JPS6157774B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザによる組織内糖濃度測定装置、
特に生体組織内にしみ込んだレーザ光のエネルギ
減衰によつて組織内糖濃度を非観血的に測定する
ことのできる組織内糖濃度測定装置に関する。

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に
含まれる成分の測定が不可欠となつてきており、
これらの検体検査により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
理を加えた後に化学反応を行わせ、体液中の成分
を固定している。従つて、このような従来装置で
は、測定結果を知るま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
があつた。

また従来の検体検査では、体液等の採取が被検
者に対して大きな負担となり、例えば糖尿病等に
関する検査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つた。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもの
で、その目的は非観血的に組織内糖濃度を連続的
に測定することができ、リアルタイムで被検者に
負担をかけることなく組織内糖濃度の測定を可能
とするレーザを用いた組織内糖濃度測定装置を提
供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は所定の波
長のレーザ光を発生させるレーザ光源と、前記レ
ーザ光を分離させる分光器と、人体の粘膜組織に
密着し本体に対して可撓性を持たせたATRプリ
ズムと、該ATRプリズムの出力を較正するレー
ザ光を出力させる較正用プリズムと、ATRプリ
ズムと較正用プリズムと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が導光制御される
光チヨツパと、ATRプリズムに接続されたオプ
テイカルフアイバからなるレーザ光用導光路を通
過した反射レーザ光と較正用プリズムから出力さ
れた反射レーザ光とを合成する合成器と、該合成
器から出力されたレーザ光のエネルギを測定する
測定部と、を含み、較正用プリズムの出力と
ATRプリズムの出力との差から組織による吸収
エネルギを検知し組織内糖濃度を非観血的に測定
することを特徴とする。

以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。

第１図には、本発明に係る組織内糖濃度測定装
置の原理図が示されており、レーザ光１００を
ATR（内部多重全反射）プリズム１０内に導光
し、このATRプリズムを口唇等の粘膜組織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く僅かながら組織内に
しみ込んで全反射するので、組織内糖濃度を非観
血的に、しかも連続して測定することが可能とな
る。レーザ光を用いることは、光源輝度を高め
SN比を高めるとともに、波長分解能を高めるこ
とができる利点を有し、従来の赤外光等に比べて
極めて高輝度でかつ細い発振スペクトルを得るこ
とができる。

前記原理に基づいた本発明に係る組織内糖濃度
測定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ATRプリズム１０に導光して口
唇等の粘膜組織に約30ミクロン程度の深さ内でレ
ーザ光を多重的に反射させ、その吸収スペクトル
を測定して組織糖濃度を非観血的に連続して測定
することができる。

炭酸ガスレーザから成るレーザ光源１４から出
力されたレーザ光はコリメータ１６によつて極め
て細い平行光線に集束される。そして、このレー
ザ光はハーフミラー１８にて二方向に分離され、
一方はATRプリズム１０に向かつて、また他方
はレーザ光源１４の制御回路に送出される。なお
前記ハーフミラー１８はゲルマニウム等から成
り、その材質はレーザ光の波長に対応して任意に
選択される。

レーザ光源１４の制御回路はレーザ出力をモニ
タするパワーメータ２０および出力安定回路２２
を含み、ハーフミラー１８から反射されたレーザ
光は更にハーフミラー２４によつて二分割され、
一方がパワーメータ２０に供給されて、レーザ光
の出力をメータ表示等によりモニタし、また他方
のレーザ光はレーザ光出力検出器２６に供給さ
れ、前記出力安定回路２２を含むフイードバツク
回路によつてレーザ光源１４の出力を安定化制御
することができる。

前記ハーフミラー１８を直進したレーザ光はシ
ヤツタ２８を通つて、更に分光器として用いられ
るハーフミラー３０に印加され、実施例において
は、ATRプリズム１０と較正用プリズム３２へ
二分割されて導光する。すなわち、ハーフミラー
３０を直進したレーザ光はオプチカルフアイバ３
４を介してATRプリズム１０に導かれ、一方に
おいて、ハーフミラー３０から反射したレーザ光
は較正用プリズム３２に導かれる。両レーザ光の
導光タイミングを交互に切り換えるため、両導光
路には光チヨツパ３６が設けられ、光チヨツパ３
６は両導光路を横切るスリツト板３８と、該スリ
ツト板３８を回転駆動するためのモータ４０とを
含み、ATRプリズム１０、較正用プリズム３２
へのレーザ光を交互に切り換えることができる。

ATRプリズム１０に入射されたレーザ光は
ATRプリズム１０に押し当てられた被検者の口
唇粘膜中に極く僅か、通常の場合数十ミクロンし
み込み、この時にレーザ光エネルギはその一部が
粘膜組織によつて吸収され、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。
従つて、ATRプリズム１０内で多重全反射した
光はその出力が生体組織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つて
生体組織内の組織内糖濃度を求めることが可能と
なる。すなわち、実施例においては、ATRプリ
ズムから出たレーザ光は他のオプチカルフアイバ
４２を通り、更にコリメータ４４で細い平行光線
に集束された後、合成器として用いられるハーフ
ミラー４６を通つて測定部へ供給される。

一方、較正用プリズム３２はそのプリズム面が
生理食塩水等の較正液中に浸されており、予め既
知の減衰を受けた後、ハーフミラー４６から測定
部へ入射される。較正用プリズム３２もATRプ
リズム１０と同様のプリズムから成り、導光され
るレーザ光の周波数、強度その他に応じて生体内
の状態として基準となる較正液での出力エネルギ
を求めておいて、この較正用プリズム３２の出力
とATRプリズム１０の出力とを比較することに
よつて、組織内の例えばグルコースに対するレー
ザ光のエネルギ吸収の度合いから組織内の糖濃度
を正確に測定することが可能となる。

測定部はレーザ光エネルギ検出器４８を含み、
前記ATRプリズム１０および較正用プリズム３
２から出射されたレーザ光はそれぞれ交互のタイ
ミングでレンズ５０を介して検出器４８へ供給さ
れ、そのエネルギが電気的に検出される。検出器
４８の出力はアンプ５２によつて増幅された後、
Ａ―Ｄコンバータ５４によつてデジタル信号に変
換され、この後インターフエース５６を介してミ
ニコンピユータ５８へ供給され、所望の演算処
理、すなわち使用されるレーザ光の波長（1020〜
1090cm^-1）に対して実験的に求められている吸収
エネルギ（ATRプリズム出力と較正用プリズム
出力との差）に対応する糖濃度（第６図）の演算
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５８からのデータは実施例において、単
位容積当りの糖濃度として示され、所定の表示あ
るいはプリンタにより印字記録されることとな
る。

第３図には、第２図の実施例の波形が示され、
スタート信号によつてパルス状のレーザ光が
ATRプリズム１０および較正用プリズム３２に
供給され、それぞれサンプル信号およびリフアレ
ンス信号として出力される。そして両出力はハー
フミラー４６によつて合成信号に合成され、この
結果、合成信号に含まれる両出力の比較によつて
組織血液中の単位容積当りの糖濃度が求められ
る。本装置によれば、10〜1000mg／dlの範囲で糖
濃度を測定することができ、正常値が100mg／dl
前後であるから診断情報として十分なデータを得
ることが可能である。

第４図には、本発明に係る組織内糖濃度測定装
置の具体的な外観図が示され、レーザ光源１４お
よびその発振制御部そしてレーザ光導光装置は本
体６０内に収納され、本体６０の前面にはATR
プリズム１０が被検者の口唇に密着するに適した
位置に露出されており、ATRプリズム１０は各
被検者に適合するように本体６０に対してある程
度の可撓性をもつて支持されており、また前述し
たように、レーザ光はオプチカルフアイバ３４，
４２によつてATRプリズム１０に入出射される
ので、ATRプリズム１０の位置が本体６０に対
してある程度移動することを可能とする。そし
て、本体６０の近傍にはデイスクトツプコンピユ
ータ６２が設けられ、所定の演算およびデータ出
力作用を行う。更に本体６０内のレーザ光源に対
しては冷却器６４ら冷却水が供給され、レーザ光
源の過熱を防止している。

第５図には、第４図の測定装置を用いた実際の
測定状態が示され、被検者６６はATRプリズム
１０をその口唇にて密着挾持し、この状態で
ATRプリズム１０へレーザ光源１４から所定波
長のレーザ光を導光することによつてレーザ光を
その波長に比例した深さだけ生体組織、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、組織内の糖濃度を非観血的に測定することが
可能となる。

第６図には、レーザ光の糖水溶液内における吸
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
吸収度は波長によつて著しく変化し、所定波長を
選択することによつて、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６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ATRプリズム１
０へ供給することによつて、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、ATRプリズム１０を被検者
の口唇に正しく適合させるため、ATRプリズム
１０はそれ自体本体６０に対してある程度の可撓
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にもオプチカルフアイバ３
４，４２を用いることが好適である。第７図に
は、このようなATRプリズム１０とオプチカル
フアイバ３４との接続状態が示され、オプチカル
フアイバ３４は中心導光部を形成するコア６８と
該コア６８の外皮を形成するクラツド７０から成
り、クラツド７０がATRプリズム１０に接着固
定される。第７図の実施例から明らかなように、
オプチカルフアイバ３４はそれ自体良好な可撓性
を有するので、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ATRプリズム１０内に入射するこ
とができる。

第８図には、本発明に好適なATRプリズム１
０とオプチカルフアイバ３４との他の接続構造が
示され、この実施例においては、コア６８の先端
がレンズ状に加工されているため、レーザ光１０
０は第７図のように、コア６８の出口において散
乱することなく、第８図に示されるように、平行
光線に集束整列され、高精度の測定に供される
ATRプリズム１０を得ることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、ATR
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ATRプリズムへ所定波長のレー
ザ光を導光するので、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つて、
人体の粘膜組織の組織内糖濃度を分析することが
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。

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図は本発明の組織内糖濃度測定作用を示す
原理図、第２図は本発明に係る組織内糖濃度測定
装置の好適な実施例を示す概略説明図、第３図は
第２図の実施例の要部波形図、第４図は第２図の
実施例の具体的な外観図、第５図は第４図の測定
装置における測定状態を示す説明図、第６図は本
発明の測定例を示す特性図、第７図および第８図
はそれぞれ本発明に係るATR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。 １０……ATRプリズム、１２……粘膜組織、
１４……レーザ光源、３２……較正用プリズム、
３４……オプチカルフアイバ、３６……光チヨツ
パ、４２……オプチカルフアイバ、４８……レー
ザ光エネルギ検出器、６６……被検者、１００…
…レーザ光。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の波長のレーザ光を発生させるレーザ光
   源と、前記レーザ光を分離させる分光器と、人体
   の粘膜組織に密着し本体に対して可撓性を持たせ
   たATRプリズムと、該ATRプリズムの出力を較
   正するレーザ光を出力させる較正用プリズムと、
   ATRプリズムと較正用プリズムとへのレーザ光
   の導光路には交互のタイミングでレーザ光が導光
   制御される光チヨツパと、ATRプリズムに接続
   されたオプテイカルフアイバからなるレーザ光用
   導光路を通過した反射レーザ光と較正用プリズム
   から出力された反射レーザ光とを合成する合成器
   と、該合成器から出力されたレーザ光のエネルギ
   を測定する測定部と、を含み、較正用プリズムの
   出力とATRプリズムの出力との差から組織によ
   る吸収エネルギを検知して組織内の糖濃度を非観
   血的に測定することを特徴とするレーザによる組
   織内糖濃度測定装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、オプ
   テイカルフアイバは中心導光部を形成するコアと
   該コアの外皮を形成するクラツドから成り、
   ATRプリズムに接続されるコアの先端はレーザ
   光を平行光線に集束整列するレンズ状に形成され
   ていることを特徴とするレーザによる組織内糖濃
   度測定装置。