WO2007105588A1

WO2007105588A1 - 生体成分濃度測定装置

Info

Publication number: WO2007105588A1
Application number: PCT/JP2007/054538
Authority: WO
Inventors: Masahiko Shioi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2007-09-20
Also published as: JPWO2007105588A1; CN101400301A; JP4189438B2; EP1905356A1; EP1905356A4; US7684841B2; US20090316137A1

Abstract

　被測定者の鼓膜の厚さの影響を考慮して、鼓膜から放射される赤外光に基づいて生体成分の濃度を測定する装置を提供する。　生体成分濃度の測定装置は、鼓膜から放射された赤外光を検出する検出部と、鼓膜の厚さに関連する厚さ情報を取得する取得部と、検出された赤外光および取得された厚さ情報に基づいて、生体成分の濃度を算出する演算部とを備えている。鼓膜から放射される赤外光には被測定者の鼓膜の厚さの影響が含まれているため、検出された赤外光のみならず鼓膜の厚さ情報に基づいて生体成分の濃度を算出することにより、生体成分濃度の高精度な測定が可能になる。

Description

明細書

生体成分濃度測定装置

技術分野

[0001] 本発明は、生体からの赤外放射光を用いて生体情報を非侵襲的に測定する生体成分濃度測定装置に関する。

背景技術

[0002] 従来の生体成分濃度測定装置として、生体、特に鼓膜からの赤外放射光を用いて血糖値を非侵襲的に測定するものが提案されている。例えば、特許文献 1には、熱として鼓膜から自然に発せられる赤外線における人体組織に特徴的な放射スペクトル線を非侵襲的に測定することにより血糖値を決定する装置が開示されている。

[0003] しかし、プランクの輻射法則によれば、物体から熱放射により放出される赤外放射光の強度は、赤外光を放射する物体の温度によって変化する。鼓膜の温度は体温により変化するため、鼓膜の温度は、個人毎や測定毎に変化するおそれがある。この鼓膜の温度の影響により、鼓膜からの赤外放射光を用いた血糖値測定にばらつきが生じるという問題があった。

[0004] そこで、鼓膜からの赤外放射光を用いて血糖値を非侵襲的に測定する装置において、鼓膜からの赤外放射光に含まれる鼓膜の温度の影響を補正することが提案されている。例えば、特許文献 2では、耳孔内の温度を測定して、測定された放射スぺクトル線に含まれる温度の影響を補正する技術が開示されている。具体的には、 8マイクロメートルから 14マイクロメートルまでの広い波長範囲における赤外線放射の強度を測定することにより、耳の温度が測定されている。

特許文献 1：米国特許第 5666956号明細書および図面

特許文献 2：米国特許出願公開第 2005Z0043630号明細書および図面発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 本願発明者は、鼓膜から放射される赤外光の強度が鼓膜の温度だけでなぐ鼓膜の厚さにも影響されるという知見を得た。この知見によれば、鼓膜の温度のみならずその厚さをも考慮しなければ、赤外光の強度に基づいて正確な生体成分の濃度 (たとえば血糖値)を求めることができな!/、。

[0006] しカゝしながら、特許文献 2に記載の装置では、鼓膜から放射される赤外光に含まれる鼓膜の厚さの影響が考慮されておらず、結果として得られた生体成分の濃度の精度は高、とは、えなかった。

[0007] 本発明は、上述の従来の問題点に鑑み、鼓膜から放射される赤外光に含まれる鼓膜の厚さの影響を補正することにより、生体成分濃度を高精度に測定することができる生体成分濃度測定装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明による生体成分濃度の測定装置は、鼓膜から放射された赤外光を検出する検出部と、前記鼓膜の厚さに関連する厚さ情報を取得する取得部と、検出された前記赤外光および取得された前記厚さ情報に基づいて、生体成分の濃度を算出する演算部とを備えている。

[0009] 前記検出部は、前記生体成分によって吸収される赤外光の波長を含む波長帯域 A 1の赤外光を受けて、その強度に応じた信号 A1を出力し、 11マイクロメートル以上の波長帯域力も選択された波長帯域 Bの赤外光を受けて、その強度に応じた信号 Bを出力し、 4. 5から 5. 8マイクロメートルの波長帯域力選択された波長帯域 Cの赤外光を受けて、その強度に応じた信号 Cを出力し、前記演算部は、前記検出部から出力された信号 Al、 Bおよび Cに基づいて、前記生体成分の濃度を算出してもよい。

[0010] 前記検出部は、前記生体成分による吸収が前記波長帯域 A1の赤外光よりも少な V、波長帯域 A2の赤外光であって、前記生体成分とは異なる生体成分によって吸収される波長帯域 A2の赤外光を受けて、その強度に応じた信号 A2を出力し、前記演算部は、前記検出部から出力された信号 Al、 A2、 Bおよび Cの各々に基づいて、前記生体成分の濃度を算出してもよい。

[0011] 前記測定装置は、前記波長帯域 A1に関する前記検出部の信号値、前記波長帯域 Bに関する前記検出部の信号値および前記波長帯域 Cに関する前記検出部の信号値と、前記生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データを記憶する記憶部をさらに備え、前記演算部は、前記検出部から出力された信号 Al、 Bおよび Cに基づいて前記相関データを参照して、前記生体成分の濃度を算出してもよい。

[0012] 前記記憶部は、前記波長帯域 Bに関する前記検出部の信号値と温度との相関を示す温度相関データ、および、温度および前記波長帯域 Cに関する前記検出部の信号値と前記鼓膜の厚さとの相関を示す厚さ相関データをさらに記憶しており、前記取得部は、前記検出部から出力された信号 Bに基づいて前記温度相関データを参照して温度を特定し、さらに、特定された温度および前記検出部から出力された信号じに基づいて前記厚さ相関データを参照して前記厚さ情報を取得してもよい。

[0013] 前記演算部は、特定された前記温度、取得された前記厚さ情報および前記波長帯域 A1に関する前記検出部の信号値に基づいて前記濃度相関データを参照し、前記生体成分の濃度を算出してもよい。

[0014] 前記測定装置は、前記鼓膜と前記検出器との間の光路上に設けられた少なくとも 3 つの光学素子であって、前記波長帯域 A1の波長の赤外光を透過させる光学素子、前記波長帯域 Bの波長の赤外光を透過させる光学素子、および、前記波長帯域じの波長の赤外光を透過させる光学素子をさらに備えてヽてもよヽ。

[0015] 前記測定装置は、光を放射する光源と、前記光源から放射され、前記鼓膜で反射された前記光^^光するレンズと、前記レンズを移動させるァクチユエータと、空間フィルタと、前記レンズにより集光された前記光のうち、前記空間フィルタを透過した光を検出して、その強度に応じた信号を出力する光検出器とをさらに備え、前記取得部は、前記レンズを移動させながら前記光検出器から出力される信号を測定し、前記光検出器の出力信号が第 1の極大値を示すときの前記レンズの第 1の位置から、前記光検出器の出力信号が第 2の極大値を示すときの前記レンズの第 2の位置まで移動するときの前記レンズの移動量を、前記厚さ情報として算出してもよい。

[0016] 前記測定装置は、光を放射する光源と、前記光を前記鼓膜に集束させる光学系と、前記鼓膜において反射した前記光を検出する光検出器とをさらに備え、前記取得部は、前記光源力の光が前記鼓膜の第 1面に合焦したときの前記光学系の第 1設定値と、前記光源からの光が前記鼓膜の第 2面に合焦したときの前記光学系の第 2 設定値とに基づいて、前記厚さ情報を算出してもよい。

[0017] 前記光源は、 400〜420nmの範囲の波長の光を放射するレーザ光源であってもよい。

[0018] 前記検出部は、前記生体成分によって吸収される赤外光の波長を含む波長帯域 A 1の赤外光を受けて、その強度に応じた信号 A1を出力し、 11マイクロメートル以上の波長帯域 Bを受けて、その強度に応じた信号 Bを出力し、前記演算部は、前記検出部から出力された信号 A1および Bに基づいて、前記生体成分の濃度を算出してもよい。

[0019] 前記測定装置は、前記波長帯域 A1に関する前記検出部の信号値および前記波長帯域 Bに関する前記検出部の信号値と、前記厚さ情報と、前記生体成分の濃度との相関を示す相関データを記憶する記憶部をさらに備え、前記演算部は、前記検出部から出力された信号 A1および Bと前記厚さ情報とに基づいて前記相関データを参照し、前記生体成分の濃度を算出してもよい。

[0020] 前記測定装置は、前記鼓膜から放射される赤外光の強度を増加させるための赤外光源をさらに備え、前記検出部は、受けた赤外光の強度に応じた信号を出力してもよい。

[0021] 前記取得部は、ネットワークを介して前記厚さ情報を取得してもよい。

[0022] 前記取得部は、着脱可能な記録媒体を介して前記厚さ情報を取得してもよ！/、。

[0023] 前記測定装置は、算出された前記生体成分の濃度の情報を出力する出力部をさらに備えていてもよい。

発明の効果

[0024] 本発明の生体成分濃度測定装置によれば、鼓膜から放射される赤外光と、鼓膜の厚さに関連する厚さ情報とを利用して生体成分の濃度を算出する。厚さ情報は鼓膜の厚さを反映しており、その厚さを考慮して鼓膜から放射される赤外光の強度に基づいて生体成分の濃度を測定する。これにより、生体成分の濃度を高精度に測定することができる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]本発明による生体成分濃度測定装置 10の機能ブロックの構成を示す図である [図 2]実施形態 1による測定装置 100の外観を示す斜視図である。 [図 3]測定装置 100のハードウア構成を示す図である。

[図 4]実施形態 1による光学フィルタホイール 106を示す斜視図である。

[図 5]黒体における分光放射輝度の計算結果のグラフを示す図である。

[図 6]グルコース水溶液カゝら放射される赤外光の分光放射輝度とグルコース水溶液の厚さとの関係の計算結果、及び血清吸収スペクトルの各グラフを示す図である。

[図 7]実施形態 1による測定装置 100を用いて、測定された赤外光強度に含まれる鼓膜の温度及び厚さの影響を補正する手順を示すフローチャートである。

[図 8]グルコース水溶液カゝら放射され第 3の光学フィルタを透過する赤外光の放射輝度とグルコース水溶液の温度の関係の計算結果のグラフを示す図である。

[図 9]グルコース水溶液カゝら放射され第 4の光学フィルタを透過する赤外光の放射輝度とグルコース水溶液の温度及び厚さとの関係の計算結果のグラフを示す図である

[図 10]グルコース水溶液カゝら放射され第 1の光学フィルタを透過する赤外光の放射輝度とグルコース水溶液の濃度、温度及び厚さとの関係の計算結果のグラフを示す図である。

[図 11]実施形態 2による生体成分濃度測定装置 300のハードウェア構成を示す図である。

[図 12]実施形態 2による光学フィルタホイール 306を示す斜視図である。

[図 13]実施形態 2による測定装置 300を用いて、測定された赤外光強度に含まれる鼓膜の温度及び厚さの影響を補正する手順を示すフローチャートである。

[図 14]実施形態 3による生体成分濃度測定装置 400の外観を示す斜視図である。

[図 15]実施形態 3による測定装置 400のハードウェア構成を示す図である。

符号の説明

10、 100、 300、 400 生体成分濃度測定装置

11 赤外光検出部

12 取得部

13 演算部

14 出力部メモリカード

ネットワーク

病院

電源スィッチ、 302 本体

測定開始スィッチ導波管

、 306 光学フィルタホイ赤外線検出器マイクロコンピュータメモリ

ディスプレイ電源

テ 3ッハー

第 1の光学フィルタ第 2の光学フィルタ第 3の光学フィルタ第 4の光学フィルタシャフト

検出領域

リング

前置増幅器

帯域フィルタ同期復調器

ローパスフィルタ

A/Dコンバータ第 1のハーフミラー第 2のハーフミラー 156 タイマー

158 ブザー

200 耳孔

202 鼓膜

204 外耳道

310 光源

312 第 1の集光レンズ

314 第 2の集光レンズ

316 ァクチユエータ

318 空間フィルタ

320 光検出器

322 レンズ枠

700 赤外光源

702 ハーフミラー

発明を実施するための最良の形態

[0027] 生体力放射される赤外光を測定することにより、例えば血糖値などの生体成分濃度の情報を得ることができる。以下では、まずその原理を説明し、その原理に基づいて動作する本発明による生体成分濃度測定装置の機能的な構成を説明する。その後、本発明による生体成分濃度測定装置の第 1〜第 3の実施形態を説明する。

[0028] 生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギー Wは以下の数式で表される。

[数 1]

W = S ^ε(λ) . W₀ (Τ, λ)άλ (W)

[数 2] W₀(l )=2hc²)l⁵ -[exp(hc/ kT)-lf I cm¹■ μτη)

W:生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギー、 ε ( λ )：波長えにおける生体の放射率、

W (え、 Τ)：波長え、温度 Τにおける熱放射の黒体放射強度密度、

0

h:プランク定数（h=6.625X10— ³⁴ (W'S²))、

c:光速（c = 2.998X10¹⁰(cm/s)),

λ、 λ ：生体からの熱放射により放射される赤外放射光の波長（/zm)、

1 2

τ:生体の温度 (κ)、

S:検出面積 (cm²)

k:ボルツマン定数

[0029] (数 1)によれば、検出面積 Sが一定の場合、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギー Wは波長 λにおける生体の放射率 ε ( λ )に依存する。放射におけるキルヒホッフの法則から、同じ温度、波長における放射率と吸収率は等しい。

[数 3] ε\λ)=α{λ) α ( λ )：波長えにおける生体の吸収率

[0030] したがって、放射率を考える際には、吸収率を考えればよいことがわかる。エネルギ一保存則から、吸収率、透過率及び反射率には、以下の関係が成り立つ。

画

r ( λ )：波長えにおける生体の反射率 t ( λ )：波長えにおける生体の透過率

したがって、放射率は、透過率及び反射率を用いて以下の数式で表される。

[数 5] ε(λ) = α(λ) = \ - Γ(λ)- ί (λ)

[0032] 透過率は、入射光量と測定対象物体を透過してきたときの透過光量の比で表される。入射光量と測定対象物体を透過してきたときの透過光量は、ランベルト—ベールの法則で示される。

[数 6]

4 Π

7_/(^) = /₀(l)exp d

λ

d :生体の厚さ、

k( λ )：波長えにおける生体の消衰係数

生体の消衰係数は、生体による光の吸収を表す。

[0033] したがって、透過率は以下の数式で表される。

[数 7]

ノ次に反射率について説明する。反射率は、全方向に対する平均反射率を算出する必要があるが、ここでは、簡単のため、垂直入射に対する反射率で考える。垂直入射に対する反射率は、空気の屈折率を 1として、以下の数式で表される。

[数 8]

n( λ )：波長えにおける生体の屈折率

以上から、放射率は以下の数式で表される _c

[数 9]

[0036] 生体中の成分の濃度が変化すると、生体の屈折率及び消衰係数が変化する。反射率は、通常、赤外領域において約 0. 03程度と小さぐかつ (数 8)力も理解されるように、屈折率及び消衰係数にはあまり依存しない。したがって、生体中の成分の濃度の変化によって屈折率及び消衰係数が変化しても、反射率の変化は小さい。

[0037] 一方、透過率は、（数 7)に示されるように、消衰係数に大きく依存する。したがって、生体中の成分の濃度の変化により生体の消衰係数、すなわち生体による光の吸収の度合いが変化すると、透過率が変化する。

[0038] したがって、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーは、生体中の成分の濃度に依存することがわかる。生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギー強度から生体中の成分の濃度を求めることができる。

[0039] (数 7)によれば、透過率は生体の厚さに依存する。生体の厚さが薄いほど、生体の消衰係数の変化に対する透過率の変化の度合いが大きくなるため、生体中の成分の濃度変化を検出しやすくなる。

[0040] 鼓膜は、厚さが約 60〜： LOO mと薄いため、赤外放射光を用いた生体中の成分の濃度測定に適している。

[0041] 透過率は生体の厚さに依存するため、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーは生体の厚さによる影響を受ける。したがって、鼓膜からの熱放射により放射される赤外放射光を用いて生体中の成分の濃度を測定する場合、検出された鼓膜からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーを、鼓膜の厚さにより補正し、補正後の放射エネルギー強度を生体中の成分の濃度に換算することにより、測定の精度を向上させることができる。

[0042] また、（数 1)及び (数 2)によれば、熱放射の黒体放射強度密度は生体の温度に依存するため、生体からの熱放射により放射される赤外放射光の放射エネルギーは生体の温度による影響を受ける。したがって、鼓膜からの赤外放射光を用いて生体中の成分の濃度を測定する場合、検出された鼓膜からの赤外放射光の放射エネルギ一を、鼓膜の温度により補正し、補正後の放射エネルギー強度を生体中の成分の濃度に換算することにより、測定の精度を向上させることができる。

[0043] 次に図 1を参照しながら、上述の原理に基づく本発明の生体成分濃度測定装置の機能的構成を説明する。

[0044] 図 1は、本発明による生体成分濃度測定装置 10の機能ブロックの構成を示す。測定装置 10は、赤外光検出部 11、取得部 12、演算部 13、及び、出力部 14を有する。

[0045] 生体成分濃度測定装置 10 (以下「測定装置 10」と記述する。）は、鼓膜 202から放射された赤外光を検出するとともに、鼓膜 202の厚さ dを反映する情報 (鼓膜厚さ情報)を取得して、それらに基づいて生体成分の濃度を算出する。そして、算出した生体成分の濃度の情報をディスプレイに出力し、メモリカードに記録し、および Zまたは、ネットワークに接続された病院等に送信する。ここでいう「生体成分の濃度」とは、たとえばグルコース濃度 (血糖値）、ヘモグロビン濃度、コレステロール濃度、中性脂肪濃度の少なくともひとつである。

[0046] 各構成要素の機能は以下のとおりである。

[0047] 赤外光検出部 11は、鼓膜 202から放射された赤外光を受けて、所定の帯域の赤外光を検出する。

[0048] 取得部 12は、鼓膜 202の厚さ dに応じた鼓膜厚さ情報を取得する。たとえば鼓膜 2 02から放射される赤外光に基づく測定およびレーザ光を用いた測定である。これらは、後述の実施形態 1〜3において詳述する。

[0049] 被測定者の鼓膜 202の厚さが既に測定され、鼓膜厚さ情報が測定装置 10の外部に保存されている場合には、取得部 12は外部からその鼓膜厚さ情報を取得できる。たとえば鼓膜厚さ情報が、測定装置 10に対して着脱可能なメモリカード 15に保存されている場合には、測定装置 10に装填されたメモリカード 15から鼓膜厚さ情報を読み出すことができる。また、鼓膜厚さ情報が病院 17等に保存されている場合には、ネットワーク 16を介して病院 17から鼓膜厚さ情報を取得することもできる。

[0050] 演算部 13は、赤外光検出部 11によって検出された赤外光と鼓膜厚さ情報とに基づいて、生体成分の濃度を算出する。演算部 13は、鼓膜の厚さを反映する鼓膜厚さ情報を利用して生体成分の濃度 (たとえば血糖値)を求める。これにより、精度の高い結果を得ることができる。演算部 13の具体的な処理は、実施形態 1〜3において詳述する。

[0051] 出力部 14は、演算部 13によって算出された生体成分の濃度を示す情報をデイスプレイに出力し、メモリカード 15に記録し、および Zまたは、ネットワーク 16に接続された病院 17等に送信する。なお、ディスプレイ上への表示に代えて、または表示とともに、生体成分の濃度を示す情報をスピーカ力も音声で出力してもよい。

[0052] 以下、添付の図面を参照しながら、本発明の測定装置 10の実施形態 1〜3をそれぞれ説明する。

[0053] (実施形態 1)

図 2は、本実施形態による生体成分濃度測定装置 100の外観を示す斜視図である

[0054] 生体成分濃度測定装置 100 (以下「測定装置 100」と記述する。）は、本体 102と、本体 102の側面に設けられた導波管 104を備えている。本体 102には、生体成分の濃度の測定結果を表示するためのディスプレイ 114、測定装置 100の電源を ONZ OFFするための電源スィッチ 101、及び測定を開始するための測定開始スィッチ 10 3が設けられている。

[0055] ディスプレイ 114は液晶ディスプレイ、有機エレクト口ルミネッセンス (EL)ディスプレィ等である。ディスプレイ 114は図 1に示す出力部 14に対応する。

[0056] 導波管は耳孔内に挿入され、鼓膜から放射された赤外光を測定装置 100内部へと導く機能を有している。導波管としては、赤外線を導くことのできるものであればよぐ例えば、中空管や、赤外線を伝送する光ファイバ等を用いることができる。中空管を用いる場合、中空管の内表面に金の層を有することが好ましい。この金の層は、中空管の内面に金メッキを施したり、金を蒸着したりすることにより形成することができる。

[0057] 次に、図 3および図 4を参照しながら、測定装置 100の本体内部のハードウアの構成を説明する。

[0058] 図 3は、測定装置 100のハードウェア構成を示す図である。

[0059] 測定装置 100の本体内部には、チョッパー 118、光学フィルタホイール 106、赤外線検出器 108、前置増幅器 130、帯域フィルタ 132、同期復調器 134、ローパスフィルタ 136、アナログ/デジタル (A/D)コンバータ 138、マイクロコンピュータ 110、メモリ 112、ディスプレイ 114、電源 116、タイマー 156、及びブザー 158力備えられている。

[0060] 測定装置 100の上記構成要素のうち、特に、赤外線検出器 108、前置増幅器 130 、帯域フィルタ 132、同期復調器 134、ローパスフィルタ 136、 A/Dコンバータ 138 は、図 1に示す測定装置 10の赤外光検出部 11として機能する。また、マイクロコンビユータ 110およびメモリ 112は、図 1に示す取得部 12および演算部 13として機能する。そして出力部 14は、ディスプレイ 114として機能する。

[0061] 測定装置 100は、鼓膜から放射された赤外光を赤外線検出器 108によって検出する。本明細書において、「鼓膜から放射された赤外光」とは、鼓膜自身からの熱放射により鼓膜から放射された赤外光、及び、鼓膜に照射された赤外光が鼓膜において反射することにより鼓膜から放射された赤外光を含む。本実施形態による測定装置 1 00は、後述の実施形態 3の測定装置とは異なり、赤外光を放射する光源を備えていない。したがって、本実施形態による赤外線検出器 108は、鼓膜自身からの熱放射により放射された赤外光を検出する。

[0062] 赤外線検出器としては、赤外領域の波長の光を検出できるものであればよぐ例えば、焦電センサ、サーモパイル、ボロメータ、 HgCdTe (MCT)検出器、ゴーレイセル等を用いることができる。

[0063] ここで、マイクロコンピュータ 110は、たとえば CPU (Central Processing Unit) や DSP (Digital Signal Processor)等の演算回路である。

[0064] 電源 116は、測定装置 100内部の電気系統を動作させるための ACまたは DC電力を供給する。電源 116として電池を用いることが好ま、。

[0065] チョッパー 118は、鼓膜 202から放射され、導波管 104により本体 102内に導かれた赤外光をチヨッビングして、赤外光を高周波数の赤外線信号に変換する。チヨツバ一 118の動作は、マイクロコンピュータ 110からの制御信号に基づき制御される。チヨッパー 118によりチヨッビングされた赤外光は、光学フィルタホイール 106に到達する

[0066] 図 4は、光学フィルタホイール 106を示す斜視図である。光学フィルタホイール 106 は、第 1の光学フィルタ 121、第 2の光学フィルタ 122、第 3の光学フィルタ 123及び第 4の光学フィルタ 124を有しており、これらがリング 127にはめ込まれて構成されている。第 1〜第 4の光学フィルタ 121〜124の各々は分光素子として機能する。各々力 Sどのような波長帯域の赤外光を透過させるかについては後述する。

[0067] 図 4に示す例では、いずれも扇状である第 1の光学フィルタ 121、第 2の光学フィルタ 122、第 3の光学フィルタ 123及び第 4の光学フィルタ 124がリング 127にはめ込まれることにより円盤状の部材が構成されており、その円盤状の部材の中央部にシャフト 125力設けられている。このシャフト 125を図 4の矢印のように回転させることにより、チョッパー 118によりチヨッビングされた赤外光の通過する光学フィルタを、第 1の光学フィルタ 121、第 2の光学フィルタ 122、第 3の光学フィルタ 123及び第 4の光学フィルタ 124の間で切り替えることができる。

[0068] シャフト 125の回転は、マイクロコンピュータ 110によって制御される。マイクロコンビユータ 110から出力された制御信号は、モータ（図示せず）に送られる。モータは制御信号に応じた回転数でシャフト 125を回転させる。シャフト 125の回転は、チヨッパ一 118の回転と同期させ、チョッパー 118が閉じている間にシャフト 125を 90度回転させるように制御されることが好ましい。その理由は、次にチョッパー 118が開いたときに、チョッパー 118によりチヨッビングされた赤外光の通過する光学フィルタを隣の光学フィルタに切り替えることができるためである。

[0069] 第 1の光学フィルタ 121、第 2の光学フィルタ 122、第 3の光学フィルタ 123または第 4の光学フィルタ 124を透過した赤外光は、検出領域 126を備える赤外線検出器 10 8に到達する。 [0070] 赤外線検出器 108に到達した赤外光は、検出領域 126に入射する。赤外線検出器 108は、入射した赤外光を受けて、その強度に対応した電気信号に変換して出力する。

[0071] 赤外線検出器 108から出力された電気信号は、前置増幅器 130によって増幅される。増幅された電気信号は、帯域フィルタ 132によって、チヨッビング周波数を中心周波数とする周波数帯域以外の信号が取り除かれる。これにより、熱雑音等の統計的揺らぎに起因するノイズを最小化することができる。

[0072] 帯域フィルタ 132によって濾過された電気信号は、同期復調器 134によって、チヨッパー 118のチヨッビング周波数と帯域フィルタ 132によって濾過された電気信号を同期させ、積分することにより、 DC信号に復調される。

[0073] 同期復調器 134によって復調された電気信号は、ローパスフィルタ 136によって高周波数帯域の信号が取り除かれる。これにより、さらにノイズを取り除くことができる。

[0074] ローパスフィルタ 136によって濾過された電気信号は、 AZDコンバータ 138によつてデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ 110に入力される。ここで、各光学フィルタに対応する赤外検出器 108からの電気信号は、シャフト 125の制御信号をトリガーとして用いることで、どの光学フィルタを透過した赤外光に対応する電気信号であるのかを識別することができる。シャフト 125の制御信号をマイクロコンピュータが出力してから、次のシャフト制御信号を出力するまでの間が、同じ光学フィルタに対応する電気信号となる。各光学フィルタに対応する電気信号を、それぞれメモリ 112上で積算した後平均値を算出することにより、さらにノイズは低減されるため、測定の積算を行うことが好まし、。

[0075] メモリ 112には、第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値、及び第 2の光学フィルタ 122を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データが格納されている。濃度相関データは、例えば、既知の生体成分濃度 (例えば、血糖値)を有する患者について赤外線検出器の出力信号を測定し、得られた赤外線検出器の出力信号と生体成分の濃度との相関を解析することにより取得することができる。

[0076] マイクロコンピュータ 110は、メモリ 112からこの濃度相関データを読み出し、この濃度相関データを参照して、メモリ 112に蓄積されたデジタル信号力も算出された単位時間当たりのデジタル信号を、生体成分の濃度に換算する。メモリ 112は、 RAM, R

OM等の記憶部として機能する。

[0077] マイクロコンピュータ 110において換算された生体成分の濃度は、ディスプレイ 114 に出力され、表示される。

[0078] 次に、第 1の光学フィルタ 121、第 2の光学フィルタ 122、第 3の光学フィルタ 123及び第 4の光学フィルタ 124の構成、並びに鼓膜の温度及び厚さの影響を補正する方法について説明する。

[0079] 第 1の光学フィルタ 121は、例えば、測定対象である生体成分によって吸収される波長を含む波長帯域 (以下、測定用波長帯域と略称する)の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する。

[0080] 一方、第 2の光学フィルタ 122は、第 1の光学フィルタ 121とは異なるスペクトル特性を有する。第 2の光学フィルタ 122は、例えば、測定対象である生体成分による吸収がなぐかつ対象成分の測定を妨害するような他の生体成分による吸収のある波長を含む波長帯域 (以下、参照用波長帯域と略称する)の赤外光を透過させるようなスぺタトル特性を有する。ここで、このような他の生体成分としては、測定対象である生体成分以外で、生体中における成分量の多、ものを選択すればょ、。

[0081] 例えば、グルコースは、約 9. 6マイクロメートル付近に吸収ピークを有する赤外吸収スペクトルを示す。そこで、測定対象である生体成分がグルコースの場合には、第 1 の光学フィルタ 121は 9. 6マイクロメートルを含む波長帯域（たとえば 9. 6±0. 1マイクロメートル)の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有することが好まし、。

[0082] 一方、生体中に多く含まれるタンパク質は約 8. 5マイクロメートル付近の赤外光を吸収するが、グルコースはその付近の赤外光を吸収しない。そこで、第 2の光学フィルタ 122は 8. 5マイクロメートルを含む波長帯域（たとえば 8. 5±0. 1マイクロメートル)の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有することが好ま、。

[0083] 第 3の光学フィルタ 123は、測定対象の生体成分によって吸収がなぐかつ鼓膜の厚さによる赤外光の強度の変化がない波長帯域を透過させるようなスペクトル特性を有する。第 4の光学フィルタ 124は、赤外光の強度の変化が鼓膜の厚さによって変化し、かつ測定対象の生体成分による吸収がほとんどない波長帯域の光を透過させるようなスペクトル特性を有する。

[0084] ここで、図 5および 6を参照しながら、第 3の光学フィルタ 123及び第 4の光学フィルタ 124の好ま U、スペクトル特性を説明する。

[0085] 図 5は、生体の温度が、摂氏 35度、摂氏 36度、摂氏 37度の場合における熱放射の黒体分光放射輝度の計算結果を示す。一方、図 6は、血清の吸収スペクトルと、厚さの異なるグルコース水溶液力ゝら熱放射により放射される赤外光の分光放射輝度の計算結果とを示している。

[0086] ここで、生体構成成分と血清中に含まれる成分とはよく似ていることが知られている。そこで、以下では生体構成成分の吸収スペクトルに代えて血清の吸収スペクトルを用いて説明する。なお、生体の組成は約 70%が水であり、放射特性を決める要因の大きな要因が水の影響であるため、生体の代わりにグルコース水溶液を用いて計算した。

[0087] 図 5は、（数 2)の生体の温度 Tに 308K(35°C)、 309K(36°C)、または 310K(37 °C)をそれぞれ代入して計算し、さらに円周率で除算することにより、単位を分光放射輝度に換算したグラフである。また、図 6は、図 5の 37°Cのグラフと、（数 9)より算出した放射率を用いて計算したグラフである。（数 9)に代入する屈折率 nおよび消衰係数 kは、グルコース水溶液のものを用いた。生体の厚さ dは、人間の鼓膜の平均的な厚さである 60〜： LOOマイクロメートルの範囲として (数 9)に代入し、計算した。

[0088] 図 5によれば、生体の体温付近の温度では、黒体は、約 4マイクロメートル力長!ヽ波長の赤外線を熱放射により放射し、約 9〜10マイクロメートルの波長で分光放射輝度が最大になっている。したがって、光学フィルタのスペクトル特性を決定するにあたり、少なくとも 4マイクロメートル以上の波長を選択する必要がある。温度変化の影響については、どの波長も（数 2)にしたがって、影響を受けることがわかる。

[0089] 図 6には、 A、 B、 Cの各波長帯域が示されている。波長帯域 Aは、生体構成成分によって赤外光が変化する波長を含む。波長帯域 Bは、生体構成成分によっても、測定対象の厚さによっても赤外光が変化しない波長を含む。波長帯域 Cは、生体構成成分によって赤外光が変化せず、かつ測定対象の厚さによって赤外光が変化する波長を含む。（数 3)カゝら放射率と吸収率が等価であるため、放射光スペクトルは、血清の吸収スペクトルの変化に応じて変化する。

[0090] 上述の内容に図 6中の波長帯域 Aの中から、適切な波長を選択することによって、測定対象成分の濃度を算出することができる。ところが、波長帯域 A中の放射光スぺタトルは、測定対象の厚さによって変化するため、測定対象の厚さの影響を考慮して測定対象成分の濃度を算出することが好ましい。

[0091] 図 6の波長帯域 Bでは、生体構成成分、および測定対象の厚さによって放射光スベクトルが変化しない。したがって、波長帯域 B中の赤外光強度の変化は、温度変化のみに対応するため、波長帯域 B中の赤外光強度を測定することによって、温度の補正を行うことができる。図 6の波長帯域 Cは、生体構成成分によって赤外光強度は変化しないが、測定対象の厚さによって赤外光強度が変化する。したがって、測定対象の厚さの影響を補正するために波長帯域 C中の波長を利用することができる。

[0092] 以上から、第 3の光学フィルタ 123のスペクトル特性は、図 6の波長帯域 Bから選択される波長の赤外光を透過させるスペクトル特性、第 4の光学フィルタ 124のスぺタトル特性は、図 6の波長帯域 C力選択される波長の赤外光を透過させるスペクトル特性を有していればよい。

[0093] 第 3の光学フィルタ 123及び第 4の光学フィルタ 124は、できるだけ広い波長範囲の赤外光を透過させることが好まし、。赤外検出器 108へ到達する赤外光のエネルギーを大きくすることにより、シグナル Zノイズ比を向上させるためである。例えば、第 3の光学フィルタ 123は、波長が約 11マイクロメートルより長い波長を透過させるカツトオフ波長が約 11マイクロメートルのバンドパスフィルタ、第 4の光学フィルタ 124は、波長約 4. 5マイクロメートルから約 5. 8マイクロメートルの波長を透過させるバンドパスフィルタであることが好まし!/、。

[0094] 光学フィルタの作製方法としては、公知の技術を特に限定することなく利用できるが、例えば、真空蒸着法を用いることができる。光学フィルタは、 Si、 Geまたは ZnSeを基板として、真空蒸着法やイオンスパッタ法を用いて ZnS、 MgF、 PbTe、 Ge、 ZnS

2

e等を基板上に積層することにより作製することができる。

[0095] ここで、基板上に積層する各層の膜厚、積層する順序、積層回数等を調節して、積層された薄膜内における光の干渉を制御することにより、所望の波長特性を持つ光学フィルタを作製することができる。例えば、第 3の光学フィルタ 123は、 Geを基板として、 PbTeを約 180ナノメートル、次に ZnSを約 800ナノメートル、 PbTeを約 340ナノメートル蒸着し、この ZnSと PbTeとの組を 1セットとして、この組を 4セット繰り返して蒸着する。最後に、 ZnSを約 1700ナノメートル蒸着し、最終的に 10層蒸着することにより、約 11マイクロメートルより長い波長を透過させる光学フィルタを作製することができる。

[0096] 次に、図 7を参照しながら、鼓膜の温度及び厚さの影響を含む赤外光の強度を補正する手順を説明する。図 7は、本実施形態による測定装置 100を用いて、測定された赤外光強度に含まれる鼓膜の温度及び厚さの影響を補正する手順を示すフローチャートである。

[0097] まず、第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光、第 2の光学フィルタ 122を透過した赤外光、第 3の光学フィルタ 123を透過した赤外光、及び第 4の光学フィルタ 124 を透過した赤外光を、赤外線検出器 108によって測定する（S100)。各光学フィルタを透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値は、メモリ 112に格納される ( S102)。

[0098] 次に、マイクロコンピュータ 110は、メモリ 112に格納されている第 3の光学フィルタ 123を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と鼓膜の温度との相関を示す温度相関データを読み出し、メモリ 112に格納されて、る第 3の光学フィルタ 1 23を透過した赤外光の強度に対応する電気信号 Bを用いて温度相関データを参照し、電気信号の信号値を鼓膜の温度に換算する（S104)。温度相関データの一例は図 8に示されて、る。図 8につ、ては後に説明する。

[0099] 次に、マイクロコンピュータ 110は、メモリ 112に格納されている、第 4の光学フィルタ 124を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と鼓膜の温度及び厚さとの相関を示す厚さ相関データを読み出し、ステップ 104で求められた鼓膜の温度と、メモリ 1 12に格納されてヽる第 4の光学フィルタ 124を透過した赤外光の強度に対応する電気信号 Cとを用いて厚さ相関データを参照し、鼓膜の厚さを算出する（S106)。厚さ相関データの一例は図 9に示されて、る。図 9については後に説明する。 [0100] 第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値、及び第 2の光学フィルタ 122を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データとしては、鼓膜の温度と鼓膜の厚さの組合せに対応して、それぞれ異なる複数の相関データカモリ 112に格納されている。例えば、 3水準の鼓膜の温度と 5水準の鼓膜の厚さの組合せの場合、 15通りの互ヽに異なる相関データを格納して、ればよ!/、。

[0101] 次に、マイクロコンピュータ 110は、メモリ 112に格納されている複数の相関データの中から、ステップ 104において求められた鼓膜の温度と、ステップ 106において求められた鼓膜の厚さの組合せに対応する濃度相関データを選んで読み出す (S108

) o

[0102] 最後に、マイクロコンピュータ 110は、メモリ 112に格納されている第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光の強度に対応する電気信号 A1及び第 2の光学フィルタ 12 2を透過した赤外光の強度に対応する電気信号 A2を用いて、読み出された濃度相関データを参照し、電気信号の信号値を生体成分の濃度に換算する (S110)。濃度相関データの一例は図 10に示されている。図 10については後に説明する。

[0103] 以下に、第 1の光学フィルタ 121が 9. 6±0. 1マイクロメートルの波長の赤外光を透過させるフィルタ、第 3の光学フィルタ 123が 11〜14マイクロメートルの波長の赤外光を透過させるフィルタ、第 4の光学フィルタ 124が 4. 8〜5. 8マイクロメートルの波長の赤外光を透過させるフィルタを用い、鼓膜の代わりにグルコース水溶液を用い、測定対象である第 1の生体成分がグルコースであり、その他の成分を含まない場合について、図 8〜： LOを用いて具体的に説明する。水溶液には測定対象である第 1の生体成分以外の生体成分は含まれないため、以下の例では第 2の光学フィルタ 122 は用いていない。

[0104] 図 8は、グルコース水溶液力ゝら熱放射により放射され第 3の光学フィルタ 123を透過する赤外光の放射輝度とグルコース水溶液の温度との関係の計算結果を示すグラフ、図 9は、グルコース水溶液力も熱放射により放射され第 4の光学フィルタ 124を透過する赤外光の放射輝度とグルコース水溶液の温度及び厚さとの関係の計算結果を示すグラフ、図 10は、グルコース水溶液力ゝら熱放射により放射され第 1の光学フィルタを透過する赤外光の放射輝度とグルコース水溶液の濃度、温度及び厚さとの関係を示すグラフである。

[0105] 図 8に示される温度と放射輝度との関係が温度相関データとして規定される。図 9 に示される、複数の温度の各々に応じた鼓膜の厚さと放射輝度との関係が厚さ相関データとして規定される。そして、図 10に示される、複数の温度および鼓膜厚さの各々に応じた濃度と放射輝度との関係が温度相関データとして規定される。

[0106] 理解の便宜のため、各図の横軸を温度、厚さ、濃度で表現し、縦軸を放射輝度で表現して!/、るが、相関データとして実際にメモリ 112に保持される際には各物理量に対応する電気信号値が保持されていればよい。このとき、メモリ 112には、各図に表されるような関数形式で保持されてもよ!ヽし、各電気信号の信号値と生体成分濃度とが対応付けられたテーブル形式で保持されてもょヽ。

[0107] 図 8は、（数 1)において、生体の温度として 309K(36°C)、 309. 5K(36. 5°C)、または 310K (37°C)を代入して計算し、さらに円周率で除算し、波長範囲 11〜14. 3 マイクロメートルで積分して計算した。ただし、（数 1)中のセンサ面積は乗算していない。

[0108] 図 9は、（数 9)において、厚さ dを変化させて放射率を計算し、（数 1)に代入し、つ（数 1)中の温度として 309K(36°C)、 309. 5K(36. 5°C)、または 310K(37°C) を代入して計算し、さらに円周率で除算し単位を放射輝度に変換した。（数 1)中の積分は、 4. 8〜5. 8マイクロメートルの波長範囲で積分を実施した。

[0109] 図 10は、（数 9)において、厚さ dとグルコース濃度に対応する屈折率、消衰係数を代入して放射率を計算し、（数 1)に代入し、かつ (数 1)中の温度として 309K(36°C) または 309. 5K(36. 5°C)を代入して計算し、さらに円周率で除算し単位を放射輝度に変換した。（数 1)中の積分は、 9. 5〜9. 7マイクロメートルの波長範囲で積分を実施した。

[0110] まず、第 3の光学フィルタ 123を透過する赤外光の放射輝度は、グルコース水溶液の厚さには依存せず、図 8に示すように、温度に比例して変化する。赤外線検出器 1 08の出力は、赤外線検出器 108に入射する赤外光の放射輝度に比例して電圧を出力するため、赤外線検出器 108が出力する電気信号は赤外線検出器 108に入射する赤外光の放射輝度に比例する。したがって、図 8に示す第 3の光学フィルタ 123を透過する赤外光の放射輝度とグルコース水溶液の温度との関係を参照することにより、第 3の光学フィルタ 123を透過した赤外光に対応する電気信号力もグルコース水溶液の温度を求めることができる。

[0111] 次に、図 9に示すように、グルコース水溶液力も熱放射により放射され、第 4の光学フィルタ 124を透過する赤外光の放射輝度は、グルコース水溶液の温度及び厚さ〖こ依存して変化する。したがって、図 9に示す第 4の光学フィルタ 124を透過する赤外光の放射輝度とグルコース水溶液の温度及び厚さとの関係を参照することにより、図 8から求めたグルコース水溶液の温度と、第 4の光学フィルタ 124を透過した赤外光に対応する電気信号とから、グルコース水溶液の厚さを求めることができる。

[0112] 次に、図 10に示すように、グルコース水溶液力も熱放射により放射され第 1の光学フィルタを透過する赤外光の放射輝度とグルコース水溶液の濃度との関係は、ダルコース水溶液の温度及び厚さ（図 10における t)の組合せに対応して変化する。図 10 には、 4つの異なるグルコース水溶液の温度及び厚さの組合せに対応して、 4本のグラフが示されている。そこで、図 8から求めたグルコース水溶液の温度と、図 9から求めたグルコース水溶液の厚さとの組合せから、その組合せに対応するグラフを図 10 の中から選択することができる。選択されたグラフを参照することにより、第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光に対応する電気信号をダルコース濃度に換算することができる。

[0113] メモリ 112に格納されている、第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値及び第 2の光学フィルタ 324を透過した赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。

[0114] まず、既知の生体成分濃度 (例えば、血糖値)を有する患者について、鼓膜から熱放射により放射される赤外光を測定する。このとき、第 1の光学フィルタ 121が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第 2の光学フィルタ 12 2が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号とを求める。この測定を、生体成分濃度、鼓膜の温度、及び鼓膜の厚さが異なり複数の患者について行うことにより、第 1の光学フィルタ 121が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第 2の光学フィルタ 122が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度、鼓膜の温度、及び鼓膜の厚さとからなるデータの組を得ることができる。

[0115] 次に、このようにして取得したデータの組を解析して濃度相関データを求める。例えば、まず、鼓膜の温度及び鼓膜の厚さについて、それぞれ複数の段階からなる水準を設定し、鼓膜の温度の水準及び鼓膜の厚さの水準ごとに同じ水準に属するデータの組を分類しておく。例えば、鼓膜の温度について 3つの水準を設定し、鼓膜の厚さについて 5つの水準を設定する場合、データの組を 15のグループに分類することになる。次に、グループごとに、第 1の光学フィルタ 121が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第 2の光学フィルタ 122が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とについて、 PLS (Partial Least Squares Regression)法などの重回帰分析法や-ユーラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行う。これにより、グループごとに、第 1の光学フィルタ 121が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第 2の光学フィルタ 122が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度との相関を示す関数を求めることができる。

[0116] また、第 1の光学フィルタ 121が測定用波長帯域の赤外光を透過させるようなスぺクトル特性を有し、第 2の光学フィルタ 122が参照用波長帯域の赤外光を透過させるようなスペクトル特性を有する場合、第 1の光学フィルタ 121が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と、第 1の光学フィルタ 324が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号の信号値との差を求め、その差とそれに対応する生体成分濃度との相関を、濃度相関データとして求めてもよい。例えば、最小二乗法等の直線回帰分析を行うことにより求めることができる

[0117] これまでは、第 3の光学フィルタおよび第 4の光学フィルタを利用して鼓膜の温度および厚さを測定し、さらに第 1の光学フィルタおよび第 2の光学フィルタを利用して生体成分の濃度を測定する方法を説明したが、他の方法を採用してもよい。例えば、第

1〜第 4の光学フィルタがそれぞれ透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度との相関を示す関数を予め求めておく。そして得られた各電気信号の信号値をその関数に代入することにより、生体成分濃度を求めてもよい。なお、「関数」ではなぐ各電気信号の信号値と生体成分濃度とが対応付けられたテーブル形式の相関データであってもよヽ。上記構成を採用する場合には、メモリ 112に、上述の関数またはテーブルを格納しておけばよい。

[0118] このような関数または相関データは、例えば、各光学フィルタが透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号の信号値と、これらに対応する生体成分濃度のデータの組を PLS法などの重回帰分析法や、ニューラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行うことにより求めることができる。

[0119] 次に、測定装置 100の動作について説明する。以下では、測定装置 100の使用者力自らの生体成分の濃度を計測するとして説明する。後述する実施形態 2および 3 においても同様とする。

[0120] まず、使用者が図 2に示す測定装置 100の電源スィッチ 101を押すと、本体 102内の電源が ONとなり、測定装置 100は測定準備状態となる。

[0121] 次に、使用者が本体 102を持って、導波管 104を耳孔 200内に挿入する。導波管 104は、導波管 104の先端部分力も本体 102との接続部分に向力つて径が太くなるような円錐形状の中空管であるため、導波管 104の外径が耳孔 200の内径と等しくなる位置よりも奥へは導波管 104が挿入されない構造になっている。

[0122] 次に、導波管 104の外径が耳孔 200の内径と等しくなる位置で測定装置 100を保持した状態で、使用者が測定装置 100の測定開始スィッチ 103を押すと、測定が開始される。

[0123] マイクロコンピュータ 110は、タイマー 156からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、チョッパー 118を制御して、光学フィルタホイール 106 に到達する赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。このとき、マイクロコンピュータ 110はディスプレイ 114やブザー 158を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ 114に表示したり、ブザー 158を鳴らしたり、スピーカー（図示せず)から音声で出力したりすることにより、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより使用者は測定が終了したことを確認することができるため、導波管 1

04を耳孔 200の外に取り出す。

[0124] マイクロコンピュータ 110は、前述の方法により、 AZDコンバータ 138から出力された電気信号を光学フィルタ毎に識別し、それぞれの光学フィルタに対応する電気信号の平均値を算出する。

[0125] さらに、マイクロコンピュータ 110は、前述の方法により、第 3の光学フィルタ 124に対応する電気信号から鼓膜の温度を求め、第 4の光学フィルタ 124に対応する電気信号力鼓膜の厚さを求める。

[0126] 次に、マイクロコンピュータ 110は、メモリ 112力ら、求められた鼓膜の温度と厚さの組合せに対応する濃度相関データを読み出し、第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第 2の光学フィルタ 122を透過した赤外光の強度に対応する電気信号を用いて濃度相関データを参照し、生体成分の濃度に換算する。求められた生体成分の濃度は、ディスプレイ 114に表示される。

[0127] 以上のように、本実施形態に係る測定装置 100によると、第 3、第 4の光学フィルタ 1

24に対応する電気信号を用いて、鼓膜の温度及び厚さの影響を補正することにより

、それらの影響を取り除くことができるため、測定精度を向上させることができる。

[0128] (実施形態 2)

図 11および図 12を参照しながら、本実施形態による生体成分濃度測定装置の構成を説明する。

[0129] 図 11は、本実施形態による生体成分濃度測定装置 300 (以下「測定装置 300」と記述する。）のハードウェア構成を示す。また図 12は、測定装置 300における光学フィルタホイール 306を示す斜視図である。

[0130] 測定装置 300が実施形態 1に係る測定装置 100と比較して異なる点は、測定装置 300が、レーザ光を用いて鼓膜の厚さを測定する機能を有することにある。その機能を実現するために、測定装置 300の本体内部には、光源 310、第 1の集光レンズ 31 2、第 2の集光レンズ 314、ァクチユエータ 316、空間フィルタ 318、光検出器 320、第 1のハーフミラー 142、及び第 2のハーフミラー 144が設けられている。実施形態 1の測定装置 100のように鼓膜からの赤外放射を利用して鼓膜の厚さを測定する必要はないため、本実施形態による光学フィルタホイール 306 (図 12)には実施形態 1の第 4の光学フィルタに対応するフィルタは設けられて!/、な!/、。

[0131] ここで、光源 310、第 1の集光レンズ 312、第 2の集光レンズ 314、ァクチユエータ 3

16、空間フィルタ 318、及び光検出器 320は、図 1に示す取得部 12として機能する。その他の構成は、実施形態 1に係る測定装置 100と同じであるため説明を省略する。

[0132] 光源 310は、鼓膜 202を照明するための可視光を出射する。

[0133] 光源 310は、例えば、青色レーザ、赤色レーザ等のレーザや、 LED等の可視光光源である。レンズの焦点深度を小さくするという観点からは、波長の短い光を出射する光源が好ましい。また、色収差の発生を防ぐため、レーザ光源が好ましい。光源 31 0として、 400〜420nmの範囲内の波長の光を出射する青色レーザを用いると、両方の特性を満たすためさらに好ま U 、。

[0134] 光源 310から出射され、第 1のハーフミラー 142により反射され、第 1の集光レンズ 3 12により集光された可視光は、第 2のハーフミラー 144により反射された後、導波管 1 04を通って外耳道 204内に導かれ、鼓膜 202を照明する。

[0135] 第 1のハーフミラー 142は、可視光の一部を反射し、残りを透過させる機能を有する

[0136] 第 2のハーフミラー 144は、可視光を反射して、赤外光を透過する。第 2のハーフミラー 144の材料としては、赤外線を吸収せず、透過し、可視光を反射する材料が好ましい。第 2のハーフミラー 144の材質としては、例えば、 ZnSe、 CaF 、 Si、 Ge等を

2

用いることができる。さらには、赤外線の透過効率を向上させる目的で、第 2のハーフミラーの両面に、反射防止膜が形成されていることが好ましい。

[0137] 一方、鼓膜 202から外耳道 204を通って導波管 104内に入射した可視光は、第 2 のハーフミラー 144により反射され、第 1の集光レンズ 312を透過した後、一部は第 1 のハーフミラー 142を透過する。第 1のハーフミラー 142を透過した可視光は、第 2の集光レンズ 314により集光され、空間フィルタ 318に到達する。第 2の集光レンズ 314 により集光された可視光のうち、空間フィルタ 318を透過した可視光は光検出器 320 に到達する。 [0138] ここで、空間フィルタ 318は、アルミニウム、鉄等の可視光を透過しない材料力も構成される薄い板材に、 100 m程度の穴が設けられた構成を有している。

[0139] 第 1の集光レンズ 312の位置が鼓膜 202の外耳道 204側の表面または中耳側の表面 (裏面）に合焦している際には、第 2の集光レンズ 314により集光された可視光は、空間フィルタ 318に設けられた穴の位置に合焦するため、空間フィルタ 318を通過することができる。このとき、光検出器 320の出力は極大値を示す。一方、第 1の集光レンズ 312の位置が鼓膜 202の表面または裏面に合焦していないときは、第 2の集光レンズ 314により集光された可視光は、空間フィルタ 318に設けられた穴上に合焦しないため、空間フィルタ 318を通過することができない。このとき、光検出器 320の出力は小さくなる。

[0140] 第 1の集光レンズ 312及び第 2の集光レンズ 314としては、公知のレンズを利用することができる。この中で、第 1のレンズ 312としては、焦点深度を小さくするという観点力開口数の大きいものが好ましい。

[0141] 光検出器 320としては、光源から出射される光と同じ波長の光を検出できるものであれば、特に限定することなく公知技術を適用することができる。例えば、フォトダイォードや、 CCD、 CMOS等の画像素子が挙げられる。この中で、光検出器 320とし 32 0として、 CCD, CMOS等の画像素子を用いると、鼓膜を撮像しながら測定することができる。

[0142] 測定装置 300は、レンズ枠 322に保持された第 1の集光レンズ 312を駆動し、光検出器 320上に正しく集光させるための機構を備える。

[0143] ァクチユエータ 316は、マイクロコンピュータ 110からの制御信号によって駆動され

、第 1の集光レンズ 312を光軸の方向（図 11中の矢印の方向）に移動させることができる。このとき、第 1の集光レンズ 312の位置を位置センサ（図示せず）が検出し、マイクロコンピュータ 110に出力する。

[0144] 一方、マイクロコンピュータ 110は、光検出器 320の出力信号の強度と位置センサの出力を検出することにより、鼓膜 202上で合焦位置を検出する。マイクロコンピュータ 110は、光検出器 320の出力信号が最大となる位置に第 1の集光レンズ 312が移動するように、ァクチユエータ 316を制御する。 [0145] このようにして、鼓膜 202までの距離が変化しても、光検出器 320上に鼓膜 202にぉ、て反射した可視光を正しく集光させることができる。

[0146] ァクチユエータ 316及び位置センサとしては、公知のビデオカメラやデジタルスチルカメラに搭載されて、るオートフォーカス装置にぉ、て用いられて、るものと同様のものを用いることができる。

[0147] 例えば、ァクチユエータ 316としては、レンズ枠 322に設けたコイルと、本体 302側に固定されたヨーク、及びこのヨークに取付けられた駆動用マグネットと力も構成することができる。レンズ枠 322を、 2本のガイドポールによって光軸方向に移動可能に支持しておき、レンズ枠 322に設けたコイルに電流が供給されると、ヨークと駆動用マグネットとで形成される磁気回路中にあるコイルに対して、光軸方向の磁気推進力が生じ、レンズ枠 322が光軸方向に移動する。推進力の正負の方向は、コイルに供給される電流の向きによって制御することができる。

[0148] 位置センサとしては、例えば、一定ピッチで着磁され、レンズ枠 322に取付けられたセンサマグネットと、本体 302側に固定された磁気抵抗センサ（以下、 MRセンサと略称する）とから構成することができる。本体 302側に固定された MRセンサにより、レンズ枠 322に取付けられたセンサマグネットの位置を検出することにより、第 1の集光レンズ 312の位置を検出することができる。

[0149] 光学フィルタホイール 306は、図 12に示すように、第 1の光学フィルタ 121、第 2の光学フィルタ 122、及び第 3の光学フィルタ 123がリング 127にはめ込まれている。図 12に示す例では、いずれも扇状である第 1の光学フィルタ 121、第 2の光学フィルタ 1 22、及び第 3の光学フィルタ 123がリング 127にはめ込まれることにより円盤状の部材が構成されており、その円盤状の部材の中央部にシャフト 125が設けられている。各分光フィルタの光学特性は、実施形態 1と同様であるため説明を省略する。光学フィルタホイール 306は、本発明における分光素子に相当する。

[0150] 次に、本実施形態に係る測定装置 300を用いて、鼓膜の厚さを反映する情報である鼓膜厚さ情報を測定する方法について説明する。

[0151] まず、第 1の集光レンズ 312の初期位置として、第 1の集光レンズ 312の集光位置が鼓膜 202よりも耳孔側になるように設定する。 [0152] 次に、マイクロコンピュータ 110からの制御信号によりァクチユエータ 316を駆動させ、第 1の集光レンズ 312の集光位置が初期位置力も鼓膜 202の方向に移動するように第 1の集光レンズ 312を移動させる。このとき、ァクチユエータ 316の駆動にあわせて光検出器 320の出力信号を監視する。

[0153] 最初に光検出器 320の出力信号が極大 (第 1の極大値）になったとき、光源 310から出射された可視光が鼓膜 202の外耳道 204側の表面上に集光されたことを示している。このときの位置センサの出力信号を、レンズの第 1の位置を表す信号としてマイクロコンピュータ 110が記録する。

[0154] さらに、ァクチユエータ 316を駆動させると、ー且光検出器 320の出力信号は小さくなるが、再び、光検出器 320の出力信号が極大値 (第 2の極大値)を示す。このとき、光源 310から出射された可視光が鼓膜 202の中耳側の表面 (裏面）に集光していることを示す。このときの位置センサの出力信号を、レンズの第 2の位置を表す信号としてマイクロコンピュータ 110が記録する。

[0155] マイクロコンピュータ 110に記録された、レンズの第 1の位置及び第 2の位置を表す位置センサの 2つの出力信号から、第 1の集光レンズ 312が第 1の位置力第 2の位置まで移動するときの移動量を算出することができる。この第 1の集光レンズ 312の移動量は、鼓膜 202の厚さを反映している。レンズの移動量を利用することにより、鼓膜 202の厚さを反映する情報である鼓膜厚さ情報を測定することができる。

[0156] なお、位置センサを設けなくても、鼓膜 202の厚さを測定することは可能である。たとえば、ァクチユエータ 316に印加される電圧値に対応して位置が特定可能であれば、レンズの第 1の位置に対応する電圧値と第 2の位置に対応する電圧値との差に基づいて移動量が特定できる。この移動量が鼓膜 202の厚さに対応する。また、ァクチユエータ 316に印加する電圧値の変化量と移動量とが対応付けられていれば、レンズを第 1の位置力第 2の位置まで移動させるために印加された電圧値の変化量力移動量を特定することもできる。

[0157] 次に、鼓膜の温度及び厚さの影響を補正する手順について、図 13を用いて説明する。図 13は、本実施形態による測定装置 300を用いて、測定された赤外光強度に含まれる鼓膜の温度及び厚さの影響を補正する手順を示すフローチャートである。 [0158] まず、ァクチユエータ 316を用いて第 1の集光レンズ 312を移動させることにより、上述の方法を用いて、鼓膜 202の厚さを反映する情報である鼓膜厚さ情報を測定し (S 200)、鼓膜厚さ情報を表す位置センサの出力信号をメモリ 112に格納する（S202)

[0159] 次に、第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光、第 2の光学フィルタ 122を透過した赤外光、及び第 3の光学フィルタ 123を透過した赤外光を透過した赤外光を、赤外線検出器 108により測定する（S204)。各光学フィルタを透過した赤外光の強度に対応する電気信号は、メモリ 112に格納される（S206)。

[0160] 次に、マイクロコンピュータ 110は、メモリ 112に格納されている、第 3の光学フィルタ 123を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と鼓膜の温度との相関を示す相関データを読み出し、これを参照して、メモリ 112に格納されている第 3の光学フィルタ 123を透過した赤外光の強度に対応する電気信号を、鼓膜の温度に換算する（ S208)。

[0161] 第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光の強度に対応する電気信号、及び第 2の光学フィルタ 122を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と生体成分の濃度との相関を示す相関データとしては、鼓膜の温度と鼓膜厚さ情報を表す位置センサの出力信号との組合せに対応して、それぞれ異なる複数の相関データ力^モリ 112に格納されている。例えば、 3水準の鼓膜の温度と 5水準の鼓膜厚さ情報との組合せの場合、 15通りの互、に異なる相関データを格納して、ればよ!/、。

[0162] 次に、マイクロコンピュータ 110は、メモリ 112に格納されている複数の相関データの中から、ステップ 208において求められた鼓膜の温度と、ステップ 200において求められた鼓膜厚さ情報との組合せに対応する相関データを選んで読み出す (S210)

[0163] 最後に、マイクロコンピュータ 110は、読み出された相関データを参照して、メモリ 1 12に格納されてヽる第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第 2の光学フィルタ 122を透過した赤外光の強度に対応する電気信号を、生体成分の濃度に換算する (S212)。

[0164] 次に、本実施形態における測定装置 300の動作について説明する。なお、測定装置 400の電源の投入力も導波管が耳に挿入されるまでの動作は、実施形態 1の測定装置 100と同じであるため、その説明は省略する。

[0165] 導波管 104の外径が耳孔 200の内径と等しくなる位置で測定装置 300を保持した状態で、使用者が測定装置 300の測定開始スィッチ 103を押すと、上述の方法により、マイクロコンピュータ 110が、光検出器 320の出力信号と位置センサの出力信号とから、鼓膜の厚さが測定され、鼓膜厚さ情報として取得される。

[0166] マイクロコンピュータ 110が、鼓膜厚さ情報を取得した判断すると、次に赤外光の測定が開始される。

[0167] マイクロコンピュータ 110は、タイマー 156からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、チョッパー 118を制御して、光学フィルタホイール 306 に到達する赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。このとき、マイクロコンピュータ 110はディスプレイ 114やブザー 158を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ 114に表示したり、ブザー 158を鳴らしたり、スピーカー（図示せず)から音声で出力したりすることにより、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより使用者は測定が終了したことを確認することができるため、導波管 1 04を耳孔 200の外に取り出す。

[0168] マイクロコンピュータ 110は、前述の方法により、 AZDコンバータ 138から出力された電気信号を、光学フィルタ毎に識別し、それぞれの光学フィルタに対応する電気信号の平均値を算出する。

[0169] さらに、マイクロコンピュータ 110は、前述の方法により、第 3の光学フィルタ 124に対応する電気信号から鼓膜の温度を求める。

[0170] 次に、マイクロコンピュータ 110は、メモリ 112から、求められた鼓膜の温度と鼓膜厚さ情報との組合せに対応する、第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第 2の光学フィルタ 122を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と生体成分の濃度との相関を示す相関データを読み出し、この相関データを参照して、第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第 2の光学フィルタ 122を透過した赤外光の強度に対応する電気信号を生体成分の濃度に換算する。求められた生体成分の濃度は、ディスプレイ 114に表示される。 [0171] 以上のように、本実施形態に係る測定装置 300によると、鼓膜の温度及び厚さの影響を補正することにより、それらの影響を取り除くことができるため、測定精度を向上させることができる。

[0172] (実施形態 3)

図 14は、本実施形態による生体成分濃度測定装置 400 (以下「測定装置 400」と記述する。）の外観を示す斜視図である。外観は、実質的には図 1と同じであるため、その説明は省略する。

[0173] 次に、図 15を参照しながら、測定装置 400の本体内部の構成を説明する。図 15は、測定装置 400のハードウェア構成を示す図である。

[0174] 測定装置 400が実施形態 1に係る測定装置 100と比較して異なる点は、測定装置 400が鼓膜から放射される赤外光の強度を増加させるための機能を有することにある。その機能を実現するために、測定装置 400の本体内部には、赤外線を放射する赤外光源 700、ハーフミラー 702が設けられている。その他の構成は、実施形態 1に係る測定装置 100と同じであるため説明を省略する。

[0175] 赤外光源 700は、鼓膜 202に赤外光を照射するための赤外光を出射する。赤外光源 700から出射され、ハーフミラー 702により反射された赤外光は、導波管 104を通つて外耳道 204内に導かれ、鼓膜 202を照射する。鼓膜 202に到達した赤外光は、鼓膜 202で反射し、測定装置 400側に反射光として放射される。この赤外光は、再び、導光管 104、ハーフミラー 702を透過し、光学フィルタホイール 106を通過し、赤外線検出器 108で検出される。

[0176] 測定装置 400が検出する鼓膜 202からの反射光の強度は、（数 8)で示される反射率と鼓膜 202へ照射された赤外光強度の積で表される。（数 8)で示したとおり、生体中の成分の濃度が変化すると、生体の屈折率及び消衰係数が変化する。反射率は、通常、赤外領域において約 0. 03程度と小さぐかつ (数 8)力も理解されるように、屈折率及び消衰係数への依存は小さい。生体中の成分の濃度の変化による反射率の変化は小さいが、赤外光源 700が放射する赤外線の強度を強くすると、反射率の変化を高い精度で検出することができる。なお、鼓膜 202のような波長の数倍程度の厚さの対象に対して強い強度の赤外線を照射して反射光を測定すると、鼓膜 202中の厚さに依存して光の干渉度合いが変化することにより、反射光の強度が変化する。

[0177] 赤外光源 700としては、公知のものを特に限定することなく適用することができる。

例えば、シリコンカーバイド光源、セラミック光源、赤外 LED、量子カスケードレーザ等を用いることができる。これらは必要な波長帯域に応じて使い分ければよい。たとえば赤外 LEDについては、必要な波長ごとに 1つの光源を設ければよい。

[0178] ハーフミラー 702は、赤外光を 2光束に分割する機能を有する。第 3のハーフミラー 702の材質としては、例えば、 ZnSe、 CaF、 Si、 Ge等を用いることができる。さらに

2

は、赤外線の透過率と反射率を制御する目的で、ハーフミラー 702に、反射防止膜が形成されてヽることが好まヽ。

[0179] メモリ 112には、第 3の光学フィルタ 123を透過した赤外光の強度に対応する電気信号値と鼓膜の温度との相関を示す温度相関データ、第 4の光学フィルタ 124を透過した赤外光の強度に対応する電気信号値と鼓膜の温度及び厚さとの相関を示す厚さ相関データ、及び、第 1および第 2の光学フィルタ 121および 122を透過した赤外光の強度に対応する各電気信号値と生体成分の濃度との相関を示す複数の濃度相関データが格納されている。

[0180] 温度相関データ及び厚さ相関データは、実施形態 1と同じものを用いることができる

[0181] 濃度相関データとしては、鼓膜の温度と鼓膜の厚さの組合せに対応して、それぞれ異なる複数の相関データ力^モリ 112に格納されている。例えば、 3水準の鼓膜の温度と 5水準の鼓膜の厚さの組合せの場合、 15通りの互ヽに異なる相関データを格納していればよい。これら複数の相関データは、例えば、以下の手順によって取得することができる。

[0182] まず、既知の生体成分濃度 (例えば、血糖値)を有する患者について、赤外光源 7 00から鼓膜に照射された赤外光が鼓膜において反射することにより鼓膜から放射される赤外光を測定する。このとき、第 1の光学フィルタ 121が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第 2の光学フィルタ 122が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号とを求める。この測定を、生体成分濃度、鼓膜の温度、及び鼓膜の厚さが異なり複数の患者について行うことにより、第 1の光学フィルタ 121が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第 2の光学フィルタ 122が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度、鼓膜の温度、及び鼓膜の厚さとからなるデータの組を得ることができる。

[0183] 次に、このようにして取得したデータの組を、実施形態 1と同様に解析することにより、相関データを求める。例えば、まず、鼓膜の温度及び鼓膜の厚さについて、それぞれ複数の段階力なる水準を設定し、鼓膜の温度の水準及び鼓膜の厚さの水準ごとに同じ水準に属するデータの組を分類しておく。例えば、鼓膜の温度について 3つの水準を設定し、鼓膜の厚さについて 5つの水準を設定する場合、データの組を 15のグループに分類することになる。次に、グループごとに、第 1の光学フィルタ 121が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、第 2の光学フィルタ 122が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度とについて、 PLS (Partial Least Squares Regressio n)法などの重回帰分析法や-ユーラルネットワーク法などを用いて多変量解析を行う。これにより、グループごとに、第 1の光学フィルタ 121が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号及び第 2の光学フィルタ 122が透過させる波長帯域における赤外光の強度に対応する電気信号と、それらに対応する生体成分濃度との相関を示す関数を求めることができる。

[0184] 赤外光源 700から鼓膜に照射された赤外光が鼓膜において反射することにより鼓膜から放射した赤外光を検出することにより、生体成分濃度を測定することが可能である。

[0185] 次に、本実施形態による測定装置 400の動作について説明する。なお、測定装置

400の電源の投入力も導波管が耳に挿入されるまでの動作は、実施形態 1の測定装置 100と同じであるため、その説明は省略する。

[0186] 導波管 104の外径が耳孔 200の内径と等しくなる位置で測定装置 100を保持した状態で、使用者が生体成分濃度測定装置 100の測定開始スィッチ 103を押すと、測定が開始される。

[0187] まず、赤外光源 700が作動していない状態で、鼓膜 202からの熱放射により放射される赤外光が測定される。次に、マイクロコンピュータ 110は、タイマー 156からの計時信号により、測定開始力も一定時間経過したと判断すると、赤外光源 700を作動させる。これにより、鼓膜 202からの熱放射により放射される赤外光に加えて、赤外光源 700から鼓膜に照射された赤外光が鼓膜において反射することにより鼓膜から放射された赤外光が測定される。

[0188] マイクロコンピュータ 110は、タイマー 156からの計時信号により、測定開始から一定時間経過したと判断すると、赤外光源 700を制御して赤外光を遮断する。これにより、自動的に測定が終了する。このとき、マイクロコンピュータ 110はディスプレイ 114 やブザー 158を制御して、測定が終了した旨のメッセージをディスプレイ 114に表示したり、ブザー 158を鳴らしたり、スピーカー（図示せず)から音声で出力したりすることにより、使用者に測定が終了したことを通知する。これにより使用者は測定が終了したことを確認することができるため、導波管 104を耳孔 200の外に取り出す。

[0189] マイクロコンピュータ 110は、前述の方法により、 AZDコンバータ 138から出力された電気信号を、光学フィルタ毎に識別し、それぞれの光学フィルタに対応する電気信号の平均値を算出する。

[0190] さらに、マイクロコンピュータ 110は、前述の方法により、赤外光源 700が作動して V、な、状態にぉ、て測定された第 3の光学フィルタ 124に対応する電気信号から鼓膜の温度を求め、赤外光源 700が作動していない状態において測定された第 4の光学フィルタ 124に対応する電気信号から鼓膜の厚さを求める。

[0191] 次に、マイクロコンピュータ 110は、メモリ 112力ら、求められた鼓膜の温度と厚さの組合せに対応する、第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第 2の光学フィルタ 122を透過した赤外光の強度に対応する電気信号と生体成分の濃度との相関を示す相関データを読み出す。この相関データを参照して、赤外光源 700が作動している状態において測定された第 1の光学フィルタ 121を透過した赤外光の強度に対応する電気信号及び第 2の光学フィルタ 122を透過した赤外光の強度に対応する電気信号を生体成分の濃度に換算する。求められた生体成分の濃度は、ディスプレイ 114に表示される。

[0192] また、上述の実施形態においては、分光素子として光学フィルタホイールを利用する例を説明した。しかし、分光素子としては赤外光を波長別に分けることのできるものであればよい。例えば、特定の波長帯域の赤外線を透過させるマイケルソン干渉計、回折格子等を用いることができる。また光学フィルタホイールのように、複数のフィルタが一体成型されている必要はない。さらに、例えば、赤外 LED、量子カスケ一ドレ一ザ等の特定波長の光を放射できる赤外光源を利用する場合には、赤外光を分光する必要がない。したがって、本実施形態に係る光学フィルタホイールに設けられている第 1の光学フィルタ、第 2の光学フィルタは不要となる。

[0193] 以上のように、本実施形態に係る生体成分濃度測定装置によれば、第 3、第 4の光学フィルタに対応する電気信号を用いて、鼓膜の温度及び厚さの影響を取り除くことができるため、測定精度を向上させることができる。

産業上の利用可能性

[0194] 本発明にかかる生体成分濃度測定装置は、非侵襲的な生体成分濃度の測定、例えば、血液を採取することなくダルコース濃度を測定する際に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 鼓膜から放射された赤外光を検出する検出部と、

前記鼓膜の厚さに関連する厚さ情報を取得する取得部と、

検出された前記赤外光および取得された前記厚さ情報に基づいて、生体成分の濃度を算出する演算部と

を備えた、生体成分濃度の測定装置。

[2] 前記検出部は、

前記生体成分によって吸収される赤外光の波長を含む波長帯域 A1の赤外光を受けて、その強度に応じた信号 A1を出力し、

11マイクロメートル以上の波長帯域力選択された波長帯域 Bの赤外光を受けて、その強度に応じた信号 Bを出力し、

4. 5から 5. 8マイクロメートルの波長帯域力選択された波長帯域 Cの赤外光を受けて、その強度に応じた信号 Cを出力し、

前記演算部は、前記検出部から出力された信号 Al、 Bおよび Cに基づいて、前記生体成分の濃度を算出する、請求項 1に記載の測定装置。

[3] 前記検出部は、前記生体成分による吸収が前記波長帯域 A1の赤外光よりも少な V、波長帯域 A2の赤外光であって、前記生体成分とは異なる生体成分によって吸収される波長帯域 A2の赤外光を受けて、その強度に応じた信号 A2を出力し、前記演算部は、前記検出部から出力された信号 Al、 A2、 Bおよび Cの各々に基づいて、前記生体成分の濃度を算出する、請求項 2に記載の測定装置。

[4] 前記波長帯域 A1に関する前記検出部の信号値、前記波長帯域 Bに関する前記検出部の信号値および前記波長帯域 Cに関する前記検出部の信号値と、前記生体成分の濃度との相関を示す濃度相関データを記憶する記憶部をさらに備え、

前記演算部は、前記検出部から出力された信号 Al、 Bおよび Cに基づいて前記相関データを参照して、前記生体成分の濃度を算出する、請求項 2に記載の測定装置

[5] 前記記憶部は、

前記波長帯域 Bに関する前記検出部の信号値と温度との相関を示す温度相関データ、および、温度および前記波長帯域 Cに関する前記検出部の信号値と前記鼓膜の厚さとの相関を示す厚さ相関データをさらに記憶しており、

前記取得部は、前記検出部から出力された信号 Bに基づいて前記温度相関データを参照して温度を特定し、さらに、特定された温度および前記検出部から出力された信号 Cに基づいて前記厚さ相関データを参照して前記厚さ情報を取得する、請求項 4に記載の測定装置。

[6] 前記演算部は、特定された前記温度、取得された前記厚さ情報および前記波長帯域 A1に関する前記検出部の信号値に基づいて前記濃度相関データを参照し、前記生体成分の濃度を算出する、請求項 5に記載の測定装置。

[7] 前記鼓膜と前記検出器との間の光路上に設けられた少なくとも 3つの光学素子であつて、前記波長帯域 A1の波長の赤外光を透過させる光学素子、前記波長帯域 Bの波長の赤外光を透過させる光学素子、および、前記波長帯域 Cの波長の赤外光を透過させる光学素子をさらに備えた、請求項 2に記載の測定装置。

[8] 光を放射する光源と、

前記光源カゝら放射され、前記鼓膜で反射された前記光^^光するレンズと、前記レンズを移動させるァクチユエータと、

空間フィルタと、

前記レンズにより集光された前記光のうち、前記空間フィルタを透過した光を検出して、その強度に応じた信号を出力する光検出器と

をさらに備え、前記取得部は、前記レンズを移動させながら前記光検出器から出力される信号を測定し、前記光検出器の出力信号が第 1の極大値を示すときの前記レンズの第 1の位置から、前記光検出器の出力信号が第 2の極大値を示すときの前記レンズの第 2の位置まで移動するときの前記レンズの移動量を、前記厚さ情報として算出する、請求項 1に記載の測定装置。

[9] 光を放射する光源と、

前記光を前記鼓膜に集束させる光学系と、

前記鼓膜において反射した前記光を検出する光検出器と

をさらに備え、前記取得部は、前記光源からの光が前記鼓膜の第 1面に合焦したときの前記光学系の第 1設定値と、前記光源からの光が前記鼓膜の第 2面に合焦したときの前記光学系の第 2設定値とに基づいて、前記厚さ情報を算出する、請求項 1に記載の測定装置。

[10] 前記光源は、 400〜420nmの範囲の波長の光を放射するレーザ光源である、請求項 8記載の測定装置。

[11] 前記検出部は、

11マイクロメートル以上の波長帯域 Bを受けて、その強度に応じた信号 Bを出力し前記演算部は、前記検出部から出力された信号 A1および Bに基づいて、前記生体成分の濃度を算出する、請求項 8に記載の測定装置。

[12] 前記波長帯域 A1に関する前記検出部の信号値および前記波長帯域 Bに関する前記検出部の信号値と、前記厚さ情報と、前記生体成分の濃度との相関を示す相関データを記憶する記憶部をさらに備え、

前記演算部は、前記検出部から出力された信号 A1および Bと前記厚さ情報とに基づいて前記相関データを参照し、前記生体成分の濃度を算出する、請求項 11に記載の測定装置。

[13] 前記鼓膜から放射される赤外光の強度を増加させるための赤外光源をさらに備え、前記検出部は、受けた赤外光の強度に応じた信号を出力する、請求項 1に記載の測定装置。

[14] 前記取得部は、ネットワークを介して前記厚さ情報を取得する、請求項 1に記載の測定装置。

[15] 前記取得部は、着脱可能な記録媒体を介して前記厚さ情報を取得する、請求項 1 に記載の測定装置。

[16] 算出された前記生体成分の濃度の情報を出力する出力部をさらに備えた、請求項 1に記載の測定装置。