特許 7546500 成分濃度推定装置、成分濃度推定装置の制御方法及び成分濃度推定装置の制御プログラム

(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】

(24)【登録日】2024-08-29

(45)【発行日】2024-09-06

(54)【発明の名称】成分濃度推定装置、成分濃度推定装置の制御方法及び成分濃度推定装置の制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/145 20060101AFI20240830BHJP

   A61B 5/01 20060101ALI20240830BHJP

   G01N 21/3577 20140101ALI20240830BHJP

【ＦＩ】

A61B5/145

A61B5/01 100

G01N21/3577

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021029173

(22)【出願日】2021-02-25

(65)【公開番号】P2022130159

(43)【公開日】2022-09-06

【審査請求日】2023-10-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】赤羽 隆志

【審査官】渡戸 正義

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－０３３５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２９９７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７１９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０３５９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－００７４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１３４５１５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／１４５ － ５／１４５５

Ｇ０１Ｎ ２１／３５ － ２１／３９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検体中の目的成分の吸収波長を含む電磁波を照射領域に照射する照射素子と、
前記照射領域の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を出力する温度センサと、
前記照射素子から出射された電磁波の照射強度を検出し、検出した電磁波の照射強度を示す照射強度情報を出力する照度センサと、
第１照射強度で照射された前記照射領域の温度が平衡状態に達した第１平衡温度を示す第１平衡温度情報を前記温度センサから取得する第１平衡温度取得部と、
前記照射素子から前記照射領域に照射される電磁波の照射強度を前記第１照射強度から前記第１照射強度よりも大きい第２照射強度に変更し、照射強度が前記第２照射強度に変更された電磁波を前記照射領域に更に照射することを前記照射素子に指示する照射制御部と、
前記第２照射強度で照射された前記照射領域の温度が平衡状態に達した第２平衡温度を示す第２平衡温度情報を前記温度センサから取得する第２平衡温度取得部と、
前記第１平衡温度情報及び前記第２平衡温度情報に基づいて前記検体中の目的成分の濃度を推定する濃度推定部と、
前記濃度推定部によって推定された濃度を示す濃度信号を出力する濃度信号出力部と、
を有する、ことを特徴とする成分濃度推定装置。

【請求項2】

検体中の目的成分の吸収波長を含む電磁波を照射領域に照射する照射素子と、
前記照射領域の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を出力する温度センサと、
所定の昇温温度だけ上昇した設定温度において前記照射領域の温度が平衡するときの照射強度である平衡照射強度を示す平衡照射強度情報を取得する照射強度取得部と、
前記温度情報及び前記平衡照射強度情報に基づいて前記検体中の目的成分の濃度を推定する濃度推定部と、
前記濃度推定部によって推定された濃度を示す濃度信号を出力する濃度信号出力部と、
を有する、ことを特徴とする成分濃度推定装置。

【請求項3】

検体中の目的成分の吸収波長を含む電磁波を照射領域に照射する照射素子と、
前記照射領域の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を出力する温度センサと、
所定の昇温温度だけ前記照射領域の温度が昇温する昇温時間を示す昇温時間情報を取得する昇温時間取得部と、
前記温度情報及び前記昇温時間情報に基づいて前記検体中の目的成分の濃度を推定する濃度推定部と、
前記濃度推定部によって推定された濃度を示す濃度信号を出力する濃度信号出力部と、
を有する、ことを特徴とする成分濃度推定装置。

【請求項4】

前記昇温温度だけ前記照射領域の温度が降温する降温時間を示す降温時間情報を取得する降温時間取得部と、
前記降温時間に基づいて昇温時間を補正する昇温時間補正部と、を更に有し、
前記濃度推定部は、前記昇温時間補正部によって補正された補正昇温時間を示す補正昇温時間情報に基づいて、前記検体中の目的成分の濃度を推定する、請求項３に記載の成分濃度推定装置。

【請求項5】

検体中の目的成分の吸収波長を含む電磁波を照射領域に照射する照射素子と、
前記照射領域の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を出力する温度センサと、
前記照射領域に電磁波が照射される前の前記照射領域の定常状態の温度である定常温度を示す定常温度情報を前記温度センサから取得する定常温度取得部と、
前記温度情報及び前記定常温度情報に基づいて前記検体中の目的成分の濃度を推定する濃度推定部と、
前記濃度推定部によって推定された濃度を示す濃度信号を出力する濃度信号出力部と、
を有する、ことを特徴とする成分濃度推定装置。

【請求項6】

検体中の目的成分の吸収波長を含む電磁波を照射領域に照射する照射素子と、
前記照射領域の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を出力する温度センサと、を有する成分濃度推定装置の制御方法であって、
前記温度情報を前記温度センサから取得し、
前記照射領域に電磁波が照射される前の前記照射領域の定常状態の温度である定常温度を示す定常温度情報を前記温度センサから取得し、
前記温度情報及び前記定常温度情報に基づいて前記検体中の目的成分の濃度を推定し、
推定された濃度を示す濃度信号を出力する、
ことを含む、ことを特徴とする成分濃度推定装置の制御方法。

【請求項7】

検体中の目的成分の吸収波長を含む電磁波を照射領域に照射する照射素子と、
前記照射領域の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を出力する温度センサと、を有する成分濃度推定装置の制御プログラムであって、
前記温度情報を前記温度センサから取得し、
前記照射領域に電磁波が照射される前の前記照射領域の定常状態の温度である定常温度を示す定常温度情報を前記温度センサから取得し、
前記温度情報及び前記定常温度情報に基づいて前記検体中の目的成分の濃度を推定し、
推定された濃度を示す濃度信号を出力する、
処理をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする成分濃度推定装置の制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、成分濃度推定装置、成分濃度推定装置の制御方法及び成分濃度推定装置の制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

糖尿病は、体内のインスリンの作用が不足することにより、血液中の血糖値、すなわち血液中のグルコース濃度が上昇することで様々な合併症を引き起こす疾病である。日本国厚生労働省の平成２８年の「国民健康・栄養調査」によると、日本国内の糖尿病有病者及び糖尿病予備軍は、いずれも１，０００万人程度であると推定されている。血糖値は、糖尿病患者の病状の把握、及び適切な治療を行う上で重要な指標である。糖尿病の患者は、侵襲型血糖測定器を使用してグルコース濃度を測定することで、血糖値の変動を把握することができる。

【0003】

しかしながら、侵襲型血糖測定器を使用して血糖値を測定するとき、糖尿病の患者は、穿刺針を用いて血液を採取するため、血糖値の測定が患者に与える身体的負担及び精神的負担が大きいという課題がある。また、侵襲型血糖測定器を使用した血糖値の測定は、穿刺針及び侵襲型血糖測定器のグルコース濃度測定用センサが消耗品であるため、患者への金銭的負担が大きいという課題がある。さらに、侵襲型血糖測定器を使用した血糖値の測定は、穿刺針及び血糖値測定用センサを医療廃棄物として適切に処理する必要があるという課題がある。

【0004】

そこで、これらの課題がある侵襲型血糖値測定器に代わり、グルコース濃度を非侵襲且つ正確に推定できる手法が望まれている。

【0005】

侵襲型血糖値測定器を使用することなくグルコース濃度を推定する非侵襲の種々の血糖値推定技術が提案されている。例えば、特許文献１には被験体に照射した中赤外光の反射スペクトルから血液中のグルコース濃度を推定する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特表２００６－５２５０８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載される技術では、グルコース濃度を示す拡散反射光の光量は、ノイズである背景光の光量に紛れるほど微量である。特許文献１に記載される技術は、グルコース濃度を示す拡散反射光のＳ／Ｎ比が低く、グルコース濃度を正確に分析することは容易ではない。

【0008】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、グルコース濃度等の検体中の目的成分の濃度を正確に推定可能な非侵襲の成分濃度推定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る成分濃度推定装置は、検体中の目的成分の吸収波長を含む電磁波を照射領域に照射する照射素子と、照射領域の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を出力する温度センサと、温度情報に基づいて、検体中の目的成分の濃度を推定する濃度推定部と、濃度推定部によって推定された濃度を示す濃度信号を出力する濃度信号出力部とを有する。

【0010】

さらに、本発明に係る成分濃度推定装置は、照射領域の温度が平衡状態に達した第１平衡温度を示す第１平衡温度情報を温度センサから取得する第１平衡温度取得部を更に有し、濃度推定部は、第１平衡温度情報に基づいて、検体中の目的成分の濃度を推定することが好ましい。

【0011】

さらに、本発明に係る成分濃度推定装置は、照射素子から出射された電磁波の照射強度を検出し、検出した電磁波の照射強度を示す照射強度情報を出力する照度センサと、照射素子から照射領域に照射される電磁波の照射強度を第１照射強度から第１照射強度よりも大きい第２照射強度に変更し、照射強度が第２照射強度に変更された電磁波を照射領域に更に照射することを照射素子に指示する照射制御部と、照射領域の温度が平衡状態に達した第２平衡温度を示す第２平衡温度情報を温度センサから取得する第２平衡温度取得部と、を更に有し、濃度推定部は、第１平衡温度情報及び第２平衡温度情報に基づいて、検体中の目的成分の濃度を推定することが好ましい。

【0012】

さらに、本発明に係る成分濃度推定装置は、所定の昇温温度だけ上昇した設定温度において照射領域の温度が平衡するときの照射強度である平衡照射強度を示す平衡照射強度情報を取得する照射強度取得部を更に有し、濃度推定部は、平衡照射強度情報に基づいて、検体中の目的成分の濃度を推定することが好ましい。

【0013】

さらに、本発明に係る成分濃度推定装置は、所定の昇温温度だけ照射領域の温度が昇温する昇温時間を示す昇温時間情報を取得する昇温時間取得部を更に有し、濃度推定部は、昇温時間情報に基づいて、検体中の目的成分の濃度を推定することが好ましい。

【0014】

さらに、本発明に係る成分濃度推定装置は、昇温温度だけ照射領域の温度が降温する降温時間を示す降温時間情報を取得する降温時間取得部と、降温時間に基づいて昇温時間を補正する昇温時間補正部と、を更に有し、濃度推定部は、昇温時間補正部によって補正された補正昇温時間を示す補正昇温時間情報に基づいて、検体中の目的成分の濃度を推定することが好ましい。

【0015】

さらに、本発明に係る成分濃度推定装置は、照射領域に電磁波が照射される前の照射領域の定常状態の温度である定常温度を示す定常温度情報を温度センサから取得する定常温度取得部を更に有し、濃度推定部は、定常温度情報に更に基づいて、検体中の目的成分の濃度を推定することが好ましい。

【0016】

さらに、本発明に係る成分濃度推定装置では、目的成分は、検体中のグルコース濃度であることが好ましい。

【0017】

さらに、本発明に係る成分濃度推定装置では、照射素子が照射領域に照射する電磁波は、中赤外光であることが好ましい。

【0018】

また、本発明に係る成分濃度推定方法は、検体中の目的成分の吸収波長を含む電磁波を照射領域に照射する照射素子と、照射領域の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を出力する温度センサと、を有する成分濃度推定装置の制御方法であって、温度情報を温度センサから取得し、温度情報に基づいて、検体中の目的成分の濃度を推定し、推定された濃度を示す濃度信号を出力することを含む。

【0019】

また、本発明に係る成分濃度推定プログラムは、検体中の目的成分の吸収波長を含む電磁波を照射領域に照射する照射素子と、照射領域の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を出力する温度センサと、を有する成分濃度推定装置の制御プログラムであって、温度情報を温度センサから取得し、温度情報に基づいて、検体中の目的成分の濃度を推定し、推定された濃度を示す濃度信号を出力する処理をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0020】

本発明に係る成分濃度推定装置は、検体中の目的成分の濃度を非侵襲且つ正確に推定できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】（ａ）は被験者の手首に固定された第１実施形態に係る成分濃度推定装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す成分濃度推定装置の斜視図である。

【図2】図１（ａ）に示す成分濃度推定装置のブロック図である。

【図3】図１（ａ）に示す成分濃度推定装置によるグルコース濃度の推定方法を概略的に示す図である。

【図4】図２に示す変換テーブルを示す図である。

【図5】図１（ａ）に示す成分濃度推定装置による成分濃度推定処理を示すフローチャートである。

【図6】血液中のグルコース濃度が相違する２つの検体の照射領域に中赤外光を照射したときの照射領域の温度変化を示す図である。

【図7】第２実施形態に係る成分濃度推定装置のブロック図である。

【図8】図７に示す変換テーブルを示す図である。

【図9】図７に示す成分濃度推定装置による成分濃度推定処理を示すフローチャートである。

【図10】第３実施形態に係る成分濃度推定装置のブロック図である。

【図11】図１０に示す変換テーブルを示す図である。

【図12】図１０に示す成分濃度推定装置による成分濃度推定処理を示すフローチャートである。

【図13】熱伝導率が相違する２つの検体の照射領域に中赤外光を照射する間及び中赤外光の照射を停止した後の照射領域の温度変化を示す図である。

【図14】第４実施形態に係る成分濃度推定装置のブロック図である。

【図15】図１４に示す成分濃度推定装置による成分濃度推定処理を示すフローチャートである。

【図16】（ａ）は照射領域に照射される中赤外光の照射強度と照射領域の温度が平衡する平衡温度との関係を示す図であり、（ｂ）は照射領域に照射される中赤外光の照射強度と、グルコース濃度が同一であり且つ放熱特性が異なる２つの検体の照射領域の温度が平衡する平衡温度との関係を示す図である。

【図17】第５実施形態に係る成分濃度推定装置による成分濃度推定処理における照射領域の温度の経時変化を示す図である。

【図18】第５実施形態に係る成分濃度推定装置のブロック図である。

【図19】図１８に示す変換テーブルを示す図である。

【図20】図１８に示す成分濃度推定装置による成分濃度推定処理を示すフローチャートである。

【図21】接触型の温度センサを有する成分濃度推定装置によるグルコース濃度方法を概略的に示す図である。

【図22】グルコース濃度の推定に使用される昇圧時間及び降温時間の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0023】

（第１実施形態に係る成分濃度推定装置の構成及び機能）
図１（ａ）は被験者の手首に固定された第１実施形態に係る成分濃度推定装置の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す成分濃度推定装置の斜視図であり、図２は図１（ａ）に示す成分濃度推定装置のブロック図である。

【0024】

成分濃度推定装置１は、本体ケース１０と、照射素子１１と、温度センサ１２と、照度センサ１３と、記憶部１４と、入力部１５と、表示部１６と、演算部２０とを有するスマートウォッチである。成分濃度推定装置１は、バンド等の固定具１７によって検体７０である被験者の手首に固定される。成分濃度推定装置１は、検体７０の手首の近傍の領域である照射領域に、血液に含まれるグルコースが吸収する波長である吸収波長を含む中赤外光の帯域の波長を含む照射光を照射し、照射光をグルコースが吸収することにより上昇する照射領域の温度を検出する。成分濃度推定装置１は、検出した照射領域の温度からグルコースの濃度を推定し、推定したグルコースの濃度を示す濃度信号を出力する。

【0025】

図３は、成分濃度推定装置１によるグルコース濃度の推定方法を概略的に示す図である。

【0026】

９．２６μｍであるグルコースの吸収波長を含む中赤外光１１０は、角質層７１と、表皮細胞７２とを有する検体７０の照射領域７５に照射される。表皮細胞７２には、角質層７１の下方に位置し、グルコースを含有する間質液７３が存在する。表皮細胞７２に存在する間質液７３に含有されるグルコースは、照射素子１１から照射される中赤外光１１０の吸収波長を吸収して、温度が上昇する。

【0027】

温度センサ１２は、間質液７３に含有されるグルコースの温度が上昇することによって上昇する照射領域７５の温度を検出し、検出した照射領域７５の温度を示す温度情報を演算部２０に出力する。演算部２０は、入力された温度情報に対応する照射領域７５の温度から血液中のグルコースの濃度を推定する。間質液７３中のグルコース濃度は、血液中のグルコース濃度と高い相関性があることが知られており、照射領域７５の温度上昇から推定される間質液７３中のグルコース濃度から血液中のグルコース濃度を推定することができる。

【0028】

本体ケース１０は、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂等の合成樹脂により形成され、照射素子１１、温度センサ１２、照度センサ１３、記憶部１４、入力部１５、表示部１６及び演算部２０を収容する収容部材である。

【0029】

照射素子１１は、量子カスケードレーザ、ＣＯ₂レーザ及び熱輻射メタマテリアル等の狭帯域光源であり、本体ケース１０の裏面に形成される凹部１８に配置される。照射素子１１は、グルコースが吸収する吸収波長を含む波長を有する中赤外光１１０を出射する。照射素子１１が出射する中赤外光１１０は、例えば波長範囲が２．５μｍ以上２５μｍ以下である。中赤外光１１０の帯域は、指紋領域とも称され、グルコースを含む多くの有機物の吸収波長を包含する。

【0030】

温度センサ１２は、サーモパイル、ボロメータ、ＭＣＴ検出器等の赤外線受光素子であり、本体ケース１０の裏面に形成される凹部１８に照射素子１１から離隔して配置される。温度センサ１２は、照射素子１１が中赤外光１１０を照射した照射領域７５から放射される赤外線１２０に基づいて照射領域７５の温度を検出し、検出した温度を示す温度情報を演算部２０に出力する。温度センサ１２は、照射素子１１から出射された迷光の浸入を防止する不図示の迷光フィルタに覆われるように配置される。

【0031】

照度センサ１３は、ＩｎＧａＡｓ型のＰＩＮフォトダイオード等であり、本体ケース１０の凹部１８に照射素子１１と温度センサ１２との間に配置される。照度センサ１３は、照射素子１１から出射された中赤外光１１０の照射強度を検出し、検出した中赤外光１１０の照射強度を示す照射強度情報を演算部２０に出力する。

【0032】

記憶部１４は、ＤＲＡＭ等の揮発性メモリ及びフラッシュメモリ等の不揮発性メモリを含む半導体記憶回路であり、演算部２０の処理に使用されるコンピュータプログラム及びデータ等を記憶する。例えば、記憶部１４は、変換テーブル１４０を記憶する。

【0033】

図４は、変換テーブル１４０を示す図である。

【0034】

変換テーブル１４０は、定常温度Ｔ０及び第１平衡温度Ｔ１をマトリクス状に記憶する。定常温度Ｔ０を示す欄はＴ０₁～Ｔ０_mのｍ個の温度が列方向に順次記憶され、第１平衡温度情報を示す欄はＴ１₁～Ｔ１_nのｎ個の温度が行方向に順次記憶される。

【0035】

定常温度情報Ｔ０₁が配置される第１行はｎ個のグルコース濃度Ｃ１１～Ｃ１ｎが順次配列され、定常温度情報Ｔ０₂が配置される第２行はｎ個のグルコース濃度Ｃ２１～Ｃ２ｎが順次配列される。同様に、第ｍ行までのそれぞれの行に、ｎ個のグルコース濃度が順次配列される。

【0036】

第１平衡温度情報Ｔ１₁が配置される第１列はｍ個のグルコース濃度Ｃ１１～Ｃｍ１が順次配列され、第１平衡温度情報Ｔ１₂が配置される第２列はｍ個のグルコース濃度Ｃ１２～Ｃｍ２が順次配列される。同様に、第ｎ列までのそれぞれの列に、ｍ個のグルコース濃度が順次配列される。変換テーブル１４０は、温度及び湿度が一定の条件の下で、複数の検体７０の定常温度Ｔ０、第１平衡温度Ｔ１及びグルコース濃度を実測し、実測した昇温時間ΔＴ及びグルコース濃度を統計学的に処理して作成される。

【0037】

入力部１５は、本体ケース１０の側面に配置される操作ボタン及びリューズを含み、成分濃度推定装置１を使用するユーザによって種々の設定値の修正動作、及び情報の出力動作等の種々の動作のための情報が入力される。入力部１５を介して入力された情報は、記憶部１４に記憶されると共に、演算部２０によって演算処理される。演算部２０による演算処理によって生成された情報は、表示部１６に表示される。

【0038】

表示部１６は、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display、ＬＣＤ）、有機エレクトロルミネッセンス（Organic Electro-Luminescence、ＯＥＬ）及びマイクロＬＥＤディスプレイ等の表示装置であり、本体ケース１０の正面に配置される。表示部１６は、例えば検体７０中のグルコース濃度を表示すると共に、グルコース濃度の推定結果の履歴を示す折れ線グラフを表示する。なお、表示部１６は、タッチパネルを備えることで入力部１５の一部の機能を備えてもよい。

【0039】

演算部２０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を備える。演算部２０は、成分濃度推定装置１の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。演算部２０は、成分濃度推定装置１の各種の処理が記憶部１４に記憶されているプログラム、及び入力部１５の操作等に応じて適切な手順で実行されるように、照射素子１１、表示部１６等の動作を制御する。演算部２０は、記憶部１４に記憶されているプログラム（オペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、演算部２０は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行することができる。

【0040】

演算部２０は、定常温度取得部２１と、照射制御部２２と、第１平衡温度取得部２３と、濃度推定部２４と、濃度信号出力部２５とを有する。これらの各部は、演算部２０が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして成分濃度推定装置１に実装されてもよい。

【0041】

（第１実施形態に係る成分濃度推定装置による成分濃度推定処理）
図５は、成分濃度推定装置１による成分濃度推定処理を示すフローチャートである。図５に示す成分濃度推定処理は、予め記憶部１４に記憶されているプログラムに基づいて、主に演算部２０により成分濃度推定装置１の各要素と協働して実行される。

【0042】

まず、定常温度取得部２１は、照射領域７５に中赤外光１１０が照射される前の照射領域７５の定常状態の温度である定常温度Ｔ０を示す定常温度情報を温度センサ１２から取得し（Ｓ１０１）、取得した定常温度情報を記憶部１４に記憶する。

【0043】

次いで、照射制御部２２は、照射素子１１に照射を開始することを指示する（Ｓ１０２）。照射素子１１は、照射制御部２２が照射素子１１に照射開始を指示することに応じて、照射領域７５への中赤外光１１０の照射を開始する。照射領域７５に照射される中赤外光１１０の照射強度は、第１照射強度Ｅ１である。照射領域７５の温度は、中赤外光１１０が照射されることに応じて上昇する。照射制御部２２は、照度センサ１３から入力される照射強度情報に対応する照射強度が所定の照射強度になるように、照射素子１１から照射される中赤外光１１０の照射強度を制御する。

【0044】

次いで、第１平衡温度取得部２３は、所定の待機期間が経過した後に、照射領域７５の温度を示す温度情報を温度センサ１２から取得する（Ｓ１０３）。次いで、第１平衡温度取得部２３は、照射領域７５の温度が平衡状態に達したか否かを判定する（Ｓ１０４）。

【0045】

第１平衡温度取得部２３は、Ｓ１０１の処理で取得した定常温度情報に対応する定常温度Ｔ０とＳ１０３の処理で取得した温度情報に対応する温度との差に基づいて、照射領域７５の温度が平衡状態に達したか否かを判定する。第１平衡温度取得部２３は、Ｓ１０１の処理で取得した定常温度情報に対応する定常温度Ｔ０とＳ１０３の処理で取得した温度情報に対応する温度との差が判定しきい値以下であるとき、照射領域７５の温度が平衡状態に達したと判定する（Ｓ１０４－ＹＥＳ）。また、第１平衡温度取得部２３は、定常温度情報に対応する定常温度Ｔ０とＳ１０３の処理で取得した温度情報に対応する温度との差が所定の判定しきい値より大きいとき、照射領域７５の温度が平衡状態に達していないと判定する（Ｓ１０４－ＮＯ）。

【0046】

第１平衡温度取得部２３は、照射領域７５の温度が平衡状態に達していないと判定する（Ｓ１０４－ＮＯ）と、所定の待機期間が経過した後に、照射領域７５の温度を示す温度情報を温度センサ１２から取得する（Ｓ１０３）。次いで、第１平衡温度取得部２３は、照射領域７５の温度が平衡状態に達したか否かを判定する（Ｓ１０４）。

【0047】

第１平衡温度取得部２３は、前回のＳ１０３の処理で取得した温度情報に対応する温度と今回のＳ１０３の処理で取得した温度情報に対応する温度との差に基づいて、照射領域７５の温度が平衡状態に達したか否かを判定する。第１平衡温度取得部２３は、前回のＳ１０３の処理で取得した温度情報に対応する温度と今回のＳ１０３の処理で取得した温度情報に対応する温度との差が判定しきい値以下であるとき、照射領域７５の温度が平衡状態に達したと判定する（Ｓ１０４－ＹＥＳ）。また、第１平衡温度取得部２３は、前回と今回のＳ１０３の処理で取得した温度情報に対応する温度との差が判定しきい値より大きいとき、照射領域７５の温度が平衡状態に達していないと判定する（Ｓ１０４－ＮＯ）。第１平衡温度取得部２３は、照射領域７５の温度が平衡状態に達したと判定する（Ｓ１０４－ＹＥＳ）まで、Ｓ１０３及びＳ１０４の処理を繰り返す。

【0048】

第１平衡温度取得部２３は、照射領域７５の温度が平衡状態に達したと判定する（Ｓ１０４－ＹＥＳ）と、照射領域７５の温度が平衡状態に達した第１平衡温度を示す第１平衡温度情報Ｔ１を取得する（Ｓ１０５）。第１平衡温度取得部２３は、取得した第１平衡温度情報Ｔ１を記憶部１４に記憶する。

【0049】

次いで、照射制御部２２は、照射素子１１の照射の停止を指示する（Ｓ１０６）。照射素子１１は、照射制御部２２が照射素子１１に照射停止を指示することに応じて、照射領域７５に中赤外光１１０の照射を停止する。照射領域７５の温度は、中赤外光１１０の照射が停止されることに応じて上昇が停止し、下降し始める。

【0050】

次いで、濃度推定部２４は、Ｓ１０１の処理で取得した定常温度情報Ｔ０と第１平衡温度情報Ｔ１とに基づいて、血液中のグルコース濃度を推定する（Ｓ１０７）。濃度推定部２４は、変換テーブル１４０を参照して、Ｓ１０１の処理で取得した定常温度情報Ｔ０に対応する温度に行が一致し、且つ、Ｓ１０５の処理で取得した第１平衡温度情報Ｔ１に対応する温度に列が一致する位置に示されるグルコース濃度を取得する。濃度推定部２４は、変換テーブル１４０から取得したグルコース濃度を、血液中のグルコース濃度として推定する。

【0051】

そして、濃度信号出力部２５は、濃度推定部２４が推定したグルコース濃度を示す濃度信号を出力して（Ｓ１０８）、成分濃度推定装置１による成分濃度推定処理は終了する。

【0052】

（第１実施形態に係る成分濃度推定装置の作用効果）
成分濃度推定装置１は、グルコースの吸収波長を含む中赤外光１１０を検体７０の照射領域７５に出射する前の照射領域７５の温度である定常温度と、照射領域７５の温度が平衡する第１平衡温度とから血液中のグルコース濃度を推定する。

【0053】

図６は、血液中のグルコース濃度が相違する２つの検体７０の照射領域７５に中赤外光１１０を照射したときの照射領域７５の温度変化を示す図である。図６において、横軸は照射時間を示し、縦軸は照射領域７５の温度を示す。また、波形６０１は血液中のグルコース濃度が比較的高い検体７０の照射領域７５の温度変化を示す波形であり、波形６０２は血液中のグルコース濃度が比較的低い検体７０の照射領域７５の温度変化を示す波形である。

【0054】

波形６０１に示すように、血液中のグルコース濃度が比較的高い検体７０の照射領域７５に中赤外光１１０を照射したとき、照射領域７５の温度が平衡する第１平衡温度Ｔ１Ａは、比較的高くなる。一方、波形６０２に示すように、血液中のグルコース濃度が比較的低い検体７０の照射領域７５に中赤外光１１０を照射したとき、照射領域７５の温度が平衡する第１平衡温度Ｔ１Ｂは、比較的低くなる。

【0055】

成分濃度推定装置１は、グルコース濃度に応じて変化する第１平衡温度Ｔ１に基づいてグルコース濃度を推定するので、グルコース濃度を高精度に推定できる。また、成分濃度推定装置１は、検体７０の基礎体温及び周囲温度に応じて変化する定常温度Ｔ０に基づいてグルコース濃度を推定するので、検体７０の基礎体温及び周囲温度に関わりなく、グルコース濃度を高精度に推定できる。

【0056】

（第２実施形態に係る成分濃度推定装置の概要）
第１実施形態に係る成分濃度推定装置１は、定常温度Ｔ０及び第１平衡温度Ｔ１から検体７０の血液中のグルコース濃度を推定したが、第２実施形態に係る成分濃度推定装置は、所定の平衡温度で平衡するときの照射強度からグルコース濃度を推定する。

【0057】

（第２実施形態に係る成分濃度推定装置の構成及び機能）
図７は、第２実施形態に係る成分濃度推定装置のブロック図である。

【0058】

成分濃度推定装置２は、記憶部１４ａ及び演算部３０を記憶部１４及び演算部２０の代わりに有することが成分濃度推定装置１と相違する。記憶部１４ａは、変換テーブル１４１を変換テーブル１４０の代わりに有することが記憶部１４と相違する。また、記憶部１４ａは、昇温温度ΔＴを記憶することが記憶部１４と相違する。変換テーブル１４１、昇温温度ΔＴ及び演算部３０以外の成分濃度推定装置２の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された成分濃度推定装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0059】

図８は、変換テーブル１４１を示す図である。

【0060】

変換テーブル１４１は、グルコース濃度（ｍｇ／ｄｌ）を照射素子１１が照射する中赤外光の照射強度（Ｗ／ｍ²）に関連付けて記憶する。昇温時間Ｅを示す欄はＥ₁～Ｅ_mのｎ個の照射強度が行方向に順次記憶され、グルコース濃度（ｍｇ／ｄｌ）を示す欄はＣ～Ｃｎのｎ個の温度が行方向に順次記憶される。変換テーブル１４１は、複数の検体７０の照射領域７５に中赤外光を照射したときに照射領域７５の温度が所定の昇温温度ΔＴ上昇するときの照射強度及びグルコース濃度を実測し、実測した照射強度及びグルコース濃度を統計学的に処理して作成される。照射強度及びグルコース濃度は、温度及び湿度が一定の条件の下で実測される。昇温温度ΔＴは、基準となる昇温温度である。

【0061】

演算部３０は、定常温度取得部３１、設定温度演算部３２、照射制御部３３、照射強度取得部３４、濃度推定部３５及び濃度信号出力部３６を定常温度取得部２１～濃度信号出力部２５の代わりに有することが演算部２０と相違する。定常温度取得部３１～濃度信号出力部３６を有すること以外の演算部３０の構成及び機能は、演算部３０の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0062】

（第２実施形態に係る成分濃度推定装置による成分濃度推定処理）
図９は、成分濃度推定装置２による成分濃度推定処理を示すフローチャートである。図９に示す成分濃度推定処理は、予め記憶部１４ａに記憶されているプログラムに基づいて、主に演算部３０により成分濃度推定装置２の各要素と協働して実行される。

【0063】

まず、定常温度取得部３１は、Ｓ１０１の処理と同様に、検体７０の定常状態の定常温度Ｔ０を示す定常温度情報を温度センサ１２から取得し（Ｓ２０１）、取得した定常温度情報を記憶部１４に記憶する。

【0064】

次いで、設定温度演算部３２は、照射素子１１による照射領域７５への照射を停止する設定温度ＴＳを演算し（Ｓ２０２）、演算した設定温度ＴＳを示す設定温度情報を記憶部１４に記憶する。設定温度演算部３２は、Ｓ２０１の処理で取得した定常温度Ｔ０に昇温温度ΔＴを加算した温度を設定温度ＴＳとして演算する。

【0065】

次いで、照射制御部３３は、Ｓ１０２の処理と同様に、照射素子１１に照射を開始することを指示する（Ｓ２０３）。次いで、照射強度取得部３４は、所定の待機期間が経過した後に、照射領域７５の温度を示す温度情報を温度センサ１２から取得する（Ｓ２０４）。

【0066】

次いで、照射強度取得部３４は、Ｓ２０４の処理で取得した温度情報に対応する温度がＳ２０２の処理で演算された設定温度ＴＳに一致したか否かを判定する（Ｓ２０５）。照射強度取得部３４は、Ｓ２０４の処理で取得した温度情報に対応する温度が設定温度ＴＳに一致していないと判定する（Ｓ２０５－ＮＯ）と、Ｓ２０４の処理で取得した温度情報に対応する温度が設定温度ＴＳより小さいか否かを判定する（Ｓ２０６）。

【0067】

照射強度取得部３４によってＳ２０４の処理で取得した温度情報に対応する温度が設定温度ＴＳより小さいと判定される（Ｓ２０６－ＹＥＳ）と、照射制御部３３は、照射素子１１が照射する中赤外光の照射強度を増加する（Ｓ２０７）。照射制御部３３は、増加した照射強度を示す照射強度情報を記憶部１４に記憶する。次いで、処理は、Ｓ２０４に戻る。

【0068】

照射強度取得部３４によってＳ２０４の処理で取得した温度情報に対応する温度が設定温度ＴＳより大きいと判定される（Ｓ２０６－ＮＯ）と、照射制御部３３は、照射素子１１が照射する中赤外光の照射強度を減少する（Ｓ２０８）。照射制御部３３は、減少した照射強度を示す照射強度情報を記憶部１４に記憶する。次いで、処理は、Ｓ２０４に戻る。以降、Ｓ２０４の処理で取得された温度情報に対応する温度が設定温度ＴＳに一致すると判定される（Ｓ２０６－ＹＥＳ）まで、Ｓ２０４～Ｓ２０８の処理が繰り返される。

【0069】

Ｓ２０４の処理で取得された温度情報に対応する温度が設定温度ＴＳに一致すると判定される（Ｓ２０６－ＹＥＳ）と、照射強度取得部３４は、照射領域７５の温度が平衡状態に達したか否かを判定する（Ｓ２０９）。Ｓ２０９の処理は、Ｓ１０４の処理と同様なのでここでは詳細な説明は省略する。

【0070】

照射強度取得部３４によって照射領域７５の温度が平衡状態に達していないと判定される（Ｓ２０９－ＮＯ）と、処理は、Ｓ２０４に戻る。以降、照射強度取得部３４によって照射領域７５の温度が平衡状態に達したと判定される（Ｓ２０９－ＹＥＳ）まで、Ｓ２０４～Ｓ２０９の処理が繰り返される。

【0071】

照射強度取得部３４は、照射領域７５の温度が平衡状態に達したと判定する（Ｓ２０９－ＹＥＳ）と、照射領域７５の温度が平衡状態に達したときの照射強度である平衡照射強度を示す平衡照射強度情報を取得する（Ｓ２１０）。照射強度取得部３４は、記憶部１４ａに記憶される最新の照射強度情報を、照射領域７５の温度が平衡状態に達したときの照射強度である平衡照射強度を示す平衡照射強度情報として取得する。

【0072】

次いで、照射制御部３３は、Ｓ１０６の処理と同様に、照射素子１１の照射の停止を指示する（Ｓ２１０）。

【0073】

次いで、濃度推定部３５は、Ｓ２１０の処理で取得した照射強度情報に対応する照射強度に基づいて、血液中のグルコース濃度を推定する（Ｓ２１１）。濃度推定部３５は、変換テーブル１４１を参照して、Ｓ２１０の処理で取得した照射強度情報に対応する照射強度に対応するグルコース濃度を取得する。濃度推定部３５は、変換テーブル１４１から取得したグルコース濃度を、血液中のグルコース濃度として推定する。

【0074】

そして、濃度信号出力部３６は、濃度推定部２４が推定したグルコース濃度を示す濃度信号を出力して（Ｓ２１２）、成分濃度推定装置２による成分濃度推定処理は終了する。

【0075】

（第３実施形態に係る成分濃度推定装置の概要）
第１実施形態に係る成分濃度推定装置１は、定常温度Ｔ０及び第１平衡温度Ｔ１から検体７０の血液中のグルコース濃度を推定したが、第３実施形態に係る成分濃度推定装置は、所定の設定温度まで昇温するまでの昇温時間からグルコース濃度を推定する。

【0076】

（第３実施形態に係る成分濃度推定装置の構成及び機能）
図１０は、第３実施形態に係る成分濃度推定装置のブロック図である。

【0077】

成分濃度推定装置３は、記憶部１４ｂ及び演算部４０を記憶部１４及び演算部２０の代わりに有することが成分濃度推定装置１と相違する。記憶部１４ｂは、変換テーブル１４２を変換テーブル１４０の代わりに有することが記憶部１４と相違する。また、記憶部１４ｂは、昇温温度ΔＴを記憶することが記憶部１４と相違する。変換テーブル１４２、昇温温度ΔＴ及び演算部４０以外の成分濃度推定装置３の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された成分濃度推定装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0078】

図１１は、変換テーブル１４２を示す図である。

【0079】

変換テーブル１４２は、グルコース濃度（ｍｇ／ｄｌ）を、基準とする昇温時間（ｓ）に関連づいて記憶する。昇温時間ｔｕを示す欄はｔｕ₁～ｔｕ_nのｎ個の昇温時間が行方向に順次記憶され、グルコース濃度（ｍｇ／ｄｌ）を示す欄はＣ～Ｃｎのｎ個の温度が行方向に順次記憶される。変換テーブル１４２は、温度及び湿度が一定の条件の下で、複数の検体７０の昇温時間ΔＴ及びグルコース濃度を実測し、実測した昇温時間ΔＴ及びグルコース濃度を統計学的に処理して作成される。

【0080】

演算部４０は、定常温度取得部４１、設定温度演算部４２、照射制御部４３、昇温時間取得部４４、濃度推定部４５及び濃度信号出力部４６を定常温度取得部２１～濃度信号出力部２５の代わりに有することが演算部２０と相違する。定常温度取得部４１～濃度信号出力部４６を有すること以外の演算部４０の構成及び機能は、演算部４０の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0081】

（第３実施形態に係る成分濃度推定装置による成分濃度推定処理）
図１２は、成分濃度推定装置３による成分濃度推定処理を示すフローチャートである。図１２に示す成分濃度推定処理は、予め記憶部１４ｂに記憶されているプログラムに基づいて、主に演算部４０により成分濃度推定装置３の各要素と協働して実行される。

【0082】

まず、定常温度取得部４１は、Ｓ１０１の処理と同様に、検体７０の定常状態の定常温度Ｔ０を示す定常温度情報を温度センサ１２から取得し（Ｓ３０１）、取得した定常温度情報を記憶部１４に記憶する。

【0083】

次いで、設定温度演算部４２は、照射素子１１による照射領域７５への照射を停止する設定温度ＴＳを演算し（Ｓ３０２）、演算した設定温度ＴＳを記憶部１４に記憶する。設定温度演算部３２は、Ｓ２０１の処理で取得した定常温度Ｔ０に昇温温度ΔＴを加算した温度を設定温度ＴＳとして演算する。

【0084】

次いで、照射制御部４３は、照射素子１１に照射を開始することを指示する（Ｓ３０３）。昇温時間取得部４４は、照射制御部４３が照射素子１１に照射開始を指示すると同時に、昇温時間ｔｕの計時を開始する。

【0085】

次いで、照射制御部４３は、Ｓ３０２の処理で演算された設定温度ＴＳに照射領域７５の温度が到達すると、Ｓ１０６の処理と同様に、照射素子１１の照射の停止を指示する（Ｓ３０４）。昇温時間取得部４４は、照射制御部４３が照射素子１１に照射停止を指示すると同時に、昇温時間ｔｕの計時を終了する。

【0086】

次いで、昇温時間取得部４４は、照射制御部３３が照射素子１１に照射開始を指示してから照射制御部３３が照射素子１１に照射停止を指示までの時間を昇温時間ｔｕとして取得する（Ｓ３０５）。

【0087】

次いで、濃度推定部４５は、Ｓ３０５の処理で取得した昇温時間ｔｕに基づいて、血液中のグルコース濃度を推定する（Ｓ３０６）。濃度推定部４５は、変換テーブル１４２を参照して、Ｓ３０５の処理で取得した昇温時間ｔｕに対応するグルコース濃度を取得する。濃度推定部４５は、変換テーブル１４２から取得したグルコース濃度を、血液中のグルコース濃度として推定する。

【0088】

そして、濃度信号出力部４６は、濃度推定部２４が推定したグルコース濃度を示す濃度信号を出力して（Ｓ３０７）、成分濃度推定装置３による成分濃度推定処理は終了する。

【0089】

（第４実施形態に係る成分濃度推定装置の概要）
検体７０の熱伝導率が個体差により相違するとき、中赤外光１１０が照射された照射領域７５の温度上昇は、グルコース濃度に加えて検体７０の熱伝導率に依存することになり、推定されたグルコース濃度の信頼性が低下するおそれがある。第４実施形態に係る成分濃度推定装置は、検体７０の熱伝導率の個体差を補正して、推定するグルコース濃度の信頼性を高くすることができる。

【0090】

図１３は、熱伝導率が相違する２つの検体７０の照射領域７５に中赤外光１１０を照射する間及び中赤外光１１０の照射を停止した後の照射領域７５の温度変化を示す図である。図１３において、横軸は照射時間を示し、縦軸は照射領域７５の温度を示す。また、波形７０１は熱伝導率が比較的高い検体７０の照射領域７５の温度変化を示す波形であり、波形７０２は熱伝導率が比較的低い検体７０の照射領域７５の温度変化を示す波形である。また、昇温時間は実線の双方向矢印で示され、降温時間は一転鎖線の双方向矢印で示される。

【0091】

第４実施形態に係る成分濃度推定装置は、照射領域７５の温度を所定の昇温温度ΔＴ上昇させたときの波形７０１の降温時間ｔｄ１及び波形７０２の降温時間ｔｄ２を演算する。第２実施形態に係る成分濃度推定装置は、演算した降温時間ｔｄ１及び降温時間ｔｄ２を基準とする降温時間ｔｄｓに一致するように補正したときの波形７０１の昇温時間ｔｕ１ｍ及び波形７０２の昇温時間ｔｕ２ｍを演算する。第２実施形態に係る成分濃度推定装置は、補正した昇温時間ｔｕ１ｍ及び昇温時間ｔｕ２ｍからグルコース濃度を推定する。第２実施形態に係る成分濃度推定装置は、補正した昇温時間ｔｕ１ｍ及び昇温時間ｔｕ２ｍからグルコース濃度を推定することで、検体７０の熱伝導率の個体差を補償して、推定するグルコース濃度の信頼性を高くすることができる。

【0092】

（第４実施形態に係る成分濃度推定装置の構成及び機能）
図１４は、第４実施形態に係る成分濃度推定装置のブロック図である。

【0093】

成分濃度推定装置４は、記憶部１４ｃ及び演算部５０を記憶部１４及び演算部２０の代わりに有することが成分濃度推定装置１と相違する。記憶部１４ｃは、変換テーブル１４３を変換テーブル１４０の代わりに有することが記憶部１４と相違する。また、記憶部１４ｃは、基準降温時間ｔｄｓを記憶することが記憶部１４と相違する。変換テーブル１４３、基準降温時間ｔｄｓ及び演算部５０以外の成分濃度推定装置４の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された成分濃度推定装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。変換テーブル１４３は、図１１を参照して既に説明しているので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0094】

基準降温時間ｔｄｓは、基準となる降温時間であり、変換テーブル１４３が作成されるときに、同時に作成される。基準降温時間ｔｄｓは、温度及び湿度が変換テーブル１４３の作成と同一の条件の下で、複数の検体７０の降温時間ｔｄを実測し、実測した降温時間ｔｄを統計学的に処理して作成される。

【0095】

演算部５０は、定常温度取得部５１、昇温時間演算部５２、照射制御部５３、降温時間演算部５４、昇温時間補正部５５、濃度推定部５６及び濃度信号出力部５７を定常温度取得部２１～濃度信号出力部２５の代わりに有することが演算部２０と相違する。定常温度取得部５１～濃度信号出力部５７を有すること以外の演算部５０の構成及び機能は、演算部２０の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0096】

（第４実施形態に係る成分濃度推定装置による成分濃度推定処理）
図１５は、成分濃度推定装置４による成分濃度推定処理を示すフローチャートである。図１５に示す成分濃度推定処理は、予め記憶部１４ｃに記憶されているプログラムに基づいて、主に演算部５０により成分濃度推定装置４の各要素と協働して実行される。

【0097】

まず、定常温度取得部５１は、Ｓ１０１の処理と同様に、検体７０の定常状態の定常温度Ｔ０を示す定常温度情報を温度センサ１２から取得し（Ｓ４０１）、取得した定常温度情報を記憶部１４ｃに記憶する。

【0098】

次いで、昇温時間演算部５２は、照射素子１１による照射領域７５への照射を停止する設定温度ＴＳを演算し（Ｓ４０２）、演算した到達温度Ｔ２を記憶部１４ｃに記憶する。昇温時間演算部５２は、Ｓ４０１の処理で取得した定常温度Ｔ０に昇温温度ΔＴを加算した温度を設定温度ＴＳとして演算する。

【0099】

次いで、照射制御部５３は、Ｓ１０２の処理と同様に、照射素子１１に照射を開始することを指示する（Ｓ４０３）。昇温時間演算部５２は、照射制御部５３が照射素子１１に照射開始を指示すると同時に、昇温時間ｔｕの計時を開始する。

【0100】

次いで、照射制御部５３は、Ｓ４０２の処理で演算された設定温度ＴＳに照射領域７５の温度が到達すると、Ｓ１０６の処理と同様に、照射素子１１の照射の停止を指示する（Ｓ４０４）。昇温時間演算部５２は、照射制御部５３が照射素子１１に照射停止を指示すると同時に、昇温時間ｔｕの計時を終了する。また、降温時間演算部５４は、照射制御部３３が照射素子１１に照射停止を指示すると同時に、降温時間ｔｄの計時を開始する。

【0101】

次いで、昇温時間演算部５２は、照射制御部５３が照射素子１１に照射開始を指示してから照射制御部５３が照射素子１１に照射停止を指示までの時間を昇温時間ｔｕとして取得する（Ｓ４０５）。

【0102】

次いで、降温時間演算部５４は、設定温度ＴＳから定常温度Ｔ０まで昇温温度ΔＴだけ照射領域７５の温度が降下する降温時間ｔｄを取得する（Ｓ４０６）。降温時間演算部５４は、温度センサ１２から入力される温度情報に対応する温度が定常温度Ｔ０になったときに、降温時間ｔｄの計時を停止する。降温時間演算部５４は、照射素子１１に照射停止を指示から温度センサ１２から入力される温度情報に対応する温度が定常温度Ｔ０になるまでの時間を降温時間ｔｄとして取得する。

【0103】

次いで、昇温時間補正部５５は、Ｓ４０５の処理で取得された降温時間ｔｄ及び基準降温時間ｔｄｓに基づいて昇温時間ｔｕを補正して補正昇温時間ｔｕｍを演算する（Ｓ４０７）。昇温時間補正部５５は、以下の式（１）に示すように、降温時間ｔｄを基準降温時間ｔｄｓで除したパラメータに昇温時間ｔｄを乗算することにより、補正昇温時間ｔｕｍを演算する。
ｔｕｍ ＝ （ｔｄ／ｔｄｓ）×ｔｕ （１）

【0104】

次いで、濃度推定部５６は、Ｓ４０７の処理で演算した補正昇温時間ｔｕｍに基づいて、血液中のグルコース濃度を推定する（Ｓ４０８）。濃度推定部５６は、変換テーブル１４２を参照して、Ｓ４０７の処理で演算した補正昇温時間ｔｕｍに対応するグルコース濃度を、血液中のグルコース濃度として推定する。

【0105】

そして、濃度信号出力部５７は、濃度推定部２４が推定したグルコース濃度を示す濃度信号を出力して（Ｓ４０９）、成分濃度推定装置４による成分濃度推定処理は終了する。

【0106】

成分濃度推定装置４は、検体７０の熱伝導率の個体差の影響が小さい降温時間ｔｄに基づいて補正した補正昇温時間ｔｕｍからグルコース濃度を推定することで、検体７０の熱伝導率の個体差を補償して、推定するグルコース濃度の信頼性を高くすることができる。

【0107】

（第５実施形態に係る成分濃度推定装置の概要）
第５実施形態に係る成分濃度推定装置は、照射強度から異なる中赤外光１１０を検体７０の照射領域７５に照射して、平衡する温度の温度差に基づいて検体７０の血液中のグルコース濃度を推定する。第３実施形態に係る成分濃度推定装置は、照射強度から異なる中赤外光１１０を照射領域に照射したときの平衡温度に基づいて検体７０の血液中のグルコース濃度を推定することで、検体７０の熱伝導率の個体差が補償される。

【0108】

図１６（ａ）は、照射領域７５に照射される中赤外光１１０の照射強度と照射領域７５の温度が平衡する平衡温度との関係を示す図である。図１６（ｂ）は、照射領域７５に照射される中赤外光１１０の照射強度と、グルコース濃度が同一であり且つ放熱特性が異なる２つの検体７０の照射領域７５の温度が平衡する平衡温度との関係を示す図である。図１６（ａ）及び１６（ｂ）において、横軸は照射領域７５に照射される中赤外光１１０の照射強度を示し、縦軸は照射領域７５の温度を示す。図１６（ｂ）において、波形８０１は放熱特性が大きい検体の照射強度と平衡温度との関係を示し、波形８０２は放熱特性が小さい検体の照射強度と平衡温度との関係を示す。

【0109】

照射強度が小さいときは、放熱の影響を無視できないため、照射領域７５の平衡温度は、照射される中赤外光１１０の照射強度に比例しない。一方、照射強度が大きいときは、放熱の影響を無視できるため、照射領域７５の平衡温度は、照射される中赤外光１１０の照射強度に比例する。

【0110】

波形８０１の第１照射強度Ｅ１における平衡温度Ｔ１ａは、波形８０１に対応する検体７０の放熱特性が大きいため、波形８０２の第１照射強度Ｅ１における平衡温度Ｔ１ｂよりも小さくなる。波形８０１の第２照射強度Ｅ２における平衡温度Ｔ２ａは、検体７０の放熱特性の差が無視できるため、波形８０２の第２照射強度Ｅ２における平衡温度Ｔ２ｂと等しくなる。

【0111】

図１７は、第５実施形態に係る成分濃度推定装置による成分濃度推定処理における照射領域７５の温度の経時変化を示す図である。図１７において、横軸は照射時間を示し、縦軸は照射領域７５の温度を示す。

【0112】

まず、第５実施形態に係る成分濃度推定装置は、検体７０の定常状態において、照射強度が第１照射強度Ｅ１である中赤外光１１０を照射領域７５に照射して、照射領域７５の温度が平衡する第１平衡温度Ｔ１を取得する。次いで、第５実施形態に係る成分濃度推定装置は、照射領域７５の温度が第１平衡温度Ｔ１で平衡した状態において、照射強度が第１照射強度Ｅ１よりも大きい第２照射強度Ｅ２である中赤外光１１０を照射領域７５に照射する。第５実施形態に係る成分濃度推定装置は、照射強度が第２照射強度Ｅ２である中赤外光１１０を照射領域７５に照射したときに、照射領域７５の温度が平衡する第２平衡温度Ｔ２を取得する。

【0113】

第５実施形態に係る成分濃度推定装置は、検体７０の定常状態の温度Ｔ０、第１平衡温度Ｔ１及び第２平衡温度Ｔ２に基づいて、グルコース濃度を推定することで、検体７０の個体差による放熱の影響を補償することができる。

【0114】

（第５実施形態に係る成分濃度推定装置の構成及び機能）
図１８は、第５実施形態に係る成分濃度推定装置のブロック図である。

【0115】

成分濃度推定装置５は、記憶部１４ｄ及び演算部６０を記憶部１４及び演算部２０の代わりに有することが成分濃度推定装置１と相違する。記憶部１４ｄは、変換テーブル１４４を変換テーブル１４０の代わりに有することが記憶部１４と相違する。また、記憶部１４ｄは、第１照射強度Ｅ１及び第２照射強度Ｅ２を記憶することが記憶部１４と相違する。変換テーブル１４１、第１照射強度Ｅ１及び第２照射強度Ｅ２並びに演算部６０以外の成分濃度推定装置５の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された成分濃度推定装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0116】

図１９は、変換テーブル１４４を示す図である。

【0117】

変換テーブル１４４は、第１照射強度Ｅ１で照射された照射領域７５の平衡温度Ｔ１と定常状態の温度Ｔ０の第１温度差ΔＴ１及び第２照射強度Ｅ２で照射された照射領域７５の平衡温度Ｔ２と定常状態の温度Ｔ０の第２温度差ΔＴ２をマトリクス状に記憶する。第１温度差ΔＴ１を示す欄はΔＴ１₁～ΔＴ１_mのｍ個の温度が列方向に順次記憶され、第２温度差ΔＴ２を示す欄はΔＴ２₁～ΔＴ２_nのｎ個の温度が行方向に順次記憶される。

【0118】

第１温度差ΔＴ１₁が配置される第１行はｎ個のグルコース濃度Ｃ１１～Ｃ１ｎが順次配列され、第１温度差ΔＴ１₂が配置される第２行はｎ個のグルコース濃度Ｃ２１～Ｃ２ｎが順次配列される。同様に、第ｍ行までのそれぞれの行に、ｎ個のグルコース濃度が順次配列される。

【0119】

第２温度差ΔＴ２₁が配置される第１列はｍ個のグルコース濃度Ｃ１１～Ｃｍ１が順次配列され、第２温度差ΔＴ２₂が配置される第２列はｍ個のグルコース濃度Ｃ１２～Ｃｍ２が順次配列される。同様に、第ｎ列までのそれぞれの列に、ｍ個のグルコース濃度が順次配列される。変換テーブル１４４は、温度及び湿度が一定の条件の下で、複数の検体７０の定常温度Ｔ０、第１平衡温度Ｔ１、第２平衡温度Ｔ２及びグルコース濃度を実測し、実測値を統計学的に処理して作成される。

【0120】

第１照射強度Ｅ１は、検体７０が定常状態であるときに照射領域７５に照射される中赤外光１１０の照射強度である。第２照射強度Ｅ２は、照射強度が第１照射強度Ｅ１である中赤外光１１０が照射することによって照射領域７５の温度が平衡した状態において、照射領域７５に照射される中赤外光１１０の照射強度である。

【0121】

演算部６０は、定常温度取得部６１、照射制御部６２、第１平衡温度取得部６３、第２平衡温度取得部６４、濃度推定部６５及び濃度信号出力部６６を定常温度取得部２１～濃度信号出力部２５の代わりに有することが演算部２０と相違する。定常温度取得部６１～濃度信号出力部６６を有すること以外の演算部６０の構成及び機能は、演算部２０の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0122】

（第５実施形態に係る成分濃度推定装置による成分濃度推定処理）
図２０は、成分濃度推定装置５による成分濃度推定処理を示すフローチャートである。図２０に示す成分濃度推定処理は、予め記憶部１４ｄに記憶されているプログラムに基づいて、主に演算部６０により成分濃度推定装置５の各要素と協働して実行される。

【0123】

まず、定常温度取得部６１は、Ｓ１０１の処理と同様に、検体７０の定常状態の定常温度Ｔ０を示す定常温度情報を温度センサ１２から取得し（Ｓ５０１）、取得した定常温度情報を記憶部１４ｄに記憶する。

【0124】

次いで、照射制御部６２は、Ｓ１０２の処理と同様に、照射素子１１に照射を開始することを指示する（Ｓ５０２）照射制御部６２は、照射領域７５に照射される中赤外光１１０の照射強度が第１照射強度Ｅ１になるように照射素子１１を制御して、照射を開始する。次いで、第１平衡温度取得部６３は、所定の待機期間が経過した後に、照射領域７５の温度を示す温度情報を温度センサ１２から取得する（Ｓ５０３）。

【0125】

次いで、第１平衡温度取得部６３は、Ｓ１０４の処理と同様に、照射領域７５の温度が平衡状態に達したか否かを判定する（Ｓ５０４）。第１平衡温度取得部６３は、照射領域７５の温度が平衡状態に達したと判定する（Ｓ５０４－ＹＥＳ）まで、Ｓ５０３及びＳ５０４の処理を繰り返す。

【0126】

第１平衡温度取得部６３は、照射領域７５の温度が平衡状態に達したと判定する（Ｓ５０４－ＹＥＳ）と、照射領域７５の温度が平衡状態に達した第１平衡温度Ｔ１を示す第１平衡温度情報を取得し（Ｓ５０５）、取得した第１平衡温度情報を記憶部１４に記憶する。

【0127】

次いで、照射制御部６２は、照射素子１１から照射される中赤外光１１０の照射強度を第１照射強度Ｅ１から第２照射強度Ｅ２に変更することを照射素子１１に指示する（Ｓ５０６）。照射素子１１は、Ｓ５０６の処理に応じて、照射する中赤外光１１０の照射強度を第１照射強度Ｅ１から第２照射強度Ｅ２に変更する。

【0128】

次いで、第２平衡温度取得部６４は、所定の待機期間が経過した後に、照射領域７５の温度を示す温度情報を温度センサ１２から取得する（Ｓ５０７）。次いで、第２平衡温度取得部６４は、照射領域７５の温度が平衡状態に達したか否かを判定する（Ｓ５０８）。第２平衡温度取得部６４は、照射領域７５の温度が平衡状態に達したと判定する（Ｓ５０８－ＹＥＳ）まで、Ｓ５０７及びＳ５０８の処理を繰り返す。

【0129】

第２平衡温度取得部６４は、照射領域７５の温度が平衡状態に達したと判定する（Ｓ５０８－ＹＥＳ）と、照射領域７５の温度が平衡状態に達した第２平衡温度Ｔ２を示す第２平衡温度情報を取得し（Ｓ５０９）、取得した第２平衡温度情報を記憶部１４に記憶する。

【0130】

次いで、照射制御部６２は、Ｓ１０６の処理と同様に、照射素子１１の照射の停止を指示する（Ｓ５１０）。

【0131】

次いで、濃度推定部６５は、Ｓ５０１の処理で取得された定常温度情報、Ｓ５０５の処理で取得された第１平衡温度情報、Ｓ５０９の処理で取得された第２平衡温度情報に基づいて、血液中のグルコース濃度を推定する（Ｓ５１１）。濃度推定部６５は、第１平衡温度情報に対応する第１平衡温度Ｔ１から定常温度に対応する温度Ｔ０を減算して定常温度差ΔＴ０を演算する。濃度推定部６５は、第２平衡温度情報に対応する第２平衡温度Ｔ２から定常温度に対応する温度Ｔ０を減算して第１平衡温度差ΔＴ１を演算する。濃度推定部６５は、変換テーブル１４４を参照して、演算した定常温度差ΔＴ０及び第１平衡温度差ΔＴ１に対応するグルコース濃度を取得する。濃度推定部６５は、変換テーブル１４４から取得したグルコース濃度を、血液中のグルコース濃度として推定する。

【0132】

そして、濃度信号出力部６６は、濃度推定部６５が推定したグルコース濃度を示す濃度信号を出力して（Ｓ５１２）、成分濃度推定装置５による成分濃度推定処理は終了する。

【0133】

（実施形態に係る成分濃度推定装置の変形例）
成分濃度推定装置１～５は、検体７０の血液中のグルコース濃度を推定するが、実施形態に係る成分濃度推定装置は、グルコース濃度以外の検体７０に含まれる所望の有機物の成分である所定の目的成分を推定してもよい。成分濃度推定装置１～５が、所定の目的成分を推定するとき、照射素子は、検体中の目的成分の吸収波長を含む電磁波を照射領域７５に照射する。

【0134】

また、成分濃度推定装置１～５では、照射素子１１は、中赤外光１１０を照射領域７５に照射するが、実施形態に係る成分濃度推定装置は、可視光、近赤外光及び遠赤外光等の中赤外光以外の電磁波を照射領域７５に照射する照射素子を有してもよい。

【0135】

また、成分濃度推定装置１～５は、スマートウォッチであるが、実施形態に係る成分濃度推定装置は、据置型装置であってもよい。実施形態に係る成分濃度推定装置が据置型装置であるとき、照射素子は、赤外フィラメント電球、ハロゲンランプ及びキセノンランプ等の大型の赤外線照射素子であってもよい。

【0136】

また、成分濃度推定装置１～５は、検体７０の手首を照射領域７５とするが、実施形態に係る成分濃度推定装置は、検体７０の眼球等の検体７０の手首以外の部分を照射領域としてもよい。実施形態に係る成分濃度推定装置が検体７０の眼球を照射領域とするとき、涙液、角膜及び眼房水中のグルコース濃度が推定される。また、実施形態に係る成分濃度推定装置は、検体７０の鼻腔又は口腔の内部を照射領域としてもよい。実施形態に係る成分濃度推定装置が検体７０の鼻腔又は口腔の内部を照射領域とするとき、鼻腔又は口腔の内部の粘膜中のグルコース濃度が推定される。実施形態に係る成分濃度推定装置は、検体７０の眼球等の表面に角質層７１のない部位でグルコース濃度を推定することにより、グルコース濃度を精度高く推定することが可能になる。

【0137】

また、成分濃度推定装置１～５では、温度センサ１２は、非接触型の温度センサであるが、実施形態に係る成分濃度推定装置では、温度センサは、熱電対、サーミスタ、ＲＴＤ及び水晶温度計等の接触型の温度センサであってもよい。

【0138】

図２１は、接触型の温度センサを有する成分濃度推定装置によるグルコース濃度方法を概略的に示す図である。

【0139】

成分濃度推定装置６は、温度センサ１２の代わりに温度センサ１２ａを有することが成分濃度推定装置１と相違する。温度センサ１２ａ以外の成分濃度推定装置６の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された成分濃度推定装置１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0140】

温度センサ１２ａは、先端が照射領域７５に接する熱電対である。温度センサ１２ａは、照射領域７５に接する先端から照射領域７５の温度を直接検出するので、外乱等のノイズの影響を受け難くなり、照射領域７５の温度を高精度で検出することができる。

【0141】

また、実施形態に係る成分濃度推定装置は、照射領域７５を冷却するヒートシンク、ファン及びペルチェ素子等の冷却素子を有してもよい。実施形態に係る成分濃度推定装置は、照射領域７５を冷却素子によって冷却することで、グルコース濃度の推定に使用可能な温度幅が広がるため、グルコース濃度の推定精度を更に向上させることができる。

【0142】

また、実施形態に係る成分濃度推定装置は、照射領域７５の正常な定常温度Ｔ０の範囲である正常範囲を記憶部に記憶してもよい。実施形態に係る成分濃度推定装置は、温度センサ１２によって検出される照射領域７５の温度が、記憶部に記憶される正常範囲に含まれているか否かについて判定する。

【0143】

温度センサ１２によって検出される照射領域７５の温度が、記憶部に記憶される正常範囲に含まれないとき、照射領域７５の温度が異常であることを示す画像を表示部１６に表示し、処理を終了してもよい。また、実施形態に係る成分濃度推定装置は、濃度推定装置の装着状態を確認し、グルコース濃度を再度推定することを示す画像を表示部１６に表示してもよい。

【0144】

実施形態に係る成分濃度推定装置は、検出される照射領域７５の温度が正常範囲に含まれているか否かについて判定することで、検体７０に成分濃度推定装置が適切に配置されているかを判定し、推定精度が低下することを防止することができる。

【0145】

また、実施形態に係る成分濃度推定装置は、温度センサ１２によって検出される照射領域７５の温度が、記憶部に記憶される正常範囲を超えているか否かについて判定してもよい。実施形態に係る成分濃度推定装置は、検出される照射領域７５の温度が正常範囲を超えていると判定したとき、異常があることを示す画像を表示部１６を表示し、処理を終了してもよい。実施形態に係る成分濃度推定装置は、検出される照射領域７５の温度が正常範囲を超えているか否かを判定することで、照射領域７５が異常な温度まで上昇することを防止し、検体７０の破損及び熱傷を防止することができる。

【0146】

なお、実施形態に係る成分濃度推定装置は、検出される照射領域７５の温度が正常範囲を超えているか否かを判定せずに、検出される照射領域７５の温度が正常範囲を超えるおそれがあるか否かを推定してもよい。実施形態に係る成分濃度推定装置は、検出される照射領域７５の温度が正常範囲を超えるおそれがあると推定したときに、異常があることを示す画像を表示部１６を表示してもよい。

【0147】

また、成分濃度推定装置１～５では、濃度推定部は、変換テーブル１４０～１４４を参照してグルコース濃度を推定するが、実施形態に係る成分濃度推定装置では、照射領域７５の温度をパラメータとする数式によってグルコース濃度を推定してもよい。

【0148】

また、成分濃度推定装置１～５は、定常温度情報を温度センサから取得する定常温度取得部を有するが、実施形態に係る成分濃度推定装置は、定常温度取得部を有していなくてもよい。

【0149】

また、成分濃度推定装置１～５は、照射素子１１から出射された中赤外光１１０の照射強度を検出する照度センサ１３を有するが、実施形態に係る成分濃度推定装置は、照度センサ１３を有していなくてもよい。

【0150】

また、成分濃度推定装置４は、降温時間ｔｄによって補正された補正昇温時間ｔｕｍを使用してグルコース濃度を推定するが、実施形態に係る成分濃度推定装置は、昇温時間ｔｕを補正することなく、昇温時間ｔｕを使用してグルコース濃度を推定してもよい。

【0151】

また、成分濃度推定装置４は、定常温度Ｔ０から照射領域７５への中赤外光１１０の照射が停止されるまでの間の昇降温時間である昇温時間ｔｕ及び降温時間ｔｄを使用してグルコース濃度を推定する。しかしながら、実施形態に係る成分濃度推定装置は、昇温時間ｔｕ及び降温時間ｔｄのそれぞれに含まれる時間の一部の時間を使用して、グルコース濃度を推定してもよい。

【0152】

図２２は、グルコース濃度の推定に使用される昇圧時間及び降温時間の変形例を示す図である。図２２において、横軸は照射時間を示し、縦軸は照射領域の温度を示す。

【0153】

図２２に示す例では、グルコース濃度の推定に使用される昇圧時間ｔｕｐは、第１設定温度ＴＳ₁から第２設定温度ＴＳ₂まで昇温するまでの時間である。また、グルコース濃度の推定に使用される降圧時間ｔｄｐは、第３設定温度ＴＳ₃から第４設定温度ＴＳ₄まで降温するまでの時間である。

【0154】

第１設定温度ＴＳ₁～第４設定温度ＴＳ₄は、定常温度Ｔ０と設定温度ＴＳとの間の時間である。また、第１設定温度ＴＳ₁と第２設定温度ＴＳ₂との間の温度差ΔＴＵは、第３設定温度ＴＳ₃と第４設定温度ＴＳ₄との間の温度差ΔＴＤと同一である。

【0155】

実施形態に係る成分濃度推定装置は、昇降温時間ｔｄのそれぞれに含まれる時間の一部の時間を使用することで、温度変化率が他の温度変化率と相違する照射開始及び照射停止前後の温度を除いて、グルコース濃度を推定することができる。

【0156】

また、成分濃度推定装置１～３及び５は、成分濃度推定装置４と同様に、昇温温度だけ照射領域の温度が降温する降温時間を示す降温時間情報を取得する降温時間取得部と、降温時間に基づいて第１及び第２平衡温度、平衡照射強度を補正する補正部を有してもよい。成分濃度推定装置１～３及び５では、補正部は、降温時間に基づいて第１及び第２平衡温度、平衡照射強度を補正する処理を実行し、成分濃度推定部は、補正された第１及び第２平衡温度、平衡照射強度に基づいてグルコース濃度を推定する。

【0157】

また、成分濃度推定装置５は、第１平衡温度Ｔ１及び第２平衡温度Ｔ２の２つの平衡温度を使用してグルコース濃度を推定するが、実施形態に係る成分濃度推定装置は、３つ以上の平衡温度を使用してグルコース濃度を推定してもよい。

【符号の説明】

【0158】

１～６ 成分濃度推定装置
１１ 照射素子
１２ 温度センサ
１３ 照度センサ
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 記憶部
１５ 入力部
１６ 表示部
２０、３０、４０、５０、６０ 演算部
２１、３１、４１、５１、６１ 定常温度取得部
２２、３３、４３、５３、６２ 照射制御部
２３、６３ 第１平衡温度取得部
２４、３５、４５、５６、６５ 濃度推定部
２５、３６、４６、５７、６６ 濃度信号出力部

【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】