特許 6048950 濃度測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6048950

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】濃度測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/17 20060101AFI20161212BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/17 625

【請求項の数】4

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-135642(P2012-135642)

(22)【出願日】2012年6月15日

(65)【公開番号】特開2014-1946(P2014-1946A)

(43)【公開日】2014年1月9日

【審査請求日】2015年6月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(74)【代理人】

【識別番号】100124682

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100104710

【弁理士】

【氏名又は名称】竹腰 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100090479

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 一

(72)【発明者】

【氏名】西田 和弘

(72)【発明者】

【氏名】清水 孝一

【審査官】 塚本 丈二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２３７１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０３１６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６４７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０９８１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−００４９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６６２１５７４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００７−１４２０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２５６９２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−１４６８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００１／００３８４５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−０６１３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−００２９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２３９６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６４５３１８３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１１−０６２３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５７８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４７８１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／６１

Ｇ０１Ｊ ３／００−３／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体の所定部位にプローブを装着して前記生体に含有されている所定成分の濃度を測定する濃度測定装置であって、
光源から出力されたパルス光が光分岐部によって第１測定光と第２測定光とに分岐された前記第１測定光を前記生体に照射する第１照射部、及び、前記生体からの散乱光を集光する第１集光部を有する第１構成と、
反射鏡、前記第２測定光を前記反射鏡に照射する前記第１照射部と同一部材の第２照射部、及び、前記反射鏡からの反射光を集光する前記第１集光部と同一部材の第２集光部を有する第２構成と、
前記第１集光部で集光された散乱光を中継する第１中継部と、
前記第２集光部で集光された反射光を中継する前記第１中継部と同一部材且つ同一長さの第２中継部と、
前記第１中継部で中継された散乱光を検出する第１検出部と、
前記第２中継部で中継された反射光を検出する第２検出部と、
前記第１検出部により検出された散乱光の光強度に基づいて散乱光時間分解波形を取得する第１取得部と、
前記第２検出部で検出された前記反射光の光強度に基づいて装置関数時間分解波形を取得する第２取得部と、
前記散乱光時間分解波形を前記装置関数時間分解波形でデコンボリューション処理して測定系誤差を補償した散乱光時間分解波形を取得し、取得した散乱光時間分解波形を用いて、前記所定成分の濃度を算出する算出部と、
を備え、前記第１構成及び前記第２構成が前記プローブに内蔵された濃度測定装置。

【請求項2】

生体の所定部位にプローブを装着して前記生体に含有されている所定成分の濃度を測定する濃度測定装置であって、
前記生体に測定光を照射する照射部と、
前記生体からの散乱光を集光する集光部と、
前記照射部から照射される前記測定光を前記集光部に反射させる反射鏡を前記照射部と前記生体間に挿入する挿入機構と、
前記集光部で集光された光を中継する中継部と、
前記中継部で中継された光の光強度を検出する検出部と、
前記挿入機構により前記反射鏡が挿入されていないときに前記検出部により検出された光強度に基づいて散乱光時間分解波形を取得する第１取得部と、
前記挿入機構により前記反射鏡が挿入されたときに前記検出部により検出された光強度に基づいて装置関数時間分解波形を取得する第２取得部と、
前記散乱光時間分解波形を前記装置関数時間分解波形でデコンボリューション処理して測定系誤差を補償した散乱光時間分解波形を取得し、取得した散乱光時間分解波形を用いて、前記所定成分の濃度を算出する算出部と、
を備え、前記照射部、前記集光部及び前記挿入機構が前記プローブに内蔵された濃度測定装置。

【請求項3】

前記濃度の算出回数に基づいて、前記挿入機構による前記反射鏡の挿入、及び、前記第２取得部による前記装置関数時間分解波形の取得を実行させる制御をする制御部を更に備えた、
請求項２に記載の濃度測定装置。

【請求項4】

前記濃度の最後の算出からの経過時間に基づいて、前記挿入機構による前記反射鏡の挿入、及び、前記第２取得部による前記装置関数時間分解波形の取得を実行させる制御をする制御部を更に備えた、
請求項２に記載の濃度測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体に含有されている所定成分の濃度を測定するための濃度測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、生体に含有されている所定成分の濃度を測定する濃度測定方法が考案されている。その１つとして、例えば、指先などから採血を行い、血中のグルコースに対する酵素活性を測定することで血糖値を測定する技術が考案されている。

【0003】

しかし、上記のような血糖値の測定方法では、指先などから血液を採取する侵襲式の測定方法であり、被検者にとって痛みや不快感を伴うという問題があった。そこで、非侵襲式の測定方法として、人体の一部（例えば手）の表面から近赤外光を照射し、その光吸収量から血糖値を測定する技術が考案されている。

【0004】

例えば、特許文献１には、皮膚に照射した光の反射光（散乱光）の時間分解波形を利用して真皮層のグルコースの濃度を算出する技術が記載されている。特許文献２，３には、ストリークカメラを用いて時間分解波形を測定する方法が記載されている。また、特許文献４，５には、装置関数と散乱光吸収体の測定値とを元に、散乱吸収体の内部情報を取得する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２３７１３９号公報

【特許文献2】特開２００４−２１９４２６号公報

【特許文献3】特開２００１−１３３３９６号公報

【特許文献4】特開２０００−１４６８２８号公報

【特許文献5】特開平９−６１３４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の従来例の中でも、特許文献４，５に開示されている技術は、成分濃度の測定を行う際の測定系に起因する測定系誤差が時間分解波形に重畳することを考慮し、測定系誤差を表す装置関数を用いて散乱光の時間分解波形を補正する技術である。この技術では、測定対象を配置していない状態で装置関数を予め求めるキャリブレーションを行っておき、その後に測定対象を配置して測定を行うことを前提としている。

【0007】

ところで、血糖値の測定が必要となる被検者の代表例として糖尿病患者が考えられる。糖尿病患者にとっては、日常の血糖値の管理が重要事項であるため、常時の装着を前提とした測定装置が望まれている。つまり、測定装置を装着した状態で常時あるいは随時にキャリブレーション及び血糖値測定の両方を行うことのできる装置が望まれている。しかし、考案されている従来の非侵襲式の測定装置は、このような使用形態を前提としたものではなかった。

【0008】

なお、測定対象の成分を血糖値として説明したが、血糖値に限った問題ではない。また、測定対象の生体は人間ばかりでなく、動物であってもよいことは勿論である。例えば犬の疾患に糖尿病があることはよく知られている。

【0009】

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、生体の所定部位に装着した使用状態であったとしても、キャリブレーション及び所定成分の濃度測定が可能な新たな非侵襲式の濃度測定装置等を提案することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

以上の課題を解決するための第１の形態は、生体の所定部位に装着される濃度測定装置であって、前記生体に測定光を照射する照射部と、前記生体からの散乱光を検出する検出部と、前記検出部により検出された散乱光の光強度に基づいて散乱光時間分解波形を取得する第１取得部と、前記所定部位への装着時の前記測定光の光強度に基づいて装置関数時間分解波形を取得する第２取得部と、前記散乱光時間分解波形及び前記装置関数時間分解波形を用いて、前記生体に含有されている所定成分の濃度を算出する算出部と、を備えた濃度測定装置である。

【0011】

また、他の形態として、生体の所定部位に装着される濃度測定装置の制御方法であって、前記生体に測定光を照射させることと、前記生体からの散乱光を検出させることと、前記検出した散乱光の光強度に基づいて散乱光時間分解波形を取得させることと、前記所定部位への装着時の前記測定光の光強度に基づいて装置関数時間分解波形を取得させることと、前記散乱光時間分解波形及び前記装置関数時間分解波形を用いて、前記生体に含有されている所定成分の濃度を算出させることと、を含む制御方法を構成することとしてもよい。

【0012】

この第１の形態等によれば、照射部によって生体に測定光が照射される。検出部は、生体からの散乱光を検出し、検出部により検出された散乱光の光強度に基づいて、第１取得部が散乱光時間分解波形を取得する。また、所定部位への装着時の測定光の光強度に基づいて第２取得部が装置関数時間分解波形を取得する。そして、算出部が、散乱光時間分解波形及び装置関数時間分解波形を用いて、生体に含有されている所定成分の濃度を算出する。

【0013】

本形態の濃度測定装置や濃度測定装置の制御方法は非侵襲式であり、生体の所定部位に濃度測定装置を装着した状態で散乱光時間分解波形及び装置関数時間分解波形の取得が可能である。装着した状態で装置関数時間分解波形の取得が可能ということは、装着した状態でキャリブレーションが可能であるということである。勿論、装着した状態で、生体に含有されている所定成分の濃度を所望のタイミングで測定することも可能である。

【0014】

また、第２の形態として、第１の形態の濃度測定装置における前記算出部が、前記散乱光時間分解波形を前記装置関数時間分解波形でデコンボリューション処理するデコンボリューション処理部を有する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。

【0015】

この第２の形態によれば、散乱光時間分解波形を装置関数時間分解波形でデコンボリューション処理することで、測定系に起因する誤差が補償された散乱光時間分解波形を得ることが可能となる。

【0016】

また、第３の形態として、第１又は第２の形態の濃度測定装置において、前記測定光を検出する測定光検出部を更に備え、前記第２取得部は、前記検出部の検出時に前記測定光検出部により検出された前記測定光の光強度に基づいて前記装置関数時間分解波形を取得する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。

【0017】

この第３の形態によれば、検出部の検出時に測定光検出部により検出された測定光の光強度に基づいて装置関数時間分解波形を取得することで、散乱光時間分解波形の取得と、装置関数時間分解波形の取得とを同時に行うことができる。

【0018】

また、第４の形態として、第１又は第２の形態の濃度測定装置において、前記測定光を前記検出部に導光する導光部を前記照射部と前記生体間に挿入する導光部挿入機構を更に備え、前記第２取得部は、前記導光部挿入機構により前記導光部が挿入された際に前記検出部により検出された光の光強度に基づいて前記装置関数時間分解波形を取得する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。

【0019】

この第４の形態によれば、導光部挿入機構により導光部が照射部と生体間に挿入された際に検出部により検出された光の光強度に基づいて装置関数時間分解波形を取得することで、１つの光経路で時分割に装置関数時間分解波形を取得することが可能となる。

【0020】

また、第５の形態として、第４の形態の濃度測定装置において、前記濃度の算出回数に基づいて、前記導光部挿入機構による前記導光部の挿入、及び、前記第２取得部による前記装置関数時間分解波形の取得を実行させる制御をする制御部を更に備えた、濃度測定装置を構成することとしてもよい。

【0021】

この第５の形態によれば、濃度の算出回数に基づいて、導光部挿入機構による導光部の挿入、及び、第２取得部による装置関数時間分解波形の取得を実行させる。例えば、濃度の算出回数が所定回数に達した場合に、導光部の挿入及び装置関数時間分解波形の取得を実行させることで、定期的に装置関数時間分解波形を更新することが可能となる。

【0022】

また、第６の形態として、第４の形態の濃度測定装置において、前記濃度の最後の算出からの経過時間に基づいて、前記導光部挿入機構による前記導光部の挿入、及び、前記第２取得部による前記装置関数時間分解波形の取得を実行させる制御をする制御部を更に備えた、濃度測定装置を構成することとしてもよい。

【0023】

この第６の形態によれば、濃度の最後の算出からの経過時間に基づいて、導光部挿入機構による導光部の挿入、及び、第２取得部による装置関数時間分解波形の取得を実行させる。例えば、濃度の最後の算出からの経過時間が所定時間に達した場合に、導入部の挿入及び装置関数時間分解波形の取得を実行させることで、定期的に装置関数時間分解波形を更新することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１濃度測定装置の機能構成の一例を示すブロック図。

【図2】モデルデータのデータ構成の一例を示す図。

【図3】時間分解波形対応データのデータ構成の一例を示す図。

【図4】修正散乱光時間分解波形データのデータ構成の一例を示す図。

【図5】第１濃度測定処理の流れを示すフローチャート。

【図6】変形例における第１光学装置の光学系の構成例を示す図。

【図7】第２濃度測定装置の機能構成の一例を示すブロック図。

【図8】第２濃度測定処理の流れを示すフローチャート。

【図9】装置関数時間分解波形取得処理の流れを示すフローチャート。

【図10】観測散乱光時間分解波形取得処理の流れを示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態の一例について説明する。本実施形態における濃度測定装置は、少なくとも照射部〜集光部が内蔵されたプローブが生体の所定部位（例えば指や手首）に装着されるウェアラブルな測定装置である。本実施形態では、濃度測定装置が、生体に含有されている所定成分の濃度として、皮膚の真皮層に含まれているグルコース濃度を測定する場合を例に挙げて説明する。但し、本発明を適用可能な実施形態が以下説明する実施形態に限定されるわけではないことは勿論である。

【0026】

１．第１実施形態
１−１．構成
図１は、第１実施形態における第１濃度測定装置１Ａの機能構成の一例を示すブロック図である。第１濃度測定装置１Ａは、主要な構成として、第１光学装置３Ａと、制御部１００と、操作部２００と、表示部３００と、音出力部４００と、通信部５００と、記憶部６００とを有して構成される。

【0027】

第１光学装置３Ａは、多波長光源１０と、分岐部２０と、第１照射部３０Ａと、第２照射部３０Ｂと、反射鏡４０と、第１集光部５０Ａと、第２集光部５０Ｂと、第１中継部６０Ａと、第２中継部６０Ｂと、第１光強度検出部７０Ａと、第２光強度検出部７０Ｂとを有して構成される。本実施形態では、第１照射部３０Ａから第１光強度検出部７０Ａに至るまでの光の経路を「第１光経路」と称し、第２照射部３０Ｂから第２光強度検出部７０Ｂに至るまでの光の経路を「第２光経路」と称する。

【0028】

また、本実施形態において、第１照射部３０Ａ及び第１集光部５０Ａがプローブに内蔵され、当該プローブが生体である被検者の所定部位（指や手首）に装着される。プローブは例えばクリップタイプやパッチタイプ等として構成してよい。また、第２光経路は、後述する装置関数時間分解波形を求めるための光経路であるから、第１光経路と同一部材で構成すると好適である。すなわち、第２照射部３０Ｂ、第２集光部５０Ｂ、第２中継部６０Ｂ及び第２光強度検出部７０Ｂは、それぞれ第１照射部３０Ａ、第１集光部５０Ａ、第１中継部６０Ａ及び第１光強度検出部７０Ａと同一部材で構成する。また、第２中継部６０Ｂは、第１中継部６０Ａと同一長さで構成する。

【0029】

多波長光源１０は、複数の波長のパルス光を生成して出力可能に構成された光源であり、例えば多波長半導体レーザーを有して構成される。多波長光源１０は、制御部１００から出力される光源制御信号に基づいて、指示された波長のパルス光を生成して出射する。また、多波長光源１０は、パルス光を出射した後、光強度の検出タイミングを指示するためのトリガー信号を第１光強度検出部７０Ａ及び第２光強度検出部７０Ｂにそれぞれ出力する。

【0030】

分岐部２０は、多波長光源１０から出力されたパルス光を分岐させる光分岐器であり、例えばハーフミラーを有して構成される。分岐部２０によって分岐された光のうちの一方の光は、第１測定光として第１照射部３０Ａによって生体に照射される。また、分岐された光のうちの他方の光は、第２測定光として第２照射部３０Ｂによって反射鏡４０に照射される。

【0031】

人間の皮膚は、大きく分けて、表皮層、真皮層及び皮下組織層の３層で構成されている。その中でも、真皮層は毛細血管が発達しており、血中のグルコース濃度に追随するように真皮層のグルコース濃度が変化する。そこで、本実施形態では、真皮層に含まれているグルコース濃度を測定することで、被検者の血糖値を見積もることを目的とする。

【0032】

第１集光部５０Ａは、第１照射部３０Ａから生体に向けて第１測定光が照射されることによる生体からの出射光を集光する。具体的には、第１測定光が生体に照射された場合の後方散乱光（以下、簡潔に「散乱光」と称す。）を出射光として集光し、第１中継部６０Ａに導く。第２集光部５０Ｂは、第２照射部３０Ｂから反射鏡４０に向けて第２測定光が照射されることによる反射鏡４０からの反射光を集光する。これらの集光部は、生体からの散乱光又は反射鏡４０からの反射光を入光する入光部とも言える。

【0033】

第１中継部６０Ａは、第１集光部５０Ａで集光された散乱光を第１光強度検出部７０Ａに中継する中継器である。また、第２中継部６０Ｂは、第２集光部５０Ｂで集光された反射光を第２光強度検出部７０Ｂに中継する中継器である。これらの中継部は、例えば光ファイバーを有して構成される。

【0034】

第１光強度検出部７０Ａは、第１中継部６０Ａによって中継された生体からの散乱光の光強度を検出する検出器である。また、第２光強度検出部７０Ｂは、第２中継部６０Ｂによって中継された反射鏡４０からの反射光の光強度を検出する検出器である。これらの光強度検出部は、例えば光電管や光電子増倍管、各種のフォトダイオード、ストリークカメラ等を有して構成され、検出した光強度を含む光検出信号を制御部１００に出力する。第１光強度検出部７０Ａは、生体からの散乱光を検出する検出部に相当する。また、第２光強度検出部は、測定光を検出する測定光検出部に相当する。

【0035】

制御部１００は、記憶部６００に記憶されているシステムプログラム等の各種プログラムに従って、濃度測定装置の各部や光学装置を統括的に制御する制御装置及び演算装置であり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサーを有して構成される。

【0036】

制御部１００は、主要な機能部として、光源制御部１１０と、観測散乱光時間分解波形取得部１２０と、装置関数時間分解波形取得部１３０と、散乱光時間分解波形修正部１４０と、濃度算出部１５０とを有する。但し、これらの機能部は、一実施例として記載したものに過ぎず、必ずしもこれら全ての機能部を必須構成要素としなければならないわけではない。

【0037】

光源制御部１１０は、多波長光源１０によるパルス光の生成を制御する。具体的には、パルス光の波長及びパルス光の生成を指示するための光源制御信号を多波長光源１０に出力し、複数の波長でのパルス光を多波長光源１０に生成させて出射させる。

【0038】

観測散乱光時間分解波形取得部１２０は、第１光強度検出部７０Ａから出力される生体からの散乱光の光強度を示す光検出信号に基づいて、散乱光時間分解波形を演算して取得する。観測散乱光時間分解波形取得部１２０によって取得される散乱光時間分解波形（以下、「観測散乱光時間分解波形」と称す。）は測定系誤差が重畳された時間分解波形となる。観測散乱光時間分解波形取得部１２０は第１取得部に相当する。

【0039】

理想的には、生体に照射するパルス光である測定光は、完全なインパルス形状の（デルタ関数とみなせる）光であることが望まれる。しかし、多波長光源１０によって生成されるパルス光は実際には一定のパルス幅を有する。また、理想的には、光強度検出部の応答特性もインパルスの応答特性を示すことが望まれるが、実際には光強度検出部の時間分解能もまた有限である。これら測定光の照射系や散乱光の検出系に起因する測定系誤差が、観測散乱光時間分解波形取得部１２０によって取得される散乱光時間分解波形に重畳することになる。

【0040】

装置関数時間分解波形取得部１３０は、第２光強度検出部７０Ｂから出力される反射鏡４０からの反射光の光強度を示す光検出信号に基づいて、装置関数時間分解波形を演算して取得する。多波長光源１０から出射されたパルス光である測定光は、第１光経路と略同一の経路として構成された第２光経路を通って第２光強度検出部７０Ｂに入光する。但し、第２光経路では、生体の代わりに反射鏡４０に測定光を照射する。この場合、装置関数時間分解波形取得部１３０によって取得される時間分解波形（以下、「装置関数時間分解波形」と称す。）は、上記の測定系誤差を表す時間分解波形となる。なお、測定系誤差を関数近似したものは装置関数と呼ばれる。装置関数時間分解波形取得部１３０は第２取得部に相当する。

【0041】

散乱光時間分解波形修正部１４０は、観測散乱光時間分解波形取得部１２０によって取得された観測散乱光時間分解波形を、装置関数時間分解波形取得部１３０によって取得された装置関数時間分解波形を用いて修正する。観測散乱光時間分解波形取得部１２０によって取得される観測散乱光時間分解波形は、生体からの散乱光の時間分解波形と装置関数時間分解波形とのコンボリューション（畳み込み）となっている。そこで、散乱光時間分解波形修正部１４０は、観測散乱光時間分解波形を装置関数時間分解波形でデコンボリューション（逆畳み込み）するデコンボリューション処理を行うことで、測定系誤差が補償された散乱光時間分解波形を得る。

【0042】

測定系誤差は、装置の使用環境（例えば温度）や使用時間等によって変化し得る。従って、装置関数時間分解波形取得部１３０が任意のタイミングで装置関数時間分解波形を取得することで、測定系誤差を随時、正しく補償できるようになる。装置関数時間分解波形取得部１３０が装置関数時間分解波形を取得することは、一種のキャリブレーションを行うことに相当すると言える。散乱光時間分解波形修正部１４０によって修正された散乱光時間分解波形のことを「修正散乱光時間分解波形」と称し、「Ｒ（ｔ）」と表記する。散乱光時間分解波形修正部１４０はデコンボリューション処理部として機能する。

【0043】

濃度算出部１５０は、散乱光時間分解波形修正部１４０によって修正された散乱光時間分解波形を用いて、皮膚の真皮層に含有されているグルコース濃度を算出する。濃度算出部１５０は、散乱光時間分解波形及び装置関数時間分解波形を用いて、生体に含有されている所定成分の濃度を算出する算出部に相当する。

【0044】

生体に入射した測定光は、その散乱特性のために様々な経路を辿り、反射光（散乱光）として出射したところを第１集光部５０Ａで集光される。このとき、光子（フォトン）が生体を辿った経路は様々である。つまり、散乱光として捕捉される光は、辿った経路が異なる光子を含む光となるため、時間軸で考えた場合、捕捉される光子数の時間分布の波形で表される。この時間分布の波形が、散乱光時間分解波形である。第１光強度検出部７０Ａに到達した光は、その検出時刻によって、生体内の所定部位（皮膚の各層）を選択的に通過してくると考えることができる。すなわち、生体内を伝播した光子の伝播経路が光散乱係数により特徴付けられ、その光路に沿った光強度変化が光吸収係数によって特徴付けられると考えられる。

【0045】

散乱光時間分解波形において、早い時刻に検出された光ほど表面から浅い部分のみを通ってきており、逆に遅い時刻に検出された光ほど表面から深い領域まで到達してきている。このように異なる検出時刻における検出光の強度は、異なる経路分布を経てきた光成分に対応する。つまり、ある検出時刻の光強度には、その時刻に応じた光経路分布中の吸光情報が含まれている。従って、時間分解波形の検出時刻毎の光経路を実測により予め求めておけば、逆問題解法により、光吸収係数の分布を演算することができる。

【0046】

上記の原理に基づき、濃度算出部１５０は、散乱光時間分解波形修正部１４０によって演算された修正散乱光時間分解波形をもとに、皮膚内部の各層の光吸収係数を算出し、当該光吸収係数を用いて、皮膚の真皮層のグルコース濃度を算出する。グルコース濃度の算出に係る算出式等については後述する。

【0047】

操作部２００は、例えばボタンスイッチ等を有して構成される入力装置であり、押下されたボタンの信号を制御部１００に出力する。この操作部２００の操作により、各種データの入力や、グルコース濃度の測定開始指示といった各種指示入力がなされる。

【0048】

表示部３００は、制御部１００から出力される表示信号に基づいた各種表示を行う表示装置であり、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等を有して構成される。表示部３００には、濃度算出部１５０によって算出されたグルコース濃度等の情報が表示される。

【0049】

音出力部４００は、制御部１００から出力される音出力信号に基づく音出力を行う音出力装置であり、例えばスピーカー等を有して構成される。音出力部４００からは、グルコース濃度測定に係る音声ガイダンスやアラーム音等が音出力される。

【0050】

通信部５００は、制御部１００の制御に従って、装置内部で利用される情報を外部の情報処理装置との間で送受するための通信装置である。通信部５００の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレイドルと呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、近距離無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。

【0051】

記憶部６００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置（メモリー）を有して構成され、制御部１００のシステムプログラムや、散乱光時間分解波形取得機能、濃度測定機能といった各種機能を実現するための各種プログラム、各種データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。

【0052】

記憶部６００には、プログラムとして、制御部１００によって読み出され、第１濃度測定処理（図５参照）として実行される第１濃度測定プログラム６１０が記憶されている。第１濃度測定プログラム６１０は、散乱光時間分解波形修正処理（図５参照）として実行される散乱光時間分解波形修正プログラム６１０Ａをサブルーチンとして含む。これらの処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。

【0053】

また、記憶部６００には、データとして、例えば、モデルデータ６２０と、時間分解波形対応データ６３０と、修正散乱光時間分解波形データ６４０と、成分吸収情報データ６５０と、層別光吸収係数データ６６０と、測定濃度データ６７０とが記憶される。

【0054】

モデルデータ６２０は、モンテカルロシミュレーション等のシミュレーション処理を行うことで生成されたモデルに係るデータであり、そのデータ構成の一例を図２に示す。モデルデータ６２０には、候補波長と、伝播光路長分布と、無吸収時散乱光強度時間特性とが対応付けて記憶されている。

【0055】

候補波長は、複数の波長の中から選択され、成分濃度の算出において使用するパルス光の波長の候補である。皮膚の主成分について光吸収スペクトルの直交性が高くなる波長を候補波長として選択すると効果的である。具体的には、皮膚の真皮層の主成分である水、たんぱく質、脂質及びグルコースの光吸収スペクトルの直交性が高くなる波長を候補波長として選択すると好適である。

【0056】

例えば、グルコースの光吸収係数は、波長が１６００ｎｍ（ナノメートル）のときに極大となり、水の光吸収係数は、波長が１４５０ｎｍのときに極大となる。そのため、１４５０ｎｍや１６００ｎｍといった皮膚の主成分の吸収スペクトルの直交性が高くなる波長について伝播光路長分布及び散乱光時間分解波形を求めるようにすると好適である。

【0057】

伝播光路長分布は、入射光子数が「Ｎ_in」のときのパルス光の光子の伝播光路長を、例えばモンテカルロシミュレーションにより求めたモデルである。具体的には、モンテカルロ法を利用したシミュレーション（モンテカルロシミュレーション）を行うことで、入射光子数が「Ｎ_in」の場合における皮膚の各層の伝播光路長分布「Ｌ_m（ｔ）」を算出する。

【0058】

より詳細には、予め光吸収係数がゼロの皮膚モデルを構成し、当該皮膚モデルの各層において光子が次に進む点までの距離及び方向を、単位時間毎に乱数を用いて繰り返し行う。このシミュレーションを所定数の光子について行い、光強度検出部に到達した光子の各々の移動経路を、移動経路が通過する層毎に分類する。そして、単位時間毎に到達した光子の移動経路の平均長を、分類された層毎に算出することで、例えば図２に示すような皮膚の層別の伝播光路長分布「Ｌ_m（ｔ）」を得る。

【0059】

無吸収時散乱光強度時間特性は、光吸収係数がゼロ、入射光子数が「Ｎ_in」のときの散乱光強度を、例えばモンテカルロシミュレーションにより求めたモデルである。具体的には、上記の光吸収係数がゼロの皮膚モデルについて、当該皮膚モデルに測定光を照射した場合に光強度検出部において検出される光子の個数を単位時間毎に算出することで、図２に示すような無吸収時散乱光強度時間特性「Ｎ（ｔ）」を得る。縦軸の散乱光強度は、光強度検出部において検出される光子の個数（光子数）と同義である。

【0060】

時間分解波形対応データ６３０は、２種類の時間分解波形を対応付けて記憶したデータであり、そのデータ構成の一例を図３に示す。時間分解波形対応データ６３０には、候補波長と、観測散乱光時間分解波形と、装置関数時間分解波形とが対応付けて記憶される。この時間分解波形対応データ６３０は、散乱光時間分解波形修正部１４０が散乱光時間分解波形を演算するために用いられる。

【0061】

修正散乱光時間分解波形データ６４０は、散乱光時間分解波形修正部１４０によって演算された修正散乱光時間分解波形が記憶されたデータであり、そのデータ構成の一例を図４に示す。散乱光時間分解波形データには、候補波長と、修正散乱光時間分解波形「Ｒ（ｔ）」とが対応付けて記憶される。

【0062】

濃度算出部１５０は、モデルデータ６２０に記憶された伝播光路長分布「Ｌ_m（ｔ）」及び無吸収時散乱光時間分解波形「Ｎ（ｔ）」と、修正散乱光時間分解波形データ６４０に記憶された修正散乱光時間分解波形「Ｒ（ｔ）」とを用いて、皮膚の真皮層のグルコース濃度を算出する。

【0063】

成分吸収情報データ６５０は、皮膚の真皮層が含有する成分に係る吸収情報が記憶されたデータである。具体的には、例えば、水、たんぱく質、脂質及びグルコースの４成分の光吸収係数やモル吸光係数が吸収情報として記憶されている。これらの吸収情報は、予め測定を行って記憶部６００に記憶させておく必要がある。成分吸収情報データ６５０は、皮膚の真皮層のグルコース濃度を算出するために用いられる。

【0064】

層別光吸収係数データ６６０は、皮膚の表皮層、真皮層及び皮下組織層それぞれの光吸収係数のデータである。これらの値は、真皮層の各成分の成分濃度を算出する際に、所定の連立方程式を解くことで算出する。この層別光吸収係数の具体的な算出方法については後述する。

【0065】

測定濃度データ６７０は、濃度算出部１５０によって算出された生体に含有されている所定成分の濃度の算出結果が記憶されたデータである。例えば、皮膚の真皮層のグルコース濃度がこれに含まれる。

【0066】

１−２．処理の流れ
図５は、制御部１００が記憶部６００に記憶されている第１濃度測定プログラム６１０に従って実行する第１濃度測定処理の流れを示すフローチャートである。

【0067】

最初に、制御部１００は、濃度の測定タイミングであるか否かを判定する（ステップＡ１）。糖尿病患者を被検者として血糖値を定期的に測定することを想定し、測定タイミングとしては、例えば所定時間間隔毎のタイミング（例えば３時間に１回）を設定しておくなどすることができる。また、糖尿病患者がいつでも血糖値を確認できるように、操作部２００を介してユーザーによって測定実行指示操作がなされたタイミングを測定タイミングとして濃度の測定を行うこととしてもよい。

【0068】

測定タイミングであると判定したならば（ステップＡ１；Ｙｅｓ）、制御部１００は、記憶部６００に記憶されている散乱光時間分解波形修正プログラム６１０Ａに従って、散乱光時間分解波形修正処理を実行する。

【0069】

散乱光時間分解波形修正処理では、制御部１００は、予め定められた候補波長それぞれについて、ループＡの処理を実行する（ステップＡ３〜Ａ１５）。ループＡの処理では、光源制御部１１０が、当該候補波長のパルス光を多波長光源１０に生成して出射させるために、光源制御信号を多波長光源１０に出力する（ステップＡ７）。

【0070】

次いで、観測散乱光時間分解波形取得部１２０が、観測散乱光時間分解波形演算処理を行う（ステップＡ９）。具体的には、第１光強度検出部７０Ａから出力される光検出信号に基づいて、生体からの散乱光の光強度を解析する処理を行って、散乱光時間分解波形を取得する。そして、取得した散乱光時間分解波形を観測散乱光時間分解波形として、記憶部６００の時間分解波形対応データ６３０に記憶させる。

【0071】

また、装置関数時間分解波形取得部１３０が、装置関数時間分解波形演算処理を行う（ステップＡ１１）。具体的には、第２光強度検出部７０Ｂから出力される光検出信号に基づいて、反射鏡４０からの反射光の光強度を解析する処理を行って、装置関数時間分解波形を取得する。そして、取得した装置関数時間分解波形を、記憶部６００の時間分解波形対応データ６３０に観測散乱光時間分解波形と対応付けて記憶させる。

【0072】

次いで、散乱光時間分解波形修正部１４０が、デコンボリューション処理を行う（ステップＡ１３）。具体的には、時間分解波形対応データ６３０に対応付けて記憶された観測散乱光時間分解波形を装置関数時間分解波形でデコンボリューションする。デコンボリューションを実現するためのアルゴリズムとしては、従来公知のアルゴリズムを適用することが可能である。

【0073】

本願発明者が行った実験によれば、ルーシー・リチャードソン法を用いてデコンボリューションを行うことで、散乱光時間分解波形を高い精度で修正可能であることを確認した。散乱光時間分解波形修正部１４０は、デコンボリューション処理で求めた時間分解波形を、修正散乱光時間分解波形として記憶部６００の修正散乱光時間分解波形データ６４０に記憶させる。

【0074】

その後、制御部１００は、次の候補波長へと処理を移行する。そして、全ての候補波長についてステップＡ７〜Ａ１３の処理を行ったならば、制御部１００は、ループＡの処理を終了する（ステップＡ１５）。

【0075】

次いで、濃度算出部１５０が、濃度算出処理を行う（ステップＡ１７）。濃度算出処理では、複数の候補波長の中から、皮膚の主成分数と同数の波長を選定する。真皮層の主成分は、水、たんぱく質、脂質及びグルコースの４成分である。そのため、候補波長の中から４つの波長「（λ₁、λ₂、λ₃、λ₄）」を選定する。

【0076】

また、生体の層数と同数の異なる時刻を選定する。皮膚は、表皮層、真皮層及び皮下組織層の３層でなる。そのため、異なる３つの時刻「ｔ_k＝（ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃）」を選定する。選定する３つの時刻「ｔ_k＝（ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃）」は、皮膚の各層の伝播光路長分布がピークを示す時刻とすると好適である。つまり、測定光の照射時刻に、図２に示す皮膚の各層の伝搬光路長分布において光路長がそれぞれ極大となる時刻を加算した時刻を算出して選定時刻とすると良い。

【0077】

上記のように選定した４つの波長「（λ₁、λ₂、λ₃、λ₄）」それぞれについて、次式（１）及び（２）に従って、選定した３つの時刻「ｔ_k＝（ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃）」に係る連立方程式を解くことで、表皮層の光吸収係数「μ_a1」、真皮層の光吸収係数「μ_a2」及び皮下組織層の光吸収係数「μ_a3」を算出する。

【数1】

【数2】

【0078】

但し、式（１）において、「μ_am」は層別の光吸収係数を表し、添え字の「ｍ」は皮膚の層の番号を表す。便宜的に、表皮層の番号を「ｍ＝１」、真皮層の番号を「ｍ＝２」、皮下組織層の番号を「ｍ＝３」とする。つまり、「μ_a1」は表皮層の光吸収係数であり、「μ_a2」は真皮層の光吸収係数であり、「μ_a3」は皮下組織層の光吸収係数である。「Ｍ」は皮膚の層数であり、本実施形態では「Ｍ＝３」である。

【0079】

また、「Ｌ_m（ｔ）」は、皮膚の第ｍ層における伝播光路長分布を示している。例えば、「Ｌ_m（ｔ₁）」は、時刻「ｔ₁」において検出される光子が第ｍ層を伝播した距離の総和を示す。また、「Ｎ_in」は、パルス光の光子の総数（入射光子数）であり、既知である。「Ｉ_in」は、パルス光の強度（入射光強度）であり、既知である。

【0080】

本明細書では詳細な説明を省略するが、式（１）は、時刻「ｔ」において検出される散乱光強度「Ｒ（ｔ）」を、次式（３）のように近似的に書き表すことができることに基づいて導出される式である。

【数3】

【0081】

式（３）において、「Ｌ´_m（ｔ）」は、皮膚の第ｍ層を伝播した距離の１光子あたりの平均値である。伝播距離の総和「Ｌ_m（ｔ）」を「Ｎ´（ｔ）」で除算した値であり、次式（４）で与えられる。

【数4】

式（４）を用いて式（３）を変形すると、式（１）が導出される。

【0082】

式（２）の連立方程式を解くに際しては、３つの選定時刻「ｔ_k＝（ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃）」それぞれにおける皮膚の各層の伝播光路長「Ｌ_m（ｔ_k）」、無吸収時散乱光強度「Ｎ（ｔ_k）」及び修正散乱光強度「Ｒ（ｔ_k）」が必要となる。これらの値は、モデルデータ６２０に記憶された伝播光路長分布「Ｌ_m（ｔ）」及び無吸収時散乱光時間分解波形「Ｎ（ｔ）」と、修正散乱光時間分解波形データ６４０に記憶された修正散乱光時間分解波形「Ｒ（ｔ）」とに選定時刻「ｔ_k」を代入することでそれぞれ算出することができる。

【0083】

４つの選定波長「（λ₁、λ₂、λ₃、λ₄）」のそれぞれについて式（２）の連立方程式を解くことで、表皮層の光吸収係数「μ_a1」、真皮層の光吸収係数「μ_a2」及び皮下組織層の光吸収係数「μ_a3」を算出したならば、これらの算出値を記憶部６００の層別光吸収係数データ６６０に記憶させる。

【0084】

次いで、上記の層別光吸収係数を用いて、皮膚の真皮層の成分濃度を算出する。成分の総数が「Ｎ個」である場合の各成分の体積分率「ｃ_vi」を求める式は、次式（５）で与えられる。

【数5】

【0085】

真皮層の主成分は、水、たんぱく質、脂質及びグルコースの４成分である（Ｎ＝４）。そのため、式（５）を４成分の式として書き表すと、次式（６）のようになる。この式（６）に従って、水、たんぱく質、脂質及びグルコースそれぞれの体積分率を算出する。

【数6】

【0086】

但し、「μ_ai」は成分別の光吸収係数を表しており、添え字の「ｉ」は成分の記号を表している。便宜的に、水を「ｉ＝ｗ」、たんぱく質を「ｉ＝ｐ」、脂質を「ｉ＝ｌ」、グルコースを「ｉ＝ｇ」と表記する。つまり、「μ_aw」、「μ_ap」、「μ_al」及び「μ_ag」は、それぞれ水、たんぱく質、脂質及びグルコースの光吸収係数を示す。これらの光吸収係数は波長毎に異なり、４つの選定波長「（λ₁、λ₂、λ₃、λ₄）」それぞれに対応する光吸収係数が「μ_aw（λ₁）〜μ_aw（λ₄）」、「μ_ap（λ₁）〜μ_ap（λ₄）」、「μ_al（λ₁）〜μ_al（λ₄）」及び「μ_ag（λ₁）〜μ_ag（λ₄）」である。これらの値は吸収情報として記憶部６００の成分吸収情報データ６５０に予め記憶されている。

【0087】

「ｃ_vi」は成分別の体積分率を表しており、添え字の「ｉ」は上記と同じである。つまり、「ｃ_vw」、「ｃ_vp」、「ｃ_vl」及び「ｃ_vg」は、それぞれ水、たんぱく質、脂質及びグルコースの体積分率を示す。これらの体積分率は未知数である。４つの選定波長「（λ₁、λ₂、λ₃、λ₄）」について先に算出しておいた真皮層（ｉ＝２）の光吸収係数「μ_a2（λ₁）」、「μ_a2（λ₂）」、「μ_a2（λ₃）」及び「μ_a2（λ₄）」と、上記の吸収情報とを用いれば、式（６）の連立方程式を解くことができる。従って、各成分の体積分率「ｃ_vw」、「ｃ_vp」、「ｃ_vl」及び「ｃ_vg」を算出できる。

【0088】

各成分の体積分率「ｃ_vw」、「ｃ_vp」、「ｃ_vl」及び「ｃ_vg」を算出したならば、公知の変換式に従って体積分率を重量体積濃度等に変換することで、真皮層の各成分の成分濃度を算出する。そして、例えば真皮層のグルコース濃度を測定濃度データ６７０として記憶部６００に記憶させる。

【0089】

濃度算出処理を行った後、制御部１００は、算出した真皮層のグルコース濃度を表示部３００に表示させる制御を行う（ステップＡ１９）。そして、処理を終了するか否かを判定し（ステップＡ２１）、処理を継続すると判定した場合は（ステップＡ２１；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、処理を終了すると判定した場合は（ステップＡ２１；Ｙｅｓ）、第１濃度算出処理を終了する。

【0090】

１−３．作用効果
第１濃度測定装置１Ａにおいて、多波長光源１０によって生成されたパルス光である測定光は分岐部２０で分岐され、第１測定光が第１照射部３０Ａによって生体に照射される。観測散乱光時間分解波形取得部１２０は、第１光強度検出部７０Ａによって検出された生体からの散乱光の光強度に基づいて、観測散乱光時間分解波形を取得する。その一方で、分岐部２０で分岐された第２測定光は反射鏡４０に照射される。装置関数時間分解波形取得部１３０は、第１光強度検出部７０Ａの検出時に第２光強度検出部７０Ｂにより検出された反射鏡４０からの反射光の光強度に基づいて装置関数時間分解波形を取得する。これにより、散乱光時間分解波形の取得と、装置関数時間分解波形の取得とを同時に行うことができる。

【0091】

散乱光時間分解波形修正部１４０は、観測散乱光時間分解波形取得部１２０によって取得された観測散乱光時間分解波形を装置関数時間分解波形取得部１３０によって取得された装置関数時間分解波形でデコンボリューション処理することで、測定系誤差が補償された散乱光時間分解波形を取得する。従って、装置関数時間分解波形の取得は、一種のキャリブレーションとも言える。そして、濃度算出部１５０は、散乱光時間分解波形修正部１４０によって演算された修正散乱光時間分解波形を用いて、皮膚の真皮層のグルコース濃度を算出する。

【0092】

本実施形態における濃度測定手法は非侵襲式であり、生体の所定部位に装置を装着した状態で観測散乱光時間分解波形及び装置関数時間分解波形の取得を同時に行うことができる。装着した状態で装置関数時間分解波形の取得が可能ということは、装着した状態でキャリブレーションが可能であるということである。また、グルコース濃度の測定タイミングとしては、定期的なタイミングや、ユーザーによって測定実行指示操作がなされたタイミング等を設定しておくことができ、所望のタイミングでグルコース濃度を測定して、その測定結果をユーザーに報知することが可能となる。

【0093】

１−４．変形例
上記の実施形態で説明した第１光学装置３Ａを図６のように構成してもよい。具体的には、図６の第１光学装置３Ａでは、第２光経路に反射鏡４０が設けられておらず、分岐部２０で分岐された第２測定光が第２集光部５０Ｂ及び第２中継部６０Ｂを介して第２光強度検出部７０Ｂに導光されるように構成されている。反射鏡４０を用いずに測定光を直接受光する点が、図１の第１光学装置３Ａと異なる。

【0094】

２．第２実施形態
本発明を適用可能な実施形態は、上述した第１実施形態に限定されるわけではない。
以下、本発明を適用した第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成要素や、フローチャートの同一のステップについては、同一の符号を付して、再度の説明を省略する。

【0095】

２−１．構成
図７は、第２実施形態における第２濃度測定装置１Ｂの構成の一例を示すブロック図である。第２濃度測定装置１Ｂは、第２光学装置３Ｂと、制御部１００と、操作部２００と、表示部３００と、音出力部４００と、通信部５００と、記憶部６００とを有して構成される。

【0096】

第２光学装置３Ｂは、多波長光源１０と、照射部３０と、反射鏡４０と、集光部５０と、中継部６０と、光強度検出部７０と、反射鏡進退機構８０とを有して構成される。本実施形態では、照射部３０、反射鏡４０、集光部５０及び反射鏡進退機構８０がプローブに内蔵され、当該プローブが生体である被検者の所定部位（指や手首）に装着される。

【0097】

照射部３０は、多波長光源１０によって生成されたパルス光である測定光を生体又は反射鏡４０に照射する。反射鏡進退機構８０によって反射鏡４０が照射部３０と生体間に挿入されている場合は、反射鏡４０で反射された反射光が集光部５０で集光される。他方、反射光が退避している場合は、生体で散乱された散乱光が集光部５０で集光される。

【0098】

集光部５０は、生体からの散乱光又は反射鏡４０からの反射光を集光する。
中継部６０は、集光部５０で集光された光を光強度検出部７０に導光する。
光強度検出部７０は、中継部６０を介して導光された散乱光又は反射光の光強度を検出する。

【0099】

反射鏡進退機構８０は、制御部１００から出力される反射鏡進退制御信号に従って、反射鏡４０を照射部３０と生体間に挿入／退避させる制御を行う。この反射鏡進退機構８０としては、例えば超小型のアクチュエーターによって反射鏡４０をスライド式に挿入／退避させるスライド機構を採用することができる。本実施形態では、反射鏡４０が測定光を光強度検出部７０に導光する導光部に相当し、反射鏡進退機構８０は、この導光部を照射部３０と生体間に挿入する導光部挿入機構に相当する。

【0100】

制御部１００は、主要な機能部として、光源制御部１１０と、観測散乱光時間分解波形取得部１２０と、装置関数時間分解波形取得部１３０と、散乱光時間分解波形修正部１４０と、濃度算出部１５０と、反射鏡進退制御部１６０とを有する。

【0101】

反射鏡進退制御部１６０は、反射鏡進退機構８０による反射鏡４０の進退動作を制御する。具体的には、装置関数時間分解波形の取得タイミングにおいて、反射鏡４０を挿入させるための反射鏡挿入制御信号を反射鏡進退機構８０に出力して、照射部３０と生体間に反射鏡４０を挿入させる。そして、装置関数時間分解波形を取得した後は、反射鏡４０を退避させるための反射鏡退避制御信号を反射鏡進退機構８０に出力して、挿入させた反射鏡４０を退避させる。

【0102】

記憶部６００には、プログラムとして、制御部１００によって読み出され、第２濃度測定処理（図８参照）として実行される第２濃度測定プログラム６１２が記憶されている。第２濃度測定プログラム６１２は、装置関数時間分解波形取得処理（図９参照）として実行される装置関数時間分解波形取得プログラム６１２Ａと、観測散乱光時間分解波形取得処理（図１０参照）として実行される観測散乱光時間分解波形取得プログラム６１２Ｂとをサブルーチンとして含む。これらの処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。

【0103】

また、記憶部６００には、データとして、例えば、モデルデータ６２０と、修正散乱光時間分解波形データ６４０と、成分吸収情報データ６５０と、層別光吸収係数データ６６０と、測定濃度データ６７０と、装置関数時間分解波形データ６８０と、観測散乱光時間分解波形データ６９０とが記憶される。

【0104】

装置関数時間分解波形データ６８０には、装置関数時間分解波形取得処理を行うことで取得された装置関数時間分解波形が記憶される。
観測散乱光時間分解波形データ６９０には、観測散乱光時間分解波形取得処理を行うことで取得された観測散乱光時間分解波形が記憶される。

【0105】

２−２．処理の流れ
図８は、制御部１００が記憶部６００に記憶されている第２濃度測定プログラム６１２に従って実行する第２濃度測定処理の流れを示すフローチャートである。

【0106】

最初に、制御部１００は、成分濃度の測定タイミングであるか否かを判定する（ステップＡ１）。そして、測定タイミングであると判定したならば（ステップＡ１；Ｙｅｓ）、制御部１００は、濃度の算出を所定回数（例えば３回）実行したか否かを判定する（ステップＢ３）。

【0107】

濃度の算出を所定回数実行したと判定した場合は（ステップＢ３；Ｙｅｓ）、制御部１００は、記憶部６００に記憶されている装置関数時間分解波形取得プログラム６１２Ａに従って、装置関数時間分解波形取得処理を行う（ステップＢ５）。

【0108】

図９は、装置関数時間分解波形取得処理の流れを示すフローチャートである。
最初に、反射鏡進退制御部１６０は、反射鏡４０の挿入を指示する反射鏡挿入制御信号を反射鏡進退機構８０に出力して、反射鏡４０を照射部３０と生体間に挿入させる制御を行う（ステップＣ１）。

【0109】

次いで、制御部１００は、各候補波長それぞれについてループＢの処理を行う（ステップＣ３〜Ｃ９）。ループＢの処理では、光源制御部１１０が、当該候補波長のパルス光の生成を指示する光源制御信号を多波長光源１０に出力して、当該候補波長のパルス光を生成して出射させるように制御する（ステップＣ５）。

【0110】

次いで、装置関数時間分解波形取得部１３０が、装置関数時間分解波形演算処理を行う（ステップＣ７）。具体的には、光強度検出部７０から出力される光検出信号に基づいて、反射鏡４０からの反射光の光強度を解析する処理を行って、装置関数時間分解波形を演算・取得する。そして、取得した装置関数時間分解波形を、装置関数時間分解波形データ６８０として記憶部６００に記憶させる。

【0111】

制御部１００は、各候補波長それぞれについてステップＣ５及びＣ７の処理を行ったならば、ループＢの処理を終了する（ステップＣ９）。次いで、反射鏡進退制御部１６０が、反射鏡４０の退避を指示する反射鏡退避制御信号を反射鏡進退機構８０に出力して、ステップＣ１で挿入させた反射鏡４０を退避させる制御を行う（ステップＣ１１）。そして、制御部１００は、装置関数時間分解波形取得処理を終了する。

【0112】

図８に戻り、装置関数時間分解波形取得処理を行った後、又は、ステップＢ３においてまだ濃度の算出を所定回数実行していないと判定した場合は（ステップＢ３；Ｎｏ）、制御部１００は、記憶部６００に記憶されている観測散乱光時間分解波形取得プログラム６１２Ｂに従って観測散乱光時間分解波形取得処理を行う（ステップＢ７）。

【0113】

図１０は、観測散乱光時間分解波形取得処理の流れを示すフローチャートである。
制御部１００は、各候補波長それぞれについてループＣの処理を行う（ステップＤ１〜Ｄ７）。ループＣの処理では、光源制御部１１０が、当該候補波長のパルス光の生成を指示する光源制御信号を多波長光源１０に出力して、当該候補波長のパルス光を生成して出射させるように制御する（ステップＤ３）。

【0114】

その後、観測散乱光時間分解波形取得部１２０が、観測散乱光時間分解波形取得処理を行う（ステップＤ５）。具体的には、光強度検出部７０から出力される光検出信号に基づいて、生体からの散乱光の光強度を解析する処理を行って観測散乱光時間分解波形を取得する。そして、取得した観測散乱光時間分解波形を、観測散乱光時間分解波形データ６９０として記憶部６００に記憶させる。

【0115】

制御部１００は、各候補波長それぞれについてステップＤ３及びＤ５の処理を行ったならば、ループＣの処理を終了する（ステップＤ７）。そして、制御部１００は、観測散乱光時間分解波形取得処理を終了する。

【0116】

図８に戻り、観測散乱光時間分解波形取得処理を行った後、散乱光時間分解波形修正部１４０は、デコンボリューション処理を行う（ステップＢ９）。具体的には、観測散乱光時間分解波形データ６９０に記憶されている観測散乱光時間分解波形を、装置関数時間分解波形データ６８０に記憶されている装置関数時間分解波形でデコンボリューションする演算を行う。そして、その演算結果を修正散乱光時間分解波形データ６４０として記憶部６００に記憶させる。

【0117】

制御部１００は、デコンボリューション処理を行った後、ステップＡ１７へと移行する。以降の処理は、第１濃度測定処理と同じである。

【0118】

ステップＡ１において測定タイミングではないと判定した場合は（ステップＡ１；Ｎｏ）、制御部１００は、操作部２００を介してユーザーによって装置関数時間分解波形の取得指示操作がなされたか否かを判定する（ステップＢ１１）。取得指示操作がなされなかったと判定した場合は（ステップＢ１１；Ｎｏ）、ステップＡ１に戻る。また、取得指示操作がなされたと判定した場合は（ステップＢ１１；Ｙｅｓ）、制御部１００は、図９で説明した装置関数時間分解波形取得処理を行う（ステップＢ５）。そして、制御部１００は、ステップＡ１に戻る。

【0119】

２−３．作用効果
第２濃度測定装置１Ｂでは、反射鏡進退機構８０により反射鏡４０が照射部３０と生体間に挿入された際に光強度検出部７０によって検出された光強度に基づいて、装置関数時間分解波形取得部１３０が装置関数時間分解波形を取得する。従って、１つの光経路で時分割に装置関数時間分解波形を取得することが可能となる。濃度測定と同時に装置関数時間分解波形を得ることはできないが、濃度測定に使用する光経路に係る装置関数時間分解波形を取得できるため、測定部品に係る測定系誤差をより精確に表した装置関数時間分解波形を得ることが可能である。

【0120】

また、第２濃度測定装置１Ｂでは、濃度の算出回数に基づいて、反射鏡進退機構８０による反射鏡４０の進退、及び、装置関数時間分解波形取得部１３０による装置関数時間分解波形の取得を実行させる。具体的には、濃度の算出回数が所定回数（例えば３回）に達した場合に、反射鏡４０の挿入及び装置関数時間分解波形の取得を実行させる。これにより、定期的に装置関数時間分解波形を更新することが可能となる。

【0121】

また、第２濃度測定装置１Ｂでは、操作部２００を介して装置関数時間分解波形の取得指示操作がなされた場合にも装置関数時間分解波形の取得を実行することにしているため、ユーザーは所望のタイミングで散乱光時間分解波形を修正するためのデータを最新のデータに更新させることができる。

【0122】

２−４．変形例
第２実施形態では、濃度の算出回数に基づいて、反射鏡進退機構８０による反射鏡４０の進退、及び、装置関数時間分解波形取得部１３０による装置関数時間分解波形の取得を実行させることとして説明したが、これに代えて、濃度の最後の算出からの経過時間に基づいて行うこととしてもよい。

【0123】

具体的には、例えば、濃度の最後の算出からの経過時間を計測しておき、経過時間が所定時間（例えば２時間）に達した場合に、反射鏡進退機構８０による反射鏡４０の挿入、及び、装置関数時間分解波形取得部１３０による装置関数時間分解波形の取得を実行させることとしてもよい。

【0124】

３．他の実施例
３−１．光源
上記の実施形態で説明した光源は多波長光源である必要はなく、１種類の波長のパルス光を生成する光源を複数配置することとしてもよい。また、光源はパルス光を繰り返し発生する光源であってもよい。この場合は、光強度検出部７０において光強度を一定時間分積算し、光強度の積算値を光検出信号に含めて制御部１００に出力するようにすると好適である。

【0125】

３−２．光強度の検出
測定光の強度が微弱である場合は、フォトンカウンティング検出によって光子の数を計数することによって光強度の検出を行うこととしてもよい。

【0126】

３−３．光吸収係数の算出
上記の実施形態では、式（２）に従って皮膚の各層の光吸収係数を算出するものとして説明した。しかし、式（２）ではなく、式（１）を積分型に発展させた次式（７）を用いて皮膚の各層の光吸収係数を算出することとしてもよい。

【数7】

【0127】

３−４．成分濃度の算出
上記の実施形態では、光吸収係数と体積分率との関係により定まる式（５）及び（６）に従って、皮膚の真皮層の各成分の濃度を算出した。しかし、モル吸光係数とモル濃度との関係により定まる次式（８）及び（９）に従って、皮膚の真皮層の各成分の濃度を算出することとしてもよい。

【数8】

【数9】

【0128】

また、これら以外にも、光吸収係数や各成分の濃度を算出するための手法として、例えば、主成分分析やＰＬＳ（Partial Least Squares）法などの多変量解析に基づく手法を用いてもよい。

【0129】

３−５．その他
濃度測定の対象成分を血糖値として説明したが、血糖値に限らず、他の成分を対象としてもよいことは勿論である。また、測定対象の生体は人間ばかりでなく、動物であってもよいことは勿論である。

【符号の説明】

【0130】

１Ａ 第１濃度測定装置、 １Ｂ 第２濃度測定装置、 ３Ａ 第１光学装置、 ３Ｂ 第２光学装置、 １０ 多波長光源、 ２０ 分岐部、 ３０ 照射部、 ３０Ａ 第１照射部、 ３０Ｂ 第２照射部、 ４０ 反射鏡、 ５０ 集光部、 ５０Ａ 第１集光部、 ５０Ｂ 第２集光部、 ６０ 中継部、 ６０Ａ 第１中継部、 ６０Ｂ 第２中継部、 ７０ 光強度検出部、 ７０Ａ 第１光強度検出部、 ７０Ｂ 第２光強度検出部、 ８０ 反射鏡進退機構、 １００ 制御部、 ２００ 操作部、 ３００ 表示部、 ４００ 音出力部、 ５００ 通信部、 ６００ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】