(57)【要約】【課題】血液中の対象物質の成分の濃度を、煩雑な操作をすることなく、選択的かつ高精度に測定できるようにする。【解決手段】第１の波長における水の吸収係数をα1、第２の波長における水の吸収係数をα2、第１の波長における対象物質の吸収係数をαs1、第２の波長における対象物質の吸収係数をαs2とし、対象物質の濃度変化係数Ｑsを「Ｑs＝［｛Ｍｉｎ（α1，α2）｝／｛Ｍａｘ（α1，α2）｝］×（δαs2／α2−δαs1／α1）」により、第１の波長および第２の波長を各々変化させて求めることで得られる第１の波長および第２の波長の各々の変化に対する濃度変化係数Ｑsの変化の中で、対象物質の各成分について各成分自身の依存性がゼロであり、かつ２波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1／α2が１になる第１の波長および第２の波長の組を選択する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長における水の吸収係数をα1、第２の波長における水の吸収係数をα2、第１の波長における対象物質の吸収係数をαs1、第２の波長における対象物質の吸収係数をαs2とし、対象物質の濃度変化係数Ｑsとし、Ｑs＝［｛Ｍｉｎ（α1，α2）｝／｛Ｍａｘ（α1，α2）｝］×（δαs2／α2−δαs1／α1）の式により、第１の波長および第２の波長を各々変化させて求めることで得られる第１の波長および第２の波長の各々の変化に対する濃度変化係数Ｑsの変化の中で、前記対象物質の各成分について各成分自身の依存性がゼロであり、かつ２波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1／α2が１になる第１の波長および第２の波長からなる少なくともＭ個（Ｍは２以上の整数）の組の光を選択する波長選択ステップと、
（Ｍ−１）個の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・と温度ＴとからなるＭ個の未知パラメータを有する被測定物に対して、選択されたいずれかの組のいずれかの波長の１つの光を照射して周波数シフト（ＦＳ）法により測定結果を得る第１の測定ステップと、
選択されたＭ個の組の各々の波長の２つの光を照射して光パワーバランスシフト（ＯＰＢＳ）法により測定結果を得る第２の測定ステップと、
前記第１の測定ステップの測定結果と前記第２の測定ステップの測定結果とから前記被測定物中の測定対象の成分の濃度を決定する濃度導出ステップとを備え、
前記濃度導出ステップは、
前記第１の測定ステップの測定結果をＦＳ（λ１）、前記第２の測定ステップの測定結果をＯＰＢＳ（λ１，λ２），ＯＰＢＳ（λ１，λ３），ＯＰＢＳ（λ１，λ４），・・・，ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）としたとき（λ１，λ２，λ３，λ４，・・・，λｎ−１，λｎは、選択されたＭ個の組の各々の光の波長）、
前記第１の測定ステップの測定結果を表現する式
ＦＳ（λ１）＝ＫａＣａ＋ＫｂＣｂ＋ＫｃＣｃ＋・・・＋ＫｔＴと、
前記第２の測定ステップの測定結果を表現する式
ＯＰＢＳ（λ１，λ２）＝Ｑａλ1,λ2Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ2Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ2Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ2Ｔ、
ＯＰＢＳ（λ１，λ３）＝Ｑａλ1,λ3Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ3Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ3Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ3Ｔ、
ＯＰＢＳ（λ１，λ４）＝Ｑａλ1,λ4Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ4Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ4Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ4Ｔ、
・・・ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）＝Ｑａλn-1,λnＣａ＋Ｑｂλn-1,λnＣｂ＋Ｑｃλn-1,λnＣｃ＋・・・＋Ｑｔλn-1,λnＴ
とからなる連立方程式（Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，Ｋｔ，Ｑａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λj（ｉ，ｊ＝１〜ｎで、ｉ≠ｊ）は所定の係数）を解くことにより、前記被測定物中の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・を決定することを特徴とする成分濃度測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の成分濃度測定方法において、
前記第１の測定ステップは、
前記被測定物に対して光を照射する第１の光照射ステップと、
前記第１の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第１の光音響信号検出ステップと、
前記第１の光音響信号検出ステップで得られた電気信号のうち振幅が最大となる基準周波数の信号を測定信号として、この測定信号の位相を測定する第１の位相測定ステップと、
任意の時間経過後に前記被測定物に対して光を照射する第２の光照射ステップと、
前記第２の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第２の光音響信号検出ステップと、
前記第２の光音響信号検出ステップで得られた電気信号のうち前記基準周波数の信号を測定信号として、前記測定信号の位相を測定する第２の位相測定ステップと、
前記第２の位相測定ステップで測定する位相が前記第１の位相測定ステップで測定した位相と等しくなる測定信号の周波数を探索する周波数探索ステップと、
前記周波数探索ステップで探索した周波数と前記基準周波数との変化量を、前記第１の測定ステップの測定結果として求める周波数変化導出ステップとを含むことを特徴とする成分濃度測定方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の成分濃度測定方法において、
前記第２の測定ステップは、
前記被測定物に対して強度変調光を照射する第３の光照射ステップと、
この第３の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第３の光音響信号検出ステップと、
この第３の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の振幅が最大となる変調周波数を第１の周波数として測定する第１の周波数測定ステップと、
前記振幅が最大のときの電気信号の位相を参照位相として測定する第３の位相測定ステップと、
互いに異なる波長の２波の光を前記第１の周波数で且つ異なる位相の信号によりそれぞれ強度変調して前記被測定物に照射し、２つの強度変調光のうち少なくとも一方の強度変調光の光パワーを漸次変化させる第４の光照射ステップと、
この第４の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第４の光音響信号検出ステップと、
この第４の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が０となる第１の変曲点を探索する第４の位相測定ステップと、
前記第１の変曲点における２つの強度変調光の光パワーの差を測定する第１の光パワー測定ステップと、
任意の時間経過後に前記被測定物に対して強度変調光を照射する第５の光照射ステップと、
この第５の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第５の光音響信号検出ステップと、
この第５の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が前記参照位相となる変調周波数を第２の周波数として探索する第２の周波数測定ステップと、
互いに異なる波長の２波の光を前記第２の周波数で且つ異なる位相の信号によりそれぞれ強度変調して前記被測定物に照射し、２つの強度変調光のうち少なくとも一方の強度変調光の光パワーを漸次変化させる第６の光照射ステップと、
この第６の光照射ステップによって前記被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第６の光音響信号検出ステップと、
この第６の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が０となる第２の変曲点を探索する第５の位相測定ステップと、
前記第２の変曲点における２つの強度変調光の光パワーの差を測定する第２の光パワー測定ステップと、
この第２の光パワー測定ステップで測定した光パワーの差と前記第１の光パワー測定ステップで測定した光パワーの差との変化量を、前記第２の測定ステップの測定結果として求める光パワー変化導出ステップとを含み、
選択された組毎に、前記第３の光照射ステップと前記第３の光音響信号検出ステップと前記第１の周波数測定ステップと前記第３の位相測定ステップと前記第４の光照射ステップと前記第４の光音響信号検出ステップと前記第４の位相測定ステップと前記第１の光パワー測定ステップと前記第５の光照射ステップと前記第５の光音響信号検出ステップと前記第２の周波数測定ステップと前記第６の光照射ステップと前記第６の光音響信号検出ステップと前記第５の位相測定ステップと前記第２の光パワー測定ステップと前記光パワー変化導出ステップとを実施し、前記２つの光照射手段の組み合わせ毎に前記第２の測定ステップの測定結果を得ることを特徴とする成分濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液中に存在するグルコース，アルブミンなどの成分濃度を光音響法により測定する測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
糖尿病予防のためには、糖尿病患者の血糖値を連続的に監視することが重要となる。血糖値の監視では、血液中に存在するグルコース濃度を正確に測定する必要がある。この測定の方法として、光音響法がある。光音響法による測定によれば、連続的な血液中のグルコース濃度の監視が可能となる。また、光音響法の測定は、糖尿病患者にとって無痛であり、血液サンプルを必要とせず、糖尿病患者に不快感を与えることがない。また、光音響法の測定では、他の光学的な測定方法に比較し、散乱メディアによる効率の悪化がなく、光学と音響学の結合により高感度の特性を得ることができる。
【０００３】
光音響法には、パルス（pulse）法と連続波（continuous-wave、以下ＣＷとする）法の２つの方式がある。これらの光音響法では、音響波の振幅が成分濃度と比例することを利用して、成分濃度を定量している。しかしながら、まず、パルス法には、高感度を得るために高い光パワーを使わなければいけないという欠点がある。これに対し、ＣＷ法は、高い光パワーを必要としないが、反射表面のところの特性が変わると信号強度も変わる、すなわち再現性がないという欠点があった。しかし、高い光パワーは人体にとって安全性の面で問題になる可能性があるので、ＣＷ法を採用することが好ましい。（特許文献１参照、特許文献２参照、特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２５５４２号公報
【特許文献２】特開２００８−１２５５４３号公報
【特許文献３】特開２００８−１４５２６２号公報
【特許文献４】特開２０１２−０２６８５２号公報
【特許文献５】特許第５４１１１８０号公報
【特許文献６】特開２０１３−１０６８７４号公報
【特許文献７】特開２０１４−０５０５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＣＷ法により血液中のグルコース濃度を測定する技術として、発明者らにより、周波数シフト（frequency shift、以下ＦＳとする）法、および光パワーバランスシフト（Optical power balance shift、以下ＯＰＢＳとする）法の２つが開発され、さらに、いくつかの光波長を用いてＯＰＢＳ法による測定を行い、ＦＳ法に組み合わせる方法を提案している。
【０００６】
まず、ＦＳ法について説明する。血液中のグルコースなどの特定成分の濃度変化に応じ、ＣＷ法の測定により得られる測定信号の位相情報は、濃度変化に応じて周波数軸に沿ってシフトする。時間の経過と共に血液中のグルコース濃度が減少した場合には、位相情報は低周波側へとシフトし、グルコース濃度が増加した場合には、位相情報は高周波側へとシフトする。この、位相情報は周波数シフトだけを受ける。ＦＳ法では、上述した位相情報に基づいて測定信号の周波数の変化量を求め、この周波数の変化量から血液中の特定成分の濃度の正確な測定を行う（特許文献４参照）。
【０００７】
また、ＯＰＢＳ法では、光波長が異なり位相差がπの２つの光ビームのパワーを増減させながら、光音響信号の振幅が極小な箇所の位相の変曲点を探し、この結果から血液中に溶解している分子濃度を求める。２つの光ビームのうち一方の光ビームのパワーを変えながら、光音響信号強度が最低となる光パワーを探すことで、光パワーの変化量より血液中のグルコース濃度などの成分濃度を正確な測定する（特許文献５参照）。
【０００８】
ところで、上述したＦＳ法は高感度であるが、まず、周波数シフトのレスポンスは波長や音響モードにかかわらず一定となっている。このため、温度やアルブミン濃度などの他成分の全てのパラメータが、測定の間は一定レベルが維持されていないと、ＦＳ法では、正しいグルコース濃度を測定することができない。しかしながら、上述した他成分のパラメータは、連続したグルコース濃度測定においては短時間の間に変化する。また、ＦＳ法は、グルコース選択性が低い。このように、ＦＳ法では、温度やアルブミンなどのグルコース以外の成分の状態が変化する環境では、グルコース濃度を正確に測定できないという問題がある。
【０００９】
これに対し、発明者らは、ＦＳ法に、混合している他成分に特異な応答が得られるＯＰＢＳ法を組み合わせることを検討した。ただし、光吸収測定を基にしたＯＰＢＳ法の応答は、使用される２つの光ビームの光波長に依存する。このため、発明者らは、鋭意検討の結果、いくつかの光波長を用いてＯＰＢＳ法による測定を行い、ＦＳ法に組み合わせる方法を提案した（特許文献６参照）。
【００１０】
この組み合わせの測定方法では、例えば、目的とするグルコース濃度を知るために、温度およびアルブミンなど他の成分濃度の影響を除去し、グルコースに対する応答のみを効率良く測定するために、測定に用いる複数の波長の組み合わせが重要となる。
【００１１】
しかしながら、測定に用いる波長の選択方法に単純な規則性がないなどの理由から、目的とするグルコース濃度を選択的かつ高精度に測定するために、どの波長を用いればよいかの指針が得られない。このため、上述した組み合わせの測定方法では、例えば、目的とするグルコースの濃度を選択的かつ高精度の測定するために、あらゆる波長の組み合わせを試すことになり、測定が煩雑になるという問題があった。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、血液中の対象物質の成分の濃度を、煩雑な操作をすることなく、選択的かつ高精度に測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る成分濃度測定方法は、第１の波長における水の吸収係数をα1、第２の波長における水の吸収係数をα2、第１の波長における対象物質の吸収係数をαs1、第２の波長における対象物質の吸収係数をαs2とし、対象物質の濃度変化係数Ｑsとし、Ｑs＝［｛Ｍｉｎ（α1，α2）｝／｛Ｍａｘ（α1，α2）｝］×（δαs2／α2−δαs1／α1）の式により、第１の波長および第２の波長を各々変化させて求めることで得られる第１の波長および第２の波長の各々の変化に対する濃度変化係数Ｑsの変化の中で、対象物質の各成分について各成分自身の依存性がゼロであり、かつ２波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1／α2が１になる第１の波長および第２の波長からなる少なくともＭ個（Ｍは２以上の整数）の組の光を選択する波長選択ステップと、（Ｍ−１）個の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・と温度ＴとからなるＭ個の未知パラメータを有する被測定物に対して、選択されたいずれかの組のいずれかの波長の１つの光を照射して周波数シフト（ＦＳ）法により測定結果を得る第１の測定ステップと、選択されたＭ個の組の各々の波長の２つの光を照射して光パワーバランスシフト（ＯＰＢＳ）法により測定結果を得る第２の測定ステップと、第１の測定ステップの測定結果と第２の測定ステップの測定結果とから被測定物中の測定対象の成分の濃度を決定する濃度導出ステップとを備え、濃度導出ステップは、第１の測定ステップの測定結果をＦＳ（λ１）、第２の測定ステップの測定結果をＯＰＢＳ（λ１，λ２），ＯＰＢＳ（λ１，λ３），ＯＰＢＳ（λ１，λ４），・・・，ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）としたとき（λ１，λ２，λ３，λ４，・・・，λｎ−１，λｎは、選択されたＭ個の組の各々の光の波長）、第１の測定ステップの測定結果を表現する式「ＦＳ（λ１）＝ＫａＣａ＋ＫｂＣｂ＋ＫｃＣｃ＋・・・＋ＫｔＴ」と、第２の測定ステップの測定結果を表現する式「ＯＰＢＳ（λ１，λ２）＝Ｑａλ1,λ2Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ2Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ2Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ2Ｔ、ＯＰＢＳ（λ１，λ３）＝Ｑａλ1,λ3Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ3Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ3Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ3Ｔ、ＯＰＢＳ（λ１，λ４）＝Ｑａλ1,λ4Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ4Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ4Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ4Ｔ、・・・ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）＝Ｑａλn-1,λnＣａ＋Ｑｂλn-1,λnＣｂ＋Ｑｃλn-1,λnＣｃ＋・・・＋Ｑｔλn-1,λnＴ」とからなる連立方程式（Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，Ｋｔ，Ｑａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λj（ｉ，ｊ＝１〜ｎで、ｉ≠ｊ）は所定の係数）を解くことにより、被測定物中の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・を決定する。
【００１４】
上記成分濃度測定方法において、第１の測定ステップは、被測定物に対して光を照射する第１の光照射ステップと、第１の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第１の光音響信号検出ステップと、第１の光音響信号検出ステップで得られた電気信号のうち振幅が最大となる基準周波数の信号を測定信号として、この測定信号の位相を測定する第１の位相測定ステップと、任意の時間経過後に被測定物に対して光を照射する第２の光照射ステップと、第２の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第２の光音響信号検出ステップと、第２の光音響信号検出ステップで得られた電気信号のうち基準周波数の信号を測定信号として、測定信号の位相を測定する第２の位相測定ステップと、第２の位相測定ステップで測定する位相が第１の位相測定ステップで測定した位相と等しくなる測定信号の周波数を探索する周波数探索ステップと、周波数探索ステップで探索した周波数と基準周波数との変化量を、第１の測定ステップの測定結果として求める周波数変化導出ステップとを含む。
【００１５】
上記成分濃度測定方法において、第２の測定ステップは、被測定物に対して強度変調光を照射する第３の光照射ステップと、この第３の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第３の光音響信号検出ステップと、この第３の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の振幅が最大となる変調周波数を第１の周波数として測定する第１の周波数測定ステップと、振幅が最大のときの電気信号の位相を参照位相として測定する第３の位相測定ステップと、互いに異なる波長の２波の光を第１の周波数でかつ異なる位相の信号によりそれぞれ強度変調して被測定物に照射し、２つの強度変調光のうち少なくとも一方の強度変調光の光パワーを漸次変化させる第４の光照射ステップと、この第４の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第４の光音響信号検出ステップと、この第４の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が０となる第１の変曲点を探索する第４の位相測定ステップと、第１の変曲点における２つの強度変調光の光パワーの差を測定する第１の光パワー測定ステップと、任意の時間経過後に被測定物に対して強度変調光を照射する第５の光照射ステップと、この第５の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第５の光音響信号検出ステップと、この第５の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が参照位相となる変調周波数を第２の周波数として探索する第２の周波数測定ステップと、互いに異なる波長の２波の光を第２の周波数でかつ異なる位相の信号によりそれぞれ強度変調して被測定物に照射し、２つの強度変調光のうち少なくとも一方の強度変調光の光パワーを漸次変化させる第６の光照射ステップと、この第６の光照射ステップによって被測定物から発生する光音響信号を検出して電気信号を出力する第６の光音響信号検出ステップと、この第６の光音響信号検出ステップで得られた電気信号の位相が０となる第２の変曲点を探索する第５の位相測定ステップと、第２の変曲点における２つの強度変調光の光パワーの差を測定する第２の光パワー測定ステップと、この第２の光パワー測定ステップで測定した光パワーの差と第１の光パワー測定ステップで測定した光パワーの差との変化量を、第２の測定ステップの測定結果として求める光パワー変化導出ステップとを含み、選択された組毎に、第３の光照射ステップと第３の光音響信号検出ステップと第１の周波数測定ステップと第３の位相測定ステップと第４の光照射ステップと第４の光音響信号検出ステップと第４の位相測定ステップと第１の光パワー測定ステップと第５の光照射ステップと第５の光音響信号検出ステップと第２の周波数測定ステップと第６の光照射ステップと第６の光音響信号検出ステップと第５の位相測定ステップと第２の光パワー測定ステップと光パワー変化導出ステップとを実施し、２つの光照射手段の組み合わせ毎に第２の測定ステップの測定結果を得る。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したことにより、本発明によれば、血液中の対象物質の成分の濃度を、煩雑な操作をすることなく、選択的かつ高精度に測定できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における成分濃度測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、測定により得られた各成分の波長に対する相対吸収係数変化率を示す特性図である。
【図３】図３は、図２に示す結果を用い、第１の波長および第２の波長に対するグルコース濃度変化係数の変化をシミュレートした結果を示す特性図である。
【図４】図４は、図２に示す結果を用い、第１の波長および第２の波長に対するアルブミン濃度変化係数の変化をシミュレートした結果を示す特性図である。
【図５】図５は、図２に示す結果を用い、第１の波長および第２の波長に対する温度変化係数の変化をシミュレートした結果を示す特性図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態における成分濃度測定方法を実施する成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。
【図７】図７は、情報処理装置１１２の構成を示す構成図である。
【図８】図８は、同じ水吸収係数の波長の組み合わせと各成分の依存性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における成分濃度測定方法を説明するためのフローチャートである。
【００１９】
まず、ステップＳ１０１で、第１の波長における水の吸収係数をα1、第２の波長における水の吸収係数をα2、第１の波長における対象物質の吸収係数をαs1、第２の波長における対象物質の吸収係数をαs2とし、対象物質の濃度変化係数Ｑsを「Ｑs＝［｛Ｍｉｎ（α1，α2）｝／｛Ｍａｘ（α1，α2）｝］×（δαs2／α2−δαs1／α1）・・・（１）」により（特許文献７参照）、第１の波長および第２の波長を各々変化させて求めることで得られる第１の波長および第２の波長の各々の変化に対する濃度変化係数Ｑsの変化の中で、対象物質の各成分について各成分自身の依存性がゼロであり、かつ２波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1／α2が１になる第１の波長および第２の波長の組を選択する（波長選択ステップ）。なお、αs1およびαs2は、分光器などを用いて予め測定しておく。
【００２０】
次に、ステップＳ１０２で、（Ｍ−１）個の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・と温度ＴとからなるＭ個の未知パラメータを有する被測定物に対して、ステップＳ１０１で選択されたいずれかの組のいずれかの波長の１つの光を照射して周波数シフト（ＦＳ）法により測定する（第１の測定ステップ）。
【００２１】
次に、ステップＳ１０３で、ステップＳ１０１で選択されたＭ個の組の各々の波長の２つの光を照射して光パワーバランスシフト（ＯＰＢＳ）法により測定する（第２の測定ステップ）。
【００２２】
次に、ステップＳ１０４で、ステップＳ１０２の測定による測定結果と、ステップＳ１０３の測定による測定結果とから、被測定物中の測定対象の成分の濃度を決定する（濃度導出ステップ）。
【００２３】
ステップＳ１０４では、まず、ステップＳ１０２による測定結果をＦＳ（λ１）、ステップＳ１０３による測定結果をＯＰＢＳ（λ１，λ２），ＯＰＢＳ（λ１，λ３），ＯＰＢＳ（λ１，λ４），・・・，ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）としたとき（λ１，λ２，λ３，λ４，・・・，λｎ−１，λｎは、選択されたＭ個の組の各々の光の波長）、以下の連立方程式（Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，Ｋｔ，Ｑａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λj（ｉ，ｊ＝１〜ｎで、ｉ≠ｊ）は所定の係数）を解くことにより、被測定物中の成分の濃度Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・を決定する。
【００２４】
・ステップＳ１０２の測定結果を表現する式；
ＦＳ（λ１）＝ＫａＣａ＋ＫｂＣｂ＋ＫｃＣｃ＋・・・＋ＫｔＴ。
【００２５】
・ステップＳ１０３の測定結果を表現する式；
ＯＰＢＳ（λ１，λ２）＝Ｑａλ1,λ2Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ2Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ2Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ2Ｔ、
ＯＰＢＳ（λ１，λ３）＝Ｑａλ1,λ3Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ3Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ3Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ3Ｔ、
ＯＰＢＳ（λ１，λ４）＝Ｑａλ1,λ4Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ4Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ4Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ4Ｔ、
・・・
ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）＝Ｑａλn-1,λnＣａ＋Ｑｂλn-1,λnＣｂ＋Ｑｃλn-1,λnＣｃ＋・・・＋Ｑｔλn-1,λnＴ。
【００２６】
上述した実施の形態の成分濃度測定方法によれば、まず、ＦＳ法による測定と、ＯＰＢＳ法による測定とを実施し、これらの測定結果から被測定物中の測定対象の成分の濃度を決定するので、測定対象の選択性を向上させることができ、異なる複数の物質を含む多成分系の被測定物においてグルコース等の測定対象の成分濃度を高い精度で測定することが可能になる。
【００２７】
また、式（１）を用い、第１の波長および第２の波長を各々変化させて求めることで得られる第１の波長および第２の波長の各々の変化に対する濃度変化係数Ｑsの変化の中で、各成分について各成分自身の依存性αsがない（依存性がゼロの）第１の波長と第２の波長の組み合わせ（λ１，λ２）を選択し、選択した波長の組で、上述した濃度の測定を行うので、血液中の目的（対象物質）の成分の濃度を、煩雑な操作をすることなく、選択的かつ高精度に測定できるようになる。
【００２８】
次に、測定対象の成分をグルコースとし、また、血液中にはグルコースの他にアルブミンも含まれ、グルコース濃度，アルブミン濃度，および血液中の温度が変化する場合を例に説明する。なお、水の吸収係数は、分光器などの測定装置で計測することができる。
【００２９】
まず、グルコース，アルブミンなどの吸収係数の測定結果より、各成分の波長に対する相対吸収係数変化率は、図２に示すようになる。この結果を用い、第１の波長および第２の波長に対するグルコース濃度変化係数の変化を、「Ｑs＝［｛Ｍｉｎ（α1，α2）｝／｛Ｍａｘ（α1，α2）｝］×（δαs2／α2−δαs1／α1）」により計算し、プロットすると、図３に示すように、グルコース濃度変化係数の依存性がない（依存性がゼロ）の等高線グラフが得られる。図３には、グルコース依存性がない（ゼロ）線、および２つの波長における水の吸収係数α1，α2の比率係数β＝α1／α2が１になる線が示されている。
【００３０】
この中で、グルコース成分について依存性がない（依存性がゼロ）の曲線と、かつ２つの波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1／α2が１になる曲線の交点の波長の組み合わせを確認すると、ＰＧ１およびＰＧ２になり、グルコース依存性をゼロにするための第１の波長および第２の波長の組み合わせは、ＰＧ１（１４０２ｎｍ、１８６８ｎｍ）、ＰＧ２（２０５０ｎｍ、２３７６ｎｍ）の２つの交点となる（表１参照）。
【００３１】
【表１】
2016158971.tif 000003
【００３２】
また、同様に第１の波長および第２の波長に対するアルブミン濃度変化係数の変化を、「Ｑs＝［｛Ｍｉｎ（α1，α2）｝／｛Ｍａｘ（α1，α2）｝］×（δαs2／α2−δαs1／α1）」により計算し、プロットする。この結果、図４に示すアルブミン濃度変化係数の依存性がない（依存性がゼロ）の等高線グラフが得られる。図４には、アルブミン依存性がない（ゼロ）線と、２つの波長における水の吸収係数α1，α2の比率係数β＝α1／α2が１になる線が示されている。
【００３３】
この中で、アルブミン成分について依存性がない（依存性がゼロ）曲線と、２つの波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1／α2が１になる曲線の交点の波長の組み合わせを確認すると、ＰＡ１とＰＡ２とＰＡ３になり、グルコース依存性をゼロにするための第１の波長および第２の波長の組み合わせは、ＰＡ１（１４２２ｎｍ、１８７８ｎｍ）、ＰＡ２（１５６６ｎｍ、１８１６ｎｍ）、ＰＡ３（２１５２ｎｍ、２２６０ｎｍ）、３交点になる（表２参照）。
【００３４】
【表２】
2016158971.tif 000004
【００３５】
また、同様に第１の波長および第２の波長に対する温度変化係数の変化を、「Ｑs＝［｛Ｍｉｎ（α1，α2）｝／｛Ｍａｘ（α1，α2）｝］×（δαs2／α2−δαs1／α1）」により計算し、プロットする。この結果、図５に示す温度変化係数の依存性がない（依存性がゼロ）の等高線グラフが得られる。図５には、温度依存性がない（ゼロ）線と、２つの波長における水の吸収係数α1，α2の比率係数β＝α1／α2が１になる線が示されている。
【００３６】
この中で、各成分について各成分自身の依存性がない（依存性がゼロ）曲線と、かつ２波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1/α2が１になる曲線の交点の波長の組み合わせを確認すると、ＰＴ１とＰＴ２とＰＴ３になり、温度依存性をゼロにするための第１の波長および第２の波長の組み合わせは、ＰＴ１（１４２０ｎｍ、１８７７ｎｍ）、ＰＴ２（１４３８ｎｍ、２３３４ｎｍ）、ＰＴ３（１４７０ｎｍ、２０９６ｎｍ）、３点になる（表３参照）。
【００３７】
【表３】
2016158971.tif 000005
【００３８】
次に、上述した実施の形態における成分濃度測定方法において、選択した波長の光を用いたＦＳ法，ＯＰＢＳ法による濃度算出を実施する装置について図６，図７を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態における成分濃度測定方法を実施する成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。図７は、情報処理装置１１２の構成を示す構成図である。
【００３９】
成分濃度測定装置は、所定の波長の光としてレーザ光を照射する光照射手段となるレーザ１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎと、レーザ１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎを駆動するレーザ駆動部１０２と、レーザ１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎから放射されたレーザ光を導く光ファイバ１０３−１，１０３−２，１０３−３，１０３−４，・・・，１０３−ｎと、レーザ１０１−１，１−２，１−３，１−４，・・・，１−ｎから放射されたレーザ光を合波する光カプラ１０４と、光カプラ１０４によって合波されたレーザ光を導く光ファイバ１０５とを備える。
【００４０】
また、被測定物１１３を収容するケースである光音響セル１０６と、レーザ光を透過させるガラス製の光学窓１０７と、光音響効果によって被測定物１１３から発生する光音響信号を検出し、音圧に比例した電気信号に変換する光音響信号検出手段となる音響センサ１０８と、音響センサ１０８から出力された電気信号を増幅する増幅器１０９と、参照信号を発生する関数発生器１１０と、増幅器１０９の出力信号と関数発生器１１０から出力された参照信号とを入力として、増幅器１０９の出力信号から所望の周波数の測定信号を検出するロックインアンプ１１１と、関数発生器１１０およびロックインアンプ１１１を制御すると共に、ロックインアンプ１１１が検出した測定信号を処理して被測定物１１３中の測定対象の成分の濃度を決定するコンピュータからなる情報処理装置１１２とを備える。
【００４１】
レーザ１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎの例としては、例えば分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）等がある。各レーザ１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎから放射される光の波長は、前述した実施の形態で説明したように選択された各波長に対応し、互いに異なる。音響センサ１０８の例としては、マイクロホンがある。
【００４２】
情報処理装置１１２は、図７に示すように、関数発生器１１０を制御する関数発生器制御部２０１と、測定信号の振幅を測定する振幅測定部２０２と、測定信号の位相を測定する位相測定部２０３と、位相のオフセットを調整する位相オフセット調整部２０４と、測定信号の振幅と位相と周波数の情報または測定信号の周波数と位相の情報を記録する情報記録部２０５と、測定信号の周波数シフトを校正する周波数シフト校正部２０６と、測定信号の周波数の変化率を導出する周波数変化率導出部２０７と、測定信号の周波数を測定する周波数測定部２０８と、光パワーを制御する光パワー制御部２０９と、２つの強度変調光の光パワーの差を測定する光パワー測定部２１０と、光パワーの変化量を導出する光パワー変化量導出部２１１と、ＦＳ法による測定結果とＯＰＢＳ法による測定結果とから測定対象の成分濃度を決定する濃度導出部２１２と、情報記憶のための記憶部２１３とを有する。関数発生器制御部２０１は、周波数探索手段を構成している。
【００４３】
以下、成分濃度測定装置の動作について説明する。成分濃度測定装置は、最初にＦＳ法による測定を行い、続いてＯＰＢＳ法による測定を行い、ＦＳ法による測定結果とＯＰＢＳ法による測定結果とから測定対象の成分濃度を決定する。ＦＳ法では１波長で測定を行うので、レーザを１個だけ用いる。ここでは、レーザ１０１−１を用いるものとする。
【００４４】
被測定物１１３は、光音響セル１０６内に導入される。レーザ駆動部１０２から駆動電流が供給されると、レーザ１０１−１はレーザ光を放射する。従来のＣＷ法と同様に、レーザ１０１−１から放射されるレーザ光は連続波である。このレーザ光は、光ファイバ１０３−１によって導かれ光カプラ１０４を通過して、さらに光ファイバ１０５によって導かれ、光学窓１０７を通って光音響セル１０６内の被測定物１１３に照射される（ステップＳ３０１）。
【００４５】
音響センサ１０８は、被測定物１１３から発生する光音響信号を検出し、増幅器１０９は、音響センサ１０８から出力された電気信号を増幅する。ロックインアンプ１１１は、増幅器１０９の出力に含まれる信号のうち、関数発生器１１０から出力される参照信号によって決まる周波数の測定信号を検出する。
【００４６】
情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、ロックインアンプ１１１が検出する測定信号の周波数を漸次変化させる周波数掃引を行う（ステップＳ３０２）。こうして、測定信号の共鳴ピークを探索する。
【００４７】
次に、情報処理装置１１２の位相オフセット調整部２０４は、ロックインアンプ１１１を通じてレーザ駆動部１０２を制御し、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１に供給される駆動電流の位相を変化させ、被測定物１１３に照射するレーザ光の位相を変化させることにより、測定信号の位相Ｐ0を０に設定する（ステップＳ３０３）。
【００４８】
次に、測定信号の振幅のピークを見つけたときに、情報処理装置１１２の振幅測定部２０２は、このピークの周波数（基準周波数ｆ0）における測定信号の振幅Ａ0を測定し（ステップＳ３０４）、位相測定部２０３は、基準周波数ｆ0における測定信号の位相Ｐ0を測定する（ステップＳ３０５）。
【００４９】
情報記録部２０５は、振幅測定部２０２が測定した振幅Ａ0と、位相測定部２０３が測定した位相Ｐ0（Ｐ0＝０）と、ピークの周波数（基準周波数ｆ0）とを記憶部２１３に記憶させる（ステップＳ３０６）。
【００５０】
次に、ステップＳ３０１〜Ｓ３０６の最初の測定から任意の時間経過後の時刻ｔにおける測定について説明する。最初の測定の場合と同様に、被測定物１１３にレーザ光を照射する（ステップＳ３０７）。ここでは、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１に供給する駆動電流の位相をステップＳ３０３の場合と同じにすることにより、被測定物１１３に照射されるレーザ光の位相をステップＳ３０３の場合と同じにしている。
【００５１】
情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、ロックインアンプ１１１に基準周波数ｆ0の測定信号を検出させる。情報処理装置１１２の位相測定部２０３は、基準周波数ｆ0における測定信号の位相Ｐ1を測定する（ステップＳ３０８）。測定信号の位相Ｐ1が位相Ｐ0（Ｐ0＝０）と等しい場合、時刻ｔにおける血液グルコース濃度は、ステップＳ３０１〜Ｓ３０６の最初の測定のときの血液グルコース濃度と同じとなる。
【００５２】
一方、測定信号の位相Ｐ1が位相Ｐ0（Ｐ0＝０）と異なる場合、情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、測定信号の位相Ｐ1がＰ0と等しくなる（ここでは、位相Ｐ1が０になる）測定信号の周波数を探す（ステップＳ３０９）。位相Ｐ1がＰ0と等しくなる周波数をｆ1とする。
【００５３】
周波数ｆ1を見つけたときに、情報処理装置１１２の振幅測定部２０２は、周波数ｆ1における測定信号の振幅Ａ1を測定する（ステップＳ３１０）。次いで、情報記録部２０５は、振幅測定部２０２が測定した振幅Ａ1と、測定信号の位相Ｐ1（Ｐ1＝Ｐ0＝０）と、周波数ｆ1とを記憶部２１３に記憶させる（ステップＳ３１１）。
【００５４】
情報処理装置１１２の周波数変化率導出部２０７は、測定信号の周波数変化率（ｆ1−ｆ0）／ｆ0×１００を算出する（ステップＳ３１２）。レーザ１０１−１から放射される光の波長をλ１とし、測定結果である信号レスポンス（周波数変化率導出部２０７が算出した周波数変化率）をＦＳ（λ１）と表現する。以上で、成分濃度測定装置のＦＳ法による測定時の動作が終了する。
【００５５】
ＦＳ法による測定では、測定信号の振幅を測定しなくてもよい。ただし、血液グルコース濃度に変化が生じていない場合について、振幅Ａ0と振幅Ａ1とを使うことにより、グルコース濃度変化以外の他の影響によって生じる測定信号の周波数シフトを校正することができる。以下、この周波数シフトの校正について説明する。
【００５６】
グルコース濃度変化以外の他の成分が混合している場合において、グルコース濃度変化による測定信号の位相変化を打ち消され、ステップＳ３０８において測定信号の位相Ｐ1を測定したときに位相Ｐ1が位相Ｐ0（Ｐ0＝０）と等しい場合が生じる。この場合は、情報処理装置１１２の振幅測定部２０２は、基準周波数ｆ0における測定信号の振幅Ａ1を測定する。測定信号の振幅Ａ1が振幅Ａ0と異なる場合、測定信号の振幅Ａ1からグルコース以外の他の成分、例えば、アルブミンなどの成分を推定することができる。
【００５７】
グルコース濃度変化以外の他の成分が混合している場合において、測定信号の位相Ｐ1と位相Ｐ0（Ｐ0＝０）とが異なる場合は、情報処理装置１１２の周波数シフト校正部２０６は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、ロックインアンプ１１１が検出する測定信号の周波数を漸次変化させる周波数掃引を行い、基準周波数ｆ0に最も近いピークを探索する。
【００５８】
周波数シフト校正部２０６は、測定信号の振幅のピークを見つけたときに、このピークの周波数を新たな基準周波数ｆ0とする。こうして、基準周波数ｆ0を更新することができ、グルコース濃度変化以外の他の影響によって生じる測定信号の周波数シフトを校正することができる。
【００５９】
血液グルコース濃度が変化してしまうと校正ができなくなるので、定期的（例えば数時間毎）にステップＳ３０１〜Ｓ３０６の処理を実施して、振幅Ａ0と位相Ｐ0と基準周波数ｆ0とを適宜更新すればよい。
【００６０】
ＯＰＢＳ法では、光音響信号の位相が０の点を探すために、光パワーを変化させる。より具体的には、光パワーを変化させるために、レーザ１０１−１，１０１−２の駆動電圧を変化させる。血液グルコース濃度Ｃgは、グルコースに特有な新しい光パワーバランスのシフト値δＰ1と相対的な光吸収係数δα1とδα2から求めることができる（特許文献７参照）。測定したい成分濃度がアルブミン濃度の場合も同様にして求めることができる。なお、光吸収係数α1，α2と光吸収係数変化量δα1，δα2とは、光吸収スペクトル測定から求めることができる。
【００６１】
ＯＰＢＳ法は、非侵襲的に光音響測定に基づく溶液の成分を測るために、効率的な方法である。この測定方法は、２つの光学波長を選ぶことによって１つの特定の合成物に非常に選択的なアプローチを最適化することができる。利用できる多様な光学波長を考慮すれば、異なる溶媒において多くの溶質を検出できることは明らかである。また、対応する光学パワーを調節しパワーバランスを求める方法により、どのような吸収係数（濃度）の違いに対しても測定可能である。
【００６２】
光学波長の選択は吸収係数によって制限されない。さらにまた、位相０の変曲点に基づく測定方法は、速く収束して非常に正確な測定を提供する。光音響信号の位相を測定するため、数ポイントの測定点を記憶しておく必要がある。ノイズを完全に無視するならば、パラボラ（２次多項式）が３ポイントの測定データを必要とするのに対し、２ポイントの測定データから線形斜面を決定することは可能である。この観点から、光音響信号の直線的な特性の方が、位相が０の変曲点を早く求めることができる。
【００６３】
しかしながら、ノイズと必要な測定精度の依存関係に基づき、測定ポイントの数は抜本的に増加させられるべきである。光音響信号の変化が線形的な挙動であれば、２ポイントの測定データから位相０の位置を非常に正確な精度で得ることができ、小さい範囲の中で位置を検索することができる。一方、光音響信号の変化が放物線状の場合には、二分検索アルゴリズム（二分探索）は最高の方法である。ただし、位相が０の位置を求めるのに要する時間は非常に長くなる。実験的な見解からセンサの反応時間に関連して、測定時間の量的増加を推定することは困難である。しかしながら、光音響信号の位相の線形的な挙動を利用すれば、より早く測定することができ、正確な成分濃度値を提供することができる。
【００６４】
次に、ＯＰＢＳ法による測定についてさらに詳細に説明する。初めに時刻ｔ０の初期状態において参照レベルの決定を行うために、レーザ１０１−１のみを動作させる。被測定物１１３は、光音響セル１０６内に導入される。レーザ駆動部１０２から駆動電流が供給されると、レーザ１０１−１はレーザ光を放射する。このとき、レーザ駆動部１０２から矩形波の駆動電流が供給されることにより、レーザ１０１−１は強度変調光を放射する。光の波長は例えば１３８４ｎｍである。この強度変調光は、光ファイバ１０３−１によって導かれ光カプラ１０４を通過して、さらに光ファイバ１０５によって導かれ、光学窓１０７を通って光音響セル１０６内の被測定物１１３に照射される（ステップＳ４０１）。
【００６５】
音響センサ１０８は、被測定物１１３から発生する光音響信号を検出し、増幅器１０９は、音響センサ１０８から出力された電気信号を増幅する。ロックインアンプ１１１は、増幅器１０９の出力に含まれる信号のうち、関数発生器１１０から出力される参照信号によって決まる周波数の測定信号を検出する。
【００６６】
情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１に供給される駆動電流の周波数を変化させ、光変調周波数を漸次変化させると共に、ロックインアンプ１１１が検出する測定信号の周波数（光変調周波数と同一の周波数）を漸次変化させる光変調周波数掃引を行う（ステップＳ４０２）。こうして、音響共振ピークを探索する。
【００６７】
次に、測定信号の最大振幅を見つけたときに、情報処理装置１１２の周波数測定部２０８は、この最大振幅時の測定信号の周波数（参照周波数Ｆ０）を測定し、位相測定部２０３は、最大振幅時の測定信号の位相（参照位相Ｐ０）を測定する（ステップＳ４０３）。情報処理装置１１２の情報記録部２０５は、周波数測定部２０８が測定した参照周波数Ｆ０と位相測定部２０３が測定した参照位相Ｐ０とを記憶部２１３に記憶させる（ステップＳ４０４）。
【００６８】
次に、２つのレーザ１０１−１，１０１−２を動作させて、２つの光を合波して測定を行う。レーザ駆動部１０２から駆動電流が供給されると、レーザ１０１−１，１０１−２はレーザ光を放射する。このとき、レーザ駆動部１０２は、同一周波数で逆位相の矩形波の駆動電流をレーザ１０１−１，１０１−２に供給することにより、レーザ１０１−１，１０１−２から放射される光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ強度変調する。各レーザから放射される光の波長は、選択されたいずれかの組の第１の波長および第２の波長である。また、２つの光のパワーは同一である。レーザ１０１−１，１０１−２から放射された強度変調光は、それぞれ光ファイバ１０３−１，１０３−２によって導かれ、光カプラ１０４によって合波され、さらに光ファイバ１０５によって導かれ、光学窓１０７を通って光音響セル１０６内の被測定物１１３に照射される（ステップＳ４０５）。
【００６９】
続いて、情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１，１０１−２に供給される駆動電流の周波数を変化させ、光変調周波数を参照周波数Ｆ０に設定すると共に、ロックインアンプ１１１が検出する測定信号の周波数を参照周波数Ｆ０に設定する。情報処理装置１１２の光パワー制御部２０９は、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１に供給される駆動電流の大きさを変化させることにより、レーザ１０１−１から放射される光のパワーを漸次変化させる光パワー掃引を行う（ステップＳ４０６）。
【００７０】
情報処理装置１１２の位相測定部２０３は、測定信号の位相の変曲点、すなわち位相が０になる点を探索する（ステップＳ４０７）。位相の変曲点が見つかったときに、情報処理装置１１２の光パワー測定部２１０は、変曲点における２つの光の光パワーの差を測定する（ステップＳ４０８）。光パワー測定部２１０は、レーザ１０１−１に供給される駆動電圧とレーザ１０１−２に供給される駆動電圧との差である参照駆動電圧差ＶOPBS0を光パワーの差として測定する。
【００７１】
なお、ステップＳ４０４の時点における２つの光パワーは同一なので、２つの光のうち一方の光のパワーのみを変化させる場合には、この一方の光についてステップＳ４０４時点の初期の光パワーと変曲点における光パワーとの差（駆動電圧差）を求めるようにしてもよい。また、ステップＳ４０５における光パワー掃引において、２つのレーザ１０１−１，１０１−２から放射される光のパワーを変化させるようにしてもよい。
【００７２】
次に、時刻ｔ０から任意の時間経過後の時刻ｔにおける測定について説明する。初めに、一方のレーザ１０１−１のみを動作させて、１つの光のみによる測定を行う。レーザ１０１−１から放射された強度変調光は、光ファイバ１０３−１によって導かれ光カプラ１０４を通過して、さらに光ファイバ１０５によって導かれ、光学窓１０７を通って光音響セル１０６内の被測定物１１３に照射される（ステップＳ４０９）。
【００７３】
情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１に供給される駆動電流の周波数を変化させ、光変調周波数を参照周波数Ｆ０に設定する。さらに、関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、光変調周波数を参照周波数Ｆ０から変化させる。
【００７４】
情報処理装置１１２の位相測定部２０３は、測定信号の位相が参照位相Ｐ０となる点を探索し、情報処理装置１１２の周波数測定部２０８は、この点における周波数Ｆ１を測定する。こうして、参照位相Ｐ０に対応する周波数Ｆ１を探索する（ステップＳ４１０）。なお、周波数Ｆ１は参照周波数Ｆ０の近傍に位置する。
【００７５】
次に、２つのレーザ１０１−１，１０１−２を動作させて、２つの光を合波して測定を行う。レーザ駆動部１０２は、同一周波数で逆位相の矩形波の駆動電流をレーザ１０１−１，１０１−２に供給することにより、レーザ１０１−１，１０１−２から放射される光を同一周波数で逆位相の信号によりそれぞれ強度変調する。上記と同様に、レーザ１０１−１から放射される光の波長は例えば１３８４ｎｍ、レーザ１０１−２から放射される光の波長は例えば１６１０ｎｍである。また、２つの光のパワーは同一である。レーザ１０１−１，１０１−２から放射された強度変調光は、それぞれ光ファイバ１０３−１，１０３−２によって導かれ、光カプラ１０４によって合波され、さらに光ファイバ１０５によって導かれ、光学窓１０７を通って被測定物１１３に照射される（ステップＳ４１１）。
【００７６】
続いて、情報処理装置１１２の関数発生器制御部２０１は、関数発生器１１０が発生する参照信号の周波数を変化させることにより、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１，１０１−２に供給される駆動電流の周波数を変化させ、光変調周波数を周波数Ｆ１に設定すると共に、ロックインアンプ１１１が検出する測定信号の周波数を周波数Ｆ１に設定する。情報処理装置１１２の光パワー制御部２０９は、レーザ駆動部１０２からレーザ１０１−１に供給される駆動電流の大きさを変化させることにより、レーザ１０１−１から放射される光のパワーを漸次変化させる光パワー掃引を行う（ステップＳ４１２）。
【００７７】
情報処理装置１１２の位相測定部２０３は、測定信号の位相の変曲点、すなわち位相が０になる点を探索する（ステップＳ４１３）。位相の変曲点が見つかったときに、情報処理装置１１２の光パワー測定部２１０は、変曲点における２つの光の光パワーの差を測定する（ステップＳ４１４）。光パワー測定部２１０は、レーザ１０１−１に供給される駆動電圧とレーザ１０１−２に供給される駆動電圧との差である駆動電圧差ＶOPBS1を光パワーの差として測定する。
【００７８】
なお、ステップＳ４１１の時点における２つの光パワーは同一なので、２つの光のうち一方の光のパワーのみを変化させる場合には、この一方の光についてステップＳ４１１時点の初期の光パワーと変曲点における光パワーとの差（駆動電圧差）を求めるようにしてもよい。また、ステップＳ４１２における光パワー掃引において、２つのレーザ１０１−１，１０１−２から放射される光のパワーを変化させるようにしてもよい。
【００７９】
情報処理装置１１２の記憶部２１３には、駆動電圧差ＶOPBS1と参照駆動電圧差ＶOPBS0との差（ＶOPBS1―ＶOPBS0）と、光パワー変化量δＰとの関係を示すキャリブレーションデータが予め記憶されている。このようなキャリブレーションデータは、予め実測することにより求めることができる。情報処理装置１１２の光パワー変化量導出部２１１は、記憶部２１３を参照して駆動電圧差（ＶOPBS1―ＶOPBS0）に対応する光パワー変化量δＰを取得する（ステップＳ４１５）。レーザ１０１−１から放射される光の波長をλ１、レーザ１０１−２から放射される光の波長をλ２とし、測定結果である信号レスポンス（光パワー変化量導出部２１１が求めた光パワー変化量）をＯＰＢＳ（λ１，λ２）と表現する。以上で、レーザ１０１−１，１０１−２を用いた測定が終了する。
【００８０】
次に、ステップＳ４０１に戻り、レーザ１０１−１，１０１−２とは別のレーザ１０１−１，１０１−３を用いてステップＳ４０１〜Ｓ４１５の測定を行う。こうして、レーザ１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎの中から、選択された組の第１波長および第２波長に対応する２つのレーザの全ての組み合わせについてステップＳ４０１〜Ｓ４１４の測定を実施する。
【００８１】
例えば、レーザ１０１−３から放射される光の波長をλ３、レーザ１０１−４から放射される光の波長をλ４とすれば、レーザ１０１−１，１０１−３の組み合わせを用いたときの測定結果である信号レスポンス（光パワー変化量導出部２１１が求めた光パワー変化量）はＯＰＢＳ（λ１，λ３）と表現され、レーザ１０１−１，１０１−４の組み合わせを用いたときの測定結果である信号レスポンスはＯＰＢＳ（λ１，λ４）と表現される。
【００８２】
選択し得る２つのレーザダイオードの全ての組み合わせについてステップＳ４０１〜Ｓ４１４の測定が終了した時点で（ステップＳ４１６においてＹＥＳ）、成分濃度測定装置のＯＰＢＳ法による測定時の動作が終了する。
【００８３】
なお、ＯＰＢＳ法では、２つの光を同一周波数でかつ逆位相の信号により強度変調しているが、位相差が１８０°以外の信号で光を強度変調してもよい。
【００８４】
次に、情報処理装置１１２の濃度導出部２１２は、ＦＳ法による測定結果とＯＰＢＳ法による測定結果とから測定対象の成分濃度を決定する。
【００８５】
人体組織には多種類の分子がある濃度レベルで存在し、かつ、時間とともに変容している。１つの組成物（ここでは、グルコース）を正確にモニタするには、それゆえ、いくつかの偏在的偏り（それらの変化がグルコース濃度測定に影響を与える組成物やパラメータ）を取り除く必要がある。さらには、ノイズや測定の不確定性などのため、その結果の一貫性や精度を見積もるためには、測定値を得るために必要な測定よりも多くの測定が必要である。
【００８６】
ところで、各成分について各成分自身の依存性がない（依存性がゼロ）の２波長によるＯＰＢＳ法をｎ波長によるＯＰＢＳ法に拡張すると、ｎ（ｎ−１）／２の組み合わせを取り得る。ただし、ｎは、前述した選択された波長の数となる。例えば、３組の第１の波長および第２の波長が選択された場合、単純にはｎは６となる。また、ＯＰＢＳ法による測定を実施する前に、周波数シフトは評価され、補正されなければならない。しかし、この周波数シフトはＦＳ測定を導くことにもなる。この方法は、光波長に依存しないので、どの光波長でも実施可能であり、かつ、一度の実施でよい。ＦＳ法は高感度であるが、グルコース選択性が低い。さらに、周波数シフトのレスポンスは波長や音響モードにかかわらず一定となっている。
【００８７】
結果として、ｎ個の光波長から、（ｎ（ｎ−１）／２＋１）の方程式を得ることができる。ここで、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の未知パラメータ、例えばＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・，Ｔを有するシステムを考える。Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・は被測定物中のある成分の濃度であり、Ｔは被測定物の温度である。濃度Ｃａの例としては、血液中のグルコース濃度がある。濃度Ｃｂの例としてはアルブミン濃度がある。Ｍ個の未知パラメータの中の１つのパラメータに注目したとしても、少なくともＭ個の方程式を得るためにシステム全体を解析しなければならない。しかしながら、ｎ個のレーザダイオードから（ｎ（ｎ−１）／２＋１）の方程式を得ることができるので、ｎは（ｎ（ｎ−１）／２＋１）＞＝Ｍを満たす整数である必要がある。
【００８８】
一度ｎを決定すれば、それぞれの波長の組に対して下記のような方程式を得ることができる。
【００８９】
ＦＳ法による測定結果である信号レスポンスＦＳ（λ１）は、次式のように表現できる。
【００９０】
ＦＳ（λ１）＝ＫａＣａ＋ＫｂＣｂ＋ＫｃＣｃ＋・・・＋ＫｔＴ    ・・・（２）
ここで、Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，Ｋｔは比例係数である。
【００９１】
ＯＰＢＳ法による測定結果である信号レスポンスＯＰＢＳ（λ１，λ２），ＯＰＢＳ（λ１，λ３），ＯＰＢＳ（λ１，λ４），・・・，ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）は、次式のように表現できる。ｎ個のレーザダイオードの中から選択し得る２つのレーザダイオードの全ての組み合わせはｎ（ｎ−１）／２通りであるから、ＯＰＢＳ法により得られる信号レスポンスもｎ（ｎ−１）／２個となる。
【００９２】
ＯＰＢＳ（λ１，λ２）＝Ｑａλ1,λ2Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ2Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ2Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ2Ｔ
ＯＰＢＳ（λ１，λ３）＝Ｑａλ1,λ3Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ3Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ3Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ3Ｔ
ＯＰＢＳ（λ１，λ４）＝Ｑａλ1,λ4Ｃａ＋Ｑｂλ1,λ4Ｃｂ＋Ｑｃλ1,λ4Ｃｃ＋・・・＋Ｑｔλ1,λ4Ｔ
・・・
ＯＰＢＳ（λｎ−１，λｎ）＝Ｑａλn-1,λnＣａ＋Ｑｂλn-1,λnＣｂ＋Ｑｃλn-1,λnＣｃ＋・・・＋Ｑｔλn-1,λnＴ           ・・・（３）
【００９３】
ここで、Ｑａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λj（ｉ，ｊ＝１〜ｎで、ｉ≠ｊ）は比例係数である。式（２）、式（３）を行列で記述すると、以下のようになる。
【００９４】
【数１】
2016158971.tif 000006
【００９５】
式（４）における中央の行列式（係数行列）には、係数Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，Ｋｔと、Ｑａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λjとが含まれている。この係数Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃ，・・・，ＫｔとＱａλi,λj，Ｑｂλi,λj，Ｑｃλi,λj，・・・，Ｑｔλi,λjの値は、想定されるそれぞれの組成物（グルコースやアルブミン、その他の血液成分等）を１つ１つ評価したキャリブレーション測定で予め実験的に得ることができる。従って、式（２）、式（３）の連立方程式を解くことにより、Ｍ個の未知パラメータＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・，Ｔを決定することができる。
【００９６】
係数行列が正方行列であれば、未知パラメータＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・，Ｔについて１つの解が存在する。係数行列の行が列より多ければ、複数の解が存在するので、最も確からしいＣａ，Ｃｂ，Ｃｃ，・・・，Ｔを決定するには、いくつかの計算（数学的なプロセス）が必要になる。解は一義的には決定できないが、複数の解の中でどれが最適解かはチェックすることができる。不安定性と雑音を考慮すると、（ｎ（ｎ−１）／２＋１）＝Ｍである１つめのアプローチより、（ｎ（ｎ−１）／２＋１）＞Ｍである２つめのアプローチが、より安定であることは疑いようがない。
【００９７】
このようにして得られた波長の組み合わせを用い、まず、いずれかの組のいずれかの波長の１つの光を照射してＦＳ法により測定し、次に、得られた組の各々の波長の２つの光を照射してＯＰＢＳ法により測定し、ＦＳ法の測定結果とＯＰＢＳ法の測定結果とから被測定物中の測定対象の成分であるグルコース濃度を決定すればよい。
【００９８】
ところで、多くの波長の組み合わせにより測定するのは可能であるが、多くの測定時間を必要とし、また、測定回数が多くなるなどの難点がある。ここで、２波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1／α2が１で、同じ波長の組み合わせの第１の波長および第２の波長の組を選択するとよい。これは、測定対象のパラメータ変化（例えば、グルコース濃度）以外のパラメータ（例えば、温度，アルブミン濃度）が一定の場合、測定対象のパラメータ変化の検出を高感度化するために効果的な方法である。また、複数のパラメータが同時に変化する場合でも、複数の測定結果を組み合わせることで、測定対象とする濃度変化の検出を高感度化することができる。
【００９９】
ところで、上述により、測定対象の成分をグルコース濃度とすれば、図４のアルブミン依存性のない（依存性がゼロ）波長の組み合わせＰＡ１（１４２２ｎｍ、１８７８ｎｍ）と、図５の温度依存性をゼロにするための波長の組み合わせＰＴ１（１４２０ｎｍ、１８７７ｎｍ）の２つの波長の周波数が近いことがわかる。さらにＰＡ１の温度依存性は小さく、ＰＴ１のアルブミン依存性も小さいためグルコース濃度変化の検出を高感度化することができる。
【０１００】
また、この場合においても、実際の患者生体での測定実験ではノイズならびに安定性などが課題になり、一組の波長の組み合わせのみでは、高精度な測定結果を得るのは難しい。
【０１０１】
さらに、図８に同じ水の吸収係数の波長１４２０ｎｍ、１４７２ｎｍ、１８７７ｎｍ、２０９９ｎｍ、２３１８ｎｍの組み合わせとグルコース、アルブミンならびに温度の各成分の依存性を示す。水の吸収係数αの比率係数β＝α1/α2が１となる１４２０ｎｍと１３００ｎｍから２５００ｎｍの範囲での波長の組み合わせ１４２０ｎｍ、１４７２ｎｍ、１８７７ｎｍ、２０９９ｎｍ、２３１８ｎｍでのグルコース、アルブミン、温度の依存性を考えると、（１４２０ｎｍ、１８７７ｎｍ）の波長測定でのグルコース濃度がわかる。
【０１０２】
次に、波長（１４７２ｎｍ、１８７７ｎｍ）を選択すると、グルコースと温度依存性がありグルコース濃度がわかれば温度が測定できる。次に（１４７２ｎｍ、２０９９ｎｍ）を選択すると、グルコースとアルブミン依存性があり、グルコース濃度がわかればアルブミン濃度が測定できる。
【０１０３】
ほかの波長の組み合わせでの測定は不要であるが、（１４２０ｎｍ、１４７２ｎｍ）（１４２０ｎｍ、２０９９ｎｍ）（１８７７ｎｍ、２０９９ｎｍ）についても高精度測定のための結果確認に使用できる。
【０１０４】
以上に説明したように、本発明では、対象物質の各成分について各成分自身の依存性がゼロであり、かつ２波長の水の吸収係数αの比率係数β＝α1／α2が１になる第１の波長および第２の波長の組を選択するようにしたので、血液中の目的の成分の濃度を、煩雑な操作をすることなく、選択的かつ高精度に測定できるようになる。
【０１０５】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４，・・・，１０１−ｎ…レーザ、１０２…レーザ駆動部、１０３−１，１０３−２，１０３−３，１０３−４，・・・，１０３−ｎ，１０４…光カプラ、１０５…光ファイバ、１０６…光音響セル、１０７…光学窓、１０８…音響センサ、１０９…増幅器、１１０…関数発生器、１１１…ロックインアンプ、１１２…情報処理装置、１１３…被測定物、２０１…関数発生器制御部、２０２…振幅測定部、２０３…位相測定部、２０４…位相オフセット調整部、２０５…情報記録部、２０６…周波数シフト校正部、２０７…周波数変化率導出部、２０８…周波数測定部、２０９…光パワー制御部、２１０…光パワー測定部、２１１…光パワー変化量導出部、２１２…濃度導出部、２１３…記憶部。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図２】
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【図６】
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【図８】
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