JPS6073344A - レ−ザ光による生化学成分分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 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って生
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。

従来技術 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、特に血液等の体液中に含まれる成分の
測定が不可欠となってきており１これらの検体検査によ
り多大な診断情報が祷られている。

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、この体液に必賛な分離ｙｎＩＩ製等の処理を加え
た後に化学反応を行わせ、体液中の成分を同定している
。従って、このような従来装置では、測定結果を知るま
でに比較的長時間を要し、リアルタイム（実時間）で結
果を知ることが不可能であり、特に治療と同時あるいは
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
う問題があった。

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
題があった。

発明の目的 本発明は上記従来の昧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を用いた生化学成
分分析装置を提供することにある。

発明の構成 上記目的・を達成するために、本発明は、生体の粘膜組
織に密着される試料用ＡＴ）ｔプリズムと、レーザ光の
一部が導光される校正用ＡＴＲプリズムと、試料用ＡＴ
Ｒプリズム及び校正用ＡＴＲプリズムに所定波長のレー
ザ光を導光するレーザ光源と、試料用ＡＴＲプリズムの
エネルギ出力と校正用ＡＴＲプリズムのエネルギ出力と
を測定しこの測定結果に基づき上記生体の生化学成分を
測定する測定演算部と、を含み、試料用ＡＴＲプリズム
と校正用ＡＴＲプリズムへのレーザ光の導光路にはレー
ザ光を分岐して同時刻のレーザ光を試料用ＡＴＲプリズ
ムと校正用ＡＴＲプリズムに導くための光分岐部が設け
られ、レーザ光源にはレーザ光を断続的な光に変換する
光スィッチが設けられ、前記レーザ光源、光スィッチ、
光分岐部、試料用ＡＴＲプリズム、校正用ＡＴＲプリズ
ム及び測定演算部の導光路はそれぞれ元ファイバから成
り、生化学成分を非観血的に測定することを特徴とする
。

実施例 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には、本発明に係る生化学成分分析装置の原理図
が示されておシ、レーザ光１００を試料用Ａ’ｒＲ（内
部多重全反射）プリズム１０内に導光し、この試料用Ａ
ＴＲプリズムを生体組織例えば口唇等の粘膜組織１２に
押し当てて測定すわば、レーザ光１００がその波長に比
例した深さだけ極〈僅かながら組織内にしみ込んで全反
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、しかも連続して測定することが可能となる。

前記原理に基づいた本発明に係る生化学成分分析装置の
好適な実施例が第２図に示され、炭酸ガスレーザ光を試
料用ＡＴＲプリズム１０に導光して口唇等の粘膜組織に
約ｌＯ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。

レーザ光源１４からの出力は光スィッチ２８を迫って断
続的な光に変換された後、光分岐部３０に印加きれ、該
光分岐部３０により、試料用ＡＴ１ｔプリズム１（）と
校正用ＡＴＲプリズム３２に二分割されて導光される。

すなわち、元スイッチ２８からのレーザ光の一方は、試
料用ＡＴＲプリズム１０に導かれ、他方は校正用ＡＴＲ
プリズム３２に導かれ、試料用ＡＴｆｔプリズム１０に
入射されたレーザ光は、そのプリズム面に押し当てられ
た被検者の口唇粘膜中に極く僅か、通常の場合約１０ミ
クロンしみ込み、この時にレーザ光エネルギはその一部
が粘膜組織によって吸収される。

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。従って、試料用ＡＴＲプリズム１０内で多
重全反射した光はその出力が生体組織内での吸収分減少
することとなり、この吸収減少分を測定することによっ
て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、試料用ＡＴＲプリズムｌＯから出たレーザ
光は測定演算部３４に供給され、該測定演算部３４によ
り、生化学成分の分析が行われることとなる。

一方、校正用ＡＴＲプリズム３２はそのプリズム向が生
理食塩水等の校正液中に浸されており、レーザ光は、予
め既知の減衰を受けた後、測定演算部３４へ入射される
。校正用プリズム３２も試料用ＡＴＲプリズム１ｏと同
様のプリズムかう成り、導光されるレーザ光の周波数、
強度その他に応じて校正液での吸収エネルギが変化し、
この校正用ＡＴＲプリズム３２の出力と試料用ＡＴＲプ
リズム１０の出力とを比較することによって、生化学成
分を正確に測定することが可能となる。

上記測定演算部３４は、光入方信号を電気信号に変換す
る受光部３６．３８を含み、試料用ＡＴＲＴＲプリズム
及び校正用ＡＴＲプリズム３２がら出射されたレーザ光
は、それぞれ受光部３８．３６に供給され、そのエネル
ギが電気的に検出される。

なお受光部３６．３８は、元コネクタによる着脱可能方
式のものが一般的である。該受光部３６．３８の出力は
、−ｒンプ４ｏによって増幅された後、Ａ／Ｄコンバー
タ４２によってデジタル信号に変換きれ、この後インタ
ーフェイス４４を介してミニコンピユータ４６へ供給き
れ、所望の演算処理が施きねた俊、測定値が出力記録さ
れる。ミニコンピユータ４６が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。

以上のように、第２図の実施例装置によれば、生化学成
分を非観血的に測定することができる。

そして、本発明においては、光学系の安定度を向上させ
るために、光学系を全て光ファイノで及び光部品により
構成することを特徴としており、これにより、レーザ光
を外部空間に放出させることなく光学系に閉じ込めるこ
とが可能となる。以下、光学系の安定度の向上作用につ
いて詳細に説明する。

第２図の実施例装置において、レーザ光源１４、元スイ
ッチ２８、光分岐部３０、試料用ＡＴＲプリズム１０、
校正用ＡＴＲプリズム３２及び測定演算部３４の導光路
２００，２０２，２０４，２０６，２０８，２１０及び
２１２はそれぞれ光ファイバから成り、更に制御回路１
８における導光路２１４，２１６及び２１８もそれぞれ
光ファイバから成る。従って、光ファイノくにより、レ
ーザ光の外部空間への放出を防止し、光学系の安定度を
向上させることができる。

光スィッチ２８としては、例えば、ファイバ可動型、電
気的に元をオンオフ制御する光ＩＣｍ（薄膜導波路型）
等があり、第３図には、ファイバ可動型光スイッチが示
されている。第３図において、光フアイバ素子４８に対
向して光フアイバ素子５０が設けられ、該元ファイバ素
子５０を図の上下方向に移動し元をオンオフ制御するた
めに、元ファイバ素子５０１Ｃは励磁コイル５２が巻回
され、該励磁コイル５２に対向して永久磁石５４．５６
が設けられている。そして、光フアイバ素子５０が図の
破線の位置にある場合には、光フアイバ素子５０の端縁
が光フアイバ素子４８の端縁と対向するので光がオン作
動し、一方、励磁コイル５２に′１！流を供給して励磁
コイル５２が励磁された場合には、元ファイバ素子５０
が図の実線の位置に移動し、元ファイバ素子５０の端縁
が元ファイバ素子４８の端縁から外れるので元がオフ作
動する。

捷だ光分岐部３０としては、例えば、多層膜型、スター
カップラ型、アクセスポート型（第４図参照）等のもの
がある。

以上のように、第２図の実施例装置によれば、導光路２
００〜２１８を光ファイバから構成し、更にレーザ光の
変換、分岐作用のために光スィッチ２８及び光分岐部３
０を設けたので、レーザ光を外部空間に放出させること
なく光学系に閉じ込めることができ、光学系の安定度を
向上させることが可能となる。

第５図には、本発明に係る生化学成分分析装置の具体的
な外観図の一例が示されている。レーザ光源１４及びそ
の発振制御部セしてレーザ光導光装置は本体５８内に収
納され、本体５８の前面には、試料用ＡＴＲプリズム１
０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、試料用ＡＴＲプリズム１０は各被検者に適合する
ように、本体５８に対しである程度の可撓性をもって支
持きわている。１だ前述したように、試料用ＡＴＲフリ
ズム１０の導光路２０６　、２１０は元ファイバかう成
す、レーザ光は元ファイバによって試料用ＡＴＲプリズ
ムｌＯに入出射されるので、試料用人ＴＨプリズム１０
の位置が本体５８に対しである程度移動することを可能
とする。そして、本体５８の近傍には、ディスクトップ
コンピュータ６０が設けら第１、所定の演算及びデータ
出力作用を行う。史に本体５８内のレーザ光源に対して
は冷却器６２がら冷却水が供給さね、レーザ光源の過熱
を防止している。

第６図には、第５図の分析装置を用いた実際の測定状態
が示はれ、被検者６４は試料用ＡＴＲブリスム１０をそ
の口唇にて密着挾持し、この状態で試料用ＡＴＲプリス
ム１ｏヘレーザ光源１４がら所定波長のレーザ光を導光
することによってレーザ光をその波長に比例した深はた
け生体組織、実施列においては、１督組織内にしみ込ま
せて全反射をせ、組織内の糖濃度を非観血的に測定する
ことが１１叱となる。

６１１７図に１ｄ１　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＃度が大きい場合には、吸収
度も増加することが理解さね、またこの吸収度は波長に
よって著しく変化し、所定波長を選択することによって
、商会解能で糖濃反を測定可能施例においては、９．６
５＜クロン程度の波長を選択シ、コの波長のレーザ光を
試料用ＡＴＲプリズム１０へ供給することによって、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。

前述したように、試料用ＡＴＲプリズム１ｏを被検者の
口唇に正しく適合感せるため、試料用人ＴＲプリズム１
０けそれ自体本体５８に対しである程度の可撓性を有す
ることが好適であり、このために、レーザ光を導光する
導光路２０６．２１０にも元ファイバを用いることが好
適である。第８図には、このような試料用Ａ　’１’　
Ｒプリズム１ｏと光ファイバ６６との接続状態が示はれ
、光ファイバ６６は中心導光部を形成するコア６８と該
コア６８の外皮を形成するクラッド７ｏとかう成す、ク
ラッド７ｏが試料用ＡＴＲプリズム１ｏに接着固定され
る。第８図の実施列から明らかなように、元ファイバ６
６はそれ自体良好な可撓性を有するので、試料用ＡＴＲ
プリズム１（）が本体に対してその支持位置を変化した
場合においても、レーザ光は確実に試料用ＡＴＲプリズ
ム１０内に入射することができる。

第９図には、本発明に好適な試料用ＡＴＲプリズム１０
と光ファイバ６６との他の接続構造が足場れ、この実施
例においては、コア６８の先端がレンズ状に加工されて
いるため、レーザ光１００は第８図のように、コア６８
の出口において散乱することなく、第９図に示されるよ
うに、平行光線に集束をれ、高稍度の測定に供される試
料用ＡＴＲプリズム１０を得ることが可能となる。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、試料用Ａ　Ｔ　Ｒ
プリズムを直接人体の粘膜組織に密着し、この密着状態
において試料用ＡＴＲプリズムへ所定波長のレーザ光を
導光するので、試料用ＡＴＲプリズムから出た反射レー
ザ光のエネルギを測定することによって、人体の粘膜組
織の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ｉｊＪ能となるオリ点を有する。

また本発明においては、レーザ光源、光スィッチ、光分
岐部、試料用ＡＴＲプリズム、校正用ＡＴＲプリズム及
び測定演算部の導光路はそれぞれ元ファイバから成り、
レーザ光の変換、分岐作用を行うために光スィッチ、光
分岐部が設けられており、光学系を全て光ファイバ及び
光部品にょシ構成している。従って、レーザ光を外部空
間に放出きせることなく光学系に閉じ込めることができ
るので、装置の振動、外乱に対して、光学系の安定度を
向上させることができるという利点を有する。更にレー
ザ光が外部空間に放出されないので、装置の小型化が達
成され装置の配置が自由となシ、また空気の汚染、空気
中の粉塵による悪影響を受けることがないと騒う利点を
有する。

なお本発明におりで、レーザ光源はその波長を任意に選
択して分析する生体組織に適合するレーザ光をＡＴＲプ
リズムへ導光することができ、このために、レーザ光源
を波長可変装置とすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の生化学成分分析作用を示す原地図、第
２１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図はファイバ可動型光スイッチ
の説明図、第４図はアクセスホード型光分岐部の説明図
、第５図は第２図の実施例の具体的な外観図、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特性図、第８図及び第９図は
それぞれ本発明に係る試料用ＡＴＲプリズムとその導光
路との接続状態を示す説明図である。 １０・・試料用ＡＴＲプリズム １２・・・粘膜組織 １４・・・レーザ光源 ２８・・・光スィッチ ３０・・・元分岐部 ３２・・・校正用ＡＴＲプリズム ３４・・・測定演算部 ６４・・・被検者 １００・・・レーザ光 ２００〜２１８・・・導光路 出願人　アロカ株式会社 爪３図 荒５図 ０ 蒐７図 １０５３　１０４２　１０３１　１０２０　ｃ吊１：Ｊ
ｌＬ数箪数回 ８図図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）生体の粘膜組織に密着される試料用ＡＴＲプリズ
   ムと、レーザ光の一部が導光される校正用ＡＴＲプリズ
   ムと、試料用ＡＴ、Ｒプリズム及び校正用Ａ　Ｔ　ｌプ
   リズムに所定波長のレーザ光を導光するレーザ光源と、
   試料用ＡＴＲプリズムのエネルギ出力と校正用ＡＴＲプ
   リズムのエネルギ出力とを測定しこの測定結果に基づき
   上記生体の生化学成分を測定する測定演算部と、を含み
   、試料用ＡＴＲプリズムと校正用ＡＴＲプリズムへのレ
   ーザ光の導光路にはレーザ光を分岐して同時刻のレーザ
   光を試料用ＡＴＲプリズムと校正用ＡＴＲプリズムに導
   くためのツ０分岐部が設けられ、レーザ光源にはレーザ
   光を断続的な光に変換する光スィッチが設けられ、前記
   レーザ光源、元スイッチ、光分岐部、試料用Ａ　Ｔ　ｌ
   プリズム、校正用ＡＴ）ｌプリズム及び測定演算部の導
   光路はそれぞれ光ファイバから成り、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。