JP2003265477A - 光音響分光学を用いた非侵襲的な生体成分の測定装置及びその測定方法 - Google Patents

光音響分光学を用いた非侵襲的な生体成分の測定装置及びその測定方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光音響分光学を用いた非侵襲的な生体成分の
濃度測定装置及び方法を提供する。 【解決手段】 生体の特定の成分に吸収される波長帯域
の光信号を生体の測定対象部位に照射する光源５１と、
光信号の特定波長が特定の成分に吸収されて発生した光
音響信号の周波数と類似した周波数帯域を有する音響信
号を生体の前記部位の近くに発生させる音響信号発生器
５３と、音響信号が生体の音響学的な特性により変調さ
れた音響信号と光音響信号とを検出する信号検出器５５
と、光信号の強度を検出する光検出器５７と、特定の周
波数帯域の音響信号を発生させる制御器５７と、光源５
１からの光信号の強度と信号検出器５５からの光音響信
号及び音響信号とに基づいて信号補正値を算出し、特定
の成分の濃度を計算する演算器５７と、を備えることを
特徴とする非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は非侵襲的な生体成分
の測定方法及び装置に係り、より詳細には、光音響分光
学を用いた非侵襲的な生体成分の濃度測定装置及び方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】血液を採取せずに光を用いて血糖を測定
する方法に関する研究は全世界的に盛んになされつつあ
るが、いまだ顕著な成果はない状態である。近赤外線、
遠赤外線吸光法、ラマン分光法、偏光回転法、誘導ラマ
ン法、散乱測定法、温度測定法、統計的な分析法、前処
理研究など、様々な方法を用いてのアプローチがなされ
つつあるが、各方法が有する幾つかの欠点がゆえに生体
成分の測定が容易ではないのが現状である。
【０００３】例えば、近赤外線吸光法は、特定の周波数
の吸収ピークがなくて各成分間で吸収帯域が重なり、生
体組織による散乱が多くて濃度が低い物質の濃度を予測
し難く、遠赤外線吸光法は散乱が小さくて明確な吸収ピ
ークがあるという長所を有するが、人体をよく透過でき
ないという短所がある。ラマン分光法、偏光回転法など
の他の測定方法は人体内に散乱因子が多数存在するため
に散乱が大いに発生し、正確な測定が困難である。
【０００４】近年、光音響分光学を用いた生体成分の測
定装置及び測定方法に関する研究が活発になされつつあ
る。光が試料内に入射すれば、分子は浮いた状態とな
り、次に、このような状態の分子は衝突して熱が発生す
る。このような熱の変化は密閉された容器内において圧
力の変化を引き起こして音響信号、すなわち音波を作
り、このような音波は主としてマイクロホンを用いて検
出される。
【０００５】光音響分光学を用いた従来の技術には、特
許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４があ
る。特に、特許文献４に開示された光音響分光学を用い
た血液中のグルコースの非侵襲的な測定方法及び装置
は、測定素子として測定セル及び基準セルを用いてい
る。
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第０２８２２３４号明細書
【特許文献２】国際公開第９８／３９０４号パンフレッ
ト
【特許文献３】欧州特許第０９１９１８０号明細書
【特許文献４】欧州特許第１０４８２６５号明細書
【０００７】図１及び図２は、前記特許文献４に開示さ
れた非侵襲的な音響測定装置を示す図面である。図１を
参照すれば、非侵襲的な音響測定装置１０は、励起ソー
ス１２と、コントローラ及びモジュレータ１４と、プロ
ーブ１６と、ロックイン増幅器１８と、プロセッサ２０
とを備えてなる。
【０００８】励起ソース１２は、皮膚のような組織に照
射することで音波を発生させ、前記音波は光ファイバの
ような伝送装置２２を介して身体に伝えられる。プロー
ブ１６は、図２に示されたように、測定セル２６と、基
準セル２８と、ウィンドウ３０と、差動マイクロホン３
２とを備える。励起ソース１２から組織２４に照射され
て発生した音波は測定セル２６のウィンドウ３０を通過
し、測定セル２６の内部の組織２４と接触している空気
３８を同じ変調周波数にて周期的に加熱する。音波は、
測定組織の特定の成分に吸収され、測定セル２６の内部
の空気は周期的な温度変化を通じて収縮及び膨脹を繰り
返し、その結果、測定セル２６の内部には同じ変調周波
数を有する周期的な音波が生成される。
【０００９】この音波は、一端４０が測定セル２６の内
部にあり、他端４２が基準セル２８の内部にある差動マ
イクロホン３２により検出される。測定セル２６はレー
ザが照射される組織の表面４６に配され、基準セル２８
はレーザが照射されない組織の表面４８に配される。
【００１０】プローブ１６において検出された信号は差
動マイクロホン３２の出力信号であり、ロックイン増幅
器１８に送られる。ロックイン増幅器１８は前記出力信
号のうちコントローラ及びモジュレータ１４の制御下で
励起ソース１２により生成されて照射された光の変調周
波数と同じ周波数成分を有する信号のみを抽出する。プ
ロセッサ２０は抽出された周波数に対する周波数分析を
行い、偏光音響スペクトルを導き出す。従来の音響測定
装置は、この偏光音響スペクトルから物質の濃度を求め
る。
【００１１】しかしながら、前記欧州特許文献に開示さ
れた光音響測定装置においては、基準セル２８による補
償が筋肉の動きのような人体のノイズ補償を目的として
いるものの、信号そのものが特定の周波数帯域を有して
おり、変調された信号のみを感知するために、生体の状
態を正確に反映できないといった短所を有する。
【００１２】従来の光音響分光学を用いた生体成分の測
定装置は、半導体レーザが物質に向けて放出する光のう
ち赤外線レーザ光を光音響検出器により検出し、この音
響信号を分析して生体成分を分析しようとするものの、
測定部位及び個人ごとに異なる皮膚の音波伝達特性のゆ
えに正確な測定に難点がある。このような問題点は前述
した他の従来の光音響分光学を用いた装置においても現
れる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする技術的な課題は、前述した従来の技術の問
題点を改善するために、各測定部位及び個人差による影
響を受けない非侵襲的な生体成分の濃度測定方法及び装
置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記技術的な課題を達成
するために、本発明は、生体の特定の成分に吸収される
波長帯域の光信号を生体の測定対象部位に照射する光源
と、前記光信号の特定の波長が前記特定の成分に吸収さ
れて発生した光音響信号ＰＡの周波数と類似した周波数
帯域を有する音響信号Ａ１を前記生体の前記部位の近く
に発生させる音響信号発生器と、前記音響信号Ａ１が前
記生体の音響学的な特性により変調された音響信号Ａ２
と前記光音響信号ＰＡとを検出する信号検出器と、前記
光信号の強度Ｅを検出する光検出器と、前記特定の周波
数帯域の音響信号Ａ１を発生させる制御器と、前記光源
からの光信号の強度Ｅと前記信号検出器からの光音響信
号ＰＡ及び音響信号Ａ２とに基づいて信号補正値Ｎを算
出し、前記特定の成分の濃度Ｃを計算する演算器と、を
備えることを特徴とする非侵襲的な生体成分の濃度測定
装置を提供する。
【００１５】ここで、計算された前記特定の成分の濃度
Ｃを表示する表示器をさらに備えることが好ましい。
【００１６】前記信号補正値Ｎは、ｖが音波の速度であ
る時、下記式１を満足する。
【数４】
【００１７】前記特定成分の濃度Ｃと前記信号補正値Ｎ
とは互いに比例する。前記光検出器、前記制御器及び前
記演算器は、一体型であるか、あるいは、前記光検出
器、前記制御器、前記演算器及び前記表示器は、一体型
である。前記音響信号発生器及び前記信号検出器は、一
体型であるか、あるいは、前記光源、前記音響信号発生
器及び前記信号検出器は、一体型である。
【００１８】前記音響信号発生器は、空気ポンピング方
式を用いて身体に固定されることが好ましい。前記光源
は、レーザダイオード（ＬＤ）、発光素子（ＬＥＤ）、
レーザ、黒体放射体及びランプのうちいずれか一つであ
ることが好ましい。
【００１９】前記技術的な課題を達成するために、本発
明はまた、生体の特定の成分に吸収される波長帯域の光
信号を生体の測定対象部位に照射する光源と、前記光信
号の強度Ｅと前記光信号の特定の波長が前記特定の成分
に吸収されて発生した光音響信号ＰＡとを検出する光検
出器と、前記光音響信号ＰＡの周波数と類似した周波数
帯域を有する音響信号Ａ１を前記生体の前記部位の近く
に発生させ、前記音響信号Ａ１が前記生体の音響学的な
特性により変調された音響信号Ａ２を測定する音響信号
発生及び測定器と、前記音響信号発生及び測定器を制御
して前記特定の周波数帯域の音響信号Ａ１を発生させる
制御器と、前記光信号の強度Ｅと前記光検出器からの光
音響信号ＰＡと前記音響信号発生及び測定器の音響信号
Ａ２とに基づいて信号補正値Ｎを算出し、特定の成分の
濃度Ｃを計算する演算器と、を備えることを特徴とする
非侵襲的な生体成分の濃度測定装置を提供する。
【００２０】ここで、計算された前記特定の成分の濃度
Ｃを表示する表示器をさらに備えることが好ましい。
【００２１】前記信号補正値Ｎは、前記式１を満足す
る。前記特定の成分の濃度Ｃと前記信号補正値Ｎとは互
いに比例する。前記制御器及び前記演算器は、一体型で
あるか、前記制御器、前記演算器及び前記表示器は、一
体型である。前記音響信号発生及び測定器及び前記光検
出器は、一体型であるか、前記光源、前記音響信号発生
及び測定器及び前記光検出器は、一体型である。
【００２２】前記音響信号発生及び光検出器は、空気ポ
ンピング方式を用いて身体に固定されることが好まし
い。前記光源は、ＬＤ、ＬＥＤ、レーザ、黒体放射体
（black body radiator）及びランプのうちいずれか一
つである。
【００２３】前記技術的な課題を達成するために、本発
明はまた、生体の特定の成分に吸収される波長帯域を有
する光信号を生体の測定対象部位に照射する段階と、前
記光信号の強度Ｅと前記光信号の特定の波長が前記特定
の成分に吸収されて発生する光音響信号ＰＡとを検出す
る段階と、前記生体の測定対象部位の近くに前記光音響
信号ＰＡの周波数と類似した周波数帯域の音響信号Ａ１
を発生させる段階と、前記音響信号Ａ１が前記生体の音
響学的な特性により変調された音響信号Ａ２を検出する
段階と、前記光信号の強度Ｅ、前記検出された光音響信
号ＰＡ及び音響信号Ａ２から信号補正値Ｎを算出し、前
記特定の成分の濃度Ｃを計算する段階と、を含むことを
特徴とする非侵襲的な体液成分の濃度測定方法を提供す
る。
【００２４】ここで、前記信号補正値Ｎは、ｖが音波の
速度である時、前記式１を満足する。前記特定の成分の
濃度Ｃと前記信号補正値Ｎとは、互いに比例する。
【００２５】本発明は、生体組織の種類による特定の成
分の吸収により偏差が発生する測定光音響信号を基準光
音響信号を用いて補正することにより、各人体部位及び
個人差による音響信号の速度の偏差を補償することがで
き、生体の構造による反射及び散乱の音響信号の電波特
性を補正することができて生体成分を正確に測定でき
る。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき、本
発明の実施の形態による非侵襲的な生体成分の濃度測定
装置及び方法について詳細に説明する。ここで、各図面
の構成要素に参照符号を付するに当たって、同じ構成要
素に対してはたとえ他の図面上に示されていても同じ符
号が使用されていることに留意しなければならない。
【００２７】図３は、本発明の第１の実施の形態による
非侵襲的な生体成分の濃度測定装置を示すブロック図で
ある。図３を参照すれば、本発明の第１の実施の形態に
よる非侵襲的な生体成分の濃度測定装置は、光源５１
と、前記光源５１からの光信号が照射される測定対象部
位の近くに位置する音響信号発生器５３と、前記音響信
号発生器５３とは異なる側面において前記測定対象部位
の近くに配される信号検出器５５と、前記光信号の強度
Ｅを検出する光検出器と、前記光源５１及び信号検出器
５５と連結される制御、演算及び表示器５７を備える。
【００２８】光源５１は、人体５９の生体成分のうち特
定の成分に吸収される特定の波長帯域の光信号を人体５
９の測定対象部位に照射する。音響信号発生器５３は、
前記光信号が人体５９の測定対象部位を透過して特定の
成分に特定の波長が吸収されることにより変調されて生
成される光音響信号ＰＡを信号検出器５５において検出
した後、この光音響信号ＰＡの周波数と類似した周波数
帯域の音響信号Ａ１を人体５９の同一部位の近くに発生
させる。
【００２９】信号検出器５５は、人体５９の測定対象部
位を透過した光音響信号ＰＡを検出する。また、上述の
如く、音響信号発生器５３において発生した前記音響信
号Ａ １が同一の前記測定対象部位を透過して前記生体の
音響学的な特性により変調されて生成される音響信号Ａ
２を検出する。
【００３０】人体５９の特定の成分とは、体液のうちグ
ルコース、ヘモグロビン、アルブミン、コレステロール
などの物質を言い、各成分はその物質の特性に応じて特
定の波長の光を吸収する。物質内の電子は光の吸収によ
って外郭電子殻帯に移動し、時が経つにつれ低いエネル
ギー準位帯に移動して音波を発生させる。
【００３１】光検出器は、光源５１から発せられる光、
すなわち、光信号の強度Ｅを測定する。制御器は、光源
５１及び音響信号発生器５３を制御して前記特定の周波
数帯域の音響信号Ａ１を発生させ、演算器は、光源５１
の光信号の強度Ｅ、前記信号検出器５５からの光音響信
号ＰＡ及び音響信号Ａ２に基づいて信号補正値Ｎを算出
して特定の成分の濃度Ｃを計算する。ここで、信号補正
値Ｎと特定成分の濃度Ｃとは、比例関係にある。
【００３２】生体成分の濃度測定装置５０は、前記計算
された特定の成分の濃度Ｃを表示する表示器５７をさら
に備えても良いが、図３に示されたように、本発明の第
１の実施の形態による生体成分の濃度測定装置の構造で
は、前記光検出器、制御器、演算器及び表示器５７が一
体型となっている。前記光検出器、制御器、演算器及び
表示器５７のうち一部または全体を一体型に製造でき
る。前記制御器及び前記演算器５７のみが一体型に製造
されても良く、前記音響信号発生器５３及び前記信号検
出器５５のみが一体型に製造されても良く、光源５１、
音響信号発生器５３及び信号検出器５５が一体型に製造
されても良い。
【００３３】図４は、光源５１、音響信号発生器５３、
信号検出器５５、光検出器、制御器、演算器及び表示器
５７がいずれも一体型に製造された生体成分の濃度測定
装置５０の一具現例を示している。ここで、参照符号５
３′は光源５１から発せられた光信号と音響信号発生器
５３から発せられた音響信号Ａ１とが出射する出口であ
り、５５′は信号検出器５５であって、光音響信号ＰＡ
２及び音響信号Ａ２が入射する入口である。そして５
７′は、光検出器、制御器、演算器及び表示器が一体型
に製作された部分である。
【００３４】図５は、本発明の第２の実施の形態による
生体成分の濃度測定装置を示すブロック図である。図５
を参照すれば、本発明の第２の実施の形態による生体成
分の濃度測定装置は、特定の成分に吸収される特定の波
長帯域の光信号を人体６９の測定対象部位に照射する光
源６１と、前記光信号が人体６９の測定対象部位で反射
されて特定の成分に特定の波長が吸収されて変調される
ことにより生成される光音響信号ＰＡの周波数に類似し
た周波数帯域を有する音響信号Ａ１を人体６９の同一部
位の近くに発生させる音響信号発生及び測定器６３と、
を備える。
【００３５】また、前記光信号の強度Ｅと前記光信号が
人体６９の測定対象部位で反射されて特定の成分に特定
の波長が吸収されて変調されることにより生成される光
音響信号ＰＡとを検出する光検出器６７と、音響信号発
生及び測定器６３を制御して前記特定の周波数帯域の音
響信号Ａ１を発生させる制御器７３と、光源６１の光信
号の強度Ｅ、前記光検出器６７からの光音響信号ＰＡ、
及び前記音響信号発生及び測定器６３の音響信号Ａ２に
基づいて信号補正値Ｎを算出し、前記信号補正値Ｎから
特定の成分の濃度Ｃを計算する演算器６５と、を備え
る。
【００３６】加えて、前記計算された特定の成分の濃度
Ｃを表示する表示器（図示せず）をさらに具備でき、必
要に応じて光源６１、制御器７３、演算器６５、光検出
器６７、音響信号発生及び測定器６３または表示器の一
部または全部を備える一体型に製造できる。
【００３７】光パルスにより発生したパルス状の熱膨張
は音響学的な圧力波を生成する。発生する圧力波ｐは下
記の如き波動方程式により表わされる。
【数５】
【００３８】ここで、Ｉは光の強度であり、αは光の吸
収度であり、βは熱膨張係数であり、ｖは音波の速度で
あり、Ｃｐは比熱であり、ｔは時間である。Lai and Yo
ungパルス状の光音響信号の圧力の振幅Ｐは下記のよう
に表わされる。
【数６】 ここで、Ｅは人体の測定対象部位に入射した光の強度を
表わす。
【００３９】前記式３から分かるように、発生した光音
響信号は入射光の強度、光吸収係数などの媒質の光学的
特性と、熱膨張係数、比熱などの媒質の熱的な特性と、
音波の電波速度、音波の伝達関数などの音響学的な特性
として与えられる。人体の熱的な特性は他の２特性に比
べて大きく変わらないため、光学的な特性及び音響学的
な特性を補正すれば、媒質の吸収係数の測定の正確度を
高めることができる。
【００４０】本発明の実施の形態による生体成分の濃度
測定装置及び方法は、前述の如き媒質の音響学的な特性
を補正するために、前記式１に示されたように、信号補
正値Ｎを算出する。
【００４１】このような信号補正値Ｎは、下記式４及び
式５のように、特定の成分の濃度Ｃと比例関係にある。
音波の補助的な測定により音波の速度ｖ及び音波伝達関
数Ａ ２を得て補正することができる。
【数７】
【数８】
【００４２】ここで、ｋｈ＝Ｃｐ／βである。前式５の
ように吸収係数を得ることができるので、各体液の成分
を測定するために検出される信号波長と基準波長とを互
いに比較してターゲット成分の濃度を測定することがで
きる。
【００４３】前記信号補正値Ｎを算出するために、フー
リエ変換による周波数分析を行うか、ウェーブレット分
析を行う。または、複数の検出器を用いて人体の空間的
な特性を補正しても良い。
【００４４】人によって、一人についても各人体の部位
によって、経時的な組織の状態が異なるためにこのよう
な偏差を補償する必要があり、特に、生体組織の他の成
分の影響を無くすために主要成分についての濃度をあら
かじめ見つけておいてそれを補償すれば、血糖の如き成
分濃度の測定の正確度を高めることができる。例えば、
水またはヘモグロビンの濃度を光学的な方法により決定
するか、あるいは、組織に照射される光音響波長を追加
して情報を求めることができる。
【００４５】図６は、本発明の実施の形態による光音響
分光学を用いた生体成分の濃度測定方法を示すフローチ
ャートである。まず、光源から放射された特定の波長帯
域の光信号ＰＡ１を測定対象部位に照射する（第１０１
段階）。次に、前記光信号ＰＡ１が前記測定対象部位を
／で透過／反射して特定の成分に特定の波長が吸収され
ることにより波長が変調されて発生する光音響信号の強
度Ｅを検出した後（第１０３段階）、前記検出された光
音響信号ＰＡ２の周波数と類似した周波数帯域の音響信
号Ａ１を発生させる（第１０５段階）。
【００４６】次に、前記音響信号Ａ１が同測定対象部位
を透過または反射して特定の成分に特定の波長が吸収さ
れて変調されることにより発生した音響信号Ａ２を検出
し（第１０７段階）、前記光信号の強度Ｅと、検出され
た光音響信号ＰＡ及び音響信号Ａ２とから信号補正値Ｎ
または特定の成分の濃度Ｃを計算する（第１０９段
階）。
【００４７】特定の成分の濃度Ｃは、前記式１、式４及
び式５に基づき、前記信号補正値Ｎから算出される。上
述したように、光音響信号ＰＡは生体の測定状態による
補正が必要であり、このような補正は前記式１として与
えられる信号補正値Ｎを用いて行う。
【００４８】図７Ａないし図７Ｄは、近赤外線領域にお
けるグルコース溶液の吸収スペクトルを示すグラフであ
る。図７Ａは、水及びグルコースｇが１００ｍｇ、２５
０ｍｇ、５００ｍｇ、１ｇ、２．５ｇ及び５ｇだけ含ま
れた溶液の４００〜２５００ｎｍまでの波長帯域の光音
響信号を照射した場合の吸収度を示している。実験され
た７個の溶液は類似した吸収スペクトルを示している。
この実験の結果から、グルコースが微量に含まれた溶液
の場合、吸収度は水に左右されるということが分かる。
【００４９】図７Ａに示された吸収スペクトルにおい
て、Ｙ軸の吸収度Ａを対数スケールに換算して示すグラ
フが図７Ｂに示されている。図７Ｂにおいては、図７Ａ
では見られなかった小さいピークが１０００ｎｍの辺り
において多数現れていることが分かる。
【００５０】図７Ｃは、図７Ａにおいて、１６８０ｎｍ
を中心としたＢ部分の拡大図である。グルコースｇの量
が１００ｍｇである場合、水の吸収スペクトルと類似し
た吸収スペクトルを示すが、グルコースｇの量が５ｇに
増せば、その吸収スペクトルが水の吸収スペクトルから
次第に分離し、吸収度が高まるということが分かる。略
１６６０ｎｍ〜１７００ｎｍの波長帯域を有する光音響
信号において、各グルコースの相異なる濃度による相異
なる吸収度を観察することができる。
【００５１】図７Ｄは、図７Ａにおいて、２２００ｎｍ
を中心としたＣ部分の拡大図である。図７Ｄから分かる
ように、グルコース量の増加による吸収度の違いが見ら
れる波長帯域は、略２１９０ｎｍ〜２２２０ｎｍであ
る。
【００５２】前記実験の結果から、本発明の実施の形態
による生体成分の濃度測定装置を用いてグルコースの濃
度を測定しようとする場合、近赤外線領域では略１６６
０ｎｍ〜１７００ｎｍの波長帯域、及び略２１９０ｎｍ
〜２２２０ｎｍの波長帯域を有する光音響信号を用いる
ことが好適である。
【００５３】図８は、遠赤外線領域におけるグルコース
の吸収スペクトルを示している。図８中、吸収度のピー
クが現れるＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４が各々意味のある
波長帯域（約８．７ｎｍ、約９．０ｎｍ、約９．３ｎ
ｍ、約９．８ｎｍ）を表わす。本発明の実施の形態によ
る生体成分の濃度測定装置において、遠赤外線領域の光
音響信号を用いる場合、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４波長
帯域の光音響信号を用いることが好適である。
【００５４】本発明の実施の形態による光音響分光学を
用いた非侵襲的な生体成分の濃度測定装置及び方法は、
生体の種類及び時間によって変わる生体状態に基づく信
号の補償法を導入することにより、測定部位及び個人ご
とに異なる光音響信号の伝達特性を補正することができ
る。
【００５５】以上の説明において多くの事項が具体的に
示されているが、これらは発明の範囲を限定するもので
あるよりは、好適な実施の形態の例示として解釈されな
ければならない。
【００５６】例えば、本発明が属する技術分野における
当業者であれば、本発明の技術的な思想により光音響信
号の伝達特性を補正できる他の補正値を用いることがで
きるであろう。よって、本発明の範囲は説明された実施
の形態ではなく、特許請求の範囲に記載された技術的な
思想によって定められるべきである。
【００５７】
【発明の効果】上述したように、本発明による非侵襲的
な生体成分の濃度測定装置及び方法によれば、個人別、
生体の状態別による信号の補償法を導入することにより
光音響信号の伝達特性を補完することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 特開平１１−２３５３３１号公報に開示され
た光音響による血液中のグルコースの非侵襲的な測定装
置を示すブロック図である。
【図２】 特開平１１−２３５３３１号公報に開示され
た光音響による血液中のグルコースの非侵襲的な測定装
置を示す図面である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態による非侵襲的な
透過型の生体成分の濃度測定装置を概略的に示すブロッ
ク図である。
【図４】 本発明の実施の形態による非侵襲的な生体成
分の濃度測定装置の一具現例を示す斜視図である。
【図５】 本発明の第２の実施の形態による非侵襲的な
反射型の生体成分の濃度測定装置を概略的に示すブロッ
ク図である。
【図６】 本発明の実施の形態による非侵襲的な生体成
分の測定方法を示すフローチャートである。
【図７Ａ】 近赤外線領域におけるグルコース溶液の吸
収スペクトルを示すグラフである。
【図７Ｂ】 図７Ａの吸収度を対数スケールに換算した
グルコース溶液の吸収スペクトルを示すグラフである。
【図７Ｃ】 図７ＡのＢ部分の拡大図である。
【図７Ｄ】 図７ＡのＣ部分の拡大図である。
【図８】 遠赤外線領域におけるグルコース溶液の吸収
スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
５０ 生体成分の濃度測定装置 ５３ 音響信号発生器 ５５ 信号検出器 ５７ 光検出、制御、演算及び表示器
フロントページの続き (72)発明者 黄 寅徳 大韓民国京畿道水原市長安区栗田洞419番 地 三星アパート230棟1303号 Ｆターム(参考） 2G047 AA04 BC15 CA04 GD00 GG41 2G059 AA01 BB13 CC16 EE12 EE16 GG01 GG02 GG10 HH01 HH06 MM01 MM14 PP04 4C038 KK10 KL05 KL07 KX02 4C601 DD03 DD20 DD21 DD30 DE16 EE09 EE20 JB49 JB51

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生体の特定の成分に吸収される波長帯域
    の光信号を生体の測定対象部位に照射する光源と、 前記光信号の特定の波長が前記特定の成分に吸収されて
    発生した光音響信号ＰＡの周波数と類似した周波数帯域
    を有する音響信号Ａ１を前記生体の前記部位の近くに発
    生させる音響信号発生器と、 前記音響信号Ａ１が前記生体の音響学的な特性により変
    調された音響信号Ａ２と、前記光音響信号ＰＡとを検出
    する信号検出器と、 前記光信号の強度Ｅを検出する光検出器と、 前記特定の周波数帯域の音響信号Ａ１を発生させる制御
    器と、 前記光源からの光信号の強度Ｅと、前記信号検出器から
    の光音響信号ＰＡ及び音響信号Ａ２とに基づいて信号補
    正値Ｎを算出し、前記特定の成分の濃度Ｃを計算する演
    算器と、を備えることを特徴とする非侵襲的な生体成分
    の濃度測定装置。
  2. 【請求項２】 計算された前記特定の成分の濃度Ｃを表
    示する表示器をさらに備えることを特徴とする請求項１
    に記載の非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。
  3. 【請求項３】 前記信号補正値Ｎは、ｖが音波の速度で
    ある時、下記式を満足することを特徴とする請求項１に
    記載の非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。 【数１】
  4. 【請求項４】 前記特定の成分の濃度Ｃは、前記信号補
    正値Ｎに比例することを特徴とする請求項２に記載の非
    侵襲的な生体成分の濃度測定装置。
  5. 【請求項５】 前記光検出器、前記制御器及び前記演算
    器は、一体型であることを特徴とする請求項１に記載の
    非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。
  6. 【請求項６】 前記光検出器、前記制御器、前記演算器
    及び前記表示器は、一体型であることを特徴とする請求
    項２に記載の非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。
  7. 【請求項７】 前記音響信号発生器及び前記信号検出器
    は、一体型であることを特徴とする請求項１、５及び６
    のうちいずれか１項に記載の非侵襲的な生体成分の濃度
    測定装置。
  8. 【請求項８】 前記光源、前記音響信号発生器及び前記
    信号検出器は、一体型であることを特徴とする請求項
    １、５及び６のうちいずれか１項に記載の非侵襲的な生
    体成分の濃度測定装置。
  9. 【請求項９】 前記音響信号発生器は、空気ポンピング
    方式を用いて身体に固定されることを特徴とする請求項
    １に記載の非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。
  10. 【請求項１０】 前記光源は、レーザダイオード（Ｌ
    Ｄ）、発光素子（ＬＥＤ）、レーザ、黒体放射体及びラ
    ンプのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項
    １に記載の非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。
  11. 【請求項１１】 生体の特定の成分に吸収される波長帯
    域の光信号を生体の測定対象部位に照射する光源と、 前記光信号の強度Ｅと前記光信号の特定の波長が前記特
    定の成分に吸収されて発生した光音響信号ＰＡとを検出
    する光検出器と、 前記光音響信号ＰＡの周波数と類似した周波数帯域を有
    する音響信号Ａ１を前記生体の前記部位の近くに発生さ
    せ、前記音響信号Ａ１が前記生体の音響学的な特性によ
    り変調された音響信号Ａ２を測定する音響信号発生及び
    測定器と、 前記音響信号発生及び測定器を制御して前記特定の周波
    数帯域の音響信号Ａ１を発生させる制御器と、 前記光信号の強度Ｅと、前記光検出器からの光音響信号
    ＰＡと、前記音響信号発生及び測定器の音響信号Ａ２と
    に基づいて信号補正値Ｎを算出し、特定の成分の濃度Ｃ
    を計算する演算器と、を備えることを特徴とする非侵襲
    的な生体成分の濃度測定装置。
  12. 【請求項１２】 計算された前記特定の成分の濃度Ｃを
    表示する表示器をさらに備えることを特徴とする請求項
    １１に記載の非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。
  13. 【請求項１３】 前記信号補正値Ｎは、下記式を満足す
    ることを特徴とする請求項１１に記載の非侵襲的な生体
    成分の濃度測定装置。 【数２】
  14. 【請求項１４】 前記特定の成分の濃度Ｃは、前記信号
    補正値Ｎに比例することを特徴とする請求項１３に記載
    の非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。
  15. 【請求項１５】 前記制御器及び前記演算器は、一体型
    であることを特徴とする請求項１１に記載の非侵襲的な
    生体成分の濃度測定装置。
  16. 【請求項１６】 前記制御器、前記演算器及び前記表示
    器は、一体型であることを特徴とする請求項１１に記載
    の非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。
  17. 【請求項１７】 前記音響信号発生及び測定器及び前記
    光検出器は、一体型であることを特徴とする請求項１
    １、１５及び１６のうちいずれか１項に記載の非侵襲的
    な生体成分の濃度測定装置。
  18. 【請求項１８】 前記光源、前記音響信号発生及び測定
    器及び前記光検出器は、一体型であることを特徴とする
    請求項１１、１５及び１６のうちいずれか１項に記載の
    非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。
  19. 【請求項１９】 前記音響信号発生及び光検出器は、空
    気ポンピング方式を用いて身体に固定されることを特徴
    とする請求項１１に記載の非侵襲的な生体成分の濃度測
    定装置。
  20. 【請求項２０】 前記光源は、ＬＤ、ＬＥＤ、レーザ、
    黒体放射体及びランプのうちいずれか一つであることを
    特徴とする請求項１１に記載の非侵襲的な生体成分の濃
    度測定装置。
  21. 【請求項２１】 生体の特定の成分に吸収される波長帯
    域を有する光信号を生体の測定対象部位に照射する段階
    と、 前記光信号の強度Ｅと、前記光信号の特定の波長が前記
    特定の成分に吸収されて発生する光音響信号ＰＡとを検
    出する段階と、 前記生体の前記測定対象部位の近くに前記光音響信号Ｐ
    Ａの周波数と類似した周波数帯域の音響信号Ａ１を発生
    させる段階と、 前記音響信号Ａ１が前記生体の音響学的な特性により変
    調された音響信号Ａ２を検出する段階と、 前記光信号の強度Ｅ、検出された前記光音響信号ＰＡ及
    び前記音響信号Ａ２から信号補正値Ｎを算出し、前記特
    定の成分の濃度Ｃを計算する段階と、を含むことを特徴
    とする非侵襲的な生体成分の濃度測定方法。
  22. 【請求項２２】 前記信号補正値Ｎは、ｖが音波の速度
    である時、下記式を満足することを特徴とする請求項２
    １に記載の非侵襲的な生体成分の濃度測定方法。 【数３】
  23. 【請求項２３】 前記特定の成分の濃度Ｃは、前記信号
    補正値Ｎに比例することを特徴とする請求項２１に記載
    の非侵襲的な生体成分の濃度測定装置。
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