JP2008086705A - 測定補助材およびそれを用いた光学測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生体の特性成分を非侵襲撃で測定する方法として、光学式な測定方法が知られている。しかしながら、測定精度の向上や装置の小型化が進まない問題があった。また、被測定部位のばらつきによる測定誤差が大きい問題があった。
【解決手段】小型で携帯性に優れた光学測定装置を使用する際に、生体の被測定部位２５に光学測定装置の当接面と略同等の大きさ及び形状のパッチ１０を貼付ける。パッチ１０によって被測定部位の形状のばらつきを少なくできる。また所定の期間貼付けたままにすることで、被測定部位の位置のばらつきを少なくでき、測定誤差を減少できる。さらにパッチ１０に反射防止膜を設けることで外乱光による測定誤差も低減できる。
【選択図】図８

Description

本発明は、測定補助材およびそれを用いた光学測定方法に係り、特にレーザ光により生体内の特定成分を測定する際の高精度化を実現する測定補助材およびそれを用いた光学測定方法に関する。

生体内部の特定成分を非侵襲で測定する方法として、近赤外光を用いる等して光学的に測定する方法が知られている。以下光学測定方法の一例として、血中のグルコース濃度（血糖値）の測定方法を例に説明する。

血中グルコース濃度（血糖値）を測定する方法として、近赤外光（８００ｎｍ〜２５００ｎｍ）を照射させ、透過光から特定波長における吸光率を求めて血糖値を算出する方法がある（例えば特許文献１参照。）。また、分光分析による方法や、フーリエ変換によるスペクトル分析（Fourier Transform infrared Spectrometer：ＦＴＩＲ）を行い、そのスペクトルの変化および統計的手法から求める方法が提案されている。ＦＴＩＲ分析装置の光学系は、例えばマイケルソン型の干渉計を構成するものである（例えば特許文献２参照。）。

このように光学的に血糖値を測定するには、一般に被測定部位に光学測定装置を当接させる必要がある。つまり、この当接の良・不良が測定誤差に大きく影響するため、被測定部位と当接部との良好な接触が安定して行われるような工夫も成されている。

例えば、測定装置の当接部を大きくし、被測定部位との接触面を大きくすることで良好な接触を安定して行う方法や、ファイバーなどで被測定部位まで導光し、ファイバーの可動性によって良好な接触を安定して行う方法などが挙げられる。
特開２００２−２０２２５８号公報 特表２００６−５１２９７９号公報

例えば特許文献１の如く、近赤外光を照射させ、特定波長における吸光率から血糖値を求める方法においては、被測定部位として血管が利用されており、精度よく測定することが非常に難しい問題がある。すなわち、透過光は血中成分としてグルコース以外の成分（具体的にはヘモグロビン）の影響を強く受ける上、グルコースの吸光率は非常に小さいため、高精度化を図るための大きな課題となっている。

一方スペクトル分析を使用する方法は、ある程度の測定精度が確保できるとされている。しかしながら、スペクトル分析に使用する分光器は、ある程度の光路長を確保する必要があり、測定装置の小型化には限界がある。また、特許文献２の如く、ＦＴＩＲ分析装置による方法も、光路および、ミラーなどの可動部の存在から小型化は不可能といえる。

また、スペクトル分析手法は、元来、血糖値を測定するための方法ではなく、材料に物性分析を行うための手法である。そのため、その分析スペクトル範囲は非常に広いものである。しかしながら、血糖値の測定だけを考えた場合、グルコースの吸光特性は既知とされていることから、その部分だけのスペクトルに対する吸光特性のみが測定できればよい。

すなわち、分光分析法やＦＴＩＲ分析法などのスペクトル分析法では、余分な領域を測定している時間が長く、また、可動部を実際に駆動するため、測定にはある程度の（無駄な）時間を必要とする。

さらに、血糖値測定の使用環境を考えた場合、測定装置の小型化による携帯性の向上は市場要求であるが、光路および可動部が存在する上記の如き測定装置では、携帯性の点においても大きな問題がある。

そこで、高精度で簡便に測定を行うことのできる小型の測定装置の開発も望まれている。しかしながら、小型で携帯性の高い測定装置は、例えば生体の腕、指などを被測定部位にすることにより簡便に測定ができる反面、被測定部位がばらつき、測定誤差に及ぼす影響が大きくなる。

測定誤差の改善については、上記の如き方法が知られているが、何れも十分とは言えない。例えば、大きな接触面を確保する方法では、被測定部位を一定に維持することが困難である。光学的な測定は非侵襲であるため、被測定部位がばらつくことによって測定値がばらつきやすい。

しかしながら、接触面が大きいと、結局接触面の中で被測定部位がばらつくことになり、測定値の再現性を低下させる可能性が高い。

また、ファイバーにて導光する方法も十分とは言えない。生体の表面構造には平面部が全く存在せず、全面的に不均一な湾曲面を成している。また弾力性も個体性があり一定ではない。さらにたとえ同一の被測定部位であっても、その時々により皮膚の状態が一定とは限らないため、被測定部位の表面形状や弾力性等が変化し、光の入射および反射を利用する測定装置にとっては誤差要因となる問題があった。

本発明は、上記した点に鑑み、精度よく生体内の特定成分の測定を可能とさせる測定補助材およびそれを用いた光学測定方法を提供することを目的とする。

本発明は上述した諸々の事情に鑑み成されたもので、第１に、当接部を生体の被測定部位に近接させてレーザ光を照射する際に前記被測定部位に密着させる測定補助材であって、前記当接部の当接面と略同等の大きさ及び形状を有し、１つの主面側が平滑な面である支持基材と、前記支持基材の他の主面側に設けられた粘着層と、を具備することにより解決するものである。

第２に、レーザ光の照射により生体の被測定部位における特定成分を測定する光学測定装置を前記被測定部位に近接させる際に前記被測定部位に密着させる測定補助材であって、前記光学測定装置の前記被測定部位との当接面と略同等の大きさ及び形状を有し、１つの主面側を平滑な面とした支持基材と、前記支持基材の他の主面側に設けられた粘着層と、を具備することにより解決するものである。

第３に、レーザ光による光学測定装置を生体の被測定部位に近接させ、被測定部位における特定成分を測定する光学測定方法において、前記光学測定装置の前記被測定部位との当接面と略同等の大きさ及び形状を有し、１つの主面側が平滑な面で他の主面側に粘着層を有する測定補助材を前記被測定部位に貼付ける工程と、前記測定補助材に前記光学測定装置の前記被測定部位との当接部を密着させる工程と、前記被測定部位に前記レーザ光を照射させて前記特定成分を測定する工程と、を具備することにより解決するものである。

本発明によれば、精度よく生体内の特定成分を測定することができる。

また、測定精度が高く、小型化で非侵襲の光学測定装置を使用する際に、より測定精度を向上させることができる。

第１に、当接部を生体の被測定部位に近接させ、レーザ光を照射させて生体内の特定成分を測定する際に、被測定部位に測定補助材（パッチ）を貼付ける。そして当接部を、パッチに接触させて測定する。パッチは当接部との接触面が平滑な面であるので、皮膚の状態による測定誤差を小さくできる。すなわち、被測定部位の表面形状や弾力性などの変化が光の入射および反射に与える影響を少なくできるので、誤差要因を低減することができる。

また、パッチは、その大きさ及び形状が当接部の生体との当接面と略同等であるので、パッチを一定期間貼付けたままの状態にすることにより、複数の測定において常に被測定部位を同一箇所にすることができ、測定部位のばらつきによる測定誤差を少なくすることができる。

第２に、パッチの少なくとも１つの主面側に反射防止膜が設けられているので、測定精度をより向上させることができる。特に、当接部を生体の被測定部位に近接させ、レーザ光を照射させて拡散反射光を測定し、生体内の特定成分による吸光率から特定成分を測定する光学測定装置を使用する際に、入射光のパッチ表面での反射光（戻り光）を大幅に低減でき、レーザの安定的な発振が可能となる。

また被測定部位からの拡散反射光がパッチ表面で反射することも防止でき、外乱光も低減できるので、拡散反射光を効率よく検出でき、測定精度を向上させることができる。

第３に、パッチの他の主面側にも反射防止膜を設けることにより、戻り光や外乱光をより低減でき、パッチを通過することによる入射光および測定すべき拡散反射光を効率よく検出できる。

以下、本発明の実施形態の一例を、図１から図１３を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る測定補助材の一実施形態（実施例１）を示す図であり、図１（Ａ）が平面図、図１（Ｂ）が図１（Ａ）のａ−ａ線断面図、図１（Ｃ）が測定補助材を被測定部位に密着させた側面図である。本実施形態の測定補助材１０は、当接部を生体の被測定部位に近接させてレーザ光を照射させて測定を行う際に被測定部位に密着させるものであり、支持基材１０１と粘着層１０２とから構成された、例えばパッチ１０である。

ここで、当接部とは、例えばレーザ光の照射により生体の被測定部位における特定成分を測定する光学測定装置の一部である。光学測定装置については後述するが、例えば特定成分として、血中グルコース濃度（血糖値）を測定するものであり、小型で携帯性に優れ、測定時には、光学測定装置の当接部を生体の被測定部位２５に貼付けられたパッチ１０に当接させて使用する。

パッチ１０は、略板状のものとされて、第１主面Ｓｆ１と、第１主面Ｓｆ１の反対側の主面とされる第２主面Ｓｆ２とを有する。なお、本実施形態では説明の便宜上、２つの主面のうち、光学測定装置の当接部と接触する（または当接部に近い）主面側を第１主面とし、被測定部位に接触する（または被測定部位に近い）主面側を第２主面とする。パッチ１０における第１主面Ｓｆ１側に支持基材１０１が設けられ、パッチ１０における第２主面Ｓｆ２側に粘着層１０２が設けられている。

支持基材１０１は、例えば、ポリカーボネート、塩化ビニルなどの合成樹脂や、ガラスなどの透明または半透明系の材料が用いられて形成される。ここでは、透明または半透明の合成樹脂材料により支持基材１０１が形成される場合を例に説明する。具体的には、ポリカーボネートなどの射出成形が可能な熱可塑性合成樹脂材料が用いられて、透明または半透明の薄板状支持基材１０１が成形される。

一例で示したポリカーボネート樹脂は、機械的強度、耐衝撃性、寸法安定性、成形性に優れる。またポリカーボネート樹脂は大量生産性に優れる射出成形法により成形可能であるので、本実施形態の支持基材１０１として好適である。ポリカーボネート樹脂として、例えば、帝人化成社製：パンライト（登録商標）などが挙げられる。具体的なポリカーボネート樹脂の商品名として、例えば、帝人化成社製：パンライトＡＤ−５５０３などが挙げられる。

支持基材１０１は、当接部３における被測定部位に対応した当接面と略同等の大きさ及び形状を有する。具体的には、例えば直径略１ｃｍ〜２ｃｍの円形もしくは略同程度の大きさの楕円形または四辺形等である。また、支持基材１０１は、被測定部位に貼付けられた状態で平滑な面が維持できる程度の厚みを有する。さらに、支持基材１０１は、被測定部位に貼付けられた状態で平滑な面が維持できる程度の硬度を有する。支持基材１０１の第１主面Ｓｆ１１側は、平滑な面であり、支持基材１０１の第２主面Ｓｆ１２には、粘着層１０２が設けられている。粘着層１０２は、例えば、アクリルを含有する重合体などの接着剤（粘結剤）を塗布した層である。詳しく説明すると、接着剤として、例えば、アクリル酸エステル系重合体などであり、特に皮膚に対する低刺激性を改善したものとして、酸成分モノマーを含まないアクリル酸エステル系重合体などが好適である。

また、被測定部位への貼り直し等を考慮して、ある程度の再剥離性を有するものが望ましい。また粘着層１０２は、上記のものに限らず、他の材質のものであってもよい。

図１（Ｃ）の如く、測定補助材（パッチ）１０は、生体（人体）の例えば皮膚表面２５１の被測定部位２５に粘着層１０２により貼付けられる。人体の表面（例えば皮膚）構造に平坦部は全く無く、全面的に不均一な湾曲面を成している。また皮膚の弾力性も個体性があり一定ではない。さらに同じ被測定部位であっても、皮膚の状態は必ずしも一定ではないため、被測定部位の表面形状および弾力性などが変化する。従って、レーザ光を入射および反射させて特定成分を測定する光学測定においては、これらの不均一性が大きな誤差要因となる。

そこで、本実施形態では、第１主面Ｓｆ１側が平滑なパッチ１０を被測定部位２５に貼付ける。これにより、パッチ１０（支持基材１０１）の剛性によって被測定部位２５の平坦性を維持でき、表面形状および弾力性がほぼ均一な状態で光学測定を行うことができるので、測定精度を向上させることができる。

また本実施形態のパッチ１０は、複数回の測定の期間（例えば数日など）に渡り、被測定部位への貼付けが維持される。さらに、パッチ１０は、光学測定装置の当接部における被測定部位に対応した当接面と略同等の大きさ及び形状を有している。

つまり、パッチ１０によって被測定部位２５が明確となり、パッチ１０に当接部を接触させることにより、複数回の測定の期間に渡って同一の被測定部位を測定することが可能となる。従って、被測定部位のばらつき（当接部を接触させる部位のばらつき）による測定ばらつきを大幅に低減でき、測定値の再現性を向上させることができる。

パッチ１０を構成する支持基材１０１の材質および形状は、これらを考慮して適宜選択される。例えばパッチ１０を構成する支持基材１０１の厚みは、約０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとされることが好ましい。例えばパッチ１０を構成する支持基材１０１の厚みが０．１ｍｍよりも薄すぎると、パッチ１０の使用中にパッチ１０が変形したり、パッチ１０が被測定部位２５から剥がれやすくなったりする等の問題がある。また、例えばパッチ１０を構成する支持基材１０１の厚みが１ｍｍよりも厚すぎると、使用中の違和感や引っかかりなど利便性が悪い問題がある。すなわち、支持基材１０１としては被測定部位（例えば皮膚）２５の表面を平坦にできる程度で、且つ長時間の貼付けによっても違和感を持たない程度の剛性（厚みまたは硬度）を有する材質および形状が望ましい。また、粘着層１０２は、所定の期間中、同一の被測定部位の貼付けが維持できる程度の粘着力や耐水性も必要である。

例えば、支持基材１０１をポリカーボネート樹脂で、直径１ｃｍ〜２ｃｍ程度の円形に成型した場合、厚みは例えば０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ、好適には０．５ｍｍ程度である。

また、パッチ１０を構成する支持基材１０１は、例えば「ＡＳＴＭ Ｄ７８５」に基づく試験法または「ＪＩＳ Ｋ７２０２」に基づく試験法にて、ロックウェル硬度がＭ５０〜１００の合成樹脂製成形体であることが好ましい。ロックウェル硬度を示す数値の前に記載された「Ｍ」は、ロックウェル硬度におけるスケールを示し、ここでは「Ｍ−スケール」による硬度を示す。

例えば、前記試験法によるロックウェル硬度がＭ５０よりも軟らかい合成樹脂製支持基材１０１が用いられた場合、支持基材１０１の平面維持性（剛性）が不足して、被測定部位２５に貼り付けられたパッチ１０の支持基材１０１に撓みが生じ、その結果、光学測定装置による生体の血糖値測定が精度よく行われないことが懸念される。また、例えば、前記試験法によるロックウェル硬度がＭ１００よりも硬い合成樹脂製支持基材１０１用いられた場合、仮に支持基材１０１に割れが生じたときの生体に対する損傷が懸念される。支持基材１０１を形成する材料として、適度な硬度とされる上記ポリカーボネート樹脂が用いられた。詳しく説明すると、支持基材１０１を形成する材料として、前記試験法によるロックウェル硬度が例えばＭ７０〜８０とされると共に透明性に優れる上記ポリカーボネート樹脂が用いられた。

図２は、本発明に係る測定補助材の他の形態（実施例２）を示す断面図、図３は、本発明に係る測定補助材のその他の形態（実施例３）を示す断面図である。なお、これらは、便宜上、図１（Ａ）のａ−ａ線断面に相当するものとされる。

本実施形態のパッチ１０は、少なくともパッチ１０の第１主面Ｓｆ１側に反射防止膜を設けるとよい。図２は、第１主面Ｓｆ１側のみに反射防止膜（第１反射防止膜）１０３を設けた場合であり、図３は、第１主面Ｓｆ１側に第１反射防止膜１０３を設け、さらにパッチの第２主面Ｓｆ２側に第２反射防止膜１０４を設けた場合を示す。

図２の如く、第１反射防止膜１０３は、例えば、ＡＲコーティング（Anti Refledion CoatingまたはAnti Reflection Coating）により形成される。すなわち、支持基材１０１の第１主面Ｓｆ１１表面に、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）などを真空蒸着して透明な薄膜を形成することにより、光の干渉を利用して支持基材１０１の第１主面Ｓｆ１１でのレーザ光の反射光を防止することができる。

後述するが、本実施形態のパッチ１０には、第１主面Ｓｆ１側からレーザ光２１が入射され、被測定部位にて拡散反射した拡散反射光２２が透過する。そして、拡散反射光２２を測定することによって、光学測定を行う。つまり、レーザ光２１の戻り光や外乱光があると、正確な測定が行われない要因となる。

例えば、レーザ光２１がパッチ１０の第１主面Ｓｆ１に向けて照射されると、多くの光は第１反射防止膜１０３および支持基材１０１を透過して被測定部位に達するが、一部は被測定部位に到達せずパッチ１０の表面（第１主面Ｓｆ１）または内部で反射する。このように被測定部位に到達しない反射光は、レーザへの戻り光となり、安定なレーザ発振を阻害する原因となる。

また、レーザ光２１以外の被測定部位周囲の外部光がパッチ１０の表面（第１主面Ｓｆ１）または内部で反射することによりレーザへの戻り光となる。

また、被測定部位で反射しパッチ１０の第２主面Ｓｆ２から入射して支持基板１０内を透過する拡散反射光は、例えば支持基板１０１の内部で反射する。このような光は、レーザへの戻り光や、拡散反射光を測定する受光部の外乱光となり、正確な測定を妨げる原因となる。

そこで、パッチ１０の第１主面Ｓｆ１側に第１反射防止膜１０３を設ける。これにより、戻り光を抑制できるので、安定したレーザ発振と、精度の高い受光が可能となる。

図３は、支持基材１０１の第２主面Ｓｆ１２にも第２反射防止膜１０４を設けた場合を示すものである。これにより、さらに外乱光を抑制できる。

支持基材１０１の第２主面Ｓｆ１２も、光学測定装置から入射されるレーザ光２１と拡散反射光２２が通過する。このとき、第２反射防止膜１０４の第１主面Ｓｆ３１側および第２主面Ｓｆ３２側での反射光および外乱光を抑制できるので、図２の場合と比較して、より高精度の受光と安定したレーザ発振を行うことができる。

なお、第２反射防止膜１０４を設ける場合は、粘着層１０２は、第２反射防止膜１０４の第２主面Ｓｆ３２表面に設ける。

図１の如く、被測定部位の表面形状の平坦化および弾性の均一化を図り、測定誤差を抑制するために、当接部と接触する支持基材１０１の第１主面Ｓｆ１１側は平滑である。

つまり、図２および図３の如く、第１反射防止膜１０３を設ける場合には、その第１主面Ｓｆ２１表面を、平滑な主面とする。また、必要なレーザ光および拡散反射光を精度良く透過させるために、光路上はできる限り凹凸がない方が好ましいため、第１反射防止膜１０３の両主面、支持基材１０１の両主面および図３の場合は第２反射防止膜１０４の両主面も、平滑な主面とすると好適である。

なお、粘着層１０２は、拡散板のように働くため、反射にはさほど影響はない。また、粘着層１０２は、支持基材１０１の全面に設けられる必要は無いため、レーザ光が通過する部分には設けないようにすれば、粘着層１０２の影響も排除できる。

図４〜図６を参照し、本実施形態の光学測定方法について説明する。

本実施形態の光学測定方法は、レーザ光による光学測定装置を生体の被測定部位に近接させ、被測定部位における特定成分を測定するものであり、光学測定装置の被測定部位との当接面と略同等の大きさ及び形状を有し、１つの主面側が平滑な面で他の主面側に粘着層を有する測定補助材を前記被測定部位に貼付ける工程と、測定補助材に光学測定装置の被測定部位との当接部を密着させる工程と、被測定部位にレーザ光を照射させて特定成分を測定する工程と、から構成される。

第１工程（図４）：光学測定装置の被測定部位との当接面と略同等の大きさ及び形状を有し、１つの主面側が平滑な面で他の主面側に粘着層を有する測定補助材を前記被測定部位に貼付ける工程。

図４の如く、所望の被測定部位２５にパッチ１０を貼付ける。ここでは一例として腕の内側にパッチ１０を貼付けた場合を示す。パッチ１０の詳細は、図１〜図３と同様であるので説明を省略するが、以降の説明では、図３の如く、支持基材１０１の両主面に第１反射防止膜１０３および第２反射防止膜１０４をそれぞれ設けた場合を例に説明する。パッチ１０の少なくとも第１主面Ｓｆ１（光学測定装置の当接部と接触する第１反射防止膜１０３の第１主面Ｓｆ２１）は、平滑な面である。第２反射防止膜１０４は、粘着層１０２と、支持基材１０１の第２主面Ｓｆ１２との間に配置される。また、パッチ１０の大きさ及び形状は、光学測定装置の当接部における被測定部位に対応した当接面と略同等である。

第２工程（図５）：測定補助材に光学測定装置の被測定部位との当接部を密着させる工程。

図５は、光学測定方法について説明する概要図である。

例えば、腕の内側に貼付けたパッチ１０に、光学測定装置１００の当接部３を密着させる。図５の如く、光学測定装置１００は小型で携帯性に優れているので、例えば片手で保持して測定が可能である。従って被測定部位２５は、光学測定装置１００が届く範囲であれば生体の所望の部位でよいが、図５の如く、腕または手首内側などであれば当接させながら操作および測定値の視認が可能である。

パッチ１０は、複数回の測定に渡る所定の期間（例えば数日）、被測定部位２５への貼付けが維持される。また、パッチ１０の大きさ及び形状は、光学測定装置１００の当接部３の当接面と略同等である。つまり、パッチ１０によって被測定部位２５が明確となる（図４参照）ので、測定時には必ず当接部３をパッチ１０に密着させて使用することにより、所定の期間内では被測定部位２５を一定にすることができる。

第３工程（図６）：被測定部位にレーザ光を照射させて特定成分を測定する工程。

パッチ１０に当接部３を接触させたまま、光学測定装置１００からレーザ光を照射させ、被測定部位２５で反射した拡散反射光より、生体内の特定成分を測定する。本実施形態では、特定成分として、血中グルコース濃度（血糖値）を測定する場合を例に説明する。

図６（Ａ）は、本実施形態の光学測定の原理を示す被測定部位２５の断面図であり、図６（Ｂ）は、被測定部位２５にパッチ１０を密着させた場合の断面概要図である。なお、図６（Ｂ）では被測定部位の詳細説明を省略した。また、図６（Ｂ）には、便宜上、本発明に係る測定補助材の別の形態（実施例４）を示す断面図が描かれている。

図１に示す実施例１のパッチ１０と、図２に示す実施例２のパッチ１０と、図３に示す実施例３のパッチ１０と、図６（Ｂ）に示す実施例４のパッチ１０とは、パッチ１０の一部において異なる形態とされているが、図１、図２、図３、図６（Ｂ）に示すパッチ１０は、図４、図５、図６（Ａ）、図７〜図１３における説明内容のものに適用可能とされる。

図６（Ａ）の如く、光学測定は、被測定部位２５として生体の真皮層２５２を利用して行われる。生体の表皮２５１の下層（内部）には真皮層２５２があり、その下層に皮下組織２５３が存在する。

本実施形態では、光学測定装置から出射したレーザ光２１を真皮層２５２にて拡散反射させる。すなわち表皮２５１から入射されたレーザ光２１が真皮層２５２で拡散反射する照射角度θで、レーザ光２１が出力される。

血糖値を測定するには、血中グルコース濃度を検出するのが効率的である。また、血糖値を非侵襲（無採血）で測定する場合、人体に対して透過性を有する波長帯の光を使用することになるが、グルコースの場合、近赤外帯光のいくつかのスペクトルに対して吸光特性を有することが知られている。そこで、従来の光学的な血糖値測定装置が用いられて血糖値の測定が行われるときには、血管に近赤外線を透過させ、グルコースによる吸収率を検出させることで、血糖値の測定が行われる。

しかしながら、血中にはグルコース以外にも様々な物質が存在する上、グルコースの吸光率は非常に小さいものである。特に透過光の場合、血中成分であるヘモグロビンの影響を強く受けてその光量が変化し、結果的に血糖値を正確に測定できない問題がある。

そこで、本実施形態では、血中成分（ヘモグロビン）の影響を受けないよう、真皮層２５２のグルコースを測定することとした。真皮層２５２は生体外部（表皮２５１）から非常に浅い位置にあるため、レーザ光２１のビームの絞り角（例：レンズ開口数ＮＡを適切な値に設定する）や照射角度を適宜選択することにより、血糖値の算出に十分な反射光を得ることができる。また、反射光による測定は、皮下組織２５３を透過しないため、グルコース以外の成分による測定誤差も回避できることから、透過光を利用する場合よりも有利である。

そして図６（Ｂ）の如く、測定時には被測定部位２５の表皮２５１にパッチ１０を貼付ける。これにより、表皮２５１の表面形状を平坦化させ、弾性をほぼ均一化させることができる。また、パッチ１０がガイドとなるので、複数の測定に渡る所定の期間中は、同一の被測定部位２５を測定することができる。

さらに、パッチ１０には、当接部側および表皮２５１側に第１反射防止膜１０３および第２反射防止膜１０４が設けられている。これにより、外乱光を防止することができる。

光学測定装置１００は、被測定部位２５にレーザ光２１を照射する。レーザ光２１は、パッチ１０の第１主面Ｓｆ１から、第１反射防止膜１０３、支持基材１０１、第２反射防止膜１０４を透過し、さらに、被測定部位２５の表皮２５１を透過して、被測定部位２５の真皮層２５２に向けて進む。

このとき、一部のレーザ光２１は、パッチ１０の第１主面Ｓｆ１および内部で反射する。この反射光（戻り光）２３は、第１反射防止膜１０３の第１主面Ｓｆ２１（当接部に近い側の主面）の表面で反射する光２３ａと、第１反射防止膜１０３を透過して第２主面Ｓｆ２２（支持基材１０１の第１主面Ｓｆ１１）で反射する光２３ｂとに分けられる。ここで、第１反射防止膜１０３を設け、その蒸着膜厚ｔ１を略１／４波長とすることにより、第１反射防止膜１０３の両主面における反射光２３ａ、２３ｂは、１／２波長ずれた逆位相となる。そのため、第１反射防止膜１０３の第１主面Ｓｆ２１での反射光２３ａと、第２主面Ｓｆ２２での反射光２３ｂとは干渉により打ち消し合い、レーザ光２１に対する反射光（戻り光）２３ｃを低減化させることができる。

同様に支持基材１０１の第２主面Ｓｆ１２側においてもレーザ光２１が通過するため、レーザ光の略１／４波長の蒸着膜厚ｔ２の第２反射防止膜１０４を設ける。これにより、必要なレーザ光と拡散反射光を第２反射防止膜１０４を透過させ、第２反射防止膜１０４の第１主面Ｓｆ３１での反射光２３ｄおよび第２主面Ｓｆ３２側での反射光２３ｅおよび外乱光（不図示）を抑制できる。

一方、真皮層２５２にて反射された拡散反射光２２は、被測定部位２５の表皮２５１を透過し、パッチ１０の第２主面Ｓｆ２から、第２反射防止膜１０４、支持基材１０１、第１反射防止膜１０３を透過して受光部１２に向けて進む。

拡散反射光２２は、第２反射防止膜１０４、支持基材１０１および第１反射防止膜１０３を透過して光学測定装置（の受光部）に達するが、この際の不要な反射光２３も、レーザ光２１の不要な反射光２３と同様に低減できる。

すなわち、拡散反射光２２の一部はパッチ１０の第２主面Ｓｆ２または内部で反射する。このように被測定部位から直接光学測定装置の受光部に到達しない反射光２３や、拡散反射光以外の被測定部位周囲における外部光の反射光２３は、外乱光となり、例えば、レーザ発振や、受光部の感度に悪影響を及ぼすことが懸念される。

しかしながら、本実施形態によれば、第２反射防止膜１０４の第１主面Ｓｆ３１側および第２主面Ｓｆ３２側での反射光を干渉により減衰させることができる。

これにより、レーザへの戻り光を低減できるので、安定したレーザ発振が可能となる。また、外乱光を防止して必要な拡散反射光を精度良く受光することができるので、測定精度が向上する。

なお、既述の如く、第１反射防止膜１０３の両主面、支持基材１０１の両主面および図３の場合は第２反射防止膜１０４の両主面を、平滑な主面とすると、測定誤差を防止するために好適である。またその場合、レーザ光２１および拡散反射光２２が通過する光路上には、粘着層１０２を設けないようにするとより好適である。

例えば、図６（Ｂ）の如く、パッチ１０の粘着層１０２は、その中心部分に略丸孔状の貫通部１０２ｐを設ける等し、レーザ光２１および拡散反射光２２が粘着層１０２内を通過しないようなパッチ１０にすると、より望ましい。

また、図２に示す反射防止膜１０３や、図３，図６（Ｂ）に示す第１反射防止膜１０３および第２反射防止膜１０４は、便宜上、厚さをもたせて描かれているが、実際には、１反射防止膜１０３および第２反射防止膜１０４は、非常に薄い層（例えば１００〜１０００ｎｍ程度）として形成される。

図７から図１３を参照し、光学測定装置１００について説明する。

光学測定装置１００は、発光部と受光部と制御部からなる光学ユニット１と、表示部２を有する。

図７は、血糖値を測定するための光学測定装置の一例を示す図であり、図７（Ａ）が外観図、図７（Ｂ）が図７（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、図７（Ｃ）（Ｄ）が内部の平面図である。

図７（Ａ）（Ｂ）の如く、光学測定装置１００の外部筐体８の一主面には、例えば電源スイッチ４、測定開始・停止ボタン５、表示部２等が設けられている。外部筐体８の上部には、被測定部位との当接部（以下アタッチメント）３が設けられる。アタッチメント３は、光学ユニット１と連続して設けられている。本実施形態においては、一例とされるアタッチメント３は、光学ユニット１内の発光部から出力される光、および受光部で受光する光が外部に漏れないような形状（例えば筒状）および材質とされ、光学ユニット１の外部筐体の一部を構成する。

図７（Ｃ）の如く、光学測定装置１００を構成する光学ユニット１は、発光部と受光部（ここでは共に不図示）および制御部６を有し、生体の被測定部位における血糖値を測定する。制御部６は、例えばプリント基板上に集積化された半導体集積回路により構成され、演算処理部を有する。

また図７（Ｄ）の如く、光学測定装置１００の内部構造において、表示部２は、制御部６の一部である表示ドライバに接続される。表示部２は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネル、有機ＥＬ（Electronic Luminescent）表示パネル等であり、血糖値やその他測定情報（例えば測定エラーの通知、日時等）が測定者に認識可能に表示されるものであればよい。また制御部６に接続する電源部７が設けられている。電源は、ＡＣアダプターによる充電や電池、またはこれらの併用等である。

図８は、光学測定装置の光学ユニット１を示す図であり、図８（Ａ）が上面図、図８（Ｂ）が図８（Ａ）のｃ−ｃ線断面図である。

光学ユニット１は、発光部１１と受光部１２とを有する。発光部１１は、被測定部位に対して出射波長がそれぞれ第１波長λ１、第２波長λ２および第３波長λ３の近赤外レーザ光を個別に出力する半導体レーザである。レーザ光２１は、レンズ開口数ＮＡの集光レンズ１１ａで集光され、小さいスポットで被測定部位に照射される。なお、図８（Ｂ）では集光レンズ１１aを２枚設けているが、この数に限らない。

ここで、第１波長λ１、第２波長λ２、第３波長λ３は、それぞれ近傍の波長の近赤外光であり、この順で波長が長くなる（λ１＜λ２＜λ３）。また第３波長λ３は、純水による吸光率が非常に大きくほぼ純水による吸光のみが測定できる波長であり、第２波長λ２は、グルコースによる吸光率が大きい波長であり、第１波長λ１は、グルコースによる吸光率が小さい波長である。これらの波長を選択する理由は後述する。

受光部（Photo Detector）１２は、被測定部位で反射したレーザ光の反射光２２をそれぞれ検出する例えばフォトダイオードである。

反射光２２もレンズ開口数ＮＡ’の集光レンズ１２aにより集光され、受光部１２で検知される。なお、受光部１２では反射光２２をできる限り多く集光することが望ましいので、そのスポット径は、発光部１１に比べて大きく設定される（図８（Ａ））。

発光部１１および受光部１２は、遮光板１７を介して隣接して配置される。例えば図８（Ｂ）の如く、発光部１１と受光部１２とは、同一筐体（本実施形態ではアタッチメント３の一部）内に配置され、中央に遮光板１７が配置されている。遮光板１７は、少なくともアタッチメント３の外周と略同一の高さに設けられる。被測定部位２５にアタッチメント３を当接させ、被測定部位２５にレーザ光２１を照射させた場合、レーザ光２１の一部は表皮２５１で反射する。このような直接反射光が受光部１２に到達することを防止するため、遮光板１７を設ける。遮光板１７により、発光部１１および受光部１２がそれぞれ分離された空間に配置される。

遮光板１７は、例えば、表面が黒色状であり、近赤外を透過、反射しないで吸収する素材である。

より詳細に説明すると、例えば、表面に塗装が施された金属板、具体的には、表面に黒色系の起毛状の塗装物が施された金属板などが挙げられる。また、遮光板１７として、例えば、アクリル、ポリカーボネート樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の樹脂を含有する樹脂材が用いられて形成された樹脂板などが挙げられる。その場合、遮光性を向上させるために、樹脂材内に、カーボン繊維、グラファイトからなる群から選ばれる少なくとも一種以上の黒色系充填材などが含有された樹脂板を用いるとよい。また、遮光板１７として、例えば、黒色系偏光板が用いられてもよい。その場合、偏光板として、例えばガラスを基材とした基板が用いられることが好ましい。また、遮光板１７として、例えば、石材などが用いられてもよい。

また、レーザ光２１は、戻り光の影響を受けるが、遮光板１７によりその影響を低減できる。従って、レーザ光２１を安定して発振させることができ、測定ノイズの低減が図られる。

さらに、受光部１２も遮光板１７によって区切られた空間で使用されることで、電気的ノイズの影響を受けにくくすることができる。

これらに加え、この光学測定装置１００を使用する際は、第１主面Ｓｆ１側に第１反射防止膜１０３が設けられ第２主面Ｓｆ２側に第２反射防止膜１０４が設けられたパッチ１０に、アタッチメント３を接触させる。これにより、パッチ１０の表面または表皮２５１で反射する光による戻り光や外乱光を防止できる。

ここで遮光板１７は、接触検知センサとしても機能する。すなわち、遮光板１７は、垂直方向に移動可能な可動式であり非測定時には周囲のアタッチメント３より突出する。一方、測定時にアタッチメント３を被測定部位２５上のパッチ１０に当接させて、アタッチメント３を被測定部位２５に近接させた場合は、遮光板１７は有る程度のテンションで被測定部位２５に接触すると共に光学ユニット１内部に押下され、遮光板１７下方のスイッチ１８を作用させる。つまり、このスイッチ１８によって、制御部６は、アタッチメント３が正常に被測定部位に接触したことを検出し、光学測定装置１００に正常な状態で（外光を遮蔽した状態で）測定処理を開始させることができる。

また、遮光板１７を接触検知センサとして機能させ、正常な接触を検知したのちに測定装置を動作させる場合には、遮光板１７はアタッチメント３より低い位置に設けられても良い。例えば、アタッチメント３側を可動式とし、遮光板１７の上端に被接触部位との接触センサを設け、遮光板１７内の配線を介してスイッチ１８と接続する。所定のテンションで被測定部位２５に接触させることにより、アタッチメント３が押下され、遮光板１７と、アタッチメント３の周壁部との高さが略同等となる。この状態で遮光板１７の上部の接触センサが接触を検知し、測定装置を動作させるスイッチ１８が導通すれば、外光を遮蔽した状態で測定装置を動作させることができる。

さらに、遮光板１７の上端に接触センサを設ける場合は、遮光板１７およびアタッチメント３の周壁部の高さを同一とし、いずれも固定式としてもよい。

外光の侵入を避けるため、アタッチメント３も遮光性を有する材質が選択される。さらに、発光部１１からのレーザスポットは非常に微小であり、また受光部１２も大きいとはいえ、拡散反射光の広がりで例えば１ｍｍ程度（フォトダイオード面で例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）である。測定精度を向上させるためには外光の侵入を避けることが望ましく、レーザ光２１および反射光２２が通過するのに十分な開口部を確保すれば、アタッチメント３の上面は、側面から隙間無く連続し、可能な限り内部を覆う形状とさせることが好ましい。

発光部１１のレーザ光２１は、適切なレンズ開口数ＮＡによってビームが絞られ、被測定部位２５（真皮層２５２）に対して角度θで照射される。この角度θは、遮光板１７の垂直方向（紙面上下）の中心線とレーザ光２１の光軸とで成す角であり、真皮層２５２のグルコース濃度の測定に最も適切な角度に設定され、照射されたビームのフォーカス点の位置設定は、真皮層２５２のグルコースからの反射光（拡散反射光）を最も効率良く得られる位置に焦点が合せられて行われる。

ここで、フォーカス点は、表皮２５１の表面から所定の深さＤにて結ばれ、グルコース測定に適した真皮層２５２内の一点として結ばれる。深さＤは、表皮２５１の表面からどれくらいの深さにフォーカス点が結ばれるかを示す数値とされる。また、フォーカス点は、遮光板１の板厚の略中心部から所定の距離Ｗほど離された一点として結ばれる。距離Ｗは、表皮２５１の表面から真皮層２５２内に向けた深さＤ位置において、遮光板１７の板厚の中心部または端部からどれくらいフォーカス点が離間しているかを示す数値とされる。

レーザ光２１のビームを所定の角度θで入射させる他の理由として、レーザの発振点になるべく反射光２２が戻らないようにすることが挙げられる。

これに対し、受光部１２側のレーザ光の角度θ’は、反射光２２が効率よく取得される角度θ’となる。角度θ’は、遮光板１７の垂直方向の中心線と反射光２２の光軸とで成す角であり、フォーカス点は、それぞれ、表皮２５１からの深さＤ’、遮光板１７の板厚の略中心部または端部からの距離Ｗ’に結ばれる。

拡散反射されたビームは、基本的にあらゆる層からの反射光とされるため、角度θ’、フォーカス点Ｄ’、Ｗ’およびレンズ開口数ＮＡ’によって、真皮層２５２からの反射光を選択的に集光するように、受光部１２の位置や角度等が設定される。

なお、この光学ユニット１は一例である。図示は省略するが、発光部１１および受光部１２の構成として、例えばそれぞれミラーを設け、ミラーにて集光するものであってもよい。上記の如く、集光レンズ１１ａ、１２ａで集光する場合は、レンズの透過率によって光量が減衰する。ミラーで集光することで、光量の減衰は抑えられ、また焦点距離によっては、ミラーで反射させた方が設計が容易になる場合がある。

本実施形態の光学ユニット１は、分光分析装置やＦＴＩＲ分析装置などで要求される光路長や、ミラーなどの可動部が不要である。また上述のようにミラーを採用した場合でも、稼働させる必要はなく小型化を維持できる。また単一波長のレーザの反射光を受光するので、回折格子などにより分光する必要が無く、受光側のものは、例えば、レンズとPhoto Detectorのみで構成できる。従って、光学測定装置１００の小型化、軽量化が実現し、携帯性を大幅に向上させることができる。そのサイズは、例えば手のひらに収まり、片手での携帯および操作が十分可能な程度である。

次に、図９を参照して本実施形態の光学測定装置の原理について説明する。

図９は、横軸がレーザ光の出射波長λ、縦軸が吸光率Ｉとされたレーザ光の特性を示す図である。また、実線が、予め測定された基準となる純水のスペクトル分光曲線であり、破線は、予め基準となる条件で実測されている（または理論値の）スペクトル分光曲線であり、純水とグルコースとの混合液のスペクトル分光曲線である。

本実施形態では、レーザ光を使用する。レーザ光のスペクトルは非常に狭く、ほぼ単一波長光である。そして、少なくとも３つの異なる波長（λ１、λ２、λ３）のレーザ光を個別に照射させて各波長に対する吸光率Ｉを測定し、３波長に対応した３つの吸光率からこれらの２次微分値を求める。

吸光率Ｉは、発光部から照射されたレーザ光の照射量と、真皮層で反射された反射光の受光量で求めることができる。すなわち、被測定部位に入射される波長λの光の強度をＬ０（λ）とし、受光した波長λの反射光の強度をＬ（λ）とすると、被測定部位２５の吸光率Ｉ（λ）は、ｌｎ（Ｌ（λ）／Ｌ０（λ））で求められる（なお、入射光が一定の場合には、受光強度そのものが吸光率と等価である。）。

しかしながら、既述の如く、グルコースによる吸光率は非常に小さく、また血糖値は１００ｍｇ／ｄｌ程度のグルコース濃度であるため、実際の血糖値が変動したのか、測定誤差であるのかの違いが分からない場合がある。

そこで、２次微分値を利用する。本実施形態の２次微分値とは、グルコースによる光吸収が光の波長により変動することを利用し、この波長による変動ができるだけ大きく現れる波長域を含む近接した３つの波長を選択して、吸光率Ｉと波長λとの２次導関数の微分係数に相当する値として定義されるものである。

３点のデータの次微分値を求めることは、波長λ１、λ２、λ３の３点のデータから、中心点（２番目のデータ：λ２）に至るデータの変化量を求めることになる。つまり、中心波長λの吸光率Ｉを頂点として周りの２点（λ１、λ３）の吸光率Ｉからの変化量として求めることになるため、照射光量対受光量の実測値で算出するより、演算の感度を向上させることができる。

また、２次微分値は変化量として求められるため、基準（実測値）の大きさは無関係となり、揺らぎ(fluctuation)のような変動を吸収することが可能となる。従って、スペクトル分析法で血糖値測定を行った場合（破線）と同様な結果が得られる。

さらに、本実施形態ではグルコースの吸光スペクトルのみ測定し、不要なスペクトルの測定をしないため、測定時間を短縮することが可能となる。

まず、第１波長λ１にてレーザを駆動させ、被測定部位に第１波長λ１のレーザ光を照射させて反射光から第１吸光率Ｉ１を測定する。次に、第２波長λ２にてレーザを駆動させ、被測定部位に第２波長λ２のレーザ光を照射させて反射光から第２吸光率Ｉ２を測定する。第３波長λ３についても同様に第３吸光率Ｉ３を測定する。第３波長λ３にてレーザを駆動させ、被測定部位に第３波長λ３のレーザ光を照射させて反射光から第３吸光率Ｉ３を測定する。ここでレーザの発光出力が一定であれば、第１吸光率Ｉ１、第２吸光率Ｉ２、第３吸光率Ｉ３からこれらの２次微分値は離散的な微分処理として計算できる。

既述の如く、グルコースの場合は、近赤外帯光に対し、幾つかのスペクトルに対して吸光特性を有する。また純水の場合、２０００ｎｍ付近の波長に対して非常に強い吸収があることがわかっている。

つまり、図９の分光曲線により、実線より破線の吸光率Ｉが大きい波長は、グルコースの吸光率が高い波長であると言える。

波長λが２０００ｎｍ付近では、純水による吸収が非常に大きく、また、実線と破線が重畳しているため、この波長帯では、純水以外に吸光を示す分子、物質が殆どなく、純水による吸光のみが測定できる。また、この波長帯での吸光率が非常に高いことから、他の分子、物質の吸光があったとしても、相対的に非常に小さくなり、無視することが可能となる。

本実施形態では、純水による吸光率が最も高くなる２０００ｎｍに最も近い波長で、グルコースによる吸光率が高くなる波長をレーザの発振波長を中心、すなわち第２波長λ２とする。一例として第２波長λ２は、１８７０ｎｍである。そしてその前後（λ１、λ３）の波長、すなわち図９に示す第１波長λ１、第３波長λは、以下の通り選択する。

第３波長λ３は、この純水による吸光が高い領域で、且つグルコースの吸光がなく、第２波長λ２から離れた波長とする。また、第１波長λ１は、第２波長λ２よりも下方の波長であり、ほぼグルコースによる吸光がない波長を選択する。

ここで、第１波長λ１、第２波長λ２、第３波長λ３にて実測された吸光率を、それぞれ吸光率Ｉ１、第２吸光率Ｉ２、第３吸光率Ｉ３とすると、その系列Ｓは、以下の通りである。

Ｓ＝｛Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３｝
そして、これらの離散的な微分処理による２次微分値ｉは、以下の式で表わされる。

ｉ＝Δ^２Ｓ／（Δ^２Λ）＝２×Ｉ２−（Ｉ１＋Ｉ３）
２次微分値ｉの値は、変化量に相当するものである。そのため、どこからの変化量かを特定する基準値が必要となり、この基準値により定量的な数値を求めることになる。

そこで、第３波長λ３のレーザ光の純水による吸光率を、全体の基準値（第３基準吸光率Ｉｂ３）として使用する。また、第１波長λ１および第２波長λ２の各レーザ光の純水による吸光率も、それぞれの波長で実測（血糖値測定）した吸光率を補正する際の基準値（第１基準吸光率Ｉｂ１、第２基準吸光率Ｉｂ２）として使用する。

第３波長λ３は、純水による吸光率（第３基準吸光率Ｉｂ３）が非常に高く、ほぼ純水のみによる吸光率となる波長を選択している。すなわち、実測された第３吸光率Ｉ３の、第３基準吸光率Ｉｂ３に対する変位を測定すれば、その値は全体的な変位量（基準シフト量Ｓｆ）である。従って、第１波長λ１および第２波長λ２で測定された吸光率（第１吸光率λ１、第２吸光率λ２）も基準シフト量Ｓｆによって定量的に補正ができ、第１基準補正吸光率Ｉｂｒ１、第２基準補正吸光率Ｉｂｒ２が得られる。

さらに、第１吸光率Ｉ１、第２吸光率Ｉ２は、グルコースの吸光特性による変動量が含まれる（図９の破線）ため、第１基準補正吸光率Ｉｂｒ１、第２基準補正吸光率Ｉｂｒ２を、純水に対する吸光率である第１基準吸光率Ｉｂ１、第２基準吸光率Ｉｂ２と比較することで、グルコースによる吸光率の変位量が特定可能であり、最終的に定量的な第１補正吸光率Ｉｒ１および第２補正吸光率Ｉｒ２が算出できる。

そして、第１補正吸光率Ｉｒ１、第２補正吸光率Ｉｒ２、第３吸光率Ｉ３を、２次微分値ｉを定量値とするための基準値とし、これらをパラメータとする血糖値変換関数によって、血糖値を求める。

つまり、純水における各波長の吸光率を予め測定して、基準値（データ）として保持することで、血糖値の測定が可能となる。従って例えば被測定部位に見立てた物理的な参照体等は不要である。

また、純水による吸収率からの基準シフト量Ｓｆは、第３波長λ３の実測値である第３吸光率Ｉ３と、第３基準吸光率Ｉｂ３とにより求められるが、第３吸光率Ｉ３は、２次微分値を求める際のデータとしても使用しており、演算処理で取り扱うデータ量の簡素化に寄与している。

図１０は、光学測定装置１００の光学ユニット１の概略を示す回路ブロック図の一例である。

発光部（半導体レーザ）１１は、制御部６のレーザドライバ６３により駆動され、前述の如く、第１波長λ１、第２波長λ２、第３波長λ３の３つのレーザ光２１を順次出力する。レーザ光２１の一部は、ミラー１５およびＦＭＤ（Front Monitor Diode）を介してＡＰＣ（Auto Power Control）１３に入力される。ＡＰＣ１３は、各々の波長毎にレーザ光２１のパワーを一定に維持したり、３波長全体としてレーザ光２１のパワーを均一に保ったりする等の制御を行う。レーザ光２１は、被測定部位２５に所定の照射角度およびビームの絞り角（例：レンズ開口数ＮＡを適切な値に設定する）で照射される。

受光部（Photo Detector）１２は、例えばInGaAsフォトダイオードなどであり、被測定部位２５の真皮層２５２からの反射光２２を受光し、電気信号に変換する。電気信号は、受光した光の強度に比例し、増幅器１４により増幅され、制御部６のＡ／Ｄ変換器（ここでは不図示）に出力される。

また、光学ユニット１は、温度検出部（例えば温度センサ）１６を有する。温度センサ１６は、測定部位２５の温度（またはそれに加えて外気温）を測定するものである。グルコースの吸光特性は温度によって変化する。そこで温度センサ１６によって血糖値の測定前に温度を測定し、その測定結果からレーザ光２１の波長を微小な範囲で補正する。具体的には、レーザ光２１は、電流または温度により発振波長が変化する特性を有するので、予め測定したグルコースの吸光特性の温度依存性に基づき、レーザ光２１の温度または駆動電流を制御する。例えばレーザ光２１の駆動電流で制御する場合には、レーザ駆動量を算出して、レーザドライバ６３にフィードバックさせる。これにより、第１波長λ１〜第３波長λ３は、被測定部位２５の温度に応じてそれぞれ本実施形態の波長の条件を満たす範囲で最も効率の良い波長が選択され、例えば数ｎｍ程度シフトされる。これにより正確な血糖値が測定可能となる。

図１１は、光学測定装置１００の制御部６の概略を示す回路ブロック図の一例である。

制御部６は、ＤＳＰ（Digital signal processor）６１と、Ａ／Ｄ変換回路６２と、レーザドライバ６３と、演算処理部６５とを有する。また、制御部６は、測定結果等のデータを表示部に出力するための表示ドライバ６４や、他の制御に必要な所望の回路（不図示）等も有する。

光学ユニット１で増幅された受光量に基づく信号（受信信号）は、Ａ／Ｄ変換回路６２によりデジタル信号に変換され、ＤＳＰ６１内の演算処理部６５に入力される。

演算処理部６５は、第１波長λ１、第２波長λ２、第３波長λ３における受信信号を、当該波長のレーザ光が被測定部位のグルコースにそれぞれ吸光された割合である第１吸光率Ｉ１、第２吸光率Ｉ２、第３吸光率Ｉ３に換算する。さらに第１吸光率Ｉ１、第２吸光率Ｉ２、第３吸光率Ｉ３の２次微分値を演算する。

また、実測値である第１吸光率Ｉ１、第２吸光率Ｉ２に基づいて、第３吸光率Ｉ３と所定の基準値とにより補正した第１補正吸光率Ｉｒ１、第２補正吸光率Ｉｒ２を算出する。

すなわち演算処理部６５は、予め測定された第１波長λ１、第２波長λ２、第３波長λ３における純水による吸光率を、第１基準吸光率Ｉｂ１、第２基準吸光率Ｉｂ２、第３基準吸光率Ｉｂ３として保持しており、実測値である第３吸光率Ｉ３と、基準値となる第３基準吸光率Ｉｂ３とにより、基準シフト量Ｓｆを算出する。第３波長λ３は、純水における吸光率が最も高くなる波長の近傍の波長であり、他の成分がほとんど吸光されないことから、この基準シフト量Ｓｆが全体的な基準値の変動量となる。

従って、この基準シフト量Ｓｆにより第１吸光率Ｉ１、第２吸光率Ｉ２を補正し、それぞれ第１基準補正吸光率Ｉｂｒ１、第２基準補正吸光率Ｉｂｒ２を算出する。

また第１吸光率λ１、第２吸光率λ２には、グルコースによる変動量が含まれるため、第１基準補正吸光率Ｉｂｒ１、第２基準補正吸光率Ｉｂｒ２を、それぞれ第１基準吸光率Ｉｂ１、第２基準吸光率Ｉｂ２により補正して第１補正吸光率Ｉｒ１および第２補正吸光率Ｉｒ２を算出する。これにより、実測した各波長の吸光率に対して定量的に補正が行われる。

そして、演算処理部６５は、２次微分値、第１補正吸光率Ｉｒ１、第２補正吸光率Ｉｒ２、第３吸光率Ｉ３をパラメータとする血糖値変換関数により、血糖値データを演算する。

制御部６は、表示ドライバ６４により、血糖値データを測定結果として表示部２に表示させる。さらに、制御部６は、接触検出センサである光学ユニット１の遮光板１７によって、光学ユニット１内のスイッチ１８（図８参照）が押下される等して、正常な接触を検知した場合に、測定処理（例えば温度測定、レーザ駆動等）を開始する等、接触状態の検出に関する処理を行う。また、この他にも測定部６は、測定開始・停止のボタンの押下や、測定状態の監視等に対応した既知の各種制御を行う。

次に、図１２および図１３を参照して、上記の光学測定装置１００を利用した血糖値測定方法について説明する。

図１２は、光学測定方法として血糖値測定方法の一例を示すフロー図であり、図１３は、受光信号のサンプリングを示す図である。以下これらを参照して説明する。

ステップＳ１： まず被測定部位の体温（および外気温）を測定する（ステップＳ１１）。測定温度とグルコースの温度依存特性とに基づき、規定の（本実施形態の）レーザ波長の条件を満たす波長または規定のレーザ波長の条件に最も近い波長を出射するレーザ駆動量を算出する(ステップＳ１２)。

ここでは第１波長λ１、第２波長λ２、第３波長λ３の３つの単一波長を使用する。そして規定のレーザ波長とは、以下の条件を満たす波長である。すなわち、第１波長λ１、第２波長λ２、第３波長λ３がそれぞれ近傍の波長であり、この順で波長が長くなり（λ１＜λ２＜λ３）、第３波長λ３は、純水に対する吸光率が非常に大きくほぼ純水による吸光のみが測定できる波長である。また、第２波長λ２は、グルコースによる吸光率が大きい波長であり、第１波長λ１は、グルコースによる吸光率が小さい波長である。

算出されたレーザ駆動量に応じて、まず第１波長λ１の半導体レーザをパルス駆動し、温度補正された第１波長λ１を被測定部位に照射する（ステップＳ１３および図１３（Ａ））。

ステップＳ２： 被測定部位に照射された第１波長λ１のレーザ光は、真皮層により拡散反射する。つまり、レーザ光は、真皮層で拡散反射する照射角度で発光部から出力される。その反射光を受光部にて検出する。受光部は、検出した受光量をアナログ受光信号に変換させ、増幅器に出力させる（ステップＳ２１および図１３（Ｂ））。増幅器では、受光信号をレーザのオン、オフによるＡＣ信号として増幅する（ステップＳ２２および図１３（Ｃ））。その後、アナログ受光信号は、Ａ／Ｄ変換器によりデジタルフィルター処理が施され、デジタル受光信号に変換される。このデジタル受光信号について各パルスの期間毎に所定の回数（例えば数千回）のサンプリングデータＳを取得し蓄積する（ステップＳ２３および図１３（Ｄ））。

ステップＳ３： 第１波長λ１についてのサンプリングデータＳを平均化し、１つのデジタル受光信号を求める（ステップＳ３１）。照射されたレーザ光量が一定とされ、デジタル受光信号から第１波長λ１がグルコースに吸光された割合である第１吸光率Ｉ１を算出する（ステップＳ３２）。

第２波長λ２および第３波長λ３についても、同様にステップＳ１からステップＳ３を行い、それぞれグルコースに吸光された割合である第２吸光率Ｉ２、第３吸光率Ｉ３を算出する。

ステップＳ４： 第１吸光率Ｉ１、第２吸光率Ｉ２、第３吸光率Ｉ３を離散した３点のデータとして、２次微分値iを算出する。これにより、中心波長である第２波長λ２の吸光率（第２吸光率Ｉ２）を頂点として周りの２点からの吸光率の変化量を得ることができる。

ステップＳ５： 第１、第２、第３吸光率λ１〜λ３のそれぞれに対する第１、第２、第３基準吸光率Ｉｂ１〜Ｉｂ３は予め測定されている。第１、第２、第３基準吸光率Ｉｂ１〜Ｉｂ３は、第１波長λ１〜第３波長λ３のそれぞれにおける純水による吸光率である。第３波長λ３は、純水による吸光率が最も高い波長の近傍が選択されており、その波長における実測の吸光率（第３吸光率Ｉ３）は、ほぼ純水のみの吸光率（第３基準吸光率Ｉｂ３）に近い値となる。

そこで、第３吸光率Ｉ３と第３基準吸光率Ｉｂ３とにより基準シフト量Ｓｆを算出し（ステップＳ５１）、基準シフト量Ｓｆにより、第１、第２吸光率をそれぞれ補正して第１基準補正吸光率Ｉｂｒ１、第２基準補正吸光率Ｉｂｒ２を算出する（ステップＳ５２）。

第１吸光率Ｉ１および第２吸光率Ｉ２には、グルコースによる変動量が含まれているため、これらの純水の特性と比較することで定量的な値が得られる。すなわち、第１および第２基準補正吸光率Ｉｂ１、Ｉｂ２をそれぞれ第１、第２基準吸光率Ｉｂ１、Ｉｂ２により補正して、定量的な値である第１補正吸光率Ｉｒ１、および第２補正吸光率Ｉｒ２を算出する（ステップＳ５３）。

ステップＳ６： 第１補正吸光率Ｉｒ１、第２補正吸光率Ｉｒ２、第３吸光率Ｉ３を、２次微分値ｉを定量化させるためのパラメータとし、さらにこれらをパラメータとする血糖値変換関数によって、血糖値を求める。

本発明に係る測定補助材の一実施形態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は側面図である。 本発明に係る測定補助材の他の形態を示す断面図である。 本発明に係る測定補助材のその他の形態を示す断面図である。 本発明に係る光学測定方法の一実施形態を説明するための概略図であり、被測定部位に測定補助材を貼付けた状態を示す図である。 同じく光学測定方法の一実施形態を説明するための概略図であり、（Ａ）は測定補助材に光学測定装置を密着させる前の状態を示す図、（Ｂ）は測定補助材に光学測定装置を密着させた状態を示す図である。 被測定部位にレーザ光を照射させたときの状態を示す図であり、（Ａ）は光学測定の原理を示す被測定部位の断面図、（Ｂ）は被測定部位に測定補助材を密着させた状態を示す断面概要図である。 血糖値を測定するための光学測定装置の一例を示す図であり、（Ａ）は外観図、（Ｂ）は（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、（Ｃ）（Ｄ）は内部の平面図である。 光学測定装置の光学測定部を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のｃ−ｃ線断面図である。 レーザ光の波長と吸光率とを示す特性図である。 光学測定装置の光学測定部の概略を示す回路ブロック図である。 光学測定装置の制御部の概略を示す回路ブロック図である。 光学測定方法の一例を示すフロー図であり、被測定部位にレーザ光を照射させて特定成分を測定するときの状態を説明する図である。 信号のサンプリング状態を示す信号波形図であり、（Ａ）はパルス駆動されたレーザ光のパワーを示す波形図、（Ｂ）はアナログ受光信号を示す波形図、（Ｃ）は増幅されたアナログ受光信号を示す波形図、（Ｄ）はフィルタ処理が行われた受光信号を示す波形図である。

符号の説明

１ 光学ユニット（光学測定部）
２ 表示部
３ アタッチメント（当接部）
４ 電源スイッチ
５ 測定開始・停止ボタン
６ 制御部
７ 電源部
８ 外部筐体
１０ パッチ（測定補助材）
１１ 発光部
１１ａ 集光レンズ
１２ 受光部
１２ａ 集光レンズ
１３ ＡＰＣ
１４ 増幅器
１５ ミラー
１６ 温度センサ
１７ 遮光板
１８ スイッチ
２０ レーザ光
２１ レーザ光（反射光）
２３，２３ｃ 戻り光（反射光）
２３ａ，２３ｂ 光
２３ｄ，２３ｅ 反射光
２５ 被測定部位
６１ ＤＳＰ
６２ Ａ／Ｄ変換回路
６３ レーザドライバ
６４ 表示ドライバ
６５ 演算処理部
１００ 血糖値測定装置（光学測定装置）
１０１ 支持基材
１０２ 粘着層
１０２ｐ 貫通部
１０３ 第一反射防止膜（反射防止膜）
１０４ 第二反射防止膜（反射防止膜）
２５１ 表皮（皮膚表面）
２５２ 真皮層
２５３ 皮下組織
λ１ 第１波長
λ２ 第２波長
λ３ 第３波長
Ｄ 深さ
Ｉ１ 第１吸光率
Ｉ２ 第２吸光率
Ｉ３ 第３吸光率
Ｉｂ１ 第１基準吸光率
Ｉｂ２ 第２基準吸光率
Ｉｂ３ 第３基準吸光率
Ｉｂｒ１ 第１基準補正吸光率
Ｉｂｒ２ 第２基準補正吸光率
Ｉｒ１ 第１補正吸光率
Ｉｒ２ 第２補正吸光率
ｉ ２次微分値
Ｓｆ１ 第１主面（主面）
Ｓｆ２ 第２主面（主面）
Ｓｆ１１、Ｓｆ２１、Ｓｆ３１ 第１主面
Ｓｆ１２、Ｓｆ２２、Ｓｆ３２ 第２主面
ｔ１、ｔ２ 蒸着膜厚（膜厚）
Ｗ 距離

Claims (13)

1. 当接部を生体の被測定部位に近接させてレーザ光を照射する際に前記被測定部位に密着させる測定補助材であって、
   前記当接部の当接面と略同等の大きさ及び形状を有し、１つの主面側が平滑な面である支持基材と、
   前記支持基材の他の主面側に設けられた粘着層と、
   を具備することを特徴とする測定補助材。
2. レーザ光の照射により生体の被測定部位における特定成分を測定する光学測定装置を前記被測定部位に近接させる際に前記被測定部位に密着させる測定補助材であって、
   前記光学測定装置の前記被測定部位との当接面と略同等の大きさ及び形状を有し、１つの主面側を平滑な面とした支持基材と、
   前記支持基材の他の主面側に設けられた粘着層と、
   を具備することを特徴とする測定補助材。
3. 前記支持基材は、前記被測定部位に貼付けた状態で平滑な面が維持できる程度の厚みを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定補助材。
4. 前記１つの主面側に、反射防止膜が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定補助材。
5. 前記レーザ光が前記反射防止膜を通過するときに、前記レーザ光の入射光の一部と、前記被測定部位の内部における拡散反射光の一部とが、前記反射防止膜を通過することを特徴とする請求項４に記載の測定補助材。
6. 前記支持基材の前記他の主面と前記粘着層との間に、他の反射防止膜が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定補助材。
7. 前記レーザ光が前記他の反射防止膜を通過するときに、前記レーザ光の入射光の一部と、前記被測定部位の内部における拡散反射光の一部とが、前記他の反射防止膜を通過することを特徴とする請求項６に記載の測定補助材。
8. レーザ光による光学測定装置を生体の被測定部位に近接させ、被測定部位における特定成分を測定する光学測定方法において、
   前記光学測定装置の前記被測定部位との当接面と略同等の大きさ及び形状を有し、１つの主面側が平滑な面で他の主面側に粘着層を有する測定補助材を前記被測定部位に貼付ける工程と、
   前記測定補助材に前記光学測定装置の前記被測定部位との当接部を密着させる工程と、
   前記被測定部位に前記レーザ光を照射させて前記特定成分を測定する工程と、
   を具備することを特徴とする光学測定方法。
9. 前記測定補助材として、前記測定補助材を構成する支持基材の１つの主面側に、反射防止膜が形成されたパッチを用いることを特徴とする請求項８に記載の光学測定方法。
10. 前記レーザ光が前記反射防止膜を通過するときに、前記レーザ光の入射光の一部と、前記被測定部位の内部における反射光の一部とが、前記反射防止膜を通過することを特徴とする請求項９に記載の光学測定方法。
11. 前記測定補助材として、前記測定補助材を構成する支持基材の他の主面側に、他の反射防止膜が形成されたパッチを用いることを特徴とする請求項８に記載の光学測定方法。
12. 前記レーザ光が前記他の反射防止膜を通過するときに、前記レーザ光の入射光の一部と、前記被測定部位の内部における反射光の一部とが、前記他の反射防止膜を通過することを特徴とする請求項１１に記載の光学測定方法。
13. 前記測定補助材は、複数回の測定の期間に、前記被測定部位への貼付けが維持されることを特徴とする請求項８に記載の光学測定方法。

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