JPH09512722A

JPH09512722A - 生物学的試料に含まれるグルコースの分析のための方法および装置

Info

Publication number: JPH09512722A
Application number: JP7528590A
Authority: JP
Inventors: エッセンプライス、マッチアス; クニューテル、アレクサンダー; ベッカー、ディルク
Original assignee: ベーリンガー・マンハイム・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date: 1994-05-05
Filing date: 1995-04-26
Publication date: 1997-12-22
Also published as: FI964263A; FI964263A0; TW275570B; ATE174196T1; DE59504495D1; CA2189047A1; AU686373B2; NZ284432A; EP0758211A1; US5710630A; KR970702010A; IL113570A0; EP0758211B1; WO1995030368A1; NO964618L; NO964618D0; AU2303195A

Abstract

(57)【要約】生物学的な試料内のグルコースの濃度の分析的な決定のための方法。検知工程において、光が（２２）により試料（２４）内に照射され、当該光とプローブから発せられた光（２４）との相互作用ののち（２３）によって検知され、該相互作用によって変化しうる光の物理的特性が決定される。グルコース濃度は評価工程におけるこの測定から見出される。試薬なしのグルコースの決定のための非侵襲的な方法を提供するために、受光器の定義された光学的な長さを備えた参照光路（２６）を経て発光器により照射された光の一部が、その総光路についても定義された光学的な長さを有している受光器に伝達され、測定された参照光が互いに干渉するように参照光路とともに試料を経て通過したのち測定された光路を伝達することが提案されている。ここでは受光器が、グルコース濃度を見出すために評価工程において用いられる干渉信号を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】生物学的試料に含まれるグルコースの分析のための方法および装置本発明は生物学的試料に含まれるグルコースの分析のための方法およびその測定装置に関するものである。「生物学的試料」の概念は生体の体液または組織という意味である。生物学的試料はほとんどが光学的に不均質である。すなわち、それらは入射光を散乱させる多数の散乱中心を含んでいる。生物組織、とくに皮膚組織のばあいでは、細胞壁およびその他組織中に含まれる構成成分が散乱の中心を形成する。体液、とくに血液も入射光を散乱させる粒子を含んでいるので、やはり光学的に不均質な生物試料である。ミルクやその他食品化学で分析の対象となる液体も、たとえば乳濁小油滴状の散乱中心を高濃度で含んでいることが多い。本発明は、比較的強く散乱した、すなわち、光学的に不均質な生物試料の分析に適している。しかしながら、本発明は適当な実施態様であれば、光学的に均質な（すなわち、散乱の少ない、あるいは実際上散乱のない）試料を分析することも可能であり、それを拒むものではない。このような生物試料の成分の定性、定量分析には、一般には、当該成分と化学反応を起こす試薬や試薬組成物が使用される。反応の結果、反応溶液には物理的に検証可能な変化、たとえば、測定量として表しうる変色が現れる。既知濃度の標準試料との比較から、それぞれの濃度間の相互関係およびそのときの各種測定量の相関関係を求める。これらの方法は高い精度および感度での分析を可能にするが、分析のための液体試料、とくに血液試料を体内から採取する（体内侵入分析）必要がある。この試料採取は不快で苦痛を伴い、何らかの感染に繋がる危険がある。これはとくに度重なる分析の必要な病気のばあいに言えることである。その代表例が真性糖尿病である。この病気のばあいでは、患者が重い続発症や危険状態に陥るのを避けるために、血液中のグルコース量を頻繁に、それどころか連続的に測定する必要がある。それゆえ、血液中、組織内のグルコースやその他生物学的試料をインビボ（in vivo）および非侵襲的に測定する方法や装置が既に多数提案されている。生体内グルコースの物理化学的（試薬なしの）測定法については、ヨットデークルゼ−ヤーレス（J.D．Kruse-Jarres）著、ヨットクリンヒェムビオヒェム２６（１９８８年）、２０１〜２０８頁（J．Clin．Chem．Clin．Bio chem．26（1988）、PP 201-208）に概説されている。非侵襲法としてはとくに核スピン共鳴（NMR,nuclear magnetic resonance）、電子スピン共鳴（ESR,electr on spin resonance）および赤外線分光法が挙げられる。しかし、これらの方法のいずれも今日まで実用性をもつにいたらなかった。これらは日常的な分析や患者の自己コントロール（ホームモニタリング）には不適当なほど大型で、しかも高コストの装置を必要とするからである。本発明は送光器から出た測定光が試料と境界をなす界面を通って１次光として試料に入射し、生物学的試料からこの境界面を通って出てきた光が受光器によって検出されるという方法のなかの一部類に属している。生物学的試料との相互作用（試薬不使用）によって変化する光の物理的特性を測定するのが目的であるが、この光の物理的特性は生物学的試料内のグルコースの濃度と相関関係にある。このようなプロセスを以下「検出過程」と言う。検出過程で測定したグルコース濃度と相関関係にある光の物理特性は、「定量化可能パラメーター」（英語ではquantifiable parameter）とも称せられるが、以下、簡易化のために「測定量」ということにする。しかしこの概念は、測定量の値が該当する測定単位で計測されねばならないとまで理解してはならない。ここで取り上げている方法のばあい、通例グルコース濃度の絶対値測定は不可能なので、（化学反応にもとづく通常の分析法と全く同様に）比較、検度が必要である。通例、測定技術的には検出過程と同様の様式をなす少なくとも１回の検度過程において既知のグルコース濃度を持った生物学的試料をもとに測定量を決定する。そのばあい、試料のグルコース濃度は、グルコースの絶対濃度測定用の既知である何らかの方法によってその都度測定することが可能である。グルコース濃度は、分析方法の評価段階で少なくとも一検出過程における測定量を少なくとも一検出過程の値と比較してその変化から求める。評価過程には、グルコース濃度を少なくとも一検出過程の結果からあらかじめ定めた方法で求めるという評価計算法を含むものとする。そのような方法で対象になる光の波長は、一般には約３００〜数１０００ｍμ の範囲、すなわち、近紫外線と近赤外線間の分光域にある。「光」の概念は光の可視分光域に限定して理解してはならない。この種の方法で一般に知られているのはほとんどすべてが分光学の原理にもとづくものである。その原理は入射１次光と分析対象である分子の振動および回転状態との相互作用である。そのばあいの測定量は光の強度Ｉであって、生物学的試料内での吸収による強度低下を波長Ｌとの関係で求めるのである。通常、光の強度低下は吸収Ｅ（Ｌ）＝ｌｇ［Ｉ（Ｌ）／Ｉ₀（Ｌ）］で表される。ただし、Ｉは２次光の強度、Ｉ₀は１次光の強度である。グルコースの振動および回転の基底状態はＩＲ域では波長２５００ｍμ以上のところにある。これらの波長については生物学的試料中常に高い割合で存在する水に強く吸収されるため体内非侵襲性のグルコース分析には使用できない。近赤外線（NIR）域では水による吸収はもっと少ない（いわゆる「水透過孔」）。この領域でのグルコースの分光分析は過剰濃度による吸収およびグルコース分子の振動、回転基底状態の併合振動にもとづいている（クルゼ−ヤーレス（Kruse-Ja rres）の前記引用論文およびヨーロッパ特許出願公開第０４２６３５８号公報参照）。この原理にもとづく体内非侵襲性グルコースセンサーの実現には非常な困難を伴う。有用シグナル（グルコース濃度の変化に伴う吸収スペクトルの変化）は、とくに水やその他吸収性の強い成分を原因とする障害信号にくらべれば非常に少ない。しかも組織や血液中での強い散乱が大きな障害因子になっている。この問題の解明に各種多数の試験が実施された。障害因子の多くは示差測定と共に波長の適切な選択によって除去すべきであるが、とくに「２波長分光法」が広く普及している。この方法では第１の測定波長をグルコースができるだけ強く吸収するように選択し、第２の波長を参照波長として吸光ができるだけグルコース濃度に左右されないように選択する。この方法あるいは類似の方法は、たとえばヨーロッパ特許出願公開第０１６０７６８号公報、国際出願公開第９３／００８５６および米国特許第５，０２８，７８７号明細書の対象になっている。ヨーロッパ特許出願公開第００７４４２８号公報にはレーザー光の散乱によるグルコース定量測定のための方法および装置が公表されている。その原理はグルコース分子が溶液透過光線を散乱させるのを利用したもので、それによりグルコース濃度を導き出すのである。この理論によれば、試験セルまたは被験体から出た透過光線強度の立体角分布をグルコース濃度と相関する測定量として使用する。とくに、グルコース濃度依存性の変化ができるだけ大きな波長域において透過光線の強度を測定し、試料を垂直に透過する中央光線で測定した強度との相対値を求める。このような努力にもかかわらず実際に機能する体内非侵襲性グルコースセンサーはいまだ提供されるにいたってない。本発明の課題は、試薬を使わず、体内に入れずに操作でき、しかも、たとえば分析対象物の濃度変化を充分に長い期間をかけて観察するばあい（経過コントロールのばあい）に、良好な分析精度の発揮できる生物試料内グルコース用分析測定法を提供することにある。この課題は前記説明の意味で少なくとも一検出過程および一評価過程を含む方法において、送光器から発する光の一部を一定の光学経路を有する参照光路上で受光器に導くこと、１次側測定光路、試料光路および２次側測定光路からなる総測定光路に一定の光学経路を持たせること、２次側試料光路と参照光路を受光器に入る前に２次光と参照光が互いに干渉し合うように合一させることで解消する。ただし、受光器は干渉信号を測定し、干渉信号は評価過程においてグルコース濃度の測定に用いられる。本発明はまた、生物試料中のグルコース濃度の分析測定用装置をも対象とする。当装置は測定光製出用送光器、測定光が試料界面を通って生物試料に入射しうるよう光孔を持った光線入射部品、送光器と界面を結び付ける一次側測定光路、試料との界面における相互作用ののち試料から出る測定光のための吸光材および測定光が試料から出る界面と受光器とを結びつける２次側試料光路を有している。当分析測定用装置は送光器と受光器が一定の光学経路を持った参照光路を通じて互いに結合し合っていて、２次側試料光路には２次側測定光路と参照光路が受光器の同一場所で会して干渉信号を生み出すよう、両者を合一させるための光学カップラーが設置されていることを特徴としている。本発明の本質的要素は、測定光と試料を通らない一定の光路上を通る参照光線との干渉からグルコースの分析にとって重要な情報がえられるという認識にある。本発明の意味での干渉信号を製出するためには、下記の基本的な測定技術条件に注意しなければならない。干渉の前提条件として対象の部分光線は干渉性でなければならない。本発明のとくに重要な実施態様には、干渉長の短い光がとくに好ましい。そのばあいの送光器としては、とくに発光ダイオードあるいはスーパールミネセンスダイオードを使用する。測定光と参照光は同じ送光器から発し、同じ受光器（検出器）で検出される。干渉調整装置には、送光器から発した光を参照光線と測定光線とに分け、また受光器の前で再び合一化するために光学カップラーが使用される。総測定光路（送光器から試料界面にいたるまでの１次側測定光、当測定光を出発点として試料内を進む試料光路および測定光が出てくる試料表面から受光器にいたるまでの２次側測定光路からなっている）と参照光路は常にそれぞれ定義づけされた一定の光学経路を有していなければならない。ここで言う「定義づけされた光学経路」は、干渉現象を測定技術的に把握し、評価するための前提となるものである。干渉信号の検出には、互いに干渉し合う２つの部分光線が検出箇所（受光器の感光表面）で干渉することが条件となる。それゆえ、受光器に到る道程では干渉が維持されたままになるように両光路を設定しなければならない。そのためには送光器と受光器のあいだで光子の進んだそれぞれの距離が、光路上での干渉が消えて測定技術を損なうというまでにいたらない程度に等しくなければならない。「（干渉測定上）定義づけされた光学的経路」の概念はこのように理解する。光学的経路とは群速度を考慮した光子の媒質中の道程である。均質媒質中では光学経路Ｉ₀は屈折率ｎと光の幾何学的経路ｌｇとの積である（Ｉ₀＝ｎ・ｌ_g）。本発明の干渉信号とは、測定光と参照光が光学的に干渉し合うことに基因して、受光器によって製出される電気信号またはその信号成分である。それゆえ、干渉信号は測定個所（受光器の感光面）において両光線成分が干渉を起こすばあいに限り測定される。干渉測定法では検出器信号のうち干渉に帰因する成分をできるだけ単独で把握するために、変調して操作するのが通例になっている。それにより少なくとも光路（参照光路または測定光路）の１つにおいて光学経路が変調される。変調は、通常ではたとえば圧電器変換器（piezoelectric transducer、PZT）によってなされている。変調が光学経路におけるごくわずかな振動変化をもたらす（通常光の波長より小さな長さ変化および通例数１０キロヘルツの周波数を伴う）。光学経路のこの変調と干渉とが組み合わさって、通常の周波数選択方式の測定法（たとえば、ロックイン（lock in）原理）で選択的に増幅、測定しうるＡＣ（交流）成分−受光器信号に変調周波数を伴う−が生じる。「測定」とはこの関係では干渉信号に対応する電気量の再現可能な計測技術的測定を意味している。単位の整合化という意味での絶対値測定は通例必要でない。干渉利用の測定法は他の応用分野でも知られており、しばしば適用されている。とくに、低干渉性分析（low coherence interferometry、LCI）といわれる干渉長の短い送光器の使用下での干渉分析にもそれが当てはまる。たとえば、つぎの文献があるので紹介しておく。ダニエルスン（Danielson）他：ガイディッド−ウェイブリフレクトミトリーウィズマイクロミターレズリューション（Guided-wave reflectometry with micrometer resolution）アプライドオプティックス（Applied Optics）２６巻（１９８７年）２８３６〜２８４２ページタカダ（Takada）他：「ニュー」メジュアメントシステムフォアフォールトロケーションインオプティカルウェイブガイトデバイシーズオンアンインターフェロメトリックテクニック」（New measurement system for fault location in optical waveguide devices based on an interferometric technique）、アプライドオプティックス（Applied Optics）２６巻（１９８７年）１６０３〜１６０６ページシュミット（Schmitt）他：メジュアメントオブオプティカルプロパティーズオブバイオロジカルティッシューズバイロウ−コヒーレンスリフレクトミトリー（Measurement of optical properties of Biological Tissue s by Low-Coherence Reflectometry）、アプライドオプティックス（Applied Optics）３２巻（１９９３年）６０３２〜６０４２ページ国際出願公開第９２／１９９３０号公報これらの文献では、技術対象物（情報伝送システム用光伝導ファイバー）ばかりか生体組織の光学特性も研究されており、最後に挙げた文献では生体組織が３次元画像法の形式で描かれている。これらの文献（とくに、国際出願公開第９２／１９９３０号公報）には測定技術に関する多数の詳細事項が含まれており、本発明でも効果的に利用できるのでそれらを充分に引用している。生物学的試料の成分濃度、とくにグルコース濃度の分析可能性については文献には参考になることは出ていなかった。干渉信号は評価段階においてグルコース濃度を求めるにあたり、様々な方法で利用することができるが、とくに以下に説明する３つの方法が好ましい。なお、詳細は図の解説の際に主要実施態様を例示して説明する。それらの方法のうち最初のものは、発明者の現在の認識によるともっとも見込みのありそうな方法であるが、その方法では生物学的試料（マトリクスともいわれる）内での光子の光学路が分析上利用できる程度にグルコース濃度に影響されるということを前提としている。干渉測定法の利用により、試料内の光の群速度、換言すれば、試料の屈折率に相当する測定量を高い精度で測定することが可能である。これがどのようにして実施できるかは、のちに図を基に掘り下げて説明する。第２の方法では生物試料内の散乱粒子における横断面の変化を対応の測定量で把握する。この目的には、試料からの反射光が２次側測定光路に入るような仕組みになっている反射装置を使用する。幾何学的に表せば１次側測定光路と２次側測定光路が試料界面で区切られた同一の半空間に位置している。そのばあい、反射／干渉測定の面から言えば、通常同一の光学的構成要素が１次側測定光路および２次側測定光路を形成している。すなわち、試料から同一測定光路に戻る光が把握されることになる。この方法ではそのほか干渉長の短い送光器を使用することが必要である。散乱横断面に対応した、グルコース濃度の特徴的測定量を求めるには、試料光路の経路と参照光路の経路との比率を別な値に設定する。これは試料光路の長さおよび（または）参照光路の長さを変更することによって行えるが、参照光路の変更の方が構造的に容易であり、好ましい。光学経路の相互関係は、干渉信号が試料の別な深度での反射に対応するように設定する。そのばあい、グルコースの濃度は光学経路の相互関係（すなわち、測定光の反射した試料の深度）に対する干渉信号の依存性から求める。第３の方法では先に説明した分光測定法のばあいと同じように、測定量として光学吸収の波長依存性を求める。試料内の光学経路を測定するために、発明の範囲内で干渉信号の情報内容を利用する。それにより、従来法では、なかんずく試料内の光路の長さの不確かなことから発生していた測定ミスが避けられる。以下では図で表した実施例をもとに本発明をさらに詳しく説明する。なお、各図の内容はつぎのとおりである。図１本発明に使用可能な反射／干渉測定器の構造図式図２測定量としての散乱横断面に関する実験結果を示したグラフ図３本発明に使用可能な透過／干渉測定器の構造図式図４本発明の実施態様の説明のために極度に図式化した眼の横断面図５図４に準拠して構成した眼前房の実験模型図６ａ、６ｂ図５の模型に従って行った実験における２つの干渉グラフ図７ａ、７ｂ図６ａ、６ｂの測定結果に対しフーリエ変換によって作成した位相／振動数グラフ図８実験測定量（位相傾斜偏差）とグルコース濃度との相関関係のグラフ表示図９純水と比較してのグルコース溶液の屈折率増大過程を光の波長の関数で表したグラフ図１０本発明にもとづいて測定した屈折率のグルコース濃度依存性を異なった２つの光波長について表したグラフ図１１図１０の両波長間の屈折率差のグルコース濃度依存性について表したグラフ図１は本発明にもとづく短干渉性反射干渉測定器１（short coherence reflec tion inter-ferometer、以下、“SCRI”とも表示する）の原理構造を示している。この測定器には送光腕３、試料腕４、参照腕５および検出腕６が装備されていて、それぞれが光カップラー７を通じて互いに連結している。図示した代表的な実施態様では、干渉測定器１は光ファイバーで構成されている。すなわち、干渉測定機の光路は単式光伝導ファイバー（single mode optica l fibers）で構成されており、光カップラーも光ファイバー製である。半導体送光装置１０（好ましくはスーパールミネセンスダイオード）から発する干渉長の短い（それに対応して帯域幅の広い）測定光は光カップラー７の入口に達する。さらに測定光は試料腕４を通って各部構成要素をもつ入射装置１１に導かれる。入射装置１１には測定ヘッド１３および光孔１２があって、測定光はこの光孔を通って試料１４に入射する。数字１５で示した面は光が試料に入り込む界面である。主要適用例における試料は人間の皮膚組織であるが、とくに指先の内側、上腹の表層部、唇、舌、上腕内側の皮膚組織あるいは強膜組織である。これらの組織表面が界面１５を形成する。生物学的試料が透光性容器（セル）に入った液体（とくに血液）であるばあいは、液体と液体で濡れた容器内壁との界面を生物試料の界面と見なす。以下では試料のことをいうばあい、共通性は別として皮膚組織を指すものとする。試料内試料光路１６に入った測定光は、記号で表示した散乱の中心１７から測定ヘッド１３の方向へ反射する。そのばあい測定ヘッド１３に設けられた光孔１２に射し込んだ光は試料腕４を通って光カップラー７に戻る。光カップラー７の出口側には参照腕５も接続していて、光源１０から光カップラー７へ入り込んだ光エネルギー成分は全体を１９で表した反射装置に到達する。反射装置には光学軸の方向に動かすことのできる反射器２０（ミラー）があって、そこに当たった光は逆方向に反射するようになっている。反射器２０は光学軸の方向に動かせるが、本例ではそのために駆動装置２１を用いている。試料１４や反射器２０に当たって反射した光は光カップラー７で合流して検出器６を通って受光器２３に達する。測定光と参照光が同時に同一空間構成要素内（たとえば検出器表面）にあると、それにより当該空間においては可干渉性の条件が満たされる。検出器６を通る両光線が１次的にでも可干渉性であれば干渉が起きる。測定光が試料１４に入射するルートとしての１次側測定光路２２は、図１の実施態様のばあい送光腕３および試料腕４からなるが、一方２次側測定光路は試料腕４および検出器の腕６からなっている。２６で表される参照光路は全体として送光腕３、参照腕５および検出器の腕６で構成されている。したがって、例示した実施態様のばあい、１次側測定光路２２と２次側測定光路２４は部分的に（すなわち、光カップラー７と界面１５間が）一致しているので、両光路は光学的に同じ構成成分中を通過することになる。干渉を本発明の意味において測定技術上利用するためには、１次側測定光路２２、試料光路１６および２次側測定光路２４によって形成される総測定光路および参照光路２６がそれぞれ（干渉分析上）定義づけされた長さを有していることが前提条件である。送光器１０が短い以下、とくに好ましくは１０μｍ以下）を有するという好ましい状況をえるには、干渉条件としてさらに総測定光路と参照光路の光学経路が同じ長さであることが必要である。そうでないと、光の成分に必要な一時的干渉性が生まれない。紹介した実施例で言えば、光カップラー７から試料腕４を通って反射性散乱の中心７に到る光学経路と光カップラーから参照腕５を通って反射器２０に到る光学路の長さが同じでなければならない。送光器１０の干渉長によって定義づけされた限界内でこの条件が満たされたばあいしか受光器２３は干渉信号の測定をすることができない。干渉信号の選択的検出には、紹介した例のばあいではＰＺＴ２７を備え付けている。それによって、測定光だけあるいは参照光だけを通す部分光路のいずれか１つ（本例では試料腕４）の光学経路が変調される。ＰＺＴ２７、送光器１０および反射器２０の駆動装置２１は電子調整、測定器２９によって制御されている。この調整、測定器は受光器２３の出力信号にも関わっている。調整、測定器２９のスイッチを入れると受光器２３にＰＺＴの変調周波数に対応した電気出力信号成分だけが狭い帯域で検出される。これを可能にする電子測定法、たとえばロックイン（lock in）法はよく知られており、ここで詳しく説明するまでもない。叙上のとおり、干渉分析測定法およびとくに短コヒーレンス性反射干渉分析測定法（SCRI）は他の応用分野でも知られている。そのばあい、たとえば前記文献に書かれているような多数の変化法および測定技術上特別な対策が用いられている。それらはここでえられた情報をもとに本発明の範囲でも応用できる。以下では例をもとに、本発明に照準した特別な対策およびこれまで述べてきたことに対する代替の可能性について若干の説明をする。単式光伝導ファィバーの幾何学的横断面は非常に小さく、したがってそれの形成する光路は定義づけされた経路をもっており、そのため繊維壁でのさまざまな反射によって引き起こされるさまざまな光路が避けられる。細い光線を試料１４または反射鏡２０に当たる前に拡張するのは通常行われていることで、本発明の範囲でも有効な処置である。図１に示された実施態様のばあいでは−単に記号で表しただけであるが−測定ヘッド１３あるいは反射装置１９の光学的構成要素１３ａあるいは１９ａが備えつけてある。拡張された光線は試料腕４あるいは参照腕５の一部を成しているが、それぞれ４ａ、５ａとして表している。試料１４の界面１５における入射および検出はそれぞれ定義づけされた一定の表面領域で行われる。その部分は深部情報を伝える信号の強度および鮮鋭度を考慮して最適な大きさにする。信号の強いほうが光線の通過が広い範囲にわたるときには有利であるが、それも観察域が拡大するにつれてコヒーレンス性の（Ko で検出される測定光の出入り口の直径は、好ましくは約０．１ｍｍ〜１ｍｍとする。紹介した光ファイバー形式の代わりに原則として自由光線システムも使用できる。そのばあいは光カップラーが光線分離器として働く。しかし光ファイバーのほうが構造上非常にコンパクトでコスト的にも有利である。変調技術は種々の方法で変化を加えることができる。とくに反射器２０は変調周波数に対応して発振振動を起こせばそれ自体変調に使用できる。しかしこれには比較的迅速な機械的運動が要求される。また、それぞれ異なった波長または波長域をもつ数種類の送光器で作業することも可能である。別々な光源の光は光カップラーの追加によって測定光路に組み入れることができる。紹介した実施態様のばあいでは、総測定光路と参照光路両者の経路の相互関係は反射器２０を参照光線の光学軸の方向にずらすことにより変化させることができるが、一方試料１４は測定ヘッド１３の出口１２に対して定義づけされた一定の位置にある。コスト高にはなるが、参照光路２６の代わりに測定光路２２、２４の長さを変えることも原則として可能である。そのばあい、たとえば、測定ヘッド１３の位置を定義づけされた位置にある試料１４に対し相対的にずらすことができる。図１は本発明に適した測定装置の原理的構造図である。実際には電子調整、測定装置２９を除き、示されたすべての構成要素がコンパクトな本体に集約されていて、その本体を所定の位置の皮膚表面に均等に圧力がかかるように押し付けるのである。測定個所の温度はそれぞれ一定に保つかあるいはその都度温度測定して、グルコース濃度計測の際に考慮するという方法が有力になるばあいがある。図に示した短コヒーレンス性反射干渉分析測定器によれば、試料１４内の定義づけされた深部から反射してくる干渉信号に的を合わせて測定することが可能である。したがって、たとえば網膜のように身体の比較的深い部分にある組織に照準して測定することもできる。叙上のように、干渉信号が受光器２３に現れるためには参照腕５の光路と試料光路１６を含めた試料腕４の光路とが同じ長さ（最大でコヒーレンス長さの分だけ相違）であることが前提条件である。深部走査（ depth scan）を可能にするには、参照腕５の操作上最短の光学経路が試料腕４の光学経路（光カップラー７から界面１５にいたるまで）よりやや短かめであるよう干渉分析測定器を構成する。この位置を初期ポジションとして、反射器２０を動かすことによって（図１では左から右）参照腕を延長すれば、前記両光学経路が一致している限り、界面１５に生じるフレネル反射により強い信号ピークが現れる。参照腕５をさらに延長すれば試料１４の反射点１７は奥深いほうへずれ込み、それによって試料光路１６が伸びる。そのばあい、試料光路１６の光学経路は参照腕５と試料腕４の光学経路間の差に相当する。反射散乱の中心１７が試料１４内適切な深度にあるばあいに限り受光器２３に干渉信号が現れる。生物学的試料のばあい散乱構造の密度が高く、深部走査をどのように設定してもほとんどのばあい光が反射する。散乱中心の密度が高く、また生物学的試料１４に吸収性物質が存在すれば、自明のとおり、入射光の大部分は吸収されるか、あるいは光路上のいずれかの散乱中心において散乱し消失する。しかし短コヒーレンス性反射干渉分析測定によれば、反射散乱の中心１７で散乱せずにそこから界面１５に戻った光子だけを選択的に検出することが可能である。他のすべての光成分は干渉条件を満たしていないので干渉信号としては検出されない。試料のグルコース分析濃度は、図１に示した測定器によりすでに基本原理について説明した３つの方法を用いて以下のように測定する。図１にある反射装置によって屈折率に相当する計測量を測定するには可変型深度走査法を適用するのが得策である。測定光路の光学経路に対する参照光路の光学経路の偏差幅は、試料内の光の平均自由経路より大きくなくてはならない。好ましい例では、当該偏差幅は平均自由経路（たとえば、１または２ミリメーター）の幾倍にもなっており、反射点は多数の散乱中心を通じてなされる深部走査のあいだにずれてくる。その際に測定された干渉信号は走査深度に依存した特徴的な構造を持っている。干渉信号のこの構造は、その構成に関わる散乱中心間の光学経路の記録である。したがって、干渉信号の構造的特徴（たとえば、ピーク）間の距離はグルコース濃度の変化、つまりその結果である屈折率の変化に左右される。このことから、たとえば、前記干渉信号の構造内で測定された２つのピーク（強度は走査深度に依存）間の距離がグルコース濃度を表す量である。この距離は干渉信号の構造から測定できる。そのばあい、実際では特定の２つのピーク間の特定距離を用いるのではなくて、構造全体の情報を画像分析法によって分析し、適当なナンバリング法によって評価するというのが主流になっている。深度走査は主として発振の利用で行われるが、そのときの反射器の調整曲線はたとえば三角形、鋸歯状あるいは湾曲状になる。そのばあい、信号／ピークの関係を改善するため発振に関する多数のデータを収集する。測定には測定光の幾種類かの波長を用いるのが好ましい。屈折率は波長の影響を受けるので、数種類の波長で測定すれば幅広い情報をえることができる。簡単な例を挙げれば、測定精度を引き上げるのに２種類の波長を用いることができる。そのうちの１つは屈折率のグルコース濃度依存性が強く現れるものとし、他の１つは屈折率のグルコース濃度依存性ができるだけ現れないものを選ぶ。生理学的領域におけるグルコース濃度の変化によって起きる光学路の変化量はつぎのようにして求める。グルコース濃度の１ｍＭの変化は約０．００２％の屈折率変化に相当する。試料光路１６の全長が約２ｍｍ（試料への浸透深度１ｍｍ）とすれば光学路は約４０ｍμだけずれることになる。測定光の波長が８００ｍ μとすればこれは約１８°の位相ずれに相当する。この変化は技術的に充分捉えることができるので、糖尿病患者のグルコース量の監視目的には充分な測定精度が保証される。干渉信号からグルコース濃度を測定するための第２の方法のばあい、生物学的試料中の散乱粒子の散乱横断面に相当する測定量を得るためには、干渉信号Ｉの強度を種々の長さの試料光路１６について、つまり種々の浸透度ｘについて測定する。この目的のため、反射器２０を軸方向へずらして参照光路２６の長さを別な値に調整する。このばあいでも実際では発振によって行うのが目的にかなっている。反射器２０を別な条件に設定すると、求める浸透深度域における強度Ｉの浸透深度ｘ依存性Ｉ（ｘ）を測定するために自動的に測定過程が始まる。測定精度の観点から、関数Ｉ（ｘ）はできるだけ広い浸透深度ｘの範囲にわたって測定すべきである。実際には現在の実験上の水準から判断して約２ｍｍの浸透深度が可能である。走査される浸透深度域が大きければ大きいほど、走査される幾何学的長さ、ひいては測定精度が増大する。しかし、皮膚表面下の特定深度におけるグルコース濃度の測定では、適用例によっては狭い深度域だけで検出するのが好ましいばあいがかなりある。散乱横断面とグルコース濃度との関係は、組織の不均質系における散乱横断面が散乱中心の屈折率と組織液の屈折率との関係に依存することから説明できる。組織液の屈折率がグルコース濃度の変化に伴って変化すれば、散乱横断面も変化する。前記測定法ではグルコース濃度の計算は、シュミット（schmitt）その他の前記文献に書かれているように、散乱横断面の明確な計算をもとに計測した測定量Ｉ（ｘ）から行いうる。しかし実際では、えられた測定データーの全体を（従来法で求めた）グルコース濃度と関連づけるナンバリング相関法が採られている。この目的には、たとえば部分最小自乗法（PLS）が用いられている。図２はこの方法の実験結果を示したものである。測定は固形分２．５重量％、粒子直径０．２μｍのラテックス分散溶液からなる実験用皮膚模型に対して行った。この液体に対して図１の原理構造をもつＳＣＲＩにより前記のとおり深度走査を行った。図２には、測定した強度変化（単位ｄＢ）を浸透深度ｘの関数で表してある。下の直線が純水（Ｈ₂Ｏ）に対する測定結果、上の直線が４００ｍＭｏｌグルコース溶液（Ｇｌ＝グルコース）に対する測定結果である。測定量Ｉ（ｘ）はグルコース濃度に依存して明らかに変化するのがわかる。グルコース濃度測定のための第３の方法のばあい、干渉信号を求めるにあたっては干渉信号Ｉの浸透深度ｘ依存性に関する情報は必ずしも必要でない。換言すれば（屈折率にもとづくグルコース測定のばあいとまったく同様に）参照光路２６の光学経路を一定に設定して作業することができる。しかしこのばあいでも参照光路の別な経路での、したがってまた試料光路１６の別な長さでの測定を繰り返すことによって追加情報をえるのが有利になることもある。この方法のばあい、すでに説明したとおり、本来の分析は周知の分光測定原理にもとづいている。たとえば２波長分光測定のように測定光の異なった２つの波長で作業することができる。そのばあい、測定波長Ｌ₁は吸収がグルコース濃度に強く依存する波長域から選び、他方、参照波長と称せられる第２の波長Ｌ₂は吸収ができるだけグルコース濃度に依存しない波長とする。ＳＣＲＩ法の干渉信号を分光分析の基礎とすることによって従来法における大きな誤差源、すなわち、光路の不明確性とか、波長の異なるばあいに試料内の種々の光路を考慮しなければならないという状況とかが避けられる。分光測定では、試料内を検出光の進んだ軌跡である光学経路が一定か少なくとも再現可能でなければならないが、これは本発明の方法では保証されている。というのは「セル長」、つまり試料内を光が進むところである試料光路は参照光路の経路設定によって定義づけされるものだからである。図３は透過／干渉分析器であり、試料１４で反射せずに試料を透過する光の測定用である。この種装置は生体液の薄層分析に、あるいはそれに対応して薄い皮膚襞（指のあいだまたは耳たぶ）におけるインビボなグルコース測定に適用することができる。送光器１０から出た測定光は第１の光カップラー３２に導かれ、そこで光のエネルギーは２つの成分に分割される。１つは試料１４に、他の１つは参照用装置３３に入るのであるが、それぞれ定義づけされた、好ましくは、調節可能な光学経路をもったものである。試料１４から出た測定光は第２の光カップラー３４を通って検出器２３に導かれる。光カップラー３４では測定光と参照用装置３３から出た参照光の合一（Zu sammen 送光器１０から第１の光カップラーを経て試料１４への光の入口である前方界面３５にいたるまでの測定光の経路を１次側測定光路３７と称す。光が試料１４内の試料光路１６を通った後の出口である後方界面３８から受光器２３に到るまでの光の経路を２次側測定光路３９という。送光器１０から第１光カップラー３２、参照用装置３３および第２光カップラー３４を経て受光器２３にいたるまでの光の経路は参照光路４０という。参照光路４０の長さは変えることができる。長さ調整は、たとえば、図からもわかるように２つのミラー４１、４２および光線方向４３をずらすことのできるプリズム４４によって実現できる。変調には図１のばあいとまったく同様に、光路の１つに、図の例では２次側測定光路３９にＰＺＴ２７を取り付ける。光学装置４６、４７は試料１４前での光線の拡張におよび、２次側測定光を２次側測定光路３９の大部分を構成している繊維製光伝導体に接続するのに用いられる。図３の透過装置のばあい、試料内試料光路１６の幾何学的経路は固定している。試料内での屈折率の変化が光学経路の変化を惹き起こす。図の装置ではこの変化を直接測定することができる。短干渉性の光をもつ光源１０を使用し、最初のグルコース濃度において参照光路４０の長さを検出器２３に干渉信号が測定されるように設定すれば、１次側測定光路３７、試料光路１６および２次側測定光路３９からなる総測定光路は参照光路４０と同じ光学経路をもつことになる。のちにグルコース濃度に、したがって、また試料光路１６の光学経路に変化が起これば、干渉信号を維持するためにはグルコース濃度にとって直接的な尺度である参照光路の長さ設定の変更が必要である。たとえばレーザのようにコヒーレンス性の大きな送光器１０を使用すれば、試料光路１６の光学経路の変化はＰＺＴ２７に送られる変調信号と対応して現れる干渉信号の変調間の位相ずれの測定からも計測できる。図３の装置のばあいもグルコース濃度は最終的には干渉信号から、すなわち、その分光依存性の分析から求めうる。図１の装置のばあいも図３の装置のばあいも、たとえば数種類の発光ダイオードの連結によって、とくに１次光をスペクトル分割するというのではなくて、むしろその分光域が目的の波長全域をカバーする広い帯域のスペクトルをもつ光源１０だけを使用する。参照光路２６または４０の経路は（装置２０または４３を移動することにより）発振を伴いながら変更するが、その際測定した干渉サンプルをもとに分光依存性を周知のフーリエ変換分光測定法によって計算で求める。図４〜８をもとに、以下に詳しく説明する本発明の代表的実施態様における生物学的試料には眼の前眼房にある房水も含まれる。測定は主に前眼房だけに絞られるが、しかし眼のその他の部分（底部）も測定の対象にすることが可能である。眼の前眼房のグルコース濃度をグルコース濃度に依存する房水の光学特性に基づいて測定するという可能性については、すでにずっと以前から論じられている。１９７６年に発行された米国特許第３，９５８，５６０号明細書には光線を前眼房の一方の側から低い角度で入射させ、光線が角膜湾曲に対する割線上を直線的に進んで前眼房の他の一方の側から（やはり低い角度で）出るようにする可能性について記述されている（「前眼房透過法」）。光を前方から（角膜湾曲に対してほぼ直角に）前眼房へ入射させ、そこで反射した光を検出するという方法（「前眼房反射法」）は、たとえばヨーロッパ特許出願公開第０５８９１９１号公報および第０６０３６５８号公報から知られている。これらの文献には偏光の光学的回転および（分光測定による）光学的吸収が測定量の対象として取り上げられている。本発明の範囲内でも原則として前眼房透過法での作業が可能である。そのばあいは図３の測定技術が利用できるが、しかし、たとえば図１をもとに説明した短コヒーレンス性反射干渉分析測定法（SCRI）を利用した前眼房反射法のほうが好ましい。そのばあい、好ましくは、前眼房の房水の屈折率に相当する光の測定量を計測する。なお、前眼房の房水は光学的にできるだけ均質で光が実際上散乱しないのが望ましい。測定システムの原理は図４に表したとおりである。１次側測定光路２２は測定光が前方から眼５６の前眼房５４へ（幾何学的に言えば角膜５２表面の垂線に対して鋭角に）入射するよう構成されている。眼のとくに水晶体５８の表面５７で反射した光は、角膜５２をまたほとんど垂直に（より正確にいえば角膜５２表面の垂線に対して鋭角に）通過し、２次測定光路２４に入り込む。叙上のとおり、この実施態様にはとくに図１の基本的特徴をもった短コヒーレンス性反射干渉分析測定器が用いられる。そのときに述べたように、１次側測定光路２２と２次側測定光路２４が試料に通じる試料腕４で合流している（すなわち、試料腕４は両測定光路に共通である）のがとくに好ましい。本例に戻れば、眼５６の前の光路部分は試料腕４の拡張光線４ａで構成するのが目的にかなっている。図４の反射測定では試料光路１６は入射部分５９から前眼房５４中の房水６２を通って反射部分６０にまで入り、さらに逆方向に光線の出口６１へと進む。界面１５は眼球に面した角膜５２内表面５２ａが構成する。１次側測定光路２２と２次側測定光路２４に共通な試料腕４をもつ前記の実施態様では、光の入口５９と出口６１が角膜５２の同一箇所にある。しかし（あまり勧められないが）、原則としてそれぞれの単独進路で作業することも可能である。そのばあいでは、１次側測定光路２２と２次側測定光路２４の試料腕４は共通でなく、したがって、測定光の入口と出口は角膜５２の別な箇所にある。また入射部分と反射部分間の試料光路は反射部分と出口間の試料光路と一致していない。この種の光線経路については、たとえばヨーロッパ特許出願公開第０６０３６５８号公報に記述されている。図５に表した実験模型は、測定主要周辺条件が人間の眼に一致するように構成されている。それによるばあい、測定光をたとえば直径５０μｍとしてＳＣＲＩの試料腕４から前眼房５４に準えたセル６４に入射させる。入射界面１５はセル容器前部６５の内表面が構成し、一方反射箇所６０はセル容器後部６６の内表面にある。実際の試験ではセル容器の厚さｋは１ｍｍとした。それによりは２ｍｍとなる。人間の眼では前眼房の厚さは約３ｍｍで、試料光路の全長は６ｍｍとなる。その点では図５の模型による実験は厳しい条件であった。図６の干渉グラフは下記測定条件のもと図５の実験模型で測定した結果である。ＳＣＲＩの測定構造は本質的には図１に一致している。光源としては工率０．５ｍＷ、中心波長８５０ｍμのスーパールミネセンスダイオードを使用した。超石英ガラスからなるセル６４に水性グルコース溶液を満たした。グルコース濃度は毎回１００ｍＭから始め、測定毎に半減していき最終的には１．５６ｍＭとした。セル内の温度は２２℃±１℃に保った。反射器２０としては約７．９ｍｍ／秒の速度で発振可動する角立方体型反射器（corner cube reflector）を用いた。発振可動型反射器２０の使用によって同時に深部走査（depth scan）および光学経路の変調が可能であることについては、すでに図１との関係で説明した。そのときに指摘した反射器２０の欠点、すなわち比較的迅速な可動性は、眼での測定のばあい総走査深度（前眼房の厚さ）が比較的小さいためあまり大きくは現れない。干渉グラフの評価には測定データー加工プログラム（data acquisition softw are）を使用した。これによれば総深度走査内で主要反射の周囲に−ただし、セル容器前部の裏面６５とセル容器後部の前面６６に−２つの部分域（「窓」）を設定することが可能である。図５ではこれらの反射点はＡおよびＢで示されている。これらは本当の眼の入口部分５９（角膜と房水との界面）と反射部分６０（房水と水晶体との界面）に相当する。図５の実験模型ではこれら両最強反射部分間の距離は１ｍｍである。それに対応して図６に描かれた深度走査（任意のゼロ点をもつ目盛）の両窓には約１５０ μｍおよび約１１５０μｍのところで、つまり１０００μｍの距離で干渉グラフが現れる。図６の干渉グラフから反射点Ａ，Ｂ間の光の光学経路に関する情報がつぎのようにして測定できる。図６の干渉グラフをデジタル化し、デジタル信号（DSP（digital signal proc essing）装置によりファーストフーリエ変換（FFT（fast fourier transformati on））にかける。変換結果の変調は実施できず、位相結果だけが再処理される。文献ダフリュエルダニエルスン（W.L．Danielson）他著「低干渉性干渉分析測定による絶対光学的距離（Absolute optical ranging using low coherence i nter-ferometry）」，Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．３０巻、２９７５ページ（１９９１年）によると、いわゆる位相勾配（phase slope）（位相の周波数に対する関数性依存度）から屈折率ｎと幾何学的経路の積である光学経路の値が正確に求められる。図７は、図６の両干渉グラフからの位相のＦＦＴ処理結果（単位ラド）を、横座標に取った周波数（単位ｋＨｚ）の関数で描いている。この直線の勾配は位相勾配ＰＳに相当する。Ｄａｎｉｅｌｓｏｎの著によれば屈折率は次式に基づき、反射点ＡおよびＢにおける両ＰＳ値の位相勾配の差（DPS）から直接求められる。（１）ｎ＝ｖ／π・ｌ_g・ＤＰＳここで、ｖは反射器の動きの速度、ｌｇは幾何学的総経路（Ａ，Ｂ間の往復距離）を表している。このようにしてグルコース濃度の尺度としての試料内屈折率ｎを求めることができる。このばあい光から求めねばならない測定量（すなわちグルコース濃度と相関関係にある定量可能な光のパラメーター）はＤＰＳ値である。種々のグルコース濃度について測定したＤＰＳ値とグルコース濃度との相関関係を図８に両対数目盛で表した。そのばあい、ＤＰＳを縦軸に、濃度Ｃを横軸に取った。図８に記入してある点は７種類のグルコース濃度についての測定値であり、それぞれ２０秒内に３２回の走査過程（scans）によって測定したものである。これらの測定値の誤差限界は十字マークで示した範囲である。実線はすべての測定点にとって「最も適合した直線」である。値の低いところの曲がった線分は、直線がぴったりとはゼロ点を通らないという事実の結果である。直線はｍＭグルコース当たり２．０５５×１０^-5ｒａｄ／Ｈｚのグルコース濃度変化ごとに現れるＤＰＳ値変化に相当する。これより、式（１）にもとづきｍＭグルコース当たり２．５８×１０^-5ｒａｄ／Ｈｚのグルコース濃度変化毎に現れる屈折率変化が算出できる。この値は従来法による測定値と高い精度で一致している。皮膚表面における測定のばあい、測定ヘッド（図１）を皮膚に対して均等に圧し付けることによって１次側測定光路と２次側測定光路をほぼ一定の長さに保つことができる。眼のばあいこれは不快な感じを与えるので、測定光をＳＣＲＩから眼に入射する装置を眼からできるだけ一定距離に固定する。この距離の確保は、眼の治療でこの目的に常用される器具、たとえば適当な顔面マスク（ヨーロッパ特許出願公開第０６０３６５８号公報参照）によって達成されはするが、大きなぶれが避け難く、ほかに処置を加えなくてはグルコース分析に利用できるような干渉グラフはえられない。それゆえ、前述のように、眼の２つの反射光線から干渉グラフを測定する。そのばあい、第１の反射部分は前眼房の前（眼球とは反対の側）にあり、第２の反射部分は前眼房の後ろ（眼球に面した側）に位置している。第１の反射部分は房水に接している角膜５２の界面５２ａに、第２の反射部分は房水に接している水晶体５８の表面にあるのが好ましい。あるいはまた第１の反射部分が角膜の外側表面に、第２の反射部分が虹彩の表面あるいは水晶体にあってもよい。反射箇所が眼の奥深くに、とくに網膜表面に位置することも原則として可能である。上記の結果からわかるように、屈折率およびまた眼の前眼房房水のグルコース濃度は干渉グラフから高い精度で測定可能である。そのばあい、低いグルコース濃度に対する検出限界は測定時の信号／ピーク比に大きく依存している。検出限界は、グルコースの全生理学的濃度域にわたって分析できるように測定技術面を最適化することによって引き下げることができる。生体の眼での測定では図４の実験模型とは違い、幾何学的光学経路ｌｇは長期間一定しているのではなく、前眼房５４の小さな変化に伴って変動するという前提に立たねばならない。このばあい、屈折率およびグルコース濃度が人間の生体の眼に現れる前眼房の厚さ変化や、したがってまた試料内の幾何学的変化とは無関係に測定できるとしたら便利であるが、これは下記の考え方をベースとした、少なくとも２種類の波長における測定によって可能である。水性グルコース溶液では各波長に対するＤＰＳはつぎのように表せる。（２）ＤＰＳ₁＝（ｎ_w1＋ｃ・ｄｎ_g11）ｌ_g・ＫＤＰＳ₂＝（ｎ_w2＋ｃ・ｄｎ_g12）ｌ_g・Ｋここで、指数１および２は両波長を表している。ｎ_wは水の屈折率、ｄｎ_g1はグルコース濃度各単位毎の屈折率の増加分である。ｃはグルコース濃度、ｋは定数を表している。ある任意のグルコース濃度（たとえば、グルコース濃度５ｍＭ）に対してＤＰＳをゼロに設定すれば、幾何学的経路ｌ_gの（比率的に）比較的小さな変化ｄｌ_gに対しては式（２）をつぎのように変形できる。（３）ＤＰＳ₁＝（ｄｌ_g・ｎ_w1＋ｃ・ｌ_g・ｄｎ_g11）・ＫＤＰＳ₂＝（ｄｌ_g・ｎ_w2＋ｃ・ｌ_g・ｄｎ_g12）・Ｋこれらの式はそのままｃに従って解くことができる。そのばあい、幾何学的経路ｌｇの未知変量ｌｇは消去される。なお、ｃは次式によって表される。式にまだ含まれている経路ｌ_gは、比率的には小さな変量分ｄｌｇを無視した平均値である。この平均値は（平均屈折率の考慮のもと）両干渉グラフの相対的ポジションから充分な精度で測定できる。この測定精度はグルコース濃度の臨床測定で要求される精度より高い。したがってワンポイント検量でグルコース濃度が測定でき、患者の血液中のグルコース濃度は従来法により唯一の検量過程で（ただし、時々繰り返すのがよい）求められる。原則として記述の方法によればさらに、絶対屈折率のほか、検量なしでグルコース濃度も測定可能である。図９〜１１には屈折率の光波長に対する依存性についての実験データーおよびこの効果を本発明の範囲内で利用するための実験データが示されている。図９は水との比較でのグルコース溶液における屈折率の増加量（ｎＩ）、すなわちグルコース溶液の屈折率から水の屈折率を差し引いた値を表している。ｎＩは波長Ｌ（単位μｍ）に対し任意の単位（a.u.=arbitrary units）で記入したものである。このグラフから屈折率は特定波長域では比較的強く変動するのが認められる。当業者はこのような実験結果に基づき、適当な１対の波長、とりわけ、できる限り屈折率の差の大きなものを選び出すことが可能となる。図９に認められる波長約１４５０ｍμにおける極大は水吸収帯域においてグルコースが水を排斥した結果である。波長約１５７０ｍμにおいて小さな肩のような形が現れるのはグルコース吸収帯を表している。この差はグルコースの影響を他のパラメーターから分離するのにも利用できよう。図９の測定結果を基に図５に相当する眼の前眼房の模型で実験を行ったが、そのばあい、セルの厚さｋもその変動状態も未知であると想定した。この実験の結果は図１０および１１に示した。図１０は図に明記された２つの波長（１３００および１５５０ｍμ）における屈折率ｎをｍＭで表したグルコース濃度ｃの関数で示したものである。グラフの屈折率の値はＤＰＳ値（図６および７の関係で既述）から式（１）により求められる。そのばあい、純水についての屈折率表にある既知の値を基準にしたのでｌｇの値は知る必要がない。図１１には図１０における測定値の差ｄｎおよび誤差範囲をグルコース濃度の関数で表してある。屈折率差ｄｎのグルコース濃度に対する依存性が、誤差範囲内で充分に測定できることが認められる。ｄｎの測定精度は幾何学的経路（すなわち、セルの厚さｋ）にほとんど左右されない。それゆえ、ｄｎは試料光路の幾何学的経路が一定しないばあいでは、グルコース濃度の決定に用いるのに適した測定量である。上で説明した測定原理によれば（通常の分光測定とは違って）必ずしも多数の波長において検出過程を経る必要はないが、異なった多くの波長をもった測定光を入射して、検出後それぞれを前記方法で評価するほうが有利になることがある。これまで説明した方法を光学吸収測定と組み合わせるのも目的にかなっている。それによって測定精度を高めることができる。つまり、グルコース測定を妨害するかもしれない房水中に含まれる他の物質、たとえば、アスコルビン酸、アミノ酸および乳酸によって惹き起こされるとくに測定障害や測定結果の曖昧さを減らすことが可能になるからである。そのようにすれば、その上眼の前眼房に於ける温度変動に伴う測定誤差を減らすことも可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９６年５月１３日【補正内容】請求の範囲（請求の範囲第１項および第２６項を補正。請求の範囲第２項〜２５項および第２７項〜第３０項については補正なし。）１．検知工程において、光源からの測定光が前記試料内に照射されるために１次側測定光路に沿って導かれ、生物学的な試料と光との相互作用によって変化することができ、生物学的マトリクス中のグルコース濃度と相互に関係する光の物理学的特性を決定するために、該試料から現れる光が２次側測定光路に沿って検知している光検知器まで導かれ、前記光源によって発せられた光の一部が前記光検知の定義された光学的な長さの参照光路に沿って導かれ、前記２次側測定光路および参照光路が、該２次光と参照光とが前記光検知器が干渉信号を検知するようにたがいに干渉するように、前記光検知器の前に結合され、および評価工程においてグルコース濃度が前記干渉信号にもとづいて決定される生物学的な試料中のグルコースの濃度を分析的に決定するための方法であって、前記測定光が試料の内部を試料光路に沿って進み、該試料光路が、定義された光学的な経路の長さを有し、かつ１次側測定光路、試料光路および２次側測定光路からなる総測定光路の一部であり、およびグルコース濃度が前記試料光路の光学的経路の長さを勘案して前記評価工程において決定されることを特徴とする方法。２．前記光路の少なくとも１つの光路の長さが、信号を変調することによって変調され、前記干渉信号が変調信号を用いて評価されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。３．前記光が反対方向に光学的な要素を反射している光によって前記参照光路上で反射されることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の方法。４．前記光路の少なくとも１つの光路が可変であり、複数の異なる長さに設定されてなることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の方法。５．前記参照光路の光路の長さが可変であり、複数の長さに設定されてなることを特徴とする請求の範囲第５項記載の方法。６．前記光路の長さが振動するように変化されてなることを特徴とする請求の範囲第４項または第５項記載の方法。７．前記光路の長さが反射する光学的要素を移動することによって変化されてなることを特徴とする請求の範囲第５項または第６項記載の方法。８．前記光源が５０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満の短いコヒーレンス長の光を発することを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項または第７項記載の方法。９．前記１次側測定光路および２次側測定光路が試料の境界表面によって定義された同一の１／２の空間内に伸び、それによって前記試料によって反射された光が前記２次側測定光路に入ることを特徴とする請求の範囲第８項記載の方法。 10．前記１次側測定光路および２次側測定光路が一致し、光カップラーが前記１次側試料光路と参照光路とを分割するため、および前記２次側測定光路と参照光路とを結合するために用いられてなることを特徴とする請求の範囲第９項記載の方法。 11．グルコース濃度を決定するために前記参照光路の光学経路路長に関する総測定光路の数個の異なる関係が設定され、該参照光路の光学経路長が前記１次側測定光路と２次側測定光路の総和より大きく、それによって干渉信号が前記試料における異なる深さでの反射に対応することを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項記載の方法。 12．前記グルコース濃度が前記光学経路長の設定された関係への干渉信号の依存性から決定されることを特徴とする請求の範囲第１１項記載の方法。 13．前記試料光路の光学経路長がグルコース濃度を決定するために用いられることを特徴とする請求の範囲第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項または第１２項記載の方法。 14．グルコース濃度を決定するために少なくとも２つの検知工程が２つの異なる測定光の波長によって実行され、前記干渉信号の波長依存性が前記決定のために評価工程において用いられてなることを特徴とする請求の範囲第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項または第１３項記載の方法。 15．前記光源が広帯域のスペクトルを発し、波長依存性がフーリエ変換スペクトル法によって決定されてなることを特徴とする請求の範囲第第５項、第６項または第７項記載の方法。 16．前記生物学的試料の温度が測定され、かつ前記グルコース濃度の決定のための評価工程において考慮されてなることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項または第１５項記載の方法。 17．前記生物学的試料が生物学的な液体、とくに、血液であることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項、第１５項または第１６項記載の方法。 18．前記生物学的試料が生物学的な組織であることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項、第１５項、第１６項または第１７項記載の方法。 19．前記生物学的な組織が、とくに人間の、指先、上腹壁、爪床、唇、舌および上腕内側の皮膚組織または強膜もしくは網膜の組織であることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方法。 20．前記生物学的試料が前眼房房水を含むことを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項、第１５項、第１６項、第１７項、第１８項または第１９項記載の方法。 21．前記測定光が眼の角膜を経て前眼房に照射され、該角膜を経て現れる光によって眼内の反射に引き続いて検知され、前記ることを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項記載の方法。 22．前眼房の正面に存在する第１の反射部分と該前眼房の後部に存在する第２の部分とからなる願内の２つの反射の干渉グラフが測定され、グルコース濃度が前記評価工程において当該２つの干渉グラフから決定されることを特徴とする請求の範囲第２１項記載の方法。 23．前記第２の反射部分が眼球と向かい合っている前眼房の境界に位置づけられてなることを特徴とする請求の範囲第２２項記載の方法。 24．前記第２の反射部分が水晶体の表面に位置づけられてなることを特徴とする請求の範囲第２３項記載の方法。 25．前記第１の反射部分が房水によって濡れた角膜の境界面に位置づけられてなることを特徴とする請求の範囲第第２２項、第２３項または第２４項記載の方法。 26．測定光を発するための光源（１０）、前記試料（１４）の境界面（１５、３５）を経て該試料内に測定光が照射される、光孔（１２）を有する光照射手段（１１）、前記光源（１０）から前記境界面（１５、３５）への１次側測定光路（２２、３７）、前記試料との相互作用ののち境界面（１５、３８）において該試料から現れる光を検知するための光検知手段、および前記測定光が試料（１４）から光検知器に現れる境界面（１５、３８）からの２次側測定光路（２４、３９）、前記光源（１０）と光検知器（２３）とを連結している、定義された光学的な長さの参照光路（２６、４０）、および前記２次側測定光路に設けられた光カップラー（７）であって、該光カップラーによって前記２次側測定光路（２４、３９）および参照光路（２６、４０）が、前記光検知器上の同一の点で入射し、これによって干渉信号を発生するように位置づけられた光カップラーからなる請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項、第１５項、第１６項、第１７項、第１８項、第１９項、第２０項、第２１項、第２２項、第２３項、第２４項または第２５項記載の方法を用いて生物学的試料（１４）中のグルコースの濃度の分析的な決定のためのグルコース測定装置であって、前記光照射手段（１１）および光検知手段（１０）が、前記測定光が試料光路に沿って前記試料の内部を進み、当該試料光路が、定義された光学的な経路の長さを有し、前記１次側測定光路、試料光路および２次側測定光路からなる総光路の一部であることを特徴とするグルコース測定装置。 27．光がシングルモードの光ファイバー（９）中の前記光路（２２、２４、３７、３９；２６、４０）の少なくとも一部に沿って導かれることを特徴とする請求の範囲第２６項記載のグルコース測定装置。 28．前記光源（１０）が発光ダイオード、とくにスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする請求の範囲第２６項または第２７項記載のグルコース測定装置。 29．前記１次側測定光路（２２）および２次側測定光路（２４）が部分的に一致し、かつ同一の要素を経て通過することを特徴とする請求の範囲第２６項、第２７項または第２８項記載のグルコース測定装置。 30．前記参照光路（２６、４０）が、光学光路長を調整するために光軸に沿って移動自在である反射する光学要素（２０、４０）を備えてなることを特徴とする請求の範囲第２６項、第２７項、第２８項または第２９項記載のグルコース測定装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ベッカー、ディルクドイツ連邦共和国、デー−69115 ハイデルベルク、キルヒシュトラーセ 14

Claims

【特許請求の範囲】１．光源からの測定光が前記試料内に照射されるために１次側測定光路に沿って導かれ、前記測定光が試料内部の測定光路に沿って進み、生物学的な試料と光との相互作用によって変化することができ、生物学的マトリクス中のグルコース濃度と相互に関係する光の物理学的特性を決定するために、検知している光検知器の測定光路に沿って該試料から現れる光が案内される検知工程、および前記グルコース濃度が少なくとも１つの検知工程において決定された前記光の物理学的特性から決定される評価工程からなる生物学的な試料中のグルコースの濃度を分析的に決定するための方法であって、前記光源によって発せられた光の一部が前記光検知の定義された光学的な長さの参照光路に沿って導かれ、前記１次側測定光路、試料の光路および２次側測定光路からなる総測定光路が定義された光学経路の長さを有し、前記２次測定光経路および参照光路が、該２次光と参照光とがたがいに干渉し、これによって前記光検知器が干渉信号を検知するように該光検知器の前で結合され、および、前記グルコース濃度を決定するために前記評価工程において干渉信号が用いられることを特徴とする方法。２．前記光路の少なくとも１つの光路の長さが、信号を変調することによって変調され、前記干渉信号が変調信号を用いて評価されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。３．前記光が反対方向に光学的な要素を反射している光によって前記参照光路上で反射されることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の方法。４．前記光路の少なくとも１つの光路が可変であり、複数の異なる長さに設定されてなることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の方法。５．前記参照光路の光路の長さが可変であり、複数の長さに設定されてなることを特徴とする請求の範囲第５項記載の方法。６．前記光路の長さが振動するように変化されてなることを特徴とする請求の範囲第４項または第５項記載の方法。７．前記光路の長さが反射する光学的要素を移動することによって変化されてなることを特徴とする請求の範囲第５項または第６項記載の方法。８．前記光源が５０μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満の短いコヒーレンス長の光を発することを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項または第７項記載の方法。９．前記１次側測定光路および２次側測定光路が試料の境界表面によって定義された同一の１／２の空間内に伸び、それによって前記試料によって反射された光が前記２次側測定光路に入ることを特徴とする請求の範囲第８項記載の方法。 10．前記１次側測定光路および２次側測定光路が一致し、光カップラーが前記１次側試料光路と参照光路とを分割するため、および前記２次側測定光路と参照光路とを結合するために用いられてなることを特徴とする請求の範囲第９項記載の方法。 11．グルコース濃度を決定するために前記参照光路の光学経路路長に関する総測定光路の数個の異なる関係が設定され、該参照光路の光学経路長が前記１次側測定光路と２次側測定光路の総和より大きく、それによって干渉信号が前記試料における異なる深さでの反射に対応することを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項記載の方法。 12．前記グルコース濃度が前記光学経路長の設定された関係への干渉信号の依存性から決定されることを特徴とする請求の範囲第１１項記載の方法。 13．前記試料光路の光学経路長がグルコース濃度を決定するために用いられることを特徴とする請求の範囲第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項または第１２項記載の方法。 14．グルコース濃度を決定するために少なくとも２つの検知工程が２つの異なる測定光の波長によって実行され、前記干渉信号の波長依存性が前記決定のために評価工程において用いられてなることを特徴とする請求の範囲第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項または第１３項記載の方法。 15．前記光源が広帯域のスペクトルを発し、波長依存性がフーリエ変換スペクトル法によって決定されてなることを特徴とする請求の範囲第第５項、第６項または第７項記載の方法。 16．前記生物学的試料の温度が測定され、かつ前記グルコース濃度の決定のための評価工程において考慮されてなることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項または第１５項記載の方法。 17．前記生物学的試料が生物学的な液体、とくに、血液であることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項、第１５項または第１６項記載の方法。 18．前記生物学的試料が生物学的な組織であることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項、第１５項、第１６項または第１７項記載の方法。 19．前記生物学的な組織が、とくに人間の、指先、上腹壁、爪床、唇、舌および上腕内側の皮膚組織または強膜もしくは網膜の組織であることを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方法。 20．前記生物学的試料が前眼房房水を含むことを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項、第１５項、第１６項、第１７項、第１８項または第１９項記載の方法。 21．前記測定光が眼の角膜を経て前眼房に照射され、該角膜を経て現れる光によって眼内の反射に引き続いて検知され、前記ることを特徴とする請求の範囲第９項または第１０項記載の方法。 22．前眼房の正面に存在する第１の反射部分と該前眼房の後部に存在する第２の部分とからなる願内の２つの反射の干渉グラフが測定され、グルコース濃度が前記評価工程において当該２つの干渉グラフから決定されることを特徴とする請求の範囲第２１項記載の方法。 23．前記第２の反射部分が眼球と向かい合っている前眼房の境界に位置づけられてなることを特徴とする請求の範囲第２２項記載の方法。 24．前記第２の反射部分が水晶体の表面に位置づけられてなることを特徴とする請求の範囲第２３項記載の方法。 25．前記第１の反射部分が房水によって濡れた角膜の境界面に位置づけられてなることを特徴とする請求の範囲第第２２項、第２３項または第２４項記載の方法。 26．測定光を発するための光源（１０）、前記試料（１４）の境界面（１５、３５）を経て該試料内に測定光が照射される、光孔（１２）を有する光照射手段、前記光源（１０）から前記境界面（１５、３５）への１次側測定光路（２２、３７）、前記試料との相互作用ののち境界面（１５、３８）において該試料から現れる光を検知するための光検知手段、および前記測定光が試料（１４）から光検知器に現れる境界面（１５、３８）からの２次側測定光路（２４、３９）からなる請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項、第９項、第１０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項、第１５項、第１６項、第１７項、第１８項、第１９項、第２０項、第２１項、第２２項、第２３項、第２４項または第２５項記載の方法を用いて生物学的試料（１４）中のグルコースの濃度の分析的な決定のためのグルコース測定装置であって、前記光源（１０）から光検知器（２３）へ光を導くために、定義された光学長の参照光路（２６、４０）が設けられ、かつ光カップラー（７）が前記２次側測定光路に設けられ、それによって該２次側測定光路（２４、３９）および参照光路（２６、４０）が、前記光検知器上の同一の点で入射して、干渉信号を発生するように結合されることを特徴とするグルコース測定装置。 27．光がシングルモードの光ファイバー（９）中の前記光路（２２、２４、３７、３９；２６、４０）の少なくとも一部に沿って導かれることを特徴とする請求の範囲第２６項記載のグルコース測定装置。 28．前記光源（１０）が発光ダイオード、とくにスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする請求の範囲第２６項または第２７項記載のグルコース測定装置。 29．前記１次側測定光路（２２）および２次側測定光路（２４）が部分的に一致し、かつ同一の要素を経て通過することを特徴とする請求の範囲第２６項、第２７項または第２８項記載のグルコース測定装置。 30．前記参照光路（２６、４０）が、光学光路長を調整するために光軸に沿って移動自在である反射する光学要素（２０、４０）を備えてなることを特徴とする請求の範囲第２６項、第２７項、第２８項または第２９項記載のグルコース測定装置。