(57)【要約】【課題】鼓膜からの赤外光を用いて生体成分の濃度を高精度に測定することができる生体成分濃度測定装置を提供する。【解決手段】鼓膜から放射される赤外光を検出する赤外光検出器、耳孔から前記鼓膜までの外耳道内の気圧を制御する気圧制御部、及び前記気圧制御部により前記外耳道内の気圧が減圧状態または加圧状態に制御されたときに検出される前記赤外光検出器の出力に基づき生体成分の濃度を算出する演算部を備える。【選択図】図２
2009219581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鼓膜から放射される赤外光を検出する赤外光検出器、
耳孔から前記鼓膜までの外耳道内の気圧を制御する気圧制御部、及び
前記気圧制御部により前記外耳道内の気圧が減圧状態または加圧状態に制御されたときに検出される前記赤外光検出器の出力に基づき生体成分の濃度を算出する演算部を備える生体成分濃度測定装置。
【請求項２】
前記気圧制御部が前記外耳道内の気圧を減圧状態に制御し、
前記演算部が、前記気圧制御部により前記外耳道内の気圧が減圧状態に制御されたときに検出される前記赤外光検出器の出力に基づき前記生体成分の濃度を算出する、請求項１記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項３】
前記気圧制御部が前記外耳道内の気圧を第１の圧力状態及び第２の圧力状態に制御し、
前記演算部が、前記気圧制御部により前記外耳道内の気圧が前記第１の圧力状態に制御されたときに検出される前記赤外光検出器の出力と、前記気圧制御部により前記外耳道内の気圧が前記第２の圧力状態に制御されたときに検出される前記赤外光検出器の出力との差に基づき前記生体成分の濃度を算出する、請求項１記載の生体成分濃度測定装置。
【請求項４】
前記鼓膜を照射するための赤外光を出射する赤外光源をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体成分濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耳孔からの赤外光を用いて生体情報を非侵襲的に測定する生体成分濃度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の生体成分濃度測定装置として、耳孔内に測定プローブを挿入し、特に鼓膜からの赤外放射光を用いて生体情報を検出測定する例が開示されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００３】
特許文献１および特許文献２には、鼓膜から自然に発せられる人体組織に特徴的な赤外放射光を赤外光検出器により測定し、生体情報としての血糖値を非侵襲的に求める装置が開示されている。また、特許文献３には、鼓膜から自然に発せられる人体組織に特徴的な赤外放射光を赤外光検出器により測定し、生体情報としての体温を測定する装置が開示されている。
【０００４】
一方、特許文献４および特許文献５には、これらの生体情報を正確に把握するために、耳孔内へ挿入する測定プローブを位置決めする例や、測定プローブの挿入位置や方向を調整可能とする例が開示されている。
【特許文献１】特表２００１−５０３９９９号公報
【特許文献２】特表２００１−５０６１６４号公報
【特許文献３】特開平１１−７６１７４号公報
【特許文献４】特開平６−３１９７０５号公報
【特許文献５】特開２００２−４８６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の生体成分濃度測定装置では、鼓膜からの赤外光だけでなく、外耳道からの赤外光も検出してしまう。外耳道の皮膚は鼓膜の皮膚に比較して厚いため、外耳道の皮膚に対する血液の供給は鼓膜の皮膚よりも深い位置で行われている。したがって、外耳道からの赤外光に含まれる血液に関する情報の量は、鼓膜からの赤外光に比較して少ないため、外耳道からの赤外光はノイズとなる。上記生体成分濃度測定装置では、鼓膜から放射され赤外光検出器により検出される赤外光が少ないため、シグナル／ノイズ比（以下、Ｓ／Ｎ比と略称する。）が小さいという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑み、鼓膜からの赤外光を用いて生体成分の濃度を高精度に測定することができる生体成分濃度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の生体成分濃度測定装置は、鼓膜から放射される赤外光を検出する赤外光検出器、耳孔から前記鼓膜までの外耳道内の気圧を制御する気圧制御部、及び前記気圧制御部により前記外耳道内の気圧が減圧状態または加圧状態に制御されたときに検出される前記赤外光検出器の出力に基づき生体成分の濃度を算出する演算部を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の生体成分濃度測定装置によれば、鼓膜からの赤外光を用いて生体成分の濃度を高精度に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の生体成分濃度測定装置は、外耳道内の気圧を制御する気圧制御部を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の生体成分濃度測定装置は、鼓膜から放射される赤外光を検出する赤外光検出器、耳孔から前記鼓膜までの外耳道内の気圧を制御する気圧制御部、及び前記気圧制御部により前記外耳道内の気圧が減圧状態または加圧状態に制御されたときに検出される前記赤外光検出器の出力に基づき生体成分の濃度を算出する演算部を備える。
【００１１】
本明細書において、鼓膜から放射された赤外光とは、鼓膜から熱放射により放射される赤外光、及び鼓膜に照射された赤外光が鼓膜において反射することにより鼓膜から放射される赤外光を含む。
【００１２】
本発明の生体成分濃度測定装置は、前記気圧制御部が前記外耳道内の気圧を減圧状態に制御し、前記演算部が、前記気圧制御部により前記外耳道内の気圧が減圧状態に制御されたときに検出される前記赤外光検出器の出力に基づき前記生体成分の濃度を算出することが好ましい。
【００１３】
鼓膜は外耳道に対して４０〜５０度傾斜しており、鼓膜の形状は、鼓膜の中央部が鼓室側に窪んだすり鉢状である。気圧制御部が外耳道内の気圧を減圧状態に制御すると、鼓室内の気圧に比べて外耳道内の気圧が低くなるので、鼓膜の中央部が外耳道側に引っ張られることにより、外耳道内の気圧が常圧のときに比べて、鼓膜の中央部の窪みが浅くなり、鼓膜の形状が平面状に近づく。これにより、外耳道内の気圧が常圧のときに比べて、鼓膜から放射された赤外光のうち耳孔に向けて放射される赤外光の割合が増加するので、鼓膜から放射された赤外光の赤外光検出器による検出量が増加する。したがって、気圧制御部により外耳道内の気圧が減圧状態に制御されたときに検出される赤外光検出器の出力に基づき生体成分の濃度を算出することにより、シグナルが増加してＳ／Ｎ比を高くすることができるので、生体成分の濃度を高精度に測定することができる。
【００１４】
本発明の生体成分濃度測定装置は、前記気圧制御部が前記外耳道内の気圧を第１の圧力状態及び第２の圧力状態に制御し、前記演算部が、前記気圧制御部により前記外耳道内の気圧が前記第１の圧力状態に制御されたときに検出される前記赤外光検出器の出力と、前記気圧制御部により前記外耳道内の気圧が前記第２の圧力状態に制御されたときに検出される前記赤外光検出器の出力との差に基づき前記生体成分の濃度を算出してもよい。
【００１５】
上記のように、外耳道内の気圧に依存して、鼓膜の中央部の窪みの深さが変化する。これにより、外耳道に対する鼓膜の角度が変化するので、鼓膜から放射された赤外光のうち耳孔に向けて放射される赤外光の割合が変化する。一方、外耳道内の気圧が変化しても外耳道の形状には影響がないので、外耳道から放射される赤外光のうち耳孔に向けて放射される赤外光の割合は変化しない。そこで、気圧制御部により外耳道内の気圧が第１の圧力状態に制御されたときに検出される赤外光検出器の出力と、外耳道内の気圧が第２の圧力状態に制御されたときに検出される赤外光検出器の出力との差には、外耳道から放射された赤外光に対応する信号は含まれず、鼓膜から放射された赤外光に対応する信号のみが含まれることになる。したがって、気圧制御部により外耳道内の気圧が第１の圧力状態に制御されたときに検出される赤外光検出器の出力と、気圧制御部により外耳道内の気圧が第２の圧力状態に制御されたときに検出される赤外光検出器の出力との差に基づき生体成分の濃度を算出することにより、ノイズとなる外耳道から放射された赤外光の影響を取り除き、Ｓ／Ｎ比を高くすることができるので、生体成分の濃度を高精度に測定することができる。
【００１６】
本発明の生体成分濃度測定装置が、前記鼓膜を照射するための赤外光を出射する赤外光源をさらに備えていてもよい。このようにすると、赤外光検出器は、鼓膜から熱として放射される赤外光に加えて、赤外光源から出射され鼓膜において反射した赤外光を検出する。そのため、赤外光源を用いない場合に比べて、赤外光検出器の出力が増加するので、生体成分の濃度をさらに高精度に測定することができる。
【００１７】
第１の圧力状態及び第２の圧力状態のうちいずれか一方が常圧状態であってもよい。また、第１の圧力状態及び第２の圧力状態のうちいずれか一方が減圧状態であって、他方が加圧状態であってもよい。第１の圧力及び第２の圧力は、大気圧に対し−２００ｄａＰａ〜＋２００ｄａＰａの圧力範囲から選択されることが好ましい。このようにすると、被験者がより快適に生体成分濃度測定装置を使用することができる。
【００１８】
本発明の生体成分濃度測定装置において、赤外光検出器としては、赤外領域の波長の光を検出できるものであればよく、例えば、焦電センサ、サーモパイル、ボロメータ、ＨｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）検出器、ゴーレイセル等を用いることができる。また、赤外光検出器を複数設けてもよい。
【００１９】
気圧制御部としては、大気圧に対して−２００ｄａＰａ〜＋２００ｄａＰａ程度の範囲で気圧を変更できるものであれば良く、例えば、ダイアフラム型ポンプ、シリンジポンプなどを用いることができる。
【００２０】
演算部としては、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のマイクロコンピュータを用いることができる。
【００２１】
赤外光源としては、公知のものを特に限定することなく適用することができる。例えば、シリコンカーバイド光源、セラミック光源、赤外ＬＥＤ、量子カスケードレーザ等を用いることができる。
【００２２】
本発明における測定対象である生体成分の濃度としては、グルコース濃度（血糖値）、ヘモグロビン濃度、コレステロール濃度、中性脂肪濃度、タンパク質濃度等が挙げられる。
【００２３】
生体から放射される赤外光を測定することにより、例えば血糖値などの生体成分濃度の情報を得ることができる。以下では、まずその原理を説明し、その原理に基づいて動作する本発明による生体成分濃度測定装置の機能的な構成を説明する。その後、本発明による生体成分濃度測定装置の実施形態を説明する。
【００２４】
生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーＷは以下の数式で表される。
【００２５】
【数１】
2009219581.tif 000003
【００２６】
【数２】
2009219581.tif 000004
【００２７】
但し、
Ｗ：生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギー、
ε（λ）：波長λにおける生体の放射率、
Ｗ０（λ、Ｔ）：波長λ、温度Ｔにおける熱放射の黒体放射強度密度、
ｈ：プランク定数（ｈ＝６．６２５×１０−３４（Ｗ・Ｓ２））、
ｃ：光速（ｃ＝２．９９８×１０１０（ｃｍ／ｓ））、
λ１、λ２：生体からの熱放射により放射される赤外放射光の波長（μｍ）、
Ｔ：生体の温度（Ｋ）、
Ｓ：検出面積（ｃｍ２）、
ｋ：ボルツマン定数、を表す。
【００２８】
（数１）からわかるように、検出面積Ｓが一定の場合、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーＷは波長λにおける生体の放射率ε（λ）に依存する。放射におけるキルヒホッフの法則から、同じ温度、波長における放射率と吸収率は（数３）に示すように等しくなる。
【００２９】
【数３】
2009219581.tif 000005
【００３０】
但し、
α（λ）：波長λにおける生体の吸収率、を表す。
【００３１】
したがって、放射率を考える際には、吸収率を考えればよいことがわかる。エネルギー保存則から、吸収率、透過率および反射率には、以下の関係が成り立つ。
【００３２】
【数４】
2009219581.tif 000006
【００３３】
【数５】
2009219581.tif 000007
【００３４】
但し、
ｒ（λ）：波長λにおける生体の反射率、
ｔ（λ）：波長λにおける生体の透過率、を表す。
【００３５】
透過率は、入射光量と測定対象物体を透過してきたときの透過光量の比で表される。入射光量と測定対象物体を透過してきたときの透過光量は、ランベルト−ベールの法則で示される。
【００３６】
【数６】
2009219581.tif 000008
【００３７】
但し、
Ｉｔ：透過光量、
Ｉ０：入射光量、
ｄ：生体の厚み、
ｋ（λ）：波長λにおける生体の消衰係数（生体による光の吸収を示す係数）、を表す。
【００３８】
したがって、透過率は以下の数式で表される。
【００３９】
【数７】
2009219581.tif 000009
【００４０】
次に反射率について説明する。反射率は、全方向に対する平均反射率を算出する必要があるが、ここでは、簡単のため、垂直入射に対する反射率で考える。垂直入射に対する反射率は、空気の屈折率を１として（数８）で表され、放射率は以下の数式で表される。
【００４１】
【数８】
2009219581.tif 000010
【００４２】
但し、
ｎ（λ）：波長λにおける生体の屈折率、を表す。
【００４３】
【数９】
2009219581.tif 000011
【００４４】
生体中の成分の濃度が変化すると、生体の屈折率および消衰係数が変化する。反射率は、通常、赤外領域において約０．０３程度と小さく、かつ（数８）からわかるように、屈折率および消衰係数にはあまり依存しない。したがって、生体中の成分の濃度の変化により、屈折率および消衰係数が変化しても反射率の変化は小さい。
【００４５】
一方、透過率は、（数７）からわかるように、消衰係数に大きく依存する。したがって、生体中の成分の濃度の変化により生体の消衰係数、すなわち生体による光の吸収の度合いが変化すると透過率が変化する。
【００４６】
以上のことから、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーは、生体中の成分の濃度に依存することがわかる。したがって、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギー強度から生体中の成分の濃度を求めることができる。
【００４７】
また、（数７）からわかるように、透過率は生体の厚みに依存する。生体の厚みが薄いほど、生体の消衰係数の変化に対する透過率の変化の度合いが大きくなるため、生体中の成分の濃度変化を検出しやすくなる。鼓膜は、厚みが約６０μｍ〜１００μｍと薄いため、赤外放射光を用いた生体中の成分の濃度測定に適している。
【００４８】
また、赤外光源を用い、赤外光源から出射され生体において反射した赤外光を検出する場合、生体において反射した赤外光の強度は、（数８）で示される反射率と生体に照射された赤外光強度との積により表される。上記のように、生体中の成分の濃度の変化による反射率の変化は小さいが、赤外光源が出射放射する赤外光の強度を強くすることにより、生体中の成分の濃度の変化に伴って、鼓膜において反射した赤外光の強度が大きく変化するようになる。したがって、赤外光源から出射され生体において反射した赤外光の放射エネルギー強度から生体中の成分の濃度を求めることができる。
【００４９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置について、図１〜３を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置の外観を示す斜視図、図２は同生体成分濃度測定装置の構成を示すブロック図、図３は同生体成分濃度測定装置に設けられた光学フィルタホイールの構成を示す斜視図である。
【００５０】
生体成分濃度測定装置１００は、本体１１７と、本体１１７の側面に設けられた挿入部１０６とを備えている。本体１１７には、生体成分の濃度の測定結果を表示するための液晶などを用いたディスプレイ１１８、生体成分濃度測定装置１００の電源をＯＮ／ＯＦＦするための電源スイッチ１５２、及び測定を開始するための測定開始スイッチ１５３が設けられている。挿入部１０６には、耳孔内から放射された赤外光を生体成分濃度測定装置１００内に導入し、導光する導光管１０７と、外耳道を挿入部１０６により密閉するための弾性体１１２と、外耳道内に存在する気体を排気したり外耳道内に気体を導入したりするための通気管１１１とが設けられている。
【００５１】
次に、生体成分濃度測定装置１００の本体１１７内部の構成について図２及び３を参照しながら説明する。
【００５２】
図２に示すように、本体１１７は、チョッパー１０８、チョッパー制御器１１５、赤外光検出器１１０、前置増幅器１１３、帯域フィルタ１１４、同期復調器１２１、ローパスフィルタ１２２、アナログ／デジタルコンバータ（以下、Ａ／Ｄコンバータと略称する）１２３、マイクロコンピュータ１２４、メモリ１２５、ディスプレイ１１８、電源１２７、タイマー１２８、ブザー１２９、ポンプ１３１、及び圧力センサ１３２を備えている。ここで、マイクロコンピュータ１２４は本発明における演算部に相当する。
【００５３】
生体成分濃度測定装置１００は、鼓膜２０２から放射され、導光管１０７によって導かれた赤外光を赤外光検出器１１０によって検出する。検出された赤外光に基づいて、マイクロコンピュータ１２４は生体成分の濃度を算出する。
【００５４】
本実施の形態による生体成分濃度測定装置１００は、赤外光を出射する光源を備えていない。したがって、本実施の形態による赤外光検出器１１０は、鼓膜２０２自身からの熱放射により放射された赤外光を検出する。
【００５５】
以下、本体１１７に設けられた構成要素を説明する。
【００５６】
電源１２７は、マイクロコンピュータ１２４にＡＣまたはＤＣ電力を供給する。電源１２７として電池を用いることが好ましい。
【００５７】
ポンプ１３１は、通気管１１１を通して、外耳道内の気体を吸引または外耳道内に気体を供給する機能を有する。ポンプ１３１の動作は、マイクロコンピュータ１２４からの制御信号に基づき制御される。
【００５８】
圧力センサ１３２は、通気管１１１内の圧力が規定値になった場合にマイクロコンピュータ１２４に信号を送る機能を有する。
【００５９】
ポンプ１３１及び圧力センサ１３２は、本発明における気圧制御部に相当する。
【００６０】
チョッパー１０８は、鼓膜２０２から放射され、導光管１１０７により本体１１７内に導かれた赤外光をチョッピングして、赤外光を高周波数の赤外線信号に変換する機能を有する。チョッパー１０８の動作は、マイクロコンピュータ１２４からの制御信号に基づきチョッパー制御器１１５により制御され、チョッパー１０８によりチョッピングされた赤外光は、光学フィルタホイール１０９に到達する。
【００６１】
光学フィルタホイール１０９は、図３に示すように、第１の光学フィルタ１４１および第２の光学フィルタ１４２を有している。半円状である第１の光学フィルタ１４１および第２の光学フィルタ１４２がリング１４３にはめ込まれることにより円盤状の部材が構成されており、その円盤状の部材の中央部にシャフト１４４が設けられている。このシャフト１４４を図３の矢印のように回転させることにより、チョッパー１０８によりチョッピングされた赤外光の通過する光学フィルタを、第１の光学フィルタ１４１と第２の光学フィルタ１４２との間で切り替えることができる。
【００６２】
シャフト１４４の回転は、マイクロコンピュータ１２４からの制御信号により制御される。シャフト１４４の回転を、チョッパー１０８の回転と同期させ、チョッパー１０８が閉じている間にシャフト１４４を１８０度回転させるように制御することが好ましい。このようにすると、次にチョッパー１０８が開いたときに、チョッパー１０８によりチョッピングされた赤外光の通過する光学フィルタを別の光学フィルタに切り替えることができる。光学フィルタホイール１０９は分光素子に相当する。
【００６３】
第１の光学フィルタ１４１または第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光は、検出領域１１６を備える赤外光検出器１１０に到達する。赤外光検出器１１０に到達した赤外光は、検出領域１１６に入射し、入射した赤外光の強度に対応した電気信号に変換される。
【００６４】
ここで、第１の光学フィルタ１４１は、例えば、測定対象である生体成分によって吸収される波長を含む波長帯域（以下、測定用波長帯域と略称する）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する。一方、第２の光学フィルタ１４２は、第１の光学フィルタ１４１とは異なるスペクトル特性を有する。第２の光学フィルタ１４２は、例えば、測定対象である生体成分による吸収がなく、かつ対象成分の測定を妨害するような他の生体成分による吸収のある波長を含む波長帯域（以下、参照用波長帯域と略称する）の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する。ここで、このような他の生体成分としては、測定対象である生体成分以外で、生体中における成分量の多いものを選択すればよい。
【００６５】
例えば、グルコースは、９．６μｍ付近に吸収ピークを有する赤外吸収スペクトルを示す。そこで、測定対象である生体成分がグルコースの場合は、第１の光学フィルタ１４１が、９．６μｍを含む波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有することが好ましい。一方、生体中に多く含まれるタンパク質は８．５μｍ付近の赤外光を吸収し、グルコースは８．５μｍ付近の赤外光は吸収しない。そこで、第２の光学フィルタ１４２が、８．５μｍを含む波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有することが好ましい。
【００６６】
光学フィルタの作製方法は、公知の技術を特に限定することなく利用できる。例えば、真空蒸着法、イオンスパッタ法を用いて光学フィルタを作製できる。光学フィルタは、ＳｉまたはＧｅまたはＺｎＳｅを基板として、真空蒸着法を用いてＺｎＳ、ＭｇＦ２、ＰｂＴｅ、Ｇｅ，ＺｎＳｅ等を基板上に積層することにより作製することができる。ここで、基板上に積層する各層の膜厚、積層する順序、積層回数等を調節して、積層された薄膜内における光の干渉を制御することにより、所望の波長特性を持つ光学フィルタを作製することができる。
【００６７】
赤外光検出器１１０から出力された電気信号は、前置増幅器１１３によって増幅される。増幅された電気信号は、帯域フィルタ１１４によってチョッピング周波数を中心周波数とする周波数帯域以外の信号が取り除かれる。これにより、熱雑音などの統計的揺らぎに起因するノイズを最小化することができる。帯域フィルタ１１４によって濾過された電気信号は、同期復調器１２１によってチョッパー１０８のチョッピング周波数と帯域フィルタ１１４によって濾過された電気信号を同期させて積分することによりＤＣ信号に復調される。
【００６８】
同期復調器１２１によって復調された電気信号は、ローパスフィルタ１２２によって低周波数帯域の信号が取り除かれる。これにより、さらにノイズを取り除くことができる。
【００６９】
ローパスフィルタ１２２によって濾過された電気信号は、Ａ／Ｄコンバータ１２３によってデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ１２４に入力される。ここで、各光学フィルタに対応する赤外光検出器１１０からの電気信号は、シャフト１４４の制御信号をトリガーとして用いることで、どの光学フィルタを透過した赤外光に対応する電気信号であるのかを識別することができる。シャフト１４４の制御信号をマイクロコンピュータ１２４が出力してから、次のシャフト制御信号を出力するまでの間が、同じ光学フィルタに対応する電気信号となる。各光学フィルタに対応する電気信号を、それぞれメモリ１２５上で積算した後平均値を算出することにより、さらにノイズは低減されるため、測定の積算を行うことが好ましい。
【００７０】
メモリ１２５には、外耳道内が規定の減圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内が規定の減圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、生体成分の濃度との相関を示す相関データが格納されている。マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１２５からこの相関データを読み出し、この相関データを参照して、メモリ１２５に蓄積されたデジタル信号から算出された単位時間当たりのデジタル信号を生体成分の濃度に換算する。メモリ１２５は、本発明の記憶部に相当する。マイクロコンピュータ１２４において換算された生体成分の濃度は、ディスプレイ１１８に出力されて表示される。
【００７１】
メモリ１２５に格納されている上記の相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【００７２】
まず、既知の生体成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、外耳道内が規定の減圧状態において、鼓膜２０２から放射される赤外光を測定する。このとき、第１の光学フィルタ１４１が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１４２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号とをそれぞれ検出する。この測定を、異なる生体成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、外耳道内が規定の減圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した第１の赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内が規定の減圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した第２の赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とからなるデータの組を得ることができる。
【００７３】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して相関データを求める。例えば、上記のデータの組について、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行う。これにより、相関データとして、外耳道内が規定の減圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した第１の赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内が規定の減圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した第２の赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度との相関を示す関数を求めることができる。
【００７４】
また、第１の光学フィルタ１４１が測定用波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有し、第２の光学フィルタ１４２が参照用波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する場合には、外耳道内が規定の減圧状態における、第１の光学フィルタ１４１が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と第２の光学フィルタ１４２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号との差を求め、この値とそれに対応する生体成分濃度との相関を示す相関データを求めてもよい。この相関データは、例えば、最小二乗法等の直線回帰分析を行うことにより求めることができる。
【００７５】
次に、本実施の形態における生体成分濃度測定装置１００の動作について説明する。
【００７６】
まず、使用者が生体成分濃度測定装置１００の電源スイッチ１５２を押すと、本体１１７内の電源がＯＮとなり、生体成分濃度測定装置１００は測定準備状態となる。
【００７７】
次に、使用者が本体１１７を持って、導光管１０７の先端が鼓膜２０２の方向を向くように、挿入部１０６を耳孔２００内に挿入する。挿入部１０６は、挿入部１０６の先端部分から本体１１７との接続部分に向かって径が太くなるような円錐形状の中空管であるため、挿入部１０６の外径が耳孔２００の内径と等しくなる位置以上は挿入部１０６が挿入されない構造になっている。また、外耳道１０４の内壁面に対して、挿入部１０６の周囲の一部に設けられたリング状の弾性体１１２が押し付けられることにより、外耳道１０４が密閉される。また、弾性体１１２は、測定時に発生するポンプ１３１の振動や、手の震え等による振動の影響を緩和する効果がある。
【００７８】
次に、挿入部１０６に設けられた弾性体１１２が外耳道１０４の内壁面に押し付けられた状態で、使用者が生体成分濃度測定装置１００の測定開始スイッチ１５３を押すと、マイクロコンピュータ１２４がポンプ１３１の動作を開始させる。このときマイクロコンピュータ１２４は、圧力センサ１３２の出力により、外耳道１０４内の気圧が大気圧に比べて−２００ｄａＰａで維持されるようにポンプ１３１の動作を制御する。
【００７９】
圧力センサ１３２の出力により、外耳道１０４内の気圧が大気圧に比べて−２００ｄａＰａになったことをマイクロコンピュータ１２４が検知すると、マイクロコンピュータ１２４はチョッパー制御器１１５を制御することにより、チョッパー１０８の動作を開始させる。これにより、鼓膜２０２から放射される赤外光の測定が開始される。
【００８０】
マイクロコンピュータ１２４は、タイマー１２８からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、チョッパー１０８を制御して、光学フィルタホイール１０９に到達する赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。
【００８１】
このとき、マイクロコンピュータ１２４はディスプレイ１１８やブザー１２９を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ１１８に表示したり、ブザー１２９を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより使用者は測定が終了したことを確認することができるため、挿入部１０６を耳孔２００の外に取り出す。
【００８２】
マイクロコンピュータ１２４は、前述の方法により、Ａ／Ｄコンバータ１２３から出力された電気信号を、光学フィルタ毎に識別し、それぞれの光学フィルタに対応する電気信号の平均値を算出する。
【００８３】
マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１２５から、外耳道内の気圧が大気圧に比べて−２００ｄａＰａの状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した第１の赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が大気圧に比べて−２００ｄａＰａの状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した第２の赤外光の強度に対応する電気信号と、生体成分の濃度との相関を示す相関データを読み出す。マイクロコンピュータ１２４は、この相関データを参照して、Ａ／Ｄコンバータ１２３から出力された電気信号を生体成分の濃度に換算する。求められた生体成分の濃度は、ディスプレイ１１８に表示される。
【００８４】
鼓膜２０２は外耳道１０４に対して４０〜５０度傾斜しており、鼓膜２０２の形状は、鼓膜２０２の中央部が鼓室側に窪んだすり鉢状である。外耳道内の気圧が減圧状態になると、鼓室内の気圧に比べて外耳道１０４内の気圧が低くなるので、鼓膜２０２の中央部が外耳道１０４側に引っ張られることにより、外耳道１０４内の気圧が常圧のときに比べて、鼓膜２０２の中央部の窪みが浅くなり、鼓膜２０２の形状が平面状に近づく。これにより、外耳道１０４内の気圧が常圧のときに比べて、鼓膜２０２から放射された赤外光のうち耳孔２００に向けて放射される赤外光の割合が増加するので、鼓膜２０２から放射された赤外光の赤外光検出器１１０による検出量が増加する。
【００８５】
本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置１００によれば、外耳道内の気圧が減圧の状態において測定することにより、鼓膜から放射された赤外光がより多く検出されＳ／Ｎ比を高くすることができるので、より精度の高い生体成分濃度の測定が可能となる。
【００８６】
なお、本実施の形態では、導光管１０７とは別に通気管１１１を設けた構成を示しているが、導光管１０７を用いて外耳道内に存在する気体を排気したり外耳道内に気体を導入したりしてもよい。このようにすると、通気管１１１を設ける必要がないため、構成を簡素化することができる。
【００８７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る生体成分濃度測定装置について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る生体成分濃度測定装置の外観成を示す斜視図、図５は同生体成分濃度測定装置の構成を示すロック図である。
【００８８】
図４に示すように、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置３００は、実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置１００と異なり、導光管１０７が通気管の機能も備えている。また、図５に示すように、生体成分濃度測定装置３００の本体１１７内には、実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置１００と異なり、赤外光源３０１及びビームスプリッタ３０２をさらに備えている。その他の構成については実施の形態１と同様であるため、同じ符号を付して説明を省略する。
【００８９】
赤外光源３０１は、鼓膜２０２に赤外光を照射するための赤外光を出射する。赤外光源３０１から出射され、ビームスプリッタ３０２により反射された赤外光は、導光管１０７を通って外耳道１０４内に導かれ、外耳道１０４内を照射する。
【００９０】
外耳道１０４内に到達した赤外光は、鼓膜２０２、外耳道１０４で反射し、生体成分濃度測定装置３００側に反射光として放射される。この赤外光は、導光管１０７により本体１１７内に導かれた後、ビームスプリッタ３０２を透過し、赤外光検出器１１０により検出される。
【００９１】
本実施の形態において、メモリ１２５には、外耳道内の気圧を常圧から規定の減圧状態まで変化させた場合における、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の最大値と、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号が最大値を示すときに検出された、第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、生体成分の濃度との相関を示す相関データが格納されている。
【００９２】
メモリ１２５に格納されている上記の相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【００９３】
まず、既知の生体成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、外耳道内の気圧を常圧から規定の減圧状態まで変化させて、鼓膜２０２から放射される赤外光を測定する。このとき、第１の光学フィルタ１４１が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号の最大値と、第１の光学フィルタ１４１が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号が最大値を示すときに検出された、第２の光学フィルタ１４２が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号とをそれぞれ検出する。この測定を、異なる生体成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の最大値と、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号が最大値を示すときに検出された、第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分の濃度とからなるデータの組を得ることができる。
【００９４】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して相関データを求める。例えば、上記のデータの組について、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行う。これにより、相関データとして、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の最大値と、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号が最大値を示すときに検出された、第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分の濃度との相関を示す関数を求めることができる。
【００９５】
次に、本実施の形態における生体成分濃度測定装置３００の動作について説明する。
【００９６】
まず、使用者が生体成分濃度測定装置３００の電源スイッチ１５２を押すと、本体１１７内の電源がＯＮとなり、生体成分濃度測定装置３００は測定準備状態となる。
【００９７】
次に、使用者が本体１１７を持って、導光管１０７の先端が鼓膜２０２の方向を向くように、挿入部１０６を耳孔２００内に挿入する。このとき、外耳道１０４の内壁面に対して、挿入部１０６の周囲の一部に設けられたリング状の弾性体１１２が押し付けられることにより、外耳道１０４が密閉される。
【００９８】
次に、挿入部１０６に設けられた弾性体１１２が外耳道１０４の内壁面に押し付けられた状態で、使用者が生体成分濃度測定装置３００の測定開始スイッチ１５３を押すと、マイクロコンピュータ１２４がポンプ１３１の動作を開始させる。このときマイクロコンピュータ１２４は、圧力センサ１３２の出力に基づきポンプ１３１の動作を制御して、外耳道１０４内の気圧が大気圧の状態から、大気圧に比べて−２００ｄａＰａの状態まで変化させる。
【００９９】
ポンプ１３１の動作が開始されるのと同時に、マイクロコンピュータ１２４はチョッパー制御器１１５を制御することにより、チョッパー１０８の動作を開始させる。これにより、鼓膜２０２で反射した赤外光の測定が開始される。
【０１００】
マイクロコンピュータ１２４は、外耳道１０４内の気圧が大気圧の状態から、大気圧に比べて−２００ｄａＰａの状態まで変化する間において、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の最大値を検出すると、外耳道１０４内の気圧が、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号が最大値を示すときの状態で維持されるようにポンプ１３１の動作を制御する。
【０１０１】
マイクロコンピュータ１２４は、タイマー１２８からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、チョッパー１０８を制御して、光学フィルタホイール１０９に到達する赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。このとき、マイクロコンピュータ１２４はディスプレイ１１８やブザー１２９を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ１１８に表示したり、ブザー１２９を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより使用者は測定が終了したことを確認することができるため、挿入部１０６を耳孔２００の外に取り出す。
【０１０２】
マイクロコンピュータ１２４は、前述の方法により、Ａ／Ｄコンバータ１２３から出力された電気信号を、光学フィルタ毎に識別し、それぞれの光学フィルタに対応する電気信号の平均値を算出する。
【０１０３】
マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１２５から、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の最大値と、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号が最大値を示すときに検出された、第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、生体成分の濃度との相関を示す相関データを読み出す。マイクロコンピュータ１２４は、この相関データを参照して、Ａ／Ｄコンバータ１２３から出力された電気信号を生体成分の濃度に換算する。求められた生体成分の濃度は、ディスプレイ１１８に表示される。
【０１０４】
本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置３００によれば、耳孔内の気圧を変化させた場合の赤外光検出器の最大出力を用いて測定することにより、鼓膜から放射された赤外光がより多く検出されＳ／Ｎ比を高くすることができるため、実施の形態１に係る生体成分濃度測定装置１００に比べて、より精度の高い生体成分濃度の測定が可能となる。
【０１０５】
本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置３００によれば、赤外光源を用いない場合に比べて、赤外光検出器の出力が増加するので、生体成分の濃度をさらに高精度に測定することができる。
【０１０６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について説明する。
【０１０７】
本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の構成については、実施の形態２と同様であるため説明を省略する。
【０１０８】
本実施の形態において、メモリ１２５には、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が常圧の状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が常圧の状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、及び生体成分の濃度との相関を示す相関データが格納されている。
【０１０９】
メモリ１２５に格納されている上記の相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【０１１０】
まず、既知の生体成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、外耳道内の気圧が常圧の場合と、外耳道内の気圧が規定の減圧状態の場合とにおいて、鼓膜２０２から放射される赤外光を測定する。このとき、外耳道内の気圧が常圧の場合と、外耳道内の気圧が規定の減圧状態の場合とにおいて、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号とをそれぞれ検出する。この測定を、異なる生体成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、外耳道内の気圧が規定の減圧の状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が常圧の状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、外耳道内の気圧が規定の減圧の状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が常圧の状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、及びそれらに対応する生体成分の濃度からなるデータの組を得ることができる。
【０１１１】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して相関データを求める。例えば、上記のデータの組について、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行う。これにより、相関データとして、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が常圧の状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が常圧の状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、及びそれらに対応する生体成分の濃度の相関を示す関数を求めることができる。
【０１１２】
次に、本実施の形態における生体成分濃度測定装置３００の動作について説明する。
【０１１３】
まず、使用者が生体成分濃度測定装置３００の電源スイッチ１５２を押すと、本体１１７内の電源がＯＮとなり、生体成分濃度測定装置３００は測定準備状態となる。
【０１１４】
次に、使用者が本体１１７を持って、導光管１０７の先端が鼓膜２０２の方向を向くように、挿入部１０６を耳孔２００内に挿入する。このとき、外耳道１０４の内壁面に対して、挿入部１０６の周囲の一部に設けられたリング状の弾性体１１２が押し付けられることにより、外耳道１０４が密閉される。
【０１１５】
次に、挿入部１０６に設けられた弾性体１１２が外耳道１０４の内壁面に押し付けられた状態で、使用者が生体成分濃度測定装置３００の測定開始スイッチ１５３を押すと、マイクロコンピュータ１２４はチョッパー制御器１１５を制御することにより、チョッパー１０８の動作を開始させる。これにより、鼓膜２０２で反射した赤外光の測定が開始される。
【０１１６】
マイクロコンピュータ１２４は、タイマー１２８からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、マイクロコンピュータ１２４はポンプ１３１の動作を開始させる。このときマイクロコンピュータ１２４は、圧力センサ１３２の出力に基づき、外耳道１０４内の気圧が大気圧に比べて−２００ｄａＰａの状態で維持されるように、ポンプ１３１の動作を制御する。
【０１１７】
マイクロコンピュータ１２４は、タイマー１２８からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、チョッパー１０８を制御して、光学フィルタホイール１０９に到達する赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。このとき、マイクロコンピュータ１２４はディスプレイ１１８やブザー１２９を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ１１８に表示したり、ブザー１２９を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより使用者は測定が終了したことを確認することができるため、挿入部１０６を耳孔２００の外に取り出す。
【０１１８】
マイクロコンピュータ１２４は、前述の方法により、Ａ／Ｄコンバータ１２３から出力された電気信号を、光学フィルタ毎に識別し、それぞれの光学フィルタに対応する電気信号の平均値を算出する。
【０１１９】
本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置３００は、以上の測定で得られた常圧時と減圧時における赤外光検出器１１０の出力の差を用いて、生体成分濃度を演算する。
【０１２０】
マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１２５から、外耳道内の気圧が大気圧に比べて−２００ｄａＰａの状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した第１の赤外光の強度に対応する電気信号と外耳道内の気圧が常圧の状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した第１の赤外光の強度に対応する電気信号との差、外耳道内の気圧が大気圧に比べて−２００ｄａＰａの状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した第２の赤外光の強度に対応する電気信号と外耳道内の気圧が常圧の状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した第２の赤外光の強度に対応する電気信号との差、及び生体成分の濃度の相関を示す相関データを読み出す。この相関データを参照して、Ａ／Ｄコンバータ１２３から出力された電気信号を生体成分の濃度に換算する。求められた生体成分の濃度は、ディスプレイ１１８に表示される。
【０１２１】
上記のように、外耳道内の気圧に依存して、鼓膜の中央部の窪みの深さが変化する。これにより、外耳道に対する鼓膜の角度が変化するので、鼓膜から放射された赤外光のうち耳孔に向けて放射される赤外光の割合が変化する。一方、外耳道内の気圧が変化しても外耳道の形状には影響がないので、外耳道から放射される赤外光のうち耳孔に向けて放射される赤外光の割合は変化しない。そこで、外耳道内の気圧が第１の圧力状態のときに検出される赤外光検出器の出力と、外耳道内の気圧が第２の圧力状態のときに検出される赤外光検出器の出力との差には、外耳道から放射された赤外光に対応する信号は含まれず、鼓膜から放射された赤外光に対応する信号のみが含まれることになる。したがって、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置３００によれば、外耳道内の気圧が減圧状態のときに検出される赤外光検出器の出力と、外耳道内の気圧が常圧であるときに検出される赤外光検出器の出力との差に基づき生体成分の濃度を算出することにより、ノイズとなる外耳道から放射された赤外光の影響を取り除き、Ｓ／Ｎ比を高くすることができるので、生体成分の濃度を高精度に測定することができる。
【０１２２】
なお、本実施の形態では、赤外光源３０１を備え、赤外光源３０１から出射され鼓膜２０２において反射した赤外光を測定する場合について説明したがこれに限定されない。赤外光源を用いずに、鼓膜から熱として放射される赤外光を測定してもよい。
【０１２３】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について説明する。
【０１２４】
本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置の構成については、実施の形態２と同様であるため説明を省略する。
【０１２５】
本実施の形態において、メモリ１２５には、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が規定の加圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が規定の加圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、及び生体成分の濃度との相関を示す相関データが格納されている。
【０１２６】
メモリ１２５に格納されている上記の相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。
【０１２７】
まず、既知の生体成分濃度（例えば、血糖値）を有する患者について、外耳道内の気圧が規定の加圧状態の場合と、外耳道内の気圧が規定の減圧状態の場合とにおいて、鼓膜２０２から放射される赤外光を測定する。このとき、外耳道内の気圧が規定の加圧状態の場合と、外耳道内の気圧が規定の減圧状態の場合とにおいて、第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号とをそれぞれ検出する。この測定を、異なる生体成分濃度を有する複数の患者について行うことにより、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が規定の加圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が規定の加圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、及びそれらに対応する生体成分の濃度からなるデータの組を得ることができる。
【０１２８】
次に、このようにして取得したデータの組を解析して相関データを求める。例えば、上記のデータの組について、ＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）法などの重回帰分析法やニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行う。これにより、相関データとして、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が規定の加圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が規定の加圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、及びそれらに対応する生体成分の濃度の相関を示す関数を求めることができる。
【０１２９】
次に、本実施の形態における生体成分濃度測定装置３００の動作について説明する。
【０１３０】
まず、使用者が生体成分濃度測定装置３００の電源スイッチ１５２を押すと、本体１１７内の電源がＯＮとなり、生体成分濃度測定装置３００は測定準備状態となる。
【０１３１】
次に、使用者が本体１１７を持って、導光管１０７の先端が鼓膜２０２の方向を向くように、挿入部１０６を耳孔２００内に挿入する。このとき、外耳道１０４の内壁面に対して、挿入部１０６の周囲の一部に設けられたリング状の弾性体１１２が押し付けられることにより、外耳道１０４が密閉される。
【０１３２】
次に、挿入部１０６に設けられた弾性体１１２が外耳道１０４の内壁面に押し付けられた状態で、使用者が生体成分濃度測定装置３００の測定開始スイッチ１５３を押すと、マイクロコンピュータ１２４がポンプ１３１の動作を開始させる。このときマイクロコンピュータ１２４は、圧力センサ１３２の出力に基づき、外耳道１０４内の気圧が大気圧に対して−２００ｄａＰａで維持されるようにポンプ１３１の動作を制御する。
【０１３３】
外耳道内の圧力が大気圧に対して−２００ｄａＰａになると、圧力センサ１３２はマイクロコンピュータ１２４に対して信号を出力する。この信号を検知したマイクロコンピュータ１２４は、チョッパー制御器１１５を制御することにより、チョッパー１０８の動作を開始させる。これにより、鼓膜２０２において反射した赤外光の測定が開始される。
【０１３４】
マイクロコンピュータ１２４は、タイマー１２８からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、チョッパー１０８を制御して、光学フィルタホイール１０９に到達する赤外光を遮断する。
【０１３５】
次に、マイクロコンピュータ１２４は、圧力センサ１３２の出力に基づき、外耳道１０４内の圧力が大気圧に対して＋２００ｄａＰａで維持されるようにポンプ１３１の動作を制御する。
【０１３６】
圧力センサ１３２の出力により、外耳道１０４内の気圧が大気圧に比べて＋２００ｄａＰａになったことをマイクロコンピュータ１２４が検知すると、マイクロコンピュータ１２４はチョッパー制御器１１５を制御することにより、チョッパー１０８の動作を再度開始させる。
【０１３７】
マイクロコンピュータ１２４は、タイマー１２８からの計時信号により、チョッパー１０８の動作が再開してから一定時間経過したと判断すると、チョッパー１０８を制御して、光学フィルタホイール１０９に到達する赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。
【０１３８】
このとき、マイクロコンピュータ１２４はディスプレイ１１８やブザー１２９を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ１１８に表示したり、ブザー１２９を鳴らしたり、スピーカー（図示せず）から音声で出力したりすることにより、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより使用者は測定が終了したことを確認することができるため、挿入部１０６を耳孔２００の外に取り出す。
【０１３９】
マイクロコンピュータ１２４は、前述の方法により、Ａ／Ｄコンバータ１２３から出力された電気信号を、光学フィルタ毎に識別し、それぞれの光学フィルタに対応する電気信号の平均値を算出する。
【０１４０】
本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置３００は、以上の測定で得られた加圧時と減圧時における赤外光検出器１１０の出力の差を用いて、生体成分濃度を演算する。
【０１４１】
マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１２５から、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した第１の赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が規定の加圧状態における第１の光学フィルタ１４１を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、外耳道内の気圧が規定の減圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した第２の赤外光の強度に対応する電気信号と、外耳道内の気圧が規定の加圧状態における第２の光学フィルタ１４２を透過した赤外光の強度に対応する電気信号との差、及び生体成分の濃度との相関を示す相関データを読み出す。この相関データを参照して、Ａ／Ｄコンバータ１２３から出力された電気信号を生体成分の濃度に換算する。求められた生体成分の濃度は、ディスプレイ１１８に表示される。
【０１４２】
本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置３００によれば、外耳道内の気圧が第１の圧力状態のときに検出される赤外光検出器の出力と、外耳道内の気圧が第２の圧力状態のときに検出される赤外光検出器の出力との差に基づき生体成分の濃度を算出することにより、実施の形態３と同じ効果が得られる。
【０１４３】
さらに、本実施の形態に係る生体成分濃度測定装置３００によれば、第１の圧力状態を減圧状態とし第２の圧力状態を加圧状態としているので、実施の形態３と比べて、外耳道内の気圧が第１の圧力状態のときに検出される赤外光検出器の出力と、外耳道内の気圧が第２の圧力状態のときに検出される赤外光検出器の出力との差を大きくすることができる。そのため、Ｓ／Ｎ比をさらに高くすることができるので、生体成分の濃度をさらに高精度に測定することができる。
【０１４４】
なお、本実施の形態では、赤外光源３０１を備え、赤外光源３０１から出射され鼓膜２０２において反射した赤外光を測定する場合について説明したがこれに限定されない。赤外光源を用いずに、鼓膜から熱として放射される赤外光を測定してもよい。
【０１４５】
また、本実施の形態では、外耳道内の圧力を大気圧に対して−２００ｄａＰａに減圧した状態に保った場合と大気圧に対して＋２００ｄａＰａに加圧した状態に保った場合での赤外光検出器の出力を生体成分濃度の算出に利用したがこれに限定されない。これに代えて、外耳道内の圧力を大気圧に対して−２００〜＋２００ｄａＰａの範囲で連続的に変化させたときの赤外光検出器の出力の最大値と最小値との差を用いて生体成分濃度を算出してもよい。このようにすると、外耳道内の気圧が第１の圧力状態のときに検出される赤外光検出器の出力と、外耳道内の気圧が第２の圧力状態のときに検出される赤外光検出器の出力との差をさらに大きくすることができるので、生体成分の濃度をさらに高精度に測定することができる。
【０１４６】
なお、本発明の実施の形態では導光管１０７として中空管を用いているが、赤外光を導くことのできるものであればこれに限定されない。中空管も代えて、例えば、赤外光を伝送する光ファイバを用いてもよい。
【０１４７】
また、中空管を用いる場合には、中空管の内表面に金の層を有することが好ましい。この金の層は、中空管の内面に金メッキを施したり、金を蒸着したりすることにより形成することができる。
【０１４８】
また、分光素子として光学フィルタを用いているが、赤外光を波長別に分けることのできるものであればこれに限定されない。光学フィルタに代えて、例えば、特定の波長領域の赤外光を透過させる分光プリズム、マイケルソン干渉計、回折格子等を用いることができる。
【０１４９】
また、赤外光検出器１１０としては、赤外領域の波長の光を検出できるものであればよく、例えば、焦電センサ、サーモパイル、ボロメータ、ＨｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）検出器、ゴーレイセル等を用いることができる。また、赤外光検出器を複数設けてもよい。
【０１５０】
ポンプ１３１としては、大気圧に対して−２００ｄａＰａ〜＋２００ｄａＰａの範囲で変更できるものであれば良く、例えば、ダイアフラム型ポンプ、シリンジポンプなどを用いることができる。
【０１５１】
記憶部であるメモリ１２５としては、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを用いることができる。
【０１５２】
赤外光源３０１としては、公知のものを特に限定することなく適用することができる。例えば、シリコンカーバイド光源、セラミック光源、赤外ＬＥＤ、量子カスケードレーザ等を用いることができる。
【０１５３】
ビームスプリッタ３０２の材質としては、例えば、ＺｎＳｅ、ＣａＦ２、Ｓｉ、Ｇｅ等を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明は、非侵襲的な生体成分濃度の測定、例えば、血液を採取することなく血糖値を測定する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明の一実施の形態における生体成分濃度測定装置の外観を示す斜視図
【図２】同生体成分濃度測定装置の構成を示すブロック図
【図３】同生体成分濃度測定装置に設けられた光学フィルタホイールの構成を示す斜視図
【図４】本発明の他の形態における生体成分濃度測定装置の外観を示す斜視図
【図５】同生体成分濃度測定装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【０１５６】
１００，３００    生体成分濃度測定装置
１０４    外耳道
１０６    挿入部
１０７    導光管
１０８    チョッパー
１０９    光学フィルタホイール
１１０    赤外光検出器
１１１    通気管
１１２    弾性体
１１３    前置増幅器
１１４    帯域フィルタ
１１５    チョッパー制御器
１１６    検出領域
１１７    本体
１１８    ディスプレイ
１２１    同期復調器
１２２    ローパスフィルタ
１２３    Ａ／Ｄコンバータ
１２４    マイクロコンピュータ
１２５    メモリ
１２７    電源
１２８    タイマー
１２９    ブザー
１３１    ポンプ
１３２    圧力センサ
１４１    第１の光学フィルタ
１４２    第２の光学フィルタ
１４３    リング
１４４    シャフト
１５２    電源スイッチ
１５３    測定開始スイッチ
２００    耳孔
２０２    鼓膜
３０１    赤外光源
３０２    ビームスプリッタ
【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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