JPH0113852B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ光による生化学成分分析装置、
特に生体組織内にしみ込んだレーザ光のエネルギ
減衰によつて生化学成分を非観血的に測定するこ
とのできる生化学成分分析装置に関する。

近年の医療分野においては、予防医学、治療医
学の両面から生化学成分、特に血液等の液体中に
含まれる成分の測定が不可欠となつてきており、
これらの検体検査により多大な診断情報が得られ
ている。

従来の一般的な検体検査は生体組織から所定の
体液を採取し、この体液に必要な分離精製等の処
理を加えた後に化学反応を行わせ、体液中の成分
を測定している。従つて、このような従来の測定
装置では、測定結果を得るまでに比較的長時間を
要し、リアルタイムで結果を知ることは不可能で
あり、特に治療と同時にあるいは関連づけて生化
学成分の分析を行うことができないという問題が
あつた。

また従来の検体検査では、体液等の採取が被検
者に対して大きな負担となり、例えば、糖尿病等
に関する検査として知られる負荷試験では、被検
者から多数回血液を採取するので、被検者に無視
できない負担を与えるという問題があつた。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもの
で、その目的は非観血的に生化学成分を連続的に
測定することができ、リアルタイムで被検者に負
担をかけることなく生化学成分の分析を可能とす
るレーザ光による生化学成分分析装置を提供する
ことにある。

上記目的を達成するため、本発明の装置は中心
導光路を形成するコアと、該コアの外皮を形成す
るクラツドと、から成り、生体の皮膚表面が直接
密着できるようクラツドの一部を除去してコアの
側面を露出させた検出部を有する光フアイバと、 該光フアイバに所定波長の赤外レーザ光を導光
するレーザ光源と、 前記光フアイバから出た反射レーザ光のエネル
ギを測定し、この測定結果に基づき前記生体の生
化学成分を測定する測定演算部と、を含み、 生化学成分を非観血的に測定することを特徴と
する。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。

第１図には、本発明に係る生化学成分分析装置
の要部が示されている。ここにおいて、１０は光
フアイバであり、中心導光路を形成するコア１２
と、外皮を形成するクラツド１４とから成り、そ
の一部にクラツド１４を除去してコア１２を露出
させて成る検出部１６が形成されている。

本発明における生体成分の検出媒体は後述のご
とく波長約10μｍ前後の赤外光である炭酸ガスレ
ーザ光であるため、光フアイバ１０にはこの波長
域の光をよく通すカルコゲン化物或いはハロゲン
化物を素材とした赤外光フアイバが用いられる。
一般に、光フアイバのコア及びクラツドは主とし
てその材質により光屈折率が定まるが、材質が同
じであつても光の波長によつて屈折率が多少変化
を受ける。従つて、本発明においては赤外フアイ
バの材質で基本的なコア・クラツドの屈折率が定
まり、これに選択される炭酸ガスレーザ光の波長
による変動が加わることになる。

このようにして形成された光フアイバ１０にレ
ーザ光１００を導光し、検出部１６を口唇等の粘
膜組織１８に押し当て測定すると、検出部１６に
おいてコア１２と直接密着している組織１８内に
レーザ光１００がその波長に比例した深さだけ極
く僅かながらしみ込んで全反射するので、生化学
成分、例えば組織糖濃度等を非観血的に、しかも
連続的に測定することが可能となる。

本発明において検出媒体にはレーザ光、特に波
長約10μｍ前後の炭酸ガスレーザ光が用いられ
る。これは、炭酸ガスレーザ光は単一波長光であ
るため光フアイバ内を同一の屈折率で伝達でき、
その減衰率に基づいて生体成分測定を行うには極
めて好適であるとの理由による。

なお上記検出部１６として光フアイバ１０の一
部を用いず、例えば、ATR（内部多重全反射）プ
リズムを検出部として用いる装置も検討された。
しかし、このATRプリズムを検出部として用い
る装置は、光フアイバとATRプリズムとの接合
部分でレーザ光の損失が生じ、好ましくない。ま
た上記接合部分でレーザ光の損失、位相のずれが
生じＳ／Ｎ比も十分に取れず、正確な測定を行う
上でも問題がある。また新生児の診断を行う際、
口唇に検出部１６を押し当てることは難しいた
め、他の皮膚表面、例えば腋の下、足の付根、耳
等を利用する必要がある。しかし、ATRプリズ
ムは一定の大きさ、厚さを有するため、これらの
皮膚表面に用いるのは不適当である。ところが、
本発明に係る装置の検出部１６は光フアイバ１０
の一部を利用しているため、上記問題を引き起こ
す接続部分が存在せず、また検出部１６は細い紐
状であるため、口唇等の粘膜組織１８に限らず、
腋の下、耳等の他の皮膚表面１８にも使用でき、
新生児の診断にも支障が生じない。

第２図は本発明に係る生化学成分分析装置の一
実施例の詳細説明図であり、炭酸ガスレーザ光を
光フアイバ１０に導光し、検出部１６において、
口唇等の粘膜組織に約30ミクロン程度の深さ内で
レーザ光を多重的に反射させ、その吸収スペクト
ルを測定して組織糖濃度を非観血的に連続して測
定することができる。

炭酸ガスレーザから成るレーザ光源３０から出
力されたレーザ光はコリメータ３２によつて極め
て細い平行光線に集束される。そして、このレー
ザ光はハーフミラー３４にて二方向に分離され、
一方は検出部１６に向かつて、他方はレーザ光源
３０の制御回路に送出される。なお前記ハーフミ
ラー３４はゲルマニウム等から成り、その材質は
レーザ光の波長に対応して任意に選択される。

レーザ光源３０の制御回路はレーザ出力をモニ
タするパワーメータ３８、レーザ光出力検出器４
４および出力安定回路４０を含み、ハーフミラー
３４により反射されたレーザ光は更にハーフミラ
ー４２によつて二分割され、一方がパワーメータ
３８に供給されてレーザ光の出力をメータ表示に
よりモニタし、また他方のレーザ光はレーザ光出
力検出器４４に供給され、前記出力安定回路４０
を含むフイードバツク回路によつてレーザ光源３
０の出力を安定化制御することができる。

前記ハーフミラー３４を直進したレーザ光はシ
ヤツタ４６を通つて、更に他のハーフミラー４８
に印加され、実施例においては、測定用の光フア
イバ１０と較正用の光フアイバ５０に二分割され
て導光する。すなわち、ハーフミラー４８を直進
したレーザ光は光フアイバ１０を介して検出部１
６に導かれ、他方、ハーフミラー４８から反射し
たレーザ光は較正用光フアイバ５０を介して較正
部５２に導かれる。この較正部５２は検出部１６
と同じ構造に形成されている。上記両レーザ光の
導光タイミングを交互に切り替えるため、両導光
路には光チヨツパ５４が設けられ、該光チヨツパ
５４は両導光路を横切るスリツト板５４ａと、該
スリツト板５４ａを回転駆動するためのモータ５
４ｂとを含み、検出部１６、較正部５２へのレー
ザ光を交互に切り替えることができる。また検出
部１６、較正部５２における単位長当たりのレー
ザ光反射回数を十分に得るため、第３図に示すよ
うに、検出部１６、較正部５２の手前位置におい
て、各光フアイバ１０，５０には折曲部が形成さ
れ、各光フアイバ１０，５０の入力端から導光さ
れたレーザ光１００はこの折曲部において反射角
が鋭角になるよう設定される。

検出部１６に入射されたレーザ光は検出部１６
に押し当てられた被検者の口唇粘膜中に極く僅
か、通常の場合数十ミクロンしみ込み、このとき
に、レーザ光エネルギはその一部が粘膜組織によ
つて吸収され、前述したように、この吸収量は粘
膜組織中の糖濃度にほぼ比例する。従つて、検出
部１６内で多重反射したレーザ光はその出力が生
体組織での吸収分減少することにより、この吸収
減少分を測定することにより生体組織内の生化学
成分を分析することが可能となる。すなわち、実
施例においては、検出部１６から出たレーザ光は
光フアイバ１０を通り、コリメータ５６で細い平
行光線に集束された後、ハーフミラー５８を通つ
て測定演算部６０へ供給される。

一方、較正部５２はそのコアが生理食塩水等の
較正液中に浸されており、予め既知の減衰を受け
た後、ハーフミラー５８から測定演算部６０に入
射される。この較正部５２も前述したように、検
出部１６と同様の構成から成り、導光されるレー
ザ光の周波数、強度その他の条件に応じて較正液
での吸収エネルギが変化し、この較正部５２の出
力と検出部１６の出力とを比較測定することによ
り、生化学成分を正確に測定することが可能とな
る。

測定演算部６０はレーザ光エネルギ検出器６２
を含み、前記検出部１６おび較正部５２から出力
されたレーザ光はそれぞれ交互のタイミングでレ
ンズ６４を介し検出器６２へ供給され、そのエネ
ルギが電気的に検出される。検出器６２の出力は
アンプ６６により増幅された後、Ａ−Ｄコンバー
タ６８によりデジタル信号に変換され、この後イ
ンターフエイス７０を介してミニコンピユータ７
２へ供給され、所望の演算処理が施された後、測
定値が出力記録される。ミニコンピユータ７２か
らのデータは、実施例において、単位容積当たり
の糖濃度として示され、所定の表示あるいはプリ
ンタにより印字記録されることとなる。

第４図には、第２図の実施例の波形が示され、
スタート信号によりパルス状のレーザ光が検出部
１６および較正部５２に供給され、それぞれサン
プル信号およびリフアレンス信号として出力され
る。そして、両出力はハーフミラー５８によつて
合成信号に合成され、この結果、合成信号に含ま
れる両出力の比較によつてレーザ光の出力、強
度、変動等に起因する誤差を除去した正確な測定
が可能となる。

第５図には、本発明に係る生化学成分分析装置
の具体的な外観図が示され、レーザ光源３０およ
びその発振制御部そしてレーザ光導光装置は本体
８０内に収納され、本体８０の前面には検出部１
６が被検者の口唇に密着するに適した位置に露出
されており、この検出部１６が形成されている光
フアイバ１０はある程度可撓性を有するので、検
出部１６の位置も本体８０に対してある程度移動
可能である。そして、本体８０の近傍にはデイス
クトツプコンピユータ８２が設けられ、所定の演
算およびデータ出力作用を行う。更に本体８０内
のレーザ光源３０（図示せず）に対しては冷却器
８４から冷却水が供給され、レーザ光源の過熱を
防止している。

第６図には、第４図の分析装置を用いた実際の
測定状態が示され、被検者８６は検出部１６をそ
の口唇にて密着挾持し、この状態で検出部１６へ
レーザ光源３０から所定の波長のレーザ光を導光
することによつてレーザ光をその波長に比例した
深さだけ生体組織、実施例においては、口唇組織
内にしみ込ませて全反射させ、組織内の糖濃度を
非観血的に測定することが可能となる。

第７図には、レーザ光の糖水溶液内における吸
収スペクトルが示され、糖濃度が大きい場合に
は、吸収度も増加することが理解され、またこの
吸収度は波長によつて著しく変化し、所定波長を
選択することによつて、高分解能で糖濃度を測定
可能であることが理解される。すなわち、第７図
に示す実施例においては、9.65ミクロン程度の波
長を選択し、この波長のレーザ光を検出部１６へ
供給することにより、口唇組織内の糖濃度を極め
て正確に測定することが可能となる。

なお本実施例においては、口唇等の粘膜組織を
利用して生化学成分の測定を行う場合を例にとり
説明したが、新生児等の口唇を利用することが難
しい被検者の場合には、検出部１６が光フアイバ
１０の一部を利用して作られ紐状であることを利
用して、耳や足の付根等の皮膚表面に検出部１０
を密着させ、生化学成分の測定を行うことも可能
である。

またレーザ光源３０に出力するレーザ光の波長
可変機能を持たせることにより、レーザ光の波長
を生体組織に適合するよう任意に選択することが
できる。

以上説明したように、本発明によれば、検出部
を直接人体の皮膚表面に密着し、この密着状態に
おいて検出部へ所定波長のレーザ光を導光するの
で、検出部から出た反射レーザ光のエネルギを測
定することによつて生化学成分を分析することが
でき、非観血的に連続した測定が可能となる利点
を有する。

またレーザ光を導光する光フアイバと検出部と
を別部材で形成することなく、光フアイバの一部
に検出部を形成する構造とすることにより、別部
材にしたときに生ずる光フアイバと検出部との接
合部分におけるレーザ光の損失、位相のずれを防
止し、生化学成分の分析測定を極めて正確に行う
ことができ、更に検出部の形状も光フアイバ同様
紐状となるため、口唇以外の皮膚表面、例えば耳
等を利用して測定を行うことができ、新生児の診
断にも極めて効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の生化学成分分析装置の要部を
示す説明図、第２図は本発明に係る生化学成分分
析装置の好適な実施例を示す概略説明図、第３図
は第２図の実施例の光フアイバの説明図、第４図
は第２図の実施例の要部波形図、第５図は第２図
の実施例の具体的外観図、第６図は第５図の分析
装置における測定状態を示す説明図、第７図は本
発明の分析例を示す説明図である。各図中対応す
る部材には同一符号を付してある。 １０……光フアイバ、１２……コア、１４……
クラツド、１６……検出部、１８……生体の皮膚
表面（粘膜組織）、３０……レーザ光源、５０…
…較正用光フアイバ、５２……較正部、５４……
光チヨツパ、６０……測定演算部、８６……被検
者、１００……レーザ光。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中心導光路を形成するコアと、該コアの外皮
   を形成するクラツドと、から成り、生体の皮膚表
   面が直接密着できるようクラツドの一部を除去し
   てコアの側面を露出させた検出部を有する光フア
   イバと、 該光フアイバに所定波長の赤外レーザ光を導光
   するレーザ光源と、 前記光フアイバから出た反射レーザ光のエネル
   ギを測定し、この測定結果に基づき前記生体の生
   化学成分を測定する測定演算部と、を含み、 生化学成分を非観血的に測定することを特徴と
   するレーザ光による生化学成分分析装置。 ２ 特許請求の範囲１記載の装置において、光フ
   アイバの検出部手前に折曲部を形成してレーザ光
   の検出部への入射角を鋭角にし検出部における単
   位長当たりのレーザ光反射回数を増加したことを
   特徴とするレーザ光による生化学成分分析装置。 ３ 特許請求の範囲１、２のいずれかに記載の装
   置において、レーザ光の一部が導光される較正用
   光フアイバが設けられ、検出部を有する光フアイ
   バの出力と較正用光フアイバの出力とが測定演算
   回路にて比較測定されることを特徴とするレーザ
   光による生化学成分分析装置。 ４ 特許請求の範囲３記載の装置において、検出
   部を有する光フアイバと較正用光フアイバとへの
   レーザ光の導光路には、交互のタイミングでレー
   ザ光が導光制御される光チヨツパが設けられてい
   ることを特徴とするレーザ光による生化学成分分
   析装置。