JP2004024514A

JP2004024514A - 生体信号測定用ピックアップ具及び生体信号測定装置

Info

Publication number: JP2004024514A
Application number: JP2002184905A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Tsuruki; 鶴来　充啓; Katsuhiko Maruo; 丸尾　勝彦
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】センシング部を生体表面に押し当てる操作を一々行なう必要がなく、頻繁な測定でも容易に行なうことができると共に、測定を再現性良く制度高く行なうことができる生体信号測定用ピックアップ具を提供する。
【解決手段】近赤外光を生体１４の表面に照射すると共に生体１４からの反射光を受光し、受光成分から得られる生体信号に基づいて生体１４中の成分濃度を測定する生体信号測定装置に用いられる生体信号測定用ピックアップ具に関する。近赤外光の発光部６ａと受光部１０ａを設けて形成されるセンシング部８と、センシング部８を生体１４の表面に所定の接触圧で接触させた状態で保持する保持部２３とから生体信号測定用ピックアップ具を形成する。センシング部８を保持具２３で生体１４の所定位置に保持することができ、測定を行なう度にセンシング部８を生体１４の表面に押し付けるような操作を行う必要がなくなる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体の表面に近赤外光を照射すると共に生体からの反射光を受光し、この受光成分から生体信号を測定することによって、血糖値などを非侵襲で計測する生体信号測定装置に用いられる生体信号測定用ピックアップ具及び、生体信号測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体の表面に測定光を照射し、生体から受ける測定光の反射光を受光し、この受光成分から生体信号を測定することによって、生体内の種々の情報を得ることができる。例えば、近赤外光の吸収強度はグルコースの存在により大きな影響を受けるので、受光された反射光のスペクトルを生体信号として測定することによって光の吸収強度を検知し、生体内のグルコース濃度を検出することができるものであり、血糖値を知ることができるのである。この方法によれば、被験者から採血する必要がなくなるので、被験者に大きな負担を強いることなく血糖値の測定を行なうことができるものである。
【０００３】
このような生体信号を測定するシステムは、従来から特開昭６０−２３６６３１号公報、特公平３−４７０９９号公報、特開平１１−７０１０１号公報などで提供されているが、生体信号測定装置のシステムの一例を図１４に示す。
【０００４】
図１４において１はハロゲンランプなどの光源、２は拡散板、３はピンホール、４はレンズであり、光源１から発光された近赤外光は拡散板２、ピンホール３、レンズ４を通過して光入射体５に入射されるようになっている。光入射体５には発光側光ファイバー６の一端とリファレンス用発光側光ファイバー７の一端が接続してある。発光側光ファイバー６の他端は測定用センシング部８に接続してあり、リファレンス用発光側光ファイバー７の他端はリファレンス用センシング部９に接続してある。また測定用センシング部８には受光側光ファイバー１０の一端が接続してあり、リファレンス用センシング部９にはリファレンス用受光側光ファイバー１１の一端が接続してある。受光側光ファイバー１０の他端は受光側光出射体１２に接続してあり、リファレンス用受光側光ファイバー１１の他端はリファレンス用受光側光出射体１３に接続してある。
【０００５】
そして、人体の腕部など生体１４の表面に測定用センシング部８の先端面を所定圧力で接触させた状態で、光源１を発光させると、光源１から光入射体５に入射した近赤外光は、発光側光ファイバー６内を伝達され、測定用センシング部８の先端から生体１４の表面に照射される。生体１４に照射されたこの測定光は生体内で反射や拡散した後に、反射光が測定用センシング部８の先端から受光側光ファイバー１０に受光される。受光されたこの光は受光側光ファイバー１０を伝達され、受光側光出射体１２から出射される。受光側光出射体１２から出射された光は、レンズ１５を通して回折格子１６に入射して分光された後、反射光の検出手段である受光素子１７において検出される。そして受光素子１７で検出された光信号はＡ／Ｄコンバーター１８でＡＤ変換された後、パーソナルコンピュータなどの演算装置１９に入力され、検出された光信号中の生体信号であるスペクトルを解析することによって、血糖値などを算出することができるようになっている。
【０００６】
ここで、周囲の環境温度の変動や光学部品の位置関係などによって、測定される反射光のスペクトルが変動するおそれがあるので、この変動を補正する必要がある。このためにセラミック板など基準板２０を反射したリファレンス光を測定し、これを基準光として補正を行なうようにしている。すなわち、光源１から光入射体５に入射した近赤外光をリファレンス用発光側光ファイバー７を通して、リファレンス用センシング部９の先端から基準板２０の表面に照射する。基準板に照射された光の反射光がリファレンス用センシング部９の先端からリファレンス用受光側光ファイバー１１に受光されると、このリファレンス光はリファレンス用受光側光ファイバー１１を通してリファンレス用受光側光出射体１３から出射される。上記の受光側光出射体１２とレンズ１５の間、及びこのリファンレス用受光側光出射体１３とレンズ１５の間にはそれぞれシャッター２１ａ，２１ｂが配置してあり、シャッター２１ａ，２１ｂが選択的に開閉することによって受光側光出射体１２からの光とリファンレス用受光側光出射体１３からの光のいずれか一方が選択的に通過するようになっている。そしてリファンレス用受光側光出射体１３からのリファレンス光を検出することによって、これを基準光として、周囲の環境温度や光学部品の位置関係などによる変動を補正することができるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、測定用のセンシング部８を人体の腕部など生体１４の表面に所定圧力で接触させた状態で、生体１４の表面に近赤外光を照射すると共に生体１４からの反射光を受光して生体信号の測定を行なうにあたって、その操作は、センシング部８を手に持ち、生体１４の表面の一部にセンシング部８を押し当てることによって行なわれるのが一般的である。
【０００８】
しかし、血糖値を測定する場合など、生体信号の測定は５〜１０分間隔で頻繁に行なう必要のあることがあり、このように頻繁に測定を行なう度に、センシング部８を生体１４の表面に押し当てる操作を行なうことは、非常に煩わしいものがある。特に手でセンシング部８を生体１４の表面に押し当てて測定を行なう場合、測定を行なう毎に生体１４の表面へのセンシング部８の押し当て位置や、接触圧力を一定にすることは難しく、このように生体１４の測定位置や、生体１４の表面に対するセンシング部８の接触圧力などが異なると、生体１４内での近赤外光の吸収のスペクトルが変動するおそれがあり、このために、測定毎に検出結果がばらついて再現性を得ることができず、正確な測定を行なうことが難しいという問題を有するものであった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、センシング部を生体表面に押し当てる操作を一々行なう必要がなく、頻繁な測定でも容易に行なうことができると共に、測定を再現性良く精度高く行なうことができる生体信号測定用ピックアップ具及び生体信号測定装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る生体信号測定用ピックアップ具は、近赤外光を生体の表面に照射すると共に生体からの反射光を受光し、受光成分から得られる生体信号に基づいて生体中の成分濃度を測定する生体信号測定装置に用いられる生体信号測定用ピックアップ具であって、近赤外光の発光部と受光部を設けて形成されるセンシング部と、センシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させた状態で保持する保持部とから成ることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項２の発明は、請求項１において、発光部と受光部をそれぞれ発光側光ファイバーと受光側光ファイバーによって形成し、発光側光ファイバーと受光側光ファイバーをその先端面の中心間距離が０．２〜２ｍｍの間隔になるように配置して成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、生体の表面に対するセンシング部の接触圧を２９４〜５８８ｈＰａに設定して成ることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、保持部の生体表面に対する接触面からセンシング部の先端部を突出させることによって、生体の表面にセンシング部を所定の接触圧で接触させて成ることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、生体の表面に対するセンシング部の接触面積が１ｃｍ^２以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、センシング部を保持部にスライド自在に設け、生体信号測定時にセンシング部をスライドさせることによって、センシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させるようにして成ることを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項７の発明は、請求項６において、センシング部の自重で、スライドしたセンシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させるようにして成ることを特徴とするものである。
【００１７】
また請求項８の発明は、請求項６において、センシング部をスライド移動させる駆動手段を具備し、駆動手段でセンシング部をスライドさせると共に生体の表面に所定の接触圧で接触させるようにして成ることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の請求項９に係る生体信号測定装置は、近赤外光を生体の表面に照射する発光部及び生体からの反射光を受光する受光部を設けて形成されるセンシング部及び、センシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させた状態で保持する保持部から形成される生体信号測定用ピックアップ具と、近赤外光を発光させて発光部に供給する光源と、受光部で受光された近赤外光の反射光を検出する検出手段と、検出手段で検出された受光成分から得られる生体信号に基づいて生体中の成分濃度を算出する演算装置とを具備して成ることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る生体信号測定用ピックアップ具Ａの実施の形態の一例を示すものであり、センシング部８は円柱状のセンシング軸２４と円板状のセンシング板２５とで形成してある。センシング板２５の中央部にセンシング軸２４をはめ込んで固定してあり、図１（ａ）に示すようにセンシング軸２４の先端はセンシング板２５の下面から突出させてある。
【００２１】
センシング軸２４にはその上端部から発光側光ファイバー６と受光側光ファイバー１０をそれぞれ導入して接続してある。この発光側光ファイバー６と受光側光ファイバー１０は既述の図１４のように生体信号測定装置に接続されているものである。受光側光ファイバー１０の先部はセンシング軸２４の中央部に通してあり、図１（ｂ）（ｃ）に示すようにその先端をセンシング軸２４の下端の先端面の中央に露出させてある。また受光側光ファイバー６は複数本からなるものであり、センシング軸２４内に受光側光ファイバー１０を囲むように通して、その各先端をセンシング軸２４の下端の先端面に、図１（ｂ）（ｃ）に示すように受光側光ファイバー１０の先端を中心とする円周上に等間隔で配置して露出させてある。センシング軸２４の先端面に露出する発光側光ファイバー６によって発光部６ａが形成されるものであり、またセンシング軸２４の先端面に露出する受光側光ファイバー１０によって受光部１０ａが形成されるものである。
【００２２】
またセンシング板２５の下面にはセンシング軸２４を囲むようにリング状の両面粘着テープなどを貼って粘着層２６が設けてあり、この粘着層２６によって、センシング部８を生体１４の表面に保持する保持部２３が形成されるようにしてある。センシング軸２４の先端はこの保持部２３を形成する粘着層２６の下面よりも下方へ突出している。
【００２３】
上記のようにセンシング部８と保持部２３とから形成される生体信号測定用ピックアップ具Ａを用いて生体信号の測定を行なうにあたっては、まず人の腕など生体１４の表面にピックアップ具Ａを装着する。この装着は図１（ａ）に示すように粘着層２６でセンシング部８を生体１４の表面に貼り付けることによって行なうことができる。このように粘着層２６でセンシング部８を生体１４の表面に貼り付けると、センシング部８のセンシング軸２４の先端は粘着層２６の下面よりも突出しているので、センシング軸２４の先端面はその突出寸法ｈに応じた所定の圧力で生体１４の表面に押し当てられることになり、保持部２３を形成する粘着層２６によってセンシング部８のセンシング軸２４を生体１４の表面に所定の接触圧で接触させた状態で保持することができるものである。
【００２４】
このようにセンシング部８のセンシング軸２４の先端を生体１４の表面に接触させた状態で、既述のように光源１から近赤外線を発光させて、発光側光ファイバー６を通して生体１４の表面に発光部６ａから測定光を照射すると共に、生体１４からの反射光を受光部１０ａで受光して受光側光ファイバー１０で送ることによって、図１４に示すシステムの生体信号測定装置で生体信号の測定を行なうことができるものである。
【００２５】
このとき上記のような生体信号の測定を繰り返して行なうにあたって、センシング部８は生体１４の所定位置に貼り付けて保持されているので、測定を行なう度にセンシング部８を生体１４の表面に押し付ける操作を行う必要がなく、頻繁に測定を行なうに際にも測定を容易に行なうことができるものである。また就寝したままでも測定を行なうことができ、測定を行なうために眼を覚ますような必要がなくなるものである。そしてセンシング部８はセンシング軸２４を生体１４の表面に所定の一定の接触圧で接触させた状態で、生体１の所定位置に保持されているので、接触圧を一定に保ちながら生体１４の一定の箇所で測定を行なうことができるものであり、生体１４内で近赤外光の吸収のスペクトルが変動することを防ぐことができ、再現性が高い正確な測定を行なうことができるものである。
【００２６】
ここで、既述の図１（ｃ）に示すように、発光部６ａを形成する発光側光ファイバー６の先端と、受光部１０ａを形成する受光側光ファイバー１０の先端は、生体１４の表面への接触部となるセンシング部８のセンシング軸２４の先端面に露出して配置されているが、発光側光ファイバー６の先端と受光側光ファイバー１０の先端の中心間距離Ｌが０．２〜２ｍｍの間隔になるように設定するのが好ましい。この距離Ｌが大きいと、真皮組織の信号だけでなく、その下層に位置する筋肉組織や脂肪組織の信号も重畳した信号が検出されて外乱信号が多くなるおそれがあるが、この距離Ｌを０．２〜２ｍｍと小さく設定することによって、真皮部分を選択的に透過させたり真皮部分で選択的に反射した信号のみを検出することができ、精度良くグルコース濃度など生体信号の測定を行なうことができるものである。
【００２７】
また、上記のようにセンシング部８のセンシング軸２４の先端を保持部２３の生体１４表面に対する接触面よりも突出させることによって、その突出寸法ｈに応じた所定の接触圧でセンシング軸２４を生体１４の表面に接触させることができるが、この接触圧は２９４ｈＰａ（３００ｇｆ／ｃｍ^２）以上、５８８ｈＰａ（６００ｇｆ／ｃｍ^２）以下の範囲に設定するのが好ましい。接触圧が２９４ｈＰａ未満であると、生体１４の表面に対するセンシング部８の密着性が不足し、光漏れによって近赤外光の吸収スペクトルが安定しなくなり、生体信号の正確な測定ができなくなるおそれがある。逆に接触圧が５８８ｈＰａを超えると、生体１４の表面での痛みを伴なうおそれがあると共に、センシング部８を長時間接触させていると生体１４の表面の血流が阻害されて組織にダメージを与えるおそれがある。
【００２８】
さらに、センシング部８のセンシング軸２４の先端面の面積Ｓは１ｃｍ^２以下に設定するのが好ましい。生体１４の表面に対するセンシング部８の接触面積が小さいほど、センシング軸２４の突出寸法ｈを小さくしても生体１４の表面に対する接触圧を確保することができ、接触の際の痛みや血流阻害を小さくしながら、生体信号の正確な測定を行なうことができるものであり、このためセンシング軸２４の先端面の面積Ｓは１ｃｍ^２以下であることが好ましいのである。センシング部８のセンシング軸２４の先端面の面積Ｓの下限は特に設定されるものではないが、実用的には０．０１７ｃｍ^２程度が下限である。
【００２９】
ここで、図１のピックアップ具Ａを用い、粘着層２６でセンシング部８を生体１４の表面に貼り付けて血糖値の測定を行ない、この測定によって得られる血糖値の推定値と、同時に血液を実際に採取して測定した血糖値の実測値とを比較する試験を行なった。被験者は４０歳の男性で、測定部位を上腕外側部に設定し、糖負荷量７５ｇの糖負荷のもと、測定間隔５分で１７回の試験をおこなった。またピックアップ具Ａの構成は、発光側光ファイバー６の先端と受光側光ファイバー１０の先端の中心間距離Ｌ＝０．６ｍｍ、リング状の粘着層２６の内径＝センシング軸２４の直径寸法＋４ｍｍであり、センシング軸２４として直径２ｍｍ（Ｓ＝０．０３１４ｃｍ^２）、直径３ｍｍ（Ｓ＝０．０７０６５ｃｍ^２）、直径６ｍｍ（Ｓ＝０．２８２６ｃｍ^２）、直径９ｍｍ（Ｓ＝０．６３５８５ｃｍ^２）、直径１１ｍｍ（Ｓ＝０．９４９８５ｃｍ^２）、直径１３ｍｍ（Ｓ＝１．３２６６５ｃｍ^２）のものを用い、接触圧が３００ｇｆ／ｃｍ^２（２９４ｈＰａ）及び６００ｇｆ／ｃｍ^２（５８８ｈＰａ）になるように、センシング軸２４の突出寸法を表１のように設定した。
【００３０】
そして血糖値の推定値と実測値を比較して相関係数を求めたところ、表１のような結果が得られた。また血糖値の推定値と実測値の経時変化を図２（ａ）〜（ｅ）に示す。表１にみられるように、センシング軸２４の先端面の面積を１ｃｍ^２以下に設定することによって、センシング軸２４の突出寸法ｈを小さくして、血糖値の推定値と実測値の間に高い相関係数を得ることができ（相関係数０．７以上が合格）、再現性が高い正確な測定を行なうことができることが確認される。
【００３１】
【表１】

【００３２】
図３は本発明に係る生体信号測定用ピックアップ具Ａの実施の形態の他の一例を示すものである。図１の場合と同様にセンシング部８はセンシング軸２４とセンシング板２５とで形成してあり、センシング軸２４の先端はセンシング板２５の下面から突出させてある。またセンシング軸２４には図１の場合と同様に発光側光ファイバー６と受光側光ファイバー１０が接続してあり、発光側光ファイバー６の先端部は発光部６ａとして、受光側光ファイバー１０の先端部は受光部１０ａとして、それぞれセンシング軸２４の先端面に露出させてある。
【００３３】
保持部２３は円筒状のガイド筒２８と、ガイド筒２８の下端部の対向する二箇所の外側に取着されるバンド２９とで形成されるものであり、ガイド筒２８の上下両面は開口させてある。ガイド筒２８の上端の開口の内周には抜け止めフランジ３０が設けてあり、ガイド筒２８の内周の数カ所には上下方向のガイドリブ３１が突設してある。またガイド筒２８の外面には中央部で枢支してシーソー回動されるロック具３２が取り付けてある。ロック具３２の一端にはロック爪３３が突設してあると共に他端にはバネ３４が設けてあり、ガイド筒２８に内外に開口させて形成したロック孔３５を通してロック爪３３がガイド筒２８内に差し込まれる方向にロック具３２をバネ３４で回動付勢してある。このロック爪３３のガイド筒２８内に差し込まれる先端部は、ガイド筒２８の内方へ向けて斜め上方に傾斜する傾斜面３７に形成してある。
【００３４】
そしてセンシング部８は保持部２３のガイド筒２８内に上下方向にスライド自在に内装してあり、センシング板２５の外周に設けたガイド溝３６がガイドリブ３１に噛み合うことによって、センシング部８は周方向に回転することなくスライドするようにしてある。またセンシング部８がガイド筒２８の上部に位置する状態で、ロック具３２のロック爪３３がセンシング板２５の下端の外周縁に係止し、センシング部８をガイド筒２８の上部内に保持できるようになっている。
【００３５】
上記のようにセンシング部８と保持部２３とから形成される生体信号測定用ピックアップ具Ａを用いて生体信号の測定を行なうにあたっては、まず人の腕など生体１４の表面にピックアップ具Ａを装着する。この装着は図５に示すように、バンド２９を生体１４に巻き付けてガイド筒２８を生体１４の表面に固定することによって行なうことができる。次に、例えば図５（ａ）のように腕を下げた状態から、図５（ｂ）のように腕を水平にしてピックアップ具Ａを装着した部分を上に向けた状態で、バネ３４を圧縮させるようにロック具３２を回動させて、センシング板２５に対するロック爪３３の係止を外すと、図４（ａ）に示すようにセンシング部８は自重でガイド筒２８内をスライドし、センシング軸２４の先端が生体１４の表面に接触する。この状態で、既述と同様にして生体信号の測定を行なうことができるものである。
【００３６】
次に、生体信号の測定を終えた後、ピックアップ具Ａを装着した部分が下向きになるように反転させ、ピックアップ具Ａの上下を逆にすると、センシング部８は自重でフランジ３０の側へガイド筒２８内をスライドする。このとき、ロック具３２はバネ３４で回動されてロック孔３５を通してロック爪３３がガイド筒２８内に差し込まれているが、ロック爪３３の傾斜面３７がセンシング板２５の下端で押圧されて図４（ｂ）の矢印方向にロック具３２が回動されることによって、センシング部８はロック爪３３を乗り越えて下方へスライドするようになっている。センシング部８が下方へスライドすると、バネ３４でロック具３２が元の状態に回動してロック爪３３がガイド筒２８の内方へ差し込まれ、図４（ｂ）に示すようにセンシング板２５にロック爪３３が係止される。このようにピックアップ具Ａを装着した部分を反転させるだけで、センシング部８を図３（ａ）のようにガイド筒２８の上部内に復帰させて、この状態に保持することができるものである。
【００３７】
上記のようにして生体信号の測定を行なうにあたって、センシング軸２４の先端面はセンシング部８の自重で生体１４の表面に接触するものであり、生体１４の表面に対するセンシング軸２４の接触圧はセンシング部８の自重に応じた一定の圧力になる。またセンシング部８は保持部２３によって生体１の所定位置に保持されているので、生体１４の表面の一定の箇所にセンシング軸２４を接触させることができる。従って接触圧を一定に保ちながら生体１４の一定の箇所で測定を行なうことができるので、生体１４内で近赤外光の吸収のスペクトルが変動することを防ぐことができ、再現性が高い正確な測定を行なうことができるものである。
【００３８】
図６は本発明に係る生体信号測定用ピックアップ具Ａの実施の形態の他の一例を示すものである。センシング部８は円柱状のセンシング軸２４と円板状のセンシング板２５とで形成してある。センシング板２５の中央に設けた軸状筒部３９内にセンシング軸２４が挿着してあり、センシング軸２４の先端はセンシング板２５の下面から突出させてある。またセンシング軸２４には図１の場合と同様に発光側光ファイバー６と受光側光ファイバー１０が接続してあり、発光側光ファイバー６の先端部は発光部６ａとして、受光側光ファイバー１０の先端部は受光部１０ａとして、それぞれセンシング軸２４の先端面に露出させてある。
【００３９】
保持部２３は円筒状のガイド筒２８と、ガイド筒２８の下端部の対向する二箇所の外側に取着されるバンド２９とで形成してある。ガイド筒２８は下面が開口し、上面が端板４０で閉塞された有底筒として形成してあり、端板４０の中央部にスライド孔４１が設けてある。またガイド筒２８の外面には中央部で枢支してシーソー回動されるロック具３２が取り付けてある。ロック具３２の一端にはロック爪３３が突設してあると共に他端にはバネ３４が設けてあり、ガイド筒２８に内外に開口させて形成したロック孔３５を通してロック爪３３がガイド筒２８内に差し込まれる方向にロック具３２をバネ３４で回動付勢してある。このロック爪３３のガイド筒２８内に差し込まれる先端部は、ガイド筒２８の内方へ向けて上方に傾斜する傾斜面３７に形成してある。
【００４０】
そしてセンシング部８はスライド孔４１に軸状筒部３９を差しこんだ状態で保持部２３のガイド筒２８内に上下方向にスライド自在に内装してあり、センシング部８がガイド筒２８の上部に位置する状態で、ロック具３２のロック爪３３がセンシング板２５の下端の外周縁に係止することによって、図６（ａ）のようにセンシング部８をガイド筒２８の上部内に保持できるようになっている。またセンシング板２５と端板４０の間に押圧バネ４２が設けてあり、押圧バネ４２によってセンシング部８を下方へスライドさせる方向に弾撥付勢してある。この押圧バネ４２によってセンシング部８をスライド移動させる駆動手段４３が形成されるものである。
【００４１】
上記のように形成される生体信号測定用ピックアップ具Ａを用いて生体信号の測定を行なうにあたっては、まず人の腕など生体１４の表面にピックアップ具Ａを既述の図５のように装着する。次に、バネ３４を圧縮させるようにロック具３２を回動させて、センシング板２５に対するロック爪３３の係止を外すと、図６（ｂ）に示すようにセンシング部８は押圧バネ４２によって押圧されてガイド筒２８内をスライドし、センシング軸２４の先端が生体１４の表面に接触する。そしてこの状態で、既述と同様にして生体信号の測定を行なうことができるものである。
【００４２】
このようにして生体信号の測定を行なうにあたって、センシング軸２４の先端面は押圧バネ４２による圧力で生体１４の表面に接触するものであり、生体１４の表面に対するセンシング軸２４の接触圧は押圧バネ４２のバネ圧に応じた一定の圧力になる。またセンシング部８は保持部２３によって生体１の所定位置に保持されているので、生体１４の表面の一定の箇所にセンシング軸２４を接触させることができる。従ってセンシング部８の接触圧を一定に保ちながら生体１４の一定の箇所で測定を行なうことができるので、生体１４内で近赤外光の吸収のスペクトルが変動することを防ぐことができ、再現性が高い正確な測定を行なうことができるものである。また、センシング部８を押圧バネ４２で押圧してセンシング軸２４の先端を生体１４の表面に接触させるようにしているので、センシング部８の自重を利用する図３や図４の実施の形態の場合のように、ピックアップ具Ａを上向きにして測定を行なうような必要はなくなり、自由な姿勢で測定を行なうことが可能になるものである。
【００４３】
図７は本発明に係る生体信号測定用ピックアップ具Ａの実施の形態の他の一例を示すものである。センシング部８は円柱状のセンシング軸２４と円板状のセンシング板２５とで形成してある。センシング板２５は鉄などの強磁性体あるいは磁石で形成されるものであり、センシング板２５の中央に設けた軸状筒部３９内にセンシング軸２４を挿着すると共に、センシング軸２４の先端をセンシング板２５の下面から突出させてある。またセンシング軸２４には図１の場合と同様に発光側光ファイバー６と受光側光ファイバー１０が接続してあり、発光側光ファイバー６の先端部は発光部６ａとして、受光側光ファイバー１０の先端部は受光部１０ａとして、それぞれセンシング軸２４の先端面に露出させてある。
【００４４】
保持部２３は円筒状のガイド筒２８と、ガイド筒２８の下端部の対向する二箇所の外側に取着されるバンド２９とで形成してある。ガイド筒２８は下面が開口し、上面が端板４０で閉塞された有底筒として形成してあり、端板４０の中央部にスライド孔４１が設けてある。またガイド筒２８内には上部と下部にそれぞれ円筒状のコイル４５が配置してある。上側のコイル４５は引き上げ用コイル４５ａとして形成してあると共に下側のコイル４５は押し付け用コイル４５ｂとして形成してあり、両コイルの４５ａ，４５ｂの内周間に跨って円筒状の固定鉄心４６が設けてあり、固定鉄心４６の下端の内周には抜け止め鍔片４７が設けてある。
【００４５】
そしてセンシング部８はスライド孔４１に軸状筒部３９を差し込んだ状態でガイド筒２８内の固定鉄心４６の内周に上下方向にスライド自在に内装してあり、センシング板２５、一対のコイル４５ａ，４５ｂ、固定鉄心４６で双方向プランジャ型ソレノイドが形成されるようにしてある。このプランジャ型ソレノイドにあって、引き上げ用コイル４５ａに通電すると、引き上げ用コイル４５ａにセンシング板２５が吸引されるようにセンシング部８がスライドして引き上げられ、押し付け用コイル４５ｂに通電すると、押し付け用コイル４５ｂにセンシング板２５が吸引されるようにセンシング部８がスライドして押し下げられるものであり、従って、このプランジャ型ソレノイドによってセンシング部８をスライド移動させる駆動手段４３が形成されるものである。
【００４６】
上記のように形成される生体信号測定用ピックアップ具Ａを用いて生体信号の測定を行なうにあたっては、まず人の腕など生体１４の表面にピックアップ具Ａを既述の図５のように装着する。このとき、引き上げ用コイル４５ａに通電されており、センシング部８は図７（ａ）のように引き上げられた状態にある。次に押し付け用コイル４５ｂに通電すると、センシング部８がスライドして押し下げられ、図７（ｂ）に示すようにセンシング軸２４の先端が生体１４の表面に接触する。この状態で、既述と同様にして生体信号の測定を行なうことができるものである。生体信号の測定が終った後は、引き上げ用コイル４５ａに通電してセンシング部８は引き上げられるものである。
【００４７】
このようにして生体信号の測定を行なうにあたって、センシング軸２４の先端面は押し付け用コイル４５ｂに対するセンシング板２５の吸引力に応じた圧力で生体１４の表面に接触するものであり、生体１４の表面に対するセンシング軸２４の接触圧は押し付け用コイル４５ｂに給電する電力に応じた一定の圧力になる。またセンシング部８は保持部２３によって生体１４の所定位置に保持されているので、生体１４の表面の一定の箇所にセンシング軸２４を接触させることができる。従ってセンシング部８の接触圧を一定に保ちながら生体１４の一定の箇所で測定を行なうことができるので、生体１４内で近赤外光の吸収のスペクトルが変動することを防ぐことができ、再現性が高い正確な測定を行なうことができるものである。また、コイル４５ａ，４５ｂに対する通電は自動制御することができるので、測定を自動的に行なうことが可能になり。所定の時間間隔での測定、就寝中の測定、作業中の測定などを自動的に行なうことができるものである。
【００４８】
図８は本発明に係る生体信号測定用ピックアップ具Ａの実施の形態の他の一例を示すものである。センシング部８は円柱状のセンシング軸２４と円板状のセンシング板２５とで形成してある。センシング板２５の中央に設けた軸状筒部３９内にセンシング軸２４を挿着して固定してあり、センシング軸２４の先端がセンシング板２５の下面から突出させてある。センシング板２５の外周には全長に亘ってパッキン４８が設けてあり、軸状筒部３９の上部の外周には係止鍔片４９が突設してある。またセンシング軸２４には図１の場合と同様に発光側光ファイバー６と受光側光ファイバー１０が接続してあり、発光側光ファイバー６の先端部は発光部６ａとして、受光側光ファイバー１０の先端部は受光部１０ａとして、それぞれセンシング軸２４の先端面に露出させてある。
【００４９】
保持部２３は円筒状のガイド筒２８と、ガイド筒２８の下端部の対向する二箇所の外側に取着されるバンド２９とで形成してある。ガイド筒２８は下面が開口し、上面が端板４０で閉塞された有底筒として形成してあり、端板４０の中央部にスライド孔４１が設けてある。スライド孔４１の内周には全周に亘ってパッキン５０が設けてある。またガイド筒２８の側面には吸気口５１が開口させて設けてあり、吸気口５１には吸気チューブ５２が接続してある。この吸気チューブ５２にはポンプや炭酸ガスボンベなどが接続してあり、気体を供給することができるようにしてある。炭酸ガスボンベは小型のものは携帯に便利であり、ガス圧を所定圧力に調整しておけば簡単に使用することができるものである。
【００５０】
そしてセンシング部８はスライド孔４１に軸状筒部３９を差しこんだ状態でガイド筒２８の内周に上下方向にスライド自在に内装してある。尚、図８（ｂ）のようにセンシング板２５の外周に設けたガイド溝３６がガイド筒２８の内周に設けたガイドリブ３１に噛み合うことによって、センシング部８は周方向に回転することなくスライドするようにしてある。ここで、軸状筒部３９はスライド孔４１の内周のパッキン５０に気密的に密着しており、またセンシング板２５は外周のパッキン４８によってガイド筒２８の内周に気密的に密着しており、センシング板２５の上面とガイド筒２８の内周との間に気密的なシリンダ室５３が形成されるようにしてある。また、センシング部８は軸状筒部３９の係止鍔片４９が端板４０の下面に当接する位置まで引き上げられるが、この最も高い位置においてセンシング板２５は吸気口５１より下側に位置しており、シリンダ室５３には常に吸気口５１が開口している。従って、吸気チューブ５２を通して吸気口５１からシリンダ室５３に気体が供給されると、シリンダ室５３内が加圧状態になり、センシング部８は下方へ押し下げられるようになっている。このシリンダ機構によってセンシング部８をスライド移動させる駆動手段４３が形成されるものである。
【００５１】
上記のように形成される生体信号測定用ピックアップ具Ａを用いて生体信号の測定を行なうにあたっては、まず人の腕など生体１４の表面にピックアップ具Ａを既述の図５のように装着する。このとき、シリンダ室５３には気体の供給は行なわれていず、センシング部８は図９（ａ）のように引き上げられた状態にある。次にシリンダ室５３に吸気口５１から気体を供給すると、センシング部８がスライドして押し下げられ、図９（ａ）に示すようにセンシング軸２４の先端が生体１４の表面に接触する。このようにシリンダ室５３に一定圧で気体を供給してセンシング軸２４の先端を生体１４の表面に所定の接触圧で接触させた状態を維持しながら、既述と同様にして生体信号の測定を行なうことができるものである。生体信号の測定が終った後は、シリンダ室５３への気体の供給を停止し、センシング軸２４の先端が生体１４の表面に所定の接触圧で接触する状態を解除する。このとき、ポンプを逆回転させてシリンダ室５３内を吸引することによって、図９（ｂ）のようにセンシング部８を引き上げることができる。
【００５２】
このようにして生体信号の測定を行なうにあたって、センシング軸２４の先端面はシリンダ室５３に供給される気体の圧力で生体１４の表面に接触するものであり、生体１４の表面に対するセンシング軸２４の接触圧は気体の圧力に応じた一定の圧力になる。またセンシング部８は保持部２３によって生体１４の所定位置に保持されているので、生体１４の表面の一定の箇所にセンシング軸２４を接触させることができる。従ってセンシング部８の接触圧を一定に保ちながら生体１４の一定の箇所で測定を行なうことができるので、生体１４内で近赤外光の吸収のスペクトルが変動することを防ぐことができ、再現性が高い正確な測定を行なうことができるものである。また、シリンダ室５３への気体の供給は自動制御することができるので、測定を自動的に行なうことが可能になり。所定の時間間隔での測定、就寝中の測定、作業中の測定などを自動的に行なうことができるものである。
【００５３】
上記の各実施の形態のように、センシング部８のセンシング軸２４の先端面を生体１４の表面に所定接触圧で接触させて生体信号の測定を行なうにあたって、生体１４の表面から発汗された水分がセンシング軸２４の先端面との間に蒸発せずに残り易い。水分は近赤外光の吸収率が高いので、水分がセンシング軸２４の先端の発光部６ａと受光部６ｂの近傍に存在していると、水分率の変化によってスペクトルが大きく変化し、測定の安定性や精度に悪影響が及ぼされる。
【００５４】
そこで図１０の実施の形態では、センシング軸２４の先端面に発光部６ａと受光部６ｂの近傍において溝５５が凹設してある。このようにセンシング軸２４の先端面に溝５５を設けて、毛細管現象で溝５５に水分を吸収することによって、センシング軸２４の先端面と生体１４の表面との間に水分が余分に残ることを防止し、センシング軸２４の先端面と生体１４の表面との間の水分量が一定になるようにしてある。溝５５はセンシング軸２４の中央部から周端縁に至る放射状に形成してあり、溝５５の端部から水分が蒸発され易くなるようにしてある。このような溝５５の存在は、センシング軸２４の先端面と生体１４の表面との間に泡がかむことによるスペクトルの乱れを防止するうえでも有効である。
【００５５】
また図１１の実施の形態では、センシング軸２４の先端面に発光部６ａと受光部６ｂの近傍において水分吸収体５６が設けてある。水分吸収体５６としては高吸水性ポリマーなどを用いることができるものであり、センシング軸２４の先端面に凹設した凹部６４内に水分吸収体５６をはめ込んで取り付けることによって、センシング軸２４の先端面と水分吸収体５６の表面が面一になるようにしてある。このようにセンシング軸２４の先端面に水分吸収体５６を設けて、水分吸収体５６で水分を吸収することによって、センシング軸２４の先端面と生体１４の表面との間に水分が余分に残ることを防止し、センシング軸２４の先端面と生体１４の表面との間の水分量が一定になるようにすることができるものである。
【００５６】
図１２の実施の形態は、既述の図３、図６、図７、図８のように、保持部２３をガイド筒２８で形成し、ガイド筒２８内にセンシング部８をスライド自在に装着するようにした場合についての例を示すものであり、ガイド筒２８の周囲に複数の通気孔５７が設けてある。このように通気孔５７を設けることによって、ガイド筒２８内の湿気を外部に逃すことができ、生体１４の表面の水分量の上昇を抑えることができるものである。ここで、図１２（ｂ）に示すように、ガイド筒２８に吸引口６２を設け、吸引ポンプなどに接続したホース６３をこの吸引口６２に接続し、ガイド筒２８内の空気を強制的に排気して、湿気を強制的に逃すようにしてもよい。
【００５７】
また図１３の実施の形態は、同様に、既述の図３、図６、図７、図８のように、保持部２３をガイド筒２８で形成し、ガイド筒２８内にセンシング部８をスライド自在に装着するようにした場合についての例を示すものであり、ガイド筒２８の下部内に水分吸収ローラー５８が設けてある。ガイド筒２８の下部は幅広部５９として形成してあり、幅広部５９の一側面にガイド筒２８の下面の開口を横切る方向のガイド長孔６０が設けてある。そして水分吸収ローラー５８の一端の摘み部６１がガイド長孔６０から突出させてある。このものでは、摘み部６１をガイド長孔６０に沿って図１３（ａ）の矢印のように移動させると、水分吸収ローラー５８は図１３（ｂ）の矢印のようにガイド筒２８の下面の開口を横切って移動し、生体１４の表面の水分を水分吸収ローラー５８で吸収することができ、生体１４の表面の水分量の上昇を抑えることができるものである。
【００５８】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る生体信号測定用ピックアップ具は、近赤外光を生体の表面に照射すると共に生体からの反射光を受光し、受光成分から得られる生体信号に基づいて生体中の成分濃度を測定する生体信号測定装置に用いられる生体信号測定用ピックアップ具であって、近赤外光の発光部と受光部を設けて形成されるセンシング部と、センシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させた状態で保持する保持部とから成るので、センシング部を保持具で生体の所定位置に保持することができ、測定を行なう度にセンシング部を生体の表面に押し付けるような操作を行う必要がなく、頻繁に測定を行なうにあたって測定を容易に行なうことができるものである。しかもセンシング部を生体の表面の一定位置において所定の一定の接触圧で接触させた状態で測定を行なうことができるものであり、近赤外光の吸収のスペクトルの変動を小さくして、再現性が高い正確な測定を行なうことができるものである。
【００５９】
また請求項２の発明は、請求項１において、発光部と受光部をそれぞれ発光側光ファイバーと受光側光ファイバーによって形成し、発光側光ファイバーと受光側光ファイバーをその先端面の中心間距離が０．２〜２ｍｍの間隔になるように配置したので、真皮部分を選択的に透過し真皮部分で選択的に反射した信号のみを検出することができ、精度良くグルコース濃度など生体信号の測定を行なうことができるものである。
【００６０】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、生体の表面に対するセンシング部の接触圧を２９４〜５８８ｈＰａに設定してあるので、痛みを感じたり血流が阻害されたりすることを防止しながら、生体信号の測定を精度高く行なうことができるものである。
【００６１】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、保持部の生体表面に対する接触面からセンシング部の先端部を突出させることによって、生体の表面にセンシング部を所定の接触圧で接触させるようにしたので、センシング部の先端部の突出寸法の調整によって、適性な接触圧の設定を容易に行なうことができるものである。
【００６２】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、生体の表面に対するセンシング部の接触面積が１ｃｍ^２以下であるので、センシング部の突出寸法を小さくしても生体の表面に対する接触圧を確保することができ、生体表面に対してセンシング部を接触させる際の痛みや血流阻害を小さくしながら、生体信号の測定を精度高く行なうことができるものである。
【００６３】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、センシング部を保持部にスライド自在に設け、生体信号測定時にセンシング部をスライドさせることによって、センシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させるようにしたので、生体信号の測定時にのみセンシング部を生体表面に接触させるようにすることができ、生体表面に常時センシング部を接触させる場合のような生体に対する負担を小さくすることができるものである。
【００６４】
また請求項７の発明は、請求項６において、センシング部の自重で、スライドしたセンシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させるようにしたので、センシング部を生体表面に接触させるための駆動手段を具備する必要が無く、ピックアップ具の構成を簡便なものに形成するとができるものである。
【００６５】
また請求項８の発明は、請求項６において、センシング部をスライド移動させる駆動手段を具備し、駆動手段でセンシング部をスライドさせると共に生体の表面に所定の接触圧で接触させるようしたので、駆動手段によって自動的にセンシング部を生体表面に接触させるようにすることができ、生体信号の測定を自動化することが可能になるものである。
【００６６】
本発明の請求項９に係る生体信号測定装置は、近赤外光を生体の表面に照射する発光部及び生体からの反射光を受光する受光部を設けて形成されるセンシング部及び、センシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させた状態で保持する保持部から形成される生体信号測定用ピックアップ具と、近赤外光を発光させて発光部に供給する光源と、受光部で受光された近赤外光の反射光を検出する検出手段と、検出手段で検出された受光成分から得られる生体信号に基づいて生体中の成分濃度を算出する演算装置とを具備するので、生体信号測定用ピックアップ具のセンシング部を保持具で生体の所定位置に保持することができ、測定を行なう度にセンシング部を生体の表面に押し付けるような操作を行う必要がなく、頻繁に測定を行なうにあたって測定を容易に行なうことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はセンシング部のセンシング軸の底面の拡大図である。
【図２】（ａ）乃至（ｅ）はそれぞれ血糖値の実測値と推定値の経時変化を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は平面断面図である。
【図４】同上の使用状態を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図である。
【図５】同上の生体信号測定用ピックアップ具を腕に装着した状態を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）は断面図である。
【図７】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）は断面図である。
【図８】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は平面断面図である。
【図９】同上の使用状態を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）はセンシング部のセンシング軸の底面の拡大図、（ｂ）はセンシング部のセンシング軸の拡大断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）はセンシング部のセンシング軸の底面の拡大図、（ｂ）はセンシング部のセンシング軸の拡大断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図１４】生体信号測定装置のシステムを示す概略図である。
【符号の説明】
１　光源
６　発光側光ファイバー
６ａ　発光部
８　センシング部
１０　受光側光ファイバー
１０ａ　受光部
１４　生体
１７　受光素子
１９　演算装置
２３　保持部
４３　駆動手段

Claims

近赤外光を生体の表面に照射すると共に生体からの反射光を受光し、受光成分から得られる生体信号に基づいて生体中の成分濃度を測定する生体信号測定装置に用いられる生体信号測定用ピックアップ具であって、近赤外光の発光部と受光部を設けて形成されるセンシング部と、センシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させた状態で保持する保持部とから成ることを特徴とする生体信号測定用ピックアップ具。
発光部と受光部をそれぞれ発光側光ファイバーと受光側光ファイバーによって形成し、発光側光ファイバーと受光側光ファイバーをその先端面の中心間距離が０．２〜２ｍｍの間隔になるように配置して成ることを特徴とする請求項１に記載の生体信号測定用ピックアップ具。
生体の表面に対するセンシング部の接触圧を２９４〜５８８ｈＰａに設定して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体信号測定用ピックアップ具。
保持部の生体表面に対する接触面からセンシング部の先端部を突出させることによって、生体の表面にセンシング部を所定の接触圧で接触させて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の生体信号測定用ピックアップ具。
生体の表面に対するセンシング部の接触面積が１ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の生体信号測定用ピックアップ具。
センシング部を保持部にスライド自在に設け、生体信号測定時にセンシング部をスライドさせることによって、センシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させるようにして成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の生体信号測定用ピックアップ具。
センシング部の自重で、スライドしたセンシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させるようにして成ることを特徴とする請求項６に記載の生体信号測定用ピックアップ具。
センシング部をスライド移動させる駆動手段を具備し、駆動手段でセンシング部をスライドさせると共に生体の表面に所定の接触圧で接触させるようにして成ることを特徴とする請求項６に記載の生体信号測定用ピックアップ具。
近赤外光を生体の表面に照射する発光部及び生体からの反射光を受光する受光部を設けて形成されるセンシング部と、センシング部を生体の表面に所定の接触圧で接触させた状態で保持する保持部とから形成される生体信号測定用ピックアップ具と、近赤外光を発光させて発光部に供給する光源と、受光部で受光された近赤外光の反射光を検出する検出手段と、検出手段で検出された受光成分から得られる生体信号に基づいて生体中の成分濃度を算出する演算装置とを具備して成ることを特徴とする生体信号測定装置。