グルコース濃度測定装置
【課題】非侵襲的に高精度で血液中のグルコース濃度を含む生体内グルコース濃度が測定できるグルコース濃度測定装置を提供する。
【解決手段】
グルコース濃度測定装置は、中赤外領域の光源１２と、光源１２から入射された光を用いて全反射減衰法により試料の吸収スペクトル強度を測定するＡＴＲ測定部１７と、ＡＴＲ測定部１７から出射した光から試料の吸収スペクトル強度を検出する検出器２４と、グルコース溶液の中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークをそれぞれ中心波長とした所定帯域を透過する複数のバンドパスフィルタ２２と、１２光源から検出器２４に至る光路上に複数のバンドパスフィルタ２２の１つがあるように切り換える駆動手段と、駆動手段によるバンドパスフィルタの切り換えを制御するとともに、検出器で検出された吸収スペクトル強度に基づいて主成分分析を用いてグルコース濃度を算出する制御・データ処理手段２８と、を有する。
【解決手段】
グルコース濃度測定装置は、中赤外領域の光源１２と、光源１２から入射された光を用いて全反射減衰法により試料の吸収スペクトル強度を測定するＡＴＲ測定部１７と、ＡＴＲ測定部１７から出射した光から試料の吸収スペクトル強度を検出する検出器２４と、グルコース溶液の中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークをそれぞれ中心波長とした所定帯域を透過する複数のバンドパスフィルタ２２と、１２光源から検出器２４に至る光路上に複数のバンドパスフィルタ２２の１つがあるように切り換える駆動手段と、駆動手段によるバンドパスフィルタの切り換えを制御するとともに、検出器で検出された吸収スペクトル強度に基づいて主成分分析を用いてグルコース濃度を算出する制御・データ処理手段２８と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非侵襲で人体のグルコース濃度を測定するグルコース濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、糖尿病などの診断では患者から血液を採取し、自動分析法や電極法などの方法で血糖値を計測している。しかしながら一般的に用いられている簡易血糖値測定装置では指などを穿刺するため、痛みを伴い、感染症などの危険性もある。さらにインスリンを投与しなければいけない重度の糖尿病患者は測定頻度も高く、この苦痛とストレスは計り知れないものがある。採血の必要がない非侵襲的に測定する手法の開発が待たれている。
【０００３】
特許文献１では、血液を採取せず中赤外領域で全反射減衰（ＡＴＲ）法を用い、グルコースの赤外振動スペクトルを直接測定することにより生体内グルコース濃度を定量する方法を提案している。さらに主成分分析におけるグルコースに対応するローディングを算出し定量している。
【０００４】
特許文献２では特許文献１と同様に４０００〜７５０ｃｍ−１の中赤外線とＡＴＲ法を用いて赤外スペクトルを測定し、２次微分を取ってグルコース濃度を算出している。このとき、グルコース濃度の定量精度を上げるため測定部の固定機構及び押圧機構を提案している。
【０００５】
特許文献３は同じく中赤外領域１０１０〜１０５０ｃｍ−１の吸収スペクトルを２次微分してそのスペクトルから積分範囲を決め、定めた積分範囲における吸収の強度を積分して血液中のグルコース濃度を測定する方法を提案している。
【０００６】
近赤外線を用いグルコースの倍音あるいは他の振動モードとの結合音などのスペクトル強度を測定する方法及びその近赤外線波長のひとつあるいはふたつ以上を用い、その吸収強度により血糖値を測定する方法も提案されている（特許文献４、特許文献５）。
【０００７】
特許文献６，７，８は近赤外波長領域でひとつあるいは複数の光学フィルタを用いて生体成分あるいはグルコース濃度を計測する方法を提案している。
【０００８】
非特許文献１はこれらの非侵襲的血糖値測定法についてまとめた総説である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−４２９４８号公報
【特許文献２】特開２００８−６１６９８号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／０１１４８７号パンフレット
【特許文献４】特開平５−１７６９１７号公報
【特許文献５】特開２００４−３１３５５４号公報
【特許文献６】特開平８−５００９３号公報
【特許文献７】特開２００４−１４７７６号公報
【特許文献８】特表２００７−５３２１８３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】田村守、光学３３巻７号（２００４）ｐ．３８０〜３８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載された血液を採取せず中赤外領域で全反射減衰（ＡＴＲ）法によるグルコース濃度測定装置においては、さらに測定の高速化、装置の小型化により利用者の負担を軽減することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の課題を解決するために、本願に係るグルコース濃度測定装置は、中赤外領域の光源と、前記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収スペクトル強度を測定する全反射減衰プリズムと、前記全反射プリズムから出射した光から試料の吸収スペクトル強度を検出する検出器と、グルコース溶液の中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークをそれぞれ中心波長とした所定帯域を透過する複数のバンドパスフィルタと、前記光源から前記検出器に至る光路上に前記複数のバンドパスフィルタの１つがあるように切り換える駆動手段と、前記駆動手段によるバンドパスフィルタの切り換えを制御するとともに、前記検出器で検出された吸収スペクトル強度に基づいて主成分分析を用いてグルコース濃度を算出する制御・データ処理手段と、を有する。
【００１３】
前記全反射減衰プリズムに試料を固定して一定圧力で押し付ける一定圧負荷手段を有することが好ましい。
【００１４】
前記全反射減衰プリズムに対して試料を位置決めして固定する位置決め手段をさらに有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は生体中のグルコース濃度を非侵襲的に計測するグルコース濃度測定装置において、グルコースの吸収ピークが存在する波長領域（例えば１０００〜１２００ｃｍ−１付近）の複数の吸収バンド等に相当するバンドパスフィルタを透過してきた光を計測し、グルコース濃度に相当する血糖値を精度良く求めることができる。
【００１６】
グルコースは中赤外領域に複数の強い吸収ピークがあり、その吸収ピークに合わせてバンドパスフィルタの中心波長を設定し、その吸収強度を正確に測定することで中赤外領域の全部を測定するより短時間で計測することができる。
【００１７】
本発明では透過率の高い狭帯域バンドパスフィルタを用い、限定された領域のみを測定するため、全領域を測定する分散型分光器あるいはＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）に比較して短時間でグルコースの吸収強度を測定できる。
【００１８】
本発明は光学系が単純で少ない光学素子で構成できるため、光学素子による反射、吸収損失が少なく、検出器の信号強度が大きくなり、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が大きく改善される。そのことによりグルコース濃度の定量精度が大きく向上する。また、データ量も少なくてよいため計算速度も上がる。装置全体が小型、低価格で製造可能となり家庭での使用も可能となる。
【００１９】
本発明は定量精度を上げるため、測定部に一定の圧力をかけて固定する定圧固定機構及び測定位置の再現性を上げる腕型位置決め機構を有することにより、定量精度が大きく改善される。
【００２０】
本発明は位置決め機構を有し、被検者に合わせた凹部を持った腕型を測定部に設置し、被測定者が腕を置くだけで自動的に位置決めができるようにすることで、測定位置の再現性が格段に向上している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】グルコース濃度測定装置の全体の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】分光計の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】分光計の構成を説明する図である。
【図４】バンドパスフィルタ部の機械的な構成を示す図である。
【図５】バンドパスフィルタ及びワイドバンドパスフィルタの吸光度を示す図である。
【図６】グルコースの赤外吸収スペクトルを示す図である。
【図７】バンドパスフィルタ部による吸光度を示す図である。
【図８】定圧力負荷固定機構を説明する図である。
【図９】定圧負荷固定機構の制御回路の構成を示す図である。
【図１０】圧力負荷の有無によるデータの変動を示す図である。
【図１１】位置決め機構を説明する図である。
【図１２】ヒトの腕のＦＴＩＲスペクトルを示す図である。
【図１３】グルコース濃度測定装置による測定の手順を示すフローチャートである。
【図１４】採血して血糖値を測定した結果とグルコース濃度測定装置で測定した結果の相関関係を示す図である。
【図１５】主成分分析によってスコア値を算出した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るグルコース濃度測定装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、グルコース濃度測定装置の全体の構成を概略的に示すブロック図である。
【００２４】
グルコース濃度測定装置１０は、中赤外領域において試料を全反射減衰（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；ＡＴＲ）分光法により測定する分光計１１、分光計１１に取り付けられた位置決め機構１８及び定圧負荷固定機構２０、分光計１１を制御するとともに分光計から供給されたデータを処理する制御・データ処理部２６から構成される。
【００２５】
分光計１１は、中赤外領域の光源１２と、チョッパ１４と、ＡＴＲ測定部１６と、ＡＴＲ測定部１６から出射した光のうち所定帯域のみ透過するバンドパスフィルタ部２２と、バンドパスフィルタ部２２を透過した光を検出する検出器２４から構成されている。
【００２６】
定圧負荷固定機構２０は、グルコース濃度の自動測定に用いる自動制御型の制御回路９０を備えている。
【００２７】
制御・データ処理部２６は、例えばパーソナルコンピュータによって構成することができ、例えばハードディスクのようなデータ収納部２８を含んでいる。
【００２８】
図２は、分光計１１の構成を概略的に示すブロック図である。図３は、分光計１１の構成を説明する図である。
【００２９】
分光計１１は、中赤外領域の光源１２、モータ１４ａによって回転駆動されるチョッパ１４、ＡＴＲプリズム１７を含むＡＴＲ測定部１６、それぞれ帯域が異なる一組のうちから互いに切り換えられるバンドパスフィルタ４１と広帯域のワイドバンドパスフィルタ４２を含むバンドパスフィルタ部２２、検出器２４から構成される。チョッパ１４は、第１の集光光学系１５を有している。バンドパスフィルタ部２２は、第２の集光光学系２３、バンドパスフィルタ４１を駆動して切り換えるフィルタ駆動機構３０を有している。
【００３０】
光源１２には、ニクロム線光源、炭化ケイ素光源、セラミック光源、カンタル光源等を用いることができる。チョッパ１５は、一定形状の開口が形成された円盤がモータ１４ａにより回転駆動され、光の透過・遮断を切り換える。ＡＴＲプリズム１７には、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、セレン化イオウ（ＺｎＳ）等を用いることができる。検出器２４には、トリグリシンサルフェイト（ＴＧＳ）等を用い、チョッパに形成されたパルス波１４に同期して検出する。
【００３１】
光源１２を発した光は、第１の集光光学系１５により平行光となされ、チョッパ１４により所定周期のパルス波に変換される。チョッパ１４を透過した平行光は、第１の光学系１５により収束され、ＡＴＲ測定部１６に入射される。
【００３２】
ＡＴＲ測定部１６に入射した光は、ＡＴＲプリズム１７内を全反射を繰り返しながら進み、この間にＡＴＲプリズム１７の全反射面に接触した試料に対するエヴァネッセント光により吸収スペクトルを測定する。
【００３３】
ＡＴＲ測定部１６を出射した光は、第２の光学系２３によって平行光となされ、バンドパスフィルタ部２２により所定の帯域のみが透過される。バンドパスフィルタ部２２は、積層フィルタにてなる、それぞれ帯域が異なる複数のバンドパスフィルタ４１と前記複数の帯域を全て含む広帯域のワイドバンドパスフィルタ４２を含んでいる。複数のバンドパスフィルタ４１は、フィルタ駆動機構３０によっていずれか１つが光軸上にあるように切り換え駆動される。バンドパスフィルタ部２２を透過した平行光は、第２の光学系２３によって収束され、検出器２２に入射される。検出器２２は、ＡＴＲ測定部２２によって測定された吸収スペクトルを検出する。
【００３４】
なお、分光計１１におけるバンドパスフィルタ部２２の配置はその一例を示したものであり、本発明の構成はこの例に限られない。バンドパスフィルタ部２２は、本実施形態の構成に限られず、光源１２から検出器２４に至る光軸上であれば、幾通りもの有効な配置が可能である。
【００３５】
図４は、バンドパスフィルタ２２の機械的な構成を示す図である。
【００３６】
バンドパスフィルタ２２では、それぞれ異なる帯域を有する第１〜第５のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅが軸の周りに回転可能な保持部４５によって保持されている。駆動部４４は、制御・データ処理部２６からの制御信号に従って保持部４５の回転角度を制御し、一組のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅのうち１つが光軸Ｌ上に位置するように切り換える。バンドパルフィルタ４１ａ〜４１ｅのいずれか１つを透過した光は、さらにワイドバンドパスフィルタ４２を透過する。
【００３７】
図５は、バンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅ及びワイドバンドパスフィルタ４２の吸光度を示す図である。
【００３８】
第１〜第５のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅは、吸光度においてそれぞれ第１〜第４の中心波長ａ〜ｅとして約１０３５、１０８０、１１１０、１２００、１３００ｃｍ−１、半値幅２０〜３０ｃｍ−１を有する。第１〜第３の中心波長ａ〜ｃは、後述するグルコースＰＢＳ溶液の中赤外領域における吸光度のピークに相当するものである。
【００３９】
第４と第５の中心波長ｄ、ｅは、吸収スペクトルの補正のため、ベースラインと規格化基準のピークとして設定したものである。これらの値は、補正した吸収スペクトルに中赤外領域のグルコースの吸収ピークがよく再現されるようにシミュレーションを行って決定した。
【００４０】
ワイドバンドフィルタ４２は、吸光度において１１２０〜１５１０ｃｍ−１の平坦な底ｆを有している。ワイドバンドフィルタ４２は、第１〜第５のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅの所望の中心波長ａ〜ｅの近傍以外に存在する透過率の高くなる帯域を一律に遮断している。
【００４１】
第１〜第５のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅとワイドバンドパスフィルタ４２の二段構成により、一段のバンドパスフィルタで構成した場合と比較すると、積層フィルタの積層の数が低減される。バンドパスフィルタの価格は積層の工数に依存するので、このような二段構成によりコスト削減が図られている。
【００４２】
図６は、グルコースの赤外線吸収スペクトルを示す図である。
【００４３】
図中の曲線ａに示す中赤外領域（例えば１０００〜１２００ｃｍ−１）におけるグルコースのＰＢＳ溶液の吸収スペクトルでは、１０３５、１０８０、１１１０ｃｍ−１に第１〜第３のピークが見られる。第１〜第３のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｃが透過する帯域の中心波長は、これら第１〜第３のピークにそれぞれ対応するものである。図中の第１〜第３の領域ｃ〜ｅは、第１〜第３のピークから裾までの範囲であり、第１〜第３のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｃの半値幅にほぼ相当している。なお、図中の曲線ｂは、主成分分析により求めた、グルコースに相当する第２ローディングを示す。
【００４４】
図７はバンドパスフィルタ部２２による吸光度を示す図である。
【００４５】
ＡＴＲ測定部１６に何も置かない時の参照光強度分布及び腕などの試料を置いた時の各バンドパスフィルタ４１ａ〜ｅの強度分布を図中の（ａ）に、そのデータから算出した吸光度分布を図中の（ｂ）に示した。（ａ）において、ｂは腕をおかないときの参照光強度、ａは腕を置いた時の光強度を示す。また、フィルタ番号１−５が、各バンドパスフィルタ４１ａ〜ｅに対応している。
【００４６】
図８は、定圧力負荷固定機構２０を説明する図である。
【００４７】
定圧力負荷固定機構２０は、分光計１１のＡＴＲ測定部１６に、ＡＴＲ測定部１６を包み込むように設けられ、被験者がＡＴＲ測定部１６に腕を押し当てて測定する際に、定圧力で負荷を与えて試料となる腕を固定する。
【００４８】
測定の際には、エアーポンプ７１が空気を圧力タンク７２に送気する。圧力タンク７２は、バックプレッシャレギュレータ７３によって、予め設定した圧力に維持される。その圧力は微圧計７６に示される。
【００４９】
被検者はＡＴＲ測定部１６に配置された腕帯（エアーバッグ）８０に腕を入れる。腕帯８０は、一定方向に切り欠きのある円筒状の形状を有し、円筒内部にある試料を三方から圧力を加えて保持する。
【００５０】
後述する圧力負荷スイッチをＯＮにすると２方電磁バルブ７７が開き、腕帯８０に圧力タンク７２の空気が送り込まれる。腕帯８０内の空気圧は圧力センサ・スイッチ８１に表示される。圧力センサ・スイッチ８１に表示される圧力が設定圧力に到達したら、測定を開始する。設定圧力に到達したことを検出して圧力センサ・スイッチ８１のスイッチを閉じることにより、自動的に測定を開始させることもできる。
【００５１】
測定が終了したら、排気バルブ７８を開き、解放端７９から腕帯８０内の空気を排出する。測定が全て終了したら、最後にボールコック７４を開き、開放端７５から圧力タンク７２内の空気を排出する。
【００５２】
このように、被測定者は腕や手首をＡＴＲ測定部１７に乗せるだけ、その上から腕帯８０のカバーを掛け、腕帯８０をふくらませて負荷をかける。その圧力は０〜１０ｋＰａと可変であり、一定の圧力となるように背圧機構を設けている。
【００５３】
図９は、定圧負荷固定機構２０の制御回路９０の構成を示す図である。
【００５４】
測定開始時に、被験者が制御回路９０の圧力負荷スイッチ９３を押すと第１のリレー９１がＯＮになり、電磁弁９５が開き腕帯８０に空気が送られる。同時に第１のリレー９１は自己保持状態になる。腕帯８０の圧力が設定値に達すると圧力スイッチ９４がＯＮになり、第２のリレー９２がＯＮになる。すると電磁弁９５が閉じ、腕帯８０内の圧力が保持されると同時に、プル型ソレノイドによるアクチュエータ機構９７が作動し、制御・データ処理部２６の所定のスイッチが押圧されて測定が開始される。測定が終了したら、排気バルブ７８を駆動して腕帯８０内の空気を抜く。それにより圧力スイッチ９４がＯＦＦになり、制御回路は最初の状態に戻る。なお、リセットスイッチ９６を閉じることにより強制的に最初の状態に戻すこともできる。
【００５５】
このように、制御回路９０は、ＡＴＲ測定部１６を包む腕帯８０が設定圧に到達し、ＡＴＲ測定部１６に一定の負荷がかかったら自動的に計測が開始するように制御する。測定が終了したら排気バルブ７８が自動的に開き、腕帯８０の圧力が下がり初期状態に戻る。このことにより、患者自身が一人でも計測を行うことが可能となる。
【００５６】
図１０は、圧力負荷の有無によるデータの変動を示す図である。
【００５７】
図中の曲線ａは圧力負荷なしの場合、曲線ｂは圧力負荷２．６ｋＰａの場合を示している。圧力負荷がない場合は補正吸光度の変動係数は２６．０％であったが、圧力を２．６ｋＰａにして測定部を固定すると変動係数は１０．９％となり改善されていることがわかる。
【００５８】
このように、定圧負荷固定機構２０は、測定の際に被験者の腕を一定の圧力でＡＴＲ測定部１６に押し付け、圧力負荷を与えることにより、吸収強度に誤差が生じることを防止している。
【００５９】
図１１は、位置決め機構１８を説明する図である。
【００６０】
位置決め機構１８は、被験者が試料となる腕をＡＴＲ測定部１６に押し当てたときの腕の状態を再現するよう型を取ってなるもので、素材には速硬化性のシリコンゴム等を用いる。この位置決め機構１８は、ＡＴＲ測定部１６と一体に構成され、ＡＴＲプリズム１７の全反射面に位置する測定用開口部１８ａを有している。測定用開口部１８ａの近くでは、型の厚みは可能な限り薄くし、ＡＴＲプリズム１７への密着度に影響を与えないようにされている。素材は、人体に無害で固化速度が速く、コストのかからないものであれば、シリコンゴムに限るものではない。
【００６１】
人の腕の形をした位置決め機構１８をＡＴＲ測定部１６に設置し、ＡＴＲプリズム１７の全反射面に測定する場所のみ光が入る測定用開口１８ａを設けることにより、一度腕を位置決め機構１８からはずして再度セットする場合でも同じ位置がＡＴＲ測定部１６にセットされる。
【００６２】
ヒトの皮膚は大部分タンパク質で構成されているが、皮膚表面は脂質も多く、水分も含まれている。腕や手首等では場所によりその構成成分の割合が異なり、赤外吸収スペクトルも異なる。血液中のグルコース吸収はこれらの成分のスペクトルに重なって現れる。グルコース濃度を正確に測定するにはこれらの成分の吸収を一定にする必要があるが、位置決め機構１８により測定する場所を一定にできるので、グルコース濃度測定精度の向上を図ることができる。
【００６３】
図１２はヒトの腕のＦＴＩＲスペクトルを示す図である。
【００６４】
図中の曲線ａは手首関節部、曲線ｂは手首関節部から２０ｍｍ離れた部位、曲線ｃは上腕部でＦＴＩＲにより測定した中赤外領域の吸収スペクトルである。スペクトルが異なるのは、皮膚を構成するタンパク質、脂質、アミノ酸等の成分比が各部位により異なるためである。これらはグルコースの吸収スペクトルと重なり、グルコース濃度測定誤差の要因となるので、位置決め機構１８により測定場所を一定に維持している。
【実施例】
【００６５】
図１３は、グルコース濃度測定装置による測定の手順を示すフローチャートである。なお、以下の実施例における血糖値とは、グルコース濃度のことを称するものとする。
【００６６】
まずステップＳ１では簡易血糖値計などの穿刺器具による採血で実際に血糖値を測定し、その後ステップ２でグルコース濃度測定装置を用いて分光測定により非侵襲に血糖値を測定する。ステップＳ３ではバンドパスフィルタ２２の各帯域の吸収スペクトルからグルコースの吸収強度を計算する。ブドウ糖負荷などにより生体中のグルコース濃度を増減し、採血血糖値測定とグルコース濃度測定装置による測定を何回か繰り返す。ステップＳ４ではこれらの測定データを主成分分析し、ステップＳ５で検量線を作成する。ステップＳ５で検量線を個人データとして収納する。
【００６７】
これら一連のステップＳ１〜Ｓ６は、各人に応じた検量線作成工程を構成する。検量線作成工程による検量線の作成は、これに続く非襲侵の血糖値測定の前段階として行うものである。
【００６８】
検量線作成工程に続き、ステップＳ７ではグルコース濃度測定装置を用いて非侵襲に血糖値を測定する。ステップＳ８ではステップＳ７で測定した血糖値をグルコース濃度測定装置が表示して被験者に示す。このステップＳ７とＳ８は、ひとたび検量線作成工程が準備されると、何回でも繰り返すことができる。
【００６９】
図１４は、採血して血糖値を測定した結果とグルコース濃度測定装置で測定した結果の相関関係を示す図である。
【００７０】
空腹時からブドウ糖負荷後の血糖値を採血しながら電極法で測定し、同時にグルコース濃度測定装置を用いて測定した。ＡＴＲ測定部１６の腕帯８０にかけた圧力は５ｋＰａ、ＡＴＲ測定部１６は手首から約１５ｃｍの腕部内側であった。
【００７１】
第１の折線ａは、中心波長１０３５ｃｍ−１の第１のバンドパスフィルタ４１ａの場合を示す。相関係数は、０．８８５０であった。第２の折線ｂは、中心波長１０８０ｃｍ−１の第２のバンドパスフィルタ４１ｂの場合を示す。相関係数は、０．９０４５であった。第３の折線ｃは、中心波長１１１０ｃｍ−１の第３のバンドパスフィルタ４１ｃの場合を示す。相関係数は、０．８８３１であった。いずれも相関度は０．８８より大きく、良好な相関関係が認められる。
【００７２】
図１５は、主成分分析によってスコア値を算出した結果を示す図である。
【００７３】
この図は、複数のグルコース濃度において、採血により測定した結果に対してグルコース濃度測定装置の主成分分析によって算出した結果（スコア）を示すものである。実際に採血したグルコース濃度と主成分分析により算出した濃度との相関係数は０．８９２となり、良好な相関関係が得られた。したがって、この関係を検量線として用いることにより、採血せず非侵襲的にいつでもグルコース濃度を測定することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０ グルコース濃度測定装置
１１ 分光計
１２ 光源
１４ チョッパ
１６ ＡＴＲ測定部
１７ ＡＴＲプリズム
２２ バンドパスフィルタ部
２４ 検出器
２６ 制御・データ処理部
３０ フィルタ駆動機構
４１ バンドパスフィルタ
４２ ワイドバンドパスフィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非侵襲で人体のグルコース濃度を測定するグルコース濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、糖尿病などの診断では患者から血液を採取し、自動分析法や電極法などの方法で血糖値を計測している。しかしながら一般的に用いられている簡易血糖値測定装置では指などを穿刺するため、痛みを伴い、感染症などの危険性もある。さらにインスリンを投与しなければいけない重度の糖尿病患者は測定頻度も高く、この苦痛とストレスは計り知れないものがある。採血の必要がない非侵襲的に測定する手法の開発が待たれている。
【０００３】
特許文献１では、血液を採取せず中赤外領域で全反射減衰（ＡＴＲ）法を用い、グルコースの赤外振動スペクトルを直接測定することにより生体内グルコース濃度を定量する方法を提案している。さらに主成分分析におけるグルコースに対応するローディングを算出し定量している。
【０００４】
特許文献２では特許文献１と同様に４０００〜７５０ｃｍ−１の中赤外線とＡＴＲ法を用いて赤外スペクトルを測定し、２次微分を取ってグルコース濃度を算出している。このとき、グルコース濃度の定量精度を上げるため測定部の固定機構及び押圧機構を提案している。
【０００５】
特許文献３は同じく中赤外領域１０１０〜１０５０ｃｍ−１の吸収スペクトルを２次微分してそのスペクトルから積分範囲を決め、定めた積分範囲における吸収の強度を積分して血液中のグルコース濃度を測定する方法を提案している。
【０００６】
近赤外線を用いグルコースの倍音あるいは他の振動モードとの結合音などのスペクトル強度を測定する方法及びその近赤外線波長のひとつあるいはふたつ以上を用い、その吸収強度により血糖値を測定する方法も提案されている（特許文献４、特許文献５）。
【０００７】
特許文献６，７，８は近赤外波長領域でひとつあるいは複数の光学フィルタを用いて生体成分あるいはグルコース濃度を計測する方法を提案している。
【０００８】
非特許文献１はこれらの非侵襲的血糖値測定法についてまとめた総説である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−４２９４８号公報
【特許文献２】特開２００８−６１６９８号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／０１１４８７号パンフレット
【特許文献４】特開平５−１７６９１７号公報
【特許文献５】特開２００４−３１３５５４号公報
【特許文献６】特開平８−５００９３号公報
【特許文献７】特開２００４−１４７７６号公報
【特許文献８】特表２００７−５３２１８３号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】田村守、光学３３巻７号（２００４）ｐ．３８０〜３８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載された血液を採取せず中赤外領域で全反射減衰（ＡＴＲ）法によるグルコース濃度測定装置においては、さらに測定の高速化、装置の小型化により利用者の負担を軽減することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の課題を解決するために、本願に係るグルコース濃度測定装置は、中赤外領域の光源と、前記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収スペクトル強度を測定する全反射減衰プリズムと、前記全反射プリズムから出射した光から試料の吸収スペクトル強度を検出する検出器と、グルコース溶液の中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークをそれぞれ中心波長とした所定帯域を透過する複数のバンドパスフィルタと、前記光源から前記検出器に至る光路上に前記複数のバンドパスフィルタの１つがあるように切り換える駆動手段と、前記駆動手段によるバンドパスフィルタの切り換えを制御するとともに、前記検出器で検出された吸収スペクトル強度に基づいて主成分分析を用いてグルコース濃度を算出する制御・データ処理手段と、を有する。
【００１３】
前記全反射減衰プリズムに試料を固定して一定圧力で押し付ける一定圧負荷手段を有することが好ましい。
【００１４】
前記全反射減衰プリズムに対して試料を位置決めして固定する位置決め手段をさらに有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は生体中のグルコース濃度を非侵襲的に計測するグルコース濃度測定装置において、グルコースの吸収ピークが存在する波長領域（例えば１０００〜１２００ｃｍ−１付近）の複数の吸収バンド等に相当するバンドパスフィルタを透過してきた光を計測し、グルコース濃度に相当する血糖値を精度良く求めることができる。
【００１６】
グルコースは中赤外領域に複数の強い吸収ピークがあり、その吸収ピークに合わせてバンドパスフィルタの中心波長を設定し、その吸収強度を正確に測定することで中赤外領域の全部を測定するより短時間で計測することができる。
【００１７】
本発明では透過率の高い狭帯域バンドパスフィルタを用い、限定された領域のみを測定するため、全領域を測定する分散型分光器あるいはＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）に比較して短時間でグルコースの吸収強度を測定できる。
【００１８】
本発明は光学系が単純で少ない光学素子で構成できるため、光学素子による反射、吸収損失が少なく、検出器の信号強度が大きくなり、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が大きく改善される。そのことによりグルコース濃度の定量精度が大きく向上する。また、データ量も少なくてよいため計算速度も上がる。装置全体が小型、低価格で製造可能となり家庭での使用も可能となる。
【００１９】
本発明は定量精度を上げるため、測定部に一定の圧力をかけて固定する定圧固定機構及び測定位置の再現性を上げる腕型位置決め機構を有することにより、定量精度が大きく改善される。
【００２０】
本発明は位置決め機構を有し、被検者に合わせた凹部を持った腕型を測定部に設置し、被測定者が腕を置くだけで自動的に位置決めができるようにすることで、測定位置の再現性が格段に向上している。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】グルコース濃度測定装置の全体の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】分光計の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】分光計の構成を説明する図である。
【図４】バンドパスフィルタ部の機械的な構成を示す図である。
【図５】バンドパスフィルタ及びワイドバンドパスフィルタの吸光度を示す図である。
【図６】グルコースの赤外吸収スペクトルを示す図である。
【図７】バンドパスフィルタ部による吸光度を示す図である。
【図８】定圧力負荷固定機構を説明する図である。
【図９】定圧負荷固定機構の制御回路の構成を示す図である。
【図１０】圧力負荷の有無によるデータの変動を示す図である。
【図１１】位置決め機構を説明する図である。
【図１２】ヒトの腕のＦＴＩＲスペクトルを示す図である。
【図１３】グルコース濃度測定装置による測定の手順を示すフローチャートである。
【図１４】採血して血糖値を測定した結果とグルコース濃度測定装置で測定した結果の相関関係を示す図である。
【図１５】主成分分析によってスコア値を算出した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るグルコース濃度測定装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、グルコース濃度測定装置の全体の構成を概略的に示すブロック図である。
【００２４】
グルコース濃度測定装置１０は、中赤外領域において試料を全反射減衰（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ ｔｏｔａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；ＡＴＲ）分光法により測定する分光計１１、分光計１１に取り付けられた位置決め機構１８及び定圧負荷固定機構２０、分光計１１を制御するとともに分光計から供給されたデータを処理する制御・データ処理部２６から構成される。
【００２５】
分光計１１は、中赤外領域の光源１２と、チョッパ１４と、ＡＴＲ測定部１６と、ＡＴＲ測定部１６から出射した光のうち所定帯域のみ透過するバンドパスフィルタ部２２と、バンドパスフィルタ部２２を透過した光を検出する検出器２４から構成されている。
【００２６】
定圧負荷固定機構２０は、グルコース濃度の自動測定に用いる自動制御型の制御回路９０を備えている。
【００２７】
制御・データ処理部２６は、例えばパーソナルコンピュータによって構成することができ、例えばハードディスクのようなデータ収納部２８を含んでいる。
【００２８】
図２は、分光計１１の構成を概略的に示すブロック図である。図３は、分光計１１の構成を説明する図である。
【００２９】
分光計１１は、中赤外領域の光源１２、モータ１４ａによって回転駆動されるチョッパ１４、ＡＴＲプリズム１７を含むＡＴＲ測定部１６、それぞれ帯域が異なる一組のうちから互いに切り換えられるバンドパスフィルタ４１と広帯域のワイドバンドパスフィルタ４２を含むバンドパスフィルタ部２２、検出器２４から構成される。チョッパ１４は、第１の集光光学系１５を有している。バンドパスフィルタ部２２は、第２の集光光学系２３、バンドパスフィルタ４１を駆動して切り換えるフィルタ駆動機構３０を有している。
【００３０】
光源１２には、ニクロム線光源、炭化ケイ素光源、セラミック光源、カンタル光源等を用いることができる。チョッパ１５は、一定形状の開口が形成された円盤がモータ１４ａにより回転駆動され、光の透過・遮断を切り換える。ＡＴＲプリズム１７には、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、セレン化イオウ（ＺｎＳ）等を用いることができる。検出器２４には、トリグリシンサルフェイト（ＴＧＳ）等を用い、チョッパに形成されたパルス波１４に同期して検出する。
【００３１】
光源１２を発した光は、第１の集光光学系１５により平行光となされ、チョッパ１４により所定周期のパルス波に変換される。チョッパ１４を透過した平行光は、第１の光学系１５により収束され、ＡＴＲ測定部１６に入射される。
【００３２】
ＡＴＲ測定部１６に入射した光は、ＡＴＲプリズム１７内を全反射を繰り返しながら進み、この間にＡＴＲプリズム１７の全反射面に接触した試料に対するエヴァネッセント光により吸収スペクトルを測定する。
【００３３】
ＡＴＲ測定部１６を出射した光は、第２の光学系２３によって平行光となされ、バンドパスフィルタ部２２により所定の帯域のみが透過される。バンドパスフィルタ部２２は、積層フィルタにてなる、それぞれ帯域が異なる複数のバンドパスフィルタ４１と前記複数の帯域を全て含む広帯域のワイドバンドパスフィルタ４２を含んでいる。複数のバンドパスフィルタ４１は、フィルタ駆動機構３０によっていずれか１つが光軸上にあるように切り換え駆動される。バンドパスフィルタ部２２を透過した平行光は、第２の光学系２３によって収束され、検出器２２に入射される。検出器２２は、ＡＴＲ測定部２２によって測定された吸収スペクトルを検出する。
【００３４】
なお、分光計１１におけるバンドパスフィルタ部２２の配置はその一例を示したものであり、本発明の構成はこの例に限られない。バンドパスフィルタ部２２は、本実施形態の構成に限られず、光源１２から検出器２４に至る光軸上であれば、幾通りもの有効な配置が可能である。
【００３５】
図４は、バンドパスフィルタ２２の機械的な構成を示す図である。
【００３６】
バンドパスフィルタ２２では、それぞれ異なる帯域を有する第１〜第５のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅが軸の周りに回転可能な保持部４５によって保持されている。駆動部４４は、制御・データ処理部２６からの制御信号に従って保持部４５の回転角度を制御し、一組のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅのうち１つが光軸Ｌ上に位置するように切り換える。バンドパルフィルタ４１ａ〜４１ｅのいずれか１つを透過した光は、さらにワイドバンドパスフィルタ４２を透過する。
【００３７】
図５は、バンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅ及びワイドバンドパスフィルタ４２の吸光度を示す図である。
【００３８】
第１〜第５のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅは、吸光度においてそれぞれ第１〜第４の中心波長ａ〜ｅとして約１０３５、１０８０、１１１０、１２００、１３００ｃｍ−１、半値幅２０〜３０ｃｍ−１を有する。第１〜第３の中心波長ａ〜ｃは、後述するグルコースＰＢＳ溶液の中赤外領域における吸光度のピークに相当するものである。
【００３９】
第４と第５の中心波長ｄ、ｅは、吸収スペクトルの補正のため、ベースラインと規格化基準のピークとして設定したものである。これらの値は、補正した吸収スペクトルに中赤外領域のグルコースの吸収ピークがよく再現されるようにシミュレーションを行って決定した。
【００４０】
ワイドバンドフィルタ４２は、吸光度において１１２０〜１５１０ｃｍ−１の平坦な底ｆを有している。ワイドバンドフィルタ４２は、第１〜第５のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅの所望の中心波長ａ〜ｅの近傍以外に存在する透過率の高くなる帯域を一律に遮断している。
【００４１】
第１〜第５のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｅとワイドバンドパスフィルタ４２の二段構成により、一段のバンドパスフィルタで構成した場合と比較すると、積層フィルタの積層の数が低減される。バンドパスフィルタの価格は積層の工数に依存するので、このような二段構成によりコスト削減が図られている。
【００４２】
図６は、グルコースの赤外線吸収スペクトルを示す図である。
【００４３】
図中の曲線ａに示す中赤外領域（例えば１０００〜１２００ｃｍ−１）におけるグルコースのＰＢＳ溶液の吸収スペクトルでは、１０３５、１０８０、１１１０ｃｍ−１に第１〜第３のピークが見られる。第１〜第３のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｃが透過する帯域の中心波長は、これら第１〜第３のピークにそれぞれ対応するものである。図中の第１〜第３の領域ｃ〜ｅは、第１〜第３のピークから裾までの範囲であり、第１〜第３のバンドパスフィルタ４１ａ〜４１ｃの半値幅にほぼ相当している。なお、図中の曲線ｂは、主成分分析により求めた、グルコースに相当する第２ローディングを示す。
【００４４】
図７はバンドパスフィルタ部２２による吸光度を示す図である。
【００４５】
ＡＴＲ測定部１６に何も置かない時の参照光強度分布及び腕などの試料を置いた時の各バンドパスフィルタ４１ａ〜ｅの強度分布を図中の（ａ）に、そのデータから算出した吸光度分布を図中の（ｂ）に示した。（ａ）において、ｂは腕をおかないときの参照光強度、ａは腕を置いた時の光強度を示す。また、フィルタ番号１−５が、各バンドパスフィルタ４１ａ〜ｅに対応している。
【００４６】
図８は、定圧力負荷固定機構２０を説明する図である。
【００４７】
定圧力負荷固定機構２０は、分光計１１のＡＴＲ測定部１６に、ＡＴＲ測定部１６を包み込むように設けられ、被験者がＡＴＲ測定部１６に腕を押し当てて測定する際に、定圧力で負荷を与えて試料となる腕を固定する。
【００４８】
測定の際には、エアーポンプ７１が空気を圧力タンク７２に送気する。圧力タンク７２は、バックプレッシャレギュレータ７３によって、予め設定した圧力に維持される。その圧力は微圧計７６に示される。
【００４９】
被検者はＡＴＲ測定部１６に配置された腕帯（エアーバッグ）８０に腕を入れる。腕帯８０は、一定方向に切り欠きのある円筒状の形状を有し、円筒内部にある試料を三方から圧力を加えて保持する。
【００５０】
後述する圧力負荷スイッチをＯＮにすると２方電磁バルブ７７が開き、腕帯８０に圧力タンク７２の空気が送り込まれる。腕帯８０内の空気圧は圧力センサ・スイッチ８１に表示される。圧力センサ・スイッチ８１に表示される圧力が設定圧力に到達したら、測定を開始する。設定圧力に到達したことを検出して圧力センサ・スイッチ８１のスイッチを閉じることにより、自動的に測定を開始させることもできる。
【００５１】
測定が終了したら、排気バルブ７８を開き、解放端７９から腕帯８０内の空気を排出する。測定が全て終了したら、最後にボールコック７４を開き、開放端７５から圧力タンク７２内の空気を排出する。
【００５２】
このように、被測定者は腕や手首をＡＴＲ測定部１７に乗せるだけ、その上から腕帯８０のカバーを掛け、腕帯８０をふくらませて負荷をかける。その圧力は０〜１０ｋＰａと可変であり、一定の圧力となるように背圧機構を設けている。
【００５３】
図９は、定圧負荷固定機構２０の制御回路９０の構成を示す図である。
【００５４】
測定開始時に、被験者が制御回路９０の圧力負荷スイッチ９３を押すと第１のリレー９１がＯＮになり、電磁弁９５が開き腕帯８０に空気が送られる。同時に第１のリレー９１は自己保持状態になる。腕帯８０の圧力が設定値に達すると圧力スイッチ９４がＯＮになり、第２のリレー９２がＯＮになる。すると電磁弁９５が閉じ、腕帯８０内の圧力が保持されると同時に、プル型ソレノイドによるアクチュエータ機構９７が作動し、制御・データ処理部２６の所定のスイッチが押圧されて測定が開始される。測定が終了したら、排気バルブ７８を駆動して腕帯８０内の空気を抜く。それにより圧力スイッチ９４がＯＦＦになり、制御回路は最初の状態に戻る。なお、リセットスイッチ９６を閉じることにより強制的に最初の状態に戻すこともできる。
【００５５】
このように、制御回路９０は、ＡＴＲ測定部１６を包む腕帯８０が設定圧に到達し、ＡＴＲ測定部１６に一定の負荷がかかったら自動的に計測が開始するように制御する。測定が終了したら排気バルブ７８が自動的に開き、腕帯８０の圧力が下がり初期状態に戻る。このことにより、患者自身が一人でも計測を行うことが可能となる。
【００５６】
図１０は、圧力負荷の有無によるデータの変動を示す図である。
【００５７】
図中の曲線ａは圧力負荷なしの場合、曲線ｂは圧力負荷２．６ｋＰａの場合を示している。圧力負荷がない場合は補正吸光度の変動係数は２６．０％であったが、圧力を２．６ｋＰａにして測定部を固定すると変動係数は１０．９％となり改善されていることがわかる。
【００５８】
このように、定圧負荷固定機構２０は、測定の際に被験者の腕を一定の圧力でＡＴＲ測定部１６に押し付け、圧力負荷を与えることにより、吸収強度に誤差が生じることを防止している。
【００５９】
図１１は、位置決め機構１８を説明する図である。
【００６０】
位置決め機構１８は、被験者が試料となる腕をＡＴＲ測定部１６に押し当てたときの腕の状態を再現するよう型を取ってなるもので、素材には速硬化性のシリコンゴム等を用いる。この位置決め機構１８は、ＡＴＲ測定部１６と一体に構成され、ＡＴＲプリズム１７の全反射面に位置する測定用開口部１８ａを有している。測定用開口部１８ａの近くでは、型の厚みは可能な限り薄くし、ＡＴＲプリズム１７への密着度に影響を与えないようにされている。素材は、人体に無害で固化速度が速く、コストのかからないものであれば、シリコンゴムに限るものではない。
【００６１】
人の腕の形をした位置決め機構１８をＡＴＲ測定部１６に設置し、ＡＴＲプリズム１７の全反射面に測定する場所のみ光が入る測定用開口１８ａを設けることにより、一度腕を位置決め機構１８からはずして再度セットする場合でも同じ位置がＡＴＲ測定部１６にセットされる。
【００６２】
ヒトの皮膚は大部分タンパク質で構成されているが、皮膚表面は脂質も多く、水分も含まれている。腕や手首等では場所によりその構成成分の割合が異なり、赤外吸収スペクトルも異なる。血液中のグルコース吸収はこれらの成分のスペクトルに重なって現れる。グルコース濃度を正確に測定するにはこれらの成分の吸収を一定にする必要があるが、位置決め機構１８により測定する場所を一定にできるので、グルコース濃度測定精度の向上を図ることができる。
【００６３】
図１２はヒトの腕のＦＴＩＲスペクトルを示す図である。
【００６４】
図中の曲線ａは手首関節部、曲線ｂは手首関節部から２０ｍｍ離れた部位、曲線ｃは上腕部でＦＴＩＲにより測定した中赤外領域の吸収スペクトルである。スペクトルが異なるのは、皮膚を構成するタンパク質、脂質、アミノ酸等の成分比が各部位により異なるためである。これらはグルコースの吸収スペクトルと重なり、グルコース濃度測定誤差の要因となるので、位置決め機構１８により測定場所を一定に維持している。
【実施例】
【００６５】
図１３は、グルコース濃度測定装置による測定の手順を示すフローチャートである。なお、以下の実施例における血糖値とは、グルコース濃度のことを称するものとする。
【００６６】
まずステップＳ１では簡易血糖値計などの穿刺器具による採血で実際に血糖値を測定し、その後ステップ２でグルコース濃度測定装置を用いて分光測定により非侵襲に血糖値を測定する。ステップＳ３ではバンドパスフィルタ２２の各帯域の吸収スペクトルからグルコースの吸収強度を計算する。ブドウ糖負荷などにより生体中のグルコース濃度を増減し、採血血糖値測定とグルコース濃度測定装置による測定を何回か繰り返す。ステップＳ４ではこれらの測定データを主成分分析し、ステップＳ５で検量線を作成する。ステップＳ５で検量線を個人データとして収納する。
【００６７】
これら一連のステップＳ１〜Ｓ６は、各人に応じた検量線作成工程を構成する。検量線作成工程による検量線の作成は、これに続く非襲侵の血糖値測定の前段階として行うものである。
【００６８】
検量線作成工程に続き、ステップＳ７ではグルコース濃度測定装置を用いて非侵襲に血糖値を測定する。ステップＳ８ではステップＳ７で測定した血糖値をグルコース濃度測定装置が表示して被験者に示す。このステップＳ７とＳ８は、ひとたび検量線作成工程が準備されると、何回でも繰り返すことができる。
【００６９】
図１４は、採血して血糖値を測定した結果とグルコース濃度測定装置で測定した結果の相関関係を示す図である。
【００７０】
空腹時からブドウ糖負荷後の血糖値を採血しながら電極法で測定し、同時にグルコース濃度測定装置を用いて測定した。ＡＴＲ測定部１６の腕帯８０にかけた圧力は５ｋＰａ、ＡＴＲ測定部１６は手首から約１５ｃｍの腕部内側であった。
【００７１】
第１の折線ａは、中心波長１０３５ｃｍ−１の第１のバンドパスフィルタ４１ａの場合を示す。相関係数は、０．８８５０であった。第２の折線ｂは、中心波長１０８０ｃｍ−１の第２のバンドパスフィルタ４１ｂの場合を示す。相関係数は、０．９０４５であった。第３の折線ｃは、中心波長１１１０ｃｍ−１の第３のバンドパスフィルタ４１ｃの場合を示す。相関係数は、０．８８３１であった。いずれも相関度は０．８８より大きく、良好な相関関係が認められる。
【００７２】
図１５は、主成分分析によってスコア値を算出した結果を示す図である。
【００７３】
この図は、複数のグルコース濃度において、採血により測定した結果に対してグルコース濃度測定装置の主成分分析によって算出した結果（スコア）を示すものである。実際に採血したグルコース濃度と主成分分析により算出した濃度との相関係数は０．８９２となり、良好な相関関係が得られた。したがって、この関係を検量線として用いることにより、採血せず非侵襲的にいつでもグルコース濃度を測定することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０ グルコース濃度測定装置
１１ 分光計
１２ 光源
１４ チョッパ
１６ ＡＴＲ測定部
１７ ＡＴＲプリズム
２２ バンドパスフィルタ部
２４ 検出器
２６ 制御・データ処理部
３０ フィルタ駆動機構
４１ バンドパスフィルタ
４２ ワイドバンドパスフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中赤外領域の光源と、
前記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収スペクトル強度を測定する全反射減衰プリズムと、
前記全反射プリズムから出射した光から試料の吸収スペクトル強度を検出する検出器と、
グルコース溶液の中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークをそれぞれ中心波長とした所定帯域を透過する複数のバンドパスフィルタと、
前記光源から前記検出器に至る光路上に前記複数のバンドパスフィルタの１つがあるように切り換える駆動手段と、
前記駆動手段によるバンドパスフィルタの切り換えを制御するとともに、前記検出器で検出された吸収スペクトル強度に基づいて主成分分析を用いてグルコース濃度を算出する制御・データ処理手段と、
を有することを特徴とするグルコース濃度測定装置。
【請求項２】
前記バンドパルフィルタは、前記所定の中心波長の所定帯域を少なくとも透過する第１段の複数のバンドパスフィルタと、前記複数のバンドパスフィルタが透過する所定帯域の下端から上端までを透過し、それ以外を遮断する第２段のバンドパスフィルタとを有することを特徴とする請求項１記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項３】
前記複数のバンドパスフィルタは、吸収スペクトル強度の補正を行うベースラインと規格化のための基準位置として用いるそれぞれ所定波長を中心波長とした所定帯域を透過するものをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項４】
前記制御・データ処理手段は、前記検出器で検出された吸収スペクトル強度に基づいて、主成分分析法における、グルコースに対応するローディングを検出し、前記吸収スペクトル強度及びローディングに基づいて、当該吸収スペクトル強度のローディングによる展開係数としてのスコアを決定し、スコアとグルコース濃度とを対応付ける検量線を作成することを特徴とする請求項１記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項５】
前記全反射減衰プリズムに試料を固定して一定圧力で押し付ける一定圧負荷手段を有することを特徴とする請求項１記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項６】
前記全反射減衰プリズムに対して試料を位置決めして固定する位置決め手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項１】
中赤外領域の光源と、
前記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収スペクトル強度を測定する全反射減衰プリズムと、
前記全反射プリズムから出射した光から試料の吸収スペクトル強度を検出する検出器と、
グルコース溶液の中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークをそれぞれ中心波長とした所定帯域を透過する複数のバンドパスフィルタと、
前記光源から前記検出器に至る光路上に前記複数のバンドパスフィルタの１つがあるように切り換える駆動手段と、
前記駆動手段によるバンドパスフィルタの切り換えを制御するとともに、前記検出器で検出された吸収スペクトル強度に基づいて主成分分析を用いてグルコース濃度を算出する制御・データ処理手段と、
を有することを特徴とするグルコース濃度測定装置。
【請求項２】
前記バンドパルフィルタは、前記所定の中心波長の所定帯域を少なくとも透過する第１段の複数のバンドパスフィルタと、前記複数のバンドパスフィルタが透過する所定帯域の下端から上端までを透過し、それ以外を遮断する第２段のバンドパスフィルタとを有することを特徴とする請求項１記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項３】
前記複数のバンドパスフィルタは、吸収スペクトル強度の補正を行うベースラインと規格化のための基準位置として用いるそれぞれ所定波長を中心波長とした所定帯域を透過するものをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項４】
前記制御・データ処理手段は、前記検出器で検出された吸収スペクトル強度に基づいて、主成分分析法における、グルコースに対応するローディングを検出し、前記吸収スペクトル強度及びローディングに基づいて、当該吸収スペクトル強度のローディングによる展開係数としてのスコアを決定し、スコアとグルコース濃度とを対応付ける検量線を作成することを特徴とする請求項１記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項５】
前記全反射減衰プリズムに試料を固定して一定圧力で押し付ける一定圧負荷手段を有することを特徴とする請求項１記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項６】
前記全反射減衰プリズムに対して試料を位置決めして固定する位置決め手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載のグルコース濃度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２１７０９７（Ｐ２０１０−２１７０９７Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６６５１６（Ｐ２００９−６６５１６）
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（５０２１９５３９６）株式会社フォトサイエンス (2)
【出願人】（３９６００１１０８）十和田オーディオ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（５０２１９５３９６）株式会社フォトサイエンス (2)
【出願人】（３９６００１１０８）十和田オーディオ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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