JP2005296386A - グルコース濃度測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 非侵襲的なグルコース濃度測定において、光を入射させる生体の表面状態の変動によって発生するノイズを低減して測定精度を向上する。
【解決手段】 生体Aに照射する光を発生する光源2と、生体A表面に接触配置され、光源2から導かれた光を生体に向けて照射する投光部17と、光源2から投光部17までの光路に配置され、生体Aにおいて反射されて戻る反射光S3を分岐する反射光分岐部9と、反射光分岐部9において分岐された反射光S3を検出する反射光検出器8と、投光部17に隣接して配置され、生体A内において拡散または透過した光を受光する受光部18と、受光部18において受光された光を検出する信号光検出器5と、これら反射光検出器8および信号光検出器5により検出された光のスペクトルに基づいて生体A内のグルコース濃度を算出する演算部6とを備えるグルコース濃度測定装置1を提供する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、グルコース濃度測定装置に関するものである。
従来、糖尿病の判断のために血中グルコース濃度測定が行われており、特に、糖尿病患者のインシュリン投与量を決定する血糖値を検査するために、グルコース濃度の測定が行われている。グルコース濃度の測定は、一般に、指や腕から採取した血液を直接分析することにより行われている。患者の体内における血液中のグルコース濃度は、食事の前後や運動後などの測定条件によって変化するため、正確な血糖値を得るためには、頻繁なグルコース濃度測定が必要である。
しかしながら、採血した血液を直接分析する上記方法は、グルコース濃度の測定の度に注射針等を刺して採血しなければならず、患者にかかる負担が大きいという問題がある。
しかしながら、採血した血液を直接分析する上記方法は、グルコース濃度の測定の度に注射針等を刺して採血しなければならず、患者にかかる負担が大きいという問題がある。
この問題を解決するために、指、腕、耳朶などの生体組織に対し、外部から近赤外光を照射して生体内で拡散させ、生体外に出射された光を検出する非侵襲的なグルコース濃度測定方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1の方法は、複数本の発光ファイバと複数本の受光ファイバとを束ねて構成した光ファイババンドルを用意し、該光ファイババンドルを構成する各光ファイバの先端面を生体表面に接触状態に配置する。そして、ハロゲンランプから複数の発光ファイバに集光した近赤外光をそれら発光ファイバの先端面から照射することにより、生体内に入射させ、生体内において拡散されて生体表面から生体外に戻る光を複数の受光ファイバにおいて受光するとともに、受光された光のスペクトルを分析することによりグルコースの濃度を算出するものである。
特開2000−131322号公報(図3等)
特許文献1に示される方法は、多数の発光ファイバおよび受光ファイバを使用して、照射光量および検出光量を増加させることで、検出されるグルコース濃度の情報量を増加させている。しかしながら、生体内において拡散あるいは透過されて、体外に放出される光はごく微量であり、発光ファイバから受光ファイバまでの2つのファイバ間を光が伝播する間に、種々の生体組織によって散乱、吸収されるため、光量が大幅に減衰するという問題がある。したがって、照射光に含まれる僅かなノイズによっても測定精度が低下してしまうため、光を入射させる生体の表面状態により光量が微妙に変動するゆらぎノイズのような微細なノイズも除去しておくことが必要となる。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、光を入射させる生体の表面状態の変動によって発生するノイズを低減して測定精度を向上し得るグルコース濃度測定装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、生体に照射する光を発生する光源と、生体表面に接触配置され、前記光源から導かれた光を生体に向けて照射する投光部と、前記光源から前記投光部までの光路に配置され、生体において反射されて戻る反射光を分岐する反射光分岐部と、反射光分岐部において分岐された反射光を検出する反射光検出器と、前記投光部に隣接して配置され、生体内において拡散または透過した光を受光する受光部と、受光部において受光された光を検出する信号光検出器と、これら反射光検出器および信号光検出器により検出された光のスペクトルに基づいて生体内のグルコース濃度を算出する演算部とを備えるグルコース濃度測定装置を提供する。
本発明は、生体に照射する光を発生する光源と、生体表面に接触配置され、前記光源から導かれた光を生体に向けて照射する投光部と、前記光源から前記投光部までの光路に配置され、生体において反射されて戻る反射光を分岐する反射光分岐部と、反射光分岐部において分岐された反射光を検出する反射光検出器と、前記投光部に隣接して配置され、生体内において拡散または透過した光を受光する受光部と、受光部において受光された光を検出する信号光検出器と、これら反射光検出器および信号光検出器により検出された光のスペクトルに基づいて生体内のグルコース濃度を算出する演算部とを備えるグルコース濃度測定装置を提供する。
この発明によれば、光源から発せられた光が投光部から生体内に入射されると、入射された光が生体内において拡散または透過させられる。生体内において拡散された光は生体表面に戻り、投光部に隣接して配置されている受光部により受光され、信号光検出器により検出される。一方、光源から発せられ投光部から生体表面に向けて照射された光のうちの一部は、生体表面において反射されて光源から投光部に向かう光路と同じ光路を通って光源方向に戻る。反射光は、光源から投光部までの光路に設けられた反射光分岐部により分岐され、反射光検出器により検出される。
そして、演算部においてはこれら信号光検出器および反射光検出器により検出された光に基づいてグルコース濃度が算出される。この場合において、反射光検出器により検出される反射光は、生体の表面状態に応じて変動するので、これをグルコース濃度の算出に利用することにより、表面状態の変動により発生するノイズを抑えて測定精度を向上することが可能となる。
上記発明においては、前記光源から発せられた光を投光部に導く光ファイバを備え、前記反射光分岐部がファイバカプラからなることとしてもよい。また、前記反射光分岐部がビームスプリッタからなることとしてもよい。
このようにすることで、簡易な構成により反射光を分岐して表面状態の変動によるノイズを低減することができる。
このようにすることで、簡易な構成により反射光を分岐して表面状態の変動によるノイズを低減することができる。
上記発明においては、前記反射光分岐部に入射する光に対する分岐される反射光の比率が1/2より小さいことが好ましい。
このようにすることで、光源から発せられる光のうち、反射光分岐部により分岐されることなく生体に向けて照射される光の光量を多くすることができるので、測定に必要な光量を確保しつつ、表面状態の変動により発生するノイズを除去するための情報を得ることができる。
このようにすることで、光源から発せられる光のうち、反射光分岐部により分岐されることなく生体に向けて照射される光の光量を多くすることができるので、測定に必要な光量を確保しつつ、表面状態の変動により発生するノイズを除去するための情報を得ることができる。
また、上記発明においては、光源から出射された光を分光する分光器を備え、前記反射光分岐部が、分光器と投光部との間に配置されていることとしてもよい。
光源から発せられた光が分光器により分光された後に生体内に入射されるので、波長ごとのグルコース濃度情報を容易に取得することができる。また、分光器において分光する光の波長を順次変化させることにより、波長特性を容易に取得することができる。
この場合に、生体表面における反射光も波長ごとに取得できるので、表面状態の変動により発生するノイズを波長ごとに除去することが可能となる。
光源から発せられた光が分光器により分光された後に生体内に入射されるので、波長ごとのグルコース濃度情報を容易に取得することができる。また、分光器において分光する光の波長を順次変化させることにより、波長特性を容易に取得することができる。
この場合に、生体表面における反射光も波長ごとに取得できるので、表面状態の変動により発生するノイズを波長ごとに除去することが可能となる。
また、上記発明においては、反射光分岐部において分岐された反射光を分光する反射光分光器を備え、前記反射光検出器が、反射光分光器により分光された光を検出するリニアアレイセンサからなることとしてもよい。
光源から発せられた光をそのまま生体に入射させた後に、生体表面において反射されて戻る反射光を反射光分光器により分光してリニアアレイセンサにより検出するので、表面状態の情報を、全ての波長帯域にわたって一度に取得することができる。
光源から発せられた光をそのまま生体に入射させた後に、生体表面において反射されて戻る反射光を反射光分光器により分光してリニアアレイセンサにより検出するので、表面状態の情報を、全ての波長帯域にわたって一度に取得することができる。
この場合に、前記受光部において受光された光を分光する信号光分光器を備え、前記信号光検出器が、信号光分光器により分光された光を検出するリニアアレイセンサからなることとすれば、グルコース濃度の情報を、全ての波長帯域にわたって、同時に一度に取得することができる。また、同時に取得された表面状態の情報と対応づけることができるので、生体表面の状態が時間的に変動する場合においても、それにより変動するノイズを低減することが可能となる。
また、上記発明においては、前記反射光分岐部と、前記反射光検出器および信号光検出器が、同一の筐体内に収容されていることが好ましい。
このようにすることで、反射光分岐部、反射光検出器および信号光検出器を同一の環境下に配することができる。これらは、温度条件等の環境変動により影響を受け易いので、同一環境下に配することにより、異なる影響を受けることを防止し、環境変動による測定精度の変動を防止することができる。
このようにすることで、反射光分岐部、反射光検出器および信号光検出器を同一の環境下に配することができる。これらは、温度条件等の環境変動により影響を受け易いので、同一環境下に配することにより、異なる影響を受けることを防止し、環境変動による測定精度の変動を防止することができる。
本発明に係るグルコース濃度測定装置によれば、生体表面における反射光を検出して、グルコース濃度の測定に利用するので、表面状態の変動により発生するノイズを低減し、測定精度を向上することができるという効果がある。
以下、本発明の一実施形態に係るグルコース濃度測定装置について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1は、図1に示されるように、生体Aに照射する光を発生する光源2と、該光源2から出射された光を分光する分光器3と、分光器3から出射された分光された光を生体Aに向けて照射し、生体A内を拡散または透過した光を受光する測定プローブ4と、該測定プローブ4において受光された光を検出する信号光検出器5と、該信号光検出器5により検出された光のスペクトルに基づいて生体A内のグルコース濃度を算出する演算部6とを備えている。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1は、図1に示されるように、生体Aに照射する光を発生する光源2と、該光源2から出射された光を分光する分光器3と、分光器3から出射された分光された光を生体Aに向けて照射し、生体A内を拡散または透過した光を受光する測定プローブ4と、該測定プローブ4において受光された光を検出する信号光検出器5と、該信号光検出器5により検出された光のスペクトルに基づいて生体A内のグルコース濃度を算出する演算部6とを備えている。
また、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1は、分光器3により分光された光を測定光S1と参照光S2とに分岐する参照光分岐部7と、分岐された参照光S2を検出する分岐光検出器8とを備えている。また、参照光分岐部7と測定プローブ4との間には、測定プローブ4において反射されて戻る反射光S3を分岐する反射光分岐部9が設けられている。前記分岐光検出器8は、反射光分岐部9において分岐された反射光S3をも検出するようになっている。
前記光源2は、例えば、ハロゲンランプ、波長帯域を異にする複数の広帯域光源、例えば、ASE(Amplified Spontaneous
Emission)光源や、SLD(Super Luminescence Diode)光源からの光をマルチプレクサで合波した光源、あるいはこれらの組み合わせからなる光源のいずれでもよい。ハロゲンランプによれば、簡易かつ安価に構成できる利点があり、広帯域光源からの光を合波した光源によれば、高輝度の光を効率よく伝播することができる利点がある。
Emission)光源や、SLD(Super Luminescence Diode)光源からの光をマルチプレクサで合波した光源、あるいはこれらの組み合わせからなる光源のいずれでもよい。ハロゲンランプによれば、簡易かつ安価に構成できる利点があり、広帯域光源からの光を合波した光源によれば、高輝度の光を効率よく伝播することができる利点がある。
前記分光器3は、入力された高周波の周波数に応じて、入射された光の内の特定の波長の光のみを出射する音響光学可変波長フィルタ(AOTF:Acoust-Optic
Tunable Filter、以下、AOTFという。)と、該AOTF3に高周波を供給して制御するフィルタ制御部10とを備えている。
前記フィルタ制御部10は、AOTF3に対して特定の周波数の高周波を供給する。フィルタ制御部10からAOTF3に供給される高周波の周波数は、所定の速度で順次変更されるようになっている。
Tunable Filter、以下、AOTFという。)と、該AOTF3に高周波を供給して制御するフィルタ制御部10とを備えている。
前記フィルタ制御部10は、AOTF3に対して特定の周波数の高周波を供給する。フィルタ制御部10からAOTF3に供給される高周波の周波数は、所定の速度で順次変更されるようになっている。
また、フィルタ制御部10がAOTF3に対して供給する高周波の周波数は、コンピュータ24により制御されるようになっている。図中、符号11は、同期検波のための基本周波数を発生する発振器、符号12は乗算器を示している。これにより、AOTF3には、発振器11から供給される基本周波数とフィルタ制御部10から供給される周波数とが乗算された周波数の高周波がそれぞれ入力されるようになっている。
前記参照光分岐部7は、例えば、図2に示されるように、AOTF3から発せられた光を2方向に分岐させるビームスプリッタ13と、該ビームスプリッタ13により分岐された参照光S2を光ファイバ14の端面に集光させるコリメータ15とを備えている。分岐された参照光S2は、コリメータ15によって光ファイバ14の端面に集光させられ、後述する分岐光検出器8に導かれるようになっている。参照光分岐部7におけるビームスプリッタ13の分岐比率は、例えば、測定プローブ4に向かう測定光S1が95%、参照光検出器8に向かう参照光S2が5%程度となるように設定されている。
前記測定プローブ4には、その先端面4aに、図3に示されるように、中心に1本の照射用光ファイバ17が配置され、その周囲に間隔をあけて複数本の受光用光ファイバ18が配置されている。すなわち、測定プローブ4の先端面4aを生体Aの表面に密着させた状態で装置を作動させることにより、測定プローブ4の中心から出射された測定光S1は、生体A内に入射され、拡散あるいは透過させられた後に、生体A表面に戻り、照射用光ファイバ17の周囲に配置されている受光用光ファイバ18によって信号光S4として受光されるようになっている。
各受光用光ファイバ18と照射用光ファイバ17との間の距離は、照射用光ファイバ17から出射された測定光S1が、所定の光路長を経て受光用光ファイバ18に受光されるような距離に設定されている。本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1の場合には、グルコースを多く含む真皮領域にまで測定光S1が進達するように、約0.4〜0.8mmの距離をあけて配置されている。これにより、受光用光ファイバ18により受光される信号光S4は、生体A組織内を真皮の深さまで進達した光を多く含んでいるようになる。受光用光ファイバ18は、束ねられることによりファイババンドルを形成し、他のコネクタにより筐体19に接続されている。
前記反射光分岐部9は、前記参照光分岐部7において分岐された測定光S1が照射用光ファイバ17を介して測定プローブ4に供給され、測定プローブ4の先端面4aから生体A内に入射される際に、生体Aの表面によって反射されて照射用光ファイバ17内を戻る反射光を分岐するようになっている。反射光分岐部9においては、例えば、照射用光ファイバ17を戻る反射光S3のうち、10%を分岐するようになっている。分岐された反射光S3は、光ファイバ20内を伝播して分岐光検出器8まで導かれるようになっている。
信号光検出器5は、受光用光ファイバ18の端面に対向して配置されており、受光用光ファイバ18により受光された信号光S4を検出して、信号光S4の光強度に応じた電気信号を出力するように構成されている。また、分岐光検出器8は、前記参照光分岐部7および反射光分岐部9において分岐された参照光S2および反射光S3を伝播してくる光ファイバ14,20の端面に対向して配置されており、さらに、参照光S2および反射光S3の出射端と分岐光検出器8との間にはシャッター16が配置され、参照光S2または反射光S3を選択的に分岐光検出器8に検出させることができるようになっている。これら信号光検出器5および分岐光検出器8は、例えば、PbSセンサ、あるいは、InGaAsセンサである。
前記演算部6は、前記信号光検出器5の検出信号および前記分岐光検出器8の検出信号をそれぞれ増幅するアンプ21と、該アンプ21から出力された電気信号から特定の周波数に同期することでノイズの少ない信号のみを抽出するロックイン検波器22と、該ロックイン検波器22から出力された電気信号をディジタル信号に変換するA/D変換器23と、該A/D変換器23から出力されたディジタル信号に基づいてグルコース濃度を算出するコンピュータ24とを備えている。
前記ロックイン検波器22は、前記発振器11から供給された基本周波数を受信して、アンプ21からの電気信号から、基本周波数に同期する周波数成分の電気信号のみを抽出するようになっている。
また、コンピュータ24は、前記フィルタ制御部10を制御し、つまり、AOTF3より発せられる光の波長信号と同期して、ロックイン検波器22により抽出された電気信号をA/D変換した出力信号を検出するようになっている。
また、コンピュータ24は、前記フィルタ制御部10を制御し、つまり、AOTF3より発せられる光の波長信号と同期して、ロックイン検波器22により抽出された電気信号をA/D変換した出力信号を検出するようになっている。
これにより、コンピュータ24においては、A/D変換器23から得られた複数の出力信号と、各出力信号に対応する波長信号とから得られる出力信号のスペクトル分布に基づいて、特定の波長領域、例えば、波長1600nm近傍の領域における出力信号値からグルコース濃度が演算されるようになっている。なお、コンピュータ24には、ディスプレイ(図示略)が備えられており、コンピュータ24において演算されたグルコース濃度値が表示されるようになっている。
また、図1中符号25は、励振器である。照射用光ファイバ17としてマルチモードファイバを採用した場合には、照射用光ファイバ17内に、ごく短距離で減衰してしまうリーキーモードやクラッドを伝播するクラッドモードのような不要モードが発生する。照射用光ファイバ17の前段に励振器25を配置することにより、照射用光ファイバ17内の不要モードが除去され、定常モードのみあるいは定常モードと高次モードのみの光のみが照射用光ファイバ17内に伝播させられるようになる。したがって、測定プローブ4を生体Aに合わせて所望の位置および姿勢に配置する際に照射用光ファイバ17を湾曲させても、生体Aに照射される光の波長や強度が変動することを抑えることができるようになっている。
また、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1においては、光源2、AOTF3、参照光分岐部7、励振ファイバ25、反射光分岐部9、分岐光検出器8、信号光検出器5が、全て1つの筐体19内に収容されている。好ましくは、図示しない冷却装置によって、一定の温度条件に冷却されている。
このように構成された本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1を用いて生体A内の体液のグルコース濃度を測定するには、測定プローブ4の先端面4aを生体A、例えば、指先の表面に密着させる。なお、測定部位は、指先の他、掌、前腕等でもよい。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1を用いて生体A内の体液のグルコース濃度を測定するには、測定プローブ4の先端面4aを生体A、例えば、指先の表面に密着させる。なお、測定部位は、指先の他、掌、前腕等でもよい。
この状態で、光源2を作動させ、光源2から発せられた光を光ファイバ26により伝播してコリメータ27によって平行光にした状態でAOTF3に入射させる。AOTF3を作動させるには、AOTF3により分光する測定光の波長に対応する周波数の高周波をフィルタ制御部10からAOTF3に供給する。これにより、入射された光から所定波長の測定光が分光されて出射されることになる。
AOTF3から出射された光は、参照光分岐部7に入射され、その一部、例えば5%を参照光S2として分岐される。分岐された参照光S2は、コリメータ15によって参照用光ファイバ14の一端面に集光され、他端面に対向配置されている分岐光検出器8によりそのまま検出されることになる。
参照光S2を分離された残りの測定光S1は、コリメータ28によって励振器25内に入射される。励振器25により、内部を伝播される測定光S1は、不要モードを除去された定常モードのみの光あるいは定常モードと高次モードのみの光となる。
また、測定光S1は照射用光ファイバ17に入射される前に反射光分岐部9を通過させられる。反射光分岐部9においては、測定光S1のうちの10%が分離され残りの90%が照射用光ファイバ17に入射される。分離された10%の測定光S1は廃棄される。
また、測定光S1は照射用光ファイバ17に入射される前に反射光分岐部9を通過させられる。反射光分岐部9においては、測定光S1のうちの10%が分離され残りの90%が照射用光ファイバ17に入射される。分離された10%の測定光S1は廃棄される。
照射用光ファイバ17に入射された測定光S1は、照射用光ファイバ17によって測定プローブ4まで伝播され、測定プローブ4の先端面4aに配置されている照射用光ファイバ17の端面から、該端面に密着配置されている生体Aの内部に向けて出射される。
このとき、生体Aの表面においては、照射された測定光S1の一部が反射光S3として照射用光ファイバ17内に戻り、残りが生体A内に入射される。
このとき、生体Aの表面においては、照射された測定光S1の一部が反射光S3として照射用光ファイバ17内に戻り、残りが生体A内に入射される。
照射用光ファイバ17内を戻る反射光S3は、反射光分岐部9を通過させられる際に、その10%が分離されて分岐光検出器8まで伝播され、分岐光検出器8により検出される。
生体A内に入射された測定光S1は、生体A内を進行する間に、その一部は、生体組織に衝突して拡散され、他の一部は生体組織を透過して直進する。測定光S1は、通過する生体A組織や体液の成分に応じて、特定の波長領域の光を吸収される。したがって、生体A内で拡散または透過されることにより生体A外に出射された信号光S4は、通過した生体A組織や体液に応じた特定の波長領域の光量が低下していることになる。
生体A内に入射された測定光S1は、生体A内を進行する間に、その一部は、生体組織に衝突して拡散され、他の一部は生体組織を透過して直進する。測定光S1は、通過する生体A組織や体液の成分に応じて、特定の波長領域の光を吸収される。したがって、生体A内で拡散または透過されることにより生体A外に出射された信号光S4は、通過した生体A組織や体液に応じた特定の波長領域の光量が低下していることになる。
受光用光ファイバ18は、上述したように照射用光ファイバと17の間の距離を一定に固定されているので、その距離に応じた深さまで進達した光を多く含む信号光S4を受光する。本実施形態の場合には、測定光S1は真皮領域まで進達した後に、入射表面に戻って、照射用光ファイバ17に隣接している受光用光ファイバ18に受光されるので、受光される信号光S4はグルコースの情報を多く含んでいることになる。
受光された信号光S4は、受光用光ファイバ18を介して筐体19内に戻され、受光用光ファイバ18の端面に対向配置されている信号光検出器5により検出される。
受光された信号光S4は、受光用光ファイバ18を介して筐体19内に戻され、受光用光ファイバ18の端面に対向配置されている信号光検出器5により検出される。
信号光検出器5および分岐光検出器8からの出力信号は、演算部6に入力されると、アンプ21によってそれぞれ増幅される。信号光検出器5により検出される信号光S4の大きさは、生体Aに入射される光、すなわち、AOTF3から発せられた測定光S1の強度の変動とともに変動する。したがって、生体Aへの入射前の測定光S1の一部を参照光S2として分岐光検出器8により検出しておき、後述するコンピュータ24において受光された信号光S4から差し引くことにより、AOTF3から発せられる測定光S1の強度変動による信号光S4の光強度の変動を除去することが可能となる。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1においては、参照光分岐部7における分岐比率が、測定光95%、参照光5%程度に設定されているので、測定光S1が生体A内で減衰されて得られる信号光S4と参照光S2とのレベルを同等にして測定光S1の強度変動による信号光S4強度の変動を効果的に除去することができる。この場合に、コンピュータ24においては、分岐光検出器8からの出力信号に所定の係数をかけることにより、信号レベルを調整してもよい。
また、信号光検出器5により検出される信号光S4の大きさは、入射される生体Aの表面状態、例えば、皮膚の硬さ、厚さ、色、温度や湿度等によって変動する。したがって、生体A表面における反射光S3を反射光分岐部9において分岐して分岐光検出器8により検出しておき、検出された反射光S3を用いて、信号光S4強度を補正することにより、表面状態の変動により信号光S4強度が変動するゆらぎノイズを除去することが可能となる。この場合に、分岐光検出器8の前段に設けられているシャッタ16を作動させ、参照光S2が分岐光検出器8に検出されるのを阻止しておくことにより、分岐光検出器8により反射光S3のみを検出して個別に補正をかけることが可能となる。
また、反射光分岐部9における分岐比率が、測定光90%、反射光10%程度に設定されているので、生体Aに入射される測定光S1が必要以上に減衰されてしまうことを防止できる。
アンプ21において増幅された各検出器5,8からの出力信号は、それぞれロックイン検波器22を通過させられる。これにより、フィルタ制御部10からのAOTF3に入力された高周波に対応する波長の光に関する出力信号のみが抽出される。したがって、抽出された出力信号には、生体Aに入射された測定光S1と波長を同じくする生体Aからの散乱光の情報のみが含まれ、他の波長の光、例えば、外来光に関する情報は除かれている。その結果、外来光等によるノイズの発生を抑制することができる。
そして、ロックイン検波器22において抽出された出力信号は、それぞれA/D変換器23によってディジタル信号に変換させられてコンピュータ24に入力される。コンピュータ24においては、フィルタ制御部10からAOTF3に入力させる高周波の周波数、すなわち、生体Aに入射させた測定光S1の波長情報が順次変更されている。したがって、コンピュータ24においては、出力信号と波長情報との関係を示す波長特性が求められていくことになる。また、コンピュータ24は、求めた波長特性の内、所定の波長領域、例えば、波長1600nm近傍の領域における出力信号値を求めることにより、生体A内部のグルコース濃度を演算する。そして、演算されたグルコース濃度値は、ディスプレイに表示されることになる。
以上説明したように、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1によれば、生体Aの表面における反射光S3を検出して、検出された反射光S3を用いて信号光S4を補正するので、表面状態の変動により信号光S4内に含まれることとなるゆらぎノイズを除去することができる。その結果、グルコース濃度の測定精度を向上することができるという効果がある。
なお、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1においては、光源2から発せられた光を生体Aへの入射前に分光するAOTF3を用いることとしたが、これに代えて、図4に示されるように、生体Aへの入射後に、検出された信号光S4を回折格子29等により分光し、分光された光を、リニアアレイセンサ30によって一度に検出することにしてもよい。図中符号31はコリメートレンズ、符号32は信号光検出部である。
この場合に、光源2と測定プローブ4とを結ぶ照射用光ファイバ17の途中位置に、ファイバカプラからなる反射光分岐部9を設け、反射光S3を回折格子33等により分光してリニアアレイセンサ34によって一度に検出することが好ましい。符号35はコリメートレンズ、符号36は反射光検出部である。
このようにすることで、全波長帯域にわたる信号光S4および反射光S3の波長特性を一度に取得することができるので、測定を迅速に行うことができるという利点がある。また、波長特性を一度に取得するこの方法によれば、生体A表面の状態が時間的に変化する場合においても、これを補償してゆらぎノイズを除去することができるという利点がある。
このようにすることで、全波長帯域にわたる信号光S4および反射光S3の波長特性を一度に取得することができるので、測定を迅速に行うことができるという利点がある。また、波長特性を一度に取得するこの方法によれば、生体A表面の状態が時間的に変化する場合においても、これを補償してゆらぎノイズを除去することができるという利点がある。
また、上記実施形態においては、参照光分岐部7としてビームスプリッタ13、反射光分岐部9としてファイバカプラを用いたが、参照光分岐部7および反射光分岐部9は、ファイバカプラまたはビームスプリッタのどちらを用いることにしてもよい。
また、上記実施形態においては、光源2と測定プローブ4との間の照射用光ファイバ17の途中位置から反射光S3を分離して検出することとしたが、これに代えて、図5および図6に示されるように、測定プローブ4の先端に、信号光S4,S4′を受光する2種類の受光用光ファイバ18a,18bを備えることにしてもよい。
すなわち、第1の受光用光ファイバ18aは上記実施形態と同様の真皮領域まで進達した信号光S4を受光するように、照射用光ファイバ17に対して0.4〜0.8mmの間隔をあけて配置され、第2の受光用光ファイバ18bは、それよりも短い間隔、例えば、0.2〜0.3mmの間隔をあけて配置されている。これにより、第2の受光用光ファイバ18bは、生体A表面に近い、比較的浅い表皮領域に進達した信号光S4′を受光するようになっている。
このように構成することにより、生体A表面の状態を表す、第1の実施形態における反射光S3と同様の信号光S4′を受光することができ、これを利用して、生体A表面のゆらぎノイズを除去することが可能となる。
また、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置1においては、信号光検出器5および分岐光検出器8からの出力信号をそれぞれ別個のアンプ21で増幅し、別個のロックイン検波器22およびA/D変換器23を介してコンピュータ24に入力し、該コンピュータ24において差分処理を行うこととしたが、これに代えて、差動アンプ(図示略)に入力することにより、得られた差分信号を単一のロックイン検波器22およびA/D変換器23を介してコンピュータ24に入力することにしてもよい。
A 生体
1 グルコース濃度測定装置
2 光源
3 AOTF(分光器)
5 信号光検出器
6 演算部
8 分岐光検出器(反射光検出器)
9 反射光分岐部
17 照射用光ファイバ(投光部)
18 受光用光ファイバ(受光部)
19 筐体
29 回折格子(信号光分光器)
30,34 リニアアレイセンサ
33 回折格子(反射光分光器)
1 グルコース濃度測定装置
2 光源
3 AOTF(分光器)
5 信号光検出器
6 演算部
8 分岐光検出器(反射光検出器)
9 反射光分岐部
17 照射用光ファイバ(投光部)
18 受光用光ファイバ(受光部)
19 筐体
29 回折格子(信号光分光器)
30,34 リニアアレイセンサ
33 回折格子(反射光分光器)
Claims (8)
- 生体に照射する光を発生する光源と、
生体表面に接触配置され、前記光源から導かれた光を生体に向けて照射する投光部と、
前記光源から前記投光部までの光路に配置され、生体において反射されて戻る反射光を分岐する反射光分岐部と、
反射光分岐部において分岐された反射光を検出する反射光検出器と、
前記投光部に隣接して配置され、生体内において拡散または透過した光を受光する受光部と、
受光部において受光された光を検出する信号光検出器と、
これら反射光検出器および信号光検出器により検出された光のスペクトルに基づいて生体内のグルコース濃度を算出する演算部とを備えるグルコース濃度測定装置。 - 前記光源から発せられた光を投光部に導く光ファイバを備え、
前記反射光分岐部が、ファイバカプラからなる請求項1に記載のグルコース濃度測定装置。 - 前記反射光分岐部が、ビームスプリッタからなる請求項1に記載のグルコース濃度測定装置。
- 前記反射光分岐部に入射する光に対する分岐される反射光の比率が1/2より小さい請求項1から請求項3のいずれかに記載のグルコース濃度測定装置。
- 光源から出射された光を分光する分光器を備え、
前記反射光分岐部が、分光器と投光部との間に配置されている請求項1から請求項4のいずれかに記載のグルコース濃度測定装置。 - 反射光分岐部において分岐された反射光を分光する反射光分光器を備え、
前記反射光検出器が、反射光分光器により分光された光を検出するリニアアレイセンサからなる請求項1から請求項4のいずれかに記載のグルコース濃度測定装置。 - 前記受光部において受光された光を分光する信号光分光器を備え、
前記信号光検出器が、信号光分光器により分光された光を検出するリニアアレイセンサからなる請求項6に記載のグルコース濃度測定装置。 - 前記反射光分岐部と、前記反射光検出器および信号光検出器が、同一の筐体内に収容されている請求項1から請求項7のいずれかに記載のグルコース濃度測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004117803A JP2005296386A (ja) | 2004-04-13 | 2004-04-13 | グルコース濃度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004117803A JP2005296386A (ja) | 2004-04-13 | 2004-04-13 | グルコース濃度測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005296386A true JP2005296386A (ja) | 2005-10-27 |
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ID=35328646
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170052460A (ko) * | 2015-11-03 | 2017-05-12 | 한국전자통신연구원 | 의료도구와 위치를 연동하여, 정밀제어를 할 수 있는 의료장비 및 의료도구 위치 제어방법 |
JP2018064961A (ja) * | 2012-05-03 | 2018-04-26 | ビオプティックス・インコーポレイテッドVioptix,Inc. | ロバストな校正および自己補正のための組織オキシメトリプローブジオメトリ |
JPWO2017199721A1 (ja) * | 2016-05-16 | 2019-06-06 | 国立大学法人京都工芸繊維大学 | 吸収分光測定用の光吸収測定装置およびこれを用いた吸収分光測定システム |
-
2004
- 2004-04-13 JP JP2004117803A patent/JP2005296386A/ja not_active Withdrawn
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