JP2001029332A - 光学測定用口腔内治具 - Google Patents
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Abstract
する。 【解決手段】 樹脂製の治具本体2には上側の歯牙内側
と嵌合する凹部4と下側の歯牙内側と嵌合する凹部6が
形成され、口蓋部と密着する部分8を備えている。治具
本体2には測定用の光ファイバ束10が埋め込まれ、光
ファイバ束10の先端面12は治具本体2が口蓋部と密
着する部分8に露出し、その部分8と同一面となってい
る。治具本体2にはさらに治具本体2の温度を一定に保
つためのヒータ及び温度センサと、治具本体2を噛む圧
力を検出するための圧力センサ16が埋め込まれてい
る。
Description
測定するために、生体に投受光用先端面を接触させて生
体組織の物理量を非侵襲的に測定するための治具に関す
るものである。この治具は、例えば、人体に近赤外領域
の光を照射し、その光による人体からの出力光により、
人体中の物理量、例えば血中のグルコース濃度や血液の
酸素飽和度を測定するのに使用されるものである。
射し、その出力光から血液の酸素飽和度や血糖値を測定
する非侵襲測定方法が試みられている。生体は散乱体で
あり、しかも場所によって内部構造が複雑に異なるた
め、血糖値のような濃度測定を行おうとすれば生体中で
の光の光路長を一定にしなければならない。生体組織に
測定プローブを当接させて光照射を行ない、その出力光
を測定する場合、位置の再現性、接触具合、人体の表面
温度、角質層の厚みや含水率の影響がある。そこで、こ
れらの影響を避けるために、マウスピースを用いた口腔
内の測定が提案されている(「医用電子と生体工学」第
35巻特別号(1997年4月)第512頁参照)。
った測定対象として、脈波、脈拍及び酸素飽和度が挙げ
られている。しかし、これらの測定では、絶対値計測を
行わなくてもよいため、マウスピースと口腔内の密着度
合や、光ファイバなどの導光用光学部品と口蓋との接触
具合に留意する必要性が低く、十分な考慮がなされてい
ない。そのため、例えば血糖値のように絶対値計測する
必要のある物理量を測定する場合には、再現性が悪くな
る。また例えば、測定光を投光し、生体からの散乱光を
受光する投受光先端面と口腔内面との接触がよくない場
合には、口腔内面での表面反射光も受光することとな
り、S/N(信号対ノイズ)比が悪くなる。逆に、投受
光先端面と生体との接触が強すぎる場合にはうっ血を生
じる。口腔内面と接触するマウスピースの温度も重要で
あり、生体組織がマウスピースの温度の影響を受ける場
合には得られる吸収スペクトルが変化するという問題が
生じる。本発明は口腔内で生体組織の物理量を再現性よ
く測定するための治具を提供することを目的とするもの
である。
下の歯牙内側と嵌合し口蓋部と密着する形状をもつ治具
本体と、投受光用先端面が口蓋部と密着する部分と同一
面となるように治具本体に埋め込まれ、その先端面から
口蓋部に測定光を投光しその先端面で測定光の口蓋部に
よる出力光を受光する投受光部と、治具本体の温度を一
定に保つ温度制御機構と、治具本体を噛む圧力を検出す
るために治具本体に埋め込まれた圧力センサとを備えた
光学測定用口腔内治具である。ここで、投受光部が受光
する口蓋部からの出力光は、透過光、散乱光又は反射光
のように、人体への投光後に口蓋部から出力する全ての
光を含む。
と嵌合し口蓋部と密着する形状をもっており、投受光部
の先端面と治具本体が口蓋部に密着する部分とが同一面
となるように治具本体に埋め込まれていることから、投
受光部の先端面と口腔内面との接触性がよくなり、かつ
位置の再現性もよくなる。さらに、温度制御機構により
治具本体の温度を一定に保つことにより温度の影響を除
くことができ、圧力センサにより検出される圧力が一定
になるようにこの治具を噛むことにより圧力の影響も除
くことができる。
えている。両部は接近して配置されることも互いに離れ
て配置されることもあり得る。投光部は光源からの測定
光を導く光ファイバ束などの導光路とすることができ
る。この場合には、光源選択の自由度が高くなり、波長
選択も容易であるし、大光量を得ることも容易になる。
また、光源と導光路との間に光源からの光を分光する分
光器を配置することもできる。しかし、投光部としてL
ED(発光ダイオード)やLD(レーザダイオード)な
どの発光素子を埋め込んだものとすることもできる。
ファイバ束などの導光路とすることができる。この場合
には検出器選択の自由度が高くなる。また、導光路と検
出器との間に出力光を分光する分光器を配置することも
できる。しかし、受光部として、フォトダイオードやフ
ォトトランジスタなどの受光素子を埋め込んだものとす
ることもできる。
ては、近赤外領域から赤外領域の光が好ましい。使用す
る光源は、そのような波長領域に含まれる光を発生する
ものであり、この波長領域の連続スペクトルを含むもの
であってもよく、又は不連続な輝線スペクトルを含むも
のであってもよい。そのような光源としては、タングス
テン−ハロゲンランプのほか、近赤外ないし赤外発光用
のLEDやLDなどを用いることができる。
域に感度をもつものであり、そのような赤外検出器とし
ては、Geフォトダイオード、InGaAsフォトダイ
オード、PbS光導電素子、PbSe光導電素子、In
As光起電力素子、焦電素子などを用いることができ
る。温度制御機構により治具本体の温度を一定に保つ
際、その温度は人体の体温近傍の温度であれば、温度の
影響が最も少なくなり、好ましい。
る。(A)と(B)は同じ治具を角度を変えて表わした
ものである。2は被測定者毎の口腔内の形状に合わせて
成型された樹脂製の治具本体であり、上側の歯牙内側と
嵌合する凹部4と下側の歯牙内側と嵌合する凹部6が形
成され、口蓋部と密着する部分8を備えている。口蓋部
と密着する部分8は、口蓋部への圧力集中を避けるため
に、広い面積で口蓋部と接触するようになっているのが
好ましい。この治具2を口にいれ、凹部4,6にそれぞ
れ上下の歯牙を嵌めこむことにより、部分8が口蓋部と
密着する。
で散乱などをして口蓋部から出力した測定光を受光する
ために、投受光用導光路として光ファイバ束10が治具
本体2に埋め込まれている。その光ファイバ束10の先
端面12は、治具本体2が口蓋部と密着する部分8に露
出し、その部分8と同一面となっている。測定光は外部
の光学測定装置から光ファイバ束10により導かれ、先
端面12から口蓋部に照射され、口蓋部の生体内で散乱
や反射されて再びその先端面12に入射する。先端面1
2は部分8とともに口蓋部に密着されるため、測定光の
表面反射光は発生しない。光ファイバ束10の基端部は
光源、分光器、及び光検出器を備えた外部の光学測定装
置に導かれており、近赤外領域での光吸収スペクトルを
計測できるようになっている。
保つ温度制御機構として、ヒータと温度センサが埋め込
まれている。14はそのヒータに外部の電源装置から電
源を供給し、そのヒータへの通電量を制御する外部の制
御装置へその温度センサの温度検出信号を導くためのケ
ーブルである。
圧力を検出するための圧力センサ16が埋め込まれてい
る。圧力センサ16の埋込み位置は特に限定されるもの
ではないが、例えば上側の奥歯が嵌合する凹部4の近傍
である。18はこの圧力センサ16の検出信号を外部の
表示装置に導くためのケーブルである。毎回の測定で、
この圧力センサ16の検出圧力が一定になるように噛む
力を調整することにより、部分8と口蓋部との密着圧力
を一定にすることができ、特に光ファイバ束10の先端
面12と口蓋部との密着圧力を一定にすることができ
る。
体内の物理量を測定する際、ヒータと温度センサにより
治具本体2を人体の体温近傍の温度、例えば37℃に保
っておき、治具本体2を被測定者の口腔内に嵌め込む。
被測定者は凹部4,6にそれぞれ上下の歯牙を嵌め込
み、圧力センサ16による表示値が所定の圧力になるよ
うに治具本体2を噛み、所定の圧力値のところで光ファ
イバ束10により測定光を投光し、その吸収スペクトル
を測定する。
示したものであり、治具本体2の温度を37℃に保ち、
噛む圧力を一定に保った状態での近赤外吸収スペクトル
測定を5回繰り返し、最初のスペクトルを初期スペクト
ルとしてそれとの吸光度の差(差吸光度)を求めて表示
したものである。7000cm-1前後のスペクトルの乱
れは水の影響によるものである。
わずに、任意の圧力でこの治具を噛んだ状態でスペクト
ル測定を行ない、差吸光度を求めた結果である。図2と
図3を比較すると、圧力制御を行なわなかった場合は、
測定毎にスペクトルがばらついている。このことをより
明確に示すために、図2と図3の結果から吸光度標準偏
差を求めたものを図4に示す。太い実線で示したのが本
発明により温度と圧力をともに一定に保った状態で測定
した図2の結果であり、細い実線は温度は一定に保った
が圧力制御を行わなかった図3の結果である。このよう
に光ファイバ束10の先端面12と口蓋部との密着圧力
も一定に保つことにより、測定結果の再現性が高まるこ
とがわかる。
は図2と同じ測定結果であるが、温度と圧力をともに一
定に保ちながら一定時間毎の近赤外吸収スペクトル測定
を14回繰り返し、最初のスペクトルからの差吸光度と
して示したものである。それに対し、図6は、圧力は一
定に保つが、治具の温度制御を行わずに同様にして一定
時間間隔での測定を繰り返した結果を示したものであ
る。図5と図6の結果を比較すれば明らかなように、本
発明により治具本体の温度も一定に保つことにより、時
間経過に伴なう温度変化による吸収スペクトルの変動を
抑制できることがわかる。
具本体が被測定者の上下の歯牙内側と嵌合し口蓋部と密
着する形状をもっており、投受光部の先端面が口蓋部と
密着する部分と同一面となるように治具本体に埋め込ま
れていることから、投受光部の先端面と口腔内面との接
触性がよくなり、かつ位置の再現性もよくなる。さら
に、温度制御機構により治具本体の温度を一定に保つこ
とにより温度の影響を除くことができ、圧力センサによ
り検出される圧力が一定になるようにこの治具を噛むこ
とにより圧力の影響も除くことができる。
と(B)は同じ治具を角度を変えて表わしたものであ
る。
定に保ちながら測定した複数の近赤外吸収スペクトルを
差吸光度スペクトルとして示す波形図である。
保つが圧力制御を行わずに測定した複数の近赤外吸収ス
ペクトルを差吸光度スペクトルとして示す波形図であ
る。
示す波形図である。
定に保ちながら一定時間間隔での測定を繰り返した差吸
光度スペクトルを示す波形図である。
保つが温度制御を行わずに一定時間間隔での測定を繰り
返した差吸光度スペクトルを示す波形図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 被測定者の上下の歯牙内側と嵌合し口蓋
部と密着する形状をもつ治具本体と、 投受光用先端面が口蓋部と密着する部分と同一面となる
ように前記治具本体に埋め込まれ、その先端面から口蓋
部に測定光を投光しその先端面で測定光の口蓋部による
出力光を受光する投受光部と、 前記治具本体の温度を一定に保つ温度制御機構と、 前記治具本体を噛む圧力を検出するために前記治具本体
に埋め込まれた圧力センサとを備えた光学測定用口腔内
治具。 - 【請求項2】 前記投受光部は、投光部として光源から
の測定光を導く導光路と、受光部として受光した出力光
を検出器へ導く導光路とを備えている請求項1に記載の
光学測定用口腔内治具。 - 【請求項3】 前記投受光部は、投光部として光源から
の測定光を導く導光路と、受光部として前記投受光用先
端面に埋め込まれた受光素子とを備えている請求項1に
記載の光学測定用口腔内治具。 - 【請求項4】 前記投受光部は、投光部として前記投受
光用先端面に埋め込まれた発光素子と、受光部として受
光した出力光を検出器へ導く導光路とを備えている請求
項1に記載の光学測定用口腔内治具。 - 【請求項5】 前記投受光部は、投光部として前記投受
光用先端面に埋め込まれた発光素子と、受光部として前
記投受光用先端面に埋め込まれた受光素子とを備えてい
る請求項1に記載の光学測定用口腔内治具。 - 【請求項6】 一定に保たれる前記温度は人体の体温近
傍の温度である請求項1から5のいずれかに記載の光学
測定用口腔内治具。
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