JP2008104751A - 血糖値測定装置および血糖値測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】血糖値測定装置を小型化させ非侵襲とさせて容易な測定を可能とさせる。また、血糖値測定方法を非侵襲とさせ容易な測定を可能とさせる。
【解決手段】透過光を使用して、血糖値を測定する場合に、グルコースによる吸収率の高い近赤外レーザと、グルコースによる吸収がない可視光とを被測定部位に透過させる。可視光の透過量を基準とすることにより、被測定部位の皮膚組織の状態による変化が補正できる。また、測定時に光路長も算出することにより、被測定部位にばらつきによる光路長変化に伴う透過量の変化を補正でき、高精度な測定、小型化が可能とされ、非侵襲の血糖値測定装置および血糖値測定方法を提供できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、血糖値測定装置および血糖値測定方法に係り、特に非侵襲、小型化で測定が容易な血糖値測定装置および血糖値測定方法に関する。

血糖値の測定方法としては、採血法（侵襲法）と無採血法（非侵襲法）とがある。採血法は、採血した血液を通常はグルコース酸化酵素法により、簡便法としては試薬と反応させ、その反応色から比色を用いて血糖値を求める方法が行われている。無採血法は、さまざまな手法が報告されているが、例えば光学的に測定する方法が知られている。

光学的な測定方法の一つとして、近赤外光のグルコースによる吸収量の差異を検出する方法がある。具体的には、近赤外光をある部位において透過させ、その透過光量から血糖値の測定とする方法である。その方法として、最も有用な部位として、指先かどが考えられている（例えば特許文献１、特許文献２参照。）。
特許第３０９３８７１号公報（第２，３頁、第１図） 特許第３６９２７５１号公報（第３頁、第１図）

しかしながら、透過光を使用した場合、透過させる部位（被測定部位）の位置によって、透過する光の量が変化してしまい、その結果、測定値に誤差が生じる。特に、グルコースの吸収量は非常に小さいため、測定部位の位置や、部位への接触方法の変化によって、測定値再現性が低いものとなっている。この変化の要因は、指などでは透過させる部位を常に一定に保つことが困難であり、透過する光路長の変化があるためである。被測定部位の安定のため、例えば爪にくぼみをつけ、測定部位の安定を図る方法も考えられるが、簡便性に欠けるものである。また、被測定部位の皮膚組織の状態によって透過光も変化し、被測定者への再現性も保てない問題があった。

本発明は、上記した問題点を解決することにある。

本発明は上述した諸々の事情に鑑み成されたもので、第１に、生体の被測定部位におけるグルコースの濃度を測定する血糖値測定装置であって、表示部と、第１導波路と第２導波路とを有し、該第１導波路および該第２導波路により前記被測定部位を挟持する測定部と、前記グルコースによる吸収率が高い第１出射光および基準となる第２出射光を該第１導波路を介して該被測定部位に出射する発光部と、該第１出射光および該第２出射光のうち該被測定部位を透過して該第２導波路に入射された光を第１透過光および第２透過光として受光する受光部と、該被測定部位内の光路長を検出する光路長検出部と、該第１透過光に基づき該第１出射光の該被測定部位における透過量を算出し、該透過量を該第２透過光および該光路長に基づいて補正して血糖値データに換算し、該血糖値データを該表示部に表示する制御部と、を具備することにより解決するものである。

また、前記第１出射光は、近赤外レーザ光であり、前記第２出射光は、可視光であることを特徴とするものである。

また、前記発光部は、前記第１出射光を出力する第１発光部および前記第２出射光を出力する第２発光部を有し、該第１出射光および該第２出射光を合成することを特徴とするものである。

また、前記発光部は、前記第１出射光を出力する第１発光部および前記第２出射光を出力する第２発光部を有し、該第１出射光および該第２出射光を順次個別に出力することを特徴とするものである。

また、前記受光部は、第１受光部および第２受光部を有し、該第１受光部で前記第１透過光を受光し、該第２受光部で前記第２透過光を受光することを特徴とするものである。

また、前記制御部は、前記第２透過光に基づく他の透過量を算出し、前記透過量を該他の透過量により補正することを特徴とするものである。

また、前記制御部は、前記光路長の変化量に基づき前記透過量を補正することを特徴とするものである。

また、前記制御部は、前記第１導波路と前記第２導波路とでなす角度を検出する角度検出部を有し、該角度により前記光路長を算出することを特徴とするものである。

また、前記角度の最大角度は、前記生体の端部の所定部位を挟持可能な程度に小さく設定されたことを特徴とするものである。

第２に、生体の被測定部位におけるグルコースの濃度を測定する血糖値測定方法であって、前記グルコースによる吸収率が高い第１出射光および基準となる第２出射光を前記被測定部位に出射する工程と、該第１出射光および該第２出射光のうち該被測定部位を透過した光を第１透過光および第２透過光として受光する工程と、該第１出射光の該被測定部位内の光路長を検出する工程と、該第１出射光の該被測定部位における透過量を算出し、該透過量を該第２透過光および該光路長に基づいて補正して血糖値データに換算する工程と、を具備することにより解決するものである。

また、前記第１出射光は、近赤外レーザ光であり、前記第２出射光は、可視光であることを特徴とするものである。

また、前記第１出射光および前記第２出射光は、合成されて前記被測定部位に出射されることを特徴とするものである。

また、前記第１出射光および前記第２出射光は、順次個別に前記被測定部位に出射されることを特徴とするものである。

また、前記第１透過光および前記第２透過光を分離して受光することを特徴とするものである。

また、前記第２透過光に基づく他の透過量を算出し、前記透過量を該他の透過量により補正することを特徴とするものである。

本発明によれば、小型化が可能とされ、非侵襲であり容易に測定が可能な血糖値測定装置および血糖値測定方法を提供できる。

第１に、被測定部位に近赤外レーザ光を出射および透過させてこの透過量に基づき被測定部位のグルコース濃度を測定するので、測定装置の小型化が実現し、非侵襲で容易な測定が可能である。このとき、被測定部位の皮膚組織の状態による変化と、被測定部位の変化（ばらつき）による透過量の変化とを自動的に補正することができるので、容易に光学式の血糖値測定装置の測定精度を向上させることができる。

より具体的には、近赤外レーザ光に加えて、基準となる可視光（可視レーザ光）を被測定部位に出射、透過させて被測定部位における可視光の透過量を測定し、この変化量に基づき近赤外レーザ光の透過量を補正する。これにより、皮膚組織の状態による透過量の変化を測定値に反映させることができ、測定誤差を低減できる。また、被測定部位を透過する光の光路長を検出し、この変化量によっても測定値を補正することで、より測定精度を高めることができる。

第２に、測定部は、一端が固定され他端が開閉可能な第１導波路と第２導波路とで被測定部位を挟持する構成であるので、第１導波路と第２導波路とが最大に開いた状態での角度が固定される。これにより、測定部で挟持できる生体の部位をほぼ限定することができ、測定値のばらつきを低減できる。

第３に、第１導波路および第２導波路で成す角度を検出し、この角度により被測定部位を透過する近赤外レーザ光の光路長を算出して被測定部位の透過量を補正する。これにより、被測定部位のばらつきによる透過量の変化を測定値に反映させることができ、測定誤差を低減できる。

第４に、第１導波路と第２導波路でなす角度の最大角度を、例えば指先や耳たぶなど、生体端部の限られた部位を挟持可能な程度にすることで、測定部で挟持できる生体の部位をより詳細に限定でき、被測定部位の安定性が向上する。

第５に、近赤外レーザ光および可視光（可視レーザ光）を合成した出射光を被測定部位に照射することにより、出射光が被測定部位を透過する光路を一つにすることができるので、実際に血糖を測定する部位で、基本的な透過光量を測定できる。

また、異なる波長の近赤外レーザ光および可視光を利用する測定であっても、測定は一度で済むため、近赤外レーザ光と可視光を逐次切り替えて測定する場合と比較して、測定時間を短くできる。また、近赤外レーザ光は視認できないため、可視光が同時に出射されていることで、測定中であることを認識することができる。

第６に、近赤外レーザ光および可視光（可視レーザ光）を個別に出射する（逐次レーザの発光波長を切り替える）場合、両者を合成した出射光を出力する場合と比較して光検知器やダイクロイックミラー等の光学系の部品を省略することができる。

通常の生活の中で、生活習慣病または将来に渡っての疾病を予防する意味で、血糖値の測定および管理は非常に重要である。本発明によれば、普通の生活の中で、手軽に測定が可能で且つ測定精度を向上させた血糖値測定装置および血糖値測定方法を提供できる。

以下に本発明に係る血糖値測定装置および血糖値測定方法の実施形態の一例を、図１から図６を参照して詳細に説明する。

まず、図１から図３を参照して、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態における血糖値測定装置の一例を示す図であり、図１（Ａ）が外観平面図、図１（Ｂ）が図１（Ａ）のａ−ａ線断面図である。

本実施形態の血糖値測定装置１００は、表示部２と、測定部３と、発光部１１と、受光部１２と、光路長検出部１９と、制御部６とから構成される。

血糖値測定装置１００の外部筐体８の一主面には、例えば電源スイッチ４、測定開始・停止ボタン５、表示部２等が設けられている。外部筐体８の上部には、被測定部位との接触部となる測定部３が設けられている。

測定部３は、第１導波路３１と第２導波路３２とを有し、これらにより被測定部位を挟持する。ここでは一例として第１導波路３１および第２導波路３２は、例えばそれぞれの一端が固定され、他端が開閉可能な構成とされ、他端の開閉により被測定部位を挟んで保持（以下挟持）するクリップ状とする。

測定部３は、第１導波路３１と第２導波路３２とが最大に開いた状態でも、生体端部の限られた部位を挟持可能な程度に小さく設定されている。また、測定部３は、被測定部位を常に所定の負荷で挟持できる構成とされている。第１導波路３１と第２導波路３２とをクリップ状に構成することにより、測定部３で挟持できる生体の部位を限定でき、被測定部位が測定部３によって挟まれて血糖値が計測されるときの測定安定性が向上する。

第１導波路３１の一端は、光学ユニット１内の発光部１１と接続され、他端には例えばミラー３１１および集光レンズ３１２が設けられる。発光部１１から出力された光（以下出射光２１）は、矢印の如く、第１導波路３１を介してミラー３１１で反射され集光レンズ３１２で集光されて、被測定部位に出射される。

第２導波路３２の一端は受光部１２と接続され、他端には例えばミラー３２１および集光レンズ３２２が設けられている。被測定部位を透過した出射光の一部（以下透過光２２）は、破線矢印の如く集光レンズ３２２で集光され、ミラー３２１で反射され、第２導波路３２を介して受光部１２で受光される。

第１導波路３１および第２導波路３２は、出射光２１および透過光２２が外部に漏れないような形状（例えば筒状）および材質であり、発光部１１及び受光部１２と共に光学ユニット１の一部を構成する。

血糖値を測定するには、生体内のグルコース濃度を検出するのが効率的である。また、血糖値を非侵襲（無採血）で測定する場合、人体に対して透過性を有する波長帯の光を使用することになるが、グルコースの場合、近赤外帯光のいくつかのスペクトルに対して吸光特性を有することが知られている。そこで、被測定部位に近赤外レーザ光を透過させ、グルコースによる吸収率を検出することで、血糖値を測定する。

発光部１１は、グルコースによる吸収率が高い第１出射光と、基準となる第２出射光とを出力する。詳細は後述するが、発光部１１は半導体レーザを備え、第１出射光として単一波長の近赤外レーザ光を出力する。近赤外レーザ光は、透過光においてグルコースによる吸収率が高い例えば１５８０ｎｍの波長を採用する。

また、発光部１１は、他の半導体レーザまたはＬＥＤ（Light Emitting Diode）を備え、第２出射光として可視光を出力する。本実施形態では可視光として、例えば波長６６０ｎｍのレーザ光（可視レーザ光）を採用する。この波長は、グルコースに対して吸収が無いか又は極めて少ない波長であり、なおかつある程度波長が長く、被測定部位の皮膚組織によってある程度の減衰が認められる波長である。可視光を基準とすることで、近赤外レーザ光の測定部位による「ばらつき」を補正することができる。

受光部１２は、例えば光検知器（Photo Detector）を備え、第１出射光（近赤外レーザ光）のうち被測定部位を透過して第２導波路３２に入射された光を第１透過光（以下レーザ透過光）として受光する。また、第２出射光（可視光）のうち被測定部位を透過して第２導波路３２に入射された光を第２透過光（以下可視透過光）として受光する。

受光部１２が、可視透過光を検知することにより、被測定部位における可視光の透過量（透過率）を算出できる。従ってこれを基準として近赤外レーザ光の透過量を補正できる。

光路長検出部１９は、第１導波路３１と第２導波路３２とによって被測定部位を透過する光の光路長を検出するものであり、例えば角度検出部である。

角度検出部１９は、第１導波路３１と第２導波路３２とでなす角度θを検出する。角度検出部１９は、例えば、エンコーダからのパルスをカウントするデジタルカウンタ、およびスリットが設けられた回転板などにより構成され、第１導波路３１と第２導波路３２とが被測定部位を挟持する際の角度θによってこれらの移動量を距離に換算する。

なお、光路長検出部は角度検出部１９に限らず、例えばマイクロメータなどのように第１導波路３１と第２導波路３２との移動量を距離に換算するものであってもよい。測定部３がクリップ状ではなく、例えば第１導波路３１および第２導波路３２のスライドにより被測定部位を挟持するような構成の場合には、そのスライド量により被測定部位の光路長が検出できる。しかしながら、測定部３をクリップ状にすることにより、被測定部位に対する負荷の安定化が可能である。測定部３をクリップ状とさせて挟持できる被測定部位がある程度限定できる等の利点を考慮し、本実施形態では以下角度検出部１９を採用した場合を例に説明する。

制御部６は、例えばプリント基板上に集積化された半導体集積回路により構成され、演算処理部を有する。演算処理部は、受光部１２が検知したレーザ透過光の光量より、被測定部位における近赤外レーザ光の透過量（または透過率）を算出する。

また、演算処理部は、受光部１２が検知した可視透過光の光量より、被測定部位における可視光の透過量（または透過率）を算出する。

さらに、演算処理部は、角度検知部１９が検出した第１導波路３１と第２導波路３２とで成す角度θによって、被測定部位内における近赤外レーザ光の光路長を算出する。

そして、可視光の透過量（以下可視透過量）および光路長により、近赤外レーザ光の透過量（以下レーザ透過量）を補正する。

詳細は後述するが、可視透過量の変化量に基づいて、これと同一の被測定部位を透過したレーザ透過量を補正することで、被測定部位の変化や、被測定部位における皮膚組織の変化の「ばらつき」による測定誤差を低減化させることができる。

また、被測定部位の光路長に基づきレーザ透過量を補正することで、被測定部位の「ばらつき」による測定誤差を低減化させることができる。

さらに演算処理部は、上記の如く、補正したレーザ透過量を血糖値データに換算し、制御部６は、表示ドライバによって血糖値データを表示部２に表示する。

表示部２は、制御部６の一部である表示ドライバに接続される。表示部２は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネル、有機ＥＬ（Electronic Luminescent）表示パネル等であり、血糖値やその他測定情報（例えば測定エラーの通知、日時等）が測定者に認識可能に表示されるものであればよい。また、制御部６に接続される電源部（不図示）が設けられる。電源は、ＡＣアダプターによる充電や電池またはこれらの併用等とされている。

なお、第１導波路３１および第２導波路３２に、接触検知センサが設けられ、正常な接触が検知されたのちに測定装置を動作させる構成としても良い。

図２は、血糖値の被測定部位２５と血糖値測定装置１００とを示す概要図である。

本実施形態の血糖値測定装置１００により挟まれる被測定部位２５について説明すると、例えば手の指の間（図２（Ａ））や耳たぶ（図２（Ｂ））など、比較的その厚みが薄いひだ状の部分を被測定部位２５とすると好適である。被測定部位を透過する光の光路長が短い方が、測定誤差も少なくできるからである。また、図は省略するが、被測定部位は、指先であっても良い。このようにして、被測定部位２５の真皮層及び、毛細血管中のグルコース濃度を測定する。

第１導波路３１および第２導波路３２は、それぞれの一端が例えば角度検出部１９で固定され、他端が開閉可能なクリップ状の構成であり、これにより被測定部位２５を挟持する。このとき、被測定部位２５に常に所定の負荷がかかるようにすることで、再現性の向上が図られる。

また、第１導波路３１と第２導波路３２とでなす角度θは、最大角度が、生体端部の限られた部位を挟持可能な程度に小さく設定される。詳しく説明すると、測定部３を最大に開いた状態でも、生体のひだ状部など、薄く限られた部位しか挟めない構成とすることで、被測定部位をある程度限定することが可能となる。例えば、第１導波路３１と第２導波路３２との最大開き角度として、第１導波路３１の先に位置する集光レンズ３１２と、第２導波路３２の先に位置する集光レンズ３２２との間の距離が、１ｃｍ程度までしか開かないような最大角度とすることで、これらに挟持される被測定部位は、例えば指の間や耳たぶ等の特定部位に限定され、指先であっても先端部分のみに限定されるなど、被測定部位により測定値に大きな「ばらつき」が生じることを回避させることができる。また、光路長も短くなるので、測定誤差を小さくすることができる。

図３は、本実施形態の血糖値測定装置１００および光学ユニット１の概略を示す図である。図３（Ａ）は、回路ブロック図の一例であり、光学ユニット１は破線で示した。また、図３（Ｂ）は、測定部３により被測定部位２５が挟まれた状態で、出射光２１および透過光２２が被測定部位２５を通る様子を示す概略図である。

発光部１１は、第１発光部ＬＤ１および第２発光部ＬＤ２、ダイクロイックミラー１７を有する。第１発光部ＬＤ１は例えば半導体レーザであり、第２発光部ＬＤ２は半導体レーザまたはＬＥＤである。ここでは第２発光部ＬＤ２として半導体レーザを採用する場合を例に説明する。

第１発光部ＬＤ１は、制御部６のレーザドライバ６３ａにより駆動され、出射波長が例えば１５８０ｎｍの第１出射光（近赤外レーザ光）２１１を出力する。第２発光部ＬＤ２は、制御部６のレーザドライバ６３ｂにより駆動され、出射波長が例えば６６０ｎｍの第２出射光（可視光：レーザ光）２１２を出力する。なお、第２発光部ＬＤ２の出射波長は、近赤外レーザ光２１１と異なる波長であり、グルコースに対する吸収が無いか又は極めて少なく、皮膚組織によってある程度の減衰が認められる波長であれば、６６０ｎｍに限られないが、６６０ｎｍの出射波長の半導体レーザであれば一般的であり安価である。

第１発光部ＬＤ１から出力された近赤外レーザ光２１１の一部は、ハーフミラー１５ａおよびＦＭＤ（Front Monitor Diode）１６ａを介してＡＰＣ（Auto Power Control）１３ａに入力される。

第２発光部ＬＤ２から出力された可視光２１２の一部は、ハーフミラー１５ｂおよびＦＭＤ（Front Monitor Diode）１６ｂを介してＡＰＣ（Auto Power Control）１３ｂに入力される。

ＡＰＣ１３ａ、１３ｂは、それぞれ近赤外レーザ光２１１、可視光２１２のパワーを一定に維持する等の制御を行う。

また、近赤外レーザ光２１１と可視光２１２とは、一方を透過させ、もう一方を反射させるダイクロイックミラー１７によって合成され、レンズ１８により平行光とされ一つの出射光２１として第１導波路３１内に導かれる。

出射光２１は、第１導波路３１の端部でミラー３１１にて反射され集光レンズ３１２で集光されて被測定部位２５に出射される。被測定部位２５中で出射光２１の一部は、グルコースにより吸収され、また、皮膚組織により若干減衰するなどして、透過光２２として第２導波路３２の端部の集光レンズ３２２で集光されミラー３２１にて反射されて、受光部１２で検知される。

このように、近赤外レーザ光２１１および可視光２１２を合成した出射光２１を被測定部位２５に照射することにより、出射光２１が被測定部位２５を透過する光路を一つにすることができるので、実際に血糖を測定する部位で、基本的な透過光２２の光量を測定できる。

また、異なる波長の近赤外レーザ光２１１および可視光２１２を利用する測定であっても、測定は一度で済むため、近赤外レーザ光２１１と可視光２１２を逐次切り替えて測定する場合と比較して、測定時間を短くできる。また、近赤外レーザ光２１１は視認できないため、可視光２１２が同時に出射されていることで、測定中であることを認識することができる。

受光部１２は、第１受光部ＰＤ１と、第２受光部ＰＤ２と、ダイクロイックミラー２３とを有する。透過光２２は、レンズ２４を介してダイクロイックミラー２３により、第１透過光（レーザ透過光）２２１と、第２透過光（可視透過光）２２２とに分離される。レーザ透過光２２１は、第１受光部ＰＤ１で検知され、可視透過光２２２は、第２受光部ＰＤ２で検知される。検知されたレーザ透過光２２１の受光量（以下レーザ透過量Ｎ）が、実際の測定値である。

第１受光部ＰＤ１および第２受光部ＰＤ２のいずれも例えばＩｎＧａＡｓフォトダイオードなどであり、それぞれ受光した透過光２２を電気信号に変換する。電気信号は、受光した光の強度に比例し、増幅器１４ａ、１４ｂにより増幅され、制御部６のＡ／Ｄ変換器６２に出力される。

制御部６は、ＤＳＰ（Digital signal processor）６１と、Ａ／Ｄ変換回路６２と、レーザドライバ６３ａ、６３ｂと、演算処理部６５とを有する。また、制御部６は、測定結果等のデータを表示部に出力するための表示ドライバ６４や、他の制御に必要な他の回路（不図示）等も有する。

光学ユニット１で増幅された受光量に基づく信号（受信信号）は、Ａ／Ｄ変換回路６２によりデジタル信号に変換され、ＤＳＰ６１内の演算処理部６５に入力される。

演算処理部６５は、受信信号に基づき、被測定部位のグルコース濃度を算出する。本実施形態では、グルコースによる吸収が大きい波長の近赤外レーザ光２１１を用いて、その吸光率Ｉに基づきグルコース濃度を算出する。吸光率Ｉは、発光部１１から照射された近赤外レーザ光２１１の出射光量（強度）と、被測定部位２５を透過したレーザ透過光２２１の受光量（強度）とで求めることができる。被測定部位２５に出射される波長λの出射光２１の強度をＬ０（λ）とし、受光した波長λの透過光２２の強度をＬ（λ）とすると、被測定部位２５の吸光率Ｉ（λ）は、ｌｎ（Ｌ（λ）／Ｌ０（λ））で求められる（なお、出射光２１が一定の場合には、受光強度そのものが吸光率と等価である。）。

吸光率Ｉは、グルコース濃度と所定の相関関係を有する。従って、制御部６に吸光率Ｉとグルコース濃度の相関関数を保持させることにより、被測定部位２５のグルコース濃度を演算することができる。

さらに本実施形態では、制御部６において、被測定部位２５の皮膚組織の状態変化に伴うレーザ透過量Ｎ（測定値）の変化を補正する。さらに、被測定部位２５の変化による光路長変化に伴ったレーザ透過量Ｎの変化を補正する。以下これについて説明する。

皮膚組織の状態の変化に伴うレーザ透過量Ｎの変化は、同一の被測定部位２５に出射された可視光２１２の透過量（以下可視透過量Ｖ）によって補正する。

既述の如く、可視光２１２は、グルコースによる吸収がなく、皮膚組織によってある程度の減衰が認められる波長である。従って、可視透過量Ｖの変化量によって基準となる透過状態が測定できる。

詳しく説明すると、予め生体の特定部位の透過量（以下参照透過量）を測定させて制御部６に保持させ、これと可視透過量Ｖとを比較する。これにより、可視透過量Ｖの変化量（可視透過量と参照透過量の差分）は、被測定部位２５そのものの変化（ずれ）や、皮膚組織の状態の変化、又は、皮膚組織の組織変化を示す第１のシフト量として測定できる。

近赤外レーザ光２１１は、可視光２１２と同一の被測定部位２５を透過するため、測定されたレーザ透過量Ｎ（測定値）には、第１の基準シフト量が含まれている。そこで、演算処理部６５によって、第１のシフト量に基づきレーザ透過量Ｎを補正する演算を行う。

また、演算処理部６５は、角度検出部１９が検出した第１導波路３１と第２導波路３２とでなす角度θによって、被測定部位２５内における近赤外レーザ光２１１の光路長Ｌを算出する（図３（Ｂ）参照）。被測定部位２５がばらつくと、被測定部位２５を透過するレーザ透過量Ｎも変化し、測定誤差の要因となる。本実施形態では、制御部６にあらかじめ期待値が保持されており、その期待値からの被測定部位２５の光路長Ｌの変化量（第２のシフト量）を算出することにより、多少の被測定部位の「ばらつき」があっても、これを補正することができる。

これにより、被測定部位２５が、例えば指先の爪の部分や、指の間、耳たぶなどと変化した場合であっても、常にその部位に特有の変化量および光路長の変化量で補正したレーザ透過量Ｎを得ることができる。

詳しく説明すると、演算処理部６５は、以下の（１）式により、第１のシフト量および第２のシフト量を算出し、皮膚組織等の状態の変化や光路長の変化によるレーザ透過量Ｎの測定誤差を排除した血糖値データＧを算出する。

Ｇ＝ｆ（Ｎ，Ａ，Ｖ） … （１）
ここで、Ｎ：レーザ透過量、Ａ：第１導波路３１と第２導波路３２とでなす角度（θ）、Ｖ：可視透過量。

制御部６は、表示ドライバ６４によって血糖値データＧを測定結果として表示部２に表示する。さらに、測定部６は、測定開始・停止のボタンの押下や、測定状態の監視等に対応した既知の各種制御を行う。また、測定部３に接触検出センサを設けた場合には、制御部６は、正常な接触を検知した後に測定処理（レーザ駆動等）を開始する等、接触状態の検出に関する処理を行う。

図１〜図３に示す小型化されたクリップ式の光学式簡易血糖値測定装置１００が用いられて、生体の血糖値の測定が行われることにより、生体の血糖値測定を容易に非侵襲方式で行うことができる。

なお、図は省略するが、光学ユニット１に温度検出部（例えば温度センサ）を設けても良い。温度センサは、被測定部位２５の温度（またはそれに加えて外気温）を測定するものである。近赤外レーザ光２１１によるグルコースの吸光特性は温度によって変化する。そこで温度センサによって血糖値の測定前に温度を測定し、その測定結果から近赤外レーザ光２１１の波長を微小な範囲で補正する。尚、可視光については温度の影響は受けず、温度補正は不要である。

例えば、第１発光部ＬＤ１から出射される近赤外レーザ光２１１の発振波長は、第１発光部ＬＤ１に供給される電流または第１発光部ＬＤ１の温度により変化する特性を有するので、予め測定したグルコースの吸光特性の温度依存性に基づき、近赤外レーザ光２１１を出射する第１発光部ＬＤ１の温度または駆動電流を制御する。例えば、近赤外レーザ光２１１の駆動電流で制御する場合には、レーザ駆動量を算出して、レーザドライバ６３ａにフィードバックさせる。これにより、近赤外レーザ光２１１は、被測定部位２５の温度に応じてそれぞれ本実施形態の波長の条件を満たす範囲で最も効率の良い波長が選択され、例えば数ｎｍ程度シフトされる。これにより、さらに正確な血糖値が測定可能となる。

次に図４を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、光学ユニット１の発光部１１の構成が第１の実施形態と異なるものであり、これ以外は第１の実施形態と同様であるので、同一の構成要素についてはその説明を省略する。

図４は、第２の実施形態における光学ユニット１の概略を示す回路ブロック図の一例である。

発光部１１から出力される近赤外レーザ光２１１および可視光２１２は、合成されずに個別に被測定部位２５に出射されてもよい。測定部３によって被測定部位２５を挟み込む状態を維持していれば、近赤外レーザ光２１１および可視光２１２が所定の時間差で出射されても良く、可視透過光２２２によって同一の被測定部位２５におけるレーザ透過光２２１の補正が可能である。

この場合、出射光２１を合成する必要はないので、ダイクロイックミラー１７は不要である。また例えば測定光（受光部１２にて受光する光）として平行光を採用する場合は、半導体レーザは拡散光であるためコリメータレンズが必要となるが、拡散光をそのまま測定する場合にはレンズは不要である。

そして、発光を制御するＣＰＵにて作成されたタイミングにより、所定の時間差で第１発光部ＬＤ１および第２発光部ＬＤ２からそれぞれ近赤外レーザ光２１１および可視光２１２が出力される。

また、受光部１２においても、レーザ透過光２２１および可視透過光２２２が個別に受光されるので、ダイクロイックミラー２３は不要である。

次に図５を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、光学ユニット１の発光部１１および受光部１２の構成が第１の実施形態と異なるものであり、これ以外は第１の実施形態と同様であるので、同一の構成要素についてはその説明を省略する。

図５は、第３の実施形態における光学ユニット１の概略を示す回路ブロック図の一例である。

受光部１２は、レーザ透過光２２１（１５８０ｎｍ）および可視透過光２２２（６６０ｎｍ）の２つの波長を受光、検知できる１つのフォトダイオードＰＤを有する。受光部１２にフォトダイオードを採用する場合、一般的にはフォトダイオードは受光感度が狭いので、第１の実施形態（図３）の如く、２つの波長のそれぞれに対応してフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２を設ける。しかしながら、図５の如く、１つのフォトダイオードで受光できれば、これらを分離する必要はなく、増幅器１４も１つでよいので、部品点数の削減や、装置の小型化に寄与できる。

なお、ここでは発光部１１から出力される出射光２１は、分離して出力した場合を示しており、第２の実施形態の如く、ダイクロイックミラー２３を設けず、第１発光部ＬＤ１および第２発光部ＬＤ２から所定の時間差で近赤外レーザ光２１１および可視光２１２が出力される。しかしこれに限らず、第１の実施形態（図３）の如く合成した出射光２１を出力してもよい。

本実施形態では、例えば、分光分析装置やＦＴＩＲ分析装置などで要求される長い光路長や、ミラーなどの稼働部が不要であり、小型化を図ることができる。また、単一波長のレーザ光の透過光を受光するので、回折格子などにより分光する必要が無く、受光側のものは、例えば、レンズとPhoto Detectorとで構成できる。従って、血糖値測定装置１００の小型化、軽量化が実現し、携帯性を大幅に向上させることができる。そのサイズは、例えば手のひらに収まり、片手での携帯および操作が十分可能な程度である。

さらに、本実施形態では、グルコースの吸光スペクトルのみを測定し、不要なスペクトルの測定をしないため、測定時間を短縮することが可能となる。

次に、図６を参照して、本発明に係る血糖値測定方法の一実施の形態について説明する。

本実施形態の血糖値測定方法は、生体の被測定部位におけるグルコースの濃度を測定する血糖値測定方法であって、グルコースによる吸収率が高い第１出射光および基準となる第２出射光を被測定部位に出射する工程と、第１出射光および第２出射光のうち被測定部位を透過した光を第１透過光および第２透過光として受光する工程と、第１出射光の前記被測定部位内の光路長を検出する工程と、第１出射光の被測定部位における透過量を算出し、透過量を第２透過光および光路長に基づいて補正して血糖値データに換算する工程と、から構成される。

図６は、本実施形態の血糖値測定方法の一例を示すフロー図であり、この図および第１の実施形態の回路ブロック（図３）を参照して説明する。

第１工程（ステップＳ１）：グルコースによる吸収率が高い第１出射光および基準となる第２出射光を被測定部位に出射する工程。

まず被測定部位の体温（および外気温）を測定する。測定温度とグルコースの温度依存特性に基づき、規定の（本実施形態の）レーザ波長の条件を満たす波長または規定のレーザ波長の条件に最も近い波長を出射するレーザ駆動量を算出する(ステップＳ１１)。なお、可視光は温度による補正は行わなくても良い。

（算出されたレーザ駆動量に応じて、）グルコースによる吸収率が高い第１出射光（近赤外レーザ光）２１１を第１発光部ＬＤ１から出力し、基準となる第２出射光（可視光）２１２を第２発光部ＬＤ２から出力して、これらの出射光２１を第１導波路３１を介して被測定部位２５に照射する。なお、図３では、ダイクロイックミラー１７によりこれらを合成した出射光２１としているが、第２の実施形態（図４）の如く、近赤外レーザ光２１１および可視光２１２を所定の時間差で個別に出力しても良い（ステップＳ１２）。

第２工程（ステップＳ２）：第１出射光および第２出射光のうち被測定部位を透過した光を第１透過光および第２透過光として受光する工程。

受光部１２の第１受光部ＰＤ１は、第２導波路３２に入射された透過光２２を分離して受光する。詳しく説明すると、受光部１２の第１受光部ＰＤ１は、近赤外レーザ光２１１のうち被測定部位２５を透過して第２導波路３２に入射された光を第１透過光（レーザ透過光）２２１として受光する。また、受光部１２の第２受光部ＰＤ２は、可視光２１２のうち被測定部位２５を透過して第２導波路３２に入射された光を第２透過光（可視透過光）２２２として受光する。

なお、第３の実施形態（図５）の如く、２つの透過光を分離せず１つのフォトダイオードＰＤで受光させてもよい。

第３工程（ステップＳ３）：第１出射光の被測定部位内の光路長を検出する工程。

測定部３が被測定部位２５を挟持した状態で、角度検出部１９（図３）が第１導波路３１および第２導波路３２でなす角度θを検出する。角度検出部１９は、デジタルカウンタおよびスリットが設けられた回転板などにより構成されており、第１導波路３１および第２導波路３２のそれぞれの一端が角度検出部１９に固定されたクリップ状の構成とすることにより、測定部３で被測定部位２５を挟持すると同時に第１導波路３１および第２導波路３２でなす角度θが測定できる。制御部６は、この角度θを測定することにより、被測定部位内の光路長Ｌを算出する。

なお、角度検出部１９で角度θを検出するのではなく、例えばマイクロメータのように第１導波路３１および第２導波路３２の移動量を距離に換算して光路長を測定させてもよい。

第４工程：（ステップＳ４）：第１出射光の被測定部位における透過量を算出し、透過量を第２透過光および光路長に基づいて補正して血糖値データに換算する工程。

制御部６は、第１受光部ＰＤ１により検出されたレーザ透過光２２１の透過量（レーザ透過量）Ｎに基づき、被測定部位２５のグルコースに吸収された近赤外レーザ光２１１の吸光率を算出し、吸光率とグルコース濃度との相関関数により、被測定部位における実測グルコース濃度Ｇ’を算出する（ステップＳ４１）。

このとき制御部６は、被測定部位２５の皮膚組織の状態変化に基づくレーザ透過量Ｎの変化を補正し、被測定部位２５の変化に伴った光路長Ｌに基づくレーザ透過量Ｎの変化を補正する。

具体的には、第２受光部ＰＤ２により検出された可視光２１２の透過量（可視透過量）Ｖと、予め測定され制御部６に保持される生体の特定部位の透過量（参照透過量）とを比較することにより、被測定部位２５そのものの変化（ずれ）や、皮膚組織の状態の変化、または、皮膚組織の組織変化を示す第１のシフト量を演算する。

測定されたレーザ透過量Ｎには、第１の基準シフト量が含まれているため、演算処理部６５によって、第１のシフト量に基づきレーザ透過量Ｎを補正する演算を行う（ステップＳ４２）。

また、演算処理部６５は、角度検知部１９が検出した第１導波路３１と第２導波路３２とでなす角度θによって、被測定部位２５内における近赤外レーザ光２１１の光路長を算出する。そして、被測定部位２５の光路長Ｌの変化に基づく第２のシフト量を算出し、これによりレーザ透過量Ｎをさらに補正する（ステップＳ４３）。

詳しく説明すると、演算処理部６５は、以下の（１）式により、血糖値データＧを算出する。

Ｇ＝ｆ（Ｎ，Ａ，Ｖ） … （１）
ここで、Ｎ：レーザ透過量、Ａ：第１導波路３１と第２導波路３２とでなす角度（θ）、Ｖ：可視透過量。

これにより、実測グルコース濃度Ｇ’から皮膚組織等の状態の変化や光路長の変化によるレーザ透過量Ｎの測定誤差を排除した血糖値データＧが得られる。

小型化されたクリップ式の光学式簡易血糖値測定装置１００を用いて生体の血糖値を測定することにより、生体の血糖値測定方法を容易に非侵襲方式で行うことができる。

本発明に係る血糖値測定装置の一実施の形態を示す説明図であり、（Ａ）は外観平面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ線断面図である。 血糖値測定装置により被測定部位が挟まれた状態を示す説明図であり、（Ａ）は手の指の間が被測定部位とされた概要図、（Ｂ）は耳たぶが被測定部位とされた概要図である。 本発明に係る血糖値測定装置の第１の実施形態を示す図であり、（Ａ）は回路ブロック図、（Ｂ）は測定部の概要図である。 本発明に係る血糖値測定装置の第２の実施形態を示す回路ブロック図である。 本発明に係る血糖値測定装置の第３の実施形態を示す回路ブロック図である。 本発明に係る血糖値測定方法の一実施の形態を示すフロー図である。

符号の説明

１ 光学ユニット
２ 表示部
３ 測定部
４ 電源スイッチ
５ 測定開始・停止ボタン
６ 制御部
８ 外部筐体
１１ 発光部
１２ 受光部
１３ａ、１３ｂ ＡＰＣ
１４ａ、１４ｂ 増幅器
１５ａ、１５ｂ ハーフミラー
１６ａ、１６ｂ ＦＭＤ
１７、２３ ダイクロイックミラー
１８、２４ レンズ
１９ 光路長検出部（角度検出部）
２１ 出射光
２１１ 第１出射光
２１２ 第２出射光
２２ 透過光
２２１ 第１透過光
２２２ 第２透過光
２５ 被測定部位
３１ 第１導波路
３２ 第２導波路
３１１、３２１ ミラー
３１２、３２２ 集光レンズ
６１ ＤＳＰ
６２ Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ変換器）
６３ａ、６３ｂ レーザドライバ
６４ 表示ドライバ
６５ 演算処理部
１００ 血糖値測定装置
ＬＤ１ 第１発光部
ＬＤ２ 第２発光部
ＰＤ フォトダイオード（受光部）
ＰＤ１ フォトダイオード（第１受光部）
ＰＤ２ フォトダイオード（第２受光部）

Claims (15)

1. 生体の被測定部位におけるグルコースの濃度を測定する血糖値測定装置であって、
   表示部と、
   第１導波路と第２導波路とを有し、該第１導波路および該第２導波路により前記被測定部位を挟持する測定部と、
   前記グルコースによる吸収率が高い第１出射光および基準となる第２出射光を該第１導波路を介して該被測定部位に出射する発光部と、
   該第１出射光および該第２出射光のうち該被測定部位を透過して該第２導波路に入射された光を第１透過光および第２透過光として受光する受光部と、
   該被測定部位内の光路長を検出する光路長検出部と、
   該第１透過光に基づき該第１出射光の該被測定部位における透過量を算出し、該透過量を該第２透過光および該光路長に基づいて補正して血糖値データに換算し、該血糖値データを該表示部に表示する制御部と、
   を具備することを特徴とする血糖値測定装置。
2. 前記第１出射光は、近赤外レーザ光であり、前記第２出射光は、可視光であることを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
3. 前記発光部は、前記第１出射光を出力する第１発光部および前記第２出射光を出力する第２発光部を有し、該第１出射光および該第２出射光を合成することを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
4. 前記発光部は、前記第１出射光を出力する第１発光部および前記第２出射光を出力する第２発光部を有し、該第１出射光および該第２出射光を順次個別に出力することを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
5. 前記受光部は、第１受光部および第２受光部を有し、該第１受光部で前記第１透過光を受光し、該第２受光部で前記第２透過光を受光することを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
6. 前記制御部は、前記第２透過光に基づく他の透過量を算出し、前記透過量を該他の透過量により補正することを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
7. 前記制御部は、前記光路長の変化量に基づき前記透過量を補正することを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
8. 前記制御部は、前記第１導波路と前記第２導波路とでなす角度を検出する角度検出部を有し、該角度により前記光路長を算出することを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
9. 前記角度の最大角度は、前記生体の端部の所定部位を挟持可能な程度に小さく設定されたことを特徴とする請求項８に記載の血糖値測定装置。
10. 生体の被測定部位におけるグルコースの濃度を測定する血糖値測定方法であって、
    前記グルコースによる吸収率が高い第１出射光および基準となる第２出射光を前記被測定部位に出射する工程と、
    該第１出射光および該第２出射光のうち該被測定部位を透過した光を第１透過光および第２透過光として受光する工程と、
    該第１出射光の該被測定部位内の光路長を検出する工程と、
    該第１出射光の該被測定部位における透過量を算出し、該透過量を該第２透過光および該光路長に基づいて補正して血糖値データに換算する工程と、
    を具備することを特徴とする血糖値測定方法。
11. 前記第１出射光は、近赤外レーザ光であり、前記第２出射光は、可視光であることを特徴とする請求項１０に記載の血糖値測定方法。
12. 前記第１出射光および前記第２出射光は、合成されて前記被測定部位に出射されることを特徴とする請求項１０に記載の血糖値測定方法。
13. 前記第１出射光および前記第２出射光は、順次個別に前記被測定部位に出射されることを特徴とする請求項１０に記載の血糖値測定方法。
14. 前記第１透過光および前記第２透過光を分離して受光することを特徴とする請求項１０に記載の血糖値測定方法。
15. 前記第２透過光に基づく他の透過量を算出し、前記透過量を該他の透過量により補正することを特徴とする請求項１０に記載の血糖値測定方法。

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