JP2012021812A - 濃度定量装置及び濃度定量方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】観測対象の温度変化を、この観測対象に含まれる水の近赤外光に対する吸収係数の温度変化率を基に補正することで、この観測対象に含まれる目的成分の濃度を、非侵襲的に精度良く測定することが可能な濃度定量装置及び濃度定量方法並びにプログラムを提供する。
【解決手段】本発明の濃度定量装置は、皮膚に光を照射する照射部５と、皮膚からの後方散乱光から真皮層より放射される後方散乱光を選択する光散乱媒質層選択部７と、真皮層から放射される後方散乱光を受光する受光部８と、真皮層の温度を測定する温度センサと、受光部８が受光した後方散乱光の強度を取得する光強度取得部９と、真皮層の光吸収係数を算出する光吸収係数算出部１２と、真皮層のグルコース濃度を算出する濃度算出部１３と、グルコース濃度を真皮層の温度に基づいて補正する濃度補正部１４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光散乱媒質の層により構成される観測対象のうち、任意の層における目的成分の濃度を、非侵襲的に定量する濃度定量装置及び濃度定量方法並びにプログラムに関するものである。

近年、我が国は飽食の時代にあって、糖尿病の患者が毎年増加し続けている。そのために、糖尿病性腎炎の患者も毎年増加し続けることとなり、その結果、慢性腎不全の患者も毎年１万人もの増加を続け、患者数は２８万人を超えるようになってきている。
一方、高齢化社会の到来により、予防医学に対する要求の高まりを受けて、個人における代謝量管理の重要性が急速に増大している。中でも、血糖値は、糖尿病の極初期の段階での糖代謝の反応を測定することで、糖尿病の早期診断に基づく早期治療を行うことができる。

従来、血糖値の測定は、腕あるいは指先等の静脈から採血を行い、この血液中のグルコースに対する酵素活性を測定することで行っているが、このような血糖値の測定方法では、採血が煩雑であり、しかも採血に痛みを伴い、さらには感染症の危険性を伴う等の様々な問題がある。
また、血糖値を連続的に測定する方法としては、静脈に注射針を刺した状態で連続的に血糖値相応のグルコースの定量を行う機器が米国にて開発されており、現在臨床試験中であるが、静脈に注射針を刺したままにしているために、血糖値の測定中に針が抜ける危険性や感染症の危険性がある。
そこで、採血無しに頻繁に血糖値を測定することができ、しかも感染症の危険性が無い血糖値の測定装置の開発が求められている。さらには、簡単にかつ常時装着可能であり、小型化可能な血糖値の測定装置の開発が求められている。

そこで、血糖値の測定装置に分子吸光の原理を用いた分光分析装置を適用することにより、非侵襲的に血糖値を測定する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この装置は、皮膚に近赤外の連続光を照射し、その光吸収量からグルコースの濃度を算出する装置であり、具体的には、予めグルコース濃度と照射する近赤外光の波長と光の吸収量との関係を示す検量線を作成しておき、皮膚に近赤外の連続光を照射し、この皮膚からの戻り光をモノクロメーター等を用いてある波長域を走査し、その波長域の各波長に対する光の吸収量を求め、この各波長における光の吸収量と検量線とを比較することで、血液中のグルコース濃度、すなわち血糖値を算出している。

一般に、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、水のスペクトルと同様、温度変化に伴うスペクトルのシフト等の変動が大きく、したがって、近赤外分光を用いて定量分析をする場合、水溶液や試料の温度の影響を無視することができない。
そこで、生体表面近傍の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場合に、近赤外光受発光用の光ファイババンドルのプロ−ブ先端の測定面と生体の表面近傍組織との接触部分の温度を、ヒータ及び表面温度検知手段を用いて一定にする装置も提案されている（特許文献２参照）。

特許第３９３１６３８号公報 特開２００１−２９９７２７号公報

しかしながら、従来の近赤外光の吸収量から血液中あるいは生体の表面近傍組織のグルコース濃度を測定する方法においては、血液中あるいは生体中に含まれる水の近赤外光に対する吸収係数の温度変化率が大きく、血液中あるいは生体中のグルコース濃度を精度よく測定することが難しいという問題点があった。
例えば、近赤外光受発光用の光ファイババンドルのプロ−ブ先端の測定面と生体の表面近傍組織との接触部分の温度を、ヒータ及び表面温度検知手段を用いて一定にすれば、確かに、接触部分の温度は一定になるが、生体自体の温度が変化した場合、この生体の表面近傍組織の温度も変化して近赤外光に対する吸収係数が変化してしまい、やはり、生体中のグルコース濃度を精度よく測定することは難しい。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、皮膚等の被測定物である観測対象自体の温度が変化した場合においても、この観測対象の温度変化を、この観測対象に含まれる水の近赤外光に対する吸収係数の温度変化率を基に補正することで、この観測対象に含まれる目的成分の濃度を、非侵襲的に精度良く測定することが可能な濃度定量装置及び濃度定量方法並びにプログラムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の濃度定量装置及び濃度定量方法並びにプログラムを採用した。
すなわち、本発明の濃度定量装置は、複数の光散乱媒質の層により構成される観測対象のうち、任意の層における目的成分の濃度を定量する濃度定量装置であって、
前記観測対象に光を照射する照射手段と、前記光を照射することにより前記観測対象より放射される複数種の後方散乱光から前記任意の層より放射される後方散乱光を選択する光散乱媒質層選択手段と、前記任意の層から放射される後方散乱光を受光する受光手段と、前記観測対象のうち前記任意の層の温度を測定する温度測定手段と、前記受光手段が受光した前記任意の層から放射される後方散乱光の強度を取得する光強度取得手段と、前記光強度取得手段が取得した光強度に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出する光吸収係数算出手段と、前記光吸収係数算出手段が算出した光吸収係数に基づいて、前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出する濃度算出手段と、前記濃度算出手段が算出した前記目的成分の濃度を、前記温度測定手段により測定した前記温度に基づいて補正する濃度補正手段と、を備えてなることを特徴とする。

本発明の濃度定量装置では、受光手段により任意の層から放射される後方散乱光を受光する際に、温度測定手段により、任意の層の温度を測定する。また、濃度算出手段により算出した任意の層における目的成分の濃度を、濃度補正手段により、温度測定手段により測定した温度に基づいて補正する。
このように、濃度算出手段が算出した目的成分の濃度を、温度測定手段により測定した任意の層の温度に基づいて補正することで、この後方散乱光を基に算出される観測対象の任意の層における目的成分の濃度に対する温度の影響を小さくすることができる。したがって、目的成分の濃度における任意の層の温度の影響を小さくすることができ、目的成分の濃度を、非侵襲的に精度良く測定することができる。

本発明の濃度定量装置は、前記光を短時間パルス光とし、さらに、前記観測対象に対して照射する前記短時間パルス光の、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデルを記憶する光路長分布記憶手段と、前記観測対象に対して照射する前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する時間分解波形記憶手段と、前記光路長分布記憶手段から、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長を取得する光路長取得手段と、前記時間分解波形記憶手段から、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度を取得する光強度モデル取得手段とを備え、
前記光強度取得手段は、前記任意の層の複数の時刻ｔ_１〜ｔ_ｍにおける光強度を取得し、前記光吸収係数算出手段は、前記任意の層の光吸収係数を、下記の式（１）

（但し、Ｉ（ｔ）は前記受光手段が時刻ｔにて受光した光強度、Ｎ（ｔ）は前記短時間パルス光の時間分解波形の無吸収モデルの時刻ｔにおける光強度、Ｌｉ（ｔ）は前記複数の光散乱媒質の各々の層における伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｉ層の光路長、μｉは第ｉ層の光吸収係数である）
から算出することを特徴とする。

本発明の濃度定量装置では、光強度取得手段が、任意の層の複数の時刻ｔ_１〜ｔ_ｍにおける光強度を取得し、光吸収係数算出手段が、任意の層の光吸収係数を、上記の式（１）から算出する。
このように、後方散乱光を時間分解計測することで、任意の層以外の層からの後方散乱光をノイズとして低減することができ、目的成分の濃度における温度の影響を小さくすることができる。したがって、目的成分の濃度をさらに精度良く測定することができる。

本発明の濃度定量装置は、前記光を短時間パルス光とし、さらに、前記観測対象に対して照射する前記短時間パルス光の、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデルを記憶する光路長分布記憶手段と、前記観測対象に対して照射する前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する時間分解波形記憶手段と、前記光路長分布記憶手段から、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長を取得する光路長取得手段と、前記時間分解波形記憶手段から、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度を取得する光強度モデル取得手段とを備え、
前記光強度取得手段は、所定の時刻から少なくとも所定の時刻τまでの間の光強度の経時的変化を取得し、前記光吸収係数算出手段は、前記任意の層の光吸収係数を、下記の式（２）

（但し、Ｉ（ｔ）は前記受光手段が時刻ｔにて受光した光強度、Ｎ（ｔ）は前記短時間パルス光の時間分解波形の無吸収モデルの時刻ｔにおける光強度、Ｌｉ（ｔ）は前記複数の光散乱媒質の層各々の層における伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｉ層の光路長、ｎは前記観測対象となる層の数、μｉは第ｉ層の光吸収係数である）
から算出することを特徴とする。

本発明の濃度定量装置では、光強度取得手段が、所定の時刻から少なくとも所定の時刻τまでの間の光強度を取得し、光吸収係数算出手段が、任意の層の光吸収係数を、上記の式（２）から算出する。
このように、後方散乱光を時間分解計測することで、任意の層以外の層からの後方散乱光をノイズとして低減することができ、目的成分の濃度における温度の影響を小さくすることができる。したがって、目的成分の濃度をさらに精度良く測定することができる。

本発明の濃度定量装置は、前記濃度算出手段は、前記任意の層における前記目的成分の濃度を、下記の式（３）

（但し、μａは前記任意の層である第ａ層における光吸収係数、ｇｊは前記観測対象を構成する第ｊ成分のモル濃度、εｊは第ｊ成分の光吸収係数、ｐは前記観測対象を構成する主成分の個数、ｑは前記短時間パルス光の種類数である）
から算出することを特徴とする。

本発明の濃度定量装置では、濃度算出手段が、任意の層における目的成分の濃度を、上記の式（３）から算出する。
このように、時間分解計測した後方散乱光を用いて任意の層における目的成分の濃度を算出することで、目的成分の濃度における温度の影響を小さくすることができる。したがって、目的成分の濃度をさらに精度良く測定することができる。

本発明の濃度定量装置は、前記温度測定手段は、前記観測対象の表面近傍の温度を測定する表面温度測定手段と、前記表面温度測定手段近傍の温度を測定する内部温度測定手段とを備え、前記濃度補正手段は、前記濃度算出手段が算出した前記目的成分の濃度を、前記表面温度測定手段が測定した前記観測対象の表面近傍の温度と、前記内部温度測定手段が測定した前記表面温度測定手段近傍の温度との差に基づいて補正する濃度補正手段であることを特徴とする。

本発明の濃度定量装置では、表面温度測定手段により観測対象の表面近傍の温度を測定し、内部温度測定手段により前記表面温度測定手段近傍の温度を測定する。
また、濃度補正手段により、濃度算出手段が算出した目的成分の濃度を、表面温度測定手段が測定した観測対象の表面近傍の温度と、内部温度測定手段が測定した表面温度測定手段近傍の温度との差に基づいて補正する。
このように、濃度算出手段が算出した目的成分の濃度を、濃度補正手段により、表面温度測定手段が測定した観測対象の表面近傍の温度と、内部温度測定手段が測定した表面温度測定手段近傍の温度との差に基づいて補正することで、この後方散乱光を基に算出される観測対象の任意の層における目的成分の濃度に対する温度の影響を極めて小さくすることができる。したがって、目的成分の濃度における任意の層の温度の影響を極めて小さくすることができ、目的成分の濃度を、非侵襲的に精度良く測定することができる。

本発明の濃度定量装置は、前記温度測定手段に、前記表面温度測定手段が測定した前記観測対象の表面近傍の温度と、前記内部温度測定手段が測定した前記表面温度測定手段近傍の温度との差を、単位時間当たりの温度変化率として算出する表面・内部温度変化率算出手段を設けてなることを特徴とする。

本発明の濃度定量装置では、表面・内部温度変化率算出手段により、前記表面温度測定手段が測定した前記観測対象の表面近傍の温度と、前記内部温度測定手段が測定した表面温度測定手段近傍の温度との差を、単位時間当たりの温度変化率として算出する。
このように、濃度算出手段が算出した目的成分の濃度を、表面温度測定手段が測定した観測対象の表面近傍の温度と、内部温度測定手段が測定した表面温度測定手段近傍の温度との差から算出した単位時間当たりの温度変化率に基づいて補正することで、この後方散乱光を基に算出される観測対象の任意の層における目的成分の濃度に対する温度の影響を極めて小さくすることができる。したがって、目的成分の濃度を、非侵襲的に精度良く測定することができる。

本発明の濃度定量装置は、前記温度測定手段に温度調整手段を設けたことを特徴とする。
本発明の濃度定量装置では、温度調整手段により温度測定手段を所定の温度、例えば３６．０℃に温度調整し、保持する。
これにより、温度測定手段における温度の変動が無くなり、温度測定手段の測定精度が向上する。

本発明の濃度定量方法は、複数の光散乱媒質の層により構成される観測対象のうち、任意の層における目的成分の濃度を定量する濃度定量方法であって、
照射手段により、前記観測対象に光を照射し、次いで、温度測定手段により、前記観測対象のうち前記任意の層の温度を測定し、次いで、光散乱媒質層選択手段により、前記光を照射することにより前記観測対象より放射される複数種の後方散乱光から前記任意の層より放射される後方散乱光を選択し、次いで、受光手段により、前記任意の層から放射される後方散乱光を受光し、次いで、光強度取得手段により、前記受光手段が受光した前記任意の層から放射される後方散乱光の強度を取得し、次いで、光吸収係数算出手段により、前記光強度取得手段が取得した光強度に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出し、次いで、濃度算出手段により、前記光吸収係数算出手段が算出した光吸収係数に基づいて、前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出し、次いで、濃度補正手段により、前記濃度算出手段が算出した前記目的成分の濃度を、前記温度測定手段により測定した前記温度に基づいて補正する、ことを特徴とする。

本発明の濃度定量方法では、温度測定手段により、観測対象のうち任意の層の温度を測定し、濃度算出手段により、光吸収係数算出手段が算出した光吸収係数に基づいて任意の層における目的成分の濃度を算出し、濃度補正手段により、濃度算出手段が算出した目的成分の濃度を、温度測定手段により測定した温度に基づいて補正する。
このように、濃度算出手段により算出した任意の層における目的成分の濃度を、濃度補正手段により、温度測定手段により測定した温度に基づいて補正することで、観測対象の任意の層における目的成分の濃度においても、その濃度における任意の層の温度の影響を小さくすることができる。したがって、目的成分の濃度における任意の層の温度の影響を小さくすることができ、目的成分の濃度を、非侵襲的に精度良くかつ効率良く測定することができる。

本発明のプログラムは、複数の光散乱媒質の層により構成される観測対象のうち、任意の層における目的成分の濃度を定量する濃度定量装置のコンピュータに、前記観測対象に光を照射する照射手順、前記観測対象のうち前記任意の層の温度を測定する温度測定手順、前記光を照射することにより前記観測対象より放射される複数種の後方散乱光から前記任意の層より放射される後方散乱光を選択する光散乱媒質層選択手順、前記任意の層から放射される後方散乱光を受光する受光手順、前記受光手順にて得られた前記任意の層から放射される後方散乱光の強度を取得する光強度取得手順、前記光強度取得手順にて取得した光強度に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出する光吸収係数算出手順、前記光吸収係数算出手順にて算出した光吸収係数に基づいて、前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出する濃度算出手順、前記濃度算出手順により算出した前記目的成分の濃度を、前記温度測定手順にて得られた前記温度に基づいて補正する濃度補正手順、を実行させることを特徴とする。

本発明のプログラムでは、濃度定量装置のコンピュータに、観測対象のうち任意の層の温度を測定する温度測定手順、及び濃度算出手順により算出した目的成分の濃度を、温度測定手順にて得られた温度に基づいて補正する濃度補正手順、を実行させる。
このように、観測対象のうち任意の層の温度を測定する温度測定手順、及び濃度算出手順により算出した目的成分の濃度を、温度測定手順にて得られた温度に基づいて補正する濃度補正手順、を実行することで、任意の層から放射された後方散乱光における温度の影響を小さくすることができ、この後方散乱光を基に算出された観測対象の任意の層における目的成分の濃度においても、任意の層の温度の影響を小さくすることができる。したがって、目的成分の濃度における任意の層の温度の影響を小さくすることができ、目的成分の濃度を、非侵襲的に精度良くかつ効率良く測定することができる。

本発明の第１の実施形態の血糖値測定装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態の血糖値測定装置の導光部の構成を示す断面図である。 皮膚の断面構造を示す模式図である。 シミュレーション部が算出した各層の伝搬光路長分布を示す図である。 シミュレーション部が算出した時間分解波形を示す図である。 水による光吸収波長特性を示す図である。 皮膚の主成分の吸収スペクトルを示す図である。 皮膚の表皮層、真皮層及び皮下組織各々に照射される光の波長と吸収係数との関係を示す図である。 水の吸光度スペクトルの温度依存性を示す図である。 水の吸光度スペクトル差の温度依存性を示す図である。 グルコース水溶液の吸光度スペクトルの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の血糖値を測定する手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の血糖値測定装置の導光部の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の血糖値を測定する手順を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の血糖値測定装置の導光部の構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態の血糖値を測定する手順を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態の血糖値測定装置の導光部の構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態の血糖値を測定する手順を示すフローチャートである。 本発明の第５の実施形態の血糖値測定装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第５の実施形態の血糖値を測定する手順を示すフローチャートである。

本発明の濃度定量装置及び濃度定量方法並びにプログラムを実施するための形態について説明する。
本発明では、濃度定量装置として血糖値測定装置を、観測対象として人の手のひらの皮膚を、目的成分としてグルコースを、特定波長の光として特定波長の短時間パルス光を、それぞれ例に取り説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の血糖値測定装置の構成を示す概略ブロック図、図２は、同血糖値測定装置の導光部の構成の概略を示す断面図である。
この血糖値測定装置１は、手のひら等の皮膚（観測対象）を構成する複数層のうちの真皮層（任意の層）に含まれるグルコース（目的成分）の濃度を非侵襲にて定量する装置であり、シミュレーション部２と、光路長分布記憶部（光路長分布記憶手段）３と、時間分解波形記憶部（時間分解波形記憶手段）４と、照射部（照射手段）５と、導光部６と、光散乱媒質層選択部（光散乱媒質層選択手段）７と、受光部（受光手段）８と、光強度取得部（光強度取得手段）９と、光路長取得部（光路長取得手段）１０と、無吸収時光強度取得部（光強度モデル取得手段）１１と、光吸収係数算出部（光吸収係数算出手段）１２と、濃度算出部（濃度算出手段）１３と、濃度補正部（濃度補正手段）１４とを備えている。

シミュレーション部２は、光吸収係数がゼロの皮膚モデルに対して光を照射するシミュレーションを行う。
光路長分布記憶部３は、皮膚に対して照射する短時間パルス光の、この皮膚を構成する各々の層における伝搬光路長分布のモデルを記憶する。ここでは、光吸収係数がゼロの皮膚モデルの伝搬光路長分布を記憶する。
時間分解波形記憶部４は、皮膚に対して照射する短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する。ここでは、光吸収係数がゼロの皮膚モデルの時間分解波形を記憶する。
照射部５は、皮膚に短時間パルス光を照射する。ここで、短時間パルス光とは、パルス幅が１００ｐｓｅｃ程度かそれ以下のパルス光を意味する。なお、短時間パルス光として０．１ｐｓｅｃから数ｐｓｅｃの範囲のパルス幅を持つパルス光を用いても良い。

導光部６は、図２に示すように、皮膚３１に密着して照射部５から発せられた短時間パルス光を皮膚３１に向かって導光させる照射導光路２１と、この照射導光路２１の外側に一体に設けられ、この皮膚３１から放射される複数種の後方散乱光を集光して光散乱媒質層選択部７へ導光する受光導光路２２と、一体化された照射導光路２１及び受光導光路２２の外側に設けられた断熱材２３と、断熱材２３の皮膚側の表面に設けられ皮膚３１を構成する複数層のうちの真皮層の温度を測定する温度センサ（温度測定手段）２４と、これら照射導光路２１、受光導光路２２及び断熱材２３を固定する基台２５とにより構成されている。

照射導光路２１及び受光導光路２２は、導光する短時間パルス光の吸収損失が小さい材料であればよく、例えば、石英ガラス、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）やポリエチレン等のプラスチックが好適に用いられる。
断熱材２３は、皮膚３１の温度変化に影響しない範囲で熱容量が十分大きい断熱性を有する材料であればよい。この断熱材２３と皮膚３１との間隔は、この皮膚３１の温度変化を断熱材２３が直接受けない程度に離れていることが好ましく、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍが好ましい。この断熱材２３では、熱容量を皮膚３１の温度変化に影響しない程度に十分小さくすることで、温度到達値の９０％に達するまでの熱応答時間を０．２秒以内に抑えることができる。
温度センサ２４は、皮膚３１の表面から０．３ｍｍないし１．５ｍｍの深さにある真皮層の温度を非接触で測定する。

この導光部６では、照射導光路２１が、照射部５が照射した短時間パルス光を導光して皮膚３１に向かって照射する。この場合、この短時間パルス光が皮膚３１に照射されることにより、この皮膚３１からは複数種の後方散乱光が放射させることとなる。これら複数種の後方散乱光は、受光導光路２２により光散乱媒質層選択部７へ導光される。この短時間パルス光の照射の後に、温度センサ２４が皮膚を構成する複数層のうちの真皮層の温度を測定する。
この温度センサ２４は、周囲が断熱材２３により覆われているので、照射導光路２１及び受光導光路２２の温度の影響を受ける虞がなく、皮膚を構成する複数層のうちの真皮層付近の温度を測定することができる。

光散乱媒質層選択部７は、導光部６により集光されかつ導光された皮膚から放射される複数種の後方散乱光から、真皮層により放射される後方散乱光を選択する。
受光部８は、短時間パルス光が皮膚によって後方散乱した光を受光する。

光強度取得部９は、受光部８が受光した真皮層から放射される後方散乱光の異なる複数の時刻の受光強度を取得する。
ここで、この複数の時刻は、皮膚を構成する各々の層の伝搬光路長分布のピーク時間を含むことが好ましい。
このように、各々の層の伝搬光路長分布のピーク時間を含むことで、皮膚の複数の層から任意の層、例えば真皮層を効率的に選択することができる。

光路長取得部１０は、光路長分布記憶部３から、伝搬光路長分布のモデルの所定の時刻における、皮膚の各々の層の光路長を取得する。ここでは、光路長分布記憶部３からある時刻における光路長を取得する。
無吸収時光強度取得部１１は、時間分解波形記憶部４から、短時間パルス光の時間分解波形のモデルの所定の時刻における光の強度を取得する。ここでは、時間分解波形記憶部４からある時刻における光強度を取得する。
光吸収係数算出部１２は、短時間パルス光を照射した皮膚の真皮層における光吸収係数を算出する。

この光吸収係数算出部１２では、皮膚における任意の層の光吸収係数を、下記の式（４）

（但し、Ｉ（ｔ）は受光部８が時刻ｔにて受光した光強度、Ｎ（ｔ）は短時間パルス光の時間分解波形の無吸収モデルの時刻ｔにおける光強度、Ｌｉ（ｔ）は皮膚の各々の層における伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｉ層の光路長、μｉは第ｉ層の光吸収係数である）
から算出する。
ここで、第１層は表皮層、第２層は真皮層、第３層は皮下組織を示し、μ_１は表皮層の光吸収係数、μ_２は真皮層の光吸収係数、μ_３は皮下組織の光吸収係数を示す。

濃度算出部１３は、真皮層における光吸収係数から、真皮層に含まれるグルコースの濃度を算出する。
この濃度算出部１３では、皮膚の任意の層におけるグルコースの濃度を、下記の式（５）

（但し、μａは皮膚の任意の層である第ａ層における光吸収係数、ｇｊは皮膚を構成する第ｊ成分のモル濃度、εｊは第ｊ成分の光吸収係数、ｐは皮膚を構成する主成分の個数、ｑは特定波長の種類数である）
から算出する。
ここで、第１層は表皮層、第２層は真皮層、第３層は皮下組織を示し、μ_１は表皮層の光吸収係数、μ_２は真皮層の光吸収係数、μ_３は皮下組織の光吸収係数を示す。

濃度補正部１４は、濃度算出部１３で算出された真皮層のグルコースの濃度を、温度センサ２４にて測定した真皮層の温度を用いて補正する。
この濃度補正部１４では、濃度算出部１３で算出された真皮層のグルコースの濃度を、温度センサ２４にて測定された真皮層の温度と基準温度との差を用いて補正することで、この真皮層のグルコースの濃度に対する真皮層の温度の影響を抑えることが可能である。これにより、真皮層のグルコースの濃度における真皮層の温度の影響を抑制することが可能になり、グルコースの濃度を、非侵襲的に精度良く測定することが可能である。

このように構成された血糖値測定装置１では、照射部５から放射された連続波長あるいは特定の波長の短時間パルス光は、皮膚３１に照射導光路２１を介して照射される。皮膚３１からは複数種の後方散乱光が放射されるが、これらの後方散乱光は受光導光路２２により集光されて光散乱媒質層選択部７へ導光される。
また、これらの後方散乱光の集光と前後して、温度センサ２４が皮膚３１を構成する複数層のうちの真皮層の温度を測定する。
光散乱媒質層選択部７は、皮膚３１から放射される複数種の後方散乱光から、真皮層により放射される後方散乱光のみを選択する。受光部８は、真皮層から放射される後方散乱光のみを受光する。

さらに、光強度取得部９は、時刻ｔにおいて受光部８が受光した真皮層から放射される後方散乱光の光強度を取得する。
一方、光路長取得部１０は、光路長分布記憶部３から、皮膚モデルにおける伝搬光路長分布の時刻ｔにおける皮膚３１の各層の光路長を取得し、無吸収時光強度取得部１１は、時間分解波形記憶部４から、皮膚モデルにおける短時間パルス光の時間分解波形の時刻ｔにおける光の強度を取得する。

次いで、光吸収係数算出部１２は、光強度取得部９が取得した光強度と、光路長取得部１０が取得した皮膚の各層の光路長と、無吸収時光強度取得部１１が取得した光強度とに基づいて、皮膚の真皮層の光吸収係数を算出する。
次いで、濃度算出部１３は、光吸収係数算出部１２が算出した光吸収係数に基づいて、皮膚２０の真皮層に含まれるグルコースの濃度を、上記の式（５）に基づき算出する。
このようにして、真皮層に含まれるグルコースの濃度が算出される。

次いで、濃度補正部１４は、濃度算出部１３で算出された真皮層のグルコースの濃度を、温度センサ２４にて測定した真皮層の温度を用いて補正する。
このように、任意の温度における真皮層のグルコースの濃度を、温度センサ２４にて測定した真皮層の温度を用いて補正することにより、真皮層のグルコースの濃度に対する温度の影響を小さくすることができる。

以上により、真皮層から放射される後方散乱光を基に算出される真皮層に含まれるグルコースの濃度を、温度センサ２４にて測定した真皮層の温度を用いて補正することで、真皮層に含まれるグルコースの濃度における真皮層の温度の影響を抑えることができる。したがって、真皮層に含まれるグルコース濃度を、非侵襲的に精度良く測定することができる。

次に、血糖値測定装置１の動作を説明する。
血糖値測定装置１は、血糖値を測定する前に、予め皮膚モデルの各層における伝搬光路長分布と時間分解波形とを算出しておく必要がある。
図３は、人の皮膚組織の断面を示す模式図であり、皮膚３１は、概ね水を２０％程度含み、残部が蛋白質からなる厚み０．３ｍｍ程度の表皮層３２と、表皮層３２下に形成され、概ね水を６０％程度、蛋白質、脂質及びグルコースを含有する厚み１．２ｍｍ程度の真皮層（任意の層）３３と、真皮層３３下に形成され、概ね脂質を９０％以上含み、残部が水からなる厚み３．０ｍｍ程度の皮下組織３４とにより構成されている。

ここで、皮膚モデルの伝搬光路長分布及び時間分解波形の算出方法を説明する。
初めに、シミュレーション部２は、皮膚モデルを生成する。皮膚モデルの生成は、皮膚の各層の光散乱係数、光吸収係数及び厚みを決定することで行う。ここで、皮膚の各層の散乱係数及び厚みは、個体による差が少ないので、予めサンプルを取ることなどによって決定すると良い。
また、ここで用いる皮膚モデルの光吸収係数はゼロとする。その理由は、この皮膚モデルを用いて光吸収量を算出するからである。

シミュレーション部２は、皮膚モデルを生成すると、この皮膚モデルに光を照射するシミュレーションを行う。このとき、照射部５の位置と受光部８の位置との間の距離を決定しておく必要がある。シミュレーションは、モンテカルロ法を用いて行うと良い。モンテカルロ法によるシミュレーションは、例えば以下のように行われる。

まず、シミュレーション部２は、照射する光のモデルを光子（光束）とし、この光子を皮膚モデルに照射する計算を行う。皮膚モデルに照射された光子は、皮膚モデル内を移動する。このとき、光子は、次に進む点までの距離Ｌ及び方向θを乱数Ｒによって決定する。シミュレーション部２は、光子が次に進む点までの距離Ｌの計算を、式（６）により行う。

ただし、μｓは、皮膚モデルの第ｓ層（表皮層、真皮層、皮下組織層の何れか）の散乱係数を示す。

また、シミュレーション部２は、光子が次に進む点までの方向θの計算を、式（７）により行う。

ただし、ｇは、散乱角度の余弦（ｃｏｓ）の平均である非等方性パラメータを示し、皮膚の非等方性パラメータは、略０．９である。

シミュレーション部２は、上記式（６）及び式（７）の計算を単位時間毎に繰り返すことにより、照射部５から受光部８までの光子の移動経路を算出することができる。シミュレーション部２は、複数の光子について移動距離の算出を行う。例えば、シミュレーション部２は、１０８個の光子について移動距離を算出する。

図４は、シミュレーション部が算出した各層の伝搬光路長分布を示す図である。
図４では、横軸を光子の照射からの経過時間とし、縦軸を光路長の対数表示としている。
シミュレーション部２は、受光部８に到達した光子の各々の移動経路を、移動経路が通過する層毎に分類する。そして、シミュレーション部２は、単位時間毎に到達した光子の移動経路の平均長を分類された層毎に算出することで、図４に示すような皮膚の各層の伝搬光路長分布を算出する。

図５は、シミュレーション部が算出した時間分解波形を示す図である。
図５では、横軸を光子の照射からの経過時間とし、縦軸を受光部８が検出した光子数としている。
シミュレーション部２は、単位時間毎に受光部８に到達した光子の個数を算出することで、図５に示すような皮膚モデルの時間分解波形を算出する。
上述したような処理により、シミュレーション部２は、複数の波長に対して、皮膚モデルの伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出する。このとき、シミュレーション部２は、皮膚の主成分（水、たんぱく質、脂質、グルコース等）の吸収スペクトルの差が大きくなる波長について伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出すると良い。

図６は、水による光吸収波長特性を示す図である（久保宇市著、「医用レーザ入門」、第１版、オーム社、昭和６０年６月２５日発行、第７０頁、ＩＳＢＮ４−２７４−０３０６５−２）。
図６では、横軸を照射する光の波長（μｍ）とし、縦軸を照射する光の皮膚への浸透深さ（ｃｍ）とし、水に向かって光を入射した場合、入射時の光強度が１／１０に減少するまでに進む浸透深さを赤外域の各波長の光に対して示している。
例えば、３．０μｍ付近の波長帯域の光では、浸透深さが２×１０^−３ｃｍ程度と浅く、水に吸収され易く、また、２．０μｍ以下の波長帯域の光では、浸透深さが１０^−２ｃｍより深く、水に吸収され難いことが分かる。

図７は、皮膚の主成分の吸収スペクトルを示す図である。この図７では、横軸を照射する光の波長とし、縦軸を吸収係数としている。
図７によれば、グルコースの吸収係数は波長が１６００ｎｍのときに極大となり、水の吸収係数は波長が１４５０ｎｍのときに極大となることがわかる。
したがって、シミュレーション部２は、例えば１４００ｎｍ、１４５０ｎｍ、１５００ｎｍ、１６００ｎｍ、１６８０ｎｍ、１７２０ｎｍ、１７４０ｎｍというように皮膚の主成分の吸収スペクトルの差が大きくなる波長について伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出すると良い。

シミュレーション部２は、複数の波長に対する皮膚モデルの伝搬光路長分布及び時間分解波形を算出すると、伝搬光路長分布の情報を光路長分布記憶部３に記憶させ、時間分解波形の情報を時間分解波形記憶部４に記憶させる。

図８は、皮膚３１の表皮層３２、真皮層３３及び皮下組織３４各々に照射される光の波長と吸収係数との関係を示す図であり、図中、Ａは表皮層３２の吸収係数を、Ｂは真皮層３３の吸収係数を、Ｃは皮下組織３４の吸収係数を、それぞれ示している。
この図によれば、真皮層３３の吸収スペクトルには、波長１４５０ｎｍ付近に極大値があり、その吸収係数値は水の吸収係数の６０％程度の値なので、真皮層３３の吸収の６０％は水分によるものと考えられる。また、表皮層３２の吸収スペクトルにおいても、波長１４５０ｎｍ付近に真皮層２３の１／３程度の大きさの極大値があり、その吸収係数値は水の吸収係数の２０％程度の値なので、表皮層３２の吸収の２０％は水分によるものと考えられる。一方、皮下組織３４の吸収スペクトルでは、波長１４５０ｎｍ付近に真皮層２３の１／１０程度の大きさの極大値しかなく、その吸収係数値は水の吸収係数の数％程度の値なので、皮下組織３４の吸収の数％程度が水分によるものと考えられる。

以上により、真皮層３３の吸収の６０％は水分によるものと考えられ、また、表皮層３２の吸収の２０％は水分によるものと考えられるが、皮下組織３４では、その吸収の数％程度が水分によるものと考えられる。したがって、皮膚から血糖値を非侵襲的に測定するには、測定対象としてグルコースを含んでいる真皮層３３を選択し、この真皮層３３に含まれるグルコース量を測定すればよいことが分かる。

ところで、水の吸収係数には温度依存性があることが知られている。
図９は、水の吸光度スペクトルの温度依存性を示す図であり、図中、Ａは４１℃における水の吸光度スペクトル、Ｂは２１℃における水の吸光度スペクトルである。
ここでは、セル長が１ｍｍの光学セルを用い、光学セルホルダとして温調ユニットタイプのものを用い、恒温循環槽を用いて±０．１℃の範囲で温度調節を行い、紫外可視近赤外分光光度計 Ｌａｍｂｄａ ９００Ｓ（パーキンエルマー社製）を用いて４１℃及び２１℃各々における水の吸光度スペクトルを測定した。
図９によれば、水の吸光度スペクトルの極大値は、２１℃では波長１４５０ｎｍ付近にあり、温度が２１℃より高くなるにしたがって、極大値が１４５０ｎｍより短波長側にシフトすることが分かる。

図１０は、水の吸光度スペクトル差の温度依存性を示す図であり、１０００〜２０００ｎｍの波長領域について、２１℃における蒸留水の吸光度スペクトルを基準として、２５℃における蒸留水の吸光度スペクトルと２１℃における蒸留水の吸光度スペクトルとの差を示したものである。
図１０によれば、蒸留水の吸光度スペクトルは、波長により温度の影響が異なることが分かる。したがって、グルコース水溶液中のグルコース濃度を吸光度で求める場合、用いる波長に対応して温度補正を行えば、水の吸光度スペクトルの影響を除外した正確な測定値が得られることとなる。

以上により、短時間パルス光を用いて真皮層３３に含まれるグルコース量を測定し、このグルコース量を真皮層３３の温度により補正すれば、皮膚から血糖値を非侵襲的にて正確に測定することができる。

図１１は、グルコース水溶液の吸光度スペクトルの一例を示す図であり、図中、Ａは参照側を蒸留水（２１．５℃）として測定した９．４ｇ／ｄｌの高濃度のグルコース水溶液の吸光度スペクトルの測定値を、Ｂは同グルコース水溶液の吸光度スペクトルの測定値を温度補正及び体積補正した補正値を、それぞれ示している。

このグルコース水溶液では、グルコース濃度を健康な人の約１００倍である９．４ｇ／ｄｌとしたので、このときの体積増加は約６％である。
また、この濃度では、グルコースと水の体積比率が６：１００と大きく、無視できない。このように、試料側の水の体積が参照側の水の体積と比べて減少しているので、水の吸光度の大きい１４００〜１５００ｎｍ付近と１９００ｎｍ以上の波長領域では、吸光度スペクトル差が大きく負になっている。この体積減少は、セル長１ｍｍに対して０．０５７ｍｍの減少に相当している。

図１１から次のことが分かる。
例えば、波長１６００ｎｍにおいては、９．４ｇ／ｄｌのグルコース量で吸光度が０．０３５程度であるから、吸収係数は０．０８／ｍｍ程度となる。一方、真皮層におけるグルコース量の正常値は１００ｍｇ／ｄｌ程度であるから、この正常値に対応する吸収係数は０．０００８／ｍｍ程度となる。

次に、温度の影響について図１０を参照して説明する。
図１０中、波長１６００ｎｍにおいては、４℃の上昇に対して吸光度差は−０．００８程度であるから、吸収係数の変化は−０．０２／ｍｍ程度となる。
ここで、温度変化に対して吸光度変化が線形になると仮定すると、温度が１℃上昇すると、吸収係数の変化量は−０．００４／ｍｍとなる。すなわち、この１℃上昇は、グルコース濃度が５００ｍｇ／ｄｌの減少に相当することがわかる。
これは、吸光光度計を用いて、セル長１ｍｍ、試料温度２１℃及び４１℃それぞれの吸光度スペクトルを求めた結果における補正値である。

なお、実際の皮膚内におけるグルコース濃度に伴う吸光度変化は、皮膚内の散乱により光路長が延長し、吸光光度計を用いて、セル長１ｍｍ、試料温度２１℃及び４１℃それぞれの吸光度スペクトルを求めた結果よりも一桁程度大きくなる。したがって、実際の皮膚における温度変化に対する吸収係数の補正値も一桁程度大きくなる。

次に、この血糖値測定装置１を用いて血糖値を測定する手順について、図１２に基づき説明する。
まず、被測定者が血糖値測定装置１を手首等の皮膚に当て、測定開始スイッチ（図示せず）の押下等により血糖値測定装置１を動作させる。
ここでは、温度センサ２４により、皮膚３１を構成する真皮層３３の温度を測定する（ステップＳ１）。
一方、照射部５が、皮膚３１に対して、この皮膚３１を構成する真皮層３３に短時間パルス光を照射する（ステップＳ２）。

次いで、導光部６により、皮膚３１から放射される複数種の後方散乱光、すなわち皮下組織３２、真皮層３３及び表皮層３４各々から放射される後方散乱光を集光し、光散乱媒質層選択部７へ導光する。
光散乱媒質層選択部７では、導光部６により集光されかつ導光された皮下組織３２、真皮層３３及び表皮層３４各々から放射される後方散乱光から、真皮層３３により放射される後方散乱光を選択する（ステップＳ３）。

次いで、受光部８により、真皮層３３から放射される単位時間毎の後方散乱光を受光する（ステップＳ４）。このとき、受光部８では、照射開始からの単位時間毎（例えば、１ピコ秒毎の時刻ｔ_１〜ｔ_ｍ）の受光強度を内部メモリに記録しておく。

この受光部８が受光を完了したことを光強度取得部９に知らせると、この光強度取得部９では、真皮層３３から放射される後方散乱光の異なる時刻の受光強度を取得する（ステップＳ５）。すなわち、複数の時刻ｔ_１〜ｔ_ｍ各々における後方散乱光の光強度を取得する。
ここで、光強度取得部９が光強度を取得する時刻ｔ_１〜ｔ_ｍは、真皮層３３から放射される後方散乱光のピークとなる時刻を含むことが好ましい。すなわち、照射部５が短時間パルス光を照射した時刻に、真皮層３３の光路長が極大となる時間を加算した時刻とすることが好ましい。

次いで、光吸収係数算出部１２では、光強度取得部９にて取得した真皮層３３から放射される後方散乱光の異なる時刻の受光強度、すなわち、複数の時刻ｔ_１〜ｔ_ｍ各々における後方散乱光の光強度を基に、真皮層３３の光吸収係数を、下記の式（８）

（但し、Ｉ（ｔ）は受光部５が時刻ｔにて受光した光強度、Ｎ（ｔ）は短時間パルス光の時間分解波形の無吸収モデルの時刻ｔにおける光強度、Ｌｉ（ｔ）は皮膚の各々の層における伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｉ層の光路長、μｉは第ｉ層の光吸収係数である）
から算出する（ステップＳ６）。
ここでは、第１層は表皮層、第２層は真皮層、第３層は皮下組織を示し、μ_１は表皮層の光吸収係数、μ_２は真皮層の光吸収係数、μ_３は皮下組織の光吸収係数を示す。

次いで、濃度算出部１３では、光吸収係数算出部１２が算出した真皮層３３の光吸収係数μを基に、真皮層３３に含まれるグルコースの濃度を算出する。
ここでは、例えば、単一波長での主要成分の光吸収係数と、各層の光吸収係数との関係から、グルコースの濃度を算出する場合について説明する。
下記の式（９）は、皮膚の光吸収係数が、水、グルコース、蛋白質、脂質及びその他の成分各々の波長に関する関数とその係数との積の和であることを示している。

式（１０）は、式（９）で示した皮膚の光吸収係数より、皮膚の表皮、真皮、皮下組織の各層の光吸収係数は、水、グルコース、蛋白質、脂質及びその他の成分各々の波長に関する光吸収係数と濃度との積の和であることを示している。

式（１１）は、上記の式（１０）を行列で表した式であり、式（１１）中、「Ｃ」は、皮膚の表皮、真皮、皮下組織の各層毎の水、グルコース、蛋白質、脂質及びその他の成分各々の濃度を示す係数行列である。

この式（１１）を変形することにより、「Ｃ」を解く連立一次方程式である式（１２）が導き出せる。

この式（１２）を行列で表した式が、式（１３）である。

ここでは、真皮（Ｌ２）の光吸収係数について、複数の波長（λ）における皮膚の主成分吸収係数とその濃度の関係について、式（１４）で示される一次連立方程式を立てる。

この式（１４）は、式（１５）と変形することができる。

この式（１５）を変形することにより、「Ｃ」を解く連立一次方程式である式（１６）を導くことができる。
式（１６）中、ε_Ｗは水の光吸収係数、ε_Ｇはグルコースの光吸収係数、ε_Ｐは蛋白質の光吸収係数、ε_Ｌは脂質の光吸収係数、μ_Ｌ１は表皮の光吸収係数、μ_Ｌ２は真皮の光吸収係数、μ_Ｌ３は皮下組織の光吸収係数である。なお、皮膚主成分の光吸収係数、皮膚の層はさらに追加されても良い。

このように、真皮（Ｌ２）に係わる係数行列「Ｃ」は、式（１６）から算出することができる。

さらに、ここでは、複数波長での差分での説明を行う。
ここでは、真皮層３３に含まれるグルコースの濃度を下記の式（１７）

（但し、μａは皮膚の任意の層である第ａ層における光吸収係数、ｇｊは皮膚を構成する第ｊ成分のモル濃度、εｊは第ｊ成分の光吸収係数、ｐは皮膚を構成する主成分の個数、ｑは短時間パルス光の種類数である）
から算出する（ステップＳ７）。

次いで、濃度補正部１４では、濃度算出部１３で算出された真皮層３３のグルコースの濃度を、温度センサ２４にて測定した真皮層３３の温度を用いて、下記の補正式：
グルコースの濃度の測定値−水の吸収係数相応値
にて補正する（ステップＳ８）。
例えば、真皮層３３の温度がＴ℃上昇した場合、光の吸収係数の変化量は−０．００４／ｍｍ×Ｔとなる。したがって、真皮層３３の温度がＴ℃上昇した場合のグルコース濃度の減少量は５００ｍｇ／ｄｌ×Ｔとなる。

上述の血糖値測定装置１は、コンピュータシステムを内蔵しており、上述した各ステップの処理動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されている。そこで、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することにより、上記の処理動作を行うことができる。
ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等が挙げられる。
また、このコンピュータプログラムを通信回線によりコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

また、上記プログラムは、上記の各ステップの一部を実現するためのものであってもよい。
さらに、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、皮膚に短時間パルス光を照射した際に、真皮層の温度を測定し、この真皮層から放射される後方散乱光を基に算出される皮膚の真皮層におけるグルコースの濃度を、測定した真皮層の温度に基づき温度補正するので、この後方散乱光を基に算出される真皮層におけるグルコースの濃度に対する温度の影響を小さくすることができる。したがって、グルコースの濃度における真皮層の温度の影響を小さくすることができ、グルコースの濃度を、非侵襲的に精度良く測定することができる。

［第２の実施形態］
図１３は、本発明の第２の実施形態の血糖値測定装置（濃度定量装置）の導光部の構成の概略を示す断面図であり、本実施形態の血糖値測定装置４１の導光部４２が第１の実施形態の血糖値測定装置１の導光部６と異なる点は、温度センサ２４を、皮膚３１の表面の温度を測定する表面温度センサ（表面温度測定手段）４３と、断熱材２３内に設けられ表面温度センサ４３自体の温度を直接測定する内部温度センサ（内部温度測定手段）４４とに替え、さらに、表面温度センサ４３にて測定された真皮層３３の温度と内部温度センサ４４にて測定された表面温度センサ４３近傍の温度との差を、単位時間当たりの温度変化率として算出する表面・内部温度変化率算出部（表面・内部温度変化率算出手段）４５を設け、この表面・内部温度変化率算出部４５を濃度補正部１４に接続した点であり、導光部４２以外の構成であるシミュレーション部２〜濃度補正部１４については第１の実施形態の血糖値測定装置１と全く同様であるから、説明を省略する。

次に、この血糖値測定装置４１を用いて血糖値を測定する手順について、図１４に基づき説明する。
まず、被測定者が血糖値測定装置４１を手首等の皮膚に当て、測定開始スイッチ（図示せず）の押下等により血糖値測定装置４１を動作させる。
ここでは、表面温度センサ４３により皮膚３１の表面近傍、すなわち真皮層３３の温度を測定し、内部温度センサ４４により表面温度センサ４３近傍の温度を測定する（ステップＳ１１）。

一方、照射部５が、皮膚３１に対して、この皮膚３１を構成する真皮層３３に短時間パルス光を照射する（ステップＳ１２）。
その後、皮下組織３２、真皮層３３及び表皮層３４各々から放射される後方散乱光から、真皮層３３により放射される後方散乱光を選択する手順（ステップＳ１３）から、濃度算出部１３により、真皮層３３に含まれるグルコースの濃度を算出する手順（ステップＳ１７）までは、第１の実施形態の図１２に示す手順（ステップＳ３〜Ｓ７）と全く同様である。

次いで、表面・内部温度変化率算出部４５により、表面温度センサ４３にて測定された真皮層３３の温度と内部温度センサ４４にて測定された表面温度センサ４３近傍の温度との差を、単位時間当たりの温度変化率として算出し、この単位時間当たりの温度変化率が設定値以内か否かを判定する（ステップＳ１８）。
ここで、単位時間当たりの温度変化率が設定値以内であれば、次の手順である濃度補正部１４による温度補正を行い、設定値を超えていれば、その旨を音声等の告知手段で告知し、再度、表面温度センサ４３により皮膚３１の表面近傍、すなわち真皮層３３の温度を測定し、内部温度センサ４４により表面温度センサ４３近傍の温度を測定する（ステップＳ１１）。

濃度補正部１４では、濃度算出部１３で算出された真皮層３３のグルコースの濃度を、表面温度センサ４３にて測定した真皮層３３の温度を用いて、下記の補正式：
グルコースの濃度の測定値−水の吸収係数相応値
にて補正する（ステップＳ１９）。
例えば、真皮層３３の温度がＴ℃上昇した場合、光の吸収係数の変化量は−０．００４／ｍｍ×Ｔとなる。したがって、真皮層３３の温度がＴ℃上昇した場合のグルコース濃度の減少量は５００ｍｇ／ｄｌ×Ｔとなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、皮膚に短時間パルス光を照射した際に、真皮層３３の温度及び表面温度センサ４３近傍の温度を測定し、これら表面温度センサ４３にて測定された真皮層３３の温度と内部温度センサ４４にて測定された表面温度センサ４３近傍の温度との差から算出された単位時間当たりの温度変化率が設定値以内の場合に、真皮層３３のグルコースの濃度を、表面温度センサ４３にて測定した真皮層３３の温度を用いて補正するので、真皮層におけるグルコースの濃度に対する温度の影響を小さくすることができる。したがって、グルコースの濃度における真皮層の温度の影響を小さくすることができ、グルコースの濃度を、非侵襲的に精度良く測定することができる。

［第３の実施形態］
図１５は、本発明の第３の実施形態の血糖値測定装置（濃度定量装置）の導光部の構成の概略を示す断面図であり、本実施形態の血糖値測定装置５１の導光部５２が第１の実施形態の血糖値測定装置１の導光部６と異なる点は、断熱材２３の温度センサ２４と反対側の面に、温度センサ２４近傍をヒータ等の加熱手段を用いて所定温度、例えば３６．０℃に温度調整し、保温する内部保温部（温度調整手段）５３を設けた点であり、導光部５２以外の構成であるシミュレーション部２〜濃度補正部１４については第１の実施形態の血糖値測定装置１と全く同様であるから、説明を省略する。

次に、この血糖値測定装置５１を用いて血糖値を測定する手順について、図１６に基づき説明する。
まず、被測定者が血糖値測定装置５１を手首等の皮膚に当て、測定開始スイッチ（図示せず）の押下等により血糖値測定装置５１を動作させる。
ここでは、内部保温部５３により、温度センサ２４近傍を所定温度、例えば３６．０℃に温度調整し、保温する（ステップＳ２１）。
次いで、温度センサ２４により皮膚３１の表面近傍、すなわち真皮層３３の温度を測定する（ステップＳ２２）。

一方、照射部５が、皮膚３１に対して、この皮膚３１を構成する真皮層３３に短時間パルス光を照射する（ステップＳ２３）。
その後、皮下組織３２、真皮層３３及び表皮層３４各々から放射される後方散乱光から、真皮層３３により放射される後方散乱光を選択する手順（ステップＳ２４）から、濃度算出部１３で算出された真皮層３３のグルコースの濃度を、温度センサ２４にて測定した真皮層３３の温度を用いて補正する（ステップＳ２９）までは、第１の実施形態の図１２に示す手順（ステップＳ３〜Ｓ８）と全く同様である。

次いで、濃度補正部１４では、算出された真皮層３３のグルコースの濃度を、温度センサ２４にて測定した真皮層３３の温度を用いて、下記の補正式：
グルコースの濃度の測定値−水の吸収係数相応値
にて補正する（ステップＳ２９）。
例えば、真皮層３３の温度がＴ℃上昇した場合、光の吸収係数の変化量は−０．００４／ｍｍ×Ｔとなる。したがって、真皮層３３の温度がＴ℃上昇した場合のグルコース濃度の減少量は５００ｍｇ／ｄｌ×Ｔとなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、内部保温部５３により、温度センサ２４近傍を所定温度に調整し保温した後、温度センサ２４により真皮層３３の温度を測定するので、温度センサ２４近傍を所定温度に調整し保温することにより、温度センサ２４における温度の変動を抑制することができ、温度センサ２４の測定精度を向上させることができる。

［第４の実施形態］
図１７は、本発明の第４の実施形態の血糖値測定装置（濃度定量装置）の導光部の構成の概略を示す断面図であり、本実施形態の血糖値測定装置６１の導光部６２が第２の実施形態の血糖値測定装置４１の導光部４２と異なる点は、断熱材２３の表面温度センサ４３と反対側の面に、第３の実施形態の内部保温部（温度調整手段）５３を設けた点であり、導光部６２以外の構成であるシミュレーション部２〜濃度補正部１４については第１及び第２の実施形態の血糖値測定装置１、４１と全く同様であるから、説明を省略する。

この表面温度センサ４３と、内部温度センサ４４と、内部保温部５３とにより、熱流補償法を用いた深部体温計が構成されている。この深部体温計では、十分時間が経過すると、表皮層３２と真皮層３３の組織が熱平衡に達し、表皮層３２の温度と真皮層３３の温度が一致する。よって、真皮層３３の温度を測定することができる。

次に、この血糖値測定装置６１を用いて血糖値を測定する手順について、図１８に基づき説明する。
まず、被測定者が血糖値測定装置４１を手首等の皮膚に当て、測定開始スイッチ（図示せず）の押下等により血糖値測定装置４１を動作させる。
ここでは、内部保温部５３により、表面温度センサ４３及び内部温度センサ４４近傍を所定温度、例えば３６．０℃に温度調整し、保温する（ステップＳ３１）。

次いで、表面温度センサ４３により皮膚３１の表面近傍、すなわち真皮層３３の温度を測定し、内部温度センサ４４により表面温度センサ４３近傍の温度を測定する（ステップＳ３２）。
一方、照射部５が、皮膚３１に対して、この皮膚３１を構成する真皮層３３に短時間パルス光を照射する（ステップＳ３３）。

その後、皮下組織３２、真皮層３３及び表皮層３４各々から放射される後方散乱光から、真皮層３３により放射される後方散乱光を選択する手順（ステップＳ３４）から、濃度算出部１３により、真皮層３３に含まれるグルコースの濃度を算出する手順（ステップＳ３８）までは、第２の実施形態の図１４に示す手順（ステップＳ１３〜Ｓ１７）と全く同様である。

次いで、表面・内部温度変化率算出部４５により、表面温度センサ４３にて測定された真皮層３３の温度と内部温度センサ４４にて測定された表面温度センサ４３近傍の温度との差を、単位時間当たりの温度変化率として算出し、この単位時間当たりの温度変化率が設定値以内か否かを判定する（ステップＳ３９）。
ここで、単位時間当たりの温度変化率が設定値以内であれば、次の手順である濃度補正部１４による温度補正を行い、設定値を超えていれば、その旨を音声等の告知手段で告知し、再度、表面温度センサ４３により皮膚３１の表面近傍、すなわち真皮層３３の温度を測定し、内部温度センサ４４により表面温度センサ４３近傍の温度を測定する（ステップＳ３２）。

濃度補正部１４では、濃度算出部１３で算出された真皮層３３のグルコースの濃度を、表面温度センサ４３にて測定した真皮層３３の温度を用いて、下記の補正式：
グルコースの濃度の測定値−水の吸収係数相応値
にて補正する（ステップＳ４０）。
例えば、真皮層３３の温度がＴ℃上昇した場合、光の吸収係数の変化量は−０．００４／ｍｍ×Ｔとなる。したがって、真皮層３３の温度がＴ℃上昇した場合のグルコース濃度の減少量は５００ｍｇ／ｄｌ×Ｔとなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、皮膚に短時間パルス光を照射した際に、内部保温部５３により、表面温度センサ４３及び内部温度センサ４４近傍を所定温度に調整し、保温した後、真皮層３３の温度及び表面温度センサ４３近傍の温度を測定し、これら表面温度センサ４３にて測定された真皮層３３の温度と内部温度センサ４４にて測定された表面温度センサ４３近傍の温度との差から算出された単位時間当たりの温度変化率が設定値以内の場合に、真皮層３３のグルコースの濃度を、表面温度センサ４３にて測定した真皮層３３の温度を用いて補正するので、温度センサ２４における温度の変動を抑制することができ、真皮層におけるグルコースの濃度に対する温度の影響を小さくすることができる。したがって、グルコースの濃度における真皮層の温度の影響を小さくすることができ、グルコースの濃度を、非侵襲的に精度良く測定することができる。

［第５の実施形態］
図１９は、本発明の第５の実施形態の血糖値測定装置（濃度定量装置）の構成を示す概略ブロック図であり、本実施形態の血糖値測定装置７１が第１の実施形態の血糖値測定装置１と異なる点は、光強度取得部９及び光吸収係数算出部１２を、これらとは異なる機能を有する光強度取得部（光強度取得手段）７２及び光吸収係数算出部（光吸収係数算出手段）７３に替えた点である。

光強度取得部７２は、受光部８が受光した真皮層から放射される後方散乱光の所定の時刻から少なくとも所定の時刻τまでの間の光強度を取得する。
光吸収係数算出部７３は、特定波長λｋの短時間パルス光を照射した皮膚の真皮層における光吸収係数を算出する。

この光吸収係数算出部７３では、皮膚における任意の層の光吸収係数を、下記の式（１８）

（但し、Ｉ（ｔ）は受光部５が時刻ｔにて受光した光強度、Ｎ（ｔ）は特定波長λｋの短時間パルス光の時間分解波形の無吸収モデルの時刻ｔにおける光強度、Ｌｉ（ｔ）は皮膚の各々の層における伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｉ層の光路長、ｎは皮膚の観測対象となる層の数、μｉは第ｉ層の光吸収係数である）
から算出する。
ここで、第１層は表皮層、第２層は真皮層、第３層は皮下組織を示し、μ_１は表皮層の光吸収係数、μ_２は真皮層の光吸収係数、μ_３は皮下組織の光吸収係数を示す。

次に、この血糖値測定装置７１を用いて血糖値を測定する手順について、図２０に基づき説明する。
この手順では、光散乱媒質層選択部７が皮下組織３２、真皮層３３及び表皮層３４各々から放射される後方散乱光から、真皮層３３により放射される後方散乱光を選択する（ステップＳ４３）手順までが図１２に示す手順と同一であるから、説明を省略する。

この後方散乱光を選択した後、受光部８により、真皮層３３から放射される所定の時刻τまでの間の後方散乱光を受光する（ステップＳ４４）。このとき、受光部８では、照射開始から少なくとも所定の時刻τまでの間の受光強度を内部メモリに記録しておく。
次いで、この受光部８が受光を完了したことを光強度取得部７２に知らせると、この光強度取得部７２では、真皮層３３から放射される後方散乱光の照射開始から少なくとも所定の時刻τまでの間の受光強度を取得する（ステップＳ４５）。

次いで、光吸収係数算出部７３では、光強度取得部７２にて取得した真皮層３３から放射される後方散乱光の照射開始から少なくとも所定の時刻τまでの間の受光強度を基に、真皮層３３の光吸収係数を、下記の式（１９）

（但し、Ｉ（ｔ）は受光部５が時刻ｔにて受光した光強度、Ｎ（ｔ）は特定波長λｋの短時間パルス光の時間分解波形のモデルの時刻ｔにおける光強度、Ｌｉ（ｔ）は皮膚の各々の層における伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｉ層の光路長、ｎは皮膚の観測対象となる層の数、μｉは第ｉ層の光吸収係数である）
から算出する（ステップＳ４６）。

次いで、濃度算出部１３では、光吸収係数算出部７３が算出した真皮層３３の光吸収係数μを基に、真皮層３３に含まれるグルコースの濃度を、下記の式（２０）

（但し、μａは皮膚の任意の層である第ａ層における光吸収係数、ｇｊは皮膚を構成する第ｊ成分のモル濃度、εｊは第ｊ成分の光吸収係数、ｐは皮膚を構成する主成分の個数、ｑは短時間パルス光の種類数である）
から算出する（ステップＳ４７）。

次いで、濃度補正部１４では、濃度算出部１３で算出された真皮層３３のグルコースの濃度を、温度センサ２４にて測定した真皮層３３の温度を用いて、下記の補正式：
グルコースの濃度の測定値−水の吸収係数相応値
にて補正する（ステップＳ４８）。
例えば、真皮層３３の温度がＴ℃上昇した場合、光の吸収係数の変化量は−０．００４／ｍｍ×Ｔとなる。したがって、真皮層３３の温度がＴ℃上昇した場合のグルコース濃度の減少量は５００ｍｇ／ｄｌ×Ｔとなる。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、温度センサ２４における温度の変動を抑制することができ、真皮層におけるグルコースの濃度に対する温度の影響を小さくすることができる。したがって、グルコースの濃度における真皮層の温度の影響を小さくすることができ、グルコースの濃度を、非侵襲的に精度良く測定することができる。

以上、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等が可能である。
例えば、上記の各実施形態では、濃度定量装置として血糖値測定装置を、観測対象として人の手のひらの皮膚を、目的成分としてグルコースを、特定波長の光として特定波長の短時間パルス光を、それぞれ取ることで、皮膚の真皮層に含まれるグルコースの濃度を測定する場合について説明したが、これに限らず、濃度定量方法を、複数の光散乱媒質の層から形成される観測対象の任意の層における目的成分の濃度を定量する他の装置に用いてもよい。

また、上記の各実施形態では、特定波長の短時間パルス光を用いた場合について説明したが、特定波長の短時間パルス光の替わりに特定波長の連続光を用いてもよい。
この場合、シミュレーション部２、光路長分布記憶部３、時間分解波形記憶部４、光路長取得部１０及び無吸収時光強度取得部１１が不要となり、しかも温度補正は可能である。
さらに、上記の各実施形態の濃度定量装置を、例えば、携帯型の皮膚主成分の濃度測定装置に適用した場合、皮膚疾患の検査や診断や治療に有効利用することが可能である。

１…血糖値測定装置（濃度定量装置）、３…光路長分布記憶部（光路長分布記憶手段）、４…時間分解波形記憶部（時間分解波形記憶手段）、５…照射部（照射手段）、７…光散乱媒質層選択部（光散乱媒質層選択手段）、８…受光部（受光手段）、９…光強度取得部（光強度取得手段）、１０…光路長取得部（光路長取得手段）、１１…無吸収時光強度取得部（光強度モデル取得手段）、１２…光吸収係数算出部（光吸収係数算出手段）、１３…濃度算出部（濃度算出手段）、１４…濃度補正部（濃度補正手段）、２４…温度センサ（温度測定手段）、３１…皮膚（観測対象）、３３…真皮層（任意の層）、４１…血糖値測定装置（濃度定量装置）、４３…表面温度センサ（表面温度測定手段）、４４…内部温度センサ（内部温度測定手段）、４５…表面・内部温度変化率算出部（表面・内部温度変化率算出手段）、５１…血糖値測定装置（濃度定量装置）、５３…内部保温部（温度調整手段）、６１…血糖値測定装置（濃度定量装置）、７１…血糖値測定装置（濃度定量装置）、７２…光強度取得部（光強度取得手段）、７３…光吸収係数算出部（光吸収係数算出手段）、Ｓ１〜Ｓ８、Ｓ１１〜Ｓ１９、Ｓ２１〜Ｓ２９、Ｓ３１〜Ｓ４０、Ｓ４１〜Ｓ４８…ステップ

Claims (9)

1. 複数の光散乱媒質の層により構成される観測対象のうち、任意の層における目的成分の濃度を定量する濃度定量装置であって、
   前記観測対象に光を照射する照射手段と、
   前記光を照射することにより前記観測対象より放射される複数種の後方散乱光から前記任意の層より放射される後方散乱光を選択する光散乱媒質層選択手段と、
   前記任意の層から放射される後方散乱光を受光する受光手段と、
   前記観測対象のうち前記任意の層の温度を測定する温度測定手段と、
   前記受光手段が受光した前記任意の層から放射される後方散乱光の強度を取得する光強度取得手段と、
   前記光強度取得手段が取得した光強度に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出する光吸収係数算出手段と、
   前記光吸収係数算出手段が算出した光吸収係数に基づいて、前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出する濃度算出手段と、
   前記濃度算出手段が算出した前記目的成分の濃度を、前記温度測定手段により測定した前記温度に基づいて補正する濃度補正手段と、
   を備えてなることを特徴とする濃度定量装置。
2. 前記光を短時間パルス光とし、さらに、
   前記観測対象に対して照射する前記短時間パルス光の、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデルを記憶する光路長分布記憶手段と、
   前記観測対象に対して照射する前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する時間分解波形記憶手段と、
   前記光路長分布記憶手段から、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長を取得する光路長取得手段と、
   前記時間分解波形記憶手段から、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度を取得する光強度モデル取得手段とを備え、
   前記光強度取得手段は、前記任意の層の複数の時刻ｔ_１〜ｔ_ｍにおける光強度を取得し、
   前記光吸収係数算出手段は、前記任意の層の光吸収係数を、下記の式（１）
   

   

   （但し、Ｉ（ｔ）は前記受光手段が時刻ｔにて受光した光強度、Ｎ（ｔ）は前記短時間パルス光の時間分解波形の無吸収モデルの時刻ｔにおける光強度、Ｌｉ（ｔ）は前記複数の光散乱媒質の各々の層における伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｉ層の光路長、μｉは第ｉ層の光吸収係数である）
   から算出することを特徴とする請求項１記載の濃度定量装置。
3. 前記光を短時間パルス光とし、さらに、
   前記観測対象に対して照射する前記短時間パルス光の、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層における伝搬光路長分布のモデルを記憶する光路長分布記憶手段と、
   前記観測対象に対して照射する前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルを記憶する時間分解波形記憶手段と、
   前記光路長分布記憶手段から、前記伝搬光路長分布のモデルの前記所定の時刻における、前記複数の光散乱媒質の層の各々の層の光路長を取得する光路長取得手段と、
   前記時間分解波形記憶手段から、前記短時間パルス光の時間分解波形のモデルの前記所定の時刻における光の強度を取得する光強度モデル取得手段とを備え、
   前記光強度取得手段は、所定の時刻から少なくとも所定の時刻τまでの間の光強度を取得し、
   前記光吸収係数算出手段は、前記任意の層の光吸収係数を、下記の式（２）
   

   

   （但し、Ｉ（ｔ）は前記受光手段が時刻ｔにて受光した光強度、Ｎ（ｔ）は前記短時間パルス光の時間分解波形の無吸収モデルの時刻ｔにおける光強度、Ｌｉ（ｔ）は前記複数の光散乱媒質の層各々の層における伝搬光路長分布のモデルの時刻ｔにおける第ｉ層の光路長、ｎは前記観測対象となる層の数、μｉは第ｉ層の光吸収係数である）
   から算出することを特徴とする請求項１記載の濃度定量装置。
4. 前記濃度算出手段は、前記任意の層における前記目的成分の濃度を、下記の式（３）
   

   

   （但し、μａは前記任意の層である第ａ層における光吸収係数、ｇｊは前記観測対象を構成する第ｊ成分のモル濃度、εｊは第ｊ成分の光吸収係数、ｐは前記観測対象を構成する主成分の個数、ｑは前記短時間パルス光の種類数である）
   から算出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の濃度定量装置。
5. 前記温度測定手段は、前記観測対象の表面近傍の温度を測定する表面温度測定手段と、前記表面温度測定手段近傍の温度を測定する内部温度測定手段とを備え、
   前記濃度補正手段は、前記濃度算出手段が算出した前記目的成分の濃度を、前記表面温度測定手段が測定した前記観測対象の表面近傍の温度と、前記内部温度測定手段が測定した前記表面温度測定手段近傍の温度との差に基づいて補正する濃度補正手段であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の濃度定量装置。
6. 前記温度測定手段に、前記表面温度測定手段が測定した前記観測対象の表面近傍の温度と、前記内部温度測定手段が測定した前記表面温度測定手段近傍の温度との差を、単位時間当たりの温度変化率として算出する表面・内部温度変化率算出手段を設けてなることを特徴とする請求項５記載の濃度定量装置。
7. 前記温度測定手段に温度調整手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の濃度定量装置。
8. 複数の光散乱媒質の層により構成される観測対象のうち、任意の層における目的成分の濃度を定量する濃度定量方法であって、
   照射手段により、前記観測対象に光を照射し、
   次いで、温度測定手段により、前記観測対象のうち前記任意の層の温度を測定し、
   次いで、光散乱媒質層選択手段により、前記光を照射することにより前記観測対象より放射される複数種の後方散乱光から前記任意の層より放射される後方散乱光を選択し、
   次いで、受光手段により、前記任意の層から放射される後方散乱光を受光し、
   次いで、光強度取得手段により、前記受光手段が受光した前記任意の層から放射される後方散乱光の強度を取得し、
   次いで、光吸収係数算出手段により、前記光強度取得手段が取得した光強度に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出し、
   次いで、濃度算出手段により、前記光吸収係数算出手段が算出した光吸収係数に基づいて、前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出し、
   次いで、濃度補正手段により、前記濃度算出手段が算出した前記目的成分の濃度を、前記温度測定手段により測定した前記温度に基づいて補正する、
   ことを特徴とする濃度定量方法。
9. 複数の光散乱媒質の層により構成される観測対象のうち、任意の層における目的成分の濃度を定量する濃度定量装置のコンピュータに、
   前記観測対象に光を照射する照射手順、
   前記観測対象のうち前記任意の層の温度を測定する温度測定手順、
   前記光を照射することにより前記観測対象より放射される複数種の後方散乱光から前記任意の層より放射される後方散乱光を選択する光散乱媒質層選択手順、
   前記任意の層から放射される後方散乱光を受光する受光手順、
   前記受光手順にて得られた前記任意の層から放射される後方散乱光の強度を取得する光強度取得手順、
   前記光強度取得手順にて取得した光強度に基づいて、前記任意の層の光吸収係数を算出する光吸収係数算出手順、
   前記光吸収係数算出手順にて算出した光吸収係数に基づいて、前記任意の層における前記目的成分の濃度を算出する濃度算出手順、
   前記濃度算出手順により算出した前記目的成分の濃度を、前記温度測定手順にて得られた前記温度に基づいて補正する濃度補正手順、
   を実行させることを特徴とするプログラム。

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