(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外線の受発光間隔を中心間距離０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定した近赤外光受発光手段を有して、該近赤外光受発光手段を生体表面に接触させて表面近傍組織に波長が１０００ｎｍ〜２５００ｎｍの近赤外光を照射するとともに近赤外光の吸収を測定することで生体中のグルコース濃度を測定する装置において、近赤外光受発光手段における生体の表面近傍組織との接触部分の温度を一定とするとともに上記測定を制御する制御手段を備えており、
上記制御手段は、近赤外光受発光手段を表面近傍組織に接触させた時点もしくは表面近傍組織に接触させて近赤外光の照射を開始してから所定時間が経過した後に、測定を行うものであり、且つ、上記所定時間を目標温度と環境温度及び近赤外光受発光手段を生体の表面近傍組織に接触させた時点での生体温度とから決定するものであることを特徴とする生体中のグルコース濃度の測定装置。
【請求項２】
制御手段は、温度を検知する温度検知手段と、加熱を行う加熱手段と、温度検知手段の出力に応じて加熱手段の動作を制御する温度制御手段とによって生体の表面近傍組織との接触部分の温度を一定とするものであることを特徴とする請求項１記載の生体中のグルコース濃度の測定装置。
【請求項３】
制御手段は温度自己制御型ヒータによって生体の表面近傍組織との接触部分の温度を一定とするものであることを特徴とする請求項１記載の生体中のグルコース濃度の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近赤外領域における光の吸収を利用して生体中のグルコース濃度を非侵襲的に分光分析する生体中のグルコース濃度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体表面近傍組織中のグルコース濃度を近赤外領域における光の吸収を利用して測定するものとして、図５に示すように、ハロゲンランプからなる光源１と、光源１からの光を集束する集光レンズ２と、集光レンズ２を通過した光を皮膚組織に照射し且つ皮膚組織を透過あるいは拡散反射した光を受光するための光ファイバーバンドル３、受光後の光を分光する回折格子を収めた回折格子ユニット４、前記回折格子ユニット４で分光された光を検出するためのＩｎＧａＡｓアレイ型受光素子ユニットからなる受光部５、受光部５で得られた信号をもとにグルコース濃度を演算する演算ユニット６とから構成されたものがある。
【０００３】
上記光ファイバーバンドル３は、被検体に光を照射するための投光用光ファイバーと、皮膚組織を透過あるいは拡散反射した光を受光するための受光用光ファイバーとをそれぞれ複数本束ねたもので、その生体の皮膚表面に接触させることになるプローブ先端面の測定面７は、クラッド径が２００μｍ、コア径が１８０μｍから成る投光用光ファイバーの光の出射端８及び受光用光ファイバーの光の入射端９とが所定の配置（図６に示す例では出射端８が入射端９を中心とした円周上に複数個配されたものを１単位とし、これが複数単位設けられている）で配設され、１単位内における出射端８と入射端９との中心間隔Ｌは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内において一定間隔とされている。
【０００４】
生体の皮膚組織に測定面７を当接させれば、光ファイバーバンドル３内の投光用光ファイバーを通り出射端８から出射した光は被検体内を伝搬するが、この時、皮膚組織から出射された一部の散乱光を入射端９によって受光して光ファイバーバンドル３内の受光用光ファイバーを通じて回折格子ユニット４に送り、回折格子ユニット４で分光された光は受光部５で受光信号として検出して、受光信号の増幅及びＡＤ変換後、マイクロコンピュータからなる演算ユニット６において重回帰分析あるいは主成分回帰分析を行うことでグルコース濃度を算出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水溶液や含水率の高い試料の近赤外分光分析を行う場合、それらのスペクトルは水のスペクトル同様、温度変化にともなうスペクトルのシフトなどの変動が大きく、定量分析において温度の影響が無視できないことが知られている。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、グルコース濃度の測定に際しても対象とする組織の温度を一定とすることで、より高い測定精度を得ることができるようにしたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明においては、近赤外線の受発光間隔を中心間距離０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定した近赤外光受発光手段を有して、該近赤外光受発光手段を生体表面に接触させて表面近傍組織に波長が１０００ｎｍ〜２５００ｎｍの近赤外光を照射するとともに近赤外光の吸収を測定することで生体中のグルコース濃度を測定する装置において、近赤外光受発光手段における生体の表面近傍組織との接触部分の温度を一定とするとともに上記測定を制御する制御手段を備えており、上記制御手段は、近赤外光受発光手段を表面近傍組織に接触させた時点もしくは表面近傍組織に接触させて近赤外光の照射を開始してから所定時間が経過した後に、測定を行うものであり、且つ、上記所定時間を目標温度と環境温度及び近赤外光受発光手段を生体の表面近傍組織に接触させた時点での生体温度とから決定するものであることに特徴を有している。
【０００８】
上記制御手段としては、温度を検知する温度検知手段と、加熱を行う加熱手段と、温度検知手段の出力に応じて加熱手段の動作を制御する温度制御手段とによって生体の表面近傍組織との接触部分の温度を一定とするものを用いることができる。
【００１０】
制御手段は温度自己制御型ヒータによって生体の表面近傍組織との接触部分の温度を一定とするものであってもよい。
【００１１】
受発光手段は光ファイバーのような非電気的なもので構成することが好ましい。電気的な加熱手段や制御手段が直近に配置されても、近赤外光の吸収信号に電気ノイズが混入することがまず無いためである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態の一例に基づいて説明すると、本発明に係る生体中のグルコース濃度の測定装置は、近赤外光を用いて人間の皮膚組織内、特に真皮組織中のグルコース濃度を分光分析により定量するもので、基本的構成は上記従来例と同じく、図５に示すように、光源１と、光源１からの光を集束する集光レンズ２と、集光レンズ２を通過した光を皮膚組織に照射し且つ皮膚組織を透過あるいは拡散反射した光を受光するための光ファイバーバンドル３、受光後の光を分光する回折格子を収めた回折格子ユニット４、前記回折格子ユニット４で分光された光を検出するためのＩｎＧａＡｓアレイ型受光素子ユニットからなる受光部５、受光部５で得られた信号をもとにグルコース濃度を演算する演算ユニット６とからなるもので、被検体に光を照射するための投光用光ファイバーと、皮膚組織を透過あるいは拡散反射した光を受光するための受光用光ファイバーとをそれぞれ複数本束ねた光ファイバーバンドル３は、その生体の皮膚表面に接触させることになるプローブ先端面の測定面７に、図１に示すように、クラッド径が２００μｍ、コア径が１８０μｍから成る投光用光ファイバーの光の出射端８及び受光用光ファイバーの光の入射端９とを出射端８が入射端９を中心とした円周上に複数個配したものを１単位設けている（複数単位設けてもよいのはもちろんである）。１単位内における出射端８と入射端９との中心間隔Ｌは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内において一定間隔としてある。
【００１３】
ここで、出射端８の数を入射端９の数よりも多くしているのは、その逆の場合よりも分光分析に必要な受光量を容易に確保することができるからであり、また被検体内を伝搬する光の経路の数を増やすことになるので、光の照射位置の変化など測定値を変動させる要因の影響を低減させることができるからである。
【００１４】
なお、出射端８を入射端９を中心とした円周上に複数個配しているが、１単位内における出射端８と入射端９との中心間隔Ｌが上記間隔に設定されているのであれば、出射端８及び入射端９ともにこの個数（光ファイバーの本数）に限るものでは無く、また、分光手段としてビームスプリッタや干渉フィルタを用いても良く、皮膚組織に照射する前の光を分光する装置構成であっても良い。また、光源としては、グルコース濃度を算出するに必要な特定波長域を出力するＬＥＤ等の発光素子を用いてもよい。
【００１５】
そして、本例においては光ファイバーバンドル３のプローブ先端の測定面７に面状のヒータ１０と表面温度検知手段１１とを付設するとともに、図２に示すように、面状ヒータ１０に電源を供給する電圧供給手段１２と、前記温度検知手段１１からの信号に応じて電圧供給手段１２の出力電圧を調整してヒータ１０の発熱量を制御する温度制御手段１３とを設けている。たとえば、温度検知手段１１で検出される温度が４０±０．１℃で一定となるように温度制御を行うのである。もちろん、近赤外線を利用した測定は、測定面７の温度が所定の温度（この場合、４０±０．１℃）になった時点で行う。制御目標温度は上記温度に限るものではなく、たとえば体温にほぼ等しい３７℃近辺であってもよい。
【００１６】
このような温度制御により、生体に接触させた受発光手段の接触面７の温度を一定とすることができるものであり、測定条件の安定化が図れ、従ってグルコース濃度の定量精度を向上させることができる。
【００１７】
このほか、環境温度の検出手段（図示せず）を設けて、該環境温度検出手段を制御手段１３に接続し、測定面７を生体表面に接触させた時点の目標温度と生体表面温度の差及び目標温度と環境温度の差から、測定を開始するまでの遅れ時間を求めて、この遅れ時間の後に測定を始めるようにしてもよい。遅れ時間はたとえば表１に示すようなテーブルを加熱手段の熱量やプローブの熱容量などに応じて予め定めておき、該当値をテーブルから求めて遅れ時間をセットするとよい。各温度あるいは温度差を説明変数とする数式を用いて遅れ時間を算出してもよいのはもちろんである。なお、表１では目標温度を４０℃としている。
【００１８】
【表１】
0004362936.tif 000002
【００１９】
図４に他例を示す。ここでは測定面７に設けたヒータ１０として、ＰＴＣ（正特性サーミスタ）のような温度白己制御型ヒータを用いている。ヒータ１０自身が予め定まったたとえば４０℃の温度を保つことから、表面温度検知手段１１や温度制御手段１３がなくとも、測定条件の安定化を図ることができる。
【００２０】
このほか、光ファイバーバンドル３の熱容量が十分小さく、このためにプローブの測定面７を生体に接触させれば次第に生体温度（目標温度）に近づく。従って、測定面７に温度検知手段１１のみを設けて、測定面７の加熱は体温で行うものとするとともに、近赤外光を利用したグルコース濃度の測定の開始タイミングを、プローブの測定面７を生体表面に接触させた時点ではなく、目標温度（たとえば３７℃）に達した時点（もしくは目標温度に達した時点から所定時間が経過した時点）とするようにしてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、近赤外光受発光手段における生体の表面近傍組織との接触部分の温度を一定とする制御手段を備えているために、温度変化に伴うスペクトルシフトなどの影響を避けてグルコース濃度の測定を行うことができるものであり、このためにグルコース濃度の定量精度を向上させることができる。
【００２２】
上記制御手段としては、温度を検知する温度検知手段と、加熱を行う加熱手段と、温度検知手段の出力に応じて加熱手段の動作を制御する温度制御手段とからなるものを用いることで、接触部分の温度を確実に一定に保つことができる。
【００２３】
また、制御手段として温度自己制御型ヒータを用いる場合には、より簡便な構成で接触部分の温度を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例における生体への接触部分を示すもので、（a)は水平断面図、(b)は縦断面図である。
【図２】同上の概略回路図である。
【図３】温度変化と測定開始タイミングを示すタイムチャートである。
【図４】他例の縦断面図である。
【図５】従来例のブロック図である。
【図６】同上の生体への接触部分の水平断面図である。
【符号の説明】
７  測定面
８  出射端
９  入射端
１０  ヒータ
１１  表面温度検知手段
【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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