JP2006000181A - 光学式生体情報測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被測定者の前腕において非侵襲的に生体情報を測定する場合に、被測定者の状態等の種々の要因を精度よく把握して、正確な生体情報を測定する。
【解決手段】 被測定者の前腕Ｂを位置決め状態に載置する腕置き部と、該腕置き部に載置された前腕に密着させられる光学式測定ヘッド５と、該光学式測定ヘッド５または腕置き部を相対的に移動させ、光学式測定ヘッド５を前腕Ｂに密着させる移動機構とを備え、光学式測定ヘッド５に、前腕Ｂ内部に光を照射して戻り光を検出する光検出部４１が備えられるとともに、肌の水分量を検出する水分検出部４３、脂肪量を検出する脂肪検出部４４、血流量を検出する血流検出部４２または体温を検出する体温検出部４５のいずれか少なくとも１つが備えられ、これら光検出部４１と他の検出部４２〜４６とが前腕Ｂの長手方向に沿って配列されている光学式生体情報測定装置を提供する。
【選択図】 図７

Description

この発明は、光学式生体情報測定装置に関するものである。

従来、糖尿病の判断のために血中グルコース濃度測定が行われており、特に、糖尿病患者のインシュリン投与量を決定する血糖値を検査するために、グルコース濃度の測定が行われている。グルコース濃度の測定は、一般に、指や腕から採取した血液を直接分析することにより行われている。患者の体内における血液中のグルコース濃度は、食事の前後や運動後などの測定条件によって変化するため、正確な血糖値を得るためには、頻繁なグルコース濃度測定が必要である。
しかしながら、採取した血液を直接分析する上記方法は、グルコース濃度の測定の度に注射針等を刺して採血しなければならず、患者にかかる負担が大きいという問題がある。

この問題を解決するために、指、腕、耳朶などの生体組織に対し、外部から近赤外光を照射して生体内で拡散させ、生体外に出射された光を検出する非侵襲的なグルコース濃度測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の方法は、複数本の発光ファイバと複数本の受光ファイバとを束ねて構成した光ファイババンドルを用意し、該光ファイババンドルを構成する各光ファイバの先端面を生体表面に接触状態に配置する。そして、ハロゲンランプから複数の発光ファイバに集光した近赤外光をそれら発光ファイバの先端面から照射することにより、生体内に入射させ、生体内において拡散されて生体表面から生体外に戻る光を複数の受光ファイバにおいて受光するとともに、受光された光のスペクトルを分析することによりグルコースの濃度を算出するものである。

一方、光を用いて非侵襲的にグルコース濃度を測定する場合には、各検出時において同一の測定条件を再現することが必要不可欠となる。
光学式生体情報測定装置と生体との位置関係を一定にする手段として、検出端子を掌に配置する場合に、手首と５本の指の６カ所をリングによって拘束し、指の付け根の３カ所をポールによって拘束する位置決め装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。掌のように形状的な特徴が明確で、完全に拘束することで比較的簡易に検出端子を高い再現性をもって位置決めできる。

ところで、掌を測定部位とすることについては、以下の問題がある。
すなわち、掌には汗腺が多いため汗によって測定結果が大きく変動するおそれがある。また、掌は角質（表皮）が比較的厚いため、グルコース等の生体情報を多く含む真皮層まで光を到達させることが困難である。また、掌は血流量が多いため、血流変動によって測定結果が変動する可能性が高い。さらに、掌は職業によってもその表皮の状態、すなわち、荒れ方や汚れ、皺における個人差が大きく、測定に際して個別の調節を必要とするという不都合もある。

これに対して、前腕の特に内側の表皮には上述した問題が少ない。前腕に対して光学式に生体情報を測定する技術は提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この技術は、被測定者の肘を固定するとともに、手を上にして前腕を０〜９０°傾斜させた状態で測定することにしている。
特開２０００−１３１３２２号公報（図３等） 特開平１１−４７１１９号公報（図１等） 特開平１１−２４４２６６号公報（図１等）

しかしながら、前腕の表面に測定端子を配置して生体情報を測定する場合であっても、生体から非侵襲的に得られる生体情報は微細であり、生体表面、生体内部および測定端子との関係等、種々の要因によって変動することが考えられる。そこで、種々の要因を考慮して、生体情報を精度よく測定可能な生体情報測定装置の開発が望まれている。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、被測定者の前腕において非侵襲的に生体情報を測定する場合に、被測定者の状態等の種々の要因を精度よく把握して、正確な生体情報を測定することを可能とする光学式生体情報測定装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、被測定者の前腕を位置決め状態に載置する腕置き部と、該腕置き部に載置された前腕に密着させられる光学式測定ヘッドと、該光学式測定ヘッドまたは腕置き部を相対的に移動させ、光学式測定ヘッドを前腕に密着させる移動機構とを備え、前記光学式測定ヘッドに、前腕内部に光を照射して戻り光を検出する光検出部が備えられるとともに、肌の水分量を検出する水分検出部、脂肪量を検出する脂肪検出部、血流量を検出する血流検出部または体温を検出する体温検出部のいずれか少なくとも１つが備えられ、これら光検出部と他の検出部とが前腕の長手方向に沿って配列されている光学式生体情報測定装置を提供する。

この発明によれば、被測定者の前腕を腕置き部に位置決め状態に載置して、移動機構を作動させることにより、前腕と光学式測定ヘッドとが相対的に移動させられて相互に密着させられる。光学式測定ヘッドには、光検出部が設けられているので、密着している前腕内部に光が照射され、前腕内部からの戻り光が光検出部において検出されることになる。この場合において、光学式測定ヘッドの光検出部の近傍には、水分検出部、脂肪検出部、血流検出部または体温検出部のいずれかが配置され、光検出部とこれらの他の検出部とが前腕の長手方向の沿う方向に配列されているので、移動機構の作動により光学式測定ヘッドと前腕とが密着させられると、光検出部を含む全ての検出部が同時に同等の接触状態で前腕の表面に密着させられることになる。

その結果、光検出部と前腕との生体情報の測定に適した接触状態を達成すると、他の検出部と前腕とも良好な接触状態となり、生体情報を精度よく検出するのと同時に、肌の水分量、脂肪量、血流量または体温を精度よく検出することができる。生体情報は、肌の水分量、脂肪量、血流量または体温等によって変動するため、これらの情報に基づいて生体情報を補正し、変動を除去した生体情報を得ることができる。

上記発明においては、前記光学式測定ヘッドに、前記光検出部の温度を所定の温度に保持する温度調節手段が設けられていることが好ましい。
温度調節手段の作動により、光学式測定ヘッドが密着させられる前腕の表面温度や光検出部の配置される外気温度にかかわらず、光検出部の温度を所定の温度に保持できる。したがって、前腕の温度や外気温度によって光検出部の温度が変化させられることによる生体情報の変動を防止し、測定精度を向上することができる。

本発明によれば、光学式測定ヘッドを被測定者の前腕に密着させて生体情報を測定する際に、測定される生体情報を変動させる種々の要因となる前腕の状態を示す情報を取得する他の検出部を、光検出部と同時に同様の接触状態で前腕に接触させることを可能とし、生体情報の測定精度を向上することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る光学式生体情報測定装置について、図１〜図２２を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る光学式生体情報測定装置は、被測定者Ａの体内のグルコース濃度を測定するグルコース濃度測定装置１であって、図１に示されるように、被測定者Ａが座る椅子２と、椅子２に座った状態で被測定者Ａの、例えば、左腕の前腕Ｂを載置する腕置き部３と、該腕置き部３を水平に移動させる移動機構４と、腕置き部３の近傍に固定された測定ヘッド５と、該測定ヘッド５に接続された光ファイバ６およびケーブル７を導く接続部８と、光ファイバ６およびケーブル７が接続され、測定ヘッド５によって測定した種々の情報に基づいて生体情報、例えば、被測定者Ａの体内のグルコース濃度を測定する測定装置本体９と、前記腕置き部３および測定ヘッド５の上方に間隔をあけて下向きに配置されたカメラ１０と、該カメラ１０により撮像された腕置き部３上の前腕Ｂの画像を処理して、位置ずれを検出する画像処理部１１とを備えている。

前記椅子２は、測定時における被測定者Ａの安静状態を達成するように、例えば、図示しないリクライニング機構、シート高調節機構等を備えている。また、測定時に足に負担がかからないように、フットレスト１２が設置されている。

前記腕置き部３は、図２および図３に示されるように、被測定者Ａの前腕Ｂを略水平に支持する受け台部１３と、該受け台部１３を固定する台座部１４とから構成されている。受け台部１３は、被測定者Ａ毎に用意した水硬性のキャスト材を整形して、略下向きに配した掌Ｂ１を突き当てる第１の突当部１５と、肘Ｂ２を突き当てる第２の突当部１６とを有している。また、腕置き部３には、図３および図４に示されるように、掌Ｂ１を略下向きにして略水平に配置された被測定者Ａの前腕Ｂの両側面に接触する側壁部１７，１８が設けられている。特に、前腕Ｂの外側、すなわち、被測定者Ａの胴体から遠い側の側面に接触する側壁部１８は、第３の突当部（以下、第３の突当部１８ともいう。）を構成している。

水硬性のキャスト材は、例えば、板状に形成された水硬性樹脂を含有する芯材の周囲に布材を備えていて、接触する被測定者Ａの前腕Ｂの外形に合わせて自由に湾曲整形することができ、整形後の形状において硬化させることができるようになっている。

前記第１の突当部１５は、図５に示されるように、キャスト材を整形する際に、キャスト材を介して、例えば、変形可能な空気袋１９（例えば、マンシェット）を被測定者Ａの掌Ｂ１に握らせて隆起部２０を形成することにより構成されている。すなわち、形成された隆起部２０は、腕置き部３に被測定者Ａの前腕Ｂが載置されたときに、被測定者Ａの掌Ｂ１を突き当てる第１の突当部１５を形成するとともに、隆起部２０を覆う掌Ｂ１が、軽く握られた状態となるように形成されている。

また、隆起部２０は、図６に示されるように、被測定者Ａの掌Ｂ１が載せられたときに、略下向きに配される掌Ｂ１が、親指側から小指側に向かって漸次下降するように傾斜する傾斜面２０ａを備えている。被測定者Ａが前腕Ｂを略水平に配置して力を抜くと、掌Ｂ１は真下に向かうより、自然に若干小指側に向かって下がるように配置される。したがって、このようにすることで、測定時に被測定者Ａの前腕Ｂに無理な力が加わらないようになっている。さらに、隆起部２０の小指側には、キャスト材を折り曲げることにより、掌Ｂ１の小指側の側面を支持する掌側面支持部２０ｂが設けられている。隆起部２０の傾斜面２０ａに沿って下降しようとする掌Ｂ１を掌側面支持部２０ｂで支持することにより掌Ｂ１を安定させることができ、被測定者Ａが力を抜いたときに、掌Ｂ１が移動しないようにすることができるようになっている。

前記第２の突当部１６は、上記のようにして形成した第１の突当部１５に掌Ｂ１を突き当てて位置決めし、被測定者Ａが肩の力を抜いてリラックスした状態において、肘Ｂ２側のキャスト材を折り曲げて整形し、硬化させることにより構成されている。これにより、第１の突当部１５に掌Ｂ１を突き当て、第２の突当部１６に肘Ｂ２を突き当てることで、被測定者Ａの前腕Ｂが両突当部１５，１６間に挟まれて長手方向に移動しないように位置決めされるようになっている。

前記第３の突当部１８は、上記のようにして形成した第１の突当部１５と第２の突当部１６との間に前腕Ｂを長手方向に位置決めし、被測定者Ａが肩の力を抜いてリラックスした状態において、前腕Ｂの両側面のキャスト材を折り曲げて硬化させることにより構成されている。前腕Ｂの曲面に沿うようにキャスト材を整形するために、キャスト材に複数の切り込み２１が形成されている。整形時には、キャスト材に形成されたこれらの切り込み２１によって折り曲げ方向を微調整するとともに、切り込み２１間の隙間を調整することにより、キャスト材における皺の発生を防止し前腕Ｂの外面に密着する形状に第３の突当部１８を形成することができるようになっている。

また、第３の突当部１８は、後述するように測定ヘッド５と前腕Ｂとが密着させられたときに、前腕Ｂの外側の側面Ｂ３を支持するようになっている。
前腕Ｂの内側の側壁部１７には、その略中央部に切欠２２が形成されている。切欠２２は、前記測定ヘッド５の大きさよりも若干大きく形成されている。
このように腕置き部３の受け台部１３を水硬性のキャスト材によって製造することにより、各被測定者Ａの前腕Ｂの形状に適合する形態の受け台部１３を簡易にかつ迅速に製造することができ、被測定者Ａに負担がかからないようになっている。

このように構成された受け台部１３は、ボルト２３等の任意の固定手段によって台座部１４に固定されている。前記台座部１４は、図２に示されるように、上部プレート２４と、下部プレート２５と、これらのプレート２４，２５間に配置される４本の間隔部材２６とを備えている。間隔部材２６は下部プレート２５に固定されている。間隔部材２６の上端には、前記上部プレート２４を固定するネジ２７が設けられており、該ネジ２７を挿通させるように上部プレート２４に設けられた穴（図示略）とネジ２７とのクリアランスの範囲で、下部プレート２５に対する上部プレート２４の水平方向位置、すなわち、上部プレート２４に固定されている受け台部１３の水平方向位置を調節することができるようになっている。

また、前記下部プレート２５に対する上部プレート２４の水平方向位置の調節は、前記受け台部１３に載置した被測定者Ａの前腕Ｂの内側の側面が、後述する移動機構４による移動方向に対して略直交する方向に配されるように行われる。
前記下部プレート２５には、ボルト２８を貫通させる貫通穴２９と、後述する移動機構４との間で位置決めするためのピン３０を嵌合させるピン穴３１とが設けられている。

下部プレート２５が移動機構４に固定されたときに、上部プレート２４に配されている受け台部１３は、前記椅子２に対して水平方向に若干傾斜して配置されるようになっている。すなわち、椅子２を基準としてその前後方向に沿う平面に対し、受け台部１３が前方に向かって漸次離れるように配置されている。これにより、被測定者Ａが椅子２に座って受け台部１３に前腕Ｂを載置したときに、前腕Ｂが、肘Ｂ２側から掌Ｂ１側に向かって被測定者Ａの胴体から離れる方向に若干傾斜して配置されるようになっている。すなわち、被測定者Ａが腕置き部３に前腕Ｂを載置すると、前腕Ｂが肘Ｂ２から掌Ｂ１に向かって胴体の前後方向に平行ではなく、若干開く方向に配置されるので、被測定者Ａが肩の力を抜いてリラックスしたときに自然に採られる姿勢にさらに近づけた状態で、前腕Ｂを腕置き部３に支持させることができるようになっている。

前記移動機構４は、図２および図４に示されるように、中間ベース３２と、中間ベース３２上に固定されたリニアガイド３３と、該リニアガイド３３により水平移動可能に支持されるスライダ３４と、前記リニアガイド３３によるスライダ３４の案内方向に平行に伸縮可能なエアシリンダ３５とを備えている。エアシリンダ３５は、図４に示されるように、シリンダ３５ａ側を、例えば中間ベース３２に、ロッド３５ｂ側を、例えばスライダ３４にそれぞれブラケット３６，３７によって固定されている。エアシリンダ３５には、図示しないレギュレータによって設定された所定の圧力の加圧空気が供給されるようになっている。これにより、ロッド３５ｂをシリンダ３５ａから突出させた状態で、スライダ３４を被測定者Ａに近づく方向に水平移動させ、ロッド３５ｂをシリンダ３５ａ内に引っ込めることで被測定者Ａから離れる方向に水平移動させることができるようになっている。

また、移動機構４には、図４に示されるように、中間ベース３２側に固定ストッパ３８、スライダ３４側に移動ストッパ３９が配置されている。エアシリンダ３５のロッド３５ｂがシリンダ３５ａから突出し過ぎた場合に、スライダ３４とともに移動する移動ストッパ３９を固定ストッパ３８に衝突させることで、スライダ３４の所定以上の移動を制限することができるようになっている。

前記測定ヘッド５は、図１に示されるように、中間ベース３２に固定されたブラケット４０に固定されている。測定ヘッド５の先端面５ａには、図７に示されるように、グルコース濃度測定端子４１と、血流計端子４２と、水分計端子４３と、脂肪計端子４４と、圧力センサ４５と、温度センサ４６とが配置されている。グルコース濃度測定端子４１は、測定ヘッド５の中央に配置され、他の端子およびセンサ４２〜４６は、水平方向に一列に配置されている。これにより、各センサおよび端子４１〜４６が被測定者Ａの前腕Ｂの長さ方向に沿って配列され、該前腕Ｂの内側側面のほぼ同一高さ位置に同時に接触させられるようになっている。圧力センサ４５および温度センサ４６はグルコース濃度測定端子４１に近接して配置され、血流計端子４２、水分計端子４３および脂肪計端子４４はそれよりも離れた位置に配置されている。

測定ヘッド５の先端面５ａは、上記移動機構４のスライダ３４の移動方向に直交する方向に沿って配置されている。また、測定ヘッド５は、前記腕置き部３の受け台部１３に形成した切欠２２に対応する位置に配置されており、スライダ３４が移動させられて前腕Ｂが測定ヘッド５に近接させられると、測定ヘッド５の先端面５ａが、前記切欠２２内に露出している被測定者Ａの前腕Ｂの内側側面に接触して密着させられるようになっている。

測定ヘッド５の先端面５ａに露出配置された、グルコース濃度測定端子４１を始めとする種々のセンサ４２〜４６は、腕置き部３に載置された被測定者Ａの前腕Ｂの内側側面が水平方向に最も張り出す位置に接触させられるように、その高さ方向位置を調節されている。すなわち、図４に示されるように、前腕Ｂの横断面において、内側側面が水平方向に最も突出し、測定ヘッド５に接触させられるときに最初に接触させられることとなる位置に接触させられるようにその高さ方向位置を調節されている。高さ方向位置の調節は間隔部材２６の長さを調節することにより行えばよい。

前記接続部８は、図４に示されるように、前記測定ヘッド５の各端子およびセンサ４１〜４６から引き出された光ファイバ６やケーブル７を後述する測定装置本体９に導く部分であって、測定ヘッド５の背面から被測定者Ａ側に引き出された光ファイバ６やケーブル７を鉛直面内においてＵターンさせ、腕置き部３を挟んで椅子２とは反対側に配置されている測定装置本体９に接続するように構成されている。接続部８内には、図４に示される略Ｕ字状のブラケット４７配置されている。

ブラケット４７は測定ヘッド５に固定されるとともに、測定装置本体９の筐体に固定され、測定ヘッド５と測定装置本体９とを結ぶ光ファイバ６やケーブル７、特に、光ファイバ６を収容する溝４７ａを備え、測定中に光ファイバ６が動かないように支持している。ブラケット４７の周囲には、断熱部材４８が配置され、測定中に光ファイバ６に温度変化が生じないように覆っている。

また、接続部８の先端の測定ヘッド５内部には、測定ヘッド５の中央に固定されているグルコース濃度測定端子４１の先端部における温度を高い精度で一定温度に保持するために、図８に示されるように、ペルチェ素子４９が配置されている。符号５０は放熱フィンである。ペルチェ素子４９は、例えば、２０±０．１℃に、前腕Ｂの測定部位の表面温度を保持するようになっている。

前記測定装置本体９は、図９に示されるように、被測定者Ａの前腕Ｂの表面に照射する光を発生する光源５２と、該光源５２から出射された光を分光する分光器５３と、分光器５３から出射された分光された光を前腕Ｂ表面に向けて照射し、前腕Ｂ内部を拡散または透過した光を受光する前記グルコース濃度測定端子４１と、該グルコース濃度測定端子４１において受光された光Ｓ４を検出する信号光検出器５４と、該信号光検出器５４により検出された光のスペクトルに基づいて被測定者Ａのグルコース濃度を算出する演算部５５とを備えている。

また、測定装置本体９内には、分光器５３により分光された光を測定光Ｓ１と参照光Ｓ２とに分岐する参照光分岐部５６と、分岐された参照光Ｓ２を検出する分岐光検出器５７とを備えている。また、参照光分岐部５６とグルコース濃度測定端子４１との間には、グルコース濃度測定端子４１において反射されて戻る反射光Ｓ３を分岐する反射光分岐部５８が設けられている。前記分岐光検出器５７は、反射光分岐部５８において分岐された反射光Ｓ３をも検出するようになっている。

前記光源５２は、例えば、ハロゲンランプ、波長帯域を異にする複数の広帯域光源、例えば、ＡＳＥ(Amplified Spontaneous
Emission)光源や、ＳＬＤ(Super Luminescence Diode)光源からの光をマルチプレクサで合波した光源、あるいはこれらの組み合わせからなる光源のいずれでもよい。ハロゲンランプによれば、簡易かつ安価に構成できる利点があり、広帯域光源からの光を合波した光源によれば、高輝度の光を効率よく伝播することができる利点がある。

前記分光器５３は、入力された高周波の周波数に応じて、入射された光の内の特定の波長の光のみを出射する音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ：Acousto-Optic
Tunable Filter、以下、ＡＯＴＦという。）と、該ＡＯＴＦ５３に高周波を供給して制御するフィルタ制御部５９とを備えている。
前記フィルタ制御部５９は、ＡＯＴＦ５３に対して特定の周波数の高周波を供給する。フィルタ制御部５９からＡＯＴＦ５３に供給される高周波の周波数は、所定の速度で順次変更されるようになっている。

また、フィルタ制御部５９がＡＯＴＦ５３に対して供給する高周波の周波数は、コンピュータ６０により制御されるようになっている。図中、符号６１は、同期検波のための基本周波数を発生する発振器、符号６２は乗算器を示している。これにより、ＡＯＴＦ５３には、発振器６１から供給される基本周波数とフィルタ制御部５９から供給される周波数とが乗算器６２によって乗算された周波数の高周波が入力されるようになっている。

前記参照光分岐部５６は、例えば、図１０に示されるように、ＡＯＴＦ５３から発せられた光を２方向に分岐させるビームスプリッタ６３と、該ビームスプリッタ６３により分岐された参照光Ｓ２を光ファイバ６４の端面に集光させるコリメータ６５とを備えている。分岐された参照光Ｓ２は、コリメータ６５によって光ファイバ６４の端面に集光させられ、後述する分岐光検出器５７に導かれるようになっている。参照光分岐部５６におけるビームスプリッタ６３の分岐比率は、例えば、グルコース濃度測定端子４１に向かう測定光Ｓ１が９５％、分岐光検出器５７に向かう参照光Ｓ２が５％程度となるように設定されている。

前記グルコース濃度測定端子４１には、その先端面４１ａに、図１１に示されるように、中心に１本の照射用光ファイバ６６が配置され、その周囲に間隔をあけて複数本の受光用光ファイバ６７が配置されている。すなわち、グルコース濃度測定端子４１の先端面４１ａを前腕Ｂの表面に密着させた状態で測定装置本体９を作動させることにより、グルコース濃度測定端子４１の中心の照射用光ファイバ６６から出射された測定光Ｓ１は、前腕Ｂ内に入射され、拡散あるいは透過させられた後に、前腕Ｂの表面に戻り、照射用光ファイバ６６の周囲に配置されている受光用光ファイバ６７によって信号光Ｓ４として受光されるようになっている。

各受光用光ファイバ６７と照射用光ファイバ６６との間の距離は、照射用光ファイバ６６から出射された測定光Ｓ１が、所定の光路長を経て受光用光ファイバ６７に受光されるような距離に設定されている。本実施形態においては、グルコースを多く含む真皮領域にまで測定光Ｓ１が進達するように、約０．４〜０．８ｍｍの距離をあけて配置されている。これにより、受光用光ファイバ６７により受光される信号光Ｓ４は、前腕Ｂ内を真皮の深さまで進達した光を多く含んでいるようになる。受光用光ファイバ６７は、束ねられることによりファイババンドルを形成し、他のコネクタにより筐体６８に接続されている。

前記反射光分岐部５８は、前記参照光分岐部５６において分岐された測定光Ｓ１が照射用光ファイバ６６を介してグルコース濃度測定端子４１に供給され、グルコース濃度測定端子４１の先端面４１ａから前腕Ｂ内に入射される際に、前腕Ｂの表面によって反射されて照射用光ファイバ６６内を戻る反射光Ｓ３を分岐するようになっている。反射光分岐部５８においては、例えば、照射用光ファイバ６６を戻る反射光Ｓ３のうち、１０％を分岐するようになっている。分岐された反射光Ｓ３は、光ファイバ６９内を伝播して分岐光検出器５７まで導かれるようになっている。

信号光検出器５４は、受光用光ファイバ６７の端面に対向して配置されており、受光用光ファイバにより受光された信号光Ｓ４を検出して、信号光Ｓ４の光強度に応じた電気信号を出力するように構成されている。また、分岐光検出器５７は、前記参照光分岐部５６および反射光分岐部５８において分岐された参照光Ｓ２および反射光Ｓ３を伝播してくる光ファイバ６４，６９の端面に対向して配置されており、さらに、参照光Ｓ２および反射光Ｓ３の出射端と分岐光検出器５７との間にはシャッタ７０が配置され、参照光Ｓ２または反射光Ｓ３を選択的に分岐光検出器５７に検出させることができるようになっている。これら信号光検出器５４および分岐光検出器５７は、例えば、ＰｂＳセンサ、あるいは、ＩｎＧａＡｓセンサである。

前記演算部５５は、前記信号光検出器５４の検出信号および前記分岐光検出器５７の検出信号をそれぞれ増幅するアンプ７１と、該アンプ７１から出力された電気信号から特定の周波数に同期することでノイズの少ない信号のみを抽出するロックイン検波器７２と、該ロックイン検波器７２から出力された電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７３と、該Ａ／Ｄ変換器７３から出力されたディジタル信号に基づいてグルコース濃度を算出するコンピュータ６０とを備えている。

前記ロックイン検波器７２は、前記発振器６１から供給された基本周波数を受信して、アンプ７１からの電気信号から、基本周波数に同期する周波数成分の電気信号のみを抽出するようになっている。
また、コンピュータ６０は、前記フィルタ制御部５９を制御し、つまり、ＡＯＴＦ５３より発せられる光の波長信号と同期して、ロックイン検波器７２により抽出された電気信号をＡ／Ｄ変換した出力信号を検出するようになっている。

これにより、コンピュータ６０においては、Ａ／Ｄ変換器７３から得られた複数の出力信号と、各出力信号に対応する波長信号とから得られる出力信号のスペクトル分布に基づいて、特定の波長領域、例えば、波長１６００ｎｍ近傍の領域における出力信号値からグルコース濃度が演算されるようになっている。

また、コンピュータ６０には、測定ヘッド５に備えられた種々の端子およびセンサ４１〜４６からの出力が入力されるようになっている。すなわち、測定ヘッド５に設けられた血流計端子４２、水分計端子４３、脂肪計端子４４、圧力センサ４５および温度センサ４６等からの信号がコンピュータ６０に入力され、グルコース濃度値は、これらの端子やセンサ４２〜４６からの信号に基づいて補正されるようになっている。
また、コンピュータ６０には、モニタ７４が接続されており、コンピュータ６０において演算され、種々の補正を施されたグルコース濃度値が表示されるようになっている。

また、本実施形態においては、光源５２、ＡＯＴＦ５３、参照光分岐部５６、反射光分岐部５８、分岐光検出器５７、信号光検出器５４が、全て１つの筐体６８内に収容されている。好ましくは、図示しない冷却装置によって、一定の温度条件に冷却されている。

前記カメラ１０は、図１に示されるように、腕置き部３に載置された前腕Ｂと測定ヘッド５との密着位置近傍を撮像するように、測定ヘッド５の略鉛直上方に下向きに配置されている。カメラ１０は、移動機構４による腕置き部３の移動方向に沿って間隔をあけて２カ所に設けられている。第１のカメラ１０ａは、図３に示されるように、腕置き部３に載置された前腕Ｂが測定ヘッド５に密着している状態における密着位置近傍の前腕Ｂの両側面の輪郭線を含む楕円領域Ｃを撮像するようになっている。第２のカメラ１０ｂは、腕置き部３に載置された前腕Ｂが測定ヘッド５に密着していない状態における同様の楕円領域Ｄを撮像するようになっている。

カメラ１０により撮像された画像は、図１２に示されるように、画像処理部１１に送られるようになっている。画像処理部１１には、同一の被測定者Ａに対する最初に撮像された画像を記憶する画像記憶部７５が接続されている。画像記憶部７５は、各カメラ１０ａ，１０ｂにより撮像された測定ヘッド５への密着前後の画像をそれぞれ記憶している。また、画像処理部１１および画像記憶部７５には、現在撮像されている画像と、画像記憶部７５に記憶されている画像とを比較する比較部７６が接続されている。

比較部７６からの出力は、画像処理部１１からの現在撮像している画像および画像記憶部７５からの過去の画像とともにモニタ７７に送られるようになっている。そして、比較部７６による比較の結果、画像記憶部７５に記憶されていた画像と、現在撮像している画像とが所定のしきい値以上のずれを生じている場合には、再調整を行うべき旨の表示が、ずれ量がしきい値を下回っている場合には、測定準備が完了した旨の表示がモニタ７７上になされるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る光学式グルコース濃度測定装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１を用いて被測定者Ａの体内の体液のグルコース濃度を測定するには、被測定者Ａを椅子２に座らせ、その左腕の前腕Ｂを腕置き部３に載置させる。前腕Ｂを腕置き部３に載置する際には、第１の突当部１５に掌Ｂ１を突き当て、第２の突当部１６に肘Ｂ２を突き当てる。そして、受け台部１３に設けられた側壁部１７，１８の間に前腕Ｂを挿入し、肩の力を抜いてリラックスした状態とする。これにより、腕置き部３を製造したときと同じ状態で前腕Ｂを腕置き部３に載置することができる。

このとき、被測定者Ａの前腕Ｂは、完全に拘束されるのではなく、第１の突当部１５と第２の突当部１６との間において長手方向に拘束される一方、側壁に設けた第３の突当部１８によって長手方向に直交する方向にも拘束される。したがって、被測定者Ａは、前腕Ｂを腕置き部３に載置した状態においても、比較的自由に前腕Ｂを動かすことができ、最もリラックスした窮屈感のない状態に、前腕Ｂを配置することができる。

この状態で、第２のカメラ１０ｂを作動させることにより、腕置き部３に載置され、測定ヘッド５に接触していない状態の前腕Ｂの画像が撮像される。撮像された画像は画像処理部１１に送られ、画像処理部１１において所定の処理が施される。すなわち、第２のカメラ１０ｂで撮像された測定ヘッド５に接触しない状態の前腕Ｂの楕円領域Ｄの画像が取得され、該楕円領域Ｄに含まれている前腕Ｂの両側面の輪郭線の位置と形状が演算される。また、撮像した前腕Ｂの画像がその被測定者Ａの最初の測定時の画像であるか否かが判断され、最初の画像である場合には、その画像と、演算された輪郭線の形状データとが画像記憶部７５に記憶される。

一方、最初の測定時の画像ではない場合には、既に画像記憶部７５に画像およびその形状データが記憶されているので、現在撮像している画像と記憶している画像とがモニタ７７に表示される。また、現在撮像している画像の輪郭線の形状データと画像記憶部７５に記憶されている輪郭線の形状データとが比較部７６に入力されることによりそのずれ量が計算され、ずれ量が所定のしきい値を越えている場合には、その旨がモニタ７７に表示される。

被測定者Ａは、モニタ７７上の表示に基づいてずれを補正するように前腕Ｂをずらし、あるいはオペレータは、前腕Ｂをずらすように被測定者Ａに促すことができる。また、ずれ量が所定のしきい値を下回っている場合には、測定続行の指令がモニタ７７に表示されることになる。オペレータはモニタ７７上の表示に基づいて測定作業を続行するよう操作し、あるいは自動的に測定作業が続行される。

最初の測定時において第２のカメラ１０ｂによる撮像が行われた後、または、２回目以降の測定時で、測定作業続行指令がモニタ７７に表示された後には、移動機構４が作動させられて、スライダ３４が測定ヘッド５に近接する方向に移動させられる。スライダ３４は所定の圧力の加圧空気を供給されたエアシリンダ３５により押圧されることにより前腕Ｂを載置した腕置き部３を測定ヘッド５に向けて移動させる。そして、前腕Ｂが測定ヘッド５に接触すると、エアシリンダ３５により発生された所定の押圧力によって前腕Ｂと測定ヘッド５とが密着させられてスライダ３４が静止する。

この場合において、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、スライダ３４が水平方向に移動させられることにより、前腕Ｂが水平方向に移動させられて前腕Ｂと測定ヘッド５とが水平方向に密着させられるので、測定ヘッド５に対して前腕Ｂの自重が加わることがなく、エアシリンダ３５に供給される予め設定された空気圧に従い、常に一定の接触圧力で密着させられることになる。すなわち、接触圧力の変動によるグルコース濃度値の測定結果が変動することを防止できる。

この状態で第１のカメラ１０ａが作動させられ、測定ヘッド５に密着した状態の前腕Ｂの画像が撮像される。撮像された画像は画像処理部１１に送られ、画像処理部１１におい所定の処理が施される。すなわち、第１のカメラ１０ａで撮像された測定ヘッド５に密着した状態の前腕の楕円領域Ｃの画像が取得され、該楕円領域Ｃに含まれている前腕Ｂの両側面の輪郭線の位置と形状が演算される。また、撮像した前腕Ｂの画像がその被測定者Ａの最初の測定時の画像であるか否かが判断され、最初の画像である場合には、その画像と、演算された輪郭線の形状データとが画像記憶部７５に記憶される。

一方、最初の測定時の画像ではない場合には、既に画像記憶部７５に画像およびその形状データが記憶されているので、現在撮像している画像と記憶している画像とがモニタ７７に表示される。また、現在撮像している画像の輪郭線の形状データと画像記憶部７５に記憶されている輪郭線の形状データとが比較部７６に入力されることによりそのずれ量が計算され、ずれ量が所定のしきい値を越えている場合には、その旨がモニタ（報知部）７７に表示される。被測定者Ａは、モニタ７７上の表示に基づいてずれを補正するように前腕をずらし、あるいはオペレータは、前腕Ｂをずらすように被測定者Ａに促すことができる。

この場合において、測定ヘッド５と前腕Ｂとが密着する前の段階で、既に一度、位置合わせが行われているので、測定ヘッド５と前腕Ｂとを密着させ前腕Ｂの長手方向に直交する方向に前腕Ｂを拘束したこの段階での位置合わせ作業は微調整で足り、被測定者Ａは無理に前腕Ｂを動かすことなく、簡易に位置調整を行うことができる。また、ずれ量が所定のしきい値を下回っている場合には、測定が開始される。オペレータはモニタ７７上の表示に基づいて測定を開始するよう操作し、あるいは自動的に測定が開始される。

グルコース濃度の測定は、グルコース濃度測定端子４１の先端面４１ａを前腕Ｂの内側側面に密着させた状態で、光源５２を作動させ、光源５２から発せられた光を光ファイバ７８により伝播してコリメータ７９によって平行光にした状態でＡＯＴＦ５３に入射させる。ＡＯＴＦ５３を作動させるには、ＡＯＴＦ５３により分光する測定光の波長に対応する周波数の高周波をフィルタ制御部５９からＡＯＴＦ５３に供給する。これにより、入射された光から所定波長の測定光が分光されて出射されることになる。

ＡＯＴＦ５３から出射された光は、参照光分岐部５６に入射され、その一部、例えば５％を参照光Ｓ２として分岐される。分岐された参照光Ｓ２は、コリメータ６５によって参照用光ファイバ６４の一端面に集光され、他端面に対向配置されている分岐光検出器５７によりそのまま検出されることになる。

参照光Ｓ２を分離された残りの測定光Ｓ１は、照射用光ファイバ６６に入射される前に反射光分岐部５８を通過させられる。反射光分岐部５８においては、測定光Ｓ１のうちの１０％が分離され残りの９０％が照射用光ファイバ６６に入射される。分離された１０％の測定光Ｓ１は廃棄される。

照射用光ファイバ６６に入射された測定光Ｓ１は、照射用光ファイバ６６によってグルコース濃度測定端子４１まで伝播され、グルコース濃度測定端子４１の先端面４１ａに配置されている照射用光ファイバ６６の端面から、該端面に密着配置されている前腕Ｂの内部に向けて出射される。
このとき、前腕Ｂの表面においては、照射された測定光Ｓ１の一部が反射光Ｓ３として照射用光ファイバ６６内に戻り、残りが前腕Ｂ内に入射される。

照射用光ファイバ６６内を戻る反射光Ｓ３は、反射光分岐部５８を通過させられる際に、その１０％が分離されて分岐光検出器５７まで伝播され、分岐光検出器５７により検出される。
前腕Ｂ内に入射された測定光Ｓ１は、前腕Ｂ内を進行する間に、その一部は、生体組織に衝突して拡散され、他の一部は生体組織を透過して直進する。測定光Ｓ１は、通過する前腕Ｂ内組織や体液の成分に応じて、特定の波長領域の光を吸収される。したがって、前腕Ｂ内で拡散または透過されることにより前腕Ｂ外に出射された信号光Ｓ４は、通過した前腕Ｂ組織や体液に応じた特定の波長領域の光量が低下していることになる。

受光用光ファイバ６７は、上述したように照射用光ファイバ６６との間の距離を一定に固定されているので、その距離に応じた深さまで進達した光を多く含む信号光Ｓ４を受光する。本実施形態の場合には、測定光Ｓ１は真皮領域まで進達した後に、入射表面に戻って、照射用光ファイバ６６に隣接している受光用光ファイバ６７に受光されるので、受光される信号光Ｓ４はグルコースの情報を多く含んでいることになる。
受光された信号光Ｓ４は、受光用光ファイバ６７を介して筐体６８内に戻され、受光用光ファイバ６７の端面に対向配置されている信号光検出器５４により検出される。

信号光検出器５４および分岐光検出器５７からの出力信号は、演算部５５に入力されると、アンプ７１によってそれぞれ増幅される。信号光検出器５４により検出される信号光Ｓ４の大きさは、前腕Ｂに入射される光、すなわち、ＡＯＴＦ５３から発せられた測定光Ｓ１の強度の変動とともに変動する。したがって、前腕Ｂへの入射前の測定光Ｓ１の一部を参照光Ｓ２として分岐光検出器５７により検出しておき、後述するコンピュータ６０において受光された信号光Ｓ４から差し引くことにより、ＡＯＴＦ５３から発せられる測定光Ｓ１の強度変動による信号光Ｓ４の光強度の変動を除去することが可能となる。

本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１においては、参照光分岐部５６における分岐比率が、測定光９５％、参照光５％程度に設定されているので、測定光Ｓ１が前腕Ｂ内で減衰されて得られる信号光Ｓ４と参照光Ｓ２とのレベルを同等にして測定光Ｓ１の強度変動による信号光Ｓ４強度の変動を効果的に除去することができる。この場合に、コンピュータ６０においては、分岐光検出器５７からの出力信号に所定の係数をかけることにより、信号レベルを調整してもよい。

また、信号光検出器５４により検出される信号光Ｓ４の大きさは、入射される前腕Ｂの表面状態、例えば、皮膚の硬さ、厚さ、色、温度や湿度等によって変動する。したがって、前腕Ｂ表面における反射光Ｓ３を反射光分岐部５８において分岐して分岐光検出器５７により検出しておき、検出された反射光Ｓ３を用いて、信号光Ｓ４強度を補正することにより、表面状態の変動により信号光Ｓ４強度が変動するゆらぎノイズを除去することが可能となる。この場合に、分岐光検出器５７の前段に設けられているシャッタ７０を作動させ、参照光Ｓ２が分岐光検出器５７に検出されるのを阻止しておくことにより、分岐光検出器５７により反射光Ｓ３のみを検出して個別に補正をかけることが可能となる。

また、反射光分岐部５８における分岐比率が、測定光９０％、反射光１０％程度に設定されているので、前腕Ｂに入射される測定光Ｓ１が必要以上に減衰されてしまうことを防止できる。

アンプ７１において増幅された各検出器５４，５７からの出力信号は、それぞれロックイン検波器７２を通過させられる。これにより、フィルタ制御部５９からのＡＯＴＦ５３に入力された高周波に対応する波長の光に関する出力信号のみが抽出される。したがって、抽出された出力信号には、前腕Ｂに入射された測定光Ｓ１と波長を同じくする前腕Ｂからの散乱光の情報のみが含まれ、他の波長の光、例えば、外来光に関する情報は除かれている。その結果、外来光等によるノイズの発生を抑制することができる。

そして、ロックイン検波器７２において抽出された出力信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器７３によってディジタル信号に変換させられてコンピュータ６０に入力される。コンピュータ６０においては、フィルタ制御部５９からＡＯＴＦ５３に入力させる高周波の周波数、すなわち、前腕Ｂに入射させた測定光Ｓ１の波長情報が順次変更されている。したがって、コンピュータ６０においては、出力信号と波長情報との関係を示す波長特性が求められていくことになる。また、コンピュータ６０は、求めた波長特性の内、所定の波長領域、例えば、波長１６００ｎｍ近傍の領域における出力信号値を求めることにより、前腕Ｂ内部のグルコース濃度を演算する。

また、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、グルコース濃度測定端子４１に隣接して、血流計端子４２、水分計端子４３、脂肪計端子４４、圧力センサ４５および温度センサ４６が設けられているので、グルコース濃度測定端子４１による信号光Ｓ４の検出と同時に、該グルコース濃度測定端子４１近傍の組織内の血流、表皮の水分量、脂肪量、測定ヘッド５と前腕Ｂの表面との接触圧力および表皮の温度が測定される。特に、これらの端子およびセンサ４１〜４６は、前腕Ｂの長手方向に沿って、前腕Ｂの輪郭線が最も側方にせり出す高さ位置に一列に配置されているので、前腕Ｂと測定ヘッド５とが密着させられたときに、同時に前腕Ｂの側面に密着させられることになる。したがって、それぞれの検出すべき情報量をより正確に検出することができる。

そして、コンピュータ６０においては、これらの端子またはセンサ４２〜４６からの出力信号が入力されることにより、予め記憶しておいたデータテーブルに従って、演算されたグルコース濃度値が補正される。そして、補正されたグルコース濃度値が、モニタ７４に表示されることになる。

以上説明したように、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、水硬性のキャスト材により構成した腕置き部３により、形状的特徴の少ない前腕Ｂを少ない拘束点で効果的に位置決めするので、測定に際して被測定者Ａに与えられる窮屈感を解消し、被測定者Ａを安静な状態にすることができる。その結果、測定中のストレス等による測定結果の変動を防止して精度よくグルコース濃度を測定することができる。

また、受け台部１３を取り付けた台座部１４をピン３０によりスライダ３４に位置決めするので、異なる被測定者Ａに対して、個別に作成された腕置き部３をスライダ３４に交換可能に取り付けることができる。また、同一の被測定者Ａに対する複数回にわたる測定に際しても、同一の測定条件を再現することができる。

また、腕置き部３に載置した前腕Ｂを移動機構４によって水平方向に移動させて測定ヘッド５に密着させるので、測定ヘッド５に対し前腕Ｂの自重がかからない状態で測定を行うことができる。また、その際の測定ヘッド５と前腕Ｂとの接触圧力を小さくかつ一定に設定することができる。その結果、測定ヘッド５と前腕Ｂとの間の接触圧力が被測定者Ａ毎に変動することが防止され、全ての被測定者Ａに対し、同一の適正な接触圧力で接触させた状態での測定を行うことができる。また、移動機構４にはストッパ３８，３９が設けられ、スライダ３４の所定以上の移動が制限されるので、前腕Ｂに対して測定ヘッド５が過度の圧力で密着させられることを防止できる。

さらに、腕置き部３に載置した前腕Ｂの位置ずれを測定ヘッド５に接触させる前と後の両時点においてチェックするので、複数回の測定においても精度よく測定状態を再現することができ、同一条件下の測定を行うことができる。また、測定ヘッド５への接触前に、位置ずれが生じていないことを前提として測定ヘッド５に前腕Ｂを密着させるので、密着時の位置ずれ修正を微細なものとして、被測定者Ａにかかる負担を低減し、また、測定状態の再現性を向上することができる。

また、グルコース濃度測定端子４１と他の端子およびセンサ４２〜４６とを前腕Ｂの長手方向に沿って一列に配列したので、全ての端子およびセンサ４１〜４６をほぼ同一の接触圧力で前腕Ｂに密着させることができる。したがって、グルコース濃度測定端子４１を前腕Ｂの表面に適正に密着させて測定を行う際に、他の端子およびセンサ４２〜４６も適正な密着状態を達成することができる。

また、測定ヘッド５と測定装置本体９とを接続する光ファイバ６を、測定ヘッド５からＵ字状に湾曲させて導くこととしているので、前腕Ｂの内側側面に接触させられる測定ヘッド５と測定装置本体９とを、被測定者Ａを横切ることなく、短い距離で接続することができる。その結果、光ファイバ６を短くして、信号光に混入する外乱を低減し、測定精度を向上することができる。また、光ファイバ６等が、被測定者Ａが椅子から立ち上がる際の邪魔になることが防止される。また、略Ｕ字状のブラケット４７により光ファイバ６を固定しているので、測定中に光ファイバ６の位置が変動することにより測定結果に変動が生ずることを防止して測定精度を向上することができる。

また、グルコース濃度測定端子４１の近傍にペルチェ素子４９を配置して、グルコース濃度測定端子４１が接触している前腕Ｂの表面温度を所定の温度に制御することができ、前腕Ｂの表面温度が変動することによる測定値の変動を防止することができる。また、ブラケット４７により固定した光ファイバ６の周囲を断熱部材４８により覆っているので、外気の変化による光ファイバ６の温度変化が防止される。

なお、測定ヘッド５の熱が略Ｕ字状のブラケット４７に伝導しないように、測定ヘッド５とブラケット４７との接続部に断熱材（図示略）を配置してもよい。また、Ｕ字状のブラケット４７に沿う光ファイバ６の温度をより確実に所定の温度に保つために、ブラケット４７に沿ってペルチェ素子等の温度調節部材（図示略）を配置することにしてもよい。

また、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１によれば、前腕Ｂの表面における反射光Ｓ３を検出して、検出された反射光Ｓ３を用いて信号光Ｓ４を補正するので、表面状態の変動により信号光Ｓ４内に含まれることとなるゆらぎノイズを除去することができる。その結果、グルコース濃度の測定精度を向上することができるという効果がある。

なお、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１においては、測定ヘッド５に、血流計端子４２、水分計端子４３、脂肪計端子４４、圧力センサ４５、温度センサ４６を備えたものを例示したが、これに限定されるものではなく、これらのいずれか１以上を備えていてもよく、他のセンサや端子、例えば、オキシメータを備えていてもよい。また、温度センサ４６としては、前腕Ｂの表面温度を検出する熱電対、白金抵抗の他、深部の温度を測定する放射温度センサでもよい。また、水分計としては、インダクタンス方式またはコンダクタンス方式のいずれのものを採用してもよい。また、測定ヘッド５のグルコース濃度測定端子４１に外部から光が入射することを防止するために、図１３に示されるようなカバー８１を設け、前腕Ｂの表面と測定ヘッド５との間の隙間を覆うようにしてもよい。

また、測定ヘッド５を固定して、前腕Ｂを移動させ、測定ヘッド５を前腕Ｂ表面に密着させることとしたが、これに代えて、前腕Ｂを腕置き部３に載置した状態で固定し、測定ヘッド５を水平方向に移動させて両者を密着させることにしてもよい。また、腕置き部３と測定ヘッド５の両方を移動させることにしてもよい。

また、エアシリンダ３５に所定の空気圧の加圧空気を供給することにより、一定の接触圧力によって測定ヘッド５と前腕Ｂとを密着させることとしたが、これに代えて、図１４に示されるように、測定ヘッド５に設けた圧力センサ４５からの接触圧力信号Ｐを制御装置１００にフィードバックし、制御装置１００の指令に基づいてレギュレータ１０１によりエアシリンダ３５に供給する加圧空気の空気圧を調整することとしてもよい。図中符号１０２は空気圧源である。

また、アクチュエータとしてエアシリンダ３５を採用したが、これに代えて、図１５に示されるように、モータ１０３とボールネジ１０４等の公知の直動機構を採用してもよい。この場合においても、圧力センサ４５における検出信号Ｐを制御装置１００にフィードバックしてモータ１００の回転角度を制御すればよい。

また、受け台部１３として、水硬性のキャスト材を用いた場合について説明したが、石膏、熱可塑性樹脂等、任意の硬化性のキャスト材を用いることにしてもよい。また、被測定者Ａの左腕の前腕Ｂを測定対象部位としたが、これに代えて、右腕の前腕Ｂを採用してもよい。この場合に、移動機構４と椅子２との位置関係を逆転することにより、左腕用と右腕用とで装置を兼用できるようにしてもよい。

また、２台のカメラ１０ａ，１０ｂにより、測定ヘッド５と前腕Ｂとの密着前後の画像をそれぞれ取得することとしたが、これに代えて、密着前後の前腕Ｂを全て含む視野を有する１台のカメラによって画像処理用の画像を取得することにしてもよい。また、視野角の広いカメラを採用することによって、３次元的な位置合わせを行うことにしてもよい。

なお、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１においては、光源５２から発せられた光を前腕Ｂへの入射前に分光するＡＯＴＦ５３を用いることとしたが、これに代えて、図１６に示されるように、前腕Ｂへの入射後に、検出された信号光Ｓ４を回折格子８２等により分光し、分光された光を、リニアアレイセンサ８３によって一度に検出することにしてもよい。図中符号８４はコリメートレンズである。

このようにすることで、全波長帯域にわたる信号光Ｓ４の波長特性を一度に取得することができるので、測定を迅速に行うことができるという利点がある。また、波長特性を一度に取得するこの方法によれば、前腕Ｂ表面の状態が時間的に変化する場合においても、これを補償してゆらぎノイズを除去することができるという利点がある。

この場合に、光源５２からの光を伝播する例えば、１４本の光ファイバ８５からなる光ファイバ束８６が、分岐部８７において７本ずつ２束の光ファイバ束８８，８９に分岐され、一方の光ファイバ束８８が投光用光ファイバ８５としてグルコース濃度測定端子４１に導かれ、他方の光ファイバ束８９が投光用光ファイバ８５として参照用測定端子９０に導かれている。参照用測定端子９０は、既知の反射率を有する標準反射板９１に接触配置されている。

参照用測定端子９０において受光された参照光は、受光用光ファイバ９２を介してコリメートレンズ８４により平行光とされ、回折格子９３により分光されてリニアアレイセンサ９４により一度に検出されるようになっている。そして、これらのリニアアレイセンサ８３，９４により検出された信号光と参照光とを表す電気信号は、Ａ／Ｄ変換器９５によりＡ／Ｄ変換された後にコンピュータ６０に入力されるようになっている。

参照用測定端子９０により受光される参照光は、光源５２における光の強度変動を反映して変動するので、その変動を検出して、光源５２の光の強度変動による信号光の変動を補正することができるようになっている。
各測定端子４１，９０の先端面４１ａ，９０ａにおいては、各投光用光ファイバ８５は、６本の受光用光ファイバ９２とともに、図１７に示されるように配列されている。

すなわち、１本の投光用光ファイバ８５の周囲に０．４〜０．８ｍｍの等距離をおいて６本の受光用光ファイバ９２が等間隔に配置され、さらに、各受光用光ファイバ９２の周囲に、中心の１本の投光用光ファイバ８５を含めて、３本の投光用光ファイバ８５がそれぞれ等距離の位置に等間隔をあけて配置されている。このように配列することで、各受光用光ファイバ９２からみると、周囲の３本の投光用光ファイバ８５の次に近接する投光用光ファイバ８５は、周囲の３本の投光用光ファイバ８５までの距離の２倍離れて配置されるようになっている。

したがって、各受光用光ファイバ９２には、実質的に３本の投光用光ファイバ８５から前腕Ｂに入射された光が拡散して戻った戻り光のみが受光されることになる。すなわち、全ての受光用光ファイバ９２に同等の光強度の戻り光が受光される。

また、６本の受光用光ファイバ９２は、図１８に示されるように一列に並べられて回折格子８２に入射させられるようになっている。受光用光ファイバ９２の配列方向は、回折格子８２による光の分光方向に対して直交する方向である。これにより、各受光用光ファイバ９２の端面から出射された光は、回折格子８２によって一方向に分光されるが、分光方向に対して直交する方向に所定の幅を有する光束として光検出器８３により検出される。

すなわち、光検出器８３においては、広い検出面積を有効に利用して、多くの情報を得ることができる。特に、光検出器８３を長方形状のアレイセンサにより構成すれば、一辺を分光方向、他辺を光ファイバ９２の端面の配列方向として、検出面全体に光を受光して、最大限の情報量を得ることができるので好ましい。

また、各測定端子４１，９０の先端面４１ａ，９０ａにおける光ファイバ８５，９２の配列は、上記の配列に限定されるものではなく、図１９に示されるように、１２本の投光用光ファイバ８５からなる光ファイバ束８６を、１本の受光用光ファイバ９２の周囲に等間隔をあけて配列することにしてもよい。この場合には、全ての投光用光ファイバ８５により発せられた光の前腕Ｂの組織内において拡散された戻り光が全て、中央の受光用光ファイバ９２によって受光されることになる。

また、標準反射板９１を用いることなく、図２０に示されるように、測定ヘッド５において参照光Ｓ４′を同時に検出し、信号光Ｓ４と参照光Ｓ４′とを別個の回折格子８２，９３により分光し、別個のリニアアレイセンサ８３，９４によって検出することにしてもよい。この場合には、図２１に示されるように、図１７と同様に配列された最外周の６本の投光用光ファイバ８５のそれぞれに、他の受光用光ファイバ９２よりも近接して、例えば、０．２〜０．３ｍｍの間隔で参照光検出用の受光用光ファイバ９６を配置することにすればよい。また、図２２に示されるように、図１９と同様に配列された投光用光ファイバ８５のいずれかに近接して１本の参照光検出用の受光用光ファイバ９６を配置することとしてもよい。

このようにすることで、参照光検出用の受光用光ファイバ９６は、前腕Ｂの表面に近い、比較的浅い表皮領域に進達した参照光Ｓ４′を受光することができる。したがって、前腕Ｂ表面の状態を表す、参照光Ｓ４′を受光することができ、これを利用して、前腕Ｂ表面のゆらぎノイズを除去することが可能となる。

また、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１においては、信号光検出器５４および分岐光検出器５７からの出力信号をそれぞれ別個のアンプ７１で増幅し、別個のロックイン検波器７２およびＡ／Ｄ変換器７３を介してコンピュータ６０に入力し、該コンピュータ６０において差分処理を行うこととしたが、これに代えて、差動アンプ（図示略）に入力することにより、得られた差分信号を単一のロックイン検波器７２およびＡ／Ｄ変換器７３を介してコンピュータ６０に入力することにしてもよい。

また、カメラ１０ａ，１０ｂにより撮像した密着前後の前腕の画像に基づいて、画像比較部７５において位置ずれの検出が行われたときにその旨を表示する報知部としてモニタ７７を採用したが、これに代えて、音声により表示するスピーカを採用してもよい。
また、光学式に測定する生体情報として、被測定者Ａの体内のグルコース濃度を例に挙げて説明したが、これに代えて、他の生体情報の測定に適用することとしてもよい。

本発明の一実施形態に係る光学式生体情報測定装置の全体構成を示す斜視図である。 図１の光学式生体情報測定装置の腕置き部および移動機構を示す側面図である。 図２の腕置き部を示す平面図である。 図１の光学式生体情報測定装置の腕置き部に載置した前腕が測定ヘッドに密着している状態を示す一部を破断した正面図である。 図３の腕置き部における第１の突当部を説明する側面図である。 図５の第１の当節部を説明する正面図である。 図１の光学式生体情報測定装置の測定ヘッドの先端面に配列された種々の端子およびセンサを示す正面図である。 図７の測定ヘッドの背面に配置されたペルチェ素子を示す背面図である。 図１の光学式生体情報測定装置の測定装置本体の内部構造を模式的に示すブロック図である。 図９の測定装置本体内の参照光分岐部を示す図である。 図１の光学式生体情報測定装置の測定ヘッドに設けられたグルコース濃度測定端子の先端面を示す図である。 図１の光学式生体情報測定装置の腕置き部に載置された前腕の位置検出用システムを示すブロック図である。 図１の光学式生体情報測定装置の測定ヘッドにカバーを有する変形例を示す図である。 図１の光学式生体情報測定装置において、圧力センサの接触圧力信号を用いて、スライダの移動量を制御する場合のシステムを示す図である。 アクチュエータとしてモータを用いた場合の図１４と同様の図である。 図９の測定装置本体の変形例を示すブロック図である。 図９の測定装置本体が用いられる場合のグルコース濃度測定端子の先端面における光ファイバの配列を示す図である。 回折格子に向けて受光した光を照射する受光用光ファイバの端面の配列を示す図である。 図１７のグルコース濃度測定端子の先端面における光ファイバの配列の変形例を示す図である。 図９の測定装置本体の他の変形例を示すブロック図である。 図２０の測定装置本体が用いられる場合のグルコース濃度測定端子の先端面における光ファイバの配列を示す図である。 図２１のグルコース濃度測定端子の先端面における光ファイバの配列の変形例を示す図である。

符号の説明

Ａ 被測定者
Ｂ 前腕
１ グルコース濃度測定装置（光学式生体情報測定装置）
３ 腕置き部
４ 移動機構
５ 測定ヘッド（光学式測定ヘッド）
４１ グルコース濃度測定端子（光検出部）
４２ 血流計端子（血流検出部）
４３ 水分計端子（水分検出部）
４４ 脂肪計端子（脂肪検出部）
４５ 温度センサ（体温検出部）
４９ ペルチェ素子（温度調節手段）

Claims (2)

1. 被測定者の前腕を位置決め状態に載置する腕置き部と、
   該腕置き部に載置された前腕に密着させられる光学式測定ヘッドと、
   該光学式測定ヘッドまたは腕置き部を相対的に移動させ、光学式測定ヘッドを前腕に密着させる移動機構とを備え、
   前記光学式測定ヘッドに、前腕内部に光を照射して戻り光を検出する光検出部が備えられるとともに、肌の水分量を検出する水分検出部、脂肪量を検出する脂肪検出部、血流量を検出する血流検出部または体温を検出する体温検出部のいずれか少なくとも１つが備えられ、
   これら光検出部と他の検出部とが前腕の長手方向に沿って配列されている光学式生体情報測定装置。
2. 前記光学式測定ヘッドに、前記光検出部の温度を所定の温度に保持する温度調節手段が設けられている請求項１に記載の光学式生体情報測定装置。

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