JPWO2018061772A1 - 成分測定装置、成分測定方法及び成分測定プログラム - Google Patents

Abstract

本開示に係る成分測定装置は、体液中の被測定成分と試薬との呈色反応により生じる発色成分を含む混合物の光学的特性に基づいて前記体液中の前記被測定成分を測定する成分測定装置であって、内部に流路を区画し、前記流路内で、前記流路を閉塞しないように対向する内壁との間に間隙を隔てた状態で配置された前記試薬を有する成分測定チップが装着可能であり、前記間隙の位置で前記混合物に照射される、近赤外領域以上の長波長域で水に固有の吸収帯域に属する所定波長の測定光、により測定された吸光度の測定値に基づいて、前記被測定成分を導出する。

Description

本開示は、成分測定装置、成分測定方法及び成分測定プログラムに関し、特に、体液中の被測定成分を測定する成分測定装置、成分測定方法及び成分測定プログラムに関する。

従来から、生化学分野や医療分野において、検体としての体液中に含まれる目的成分（被測定成分ともいう）を測定する手法として、体液を被測定成分が含まれる部分と、被測定成分が含まれない部分とに分離し、被測定成分の量や濃度を測定する方法が知られている。例えば、血液（全血）の血漿中のグルコース濃度（ｍｇ／ｄＬ）を測定するため、フィルタ等を用いて、血液から血漿成分を分離する工程を行い、血漿中のグルコース濃度を測定する方法がある。

また、体液から被測定成分が含まれる部分を分離することなく、体液中の被測定成分を測定する一手法として、吸光光度法を用いた測定が知られている。この手法によれば、上述した被測定成分の分離工程を含む手法と比較して、被測定成分の測定に要する時間を短縮することができる。ただし、体液中に被測定成分と異なる別の成分が多く含まれる場合、この別の成分が光吸収・光散乱等の光学的現象を引き起こし、その結果、測定上の外乱因子として作用することがある。そこで、被測定成分の測定精度を維持すべく、この外乱因子の影響を除去することが必要であり、外乱因子の影響を除去する手法が種々提案されている。

このような外乱因子の影響を除去する装置及び方法として、特許文献２には、血液中のグルコース濃度の測定において、外乱因子の影響を除去する成分測定装置及び成分測定方法が記載されている。具体的に、特許文献２の記載の成分測定装置及び成分測定方法は、測定波長よりも長波長側の長波長域の測定値から、測定波長における外乱因子を推定し、測定波長における測定値を推定した外乱因子を用いて補正した後、ヘマトクリット値を用いて測定波長における測定値を更に補正することにより、血漿成分におけるグルコース濃度を測定するものである。

特公平７−３４７５８号公報 国際公開第２０１５／１３７０７４号

特許文献２に記載の成分測定装置及び成分測定方法によれば、体液としての血液に含まれる被測定成分としてのグルコースのグルコース濃度を高い精度で測定することができるが、本願発明者は、被測定成分の測定精度を更に向上させるべく鋭意検討を重ねた結果、体液と試薬との呈色反応により生じる発色成分を含む混合物がその光学的特性を測定するために収容されている測定空間の位置や、この測定空間を区画する部材の製造上の寸法公差等により、測定空間の光路長にばらつきや変動が生じ、これにより被測定成分の測定精度が低下するという知見を得るに至った。

そこで本開示は、測定空間の光路長のばらつきや変動による被測定成分の測定精度の低下を抑制可能な成分測定装置、成分測定方法及び成分測定プログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様としての成分測定装置は、体液中の被測定成分と試薬との呈色反応により生じる発色成分を含む混合物の光学的特性に基づいて前記体液中の前記被測定成分を測定する成分測定装置であって、内部に流路を区画し、前記流路内で、前記流路を閉塞しないように対向する内壁との間に間隙を隔てた状態で配置された前記試薬を有する成分測定チップが装着可能であり、前記間隙の位置で前記混合物に照射される、近赤外領域以上の長波長域で水に固有の吸収帯域に属する所定波長の測定光、により測定された吸光度の測定値に基づいて、前記被測定成分を導出する。

本発明の１つの実施形態としての成分測定装置は、前記所定波長を第１波長とし、前記測定光を第１測定光とし、前記測定値を第１測定値とした場合に、前記間隙の位置で前記混合物に照射される、前記長波長域に属し、かつ、前記水に固有の吸収帯域又は前記水に固有の吸収帯域の近傍の第２波長の第２測定光、により測定された、前記第１測定値よりも小さい吸光度である第２測定値を取得し、前記第１測定値と前記第２測定値との差分に基づいて、前記被測定成分を導出する。

本発明の１つの実施形態としての成分測定装置は、前記体液と接触する前の前記試薬に照射される前記第１波長の第３測定光により測定された吸光度である第３測定値と、前記体液と接触する前の前記試薬に照射される前記第２波長の第４測定光により測定された吸光度である第４測定値と、を取得し、前記第１測定値と前記第２測定値との差分と、前記第３測定値と前記第４測定値との差分と、の間の差分である補正差分値に基づいて、前記被測定成分を導出する。

本発明の１つの実施形態としての成分測定装置は、前記間隙の位置で前記混合物に照射される、前記水に固有の吸収帯域とは異なる波長域に属する測定波長の第５測定光、により測定された吸光度である第５測定値を取得し、前記第５測定値を、前記補正差分値に基づいて、補正する。

本発明の１つの実施形態として、前記測定波長は、前記第１波長及び前記第２波長よりも短波長域に属する。

本発明の１つの実施形態として、前記測定波長は、前記発色成分の吸光度スペクトルにおけるピーク波長域の半値全幅域に対応する波長範囲に属する。

本発明の１つの実施形態として、前記測定波長は、可視領域に属する。

本発明の１つの実施形態として、前記間隙に位置する前記混合物に照射される光で得られる吸光度スペクトルにおいて、前記第１波長は、前記水に固有の吸収帯域で水の吸光度がピーク値となる又は前記ピーク値の近傍となる波長であり、前記第２波長は、前記水に固有の吸収帯域の裾部近傍の波長である。

本発明の第２の態様としての成分測定方法は、体液中の被測定成分と試薬との呈色反応により生じる発色成分を含む混合物の光学的特性に基づいて前記体液中の前記被測定成分を測定する成分測定方法であって、流路内で、前記流路を閉塞しないように対向する内壁との間に間隙を隔てた状態で配置された前記試薬と、前記間隙に供給された前記体液と、により生成された前記間隙に位置する前記混合物に対して、近赤外領域以上の長波長域で水に固有の吸収帯域に属する所定波長の測定光を照射して吸光度を測定するステップと、測定された吸光度の測定値に基づいて、前記被測定成分を導出するステップと、を含む。

本発明の第３の態様としての成分測定プログラムは、体液中の被測定成分と試薬との呈色反応により生じる発色成分を含む混合物の光学的特性に基づいて前記体液中の前記被測定成分を測定するための成分測定プログラムであって、流路内で、前記流路を閉塞しないように対向する内壁との間に間隙を隔てた状態で配置された前記試薬と、前記間隙に供給された前記体液と、により生成された前記間隙に位置する前記混合物に対して、近赤外領域以上の長波長域で水に固有の吸収帯域に属する所定波長の測定光を照射して吸光度を測定するステップと、測定された吸光度の測定値に基づいて、前記被測定成分を導出するステップと、を成分測定装置に実行させる。

本開示によれば、測定空間の光路長のばらつきや変動による被測定成分の測定精度の低下を抑制可能な成分測定装置、成分測定方法及び成分測定プログラムを提供することができる。

一実施形態としての成分測定装置に成分測定チップが装着された成分測定装置セットの上面図である。 図１のI-I断面図のうち、成分測定チップが装着されている箇所近傍の拡大断面図である。 図１に示す成分測定チップ単体の上面図である。 図３のII-II断面図である。 図３のIII-III断面図である。 図１に示す成分測定装置の電気ブロック図である。 図６に示す演算部の機能ブロック図である。 血液検体と試薬とを呈色反応させることにより得られる混合物の吸光度スペクトルを示す図である。 ２種の血液検体それぞれの吸光度スペクトルを示す図である。 図３に示す成分測定チップのうち試薬を取り除いた状態の空チップの近赤外領域における吸光度スペクトルを示す図である。 図３に示す成分測定チップの近赤外領域における吸光度スペクトルを示す図である。 成分測定装置により実行される、一実施形態としての成分測定方法を示すフローチャートである。 測定時の間隙の高さによる、グルコース濃度の測定値への影響についての検証実験の実験結果を示す図である。 測定時の間隙の高さによる、グルコース濃度の測定値への影響についての検証実験の実験結果を示す図である。 測定時の間隙の高さによる、グルコース濃度の測定値への影響についての検証実験の実験結果を示す図である。 間隙の高さと、近赤外領域での水に固有の吸収帯域に属する光を間隙に位置する混合物に対して照射することにより得られる吸光度と、の間の相関関係を示すグラフである。 図１７（ａ）は、図１３に示す「補正なし」について、測定波長における吸光度のばらつき示すグラフであり、図１７（ｂ）は、図１３に示す「測定時補正あり」について、測定波長における吸光度のばらつき示すグラフである。

以下、成分測定装置、成分測定方法及び成分測定プログラムの実施形態について、図１〜図１７を参照して説明する。各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

まず、成分測定装置の１つの実施形態について説明する。図１は、本実施形態における成分測定装置１に成分測定チップ２が装着された成分測定装置セット１００を示す上面図である。図２は、図１のI-I線に沿う断面のうち、成分測定チップ２が装着されている箇所近傍の拡大断面図である。

成分測定装置セット１００は、成分測定装置１と、成分測定チップ２と、を備えている。本実施形態の成分測定装置１は、血液中の被測定成分としての血漿成分中のグルコース、の濃度（ｍｇ／ｄＬ）を測定可能な血糖値測定装置である。また、本実施形態の成分測定チップ２は、成分測定装置１としての血糖値測定装置の先端部に装着可能な血糖値測定チップである。ここで言う「血液」とは、成分毎に分離されておらず、すべての成分を含む全血を意味する。

成分測定装置１は、例えば樹脂材料からなるハウジング１０と、このハウジング１０の上面に設けられたボタン群と、ハウジング１０の上面に設けられた液晶又はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅの略）等で構成される表示部１１と、成分測定装置１に装着された状態の成分測定チップ２を取り外す際に操作される取り外しレバー１２と、を備えている。本実施形態のボタン群は、電源ボタン１３と、操作ボタン１４とにより構成されている。

ハウジング１０は、上述したボタン群及び表示部１１が上面（図１参照）に設けられている、上面視の外形が略矩形の本体部１０ａと、本体部１０ａから外方に突設され、上面（図１参照）に取り外しレバー１２が設けられたチップ装着部１０ｂと、を備えている。図２に示すように、チップ装着部１０ｂの内部には、チップ装着部１０ｂの先端面に形成された先端開口を一端とするチップ装着空間Ｓが区画されている。成分測定装置１に対して成分測定チップ２を装着する際は、外方から先端開口を通じてチップ装着空間Ｓ内に成分測定チップ２を挿入する。成分測定チップ２が所定位置まで押し込まれると、成分測定装置１のチップ装着部１０ｂが成分測定チップ２を係止した状態となる。この係止した状態とすることにより、成分測定チップ２の成分測定装置１への装着が完了する。成分測定装置１による成分測定チップ２の係止は、例えば、チップ装着部１０ｂ内に成分測定チップ２の一部と係合可能な爪部を設ける等、各種構成により実現可能である。

逆に、成分測定装置１に装着されている成分測定チップ２を成分測定装置１から取り外す際は、ハウジング１０の外部から上述した取り外しレバー１２を操作する。その操作により、成分測定装置１のチップ装着部１０ｂによる成分測定チップ２の係止状態が解除されると共に、ハウジング１０内のイジェクトピン２６（図２参照）が連動して移動し、成分測定チップ２を成分測定装置１から取り外すことができる。

本実施形態のハウジング１０は、上面視（図１参照）で略矩形の本体部１０ａと、本体部１０ａから外方に突設されているチップ装着部１０ｂと、を備える構成であるが、成分測定チップ２を装着可能なチップ装着部を備える構成であればよく、本実施形態のハウジング１０の形状に限られない。したがって、本実施形態のハウジング１０の形状の他に、例えば、ユーザにとって片手で把持し易くするための形状を種々採用することも可能である。

表示部１１は、例えば、成分測定装置１により測定された被測定成分の情報を表示する。本実施形態では、成分測定装置１としての血糖値測定装置により測定されたグルコース濃度（ｍｇ／ｄＬ）を表示部１１に表示することができる。表示部１１には、被測定成分の情報のみならず、成分測定装置１の測定条件やユーザに所定の操作を指示する指示情報等、各種情報を表示できるようにしてもよい。ユーザは、表示部１１に表示された内容を確認しながら、ボタン群の電源ボタン１３や操作ボタン１４を操作することができる。

次に、成分測定チップ２単体について説明する。図３は、成分測定チップ２を示す上面図である。また、図４は、図３のII-II線に沿う断面図である。図５は、図３のIII-III線に沿う断面図である。図３〜図５に示すように、成分測定チップ２は、内部に流路２３を区画している。また、成分測定チップ２の流路２３内には、この流路２３を閉塞しないように対向する内壁との間に間隙２８を隔てた状態で試薬としての発色試薬２２が配置されている。

より具体的に、本実施形態の成分測定チップ２は、略矩形板状の外形を有するベース部材２１と、このベース部材２１を覆うように対向して配置されたカバー部材２５と、ベース部材２１とカバー部材２５との間の距離を所定間隔に維持する２つのスペーサ部材２７と、を備えている。本実施形態の成分測定チップ２の流路２３は、ベース部材２１、カバー部材２５及び２つのスペーサ部材２７に囲まれることにより形成されている。また、本実施形態の試薬としての発色試薬２２は、流路２３を区画する内壁としてのベース部材２１の上面に塗布されることにより配置されている。この塗布された発色試薬２２と、流路２３を区画する内壁としてのカバー部材２５の下面と、の間に間隙２８が形成されている。

流路２３は、成分測定チップ２の厚み方向と直交する方向に延在しており、成分測定チップ２の１つの側端から別の側端まで貫通している。流路２３の一端が形成されている成分測定チップ２の１つの側端は、外方から血液を流路２３内に供給可能な供給部２４を構成している。外方から供給部２４に供給された血液は、例えば毛細管現象によって流路２３に沿って移動し、流路２３の間隙２８まで到達し、発色試薬２２と接触する。血液と発色試薬２２とが接触すると、血液中の被測定成分としてのグルコースと発色試薬２２とが呈色反応を引き起こす。この呈色反応により発色成分が生成される。そのため、発色試薬２２が保持されている保持位置及び間隙２８の位置で、血液と、上述の呈色反応で生成された発色成分と、を含む混合物が生成される。

本実施形態の流路２３は、ベース部材２１、カバー部材２５及び２つのスペーサ部材２７により区画されているが、流路を区画する部材数や流路の形状は、本実施形態の構成に限られない。例えば、厚み方向の一方側の面に溝が形成されたベース部材と、この溝が形成された一方側の面を覆うように取り付けられたカバー部材と、の２つの部材のみで流路を形成することも可能である。このように、成分測定チップの流路は、３つ以下の部材により区画される構成であってもよい。また、５つ以上の部材により区画される流路であってもよい。本実施形態の流路２３は、上面視（図３参照）や図５に示す断面視で直線状に延在しているが、例えば、上面視や図５と同様の断面視において、折れ曲がって延在していてもよく、一様に湾曲して延在していてもよい。

ベース部材２１およびカバー部材２５の材質としては、光の透過のために透明な素材を用いることが好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）や環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリカーボネード（ＰＣ）等の透明な有機樹脂材料；ガラス、石英等の透明な無機材料；が挙げられる。

また、スペーサ部材２７は、透明か不透明かを問わず、ベース部材２１およびカバー部材２５と同様の材料により形成することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）や環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリカーボネード（ＰＣ）等の有機樹脂材料；ガラス、石英等の無機材料；が挙げられる。これらの材料から形成されたスペーサ部材２７は、接着剤を用いて、ベース部材２１及びカバー部材２５に接着されるが、このような構成に代えて、上述の材料から形成された基材を有する両面テープを用いてもよい。

試薬としての発色試薬２２は、血液中の被測定成分と反応して、被測定成分の血中濃度に応じた色に呈色する呈色反応を引き起こすものであり、本実施形態の発色試薬２２は、ベース部材２１上に塗布されている。本実施形態の発色試薬２２は、血液中の被測定成分としてのグルコースと反応する。本実施形態の発色試薬２２としては、例えば、（ｉ）グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）と（ｉｉ）ペルオキシダーゼ（ＰＯＤ）と（ｉｉｉ）１−（４−スルホフェニル）−２，３−ジメチル−４−アミノ−５−ピラゾロンと（ｉｖ）Ｎ−エチル−Ｎ−（２−ヒドロキシ−３−スルホプロピル）−３，５−ジメチルアニリン，ナトリウム塩，１水和物（ＭＡＯＳ）との混合試薬、あるいはグルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）とテトラゾリウム塩及び電子メディエーターとの混合試薬などが挙げられる。さらに、リン酸緩衝液のような緩衝剤が含まれていてもよい。発色試薬２２の種類、成分については、これらに限定されない。

但し、本実施形態の発色試薬２２としては、血液中のグルコースと発色試薬２２との呈色反応により生じる発色成分の吸光度スペクトルにおけるピーク波長が、血球中のヘモグロビンの光吸収特性に起因するピーク波長と異なるものを使用している。本実施形態の発色試薬２２は、血液中のグルコースと発色試薬２２との呈色反応により生じる発色成分の吸光度スペクトルが６５０ｎｍ付近にピーク波長を有するが、ピーク波長が６５０ｎｍ付近になるものに限られない。この詳細は後述する。

図２に示すように、成分測定装置１により被測定成分を測定する際には、成分測定チップ２をチップ装着部１０ｂ内に装着する。そして、成分測定チップ２の一端に設けられている供給部２４に血液を供給すると、血液は、例えば毛細管現象により流路２３内を移動し、流路２３の間隙２８まで到達し、上述したように、発色試薬２２の保持位置及び間隙２８の位置で、血液と、血液と発色試薬２２との呈色反応で生じる発色成分と、を含む混合物が生成される。

いわゆる比色式の成分測定装置１は、発色試薬２２の保持位置及び間隙２８の位置に生成される混合物に向かって光を照射し、その透過光量（又は反射光量）を検出し、血中濃度に応じた発色の強度に相関する検出信号を得る。そして、成分測定装置１は、予め作成された検量線を参照することにより、被測定成分を測定することができる。本実施形態の成分測定装置１は、血液中の血漿成分におけるグルコース濃度（ｍｇ／ｄＬ）を測定する。

図６は、図１及び図２に示す成分測定装置１の電気ブロック図である。図６には、説明の便宜上、成分測定装置１に装着された状態の成分測定チップ２の断面（図４と同じ断面）を併せて示している。また、図６では、成分測定チップ２の近傍を拡大したものを左上に別途示している。以下、成分測定装置１の更なる詳細について説明する。

図６に示すように、成分測定装置１は、上述したハウジング１０（図１参照）、表示部１１、取り外しレバー１２（図１参照）、電源ボタン１３及び操作ボタン１４の他に、演算部６０と、メモリ６２と、電源回路６３と、測定光学系６４と、を更に備えている。

演算部６０は、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）又はＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成されており、メモリ６２等に格納されたプログラムを読み出し実行することで、各部の制御動作を実現可能である。メモリ６２は、揮発性又は不揮発性である非一過性の記憶媒体で構成され、ここで示す成分測定方法を実行するために必要な各種データ（成分測定プログラムを含む）を読出し又は書込み可能である。電源回路６３は、電源ボタン１３の操作に応じて、演算部６０を含む成分測定装置１内の各部に電力を供給し、又はその供給を停止する。

測定光学系６４は、血液と試薬としての発色試薬２２との呈色反応により生じる発色成分を含む混合物の光学的特性を取得可能な光学システムである。測定光学系６４は、具体的には、発光部６６と、発光制御回路７０と、受光部７２と、受光制御回路７４と、を備えている。

本実施形態の発光部６６は５種類の光源６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ及び６８を備えている。光源６７ａ〜６７ｄ及び６８は、分光放射特性が異なる光（例えば、可視光と近赤外光）を放射することができる。以下、説明の便宜上、光源６７ａを「第１光源６７ａ」、光源６７ｂを「第２光源６７ｂ」、光源６７ｃを「第３光源６７ｃ」、光源６７ｄを「第４光源６７ｄ」、光源６８を「第５光源６８」と記載する。

以下、第１光源６７ａから発光される光の波長を第１波長λ１とする。また、第２光源６７ｂから発光される光の波長を第２波長λ２とする。更に、第３光源６７ｃから発光される光の波長を第３波長λ３とする。また更に、第４光源６７ｄから発光される光の波長を第４波長λ４とする。第５光源６８から発光される光の波長を第５波長λ５とする。本実施形態では、第１波長λ１及び第２波長λ２が、近赤外領域に属し、第３波長λ３、第４波長λ４及び第５波長λ５が、可視領域に属する。第１波長λ１〜第５波長λ５の具体的な値やその特性については後述する。

本実施形態の第１光源６７ａ、第２光源６７ｂ、第３光源６７ｃ、第４光源６７ｄ及び第５光源６８としては、ＬＥＤ素子、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅの略）素子、無機ＥＬ素子、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅの略）素子を含む種々の発光素子を適用することができる。近赤外領域の光を発光する光源としては、例えば、ＬＥＤ素子、白熱電球、ハロゲンランプなどを使用することができる。また、本実施形態では、第１波長λ１〜第５波長λ５それぞれの波長の光を別々の光源により発光しているが、例えば、可視領域における複数の波長の光を発光可能な１つの光源を利用することも可能である。更に、図６では、模式的に、第１光源６７ａ、第２光源６７ｂ、第３光源６７ｃ、第４光源６７ｄ及び第５光源６８を一列に並べて描いているが、このような配置に限られない。

図２、図６に示すように、本実施形態の受光部７２は、発光部６６と成分測定チップ２を挟んで対向して配置された１個の受光素子により構成されている。受光部７２は、発光部６６の第１光源６７ａ〜第５光源６８から成分測定チップ２の発色試薬２２の保持位置及び間隙２８の位置の両方を透過するように照射され、成分測定チップ２を透過した透過光を受光する。受光部７２としては、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅの略）素子、フォトコンダクタ（光導電体）、フォトトランジスタ（Ｐｈｏｔｏ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒの略）を含む種々の光電変換素子を適用することができる。

発光制御回路７０は、第１光源６７ａ〜第５光源６８それぞれに駆動電力信号を供給することで、第１光源６７ａ〜第５光源６８を点灯させ、又は消灯させる。受光制御回路７４は、受光部７２から出力されたアナログ信号に対して、対数変換及びＡ／Ｄ変換を施すことでデジタル信号（以下、検出信号という）を取得する。

図７は、図６に示す演算部６０の機能ブロック図である。演算部６０は、測定光学系６４による測定動作を指示する測定指示部７６、及び、各種データを用いて被測定成分の濃度を測定する濃度測定部７７の各機能を実現する。

濃度測定部７７は、吸光度取得部７８と、吸光度補正部８４と、を備えている。

図７では、メモリ６２には、測定光学系６４により測定された第１波長λ１〜第５波長λ５それぞれにおける吸光度の測定値データ８５と、この測定値データ８５又はこの測定値データ８５に基づいて算出される二次データと相関する一群の補正係数等を含む補正データ８６と、測定波長で実測された混合物の吸光度の測定値又はこの測定値を補正データ８６により補正して得られる補正測定値と各種物理量（例えば、グルコース濃度）との関係を示す検量線や、混合物中のヘモグロビンの吸光度とヘマトクリット値との関係を示す検量線などの、検量線データ９０と、が格納されている。「ヘマトクリット値」とは、血液中の血球成分の血液（全血）に対する容積比を百分率で示したものである。

以下、体液中の被測定成分としての血液中のグルコースと、発色試薬２２と、の呈色反応を、グルコースを含む血漿成分を血液から分離することなく、血液（全血）と発色試薬２２とにより実行し、この呈色反応により生じる発色成分を含む混合物の光学的特性に基づいて、血液中のグルコース濃度を測定する成分測定方法について説明する。

まず、図８及び図９を参照しつつ、血液中の被測定成分を、血液（全血）を用いた吸光度測定に基づいて推定しようとする際の問題点について言及する。以降の実施例では、発色試薬２２としてグルコースデヒドロゲナーゼ（ＧＤＨ）とテトラゾリウム塩（ＷＳＴ−４）及び電子メディエーターとの混合試薬を用いた。

図８は、ヘマトクリット値及びグルコース濃度が既知である血液検体を発色試薬２２と呈色反応させることにより得られる混合物の吸光度スペクトルを示している。ここで用いている血液検体は、ヘマトクリット値が４０％で、グルコース濃度が４００ｍｇ／ｄＬ（図８中では「Ｈｔ４０ ｂｇ４００」と表記）のものである。

また、図９は、ヘマトクリット値及びグルコース濃度が既知である２種の血液検体それぞれの吸光度スペクトルを示している。この２種の血液検体を第１血液検体、第２血液検体とする。第１血液検体は、ヘマトクリット値が２０％で、グルコース濃度が４００ｍｇ／ｄＬ（図９中では「Ｈｔ２０ ｂｇ４００」と表記）のものである。第２血液検体は、ヘマトクリット値が４０％で、グルコース濃度が４００ｍｇ／ｄＬ（図９中では「Ｈｔ４０ ｂｇ４００」と表記）のものである。第２血液検体は、図８に示す血液検体と同じものである。実際は、図９に示す第１血液検体及び第２血液検体に加えて、ヘマトクリット値が２０％で、グルコース濃度が０ｍｇ／ｄＬの第３血液検体、ヘマトクリット値が２０％で、グルコース濃度が１００ｍｇ／ｄＬの第４血液検体、ヘマトクリット値が４０％で、グルコース濃度が０ｍｇ／ｄＬの第５血液検体、及び、ヘマトクリット値が４０％で、グルコース濃度が１００ｍｇ／ｄＬの第６血液検体についても、吸光度スペクトルを求めているが、ヘマトクリット値が等しい血液検体の吸光度スペクトルは略一致するため、図９ではヘマトクリット値が異なる２つの血液検体の一例として、第１血液検体（ヘマトクリット値が２０％）の吸光度スペクトル、及び第２血液検体（ヘマトクリット値が４０％）の吸光度スペクトルのみを示している。

一般的に、測定対象となる発色成分以外の成分が試料中に含まれるとき、光学的現象の発生によって発色成分の測定結果に影響を与えることがある。例えば、血液中の血球成分等による「光散乱」や、発色成分とは別の成分（具体的には、ヘモグロビン）による「光吸収」が発生することで、真の値よりも大きい吸光度が測定される傾向がある。

具体的に、図９に示す２つの血液検体の吸光度スペクトルは、波長が長くなるにつれて吸光度が次第に小さくなるトレンド曲線を有し、且つ、５４０ｎｍ付近及び５７０ｎｍ付近を中心とする２つのピークを有する。この２つのピークは、主に、赤血球中のヘモグロビンの光吸収に起因する。また、図９に示す２つの血液検体の吸光度スペクトルでは、６００ｎｍ以上の波長域において、波長が長くなるにつれて、吸光度が略直線状になだらかに減少している。この略直線状の部分は、主に、血球成分等による光散乱に起因する。

換言すれば、６００ｎｍ付近より長波長側の波長域における血液検体の吸光度は、血球成分等による光散乱の影響が支配的であり、６００ｎｍ付近より短波長側の波長域における血液検体の吸光度は、血球成分等による光散乱の影響よりも、ヘモグロビンによる光吸収の影響が大きい。

一方、図８に示す混合物の吸光度スペクトルでは、図９に示す血液検体の吸光度スペクトルと同様、波長が長くなるにつれて吸光度が次第に小さくなるトレンド曲線を有しているが、図９に示す曲線と比較して、可視領域である６００ｎｍ〜７００ｎｍ辺りにわたって吸光度が増加していることがわかる。この６００ｎｍ〜７００ｎｍ辺りにわたって増加している吸光度は、主に、血液中のグルコースと発色試薬２２との呈色反応により生じた発色成分の吸光特性に起因する。

このように、測定対象となる発色成分の他に、図９に示す吸光特性を有する血液を含む混合物を用いて、色素成分由来の発色成分の吸光度を正確に測定する場合には、所定の測定波長（例えば６５０ｎｍ）における吸光度の測定値から、血球成分等による光散乱やヘモグロビンによる光吸収などの影響（ノイズ）を除去する必要がある。

より具体的には、測定対象となる発色成分の光吸収率が高い所定の測定波長（例えば６５０ｎｍ）における、血球成分等による光散乱やヘモグロビンによる光吸収などの影響（ノイズ）を推定し、同測定波長における吸光度の測定値を補正することが必要となる。

ここで、混合物が位置する間隙２８の高さｈは、流入する検体量を反映するものである。すなわち、検体に含まれる測定対象の量（濃度）を求めるためには、間隙２８の高さｈを成分測定チップの種類等に応じて定まる一定値（定数）として捉えた上で、混合物における発色成分の吸光度を導出する必要がある。しかしながら、既存の成分測定装置は、間隙２８の高さｈの変動を考慮していない。さらに、間隙２８の高さｈは、例えば、自然環境下における発色試薬２２の水分吸収の有無や、呈色反応による発色試薬２２の膨潤又は溶解の影響や、成分測定チップの製造上の寸法公差などにより、変動する。間隙２８の高さｈが変動すると、間隙２８に位置する血液の量も変動する。そのため、間隙２８の高さｈの変動を考慮しない場合には、例えば、血液中のグルコース濃度の測定など、血液中の被測定成分の測定において測定精度が低下し、正確な血液中のグルコース濃度を測定することができない。

図１０は、流路２３の高さＨ（図５参照）の相違に基づく水の吸光度の相違を示すグラフである。具体的に、図１０では、図３〜図５に示す成分測定チップ２のうち発色試薬２２を取り除いた状態の空チップの近赤外領域における吸光度スペクトルを示している。より具体的に、図１０では、流路２３の高さＨが３０μｍであって、流路２３内に水がない状態の第１空チップでの吸光度スペクトル（図１０では「３０μｍ ｎｏ ｗａｔｅｒ」と表記）と、流路２３の高さＨが５０μｍであって、流路２３内に水がない状態の第２空チップでの吸光度スペクトル（図１０では「５０μｍ ｎｏ ｗａｔｅｒ」と表記）と、流路２３の高さＨが６０μｍであって、流路２３内に水がない状態の第３空チップでの吸光度スペクトル（図１０では「６０μｍ ｎｏ ｗａｔｅｒ」と表記）と、流路２３の高さＨが３０μｍであって、流路２３内が水で満たされた状態の第４空チップでの吸光度スペクトル（図１０では「３０μｍ ｗａｔｅｒ」と表記）と、流路２３の高さＨが５０μｍであって、流路２３内が水で満たされた状態の第５空チップでの吸光度スペクトル（図１０では「５０μｍ ｗａｔｅｒ」と表記）と、流路２３の高さＨが６０μｍであって、流路２３内が水で満たされた状態の第６空チップでの吸光度スペクトル（図１０では「６０μｍ ｗａｔｅｒ」と表記）と、示している。流路２３の幅Ｗ（図３参照）は第１空チップ〜第６空チップで同じである。また、図１０に示す吸光度スペクトルは、流路２３の延在方向における一部の測定空間において、流路２３の高さ方向（空チップの厚み方向と同じ方向）において流路２３を貫通するように照射した光による吸光度を示している。

図１０に示すように、流路２３内に水がない状態の第１空チップ〜第３空チップの吸光度スペクトルは、流路２３の高さＨにかかわらず、同様の形状を有している。また、第１空チップ〜第３空チップの吸光度スペクトルはいずれも、水に固有の吸収帯域の１つである１８２０ｎｍ〜２０００ｎｍにおいて吸光度のピーク値を有していない。「水に固有の吸収帯域」とは、吸光度スペクトルにおいて、水の吸光度が特異なピークとして現れるピーク波長域を意味しており、例えば、近赤外領域（８００ｎｍ〜２５００ｎｍ）における１８２０ｎｍ〜２０００ｎｍの波長域や、近赤外領域における１３００ｎｍ〜１６５０ｎｍの波長域、などが挙げられる。

一方で、流路２３内が水で満たされている状態の第４空チップ〜第６空チップの吸光度スペクトルは、全体としては同様のトレンドを示しているが、いずれも水に固有の吸収帯域である１８２０ｎｍ〜２０００ｎｍにおいて吸光度のピーク値を有している。そして、流路２３内が水で満たされている状態の第４空チップ〜第６空チップは、流路２３の高さＨに応じて水の吸光度のピーク値が異なる吸光度スペクトルとなる。具体的に、第４空チップ〜第６空チップを比較すると、流路２３の高さＨが高くなるほど、水の吸光度のピーク値が高くなることがわかる。

このように、流路２３中の測定空間の光路長が異なると、光路長を満たす水分量も異なるため、水に固有の吸収帯域での水の吸光度についても、水分量に応じて異なる値を示すことがわかる。

図１１は、発色試薬２２を有する成分測定チップ２の近赤外領域における吸光度スペクトルを示す図である。具体的に、図１１には、検体としてグルコースが含まれていない水を使用した場合の間隙２８の位置での吸光度スペクトル（図１１では「ｂｇ０」と表記）と、検体としてグルコース濃度が１００ｍｇ／ｄＬのグルコース水を使用した場合の間隙２８の位置での吸光度スペクトル（図１１では「ｂｇ１００」と表記）と、検体としてグルコース濃度が４００ｍｇ／ｄＬのグルコース水を使用した場合の間隙２８の位置での吸光度スペクトル（図１１では「ｂｇ４００」と表記）と、流路２３内に検体を入れない状態（間隙２８は空隙の状態）での、成分測定チップ２における発色試薬２２の吸光度スペクトル（図１１では「ｉｎｉ」と表記）と、の４つの吸光度スペクトルを示している。

図１１に、高さＨ＝５０μｍのチップを用い、検体として水及びグルコース水を使用している３つの吸光度スペクトルを示した。図１１に示すように、検体として水及びグルコース水を使用している３つの吸光度スペクトルは、略一致している。そして、これら３つの吸光度スペクトルはいずれも、水に固有の吸収帯域である１８２０ｎｍ〜２０００ｎｍの波長域において同程度の吸光度のピークを有している。すなわち、水に固有の吸収帯域でのピーク値（水に固有の１つの吸収帯域での極大吸光度）は、グルコースの有無や、グルコースの濃度の相違にかかわらないことがわかる。また、図１１に示すように、検体を入れない発色試薬２２の吸光度スペクトルは、上述した３つの吸光度スペクトルとは一致していない。但し、検体を入れない状態での発色試薬２２の吸光度スペクトルであっても、水に固有の吸収帯域において小さいピークを有することがわかる。これは、発色試薬２２自体に多少の水分が含まれているためである。

図１０及び図１１より、間隙２８に位置する混合物に対して水に固有の吸収帯域に属する波長の光を照射すれば、混合物に含まれる被測定成分の量によらず、混合物に含まれる水分量に応じて、異なる吸光度を測定することができることがわかる。

但し、１つ１つの成分測定チップ２の間隙２８の高さｈを、例えば膜厚計等により実測し、その測定値に応じた補正値を個別の成分測定装置１に校正情報として取り込ませることは、患者や医療従事者などの使用者に多大な手間をかけることや、成分測定値の大型化につながり、使用者の利便性を損なう。また、成分測定チップ２の間隙２８の高さｈの許容される寸法公差を、測定空間の光路長について補正不要なほど極めて小さくすることも、製造上容易なことではない。更に、検体としての体液が試薬に接触し、間隙２８に混合物が生成されている状態での測定空間の光路長としての間隙２８の高さｈを反映していない。

そこで、成分測定装置１では、上述した特性を利用して、混合物における発色成分の吸光度を測定する際（以下、単に「測定時」と記載する。）の、測定空間の光路長としての間隙２８の高さｈを推定する。具体的には、血液の血漿中には水分が含まれるため、水に固有の吸収帯域に属する光を間隙２８に位置する混合物に照射すれば、測定時において間隙２８に位置する混合物に含まれる水分量に応じた、換言すれば、測定時において間隙２８に位置する血液量に応じた、水の吸光度の測定値を取得することができる。そのため、例えば水の吸光度と、間隙２８の高さｈと、の相関を示す検量線を使用すれば、測定時の測定空間の光路長としての測定時の間隙２８の高さｈを推定することが可能となる。成分測定装置１では、測定時の間隙２８の高さｈを推定し、この推定に基づいて、体液中の被測定成分の測定値を補正する。これにより被測定成分の測定精度を向上させることができる。

以下、成分測定装置１により実行される、一実施形態としての成分測定方法について詳細に説明する。

成分測定装置１は、体液中の被測定成分と試薬との呈色反応により生じる発色成分を含む混合物の光学的特性に基づいて、体液中の被測定成分を測定可能である。具体的に、本実施形態では、体液中の被測定成分としての血液中のグルコースと、試薬としての発色試薬２２と、により生じる発色成分を含む混合物の光学的特性を利用し、血液中の血漿成分に含まれるグルコースの濃度を測定する。

図１２は、成分測定装置１により実行される成分測定方法を示すフローチャートである。図１２に示すように、成分測定装置１により実行される成分測定方法は、流路２３（図５等参照）内で、流路２３を閉塞しないように内壁との間に間隙２８（図５等参照）を隔てた状態で配置された発色試薬２２と、間隙２８に供給された体液としての血液と、により生成された間隙２８に位置する混合物に対して、近赤外領域以上の長波長域で水に固有の吸収帯域に属する第１波長λ１の第１測定光を照射して吸光度を測定するステップＳ１と、ステップＳ１で測定された吸光度の測定値に基づいて、被測定成分の導出として、血液中のグルコース濃度を導出するステップＳ２と、を含む。

ステップＳ１では、成分測定装置１が、成分測定装置１に装着された成分測定チップ２における測定時の測定空間の光路長としての測定時の間隙２８の高さｈを推定する。具体的に、成分測定装置１は、間隙２８に位置する混合物に対して、近赤外領域以上の長波長域であり水に固有の吸収帯域に属する所定波長の測定光を照射し、この測定光による吸光度の測定値を取得する。

本実施形態の成分測定装置１では、第１波長λ１の第１測定光が、演算部６０の指示により発光制御回路７０を介して、第１光源６７ａから発光される。第１波長λ１は、近赤外領域で、かつ、水に固有の吸収帯域に属する所定波長であり、本実施形態では、水に固有の吸収帯域で水の吸光度がピーク値となる波長としている。具体的に、本実施形態では、水に固有の吸収帯域として、水の吸光度のピークが顕著に現れる１８２０ｎｍ〜２０００ｎｍを利用している。そして、この吸収帯域で水の吸光度がピーク値となる波長は、１９４０ｎｍである。

図２、図６に示すように、第１波長λ１の第１測定光は、成分測定チップ２の間隙２８の位置で、成分測定チップ２の厚み方向に、成分測定チップ２を透過する。そして、成分測定チップ２を透過した透過光は、受光部７２により受光される。これにより、間隙２８に位置する混合物の、水に固有の吸収帯域に属する第１波長λ１での吸光度を測定することができる。以下、説明の便宜上、ここで測定される吸光度の測定値を「第１測定値」と記載する。

例えば、水の吸光度と間隙２８の高さｈとの相関を示す検量線を利用することにより、第１測定値から、測定時の測定空間の光路長としての測定時の間隙２８の高さｈを推定することができる。そして、後述するステップＳ２では、第１測定値に基づいて、血液中のグルコース濃度を導出する。

ここで、本実施形態では、測定時の間隙２８の高さｈの推定精度をより高めるために、間隙２８の位置で混合物に対して、近赤外領域以上の長波長域に属し、かつ、水に固有の吸収帯域又は水に固有の吸収帯域の近傍の第２波長λ２の第２測定光を照射することにより、第１測定値よりも小さい吸光度である第２測定値を取得する。そして、ステップＳ２では、第１測定値と第２測定値との差分に基づいて、グルコース濃度を導出する。図１２では、上述の第２測定値を取得する工程を、ステップＳ１−２として示している。

このような差分値を利用すれば、例えば血球散乱等による影響など、水以外の成分による吸光度への影響を除去することができるので、測定時の測定空間の光路長としての測定時の間隙２８の高さｈをより精度よく推定することが可能となる。

更に、本実施形態では、間隙２８に位置する混合物に照射される光で得られる吸光度スペクトルにおいて、第１波長λ１は、水に固有の吸収帯域で水の吸光度がピーク値となる又はピーク値の近傍となる波長とし、第２波長λ２は、水に固有の吸収帯域の裾部近傍の波長としている。このようにすれば、水以外の成分による吸光度への影響を除去しつつ、水分量に応じた吸光度の相違をより明確に識別することができるようになる。本実施形態では、第１波長λ１を１９４０ｎｍとし、第２波長λ２を水に固有の吸収帯域の裾部に相当する１８２０ｎｍとしている。第２波長λ２としては、水に固有の吸収帯域の裾部近傍であってもよいため、例えば、１７６０ｎｍなどを利用してもよい。

また更に、本実施形態では、測定時の測定空間の光路長としての測定時の間隙２８の高さｈの推定精度をより一層高めるために、体液としての血液と接触する前の発色試薬２２に照射される第１波長λ１の第３測定光により測定された吸光度である第３測定値と、血液と接触する前の発色試薬２２に照射される第２波長λ２の第４測定光により測定された吸光度である第４測定値と、を取得する。そして、ステップＳ２では、第１測定値と第２測定値との差分と、第３測定値と第４測定値との差分と、の間の更なる差分である補正差分値に基づいて、グルコース濃度を導出する。図１２では、上述の第３測定値及び第４測定値を取得する工程を、ステップＳ１−０として示している。

このようにすれば、試薬自体に含まれていた水分による吸光度への影響を除去することができ、測定時の測定空間の光路長としての測定時の間隙２８の高さｈの推定精度をより一層高めることが可能となる。

成分測定装置１の吸光度取得部７８は、上述した第１波長λ１及び第２波長λ２それぞれでの測定値を取得する。具体的には、発光部６６の第１光源６７ａ及び第２光源６７ｂから第１波長λ１及び第２波長λ２の照射光が混合物に対してそれぞれ照射される。そして、受光部７２は、それぞれの照射光のうち成分測定チップ２を透過する透過光を受光する。そして、演算部６０は、照射光と透過光との関係から算出される各波長における吸光度の測定値を、測定値データ８５としてメモリ６２に格納させる。また、成分測定装置１の吸光度取得部７８は、メモリ６２から測定値データ８５を取得することができる。吸光度取得部７８が上述の測定値を取得する手段は、上述した手段に限られず、各種公知の手段により取得することが可能である。

以下、ステップＳ２において、グルコース濃度を導出する方法を詳細に説明する。

まず、本実施形態で用いる発色試薬２２は、血液中のグルコースと呈色反応することにより生じる発色成分の吸光度が６００ｎｍ付近にピークを有するものを使用しているが、本実施形態において発色成分の吸光度を測定する測定波長は６５０ｎｍとしている。

測定対象となる発色成分の吸光度を測定するための測定波長は、発色成分の光吸収率が相対的に大きくなる波長であって、かつ、ヘモグロビンの光吸収による影響が比較的小さい波長を用いればよい。例えば、測定対象となる発色成分の吸光度スペクトルにおけるピーク波長域の半値全幅域に対応し、かつ、全吸光度に対するヘモグロビンの光吸収による吸光度の割合が比較的小さい波長範囲に属する波長とすればよい。「ピーク波長域の半値全幅域に対応する」波長範囲とは、吸光度スペクトルにおけるピーク波長域の半値全幅域を特定した際に、短波長側の半値を示す波長から、長波長側の半値を示す波長までの範囲を意味している。本実施形態の測定対象となる発色成分の吸光度スペクトルは、６００ｎｍ付近がピーク波長となり、約５００ｎｍ〜約７００ｎｍが半値全幅域に対応する波長範囲となる。また、全吸光度におけるヘモグロビンの光吸収による影響は、６００ｎｍ以上の波長域で比較的小さくなる。したがって、本実施形態において、測定対象となる発色成分の吸光度スペクトルにおけるピーク波長域の半値全幅域に対応し、かつ、全吸光度に対するヘモグロビンの光吸収による吸光度の割合が比較的小さい波長範囲は、６００ｎｍ以上、かつ、７００ｎｍ以下である。そのため、測定波長としては、本実施形態の６５０ｎｍに限られず、６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲に属する別の波長を測定波長としてもよい。発色成分の吸光度を表すシグナルが強く、全吸光度に対するヘモグロビンの光吸収による吸光度の割合が非常に小さい波長範囲である方が、発色成分の吸光度をより正確に測定できるため、発色成分の吸光度スペクトルにおけるピーク波長となる６３０ｎｍ付近よりやや長波長となる６５０ｎｍ付近を測定波長とすることが好ましい。より具体的には、測定波長を６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲に属する波長とすることが好ましく、６４０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲に属する波長とすることがより好ましく、本実施形態のように６５０ｎｍとすることが特に好ましい。このような色素成分の例としてはテトラゾリウム塩が好ましく、例えばＷＳＴ−４が最も好ましい。

更に、本実施形態では、発色成分の吸光度スペクトルにおけるピーク波長域の半値全幅域が約５００ｎｍ〜約７００ｎｍとなるような発色試薬２２を使用しているが、ピーク波長域の半値全幅域がこの範囲と異なるような発色試薬を使用してもよい。但し、上述したとおり、ヘモグロビンの吸光特性を考慮し、ヘモグロビンの光吸収による吸光度が大きくなる波長域（６００ｎｍ以下）と、発色成分の吸光度スペクトルにおける測定波長とが重ならないようにすることが望ましい。

また、測定波長は、水に固有の吸収帯域に属しない波長とすることが望ましい。本実施形態の測定波長は、第１波長λ１及び第２波長λ２よりも短波長域に属している。具体的に、本実施形態では、水に固有の吸収帯域として近赤外領域（８００ｎｍ〜２５００ｎｍ）の波長域を用いており、測定波長としては、近赤外領域より短波長域である可視領域（３８０ｎｍ〜８００ｎｍ未満）に属する波長を使用している。

以下、本実施形態の測定波長である６５０ｎｍにおける発色成分の吸光度を推定するための方法について説明する。成分測定装置１は、測定波長（６５０ｎｍ）とは異なる２つの第３波長λ３及び第４波長λ４における混合物の吸光度をそれぞれ測定し、この２つの測定値と、予め定めた補正データ８６とを用いて、測定波長における混合物の吸光度の測定値を補正し、測定波長における発色成分の吸光度を推定する。以下、説明の便宜上、測定波長を「第５波長λ５」と記載する。また、測定波長における混合物の吸光度の測定値を「第５測定値」と記載する。

具体的に、成分測定装置１は、上述した２つの測定値として、測定波長である第５波長λ５よりも長波長側の第３波長λ３における混合物の吸光度の測定値と、測定波長である第５波長λ５よりも短波長側の第４波長λ４における混合物の吸光度の測定値と、を利用する。

より具体的には、上述した２つの測定値として、測定波長である第５波長λ５よりも長波長側で、全吸光度において血球成分等の光散乱による影響が支配的な波長域に属し、水に固有の吸収帯域とは異なる波長域に属する第３波長λ３における混合物の吸光度の測定値と、測定波長である第５波長λ５よりも短波長側で、全吸光度においてヘモグロビンの光吸収による影響が大きい波長域に属する第４波長λ４における混合物の吸光度の測定値と、を利用する。

第３波長λ３における混合物の吸光度の測定値を利用することにより、測定波長である第５波長λ５における、血球成分等の光散乱による影響を推定することができる。また、第４波長λ４における混合物の吸光度の測定値を利用することにより、測定波長である第５波長λ５における、ヘモグロビンの光吸収による影響の推定や、ヘマトクリット値の算出が可能となる。本実施形態では、第３波長λ３として７６０ｎｍを利用し、第４波長λ４として５４０ｎｍを利用している。

成分測定装置１の吸光度取得部７８は、上述した第３波長λ３及び第４波長λ４それぞれでの測定値と、第５波長λ５での第５測定値と、を取得する。具体的には、発光部６６の第３光源６７ｃ、第４光源６７ｄ及び第５光源６８から第３波長λ３、第４波長λ４及び第５波長λ５の照射光が混合物に対してそれぞれ照射される。そして、受光部７２は、それぞれの照射光のうち混合物を透過する透過光を受光する。そして、演算部６０は、照射光と透過光との関係から算出される各波長における混合物の吸光度の測定値を、測定値データ８５としてメモリ６２に格納する。成分測定装置１の吸光度取得部７８は、メモリ６２から測定値データ８５を取得することができる。吸光度取得部７８が上述の測定値を取得する手段は、上述した手段に限られず、各種公知の手段により取得することが可能である。

そして、成分測定装置１の吸光度補正部８４は、ステップＳ１で測定した第１測定値〜第４測定値並びにステップＳ２で測定した第３波長λ３及び第４波長λ４での吸光度の測定値に基づいて、血液中のグルコース濃度を導出する。より具体的に、成分測定装置１の吸光度補正部８４は、ステップＳ１で導出した差分補正値と、ステップＳ２で導出した第３波長λ３での測定値及び第４波長λ４での測定値と、を用いて第５波長λ５での第５測定値を補正し、測定波長である第５波長λ５（本例では６５０ｎｍ）における発色成分の吸光度を推定する。

以下、成分測定装置１の吸光度補正部８４による補正手法について説明する。

上述したように、成分測定装置１のメモリ６２には、測定光学系６４により測定された第１波長λ１〜第５波長λ５それぞれにおける吸光度の測定値である測定値データ８５と、上記各測定値に対応する一群の補正データ８６と、第５波長λ５で実測された混合物の吸光度を補正データ８６により補正して得られる混合物中の発色成分の吸光度とグルコース濃度等の各種物理量との関係を示す検量線データ９０と、が格納されている。

吸光度補正部８４は、吸光度取得部７８が取得した、メモリ６２に格納されている測定値データ８５、補正データ８６及び検量線データ９０に基づき、測定波長である第５波長λ５における発色成分の吸光度を導出する。

ここで、間隙２８の高さｈと、近赤外領域での水に固有の吸収帯域に属する光を間隙２８に位置する混合物に対して照射することにより得られる吸光度と、の間の相関関係についての更なる詳細について説明する。図１６は、間隙２８の高さｈと、近赤外領域での水に固有の吸収帯域に属する光を間隙２８に位置する混合物に対して照射することにより得られる吸光度と、の間の相関関係を示すグラフである。具体的に、図１６では、間隙２８の高さｈが異なる複数の成分測定チップ２それぞれについて、膜厚計により測定された間隙２８の高さｈの測定値と、水に固有の吸収帯域に属する光を間隙２８に位置する混合物に対して照射することにより得られる吸光度の測定値と、を示している（図１６においてプロットされている点を参照）。発色試薬２２の塗布厚さについては、いずれの成分測定チップ２においても略一定である。また、図１６において示す直線は、図１６においてプロットされている点の近似直線である。図１６に示すように、間隙２８の高さｈと、水に固有の波長の光を間隙２８に位置する混合物に対して照射することにより得られる吸光度と、の間には相関関係があり、図１６に示す近似直線のように、両者の関係式（グラフ、相関係数）を導出することができることがわかる。

図１６に示す各点の間隙２８の高さｈは、膜厚計としての、浜松ホトニクス株式会社製のOptical MicroGauge 厚み計（Ｃ１１０１１−０１）により測定している。また、図１６に示す各点の吸光度の測定値は、水に固有の波長における吸光度を測定し、検体が発色試薬２２に接触してから９秒後の吸光度である９秒値と、検体が発色試薬２２に接触する前の吸光度であるイニシャル値と、の間で差分を算出することにより測定している。より具体的には、まず、１９４０ｎｍでの９秒値としての上述した第１測定値と、１８２０ｎｍでの９秒値としての上述した第２測定値と、の差分を算出する。次いで、１９４０ｎｍでのイニシャル値としての上述した第３測定値と、１８２０ｎｍでのイニシャル値としての上述した第４測定値と、の差分を算出する。そして、９秒値の差分とイニシャル値の差分と、の間の更なる差分を算出し、図１６では、この差分値を、各点の吸光度の測定値としている。ここでは水に固有の吸収帯域の裾部近傍の波長として１８２０ｎｍを使用しているが、これに代えて、１７６０ｎｍを使用してもよい。

最後に、測定時の測定空間の光路長としての測定時の間隙２８の高さｈによる、グルコース濃度の測定値への影響の大きさについて、グルコースを含まない水及びグルコース水を用いて検証実験を行った。図１３及び図１４は、グルコースが含まれていない水、グルコース濃度が１００ｍｇ／ｄＬのグルコース水（図１３及び図１４では「ｂｇ１００」と表記）、及びグルコース濃度が４００ｍｇ／ｄＬのグルコース水（図１３及び図１４では「ｂｇ４００」と表記）について、測定空間の光路長についての補正を行わない場合（図１３及び図１４では「補正なし」と表記）、測定前の間隙２８の高さｈの測定値を用いて測定空間の光路長についての補正を行う場合（図１３では「測定前補正あり」と表記し、図１４では未掲載）、及び、本実施形態のように、測定時の間隙２８の高さｈを推定し、この推定値を用いて測定空間の光路長についての補正を行う場合（図１３及び図１４では「測定時補正あり」と表記）それぞれの、導出されたグルコース濃度の測定値のばらつきを示している。図１３及び図１４に示す測定値のばらつきは、グルコース濃度が含まれていない水については濃度の絶対値（ｍｇ／ｄＬ）の真値からのズレの標準偏差の２倍（２ＳＤ）により評価し、グルコース濃度が１００ｍｇ／ｄＬ及び４００ｍｇ／ｄＬのグルコース水については、真値からのズレをグルコース濃度で割り返したものの標準偏差の２倍の値（２ＳＤ値）により評価している。また、測定前の間隙２８の高さｈの測定値は、浜松ホトニクス株式会社製のOptical MicroGauge 厚み計（Ｃ１１０１１−０１）により測定している。

更に、図１３は、許容される成分測定チップ２の間隙２８の高さｈ（図５参照）のばらつきが大きい場合についての、グルコース濃度の測定値への影響を示している。具体的に、図１３では、間隙２８の高さｈが２０．４μｍ〜５３．４μｍの範囲でばらつきがある１５個の成分測定チップ２を用いた実験の結果である。間隙２８の幅はいずれも一定である。

図１３に示すように、測定空間の光路長に関して補正しない場合は、導出されるグルコース濃度のばらつきが大きく、導出されるグルコース濃度の精度が低いことがわかる。これに対して、測定前の間隙２８の高さｈの測定値を利用して、測定空間の光路長に関して補正する場合は、導出されるグルコース濃度のばらつきが、補正しない場合と比較して、非常に小さくなることがわかる。更に、本実施形態のように、測定時の測定空間の光路長としての測定時の間隙２８の高さｈを推定し、この推定値を利用して測定空間の光路長に関して補正する場合は、導出されるグルコース濃度のばらつきが、補正しない場合及び測定前の間隙２８の高さｈの測定値を利用して補正する場合と比較して、更に小さくなり、導出されるグルコース濃度の精度が非常に高いことが確認できる。

また、図１７（ａ）は、図１３に示す「補正なし」について、測定波長（ここでは６５０ｎｍを使用）における吸光度のばらつき示すグラフである。具体的に、図１７（ａ）の横軸は、測定波長における吸光度であり、縦軸は、検体のグルコース濃度である。図１７（ａ）に示すように、検体のグルコース濃度が１００ｍｇ／ｄＬであっても、測定波長における吸光度に大きなばらつきが生じることがわかる。これは、間隙２８の高さｈの相違による影響である。同様に、検体のグルコース濃度が４００ｍｇ／ｄＬであっても、間隙２８の高さｈの相違によって、測定波長における吸光度に大きなばらつきが生じていることがわかる。このように、間隙２８の高さｈの相違により、間隙２８に流入する検体の体積が異なってくるため、測定光路内で観察される発色成分量、すなわち、測定波長における吸光度にばらつきが生じることが確認できる。図１７（ａ）に示す直線は強引に引いた近似直線であるが、グルコース濃度と測定波長における吸光度との間に相関関係（図１７（ａ）において各点が１つの直線上に並ぶ直線性）がない。

これに対して図１７（ｂ）は、図１３に示す「測定時補正あり」について、測定波長（ここでは６５０ｎｍを使用）における吸光度のばらつきを示すグラフである。図１７（ｂ）の横軸は、図１７（ａ）の横軸と同様、測定波長における吸光度であり、図１７（ｂ）の縦軸は、間隙２８の位置での混合物のグルコース濃度である。図１７（ｂ）に示すように、間隙２８の位置での混合物のグルコース濃度と測定波長における吸光度には相関関係がみられる（相関係数Ｒ＝０．９９９）。この関係を用いれば、近赤外領域の水に固有の吸収を測定することで、間隙２８の高さｈを考慮した補正を行うことができる。換言すれば、近赤外領域の水に固有の吸収を測定し、間隙２８の高さｈを補正することにより、測定波長における吸光度から、間隙２８の位置での混合物のグルコース量ひいては間隙２８の位置でのグルコース濃度をより正確に算出することができる。

また、図１４は、許容される成分測定チップ２の間隙２８の高さｈ（図５参照）のばらつきが非常に小さい場合についての、グルコース濃度の測定値への影響を示している。具体的に、図１４では、間隙２８の高さｈが４０±１μｍの範囲でばらつきがある複数の成分測定チップ２を用いた実験の結果である。間隙２８の幅はいずれも一定である。

成分測定チップ２の間隙２８の高さｈ（図５参照）のばらつきが非常に小さいため、図１４に示すように、測定空間の光路長に関して補正しない場合であっても、導出されるグルコース濃度のばらつきを小さくすることができる。但し、本実施形態のように測定時の測定空間の光路長としての測定時の間隙２８の高さｈを推定し、この推定値を利用して測定空間の光路長に関して補正する場合であっても、導出されるグルコース濃度のばらつきを小さくできることがわかる。

したがって、本実施形態のように測定時の測定空間の光路長としての測定時の間隙２８の高さｈを考慮して、導出されるグルコース濃度の測定値を補正するようにすれば、許容される成分測定チップ２の間隙２８の高さｈ（図５参照）のばらつきがたとえ非常に小さい場合であっても、導出されるグルコース濃度の精度を高い状態とすることができ、クリアランス量のばらつきが大きい場合には、導出されるグルコース濃度の精度を大きく向上させることができることが理解できる。

次に、測定時の測定空間の光路長としての測定時の間隙２８の高さｈによる、グルコース濃度の測定値への影響の大きさについて、グルコース濃度が既知の血液を用いて検証実験を行った。図１５は、グルコース濃度がゼロになるように調整した血液、グルコース濃度が１００ｍｇ／ｄＬとなるように調整した血液、及びグルコース濃度が４００ｍｇ／ｄＬとなるように血液について、測定空間の光路長についての補正を行わない場合、測定前の間隙２８の高さｈの測定値を用いて測定空間の光路長について補正を行う場合、及び、本実施形態のように、測定時の間隙２８の高さｈを推定し、この推定値を用いて測定空間の光路長について補正を行う場合それぞれの、導出されたグルコース濃度の測定値のばらつきを示している。図１５に示す測定値のばらつきは、グルコース濃度が含まれていない水については濃度の絶対値（ｍｇ／ｄＬ）の真値からのズレの標準偏差の２倍（２ＳＤ）により評価し、グルコース濃度が１００ｍｇ／ｄＬ及び４００ｍｇ／ｄＬのグルコース水については、真値からのズレをグルコース濃度で割り返したものの標準偏差の２倍の値（２ＳＤ値）により評価している。また、測定前の間隙２８の高さｈの測定値は、浜松ホトニクス株式会社製のOptical MicroGauge 厚み計（Ｃ１１０１１−０１）により測定している。

更に、図１５は、許容される成分測定チップ２の間隙２８の高さｈ（図５参照）のばらつきが３７．３μｍ〜４０．６μｍの場合についての、グルコース濃度の測定値への影響を示している。間隙２８の幅はいずれも一定である。

図１５に示すように、測定空間の光路長に関して補正しない場合は、導出されるグルコース濃度のばらつきが大きく、導出されるグルコース濃度の精度が低いことがわかる。これに対して、測定前の間隙２８の高さｈの測定値を利用して、測定空間の光路長に関して補正する場合は、導出されるグルコース濃度のばらつきが、補正しない場合と比較して、小さくなることがわかる。更に、本実施形態のように測定時の間隙２８の高さｈを推定し、この推定値を利用して測定空間の光路長に関して補正する場合は、導出されるグルコース濃度のばらつきが、補正しない場合及び測定前の間隙２８の高さｈの測定値を利用して補正する場合と比較して、更に小さくなり、導出されるグルコース濃度の精度を高めることができることがわかる。

本発明に係る成分測定装置、成分測定方法及び成分測定プログラムは、上述した実施形態の具体的な記載に限られず、請求の範囲の記載した発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上述の実施形態では、被測定成分としてのグルコースの測定として、グルコース濃度を測定しているが、濃度に限られず、別の物理量を測定してもよい。また、上述の実施形態では、血液中の被測定成分として、血漿成分中のグルコースを例示しているが、これに限られず、例えば血液中のコレステロールを被測定成分とすることも可能である。更に、上述の実施形態では、血液中の被測定成分を測定しているが、血液に限られず、別の体液中の被測定成分を測定するものであってもよい。したがって、成分測定装置は、血糖値測定装置に限られない。

更に、上述の実施形態では、発光部６６として、複数種類の第１光源６７ａ〜第５光源６８を例に挙げて説明したが、単一の光源と、該光源の前方に配置された複数種類の光学フィルタ（バンドパス型）を組み合わせて構成してもよい。あるいは、単一の光源と、複数種類の受光部を組み合わせて構成してもよい。また更に、上述の実施形態では、成分測定チップ２を透過する透過光を受光する受光部７２としているが、成分測定チップ２から反射する反射光を受光する受光部としてもよい。

本開示は、成分測定装置、成分測定方法及び成分測定プログラムに関し、特に、体液中の被測定成分を測定する成分測定装置、成分測定方法及び成分測定プログラムに関する。

１：成分測定装置
２：成分測定チップ
１０：ハウジング
１０ａ：本体部
１０ｂ：チップ装着部
１１：表示部
１２：取り外しレバー
１３：電源ボタン
１４：操作ボタン
２１：ベース部材
２２：発色試薬（試薬）
２３：流路
２４：供給部
２５：カバー部材
２６：イジェクトピン
２７：スペーサ部材
２８：間隙
６０：演算部
６２：メモリ
６３：電源回路
６４：測定光学系
６６：発光部
６７ａ〜６７ｄ：第１光源〜第４光源
６８：第５光源
７０：発光制御回路
７２：受光部
７４：受光制御回路
７６：測定指示部
７７：濃度測定部
７８：吸光度取得部
８４：吸光度補正部
８５：測定値データ
８６：補正データ
９０：検量線データ
１００：成分測定装置セット
Ｈ：流路の高さ
ｈ：間隙の高さ
Ｓ：チップ装着空間
Ｗ：流路の幅
λ１〜λ５：第１波長〜第５波長

Claims (10)

1. 体液中の被測定成分と試薬との呈色反応により生じる発色成分を含む混合物の光学的特性に基づいて前記体液中の前記被測定成分を測定する成分測定装置であって、
   内部に流路を区画し、前記流路内で、前記流路を閉塞しないように対向する内壁との間に間隙を隔てた状態で配置された前記試薬を有する成分測定チップが装着可能であり、
   前記間隙の位置で前記混合物に照射される、近赤外領域以上の長波長域で水に固有の吸収帯域に属する所定波長の測定光、により測定された吸光度の測定値に基づいて、前記被測定成分を導出する成分測定装置。
2. 前記所定波長を第１波長とし、前記測定光を第１測定光とし、前記測定値を第１測定値とした場合に、
   前記間隙の位置で前記混合物に照射される、前記長波長域に属し、かつ、前記水に固有の吸収帯域又は前記水に固有の吸収帯域の近傍の第２波長の第２測定光、により測定された、前記第１測定値よりも小さい吸光度である第２測定値を取得し、
   前記第１測定値と前記第２測定値との差分に基づいて、前記被測定成分を導出する、請求項１に記載の成分測定装置。
3. 前記体液と接触する前の前記試薬に照射される前記第１波長の第３測定光により測定された吸光度である第３測定値と、前記体液と接触する前の前記試薬に照射される前記第２波長の第４測定光により測定された吸光度である第４測定値と、を取得し、
   前記第１測定値と前記第２測定値との差分と、前記第３測定値と前記第４測定値との差分と、の間の差分である補正差分値に基づいて、前記被測定成分を導出する、請求項２に記載の成分測定装置。
4. 前記間隙の位置で前記混合物に照射される、前記水に固有の吸収帯域とは異なる波長域に属する測定波長の第５測定光、により測定された吸光度である第５測定値を取得し、前記第５測定値を、前記補正差分値に基づいて、補正する、請求項３に記載の成分測定装置。
5. 前記測定波長は、前記第１波長及び前記第２波長よりも短波長域に属する、請求項４に記載の成分測定装置。
6. 前記測定波長は、前記発色成分の吸光度スペクトルにおけるピーク波長域の半値全幅域に対応する波長範囲に属する、請求項４又は５に記載の成分測定装置。
7. 前記測定波長は、可視領域に属する、請求項４乃至６のいずれか１つに記載の成分測定装置。
8. 前記間隙に位置する前記混合物に照射される光で得られる吸光度スペクトルにおいて、前記第１波長は、前記水に固有の吸収帯域で水の吸光度がピーク値となる又は前記ピーク値の近傍となる波長であり、前記第２波長は、前記水に固有の吸収帯域の裾部近傍の波長である、請求項２乃至７のいずれか１つに記載の成分測定装置。
9. 体液中の被測定成分と試薬との呈色反応により生じる発色成分を含む混合物の光学的特性に基づいて前記体液中の前記被測定成分を測定する成分測定方法であって、
   流路内で、前記流路を閉塞しないように対向する内壁との間に間隙を隔てた状態で配置された前記試薬と、前記間隙に供給された前記体液と、により生成された前記間隙に位置する前記混合物に対して、近赤外領域以上の長波長域で水に固有の吸収帯域に属する所定波長の測定光を照射して吸光度を測定するステップと、
   測定された吸光度の測定値に基づいて、前記被測定成分を導出するステップと、を含む成分測定方法。
10. 体液中の被測定成分と試薬との呈色反応により生じる発色成分を含む混合物の光学的特性に基づいて前記体液中の前記被測定成分を測定するための成分測定プログラムであって、
    流路内で、前記流路を閉塞しないように対向する内壁との間に間隙を隔てた状態で配置された前記試薬と、前記間隙に供給された前記体液と、により生成された前記間隙に位置する前記混合物に対して、近赤外領域以上の長波長域で水に固有の吸収帯域に属する所定波長の測定光を照射して吸光度を測定するステップと、
    測定された吸光度の測定値に基づいて、前記被測定成分を導出するステップと、を成分測定装置に実行させる成分測定プログラム。

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