JPH08503773A - 発光ダイオード／赤外線発光ダイオード近赤外装置の測定感度を増加させる低コスト手段 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 発光ダイオード／赤外線発光ダイオード近赤外装置の測定感度を増加させる低コスト手段を示す。この手段は、測定する特定の試料の不透明性に相関して各赤外線発光ダイオードヘ供給される駆動電流を変更する電流変更手段を用いる。電流変更手段は処理手段の一部であり、アナログ−デジタル変換器で各赤外線発光ダイオードの信号レベルを測定する手段を有する。各赤外線発光ダイオードに対して検出された信号レベルに基づいて、電流変更手段は、各赤外線発光ダイ才ードへの電流を、アナログ−デジタル変換器を飽和しない可能な限り高い値へ変更する。従って、各赤外線発光ダイオードの駆動電流をそのような最大値に変更することにより、本発明の分析装置は高価な電子回路を使用することなく高感度となる。また、特定の使用者の光学サインを生成して保存するシステムを提供し、芙置による測定の正確さをさらに確実にする。

Description

【発明の詳細な説明】 発光グイオード／赤外線発光ダイオード近赤外装置の測定感度を 増加させる低コスト手段 関連出願 この出願は１９９１年１２月３０日に出願された係属中の米国特許出願第０７ ／８１３，７３９号の一部継続出願であり、米国特許出願第０７／８１３，７３ ９号は１９９０年８月１０日に出願された米国特許出願第０７／５６５，３０２ 号の一部継続出願であり、米国特許出願第０７／５６５，３０２号は米国特許出 願第０７／５４４，５８０号である米国特許第５，０７７，４７６号の一部継続 出願である。 発明の分野 この発明は、小麦の蛋白質，個人の血液の血液グルコースレベル等の物体の構 成成分の無侵襲的定量測定のための装置に関するものである。特に、本発明は、 測定感度が改善された発光ダイオード／赤外線発光ダイオード近赤外装置に関す るものである。 背景技術の説明 １９７０年の初期から、近赤外定量測定装置が農業分野で広く使用されてきて いる。このような装置により、広範囲の物体の化学構成成分を、非常に正確に定 量的及び定性的に測定できることが証明されている。 農業に利用されるこの近赤外定量測定装置の例として、ＴＲＥＢＯＲ−９０Ｘ Ｌ穀物分析機がある。ＴＲＥＢＯＲ−９０ＸＬは、穀物中の水分含有量等を非常 に正確に定量測定す近赤外拡散透過装置である。 近赤外定量分析装置は、血液の化学組成に関する情報を得るためにも使用され ている。この情報は人と動物の健康について知るために使用される。例えば、血 液のグルコース含有量を分析すると現在の代謝の状態が分かる。また、種々の物 質が正常なレベルより高いか低いかを検出する血液分析により、ある種の疾患や 機能不全があることが直接分かる。 個々の使用者の血液グルコースレベルを無侵襲的に測定する現在のタイプの血 液グルコース分析装置が開発された。このタイプの近赤外定量分析装置は米国特 許第５，０７７，４７６号（ロセンタル（Ｒｏｓｅｎｔｈａｌ））に記載されて いる。無侵襲的血液グルコース測定装置は、静脈血や動脈血との相互作用又は血 液を含む体の部分の透過に伴う近赤外エネルギーを分析する。装置は、一部、血 液流のグルコース量により生じる光吸収の変化を測定する。 このタイプの無侵襲的測定装置は糖尿病について多くの用途がある。例えば、 糖尿病患者は一日に血液グルコース量が大きく変化し、病気を適切にコントロー ルするために一日に複数の測定がしばしば必要となる。無侵襲的に近赤外血液グ ルコースレベルを測定できることは、痛みを伴う血液採取の方法によるよりも、 一日により多くの測定ができる可能性を意味する。 上述した近赤外定量測定装置は両方とも、幅広い光レベルにわたって測定がで きることが必要である。例えば、非常に透明な、即ちＬｏｇ１／Ｔ値がセロ近く の物質を測定し、ほとんど不透明な、即ちＬｏｇ１／Ｔ値が７．０近くの物質を 測定する。 市販の近赤外分析装置は、幅広い光学範囲にわたってそのような少ない光の測 定をするために、本質的に二つの異なる技術を使用している。第一の技術は、一 次的に増幅する検出信号を有し、その後対数増幅手段により対数関数に変換する 。次いで、対数増幅器の出力はアナログからデジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器によ りデジタル信号に変換され、装置内に組み立てられたマイクロプロセッサーに入 る。 さもなければ、通常は望ましくない非一次的特性を有する高価な対数増幅器を 省略し、高感度Ａ／Ｄ変換器、即ちマイクロプロセッサに必要なデータ感度を与 えるためにかなり多くの追加感度ビットを有するＡ／Ｄ変換器を使用する。 例えば、最初に信号を対数増幅器により変化させるなら、１２ビットＡ／Ｄを 使用する。対数増幅器がないなら、通常は１６ビットＡ／Ｄ変換器を使用する。 しかしながら、装置において対数増幅器又は高感度Ａ／Ｄ変換器を使用すると、 装置全体のコストが増加する。特に、アナログ・デバイス社のモデル７５５Ｎの ような対数増幅器は８０ドルを超える。同様に、高スピード１２ビットと１６ビ ットＡ／Ｄ変換器のコストの違いは、およそ同じ値段である。 従って、高感度測定に現在必要とされる高価な電子回路なしで、近赤外技術を 用いて正確な測定に必要な感度が得られる近赤外測定装置が、非常に求められて いる。 また、近赤外装置を特定の対象に対応（較正）させたとき、装置が確実に対応 づけられた対象のみの分析に使用されることも、求められている。 発明の開示 本発明によれば、測定する特定の試料の不透明性と相関して各赤外線発光ダイ オードへ供給される駆動電流を変える電流変更手段を有して、試料の構成成分を 測定する近赤外定量分析装置が開示される。一実施例では、血液にある血液分析 物を測定する近赤外定量分析装置は、測定する特定の個人の体の一部の不透明性 と相関して各赤外線発光ダイオードへ供給される駆動電流を変える電流変更手段 を用いる。電流変更手段は処理手段の一部であり、使用者の体の一部を通って出 てくるエネルギーを示す各赤外線発光ダイオードに対する信号をＡ／Ｄ変換器で 測定する測定手段を有する。この信号は使用者の体の一部を通って出てくるエネ ルギーを示す。各赤外線発光ダイオードに対し測定された信号に基いて、電流変 更手段は各赤外線発光ダイオードへの電流をＡ／Ｄ変換器を飽和することなく可 能な限り高く変更する。 各赤外線発光ダイオードへの駆動電流をＡ／Ｄ変換器を飽和することなく可能 な限り高く変更することにより、本発明の分析装置は高価な電子回路を使用しな いで高感度が得られる。 他の本発明では、エネルギー効率の良い方法で赤外線発光ダイオード電流を変 更できる分析装置を提供する。この分析装置では、特に特定の使用者に特有の光 学透過データを測定して保存できる指挿入口を使用する。特定の使用者の透過ス ペクトルを複数回測定している間に、赤外線発光ダイオードへの駆動電流を決定 でき、装置が使用される度に赤外線発光ダイオードレベルを再設定する必要がな くなる。 本発明の他の実施例によれば、測定する体の部分に相関して各赤外線発光ダイ オードへ供給される駆動電流を変える電流変更手段を使用して、体の脂肪率を測 定する近赤外装置が開示される。また、本発明の電流変更手段を使用して、試料 にある構成成分、例えば小麦の蛋白を測定する近赤外装置も開示される。 さらに、他の本発明によれば、近赤外分析装置は、確実に許容できる誤差範囲 で鮫正された特定の使用者だけが分析にこの装置を使用できるように、保証手段 を有する。 図面の簡単な説明 図１は赤外線発光ダイオードの相対放射強度と赤外線発光ダイオードを駆動す る順電流とを示すグラフ図である。 図２は本発明の一実施例による無侵襲的グルコース測定装置を示す。 図３は本発明の一実施例による赤外線発光ダイオード電流変更回路のブロック 図である。 図４は本発明の一実施例による各赤外線発光ダイオードに対する異なる電流レ ベルと平均アナログ−デジタル読取とを示すグラフ図である。 図５は本発明の一実施例による近赤外定量測定を行うための赤外線発光ダイオ ードの電力要求を示す図である。 図６は本発明の第二の実施例による無侵襲的グルコース測定装置を示す。 図７は本発明の第二の実施例による近赤外定量測定を行うための赤外線発光ダ イオードの電力要求を示す図である。 図８は本発明の他の実施例による体の脂肪率を測定する近赤外装置を示す。 図９は本発明の他の実施例による近赤外定量装置を示す。 好適な実施例の詳細な説明 赤外線発光ダイオード及び発光ダイオードを用いた近赤外定量測定装置は、高 速でスイッチのオン・オフができるという好ましい特徴を有する。これら近赤外 装置を用いて、まず赤外線発光ダイオード／発光ダイオードとそれに伴う光学帯 域通過フィルターを適当に選択し、次に引き続いてその波長で各発光ダイオード ／赤外線発光ダイオードを照らし光学測定をして、望ましいスペクトル走査がで きる。 図１は発光ダイオード／赤外線発光ダイオードの好ましい他の特性、即ち発光 量は発光ダイオード／赤外線発光ダイオードを駆動する電流量にほぼ比例するこ とを示す。従って、発光ダイオード／赤外線発光ダイオード照明システムへの駆 動電流を増すと、発光ダイオード／赤外線発光ダイオードからの光学エネルギー 出力が、検出信号にノイズを与えること無く、一次的に増加する。光学システム の光出力増加は、非常に透明な試料では検出回路を飽和させる恐れがあるが、検 出感度を向上させるので好ましいことである。 近赤外装置に使用する発光ダイオード／赤外線発光ダイオードに対する駆動電 流値は、一殻には工場で予め設定する。駆動電流値は通常各発光ダイオード／赤 外線発光ダイオードが装置が測定する最も透明な試料に対しても光学検出回路の 能力を飽和させないように、選択する。例えば、小麦のような大部分の自然物は 広範囲の不透明性を有している。従って、特定の波長では、小麦試料によって透 過率が１０から１の範囲で大きく異なる。同様に、種，サイズ，体の構成におけ る違いにより、複数の人の指は不透明性においてかなりの違いがある。より透明 な試料とかなり不透明な試料の両方を測定できることが必須であるから、最も透 明な試料に基づいて発光ダイオード／赤外線発光ダイオード電流を選択すると、 より不透明な試料を測定するときに非常に低くポテンシャル的に望ましくない検 出信号レベルとなる。 従って、本発明によれば、予め駆動電流が選択されている赤外線発光ダイオー ドを使用する代りに、測定中の試料の不透明性に相関して各赤外線発光ダイオー ドに供給する駆動電流を変える電流変更手段を有する近赤外定量分析装置を開示 する。各赤外線発光ダイオードへの電流を調節することにより、低コストの近赤 外分析装置で高感度の測定ができる。 図２は、本発明の一例の無侵襲的近赤外定量分析装置１を示す。この装置１は 測定対象である指等の体の部分を通過する近赤外透過を用いた血液分析物の測定 用の装置である。分析装置１は、近赤外エネルギーを測定対象の指に導入する少 なくとも１つの近赤外エネルギー源を含む導入手段を有する。本発明の一実施例 では、導入手段は１２までの又はそれ以上の近赤外点源（近赤外赤外線発光ダイ オード）からなる。赤外線発光ダイオード４，６は図２に示される。好ましい実 施例では、赤外線発光ダイオードは約６００ナノメータから約１１００ナノメー タの範囲のエネルギーを放射する。 分析装置はさらに、測定対象の体の部分から出てくる近赤外エネルギーを検出 して体の部分から出てくるエネルギーを表す信号を生成する検出回路手段を、用 いる。検出回路手段は、図２に示すように、検出器８とＡ／Ｄ変換器１０からな る。検出器８はＡ／Ｄ変換器に電気的に接続され、Ａ／Ｄ変換器は処理手段２５ に電気的に接続される（図３参照）。処理手段２５はプログラムに従い検出器８ とＡ／Ｄ変換器により生成された信号を処理して、測定対象の血液にある血液分 析物の量を示す信号とする。この情報はディスプレイ３に表示される。分析装置 １は、参考である米国特許第５，０７７，４７６号と同様にして測定対象の血液 にある血液分析物の量を計算する。 本発明の好ましい実施例で使用するアナログからデジタルへの変換器は１２ビ ットＡ／Ｄ変換器である。アナログ・ディバイス製のＡ／Ｄ変換器Ｎｏ．ＡＤ７ ８８０ＢＲ等、どの様な種類の１２ビットＡ／Ｄ変換器でも使用できる。 図示する赤外線発光ダイオード５，６は光バッフル（じゃま板）４によって離 され、近赤外エネルギーが窓１４に向かい窓１４を通って測定対象の皮膚の上に 届くように配置されている。窓１４は光を拡散してもよい。しかしながら、窓１ ４は光学構成物であり、好ましい実施例では備えられる。１２，１３で示す光学 フィルタは、近赤外光をフィルタするために、各赤外線発光ダイオードと窓１４ の間に配置され、それによって対象に当てる近赤外光の帯域を最適化する。 分析装置１は測定する試料の不透明性に相関して各赤外線発光ダイオードに供 給する駆動電流を変える電流変更手段を用いる。図３に示す電流変更手段は、処 理手段２５と、各赤外線発光ダイオードに対するＡ／Ｄ変換値を測定する手段か らなる。このＡ／Ｄ変換値は体の部分から出てくるエネルギーを表す。各赤外線 発光ダイオードについて検出したＡ／Ｄ変換値に基づいて、電流変更手段は、ア ナログ・デジタル変換器を飽和することなく、各赤外線発光ダイオードへの電流 を可能なかぎり高く変える。各Ａ／Ｄ変換器の飽和レベルは既に知られている値 である。この情報は電流変更手段にプログラムされ上位基準点が得られ、それに より各赤外線発光ダイオードへの電流を変える。 図３は、好ましい実施例において、電流変更手段が試料の不透明性に基づいて 各赤外線発光ダイオードへの電流をどのように変えるかを示している。電流変更 手段２０は、赤外線発光ダイオードに連続して電圧を加えるさせる赤外線発光ダ イオード選択回路２６を有する。プログラム可能利得増幅器３０が備えられ、検 出器８からの信号を増幅しその信号をＡ／Ｄ変換器１０に入力する。Ａ／Ｄ変換 器１０はＡ／Ｄ変換値を出力し、処理手段２５に入力する。処理手段２５はＡ／ Ｄ変換値と特定のＡ／Ｄ変換器に対する既知の飽和値とを比較する。Ａ／Ｄ変換 値がＡ／Ｄ変換器の既知の飽和値より低ければ、赤外線発光ダイオード電流制御 回路２７は、好ましくはＡ／Ｄ変換値を既知の飽和値のすぐ下まで増加させる量 だけ、特定の赤外線発光ダイオードへの電流を増加させる。 例えば、本発明の一実施例によれば、特定の指が３０ミリアンペアで作動する 赤外線発光ダイオードからのエネルギーにさらされ、検出回路手段から１ボルト に等しい信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器の既知の飽和値に基づいて、全ての赤外 線発光ダイオードに対する検出回路手段からの望ましい信号レベルが５ボルトと 決定される。従って、その後、電流変更手段は赤外線発光ダイオードへの駆動電 流を増加させ、検出電流手段の出力を５ボルトとする、即ち、発光ダイオード／ 赤外線発光ダイオード電流を５ファクターだけ増加させる。さもなければ、発光 ダイオード／赤外線発光ダイオード電流を、発光ダイオード／赤外線発光ダイオ ード電流が達成可能な最大まで増加させる。代表的な赤外線発光ダイオード電流 対光出力値を図示する図１を参照のこと。 本発明の好ましい実施例による分析装置の作用について、上記の図と図４と共 に説明する。図４は異なる電流レベルの個々の赤外線発光ダイオードに対する平 均Ａ／Ｄ値を示す。分析装置の最初の立上り操作の間、空のチャンバで基準読取 りがなされ、各赤外線発光ダイオードに対してＡ／Ｄ変換器を飽和しない最大電 流を決定する。これらの値は処理手段２５に保存される。 その後、体の一部、即ち指を装置に挿入する。プログラム可能利得増幅器が、 好ましくは中間の設定で、即ち３２で設定される。電流テーブルで許容される最 大に設定された赤外線発光ダイオード電流で、指を通して走査が一回なされる。 図１参照。Ａ／Ｄ変換値を各赤外線発光ダイオードに対して検討し、駆動電流を 上述したように変更する。一実施例において、Ａ／ＤカウントがＡ／Ｄの最大の 目盛りの約３／４から約１５／１６の間なら、プログラム可能利得増幅器の利得 は変えないで電流をその最大のテーブル値にしておく。Ａ／Ｄ変換値が飽和、即 ちこの実施例では４．２ボルトなら利得を低く、即ち１に設定する。この場合、 二回目の指の走査をする。利得を３２として電流レベルを計算し、その電流レベ ルを設定する。Ａ／Ｄ変換値が１５／１６から３／４の間なら、高利得となるよ うに電流を計算し、高利得の最大目盛りの約１５／１６内になるようにする。こ の場合、利得を３２０に設定し、電流は計算された値に設定する。 各赤外線発光ダイオードに対して上記の操作をすることにより、測定する特定 の指はその指にとって最適な光学エネルギーを有する、即ち、検出信号は許され る最も高い感度を有する。 上述したように赤外線発光ダイオード電流を変更して近赤外測定をした後に、 変更した同じ発光ダイオード／赤外線発光ダイオードレベルで空のチャンバ測定 をする。この測定により基準値が得られる。血液分析物濃度が測定される実際の Ｌｏｇ１／Ｔ値は、特定の波長で指が測定されるときのＬｏｇ１／Ｔ値と同じ波 長での空のチャンバ測定のＬｏｇ１／Ｔ値の差である。これらの値に基づいて、 処理手段が各使用者の血液分析物濃度を計算できる。 本発明の分析装置に使用する発光ダイオード／赤外線発光ダイオードは、予め エネルギーレベルが設定されてない、駆動電流を変更できる適当な発光ダイオー ド／赤外線発光ダイオードでよい。例えば、この様な赤外線発光ダイオードはス タンレイ・エレクトリック・カンパニーで製造されている。図２で検出器８で示 される検出手段は、ハママツで製造される光学検出器等の適当な光学検出器でよ い。プログラム可能利得増幅器は、ＮＥＣ ｕＰＣ３５８Ｇ２等の適当な増幅器 でよい。 好ましい実施例では、電流変更手段は、日立製造のＨＤ６３Ａ０３Ｙ等の適当 なマイクロプロセッサを含む。また、赤外線発光ダイオード電流制御回路は、テ キサス・インスツルメント製造のパートナンバＴＬＣ７５２４ＣＮＳの電流駆動 体Ｄ／Ａ変換器等の適当なＤ／Ａ電流駆動体でよい。 電流変更手段を介して赤外線発光ダイオードに供給される電流を制御すること により、本発明の分析装置は、１２ビットＡ／Ｄ変換器を用いて通常達成される のに加え効果的に感度が追加される。可変赤外線発光ダイオード電流と１２ビッ トＡ／Ｄ変換器とを組み合わせて効果的に１６ビットのＡ／Ｄ変換器の能力が得 られる。従って、本発明の分析装置は、対数増幅器又はより高価なＡ／Ｄ変換器 の費用を迫加することなく高感度が得られる。 図２に示すように、本発明の分析装置は、低コスト、軽量、手で持てて、バッ テリーパワーのユニットである。バッテリーパワー上のドレイン（ｄｒａｉｎ） は注意して考慮しなくてはならない。図５は赤外線発光ダイオードが血液分析物 測定をするために留まらなくてはならない時間を示す。この測定方法に対する一 つのポテンシャル限定は、特定の使用者がその指を外して光学基準を測定しなけ ればならないことである。基準測定が遅れると、装置のバッテリーパワーを消費 続ける。しかしながら、本発明の分析装置は、測定が所定の時間内に終わらなけ れば、装置のマイクロプロセッサを切るためにエネルギー保存手段を備えること により、制限のないバッテリーの遅れを防ぐ。好ましい実施例では、使用者が一 分以内に測定を終了しなければ、エネルギー保存手段はマイクロプロセッサを切 る。 本発明の他の実施例では、図６は、エネルギー効率の良い方法で赤外線発光ダ イオード電流を変える分析装置を示す。この分析装置は、導入手段、検出手段及 び上述した電流変更手段を有し、図２の装置とほぼ同様に作動する。分析装置は さらに係属中の参考である米国特許出願第０７／８１３，７３９号に示される指 挿入口４０を有する。 挿入手段４０は体の一部を分析装置１内に適当に配置させる。挿入手段の他の 機能は、確実にただ一人の特定の人のみの測定のために特定の装置を使用するこ とである。この機能は、特定の一人の使用者にその指を装置に挿入させ複数、例 えば８〜１０の測定を連続して行うことにより、達成される。指挿入口の使用期 間、即ち約１月にただ一回だけ、及びその特定の人が最初に指挿入口を使用した とき、この工程がなされる。これら複数の測定は装置により保存され、装置が特 定の人に対応づけられているか否かを決定するための特定人の光学透過スペクト ル即ち「光学サイン」に関する情報を提供する。この特徴は、装置が作動する前 に、個人の光学透過スペクトルが、装置に保存される情報と、所定の正確率で、 即ち５％で一致しなければならないことを要求する。 対応づけられた使用者だけに確実に装置が使用されるための比較的簡単な方法 は、上述したように複数の測定の結果を装置の電子回路に保存することである。 例えば、約６００〜６５８ｎｍ（皮膚の色と血液の酸素飽和に敏感な近赤外帯域 の領域）と６５８〜７４６（皮膚の色、血液の酸素飽和と血液のヘモグロビンレ ベルの組合せに敏感な領域）の範囲で一連の吸光度の読み取りがなされる。保存 されたこれらの読取りの結果（「光学サイン」）と、ユニットを使用するときに 得られた読取り、即ち「実際の時」の光学サインとを比較する。それにより、保 存された「光学サイン」と現在の使用者によるサインとの比較が肯定的なときの み、分析がなされる。 この方法の有用性を示すために、ここで説明した装置を用いて測定対象の人指 し指に光学走査を１０回行った。装置は光学フィルタを有する１４の赤外線発光 ダイオードを備え、６０４と９９０ナノメータの間の特定の波長に１４のｌｏｇ １／Ｔ値があった。１０回の走査の各々につき、以下の計算がなされた。 スロープ１ ＝ （Ｌｏｇ１／Ｔ）_604nm−（Ｌｏｇ１／Ｔ）_658nm スロープ２ ＝ （Ｌｏｇ１／Ｔ）_658nm−（Ｌｏｇ１／Ｔ）_746nm 標準偏差と共に平均のスロープ１とスロープ２が計算された。これらの結果から 、加算及び平均から２倍の標準偏差を減算することにより、スロープ１と２に基 づき光学サインに対して９５％限度が確定された。 １つの対象に多くの回数（５０８）の光学走査を行い、さらに２６７の異なる 対象に走査を行い、この方法の全体の正確さが、誤った対象に予め対応づけられ たユニットを使用するのを防ぐことを明らかにした。実際の使用者の光学データ と予め保存した最初の使用者のデータを比較する他の方法は、当業者には明らか であろう。 本発明によれば、光学サイン、即ち光学透過認定、が同定されると同時に赤外 線発光ダイオード駆動電流を決定することにより、赤外線発光タイオード電流は エネルギー効率の良い方法で変更される。即ち、個人の透過スペクトルの複数の 測定を行いながら、赤外線発光ダイオードへの駆動電流が上述したように決定さ れる。この特徴は、装置を使用する度に赤外線発光ダイオードレベルを再設定す る必要がなくなるという点において、有利である。これにより、また、指挿入口 の使用期間、好ましくは約１月、赤外線発光ダイオードレベルを一定の値に維持 することができる。 図７は、個人の透過スペクトルを測定する間、赤外線発光ダイオード駆動電流 を決定することにより生じる発光ダイオード／赤外線発光ダイオードのパワード レイン時間を示している。図５に示される方法と比較すると、バッテリー作動ユ ニットに対してかなりのエネルギーの節約となる。さらに、基準測定、即ち空の チャンバの測定による遅れの必要がなくなる。この場合、実際には、基準はスイ ッチが入る度に装置が必要とする通常の「ウォームアップタイム」の終りに自動 的に測定される。最終的な結果として、オペレータが最初にその指を測定し次に 別のボタンを押して光学基準を測定する必要がなくなる。従って、ただ１回ボタ ンを押すこと、即ちスイッチを人れることが装置の操作に要求される。ユニット のスイッチが入れば、装置は自動的にウォームアップして空のチャンバを測定し 、オペレータにオペレータの指を挿入するように指示する。 指が挿入されると、装置は、検出器の信号が非常に減じたことを感知する。そ して、装置の利得は自動的に変わり光学データを読み取る。ウォームアップ・サ イクル後の、この流れ全体は５分以内に終了する。 図８は、本発明の他の実施例による近赤外装置を示す。この装置は本発明の電 流変更手段を有し、体の脂肪率を測定する。この近赤外装置は、中空チューブ状 部材５１を含む中空円柱形のプローブ部５０を有する。チューブ状部材５１には 関係する、即ち約７４０〜約１１００ナノメータの帯域幅で近赤外エネルギーを 透過させほとんど又は全く吸収しないように選択した固体の透明な物質からなる 壁がある。近赤外線の点源の供給手段が、チューブ状部材５１の上端５３に配置 される。チューブ５１の上部５３にある近赤外点源手段は、点源手段から放射す る所定の波長の近赤外線がチューブ状部材５１により上部５３からチューブ５１ の底面５４に通るように、配置されている。近赤外点源手段は、好ましくは赤外 線発光ダイオード手段５６からなる。 図８の近赤外装置は、チューブ状部材５１の内側の底端部に、近赤外線を検出 する光学検出器５８を有する。内側チューブシールドが検出器５８と透過チュー ブ５１の間に配置され、チューブ５１からの近赤外線が検出器５８に直接当るの を防ぐ不透明なマスクが形成される。 近赤外装置は、図２と３と共に先に示した電流変更手段とほぼ同じ電流変更手 段を用いる。光学検出器５８は、上述した信号増幅器のようなプログラム可能信 号増幅器６０の入力に、適当な電気導体手段３３により接続される。プログラム 可能利得増幅器６０は検出器５８からの信号を増幅しその信号をＡ／Ｄ変換器６ １に入力する。Ａ／Ｄ変換器６１は、処理手段４１に入力するＡ／Ｄ変換値を生 成する。処理手段４１はＡ／Ｄ変換値を特定のＡ／Ｄ変換器に対する既知の飽和 値と比較する。Ａ／Ｄ変換値がＡ／Ｄ変換器に対する既知の飽和値より低くけれ ば、赤外線発光ダイオード電流制御回路は赤外線発光ダイオードへの電流を、好 ましくはＡ／Ｄ変換値が既知の飽和値のすぐ下になるだけ、増加させる。 増幅器６０の出力はまた導体ライン３４を通って読取ボックス３２に入力する 。読取ボックス３２は測定対象の脂肪率を直接読み取るためのディスプレイ３６ を有することができる。 操作は、底面５４と窓５９を測定対象の皮膚面に対して配置する。端５４から 出てくる近赤外線はほぼ均一に分散し、測定対象の体の中へ透過して、体と近赤 外線は相互作用する。この最初の通過の間、赤外線発光ダイオードに供給する電 流は上述したように変化する。最適赤外線発光ダイオード電流が決定した後、別 に近赤外測定をして、生じる信号を参考である米国特許第４，８５０，３６５号 に記載されてるように体の脂肪量を定量的に測定するために使用する。 図９は、本発明の他の実施例による近赤外定量分析装置７０を示し、この装置 は本発明の電流変更手段を用いて、試料中の構成成分、例えば小麦中の蛋白を測 定する。近赤外装置７０は、処理手段８０からの信号で連続してパルスオンオフ する複数の市販の赤外線発光ダイオード７１を含む。処理手段は、１回にただ一 つの赤外線発光ダイオードがスイッチオンし全ての赤外線発光ダイオードで自動 的に連続するように、プログラム化される。各赤外線発光ダイオードから放射す る赤外光は狭帯域光学フィルタ７２を通って透過する。光学フィルタ７２はその 中央波長付近を除く全ての波長の光を吸収する。光バッフル７４は赤外線発光ダ イオードと狭帯域フィルタの各セット間に配置され、隣接する狭帯域フィルタを 透過する一つの赤外線発光ダイオードからの光を防ぐ。 各々の特定の波長は適当なレンズ（図示せず）を透過し、次に不透明なカップ ７６に保持される小麦試料ＷＳを透過する。このカップには、光エネルギーが通 過してシリコーン光検出器８２に当たるように、ガラス底７８がある。シリコー ン検出器に当たる光は、検出器により電流に変換され、その電流は上述したプロ グラム可能利得増幅器のようなプログラム可能利得増幅器８３により増幅される 。 増幅器８３の出力はアナログ−デジタルコンピュータ８４に入力され、その後マ イクロプロセッサに入力される。マイクロプロセッサは、参考である米国特許第 ４，２８６，３２７号に記載されるようにして各試料の蛋白量を決定する。その 蛋白量は装置内のデジタルメータ８５に表示される。 分析装置７０はまた図２と３と共に先に説明した電流変更手段とほぼ同じ電流 変更手段を使用する。光検出器８２は、上述した信号増幅器のようなプログラム 可能信号増幅器８３の入力に接続される。プログラム可能利得増幅器８３により 検出器８２からの信号が増幅され、その信号はＡ／Ｄ変換器８４に入力される。 Ａ／Ｄ変換器８４はＡ／Ｄ変換値を生成し、マイクロプロセッサに入力する。マ イクロプロセッサはＡ／Ｄ変換値を特定のＡ／Ｄ変換器に対する既知の飽和値と 比較する。Ａ／Ｄ変換値がＡ／Ｄ変換器の既知の飽和値より低ければ、赤外線発 光ダイオード電流制御回路は、好ましくはＡ／Ｄ変換値が既知の飽和値のすぐ下 まで増加するだけ、特定の赤外線発光ダイオードへの電流を増加させる。 操作では、最初の通過がなされ、それで上述のように望ましい赤外線発光ダイ オード駆動電流が赤外線発光ダイオードに対して決定される。赤外線発光ダイオ ード駆動電流が決定された後、別の測定が行われ試料に含まれる構成成分量、即 ち小麦中の蛋白が測定される。 本発明を好ましい実施例に基づいて説明したが、それらの限定されるものでは ない。例えば、本発明の電流変更方法は、参考である米国特許第５，０８６，２ ２９号に記載されているように光相互作用の原理を使用して血液成分を測定する 無侵襲的血液グルコース測定装置において各赤外線発光ダイオードの電流を変更 するために使用できる。添付の請求の範囲内での変更は当業者にとって明らかで あろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＺ，ＦＩ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，Ｍ Ｇ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＫ，ＵＡ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）赤外線発光ダイオードを有する近赤外エネルギー源を含み、近赤外エ ネルギーを物体に導人する導人手段、 （ｂ）前記物体から出てくる近赤外エネルギーを検出し、前記物体から出てくる 前記エネルギーを示す信号を生成する検出回路手段、 （ｃ）前記導入手段にある各前記赤外線発光ダイオードに電流を供給する手段、 （ｄ）前記検出回路手段からの前記信号に応じて各赤外線発光ダイオードに供給 される電流を変更する電流変更手段、及び （ｅ）前記検出回路手段からの電気信号から、前記物体の構成成分の量を示す信 号を計算する処理手段、 とを具備する物体の構成成分の無侵襲的測定用近赤外定量分析装置。 ２．前記検出回路手段はアナログからデジタルへの変換器を有し、前記変換器は 前記物体から出てくるエネルギーを表す信号を生成する請求の範囲第１項記載の 近赤外分析装置。 ３．前記検出回路手段はプログラム可能利得増幅器を有する請求の範囲第２項記 載の近赤外分析装置。 ４．前記アナログ−デジタル変換器は１２ビットアナログ−デジタル変換器であ る請求の範囲第２項記載の近赤外分析装置。 ５．前記電流変更手段は前記アナログ−デジタル変換器からの信号に応じて赤外 線発光ダイオードへの電流を変える請求の範囲第２項記載の近赤外分析装置。 ６．前記電流変更手段は赤外線発光ダイオードへの電流を変更する赤外線発光ダ イオード電流制御回路を有する請求の範囲第１項記載の近赤外分析装置。 ７．前記処理手段は物体の血液にある血液分析物の量を計算する手段を有する請 求の範囲第１項記載の近赤外分析装置。 ８．前記処理手段は小麦試料にある蛋白の量を計算する手段を有する請求の範囲 第１項記載の近赤外分析装置。 ９．前記処理手段は体にある脂肪の率を計算する手段を有する請求の範囲第１項 記載の近赤外分析装置。 １０．（ａ）赤外線発光ダイオードを有する近赤外エネルギー源を含み、近赤外 エネルギーを対象の体の一部にある血液に導入する導入手段、 （ｂ）前記体の一部から出てくる近赤外エネルギーを検出し、前記体の一部から 出てくる前記エネルギーを示す信号を生成する検出回路手段、 （ｃ）前記導入手段にある各前記赤外線発光ダイオードに電流を供給する手段、 （ｄ）前記検出回路手段からの前記信号に応じて各赤外線発光タイオードに供給 される電流を変更する電流変更手段、及び （ｅ）前記検出回路手段からの電気信号から、前記対象の血液にある血液分析物 の量を示す信号を計算する処理手段、 とを具備する対象の体の一部にある血液分析物の無侵襲的測定用近赤外定量分析 装置。 １１．前記検出回路手段はアナログからデジタルへの変換器を有し、前記変換器 は前記体の一部から出てくるエネルギーを表す信号を生成する請求の範囲第１０ 項記載の近赤外分析装置。 １２．前記検出回路手段はプログラム可能利得増幅器を有する請求の範囲第１１ 項記載の近赤外分析装置。 １３．前記アナログ−デジタル変換器は１２ビットアナログ−デジタル変換器で ある請求の範囲第１１項記載の近赤外分析装置。 １４．前記電流変更手段は前記アナログ−デジタル変換器からの信号に応じて赤 外線発光ダイオードへの電流を変える請求の範囲第１１項記載の近赤外分析装置 。 １５．前記電流変更手段は赤外線発光ダイオードへの電流を変更する赤外線発光 ダイオード電流制御回路を有する請求の範囲第１０項記載の近赤外分析装置。 １６．前記分析装置は少なくとも前記導入手段と前記検出手段とを収容する収容 手段を有し、前記収容手段は前記対象の体の一部を前記近赤外エネルギーに曝ら しめるチャンバ手段を有し、前記導入手段と前記検出手段を前記チャンバ手段の 周りに配置し、前記検出手段が前記導入手段から放射される近赤外エネルギーを 受けられるようにする請求の範囲第１０項記載の近赤外分析装置。 １７．前記分析装置は前記対象の体の一部を受け前記チャンバ手段に係合する挿 入手段を有する請求の範囲第１６項記載の近赤外分析装置。 １８．前記分析装置は、さらに、測定が所定の時間内に行われなかった場合、装 置への電力供給のドレインを終了するエネルギー保存手段を有する請求の範囲第 １０項記載の近赤外分析装置。 １９．前記所定の時間が約１分である請求の範囲第１８項記載の近赤外分析装置 。 ２０．（ａ）赤外線発光ダイオードを有する近赤外エネルギー源を含み、近赤外 エネルギーを対象の体の一部にある血液に導入する導入手段、 （ｂ）前記体の一部から出てくる近赤外エネルギーを検出し、前記体の一部から 出てくる前記エネルギーを示す信号を生成する検出手段、 （ｃ）少なくとも前記導入手段と前記検出手段とを収容する収容手段、前記収容 手段は前記対象の体の一部を前記近赤外エネルギーに曝らしめるチャンバ手段を 有し、前記導入手段と前記検出手段を前記チャンバ手段の周りに配置し、前記検 出手段が、前期導入手段から放射される近赤外エネルギーを受けられるようにす る、 （ｄ）前記対象の体の一部を受け前記チャンバ手段に係合する挿入手段、 （ｅ）前記導入手段にある各前記赤外線発光ダイオードに電流を供給する手段、 （ｆ）前記検出手段からの前記信号に応じて各赤外線発光ダイオードに供給され る電流を変更する電流変更手段、及び （ｇ）前記検出手段からの電気信号から、前記対象の血液にある血液分析物の量 を示す信号を計算する処理手段、 とを具備する対象の体の一部にある血液分析物の無侵襲的測定用近赤外定量分析 装置。 ２１．（ａ）赤外線発光ダイオードを有する近赤外エネルギー源を含み、近赤外 エネルギーを対象の体の一部にある血液に導入する導入手段、 （ｂ）前記体の一部から出てくる近赤外エネルギーを検出し、前記体の一部から 出てくる前記エネルギーを示す信号を生成する検出回路手段、 （ｃ）前記体の一部及び／又は体の一部内の血液に対応する光学データからなる 光学サインを所定期間保存する手段、 （ｄ）前記保存された光学サインを形成する光学データに対応する、実際の光学 サインを生成する手段、及び （ｅ）前記保存された光学サインと前記実際の光学サインを比較して、前記保存 された光学サインと前記実際の光学サインが一致すれば装置が分析を行える状態 にある処理手段、 とを具備する対象の体の一部にある血液分析物の無侵襲的測定用近赤外定量分析 装置。