JPH11244266A - 生体表層組織の分析方法及び生体表層組織の分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生体表面近傍の化学成分あるいは物性の定
量、定性分析に際して、外乱要因を最小限に抑えること
で精度よくスペクトル測定を行うことができる生体表層
組織の分析方法を提供する。 【解決手段】 近赤外領域における光の吸収を利用した
生体組織中あるいは体液中の化学成分を分析する分光分
析方法である。被測定者の肘２６を固定すると共にその
前腕２５内側を支持した状態で前腕２５内側の被測定部
位に近赤外光を投光する。この被測定部位の生体組織を
透過し又はこの生体組織で拡散反射した近赤外光を検出
する。メラニン色素の沈着や体毛等の測定誤差を生じる
と思われる外乱要因が比較的少ない部位である前腕内側
で測定して測定精度を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近赤外領域におけ
る光の吸収を利用した生体組織中又は体液中の化学成分
を分析する分光方法に関するものであり、具体的には皮
膚組織等の化学成分の濃度、例えば水分、グルコース、
果糖、カルシウム、ナトリウム等の定量分析や、皮膚の
弾力、はり、みずみずしさといった物理的性質の定量、
定性分析を行う生体表層組織の分析方法及びその装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】可視域に隣接する近赤外域の光を用いて
物質の定量、定性分析を行う近赤外分光分析法は、近
年、農業分野をはじめ様々な分野で利用されはじめてお
り、最近では生体分野において非侵襲、無害の分析手法
として注目されている。近赤外分光分析法は０．８μｍ
から２．５μｍの波長の光を物質に照射し、透過あるい
は反射した光のスペクトルより分析を行う手法である。
この近赤外分光分析法は、 ・ エネルギーの低い電磁波を用いるので試料を損傷す
ることがない ・ 固体、粉体、繊維、液体、気体など様々な状態の試
料に適用することができる。 ・ 赤外光にくらべ近赤外光では水の吸収強度が弱くな
るので、水溶液での分析ができる。 などの利点を有する。

【０００３】ただし、近赤外光を用いる場合、吸収シグ
ナルは高調波をあつかうために赤外光に比較して非常に
微弱である上、バンドの帰属が明確でないという欠点を
有しており、このために近赤外分光分析にはその定量、
定性のためにいわゆる”ケモメトリクス”と呼ばれる手
法が用いられる。これは、多変量解析手法や統計解析手
法を用いて化学分析を行う手法で、コンピュータの発達
とともに発展し、最近の近赤外分光分析では主成分回帰
分析あるいはＰＬＳ回帰分析といった多変量解析手法を
用いて行われることが多い。またニューラルネットワー
ク等の解析への応用も試みられている。

【０００４】従来の近赤外分光分析に用いられている光
ファイババンドル４ａ’は主としてＦＴ−ＩＲのような
汎用の分光分析装置でのスペクトル測定に利用されるも
ので、図１０（ａ）に示すようにバンドル断面が外層の
ステンレスチューブ８と内層のステンレスチューブ８に
より同心円状に仕切られ、中心側（又は外周側）に投光
用光ファイバ２３ａが配された投光用バンドル２３’を
配置し、外周側（又は中心側）に受光用光ファイバ２４
ａが配された受光用バンドル２４’を配置して構成され
たものや、図１０（ｂ）に示すようにバンドル断面に投
光用光ファイバ２３ａと受光用光ファイバ２４ａがラン
ダムに配置されたもの等のように多様に存在する。

【０００５】生体組織を近赤外線を利用して分析する試
みとしては、まだ実用化に至っていないが光ＣＴの開発
がある。光ＣＴは生体表層組織の分析を意図したもので
はないが、現在実用化されているＸ線によるＣＴスキャ
ンや核磁気共鳴を利用したＮＭＲのような断層イメ−ジ
を近赤外光を用いて撮影しようというものである。光Ｃ
Ｔの開発では発光プローブより受光プローブへ到達する
光の物質中の透過経路を確定することが非常に重要な項
目で、図１１に示すように発光プローブ３０と受光プロ
ーブ３１とを測定物２８に対して平行に配置した場合、
透過光はいわゆる「バナナシェイプ」とよばれる経路２
７を通ることが実験的にも光の拡散方程式やモンテカル
ロ方等の数値解析手法を用いたシミュレーションにおい
ても確認されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、生体表層組織
の化学分析あるいは物性を定量、定性分析する従来の分
光分析装置における光バンドルプローブあるいは測定プ
ローブは、前記プローブの測定端部を単に生体組織に聴
診器のように押し当てるか、あるいは前記プローブの上
に例えば腕を載せて測定するだけである。このような測
定方法では測定毎に測定位置（測定ポイント）ズレをが
生じ、測定スペクトルのベースライン変動や吸光度の変
動の原因となり、再現性の点から決して適切な測定方法
とはいえなかった。

【０００７】またその測定部位に関しても皮膚表面近傍
の性状が均一でメラニン色素の沈着や体毛が比較的少な
い箇所を選択し、上述したような測定位置（測定ポイン
ト）ズレを抑えるために被験者個人毎の定点測定を行う
ことが再現性の良いスペクトル測定に有利に働き、更に
性差や年齢差による皮膚組織の解剖学的なばらつきをが
比較的小さい領域を選択すれば、性差や年齢差にこだわ
らずに同一プローブを使用することができ、測定におけ
る利便性や経済性が向上するものであるが、このような
点を考慮した測定プローブあるいは分光分析装置は、従
来存在しなかった。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、生体表面近傍の化学成分あるいは物性の定量、定
性分析に際して、上記のような外乱要因を最小限に抑え
ることで精度よくスペクトル測定を行うことができる生
体表層組織の分析方法及びその装置を提供することを目
的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の生体表層組織の分析方法は、近赤外領域における光の
吸収を利用した生体組織中あるいは体液中の化学成分を
分析する分光分析方法であり、被測定者の肘２６を固定
すると共にその前腕２５内側を支持した状態で前腕２５
内側の被測定部位に近赤外光を投光し、この被測定部位
の生体組織を透過し又はこの生体組織で拡散反射した近
赤外光を検出することを特徴とするものである。

【００１０】また本発明の請求項２に記載の生体表層組
織の分析方法は、請求項１の構成に加えて、被測定者の
肘２６が固定される肘固定点と被測定部位との距離Ｌを
１３±６ｃｍとした状態で測定を行うことを特徴とする
ものである。また本発明の請求項３に記載の生体表層組
織の分析方法は、請求項１又は２の構成に加えて、被測
定者の前腕２５をその肘２６を手よりも下方に配置する
と共に前腕２５内側と水平面との成す角の角度θを０°
〜９０°の範囲とした状態で測定を行うことを特徴とす
るまた本発明の請求項４に記載の生体表層組織の分析装
置は、近赤外光源と、近赤外光源から発する近赤外光を
被測定者の生体組織に投射する投射部と、生体組織を透
過し又はこの生体組織で拡散反射した近赤外光を受光す
る受光部と、受光部から導かれた近赤外光を検出して信
号化する検出手段と、検出手段から得られた信号を演算
して生体組織あるいは体液中の化学成分の定量、定性分
析を行う演算手段と、投射部と受光部を備え、生体表面
に当接される測定プローブ４とを具備し、測定プローブ
４を被測定者の前腕２５内側を支持する支持部１３ｂに
設けたことを特徴とするものである。

【００１１】また本発明の請求項５に記載の生体表層組
織の分析装置は、請求項４の構成に加えて、被測定者の
肘２６を固定する肘固定手段を設けたことを特徴とする
また本発明の請求項６に記載の生体表層組織の分析装置
は、請求項４又は５の構成に加えて、支持部１３ｂ又は
測定プローブ４の、被測定者の前腕２５内側に当接する
部分に測定開始スイッチ１４を設けたことを特徴とする
ものである。

【００１２】また本発明の請求項７に記載の生体表層組
織の分析装置は、請求項４乃至６のいずれかの構成に加
えて、肘固定手段が、測定時以外は測定プローブ４を保
護する保護カバー１５として兼用できるものであること
を特徴とするものである。また本発明の請求項８に記載
の生体表層組織の分析装置は、請求項４乃至７のいずれ
かの構成に加えて、測定時以外に測定プローブ４への光
の入射を防ぐ遮光手段として兼用できる測定プローブ４
を保護する保護カバー１５を具備することを特徴とする
ものである。

【００１３】また本発明の請求項９に記載の生体表層組
織の分析装置は、請求項４乃至８のいずれかの構成に加
えて、内面にリファレンス光測定用の標準板２２を設け
た測定プローブ４を保護する保護カバー１５を具備する
ことを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明の測定プローブ４は、生体表面近傍の化学
成分あるいは物性の定量、定性分析を行う生体表層組織
の分析装置に用いるためのものであり、例えば人間の皮
膚組織内、特に真皮領域中のグルコース濃度を分光分析
により定量する生体表層組織の分析装置に用いるための
ものである。この生体表層組織の分析装置の構成を図２
に示す。図２に示すように本発明の生体表層組織の分析
装置は近赤外光源として１５０Ｗのハロゲンランプ１を
備え、このハロゲンランプ１から回折格子ユニット２に
近赤外光を送るようにしてある。回折格子ユニット２
は、ハロゲンランプ１からの光の分光を行う回折格子を
収めたものであり、この分光された光を、回折格子ユニ
ット２と測定プローブ４を接続する投光用光ファイババ
ンドル２３中の投光用光ファイバ２３ａを通じて測定プ
ローブ４に送るようにしてある。またこの回折格子ユニ
ット２は前記回折格子の回転角制御を行い分光波長の調
節を行うステッピングモータユニット３を供えている。
測定プローブ４は投光用光ファイババンドル２３及び受
光用光ファイババンドル２４が接続され、回折格子ユニ
ット２から送られてきた分光後の光を投光用光ファイバ
２３ａの端部である投射部から被測定物に投射し、その
拡散反射光を受光用光ファイバ２４ａの端部である受光
部で受光し、受光用光ファイババンドル２４中の受光用
光ファイバ２４ａを通じて受光ユニット５に送るもので
ある。また受光ユニット５は受光用光ファイババンドル
２４に接続してあり、受光用光ファイババンドル２４中
の受光用光ファイバ２４ａを通じて測定プローブ４から
送られてきた光を検出する検出手段として設けたもので
あり、この検出した光を信号化して演算ユニット６に送
るものである。また演算ユニット６は受光ユニット５か
らの信号をもとに数値解析を行い、グルコース濃度の定
量等の生体表面近傍の化学成分あるいは物性の定量、定
性分析を行う演算手段として設けてある。

【００１５】ここで受光ユニット５では受光感度域が
０．９〜２．１μｍのＩｎＧａＡｓ製のフォトダイオー
ドの受光信号を増幅後、ＡＤ変換し、マイクロコンピュ
ータからなる演算ユニット６へ信号を伝達する。演算ユ
ニット６で行われる体液成分濃度定量には１．２５μｍ
〜１．８μｍの近赤外領域に属する吸光スペクトルを利
用し、多変量解析を実施する。本例において多変量解析
はＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒ
ｅ）回帰分析により得られる検量線（検量式）を用い
た。上記検量線は、予め本発明の生体表層組織の分析装
置を用いた実験より得られる。この実験は複数の被験者
の皮膚組織から測定した吸光スペクトルを説明変量と
し、実測した真皮細胞液中のグルコース濃度を目的変量
としてＰＬＳ回帰分析することにより得られる。

【００１６】以下に測定プローブ４の構成を説明する。
図２に示すように円柱状に形成された測定端部７ａを円
筒状に形成した測定端部７ｂ内の略軸芯部に挿通すると
共に測定端部７ａの上端が測定端部７ｂの上端から突出
するように配置し、測定端部７ｂの側面を貫通するネジ
孔に外側からネジ１１をねじ込むと共にネジ１１の先端
にて測定端部７ａの側面を押圧して測定端部７ａを測定
端部７ｂに固定してある。この測定端部７ｂは円筒状の
圧受部１０ａ内に配置されると共に圧受部１０ａの下端
に取着される円筒状の圧受部１０ｂに挿通されているも
のである。また測定端部７ｂの上部の外周にはつば部２
９が側方に突出させて設けてあり、測定端部７ｂの外周
面の、つば部２９の下面と圧受部１０ｂの上面の間には
圧縮コイルバネ１２を配置してこの圧縮コイルバネ１２
の弾性力にて圧受部１０ｂに下方に押圧力をかけると共
に測定端部７ｂに上方に押圧力をかけるようにしてあ
る。一方測定端部７ｂの上端は圧受部１０ａの上部の内
周に内方に向けて突設された係止片に当接されて係止さ
れており、上方に押圧力がかけられた測定端部７ｂがこ
のように圧受部１０ａの係止片に係止されることによ
り、圧受部１０ａ内に測定端部７ｂが固定されている。
このように構成される測定プローブ４は、圧受部１０ａ
を測定用プラットホーム１３に測定プローブ４の上端が
測定用プラットホーム１３の上面において露出するよう
に一体化させて測定用プラットホーム１３に固定するも
のである。ここで測定端部７ａの上端は測定用プラット
ホーム１３の上面から数ｍｍ突出するようにするもので
あり、この突出長さは測定端部７ａを測定端部７ｂにね
じ１１にて固定する際に調節しておくものである。

【００１７】また測定端部７ａには、クラッド径が２０
０μｍの受光用光ファイバ２４ａおよび投光用光ファイ
バ２３ａを各５０本を束ねた光ファイババンドル４ａ
を、この光ファイババンドル４ａの端部を測定端部７ａ
の上面に露出させてすることにより、投光用光ファイバ
２３ａの端部を投射部として形成すると共に、受光用光
ファイバ２４ａの端部を受光部として形成している。こ
の受光用光ファイバ２４ａおよび投光用光ファイバ２３
ａは、それぞれ測定端部７ａに接続されている受光用光
ファイババンドル２４に配置されている受光用光ファイ
バ２４ａ及び投光用光ファイババンドル２３内に配置さ
れている投光用光ファイバ２３ａを測定端部７ａ内で合
流させたものである。この光ファイババンドル４ａ中に
おける光ファイバ２３ａ、２４ａの配置は、図３
（ａ）、（ｂ）の測定端部７ａの平断面図に示すよう
に、正方形格子の格子点に配置された投光用光ファイバ
２３ａ（白）と最小単位の４本の投光用光ファイバ２３
ａで形成される正方形（図３（ａ）で最小単位の正方形
は水平に対して４５度傾いている）の対角線の交点位置
に受光用光ファイバ２４ａがくるように構成されてお
り、このとき図３（ａ）に示すように隣接する投光用光
ファイバ２３ａ間及び受光用光ファイバ２４ａ間の隙間
をできるだけ埋めて投光用光ファイバ２３ａ及び受光用
光ファイバ２４ａを光ファイババンドル４内に密に配置
することができ、また図３（ｂ）に示すように投光用光
ファイバ２３ａ間及び受光用光ファイバ２４ａ間に光フ
ァイバ２３ａ、２４ａ一本分の隙間を形成して配置する
こともできる。このように構成される光ファイババンド
ル４ａは測定端部７ａの外面を形成するステンレス製チ
ューブ８内に配置されると共に、光ファイババンドル４
ａとステンレス製チューブ８の内面との間にエポキシ樹
脂等の充填材９を充填して光ファイババンドル４ａがス
テンレス製チューブ８の略軸芯部に配置されるようにな
っている。充填材９はカーボンブラックを少量添加する
ことで黒色に着色されており、測定端部７ａを被測定部
位である皮膚に当接させた際に皮膚表面と測定端部７ａ
の境界面で発生する光散乱によるノイズを最小限にとど
めるようにしてある。

【００１８】このような生体表層組織の分析装置を用い
て人間の皮膚組織内の化学成分あるいは物性の定量、定
性分析をすることができるものであり、例えば真皮領域
中のグルコース濃度を分光分析により定量することがで
きる。測定を行う際は、まず測定用プラットホーム１３
に被測定者の前腕２５を掌を下に向けた状態で静かに載
せると共に、測定プローブ４の測定端部７ａを前腕２５
内側の肘２６の位置（肘固定点）から手首方向に向かっ
て約１３±６ｃｍの距離Ｌの前腕２５内側の皮膚（被測
定部位）に当接させる。このとき測定端部７ａの先端は
前腕２５内側から圧力を受け、測定端部７ａ及び測定端
部７ｂが圧受け部１０ａ内に矢印方向に移動し、圧受部
１０ａ及び圧受部１０ｂ間に配された圧縮コイルバネ１
２の弾性力によって測定端部７ａと皮膚との接触圧が制
御される。この状態でハロゲンランプ１から回折格子ユ
ニット２に光を送り、この光から回折格子ユニット２に
て測定に用いる近赤外光を分光する。このとき回折格子
ユニット２の回折格子はステッピングモータユニット３
にて回転角制御が行われて分光波長の調節がされてお
り、この回折格子にて分光を行うものである。回折格子
ユニット２にて分光された近赤外光は、投光用光ファイ
ババンドル２３を介して測定プローブ４の測定端部７ａ
に送られ、測定端部７ａ内の光ファイババンドル４ａの
投光用光ファイバ２３ａの端部である投射部から、測定
端部７ａに当接されている被測定部位に投射される。投
射された光は、被測定部位の真皮組織等の生体組織内を
透過し、あるいは拡散反射し、このうち再び測定端部７
ａに到達したものを測定端部７ａ内の測定プローブ４の
受光用光ファイバ２４ａの端部である受光部にて受光
し、更に受光用光ファイババンドル２４を介して受光ユ
ニット５に送られる。受光ユニット５ではこの送られた
光の波形を信号化してその信号を演算ユニット６に送
り、演算ユニット６にてこの信号をもとに数値解析を行
い、被測定部位の生体表層におけるグルコース濃度の定
量等の、化学成分あるいは物性の定量、定性分析を行
う。

【００１９】ここで測定端部７ａが当接される被測定部
位を前腕２５内側の肘２６の位置（肘固定点）から手首
方向に向かって約１３±６ｃｍの領域の前腕２５内側の
皮膚とした理由を以下に示す。被測定部位については、
皮膚表面近傍の性状が比較的均質で体毛が少ない箇所を
選択することが、再現性の良いスペクトル測定を行うの
に適しており、更に実際の測定における利便性や経済性
から同一のプローブを使用することができるように性差
や年齢差による皮膚組織の解剖学的なバラツキが比較的
小さい領域を選択することが望ましい。このような観点
から、超音波画像診断装置（Ｄｅｒｍａ Ｓｃａｎ
Ｃ）を持ちいて、真皮組織厚の測定及び測定プローブの
押圧に対する真皮組織厚への影響について検討を行っ
た。

【００２０】実験は２０〜５０代の成人を対象に前腕２
５内側（掌側）及び前腕２５外側（手の甲側）について
それぞれ手首、前腕２５中央、肘間接付近の３部位を選
択し合計６箇所、所定回数繰り返し測定を行い、平均値
及び標準偏差を算出して部位毎に比較検討を行った。そ
の結果、前腕２５内側の中央（特に肘２６から手首方向
に向かって約１３±６ｃｍの領域）において性差や年齢
差による真皮組織厚のバラツキが比較的小さく、また測
定プローブの押圧により真皮組織厚は約５％程度薄くな
るが、実際の測定にはほとんど影響しないという知見を
得た。更に前腕２５内側は体毛やメラニン色素の沈着等
の測定誤差を生じると思われる外乱要因が比較的少ない
ことも考慮し、前腕２５内側中央（特に肘２６から手首
方向に向かって約１３±６ｃｍの領域）での測定を行え
ば投光用光ファイバ２４ａと受光用光ファイバ２３ａの
間隔を性差や年齢差によって調節することなく所定の間
隔に形成した測定プローブ４を用いて分光分析を行うこ
とができる。

【００２１】図１に示す生体表層組織の分析装置では、
測定用プラットホーム１３として、延設部１３ｃと支持
部本体１３ａとを有するものを用いている。支持部本体
１３ａは、その上面を水平面に対して０°〜９０°の範
囲、好ましくは０°〜６０°の角度θに傾斜させると共
に傾斜方向に対する断面形状を上方に開口する凹状に成
形して支持部１３ｂを形成し、この支持部１３ｂに傾斜
方向に沿って前腕２５をのせた際に前腕２５がしっかり
と保持されるようにしてある。またこの支持部１３ｂの
上面はウレタン等のクッション性の良い素材で形成する
ことにより、支持部１３ｂにて前腕２５を支持する際に
不快感を感じることを防ぐことができる。また支持部本
体１３ａには測定プローブ４が、その上端が支持部１３
ｂの上面から露出するように設けてある。また支持部本
体１３ａの下部の、支持部１３ｂの傾斜面の下端の下方
の部分からは、側方に向けて延設部１３ｃを延設してあ
り、この延設部１３ｃの端部の上部には肘２６の形状に
合わせて上方に開口する凹状に形成した肘固定部１３ｄ
を設けることにより延設部１３ｃを肘固定手段として形
成してある。ここで肘固定部１３ｄは支持部１３ｂの傾
斜面の斜め下側の延長上に配置するものであり、従って
測定プローブ４の測定端部７ａと肘固定部１３ｄとを結
ぶ線が水平面に対して０°〜９０°の範囲、好ましくは
０°〜６０°の角度θとなっている。また肘固定部１３
ｄは、測定プローブ４の測定端部７ａと肘固定部１３ｄ
との距離が１３±６ｃｍとなる位置に配置するものであ
る。他の構成は図３に示すものと同様である。なお、図
中では赤外光源、回折格子ユニット２、ステッピングモ
ータユニット３、受光ユニット５及び演算ユニット６は
省略してある。

【００２２】このような生体表層組織の分析装置を用い
て生体表層組織の分析を行う際には、測定用プラットホ
ーム１３に一体に設けられた肘固定部１３ｄに被測定者
の肘２６を載せて固定し、被測定者の前腕２５を掌側を
下に向けた状態で支持部１３ｂに静かに載せ、測定端部
７ａを前腕２５内側の皮膚（被測定部位）に当接させて
行う。すなわち測定端部７ａが接触する前腕２５内側の
真皮組織中のグルコース濃度の定量等の化学成分あるい
は物性の定量、定性分析を行うものである。このとき前
腕２５は支持部１３ｂの上部の傾斜面と肘固定部１３ｄ
とを結ぶ線と同一の角度θに配置され、水平面に対して
０°〜９０°の範囲、好ましくは０°〜６０°の角度θ
となっており、また肘固定部１３ｄ上に配置された肘２
６の位置（肘固定点）と測定端部７ａに当接した前腕２
５内側の皮膚（被測定部位）との距離Ｌが１３±６ｃｍ
となっている。またこのとき支持部１３ｂの上面から露
出する測定端部７ａの先端は前腕２５内側から圧力を受
け、測定端部７ａ及び測定端部７ｂが圧受部１０ａ内に
矢印方向に移動し、圧受部１０ａの先端面が皮膚に接触
して測定用プラットホーム１３にかかる前腕２５からの
押し付け圧のほとんどをこの圧受部１０ａと測定用プラ
ットホーム１３の支持部１３ｂとで受ける。このとき測
定端部７ｂ、圧受部１０ａ、及び圧受部１０ｂ間に配さ
れた圧縮コイルバネ１２によって測定端部７ａと皮膚と
の接触圧が制御される。この接触圧は測定端部７ｂの下
端が圧受部１０ｂから突出した量、すなわち圧縮コイル
バネ１２の縮み量として把握できる。そしてこのような
状態で図３に示すものの場合と同様に近赤外光による生
体表層組織の分光分析を行うものである。

【００２３】このようにすると、前腕２５内側の測定位
置（被測定部位）は、肘固定部１３ｄと測定端部７ａと
の距離Ｌ（１３±６ｃｍ）によって決まることになるの
で、常に被験者個人毎の定点測定を行うことが可能とな
り、かつ測定端部７ａと測定位置（被測定部位）との接
触圧も上記のように常にほぼ一定に保つことができるた
め、ベースライン変動や吸光度変化といった測定値のば
らつきを小さくすることができ、ひいては皮膚組織中の
グルコース定量等の化学成分の定量、定性分析の測定精
度を向上させることができるものである。また上記のよ
うに肘固定部１３ｄと、肘固定部１３ｄの斜め上方に配
置された測定端部７ａとを結ぶ線が、水平面に対して０
°〜９０°の範囲となっており、肘２６を手よりも下方
に配置すると共に前腕２５内側と水平面との成す角の角
度θを０°〜９０°の範囲として前腕２５を支持した状
態で測定を行うことができるので、被測定者の肘２６の
固定が容易であり、かつ測定時の被測定者の姿勢保持が
容易となって、体動に起因する外乱要素を小さくするこ
とができると共に被測定者一人での測定も容易になる。
またこの角度θは更に好ましくは５°〜６０°の範囲と
するものであり、このようにすると被測定者の肘の固定
及び姿勢保持が更に容易になるものである。

【００２４】なお、図１に示すものでは肘固定部１３ｄ
と支持部１３ｂとを一体化させて構成してあるが、肘固
定部１３ｄと測定端部７ａとの距離が上記の１３±６ｃ
ｍの距離に保たれるものであればよく、例えばセパレー
ト式あるいは着脱式であっても良い。またその場合、例
えば定規のように目盛りを記して肘固定部１３ｄと測定
端部７ａとの距離を示すようにすれば、常に測定位置の
再現性を確認でき、測定結果に対する信頼性が向上す
る。

【００２５】図４に示す生体表層組織の分析装置では、
支持部１３ｂの上面の斜面において、測定プローブ４
の、被測定者の前腕２５の内側に当接する部分に、この
生体表層組織の分析装置を作動させるための測定開始ス
イッチ１４を設けたものであり、他の構成は図３のもの
と同様である。なお、図中では赤外光源、回折格子ユニ
ット２、ステッピングモータユニット３、受光ユニット
５及び演算ユニット６は省略してある。このような生体
表層組織の分析装置を用いて生体表層組織の分光分析を
行う際は、被測定者が肘固定部１３ｄに肘２６を固定
し、次いで前腕２５内側を支持部１３ｂ上にのせて測定
準備が整うと同時に前腕２５内側が測定開始スイッチ１
４を押して測定が始まるようにして、被測定者一人で容
易に測定を行うことができるものである。

【００２６】なお図４では支持部１３ｂの上面に測定開
始スイッチ１４を設けたものであるが、肘固定部１３ｄ
に測定開始スイッチ１４を設けると共に測定開始スイッ
チ１４が押された後所定の時間経過後に測定を開始する
ようにして、前腕２５内側を支持部１３ｂにのせて測定
準備が整うまでの準備時間を稼ぐようにしてもよい。図
５に示す生体表層組織の分析装置では、支持部本体１３
ａと延設部１３ｃを、その接合部においてヒンジピン１
６で接合して延設部１３ｃを上方に回動可能に形成する
と共に、延設部１３ｃの支持部本体１３ａ側を接続部１
５ａ、その反対側の肘固定部１３ｄが形成されている部
分を保護部１５ｂとして形成し、接続部１５ａと保護部
１５ｂとをヒンジピン１６にて接続して、保護部１５ｂ
を上方に回動可能に形成することによって、延設部１３
ｃを保護カバー１５として形成してある。ここで図５
（ａ）に示すように保護カバー１５は、延設部１３ｃを
上方に回動させると共に保護部１５ｂを同じ方向に回動
させた際に、接続部１５ａの上端が支持部１３ｂの下端
付近に当接し、保護部１５ｂが支持部１３ｂの上面に隙
間なく当接すると共に、肘固定部１３ｄが測定端部７ａ
に覆いかぶさるように形成するものである。他の構成は
図１に示すものと同様である。なお、図中では赤外光
源、回折格子ユニット２、ステッピングモータユニット
３、受光ユニット５及び演算ユニット６は省略してあ
る。

【００２７】このようにすると、非測定時は上記のよう
に保護部１５ｂを支持部１３ｂの上面に隙間なく当接さ
せると共に肘固定部１３ｄが測定端部７ａに覆いかぶさ
るようにして保護カバー１５にて測定端部７ａを汚れや
損傷から保護することができ、測定時には保護カバー１
５を持ち上げてその内側を上に向けることにより図１の
ものと同様に生体表層組織の分析を行うことができるも
のである。このとき肘固定部１３ｄは肘２６が収まりや
すく、かつ肘２６に不快を感じないようにウレタン等の
クッション性の良い材料で凹状に、あるいは肘２６の形
状に応じた加工がなされている。このとき保護カバー１
５は支持部１３ｂとヒンジピン１６で接続されているた
め、肘固定部１３ｄと測定端部７ａとの距離は一定距離
に保たれる。

【００２８】また保護カバー１５は遮光性の良い素材に
て形成するようにしたものであり、上記のように保護カ
バー１５の保護部１５ｂを支持部１３ｂの上面に隙間な
く当接させることにより測定端部７ａが完全に外光から
遮光されるようになっており、受光ユニット５内に収め
られたＩｎＧａＡｓ製フォトダイオード等の受光素子の
暗電流を測定するための外光からの遮光手段としても用
いることができる。

【００２９】一般に、フォトダイオードのような受光素
子は光照射がなされなくても表面リーク電流やその他の
要因によって光照射に関係しない電流、いわゆる暗電流
が発生する。従って生体におけるグルコース定量のよう
に極微量な化学成分の分光分析を行うに当たっては、フ
ォトダイオードを冷却して暗電流を抑えることによって
ダイナミックレンジを広くとったり、暗電流出力を予め
把握した後得られた受光信号からこの暗電流出力を減算
してＳ／Ｎ比のよいスペクトルを得る必要がある。

【００３０】ここで図５に示すものでは、保護カバー１
５によって測定端部７ａを外光から完全に遮光し、かつ
投光用光ファイバ２３ａからの光が保護カバー１５の内
面に反射し、受光用光ファイバ２４ａを通って受光ユニ
ット５に入光しないように投光用光ファイババンドル２
３へのハロゲンランプからの入光を遮断できるメカニカ
ルシャッター（図示せず）等を用い受光素子に光が照射
されない状態にして、受光素子の持つ暗電流を測定する
ことができ、生体表層組織の分析を行う際、演算ユニッ
ト６にて近赤外光の受光信号からこの暗電流出力を減算
して測定精度を向上することができる。

【００３１】このように図５に示すものでは測定端部７
ａの保護カバー１５と肘固定手段とを一体に構成するこ
とにより非測定時に測定端部７ａを汚れや衝撃による破
損から保護することができ、また肘固定手段を折り畳む
ことにより装置自体のコンパクト化も可能となる。また
測定時には装置を暗室に持ち込んだり特別な治具を用い
たりしなくても保護カバー１５にて測定プローブ４を遮
光することにより受光ユニット５の受光素子の持つ暗電
流を容易に測定することができ、測定時に演算ユニット
６にて近赤外光の受光信号からこの暗電流出力を減算し
て測定精度を向上することができるものである。なお、
保護カバー１５は上記のようなピン方式だけではなく、
着脱式のものであっても良く、また蓋体状に形成しても
良いものである。

【００３２】図６に示す生体表層組織の分析装置では、
近赤外光の光源として例えば中心波長が１６００ｎｍで
あり、半値幅が１６０ｎｍの発光ダイオード１８を用
い、この発光ダイオード１８を測定用プラットホーム１
３内に配置している。また投光用光ファイババンドル２
３の測定プローブ４に接続していない方の端部を発光ダ
イオード１８付近に配置すると共に、発光ダイオード１
８とこの投光用光ファイババンドル２３の端部との間に
ボールレンズ１７を配置して、発光ダイオード１８から
照射される近赤外光をボールレンズ１７で集光し、この
集光された近赤外光をボールレンズ１７から投光用光フ
ァイババンドル２３に入光できるようにしてある。また
発光ダイオード１８は測定用プラットホーム１３の内面
上にヒートシンク材１９を介して配置してあるものであ
り、発光ダイオード１８からの発熱をヒートシンク材１
９に逃がすようにして、発光ダイオード１８の過熱を防
ぐものである。また回折格子ユニット２及びステッピン
グモータユニットは設けていないものである。他の構成
は図５に示すものと同様である。なお、図中では演算ユ
ニット６は省略してある。

【００３３】このように光源として発光ダイオード１８
を用いることで光源を小型化し、生体表層組織の分析装
置自体を小型化することができ、また投光用光ファイバ
バンドル２３を短く形成できるため材料費が少なくて済
み、低価格化が可能となるものである。なお、発光ダイ
オード１８の波長は上記のものに限定するものではな
い。

【００３４】図７に示す生体表層組織の分析装置は、検
出手段として３個のフォトダイオード２０を測定用プラ
ットホーム１３内に配置したものである。この３個のフ
ォトダイオード２０はそれぞれ異なった波長特性を有す
る干渉フィルター２１で覆うものである。またこのフォ
トダイオード２０付近に受光用光ファイババンドル２４
の測定プローブ４に接続していない方の端部を、この端
部を３方向に分岐して配置し、３個の発光ダイオード１
８がそれぞれこの３方向に分岐した端部から同時に近赤
外光を受光できるようにしてある。ここで上記の干渉フ
ィルター２１としては、例えばこの干渉フィルター２１
を通過する光の中心波長が１５４０、１５８０、１６８
５ｎｍのものを用いることができる。ここで光の中心波
長が１５４０ｎｍの干渉フィルター２１は、ＮＨ基由来
の吸収を測定するための波長域の近赤外線を、光の中心
波長が１５８０ｎｍの干渉フィルター２１は、ＯＨ基由
来の吸収を測定するための波長域の近赤外線を、光の中
心波長が１６８５ｎｍの干渉フィルター２１は、ＣＨ基
由来の吸収を測定するための波長域の近赤外線をそれぞ
れ透過させてこの測定結果を元に演算ユニット６にて生
体組織中のグルコースの定量等を行うものである。他の
構成は図６に示すものと同様である。なお、図中では演
算ユニット６は省略してある。

【００３５】このように検出手段としてフォトダイオー
ド２０を用いることで検出手段を小型化し、生体表層組
織の分析装置自体を更に小型化することができ、また受
光用光ファイババンドル２４を短く形成できるため材料
費が少なくて済み、更に低価格化が可能となるものであ
る。なお上記の例では３個のフォトダイオード２０を用
いているが、フォトダイオード２０の個数はこれに限ら
れるものではない。また上記の干渉フィルター２１を通
過する光の中心波長もこれに限定するものではなく、測
定対象となるＮＨ基、ＯＨ基、ＣＨ基等に由来する吸収
を測定するための波長域の近赤外線を透過できるもので
あれば良い。また回転するフィルタホイールに複数枚の
干渉フィルター２１を装着し、このフィルタホイールを
回転することによって受光用光ファイババンドル２４の
端部から照射される光を順次分光してフォトダイオード
２０に受光させるようにして、一つのフォトダイオード
２０にて測定対象となるＮＨ基、ＯＨ基、ＣＨ基等に由
来する吸収を測定するための波長域の近赤外線を順次受
光するようにすることもできる。

【００３６】図８に示すものは、光ファイバ２３ａ、２
４ａを用いずに、測定端部７ａの先端面に微小な発光ダ
イオード１８ａ及びフォトダイオード２０ａを配列させ
た基板を装着し、、発光ダイオード１８ａを近赤外光源
及び生体の表層組織表面に近赤外光を投射する投射部と
して兼用すると共に、フォトダイオード２０ａを表層組
織表面から近赤外光を受光する受光部及び検出手段とし
て兼用たものである。ここで発光ダイオード１８ａとフ
ォトダイオード２０ａは２００μｍピッチで交互に並べ
ると共に、発光ダイオード１８ａとフォトダイオード２
０ａの間には１００μｍの間隔をあけて配列することが
できるが、この配列に限られるものではない。また図７
に示すものにおいて、受光部として受光用光ファイバ２
４ａの端部を用いずに、図８に示すように測定端部７ａ
の先端面にフォトダイオード２０ａを、投光用光ファイ
バ２４ａの端部と共に配列させることもできる。

【００３７】図９に示す生体表層組織の分析装置は、図
５に示す生体表層組織の分析装置の構成に加えて、保護
カバー１５を閉じて保護部１５ｂを支持部１３ｂの上面
に当接させた際の測定端部７ａを覆う部分（図中では肘
固定部１３ｄ）に、リファレンス光（参照光）測定用の
標準板２２を取着したものである。このリファレンス光
測定用の標準板２２としては、近赤外領域に特異的な吸
収がなく、また長期間安定なセラミック板を用いること
ができる。なお、図中では赤外光源、回折格子ユニット
２、ステッピングモータユニット３、受光ユニット５及
び演算ユニット６は省略してある。

【００３８】この図９に示す生体表層組織の分析装置で
実際に測定を行う際は、まず保護カバー１５で支持部１
３ｂの上面を覆った状態で上記のように受光素子の暗電
流を測定する。次にこのままの状態で測定端部７ａから
近赤外光を投光すると共に、リファレンス光測定用の標
準板２２で反射した近赤外光を受光してリファレンス光
の測定を行う。そして保護カバー１５を開き、支持部１
３ｂの上面に前腕２５内側をのせて表層組織の反射光を
測定し、演算ユニット６にて両者の受光信号を基にグル
コース濃度の定量等の生体組織中あるいは体液中の化学
成分の分析を行うものである。

【００３９】このようにすると暗電流の測定からリファ
レンス光の測定までの一連の作業を容易に行うことが可
能であり、測定時間の短縮化が図れるものである。

【００４０】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に記載の
生体表層組織の分析方法は、近赤外領域における光の吸
収を利用した生体組織中あるいは体液中の化学成分を分
析する分光分析方法であり、被測定者の肘を固定すると
共にその前腕内側を支持した状態で前腕内側の被測定部
位に近赤外光を投光し、この被測定部位の生体組織を透
過し又はこの生体組織で拡散反射した近赤外光を検出す
るため、メラニン色素の沈着や体毛等の測定誤差を生じ
ると思われる外乱要因が比較的少ない部位である前腕内
側を測定するものであって、測定精度を向上することが
できるものである。また本発明の請求項２に記載の生体
表層組織の分析方法は、請求項１の構成に加えて、被測
定者の肘が固定される肘固定点と被測定部位との距離を
１３±６ｃｍとした状態で測定を行うため、性差や年齢
差による真皮組織厚のバラツキが比較的小さく、また押
圧力をかけても測定結果にはほとんど影響しない部位で
ある、前腕内側の肘から手首方向に向かって約１３±６
ｃｍの領域を測定するものであって、、被験者個人毎の
定点測定を行うことができるので、再現性の良いスペク
トルが得られ、ひいては測定精度を向上させることがで
きるものであり、また性差や年齢差にこだわらず被測定
部位に当接させて近赤外光を被測定部位に入光する測定
プローブとして同一プローブを使用することができるも
のである。

【００４１】また本発明の請求項３に記載の生体表層組
織の分析方法は、請求項１又は２の構成に加えて、被測
定者の前腕をその肘を手よりも下方に配置すると共に前
腕内側と水平面との成す角の角度を０°〜９０°の範囲
とした状態で測定を行うため、被測定者の肘の固定が容
易であり、かつ測定時の被測定者の姿勢保持が容易とな
って、体動に起因する外乱要素を小さくすることができ
ると共に被測定者一人での測定も容易になるものであ
る。

【００４２】また本発明の請求項４に記載の生体表層組
織の分析装置は、近赤外光源と、近赤外光源から発する
近赤外光を被測定者の生体組織に投射する投射部と、生
体組織を透過し又はこの生体組織で拡散反射した近赤外
光を受光する受光部と、受光部から導かれた近赤外光を
検出して信号化する検出手段と、検出手段から得られた
信号を演算して生体組織あるいは体液中の化学成分の定
量、定性分析を行う演算手段と、投射部及び受光部を備
える測定プローブとを具備し、測定プローブを被測定者
の前腕内側を支持する支持部に設けたため、支持部に前
腕を載置した状態で、測定プローブを前腕内側に当接
し、測定プローブの投射部から前腕内側の皮膚に近赤外
光を投射すると共に、真皮組織内を透過あるいは反射し
た近赤外光を測定プローブの受光部にて受光し、この受
光した近赤外光を検出手段で検出した後演算手段にて解
析を行い測定部位の化学成分あるいは物性の定量、定性
分析を行うことができるものであり、その際メラニン色
素の沈着や体毛等の測定誤差を生じると思われる外乱要
因が比較的少ない部位である前腕内側を測定するもので
あって、測定精度を向上することができるものである。

【００４３】本発明の請求項５に記載の生体表層組織の
分析装置は、請求項４の構成に加えて、被測定者の肘を
固定する肘固定手段を設けたため、測定時に支持部に前
腕を載置する際に肘固定手段にて肘を固定して前腕を安
定に保持できるものである。また本発明の請求項６に記
載の生体表層組織の分析装置は、請求項４又は５の構成
に加えて、支持部又は測定プローブの、被測定者の前腕
内側に当接する部分に測定開始スイッチを設けたため、
生体表層組織の分光分析を行う際は、被測定者が前腕内
側を支持部上にのせて測定準備が整うと同時に前腕内側
が測定開始用のスイッチを押して測定が始まるようにし
て、被測定者一人で容易に測定を行うことができるもの
である。

【００４４】また本発明の請求項７に記載の生体表層組
織の分析装置は、請求項４乃至６のいずれかの構成に加
えて、肘固定手段が、測定時以外は測定プローブを保護
する保護カバーとして兼用できるものであるため、非測
定時に測定プローブを汚れや衝撃による破損から保護す
ることができ、また保護カバーと肘固定部を一体化させ
ることで装置の小型化を図ることができるものであって
利便性や経済性を向上することができるものである。

【００４５】また本発明の請求項８に記載の生体表層組
織の分析装置は、請求項４乃至７のいずれかの構成に加
えて、測定時以外に測定プローブへの光の入射を防ぐ遮
光手段として兼用できる測定プローブを保護する保護カ
バーを具備するため、非測定時に測定プローブを汚れや
衝撃による破損から保護することができ、また測定時に
は装置を暗室に持ち込んだり特別な治具を用いたりしな
くても検出手段中の受光素子の持つ暗電流を容易に測定
することができるものであって、測定時に演算手段にて
近赤外光の受光信号からこの暗電流出力を減算して測定
精度を向上することができるものであり、また。暗電流
の測定作業を容易に行うことが可能であり、測定時間の
短縮化が図れるものである。

【００４６】また本発明の請求項９に記載の生体表層組
織の分析装置は、請求項４乃至８のいずれかの構成に加
えて、内面にリファレンス光測定用の標準板を設けた測
定プローブを保護する保護カバーを具備するため、非測
定時に測定プローブを汚れや衝撃による破損から保護す
ることができ、また保護カバーにて測定プローブを保護
している状態で測定プローブから近赤外光を投光すると
共に、リファレンス光測定用の標準板で反射した近赤外
光を受光してリファレンス光の測定を行うことができ、
演算手段にてこのリファレンス光の受光信号を生体組織
中あるいは体液中の化学成分の分析を行う際に利用でき
るものであって、リファレンス光の測定作業を容易に行
うことが可能であり、測定時間の短縮化が図れるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示
す概略断面図である。

【図２】本発明の実施の形態の他の例を示す概略断面図
である。

【図３】（ａ）（ｂ）は同上の実施の形態に用いる測定
端部を示す平断面図である。

【図４】本発明の実施の形態の更に他の例を示す概略断
面図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は本発明の実施の形態の更に他の
例を示す概略断面図である。

【図６】本発明の実施の形態の更に他の例を示す概略断
面図である。

【図７】本発明の実施の形態の更に他の例を示す概略断
面図である。

【図８】同上の実施の形態に用いる測定端部の他の例を
示す平面図である。

【図９】本発明の実施の形態の更に他の例を示す概略断
面図である。

【図１０】（ａ）（ｂ）は従来の測定端部の例を示す平
断面図である。

【図１１】測定対象へ照射された近赤外光の経路を示す
概念図である。

【符号の説明】

４ 測定プローブ ４ａ 光ファイババンドル １３ｂ 支持部 １４ 測定開始スイッチ １５ 保護カバー ２３ａ 投光用光ファイバ ２４ａ 受光用光ファイバ ２５ 前腕 ２６ 肘 Ｌ 肘固定部と被測定部との距離 θ 前腕内側と水平面との成す角の角度

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 近赤外領域における光の吸収を利用した
   生体組織中あるいは体液中の化学成分を分析する分光分
   析方法であり、被測定者の肘を固定すると共にその前腕
   内側を支持した状態で前腕内側の被測定部位に近赤外光
   を投光し、この被測定部位の生体組織を透過し又はこの
   生体組織で拡散反射した近赤外光を検出することを特徴
   とする生体表層組織の分析方法。
2. 【請求項２】 被測定者の肘が固定される肘固定点と被
   測定部位との距離を１３±６ｃｍとした状態で測定を行
   うことを特徴とする請求項１に記載の生体表層組織の分
   析方法。
3. 【請求項３】 被測定者の前腕をその肘を手よりも下方
   に配置すると共に前腕内側と水平面との成す角の角度を
   ０°〜９０°の範囲とした状態で測定を行うことを特徴
   とする請求項１又は２に記載の生体表層組織の分析方
   法。
4. 【請求項４】 近赤外光源と、近赤外光源から発する近
   赤外光を被測定者の生体組織に投射する投射部と、生体
   組織を透過し又はこの生体組織で拡散反射した近赤外光
   を受光する受光部と、受光部から導かれた近赤外光を検
   出して信号化する検出手段と、検出手段から得られた信
   号を演算して生体組織あるいは体液中の化学成分の定
   量、定性分析を行う演算手段と、投射部及び受光部を備
   える測定プローブとを具備し、測定プローブを被測定者
   の前腕内側を支持する支持部に設けたことを特徴とする
   生体表層組織の分析装置。
5. 【請求項５】 被測定者の肘を固定する肘固定手段を設
   けたことを特徴とする請求項４に記載の生体表層組織の
   分析装置。
6. 【請求項６】 支持部又は測定プローブの、被測定者の
   前腕内側に当接する部分に測定開始スイッチを設けたこ
   とを特徴とする請求項４又は５に記載の生体表層組織の
   分析装置。
7. 【請求項７】 肘固定手段が、測定時以外は測定プロー
   ブを保護する保護カバーとして兼用できるものであるこ
   とを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の生体
   表層組織の分析装置。
8. 【請求項８】 測定時以外に測定プローブへの光の入射
   を防ぐ遮光手段として兼用できる測定プローブを保護す
   る保護カバーを具備することを特徴とする請求項４乃至
   ７のいずれかに記載の生体表層組織の分析装置。
9. 【請求項９】 内面にリファレンス光測定用の標準板を
   設けた測定プローブを保護する保護カバーを具備するこ
   とを特徴とする請求項４乃至８のいずれかに記載の生体
   表層組織の分析装置。