JP2015173935A - 生体計測装置および生体計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度良く生体の成分濃度を計測することができる生体計測装置を提供する。【解決手段】腕に赤外光を照射し腕に反射した赤外光を受信して光強度データ２４を出力する赤外センサー７と、赤外センサー７が腕に接触するように赤外センサー７を保持する保持部と、赤外センサー７と腕との間で押圧し合う力を検出する力センサー８と、力を判定値と比較し力が所定の範囲内にあるか否かを判定する押圧力判定部３４と、力が所定の範囲内にあると押圧力判定部３４が判定したときの光強度データ２４を用いて腕の成分濃度を演算する成分濃度演算部３１と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、生体計測装置および生体計測方法に関するものである。

近赤外光や赤外光を用いて人体の血糖値、血圧脈拍を測定する方法が検討されている。例えば、ＡＴＲ法（Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を用いた血糖値の測定装置が特許文献１に開示されている。それによると、片面に反射膜が設置されたガラス板を用意する。そして、ガラス板において反射膜のない面を生体の皮膚に密着させる。ガラス板の一方の側面から赤外光を照射する。赤外光は皮膚と密着する面と反射膜との間で反射を繰り返しガラス板の他方の側面に到達する。他方の側面に到達した赤外光の光強度をセンサーにて検出する。

検出した赤外光を分光してスペクトルデータを得る。生体の皮膚には毛細血管があり、皮膚に表面に照射する赤外光の一部が毛細血管に吸収される。特定の波長において吸収される赤外光と血液成分とには相関がある。従って、検出された特定の波長における光強度と被検査生体の血液成分濃度との間で相関がある。これによりＡＴＲ法を用いて、例えば、血中グルコース濃度を検出することができる。

腕に巻くベルトに光センサーが設置された測定装置が特許文献２に開示されている。それによると、測定装置本体にベルトが設置されている。ベルトを人体の腕に巻いて測定装置を固定する。そして、ベルトの腕側の面に光センサーが設置されている。ベルトを腕に巻く長さを調整して光センサーが肌に密着させて用いられる。

特開平１１−１８８００９号公報 特開２０００−２５４１０５号公報

特許文献１に示すＡＴＲ法ではセンサー部が生体の皮膚に密着していないとき、赤外光の一部が毛細血管に吸収されない。このときには光強度データが生体の状態を反映していないため、正確な血液成分濃度を検出することができない。特許文献２に示す計測装置ではベルトが緩むと光センサーと腕との間に隙間ができる。そして、光センサーが検出する光強度が変動する。そこで、検出された光強度データが生体の状態を反映しているときの光強度データだけを活用して精度良く生体の成分濃度を計測することができる生体計測装置が望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる生体計測装置であって、生体に赤外光を照射し前記生体に反射した前記赤外光を受信して光強度データを出力する赤外センサー部と、前記赤外センサー部が前記生体に接触するように前記赤外センサー部を保持する保持部と、前記赤外センサー部と前記生体との間で押圧し合う力を検出する力センサー部と、前記力を判定値と比較し前記力が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定部と、前記力が所定の範囲内にあると前記判定部が判定したときの前記光強度データを用いて前記生体の成分濃度を演算する成分濃度演算部と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、生体計測装置は保持部、赤外センサー部、力センサー部及び判定部を備えている。保持部は赤外センサー部が生体に接触するように赤外センサー部を保持する。赤外センサー部は生体に赤外光を照射する。そして、赤外センサー部は生体に反射した赤外光を受信して光強度データを出力する。力センサー部は赤外センサー部と生体との間で押圧し合う力を検出する。そして、判定部が力を判定値と比較し力が所定の範囲内にあるか否かを判定する。

赤外センサー部が生体から離れるとき赤外光は生体に吸光されない。従って、赤外センサー部は生体情報を反映した赤外光を精度良く受信することができない。また、赤外センサー部が生体を押圧しすぎるとき生体の血管が押圧されて表面近くの血流が阻害される。これにより、生体が計測に相応しくない状態となるので赤外センサー部が受信する光強度データは生体の状態を正しく反映していないデータとなる。

判定部は赤外センサー部が生体を押圧する状態を判定している。そして、成分濃度演算部は赤外センサー部が出力する光強度データが生体の状態を反映しているときのデータを活用し、光強度データが生体の状態を反映していないときのデータを活用しないで生体の成分濃度を演算する。従って、生体計測装置は光強度データが生体の状態を反映しているときの光強度データだけを活用して精度良く生体の成分濃度を計測することができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる生体計測装置において、前記赤外センサー部の駆動を制御する赤外センサー制御部を備え、前記赤外センサー制御部は前記力が所定の範囲内にあるときに前記赤外センサー部を駆動することを特徴とする。

本適用例によれば、判定部は赤外センサー部が生体を押圧する状態を判定する。そして、赤外センサー制御部は力センサー部が検出した生体を押圧する力が所定の範囲内にあるときに赤外センサー部を駆動する。従って、赤外センサー制御部は赤外センサー部が適切な光強度データを出力可能なときにのみ赤外センサー部を駆動する。従って、赤外センサー部を駆動する電力を無駄にしないので省資源で赤外センサー部を駆動することができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる生体計測装置において、前記力のデータと、前記光強度データと、前記力と前記光強度データの補正量との関係を示すテーブルと、を用いて前記光強度データを補正する補正部を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、補正部は赤外センサー部と生体との間で押圧し合う力のデータと、光強度データと、力と光強度データの補正量との関係を示すテーブルと、を用いて光強度データを補正する。従って、赤外センサー部と生体とが押圧し合う力が変動するときにも精度良く光強度データを検出することができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる生体計測装置において、前記判定部は複数の前記力センサー部が出力する前記力を判定値と比較し前記力が所定の範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする。

本適用例によれば、生体計測装置は複数の力センサー部を備えている。そして、判定部は複数の力センサー部が出力する力を判定値と比較する。生体に対して赤外センサー部が傾くとき複数の力センサー部が生体から受ける力に差が生じる。これにより、赤外センサー部が生体に対して傾く状態も検出することができる。従って、赤外センサー部が生体に対して正しい姿勢となる状態のときに赤外センサー部が赤外光の反射光の光強度を検出することができる。その結果、精度良く生体の情報を検出することができる。

［適用例５］
上記適用例にかかる生体計測装置において、前記力センサー部は突起部を有し、前記突起部は前記赤外センサー部より前記生体側に突出することを特徴とする。

本適用例によれば、力センサー部は生体側に突出する突起部を有している。これにより、赤外センサー部と生体とが離れる状態のときにも力センサー部の突起部は生体と接触することができる。従って、力センサー部は赤外センサー部と生体とが接触しているか否かを確実に検出することができる。

［適用例６］
上記適用例にかかる生体計測装置において、前記突起部は弾性体を有することを特徴とする。

本適用例によれば、突起部は弾性体を有している。従って、突起部が触れている感触に生体が過敏になることを抑制することができる。

［適用例７］
本適用例にかかる生体計測方法であって、赤外センサー部を生体に押圧し、前記赤外センサー部と前記生体との間で押圧し合う力を検出し、前記力が所定の範囲内にあるときには前記赤外センサー部を駆動し、前記赤外センサー部は前記生体に赤外光を照射し前記生体に反射した前記赤外光を受信して光強度データを出力することを特徴とする。

本適用例によれば、赤外センサー部が生体に押圧される。そして、赤外センサー部は生体に赤外光を照射し生体に反射した赤外光を受信して光強度データを出力する。そして、光強度データを用いて血糖値が演算される。赤外センサー部と生体との間で押圧し合う力が検出され、力が所定の範囲内にあるときには赤外センサー部が駆動される。従って、赤外センサー部が精度良く光強度データを検出可能なときのみ赤外センサー部は赤外光の反射光の光強度データを検出する。その結果、生体から反射した赤外光の光強度を精度良く検出することができる。

［適用例８］
上記適用例にかかる生体計測方法において、前記力のデータと、前記光強度データと、前記力と前記光強度データの補正量との関係を示すテーブルと、を用いて前記光強度データを補正することを特徴とする。

本適用例によれば、補正部は赤外センサー部と生体との間で押圧し合う力のデータと、光強度データと、力と光強度データの補正量との関係を示すテーブルと、を用いて光強度データを補正する。従って、赤外センサー部と生体とが押圧し合う力が変動するときにも精度良く光強度データを検出することができる。

第１の実施形態にかかわり、（ａ）は、生体計測装置の構成を示す概略斜視図、（ｂ）は、生体計測装置の構成を示す模式正面図、（ｃ）は、生体計測装置の構成を示す模式側面図。 （ａ）は生体計測装置の本体部を示す要部模式拡大側面図、（ｂ）は、赤外センサーの構造を示す要部模式図、（ｃ）は、力センサーの構造を示す要部模式拡大図。 生体計測装置の電気制御ブロック図。 生体計測方法のフローチャート。 生体計測方法を説明するための模式図。 生体計測方法を説明するための模式図。 第２の実施形態にかかわる力センサーの構造を示す要部模式拡大図。 第３の実施形態にかかわり、（ａ）は本体部の構造を示す要部模式拡大図である。（ｂ）〜（ｄ）は、生体計測方法を説明するための模式図。 （ａ）〜（ｃ）は赤外センサーに対する力センサーの配置を示す模式正面図。

本実施形態では、生体計測装置と、この生体計測装置を用いて非侵襲的に血糖値を測定する生体計測方法との特徴的な例について、図に従って説明する。以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかわる生体計測装置について図１〜図３に従って説明する。図１（ａ）は、生体計測装置の構成を示す概略斜視図であり、図１（ｂ）は、生体計測装置の構成を示す模式正面図である。図１（ｃ）は、生体計測装置の構成を示す模式側面図である。図２（ａ）は生体計測装置の本体部を示す要部模式拡大側面図である。

図１及び図２（ａ）に示すように、生体計測装置１は本体部２と本体部２に設置されたベルト部３を備えている。本体部２とベルト部３により筒状の形態となっている。そして、筒状となっている場所に人体の生体としての腕４が挿入されている。つまり、生体計測装置１は腕時計のように腕４に設置して用いられる。

本体部２において腕４と反対側の面には表示装置５と入力装置６が設置されている。表示装置５は測定した血糖値等の情報を表示する部位である。表示装置５には液晶表示装置や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）装置等を用いることができる。入力装置６は複数のスイッチ等により構成され、操作者は入力装置６を操作することにより各種の設定を行うことが可能になっている。

本体部２は腕４を向く側の面に赤外センサー７と力センサー部としての力センサー８とが設置されている。本体部２の内部には制御部９が設置されている。制御部９は表示装置５、入力装置６、赤外センサー７及び力センサー８を制御する。他にも、本体部２には図示しない電池やブザーを備えている。

ベルト部３には調整部３ａが設置されている。調整部３ａはベルト部３の長さを調整可能になっている。操作者は生体計測装置１を腕４に装着した後で調整部３ａを操作する。そして、赤外センサー７及び力センサー８が腕４に接触するようにベルト部３の長さを調整する。ベルト部３は金属製であり複数の板ばねが連結した構造となっている。これによりベルト部３は伸縮させることができる。本体部２及びベルト部３により保持部１０が構成されている。赤外センサー７及び力センサー８は腕４に接触するように保持部１０に保持されている。

図２（ｂ）は、赤外センサーの構造を示す要部模式図である。図２（ｂ）に示すように、赤外センサー７は板状のプリズム１１を備えている。プリズム１１は対向する一対の側面が斜面となっている。一方の斜面には発光装置１２が設置され、他方の斜面には受光装置１３が設置されている。プリズム１１の材質は赤外光を透過する材料であればよく、例えば、ＺｎＳｅ、Ｇｅ、Ｓｉ等を用いることができる。

発光装置１２はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等を備え、発光装置１２はプリズム１１の内部に向けて赤外光１４を照射する。受光装置１３は分光器及びフォトダイオードを備えている。受光装置１３は赤外光１４を所定の波長に分光し各波長の光強度を電気信号に変換する。分光器は回折格子、凹面鏡、スリットを組み合わせて構成されている。分光器は鏡を回転させて、所定の波長の光がスリットを通過するようにして分光する。スリットを通過した赤外光１４はフォトダイオードにより電気信号に変換される。

プリズム１１において腕４と接触する面を第１面１１ａとし、第１面１１ａと対向する面を第２面１１ｂとする。第１面１１ａと第２面１１ｂとは平行に配置されている。第２面１１ｂには反射膜１５が設置されている。反射膜１５は銀等の反射率の高い金属を用いるのが好ましい。発光装置１２が照射する赤外光１４は第１面１１ａに向かって進行する。赤外光１４は第１面１１ａにて腕４の表面を照射し、腕４の表面で反射する。反射した赤外光１４は反射膜１５に向かって進行し反射膜１５にて反射する。このように赤外光１４は第１面１１ａにおける腕４の表面と第２面１１ｂとの間で反射を繰り返して受光装置１３に向かって進行する。

赤外光１４が第１面１１ａにて反射する毎に所定の波長の赤外光１４の一部が腕４内の毛細血管に吸収される。これにより、赤外光１４は所定の波長の光強度が低下する。受光装置１３に到達した赤外光１４は分光され電気信号に変換される。電気信号は光強度データに対応する信号である。つまり、赤外センサー７は腕４に赤外光１４を照射し腕４に反射した赤外光１４を受信して光強度データを出力する。

保持部１０において腕４を向く側の面を接触面１０ａとするとき接触面１０ａは第１面１１ａと略同一平面上に設置されている。従って、第１面１１ａは確実に腕４と接触するようになっている。

図２（ｃ）は、力センサーの構造を示す要部模式拡大図である。図２（ｃ）に示すように、力センサー８はセンサー本体部８ｂと突起部としての押圧突起８ａとを備えている。センサー本体部８ｂには圧電素子が内蔵されており、圧電素子はセンサー本体部８ｂと押圧突起８ａとに挟まれた構造となっている。押圧突起８ａがセンサー本体部８ｂに向けて押圧されるとき、圧電素子に力が加わる。そして、圧電素子は力に応じて発生する電圧の微分値を出力する。従って、圧電素子が出力する電圧を用いて力センサー８に加わる圧力を検出することができる。

赤外センサー７及び力センサー８は保持部１０に保持され腕４と接触する。赤外センサー７と力センサー８とは近い場所に設置されているので、腕４が赤外センサー７に加える圧力と腕４が力センサー８に加える圧力とは略同じ圧力となっている。そして、力センサー８に加わる押圧力を検出することにより赤外センサー７に加わる押圧力を検出することができる。従って、力センサー８は赤外センサー７と腕４との間で押圧し合う力を検出することができる。

押圧突起８ａは保持部１０の接触面１０ａより腕４側に突出している。接触面１０ａはプリズム１１の第１面１１ａと略同一の面である。従って、押圧突起８ａは赤外センサー７より腕４側に突出する。これにより、赤外センサー７と腕４とが離れた状態のときにも押圧突起８ａは腕４と接触することができる。従って、力センサー８は赤外センサー７と腕４とが接触しているか否かを確実に検出することができる。

図３は生体計測装置の電気制御ブロック図である。図３に示すように、生体計測装置１の制御部９はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ１６（演算処理装置）と各種情報を記憶するメモリー１７とを有する。

赤外センサー駆動装置１８、力センサー８、入力装置６及び表示装置５が、入出力インターフェイス２１及びデータバス２２を介してＣＰＵ１６に接続されている。赤外センサー駆動装置１８は発光装置１２及び受光装置１３を駆動する装置である。赤外センサー駆動装置１８はＣＰＵ１６から指示信号を入力して発光装置１２を点灯する。そして、赤外センサー駆動装置１８は受光装置１３を駆動し受光装置１３が出力する各波長における光強度を入力する。赤外センサー駆動装置１８は測定したスペクトル等からなる光強度データをＣＰＵ１６に出力する。

入力装置６には複数のスイッチの他に外部機器から各種の設定情報を入力するインターフェイスを備えている。そして、生体計測装置１は入力装置６を介して外部装置から生体成分を抽出するときに用いるデータ等を入力することができる。

メモリー１７は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等といった半導体メモリーや、外付けのハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭといった外部記憶装置を含む概念である。機能的には、生体計測装置１における動作の制御手順が記述されたプログラムソフト２３を記憶する記憶領域が設定される。さらに、赤外センサー７がスペクトルのデータである光強度データ２４を記憶するための記憶領域も設定される。他にも、力センサー８が出力する赤外センサー７と腕４との間で押圧し合う力のデータである押圧力データ２５を記憶するための記憶領域が設定される。

他にも、押圧力データ２５を用いてＣＰＵ１６が判定するときのデータである力判定データ２６を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、押圧力データ２５を用いてＣＰＵ１６が光強度データ２４を補正するときに用いるデータである補正表データ２７を記憶するための記憶領域が設定される。補正表データ２７は腕４が赤外センサー７を押圧する押圧力に対する光強度データ２４の補正量との関係を示すデータである。他にも、ＣＰＵ１６が血液の成分濃度を演算するときに用いるデータや計測した成分濃度データである生体成分データ２８を記憶するための記憶領域が設定される。さらに、ＣＰＵ１６のためのワークエリアやテンポラリファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域が設定される。

ＣＰＵ１６はメモリー１７内に記憶されたプログラムソフト２３に従って、赤外センサー７が出力するデータを用いて血液成分を検出するための制御を行うものである。具体的な機能実現部としてＣＰＵ１６は赤外センサー駆動装置１８に赤外センサー７を駆動させる指示を行う赤外センサー制御部２９を有する。さらに、力センサー８に赤外センサー７と腕４との間の押圧力を検出させる指示を行う力センサー制御部３０を有する。さらに、赤外センサー７が検出した光強度データ２４を用いて血液成分濃度を演算する成分濃度演算部３１を有する。

さらに、ＣＰＵ１６は押圧力データ２５を用いて光強度データ２４を補正する演算を行う補正部としての補正演算部３２を有する。さらに、ＣＰＵ１６は生体成分データ２８及び血液成分濃度の平均値を演算する平均値演算部３３を有する。さらに、ＣＰＵ１６は押圧力データ２５と力判定データ２６とを用いて光強度データ２４を利用するか否かを判断する判定部としての押圧力判定部３４を有する。

次に、上述した生体計測装置１を用いて血液成分濃度を計測する生体計測方法について図４〜図６にて説明する。図４は、生体計測方法のフローチャートであり、図５及び図６は生体計測方法を説明するための模式図である。

図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１は装置設置工程に相当し、腕４に生体計測装置１を設置する工程である。この工程では赤外センサー７が腕４を押圧するように生体計測装置１を設置する。次にステップＳ２に移行する。ステップＳ２は押圧力検出工程に相当する。この工程は、力センサー８が赤外センサー７と腕４との間で押圧し合う力である押圧力を検出する工程である。次にステップＳ３に移行する。ステップＳ３は力判定工程に相当し、検出した押圧力が判定値内にあるかを判定する工程である。押圧力が判定値内にあり腕４と赤外センサー７とが互いに押圧していると判定するとき、ステップＳ４に移行する。押圧力が判定値内になく腕４と赤外センサー７とが互いに押圧していないと判定するとき、ステップＳ２に移行する。

ステップＳ４は赤外光検出工程に相当する。この工程では、赤外センサー駆動装置１８が赤外センサー７を駆動する。そして、赤外センサー７が腕４に赤外光１４を照射する。腕４に反射した赤外光１４を赤外センサー７が受信して反射光のスペクトルである光強度データ２４を出力する工程である。次にステップＳ５に移行する。ステップＳ５は補正工程に相当する。この工程は、押圧力データ２５及び補正表データ２７を用いて光強度データ２４を補正する工程である。次にステップＳ６に移行する。ステップＳ６は血糖値演算工程に相当する。この工程は、補正した光強度データ２４から血糖値を演算する工程である。次にステップＳ７に移行する。

ステップＳ７は平均値演算工程に相当する。この工程は、血糖値の平均値を演算する工程である。次にステップＳ８に移行する。ステップＳ８は表示工程に相当する。この工程は、演算した血糖値の平均値を表示装置５に表示する工程である。次にステップＳ９に移行する。ステップＳ９は終了判断工程に相当し、測定を終了するか継続するかを判断する工程である。計測を継続するときステップＳ２に移行する。計測を終了するときは生体を計測する工程を終了する。

次に、図５及び図６を用いて、図４に示したステップと対応させて、生体計測方法を詳細に説明する。図５（ａ）はステップＳ１の装置設置工程に対応する図である。図５（ａ）に示すように、操作者は生体計測装置１を腕４に装着する。そして、操作者は調整部３ａを操作してベルト部３の長さを調整する。そして、操作者は赤外センサー７及び力センサー８を腕４に押圧させて密着させる。このとき、ベルト部３が腕４を締め付けないようにして腕４の血管内の血流がよどみなく流動する程度に操作者はベルト部３の長さを調整する。

図５（ｂ）はステップＳ２の押圧力検出工程及びステップＳ３の力判定工程に対応する図である。図５（ｂ）において縦軸は力センサー８が検出した押圧力を示し、図中上側が下側より大きな力になっている。横軸は時間の経過を示し図中左から右へ時間が推移する。ステップＳ２では力センサー制御部３０が力センサー８に押圧力を検出する指示を出力する。力センサー８は腕４から受ける押圧力を押圧力データ２５としてメモリー１７に記憶させる。力推移線３５は力センサー８が検出した押圧力の推移を示している。

メモリー１７には力判定データ２６が記憶されている。力判定データ２６は下側判定値２６ａ及び上側判定値２６ｂを含む。押圧力判定部３４は押圧力と下側判定値２６ａとを比較する。そして、押圧力が下側判定値２６ａより小さいとき押圧力不足と判断する。さらに、押圧力判定部３４は押圧力と上側判定値２６ｂとを比較する。そして、押圧力が上側判定値２６ｂより大きいとき押圧力過多と判断する。

押圧力が下側判定値２６ａ以上であり上側判定値２６ｂ以下であるとき押圧力判定部３４は押圧力が適正であると判断する。力推移線３５において押圧力が適正なときが適正区間３６とする。そして、力推移線３５において押圧力が押圧力不足または押圧力過多のとき不適正区間３７とする。

不適正区間３７では表示装置５に「検出不良」であること表示する。さらに、ブザーから音を出して操作者に調整を促す。そして、ステップＳ２とステップＳ３とを繰り返す。押圧力が適正である適正区間３６ではステップＳ４に移行する。

図５（ｃ）及び図５（ｄ）はステップＳ４の赤外光検出工程に対応する図である。ステップＳ４において赤外センサー制御部２９は赤外センサー７を駆動する指示信号を赤外センサー駆動装置１８に出力する。赤外センサー制御部２９は押圧力が適正であるときのみ赤外センサー７を駆動する。図５（ｃ）に示すように、赤外センサー駆動装置１８は発光装置１２を点灯し、発光装置１２は赤外光１４をプリズム１１に照射する。プリズム１１内では第１面１１ａに密着する腕４の表面と第２面１１ｂとの間で赤外光１４が反射を繰り返して受光装置１３まで進行する。赤外光１４は第１面１１ａにおいて腕４の表面を照射する。そして、一部の波長の赤外光１４は腕４の毛細血管にて血液に吸収される。

受光装置１３では波長毎の光強度を検出する。その結果、図５（ｄ）に示すように赤外光１４のスペクトルが出力される。図中縦軸は光強度を示し、図中上側は下側より強い光強度となっている。横軸は波長を示し図中右側が左側より長い波長となっている。光強度分布線３８は各波長における赤外光１４の光強度を示している。光強度分布線３８において波長が９２０ｎｍ及び９８８ｎｍの場所では光強度が小さくなっている。この波長では、赤外光１４が毛細血管の血液に吸収されている。そして、血中のグルコース濃度が高い程赤外光１４が吸収される。

図６（ａ）はステップＳ５の補正工程に対応する図である。ステップＳ５では補正演算部３２が光強度分布線３８を補正する。メモリー１７には補正表データ２７が記憶されている。図６（ａ）に示す補正曲線４１は補正表データ２７のテーブルを示す曲線である。補正表データ２７は力センサー８が検出する押圧力と赤外センサー７が補正する補正量との関係を示している。そして、補正曲線４１は押圧力と赤外センサー７が検出する光強度との関係に基づいて設定された曲線になっている。図中縦軸は補正係数を示し、図中上側は下側より補正係数が大きくなっている。横軸は押圧力を示し、図中右側は左側より押圧力が大きくなっている。補正係数が大きい程補正量が大きくなる関係になっている。

補正曲線４１を第１区間４２ａ、第２区間４２ｂ、第３区間４２ｃ、第４区間４２ｄ、第５区間４２ｅに分けて説明する。第１区間４２ａは押圧力が下側判定値２６ａより小さい区間であり、プリズム１１の第１面１１ａと腕４との接触が不安定な区間である。従って、ステップＳ４の赤外光検出工程が行われないので、補正曲線４１は設定されていない。

第２区間４２ｂでは赤外センサー７が毛細血管の血液による赤外光１４の吸収を検出することが可能であるが、赤外センサー７と腕４とが押圧し合う押圧力が少ない区間である。第２区間４２ｂでは押圧力が大きくなる程毛細血管の血液による赤外光１４の吸収が大きくなる区間である。この区間では押圧力が小さくなる程補正係数を大きくする。

第３区間４２ｃは、押圧力が適正であり赤外センサー７が毛細血管の血液による赤外光１４の吸収を適切に検出することができる区間である。この区間では、光強度分布線３８の補正を小さくする。

第４区間４２ｄは、赤外センサー７が毛細血管の血液による赤外光１４の吸収を検出することが可能であるが、毛細血管が押圧されて血液が少なくなる区間である。赤外センサー７が腕４に押圧される程血液が少なくなり赤外光１４の吸収が少なくなる。従って、この区間では押圧力が大きくなる程補正係数を大きくする。

第５区間４２ｅでは赤外センサー７が毛細血管の血液による赤外光１４の吸収を検出することが不安定である区間である。従って、ステップＳ４の赤外光検出工程が行われないので、補正曲線４１は設定されていない。

ステップＳ５では補正演算部３２が押圧力と補正曲線４１から補正係数を算出して光強度分布線３８に積算する。操作者が腕４を動かすとき腕４と生体計測装置１との相対位置が移動する。このとき赤外センサー７と腕４とが押し合う押圧力が変動する。そして、補正演算部３２が押圧力と補正曲線４１とを用いて光強度分布線３８を補正する。従って、押圧力が変動するときにも精度の良い光強度分布線３８を得ることができる。

ステップＳ６の血糖値演算工程では成分濃度演算部３１が光強度分布線３８から血糖値を算出する。所定の波長における光強度と血糖値との関係を示す光強度対血糖値相関テーブルが生体成分データ２８に記憶されている。成分濃度演算部３１は光強度対血糖値相関テーブルと光強度分布線３８とを用いて血糖値を演算する。このときの血糖値は血液中のグルコース量を示している。尚、血糖値の演算にはＰＬＳ回帰分析法（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ）を適用してさらに精度良く演算してもよい。

血糖値の演算結果は生体成分データ２８としてメモリー１７に記憶される。そして、計測を終了した後で生体計測装置１からパーソナルコンピューター等の外部機器に血糖値のデータを送信することが可能になっている。従って、パーソナルコンピューターに設置されたプログラムにより血糖値の推移を分析することができる。

図６（ｂ）はステップＳ７の平均値演算工程に対応する図である。図６（ｂ）において、縦軸は計測した血糖値を示し、図中上側が下側より血糖値が高くなっている。横軸は計測時間の推移を示し、図中時間は左側から右側に推移する。そして、×印のプロットは測定しなかったことを示し、○印のプロットは血糖値の計測値の例を示している。血糖値推移線４３は測定値の単純移動平均の演算結果を示している。

平均値演算部３３は計測できなかったときのデータを用いずに、計測できたときの血糖値のデータのみを用いて単純移動平均の演算を行う。データ数は特に限定されないが本実施形態では例えば、最大データ数を１０個としている。データ数が最大データ数より少ないときには、計測したデータの平均値を演算する。データ数が１０個以上のときには、計測した時刻が現在時刻に近い１０個のデータの平均値を演算する。従って、新しいデータが計測されたときには平均値が更新される。

図６（ｃ）はステップＳ８の表示工程に対応する図である。図６（ｃ）に示すように、ステップＳ８において、表示装置５に計測した結果が表示される。表示装置５には演算した血糖値のプロットと血糖値推移線４３とが表示される。さらに、現在時刻に近い平均値の値が表示される。

ステップＳ９の終了判断工程では、操作者が血糖値の測定を継続するか終了するかを判断する。終了するときには入力装置６を押して終了することを指示する。ＣＰＵ１６は入力装置６の信号を入力して計測するプログラムを停止する。以上の工程により、生体計測工程を終了する。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、押圧力判定部３４は赤外センサー７が腕４を押圧する状態を判定している。そして、成分濃度演算部３１は赤外センサー７が出力する光強度のデータが血液の状態を反映しているときのデータを活用し、光強度のデータが血液の状態を反映していないときのデータを活用しないで血液の血糖値を演算する。従って、生体計測装置１は光強度のデータが生体の状態を反映しているときの光強度データだけを活用して精度良く血糖値を計測することができる。

（２）本実施形態によれば、押圧力判定部３４は赤外センサー７が腕４を押圧する状態を判定する。そして、赤外センサー制御部２９は赤外センサー７が腕４を押圧する力が下側判定値２６ａと上側判定値２６ｂとの間にあるときに赤外センサー７を駆動する。従って、赤外センサー制御部２９は赤外センサー７が適切な光強度のデータを出力可能なときにのみ赤外センサー７を駆動する。従って、赤外センサー７を駆動する電力を無駄にしないので省資源で赤外センサー７を駆動することができる。

（３）本実施形態によれば、補正演算部３２は赤外センサー７と腕４との間で押圧し合う押圧力のデータと、光強度のデータと、押圧力と光強度データの補正量との関係を示すテーブルと、を用いて光強度のデータを補正する。従って、赤外センサー７と腕４とが押圧し合う力が変動するときにも精度良く光強度のデータを検出することができる。

（４）本実施形態によれば、力センサー８は腕４側に突出する押圧突起８ａを有している。これにより、赤外センサー７と腕４とが離れた状態のときにも力センサー８の押圧突起８ａは腕４と接触することができる。従って、力センサー８は赤外センサー７と腕４とが接触しているか否かを確実に検出することができる。

（第２の実施形態）
次に、生体計測装置の一実施形態について図７の力センサーの構造を示す要部模式拡大図を用いて説明する。
本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、図２（ｃ）に示した押圧突起８ａの一部が弾性体となっている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、図７に示すように力センサー４６はセンサー本体部４６ｂを有し、センサー本体部４６ｂの腕４側には押圧突起４６ａが設置されている。センサー本体部４６ｂには圧電素子が内蔵されており、圧電素子はセンサー本体部４６ｂと押圧突起４６ａとに挟まれた構造となっている。押圧突起４６ａの腕４側には弾性体としての突起先端部４６ｃが設置されている。腕４が力センサー４６を押圧する押圧力は突起先端部４６ｃを介して力センサー４６を押圧する。

突起先端部４６ｃの材質は弾性体であり、弾力性を有している。突起先端部４６ｃの材質は弾性体であれば良く特に限定されない。シリコンゴム、合成ゴム、天然ゴムの他金属製のコイルばね等を用いることができる。本実施形態では例えば、突起先端部４６ｃの材質にシリコンゴムを採用している。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、突起先端部４６ｃは弾性体を有している。従って、突起先端部４６ｃが触れている感触に腕４が過敏になることを抑制することができる。

（第３の実施形態）
次に、生体計測装置の一実施形態について図８を用いて説明する。図８（ａ）は本体部の構造を示す要部模式拡大図である。図８（ｂ）〜図８（ｄ）は、生体計測方法を説明するための模式図である。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、保持部１０に複数の力センサー８が設置されている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、図８（ａ）に示すように生体計測装置５０は本体部５１を備え、本体部５１の腕４側には中央に赤外センサー７が設置されている。そして、第１力センサー５２と第２力センサー５３とが赤外センサー７を挟むように配置されている。

図８（ｂ）、図８（ｃ）及び図８（ｄ）はステップＳ２の押圧力検出工程及びステップＳ３の力判定工程に対応する図である。図８（ｂ）において縦軸は第１力センサー５２が検出した押圧力を示し、図中上側が下側より大きな力になっている。横軸は時間の経過を示し図中左から右へ時間が推移する。第１力推移線５４は第１力センサー５２が検出した押圧力の推移の例を示している。

押圧力判定部３４は第１力センサー５２が検出する押圧力と下側判定値２６ａとを比較する。さらに、押圧力判定部３４は第１力センサー５２が検出する押圧力と上側判定値２６ｂとを比較する。第１力推移線５４において押圧力が適正なときが第１適正区間５５とする。そして、第１力推移線５４において押圧力が押圧力不足または押圧力過多のとき第１不適正区間５６とする。

同様に、図８（ｃ）において横軸と縦軸は図８（ｂ）と同じであり説明を省略する。第２力推移線５７は第２力センサー５３が検出した押圧力の推移の例を示している。押圧力判定部３４は第２力センサー５３が検出する押圧力と下側判定値２６ａとを比較する。さらに、押圧力判定部３４は第２力センサー５３が検出する押圧力と上側判定値２６ｂとを比較する。第２力推移線５７において押圧力が適正なときが第２適正区間５８とする。そして、第２力推移線５７において押圧力が押圧力不足または押圧力過多のとき第２不適正区間５９とする。

図８（ｄ）に示すように、押圧力判定部３４は、第１適正区間５５であり且つ第２適正区間５８である区間を適正区間３６とする。そして、適正区間３６以外の区間を不適正区間３７とする。つまり、第１力センサー５２が検出する押圧力と第２力センサー５３が検出する押圧力とがともに下側判定値２６ａ以上であり上側判定値２６ｂ以下のときに押圧力が適正であると判定する。第１力推移線５４及び第２力推移線５７の例では、第２適正区間５８が第１適正区間５５に含まれているので、適正区間３６は第２適正区間５８と同じ区間となっている。

平均値演算部３３は第１力センサー５２が検出した押圧力と第２力センサー５３が検出した押圧力との平均値である押圧力平均値を演算する。横軸と縦軸は図８（ｂ）と同じであり説明を省略する。押圧力平均値推移線６０は第１力推移線５４と第２力推移線５７との平均を演算した推移線となっている。そして、ステップＳ５の補正工程では押圧力平均値推移線６０と補正曲線４１とを用いて光強度分布線３８を補正する。つまり、赤外センサー７が腕４から押圧される押圧力には第１力センサー５２が検出する押圧力と第２力センサー５３が検出する押圧力の平均値を適用する。これにより、赤外センサー７が腕４から押圧される押圧力を精度良く検出することができる。

図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は赤外センサーに対する力センサーの配置を示す模式正面図である。図９（ａ）において、生体計測装置５０では本体部５１に赤外センサー７を挟むように第１力センサー５２及び第２力センサー５３が設置されている。そして、腕４の長手方向に対して直交する方向に第１力センサー５２、赤外センサー７及び第２力センサー５３が並んで配置されている。この形態では、腕４の長手方向を回転軸にして本体部５１が傾く状態を検出することができる。

図９（ｂ）において、生体計測装置６１では本体部６２に赤外センサー７を挟むように第１力センサー５２及び第２力センサー５３が設置されている。そして、腕４の長手方向に第１力センサー５２、赤外センサー７及び第２力センサー５３が並んで配置されている。この形態では、腕４の長手方向と直交する方向を回転軸にして本体部６２が傾く状態を検出することができる。

図９（ｃ）において、生体計測装置６３では本体部６４に赤外センサー７、第１力センサー５２、第２力センサー５３及び第３力センサー６５が設置されている。第１力センサー５２、第２力センサー５３及び第３力センサー６５は赤外センサー７を中心にした同心円上に配置されている。そして、赤外センサー７を中心にして第１力センサー５２と第２力センサー５３が成す角度は１２０度であり、赤外センサー７を中心にして第１力センサー５２と第３力センサー６５が成す角度は１２０度になっている。

この形態では、第１力センサー５２及び第２力センサー５３を用いて腕４の長手方向を回転軸にして本体部６４が傾く状態を検出することができる。さらに、第１力センサー５２〜第３力センサー６５を用いて腕４の長手方向と直交する方向を回転軸にして本体部６４が傾く状態を検出することができる。従って、本体部６４がどちらの方向に傾いても傾いたことを検出することができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、生体計測装置５０は第１力センサー５２及び第２力センサー５３を備えている。そして、押圧力判定部３４は各力センサーが検出する押圧力を下側判定値２６ａ及び上側判定値２６ｂと比較する。これにより、赤外センサー７が腕４に対して傾く状態も検出することができる。赤外センサー７が傾くときには赤外センサー７の一部が腕４と密着し一部が腕４と離れる場合があり、精度良く赤外光１４を毛細血管に吸収させることができなくなる。本実施形態では赤外センサー７が腕４に対して正しい姿勢となる状態のときに赤外センサー７が赤外光１４の反射光の光強度を検出することができる。その結果、生体計測装置５０、生体計測装置６１及び生体計測装置６３は精度良く腕４の血糖値を検出することができる。

尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、受光装置１３が分光する機能を備えていた。これに限らず、発光装置１２が所定の波長の赤外光１４を照射するようにしても良い。そして、受光装置１３は分光せずに光強度を検出するようにしても良い。例えば、発光装置１２は発光する波長の異なる複数のＬＥＤを備えても良い。そして、発光するＬＥＤを切り替えても良い。さらに、回折格子を用いて波長をシフトさせても良い。各種の方法を用いて所定の波長の赤外光１４を発光させても良い。

（変形例２）
前記第１の実施形態では、発光装置１２の波長に対する赤外光１４の強度分布を配慮しなかった。補正演算部３２は発光装置１２の波長に対する赤外光１４の強度分布に対応して赤外センサー７が検出した光強度分布線３８のデータを補正してもよい。血液成分の濃度の精度を向上させることができる。

（変形例３）
前記第１の実施形態では、受光装置１３が光強度分布線３８のデータを出力した。受光装置１３は所定の波長の光強度のみを検出するようにしてもよい。検出する赤外光１４の波長の種類を減らすことにより受光装置１３は短時間に所定の波長の光強度を出力することができる。

（変形例４）
前記第１の実施形態では、本体部２の内部に制御部９が収納された。制御部９が本体部２の内部に収納しきれないときには、制御部９の一部または全部を本体部２とは別体の電子装置に収納してもよい。そして、この電子装置と本体部２とを有線または無線にて通信しても良い。これにより、製造し易い生体計測装置１にすることができる。

（変形例５）
前記第１の実施形態では、血糖値を計測した。分析する赤外光１４の波長を変えて他の成分濃度を計測しても良い。他にも、複数の場所に赤外光１４を照射して血流の脈波を検出して脈拍や血圧を計測しても良い。

（変形例６）
前記第１の実施形態では、赤外センサー制御部２９は適正区間３６においてのみ赤外センサー７を駆動させた。常時赤外センサー７を駆動しても良い。そして、適正区間３６における光強度データ２４のみを採用しても良い。赤外センサー７の制御を容易にすることができる。

（変形例７）
前記第１の実施形態では、補正演算部３２が光強度分布線３８を補正した。補正の影響が小さいときには補正を省略しても良い。プログラムソフト２３のデータを少なくすることができる。尚、変形例１〜変形例７の内容は第２の実施形態及び第３の実施形態にも適用しても良い。

（変形例８）
前記第１の実施形態では、平均値演算部３３は単純移動平均の演算を行った。平均値演算部３３は単純平均の演算を行っても良い。例えば、所定のデータ数を２０個と設定し、そのデータ数の測定値が記憶された毎に平均値を演算しても良い。要望に応じた計算にしても良い。

１…生体計測装置、４…生体としての腕、７…赤外センサー、８…力センサー部としての力センサー、８ａ…突起部としての押圧突起、１０…保持部、１４…赤外光、２４…光強度データ、２９…赤外センサー制御部、３１…成分濃度演算部、３２…補正部としての補正演算部、３４…判定部としての押圧力判定部、４６ｃ…弾性体としての突起先端部。

Claims (8)

1. 生体に赤外光を照射し前記生体に反射した前記赤外光を受信して光強度データを出力する赤外センサー部と、
   前記赤外センサー部が前記生体に接触するように前記赤外センサー部を保持する保持部と、
   前記赤外センサー部と前記生体との間で押圧し合う力を検出する力センサー部と、
   前記力を判定値と比較し前記力が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定部と、
   前記力が所定の範囲内にあると前記判定部が判定したときの前記光強度データを用いて前記生体の成分濃度を演算する成分濃度演算部と、を備えることを特徴とする生体計測装置。
2. 請求項１に記載の生体計測装置であって、
   前記赤外センサー部の駆動を制御する赤外センサー制御部を備え、
   前記赤外センサー制御部は前記力が所定の範囲内にあるときに前記赤外センサー部を駆動することを特徴とする生体計測装置。
3. 請求項１または２に記載の生体計測装置であって、
   前記力のデータと、前記光強度データと、前記力と前記光強度データの補正量との関係を示すテーブルと、を用いて前記光強度データを補正する補正部を備えることを特徴とする生体計測装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の生体計測装置であって、
   前記判定部は複数の前記力センサー部が出力する前記力を判定値と比較し前記力が所定の範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする生体計測装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の生体計測装置であって、
   前記力センサー部は突起部を有し、前記突起部は前記赤外センサー部より前記生体側に突出することを特徴とする生体計測装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の生体計測装置であって、
   前記突起部は弾性体を有することを特徴とする生体計測装置。
7. 赤外センサー部を生体に押圧し、
   前記赤外センサー部と前記生体との間で押圧し合う力を検出し、
   前記力が所定の範囲内にあるときには前記赤外センサー部を駆動し、
   前記赤外センサー部は前記生体に赤外光を照射し前記生体に反射した前記赤外光を受信して光強度データを出力することを特徴とする生体計測方法。
8. 請求項７に記載の生体計測方法であって、
   前記力のデータと、前記光強度データと、前記力と前記光強度データの補正量との関係を示すテーブルと、を用いて前記光強度データを補正することを特徴とする生体計測方法。

Images