体での反射光により脈波を検出することにより、電気的ノイズの影響を少なくして、脈波の検出精度を向上させることができる。また、波長８００ｎｍ帯のヘモグロビン吸収帯で、血液の吸収のみならず、血液の散乱の影響が生じる場合、血液量の変化を混合光出射手段、第１単一光出射手段又は第２単一光出射手段の出射する光により被検体から発生する音波により脈波を検出すれば、血液の吸収のみを検出することができるため、精度がよい。
【００６４】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差が水の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることが望ましい。
【００６５】
本発明では、２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差が水の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることにより、水の吸収による影響を少なくして成分濃度測定の測定精度を良くすることができる。
【００６６】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記２波長の光のうち前記所定の１波長の光の波長を測定対象とする成分が特徴的な吸収を呈する波長に設定し、他方の１波長の光の波長を水が前記一方の光の波長におけるのと相等しい吸収を呈する波長とすることが望ましい。
【００６７】
本発明では、２波長の光のうち所定の１波の波長を測定対象とする成分が特徴的な吸収を呈する波長に設定し、他方の１波長の光の波長を水が前記一方の光の波長におけるのと相等しい吸収を呈する波長とすることにより、水の吸収による影響を少なくして成分濃度測定の測定精度を良くすることができる。
【００６８】
本発明の成分濃度測定装置制御方法において、前記２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差がそれ以外の成分の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることが望ましい。
【００６９】
本発明では、２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差がそれ以外の成分の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることにより、さらにそれ以外の成分の吸収による影響を少なくして成分濃度測定の測定精度を向上させることができる。
【００７０】
本発明に係る成分濃度測定装置は、被検体の脈波の所定の値となる時点からの一定時間内、及び前記被検体の脈波の所定の値となり前記時点からの前記一定時間内を除く他の時点からの前記一定時間内のそれぞれに前記被検体の脈波を検出する脈波検出手段と、前記時点からの前記一定時間内に異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射する混合光出射手段と、前記他の時点からの前記一定時間内に前記異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する第１単一光出射手段と、前記混合光出射手段から前記一定時間内に出射される光により前記被検体で発生する音波を前記時点からの前記一定時間内に検出し、及び前記第１単一光出射手段から前記一定時間内に出射される光により前記被検体で発生する音波を前記他の時点からの前記一定時間内に検出する音波検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００７１】
本発明では、混合光出射手段は、異なる２波長の光、即ち、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って被検体の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に設定する。さらに、混合光出射手段は第１の光及び第２の光の各々を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射する。このように出射した第１の光及び第２の光が被検体に照射されると被検体から音波が発生し、音波検出手段は、被検体から発生する音波を検出する。ここで、音波検出手段により測定される音波は前述の第１の光により発生する第１の音波と第２の光により発生する第２の音波の差の音波である。
【００７２】
さらに、第１単一光出射手段は、第２の光と同様の波長の光を、第２の光と同様に強度変調して、第２の光と同様の強度で出射する。このように出射した第２の光が被検体に照射されると被検体から音波が発生し、音波検出手段は、被検体から発生する音波を検出する。  
【００７３】
ここで、混合光出射手段が第１の光及び第２の光を出射する際、及び第１単一光出射手段が第２の光を出射する際に、脈波検出手段は、被検体の脈波を検出する。また、混合光出射手段が第１の光及び第２の光を出射する時間、第１単一光出射手段が第２の光を出射する時間及び脈波検出手段が脈波を検出する時間は、共に被検体の脈波の所定の値となる時点からの一定時間内であり、被検体の脈波の所定の値をトリガにした一定時間とする。
【００７４】
ここで、脈波のトリガとなる所定の値は、脈波のいずれの値を採ることとしてもよいが、脈波の極値（極大値又は極小値のいずれか一方）とすることが望ましい。１拍以内の積算時間で拍間をまたぐことなく積算できるので、数拍でも（２拍以上で）精度よく、成分濃度の算出が可能である。また、脈波の数拍の時間で成分濃度の測定をするため、測定間隔を短くすることが可能である。さらに、時間が短いため、脈拍間隔の変動も小さくでき、成分濃度の算出精度を向上させることができる。
【００７５】
このように、本発明では、脈波検出手段により脈波の所定の値をトリガにして脈波を検出し、並びに混合光出射手段及び単一光出射手段により第１の光又は／及び第２の光を出射し音波検出手段により音波を検出することで、脈動による血液量が相対的に同一の状態の時の脈波及び音波を検出することが可能である。そのため、検出した脈波及び音波から後述する音波強度の規格化が可能となり、脈動による血流量の変化が音波強度に与える影響を少なくして成分濃度を正確に測定することができる。
【００７６】
本発明の成分濃度測定装置において、前記時点からの前記一定時間内に前記脈波検出手段により検出される脈波をそれぞれ逐次積算して脈波積算値として取得し且つ前記他の時点からの前記一定時間内に前記脈波検出手段により検出される脈波を逐次積算して他の脈波積算値として取得する脈波積算手段と、前記時点からの前記一定時間内に前記混合光出射手段からの２波長の光により発生し前記音波検出手段により検出される音波の大きさを逐次積算して混合音波強度として取得し且つ前記他の時点からの前記一定時間内に前記第１単一光出射手段からの１波長の光により発生し前記音波検出手段により検出される音波の大きさを逐次積算して単一音波強度として取得する音波強度積算手段と、をさらに備えることが望ましい。
【００７７】
上記の脈波積算手段及び音波強度積算手段は、後述する音波強度の規格化の具体的な１手段である。ここで、脈波及び音波を積算するためには、例えば、脈波信号と音波信号を、積算回路によって積算し、除算回路で信号の平均化処理を行う。積算時間が長い程、ランダム雑音の影響が小さくなるので、１００ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃの時間で積算することが望ましいが、ランダム雑音の影響が無視できるほどに小さい場合には、１ｍｓｅｃと短い積算時間で計測することもできる。
【００７８】
このように、本発明では、脈波積算手段により脈波積算値を、及び音波強度積算手段により音波強度を得ることで、音波強度の規格化に必要な具体的な情報を得て音波強度の規格化が可能となる。
【００７９】
本発明の成分濃度測定装置において、前記脈波積算手段により取得され前記時点からの前記一定時間内の脈波積算値、前記脈波積算手段により取得され前記他の時点からの前記一定時間内の他の脈波積算値、前記音波強度積算手段により取得され前記時点からの前記一定時間内の混合音波強度、及び前記音波強度積算手段により取得され前記他の時点からの前記一定時間内の単一音波強度から、測定対象とする成分濃度を算出する成分濃度算出手段をさらに備えることが望ましい。
【００８０】
本発明では、成分濃度算出手段により、後述する規格化した音波強度により成分濃度を算出することができる。
【００８１】
本発明の成分濃度測定装置において、前記成分濃度算出手段は、前記混合音波強度を前記脈波積算値で除算した混合音波強度規格値、及び前記単一音波強度を前記他の脈波積算値で除算した単一音波強度規格値の比から成分濃度を算出することが望ましい。
【００８２】
本発明では、混合音波強度を脈波積算値で除算することにより混合音波強度の規格化を行う。また、単一音波強度を脈波積算値で除算することにより単一音波強度の規格化を行う。ここで、混合音波強度を除算する脈波積算値は、混合光により発生する音波と同時刻に検出された音波及び脈波の積算値であり、単一音波強度を除算する脈波積算値は、単一光により発生する音波と同時刻に検出された脈波の積算値である。本発明では、脈動による血液量が相対的に同一の状態の時の脈波及び音波を検出するため、音波強度を脈波積算値で除算することにより、規格値を得て脈動による音波強度への影響を少なくすることができる。従って、本発明では、音波強度を規格化して成分濃度を算出するため、精度良い算出結果を得ることができる。
【００８３】
本発明の成分濃度測定装置において、前記一定時間を前記脈波検出手段の検出する脈波の１周期以内とし、前記脈波検出手段は、前記被検体の脈波のうち連続した２拍分を前記時点及び前記他の時点からの前記一定時間内に１拍ずつ検出し、前記混合光出射手段は、前記２拍分に対応して前記時点からの前記一定時間内に異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し、前記第１単一光出射手段は、前記２拍分に対応して前記他の時点からの前記一定時間内に所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、前記音波検出手段は、前記２拍分に対応してそれぞれの音波を検出することが望ましい。
【００８４】
本発明では、脈波及び音波の検出時間差を短くすることができるため、成分濃度の測定誤差を小さくすることができる。また、検出時間差を短くすることで成分濃度の測定時間を短くすることができ、被検体への負担を軽減させることができる。
【００８５】
本発明の成分濃度測定装置において、前記脈波検出手段により検出される前記連続した２拍分の脈波の極大値の比率を算出する第１極値比率算出手段をさらに有し、前記第１極値比率算出手段の算出する比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに、前記脈波検出手段、前記混合光出射手段及び前記第１単一光出射手段は、成分濃度を繰り返し測定することが望ましい。
【００８６】
安静時は連続する脈波の変動は小さいと考えられるが、体動や外的要因によって、脈動は、急激に変動することが考えられる。本発明では、連続２拍間での極大値−極大値（または極小値−極小値）での信号差が、ある一定の基準より小さいところより、血液量差が、ある一定の範囲内、つまり両者の血液量が略同等とみなせる状態を判断することが可能である。そのため、[第１の光及び第２の光により発生する差分の音波]と[第２の光により発生する音波]の両信号を血液量変動差が小さい条件で検出することができる。
【００８７】
本発明の成分濃度測定装置において、前記被検体の脈波の所定の値となり前記時点からの前記一定時間内及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く他の時点からの前記一定時間内に、前記異なる２波長の光のうち他の所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する第２単一光出射手段をさらに備え、前記脈波検出手段は、前記時点からの前記一定時間内及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く前記他の時点からの前記一定時間内の脈波を検出し、前記音波検出手段は、前記時点からの前記一定時間内及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く前記他の時点からの前記一定時間内に、前記第２単一光出射手段からの１波長の光による音波を検出することが望ましい。
【００８８】
本発明では、第２単一光出射手段をさらに有し、音波検出手段により音波を検出することにより前記時点からの一定時間内及び前記他の時点からの一定時間内に取得した音波強度の妥当性を検証するための情報を取得することが可能となる。
【００８９】
本発明の成分濃度測定装置において、前記音波強度積算手段は、前記時点からの前記一定時間内及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く前記他の時点からの前記一定時間内に前記第２単一光出射手段からの１波長の光により発生し前記音波検出手段により検出される音波の大きさを逐次積算して他の単一音波強度として取得することが望ましい。
【００９０】
上記の音波強度積算手段は、例えば、音波信号を、積算回路によって積算し、除算回路で信号の平均化処理を行う。積算時間が長い程、ランダム雑音の影響が小さくなるので、１００ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃの時間で積算することが望ましいが、ランダム雑音の影響が無視できるほどに小さい場合には、１ｍｓｅｃと短い積算時間で計測することもできる。
【００９１】
このように、本発明では、音波強度積算手段により他の単一音波強度を取得することにより、音波強度の妥当性の検証に必要な具体的な情報を得て音波強度の妥当性の検証が可能となる。
【００９２】
本発明の成分濃度測定装置において、前記音波強度積算手段により取得される前記単一音波強度と前記他の単一音波強度との差の絶対値を算出し且つ算出した前記絶対値と前記音波強度積算手段により取得される前記混合音波強度との比率を算出する音波強度比率算出手段をさらに有し、前記音波強度比率算出手段の算出する比率が１．０５より大きいとき又は０．９５より小さいときに、前記脈波検出手段、前記混合光出射手段及び前記第１単一光出射手段は、成分濃度を繰り返し測定することが望ましい。
【００９３】
本発明では、[第１の光により発生する音波と第２の光により発生する音波の差分音波信号]と[第１の光により発生する音波信号]−[第２の光により発生する音波信号]の差が大きい場合に、再度測定をやり直す。従って、本発明では、前記時点からの一定時間内に取得した混合音波強度及び前記他の時点からの一定時間内に取得した単一音波強度の妥当性を検証して、成分濃度の測定精度を向上させることができる。
【００９４】
本発明の成分濃度測定装置において、前記一定時間を前記脈波検出手段の検出する脈波の１周期以内とし、前記脈波検出手段は、前記被検体の脈波のうち連続した３拍分を前記時点からの前記一定時間内、前記他の時点からの前記一定時間内、並びに前記時点及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く前記他の時点からの前記一定時間内において１拍ずつ検出し、前記混合光出射手段は、前記３拍分に対応して前記時点からの前記一定時間内に異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し、前記第１単一光出射手段は、前記３拍分に対応して前記他の時点からの前記一定時間内に所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、前記第２単一光出射手段は、前記３拍分に対応して前記時点及び前記他の時点からの前記一定時間内を除く前記他の時点からの一定時間内に他の所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、前記音波検出手段は、前記３拍分に対応してそれぞれの音波を検出することが望ましい。
【００９５】
本発明では、音波の検出時間差が小さくなるため、前記時点からの一定時間内に取得した混合音波強度及び前記他の時点からの一定時間内に取得した単一音波強度の妥当性の検証結果の精度を向上させることができる。
【００９６】
本発明の成分濃度測定装置において、前記脈波検出手段により検出される前記連続した３拍分の脈波のうちいずれか２拍の極大値の比率を算出する第２極値比率算出手段をさらに有し、前記第２極値比率算出手段の算出する前記比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに、前記脈波検出手段、前記混合光出射手段及び前記第１単一光出射手段は、成分濃度を繰り返し測定することが望ましい。
【００９７】
安静時は連続する脈波の変動は小さいと考えられるが、体動や外的要因によって、脈動は、急激に変動することが考えられる。本発明では、連続２拍間での極大値−極大値（または極小値−極小値）での信号差がある一定の基準より小さいところより、血液量差が、ある一定の範囲内、つまり両者の血液量が略同等とみなせる状態を判断することが可能である。そのため、[第１の光及び第２の光により発生する差分の音波]、[第２の光により発生する音波]又は[第１の光により発生する音波]のいずれか２つの信号を血液量変動差が小さい条件で検出することができる。
【００９８】
本発明の成分濃度測定装置において、前記脈波検出手段は、前記混合光出射手段、前記第１単一光出射手段若しくは前記第２単一光出射手段の出射する光により前記被検体から発生する音波から脈波を検出し、前記混合光出射手段、前記第１単一光出射手段若しくは前記第２単一光出射手段の出射する光の前記被検体での反射光から脈波を検出し、又は心電計若しくはプレスチモグラフにより脈波を検出することが望ましい。
【００９９】
本発明では、被検体の脈波を心電計又はプレスチモグラフにより検出することができる。また、被検体での反射光により脈波を検出することにより、電気的ノイズの影響を少なくして、脈波の検出精度を向上させることができる。また、波長８００ｎｍ帯のヘモグロビン吸収帯で、血液の吸収のみならず、血液の散乱の影響が生じる場合、血液量の変化を混合光出射手段、第１単一光出射手段又は第２単一光出射手段の出射する光により被検体から発生する音波により脈波を検出すれば、血液の吸収のみを検出することができるため、精度がよい。
【０１００】
本発明の成分濃度測定装置において、前記２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差が水の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることが望ましい。
【０１０１】
本発明では、２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差が水の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることにより、水の吸収による影響を少なくして成分濃度測定の測定精度を良くすることができる。
【０１０２】
本発明の成分濃度測定装置において、前記２波長の光のうち前記所定の１波長の光の波長を測定対象とする成分が特徴的な吸収を呈する波長に設定し、他方の１波長の光の波長を水が前記一方の光の波長におけるのと相等しい吸収を呈する波長とすることが望ましい。
【０１０３】
本発明では、２波長の光のうち所定の１波の波長を測定対象とする成分が特徴的な吸収を呈する波長に設定し、他方の１波長の光の波長を水が前記一方の光の波長におけるのと相等しい吸収を呈する波長とすることにより、水の吸収による影響を少なくして成分濃度測定の測定精度を良くすることができる。
【０１０４】
本発明の成分濃度測定装置において、前記２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差がそれ以外の成分の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることが望ましい。
【０１０５】
本発明では、２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差がそれ以外の成分の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることにより、さらにそれ以外の成分の吸収による影響を少なくして成分濃度測定の測定精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【０１０６】
本発明の非侵襲な成分濃度測定装置および成分濃度測定装置制御方法は、被検体で発生する音波への被検体の脈動の影響を少なくすることが可能で成分濃度の測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０７】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【０１０８】
以下の実施形態は、本発明の構成の例であり、被検体としての人体の指により成分濃度を測定する場合の実施の形態であるが、本発明は以下の実施の形態に制限されるものではない。また、以下の実施形態に係る成分濃度測定装置の構成を示す図３において、電源などの周知技術により実現できる部分は図示していない。
【０１０９】
本実施形態に係る成分濃度測定装置について説明する。
【０１１０】
図３に、本実施形態に係る成分濃度測定装置の概略構成図を示す。
【０１１１】
図３において、成分濃度測定装置１０は、脈波検出手段の一部としての脈波センサ１１５、混合光出射手段及び第１、第２単一光出射手段の一部としての発振器１０１、駆動回路１０２、１８０°移相回路１０４、駆動回路１０５、第１の光源１０３及び第２の光源１０６、音波検出手段の一部としての音波検出部１１１、フィルタ１１２及び位相検波増幅部１１３、成分濃度算出手段としての成分濃度算出部１１４を備える。また、本実施形態では、第１の光源１０３からの第１の光及び第２の光源１０６からの第２の光を被検体２の同一の場所に照射するため第１の光源１０３からの第１の光及び第２の光源１０６からの第２の光を合波する合波部１０７と、被検体２と音波検出部１１１との間に被検体２で発生する音波の伝達効率を高めるための音響整合物質１１０と、を設けることとした。
【０１１２】
発振器１０１は、第１の光源１０３及び第２の光源１０６から出力される２波長の光を強度変調するための変調信号を出力する。１８０°移相回路１０４は発振器１０１からの変調信号のうち一方を反転して出力する。
【０１１３】
駆動回路１０２は、発振器１０１からの変調信号を基に第１の光源１０３を駆動させる。また、駆動回路１０５は、１８０°移相回路１０４で反転された変調信号を基に第２の光源１０６を駆動させる。第１の光源１０３は、異なる２波長の光のいずれか一方を駆動回路１０２からの信号により強度変調して出力し、第２の光源１０６は、他方の光を駆動回路１０５からの信号により強度変調して出力する。これにより、第１の光源１０３及び第２の光源１０６は、異なる２波長の光のそれぞれを同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出力することができる。また、第１の光源１０３又は第２の光源１０６のいずれか一方の光の出射を停止させれば、第１の光源１０３又は第２の光源１０６は、異なる２波長の光のうち所定の１波長の光のみを出射することができる。
【０１１４】
ここで、第１の光源１０３及び第２の光源１０６は、例えば半導体レーザを適用することができ、各々の波長を２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差が水の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることが望ましい。また、第１の光源１０３および第２の光源１０６の各々の波長は、一方の光の波長を測定対象とする成分が特徴的な吸収を呈する波長に設定し、他方の光の波長を水が一方の光の波長におけるのと相等しい吸収を呈する波長に設定することもできる。さらに、２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差がそれ以外の成分の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることもできる。これにより、水や測定対象とする成分以外の成分による吸収の影響を少なくして成分濃度測定の測定精度を良くすることができる。ここで、測定対象とする成分をグルコース又はコレステロールとした場合には、グルコース又はコレステロールの特徴的な吸収を示す波長を照射することによって、グルコース又はコレステロールの濃度を精度よく測定することができる。第１の光源１０３及び第２の光源１０６としての半導体レーザは、ヒーター又はペルチェ素子により加熱又は冷却することにより発生する光の波長を変化させることができる。
【０１１５】
また、駆動回路１０２、１０５は、第１の光源１０３及び第２の光源１０６からの２波長の光を１の光束に合波し水に照射して発生する音波の圧力が零になるように２波長の光の各々の相対的な強度を調整することが望ましい。異なる２波長の光を被検体に照射して発生する音波の圧力は、前述のように前記１波の光が被検体内に発生する測定対象の成分と水の混在した状態の全吸収に対応する音波の圧力と、他の１波の光が被検体内の大部分を占める水のみが発生する音波の圧力の差となって検出される。そのため、この差の値が零となるように異なる２波長の光の相対的な強度を校正すると成分濃度の測定精度を向上させることができる。
【０１１６】
また、駆動回路１０２、１０５は、第１の光源１０３及び第２の光源１０６からの２波長の光により発生する音波の検出に関わる共鳴周波数と同一の周波数で変調することが望ましい。異なる２波長の光の各々を電気的に強度変調する変調周波数を、被検体内に発生する音波の検出に関わる共鳴周波数と同一の周波数で変調することにより、音波検出部１１１は、音波の測定値における吸収係数に関わる非線形性に配慮して選択された異なる２波長の光に対する音波を測定し、これらの測定値から、一定に保ち難い多数のパラメータの影響を排除して、高精度に被検体内に発生する音波を検出することができる。
【０１１７】
また、本実施形態では、発振器１０１から矩形波信号を出力することとし、２の半導体レーザ光源である第１の光源１０３及び第２の光源１０６の各々を同一周波数で互いに逆位相の矩形波信号により直接変調する。このように、２の半導体レーザ光源の各々を同一周波数で互いに逆位相の矩形波信号により直接変調することにより、異なる２波長の光を発生し同時に変調することが可能であり、装置構成を簡略化できる。
【０１１８】
合波部１０７は、第１の光源１０３からの光と第２の光源１０６からの光とを例えばハーフミラーにより合波して変調光１２０として被検体２に向けて出射する。
【０１１９】
音波検出部１１１は、第１の光源１０３又は／及び第２の光源１０６から合波部１０７を介して出射された光により被検体２で発生する音波を音響整合物質１１０を介して検出し、音波の振幅に比例した電気信号を出力する。フィルタ１１２は、音波検出部１１１からの電気信号から高周波ノイズを除去して出力する。位相検波増幅部１１３は、フィルタからの電気信号を発振器１０１からの変調信号により同期検波し、音圧に比例する電気信号を出力する。このようにして、音波検出部１１１及び位相検波増幅部１１３は、音波の大きさを測定する。このように、音波を変調周波数に同期した同期検波により検出することにより、音波を高精度に検出することができる。
【０１２０】
脈波センサ１１５は、被検体２の脈波を検出する。この脈波センサ１１５は、第１の光源１０３又は／及び第２の光源１０６の出射する光により被検体２で発生する音波から脈波を検出し、第１の光源１０３又は／及び第２の光源１０６の出射する光の被検体２での反射光から脈波を検出し、又は心電計（不図示）若しくはプレスチモグラフ（不図示）により脈波を検出することが望ましい。なお、上記反射光から脈波を検出すること、心電計により脈波を検出すること及びプレスチモグラフにより脈波を検出することは、それぞれ周知技術により実現することができる。
【０１２１】
このように、成分濃度測定装置１０は、被検体２の脈波を心電計（不図示）又はプレスチモグラフ（不図示）により検出することができる。また、第１の光源１０３又は／及び第２の光源１０６の出射する光の被検体２での反射光により脈波を検出することにより、電気的ノイズの影響を少なくして、脈波の検出精度を向上させることができる。
【０１２２】
また、図２で説明したように、第１の光源１０３又は／及び第２の光源１０６の出射する光により被検体２で発生する音波の大きさは、脈拍に同期して増減する。そのため、脈拍に同期する音波を音波検出部１１１において検出すれば、被検体２の脈波を検出することができる。波長８００ｎｍ帯のヘモグロビン吸収帯で、血液の吸収のみならず、血液の散乱の影響が生じる場合、血液量の変化を第１の光源１０３又は／及び第２の光源１０６の出射する光により被検体２から発生する音波により脈波を検出すれば、血液の吸収のみを検出することができるため、精度がよい。なお、波長帯は、測定に用いる２波長のうち、１波長の音波を検出すれば、血液量に対応した水の増減を検出することでよい。
【０１２３】
成分濃度算出部１１４は、脈波並びに異なる時間に出射された２波長の光及び１波長の光による音波の大きさをそれぞれ記憶しておき、予め用意した前述の数式（１）から成分濃度を算出する。このように、成分濃度算出部１１４を有することにより、前述の測定原理に従って（ｓ１−ｓ２）÷ｓ２の演算を実行して、測定対象の成分濃度を算出することができる。
【０１２４】
ここで、本実施形態の成分濃度測定装置１０の動作による各部の具体的な機能について説明する。
【０１２５】
図４に、脈波及び脈波に同期して発生する音波の大きさの概略図を示す。
【０１２６】
図４では、図３の第１の光源１０３及び第２の光源１０６からの異なる２波長の光（波長λ１、λ２）により被検体２で発生する音波の大きさ５０が、時点ｔ１から時点ｔ２の一定時間τ１に示すように、脈波２１に同期して増減することを示している。また、図４では、図３の第２の光源１０６からの所定の１波長の光（波長λ２）により被検体２で発生する音波の大きさ５１が、時点ｔ３から時点ｔ４の一定時間τ１に示すように、脈波２１に同期して増減することを示している。
【０１２７】
本実施形態では、図３の脈波検出手段としての脈波センサ１１５は、図４に示す被検体の脈波２１の所定の値となる時点ｔ１からの一定時間τ１内、及び被検体の脈波２１の所定の値となり時点ｔ１からの一定時間τ１内を除く他の時点ｔ３からの一定時間τ１内のそれぞれに被検体の脈波２１を検出する。つまり、図３の脈波センサ１１５は、図４の異なる２つの時刻（時点ｔ１から時点ｔ２の一定時間τ１及び時点ｔ３から時点ｔ４の一定時間τ１）の脈波２１を検出する。
【０１２８】
また、図３の混合光出射手段としての第１の光源１０３及び第２の光源１０６は、時点ｔ１からの一定時間τ１内に異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射する。つまり、図３の第１の光源１０３及び第２の光源１０６は、図４の異なる２つの時刻のうち時点ｔ１から時点ｔ２の一定時間τ１に異なる２波長の光を出射する。
【０１２９】
また、図３の第１単一光出射手段としての第２の光源１０６は、時点ｔ２からの一定時間τ１内に異なる２波長の光のうち所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する。つまり、図３の第２の光源１０６は、図４の異なる２つの時刻のうち時点ｔ３から時点ｔ４の一定時間τ１に所定の１波長の光を出射する。
【０１３０】
なお、本実施形態では、混合光出射手段及び第１単一光出射手段の機能としての光の出射について、第１の光源１０３及び第２の光源１０６からの異なる２波長の光の出射を先で第２の光源１０６からの所定の１波長の光の出射を後としたが、第２の光源１０６からの所定の１波長の光の出射を先で第１の光源１０３及び第２の光源１０６からの異なる２波長の光の出射を後としてもよい。
【０１３１】
また、図３の音波検出手段としての音波検出部１１１は、第１の光源１０３及び第２の光源１０６から一定時間τ１内に出射される異なる２波長の光により被検体２で発生する音波を時点ｔ１からの一定時間τ１内に検出し位相検波増幅部１１３は、音波の大きさ５０として測定し、及び第２の光源１０６から一定時間τ１内に出射される所定の１波長の光により被検体２で発生する音波を他の時点ｔ３からの一定時間τ１内に検出し位相検波増幅部１１３は、音波の大きさ５１として測定する。つまり、図３の音波検出部１１１は、図４の異なる２つの時刻（時点ｔ１から時点ｔ２の一定時間τ１及び時点ｔ３から時点ｔ４の一定時間τ１）の音波を検出する。
【０１３２】
ここで、時点ｔ１及びｔ３の時の脈波の所定の値、つまり脈波２１のトリガとなる所定の値は、脈波２１のいずれの値を採ることとしてもよいが、脈波２１の極値（極大値又は極小値のいずれか一方）とすることが望ましい。図４では、脈波２１の極大値を所定の値とした。このように脈波２１の極大値を所定の値とすることで、１拍以内の積算時間で拍間をまたぐことなく積算できるので、数拍でも（２拍以上で）精度よく、成分濃度の算出が可能である。また、脈波２１の数拍の時間で成分濃度の測定をするため、測定間隔を短くすることが可能である。さらに、時間が短いため、脈拍間隔の変動も小さくでき、成分濃度の算出精度を向上させることができる。
【０１３３】
このように、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、脈波センサ１１５により図４の被検体の脈波２１の所定の値をトリガにして脈波２１を検出し、並びに第１の光源１０３及び／又は第２の光源１０６により第１の光又は／及び第２の光を出射し音波検出部１１１により音波を検出することで、血液量が相対的に同一の状態の時の脈波２１及び音波を検出し音波の大きさ５０、５１として測定することが可能である。そのため、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、検出した脈波２１及び音波の大きさ５０、５１から後述する音波強度の規格化が可能となり、脈動による血流量の変化が音波強度に与える影響を少なくして成分濃度を正確に測定することができる。
【０１３４】
図３の成分濃度算出手段としての成分濃度算出部１１４は、脈波積算手段及び音波強度積算手段としての機能を有することとする。そして、成分濃度算出部１１４は、図４に示す時点ｔ１からの一定時間τ１内に脈波センサ１１５により検出される脈波２１をそれぞれ逐次積算して脈波積算値として取得し且つ他の時点ｔ３からの一定時間τ１内に脈波センサ１１５により検出される脈波２１を逐次積算して他の脈波積算値として取得する。また、成分濃度算出部１１４は、時点ｔ１からの一定時間τ１内に第１の光源１０３及び第２の光源１０６からの２波長の光により発生し音波検出部１１１により検出される音波の大きさ５０を逐次積算して混合音波強度として取得し且つ他の時点ｔ３からの一定時間τ１内に第２の光源１０６からの１波長の光により発生し音波検出部１１１により検出される音波の大きさ５１を逐次積算して単一音波強度として取得する。
【０１３５】
上記の積算は、例えば、脈波信号と音波信号を、積算回路（不図示）によって積算し、除算回路（不図示）で信号の平均化処理により行う。積算時間が長い程、ランダム雑音の影響が小さくなるので、１００ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃの時間で積算することが望ましいが、ランダム雑音の影響が無視できるほどに小さい場合には、１ｍｓｅｃと短い積算時間で計測することもできる。ここで、積算回路及び除算回路での平均化処理は、リアルタイムで行ってもよいが、別途記憶した脈波及び音波の大きさ脈波及び音波の検出と異なる時間に行うこととしてもよい。
【０１３６】
このように、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、成分濃度算出部１１４により脈波積算値及び音波強度を得ることで、音波強度の規格化に必要な具体的な情報を得て音波強度の規格化が可能となる。
【０１３７】
また、成分濃度算出部１１４は、図４の時点ｔ１からの一定時間τ１内の脈波積算値、他の時点ｔ３からの一定時間τ１内の他の脈波積算値、時点ｔ１からの一定時間τ１内の混合音波強度、及び他の時点ｔ３からの一定時間τ１内の単一音波強度から、測定対象とする成分濃度を算出する機能を有し、混合音波強度を脈波積算値で除算した混合音波強度規格値、及び単一音波強度を他の脈波積算値で除算した単一音波強度規格値の比から成分濃度を算出することが望ましい。
【０１３８】
成分濃度算出部１１４は、混合音波強度を脈波積算値で除算することにより混合音波強度の規格化を行う。また、単一音波強度を脈波積算値で除算することにより単一音波強度の規格化を行う。ここで、混合音波強度を除算する脈波積算値は、混合光により発生する音波と同時刻に検出された音波及び脈波の積算値であり、単一音波強度を除算する脈波積算値は、単一光により発生する音波と同時刻に検出された脈波の積算値である。そして、成分濃度算出部１１４は、規格化した混合音波強度規格値を前述の数式（３）の（ｓ１−ｓ２）に代入し、単一音波強度規格値を前述の数式（３）のｓ１に代入して成分濃度を算出することができる。
【０１３９】
このようにして、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、脈動による血液量が相対的に同一の状態の時の脈波及び音波を検出するため、音波強度を脈波積算値で除算することにより、規格値を得て脈動による音波強度への影響を少なくすることができる。従って、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、音波強度を規格化して成分濃度を算出するため、精度良い算出結果を得ることができる。
【０１４０】
また、図５に、脈波及び脈波に同期して発生する音波の大きさの他の例を示した概略図を示す。
【０１４１】
図５では、図３の第１の光源１０３及び第２の光源１０６からの異なる２波長の光（波長λ１、λ２）により被検体２で発生する音波の大きさ６０が、時点ｔ５から時点ｔ６の一定時間τ２に示すように、脈波２２に同期して増減することを示している。また、図５では、図３の第２の光源１０６からの所定の１波長の光（波長λ２）により被検体２で発生する音波の大きさ６１が、時点ｔ７から時点ｔ８の一定時間τ２に示すように、脈波２２に同期して増減することを示している。また、図５では、図３の第１の光源１０３からの他の所定の１波長の光（波長λ１）により被検体２で発生する音波の大きさ６２が、時点ｔ９から時点ｔ１０の一定時間τ２に示すように、脈波２２に同期して増減することを示している。
【０１４２】
本実施形態では、一定時間τ２を図３の脈波センサ１１５の検出する脈波２２の１周期以内（図５の脈波でいう極大値（極小値）から次の極大値（極小値）までの間の時間）とし、脈波センサ１１５は、被検体２の脈波２２のうち連続した２拍分を時点ｔ５及び他の時点ｔ７からの一定時間τ２内に１拍ずつ検出することが望ましい。つまり、図３の脈波センサ１１５は、図５の異なる３つの時刻のうち時点ｔ５から時点ｔ６の一定時間τ２及び時点ｔ７から時点ｔ８の一定時間τ２に脈波２２を検出する。
【０１４３】
また、図３の第１の光源１０３及び第２の光源１０６は、図５の脈波２２の２拍分に対応して時点ｔ５からの一定時間τ２内に異なる２波長の光（波長λ１、λ２）を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射する。つまり、図３の第１の光源１０３及び第２の光源１０６は、図５の異なる３つの時刻のうち時点ｔ５から時点ｔ６の一定時間τ２に異なる２波長の光を出射する。
【０１４４】
また、図３の第２の光源１０６は、図５の脈波２２の２拍分に対応して時点ｔ７からの一定時間τ２内に異なる２波長の光のうち所定の１波長の光（波長λ２）を電気的に強度変調して出射する。つまり、図３の第２の光源１０６は、図５の異なる３つの時刻のうち時点ｔ７から時点ｔ８の一定時間τ２に所定の１波長の光を出射する。
【０１４５】
なお、本実施形態では、混合光出射手段及び第１単一光出射手段の機能としての光の出射について、第１の光源１０３及び第２の光源１０６からの異なる２波長の光の出射を先で第２の光源１０６からの所定の１波長の光の出射を後としたが、第２の光源１０６からの所定の１波長の光の出射を先で第１の光源１０３及び第２の光源１０６からの異なる２波長の光の出射を後としてもよい。
【０１４６】
また、図３の音波検出手段としての音波検出部１１１は、第１の光源１０３及び第２の光源１０６から時点ｔ５からの一定時間τ２内に出射される異なる２波長の光により被検体２で発生する音波を時点ｔ５からの一定時間τ２内に検出し、位相検波増幅部１１３は、音波の大きさ６０として測定する。また、音波検出部１１１は、第２の光源１０６から一定時間τ２内に出射される所定の１波長の光により被検体２で発生する音波を他の時点ｔ７からの一定時間τ２内に検出し、位相検波増幅部１１３は、音波の大きさ６１として測定する。つまり、図３の音波検出部１１１は、図５の異なる２つの時刻（時点ｔ５から時点ｔ６の一定時間τ２及び時点ｔ７から時点ｔ８の一定時間τ２）の音波を検出する。
【０１４７】
このように脈波２２及び音波を検出することにより、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、脈波２２及び音波の検出時間差を短くすることができるため、成分濃度の測定誤差を小さくすることができる。また、検出時間差を短くすることで成分濃度の測定時間を短くすることができ、被検体２への負担を軽減させることができる。
【０１４８】
また、本実施形態では、成分濃度算出部１１４は脈波センサ１１５により検出される図５の２拍分の脈波２２の極大値の比率を算出する第１極値比率算出手段としての機能を有することとし、成分濃度測定装置１０は、成分濃度算出部１１４の算出する比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに成分濃度を繰り返し測定することが望ましい。
【０１４９】
安静時は連続する脈波２２の変動は小さいと考えられるが、体動や外的要因によって、脈動は、急激に変動することが考えられる。本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、図５の連続２拍間での極大値−極大値（または極小値−極小値）での信号差が、ある一定の基準より小さいところより、血液量差が、ある一定の範囲内、つまり両者の血液量が略同等とみなせる状態を判断することが可能である。そのため、[第１の光及び第２の光により発生する差分の音波]と[第２の光により発生する音波]の両信号を血液量変動差が小さい条件で検出することができる。ここで、脈波２２の極値の判断は、例えば、波形の微分値を信号処理する等の周知技術により実現可能である。
【０１５０】
また、図３の第２単一光出射手段としての第１の光源１０３は、図５の被検体の脈波２２の所定の値となり時点ｔ５からの一定時間τ２内及び他の時点ｔ７からの一定時間τ２内を除く他の時点ｔ９からの一定時間τ２内に、異なる２波長の光のうち他の所定の１波長の光（波長λ１）を電気的に強度変調して出射し、脈波センサ１１５は、時点ｔ５からの一定時間τ２内及び他の時点ｔ７からの一定時間τ２内を除く他の時点ｔ９からの一定時間τ２内の脈波２２を検出し、音波検出部１１１は、時点ｔ５からの一定時間τ２内及び他の時点ｔ７からの一定時間τ２内を除く他の時点ｔ９からの一定時間τ２内に、第１の光源１０３からの１波長の光による音波を検出し位相検波増幅部１１３は、音波の大きさ６２として測定することが望ましい。ここで、図５では、連続した３拍分の脈波２２を検出し、それに対応して発生する音波の大きさ６０、６１、６２を示しているが、脈波センサ１１５及び音波検出部１１１は、異なる３つの時刻で脈波２２及び音波を検出することでよい。
【０１５１】
本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、第１の光源１０３から他の所定の１波長の光を出射し、音波検出部１１１により音波を検出することにより時点ｔ５からの一定時間τ２内及び他の時点ｔ７からの一定時間τ２内に取得した音波強度の妥当性を検証するための情報を取得することが可能となる。
【０１５２】
ここで、上記音波強度の妥当性の検証を行う場合、音波強度積算手段としての成分濃度算出部１１４は、時点ｔ５からの一定時間τ２内及び他の時点ｔ７からの一定時間τ２内を除く他の時点ｔ９からの一定時間τ２内に第１の光源１０３からの１波長の光により発生し音波検出部１１１により検出される音波の大きさ６２を逐次積算して他の単一音波強度として取得することが望ましい。
【０１５３】
成分濃度算出部１１４は、例えば、音波信号を、積算回路（不図示）によって積算し、除算回路（不図示）で信号の平均化処理を行う。積算時間が長い程、ランダム雑音の影響が小さくなるので、１００ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃの時間で積算することが望ましいが、ランダム雑音の影響が無視できるほどに小さい場合には、１ｍｓｅｃと短い積算時間で計測することもできる。ここで、積算回路及び除算回路での平均化処理は、リアルタイムで行ってもよいが、別途記憶した音波強度を音波の検出と異なる時間に行うこととしてもよい。
【０１５４】
このように、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、成分濃度算出部１１４により他の単一音波強度を取得することにより、音波強度の妥当性の検証に必要な具体的な情報を得て音波強度の妥当性の検証が可能となる。
【０１５５】
また、上記音波強度の妥当性の検証を行う場合、成分濃度算出部１１４は、成分濃度算出部１１４において取得される単一音波強度（図５の時点ｔ７から時点ｔ８の一定時間τ２内の音波の大きさ６１の積算値）と他の単一音波強度との差（図５の時点ｔ９から時点ｔ１０の一定時間τ２内の音波の大きさ６２の積算値）の絶対値を算出し且つ算出した絶対値と成分濃度算出部１１４において取得される混合音波強度（図５の時点ｔ５から時点ｔ６の一定時間τ２内の音波の大きさ６０の積算値）との比率を算出する音波強度比率算出手段としての機能を有することとする。そして、成分濃度測定装置１０は、成分濃度算出部１１４の算出する比率が１．０５より大きいとき又は０．９５より小さいときに成分濃度を繰り返し測定することが望ましい。
【０１５６】
図３の成分濃度測定装置１０は、[第１の光により発生する音波と第２の光により発生する音波の差分音波信号]と[第１の光により発生する音波信号]−[第２の光により発生する音波信号]の差が大きい場合に、再度測定をやり直す。従って、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、図５の時点ｔ５からの一定時間τ２内に取得した混合音波強度及び他の時点ｔ７からの一定時間τ２内に取得した単一音波強度の妥当性を検証して、成分濃度の測定精度を向上させることができる。
【０１５７】
また、本実施形態のように、図５の３拍分の脈波２２を検出し、３拍分に対応して異なる２波長の光、所定の１波長の光及び他の所定の１波長の光を出射し、並びに３拍分に対応して音波を検出することにより、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、脈波２２及び音波の検出時間差が小さくなるため、図５の時点ｔ５からの一定時間τ２内に取得した混合音波強度及び他の時点ｔ７からの一定時間τ２に取得した単一音波強度の妥当性の検証結果の精度を向上させることができる。
【０１５８】
また、本実施形態では、成分濃度算出部１１４は脈波センサ１１５により検出される図５の連続した３拍分の脈波２２のうちいずれか２拍の極大値の比率を算出する第２極値比率算出手段をさらに有することとし、成分濃度測定装置１０は、成分濃度算出部１１４の算出する比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに成分濃度を繰り返し測定することが望ましい。
【０１５９】
安静時は連続する脈波の変動は小さいと考えられるが、体動や外的要因によって、脈動は、急激に変動することが考えられる。本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、図５の脈波の連続３拍のうちいずれか２拍間での極大値−極大値（または極小値−極小値）での信号差が、ある一定の基準より小さいところより、血液量差が、ある一定の範囲内、つまり両者の血液量が略同等とみなせる状態を判断することが可能である。そのため、[第１の光及び第２の光により発生する差分の音波]、[第２の光により発生する音波]又は[第１の光により発生する音波]のいずれか２つの信号を血液量変動差が小さい条件で検出することができる。ここで、脈波２２の極値の判断は、例えば、波形の微分値を信号処理する等の周知技術により実現可能である。また、「いずれか２拍の極大値の比率を算出する」は必ずしも脈波の３拍分のうちいずれか２拍の３通りの組み合わせの総てを含むことを意味しないが、成分濃度測定装置１０は、３拍分の脈波のうちいずれか２拍の３通りの総ての組み合わせについて極値の比率を算出して判断すると「血液量変動差が小さい条件」を確実なものとして成分濃度算出精度を向上させることができる。
【０１６０】
次に、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法について図３、図４、図５を参照して説明する。
【０１６１】
本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、成分濃度測定装置１０の第１の光源１０３及び第２の光源１０６が、異なる２波長の光、即ち、第１の光の波長及び第２の光の波長を、前述の測定原理に従って被検体２の測定対象の成分及び水の吸光度特性から選定された波長λ１及び波長λ２に設定する。そして、成分濃度測定装置１０は、第１脈波音波検出手順として次の動作を行う。つまり、図４の被検体２の脈波の所定の値となる時点ｔ１からの一定時間τ１内に、成分濃度測定装置１０の脈波センサ１１５は、被検体２の脈波２１を検出し、第１の光源１０３及び第２の光源１０６は、異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し、音波検出部１１１は、被検体２で発生する音波を検出し位相検波増幅部１１３は、音波の大きさ５０として測定する。また、第２脈波音波検出手順として次の動作を行う。つまり、図４の被検体の脈波２１の所定の値となる他の時点ｔ３からの一定時間τ１内に、成分濃度測定装置１０の脈波センサ１１５は、被検体２の脈波２２を検出し、第２の光源１０６は、所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、音波検出部１１１は、被検体２で発生する音波を検出し位相検波増幅部１１３は、音波の大きさ５１として測定する。ここで、第１脈波音波検出手順及び第２脈波音波検出手順は、手順の前後を問わない。
【０１６２】
このように、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、第１、第２脈波音波検出手順により図４の脈波２１の所定の値をトリガにして脈波２１を検出し、並びに第１の光又は／及び第２の光を出射し音波を検出することで、脈動による血液量が相対的に同一の状態の時の脈波及び音波を検出することが可能である。そのため、検出した脈波２１及び音波から後述する音波強度の規格化が可能となり、脈動による血流量の変化が音波強度に与える影響を少なくして成分濃度を正確に測定することができる。
【０１６３】
なお、第１の光源１０３及び第２の光源１０６が各々の波長を２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差が水の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とし、一方の光の波長を測定対象とする成分が特徴的な吸収を呈する波長に設定し、他方の光の波長を水が一方の光の波長におけるのと相等しい吸収を呈する波長に設定し、又は２波長の光の波長を測定対象とする成分の呈する吸収の差がそれ以外の成分の呈する吸収の差よりも大きい２波長の光の波長とすることもできることは、前述の通りである。また、これによる前述の効果は、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法において当然に具備する。
【０１６４】
また、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０は、第１脈波音波強度積算手順として次の動作を行う。つまり、図３の成分濃度算出部１１４は、第１脈波音波検出手順において図４の時点ｔ１からの一定時間τ１内に脈波センサ１１５の検出する脈波２１を逐次積算して脈波積算値として取得し、及び時点ｔ１からの一定時間τ１内に音波検出部１１１の検出する、異なる２波長の光により被検体２で発生する音波の大きさ５０を逐次積算して混合音波強度として取得する。また、第２脈波音波強度積算手順として次の動作を行う。つまり、図３の成分濃度算出部１１４は、第２脈波音波検出手順において図４の時点ｔ３からの一定時間τ１内に脈波センサ１１５の検出する脈波２１を逐次積算して脈波積算値として取得し、及び時点ｔ３からの一定時間τ１内に音波検出部１１１の検出する所定の１波長の光により被検体２で発生する音波の大きさ５１を逐次積算して単一音波強度として取得する。ここで、第１脈波音波検出手順において成分濃度算出部１１４は、脈波センサ１１５からの脈波信号の入力と同時につまり第１脈波音波検出手順にリアルタイムに脈波の積算を行ってもよいし、脈波信号をメモリに記憶しておき、第１脈波音波検出手順の後に行ってもよい。また、成分濃度算出部１１４は、音波検出部１１１からのフィルタ１１２及び位相検波増幅部１１３を介した音波信号の入力と同時にリアルタイムに音波の大きさの積算を行ってもよいし、音波信号をメモリに記憶しておき、第１脈波音波検出手順の後に行ってもよい。このことは、第２脈波音波検出手順における成分濃度算出部１１４の積算処理についても同様である。
【０１６５】
上記の第１、第２脈波音波強度積算手順は、後述する音波強度の規格化に至るまでの具体的な１手順である。このように、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、第１、第２脈波音波強度積算手順により脈波積算値及び音波強度を得ることで、音波強度の規格化に必要な具体的な情報を得て音波強度の規格化が可能となる。
【０１６６】
また、図３の成分濃度算出部１１４は、第１脈波音波強度積算手順及び第２脈波音波強度積算手順において取得される脈波積算値、他の脈波積算値、混合音波強度及び単一音波強度から成分濃度を算出する成分濃度算出手順をさらに有することが望ましく、当該手順において、成分濃度算出部１１４は、図４の時点ｔ１から時点ｔ２の一定時間τ１内の音波の大きさ５０の積算値である混合音波強度を時点ｔ１から時点ｔ２の一定時間τ１内の脈波２１の積算値である脈波積算値で除算した混合音波強度規格値、及び時点ｔ３から時点ｔ４の一定時間τ１内の音波の大きさ５１の積算値である単一音波強度を時点ｔ３から時点ｔ４の一定時間τ１内の脈波２１の積算値である他の脈波積算値で除算した単一音波強度規格値の比から成分濃度を算出することが望ましい。成分濃度算出部１１４は、規格化した混合音波強度規格値を前述の数式（３）の（ｓ１−ｓ２）に代入し、単一音波強度規格値を前述の数式（３）のｓ１に代入して成分濃度を算出することができる。
【０１６７】
このようにして、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、成分濃度算出手順により、規格化した音波強度により成分濃度を算出することができる。つまり、脈動による血液量が相対的に同一の状態の時の脈波及び音波を検出するため、音波強度を脈波積算値で除算することにより、規格値を得て脈動による音波強度への影響を少なくすることができる。従って、本発明では、音波強度を規格化して成分濃度を算出するため、精度良い算出結果を得ることができる。
【０１６８】
ここで、脈波のトリガとなる所定の値は、図４の脈波２１のいずれの値の時点としてもよいが、脈波２１の極値（極大値又は極小値のいずれか一方）とすることが望ましい。図４では、前述したように脈波２１の極大値を所定の値とした。このように、脈波２１の極大値を所定の値とすることで、１拍以内の積算時間で拍間をまたぐことなく積算できるので、数拍でも（２拍以上で）精度よく、成分濃度の算出が可能であり、測定間隔を短くすることが可能である。また、時間が短いため、脈拍間隔の変動も小さくでき、成分濃度の算出精度を向上させることができる。
【０１６９】
また、図４に示すように、一定時間τ１を図３の脈波センサ１１５の検出する脈波２１の１周期以内とし、脈波センサ１１５は、被検体２の脈波２１のうち連続した２拍分を第１脈波音波検出手順及び第２脈波音波検出手順において１拍ずつ検出し、第１の光源１０３及び第２の光源１０６は、第１脈波音波検出手順において図４の脈波の２拍分に対応して異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し、第２の光源１０６は、第２脈波音波検出手順において図４の脈波の２拍分に対応して所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、音波検出部１１１は、第１脈波音波検出手順及び第２脈波音波検出手順において図４の脈波の２拍分に対応してそれぞれの音波を検出することが望ましい。
【０１７０】
本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、連続した２拍分の脈波２１及びそれに対応する音波を検出するため、脈波２１及び音波の検出時間差を短くすることができる。そのため、成分濃度の測定誤差を小さくすることができる。また、検出時間差を短くすることで成分濃度の測定時間を短くすることができ、被検体２への負担を軽減させることができる。
【０１７１】
また、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、第１脈波音波検出手順及び第２脈波音波検出手順において脈波センサ１１５の検出する図４の連続した２拍分の脈波２１の極大値の比率を算出し、算出した比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに第１脈波音波検出手順及び第２脈波音波検出手順に戻って成分濃度を繰り返し測定する第１脈波確認手順をさらに有することが望ましい。ここで、第１脈波確認手順は、第１脈波音波検出手順及び第２脈波音波検出手順と成分濃度算出手順との間のいずれで行うことができ、成分濃度算出手順の後に行ってもよい。
【０１７２】
安静時は連続する脈波の変動は小さいと考えられるが、体動や外的要因によって、脈動は、急激に変動することが考えられる。本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法は、図５の連続２拍間での極大値−極大値（または極小値−極小値）での信号差が、ある一定の基準より小さいところより、血液量差が、ある一定の範囲内、つまり両者の血液量が略同等とみなせる状態を判断することが可能である。そのため、[第１の光及び第２の光により発生する差分の音波]と[第２の光により発生する音波]の両信号を血液量変動差が小さい条件で検出することができる。ここで、脈波２１の極値の判断は、例えば、波形の微分値を信号処理する等の周知技術により実現可能である。
【０１７３】
また、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、第３脈波音波検出手順として次の動作を行ことが望ましい。つまり、成分濃度測定装置１０の脈波センサ１１５は、第１脈波音波検出手順における図５の時点ｔ５からの一定時間τ２内及び第２脈波音波検出手順における他の時点ｔ７からの一定時間τ２内を除き被検体２の脈波２２の所定の値となる他の時点ｔ９からの一定時間τ２内に脈波を検出し、第１の光源１０３は、時点ｔ９からの一定時間τ２内に他の所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射する。また、音波検出部１１１は、時点ｔ９からの一定時間τ２内に音波を検出し、位相検波増幅部１１３は、音波の大きさ６２として測定する。ここで、第３脈波音波検出手順は、第１脈波音波検出手順、第２脈波音波検出手順、第１脈波音波積算手順、第２脈波音波積算手順、成分濃度算出手順及び第１脈波確認手順との前後を問わない。
【０１７４】
本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、第３脈波音波検出手順により音波強度を取得することにより、第１、第２脈波音波強度積算手順において取得した音波強度の妥当性を検証するための情報を得ることが可能となる。
【０１７５】
また、上記音波強度の妥当性の検証を行う場合、成分濃度算出部１１４は、第３脈波音波検出手順において図５の時点ｔ９からの一定時間τ２内に検出される音波の大きさ６２を逐次積算して他の単一音波強度として取得する音波強度積算手順をさらに有することが望ましい。ここで、音波強度積算手順において成分濃度算出部１１４は、脈波センサ１１５からの脈波信号の入力と同時につまり第３脈波音波検出手順にリアルタイムに脈波の積算を行ってもよいし、脈波信号をメモリに記憶しておき、第３脈波音波検出手順の後に行ってもよい。また、成分濃度算出部１１４は、音波検出部１１１からのフィルタ１１２及び位相検波増幅部１１３を介した音波信号の入力と同時にリアルタイムに音波の大きさの積算を行ってもよいし、音波信号をメモリに記憶しておき、第３脈波音波検出手順の後に行ってもよい。音波強度積算手順を第３脈波音波検出手順の後に行う場合、音波強度積算手順は、第３脈波音波検出手順の後であればいずれのときに行ってもよい。
【０１７６】
本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、音波強度積算手順により音波強度を取得することで、音波強度の妥当性の検証に必要な具体的な情報を得て音波強度の妥当性の検証が可能となる。
【０１７７】
また、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、第２脈波音波強度積算手順である図５の時点ｔ７から時点ｔ８の一定時間τ２内の音波の大きさ６１の積算値である単一音波強度と音波強度積算手順である時点ｔ９から時点ｔ１０の一定時間τ２内の音波の大きさ６２の積算値である他の単一音波強度との差の絶対値を算出し且つ算出した絶対値と第１脈波音波強度積算手順である時点ｔ５から時点ｔ６の一定時間τ２内の音波の大きさ６０の積算値である混合音波強度との比率を算出する音波強度比率算出手段の算出する比率が１．０５より大きいとき又は０．９５より小さいときに、第１脈波音波検出手順及び第２脈波音波検出手順に戻って成分濃度を繰り返し測定する音波強度確認手順をさらに有することが望ましい。ここで、音波強度確認手順は、第１脈波音波積算手順、第２脈波音波積算手順及び第３音波強度積算手順の後であればいずれのときに行ってもよい。
【０１７８】
本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、[第１の光により発生する音波と第２の光により発生する音波の差分音波信号]と[第１の光により発生する音波信号]−[第２の光により発生する音波信号]の差が大きい場合に、再度測定をやり直す。従って、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、第１、第２脈波音波強度積算手順において取得した混合音波強度及び単一音波強度の妥当性を検証して、成分濃度の測定精度を向上させることができる。
【０１７９】
また、図５に示すように、一定時間τ２を脈波センサ１１５の検出する脈波の１周期以内とし、脈波センサ１１５は、図５の被検体２の脈波２２のうち連続した３拍分を第１脈波音波検出手順、第２脈波音波検出手順及び第３脈波音波検出手順において１拍ずつ検出し、第１の光源１０３及び第２の光源１０６は、第１脈波音波検出手順において脈波２２の３拍分に対応して異なる２波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出射し、第２の光源１０６は、第２脈波音波検出手順において脈波の３拍分に対応して所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、第１の光源１０３は、第３脈波音波検出手順において脈波の３拍分に対応して他の所定の１波長の光を電気的に強度変調して出射し、音波検出部１１１は、第１脈波音波検出手順、第２脈波音波検出手順及び第３脈波音波検出手順において脈波の３拍分に対応してそれぞれの音波を検出することが望ましい。なお、図５では、第１脈波音波検出手順、第２脈波音波検出手順及び第３脈波音波検出手順に行った場合の音波の大きさ６０、６１、６２を示しているが、前述したように第１脈波音波検出手順、第２脈波音波検出手順及び第３脈波音波検出手順は、手順の前後を問わない。
【０１８０】
本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、音波の検出時間差が小さくなるため、第１、第２脈波音波強度積算手順において取得した混合音波強度及び単一音波強度の妥当性の検証結果の精度を向上させることができる。
【０１８１】
また、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法では、第１脈波音波検出手順、第２脈波音波検出手順及び前記第３脈波音波検出手順において脈波センサ１１５の検出する図５の連続した３拍分の脈波２２のうちいずれか２拍の極大値の比率を算出し、算出した比率が１．１より大きいとき又は０．９より小さいときに、第１脈波音波検出手順及び第２脈波音波検出手順に戻って成分濃度を繰り返し測定する第２脈波確認手順をさらに有することが望ましい。ここで、第２脈波確認手順は、第１脈波音波検出手順、第２脈波音波検出手順及び第３脈波音波検出手順の後であればいずれのときに行ってもよい。
【０１８２】
安静時は連続する脈波の変動は小さいと考えられるが、体動や外的要因によって、脈動は、急激に変動することが考えられる。本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法は、図５の脈波２２の連続３拍のうちいずれか２拍間での極大値−極大値（または極小値−極小値）での信号差が、ある一定の基準より小さいところより、血液量差が、ある一定の範囲内、つまり両者の血液量が略同等とみなせる状態を判断することが可能である。そのため、[第１の光及び第２の光により発生する差分の音波]、[第２の光により発生する音波]又は[第１の光により発生する音波]のいずれか２つの信号を血液量変動差が小さい条件で検出することができる。ここで、脈波の極値の判断は、例えば、波形の微分値を信号処理する等の周知技術により実現可能である。また、「いずれか２拍の極大値の比率を算出する」は必ずしも脈波の３拍分のうちいずれか２拍の３通りの組み合わせの総てを含むことを意味しないが、成分濃度測定装置１０の制御方法では、３拍分の脈波のうちいずれか２拍の３通りの総ての組み合わせについて極値の比率を算出して判断すると「血液量変動差が小さい条件」を確実なものとして成分濃度算出精度を向上させることができる。
【０１８３】
また、図３の脈波センサ１１５は、第１の光源１０３又は／及び第２の光源１０６の出射する光の被検体２で発生する音波から脈波を検出し、第１の光源１０３又は／及び第２の光源１０６の出射する光の被検体２での反射光から脈波を検出し、又は心電計（不図示）若しくはプレスチモグラフ（不図示）により脈波を検出することが望ましい。なお、上記反射光から脈波を検出すること、心電計により脈波を検出すること及びプレスチモグラフにより脈波を検出することは、それぞれ周知技術により実現することができることは、前述の通りである。また、音波から脈波を検出することについては、前述した通りである。また、音波から脈波を検出すること、反射光から脈波を検出すること、心電計により脈波を検出すること、及びプレスチモグラフにより脈波を検出することによる前述の効果は、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の制御方法において当然に具備する。
【産業上の利用可能性】
【０１８４】
本発明の成分濃度測定装置および成分濃度測定装置制御方法は、日常の健康管理や美容上のチェックに利用することができる。また、人間の生体ばかりでなく、動物の生体についても健康管理に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】常温における水とグルコース水溶液の吸光度特性を示した図である。
【図２】音波の大きさの脈動による変動のグラフの１例を示した図である。
【図３】１実施形態に係る成分濃度測定装置の概略構成図である。
【図４】脈波及び脈波に同期して発生する音波の大きさの１例を示した概略図である。
【図５】脈波及び脈波に同期して発生する音波の大きさの１例を示した概略図である。
【図６】光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【図７】光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０１８６】
２：被検体
１０：成分濃度測定装置
２０：脈波
２１：脈波
２２：脈波
３０：音波の大きさ
３１：音波の大きさ
３２：音波の大きさ
４０：動脈血の音波
４１：静脈血の音波
４２：組織の音波
５０：音波の大きさ
５１：音波の大きさ
６０：音波の大きさ
６１：音波の大きさ
６２：音波の大きさ
１０１：発振器
１０２：駆動回路
１０３：第１の光源
１０４：１８０°移相回路
１０５：駆動回路
１０６：第２の光源
１０７：合波部
１１０：音響整合物質
１１１：音波検出部
１１２：フィルタ
１１３：位相検波増幅部
１１４：成分濃度算出部
１１５：脈波センサ
１２０：変調光
６０１： 第１の光源
６０４：駆動回路
６０５：第２の光源
６０８：駆動回路
６０９：合波部
６１０：被検体
６１３：超音波検出器
６１６：パルス光源
６１７：チョッパ板
６１８：モータ
６１９：音響センサ
６２０： 波形観測器
６２１：周波数解析器
【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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