JP2014100374A - 非侵襲生体計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を長大化させることなく、手指の長い被験者でも計測可能な非侵襲生体計測装置を提供する。
【解決手段】この非侵襲生体計測装置（生体計測装置１００）は、被験者の手指を計測位置Ｐに載置するための基台１と、基台１に取り付けられ、計測位置Ｐに手指を載置するために基台１の計測位置Ｐを露出させる開状態Ａと、手指を撮像するために計測位置Ｐにおける手指を覆う閉状態Ｂと、に移動可能なカバー部２と、計測位置Ｐに配置された手指に光を照射する光源部４と、光源部４から照射された光を用いて、計測位置Ｐに配置された手指の画像を得る撮像部３と、を備え、基台１に、または、基台１およびカバー部２の両方に跨がって、計測位置Ｐに配置された手指の先端を受入可能な貫通穴部７が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、非侵襲生体計測装置に関し、特に、被験者の手指を撮像することにより生体情報を計測する非侵襲生体計測装置に関する。

従来、被験者の手指を撮像することにより生体情報を計測する非侵襲生体計測装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、撮像部が設けられ、被験者の手指が載置される基台と、光源が設けられ、基台に載置された手指を覆うカバーとを備えた非侵襲生体計測装置が開示されている。カバーは、基台上に載置された手指の先端側に設けられた回動軸を中心として、上下に回動するように構成されている。被験者は、カバーを開放した状態で計測位置に手指の第２関節部分を載置し、カバーを閉じて計測位置における手指を上側から覆う。この状態で、計測位置における手指の撮像が行われ、撮像画像に基づいて血中ヘモグロビン濃度などの生体情報が計測される。

特開２０００−２６２４９６号公報

しかしながら、被験者の手指の長さには個人差があるため、基台の計測位置に手指の第２関節部分を載置する上記特許文献１の装置において、手指の長い被験者でも計測可能にするためには手指の長さ方向に装置を長大化させる必要がある。その一方、装置の小型化の要請もあり、装置を長大化させることなく手指の長い被験者でも計測可能にすることが望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、装置を長大化させることなく、手指の長い被験者でも計測可能な非侵襲生体計測装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における非侵襲生体計測装置は、被験者の手指の画像に基づいて生体情報を計測する非侵襲生体計測装置であって、被験者の手指を計測位置に載置するための基台と、基台に取り付けられ、計測位置に手指を載置するために基台の計測位置を露出させる開状態と、手指を撮像するために計測位置における手指を覆う閉状態と、に移動可能なカバー部と、計測位置に配置された手指に光を照射する光源部と、光源部から照射された光を用いて、計測位置に配置された手指の画像を得る撮像部と、を備え、基台に、カバー部に、または、基台およびカバー部の両方に跨がって、計測位置に配置された手指の先端を受入可能な貫通穴部が形成されている。

この発明の一の局面による非侵襲生体計測装置では、上記のように、基台に、カバー部に、または、基台およびカバー部の両方に跨がって、計測位置に配置された手指の先端を受入可能な貫通穴部を設けることによって、被験者の手指が長い場合には、計測位置に被験者の手指を配置する際に手指を貫通穴部に挿入させて手指の先端を逃がすことができる。これにより、手指の延びる方向に装置を長大化させなくとも、手指の長い被験者と手指の長さが標準的な被験者とで、同じ計測位置に手指を配置して計測を行うことができるので、装置を長大化させることなく、手指の長い被験者でも計測を行うことができる。

上記一の局面による非侵襲生体計測装置において、好ましくは、貫通穴部は、計測位置における手指の先端方向に延びるとともに、基台およびカバー部の両方に跨がって形成されている。このように構成すれば、基台に対するカバー部の取り付け位置を手指の計測位置と略同じ高さ位置に配置して、基台に対するカバー部の取り付け位置を貫通するようにして貫通穴部を設けることができる。これにより、たとえば基台のみに貫通穴部を設ける場合には基台に対するカバー部の取り付け位置を手指の計測位置よりも高い位置に配置する必要があるのに対して、基台に対するカバー部の取り付け位置を手指の計測位置と略同じ高さ位置に配置することができる分、装置の高さ寸法の増大を抑制することができる。この結果、装置横方向の長大化を抑制するのみならず、装置の高さ寸法も抑制して装置の小型化を図ることができる。

この場合、好ましくは、カバー部は、基台に載置された手指の先端側に位置する、手指と直交する横方向の軸を中心に回動可能に構成され、貫通穴部のカバー部側には、計測位置における手指の先端方向において、カバー部の外側に向かって貫通穴部の内径が大きくなるように上向きに傾斜した傾斜部が形成されている。このように構成すれば、カバー部が閉状態である場合において、貫通穴部の上下方向の長さが傾斜部によって手指の先端方向に向かってカバー部側に拡大されるので、カバー部を閉状態から軸回りに回動させて開状態にした場合にも、貫通穴部の内径を確保することができる。これにより、被験者が貫通穴部に手指の先端を挿入したままでも、手指にカバー部が干渉することなくカバー部を移動させることができる。

上記一の局面による非侵襲生体計測装置において、好ましくは、基台は、手指を間に挟むようにして手指を計測位置に配置させるための一対の側壁部を含み、一対の側壁部は、手指に沿うように延びるとともに、手指の付け根側の端部において、手指の付け根側方向に向かって高さが低くなるように形成されている。このように構成すれば、一対の側壁部によって計測位置への手指の位置決めを容易に行うことができる。ここで、手指の特定部位（たとえば、第２関節の位置）を計測位置に位置決めする場合、手指の長い被験者は手指の先端側にも付け根側にも長さ方向に余裕ができる一方、手指の短い被験者が同じ特定部位を計測位置に位置決めしようとすると、手指の付け根が側壁部と干渉して特定部位が計測位置に届かない可能性がある。そこで、本発明では、一対の側壁部を、手指の付け根側の端部において、手指の付け根側方向に向かって高さが低くなるように形成することによって、手指の付け根側を側壁部の端部に乗り上げるようにして、手指の短い被験者でも手指をより奥側の位置に配置させることができる。これにより、手指の短い被験者でも適正な部位を計測位置に配置して計測を行うことができる。すなわち、計測可能な手指の長さの下限を拡大して、一台の装置でより幅広い被験者に対応することができる。

上記一の局面による非侵襲生体計測装置において、好ましくは、基台は、手指を間に挟むようにして手指を計測位置に配置させるための非透光性の一対の側壁部を含み、一対の側壁部は、カバー部側から基台側に向かうにつれて、一対の側壁部の間の間隔が小さくなるように構成されている。このように構成すれば、手指の太さが異なる被験者でも、一対の側壁部の間で一対の側壁部と接触するまで手指を基台側に移動させるだけで手指の幅方向の位置を確実に位置決めすることができる。また、被験者によって手指の太さが異なる場合でも両側の側壁部に手指を接触させることができるので、手指と側壁部との隙間を無くして光漏れを防ぐことができる。

この場合、好ましくは、カバー部は、光源部を有し、撮像部は、計測位置を挟んで光源部と対向するように基台に設けられ、手指を透過した光を用いて手指を撮像するように構成されており、一対の側壁部は、光源部側から撮像部側に向かうにつれて、一対の側壁部の間の間隔が小さくなるように構成されている。このように構成すれば、カバー部側の光源部から照射された光を用いて、基台側の撮像部により手指の透過像を得ることができる。この際、手指と撮像部との間で、手指と一対の側壁部との隙間を無くすことができるので、手指を透過した光以外の外光（いわゆる迷光）の撮像部への入射を抑制して撮像を行うことができる。

上記基台が一対の側壁部を含む構成において、好ましくは、一対の側壁部は、基台に配置された手指を載置するための載置部に形成されており、基台は、一対の側壁部の間の間隔が互いに異なる複数の載置部を選択的に取り付け可能に構成された取付部を含む。このように構成すれば、被験者の手指の太さに応じた複数種類の非侵襲生体計測装置を用意する必要がなく、一対の側壁部を形成した載置部を交換することのみにより、手指の太さの異なる幅広い被験者に対応して計測可能にすることができる。

この場合、好ましくは、一対の側壁部が形成された載置部は、非透光性の弾性部材により形成されている。このように構成すれば、一対の側壁部を含む載置部全体を非透光性の単一材料により形成することができるので、一対の側壁部が形成された載置部を容易に設けることができる。また、一対の側壁部が形成された載置部を弾性部材により形成することによって、手指を載置する際に側壁部を手指に密着させることができるので、より効果的に、手指と側壁部との間の隙間を無くすことができる。

上記一の局面による非侵襲生体計測装置において、好ましくは、カバー部の手指と接触する部分には、非透光性の弾性部材からなる遮光部が設けられている。このように構成すれば、遮光部により手指とカバー部との間の隙間を無くして、手指とカバー部との間からの光漏れを防ぐことができる。

この場合、好ましくは、カバー部は、光源部を有し、遮光部は、手指を間に挟むように配置された内側面を有するとともに、計測位置に配置された手指の幅方向における遮光部の内側面間の間隔が、計測位置に配置された手指の付け根側よりも先端側において小さくなるように形成されている。このように構成すれば、遮光部の内側面によって手指の側部における光源部の光漏れを防ぐことができる。また、先端に向けて幅が小さくなる傾向にある手指の形状に合わせて、遮光部の内側面間の間隔を手指の付け根側よりも先端側において小さくすることにより、手指の付け根側から先端側まで効果的に光漏れを防ぐことができる。

本発明によれば、装置を長大化させることなく、手指の長い被験者でも計測を行うことができる。

本発明の一実施形態による非侵襲生体計測装置の外観を示した前方斜視図である。 本発明の一実施形態による非侵襲生体計測装置の外観を示した後方斜視図である。 図１に示した非侵襲生体計測装置の内部構造を模式的に示した縦断面図である。 図３に示した非侵襲生体計測装置のカバー部を開放した開状態における縦断面図である。 図１に示した非侵襲生体計測装置の載置アダプタの取り付け構造を拡大して示した分解斜視図である。 図４に示した開状態における非侵襲生体計測装置の前方斜視図である。 図１に示した非侵襲生体計測装置の背面図である。 図６に示した開状態における非侵襲生体計測装置の正面図である。 本発明の一実施形態による非侵襲生体計測装置の遮光部を下面側から示した図である。 本発明の一実施形態による非侵襲生体計測装置の載置アダプタを示した上面図である。 図１０に示した載置アダプタの底面図である。 図１０の５００−５００線に沿った載置アダプタの断面図である。 図１０に示した載置アダプタの側面図である。 載置アダプタの第１変形例を示した側面図である。 載置アダプタの第２変形例を示した側面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図１３を参照して、本発明の一実施形態による非侵襲生体計測装置の全体構成について説明する。

図１および図２に示すように、本発明の一実施形態による非侵襲生体計測装置１００（以下、「生体計測装置１００」という）は、基台１と、カバー部２とを備えている。また、図３および図４に示すように、基台１には、撮像部３が設けられており、カバー部２には光源部４、表示部５および操作部６が設けられている。

生体計測装置１００は、基台１上に載置された被験者の手指に対して、カバー部２の光源部４から光を照射し、手指を透過した透過光を基台１側の撮像部３に受光させることにより、被験者の手指の透過画像を撮像する。生体計測装置１００は、得られた手指の撮像画像に基づいて、生体情報を非侵襲で計測する装置である。具体的には、画像から判定した血管の幅（血管径）と血中のヘモグロビンによる吸光度とに基づき、被験者の血中ヘモグロビン濃度が計測される。また、画像データを解析することによって、ヘモグロビン濃度以外にも静脈酸素化指標（ＶＯＩ）が算出される。この静脈酸素化指標は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの光の吸収特性が互いに異なることに基づいて算出される、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンとの比率に関する値である。

図１〜図４に示すように、基台１は、被験者の手を支持するように緩やかに湾曲した上面部１１と、被験者の手指を計測位置Ｐに載置させるための載置アダプタ４０が着脱可能に取り付けられる取付部１２（図５参照）と、カバー部２を回動可能に支持する支持部１３とを有する。また、カバー部２は、基台１の支持部１３に接続される接続部２１と、表示部５および操作部６が設けられた上面２２とを有する。なお、図１に示すように、本実施形態において、手指は基台１の支持部１３側のＹ１方向に先端が向き、手のひら（手指の付け根）が支持部１３とは反対側のＹ２方向側に配置される。そこで、以下では、Ｙ１方向を手指の先端側（または奥側）、Ｙ２方向を手指の付け根側（または手前側）という。また、手指の延びるＹ方向（Ｙ１およびＹ２方向）と直交する横方向（Ｘ方向）を手指または装置の幅方向という。

図５〜図７に示すように、支持部１３と接続部２１とは、基台１に載置された手指の先端側に位置するとともに手指の延びる方向（Ｙ方向）と直交する横方向（Ｘ方向）の回動軸１４を中心に回動可能なヒンジ構造を構成している。接続部２１は支持部１３の両外側に一対配置され、それぞれ回動軸１４を介して支持部１３と係合している。これにより、図３および図４に示すように、カバー部２は、基台１に対して回動軸１４を中心に上下方向（Ｒ方向）に回動可能に構成されている。カバー部２は、計測位置Ｐに手指を載置するために基台１の計測位置Ｐを露出させる開状態Ａ（図４および図６参照）と、手指を撮像するために計測位置Ｐにおける手指を覆う閉状態Ｂ（図１〜図３参照）と、に移動可能に構成されている。また、支持部１３および接続部２１からなるヒンジ構造は、回動角度が所定の上限角度で制限されるように構成されている。図４および図６に示した開状態Ａは、カバー部２が最大限開放された状態であり、上限角度におけるカバー部２と基台１との位置関係を示している。

図２〜図４に示すように、本実施形態では、基台１の支持部１３とカバー部２の接続部２１との接続部分の中央部に、基台１の計測位置Ｐに載置された手指を受入可能な貫通穴部７が形成されている。図３および図７に示すように貫通穴部７は、基台１とカバー部２との両方に跨がって設けられており、構造上は、基台１側の下側凹部１５と、カバー部２側の上側凹部２３とによって、手指の先端側（Ｙ１方向側）に向けて延びる貫通穴部７が構成されている。

貫通穴部７は、カバー部２が最大限開放された開状態Ａを基準として形成されている。具体的には、貫通穴部７は、図４に示した開状態Ａにおいて、基台１上の後述する計測位置Ｐに配置された手指の延びる方向（Ｃ方向）に向けて基台１およびカバー部２を貫通するように形成されている。このため、貫通穴部７のカバー部２側の内面には、図３の閉状態Ｂにおいて、先端側（Ｙ１方向）に向けて内面間の距離（上下方向の内寸）が大きくなるように上向き（Ｚ１方向側）に傾斜した傾斜部２４が形成されている。なお、基台１の上面部１１は緩やかに湾曲しているため、上面部１１に載置された手指の先端は上面部１１の湾曲に沿って配置される。このため、この湾曲に沿った接線方向を手指の延びる方向（Ｃ方向）として、上記した先端側（奥側）のＹ１方向と区別して示している。

図３に示すように、貫通穴部７は、傾斜部２４のＹ２方向（付け根側）端部での内面間の距離Ｄ１から、傾斜部２４のＹ１方向（先端側）端部での内面間の距離Ｄ２となるように、先端側（Ｙ１方向）に向けて上下方向の内寸が傾斜部２４によって上方向に拡大されている。傾斜部２４は、図４に示す開状態Ａにおいて貫通穴部７がＣ方向の直線状の貫通穴となるような傾斜角度に形成されている。このため、貫通穴部７は、開状態Ａにおいて傾斜部２４と下側凹部１５の底面１５ａとが略平行な直線状の貫通穴となる。このような構成により、貫通穴部７は、カバー部２の開状態Ａおよび閉状態Ｂのいずれの状態においても、貫通穴部７に挿入された手指がカバー部２と接触することがないように形成されている。

次に、図３に示すように、基台１は、撮像部３と、被験者の手指を検出するための一対の検出スイッチ３１と、被験者の手の温度を非接触で測定する温度センサ３２と、制御基板８とを含んでいる。制御基板８は、ＣＰＵ、メモリなどを備えており、それぞれが相互にバスで接続されている。ＣＰＵはプログラムを実行することで装置全体を制御する。また、メモリは上記プログラムや各種データを格納し保持する。制御基板８は、撮像部３、検出スイッチ３１および温度センサ３２のそれぞれと電線で繋がっている。

撮像部３は、たとえばＣＭＯＳなどの撮像素子から構成されており、基台１の内部に収容されている。撮像部３は、撮像方向を上方に向けた状態で配置されている。したがって、基台１の上面部１１において、撮像部３の直上位置が計測位置Ｐ（撮像中心）として設定されている。基台１には、撮像部３の光路を確保するため、撮像部３の上方（撮像方向）位置に開口が形成されているとともに、透明な窓部材１６（図５参照）が設けられている。これにより、撮像部３は、基台１上の計測位置Ｐに載置された手指の腹側を下方から撮像するように構成されている。

図５に示すように、取付部１２は、基台１の上面部１１上の計測位置Ｐに対応する領域に形成された凹部からなり、載置アダプタ４０を着脱可能なように構成されている。取付部１２は、Ｙ方向に延びる略長方形状に形成され、取付部１２の底面には、窓部材１６と、検出スイッチ３１の後述するロッド３１ａと、温度センサ３２とが配置されている。計測位置Ｐと、一対の検出スイッチ３１と、温度センサ３２とは、取付部１２において、幅方向（Ｘ方向）の中央で、Ｙ方向に直線状に並ぶように配置されている。

載置アダプタ４０は、略長方形状の取付部１２に対応した外形形状を有し、取付部１２に嵌め込まれることにより、基台１に着脱可能に取り付けられるように構成されている。載置アダプタ４０は、計測位置Ｐに対応させて設けられた開口部４３と、計測位置Ｐを挟んで対向するように設けられた一対の側壁部４２とを一体的に含んでいる。一対の側壁部４２は、被験者の手指の両側方から手指の側面部下側周辺を支持し、手指を計測位置Ｐに位置決めするとともに、手指の側面側からの光漏れを防ぐように構成されている。なお、載置アダプタ４０の詳細な構造については、後述する。

検出スイッチ３１は、計測位置Ｐに対して、手指の先端側（Ｙ１方向）と付け根側（Ｙ２方向）とにそれぞれ（一対）設けられている。検出スイッチ３１は、ロッド３１ａが手指によって下方に押し下げられたことを検出し、両方の検出スイッチ３１によって手指が計測位置ＰをＹ方向に跨がって載置されたことを検知することができる。温度センサ３２は、取付部１２のＹ２方向側端部に配置されている。温度センサ３２は、上方に配置された被験者の手指の温度を測定するように構成されている。測定された手指温度は、撮像画像に基づく計測結果（ヘモグロビン濃度など）の補正に用いられる。

次に、カバー部２は、図３に示すように、光源部４が設けられた可動部５１と、表示部５（図１参照）と、操作部６（図１参照）とを含んでいる。

可動部５１は、カバー部２の下面側で、計測位置Ｐの上方に設けられている。図６および図８に示すように、可動部５１の基台１と対向する下面側には、光源部４と、光源部４を取り囲む遮光部５２とが設けられている。また、可動部５１は、カバー部２に対して相対移動可能な状態でカバー部２に保持されており、図３に示すようにバネ部材５３によって基台１側に付勢されている。このため、計測位置Ｐに手指が配置された状態でカバー部２が閉状態Ｂになると、遮光部５２が手指と接触し、手指と接触したままの状態で可動部５１がバネ部材５３を圧縮しながらカバー部２に対して上方に相対移動する。これにより、手指の太さ（高さ方向の厚み）が異なる多様な被験者に対して、確実に遮光部５２を手指の上面側に接触させることが可能である。

図３および図８に示すように、光源部４は、基台１側の撮像部３と上下に対向するようにして、可動部５１の下面側に設けられている。光源部４は、複数のＬＥＤからなり、手指の延びるＹ方向に沿って直線状に配列されている。光源部４は、カバー部２側から基台１側の撮像部３に向けて照明光を照射し、計測位置Ｐに配置された手指を透過した照明光が撮像部３に受光される。

図８および図９に示すように、遮光部５２は、可動部５１から基台１側に突出するように設けられるとともに、Ｙ方向に沿って延びる光源部４を取り囲む周状の内側面５２ａを有する非透光性の弾性部材である。遮光部５２の材料としては、たとえば不透明の黒色に着色されたポリウレタンゴム、シリコンゴム、熱可塑性エラストマーなどを用いることができる。遮光部５２は、被験者の手指と接触して、光源部４の照明光が外部に漏れるのを防ぐ機能を有する。このため、遮光部５２は、手指との密着性を向上するために、手指の形状に対応した外形形状に形成されている。

具体的には、遮光部５２は、手指と接触した状態で周状の内側面５２ａが手指を間に挟むように形成されているとともに、幅方向（Ｘ方向）における内側面５２ａ間の間隔が、計測位置Ｐに配置された手指の付け根側（Ｙ２方向側）よりも先端側（Ｙ１方向側）において小さくなるように形成されている。すなわち、手指の付け根側と接触する一端側の間隔Ｄ３よりも、手指の先端側と接触する他端側の間隔Ｄ４の方が小さい。また、遮光部５２は、幅方向（Ｘ方向）における内側面５２ａ間の間隔が手指の先端側に向かうにつれて徐々に小さくなるように形成されている。なお、遮光部５２の幅方向の外寸は略一定であり、遮光部５２の幅方向の肉厚は、先端（Ｙ１方向）側に向かうほど大きくなっている。また、図６および図８に示すように、遮光部５２は、手指と接触する下面５２ｂが、幅方向（Ｘ方向）の中央部が窪むように弧状に湾曲している。これにより、遮光部５２の下面５２ｂを手指の形状に沿って密着させることが可能である。

また、遮光部５２は、図３および図６に示すように、側方（Ｘ方向）から見て、手指との接触面（下面５２ｂ）が、Ｙ方向の中央部が窪むように滑らかに屈曲した形状となるように形成されている。これは、ヒトの手指は、自然な伸展状態にすると緩やかに屈曲し、この自然な伸展状態では手指の血管の変形が少なくなり撮像するのに好ましいためである。このため、生体計測装置１００は、手指を自然な伸展状態に近づけるように基台１の上面部１１および載置アダプタ４０が側方から見て緩やかに湾曲するように形成されており、これに対応して遮光部５２も湾曲するように形成されている。

図１に示すように、カバー部２の上面２２に設けられた表示部５は、たとえば液晶ディスプレイからなり、計測結果（ヘモグロビン濃度、血管径、静脈酸素化指標（ＶＯＩ）など）を表示するほか、装置の使用手順を示す案内や、撮像部３による撮像画像（手指の血管画像）を表示することが可能なように構成されている。また、上面２２に設けられた操作部６は、大型の操作ボタン６ａおよび４つの小型の操作ボタン６ｂから構成されており、計測開始を指示する操作ボタン６ａが、最も手前側（Ｙ１方向側）で大型に形成されている。その他の操作ボタン６ｂは各種設定や表示切り替えなどに用いられる。なお、図３に示すように、カバー部２は、閉状態Ｂにおいて、上面２２が手前側（Ｙ１方向側）に向けて低くなる方向に傾斜するように形成されている。これにより、使用時に表示部５と操作部６とが被験者の頭部側方向に向くことにより、表示部５の視認性や操作部６の操作性を向上させることが可能である。

なお、光源部４、表示部５および操作部６のそれぞれと制御基板８とは電線で繋がっている。これらの電線は、基台１の支持部１３およびカバー部２の接続部２１の接続部分を通過するように配置されている。

次に、載置アダプタ４０の詳細な構成について説明する。

図５および図１０に示すように、載置アダプタ４０は、ベース部４１と、一対の側壁部４２とを一体的に含んでいる。載置アダプタ４０は、全体が非透光性の弾性材料により形成されている。このため、一対の側壁部４２も非透光性材料から形成されている。載置アダプタ４０の材料としては、たとえば不透明の黒色に着色されたポリウレタンゴム、シリコンゴム、熱可塑性エラストマーなどを用いることができる。

ベース部４１は、上述した基台１の取付部１２に対応した略長方形状（角丸長方形）に形成されており、取付部１２に嵌め込むことにより取り付けられるように構成されている。ベース部４１には、計測位置Ｐにおける撮像領域を確保するための開口部４３と、検出スイッチ３１のロッド３１ａを逃がすための一対の貫通孔４４と、温度センサ３２を逃がすための切欠部４５とが形成されている。これらの貫通孔４４と切欠部４５とは、載置アダプタ４０を取り付ける際の取付部１２に対する位置決め部としても機能する。また、図１１に示すように、ベース部４１の底面側には、変形抑制のための一対の溝部４６がベース部４１の外周に沿って形成されている。

図１０に示すように、開口部４３は、手指の延びる方向に沿う長方形状を有し、ベース部４１を上下に貫通するように形成されている。図１１および図１２に示すように、開口部４３は、ベース部４１の上面側の開口幅Ｗ１よりも、ベース部４１の底面側の開口幅Ｗ２の方が大きくなるように形成されている。これにより、図１２に示すように、撮像時に開口部４３の内面での反射によって不必要な光ＵＬが撮像部３に受光されるのを抑制することが可能である。

図５および図１０に示すように、一対の側壁部４２は、ベース部４１の上面側から上方（カバー部２側）に向けて突出するように形成されている。一対の側壁部４２は、手指に沿うようにＹ方向に延びるとともに、開口部４３（すなわち計測位置Ｐ）を挟むように形成されている。これにより、一対の側壁部４２は、手指を間に挟むようにして手指を計測位置Ｐに配置させる機能を有する。

一対の側壁部４２は、手指の付け根側（Ｙ２方向側）の端部において、手指の付け根側（Ｙ２方向）に向かって高さが低くなるように形成されている。すなわち、図１３に示すように、一対の側壁部４２の端部には、先端側の突出高さＨ１から、手指の付け根側の突出高さＨ２（＜Ｈ１）まで高さが低くなるように傾斜した端部傾斜部４２ａが形成されている。端部傾斜部４２ａは、滑らかな曲線状に傾斜している。これにより、手指の特定部位（たとえば、第２関節の位置）を計測位置Ｐに位置決めする場合、被験者の手指が短い場合には、手指の付け根側を端部傾斜部４２ａに乗り上げるようにして、手指をより奥側の位置に配置させることができる。これにより、手指の短い被験者でも適正な部位を計測位置Ｐに配置して計測を行うことができる。

また、一対の側壁部４２は、カバー部２側（光源部４側）から基台１側（撮像部３側）に向かうにつれて、一対の側壁部４２の間の間隔が小さくなるように構成されている。具体的には、図１２に示すように、一対の側壁部４２は、カバー部２（光源部４）側端部における最大間隔Ｄ５から、基台１（撮像部３）側の最小間隔（開口部４３の上端の開口幅に一致する）Ｗ１になるまで、内側面同士が近付くように傾斜した内側傾斜部４２ｂを有している。これにより、被験者の手指の太さが異なる場合にも、それぞれの手指の太さに応じた接触位置で手指が内側傾斜部４２ｂと接触するので、手指の太さが異なる被験者が使用する場合にも隙間なく手指を載置することが可能である。また、このとき、内側傾斜部４２ｂは手指の両側面側と接触するため、手指の腹側の血管を変形させて撮像時の血管画像に影響することを防ぐことが可能となっている。

なお、上記の一対の側壁部４２の内側傾斜部４２ｂによっても、たとえば開口部４３の開口幅Ｗ１よりも手指の細い被験者や、一対の側壁部４２の最大間隔Ｄ５よりも手指の太い被験者には対応することができない。そこで、本実施形態では、図５に示すように、一対の側壁部４２の間の間隔が互いに異なる複数種類の載置アダプタ４０が用意されており、これらの複数種類の載置アダプタ４０が基台１の取付部１２に選択的に取り付け可能となっている。これらの載置アダプタ４０ごとの相違点としては、一対の側壁部４２の最小間隔（開口部４３の開口幅）Ｗ１、一対の側壁部４２の最大間隔Ｄ５と最小間隔Ｗ１との差分（内側傾斜部４２ｂの傾斜角度）などを含む。また、手指の長さの相違に応じて、一対の側壁部４２のＹ２方向側端部の端部傾斜部４２ａの長さや傾斜角度を変更してもよい。

また、図１０に示すように、載置アダプタ４０のＹ方向の所定位置（計測位置Ｐ）には、幅方向（Ｘ方向）に延びる線状のリブ部４７が形成されている。リブ部４７は、ベース部４１および一対の側壁部４２を幅方向（Ｘ方向）に横切るようにして、直線状に形成されている。リブ部４７は、計測位置Ｐ（撮像中心）のＹ方向位置を示しており、被験者が手指を載置する際のＹ方向の位置決めの目印となる。したがって、このリブ部４７に手指の第２関節を合わせるようにして手指を載置アダプタ４０に載置することによって、手指のＹ方向位置が位置決めされる。

次に、図１、図３、図４、図６、図１２および図１３を参照して、本実施形態による生体計測装置１００の計測時の動作を説明する。

まず、被験者は、図４および図６に示すようにカバー部２を回動させて、カバー部２を載置アダプタ４０が露出する開状態Ａにする。次に、被験者は、計測したい手指（通常は、中指（第三指）か人差し指（第二指））を載置アダプタ４０に載置する。この際、手指の第２関節のＹ方向位置を一対の側壁部４２のリブ部４７の位置に合わせるようにして、一対の側壁部４２の間に手指を配置する。これにより、手指のＹ方向の位置が決まる。なお、手指の長い被験者は、図４に示したように、第２関節の位置を合わせた状態で手指の先端を貫通穴部７に挿入させ、手指の先端を逃がすことが可能である。一方、図１３に示すように、手指の短い被験者は、手指の付け根を一対の側壁部４２のＹ２方向側端部の端部傾斜部４２ａに乗り上げるようにして手指を載置することにより、第２関節をリブ部４７に位置合わせすることが可能である。また、図１２に示すように、一対の側壁部４２の内側傾斜部４２ｂに手指の両側面が接触することにより、手指が保持されるとともに、手指の幅方向（Ｘ方向）の位置が決まる。このとき、図４に示すように、一対の検出スイッチ３１のロッド３１ａが手指により押下され、手指が載置されたことが検出される。

手指を載置アダプタ４０に載置すると、被験者は、カバー部２を閉じてカバー部２を開状態Ａから閉状態Ｂ（図１および図３参照）にすることにより、計測位置Ｐにおける手指がカバー部２に覆われる。このとき、可動部５１の遮光部５２（下面５２ｂ）が手指の上面側と接触し、可動部５１がカバー部２の内側に入り込むように移動することによって、光源部４と手指との間が遮光部５２によって隙間なく遮光される。

その後、図１に示すように、被験者は、カバー部２の上面２２の計測開始の操作ボタン６ａを押下する。操作ボタン６ａが押下されると、光源部４から照明光が照射され、計測位置Ｐにおける手指の第２関節を中心とする撮像領域内で手指を透過した光が撮像部３に受光されることにより、手指の撮像画像が取得される。また、温度センサ３２により被験者の手指の温度が取得され、計測結果の算出時の補正が行われる。計測が完了すると、表示部５に計測結果や撮像された血管画像などが表示される。

このように、本実施形態による生体計測装置１００は、載置アダプタ４０に手指を載置して計測を開始するだけの簡便な操作で被験者の血中ヘモグロビン濃度を非侵襲で計測することができるので、本実施形態による生体計測装置１００の適用例として、たとえばスポーツ分野でのアスリートを対象（被験者）とするヘモグロビン濃度のモニタリングに好適に用いることが可能である。すなわち、ヘモグロビン濃度は酸素運搬能力の指標となり、アスリートの持久性やパフォーマンスに強く関与するため、生体計測装置１００の計測結果をアスリートのコンディション管理およびコンディション維持に役立てることができる。

この場合、トレーニング後の被験者に対して計測を行うことから、載置アダプタ４０や遮光部５２など、手指と接触する部分には汗や汚れが付着しやすい。本実施形態では、基台１と開閉可能なカバー部２とにより生体計測装置１００を構成しているため、生体計測装置１００メンテナンス性を向上させることが可能である。すなわち、カバー部２を開放した開状態Ａにすることにより、載置アダプタ４０や遮光部５２などの清掃や、載置アダプタ４０の交換を容易に行うことが可能である。

本実施形態では、上記のように、基台１およびカバー部２の両方に跨がって、計測位置Ｐに配置された手指の先端を受入可能な貫通穴部７を設けることによって、被験者の手指が長い場合には、計測位置Ｐに手指を配置する際に手指を貫通穴部７に挿入させて手指の先端を逃がすことができる。これにより、手指の延びる方向に装置を長大化させなくとも、手指の長い被験者と手指の長さが標準的な被験者とで、同じ計測位置Ｐに手指を配置して計測を行うことができるので、生体計測装置１００を長大化させることなく、手指の長い被験者でも計測を行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、貫通穴部７を、計測位置Ｐにおける手指の先端方向（Ｙ１方向）に延びるとともに、基台１およびカバー部２の両方に跨がるように形成する。これにより、基台１に対するカバー部２の取り付け位置（支持部１３および接続部２１）を手指の計測位置Ｐと略同じ高さ位置に配置して、基台１とカバー部２との取り付け位置を貫通するようにして貫通穴部７を設けることができる。これにより、たとえば基台１のみに貫通穴部７を設ける場合には基台１に対するカバー部２の取り付け位置を手指の計測位置Ｐよりも高い位置に配置する必要があるのに対して、基台１に対するカバー部２の取り付け位置を手指の計測位置Ｐと略同じ高さ位置に配置することができる分、生体計測装置１００の高さ寸法の増大を抑制することができる。この結果、生体計測装置１００の横方向の長大化を抑制するのみならず、生体計測装置１００の高さ寸法も抑制して生体計測装置１００の小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、回動軸１４を中心に回動可能にカバー部２を構成し、貫通穴部７のカバー部２側の内面に、カバー部２側の内面と基台１側の内面との距離が計測位置Ｐにおける手指の先端方向に向かって大きくなるように上向きに傾斜した傾斜部２４を形成する。これにより、カバー部２が閉状態Ｂである場合において、貫通穴部７の上下方向の長さが傾斜部２４によって手指の先端方向に向かってカバー部２側に拡大されるので、カバー部２を閉状態Ｂから軸回りに回動させて開状態Ａにした場合にも、貫通穴部７の内径を確保することができる。これにより、被験者が貫通穴部７に手指の先端を挿入したままでも、手指にカバー部２が干渉することなくカバー部２を移動させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、載置アダプタ４０の一対の側壁部４２を、手指に沿うように延びるように形成し、側壁部４２の手指の付け根側の端部に、手指の付け根側方向に向かって高さが低くなる端部傾斜部４２ａを形成する。これにより、一対の側壁部４２によって計測位置Ｐへの手指の位置決めを容易に行うことができる。また、手指の付け根側を側壁部４２の端部の端部傾斜部４２ａに乗り上げるようにして、手指の短い被験者でも手指をより奥側（Ｙ１方向側）の位置に配置させることができる。これにより、手指の短い被験者でも第２関節を計測位置Ｐに配置して計測を行うことができる。すなわち、計測可能な手指の長さの下限を拡大して、一台の生体計測装置１００でより幅広い被験者に対応することができる。

また、本実施形態では、上記のように、一対の側壁部４２に、カバー部２側から基台１側に向かうにつれて一対の側壁部４２の間の間隔が小さくなるように傾斜した内側傾斜部４２ｂを形成する。これにより、手指の太さが異なる被験者でも、一対の側壁部４２の間で一対の側壁部４２（内側傾斜部４２ｂ）と接触するまで手指を基台１側に移動させるだけで手指の幅方向（Ｘ方向）の位置を確実に位置決めすることができる。また、被験者によって手指の太さが異なる場合でも両側の側壁部４２（内側傾斜部４２ｂ）に手指を接触させることができるので、手指と側壁部４２との隙間を無くして光漏れを防ぐことができる。

また、本実施形態では、上記のように、カバー部２に光源部４を設けるとともに、撮像部３を、計測位置Ｐを挟んで光源部４と対向するように基台１に設け、手指を透過した光を用いて手指を撮像するように構成する。そして、一対の側壁部４２に、光源部４側から撮像部３側に向かうにつれて、一対の側壁部４２の間の間隔が小さくなるように傾斜した内側傾斜部４２ｂを形成する。これにより、カバー部２側の光源部４から照射された光を用いて、基台１側の撮像部３により手指の透過像を得ることができる。この際、手指と撮像部３との間で、手指と一対の側壁部４２（内側傾斜部４２ｂ）との隙間を無くすことができるので、手指を透過した光以外の外光（いわゆる迷光）の撮像部３への入射を抑制して撮像を行うことができる。

また、本実施形態では、上記のように、一対の側壁部４２を載置アダプタ４０に形成する。そして、一対の側壁部４２の間の最小間隔（開口部４３の開口幅）Ｗ１や、一対の側壁部４２の最大間隔Ｄ５と最小間隔Ｗ１との差分（内側傾斜部４２ｂの傾斜角度）などが互いに異なる複数の載置アダプタ４０を選択的に取り付け可能に構成された取付部１２を基台１に設ける。これにより、一対の側壁部４２を形成した載置アダプタ４０を交換することのみにより、手指の太さの異なる幅広い被験者に対応して計測可能にすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、一対の側壁部４２が形成された載置アダプタ４０を、非透光性の弾性部材により形成する。これにより、一対の側壁部４２を含む載置アダプタ４０全体を非透光性の単一材料により形成することができるので、一対の側壁部４２が形成された載置アダプタ４０を容易に設けることができる。また、一対の側壁部４２が形成された載置アダプタ４０を弾性部材により形成することによって、手指を載置する際に側壁部４２を密着させることができるので、より効果的に、手指と側壁部４２との間の隙間を無くすことができる。

また、本実施形態では、上記のように、カバー部２の手指と接触する部分には、非透光性の弾性部材からなる遮光部５２を設ける。これにより、遮光部５２によって手指とカバー部２との間の隙間を無くして、手指とカバー部２との間からの光漏れを防ぐことができる。

また、本実施形態では、手指の幅方向（Ｘ方向）における遮光部５２の内側面５２ａ間の間隔が、計測位置Ｐに配置された手指の付け根側（Ｙ２方向側）よりも先端側（Ｙ１方向側）において小さくなるように形成されている。このように構成すれば、遮光部５２の内側面５２ａによって手指の側部における光源部４の光漏れを防ぐことができる。また、先端（Ｙ１方向）に向けて幅が小さくなる傾向にある手指の形状に合わせて、遮光部５２の内側面５２ａ間の間隔を手指の付け根側よりも先端側において小さくすることにより、手指の付け根側から先端側まで効果的に光漏れを防ぐことができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、カバー部をヒンジ構造により上下に回動可能に構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、カバー部を上下に昇降可能に構成し、上昇位置の開状態と、下降位置の閉状態とに移動可能にしてもよい。また、カバー部を、手前側の撮像位置と奥側の載置位置とにカバー部が前後方向（Ｙ方向）にスライドするように構成してもよい。

また、上記実施形態では、基台とカバー部とに跨がるように貫通穴部を形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、貫通穴部を基台側のみに形成してもよい。この場合、貫通穴部に傾斜部を形成する必要はない。また、貫通穴部をカバー部側のみに形成してもよい。

また、上記実施形態では、基台に撮像部を設け、カバー部に光源部を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、基台に光源を設け、カバー部に撮像部を設けてもよい。

また、上記実施形態では、撮像部が、光源部から照射され手指を透過した透過光を用いて手指を撮像する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光源部から照射され手指で反射された反射光を用いて撮像部が手指を撮像してもよい。この場合、光源部および撮像部の両方を、基台またはカバー部のいずれかに設ければよい。

また、上記実施形態では、一対の側壁部が形成された載置アダプタを基台の取付部に取り付け可能なように生体計測装置を構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、載置アダプタを設けることなく、基台に一対の側壁部を直接設けてもよい。

また、上記実施形態では、一対の側壁部４２のＹ２方向側（手指の付け根側）端部に、滑らかな曲線状に傾斜した端部傾斜部４２ａを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば図１４に示す載置アダプタの第１変形例のように、載置アダプタ１４０の一対の側壁部１４２の端部傾斜部１４２ａを直線状に傾斜させてもよい。また、この第１変形例の端部傾斜部１４２ａのように、端部傾斜部１４２ａのＹ方向の長さを変更してもよい。また、図１５に示す載置アダプタの第２変形例のように、載置アダプタ２４０の一対の側壁部２４２の端部傾斜部２４２ａを、弧状に傾斜した湾曲面としてもよい。このほか、たとえば端部傾斜部を、手指の付け根側に向けて高さが段階的に小さくなるように階段状に形成してもよい。

また、上記実施形態では、カバー部の手指と接触する部分に非透光性の遮光部を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、カバー部に遮光部を設けることなく、カバー部が計測位置の手指を完全に覆うことにより遮光するように形成してもよい。

また、上記実施形態では、一対の側壁部を含む載置アダプタ全体、および、遮光部を、非透光性の弾性部材により形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、側壁部、載置アダプタおよび遮光部を、弾性部材以外の材料により形成してもよい。また、載置アダプタ全体を非透光性の材料により形成しなくともよい。

また、上記実施形態では、ＣＭＯＳなどの撮像素子からなる撮像部と、ＬＥＤからなる光源部とを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。撮像部はＣＭＯＳ撮像素子以外の撮像手段を用いてもよいし、光源部はＬＥＤ以外の光源を用いてもよい。

１ 基台
２ カバー部
３ 撮像部
４ 光源部
７ 貫通穴部
１２ 取付部
１４ 回動軸
２４ 傾斜部
４０、１４０、２４０ 載置アダプタ
４２、１４２、２４２ 側壁部
５２ 遮光部
５２ａ 内側面
１００ 生体計測装置
Ａ 開状態
Ｂ 閉状態
Ｐ 計測位置

Claims (10)

1. 被験者の手指の画像に基づいて生体情報を計測する非侵襲生体計測装置であって、
   被験者の手指を計測位置に載置するための基台と、
   前記基台に取り付けられ、前記計測位置に手指を載置するために前記基台の前記計測位置を露出させる開状態と、手指を撮像するために前記計測位置における手指を覆う閉状態と、に移動可能なカバー部と、
   前記計測位置に配置された手指に光を照射する光源部と、
   前記光源部から照射された光を用いて、前記計測位置に配置された手指の画像を得る撮像部と、を備え、
   前記基台に、前記カバー部に、または、前記基台および前記カバー部の両方に跨がって、前記計測位置に配置された手指の先端を受入可能な貫通穴部が形成されている、非侵襲生体計測装置。
2. 前記貫通穴部は、前記計測位置における手指の先端方向に延びるとともに、前記基台および前記カバー部の両方に跨がって形成されている、請求項１に記載の非侵襲生体計測装置。
3. 前記カバー部は、前記基台に載置された手指の先端側に位置する、手指と直交する横方向の軸を中心に回動可能に構成され、
   前記貫通穴部の前記カバー部側には、前記計測位置における手指の先端方向において、前記カバー部の外側に向かって貫通穴部の内径が大きくなるように上向きに傾斜した傾斜部が形成されている、請求項２に記載の非侵襲生体計測装置。
4. 前記基台は、手指を間に挟むようにして手指を前記計測位置に配置させるための一対の側壁部を含み、
   前記一対の側壁部は、手指に沿うように延びるとともに、手指の付け根側の端部において、手指の付け根側方向に向かって高さが低くなるように形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の非侵襲生体計測装置。
5. 前記基台は、手指を間に挟むようにして手指を前記計測位置に配置させるための非透光性の一対の側壁部を含み、
   前記一対の側壁部は、前記カバー部側から前記基台側に向かうにつれて、前記一対の側壁部の間の間隔が小さくなるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の非侵襲生体計測装置。
6. 前記カバー部は、前記光源部を有し、
   前記撮像部は、前記計測位置を挟んで前記光源部と対向するように前記基台に設けられ、手指を透過した光を用いて手指を撮像するように構成されており、
   前記一対の側壁部は、前記光源部側から前記撮像部側に向かうにつれて、前記一対の側壁部の間の間隔が小さくなるように構成されている、請求項５に記載の非侵襲生体計測装置。
7. 前記一対の側壁部は、前記基台に配置された手指を載置するための載置部に形成されており、
   前記基台は、前記一対の側壁部の間の間隔が互いに異なる複数の前記載置部を選択的に取り付け可能に構成された取付部を含む、請求項５または６に記載の非侵襲生体計測装置。
8. 前記一対の側壁部が形成された前記載置部は、非透光性の弾性部材により形成されている、請求項７に記載の非侵襲生体計測装置。
9. 前記カバー部の手指と接触する部分には、非透光性の弾性部材からなる遮光部が設けられている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の非侵襲生体計測装置。
10. 前記カバー部は、前記光源部を有し、
    前記遮光部は、手指を間に挟むように配置された内側面を有するとともに、前記計測位置に配置された手指の幅方向における前記遮光部の内側面間の間隔が、前記計測位置に配置された手指の付け根側よりも先端側において小さくなるように形成されている、請求項９に記載の非侵襲生体計測装置。

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