JP2003111750A - 無侵襲生体計測装置、及び該装置を用いた血糖測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無侵襲生体計測装置において接触圧の変動に
起因する測定の不安定さを解消する。 【解決手段】 被検体Ｂに対する測定サンプラ１３の接
触圧を圧力センサ２０で検出し、その検出値に基づいて
接触圧が一定になるように上下動駆動部２３を制御して
被検体支持板２を上下動させる。更に、圧力センサ２０
で検出した接触圧が所定範囲を逸脱している場合には、
そのタイミングで得られた測定データを廃棄し、後段の
演算処理に利用しないものとする。これにより、ほぼ一
定の接触圧の条件下でサンプリングされたデータのみを
利用して、血液中のグルコース濃度を算出することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生体に対して針等
を侵襲させることなく該生体内部に関する各種情報を計
測するための無侵襲生体計測装置、及び該装置を利用し
て被検者の血糖値を測定する血糖測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】糖尿病はいわゆる三大成人病の１つであ
り、糖尿病患者の増加は大きな社会的な問題となってい
る。糖尿病の中で、先天的又は後天的な自己免疫疾患に
より膵臓からインスリンが殆ど分泌しなくなることによ
って発症する糖尿病を１型糖尿病、主として過食などの
生活習慣によって発症する糖尿病を２型糖尿病と呼んで
いる。こうした１型糖尿病患者や一部の２型糖尿病患者
では、体外からインスリンを投与することによって血糖
値をコントロールすることが必要となる。

【０００３】このようなインスリン療法では、１日のう
ちの血糖の変動を厳密にコントロールすることが望まし
い。何故なら、インスリンの投与の効果が不充分で高血
糖状態が持続すると様々な合併症の危険性が増す一方、
インスリンが作用し過ぎると低血糖状態に陥り、生命に
危険を及ぼすことさえあるからである。そのため、病院
では、インスリンの投与による血糖の降下やその後の上
昇状態を的確に把握するために、所定時間間隔で繰り返
し血糖を測定するような場合がある。

【０００４】また、日常生活の中においてもインスリン
の投与量を適切に定めることが必要となるため、患者
は、自らインスリン投与を行う前に自分で血糖値を測定
し、その血糖値に応じてインスリンの量を調整しなけれ
ばならない。そうした測定を行うために、簡易型の血糖
測定器が用いられている。

【０００５】上述したような様々な場面での血糖測定方
法として広く行われているのは、被検者から少量の血液
を採取し、その血液中のグルコース濃度を測定するとい
う方法である。しかしながら、このような測定方法で
は、量の多少はあるものの被検者から血液を採取する必
要があるため、被検者の身体を傷付け身体的苦痛を与え
ることになる。また、採血用の針などを介する感染症の
危険もある。一方、上述した簡易型の血糖測定器などで
は、センサとして使い捨て式の電極板を使用しているた
め衛生的であるが、繰り返し測定を行う必要がある場合
には、コストが高いものとなり患者にとって大きな負担
である。

【０００６】このようなことから、被検者に針などを刺
すことなく無侵襲で血糖を測定する方法が従来より提案
されている。例えば特開平７−１０３８８８号公報に
は、生体に近赤外光を照射し、生体内部に入り込んで透
過及び反射を繰り返し再び生体表面に出てきた光を検出
し、その光強度から算出した吸光度を用いて生体血液中
の血糖（グルコース濃度）を測定する装置が開示されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような測定方法は
被検者に身体的苦痛を与えることが少なく、一旦、装置
を購入した後には測定毎に要するコストが安価ですむと
いう利点がある。ところが、このような測定方法では一
般に再現性の高い測定を行うことが難しい。すなわち、
被検体（被検者の被検部位）は生理現象によって或いは
随意的に動いてしまうため、これによって生体表面に対
する発光部や受光部の接触圧が変動し、生体表面での正
反射が増加したり、或いは生体内部の散乱係数などの状
態が変動したりするためである。もちろん、測定終了後
には、測定データから接触圧の変動による測定値の変動
であるのか否かを判断するということは殆ど不可能であ
る。

【０００８】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その主たる目的とするところは、生体表面に
対する接触圧の不安定さを考慮して精度の高い測定を行
うことができる無侵襲生体計測装置、及び該装置を用い
た血糖測定装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段、及び発明の実施の形態】
上記課題を解決するために成された本発明に係る無侵襲
生体計測装置は、 a)生体の表面に接触する接触部を含み、該接触部を介し
て該生体内部の情報を計測する生体情報取得手段と、 b)生体の表面に対する前記接触部の接触圧を検出する圧
力検出手段と、を備えたことを特徴としている。

【００１０】本発明に係る無侵襲生体計測装置を用い
て、目的とする生体内部の情報を計測する際には、生体
情報取得手段の接触部を生体表面に押し付けるように接
触させる。すると、圧力検出手段はそのときの接触圧を
検出して出力する。圧力検出手段は接触部を介した情報
の取得が行われる前後を含めて連続的に接触圧を検出し
てもよいし、或いは、少なくとも生体情報取得手段が情
報を取得するタイミングでその時点の接触圧を検出する
ものであってもよい。

【００１１】本発明に係る無侵襲生体計測装置の一態様
としては、前記生体情報取得手段は光学的に生体内部の
情報を計測する手段であって、前記接触部は生体に向け
て光を出射するとともに該生体からの光を受光するため
の光ファイバの集合体を備える構成とすることができ
る。

【００１２】この構成では、生体の表面に接触した接触
部から生体に向けて光が照射され、照射された光の一部
はその生体内部に浸透して、生体内部組織を通過する間
に拡散や反射を繰り返し、やがて生体表面に出てくる。
このとき生体表面から出射される拡散反射光は生体内部
組織に関する情報を含んでいるから、接触部でこの光を
受光し、光ファイバを介して生体情報取得手段の本体へ
と送る。これにより、生体内部組織に関する情報を無侵
襲で取得することができる。

【００１３】本発明に係る無侵襲生体計測装置では、前
記圧力検出手段による検出圧に応じて、前記接触部の生
体表面に対する接触圧を略一定に維持する接触圧制御手
段を更に備えた構成とすることができる。

【００１４】ここで、接触圧制御手段としては、計測対
象である生体と接触部との相対的位置を移動させる手段
とすることができ、一例としては接触部の位置を保った
まま生体を保持する保持部を移動させる、逆に、生体の
位置を保ったまま接触部を移動させる、或いは、生体を
保持する保持部と接触部とを共に移動させるなどの方法
が考え得る。

【００１５】この構成によれば、生体内部の情報を取得
する際に接触圧がほぼ一定に維持されるため、例えば、
生体情報取得手段が上述したように光学的に生体内部の
情報を計測する手段である場合には、生体表面での反射
の状態や生体内部での拡散反射の条件などをほぼ同一状
態に保つことができる。そのため、信頼性の高い計測が
可能であって、複数回計測を行う場合でもその計測条件
がばらつかず高い再現性が得られる。したがって、所定
時間間隔で繰り返し計測を行うことによって、高い信頼
性でもって時間経過に伴う生体の変動状況を把握するこ
とができる。

【００１６】また、本発明に係る無侵襲生体計測装置で
は、前記生体情報取得手段により取得したデータの良否
を、前記圧力検出手段による検出圧に基づいて判定する
データ選択手段を更に備える構成としてもよい。

【００１７】この構成では、圧力検出手段により検出し
た接触圧が異常に大きい又は異常に小さい場合には、生
体情報取得手段により取得したデータの信頼性が乏しい
ものと判断する。そのため、常に、接触圧という条件に
ついて信頼性が高いと推測できるデータのみを利用する
ことができる。

【００１８】また、本発明に係る無侵襲生体計測装置で
は、前記圧力検出手段は複数箇所の接触圧を同時に検出
可能であって、前記データ選択手段は、該複数の検出圧
に基づいて前記生体情報取得手段により取得したデータ
の良否を判定する構成とすることもできる。

【００１９】すなわち、接触部の接触面積が非常に小さ
い場合には１個の圧力検出部でも正確に接触圧を検出す
ることができるが、接触面積が或る程度大きい場合には
１個の圧力検出部では全体の接触状態を確実に把握する
ことは困難である。そこで、上記構成では、複数の圧力
検出部によって複数箇所の接触圧を同時に検出すること
により、接触部の接触状態をより正確に把握し、データ
選択手段は、その接触状態に基づいて、生体情報取得手
段により取得したデータの信頼性を判断する。これによ
り、計測対象である生体の動きに拘わらず、信頼性の高
い計測を行うことができる。

【００２０】また、上述したように圧力検出手段が複数
箇所の接触圧を同時に検出可能である場合には、該複数
の検出圧に応じて生体表面に対する前記接触部の姿勢又
は生体の姿勢を制御する姿勢制御手段を更に備えた構成
としてもよい。この構成によれば、生体がどうのような
動きをした場合でも、それに追従して接触部全体として
の接触状態が変動しないようにすることができるので、
信頼性や再現性を一層高めることができる。

【００２１】なお、本発明に係る無侵襲生体計測装置は
特に血糖測定装置に好適であり、その場合、前記生体情
報取得手段は、所定波長範囲の光に対する生体内部での
拡散反射光に基づいた吸光度を測定する分光測定部と、
該測定結果に基づいて生体内部の液中のグルコース濃度
を算出する演算処理部と、を含む構成とすればよい。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明に係る無侵襲生体計
測装置及び該装置を用いた血糖測定装置では、被検者が
随意又は不随意に被検部位を動かした場合であっても、
そのような動きに対する接触圧を制御することによっ
て、或いは信頼性の乏しいデータを廃棄することによっ
て、高い信頼性及び再現性を保った計測を行うことがで
きる。このため、例えば血糖測定時に、被検部位を動か
すことがないように被検者に過度の緊張や心理的ストレ
スを与えることがなくなり、被検者はリラックスした状
態で検査を受けることができる。また、測定者も測定中
に被検部位が動くことがないように注意深く監視する必
要がなくなり、測定作業の手間が軽減できる。また、被
検者の身体に針を刺す必要がないので、被検者に与える
身体的苦痛を大きく軽減することができる。更にまた、
測定の際には単に接触部を生体表面に押し付けさえすれ
ばよいので、測定毎に廃棄するような部材が不要であ
り、きわめて低廉なコストで測定を行うことができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明に係る無侵襲生体計測装置の一
実施例である血糖測定装置について図１及び図２を参照
して説明する。

【００２４】図１は本血糖測定装置の電気系構成図であ
る。図１において、赤外分光光度計１０と、その測定結
果である吸光スペクトルに基づいて多変量解析演算を行
う演算処理部１７とは、本装置において血液中のグルコ
ース濃度を測定するために必須の構成要素であり、本発
明における生体情報取得手段に相当する。また、それ以
外の構成要素である圧力センサ２０、接触圧データ採取
部２１、制御部２２、上下動駆動部２３、被検体支持板
２及びデータ選択部１６は、本装置において測定精度や
再現性を高めるために後述のように機能する。

【００２５】赤外分光光度計１０は、光源１１、分光部
１２、測定サンプラ１３、光検出部１４及び吸光度算出
部１５を含んで構成されている。本発明における接触部
としての測定サンプラ１３は、被検体Ｂに対して光を照
射するとともに拡散反射光を受光するためのものであ
り、被検体Ｂに接触する面を有し、多数の照射側光ファ
イバと同じく多数の受光側光ファイバの端面がその接触
面に略面一に揃うように、各光ファイバの端部が円筒状
のバンドル金具で保持・固定された構造を備える。具体
的には、例えば、本出願人が特願2000-328144号で提案
しているような装置を用いることができる。

【００２６】光源１１から発した光は分光部１２に導入
され、そこで所定波長を有する単色光が取り出され、測
定サンプラ１３の照射側光ファイバを通して被検体Ｂに
向けて照射される。分光部１２は例えば1.4〜1.8μｍの
範囲で波長走査を行うものとする。この程度の波長範囲
では、光は0.4〜1.2ｍｍ位の深さだけ被検体Ｂの内部に
入り込み、その内部組織を通過する途中で拡散反射した
光が被検体Ｂから出射する。この拡散反射光の一部は測
定サンプラ１３の受光側光ファイバ端面に入射し、該光
ファイバを通って光検出部１４に導入される。光検出部
１４は受光強度に応じた電気信号を出力し、吸光度算出
部１５はその信号に基づいて吸光度を算出して吸光スペ
クトルを作成する。データ選択部１６の機能は後述する
が、吸光度算出部１５で算出された吸光スペクトルがデ
ータ選択部１６を介して演算処理部１７に与えられる
と、演算処理部１７は所定のアルゴリズムに従って多変
量解析などの演算処理を実行し、そのときのグルコース
濃度を算出する。

【００２７】図２は本実施例による血糖測定装置の要部
の上面図（ａ）及びａ−ａ’線断面図（ｂ）である。載
置台１には円柱形状の測定サンプラ１３と圧力センサ２
０とが並んで固定されており、それらは水平平板状の被
検体支持板２に上下に貫通して形成されている大小２つ
の略円形状の開口に挿通されている。被検体支持板２は
モータやリニアガイド等から構成される上下動駆動部２
３により上下動可能となっており、被検体支持板２が図
２（ｂ）中に１点鎖線で示すように下降すると、測定サ
ンプラ１３と圧力センサ２０の上端は被検体支持板２の
上面よりも上に突出する。

【００２８】測定に際して、被検体（例えば被検者の指
など）Ｂは測定サンプラ１３の上面つまり上記接触面を
覆うように被検体支持板２の上に載置される。測定サン
プラ１３と被検体支持板２とが適当な位置（高さ）関係
にあると、被検体Ｂの下表面に測定サンプラ１３の上端
面が適度な圧力で押し付けられて接触する。その状態で
上述したように光が照射されると、その光は被検体Ｂ内
部に浸透し、その内部組織で拡散反射した光が測定サン
プラ１３へと戻る。

【００２９】こうした１回の測定中或いは複数回の繰り
返し測定の途中で、被検体Ｂが動いてしまうと、被検体
Ｂに対する測定サンプラ１３の接触圧が変動し、それに
伴って被検体Ｂの表面での反射光量や被検体Ｂ内部での
散乱係数が変動する。このような変動があると、そのと
きに採取されたデータは信頼性が乏しく、こうしたデー
タを基にして算出されたグルコース濃度は精度が低いも
のとなる。そこで、こうした不安定さを解消するため
に、上記構成の装置は次のように動作する。

【００３０】少なくとも被検体Ｂに対して測定を行って
いる期間中、接触圧データ採取部２１は所定の時間間隔
で圧力センサ２０による検出値をサンプリングして、制
御部２２及びデータ選択部１６へと送る。制御部２２
は、送られてくる接触圧の値を所定の目標値と比較し、
両者の差分がゼロになるように制御信号を上下動駆動部
２３へと送出する。具体的に言うと、被検体Ｂの接触圧
が低下した場合には、接触圧を上昇させるために被検体
支持板２を下降させて測定サンプラ１３の押圧を強め
る。逆に被検体Ｂの接触圧が増加した場合には、接触圧
を減少させるために被検体支持板２を上昇させて測定サ
ンプラ１３の押圧を弱める。すなわち、圧力センサ２
０、接触圧データ採取部２１、制御部２２、上下動駆動
部２３、被検体支持板２、及び被検体Ｂから成る閉ルー
プによって、接触圧が常に一定に維持されるように被検
体支持板２の上下動の制御が行われる。したがって、通
常、被検体Ｂの動きがかなり大きい又はかなり速い場合
を除いて、測定時の接触圧は一定となるか、完全に一定
とならない場合でも或る狭い範囲に収まる。

【００３１】上記機能に加えて更に データ選択部１６
は圧力センサ２０により検出された接触圧が予め定めた
所定の圧力範囲内であるか否かを判定する。この所定の
圧力範囲は予備実験などの結果に基づいて、測定データ
の誤差の許容範囲などを考慮して予め決められる。上述
のように被検体支持板２を上下動することにより接触圧
を一定に維持するように制御しても、被検体Ｂの動きが
大きい又は速い場合などには被検体支持板２の上下動が
完全には追従できず、接触圧が目標値から大きくズレた
条件の下で分光測定が行われる可能性がある。そこで、
データ選択部１６では、接触圧が予め定めた所定の圧力
範囲を逸脱していると判定した場合には、その接触圧の
測定時点に対応する測定データを廃棄する。したがっ
て、演算処理部１７では、或る所定の接触圧の範囲の下
で取得された吸光度データのみを用いてグルコース濃度
が算出される。

【００３２】このように本実施例の血糖測定装置では、
測定時の接触圧を監視し、その結果に基づいて接触圧を
一定に維持するように機械的な制御を行うとともに、接
触圧が異常に高い又は低いときに採取されたデータを利
用しないように電気的な制御を行っている。これによ
り、安定した接触圧の条件の下で取得されたデータのみ
を用いて、高精度で且つ高い再現性で測定結果を得るこ
とができる。

【００３３】次に、本発明の他の実施例について図３を
参照して説明する。図３は図２（ａ）と同様の上面図で
ある。この実施例では、測定サンプラ１３を取り囲むよ
うに複数（ここでは４個）の圧力センサ２０ａ〜２０ｄ
を設けている。これにより、被検体Ｂに対する測定サン
プラ１３の接触圧をより正確に求めることができる。具
体的には、例えば４個の圧力センサ２０ａ〜２０ｄで同
時に接触圧を測定し、その検出圧の差分などが所定の範
囲でない場合に、測定データを廃棄するなどのデータ選
択を行うようにすればよい。

【００３４】更に、複数の圧力センサ２０ａ〜２０ｄの
検出圧によれば、測定サンプラ１３の接触面内での接触
圧の不均一性を把握することができる。このような不均
一性があると、例えば、照射光は被検体Ｂの内部へ適切
に入るものの、被検体Ｂから戻ってくる拡散反射光は受
光側光ファイバの端面に適切に入射しないという状態が
生じ得る。そこで、被検体支持板２を単に上下動させる
のみならず、その傾斜角度を変更することができるよう
な構成としておき、複数の圧力センサ２０ａ〜２０ｄの
検出圧に応じて上下動、傾き角度及び傾き方向を制御す
るようにすれば、被検体Ｂに対する測定サンプラ１３の
接触圧を接触面内でほぼ均一にすることができる。もち
ろん、測定サンプラ１３の姿勢を制御できる構成として
おいても同じようにすることができる。

【００３５】なお、上記実施例は本発明の単に一例に過
ぎず、本願の特許請求の範囲に記載の趣旨の範囲で、様
々な形態や構成に変形・修正できることは明白である。
例えば、接触圧を一定に維持するための手段としては、
被検体Ｂを支持する被検体支持板２を移動させる代わり
に、測定サンプラ１３自体を移動させる構成としてもよ
い。また、被検体支持板２をモータ等で機械的に上下動
させる代わりに、空気圧等で上下動させたり、被検体支
持板２自体を風船状のものとし、その内部に入れる空気
圧を制御することによって接触圧を一定に維持する構成
とする等、各種の変形が考え得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による血糖測定装置の電気
系構成図。

【図２】 本実施例による血糖測定装置の要部の上面図
（ａ）及びａ−ａ’線断面図（ｂ）。

【図３】 本発明の他の実施例による血糖測定装置の要
部の上面図。

【符号の説明】

１…載置台 ２…被検体支持板 １０…赤外分光光度計 １１…光源 １２…分光部 １３…測定サンプラ １４…光検出部 １５…吸光度算出部 １６…データ選択部 １７…演算処理部 ２０、２０ａ〜２０ｄ…圧力センサ ２１…接触圧データ採取部 ２２…制御部 ２３…上下動駆動部 Ｂ…被検体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA05 BB12 CC16 DD13 EE02 EE12 GG10 HH01 HH06 JJ01 JJ17 KK01 MM01 NN01 NN04 PP03 4C038 KK10 KL05 KL07 KM00 KM01 KX01 KY01 KY03 KY04

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 a)生体の表面に接触する接触部を含み、
   該接触部を介して該生体内部の情報を計測する生体情報
   取得手段と、 b)生体の表面に対する前記接触部の接触圧を検出する圧
   力検出手段と、 を備えたことを特徴とする無侵襲生体計測装置。
2. 【請求項２】 前記生体情報取得手段は光学的に生体内
   部の情報を計測する手段であって、前記接触部は生体に
   向けて光を出射するとともに該生体からの光を受光する
   ための光ファイバの集合体を備えることを特徴とする請
   求項１に記載の無侵襲生体計測装置。
3. 【請求項３】 前記圧力検出手段による検出圧に応じ
   て、前記接触部の生体表面に対する接触圧を略一定に維
   持する接触圧制御手段を更に備えたことを特徴とする請
   求項１又は２に記載の無侵襲生体計測装置。
4. 【請求項４】 前記生体情報取得手段により取得したデ
   ータの良否を、前記圧力検出手段による検出圧に基づい
   て判定するデータ選択手段を更に備えることを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかに記載の無侵襲生体計測装
   置。
5. 【請求項５】 前記圧力検出手段は複数箇所の接触圧を
   同時に検出可能であって、前記データ選択手段は、該複
   数の検出圧に基づいて前記生体情報取得手段により取得
   したデータの良否を判定することを特徴とする請求項４
   に記載の無侵襲生体計測装置。
6. 【請求項６】 前記圧力検出手段は複数箇所の接触圧を
   同時に検出可能であって、該複数の検出圧に応じて生体
   表面に対する前記接触部の姿勢又は生体の姿勢を制御す
   る姿勢制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項１
   又は２に記載の無侵襲生体計測装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の無侵襲
   生体計測装置であって、前記生体情報取得手段は、所定
   波長範囲の光に対する生体内部での拡散反射光に基づい
   た吸光度を測定する分光測定部と、該測定結果に基づい
   て生体内部の液中のグルコース濃度を算出する演算処理
   部と、を含むことを特徴とする血糖測定装置。