(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一波長又は互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調して出射する光出射手段と、
前記光出射手段からの２波の光のうち一方の光を照射される標準試料と、
前記光出射手段からの前記一方の光により前記標準試料から発生する音波、及び前記光出射手段からの他方の光を照射される被検体又は被測定物から前記他方の光により発生する音波を、前記標準試料、及び前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物に対して同一の位置で検出する音波検出手段と、
を備える成分濃度測定装置。
【請求項２】
前記光出射手段から前記互いに異なる波長の２波の光がそれぞれ水に出射された状態で前記水から発生する音波の大きさが零となるように前記光出射手段における前記２波の光の波長を調整する波長調整手段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。
【請求項３】
同一波長の２波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力する測定光変調手段と、
前記測定変調手段の前記同一波長の２波の光と異なる波長の２波の光を前記測定光変調手段での強度変調する周波数と同一の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参照光変調手段と、
前記測定光変調手段からの２波の光及び前記参照光変調手段からの２波の光のうちそれぞれ逆位相同士の２波の光をそれぞれ合波して２つの光を出射する合波光出射手段と、
前記合波光出射手段からの２つの光のうち一方の光が照射される標準試料と、
前記合波光出射手段からの前記一方の光により前記標準試料から発生する音波、及び前記合波光出射手段からの他方の光を照射される被検体又は被測定物から前記他方の光により発生する音波を、前記標準試料、及び前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物に対して同一の位置で検出する音波検出手段と、
を備える成分濃度測定装置。
【請求項４】
前記合波光出射手段から前記２つの光がそれぞれ水に出射された状態で前記水から発生する音波の大きさが零となるように前記測定光変調手段及び前記参照光変調手段における前記２波の光の波長を調整する波長調整手段をさらに有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。
【請求項５】
前記音波検出手段は、前記標準試料、及び前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物から略等距離の位置に配置されてい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。
【請求項６】
前記音波を反射しうる２以上の凹状の楕円球面がそれぞれの前記楕円球面の２つの焦点のいずれか一方を共通するようにして配置された楕円反射体をさらに備え、
前記標準試料は、前記楕円球面の共通の焦点を除く他の焦点に相当する位置に配置され、
前記音波検出手段は、前記標準試料並びに前記楕円球面の前記共通の焦点及び前記他の焦点を除く前記楕円球面の他の焦点に配置される前記被検体又は前記被測定物から発生する音波のうち前記楕円球面で反射する音波を検出するように前記楕円球面の前記共通の焦点に相当する位置に配置されてい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。
【請求項７】
前記標準試料、前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物、及び前記音波検出手段と前記楕円反射体の前記楕円球面との間を満たし、前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物の音響インピーダンスと略等しい音響インピーダンスの音響整合物質をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の成分濃度測定装置。
【請求項８】
前記標準試料が水、血液、血清又は生体等価物質であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
【請求項９】
光出射手段が同一波長又は互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調して出射し、音波検出手段が前記光出射手段からの２波の光のうち一方の光を照射される標準試料から前記一方の光により発生する音波、及び前記光出射手段からの２波の光のうち他方の光を照射される被検体又は被測定物から前記他方の光により発生する音波を、前記標準試料、及び前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物に対して同一の位置で検出する第１音波検出手順を備える成分濃度測定方法。
【請求項１０】
前記光出射手段が互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調して水に出射し、前記光出射手段における前記２波の光の波長を調整する波長調整手段が前記水から発生する音波の大きさが零となるように前記２波の光の波長を調整する波長調整手順を前記第１音波検出手順の前にさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の成分濃度測定方法。
【請求項１１】
前記第１音波検出手順の後に、前記第１音波検出手順における前記標準試料と同一の標準試料、及び前記第１音波検出手順における前記被検体又は前記被測定物と同一の被検体又は被測定物について、前記第１音波検出手順を１度以上行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の成分濃度測定方法。
【請求項１２】
前記第１音波検出手順の後に、前記第１音波検出手順における前記標準試料と異なる標準試料、及び前記第１音波検出手順における前記被検体又は前記被測定物と同一の被検体又は被測定物について、前記第１音波検出手順を１度以上行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の成分濃度測定方法。
【請求項１３】
測定光変調手段が同一波長の２波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力し、参照光変調手段が前記測定変調手段の前記同一波長の２波の光と異なる波長の２波の光を前記測定光変調手段での強度変調する周波数と同一の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し、合波光出射手段が前記測定光変調手段からの２波の光及び前記参照光変調手段からの２波の光のうちそれぞれ逆位相同士の２波の光を合波して２つの光を出射し、音波検出手段が前記合波光出射手段からの２つの光のうち一方の光を照射される標準試料から発生する音波、及び前記合波光出射手段からの２つの光のうち他方の光を照射される被検体又は被測定物から発生する音波を、前記標準試料、及び前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物に対して同一の位置で検出する第２音波検出手順を備える成分濃度測定方法。
【請求項１４】
前記測定光変調手段が同一波長の２波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力し、前記参照光変調手段が前記測定変調手段の前記同一波長の２波の光と異なる波長の２波の光を前記測定光変調手段での強度変調する周波数と同一の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し、前記合波光出射手段が前記測定光変調手段からの２波の光及び前記参照光変調手段からの２波の光のうちそれぞれ逆位相同士の２波の光を合波して２つの光をそれぞれ水に出射し、前記測定光変調手段及び前記参照光変調手段における前記２波の光の波長をそれぞれ調整する波長調整手段が前記水から発生する音波の大きさが零となるように前記２波の光の波長を調整する波長調整手順を前記第２音波検出手順の前にさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の成分濃度測定方法。
【請求項１５】
前記第２音波検出手順の後に、前記第２音波検出手順における前記標準試料と同一の標準試料、及び前記第２音波検出手順における前記被検体又は前記被測定物と同一の被検体又は被測定物について、前記第２音波検出手順を１度以上行う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方法。
【請求項１６】
前記第２波検出手順の後に、前記第２音波検出手順における前記標準試料と異なる標準試料及び前記第２音波検出手順における前記被検体又は前記被測定物と同一の被検体又は被測定物について、前記第２音波検出手順を１度以上行う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方法。
【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方法、或いは人間又は動物から採取した被測定物の成分濃度測定装置及び成分濃度測定方法に関する。
【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７および図８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７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７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７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８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８により光源の数が２の場合の動作を説明する。図８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。
【００１２】
つまり、成分濃度の被測定対象が生体や液体であるため、成分濃度の測定時の測定温度、気圧等の測定環境や生体自身の体調により測定状態は、測定中や測定日ごとに常に変化する。また、測定装置の部品の性能も経時変化する。このことは、上記の従来例においても同じである。そのため、上記被測定対象の含む成分濃度測定に対する妨害要因や装置部品の性能の経時変化の影響を小さくするため、通常、測定中や測定後に測定した値の校正を行うことが考えられる。
【００１３】
しかし、校正を行う際に、音波を検出する音響検出器として互いに異なる素子を使用すると、音響検出器の素子特性の個体差により、検出した音波の値に作動誤差が生じる。一方、同一の素子を使用する場合、測定対象の取り外し／取り付け、温度、気圧等の測定条件の時刻変動により測定状態が変化するため、検出した音波の値に誤差が生じる。
【００１４】
従って、上述の従来例では、校正精度の悪化要因となるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明は、被検体又は被測定物に向けて光を照射すると共に、成分濃度の校正に必要な標準試料にも光を照射し、両者から発生する音波を１つの音波検出器で同時に検出することで音波の検出時間及び検出状態を同一にして正確な校正を可能とする成分濃度測定装置及び成分濃度測定方法である。
【００１６】
初めに、本発明の成分濃度測定装置の基本原理を、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。
【００１７】
本発明では、異なる２波長の光の中の、第一の光の波長を、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、第二の光の波長を水が第一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。
【００１８】
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、第一の光の波長をλ１と設定し、第二の光の波長をλ２と設定することができる。
【００１９】
以下の説明においては、一例として、第一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、第二の光の波長を水が第一の光の波長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。
【００２０】
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、第一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一の音波と、第二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二の音波とは、周波数が等しくかつ逆位相である。従って、第一の音波と第二の音波は被検体内で重畳し、音波の差として、第一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、第一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。
【００２１】
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。
【００２２】
【数１】
0004444227.tif 000002
【００２３】
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。
【００２４】
【数２】
0004444227.tif 000003
【００２５】
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。
【００２６】
【数３】
0004444227.tif 000004
【００２７】
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。
【００２８】
そこで、本発明の成分濃度測定装置においては、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により、（ｓ１−ｓ２）÷ｓ２を演算することにより、数式（３）により、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。
【００２９】
本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定方法における被検体の経時変化による影響は以下の通りである。
【００３０】
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生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生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。そのため、異なる２波長の光を出射する時間と所定の１波長の光を出射する時間とが当然に異なる。
【００３１】
つまり、２回の測定において生体の状態が変化する。
【００３２】
そこで、本発明では、被検体又は被測定物に向けて光を照射すると共に、成分濃度の校正に必要な標準試料にも光を照射し、両者から発生する音波を１つの音波検出器で同時に検出することとした。
【００３３】
以上が本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定方法の基本原理である。
【００３４】
具体的には、本発明に係る成分濃度測定装置は、同一波長又は互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調して出射する光出射手段と、前記光出射手段からの２波の光のうち一方の光を照射される標準試料と、前記光出射手段からの前記一方の光により前記標準試料から発生する音波、及び前記光出射手段からの他方の光を照射される被検体又は被測定物から前記他方の光により発生する音波を、前記標準試料、及び前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物に対して同一の位置で検出する音波検出手段と、を備える。
【００３５】
本発明では、音波検出手段が同一の位置で音波を検出することから、光出射手段からの光を照射される被検体又は被測定物と標準試料との二つの物質で発生する音波の大きさの差を同時に検出することができる。そのため、光を照射される被検体又は被測定物における標準試料の成分の経時変化を補正することができる。また、光を照射される被検体又は被測定物における測定対象以外の標準試料の成分の影響を補正することもできる。さらに、音波検出手段が同一の位置で音波を検出することから、音波検出手段の個体差による音波の測定誤差が伴うことがない。従って、本発明では、二つの物質をそれぞれ別々に測定して記録後に補正することと比較して、被検体又は被測定物の成分濃度を正確に測定することができる。
【００３６】
本発明の成分濃度測定装置において、前記光出射手段から前記互いに異なる波長の２波の光がそれぞれ水に出射された状態で前記水から発生する音波の大きさが零となるように前記光出射手段における前記２波の光の波長を調整する波長調整手段をさらに有することが望ましい。
【００３７】
本発明では、波長調整手段が水から発生する音波の大きさが零となるように２波の光の波長を調整することにより、光出射手段から出射する２波の光の波長を水の吸光度特性が一致する所定の２波長にすることができる。これにより、検出する音波から予め水の吸光度の影響を除去することができる。そのため、本発明では、被検体又は被測定物の測定対象の成分濃度を算出する際に、水の吸光度成分の補正をする必要がなく、正確に測定することができる。
【００３８】
本発明に係る成分濃度測定装置は、同一波長の２波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力する測定光変調手段と、前記測定変調手段の前記同一波長の２波の光と異なる波長の２波の光を前記測定光変調手段での強度変調する周波数と同一の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参照光変調手段と、前記測定光変調手段からの２波の光及び前記参照光変調手段からの２波の光のうちそれぞれ逆位相同士の２波の光を合波して２つの光を出射する合波光出射手段と、前記合波光出射手段からの２つの光のうち一方の光が照射される標準試料と、前記合波光出射手段からの前記一方の光により前記標準試料から発生する音波、及び前記合波光出射手段からの他方の光を照射される被検体又は被測定物から前記他方の光により発生する音波を、前記標準試料、及び前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物に対して同一の位置で検出する音波検出手段と、を備える。
【００３９】
本発明では、音波検出手段が同一の位置で音波を検出することから、光出射手段からの光を照射される被検体又は被測定物と標準試料との二つの物質で発生する音波の大きさの差を同時に検出することができる。そのため、光を照射される被検体又は被測定物における標準試料の成分の経時変化を補正することができる。また、光を照射される被検体又は被測定物における測定対象以外としての標準試料の成分の影響を補正することもできる。さらに、音波検出手段が同一の位置で音波を検出することから、音波検出手段の個体差による音波の測定誤差が伴うことがない。従って、本発明では、二つの物質をそれぞれ別々に測定して記録後に補正することと比較して、被検体又は被測定物の成分濃度を正確に測定することができる。
【００４０】
本発明の成分濃度測定装置において、前記合波光出射手段から前記２つの光がそれぞれ水に出射された状態で前記水から発生する音波の大きさが零となるように前記測定光変調手段及び前記参照光変調手段における前記２波の光の波長を調整する波長調整手段をさらに有することが望ましい。
【００４１】
本発明では、測定光変調手段及び参照光変調手段が水から発生する音波の大きさが零となるように２波の光の波長を調整することにより、合波光出射手段から出射される２波の光の波長を予め互いに水の吸光度特性が一致する所定の２波長にすることができる。これにより、検出する音波から予め水の吸光度の影響を除去することができる。そのため、本発明では、被検体又は被測定物の測定対象の成分濃度を算出する際に、水の吸光度成分の補正をする必要がなく、正確に測定することができる。
【００４２】
本発明の成分濃度測定装置において、前記音波検出手段は、前記標準試料、及び前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物から略等距離の位置に配置されていることが望ましい。
【００４３】
本発明では、略等距離の位置で音波を検出することから、音波の伝搬距離に対する減衰が略同一となるため、音波の減衰に伴う成分濃度測定の測定誤差を生じさせることがない。従って、本発明では、被検体又は被測定物の成分濃度を正確に測定することができる。
【００４４】
本発明の成分濃度測定装置において、前記音波を反射しうる２以上の凹状の楕円球面がそれぞれの前記楕円球面の２つの焦点のいずれか一方を共通するようにして配置された楕円反射体をさらに備え、前記標準試料は、前記楕円球面の共通の焦点を除く他の焦点に相当する位置に配置され、前記音波検出手段は、前記標準試料並びに前記楕円球面の前記共通の焦点及び前記他の焦点を除く前記楕円球面の他の焦点に配置される前記被検体又は前記被測定物から発生する音波のうち前記楕円球面で反射する音波を検出するように前記楕円球面の前記共通の焦点に相当する位置に配置されていることが望ましい。
【００４５】
本発明では、楕円の性質上、楕円の焦点で発生した音波を他の焦点に集音させることができる。そのため、音波検出手段は、音波の検出漏れを減少して高感度に音波を検出することができる。従って、本発明では、被検体又は被測定物の成分濃度を正確に測定することができる。
【００４６】
本発明の成分濃度測定装置において、前記標準試料、前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物、及び前記音波検出手段と前記楕円反射体の前記楕円球面との間を満たし、前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物の音響インピーダンスと略等しい音響インピーダンスの音響整合物質をさらに備えることが望ましい。
【００４７】
本発明では、音響整合物質により標準試料、及び被検体又は前記被測定物から発生する音波の伝達効率を向上させることができる。そのため、音波の伝搬距離による減衰を減少させて音波検出手段に高感度に音波を検出させることができる。従って、本発明では、被検体又は被測定物の成分濃度を正確に測定することができる。
【００４８】
本発明の成分濃度測定装置において、前記標準試料が水、血液、血清又は生体等価物質であることが望ましい。
【００４９】
本発明では、被検体又は被測定物の測定対象とする成分に応じて標準試料を水、血液、血清又は生体等価物質により、成分濃度測定値の補正を行うことができる。従って、本発明では、被検体又は被測定物の成分濃度を正確に測定することができる。
【００５０】
本発明に係る成分濃度測定方法は、光出射手段が同一波長又は互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調して出射し、音波検出手段が前記光出射手段からの２波の光のうち一方の光を照射される標準試料から前記一方の光により発生する音波、及び前記合波光出射手段からの２波の光のうち他方の光を照射される被検体又は被測定物から前記他方の光により発生する音波を、前記標準試料、及び前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物に対して同一の位置で検出する第１音波検出手順を備える。
【００５１】
本発明では、音波検出手段が同一の位置で音波を検出することから、光出射手段からの光を照射される被検体又は被測定物と標準試料との二つの物質で発生する音波の大きさの差を同時に検出することができる。そのため、光を照射される被検体又は被測定物における標準試料の成分の経時変化を補正することができる。また、光を照射される被検体又は被測定物における測定対象以外の標準試料の成分の影響を補正することもできる。さらに、音波検出手段が同一の位置で音波を検出することから、音波検出手段の個体差による音波の測定誤差が伴うことがない。従って、本発明では、二つの物質をそれぞれ別々に測定して記録後に補正することと比較して、被検体又は被測定物の成分濃度を正確に測定することができる。
【００５２】
本発明の成分濃度測定方法において、前記光出射手段が互いに異なる波長の２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調して水に出射し、前記光出射手段における前記２波の光の波長を調整する波長調整手段が前記水から発生する音波の大きさが零となるように前記２波の光の波長を調整する波長調整手順を前記第１音波検出手順の前にさらに備えることが望ましい。
【００５３】
本発明では、波長調整手段が水から発生する音波の大きさが零となるように２波の光の波長を調整する波長調整手順を備えることにより、光出射手段から出射する２波の光の波長を水の吸光度特性が一致する所定の２波長にすることができる。これにより、検出する音波から予め水の吸光度の影響を除去することができる。そのため、本発明では、被検体又は被測定物の測定対象の成分濃度を算出する際に、水の吸光度成分の補正をする必要がなく、正確に測定することができる。
【００５４】
本発明の成分濃度測定方法において、前記第１音波検出手順の後に、前記第１音波検出手順における前記標準試料と同一の標準試料、及び前記第１音波検出手順における前記被検体又は前記被測定物と同一の被検体又は被測定物について、前記第１音波検出手順を１度以上行うことが望ましい。
【００５５】
本発明では、同一の被検体又は被測定物に対して成分濃度測定を繰り返し行うため、同一の被検体又は被測定物の成分濃度の状態の経時変化を把握することができる。
【００５６】
本発明の成分濃度測定方法において、前記第１音波検出手順の後に、前記第１音波検出手順における前記標準試料と異なる標準試料、及び前記第１音波検出手順における前記被検体又は前記被測定物と同一の被検体又は被測定物について、前記第１音波検出手順を１度以上行うことが望ましい。
【００５７】
本発明では、異なる標準試料に対して成分濃度測定を繰り返し行うため、被検体又は被測定物の個体差を把握することができる。
【００５８】
本発明に係る成分濃度測定方法は、測定光変調手段が同一波長の２波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力し、参照光変調手段が前記測定変調手段の前記同一波長の２波の光と異なる波長の２波の光を前記測定光変調手段での強度変調する周波数と同一の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し、合波光出射手段が前記測定光変調手段からの２波の光及び前記参照光変調手段からの２波の光のうちそれぞれ逆位相同士の２波の光を合波して２つの光を出射し、音波検出手段が前記合波光出射手段からの２つの光のうち一方の光を照射される標準試料から発生する音波、及び前記合波光出射手段からの２つの光のうち他方の光を照射される被検体又は被測定物から発生する音波を、前記標準試料、及び前記光を照射される前記被検体又は前記被測定物に対して同一の位置で検出する第２音波検出手順を備える。
【００５９】
本発明では、音波検出手段が同一の位置で音波を検出することから、光出射手段からの光を照射される被検体又は被測定物と標準試料との二つの物質で発生する音波の大きさの差を同時に検出することができる。そのため、光を照射される被検体又は被測定物における標準試料の成分の経時変化を補正することができる。また、光を照射される被検体又は被測定物における測定対象以外としての標準試料の成分の影響を補正することもできる。さらに、音波検出手段が同一の位置で音波を検出することから、音波検出手段の個体差による音波の測定誤差が伴うことがない。従って、本発明では、二つの物質をそれぞれ別々に測定して記録後に補正することと比較して、被検体又は被測定物の成分濃度を正確に測定することができる。
【００６０】
本発明の成分濃度測定方法において、前記測定光変調手段が同一波長の２波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力し、前記参照光変調手段が前記測定変調手段の前記同一波長の２波の光と異なる波長の２波の光を前記測定光変調手段での強度変調する周波数と同一の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し、前記合波光出射手段が前記測定光変調手段からの２波の光及び前記参照光変調手段からの２波の光のうちそれぞれ逆位相同士の２波の光を合波して２つの光をそれぞれ水に出射し、前記測定光変調手段及び前記参照光変調手段における前記２波の光の波長をそれぞれ調整する波長調整手段が前記水から発生する音波の大きさが零となるように前記２波の光の波長を調整する波長調整手順を前記第２音波検出手順の前にさらに備えることが望ましい。
【００６１】
本発明では、測定光変調手段及び参照光変調手段が水から発生する音波の大きさが零となるように２波の光の波長を調整する波長調整手順を備えることにより、合波光出射手段から出射される２波の光の波長を予め互いに水の吸光度特性が一致する所定の２波長にすることができる。これにより、検出する音波から予め水の吸光度の影響を除去することができる。そのため、本発明では、被検体又は被測定物の測定対象の成分濃度を算出する際に、水の吸光度成分の補正をする必要がなく、正確に測定することができる。
【００６２】
本発明の成分濃度測定方法において、前記第２音波検出手順の後に、前記第２音波検出手順における前記標準試料と同一の標準試料、及び前記第２音波検出手順における前記被検体又は前記被測定物と同一の被検体又は被測定物について、前記第２音波検出手順を１度以上行うことが望ましい。
【００６３】
本発明では、同一の被検体又は被測定物に対して成分濃度測定を繰り返し行うため、同一の被検体又は被測定物の成分濃度の状態の経時変化を把握することができる。
【００６４】
本発明の成分濃度測定方法において、前記第２音波検出手順の後に、前記第２音波検出手順における前記標準試料と異なる標準試料及び前記第２音波検出手順における前記被検体又は前記被測定物と同一の被検体又は被測定物について、前記第２音波検出手順を１度以上行うことが望ましい。
【００６５】
本発明では、異なる標準試料に対して成分濃度測定を繰り返し行うため、被検体又は被測定物の個体差を把握することができる。
【発明の効果】
【００６６】
本発明の成分濃度測定装置及び成分濃度測定方法は、光を照射される被検体又は被測定物の経時変化や音波検出器の経時変化の影響を小さくして成分濃度測定の校正を正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００６８】
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、以下においては、被検体を被測定物に置き換えれば被測定物の成分濃度を測定する場合の実施の形態とすることができる。また、各実施形態に係る成分濃度測定装置の構成を示す図２から図４において、電源、あるいは全体の動作を制御する制御部などの通常の技術により実現できる部分は図示していない。
【００６９】
（第１実施形態）
図２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。また、図５に、本実施形態に係る容器の上面の概略図を示す。
【００７０】
図２において、成分濃度測定装置１０は、光出射手段の一部としての発振器１０１、駆動回路１０３、１８０°移相回路１０２、駆動回路１０６、第１の光源１０４及び第２の光源１０７と、音波検出手段の一部としての音波検出部１０８、前置増幅部１０９及び位相検波増幅部１１０、音波記録手段及び成分濃度算出手段としての成分濃度算出部１１１と、標準試料１２３と、を備える。また、本実施形態では、音波の検出効率を向上させるため、楕円反射体としての容器１２１を備える。なお、図２において、容器１２１については、便宜上切断面を示している。
【００７１】
発振器１０１は、第１の光源１０４及び第２の光源１０７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１０２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。
【００７２】
駆動回路１０３は、発振器１０１からの変調信号を基に第１の光源１０４を駆動させる。また、駆動回路１０６は、１８０°移相回路１０２で反転された変調信号を基に第２の光源１０７を駆動させる。第１の光源１０４は、異なる２波長の光のいずれか一方を駆動回路１０３からの信号により強度変調して波長λ１の第１の光を出力し、第２の光源１０７は、他方の光を駆動回路１０６からの信号により強度変調して波長λ２の第２の光を出力する。これにより、第１の光源１０４及び第２の光源１０７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１０４又は第２の光源１０７のいずれか一方の光の出射を停止させれば、第１の光源１０４又は第２の光源１０７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。
【００７３】
第１の光源１０４及び第２の光源１０７は、例えば半導体レーザを適用することができ、ヒーター又はペルチェ素子で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。そして、各々の波長を、例えば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。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、半導体レーザ光源である第１の光源１０４及び第２の光源１０７の各々を駆動回路１０３、１０６を介して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つ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。
【００７４】
ここで、成分濃度測定装置１０は、第１の光源１０４及び第２の光源１０７から、２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調して水に出射し、水から発生する音波の大きさが零となるように２波の光の波長を調整する波長調整手段（不図示）を備えることが望ましい。波長調整手段が２波の光の波長を調整することにより、第１の光源１０４及び第２の光源１０７から出射する２波の光の波長を水の吸光度特性が一致する所定の２波長にすることができる。これにより、音波検出部１０８に伝搬する音波から予め水の吸光度の影響を除去することができる。そのため、成分濃度測定装置１０は、被検体又は被測定物の測定対象の成分濃度を算出する際に、水の吸光度成分の補正をする必要がなく、正確に測定することができる。
【００７５】
また、成分濃度測定装置１０は、第１の光源１０４及び第２の光源１０７が水から発生する音波の大きさが零となるように２波の光の光強度を調整することとしてもよい。これにより、第１の光源１０４及び第２の光源１０７から出射する２波の光の光強度を略等しくすることができる。そのため、被検体２の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【００７６】
さらに、成分濃度測定装置１０は、第１の光源１０４及び第２の光源１０７から、互いに異なる波長の２波の光を同一周波数の２つの信号によりそれぞれ電気的に強度変調して水に出射し、水から発生する音波の大きさが零となるように前記同一周波数の２つの信号の位相を調整することとしてもよい。つまり、本実施形態では、駆動回路１０３、１０６から出力される変調信号の一方を所定時間遅延させて変調信号の互いの位相を調整する。このように２つの信号の位相を調整することにより、第１の光源１０４及び第２の光源１０７から出射する光を変調する電気信号の位相を互いに逆位相とすることができ、被検体２の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【００７７】
標準試料１２３は、第２の光源１０７からの光が照射される。標準試料１２３として、被検体２と等価な吸光度、電熱特性、音響特性を示すように調合した生体等価物質を封入する。水分を含んだ軟化ゲル状の試料を例示できる。また、血液成分量を検査済みの血液や血清を封入することもできる。予め生体から採血した血液や当該血液から取得できる血清を例示できる。成分濃度測定装置１０では、被検体２の測定対象とする成分に応じて標準試料１２３を水、血液、血清又は生体等価物質により、成分濃度測定値の補正を行うことができ、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。
【００７８】
容器１２１は、図２及び図５に示すように被検体２及び標準試料１２３で発生した音波を反射しうる２つの凹状の楕円球面１２４、１２５がそれぞれの楕円球面１２４、１２５の２つの焦点のいずれか一方を共通焦点１３２にして配置されている。また、本実施形態では、容器１２１の内部には、被検体２の音響インピーダンスの音響整合物質を満たしており、容器１２１の開口部側には、被検体２、音波検出部１０８及び標準試料１２３を配置できるように蓋１２０を設けている。また、蓋１２０に配置される被検体２、音波検出部１０８及び標準試料１２３は、被検体２を第１の焦点１３１に、標準試料１２３を第２の焦点１３３に、音波検出部１０８を共通焦点１３２にそれぞれ配置される。
【００７９】
また、図６に、容器の他の形態を示す。
【００８０】
図６に示す容器１２２は、３つの凹状の楕円球面１２６、１２７、１２８がそれぞれの楕円球面１２６、１２７、１２８の２つの焦点のいずれか一方を共通焦点１３４にして配置されている。そして、第１の焦点１３７に被検体２を配置し、第２の焦点１３５に標準試料１５１及び第３の焦点１３６に標準試料１５２をそれぞれ配置している。このように配置し、図２に示す第２の光源１０７からの光をそれぞれ標準試料１５１、１５２に照射するか、或いは第２の光源１０７からの光を交互に標準試料１５１、１５２に照射することにより、異なる２つの標準試料を基にした補正が可能となる。
【００８１】
図２の音波検出部１０８は、第１の光源１０４からの光により被検体２で発生する音波及び第２の光源１０７からの光により標準試料１２３で発生する音波を同一の位置で検出する。本実施形態では、音波検出部１０８を同一の位置として、楕円球面１２４、１２５を有する容器１２１の共通焦点１３２に配置して音波を検出することとしたため、楕円球面１２４、１２５の性質上、第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３で発生した音波１４１、１４２を共通焦点１３２に集音することができる。そのため、成分濃度測定装置１０では、音波検出部１０８により音波の検出漏れを減少して高感度に音波を検出することができ、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。また、本実施形態では、音波検出部１０８を共通焦点１３２に配置することとしたため、被検体２及び標準試料１２３から略等距離の位置に配置されることとなる。そのため、被検体２及び標準試料１２３で発生した音波１４１、１４２の伝搬距離に対する減衰が略同一となるため、音波の減衰に伴う成分濃度測定の測定誤差を生じさせることがない。さらに、容器１２１の内部には、被検体２の音響インピーダンスの音響整合物質を満たしているため、被検体２から発生する音波１４１の伝達効率を向上させることができる。そのため、音波の伝搬距離による減衰を減少させて音波検出部１０８により高感度に音波を検出することができ、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。なお、本実施形態では、音波検出部１０８は、同一の位置として共通焦点１３２に配置して音波を検出するが、被検体２で発生する音波１４１及標準試料１２３で発生する音波１４２を同時に検出できれば、いずれの位置で検出することとしてもよい。
【００８２】
前置増幅部１０９は、音波検出部１０８からの音波を増幅して出力する。位相検波増幅部１１０は、前置増幅部１０９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、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。
【００８３】
成分濃度算出部１１１は、音波検出部１０８で検出され前置増幅部１０９及び位相検波増幅部１１０を介して出力される音波の大きさの時間変化を記憶しておき、後述する数式により成分濃度を算出する。成分濃度測定装置１０は、後述するように、成分濃度算出部１１１において音波強度の時間変化を記録することができるため、音波強度の記録値に基づいて成分濃度測定値の補正を行うことができ、被検体２の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【００８４】
以上説明したように、成分濃度測定装置１０は、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、第１の光源１０４及び第２の光源１０７からの光を照射される被検体２と標準試料１２３との二つの物質で発生する音波の大きさの差を同時に検出することができる。そのため、後述するように、光を照射される被検体２における標準試料１２３の成分の経時変化を補正することができる。また、光を照射される被検体２における測定対象以外としての標準試料１２３の成分の影響を補正することもできる。さらに、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、音波検出部１０８の個体差による音波の測定誤差が伴うことがない。従って、成分濃度測定装置１０は、二つの物質をそれぞれ別々に測定して記録後に補正することと比較して、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。
【００８５】
次に、本実施形態に係る成分濃度測定装置１０の成分濃度測定の動作を図２を参照して説明する。
【００８６】
成分濃度測定装置１０は、波長調整手順及び位相調整手順として、以下の動作を行なう。
【００８７】
まず、図２の被検体２に代えて、被測定物としての水を第１の焦点１３１に配置し、標準試料１２３として水を第２の焦点１３３に配置する。そして、駆動回路１０３は、発振器１０１からの変調信号に同期して第１の光源１０４を駆動する信号を出力する。また、駆動回路１０６は、１８０°移相回路１０２を介した変調信号に同期して第２の光源１０７を駆動させる信号を出力する。第１の光源１０４は、駆動回路１０３からの信号により光を電気的に強度変調して出力し、第２の光源１０７は、駆動回路１０６からの信号により光を電気的に強度変調して出力する。音波検出部１０８は、第１の光源１０４及び第２の光源１０７からの光により、第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３に配置された水から発生する音波を検出する。
【００８８】
このように検出した音波に基づいて、第１の光源１０４及び第２の光源１０７は、互いの光の波長を音波が零となるように調整する。また、駆動回路１０３、１０６は、第１の光源１０４及び第２の光源１０７に出力する信号の互いの位相を音波が零となるように調整することもできる。また、第１の光源１０４及び第２の光源１０７は、互いの光の光強度を音波が零となるように調整することもできる。このように、水から発生する音波の大きさが零となるように２波の光の波長を調整することにより、第１の光源１０４及び第２の光源１０７から出射する２波の光の波長を水の吸光度特性が一致する所定の２波長にすることができる。また、水から発生する音波の大きさが零となるように駆動回路１０３、１０６からの同一周波数の信号の位相を調整することにより、第１の光源１０４及び第２の光源１０７から出射する光を変調する電気信号の位相を互いに逆位相とすることができる。さらに、音波の大きさが零となるように２波の光の光強度を調整することにより、第１の光源１０４及び第２の光源１０７から出射する２波の光の光強度を略等しくすることができる。そのため、成分濃度測定装置１０は、被検体２の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【００８９】
以上のように第１の光源１０４、第２の光源１０７、駆動回路１０３、１０６の動作状態を調整した後に、成分濃度測定装置１０は、第１音波検出手順として、以下の動作を行なう。
【００９０】
図２の被検体２に代えて被測定物としての生体等価物質を第１の焦点１３１に配置し、第１の焦点１３１に配置した生体等価物質と同一の生体等価物質を第２の焦点１３３に配置した場合の実施形態について説明する。
【００９１】
第１の焦点１３１に生体等価物質を配置し、第２の焦点１３３に第１の焦点１３１に配置した生体等価物質と同一の生体等価物質を配置した後、駆動回路１０３は、発振器１０１からの変調信号に同期して第１の光源１０４を駆動する信号を出力する。また、駆動回路１０６は、１８０°移相回路１０２を介した変調信号に同期して第２の光源１０７を駆動させる信号を出力する。ここで、駆動回路１０３から出力される信号と駆動回路１０６から出力される信号とは、互いに反転している。第１の光源１０４は、駆動回路１０３からの信号により光を電気的に強度変調して出力し、第２の光源１０７は、駆動回路１０６からの信号により光を電気的に強度変調して出力する。音波検出部１０８は、第１の光源１０４及び第２の光源１０７からの光により、第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３に配置された生体等価物質から発生する音波を同一の位置で検出する。
【００９２】
ここで、音波検出部１０８は、第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３に配置された生体等価物質から発生し、容器１２１内の楕円球面１２４、１２５で反射した音波を検出する。そのため、楕円の性質上、第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３で発生した音波を共通焦点１３２に集音させることができる。そのため、音波検出部１０８は、音波の検出漏れを減少させて高感度に音波を検出することができる。本実施形態に係る成分濃度測定方法では、被測定物としての生体等価物質の成分濃度を正確に測定することができる。また、本実施形態では、音波検出部１０８を共通焦点１３２に配置することとしたため、被測定物としての生体等価物質及び標準試料１２３としての生体等価物質から略等距離の位置に配置されることとなる。そのため、被測定物としての生体等価物質及び標準試料１２３としての生体等価物質で発生した音波１４１、１４２の伝搬距離に対する減衰が略同一となるため、音波の減衰に伴う成分濃度測定の測定誤差を生じさせることがない。さらに、容器１２１の内部に被測定物としての生体等価物質の音響インピーダンスの音響整合物質を満たすこととすると、被測定物としての生体等価物質から発生する音波１４１の伝達効率を向上させることができる。そのため、音波の伝搬距離による減衰を減少させて音波検出部１０８により高感度に音波を検出することができ、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。
【００９３】
成分濃度算出部１１１は、音波検出部１０８で検出され、前置増幅部１０９で増幅され、位相検波増幅部１１０で検波された音波の大きさの時間変化を記録する。生体等価物質は、前述したように、被検体２と等価な吸光度、電熱特性、音響特性を示すように調合した物質であるため、例えば、生体等価物質から発生する音波の、光の照射による生体等価物質の温度変化に伴う経時変化が被検体２と等価である。そのため、本実施形態のように、音波強度の時間変化を記録すれば、音波強度の記録値に基づいて成分濃度測定値の補正を行うことができる。つまり、生体等価物質から発生する音波の時間変化を記録した後に、生体等価物質に代えて被検体２を第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３に配置して、第１の光源１０４及び第２の光源１０７から光を照射して音波を検出し、成分濃度算出部１１１において音波の大きさ記録する。その後、被検体２で発生した音波から生体等価物質で発生した音波の時間変化を差分した音波として補正することができる。
【００９４】
また別の形態として、図２の被検体２に代えて被測定物としての血液を第１の焦点１３１に配置し、第１の焦点１３１に配置した血液と同一の血液を第２の焦点１３３に配置し、上記第１音波検出手順と同様の手順を行うこととしてもよい。第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３に配置した血液で発生する音波の音波強度の時間変化を記録すれば、音波強度の記録値に基づいて成分濃度測定値の補正を行うことができる。つまり、血液から発生する音波の時間変化は、第１の光源１０４及び第２の光源１０７からの光に対する血液の吸光度差として記録できる。そのため、吸光度差を記録した後に、血液に代えて被検体２を第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３に配置して、第１の光源１０４及び第２の光源１０７から光を照射して音波を検出し、成分濃度算出部１１１において音波の大きさ記録する。その後、被検体２で発生した音波から血液での吸光度差を差分した音波として補正することができる。
【００９５】
なお、容器１２１に代えて図６に示す容器１２２を用いると、上記２つの実施形態における生体等価物質及び血液をそれぞれ第２の焦点１３５及び第３の焦点１３６に配置し第２の焦点１３５及び第３の焦点１３６に配置した標準試料１５１、１５２に第２の光源１０７からの光を交互に照射することにより、標準試料の配置を換えることなく生体等価物質及び血液を基にした補正が可能となる。
【００９６】
このように、本実施形態に係る成分濃度測定方法では、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、第１の光源１０４からの光を照射される被測定物としての生体等価物質や血液、及び第２の光源１０７からの光を照射される標準試料としての生体等価物質や血液の二つの物質で発生する音波の大きさの差を同時に検出することができる。そのため、光を照射される被検体２における生体等価物質や血液の成分の経時変化を補正することができる。また、光を照射される被検体２における測定対象以外の成分である生体等価物質や血液の成分の影響を補正することもできる。さらに、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、音波検出部１０８の個体差による音波の測定誤差が伴うことがない。従って、本実施形態に係る成分濃度測定方法では、二つの物質をそれぞれ別々に測定して記録後に補正することと比較して、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。
【００９７】
また、上記第１音波検出手順の後に、第１音波検出手順における標準試料としての生体等価物質又は血液と同一の標準試料、及び第１音波検出手順における被測定物としての生体等価物質又は血液と同一の被測定物について、上記第１音波検出手順を１度以上行うことが望ましい。同一の被測定物に対して成分濃度測定を繰り返し行うため、同一の被測定物としての生体等価物質又は血液の成分濃度の状態の測定毎の経時変化を把握することができる。
【００９８】
また、上記第１音波検出手順の後に、第１音波検出手順における標準試料としての生体等価物質又は血液と異なる標準試料、及び第１音波検出手順における被測定物としての生体等価物質又は血液と同一の被測定物について、上記第１音波検出手順を１度以上行うことが望ましい。異なる標準試料に対して成分濃度測定を繰り返し行うため、被測定物としての生体等価物質又は血液の個体差を把握することができる。
【００９９】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る成分濃度測定装置について説明する。
【０１００】
図３に本実施の形態の成分濃度測定装置の概略構成図を示す。図３において、第１実施形態と同様の構成部分については構成要素符号を同一とした。また、構成要素符号が同一の２以上の構成要素には、例えば、第１の光源１０４ａ、１０４ｂのように異なる英語符号を付した。
【０１０１】
本実施形態に係る成分濃度測定装置１１は、図２に示す成分濃度測定装置１０における第２の光源１０７に代えて、第１の光源１０４と同一波長の光を出射する形態である。従って、成分濃度測定装置１１は、駆動回路１０３からの信号により電気的に強度変調された第１の光源１０４ａからの光を被検体２に照射し、駆動回路１０６からの信号により電気的に強度変調された第１の光源１０４ｂからの光を標準試料１２３に照射する。なお、駆動回路１０３からの信号と駆動回路１０６からの信号とは、互いに逆位相である。
【０１０２】
ここで、成分濃度測定装置１１は、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂから同一波長の２波の光を同一周波数の２つの信号によりそれぞれ電気的に強度変調して水に出射し、水から発生する音波の大きさが零となるように前記同一周波数の２つの信号の位相を調整することが望ましい。つまり、本実施形態では、駆動回路１０３、１０６から出力される変調信号の一方を所定時間遅延させて変調信号の互いの位相を調整する。このように２つの信号の位相を調整することにより、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂから出射する光を変調する電気信号の位相を互いに逆位相とすることができ、被検体２の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１０３】
成分濃度測定装置１１は、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂからの光を照射される被検体２と標準試料１２３との二つの物質で発生する音波の大きさの差を同時に検出することができる。そのため、後述するように、光を照射される被検体２における標準試料１２３の成分の経時変化を補正することができる。また、光を照射される被検体２における測定対象以外としての標準試料１２３の成分の影響を補正することもできる。さらに、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、音波検出部１０８の個体差による音波の測定誤差が伴うことがない。従って、成分濃度測定装置１１は、二つの物質をそれぞれ別々に測定して記録後に補正することと比較して、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１０４】
次に、本実施形態に係る成分濃度測定装置１１の成分濃度測定の動作を図３を参照して説明する。
【０１０５】
成分濃度測定装置１１は、波長調整手順及び位相調整手順として、以下の動作を行なう。
【０１０６】
まず、図３の被検体２に代えて、被測定物としての水を第１の焦点１３１に配置し、標準試料１２３として水を第２の焦点１３３に配置する。そして、駆動回路１０３は、発振器１０１からの変調信号に同期して第１の光源１０４ａを駆動する信号を出力する。また、駆動回路１０６は、１８０°移相回路１０２を介した変調信号に同期して第１の光源１０４ｂを駆動させる信号を出力する。第１の光源１０４ａは、駆動回路１０３からの信号により光を電気的に強度変調して出力し、第１の光源１０４ｂは、駆動回路１０６からの信号により光を電気的に強度変調して出力する。音波検出部１０８は、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂからの光により、第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３に配置された水から発生する音波を検出する。
【０１０７】
このように検出した音波に基づいて、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂは、互いの光の波長を音波が零となるように調整する。また、駆動回路１０３、１０６は、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂに出力する信号の互いの位相を音波が零となるように調整することもできる。また、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂは、互いの光の光強度を音波が零となるように調整することもできる。このように、水から発生する音波の大きさが零となるように２波の光の波長を調整することにより、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂから出射する２波の光の波長を同一にすることができる。また、水から発生する音波の大きさが零となるように駆動回路１０３、１０６の同一周波数の信号の位相を調整することにより、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂから出射する光を変調する電気信号の位相を互いに逆位相とすることができる。さらに、音波の大きさが零となるように２波の光の光強度を調整することにより、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂから出射する２波の光の光強度を略等しくすることができる。そのため、成分濃度測定装置１１は、被検体２の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１０８】
以上のように第１の光源１０４ａ、第１の光源１０４ｂ、駆動回路１０３、１０６の動作状態を調整した後に、成分濃度測定装置１１は、第１音波検出手順として、以下の動作を行なう。
【０１０９】
図３の被検体２を第１の焦点１３１に配置し、標準試料１２３としての水を第２の焦点１３３に配置した場合の実施形態について説明する。
【０１１０】
第１の焦点１３１に被検体２を配置し、第２の焦点１３３に標準試料１２３としての水を配置した後、駆動回路１０３は、発振器１０１からの変調信号に同期して第１の光源１０４ａを駆動する信号を出力する。また、駆動回路１０６は、１８０°移相回路１０２を介した変調信号に同期して第１の光源１０４ｂを駆動させる信号を出力する。ここで、駆動回路１０３から出力される信号と駆動回路１０６から出力される信号とは、互いに反転している。第１の光源１０４ａは、駆動回路１０３からの信号により光を電気的に強度変調して出力し、第１の光源１０４ｂは、駆動回路１０６からの信号により光を電気的に強度変調して出力する。音波検出部１０８は、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂからの光により、第１の焦点１３１に配置された被検体２及び第２の焦点１３３に配置された標準試料１２３としての水から発生する音波を同一の位置で検出する。
【０１１１】
なお、本実施形態においても、音波検出部１０８は、第１の焦点１３１に配置された被検体２及び第２の焦点１３３に配置された標準試料１２３としての水から発生し、容器１２１内の楕円球面１２４、１２５で反射した音波を検出するため、前述の第１実施形態で説明したように、楕円の性質上、第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３で発生した音波を共通焦点１３２に集音させることができるため、音波の検出漏れを減少させて高感度に音波を検出することができ、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。また、音波検出部１０８を共通焦点１３２に配置することとしたため、被検体２及び標準試料１２３から略等距離の位置に配置されることとなる。そのため、被検体２及び標準試料１２３としての水で発生した音波１４１、１４２の伝搬距離に対する減衰が略同一となるため、音波の減衰に伴う成分濃度測定の測定誤差を生じさせることがない。さらに、容器１２１の内部に被検体２の音響インピーダンスと同一の音響整合物質を満たすこととすると、被検体２から発生する音波１４１の伝達効率を向上させることができる。そのため、音波の伝搬距離による減衰を減少させて音波検出部１０８により高感度に音波を検出することができ、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１１２】
成分濃度算出部１１１は、音波検出部１０８で検出され、前置増幅部１０９で増幅され、位相検波増幅部１１０で検波された音波の大きさの時間変化を記録する。本実施形態のように、音波強度の時間変化を記録すれば、音波強度の記録値に基づいて成分濃度測定値の補正を行うことができる。被検体２で発生した音波から水で発生した音波の時間変化を差分した音波として補正することができる。
【０１１３】
ここで、被検体２からの音波ｓ１及び標準試料１２３としての水からの音波ｓ２は、被検体２及び水の物質成分が異なるため、互いに異なった値として発生する。この音波ｓ１及び音波ｓ２は、数式（４）で表せる。
【０１１４】
【数４】
0004444227.tif 000005
【０１１５】
数式（４）は、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂからの光の波長が等しいことから数式（１）においてα１(ｗ)＝α１(ｗ)とし、標準試料１２３を水としたことからα２(ｇ)＝０としたものと等しい。そのため、数式（２）において、α１(ｗ)＝α１(ｗ)とし、α２(ｇ)＝０として、別途第１の光源１０４ｂからの光のみにより発生する音波ｓ２を検出すれば、成分濃度Ｍを測定することができる。
【０１１６】
また他の形態として、図３の標準試料１２３としての水に代えて標準試料１２３としての生体等価物質とし、上記第１音波検出手順を行うこととしてもよい。この場合、第１の光源１０４ｂからの光により標準試料１２３としての生体等価物質から発生する音波ｓ１ｔ
、第１の光源１０４ａからの光により被検体２から発生する音波ｓ１ｈ、数式（５）と表せる。
【０１１７】
【数５】
0004444227.tif 000006
【０１１８】
ここで、数式（５）から数式（５）内のＣを消去すると、数式（６）と表せ、成分濃度Ｍを算出することができる。
【０１１９】
【数６】
0004444227.tif 000007
【０１２０】
なお、本実施形態において、数式（６）におけるα１(ｗ)の変化は１℃で１％にも満たず、また測定部位がレーザによる加温で５度以上変化することはないので、成分濃度の測定精度として問題は生じないと考えられる。
【０１２１】
なお、容器１２１に代えて図６に示す容器１２２を用いると、上記２つの実施形態における標準試料としての水及び生体等価物質をそれぞれ第２の焦点１３５及び第３の焦点１３６に配置し第２の焦点１３５及び第３の焦点１３６に配置した標準試料１５１、１５２に第１の光源１０４ｂからの光を交互に照射することにより、標準試料の配置を換えることなく水及び生体等価物質を基にした補正が可能となる。
【０１２２】
このように、本実施形態に係る成分濃度測定方法では、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂからの光を照射され被検体２及び標準試料１２３としての水の二つの物質で発生する音波の大きさの差を同時に検出することができる。そのため、光を照射される被検体２における水分や生体等価物質の成分の経時変化を補正することができる。光を照射される被検体２における測定対象以外の成分としての水分や生体等価物質の成分の影響を補正することもできる。また、光を照射される被検体２における経時変化を補正することができる。さらに、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、音波検出部１０８の個体差による音波の測定誤差が伴うことがない。従って、本実施形態に係る成分濃度測定方法では、二つの物質をそれぞれ別々に測定して記録後に補正することと比較して、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１２３】
また、標準試料１２３を例えば被検体２から予め採取した血液とし、上記第１音波検出手順を行った後に、第１音波検出手順における標準試料としての血液と同一の標準試料１２３、及び第１音波検出手順における被検体２と同一の被検体２について、上記第１音波検出手順を１度以上行うことが望ましい。同一の被検体２に対して成分濃度測定を繰り返し行うため、同一の被検体２の成分濃度の状態の測定毎の経時変化を把握することができる。
【０１２４】
また、標準試料１２３を例えば被検体２から予め採取した血液とし、上記第１音波検出手順の後に、第１音波検出手順における標準試料１２３としての血液と異なる標準試料、及び第１音波検出手順における被検体２と同一の被検体２について、上記第１音波検出手順を１度以上行うことが望ましい。異なる標準試料１２３に対して成分濃度測定を繰り返し行うため、被検体２の個体差を把握することができる。
【０１２５】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る成分濃度測定装置について説明する。
【０１２６】
図４に本実施の形態の成分濃度測定装置の概略構成図を示す。図４において、第１実施形態と同様の構成部分については構成要素符号を同一とした。また、構成要素符号が同一の２以上の構成要素には、例えば、第１の光源１０４ａ、１０４ｂのように異なる英語符号を付した。
【０１２７】
本実施形態に係る成分濃度測定装置１２は、図２に示す成分濃度測定装置１０における第１の光源１０４からの光にさらに第１の光源１０４からの光の波長と異なる波長の光を合波し、成分濃度測定装置１０における第２の光源１０７からの光にさらに第２の光源１０７からの光の波長と異なる波長の光を合波した形態である。従って、成分濃度測定装置１２は、駆動回路１０３、１０６及び１８０°移相回路１０２により互いに逆位相の信号により電気的に強度変調された第１の光源１０４ａからの光及び第２の光源１０７ａからの光を被検体２に照射し、駆動回路１０３、１０６及び１８０°移相回路１０２により互いに逆位相の信号により電気的に強度変調された第１の光源１０４ｂからの光及び第２の光源１０７ｂからの光を標準試料１２３に照射する。
【０１２８】
また、成分濃度測定装置１２は、第１の光源１０４ａからの光及び第２の光源１０７ａからの光を合波部１０５ａで合波して被検体２に照射する。また、第１の光源１０４ｂからの光及び第２の光源１０７ｂからの光を合波部１０５ｂで合波して標準試料１２３に照射する。合波部１０５ａは、第１の光源１０４ａからの光及び第２の光源１０７ａからの光を例えばハーフミラーにより合波して被検体２に向けて出射する。また、合波部１０５ｂは、第１の光源１０４ｂからの光及び第２の光源１０７ｂからの光を例えばハーフミラーにより合波して標準試料１２３に向けて出射する。
【０１２９】
なお、本実施形態では、発振器１０１、駆動回路１０３、１０６、第１の光源１０４ａ及び第１の光源１０４ｂにより測定光変調手段としての機能を有する。また、発振器１０１、１８０°移相回路１０２、駆動回路１０３、１０６、第２の光源１０７ａ及び第２の光源１０７ｂにより参照光変調手段としての機能を有する。さらに合波部１０５ａ、１０５ｂにより合波光出射手段としての機能を有する。
【０１３０】
ここで、成分濃度測定装置１２は、第１の光源１０４ａ及び第２の光源１０７ａから２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調して合波して水に出射し、第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ｂから２波の光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ電気的に強度変調して合波して水に出射し、それぞれ水から発生する音波の大きさが零となるようにそれぞれの２波の光の波長する波長調整手段（不図示）を備えることが望ましい。波長調整手段が波長を調整することにより、第１の光源１０４ａ及び第２の光源１０７ａから出射する２波の光及び第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ｂから出射する２波の光の波長を水の吸光度特性が一致する所定の２波長にすることができる。これにより、音波検出部１０８に伝搬する音波から予め水の吸光度の影響を除去することができる。そのため、成分濃度測定装置１２は、被検体又は被測定物の測定対象の成分濃度を算出する際に、水の吸光度成分の補正をする必要がなく、正確に測定することができる。
【０１３１】
また、成分濃度測定装置１２は、水から発生する音波の大きさが零となるように２波の光の光強度を調整することとしてもよい。これにより、第１の光源１０４ａ及び第２の光源１０７ａから出射する２波の光及び第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ｂから出射する２波の光の光強度をそれぞれ略等しくすることができる。そのため、被検体２の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１３２】
また、成分濃度測定装置１２は、第１の光源１０４ａ及び第２の光源１０７ａから互いに異なる波長の２波の光を同一周波数の２つの信号によりそれぞれ電気的に強度変調して水に出射し、第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ｂから互いに異なる波長の２波の光を同一周波数の信号によりそれぞれ電気的に強度変調して合波して水に出射し、それぞれ水から発生する音波の大きさが零となるように前記同一周波数の２つの信号の位相を調整することとしてもよい。つまり、本実施形態では、駆動回路１０３、１０６から出力される変調信号の一方を所定時間遅延させて変調信号の互いの位相を調整する。このように２つの信号の位相を調整することにより、第１の光源１０４ａ及び第２の光源１０７ａから出射する２波の光を変調する電気信号の位相及び第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ｂから出射する２波の光を変調する電気信号の位相を互いに逆位相とすることができ、被検体２の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１３３】
成分濃度測定装置１２は、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、第１の光源１０４ａ及び第２の光源１０７ａからの混合光を照射される被検体２と第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ｂからの混合光を照射される標準試料１２３との二つの物質で発生する音波の大きさの差を同時に検出することができる。そのため、後述するように、光を照射される被検体２における標準試料１２３の成分の経時変化を補正することができる。また、光を照射される被検体２における測定対象以外としての標準試料１２３の成分の影響を補正することもできる。さらに、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、音波検出部１０８の個体差による音波の測定誤差が伴うことがない。従って、成分濃度測定装置１２は、二つの物質をそれぞれ別々に測定して記録後に補正することと比較して、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１３４】
次に、本実施形態に係る成分濃度測定装置１２の成分濃度測定の動作を図４を参照して説明する。成分濃度測定装置１２は、波長調整手順及び位相調整手順として、以下の動作を行なう。
【０１３５】
まず、図４の被検体２に代えて、被測定物としての水を第１の焦点１３１に配置し、標準試料１２３として水を第２の焦点１３３に配置する。そして、駆動回路１０３は、発振器１０１からの変調信号に同期して第１の光源１０４ａ及び第２の光源１０７ｂを駆動する信号を出力する。また、駆動回路１０６は、１８０°移相回路１０２を介した変調信号に同期して第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ａを駆動させる信号を出力する。第１の光源１０４ａ、１０４ｂは、駆動回路１０３、１０６からの信号により光を電気的に強度変調して出力し、第２の光源１０７ａ、１０７ｂは、駆動回路１０３、１０６から１８０°移相回路１０２を介した信号により光を電気的に強度変調して出力する。音波検出部１０８は、第１の光源１０４ａ及び第２の光源１０７ａからの混合光及び第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ｂからの混合光により、第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３に配置された水から発生する音波を検出する。
【０１３６】
このように検出した音波に基づいて、第１の光源１０４ａ、１０４ｂ及び第２の光源１０７ａ、１０７ｂでの光の波長を音波が零となるように調整する。また、駆動回路１０３、１０６は、第１の光源１０４ａ、１０４ｂ及び第２の光源１０７ａ、１０７ｂに出力する信号の互いの位相を音波が零となるように調整することもできる。また、第１の光源１０４ａ、１０４ｂ及び第２の光源１０７ａ、１０７ｂは、互いの光の光強度を音波が零となるように調整することもできる。このように、水から発生する音波の大きさが零となるように２波の光の波長を調整することにより、第１の光源１０４ａ、１０４ｂ及び第２の光源１０７ａ、１０７ｂから出射する２波の光の波長を予め互いに水の吸光度特性が一致する所定の２波長にすることができる。また、水から発生する音波の大きさが零となるように駆動回路１０３、１０６からの同一周波数の信号の位相を調整することにより、第１の光源１０４ａ、１０４ｂ及び第２の光源１０７ａ、１０７ｂから出射する光を変調する電気信号の位相を互いに逆位相とすることができる。さらに、音波の大きさが零となるように２波の光の光強度を調整することにより、第１の光源１０４ａ、１０４ｂ及び第２の光源１０７ａ、１０７ｂから出射する２波の光の光強度を略等しくすることができる。そのため、成分濃度測定装置１２は、被検体２の測定対象の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１３７】
以上のように第１の光源１０４ａ、１０４ｂ、第２の光源１０７ａ、１０７ｂ、駆動回路１０３、１０６の動作状態を調整した後に、成分濃度測定装置１２は、第２音波検出手順として、以下の動作を行なう。
【０１３８】
図４の被検体２を第１の焦点１３１に配置し、標準試料１２３としての血液を第２の焦点１３３に配置した場合の実施形態について説明する。
【０１３９】
第１の焦点１３１に被検体２を配置し、第２の焦点１３３に標準試料１２３としての血液を配置した後、駆動回路１０３は、発振器１０１からの変調信号に同期して第１の光源１０４ａ及び第２の光源１０７ｂを駆動する信号を出力する。また、駆動回路１０６は、１８０°移相回路１０２を介した変調信号に同期して第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ａを駆動させる信号を出力する。ここで、駆動回路１０３から出力される信号と駆動回路１０６から出力される信号とは、互いに反転している。第１の光源１０４ａは、駆動回路１０３からの信号により光を電気的に強度変調して出力し、第２の光源１０７ａは、駆動回路１０６から１８０°移相回路１０２を介した信号により光を電気的に強度変調して出力する。また、第２の光源１０７ｂは、駆動回路１０３からの信号により光を電気的に強度変調して出力し、第１の光源１０４ｂは、駆動回路１０６から１８０°移相回路１０２を介した信号により光を電気的に強度変調して出力する。音波検出部１０８は、第１の光源１０４ａ及び第２の光源１０７ａからの混合光及び第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ｂからの混合光により、第１の焦点１３１に配置された被検体２及び第２の焦点１３３に配置された標準試料１２３としての血液から発生する音波を同一の位置で検出する。
【０１４０】
なお、本実施形態においても、音波検出部１０８は、第１の焦点１３１に配置された被検体２及び第２の焦点１３３に配置された標準試料１２３としての血液から発生し、容器１２１内の楕円球面１２４、１２５で反射した音波を検出するため、前述の第１実施形態で説明したように、楕円の性質上、第１の焦点１３１及び第２の焦点１３３で発生した音波を共通焦点１３２に集音させることができるため、音波の検出漏れを減少させて高感度に音波を検出することができ、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。また、音波検出部１０８を共通焦点１３２に配置することとしたため、被検体２及び標準試料１２３から略等距離の位置に配置されることとなる。そのため、被検体２及び標準試料１２３としての血液で発生した音波１４１、１４２の伝搬距離に対する減衰が略同一となるため、音波の減衰に伴う成分濃度測定の測定誤差を生じさせることがない。さらに、容器１２１の内部に被検体２の音響インピーダンスと同一の音響整合物質を満たすこととすると、被検体２から発生する音波１４１の伝達効率を向上させることができる。そのため、音波の伝搬距離による減衰を減少させて音波検出部１０８により高感度に音波を検出することができ、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１４１】
成分濃度算出部１１１は、音波検出部１０８で検出され、前置増幅部１０９で増幅され、位相検波増幅部１１０で検波された音波の大きさの時間変化を記録する。本実施形態のように、音波強度の時間変化を記録すれば、音波強度の記録値に基づいて成分濃度測定値の補正を行うことができる。つまり、被検体２で発生した音波から血液で発生した音波の時間変化分を補正することができる。
【０１４２】
ここで、第１の光源１０４ａからの光に対する被検体２の吸収係数がα１(ｗ)＋Ｍ´α１(ｂ)（ここで、Ｍ´は測定成分以外の成分の未知濃度とその吸光度α１(ｂ)）、第１の光源１０４ｂからの光に対する標準試料１２３としての血液の吸収係数がα１(ｗ)＋Ｍ´α１(ｂ)であり、第２の光源１０７ａからの光に対する被検体２の吸収係数がα１(ｗ)＋Ｍα２(ｇ)＋Ｍ´α２(ｂ)、第２の光源１０７ｂからの光に対する標準試料１２３としての血液の吸収係数がα１(ｗ)＋Ｍｎα２(ｇ)＋Ｍ´α２(ｂ)（Ｍｎは既知濃度）となる２つの波長λ１及びλ２を選択すれば、λ１に対する音波ｓ１１と音波ｓ２１、λ２に対する音波ｓ１２と音波ｓ２２はそれぞれ、数式（７）と表せる。
【０１４３】
【数７】
0004444227.tif 000008
【０１４４】
そのため、被検体２に対しての波長同士の音波の差（ｓ１２−ｓ１１）と標準試料１２３としての血液に対しての波長同士の音波の差（ｓ２２−ｓ２１）を、逆位相に変調してさらに差分することで、α１(ｗ)＝α２（ｗ）という波長条件の下、Ｍ´、α１(ｂ)、α２(ｂ)、α１(ｗ)、α２（ｗ）を消去することができ、数式（８）と表せる。
【０１４５】
【数８】
0004444227.tif 000009
【０１４６】
そのため、別途第１の光源１０４ａからの光のみにより被検体２から発生する音波ｓ１１を検出し、数式（８）を割れば、数式（８）内のＣを消去でき、数式（９）と表せる。
【０１４７】
【数９】
0004444227.tif 000010
【０１４８】
ここで、α１(ｗ)と比較して、被測定成分以外の成分であるＭ´α１(ｂ)は、無視でき算定精度には影響しないと考えられる。従って、次の数式（１０）により成分濃度Ｍを算出することができる。ここで、前述の第２実施形態においては、被検体に対しての異波長同士の音波の差（ｓ１２−ｓ１１）から標準試料１２３としての血液に対して予め記録した異波長同士の音波の差（ｓ２２−ｓ２１）を差分することで同様に成分濃度Ｍを算出することができる。
【０１４９】
【数１０】
0004444227.tif 000011
【０１５０】
また他の形態として、図４の標準試料１２３としての血液に代えて標準試料１２３としての生体等価物質とし、上記第２音波検出手順を行うこととしてもよい。この場合、第１の光源１０４ｂからの光により標準試料１２３としての生体等価物質から発生する音波ｓ１ｔ、第２の光源１０７ｂからの光により標準試料１２３としての生体等価物質から発生する音波ｓ２ｔ、第１の光源１０４ａからの光により被検体２から発生する音波ｓ１ｈ及び第２の光源１０７ａからの光により被検体２から発生する音波ｓ２ｈは、数式（１１）とそれぞれ表せる。
【０１５１】
【数１１】
0004444227.tif 000012
【０１５２】
数式（１１）によると、水の吸光度の温度依存性が二つの波長で異なるため、α１(ｗ)(ｔ)を消去できない。この場合に、温度に対して、α１(ｗ)（ｔ）とα２（ｗ）（ｔ）の差は増加し、グルコース濃度の算定精度に問題が生じることとなる。そこで、被検体２に対しての波長同士の音波の差（ｓ１ｈ−ｓ２ｈ）と標準試料１２３としての生体等価物質に対しての波長同士の音波の差（ｓ１ｔ−ｓ２ｔ）を、逆位相に変調してさらに差分することで、α１(ｗ)（ｔ）とα２（ｗ）（ｔ）を消去することができ、数式（１２）と表せる。
【０１５３】
【数１２】
0004444227.tif 000013
【０１５４】
そのため、別途第１の光源１０４ｂからの光のみにより生体等価物質から発生する音波ｓ１ｔを検出し、数式（１２）を割れば、数式（１２）内のＣを消去でき、数式（１３）と表せ成分濃度Ｍを算出することができる。
【０１５５】
【数１３】
0004444227.tif 000014
【０１５６】
なお、数式（１３）においてα１(ｗ)の変化は１℃で１％にも満たず、また測定部位がレーザによる加温で５度以上変化することはないので、成分濃度の測定精度として問題は生じないと考えられる。ここで、前述の第２実施形態においては、被検体に対しての異波長同士の音波の差（ｓ１ｈ−ｓ２ｈ）から被測定物及び標準試料１２３としての生体等価物質に対しての異波長同士の音波の差（ｓ１ｔ−ｓ２ｔ）を差分することで、同様に成分濃度Ｍを算出することができる。
【０１５７】
なお、容器１２１に代えて図６に示す容器１２２を用いると、上記２つの実施形態における標準試料１２３としての血液及び生体等価物質をそれぞれ第２の焦点１３５及び第３の焦点１３６に配置して第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ｂからの混合光を交互に標準試料１５１、１５２に照射することにより、標準試料の配置を換えることなく血液及び生体等価物質を基にした補正が可能となる。
【０１５８】
このように、本実施形態に係る成分濃度測定方法では、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、第１の光源１０４ａ及び第２の光源１０７ａからの混合光を照射される被検体２と第１の光源１０４ｂ及び第２の光源１０７ｂからの混合光を照射される標準試料１２３との二つの物質で発生する音波の大きさの差を同時に検出することができる。そのため、光を照射される被検体２における血液や生体等価物質の成分の経時変化を補正することができる。また、光を照射される被検体２における測定対象以外としての血液や生体等価物質の成分の影響を補正することもできる。さらに、音波検出部１０８が同一の位置で音波を検出することから、音波検出部１０８の個体差による音波の測定誤差が伴うことがない。従って、成分濃度測定装置１２は、二つの物質をそれぞれ別々に測定して記録後に補正することと比較して、被検体２の成分濃度を正確に測定することができる。
【０１５９】
また、標準試料１２３を例えば被検体２から予め採取した血液とし、上記第２音波検出手順を行った後に、第２音波検出手順における標準試料１２３としての血液と同一の標準試料１２３、及び第２音波検出手順における被検体２と同一の被検体２について、上記第２音波検出手順を１度以上行うことが望ましい。同一の被検体２に対して成分濃度測定を繰り返し行うため、同一の被検体２の成分濃度の状態の測定毎の経時変化を把握することができる。
【０１６０】
また、標準試料１２３を例えば被検体２から予め採取した血液とし、上記第２音波検出手順の後に、第２音波検出手順における標準試料１２３としての血液と異なる標準試料、及び第２音波検出手順における被検体２と同一の被検体２について、上記第２音波検出手順を１度以上行うことが望ましい。異なる標準試料に対して成分濃度測定を繰り返し行うため、被検体２の個体差を把握することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６１】
本発明の成分濃度測定装置は、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、人間ばかりでなく、動物についても健康管理に利用することができる。また、本発明の成分濃度測定装置は、人間や動物だけではなく、液体中の成分濃度を測定する分野、例えば果実の糖度測定にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【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】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】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５】１実施形態に係る容器の上面の概略図である。
【図６】容器の他の形態を示した上面図である。
【図７】従来の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８】従来の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】
【０１６３】
２：被検体
１０：成分濃度測定装置
１１：成分濃度測定装置
１２：成分濃度測定装置
１０１：発振器
１０２：１８０°移相回路
１０３：駆動回路
１０４：第１の光源
１０４ａ、１０４ｂ：第１の光源
１０５ａ、１０５ｂ：合波部
１０６：駆動回路
１０７：第２の光源
１０７ａ、１０７ｂ：第２の光源
１０８：音波検出部
１０９：前置増幅部
１１０：位相検波増幅部
１１１：成分濃度算出部
１２０：蓋
１２１：容器
１２２：容器
１２３：標準試料
１２４：楕円球面
１２５：楕円球面
１２６：楕円球面
１２７：楕円球面
１２８：楕円球面
１３１：第１の焦点
１３２：共通焦点
１３３：第２の焦点
１３４：共通焦点
１３５：第２の焦点
１３６：第３の焦点
１３７：第１の焦点
１４１：音波
１４２：音波
１４３：音波
１４４：音波
１４５：音波
１４６：音波
１４７：音波
１５１：標準試料
１５２：標準試料
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】
0004444227.tif 000015
【図２】
0004444227.tif 000016
【図３】
0004444227.tif 000017
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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