JP2011110084A - 皮膚組織測定用プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイババンドルの先端部と皮膚との相対位置を精密に制御して、皮膚組織の光学特性値変化を抑制できる皮膚組織測定用プローブを提供する。
【解決手段】皮膚表面３１に光ファイババンドル３２の先端部であるプローブ３３を接触させて、該プローブ３３から近赤外光を該皮膚に照射することで皮膚組織の光学的信号を測定する皮膚組織測定用プローブ。プローブ３３を皮膚に対して接近離反する方向へ駆動させる駆動機構部３５を、固定部３４内で上下動自在とされる昇降部材３７に螺合して取り付けられるねじ部４１の頭部に設けたギヤ部４２に、固定部３４の上部に回転自在に設けた回転操作部材４３の内側に形成した駆動ギヤ４７を噛み合せて該ねじ部４１を回転させることで、プローブ３３を皮膚に対して接近離反させるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、生体の皮膚組織に近赤外光を照射すると共に、前記皮膚組織からの拡散反射あるいは透過光を受光し、得られた皮膚組織からの信号の測定を行い、生体成分の定性・定量分析を行う生体成分センシング技術に関する。特に、皮膚組織中のグルコース濃度変化を代用特性として生体の血糖値を測定する血糖値モニタリング装置において皮膚組織スペクトルを測定する皮膚組織測定用プローブに関する。

血糖値測定あるいは血糖値モニタリングについては、以前より糖尿病患者の血糖値管理へのニーズが高かったが、近年、集中治療室（ICU）で血糖値を適切な範囲に管理することで死亡率の低下、合併症の発生率の低下等の医療効果が医学的に検証され、その応用分野が広がっている。

血糖値の測定手法は、採血した血液を用い、グルコースオキシダーゼ等の酵素反応を利用して定量する侵襲的手法（酵素電極法…GOD法、GDH法等、酵素比色法…HX法等）と、採血のような体を傷つける操作を行わないで、生体から得られる何らかの情報をもとに血糖値を推定する非侵襲的手法に大別できる。

測定装置としては、臨床検査用の大型装置のみならず侵襲的手法による携帯型血糖計が糖尿病患者の自己血糖値測定（SMBG）に広く利用されており、患者の指等の身体部位を針（ランセット）で穿刺し、１滴程度の血液を採取して血糖値測定を行う。このような採血による血糖値測定の信頼性は高く、自己血糖値測定に用いられる携帯型血糖計でも市販されているほとんどの機種において測定誤差は１０％以下である。

非侵襲的に血糖値を推定する手法としては様々なものが提案されているが、推定精度や信頼性に課題を残しており、今の時点で、日本国の薬事承認や米国のＦＤＡ認可を得た製品はない。提案されている手法の中では、近赤外光を用いる手法が最も知られている。近赤外光により非侵襲的に血糖値を測定する手法は、生体組織に近赤外光を照射し、生体組織内を拡散反射した光を測定して得られる信号やスペクトルから生体組織を定性・定量分析を行う。

その一例を示すと、特許文献１に開示されるような生体組織から得られた近赤外スペクトルから血糖値を測定する手法が提案されている。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、特許文献１に開示された非侵襲式の光学式血糖値測定システムを示すもので、ハロゲンランプ１から発光された近赤外光は熱遮蔽板２、ピンホール３、レンズ４、光ファイババンドル５を介して生体組織６に入射される。

光ファイババンドル５には、測定用光ファイバ７の一端とリファレンス用光ファイバ８の一端が接続されている。測定用光ファイバ７の一端は、皮膚組織用測定用プローブ９に接続されており、リファレンス用光ファイバ８の他端はリファレンス用プローブ１０に接続されている。さらに、皮膚組織測定用プローブ９およびリファレンスプローブ１０は、光ファイバ７を介して測定側出射体１１、リファレンス側出射体１２にそれぞれ接続されている。

人体の前腕部など生体組織６の表面に皮膚組織測定用プローブ９の先端面を接触させて近赤外スペクトル測定を行う時、ハロゲンランプ１から光ファイババンドル５に入射した近赤外光は、この光ファイババンドル５内を伝達する。そして、近赤外光は、図６（Ｂ）に示すような皮膚組織測定用プローブ９の先端から同心円周上に配置された１２本の発光ファイバ２０より生体組織６の表面に照射される。

生体組織６に照射された測定光は、生体組織６内で拡散反射した後に、拡散反射光の一部が皮膚組織測定用プローブ９の先端中心に配置されている受光ファイバ１９に受光される。受光された光は、この受光ファイバ１９を介して、測定側出射体１１から出射される。測定側出射体１１から出射された光は、レンズ１３を通して回折格子１４に入射し、分光された後、受光素子１５において検出される。

受光素子１５で検出された光信号は、Ａ／Ｄコンバーター１６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１７に入力される。血糖値は、このスペクトルデータを解析することによって算出される。リファレンス測定は、セラミック板などの基準板１８を反射した光を測定し、これを基準光として行う。すなわち、ハロゲンランプ１から光ファイババンドル５に入射した近赤外光は、リファレンス用光ファイバ８を通して、リファレンス用プローブ１０の先端から基準板１８の表面に照射される。

基準板１８に照射された光の反射光は、リファレンス用プローブ１０の先端中心に配置された受光ファイバ１９を介してリファンレス側出射体１２から出射される。前記測定側出射体１１とレンズ１３の間、及びこのリファンレス側出射体１２とレンズ１３の間には、それぞれシャッター２２が配置してある。そして、シャッター２２の開閉によって、測定側出射体１１からの光とリファンレス側出射体１２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。

皮膚組織測定用プローブ９とリファレンス用プローブ１０の端面は、図６（Ｂ）のように円上に配置された１２本の発光ファイバ２０と、その中心に配置された１本の受光ファイバ１９で構成されている。発光ファイバ２０と受光ファイバ１９の中心間距離Ｌは、０．６５ｍｍである。測定側出射体１１とリファレンス側出射体１２の端面は、図示を省略するが、出射ファイバが中心に配置されている。

この装置では、皮膚組織のうち真皮部分のスペクトルを選択的に測定するため、図６（Ｂ）に示すように、中心間距離Ｌ＝０．６５ｍｍに受光ファイバ１９を配置し、入射点と検出点とする皮膚組織測定用プローブ９を用いている。この皮膚組織測定用プローブ９を皮膚表面に接触させスペクトル測定を行うと、入射光ファイバより照射された近赤外光は皮膚組織内を拡散反射し、入射された光の一部が検出用光ファイバに到達する。そして、その光の伝播経路はバナナ・シェイプと呼ばれる経路をとり、真皮部分を中心に伝播する。したがって、吸光信号のＳＮ比が向上し、精度よく生体成分濃度の測定ができる。

また、従来の皮膚組織測定用プローブとしては、例えば特許文献２に開示された構造がある。この皮膚組織測定用プローブは、光ファイババンドルの先端部を支持すると共に皮膚表面との接触を保持する光ファイババンドルの先端部の支持体と、この支持体に設けられて光ファイババンドルの先端部を皮膚表面に対して直交する方向に移動させて前記先端部と皮膚表面との接触面を無負荷時の生体組織表面位置より−１５０μmから５００μｍの範囲内に保持する駆動手段とを備えた構造としている。

特開２００６−８７９１３号公報 特開２００８−１０４８３８号公報

採血によらず非観血的、非侵襲的に血糖値を推定する手法は、患者に負担をかけず血糖値を測定できるため、そのニーズは高く、多くの研究開発が行われ、検討に用いられた測定手法としても様々なものが提案されている。しかしながら、推定精度や信頼性に課題を残しており、今の時点で、日本国の薬事承認や米国のＦＤＡ認可を得た製品はない。

また、本発明が対象とする近赤外光を用いた非侵襲血糖値測定においても推定精度や信頼性に課題を残しているが、推定精度や信頼性を低下させる一つの要因として測定中の体動に伴う皮膚組織測定用プローブ９と皮膚との接触状態の変化がある。

皮膚組織測定用プローブと皮膚とが必要以上に強く接触すると、皮膚状態が大きく変化し易く、皮膚表面の平滑化に伴う表皮層の光学特性値の変化や、皮膚組織の圧縮に伴う光学特性値の変化が生じる。これらの光学特性値の変化は、血糖値の予測に大きな影響をもたらし、場合によっては、接触状態が安定するまで血糖値の測定ができない。

皮膚組織測定用プローブと皮膚とを適切な状態で接触させるには、皮膚組織測定用プローブの皮膚接触部分と皮膚の位置関係を数十μｍ単位で制御する必要がある。しかし、皮膚に対するダメージを小さくするためには皮膚組織測定用プローブを小さくかつ軽くする必要があり、皮膚接触部分と皮膚の位置関係を操作する機構も必然的に小さくなってしまうことから、上記位置関係の調整が困難である。また、血糖値測定を行う上で、条件設定の信頼性が損なわれ、結果として測定精度が悪くなるという問題もある。

そこで、本発明は、光ファイババンドルの先端部と皮膚との相対位置を精密に制御して、皮膚組織の光学特性値変化を抑制できる皮膚組織測定用プローブを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、皮膚表面に光ファイババンドルの先端部を固定し、該先端部から近赤外光を該皮膚に照射することで皮膚組織の光学的信号を測定する皮膚組織測定用プローブであって、前記皮膚表面に対して受発光ファイバを垂直に接触させる前記光ファイババンドルの先端部と、前記先端部の周囲に配置される固定部と、前記光ファイババンドルの先端部を皮膚に対して接近離反する方向へ駆動させる駆動機構部とを備え、前記駆動機構部は、前記固定部に形成された穴部に収納されて上下動自在とされ且つ前記光ファイババンドルの先端部を保持固定する昇降部材と、該昇降部材に螺合して取り付けられるねじ部と、該ねじ部に設けられたギア部と、前記固定部の上部に回転自在に設けられ、前記ギア部と噛み合って前記ねじ部を回転させることにより前記昇降部材を昇降動させて前記先端部を皮膚に対して接近離反する方向へ駆動させる回転操作部材とからなることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の皮膚組織測定用プローブであって、前記皮膚表面に対する前記光ファイババンドルの先端部位置を示す表示手段を有したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の皮膚組織測定用プローブであって、前記表示手段は、前記皮膚表面と前記光ファイババンドルの先端部が同一平面位置にあることを示す第１表示部と、前記先端部が前記同一平面位置から上方の測定位置にあることを示す第２表示部とを有したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の皮膚組織測定用プローブであって、前記ねじ部の締め切り位置は、前記皮膚表面と前記光ファイババンドルの先端部が同一平面位置となることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の皮膚組織測定用プローブであって、前記固定部を前記皮膚の測定部位に装着保持する装着補助部材を備え、該装着補助部材を、フレキシブルな装着部材としたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の皮膚組織測定用プローブであって、前記第１表示部及び前記第２表示部を前記回転操作部材に設けると共に、前記第１表示部及び前記第２表示部の位置合わせのための指標を、前記装着補助部材に設けたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の皮膚組織測定用プローブであって、前記装着補助部材の前記皮膚との接触面側に一方の電極を設け、前記光ファイババンドルの先端部を導電性部材として該先端部を他方の電極とし、これら両電極間の通電状態を検知して前記光ファイババンドルの先端部と前記皮膚との接触を検知する検知手段を備えたことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の皮膚組織測定用プローブであって、前記両電極間に電流が流れた時に点灯する表示手段を有したことを特徴とする。

請求項１に記載の皮膚組織測定用プローブは、固定部の上部に回転自在に設けた回転操作部材を回転操作して、光ファイババンドルの先端部を保持固定する昇降部材に螺合したねじ部を回転させることにより、前記光ファイババンドルの先端部を皮膚に対して接近離反する方向へ駆動する駆動機構部を備えている。このため、本発明によれば、ねじ部を直接回すよりも回転操作部材を回転させ、その回転力をねじ部に設けたギヤ部を介して該ねじ部を回転させることで、小さな力で光ファイババンドルの先端部を数μｍ単位で精度良く昇降動させることができる。皮膚に対するダメージを小さくするには、光ファイババンドルの先端部を小さく且つ軽くする必要があるため、該先端部を皮膚に対して接近離反する駆動機構部もこれに応じて小さくする必要がある。しかし、駆動機構部が小さくなるとその操作性が悪くなり、前記先端部の皮膚に対する相対位置の精度が悪くなる。これに対して、本発明によれば、光ファイババンドルの先端部を小さく且つ軽くしても、前記先端部と皮膚との相対位置を精密に調整することができるため、測定精度を高めることができる。

請求項２に記載の皮膚組織測定用プローブによれば、皮膚表面に対する光ファイババンドルの先端部位置を示す表示手段を有しているので、この表示手段を確認することで、前記先端部の皮膚に対する相対位置設定を簡単に行うことができる。

請求項３に記載の皮膚組織測定用プローブにおいては、前記表示手段を、皮膚表面と光ファイババンドルの先端部が同一平面位置にあることを示す第１表示部と、先端部が前記同一平面位置から上方の測定位置にあることを示す第２表示部とにより構成している。第１表示部では皮膚表面と光ファイババンドルの先端部が同一平面位置にあることを示しているため、この第１表示部を確認することで、光ファイババンドルの先端部を皮膚に対して必要以上に強く接触させることを防止できる。第２表示部では光ファイババンドルの先端部が前記同一平面位置から上方の測定位置にあることを示しているため、この第２表示部を確認することで、前記先端部を測定位置に容易に配置させることができる。

請求項４に記載の皮膚組織測定用プローブにおいては、ねじ部の締め切り位置を、皮膚表面と光ファイババンドルの先端部が同一平面位置となるようにしている。このため、本発明によれば、ねじ部を回して締め切った場合でも光ファイババンドルの先端部が皮膚表面と同一平面位置になり、該先端部が皮膚を必要以上に押し付けることを防止することができる。

請求項５に記載の皮膚組織測定用プローブにおいては、固定部を皮膚の測定部位に装着保持する装着補助部材を備え、その装着補助部材をフレキシブルな装着部材としている。このため、本発明によれば、装着補助部材によって固定部を皮膚の測定部位に安定して装着保持することができる。また、本発明によれば、フレキシブルな装着部材である装着補助部材によって、曲面を有する柔軟組織である生体部位であっても固定部の皮膚に対する接触状態を安定させ、この接触状態の変化による皮膚組織の光学特性値変化を起こし難くすることができる。その結果、固定部への影響を小さくすることができ、光ファイババンドルの先端部への影響を最小化することができる。

請求項６に記載の皮膚組織測定用プローブにおいては、第１表示部及び第２表示部を回転操作部材に設けると共に、第１表示部及び第２表示部の位置合わせのための指標を装着補助部材に設けた構造としている。このため、本発明によれば、回転操作部材に設けた第１及び第２表示部を装着補助部材に設けた指標に合わせることで、誰にでも簡単に光ファイババンドルの先端部と皮膚との相対位置を精度良く設定することができる。

請求項７に記載の皮膚組織測定用プローブによれば、装着補助部材の皮膚との接触面側に一方の電極を設け、光ファイババンドルの先端部を導電性部材として該先端部を他方の電極とし、これら両電極間の通電状態を検知して光ファイババンドルの先端部と皮膚との接触を検知する検知手段を備えたので、この検知手段によって光ファイババンドルの先端部と皮膚との接触を電気的に検知することができ、これら先端部と皮膚との接触状態を安定化させることができる。

請求項８に記載の皮膚組織測定用プローブによれば、両電極間に電流が流れた時に点灯する表示手段を設けたので、この表示手段の点灯を確認するだけで、光ファイババンドルの先端部と皮膚との接触状態を容易に確認することができる。

図１は皮膚組織測定用プローブで測定する皮膚組織を模式的に示す図である。 図２は第１実施形態の皮膚組織測定用プローブを示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。 図３は第１実施形態の皮膚組織測定用プローブを装着させる生体部位を示す図である。 図４は第２実施形態の皮膚組織測定用プローブを示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。 図５は第３実施形態の皮膚組織測定用プローブを示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。 図６は従来の皮膚組織測定装置を示し、（Ａ）はその全体構成図、（Ｂ）は光ファイババンドルの先端部を拡大して示す図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

非侵襲的に血糖値を推定するには、前記したように波長が１３００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の近赤外光を皮膚に照射することで皮膚組織の光学的信号（拡散反射スペクトル）を測定することで推定できる。生体の皮膚組織は、図１に示すように、大きく分類すると表皮組織Ｓ１、真皮組織Ｓ２、皮下組織Ｓ３の３層の組織で構成される。

表皮組織Ｓ１は、角質層を含む組織で、組織内に毛細血管はあまり発達していない。皮下組織Ｓ３は、主に脂肪組織で構成されている。したがって、この二つの組織内に含まれる水溶性の生体成分濃度、特に、グルコース濃度と血中グルコース濃度(血糖値)との相関は低いと考えられる。

一方、真皮組織Ｓ２については、毛細血管が発達していることと、水溶性の高い生体成分濃度、特にグルコースが組織内で高い浸透性を有することから組織内生体成分濃度、特にグルコース濃度は間質液(ISF: Interstitial Fluid)と同様に血糖値に追随して変化すると考えられる。したがって、真皮組織Ｓ２を標的としたスペクトル測定を行えば、生体成分濃度、特に血糖値変動と相関するスペクトル信号の測定が可能となる。

波長が１３００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の近赤外光を用いる場合、図１に示すように、発光部１００と受光部１０１を中心間距離Ｌ＝０．６５ｍｍとして両者を離して構成した近赤外スペクトル皮膚組織測定用プローブを皮膚に接触させる。そして、近赤外スペクトル測定を行うと、発光部から照射された近赤外光Ｈｖは照射面より皮膚組織に照射され、皮膚組織内を拡散反射してその一部が受光部に到達する。この際の光の伝播経路は、真皮組織Ｓ２を中心として、皮膚組織内伝播し、バナナ・シェイプと呼ばれる形状をとるので、皮膚組織の深さ方向の選択的測定を可能とし、精度良い測定ができる。

［第１実施形態］
図２は第１実施形態の皮膚組織測定用プローブを示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図、図３は第１実施形態の皮膚組織測定用プローブを装着させる生体部位を示す図である。第１実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０は、皮膚表面３１に対して受発光ファイバを垂直に接触させる光ファイババンドル３２の先端部であるプローブ３３と、プローブ３３の周囲に配置される固定部３４と、プローブ３３を皮膚表面３１に対して接近離反する方向（図２（Ｂ）の矢印Ｘ方向）へ駆動する駆動機構部３５と、固定部３４を皮膚の測定部位に装着保持する装着補助部材３６とを有している。

プローブ３３の先端には、図１で示したように、１３００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の近赤外光Ｈｖを皮膚表面３１に向けて照射する発光部と、皮膚組織内を拡散照射して戻る光を受光する受光部とが設けられている。発光部と受光部は、図６（Ｂ）と同じ構造であるので、ここではその説明は省略する。

固定部３４は、プローブ３３を保持する基台として機能し、例えば平面視円形状をなす台として形成されている。この固定部３４には、プローブ３３を保持固定する後述のプローブ駆動用昇降部材３７を上下動自在に収容させる穴部３８が設けられている。この穴部３８は、貫通穴ではなく、底部３９を有した止まり穴とされている。また、底部３９には、プローブ３３の先端を皮膚表面３１に接触させるための貫通孔４０が形成されている。

駆動機構部３５は、固定部３４に形成された穴部３８に収納されて上下動自在とされるプローブ駆動用昇降部材３７と、このプローブ駆動用昇降部材３７を上下動させるねじ部４１と、ねじ部４１に設けられたギヤ部４２と、ギヤ部４２と噛み合ってねじ部４１を回転させることによりプローブ駆動用昇降部材３７を昇降動させて前記プローブ３３を皮膚に対して接近離反する方向へ駆動させる回転操作部材４３とから構成されている。

プローブ駆動用昇降部材３７は、平面視矩形状をなし、前記穴部３８に上下動可能に挿入されている。そして、このプローブ駆動用昇降部材３７には、光ファイババンドル３２の先端部であるプローブ３３を挿入させて保持するためのプローブ挿入保持孔４４が形成されている。また、プローブ駆動用昇降部材３７には、ねじ部４１を取り付けるためのねじ穴４５が貫通して設けられている。

ねじ部４１は、時計回り方向に回すことで、プローブ駆動用昇降部材３７を上昇させ、該プローブ駆動用昇降部材３７に保持させたプローブ３３を皮膚表面３１から離間する方向へ移動させる。一方、ねじ部４１は、反時計回り方向に回すことで、該プローブ駆動用昇降部材３７を下降させ、プローブ３３を皮膚表面３１へ接近させる方向へ移動させる。

前記ねじ部４１には、例えばピッチ０．２５ｍｍの雄ねじが形成されたものが使用される。ねじ部４１をピッチ０．２５ｍｍという小さなねじピッチとすることで、プローブ３３の移動距離を数ミクロン単位で精密に制御することができる。一方、プローブ駆動用昇降部材３７には、これに応じたピッチの雌ねじを形成したねじ穴４５が形成されている。

前記ギヤ部４２は、前記ねじ部４１の頭部に該ねじ部４１と一体的に設けられている。かかるギヤ部４２は、前記固定部３４の穴部３８から常に上方に突出した状態を保持する。一方、ねじ部４１の先端部は、固定部３４に形成された穴部３８の底面に常に接触した状態とされる。また、前記ねじ部４１を反時計回り方向に回して締め切た位置では、皮膚表面３１とプローブ３３の先端とが同一平面位置となるようにされている。

回転操作部材４３は、前記固定部３４の上部に、図２（Ａ）の矢印Ｃで示す方向に回転自在に設けられている。具体的には、回転操作部材４３は、下面に形成した円環状凹部５４を前記固定部３４の上部に被せるようにして嵌合装着されることで、該固定部３４に対して回転自在とされている。この回転操作部材４３は、光ファイババンドル３２を外方へ導出させる導出孔４６を中心に有した円盤体として形成されている。また、この回転操作部材４３には、前記ねじ部４１の頭部に設けられたギヤ部４２と噛み合う駆動ギヤ４７が形成されている。前記駆動ギヤ４７は、前記導出孔４６の内側側壁に円周方向に沿って形成されている。

装着補助部材３６は、前記固定部３４を皮膚の測定部位に装着保持させるもので、該固定部３４を中心として上下左右方向にそれぞれ延在して設けられた十字形状とされている。かかる装着補助部材３６は、測定部位周辺の皮膚に密着して前記プローブ３３を皮膚表面３１に対して垂直に保つフレキシブルな装着部材として形成されている。装着補助部材３６は、例えば柔軟性に富んだポリウレタンやシリコンゴム等の素材で形成されており、前記固定部３４に接着剤で取り付けられている。

固定部３４を中心として上下左右方向にそれぞれ延在する装着補助部材３６は、その柔軟な特性により、何れも曲面を有する柔軟組織である生体部位に密着する。例えば、図３に示す腕４８のうち斜線で示す部位Ｓに固定部３４を装着保持する場合、４方向に延びる装着補助部材３６がそれぞれ腕を肘から手首に延びる方向Ａと、これと直交する方向である腕４８に巻き付く方向Ｂにそれぞれ装着される。４方向にそれぞれの装着補助部材３６が腕４８に装着されることで、体動による影響を固定部３４に伝え難くなる。

十字形状とされた装着補助部材３６のうち、固定部３４が装着される中央部分には、プローブ３３の先端部を皮膚表面３１に接触させるための開口孔４８が形成されている。また、この装着補助部材３６には、皮膚表面３１と対向する面に両面テープ４９が取り付けられている。両面テープ４９は、装着補助部材３６とほぼ同一の大きさとされた十字形状とされている。両面テープ４９の一方の粘着面は、装着補助部材３６に接着され、他方の粘着面は、皮膚表面３１に接着される。この両面テープ４９には、前記開口孔４８と対向する部位にプローブ３３の先端部を臨ませる孔部５０が形成されている。

そして、この皮膚組織測定用プローブ３０には、皮膚表面３１に対する光ファイババンドル３２の先端部位置を示す表示手段が設けられている。表示手段は、皮膚表面３１とプローブ３３の先端が同一平面位置にあることを示す第１表示部５１と、プローブ３３が前記同一平面位置から上方の測定位置にあることを示す第２表示部５２と、を有している。これら第１表示部５１及び第２表示部５２は、何れも回転操作部材４３に設けられている。

第１表示部５１は、回転操作部材４３の天面４３ａに、該回転操作部材４３の中心から外側へ径方向に向かって一本の太線として印刷されている。第２表示部５２は、同じく回転操作部材４３の天面４３ａに、該回転操作部材４３の中心から外側へ径方向に向かって二本の細線として印刷されている。なお、第１表示部５１を一本の太線とし、第２表示部５２を二本の細線としたが、両方の表示部５１、５２が区別できれば、線種はこの実施形態に限定されない。

また、この皮膚組織測定用プローブ３０には、第１表示部５１及び第２表示部５２の位置合わせのための指標５３が設けられている。前記指標５３は、光ファイババンドル３２が延在する方向（引き出される方向）とは反対側の装着補助部材３６の表面３６ａに、中央に太線、その両側に配置した細線として印刷されている。この指標５３は、固定部３４の近傍部に設けられ、第１表示部５１及び第２表示部５２と合致した時にそれらが一直線となる。

本実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０にて生体の血糖値を測定するには、図３で示した腕４８の斜線で示す部位Ｓに、肘から手首に向かう方向Ａに沿って光ファイババンドル３２を配策するようにしてこの方向Ａと平行な２つの装着補助部材３６を両面テープ４９にて皮膚表面３１に貼り付ける。その後、残りの２つの装着補助部材３６を腕４８に巻き付けるようにして両面テープ４９で皮膚表面３１に貼り付ける。なお、光ファイババンドル３２は、プローブ３３が取り付けられる位置から上方へ逆Ｕ字形状をなすように屈曲（湾曲）される。

次に、回転操作部材４３を回転操作してねじ部４１を反時計回り方向に回転させる。回転操作部材４３を時計回り方向へ回転操作すると、該回転操作部材４３の内側側壁に形成された駆動ギヤ４７と前記ねじ部４１の頭部に設けられたギヤ部４２が噛み合って、前記ねじ部４１が反時計回り方向に回転する。

すると、プローブ駆動用昇降部材３７に固定されたプローブ３３が上方位置から皮膚表面３１へと下降する。回転操作部材４３の回転操作は、図２に示すように、前記指標５３に前記第１表示部５１が合致する位置まで行う。前記指標５３に第１表示部５１が合致すると、プローブ３３の先端位置が皮膚表面３１と同一平面位置となるため、該プローブ３３の先端が皮膚表面３１に軽く接触する。また、指標５３に第１表示部５１が合致した状態では、ねじ部４１が締め切り位置にあるため、プローブ３３が皮膚に対して必要以上に押し込まれることはなく、皮膚表面３１にプローブ３３が軽く接触した状態を維持する。

その後、回転操作部材４３を先の回転方向とは反対の反時計回り方向へ回転操作する。すると、今度は、ねじ部４１が時計回り方向に回転して、プローブ３３を皮膚表面３１から上昇させる。回転操作部材４３の回転操作は、前記指標５３に前記第２表示部５２が合致する位置まで行う。前記指標５３に第２表示部５２が合致すると、プローブ３３の先端位置が皮膚表面３１から上方の測定位置に設けられる。この測定位置は、プローブ３３の先端と皮膚表面３１が同一となる同一平面位置から上方に５００μｍ以内の位置、好ましくは１００μｍの位置である。前記測定位置に配置されたプローブ３３は、前記ギヤ部４２と駆動ギヤ４７との噛み合いによるため、位置ずれを起こすことはない。

そして、測定位置に保持させたプローブ３３の発光部から近赤外光を皮膚表面３１に対して垂直に照射し、皮膚組織内を拡散反射した光りを受光部で受光する近赤外スペクトル測定を行う。これにより、近赤外スペクトル測定で得られたスペクトル信号から血糖値を推定することができる。

本実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０によれば、ねじ部４１を直接回すよりもこのねじ部４１よりも大きな回転操作部材４３を回転させ、その回転力をねじ部４１に設けたギア部４２を介して該ねじ部４１を回転させることで、小さな力で光ファイババンドル３２の先端部であるプローブ３３を数μｍ単位で精度良く昇降動させることができる。皮膚に対するダメージを小さくするには、プローブ３３を小さく且つ軽くする必要があるため、該プローブ３３を皮膚に対して接近離反する駆動機構部３５もこれに応じて小さくする必要がある。しかし、駆動機構部３５が小さくなるとその操作性が悪くなり、前記プローブ３３の皮膚に対する相対位置の精度が悪くなる。これに対して、本実施形態によれば、プローブ３３を小さく且つ軽くしても、前記プローブ３３と皮膚との相対位置を精密に調整することができるため、測定精度を高めることができる。従って、プローブ３３の皮膚表面３１に対する相対位置を高精度なものとできることから、推定精度や信頼性の高い血糖値測定が可能となる。

また、本実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０によれば、皮膚表面３１に対するプローブ３３の先端部位置を示す表示手段を有しているので、この表示手段を確認することで、前記プローブ３３の皮膚に対する相対位置設定を簡単に行うことができる。この表示手段を、皮膚表面３１とプローブ３３の先端部が同一平面位置にあることを示す第１表示部５１と、プローブ３３の先端部が前記同一平面位置から上方の測定位置であることを示す第２表示部５２とで構成しているので、第１表示部５１を確認することでプローブ３３の先端部を皮膚に対して必要以上に強く接触させることを防止できる。また、第２表示部５２を確認することで、前記プローブ３３を測定位置に容易に配置させることができる。

また、本実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０によれば、回転操作部材４３に設けた第１及び第２表示部５１、５２を装着補助部材３６に設けた指標５３に合わせるだけで、誰にでも簡単にプローブ３３と皮膚との相対位置を精度良く設定することができる。

また、本実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０によれば、ねじ部４１の締め切り位置を皮膚表面３１とプローブ３３の先端部が同一平面位置となるようにしているので、ねじ部４１を回して締め切った場合でもプローブ３３の先端部が皮膚表面３１と同一平面位置になり、該プローブ３３が皮膚を必要以上に押し付けることを防止することができる。

また、本実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０によれば、フレキシブルな装着部材である装着補助部材３６によって、曲面を有する柔軟組織である生体部位であっても固定部３４の皮膚に対する接触状態を安定させ、この接触状態の変化による皮膚組織の光学特性値変化を起こし難くすることができる。特に、皮膚組織測定用プローブ３０を四肢や腹部等の皮膚表面部位に装着する場合は、体動により皮膚とプローブ３３の接触面が大きく変形するような状態でも、柔軟な装着補助部材３６が変形を吸収し、固定部３３への影響を小さくする。その結果、プローブ３３への影響を最小化することができ、近赤外スペクトルから推定する血糖値の予測誤差を小さくすることができる。

［第２実施形態］
図４は第２実施形態の皮膚組織測定用プローブを示し、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。第２実施形態では、第１実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０と異なる点に関してのみ説明するものとし、第１実施形態と同一構成部分については同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

第２実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０では、光ファイババンドル３２の先端部であるプローブ３３と皮膚との接触状態を、後述する両電極間を流れる電流の通電状態で検知する検知手段を備えた構造である。具体的には、装着補助部材３６の前記皮膚との接触面側に一方の電極５５を設け、光ファイババンドル３２の先端部であるプローブ３３を他方の電極とし、これら両電極間の通電状態を検知して前記プローブ３３と皮膚との接触を検知する。

一方の電極５５は、十字形状とした装着補助部材３６のうち何れかの方向に延在する装着補助部材３６、例えば光ファイババンドル３２の引き出し方向とは反対側の装着補助部材３６に設けている。かかる電極５５は、前記装着補助部材３６の皮膚との接触面側に埋め込まれるようにして取り付けられている。そして、この電極５５の先端面５５ａは、これに対応する部位がくり抜かれた両面テープ４９の開口孔５６に露出し、該両面テープ４９の装着面４９ａと面一とされている。

一方の前記電極５５には、外部端子５７が取り付けられている。この外部端子５７は、装着補助部材３６を貫通して両面テープ４９が取り付けられる側とは反対側の面３６ａに突出している。

他方の電極は、例えばプローブ３３の外周部分をステンレス製の円筒部材で被覆することにより形成される。ステンレスは、導電性金属からなるため、前記プローブ３３の外周部分に取り付けられることで電極として機能する。

また、第２実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０では、回転操作部材４３の天面４３ａに、円周方向に沿って３０度毎に１２個の太線を印刷した表示部６１を設けている。この表示部６１は、第１実施形態の第１表示部５１及び第２表示部５２とは異なり、回転操作部材４３を回転操作させる際の目盛りとして使用される。

また、第２実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０では、先端部から後方に屈曲する光ファイババンドル３２の屈曲終端部を、固定手段で装着補助部材３６に固定した構造としている。プローブ３３付近では、受発光ファイバを可能な限り曲げないように皮膚表面３１に対して垂直方向に光ファイババンドル３２を長く伸ばす傾向がある。しかし、光ファイババンドル３２を長くし過ぎると装置自体の取り扱いが悪くなる。そのため、先端部であるプローブ３３から後方上方へと逆Ｕ字形状をなすように屈曲部分３２Ａを形成し、その屈曲部分３２Ａの屈曲終端部を固定手段６３で装着補助部材３６に固定する。

固定手段６３は、光ファイババンドル３２の屈曲部分３２Ａの屈曲終端部に取り付けられる第１固定部材である雄部材５８と、この雄部材５８と結合して光ファイババンドル３２を装着補助部材３６に固定する第２固定部材である雌部材５９とからなる。これら雄部材５８と雌部材５９からなる固定手段６３は、例えば着脱自在なスナップボタン構造であり、測定時に光ファイババンドル３２を装着補助部材３６に固定する際に使用される。雄部材５８には、光ファイババンドル３２を挿入保持させる孔部６０が形成されている。

前記固定手段６３が設けられる位置は、光ファイババンドル３２の先端部であるプローブ３３が設けられる位置から距離Ｌ＝５０ｍｍ以内の位置とされる。この位置には、装着補助部材３６に固定される雌部材５９が設けられる。

前記プローブ３３と前記皮膚との接触を前記検知手段で検知するには、一方の電極５５と他方の電極であるプローブ３３間に、微弱で一定の交流電流を流す。すると、皮膚表面３１に接触する一方の電極５５及びプローブ３３間には、皮膚を介して電流が流れる。この両電極間に流れた微弱電流を電流計等の検知装置で検知する。電流計の針が振れた場合は、プローブ３３が皮膚表面３１に接触したと判断される。電流計の針が振れなかった場合は、プローブ３３が皮膚表面３１と非接触状態であると判断される。交流電源部としては、例えば数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ程度の微弱電流を通電するものを使用する。

なお、通電確認のための交流電源部と検知装置は、血糖値測定前の初期設定作業で使用し、血糖値測定の際には外される。

このように構成された皮膚組織測定用プローブ３０で血糖値を測定するには、第１実施形態と同様に、回転操作部材４３を回転操作してプローブ３３を皮膚上方から徐々に下げて行く。前記プローブ３３の先端が皮膚表面３１に接触すると、皮膚を介して両電極間に電流が流れ、電流計の針が振れる。この針が振れたときの回転操作部材４３の位置を、前記指標５３に対する前記表示部６１との位置関係として覚えておく。そして、電流計の針が振れた状態から回転操作部材４３を回転操作して、およそ２５０μｍ程度プローブ３３を更に下降させる。これで、プローブ３３が皮膚に対して充分に接触されることになる。

次に、前記指標５３と前記表示部６１との位置関係から電流計の針が振れた位置まで前記回転操作部材４３を戻す。この回転操作部材４３を戻した位置を、プローブ３３の測定位置とする。そして、測定位置に保持させたプローブ３３の発光部から近赤外光を皮膚表面３１に対して垂直に照射し、皮膚組織内を拡散反射した光りを受光部で受光する近赤外スペクトル測定を行う。これにより、近赤外スペクトル測定で得られたスペクトル信号から血糖値を推定することができる。

第２実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０によれば、光ファイババンドル３２の先端部であるプローブ３３と皮膚との接触状態を、両電極間の通電状態を検知して電気的に検知するようにしたので、前記プローブ３３の先端部と皮膚との接触状態を安定化させることができる。これにより、プローブ３３と皮膚との不適切な設定がなくなり、近赤外スペクトルから推定する血糖値の予測誤差を小さくすることができる。

また、第２実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０によれば、一方の電極５５を装着補助部材３６に設けたので、別途電極を生体に貼る必要がなく、装着する際の操作を容易にすることができ、血糖値測定までの準備時間を短縮することができる。

第２実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０によれば、固定手段６３で先端部から後方に屈曲する光ファイババンドル３２の屈曲終端部を固定するため、体動等により光ファイババンドル３２にかかる力が前記固定手段６３で遮断され、該光ファイババンドル３２の先端部に伝達し難くなる。そのため、光ファイババンドル３２の先端部であるプローブ３３と皮膚表面３１との相対位置を安定化させることができる。

また、第２実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０によれば、固定手段６３を着脱自在としたので、光ファイババンドル３２の取り扱いが容易になると共に、装着補助部材３６を消毒洗浄する作業が容易になる。

［第３実施形態］
図５は第３実施形態の皮膚組織測定用プローブの平面図である。第３実施形態では、第２実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０と異なる点に関してのみ説明するものとし、第２実施形態と同一構成部分については同一の符号を付し、その説明は省略するものとする。

第２実施形態では、一方の電極５５と他方の電極であるプローブ３３間に流れた電流を検知する手段として電流計等の検知装置を用いたが、第３実施形態では、両電極間の通電状態を点灯させて検知する表示手段６２を使用した構造としている。具体的には、何れかの装着補助部材３６にＬＥＤ等の光源を表示手段６２として設けている。なお、両電極間に通電する電流は、第２実施形態で使用した交流電流ではなく直流電流とする。

前記表示手段６２は、電極５５と固定手段６３が設けられた装着補助部材３６以外の何れか一方の装着補助部材３６に設けられ、その上面３６ａに表示部が露出する。この表示手段６２が点灯した場合は、プローブ３３が皮膚表面３１に接触したと判断される。表示手段６２が点灯しなかった場合は、プローブ３３が皮膚表面３１と非接触状態であると判断される。

第３実施形態の皮膚組織測定用プローブ３０によれば、両電極間に電流が流れた時に点灯する表示手段６２を設けたので、この表示手段６２の点灯状態を確認するだけで簡単にプローブ３３と皮膚との接触状態を検知することができる。また、本実施形態によれば、両電極間の通電状態を確認するには、電源を端子５７とプローブ３３に接続するだけで良い。そのため、皮膚組織測定用プローブ３０を皮膚に装着する際の操作を容易にすることができ、血糖値測定までの準備時間を短縮することができる。

３０…皮膚組織測定用プローブ
３１…皮膚表面
３２…光ファイババンドル
３３…プローブ（光ファイババンドルの先端部、他方の電極）
３４…固定部
３５…駆動機構部
３６…装着補助部材
３７…プローブ駆動用昇降部材（駆動機構部）
４１…ねじ部（駆動機構部）
４２…ギヤ部
４３…回転操作部材（駆動機構部）
４７…駆動ギヤ
４８…腕（生体部位）
５１…第１表示部（表示手段）
５２…第２表示部（表示手段）
５３…指標
５５…電極（一方の電極）
５７…外部端子

Claims (8)

1. 皮膚表面に光ファイババンドルの先端部を固定し、該先端部から近赤外光を該皮膚に照射することで皮膚組織の光学的信号を測定する皮膚組織測定用プローブであって、
   前記皮膚表面に対して受発光ファイバを垂直に接触させる前記光ファイババンドルの先端部と、
   前記先端部の周囲に配置される固定部と、
   前記光ファイババンドルの先端部を皮膚に対して接近離反する方向へ駆動させる駆動機構部とを備え、
   前記駆動機構部は、前記固定部に形成された穴部に収納されて上下動自在とされ且つ前記光ファイババンドルの先端部を保持固定する昇降部材と、該昇降部材に螺合して取り付けられるねじ部と、該ねじ部に設けられたギア部と、前記固定部の上部に回転自在に設けられ、前記ギア部と噛み合って前記ねじ部を回転させることにより前記昇降部材を昇降動させて前記先端部を皮膚に対して接近離反する方向へ駆動させる回転操作部材とからなる
   ことを特徴とする皮膚組織測定用プローブ。
2. 請求項１に記載の皮膚組織測定用プローブであって、
   前記皮膚表面に対する前記光ファイババンドルの先端部位置を示す表示手段を有した
   ことを特徴とする皮膚組織測定用プローブ。
3. 請求項２に記載の皮膚組織測定用プローブであって、
   前記表示手段は、前記皮膚表面と前記光ファイババンドルの先端部が同一平面位置にあることを示す第１表示部と、前記先端部が前記同一平面位置から上方の測定位置にあることを示す第２表示部とを有した
   ことを特徴とする皮膚組織測定用プローブ。
4. 請求項３に記載の皮膚組織測定用プローブであって、
   前記ねじ部の締め切り位置は、前記皮膚表面と前記光ファイババンドルの先端部が同一平面位置となる
   ことを特徴とする皮膚組織測定用プローブ。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載の皮膚組織測定用プローブであって、
   前記固定部を前記皮膚の測定部位に装着保持する装着補助部材を備え、該装着補助部材を、フレキシブルな装着部材とした
   ことを特徴とする皮膚組織測定用プローブ。
6. 請求項５に記載の皮膚組織測定用プローブであって、
   前記第１表示部及び前記第２表示部を前記回転操作部材に設けると共に、前記第１表示部及び前記第２表示部の位置合わせのための指標を、前記装着補助部材に設けた
   ことを特徴とする皮膚組織測定用プローブ。
7. 請求項１から請求項６の何れか１項に記載の皮膚組織測定用プローブであって、
   前記装着補助部材の前記皮膚との接触面側に一方の電極を設け、前記光ファイババンドルの先端部を導電性部材として該先端部を他方の電極とし、これら両電極間の通電状態を検知して前記光ファイババンドルの先端部と前記皮膚との接触を検知する検知手段を備えた
   ことを特徴とする皮膚組織測定用プローブ。
8. 請求項７に記載の皮膚組織測定用プローブであって、
   前記両電極間に電流が流れた時に点灯する表示手段を有した
   ことを特徴とする皮膚組織測定用プローブ。

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