JP2001299727A - 生体中のグルコース濃度の測定装置 - Google Patents

生体中のグルコース濃度の測定装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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である。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る。

Description

【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
から構成されたのものがある。
【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180μ
m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】本発明のこの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
度を一定とする制御手段を備えてい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
からなるものを用いることができる。
【0009】この時、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、
測定を行うものを用いてもよく、この時の所定時間は、
接触面の温度が目標温度に一致する時間として決定した
り、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所
定時間を決定したりすることができる。
【0010】制御手段が温度自己制御型ヒータであって
もよい。
【0011】受発光手段は光ファイバーのような非電気
的なもので構成できるために、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はまず無い。
【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In
GaAs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】
【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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 陳 若正 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 2G059 AA01 BB12 CC16 CC20 DD16 EE01 EE02 EE12 GG10 HH01 HH06 JJ03 JJ05 JJ11 JJ17 JJ22 KK04 MM01 NN01 NN02 4C038 KK10 KL05 KL07 KM01 KY04 KY07

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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制御手段を備えていることを
    特徴とする生体中のグルコース濃度の測定装置。
  2. 【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からなる
    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。
  3. 【請求項3】 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
    行うものであることを特徴とする請求項1または2記載
    の生体中のグルコース濃度の測定装置。
  4. 【請求項4】 制御手段は所定時間を接触面の温度が目
    標温度に一致する時間として決定するものであることを
    特徴とする請求項3記載の生体中のグルコース濃度の測
    定装置。
  5. 【請求項5】 制御手段は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所定時間を決定するものであること
    を特徴とする請求項3記載の生体中のグルコース濃度の
    測定装置。
  6. 【請求項6】 制御手段は温度自己制御型ヒータである
    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。
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