JP2001029333A - 光学測定用プローブ - Google Patents
光学測定用プローブInfo
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- A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
Abstract
ことにより、測定の再現性を高める。 【解決手段】 第2の光学系部品10は光ファイバ束で
あり、内側の円筒12と、外側の円筒状外周部14との
すき間に、リング状に充填され、それらは一体化され、
それぞれの先端面は同心円上にある。外周部14の先端
面のリングの幅は第2の光学系部品10の先端面のリン
グの幅よりも広い。光ファイバ束6が充填された第1の
光学系部品2は、第2の光学系部品10の内側の円筒1
2内に摺動可能に挿入されて嵌合し、第1の光学系部品
2の先端面が外周部14の先端面から突出又は後退しう
るようになっている。外周部14を人体に当て、第1の
光学系部品2を摺動させて測定部位の加圧力を変化さ
せ、異なる加圧力下で第1の光学系部品2と第2の光学
系部品10との間で吸収スペクトルを測定し、異なる加
圧下での差吸光度スペクトルを求める。
Description
受しその測定光による生体からの出力光を受光して生体
組織の物理量を非侵襲的に測定するためのプローブに関
するものである。このプローブは、例えば、人体に近赤
外領域の光を投光し、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、体脂肪、異常組織などを測定するの
に使用されるものである。
光し、生体に侵入して生体中で散乱又は反射し、生体か
ら出力する光を受光して血液の酸素飽和度や血糖値を測
定したり、体脂肪率を求めたりする試みがなされてい
る。また、生体への送受光用のプローブを生体に押しつ
ける圧力を調節して、その加圧力の強弱に伴う反射特性
の変化から異常組織を検出する試みもなされている。
第1の方法として、指に指用電子血圧計のカフを嵌め、
カフに送る空気圧を調節することにより被測定部分を鬱
血させることが提案されている(特開平1−14652
5号公報参照)。第2の方法としては、測定光の送受光
用光ファイバ束を筒に摺動自在に挿入し、その光ファイ
バ束と筒の間にバネを介在させることにより、そのバネ
力により光ファイバ束で生体を加圧したり、測定光の送
受光を行なう透明体を筒に入れて空気圧で加圧すること
によりその透明体により生体を加圧する方法が提案され
ている(特公昭60−43134号公報参照)。
定に限られ、人体の広い面積部分での測定には適用でき
ない。第2の方法は、送受光用の光ファイバ束や透明体
を生体に押しつける圧力をバネや空気圧により調節する
ことはできるが、光ファイバ束や透明体を支持する筒の
先端面の面積が小さく、生体との接触は主として送受光
用光ファイバ束や透明体の先端面で行なわれる。それら
の先端面の面積もまた小さく、そのため、被測定部分の
みを加圧することになって、被測定部分の周囲への圧力
のかかり具合を安定にすることが難しい。人体のような
生体は、同じように加圧しても、加圧のかかり具合や接
触面積などの影響で、鬱血状態になったり失血状態にな
ったりする。またいずれの状態になったとしても、小さ
い面積で接触しているときは、その状態の再現性は低
く、測定結果の再現性も低くなる。そこで、本発明は測
定部位及びその周囲も含めた領域への圧力のかかり具合
を一定に保つことにより、測定の再現性を高めることを
目的とするものである。
ーブは、中心軸上に配置され、円形で平坦な先端面をも
つ第1の光学系部品と、第1の光学系部品の外側で前記
中心軸を中心とする円上にリング状に配置された平坦な
先端面をもつ第2の光学系部品を備えており、これら両
光学系部品は相対的に軸方向に摺動可能に嵌合されてい
る。一方の光学系部品は測定対象物に測定光を投光する
投光部であり、他方の光学系部品は投光された測定光に
よる測定対象物からの出力光を受光する受光部である。
この光学測定用プローブはさらに、第2の光学系部品の
外側に前記中心軸を中心とする円上にリング状の先端面
をもち、そのリングの幅が第2の光学系部品の先端面の
リングの幅よりも広く形成された外周部を備えている。
囲を取り囲むように受光部が配置されるか、逆に受光部
の周囲を取り囲むように投光部が配置されるので、送受
光部として投光部と受光部が同じ場所にあるプローブに
比べると生体の深い場所の情報を得やすくなる。
周部が設けられているので、外周部を生体に接触させる
ことにより測定部位の周辺の広範囲な部分への圧力のか
かり具合を一定状態に保つことができる。そして、第1
の光学系部品により測定部位の狭い範囲の接触圧力を変
化させることができるので、測定部位内の血液成分の変
化など、組織構成成分の変化の再現性を高めることがで
きる。ここで、受光部が受光する測定対象物からの出力
光は、透過光、散乱光又は反射光のように、測定対象物
への投光後に測定対象物から出力する全ての光を含む意
味で使用している。
化され、外周部の先端面と第2の光学系部品の先端面と
が同一平面内にあるようにすることができる。これによ
り、外周部とともに第2の光学系部品の先端面を測定部
位に接触させた状態で測定を行なうことができる。ま
た、外周部は第2の光学系部品と一体化されるが、第2
の光学系部品の先端面が外周部の先端面から後退した高
さの位置にあるようにすることもできる。これにより、
第2の光学系部品の先端面を測定部位に接触させない状
態で測定を行なうことができるようになり、プローブが
測定部位に与える影響を少なくすることができる。
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
路との間に分光器を設けることもできる。投光部とし
て、LED(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。この場合には、プローブを小型にするのに有利であ
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
出器との間に分光器を設けることもできる。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。この場合に
は、プローブを小型にするのに有利である。投光部の周
囲を取り囲むように受光部を配置する場合には、生体か
らの出力光を効率よく受光することができ、検出感度が
高くなる。
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。検出器又は
受光素子は近赤外ないし赤外領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、InAs光起電力素子、焦電
素子などを用いることができる。
の相対的な突出又は後退の距離を一定にすることによ
り、測定部位の接触圧力を一定に保って測定結果の再現
性を高めることができる。そのために、両光学系部品を
摺動可能に嵌合して支持している機構に、一方の光学系
部品の先端面が他方の光学系部品の先端面に対して一定
の距離だけ突出した位置で両光学系部品の相対的な位置
決めを行なうストッパが設けられていることが好まし
い。
光学系部品から突出した状態で表わしたものであり、
(A)は平面図、(B)は一部切欠き正面図である。図
2はその実施例における第1の光学系部品を表わしたも
のであり、(A)は平面図、(B)は正面図、図3はそ
の実施例における第2の光学系部品を外周部とともに表
わしたものであり、(A)は平面図、(B)は正面図で
ある。中心軸上に位置する第1の光学系部品2は、円筒
4内に光ファイバ束6を充填したものであり、円筒4と
光ファイバ束6は先端面が同一面内になるように加工さ
れている。光ファイバ束6は円筒2より基端部側では、
屈曲可能な外套8により支持されており、可撓性をもっ
て外部の測定装置に導かれる。
り、内側の円筒12と、外側の円筒状外周部14とのす
き間に、リング状に充填されている。円筒12、第2の
光学系部品10及び外周部14は一体化されており、そ
れぞれの先端面は同心円となるようにリング状に形成さ
れており、外周部14の先端面のリングの幅は第2の光
学系部品10の先端面のリングの幅よりも広くなってい
る。外周部14よりも基端部側では、第2の光学系部品
10の光ファイバ束は屈曲可能な外套8により支持され
ており、可撓性をもって外部の測定装置に導かれる。
2は第2の光学系部品10の内側の円筒12内に摺動可
能に挿入されて嵌合し、第1の光学系部品2の先端面が
外周部14の先端面から突出又は後退しうるようになっ
ている。第1の光学系部品2の外径と円筒12の内径
は、第1の光学系部品2が半径方向に変位することなく
軸方向に摺動できる寸法に設定されている。
るために、第1の光学系部品2の外周面には基端部側で
径が大きくなることにより段差18が形成され、一方、
円筒12の内周面にはそれに対応して基端部側で径が大
きくなることにより段差20が形成されている。段差1
8,20はストッパを構成している。第1の光学系部品
2を円筒12内に挿入させて嵌合させた時、段差18が
段差20が当った状態で摺動が停止する。摺動が停止し
た図1に示される状態では、第1の光学系部品2の先端
部が外周部14の先端面から突出する高さhが所望の高
さ、例えば1mmとなるように段差18,20の位置が
設定されている。円筒4,12,外周部14の材質は特
に限定されるものではないが、耐久性の観点からは金
属、例えばステンレスが好ましい。ここで、先端面の寸
法の一例を示すと、第1の光学系部品2の光ファイバ束
6の直径は1〜10mm、例えば5mm、第2の光学系
部品10の外形は5〜15mm、例えば11.2mm、
幅は1〜3mm、例えば1mm、外周部14の外形は3
0〜100mm、例えば40mm、幅は20〜80m
m、例えば21.5mmである。もちろん、本発明はこ
のような寸法のものに限定されるものではない。
て説明する。 (1)第1の光学系部品2を円筒12内に挿入して嵌合
させ、第1の光学系部品2の先端面と外周部14の先端
面が同じ高さになるようにして、このプローブを人体に
当てる。まず、人体を加圧しない状態で第1の光学系部
品2の光ファイバ束6から測定光を投光し、その測定光
が人体内に侵入し、人体から出て第2の光学系部品の光
ファイバ束10に入射したものを測定装置に導いてその
吸収スペクトルを測定する。
の光学系部品2を先端方向に押して段差18が段差20
に当る位置まで押し込む。この状態では第2の光学系部
品10、円筒12及び外周部14の先端面が加圧されな
い状態で人体に接触し、中心部の第1の光学系部品2の
先端面が高さhだけ突出することにより、光学系部品2
の先端面のみが人体の測定部位を加圧した状態で接触す
る。図4(A)はこの接触状態を示したものであり、2
2は人体、例えば掌である。この接触状態で(1)と同
様に吸収スペクトルを測定する。
(2)で得た吸収スペクトルの差(差吸光度スペクト
ル)を求める。近赤外領域での吸収スペクトルは、人体
組織の構成成分である血液成分その他の種々の成分を反
映したものである。この発明により差吸光度スペクトル
を求めると、加圧によっても変化しない成分の影響が除
去され、加圧により変化する成分、主として血液成分を
反映した吸光度スペクトルを得ることができる。
系部品2の先端面を外周部14の先端面から所定の距離
だけ突出させる方法のほかに、光学系部品2の先端面を
外周部14の先端面から所定の距離だけ後退させた状態
でこのプローブを測定部位に接触させて測定することも
できる。図4(B)はこの接触状態を示したものであ
る。この場合には、第1の光学系部品2の先端面と接触
する部位を加圧せず、第2の光学系部品10、円筒12
及び外周部14の先端面で測定部位の周辺部を加圧した
状態での測定を行なうことができる。すなわち、側定部
位の周囲の接触圧を変化させたことに伴ない、測定部位
で変化した組織構成成分のスペクトルを得ることができ
る。
定光を投光し、周辺部の光ファイバ束10で受光するよ
うにしているが、逆に周辺部の光ファイバ束10から投
光し、中心部の光ファイバ束6で受光するようにしても
よい。図5は他の実施例を示したものである。図1の実
施例と比較すると、第2の光学系部品10と一体化され
た外周部14aは、その前方に測定部位と接触する幅広
のリング状キャップ14bを備えている。第2の光学系
部品10の先端面はそのキャップ14bから一定の距離
だけ後退した高さの位置に固定されている。
位の周辺部に接触させ、第1の光学系部品2の先端面を
キャップ14bから突出させる状態、キャップ14bと
同一平面とする状態、及びキャップ14bから後退させ
た状態の3つの状態のうちの2つの状態でそれぞれ吸収
スペクトルを測定し、差吸光度スペクトルを得る。この
とき、少なくとも第2の光学系部品10の先端面は測定
部位に接触しないため、プローブが測定部位に与える影
響を少なくした状態で測定することができるようにな
る。測定光を投光する光ファイバ束に代えて、投光側に
は発光ダイオードやレーザーダイオード等の発光素子を
埋め込んで配置してもよい。また、受光側の光ファイバ
束に代えて、フォトダイオードやフォトトランジスタ等
の受光素子を配置して埋め込んでもよい。
図6は図1の実施例に示したプローブを用いて、近赤外
領域で、非加圧状態での吸収スペクトルと、第1の光学
系部品2の先端面をストッパにより定まる距離だけ外周
部14の先端面から突出させた状態(加圧状態)での吸
収スペクトルを測定し、それらの吸収スペクトルから差
吸光度スペクトルを求めた結果を示したものである。そ
の測定を4回反復して繰り返した。7000cm-1付近
のスペクトルの乱れは水の影響によるものである。この
測定では各回のスペクトルの変動が小さく、再現性のよ
いことがわかる。
加圧して同様に吸収スペクトルを測定した。加圧手段と
してエアパックを用いた。非加圧状態と、一定圧力の空
気圧により測定部位を加圧した状態とでそれぞれ吸収ス
ペクトルを測定し、それらの吸収スペクトルから差吸光
度スペクトルを求めた。その測定を5回反復して繰り返
した結果を図7に示す。比較例による加圧方法では、測
定毎にスペクトルが変動しており、本発明による加圧方
法によるよりも再現性が劣ることを示している。
と受光部を別体とし、一方の先端面を中心軸上に配置
し、他方の先端面をその周囲にリング状に配置したの
で、生体の深い場所の情報を得やすくなる。また、これ
らの両先端面を相対的に軸方向に摺動可能にし、しかも
リング状の先端面の外側に幅広の外周部を備えているの
で、外周部を生体に接触させることにより測定部位の広
範囲な周辺への圧力のかかり具合を一定状態に保つこと
ができ、中心部の先端面により測定部位の狭い範囲のみ
接触圧力を変化させることができるので、測定部位内の
血液成分の変化など、組織構成成分の変化の再現性を高
めることができる。
品から突出した状態で表わしたものであり、(A)は平
面図、(B)は一部切欠き正面図である。
ものであり、(A)は平面図、(B)は正面図である。
ともに表わしたものであり、(A)は平面図、(B)は
正面図である。
て測定部位を加圧した状態を示す要部断面図、(B)は
第1の光学系部品の先端面を後退させて測定部位の周囲
を加圧した状態を示す要部断面図である。
近赤外領域の差吸光度スペクトルを示す波形図である。
て反復測定した近赤外領域の差吸光度スペクトルを示す
波形図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 中心軸上に配置され、円形で平坦な先端
面をもつ第1の光学系部品と、第1の光学系部品の外側
で前記中心軸を中心とする円上にリング状に配置された
平坦な先端面をもつ第2の光学系部品を備え、これら両
光学系部品は相対的に軸方向に摺動可能に嵌合されてお
り、一方の光学系部品は測定対象物に測定光を投光する
投光部であり、他方の光学系部品は投光された測定光に
よる測定対象物からの出力光を受光する受光部であり、 さらに第2の光学系部品の外側に前記中心軸を中心とす
る円上にリング状の先端面をもち、そのリングの幅が第
2の光学系部品の先端面のリングの幅よりも広く形成さ
れた外周部を備えている光学測定用プローブ。 - 【請求項2】 前記外周部は第2の光学系部品と一体化
され、外周部の先端面と第2の光学系部品の先端面とが
同一平面内にある請求項1に記載の光学測定用プロー
ブ。 - 【請求項3】 前記外周部は第2の光学系部品と一体化
され、第2の光学系部品の先端面が外周部の先端面から
後退した高さの位置にある請求項1に記載の光学測定用
プローブ。 - 【請求項4】 前記投光部は光源からの測定光を導く導
光路である請求項1,2又は3に記載の光学測定用プロ
ーブ。 - 【請求項5】 前記投光部は発光素子を埋め込んだもの
である請求項1,2又は3に記載の光学測定用プロー
ブ。 - 【請求項6】 前記受光部は受光した出力光を検出器へ
導く導光路である請求項1から5のいずれかに記載の光
学測定用プローブ。 - 【請求項7】 前記受光部は受光素子を埋め込んだもの
である請求項1から5のいずれかに記載の光学測定用プ
ローブ。 - 【請求項8】 第1の光学系部品が投光部、第2の光学
系部品が受光部である請求項1から7のいずれかに記載
の光学測定用プローブ。 - 【請求項9】 前記両光学系部品を摺動可能に嵌合して
支持している機構には、一方の光学系部品の先端面が他
方の光学系部品の先端面に対して一定の距離だけ突出し
た位置で両光学系部品の相対的な位置決めを行なうスト
ッパが設けられている請求項1から8のいずれかに記載
の光学測定用プローブ。
Priority Applications (2)
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US09/620,573 US6449500B1 (en) | 1999-07-23 | 2000-07-20 | Probe for optical measurement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP20992399A JP4152532B2 (ja) | 1999-07-23 | 1999-07-23 | 光学測定用プローブ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP4152532B2 JP4152532B2 (ja) | 2008-09-17 |
Family
ID=16580912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP20992399A Expired - Fee Related JP4152532B2 (ja) | 1999-07-23 | 1999-07-23 | 光学測定用プローブ |
Country Status (2)
Country | Link |
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US (1) | US6449500B1 (ja) |
JP (1) | JP4152532B2 (ja) |
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