JPS6073345A - レ−ザ光による生化学成分分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はレーザ光による生化学成分分析装置、特に生体
組織内にしみ込んだレーザ光のエネルギ減衰によって生
化学成分を非観血的に測定することのできる生化学成分
分析装置に関する。

従来技術 近年の医療分野においては、予防医学、治療医学の両面
から生化学成分、特に血液等の体液中圧含まわる成分の
測定が不可欠となってきており、これらの検体検査によ
シ多大な診断情報が得られている。

従来の一般的な検体検査は生体組織から所定の体液を採
取し、この体液に必要な分離精製等の処理を加えた佐に
化学反応を行わせ、体液中の成分を同定している。促っ
て、このような従来装置では、測定結果を知る捷でに比
較的長時間を要し、リアルタイム（実時間）で結果を知
ることが不可能であり、特に治療と同時あるいは関連づ
けて生化学成分の分析を行うことができないという問題
があった。

また従来の検体検査では、体液等の採取が被検者に対し
て太ぎな負担となり、例えば糖尿病等に関する検肴とし
て知られる負荷試験では、被検者から多数回血液を採取
するので、被検者に無視できない負担を与えるという問
題があった。

発明の目的 本発明は上記従来の課題Ｋａみなされたもので、その目
的は、非観血的に生化学成分を連幌的に測定することか
です、リアルタイムで被検者に負担をかけることなく生
化学成分の分析全可能とするレーザ光を用いた生化学成
分分析装置を提供することにある。

発明の構成 上記目的を達成するために、本発明は、生体の粘膜組織
に密治される試料用Ａ　Ｔ　Ｒプリズムと、に所定波長
のレーザ光を導光するレーザ光源と、試料用ＡＴＲプリ
ズムのエネルギ出力と校正用ＡＴＲプリズムのエネルギ
出力とをＩ１１定しこの測定結果に基つき上記生体の生
化学成分を測定する測定演算部と、を含み、試料用ＡＴ
Ｒプリズムと校正用ＡＴＲプリズムへのレーザ光の導光
路には交互のタイミングでレーザ光を切換制御する光分
岐回路が設けられ、試料用Ａ　１’　Ｒプリズムと校正
用ＡＴＲプリズムとからのレーザ光の導光路には光合波
回路が設けられ、前記レーザ光源、光合波回路、試料用
ＡＴＲプリズム、校正用Ａ　Ｔ　Ｒプリズム、光合波回
路及び測定演算部の導光路はそれぞれ元ファイバから成
り、生化学成分を非観血的に測定すること全特徴とする
。

実施例 以下、図面に基ついて本１発明の好適な実施例を説明す
る。

第１図には、本発明に係る生化学成分分析装置の原理図
が示さハており、レーザ光１ｏｏを試料用Ａｉ’Ｒ（内
部多重全反射）プリズムｌｏ内に導光し、この試料用Ａ
　’ｌ’　Ｒプリズムを生体組織例えば口唇等の粘膜組
織１２に押し当てて測定すれば、レーザ光１００がその
波長に比例した深さだけ極〈僅かながら組織内にしみ込
んで全反射するので、生化学成分例えば組織糖濃度等を
非観血的に、しかも連続して測定することが可能となる
。

ｉｉｉ記原理ＶＣ基ついた本発明に係る生化学成分分析
装置の好適な実施例が第２図に示され、炭酸ガスレーザ
光を試料用ＡＴＲプリズム１ｏに導光して１」曽等の粘
膜組織に約１０　ミクロン程度の深さ白雪レーザ光を多
重的に反射させ、その吸収スペクトルを６１１１定して
組織糖＠度をジ［収面的に連Ｕｃシて測定することがで
きる。

炭酸カスレーザから成るレーザ光源１４がら出力きれた
レーザ光は、光分岐素子Ｉ６にて２方向に分離きれ、一
方は試料用ＡＴＲプリズム１ｏに同かつて、また他方は
レーザ光源１４の制御回路１８に送出される。

前記光分岐素子１６からの一方のレーザ光は、光分岐回
路２８に供給され、該光分岐回路２８により、レーザ光
は、試料用ＡＴＲプリズム１０と校正用ＡＴＲプリズム
３０とに二分割される。すなわち、光分岐素子１６から
のレーザ光は、試料用ＡＴＲプリズム１０に導かれ、一
方において、校正用ＡＴＲプリズム３０に導かれ、両レ
ーザ光の導光は、光分岐回路２８により交互のタイミン
グで切換制御される。そして、試料用ＡＴＲプリズム１
０及び校正用ＡＴＲプリズム３０からのレーザ光は、光
合波回路３２に供給さね、合波される。なお前記光分岐
回路２８及び光合波回路３２には、タイミング制御回路
３３が接続されている。

タイミング制御回路３３からの制御信号１５０，１５２
により、光合波回路２８、光合波回路３２は、同一のタ
イミングで分岐、合波作用を行つことができ、こ゛れに
より、レーザ光の良好な分岐、合波作用を行うことがで
きる。

前記試料用ＡＴＲプリズム１０に入射されたレーザ光は
試料用ＡＴＲプリズム１０に押し邑てらわだ被検者の口
唇粘膜中に極く僅か、通常の場合約１０　ミクロンしみ
込今、この時にレーザ光エネルギはその一部が粘膜組織
によって吸収される。

前述したように、この吸収量は粘膜組織中の糖濃度にほ
ぼ比例する。従って、試料用ＡＴ、Ｒプリズム１（）内
で多重全反射した光はその出力が生体組織内での吸収分
減少することとなり、この吸収減少分を測定することに
よって生体組織内の生化学成分を分析することが可能と
なる。すなわち、試料用ＡＴＲプリズム１０から出たレ
ーザ光は光合波回路３２を介して測定演算部３４に供給
され、該測定演算部３４により、生化学成分の分析が行
われることとなる。

一方、伐正用ＡＴＲプリズム３ｏはそのプリズム而が生
理食塩水等の校正液中に浸さハており、レーザ光は、予
め既知の減衰を受けた後、光合波回路３２を介して測定
演算部３４へ入射される。

校正用ＡＴ１Ｔ１リプリズムも試料用ＡＴＲプリズム１
０と同様のプリズムから成り、導光されるレーザ光の周
液数、強度その他に応じて校正液での吸収エネルギが変
化し、この校正用ＡＴＲプリズム３０の出力と試料用Ａ
ＴＲプリズム１０の出力とを比較することによって、生
化学成分を正確に測定することが可能となる。

上記測定演算部３４は、元入力信号を電気信号に変換す
る受光部３６を含み、試料用ＡＴＲプリズム１０及び校
正用ＡＴＲプリズム３０から出射されたレーザ光は、光
合波回路３２で合波された後受光部３６１Ｃ供給され、
そのエネルギが電気的に検出される。なお受光部３６は
、例えばＢａｔＪｏｉｎｔ型によるファイバとの接続あ
るいは元コネクタによる着脱可能接続方式のいずれでも
実施可能である。該受光部３６の出力は、アンプ３８に
よって増幅された後、Ａ／Ｄコンバー％４０にＪ：つて
テジタル信号に変換され、この後インターフェイス４２
を介してｉニコンピュータ４４へ供給され、所望の演算
処理が施された後測定値が出力記録される。ミニコンピ
ユータ４４からのデータは実施例において、単位容積当
たりの＃ｌ濃度として示され、Ｍ？定の表示あるいはプ
リンタにより印字記録されることとなる。

以上のように、第２図の実施例装置によれば、生化学成
分を非観血的に測定することができる。

そして、本発明においては、光学系の安定度を向上させ
るために、光学系を全て光ファイバ及びブＣ部品により
構成することを特徴としており、これにより、レーザ光
を外部空間に放出させることなく光学系に閉じ込めるこ
とが可能となる。以下、元宇糸の安定度の向上作用につ
いて詳細に説明す第２図の実施例装置において、レーザ
光源１４、光分岐回路２８、試料用ＡＴＲプリズム１０
．校正用ＡＴＲプリズム３０１元合波回路３２及び測定
７Ｉλ部３４の導光路２００　、２０２　、２０４　、
２０６　、２０８゜２１０及び２１２はそれぞれ元ファ
イバから成り、更に制御回路１８における導光路２１４
．２１６及び２１８もそれぞれ光ファイバから成る。従
って、光ファイバにより、レーザ光の外部望間への放出
を防止し、光学系の安定度を向上させることができる。

史に前述したように、レーザ光を試料用ＡＴＲプリズム
１０及び校正用ＡＴＲプリズム３０に交互のタイミング
で切換制御するために光分岐回路２８が設けられ、試料
用ＡＴＲプリズム１ｏ及び校正用ＡＴＲプリズム３０か
らのレーザ光を交互のタイミングで合波制御するために
光合波回路３２が設けられておシ、この光合波回路２８
、光合波回路３２Ｖｒ−より、レーザ光を外部空間に放
出させることなく所望の分岐、合波作用を行うことが可
能となり、光学系の安定度を更に向上させることができ
る。

この光分岐回路２８としては、光スィッチを用いること
が好適であり、元スイッチには、例えば、ファイバ可動
型、電気的に光をオンオフ制御する元ＩＣ型（薄膜導波
路型）等がある。第３図には、ファイバ可動型光スィッ
チが示されている。第３図において、元ファイバ素子４
６に対向して２本の光フアイバ素子４８．５０が設けら
ね、該光フアイバ素子４６を図の上下方向に移動し光を
切換制御するために、元ファイバ素子４６には励磁コイ
ル５２が巻回さね、該励磁コイル５２に対向して永久磁
石５４．５６が設けられている。そして、元ファイバ素
子４６が図の破線の位置にある場合には、元ファイバ素
子４６の端縁が光フアイバ素子４８の端縁と対向するの
で、光フアイバ素子４６と元ファイバ素子４８とがオン
作動し、一方、励磁コイル５２に電流が供給さ゛れ該励
磁コイル５２が励磁された場合には、光フアイバ素子４
６が図の実線の位置に移動し、光フアイバ素子４６と光
ファイバ素子５０　とがオン作動する。このようにして
、光フアイバ素子４６からの光は、交互のタイミングで
元ファイバ素子４８．５０に切換制御さｆすることとな
る。

また光合波回路３２としては、例えは、多層膜型、光ス
イツチ型等があり、該光合波回路３２により、し〜導光
を外部空間に放出させることなく所産の合波作用を行う
ことができる。

以上のように、第２図の実施例装置によれば、導光路２
００〜２１８を元ファイバから構成し、更にし〜導光の
分岐、合波作用のためＶｒ−光分岐回路２８及び光合波
回路３２を設けたので、レーザ光を外部空間に放出させ
ることなく光学系に閉じ込めることができ、光学系の安
定度を向上させることが可能となる。

次に第４図には、第２図の実施例の波形が示され、スタ
ート信号によってパルス状のレーザ光が試料用ＡＴＲプ
リズム１０及び校正用ＡＴＲプリズム３０に供給され、
それぞれサンプル信号及びリファレンス信号として出力
される。そして、両出力の比較によってレーザ光の出力
、強度、変動等に起因する誤差を除去した正確な測定が
可能となる。

第５図には、本発明に係る生化学成分分析装置の具体的
な外観図が示されている。レーザ光源１４及びその発振
制御部そしてレーザ光導光装置は本体５８内に収納さね
、本体５８の前面には試料用ＡＴＲプリズム１０が被検
者の口唇に密、着するのに通した位置に露出されており
、試料用ＡＴＲプリズム１０は各被検者に適合するよう
に、本体５８に対しである程度の１Ｊ撓性をもって支持
されている。また前述したように、試料用ＡＴＲプリズ
ム１０の導光路２０４　、２０８は元ファイバから成り
、レーザ光は光ファイバによって試料用ＡＴＲプリズム
１０に入出射されるので、試料用ＡＴＲプリズム１０の
位置が本体５８に対しである程度移動することを可能と
する。そして、本体５８の近傍には、ディスクトップコ
ンピュータ６０が設けられ、所定の演算及びデータ出力
作用を行う。

史に本体５８内のレーザ光源に対しては冷却器６２から
冷却水が供給さ第１、レーザ光源の過熱を防止している
。

第６図には、第５図の分析装置を用いた実際の測定状態
が示され、被検者６４は試料用ＡＴＲプリズム１０をそ
の口唇にて密着挾持し、この状態で試料用Ａ　’１”　
Ｒプリズム４０ヘレーザ光源１４からｎｒホ波畏のレー
ザ光を導光することによってレーザ光分その波長に比例
した深さたけ生体組織、実施例においては、口唇組織内
にしみ込ませて全反射させ、組織内の糖製Ｉｆを非鋭血
的に測定することがｉ」北となる。

第７図には、レーザ光の糖水浴液内における吸収スペク
トルが示され、糖濃度が大きい場合には、吸収度も増加
することが理解され、またこの吸収度は波長によって著
しく変化し、所定波長を選択することによって、高分解
能で糖濃度を測定可能であることが理解される。すなわ
ち、第７図の実施例においては、９．６５ミクロン程度
の波長を選択し、この波長のレーザ光を試料用ＡＴＲプ
リズム１０へ供給することによって、口唇組織内の糖濃
度を極めて正確に測定することが可能となる。

前述したように、試料用ＡＴＲプリズム１０を被検者の
口唇に正しく適合させるため、試料用ＡＴＲプリズム１
０はそれ自体本体５８に対しである程度の可撓性を有す
ることが好適であり、このために、レーザ光を導光する
導光路２（１４、２０８にも元ファイバを用いることが
好適である。第８図には、このような試料用ＡＴＲプリ
ズム１０と光ファイバ６６との接続状態が示され、光フ
ァイバ６６は中１１＞導元部を形成するコア６８と該コ
ア６８の外皮を形成するクラッド７０とから成り、クラ
ッド７０が試料用ＡＴＲプリズム１０に接着固定される
。第８図の実施例から明らかなように、光ファイバ６６
はそれ自体良好な可撓性を有するので、試料用ＡＴＲプ
リズム１０が本体に対してその支持位置を変化した場合
においても、レーザ光は確実に試料用ＡＴＲプリズム１
０内に入射することができる。

第９図には、本発明に好適な試料用ＡＴＲプリズム１０
と光ファイバ６６　との他の接続構造が示さね、この実
施例においては、コア６８の先端がレンス状に加工ｇｈ
でいるため、レーザ光１００は第８図のように、コア６
８の出口において散乱することなく、第９図に示される
ように、平行光線に集束され、高鞘度の測定に供される
試料用ＡＴＲプリズム１　（ｌを得ることが５１能とな
る。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、試料用Ａ　’Ｉｔ
’　Ｒプリズムを直接人体の粘膜組織に密着し、この密
着状態において試料用ＡＴＲプリズムへ所定波長のレー
ザ光を４元するので、試料用ＡＴＲプリズムから出た反
射レーザ光のエネルギを測定することによって、人体の
粘膜組織の生化学成分を分析することができ、非観血的
に連続した測定が可能となる利点を有する。

また本発明においては、レーザ光源、光分岐回路、試料
用ＡＴＲプリズム、校正用ＡＴＲプリズム、光合波回路
及び測定演算部の導光路はそれぞわ光ファイバから成υ
、レーザ光の分岐、合波作用を行うために光合波回路、
光合波回路が設けられており、光学系を全て元ファイバ
及び光部品により構成している。従って、レーザ光を外
部空間に放出させることなく光学系に閉じ込めることが
できるので、装置の振動、外乱に対して、光学系の安定
度を向上させることができるという利点を有する。更に
レーザ光が外部空間に放出されないので、装置の小型化
が達成され装置の配置が自由となり、また空気の汚染、
空気中の粉塵による悪影響を受けることがないという利
点を有する。

なお本発明において、レーザ光源はその波長を任意に選
択して分析する生体組織に適合するレーザ光をＡＴＲプ
リズムへ導光することができ、このために、レーザ光源
を波長可変装置とすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の生化学成分分析作用を示す原理図、第
２図は本発明に係る生化学成分分析装置の好適な実施例
を示す概略説明図、第３図はファイバ可動型光スイッチ
の説明図、第４図は第２図の実施例の要部波形図、第５
図は第２図の実施例の具体的な外観図、第６図は第５図
の分析装置における測定状態を示す説明図、第７図は本
発明の分析例を示す特性図、第８図及び第９図はそれぞ
れ本発明に係る試料用Ａ　Ｔ　Ｒプリズムとその導光路
との接続状態を示す説明図である。 Ｉ　ｆｌ・・・試料用ＡＴＲプリズム １２・・粘膜組織 １４・・・レーザ光源 ２８・・・光合波回路 ３０°°・校正用ＡＴＲプリズム ３２・・・光合波回路 ３４・・・測疋演薯１部 ６４・・・被検者 １００・・・レーザ光 ２００〜２１８・・・導光路。 出願人　アロカ株式会社 児７図 １０５３　１０４２　１０３１　１０２０　ｏ、、−１
波数蒐８図 蒐９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体の粘膜組織に蜜漬される試料用ＡＴＲプリズ
   ムと、レーザ光の一部が導光さねる校正用ＡＴＲプリズ
   ムと、試料用ＡＴＲプリズム及び校正用ＡＴＲプリズム
   に所定波長のレーザ光を導光するレーザ光源と、試料用
   ＡＴＲプリズムのエネルギ出力と校正用ＡＴＲプリズム
   のエネルギ出力とを測定しこの測定結果に基づき上記生
   体の生化学成分を測定する測定演算部と、を言み、試料
   用ＡＴＲブリスムと校正用ＡＴＲプリズムへのレーザ光
   の導光路には交互のタイミングでレーザ光を切換側（ｉ
   １＋＋する光合波回路が設けられ、試料用ＡＴＲプリス
   ムと校正用ＡＴＲプリズムとからのレーザ光の導光路に
   は前記光分岐回路と同一である交互のタイばンクでレー
   ザ光を合波制御する光合波回路が設けられ、前記レーザ
   光源、光分岐回路、試料用Ａ　’ｌ’　Ｒプリズム、校
   正用ＡＴＲプリズム、光合波回路及び測定演算部の導光
   路はそ４ぞれ光ファイバから成り、生化学成分を非観血
   的に測定することを特徴とするレーザ光による生化学成
   分分析装置。