JP7197205B2 - 濃度測定装置、濃度測定方法及び非一時的記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、濃度測定装置、濃度測定方法及び非一時的記録媒体に関する。

近年、糖尿病の患者数が爆発的に増加しており、２０３０年には糖尿病の患者が全世界で５億５０００万人に達すると予測されている（非特許文献１参照）。糖尿病の治療は、血糖値管理に基づく食餌・運動療法が基本であり、血糖値管理のために血糖値を１日に数回計測する必要がある。一般的な血糖値測定器では採血を必要とするが、疼痛・衛生面・医療廃棄物が問題となっている。そこで、非侵襲・非観血な血糖値計測装置の確立が渇望されている。

このような要求に応じて、光の透過・反射・散乱に関する情報から血糖値を計測する方法が精力的に研究されている（特許文献１～４、非特許文献２参照）。しかしながら、これらの方法は、血糖値管理に必要な計測精度（±１０ミリグラム毎デシリットル程度）に対して透過光強度が不十分なため、正確な血糖値推定が困難であるという問題がある。

これに対して、物質に吸収された光エネルギーが熱波・弾性波に変換される光音響効果を利用した血糖値計測法が研究されている（特許文献５～６を参照）。これらの方法は、透過光を利用した方法に比べて検出信号が大きく、また、励起光の変調周波数を制御することで計測領域を深さ方向に特定できる特徴を有する（非特許文献３を参照）。

しかしながら、上述した方法を用いた場合、測定結果に非目的成分である水分に由来する信号による雑音が混ざり、計測された血糖値の信頼性・正確性を著しく低下させてしまうという問題がある。これは、測定対象たる生体に含まれるグルコースの分光スペクトルと水の分光スペクトルが互いに重なり合っているためである。

すなわち、ある波長の光で得られたエネルギーのみを用いてグルコース濃度の計測を行った場合、当該エネルギーがグルコースに由来するものなのか、水に由来するものなのかを区別できないという問題がある。さらに、生体内に多く含まれる水分が種々の要因によって僅かに変化しただけでも、グルコース濃度を誤って計測するおそれがある。

この問題を解決する一つの方法として、対象物体から検出される分光スペクトルを複数の波長において計測し、多変量解析やニューラルネットワークを用いて、測定対象に含まれる物質の濃度を推定する方法が知られている（非特許文献４を参照）。

特開平１０－３２５７９４号公報 特開平１１－２１６１３１号公報 特開２００４－１４７７０６号公報 特開２００５－３７２５３号公報 特開２００８－１９１１６０号公報 特開２００９－１６５６３４号公報

国際糖尿病連合（International Diabetes Federation）著、「International Diabetes Federation, Diabetes atlas 5th edition」、２０１１年 David D. Cunningham, Julie A. Stenken 編、「In Vivo Glucose Sensing」、Wiley、２０１０年 和田森直、石原康利 著、「光音響分光法による測定可能深さに関する基礎検討」、生体医工学、２０１１年２月１０日、第４９巻、ｐｐ．２２０－２２５ 尾崎幸洋、宇田明史、赤井俊雄 著、「化学者のための多変量解析」、講談社、２００２年

しかしながら、上述した非特許文献４に記載の方法のように、複数の波長において分光スペクトルの計測を行う場合、複数の波長の光源と検出装置を配置する必要があり、装置が複雑化し、また計測に時間が掛かってしまうという問題がある。特に、生体におけるグルコースの量は微量であり、分光スペクトルの計測を行う全ての波長において高い計測精度が求められる。そのため、非特許文献４に記載の方法を用いる場合、装置の複雑化及び計測の長時間化の問題は顕著に現れる。

そこで、これらの問題を解決するために、本発明は、簡素な装置を用いて測定対象に含まれる目的成分の濃度を測定することが可能な技術の提供を目的とする。

本発明の一態様は、目的成分と非目的成分とを有する測定対象に第１の波長の光を照射する第１照射部と、前記第１の波長と異なる波長である第２の波長の光を前記測定対象に照射する第２照射部と、前記第２の波長との間において、前記非目的成分の吸収スペクトルのシフトに関する所定の相関関係を有する波長である第３の波長の光を照射する第３照射部を含むＭ（Ｍは１以上の整数）個の照射部と、前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を第１の強度で前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第１取得部と、前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を前記第１の強度と異なる第２の強度で前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第２取得部と、前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて前記測定対象の温度変化に関する情報である温度情報を取得する温度情報取得部と、前記温度情報と前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて、前記目的成分の濃度を取得する濃度取得部と、を備える濃度測定装置である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記濃度取得部は、多変量解析によって前記濃度を取得する。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記濃度取得部は、予め学習された学習モデルであって、前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量と前記温度情報と前記濃度との関係を表す学習モデルに基づいて、前記濃度を取得する。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記第２の波長は、前記目的成分の吸光度が前記非目的成分の吸光度より小さい波長である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記第２の波長は、前記非目的成分の吸収スペクトルを所定の大きさ以上に変化させる波長である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記第２の波長は、前記非目的成分の吸光度が極大である波長である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記第２の波長は、前記非目的成分の吸光度が極大である波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記第１の波長は、前記目的成分の吸光度が極大である波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記第１の波長は、目的成分の吸光度が極大である波長である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記第１取得部が取得した前記物理量と前記第２取得部が取得した前記物理量とに基づいて、前記物理量に対する環境の影響を表す値である補正係数を取得し、取得した前記補正係数によって、前記第１取得部が取得した前記物理量と前記第２取得部が取得した前記物理量とを補正する補正部をさらに備える。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記環境の影響は、前記非目的成分の量である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記環境の影響は、前記第１の波長に対する前記非目的成分の吸光度と前記第２の波長に対する前記非目的成分の吸光度とである。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記環境の影響は、前記第１の波長の光を受光する受光部の性能である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記第１の波長の光と、前記第２の波長の光との少なくとも一方は、符号化された光である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記第２の波長と前記第３の波長とは、前記非目的成分の吸収スペクトルのピークの波長を原点として互いに符号が逆である位置に位置する波長である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記第２の波長と前記第３の波長とは、前記非目的成分の吸収スペクトルの変曲点の波長を原点として互いに符号が逆である位置に位置する波長である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記物理量は前記測定対象に照射された光の透過光、散乱光又は反射光の強度である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記物理量は、前記測定対象に照射された光の透過光の強度である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記物理量は前記測定対象に照射された光によって前記測定対象に発生した振動波の振幅である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記振動波は前記測定対象に照射された光によって前記測定対象に発生した熱波の振幅である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記振動波は前記測定対象に照射された光によって前記測定対象に発生した熱波による音波の振幅である。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、圧力が加わったときに前記圧力の大きさに比例する電圧を発生させる圧電体と、前記圧電体に張力を与えて前記圧電体を前記測定対象に密着させる保持具とを備え、前記第１取得部及び前記第２取得部は、前記圧電体が発生した電圧に基づいて前記物理量を取得する。

本発明の一態様は、上記の濃度測定装置であって、前記温度情報は、前記非目的成分の吸収スペクトルのシフト量である。

本発明の一態様は、目的成分と非目的成分とを有する測定対象に第１の波長の光を照射する第１照射部と、前記第１の波長と異なる波長である第２の波長の光を前記測定対象に照射する第２照射部と、前記第２の波長との間において、前記非目的成分の吸収スペクトルのシフトに関する所定の相関関係を有する波長である第３の波長の光を照射する第３照射部を含むＭ（Ｍは１以上の整数）個の照射部と、前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を第１の強度で前記測定対象に照射した場合に、前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第１取得部と、前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を前記第１の強度と異なる第２の強度で前記測定対象に照射した場合に、前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第２取得部と、前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて前記測定対象の温度変化に関する情報である温度情報を取得する温度情報取得部と、前記温度情報と前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて、前記目的成分の濃度を取得する濃度取得部と、を備える濃度測定装置が行う濃度測定方法であって、前記測定対象に前記第１の波長の光を照射する第１照射ステップと、前記第２の波長の光を前記測定対象に照射する第２照射ステップと、前記第３の波長の光を前記測定対象に照射する第３照射ステップと、前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を第１の強度で前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第１取得ステップと、前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を前記第１の強度と異なる第２の強度で前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第２取得ステップと、前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて前記測定対象の温度変化に関する情報である温度情報を取得する温度情報取得ステップと、前記温度情報と前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて、前記非目的成分の濃度を取得する濃度取得ステップと、を有する濃度測定方法である。

本発明の一態様は、請求項１に記載の濃度測定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記憶する非一時的記録媒体である。

本発明により、簡素な装置を用いて測定対象に含まれる目的成分の濃度を測定することが可能となる。

第１の実施形態の濃度測定装置１の機能構成の一例を示す図である。 第１の実施形態における第１の波長の光と第２の波長の光との目的成分の吸収スペクトルと非目的成分の吸収スペクトルとの関係を示す図である。 第１の実施形態における情報処理部１００の機能構成の一例を示す図である。 第１の実施形態における情報処理部１００がグルコースの濃度を取得する処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態における生体９の吸収スペクトルの第２の波長の強度に対する依存性を示すシミュレーション結果を示す第１の図である。 第１の実施形態における生体９の吸収スペクトルの第２の波長の強度に対する依存性を示すシミュレーション結果を示す第２の図である。 第２の実施形態の濃度測定装置２の機能構成の一例を示す図である。 第２の実施形態における感圧部２６の構造の一例を示す図である。 第２の実施形態における情報処理部２００の機能構成の一例を示す図である。 第２の実施形態における情報処理部２００がグルコースの濃度を取得する処理の流れの一例を示すフローチャートである。 変形例の濃度測定装置１ａの機能構成の一例を示す図である。 変形例における情報処理部１００ａの機能構成の一例を示す図である。 シミュレーションに用いられた水とグルコースとの吸収スペクトルの一例を示す図である。 多変量解析によって取得されたグルコースの濃度の真値との誤差を示すシミュレーション結果の一例を示す第１の図である。 多変量解析によって取得したグルコースの濃度の真値との誤差を示すシミュレーション結果の一例を示す第２の図である。 濃度測定装置１、２及び１ａが機械学習の学習結果に基づいて取得したグルコースの濃度と真値との誤差の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。以下、本発明の実施形態の一例として、生体内の血糖値（グルコース濃度）を計測するための形態を例に挙げ、計測の目的成分がグルコース、非目的成分が水であると仮定して説明する。しかしながら、これらの対象物質が異なる場合や非目的成分の数が複数となる場合でも、同様の概念によって本発明を適用することが可能である。例えば、目的成分をグルコースとし、非目的成分を水、タンパク質及び脂質とする場合や、目的成分をヘモグロビンとし、非目的成分をタンパク質や脂質とする場合などが挙げられる。

（原理の概要）
まず、実施形態の原理の概要を説明する。説明に先立っていくつかの言葉の定義をしておく。以下、グルコースの吸光度が大きい波長の光を目的成分励起光という。以下、水の吸光度が大きい波長の光を非目的成分励起光という。以下、目的成分励起光と強度が強度Ｅ１である非目的成分励起光（以下「第１非目的成分励起光」という。）とが測定対象の生体に照射された場合における目的成分励起光の透過光を第１目的成分透過光という。以下、目的成分励起光と第１非目的成分励起光とが測定対象の生体に照射された場合における非目的成分励起光Ｉ１の透過光を第１非目的成分透過光という。以下、目的成分励起光と強度が第２強度Ｅ２である非目的成分励起光（以下「第２非目的成分励起光」という。）とが測定対象の生体に照射された場合における目的成分励起光の透過光を第２目的成分透過光という。第２強度Ｅ２は第１強度Ｅ１よりも大きな値である。以下、目的成分励起光と第２強度の非目的成分励起光とが測定対象の生体に照射された場合における第２強度の非目的成分励起光の透過光を第２非目的成分透過光という。

実施形態の原理の概要の説明に戻る。実施形態の発明は、第１目的成分透過光の強度と第２目的成分透過光の強度との差と、第１非目的成分透過光の強度と第２非目的成分透過光の強度との差とに基づき、グルコース濃度を取得する。
生体９に照射される非目的成分励起光の強度が変化すると、水の温度が変化するため、水の吸収スペクトルがシフトする。そのため、第１目的成分透過光の強度と第２目的成分透過光の強度との差と、第１非目的成分透過光の強度と第２非目的成分透過光の強度との差とに基づいて、水の吸収スペクトルのシフト量が取得される。なお、生体９に照射される非目的成分励起光の強度の変化に対するグルコースの吸収スペクトルの変化の大きさは水の吸収スペクトルの変化の大きさに対して無視できるほど小さい。このことは、第１目的成分透過光の強度と第２目的成分透過光の強度との差が、目的成分励起光の波長における水の吸収スペクトルの変化に起因することを意味する。そのため、水の吸収スペクトルのシフト量と第１目的成分透過光の強度と第２目的成分透過光の強度との差とに基づいて、目的成分励起光の吸光度に対する水の影響が取得される。目的成分励起光の吸光度に対する水の影響が取得されるため、第１目的成分透過光の強度と第２目的成分透過光の強度との差に基づいて、目的成分励起光の吸光度に対するグルコースの影響が取得され、グルコースの濃度が取得される。
なお、実施形態の発明は、必ずしも透過光を取得してグルコースの濃度を取得する必要は無い。実施形態の発明は、例えば振動波の振幅等、生体９に照射された光の透過光の強度に比例する物理量によってグルコースの濃度を取得してもよい。なお、振動波は、弾性波と、熱波によって生じる音波とを含む。
なお、第１強度Ｅ１が０であってもよい。第１強度Ｅ１が０であるとは、第１目的成分励起光が照射されないことを意味する。
ここまでで、実施形態の原理の概要の説明を終了する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の濃度測定装置１の機能構成の一例を示す図である。
濃度測定装置１は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）１１やメモリ１２や補助記憶装置１３などを備え、プログラムを実行することによって入力部１０、第１照射部１４、第２照射部１５、受光部１６及び出力部１７を備える装置として機能する。濃度測定装置１は、プログラムを実行することによって、入力部１０、第１照射部１４、第２照射部１５及び受光部１６の動作を制御し、受光部１６が受光した結果に基づいて、目的成分の濃度を取得する。

補助記憶装置１３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。補助記憶装置１３は濃度測定装置１の動作に関するプログラムを記憶する。
ＣＰＵ１１は、メモリ１２又は補助記憶装置１３に記憶されたプログラムを実行することで情報処理部１００として機能する。
入力部１０は、マウスやキーボード、タッチパネル等の入力装置を含んで構成される。入力部１０は、これらの入力装置を自装置に接続するインタフェースとして構成されてもよい。入力部１０は、自装置に対する情報の入力を受け付ける。入力部１０は、入力された情報を情報処理部１００に出力する。

第１照射部１４は、第１の波長の光を、測定対象である生体９に照射する。本実施形態において、第１の波長の光は、目的成分励起光である。第１の波長の光は、グルコースの吸光度が極大である１６００ナノメートルの波長の光である。なお、第１の波長の光は、必ずしもグルコースの吸光度が極大である波長の光でなくてもよい。
第１の波長の光は、例えば、グルコースの吸光度が略極大である波長の近傍の波長である１６００±７０ナノメートルの波長の光であってもよい。すなわち、第１の波長は、グルコースの吸光度が極大である波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長であってもよい。
第１の波長の光は、例えば、グルコースの吸光度が略極大である１６００±３０ナノメートルの波長の光であってもよい。第１の波長の光が、グルコースの吸光度が略極大である１６００±３０ナノメートルの波長の光である場合、第１の波長の光が１６００±７０ナノメートルの波長の光である場合よりも精度よくグルコース濃度が計測される。
第１の波長の光は、例えば、グルコースの吸光度が略極大である１６００ナノメートルの波長の光であってもよい。第１の波長の光が、グルコースの吸光度が略極大である１６００ナノメートルの波長の光である場合、第１の波長の光が１６００±３０ナノメートルの波長の光である場合よりもより高精度にグルコース濃度が計測される。

第１照射部１４は、どのように第１の波長の光を照射してもよい。第１照射部１４は、例えば、レーザダイオードドライバや半導体レーザを備え、レーザダイオードドライバや半導体レーザによって第１の波長の光を照射してもよい。第１照射部１４は、例えば、汎用の安価なレーザを備え１６００±７０ナノメートルの波長の光を照射してもよい。第１照射部１４が照射する光はＣＷ（Continuous Wave）光である。

また、第１照射部１４は、第１の波長の光の照射方向と、第１の波長の光の光源である第１光源と生体９との間の距離と、光の照射角度と、第１の波長の光の放射強度とを調整する機構である第１照射部調整機構を備える。第１照射部１４は、第１照射部調整機構によって照射する光の強度を制御する。第１照射部１４が第１照射部調整機構を備えるため、濃度測定装置１は、第１光源と生体９との間の角度や距離によらずに一定の精度でグルコース濃度の計測を行うことができる。但し、照射の距離、角度、強度の調整機構をすべて備える必要はなく、必要に応じて代替機能を設けることもできるが、用途や性能に応じて適宜省略することができる。

第２照射部１５は、目的成分であるグルコースの吸光度が非目的成分である水の吸光度より小さい波長である第２の波長の光を、測定対象である生体９に照射する。第２の波長の光は、非目的成分励起光である。

第２の波長の光は、例えば、グルコースの吸光度が水の吸光度より小さくかつ水の吸光度が極大である波長である１４５０ナノメートルの光である。なお、第２の波長の光は、必ずしも水の吸光度が極大である波長でなくてもよい。
例えば、第２の波長の光は、水の吸光度が極大である波長近傍の波長である１４５０±７０ナノメートルの波長の光であってもよい。すなわち、第２の波長は、水の吸光度が極大である波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長であってもよい。
第２の波長の光は、水の吸光度が略極大である波長である１４５０±５０ナノメートルの波長の光であってもよい。第２の波長の光が、水の吸光度が略極大である波長である１４５０±５０ナノメートルの波長の光である場合、第２の波長の光が、１４５０±７０ナノメートルの波長の光である場合よりも精度よくグルコース濃度が計測される。
第２の波長の光は、水の吸光度が極大である波長である１４５０ナノメートルの波長の光であってもよい。第２の波長の光が、水の吸光度が極大である波長である１４５０ナノメートルの波長の光である場合、第２の波長の光が、１４５０±５０ナノメートルの波長の光である場合よりも精度よくグルコース濃度が計測される。

第２照射部１５は、どのように第２の波長の光を照射してもよい。第２照射部１５は、例えば、レーザダイオードドライバや半導体レーザを備え、レーザダイオードドライバや半導体レーザによって第２の波長の光を照射してもよい。第２照射部１５は、例えば、汎用の安価なレーザを備え、汎用の安価なレーザによって１４５０±７０ナノメートルの波長の光を照射してもよい。第２照射部１５が照射する光はＣＷ（Continuous Wave）光である。

また、第２照射部１５は、第２の波長の光の照射方向と、第２の波長の光の光源である第２光源と生体９との間の距離と、光の照射角度と、第２の波長の光の放射強度とを調整する機構である第２照射部調整機構を備える。第２照射部１５は、第２照射部調整機構によって照射する光の強度を制御する。第２照射部１５が第２照射部調整機構を備えるため、濃度測定装置１は、第２光源と生体９との間の角度や距離によらずに一定の精度でグルコース濃度の計測を行うことができる。但し、照射の距離、角度、強度の調整機構をすべて備える必要はなく、必要に応じて代替機能を設けることもできるが、用途や性能に応じて適宜省略することができる。

受光部１６は、光電効果を有する硫化鉛（ＰｂＳ）や、光起電力効果を有するインジウム・ガリウム・ヒ素（ＩｎＧａＡｓ）等の検出器を備える。受光部１６は、第１照射部１４が照射した光であって生体９を透過した光を受光する。受光部１６は、第２照射部１５が照射した光であって生体９を透過した光を受光する。
受光部１６は、どのように第１の波長の光の透過光と第２の波長の光の透過光とを受光してもよい。受光部１６は、例えば、受光部１６と生体９との間に第１の波長の光と第２の波長の光とだけを通過させるバンドパスフィルタを備えることで、第１の波長の光の透過光と第２の波長の光の透過光とだけを受光してもよい。

出力部１７は、自装置が取得した目的成分の濃度を出力する。出力部１７は、自装置が取得した目的成分の濃度を出力可能であればどのようなものであってもよい。出力部１７は、例えば、自装置を外部の装置に接続するためのインタフェースを含んで構成されてもよい。出力部１７は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等の表示装置を含んで構成されてもよい。出力部１７は、例えば、これらの表示装置を自装置に接続するインタフェースとして構成されてもよい。

図２は、第１の実施形態における第１の波長の光と第２の波長の光との目的成分の吸収スペクトルと非目的成分の吸収スペクトルとの関係を示す図である。
図２の横軸は波長を表す。図２の縦軸は吸光度を表す。図２において、目的成分はグルコースである。図２において非目的成分は水である。図２は、第１の波長がグルコースの吸収スペクトルが略極大である１６００ナノメートルであることを示す。図２は、第２の波長が水の吸収スペクトルが略極大である１４５０ナノメートルであることを示す。

図３は、第１の実施形態における情報処理部１００の機能構成の一例を示す図である。
情報処理部１００は、制御部１１０、第１強度取得部１２０、第２強度取得部１３０、補正部１４０、温度情報取得部１５０及び濃度取得部１６０を備える。

制御部１１０は、第１照射部１４、第２照射部１５及び受光部１６の動作を制御する。制御部１１０は、例えば、第１照射部１４及び第２照射部１５が生体９に光を照射するタイミングを制御する。制御部１１０は、例えば、第１照射部１４及び第２照射部１５の照射距離、角度、強度を制御するように構成することも可能である。

第１強度取得部１２０は、第１の波長の光と強度Ｅ１の第２の波長の光とが生体９に照射された場合に、受光部１６が受光した光の強度を取得する。第１の波長の光と強度Ｅ１の第２の波長の光とが生体９に照射された場合に、受光部１６が受光した光は、第１目的成分透過光及び第１非目的成分透過光である。第１の波長の光と強度Ｅ１の第２の波長の光とが生体９に照射された場合の水の温度は、第１の波長の光と強度Ｅ２の第２の波長の光とが生体９に照射された場合の水の温度よりも低温である。以下、第１の波長の光と強度Ｅ１の第１の波長の光とが生体９に照射された場合の水の状態を低温状態という。以下、低温状態の水を透過した光であって受光部１６が受光した光を低温状態の透過光という。
第１強度取得部１２０は、取得した低温状態の透過光の強度を温度情報取得部１５０及び濃度取得部１６０に出力する。

第２強度取得部１３０は、第１の波長の光と強度Ｅ２の第２の波長の光とが生体９に照射された場合に受光部１６が受光した光の強度を取得する。第１の波長の光と強度Ｅ２の第２の波長の光とが生体９に照射された場合に、受光部１６が受光した光は、第２目的成分透過光及び第２非目的成分透過光である。以下、第１の波長の光と強度Ｅ２の第２の波長の光とが生体９に照射された場合の水の状態を高温状態という。以下、高温状態の水を透過した光であって受光部１６が受光した光を高温状態の透過光という。
第２強度取得部１３０は、取得した高温状態の透過光の強度を温度情報取得部１５０及び濃度取得部１６０に出力する。

補正部１４０は、低温状態の透過光の強度と高温状態の透過光の強度とを示す情報（以下「第１測定結果情報」という。）に基づいて、第１補正係数を取得する。第１補正係数は、測定結果である低温状態の透過光の強度と高温状態の透過光の強度と、を補正する値である。
第１補正係数は水の量に応じて変わる値である。第１補正係数は、生体９に照射される光の波長に応じて変わる値である。第１補正係数は、受光部１６の性能に応じた値である。
すなわち、第１補正係数は、環境の影響を表す値である。環境の影響は、例えば、水の量である。環境の影響は、例えば、第１の波長に対する水の吸光度と第２の波長に対する水の吸光度とである。環境の影響は、例えば、受光部１６の性能である。

補正部１４０は、第１測定結果情報に基づいて生体９の水の量を取得し、取得した水の量に基づいて第１補正係数を取得してもよい。なお、補正部１４０は、第１測定結果情報に基づいて生体９の水の量を取得し、取得した水の量と第１の波長と第２の波長とに基づいて第１補正係数を取得してもよい。

補正部１４０は、どのように水の量を取得してもよい。補正部１４０は、例えば、多変量解析によって水の量を取得してもよい。補正部１４０は、例えば、予めニューラルネットワーク等の機械学習の方法によって学習された、低温状態の透過光の強度と高温状態の透過光の強度と水の量との関係を表す学習モデルに基づいて水の量を取得してもよい。補正部１４０は、例えば、予めニューラルネットワーク等の機械学習の方法によって学習された、低温状態の透過光の強度と高温状態の透過光の強度と第１の波長と第２の波長と水の量との関係を表す学習モデルに基づいて水の量を取得してもよい。

補正部１４０は、取得した第１補正係数に基づいて、低温状態の透過光の強度と高温状態の透過光の強度とを補正する。
以下、説明の簡単のため、第１強度取得部１２０が取得した低温状態の透過光の強度の補正後の値も低温状態の透過光の強度という。以下、説明の簡単のため、第２強度取得部１３０が取得した高温状態の透過光の強度の補正後の値も高温状態の透過光の強度という。

温度情報取得部１５０は、第１測定結果情報に基づいて、光の照射箇所における生体９の温度変化に関する情報（以下「温度情報）という。）を取得する。光の照射箇所とは、生体９の一部又は全部の箇所であって、第１の波長の光と第２の波長の光とが照射された箇所である。温度情報は、光の照射箇所における生体９の温度変化に関する情報であればどのような情報であってもよく、例えば、水の吸収スペクトルのシフト量であってもよい。
温度情報取得部１５０は、温度情報を取得可能であればどのような方法で温度情報を取得してもよい。温度情報取得部１５０は、例えば、多変数解析によって温度情報を取得してもよい。温度情報取得部１５０は、予めニューラルネットワーク等の機械学習の方法によって学習された、第１測定結果情報と温度情報との関係を表す学習モデルに基づいて温度情報を取得してもよい。

濃度取得部１６０は、温度情報取得部１５０が取得した温度情報と、第１測定結果情報とに基づき、第１濃度取得法によって、グルコースの濃度を取得する。第１濃度取得法は、温度情報及び第１測定結果情報に基づいてグルコースの濃度を取得可能な方法であればどのような方法であってもよい。第１濃度取得法は、例えば、多変数解析の方法であってもよい。第１濃度取得法は、予め補助記憶装置１３に第１濃度学習モデルが記憶されている場合には、第１濃度学習モデルに基づいて、グルコースの濃度が取得される方法であってもよい。第１濃度学習モデルは、ニューラルネットワーク等の機械学習によって学習された学習モデルであって温度情報及び第１測定結果情報とグルコースの濃度との関係を表す学習モデルである。

図４は、第１の実施形態における情報処理部１００がグルコースの濃度を取得する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
第１照射部１４が生体９に第１の波長の光を照射し、第２照射部１５が強度Ｅ１の第２の波長の光を生体９に照射する。第１強度取得部１２０は、低温状態の透過光の強度を取得する。第１強度取得部１２０は、取得した低温状態の透過光の強度を温度情報取得部１５０及び濃度取得部１６０に出力する（ステップＳ１０１）。なお、第１照射部１４による照射と第２照射部１５による照射とは同時であってもよいし、所定の時間差を有して実行されてもよい。

第１照射部１４が生体９に第１の波長の光を照射し、第２照射部１５が強度Ｅ２の第２の波長の光を生体９に照射する。第２強度取得部１３０は、高温状態の透過光の強度を取得する。第２強度取得部１３０は、取得した高温状態の透過光の強度を温度情報取得部１５０及び濃度取得部１６０に出力する。（ステップＳ１０２）。なお、第１照射部１４による照射と第２照射部１５による照射とは同時であってもよいし、所定の時間差を有して実行されてもよい。

補正部１４０が低温状態の透過光の強度と高温状態の透過光の強度とに基づいて第１補正係数を取得し、取得した第１補正係数に基づいて低温状態の透過光の強度と高温状態の透過光の強度とを補正する（ステップＳ１０３）。

温度情報取得部１５０が、第１測定結果情報に基づいて、温度情報を取得する（ステップＳ１０４）。
濃度取得部１６０が、第１測定結果情報及び温度情報に基づき、温度情報を取得し、温度情報及び第１測定結果に基づき第１濃度取得法によってグルコースの濃度を取得する（ステップＳ１０５）。

（実験結果）
ここで、図５及び図６によって、第１の実施形態における第２の波長の生体９への照射によって、生体９の吸収スペクトルが変化することを示す。
図５は、第１の実施形態における生体９の波長１５９０ナノメートルから波長１６１０ナノメートルの吸収スペクトルの第２の波長の強度に対する依存性を示すシミュレーション結果を示す図である。
図５は、第２の波長の強度が０ｍＷである場合と、１０ｍＷである場合と、１５ｍＷである場合と、２０ｍＷである場合との吸収スペクトルを示す。
図５は、第２の波長の強度の変化によって、吸収スペクトルが変化することを示す。生体９の吸収スペクトルの変化量は、水の吸収スペクトルの変化量に略同一である。

図６は、第１の実施形態における生体９の波長１３８６ナノメートルから波長１３９２ナノメートルの吸収スペクトルの第２の波長の強度に対する依存性を示すシミュレーション結果を示す図である。
図６は、第２の波長の強度が０ｍＷである場合と、１０ｍＷである場合と、１５ｍＷである場合と、２０ｍＷである場合との吸収スペクトルを示す。
図６は、第２の波長の強度の変化によって、吸収スペクトルが変化することを示す。生体９の吸収スペクトルの変化量は、水の吸収スペクトルの変化量に略同一である。

図５は、２０ｍＷの第２の波長が生体９へ照射されると波長１６００ナノメートルで吸光度の変化が１．４％であることを示す。図６は、２０ｍＷの第２の波長が生体９へ照射されると波長１３９０ナノメートルで吸光度の変化が１．７％であることを示す。このことは、２０ｍＷの第２の波長によって、生体９の温度が約２度変化したことを意味する。

図５及び図６が示すように、第２の波長によって第１の実施形態の濃度測定装置１が観測可能な程度の生体９の水の吸収スペクトルのシフトが生じる。そのため、第１の実施形態の濃度測定装置１は、生体９の水の吸収スペクトルのシフトを検知でき、生体９の水の吸収スペクトルの変化に基づいて、グルコースの濃度を測定することができる。

このように構成された第１の実施形態の濃度測定装置１は、温度情報取得部１５０及び濃度取得部１６０を備えるため、第１測定結果情報に基づいて生体９のグルコースの濃度を取得することができる。そのため、第１の実施形態の濃度測定装置１は、簡素な装置を用いて測定対象に含まれる目的成分の濃度を測定することができる。

なお、濃度測定装置１は、必ずしも透過光によって目的成分の濃度を測定する必要はない。濃度測定装置１は、反射光や散乱光によって目的成分の濃度を測定してもよい。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の濃度測定装置２の機能構成の一例を示す図である。第２の実施形態の濃度測定装置２は、生体９に照射する光の強度を変調し、光音響分光法を用いて生体９の目的深度におけるグルコース濃度を測定する。なお、目的深度とは、グルコースの濃度を計測すべき生体９の深度のことである。
以下、濃度測定装置１が備える各機能部と同様の機能をもつものについては、図１及び図３と同じ符号を付すことで説明を省略する。

濃度測定装置２は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）２１やメモリ２２や補助記憶装置２３などを備え、プログラムを実行することによって、入力部１０、第１照射部１４、第１変調部２４、第２照射部１５、第２変調部２５、感圧部２６及び出力部１７を備える装置として機能する。濃度測定装置２は、プログラムを実行することによって、入力部１０、第１照射部１４、第１変調部２４、第２照射部１５、第２変調部２５及び感圧部２６の動作を制御し、感圧部２６が取得した結果に基づいて、目的成分の濃度を取得する。

第１変調部２４は、第１照射部１４が照射する光の強度を、周波数ω１（第１の周波数）及び周波数ω２（第２の周波数）で変調する。なお、周波数ω１は、周波数ω１の光を生体９に照射した場合に、目的深度において生体９に発生した振動波が減衰せずに感圧部２６に到達する周波数である。また、周波数ω２は、周波数ω２の光を生体９に照射した場合に、目的深度において生体９に発生した振動波が感圧部２６に到達するまでに減衰する周波数である。つまり、周波数ω１で変調された光により生体９に発生する振動波は、真皮近傍に存在する生体水から生じる振動波と血管床のグルコースとの混合物質から振動波とを反映している。他方、周波数ω２で変調された光により生体９に発生する振動波は、真皮近傍に存在する生体水から生じる振動波を主に反映している。なお、振動波の強度は、周波数と深度に反比例する。周波数ω２は、周波数ω１より高い周波数である。

第２変調部２５は、第２照射部１５が照射する光の強度を、周波数ω１、ω２と異なる周波数である周波数ω３で変調する。なお、濃度測定装置２は、必ずしも第２変調部２５をひとつだけ備える必要は無い。濃度測定装置２は、第２変調部２５を２つ以上備えてもよい。

図８は、第２の実施形態における感圧部２６の構造の一例を示す図である。
感圧部２６は、第１照射部１４が照射した光によって生体９に生じた振動波を検出する。感圧部２６は、ポリフッ化ビニリデンなどの圧電体によって形成された圧電フィルム２６１と、圧電フィルム２６１に張力を与えつつ圧電フィルム２６１を保持する保持具２６２とを備える。圧電体は、圧力が加わったときに、加えられた圧力の大きさに比例する電圧を発生させる。圧電体は、圧力が加わったときに、加えられた圧力の大きさに比例する電圧を発生させるものであればどのようなものであってもよい。圧電体は、例えば、マイクであってもよい。
保持具２６２は、シリコンゴムなどの弾性体により形成されており、圧電フィルム２６１の片面を覆い、圧電フィルム２６１の外縁に連結される。なお、保持具２６２は、圧電フィルム２６１と外縁以外では接触しないよう形成される。
これにより、圧電フィルム２６１を生体９に当てて保持具２６２を生体９に対して押し付けることで、圧電フィルム２６１の外縁に対して外側方向に保持具２６２の弾性力が生じ、圧電フィルム２６１に張力があたえられる。保持具２６２の形状の例としては、図８に示すように、圧電フィルム２６１に相対する内面及び外面が半球状に形成される形状が挙げられる。
なお、保持具２６２は、音響管を備えてもよい。音響管は、熱波によって発生する音波の振動を増強する装置である。
このように、圧電フィルム２６１と生体９とが接触しているときに、圧電フィルム２６１に張力を与えることで、圧電フィルム２６１と生体９とを密着させることができる。

図９は、第２の実施形態における情報処理部２００の機能構成の一例を示す図である。
情報処理部２００は、制御部２１０、第１振幅取得部２２０、第２振幅取得部２３０、補正部２４０、温度情報取得部２５０及び濃度取得部２６０を備える。

制御部２１０は、第１照射部１４、第１変調部２４、第２照射部１５、第２変調部２５及び感圧部２６の動作を制御する。制御部２１０は、例えば、第１照射部１４及び第２照射部１５が生体９に光を照射するタイミングを制御する。制御部２１０は、例えば、第１変調部２４の変調周波数と、第２変調部２５の変調周波数とを制御する。

第１振幅取得部２２０は、第１の波長の光と強度Ｅ１の第２の波長の光とが生体９に照射された場合に、感圧部２６が検出した振動波の振幅（以下「低温状態の振幅」という。）を取得する。より具体的には、第１振幅取得部２２０は、感圧部２６が備える圧電体が発生した電圧に基づいて低温状態の振幅を取得する。なお、振動波の振幅は、生体９に照射された光の透過光の強度に比例する。

第２振幅取得部２３０は、第１の波長の光と強度Ｅ２の第２の波長の光とが生体９に照射された場合に感圧部２６が検出した振動波の振幅（以下「高温状態の振幅」という。）を取得する。より具体的には、第２振幅取得部２３０は、感圧部２６が備える圧電体が発生した電圧に基づいて高温状態の振幅を取得する。第２振幅取得部２３０は、取得した振動波の振幅を補正部２４０に出力する。

補正部２４０は、低温状態の振幅と高温状態の振幅とを示す情報（以下「第２測定結果情報」という。）に基づいて、第２補正係数を取得する。
第２補正係数は、測定結果である低温状態の振幅と高温状態の振幅と、を補正する値である。第２補正係数は水の量に応じて変わる値である。第２補正係数は、生体９に照射される光の波長に応じて変わる値である。第２補正係数は、感圧部２６の性能に応じた値である。
すなわち、第２補正係数は、環境の影響を表す値である。環境の影響は、例えば、水の量である、環境の影響は、例えば、第１の波長に対する水の吸光度と第２の波長に対する水の吸光度とである。環境の影響は、例えば、感圧部２６の性能である。

補正部２４０は、第２測定結果情報に基づいて生体９の水の量を取得し、取得した水の量に基づいて第２補正係数を取得する。なお、補正部２４０は、低温状態の振幅と高温状態の振幅とに基づいて生体９の水の量を取得し、取得した水の量と第１の波長と第２の波長とに基づいて第２補正係数を取得してもよい。

補正部２４０は、どのように水の量を取得してもよい。補正部２４０は、例えば、多変量解析によって水の量を取得してもよい。補正部２４０は、例えば、予めニューラルネットワーク等の機械学習の方法によって学習された、低温状態の振幅と高温状態の振幅と水の量との関係を表す学習モデルに基づいて水の量を取得してもよい。補正部２４０は、例えば、予めニューラルネットワーク等の機械学習の方法によって学習された、低温状態の振幅と高温状態の振幅と第１の波長と第２の波長と水の量との関係を表す学習モデルに基づいて水の量を取得してもよい。

補正部２４０は、取得した第２補正係数に基づいて、低温状態の振幅と高温状態の振幅とを補正する。
以下、説明の簡単のため、第１振幅取得部２２０が取得した振動波の振幅の補正後の値も低温状態の振幅という。以下、説明の簡単のため、第２振幅取得部２３０が取得した振動波の振幅の補正後の値も高温状態の振幅という。

温度情報取得部２５０は、第２測定結果情報に基づいて、温度情報を取得する。温度情報取得部２５０は、温度情報を取得可能であればどのような方法で温度情報を取得してもよい。温度情報取得部２５０は、例えば、多変数解析によって温度情報を取得してもよい。温度情報取得部２５０は、予めニューラルネットワーク等の機械学習の方法によって学習された、第２測定結果情報と温度情報との関係を表す学習モデルに基づいて温度情報を取得してもよい。

濃度取得部２６０は、第２測定結果情報及び温度情報に基づいて、第２濃度取得法によって生体９におけるグルコースの濃度を取得する。第２濃度取得法は、第２測定結果情報及び温度情報に基づいてグルコースの濃度を取得可能な方法であればどのような方法であってもよい。第２濃度取得法は、例えば、多変数解析の方法であってもよい。第２濃度取得法は、予め補助記憶装置２３に第２濃度学習モデルが記憶されている場合には、第２濃度学習モデルに基づいて、グルコースの濃度が取得される方法であってもよい。第２濃度学習モデルは、ニューラルネットワーク等の機械学習によって学習された学習モデルであって温度情報及び第２測定結果情報とグルコースの濃度との関係を表す学習モデルである。

図１０は、第２の実施形態における情報処理部２００がグルコースの濃度を取得する処理の流れの一例を示すフローチャートである。
第１照射部１４が生体９に第１の波長の光を照射し、第２照射部１５が生体９に強度Ｅ１の第２の波長の光を照射する。感圧部２６が検出した振動波に基づいて、第１振幅取得部２２０が低温状態の振幅を取得する。第１振幅取得部２２０は、取得した低温状態の振幅を補正部２４０に出力する（ステップＳ２０１）。なお、第１照射部１４による照射と第２照射部１５による照射とは同時であってもよいし、所定の時間差を有して実行されてもよい。

第１照射部１４が生体９に第１の波長の光を照射し、第２照射部１５が生体９に強度Ｅ２の第２の波長の光を照射する。感圧部２６が検出した振動波に基づいて、第２振幅取得部２３０が高温状態の振幅を取得する。第２振幅取得部２３０は、取得した高温状態の振幅を補正部２４０に出力する（ステップＳ２０２）。なお、第１照射部１４による照射と第２照射部１５による照射とは同時であってもよいし、所定の時間差を有して実行されてもよい。

補正部２４０が低温状態の振幅と高温状態の振幅とに基づいて第２補正係数を取得し、取得した第２補正係数に基づいて低温状態の振幅と高温状態の振幅とを補正する（ステップＳ２０３）。

温度情報取得部２５０が、第２測定結果情報に基づいて、温度情報を取得する（ステップＳ２０４）。
濃度取得部２６０が、温度情報及び第２測定結果情報に基づき、第２濃度取得法によってグルコースの濃度を取得する（ステップＳ２０５）。

このように構成された第２の実施形態の濃度測定装置２は、濃度取得部２６０を備えるため、第２測定結果情報に基づいて生体９のグルコースの濃度を取得することができる。そのため、第２の実施形態の濃度測定装置２は、簡素な装置を用いて測定対象に含まれる目的成分の濃度を測定することができる。

なお、第２の実施形態における感圧部２６は図８に示す感圧部２６に限られない。例えば、感圧部２６は圧電フィルム２６１のみから形成され、生体表面に貼付したり巻きつけたりしてもよい。また、感圧部２６は、圧電フィルム２６１に代えて、マイクロフォン、圧電素子などの素子や、レーザ光を応用して微小変動を検出するシステムであってもよい。

（変形例）
なお、第１の実施形態の濃度測定装置１と、第２の実施形態の濃度測定装置２とは、異なる条件での励起光の照射を複数回実行することで、生体９のグルコースの濃度を測定してもよい。
このように、濃度測定装置１及び濃度測定装置２が、条件の異なる複数回の励起光の照射の測定結果によってグルコースの濃度を測定することで、濃度測定装置１及び２は、グルコースの濃度の測定精度が高めることができる。

なお、補正部１４０は必ずしも、第１測定結果情報に基づいて第１補正係数を取得する必要は無い。補正部１４０は、１６００ナノメートルの波長の光及び１４５０ナノメートルの波長の光を水に照射する実験を行うことなどによって、予め算出された値を第１補正係数として取得してもよい。
なお、補正部２４０は必ずしも、第２測定結果情報に基づいて第２補正係数を取得する必要は無い。補正部２４０は、１６００ナノメートルの波長の光及び１４５０ナノメートルの波長の光を水に照射する実験を行うことなどによって、予め算出された値を第２補正係数として取得してもよい。

なお、濃度測定装置１において、生体９に照射される光は必ずしもＣＷ光でなくてもよい。生体９に照射される光は所定のパターンを有し、符号化された光であってもよい。生体９に照射される光は、光の電力や照射時間や観測波長によって符号化されてもよい。
このように生体９に照射する光として、符号化された光が照射されることで、生体９に照射される光がＣＷ光である場合よりも、濃度測定装置１によるグルコースの濃度の測定精度が向上する。
なお、濃度測定装置１は、例えば、第１変調部２４及び第２変調部２５を備え、制御部１１０によって第１変調部２４及び第２変調部２５の動作を制御することで、生体９に照射する光を符号化してもよい。
なお、濃度測定装置１ａも濃度測定装置１と同様に、生体９に、所定の照射パターンを有し符号化された光を照射してもよい。

なお、第２の波長は、目的成分であるグルコースの吸光度が非目的成分である水の吸光度より小さい波長であって、水の吸収スペクトルを所定の大きさ以上に変化させる波長であればどのような波長であってもよい。
第２の波長は、例えば、非目的成分の吸収スペクトルのシフト量を濃度測定装置１が測定可能な程度のシフト量であるように、非目的成分の吸収スペクトルをシフトさせる波長であれば、どのような波長であってもよい。第２の波長の光は、例えば、テラヘルツ波であってもよいし、紫外線であってもよい。
第２の波長は、非目的成分の吸収スペクトルの変曲点の位置の波長であってもよい。

なお、濃度測定装置１及び２は、必ずしも第２照射部１５を１つだけ備える必要は無い。濃度測定装置１及び濃度測定装置２は、２つ以上の第２照射部１５を備えてもよい。
以下、説明の簡単のため、濃度測定装置１が２つ以上の第２照射部１５を備える場合について説明するが、以下の説明は濃度測定装置２が２つ以上の第２照射部１５を備える場合についても、透過光の強度に基づいてグルコースの濃度が取得される代わりに振動波の振幅に基づいてグルコースの濃度が取得される点以外は同様である。
以下、１つ以上の第２照射部１５を備える濃度測定装置１を濃度測定装置１ａという。以下、濃度測定装置１ａが備える第２照射部１５をそれぞれ第ｎ照射部１５－（ｎ－１）という（ｎは２以上Ｎ以下の整数。Ｎは２以上の整数）。第２照射部１５－１は、例えば、第１実施形態における第２照射部１５である。ｎ＝３である第２照射部１５は、例えば、第３照射部１５－２である。

図１１は、変形例の濃度測定装置１ａの機能構成の一例を示す図である。以下、濃度測定装置１が備える各機能部と同様の機能をもつものは、図１、図３、図７及び図９と同じ符号を付すことで説明を省略する。

濃度測定装置１ａは、第２照射部１５に代えて第ｎ照射部１５―（ｎ－１）を備える点と、受光部１６に代えて受光部１６ａを備える点と、情報処理部１００に代えて情報処理部１００ａを備える点とで、濃度測定装置１と異なる。
第２照射部１５－１は、第１の実施形態における第２照射部１５と同様である。第ｎ照射部１５－（ｎ－１）は、第ｎの波長の光を照射する。第ｎ照射部１５－（ｎ－１）は、照射する光の波長が第ｎの波長である以外の点は、第２照射部１５と同様である。第ｎの波長は非目的成分励起光である。

受光部１６ａは、第１照射部１４が照射した光であって生体９を透過した光と第２照射部１５が照射した光であって生体９を透過した光とを受光するだけでなく、第ｎ照射部１５－（ｎ－１）が照射した光であって生体９を透過した光も受光する点で受光部１６と異なる。

情報処理部１００ａは、第１照射部１４及び第２照射部１５が生体９を照射した結果に代えて、第１照射部１４と第ｎ照射部１５－（ｎ－１）とのＮ個の照射部が生体９を照射した結果に基づいて、グルコースの濃度を取得する点で、情報処理部１００と異なる。

図１２は、変形例における情報処理部１００ａの機能構成の一例を示す図である。
情報処理部１００ａは、制御部１１０に代えて制御部１１０ａを備える点と、第１強度取得部１２０に代えて第１強度取得部１２０ａを備える点と、第２強度取得部１３０に代えて第２強度取得部１３０ａを備える点とで情報処理部１００ａと異なる。

制御部１１０ａは、第１照射部１４、第ｎ照射部１５－（ｎ－１）及び受光部１６ａの動作を制御する。制御部１１０ａは、例えば、第１照射部１４及び第ｎ照射部１５－（ｎ－１）が生体９に光を照射するタイミングを制御する。

第１強度取得部１２０ａは、低温状態の透過光の強度を取得し、温度情報取得部１５０及び濃度取得部１６０に出力する。濃度測定装置１ａにおける低温状態は、第１の波長の光と強度Ｅ１＿ｎの第ｎの波長の光とが生体９に照射された場合の水の状態である。濃度測定装置１ａにおける低温状態の透過光は、低温状態の水を透過した光であって受光部１６ａが受光した光である。

第２強度取得部１３０ａは、高温状態の透過光の強度を取得し、温度情報取得部１５０及び濃度取得部１６０に出力する。濃度測定装置１ａにおける高温状態は、第ｎの波長の光と強度Ｅ２＿ｎの第ｎの波長の光とが生体９に照射された場合の水の状態である。強度Ｅ２＿ｎは、強度Ｅ１＿ｎよりも大きな値である。濃度測定装置１ａにおける高温状態の透過光は、高温状態の水を透過した光であって受光部１６ａが受光した光である。

このように構成された変形例の濃度測定装置１ａは、複数の非目的成分励起光を生体９に照射した結果に基づいて、グルコースの濃度を取得するため、グルコースの濃度の取得に用いるデータの数が濃度測定装置１よりも多い。そのため、濃度測定装置１ａは、濃度測定装置１ａによるグルコースの濃度の測定精度以上の精度でグルコースの濃度を測定することができる。

なお、変形例の濃度測定装置１ａにおいて、第２の波長と第３の波長とは、非目的成分の吸収スペクトルのシフトに関する所定の相関関係を有する波長であればどのような波長であってもよい。所定の相関関係を有する波長とは、非目的成分の吸収スペクトルのシフトによって互いに相関をもって変化する波長である。
所定の相関関係を有する波長は、例えば、非目的成分の吸収スペクトルのピークの波長を原点として互いに符号が逆である位置に位置する２つの波長であってもよい。非目的成分の吸収スペクトルのピークの波長を原点として互いに符号が逆である位置に位置する２つの波長とは、例えば、非目的成分が水である場合には、１４５０＋７０ナノメートルの波長と、１４５０－７０ナノメートルの波長との２つの波長であってもよい。非目的成分の吸収スペクトルのピークの波長を原点として互いに符号が逆である位置に位置する２つの波長とは、例えば、非目的成分が水である場合には、１４５０＋２０ナノメートルの波長と、１４５０－５０ナノメートルの波長との２つの波長であってもよい。非目的成分の吸収スペクトルのピークの波長を原点として互いに符号が逆である位置に位置する２つの波長は、非目的成分の吸収スペクトルのピークの波長を原点として互いに符号が逆である変曲点の位置に位置する波長であってもよい。

所定の相関関係を有する波長は、例えば、非目的成分の吸収スペクトルの変曲点の波長を原点として互いに符号が逆である位置に位置する２つの波長であってもよい。非目的成分の吸収スペクトルの変曲点の波長を原点として互いに符号が逆である位置に位置する２つの波長とは、例えば、Ｈ＋１０ナノメートルの波長と、Ｈ－１０ナノメートルの波長との２つの波長であってもよい。Ｈは、非目的成分の吸収スペクトルの変曲点の波長である。非目的成分の吸収スペクトルの変曲点の波長を原点として互いに符号が逆である位置に位置する２つの波長とは、例えば、Ｈ＋７ナノメートルの波長と、Ｈ－５ナノメートルの波長との２つの波長であってもよい。

なお、変形例の濃度測定装置１ａが、非目的成分励起光を照射する３つ以上の照射部を有する場合には、それぞれの非目的成分励起光の波長は、所定の相関関係を有する波長である。３つ以上の非目的成分励起光の間の所定の相関関係とは、例えば、略半数の波長が非目的成分の吸収スペクトルのピークの波長を原点として正の側に位置し、残りの非目的成分励起光の波長が負の側に位置するという関係であってもよい。
ここまでで、図１１が示す変形例の濃度測定装置１ａに関する説明を終了する。

なお、情報処理部１００及び１００ａは、第１測定結果情報に基づいて水の量を取得してもよい。情報処理部１００及び１００ａは、どのように水の量を取得してもよい。情報処理部１００及び１００ａは、例えば、多変量解析によって水の量を取得してもよい。情報処理部１００及び１００ａは、例えば、予めニューラルネットワーク等の機械学習の方法によって学習された学習モデルであって、低温状態の透過光の強度と高温状態の透過光の強度と水の量との関係を表す学習モデルに基づいて水の量を取得してもよい。

なお、第１の波長が、温度変化に対する水の吸光度の変化が線形である波長帯域に属する波長である場合には、濃度測定装置１及び濃度測定装置２は多変量解析の方法によって機械学習の方法によって測定されるグルコースの濃度の測定精度と同程度以上の精度でグルコースの濃度を測定することができる。

一方で、第１の波長が、温度変化に対する水の吸光度の変化が非線形である波長帯域に属する波長である場合には、濃度測定装置１及び濃度測定装置２は、機械学習の方法によって、多変量解析の方法によって測定されるグルコースの濃度の測定精度以上の精度でグルコースの濃度を測定することができる。
なお、濃度測定装置１及び濃度測定装置２が多変量解析の方法によって濃度を測定する場合には、生体９に照射する波長ごとの生体９に生じる変化に関して、波長間の相関関係がある方が測定の精度が向上する。一方、濃度測定装置１及び濃度測定装置２が機械学習の方法によって濃度を測定する場合には、生体９に照射する波長ごとの生体９に生じる変化に関して、必ずしも相関関係が無くてもよい。

図１３～図１５によって、濃度測定装置１、２及び１ａが多変量解析によって取得したグルコースの濃度と真値との誤差をシミュレーションした結果を説明する。
図１３は、シミュレーションに用いられた水とグルコースとの吸収スペクトルの一例を示す図である。
シミュレーションに用いられた水は、１４５０ナノメートルに極大値をもつスペクトルである。シミュレーションに用いられたグルコースは、１６００ナノメートルに極大値をもつスペクトルである。図１３において、解析波長点は、シミュレーションにおける第２の波長の候補を示す。

図１４は、非目的成分励起光として第２の波長の光のみが照射された場合に、濃度測定装置１、２及び１ａが多変量解析によって取得したグルコースの濃度の真値との誤差を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
シミュレーションは、生体９の温度が２８℃における生体９の吸収スペクトルであってグルコースの濃度が０％、０．０５％、０．１％、０．１５％、０．２％のそれぞれの場合の生体９の吸光スペクトルと、生体９の温度が３０℃における生体９の吸収スペクトルであってグルコースの濃度が０％、０．０５％、０．１％、０．１５％、０．２％のそれぞれの場合の生体９の吸光スペクトルと、生体９の温度が３２℃における生体９の吸収スペクトルであってグルコースの濃度が０％、０．０５％、０．１％、０．１５％、０．２％のそれぞれの場合の生体９の吸光スペクトルとの全部で１５のスペクトルが既知であるとして実行された。
シミュレーションは、真値が３１℃であって、グルコースの濃度が０．０７％であると仮定して実行された。

図１４の横軸は波長を表す。図１４の縦軸は、誤差を表す。図１４において、水推定誤差は、ミシュレ―ションによって算出された誤差であって、濃度測定装置１、２及び１ａが取得する水の量と真値との誤差を表す。図１４において、Ｇｌｃ推定誤差は、ミシュレ―ションによって算出された誤差であって、濃度測定装置１、２及び１ａが取得するグルコースの濃度と真値との誤差を表す。図１４において、温度推定誤差は、ミシュレ―ションによって算出された誤差であって、濃度測定装置１、２及び１ａが取得する水の温度と真値との誤差を表す。
図１４は、非目的成分励起光として第２の波長の光のみが照射された場合に濃度測定装置１、２及び１ａが多変量解析によって取得するグルコースの濃度は、真値との誤差が２０％から２５％であることを示す。

図１５は、非目的成分励起光として第２の波長の光と第３の波長の光とが照射された場合に、濃度測定装置１、２及び１ａが多変量解析によって取得したグルコースの濃度の真値との誤差を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
シミュレーションは、図１４と同様の情報が既知であるとして実行された。すなわち、図１５においても、シミュレーションは、生体９の温度が２８℃における生体９の吸収スペクトルであってグルコースの濃度が０％、０．０５％、０．１％、０．１５％、０．２％のそれぞれの場合の生体９の吸光スペクトルと、生体９の温度が３０℃における生体９の吸収スペクトルであってグルコースの濃度が０％、０．０５％、０．１％、０．１５％、０．２％のそれぞれの場合の生体９の吸光スペクトルと、生体９の温度が３２℃における生体９の吸収スペクトルであってグルコースの濃度が０％、０．０５％、０．１％、０．１５％、０．２％のそれぞれの場合の生体９の吸光スペクトルとの全部で１５のスペクトルが既知であるとして実行された。
また、図１４と同様に、シミュレーションは、真値が３１℃であって、グルコースの濃度が０．０７％であると仮定して実行された。

図１５の横軸は波長を表す。図１５の縦軸は、誤差を表す。図１５は、非目的成分励起光として第２の波長の光と１４５０ナノメートルより長い第３の波長の光とが照射された場合には、濃度測定装置１、２及び１ａが多変量解析によって取得するグルコースの濃度は、真値との誤差が５％～１０％であることを示す。
また、図１５は、非目的成分励起光として第２の波長の光と１４５０ナノメートル以下の第３の波長の光とが照射された場合には、濃度測定装置１、２及び１ａが多変量解析によって取得するグルコースの濃度は、真値との誤差が２０％～２５％であることを示す。
非目的成分励起光として第２の波長の光と１４５０ナノメートル以下の第３の波長の光とが照射された場合には、濃度測定装置１、２及び１ａは機械学習の学習結果に基づいてグルコースの濃度を取得することが望ましい。

図１６は、濃度測定装置１、２及び１ａが機械学習の学習結果に基づいて取得したグルコースの濃度と真値との誤差の一例を示す図である。
図１６の結果を取得するための機械学習の教師データは、グルコースの濃度の真値を０．０８～０．１７％にまで０．０１％刻みで変化させ、温度を３５℃から３７℃まで０．２℃刻みで変化させた場合に、濃度測定装置１、２及び１ａが取得したグルコースの濃度の濃度である。
図１６は、学習したモデルに基づいて、温度が３６℃であって、真値が０．０８５～０．１６５％のグルコースの濃度を濃度測定装置１、２及び１ａが取得した場合における濃度測定装置１、２及び１ａが取得したグルコースの濃度と真値との誤差を示す。
図１６は、濃度測定装置１、２及び１ａが取得した温度と真値との誤差も示す。
図１６は、学習したモデルに基づいた場合、濃度測定装置１、２及び１ａが取得したグルコースの濃度と真値との誤差は、２％以下であることを示す。

なお、濃度測定装置１、２及び１ａの各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

なお、情報処理部１００、２００及び１００ａは、ネットワークを介して通信可能に接続された複数台の情報処理装置を用いて実装されてもよい。また、情報処理部１００、２００及び１００ａは、測定結果を出力してもよい。また、情報処理部１００、２００及び１００ａは、測定結果を表示する表示装置を備えても良い。この場合、情報処理部１００、２００及び１００ａが備える各機能部は、複数の情報処理装置に分散して実装されてもよい。例えば、制御部１１０と、第１強度取得部１２０及び第２強度取得部１３０と、補正部１４０、温度情報取得部１５０及び濃度取得部１６０とは、それぞれ異なる情報処理装置に実装されてもよい。

なお、濃度測定装置１、２及び１ａは、ネットワークを介して通信可能に接続された複数台の装置を用いて実装されてもよい。
この場合、濃度測定装置１は、例えば、制御部１１０、第１照射部１４、第２照射部１５及び受光部１６を備える光測定装置と、第１強度取得部１２０、第２強度取得部１３０、補正部１４０、温度情報取得部１５０及び濃度取得部１６０を備える処理装置と、の２つの装置で実装されてもよい。

なお、強度Ｅ２は強度Ｅ１と異なる強度であれば、必ずしも、強度Ｅ１よりも強くなくてもよい。なお、透過光の強度と振動波の振幅とは、２乗した次元がエネルギーに比例する物理量である。なお、透過光の強度と、振動波の振幅とは、測定対象の変化に起因する物理量の一例である。なお、第１強度取得部１２０及び第１振幅取得部２２０は、第１取得部の一例である。なお、第２強度取得部１３０及び第２振幅取得部２３０は、第２取得部の一例である。なお、強度Ｅ１は第１の強度の一例である。なお、強度Ｅ２は第２の強度の一例である。なお、第３照射部１５－２～第Ｎ照射部１５－（Ｎ－１）は、Ｍ個の照射部の一例である。なおＭは、１以上の整数である。なお、吸収スペクトルのシフト量は、吸収スペクトルの変化の一例である。なお、吸収スペクトルの変化は、必ずしもシフト量の変化だけでなく、吸収スペクトルの形状の変化であってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１、２、１ａ…濃度測定装置、 １１、２１…ＣＰＵ、 １２、２２…メモリ、１３、２３…補助記憶装置、 １４…第１照射部、 １５…第２照射部、 １６、１６ａ…受光部、 １００、１００ａ…情報処理部、 １１０、２１０…制御部、 １２０…第１強度取得部、 １３０…第２強度取得部、 １４０、２４０…補正部、 １５０、２５０…温度情報取得部、 １６０、２６０…濃度取得部、 ２４…第１変調部、 ２５…第２変調部、 ２６…感圧部、 ２２０…第１振幅取得部、 ２３０…第２振幅取得部

Claims (25)

1. 目的成分と非目的成分とを有する測定対象に第１の波長の光を照射する第１照射部と、
   前記第１の波長と異なる波長である第２の波長の光を前記測定対象に照射する第２照射部と、
   前記第２の波長との間において、前記非目的成分の吸収スペクトルのシフトに関する所定の相関関係を有する波長である第３の波長の光を照射する第３照射部を含むＭ（Ｍは１以上の整数）個の照射部と、
   前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を第１の強度で前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第１取得部と、
   前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を前記第１の強度と異なる第２の強度で前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第２取得部と、
   前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて前記測定対象の温度変化に関する情報である温度情報を取得する温度情報取得部と、
   前記温度情報と前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて、前記目的成分の濃度を取得する濃度取得部と、
   を備える濃度測定装置。
2. 前記濃度取得部は、多変量解析によって前記濃度を取得する、
   請求項１に記載の濃度測定装置。
3. 前記濃度取得部は、予め学習された学習モデルであって、前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量と前記温度情報と前記濃度との関係を表す学習モデルに基づいて、前記濃度を取得する、
   請求項１に記載の濃度測定装置。
4. 前記第２の波長は、前記目的成分の吸光度が前記非目的成分の吸光度より小さい波長である、
   請求項１に記載の濃度測定装置。
5. 前記第２の波長は、前記非目的成分の吸収スペクトルを所定の大きさ以上に変化させる波長である、
   請求項４に記載の濃度測定装置。
6. 前記第２の波長は、前記非目的成分の吸光度が極大である波長である、
   請求項５に記載の濃度測定装置。
7. 前記第２の波長は、前記非目的成分の吸光度が極大である波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長である、
   請求項５に記載の濃度測定装置。
8. 前記第１の波長は、前記目的成分の吸光度が極大である波長を中心とした±７０ナノメートルの範囲内の波長である、
   請求項１に記載の濃度測定装置。
9. 前記第１の波長は、目的成分の吸光度が極大である波長である、
   請求項２に記載の濃度測定装置。
10. 前記第１取得部が取得した前記物理量と前記第２取得部が取得した前記物理量とに基づいて、前記物理量に対する環境の影響を表す値である補正係数を取得し、取得した前記補正係数によって、前記第１取得部が取得した前記物理量と前記第２取得部が取得した前記物理量とを補正する補正部、
    をさらに備える請求項１に記載の濃度測定装置。
11. 前記環境の影響は、前記非目的成分の量である、
    請求項１０に記載の濃度測定装置。
12. 前記環境の影響は、前記第１の波長に対する前記非目的成分の吸光度と前記第２の波長に対する前記非目的成分の吸光度である、
    請求項１０に記載の濃度測定装置。
13. 前記環境の影響は、前記第１の波長の光を受光する受光部の性能である、
    請求項１０に記載の濃度測定装置。
14. 前記第１の波長の光と、前記第２の波長の光との少なくとも一方は、符号化された光である、
    請求項１に記載の濃度測定装置。
15. 前記第２の波長と前記第３の波長とは、前記非目的成分の吸収スペクトルのピークの波長を原点として互いに符号が逆である位置に位置する波長である、
    請求項１に記載の濃度測定装置。
16. 前記第２の波長と前記第３の波長とは、前記非目的成分の吸収スペクトルの変曲点の波長を原点として互いに符号が逆である位置に位置する波長である、
    請求項１に記載の濃度測定装置。
17. 前記物理量は前記測定対象に照射された光の透過光、散乱光又は反射光の強度である、
    請求項１に記載の濃度測定装置。
18. 前記物理量は、前記測定対象に照射された光の透過光の強度である、
    請求項１７に記載の濃度測定装置。
19. 前記物理量は前記測定対象に照射された光によって前記測定対象に発生した振動波の振幅である、
    請求項１に記載の濃度測定装置。
20. 前記振動波は前記測定対象に照射された光によって前記測定対象に発生した弾性波の振幅である、
    請求項１９に記載の濃度測定装置。
21. 前記振動波は前記測定対象に照射された光によって前記測定対象に発生した熱波の振幅である、
    請求項１９に記載の濃度測定装置。
22. 圧力が加わったときに前記圧力の大きさに比例する電圧を発生させる圧電体と、
    前記圧電体に張力を与えて前記圧電体を前記測定対象に密着させる保持具と
    を備え、
    前記第１取得部及び前記第２取得部は、前記圧電体が発生した電圧に基づいて前記物理量を取得する、
    請求項１９に記載の濃度測定装置。
23. 前記温度情報は、前記非目的成分の吸収スペクトルのシフト量である、
    請求項１に記載の濃度測定装置。
24. 目的成分と非目的成分とを有する測定対象に第１の波長の光を照射する第１照射部と、前記第１の波長と異なる波長である第２の波長の光を前記測定対象に照射する第２照射部と、前記第２の波長との間において、前記非目的成分の吸収スペクトルのシフトに関する所定の相関関係を有する波長である第３の波長の光を照射する第３照射部を含むＭ（Ｍは１以上の整数）個の照射部と、前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を第１の強度で前記測定対象に照射した場合に、前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第１取得部と、前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を前記第１の強度と異なる第２の強度で前記測定対象に照射した場合に、前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第２取得部と、前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて前記測定対象の温度変化に関する情報である温度情報を取得する温度情報取得部と、前記温度情報と前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて、前記目的成分の濃度を取得する濃度取得部と、を備える濃度測定装置が行う濃度測定方法であって、
    前記測定対象に前記第１の波長の光を照射する第１照射ステップと、
    前記第２の波長の光を前記測定対象に照射する第２照射ステップと、
    前記第３の波長の光を前記測定対象に照射する第３照射ステップと、
    前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を第１の強度で前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第１取得ステップと、
    前記第１照射部が前記第１の波長の光を前記測定対象に照射して、前記第２照射部が前記第２の波長の光を前記第１の強度と異なる第２の強度で前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、及び、前記第３照射部が前記第３の波長の光を前記測定対象に照射した場合に前記測定対象の変化に起因する物理量、をそれぞれ取得する第２取得ステップと、
    前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて前記測定対象の温度変化に関する情報である温度情報を取得する温度情報取得ステップと、
    前記温度情報と前記第１取得部が取得した物理量と前記第２取得部が取得した物理量とに基づいて、前記非目的成分の濃度を取得する濃度取得ステップと、
    を有する濃度測定方法。
25. 請求項１に記載の濃度測定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記憶する非一時的記録媒体。

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