JPH10190A

JPH10190A - 生体組織性状測定装置

Info

Publication number: JPH10190A
Application number: JP15439896A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Maruo; 勝彦丸尾
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】成分や組織の濃度変化や物性変化に関連する
信号をより明確にして正確な生体組織性状の定量分析あ
るいは定性分析をおこなうことができる生体組織性状測
定装置を提供する。【解決手段】生体３中の生体組織性状を非侵襲的に計
測する生体組織性状測定装置に関する。コヒーレントあ
るいはそれに近い近赤外光１を二つに分割するビームス
プリッタ２。分割された近赤外光のうち一方の光１ａを
生体組織で反射される他方の光１ｂと干渉させるように
反射する反射鏡４。干渉させた反射光１ｃの信号を検出
する検出器５。検出器５で検出された信号を演算処理す
る情報処理手段７とを備える。生体組織で反射された反
射光１ｄに対する反射鏡４の位置を設定自在に形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、健康管理や疾病の
治療のために、血液や細胞液などの体液中の指標成分の
濃度を非侵襲で測定する計測機器に関するものであり、
特に近赤外法を用いて血液中のグルコース、コレステロ
ール、中性脂肪、蛋白成分などの濃度を非侵襲的に測定
する生体組織性状測定装置、あるいは肩こりや乳癌、肝
硬変、脂肪肝、動脈硬化に代表される生体組織の変化を
測定する生体組織性状測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の体液成分濃度の測定に関して、血
液中のグルコース濃度（血糖値）の測定方法を説明す
る。現在広く用いられている血糖計は、採血した血液中
のグルコースを化学反応させてグルコース濃度を測定す
る、いわゆるバイオセンサと呼ばれるものである。基本
的なバイオセンサは、測定対象成分を選択的に識別する
部位と、この測定対象成分を選択的に識別する部位によ
る物質識別で生じる変化を電気信号に変換する部位から
構成されている。前記電気信号に変換する部位には、電
気化学計測デバイス、サーミスタ、電界効果形トランジ
スタ（ＦＥＴ）、ホトトランジスタなどの多様なデバイ
スが用いられている。

【０００３】また物質識別部位（前記測定対象成分を選
択的に識別する部位）に用いられる生体物質は、酵素(e
nzyme)、抗体(antibody)、結合タンパク質(binding pro
tein) 、レクチン(lectin)、細胞内小器官(organelle)
、微生物などの細胞(cell)、組織(tissue)などで、こ
れらの生体物質は特定の物質を識別する機能を有してい
る。バイオセンサは利用する生体物質によって、酵素セ
ンサ、微生物センサ、免疫センサ、オルガネラ・セン
サ、組織センサに分類される。

【０００４】血糖計の例として酵素電極（生体物質とし
て酵素を用いた物質識別部位）によるグルコースセンサ
を例に採ると、グルコース検知に使われる酵素は、グル
コースオキシダーゼ(GOD) である。この酵素(GOD) を高
分子膜などに固定化したグルコースセンサは、測定液中
のグルコースがＧＯＤ固定化膜に接触することによって
酸素が消費され、この酸素の変化をとらえることでグル
コース濃度を定量する形式のものが開発されている。こ
のような採血式の血糖計は広く市販され、糖尿病患者の
血糖値の管理に利用されている。

【０００５】また採血を必要としない非侵襲のものとし
ては、特開昭６０−２３６６３１号公報あるいは特公平
５−５８７３５号公報に示されているようなグルコース
の検出方法がある。これらの公報には、生体部位に照射
された近赤外光を基準信号と測定信号とに分け、これら
の値を演算処理することにより血糖値を測定する手法が
開示されている。上記手法において近赤外光の光源とし
ては、タングステン・ハロゲンランプのような白色光源
を干渉フィルタのような分光手段で所定の波長に分光す
る方法や半導体発光素子（ＬＥＤ）が用いられている。
また生体部位を透過した近赤外光の検出器としては、フ
ォトダイオードあるいはフォトトランジスタのような受
光素子が用いられている。しかしながら、現時点ではこ
れらの技術が実用レベルに達していない。

【０００６】上記のような近赤外光による体液成分の分
光分析は近年注目されている手法であり、中赤外領域に
おける分光分析と比較して近赤外領域における分光分析
では、水の吸収スペクトルが小さいので、水溶液系の分
析が可能であることや、生体を透過する能力が高いとい
う長所を有する反面、分子振動に帰属する信号レベルが
中赤領域と比較して１００分の１程度と小さいことや、
信号の帰属が特定しにくいという短所を有するものであ
る。

【０００７】すなわち、近赤外領域において目的とする
成分（体液成分）のシグナル（信号）を検知する場合、
目的とする成分（体液成分）の濃度変化に対応する信号
が非常に小さいこと、またその信号の帰属が明瞭でない
場合が多いという問題を抱えている。このような問題を
解決するために統計解析手法あるいは多変量解析手法、
例えば線形重回帰分析（ＭＬＲ）、主成分回帰分析、Ｐ
ＬＳ回帰分析（partial least squares regressin ）と
組み合わせるいわゆるケモメトリクス手法が用いられて
いる。しかしこれらの統計的解析手法は微小な信号変化
をとらえ、正確な検量（キャリブレーション）をおこな
うのに優れた手法ではあるが、目的の成分（体液成分）
のシグナル（信号）の大きさ（ＳＮ比）を改善するもの
ではない。

【０００８】そこで従来では近赤外領域におけるＳＮ比
の改善のために、基準信号と目的の成分（体液成分）の
濃度変化に関係する信号との差、あるいはそれらの比を
とることにより目的の成分（体液成分）の濃度変化（変
動）を明確にしたり、複数回計測した信号（目的の成分
（体液成分）の濃度変化に関係する信号）を平均化する
ことによりノイズ成分を小さくしたりする手法が用いら
れている。特に上記平均化手法は、平均回数（信号の計
測回数）を多くすることで簡単にノイズ成分の除去が可
能であることから様々な測定に利用されている。

【０００９】また生体組織に単に光を入射させてその透
過光あるいは反射光を測定する従来の方法では、性状の
定量化を意図とする目的の生体組織以外の組織からの透
過光あるいは反射光が重畳した形で信号として測定され
ることになってしまい、ノイズ成分が大きくなる原因と
なっている。そこで性状測定において、性状の定量化を
意図とする目的の生体組織からの透過光あるいは反射光
のみが得られるように、目的とする組織をねらい打つ形
のスペクトル測定（分光分析測定）をおこなうことがで
きるような手法の確立や装置が望まれている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、生体
の体液成分の濃度を測定する際に、血液あるいは細胞液
などを注射針などで侵襲して取り出す必要のない非侵襲
の生体組織性状測定装置、あるいは生体内組織の固さや
密度等の物性を非侵襲、非接触的に計測する生体組織性
状測定装置を提供することを目的とするものであり、詳
しくは、近赤外分光分析法を生体組織性状測定に適応し
て組織中の目的の成分の定量あるいは定性分析をおこな
う場合において、分析を目的とする組織あるいは組織近
傍からの反射光を選択的に検知することで、成分や組織
の濃度変化や物性変化に関連する信号をより明確にして
正確な生体組織性状の定量分析あるいは定性分析をおこ
なうことができる生体組織性状測定装置を提供すること
を目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の生体組織性状測定装置は、生体３中の生体組織性状を
非侵襲的に計測する生体組織性状測定装置であって、コ
ヒーレントあるいはそれに近い近赤外光１を二つに分割
するビームスプリッタ２と、分割された近赤外光のうち
一方の光１ａを生体組織で反射される他方の光１ｂと干
渉させるように反射する反射鏡４と、干渉させた反射光
１ｃの信号を検出する検出器５と、検出器５で検出され
た信号を演算処理する情報処理手段７とを備え、生体組
織で反射された反射光１ｄに対する反射鏡４の位置を設
定自在に形成して成ることを特徴とするものである。

【００１２】また本発明の請求項２に記載の生体組織性
状測定装置は、請求項１の構成に加えて、前記生体組織
性状が生体組織の細胞中あるいは生体組織の細胞外の体
液成分濃度であることを特徴とするものである。また本
発明の請求項３に記載の生体組織性状測定装置は、請求
項１又は２の構成に加えて、前記生体組織性状である体
液成分濃度がグルコース濃度であって、前記グルコース
濃度の定量にあたって少なくとも９５０〜１１５０ｎｍ
及び１２５０〜１８００ｎｍの領域から選択された全領
域あるいは領域の一部からなる少なくとも一種類の波長
のコヒーレント近赤外光を用いることを特徴とするもの
である。

【００１３】また本発明の請求項４に記載の生体組織性
状測定装置は、請求項１乃至３のいずれかの構成に加え
て、皮下０．１〜１０．０ｍｍの間の生体組織で反射さ
れた反射光１ｄに反射鏡４で反射された反射光１ｅを干
渉させるように前記反射鏡４の位置を設定して成ること
を特徴とするものである。また本発明の請求項５に記載
の生体組織性状測定装置は、請求項１乃至４のいずれか
の構成に加えて、前記生体組織が体表面近傍の動脈血管
あるいは静脈血管の体表側近傍であって、この生体組織
で反射された反射光１ｄに前記反射鏡４で反射された反
射光１ｅを干渉させるように前記反射鏡４の位置を設定
して成ることを特徴とするものである。

【００１４】また本発明の請求項６に記載の生体組織性
状測定装置は、請求項１乃至５のいずれかの構成に加え
て、所望の生体組織の組織性状を測定するのに好ましく
ない組織成分の光の吸収の大小の測定に基づいて、反射
鏡４の位置を設定して成ることを特徴とするものであ
る。また本発明の請求項７に記載の生体組織性状測定装
置は、請求項６に記載の構成に加えて、前記好ましくな
い組織成分が脂肪組織であって、９００〜９５０ｎｍ及
び１３５０〜１４２０ｎｍの少なくとも一方の波長領域
の全領域あるいは領域の一部からなるコヒーレント近赤
外光１を用いると共に反射鏡４を移動させることによっ
て脂肪組織での前記コヒーレント近赤外光１の吸収の大
小を検出することを特徴とするものである。

【００１５】また本発明の請求項８に記載の生体組織性
状測定装置は、請求項１の構成に加えて、前記生体組織
性状が生体組織の固さや密度等の物性であることを特徴
とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１に示す生体組織性状測定装置において使用す
る光源９としては、７５０〜２５００ｎｍの波長でコヒ
ーレントあるいはそれに近い近赤外光１を得られるもの
であれば何れでも用いることができ、例えばレーザー光
源、ハロゲンランプの光を回折格子や干渉計やフィルタ
ー等を利用して処理したもの、ＬＥＤ光源あるいはＬＥ
Ｄ光源の光を回折格子や干渉計やフィルター等を利用し
て処理したものなどを用いることができる。

【００１７】ビームスプリッタ２としては、ハーフミラ
ー等の上記近赤外光１を二つに分割することができるも
のであれば何れでも用いることができ、このビームスプ
リッタ２は上記光源９と生体３の間に配置されている。
反射鏡４としては、上記ビームスプリッタ２で二つに分
割された光のうちの一方の光１ａを反射するものであっ
て、この一方の光１ａが導かれて到達する位置に配置さ
れている。また反射鏡４は後述する生体３中の生体組織
で反射された反射光１ｄに対する位置を変更して自由に
設定することができるように移動自在に形成されてい
る。

【００１８】検出器５としては、近赤外領域（近赤外光
１）に受光特性を有するものであればよいが、波長が６
００〜１１００ｎｍの近赤外領域ではＳｉ製のディテク
ターが、波長が７００〜１７００ｎｍの近赤外領域では
ＩｎＧａＡｓ製のディテクターが特に好適に用いること
ができる。演算処理手段７としては、検出器５で得られ
る後述する干渉された反射光１ｃからの信号が入力され
てこの信号を演算処理することができるものであれば何
れでも使用することができ、マイクロコンピュタなどを
例示することができる。

【００１９】上記演算処理手段７では、検出器５で得ら
れる干渉された反射光１ｃからの信号を予め用意された
検量線にしたがって演算処理して生体性状、例えばグル
コース濃度などを算出するものである。検量線（検量
式）の作成には、統計的解析手法あるいは多変量解析手
法、例えば線形重回帰分析（ＭＬＲ）、主成分回帰分
析、ＰＬＳ回帰分析（partial least squares regressi
n ）、ニューラルネット手法を用いることができる。こ
れらの統計的解析手法は微小な信号変化をとらえ、正確
な検量（キャリブレーション）をおこなうのに優れた手
法である。

【００２０】次に上記生体組織性状測定装置の動作につ
いて説明する。先ず光源９から照射された近赤外光１は
ビームスプリッタ２によって、反射鏡４の方向に導かれ
る光１ａと、生体３の方向に導かれる光１ｂとに分割さ
れる。次に反射板４の方向に導かれた光１ａは反射鏡４
で反射されて反射光１ｅとなると共に生体３の方向に導
かれた光１ｂは生体３の内部の生体組織で反射されて散
乱光である反射光１ｄとなる。次に生体組織で反射され
た反射光１ｄと反射鏡４で反射された反射光１ｅとが干
渉し、この干渉した反射光１ｃが検出器５に導かれる。
そして次に検出器５に導かれた干渉された反射光１ｃか
ら得られる信号を情報処理手段７で上記のように演算処
理することによって、測定を目的とする所望の生体組織
の性状を定量して測定することができるのである。

【００２１】上述のように従来からおこなわれている７
５０〜２５００ｎｍの波長の近赤外光（近赤外領域）を
用いた分光分析方法は、一般的に目的とする成分に関連
するシグナル（信号）が小さく、その帰属が明確でない
場合が多いので定量分析が困難であるとされている。こ
のために従来ではＳＮ比を改善するために、ある基準シ
グナルと目的シグナル（測定を目的とする生体組織から
のシグナル）との差をとったり、その比をとって規格化
するなどの前処理をし、多変量解析手法を応用すること
で目的の生体組織の目的の成分の定量をおこなってい
る。

【００２２】また従来の分光分析方法では、複数の波長
を含むある光源からの光を干渉フィルタあるいは回折格
子により時系列的に分光し、その分光された光を順次、
比測定物に照射し、透過あるいは反射した光の強さを検
知することによって、各波長帯における吸光度や透過度
をそれぞれ求めている。しかしこの手法を生体組織性状
の測定に適用した場合、光が透過あるいは反射する複雑
な生体組織の構成成分に帰属するすべての情報が重畳し
たスペクトルとして検出されることになり、つまりは測
定を意図（目的）とする所望の生体組織以外に由来（帰
属）するシグナルも含まれたスペクトルとなる。そのた
めに目的とする所望の生体組織の成分に帰属するシグナ
ルに対するノイズ成分が増大してＳＮ比が低下してしま
うのである。

【００２３】しかし本発明の上記生体組織性状測定装置
では、生体組織で反射された反射光１ｄと反射鏡４で反
射された反射光１ｅとを干渉させて検出器５に導くよう
にしたので、生体組織で反射された反射光１ｄのうち反
射鏡４で反射された反射光１ｅと位相が一致する反射光
を強めて検出器５に導くことができ、反射鏡４で反射さ
れた反射光１ｅと位相が一致する反射光を反射する生体
組織の成分に帰属するシグナルに対するノイズ成分を低
減させてＳＮ比を向上させることができるのである。

【００２４】反射鏡４で反射された反射光１ｅと位相が
一致する反射光を反射する生体組織と反射光１ｅ、１ｄ
が互いに干渉する点との間の距離は、反射鏡４と前記反
射光１ｅ、１ｄが互いに干渉する点との間の距離と一致
するものであり、従って反射鏡４と前記反射光１ｅ及び
反射光１ｄが干渉する点との間の距離を求めることによ
って生体３のどの位置の生体組織から反射された反射光
が干渉によって強められているかを検知することができ
る。

【００２５】また上記反射鏡４は生体組織で反射された
反射光１ｄに対して移動自在に形成したので、反射光１
ｅ及び反射光１ｄが干渉する点と反射鏡４の位置を自由
に設定することができるものである。従って反射鏡４を
上記反射光１ｅ及び反射光１ｄが干渉する点に対して移
動させることによって、生体３の深さ方向における任意
の位置に存在する生体組織からの反射光の位相と反射鏡
４で反射される反射光１ｅの位相とを一致させることが
でき、測定の対象となる所望の生体組織からの反射光を
選択的に強めることができるものであり、このために測
定の対象となる所望の生体組織の成分に帰属するシグナ
ルに対するノイズ成分を低減させてＳＮ比を向上させる
ことができるのである。

【００２６】本発明の生体組織性状測定装置は、生体組
織細胞中あるいは生体組織細胞外の体液成分の濃度の定
量を一つの目的とするものである。この体液成分の濃度
の定量には、水の第一倍音付近の領域（１２５０〜１８
００ｎｍ）の近赤外光１と、水の第二倍音付近の領域
（８００〜１３００ｎｍ）の近赤外光１のうち、一方あ
るいは両方を利用することによっておこなう。各領域の
特性としては、水の第一倍音付近の領域では、分子振動
に帰属するスペクトル信号が大きい反面、光の透過性が
悪く、水の第二倍音付近の領域では、分子振動に帰属す
るスペクトル信号が小さい反面、光の透過性に富むので
ある。

【００２７】また上記体液成分の濃度の定量がグルコー
ス濃度の定量である場合には、光源９から照射される近
赤外光１としては、９５０〜１１５０ｎｍ及び１２５０
〜１８００ｎｍの波長領域から選択した全領域あるいは
領域の一部からなる少なくとも一種類の波長のコヒーレ
ント近赤外光、特に、９４５±２０ｎｍ、９６５±２０
ｎｍ、１０１５±３０ｎｍ、１１００±３０ｎｍ、１４
００±２０ｎｍ、１４５０±２０ｎｍ、１５００±２０
ｎｍ、１６８０±２０ｎｍの波長のコヒーレント近赤外
光を用いる必要がある。

【００２８】つまりグルコース濃度の定量には、水の第
一倍音付近の領域の信号として９５０〜１１５０ｎｍ、
好ましくは９４５±２０ｎｍ、９６５±２０ｎｍ、１０
１５±３０ｎｍ、１１００±３０ｎｍを、水の第二倍音
付近の領域の信号として１２５０〜１８００ｎｍ、好ま
しくは１４００±２０ｎｍ、１４５０±２０ｎｍ、１５
００±２０ｎｍ、１６８０±２０ｎｍのシグナルの少な
くとも一波長を用いて測定する必要がある。

【００２９】このようにグルコース濃度の定量に９５０
〜１１５０ｎｍ、好ましくは９４５±２０ｎｍ、９６５
±２０ｎｍ、１０１５±３０ｎｍ、１１００±３０ｎｍ
を、１２５０〜１８００ｎｍ、好ましくは１４００±２
０ｎｍ、１４５０±２０ｎｍ、１５００±２０ｎｍ、１
６８０±２０ｎｍのシグナル（近赤外光１）の少なくと
も一波長を用いて測定することによって、グルコース濃
度を精度よく定量分析することができるものである。

【００３０】測定された各波長の信号は、前もって作成
された検量線（検量式）を用いて情報処理手段７でグル
コース濃度に変換されて、表示装置８で測定値として表
示される。検量線（検量式）の作成は通常数種類の波長
を用いて作成されるが、本発明においては前記波長を含
むものであれば、測定波長や数のいずれも制限するもの
ではない。

【００３１】また血糖値の代用特性として生体組織細胞
中あるいは生体組織細胞外のグルコース濃度を定量する
には、皮下０．１〜１０．０ｍｍの間、好ましくは０．
５〜１０．０ｍｍの間の位置にある目的とする（測定の
対象の）生体組織からの反射光（散乱光）１ｄに干渉さ
せるように反射鏡４の位置を設定することができ、この
ことで、血糖値の代用特性としてのグルコース濃度を精
度よく定量分析することができるものである。

【００３２】また生体組織細胞中あるいは生体組織細胞
外の体液成分の濃度の定量、特にグルコース濃度を定量
をおこなうにあたっては、生体３の体表面近傍を流れる
動脈あるいは静脈からの反射光１ｄに反射鏡４からの反
射光１ｅを干渉させて測定するの非常に良い方法であ
る。その際血管を流れる血液は散乱が大きい特性があっ
て測定に利用しにくいので、近赤外光１のビームスプリ
ッタ２で分割された他方の光１ｂが照射される側の血管
近傍、つまり血管の体表面側近傍の生体組織での反射光
が反射鏡４からの反射光１ｅと干渉するように反射鏡４
の位置を調整して設定すると、良いスペクトル（信号）
が得られる。

【００３３】またＳＮ比の良い（高い）スペクトルを得
るという観点から、グルコース濃度の定量には皮下脂肪
組織を避けて測定をおこなう必要がある。そのために、
反射鏡４の位置を移動させて測定における適切な設定位
置を見つけることは非常に有効であり、その脂肪組織の
位置を検出するにあたっては、グルコース濃度の定量に
好ましくない脂肪組織の特徴的な光の吸収を用いておこ
なう。この脂肪組織での光の吸収の大小の測定をおこな
うにあたっては、少なくとも９００〜９５０ｎｍあるい
は１３５０〜１４２０ｎｍの波長領域の全領域あるいは
領域の一部からなるコヒーレント近赤外光１を用いてお
こない、この吸収が脂肪組織によるものか否かを比較し
て判断する。

【００３４】本発明の生体組織性状測定装置のもう一つ
の目的は、生体組織性状が生体組織の固さや密度のよう
な物性であって、この物性を定性分析あるいは定量分析
することにある。生体組織の固さや密度のような物性と
は、具体的には肩こりに代表される身体のこり、あるい
は乳癌や肝硬変や脂肪肝や動脈硬化に代表される生体組
織の変化である。

【００３５】このような生体組織性状の分析には、多数
の被験者から得られるスペクトルを定量分析あるいは定
性分析を利用しておこなわれる。定量分析には線形重回
帰分析（ＭＬＲ）、主成分回帰分析、ＰＬＳ回帰分析
（partial least squares regressin ）、ニューラルネ
ット手法、ニューラルネット手法が用いられ、定性分析
には判別分析、クラスタ分析等の手法が利用することが
できる。

【００３６】生体組織の固さや密度のような物性を分析
（測定）する生体組織性状測定装置も上記と同様に形成
することができる。分析に利用する光源９から照射され
る近赤外光１の波長や情報処理手段７における検量手法
の決定は、多数の正常組織と病変組織のスペクトル（信
号）を解析することによりおこなうが、分析に利用する
光源９から照射される近赤外光１の波長や情報処理手段
７における検量手法の他の決定手法としては、予め動物
実験等により侵襲的におこなう方法がある。この方法は
侵襲的に露出させた被測定組織（正常組織及び病変組織
の両方）に回折格子やＦＴ−ＩＲ等の手法により分光し
た光を照射して吸収スペクトルを得て、この吸収スペク
トルを多変量解析することにより、本発明の生体組織性
状測定装置に利用する近赤外光１の波長や情報処理手段
７における検量手法を決定し、この決定した近赤外光１
の波長や情報処理手段７における検量手法を利用して上
述のように本発明の生体組織性状測定装置による生体組
織性状の測定（in vivo 測定) をおこなうようにする。

【００３７】具体例を挙げると、人為的に癌化させたマ
ウスの癌組織を表皮組織を切開することにより露出さ
せ、上記手法で癌組織のスペクトルを得る。また同様の
操作を正常なマウスを含む多数のマウスに実施してスペ
クトルを得、次にこれらスペクトルを定性分析すること
により、組織性状の判別に意味のある波長をピックアッ
プして、本発明の生体組織性状測定装置に利用する近赤
外光１の波長を決定する。そしてこの決定した波長の近
赤外光１を本発明の生体組織性状測定装置による生体組
織の性状の分析をおこなうことによって、生体組織で癌
発症を判別することができる。

【００３８】尚、本発明の生体組織性状測定装置の分析
精度を上げるには、さらに本発明の生体組織性状測定装
置による分析を非侵襲的に多数の生体組織に施して、多
変量解析する必要がある。また上にも述べたが、本発明
の生体組織性状測定装置を用いて侵襲的な実験を経ずに
非侵襲的な段階から分析を実施しても、生体組織の固さ
や密度のような物性を分析することは可能である。

【００３９】次に本発明の生体組織性状測定装置の実施
例を説明する。図１に示す生体組織性状測定装置は、生
体組織性状として生体組織中のグルコース濃度を測定す
るものである。光源９として１６７０ｎｍと１４５０ｎ
ｍの波長のコヒーレント近赤外光１を照射するコヒーレ
ントレーザ光源を用いている。６は光源９から照射され
たコヒーレント近赤外光１を集光する凸型のレンズであ
る。光源９から照射されたコヒーレント近赤外光１を二
つに分割するビームスプリッタ２は、レンズ６と被測定
物である生体（腕）３の間に配置されており、レンズ６
を介して照射されるコヒーレント近赤外光１の進行方向
に対して約４５°傾けられている。レンズ６を介してビ
ームスプリッタ２に照射されたコヒーレント近赤外光１
は、このコヒーレント近赤外光１の進行方向に対して約
９０°に進行する光１ａと、コヒーレント近赤外光１の
進行方向と略平行な方向に進行する光１ｂとに分割さ
れ、上記光１ａはコヒーレント近赤外光１の進行方向と
略平行に配置される反射鏡４に導かれると共に上記光１
ｂは生体３に導かれる。図１に矢印で示すように反射鏡
４は上記スプリッタ２に対して近接離隔するように移動
自在に形成されている。

【００４０】上記光１ａは反射鏡４でビームスプリッタ
２の方に反射光１ｅとして反射されると共に上記光１ｂ
は生体３中の任意の位置の生体組織でビームスプリッタ
２の方に反射光１ｄとして反射され、両方の反射光１
ｅ、１ｄはビームスプリッタ２の位置で互いに干渉する
が、皮下２ｍｍに位置する生体組織からの反射光の位相
と反射鏡４からの反射光１ｅの位相とが一致するように
（干渉するように）、ビームスプリッタ２（反射光１
ｄ、１ｅの干渉の位置）からの反射鏡４の位置を設定し
てある。このように皮下２ｍｍに位置する生体組織から
の反射光の位相と反射鏡４からの反射光１ｅの位相とが
一致するようにビームスプリッタ２の干渉の位置からの
反射鏡４の位置を設定することによって、皮下２ｍｍに
位置する生体組織からの反射光を選択的に強めることが
できる。

【００４１】この干渉した反射光１ｃは反射板４と略正
面に対向する凸型のレンズ１０で集光されて検出器（受
光素子）５に導かれる。この後検出器５で電圧に変換さ
れた反射光１ｃからの信号をデジタル化してマイクロコ
ンピュータである情報処理手段７に入力し、上記信号を
予め用意された検量線に従って情報処理手段７で演算処
理することによってグルコース濃度が算出され、このグ
ルコース濃度が測定値として表示手段８に表示されるよ
うになっている。

【００４２】グルコース濃度を算出するために使用する
検量線は、本発明の利用者あるいは複数の人間を被験者
とし、本発明とは異なる他の標準手法により得られるグ
ルコース濃度の真値と、本発明によるコヒーレント近赤
外光１の吸光度の関係を統計的解析手段により解析する
ことで得ることができる。また上記他の標準手法での生
体組織のグルコース濃度の定量が困難な場合は、代用特
性として血液中のグルコース濃度（血糖値）を用いて検
量線を作成してもよい。この場合、本発明を逆に血糖値
測定装置として利用することができる。

【００４３】また本発明の利用者本人より検量線を作成
する場合にあたっては、グルコース負荷試験を用いるこ
とができる。これは先ずグルコース含有物を飲料後、一
定時間間隔で採血と上記本発明による信号測定をおこな
うようにする。次に採血した血液を分析する標準手法に
より得られたグルコース濃度と、本発明の測定時に記憶
された信号とを対比してデータ化し、このデータを用い
て情報処理手段７に内蔵される解析手段により検量線が
作成される。この実施例において個人対応の検量線を作
成する場合には重回帰分析手法を用いている。

【００４４】次に他の実施例を説明する。この実施例の
ものは生体組織性状として生体組織中のグルコース濃度
を測定するものである。光源９としてはタングステンハ
ロゲンランプと回折格子からなる光源を用いており、こ
の回折格子を用いることによって９５０〜１１５０ｎｍ
の波長領域のスペクトルを測定してグルコースの定量を
おこなうようにしている。また皮下２ｍｍに位置する生
体組織からの反射光の位相と反射鏡４からの反射光１ｅ
の位相とが一致するように（干渉するように）反射鏡４
の位置が設定されている。これら以外は上記実施例と同
様に図１に示すように形成されている。

【００４５】またグルコース濃度を算出するために使用
する検量線は、本発明の利用者あるいは複数の人間を被
験者とし、本発明とは異なる他の標準手法により得られ
るグルコース濃度の真値と、本発明によるコヒーレント
近赤外光１の吸光度の関係を統計的解析手段により解析
することで得た。またこの実施例において個人対応の検
量線を作成する場合にはＰＬＳ回帰分析手法を用いてい
る。

【００４６】次にさらに他の実施例を説明する。この実
施例のものは生体組織性状として生体組織中のグルコー
ス濃度を測定するものである。光源９としてはタングス
テンハロゲンランプと回折格子からなる光源を用いてお
り、この回折格子を用いることによって１２５０〜１８
００ｎｍの波長領域のスペクトルを測定してグルコース
の定量をおこなうようにしている。また皮下２ｍｍに位
置する生体組織からの反射光の位相と反射鏡４からの反
射光１ｅの位相とが一致するように（干渉するように）
反射鏡４の位置が設定されている。これら以外は上記実
施例と同様に図１に示すように形成されている。

【００４７】またグルコース濃度を算出するために使用
する検量線は、本発明の利用者あるいは複数の人間を被
験者とし、本発明とは異なる他の標準手法により得られ
るグルコース濃度の真値と、本発明によるコヒーレント
近赤外光１の吸光度の関係を統計的解析手段により解析
することで得た。またこの実施例において個人対応の検
量線を作成する場合にはＰＬＳ回帰分析手法を用いてい
る。

【００４８】次にさらに他の実施例を説明する。この実
施例のものは生体組織性状として生体組織中のグルコー
ス濃度を測定するものである。光源９としてはタングス
テンハロゲンランプと干渉フィルタからなる光源を用い
ており、使用した干渉フィルタは中心波長が１４００ｎ
ｍ、１５００ｎｍ、１６８０ｎｍで半値幅が２０ｎｍの
ものであった。また皮下２ｍｍに位置する生体組織から
の反射光の位相と反射鏡４からの反射光１ｅの位相とが
一致するように（干渉するように）反射鏡４の位置が設
定されている。これら以外は上記実施例と同様に図１に
示すように形成されている。

【００４９】またグルコース濃度を算出するために使用
する検量線は、本発明の利用者あるいは複数の人間を被
験者とし、本発明とは異なる他の標準手法により得られ
るグルコース濃度の真値と、本発明によるコヒーレント
近赤外光１の吸光度の関係を統計的解析手段により解析
することで得た。またこの実施例において個人対応の検
量線を作成する場合には重回帰分析手法を用いている。

【００５０】次にさらに他の実施例を説明する。この実
施例のものは生体組織性状として生体組織中のグルコー
ス濃度を測定するものである。光源９としてはタングス
テンハロゲンランプと干渉フィルタからなる光源を用い
ており、使用した干渉フィルタは中心波長が９４５ｎ
ｍ、９６５ｎｍ、１０１５ｎｍ、１１００ｎｍで半値幅
が２０ｎｍのものであった。また皮下２ｍｍに位置する
生体組織からの反射光の位相と反射鏡４からの反射光１
ｅの位相とが一致するように（干渉するように）反射鏡
４の位置が設定されている。これら以外は上記実施例と
同様に図１に示すように形成されている。

【００５１】またグルコース濃度を算出するために使用
する検量線は、本発明の利用者あるいは複数の人間を被
験者とし、本発明とは異なる他の標準手法により得られ
るグルコース濃度の真値と、本発明によるコヒーレント
近赤外光１の吸光度の関係を統計的解析手段により解析
することで得た。またこの実施例において個人対応の検
量線を作成する場合には重回帰分析手法を用いている。

【００５２】次にさらに他の実施例を説明する。この実
施例のものは生体組織性状として生体組織中のグルコー
ス濃度を測定するものである。光源９としてはタングス
テンハロゲンランプと回折格子からなる光源を用いてお
り、この回折格子を用いることによって１２５０〜１８
００ｎｍの波長領域のスペクトルを測定することにより
グルコース濃度の定量をおこなっている。またこの実施
例では、近赤外光１から分割された光１ｂを生体（腕）
３の皮静脈に向けて照射し、静脈血の反射スペトルを測
定するようにしている。反射鏡４の位置は上記皮静脈血
管の体表面側の面からの反射光の位相と反射鏡４からの
反射光１ｅの位相とが一致するように（干渉するよう
に）調節して設定されている。このような反射鏡４の位
置は、血液の散乱が大きいことを利用して反射鏡４の位
置を調節して、皮静脈血管の体表面側の面からの反射光
において大きなゲイン（利得）が得られるところで固定
するようにしている。これら以外は上記実施例と同様に
図１に示すように形成されている。

【００５３】またグルコース濃度を算出するために使用
する検量線は、本発明の利用者あるいは複数の人間を被
験者とし、本発明とは異なる他の標準手法により得られ
るグルコース濃度の真値と、本発明によるコヒーレント
近赤外光１の吸光度の関係を統計的解析手段により解析
することで得た。またこの実施例において個人対応の検
量線を作成する場合にはＰＬＳ回帰分析手法を用いてい
る。

【００５４】次にさらに他の実施例を説明する。この実
施例のものは生体組織性状として生体組織中のグルコー
ス濃度を測定するものである。光源９としてはタングス
テンハロゲンランプと回折格子からなる光源を用いてお
り、この回折格子を用いることによって９５０〜１１５
０ｎｍの波長領域のスペクトルを測定することによりグ
ルコース濃度の定量をおこなっている。またこの実施例
ではグルコース濃度の測定に先立ち、９００〜９５０ｎ
ｍの近赤外光１を用いて上記と同様のスペクトルの測定
をおこない、これにより脂肪組織での反射光１ｄである
か否かを判定し、脂肪組織でのスペクトルでないことを
確認している。この判定には定性分析手法を利用した。
これら以外は上記実施例と同様に図１に示すように形成
されている。

【００５５】またグルコース濃度を算出するために使用
する検量線は、本発明の利用者あるいは複数の人間を被
験者とし、本発明とは異なる他の標準手法により得られ
るグルコース濃度の真値と、本発明によるコヒーレント
近赤外光１の吸光度の関係を統計的解析手段により解析
することで得た。またこの実施例において個人対応の検
量線を作成する場合にはＰＬＳ回帰分析手法を用いてい
る。

【００５６】次にさらに他の実施例を図２に基づいて説
明する。この実施例のものは生体（肩）３の生体組織性
状として肩こりを測定するものである。光源９としては
タングステンハロゲンランプと回折格子からなる光源を
用いており、この回折格子を用いることによって９５０
〜１１５０ｎｍの波長領域のスペクトルを測定すること
により生体組織の固さの定性分析をおこなっている。ま
たこの実施例ではビームプリット２で分割された光１ｂ
を肩部分に照射し、これで得られるスペクトルを上記と
同様に分析して定性分析を実施している。これら以外は
上記実施例と同様に図１に示すように形成されている。

【００５７】また肩こりの程度を算出するために使用す
る検量線は、本発明の利用者あるいは複数の人間を被験
者とし、本発明とは異なる他の標準手法により得られる
肩こりの程度と、本発明によるコヒーレント近赤外光１
の吸光度の関係を統計的解析手段により解析することで
得た。肩こりの程度はプロのマッサージ師による触診か
ら得られる５段階評価の値を用いた。またこの実施例に
おいて個人対応の検量線を作成する場合にはＰＬＳ回帰
分析手法を用いている。

【００５８】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に記載の
発明は、コヒーレントあるいはそれに近い近赤外光を二
つに分割するビームスプリッタと、分割された近赤外光
のうち一方の光を生体組織で反射される他方の光と干渉
させるように反射する反射鏡と、干渉させた反射光の信
号を検出する検出器と、検出器で検出された信号を演算
処理する情報処理手段とを備え、生体組織で反射された
反射光に対する反射鏡の位置を設定自在に形成したの
で、分割された近赤外光のうち一方の光を生体組織で反
射される他方の光と干渉させるように反射鏡で反射する
ことによって、反射鏡で反射された反射光の位相と一致
する位相の生体組織で反射された反射光を選択的に強め
ることができ、反射鏡で反射された反射光の位相と一致
する位相の反射光を反射する生体組織の性状分析を非侵
襲で精度良く分析することができる、つまり生体組織の
成分や組織の濃度変化や物性変化に関連する信号をより
明確にして正確な生体組織性状の定量分析あるいは定性
分析をおこなうことができるものである。

【００５９】しかも生体組織で反射された反射光に対す
る反射鏡の位置を設定自在に形成することによって、生
体の任意の位置の生体組織からの反射光の位相と反射鏡
で反射された反射光の位相とを一致させることができ、
生体の任意の位置の分析を目的とする組織あるいは組織
近傍からの反射光を選択的に検知することができるもの
である。

【００６０】また本発明の請求項２に記載の発明は、前
記生体組織性状が生体組織の細胞中あるいは生体組織の
細胞外の体液成分濃度であるので、生体組織の細胞中あ
るいは生体組織の細胞外の体液成分濃度を非侵襲で精度
良く分析することができるものである。また本発明の請
求項３に記載の発明は、前記生体組織性状である体液成
分濃度がグルコース濃度であって、前記グルコース濃度
の定量にあたって少なくとも９５０〜１１５０ｎｍ及び
１２５０〜１８００ｎｍの領域から選択された全領域あ
るいは領域の一部からなる少なくとも一種類の波長のコ
ヒーレント近赤外光を用いたので、グルコース濃度を非
侵襲で精度良く分析することができるものである。

【００６１】また本発明の請求項４に記載の発明は、皮
下０．１〜１０．０ｍｍの間の生体組織で反射された反
射光に反射鏡で反射された反射光を干渉させるように前
記反射鏡の位置を設定したので、血糖値の代用特性とし
て生体組織のグルコース濃度を測定するにあたって、グ
ルコース濃度を非侵襲で精度良く分析することができる
ものである。

【００６２】また本発明の請求項５に記載の発明は、前
記生体組織が体表面近傍の動脈血管あるいは静脈血管の
体表側近傍であって、この生体組織で反射された反射光
に反射鏡で反射された反射光を干渉させるように前記反
射鏡の位置を設定したので、散乱の小さい体表面近傍の
動脈血管あるいは静脈血管の体表側近傍からの反射光の
位相と反射鏡で反射された反射光の位相を一致させるこ
とによって、散乱の大きい血液からの反射光の位相と反
射鏡で反射された反射光の位相を一致させる場合より
も、生体性状、特にグルコース濃度を非侵襲で精度良く
分析することができるものである。

【００６３】また本発明の請求項６に記載の発明は、所
望の生体組織の組織性状を測定するのに好ましくない組
織成分の光の吸収の大小の測定に基づいて、前記反射鏡
の位置を設定したので、所望の生体組織の組織性状を測
定するのに好ましくない組織成分からの反射光の位相と
反射鏡で反射された反射光の位相を一致させないように
することができ、生体性状を非侵襲で精度良く分析する
ことができるものである。

【００６４】また本発明の請求項７に記載の発明は、前
記好ましくない組織成分が脂肪組織であって、９００〜
９５０ｎｍ及び１３５０〜１４２０ｎｍの少なくとも一
方の波長領域の全領域あるいは領域の一部からなるコヒ
ーレント近赤外光を用いると共に反射鏡を移動させるこ
とによって脂肪組織での上記コヒーレント近赤外光の吸
収の大小を検出したので、脂肪組織からの反射光である
か否かを精度良く分析することができるものである。

【００６５】また本発明の請求項８に記載の発明は、前
記生体組織性状が生体組織の固さや密度等の物性である
ので、生体組織の性状のうち上記物性の分析を非侵襲で
精度良く分析することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す概略図である。

【図２】同上の他の実施の形態を示す概略図である。

【符号の説明】

１近赤外光１ａ光１ｂ光１ｃ干渉された反射光１ｄ反射光１ｅ反射光２ビームスプリッタ３生体４反射鏡５検出器７情報処理手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体中の生体組織性状を非侵襲的に計測
する生体組織性状測定装置であって、コヒーレントある
いはそれに近い近赤外光を二つに分割するビームスプリ
ッタと、分割された近赤外光のうち一方の光を生体組織
で反射される他方の光と干渉させるように反射する反射
鏡と、干渉させた反射光の信号を検出する検出器と、検
出器で検出された信号を演算処理する情報処理手段とを
備え、生体組織で反射された反射光に対する反射鏡の位
置を設定自在に形成して成ることを特徴とする生体組織
性状測定装置。
【請求項２】前記生体組織性状が生体組織の細胞中あ
るいは生体組織の細胞外の体液成分濃度であることを特
徴とする請求項１に記載の生体組織性状測定装置。
【請求項３】前記生体組織性状である体液成分濃度が
グルコース濃度であって、前記グルコース濃度の定量に
あたって少なくとも９５０〜１１５０ｎｍ及び１２５０
〜１８００ｎｍの領域から選択された全領域あるいは領
域の一部からなる少なくとも一種類の波長のコヒーレン
ト近赤外光を用いることを特徴とする請求項１又は２に
記載の生体組織性状測定装置。
【請求項４】皮下０．１〜１０．０ｍｍの間の生体組
織で反射された反射光に反射鏡で反射された反射光を干
渉させるように前記反射鏡の位置を設定して成ることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の生体組織
性状測定装置。
【請求項５】前記生体組織が体表面近傍の動脈血管あ
るいは静脈血管の体表側近傍であって、この生体組織で
反射された反射光に反射鏡で反射された反射光を干渉さ
せるように前記反射鏡の位置を設定して成ることを特徴
とする請求項１乃至４のいずれかに記載の生体組織性状
測定装置。
【請求項６】所望の生体組織の組織性状を測定するの
に好ましくない組織成分の光の吸収の大小の測定に基づ
いて、前記反射鏡の位置を設定して成ることを特徴とす
る請求項１乃至５のいずれかに記載の生体組織性状測定
装置。
【請求項７】前記好ましくない組織成分が脂肪組織で
あって、９００〜９５０ｎｍ及び１３５０〜１４２０ｎ
ｍの少なくとも一方の波長領域の全領域あるいは領域の
一部からなるコヒーレント近赤外光を用いると共に反射
鏡を移動させることによって脂肪組織での上記コヒーレ
ント近赤外光の吸収の大小を検出することを特徴とする
請求項６に記載の生体組織性状測定装置。
【請求項８】前記生体組織性状が生体組織の固さや密
度等の物性であることを特徴とする請求項１に記載の生
体組織性状測定装置。