JP2008237775A - 血液成分計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非侵襲に光で血液成分を計測する装置において、被検体ごとに最適な装置仕様を実現することで、個体差の影響を受けず万人において高精度な血液成分の計測が可能な血液成分計測装置を提供すること。
【解決手段】計測対象となる被検体の表皮情報と、異なる波長において真皮層の行路長や経路が常に一定にされた光を計測するための最適距離を表皮情報毎に定義する最適送受光距離テーブルとに基づいて、当該被検体に関する光計測処理における最適距離を取得する。また、取得された最適距離を用いた光計測によって得られる光強度と検体検査によって得られる血液成分の定量値とによって、検量線データを生成する。従って、生成された検量線データを、表皮の特性に起因する被検体の個体差に影響を受けないものとなる。この検量線データと最適距離を用いた光計測によって得られた光強度とに基づいて、血液成分の定量値を取得する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、本発明は血液成分を非侵襲に計測する際に使用する血液成分計測装置の技術に関する。

被検体内に存在する物質の成分や濃度を計測するために、採血や細胞間質液の抽出を必要としない非侵襲の血液成分計測法として、近赤外光を利用した方法がある。典型例としては、計測対象をグルコース濃度とした場合、近赤外光を生体に照射し、生体内部からの拡散反射光を計測する拡散反射計測方法がある（例えば、特許文献１参照）。ここで、波長帯域が380〜770nm程度の電磁波を可視光、770〜1,500nm程度の電磁波を近赤外光、1,500〜3,000nm程度の電磁を中赤外光、及び3,000〜25,000nm程度の電磁を遠赤外光とする。

この拡散反射計測方法において、被検体の皮膚表面などに複数の異なる波長の近赤外光を照射し、それらの検出信号を基準信号と計測信号とに分け、これらの値を演算処理することによりグルコース濃度を計測する方法が開示されている。この方法における近赤外光の光源としては、タングステン・ハロゲンランプ等の白色光源から発せられる光を干渉フィルタ等の分光手段で所定の波長に分光する方法、単色光もしくはそれに近い半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。また、被検体を拡散した近赤外光の検出器としては、フォトダイオード（ＰＤ）などの受光素子が用いられる。

また、上記拡散反射計測方法以外にも、被検体のコレステロール、中性脂肪、ヘモグロビン、ビリルビン、酸素量等を非侵襲的に計測する方法や装置が種々開発されている。

このように近赤外光、更には可視光を用いた生体物質の非侵襲分光分析は近年注目されている。しかしながら、オキシメータ（登録商標）を除いて実用化に達した装置はない。大きな要因として、個体差の影響と不明瞭な検出信号との２つが挙げられる。

近赤外光は、中遠赤外光を用いた分光分析と比較して生体の構成要素として大部分を占める水の吸収が小さい。このため、近赤外光は、水溶液系の分析が可能であることや、生体を透過する能力が高いという長所を有する。その一方で、近赤外光は、この領域に観測されるのは分子振動の倍音、結合音が大部分であり、信号の帰属が特定しにくいという短所を有する。このような特性を有する近赤外領域において目的とする生体物質の信号を検知する場合、生体物質の濃度変化に対応する信号は、中赤外光領域と比較して非常に小さいものとなる。この様な不具合を解決するため、従来の装置では、実測やシミュレーション等の統計的手法によって、その不明瞭な信号を推定し、最適な仕様になるように設計されている。

なお、本願に関連する公知文献としては、例えば次のようなものがある。
特開２００３−１４４４２１号公報 特開２００４−５３５２１３号公報

しかしながら、統計的に最適な仕様を行う従来の装置では、個体差の影響で計測装置の精度が異なってしまう場合がある。この問題を解決する手法として、例えば表皮と真皮の厚さの和によって検量線データの回帰係数を変化させるといった方法が開示されている（上記特許文献１参照）。しかしながら、表皮と真皮では光学的特性や非侵襲血液計測での意味合いが異なるため、表皮と真皮の厚みの和が等しくても、検出光は表皮が厚い人の方が表皮に由来する信号の割合が多くなり、また光の伝播経路も変化するため、個体差の影響を補正しようとしても限界が生じるという問題がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、非侵襲に光で血液成分を計測する装置において、被検体ごとに最適な装置仕様を実現することで、個体差の影響を受けず万人において高精度な血液成分の計測が可能な血液成分計測装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

本発明の視点は、被検体に対して光を照射する光照射手段と、前記被検体内を通過した光を、当該被検体表面において受光する受光手段と、前記被検体の表皮情報を取得する表皮情報取得手段と、前記光照射手段による光照射位置と前記光受手段による光受光位置との間の最適距離を、異なる表皮情報毎に定義する第１のテーブルを記憶する記憶手段と、
前記取得された表皮情報と前記第１のテーブルとを用いて、前記光照射位置と前記光受光位置との間の最適距離を決定する最適距離決定手段と、前記受光位置を、前記光照射手段の光照射位置から前記最適距離だけ離れた位置に制御する制御手段と、前記光照射位置から前記最適距離だけ離れた位置において受光された光の強度に基づいて、前記被検体の血液成分の定量値を計測する計測手段と、前記計測された血液成分の定量値を表示する表示手段と、を具備することを特徴とする血液成分計測装置である。

以上本発明によれば、非侵襲に光で血液成分を計測する装置において、被検体ごとに最適な装置仕様を実現することで、個体差の影響を受けず万人において高精度な血液成分の計測が可能な血液成分計測装置を実現することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１は、本実施形態に係わる血液成分計測装置１の実施例の構成を示すブロック図である。本血液成分計測装置１は、光発生部１１、受光素子部１３、インターフェイス部１５、データ収集部１７、信号処理部１９、制御部２１、データ記憶部２３、電源部２５、操作部２７、表示部２９、表皮情報計測部３０を具備している。

光発生部１１は、所望の一つもしくは複数の単色光あるいはそれに近い光を発生する。

光発生部１１において使用する単色光あるいはそれに近い光を発生させる光源としては、半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の小型の発光素子が望ましく、所望の波長で発光するそれらの素子を一つもしくは複数使用することができる。例えば、被検体内のグルコース濃度を計測する場合には、波長が400〜2,500nmの範囲内にある複数の光を照射する。この際に使用するＬＤやＬＥＤとしては、発光波長が550〜650nm程度ではInGaAlP、発光波長が650〜900nm程度ではGaAlAs、発光波長が900〜2,300nm程度ではInGaAsもしくはInGaAsPなどの材料を用いたＬＤやＬＥＤを使用することができる。また最近では、波長が550nm以下で発光する InGaNを用いた発光素子も使用可能になりつつある。

なお、光発生部１１において複数の光が発生される場合には、当該光発生部１１に光学素子を設け、合波して同一光軸に重ねる。また、光発生部１１において発生した光は、光ファイバ、薄膜光導波路、或いは自由空間等によってインターフェイス部１５へ導かれる。

受光素子部１３は、検出された光を、インターフェイス部１５から光ファイバ、薄膜光導波路、或いは自由空間等を介して受け取り、電気信号に変換する装置であり、フォトダイオード（ＰＤ）、アバランシュ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）等の光源から発する波長領域に高い感度を有する素子によって構成される。また、受光素子部１３は、光発生部１１からインターフェイス部１５に送り出される光の一部を分波し、参照光として受け取る。受光素子部１３は、この参照光を用いて電気信号に変換された信号強度を観測することで、光発生部１１より放射された光の揺らぎを補正することが可能となる。

なお、光発生部１１からインターフェイス部１５に送り出される光の一部を分波する位置は、インターフェイス部１５に近い位置が望ましく、インターフェイス部１５に導かれる光と参照光の比が一定となることが好まれる。

インターフェイス部１５は、光照射部１５１、光受光部１５２を有している。

図２は、本血液成分計測装置１が有するインターフェイス部１５の構成の一例を示した図である。同図に示すように、インターフェイス部１５は、光照射部１５１、複数の光受信部１５２、スイッチ１５３を有している。

光照射部１５１は、光発生部１１から導かれた光を所定の照射位置より被検体Ｐの所望の部位へ照射する光ファイバ、薄膜光導波路、或いは自由空間等を有する。被検体Ｐ内に照射された光は、散乱や吸収を繰り返し、一部の光は被検体内から外に放出される。なお、本実施形態における光照射部１５１の開口は、例えばφ0.1〜0.5mmの範囲であるとする。

各光受光部１５２は、当該被検体Ｐから放出される光を入射するための光ファイバ、薄膜光導波路、或いは自由空間等である。当該光受光部１５２に入射した光は、受光素子部１３へと導かれる。この光受光部１５２は、光照射部１５１から遠ざかる一方向に沿って、又は二次元マトリックス状に複数配列される。本実施形態においては、説明を簡単にするため、光受光部１５２から遠ざかる一方向（走査方向）に沿って複数の光受光部１５２が配列されているものとする。なお、本実施形態における光受光部１５２の開口は、例えばφ0.1〜0.5mmの範囲であるとする。

スイッチ１５３は、制御部２１によって選択された光受光部１５２に入射した光のみが光受光素子１３に送り出されるように、複数の光受光部１５２と光受光素子１３との間の電気的接続を切り換える。この切り換えにより、光計測に用いる光受光部１５２と光照射部１５１との間の距離を、任意に制御することが可能である。被検体Ｐ中に照射された光は、その内部で散乱し、例えば図６に示すような種々の経路Ｏを経由して伝播する。従って、被検体内への光の照射位置と当該被検体内部から放出される光の検出位置との間の距離（すなわち、計測に用いる光受光部１５２と光照射部１５１との間の距離）を制御することで、所望する深度を伝播した光のみを抽出することができる。

図３は、本血液成分計測装置１が有するインターフェイス部１５の他の例を示した図である。同図において、アレイ状に配列された各光受光部１５２は、光照射部１５１からどれくらいの距離があるかを特定するための位置情報と自身が入射した光とを、光受光素子１３に送り出す。制御部２１は、得られた位置情報に基づいて、光照射部１５１から所望する距離だけ離れた光受光部１５２に入射した光のみを抽出することができる。

図４は、本血液成分計測装置１が有するインターフェイス部１５の他の例を示した図である。同図の例は、例えば制御部２１からの駆動信号によって動作する小型駆動装置１５３（例えば、マイクロアクチュエータ等）により、光照射部１５１及び光受光部１５２の少なくとも一方を物理的に移動させ、双方の間の距離を制御するものである。この場合、移動を好適にするため、被検体Ｐと光照射部１５１及び光受光部１５２との間に、ファイバプレート２３のように光透過性のよい物質からなる接触部１５４を設けることが好ましい。

一般に、光計測は、光の伝播経路の温度によって影響を受ける。従って、好適な光計測を実現するために、必要に応じて、インターフェイス部１５に計測部位の温度を計測することができる機構、又は計測部位の温度を制御することができる機構を設ける様にしてもよい。

図５は、本血液成分計測装置１が有するインターフェイス部１５の変形例を示した図である。同図に示す様に、インターフェイス部１１は、体温センサ部１５５ａ、温度制御部１５５ｂを有している。

体温センサ部１５５ａは、インターフェイス部１１が接触される部位及びその近傍（すなわち、計測部位）の温度を計測する。

温度制御部１５５ｂは、被検体Ｐの計測部位の温度を制御する。この温度制御部１５５ｂには、ペルチェ素子のような印加電流や印加電圧を変化させることにより温度制御可能な熱電変換デバイスを用いることができる。例えば、ペルチェ素子により計測部位の温度を所望の温度、例えば２０℃〜４０℃の範囲で一定の温度に制御する。光計測は計測温度条件に影響を受けるので、前記のような温度制御部を設けることにより被検体Ｐの計測部位の計測温度条件を一定に保つことができ、計測精度を向上させることができる。
また、インターフェイス部１５の計測部位への接触圧力も、光計測に大きな影響を与える。従って、好適な光計測を実現するために、必要に応じて、インターフェイス部１５に計測部位に加えられている圧力を計測することができる機構、又は計測部位に加える圧力を制御することができる機構を設ける様にしてもよい。

図５は、本血液成分計測装置１が有するインターフェイス部１５の変形例を示した図である。同図に示す様に、インターフェイス部１５は、接触圧力センサ部１５６ａ、接触圧力制御部１５６ｂを有している。

接触圧力センサ部１５６ａは、インターフェイス部１５の計測部位への接触圧力を計測するセンサであり、例えば圧力変化に応じて容量が変化する静電容量式圧力センサや圧力に応じて電気抵抗が変化する歪ゲージ等を用いることができる。また、単に接触の有無を検出する場合には、接触圧力センサ部１５６ａとして、被検体の接触により電気抵抗あるいは静電容量が変化する接触センサや超音波を送受信して被検体との距離を計測する測距センサを用いることができる。

接触圧力制御部１５６ｂは、接触圧力センサ部１５６ａによって検出された接触圧力に基づいて、被検体Ｐの計測部位とインターフェイス部１５との接触圧力を所望の値に制御する。

なお、インターフェイス部１５に接触する物体がない場合には、制御部２１において光発生部１１から当該装置外部に照射光を放射しないよう制御する機構を設けることにより、照射光による生体の眼球損傷等の危険を回避する安全機構を設けることも可能となる。

データ収集部１７は、受光素子部１３からの電気信号（すなわち、被検体から検出された光に基づく電気信号（検出信号）及び参照光に基づく電気信号（参照光信号））を受け取り、これを用いたＡ／Ｄ変換によりデジタル信号を収集する。なお、受光素子部１３からの電気信号は、そのままでは観測困難である場合には、図示していない信号増幅器を用いて所望の振幅に増幅した後、データ収集部１７に送られる。

信号処理部１９は、表皮情報とデータ記憶部２３に記憶されている最適送受光距離テーブルとに基づいて、照射部１５１と光受光部１５２との最適距離を計算する。

制御部２１は、操作部２７から入力される指示、所定のプログラムに基づいて、情報処理装置（計算機）としての機能を持ち、本血液成分計測装置全体の動作を制御する。また、制御部２１は、必要に応じてデータ記憶部２３、信号処理部１９、データ収集部１７、皮膚情報計測部３０等へ電力を供給する。さらに、制御部２１は、後述する最適送受光距離を計算すると共に、所定の血液成分の定量値を計算する。

データ記憶部２３は、計測に必要な特性データ、最適送受光距離テーブル、計測結果（例えば、計測された表皮情報、光強度、血糖値等）を記憶する。ここで、最適送受光距離テーブルとは、血液成分計測において真皮層や毛細血管を一定の割合で伝播した光を用いるために、この様な光を被検体表面において検出可能な光照射部１５１からの距離を表皮情報毎に定義するテーブルである。また、データ収集部１７によって収集されたデジタル信号は、検量線データを作成する場合には、表皮情報計測部３０で得られた表皮情報及び被検体Ｐの計測対象血液成分の検体検査による定量値と共に、データ記憶部２３に保存される。

電源部２５は、表示部２９、制御部２１、光発生部１１、受光素子部１３等へ電力を供給する。

操作部２７は、各種指示・命令・情報を入力するためのスイッチ、ボタン、マウス、キーボード、トラックボールを有している。また、操作部２７は、必要に応じて、音声入力
を可能とする装置を有する。

表示部２９は、血液成分計測によって得られた所定の血液成分の定量値、本血液成分計測装置１を操作するための対話的画面等を所定の形態で表示する。なお、本表示部２９によって提供される情報は、必要に応じて、音声や振動等によって提供するようにしてもよい。

表皮情報計測部３０は、被検体Ｐの表皮情報を計測する。ここで、表皮情報とは、表皮の厚み、散乱係数、吸収係数等であり、インターフェイス部１５の光発生部１５１が発生する光が基底層に達するまでの行路長等の表皮が作用させる事象も含まれる。

図６は、本血液成分計測装置１に係わる血液成分計測装置１の実施例の表皮情報計測部３０による計測の概念を説明するための図である。なお、同図においては、被検体Ｐにつき、その表面から表皮３２、基底層３４、毛細血管３６、真皮３８までの断面が示されている。

表皮情報計測部３０は、表皮計測検出信号経路Ｏで示すような基底層３４からの反射信号、表皮３２を浅く直線的に経由した光の減衰変化等に基づいて表皮情報を計測する表皮情報計測処理を実行する。例えば、表皮の厚み計測を行なうとすると、既存技術の高周波超音波診断装置、Optical Coherent Tomography(OCT)、共焦点レーザー顕微鏡等を用いて表皮情報を取得できる。表皮情報計測部３０で得られた表皮情報は信号処理部１９に送られ、表皮情報と最適送受光距離の情報が蓄えられているデータ記憶部２３を参照し最適送受光距離を導く。

本血液成分計測装置１によれば、定量分析を行なう血液成分として、グルコース、コレステロール、中性脂肪、ヘモグロビン、ビリルビン、酸素量等に実施することができる。

（血液成分計測）
次に、本血液成分計測装置１を用いた血液成分計測処理について説明する。本血液成分計測処理は、検量線データ取得処理と非侵襲的血液成分計測処理に大きく分けることができる。以下、各処理について説明する。

図７は、検量線データ取得処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、表皮情報計測部３０は、制御部２１の制御のもと、表皮情報計測処理を実行する（ステップＳ１）。制御部２１は、計測された表示情報と最適送受光距離テーブルとに基づいて、真皮、毛細血管等を一定の割合で伝播した光を検出するために最適となる、光照射部１５１に対する光受光部１５２の距離を決定する（ステップＳ２）。

次に、制御部２１は、決定された距離に基づいて計測に用いる光の検出に用いる光受光部１５２を選択し、当該選択された光受光部１５２と受光素子とが接続されるように、スイッチを制御する（ステップＳ３）。

次に、制御部２１は、最適距離に基づいて選択された光受光部１５２が検出する光の計測処理（強度測定）を行う（ステップＳ４）。この光計測処理によって得られた当該被検体の血液に関する光強度は、同一被検体についての検体検査（採血による分析等）によって同時期に取得された検査結果（血液成分の定量値）と対応付けられ、データ記憶部２３に記憶される。

以上述べた流れを所定回数繰り返すことで、光計測によって得られる光強度と検体検査によって得られる血液成分の定量値とが対応付けられた、当該被検体に関する検量線データが生成される（ステップＳ５）。生成された検量線データは、データ記憶部２３に記憶されると共に、次に述べる非侵襲的血液成分計測処理において利用される。

図８は、非侵襲的血液成分計測処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、表皮情報計測部３０によって表皮情報計測処理が実行されると（ステップＳ１１）、制御部２１は、計測された表示情報と最適送受光距離テーブルとに基づいて、光照射部１５１に対する光受光部１５２の最適距離を決定する（ステップＳ１２）。

次に、制御部２１は、決定された距離に基づいて、光検出に用いる光受光部１５２を選択し、当該選択された光受光部１５２と受光素子とが接続されるようにスイッチを制御し（ステップＳ１３）、光計測処理を行う（ステップＳ１４）。

次に、制御部２１は、光計測処理によって得られた光強度と検量線データとを比較することにより、血液成分の定量値を決定し（ステップＳ１５）、これを非侵襲的血液成分計測の結果として表示部２９に表示すると共に、データ記憶部２３に記憶する。

［実施例］
次に、本血液成分計測装置１の実施例について説明する。

血液成分計測装置１計測波長は、血液に吸収に合わせた633nmのLDを使用した。LDで発せられた光はビームスプリッタで一部分け、LDの強度ばらつきを補正するためにリファレンス光として用いた。光の出入射にはφ400μmの光ファイバが用いられ、光ファイバの端面は生体に接触するファイバプレートから僅かに離れた位置に設置した。計測の際にファイバプレートと生体表面の間に空気層ができないように、整合剤を施した。

検出用の光ファイバは、機械的に位置を移動することができ、コンピュータによって制御されている。検出ファイバを伝播した光は、PDによって検出され、コンピュータに計測結果は蓄積させた。

以上の光学系は計測周囲温度を38度一定にするためのヒータ、接触面の温度を監視する温度センサ、光学系の押し付け圧力を監視する圧力センサが組み込まれたユニットと一体化しており、温度や圧力の設定、制御、観測はコンピュータによって行なわれた。

検証実験では3人のボランティア（26歳 男、46歳 男、44歳 女）を被検体とした。血液検査結果と光計測結果との比較がすぐに行なえるといった観点からグルコース濃度を計測対象物質として実験を行なった。光計測装置は、事前に検量線データの作成を行う必要がある。そのため、被検体は光計測と右手人差し指で採血式家庭用血糖計センサによる血糖計測を行い、得られた二つのデータの組をコンピュータに記録した。光計測の計測部位を左前腕内側とし、計測は光学ユニットの温度センサが38度で安定した後、10秒間計測した。この間、SNを改善するために検出信号は加算平均の処理が施されている。入射ファイバと検出ファイバの中心間距離を送受光間距離とし、その距離を1.2mmになるように設定した。検出光の平均の到達深さは送受光間距離の3分の1になることから、送受光間距離1.2ｍｍの場合0.4ｍｍで、これは一般成人にあてはめると血液密度の高い真皮上部に該当する。次に被検体に清涼飲料水と菓子を取らせ、検量線データ作成のために同様の計測を行なった。その後は15分間隔で計測を行い、2時間後に最後の計測を行なった。コンピュータには一人当たり10組のデータが蓄積されており、このデータを多変量解析して個人ごとに検量線データを作成した。

検量線データ作成のための最後の計測から3時間経過させ被検体の血糖値が平常値に戻ったのを確認した後、被検体の血糖値を再度上昇させるために食事を取らせた。血糖値の上昇を確認した後、15分間隔で光計測を行なった。光計測で得られたデータはコンピュータに取り込まれ、作成済みの検量線データに代入され血糖値を出力した。

得られた血糖値から光計測装置の精度検証を行なった。比較データとして、光計測と同時に計測していた採血式血糖計測結果を用いた。得られた結果をクラークエラーグリッドで示す。多くのプロットが適正範囲を示すAゾーンに収まってはいるものの、B、C、Dゾーンにも多くのプロットがある結果となった。血糖計測装置としてはAゾーン以外のプロット数が多く実用レベルに達していない結果であった。被検体ごとに比較すると、被検体Aが最もAゾーンにプロットの多い結果を示し、対照的に被検体BはB、C、Dゾーンの比率が非常に高い結果を示した。

次に、光計測装置の入射検出間距離を変化させて、同様の計測を行なった。距離は被検体ごとに異なり、その距離を決める要素を表皮の厚みとした。表皮の厚みは、5μm程度の高い空間分解能を有するOptical Coherence Tomography（ISIS Optronics GmbH社、ドイツ）を用いて計測した。

入射検出間距離が同じで、表皮の厚みが異なる場合、毛細血管が張り巡らされている真皮を経由する光の比率が変化する。そのため感度良く血液情報を計測するには、検出光が十分に真皮を経由している必要があり、その経路は入射検出間距離で決定する。入射検出間距離が長いほど、光は深く入り込むために真皮経由率は増加するが、ある距離以上になると経由率は飽和し、また検出強度も弱くなるため、これらを考慮して最適な領域を決定した。データベース作成にはシミュレーションを用いており、計算モデルにはモンテカルロ法を利用した。文献等から考えられる範囲において、表皮厚を10μmごとに変化させ、最適距離を波長、表皮厚と共にコンピュータのデータベースに記録した。

被検体の表皮の厚みを計測したところ、被検体Aは60μm、被検体Bは200μm、被検体Cは100μmであった（図９参照）。この厚みと光計測装置の光源波長をコンピュータに入力すると、データベースより最適距離を導出し、光計測装置の検出ファイバが自動に最適距離に移動した。ちなみに、データベースから導出された各被検体の最適距離は、被検体Ａは1.2ｍｍより短くなり、被検体Ｂ、Ｃは1.2ｍｍより長くなった。

この各被検体に最適な距離に設定された光計測装置を用いて同様に血糖値の光計測を行った。光計測で得られた血糖値と、採血式で計測した血糖値とをクラークエラーグリッドにまとめ、前記入射検出間距離1.2mmでのクラークエラーグリッドと比較したところ、B、C、Dゾーンのプロットが減少していることが確認できた。被検体ごとに比較すると、被検体Aはほとんど変化が見られなかったが、被検体B、CはAゾーン以外のプロットの減少が見られ、計測精度が改善されたことが確認された。

被検体Aは両計測装置において結果に大きな差は見られなかった。結論から述べると、被検体Aの表皮厚での最適な距離が距離固定型装置の1.2mmに非常に近い値であり、両者の結果に差が生じなかったと考えられる。対照的に被検体Bは表皮厚が厚いため、最適な距離が固定距離よりも格段に長くなっており、そのため両者で大きく結果が異なった。被検体Bの表皮厚で1.2mmの距離の場合、検出する信号は表皮のみまたはごく僅かだけ真皮を経由した光が多く含まれ、そのため目的とする血液成分濃度などと無関係なノイズが含まれ精度が低下したと考えられる。

次に、左上腕にカフを装着して光計測を行なった。計測時間を1分間とし計測中にカフは10秒間隔で圧迫と開放を繰り返す。カフの圧迫と開放によって、計測部位の前腕部の血流量は変化させられるため、検出信号が変化する。被検体は空腹時、食事摂取後、食後1時間経過時の３つの血糖値状態で固定距離1.2mm、最適距離の順に光計測を行なった。2つの異なる入射検出間距離での結果を比較するため、両計測の時間間隔をなるべく最小にし、また計測位置をずらさないために被検体は装置に腕を固定したまま、2つの計測を切り替えた。

得られた結果は、すべての被検体で入射検出間距離を最適にした場合のほうが、カフの圧迫と開放時の検出信号変化が大きい。最適距離と固定距離の信号変化率を比較すると、被検体Aはあまり差が見られなかったが、被検体Bは変化率が大きく異なった。

この検証実験により、表皮の厚みという個体差によって検出光の真皮経由率が異なることが確認でき、また表皮厚によって入射検出間距離を最適にしてあげることで、表皮厚の個体差を補正し、計測に十分な経路を確保できていることが確認できた。

（効果）
以上述べた構成によれば、以下の効果を実現することができる。

本血液成分計測装置では、計測対象となる被検体の表皮情報と、異なる波長において真皮層の行路長や経路が常に一定にされた光を計測するための最適距離を表皮情報毎に定義する最適送受光距離テーブルとに基づいて、当該被検体に関する光計測処理における最適距離を取得する。光照射部１５１と光を検出するための光受光部１５２との位置関係は、取得された最適距離となる様に制御される。従って、例えば図１０に示すように、光照射部１５１と計測に用いる光を検出するための光受光部１５２との間の距離Ｌ１が大きすぎるため、光受光部１５２が真皮層や毛細血管における経路が好適でない光を検出する場合であっても、Ｌ１を最適化距離Ｌ２とすることにより、図１１に示すように、真皮層等の行路長や経路が常に一定にされた光を検出することが可能である。また、例えば図１２に示すように、光照射部１５１と計測に用いる光を検出するための光受光部１５２との間の距離Ｌ１が小さすぎるため、光受光部１５２が真皮層や毛細血管に到達していない光を検出する場合であっても、Ｌ１を最適化距離Ｌ３とすることにより、図１３に示すように、真皮層等の行路長や経路が常に一定にされた光を検出することが可能である。

また、本血液成分計測装置では、最適距離を用いた光計測によって得られる光強度と検体検査によって得られる血液成分の定量値とによって検量線データを生成する。従って、生成された検量線データを、表皮の特性に起因する被検体の個体差に影響を受けないものとすることができる。また、本血液成分計測装置は、この検量線データと最適距離を用いた光計測によって得られた光強度とに基づいて、血液成分の定量値を取得する。従って、血液成分の定量的検査を、非侵襲に、且つ表皮の特性に起因する被検体の個体差に影響を受けず高精度に実現することができる。

また、本血液成分計測装置では、最適距離を用いた光計測により、異なる波長の光において真皮層の行路長や経路が常に一定となる。このため、光源波長の組み合わせを変えるだけで、計測する血液成分を容易に変化することができる。その際に、被検体が一度でも検量線データを作成しているならば、成分に関係なく再度検量線データを作成する必要がなく、このことは被検体の煩わしさや、採血の苦痛から解放できる大きな利点を持つ。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。

（１）本実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。

（２）上記実施形態に係る血液成分計測装置は、表皮情報計測部３０を内蔵する構成とした。しかしながら、表皮情報計測部３０は必須ではなく、別の装置として設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上本発明によれば、非侵襲に光で血液成分を計測する装置において、被検体ごとに最適な装置仕様を実現することで、個体差の影響を受けず万人において高精度な血液成分の計測が可能な血液成分計測装置を実現することができる。

図１は、本実施形態に係わる血液成分計測装置１の実施例の構成を示すブロック図である。 図２は、本血液成分計測装置１が有するインターフェイス部１５の構成の一例を示した図である。 図３は、本血液成分計測装置１が有するインターフェイス部１５の他の例を示した図である。 図４は、本血液成分計測装置１が有するインターフェイス部１５の他の例を示した図である。 図５は、本血液成分計測装置１が有するインターフェイス部１５の変形例を示した図である。 図６は、本血液成分計測装置１に係わる血液成分計測装置１の実施例の表皮情報計測部３０による計測の概念を説明するための図である。 図７は、検量線データ取得処理の流れを示したフローチャートである。 図８は、非侵襲的血液成分計測処理の流れを示したフローチャートである。 図９は、本実施例において、被検体の表皮の厚みを説明するための図である。 図１０は、本血液成分計測装置１の効果を説明するための図である。 図１１は、本血液成分計測装置１の効果を説明するための図である。 図１２は、本血液成分計測装置１の効果を説明するための図である。 図１３は、本血液成分計測装置１の効果を説明するための図である。

符号の説明

１…血液成分計測装置１、１１…光発生部、１３…受光素子部、１５…インターフェイス部、１７…データ収集部、１９…信号処理部、２１…制御部、２３…データ記憶部、２５…電源部、２７…操作部、２９…表示部、３０…表皮情報計測部、１５１…光照射部、１５２…光受光部、１５３…小型駆動装置、１５４…接触部、１５５ａ…体温センサ部、１５５ｂ…温度制御部、１５６ａ…接触圧力センサ部、１５６ｂ…接触圧力制御部

Claims (6)

1. 被検体に対して光を照射する光照射手段と、
   前記被検体内を通過した光を、当該被検体表面において受光する受光手段と、
   前記被検体の表皮情報を取得する表皮情報取得手段と、
   前記光照射手段による光照射位置と前記光受手段による光受光位置との間の最適距離を、異なる表皮情報毎に定義する第１のテーブルを記憶する記憶手段と、
   前記取得された表皮情報と前記第１のテーブルとを用いて、前記光照射位置と前記光受光位置との間の最適距離を決定する最適距離決定手段と、
   前記受光位置を、前記光照射手段の光照射位置から前記最適距離だけ離れた位置に制御する制御手段と、
   前記光照射位置から前記最適距離だけ離れた位置において受光された光の強度に基づいて、前記被検体の血液成分の定量値を計測する計測手段と、
   前記計測された血液成分の定量値を表示する表示手段と、
   を具備することを特徴とする血液成分計測装置。
2. 前記表皮情報は、表皮に関する厚み、散乱定数、吸収係数の少なくともいずれを含むことを特徴とする前記請求項第１項の血液成分計測装置。
3. 前記受光位置制御手段は、前記光受光手段が前記照射手段から遠ざかる方向に沿って複数配列されている場合において、前記光照射手段の光照射位置から前記最適距離だけ離れた位置に対応する前記光受光手段によって受光された光を抽出することにより、前記受光位置を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の血液成分計測装置。
4. 前記受光位置制御手段は、前記光照射手段と前記光受光手段との間の物理的距離を制御する機構を用いて、前記光照射手段に対して前記光受光手段を前記最適距離だけ離れた位置に配置することにより、前記受光位置を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の血液成分計測装置。
5. 前記血液成分は、グルコース、コレステロール、中性脂肪、ヘモグロビン、ビリルビン、酸素量のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の血液成分計測装置。
6. 前記計測手段は、血液成分の定量値を異なる光強度毎に定義する第２のテーブルと、前記光照射位置から前記最適距離だけ離れた位置において受光された光の強度とを用いて、前記被検体の血液成分の定量値を計測することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の血液成分計測装置。

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