血液成分濃度の分析方法及びその装置
【課題】血液成分濃度の定量を非侵襲で精度良く行う。。
【解決手段】近赤外光として１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長のものを用い、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバー４ａの他端で生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点を、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバー４ｂの他端で表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点を形成し、上記光投射点と光検出点との間隔を上記両光ファイバーの間に介在させたスペーサで２ｍｍ以下の単一距離に設定することで生体の表層組織における真皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは真皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光を受光手段に導いて分光分析を行う。
い、定量を目的とする成分の血中成分濃度と上記真皮部分中の濃度との相関を利用して定量分析を行う。
【解決手段】近赤外光として１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長のものを用い、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバー４ａの他端で生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点を、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバー４ｂの他端で表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点を形成し、上記光投射点と光検出点との間隔を上記両光ファイバーの間に介在させたスペーサで２ｍｍ以下の単一距離に設定することで生体の表層組織における真皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは真皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光を受光手段に導いて分光分析を行う。
い、定量を目的とする成分の血中成分濃度と上記真皮部分中の濃度との相関を利用して定量分析を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光分析法による血液成分濃度の分析方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
紫外光から赤外光を利用した分光分析は現在、広範囲の分野で利用されている。利用する波長によって吸光にかかわる物理的性質は異なるが、紫外域では電子の励起、赤外域では分子振動の共鳴、近赤外領域では分子振動の共鳴の高調波などが計測できるために、これらに基づいて分析を行うことができる。
【０００３】
これらの波長の中で可視域に隣接する近赤外域の光を用いて物質の定量、定性分析を行う近赤外分光分析法は、近年、農業分野をはじめ様々な分野で利用されはじめており、最近では生体分野において非侵襲、無害の分析手法として注目されている。近赤外分光分析法は０．８μｍから２．５μｍの波長の光を物質に照射し、透過あるいは反射した光のスペクトルより分析を行う手法である。この近赤外分光分析法は、エネルギーの低い電磁波を用いるので試料を損傷することがない固体、粉体、繊維、液体、気体など様々な状態の試料への適用が可赤外光にくらべ近赤外光では水の吸収強度が弱くなるので、水溶液での分析が可などの利点を有しており、グルコースといった血液成分濃度の定量、定性分析を非侵襲で行うことが可能である。
【０００４】
ただし、近赤外光を用いる場合、吸収シグナルは高調波をあつかうために赤外光に比較して非常に微弱である上、バンドの帰属が明確でないという欠点を有しており、このために近赤外分光分析にはその定量、定性のためにいわゆる“ケモメトリクス”と呼ばれる手法が用いられる。これは、多変量解析手法や統計解析手法を用いて化学分析を行う手法で、コンピュータの発達とともに発展し、最近の近赤外分光分析では主成分回帰分析あるいはＰＬＳ回帰分析といった多変量解析手法を用いて行われることが多い。またニューラルネットワーク等の解析への応用も試みられている。
【０００５】
近赤外分光分析を化学成分分析に利用した従来例として水分計がある。近赤外光による水分計は現在、数種類が市販されているが、初期の頃の単純な水分定量は、水の吸収の１．９３μｍにおける吸光度と物質の吸収に関係しない中立波長の２．０８μｍにおける吸光度の差（差吸光度）と、水分との単回帰式によりあらかじめ求めた検量線を用いて行われている。実際の計測においては差吸光度を測定し、検量線と比較することで物質の水分量を測定する。ただし、この水分量計測は物質表面に光を照射しその反射光を検出することにより行われるので、表面近傍の深さ方向の水分量を選択的に検出する能力はない。
【０００６】
また、分光学的方法とは異なる手法も提案されている。これは特表平８−５０２９１２号公報に示されているように、多重に散乱した光の空間的に分解された測定によってグルコース濃度を求めようとしたもので、生体を通った近赤外光の測定を２つの受発光間隔で行うとともに、受発光間隔に対する強度の依存性に基づいてグルコース濃度を求めている。
【０００７】
しかし、残念ながら今のところグルコースといった血液成分濃度を生体組織から非侵襲で定量定性分析することは実用化に至っていないのが現状である。これは、生体組織における皮膚組織は３００μｍ程度の厚さの表皮と，その下層の厚さ１ｍｍ程度の真皮組織、さらにその下層の多量の脂肪細胞からなる皮脂組織で構成されているのに対して、従来は生体組織が均質なものと仮定しているためであると思われる。複雑な組織構造がからみあう生体組織においては、グルコースのような生体成分は、組織が異なればその濃度も大きく異なっており、この点を考慮しなくては正確な定量は望めない。
【特許文献１】特表平８−５０２９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、グルコースといった血液成分濃度の定量を非侵襲で精度良く行うことができる血液成分濃度の分析方法及びその装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る血液成分濃度の分析方法は、生体の血液成分濃度を近赤外光の分光分析で行うにあたり、近赤外光として１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長のものを用い、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端で生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点を形成するとともに、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端で表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点を形成して、この光投射点と光検出点との間隔を発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで２ｍｍ以下の単一距離に設定することで生体の表層組織における真皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは真皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光を受光手段に導いて分光分析を行い、定量を目的とする成分の血中成分濃度と上記真皮部分中の濃度との相関を利用して定量分析を行うことに特徴を有している。
【００１０】
生体の皮膚組織のなかで真皮部分は血液成分に関してその濃度の点で相関が高い上に、近赤外光を真皮部分に選択的に透過させたり真皮部分で選択的に拡散反射させたりすることが可能であることに着目したものである。すなわち、図２に示すように発光プローブＰと受光プローブＲとを平行に配置して測定物９に対向させた場合、発光プローブＰから出て受光プローブＲで観察される光はいわゆる「バナナシェイプ」とよばれる経路を通ることが実験的にも数値解析手法を用いたシミュレーションにおいても確認されており、この時、発光プローブＰと受光プローブＲとの間隔の調節によって測定物９の深さ方向への光の到達度を変化させることができることに着目し、生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点と表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点との間隔を２ｍｍ以下することで、真皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは真皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光を取り出して近赤外光分析を行うようにしたものである。
【００１１】
前記公報の実施例で示された３ｍｍや５ｍｍといった受発光間隔では、真皮組織の信号だけでなく、その下層に位置する筋肉組織や脂肪組織の信号をも重畳した信号を検出してしまうことになり、外乱信号が多くなるために、空間的に分離された２つの近赤外光を検出した信号を利用しても、複雑な生体組織から精度の良いグルコース濃度の測定は難しいが、皮膚組織のなかで最も良好なグルコース信号（つまり血中グルコース濃度と相関の高いグルコース信号）を外乱が少なくて安定した真皮組織から選択的に取り出すことができる。
【００１２】
また、上記発光プローブと受光プローブとを上記のような間隔で設けることは実際上困難であるが、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端を光投射点とし、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端を光検出点とすることで、この問題を解決することができる上に、発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで上記光投射点と光検出点の間隔を設定しているために、真皮部分を選択的に透過させたり真皮部分で選択的に反射させるための間隔設定を容易に行うことができる。。
【００１３】
なお、光ファイバーとしてはその線径が１ｍｍ以下のものを好適に用いることができる。光ファイバーには直径が数μｍから数千μｍ（数ｍｍ）のものを用いることができるが、この中で特に、直径７０μｍから１０００μｍの光ファイバーの利用が適している。人間の真皮中の化学成分の定量分析を行う用途に用いるものについて述べるならば、人間の真皮９ｂは図３に示すように３００μｍ程度の厚さの表皮９ａと多量の脂肪細胞からなる皮下組織９ｃとに挟まれた１ｍｍ程度の厚さの組織であり、このような真皮９ｂ中の血液成分の分析には線径が２５０〜７５０μｍの光ファイバー、たとえば５００μｍの光ファイバーの束を用いて図１のような光ファイバーを作製して分光分析を行うことで、真皮９ｂ中の血液成分の分析が可能となる。皮膚組織中を透過する光の経路は組織の物性や分析に用いる波長により異なるので、予め予備実験や数値シミュレーションを行い、測定に用いる線径を決定する必要がある。得られた吸光信号は演算部で数値計算され目的とする成分濃度が算出される。
【００１４】
目的とする血液成分としてはグルコースをあげることができ、この時、真皮組織からは血中グルコース濃度と相関の高いグルコース信号を得ることができるために、グルコース濃度の定量分析を高い精度で行うことができるが、グルコースに限るものではない。
【００１５】
そして、生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点と表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点とを複数設けるとともに、上記両点の最小間隔を２ｍｍ以下，好ましくは１ｍｍ以下としても、真皮部分を選択的に透過させたり真皮部分で選択的に拡散反射させることができる。
【００１６】
近赤外光による分光分析にあたり、近赤外光としては、１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長のものを好適に用いることができる。１，３００ｎｍ未満の光ではＳ／Ｎ比の良い信号を得ることができない。生体での透過性に優れるものの、吸収信号が非常に小さいために、２ｍｍ以下に設定した受発光間隔での測定では、真皮組織に微量含まれるグルコースのような成分の定量が難しくなるためであり、１，３００〜２，５００ｎｍの波長は生体での透過性に劣るものの、吸収信号が大きくてＳ／Ｎ比が良く、分析精度も向上するためである。
【００１７】
上記波長範囲内においても、１，４００〜１，８００ｎｍの範囲の波長の近赤外光もしくは２，０００〜２，５００ｎｍの範囲の波長の近赤外光の少なくとも一方を用いることで好ましい結果を得ることができる。
【００１８】
そして生体の表層組織における表皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは表皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光をリファレンス光として併用することも好ましい。表皮組織の影響を受けない真皮組織の吸収信号を抽出することができるために、より正確な定量を行うことが可能となる。
この場合、光投射点とリファレンス光測定用の光検出点との間隔を上記分光分析用の間隔より小さくすることで、表皮部分からの光を検出することができる。リファレンス光は、表皮組織、とりわけ角質層のような生体外部の環境の影響を受けやすく、毛細血管がほとんど存在しない組織を主として透過したり拡散反射した光となり、このような表皮組織の吸収信号の寄与の大きい透過光あるいは拡散反射光をリファレンス光とすることで、真皮組織の吸収信号を抽出することができることになり、より正確な定量を行うことが可能となる。
【００１９】
そして本発明にかかる血液成分濃度の分析装置は、生体の血液成分濃度を近赤外光の分光分析で行う分析装置であって、１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長の近赤外光を生体の表層組織表面に投射する投射部と、生体の表層組織表面から近赤外光を検出する検出部とを備えるとともに、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端を上記投射部とし、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端を上記検出部としたものであり、発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサによって上記投射部と上記検出部との間隔を、上記投射部から生体組織に導入されて検出部で検出される近赤外光が生体の表層組織における真皮部分を選択的に透過する間隔あるいは真皮部分で選択的に拡散反射する間隔である２ｍｍ以下の単一距離とし、更に定量を目的とする成分の血中成分濃度と上記真皮部分中の濃度との相関を利用して定量分析を行う演算手段を備えていることに特徴を有している。
【００２０】
上記方法による血液成分濃度の分析を行うことができる。また、光ファイバーを利用することで、特殊な受発光部品を用いずとも通常のハロゲンランプや発光ダイオードのような比較的光量の弱い光源、ＳｉやＧｅやＩｎＧａＡｓ製のフォトダイオードのような通常の受光素子を用いても、物質の表面近傍の化学組成を分析するのに十分な光量あるいは受光感度を得ることができるものとなる。
【００２１】
このものにおいて、リファレンス光を併用する場合、リファレンス光用の投射部と検出部との間隔は上記単一距離よりも短くしておく。たとえば０．５ｍｍ以下、好ましくは０．３５ｍｍ以下とする。
【００２２】
成分濃度の算出は検量線あるいはキャリブレーション式を用いて行われる。検量線あるいはキャリブレーション式は予め個人あるいは複数の被験者の様々な状態における吸光スペクトルを解析して得られる。解析は、多変量解析手法や統計解析手法を用いて定量、定性分析を行う手法で、近赤外分光分析では主成分回帰分析あるいはＰＬＳ回帰分析といった多変量解析手法を用いて行われることが多い。
【００２３】
スペクトル測定はハロゲンランプのような光源からの光を干渉フィルターのような光学フィルターを用いて任意波長の光に分光したり、発光ダイオードやレーザーダイオードのような単色光源を組み合わせて複数波長の吸光度を測定する方式や、通常の分光分析法のようにハロゲンランプのような光源からの光を回折格子あるいはフーリエ変換方式（ＦＴ−ＩＲ方式）を用いて連続的に所定の波長の吸光スペクトルを求めるようにしてもかまわない
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、生体の皮膚組織のなかで真皮部分は血液成分に関してその濃度の点で相関が高い上に、この真皮部分に選択的に透過させたり真皮部分で選択的に拡散反射させた光で分光分析を行うために、きわめて精度の高い分析を行うことができるものである。しかも、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端と一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端と夫々生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点及び表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点を受光用光ファイバーの他端で形成しているために、２ｍｍ以下の間隔で光投射点と光検出点とを設けることを物理上の問題を招くことなく実現することができるとともに、特殊な受発光部品を用いずとも通常のハロゲンランプや発光ダイオードのような比較的光量の弱い光源、ＳｉやＧｅやＩｎＧａＡｓ製のフォトダイオードのような通常の受光素子を用いても、血液成分濃度を皮膚組織の非侵襲で分析するのに十分な光量あるいは受光感度を得ることができるものであり、更には上記光投射点と上記光検出点との間隔を発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで設定していることから、真皮部分を選択的に透過させたり真皮部分で選択的に反射させるための間隔設定を容易に行うことができる。
【００２５】
そして本発明にかかる血液成分濃度の分析装置は、上記分析方法によるところの血液成分濃度の分析を効果的に行うことができる。また、投射部と検出部との間隔を発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで設定しているために、用いる光ファイバーの径に制限が生じにくくなり、適宜な光ファイバーを選択して用いることができるほか、レファレンスを得る場合も、同じ径の光ファイバーで得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すと、図４に示すものは人間の皮膚組織内のグルコース濃度を定量するためのもので、１５０Ｗ程度のハロゲンランプ１、ハロゲンランプ１からの光の分光を行う回折格子を納めた回折格子ユニット２、前記回折格子の回転角制御を行って分光波長の調節を行うステッピングモータユニット３、分光後の光を被測定物に伝えるとともにその透過光を受光ユニット５に送る光ファイバーバンドル４、受光ユニット５からの信号をもとに数値解析を行いグルコース濃度の定量を行う演算ユニット６から構成されている。
【００２７】
上記光ファイバーバンドル４は図６に示すように、クラッド径が７５０μｍの２本の大口径ファイバーを測定プローブＰとなる一端Ｂ側において相互に接触させた状態で束ねたものとなっている。クラッド径は目的とする真皮９ｂ組織の厚さに応じて決定され、７５０μｍのものは適切な一例である。この光ファイバーバンドル４の発光用光ファイバー４ａの端部Ａを回折格子ユニット２へ、受光用光ファイバー４ｂの端部Ｃを受光ユニット５へ接続し、端部Ｂを分析する皮膚へ直角に突き当てて計測を行う。
【００２８】
このように線径を適切に選んだ発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを接触させて両者の間隔を特定すれば、図３に示すように、透過光路（の深さ）が選定され、真皮組織９ｂを選択的に透過（あるいは真皮組織９ｂで選択的に拡散反射）させることができる。従って、真皮組織９ｂにおける血液成分濃度の分析が容易にできる。また、光ファイバーバンドル４の作製も容易である。端部Ｂの皮膚への押圧力が測定時に一定となるように圧力ゲージと押し治具とを組み合わせたものを利用すれば精度の高い測定ができる。
【００２９】
受光ユニット５では受光感度域が０．９〜１．７μｍのＩｎＧａＡｓ製のフォトダイオードの受光信号を増幅後、ＡＤ変換し、マイクロコンピュータからなる演算ユニットへ信号を伝達する。演算ユニットで行われるグルコース濃度定量には１．２５μｍ〜１．７μｍの近赤外領域に属する吸光スペクトルを利用し、多変量解析を実施する。この多変量解析はＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ ＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅ）回帰分析により得られる検量線（検量式）を用いている。この検量線は、予め上記分析装置を用いた実験より得る。つまり、複数の被験者の皮膚組織から測定した吸光スペクトルを説明変量とし、実測した真皮細胞液中のグルコース濃度を目的変量としてＰＬＳ回帰分析することで検量線を取得する。
【００３０】
図５に他例を示す。ここでは反射鏡１０を備えた１５０Ｗ程度のハロゲンランプ１からの光をレンズ１１を通じて発光用光ファイバー４ａに導入し、受光用光ファイバー４ｂから射出される光をスリット２０を通じてフラットフィールド型回折格子ユニット２に導き、回折格子ユニット２で分光した光をアレイ型受光ユニット５で受けている。図中６０は受光ユニット５と演算ユニット６との間に配したＡ／Ｄ変換装置である。上記受光ユニット５にはたとえば受光感度域が０．９〜２．１μｍのＩｎＧａＡｓ製のフォトダイオードを直線状に２５６素子並べるとともにペルチェ素子で冷却しているものを用いる。そして、上記演算ユニット６では、１．４μｍ〜１．８μｍの近赤外領域に属する吸光スペクトルを利用し、上記の場合と同様に検量式（検量線）を用いてグルコース濃度の定量を行う。
【００３１】
図７に光ファイバーバンドル４の他例を示す。これは光ファイバーバンドル４の測定プローブＰとなる端部Ｂを示しており、ここではクラッド径が７５０μｍの光ファイバーをかごめ格子状に７本束ねたものを利用するとともに、中心の光ファイバー（図中で斜線を施したもの）を発光用光ファイバー４ａとし、周囲の６本の光ファイバーを受光用光ファイバー４ｂとしている。受光用光ファイバー４ｂを発光用光ファイバー４ａの周囲に配置することで、皮膚組織透過中に減衰・散乱した透過光をより多く集光できるので高精度の分析が可能となる。
【００３２】
図８に示すものは、端部Ｂにおいてクラッド径が５００μｍの光ファイバーを７０本程度束ねたものである。発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａと受光用光ファイバー４ｂの本数の比は約１：２となるようにし、発光用光ファイバー４ａの周囲を受光用光ファイバー４ｂが取り囲むように規則的な配列としている。このような光ファイバーバンドル４であれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数を調節することで発光光量と受光光量とを決められるために高精度の分析が可能となる。
【００３３】
図９に示すものでは、端部Ｂにおいてクラッド径が５００μｍの光ファイバーを７０本程度ランダムに束ねるにあたり、発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａと受光用光ファイバー４ｂの本数の比を約１：３としている。この場合、ランダムに束ねても発光用光ファイバー４ａの周囲を受光用光ファイバー４ｂがほぼ取り囲むことになり、配列を規則正しく並べる作業を行わなくとも図７に示すものとほぼ同等の性能を得ることができる。この光ファイバーバンドル４であれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数を調節することで高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーバンドル４の製作が容易となる。
【００３４】
ここにおいて、多数本の光ファイバーを規則的にあるいはランダムに並べた場合、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの最小間隔は隣接するもので決定されるものの、多様な間隔のものが生じることになる。しかし、最小間隔以外のものは実質上無視してもよい。すなわち、図２(b)に示すように、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを接触させた状態でその端面を測定物９の表面にほぼ直角につき当てて（透過する光路が特定できれば直角に限るものではない）、発光用光ファイバー４ａを通じて測定物９の表面に送り込めば、隣接する受光用光ファイバー４ｂへの光路イ、さらに離れた受光用光ファイバー４ｂヘの光路ロ、さらに離れた受光用光ファイバー４ｂヘの光路ハ等、様々な光路を通って受光用光ファイバー４ｂに入射される。ここで光路イ，ロ，ハの光路長を比較すると、同一径の光ファイバーを受発光用光ファイバー４ａ，４ｂに用いている場合、光路ロ，ハは光路イのほぼ２倍、３倍と考えてよい。光学的に不透明で散乱の多い生体等の物質中の光の透過は厳密にはＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則には従わないが、透過光量は光路長に応じて急激に減少し、光路長が２倍になると散乱状態によっては１／１０以下、光路長が３倍となるとさらにそれの１／１０以下の程度となる。このために受光用光ファイバー４ｂに集光される透過光は基本的には隣接する発光用光ファイバー４ａからの透過光の和と考えてよいものであり、このために、発光用光ファイバー４ａとこれに接して配された受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離で、必要とする深さに光の透過経路を設定することができる。
【００３５】
図１０に示すように、クラッド径が２５０μｍの光ファイバーにナイロン被覆を施して被覆外径を５００μｍとしたものを５０本程度束ねたものを用いてもよい。ここでは発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａと受光用光ファイバー４ｂの本数の比を約１：２とするとともに、発光用光ファイバー４ａの周囲を受光用光ファイバー４ｂが取り囲むように規則的に配列させている。この光ファイバーバンドル４を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数の調節で高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーの受発光部が線径の中心部分に限定されるので光路の限定をよりシャープにすることができ、解像度の高い分析が可能となる。
【００３６】
図１１に示すものは、図７で示した光ファイバーの束を更に束ねたもので、図７に示した束を１単位とするとき、図示例では７単位の束としている。もちろん、発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａと受光用光ファイバー４ｂは反対端において夫々個別に束ねて前記端部Ａ，Ｃとしている。この光ファイバーバンドル４を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数の調節で高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーバンドル４の製作が容易となる。
【００３７】
図１２に別の例を示す。基本的構成は図４に示したものと同じであるが、ここで用いている光ファイバーバンドル４は、図１３に示すように端部Ｂにおいてクラッド径が５００μｍの発光用光ファイバー４ａ（図中で斜線を施したもの）１本と、クラッド径が５００μｍと２５０μｍの２本の受光用光ファイバー４ｂを束ねたものとしている。
【００３８】
そして発光用光ファイバー４ａの他端Ａは回折格子ユニット２に接続し、２本の径が異なる受光用光ファイバー４ｂ，４ｂの各他端Ｃ，Ｄは受光ユニット５における個別の受光素子に導いている。径の小さい方の受光用光ファイバー４ｂで受光した光をリファレンス光として用いることができるようにしているのである。つまり、図１４に示すように、５００μｍ径の受光用光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に真皮組織９ｂを透過し、２５０μｍの光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に表皮組織９ａを透過した光であることから、その差スペクトルを用いることで真皮組織９ｂのスペクトルのみを取り出すことができる。もちろん、光ファイバー径は上記の値に限定されるものではなく、線径は適切に選択するものとする。いずれにしても、分光分析装置で不可欠なリファレンス測定を同一の光ファイバーバンドル４で可能であり、２個の受光素子を用いれば同時測定も可能である。なお、このような構成は、図７〜図１１に示した光ファイバーバンドル４にも適用することができるのはもちろんである。
【００３９】
たとえば図１５に示す光ファイバーバンドル４では、端部Ｂをクラッド径が５００μｍと２５０μｍの光ファイバーを夫々複数本束ねたものとして構成するとともに、５００μｍ径の光ファイバーのうちの数本を発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａとし、５００μｍ径の光ファイバーの残りと２５０μｍの光ファイバーとを受光用光ファイバー４ｂとしている。また発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとは規則正しく並べることで効率的に光ファイバーを利用できるようにしている。この光ファイバーバンドル４を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じた光ファイバー本数の調節で高精度の分析が可能となる。図１６に示す光ファイバーバンドル４では、クラッド径が５００μｍの光ファイバー２本と２５０μｍの光ファイバー２本を束ねたものを１単位として、これを７単位束ねたものとして構成するとともに、各単位中のクラッド径が５００μｍの光ファイバー１本を発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａとし、５００μｍ径の光ファイバーの残りと２５０μｍの光ファイバーとを受光用光ファイバー４ｂとしている。受光用光ファイバー４ｂは反対端において線径別に別けて束ねて端部Ｃ、端部Ｄとしている。この光ファイバーバンドル４を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じた光ファイバーの本数調節で高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーバンドルの製作が容易となるという利点を有する。
【００４０】
図１７及び図１８に更に別の例を示す。ここで用いている光ファイバーバンドル４は、クラッド径５００μｍと２５０μｍの光ファイバーを夫々発光用光ファイバー４ａ及び受光用光ファイバー４ｂとして用いるとともに、端部Ａにおいて径を問わずに束ねた発光用光ファイバー４ａは、端部Ｂ，Ｂ’側において径別に分けて、５００μｍ径の発光用光ファイバー４ａは５００μｍ径の受光用光ファイバー４ｂと束ね、２５０μｍ径の発光用光ファイバー４ａは２５０μｍ径の受光用光ファイバー４ｂと束ねている。そして各径別の受光用光ファイバー４ｂ，４ｂの束の各端部Ｃ，Ｄを受光ユニット５に接続している。
【００４１】
端部Ｃ及び端部Ｄからの光は各々受光素子（たとえばＩｎＧａＡｓ製のフォトダイオード）に導かれ、径の小さい光ファイバー４ｂで受光した光をリファレンス光とし、径の大きい光ファイバー４ｂで受光した光を測定光として使用する。５００μｍ径の光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に真皮を透過し、２５０μｍの光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に表皮層を透過した光である。そこで、その差スペクトルを用いることで真皮のスペクトルのみを取り出すことができる。また発光源の光量及び受光部の感度に応じて適切なファイバー数のバンドルとすればよい。
【００４２】
図１９及び図２０に示すものにおいては、クラッド径５００μｍの光ファイバーを発光用光ファイバー４ａに、クラッド径５００μｍと２５０μｍと１００μｍの光ファイバー３本を受光用光ファイバー４ｂとし、これら４本を端部Ｂにおいて束としたものを１単位として複数の単位を組み合わせて光ファイバーバンドル４を構成し、更に反対端では発光用光ファイバー４ａをまとめて端部Ａとして回折ユニット２に接続し、夫々の径の受光用ファイバー４ｂを径ごとにまとめて端部Ｃ，Ｄ，Ｅとして受光ユニット５に接続している。
【００４３】
そしてクラッド径１００μｍの光ファイバー４ｂで受光した光をリファレンス光とし、クラッド径５００μｍと２５０μｍの光ファイバー４ｂで受光した光を夫々測定光として使用する。５００μｍ径の光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に真皮組織９ｂ中央部を透過し、２５０μｍの光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に真皮組織９ｂ上部あるいは表皮層９ａ下部を透過し、１００μｍの光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に表皮層９ａ中央部を透過した光である。そこで、これら差スペクトルを用いることで深さ方向のグルコース濃度分布を一度に測定することができる。また同一測定で測定光とリファレンス光を測定できるために測定時間を短縮することができる。ここではクラッド径５００μｍと２５０μｍと１００μｍの光ファイバーを使用したが、線径を適切に選択することで任意深さの成分分析を行うことが可能である。また発光源の光量及び受光部の感度に応じて適切なファイバー数のバンドルとすればよい。
【００４４】
図２１に示す光ファイバーバンドル４は、クラッド径が２００μｍの発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを各５０本束ねたもので、プローブとなる一端Ｂ側において両光ファイバー４ａ，４ｂを相互に接触させた状態で束ねている。すなわち、発光用光ファイバー４ａの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、受光用光ファイバー４ｂを上記矩形状格子点の中心点に位置させると同時に、受光用光ファイバー４ｂの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、発光用光ファイバー４ａを上記矩形状格子点の中心点に位置させる状態で束ねている。この場合、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離は、どの位置においてもこれら光ファイバー４ａ，４ｂの線径と同じ値、この場合は２００μｍとなり、透過光路（の深さ）を特定することができるために、真皮９ｂでの成分分析を容易にできる。また、端部Ｂの皮膚への押圧力が測定時に一定となるように圧力ゲージと押し治具とを組み合わせたものを利用すれば精度の高い測定ができる。
【００４５】
図２２に示すように、発光用光ファイバー４ａを並べた列と受光用光ファイバー４ｂを並べた列とを半ピッチずらした状態で積層したものや、図２３に示すように、発光用光ファイバー４ａ間に発光用光ファイバー４ｂよりも小径の受光用光ファイバー４ｂを配したもの（たとえば発光用光ファイバー４ａとしてクラッド径が２００μｍのもの、受光用光ファイバー４ｂとしてクラッド径が７５μｍのもの）であってもよい。前者においては各列が発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとに別れるために両者の分離が容易で作製しやすいものであり、後者においては両種光ファイバー４ａ，４ｂで径が異なるために両者の分離が容易で作製しやすいものである。
【００４６】
以上の各例は、基本的に発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの間隔（中心間隔）が光ファイバーの線径（クラッド径）で定まるようにしたものであるが、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの間にスペーサー７を介在させて、該スペーサー７で上記間隔を設定するようにしてもよい。なお、この場合においても光ファイバーの線径が間隔を決定する一要素となるのはもちろんである。
【００４７】
図２４はスペーサー７を用いた場合の一例を示しており、端部Ｂにおいて発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを束ねるにあたり、同径である発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂの直径と等しい長さの辺を有する正方形断面のスペーサー７を用意して、該スペーサー７を光ファイバー４ａ，４ｂ間に密着配置するとともに、発光用光ファイバー４ａの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、受光用光ファイバー４ｂを上記矩形状格子点の中心点に位置させると同時に、受光用光ファイバー４ｂの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、発光用光ファイバー４ａを上記矩形状格子点の中心点に位置させる状態で束ねている。各光ファイバー４ａ，４ｂの他端側においては、上述のものと同じく、発光用光ファイバー４ａのみを束ねた端部Ａと、受光用光ファイバー４ｂのみを束ねた端部Ｃとを形成している。
【００４８】
この場合、光ファイバー４ａ，４ｂとしてクラッド径が２００μｍのものを用いたならば、スペーサー７の介在により、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離は、どの位置においても２８０μｍとなり、透過光路（の深さ）を特定することができるために、真皮組織９ｂでの成分分析が容易にできる。また、発光用光ファイバー４ａとスペーサー７のみ、あるいは受光用光ファイバー４ｂとスペーサー７のみが並ぶ列に別れるために、両種光ファイバー４ａ，４ｂの分離が容易で作成しやすいものともなっている。
【００４９】
図２５に他例を示す。端部Ｂにおいて発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを束ねるにあたり、同径である発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂの直径と等しい長さの辺を有する正方形断面のスペーサー７ａと、両種光ファイバー４ａ，４ｂの直径と等しい厚み（短片長さ）の長方形断面のスペーサー７ｂとを用意して、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを第１のスペーサー７ａを介して並べた列を、第２のスペーサー７ｂを介して積層配置し、この時、スペーサー７ｂを挟んだ２つの列において、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂの位置を１ピッチずらせることで、発光用光ファイバー４ａの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、受光用光ファイバー４ｂを上記矩形状格子点の中心点に位置させると同時に、受光用光ファイバー４ｂの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、発光用光ファイバー４ａを上記矩形状格子点の中心点に位置させる状態で束ねている。
【００５０】
この場合、光ファイバー４ａ，４ｂとしてクラッド径が２００μｍのものを用いた場合、スペーサー７ａ，７ｂの介在により、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離は、どの位置においても４００μｍとなり、透過光路（の深さ）を特定することができるために、表面近傍の深さ方向の成分分析が容易にできる。
【００５１】
なお、上記の発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとが格子状に並ぶ状態で束ねられた光ファイバーバンドル４は、次のようにして製造することができる。図２１に示した光ファイバーバンドル４は、クラッド径２００μｍで長さ４０ｃｍの発光用光ファイバー４ａを５０本、クラッド径２００μｍで長さ３０ｃｍの受光用光ファイバー４ｂを５０本用意して、図２６(a)に示すように、５本の発光用光ファイバー４ａと５本の受光用光ファイバー４ｂとを平面上で交互に並べて接着し、平板状ユニットを得る。この平板状ユニットを１０組作製した後、図２６(b)に示すように、各ユニットを積層接着して、図２６(c)に示すものを得る。この時、上下に並ぶ２つのユニット間で裏表を異ならせて積層する。得られた光ファイバー４ａ，４ｂの束は、図２１に示すステンレス製チューブ８に入れて該チューブ８内面との間にエポキシ系充填材９１を充填する。
【００５２】
他端側では、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを分離して夫々束ね、やはりステンレス製チューブに入れてエポキシ系充填材を充填する。発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの長さを異ならせているのは、この分離を容易とするためであるが、長さではなく、たとえば色分けによって分離できるようにしておいてもよい。なお、各端部Ａ，Ｂ，Ｃの端面は最終的には研磨機で研磨して仕上げる。図２２に示した光ファイバーバンドル４も同様の方法で作製することができる。
【００５３】
図２４に示した光ファイバーバンドル４は、クラッド径２００μｍで長さ４０ｃｍの発光用光ファイバー４ａを２５本、クラッド径２００μｍで長さ３０ｃｍの受光用光ファイバー４ｂを２５本用意して、５本の発光用光ファイバー４ａと５個のスペーサー７を平面上で交互に並べて接着したユニットを５つ作製するとともに、５本の受光用光ファイバー４ｂと５個のスペーサー７を平面上で交互に並べて接着したユニットを５つ作製し、上記両種のユニットを交互に積層して接着した後、ステンレス製チューブ８に入れてエポキシ系充填材９１を充填することで形成することができる。他端側では、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを分離して夫々束ね、やはりステンレス製チューブに入れてエポキシ系充填材を充填する。各端部Ａ，Ｂ，Ｃの端面は最終的には研磨機で研磨して仕上げる。
【００５４】
スペーサー７として、図２７(a)に示すように、複数個が一端側において連結されているものを用いて、スペーサー７間の溝に発光用光ファイバー４ａを収納したものと、スペーサー７間の溝に受光用光ファイバー４ｂを収納したものとを作製し、これらを図２７(b)(c)に示すように交互に積層して接着してもよい。スペーサー７同士を連結している一端部は最終の研磨時に削り落とせばよい。
【００５５】
図２５に示した光ファイバーバンドル４は、クラッド径２００μｍで長さ４０ｃｍの発光用光ファイバー４ａを１８本、クラッド径２００μｍで長さ３０ｃｍの受光用光ファイバー４ｂを１８本用意して、３本の発光用光ファイバー４ａと３本の受光用光ファイバー４ｂと５個のスペーサー７ａを平面上で交互に並べて接着したユニットを６つ作製し、各ユニットとスペーサー７ｂとを交互に積層して接着した後、ステンレス製チューブ８に入れてエポキシ系充填材９１を充填することで形成することができる。他端側では、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを分離して夫々束ね、やはりステンレス製チューブに入れてエポキシ系充填材を充填する。各端部Ａ，Ｂ，Ｃの端面は最終的には研磨機で研磨して仕上げる。
【００５６】
図２８に示すように、スペーサー７ａとスペーサー７ｂとを一体としたものを用いれば、スペーサー７ａ間の溝に光ファイバー４ａ，４ｂを収納して組み立てることができるために、光ファイバーバンドル４の作製が更に容易となる。スペーサー７を用いる場合、その形態は上記の各例に限定されるものではない。たとえば図２９に示すように、表裏に溝を交互に形成することになる矩形波型断面のスペーサー７を用意して、表裏の各溝に光ファイバー４ａ，４ｂを収納したユニットを複数形成し、これらユニットを積層接着するようにしてもよい。この時、スペーサー７の片面側に発光用光ファイバー４ａを、他面側に受光用光ファイバー４ｂを収納すればよく、またスペーサー７の厚みによって光ファイバー４ａ，４ｂの中心間距離を自由に設定することができる。
【００５７】
発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの配列及びスペーサー７の形状の他例を図３０に示す。ここでのスペーサー７は円筒状となっており、該スペーサー７の外周面に受光用光ファイバー４ｂをほぼ等間隔で並べるとともにスペーサー７の内周面に発光用光ファイバー４ａをほぼ等間隔で並べて、図３０(a)に示すものでは受光用光ファイバー４ｂと発光用光ファイバー４ａとを周方向において同じ位置に配置している。スペーサー７とこれの周面に密着固定した両種光ファイバー４ａ，４ｂの軸線方向を平行としたこのものでは、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離はどの一においても発光用光ファイバー４ａの半径と受光用光ファイバー４ｂの半径とスペーサー７の厚みの和となり、両種光ファイバー４ａ，４ｂに２００μｍのクラッド径のものを用いるとともに厚み１００μｍのスペーサー７を用いれば、上記中心間距離は３００μｍとなる。もちろん、図３０(b)に示すように、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを周方向においてずらした位置に設けてもよく、この場合、上記中心間距離は上記値より長くなる。
【００５８】
図３１は上記の筒状スペーサー７を用いる場合の他例を示しており、径の異なる２つの円筒状スペーサー７，７を用意して、径の小さなスペーサー７の外周面に発光用光ファイバー４ａを固定し、径の大きなスペーサー７の外周面に受光用光ファイバー４ｂを固定した上で、径の大きなスペーサー７の内部に径の小さなスペーサー７をはめ込むようにしている。径の大きなスペーサー７の内径（半径）と径の小さなスペーサー７の外径（半径）との差を発光用光ファイバー４ａの直径とほぼ等しくしておくことで、両スペーサー７，７の軸合わせが容易となる。この場合、スペーサー７の内周面に光ファイバーを固定するという困難な作業が不要となるために製作が容易である。
【００５９】
スペーサー７は図３２に示すように、シート状のものであってもよい。シート状スペーサー７の片面に発光用光ファイバー４ａを、他面に受光用光ファイバー４ｂを密着固定しておくのである。このものでは、シート状スペーサー７を曲げて図３０に示したような形態としたり、あるいは渦巻き状に巻いたり波状としたり折り畳んだりすることで適宜形態のものとすることができる。また、広げて平板状としている状態のスペーサー７に光ファイバー４ａ，４ｂを取り付けることができるために、光ファイバー４ａ，４ｂの位置決め及び接着固定が容易なものである。
【００６０】
スペーサー７の厚みが発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離の設定の要件となるものを示したが、スペーサー７としては、光ファイバー４ａ，４ｂを通すことができる貫通孔７１を備えたものであってもよい。図３３に示すように、複数個の貫通孔７１をスペーサー７に設けておき、これら貫通孔７１に夫々光ファイバー４ａ，４ｂを通すことで、貫通孔７１の間隔で光ファイバー４ａ，４ｂの中心間距離を設定するのである。図示例では、１本の発光用光ファイバー４ａを複数本の受光用光ファイバー４ｂが取り囲む配列となるようにしているが、該配列は貫通孔７１の配置と両種光ファイバー４ａ，４ｂをどの貫通孔７１に挿通するかによって定まるものであり、多様な配列が可能である。
【００６１】
上記貫通孔７１を備えたスペーサー７は、測定プローブＰの生体に接触させる端面を形成する部材として利用することができるが、この時、図３４に示すように、光ファイバー４ａ，４ｂの先端をスペーサー７より少し突出させておくと、皮膚組織表面に測定プローブＰを当てる際に、光ファイバー４ａ，４ｂと皮膚組織との間に隙間が生じて迷光が生じてしまうおそれを無くすことができる。
【００６２】
図３５はかごめ格子状に光ファイバー４ａ，４ｂを配置するスペーサーにおいて、リファレンス用の受光用光ファイバー４ｂを発光用光ファイバー４ａの近傍に位置させることができるようにしたものを示している。本発明にかかる血液成分濃度の分析装置は、光ファイバー４を必須とするものではない。たとえば図３６に示すように、測定プローブＰの先端面に微小な発光ダイオード４１ａ及び受光素子４１ｂを配列させた基板を装着し、これら発光ダイオード４１ａ及び受光素子４１ｂを生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点と表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点としてもよいものである。図３６(b)に示すものではＬ２（１００μｍ）角の大きさの発光ダイオード４１ａ及び受光素子４１ｂをＬ１（２００μｍ）ピッチで並べるとともに、発光ダイオード４１ａと受光素子４１ｂとの間にＬ３（１００μｍ）の間隔をあけているが、この配列に限るものではなく、上記光ファイバーを用いたものと同様の配列あるいはランダム配置を採用することができる。
【００６３】
上記発光ダイオード４１ａや受光素子４１ｂのうちの一方を光ファイバーに置き換えたものであってもよい。図３７は発光用光ファイバー４ａを複数の受光素子４１ｂで取り囲んだものを示しているが、発光ダイオード４１ａの回りを複数の受光用光ファイバー４ｂが取り囲むものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に用いる光ファイバーバンドルの一例を示すもので、(a)は正面図、(b)は一端側の端面図である。
【図２】(a)(b)は皮膚組織における光の透過経路の説明図である。
【図３】人間の皮膚組織に対する光の透過経路の説明図である。
【図４】本発明の分析装置の一例の概略説明図である。
【図５】同上の他例の概略説明図である。
【図６】同上に用いている光ファイバーバンドルの一端の端面図である。
【図７】光ファイバーバンドルの他例の端面図である。
【図８】光ファイバーバンドルの更に他例の端面図である。
【図９】光ファイバーバンドルの別の例の端面図である。
【図１０】光ファイバーバンドルの更に別の例の端面図である。
【図１１】光ファイバーバンドルの異なる例の端面図である。
【図１２】別の例の概略説明図である。
【図１３】同上に用いている光ファイバーバンドルの一端の端面図である。
【図１４】レファレンス光についての説明図である。
【図１５】光ファイバーバンドルの他例の端面図である。
【図１６】光ファイバーバンドルの更に他例の端面図である。
【図１７】更に別の例の概略説明図である。
【図１８】同上に用いている光ファイバーバンドルの一例の端面図である。
【図１９】異なる例の概略説明図である。
【図２０】同上に用いている光ファイバーバンドルの一例の端面図である。
【図２１】光ファイバーバンドルの別の例の端面図である。
【図２２】光ファイバーバンドルのさらに別の例の端面図である。
【図２３】光ファイバーバンドルの他例の端面図である。
【図２４】光ファイバーバンドルの更に他例の端面図である。
【図２５】光ファイバーバンドルの異なる例の端面図である。
【図２６】(a)(b)(c)は光ファイバーバンドルの製造方法の説明図である。
【図２７】(a)(b)(c)は他の光ファイバーバンドルの製造方法の説明図である。
【図２８】(a)(b)(c)は別の光ファイバーバンドルの製造方法の説明図である。
【図２９】(a)(b)は異なる光ファイバーバンドルの製造方法の説明図である。
【図３０】(a)(b)は夫々光ファイバーバンドルの他例の端面図である。
【図３１】(a)は光ファイバーバンドルのスペーサーの他例の端面図、(b)は同上の分解斜視図である。
【図３２】光ファイバーバンドルのスペーサーの別の例の斜視図である。
【図３３】(a)(b)はスペーサーのさらに別の例の斜視図である。
【図３４】光ファイバーバンドルの他例の斜視図である。
【図３５】スペーサーの異なる例の正面図である。
【図３６】(a)は測定プローブの他例の正面図、(b)は同上の拡大正面図である。
【図３７】測定プローブのさらに他例の正面図である。
【符号の説明】
【００６５】
４ 光ファイバーバンドル
４ａ 発光用光ファイバー
４ｂ 受光用光ファイバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光分析法による血液成分濃度の分析方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
紫外光から赤外光を利用した分光分析は現在、広範囲の分野で利用されている。利用する波長によって吸光にかかわる物理的性質は異なるが、紫外域では電子の励起、赤外域では分子振動の共鳴、近赤外領域では分子振動の共鳴の高調波などが計測できるために、これらに基づいて分析を行うことができる。
【０００３】
これらの波長の中で可視域に隣接する近赤外域の光を用いて物質の定量、定性分析を行う近赤外分光分析法は、近年、農業分野をはじめ様々な分野で利用されはじめており、最近では生体分野において非侵襲、無害の分析手法として注目されている。近赤外分光分析法は０．８μｍから２．５μｍの波長の光を物質に照射し、透過あるいは反射した光のスペクトルより分析を行う手法である。この近赤外分光分析法は、エネルギーの低い電磁波を用いるので試料を損傷することがない固体、粉体、繊維、液体、気体など様々な状態の試料への適用が可赤外光にくらべ近赤外光では水の吸収強度が弱くなるので、水溶液での分析が可などの利点を有しており、グルコースといった血液成分濃度の定量、定性分析を非侵襲で行うことが可能である。
【０００４】
ただし、近赤外光を用いる場合、吸収シグナルは高調波をあつかうために赤外光に比較して非常に微弱である上、バンドの帰属が明確でないという欠点を有しており、このために近赤外分光分析にはその定量、定性のためにいわゆる“ケモメトリクス”と呼ばれる手法が用いられる。これは、多変量解析手法や統計解析手法を用いて化学分析を行う手法で、コンピュータの発達とともに発展し、最近の近赤外分光分析では主成分回帰分析あるいはＰＬＳ回帰分析といった多変量解析手法を用いて行われることが多い。またニューラルネットワーク等の解析への応用も試みられている。
【０００５】
近赤外分光分析を化学成分分析に利用した従来例として水分計がある。近赤外光による水分計は現在、数種類が市販されているが、初期の頃の単純な水分定量は、水の吸収の１．９３μｍにおける吸光度と物質の吸収に関係しない中立波長の２．０８μｍにおける吸光度の差（差吸光度）と、水分との単回帰式によりあらかじめ求めた検量線を用いて行われている。実際の計測においては差吸光度を測定し、検量線と比較することで物質の水分量を測定する。ただし、この水分量計測は物質表面に光を照射しその反射光を検出することにより行われるので、表面近傍の深さ方向の水分量を選択的に検出する能力はない。
【０００６】
また、分光学的方法とは異なる手法も提案されている。これは特表平８−５０２９１２号公報に示されているように、多重に散乱した光の空間的に分解された測定によってグルコース濃度を求めようとしたもので、生体を通った近赤外光の測定を２つの受発光間隔で行うとともに、受発光間隔に対する強度の依存性に基づいてグルコース濃度を求めている。
【０００７】
しかし、残念ながら今のところグルコースといった血液成分濃度を生体組織から非侵襲で定量定性分析することは実用化に至っていないのが現状である。これは、生体組織における皮膚組織は３００μｍ程度の厚さの表皮と，その下層の厚さ１ｍｍ程度の真皮組織、さらにその下層の多量の脂肪細胞からなる皮脂組織で構成されているのに対して、従来は生体組織が均質なものと仮定しているためであると思われる。複雑な組織構造がからみあう生体組織においては、グルコースのような生体成分は、組織が異なればその濃度も大きく異なっており、この点を考慮しなくては正確な定量は望めない。
【特許文献１】特表平８−５０２９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、グルコースといった血液成分濃度の定量を非侵襲で精度良く行うことができる血液成分濃度の分析方法及びその装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る血液成分濃度の分析方法は、生体の血液成分濃度を近赤外光の分光分析で行うにあたり、近赤外光として１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長のものを用い、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端で生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点を形成するとともに、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端で表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点を形成して、この光投射点と光検出点との間隔を発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで２ｍｍ以下の単一距離に設定することで生体の表層組織における真皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは真皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光を受光手段に導いて分光分析を行い、定量を目的とする成分の血中成分濃度と上記真皮部分中の濃度との相関を利用して定量分析を行うことに特徴を有している。
【００１０】
生体の皮膚組織のなかで真皮部分は血液成分に関してその濃度の点で相関が高い上に、近赤外光を真皮部分に選択的に透過させたり真皮部分で選択的に拡散反射させたりすることが可能であることに着目したものである。すなわち、図２に示すように発光プローブＰと受光プローブＲとを平行に配置して測定物９に対向させた場合、発光プローブＰから出て受光プローブＲで観察される光はいわゆる「バナナシェイプ」とよばれる経路を通ることが実験的にも数値解析手法を用いたシミュレーションにおいても確認されており、この時、発光プローブＰと受光プローブＲとの間隔の調節によって測定物９の深さ方向への光の到達度を変化させることができることに着目し、生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点と表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点との間隔を２ｍｍ以下することで、真皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは真皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光を取り出して近赤外光分析を行うようにしたものである。
【００１１】
前記公報の実施例で示された３ｍｍや５ｍｍといった受発光間隔では、真皮組織の信号だけでなく、その下層に位置する筋肉組織や脂肪組織の信号をも重畳した信号を検出してしまうことになり、外乱信号が多くなるために、空間的に分離された２つの近赤外光を検出した信号を利用しても、複雑な生体組織から精度の良いグルコース濃度の測定は難しいが、皮膚組織のなかで最も良好なグルコース信号（つまり血中グルコース濃度と相関の高いグルコース信号）を外乱が少なくて安定した真皮組織から選択的に取り出すことができる。
【００１２】
また、上記発光プローブと受光プローブとを上記のような間隔で設けることは実際上困難であるが、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端を光投射点とし、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端を光検出点とすることで、この問題を解決することができる上に、発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで上記光投射点と光検出点の間隔を設定しているために、真皮部分を選択的に透過させたり真皮部分で選択的に反射させるための間隔設定を容易に行うことができる。。
【００１３】
なお、光ファイバーとしてはその線径が１ｍｍ以下のものを好適に用いることができる。光ファイバーには直径が数μｍから数千μｍ（数ｍｍ）のものを用いることができるが、この中で特に、直径７０μｍから１０００μｍの光ファイバーの利用が適している。人間の真皮中の化学成分の定量分析を行う用途に用いるものについて述べるならば、人間の真皮９ｂは図３に示すように３００μｍ程度の厚さの表皮９ａと多量の脂肪細胞からなる皮下組織９ｃとに挟まれた１ｍｍ程度の厚さの組織であり、このような真皮９ｂ中の血液成分の分析には線径が２５０〜７５０μｍの光ファイバー、たとえば５００μｍの光ファイバーの束を用いて図１のような光ファイバーを作製して分光分析を行うことで、真皮９ｂ中の血液成分の分析が可能となる。皮膚組織中を透過する光の経路は組織の物性や分析に用いる波長により異なるので、予め予備実験や数値シミュレーションを行い、測定に用いる線径を決定する必要がある。得られた吸光信号は演算部で数値計算され目的とする成分濃度が算出される。
【００１４】
目的とする血液成分としてはグルコースをあげることができ、この時、真皮組織からは血中グルコース濃度と相関の高いグルコース信号を得ることができるために、グルコース濃度の定量分析を高い精度で行うことができるが、グルコースに限るものではない。
【００１５】
そして、生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点と表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点とを複数設けるとともに、上記両点の最小間隔を２ｍｍ以下，好ましくは１ｍｍ以下としても、真皮部分を選択的に透過させたり真皮部分で選択的に拡散反射させることができる。
【００１６】
近赤外光による分光分析にあたり、近赤外光としては、１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長のものを好適に用いることができる。１，３００ｎｍ未満の光ではＳ／Ｎ比の良い信号を得ることができない。生体での透過性に優れるものの、吸収信号が非常に小さいために、２ｍｍ以下に設定した受発光間隔での測定では、真皮組織に微量含まれるグルコースのような成分の定量が難しくなるためであり、１，３００〜２，５００ｎｍの波長は生体での透過性に劣るものの、吸収信号が大きくてＳ／Ｎ比が良く、分析精度も向上するためである。
【００１７】
上記波長範囲内においても、１，４００〜１，８００ｎｍの範囲の波長の近赤外光もしくは２，０００〜２，５００ｎｍの範囲の波長の近赤外光の少なくとも一方を用いることで好ましい結果を得ることができる。
【００１８】
そして生体の表層組織における表皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは表皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光をリファレンス光として併用することも好ましい。表皮組織の影響を受けない真皮組織の吸収信号を抽出することができるために、より正確な定量を行うことが可能となる。
この場合、光投射点とリファレンス光測定用の光検出点との間隔を上記分光分析用の間隔より小さくすることで、表皮部分からの光を検出することができる。リファレンス光は、表皮組織、とりわけ角質層のような生体外部の環境の影響を受けやすく、毛細血管がほとんど存在しない組織を主として透過したり拡散反射した光となり、このような表皮組織の吸収信号の寄与の大きい透過光あるいは拡散反射光をリファレンス光とすることで、真皮組織の吸収信号を抽出することができることになり、より正確な定量を行うことが可能となる。
【００１９】
そして本発明にかかる血液成分濃度の分析装置は、生体の血液成分濃度を近赤外光の分光分析で行う分析装置であって、１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長の近赤外光を生体の表層組織表面に投射する投射部と、生体の表層組織表面から近赤外光を検出する検出部とを備えるとともに、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端を上記投射部とし、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端を上記検出部としたものであり、発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサによって上記投射部と上記検出部との間隔を、上記投射部から生体組織に導入されて検出部で検出される近赤外光が生体の表層組織における真皮部分を選択的に透過する間隔あるいは真皮部分で選択的に拡散反射する間隔である２ｍｍ以下の単一距離とし、更に定量を目的とする成分の血中成分濃度と上記真皮部分中の濃度との相関を利用して定量分析を行う演算手段を備えていることに特徴を有している。
【００２０】
上記方法による血液成分濃度の分析を行うことができる。また、光ファイバーを利用することで、特殊な受発光部品を用いずとも通常のハロゲンランプや発光ダイオードのような比較的光量の弱い光源、ＳｉやＧｅやＩｎＧａＡｓ製のフォトダイオードのような通常の受光素子を用いても、物質の表面近傍の化学組成を分析するのに十分な光量あるいは受光感度を得ることができるものとなる。
【００２１】
このものにおいて、リファレンス光を併用する場合、リファレンス光用の投射部と検出部との間隔は上記単一距離よりも短くしておく。たとえば０．５ｍｍ以下、好ましくは０．３５ｍｍ以下とする。
【００２２】
成分濃度の算出は検量線あるいはキャリブレーション式を用いて行われる。検量線あるいはキャリブレーション式は予め個人あるいは複数の被験者の様々な状態における吸光スペクトルを解析して得られる。解析は、多変量解析手法や統計解析手法を用いて定量、定性分析を行う手法で、近赤外分光分析では主成分回帰分析あるいはＰＬＳ回帰分析といった多変量解析手法を用いて行われることが多い。
【００２３】
スペクトル測定はハロゲンランプのような光源からの光を干渉フィルターのような光学フィルターを用いて任意波長の光に分光したり、発光ダイオードやレーザーダイオードのような単色光源を組み合わせて複数波長の吸光度を測定する方式や、通常の分光分析法のようにハロゲンランプのような光源からの光を回折格子あるいはフーリエ変換方式（ＦＴ−ＩＲ方式）を用いて連続的に所定の波長の吸光スペクトルを求めるようにしてもかまわない
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、生体の皮膚組織のなかで真皮部分は血液成分に関してその濃度の点で相関が高い上に、この真皮部分に選択的に透過させたり真皮部分で選択的に拡散反射させた光で分光分析を行うために、きわめて精度の高い分析を行うことができるものである。しかも、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端と一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端と夫々生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点及び表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点を受光用光ファイバーの他端で形成しているために、２ｍｍ以下の間隔で光投射点と光検出点とを設けることを物理上の問題を招くことなく実現することができるとともに、特殊な受発光部品を用いずとも通常のハロゲンランプや発光ダイオードのような比較的光量の弱い光源、ＳｉやＧｅやＩｎＧａＡｓ製のフォトダイオードのような通常の受光素子を用いても、血液成分濃度を皮膚組織の非侵襲で分析するのに十分な光量あるいは受光感度を得ることができるものであり、更には上記光投射点と上記光検出点との間隔を発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで設定していることから、真皮部分を選択的に透過させたり真皮部分で選択的に反射させるための間隔設定を容易に行うことができる。
【００２５】
そして本発明にかかる血液成分濃度の分析装置は、上記分析方法によるところの血液成分濃度の分析を効果的に行うことができる。また、投射部と検出部との間隔を発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで設定しているために、用いる光ファイバーの径に制限が生じにくくなり、適宜な光ファイバーを選択して用いることができるほか、レファレンスを得る場合も、同じ径の光ファイバーで得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すと、図４に示すものは人間の皮膚組織内のグルコース濃度を定量するためのもので、１５０Ｗ程度のハロゲンランプ１、ハロゲンランプ１からの光の分光を行う回折格子を納めた回折格子ユニット２、前記回折格子の回転角制御を行って分光波長の調節を行うステッピングモータユニット３、分光後の光を被測定物に伝えるとともにその透過光を受光ユニット５に送る光ファイバーバンドル４、受光ユニット５からの信号をもとに数値解析を行いグルコース濃度の定量を行う演算ユニット６から構成されている。
【００２７】
上記光ファイバーバンドル４は図６に示すように、クラッド径が７５０μｍの２本の大口径ファイバーを測定プローブＰとなる一端Ｂ側において相互に接触させた状態で束ねたものとなっている。クラッド径は目的とする真皮９ｂ組織の厚さに応じて決定され、７５０μｍのものは適切な一例である。この光ファイバーバンドル４の発光用光ファイバー４ａの端部Ａを回折格子ユニット２へ、受光用光ファイバー４ｂの端部Ｃを受光ユニット５へ接続し、端部Ｂを分析する皮膚へ直角に突き当てて計測を行う。
【００２８】
このように線径を適切に選んだ発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを接触させて両者の間隔を特定すれば、図３に示すように、透過光路（の深さ）が選定され、真皮組織９ｂを選択的に透過（あるいは真皮組織９ｂで選択的に拡散反射）させることができる。従って、真皮組織９ｂにおける血液成分濃度の分析が容易にできる。また、光ファイバーバンドル４の作製も容易である。端部Ｂの皮膚への押圧力が測定時に一定となるように圧力ゲージと押し治具とを組み合わせたものを利用すれば精度の高い測定ができる。
【００２９】
受光ユニット５では受光感度域が０．９〜１．７μｍのＩｎＧａＡｓ製のフォトダイオードの受光信号を増幅後、ＡＤ変換し、マイクロコンピュータからなる演算ユニットへ信号を伝達する。演算ユニットで行われるグルコース濃度定量には１．２５μｍ〜１．７μｍの近赤外領域に属する吸光スペクトルを利用し、多変量解析を実施する。この多変量解析はＰＬＳ（Ｐａｒｔｉａｌ ＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅ）回帰分析により得られる検量線（検量式）を用いている。この検量線は、予め上記分析装置を用いた実験より得る。つまり、複数の被験者の皮膚組織から測定した吸光スペクトルを説明変量とし、実測した真皮細胞液中のグルコース濃度を目的変量としてＰＬＳ回帰分析することで検量線を取得する。
【００３０】
図５に他例を示す。ここでは反射鏡１０を備えた１５０Ｗ程度のハロゲンランプ１からの光をレンズ１１を通じて発光用光ファイバー４ａに導入し、受光用光ファイバー４ｂから射出される光をスリット２０を通じてフラットフィールド型回折格子ユニット２に導き、回折格子ユニット２で分光した光をアレイ型受光ユニット５で受けている。図中６０は受光ユニット５と演算ユニット６との間に配したＡ／Ｄ変換装置である。上記受光ユニット５にはたとえば受光感度域が０．９〜２．１μｍのＩｎＧａＡｓ製のフォトダイオードを直線状に２５６素子並べるとともにペルチェ素子で冷却しているものを用いる。そして、上記演算ユニット６では、１．４μｍ〜１．８μｍの近赤外領域に属する吸光スペクトルを利用し、上記の場合と同様に検量式（検量線）を用いてグルコース濃度の定量を行う。
【００３１】
図７に光ファイバーバンドル４の他例を示す。これは光ファイバーバンドル４の測定プローブＰとなる端部Ｂを示しており、ここではクラッド径が７５０μｍの光ファイバーをかごめ格子状に７本束ねたものを利用するとともに、中心の光ファイバー（図中で斜線を施したもの）を発光用光ファイバー４ａとし、周囲の６本の光ファイバーを受光用光ファイバー４ｂとしている。受光用光ファイバー４ｂを発光用光ファイバー４ａの周囲に配置することで、皮膚組織透過中に減衰・散乱した透過光をより多く集光できるので高精度の分析が可能となる。
【００３２】
図８に示すものは、端部Ｂにおいてクラッド径が５００μｍの光ファイバーを７０本程度束ねたものである。発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａと受光用光ファイバー４ｂの本数の比は約１：２となるようにし、発光用光ファイバー４ａの周囲を受光用光ファイバー４ｂが取り囲むように規則的な配列としている。このような光ファイバーバンドル４であれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数を調節することで発光光量と受光光量とを決められるために高精度の分析が可能となる。
【００３３】
図９に示すものでは、端部Ｂにおいてクラッド径が５００μｍの光ファイバーを７０本程度ランダムに束ねるにあたり、発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａと受光用光ファイバー４ｂの本数の比を約１：３としている。この場合、ランダムに束ねても発光用光ファイバー４ａの周囲を受光用光ファイバー４ｂがほぼ取り囲むことになり、配列を規則正しく並べる作業を行わなくとも図７に示すものとほぼ同等の性能を得ることができる。この光ファイバーバンドル４であれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数を調節することで高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーバンドル４の製作が容易となる。
【００３４】
ここにおいて、多数本の光ファイバーを規則的にあるいはランダムに並べた場合、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの最小間隔は隣接するもので決定されるものの、多様な間隔のものが生じることになる。しかし、最小間隔以外のものは実質上無視してもよい。すなわち、図２(b)に示すように、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを接触させた状態でその端面を測定物９の表面にほぼ直角につき当てて（透過する光路が特定できれば直角に限るものではない）、発光用光ファイバー４ａを通じて測定物９の表面に送り込めば、隣接する受光用光ファイバー４ｂへの光路イ、さらに離れた受光用光ファイバー４ｂヘの光路ロ、さらに離れた受光用光ファイバー４ｂヘの光路ハ等、様々な光路を通って受光用光ファイバー４ｂに入射される。ここで光路イ，ロ，ハの光路長を比較すると、同一径の光ファイバーを受発光用光ファイバー４ａ，４ｂに用いている場合、光路ロ，ハは光路イのほぼ２倍、３倍と考えてよい。光学的に不透明で散乱の多い生体等の物質中の光の透過は厳密にはＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則には従わないが、透過光量は光路長に応じて急激に減少し、光路長が２倍になると散乱状態によっては１／１０以下、光路長が３倍となるとさらにそれの１／１０以下の程度となる。このために受光用光ファイバー４ｂに集光される透過光は基本的には隣接する発光用光ファイバー４ａからの透過光の和と考えてよいものであり、このために、発光用光ファイバー４ａとこれに接して配された受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離で、必要とする深さに光の透過経路を設定することができる。
【００３５】
図１０に示すように、クラッド径が２５０μｍの光ファイバーにナイロン被覆を施して被覆外径を５００μｍとしたものを５０本程度束ねたものを用いてもよい。ここでは発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａと受光用光ファイバー４ｂの本数の比を約１：２とするとともに、発光用光ファイバー４ａの周囲を受光用光ファイバー４ｂが取り囲むように規則的に配列させている。この光ファイバーバンドル４を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数の調節で高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーの受発光部が線径の中心部分に限定されるので光路の限定をよりシャープにすることができ、解像度の高い分析が可能となる。
【００３６】
図１１に示すものは、図７で示した光ファイバーの束を更に束ねたもので、図７に示した束を１単位とするとき、図示例では７単位の束としている。もちろん、発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａと受光用光ファイバー４ｂは反対端において夫々個別に束ねて前記端部Ａ，Ｃとしている。この光ファイバーバンドル４を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じて光ファイバーの本数の調節で高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーバンドル４の製作が容易となる。
【００３７】
図１２に別の例を示す。基本的構成は図４に示したものと同じであるが、ここで用いている光ファイバーバンドル４は、図１３に示すように端部Ｂにおいてクラッド径が５００μｍの発光用光ファイバー４ａ（図中で斜線を施したもの）１本と、クラッド径が５００μｍと２５０μｍの２本の受光用光ファイバー４ｂを束ねたものとしている。
【００３８】
そして発光用光ファイバー４ａの他端Ａは回折格子ユニット２に接続し、２本の径が異なる受光用光ファイバー４ｂ，４ｂの各他端Ｃ，Ｄは受光ユニット５における個別の受光素子に導いている。径の小さい方の受光用光ファイバー４ｂで受光した光をリファレンス光として用いることができるようにしているのである。つまり、図１４に示すように、５００μｍ径の受光用光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に真皮組織９ｂを透過し、２５０μｍの光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に表皮組織９ａを透過した光であることから、その差スペクトルを用いることで真皮組織９ｂのスペクトルのみを取り出すことができる。もちろん、光ファイバー径は上記の値に限定されるものではなく、線径は適切に選択するものとする。いずれにしても、分光分析装置で不可欠なリファレンス測定を同一の光ファイバーバンドル４で可能であり、２個の受光素子を用いれば同時測定も可能である。なお、このような構成は、図７〜図１１に示した光ファイバーバンドル４にも適用することができるのはもちろんである。
【００３９】
たとえば図１５に示す光ファイバーバンドル４では、端部Ｂをクラッド径が５００μｍと２５０μｍの光ファイバーを夫々複数本束ねたものとして構成するとともに、５００μｍ径の光ファイバーのうちの数本を発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａとし、５００μｍ径の光ファイバーの残りと２５０μｍの光ファイバーとを受光用光ファイバー４ｂとしている。また発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとは規則正しく並べることで効率的に光ファイバーを利用できるようにしている。この光ファイバーバンドル４を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じた光ファイバー本数の調節で高精度の分析が可能となる。図１６に示す光ファイバーバンドル４では、クラッド径が５００μｍの光ファイバー２本と２５０μｍの光ファイバー２本を束ねたものを１単位として、これを７単位束ねたものとして構成するとともに、各単位中のクラッド径が５００μｍの光ファイバー１本を発光用光ファイバー（図中で斜線を施したもの）４ａとし、５００μｍ径の光ファイバーの残りと２５０μｍの光ファイバーとを受光用光ファイバー４ｂとしている。受光用光ファイバー４ｂは反対端において線径別に別けて束ねて端部Ｃ、端部Ｄとしている。この光ファイバーバンドル４を利用すれば、光源や受光素子の能力に応じた光ファイバーの本数調節で高精度の分析が可能となる上に、光ファイバーバンドルの製作が容易となるという利点を有する。
【００４０】
図１７及び図１８に更に別の例を示す。ここで用いている光ファイバーバンドル４は、クラッド径５００μｍと２５０μｍの光ファイバーを夫々発光用光ファイバー４ａ及び受光用光ファイバー４ｂとして用いるとともに、端部Ａにおいて径を問わずに束ねた発光用光ファイバー４ａは、端部Ｂ，Ｂ’側において径別に分けて、５００μｍ径の発光用光ファイバー４ａは５００μｍ径の受光用光ファイバー４ｂと束ね、２５０μｍ径の発光用光ファイバー４ａは２５０μｍ径の受光用光ファイバー４ｂと束ねている。そして各径別の受光用光ファイバー４ｂ，４ｂの束の各端部Ｃ，Ｄを受光ユニット５に接続している。
【００４１】
端部Ｃ及び端部Ｄからの光は各々受光素子（たとえばＩｎＧａＡｓ製のフォトダイオード）に導かれ、径の小さい光ファイバー４ｂで受光した光をリファレンス光とし、径の大きい光ファイバー４ｂで受光した光を測定光として使用する。５００μｍ径の光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に真皮を透過し、２５０μｍの光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に表皮層を透過した光である。そこで、その差スペクトルを用いることで真皮のスペクトルのみを取り出すことができる。また発光源の光量及び受光部の感度に応じて適切なファイバー数のバンドルとすればよい。
【００４２】
図１９及び図２０に示すものにおいては、クラッド径５００μｍの光ファイバーを発光用光ファイバー４ａに、クラッド径５００μｍと２５０μｍと１００μｍの光ファイバー３本を受光用光ファイバー４ｂとし、これら４本を端部Ｂにおいて束としたものを１単位として複数の単位を組み合わせて光ファイバーバンドル４を構成し、更に反対端では発光用光ファイバー４ａをまとめて端部Ａとして回折ユニット２に接続し、夫々の径の受光用ファイバー４ｂを径ごとにまとめて端部Ｃ，Ｄ，Ｅとして受光ユニット５に接続している。
【００４３】
そしてクラッド径１００μｍの光ファイバー４ｂで受光した光をリファレンス光とし、クラッド径５００μｍと２５０μｍの光ファイバー４ｂで受光した光を夫々測定光として使用する。５００μｍ径の光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に真皮組織９ｂ中央部を透過し、２５０μｍの光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に真皮組織９ｂ上部あるいは表皮層９ａ下部を透過し、１００μｍの光ファイバー４ｂで受光される透過光は主に表皮層９ａ中央部を透過した光である。そこで、これら差スペクトルを用いることで深さ方向のグルコース濃度分布を一度に測定することができる。また同一測定で測定光とリファレンス光を測定できるために測定時間を短縮することができる。ここではクラッド径５００μｍと２５０μｍと１００μｍの光ファイバーを使用したが、線径を適切に選択することで任意深さの成分分析を行うことが可能である。また発光源の光量及び受光部の感度に応じて適切なファイバー数のバンドルとすればよい。
【００４４】
図２１に示す光ファイバーバンドル４は、クラッド径が２００μｍの発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを各５０本束ねたもので、プローブとなる一端Ｂ側において両光ファイバー４ａ，４ｂを相互に接触させた状態で束ねている。すなわち、発光用光ファイバー４ａの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、受光用光ファイバー４ｂを上記矩形状格子点の中心点に位置させると同時に、受光用光ファイバー４ｂの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、発光用光ファイバー４ａを上記矩形状格子点の中心点に位置させる状態で束ねている。この場合、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離は、どの位置においてもこれら光ファイバー４ａ，４ｂの線径と同じ値、この場合は２００μｍとなり、透過光路（の深さ）を特定することができるために、真皮９ｂでの成分分析を容易にできる。また、端部Ｂの皮膚への押圧力が測定時に一定となるように圧力ゲージと押し治具とを組み合わせたものを利用すれば精度の高い測定ができる。
【００４５】
図２２に示すように、発光用光ファイバー４ａを並べた列と受光用光ファイバー４ｂを並べた列とを半ピッチずらした状態で積層したものや、図２３に示すように、発光用光ファイバー４ａ間に発光用光ファイバー４ｂよりも小径の受光用光ファイバー４ｂを配したもの（たとえば発光用光ファイバー４ａとしてクラッド径が２００μｍのもの、受光用光ファイバー４ｂとしてクラッド径が７５μｍのもの）であってもよい。前者においては各列が発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとに別れるために両者の分離が容易で作製しやすいものであり、後者においては両種光ファイバー４ａ，４ｂで径が異なるために両者の分離が容易で作製しやすいものである。
【００４６】
以上の各例は、基本的に発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの間隔（中心間隔）が光ファイバーの線径（クラッド径）で定まるようにしたものであるが、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの間にスペーサー７を介在させて、該スペーサー７で上記間隔を設定するようにしてもよい。なお、この場合においても光ファイバーの線径が間隔を決定する一要素となるのはもちろんである。
【００４７】
図２４はスペーサー７を用いた場合の一例を示しており、端部Ｂにおいて発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを束ねるにあたり、同径である発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂの直径と等しい長さの辺を有する正方形断面のスペーサー７を用意して、該スペーサー７を光ファイバー４ａ，４ｂ間に密着配置するとともに、発光用光ファイバー４ａの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、受光用光ファイバー４ｂを上記矩形状格子点の中心点に位置させると同時に、受光用光ファイバー４ｂの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、発光用光ファイバー４ａを上記矩形状格子点の中心点に位置させる状態で束ねている。各光ファイバー４ａ，４ｂの他端側においては、上述のものと同じく、発光用光ファイバー４ａのみを束ねた端部Ａと、受光用光ファイバー４ｂのみを束ねた端部Ｃとを形成している。
【００４８】
この場合、光ファイバー４ａ，４ｂとしてクラッド径が２００μｍのものを用いたならば、スペーサー７の介在により、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離は、どの位置においても２８０μｍとなり、透過光路（の深さ）を特定することができるために、真皮組織９ｂでの成分分析が容易にできる。また、発光用光ファイバー４ａとスペーサー７のみ、あるいは受光用光ファイバー４ｂとスペーサー７のみが並ぶ列に別れるために、両種光ファイバー４ａ，４ｂの分離が容易で作成しやすいものともなっている。
【００４９】
図２５に他例を示す。端部Ｂにおいて発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを束ねるにあたり、同径である発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂの直径と等しい長さの辺を有する正方形断面のスペーサー７ａと、両種光ファイバー４ａ，４ｂの直径と等しい厚み（短片長さ）の長方形断面のスペーサー７ｂとを用意して、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを第１のスペーサー７ａを介して並べた列を、第２のスペーサー７ｂを介して積層配置し、この時、スペーサー７ｂを挟んだ２つの列において、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂの位置を１ピッチずらせることで、発光用光ファイバー４ａの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、受光用光ファイバー４ｂを上記矩形状格子点の中心点に位置させると同時に、受光用光ファイバー４ｂの相互に隣接する４本を矩形状格子の格子点に、発光用光ファイバー４ａを上記矩形状格子点の中心点に位置させる状態で束ねている。
【００５０】
この場合、光ファイバー４ａ，４ｂとしてクラッド径が２００μｍのものを用いた場合、スペーサー７ａ，７ｂの介在により、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離は、どの位置においても４００μｍとなり、透過光路（の深さ）を特定することができるために、表面近傍の深さ方向の成分分析が容易にできる。
【００５１】
なお、上記の発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとが格子状に並ぶ状態で束ねられた光ファイバーバンドル４は、次のようにして製造することができる。図２１に示した光ファイバーバンドル４は、クラッド径２００μｍで長さ４０ｃｍの発光用光ファイバー４ａを５０本、クラッド径２００μｍで長さ３０ｃｍの受光用光ファイバー４ｂを５０本用意して、図２６(a)に示すように、５本の発光用光ファイバー４ａと５本の受光用光ファイバー４ｂとを平面上で交互に並べて接着し、平板状ユニットを得る。この平板状ユニットを１０組作製した後、図２６(b)に示すように、各ユニットを積層接着して、図２６(c)に示すものを得る。この時、上下に並ぶ２つのユニット間で裏表を異ならせて積層する。得られた光ファイバー４ａ，４ｂの束は、図２１に示すステンレス製チューブ８に入れて該チューブ８内面との間にエポキシ系充填材９１を充填する。
【００５２】
他端側では、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを分離して夫々束ね、やはりステンレス製チューブに入れてエポキシ系充填材を充填する。発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの長さを異ならせているのは、この分離を容易とするためであるが、長さではなく、たとえば色分けによって分離できるようにしておいてもよい。なお、各端部Ａ，Ｂ，Ｃの端面は最終的には研磨機で研磨して仕上げる。図２２に示した光ファイバーバンドル４も同様の方法で作製することができる。
【００５３】
図２４に示した光ファイバーバンドル４は、クラッド径２００μｍで長さ４０ｃｍの発光用光ファイバー４ａを２５本、クラッド径２００μｍで長さ３０ｃｍの受光用光ファイバー４ｂを２５本用意して、５本の発光用光ファイバー４ａと５個のスペーサー７を平面上で交互に並べて接着したユニットを５つ作製するとともに、５本の受光用光ファイバー４ｂと５個のスペーサー７を平面上で交互に並べて接着したユニットを５つ作製し、上記両種のユニットを交互に積層して接着した後、ステンレス製チューブ８に入れてエポキシ系充填材９１を充填することで形成することができる。他端側では、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを分離して夫々束ね、やはりステンレス製チューブに入れてエポキシ系充填材を充填する。各端部Ａ，Ｂ，Ｃの端面は最終的には研磨機で研磨して仕上げる。
【００５４】
スペーサー７として、図２７(a)に示すように、複数個が一端側において連結されているものを用いて、スペーサー７間の溝に発光用光ファイバー４ａを収納したものと、スペーサー７間の溝に受光用光ファイバー４ｂを収納したものとを作製し、これらを図２７(b)(c)に示すように交互に積層して接着してもよい。スペーサー７同士を連結している一端部は最終の研磨時に削り落とせばよい。
【００５５】
図２５に示した光ファイバーバンドル４は、クラッド径２００μｍで長さ４０ｃｍの発光用光ファイバー４ａを１８本、クラッド径２００μｍで長さ３０ｃｍの受光用光ファイバー４ｂを１８本用意して、３本の発光用光ファイバー４ａと３本の受光用光ファイバー４ｂと５個のスペーサー７ａを平面上で交互に並べて接着したユニットを６つ作製し、各ユニットとスペーサー７ｂとを交互に積層して接着した後、ステンレス製チューブ８に入れてエポキシ系充填材９１を充填することで形成することができる。他端側では、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを分離して夫々束ね、やはりステンレス製チューブに入れてエポキシ系充填材を充填する。各端部Ａ，Ｂ，Ｃの端面は最終的には研磨機で研磨して仕上げる。
【００５６】
図２８に示すように、スペーサー７ａとスペーサー７ｂとを一体としたものを用いれば、スペーサー７ａ間の溝に光ファイバー４ａ，４ｂを収納して組み立てることができるために、光ファイバーバンドル４の作製が更に容易となる。スペーサー７を用いる場合、その形態は上記の各例に限定されるものではない。たとえば図２９に示すように、表裏に溝を交互に形成することになる矩形波型断面のスペーサー７を用意して、表裏の各溝に光ファイバー４ａ，４ｂを収納したユニットを複数形成し、これらユニットを積層接着するようにしてもよい。この時、スペーサー７の片面側に発光用光ファイバー４ａを、他面側に受光用光ファイバー４ｂを収納すればよく、またスペーサー７の厚みによって光ファイバー４ａ，４ｂの中心間距離を自由に設定することができる。
【００５７】
発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの配列及びスペーサー７の形状の他例を図３０に示す。ここでのスペーサー７は円筒状となっており、該スペーサー７の外周面に受光用光ファイバー４ｂをほぼ等間隔で並べるとともにスペーサー７の内周面に発光用光ファイバー４ａをほぼ等間隔で並べて、図３０(a)に示すものでは受光用光ファイバー４ｂと発光用光ファイバー４ａとを周方向において同じ位置に配置している。スペーサー７とこれの周面に密着固定した両種光ファイバー４ａ，４ｂの軸線方向を平行としたこのものでは、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離はどの一においても発光用光ファイバー４ａの半径と受光用光ファイバー４ｂの半径とスペーサー７の厚みの和となり、両種光ファイバー４ａ，４ｂに２００μｍのクラッド径のものを用いるとともに厚み１００μｍのスペーサー７を用いれば、上記中心間距離は３００μｍとなる。もちろん、図３０(b)に示すように、発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとを周方向においてずらした位置に設けてもよく、この場合、上記中心間距離は上記値より長くなる。
【００５８】
図３１は上記の筒状スペーサー７を用いる場合の他例を示しており、径の異なる２つの円筒状スペーサー７，７を用意して、径の小さなスペーサー７の外周面に発光用光ファイバー４ａを固定し、径の大きなスペーサー７の外周面に受光用光ファイバー４ｂを固定した上で、径の大きなスペーサー７の内部に径の小さなスペーサー７をはめ込むようにしている。径の大きなスペーサー７の内径（半径）と径の小さなスペーサー７の外径（半径）との差を発光用光ファイバー４ａの直径とほぼ等しくしておくことで、両スペーサー７，７の軸合わせが容易となる。この場合、スペーサー７の内周面に光ファイバーを固定するという困難な作業が不要となるために製作が容易である。
【００５９】
スペーサー７は図３２に示すように、シート状のものであってもよい。シート状スペーサー７の片面に発光用光ファイバー４ａを、他面に受光用光ファイバー４ｂを密着固定しておくのである。このものでは、シート状スペーサー７を曲げて図３０に示したような形態としたり、あるいは渦巻き状に巻いたり波状としたり折り畳んだりすることで適宜形態のものとすることができる。また、広げて平板状としている状態のスペーサー７に光ファイバー４ａ，４ｂを取り付けることができるために、光ファイバー４ａ，４ｂの位置決め及び接着固定が容易なものである。
【００６０】
スペーサー７の厚みが発光用光ファイバー４ａと受光用光ファイバー４ｂとの中心間距離の設定の要件となるものを示したが、スペーサー７としては、光ファイバー４ａ，４ｂを通すことができる貫通孔７１を備えたものであってもよい。図３３に示すように、複数個の貫通孔７１をスペーサー７に設けておき、これら貫通孔７１に夫々光ファイバー４ａ，４ｂを通すことで、貫通孔７１の間隔で光ファイバー４ａ，４ｂの中心間距離を設定するのである。図示例では、１本の発光用光ファイバー４ａを複数本の受光用光ファイバー４ｂが取り囲む配列となるようにしているが、該配列は貫通孔７１の配置と両種光ファイバー４ａ，４ｂをどの貫通孔７１に挿通するかによって定まるものであり、多様な配列が可能である。
【００６１】
上記貫通孔７１を備えたスペーサー７は、測定プローブＰの生体に接触させる端面を形成する部材として利用することができるが、この時、図３４に示すように、光ファイバー４ａ，４ｂの先端をスペーサー７より少し突出させておくと、皮膚組織表面に測定プローブＰを当てる際に、光ファイバー４ａ，４ｂと皮膚組織との間に隙間が生じて迷光が生じてしまうおそれを無くすことができる。
【００６２】
図３５はかごめ格子状に光ファイバー４ａ，４ｂを配置するスペーサーにおいて、リファレンス用の受光用光ファイバー４ｂを発光用光ファイバー４ａの近傍に位置させることができるようにしたものを示している。本発明にかかる血液成分濃度の分析装置は、光ファイバー４を必須とするものではない。たとえば図３６に示すように、測定プローブＰの先端面に微小な発光ダイオード４１ａ及び受光素子４１ｂを配列させた基板を装着し、これら発光ダイオード４１ａ及び受光素子４１ｂを生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点と表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点としてもよいものである。図３６(b)に示すものではＬ２（１００μｍ）角の大きさの発光ダイオード４１ａ及び受光素子４１ｂをＬ１（２００μｍ）ピッチで並べるとともに、発光ダイオード４１ａと受光素子４１ｂとの間にＬ３（１００μｍ）の間隔をあけているが、この配列に限るものではなく、上記光ファイバーを用いたものと同様の配列あるいはランダム配置を採用することができる。
【００６３】
上記発光ダイオード４１ａや受光素子４１ｂのうちの一方を光ファイバーに置き換えたものであってもよい。図３７は発光用光ファイバー４ａを複数の受光素子４１ｂで取り囲んだものを示しているが、発光ダイオード４１ａの回りを複数の受光用光ファイバー４ｂが取り囲むものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に用いる光ファイバーバンドルの一例を示すもので、(a)は正面図、(b)は一端側の端面図である。
【図２】(a)(b)は皮膚組織における光の透過経路の説明図である。
【図３】人間の皮膚組織に対する光の透過経路の説明図である。
【図４】本発明の分析装置の一例の概略説明図である。
【図５】同上の他例の概略説明図である。
【図６】同上に用いている光ファイバーバンドルの一端の端面図である。
【図７】光ファイバーバンドルの他例の端面図である。
【図８】光ファイバーバンドルの更に他例の端面図である。
【図９】光ファイバーバンドルの別の例の端面図である。
【図１０】光ファイバーバンドルの更に別の例の端面図である。
【図１１】光ファイバーバンドルの異なる例の端面図である。
【図１２】別の例の概略説明図である。
【図１３】同上に用いている光ファイバーバンドルの一端の端面図である。
【図１４】レファレンス光についての説明図である。
【図１５】光ファイバーバンドルの他例の端面図である。
【図１６】光ファイバーバンドルの更に他例の端面図である。
【図１７】更に別の例の概略説明図である。
【図１８】同上に用いている光ファイバーバンドルの一例の端面図である。
【図１９】異なる例の概略説明図である。
【図２０】同上に用いている光ファイバーバンドルの一例の端面図である。
【図２１】光ファイバーバンドルの別の例の端面図である。
【図２２】光ファイバーバンドルのさらに別の例の端面図である。
【図２３】光ファイバーバンドルの他例の端面図である。
【図２４】光ファイバーバンドルの更に他例の端面図である。
【図２５】光ファイバーバンドルの異なる例の端面図である。
【図２６】(a)(b)(c)は光ファイバーバンドルの製造方法の説明図である。
【図２７】(a)(b)(c)は他の光ファイバーバンドルの製造方法の説明図である。
【図２８】(a)(b)(c)は別の光ファイバーバンドルの製造方法の説明図である。
【図２９】(a)(b)は異なる光ファイバーバンドルの製造方法の説明図である。
【図３０】(a)(b)は夫々光ファイバーバンドルの他例の端面図である。
【図３１】(a)は光ファイバーバンドルのスペーサーの他例の端面図、(b)は同上の分解斜視図である。
【図３２】光ファイバーバンドルのスペーサーの別の例の斜視図である。
【図３３】(a)(b)はスペーサーのさらに別の例の斜視図である。
【図３４】光ファイバーバンドルの他例の斜視図である。
【図３５】スペーサーの異なる例の正面図である。
【図３６】(a)は測定プローブの他例の正面図、(b)は同上の拡大正面図である。
【図３７】測定プローブのさらに他例の正面図である。
【符号の説明】
【００６５】
４ 光ファイバーバンドル
４ａ 発光用光ファイバー
４ｂ 受光用光ファイバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の血液成分濃度を近赤外光の分光分析で行うにあたり、近赤外光として１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長のものを用い、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端で生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点を形成するとともに、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端で表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点を形成して、この光投射点と光検出点との間隔を発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで２ｍｍ以下の単一距離に設定することで生体の表層組織における真皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは真皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光を受光手段に導いて分光分析を行い、定量を目的とする成分の血中成分濃度と上記真皮部分中の濃度との相関を利用して定量分析を行うことを特徴とする血液成分濃度の分析方法。
【請求項２】
目的とする血液成分がグルコースであることを特徴する請求項１記載の血液成分濃度の分析方法。
【請求項３】
生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点と表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点とを複数設けるとともに、上記両点の最小間隔を２ｍｍ以下とすることを特徴とすることを特徴とする請求項１または２記載の血液成分濃度の分析方法。
【請求項４】
近赤外光として、１，４００〜１，８００ｎｍの範囲の波長の近赤外光もしくは２，０００〜２，５００ｎｍの範囲の波長の近赤外光の少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項１記載の血液成分濃度の分析方法。
【請求項５】
生体の表層組織における表皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは表皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光をリファレンス光として併用するとともに光投射点とリファレンス光測定用の光検出点との間隔を上記間隔より小さくしていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の血液成分濃度の分析方法。
【請求項６】
生体の血液成分濃度を近赤外光の分光分析で行う分析装置であって、１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長の近赤外光を生体の表層組織表面に投射する投射部と、生体の表層組織表面から近赤外光を検出する検出部とを備えるとともに、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端を上記投射部とし、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端を上記検出部としたものであり、発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサによって上記投射部と上記検出部との間隔を、上記投射部から生体組織に導入されて検出部で検出される近赤外光が生体の表層組織における真皮部分を選択的に透過する間隔あるいは真皮部分で選択的に拡散反射する間隔である２ｍｍ以下の単一距離とし、更に定量を目的とする成分の血中成分濃度と上記真皮部分中の濃度との相関を利用して定量分析を行う演算手段を備えていることを特徴とする血液成分濃度の分析装置。
【請求項７】
投射部と検出部との間隔が上記単一距離より短いものをリファレンス用として併用していることを特徴とする請求項６記載の血液成分濃度の分析装置。
【請求項１】
生体の血液成分濃度を近赤外光の分光分析で行うにあたり、近赤外光として１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長のものを用い、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端で生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点を形成するとともに、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端で表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点を形成して、この光投射点と光検出点との間隔を発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサで２ｍｍ以下の単一距離に設定することで生体の表層組織における真皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは真皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光を受光手段に導いて分光分析を行い、定量を目的とする成分の血中成分濃度と上記真皮部分中の濃度との相関を利用して定量分析を行うことを特徴とする血液成分濃度の分析方法。
【請求項２】
目的とする血液成分がグルコースであることを特徴する請求項１記載の血液成分濃度の分析方法。
【請求項３】
生体の表層組織表面に近赤外光を導く光投射点と表層組織表面から近赤外光を取り出す光検出点とを複数設けるとともに、上記両点の最小間隔を２ｍｍ以下とすることを特徴とすることを特徴とする請求項１または２記載の血液成分濃度の分析方法。
【請求項４】
近赤外光として、１，４００〜１，８００ｎｍの範囲の波長の近赤外光もしくは２，０００〜２，５００ｎｍの範囲の波長の近赤外光の少なくとも一方を用いることを特徴とする請求項１記載の血液成分濃度の分析方法。
【請求項５】
生体の表層組織における表皮部分を選択的に透過させた近赤外光あるいは表皮部分で選択的に拡散反射させた近赤外光をリファレンス光として併用するとともに光投射点とリファレンス光測定用の光検出点との間隔を上記間隔より小さくしていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の血液成分濃度の分析方法。
【請求項６】
生体の血液成分濃度を近赤外光の分光分析で行う分析装置であって、１，３００〜２，５００ｎｍの範囲の波長の近赤外光を生体の表層組織表面に投射する投射部と、生体の表層組織表面から近赤外光を検出する検出部とを備えるとともに、一端が発光手段に接続された発光用光ファイバーの他端を上記投射部とし、一端が受光手段に接続された受光用光ファイバーの他端を上記検出部としたものであり、発光用光ファイバーと受光用光ファイバーとの間に介在させたスペーサによって上記投射部と上記検出部との間隔を、上記投射部から生体組織に導入されて検出部で検出される近赤外光が生体の表層組織における真皮部分を選択的に透過する間隔あるいは真皮部分で選択的に拡散反射する間隔である２ｍｍ以下の単一距離とし、更に定量を目的とする成分の血中成分濃度と上記真皮部分中の濃度との相関を利用して定量分析を行う演算手段を備えていることを特徴とする血液成分濃度の分析装置。
【請求項７】
投射部と検出部との間隔が上記単一距離より短いものをリファレンス用として併用していることを特徴とする請求項６記載の血液成分濃度の分析装置。
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【公開番号】特開２００６−２３１０７５（Ｐ２００６−２３１０７５Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２１３２２（Ｐ２００６−１２１３２２）
【出願日】平成１８年４月２５日（２００６．４．２５）
【分割の表示】特願平９−２７１７０９の分割
【原出願日】平成９年１０月３日（１９９７．１０．３）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２５日（２００６．４．２５）
【分割の表示】特願平９−２７１７０９の分割
【原出願日】平成９年１０月３日（１９９７．１０．３）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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