JP2001258867A - 無侵襲生体検査用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、測定の自由度を上げるため、検出
部を解析部から切り離した状態で測定できるようにした
無侵襲生体検査用装置を提供するものである。 【解決手段】 本発明の無侵襲生体反応計測装置は、検
査対象とする生体に光を供給するための光源部と、光を
受けた生体から光学的情報を検出する受光部とを備える
検出部と、検出部からの光学的情報をデータ処理するデ
ータ処理部と、データ処理された情報を出力する出力部
と、データ処理に必要なデータを入力したり操作するた
めの操作部とを備える解析部とを備えてなり、検出部は
充電可能な電源部を備え、検出部と解析部はコネクタを
介して接続され、検出部が解析部と接続されたときデー
タ転送されうると共に電源部が充電され、検出部が解析
部からの接続解除されたとき検出部は電源部から供給さ
れる電力により駆動されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無侵襲的に生体成
分情報を計測する無侵襲生体検査用装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】血液検査は、臨床検査において最も重要
な検査のひとつで、病院等で頻繁に行われている。この
血液検査をする装置としては、採血により得られた血液
の血球成分である赤血球、白血球、血小板の個数や大き
さ、赤血球に含まれているヘモグロビン濃度、ヘマトク
リットなどを迅速に自動的に測定する血液分析装置が一
般に用いられている。

【０００３】しかしながら、このような装置は小型の装
置でも数十キログラム程度あり、希釈液、溶血剤等の試
薬が必要なため、検査室等の場所に設置して用いられて
いた。そのため、患者は検査室に直接行くか、もしくは
病室等で採血された血液は何らかの形で検査室まで運ば
れる必要があり、貧血検査など頻繁に検査したい検査項
目においても、わざわざ病院に行く必要があった。ま
た、これらの検査は現在採血によって行われているが、
頻回の採血は患者の負担なるばかりか、注射針の誤射等
による感染事故の発生が危惧されている。

【０００４】そこで、簡単な装置構成で指などの生体の
一部に合まれる血管の透過像を得、これを画像解析する
ことによって血管サイズやヘモグロビン濃度およびヘマ
トクリットのような血液成分の濃度を経皮的、非侵襲的
に計測しようとする装置が考案されている（例えば、国
際特許出願公開番号ＷＯ９７／２４０６６）。このよう
な無侵襲生体検査用装置では、試薬を必要とせず、装置
も比較的小型なため持ち運びもでき、どこででも測定す
ることが可能となった。

【発明が解決しようとする課題】

【０００５】従来の非侵襲生体検査用装置では、検出部
と解析部とを接続した状態で測定を行っていた。測定時
には患者がいる所まで検出部と解析部を持って行く必要
があり、不便であった。

【０００６】この発明は、このような事情を考慮してな
されたもので、より測定の自由度を上げるため、検出部
を解析部から切り離した状態で測定できるにした無侵襲
生体検査用装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の無侵襲生体検査
用装置は、検査対象とする生体に光を供給するための光
源部と、光を受けた生体から光学的情報を検出する受光
部とを備える検出部と、検出部からの光学的情報をデー
タ処理するデータ処理部と、データ処理された情報を出
力する出力部と、データ処理に必要なデータを入力した
り操作するための操作部とを備える解析部とを備えてな
り、検出部は充電可能な電源部を備え、検出部と解析部
はコネクタを介して接続され、検出部が解析部と接続さ
れたときデータ転送されうると共に電源部が充電され、
検出部が解析部からの接続解除されたとき検出部は電源
部から供給される電力により駆動されることを特徴とす
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明の無侵襲生体検査用装置
において、生体の一部とは生体（好適例としては哺乳
類）から分離した組織ではなく生体のありのままの組織
の一部であり、計測に適する部分であればよい。ヒトの
場合には指や耳朶などがその一例である。ラットやマウ
スの場合には尻尾であってもよい。

【０００９】本発明品の検出部は、光源部と受光部およ
び保持部から構成される。光源部には、半導体レーザ
（以下、ＬＤ）やＬＥＤあるいはハロゲン光源が使用で
き、直接生体の一部に照射してもよいし、ファイバーを
介して照射してもよい。波長としては生体組織を透過
し、水の吸収が大きくない６００〜９５０ｎｍの範囲に
あることが好ましい。

【００１０】受光部は、レンズなどの光学系とフォトダ
イオードやＣＣＤなどの受光素子から構成できる。受光
素子にＣＣＤを用いると、血管部分の濃度分布情報が得
られる。受光素子としては、ＣＣＤの他にラインセンサ
ーやフォトダイオード・アレイが使用できる。また、フ
ォトダイオード１個を血管を横切る方向に駆動させて濃
度分布情報を得ることもできる。受光部の光学系は、受
光素子にＣＣＤを用いる場合、単にＴＶ用レンズだけを
用いて構成してもよい。受光部は、生体の一部を光源部
が照射するとき、その透過光又は反射光を受光すること
ができる。

【００１１】また、検出部はより好適な光学情報を得る
ために、光源部と受光部を生体の一部に対して保持する
ための保持部材を備えることが好ましい。生体の一部が
例えばヒトの手の指である場合には、保持部材は光源部
と受光部との間にその指を離脱可能に保持するような部
材であればよく、それには、指を指の形状に合わせた穴
や溝に挿入させる方式のものや、指を可動片で両側から
挟む方式のものを用いることができる。

【００１２】解析部としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ
およびＩ／Ｏポートからなるマイクロコンピュータある
いは市販のパーソナルコンピュータを利用することがで
き、撮像画像から生体情報を解析するデータ処理部、各
種データを入力したり各種操作を行ったりする操作部及
び生体の画像情報の解析結果を出力する出力部を備えて
もよい。出力部としてはＣＲＴや液晶ディスプレイなど
の表示装置やプリンタ等の印字装置を使用でき、操作部
としてはキーボードやテンキーやタッチキーなど使用す
ることができる。

【００１３】電源部には充電可能な電池として、ニッケ
ル水素電池、リチウムイオン電池、ニッケルカドニウム
電池が使用できる。充電可能な電池を含む電源部は制御
回路を備え、充電と電力供給の切換を制御できる。

【００１４】つまり、検出部と解析部のコネクタ間とが
接続されたとき電源部は充電され、検出部と解析部のコ
ネクタ間との接続が解除されたとき電源部は電力供給
し、検出部を駆動することができる。

【００１５】使用するコネクタは特に限定されないが、
例えば信号をパラレルに伝送するタイプものやシリアル
に伝送するタイプのものが使用できる。ＤＳＵＢ２５ピ
ンは前者（パラレル）の一例であり、ＤＳＵＢ９ピン、
ＵＳＢは後者（シリアル）の一例である。検出部におけ
る電源部の充電制御、検出部から解析部へのデータ転送
は、コネクタの接続の有無の監視に基づいて行われる。
そのために、従来公知の技術を用いて、電源ラインまた
は信号ラインの状態をハード的またはソフト的に監視す
ることにより行うことができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。これによってこの発明が限定されるもので
はない。図１は本実施例の無侵襲生体検査用装置の全体
ブロック図である。解析部３のデータ処理部２の実体
は、ＣＰＵ、メモリを備えるコンピュータである。検出
部１の受光部１２で得られた指１４の撮像画像中の解析
領域内の血管部分の濃度分布を濃度プロファィルとして
抽出する濃度プロファイル抽出機能、抽出された濃度プ
ロファイルから規格した濃度プロファイルを作成する機
能、規格化した濃度プロファイルの形態的特徴を定量化
する定量化機能、定量化された特徴に基づいて血管寸法
や血液成分濃度などの生体情報を演算する演算機能など
を備える。

【００１７】検出部１は、生体（指１６）に光を照明す
るための光源部１１と、照明された生体部分の光像（こ
こでは透過像）を撮像する受光部１２を備える。

【００１８】また、検出部１は測定に必要な被測定者の
検体番号、名前等の測定者情報や測定データ等を入力で
きる操作部２１と、測定者情報や測定データを記憶する
記憶部２２と、充電池と制御回路を有する電源部２３を
備える。充電池にはリチウムイオン電池を使用する。検
出部１の消費電力は２００ｍＡであり、１３００ｍＡ／
ｈのリチウムイオン電池を使用した場合、検出部１単独
では５〜６時間の使用が可能である。

【００１９】図２は本発明の無侵襲生体検査用装置の一
実施例の外観図であり、マウス様の検出部１をノート型
パソコン様の解析部３の載置部４に載置した状態を示し
ている。

【００２０】載置部４に載置された検出部１は、検出部
１側のコネクタ７と解析部３側のコネクタ８とで電気的
にまた機構的にも連結されている。計測や取り扱いの自
由度を得るために検出部１を解析部３の載置部４から取
り外し、コネクタ付き接続コードで検出部１と解析部３
とを接続して使用することも可能である。

【００２１】検出部１はアーム５とアーム５に対して回
転移動できるハウジング６とからなり、アーム５の内側
に光源部１１が内蔵され、アーム５に対向するハウジン
グ６の内側に撮像部１２を内蔵している。アーム５とハ
ウジング６の間にヒトの指１６を保持し、指１６の第２
関節部分において指の背側に光を照射し指の腹側からそ
の透過光像を撮像する。指は指の両側から弾性的に挟持
されている。

【００２２】光源部１１は、波長の異なる複数のＬＥＤ
を備えた発光素子からなる。第１のＬＥＤとして、中心
波長８３０ｎｍ、半値幅４０ｎｍのＬ３９８９（浜松ホ
トニクス（株）製）を使用し、第２のＬＥＤとして中心
波長８９０ｎｍ、半値幅５０ｎｍのＬ２５６５６（同上
製）を使用している。血管幅を計測する際は第１のＬＥ
Ｄのみを点灯させ、血液成分濃度を計測する際は第１及
び第２のＬＥＤを点灯させている。

【００２３】解析部３はデータ処理部２、出力部（液晶
モニター）２４及び操作部（複数のキー）３５からな
る。また、出力部２４はヒンジ１０で解析部３に繋がっ
ており、折り畳むことができる。解析部３には外部記憶
媒体であるフロッピー（登録商標）ディスクの挿入口１
３が設けられ測定情報等を外部記憶することができる。

【００２４】図３は図２に示す装置を検出部１側から見
た側面図であり、載置部３に載置された検出部１は、検
出部１のコネクタ７と解析部３のコネクタ８で直結され
ている。ここで、コネクタ７、８はＵＳＢを備える。検
出部１の側面には、蓋４１が備えられ、蓋４１をスライ
ドさせると、ＬＣＤを備える表示部２０とテンキーを備
える操作部２１が現れる構造となっている。

【００２５】検出部１のコネクタ７と解析部３のコネク
タ８で直結されている状態では、ＵＳＢプロトコールに
より検出部１と解析部３との信号ラインの接続が認識さ
れる。そして、解析部内の電源部１０からコネクタ７，
８を通じて電力が供給され、光源部１１、検出部１２が
駆動し、測定が可能となる。また、電源部２２内の充電
池に電力が供給され、充電される。このとき、電源部２
２内の制御回路によって、充電状態となる。ここで、Ｕ
ＳＢプロトコールに基づき解析部３からのデータ要求コ
マンドに呼応して検出部１は解析部３へデータを転送す
る。すなわち、記憶部２２にデータが記憶されている
と、記憶部２２からコネクタ７、８を介してデータ処理
部２のメモリに測定者情報や測定データなどのデータが
自動的に転送される。

【００２６】図４は、検出部１を解析部３の載置部４か
ら取り外した図を示している。検出部１を解析部３の載
置部４から取り外すと、ＵＳＢプロトコールにより検出
部１と解析部３の信号ラインの接続解除が認識される。
そして、検出部１の電源部２３を通じて光源部１１、検
出部１２、表示部２０、操作部２１、記憶部２２に電力
が供給される。その電力は、電源部２３内の制御回路に
よって、電源部２３内の充電池から供給される。

【００２７】このように、ＵＳＢをコネクタに使用する
と信号ラインの接続の有無を監視できるため、解析部３
から検出部１へのバージョンアッププログラム、設定
値、較正履歴等の転送も自動的に行われる。

【００２８】次に、使用の際は、操作部２１を操作し
て、表示部２０を見ながら測定者情報等を入力し、測定
を行う。測定が終了すると、記憶部２２に測定者情報、
測定データ（透過像）が記憶される。このように、解析
部なしでも検出部１単独で測定が可能であり、持ち運び
がより楽に行え、測定の自由度が拡がる。

【００２９】図５のフローチャートを参照しつつ、具体
的に血管幅の計測手順を説明する。ここでは一つの波長
を使って同一人の指を経時的に複数回撮像し、同一血管
部位における血管幅の経時変化を計測している。

【００３０】まず、第１のＬＥＤ（第１波長）によって
指１６を照明して撮像し、指１６の皮膚表面に存在する
血管（静脈）像を合む透過画像を得る（ステップＳ
１）。図６に得られた透過画像を模式図として示した。
長方形で示した領域が血管を垂直に横切るように設定さ
れた解析領域を示す。

【００３１】次に、データ処理部２において以下の処理
が施される。得られた撮像画像中に解析領域を設定し
（ステップＳ２）、撮像濃度プロファイル抽出機能によ
り、設定された解析領域において血管に垂直な方向の濃
度プロファイル（図７）を作成する（ステップＳ３）。

【００３２】定量化機能により濃度プロファイルのベー
スラインを求め、規格化する（ステップＳ４）。ここ
で、ベースラインとは、血管以外の部分の濃度プロファ
イルから、最小二乗法によって求められた直線であり、
血管の部分の背景の輝度を示す。また、濃度プロファイ
ルをベースラインによって除算することで規格化し、さ
らに対数化することにより、入射光量や背景輝度の勾配
に依存しない規格化された濃度プロファイル（図８）を
得ることができる。

【００３３】規格化された濃度プロファイルから形態的
特徴であるピーク高さｈ１、（１／２）ｈ１における分
布幅（半値幅）ｗ１を算出し（ステップＳ５）、記憶す
る。

【００３４】規格化した濃度プロファイルから求めた半
値幅ｗ１を血管幅として算出する（ステップＳ６）。

【００３５】計測が完了すると、算出した血管幅からそ
の時系列的変化を表わすグラフや表を作成し、出力部１
０（液晶ディスプレイ）に表示する（ステップＳ８）。

【００３６】以上、１波長を使って血管幅を計測する例
を紹介したが、複数波長を使えばヘモグロビン濃度を計
測することができる。すなわち、各波長に対して得られ
た規格化された濃度プロファイルの形態からヘモグロビ
ン濃度を算出することができる。詳細は国際公開第ＷＯ
９７／２４０６６号公報等を参考にすることができるの
で、ここでは説明は省略する。

【００３７】図９は出力部１０（液晶ディスプレイ）の
表示例である。表示画面はグラフ表示領域５１、測定デ
ータ表示領域５２、測定情報領域５３、メッセージ領域
５４、データ表示形式切替領域５５、コマンド領域５６
を備える。

【００３８】グラフ表示領域５１には、計測された生体
情報であるヘモグロビン濃度ＨＧＢや血管幅が時系列の
グラフとして表示されている。

【００３９】測定データ表示領域５２には、上記グラフ
上の測定時点の測定データが表示される。測定情報領域
５３には、測定番号、測定者名、生年月日、性別等の測
定者情報が表示される。メッセージ領域５４はシステム
の状態を示すメッセージや、測定者に動作を促すメッセ
ージが表示される。

【００４０】データ表示形式切替領域５５にはデータ表
示形式（グラフ、データ一覧表、撮像画像）を切り替え
るためのアイコンが表示される。撮像画像を表示すると
きは解析領域も示すことが好ましい。

【００４１】コマンド領域５６は、各種コマンドを実行
するアイコンが表示され、アイコン選択によりフロッピ
ィーディスクへの測定データの記録、ファイルの削除設
定、データの転送、印刷、メンテナンス等が実行でき
る。

【００４２】図１５のグラフ領域５１に示されたグラフ
は、同一の被験者について、毎日の運動前に計測して得
られた血管幅、ヘモグロビンＨＧＢ、酸素化率ＳＶＩ
と、別途入力されたタイムトライアルの成績（計測毎に
データを入力）の時系列グラフである。また、「カーソ
ル」キーで時系列データのグラフ上の計測点を示すバー
（破線で示す）を動かすことができ、該当する測定日、
測定時間、測定結果、コメントを表示領域５２に表示す
ることができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明品の無侵襲生体検査用装置を用い
ると、検出部を解析部から切り離した状態で測定でき、
測定の自由度が拡がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例のブロック図である。

【図２】この発明の実施例の外観を示す斜視図である。

【図３】この発明の実施例の外観を示す斜視図である。

【図４】この発明の実施例の外観を示す斜視図である。

【図５】この発明の実施例の動作を示すフローチャート
である。

【図６】この発明の実施例により得られる画像の模式図
である。

【図７】この発明の実施例の規格化した濃度プロファイ
ルを示す説明図である。

【図８】この発明の実施例の規格化した濃度プロファイ
ルを示す説明図である。

【図９】この発明の実施例の血管幅の時間的変化を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ 検出部 ２ データ処理部 ３ 解析部 ９ 操作部 １０ 電源部 １１ 光源部 １２ 受光部 ２０ 表示部 ２１ 操作部 ２２ 記憶部 ２３ 電源部

フロントページの続き (72)発明者 田野島 英司 神戸市中央区脇浜海岸通１丁目５番１号 シスメックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA05 BB12 CC16 CC18 EE01 EE02 EE11 FF06 GG01 GG02 GG03 GG10 HH01 HH06 JJ11 JJ17 KK04 MM10 PP04 4C038 KK00 KK01 KL05 KL07 KM00 KX01 KY01 KY02 VA20 VB13 VC01 VC05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象とする生体に光を供給するため
   の光源部と、光を受けた生体から光学的情報を検出する
   受光部とを備える検出部と、 検出部からの光学的情報をデータ処理するデータ処理部
   と、データ処理された情報を出力する出力部と、データ
   処理に必要なデータを入力したり操作するための操作部
   とを備える解析部とを備えてなり、 検出部は充電可能な電源部を備え、検出部と解析部はコ
   ネクタを介して接続され、検出部が解析部と接続された
   ときデータ転送されうると共に電源部が充電され、検出
   部が解析部からの接続解除されたとき検出部は電源部か
   ら供給される電力により駆動されることを特徴とする無
   侵襲生体検査用装置。
2. 【請求項２】 解析部は検出部を載置する載置部をさら
   に備えなり、検出部は解析部の載置部に載置された状態
   において、検出部のコネクタと解析部のコネクタ間が直
   結されることを特徴とする請求項１記載の無侵襲生体検
   査用装置。