JP2005106592A

JP2005106592A - 血糖測定法およびその装置

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Publication number: JP2005106592A
Application number: JP2003339663A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Cho; 吉夫張; Hiromichi Horinaka; 博道堀中; Kenji Wada; 健司和田
Original assignee: AIME TECHNOLOGY CO Ltd
Current assignee: AIME TECHNOLOGY CO Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】ヒト生体組織内の血液中の血糖値を無侵襲に近赤外光の吸収係数によって測ろうとするとき、問題となるのは、ヒト生体組織による散乱光成分の混入である。散乱光成分の混入は被験者間においても、また測定イベント間においても大きく変動するので、血糖測定値にばらつきを生ずる。その結果、信頼性の高い血糖測定が困難となる。
【解決手段】
散乱光成分の検出器への入射を分離除去する手段として、偏光状態を利用した散乱光成分の分離除去法とコヒーレント干渉を利用した散乱光成分の分離除去法を用い、測定部位での近赤外透過光のなかから散乱光成分を分離除去し、非散乱・準直進光だけを選択的に検出し、測定対象である血糖濃度に依存する吸収係数を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無侵襲の血糖測定法およびその装置に関する。

近年、高齢化社会の到来とともに糖尿病の患者数は毎年増加の一途をたどっている。また、糖尿病患者は血液中の血糖濃度をコントロールするために血糖値を測定しなければならない。特に重症の患者においては、血中血糖濃度を準リアルタイムにコントロールする必要があることから日に数回にも及ぶ頻繁な血糖測定を必要としている。現在、実用されている血糖測定法には、静脈からの採血血液から赤血球を取り除いた血漿分について糖分濃度を化学分析的に行なう化学分析法と、酵素電極を用いて糖分のみによる電気伝導度を選別的に測定することによって行う酵素電極法とがある。前者は、多項目の血液診断を自動的に行う化学分析装置による方法の１出力項目として得ることもできるし、血糖測定専用器から得ることもできるが、採血は医師、看護師などの専門医療従事者によって行われるものであり、最低、ミリリットルオーダーの採血量を必要とする。後者は、指先に短い針を浅く突き刺すことによって直径１mm程度の血液の小滴を指先より採取することによって行われもので、医師の指導によって患者本人が行うことも許されている。特に、在宅療養者においては、専らこの方法が用いられている。いずれにしても、このように侵襲を伴って血糖値を測定することは、患者に対して苦痛と精神的な負担を強いるのみならず、免疫力の低下している患者に対して各種の感染症を引き起こす原因ともなっている。また、測定ごとに使い捨ての針先を必要とすることから、資源的ならびに経済的な問題が発生するのみならず、血液の付着した針先の安全な回収処理の問題も発生する。

以上の問題点にかんがみ、無侵襲で、採血を必要としない血糖値の測定法とその装置の開発が望まれていた。それに対して、１９７９年、赤外光による血糖測定がKaiserらによってはじめて試みられた［非特許文献１］。２０００年代には、近赤外光を用いた無侵襲な血糖測定装置が特許公開されるようになった［特許文献１］、［特許文献２］、［特許文献３］。

しかし、上に例示した近赤外光を用いた無侵襲な血糖測定装置に代表されるように、このような方法による血糖測定においては、測定部位として使われている手の指先部や指間の水掻き状部などの部位に関して、指先の太さ、指骨の形状や大きさ、水掻き状部の厚さ、それら部位の皮膚の滑らかさ、色など、被験者の個人差が大きいために、測定値がばらつくという問題があった。したがって、現在、これらの無侵襲血糖測定装置は、日常の臨床診断の場で、いまだ実用されるに至っていない。

特許公開平11-216131「無侵襲血糖値計測装置」特許公開2000-189404「血糖測定方法及びその装置」特許公開2000-258343「血糖測定方法及びその装置」 Kaiser et al., IEEE Trans. BME-26,597

背景技術で例示した先行技術による方法は、いずれも、ヒト生体組織内の血液中の血糖値を無侵襲に近赤外光の吸収係数によって測ろうとするものである。そこで問題となるのは、ヒト生体組織による散乱光成分の混入である。一般に散乱のない溶媒中の溶質の吸収係数を測定することは、溶液の吸収係数の標準的測定法として確立しており、標準セルなどを用いて容易に行うことができる。しかし、散乱を伴う溶媒内にある溶質による吸収係数だけを、全透過光の検出によって測定することはできない。それは、散乱を伴う溶液では、全透過光中に、吸収係数の測定にとってはノイズ成分に過ぎない散乱光成分が混入するからである。散乱光成分の混入は、まず（i）散乱溶液を保持している構造体（標準的な吸収係数測定においてはセル容器壁、人体測定部位では指先などの表皮部組織など）の境界表面部での近赤外光の吸収および散乱、ならびに、(ii)測定しようとする溶質（血糖値測定においては、血管内、毛細血管内、細胞組織内などの血液中の糖分）を内包する人体細胞組織、血管壁、毛細血管壁、骨組織、などによって引き起こされる。そうして、これらの散乱光は、本来の溶質の吸収係数測定に必要な非散乱光とは無関係に検出器の検出面に混入して入射する。その結果、電圧、電流などの電気量に変換された検出出力は、溶質濃度（血糖値測定においては血液中の血糖濃度、すなわち、血糖値）に比例しなくなる。この散乱光の混入率は、人体測定部位において散乱体を構成している細胞組織、血管壁、毛細血管壁、骨組織、等々の吸収係数、散乱係数に依存している。また、それらは、具体的には、指先部の太さ、その骨部の形状、太さ、皮膚の滑らかさ、その色などに依存していることから、被験者間においても、また経時的にも大きな差違が生ずるものである。

以上が、先行技術において、測定値が被験者間あるいは経時的にばらつく大きな原因である。したがって、近赤外血糖測定器においては、それによる血糖値を静脈採血による血糖値と比較することによって、被験者ごとに、また、一定期間ごとに近赤外血糖測定器の検量線を修正する必要が生ずる。このような煩雑さのために、現在、臨床診断の場においても、また自宅療養の場においても、近赤外光による無侵襲血糖計は実用されるに至っていない。

本発明は、近赤外光による無侵襲な血糖測定において、人体細胞組織、血管壁、毛細血管壁、骨組織、表皮組織などからの散乱光成分の影響を逓減することによって、被験者間、あるいは毎回の測定イベント間に血糖値以外の因子によって生ずる血糖測定値のばらつきの少ない、信頼性の高い無侵襲な血糖測定法とその装置を在宅療養者の個人ユーズをも視野に入れて比較的安価に提供することを目的としている。

以上に述べてきたように、近赤外光を用いて無侵襲に個人間あるいは経時間にばらつきのない血糖値を測定するためには、ヒト生体のような散乱媒体中においても、可能な限り散乱光成分の影響を除去して、吸収係数（血糖成分による）を独立に測定することが必要となる。

以下に、光（近赤外光を含む広義の意味での光）をフォトン（光子）の集団と見て説明する。
一般に、散乱体によって散乱されるフォトンは、その散乱の度（たび）ごとに、ランダムにその偏光度やコヒーレンス度が変化させられるが、そのプロセスのランダム性のゆえに、多数回の散乱を受けるにしたがって、その偏光度や時間コヒーレンス度は減少してゆき、最終的に偏光度ゼロ（無偏光）または、時間コヒーレンス度ゼロの近辺で揺らぐことになる。したがって、直線偏光（偏光度１）フォトンあるいは時間的にコヒーレントなフォトン（時間コヒーレンス度１）を入射させた場合、散乱回数の少ないフォトンほど、入射時の偏光度あるいは時間コヒーレンス度を維持していると考えることができる。

このような散乱回数の少ないフォトンは、そのフォトンの入射点と出射点間を、それら２点間の最短距離である２点間を結ぶ直線に（散乱によってたまたま）絡み付くように飛行するフォトンである。このようなフォトンを準直進フォトンと呼ぶことにすると、このような準直進フォトンのフォトン数（したがって光強度）の吸収体による減少率を検出器によって検出し、これを測定２点間の距離で割ったものは、吸収係数を与えると考えることができる。

以上によって、出射点において、入射時の偏光成分フォトンあるいは入射時の時間コヒーレンス度を維持しているフォトンを抽出できれば、準直進フォトンを抽出したことになり、散乱媒質中においても、散乱の影響を除去できたことになり、吸収係数の測定が可能となることが理解できる。

本発明においては、散乱光成分の検出器への入射を比較的安価に分離除去する手段として、偏光状態を利用した散乱光成分の分離除去法とコヒーレント干渉を利用した散乱光成分の分離除去法を用いることを提案している。以下に、これらの散乱光成分分離除去法を、それぞれ、偏光状態散利用乱光成分分離除去法とコヒーレント干渉利用散乱光成分分離除去法と呼ぶことにして、以下に、これらについて、それぞれの動作原理を説明する。

（１）偏光状態利用散乱光成分分離除去法
偏光状態利用散乱光成分分離法の原理を図１を用いて説明する。まず直線偏光光源１１を準備し、これを偏光状態変調切り換え器１２に導く。この偏光状態変調切り換え器１２は切り換え周波数発生器１２１からの変調信号によって２種類の分離可能な偏光状態を持つ光を周期的に切り換えて出力する。偏光状態変調切り換え器１２の出力は測定すべき吸収係数を含む被測定散乱媒質体１３（無侵襲血糖測定においては指先端部などの血糖測定部位）へ入射させられる。被測定散乱媒質体１３通過後の出力光を検出する検出器１４の前に偏光フィルター１５を置き、その通過偏光方向を入射する直線偏光成分の偏光方向に平行にセットする。このような光学的構成は以下に述べる作用を生ずる。すなわち、被測定散乱媒質体１３の入射点と検出器１４を結ぶ最短直線１７（破線で表示）に沿って飛行する先に述べた準直進フォトン１６で表されるごとき準直進フォトン成分は散乱回数が少ないために入射時の偏光状態を維持しているので、その偏光状態が偏光状態変調切り換え器１２の周期的切り換えに応じて周期的な変調を受ける。したがって、先のようにセットした偏光フィルター１５の直後に置かれた検出器１４によって検出された検出出力には切り換え周波数成分が含まれる。一方、被測定散乱媒質体１３中を多数回の散乱を受けて、先の最短直線１７からは大きく逸れて迂回飛行し、最終的に検出器１４に入射する迂回フォトン１８で表されるごとき迂回フォトン成分は、準直進フォトン成分に比してはるかに多くの回数の散乱を受けているので、被測定散乱媒質体１３通過後、その偏光度はゼロ付近の値となりその付近の値でゆらぐことになる。このような無偏光な光の強度は、当然、散乱媒質への入射時点での偏光方向に依存するものではない。したがって偏光変調切り換え器は迂回フォトン成分に対しては何の変調効果も与えない。その結果、検出器からの切り換え周波数成分は準直進フォトン成分のみに依存することとなり、散乱成分の寄与はないので、散乱フォトン成分の影響が分離除去されたことになる。

しかも、検出器出力信号は、このように切り換え周波数の準直進フォトン成分に比例する交流信号であるから、これを切り換え周波数発生器１２１からの切り換え周波数で狭帯域増幅し同期検出するロックイン増幅器６０で増幅することによって安定に大きい感度を得ることができ、微弱な準直進光成分まで高感度で広いダイナミックレンジの検出が可能になる。このことは、先に述べたように、散乱媒質中においても散乱の影響を低減させ、広いダイナミックレンジにわたって吸収係数の測定が可能となることを意味している。ロックイン増幅器６０から得られた準直進光成分のアナログ量はA/D変換器６５を経て吸収係数算定用のコンピューター６６に入力される。

（２）コヒーレント干渉利用散乱光成分分離除去法
コヒーレント干渉利用散乱光成分分離法の原理を図２を用いて説明する。図１と共通の番号は図１と同じものを指すものとする。一般に、散乱体によって散乱されるフォトンは、散乱の度（たび）ごとに、その時間コヒーレンス度がランダムに変化させられるが、そのランダム性のゆえに、多数回の散乱を受けるにしたがって、時間コヒーレンス度は減少してゆき、最終的には、ゼロ付近の値となり、その付近の値でゆらぐことになる。準直進フォトン１６は、それが経験する散乱回数が、迂回フォトン１８が経験する散乱回数よりも少ない。その結果、準直進フォトン成分は迂回フォトン成分に比べてより高い時間コヒーレンス度を持っている。コヒーレンス度とは可干渉度のことであり、２つの光波がどの程度相互に干渉できるかの度合いである。

したがって、被測定散乱媒質体１３の透過光２４のうち、準直進フォトン成分光は迂回フォトン成分光にくらべて干渉性が高い。そこで、準直進フォトン成分光を他のコヒーレント光２２（以後、参照光と呼ぶ）と重ね合わせると、これら２つの光の間に干渉が生じる。一方干渉性の低い迂回フォトン成分との間では干渉が起こらない。このような干渉を非線形屈折率の大きい媒質、いわゆる、光非線形媒質２５中で行わせると、干渉性の高い準直進フォトン成分との間においてだけ大きな干渉が起こるので、光非線形媒質の非線形屈折率によって引き起こされる非線形効果は準直進光成分に対してだけ強く起こり、非線形効果の結果として、準直進光の強度と参照光にともに比例し、準直進フォトン成分光の周波数と参照光の周波数の和の周波数のコヒーレント光が発生する。準直進フォトン成分光の周波数が参照光の周波数に等しい場合には２倍周波数コヒーレント光２８が発生する。したがって、参照光の強度を一定として、これら発生コヒーレント光の周波数光だけを波長選択フィルター２６を通して検出すれば、準直進光成分の強度だけに比例した出力が検出でき、散乱光成分の影響が分離除去できたことになる。これがコヒーレント干渉散乱光成分分離除去法である。

血糖値を無侵襲に近赤外光の吸収係数によって測ろうとするとき、ヒト生体組織による散乱光成分の混入のために、血糖測定値にばらつきを生じ、信頼性の高い血糖測定が困難となる。
本発明においては、散乱光成分の検出器への入射を分離除去する手段として、偏光状態を利用した散乱光成分の分離除去法とコヒーレント干渉を利用した散乱光成分の分離除去法を用い、測定部位での近赤外透過光のなかから散乱光成分を分離除去して非散乱・準直進光だけを選択的に検出することによって吸収係数を分離して測定できるため、近赤外光吸収による無侵襲血糖濃度測定を高い信頼性で実現できる効果を持つ。

上に述べた２つの方法、偏光状態利用散乱光成分分離除去法とコヒーレント干渉利用散乱光成分分離除去法は、いずれも、比較的安価な部品から構成できるので、それぞれ、単独に用いてもよく、また、それらを併用してもよい。それらの実施形態を、それぞれ、以下に、実施例として述べる。
いずれの方法によっても血糖測定装置を比較的安価な素子で構成できる利点を持っている。

実施例１
上に述べた偏光状態利用散乱光成分分離除去法によって無侵襲血糖計を構成するブロック図を図３に示す。この散乱光成分分離除去法に必要な偏光状態変調切り換え器１２を含む光源部４０からの近赤外光は光ファイバー３６によって血糖測定プローブ３７に導かれ、その内壁に埋設された検出器４６によって、たとえば指先端部での透過光が検出される。指先端部で検出された透過光は、この散乱光成分分離除去法によって散乱光成分が分離除去された切り換え周波数信号となっているので、これをロックイン増幅器６０で増幅・同期検出することにより、散乱媒質中での吸収係数が測定される。

図３のブロック図中の各ブロックの詳細を以下の図４、図５と図６で説明する。指先端部と検出器４６の間を結ぶ最短直線２７（破線で表示）が図１、図２中の最短直線１７に相当する。
図４は直線偏光光源部１１内の構成を示している。ハロゲンランプ３１などの高温度に維持されたフィラメント３１１からは、フィラメント温度によって決まる熱輻射スペクトルを持つ輻射が得られる。この輻射スペクトルのうち、血糖値の測定に必要とする、たとえば、８００nmから１８００nmに至る領域の近赤外光を血糖の吸収スペクトルの少なくとも１つを十分にカバーする波長域で取り出す。このように取り出された近赤外光を偏光状態変調切り換え器１２に効率良く平行光として導くために、放物面反射ホットミラー
３３１を用いて不要な可視光成分をホットミラー外に放射させ、近赤外光成分のみをフィルター３３２を通して透過させるなどの周知の方式を用いることができる。取り出された近赤外光は偏光フィルター３４によって直線偏光３５に変換され、偏光状態変調切り換え器１２に入射される。

偏光状態変調切り換え器１２は、たとえば、図５の光学配置構成に示すように、１/４波長板７１と位相変調器７２の縦続接続で構成される。入射直線偏光の偏光面を１/４波長板７１の直交するFAST軸とSLOW軸のいずれに対しても４５度の角度を保って入射させる。また、位相変調器７２は電気光学結晶などによって構成され、その結晶軸方向と変調信号印加電極１２２は位相変調が１/４波長板のFAST軸かSLOW軸のいずれかに平行な偏光成分にだけ作用するようにセットされている。位相変調器７２に印加される切り換え周波数発生器１２１からの切り換え変調信号は−90度〜＋90度間の位相変調を与える振幅に調整されている。以上の構成によって、偏光状態変調切り換え器１２の出力は、切り換え周波数で切り換えられる互いに直交する２直線偏光となる。この出力光は集光レンズ３６２によって光ファイバー３６の入射端面３６１に集光入射され、血糖測定プローブ３７に導かれる。

血糖測定プローブ３７は、例えば、指の先端に近い部分で、適当なパス長をもって散乱透過光を測定するに適した構造を持っている。その断面構造を図６に示す。血糖測定プローブに導かれた近赤外光は、押圧力をもって指先端部４１に密着せられる構造を持つ光ファイバー出射端４２がプローブ内壁先端部４８に埋設されており、光ファイバー出射端
４２は指に当椄する窓材４２１を通して指先端部４１を照射するように構成されている。指先端部４１において、指骨によるプローブ近赤外光の遮蔽効果や散乱を避けるために、指先端部４１から１ないし１.５cm指付け根方向に下がった位置の指底部４７に当椄するプローブ内壁底面４３に、窓材４４と偏光フィルター４５を介して検出器４６が埋設されている。偏光フィルター４５の偏光透過方向は偏光状態変調切り換え器１２から出射される直交２直線偏光のいずれかの偏光面に一致させる。検出器部もまた押圧力をもって指底部４７に密着せられる構造を持っている。

検出器４６で検出された出力は、以上の構成とその動作原理によって、切り換え周波数信号からなり、散乱光成分が分離除去され、準直進光成分のみに依存したものとなっている。したがって、この出力信号を図７に示すように、切り換え周波数を中心周波数とする狭帯域増幅器６１で増幅し、切り換え周波数発生器１２１からの切り換え信号を位相調整器６３経由で同期検波回路６４に加えて同期検波する、いわゆる、ロックイン増幅器６０によって、DCアナログ電気出力を得ることができる。このDCアナログ電気出力をA/D変換器６５によってディジタル量に変換し、コンピューター６６で処理することにより散乱媒質内の吸収係数が得られる。これによって、散乱の影響を除去して、個人間や経時間などに起因する測定血糖値のばらつきを除去した安定な血糖値の測定が可能となる。

実施例２
生体表面組織、すなわち皮膚の色、滑らかさなどの差違による個人間や経時間などに起因する測定血糖値のばらつきは、上の第１実施例が目標としたヒト生体の内部組織による散乱光分離除去によっては十分に除去できない。このような原因による測定血糖値のばらつきを除去することを目的として、検出器を少なくとも２個または２個以上の複数個とした実施例の血糖測定プローブ３７の断面図を図８(a)に、検出器部の拡大上面図を図８(b)に示す。複数個の各検出器８０１、８０２、８０３、 . . . らは、それぞれ、窓材８１１、８１２、８１３、 . . . と偏光フィルター８２１、８２２、８２３、 . . . に加えて、にさらに透過中心波長の異なる狭帯域波長フィルター８３１、８３２、８３３、 . . . を備えている。これら複数個の狭帯域波長フィルターの透過中心波長は、そのなかの１つの狭帯域波長フィルターの透過中心波長を血糖の吸収スペクトルの中心波長に合わせてあり、他の複数個の検出器の波長選択フィルターの通過中心波長は血糖の吸収スペクトル外にとられている。このような複数個の狭帯域波長フィルターを複数個の検出器にそれぞれ付加することにより、皮膚表面組織の血糖由来以外の吸収や散乱による測定血糖値のばらつきを補正することが可能となる。これら複数個の検出器は、それぞれの光伝搬経路を可能な限り接近させるために、図８(b)に示すように、血糖測定プローブ３７の内壁に密接して配置する。個々の検出器をIC化された0.1mm以下の微小ピッチを持つ１次元アレー配列または２次元マトリクス配列のCCD検出器構造とすることが望ましい。

実施例３
第３実施例を図９に示す。これはコヒーレント干渉利用散乱光成分分離除去法にもとづく血糖測定法の具体的実施例である。時間コヒーレンス度の高い連続・定常なレーザー光を光源９１として用いる。このレーザー光を光方向性結合器９２で２つの光に分け、一方を被測定散乱媒質体１３（無侵襲血糖測定においては指先など）へ入射し、他方の光を被測定散乱媒質体１３を通さず、時間コヒーレンス度の高いまま参照光９４として、光方向性結合器９３を通して被測定散乱媒質体１３からの透過光２４と重ね合わせ、干渉させる。被測定散乱媒質体１３からの透過光２４のうちの干渉性の高い準直進フォトン成分との間では干渉が起こるが、干渉性の低い迂回フォトン成分との間では干渉が起こらない。このような干渉を非線形屈折率の大きい光非線形結晶などの光非線形媒質２５中で行わせると、干渉性の高い準直進フォトン成分との間でだけ大きな干渉が起こるので、光非線形媒質の非線形屈折率によって引き起こされる非線形効果は準直進光成分に対してだけ強く起こり、準直進光の強度にだけ比例し、散乱光成分には依存しない２倍周波数光２８が生成される。したがって、この２倍周波数光２８だけを波長選択フィルター２６を通して波長選択的に検出すれば、準直進光成分の強度だけに比例した出力が検出でき、散乱光成分の影響が分離除去できたことになる。

実施例４
上の第３実施例では、コヒーレント干渉利用散乱光成分分離除去を時間コヒーレンス度の高い連続定常光で説明したが、光源９１を繰り返しパルス光として、そのパルスの時間幅を、パルスが被測定媒質体の通過に要する時間よりも十分（ひと桁程度）短くし、第３実施例と同様、光方向性結合器９２で２つの光に分け、一方を被測定散乱媒質体１３へ入射し、他方の光を被測定散乱媒質体１３を通さず、時間コヒーレンス度の高いままパルス参照光９４として、光方向性結合器９３を通して被測定散乱媒質体１３からの透過光２４と重ね合わせ、干渉させる。被測定散乱媒質体１３からの透過光２４のうちの準直進フォトン成分は、迂回フォトンよりも早く被測定散乱媒質体１３を通過するので、図１０の波形図に示すように、通過後のパルスは時間的に広がって尾を引くことになり、パルスの前縁には準直進フォトン成分が集中し、迂回フォトン成分は尾の部分に分布することとなる。そこで、被測定散乱媒質体１３への入射繰り返しパルス光を光方向性結合器９２で分けたパルス参照光９４と光非線形媒質２５内で干渉させ、その時間位置を出力パルスの前縁部に調節し、そこで生成される２倍周波数光２８だけを波長選択フィルター２６を通して波長選択的に検出すれば、準直進フォトンだけを時間ゲート的にも繰り返して選択抽出したことになる。この場合、準直進光成分は、時間コヒーレンス効果と上の時間ゲート効果の相乗作用によって、その選択能力が連続光の場合より大きく改善される。さらに、繰り返しパルス光をモード同期レーザー光におけるように、連続光のエネルギーのパルス部分への集中によって得た場合には、その集中度だけパルス光のピークパワーが増大されるので、２倍周波数成分への変換による時間ゲート作用における変換効率が大幅に改善され、準直進光成分の検出感度が向上し、より広いダイナミックレンジの血糖値測定が可能となる。

無侵襲血糖測定を指先などで行う場合には、パルス幅、時間ゲート幅とも、ピコ秒オーダーであることが望ましい。

実施例５
血糖測定プローブについては、指先部を測定部位とする場合について、適当なパス長を持ち、かつ、指骨の遮蔽効果や散乱を避ける構造として図６の構造を示した。このような条件を満たす測定部位として、親指と人指し指間の水掻き奥部、耳朶部、頬なども有用な部位である。これらの部位の血糖測定プローブには、図１１に示すバネ挟み構造を持ち、挟みの両先端部にファイバー出射端部と検出部を埋設して構成されるものを用いることもできる。

実施例６
第１実施例においては、偏光状態変調切り換え器１２を１/４波長板と電気光学結晶を用いた位相変調器の縦続接続で説明したが、本実施例では、これらを図１２に示すように光ファイバーで構成している。異方性を持たない通常のシングルモードファイバーを直径数cmの円形に巻くと、ファイバーはファイバー断面内に複屈折性を生じる。複屈折の軸方向は円の直径方向とそれに直交する方向である。したがって、この複屈折性によって１/４波長リターデーションを生じる長さの円形に巻かれたファイバーは１/４波長板の作用を持つファイバー１/４波長板７４となる。また、直径数cmの圧電円筒体にファイバーを巻き付け、圧電円筒体に変調信号をかければ、圧電円筒体の伸縮によって、その上に巻き付けられたファイバーには円筒直径方向の応力変動とファイバー長さ方向の伸縮変動が生じるために、ファイバーの複屈折性が変調される。ファイバーへの入射光の偏光面を複屈折のいずれかの軸に一致させれば、位相変調作用を持つファイバー位相変調器７５として働く。したがって、図１２のファイバー１/４波長板７４とファイバー位相変調器７５の縦続接続によって偏光状態変調切り換え器１２をファイバー素子だけで構成できる。

偏光状態利用散乱光成分分離法の原理を示す構成ブロック図コヒーレント干渉利用散乱光成分分離除去法の原理を示すブロック図偏光状態利用散乱光成分分離除去法によって無侵襲血糖計を構成するブロック図直線偏光光源の断面図偏光状態変調切り換え器の構成を示す配置図血糖測定プローブの断面図偏光状態利用散乱光成分分離除去法における検出部ブロック図 (a)は複数個の検出器を用いる血糖測定プローブの断面図,(b)は複数個の検出器を用いる血糖測定プローブ検出器部の拡大上面図コヒーレント干渉利用散乱光成分分離除去法を示すブロック図パルスコヒーレント干渉利用散乱光成分分離除去法における波形図バネ挟み構造を持つ血糖測定プローブの透視図ファイバー素子で構成した偏光状態変調切り換え器の透視図

符号の説明

１１直線偏光光源
１２偏光状態変調切り換え器
１２１切り換え周波数発生器
１２２変調信号印加電極
１３被測定散乱媒質体
１４検出器
１５,３４，４５偏光フィルター
１６準直進フォトン
１７,２７最短直線
１８迂回フォトン
２２参照光
２４透過光
２５光非線形媒質
２６波長選択フィルター
２８２倍周波数光
３１ハロゲンランプ
３１１フィラメント
３３１放物面反射ホットミラー
３３２ホットフィルター
３５直線偏光
３６光ファイバー
３６１ファイバー入射端面
３６２集光レンズ
３７血糖測定プローブ
４０光源部
４１指先端部
４２光ファイバー出射端
４２１窓材
４３プローブ内壁底面
４４窓材
４６検出器
４７指底部
４８プローブ内壁先端
６０ロックイン増幅器
６１狭帯域増幅器
６３位相調整器
６４同期検波回路
６５ A/D変換器
６６コンピューター
７１１/４波長板
７２位相変調器
７４ファイバー１/４波長板
７５ファイバー位相変調器
８０１, ８０２, ８０３, . . . . 検出器
８１１, ８１２, ８１３, . . . . 窓材
８２１, ８２２, ８２３, . . . . 偏光フィルター
８３１, ８３２, ８３３, . . . . 狭帯域波長フィルター
９１レーザー光源
９２,９３光方向性結合器
９４パルス参照光

Claims

直線偏光の近赤外光を偏光状態変調切り換え器によって偏光状態を周期的に切り換え、血糖測定部位に照射し、その透過光を上記切り換え周波数によって同期検波して透過光中の上記直線偏光成分のみを選択的に検出することにより、生体組織による散乱光成分を分離除去して、準直進光成分の血糖による吸収係数の測定を可能とし、それによって、血糖濃度以外の因子よる血糖測定値のばらつきを低減させた血糖測定を可能とする偏光状態利用散乱光成分分離除去法による血糖測定法。
時間的にコヒーレントな近赤外光を血糖測定部位に照射し、その透過光を非線形媒質内で参照光と干渉させ、非線形媒質から生成される照射光と参照光の和周波成分または２倍周波数成分を検出することによって、生体組織による散乱光成分を分離除去して、準直進光成分の血糖による吸収係数の測定を可能とし、それによって、血糖濃度以外の因子による血糖測定値のばらつきを低減させた血糖測定を可能とするコヒーレント干渉利用散乱光成分分離除去法による血糖測定法。
検出器を少なくとも２個または２個以上の複数個とし、それぞれに狭帯域波長フィルターを付加して、そのなかの１つの透過中心波長を血糖の吸収スペクトルの中心波長に合わせ、他の複数個の検出器の波長選択フィルターの通過中心波長を血糖の吸収スペクトル外にとって、血糖由来以外の吸収や散乱による測定血糖値のばらつきを補正することを特徴とする請求項１記載の血糖測定法。
直線偏光の近赤外光を偏光状態変調切り換え器によって偏光状態を周期的に切り換え、血糖測定部位に照射し、その透過光を上記切り換え周波数によって同期検波して透過光中の上記直線偏光成分のみを選択的に検出することにより、生体組織による散乱光成分を分離除去して、準直進光成分の血糖による吸収係数の測定を可能とし、それによって、血糖濃度以外の因子よる血糖測定値のばらつきを低減させた血糖測定を可能とする偏光状態利用散乱光成分分離除去法による血糖測定装置。
時間的にコヒーレントな近赤外光を血糖測定部位に照射し、その透過光を非線形媒質内で参照光と干渉させ、非線形媒質から生成される照射光と参照光の和周波成分または２倍周波数成分を検出することによって、生体組織による散乱光成分を分離除去して、準直進光成分の血糖による吸収係数の測定を可能とし、それによって、血糖濃度以外の因子による血糖測定値のばらつきを低減させた血糖測定を可能とするコヒーレント干渉利用散乱光成分分離除去法による血糖測定装置。
前記偏光状態変調切り換え器を１/４波長板と位相変調器の縦続接続で構成し、位相変調器に−90度〜＋90度間の位相変調を与えることによって前記偏光状態変調切り換え器から相互に直交する２直線偏光を交互に周期的に得ることを特徴とする請求項１記載の方法による血糖測定装置。
前記位相変調器を、たとえば圧電円筒体に巻き付けた光ファイバーで構成することを特徴とする請求項６または請求項７記載の血糖測定装置。
検出器を少なくとも２個または２個以上の複数個とし、それぞれに狭帯域波長フィルターを付加して、そのなかの１つの透過中心波長を血糖の吸収スペクトルの中心波長に合わせ、他の複数個の検出器の波長選択フィルターの通過中心波長を血糖の吸収スペクトル外にとって、血糖由来以外の吸収や散乱による測定血糖値のばらつきを補正することを特徴とする請求項４記載の血糖測定装置。
前記複数個の検出器をIC化することによって微小ピッチを持つ１次元アレー配列または２次元マトリクス配列のCCD検出器構造とすることを特徴とする請求項８記載の血糖測定装置。
請求項５のコヒーレント干渉利用散乱光成分分離除去法による血糖測定法において、時間的にコヒーレントな近赤外光を繰り返しパルス光とし、非線形媒質内のコヒーレント干渉効果の利用に加えて、時間ゲート効果をも合せ利用することによって散乱光成分分離除去効果をより一層高め、さらに、連続光エネルギーのパルス部分への集中によるパルス光のピークパワーが増大により、２倍周波数成分への変換による時間ゲート作用の効率が大幅に改善され、準直進光成分の検出感度が向上し、より広いダイナミックレンジの血糖値測定を可能とすることを特徴とする血糖測定装置。
血糖測定部位として、バネ挟み構造を持ち、挟みの両先端部にファイバー出射端部と検出部を埋設して構成される血糖測定プローブを用いることを特徴とする請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０の血糖測定装置。
血糖測定装置に関する以上の先行請求項の２または２以上の請求項をあわせて用いることを特徴とする血糖測定装置。