JP2014124453A - 血液成分測定方法、血液成分測定装置及び医療機器 - Google Patents

Abstract

【課題】非侵襲式の血液成分の測定において、使用者による位置調整の手間を省力化すること。
【解決手段】血液成分測定装置１０によれば、生体画像をもとに皮膚面から見た血管位置を取得し、測定に適当な血管部位６を挟むように、測定用照射位置（測定用発光素子５３ａ）及び測定用受光位置（測定用受光素子５９ａ）を選択して測定を行う。また、測定用照射位置との間に血管が存在しないリファレンス用受光位置（リファレンス用受光素子５９ｂ）を選択し、このリファレンス用受光素子５９ｂでの受光結果を参照することで、血管の透過光についての吸収スペクトルを求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、血管を透過した透過光に基づいて血液の成分を測定する血液成分測定方法等に関する。

撮像した生体画像中の血管画像を解析して血液の成分を計測する非侵襲式の血液成分測定装置が知られている。このような従来の装置において良好な計測結果を得るためには、撮像に適した領域に血管が位置するように撮像手段の位置を調整する必要がある。そこで、例えば特許文献１には、血管画像の位置が撮像に適した位置か否かを判定して、使用者に表示する技術が記載されている。

特開２００７−４４４９１号公報

しかしながら、特許文献１の技術を適用したとしても、使用者は、撮像手段や装置の位置を手動で調整する必要があることに変わりはない。手動による位置調整は手間である上、調整の精度には使用者による個人差がある。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、非侵襲式の血液成分の測定において、使用者による位置調整の手間を省力化することにある。

以上の課題を解決するための第１の形態は、皮膚面から見た対象血管の位置に基づいて、当該皮膚面における光の照射位置と当該皮膚面における受光位置との間の所与の位置を前記対象血管が通る第１の相対位置条件を満たす第１の照射位置と第１の受光位置とを判定することと、前記第１の照射位置に光を照射することと、少なくとも前記第１の受光位置での受光結果を用いて、血液の成分を測定することと、を含む血液成分測定方法である。

また、他の形態として、皮膚面から見た対象血管の位置に基づいて、当該皮膚面における光の照射位置と当該皮膚面における受光位置との間の所与の位置を前記対象血管が通る第１の相対位置条件を満たす第１の照射位置と第１の受光位置とを判定する位置判定部と、前記第１の照射位置に光を照射する制御を行う照射制御部と、少なくとも前記第１の受光位置での受光結果を用いて、血液の成分を測定する測定部と、を備えた血液成分測定装置を構成することとしてもよい。
このとき、上述した血液成分測定装置を具備する医療機器を構成することとしてもよい。

この第１の形態等によれば、皮膚面から見た対象血管の位置に基づいて、当該皮膚面における光の照射位置と当該皮膚面における受光位置との間の所与の位置を前記対象血管が通る第１の相対位置条件を満たす第１の照射位置と第１の受光位置とが判定される。従って、第１の照射位置に光を照射した場合、対象血管を透過した光を含む、生体内を通過した光が第１の受光位置に達する。そのため、第１の照射位置に光を照射した場合の少なくとも第１の受光位置での受光結果を用いて、血液の成分が測定可能となる。よって、血液の成分を測定可能な照射位置及び受光位置を自動的に判定するため、使用者の利便性が高い。

また、第２の形態として、前記判定することは、照射位置と受光位置とが前記対象血管を挟む位置となる条件を前記第１の相対位置条件として前記第１の照射位置と前記第１の受光位置とを判定することである、第１の形態の血液成分測定方法を構成することとしてよい。

この第２の形態によれば、照射位置と受光位置とが対象血管を挟む位置となるように、第１の照射位置及び第１の受光位置が判定される。従って、第１の照射位置に光を照射した場合に、第１の受光位置での受光光に、対象血管を透過した光が含まれている可能性が高い。

また、第３の形態として、前記判定することは、前記皮膚面において前記対象血管上に照射位置と受光位置とが位置する条件を前記第１の相対位置条件として前記第１の照射位置と前記第１の受光位置とを判定することである、第１の形態の血液成分測定方法を構成することとしてもよい。

この第３の形態によれば、皮膚面において対象血管上に照射位置と受光位置とが位置するように、第１の照射位置及び第１の受光位置が判定される。従って、第１の照射位置に光を照射した場合に、第１の受光位置での受光光に、対象血管を透過した光が含まれている可能性が高い。

また、第４の形態として、前記照射することは、前記第１の照射位置がＮ個（Ｎ≧２）ある場合に、当該Ｎ個のうち、Ｍ個（Ｎ≧Ｍ≧２）の第１の照射位置に光を照射することを含む、第１〜第３の何れかの形態の血液成分測定方法を構成することとしてもよい。

この第４の形態によれば、第１の照射位置がＮ個ある場合、Ｎ個全ての第１の照射位置に光を照射してもよい。光量が多くなれば、それだけ受光光に含まれる対象血管の透過光の光量が増加し得るため、血液成分の測定の感度を向上させ、ひいては測定精度を向上させることができる。

また、第５の形態として、前記判定することは、前記皮膚面に向けて配置されたデバイスであって、平面状に配列された複数の照射部を有する発光層と、平面状に配列された複数の受光素子を有する受光層とが積層もしくは並置されたデバイスの前記複数の照射部の中から、前記第１の相対位置条件を満たす前記第１の照射位置に対応する照射部を選択することを含み、前記照射することは、前記選択された照射部を発光させることを含み、前記測定することは、前記受光層での受光結果を用いて、前記血液の成分を測定することを含む、第１〜第４の何れかの形態の血液成分測定方法を構成することとしてもよい。

この第５の形態によれば、平面状に配列された複数の照射部を有する発光層と、平面状に配列された複数の受光素子を有する受光層とが積層もしくは並置されたデバイスが皮膚面に向けて配置される。そして、発光層の中から、第１の照射位置に対応する照射部が選択されて、当該照射部が発光することで、第１の照射位置に光が照射される。

また、第６の形態として、前記皮膚面において前記第１の照射位置との間に前記対象血管が位置しない第２の相対位置条件を満たす第２の受光位置を判定することを更に含み、前記測定することは、前記第２の受光位置での受光結果を参照して前記血液の成分を測定することを含む、第１〜第５の何れかの形態の血液成分測定方法を構成することとしてもよい。

この第６の形態によれば、皮膚面において第１の照射位置との間に対象血管が位置しない第２の受光位置が判定され、この第２の受光位置での受光結果を参照して、血液の成分が測定される。すなわち、第１の受光位置での受光結果には、対象血管を透過した光の影響が含まれている可能性が高く、第２の受光位置での受光結果には、対象血管を透過した光の影響が含まれていない可能性が高い。そのため、第２の受光位置での受光結果を参照して、第１の受光位置での受光結果と比較することで、対象血管の透過光に係る受光結果を抽出することが可能となる。

また、第７の形態として、前記皮膚面において前記第１の受光位置との間に前記対象血管が位置しない第３の相対位置条件を満たす第２の照射位置を判定することと、前記第１の照射位置への光の照射とは異なるタイミングで前記第２の照射位置に光を照射することと、を更に含み、前記測定することは、前記第１の照射位置に光を照射した際の受光結果と、前記第２の照射位置に光を照射した際の受光結果とに基づいて前記血液の成分を測定することを含む、第１〜第５の何れかの形態の血液成分測定方法を構成することとしてもよい。

この第７の形態によれば、皮膚面において第１の受光位置との間に対象血管が位置しない第２の照射位置が判定される。従って、第１の照射位置に光を照射した場合の第１の受光位置での受光結果には、対象血管を透過した光の影響が含まれている可能性が高く、第２の照射位置に光を照射した場合の受光結果には、対象血管を透過した光の影響が含まれていない可能性が高い。そこで、第１の照射位置への光の照射と、第２の照射位置への光の照射とが時分割で行われて、第１の照射位置に光を照射した際の受光結果と、第２の照射位置に光を照射した際の受光結果とを比較することで、対象血管の透過光に係る受光結果を抽出することが可能となる。

血液成分測定装置の外観構成例。 センサーモジュールの構成図。 生体画像の取得方法の概念図。 生体画像の一例。 血管位置の取得方法の概念図。 測定対象の血管部位の選択方法の概念図。 照射位置及び受光位置の選択方法の概念図。 照射位置及び受光位置間の最適距離の説明図。 血液成分測定装置の機能構成図。 血管部位データのデータ構成例。 血液成分測定処理のフローチャート。 照射位置及び受光位置の他の選択方法の概念図。 照射位置の他の選択方法の概念図。 照射位置及び受光位置の他の選択方法の概念図。 血液成分測定装置の他の外観構成例。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。

［全体構成］
図１は、本実施形態の血液成分測定装置１０の構成例である。この血液成分測定装置１０は、非侵襲式で被験者２の血液成分を測定する医療用の測定装置であり、医療機器である。本実施形態では、血液成分としてグルコース濃度（すなわち血糖値）を測定することとする。

血液成分測定装置１０は、腕時計型を成し、本体ケース１２と、本体ケース１２を被験者２の手首や腕等の測定部位に装着固定するための例えばマジックテープ（登録商標）等の固定バンド１４とを備えて構成される。

本体ケース１２の表面（被験者２に装着したときに外向きになる面）には、操作スイッチ１８と、タッチパネル１６とが設けられている。この操作スイッチ１８やタッチパネル１６を用いて被験者２が測定開始指示の入力を行ったり、測定終了後に測定結果がタッチパネル１６に表示されたりする。

また、本体ケース１２の側面には、外部装置と通信するための通信装置２０と、メモリーカード２２のリーダライター２４とが設けられている。通信装置２０は、有線ケーブルを着脱するためのジャックや、或いは、無線通信を行うための無線通信モジュール及びアンテナにより実現される。メモリーカード２２は、フラッシュメモリーや強誘導体メモリー（ＦｅＲＡＭ）、磁気抵抗メモリー（ＭＲＡＭ）等のデータ書き換えが可能な不揮発性メモリーである。

また、本体ケース１２の裏面には、センサーモジュール５０が被験者２の皮膚面に接触可能に設けられている。センサーモジュール５０は、被験者２の皮膚面に測定光を照射し、その反射透過光を受光する測定用のデバイスであり、光源内蔵の薄型イメージセンサーとなっている。

更に、本体ケース１２には、制御基板３０と、充電式の内蔵バッテリー２６とが内蔵されている。内蔵バッテリー２６への充電方式としては、本体ケース１２の背面側に電気接点を設け、家庭用電源に接続されたクレイドルにセットし、電気接点を介してクレードル経由で充電される構成でも良いし、無線式充電でも良い。

制御基板３０には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２と、メインメモリー３４と、測定データ用メモリー３６と、タッチパネルコントローラー３８と、センサーモジュールコントローラー４０とが搭載されている。

メインメモリー３４は、プログラムや初期設定データを格納したり、ＣＰＵ３２の演算値を格納することができる情報記憶媒体である。ＲＡＭやＲＯＭ、フラッシュメモリー等で実現される。なお、プログラムや初期設定データは、メモリーカード２２に記憶されている構成でも良い。測定データ用メモリー３６は、測定データを記憶するための記憶媒体である。フラッシュメモリーや強誘導体メモリー（ＦｅＲＡＭ）、磁気抵抗メモリー（ＭＲＡＭ）等のデータ書き換えが可能な不揮発性メモリーによって実現される。なお、測定データをメモリーカード２２に記憶する構成でも良い。

図２は、センサーモジュール５０の構成図である。図２の（１）は平面図を示し、（２）は断面図を示している。センサーモジュール５０は、多数の発光素子５３を平面状に二次元配列した発光層５２と、受光層５８へ向かう光以外を選択的に遮蔽する遮光層５４と、近赤外線を選択的に透過させる分光層５６と、多数の受光素子５９を平面状に二次元配列した受光層５８とを積層して構成されたデバイスである。そして、このセンサーモジュール５０は、正面側（発光層５２の側の面）が被験者２の皮膚面に向かうように、本体ケース１２の背面に設けられている。

発光素子５３は、測定光を照射する照射部であり、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＯＬＥＤ（Organic light-emitting diode）等により実現される。本実施形態では、血液成分としてグルコース濃度（いわゆる血糖値）を測定するため、発光素子５３は、皮下透過性を有する近赤外線を含む光を発光可能な素子とする。

受光素子５９は、測定光の透過光や反射光を受光し、受光量に応じた電気信号を出力する受光部であり、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device Image Sensor）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）等の撮像素子で実現される。また、１つの受光素子５９は、検量に必要な各波長成分を受光する複数の素子を含む。

発光層５２における発光素子５３、及び、受光層５８における受光素子５９は、共通のＸｓ−Ｙｓ直交座標系で定義されるマトリクス状に配置されている。そして、それぞれにおけるＸｓ，Ｙｓ軸方向それぞれの配置間隔は同一であり、発光層５２と受光層５８とは、発光素子５３と受光素子５９とのＸｓ，Ｙｓ軸方向の位置が、互いに所定長だけずれるように積層されて構成されている。これにより、被験者２の皮膚面からの反射透過光が受光素子５９に到達可能なように構成されている。なお、発光層５２における発光素子５３、及び、受光層５８における受光素子５９それぞれの配置間隔は適宜設定可能である。例えば、配置間隔は、１〜５００［μｍ］とすると好適であり、製造コストと測定精度との兼ね合いから、例えば５０〜２００［μｍ］程度とすることもできる。また、発光素子５３と受光素子５９とが積層された構成に限らず、発光素子５３と受光素子５９とが並置されていても良い。

［測定原理］
本実施形態における血液成分の測定原理について説明する。測定にあたり、血液成分測定装置１０は、センサーモジュール５０を被験者２の皮膚に密着させるようにして固定バンド１４で固定される。センサーモジュール５０の皮膚面に密着させることで、測定光の皮膚面での反射や皮膚面付近での散乱といった測定精度を下げる要因を抑制することができる。そして、センサーモジュール５０の直下の生体組織内における血管の一部を測定対象の血管部位として設定し、測定光がこの血管部位を透過した透過光を含む光を受光して吸光スペクトルを求め、血糖値を推定演算する。

（１）血管位置の取得
具体的には、先ず、皮膚面から見た血管の位置（血管パターン）を取得する。血管位置の取得は、公知の静脈認証技術における静脈パターンの検出と同様に実現することができる。

すなわち、図３に示すように、センサーモジュール５０の全ての発光素子５３を一斉発光させ、被験者２の測定部位全域に測定光を照射する。そして、全ての受光素子５９を用いて、測定光が生体組織を通過した光（透過光）や、生体組織で反射した光（反射光）を受光すなわち撮影して、生体画像を取得する。

図４は、生体画像の一例を示す図である。生体画像は、センサーモジュール５０における受光素子５９の配列に等しいピクセル数の二次元画像として得られる。血管は非血管部よりも近赤外線を吸収し易いため、生体画像において、血管の部分は非血管の部分よりも輝度が低く暗くなる。このため、生体画像において輝度が低くなっている部分を抽出することで、血管パターンを抽出することができる。すなわち、生体画像を構成するピクセル毎に、その輝度が所定の閾値以下であるか否かによって該当する受光素子５９の直下に血管が存在するか否か、すなわち血管位置を取得することができる。

図５は、図４の生体画像に基づいて得られる血管位置情報Ｐ４の例を示す図である。血管位置の情報は、生体画像を構成するピクセル毎、すなわち受光素子５９の位置毎に、血管４であるか非血管領域８であるかを示す情報となる。図５では、網掛けした帯状の部分が血管４であり、それ以外の白抜きされた部分が非血管領域８として検出されている。

（２）測定対象の血管部位の選択
血管位置を取得したのならば、次いで、測定対象とする血管（より具体的には血管部位）を選択する。測定対象とする血管部位６を、次の選択条件を満たすように選択する。選択条件とは、「血管の分岐部分や合流部分、画像の端部以外の部位であり、且つ、所定の長さ及び幅を有する」ことである。

血管の分岐・合流部分５ａでは、受光光に、測定対象以外の血管を透過した光が混合する可能性がある。測定対象の血管部位６以外の血管の透過光は、測定対象の血管部位６の吸光スペクトルに影響を及ぼし、測定精度が低下する可能性がある。このため、血管の分岐・合流部分５ａを除いた血管部分から測定対象の血管部位６を選択することとする。

また、生体画像の端部５ｂでは、画像の外側近傍の血管の分岐や合流といった構造が不明であるため、上述と同様の理由による測定精度の低下の可能性を避けるために、画像端部５ｂを除いた血管部分から測定対象の血管部位６を選択することとする。

また、発光素子５３からの照射光は、生体組織内を拡散反射し、その一部が受光素子５９にて受光される。つまり、受光素子５９にて受光される光の一部が対象血管の透過光となるが、この透過光の割合が高い程、対象血管の血中成分の特徴をより顕著に表した吸光スペクトルとなり得る。すなわち測定精度が高くなる。

比較的細い血管は、生体画像から特定される血管パターンにおいて細く抽出され、場合によっては途切れ途切れに抽出されたりする。また、比較的深い位置にある血管についても、当該血管の透過光の光量が少なくなることから、生体画像から特定される血管パターンにおいて、途切れ途切れに抽出され得る。このため、細い血管や深い位置の血管を除いた血管部分から、測定対象の血管部位６を選択することとする。なお、血管部位６の長さは、例えば中心線の曲線の長さとしても良いし、中心線を構成するピクセル数を用いるとしても良い。

そして、図６は、図５の血管位置情報Ｐ４に基づいて得られる測定対象の血管部位６の一例である。図６において、血管４のうち、斜線でハッチングされた部分が、測定対象として選択された血管部位６である。

（３）照射位置及び受光位置の選択
続いて、選択した測定対象の血管部位６に対して、測定光の照射位置（測定用発光素子）と、測定対象の血管部位６の透過光を受光するのに適当な受光位置（測定用受光素子）と、リファレンス用の透過光を得るのに適当な受光位置（リファレンス用受光素子）とを選択する。リファレンス用の透過光は、測定対象の血管部位６を透過せず、当該血管部位６の近傍の非血管領域８のみを透過した光のことである。

図７は、照射位置、測定用受光位置、及び、リファレンス用受光位置の選択を説明する概要図である。先ず、照射位置（測定用発光素子）と測定用受光位置（測定用受光素子）とについて、次の第１の相対位置条件を満たすように選択する。第１の相対位置条件は、血管位置情報Ｐ４において「照射位置と測定用受光位置との間の中央部に測定対象の血管部位６が位置し、且つ、照射位置と測定用受光位置との間の距離が所定の最適距離Ｗに等しい」ことである。そして、第１の相対位置条件を満たす照射位置の発光素子５３を測定用発光素子５３ａとし、測定用受光位置の受光素子５９を測定用受光素子５９ａとする。

また、照射位置（測定用発光素子）とリファレンス用受光位置（リファレンス用受光素子）とについて、次の第２の相対位置条件を満たすように選択する。第２の相対位置条件とは、血管位置情報Ｐ４において「照射位置とリファレンス用受光位置との間に血管が存在せず、照射位置とリファレンス用受光位置との間の距離が所定の最適距離Ｗに等しい」ことである。そして、この第２の相対位置条件を満たすリファレンス用受光位置の受光素子をリファレンス用受光素子５９ｂとする。

なお、本実施形態では、リファレンス用受光位置を、上述の第１の相対位置条件を満たす測定用照射位置及び測定用受光位置を結ぶ延長線上であって、測定用照射位置から見て測定用受光位置とは反対の位置とするが、これに限らない。また、測定用照射位置（測定用発光素子５３ａ）、測定用受光位置（測定用受光素子５９ａ）、リファレンス用受光位置（リファレンス用受光素子５９ｂ）は、何れも血管４上に位置しない（非血管領域８上に位置する）こととする。

また、最適距離Ｗは、次のように定められる。図８は、生体組織内での光の伝播を説明する図であり、深さ方向に沿った断面図を示している。ある発光素子５３から照射された光は、生体組織内を拡散反射し、照射された光の一部がある受光素子５９に到達する。その光の伝播経路は、いわゆるバナナ形状（２つの弧で挟まれた領域）を成し、略中央付近で深さ方向の幅が最も広くなるとともに、発光素子５３と受光素子５９との間隔に応じて全体の深さ（到達可能な深さ）が深くなる。

測定精度を高めるには、より多くの血管４の透過光が受光素子５９で受光されることが望ましい。このことから、発光素子５３と受光素子５９との間のほぼ中央に対象血管４が位置し、対象血管４の想定する深さＤに応じた最適距離Ｗが定められる。最適距離Ｗ、すなわち発光素子５３と受光素子５９との間の最適な間隔Ｗは、血管４の皮膚面からの深さＤの約２倍の距離である。例えば、深さＤを３ｍｍ程度とすると、最適距離Ｗは５〜６ｍｍ程度となる。

（４）測定
測定対象の血管部位６に対する照射位置及び受光位置を決定すると、血液成分の測定を行う。すなわち、測定対象の血管部位６に設定した測定用照射位置（測定用発光素子５３ａ）から測定光を照射させ、測定用受光位置（測定用受光素子５９ａ）及びリファレンス用受光位置（リファレンス用受光素子５９ｂ）それぞれの受光結果に基づいて、吸光スペクトルを生成する。

このとき、例えば発光素子５３による発光光の波長を変化させることで皮膚面への照射光の波長λを近赤外領域内で変化させて、波長λ毎の血管部位６の透過率Ｔを求める。透過率Ｔ（λ）は、測定用受光素子５９ａによって得られた「光強度Ｏｓ（λ）」と、リファレンス用受光素子５９ｂによって得られた「光強度Ｏｒ（λ）」とから、Ｔ（λ）＝Ｏｓ（λ）／Ｏｒ（λ）、として求められる。そして、この透過率から吸光率を求めて吸光スペクトルを生成する。

ここで、透過率Ｔの算出原理について簡単に説明する。一般的に、発光素子５３による照射光の強度をＰ（λ）、照射光が透過した物体部分の透過率をＴ（λ）、受光素子５９に予め定められている感度をＳ（λ）とすると、受光素子５９で得られる光強度Ｏ（λ）は、Ｏ（λ）＝Ｐ（λ）・Ｔ（λ）・Ｓ（λ）、で与えられる。

この関係式より、血管４の透過光を含まないリファレンス用受光素子５９ｂで得られる光強度Ｏｒ（λ）は、非血管領域部分の透過率Ｔ（λ）を「１」と仮定すると、、Ｏｒ（λ）＝Ｐ（λ）・Ｔ（λ）・Ｓ（λ）、となる。また、血管４の透過光を含む測定用受光素子５９ａで得られる光強度Ｏｓ（λ）は、Ｏｓ（λ）＝Ｐ（λ）・Ｔ（λ）・Ｓ（λ）、となる。この２つの式から、透過率Ｔ（λ）が求められる。また、この透過率Ｔ（λ）は、非血管領域８の透過率に対する相対的な値となる。

（５）血中成分値の算出
続いて、吸光スペクトルに基づき、予め定められた血中成分濃度（グルコース濃度）と吸光度との関係を示す「検量線」を用いて、血中成分（グルコース濃度、すなわち血糖値）の推定算出を行う。なお、この吸光スペクトルから所定成分（本実施形態ではグルコース）濃度を算出する技術自体は公知であり、本実施形態ではその公知技術を適用可能である。

［機能構成］
図９は、血液成分測定装置１０の機能構成図である。血液成分測定装置１０は、機能的には、操作入力部１１０と、表示部１２０と、音出力部１３０と、通信部１４０と、発光部２１０と、受光部２２０と、処理部３００と、記憶部４００とを備えて構成される。

操作入力部１１０は、ボタンスイッチやタッチパネル、各種センサー等の入力装置であり、なされた操作に応じた操作信号を処理部３００に出力する。この操作入力部１１０によって、血糖値の測定開始指示等の各種指示入力が行われる。図１では、操作スイッチ１８やタッチパネル１６が操作入力部１１０に該当する。

表示部１２０は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置であり、処理部３００からの表示信号に基づく各種表示を行う。この表示部１２０に、測定結果等が表示される。図１では、タッチパネル１６が表示部１２０に該当する。

音出力部１３０は、スピーカー等の音出力装置であり、処理部３００からの音信号に基づく各種音出力を行う。この音出力部１３０によって、血糖値測定開始や測定終了、エラー発生等の報知音が出力される。

通信部１４０は、無線通信機、モデム、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等の通信装置であり、通信回線と接続して外部との通信を実現する。図１では、通信装置２０が通信部１４０に該当する。

発光部２１０は、平面状に二次元配列された多数の発光素子５３を有する。図２に示すセンサーモジュール５０の発光層５２が発光部２１０に該当する。この発光部２１０の配置位置（具体的には、Ｘｓ−Ｙｓ直交座標系における各発光素子５３の位置座標）については、発光素子リスト４０６として記憶されている。

受光部２２０は、平面状に二次元配列された多数の受光素子５９を有する。図２に示すセンサーモジュール５０の受光層５８が受光部２２０に該当する。この受光部２２０の配置位置（具体的には、Ｘｓ−Ｙｓ直交座標系における各受光素子５９の位置座標）については、受光素子リスト４０８として記憶されている。

処理部３００は、例えばＣＰＵやＧＰＵ等のマイクロプロセッサーや、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＩＣメモリー等の電子部品によって実現され、所定のプログラムやデータ、操作入力部１１０からの操作信号等に基づいて各種の演算処理を実行して、血液成分測定装置１０の動作を制御する。図１では、制御基板３０が処理部３００に該当する。また、本実施形態では、処理部３００は、生体画像取得部３０２と、血管位置取得部３０４と、血管部位選択部３０６と、照射受光位置選択部３０８と、リファレンス位置選択部３１０と、吸光スペクトル算出部３１２と、成分値算出部３１４と、発光制御部３１６と、受光制御部３１８とを有する。

生体画像取得部３０２は、センサーモジュール５０の直下の身体部位の生体画像の取得を行う。生体画像の取得は、公知の静脈認証技術等における生体画像の撮影技術を適宜利用することで実現する。すなわち、センサーモジュール５０の発光素子５３を一斉発光させ、全ての受光素子５９による測光（撮影）を行う。そして、測光結果による輝度画像、すなわち生体画像を生成する。勿論、別途撮影され用意されている生体画像を記憶部４００や外部装置から取得する構成も可能である。生体画像取得部３０２によって取得された生体画像は、生体画像データ４１２として記憶される。

血管位置取得部３０４は、生体画像取得部３０２によって取得された生体画像に対する所定の画像処理を行って、血管位置を取得する。具体的には、公知の静脈認証技術等における生体画像から静脈パターンを識別する技術を適宜利用することで実現する。例えば、生体画像のピクセル毎に、基準輝度と比較して２値化やフィルター処理を施す。基準輝度未満のピクセルが血管、基準輝度以上のピクセルが非血管領域を示すことになる。血管位置取得部３０４によって取得された血管位置については、血管位置情報４１４として記憶される。

血管部位選択部３０６は、血管位置取得部３０４によって取得された血管位置に基づいて、所定の選択条件を満たす血管部位６を測定対象として選択する。ここで、測定対象とする血管部位６は、１つであっても良いし、複数選択しても良い。測定対象として選択された血管部位６それぞれについてのデータは、血管部位データ４２０として記憶される。

図１０は、血管部位データ４２０のデータ構成の一例を示す図である。血管部位データ４２０は、当該血管部位の識別情報である血管部位ＩＤ４２２と、部位ピクセルリスト４２４と、中心線位置情報４２６と、部位長４２８と、測定用発光素子データ４３０と、測定用受光素子データ４３２と、リファレンス用受光素子データ４３４とを格納している。部位ピクセルリスト４２４は、当該血管部位に対応するピクセル（すなわち受光素子５９）の一覧である。中心線位置情報４２６は、Ｘｓ−Ｙｓ直交座標系における当該血管部位の中心線の位置座標の情報である。

照射受光位置選択部３０８は、測定対象の血管部位６それぞれについて、第１の相対位置条件を満たすように、測定用照射位置（測定用発光素子５３ａ）、及び、測定用受光位置（測定用受光素子５９ａ）を選択する。具体的には、Ｘｓ−Ｙｓ直交座標系において（すなわち皮膚面において）、血管部位６の中心線上の一の位置から、中心線と直交する二方向へ互いの間隔が最適距離Ｗとなる２つの位置に、当該血管部位６を挟むように測定用照射位置及び測定用受光位置を設定する。そして、この測定用照射位置の発光素子５３を測定用発光素子５３ａとし、測定用受光位置の受光素子５９を測定用受光素子５９ａとする。最適距離Ｗは、最適距離データ４１０として記憶されている。中心線上の一の位置の選択方法は、例えば、測定対象とする１つの血管部位６の長手方向の略中心位置として定められる。

なお、選択した一の位置にて第１の相対位置条件を満たす位置（すなわち、測定用照射位置及び測定用受光位置となり得る位置）が存在しない場合には、当該一の位置から中心線に沿って所定の単位距離離れた位置について、同様に第１の相対位置条件を満たす位置（測定用照射位置及び測定用受光位置となり得る位置）があるかを判断する。それでも第１の相対位置条件を満たす位置が見つからない場合には、同様にこれを繰り返すことで、測定用照射位置及び測定用受光位置を設定する。

リファレンス位置選択部３１０は、設定された測定用照射位置、及び、測定用受光位置を基準として、第２の相対位置条件を満たすように、リファレンス用受光位置（リファレンス用受光素子５９ｂ）を選択する。なお、第２の相対位置条件を満たす位置が存在しない場合には、再度、測定用照射位置及び測定用受光位置の設定を行う。

吸光スペクトル算出部３１２は、測定対象の血管部位６それぞれについて、吸光スペクトルを生成する。具体的には、血管部位６に設定された、測定用受光素子５９ａ、及び、リファレンス用受光素子５９ｂによる受光結果（光強度）をもとに、波長λ毎の透過率Ｔを算出することで、吸光スペクトルを生成する。算出した吸光スペクトルについては、吸光スペクトルデータ４４０として記憶される。

成分値算出部３１４は、吸光スペクトルに基づいて、目的とする血液成分の血中濃度を算出する。本実施形態では、吸光スペクトルを、重回帰分析法、主成分回帰分析法、ＰＬＳ回帰分析法、独立成分分析方等の分析法を用いて、目的とする血液成分の血中濃度を算出する。計測対象の血管部位６が複数の場合には、各血管部位６に係る吸光スペクトルを平均した吸光スペクトルから、目的とする血液成分の血中濃度を算出する。算出した値は、血液成分値データ４４２として記憶される。

発光制御部３１６は、発光部２１０が有する複数の発光素子５３それぞれを選択的に発光制御する。受光制御部３１８は、受光部２２０が有する複数の受光素子５９それぞれから受光した光量を取得する。

記憶部４００は、ＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置であり、処理部３００が血液成分測定装置１０を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部３００の作業領域として用いられ、処理部３００が実行した演算結果や、操作入力部１１０からの操作データ等が一時的に格納される。図１では、メインメモリー３４や測定データ用メモリー３６が記憶部４００に該当する。また、記憶部４００には、システムプログラム４０２と、血液成分測定プログラム４０４と、発光素子リスト４０６と、受光素子リスト４０８と、最適距離データ４１０と、生体画像データ４１２と、血管位置情報４１４と、血管部位データ４２０と、吸光スペクトルデータ４４０と、血液成分値データ４４２とが記憶される。

［処理の流れ］
図１１は、血液成分測定処理の流れを説明するフローチャートである。但し、血液成分測定装置１０は被験者２に取り付けられ、測定開始指示がなされたとする。

先ず、生体画像取得部３０２が、測定部位の生体画像を取得する（ステップＳ２）。すなわち、全ての発光素子５３を一斉発光させ、全ての受光素子５９で受光して、生体画像を取得する。次いで、血管位置取得部３０４が、生体画像に基づいて、皮膚面から見た血管位置を取得する（ステップＳ３）。続いて、血管部位選択部３０６が、得られた血管位置に基づいて、所定の選択条件を満たす測定対象の血管部位６を選択する（ステップＳ５）。

続いて、照射受光位置選択部３０８が、測定対象の血管部位６毎に、第１の相対位置条件を満たす測定用照射位置（測定用発光素子５３ａ）、及び、測定用受光位置（測定用受光素子５９ａ）を選択する（ステップＳ７）。また、リファレンス位置選択部３１０が、第２の相対位置条件を満たすリファレンス用受光位置（リファレンス用受光素子５９ｂ）を選択する（ステップＳ９）。

その後、測定対象の血管部位６それぞれについて設定された測定用発光素子を一斉発光させ（ステップＳ１１）、全ての受光素子５９による受光（撮像）を行う（ステップＳ１３）。次いで、吸光スペクトル算出部３１２が、測定対象の血管部位６それぞれについて、設定された測定用受光素子５９ａ、及び、リファレンス用受光素子５９ｂそれぞれによる受光結果（光強度）に基づいて、当該血管部位６についての吸光スペクトルを生成する（ステップＳ１５）。

続いて、成分値算出部３１４が、生成した各血管部位６の吸光スペクトルを平均して平均吸光スペクトルを生成し（ステップＳ１７）、この平均吸光スペクトルに基づいて、血中濃度を算出する（ステップＳ１９）。そして、この算出した血中濃度を測定結果として記憶及び表示出力した後、本処理を終了する。

［作用効果］
このように、本実施形態の血液成分測定装置１０によれば、生体画像をもとに皮膚面から見た血管位置を取得し、測定に適当な血管部位６を挟むように、測定用照射位置（測定用発光素子５３ａ）及び測定用受光位置（測定用受光素子５９ａ）を選択して測定を行う。よって、血液の成分を測定可能な照射位置及び受光位置を自動的に判定するため、使用者が手動で位置調整をする必要がない。また、測定用照射位置との間に血管が存在しないリファレンス用受光位置（リファレンス用受光素子５９ｂ）を選択し、このリファレンス用受光素子５９ｂでの受光結果を参照することで、血管の透過光についての吸収スペクトルを容易に求めることができる。

［変形例］
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明の適用形態はこれに限定されるものではなく、適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。

（Ａ）照射位置及び受光位置
例えば、上述の実施形態では、測定用照射位置、及び、測定用受光位置を非血管領域８に設定することとしたが、図１２に示すように血管４上に設定することとしても良い。

例えば、Ｘｓ−Ｙｓ直交座標系において、中心線の中心位置に、測定用照射位置（測定用発光素子５３ａ）を設定し、この測定用照射位置から、血管部位６の流路方向に沿って最適距離Ｗだけ離れた位置であって、当該血管部位６に係る血管上に、測定用受光位置（測定用受光素子５９ａ）を設定する。なお、リファレンス用受光位置については、例えば測定用照射位置において血管部位６の中心線に直交する方向であって、測定用照射位置から最適距離Ｗだけ離れた非血管領域８の位置に設定する。これにより、測定用受光素子５９ａにて得られる受光光により多くの血管の透過光を含むことができ、測定精度の向上を図ることができる。

（Ｂ）測定用受光位置の数
また、上述の実施形態では、一の血管部位６に対して、それぞれ１つの測定用照射位置及び測定用受光位置を設定することとしたが、これを、複数の照射位置を設定することにしても良い。

具体的に図１３を参照して説明する。まず、上述の実施形態において説明したように、Ｘｓ−Ｙｓ直交座標系において、血管部位６の中心線Ｌ１上の一の位置Ｐｃにて中心線Ｌ１と直交する直線上に、測定用照射位置Ｐｌ及び測定用受光位置Ｐｓを、最適距離Ｗをおいてその中央に中心位置Ｐｃが位置するように設定する。つまり、中心位置Ｐｃと、測定用照射位置Ｐｌ及び測定用受光位置Ｐｓそれぞれとの間の距離は「Ｗ／２」である。

次いで、測定用受光位置Ｐｓを中心とした半径Ｗ／２の円弧Ｃ１、すなわち位置Ｐｃを通る円弧Ｃ１を生成する。そして、測定用受光位置Ｐｓから見た円弧Ｃ１と中心線Ｌ１との距離ΔＷが、最適距離Ｗに対して定められる許容距離となる円弧Ｃ１の中心角θ１を求める。許容距離は、例えば最適距離に対する割合として定めることができ、「最適距離Ｗの９０％」とした場合には、ΔＷ＝Ｗ×０．１、となる。

そして、中心角θ１の扇形状の領域の一部であって、許容距離ΔＷの２倍の幅（ΔＷ×２）であり、測定用発光位置Ｐｌを中心とする帯状の領域Ｅ１を求める。この領域Ｅ１内に、更なる測定用照射位置を定めることができる。このようにすることで、測定光の光量を増加させることができ、測定精度を向上させる光量を確保することができる。

（Ｃ）照射位置と受光位置との相対位置関係
また、上述の実施形態では、一の測定対象の血管部位６に対して、１つの発光素子５３（測定用発光素子）と、２つの受光素子５９（測定用受光素子５９ａ、及び、リファレンス用受光素子５９ｂ）とを設定する構成とした。これを、図１４に示すように、一の血管部位６に対して、２つの発光素子５３ａ，５３ｂと、１つの受光素子５９ａとを設定するように構成しても良い。

具体的には、上述の「第１の相対位置条件」を満たすように、最適距離Ｗをおいて血管部位６を挟む、測定用照射位置（測定用発光素子５３ａ）、及び、測定用受光位置（測定用受光素子５９ａ）を設定する。次いで、「第３の相対位置条件」を満たすように、リファレンス用照射位置（リファレンス用発光素子５３ｂ）を設定する。第３の相対位置条件とは、Ｘｓ−Ｙｓ直交座標系において「リファレンス用照射位置と測定用受光位置との間に血管が存在せず、リファレンス用照射位置と測定用受光位置との間の距離が所定の最適距離Ｗに等しい」ことである。

この場合、受光素子５９が１つのみなので、先ずは測定用発光素子５３ａを発光させて、そのときの測定用受光素子５９ａの受光結果として、血管の透過光を含む光強度Ｏｓ（λ）を得る。次いで、リファレンス用発光素子５３ｂを発光させて、そのときの測定用受光素子５９ａの受光結果として、血管の透過光を含まない光強度Ｏｒ（λ）を得る。そして、これらの光強度Ｏｓ（λ）、光強度Ｏｒ（λ）を用いて、吸光スペクトルを算出する。

（Ｄ）システム構成
また、血液成分測定装置１０は腕時計型の一体の装置に限らず、例えば図１５に示すように、センサーモジュール５０と固定バンド１４とを腕時計型のデバイス１１とし、操作スイッチ１８やタッチパネル１６、制御基板３０などその他の構成要素を装置本体６０に備え、両者を有線通信或いは無線通信接続する医療機器を構成しても良い。

（Ｅ）照射位置と発光素子５３との関係
また、上述の実施形態では、測定光は位置が固定された発光素子５３から所定方向に照射される構成であって、照射位置は発光制御する発光素子５３と対応する構成であったが、発光素子５３を単数とし、照射方向を偏向する光学デバイスで照射位置へ向けて測定光を照射する構成としても良い。

１０ 血液成分測定装置、１２ 本体ケース、１４ 固定バンド、５０ センサーモジュール、５２ 発光層、５３ 発光素子、５４ 遮光層、５６ 分光層、５８ 受光層、５９ 受光素子、１１０ 操作入力部、１２０ 表示部、１３０ 音出力部、１４０ 通信部、２１０ 発光部、２２０ 受光部、３００ 処理部、３０２ 生体画像取得部、３０４ 血管位置取得部、３０６ 血管部位選択部、３０８ 照射受光位置選択部、３１０ リファレンス位置選択部、３１２ 吸光スペクトル算出部、３１４ 成分値算出部、３１６ 発光制御部、３１８ 受光制御部、４００ 記憶部、４０２ システムプログラム、４０４ 血液成分測定プログラム、４０６ 発光素子リスト、４０８ 受光素子リスト、４１０ 最適距離データ、４１２ 生体画像データ、４１４ 血管位置情報、４２０ 血管部位データ、４４０ 吸光スペクトルデータ、４４２ 血液成分値データ、５３ａ 測定用発光素子、５９ａ 測定用受光素子、５９ｂ リファレンス用受光素子、２ 被験者、４ 血管、６ 血管部位、８ 非血管領域

Claims (9)

1. 皮膚面から見た対象血管の位置に基づいて、当該皮膚面における光の照射位置と当該皮膚面における受光位置との間の所与の位置を前記対象血管が通る第１の相対位置条件を満たす第１の照射位置と第１の受光位置とを判定することと、
   前記第１の照射位置に光を照射することと、
   少なくとも前記第１の受光位置での受光結果を用いて、血液の成分を測定することと、
   を含む血液成分測定方法。
2. 前記判定することは、照射位置と受光位置とが前記対象血管を挟む位置となる条件を前記第１の相対位置条件として前記第１の照射位置と前記第１の受光位置とを判定することである、
   請求項１に記載の血液成分測定方法。
3. 前記判定することは、前記皮膚面において前記対象血管上に照射位置と受光位置とが位置する条件を前記第１の相対位置条件として前記第１の照射位置と前記第１の受光位置とを判定することである、
   請求項１に記載の血液成分測定方法。
4. 前記照射することは、前記第１の照射位置がＮ個（Ｎ≧２）ある場合に、当該N個のうち、Ｍ個（Ｎ≧Ｍ≧２）の第１の照射位置に光を照射することを含む、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の血液成分測定方法。
5. 前記判定することは、前記皮膚面に向けて配置されたデバイスであって、平面状に配列された複数の照射部を有する発光層と、平面状に配列された複数の受光素子を有する受光層とが積層もしくは並置されたデバイスの前記複数の照射部の中から、前記第１の相対位置条件を満たす前記第１の照射位置に対応する照射部を選択することを含み、
   前記照射することは、前記選択された照射部を発光させることを含み、
   前記測定することは、前記受光層での受光結果を用いて、前記血液の成分を測定することを含む、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の血液成分測定方法。
6. 前記皮膚面において前記第１の照射位置との間に前記対象血管が位置しない第２の相対位置条件を満たす第２の受光位置を判定することを更に含み、
   前記測定することは、前記第２の受光位置での受光結果を参照して前記血液の成分を測定することを含む、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の血液成分測定方法。
7. 前記皮膚面において前記第１の受光位置との間に前記対象血管が位置しない第３の相対位置条件を満たす第２の照射位置を判定することと、
   前記第１の照射位置への光の照射とは異なるタイミングで前記第２の照射位置に光を照射することと、
   を更に含み、
   前記測定することは、前記第１の照射位置に光を照射した際の受光結果と、前記第２の照射位置に光を照射した際の受光結果とに基づいて前記血液の成分を測定することを含む、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の血液成分測定方法。
8. 皮膚面から見た対象血管の位置に基づいて、当該皮膚面における光の照射位置と当該皮膚面における受光位置との間の所与の位置を前記対象血管が通る第１の相対位置条件を満たす第１の照射位置と第１の受光位置とを判定する位置判定部と、
   前記第１の照射位置に光を照射する制御を行う照射制御部と、
   少なくとも前記第１の受光位置での受光結果を用いて、血液の成分を測定する測定部と、
   を備えた血液成分測定装置。
9. 請求項８に記載の血液成分測定装置を具備する医療機器。