JP2007229320A - 成分濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、成分濃度測定の再現性を向上することのできる成分濃度測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る成分濃度測定装置は、被検体の所定の部位を押圧する押圧手段を備え、押圧手段の押圧している部位へ光照射手段が強度変調光を照射し、音圧検出手段が音響波の音圧を検出することで、押圧手段の押圧している部位に伝搬する光音響信号を測定する成分濃度測定装置であって、押圧手段に設けた貫通孔によって被検部の内部の血液等の体液が貫通孔で囲まれた内側に堰きとめ、押圧手段による被検体中の血液等の体液の押し出しを防ぐことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、人間又は動物の被検部の非侵襲な成分濃度測定装置に関し、特に光音響測定法によって血液成分濃度を測定する装置に関する。

高齢化が進み、成人病に対する対応が大きな課題になりつつある。血糖値などの検査においては血液の採取が必要なために患者にとって大きな負担となるので、血液を採取しない非侵襲な血液成分濃度測定装置が注目されている。現在までに開発された非侵襲な血液成分濃度測定装置としては、皮膚内に電磁波を照射し、測定対象とする血液成分、例えば、血糖値の場合はグルコース分子に吸収され、局所的に加熱して熱膨張を起こして生体内から発生する音響波を観測する、光音響法が注目されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、光音響法による血液成分濃度測定装置は、グルコースと電磁波との相互作用は小さく、また生体に安全に照射しうる電磁波の強度には制限があり、生体の血糖値測定においては、十分な効果をあげるに至ってない。

図９は、光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例である。図９に示す血液成分濃度測定装置８０は、駆動回路８１、パルス光源８３及び波形観測器８４を格納する（例えば、非特許文献１参照。）。開口部８６は、筺体８５に形成され、被検部８９が挿入される。駆動回路８１はパルス状の励起電流をパルス光源９３に提供し、パルス光源８３はサブマイクロ秒の持続時間を有する光パルスを発生させる。パルス光源８３によって発生された光パルスは、被検部８９に照射される。光パルスは被検部８９の内部にパルス状の光音響信号と呼ばれる音響波を発生させる。発生した音響波は、音響検出器８２によって検出され、更に音圧に比例した電気信号に変換される。

変換された電気信号の波形は波形観測器８４により観測される。波形観測器８４は上記励起電流に同期した信号によりトリガーされ、変換された電気信号は波形観測器８４の管面上の一定位置に表示される。変換された電気信号は、積算・平均して測定することができる。このようにして得られた電気信号の振幅を解析して、被検部８９の内部の血糖値、すなわちグルコースの量が測定される。図９に示す例の場合はサブマイクロ秒のパルス幅の電気信号を測定している。
特開２００５−１９２６１１号公報 オウル大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｏｕｌｕ、Ｆｉｎｌａｎｄ）学位論文「Ｐｕｌｓｅ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｅｃｈｎｉｑｕｓ ａｎｄ ｇｌｕｃｏｓｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｈｕｍａｎ ｂｌｏｏｄ ａｎｄ ｔｉｓｓｕｅ」（ＩＢＳ ９５１−４２−６６９０−０、ｈｔｔｐ：／／ｈｅｒｋｕｌｅｓ．ｏｕｌｕ．ｆｉ／ｉｓｂｎ９５１４２６６９００／、２００２年）

光音響信号を逐次観察するために被検体に装着する場合を考える。パルス光を被検体に照射する際に、パルス光の出射端を被検体に押圧する。従来は、光音響発生源と音響検出器との設置の位置関係は体動によりずれるので、押圧圧力にずれが生じていた。

パルス光の照射位置に関して、被検体とパルス光の出射端及び音響検出器との位置が変化すると、パルス光が当たっている被検部の形状や状態が変化する。特に、測定対象が生体中の血管内部の成分の場合、パルス光が照射されている血管の分布が変化してしまえば、音響波の音源の分布や光音響信号の強度も変化してしまう。

音響波検出に関しても、体動によって音響検出器と被検部との接触面積が変化すると、光音響現象により生じた音響波の音響検出器への伝搬を阻害する。このため、固定されていない被検体の光音響信号を測定するときに、得られた光音響信号の強度が安定しないという問題があった。

又、被検体の体内を伝搬した音響波を検出する際、音響波検出器を被検部に押圧し、被検部と音響波検出器とを密着させる。このとき、体動などにより押圧圧力が変化すると、被検部と音響波検出器との境界面の音響インピーダンスが変化する。境界面の音響インピーダンスの変化は、音響波の伝搬のしやすさを変化させるため、音響検出器の検出する音響波の出力強度が変化し、結果的に光音響信号の出力強度が変化する。このため、音響波検出器を被検部に押圧する強さによっても、光音響信号の出力強度に変化が生じるという問題があった。

このような体動等に伴う光音響信号の出力強度の不安定性により逐次観察が困難であるという問題があった。この問題を解決する方法として、特開平１１−４７１１８号公報に示されているように接触圧力を一定にし、密着性を高めるための方法として、被検体の上下から風船などで押圧して固定する方法が開示されている。しかし、この方法では、被検部全体を押圧するため、被検体内部の血液等の体液が被検部から押し出されてしまう可能性があった。このため実際の被検体と状態が異なってしまい、理想的な測定が困難であった。又、この方法では圧力を測定するために圧力検出器を別途取り付ける必要があり、装置が煩雑になるという問題があった。

そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、成分濃度測定の再現性を向上することのできる成分濃度測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る成分濃度測定装置は、被検体の所定の部位を押圧する押圧手段を備え、押圧手段の押圧している部位へ光照射手段が強度変調光を照射し、音圧検出手段が音響波の音圧を検出することで、押圧手段の押圧している部位に伝搬する光音響信号を測定する成分濃度測定装置であって、押圧手段に貫通孔を設けることで被検部の内部の血液等の体液が貫通孔で囲まれた内側に堰きとめ、押圧手段による被検体中の血液等の体液の押し出しを防ぐことを特徴とする。

具体的には、本発明に係る成分濃度測定装置は、被検部を押圧する押圧手段と、一定周波数で強度変調された強度変調光を、前記被検部に向けて照射する光照射手段と、前記光照射手段が前記被検部に照射した強度変調光によって発生する音響波を検出し、当該音響波の音圧に応じた信号強度を有する光音響信号を出力する音圧検出手段と、を備える成分濃度測定装置であって、前記押圧手段は、前記被検部に接触する押圧面に到達する貫通孔を有し、前記光照射手段は、前記貫通孔から前記被検部へ前記強度変調光を照射することを特徴とする。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記押圧手段は、前記被検部を挟んで押圧し、前記貫通孔及び前記光照射手段が、前記押圧手段のうちの前記被検部を挟む一方に配置され、前記音圧検出手段が、前記押圧手段のうちの前記被検部を挟む他方の前記押圧面に、前記貫通孔と対向して配置されていることが好ましい。音圧検出手段が押圧面に配置されているので、音圧検出手段を被検部に密着させることができる。これにより、音圧検出手段は、音響波の音圧を良好に検出することができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記押圧手段の押圧する押圧圧力を増減する圧力調節手段をさらに備えることが好ましい。圧力調節手段をさらに備えることで、被検部を押圧する押圧圧力を増減し、押圧圧力を一定に保つことができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記圧力調節手段は、前記押圧面に略垂直方向に伸縮する袋体であり、前記袋体の内気圧の増減によって前記袋体を伸縮させ、前記押圧圧力を増減することが好ましい。圧力調節手段が伸縮する袋体であることで、押圧面全体で被検部に押圧圧力を印加することができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記押圧手段の前記被検部を押圧する押圧圧力を検出し、前記押圧圧力に応じた押圧圧力値を出力する押圧圧力検出手段をさらに備えることが好ましい。押圧圧力値を検出することで、押圧圧力値に応じて成分濃度を補正することができる。又、押圧圧力値に応じて圧力調節手段を調節し、押圧圧力を増減することができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記押圧手段の前記被検部を押圧する押圧圧力を検出し、前記押圧圧力に応じた押圧圧力値を出力する押圧圧力検出手段と、前記圧力調節手段に前記押圧圧力を増減させる圧力制御手段をさらに備え、前記圧力制御手段は、前記押圧圧力値が予め定められた一定圧力値よりも大きければ前記圧力調節手段に前記押圧圧力を減少させ、前記押圧圧力値が前記一定圧力値よりも小さければ前記圧力調節手段に前記押圧圧力を増加させることが好ましい。押圧圧力検出手段及び圧力制御手段をさらに備えることで、押圧圧力値に応じて圧力調節手段を自動で調節し、押圧圧力を一定圧力に保つことができる。圧力制御手段が押圧圧力を一定に保つので、成分濃度を安定して測定することができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記音圧検出手段の出力する前記光音響信号を複製又はスイッチングにより分岐する分岐手段と、前記分岐手段の一方の後段に、前記光音響信号の少なくとも前記一定周波数よりも低い周波数を通過させ、前記一定周波数以上の周波数を遮断するローパスフィルタと、をさらに備え、前記ローパスフィルタは、前記押圧手段の前記被検部を押圧する押圧圧力に応じた押圧圧力値として出力することが好ましい。分岐手段及びローパスフィルタをさらに備えることで、音圧検出手段に印加される押圧圧力を検出することができる。これにより、音響波を検出する被検部に印加されている圧力すなわち押圧圧力を正確に検出することができる。又、押圧圧力を検出する圧力センサを別途設けることなく押圧圧力を検出することができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記音圧検出手段の出力する前記光音響信号を複製又はスイッチングにより分岐する分岐手段と、前記分岐手段の一方の後段に、前記光音響信号の少なくとも前記一定周波数よりも低い周波数を通過させ、前記一定周波数以上の周波数を遮断するローパスフィルタと、前記圧力調節手段に前記押圧圧力を増減させる圧力制御手段と、をさらに備え、前記ローパスフィルタは、前記押圧手段の前記被検部を押圧する押圧圧力に応じた押圧圧力値として出力し、前記圧力制御手段は、前記押圧圧力値が予め定められた一定圧力値よりも大きければ前記圧力調節手段に前記押圧圧力を減少させ、前記押圧圧力値が前記一定圧力値よりも小さければ前記圧力調節手段に前記押圧圧力を増加させることが好ましい。分岐手段及びローパスフィルタをさらに備えることで、音圧検出手段に印加される押圧圧力を検出することができる。これにより被検体との接触面における正確な押圧圧力を検出することができる。又、押圧圧力を検出する圧力センサを別途設けることなく押圧圧力を検出することができる。更に、圧力制御手段が押圧圧力を一定に保つので、成分濃度を安定して測定することができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記圧力制御手段は、前記一定圧力値よりも大きい圧力値にあらかじめ設定された初期圧力値が前記押圧圧力値として入力されるまで前記圧力調節手段に前記押圧圧力を増加させ、前記一定圧力値が前記押圧圧力値として入力されるまで徐々に前記圧力調節手段に前記押圧圧力を減少させることが好ましい。初期圧力まで押圧圧力を一旦増加させることで、音圧検出手段と被検部との間に空気が含まれることを防ぎ、音圧検出手段と被検部とのの密着性を高めることができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記音圧検出手段の後段に、前記光照射手段の強度変調する前記一定周波数を含む周波数帯域を通過させ、当該周波数帯域を除いて遮断するバンドパスフィルタをさらに備えることが好ましい。バンドパスフィルタが光照射手段の強度変調する前記一定周波数を抽出することで、光音響信号のＳＮ比を向上させることができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記押圧手段の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出する温度が所定温度よりも高い場合は前記押圧手段を冷却し、前記温度検出手段の検出する温度が所定温度よりも低い場合は前記押圧手段を加熱する温度調節手段をさらに備えることが好ましい。光音響信号の測定時における押圧手段及び被検部の温度を一定に保つことができる。これにより、被検部の温度変化による光音響信号の不安定性を取り除くことができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記押圧手段の前記押圧面が、弾性を有する高分子材料で形成されていることが好ましい。音響波を反射させずに透過させ、位相のずれを防ぐことができる。又、高分子材料で形成することにより、押圧手段を被検部に密着させ、被検部の固定状態を安定させることができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記押圧手段は、前記押圧面と略垂直方向に伸縮し、前記押圧面を前記被検部に押し付ける伸縮バネをさらに有することが好ましい。押圧手段が伸縮バネをさらに有することで、被検部体が移動した場合であっても、押圧手段は被検部を安定して押圧することができる。押圧手段の押圧圧力のバラつきによる成分濃度の不安定性を軽減することができる。

本発明に係る成分濃度測定装置では、前記音圧検出手段は、前記音響波の音圧を受けて振動する検出端子を有し、当該検出端子が前記押圧面から前記被検部へ向けて突出していることが好ましい。音圧検出手段が検出端子を備えることで、微弱な音響波も感度よく検出することができる。

本発明に係る成分濃度測定装置は、光照射手段が被検部へ強度変調光を照射し、音圧検出手段が音響波の音圧を検出するので、光音響信号を測定することができる。ここで、押圧手段が設けられているので、被検部を固定し、体動による被検部のずれを防ぐことができる。更に、押圧手段に貫通孔が設けられているので、被検部の内部の血液等の体液が貫通孔で囲まれた内側に堰きとめられる。光照射手段は、被検部のうちの貫通孔で囲まれた内側に強度変調光を照射するので、堰きとめられている体液に含まれる測定対象の成分濃度を測定することができる。これにより、被検体内部の血液等の体液が被検部から押し出されてしまう可能性があるという問題を解決することができる。よって、成分濃度測定の再現性を向上することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。

図１は、本実施形態に係る成分濃度測定装置の一例を示す構成図である。図１に示す成分濃度測定装置９１は、押圧手段１１と、光照射手段１２と、音圧検出手段１３と、を備え、押圧手段１１は、被検部１０１に接触する押圧面２１に到達する貫通孔２２を有し、光照射手段１２は、貫通孔２２から被検部１０１へ強度変調光１を照射することを特徴とする。成分濃度測定装置９１は、圧力調節手段１４と、圧力制御手段１６と、温度検出手段１７と、温度調節手段１８と、分岐手段３４と、バンドパスフィルタ３５と、ローパスフィルタ３６と、出力部４０と、をさらに備えることが好ましい。

押圧手段１１は、被検部１０１を押圧する。押圧手段１１は、例えば、被検部１０１を挟んで押圧するものである。図１に示すように、上部押圧手段１１ａと下部押圧手段１１ｂとを有し、被検部１０１を上下の方向から挟み込むものが好ましい。下部押圧手段１１ｂは、例えば板状体であり、被検部１０１が手又は指の一部であれば、被検体１０２の手又は指を乗せることのできるものが好ましい。被検部１０１は、例えば、指、水かき、手の平等の手の一部又は耳珠等の外耳である。押圧手段１１は、可撓性を有することが好ましい。可撓性を有することで、被検部１０１との密着性を向上させ、被検部１０１の固定状態を安定化することができる。例えば押圧手段１１を高分子材料にて形成することで、可撓性をもたせることができる。

押圧手段１１は、被検部１０１に接触する押圧面２１に到達する貫通孔２２を有する。図１では、貫通孔２２が、押圧手段１１のうちの被検部１０１を挟む一方の押圧手段である上部押圧手段１１ａに配置されている。押圧手段１１に貫通孔２２が設けられているので、被検部１０１の内部の血液等の体液を貫通孔２２で囲まれた内側に堰き止め、成分濃度を測定すべき体液が押圧手段１１によって押し出されることを防ぐことができる。このため、貫通孔２２の大きさは、測定対象の体液が押し出されない程度の大きさであることが好ましく、皮膚や脂肪の厚さ等の被検体１０２ごとに変更可能であることが好ましい。貫通孔２２のうちの開放された一方の端部が押圧面２１となり、開放された他方の端部に光照射手段１２が配置されている。貫通孔２２の押圧面２１側は、被検部１０１が露出しており、そこに体液が堰き止められている。光照射手段１２は、貫通孔２２の開放された他端から、体液が堰き止められている被検部１０１に強度変調光１を照射することができる。押圧手段１１は、例えば、Ｆｅ、Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属で形成されていることが好ましい。押圧手段１１が金属で形成されていることで、被検部１０１の上面で生じた音響波２を押圧手段１１の押圧面２１で反射し、音圧検出手段１３へ到達する音響波２を増加させることができる。

押圧手段１１は、弾性を有する高分子材料で形成されていることが好ましい。被検部１０１との密着性を向上させ、被検部１０１の固定状態を安定化することができる。又、押圧手段１１が弾性を有する高分子材料で形成されていることで、吸音構造とすることができる。例えば、光を照射する位置及び音圧検出手段１３の位置以外の被検部１０１を固定する部分を吸音構造とすることにより、所望の伝搬パス以外の音響波２を吸収し、ＳＮ比を向上させることができる。例えば、被検部１０１内で発生した音響波２のうち、発生直後上部へ伝搬し、その後境界面で反射して下部伝搬される音響波２は位相がずれていることがあるため、雑音要因になりうる。そこで、上部押圧手段１１ａを高分子材料で形成することにより、上部押圧手段１１ａへ入射する音響波２を再び被検部１０１に反射させずに透過させ、下部押圧手段１１ｂにある音圧検出手段１３の方向への所望の伝搬パス以外の音響波２の反射を減少させることができる。又、下部押圧手段１１ｂに対して高分子材料を用いることにより、下部押圧手段１１ｂに入射してきた所望の伝搬パス以外の音響波２などの雑音要因となる音響波の吸音効果が得られるので、ＳＮを向上させることができる。上記のように他の伝搬パスの音響波２を吸収して少なくすることができるので、異なる伝搬パスの音響波の干渉を減少させ、位相を安定させ、位相のずれを防ぐことができる。

高分子材料としては、例えば、ゴム又は合成樹脂がある。ゴムとしては、例えば、汎用ゴム、特殊ゴム又は熱可塑性エラストマーがある。合成樹脂としては、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂がある。合成樹脂は、添加剤が含まれていてもよい。添加剤としては、例えば、可塑剤、分散剤、強化剤がある。可塑剤は、弾性を有さない有機高分子材料に添加することで、柔軟性や弾性を有する有機高分子材料とすることができる。高分子材料は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂が好ましい。

押圧手段１１は、金属材料及び高分子材料の両方から形成されていてもよい。音響波２を反射すべき部分には金属材料を用い、反射が望ましくない部分には高分子材料により音響波２を透過又は吸収させ、所望の構造とすることができる。

押圧手段１１は、押圧面２１と略垂直方向に伸縮し、押圧面２１を被検部１０１に押し付ける伸縮バネをさらに有することが好ましい。例えば、押圧手段１１は伸縮バネを介して支持部２６と接続されていることが好ましい。また、上部押圧手段１１ａが多層から構成されていて、それぞれの層の間に伸縮バネが設けられていてもよい。このように、押圧手段１１が伸縮バネをさらに有することで、被検部１０１が振動した場合であっても、押圧手段１１は被検部１０１を安定して押圧することができる。

図２は、押圧手段の第１形態を示す斜視図である。図２に示す押圧手段１１は、図１と同様に、上部押圧手段（図１の符号１１ａ）と下部押圧手段１１ｂとで構成されているが、上部押圧手段については省略した。下部押圧手段１１ｂ上に手１１０が載せられていて、腕１１１と各指１１２〜１１６のそれぞれが、固定手段１９ａ〜１９ｆで下部押圧手段１１ｂに固定されている。図２に示す押圧手段では、図１に示す押圧手段１１と異なり、下部押圧手段１１ｂに貫通孔２２が設けられている。よって、この場合には、下部押圧手段１１ｂと接触している手の表面に、強度変調光が照射される。図２に示すように、固定手段１９ｂ〜１９ｆは、指１１２〜１１６のそれぞれを固定することが好ましく、これにより、下部押圧手段１１ｂ上に手を載せた際に、手の一定部分を貫通孔２２の位置に配置することができる。これにより、下部押圧手段１１ｂから手を着脱した場合に、同一部分を貫通孔２２から露出させ、同一部分に強度変調光を照射することができる。さらに、本実施形態に係る成分濃度測定装置９１は、下部押圧手段１１ｂ上に手を載せた際に、指１１２〜１１６のそれぞれの間の水かき部分と接触する柱２３ａ〜２３ｄを備えることが好ましい。

図３は、押圧手段の第２形態を示す斜視図である。図３に示す押圧手段１１は、上部押圧手段１１ａと下部押圧手段１１ｂとが、手１１０の甲１１７と手の平から手１１０を挟んで押圧する。上部押圧手段１１ａと下部押圧手段１１ｂの両端は、接続部３０で接続されている。上部押圧手段１１ａ及び又は下部押圧手段１１ｂは、接続部３０を回転軸として回転することが好ましい。又、上部押圧手段１１ａ及び又は下部押圧手段１１ｂは接続部３０に接続されている位置が可変であり、接続部３０上の部押圧手段１１ａと下部押圧手段１１ｂの距離の大きさが可変であることが好ましい。

図４は、押圧手段の第３形態を示す斜視図である。図４に示す押圧手段１１は、上部押圧手段１１ａと下部押圧手段１１ｂとが、手１１０の指１１２と指１１３との間の水かきを挟んで押圧する。押圧手段１１が押圧する水かきは、指１１２〜１１６のうちのいずれの指の間の水かきであってもよい。なお、押圧手段の第２形態及び押圧手段の第３形態において押圧手段１１が押圧するものは、指１１３に限定するものではなく、腕（不図示）や手（不図示）であってもよい。

図５は、押圧手段の第４形態を示す斜視図である。図５に示す押圧手段１１は、指１１３を取り囲む環状リングである。押圧手段１１が環状リングであることで、押圧手段１１は、環状リングの内径を小さくし、環状リングの内側に配置された指１１３を押圧することができる。押圧手段１１は、柔軟性があり、形状が変化するものが好ましい。柔軟性があるものとしては、例えば、布、ゴム又は樹脂がある。押圧手段１１は、帯状のものが周回することで環状となるものでもよい。なお、押圧手段１１が押圧するものは、指１１３に限定するものではなく、腕（不図示）や手（不図示）であってもよい。

図１に示す光照射手段１２は、一定周波数で強度変調された強度変調光１を、被検部１０１に向けて照射する。例えば、光源（不図示）と、強度変調器（不図示）と、光照射部（不図示）と、を備え、光源の発生させる光を強度変調器が一定周波数で強度変調し、その強度変調光１を被検部１０１に向けて照射する。光照射手段１２は、貫通孔２２から被検部１０１へ強度変調光１を照射する。光照射手段１２の出射した強度変調光１は、貫通孔２２の開放された一端から貫通孔２２を通過して、貫通孔２２の開放された他端から出射される。貫通孔２２の開放された他端は押圧面２１上に配置されており、押圧面２１の押圧している被検部１０１へ強度変調光１を照射する。なお、光照射手段１２は、押圧手段の内側に埋め込まれ、光照射手段１２の出射端から押圧面２１に向けて貫通孔２２が設けられていてもよい。

例えば、強度変調器（不図示）は、光源の発生させる光を強度変調器が一定周波数で強度変調する。一定周波数は、例えば音響振動数である。強度変調は、例えば電気的に強度変調する。光源は、強度変調器によって一定周波数で強度変調された光を発生させる。光源は、例えば光を発生させる半導体レーザ又は発光素子である。光源は半導体レーザが好ましく、ヒータ又はペルチェ素子を用いて加熱又は冷却することで、発生させる光の波長を変化させることができる。又、光源の波長は、測定対象に特有な吸収波長帯域であることが好ましい。例えば、測定対象がグルコースであれば１６００ｎｍ〜１７５０ｎｍである。測定対象に特有な吸収波長帯域であることで、被検体１０２中の測定対象に強度変調光１を吸収させ、測定対象の音響波２を発生させることができる。光照射部（不図示）は、強度変調器の強度変調する強度変調光１を被検部１０１に向けて照射する。被検部１０１は、被検体のうち、押圧手段１１に押圧されている部分である。

光照射手段１２が、押圧手段１１のうちの被検部１０１を挟む一方の上部押圧手段１１ａに配置されることが好ましい。貫通孔２２が設けられている押圧手段１１ａに配置されることで、なお、貫通孔２２が下部押圧手段１１ｂに設けられている場合は、光照射手段１２は下部押圧手段１１ｂに配置されることが好ましい。

図１に示す音圧検出手段１３は、光照射手段１２が被検部１０１に照射した強度変調光１によって発生する音響波２の音圧を検出し、当該音響波２の音圧に応じた信号強度を有する光音響信号３を出力する。音圧検出手段１３は、音響波２を音圧に応じた電気信号に変換する。音響波２は超音波であるので、音圧検出手段１３は超音波の振動を検出するものである。このため微小な圧力変動を検出することのできるものが好ましく、例えば圧電素子が好ましい。圧電材料は応力を加えることにより、その応力によるひずみ量に応じた信号量を取り出すことができる。応力が音響波２により加わるとき、音響波２の周波数に応じた信号が発生する。光音響信号３を測定することで測定対象の成分濃度を測定することができる。例えば、測定対象がグルコースであれば、グルコースの濃度を測定することができる。これにより、血糖値を測定することができる。

音圧検出手段１３は、被検部１０１と接触する表面に音響整合物質が設けられていることが好ましい。音響整合物質の音響インピーダンスは人体や水と同一かそれに近いことが好ましい。音響整合物質をさらに備えることで、被検部１０１で発生する音響波２の伝達効率を向上することができる。又、音圧検出手段１３は、被検部１０１と接触する表面に、液又はジェルが塗布されていることが好ましい。例えばグリースである。なお、音圧検出手段１３は、上部押圧手段１１ａの押圧面２１に印加される音圧を検出してもよいし、図１に示すように、下部押圧手段１１ｂの押圧面２１に印加される音圧を検出してもよい。

音圧検出手段１３が、押圧手段１１のうちの被検部１０１を挟む他方の押圧手段１１ｂの押圧面２１に、貫通孔２２と対向して配置されていることが好ましい。音圧検出手段１３が押圧面２１に配置されているので、音圧検出手段１３を被検部１０１に密着させることができる。これにより、音圧検出手段１３は、音響波２の音圧を良好に検出することができる。更に、音圧検出手段１３が貫通孔２２と対向して配置されているので、被検部１０１で伝搬された音響波２を効率よく検出することができる。また、検出する音響波２の位相の変化を少なくすることができる。

音圧検出手段１３が貫通孔２２と対向して配置されている場合は、押圧手段１１の装着時に、貫通孔２２と音圧検出手段１３との間に被検体１０２の骨が配置されないことが好ましい。貫通孔２２と音圧検出手段１３との間に被検体１０２の骨が配置されていると、貫通孔２２によって堰き止められている体液で発生した音響波２が被検体１０２の骨によって遮られ、音圧検出手段１３へ直接伝搬されないためである。又、音響波２が被検体１０２の骨によって反射され、音響波２の位相が変化する場合があるからである。このため、前述の図４に示す押圧手段の第３形態のように、押圧手段１１が手１１０の水かきを押圧し、貫通孔２２と音圧検出手段１３との間に手１１０の水かきが配置されることが好ましい。手１１０の水かきは骨がないため、骨によって遮られたり反射されたりしていない音響波２を音圧検出手段は検出することができる。又、前述の図２に示す押圧手段の第１形態又は前述の図３に示す押圧手段の第２形態であれば、音圧検出手段は手１１０の甲のうち、手１１０の平付近で発生した音響波２が手の骨に遮られずに通過する位置に配置されていることが好ましい。又、前述の図５に示す押圧手段の第４形態であれば、押圧手段１１に貫通孔と音圧検出手段とが指１１３の骨を避けて対向するよう配置されることが好ましい。このように、音響波２の伝搬経路から骨を避けることで、発生した音響波２が骨で反射されたり、遮られたりすることを防ぐことができる。

音圧検出手段１３は、音響波２の音圧を受けて振動する検出端子を有し、当該検出端子が押圧面２１から被検部１０１へ向けて突出していることが好ましい。例えば、検出端子は、下部押圧手段１１ｂの上面から突出している突起である。押圧面２１からの突出は、例えば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。音圧検出手段１３が検出端子を備えることで、微弱な音響波２を感度よく検出することができる。

分岐手段３４は、音圧検出手段１３の出力する光音響信号３を分岐するものである。光音響信号３を複製して分岐してもよいし、光音響信号３をスイッチングして分岐してもよい。複製による分岐は、例えば分岐回路を用いる。押圧により応力が加わると、押圧は定常的な圧力なので、一定の値、すなわち光照射手段１２の強度変調する一定周波数よりも低い周波数の交流成分として信号を取り出すことができる。よって、光音響信号３を分岐することで、音圧検出手段１３に印加される圧力を検出することができる。これにより、音響波２を検出する被検部１０１に印加されている圧力すなわち押圧圧力を正確に検出することができる。分岐手段３４がスイッチングによる場合は、スイッチにより、押圧圧力値４の検出時はローパスフィルタ３６と、光音響信号３の測定時はバンドパスフィルタ３５を、選択的にスイッチングすることができる。分岐した出力先は、本実施形態では図１に示すように、バンドパスフィルタ３５とローパスフィルタ３６になっていることが好ましい。

ローパスフィルタ３６は、分岐手段３４の一方の後段に、光音響信号３の少なくとも前記一定周波数よりも低い周波数を通過させ、前記一定周波数以上の周波数を遮断する。ここで、一定周波数は、光照射手段１２の強度変調する一定周波数である。そして、ローパスフィルタ３６は、通過させた光音響信号３を、押圧手段１１の被検部１０１を押圧する押圧圧力に応じた押圧圧力値４として出力する。ローパスフィルタ３６は、少なくとも前記一定周波数よりも低い周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタであってもよい。光音響信号３の前記一定周波数よりも低い周波数成分を取り出すことで、音響波２を検出する被検部１０１に印加されている圧力すなわち押圧圧力を正確に検出することができる。又、押圧圧力を検出するための圧力センサを別途設けることなく押圧圧力を検出することができる。

なお、本実施形態では、分岐手段３４及びローパスフィルタ３６を備える代わりに、押圧手段１１が被検部１０１を押圧する押圧圧力を検出し、押圧圧力に応じた押圧圧力値４を出力する押圧圧力検出手段（不図示）を備えていてもよい。押圧圧力検出手段は、例えば、上部押圧手段１１ａ又は下部押圧手段１１ｂに印加される圧力を検出する圧力センサである。圧力センサは、薄ゲージ式や、半導体ストレインゲージを使った圧力トランスデューサーレインゲージ式や、圧電式、光ファイバー式がある。音圧検出手段１３で説明した圧電素子を用いることができるが、音圧検出手段１３のような超音波を検出する必要はない。音圧検出手段１３が押圧面２１の一部に配置される場合、押圧圧力検出手段は、音圧検出手段１３が被検部１０１を押圧している圧力を検出することが好ましく、これにより音圧検出手段１３に印加される圧力変動に応じて光音響信号の変動を補正することができる。

バンドパスフィルタ３５は、音圧検出手段１３の後段に配置され、光照射手段１２の強度変調する前記一定周波数を含む周波数帯域を通過させ、当該周波数帯域を除いて遮断する。本実施形態では、図１に示すように、分岐手段３４の分岐した線路のうち、ローパスフィルタ３６に接続されていない側の後段に配置されている。そして、前記一定周波数の周波数成分を抽出した狭帯域光音響信号７を出力する。光音響信号３から狭帯域光音響信号７へ周波数帯域を狭めることで、生体情報に由来する光音響信号３のＳＮ比を向上させることができる。

圧力調節手段１４は、押圧手段１１の押圧する押圧圧力を増減する。圧力調節手段１４は、例えば、上部押圧手段１１ａと下部押圧手段１１ｂとの距離を変化させるものである。例えば、押圧面２１に略垂直な方向に押圧面２１を移動させるネジ、バネ、レール又は袋体である。

図６は、圧力調節手段の第１形態を示す模式図である。図６に示す圧力調節手段１４は、万力と同様の機構を有する。圧力調節手段１４は、下部押圧手段１１ｂと固定されたフレーム２５と、上部押圧手段１１ａと固定された支持部２６と、フレーム２５に設けられたメスねじと咬合する雄ねじ２４と、を有する。雄ねじ２４は自由に回転する状態で支持部２６に取り付けられており、雄ねじ２４がフレーム２５に設けられたメスねじと咬合することで支持部２６とフレーム２５とが接続されている。雄ねじ２４が回転すると、フレーム２５のメスねじに咬合している雄ねじ２４の位置が移動することで、支持部２６とフレーム２５との相対位置が変化する。このように、圧力調節手段１４をさらに備えることで、被検部１０１を押圧する押圧圧力を増減して一定に保つことができる。これにより、各測定間における押圧手段１１の押圧圧力のバラつきによる成分濃度の不安定性を軽減することができる。

図７は、圧力調節手段の第２形態を示す模式図である。図７に示す圧力調節手段１４は、押圧面２１に略垂直方向Ａに伸縮する袋体２７であり、袋体２７の内気圧の増減によって袋体２７を伸縮させ、押圧圧力を増減する。例えば、エアバッグである。袋体２７の内気圧の増減は、袋体２７の内部と接続された空気ポンプ２８で行う。空気ポンプ２８が袋体２７の内気圧を増加させると、内気圧の増加により袋体２７が膨張し、袋体２７が上部押圧手段１１ａを下部押圧手段１１ｂに向けて押圧する。一方、空気ポンプ２８が袋体２７の内気圧を減少させると、内気圧の減少により袋体２７が収縮し、袋体２７が上部押圧手段１１ａを下部押圧手段１１ｂに向けて押圧する圧力が減少する。図７に示すように、圧力調節手段の第２形態においても下部押圧手段１１ｂと固定されたフレーム２５を設けることが好ましい。フレーム２５を設けることで、上部押圧手段１１ａは、袋体２７の反発力を用いて被検体１０２を押圧することができる。

圧力制御手段１６は、押圧圧力値４に応じて圧力調節手段１４に押圧圧力を増減させる。圧力制御手段１６は、例えば、圧力調節手段１４を制御する情報処理装置である。出力部４０や温度調節手段１８の情報処理装置と共通であってもよい。図１に示す成分濃度測定装置９１では、圧力制御手段１６は、ローパスフィルタ３６の出力した押圧圧力値４に応じて圧力調節手段１４に押圧圧力を増減させる。又、成分濃度測定装置９１が押圧圧力検出手段（不図示）を備える場合は、押圧圧力検出手段（不図示）の出力する押圧圧力値４に応じて圧力調節手段１４に押圧圧力を増減させる。

圧力制御手段１６は、押圧圧力値４が予め定められた一定圧力よりも大きければ圧力調節手段１４に押圧圧力を減少させ、押圧圧力値４が一定圧力よりも小さければ圧力調節手段１４に押圧圧力値４を増加させることが好ましい。一定圧力は、あらかじめ定められた圧力であり、被検体１０２に応じて変更可能であることが好ましい。圧力制御手段１６が押圧圧力を一定に保つので、成分濃度を安定して測定することができる。

圧力制御手段１６は、初期圧力値が押圧圧力値４として入力されるまで圧力調節手段１４に押圧圧力を増加させ、一定圧力値が押圧圧力値４として入力されるまで徐々に圧力調節手段１４に押圧圧力を減少させることが好ましい。初期圧力値まで押圧圧力を一旦増加させることで、音圧検出手段１３と被検部１０１との間に空気が含まれることを防ぎ、音圧検出手段１３と被検部１０１との密着性を高めることができる。初期圧力値は、あらかじめ設定された圧力値であり、前記一定圧力値よりも大きい圧力値である。初期圧力値は、一定圧力値に応じて変化することが好ましく、例えば、一定圧力値よりも一定割合高い圧力値や、一定圧力値よりも一定圧値高い圧力値である。

温度検出手段１７は、押圧手段１１の温度を検出する。例えば、図１に示すように、下部押圧手段１１ｂの温度を検出する。押圧手段１１の温度を検出することで、被検部１０１の温度を検出することができる。温度検出手段１７は、接触式であってもよいし、非接触式であってもよい。接触式には例えば、白金測温抵抗体、サーミスタ又は熱電対がある。非接触式は、赤外線を検出する熱型センサ又は光量子を検出する量子型センサがある。

温度調節手段１８は、温度検出手段１７の検出する温度が所定温度よりも高い場合は押圧手段１１を冷却し、温度検出手段１７の検出する温度が所定温度よりも低い場合は押圧手段１１を加熱する。所定温度は、あらかじめ定められた温度である。所定温度は、被検部１０１での標準的な体温であることが好ましい。又、所定温度は異なる温度に再設定できることが好ましい。温度調節手段１８をさらに備えることで、光音響信号３の測定時における押圧手段１１及び被検部１０１の温度を一定に保つことができる。これにより、被検部１０１の温度変化による光音響信号３の不安定性を取り除くことができる。

固定手段１９は、被検体１０２の特定部位に緩みなく固定されるものである。ここで、特定部位は、被検体１０２のうちの被検部１０１以外の被検部１０１付近の部位である。例えば、被検部１０１が指の一部である場合、固定手段１９は、被検部１０１と同一の指のうちの押圧手段１１が押圧しない部分を取り囲むリングである。又、被検体１０２の手全体を固定するものであってもよい。特定部位は、手や指だけでなく、手の水かきであってもよい。この場合、固定手段１９は、例えば図２に示す柱２３ａ〜２３ｄである。又、被検部が耳珠等の外耳であれば、耳珠や耳輪等の外耳の一部であってもよい。特定部位が固定手段１９と固定されることで、成分濃度測定装置９１を被検体１０２に着脱した際に、被検体１０２のうちの同一位置を被検部１０１となるように成分濃度測定装置９１を被検体１０２に装着することができる。又、光音響信号３の測定時において、被検体の体動や振動に伴う影響を除去し、被検部１０１の音圧検出手段１３と接触する部分に印加される圧力一定にすることができる。

以上説明したように、成分濃度測定装置９１は、光照射手段１２が被検部１０１へ強度変調光１を照射し、音圧検出手段１３が音響波２の音圧を検出するので、光音響信号を測定することができる。ここで、押圧手段１１が設けられているので、被検部１０１を固定し、体動による被検部１０１のずれを防ぐことができる。更に、押圧手段１１に貫通孔２２が設けられているので、被検部１０１の内部の血液等の体液が貫通孔２２で囲まれた内側に堰きとめられる。光照射手段１２は、被検部１０１のうちの貫通孔２２で囲まれた内側に強度変調光１を照射するので、堰きとめられている体液に含まれる測定対象の成分濃度を測定することができる。これにより、被検体内部の血液等の体液が被検部から押し出されてしまう可能性があるという問題を解決することができる。よって、再現性のよい成分濃度測定装置を提供することができる。

なお、上記実施形態においては、代表例として全体を下部押圧手段１１ｂが支え、上部押圧手段１１ａが下部押圧手段１１ｂとの間に配置されている被検部１０１を押圧する例を説明した。押圧手段１１は、被検部１０１の大きさにより変化するので、本図の限りではない。なお、このほかの例として、押圧手段の第４形態で示したように、指を取り囲むリングを押圧手段とし、そのリングで取り囲んだ指から光音響信号３を測定してもよい。

又、音圧検出手段１３、押圧手段１１、圧力調節手段１４等の被検部１０１側の表面には、被検部１０１に当たって発射された強度変調光１の反射光や戻り光を吸収する被覆が施されていることが好ましい。この被覆により反射光や戻り光による２次的な音響波２の発生を防ぐことができ、光音響信号３の測定精度を向上させることができる。又、被検部１０１への外光の照射を避ける暗幕や衝立をさらに備えることが好ましい。これにより外光による音響波２の発生を防止することができる。

又、音圧検出手段１３から出力された信号を外部へ出力する出力部４０をさらに備えていてもよい。出力部４０は、例えば、位相検波検出器、出力端子又は出力装置或いはこれらを組み合わせたものである。出力部４０が位相検波検出器であれば、光照射手段１２の強度変調する一定周波数に応じて位相検波検出を行うことができる。出力部４０が出力端子であれば、音圧検出手段１３が出力する光音響信号３を基に被検部１０１の測定対象の成分濃度を算出する成分濃度算出部（不図示）を設けることができる。出力部４０が出力装置であれば、例えばディスプレイやプリンタである。

本実施形態に係る成分濃度測定装置の動作の一例について図８を用いて説明する。図８は、本実施形態に係る成分濃度測定装置の模式図である。図８に示す成分濃度測定装置９２は、押圧手段１１と、光照射手段１２と、音圧検出手段１３と、圧力調節手段１４と、バンドパスフィルタ３５と、ローパスフィルタ３６と、前置増幅器３７と、分岐手段３４と、を有する。

下部押圧手段１１ｂに、温度検出手段１７と温度調節手段（不図示）が取り付けられており、下部押圧手段１１ｂの上に被検部が載せられている。ここで、図８では、被検部の一例として手の指１１３を示した。光照射手段１２は、強度変調器（不図示）から一定周波数で強度変調を受けている強度変調光１を光源（不図示）から放射する。光照射手段１２より放射された強度変調光１は、上部押圧手段１１ａに設けられている貫通孔２２を通り指１１３に達する。指１１３に達した強度変調光１は励起光として、強度変調光１の強度変調する一定周波数に応じた音響波２が指１１３で発生する。発生した音響波２は下部押圧手段１１ｂに配置されている音圧検出手段１３に到達し、音響波２の音圧に応じた強度を有する電気信号に変換され、光音響信号３が出力される。そして、光音響信号３は、前置増幅器３７で増幅され、分岐手段３４で２つに分岐され、バンドパスフィルタ３５で狭帯域光音響信号７に絞られ、出力部４０へ送られる。出力部４０は光照射手段１２の強度変調器の強度変調する一定周波数に応じて位相検波検出を行う。得られた信号により、出力部４０は、光音響信号３の信号強度に基づいて成分濃度や血糖値等の生体情報を求め、生体情報をディスプレイやプリンタ等の出力装置に出力する。

一般に、光学的生体情報測定装置においては、生体情報測定時に指１１３の温度（体温）が変化すると、これに伴って生体情報の測定値が少なからず変化し、生体情報の測定精度が低下することになる。そこで、本実施形態では、温度検出手段１７及び温度調節手段（不図示）を用いて下部押圧手段１１ｂを加熱・冷却することができ、更には下部押圧手段１１ｂの温度を所定の一定値に保持することができる。指１１３の温度を一定に保つことができる。

又、光学的生体情報測定装置、特に光音響法による血液成分濃度測定装置においては、生体情報測定時に、音圧検出手段１３と当接している指１１３の圧力が変化すると、これに伴って生体情報の測定値が変化し、生体情報の測定精度が低下する。さらに、指１１３が検出端子に密接していないと、生体情報の測定精度が低下する。そこで、成分濃度測定装置９２には、音圧検出手段１３と当接しているための圧力一定化機構として、圧力調節手段１４が設けられている。

圧力調節手段１４は、例えば、特開平１１−４７１１８号公報に記載されているような従来の構成が適用可能である。すなわち、この圧力一定化機構には、そのハウジングをなし、音圧検出手段１３を覆うようにして温度検出手段１７及び温度調節手段（不図示）が実装された下部押圧手段１１ｂの上面に配置された中空円筒形状のリング４４が設けられている。このリング４４は、成分濃度測定時に、その中空部分に指１１３を差し入れることができるように、差し入れ方向にみて前側と後ろ側とが開放されている。つまり、このリング４４は、被検部である指１１３を覆うように構成されている。図８に示すように、成分濃度を測定する際、指１１３を後ろ側開口部からリング４４内に差し入れて、下部押圧手段１１ｂの上面の測定位置に載せる。

リング４４の上部壁の下面には、中空円柱形の筒部材４５が、その中心軸線がリング４４の上部壁の該下面と直行するようにして取り付けられている。ここで、筒部材４５は音圧検出手段１３の真上に位置するように配置されている。又、筒部材４５の中心軸線と対応する位置において、リング４４の上部壁には、その内周面に雄ネジが切られたネジ棒４６が設けられ、このネジ棒４６は、リング４４の上方から筒部材４５の中空部内に伸びている。そして、ネジ棒４６の上端部には調整ノブ４７が取り付けられている。他方、ネジ棒４６の下部端には、筒部材４５の中空部とほぼ同一径（筒部材４５の中空部よりも若干小さい）の円板状の円形プレート４１が取り付けられている。この円形プレート４１は筒部材４５の中空部内に位置している。ここで調整ノブ４７はネジ棒４６を回すために設けられており、したがってこの調整ノブ４７は手で握りやすい形状に形成されていることが好ましい。又、ネジ棒４６は、その長さが筒部材４５の長さよりも長くなるように形成されている。

さらに、円形プレート４１の下面には、コイル状の伸縮バネ４２が、コイル中心軸線が筒部材４５の中心軸とほぼ一致するようにして取り付けられ、この伸縮バネ４２の下端部に可撓性の上部押圧手段１１ａが取り付けられている。又、上部押圧手段１１ａの中心には、貫通孔２２が設けられている。貫通孔２２には光照射手段１２が嵌め込まれており、光照射手段１２と指１１３とは空隙がある。ここで、コイル状の伸縮バネ４２のコイル直径（外径）は、円形プレート４１の直径とほぼ同一寸法に設定されている。又、伸縮バネ４２の伸縮方向の長さは、筒部材４５の長さとほぼ同一寸法に設定されている。平面視で、上部押圧手段１１ａは、指１１３の甲全体を覆うことができる大きさ（寸法）に形成されている。上部押圧手段１１ａは可撓性を有していればよいので、材料としては、アルミニウム、ステンレス、タングステン、銅、銀、金、プラチナ等を用いることができる。又、圧力調整手段としては、風船を用いてもよい。このときは風船を膨らませる加圧機構が別途設けられている。

このように構成された圧力調整手段１４においては、リング４４は、それぞれ可動部材である調整ノブ４７と、ネジ棒４６と、円形プレート４１と、伸縮バネ４２と、上部押圧手段１１ａとからなる組立体（以下、これらを可動押圧部と呼ぶ。）を支持している。なお、筒部材４５はリング４４によって固定的に支持されている。そして、このリング４４の高さは、筒部材４５と可動押圧部（調整ノブ４７とネジ棒４６の一部を除く。）とがリング４４内中空部に支障なく収まり、かつ上部押圧手段１１ａが最上位に位置するとき、下部押圧手段１１ｂと上部押圧手段１１ａとの間に、指１１３を抵抗なく自然に差し入れることができるような寸法に設定されている。また、可動押圧部は音圧検出手段１３の上方に位置するように配置される。この伸縮バネ４２の付勢力を利用する圧力一定化機構で、音圧検出手段１３と当接する披測定部位の圧力が一定となるように指１１３を押圧する際には、およそ次のような順で該圧力調整手段が操作される。

まず、圧力調整手段１４の円形プレート４１を最上位に位置させた上で、リング４４の後側開口部から指１１３をリング４４内の中空部に差し込み、下部押圧手段１１ｂの所定の位置に指１１３を載せる。このとき、指１１３の被検部は音圧検出手段１３の真上に位置していることが好ましい。次に、調整ノブ４７を徐々に時計回り方向に回す。このとき、ネジ棒４６が調整ノブ４７と一体回転するが、ネジ棒４６はネジ穴と螺合している関係上、その回転量に相応して下向きに移動する。これに伴って、可動押圧部が徐々に下向きに、すなわち指１１３の甲に向かって移動する。そして上部押圧手段１１ａが指１１３の甲に当接（接触）した時点から、押圧圧力値４の指示値を観察する。

ここで、成分濃度測定装置９２は、貫通孔２２に光照射手段１２が組み込まれている押圧手段１１が指１１３を押圧する構成をとる。押圧手段１１に貫通孔２２が開いており、貫通孔２２を介して光照射手段１２の出射する強度変調光１を指１１３に照射する。押圧手段１１で押し付けられた指１１３内の血液は押し出される。しかし、上部押圧手段１１ａは、従来の平坦な上部押圧手段１１ａで指１１３全体を一様に加圧する場合に被検体中に本来含まれていなければならない体液（血液など）が被検体内の披検部以外に押し出され、通常の生体状態とズレが生じてしまうという点を考慮し、披検部に触れないように中央部において貫通する貫通孔２２を有する上部押圧手段１１ａとし、かつこの貫通孔２２から強度変調光１を導入することとしている。このような上部押圧手段１１ａに設けられた貫通孔２２により、押圧手段１１が指全体を加圧したとき、貫通孔２２部分の被検体１０２には押圧圧力は印加されない。このため、貫通孔２２部分の体液は、被検体１０２内の披検部１０１以外に体液が押し出されることは無い。この機構により、強度変調光１が当たる部分は被検体１０２の通常の状態に保つことができる。よって、貫通孔２２の直下、すなわち強度変調光１が照射される部分の血液が押し出されることを防ぐことができる。この構成により、被検体１０２内の体液が押し出されず、通常の状態で被検体１０２の成分濃度の測定を行うことができる。

また、本実施形態では、上部押圧手段１１ａが指１１３を押す押圧圧力は、指１１３が音圧検出手段１３を押すことによりそのときの低周波数のＤＣ成分の信号として測定する点に大きな特徴がある。以下、音圧検出手段１３による押圧圧力測定について説明する。本測定系では音圧検出手段１３は圧電型を採用している。圧電材料は応力を加えることにより、その応力によるひずみ量に応じた信号量を取り出すことができる。応力が音響波２により加わるとき、音響波２の周波数に応じて信号が発生する。一方、応力が押圧により加わると、押圧は定常的な圧力なので一定の値、すなわち光照射手段の強度変調する一定周波数よりも低い周波数のＤＣ成分として信号を取り出すことができる。

具体的には、上部押圧手段１１ａが指１１３に圧力を加えると、その圧力は指１１３を介して音圧検出手段１３に伝わり電気信号にされる。この信号は、前置増幅器３７、ローパスフィルタ３６を介してＤＣ成分を出力部４０に送られる。以上により押圧圧力の印加と共に逐次押圧圧力値４の測定を行う。

上記の圧力をモニタしながら、調整ノブ４７を時計回り方向に回してゆくと、さらに指１１３の甲を次第に強く押圧してゆく。このとき、上部押圧手段１１ａは、指１１３の甲の凹凸ないしは起伏に沿って撓み、密着してゆくので、指１１３全体を均一ないしは一様に押圧する。この過程において押圧は所定の圧力よりも大きい圧力になるまで加圧する。

この後、調整ノブ４７を徐々に反時計回り方向に回し、押圧圧力値４を観察しながら、指１１３に対する押圧圧力を徐々に弱めてゆく。そして、押圧圧力値４が設定値まで低下したときに、調整ノブ４７の反時計回り方向の回転操作を停止する。そして、この状態で生体情報の測定を行う。このとき、上部押圧手段１１ａが音圧検出手段１３の真上に位置し、したがって指１１３に印加される押圧圧力が一定に保持される。かくして、指１１３の押圧圧力が一定の設定値に保持され、生体情報の測定精度が高められる。

ここで、指１１３にかかる押圧圧力を、設定値を超えて、指１１３に痛みを感じるまで高めるのは、検出端子と被測定部位との密着性を高めるためである。このようにせず、押圧圧力値４が低い状態から徐々にこれを高めつつ押圧圧力値４を設定値に合わせた場合は、検出端子と被測定部位との間に空気が含まれることがあり、このような場合には生体情報の測定精度が低下する。なお、前記したとおり、音圧検出手段１３が、下部押圧手段１１ｂの上面から上向きにおよそ５ｍｍ突出しているので、音圧検出手段１３と指１１３との密着性がさらに高められる。

調整ノブ４７をさらに時計回り方向に回してゆくと、指１１３に加わる圧力はさらに強くなる。このため指１１３が必要以上に押圧を受ける可能性があるため、安全のため所定の押圧圧力以上とならないように加圧できる制限を設けてあることが望ましい。また上部押圧手段１１ａ、下部押圧手段１１ｂ、音圧検出手段１３など指１１３と密着する部分については密着性を高めるため、さらに音響結合を図るためにグリースやジェルなどで被覆されていることが望ましい。

上記音圧検出手段１３の内部、特に指１１３に対向している内壁には反射光や迷光や外光を除去する被覆がなされていることが望ましい。本被覆により、強度変調光以外の光による音響波２の発生を抑制することができる。

音圧検出手段１３は、強度変調光１の変調されている一定周波数に同期して光音響信号３を測定するために設けられるが、本実施形態では、これに加えて指１１３への押圧圧力値４も測定する構成としている。このため、音圧検出手段１３の後段にローパスフィルタ３６を備え、ローパスフィルタ３６を通過した光音響信号３から押圧圧力値４を検出する。ここで、ローパスフィルタ３６は、高周波の光音響信号３を遮断して、低周波の光音響信号３を通過させる。指１１３に印加された押圧圧力を、ローパスフィルタ３６を通過した低周波の光音響信号３のＤＣ成分として測定することができる。本構成により圧電型の音圧検出手段１３を押圧圧力検出手段として用いることができ、別途圧力測定装置を設ける必要がなくなり、装置として煩雑になることを防ぐことができる。

本発明の成分濃度測定装置は、血液成分濃度を測定することができるので、日常の健康管理や美容上のチェックに利用することができる。又、人間の生体ばかりでなく、動物の生体についても健康管理に利用することができる。又、液体中の成分濃度を測定する分野、例えば果実の糖度測定に適用することができる。

本実施形態に係る成分濃度測定装置の一例を示す構成図である。 押圧手段の第１形態を示す斜視図である。 押圧手段の第２形態を示す斜視図である。 押圧手段の第３形態を示す斜視図である。 押圧手段の第４形態を示す斜視図である。 圧力調節手段の第１形態を示す模式図である。 圧力調節手段の第２形態を示す模式図である。 本実施形態に係る成分濃度測定装置の模式図である。 光音響法による従来の血液成分濃度測定装置の構成例である。

符号の説明

１ 強度変調光
２ 音響波
３ 光音響信号
４ 押圧圧力値
５ 圧力制御信号
６ 温度
７ 狭帯域光音響信号
１１ 押圧手段
１２ 光照射手段
１３ 音圧検出手段
１４ 圧力調節手段
１５ 押圧圧力検出手段
１６ 圧力制御手段
１７ 温度検出手段
１８ 温度調節手段
１９、１９ａ〜１９ｆ 固定手段
２１ 押圧面
２２ 貫通孔
２３ａ〜２３ｄ 柱
２４ 雄ねじ
２５ フレーム
２６ 支持部
２７ 袋体
２８ 空気ポンプ
２９、３０ 接続部
３４ 分岐手段
３５ バンドパスフィルタ
３６ ローパスフィルタ
３７ 前置増幅器
４０ 出力部
４１ 円形プレート
４２ 伸縮バネ
４４ リング
４５ 筒部材
４６ ネジ棒
４７ 調整ノブ
８０ 血液成分濃度測定装置
８１ 駆動回路
８２ 音響検出器
８３ パルス光源
８４ 波形観測器
８５ 筺体
８６ 開口部
８９ 被検部
９１、９２ 成分濃度測定装置
１０１ 被検部
１０２ 被検体
１１０ 手
１１１ 腕
１１２〜１１６ 手の指
１１７ 手の甲
Ａ 方向

Claims (14)

1. 被検部を押圧する押圧手段と、
   一定周波数で強度変調された強度変調光を、前記被検部に向けて照射する光照射手段と、
   前記光照射手段が前記被検部に照射した強度変調光によって発生する音響波を検出し、当該音響波の音圧に応じた信号強度を有する光音響信号を出力する音圧検出手段と、を備える成分濃度測定装置であって、
   前記押圧手段は、前記被検部に接触する押圧面に到達する貫通孔を有し、
   前記光照射手段は、前記貫通孔から前記被検部へ前記強度変調光を照射することを特徴とする成分濃度測定装置。
2. 前記押圧手段は、前記被検部を挟んで押圧し、
   前記貫通孔及び前記光照射手段が、前記押圧手段のうちの前記被検部を挟む一方に配置され、
   前記音圧検出手段が、前記押圧手段のうちの前記被検部を挟む他方の前記押圧面に、前記貫通孔と対向して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の成分濃度測定装置。
3. 前記押圧手段の押圧する押圧圧力を増減する圧力調節手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の成分濃度測定装置。
4. 前記圧力調節手段は、前記押圧面に略垂直方向に伸縮する袋体であり、前記袋体の内気圧の増減によって前記袋体を伸縮させ、前記押圧圧力を増減することを特徴とする請求項３に記載の成分濃度測定装置。
5. 前記押圧手段の前記被検部を押圧する押圧圧力を検出し、前記押圧圧力に応じた押圧圧力値を出力する押圧圧力検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
6. 前記押圧手段の前記被検部を押圧する押圧圧力を検出し、前記押圧圧力に応じた押圧圧力値を出力する押圧圧力検出手段と、
   前記圧力調節手段に前記押圧圧力を増減させる圧力制御手段をさらに備え、
   前記圧力制御手段は、前記押圧圧力値が予め定められた一定圧力値よりも大きければ前記圧力調節手段に前記押圧圧力を減少させ、前記押圧圧力値が前記一定圧力値よりも小さければ前記圧力調節手段に前記押圧圧力を増加させることを特徴とする請求項３又は４に記載の成分濃度測定装置。
7. 前記音圧検出手段の出力する前記光音響信号を複製又はスイッチングにより分岐する分岐手段と、
   前記分岐手段の一方の後段に、前記光音響信号の少なくとも前記一定周波数よりも低い周波数を通過させ、前記一定周波数以上の周波数を遮断するローパスフィルタと、をさらに備え、
   前記ローパスフィルタは、前記押圧手段の前記被検部を押圧する押圧圧力に応じた押圧圧力値として出力することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
8. 前記音圧検出手段の出力する前記光音響信号を複製又はスイッチングにより分岐する分岐手段と、
   前記分岐手段の一方の後段に、前記光音響信号の少なくとも前記一定周波数よりも低い周波数を通過させ、前記一定周波数以上の周波数を遮断するローパスフィルタと、
   前記圧力調節手段に前記押圧圧力を増減させる圧力制御手段と、をさらに備え、
   前記ローパスフィルタは、前記押圧手段の前記被検部を押圧する押圧圧力に応じた押圧圧力値として出力し、
   前記圧力制御手段は、前記押圧圧力値が予め定められた一定圧力値よりも大きければ前記圧力調節手段に前記押圧圧力を減少させ、前記押圧圧力値が前記一定圧力値よりも小さければ前記圧力調節手段に前記押圧圧力を増加させることを特徴とする請求項３又は４に記載の成分濃度測定装置。
9. 前記圧力制御手段は、前記一定圧力値よりも大きい圧力値にあらかじめ設定された初期圧力値が前記押圧圧力値として入力されるまで前記圧力調節手段に前記押圧圧力を増加させ、前記一定圧力値が前記押圧圧力値として入力されるまで徐々に前記圧力調節手段に前記押圧圧力を減少させることを特徴とする請求項６又は８に記載の成分濃度測定装置。
10. 前記音圧検出手段の後段に、前記光照射手段の強度変調する前記一定周波数を含む周波数帯域を通過させ、当該周波数帯域を除いて遮断するバンドパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
11. 前記押圧手段の温度を検出する温度検出手段と、
    前記温度検出手段の検出する温度が所定温度よりも高い場合は前記押圧手段を冷却し、
    前記温度検出手段の検出する温度が所定温度よりも低い場合は前記押圧手段を加熱する温度調節手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
12. 前記押圧手段の前記押圧面が、弾性を有する高分子材料で形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
13. 前記押圧手段は、前記押圧面と略垂直方向に伸縮し、前記押圧面を前記被検部に押し付ける伸縮バネをさらに有することを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
14. 前記音圧検出手段は、前記音響波の音圧を受けて振動する検出端子を有し、当該検出端子が前記押圧面から前記被検部へ向けて突出していることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の成分濃度測定装置。
    

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