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JPWO2007141859A1 - 精度よく生体成分を非侵襲に計測できる生体成分計測装置 - Google Patents

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

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JPWO2007141859A1
JPWO2007141859A1 JP2008520095A JP2008520095A JPWO2007141859A1 JP WO2007141859 A1 JPWO2007141859 A1 JP WO2007141859A1 JP 2008520095 A JP2008520095 A JP 2008520095A JP 2008520095 A JP2008520095 A JP 2008520095A JP WO2007141859 A1 JPWO2007141859 A1 JP WO2007141859A1
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Abstract

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

Description

この発明は生体成分計測装置および生体成分計測センサに関し、特に、生体からの光を受光することによって生体成分を非侵襲に計測する生体成分計測装置および生体成分計測センサに関する。
被験者の血液や体液等に代表される生体組織中に含まれる特定の成分の濃度を計測することがなされている。計測対象となる上記特定の成分の代表的なものとしては、グルコース、ヘモグロビン、オキシヘモグロビン、トリラウリン、コレステロール、アルブミン、および尿酸等が挙げられる。特に血糖計測に関しては、糖尿病患者の自己管理ツールとしてその重要性が増し、高頻度な計測が患者のＱＯＬ（Quality of life：生活の質）の向上につながり、ひいては心疾患や合併症の予防につながるとされている。
生体成分計測装置としては、皮下浸出液等の生体組織を採取してその中に含まれる特定成分の濃度を計測する侵襲的方法を採用した装置（semi-invasiveタイプのデバイス）があるが、この計測方法は被験者の負担が大きい。そこで、非侵襲的方法（non-invasive）を採用し、生体で反射した反射光または生体を透過した透過光を受光してその光特性から特定成分の濃度を算出する、光学を利用した非侵襲式の装置が提案されている。たとえばこのような計測装置を用いて血中グルコース濃度を計測する場合、計測部位（たとえば鼓膜）から放射される放射光に含まれる近赤外線帯域または中赤外線帯域のスペクトルを解析することにより、血中グルコース濃度が計測される。
光学を利用した非侵襲式の生体成分計測装置においては、被写体の温度は非常に重要なパラメータとなる。従来の一般的な非侵襲式の生体成分計測装置では、照射部近傍または別の場所に熱電対などの温度計測素子を置いて温度を計測することがなされている。しかしながら、光学を利用した非侵襲式の生体成分計測方法では照射された光のエネルギーによって照射された部分の温度はわずかでも変化しているはずであるが、上述の温度計測方法では、その温度変化を正確に捕らえることができないという問題があった。
そこで、特開平１０−２５８０３６号公報（以下、特許文献１）に開示されている血糖計では、近赤外光を照射し、その光の吸収変化から温度を算出することで照射部の温度を計測可能としている。
特表平５−５０７８６６号公報（以下、特許文献２）に開示されている装置では、血中の特定物質の計測に照射時の熱を利用している。この方法は、光パルスを当てたとき計測物で熱による膨張収縮が発生し、これにより発生する音（圧力変化）を圧力素子で受ける、光音響分光法として知られた方法である。この方法を採用した特許文献２の装置には受光素子はなく、光吸収の誤差を熱をパラメータとして補正するという計測は行なわれていない。
特開平１０−２５８０３６号公報 特表平５−５０７８６６号公報
しかしながら、特許文献１の血糖計で算出された温度には、計測対象である光の吸収の変化の影響も含まれるため、精度よく温度を算出することが難しく、精度のよい計測結果が得られない場合があるという問題がある。
また、特許文献２の装置は上述のように光吸収の誤差を熱をパラメータとして補正する計測方法は採用されていないため、計測結果に熱の影響が含まれ、精度のよい計測結果が得られない場合があるという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、照射による被計測体の温度変化や、照射光量の変動や、体温変化を精度よく計測することで、精度よく生体成分を計測することのできる生体成分計測装置および生体成分計測センサを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、生体成分計測装置は、計測対象の生体成分において特異的な吸収を示す波長を第１波長とし、上記生体成分において特異的な吸収を示さない波長を第２波長として、第１波長の光を被計測体に対して照射する第１発光部と、第１発光部より第１波長の光が照射されたときに被計測体から放射された光を受光して受光量に応じた信号を出力する受光部と、上記信号に基づいて上記生体成分の濃度を算出する濃度算出部とを備え、受光部は、第１波長の光の受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、第２波長の光の受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部とを含み、濃度算出部は、第１信号および第２信号に基づいて上記生体成分の濃度を算出する。
より具体的には、上記第１波長および第２波長の光は、中赤外光であることが好ましい。
また、濃度算出部は、第１波長の光が照射される前後の第１信号および第２信号に基づいて上記生体成分の濃度を算出することが好ましい。
また、第２受光部は、第２波長を透過するフィルタを含んで、被計測体から放射される光のうちフィルタを透過した第２波長の光を受光することが好ましい。
また、生体成分計測装置は、第２波長の光を被計測体に対して照射する第２発光部と、第１発光部における照射と第２発光部における照射とを切替える切替手段とをさらに備え、受光部は、第２発光部より第２波長の光が照射されたときに、被計測体から放射された第１波長の光の受光量に応じた第３信号を出力する第３受光部と、被計測体から放射された第２波長の光の受光量に応じた第４信号を出力する第４受光部とをさらに含み、濃度算出部は、第１信号〜第４信号に基づいて上記生体成分の濃度を算出することが好ましい。
または、生体成分において特異的な吸収を示さない、上記第２波長とは異なる波長を第３波長として、生体成分計測装置は、第３波長の光を被計測体に対して照射する第３発光部と、第１発光部における照射と第３発光部における照射とを切替える切替手段とをさらに備え、受光部は、第３発光部より第３波長の光が照射されたときに、被計測体から放射された第２波長の光の受光量に応じた第５信号を出力する第５受光部と、被計測体から放射された第３波長の光の受光量に応じた第６信号を出力する第６受光部とをさらに含み、濃度算出部は、第１信号，第２信号，第５信号，第６信号に基づいて上記生体成分の濃度を算出することが好ましい。
または、生体成分計測装置は、第２波長の光を被計測体に対して照射する第２発光部と、第１発光部における照射と第２発光部における照射とを、被計測体の熱応答よりも短い時間間隔で切替える切替手段とをさらに備え、受光部は、第２発光部より第２波長の光が照射されたときに、被計測体から放射された第２波長の光の受光量に応じた第４信号を出力する第４受光部とをさらに含み、算出部は、第１信号と第４信号との差と、第４信号と第２信号との差とに基づいて上記生体成分の濃度を算出することが好ましい。
本発明の他の局面に従うと、生体成分計測センサは、計測対象の生体成分において特異的な吸収を示す波長を第１波長とし、上記生体成分において特異的な吸収を示さない波長を第２波長として、第１波長の光を被計測体に対して照射する第１発光部と、第１発光部より第１波長の光が照射されたときに被計測体から放射された光を受光して受光量に応じた信号を出力する受光部とを備え、受光部は、第１波長の光の受光量に応じた第１信号を出力する第１受光部と、第２波長の光の受光量に応じた第２信号を出力する第２受光部とを含む。
また、生体成分計測センサは、第２波長の光を被計測体に対して照射する第２発光部と、第１発光部における照射と第２発光部における照射とを切替える切替手段とをさらに備え、受光部は、第２発光部より第２波長の光が照射されたときに、被計測体から放射された第１波長の光の受光量に応じた第３信号を出力する第３受光部と、被計測体から放射された第２波長の光の受光量に応じた第４信号を出力する第４受光部とをさらに含むことが好ましい。
または、生体成分において特異的な吸収を示さない、上記第２波長とは異なる波長を第３波長として、生体成分計測センサは、第３波長の光を被計測体に対して照射する第３発光部と、第１発光部における照射と第３発光部における照射とを切替える切替手段とをさらに備え、受光部は、第３発光部より第３波長の光が照射されたときに、被計測体から放射された第２波長の光の受光量に応じた第５信号を出力する第５受光部と、被計測体から放射された第３波長の光の受光量に応じた第６信号を出力する第６受光部とをさらに含むことが好ましい。
本発明にかかる生体成分計測装置および生体成分計測センサは、透過や、散乱反射計測において、対象成分の吸収波長を持つ光源からの光の透過または反射光を検出するとともに、同時にそのとき被計測体から放射される自然放射光を利用して、照射時、照射部位の温度変化を捕らえて、補正を行なう。生体の放射光は中赤外にピークを持ち、その光量と温度との関係は耳や額の赤外線体温計として製品化されているように高精度である。
このように、本発明にかかる生体成分計測装置および生体成分計測センサは、照射中の自然放射光を計測することで、照射による被計測体の温度変化、照射光量の変動、および体温変化を正確に計測でき、高精度な補正が可能となる。
また、本発明にかかる生体成分計測装置および生体成分計測センサは２光源を備えることで自然放射光には反映されない散乱係数や水分、妨害物質など被計測体自身の変化も補正可能となる。
実施の形態にかかる生体成分計測装置の構成の具体例を示す図である。 生体成分の具体例として、グルコースの吸収スペクトルを表わす図である。 グルコース散乱水溶液に９．６ｕｍの波長光を照射し、液から放射される光を９．６ｕｍフィルタおよび８．５ｕｍフィルタを通して各々検出したときの受光部での出力を表わす図である。 グルコース濃度と受光部１７からの出力との関係を表わす図である。 第１の実施の形態にかかる生体成分計測装置での生体成分計測センサ１０の構成を説明する図である。 第１の実施の形態の変形例にかかる生体成分計測装置での生体成分計測センサ１０の構成を説明する図である。 第２の実施の形態にかかる生体成分計測装置での生体成分計測センサ１０の構成を説明する図である。 第２の実施の形態にかかる生体成分計測装置での生体成分計測センサ１０の変形例を説明する図である。 第２の実施の形態にかかる生体成分計測装置での生体成分計測センサ１０の変形例を説明する図である。 第２の実施の形態の変形例にかかる生体成分計測装置での生体成分計測センサ１０の構成を説明する図である。 第２の実施の形態の変形例にかかる生体成分計測装置での生体成分計測センサ１０の変形例を説明する図である。 第２の実施の形態の変形例にかかる生体成分計測装置での生体成分計測センサ１０の変形例を説明する図である。 受光部１７からの出力Ｖの変化の概略を示す第１の図である。 受光部１７からの出力Ｖの変化の概略を示す第２の図である。
符号の説明
３０ 被計測体、１０ 生体成分計測センサ、１１，１１Ａ，１１Ｂ 発光部、１２ ミラー、１３ 導光部、１３Ａ 導光部の内面、１４Ａ，１４Ｂ，１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ フィルタ、１７ 受光部、２１ 受光回路、２３ 制御部、２５ 濃度出力部。
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。
図１を参照して、本実施の形態にかかる生体成分計測装置は、被計測体３０からの反射光を受光する生体成分計測センサ１０と、生体成分計測センサ１０からのセンシング信号を受光回路２１を介して受信して、所定の生体成分の濃度を算出する制御部２３と、算出された所定の生体成分の濃度を出力する濃度出力部２５とを含んで構成される。
さらに、生体成分計測センサ１０には、被計測体３０に対して光を照射する発光部１１と、被計測体３０から放射される光を目的の方向へ導く導光部１３と、導光部１３で導かれた光をフィルタ１５を介して受光する受光素子を含む受光部１７とが含まれる。なお、本発明においては、フィルタ１５と受光部１７とを含んだ受光機構を「受光部」と称することも可能である。
発光部１１は被計測体３０に対して中赤外光線を照射し、より好ましくは３ｕｍ〜１１ｕｍの波長の光線を照射する。発光源には、広い波長範囲を持つ発熱体光源（セラミック、アルミナなどを用いたＩＲ（Infrared）光源）や単色光源の各種レーザ（ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、量子カスケード半導体など）がある。
導光部１３は、導光路を形成する内面１３Ａが金メッキや金、アルミニウム等の蒸着で鏡面仕上げされたパイプや、ファイバなどが好適である。
受光部１７に含まれる受光素子としては、ＭＣＴ（MOS(Metal Oxide Semiconductor) Controlled Thyristor）、サーモパイル、焦電センサ、およびボロメータなどが挙げられる。
図２に示されるように、生体成分は濃度に関わらず特定の波長の光を特異的に吸収する。グルコースの場合、特異的な吸収波長は９．６ｕｍ近傍であることが知られている。また、濃度によってその吸収量が異なるため、光の吸収量を計測することで、その成分の濃度を知ることができる。
生体成分計測センサ１０では、計測対象とする生体成分に特異的な吸収波長の光を被計測体３０に照射する。計測対象の生体成分がグルコースの場合、９．６ｕｍの波長光を照射することが好ましい。照射された光は計測体内部で散乱、吸収され、その一部は散乱反射光として入射と同じ側の面から放射される。
一方、温度を持つ物体はその温度、物質に固有の波長の光を放出する。この光の放出は黒体放射と言われる。３７℃の生体の場合、約９ｕｍにピークをもち、３ｕｍ〜５０ｕｍの範囲の波長の光を放出する。
このため、生体成分計測センサ１０の発光部１１から被計測体３０に対して生体成分に特異的な吸収波長の光が照射された場合、受光部１７で受光される発光部１１から照射された光と同じ波長の光には、生体成分による吸収を受けた散乱反射光と、被計測体３０の温度に対応した黒体放射光とが含まれる。
本実施の形態にかかる生体成分計測装置においては、上記計測対象とする生体成分に特異的な吸収波長を第１波長とし、上記生体成分において吸収されない光の波長を第２波長とするとき、生体成分計測センサ１０の発光部１１より被計測体３０に対して上記第１波長の光を照射する。受光部１７で、上記照射前後に被計測体３０から放射される第１波長の光と第２波長の光とを受光し、制御部２３でその光量の変化を用いて上記生体成分の濃度を算出する。計測対象の生体成分がグルコースの場合、上記第１波長は９．６ｕｍ、第２波長は８．５ｕｍや１０．５ｕｍが該当する。
図３は、９．６ｕｍのバンドパスフィルタを付けたセラミックＩＲ光源を発光部１１とし、グルコース散乱水溶液を被計測体３０として、被計測体３０であるグルコース散乱水溶液に９．６ｕｍの波長光を照射し、受光部１７で、液から放射される光を９．６ｕｍフィルタおよび８．５ｕｍフィルタであるフィルタ１５を通して各々検出したときの、９．６ｕｍの波長での受光部１７からの出力Ｖ9.6と、８．５ｕｍの波長での出力Ｖ8.5(9.6)と、制御部２３で算出されるこれらの出力差Ｖs（＝Ｖ9.6−Ｖ8.5(9.6)）とを表わす図である。
図３を参照して、発光部１１において９．６ｕｍの波長光の照射を開始すると（図３中「照射ＯＮ」）、９．６ｕｍの波長での出力Ｖ9.6は急速に立ち上がり、その後も、照射中は出力が変化する。８．５ｕｍの波長での出力Ｖ8.5は急速な立ち上がりはないが、照射中は出力が変化する。９．６ｕｍの波長の光は８．５ｕｍフィルタでカットされるので、出力Ｖ8.5(9.6)には照射光の信号を含んでいない被計測体３０の熱変化のみが反映される。このとき、出力Ｖ9.6と出力Ｖ8.5(9.6)との相対的な関係を表わす値として、たとえば、両者の出力差Ｖｓを採用すると、図３に示されるように、両者の出力差Ｖｓは、照射中ほぼ一定の値を示す。これは、出力Ｖ9.6に含まれている熱による出力変化が出力Ｖ8.5の変化で補正されたためであり、出力Ｖ9.6と出力Ｖ8.5(9.6)との相対的な関係を表わす値である両者の出力差Ｖｓ（＝Ｖ9.6−Ｖ8.5(9.6)）は、出力Ｖ9.6から出力Ｖ8.5(9.6)より得られる熱の影響を排するように補正された値であると言える。
図４は、グルコース濃度が０ｇ／ｄｌ，０．５ｇ／ｄｌ，１ｇ／ｄｌ近傍での、９．６ｕｍの波長での受光部１７からの出力Ｖ9.6、および９．６ｕｍの波長での出力Ｖ9.6と８．５ｕｍの波長での出力Ｖ8.5(9.6)との出力差Ｖs（＝Ｖ9.6−Ｖ8.5(9.6)）を表わす図である。
図４に示されるように、出力Ｖ9.6は値がばらつき、濃度と出力との関係が把握され難い。一方、出力差Ｖs（つまり出力Ｖ8.5(9.6)より得られる熱の影響を排するように補正された出力Ｖ9.6）は、値のばらつきが小さく、制御部２３において、グルコース濃度と反射光の出力との間の比例関係を得ることができる。
なお、上記具体例では出力Ｖ9.6から出力Ｖ8.5(9.6)より得られる熱の影響を排するように補正された値として出力差Ｖｓ（＝Ｖ9.6−Ｖ8.5(9.6)）が採用されたが、出力Ｖ9.6の補正は上記補正式によるものに限定されない。たとえば他の補正値として、出力比Ｖs＝Ｖ9.6／Ｖ8.5(9.6)も有効である。さらに他の補正値として、照射の光が強い場合や９．６ｕｍフィルタおよび８．５ｕｍフィルタのフィルタ特性（半値幅など）が異なる場合には出力Ｖ8.5(9.6)に係数Ａを付けＶｓ＝Ｖ9.6−Ａ・Ｖ8.5(9.6)とするなどが挙げられる。以降の説明において、出力Ｖ9.6から出力Ｖ8.5より得られる熱の影響を排した補正値は、一般式として、Ｖｓ＝ｆ（Ｖ9.6，Ｖ8.5(9.6)）と表わされる。
また、以降の説明において、生体成分計測センサでは計測対象とする生体成分に特異的な第１波長の光を照射して被計測体３０から放射を受光するものとして説明するが、被計測体３０の厚みによっては、同様にして、透過光を受光して補正に用いてもよい。
［第１の実施の形態］
図５を参照して、第１の実施の形態にかかる生体成分計測センサ１０には、フィルタ１５として第１フィルタ１５Ａと第２フィルタ１５Ｂとが含まれる。
第１フィルタ１５Ａは計測対象である生体成分に特異的な吸収波長（上記第１波長）の光を透過するフィルタであり、第２フィルタ１５Ｂは計測対象である生体成分において吸収されない光の波長（上記第２波長）の光を透過するフィルタである。計測対象である生体成分がグルコースである場合、第１フィルタ１５Ａには９．６ｕｍフィルタ、第２フィルタ１５Ｂには８．５ｕｍフィルタが該当する。
第１フィルタ１５Ａおよび第２フィルタ１５Ｂはいずれか一方が被計測体３０から受光部１７へ導光部１３でガイドされてきた光を遮る位置に配置され（図５参照）、きわめて短い時間の後に他方のフィルタがその位置に配置されるように、位置が切替えられる。一度の照射に対して、双方のフィルタを介した受光は複数回行なわれることが好ましいため、この切替えは複数回行なわれることが好ましい。第１フィルタ１５Ａおよび第２フィルタ１５Ｂの位置を切替えるための機構は本発明において特定の機構に限定されないが、一具体例として、円盤に第１フィルタ１５Ａおよび第２フィルタ１５Ｂが備えられて、その円盤を回転させることで上記位置に第１フィルタ１５Ａおよび第２フィルタ１５Ｂが交互に配置されるような機構が挙げられる。また、他の具体例として、プレートに第１フィルタ１５Ａおよび第２フィルタ１５Ｂが備えられて、そのプレートを被計測体３０からの光のガイド方向に直角に移動（図５では上下）させることで上記位置に第１フィルタ１５Ａおよび第２フィルタ１５Ｂが交互に配置されるような機構が挙げられる。このような機構の場合、制御部２３は第１フィルタ１５Ａおよび第２フィルタ１５Ｂの配置を切替えるための駆動部に対して制御信号を出力し、その切替えを制御する。
発光部１１は上記第１波長の光を被計測体３０に対して照射し、受光部１７は第１フィルタ１５Ａを介して第１波長の被計測体３０からの光を受光し、第２フィルタ１５Ｂを介して第２波長の被計測体３０からの光を受光する。この場合、第１フィルタ１５Ａを介して受光部１７で受光される光は、計測対象の生体成分による吸収を受けた散乱反射光であり、第２フィルタ１５Ｂを介して受光される光は、被計測体３０の熱による黒体放射光である。
計測対象の生体成分がグルコースの場合、制御部２３は、発光部１１から９．６ｕｍの波長の光が照射されたときに９．６ｕｍフィルタを介して受光された９．６ｕｍの波長の散乱反射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ9.6と、発光部１１から９．６ｕｍの波長の光が照射されたときに８．５ｕｍフィルタを介して受光された８．５ｕｍの波長の黒体放射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ8.5(9.6)とを得る。制御部２３では、これらの出力を用いて出力Ｖ9.6に対して上記補正を行ない、被計測体３０の熱の影響を排したグルコース濃度を得ることができる。
第１の実施の形態の変形例として、生体成分計測センサ１０の構成を図６に示される構成とすることもできる。すなわち、図６を参照して、変形例として、生体成分計測センサ１０には、第１フィルタ１５Ａに対応した第１受光部１７Ａ、および第２フィルタ１５Ｂに対応した第２受光部１７Ｂが含まれてもよい。制御部２３は、各受光部１７Ａ，１７Ｂにおいて同時に受光することによる出力Ｖ9.6、出力Ｖ8.5(9.6)を得、上記補正を行なってグルコース濃度を得ることができる。
なお、散乱反射光の波長は発光部１１から照射される光の波長と同じであるため、受光部１７において発光部１１から照射された光の散乱反射光を受光するための第１フィルタ１５Ａはフィルタに換えて開口であってもよい。以降の実施の形態においても同様である。
［第２の実施の形態］
図７Ａを参照して、第２の実施の形態にかかる生体成分計測センサ１０には、発光部１１として第１発光部１１Ａ，第２発光部１１Ｂ、およびフィルタ１５として第１フィルタ１５Ａ，第２フィルタ１５Ｂが含まれる。
第１発光部１１Ａは計測対象である生体成分に特異的な吸収波長（上記第１波長）の光を照射し、第２発光部１１Ｂは計測対象である生体成分において吸収されない光の波長（上記第２波長）の光を照射する。
第１フィルタ１５Ａは計測対象である生体成分に特異的な吸収波長（上記第１波長）の光を透過するフィルタであり、第２フィルタ１５Ｂは計測対象である生体成分において吸収されない光の波長（上記第２波長）の光を透過するフィルタである。
計測対象である生体成分がグルコースである場合、第１波長には９．６ｕｍ、第２波長には８．５ｕｍが該当し、第１フィルタ１５Ａには９．６ｕｍフィルタ、第２フィルタ１５Ｂには８．５ｕｍフィルタが該当する。
第１発光部１１Ａからの第１波長の光の照射と第２発光部１１Ｂからの第２波長の光の照射とはミラー１２によって切替えられ、いずれか一方が被計測体３０に対してなされる。ミラー１２の駆動は制御部２３によって制御される。第１の実施の形態にかかる生体成分計測センサ１０と同様に、第１フィルタ１５Ａおよび第２フィルタ１５Ｂはいずれか一方が被計測体３０から受光部１７へ導光部１３でガイドされてきた光を遮る位置に配置され（図７Ａ参照）、きわめて短い時間の後に他方のフィルタがその位置に配置されるように、位置が切替えられる。その具体的な機構は第１の実施の形態にかかる機構と同様のものを用いることができる。
計測対象の生体成分がグルコースの場合、制御部２３は、第１発光部１１Ａから９．６ｕｍの波長の光が照射されたときに９．６ｕｍフィルタを介して受光された９．６ｕｍの波長の散乱反射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ9.6、および８．５ｕｍフィルタを介して受光された８．５ｕｍの波長の黒体放射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ8.5(9.6)とを、第２発光部１１Ｂから８．５ｕｍの波長の光が照射されたときに８．５ｕｍフィルタを介して受光された８．５ｕｍの波長の黒体放射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ8.5、および９．６ｕｍフィルタを介して受光された９．６ｕｍの波長の黒体放射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ9.6(8.5)とを得る。制御部２３では、これらの出力を用いて出力Ｖ9.6に対して上記補正を行なう。この場合、非吸収波長の光照射による出力Ｖ8.5により、被計測体３０の熱の影響だけでなく、熱としてはとらえられない散乱状態の変化を排したグルコース濃度を得ることができる。
また、第２の実施の形態にかかる、出力Ｖ9.6に対する補正の具体例として、以下の補正式も挙げられる。
ａ×｛（Ｖ9.6−ｂ×Ｖ8.5(9.6)）／（Ｖ8.5−ｃ×Ｖ9.6(8.5)）｝
ここでａ，ｂ，ｃは係数である。
なお、発光部１１から被計測体３０に照射される光の波長を切替えるための構成は、図７Ａに示されたような上記構成に限定されず、その他のいかなる構成であってもよい。たとえば、図７Ｂに示されるように、発光部１１は、第１波長を透過させるフィルタ１４Ａまたは第２波長を透過させるフィルタ１４Ｂを介して光を照射する構成としてフィルタ１４Ａ，１４Ｂを切替えることで発光部１１から照射される光の波長を第１波長と第２波長とに切替えてもよいし、上記第１発光部１１Ａと第２発光部１１Ｂとを図７Ｃに示されるように共に被計測体３０に光を照射する位置に配置して、第１発光部１１Ａからの照射と第２発光部１１Ｂからの照射とを電気的に切替えることで照射される光の波長を切替えてもよい。
また、図８Ａを参照して、変形例にかかる生体成分計測センサ１０には、さらに、フィルタ１５として第１フィルタ１５Ａ，第２フィルタ１５Ｂ，第３フィルタ１５Ｃが含まれる。第１フィルタ１５Ａは計測対象である生体成分に特異的な吸収波長（上記第１波長）の光を透過するフィルタであり、第２フィルタ１５Ｂは計測対象である生体成分において吸収されない光の波長（上記第２波長）の光を透過するフィルタであり、第３フィルタ１５Ｃは計測対象である生体成分においては吸収されないが他の成分（妨害成分）に特異的な吸収波長（第３波長）の光を透過するフィルタである。
計測対象である生体成分がグルコースである場合、第１波長には９．６ｕｍ、第２波長には８．５ｕｍ、および第３波長には妨害成分をアルブミンとした場合７．１ｕｍが該当し、第１フィルタ１５Ａには９．６ｕｍフィルタ、第２フィルタ１５Ｂには８．５ｕｍフィルタ、第３フィルタ１５Ｃには７．１ｕｍフィルタが該当する。
第１発光部１１Ａから被計測体３０に対して第１波長の光が照射されているときは、被計測体３０からの光は第１フィルタ１５Ａまたは第２フィルタ１５Ｂを介して受光部１７で受光され、第２発光部１１Ｂから被計測体３０に対して第３波長の光が照射されているときは、第２フィルタ１５Ｂまたは第３フィルタ１５Ｃを介して受光部１７で受光される。第１の実施の形態にかかる生体成分計測センサ１０と同様に、第１フィルタ１５Ａおよび第２フィルタ１５Ｂ、または第２フィルタ１５Ｂおよび第３フィルタ１５Ｃはいずれか一方が被計測体３０から受光部１７へ導光部１３でガイドされてきた光を遮る位置に配置され（図８Ａ参照）、きわめて短い時間の後に他方のフィルタがその位置に配置されるように、位置が切替えられる。その具体的な機構は第１の実施の形態にかかる機構と同様のものを用いることができる。
計測対象の生体成分がグルコースの場合、制御部２３は、第１発光部１１Ａから９．６ｕｍの波長の光が照射されたときに９．６ｕｍフィルタを介して受光された９．６ｕｍの波長の散乱反射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ9.6、および８．５ｕｍフィルタを介して受光された８．５ｕｍの波長の黒体放射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ8.5(9.6)とを、第２発光部１１Ｂから７．１ｕｍの波長の光が照射されたときに７．１ｕｍフィルタを介して受光された７．１ｕｍの波長の散乱反射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ7.1、および８．５ｕｍフィルタを介して受光された８．５ｕｍの波長の黒体放射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ8.5(7.1)とを得る。制御部２３では、これらの出力を用いて出力Ｖ9.6に対して上記補正を行ない、被計測体３０の熱およびアルブミン変化の影響を排したグルコース濃度を得ることができる。
また、第２の実施の形態の変形例にかかる、出力Ｖ9.6に対する補正の具体例として、以下の補正式も挙げられる。
ａ×｛（Ｖ9.6−ｂ×Ｖ8.5(9.6)）／（Ｖ7.1−ｃ×Ｖ9.6(7.1)）｝
ここでａ，ｂ，ｃは係数である。
なお、変形例においても、発光部１１から被計測体３０に照射される光の波長を切替えるための構成は図８Ｂ，図８Ｃに示されるような構成とすることができる。
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態にかかる生体成分計測装置の生体成分計測センサ１０の構成は図７Ａに示された第２の実施の形態にかかる生体成分計測センサ１０の構成と同様である。本実施の形態にかかる生体成分計測センサ１０では、制御部２３が第１発光部１１Ａからの第１波長の光の照射と第２発光部１１Ｂからの第２波長の光の照射とを高速に切替えるように制御する。第１波長と第２波長とを切替えるタイミングは、被計測体３０である生体の熱応答より短いタイミングであることが好ましい。
計測対象である生体成分がグルコースである場合、発光部１１は、９．６ｕｍの波長の光と８．５ｕｍの波長の光とを高速に切替えて交互に被計測体３０に照射する。制御部２３は、９．６ｕｍフィルタである第１フィルタ１５Ａを介して、第１発光部１１Ａから９．６ｕｍの波長の光が照射されたときに受光された９．６ｕｍの波長の散乱反射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ9.6と、第２発光部１１Ｂから８．５ｕｍの波長の光が照射されたときに受光された８．５ｕｍの波長の散乱反射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ8.5とを得る。
また、８．５ｕｍを通し９．６ｕｍを通さないフィルタである第２フィルタ１５Ｂを介しては、第２発光部１１Ｂから８．５ｕｍの波長の光が照射されたときに受光された８．５ｕｍの波長の散乱反射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ8.5と第１発光部１１Ａから９．６ｕｍの波長の光が照射されたときに受光された８．５ｕｍの波長の黒体放射光の光量に応じた受光部１７からの出力Ｖ8.5(9.6)とを得る。
図９において、出力１はあるグルコース濃度のときの出力Ｖ9.6，出力Ｖ8.5を表わす。出力２はグルコース濃度が異なるときの出力Ｖ9.6，出力Ｖ8.5を表わす。図９の横軸は時間経過を表わし、被計測体３０に照射される光の波長が所定時間間隔で９．６ｕｍと８．５ｕｍと交互に切替わっていることが示されている。図９に示されるように、被計測体３０に照射される光の波長が被計測体３０である生体の熱応答より短いタイミングで切替わることで、出力Ｖ9.6と出力Ｖ8.5とが交互に現れる交流波形が得られる。出力１、出力２で示されるようにグルコース濃度の変化はこのような交流成分の振幅変化として現われる。交流成分の振幅変化は、ロックインアンプを用いるなど、よく知られた微小信号検出技術を利用することで高精度で検出される。
さらに、図１０は、第１発光部１１Ａから被計測体３０に９．６ｕｍの波長の光が照射されたときの出力Ｖ8.5(9.6)と、第２発光部１１Ｂから被計測体３０に８．５ｕｍの波長の光が照射されたときの出力Ｖ8.5とを表わす。図１０に示されるように、出力Ｖ8.5は８．５ｕｍの波長の照射光に対する被計測体３０の反射状態を表わし、出力Ｖ8.5(9.6)と比較して、散乱係数や水分変化など吸収以外で９．６ｕｍの波長の光と共通して影響する変動成分が含まれる。したがってこの出力Ｖ8.5，出力Ｖ8.5(9.6)を出力Ｖ9.6と出力Ｖ8.5との差と同時に検出し上記補正式においてさらに補正項として用いることで、計測対象である生体成分の濃度をさらに精度よく計測することができる。すなわち、第３の実施の形態にかかる生体成分計測センサ１０で得られた計測値を用いて計測対象の生体成分の濃度を得る場合、出力Ｖ9.6から熱の影響を排した補正値Ｖｓを得るための補正の一般式は、Ｖｓ＝ｆ（Ｖ9.6−Ｖ9.6(8.5)，Ｖ8.5，Ｖ8.5(9.6)）と表わされる。
補正式の一例としては、第１フィルタ１５Ａを介して得られる出力をＶＳ1（＝Ｖ9.6−Ｖ8.5）、第２フィルタ１５Ｂを介して得られる出力をＶＳ2（＝Ｖ8.5−Ｖ8.5(9.6)）、ａを係数として、以下の式も挙げられる。
ａ×（ＶＳ1／ＶＳ2）
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (10)

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