JPH07132120A

JPH07132120A - 不連続性放射を使用した検体濃度の無侵襲的測定法と装置

Info

Publication number: JPH07132120A
Application number: JP6120685A
Authority: JP
Inventors: David L Purdy; エルパーデイデイビツド; Richard L Wiggins; エルウイギンズリチヤード; Paul Castro; カストローポール
Original assignee: Diasense Inc
Current assignee: Diasense Inc
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1994-05-09
Publication date: 1995-05-23
Also published as: EP0623307A1; AU6186494A; TW295543B; CA2123152A1

Abstract

(57)【要約】【目的】哺乳動物における少なくとも１つの検体の濃
度、たとえば血液中のグルコースの濃度を無侵襲的に測
定する方法と装置の提供。【構成】哺乳動物の身体の一部分３１を光（赤外線
等）で照射する。その光は、連続波長光の２つ以上の別
々のバンドを含んでいる。被照射部分３１からの後方散
乱光または透過光を検出（光導体３３による）して、こ
れを処理する（２１、２３による）ことによって、検体
の濃度値を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、生きている動物にお
ける検体（アナライト）の濃度を無侵襲的に検出する技
術に、詳しくは、人間の血液中のグルコース濃度の無侵
襲的な検出に赤外線分光法（インフラレッド・スペクト
ロスコピック法）または近赤外線分光法を使用すること
に、関するものである。

【０００２】なお、この出願は、１９９２年１２月９日
付の出願である米国出願第０７／９８７７６６号の一部
継続出願である。

【０００３】種々の病状の診断や治療に際しては血液中
の諸成分の濃度を測定することが重要である。たとえ
ば、糖尿病の治療では血液中のグルコース濃度を周期的
に測定せねばならない。インスリン依存性の、またはＩ
型の糖尿病を患っている人々にとっては、血液中のグル
コース濃度を、毎日数回測定することが、必要であるか
望ましい場合が多い。冠状動脈に関する病気を防ぐには
コレステロールの濃度を正確に読取ることが重要であ
る。ビリルビンおよびアルコールの如き上記以外の血液
中の検体の濃度測定も、種々の診断目的のために重要で
ある。

【０００４】現在行われている上記の様な血液成分の濃
度を正確に測定するやり方では、たとえば指に針などを
突き刺すというやり方で血液サンプルを採取することが
必要である。この様な侵襲的な技法で血液サンプルを採
取することは、痛みを伴うと共に不快である。糖尿病患
者の場合に、グルコース濃度レベルをモニタするために
１日数回も指を突き刺す（傷をつける）ことが必要であ
ると、相当な瘢痕組織が形勢されることになる。実際
に、多くの患者は、この侵襲的な方法は痛くかつ不愉快
であるから、指示されたほどひんぱんにはグルコース濃
度レベルをモニタしていないのが実情であると、思われ
ている。

【０００５】この様にグルコース濃度レベルのモニタを
怠ると、糖尿病による長期健康障害を受けるという危険
性が高くなる。その様な健康上の障害としては、或程度
または完全に視力を失うことになる眼の障害、および切
断手術を行わねばならぬような状態となる可能性のある
四肢に対する障害がある。アメリカ合衆国だけで数百万
人もの人々が糖尿病にかかっている。従って、糖尿病に
悩んでいる人々が、各々のグルコース濃度レベルを正し
くモニタしていないということは、公衆保健衛生の観点
から大きな問題である。

【０００６】現在用いられている、血液中のグルコース
をモニタする侵襲的な方法に代わる方法として、種々の
無侵襲的な血中グルコース検出法が提案されている。そ
れらの方法のうち最も有望な方法の一つは、無侵襲性の
赤外線分光法である。この方法では、患者の皮膚の一部
分を赤外放射（赤外線）または近赤外放射（近赤外線）
で照射する。（なお、この明細書中では、放射（ラジエ
ーション）を光、光線或いは線といい、電磁波を意味す
るものとする）その結果生じた出力光、すなわち指の様
な体の一部を透過した光またはその体の一部から後方散
乱によって生じた光を測定する。適切なスペクトル解析
法によって血液中のグルコースの濃度を測定できると期
待されている。

【０００７】糖尿病患者の血液中のグルコースという様
な、哺乳動物の検体の濃度を正確に測定する能力は、患
者の体に投射する光とその体との相互作用によって生じ
た出力光の、信号対ノイズ比に直接関連している。この
生じた出力光の信号対ノイズ比を高めるための、従って
それによりグルコース濃度の測定精度を改善する、一つ
の方法は、投射する光の強度（すなわち、輝度）を増大
させることである。しかし、投射する光の強度を高める
と人体中の水分が投射光を吸収することに起因する加熱
作用も増大する。この加熱作用は患者に不快感を与える
だけでなく、患者に火傷を負わせる危険性さえ含んでい
る。

【０００８】従って、この発明の目的は、上記した従来
法における諸欠点を解消し、かつ哺乳動物における検
体、特に人間の患者の血液中のグルコース、の濃度を高
精度で有効に無侵襲的に測定する方法と装置を提供する
ことである。

【０００９】この発明の特別の目的は、患者の体に火傷
を与えることなく、検体濃度を正確に測定する方法と装
置を提供することである。

【００１０】この発明の、上記以外の目的および利点
は、後述する好ましい実施例の詳細な説明から自ずと明
らかになるであろう。

【００１１】

【発明の概要】この発明は、哺乳動物における少なくと
も１つの検体の濃度を無侵襲的に測定する方法と装置に
関するものである。この発明に従えば、哺乳動物の身体
の一部をそこに投射される光で照射する。この投射光線
は、連続的な波長を持つ投射光の２つ以上の個別バンド
を含むものである。この照射の結果として、上記身体の
一部から放出される出力光を検出し、この検出した出力
光から上記検体の濃度に関する値を取出す。

【００１２】この発明の、構成および動作方法、並びに
前述以外の目的および利点がより良く理解されるよう
に、添付図面を参照しながら、以下説明する。

【００１３】

【好ましい実施例の説明】図１に、哺乳動物に関する少
なくとも１つの検体の濃度を無侵襲的に測定する装置１
１を示す。この装置は、近赤外線の光源１３、第１レン
ズ系１５、２導体型光ファイバ・プローブ１７、第２レ
ンズ系１９、スペクトル分析器／検出器２１、データプ
ロセッサと制御器２３、出力表示装置２５、および出力
記録器２７を持っている。

【００１４】光源１３から投射される光は、第１レンズ
系１５によって光ファイバ・プローブ（ファイバオプテ
ィック・プローブ）１７に集束され、プローブ１７はこ
の光を哺乳動物の身体の一部分３１に伝達する。プロー
ブ１７は、また、上記身体の一部分３１から得られる出
力光を受入れて第２レンズ系１９に伝達する。第２レン
ズ系１９はこの出力光をスペクトル分析器／検出器２１
上に集束する。スペクトル分析器／検出器２１は、上記
出力光を分析し、データプロセッサと制御器２３が検体
の濃度を測定する。この濃度は、出力表示装置２５に表
示し、更に／または出力記録器２７に記録することがで
きる。

【００１５】図２には、この発明による、図１の光源１
３のブロック図が示されている。光源１３は、近赤外域
（すなわち、波長約１３００ｎｍ乃至約２４００ｎｍ）
において、連続的な波長をもつ光の２つまたはそれ以上
の個別バンドを含んだ光を発生する。光源１３は、連続
波長光発生器２０２とフィルタ系２０４を持っている。

【００１６】連続波長光発生器２０２は、たとえばタン
グステン・フィラメント球の如き光源である。光強度を
時間的に一定に維持するために、この連続波長光発生器
２０２は、周囲から熱的に絶縁し、またそのフィラメン
トを流れる電流を一定に維持することができる。連続波
長光発生器２０２は、光源光として、連続した波長域に
跨がる電磁波（光）を発生する。この連続波長光線は、
連続波長光発生器２０２からフィルタ系２０４に伝達さ
れる。

【００１７】フィルタ系２０４は、受入れた連続波長光
線を濾波して投射光線を通過させる。この投射光線は哺
乳動物の身体の一部分を照射する。この投射光線は連続
波長光線の２つまたはそれ以上の個別（互いに区別でき
る別々の）のバンドを含んでいる。すなわち、投射光線
は、それぞれが連続した波長域を有する２つまたはそれ
以上の個別のバンドの、電磁波（光）を含んでいる。

【００１８】電磁波の２つのバンドは、それぞれの連続
波長域が重なっていなければ個別である。たとえば、バ
ンド限界値１６５０ｎｍと１７５０ｎｍ間の連続的な光
を持っている第１バンドは、バンド限界値１８５０ｎｍ
と１９５０ｎｍの間の連続的な光を持つ第２バンドとは
区別できる（個別である）が、バンド限界値１７００ｎ
ｍと１８００ｎｍの間の連続的な光線を有する第３バン
ドとは個別ではない。更に、たとえば波長が１７９０ｎ
ｍの光線は、連続波長光の第１バンドと第２バンドの間
に“介在する（フォール・ビトイーン）”であるとい
う。その理由は、１７９０ｎｍは、第１バンドの波長よ
り大であるが第２バンドの波長よりも小であるからであ
る。

【００１９】この明細書中では、（１）そのバンドが両
バンド限界値間のすべての波長を含んでいるとき、また
は、（２）そのバンドの両限界値間に、後で詳細に述べ
るように事前処理（プリトリートメント）可能な充分に
小さな増分で分離された充分な数の別々の波長が存在す
るとき、は、光線のバンドは連続的であるということに
する。従って、連続的な光線の１つのバンドは、単一の
光源（１個のタングステン・ランプの如き）または複数
の光源（たとえば適当な数の赤外線発光ダイオードから
成るセットの如き）によって、発生することができる。

【００２０】好ましい実施例では、連続波長光線発生器
２０２は３５ワットのタングステン・フィラメント電球
であって、９．７ワットで動作させた場合に、波長が約
３００ｎｍから約３０００ｎｍに亘る光線を発生する。
フィルタ系２０４は、受入れた連続波長光線のうち、波
長が約１３００ｎｍ未満の光と約２４００ｎｍよりも長
い光をすべて濾波する。この技術分野の専門家にとって
は、ここで言う「フィルタ」とは、特定された波長範囲
に在る電磁波を阻止または減衰させる装置であればどの
様な装置であっても良いことは理解できるであろう。

【００２１】フィルタ系２０４は、約１３００ｎｍ未満
の波長および約２４００ｎｍ以上の波長を濾波すること
に加えて、１３００ｎｍ乃至２４００ｎｍの範囲内で１
つまたはそれ以上の選択された波長範囲の光を濾波し
て、１つまたはそれ以上の連続波長光の個別バンドを決
定する。身体内の水分による光の吸収は、従来の方法で
哺乳動物における検体濃度の無侵襲的測定を行っている
間に、身体を加熱する主たる原因であると信じられてい
る。従って、この発明に従って、水が吸収する（以下、
対水被吸収性という）光を濾波することによって、哺乳
動物が火傷を受ける危険性は減少する。

【００２２】対水被吸収性のピークを中心としてその周
囲の光を濾波することによって、減少させるデータ点の
数を最少に止めてこの加熱作用を低減することができ
る。たとえば、１３００ｎｍ乃至２４００ｎｍの波長範
囲の約２０％を濾波除去することによって、加熱作用を
約７０％も減少させることができる。

【００２３】その上、対水被吸収性波長が濾波されるの
で、通過した波長を持つ投射光の強度を、従来の無侵襲
的グルコース測定法において使用される光強度に比べて
増加させることができる。その結果、信号対ノイズ比が
改善され、それによって哺乳動物に火傷を与える危険性
を高めることなく検体濃度の測定精度を改善できる。

【００２４】たとえば、図３に示すように、水に対する
近赤外線の吸収スペクトルは、波長が約１４４０ｎｍと
約１９３５ｎｍのところに生じる。この発明の好ましい
実施例では、フィルタ系２０４は、波長が、（ａ）１３
００ｎｍ未満、（ｂ）１８８０ｎｍ乃至２１００ｎｍ、
および（ｃ）２４００ｎｍ以上、の光を濾波する。この
好ましい実施例では、フィルタ系２０４は、（ｉ）１３
００ｎｍ乃至１８８０ｎｍ、と（ii）２１００ｎｍ乃至
２４００ｎｍの２つの連続波長光の個別バンドを持った
投射光を通過させる。図４は、連続光発生器２０２によ
って放射される連続波長光を、図５は、フィルタ系２０
４が通過させる投射光を、示している。

【００２５】この技術分野の専門家は、連続波長光発生
器２０２で発生した連続波長光を濾波するのに、フィル
タ系２０４は、適当な広帯域（ワイドバンド）干渉フィ
ルタと色ガラスまたは染料を含むプラスチックとの組合
せ体を含む形とし得ることが理解できよう。この広帯域
干渉フィルタは、ガラス基材またはプラスチック基材に
施したコーティングとすることができる。

【００２６】更に、専門家にとっては、光源１３は、本
発明に従った投射光を発生するような適当な濾波機能を
設けた２個またはそれ以上の相異なる光源を使って構成
できることも、容易に理解できよう。たとえば、２セッ
トまたはそれ以上の多数セットの赤外線放射ダイオード
を使用して、２つまたはそれ以上の、連続波長光の個別
バンドを持った投射光を発生させることができる。

【００２７】図１に戻って、レンズ系１５と１９は単一
のレンズ記号で図示されている。しかし実際には、これ
らのレンズ系は集束レンズと出力側のコリメータ（整光
器）を適切に組合せた構成をとっている。レンズ系１９
は、ツェルニィ−ターナー型構成の分光器（スペクトロ
メータ）を含んでいてもよい。光ファイバ・プローブ１
７は、患者の身体の一部分３１たとえば患者の耳たぶ或
いは手首等に光を伝達するための入力光導体２９、およ
び上記一部分３１からの出力光を受入れるためのピック
アップ用すなわち検出用光導体３３を持っている。

【００２８】入力光導体２９の出力端およびピックアッ
プ用光導体３３の入力すなわち検出端は、対象である患
者の身体の一部分３１の外表面に緊密に接触しているこ
とが好ましい。各光導体２９、３３は、単一の導体を表
わす記号で図示されているが、この発明を実施する際に
は、この各導体は光ファイバの束で構成する。

【００２９】光源１３からの光は、レンズ系１５によっ
て光導体２９の中に指向され、その出力端から身体の一
部分３１に投射される。この投射光は、身体の一部分３
１内で散乱光を発生させ、そのうちの幾分かは光導体３
３の端部からその中を通過して、レンズ系１９によって
スペクトル分析器／検出器２１の中へ導入される。スペ
クトル分析器／検出器２１としては、たとえばメリーラ
ンド州（ＭＤ）２０９１０、シルバースプリング、リン
デンレーン２４３１のパシフィック・サイエンティフ
ィク社（ＰａｃｉｆｉｃＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｌｔ
ｄ）パシフィック・サイエンティフィク・インスツルメ
ント・ディビジョン（ＰａｃｉｆｉｃＳｃｉｅｎｔｉｆ
ｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＤｉｖｉｓｉｏｎ）製の
「モデル６５００システム近赤外線スペクトロメータ」
を使用することができる。

【００３０】図１は、散乱光を分析する装置を例示して
いるが、透過光、すなわち入力光から、後方散乱光と吸
収された光を差引き、これに前方散乱光を加えた光、を
分析する方式も、図１の実施例と等価な形として、本発
明の範囲に含まれるものである。その様な形態の実施例
では、両光導体２９、３３の端部は隣合わせに並んだ形
で身体の一部分３１の互いに隣接した表面部に接触する
のではなくて、身体の一部分３１の互いに反対側表面
に、たとえば耳たぶの表裏両面に接触する形をとること
になる。この場合、光導体３３を通過した光は、主とし
て光源１３から放出された光から、血液中の水の分子、
血液中のグルコースおよびその他の成分によって散乱し
た光と吸収された光とを差引いたものとなる。皮膚も光
の散乱と吸収とに寄与する。

【００３１】図１に示された装置では、身体の一部分３
１によって放出された後方散乱出力光は、ピックアップ
光導体３３とレンズ系１９を通過してスペクトル分析器
／検出器２１に達し、そこでスペクトルに拡げられる。
このスペクトルは光学的検出器アレイ上に集束される。
選択された波長範囲が各検出器に集束される。たとえ
ば、１５ｎｍの範囲が各検出器上に集束される。検出器
は、穀物やその他の農産物の赤外線分光検査の分野で良
く知られている硫化鉛検出器のようなものである。

【００３２】各検出器は、対応する選択された波長範囲
の光を電気信号に変換して、これをデータプロセッサ２
３に送る。好ましい一つの実施例にあっては、各検出器
とデータプロセッサの間に、前置増幅器、増幅器および
アナログ−デジタル変換器が設けられている。ノイズの
影響を減殺するために、検出器の前にチョッパを設けて
赤外線ビームを変調することが好ましいことに注目すべ
きである。増幅器はロックイン増幅器で、データを含ん
でいる信号の部分のみがアナログ−デジタル変換器に伝
達されるようになる。

【００３３】データプロセッサは、次に、光強度の大き
さ対波長の関数に事前処理ステップを施す。この事前処
理ステップは、検出器のオフセットやドリフトの影響
を、軽減又は除去する効果がある。一つの好ましい実施
例では、この事前処理ステップは、強度対波長の関数の
ｎ次導関数、特に２次導関数を取ることである。或いは
また、この事前処理ステップは、全スペクトルの平均値
をスペクトルの各データ点から差引き、次に全スペクト
ルの標準偏位で各データ点を除算するステップで構成す
ることもできる。

【００３４】この事前処理されたデータは次に多変量
（マルチバリエート）解析を受ける。この多変量解析の
結果はグルコース濃度である。多変量解析の種々の技法
は化学分野で良く知られている。好ましい多変量解析技
法は部分的最小２乗法（パーシャルリーストスクエ
アズ，ＰＬＳ）である。部分的最小２乗法は、たとえ
ば、「アチュートリアル，アナリティカ・ケミカル・
アクタ（ＡＴｕｔｏｒｉａｌ，Ａｎａｌｙｔｉｃａ
ＣｈｉｍｉｃａＡｃｔａ），１８５（１９８６）１−
１７のジェラディ（Ｇｅｌａｄｉ）氏およびコワルスキ
イ（Ｋｏｗａｌｓｋｉ）氏の「パーシャル・リースト・
スクエアーズ・リグレッション（ＰａｒｔｉａｌＬｅ
ａｓｔＳｑｕａｒｅｓＲｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）」に
記載されている。

【００３５】この部分的最小２乗法を実施するために利
用できるソフトウエア・パッケージが種々市販されてい
る。その様なソフトウエア・パッケージは、たとえば、
メリーランド州シルバー・スプリングのＮＩＲシステム
ズからＮＳＡＳという名称で（或る装置と共に）、およ
びＳｐｅｃｔｒａＣａｌｃ，ＬａｂＣａｌｃとし
て、およびニュー・ハンプシャー州セーレム（Ｓａｌｅ
ｍ）のギャラクティク・インダストリイズ（Ｇａｌａｃ
ｔｉｃＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）のＧＲＡＭＳソフトウ
ェア・パッケージとして市販されている。

【００３６】他の技法、たとえば主成分回帰法（プリン
シパルコンポーネントリグレッション）、主成分解
析法、および多重回帰（マルチプルリグレッション）
解析法（また、多重線形回帰解析法或いは通常の最小自
乗解析法とも呼ばれている）なども利用することができ
る。これらの技法を使ってモデルを構築する技術分野の
専門家は適当な市販ソフトウェア・パッケージを使用し
て行うことが出来るであろう。データ点の数が比較的少
ない場合には、通常は多重回帰解析法を使用することに
なろう。

【００３７】多変量解析法における最初のステップはモ
デルの作成である。このモデルは、検体濃度に関係のあ
る波長について事前処理されたトランスミッタンスとリ
フレクタンスの種々の値に関係している。このモデルの
作成には、患者に関する反射光強度または透過光強度の
大きさを求めるのにこの発明の装置を使用する。同時
に、検体濃度を測定するのに、侵襲性の高精度の方法が
使用される。このプロセスは、２つのデータ・セットに
ついて、検体濃度の或る範囲に亘って行われる。それら
のデータ・セットの一方は較正セットであり、他方のセ
ットは予測セットである。

【００３８】較正セットの強度値は、事前処理された
後、無侵襲的に測定された検体濃度と共に、多変量モデ
ル作成ソフトウェアの入力として使用される。このソフ
トウェアは、ＰＬＳ法の場合、初期モデルを作成する初
期ファクタ・セットを計算する。この初期モデルは、次
に、赤外線強度値の予測セットから検体濃度を求めるの
に使用される。この予測された値は、赤外線強度値の予
測セットと同時に得られた無侵襲的に測定された検体濃
度と比較される。

【００３９】次に、ＰＬＳモデルの作成に熟練した人
が、この初期モデルの諸ファクタを検査し解析して、適
当な調整を加えて改善モデルを作成する。多変量の統計
的モデルを作成することに熟練した人が採用する技法
は、たとえばマーク（Ｍａｒｋ）氏の「プリンシプルズ
アンドプラクティスオブスペクトロスコピック
カリブレーション（ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄＰ
ｒａｃｔｉｃｅｏｆＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃＣ
ａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）１９９２年」に記述されてい
る。許容可能なモデルが繰返し構成された後、このモデ
ルを使って検体濃度を求めるために実際のデータの解析
を行う。

【００４０】この発明の可能な一つの応用は、哺乳動物
の血液中のグルコース濃度を測定することである。哺乳
動物の組織（すなわち、生きている細胞）中と共に血液
中には、グルコースが無視できない濃度で生じる。グル
コースは、生きている細胞の中でグルコース燐酸に代謝
する。グルコース燐酸は、グルコースの吸収スペクトル
と非常によく似た吸収スペクトルを持っている。従っ
て、グルコース燐酸も、この方法を使用した装置ではグ
ルコースとして検出される。

【００４１】更に、血流中および細胞中のグルコース濃
度は互いに異なる可能性があるしまた時間的にも変動す
る可能性がある。特に、最も無侵襲的グルコース検出技
法を使用する可能性のある糖尿病患者の場合に、血液中
のグルコース濃度と組織中のグルコース濃度の間には小
さな予測可能な関係があることが認められている。その
結果、従来の無侵襲的なグルコース検出器は正確に較正
することが難しい。

【００４２】この発明の好ましい実施例によれば、哺乳
動物の血液中グルコース濃度の正確な測定を行うため
に、血液量（ブラッド・ボリューム）変調法を使用した
較正手順を行う。この較正手順は好ましくは次のステッ
プを採用するものである。

【００４３】（１）この発明を使用して、哺乳動物の身
体の血液が豊富な部分を照射し、得られる出力光を検出
することによりこの哺乳動物の血液が豊富な部分におけ
るグルコース濃度を無侵襲的に測定する、（２）この発明を使用して、哺乳動物の身体の血液の少
ない部分を照射し、得られる出力光を検出することによ
りこの哺乳動物の身体の血液の少ない部分におけるグル
コース濃度を測定する、（３）従来の方法を使用して血液中のグルコース濃度を
侵襲的に測定する、（４）そして、この発明の多変量解析を行い、身体の血
液の豊富な部分および少ない部分からの吸光スペクトル
と無侵襲的に測定されたグルコース濃度とを処理して、
所定のスペクトルに乗算したとき血中グルコース濃度を
与えるファクタのセットを発生させる。

【００４４】較正の後、好ましくは、身体の血液が豊富
にある部分と少ない部分の双方から光測定を行う血液量
変調法を使用して、哺乳動物の血液中のグルコース濃度
を無侵襲的に測定する。

【００４５】この発明の方法と装置については、発明思
想の範囲を逸脱すること無く、種々の変更をなし得るこ
とは容易に理解できるであろう。すなわち、この発明の
一つの方法と装置の好ましい実施例を上記の通り説明し
たが、この発明は一つの好ましい実施例のみに限定され
るものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定され
るこの発明の範囲に含まれる上記以外の別の実施例も存
在することは自明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法を実施するためのこの発明の一
実施例装置のブロック図である。

【図２】図１の実施例装置における好ましい光源のブロ
ック図である。

【図３】近赤外線波長範囲における水の吸収スペクトル
を示す線図である。

【図４】図２の光源の連続光発生器が放出する連続波長
光を示す線図である。

【図５】図２の光源のフィルタ系によって通過した投射
光を示す線図である。

【符号の説明】

１３近赤外線光源１５第１レンズ系１７２導体型光ファイバ・プローブ１９第２レンズ系２１スペクトル分析器／検出器２３データプロセッサと制御器２５出力表示装置２７出力記録器３１哺乳動物の身体の一部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リチヤードエルウイギンズアメリカ合衆国ペンシルベニア州 15701 インデイアナネーリツグ・ドライブ 400 (72)発明者ポールカストローアメリカ合衆国ペンシルベニア州 15701 インデイアナテインバー・スプリングズ・ドライブ 176

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】哺乳動物における少なくとも１つの検体
の濃度を無侵襲的に測定する方法であって；（イ）上記哺乳動物の身体の一部分を、２つまたはそれ
以上の、連続的な波長を持った投射光の個別バンドを含
んだ投射光によって照射する照射ステップと、（ロ）上記の照射によって上記身体の一部分から放出さ
れた出力光を検出する検出ステップと、（ハ）上記検出された出力光から上記検体の濃度に関す
る値を取出す取出しステップと、より成る、検体濃度の
無侵襲的測定法。
【請求項２】上記請求項１に記載の測定法であって；
上記（イ）の照射ステップが、（ニ）連続的な波長を持った光源光を発生させるステッ
プと、（ホ）上記光源光を濾波して、連続波長光から成る上記
２つまたはそれ以上の個別バンドの投射光を発生させる
濾波ステップと、より成る検体濃度の無侵襲的測定法。
【請求項３】上記請求項２に記載の測定法であって；
上記濾波ステップが、上記第１と第２の個別バンドの中
間に在って水による吸収のスペクトルのピークに相当す
る選択された波長範囲において、上記光源光の強度に対
して上記投射光の強度を低下させる、検体濃度の無侵襲
的測定法。
【請求項４】上記請求項２に記載の測定法であって；
上記連続的な波長を持った光源光が単一の光源によって
発生される、検体濃度の無侵襲的測定法。
【請求項５】上記請求項１に記載の測定法であって；
上記投射光が近赤外線より成る、検体濃度の無侵襲的測
定法。
【請求項６】上記請求項１に記載の測定法であって；
水による吸収のスペクトルのピークに相当する光が、上
記連続的な波長を持った投射光の上記２つまたはそれ以
上の個別バンドよりも外側に配されている、検体濃度の
無侵襲的測定法。
【請求項７】上記請求項１に記載の測定法であって；
上記（ハ）の取出しステップが、（ヘ）検出された出力光から、この検出された光の波長
の関数としてこの検出光の大きさを表わす第１の信号を
取出すステップと、（ト）上記第１の信号を事前処理して、装置のオフセッ
トとドリフトの影響を除き、波長の関数として上記検出
光の大きさを表わす第２の信号を求める事前処理ステッ
プと、（チ）上記第２の信号の多変量解析を行って上記検体の
濃度に関する値を求めるステップと、より成る、検体濃
度の無侵襲的測定法。
【請求項８】上記請求項７に記載の測定法であって；
上記（ト）の第１の信号を事前処理する事前処理ステッ
プが、この第１の信号のｎ次導関数を求めるステップで
ある、検体濃度の無侵襲的測定法。
【請求項９】上記請求項７に記載の測定法であって；
上記（ハ）の取出しステップの（チ）のステップが、部
分的最小２乗法を使用するステップから成る、検体濃度
の無侵襲的測定法。
【請求項１０】上記請求項７に記載の測定法であっ
て；上記（ハ）の取出しステップの（チ）のステップ
が、主成分解析法を使用するステップである、検出濃度
の無侵襲的測定法。
【請求項１１】哺乳動物における少なくとも１つの検
体の濃度を無侵襲的に測定する装置であって；（リ）２つまたはそれ以上の、連続的な波長を持った投
射光の個別バンドより成る投射光で哺乳動物の身体の一
部分を照射する手段と、（ヌ）上記身体の一部分から放出される出力光を検出す
る検出手段と、（ル）上記検出された出力光から、上記検体の濃度に関
する値を取出す取出し手段と、を具備してなる、哺乳動
物の検体濃度の無侵襲的測定装置。
【請求項１２】上記請求項１１に記載の装置であっ
て；上記照射する手段が、（ヲ）連続的な波長を持った光源光を発生する光源光発
生手段と、（ワ）上記連続的な波長を持った光源光を濾波して、上
記２つまたはそれ以上の、連続的な波長を持った投射光
の個別バンドを発生させる濾波手段と、を有する、哺乳
動物の検体濃度の無侵襲的測定装置。
【請求項１３】上記請求項１２に記載の装置であっ
て；上記濾波手段が、上記第１と第２の個別バンドの中
間に在って水による吸収のスペクトルのピークに相当す
る選択された波長範囲において、上記光源光の強度に対
して上記投射光の強度を低下させるものである、哺乳動
物の検体濃度の無侵襲的測定装置。
【請求項１４】上記請求項１２に記載の装置であっ
て；上記連続的な波長を持った光源光を発生する光源光
発生手段が、単一の光源から成る、哺乳動物の検体濃度
の無侵襲的測定装置。
【請求項１５】上記請求項１１に記載の装置であっ
て；上記投射光が近赤外線より成る、哺乳動物の検体濃
度の無侵襲的測定装置。
【請求項１６】上記請求項１１に記載の装置であっ
て；水による吸収のスペクトルのピークに相当する光
が、上記連続的な波長を持った投射光の上記２つまたは
それ以上の個別バンドよりも外側に配されている、哺乳
動物の検体濃度の無侵襲的測定装置。
【請求項１７】上記請求項１１に記載の装置であっ
て；上記取出し手段が、（カ）検出された出力光から、この検出された光の波長
の関数として検出された光の大きさを表わす第１の信号
を取出す取出し手段と、（ヨ）上記第１の信号を事前処理して装置のオフセット
およびドリフトの影響を減少させて上記検出された光の
大きさを波長の関数として表わす第２の信号を求め、か
つこの第２の信号の多変量解析を行って上記検体の濃度
に関する値を得ることができるデータ処理手段と、を具
備する、哺乳動物の検体濃度の無侵襲的測定装置。
【請求項１８】上記請求項１７に記載の装置であっ
て；上記データ処理手段が、上記第１の信号のｎ次導関
数を得ることによって上記第１の信号の事前処理を行い
得るものである、哺乳動物の検体濃度の無侵襲的測定装
置。
【請求項１９】上記請求項１７に記載の装置であっ
て；上記データ処理手段が、部分的最小２乗法を使用し
て上記第２の信号の多変量解析を行い得るものである、
哺乳動物の検体濃度の無侵襲的測定装置。
【請求項２０】上記請求項１７に記載の装置であっ
て；上記データ処理手段が、主成分解析法を使用して上
記第２の信号の多変量解析を行い得るものである、哺乳
動物の検体濃度の無侵襲的測定装置。