JPH11178799A

JPH11178799A - 生体表層組織の分析方法及びその装置

Info

Publication number: JPH11178799A
Application number: JP35301297A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Maruo; 勝彦丸尾; Keisuke Shimizu; 敬輔清水
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】生体表層組織の透過光方式による分析を簡便
に且つ確実に行う。【解決手段】光の吸収により生体の表層組織、好まし
くは皮膚組織あるいは粘膜組織、さらに好ましくは皮膚
組織中の真皮組織、皮下組織あるいは粘膜組織中の粘膜
固有層、粘膜下層の性状を分析するための方法である。
生体の表層組織の一部を***させて、該***部分を介し
て対向している光射出部から光入射部への受発光操作を
行うことで分光分析を行う。生体の一部を***させて該
***部分に光を透過させるために、光射出部と光入射部
とが小間隔で対向しているものを用いることができると
ともに光出力が小さくとも測定が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紫外から赤外領域
に属する波長の光線を物質に入射させ、透過光より物質
の化学成分を分析する分光分析法による生体表層組織の
分析方法及びその装置，具体的には人や牛などの哺乳
類、両生類、鳥類等の動物や植物の表層組織、すなわち
層状構造を有する表層組織を分析して、化学成分濃度、
たとえば水分、グルコース、果糖、カルシウム、ナトリ
ウム、コレステロール、脂肪、蛋白質等の定量分析や、
皮膚の弾力、はり、みずみずしさといった物理的性質の
定量、定性分析を行う分析方法及びその装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】紫外光から赤外光を利用した分光分析は
現在、広範囲の分野で利用されている。利用する波長に
よって吸光にかかわる物理的性質は異なるが、紫外域で
は電子の励起、赤外域では分子振動の共鳴、近赤外領域
では分子振動の共鳴の高調波などが計測できるために、
これらに基づいて分析を行うことができる。

【０００３】これらの波長の中で可視域に隣接する近赤
外域の光を用いて物質の定量、定性分析を行う近赤外分
光分析法は、近年、農業分野をはじめ様々な分野で利用
されはじめており、最近では生体分野において非侵襲、
無害の分析手法として注目されている。近赤外分光分析
法は０．８μｍから２．５μｍの波長の光を物質に照射
し、透過あるいは反射した光のスペクトルより分析を行
う手法である。この近赤外分光分析法は、エネルギーの低い電磁波を用いるので試料を損傷するこ
とがない固体、粉体、繊維、液体、気体など様々な状態の試料へ
の適用が可赤外光にくらべ近赤外光では水の吸収強度が弱くなるの
で、水溶液での分析が可などの利点を有する。

【０００４】ただし、近赤外光を用いる場合、吸収シグ
ナルは高調波をあつかうために赤外光に比較して非常に
微弱である上、バンドの帰属が明確でないという欠点を
有しており、このために近赤外分光分析にはその定量、
定性のためにいわゆる”ケモメトリクス”と呼ばれる手
法が用いられる。これは、多変量解析手法や統計解析手
法を用いて化学分析を行う手法で、コンピュータの発達
とともに発展し、最近の近赤外分光分析では主成分回帰
分析あるいはＰＬＳ回帰分析といった多変量解析手法を
用いて行われることが多い。またニューラルネットワー
ク等の解析への応用も試みられている。

【０００５】近赤外分光分析を化学成分分析に利用した
従来例として水分計がある。近赤外光による水分計は現
在、数種類が市販されているが、初期の頃の単純な水分
定量は、水の吸収の１．９３μｍにおける吸光度と物質
の吸収に関係しない中立波長の２．０８μｍにおける吸
光度の差（差吸光度）と、水分との単回帰式によりあら
かじめ求めた検量線を用いて行われている。実際の計測
においては差吸光度を測定し、検量線と比較することで
物質の水分量を測定する。ただし、この水分量計測は物
質表面に光を照射しその反射光を検出することにより行
われるので、表層組織内部の水分量を選択的に検出する
能力はない。従って、生体組織のように深さ方向に濃度
分布を有している被測定物の分析は困難である。

【０００６】生体組織の化学組成あるいは物性を近赤外
線を利用して分析する試みとしては、まだ実用化に至っ
ていないが光ＣＴの開発がある。光ＣＴは生体表層組織
の分析を意図したものではないが、現在実用化されてい
るＸ線によるＣＴスキャンや核磁気共鳴を利用したＮＭ
Ｒのような断層イメ−ジを近赤外光を用いて撮影しよう
というものである。

【０００７】光ＣＴの開発では発光プローブより受光プ
ローブへ到達する光の物質中の透過経路を確定すること
が非常に重要な項目で、図１７に示すように発光プロー
ブＰと受光プローブＲとを測定物１１に対して平行に配
置した場合、透過光はいわゆる「バナナシェイプ」とよ
ばれる経路Ｔを通ることが実験的にも数値解析手法を用
いたシミュレーションにおいても確認されている。

【０００８】ここにおいて、このような光の透過経路を
とる性質を利用して発光プロープと受光プローブの間隔
を調節することで目的とする深さの生体組織の分光分析
を行うことができる。また、透過法を利用した分析とし
ては、指や耳朶のように生体部位の形状が凸状である部
位を利用して血中の酸素飽和度や容積脈波を求める従来
例がある。しかしながら、これらの透過法による分析は
生体での透過性に優れる分子の基準振動の第２倍音や第
３倍音に属する０．７〜１．３μｍの波長範囲の近赤外
光を利用したもので、分子の基準振動あるいは第１倍音
に属する１．４〜２．５μｍの領域に属する波長はその
透過性の点で利用しにくく、１．４〜２．５μｍの波長
範囲で透過法による測定を行う場合は、生体組織を破壊
して１ｍｍ厚さ程度の試料に加工する必要があり、この
ために通常は（拡散）反射法による測定に使用されてい
る。しかしながら、（拡散）反射測定に用いられる１．
４〜２．５μｍの近赤外光は、透過測定に用いられる
０．７〜１．３μｍの近赤外光より透過性が劣る反面、
生体組織中での吸収信号が大きく、高精度を期待する定
量、定性分析に向いている。レーザー光のような高強度
の光源を用いることで透過性が劣る点をカバーすること
も可能ではあるが、生体に適用する場合、火傷などの組
織の損傷が起こる可能性があるし、コスト的に高価な装
置になってしまう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】光ＣＴのように（拡
散）反射光を利用して皮膚組織の化学成分あるいは物性
の定量、定性分析を行う場合、受発光間隔によるが発光
手段からの入射光に対して受光手段にかえってくる光が
１００分の１以下あるいは１０００分の１以下程度にな
るため、精度良い分光分析を行うためには大きな強度の
光を入射させる必要があるという問題があった。高強度
の近赤外光で分析を行う場合、生体組織の損傷や火傷の
可能性から大きな光強度の分析を行いにくいことが前提
にあることは言うまでもない。

【００１０】また、皮膚組織や粘膜のような薄い組織が
積層された複雑な組織の分析を受発光間隔を制御するこ
とで特定の組織や深さでの分析を行う場合、前記組織の
散乱係数や吸収係数が異なる個体差のために、意図しな
い部分の透過光を分析する可能性もある。本発明は、皮
層組織や粘膜のような生体表層組織（生体上皮組織）の
化学成分あるいは物性の定量、定性分析を透過性に劣る
波長の光でも透過方式で使用できるようにして個体差や
測定部位の影響の小さい状態で行うことができる分析方
法及びその装置を提供することを課題としている。特
に、受発光手段として通常のハロゲンランプ、発光ダイ
オード（ＬＥＤ）、レーザーダイオードのような比較的
普通の光源、ＳｉやＧｅやＩｎＧａＡｓ製のフォトダイ
オードのような普通の受光素子と簡単な集光手段で分光
分析でき、生体組織の受発光を行う測定部分のアセンブ
ルが容易で、低コストな分析方法及びその装置を提供す
ることを課題としている。

【００１１】また、透過光を分析に利用することで、
（拡散）反射光を利用する場合に比べ光が透過する組織
の特定が容易であり、光の透過状態をシミュレーション
も同様に容易である分析方法及びその装置を提供するこ
とを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】しかして本発明における
生体表層組織の分析方法は、光の吸収により生体の表層
組織、好ましくは皮膚組織あるいは粘膜組織、さらに好
ましくは皮膚組織中の真皮組織、皮下組織あるいは粘膜
組織中の粘膜固有層、粘膜下層の性状を分析するための
方法であり、生体の表層組織の一部を***させて、該隆
起部分を介して対向している光射出部から光入射部への
受発光操作を行うことで分光分析を行うことに特徴を有
している。

【００１３】生体表層組織の一部を***させるとともに
この***部分に光を透過させるために、１．４〜２．５
μｍ程度（いわゆる分子の基準振動、第１倍音領域）の
近赤外光や０．７μｍ以下の波長領域（紫外線領域）の
ような生体組織での透過性に劣る波長範囲でも生体透過
スペクトル分析することができるものであり、また、
０．７〜１．３μｍのような透過性が良い波長領域の光
であれば従来方法よりも弱い強度の光で生体透過スペク
トル分析することができる。

【００１４】なお、受発光手段の光軸が一致するように
配置するのが最も好ましいわけであるが、生体表層組織
（上皮組織）は散乱物質であるので、この光軸の一致は
真空中や空気中のように厳密である必要はなく、受光手
段への入射光量が確保されるのであれば、ほぼ対向する
位置にあればよく、１８０°位置に限るものではない。

【００１５】受発光手段として光射出部と光入射部との
間隔が５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下のものを用い
ることが好ましく、殊に受発光手段による受発光位置
を、***させた表層組織の凸状の頂端より５ｍｍ以内、
好ましくは２ｍｍ以内とすることが好ましい。生体表層
組織が人間の皮膚組織の場合、第１６図に示すように表
皮イ、真皮ロ、皮下組織ハから構成されており、該皮膚
組織、特に真皮組織ロを***させたい場合、***させる
部位がたとえば人間の前腕内側部分の真皮の場合は、組
織個体差や部位差もあるが、表皮層厚さが０．１〜０．
２ｍｍ程度で真皮層厚さが０．５〜１．０ｍｍ程度とな
っているからである。

【００１６】生体表層組織の一部を***させることは、
生体表層組織をつまんで***させたり、生体表層組織に
受発光手段を備えた測定部を当接させることによる押し
付け圧力によって***させるとよい。なお、前記人間の
前腕内側部分は人間での個体差が小さく生体での分析に
適している部位の一つであるが、測定を行う部位は前腕
内側部分に限定するものではなく、腹部や胸部の衣服で
覆われる部位や口内等の粘膜部位も適している。特に、
腹部や胸部は皮層組織の連続測定あるいは間欠的な２４
時間測定を行う部位として最適である。

【００１７】分析を行う組織は目的によりことなるが、
真皮を用いると有効なことが多い。真皮の分析を目的と
する場合、真皮の下の皮下組織は脂肪組織などが多く存
在し、真皮組織中の性状を分析する場合は外乱となるの
で、可能な限り皮下組織を排除するかたちで皮膚組織を
***させた方が精度および再現性のよい分析ができる。
分析は***させた皮膚組織を分光分析することにより行
う。分光分析に用いる波長範囲は１．３〜２．５μｍの
波長範囲さらに好ましくは１．４〜１．８μｍｍあるい
は２．０〜２．４μｍの波長範囲の近赤外光が適してい
る。これは前記のような微小な***皮膚組織においても
十分な信号が得られることと、紫外線とは異なり生体に
対する毒性がほとんどないからである。

【００１８】そして、本発明に係る生体表層組織の分析
装置は、光の吸収により生体の表層組織、好ましくは皮
膚組織あるいは粘膜組織、さらに好ましくは皮膚組織中
の真皮組織、皮下組織あるいは粘膜組織中の粘膜固有
層、粘膜下層の性状を分析するための装置であって、生
体の表層組織の一部を***させて受発光手段における光
射出部と光入射部との間に導く手段を備えていることに
特徴を有している。

【００１９】生体表層組織の一部を***させる手段とし
ては、内壁面に光射出部と光入射部とを対向させている
溝や、相互に対向する光射出部と光入射部との変位を可
能とした変位手段や、ローラー、減圧吸引手段等を好適
に用いることができる。光射出部と光入射部との少なく
とも一方は幅が１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以
下、更に好ましくは幅が０．２ｍｍのスリットや、光フ
ァイバあるいは光ファイババンドルを用いることができ
る。光ファイババンドルを用いる場合、複数本の光ファ
イバ素線をシート状に並べたもの、殊にシート状光ファ
イババンドルの形態を保持するためのサポートを備えた
ものが好ましい。光射出部と光入射部とを着脱自在とし
たものであってもよい。

【００２０】前記光ファイバ（光ファイババンドル）に
は素線の線径が７５〜７５０μｍ好ましくは２５０μｍ
以下のものが適している。線径が２００μｍ程度の光フ
ァイバはアセンブルしやすく、シート状の光ファイババ
ンドルを作製するのに適している。シート状光ファイバ
バンドルはシート状部分の厚さが０．５ｍｍ以下さらに
好ましくは０．３ｍｍ以下とすることが望ましい。

【００２１】シート状光ファイババンドルにその破損防
止や受発光手段の光軸を一致させやすくするためにサポ
ートを用いる場合、サポートを配したシート状光ファイ
ババンドルは厚さを１．５ｍｍ以下好ましくは１．０ｍ
ｍ以下とすることが望ましい。上記のように分光分析を
行うことで、皮膚組織、特に真皮組織中の化学成分の分
析が可能となる。分光分析により得られた吸光信号は演
算部で数値計算され目的とする成分濃度が算出される。
前記成分濃度の算出は検量線あるいは検量式を用いて行
われる。検量線あるいは検量式は予め個人あるいは複数
の被験者の様々な状態における吸光スペクトルを解析す
るキャリブレーションにより得られる。解析は、多変量
解析手法や統計解析手法を用いて定量・定性分析を行う
手法で、近赤外分光分析では主成分回帰分析あるいはＰ
ＬＳ回帰分析といった多変量解析手法を用いて行う。

【００２２】スペクトル測定はハロゲンランプのような
光源からの光を干渉フィルターのような光学フィルター
をもちいて任意波長の光に分光したり、ＬＥＤやレーザ
ーダイオードのような単色光源を組み合わせて複数波長
の吸光度を測定する方式や、通常の分光分析法のように
ハロゲンランプのような光源からの光を回折格子あるい
はフーリエ変換方式（ＦＴ−ＩＲ方式）を用いて連続的
に所定の波長の吸光スペクトルを求める方式を用いても
かまわない。

【００２３】本発明の生体表層組織の分析は、人間の真
皮組織中の化学成分の分析に限ったものではなく、たと
えば、牛や豚のような家畜あるいは哺乳動物の上皮組織
の性状分析に利用できる。本発明で分析する生物の生体
表層組織（上皮組織）性状は、分析する部位そのものの
成分濃度や物性のほか、哺乳動物では血中成分と上皮組
織性状（特に真皮組織性状）の相関を利用して血中成分
濃度を推定することも可能である。人間では血中成分と
表層組織性状（特に真皮組織性状）の相関が高い物質と
してグルコース濃度がある。従って本発明は人間の血中
グルコース濃度の推定に適した分析方法であるといえ
る。

【００２４】

【実施例】−実施例１− 本実施例における生体表層組織の分析装置は、人間の皮
膚組織内のグルコース濃度を定量するためのもので、図
２に示すように、１５０Ｗのハロゲンランプからなる光
源１，光源１からの光を皮膚組織１１に伝えるとともに
皮膚組織１１を透過した光をスリット３を通じてフラッ
トフィールド型回折格子を収めた回折格子ユニット２に
伝える光ファイババンドル４、回折格子ユニット２で分
光された光を受光するアレイ型受光素子ユニット５、受
光素子ユニット５からの信号をもとに数値解析を行うこ
とでグルコース濃度の定量を行う演算ユニット６から構
成される。前記受光素子ユニット５には常温での受光感
度域が０．９〜２．１μｍのＩｎＧａＡｓフォトダイオ
ードを直線状に２５６素子並べたアレイ型のものでペル
チェ素子で冷却している。受光信号はＡ／Ｄ変換ボード
９で１６ビット精度でＡＤ変換され、パーソナルコンピ
ュータからなる演算ユニット６で記録される。図中８は
反射鏡、７はレンズ、１０は受発光端部となる測定部で
ある。

【００２５】前記演算ユニット６で行われるグルコース
濃度定量は１．４μｍ〜１．８μｍの近赤外領域に属す
る吸光スペクトルを利用し、検量式（検量線）を用いて
行われる。本実施例において用いた検量式は、ＰＬＳ回
帰分析により得られた式を用いた。この検量式は、予め
本実施例の分析装置を用いた実験より得られ、複数の被
験者の皮膚組織から測定した吸光スペクトルを説明変量
とし、実測した真皮細胞液中のグルコース濃度を目的変
量としてＰＬＳ回帰分析することにより求めている。

【００２６】本実施例に用いた光ファイババンドル４は
クラッド径が２００μｍの光ファイバ素線１２を図３の
ように１４本シート状に束ね、端部を研磨機で鏡面仕上
げしたものを受発光用ファイババンドルの測定端部とし
て用いている。光ファイババンドル４の測定部１０は断
面が図１(a)に示すようにＶ字状にカットされた溝Ｄを
介して受発光用光ファイババンドル４を配したものとし
てある。Ｖ字状にカットした溝Ｄは幅Ｄｗが１．５ｍ
ｍ、深さＤｔが１．５ｍｍで、前記受発光用光ファイバ
バンドル４は溝Ｄの最上部位置にその測定端部（光射出
部及び光入射部）が来るように配置している。

【００２７】測定は生体組織１１に測定部１０を押し付
けることで行う。生体組織１１に測定部１０を押し付け
ることで図１(b)に示すようにＶ字状溝Ｄの周囲を陥没
させるとともに溝Ｄ内に生体組織１１の一部を***さ
せ、受発光用光ファイババンドル４でこの***させた組
織の吸光スペクトル測定を行う。生体組織は散乱体であ
るので真空中あるいは空気中とは異なり、本実施例のよ
うに光軸が多少ずれても十分な光量を確保できる。

【００２８】本実施例のようにアセンブルが容易なシー
ト状に配列させた光ファイババンドル４により透過法に
よる皮膚組織の分光分析が可能となったので、従来の
（拡散）反射方式による測定よりも少ない光量の分析が
可能となる。あるいは、少ない本数の光ファイバ素線で
構成される光ファイババンドル４でも十分な透過光が得
られることから低コスト化にもつなげることができる。
また、***部分を透過させた光を用いての分析であるの
で光の透過経路の特定が容易で、測定精度や再現性を向
上させることができる。さらに、非侵襲的に皮膚組織中
のグルコース濃度を分析し、皮膚組織中のグルコース濃
度と相関の高い血中グルコース濃度を推定するものであ
るから、採血式の分析方法と比較して被測定者の負担が
小さく、測定にともなう痛みもほとんど無い。

【００２９】−実施例２− 光ファイババンドル４の測定部１０以外の構成は実施例
１と同様である。ここにおける測定部１０は図４に示す
ようにＵ字状にカットされた溝Ｄを介して受発光用光フ
ァイババンドル４が配置されている。前記光ファイババ
ンドル４はクラッド径が２００μｍの光ファイバ素線を
１４本シート状に束ね、端部を研磨機で鏡面仕上げした
ものを用いている。Ｕ字状にカットした溝Ｄは幅Ｄｗが
２ｍｍ、深さＤｔが２ｍｍで、前記受発光用光ファイバ
バンドル４は溝Ｄの最上部位置で光軸が一致するように
配置している。このように受発光手段を配置すること
で、受光手段においてより多くの光量が受光することが
できる。

【００３０】−実施例３− 光ファイババンドル４の測定部１０以外の構成は実施例
１と同様である。ここでの測定部１０は、図５に示すよ
うに前記光ファイババンドル４のシート状部分を保護す
るサポート１４を兼ねるとともにシート状部分の開閉動
作により測定端部の幅を円周上で変化させる変位手段１
６を設けてある。変位手段１６は測定部１０に端部が固
定された板ばねであり、固定部分付近を中心として測定
端部が円を描くように開閉動作が発生する。測定は生体
組織１１を測定部１０に押し付けて行う。測定部１０が
無加重状態の時、図５(b)に示すように光ファイバの測
定端部間隔Ｄｗ１が３ｍｍ程度開いており、測定時に生
体組織１１が光ファイババンドル４の測定端部に接触す
るとともに接触部分の皮膚組織が挟まれ、図５(c)に示
すように生体組織１１が測定部１０本体と突き当たった
時点で挟み込みが終了する。皮膚組織の挟み込みを終了
した時点での光ファイバの測定端部間隔Ｄｗ２は約１ｍ
ｍである。

【００３１】このようにシート状に配列させた光ファイ
ババンドル４を皮膚組織の挟み込み手段として利用する
ことで簡単な構成での皮膚組織の透過分光分析が可能と
なった。また、本実施例では生体組織を測定時に測定部
に軽く押し当てる動作の中で、皮膚組織を***させるこ
とができるために、測定が非常に容易であるとともに、
測定部位を同位置にすれば、つまみ出される（***させ
られる）皮膚量が一定で再現性のよい測定が可能とな
る。また、皮膚の***にともなう痛みもほとんど無い。

【００３２】−実施例４− 測定部１０の構成は実施例３で示したものと同じである
が、ここでは光ファイバの下方側に配したサポート１４
の先端部を図６に示すように光ファイバの先端より０．
２ｍｍ程度突き出させてある。この場合、光ファイバの
破損の可能性が小さくなるとともに、***させた皮膚組
織の周囲より周り込む迷光の影響を小さくすることがで
きる。

【００３３】−実施例５− ここで示した測定部１０も基本的に実施例３で示したも
のと同じであるが、図７に示すように光ファイババンド
ル４の上方（測定時に皮膚組織側となる）側にサポート
１４を配してある。この場合、***させた皮膚組織の先
端部を測定しやすくなり、皮膚組織をつまみすぎて皮下
組織のような望まない組織の透過光を測定する可能性が
小さくなる。なお、実施例４，５については、生体表層
組織（皮膚組織）と接触するサポート１４の端部の材質
をゴムとしたり、形状に凹凸をつけることで皮膚とのか
かりを強くでき、より確実な測定が可能となる。

【００３４】−実施例６− 測定部１０以外の構成は実施例１と同様である。本実施
例の測定部１０は図８に示すように断面Ｕ字状にカット
された溝Ｄを介して受発光用光ファイババンドル４の測
定端部が配置されている。Ｕ字状にカットした溝Ｄは幅
Ｄｗが２ｍｍ、深さＤｔが２ｍｍで、前記受発光用光フ
ァイババンドル４の一方の測定端部は溝の最上部位置に
固定されている。また、もう一方の測定端部は光軸上を
水平方向にスライドできるように構成されており、前記
受発光用光ファイババンドル４で生体上皮組織をつまみ
出す***手段となっている。光ファイババンドル４のシ
ート状部分には保護のためと光軸方向の動きをガイドす
るためのサポート１４がシート状部分の下部に配置され
ている。測定は生体組織１１を測定部１０に押し付ける
ことによって行う。生体組織１１を測定部１０に軽く押
し付けられることで図８(a)に示すようになだらかに生
体組織１１を***せしめ、次に図１１(b)に示すように
光ファイババンドル４の測定端部をスライドさせて生体
表層組織（皮膚組織）１１を挟むことで受発光間隔を適
切化する。広めのＵ字溝で予備的になだらかに***させ
た生体表層組織１１を、光ファイババンドル４の測定端
部でさらに挟み、受発光間隔を最適化するので、測定時
に強く組織を押し当てる必要がなく、確実な測定が可能
となる。

【００３５】−実施例７− 測定部１０以外の構成は実施例ｌと同様である。本実施
例の測定部１０は図９に示すようにＶ字状にカットされ
た溝Ｄを介して受発光用光ファイババンドル４のシート
状の測定端部部分を対向配置してある。そして、Ｖ字状
にカットした溝Ｄは幅Ｄｗを１．５ｍｍ、深さＤｔを
１．５ｍｍとし、排気管１７を通じて溝Ｄ内の排気を行
う吸引ポンプ１８に接続してある。測定は生体組織１１
を測定部１０に軽く押し付けて吸引ポンプ１８で溝Ｄ内
部の気圧を下げることで生体表層組織１１を***させて
行う。生体表層組織（皮膚組織）を確実に***させるこ
とができるので、測定時に強く組織を押し当てる必要が
ない。。

【００３６】−実施例８− 図１０に示すように、本実施例は、実施例７で示した吸
引ポンプ１８と、実施例６で示したスライド構造とを組
み合わせたものである。溝Ｄは幅Ｄｗを３ｍｍ、深さＤ
ｔを２ｍｍとし、生体組織１１を測定部１０に軽く押し
付けてなだらかに生体組織を***せしめると同時に吸引
ポンプ１８で溝Ｄ内部の気圧を下げることで生体表層組
織１１を確実に***させ、次に光ファイババンドル４の
測定端部をスライドさせて生体表層組織（皮膚組織）１
１を挟むことで受発光間隔を適切化する。

【００３７】−実施例９− 図１１に示すように、Ｕ字状にカットされた溝Ｄの一方
の脇に幅０．２ｍｍのスリット３を介して光源１を配置
し、溝Ｄの他方側の内壁面にクラッド径が２００μｍの
光ファイバ素線をシート状に束ねた光ファイババンドル
４の端面を配置している。溝Ｄの幅Ｄｗは２ｍｍ、深さ
Ｄｔは２ｍｍである。光源１には中心波長が１６００ｎ
ｍで半値幅がｌ６０ｎｍの発光ダイオード２２を用い，
ボールレンズ２１と反射面２０とスリット３とを通じ
て、***させた生体表層組織１１が嵌まり込むことにな
る溝Ｄ内に光を導き、生体表層組織１１を透過した光を
光ファイババンドル４へと導く。光源として発光ダイオ
ード２２を用いるために測定部１０をコンパクト化する
ことができるとともに、光ファイババンドル４の使用箇
所を減らせることができ、アセンブルが容易で、低価格
化が可能となる。図中２３はヒートシンクである。他の
実施例のように光ファイババンドル４でハロゲンランプ
のような光源１から光を導いてもよい。この場合、スリ
ット３を利用できるので、光ファイババンドル４の端面
をシート状に加工する必要はない。

【００３８】−実施例１０− 実施例９で示したものでは、受光側に光ファイバーバン
ドル４を用いていたが、ここでは図１２に示すように、
生体表層組織１１を透過した光をスリット３’と反射面
２０’とを通じてフォトダイオードである受光素子ユニ
ット５に導いている。受光ユニット５には３個のフォト
ダイオード２２をスリット３’に対して平行に並べたも
のを用いるとともに、３個のフォトダイオード２２を各
々異なった波長特性を有する干渉フィルタで覆ったもの
を用いて、同時に３波長の吸光度測定を行うことができ
るようにしている。干渉フィルタは透過の中心波長が１
５４０ｎｍ、１５８０ｎｍ，１６８５ｎｍのものを用い
た。なお、この波長に限定するものではなく、また使用
する波長数も３つに限定するものでもない。いずれにし
ても受発光手段を測定部１０に一体化させることでコン
パクトにまとめることができる。

【００３９】−実施例１１− 本実施例における測定部１０は、図１３に示すように、
発光ダイオード２２を用いた光源１と、フォトダイード
２５を用いた受光ユニット５とを用いた点で実施例１０
と同じであるが、スリット３を備えた板状部３３，３３
を開閉させることにより測定端部（スリット３部分）の
幅を円周上で変化させる変位手段１６を設けてある。変
位手段１６には測定部１０と端部が固定された板ばねを
用いており、このために固定部分付近を中心として測定
端部が円を描くように開閉動作が発生する。

【００４０】測定は生体組織を測定部１０に押し付けて
行う。測定部１０が無加重状態の時は図１３(a)に示す
ように測定端部間隔（スリット３，３部分の間隔）Ｄｗ
ｌが３ｍｍ程度開いており、測定時に生体組織１１が測
定端部に接触すると接触部分の皮膚組織を挟みはじめ、
図１３(b)に示すように生体組織１１が測定部本体と突
き当たった時点で挟み込みが終了する。発光ダイオード
２２より照射された近赤外光は反射面２０で反射されて
発光側のスリット３を通して***させられた生体表層組
織１１に照射される。生体表層組織１１を透過した光は
受光側のスリット３と反射面２０とを通じてフォトダイ
オード２５に到達する。到達した光は電気信号に変換さ
れパーソナルコンピュータ（演算ユニット）でグルコー
ス濃度が検量式により演算される。本実施例において検
量式は重回帰分析により導いた検量式を用いた。

【００４１】−実施例１２− 本実施例の測定部１０は図１４に示すように、シート状
で且つ端部が研磨機で鏡面仕上げされた光ファイババン
ドル４をローラー２６に貫通させている。そして発光側
と受光側の各ローラー２６は、通常時、受光用ファイバ
バンドル４および発光用フアイババンドル４を垂直方向
において平行にしているが、生体組織１１に接触させて
ローラー２６を矢印方向に回転させると、接触部分の生
体表層組織１１を持ち上げて、図１４(b)に示すように
皮膚組織１１を挟み込むものであり、この時点で受発光
用光ファイバの光軸がほぼ一致する。

【００４２】−実施例１３− 本実施例における図１５に示す測定部１０は、実施例３
で示したものと同じであるが、受発光手段端部に着脱自
在な光ファイババンドル２７，２７を配置している。該
光ファイババンドル２７には光ファイババンドル４と同
じものを用いることができ、たとえば長さが１ｃｍでク
ラッド径が２００μｍの光ファイバ素線を１４本シート
状に束ね、端部を研磨機で鏡面仕上げしたものを用いる
ことができる。このように受発光手段端部の光ファイバ
を脱着自在とすることで、測定による破損の可能性が高
い先端部分の光ファイバが破損しても、先端部を交換す
ることで容易に修理することができるものとなる。

【００４３】本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。また、人間の皮膚組織のグルコース濃度と血
中のグルコース濃度の相関が高いという性質を利用した
血糖計測に好適に用いることができる例について説明し
たが、これに限るものではないのももちろんである。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、生体表層組織の一部を
***させて、この***させた組織を透過させた光によっ
て分光分析を行うために、透過性の劣る波長範囲の光を
用いても非侵襲的な分析を行うことが可能となったもの
であり、また、皮膚組織や粘膜のような生体上皮組織の
化学成分あるいは物性の定量、定性分析を透過方式で個
体差や測定部位の影響の小さい状態で行うことができる
ものである。また、受発光手段として通常のハロゲンラ
ンプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード
のような比較的普通の光源、ＳｉやＧｅやＩｎＧａＡｓ
製のフォトダイオードのような普通の受光素子と簡単な
集光手段で分光分析できるとともに、生体組織の受発光
を行う測定部分のアセンブルが容易で、低コストな分析
を行えるようになった。また、透過光を分析に利用する
ことで、（拡散）反射光を利用する場合に比べ光が透過
する組織の特定が容易であり、光の透過状態をシミュレ
ーションも同様に容易な分析を行えるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)
(b)は共に断面図である。

【図２】同上の全体構成を示す概略図である。

【図３】同上に用いる光ファイババンドルの斜視図であ
る。

【図４】他例を示す断面図である。

【図５】さらに他例を示しており、(a)は平面図、(b)は
側面図、(c)は断面図である。

【図６】別の例の断面図である。

【図７】さらに別の例の断面図である。

【図８】異なる例を示すもので、(a)(b)は共に断面図で
ある。

【図９】他例を示すもので、(a)(b)は共に断面図であ
る。

【図１０】さらに他例を示すもので、(a)(b)は共に断面
図である。

【図１１】別の例の断面図である。

【図１２】さらに別の例の断面図である。

【図１３】異なる例を示すもので、(a)(b)は共に断面図
である。

【図１４】更に異なる例を示すもので、(a)(b)は共に断
面図である。

【図１５】別の例の断面図である。

【図１６】皮膚組織を示す断面図である。

【図１７】バナナシェイプと称されている光の透過経路
の説明図である。

【符号の説明】

４光ファイバーバンドル１０測定部１１生体表層組織

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光の吸収により生体の表層組織、好まし
くは皮膚組織あるいは粘膜組織、さらに好ましくは皮膚
組織中の真皮組織、皮下組織あるいは粘膜組織中の粘膜
固有層、粘膜下層の性状を分析するための方法であり、
生体の表層組織の一部を***させて、該***部分を介し
て対向している光射出部から光入射部への受発光操作を
行うことで分光分析を行うことを特徴とする生体表層組
織の分析方法。
【請求項２】受発光手段として光射出部と光入射部と
の間隔が５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下のものを用
いることを特徴とする請求項１記載の生体表層組織の分
析方法。
【請求項３】受発光手段による受発光位置を、***さ
せた表層組織の凸状の頂端より５ｍｍ以内、好ましくは
２ｍｍ以内とすることを特徴とする請求項１または２記
載の生体表層組織の分析方法。
【請求項４】生体表層組織の一部を挟んで***させる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の生体
表層組織の分析方法。
【請求項５】生体表層組織に受発光手段を備えた測定
部を当接させることによる押し付け圧力によって生体組
織の一部を***させることを特徴とする請求項１〜４の
いずれかの項に記載の生体表層組織の分析方法。
【請求項６】光の吸収により生体の表層組織、好まし
くは皮膚組織あるいは粘膜組織、さらに好ましくは皮膚
組織中の真皮組織、皮下組織あるいは粘膜組織中の粘膜
固有層、粘膜下層の性状を分析するための装置であっ
て、生体の表層組織の一部を***させて受発光手段にお
ける光射出部と光入射部との間に導く手段を備えている
ことを特徴とする生体表層組織の分析装置。
【請求項７】生体表層組織の一部を***させる手段
が、内壁面に光射出部と光入射部とを対向させている溝
であることを特徴とする請求項６記載の生体表層組織の
分析装置。
【請求項８】生体表層組織の一部を***させる手段
が、相互に対向する光射出部と光入射部との変位を可能
とした変位手段であることを特徴とする請求項６記載の
生体表層組織の分析装置。
【請求項９】生体表層組織の一部を***させる手段
が、ローラーであることをことを特徴とする請求項６記
載の生体表層組織の分析装置。
【請求項１０】生体表層組織の一部を***させる手段
が、減圧吸引手段であることを請求項６記載の生体表層
組織の分析装置。
【請求項１１】光射出部と光入射部との少なくとも一
方がスリットであるとともに該スリットの幅が１ｍｍ以
下、好ましくは０．５ｍｍ以下であることを特徴とする
請求項６〜１０のいずれかの項に記載の生体表層組織の
分析装置。
【請求項１２】光射出部と光入射部との少なくとも一
方が光ファイバあるいは光ファイババンドルであること
を特徴とする請求項６〜１０のいずれかの項に記載の生
体表層組織の分析装置。
【請求項１３】前記光ファイババンドルが複数本の光
ファイバ素線をシート状に並べたものであることを特徴
とする請求項１２記載の生体表層組織の分析装置。
【請求項１４】シート状光ファイババンドルはこの形
態を保持するためのサポートを備えていることを特徴と
する請求項１３記載の生体表層組織の分析装置。
【請求項１５】光射出部と光入射部とが着脱自在とな
っていることを特徴とする請求項６〜１４のいずれかの
項に記載の生体表層組織の分析装置。