JP4120684B2 - Blood component concentration analyzer by spectroscopic analysis - Google Patents
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Description
本発明は、分光分析法による血液成分濃度の分析装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for analyzing blood component concentrations by spectroscopic analysis.
紫外光から赤外光を利用した分光分析は現在、広範囲の分野で利用されている。利用する波長によって吸光にかかわる物理的性質は異なるが、紫外域では電子の励起、赤外域では分子振動の共鳴、近赤外領域では分子振動の共鳴の高調波などが計測できるために、これらに基づいて分析を行うことができる。 Spectroscopic analysis using ultraviolet light to infrared light is currently used in a wide range of fields. Although the physical properties related to light absorption differ depending on the wavelength used, the excitation of electrons in the ultraviolet region, the resonance of molecular vibrations in the infrared region, and the harmonics of resonance of molecular vibrations in the near infrared region can be measured. Based on the analysis.
これらの波長の中で可視域に隣接する近赤外域の光を用いて物質の定量、定性分析を行う近赤外分光分析法は、近年、農業分野をはじめ様々な分野で利用されはじめており、最近では生体分野において非侵襲、無害の分析手法として注目されている。近赤外分光分析法は0.8μmから2.5μmの波長の光を物質に照射し、透過あるいは反射した光のスペクトルより分析を行う手法である。この近赤外分光分析法は、エネルギーの低い電磁波を用いるので試料を損傷することがない固体、粉体、繊維、液体、気体など様々な状態の試料への適用が可赤外光にくらべ近赤外光では水の吸収強度が弱くなるので、水溶液での分析が可などの利点を有しており、グルコースといった血液成分濃度の定量、定性分析を非侵襲で行うことが可能である。 Near-infrared spectroscopic methods for quantitative and qualitative analysis of substances using near-infrared light adjacent to the visible region among these wavelengths have recently been used in various fields including the agricultural field. Recently, it has attracted attention as a non-invasive and harmless analysis method in the field of living organisms. Near-infrared spectroscopic analysis is a technique in which light having a wavelength of 0.8 μm to 2.5 μm is irradiated onto a substance, and analysis is performed from the spectrum of transmitted or reflected light. This near-infrared spectroscopic method uses electromagnetic waves with low energy, so it can be applied to samples in various states such as solids, powders, fibers, liquids, and gases that do not damage the sample compared to infrared light. Since the absorption intensity of water is weakened by infrared light, it has an advantage that analysis in an aqueous solution is possible, and it is possible to non-invasively perform quantification and qualitative analysis of blood component concentration such as glucose.
ただし、近赤外光を用いる場合、吸収シグナルは高調波をあつかうために赤外光に比較して非常に微弱である上、バンドの帰属が明確でないという欠点を有しており、このために近赤外分光分析にはその定量、定性のためにいわゆる“ケモメトリクス”と呼ばれる手法が用いられる。これは、多変量解析手法や統計解析手法を用いて化学分析を行う手法で、コンピュータの発達とともに発展し、最近の近赤外分光分析では主成分回帰分析あるいはPLS回帰分析といった多変量解析手法を用いて行われることが多い。またニューラルネットワーク等の解析への応用も試みられている。 However, when using near-infrared light, the absorption signal is very weak compared to infrared light in order to deal with harmonics, and the band assignment is not clear. In the near-infrared spectroscopic analysis, a technique called “chemometrics” is used for quantification and qualification. This is a method of performing chemical analysis using multivariate analysis methods and statistical analysis methods, and has evolved with the development of computers. In recent near infrared spectroscopy, multivariate analysis methods such as principal component regression analysis or PLS regression analysis are used. Often used. Attempts have also been made to apply neural networks to analysis.
近赤外分光分析を化学成分分析に利用した従来例として水分計がある。近赤外光による水分計は現在、数種類が市販されているが、初期の頃の単純な水分定量は、水の吸収の1.93μmにおける吸光度と物質の吸収に関係しない中立波長の2.08μmにおける吸光度の差(差吸光度)と、水分との単回帰式によりあらかじめ求めた検量線を用いて行われている。実際の計測においては差吸光度を測定し、検量線と比較することで物質の水分量を測定する。ただし、この水分量計測は物質表面に光を照射しその反射光を検出することにより行われるので、表面近傍の深さ方向の水分量を選択的に検出する能力はない。 A moisture meter is a conventional example using near infrared spectroscopy for chemical component analysis. Several types of moisture meters using near-infrared light are currently available on the market, but simple moisture determination in the early days has a neutral wavelength of 2.08 μm, which is not related to the absorbance at 1.93 μm of water absorption and the absorption of substances. Is carried out using a calibration curve obtained in advance by a single regression equation between the difference in absorbance (difference absorbance) and water. In actual measurement, the differential absorbance is measured, and the moisture content of the substance is measured by comparison with a calibration curve. However, since the moisture amount measurement is performed by irradiating the material surface with light and detecting the reflected light, there is no ability to selectively detect the moisture amount in the depth direction near the surface.
また、分光学的方法とは異なる手法も提案されている。これは特表平8−502912号公報に示されているように、多重に散乱した光の空間的に分解された測定によってグルコース濃度を求めようとしたもので、生体を通った近赤外光の測定を2つの受発光間隔で行うとともに、受発光間隔に対する強度の依存性に基づいてグルコース濃度を求めている。 Also, a method different from the spectroscopic method has been proposed. This is an attempt to determine the glucose concentration by spatially resolved measurement of multiple scattered light, as shown in JP-A-8-502912. Is measured at two light receiving and emitting intervals, and the glucose concentration is determined based on the dependence of the intensity on the light emitting and receiving intervals.
しかし、残念ながら今のところグルコースといった血液成分濃度を生体組織から非侵襲で定量定性分析することは実用化に至っていないのが現状である。これは、生体組織における皮膚組織は300μm程度の厚さの表皮と,その下層の厚さ1mm程度の真皮組織、さらにその下層の多量の脂肪細胞からなる皮脂組織で構成されているのに対して、従来は生体組織が均質なものと仮定しているためであると思われる。複雑な組織構造がからみあう生体組織においては、グルコースのような生体成分は、組織が異なればその濃度も大きく異なっており、この点を考慮しなくては正確な定量は望めない。
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、グルコースといった血液成分濃度の定量を非侵襲で精度良く行うことができる血液成分濃度の分析装置を提供することを課題とするものである。 The present invention was invented in view of the conventional problems described above, and an object thereof is to provide an analyzer of the blood constituent concentration can be accurately quantified blood constituent concentration such glucose noninvasively Is.
上記課題を解決するために本発明に係る血液成分濃度の分析装置は、生体の血液成分濃度を近赤外光の分光分析で行う分析装置であって、1,300〜2,500nmの範囲の波長の近赤外光を生体の表層組織表面に投射する投射部と、生体の表層組織表面から近赤外光を検出する検出部とを備えるとともに、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端を上記投射部とし、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端を上記検出部としたものであり、発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサによって上記投射部と上記検出部との間隔を、上記投射部から生体組織に導入されて検出部で検出される近赤外光が生体の表層組織における真皮部分を選択的に透過する間隔あるいは真皮部分で選択的に拡散反射する間隔である2mm以下の単一距離とし、更に定量を目的とする成分の血中成分濃度と上記真皮部分中の濃度との相関を利用して定量分析を行う演算手段を備えていることに特徴を有している。 The analyzer of the blood constituent concentration according to the present invention in order to solve the above problems, the blood constituent concentration of the biological and an analytical device for performing spectroscopic analysis of near-infrared light, in the range of 1,300~2,500nm A light-emitting optical fiber comprising a projection unit that projects near-infrared light having a wavelength onto the surface of a living body surface tissue, and a detection unit that detects near-infrared light from the surface tissue surface of the living body, one end of which is connected to a light-emitting means. The other end of the optical fiber is the projection unit, and the other end of the optical fiber for light reception whose one end is connected to the light receiving means is the detection unit. The spacer is interposed between the optical fiber for light emission and the optical fiber for light reception. The interval between the projection unit and the detection unit is determined by the interval at which the near infrared light introduced from the projection unit into the living tissue and detected by the detection unit selectively transmits the dermis part in the surface tissue of the living body or the dermis part. Selection And a calculation means for performing a quantitative analysis by using a correlation between the concentration of the blood component of the component for the purpose of quantification and the concentration in the dermis part. It has the feature in being.
生体の皮膚組織のなかで真皮部分は血液成分に関してその濃度の点で相関が高い上に、近赤外光を真皮部分に選択的に透過させたり真皮部分で選択的に拡散反射させたりすることが可能であることに着目したものである。すなわち、図2に示すように発光プローブPと受光プローブRとを平行に配置して測定物9に対向させた場合、発光プローブPから出て受光プローブRで観察される光はいわゆる「バナナシェイプ」とよばれる経路を通ることが実験的にも数値解析手法を用いたシミュレーションにおいても確認されており、この時、発光プローブPと受光プローブRとの間隔の調節によって測定物9の深さ方向への光の到達度を変化させることができることに着目し、生体の表層組織表面に近赤外光を導く投射部と表層組織表面から近赤外光を取り出す検出部との間隔を2mm以下することで、真皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは真皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光を取り出して近赤外光分析を行うようにしたものである。
In the skin tissue of the living body, the dermis part is highly correlated in terms of its concentration with respect to blood components, and near infrared light is selectively transmitted to the dermis part and selectively diffusely reflected by the dermis part. It is focused on the fact that it is possible. That is, as shown in FIG. 2, when the light emitting probe P and the light receiving probe R are arranged in parallel and face the
前記公報の実施例で示された3mmや5mmといった受発光間隔では、真皮組織の信号だけでなく、その下層に位置する筋肉組織や脂肪組織の信号をも重畳した信号を検出してしまうことになり、外乱信号が多くなるために、空間的に分離された2つの近赤外光を検出した信号を利用しても、複雑な生体組織から精度の良いグルコース濃度の測定は難しいが、皮膚組織のなかで最も良好なグルコース信号(つまり血中グルコース濃度と相関の高いグルコース信号)を外乱が少なくて安定した真皮組織から選択的に取り出すことができる。 In the light receiving and emitting intervals such as 3 mm and 5 mm shown in the embodiment of the publication, not only the signal of the dermis tissue but also the signal superposed with the signals of the muscle tissue and the fat tissue located in the lower layer is detected. Therefore, it is difficult to accurately measure the glucose concentration from a complex biological tissue even if a signal obtained by detecting two spatially separated near-infrared lights is used. Among them, the best glucose signal (that is, a glucose signal highly correlated with the blood glucose concentration) can be selectively extracted from a stable dermal tissue with little disturbance.
また、上記発光プローブと受光プローブとを上記のような間隔で設けることは実際上困難であるが、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端を投射部とし、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端を検出部とすることで、この問題を解決することができる上に、発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで上記投射部と検出部の間隔を設定しているために、真皮部分を選択的に透過させたり真皮部分で選択的に反射させるための間隔設定を容易に行うことができる。 In addition, although it is practically difficult to provide the light emitting probe and the light receiving probe at the intervals as described above, the other end of the optical fiber for light emission, one end of which is connected to the light emitting means, is used as the projection unit, and the other end is used as the light receiving means. This problem can be solved by using the other end of the connected optical fiber for detection as a detection unit, and the projection unit and the detection unit are interposed by a spacer interposed between the optical fiber for light emission and the optical fiber for light reception. Therefore, it is possible to easily set the interval for selectively transmitting the dermis portion and selectively reflecting the dermis portion .
なお、光ファイバーとしてはその線径が1mm以下のものを好適に用いることができる。光ファイバーには直径が数μmから数千μm(数mm)のものを用いることができるが、この中で特に、直径70μmから1000μmの光ファイバーの利用が適している。人間の真皮中の化学成分の定量分析を行う用途に用いるものについて述べるならば、人間の真皮9bは図3に示すように300μm程度の厚さの表皮9aと多量の脂肪細胞からなる皮下組織9cとに挟まれた1mm程度の厚さの組織であり、このような真皮9b中の血液成分の分析には線径が250〜750μmの光ファイバー、たとえば500μmの光ファイバーの束を用いて図1のような光ファイバーを作製して分光分析を行うことで、真皮9b中の血液成分の分析が可能となる。皮膚組織中を透過する光の経路は組織の物性や分析に用いる波長により異なるので、予め予備実験や数値シミュレーションを行い、測定に用いる線径を決定する必要がある。得られた吸光信号は演算部で数値計算され目的とする成分濃度が算出される。
An optical fiber having a wire diameter of 1 mm or less can be suitably used. An optical fiber having a diameter of several μm to several thousand μm (several mm) can be used, and among these, use of an optical fiber having a diameter of 70 μm to 1000 μm is particularly suitable. If what is used for the use which performs the quantitative analysis of the chemical component in a human dermis is described, as shown in FIG. 3, the
目的とする血液成分としてはグルコースをあげることができ、この時、真皮組織からは血中グルコース濃度と相関の高いグルコース信号を得ることができるために、グルコース濃度の定量分析を高い精度で行うことができるが、グルコースに限るものではない。 Glucose can be raised as the target blood component. At this time, since a glucose signal highly correlated with blood glucose concentration can be obtained from the dermal tissue, quantitative analysis of glucose concentration should be performed with high accuracy. However, it is not limited to glucose.
そして、生体の表層組織表面に近赤外光を導く投射部と表層組織表面から近赤外光を取り出す検出部とを複数設けるとともに、上記両点の最小間隔を2mm以下,好ましくは1mm以下としても、真皮部分を選択的に透過させたり真皮部分で選択的に拡散反射させることができる。 A plurality of projection units for guiding near-infrared light to the surface tissue surface of the living body and detection units for extracting near-infrared light from the surface tissue surface are provided, and the minimum distance between the two points is 2 mm or less, preferably 1 mm or less. However, it is possible to selectively transmit the dermis part and selectively diffusely reflect the dermis part.
近赤外光による分光分析にあたり、近赤外光としては、1,300〜2,500nmの範囲の波長のものを好適に用いることができる。1,300nm未満の光ではS/N比の良い信号を得ることができない。生体での透過性に優れるものの、吸収信号が非常に小さいために、2mm以下に設定した受発光間隔での測定では、真皮組織に微量含まれるグルコースのような成分の定量が難しくなるためであり、1,300〜2,500nmの波長は生体での透過性に劣るものの、吸収信号が大きくてS/N比が良く、分析精度も向上するためである。 In spectroscopic analysis using near-infrared light, near-infrared light having a wavelength in the range of 1,300 to 2,500 nm can be suitably used. A signal with a good S / N ratio cannot be obtained with light of less than 1,300 nm. Although it has excellent permeability in the living body, since the absorption signal is very small, it is difficult to quantify components such as glucose contained in trace amounts in the dermis tissue in measurement at the light receiving and emitting intervals set to 2 mm or less. This is because the wavelength of 1,300 to 2,500 nm is inferior in permeability in the living body, but the absorption signal is large, the S / N ratio is good, and the analysis accuracy is improved.
上記波長範囲内においても、1,400〜1,800nmの範囲の波長の近赤外光もしくは2,000〜2,500nmの範囲の波長の近赤外光の少なくとも一方を用いることで好ましい結果を得ることができる。 Even within the above wavelength range, a preferable result is obtained by using at least one of near infrared light having a wavelength in the range of 1,400 to 1,800 nm or near infrared light having a wavelength in the range of 2,000 to 2,500 nm. Obtainable.
そして生体の表層組織における表皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは表皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光をリファレンス光として併用することも好ましい。表皮組織の影響を受けない真皮組織の吸収信号を抽出することができるために、より正確な定量を行うことが可能となる。この場合、投射部とリファレンス光測定用の検出部との間隔を上記分光分析用の間隔より小さくすることで、表皮部分からの光を検出することができる。リファレンス光は、表皮組織、とりわけ角質層のような生体外部の環境の影響を受けやすく、毛細血管がほとんど存在しない組織を主として透過したり拡散反射した光となり、このような表皮組織の吸収信号の寄与の大きい透過光あるいは拡散反射光をリファレンス光とすることで、真皮組織の吸収信号を抽出することができることになり、より正確な定量を行うことが可能となる。 It is also preferable to use, as reference light, near-infrared light selectively transmitted through the epidermis part in the surface tissue of the living body or near-infrared light selectively diffused and reflected at the epidermis part. Since the absorption signal of the dermal tissue that is not affected by the epidermal tissue can be extracted, more accurate quantification can be performed. In this case, the light from the epidermis part can be detected by making the interval between the projection unit and the detection unit for measuring the reference light smaller than the interval for the spectroscopic analysis. The reference light is easily affected by the environment outside the living body, such as the epidermal tissue, especially the stratum corneum, and is mainly transmitted or diffusely reflected through the tissue where there are almost no capillaries. By using transmitted light or diffusely reflected light having a large contribution as the reference light, an absorption signal of the dermal tissue can be extracted, and more accurate quantification can be performed.
また、光ファイバーを利用することで、特殊な受発光部品を用いずとも通常のハロゲンランプや発光ダイオードのような比較的光量の弱い光源、SiやGeやInGaAs製のフォトダイオードのような通常の受光素子を用いても、物質の表面近傍の化学組成を分析するのに十分な光量あるいは受光感度を得ることができるものとなる。 Also, by using an optical fiber, a light source with a relatively low light quantity such as a normal halogen lamp or light emitting diode without using special light receiving and emitting parts, or a normal light receiving such as a photodiode made of Si, Ge or InGaAs. Even when the element is used, a sufficient amount of light or light receiving sensitivity for analyzing the chemical composition in the vicinity of the surface of the substance can be obtained.
このものにおいて、リファレンス光を併用する場合、リファレンス光用の投射部と検出部との間隔は上記単一距離よりも短くしておく。たとえば0.5mm以下、好ましくは0.35mm以下とする。 In this case, when the reference light is used together, the interval between the reference light projection unit and the detection unit is set shorter than the single distance. For example, it is 0.5 mm or less, preferably 0.35 mm or less.
成分濃度の算出は検量線あるいはキャリブレーション式を用いて行われる。検量線あるいはキャリブレーション式は予め個人あるいは複数の被験者の様々な状態における吸光スペクトルを解析して得られる。解析は、多変量解析手法や統計解析手法を用いて定量、定性分析を行う手法で、近赤外分光分析では主成分回帰分析あるいはPLS回帰分析といった多変量解析手法を用いて行われることが多い。 The component concentration is calculated using a calibration curve or a calibration equation. A calibration curve or a calibration equation can be obtained in advance by analyzing absorption spectra in various states of an individual or a plurality of subjects. The analysis is a method of performing quantification and qualitative analysis using a multivariate analysis method or a statistical analysis method, and in the near-infrared spectroscopic analysis, a multivariate analysis method such as principal component regression analysis or PLS regression analysis is often performed. .
スペクトル測定はハロゲンランプのような光源からの光を干渉フィルターのような光学フィルターを用いて任意波長の光に分光したり、発光ダイオードやレーザーダイオードのような単色光源を組み合わせて複数波長の吸光度を測定する方式や、通常の分光分析法のようにハロゲンランプのような光源からの光を回折格子あるいはフーリエ変換方式(FT−IR方式)を用いて連続的に所定の波長の吸光スペクトルを求めるようにしてもかまわない In spectrum measurement, light from a light source such as a halogen lamp is split into light of an arbitrary wavelength using an optical filter such as an interference filter, or a single color light source such as a light emitting diode or laser diode is combined to obtain absorbance at multiple wavelengths. The light absorption spectrum of a predetermined wavelength is continuously obtained by using a diffraction grating or a Fourier transform method (FT-IR method) for light from a light source such as a halogen lamp as in a measurement method or a normal spectroscopic analysis method. It doesn't matter
本発明は、生体の皮膚組織のなかで真皮部分は血液成分に関してその濃度の点で相関が高い上に、この真皮部分に選択的に透過させたり真皮部分で選択的に拡散反射させた光で分光分析を行うために、きわめて精度の高い分析を行うことができるものである。しかも、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端と一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端と夫々生体の表層組織表面に近赤外光を導く投射部及び表層組織表面から近赤外光を取り出す検出部を受光用光ファイバーの他端で形成しているために、真皮部分で選択的に拡散反射させた光を得るための2mm以下の間隔で投射部と検出部とを設けることを物理上の問題を招くことなく実現することができるとともに、特殊な受発光部品を用いずとも通常のハロゲンランプや発光ダイオードのような比較的光量の弱い光源、SiやGeやInGaAs製のフォトダイオードのような通常の受光素子を用いても、血液成分濃度を皮膚組織の非侵襲で分析するのに十分な光量あるいは受光感度を得ることができるものであり、更には上記投射部と上記検出部との間隔を発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで設定していることから、真皮部分を選択的に透過させたり真皮部分で選択的に反射させるための間隔設定を容易に行うことができる。 In the present invention, the dermis portion in the skin tissue of a living body is highly correlated in terms of the concentration with respect to the blood component, and light that is selectively transmitted through the dermis portion or selectively diffusely reflected by the dermis portion. In order to perform spectroscopic analysis, it is possible to perform analysis with extremely high accuracy. Moreover, the other end of the light-emitting optical fiber whose one end is connected to the light-emitting means, the other end of the light-receiving optical fiber whose one end is connected to the light-receiving means, and the projection unit and the surface-layer structure that guide near-infrared light to the surface tissue of the living body. Since the detection unit for extracting near-infrared light from the surface is formed at the other end of the optical fiber for light reception, the projection unit and the detection unit are spaced at intervals of 2 mm or less to obtain light that is selectively diffusely reflected at the dermis. Can be realized without incurring physical problems, and a light source having a relatively low light quantity such as a normal halogen lamp or light emitting diode, Si, Ge, Even if a normal light receiving element such as an InGaAs photodiode is used, sufficient light quantity or light receiving sensitivity can be obtained for non-invasive analysis of blood component concentration. , Even select the interval between the projection portion and the detector since it is set by spacers interposed between the light-emitting optical fibers and light receiving optical fiber, in the dermal portion or to selectively transmits dermal portion It is possible to easily set the interval for reflecting light.
また、上記スペーサを用いていることから、用いる光ファイバーの径に制限が生じにくくなり、適宜な光ファイバーを選択して用いることができるほか、レファレンスを得る場合も、同じ径の光ファイバーで得ることが可能となる。 In addition, since the above-mentioned spacer is used, it is difficult to limit the diameter of the optical fiber to be used, and an appropriate optical fiber can be selected and used. In addition, when obtaining a reference, it is possible to obtain an optical fiber having the same diameter. It becomes.
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図4に示すものは人間の皮膚組織内のグルコース濃度を定量するためのもので、150W程度のハロゲンランプ1、ハロゲンランプ1からの光の分光を行う回折格子を納めた回折格子ユニット2、前記回折格子の回転角制御を行って分光波長の調節を行うステッピングモータユニット3、分光後の光を被測定物に伝えるとともにその透過光を受光ユニット5に送る光ファイバーバンドル4、受光ユニット5からの信号をもとに数値解析を行いグルコース濃度の定量を行う演算ユニット6から構成されている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to an embodiment shown in the accompanying drawings. The one shown in FIG. 4 is for quantifying the glucose concentration in human skin tissue. A
上記光ファイバーバンドル4は図6に示すように、クラッド径が750μmの2本の大口径ファイバーを測定プローブPとなる一端B側において相互に接触させた状態で束ねたものとなっている。クラッド径は目的とする真皮9b組織の厚さに応じて決定され、750μmのものは適切な一例である。この光ファイバーバンドル4の発光用光ファイバー4aの端部Aを回折格子ユニット2へ、受光用光ファイバー4bの端部Cを受光ユニット5へ接続し、端部Bを分析する皮膚へ直角に突き当てて計測を行う。
As shown in FIG. 6, the
このように線径を適切に選んだ発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとを接触させて両者の間隔を特定すれば、図3に示すように、透過光路(の深さ)が選定され、真皮組織9bを選択的に透過(あるいは真皮組織9bで選択的に拡散反射)させることができる。従って、真皮組織9bにおける血液成分濃度の分析が容易にできる。また、光ファイバーバンドル4の作製も容易である。端部Bの皮膚への押圧力が測定時に一定となるように圧力ゲージと押し治具とを組み合わせたものを利用すれば精度の高い測定ができる。
If the distance between the light-emitting
受光ユニット5では受光感度域が0.9〜1.7μmのInGaAs製のフォトダイオードの受光信号を増幅後、AD変換し、マイクロコンピュータからなる演算ユニットへ信号を伝達する。演算ユニットで行われるグルコース濃度定量には1.25μm〜1.7μmの近赤外領域に属する吸光スペクトルを利用し、多変量解析を実施する。この多変量解析はPLS(Partial LeastSquare)回帰分析により得られる検量線(検量式)を用いている。この検量線は、予め上記分析装置を用いた実験より得る。つまり、複数の被験者の皮膚組織から測定した吸光スペクトルを説明変量とし、実測した真皮細胞液中のグルコース濃度を目的変量としてPLS回帰分析することで検量線を取得する。
The
図5に他例を示す。ここでは反射鏡10を備えた150W程度のハロゲンランプ1からの光をレンズ11を通じて発光用光ファイバー4aに導入し、受光用光ファイバー4bから射出される光をスリット20を通じてフラットフィールド型回折格子ユニット2に導き、回折格子ユニット2で分光した光をアレイ型受光ユニット5で受けている。図中60は受光ユニット5と演算ユニット6との間に配したA/D変換装置である。上記受光ユニット5にはたとえば受光感度域が0.9〜2.1μmのInGaAs製のフォトダイオードを直線状に256素子並べるとともにペルチェ素子で冷却しているものを用いる。そして、上記演算ユニット6では、1.4μm〜1.8μmの近赤外領域に属する吸光スペクトルを利用し、上記の場合と同様に検量式(検量線)を用いてグルコース濃度の定量を行う。
FIG. 5 shows another example. Here, light from a
図7に光ファイバーバンドル4の他例を示す。これは光ファイバーバンドル4の測定プローブPとなる端部Bを示しており、ここではクラッド径が750μmの光ファイバーをかごめ格子状に7本束ねたものを利用するとともに、中心の光ファイバー(図中で斜線を施したもの)を発光用光ファイバー4aとし、周囲の6本の光ファイバーを受光用光ファイバー4bとしている。受光用光ファイバー4bを発光用光ファイバー4aの周囲に配置することで、皮膚組織透過中に減衰・散乱した透過光をより多く集光できるので高精度の分析が可能となる。
FIG. 7 shows another example of the
図8に示すものは、端部Bにおいてクラッド径が500μmの光ファイバーを70本程度束ねたものである。発光用光ファイバー(図中で斜線を施したもの)4aと受光用光ファイバー4bの本数の比は約1:2となるようにし、発光用光ファイバー4aの周囲を受光用光ファイバー4bが取り囲むように規則的な配列としている。このような光ファイバーバンドル4であれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数を調節することで発光光量と受光光量とを決められるために高精度の分析が可能となる。
FIG. 8 shows a bundle of about 70 optical fibers having a cladding diameter of 500 μm at the end B. The ratio of the number of light-emitting optical fibers (hatched in the figure) 4a and the number of light-receiving
図9に示すものでは、端部Bにおいてクラッド径が500μmの光ファイバーを70本程度ランダムに束ねるにあたり、発光用光ファイバー(図中で斜線を施したもの)4aと受光用光ファイバー4bの本数の比を約1:3としている。この場合、ランダムに束ねても発光用光ファイバー4aの周囲を受光用光ファイバー4bがほぼ取り囲むことになり、配列を規則正しく並べる作業を行わなくとも図7に示すものとほぼ同等の性能を得ることができる。この光ファイバーバンドル4であれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数を調節することで高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーバンドル4の製作が容易となる。
In the case shown in FIG. 9, when about 70 optical fibers having a clad diameter of 500 μm are randomly bundled at the end B, the ratio of the number of light emitting optical fibers (hatched in the figure) 4a and the number of light receiving
ここにおいて、多数本の光ファイバーを規則的にあるいはランダムに並べた場合、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとの最小間隔は隣接するもので決定されるものの、多様な間隔のものが生じることになる。しかし、最小間隔以外のものは実質上無視してもよい。すなわち、図2(b)に示すように、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとを接触させた状態でその端面を測定物9の表面にほぼ直角につき当てて(透過する光路が特定できれば直角に限るものではない)、発光用光ファイバー4aを通じて測定物9の表面に送り込めば、隣接する受光用光ファイバー4bへの光路イ、さらに離れた受光用光ファイバー4bヘの光路ロ、さらに離れた受光用光ファイバー4bヘの光路ハ等、様々な光路を通って受光用光ファイバー4bに入射される。ここで光路イ,ロ,ハの光路長を比較すると、同一径の光ファイバーを受発光用光ファイバー4a,4bに用いている場合、光路ロ,ハは光路イのほぼ2倍、3倍と考えてよい。光学的に不透明で散乱の多い生体等の物質中の光の透過は厳密にはLambert−Beerの法則には従わないが、透過光量は光路長に応じて急激に減少し、光路長が2倍になると散乱状態によっては1/10以下、光路長が3倍となるとさらにそれの1/10以下の程度となる。このために受光用光ファイバー4bに集光される透過光は基本的には隣接する発光用光ファイバー4aからの透過光の和と考えてよいものであり、このために、発光用光ファイバー4aとこれに接して配された受光用光ファイバー4bとの中心間距離で、必要とする深さに光の透過経路を設定することができる。
Here, when a large number of optical fibers are arranged regularly or randomly, the minimum distance between the light-emitting
図10に示すように、クラッド径が250μmの光ファイバーにナイロン被覆を施して被覆外径を500μmとしたものを50本程度束ねたものを用いてもよい。ここでは発光用光ファイバー(図中で斜線を施したもの)4aと受光用光ファイバー4bの本数の比を約1:2とするとともに、発光用光ファイバー4aの周囲を受光用光ファイバー4bが取り囲むように規則的に配列させている。この光ファイバーバンドル4を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数の調節で高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーの受発光部が線径の中心部分に限定されるので光路の限定をよりシャープにすることができ、解像度の高い分析が可能となる。
As shown in FIG. 10, an optical fiber having a cladding diameter of 250 .mu.m and nylon coating may be used to bundle about 50 fibers whose outer diameter is 500 .mu.m. Here, the ratio of the number of light-emitting optical fibers (hatched in the figure) 4a to the light-receiving
図11に示すものは、図7で示した光ファイバーの束を更に束ねたもので、図7に示した束を1単位とするとき、図示例では7単位の束としている。もちろん、発光用光ファイバー(図中で斜線を施したもの)4aと受光用光ファイバー4bは反対端において夫々個別に束ねて前記端部A,Cとしている。この光ファイバーバンドル4を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数の調節で高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーバンドル4の製作が容易となる。
The one shown in FIG. 11 is a further bundle of the optical fiber bundle shown in FIG. 7. When the bundle shown in FIG. 7 is taken as one unit, the bundle shown in FIG. Of course, the light-emitting optical fiber (hatched in the figure) 4a and the light-receiving
図12に別の例を示す。基本的構成は図4に示したものと同じであるが、ここで用いている光ファイバーバンドル4は、図13に示すように端部Bにおいてクラッド径が500μmの発光用光ファイバー4a(図中で斜線を施したもの)1本と、クラッド径が500μmと250μmの2本の受光用光ファイバー4bを束ねたものとしている。
FIG. 12 shows another example. Although the basic configuration is the same as that shown in FIG. 4, the
そして発光用光ファイバー4aの他端Aは回折格子ユニット2に接続し、2本の径が異なる受光用光ファイバー4b,4bの各他端C,Dは受光ユニット5における個別の受光素子に導いている。径の小さい方の受光用光ファイバー4bで受光した光をリファレンス光として用いることができるようにしているのである。つまり、図14に示すように、500μm径の受光用光ファイバー4bで受光される透過光は主に真皮組織9bを透過し、250μmの光ファイバー4bで受光される透過光は主に表皮組織9aを透過した光であることから、その差スペクトルを用いることで真皮組織9bのスペクトルのみを取り出すことができる。もちろん、光ファイバー径は上記の値に限定されるものではなく、線径は適切に選択するものとする。いずれにしても、分光分析装置で不可欠なリファレンス測定を同一の光ファイバーバンドル4で可能であり、2個の受光素子を用いれば同時測定も可能である。なお、このような構成は、図7〜図11に示した光ファイバーバンドル4にも適用することができるのはもちろんである。
The other end A of the light emitting
たとえば図15に示す光ファイバーバンドル4では、端部Bをクラッド径が500μmと250μmの光ファイバーを夫々複数本束ねたものとして構成するとともに、500μm径の光ファイバーのうちの数本を発光用光ファイバー(図中で斜線を施したもの)4aとし、500μm径の光ファイバーの残りと250μmの光ファイバーとを受光用光ファイバー4bとしている。また発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとは規則正しく並べることで効率的に光ファイバーを利用できるようにしている。この光ファイバーバンドル4を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じた光ファイバー本数の調節で高精度の分析が可能となる。図16に示す光ファイバーバンドル4では、クラッド径が500μmの光ファイバー2本と250μmの光ファイバー2本を束ねたものを1単位として、これを7単位束ねたものとして構成するとともに、各単位中のクラッド径が500μmの光ファイバー1本を発光用光ファイバー(図中で斜線を施したもの)4aとし、500μm径の光ファイバーの残りと250μmの光ファイバーとを受光用光ファイバー4bとしている。受光用光ファイバー4bは反対端において線径別に別けて束ねて端部C、端部Dとしている。この光ファイバーバンドル4を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じた光ファイバーの本数調節で高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーバンドルの製作が容易となるという利点を有する。
For example, in the
図17及び図18に更に別の例を示す。ここで用いている光ファイバーバンドル4は、クラッド径500μmと250μmの光ファイバーを夫々発光用光ファイバー4a及び受光用光ファイバー4bとして用いるとともに、端部Aにおいて径を問わずに束ねた発光用光ファイバー4aは、端部B,B’側において径別に分けて、500μm径の発光用光ファイバー4aは500μm径の受光用光ファイバー4bと束ね、250μm径の発光用光ファイバー4aは250μm径の受光用光ファイバー4bと束ねている。そして各径別の受光用光ファイバー4b,4bの束の各端部C,Dを受光ユニット5に接続している。
17 and 18 show another example. The
端部C及び端部Dからの光は各々受光素子(たとえばInGaAs製のフォトダイオード)に導かれ、径の小さい光ファイバー4bで受光した光をリファレンス光とし、径の大きい光ファイバー4bで受光した光を測定光として使用する。500μm径の光ファイバー4bで受光される透過光は主に真皮を透過し、250μmの光ファイバー4bで受光される透過光は主に表皮層を透過した光である。そこで、その差スペクトルを用いることで真皮のスペクトルのみを取り出すことができる。また発光源の光量及び受光部の感度に応じて適切なファイバー数のバンドルとすればよい。
The light from the end C and the end D is guided to a light receiving element (for example, an InGaAs photodiode), and the light received by the
図19及び図20に示すものにおいては、クラッド径500μmの光ファイバーを発光用光ファイバー4aに、クラッド径500μmと250μmと100μmの光ファイバー3本を受光用光ファイバー4bとし、これら4本を端部Bにおいて束としたものを1単位として複数の単位を組み合わせて光ファイバーバンドル4を構成し、更に反対端では発光用光ファイバー4aをまとめて端部Aとして回折ユニット2に接続し、夫々の径の受光用ファイバー4bを径ごとにまとめて端部C,D,Eとして受光ユニット5に接続している。
19 and 20, an optical fiber having a cladding diameter of 500 μm is used as a light emitting
そしてクラッド径100μmの光ファイバー4bで受光した光をリファレンス光とし、クラッド径500μmと250μmの光ファイバー4bで受光した光を夫々測定光として使用する。500μm径の光ファイバー4bで受光される透過光は主に真皮組織9b中央部を透過し、250μmの光ファイバー4bで受光される透過光は主に真皮組織9b上部あるいは表皮層9a下部を透過し、100μmの光ファイバー4bで受光される透過光は主に表皮層9a中央部を透過した光である。そこで、これら差スペクトルを用いることで深さ方向のグルコース濃度分布を一度に測定することができる。また同一測定で測定光とリファレンス光を測定できるために測定時間を短縮することができる。ここではクラッド径500μmと250μmと100μmの光ファイバーを使用したが、線径を適切に選択することで任意深さの成分分析を行うことが可能である。また発光源の光量及び受光部の感度に応じて適切なファイバー数のバンドルとすればよい。
The light received by the
図21に示す光ファイバーバンドル4は、クラッド径が200μmの発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとを各50本束ねたもので、プローブとなる一端B側において両光ファイバー4a,4bを相互に接触させた状態で束ねている。すなわち、発光用光ファイバー4aの相互に隣接する4本を矩形状格子の格子点に、受光用光ファイバー4bを上記矩形状格子点の中心点に位置させると同時に、受光用光ファイバー4bの相互に隣接する4本を矩形状格子の格子点に、発光用光ファイバー4aを上記矩形状格子点の中心点に位置させる状態で束ねている。この場合、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとの中心間距離は、どの位置においてもこれら光ファイバー4a,4bの線径と同じ値、この場合は200μmとなり、透過光路(の深さ)を特定することができるために、真皮9bでの成分分析を容易にできる。また、端部Bの皮膚への押圧力が測定時に一定となるように圧力ゲージと押し治具とを組み合わせたものを利用すれば精度の高い測定ができる。
The
図22に示すように、発光用光ファイバー4aを並べた列と受光用光ファイバー4bを並べた列とを半ピッチずらした状態で積層したものや、図23に示すように、発光用光ファイバー4a間に発光用光ファイバー4bよりも小径の受光用光ファイバー4bを配したもの(たとえば発光用光ファイバー4aとしてクラッド径が200μmのもの、受光用光ファイバー4bとしてクラッド径が75μmのもの)であってもよい。前者においては各列が発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとに別れるために両者の分離が容易で作製しやすいものであり、後者においては両種光ファイバー4a,4bで径が異なるために両者の分離が容易で作製しやすいものである。
As shown in FIG. 22, a row in which the optical fibers for
以上の各例は、基本的に発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとの間隔(中心間隔)が光ファイバーの線径(クラッド径)で定まるようにしたものであるが、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとの間にスペーサー7を介在させて、該スペーサー7で上記間隔を設定するようにしてもよい。なお、この場合においても光ファイバーの線径が間隔を決定する一要素となるのはもちろんである。
In each of the above examples, the distance (center distance) between the light-emitting
図24はスペーサー7を用いた場合の一例を示しており、端部Bにおいて発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとを束ねるにあたり、同径である発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bの直径と等しい長さの辺を有する正方形断面のスペーサー7を用意して、該スペーサー7を光ファイバー4a,4b間に密着配置するとともに、発光用光ファイバー4aの相互に隣接する4本を矩形状格子の格子点に、受光用光ファイバー4bを上記矩形状格子点の中心点に位置させると同時に、受光用光ファイバー4bの相互に隣接する4本を矩形状格子の格子点に、発光用光ファイバー4aを上記矩形状格子点の中心点に位置させる状態で束ねている。各光ファイバー4a,4bの他端側においては、上述のものと同じく、発光用光ファイバー4aのみを束ねた端部Aと、受光用光ファイバー4bのみを束ねた端部Cとを形成している。
FIG. 24 shows an example in which the
この場合、光ファイバー4a,4bとしてクラッド径が200μmのものを用いたならば、スペーサー7の介在により、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとの中心間距離は、どの位置においても280μmとなり、透過光路(の深さ)を特定することができるために、真皮組織9bでの成分分析が容易にできる。また、発光用光ファイバー4aとスペーサー7のみ、あるいは受光用光ファイバー4bとスペーサー7のみが並ぶ列に別れるために、両種光ファイバー4a,4bの分離が容易で作成しやすいものともなっている。
In this case, if
図25に他例を示す。端部Bにおいて発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとを束ねるにあたり、同径である発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bの直径と等しい長さの辺を有する正方形断面のスペーサー7aと、両種光ファイバー4a,4bの直径と等しい厚み(短片長さ)の長方形断面のスペーサー7bとを用意して、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとを第1のスペーサー7aを介して並べた列を、第2のスペーサー7bを介して積層配置し、この時、スペーサー7bを挟んだ2つの列において、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bの位置を1ピッチずらせることで、発光用光ファイバー4aの相互に隣接する4本を矩形状格子の格子点に、受光用光ファイバー4bを上記矩形状格子点の中心点に位置させると同時に、受光用光ファイバー4bの相互に隣接する4本を矩形状格子の格子点に、発光用光ファイバー4aを上記矩形状格子点の中心点に位置させる状態で束ねている。
FIG. 25 shows another example. When bundling the light emitting
この場合、光ファイバー4a,4bとしてクラッド径が200μmのものを用いた場合、スペーサー7a,7bの介在により、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとの中心間距離は、どの位置においても400μmとなり、透過光路(の深さ)を特定することができるために、表面近傍の深さ方向の成分分析が容易にできる。
In this case, when
なお、上記の発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとが格子状に並ぶ状態で束ねられた光ファイバーバンドル4は、次のようにして製造することができる。図21に示した光ファイバーバンドル4は、クラッド径200μmで長さ40cmの発光用光ファイバー4aを50本、クラッド径200μmで長さ30cmの受光用光ファイバー4bを50本用意して、図26(a)に示すように、5本の発光用光ファイバー4aと5本の受光用光ファイバー4bとを平面上で交互に並べて接着し、平板状ユニットを得る。この平板状ユニットを10組作製した後、図26(b)に示すように、各ユニットを積層接着して、図26(c)に示すものを得る。この時、上下に並ぶ2つのユニット間で裏表を異ならせて積層する。得られた光ファイバー4a,4bの束は、図21に示すステンレス製チューブ8に入れて該チューブ8内面との間にエポキシ系充填材91を充填する。
The
他端側では、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとを分離して夫々束ね、やはりステンレス製チューブに入れてエポキシ系充填材を充填する。発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとの長さを異ならせているのは、この分離を容易とするためであるが、長さではなく、たとえば色分けによって分離できるようにしておいてもよい。なお、各端部A,B,Cの端面は最終的には研磨機で研磨して仕上げる。図22に示した光ファイバーバンドル4も同様の方法で作製することができる。
On the other end side, the light-emitting
図24に示した光ファイバーバンドル4は、クラッド径200μmで長さ40cmの発光用光ファイバー4aを25本、クラッド径200μmで長さ30cmの受光用光ファイバー4bを25本用意して、5本の発光用光ファイバー4aと5個のスペーサー7を平面上で交互に並べて接着したユニットを5つ作製するとともに、5本の受光用光ファイバー4bと5個のスペーサー7を平面上で交互に並べて接着したユニットを5つ作製し、上記両種のユニットを交互に積層して接着した後、ステンレス製チューブ8に入れてエポキシ系充填材91を充填することで形成することができる。他端側では、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとを分離して夫々束ね、やはりステンレス製チューブに入れてエポキシ系充填材を充填する。各端部A,B,Cの端面は最終的には研磨機で研磨して仕上げる。
The
スペーサー7として、図27(a)に示すように、複数個が一端側において連結されているものを用いて、スペーサー7間の溝に発光用光ファイバー4aを収納したものと、スペーサー7間の溝に受光用光ファイバー4bを収納したものとを作製し、これらを図27(b)(c)に示すように交互に積層して接着してもよい。スペーサー7同士を連結している一端部は最終の研磨時に削り落とせばよい。
As shown in FIG. 27 (a), a
図25に示した光ファイバーバンドル4は、クラッド径200μmで長さ40cmの発光用光ファイバー4aを18本、クラッド径200μmで長さ30cmの受光用光ファイバー4bを18本用意して、3本の発光用光ファイバー4aと3本の受光用光ファイバー4bと5個のスペーサー7aを平面上で交互に並べて接着したユニットを6つ作製し、各ユニットとスペーサー7bとを交互に積層して接着した後、ステンレス製チューブ8に入れてエポキシ系充填材91を充填することで形成することができる。他端側では、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとを分離して夫々束ね、やはりステンレス製チューブに入れてエポキシ系充填材を充填する。各端部A,B,Cの端面は最終的には研磨機で研磨して仕上げる。
In the
図28に示すように、スペーサー7aとスペーサー7bとを一体としたものを用いれば、スペーサー7a間の溝に光ファイバー4a,4bを収納して組み立てることができるために、光ファイバーバンドル4の作製が更に容易となる。スペーサー7を用いる場合、その形態は上記の各例に限定されるものではない。たとえば図29に示すように、表裏に溝を交互に形成することになる矩形波型断面のスペーサー7を用意して、表裏の各溝に光ファイバー4a,4bを収納したユニットを複数形成し、これらユニットを積層接着するようにしてもよい。この時、スペーサー7の片面側に発光用光ファイバー4aを、他面側に受光用光ファイバー4bを収納すればよく、またスペーサー7の厚みによって光ファイバー4a,4bの中心間距離を自由に設定することができる。
As shown in FIG. 28, if an
発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとの配列及びスペーサー7の形状の他例を図30に示す。ここでのスペーサー7は円筒状となっており、該スペーサー7の外周面に受光用光ファイバー4bをほぼ等間隔で並べるとともにスペーサー7の内周面に発光用光ファイバー4aをほぼ等間隔で並べて、図30(a)に示すものでは受光用光ファイバー4bと発光用光ファイバー4aとを周方向において同じ位置に配置している。スペーサー7とこれの周面に密着固定した両種光ファイバー4a,4bの軸線方向を平行としたこのものでは、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとの中心間距離はどの一においても発光用光ファイバー4aの半径と受光用光ファイバー4bの半径とスペーサー7の厚みの和となり、両種光ファイバー4a,4bに200μmのクラッド径のものを用いるとともに厚み100μmのスペーサー7を用いれば、上記中心間距離は300μmとなる。もちろん、図30(b)に示すように、発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとを周方向においてずらした位置に設けてもよく、この場合、上記中心間距離は上記値より長くなる。
FIG. 30 shows another example of the arrangement of the light emitting
図31は上記の筒状スペーサー7を用いる場合の他例を示しており、径の異なる2つの円筒状スペーサー7,7を用意して、径の小さなスペーサー7の外周面に発光用光ファイバー4aを固定し、径の大きなスペーサー7の外周面に受光用光ファイバー4bを固定した上で、径の大きなスペーサー7の内部に径の小さなスペーサー7をはめ込むようにしている。径の大きなスペーサー7の内径(半径)と径の小さなスペーサー7の外径(半径)との差を発光用光ファイバー4aの直径とほぼ等しくしておくことで、両スペーサー7,7の軸合わせが容易となる。この場合、スペーサー7の内周面に光ファイバーを固定するという困難な作業が不要となるために製作が容易である。
FIG. 31 shows another example of the case where the above-described
スペーサー7は図32に示すように、シート状のものであってもよい。シート状スペーサー7の片面に発光用光ファイバー4aを、他面に受光用光ファイバー4bを密着固定しておくのである。このものでは、シート状スペーサー7を曲げて図30に示したような形態としたり、あるいは渦巻き状に巻いたり波状としたり折り畳んだりすることで適宜形態のものとすることができる。また、広げて平板状としている状態のスペーサー7に光ファイバー4a,4bを取り付けることができるために、光ファイバー4a,4bの位置決め及び接着固定が容易なものである。
The
スペーサー7の厚みが発光用光ファイバー4aと受光用光ファイバー4bとの中心間距離の設定の要件となるものを示したが、スペーサー7としては、光ファイバー4a,4bを通すことができる貫通孔71を備えたものであってもよい。図33に示すように、複数個の貫通孔71をスペーサー7に設けておき、これら貫通孔71に夫々光ファイバー4a,4bを通すことで、貫通孔71の間隔で光ファイバー4a,4bの中心間距離を設定するのである。図示例では、1本の発光用光ファイバー4aを複数本の受光用光ファイバー4bが取り囲む配列となるようにしているが、該配列は貫通孔71の配置と両種光ファイバー4a,4bをどの貫通孔71に挿通するかによって定まるものであり、多様な配列が可能である。
Although the thickness of the
上記貫通孔71を備えたスペーサー7は、測定プローブPの生体に接触させる端面を形成する部材として利用することができるが、この時、図34に示すように、光ファイバー4a,4bの先端をスペーサー7より少し突出させておくと、皮膚組織表面に測定プローブPを当てる際に、光ファイバー4a,4bと皮膚組織との間に隙間が生じて迷光が生じてしまうおそれを無くすことができる。
The
図35はかごめ格子状に光ファイバー4a,4bを配置するスペーサーにおいて、リファレンス用の受光用光ファイバー4bを発光用光ファイバー4aの近傍に位置させることができるようにしたものを示している。
図36に示すものは、測定プローブPの先端面に微小な発光ダイオード41a及び受光素子41bを配列させた基板を装着し、これら発光ダイオード41a及び受光素子41bを生体の表層組織表面に近赤外光を導く投射部と表層組織表面から近赤外光を取り出す検出部としたものである。図36(b) に示すものではL2(100μm)角の大きさの発光ダイオード41a及び受光素子41bをL1(200μm)ピッチで並べるとともに、発光ダイオード41aと受光素子41bとの間にL3(100μm)の間隔をあけているが、この配列に限るものではなく、上記光ファイバーを用いたものと同様の配列あるいはランダム配置を採用することができる。
FIG. 35 shows a spacer in which the
In FIG. 36, a substrate on which minute light-emitting diodes 41a and light-receiving elements 41b are arranged is attached to the distal end surface of the measurement probe P, and these light-emitting diodes 41a and light-receiving elements 41b are placed on the surface tissue of the living body near infrared. This is a projection unit that guides light and a detection unit that extracts near-infrared light from the surface of the surface tissue. In FIG. 36 (b), the light emitting diodes 41a and the light receiving elements 41b each having a size of L2 (100 μm) are arranged at an L1 (200 μm) pitch, and L3 (100 μm) is disposed between the light emitting diodes 41a and the light receiving elements 41b. However, the present invention is not limited to this arrangement, and an arrangement similar to that using the optical fiber or a random arrangement can be adopted.
上記発光ダイオード41aや受光素子41bのうちの一方を光ファイバーに置き換えたものであってもよい。図37は発光用光ファイバー4aを複数の受光素子41bで取り囲んだものを示しているが、発光ダイオード41aの回りを複数の受光用光ファイバー4bが取り囲むものであってもよい。
One of the light emitting diode 41a and the light receiving element 41b may be replaced with an optical fiber. Although FIG. 37 shows the light-emitting
4 光ファイバーバンドル
4a 発光用光ファイバー
4b 受光用光ファイバー
4
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