JP2003535329A - 低透過率のサンプル中における特定成分を検出するためのダブルビームフーリエ変換赤外分光法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 低透過率のサンプル（２４）中における少なくとも１つの特定成分の存在および／または濃度を求めるための方法および装置が提供されている。この対象の方法では、前方ビーム（３２）および後方ビーム（３３）が少なくとも１つの赤外線照射源（２１）の後に位置する干渉計（２２）によって生成され、または当該干渉計（２２）へ導入される。上記後方ビームが参照物を通過し、その後、集光されて参照ビームを生成すると同時に、上記前方ビームは上記サンプル中を通過し、その後、集光されてサンプルビームを生成する。サンプルビームおよび参照ビームは光学的に再結合されて１つの検出器で検出されるナルビーム（３６）になるか、それとも２つの別の検出器で検出された後に電子的にナルとされる。その後、上記サンプル中における少なくとも１つの特定成分の存在、および多くの場合に量も、検出されたナルビームから導き出される。また、上記方法を実施する装置も提供されている。この対象の方法および装置は多種多様の応用例における使用に適している。この応用例は、血液、組織またはこれらの派生物等の１つまたはそれ以上の生物学的サンプルの存在および量を検出する例を含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

この発明は、特定成分の検出および定量に関し、特に低透過率のサンプル中に
おける特定成分を検出するためのダブルビームフーリエ変換赤外分光法および装
置に関するものである。

【０００２】 発明の背景 組織または流体等の生理学的サンプル、例えば血液または血液由来の生成物中
における特定成分の検出は、今日の社会では常に重要性を増しつつある。特定成
分の検出方法は、臨床検査室や家庭などでの検査を含む種々の応用セットに用い
られている。そのような検査の結果は、様々な病状の診断や管理において顕著な
役割を演じるものである。検出対象の特定成分としては、乱用薬物および薬剤ば
かりでなく、アルコール、ホルムアルデヒド、グルコース、グルタミン酸、グリ
セロール、β−ヒドロキシ酪酸、Ｌ−乳酸、ロイシン、リンゴ酸、ピルビン酸、
ステロイド類、アスコルビン酸、アセトンおよび他のケトン体類、葉酸、アンモ
ニア、ビリルビン、クレアチニン、ヘモグロビン類、脂質類、フェニルアラニン
、蛋白質（アルブミンおよびグロブリン類を含む）、トリグリセリド類、尿素を
含む。そういうものだから、検査方法は、今日の社会では常に重要性を増しつつ
ある。

【０００３】 血液中の特定成分濃度は多種多様の方法でモニターされることができる一方で
、血液中の特定成分濃度をモニターする非侵襲的方法に関心が高まりつつある。
例えば、糖尿病の管理における重要性のために、非常に多くの調査および努力が
非侵襲的方法および血中グルコース濃度モニター装置の開発に注ぎ込まれてきた
。

【０００４】 血液中のグルコースを測定する非侵襲的方法の１つのタイプは近赤外分光法の
使用を含む。この近赤外分光法は、近赤外波長領域内の光がサンプルを通過し、
あるいは当該サンプルから反射すると共に、放射信号を用いて上記サンプル中の
特定成分の濃度を導き出す方法である。グルコースを含む血液中の特定成分を近
赤外分光法を用いてモニターする非侵襲的方法の多くは、この発明の属する技術
分野における通常の知識を有する者、いわゆる当業者にとって公知である。上記
非侵襲的方法は、選択された関連文献リストに挙げられた文献に開示されたもの
を含む。

【０００５】 上記近赤外スペクトルの別個の波長光であってサンプルを経由した光の吸収を
測定するためには、波長負担（contribution）を分離する方法が必要である。こ
のような方法は先行技術に記述されており、輪状フィルタ（filter wheels）、
回折格子系分光計、音響光学的同調フィルタ（以下、ＡＯＴＦという）、および
フーリエ変換赤外分光（以下、ＦＴＩＲという）分光計を含む。検査対象の特定
成分が強光吸収性を有しかつ分光的に容易に識別可能であれば、輪状フィルタ装
置は、特定成分濃度の測定を可能にするに十分な別個の波長を与えることができ
る。しかしながら、検出対象の特定成分が複合的な混合物中で弱い光吸収性を示
す成分である組織中にグルコース等の場合には、多くの別個の波長領域（１０以
上、より一般的には１００以上）が特定成分濃度を測定するために別々に分析さ
れなければならない。

【０００６】 そのような場合には、回折格子系分光計、ＡＯＴＦ分光計、またはＦＴＩＲ分
光計を用いてスペクトルを複数の波長領域に分解することができる。測定技術で
ある波長解像力に加えて、上記分光計を経た光学的なスループットまたはフラッ
クスは、組織および血液等の高散乱サンプルに関する重要な検討事項である。１
つの検出器要素を用いた回折格子系分光計では、上記分光計のスループットは波
長解像力に反比例する。従って、分解されるべき波長領域が非常に多い場合には
、上記検出器に到達する光の量は少なくなるであろう。検出器の配列を用いて上
記分光計のスループットを増加させることができるが、近赤外波長（１μｍ乃至
２．５μｍ）に対して高感度である検出器の配列は得てして高価である。さらに
、上記検出器の配列における異なる検出器要素の較正およびズレは特定成分の測
定における不正確さの原因の一つとなる。

【０００７】 ＡＯＴＦ分光計では、個別の波長領域はフィルタを同調させることによって別
々に測定される。全スペクトルが同時に測定されないので、時間に対してサンプ
ルを変更させると、ただ測定されたスペクトルを歪ませるだけである。さらに、
波長領域を別々に測定することの必要性は、全スペクトルを同時に測定する技術
に比較して光学的なスループットの損失という結果を招くことになる。

【０００８】 ＦＴＩＲ分光計には、１つの検出器を用いた高い波長解像力と相俟って高い光
学的なスループットという利点がある。この結果として、特定成分の複合的な混
合を含む低透過率のサンプル（高散乱性および／または強吸収性）に関して、Ｆ
ＴＩＲは輪状フィルタ、ＡＯＴＦ分光計および回折格子系分光計に比較した利点
を与えるものである。近赤外ＦＴＩＲ装置および方法が特定成分の非侵襲的検出
の分野における大きな将来性を示す一方で、そのような装置が商業的に存立可能
な製品となるためであれば克服すべき、例えば計器ズレの問題、超高精度のアナ
ログ−デジタル変換器の必要性等を含む技術的ハードルが残っている。

【０００９】 そういうものであるから、特定成分濃度を検出する近赤外系の新規な装置およ
び方法の開発には絶えず関心が持たれている。

【００１０】 関連文献 ダブルビームフーリエ変換赤外（ＤＢ−ＦＴＩＲ）分光法は、米国特許第４，
９９９，０１０号にも、ベドゥンおよびホワイト（Beduhn & White）による応用
分光（１９８６年）第４０巻第６２８頁乃至第６３２頁、クエルおよびグリフィ
ス（Kuehl & Griffiths）による分析化学（１９７８年３月）第５０巻第４１８
頁乃至第４２２頁、およびピー．アール．グリフィスおよびジェイ．エイ．ドゥ
ハス（P.R. Griffiths & J.A. de Haseth）による「フーリエ変換赤外分光法」
、化学分析１９８６年第８３巻第２９８頁乃至第３１１頁、ニューヨーク州、ジ
ョン ワイレイ エンド サンズ（John Wiley & Sons）発行にも記述されてい
る。また、「ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）：常に進化している技術（A
CONSTANTLY EVOLVING TECHNOLOGY）」、１９９１年第２６０頁乃至第２７４頁、
ニューヨーク州、シーン ジョンストン、エリス ホーウッド発行も参照された
い。血液中の特定成分に対する赤外分光系の非侵襲的検査プロトコルは、米国特
許第６，０１６，４３５号、同第６，００２，９５３号、同第５，９５７，８４
１号、同第５，９４５，６７６号、同第５，８３０，１３２号、同第５，５７４
，２８３号、同第５，４２４，５４５号、同第５，２３７，１７８号、同第５，
２２２，４９６号、同第５，２０４，５３２号および同第４，８８２，４９２号
（各特許に開示された内容は参照することによってこの明細書に合体されるもの
である）にも、クロノフ（Klonoff）による「血液中のグルコースの非侵襲的モ
ニタリング」糖尿病治療（Diabetes Care）１９９７年３月第２０（３）巻第４
３３頁乃至第４３７頁にも記述されている。

【００１１】 発明の概要 低透過率のサンプル中における少なくとも１つの特定成分の存在および／また
は濃度を求めるための方法および装置が提供されている。この対象の方法では、
前方ビームおよび後方ビームが少なくとも１つの赤外線照射源の後に位置する干
渉計によって生成され、または当該干渉計へ導入される。上記後方ビームが参照
物を通過し、その後、集光されて参照ビームを生成すると同時に、上記前方ビー
ムは上記サンプル中を通過し、その後、集光されてサンプルビームを生成する。
サンプルビームおよび参照ビームは光学的に再結合されて１つの検出器で検出さ
れるナルビームになるか、それとも２つの別の検出器で検出された後に電子的に
ナルとされる。その後、上記サンプル中における少なくとも１つの特定成分の存
在、および多くの場合に量も、検出されたナルビームから導き出される。また、
上記方法を実施する装置も提供されている。この対象の方法および装置は多種多
様の応用例における使用に適している。この応用例は、血液、組織またはこれら
の派生物等の１つまたはそれ以上の生物学的サンプルの存在および量を検出する
例を含むものである。

【００１２】 特定の実施の形態の記述 低透過率のサンプル中における少なくとも１つの特定成分の存在および／また
は濃度を求めるための方法および装置が提供されている。この対象の方法では、
前方ビームおよび後方ビームが少なくとも１つの赤外線照射源の後に位置する干
渉計によって生成され、または当該干渉計へ導入される。上記後方ビームが参照
物を通過し、その後、集光されて参照ビームを生成すると同時に、上記前方ビー
ムは上記サンプル中を通過し、その後、集光されてサンプルビームを生成する。
サンプルビームおよび参照ビームは光学的に再結合されて１つの検出器で検出さ
れるナルビームになるか、それとも２つの別の検出器で検出された後に電子的に
ナルとされる。その後、上記サンプル中における少なくとも１つの特定成分の存
在、および多くの場合に量も、検出されたナルビームから導き出される。また、
上記方法を実施する装置も提供されている。この対象の方法および装置は多種多
様の応用例における使用に適している。この応用例は、血液、組織またはこれら
の派生物等の１つまたはそれ以上の生物学的サンプルの存在および量を検出する
例を含むものである。この発明をさらに記述すると、まず、この発明の方法が記
述され、続いてこの発明の方法で使用される代表的な装置およびこの発明が使用
する種々の代表的な応用例の検討がなされるであろう。

【００１３】 この発明がさらに記述される前に、以下に記述される発明の特定の実施の形態
に変更がなされかつその変更が添付された特許請求の範囲内に包含されることか
ら、この発明は上記特定の実施の形態に限定されるものではないものと理解され
るべきである。また、用語は特定の実施の形態を記述する目的で使用されるもの
であり、発明を限定する意図がないものと理解されるべきである。それよりむし
ろ、この発明の範囲は添付された特許請求の範囲によって確立されるものであろ
う。

【００１４】 この明細書および添付された特許請求の範囲において、文脈が他の方法で明確
に記述するものでなければ、１つの参照物は複数の参照物を含むものである。他
の方法で定義されていなければ、この明細で使用される全ての技術的かつ科学的
術語は、この発明が属する技術分野における通常の知識を有する者の一人、いわ
ゆる当業者に共通して理解されるものと同一の意味を有するものである。

【００１５】 方法 上記に要約されているように、この発明は低透過率を示すサンプル中における
少なくとも１つの特定成分の存在、および多くの場合に濃度をも求める方法が提
供されている。詳細には、この発明はフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）分光法を用
いてサンプル中における特定成分の存在、およびそれどころか濃度をも求める方
法が提供されている。より詳細には、この発明の方法は低透過率のサンプル中に
おける少なくとも１つの特定成分、例えば組織サンプル中におけるグルコースの
存在および濃度を求めるダブルビームＦＴＩＲ（ＤＢ−ＦＴＩＲ）法である。

【００１６】 この発明の方法を実施する場合には、第１ステップは少なくとも１つの赤外線
照射源から前方ビームおよび後方ビームを生成するためのものである。ここで、
前方ビームおよび後方ビームは、これらが結合されたときには、ＡＣ信号および
ＤＣ信号の倍増において相殺（またはナル）を生成する。この発明の方法で用い
られる赤外線照射は、所望の赤外線波長で照射可能な任意の赤外線照射源から得
られてもよい。ここで、特定の対象の波長は約０．７μｍ乃至約３μｍ、通常は
約１．３μｍ乃至約２．４μｍの範囲とされる。

【００１７】 １つの実施の形態では、まず、干渉計を用いて１つの赤外線照射源から前方ビ
ームおよび後方ビームを生成する。前方ビームおよび後方ビームは、上記干渉計
を去る、あるいは出るときに、互いに精密な補完的役割をしている点に特徴があ
る。そういうものであるから、上記後方ビームは、上記干渉計を去るときの前方
ビームに対して１８０°の位相ずれがある。上記前方ビームおよび干渉計によっ
て生成された反転ビームは、その後、サンプルおよび参照物をそれぞれ通過して
サンプルビームおよび参照ビームを生成する。

【００１８】 他の実施の形態では、２つの光源を用いて、干渉計に入る前に前方ビームおよ
び後方ビームを生成する。上記２つの光源はビームスプリッタまたは同様の光学
的手段を用いて１つの光源から導き出されてもよい。前方ビームおよび後方ビー
ムは、その後、サンプル物質および参照物質にそれぞれ通過させてサンプルビー
ムおよび参照ビームを生成する。サンプルビームおよび参照ビームは、その後、
干渉計に導入される。

【００１９】 ある実施の形態では、上記前方ビームが通過するサンプルは、低透過率のサン
プルである。この低透過率のサンプルとは、高放射損失、例えば約８０％、通常
は少なくとも約９９％、より普通には少なくとも約９９．９％を超える放射損失
によって特徴付けられたサンプルを意味する。この発明の方法に従って分析され
得る低透過率のサンプルは高吸収性、高散乱性あるいはその両方の性質を備えた
サンプルである。

【００２０】 この発明の方法を用いて多種多様のサンプルを分析することが可能である。こ
れらのサンプルは自然発生または合成の組成物であってもよい。この発明の方法
に従って分析され得る代表的なサンプルは工業製品、農産物、環境廃棄物等を含
むものである。この発明の対象となる特定サンプル物質は、固体および液体の薬
剤配合物、精密化学製品、プラスチックス、ポリマー類、特に酵素、塗布剤およ
び他の化学的あるいは物理的被覆物等の対象となる微量特定成分を含有する膜、
石油およびオイルやガソリンを加熱する種々の石油留出物等の液体生成物、鉱物
類、特に粉末状ダイアモンド等の天然および合成宝石、工業製品由来の液状廃棄
物、天然および合成繊維、小麦および他の穀物、乳製品、卵、肉および他の食材
、固形肥料、湖および他の湖沼学的沈殿物、および組織標本を含むものである。
この発明の方法に従う多くの実施の形態では、上記サンプルは生理学的サンプル
である。この生理学的サンプルとは、生体の多細胞生物に含まれ、当該生物から
採取され、あるいは当該生物由来のサンプルを意味する。多くの実施の形態では
、上記サンプルは組織サンプルあるいはその派生物である。さらに他の実施の形
態では、このサンプルは生理学的な流体サンプル、例えば血液あるいはその派生
物である。この発明に用いられる特定のプロトコル次第で、上記サンプルは、そ
の由来となる多細胞器官の一部あるいは当該器官から分離されたものでもよい。

【００２１】 参照物は、上述のように２つのビームが結合されたときに上記サンプルビーム
の非サンプル成分の少なくとも一部、多くの実施の形態では当該非サンプル成分
の全部をナルにする参照ビームを与える物質またはその複合物のいずれでもよい
。上記参照物または参照細胞の性質は、上記パラメータが適合する限り、上記サ
ンプルの性質次第で大きく変更可能である。多くの実施の形態では、上記参照物
は水性組成物となるであろう。ここで、この組成物は純水、水溶液または水性分
散液であってもよい。上記サンプルが組織である場合における実施の形態では、
上記参照物は純水、あるいは上記組織サンプル中に存在する１つまたはそれ以上
の成分、例えば代謝産物、蛋白質、脂質、核酸ばかりでなく、上記組織の散乱特
性を擬態する他の散乱成分、例えば組織の散乱特性をエミュレートする１つまた
はそれ以上の試薬も含む水を含めてもよい。上記サンプルが組織である場合にお
ける多くの実施の形態では、上記参照物は主要成分としての水を含む固形物質を
含む。上記参照物が液状組成物である場合には、その液状組成物は、多くの場合
。適切な格納手段内に存在する。適切な格納手段はシリコン、フッ化カルシウム
、非脆弱性の石英等から製作されたものを含む。

【００２２】 この発明の方法に用いられる上記参照物は、変更可能な光路長あるいは一定の
光路長を有するセル内に入れられた流体であってもよい。上記参照セルが静的あ
るいは一定の光路長を有する場合には、参照セルの光路長、すなわち後方ビーム
が参照セル中を伝わるときに後方ビームが横断する距離は概ね少なくとも約５μ
ｍ、通常は少なくとも約１００μｍ、より普通には少なくとも約１ｍｍである。
ここで、上記距離は１ｍまたはそれ以上でもよいが、多くの実施の形態では、約
１ｃｍを超えず、通常は約２ｍｍを超えない。上記参照セルが変更可能な光路長
を有する場合には、参照セルの光路長は、概ねある長さと同程度に調整可能であ
り、ある実施の形態では概ね少なくとも約１ｃｍ、通常は少なくとも約１ｍｍ、
より普通には少なくとも約１００μｍの長さを超えて調整可能である。そういう
ものであるから、光路長はオーダー（order of magnitude）と同程度に調整され
てもよい。しかしながら、多くの実施の形態では、上記光路長は、概ね約１００
％を超えないというファクタ、通常は約３０％を超えないというファクタ、より
普通には約１０％を超えないというファクタによって、少しでも変更される。

【００２３】 一方、参照物は固形の散乱物質でもよい。上記参照物の光学的散乱特性および
光学的吸収特性は上記サンプルの各特性に合わせられてもよい。サンプルに関し
て、上記参照物は、ゼラチン等の主要成分として水を含む固体であってもよい。
参照物の他のタイプは複数の別個の物質から構成してもよい。例えば、参照ビー
ムは、種々の物質中を透過させかつ反射させることによって生成されてもよい。

【００２４】 多くの実施の形態では、調整は２つのビームのエネルギを実質的に等しくする
点でなされ、その結果、最適ナルを得ている。２つのビームのエネルギを実質的
に等しくすることとは、エネルギ変化が約１０％、通常は約５％、より普通には
約２％を下回る参照ビームおよびサンプルビームを得るために、この発明の方法
に用いられる装置の種々のパラメータが調整されることを意味する。「最適ナル
」とは、そのナル比が少なくとも約５：１、通常は少なくとも約２０：１、より
普通には少なくとも約５０：１であるナルを意味する。ここで、ナル比は２００
：１またはそれ以上であってもよいが、典型的には少なくとも約５０：１を超え
ない。ナル比とは、結合されたビームに存在するエネルギの変調ＡＣ成分によっ
て分割された前方ビームに存在するエネルギの変調ＡＣ成分を意味する。最適ナ
ル比を達成するためになされる調整は、参照セルの光路長調整および／またはシ
ングルナルビームへの再結合またはコリメーション時におけるサンプルビームお
よび参照ビームの重畳調整、可変減光器（円形勾配状に金属被覆された減光器お
よび爪状減光器が可変減光器の２例は公知である）を用いたサンプルビームまた
は参照ビームのいずれかに対する強度調整、および参照物の組成物調整（例えば
、参照セルに複数の成分が入っている場合、参照セル中における成分の相対濃度
の変更）を含む。参照セルの光路長が調整される場合には、オーダー（order of
magnitude）と同程度に調整されてもよい。しかしながら、多くの実施の形態で
は、調整の大きさは典型的には約１ｍｍ、通常は約０．５ｍｍ、より普通には約
５０μｍを超えない。

【００２５】 この発明の方法における次ステップはナルビームを検出するためのものである
。１つの実施の形態では、参照ビームおよびサンプルビームは検出器に到達する
前の１点で、ナルビームを生成するに十分な方法で結合されてシングルビームと
なる。ここで、ナルビームは非特定成分信号の寄与分（contributions）の少な
くとも一部が欠けている、すなわち当該寄与分が相殺されている点に特徴がある
。概して、上記２つのビームは簡便なビーム方向性手段（例えば反射手段、スプ
リッタ／コリメータ、ファイバ光学装置等）のいずれかを用いてシングルナルビ
ームに再結合される。一方、参照ビームおよびサンプルビームは個別に検出され
、電子的に結合されてもよい。この発明の２つの赤外線照射源を用いる実施の形
態では、参照ビームおよびサンプルビームは干渉計の前方口および後方口内に向
けて出射され、次に１つまたはそれ以上の出力ビームが検出される。

【００２６】 １つまたはそれ以上の検出器で１つまたはそれ以上のビームを検出するステッ
プに続く次ステップはサンプル中における対象の１つまたはそれ以上の特定成分
の存在（および多くの場合、量）に関する情報を導き出すためのものである。こ
の導出ステップでは、検出された１つまたはそれ以上のＡＣ信号が概して増幅さ
れると同時に当該信号のＤＣ成分が阻止され、上記信号のＡＣ成分はアナログ−
デジタル変換器を用いてアナログ信号からデジタル信号へ変換され、この結果得
られたデジタル信号はコンピュータによって処理されてサンプル中に存在する特
定成分の存在および濃度に関する情報を提供する。

【００２７】 １つの検出器で２つのビームの光強度を均衡させるための別法としては、前方
ビームおよび後方ビームを個別に検出し、電子的に均衡させて結合してもよい。
上記複数の電子的な信号は加算増幅器を用いて結合されてもよい。この実施の形
態では、高ナル比が達成されるためであれば、２つの検出器のスペクトル応答が
ほぼ同等であることが重要である。この発明の別の実施の形態では、２つの光源
および２つの検出器を用いてもよい。

【００２８】 上述した方法は、必要な前方ビームおよび後方ビームを与え、対象のサンプル
および参照物を保持し、参照ビームおよびサンプルビームをナルビームに再結合
することが可能な如何なる装置を用いて実施されてもよい。この発明を実施する
のに適した代表的な装置は以下に詳細に記述される。

【００２９】 装置 この発明の方法を実施するのに使用する装置は、少なくとも次のような構成要
素：（ａ）１つまたはそれ以上の赤外線照射源、（ｂ）前方ビームおよび後方ビ
ームを生成し、あるいは前方ビームおよび後方ビームを干渉計に導入する干渉計
手段、（ｃ）参照物、（ｄ）サンプル採集装置または手段、例えばホルダあるい
はサンプルの性質に依存する他の手段、（ｅ）参照ビームおよびサンプルビーム
からナル信号を生成する手段、および（ｆ）検出器を有している。上記装置は、
この発明を実施するのに使用する１つまたはそれ以上のアナログ−デジタル変換
器等の追加構成要素をさらに含めてもよい。この装置の上記構成要素は個別にか
つこの発明に従う代表的な装置を概略的に示す図２および図３を参照してより詳
細に記述される。

【００３０】 図２および図３において、装置２０は赤外線照射源２１を含むものである。赤
外線照射源は、対象波長のスペクトルを有する赤外光、すなわち約０．７μｍ乃
至約５０μｍの波長範囲を有する光を放出する可能である限り、白色光源、加熱
フィラメント、金属カーバイド棒等を含む任意の簡便な照射源をも含めてもよい
。

【００３１】 装置２０内には、またマイケルソン干渉計２２が存在している。図２に示す装
置の場合には、マイケルソン干渉計２２は前方ビーム３２および後方ビーム３３
を受光することが可能であり、図３に示す装置の場合には、マイケルソン干渉計
２２は赤外線照射源２１からの入射ビーム光３１を前方ビーム３２および後方ビ
ーム３３に変換することが可能である。マイケルソン干渉計２２は典型的にはビ
ームスプリッタ２２ａと、可動ミラー２２ｂと、固定ミラー２２ｃとを含み、任
意に干渉計へ、あるいは干渉計からの前方ビームを導く追加のミラーを含めても
よい。また、光学的な組織サンプルの採取装置２４と光路可変型の参照物２３と
検出器２６も示されている。

【００３２】 図３を参照すると、上記マイケルソン干渉計２２のビームスプリッタ２２ａは
前方ビーム３２および後方ビーム３３を生成する。前方ビーム３２は上記マイケ
ルソン干渉計２２から一方向に導かれると同時に、後方ビーム３３は赤外線照射
源２１からの入射光の光路に沿って上記マイケルソン干渉計２２から導かれる。
後方ビーム３３は上記入射光の光路に重複させる必要はない。例えば、コーナー
角光学装置（corner cube optics）が上記マイケルソン干渉計内の固定ミラーお
よび可動ミラーの代わりに用いられる場合には、後方ビーム光路は入射光の光路
から外される。この場合には、後方ビームはビームスプリッタを必要とすること
なしに集光されることが可能である。このような配置は、後方ビームの集光にお
ける入射光の損失をなくしかつシングルビーム法に比べて集光量が２倍となると
いう利点を有している。干渉計のミラー用のコーナー角光学装置を備えかつ後方
ビームへのアクセスが容易な市販の干渉計はボーメン（Bomem）型式ＭＢ−１０
０である。任意の簡便な干渉計の使用が可能である。適切な干渉計はＦＴＩＲ分
光計（パーキンエルマー（Perkin-Elmer）２０００）等を含むものである。

【００３３】 さらに図３に図示された装置を参照すると、ビームスプリッタ２５は、干渉計
を出るときの後方ビームと一致する入射ビームの照射源内に配置されている。上
記ビームスプリッタ２５は干渉計を出る後方ビームの少なくとも一部が可変光路
長を有する参照セル２３を通して導かれ得るように、入射光路からの後方ビーム
の一部を転送するのに十分である。ビームスプリッタ２５は、典型的には、３％
反射器、通常は少なくとも１％反射器である。ここで、ビームスプリッタ２５は
、約５０％までの、またはそれ以上の反射でもよいが、反射は一般には約５０％
を超えない。未被覆のフッ化カルシウム（ＣａＦ₂ ）、部分金属化ガラスまたは
石英等の任意の簡便なビームスプリッタを使用することが可能である。後方ビー
ムの転送部分は、その後、反射器、ミラー等の任意の簡便な手段を用いて、参照
物へ導かれる。

【００３４】 可変光路長を有する参照セル２３は、多くの実施の形態では、可変光路長を有
する水セルである。ここで、参照セル中に存在する水性組成物は追加成分を含め
ても、あるいは含めなくてもよい。追加成分は、例えば所望の蛋白質、脂質、代
謝産物、糖質類等である。この発明の装置内に存在可能な可変光路長を有する水
セルの代表例は、フッ化カルシウム窓を嵌め込んだ可変光路長を有する透過型水
セルである。参照ビーム３４は上記可変光路長を有する参照セルから出てくる。
後方ビームおよび参照ビームは放物状反射器４１ａおよび４１ｂとミラー４１ｃ
の使用を通じて導かれる。

【００３５】 理想的には、参照物の光学特性は上記サンプルの光学特性にぴったりと一致す
るであろう。例えば、サンプルが組織である場合には、後方ビームは、拡散的に
反射された光が参照ビームとして集光されかつ使用される高散乱性参照物に導か
れてもよい。高散乱性であることに加えて、上記参照物は水に似た吸収特性を含
み、かつコラーゲン、エラスチンおよび脂質の特性のような吸収特性を含むこと
で上記組織の特性にさらに一致させるようにしてもよい。ゼラチン物質を含む水
、コラーゲンや、ことによると他の物質は適切な参照物として寄与することが可
能である。最適な一致のためには、上記水およびコラーゲンばかりでなく参照物
の他の成分も、検査される特定の組織サンプルに一致するように調整可能である
。

【００３６】 上記参照物の光学特性を組織等の複合的なサンプルの光学特性に一致させる他
の方法は、複数の物質を通過させた後方ビームを透過および／または反射させる
ためのものである。例えば、後方ビームは、散乱性の物質からの拡散的に反射す
る光の反射および集光前に、可変光路長を有する２つのセルを通して透過させる
ことができる。上記２つのセルのうち１つは水を収容したものであり、他のセル
は水中に脂質を含ませたものである。水セルおよび脂質含有の透過型セルの光路
長はサンプルの光学特性に一致させるように調整可能である。

【００３７】 ビームスプリッタ２５ｃによって導かれた後の前方ビーム３２は放物状反射器
４２ａによって干渉計から分析されるサンプルを含有するサンプルホルダ２４に
向けて導かれる。上記サンプルホルダはこれに収容されるサンプルの性質および
用いられる参照物の性質次第で変更可能である。任意の使い易い物質から製作さ
れた構成を有する任意の簡便なサンプルホルダは使用可能である。多くの実施の
形態では、サンプルホルダは前方ビームを組織サンプルに導くための組織サンプ
ルホルダまたは手段である。サンプルビーム３５は上記サンプルから出て、放物
状反射器４２ｂおよびミラー４２ｃによって導かれる。

【００３８】 ファイバ光学手段は組織および他の光散乱物質からの光の送り出しおよび集光
に特に適している。前方ビームは、典型的には、１つの光ファイバあるいは光フ
ァイババンドルに向けて、入力ビームの焦点を１つまたはそれ以上の上記光ファ
イバの開口数によく一致させるように合焦される。ファイバ材料自体は対象の光
学領域において実質的に透明であるべきである。光を効率的に出射するために、
上記光ファイバあるいは光ファイババンドルを、その後、サンプルの至近距離の
位置に置くか、あるいは好ましくはサンプルに直接、接触させた状態にする。上
記出射光を、その後、別の光ファイバあるいは光ファイババンドルで集光する。
集光用バンドルは、典型的には、環状に配置されて１つまたはそれ以上の入力用
ファイバを囲む。一方、集光用ファイバあるいはバンドルは複数の入力用ファイ
バのリング内の中心に配置されてもよい。また、入力用および集光用ファイバは
不規則にあるいは配列された格子状に配されてもよい。光学的なスループットを
増加させる助けとして、入力用あるいは出力用ファイバが上記サンプル面に対し
て非直角となる角度で配置されてもよい。不透明な遮蔽体は上記入力用ファイバ
と出力用ファイバとの間に、サンプルと接触する状態で配置されて、当初サンプ
ル中を通過することなしに光が入力用ファイバから出力用ファイバへ直接通過す
るのを防止するようにしてもよい。

【００３９】 図３に示されているように、参照ビーム３４およびサンプルビーム３５は、そ
れぞれ、その後、第２のビームスプリッタ２５ｂで再結合される。この第２のビ
ームスプリッタ２５ｂは第１のビームスプリッタ２５と同一タイプのビームスプ
リッタでもよく、あるいは同一タイプのビームスプリッタでなくてもよい。ビー
ムスプリッタ２５ｂはサンプルビームおよび参照ビームを再結合してナルビーム
を生成するのに十分である。

【００４０】 一方、参照ビームおよびサンプルビームはビームスプリッタなしで検出器の表
面上で直接再結合されてもよい。直接再結合させる簡便な方法は、ファイバ光学
的採取装置を用いて得られた参照ビームおよびサンプルビームを検出器の至近距
離の位置に、あるいは直接接触させる状態に置くためのものである。サンプルビ
ームおよび参照ビームの強度がよく一致し、検出器の領域がサンプルファイバお
よび参照ファイバによって図示させた領域と等しいか、あるいはそれ以上である
限り、優れたナルを達成することが可能である。

【００４１】 図２に図示された装置では、前方ビームおよび後方ビームは１つの光源および
ビームスプリッタを用いた干渉計に到達する以前に、生成されている。図３に図
示させた装置では、前方ビームおよび後方ビームは、それぞれ、サンプルおよび
参照物と光学的に相互に干渉し合い、サンプルビームおよび参照ビームを生成す
る。しかしながら、図３に図示された装置における干渉計の後に再結合されるよ
りむしろ、サンプルビームおよび参照ビームは、直ちに、マイケルソン干渉計の
上記２つの口に向けて２つのビームを出射することによって干渉計内で結合され
る。

【００４２】 図２および図３の両方に図示された装置では、出現するナルビーム３６は、そ
の後、上記ナルビームを検出器に向けて合焦するレンズ２６ａを光学的に通過し
て検出器２６に導かれる。検出器は入射ナルビームをアナログ信号に変換するこ
とが可能な検出器である。任意の簡便な検出器の使用が可能であり、適切な検出
器は、インジウム・ガリウム・砒素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウム・アンチモニ
ド（ＩｎＳｂ）、ゲルマニウム等を含むものである。

【００４３】 検出器で生成されたアナログ信号のＡＣ成分は、その後、ＤＣ成分を阻止して
いる間に、装置内に存在するアナログ−デジタル変換器（以下、ＡＤＣともいう
）２８を満たすように設定された利得を有する増幅器２７によって増幅される。
任意の簡便な増幅器は装置内に存在してもよく、その代表的な増幅器はＡＤ７９
７等である。上記ＡＤＣ２８は任意の簡便なＡＤＣであってもよい。上記装置の
性質のために、上記ＡＤＣは超高精度ＡＤＣである必要はない。そういうもので
あるから、上記ＡＤＣはただ１６ビットのＡＤＣである必要がある。上記ＡＤＣ
のデジタル出力は、その後、データ処理手段２９、例えば演算処理手段によって
処理される。このデータ処理手段２９はデジタル信号を取得し、かつサンプル中
における特定成分の存在、および多くの場合、サンプル中に存在する特定成分の
量を導き出すことが可能である。

【００４４】 上記デジタル信号を処理する好適な方法は、次のステップを含む。 （１）選択的な第１のステップ：前方ビーム内のサンプルと参照ビーム内のバッ
クグラウンド物質で測定されたダブルビームサンプル干渉写真から、前方ビーム
および後方ビームの双方内のバックグラウンド物質で測定されたダブルビームサ
ンプル干渉写真を減算し、その結果、補正されたダブルビームサンプル干渉写真
を得る。

【００４５】 （２）ダブルビームサンプル干渉写真（ステップ（１）で補正されたものか、あ
るいは補正されていないものの、いずれか）のフーリエ変換を行い、その結果、
上記干渉写真をダブルビームサンプルスペクトルに変換する。

【００４６】 （３）選択的なステップ（１）を選択したことを条件として行う選択的な第２の
ステップ：前方ビームおよび阻止された後方ビーム内のサンプルで測定されたシ
ングルビームサンプル干渉写真のフーリエ変換を行い、その結果、シングルビー
ムサンプルスペクトルを得る。

【００４７】 （４）ダブルビームサンプルスペクトルの対数を演算し、その結果、ダブルビー
ムサンプル擬似吸収スペクトルを得る。

【００４８】 （５）ステップ３を選択したことを条件として行う選択的な次ステップ：シング
ルビームサンプルスペクトルの対数を演算し、このスペクトルをダブルビームサ
ンプル擬似吸収スペクトルから減算し、その結果、ダブルビームサンプル吸収ス
ペクトルを得る。

【００４９】 （６）吸収あるいは擬似吸収スペクトルを目盛関数（scaling function）で乗算
し、その結果、変倍された吸収スペクトルを得る。

【００５０】 （７）平均スペクトルを変倍された（scaled）吸収スペクトルから減算し、その
結果、平均値を中心に配した変倍された吸収スペクトルを得る。

【００５１】 （８）平均値を中心に配した変倍された吸収スペクトルにおける各スペクトラル
点を回帰係数で乗算する。

【００５２】 （９）全てのスペクトラル点にわたってステップ（８）の結果を合計し、その結
果、サンプル中における特定成分の濃度の予測値を得る。

【００５３】 上記目盛関数、平均スペクトルおよび回帰係数は較正段階で求められている。
較正段階は、既知濃度の特定成分を含むサンプルについてのダブルビームＦＴＩ
Ｒスペクトルの測定を包含する。目盛関数、平均スペクトルおよび回帰係数は特
定成分の既知濃度と上記ダブルビームＦＴＩＲスペクトルから予測された特定成
分の濃度との差を最小にする方法で求められている。これを達成する技術はこの
発明の属する技術分野において公知であり、部分最小２乗法（partial least sq
uares：以下、ＰＬＳともいう）および主成分回帰（principal component regre
ssion）分析の技術を含むものである。これらの両技術は、エイチ．マーテンズ
およびティー．ネイス（H. Martens and T. Naes）による「多変量解析較正法」
（１９８９年、ニューヨーク州、ジョン ワイレイ エンド サンズ発行）に詳
しく議論されている。

【００５４】 上述した装置は研究室スケールの装置でもよく、あるいは、例えば診療室、家
庭用等の現場用途用に小型化されたものでもよい。

【００５５】 有用性 この発明の方法および装置は、低透過率のサンプル中における１つまたはそれ
以上の特定成分の検出および濃度測定が求められる多種多様の応用例に使用する
。そういうものであるから、この発明の方法および装置は、多種多様のタイプの
サンプル中における特定成分の検出に使用する。この特定成分は、例えば、自然
環境のサンプル（土壌または水）中における汚染物質または毒素、農産物および
食品中における毒素または病原体、工業製品中における不純物等を含むものであ
る。この発明の方法および装置を使用する特別の応用例の１つとしては、体内の
血液中あるいは体外の生理学的サンプル（例えば血液、組織またはこれらの派生
物）中の１つまたはそれ以上の特定成分の検出がある。

【００５６】 多種多様の特定成分は、この発明の方法を用いて検出可能である。ここで、代
表的な特定成分としては、乱用薬物および薬剤ばかりでなく、アルコール、ホル
ムアルデヒド、グルコース、グルタミン酸、グリセロール、β−ヒドロキシ酪酸
、Ｌ−乳酸、ロイシン、リンゴ酸、ピルビン酸、ステロイド類、アスコルビン酸
、アセトンおよび他のケトン体類、葉酸、アンモニア、ビリルビン、クレアチニ
ン、ヘモグロビン類、脂質類、フェニルアラニン、蛋白質（アルブミンおよびグ
ロブリン類を含む）、トリグリセリド類、尿素を含む。原則として、この発明の
方法は、尿、涙液、唾液等の多種多様の生理学的サンプル中における特定成分の
存在、および多くの場合に濃度をも求めるのに使用可能であるが、特に、この発
明の方法は、血液または血液画分または組織または組織画分中における特定成分
の濃度測定に好適に使用される。この発明の方法および組成物を使用する特別の
応用例の１つとしては、体内あるいは体外の組織サンプル中におけるグルコース
の存在の探知および量の測定がある。

【００５７】 この発明の方法に従う血液中の特定成分の検出は、疾患の診断、疾患の管理等
、多種多様の医療用途に使用する。

【００５８】 次の各実施例は図面を通じて、および図面なしで提供されている。

【００５９】 実施例 Ｉ．弱散乱性の水性サンプル中における特定成分の検出 赤外波長の中間域に近い波長と相互に干渉し合う特定成分（複数）の水性溶液
（例えば血清）等の弱散乱性で強吸収性を示すサンプルに関しては、前方ビーム
および後方ビームの双方は透過モードでの使用が可能である。一例として、発明
者らは、生理学的な関連性を有する３つの特定成分（クレアチニン、グルコース
および尿素）を含む水性サンプルに関し、シングルビームＦＴＩＲ（従来技術）
の予測特性とダブルビームＦＴＩＲの予測特性とを比較した。

【００６０】 この実験を実行するために用いられる計測器の構成は図３に図示されている。
市販のシングルビームＦＴＩＲ分光計（パーキンエルマー（Perkin-Elmer）２０
００）をダブルビーム計測器として機能するように改良した。この改良計測器を
雰囲気（温度２１℃±１℃、相対湿度４０％±５％）に対して開放するように維
持した。５０％「水玉模様（polka dot）」ビームスプリッタ（オリエル イン
スツルメント（Oriel Instruments）、型式番号３８１０６）を用いて光源光と
後方ビームとを分配した。前方ビームも５０％水玉模様ビームスプリッタで反射
し、上記２つのビームの強度を等しくした。金被覆の放物状反射器で、前方ビー
ムおよび後方ビームをそれぞれサンプルセルおよび参照セルに合焦させた。サン
プルセルおよび参照セルは非脆弱性（suprasil）の石英窓間の空間によって定義
されたものとして、０．５ｍｍの光路長を有するものであった。サンプルセルお
よび参照セルの温度は２２．０℃±０．１℃に調整された。その後、金被覆の放
物状反射器を用いて前方ビームおよび後方ビームを再度コリメートした。次に、
５０％水玉模様ビームスプリッタを用いて上記２つのビームを結合し、これをシ
リコンレンズ（直径２インチ、焦点距離約２５ｍｍ）を用いてインジウム・アン
チモニド（ＩｎＳｂ）検出器（絶対温度７７Ｋに冷却された活性領域の直径７ｍ
ｍ）上に合焦させた。

【００６１】 信号のＤＣ成分を除去し、ＡＣ成分をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を
ほとんど満たすように増幅した。この実験セットに関するナル比は約４０：１で
あった。従って、ダブルビーム信号でＡ／Ｄ変換器を満たすことが必須である増
幅は、シングルビーム信号の場合の約４０倍であった。シングルビーム干渉写真
とダブルビーム干渉写真とを各サンプルごとに交互に配置した。スペクトルを上
記手順（選択的ステップを含む。装置の項を参照されたい）に従って処理した。

【００６２】 クレアチニン、尿素およびグルコースを含む２７の溶液からなるサンプル群を
３つの濃度レベル（クレアチニンは３７０ｍｇ／ｄＬ、６５０ｍｇ／ｄＬおよび
９３０ｍｇ／ｄＬであり、尿素は２３０ｍｇ／ｄＬ、５８５ｍｇ／ｄＬおよび９
４０ｍｇ／ｄＬであり、グルコースは０ｍｇ／ｄＬ、２５０ｍｇ／ｄＬおよび５
００ｍｇ／ｄＬ）で水中に溶解した。参照セルには純水を入れた。２７の溶液の
全てについて、異なる３日に、１日に一度測定した。約７週間の期間内で３測定
日を設定した。純水を含むサンプルをバックグラウンドサンプルとして使用した
。バックグラウンドサンプルを、２７の溶液セットの最初と最後に測定した。こ
の２７の溶液を、各実験日ごとに新たに調製しかつ異なる不規則的な順で測定し
た。

【００６３】 上記３つの特定成分による光吸収は水による光吸収に比較して弱い。結果とし
て、２７サンプルのシングルビームスペクトルは肉眼でほとんど識別不能である
。これに対して、光学的なナル効果のために光源発光スペクトルおよび水吸収作
用が大きく除去されたダブルビームスペクトルは特定成分濃度を変化させている
状態で、明瞭で明白なスペクトル変化を示す。図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ
、グルコース濃度を３つのレベル間で変化させると同時に、クレアチニンおよび
尿素の濃度を最も低い濃度に固定した３つのサンプルについて、４０００ｃｍ^-1 乃至５０００ｃｍ^-1の範囲におけるシングルビームスペクトルおよびダブルビー
ムスペクトルを示す図である。グルコース濃度を変化させている状態でのスペク
トルの最大変化領域（４７００ｃｍ^-1）は水中における公知のグルコース吸収帯
に対応する。

【００６４】 部分最小２乗法（ＰＬＳ）を用いて４０００ｃｍ^-1乃至８０００ｃｍ^-1のスペ
クトル範囲にわたってＮＩＲスペクトルの予測含有量を分析した。任意の実験日
内での特定成分の予測を、予測用の１つの特定サンプルを選ぶと共に較正用の残
りの２６サンプルを用いることによって評価した。このような方法で、２７サン
プル全てについて特定サンプルを交替させることによって、相互確認（cross-va
lidate）した予測実績（prediction performance）を評価した。シングルビーム
モードおよびダブルビームモード中に取得されたスペクトルに関するグルコース
濃度の予測値を図５において比較した。ダブルビームスペクトルおよびシングル
ビームスペクトルから導き出されたグルコース濃度の予測値の標準誤差（ＳＥＰ
）（すなわち予測値の標準誤差は予測濃度と標準濃度との差の平方平均値の平方
根である）はそれぞれ１１．３ｍｇ／ｄＬおよび２２．８ｍｇ／ｄＬである。シ
ングルビームＦＴＩＲと比較して改良した予測実績に加えて、ダブルビームＦＴ
ＩＲ較正モデルは著しく簡単であった。このことはＳＥＰ対ＰＬＳモデルにおけ
るファクタ数のグラフ（図６）に明らかにされている。最も良いダブルビーム較
正モデルには５個のファクタだけが用いられているのに対し、シングルビーム較
正モデルでは１３個のファクタでも最小ＳＥＰ値を達成していない。

【００６５】 複数日間での特定成分の予測を、１つの較正セットとして初日データを用い、
かつ次の２日を予測することによって評価した。１２個のファクタおよび４個の
ファクタでシングルビーム技術およびダブルビーム技術に関するそれぞれの結果
を図７Ａおよび図７Ｂに集計した。その結果をまとめてみると、シングルビーム
ＦＴＩＲと比較して、ダブルビーム技術は、短期間（同日）および長期間（７週
間にわたる）の双方で水性溶液中における特定成分の濃度についての良好な予測
性能を示している。

【００６６】 ＩＩ．組織中におけるグルコース検出 哺乳動物組織中におけるグルコース等の弱吸収性の特定成分を含む強散乱性の
サンプルに関して、前方ビームまたはサンプルビームは反射モードでの使用が可
能であるのに対して、後方ビームまたは参照ビームは透過モードでの使用が可能
である。

【００６７】 そのような測定を実行するために用いられる計測器の構成は図２に図示されて
いる。フッ化カルシウム薄板は光を前方ビームおよび後方ビームに分配するのに
使用可能である。上記光の大部分は高散乱性の組織中で損失することになるので
、干渉計の全スループットの９６％は前方ビーム用に使用され、残り４％は参照
セルを通して導かれる後方ビーム用に使用される。

【００６８】 参照セルの温度は、スペクトルの近赤外部における水のスペクトルが温度に対
して非常に敏感であることから、測定中の組織表面の温度と同一温度に調整され
るべきである。減光器は検出器でのエネルギの均衡を図るために一方または両方
のビームに使用可能である。前方ビームは、フッ化カルシウムレンズを用いて光
ファイババンドルの入力部に合焦される。この光ファイババンドルは前方ビーム
を、例えば測定対象者の前腕掌側に向ける。組織表面に位置する入力ファイバを
、散乱しかつ部分的に吸収した光を組織から検出器に向ける出力ファイバに配置
する。検出器では、出力ファイバを、参照セルを通過した光をまた検出器に向け
る参照（後方ビーム）ファイバに配置する。検出器は、その表面領域が、配置さ
れた出力ファイババンドルによって照光された全領域より幾らか大きいように決
められる。従って、サンプルビームおよび参照ビームは検出器の表面で直接結合
されてナルを形成する。

【００６９】 信号のＤＣ成分は、その後、電子的に除去され、ＡＣ成分はアナログ−デジタ
ル（Ａ／Ｄ）変換器をほとんど満たすように電子的に増幅される。上記ナル比は
、たとえサンプルビームが組織からの散乱光から構成されかつ参照ビームが如何
なる散乱なしで参照セルを実質的に透過した光から構成されたものであっても、
約２０：１に容易に近づくことが可能である。ダブルビーム信号でＡ／Ｄ変換器
を満たすことが必須である増幅は、シングルビーム信号の場合の約２０倍高くな
るであろう。較正は不規則であるが公知のグルコースレベルで後述の溶液スペク
トル較正と同様に対象のナルスペクトルを測定することによって行われる。

【００７０】 特定成分の検出に関して、この発明が与えるＦＴＩＲの使用に重要な打開策は
上記結果および議論から明白である。詳細には、この発明の方法および装置は、
計器ズレの問題、超高精度のアナログ−デジタル変換器の必要性など、組織中の
グルコースのＦＴＩＲ測定で直面した従来の課題を克服するものである。重要な
ことには、この発明の方法および装置は、血液中における特定成分、例えばグル
コースの非侵襲的な高精度測定を提供することが可能である。そういうものであ
るから、この発明は技術に対する十分なる寄与を表すものである。

【００７１】 この明細書に引用された全ての刊行物および特許は、各刊行物または各特許が
あたかも具体的にかつ個別に示されて参照することによって合体されるように見
えるが、参照することによってこの明細書に合体されるものである。引用された
いずれの刊行物も本願の出願日前の開示内容に関するものであり、それは、この
発明が先行発明によって当該刊行物の日時に遡及する権利が与えられないという
告白として解釈されるべきではない。

【００７２】 上記発明がその理解を明確にする目的で用いられる図面および実施例によって
多少詳細に記述されたが、発明の精神すなわち添付の特許請求の範囲から逸脱す
ることなしにある変更および改良が可能であることは、この発明の教示の観点か
ら発明の属する技術分野における通常の知識を有する者、すなわち当業者にとっ
て容易に明白である。

【００７３】

【発明の効果】

以上のように、この発明によれば、低透過率のサンプル中における少なくとも
１つの特定成分の存在および／または濃度を求めることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ヒト前腕拡散反射スペクトル（前方ビーム）と水透過参照ビーム（後方ビーム
）とこれらの結果として得られるナルを示すグラフである。

【図２】 強散乱性の光と相互に干渉し合うサンプルへ特別に使用される、この発明に従
う装置を示す概略図である。

【図３】 弱散乱性で強吸収性の光と相互に干渉し合うサンプルへ特別に使用される、こ
の発明に従う装置を示す概略図である。

【図４Ａ】 シングルビームＦＴＩＲ（従来法）によって測定された多数の特定成分を含む
水溶液のスペクトルを示すグラフである。

【図４Ｂ】 ダブルビームＦＴＩＲ（この発明）によって測定された多数の特定成分を含む
水溶液のスペクトルを示すグラフである。

【図５】 シングルビームＦＴＩＲ（従来法）によって測定された場合とダブルビームＦ
ＴＩＲ（この発明）によって測定された場合において、多数の特定成分を含む水
溶液中のグルコース濃度の予測値と参照値との比較を示すグラフである。

【図６】 シングルビームＦＴＩＲ（従来法）によって測定された測定値から導き出され
た多数のファクタおよびダブルビームＦＴＩＲ（この発明）によって測定された
測定値から導き出された多数のファクタに対するグルコース濃度の予測値の標準
誤差を示すグラフである。

【図７Ａ】 シングルビームＦＴＩＲ（従来法）およびダブルビームＦＴＩＲ（この発明）
によって数週間の期間にわたって測定された多数の特定成分を含む水溶液中のグ
ルコース濃度（予測値対参照値）を示すグラフである。

【図７Ｂ】 シングルビームＦＴＩＲ（従来法）およびダブルビームＦＴＩＲ（この発明）
によって数週間の期間にわたって測定された多数の特定成分を含む水溶液中のグ
ルコース濃度（予測値対参照値）を示すグラフである。

【符号の説明】

２０ 装置 ２１ 赤外線照射源 ２２ 干渉計 ２２ａ ビームスプリッタ ２２ｂ 可動ミラー ２２ｃ 固定ミラー ２３ 参照物 ２４ 採取装置 ２５ ビームスプリッタ ２５ｂ ビームスプリッタ ２５ｃ ビームスプリッタ ２６ 検出器 ２６ａ レンズ ２７ 増幅器 ２８ アナログ−デジタル変換器 ２９ データ処理手段 ３１ 入射ビーム ３２ 前方ビーム ３３ 後方ビーム ３４ 参照ビーム ３５ サンプルビーム ３６ ナルビーム ４１ａ 放物状反射器 ４１ｂ 放物状反射器 ４１ｃ ミラー ４２ａ 放物状反射器 ４２ｂ 放物状反射器 ４３ｃ ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 オニール・マイケル・ピー アメリカ合衆国、94086 カリフォルニア 州、サニーベイル、モース・アベニュー 356 Ｆターム(参考） 2G045 CA25 CB01 DA31 FA11 FA25 JA01 2G059 AA01 BB12 BB13 CC16 EE09 EE10 EE12 FF09 GG10 HH01 HH06 JJ02 JJ11 JJ13 JJ15 JJ17 JJ22 KK01 LL01 MM03 MM09 MM10 【要約の続き】 の生物学的サンプルの存在および量を検出する例を含む ものである。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）低透過率のサンプルからサンプルビームを生成しかつ
   参照物から参照ビームを生成するステップと、（ｂ）前記サンプルビームおよび
   前記参照ビームからナル信号を生成するステップと、（ｃ）前記ナル信号から前
   記サンプル中における特定成分の存在を導き出すステップとを含む、低透過率の
   サンプル中における特定成分濃度の測定方法。
2. 【請求項２】 少なくとも１つの赤外線照射源から生成された前方ビームお
   よび後方ビームを用いてサンプルビームおよび参照ビームを生成するステップを
   含む請求項１記載の低透過率のサンプル中における特定成分濃度の測定方法。
3. 【請求項３】 光を干渉計に通過させるステップをさらに含む請求項１また
   は請求項２に記載の低透過率のサンプル中における特定成分濃度の測定方法。
4. 【請求項４】 前方ビームおよび後方ビームは１つの赤外線照射源から生成
   されたものである請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の低透過率
   のサンプル中における特定成分濃度の測定方法。
5. 【請求項５】 前方ビームおよび後方ビームは２つの赤外線照射源から生成
   されたものである請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の低透過率
   のサンプル中における特定成分濃度の測定方法。
6. 【請求項６】 ナル信号は、１つの検出器での検出前に、サンプルビームお
   よび参照ビームを結合することによって光学的に生成されたものである請求項１
   乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の低透過率のサンプル中における特定
   成分濃度の測定方法。
7. 【請求項７】 ナル信号は、２つの検出器でのサンプルビームおよび参照ビ
   ームの検出に続いて電子的に生成されたものである請求項１乃至請求項５のうち
   、いずれか１項に記載の低透過率のサンプル中における特定成分濃度の測定方法
   。
8. 【請求項８】 （ａ）１つの赤外線照射源の後に位置する干渉計で前方ビー
   ムおよび後方ビームを生成するステップと、（ｂ）低透過率のサンプルに前記前
   方ビームを向けると共に参照物に前記後方ビームを向けてサンプルビームおよび
   参照ビームをそれぞれ集光させるステップと、（ｃ）前記サンプルビームおよび
   前記参照ビームを結合してナルビームを生成するステップと、（ｄ）１つの検出
   器で前記ナルビームを検出してナル検出信号を得るステップと、（ｅ）前記ナル
   検出信号から低透過率の前記サンプル中における特定成分の存在を導き出すステ
   ップとを含む請求項１記載の低透過率のサンプル中における特定成分濃度の測定
   方法。
9. 【請求項９】 （ａ）少なくとも１つの赤外線照射源から前方ビームおよび
   後方ビームを生成するステップと、（ｂ）低透過率のサンプルに前記前方ビーム
   を向けると共に参照物に前記後方ビームを向けてサンプルビームおよび参照ビー
   ムをそれぞれ集光させるステップと、（ｃ）前記サンプルビームおよび前記参照
   ビームを干渉計に導入すると共に前記干渉計から出た前記サンプルビームおよび
   前記参照ビームからナル信号を生成するステップと、（ｄ）前記ナル信号から低
   透過率の前記サンプル中における特定成分の存在を導き出すステップとを含む請
   求項１記載の低透過率のサンプル中における特定成分濃度の測定方法。
10. 【請求項１０】 低透過率のサンプルは高反射性および高吸収性の少なくと
    も１つである請求項１乃至請求項９のうち、いずれか１項に記載の低透過率のサ
    ンプル中における特定成分濃度の測定方法。
11. 【請求項１１】 低透過率のサンプルは生理学的サンプルである請求項１０
    記載の低透過率のサンプル中における特定成分濃度の測定方法。
12. 【請求項１２】 生理学的サンプルは、血液、組織またはこれらの派生物か
    らなる群より選択されたものである請求項１１記載の低透過率のサンプル中にお
    ける特定成分濃度の測定方法。
13. 【請求項１３】 参照物は水を含む請求項１乃至請求項１２のうち、いずれ
    か１項に記載の低透過率のサンプル中における特定成分濃度の測定方法。
14. 【請求項１４】 特定成分はグルコースである請求項１乃至請求項１３のう
    ち、いずれか１項に記載の低透過率のサンプル中における特定成分濃度の測定方
    法。
15. 【請求項１５】 少なくとも１つの赤外線照射源から前方ビームおよび後方
    ビームを生成する手段と、前記前方ビームおよび前記後方ビームからサンプルビ
    ームおよび参照ビームを生成する手段と、前記サンプルビームおよび前記参照ビ
    ームからナル信号を生成する手段とを含む低透過率のサンプル中における特定成
    分濃度の測定に用いられるダブルビーム赤外分光装置。