WO2007141859A1 - 精度よく生体成分を非侵襲に計測できる生体成分計測装置 - Google Patents

精度よく生体成分を非侵襲に計測できる生体成分計測装置 Download PDF

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Muneo Tokita
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Definitions

  • Biological component measuring device that can measure biological components accurately and non-invasively
  • the present invention relates to a biological component measuring device and a biological component measuring sensor, and more particularly to a biological component measuring device and a biological component measuring sensor that non-invasively measures a biological component by receiving light from the living body.
  • the concentration of a specific component contained in a biological tissue typified by blood or body fluid of a subject has been measured.
  • Representative examples of the specific component to be measured include glucose, hemoglobin, oxyhemoglobin, trilaurin, cholesterol, albumin, and uric acid.
  • blood glucose measurement is becoming increasingly important as a self-management tool for diabetic patients, and high-frequency measurement leads to improvement of the patient's quality of life (QOL), which in turn prevents heart disease and complications. It is supposed to lead to.
  • a biological component measuring device there is a device (semi-invasive type device) that employs an invasive method of collecting biological tissue such as subcutaneous exudate and measuring the concentration of a specific component contained therein.
  • this measurement method places a heavy burden on the subject. Therefore, a non-invasive method (non-invasive) is adopted, and the reflected light reflected by the living body or the transmitted light transmitted through the living body is received and its optical characteristic force is also calculated as the concentration of a specific component.
  • Invasive devices have been proposed.
  • the spectrum of the near-infrared band or the mid-infrared band included in the radiation emitted from the measurement site is analyzed.
  • the blood glucose level is measured.
  • a temperature measuring element such as a thermocouple is placed in the vicinity of an irradiating unit or in another place to measure the temperature.
  • a temperature measuring element such as a thermocouple
  • the temperature of the irradiated part should have changed even slightly due to the energy of the irradiated light, but the above temperature measurement method cannot accurately capture the temperature change! was there.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-258036
  • the irradiation unit is irradiated with near-infrared light, and the absorption change power temperature of the light is calculated. The temperature can be measured.
  • Patent Document 2 In the apparatus disclosed in JP-T-5-507866 (hereinafter referred to as Patent Document 2), heat at the time of irradiation is used to measure a specific substance in blood. This method is known as photoacoustic spectroscopy, in which the object to be measured undergoes expansion and contraction due to heat when a light pulse is applied, and the sound (pressure change) generated thereby is received by the pressure element. In the apparatus of Patent Document 2 adopting this method, no measurement is performed to correct the error of light absorption caused by the light receiving element using heat as a parameter.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-258036
  • Patent Document 2 Japanese Patent Publication No. 5-507866
  • the apparatus of Patent Document 2 does not employ a measurement method that corrects the light absorption error using heat as a parameter as described above, the measurement result includes the influence of heat, and the measurement result is accurate. If there is a case, there is a problem.
  • the present invention has been made in view of such problems, and by accurately measuring changes in the temperature of a measurement object due to irradiation, fluctuations in the amount of irradiation light, and changes in body temperature, the living body can be accurately obtained.
  • An object of the present invention is to provide a biological component measuring apparatus and a biological component measuring sensor capable of measuring components.
  • a biological component measurement apparatus includes: The wavelength that exhibits specific absorption in the biological component to be measured is defined as the first wavelength, the wavelength that does not exhibit specific absorption in the biological component is defined as the second wavelength, and the light of the first wavelength is transmitted to the measured object.
  • a first light emitting unit that irradiates; a light receiving unit that receives light emitted from the first light emitting unit and outputs a signal corresponding to the amount of received light when receiving light of the first wavelength from the first light emitting unit; A concentration calculating unit that calculates the concentration of the biological component based on the first light receiving unit, the first light receiving unit that outputs a first signal according to the amount of received light of the first wavelength, and the second wavelength light. And a second light receiving unit that outputs a second signal corresponding to the received light amount, and the concentration calculating unit calculates the concentration of the biological component based on the first signal and the second signal.
  • the light of the first wavelength and the second wavelength is preferably mid-infrared light.
  • the concentration calculation unit calculates the concentration of the biological component based on the first signal and the second signal before and after the irradiation with the light of the first wavelength.
  • the second light receiving unit includes a filter that transmits the second wavelength, and receives light of the second wavelength that has passed through the filter out of light emitted from the measurement target.
  • the biological component measuring apparatus includes a second light emitting unit that irradiates the measurement object with light of the second wavelength, and a switching unit that switches between irradiation in the first light emitting unit and irradiation in the second light emitting unit.
  • the light receiving unit outputs a third signal corresponding to the amount of received light of the first wavelength emitted from the measurement target when light of the second wavelength is irradiated from the second light emitting unit.
  • a third light receiving unit and a fourth light receiving unit that outputs a fourth signal corresponding to the amount of light received at the second wavelength emitted from the measurement object. It is preferable to calculate the concentration of the biological component based on the four signals.
  • the biological component does not exhibit specific absorption! /
  • the biological component measuring device receives light of the third wavelength by setting a wavelength different from the second wavelength as the third wavelength.
  • a third light-emitting unit that irradiates the measurement object; and a switching unit that switches between irradiation at the first light-emitting unit and irradiation at the third light-emitting unit, and the light-receiving unit receives a third wavelength from the third light-emitting unit.
  • the 5th light receiving part that outputs the 5th signal according to the received light quantity of the 2nd wavelength light radiated, and the 3rd wavelength light emitted by the measured body strength
  • a sixth light receiving unit that outputs a sixth signal corresponding to the amount of received light, and the concentration calculating unit includes the first signal, the second signal, the fifth signal, and the sixth signal. It is preferable to calculate the concentration of the biological component based on the number.
  • the biological component measuring apparatus measures the second light emitting unit that irradiates the measurement object with light of the second wavelength, the irradiation in the first light emitting unit, and the irradiation in the second light emitting unit.
  • Switching means for switching at a time interval shorter than the thermal response of the body, and the light receiving unit emits the second wavelength light emitted by the measured physical strength when the second light emitting unit emits the second wavelength light.
  • a fourth light receiving unit that outputs a fourth signal corresponding to the amount of received light, and the calculation unit calculates a difference between the first signal and the fourth signal and a difference between the fourth signal and the second signal. It is preferable to calculate the concentration of the biological component based on the above.
  • the biological component measurement sensor uses a wavelength that exhibits specific absorption in the biological component to be measured as the first wavelength, and does not exhibit specific absorption in the biological component.
  • a light receiving unit that receives the light and outputs a signal corresponding to the amount of received light.
  • the light receiving unit includes a first light receiving unit that outputs a first signal corresponding to the amount of received light of the first wavelength, and light of the second wavelength. And a second light receiving unit that outputs a second signal corresponding to the amount of received light.
  • the biological component measurement sensor includes a second light emitting unit that irradiates the measurement object with light of the second wavelength, and a switching unit that switches between irradiation in the first light emitting unit and irradiation in the second light emitting unit.
  • the light receiving unit outputs a third signal corresponding to the amount of received light of the first wavelength emitted from the measurement target when light of the second wavelength is irradiated from the second light emitting unit.
  • it further includes a third light receiving portion and a fourth light receiving portion that outputs a fourth signal corresponding to the amount of light of the second wavelength emitted from the measurement object.
  • the biological component does not exhibit specific absorption! /
  • the biological component measurement sensor receives the light of the third wavelength with a wavelength different from the second wavelength as the third wavelength.
  • a third light-emitting unit that irradiates the measurement object; and a switching unit that switches between irradiation at the first light-emitting unit and irradiation at the third light-emitting unit.
  • the 5th light receiving part that outputs the 5th signal according to the received light quantity of the 2nd wavelength light radiated, and the 3rd wavelength light emitted by the measured body strength
  • a sixth light receiving section for outputting a sixth signal corresponding to the amount of received light.
  • the biological component measuring device and the biological component measuring sensor that are useful in the present invention detect transmission or reflected light from a light source having an absorption wavelength of a target component in transmission and scattering / reflection measurement, and at the same time, When natural radiation is emitted from the measured physical strength, the temperature change of the irradiated part is captured and corrected at the time of irradiation.
  • Biological radiation light has a peak in the mid-infrared, and the relationship between the amount of light and temperature is so accurate that it has been commercialized as an infrared thermometer for ears and foreheads.
  • the biological component measurement device and the biological component measurement sensor according to the present invention measure the natural radiation during irradiation, thereby changing the temperature of the measurement target due to irradiation, the fluctuation of the irradiation light amount, and Changes in body temperature can be accurately measured, and highly accurate correction is possible.
  • the biological component measuring device and the biological component measuring sensor according to the present invention are provided with two light sources, so that they are not reflected in natural radiated light. Changes in the measurement target itself such as scattering coefficient, moisture, and interfering substances Can also be corrected.
  • FIG. 1 is a diagram showing a specific example of a configuration of a biological component measuring apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an absorption spectrum of glucose as a specific example of a biological component.
  • FIG. 3 is a diagram showing the output at the light receiving unit when 9.6 um wavelength light is irradiated to the glucose scattering aqueous solution and the light emitted from the liquid is detected through the 9.6 um filter and 8.5 um filter, respectively. .
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the glucose concentration and the output from the light receiving unit 17.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the configuration of a biological component measurement sensor 10 in the biological component measurement device that is useful in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a biological component measurement sensor 10 in a biological component measurement apparatus according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 7A is a diagram for explaining the configuration of a biological component measurement sensor 10 in a biological component measurement device that is useful in the second embodiment.
  • FIG. 7B is a diagram for explaining a modified example of the biological component measurement sensor 10 in the biological component measurement device that is relevant to the second embodiment.
  • FIG. 7C is a diagram for explaining a modified example of the biological component measurement sensor 10 in the biological component measurement device that is relevant to the second embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining a configuration of a biological component measurement sensor 10 in a biological component measurement device according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 8B is a diagram for explaining a modified example of the biological component measurement sensor 10 in the biological component measuring apparatus according to the modified example of the second embodiment.
  • FIG. 8C is a diagram for explaining a modified example of the biological component measuring sensor 10 in the biological component measuring apparatus according to the modified example of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a first diagram showing an outline of a change in output V from the light receiving unit 17.
  • FIG. 10 is a second diagram showing an outline of changes in the output V from the light receiving unit 17.
  • the biological component measurement apparatus includes a biological component measurement sensor 10 that receives reflected light from the measurement target 30, and a sensing from the biological component measurement sensor 10. It is configured to include a control unit 23 that receives a signal via the light receiving circuit 21 and calculates the concentration of the predetermined biological component, and a concentration output unit 25 that outputs the calculated concentration of the predetermined biological component. .
  • the biological component measurement sensor 10 includes a light emitting unit 11 that emits light to the measurement target 30, and a light guide unit 13 that guides light emitted from the measurement target 30 in a target direction. And a light receiving unit 17 including a light receiving element that receives the light guided by the light guide unit 13 through the filter 15.
  • the light receiving mechanism including the filter 15 and the light receiving unit 17 may be referred to as a “light receiving unit”.
  • the light emitting unit 11 irradiates the measurement object 30 with mid-infrared light, and more preferably with light having a wavelength of 3 um to: Lim.
  • Examples of light sources include heating element light sources (IR (Infrared) light sources using ceramics, alumina, etc.) with a wide wavelength range, and various lasers of monochromatic light sources (C02 lasers, YAG lasers, quantum cascade semiconductors, etc.). .
  • IR Infrared
  • C02 lasers, YAG lasers, quantum cascade semiconductors, etc. various lasers of monochromatic light sources.
  • the light guide unit 13 is preferably a pipe or fiber whose inner surface 13A forming the light guide path is mirror-finished by vapor deposition of gold plating, gold, aluminum, or the like.
  • Examples of the light receiving element included in the light receiving unit 17 include MCT (Metal Oxide Semiconductor) Controlled Thyristor, thermopile, pyroelectric sensor, and bolometer.
  • MCT Metal Oxide Semiconductor
  • the biological component specifically absorbs light of a specific wavelength regardless of the concentration.
  • the specific absorption wavelength is known to be around 9.6um. Since the amount of absorption varies depending on the concentration, the concentration of the component can be determined by measuring the amount of light absorption.
  • the biological component measurement sensor 10 irradiates the measurement object 30 with light having an absorption wavelength specific to the biological component to be measured.
  • the biological component to be measured is glucose
  • irradiation with 9.6 um wavelength light is preferable.
  • the irradiated light is scattered and absorbed inside the measurement object, and part of it is emitted from the surface on the same side as the incident light as scattered reflected light.
  • an object having a temperature emits light having a wavelength specific to the temperature and the substance. This emission of light is called blackbody radiation.
  • blackbody radiation In the case of a living body at 37 ° C, it has a peak at about 9 um and emits light with a wavelength in the range of 3 um to 5 Oum.
  • the light receiving unit 17 receives the light.
  • the light having the same wavelength as the irradiated light includes scattered reflected light that has been absorbed by biological components and black body radiation corresponding to the temperature of the measurement target 30.
  • the absorption wavelength specific to the biological component to be measured is the first wavelength
  • the wavelength of light that is not absorbed by the biological component is the second wavelength.
  • the light of the first wavelength is irradiated from the light emitting unit 11 of the biological component measurement sensor 10 to the measurement target 30.
  • the light receiving unit 17 from the measurement object 30 before and after the irradiation, The emitted light of the first wavelength and the light of the second wavelength are received, and the control unit 23 calculates the concentration of the biological component using the change in the light amount.
  • the biological component to be measured is glucose
  • the first wavelength is 9.6 um
  • the second wavelength is 8.5 um or 10.5 um.
  • Fig. 3 shows a ceramic IR light source with a 9.6um bandpass filter as the light emitting unit 11, a glucose scattering aqueous solution as the measurement target 30, and a glucose scattering aqueous solution as the measurement target 30.
  • the light receiving unit 17 detects light emitted from the liquid through the 9.6um filter and 8.5um filter 15 respectively.
  • the output changes during. 9. Since the light of 6um wavelength is cut by the 8.5um filter, the output V includes the irradiation light signal, and only the thermal change of the measurement object 30 is reflected.
  • the output difference V between the two shows a substantially constant value during irradiation. This is because the change in output due to the heat contained in output V changes the output V.
  • the output difference V ( V -V), which is a value representing the relative relationship with 8.5 (9.6), is the thermal effect obtained from output V to output s 9.6 8.5 (9.6) 9.6 8.5 (9.6 )
  • Figure 4 shows the output V from the light receiving unit 17 at a wavelength of 9.6 um, and the outputs V and 8 at a wavelength of 9.6 um when the glucose concentration is around OgZdl, 0.5 g / dl, and lgZdl. At 5um wavelength
  • the output V) is reflected by the control unit 23 where the value variation is small.
  • correction formula is not limited to this.
  • output ratio V v / s 9.6
  • V is also valid.
  • Another correction value when the irradiation light is strong or 9.6um fill
  • the biological component measurement sensor irradiates light from the measured object 30 by irradiating light of a first wavelength specific to the biological component to be measured. Depending on the thickness of the object to be measured 30, the transmitted light is received in the same way and used for correction.
  • biological component measurement sensor 10 that is useful in the first embodiment includes first filter 15A and second filter 15B as filter 15.
  • the first filter 15A is a filter that transmits light having an absorption wavelength specific to the biological component to be measured (the first wavelength), and the second filter 15B is close to the biological component to be measured. This is a filter that transmits light that has not been absorbed and has a wavelength of the fluorescent light (the second wavelength).
  • the biological component to be measured is glucose
  • the 9.6um filter corresponds to the first filter 15A
  • the 8.5um filter corresponds to the second filter 15B.
  • One of the first filter 15A and the second filter 15B is arranged at a position where the light guided by the light guide unit 13 from the measured object 30 to the light receiving unit 17 is blocked (see Fig. 5), and is extremely short. The position is switched so that the other filter is placed in that position after time. Since it is preferable that light reception through both filters is performed a plurality of times for one irradiation, this switching is preferably performed a plurality of times.
  • the mechanism for switching the positions of the first filter 15A and the second filter 15B is not limited to a specific mechanism in the present invention, but as a specific example, the first filter 15A and the second filter 15B are provided in a disk.
  • the first filter 15A and the second filter 15B are alternately arranged at the above position by rotating the disk.
  • Another specific example is the plate The first filter 15A and the second filter 15B are provided, and the first filter 15A and the second filter 15B are moved to the above positions by moving the plates at right angles to the guide direction of the light from the measurement target 30 (up and down in FIG. 5).
  • An example is a mechanism in which the two filters 15B are alternately arranged.
  • the control unit 23 outputs a control signal to the drive unit for switching the arrangement of the first filter 15A and the second filter 15B, and controls the switching.
  • the light emitting unit 11 irradiates the light to be measured 30 with the light having the first wavelength, and the light receiving unit 17 receives the light from the material to be measured 30 having the first wavelength via the first filter 15A. Then, light from the measurement object 30 having the second wavelength is received through the second filter 15B. In this case, the light received by the light receiving unit 17 via the first filter 15A is scattered reflected light that has been absorbed by the biological component to be measured, and the light received via the second filter 15B is not received. This is black body radiation due to the heat of the measuring body 30.
  • the control unit 23 receives the light from the light emitting unit 11 through the 9.6um filter when the light having the wavelength of 9.6um is irradiated.
  • the output V from the light receiving unit 17 according to the amount of scattered reflected light and the wave from the light emitting unit 11 to 9.6um
  • the output V from the light receiving unit 17 is obtained according to the amount of the 8.5 um wavelength black body radiation received through the 8.5 um filter.
  • Glucose concentration can be obtained.
  • the configuration of the biological component measurement sensor 10 may be the configuration shown in FIG. That is, referring to FIG. 6, as a modification, the biological component measurement sensor 10 includes a first light receiving unit 17A corresponding to the first filter 15A and a second light receiving unit 17B corresponding to the second filter 15B. May be.
  • the control unit 23 obtains the output V and the output V by simultaneously receiving light in each of the light receiving units 17A and 17B, performs the above correction, and performs the correction.
  • Lucose concentration can be obtained.
  • the wavelength of the scattered reflected light is the same as the wavelength of the light emitted from the light emitting unit 11, the first light for receiving the scattered reflected light of the light emitted from the light emitting unit 11 in the light receiving unit 17 is used.
  • the filter 15A may be an opening instead of the filter. The same applies to the following embodiments. [0049] [Second Embodiment]
  • the biological component measurement sensor 10 includes a first light emitting unit 11A as a light emitting unit 11, a second light emitting unit 11B, and a first filter 15A as a filter 15.
  • a second filter 15B is included.
  • the first light emitting unit 11A emits light having an absorption wavelength specific to the biological component to be measured (the first wavelength), and the second light emitting unit 11B absorbs the biological component to be measured. Do not! Irradiate light of the wavelength of light (second wavelength above).
  • the first filter 15A is a filter that transmits light having an absorption wavelength specific to the biological component to be measured (the first wavelength), and the second filter 15B is close to the biological component to be measured. This is a filter that transmits light of the wavelength of the unabsorbed fluorescent light (the second wavelength).
  • the biological component to be measured is glucose
  • the first wavelength corresponds to 9.6 um
  • the second wavelength corresponds to 8.5 um
  • the first filter 15A has a 9.6 um filter
  • the second wavelength Filter 15B is an 8.5um filter.
  • the irradiation of the first wavelength light from the first light emitting unit 11A and the irradiation of the second wavelength light from the second light emitting unit 11B are switched by the mirror 12, and one of them is applied to the measurement object 30. It is done.
  • the drive of the mirror 12 is controlled by the control unit 23.
  • one of the first filter 15A and the second filter 15B is light guided by the light guide unit 13 from the measurement target 30 to the light receiving unit 17. The position is switched so that the other filter is placed in that position after a very short time (see Figure 7A).
  • the specific mechanism can be the same as the mechanism according to the first embodiment.
  • the control unit 23 receives light through the 9.6um filter when irradiated with light having a wavelength of 9.6um from the first light emitting unit 11A. Output V from light receiving unit 17 according to the amount of scattered reflected light of 6um wavelength, and 8.5um filter
  • the output V from the light receiving unit 17 corresponding to the amount of light is obtained.
  • the control unit 23 outputs these
  • a glucose concentration that eliminates the change in state can be obtained.
  • the configuration for switching the wavelength of the light emitted from the light emitting unit 11 to the measurement target 30 is not limited to the above configuration as shown in FIG. 7A, and any other configuration may be used. Good.
  • the light emitting unit 11 switches the filters 14A and 14B as a configuration in which light is irradiated through the filter 14A that transmits the first wavelength or the filter 14B that transmits the second wavelength.
  • the wavelength of the light emitted from the light emitting unit 11 may be switched between the first wavelength and the second wavelength, and the first light emitting unit 11A and the second light emitting unit 11B are both connected as shown in FIG. 7C.
  • the wavelength of the emitted light can be switched by electrically switching the irradiation of the first light-emitting part 11A and the irradiation from the second light-emitting part 11B, it is arranged at the position where the measurement object 30 is irradiated with light. Good.
  • biological component measurement sensor 10 that is useful in the modification further includes first filter 15 A, second filter 15 B, and third filter 15 C as filter 15.
  • the first filter 15A is a filter that transmits light having an absorption wavelength specific to the biological component to be measured (the first wavelength)
  • the second filter 15B is a wavelength of light that is not absorbed by the biological component to be measured.
  • the third filter 15 C absorbs light that is not absorbed by the biological component to be measured but is specially absorbed by other components (interfering components). It is a filter that transmits light of the wavelength (third wavelength).
  • the biological component to be measured is glucose, 9.6 um for the first wavelength, 8.5 um for the second wavelength, and albumin as the disturbing component for the third wavelength 7.
  • the first filter 15A is a 9.6um filter
  • the second filter 15B is an 8.5um filter
  • the third filter 15C is a 7.lum filter.
  • one of the first filter 15A and the second filter 15B, or the second filter 15B and the third filter 15C is received from the measured object 30 and the light receiving unit.
  • the position is switched so that the light guided to the light guide 13 to 17 is blocked (see FIG. 8A), and the other filter is positioned at that position after a very short time.
  • the specific mechanism can be the same as the mechanism according to the first embodiment.
  • the control unit 23 receives light through the 9.6um filter when irradiated with light having a wavelength of 9.6um from the first light emitting unit 11A. Output V from light receiving unit 17 according to the amount of scattered reflected light of 6um wavelength, and 8.5um filter
  • the output V from the light receiving unit 17 according to the amount of scattered and reflected light of lum wavelength received by the filter, and the black body radiation of 8.5 um wavelength received by the 8.5 um filter.
  • the output V from the light receiving unit 17 corresponding to the amount of light is obtained.
  • the control unit 23 outputs these
  • the configuration for switching the wavelength of the light emitted from the light emitting unit 11 to the measurement object 30 can be configured as shown in Figs. 8B and 8C.
  • the configuration of the biological component measuring sensor 10 of the biological component measuring device that is useful in the third embodiment is as follows. This is the same as the configuration of the biological component measurement sensor 10 that works on the second embodiment shown in FIG. 7A.
  • the control unit 23 performs irradiation of the first wavelength light of the first light emitting unit 11A force and irradiation of the second wavelength light from the second light emitting unit 11B. Control to switch to high speed.
  • the timing for switching between the first wavelength and the second wavelength is preferably shorter than the thermal response of the living body, which is the measurement object 30, and the timing.
  • the light emitting unit 11 switches the light of the wavelength of 9.6 um and the light of the wavelength of 8.5 um at high speed and alternately irradiates the measurement object 30 .
  • the control unit 23 scatters and reflects the 9.6 um wavelength received when the 9.6 um wavelength light is emitted from the first light emitting unit 11A through the first filter 15A, which is a 9.6 um filter.
  • the output V from the light receiving unit 17 according to the amount of light and the light of the wavelength of 8.5um from the second light emitting unit 11B are irradiated.
  • the output V from the light receiving unit 17 is obtained according to the amount of scattered reflected light having a wavelength of 8.5 ⁇ m.
  • the light was received when light having a wavelength of 8.5 um was irradiated from the second light emitting unit 11B through the second filter 15B, which was a filter that passed 8.5 um but did not pass 9.6 um.
  • the output V from the light receiving unit 17 is obtained according to the amount of the 8.5 um wavelength black body radiation received when the um wavelength light is irradiated.
  • output 1 represents output V 1 and output V at a certain glucose concentration.
  • Output 2 represents output V and output V when the glucose concentration is different.
  • the horizontal axis in Fig. 9 is the hour
  • the change in glucose concentration appears as a change in the amplitude of the AC component.
  • the change in amplitude of the AC component is detected with high accuracy by using well-known minute signal detection techniques such as using a lock-in amplifier.
  • FIG. 10 shows the output V when the light of 9.6 um is irradiated from the first light emitting unit 11A to the measured object 30, and the second light emitting unit 11B force to the measured object 30. . 5um wavelength light It represents the output V when irradiated. As shown in Figure 10, the output V is 8.5um
  • this output V and output V are equal to the difference between output V and output V.
  • Vs f (V ⁇ V, V, V).

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Abstract

　生体成分計測装置は、発光部（１１）より計測対象の成分に特異的な第１波長の光を被計測体（３０）に対して照射し、受光部（１７）において、フィルタ（１５Ａ，１５Ｂ）を介して、被計測体（３０）からの反射光である第１波長の光と、被計測体（３０）からの黒体放射である上記成分において吸収されない第２波長の光とを受光し、その光量を用いて上記成分の濃度を算出する。

Description

明 細 書
精度よく生体成分を非侵襲に計測できる生体成分計測装置
技術分野
[0001] この発明は生体成分計測装置および生体成分計測センサに関し、特に、生体から の光を受光することによって生体成分を非侵襲に計測する生体成分計測装置および 生体成分計測センサに関する。
背景技術
[0002] 被験者の血液や体液等に代表される生体組織中に含まれる特定の成分の濃度を 計測することがなされている。計測対象となる上記特定の成分の代表的なものとして は、グルコース、ヘモグロビン、ォキシヘモグロビン、トリラウリン、コレステロール、ァ ルブミン、および尿酸等が挙げられる。特に血糖計測に関しては、糖尿病患者の自 己管理ツールとしてその重要性が増し、高頻度な計測が患者の QOL (Quality of life ：生活の質)の向上につながり、ひいては心疾患や合併症の予防につながるとされて いる。
[0003] 生体成分計測装置としては、皮下浸出液等の生体組織を採取してその中に含まれ る特定成分の濃度を計測する侵襲的方法を採用した装置 (semi-invasiveタイプのデ ノイス）があるが、この計測方法は被験者の負担が大きい。そこで、非侵襲的方法 (n on-invasive)を採用し、生体で反射した反射光または生体を透過した透過光を受光 してその光特性力も特定成分の濃度を算出する、光学を利用した非侵襲式の装置が 提案されて 、る。たとえばこのような計測装置を用いて血中グルコース濃度を計測す る場合、計測部位 (たとえば鼓膜)から放射される放射光に含まれる近赤外線帯域ま たは中赤外線帯域のスペクトルを解析することにより、血中グルコース濃度が計測さ れる。
[0004] 光学を利用した非侵襲式の生体成分計測装置においては、被写体の温度は非常 に重要なパラメータとなる。従来の一般的な非侵襲式の生体成分計測装置では、照 射部近傍または別の場所に熱電対などの温度計測素子を置いて温度を計測するこ とがなされている。しかしながら、光学を利用した非侵襲式の生体成分計測方法では 照射された光のエネルギーによって照射された部分の温度はわずかでも変化してい るはずであるが、上述の温度計測方法では、その温度変化を正確に捕らえることが できな 、と!/、う問題があった。
[0005] そこで、特開平 10— 258036号公報（以下、特許文献 1)に開示されている血糖計 では、近赤外光を照射し、その光の吸収変化力 温度を算出することで照射部の温 度を計測可能としている。
[0006] 特表平 5— 507866号公報（以下、特許文献 2)に開示されている装置では、血中 の特定物質の計測に照射時の熱を利用している。この方法は、光パルスを当てたと き計測物で熱による膨張収縮が発生し、これにより発生する音 (圧力変化)を圧力素 子で受ける、光音響分光法として知られた方法である。この方法を採用した特許文献 2の装置には受光素子はなぐ光吸収の誤差を熱をパラメータとして補正するという 計測は行なわれていない。
特許文献 1：特開平 10— 258036号公報
特許文献 2：特表平 5 - 507866号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] し力しながら、特許文献 1の血糖計で算出された温度には、計測対象である光の吸 収の変化の影響も含まれるため、精度よく温度を算出することが難しぐ精度のよい 計測結果が得られな 、場合があると 、う問題がある。
[0008] また、特許文献 2の装置は上述のように光吸収の誤差を熱をパラメータとして補正 する計測方法は採用されていないため、計測結果に熱の影響が含まれ、精度のよい 計測結果が得られな 、場合があると 、う問題がある。
[0009] 本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、照射による被計測体の温 度変化や、照射光量の変動や、体温変化を精度よく計測することで、精度よく生体成 分を計測することのできる生体成分計測装置および生体成分計測センサを提供する ことを目的とする。
課題を解決するための手段
[0010] 上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、生体成分計測装置は、 計測対象の生体成分において特異的な吸収を示す波長を第 1波長とし、上記生体 成分において特異的な吸収を示さない波長を第 2波長として、第 1波長の光を被計 測体に対して照射する第 1発光部と、第 1発光部より第 1波長の光が照射されたとき に被計測体力 放射された光を受光して受光量に応じた信号を出力する受光部と、 上記信号に基づいて上記生体成分の濃度を算出する濃度算出部とを備え、受光部 は、第 1波長の光の受光量に応じた第 1信号を出力する第 1受光部と、第 2波長の光 の受光量に応じた第 2信号を出力する第 2受光部とを含み、濃度算出部は、第 1信号 および第 2信号に基づいて上記生体成分の濃度を算出する。
[0011] より具体的には、上記第 1波長および第 2波長の光は、中赤外光であることが好まし い。
[0012] また、濃度算出部は、第 1波長の光が照射される前後の第 1信号および第 2信号に 基づ 、て上記生体成分の濃度を算出することが好ま U、。
[0013] また、第 2受光部は、第 2波長を透過するフィルタを含んで、被計測体から放射され る光のうちフィルタを透過した第 2波長の光を受光することが好ましい。
[0014] また、生体成分計測装置は、第 2波長の光を被計測体に対して照射する第 2発光 部と、第 1発光部における照射と第 2発光部における照射とを切替える切替手段とを さらに備え、受光部は、第 2発光部より第 2波長の光が照射されたときに、被計測体か ら放射された第 1波長の光の受光量に応じた第 3信号を出力する第 3受光部と、被計 測体から放射された第 2波長の光の受光量に応じた第 4信号を出力する第 4受光部 とをさらに含み、濃度算出部は、第 1信号〜第 4信号に基づいて上記生体成分の濃 度を算出することが好ましい。
[0015] または、生体成分にお!、て特異的な吸収を示さな!/、、上記第 2波長とは異なる波長 を第 3波長として、生体成分計測装置は、第 3波長の光を被計測体に対して照射す る第 3発光部と、第 1発光部における照射と第 3発光部における照射とを切替える切 替手段とをさらに備え、受光部は、第 3発光部より第 3波長の光が照射されたときに、 被計測体力 放射された第 2波長の光の受光量に応じた第 5信号を出力する第 5受 光部と、被計測体力 放射された第 3波長の光の受光量に応じた第 6信号を出力す る第 6受光部とをさらに含み、濃度算出部は、第 1信号，第 2信号，第 5信号，第 6信 号に基づ 、て上記生体成分の濃度を算出することが好ま 、。
[0016] または、生体成分計測装置は、第 2波長の光を被計測体に対して照射する第 2発 光部と、第 1発光部における照射と第 2発光部における照射とを、被計測体の熱応答 よりも短い時間間隔で切替える切替手段とをさらに備え、受光部は、第 2発光部より 第 2波長の光が照射されたときに、被計測体力 放射された第 2波長の光の受光量 に応じた第 4信号を出力する第 4受光部とをさらに含み、算出部は、第 1信号と第 4信 号との差と、第 4信号と第 2信号との差とに基づいて上記生体成分の濃度を算出する ことが好ましい。
[0017] 本発明の他の局面に従うと、生体成分計測センサは、計測対象の生体成分におい て特異的な吸収を示す波長を第 1波長とし、上記生体成分において特異的な吸収を 示さない波長を第 2波長として、第 1波長の光を被計測体に対して照射する第 1発光 部と、第 1発光部より第 1波長の光が照射されたときに被計測体力 放射された光を 受光して受光量に応じた信号を出力する受光部とを備え、受光部は、第 1波長の光 の受光量に応じた第 1信号を出力する第 1受光部と、第 2波長の光の受光量に応じ た第 2信号を出力する第 2受光部とを含む。
[0018] また、生体成分計測センサは、第 2波長の光を被計測体に対して照射する第 2発光 部と、第 1発光部における照射と第 2発光部における照射とを切替える切替手段とを さらに備え、受光部は、第 2発光部より第 2波長の光が照射されたときに、被計測体か ら放射された第 1波長の光の受光量に応じた第 3信号を出力する第 3受光部と、被計 測体から放射された第 2波長の光の受光量に応じた第 4信号を出力する第 4受光部 とをさらに含むことが好まし 、。
[0019] または、生体成分にお!、て特異的な吸収を示さな!/、、上記第 2波長とは異なる波長 を第 3波長として、生体成分計測センサは、第 3波長の光を被計測体に対して照射す る第 3発光部と、第 1発光部における照射と第 3発光部における照射とを切替える切 替手段とをさらに備え、受光部は、第 3発光部より第 3波長の光が照射されたときに、 被計測体力 放射された第 2波長の光の受光量に応じた第 5信号を出力する第 5受 光部と、被計測体力 放射された第 3波長の光の受光量に応じた第 6信号を出力す る第 6受光部とをさらに含むことが好ましい。 発明の効果
[0020] 本発明に力かる生体成分計測装置および生体成分計測センサは、透過や、散乱 反射計測において、対象成分の吸収波長を持つ光源からの光の透過または反射光 を検出するとともに、同時にそのとき被計測体力ゝら放射される自然放射光を利用して 、照射時、照射部位の温度変化を捕らえて、補正を行なう。生体の放射光は中赤外 にピークを持ち、その光量と温度との関係は耳や額の赤外線体温計として製品化さ れて 、るように高精度である。
[0021] このように、本発明にかかる生体成分計測装置および生体成分計測センサは、照 射中の自然放射光を計測することで、照射による被計測体の温度変化、照射光量の 変動、および体温変化を正確に計測でき、高精度な補正が可能となる。
[0022] また、本発明に力かる生体成分計測装置および生体成分計測センサは 2光源を備 えることで自然放射光には反映されな ヽ散乱係数や水分、妨害物質など被計測体 自身の変化も補正可能となる。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1]実施の形態にかかる生体成分計測装置の構成の具体例を示す図である。
[図 2]生体成分の具体例として、グルコースの吸収スペクトルを表わす図である。
[図 3]グルコース散乱水溶液に 9. 6umの波長光を照射し、液から放射される光を 9. 6umフィルタおよび 8. 5umフィルタを通して各々検出したときの受光部での出力を 表わす図である。
[図 4]グルコース濃度と受光部 17からの出力との関係を表わす図である。
[図 5]第 1の実施の形態に力かる生体成分計測装置での生体成分計測センサ 10の 構成を説明する図である。
[図 6]第 1の実施の形態の変形例にかかる生体成分計測装置での生体成分計測セン サ 10の構成を説明する図である。
[図 7A]第 2の実施の形態に力かる生体成分計測装置での生体成分計測センサ 10の 構成を説明する図である。
[図 7B]第 2の実施の形態に力かる生体成分計測装置での生体成分計測センサ 10の 変形例を説明する図である。 [図 7C]第 2の実施の形態に力かる生体成分計測装置での生体成分計測センサ 10の 変形例を説明する図である。
[図 8A]第 2の実施の形態の変形例にかかる生体成分計測装置での生体成分計測セ ンサ 10の構成を説明する図である。
[図 8B]第 2の実施の形態の変形例にかかる生体成分計測装置での生体成分計測セ ンサ 10の変形例を説明する図である。
[図 8C]第 2の実施の形態の変形例にかかる生体成分計測装置での生体成分計測セ ンサ 10の変形例を説明する図である。
[図 9]受光部 17からの出力 Vの変化の概略を示す第 1の図である。
[図 10]受光部 17からの出力 Vの変化の概略を示す第 2の図である。
符号の説明
[0024] 30 被計測体、 10 生体成分計測センサ、 11, 11A, 11B 発光部、 12 ミラー、 13 導光部、 13A 導光部の内面、 14A, 14B, 15, 15A, 15B, 15C フィルタ、 1 7 受光部、 21 受光回路、 23 制御部、 25 濃度出力部。
発明を実施するための最良の形態
[0025] 以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明 では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称およ び機能も同じである。
[0026] 図 1を参照して、本実施の形態に力かる生体成分計測装置は、被計測体 30からの 反射光を受光する生体成分計測センサ 10と、生体成分計測センサ 10からのセンシ ング信号を受光回路 21を介して受信して、所定の生体成分の濃度を算出する制御 部 23と、算出された所定の生体成分の濃度を出力する濃度出力部 25とを含んで構 成される。
[0027] さらに、生体成分計測センサ 10には、被計測体 30に対して光を照射する発光部 1 1と、被計測体 30から放射される光を目的の方向へ導く導光部 13と、導光部 13で導 かれた光をフィルタ 15を介して受光する受光素子を含む受光部 17とが含まれる。な お、本発明においては、フィルタ 15と受光部 17とを含んだ受光機構を「受光部」と称 することも可會である。 [0028] 発光部 11は被計測体 30に対して中赤外光線を照射し、より好ましくは 3um〜： L iu mの波長の光線を照射する。発光源には、広い波長範囲を持つ発熱体光源 (セラミ ック、アルミナなどを用いた IR (Infrared)光源）や単色光源の各種レーザ（C02レー ザ、 YAGレーザ、量子カスケード半導体など）がある。
[0029] 導光部 13は、導光路を形成する内面 13Aが金メッキや金、アルミニウム等の蒸着 で鏡面仕上げされたパイプや、ファイバなどが好適である。
[0030] 受光部 17に含まれる受光素子としては、 MCT(MOS(Metal Oxide Semiconductor) Controlled Thyristor)、サーモパイル、焦電センサ、およびボロメータなどが挙げられ る。
[0031] 図 2に示されるように、生体成分は濃度に関わらず特定の波長の光を特異的に吸 収する。グルコースの場合、特異的な吸収波長は 9. 6um近傍であることが知られて いる。また、濃度によってその吸収量が異なるため、光の吸収量を計測することで、そ の成分の濃度を知ることができる。
[0032] 生体成分計測センサ 10では、計測対象とする生体成分に特異的な吸収波長の光 を被計測体 30に照射する。計測対象の生体成分がグルコースの場合、 9. 6umの波 長光を照射することが好ましい。照射された光は計測体内部で散乱、吸収され、その 一部は散乱反射光として入射と同じ側の面カゝら放射される。
[0033] 一方、温度を持つ物体はその温度、物質に固有の波長の光を放出する。この光の 放出は黒体放射と言われる。 37°Cの生体の場合、約 9umにピークをもち、 3um〜5 Oumの範囲の波長の光を放出する。
[0034] このため、生体成分計測センサ 10の発光部 11から被計測体 30に対して生体成分 に特異的な吸収波長の光が照射された場合、受光部 17で受光される発光部 11から 照射された光と同じ波長の光には、生体成分による吸収を受けた散乱反射光と、被 計測体 30の温度に対応した黒体放射光とが含まれる。
[0035] 本実施の形態に力かる生体成分計測装置においては、上記計測対象とする生体 成分に特異的な吸収波長を第 1波長とし、上記生体成分において吸収されない光の 波長を第 2波長とするとき、生体成分計測センサ 10の発光部 11より被計測体 30に対 して上記第 1波長の光を照射する。受光部 17で、上記照射前後に被計測体 30から 放射される第 1波長の光と第 2波長の光とを受光し、制御部 23でその光量の変化を 用いて上記生体成分の濃度を算出する。計測対象の生体成分がグルコースの場合 、上記第 1波長は 9. 6um、第 2波長は 8. 5umや 10. 5umが該当する。
[0036] 図 3は、 9. 6umのバンドパスフィルタを付けたセラミック IR光源を発光部 11とし、グ ルコース散乱水溶液を被計測体 30として、被計測体 30であるグルコース散乱水溶 液〖こ 9. 6umの波長光を照射し、受光部 17で、液から放射される光を 9. 6umフィル タおよび 8. 5umフィルタであるフィルタ 15を通して各々検出したときの、 9. 6umの 波長での受光部 17からの出力 V と、 8. 5umの波長での出力 V と、制御部 23
9.6 8.5(9.6)
で算出されるこれらの出力差 V (=V -V )とを表わす図である。
s 9.6 8.5(9.6)
[0037] 図 3を参照して、発光部 11において 9. 6umの波長光の照射を開始すると（図 3中「 照射 ON」）、 9. 6umの波長での出力 V は急速に立ち上がり、その後も、照射中は
9.6
出力が変化する。 8. 5umの波長での出力 V は急速な立ち上がりはないが、照射
8.5
中は出力が変化する。 9. 6umの波長の光は 8. 5umフィルタでカットされるので、出 力 V には照射光の信号を含んで 、な 、被計測体 30の熱変化のみが反映される
8.5(9.6)
。このとき、出力 V と出力 V との相対的な関係を表わす値として、たとえば、両
9.6 8.5(9.6)
者の出力差 Vを採用すると、図 3に示されるように、両者の出力差 Vは、照射中ほぼ 一定の値を示す。これは、出力 V に含まれている熱による出力変化が出力 V の変
9.6 8.5 化で補正されたためであり、出力 V
9.6と出力 V
8.5(9.6)との相対的な関係を表わす値であ る両者の出力差 V (=V -V )は、出力 V から出力 V より得られる熱の影 s 9.6 8.5(9.6) 9.6 8.5(9.6)
響を排するように補正された値であると言える。
[0038] 図 4は、グルコース濃度が OgZdl, 0. 5g/dl, lgZdl近傍での、 9. 6umの波長で の受光部 17からの出力 V 、および 9. 6umの波長での出力 V と 8. 5umの波長で
9.6 9.6
の出力 V との出力差 V (=V -V )を表わす図である。
8.5(9.6) s 9.6 8.5(9.6)
[0039] 図 4に示されるように、出力 V は値がばらつき、濃度と出力との関係が把握され難
9.6
い。一方、出力差 V (つまり出力 V より得られる熱の影響を排するように補正され s 8.5(9.6)
た出力 V )は、値のばらつきが小さぐ制御部 23において、グルコース濃度と反射
9.6
光の出力との間の比例関係を得ることができる。
[0040] なお、上記具体例では出力 V から出力 V より得られる熱の影響を排するように 補正された値として出力差 V (=V -V )が採用されたが、出力 V の補正は上 s 9.6 8.5(9.6) 9.6
記補正式によるものに限定されない。たとえば他の補正値として、出力比 V =v / s 9.6
V も有効である。さらに他の補正値として、照射の光が強い場合や 9. 6umフィル
8.5(9.6)
タおよび 8. 5umフィルタのフィルタ特性（半値幅など）が異なる場合には出力 V
8.5(9.6) に係数 Aを付け V =V -A-V とするなどが挙げられる。以降の説明において、 s 9.6 8.5(9.6)
出力 V から出力 V より得られる熱の影響を排した補正値は、一般式として、 v =f (
9.6 8.5 s
V , V )と表わされる。
9.6 8.5(9.6)
[0041] また、以降の説明にお 、て、生体成分計測センサでは計測対象とする生体成分に 特異的な第 1波長の光を照射して被計測体 30から放射を受光するものとして説明す る力 被計測体 30の厚みによっては、同様にして、透過光を受光して補正に用いて ちょい。
[0042] [第 1の実施の形態]
図 5を参照して、第 1の実施の形態に力かる生体成分計測センサ 10には、フィルタ 15として第 1フィルタ 15Aと第 2フィルタ 15Bとが含まれる。
[0043] 第 1フィルタ 15Aは計測対象である生体成分に特異的な吸収波長（上記第 1波長） の光を透過するフィルタであり、第 2フィルタ 15Bは計測対象である生体成分にぉ ヽ て吸収されな ヽ光の波長（上記第 2波長）の光を透過するフィルタである。計測対象 である生体成分がグルコースである場合、第 1フィルタ 15Aには 9. 6umフィルタ、第 2フィルタ 15Bには 8. 5umフィルタが該当する。
[0044] 第 1フィルタ 15Aおよび第 2フィルタ 15Bはいずれか一方が被計測体 30から受光 部 17へ導光部 13でガイドされてきた光を遮る位置に配置され（図 5参照）、きわめて 短い時間の後に他方のフィルタがその位置に配置されるように、位置が切替えられる 。一度の照射に対して、双方のフィルタを介した受光は複数回行なわれることが好ま しいため、この切替えは複数回行なわれることが好ましい。第 1フィルタ 15Aおよび第 2フィルタ 15Bの位置を切替えるための機構は本発明において特定の機構に限定さ れないが、一具体例として、円盤に第 1フィルタ 15Aおよび第 2フィルタ 15Bが備えら れて、その円盤を回転させることで上記位置に第 1フィルタ 15Aおよび第 2フィルタ 1 5Bが交互に配置されるような機構が挙げられる。また、他の具体例として、プレートに 第 1フィルタ 15Aおよび第 2フィルタ 15Bが備えられて、そのプレートを被計測体 30 からの光のガイド方向に直角に移動（図 5では上下）させることで上記位置に第 1フィ ルタ 15Aおよび第 2フィルタ 15Bが交互に配置されるような機構が挙げられる。このよ うな機構の場合、制御部 23は第 1フィルタ 15Aおよび第 2フィルタ 15Bの配置を切替 えるための駆動部に対して制御信号を出力し、その切替えを制御する。
[0045] 発光部 11は上記第 1波長の光を被計測体 30に対して照射し、受光部 17は第 1フィ ルタ 15Aを介して第 1波長の被計測体 30からの光を受光し、第 2フィルタ 15Bを介し て第 2波長の被計測体 30からの光を受光する。この場合、第 1フィルタ 15Aを介して 受光部 17で受光される光は、計測対象の生体成分による吸収を受けた散乱反射光 であり、第 2フィルタ 15Bを介して受光される光は、被計測体 30の熱による黒体放射 光である。
[0046] 計測対象の生体成分がグルコースの場合、制御部 23は、発光部 11から 9. 6umの 波長の光が照射されたときに 9. 6umフィルタを介して受光された 9. 6umの波長の 散乱反射光の光量に応じた受光部 17からの出力 V と、発光部 11から 9. 6umの波
9.6
長の光が照射されたときに 8. 5umフィルタを介して受光された 8. 5umの波長の黒 体放射光の光量に応じた受光部 17からの出力 V とを得る。制御部 23では、これ
8.5(9.6)
らの出力を用いて出力 V に対して上記補正を行ない、被計測体 30の熱の影響を排
9.6
したグルコース濃度を得ることができる。
[0047] 第 1の実施の形態の変形例として、生体成分計測センサ 10の構成を図 6に示され る構成とすることもできる。すなわち、図 6を参照して、変形例として、生体成分計測セ ンサ 10には、第 1フィルタ 15Aに対応した第 1受光部 17A、および第 2フィルタ 15B に対応した第 2受光部 17Bが含まれてもよい。制御部 23は、各受光部 17A, 17Bに おいて同時に受光することによる出力 V 、出力 V を得、上記補正を行なってグ
9.6 8.5(9.6)
ルコース濃度を得ることができる。
[0048] なお、散乱反射光の波長は発光部 11から照射される光の波長と同じであるため、 受光部 17において発光部 11から照射された光の散乱反射光を受光するための第 1 フィルタ 15Aはフィルタに換えて開口であってもよい。以降の実施の形態においても 同様である。 [0049] [第 2の実施の形態]
図 7Aを参照して、第 2の実施の形態に力かる生体成分計測センサ 10には、発光 部 11として第 1発光部 11A,第 2発光部 11B、およびフィルタ 15として第 1フィルタ 1 5A,第 2フィルタ 15Bが含まれる。
[0050] 第 1発光部 11Aは計測対象である生体成分に特異的な吸収波長 (上記第 1波長） の光を照射し、第 2発光部 11Bは計測対象である生体成分にぉ 、て吸収されな!、光 の波長 (上記第 2波長)の光を照射する。
[0051] 第 1フィルタ 15Aは計測対象である生体成分に特異的な吸収波長（上記第 1波長） の光を透過するフィルタであり、第 2フィルタ 15Bは計測対象である生体成分にぉ ヽ て吸収されな ヽ光の波長（上記第 2波長）の光を透過するフィルタである。
[0052] 計測対象である生体成分がグルコースである場合、第 1波長には 9. 6um、第 2波 長には 8. 5umが該当し、第 1フィルタ 15Aには 9. 6umフィルタ、第 2フィルタ 15Bに は 8. 5umフィルタが該当する。
[0053] 第 1発光部 11Aからの第 1波長の光の照射と第 2発光部 11Bからの第 2波長の光 の照射とはミラー 12によって切替えられ、いずれか一方が被計測体 30に対してなさ れる。ミラー 12の駆動は制御部 23によって制御される。第 1の実施の形態にかかる 生体成分計測センサ 10と同様に、第 1フィルタ 15Aおよび第 2フィルタ 15Bはいずれ か一方が被計測体 30から受光部 17へ導光部 13でガイドされてきた光を遮る位置に 配置され（図 7A参照）、きわめて短い時間の後に他方のフィルタがその位置に配置 されるように、位置が切替えられる。その具体的な機構は第 1の実施の形態にかかる 機構と同様のものを用いることができる。
[0054] 計測対象の生体成分がグルコースの場合、制御部 23は、第 1発光部 11Aから 9. 6 umの波長の光が照射されたときに 9. 6umフィルタを介して受光された 9. 6umの波 長の散乱反射光の光量に応じた受光部 17からの出力 V 、および 8. 5umフィルタを
9.6
介して受光された 8. 5umの波長の黒体放射光の光量に応じた受光部 17からの出 力 V とを、第 2発光部 11B力 8. 5umの波長の光が照射されたときに 8. 5umフ
8.5(9.6)
ィルタを介して受光された 8. 5umの波長の黒体放射光の光量に応じた受光部 17か らの出力 V 、および 9. 6umフィルタを介して受光された 9. 6umの波長の黒体放射 光の光量に応じた受光部 17からの出力 V とを得る。制御部 23では、これらの出
9.6(8.5)
力を用いて出力 V に対して上記補正を行なう。この場合、非吸収波長の光照射によ
9.6
る出力 V により、被計測体 30の熱の影響だけでなぐ熱としてはとらえられない散乱
8.5
状態の変化を排したグルコース濃度を得ることができる。
[0055] また、第 2の実施の形態にかかる、出力 V に対する補正の具体例として、以下の
9.6
補正式も挙げられる。
[0056] a X { (V -b XV ) / (V —c XV ) }
9.6 8.5(9.6) 8.5 9.6(8.5)
ここで a, b, cは係数である。
[0057] なお、発光部 11から被計測体 30に照射される光の波長を切替えるための構成は、 図 7Aに示されたような上記構成に限定されず、その他のいかなる構成であってもよ い。たとえば、図 7Bに示されるように、発光部 11は、第 1波長を透過させるフィルタ 1 4Aまたは第 2波長を透過させるフィルタ 14Bを介して光を照射する構成としてフィル タ 14A, 14Bを切替えることで発光部 11から照射される光の波長を第 1波長と第 2波 長とに切替えてもよいし、上記第 1発光部 11Aと第 2発光部 11Bとを図 7Cに示される ように共に被計測体 30に光を照射する位置に配置して、第 1発光部 11A力もの照射 と第 2発光部 11Bからの照射とを電気的に切替えることで照射される光の波長を切替 えてもよい。
[0058] また、図 8Aを参照して、変形例に力かる生体成分計測センサ 10には、さらに、フィ ルタ 15として第 1フィルタ 15 A,第 2フィルタ 15B,第 3フィルタ 15Cが含まれる。第 1 フィルタ 15Aは計測対象である生体成分に特異的な吸収波長（上記第 1波長）の光 を透過するフィルタであり、第 2フィルタ 15Bは計測対象である生体成分において吸 収されない光の波長（上記第 2波長）の光を透過するフィルタであり、第 3フィルタ 15 Cは計測対象である生体成分にぉ 、ては吸収されな 、が他の成分 (妨害成分）に特 異的な吸収波長（第 3波長）の光を透過するフィルタである。
[0059] 計測対象である生体成分がグルコースである場合、第 1波長には 9. 6um、第 2波 長には 8. 5um、および第 3波長には妨害成分をアルブミンとした場合 7. lumが該 当し、第 1フィルタ 15Aには 9. 6umフィルタ、第 2フィルタ 15Bには 8. 5umフィルタ、 第 3フィルタ 15Cには 7. lumフィルタが該当する。 [0060] 第 1発光部 11Aから被計測体 30に対して第 1波長の光が照射されているときは、被 計測体 30からの光は第 1フィルタ 15Aまたは第 2フィルタ 15Bを介して受光部 17で 受光され、第 2発光部 11Bから被計測体 30に対して第 3波長の光が照射されている ときは、第 2フィルタ 15Bまたは第 3フィルタ 15Cを介して受光部 17で受光される。第 1の実施の形態に力かる生体成分計測センサ 10と同様に、第 1フィルタ 15Aおよび 第 2フィルタ 15B、または第 2フィルタ 15Bおよび第 3フィルタ 15Cはいずれか一方が 被計測体 30から受光部 17へ導光部 13でガイドされてきた光を遮る位置に配置され（ 図 8A参照）、きわめて短い時間の後に他方のフィルタがその位置に配置されるように 、位置が切替えられる。その具体的な機構は第 1の実施の形態にかかる機構と同様 のものを用いることができる。
[0061] 計測対象の生体成分がグルコースの場合、制御部 23は、第 1発光部 11Aから 9. 6 umの波長の光が照射されたときに 9. 6umフィルタを介して受光された 9. 6umの波 長の散乱反射光の光量に応じた受光部 17からの出力 V 、および 8. 5umフィルタを
9.6
介して受光された 8. 5umの波長の黒体放射光の光量に応じた受光部 17からの出 力 V とを、第 2発光部 11Bから 7. lumの波長の光が照射されたときに 7. lumフ
8.5(9.6)
ィルタを介して受光された 7. lumの波長の散乱反射光の光量に応じた受光部 17か らの出力 V 、および 8. 5umフィルタを介して受光された 8. 5umの波長の黒体放射
7.1
光の光量に応じた受光部 17からの出力 V とを得る。制御部 23では、これらの出
8.5(7.1)
力を用いて出力 V に対して上記補正を行ない、被計測体 30の熱およびアルブミン
9.6
変化の影響を排したグルコース濃度を得ることができる。
[0062] また、第 2の実施の形態の変形例にかかる、出力 V に対する補正の具体例として
9.6
、以下の補正式も挙げられる。
[0063] a X { (V -b XV ) / (V —c XV ) }
9.6 8.5(9.6) 7.1 9.6(7.1)
ここで a, b, cは係数である。
[0064] なお、変形例においても、発光部 11から被計測体 30に照射される光の波長を切替 えるための構成は図 8B,図 8Cに示されるような構成とすることができる。
[0065] [第 3の実施の形態]
第 3の実施の形態に力かる生体成分計測装置の生体成分計測センサ 10の構成は 図 7Aに示された第 2の実施の形態に力かる生体成分計測センサ 10の構成と同様で ある。本実施の形態に力かる生体成分計測センサ 10では、制御部 23が第 1発光部 1 1A力 の第 1波長の光の照射と第 2発光部 11Bからの第 2波長の光の照射とを高速 に切替えるように制御する。第 1波長と第 2波長とを切替えるタイミングは、被計測体 3 0である生体の熱応答より短 、タイミングであることが好まし 、。
[0066] 計測対象である生体成分がグルコースである場合、発光部 11は、 9. 6umの波長 の光と 8. 5umの波長の光とを高速に切替えて交互に被計測体 30に照射する。制御 部 23は、 9. 6umフィルタである第 1フィルタ 15Aを介して、第 1発光部 11Aから 9. 6 umの波長の光が照射されたときに受光された 9. 6umの波長の散乱反射光の光量 に応じた受光部 17からの出力 V と、第 2発光部 11Bから 8. 5umの波長の光が照射
9.6
されたときに受光された 8. 5umの波長の散乱反射光の光量に応じた受光部 17から の出力 V とを得る。
8.5
[0067] また、 8. 5umを通し 9. 6umを通さないフィルタである第 2フィルタ 15Bを介しては、 第 2発光部 11Bから 8. 5umの波長の光が照射されたときに受光された 8. 5umの波 長の散乱反射光の光量に応じた受光部 17からの出力 V と第 1発光部 11Aから 9. 6
8.5
umの波長の光が照射されたときに受光された 8. 5umの波長の黒体放射光の光量 に応じた受光部 17からの出力 V とを得る。
8.5(9.6)
[0068] 図 9において、出力 1はあるグルコース濃度のときの出力 V ,出力 V を表わす。
9.6 8.5
出力 2はグルコース濃度が異なるときの出力 V ,出力 V を表わす。図 9の横軸は時
9.6 8.5
間経過を表わし、被計測体 30に照射される光の波長が所定時間間隔で 9. 6umと 8 . 5umと交互に切替わっていることが示されている。図 9に示されるように、被計測体 30に照射される光の波長が被計測体 30である生体の熱応答より短いタイミングで切 替わることで、出力 V と出力 V とが交互に現れる交流波形が得られる。出力 1、出
9.6 8.5
力 2で示されるようにグルコース濃度の変化はこのような交流成分の振幅変化として 現われる。交流成分の振幅変化は、ロックインアンプを用いるなど、よく知られた微小 信号検出技術を利用することで高精度で検出される。
[0069] さらに、図 10は、第 1発光部 11Aから被計測体 30に 9. 6umの波長の光が照射さ れたときの出力 V と、第 2発光部 11B力 被計測体 30に 8. 5umの波長の光が 照射されたときの出力 V とを表わす。図 10に示されるように、出力 V は 8. 5umの
8.5 8.5
波長の照射光に対する被計測体 30の反射状態を表わし、出力 V と比較して、散
8.5(9.6)
乱係数や水分変化など吸収以外で 9. 6umの波長の光と共通して影響する変動成 分が含まれる。したがつてこの出力 V ,出力 V を出力 V と出力 V との差と同
8.5 8.5(9.6) 9.6 8.5
時に検出し上記補正式においてさらに補正項として用いることで、計測対象である生 体成分の濃度をさらに精度よく計測することができる。すなわち、第 3の実施の形態 にかかる生体成分計測センサ 10で得られた計測値を用いて計測対象の生体成分の 濃度を得る場合、出力 V から熱の影響を排した補正値 Vsを得るための補正の一般
9.6
式は、 Vs = f (V -V , V , V )と表わされる。
9.6 9.6(8.5) 8.5 8.5(9.6)
[0070] 補正式の一例としては、第 1フィルタ 15Aを介して得られる出力を VS (=V —V
1 9.6 8.5
)、第 2フィルタ 15Bを介して得られる出力を VS (=V -V )、 aを係数として、
2 8.5 8.5(9.6)
以下の式も挙げられる。
[0071] a X (VS /VS )
1 2
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと 考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって 示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが 意図される。

Claims

請求の範囲
[1] 計測対象の生体成分において特異的な吸収を示す波長を第 1波長とし、前記生体 成分にぉ 、て特異的な吸収を示さな 、波長を第 2波長として、
前記第 1波長の光を被計測体に対して照射する第 1発光部（11, 11A)と、 前記第 1発光部より前記第 1波長の光が照射されたときに前記被計測体から放射さ れた光を受光して受光量に応じた信号を出力する受光部（15, 17)と、
前記信号に基づいて前記生体成分の濃度を算出する濃度算出部 (23)とを備え、 前記受光部は、前記第 1波長の光の受光量に応じた第 1信号を出力する第 1受光 部（15A, 17, 17A)と、前記第 2波長の光の受光量に応じた第 2信号を出力する第
2受光部（15B, 17, 17B)とを含み、
前記濃度算出部は、前記第 1信号および前記第 2信号に基づいて前記生体成分 の濃度を算出する、生体成分計測装置。
[2] 前記第 1波長の光は、中赤外光である、請求項 1に記載の生体成分計測装置。
[3] 前記濃度算出部は、前記第 1波長の光が照射される前後の前記第 1信号および前 記第 2信号に基づいて前記生体成分の濃度を算出する、請求項 1に記載の生体成 分計測装置。
[4] 前記第 2受光部は、前記第 2波長を透過するフィルタ（15B)を含んで、前記被計測 体力も放射される光のうち前記フィルタを透過した前記第 2波長の光を受光する、請 求項 1に記載の生体成分計測装置。
[5] 前記第 2波長の光を前記被計測体に対して照射する第 2発光部（11B)と、
前記第 1発光部における照射と前記第 2発光部における照射とを切替える切替手 段（12, 23)とをさらに備え、
前記受光部は、前記第 2発光部より前記第 2波長の光が照射されたときに、前記被 計測体から放射された前記第 1波長の光の受光量に応じた第 3信号を出力する第 3 受光部（15A, 17)と、前記被計測体から放射された前記第 2波長の光の受光量に 応じた第 4信号を出力する第 4受光部（15B, 17)とをさらに含み、
前記濃度算出部は、前記第 1信号〜前記第 4信号に基づいて前記生体成分の濃 度を算出する、請求項 1に記載の生体成分計測装置。
[6] 前記生体成分において特異的な吸収を示さない、前記第 2波長とは異なる波長を 第 3波長として、
前記第 3波長の光を前記被計測体に対して照射する第 3発光部（11B)と、 前記第 1発光部における照射と前記第 3発光部における照射とを切替える切替手 段（12, 23)とをさらに備え、
前記受光部は、前記第 3発光部より前記第 3波長の光が照射されたときに、前記被 計測体から放射された前記第 2波長の光の受光量に応じた第 5信号を出力する第 5 受光部（15B, 17)と、前記被計測体から放射された前記第 3波長の光の受光量に 応じた第 6信号を出力する第 6受光部（15C, 17)とをさらに含み、
前記濃度算出部は、前記第 1信号，前記第 2信号，前記第 5信号，前記第 6信号に 基づいて前記生体成分の濃度を算出する、請求項 1に記載の生体成分計測装置。
[7] 前記第 2波長の光を前記被計測体に対して照射する第 2発光部（11B)と、
前記第 1発光部における照射と前記第 2発光部における照射とを、前記被計測体 の熱応答よりも短い時間間隔で切替える切替手段（12, 23)とをさらに備え、 前記受光部は、前記第 2発光部より前記第 2波長の光が照射されたときに、前記被 計測体から放射された前記第 2波長の光の受光量に応じた第 4信号を出力する第 4 受光部（15B, 17)をさらに含み、
前記算出部は、前記第 1信号と前記第 4信号との差と、前記第 4信号と前記第 2信 号との差とに基づいて前記生体成分の濃度を算出する、請求項 1に記載の生体成分 計測装置。
[8] 計測対象の生体成分において特異的な吸収を示す波長を第 1波長とし、前記生体 成分にぉ 、て特異的な吸収を示さな 、波長を第 2波長として、
前記第 1波長の光を被計測体に対して照射する第 1発光部（11, 11A)と、 前記第 1発光部より前記第 1波長の光が照射されたときに前記被計測体から放射さ れた光を受光して受光量に応じた信号を出力する受光部（15, 17)とを備え、 前記受光部は、前記第 1波長の光の受光量に応じた第 1信号を出力する第 1受光 部（15A, 17, 17A)と、前記第 2波長の光の受光量に応じた第 2信号を出力する第
2受光部（15B, 17, 17B)とを含む、生体成分計測センサ。
[9] 前記第 2波長の光を前記被計測体に対して照射する第 2発光部（11B)と、 前記第 1発光部における照射と前記第 2発光部における照射とを切替える切替手 段（12, 23)とをさらに備え、
前記受光部は、前記第 2発光部より前記第 2波長の光が照射されたときに、前記被 計測体から放射された前記第 1波長の光の受光量に応じた第 3信号を出力する第 3 受光部（15A, 17)と、前記被計測体から放射された前記第 2波長の光の受光量に 応じた第 4信号を出力する第 4受光部（15B, 17)とをさらに含む、請求項 8に記載の 生体成分計測センサ。
[10] 前記生体成分において特異的な吸収を示さない、前記第 2波長とは異なる波長を 第 3波長として、
前記第 3波長の光を前記被計測体に対して照射する第 3発光部（11B)と、 前記第 1発光部における照射と前記第 3発光部における照射とを切替える切替手 段（12, 23)とをさらに備え、
前記受光部は、前記第 3発光部より前記第 3波長の光が照射されたときに、前記被 計測体から放射された前記第 2波長の光の受光量に応じた第 5信号を出力する第 5 受光部（15B, 17)と、前記被計測体から放射された前記第 3波長の光の受光量に 応じた第 6信号を出力する第 6受光部（15C, 17)とをさらに含む、請求項 8に記載の 生体成分計測センサ。
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