JP3667321B2 - 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
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Description
【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３２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５９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Ａ１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Ａ２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５３′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ＰＡ２及び音響信号Ａ２が入射する入口である。そして５７′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とを検出する光及び信号検出器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、前記光及び信号検出器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、光及び信号検出器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 Young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Ａ２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、２５０ｍｇ、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１６６０ｎｍ〜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９．３ｎｍ、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
【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３２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】
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５９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Ａ１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Ａ２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５３′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ＰＡ２及び音響信号Ａ２が入射する入口である。そして５７′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とを検出する光及び信号検出器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、前記光及び信号検出器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、光及び信号検出器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】
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 Young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】
【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Ａ２を得て補正することができる。
【数７】
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、２５０ｍｇ、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１６６０ｎｍ〜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９．３ｎｍ、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
Claims (20)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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とを検出する光及び信号検出器と、
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、前記光及び信号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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 前記音響信号発生及び測定器及び前記光及び信号検出器は、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。
- 前記光源、前記音響信号発生及び測定器及び前記光及び信号検出器は、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。
- 前記音響信号発生及び光及び信号検出器は、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。
- 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。
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