JP3579686B2 - 測定位置再現方法および測定位置再現装置並びにそれを使用した光学測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物に光を照射して得られる透過または反射スペクトルを用いて測定対象物中の特定成分濃度を測定する際に、測定対象物を予め設定した位置に再現する測定位置再現方法および測定位置再現装置並びにそれを使用した光学測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、臨床検査分野等において、尿、血液もしくは生体中の特定成分濃度をいわゆる非侵襲により測定する非侵襲型モニタが研究されている。この種の非侵襲型モニタを用いて生体中の特定成分濃度を測定する場合、生体の組織を透過した光を用いて測定する場合と、生体の組織から反射した光を用いて測定する場合とがある。生体の組織のような散乱系では散乱による実効光路長と、測定対象物への入射光量を決定しない限り、吸光度の絶対値を求めることができず、したがって吸光物質の濃度を求めることはできない。また、表面の状態や光入射角度の違いから、測定対象物の表面からの直接反射などにより、測定対象物への入射光量が変化する。このため、非侵襲型モニタを用いて生体中の特定成分濃度を測定する場合、各測定対象物を毎回同じ位置で、しかも同じ条件で光を投射し、受光するようにする必要がある。
【０００３】
従来より、かかる非侵襲型モニタにおいて、光の投射部材や受光部材を生体の測定部位に対して位置決めするようにしたものとしては、次のようなものが周知である。すなわち、発光素子が埋め込まれた一方のクリップ部材と受光素子が埋め込まれた他方のクリップ部材とで生体の測定部位を挟み込み、上記発光素子から出射されて生体の被測定部位を透過した光を上記受光素子で受光し、受光した光の強度に基づいて生体情報を検出するクリップ方式のものや、生体の測定部位を間にして正確に対面するように発光素子と受光素子を両面粘着テープで上記測定部位に貼着し、クリップ方式と同様、上記発光素子から出射されて生体の被測定部位を透過した光を上記受光素子で受光し、受光した光の強度に基づいて生体情報を検出する貼着方式のものが周知である（例えば、特開平６−１４９０６号公報参照）。
【０００４】
また、指を受け入れる寸法の細長い溝を含む基台を備え、一方の側面には光通路入口が設けられ、他方の側面には光通路出口が設けられ、指を透過して光路入口から光通路出口へ至る光通路の長さが使用者の指の寸法や形状が異なっても一定にすることが可能な構造を有し、さらには、ばね付きのローラを備えて、特定の寸法範囲内の使用者の指に一定の圧力を発生し、ローラにより負荷される圧力が指の中の血液を組織に集中させ、検査部の血液量を増加させるようにしたものも周知である（例えば、特表平６−５０３７２８号公報参照）。
【０００５】
さらに、ユーザが手首の表系静脈の直上に発光部と受光部の検出フィルタを配置するための位置決め装置も周知である（例えば、特表平５−５０８３３６号公報参照）。この位置決め装置では、２つの窓がある距離だけ離れて形成され、これらの窓を通して表系静脈の観察が可能になっている。そして、上記位置決め装置を手首に載置して静脈がそれぞれの窓の中心に来るように配置し、フェルトペン等で窓の位置に印を付し、位置決め装置を除去した後、各印上に検出フィルタを配置する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、生体中の特定成分濃度を非侵襲的に測定するに際して、測定の再現性に影響する要因としては、環境条件などに加え、
・各被測定部位間と被測定物内での特徴差や部位差として示される色、形、生理状態の変化、生理機能の組合せ、
・測定手法の誤差として示される毎回の測定時の被測定物の置き直しによる設定状態、
・被測定部位の視覚的特徴を有する位置への光入射角、
・光入射部と光受光部を備えた測定部の測定開口部と被測定部位との接触圧の変化、
などがある。かかる測定条件の変化による測定データの変化を、図１３ないし図１５に示す。
【０００７】
図１３の測定データは次のようにして得たものである。すなわち、
（１）光ファイバを使用し、生体の一部である被験者の手のひらの最初に選択した測定部位に光を照射して反射光を受光し、基準となるエネルギースペクトル（Ａ）を計測する。
（２）光の照射位置を最初に選択した位置から１ｍｍずらせて照射角度を変化させずに光を照射し、同様に、エネルギースペクトル（Ｂ）を計測する。
（３）光の照射位置をさらに１ｍｍ、都合、最初に選択した位置から２ｍｍずらせて照射角度を変化させずに光を照射し、同様に、エネルギースペクトル（Ｃ）を計測する。
（４）光の照射位置を最初に選択した位置に戻し、被験者に清水製薬製の「トレーラン７５」糖負荷試験用水溶液を飲用させ、被験者の血糖値が１５ｍｇ／ｄｌ変化した時点で、照射角度を変化させずに光を照射し、同様に、エネルギースペクトル（Ｄ）を計測する。
（５）上記（１）のステップで計測したエネルギースペクトル（Ａ）で上記エネルギースペクトル（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）をそれぞれ除し、この結果にそれぞれ１００を乗じ、（Ｅ）＝｛（Ａ）／（Ａ）｝×１００、（Ｆ）＝｛（Ｂ）／（Ａ）｝×１００、（Ｇ）＝｛（Ｃ）／（Ａ）｝×１００、（Ｈ）＝｛（Ｄ）／（Ａ）｝×１００とする。
（６）ついで、上記（Ｆ）から（Ｅ）を減算して図１３の曲線ｈ1、上記（Ｇ）から（Ｅ）を減算して図１３の曲線ｈ2、上記（Ｈ）から（Ｅ）を減算して曲線ｈ3を求める。
【０００８】
図１４では、光ファイバを使用し、生体の一部である被験者の手のひらの最初に選択した測定部位に光を照射して反射光を受光し、基準となるエネルギースペクトル（Ａ）を計測し、以降、上記（２）および（３）において、最初に選択した被測定部位の位置を変化させる代わりに、照射する光の角度を１度、２度、３度および４度変化させたときのエネルギースペクトルを計測している。そして、上記（４）による上記糖負荷試験用水溶液の飲用による被験者の血糖値が１５ｍｇ／ｄｌ変化した時点におけるエネルギースペクトルを計測し、上記（５）および（６）と同様の計算により、図１４の曲線ｈ11、ｈ12、ｈ13、ｈ14を求めている。
【０００９】
図１５では、光ファイバの位置および角度は一定として、生体の一部である被験者の手のひらの最初に選択した測定部位に光を照射して反射光を受光し、基準となるエネルギースペクトル（Ａ）を計測し、以降、上記（２）および（３）において、最初に選択した被測定部位の位置を変化させる代わりに、測定部位に対して光ファイバを１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍと押し付けることにより加圧したときのエネルギースペクトルを計測している。そして、上記（４）による上記糖負荷試験用水溶液の飲用による被験者の血糖値が１５ｍｇ／ｄｌ変化した時点におけるエネルギースペクトルを計測し、上記（５）および（６）と同様の計算により、図１５の曲線ｈ21、ｈ22、ｈ23、ｈ24を求めている。
【００１０】
上記図１３ないし図１５において、グルコースの吸収波長である１６６７ｎｍ（６０００ｃｍ-1）について比較すれば、糖負荷試験による血糖値１５ｍｇ／ｄｌの変化に対しエネルギースペクトルは約２．７５％変化するのに対し、測定部位が約１ｍｍ移動するとエネルギースペクトルは約４．８８％、角度が１度傾くと約０．２９％、圧力が光ファイバ長１ｍｍ分加圧されると約２．８９％変化している。実際に生体内のグルコースを測定する場合には、１ｍｇ／ｄｌの分解能が要求されるので換算すると０．１８％の変化を測定する必要がある。よって、被測定部位の位置については約０．０４ｍｍ、光の照射角度については約０．６２度、圧力に関しては光ファイバ長０．６６ｍｍ以下の再現精度が要求されることになる。
【００１１】
ところで、クリップ式の生体情報測定用プローブを用いるものでは、個々の生体により測定部位の形状やサイズが微妙に異なり、また、両面粘着テープを用いて生体の測定部位に生体情報測定用プローブを貼着する方法では、生体情報測定用の型を最初に選択した測定部位に正確に貼り付けるのは困難である。このため、従来のクリップ式や両面粘着テープ方式では、上記図１３ないし図１５の測定データからも分るように、上記再現精度を確保するのは困難であり、測定結果にばらつきが生じ、再現性の良い結果を得ることができないという問題があった。また、クリップ式の生体情報測定用プローブを用いるものでは、生体の一部などを測定部位とし、その特定成分濃度を測定する際、血管などを圧迫してしまい血流に影響を及ぼす可能性があり、安定した測定結果が得られないという問題もあった。
【００１２】
さらに、指受け装置を使用するものでは、溝の寸法は多数の生体の測定部位の形状の平均的寸法を有するものであり、種々の大きさを有する生体の測定部位の固体差による寸法差等には対応が困難であるという問題があった。加えて、毎回の測定位置を完全に同一にする点においては、生体の測定部位の二次元方向（生体の測定部位の挿入位置の深さ）の補正は可能であるが、生体の測定部位の三次元方向（生体の測定部位の挿入位置の高さや角度、測定部位の回転）の補正は困難であるという問題があった。
【００１３】
さらにまた、位置決め装置を用いるものでは、ユーザがフェルトペンなどを使用して生体の測定部位に付加した印に基づいて測定部位を目視により位置決めしているので、印が消えると測定部位の位置決めができなくなるばかりでなく、ユーザが人手により測定部位を位置決めしているので、生体の測定部位に対する光の入射角や接触圧についても測定毎に異なり、測定の高い再現精度を得ることが困難であるといった問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、常に一定の測定条件となるように測定対象物の測定部位に投射光を再現性よく投射する測定位置再現方法を提供することである。
【００１５】
本発明のいま一つの目的は、高い再現精度で測定対象物の測定部位に投射光を投射して常に一定の測定条件を再現する測定位置再現装置を提供することである。
【００１６】
本発明のさらにいま一つの目的は、測定毎のデータのばらつきの少ない信頼性の高い測定データを得ることができる光学測定装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、測定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を計測するに際して、上記測定光を予め定めた所定の測定位置に入射させる測定位置再現方法であって、測定位置の登録時には、上記測定対象物を撮像してその画像を表示し、該画像のパターンの視覚的に認識し得る特徴を有する部位を選択して上記画像中に印を付し、印を付した該画像を登録画像として記憶しておき、測定位置の再現時には、上記測定対象物を撮像してその画像のパターンを上記登録画像のパターンと対比し、登録画像中の上記印が付された部位に対応する部位を上記測定対象物上に検出し、上記測定光を入射させる測定位置と決定し、上記測定対象物を特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像として記憶することを特徴とする。
測定位置の登録時には、測定対象物を撮像してその画像のパターンの視覚的に認識し得る特徴を有する部位を選択して印を付し、その画像を登録画像として記憶しておき、測定位置の再現時には、測定対象物を撮像してその画像のパターンを登録画像のパターンと対比し、登録画像中の印が付された部位に対応する部位を検出して測定光を投射する。登録画像とともに記憶された情報により測定対象物が特定される。
【００１８】
請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、上記測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、上記登録画像の印が付された上記部位に対応する部位をパターン認識により検出することを特徴とする。
パターン認識により、測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、登録画像の印が付された部位に対応する部位を検出する。
【００１９】
請求項３にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、上記測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、上記登録画像の印が付された上記部位に対応する部位を目視により検出することを特徴とする。
目視により、測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、登録画像の印が付された部位に一致する部位を検出する。
【００２２】
請求項４にかかる発明は、投射光学系を備え、該投射光学系から測定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を計測するに際して、上記測定光を予め定めた所定の測定位置に投射する測定位置再現装置であって、上記測定対象物を載置する測定対象物載置手段と、上記測定対象物を撮像する撮像手段と、上記測定対象物の画像を表示する画像表示手段と、測定位置の登録時に上記画像表示手段に表示された測定対象物の画像のパターンから任意に選択した視覚的に認識し得る特徴を有する部位に印を付した画像を登録画像として記憶する画像登録手段と、測定位置の再現時に上記登録画像のパターンと上記測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の上記印が付された部位に対応する部位の位置を検出する測定位置検出手段と、該測定位置検出手段により検出された部位に上記光が投射されるように上記投射光学系もしくは測定対象物載置手段を移動させる移動手段とを備えていて、上記投射光学系手段がＺ軸方向に移動することを特徴とする。
測定位置の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付された部位に対応する部位の位置を検出し、検出された部位に測定光が投射されるように投射光学系もしくは測定対象物載置手段を移動させる。投射光学系手段がＺ軸方向に移動する。
【００２３】
請求項５にかかる発明は、請求項４にかかる発明において、上記測定光の光軸の方向をＺ軸方向として該Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に投射光学系もしくは測定対象物載置手段が移動することを特徴とする。
投射光学系もしくは測定対象物載置手段は、測定光の光軸の方向をＺ軸方向として該Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。
【００２５】
請求項６にかかる発明は、請求項４にかかる発明において、上記投射光学系手段が上記Ｚ軸の周りに回動することを特徴とする。
投射光学系手段はＺ軸の周りに回動する。
【００２６】
請求項７にかかる発明は、請求項４にかかる発明において、上記測定対象物の測定対象物載置手段に対する接触圧を検出する接触圧センサと、該接触圧センサの出力を記憶する接触圧メモリと、該接触圧メモリに記憶された上記接触圧を再現する加圧装置とを備えたことを特徴とする。
測定対象物の測定対象物載置手段に対する接触圧を接触圧センサで検出し、計測時に接触圧メモリに記憶された接触圧を再現する。
【００２７】
請求項８にかかる発明は、請求項４にかかる発明において、上記画像登録手段が上記測定対象物を特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像として記憶することを特徴とする。
登録画像とともに画像登録手段に記憶されている情報により測定対象物が特定される。
【００２９】
請求項９にかかる発明は、投射光学系を備え、該投射光学系から測定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を計測する光学測定装置であって、上記測定対象物を載置する測定対象物載置手段と、上記測定対象物を撮像する撮像手段と、上記測定対象物の画像を表示する画像表示手段と、測定位置の登録時に上記画像表示手段に表示された測定対象物の画像のパターンから任意に選択した視覚的に認識し得る特徴を有する部位に印を付した画像を登録画像として記憶する画像登録手段と、測定位置の再現時に上記登録画像のパターンと上記測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の上記印が付された部位に対応する部位の位置を検出する測定位置検出手段と、該測定位置検出手段により検出された部位に上記光が投射されるように上記投射光学系を移動させる移動手段と、投射された上記光が測定対象物を透過もしくは反射した光を受光する受光光学系手段と、該受光光学系手段により受光された上記部位から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出するスペクトル強度検出手段と、上記スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を演算する演算処理手段と、演算された上記特定成分濃度を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。
測定位置の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付された部位に対応する部位の位置を検出し、検出された部位に測定光が投射されるように投射光学系を移動させ、測定対象物を透過もしくは反射した光を受光してスペクトル強度を検出し、検出したスペクトル強度に基づいて測定対象物中の特定成分濃度を検出する。
【００３０】
請求項１０にかかる発明は、請求項９にかかる発明において、上記投射光学系手段が光ファイバを備えたことを特徴とする。
光ファイバを通して測定光が測定対象物の選択された部位に投射される。
【００３１】
請求項１１にかかる発明は、請求項９または１０にかかる発明において、上記受光光学系手段が光ファイバを備えたことを特徴とする。
測定対象物から反射もしくは透過した光が光ファイバを通して受光される。
【００３２】
請求項１２にかかる発明は、請求項９または１１にかかる発明において、上記受光光学系手段が積分球を備えたことを特徴とする。
測定対象物から反射もしくは透過した光が積分球により集光される。
【００３３】
請求項１３にかかる発明は、請求項９から１２のいずれか一にかかる発明において、上記画像登録手段が上記測定対象物を特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像として記憶することを特徴とする。
登録画像とともに画像登録手段に記憶された情報により測定対象物が特定される。
【００３４】
請求項１４にかかる発明は、請求項９から１３のいずれか一にかかる発明において、上記測定対象物が生体であることを特徴とする。
生体を撮像した画像のパターンから選択した部位に測定光が入射するように投射光学系手段もしくは測定対象物載置手段を移動し、生体中の特定成分濃度を測定する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
本発明にかかる光学測定装置の一つの実施の形態の構成を図１ないし図３に示す。上記光学測定装置１はヒトの手２を測定対象物としてグルコース濃度を検出するためのものである。上記光学測定装置１は、ヒトの手２に測定光３を投射してその反射光４のスペクトル強度を検出する分光分析部５、上記測定光３の投射位置の制御を行なうための制御演算処理部６（図２参照）、上記分光分析部５で検出された上記スペクトル強度に基づいて上記グルコース濃度を検出する演算処理部８（図３参照）、上記分光分析部５の移動機構９、載置台７に載置されたヒトの手２を撮像する撮像装置としてＣＣＤカメラ１１（図１および図２参照）を備えてなるものである。
【００３７】
上記分光分析部５は、測定対象物の載置台７に載置されたヒトの手２に測定光３を投射する投射光学系１２、該投射光学系１２から投射された光の上記ヒトの手２からの反射光４を集光する積分球１３、該積分球１３で集光された上記反射光４の強さを検出する受光センサ１４を備える。上記投射光学系１２は分光分析部５の下部筺体１５内に収容され、上記積分球１３は分光分析部５の上部筺体１６内に収容される。
【００３８】
上記投射光学系１２は、光源１７、該光源１７からの光を平行光にするコリメータレンズ１８、該コリメータレンズ１８から出射する平行光を集光する集光レンズ１９、ハーフミラ２１からなる。上記光源１７、コリメータレンズ１８、集光レンズ１９は同じ光軸上に配置され、該光軸に対して上記ハーフミラ２１は４５度の角度をなすように配置される。この配置により、光源１７から出射した光は上記ハーフミラ２１にて上記光軸に対して９０度をなす方向に反射され、上記投射光学系１２の上側に位置する上記積分球１３に形成された透過孔１３ａ、１３ｂおよび上部筺体１６の上に配置された載置台７に形成された透過孔７ａを通して、測定光がヒトの手２に投射される。上記受光センサ１４は積分球１３の内側にその受光面を向けて取着されており、ヒトの手２から反射したのち上記積分球１３で集光されて上記受光センサ１４に入射する。
【００３９】
上記分光分析部５の下部筺体１５内にはまた、上記投射光学系１２の光源１７から出た光の強度を検出する基準光センサ９２が配置されている。該基準光センサ９２は、上記投射光学系１２のハーフミラ２１に関して上記光源１７と反対側に配置されており、上記光源１７から出た光はハーフミラ２１を透過した後に上記基準光センサ９２に入射する。
【００４０】
分光分析部５の移動機構９は分光分析部５の下部筺体１５の下側に配置され、上記測定光３の進行方向をＺ軸として上記分光分析部５を図１の紙面に対して垂直なＸ軸方向、これらＺ軸およびＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動可能に上記分光分析部５を支持するとともに、上記分光分析部５をＺ軸の周りに回転可能に支持する。上記移動機構９は、Ｘ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４を備える。上記Ｘ軸移動テーブル２２はＹ軸移動テーブル２３上にてＸ軸レール２５によりＸ軸方向に移動可能に支持され、上記Ｙ軸移動テーブル２３はＺ軸移動テーブル２４上にてＹ軸レール２６によりＹ軸方向に移動可能に支持される。また、Ｚ軸移動テーブル２４は、分光分析部５の四角形状を有するベース２７のコーナ部から立ち上がり、該ベース２７とヒトの手２を押える押え部材２８とを結合する結合部材２９に案内されてＺ軸方向に移動可能となっている。
【００４１】
上記ベース２７上にはＣＣＤカメラ１１が配置されている。該ＣＣＤカメラ１１は、上記分光分析部５が上記移動機構９により上記透過孔７ａの下部から退避し初期位置に移動した時、その光軸が上記分光分析部５における測定光３の光軸に合致するように配置される。この配置により、上記分光分析部５が移動機構９により透過孔７ａの下部から退避した時に、ＣＣＤカメラ１１は、その光軸を透過孔７ａ、２４ａを通して撮像用照明１１０により照明されたヒトの手２に向けることができる。
【００４２】
上記Ｚ軸移動テーブル２４は、その下面から下方に突出するスクリュシャフト３１、該スクリュシャフト３１に螺合するナット３２、上記ベース２７から立ち上がり、先端にて上記ナット３２を回転可能に支持するナット支持部材３４により支持される。上記ナット３２は、その外周面に形成された歯３２ａがＺ軸駆動モータＭｚの出力軸３５に取着されたピニオン３６に噛合している。これにより、上記Ｚ軸駆動モータＭｚが回転すると、ピニオン３６を介してナット３２が回転駆動され、スクリュシャフト３１がその軸方向に移動する。それに伴って上記Ｚ軸移動テーブル２４がＺ軸方向に移動する。上記Ｚ軸移動テーブル２４のＺ軸方向への移動量は、Ｚ軸駆動モータＭｚに設けられた回転量センサ（以下、Ｚ軸センサという。）３７により検出される。
【００４３】
上記Ｚ軸移動テーブル２４上にはＹ軸レール２６が固定され、該Ｙ軸レール２６により上記Ｙ軸移動テーブル２３がＺ軸移動テーブル２４の上にてＹ軸方向に移動自在に支持される。上記Ｙ軸移動テーブル２３の側面にはラック３８が取着されており、該ラック３８にはＹ軸駆動モータＭｙの出力軸３９に取着されたピニオン４１が噛合している。これにより、上記Ｙ軸駆動モータＭｙが回転すると、ピニオン４１およびラック３８を介して、Ｙ軸移動テーブル２３がＹ軸方向に移動する。上記Ｙ軸移動テーブル２３のＹ軸方向への移動量は、Ｙ軸駆動モータＭｙに設けられた回転量センサ（以下、Ｙ軸センサという。）４２により検出される。
【００４４】
上記Ｙ軸移動テーブル２３上にはＸ軸レール２５が固定され、該Ｘ軸レール２５により上記Ｘ軸移動テーブル２２がＹ軸移動テーブル２３の上にてＸ軸方向に移動自在に支持される。上記Ｘ軸移動テーブル２２の下面にはラック４３が取着されており、該ラック４３にはＸ軸駆動モータＭｘの出力軸４４に取着されたピニオン４５が噛合している。これにより、上記Ｘ軸駆動モータＭｘが回転すると、ピニオン４５およびラック４３を介して、Ｘ軸移動テーブル２２がＸ軸方向に移動する。上記Ｘ軸移動テーブル２２のＸ軸方向への移動量は、Ｘ軸移動モータＭｘに設けられた回転量センサ（以下、Ｘ軸センサという。）４６により検出される。
【００４５】
上記Ｘ軸移動テーブル２２と分光分析部５の下部筺体１５との間には、上記Ｘ軸移動テーブル２２の上にて、分光分析部５の円筒形状の下部筺体１５および上部筺体１６をその軸の周りに回転可能に支持する回転支持機構４８が介装されている。上記回転支持機構４８は、リング状の案内部材５１、５２とこれら案内部材５１、５２に形成された円形の案内溝に嵌合するボールベアリング５３からなるものである。上記下部筺体１５の外周にはラック５４が取り付けられており、該ラック５４にはα軸駆動モータＭαの出力軸５５に取着されたピニオン５６が噛合している。これにより、上記α軸駆動モータＭαが回転すると、ピニオン５６およびラック５４を介して、上記分光分析部５の下部筺体１５および上部筺体１６がＺ軸の周りに回動する。上記分光分析部５の回転量は、α軸移動モータＭαに設けられた回転量センサ（以下、α軸センサという）５７により検出される。
【００４６】
ヒトの手２が載置される載置台７は、その中心部に測定光３を透過させる透過孔７ａを有する単なる平板状のものである。上記載置台７には、上記分光分析部５の上部筺体１６に対向して接触圧センサ５８が固定されている。該接触圧センサ５８からは、次のようにして、ヒトの手２と載置台７との間の接触圧に対応する接触圧信号を発生する。すなわち、上記分光分析部５がＺ軸方向に移動し、分光分析部５の上部筺体１６が結合部材２９に設けられたストッパ部２９ａに当接して停止している載置台７に当接して該載置台７とともにさらにＺ軸方向に移動し、ヒトの手７が押え部材２８に当接すると、接触圧センサ５８は上記接触圧信号を出力する。なお、上記載置台７には、図６および図７に示すように、ヒトの手２の位置決めを容易にするため、突起７ｂを設けるようにしてもよい。
【００４７】
制御演算処理部６はマイクロコンピュータにより構成され、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと記す。）６１、読出し専用メモリ（以下、ＲＯＭと記す。）６２、読出し書込み用メモリ（以下、ＲＡＭと記す。）６３およびインタフェース回路６４ないし７０からなる。上記ＣＰＵ６１は、バス７１により、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、インタフェース回路６４ないし７０に接続されている。
【００４８】
インタフェース回路６４には、Ｘ軸センサ４６からＸ軸移動テーブル２２のＸ軸位置信号、Ｙ軸センサ４２からＹ軸移動テーブル２３のＹ軸位置信号、Ｚ軸センサ３７からＺ軸移動テーブル２４のＺ軸位置信号、α軸センサ５７からα軸回転位置信号、接触圧センサ５８から接触圧信号がそれぞれ入力する。インタフェース回路６５には、オペレータのキーボード７２の操作内容に対応して、該キーボード７２からインタフェース回路６５に必要な操作指令信号が出力する。インタフェース回路６６は図３の演算制御部８との通信を行なうための通信ポート７３に接続され、インタフェース回路６７はＣＣＤカメラ１１に接続される。また、インタフェース回路６８にはモータ駆動回路７４が接続される。該モータ駆動回路７４には、図１において説明したＸ軸駆動モータＭｘ、Ｙ軸駆動モータＭｙ、Ｚ軸駆動モータＭｚ、α軸駆動モータＭαが接続される。さらに、インタフェース回路６９にはハードデスクのような記憶装置７５が接続される。さらにまた、インタフェース回路７０からは予め登録されたヒトの手２の画像信号が混合回路７６に出力する。該混合回路７６は、上記ＣＣＤカメラ１１から出力するビデオ信号と予め登録されたヒトの手２の上記画像信号を混合し、表示装置７７に出力する。
【００４９】
分光分析部５の演算処理部８はマイクロコンピュータにより構成され、ＣＰＵ７８、ＲＯＭ７９、ＲＡＭ８１、インタフェース回路８２ないし８５、インタフェース回路８７、８８からなる。上記ＣＰＵ７８はバス８９により、上記ＲＯＭ７９、ＲＡＭ８１、インタフェース回路８２ないし８５、インタフェース回路８７、８８に接続されている。上記インタフェース回路８２は、図２において説明したキーボード７２に接続され、また、インタフェース回路８３には図１において説明した分光分析部５の受光センサ１４より、ヒトの手２から反射した測定光３の反射光４のスペクトル強度信号が入力する。さらに、インタフェース回路８４は、図２の制御演算処理部６との通信を行なうための通信ポート９１に接続される。さらにまた、インタフェース回路８５には、基準光センサ９２から図１において説明した分光分析部５の投射光学系１２の光源１７の光度に対応する基準光信号が基準信号として入力する。インタフェース回路８７にはハードデスク等の記憶装置９４が接続され、インタフェース回路８８にはプリンタやＣＲＴデスプレイ等の出力装置９５に接続される。
【００５０】
次に、以上に構成を説明した位置再現装置を備えた光学測定装置１の作用を、図８ないし図１０に示すフローを参照して、ヒトの手２の予め選択した位置への測定位置再現方法とともに説明する。
【００５１】
測定位置の登録モード
図８に示す測定位置登録ルーチンでは、光学測定装置１の電源がオンされ、オペレータがキーボード７２から測定位置登録モードを選択し、該測定位置登録モードの開始を指令すると、測定位置登録ルーチンがスタート（♯１）し、制御演算処理部６のＣＰＵ６１が初期化（♯２）され、ＲＡＭ６３がクリア（♯３）される。その後、制御演算処理部６のＣＰＵ６１は、記憶装置７５に記憶されているＸ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４およびα軸回転角度の各初期データをインタフェース回路６９からＲＡＭ６３にロードし（♯４）、これらＸ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４およびα軸回転角度をそれぞれ初期位置に移動させる（♯５）。
【００５２】
載置台７にヒトの手２を載置し（♯６）、載置台７を押え部材２８に向かってＺ軸方向に移動させる（♯７）。ヒトの手２が押え部材２８に接触し、接触圧センサ５８が予め設定した所定の値となると、上記載置台７のＺ軸方向への移動を停止させる（♯８）。この状態で、ＣＣＤカメラ１１による撮像を実行し、その画像を表示装置７７に表示する（♯９）。このときの表示装置７７の表示画像を図４に示す。
【００５３】
表示装置７７に表示された上記表示画像が有するヒトの手２の掌が有する線９６、９７および９８により形成されるパターンにおいて、オペレータは視覚的に認識し得る特徴部位Ｐをキーボード７２に付属のトラックボール等のポインティングデバイスにより選択し、選択した上記特徴部位Ｐに×印を表示させる（♯１０）。なお、表示画像の中心点Ｐ0は図１において説明したＸ軸およびＹ軸が交差するＸＹ座標の原点に対応する。
【００５４】
上記表示画像のパターンを、特徴部位Ｐに付された×印、接触圧センサ５８から出力する接触圧信号、上記ヒトの手２を特定するための番号（図４の例ではＮｏ．３）とともに、記憶装置７５に登録する（♯１１）。その後、載置台７が降下してヒトの手２が載置台７から除去され（♯１２）、登録モードを終了する（♯１３）。
【００５５】
血糖値の測定モード
図９および図１０に示す測定ルーチンでは、光学測定装置１の電源がオンされ、オペレータがキーボード７２から測定モードを選択し、該測定モードの開始を指令すると、測定ルーチンがスタート（♯２１）し、制御演算処理部６のＣＰＵ６１が初期化（♯２２）され、ＲＡＭ６３がクリア（♯２３）される。次いで、分光分析部５の演算処理部８のＣＰＵ７８が初期化およびＲＡＭ８１のクリアが実行される（♯２４）。
【００５６】
その後、制御演算処理部６のＣＰＵ６１は、記憶装置７５に記憶されているＸ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４およびα軸回転角度の各初期データをインタフェース回路６９からＲＡＭ６３にロードする（♯２５）。上記各初期データに基づいて、上記ＣＰＵ６１は、Ｘ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４およびα軸回転角度をそれぞれ初期位置に移動する（♯２６）。
【００５７】
既に説明した登録モードにて登録したグルコース濃度を測定するヒトの登録番号、たとえばＮｏ．３をキーボード７２から入力（♯２７）した後、登録番号Ｎｏ．３のヒトの手２を載置台７上に載置する（♯２８）。次いで、ヒトの手２が押え部材２８に接触し、接触圧センサ５８から出力するヒトの手２と載置台７との間の接触圧が上記登録モードで登録した値に達するまで、上記Ｚ軸移動テーブル２４をＺ軸方向に上方に移動させる（♯２８ａおよび♯２９）。
【００５８】
上記Ｚ軸移動テーブル２４が停止すると、ＣＣＤカメラ１１から上記ヒトの手２の掌の映像信号を混合回路７６を通して表示装置７７に表示する（♯３０）。このとき、上記表示装置７７に表示される画像を図５に示す。他方、制御演算処理部６のＣＰＵ６１は、ＣＣＤカメラ１１から出力する上記ヒトの手２の掌の画像信号を取込んで画像処理し、パターン認識により、取り込んだ上記ヒトの手２の掌の画像のパターンと上記登録モードにて登録されているＮｏ．３のヒトの手２の掌の画像のパターンとを対比し、上記表示装置７７に現在表示されている登録番号Ｎｏ．３のヒトの手２の掌の画像のパターンから上記登録モードで登録された特徴部位Ｐを検出する（♯３１）。
【００５９】
なお、表示装置７７に現在表示されているＮｏ．３のヒトの手２の掌の画像から特徴部位Ｐを検出する際に、上記表示装置７７に現在表示されている上記ヒトの手２の掌の画像信号と上記登録モードにて登録されているＮｏ．３のヒトの手２の掌の画像信号とを混合回路７６で混合して、両画像を上記表示装置７７に重ねて表示することにより、オペレータが目視により、登録番号Ｎｏ．３のヒトの手２の掌の現在の画像中における上記登録モードで登録された特徴部位Ｐを検出することもできる。このようにすれば、パターン認識のためのソフトウエアが不要になり、光学測定装置の計測ソフトウエアの製作コストも削減することができる。
【００６０】
上記のように、表示装置７７に現在表示されている上記ヒトの手２の掌の画像パターンから特徴部位Ｐを検出すると、制御演算処理部６のＣＰＵ６１はＸ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３をそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、分光分析部５の測定光光軸を検出された上記特徴部位Ｐに合致させる（♯３２）。このとき、測定光３のヒトの手２への入射光径を表示装置７７でモニタし、α軸駆動モータＭαにより、分光分析部５をＺ軸の周りに回動させて、上記入射光径を補正する。
【００６１】
以上のステップ♯２１ないし♯３２により、上記ヒトの手２の掌の登録された特徴部位Ｐに測定光３が入射するように分光分析部５の位置が決定されると、制御演算処理部６のＣＰＵ６１はそのインタフェース回路６６、通信ポート７３、演算制御部６の通信ポート９１、インタフェース回路８４を通して、分光分析部５の演算制御部８のＣＰＵ７８に分光測定開始を指令する分光開始信号を出力する（♯３３）。分光分析部５の上記演算処理部８のＣＰＵ７８が制御演算処理部６のＣＰＵ６１から上記分光開始信号を受けると、上記ＣＰＵ７８は受光センサ１６から出力する上記ヒトの手２の掌の上記特徴点Ｐからの反射光４のスペクトル強度信号および基準光センサ９２から出力する光源１７のスペクトル強度に基づいて、上記ヒトの掌２における吸光度演算を実行する（♯３４）。次いで、上記ＣＰＵ７８は、上記吸光度演算の結果に基づいてグルコース濃度演算を実行し（♯３５）、得られたグルコース濃度を出力装置９５に出力する（♯３６）。
【００６２】
その後、上記演算処理部８のＣＰＵ７８は、グルコース濃度の測定終了信号をそのインタフェース回路８４、通信ポート９１、制御演算処理部６の通信ポート７３、インタフェース回路６６を通して、上記制御演算処理部６のＣＰＵ６１に出力する。上記測定終了信号を受けると、制御演算処理部６のＣＰＵ６１はＸ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４を初期位置に移動させ（♯３７）、Ｎｏ．３のヒトの手２が載置台７から除去され（♯３８）、１回目のグルコース濃度の測定を終了する（♯３９）。２回目以降のグルコース濃度の測定も、以上に説明したステップ♯２１から♯３９が実行される。
【００６３】
以上のようにして、ヒトの手２を分光測定部３の測定対象物の載置台５に載置して撮像装置で撮像し、その画像のパターンから特徴を有する測定部位Ｐを選択するだけで、以降、測定の毎に上記測定部位Ｐに測定光３を入射させることができる。これにより、ヒトの手２に投射した測定光３の反射光４を検出してグルコース濃度を測定する場合、測定位置の再現精度が大幅に向上し、測定位置の変化による測定値のばらつきを抑えることができる。
【００６４】
（実施の形態２）
本発明のいま一つの実施の形態にかかる光学測定装置を図１１に示す。この光学測定装置１ａは、図１ないし図３を参照して説明した実施の形態１の光学測定装置１において、投射光学系１２の光を光ファイバ１０１を通して載置台７上に配置されたヒトの手２に投射し、該ヒトの手２から反射した反射光４を、図１の光学測定装置１の積分球１３に代えて光ファイバ１０２により受光センサ１４に導くようにしたもので、光ファイバ１０１、１０２以外の部分の構成は図１において説明した光学測定装置１の対応する部分の構成と全く同じである。よって、図１１において、図１に対応する部分には対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００６５】
このような構成であれば、光ファイバ１０１、１０２の使用により光学測定装置１ａの形状がコンパクトで構成が簡単になり、取扱いも容易になる。
【００６６】
（実施の形態３）
本発明のいま一つの実施の形態にかかる光学測定装置を図１２に示す。この光学測定装置１ｂは、図１１を参照して説明した実施の形態２の光学測定装置１ａにおいて、押え部材２８に載置台７の透過孔７ａに対向する位置に貫通孔１０５を形成し、ヒトの手２を透過した光が上記貫通孔１０５を通して光ファイバ１０２から受光センサ１４に導くようにしたもので、光ファイバ１０２の配置構成以外の部分の構成は図１１において説明した光学測定装置１ａの対応する部分の構成と全く同じである。よって、図１２において、図１１に対応する部分には対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００６７】
このような構成であれば、光ファイバ１０１および１０３を使用したコンパクトな構成を有する光学測定装置１ｂにより、ヒトの手２を透過した透過光を検出し、それに基づいてグルコース濃度を検出することができる。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１にかかる発明によれば、測定位置の再現時に、測定対象物を撮像してその画像のパターンを登録画像のパターンと対比し、登録画像中の印が付された部位に対応する部位を測定対象物上に検出するので、高い再現精度で測定位置を再現することができる。さらに、測定対象物を特定する情報を印を付した画像とともに記憶しているので、印が付された画像の測定対象物を容易に特定することができる。
【００６９】
請求項２にかかる発明によれば、測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、パターン認識により登録画像の印が付された部位に一致する部位を検出するので、目視によることなく高い再現精度で測定位置を再現させることができる。
【００７０】
請求項３にかかる発明によれば、測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから登録画像の印が付された部位に一致する部位を目視により検出するので、簡単に測定位置を再現することができる。
【００７３】
請求項４にかかる発明によれば、測定位置の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付された部位に対応する部位を検出し、検出された部位に測定光が投射されるように投射光学系が移動するので、高い再現精度で測定位置を再現することができる。さらに、投射光学系手段がＺ軸方向に移動するので、登録画像の登録時の投射光学系と測定対象物とのＺ軸方向の位置関係を再現することができる。
【００７４】
請求項５にかかる発明によれば、投射光学系もしくは測定対象物載置手段は、測定光の光軸の方向をＺ軸方向として該Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に移動するので、測定毎に測定対象物を二次元的に移動させて、測定対象物の測定位置を一定に再現することができる。
【００７６】
請求項６にかかる発明によれば、投射光学系手段がＺ軸の周りに回動するので、測定時に測定対象物に入射する測定光の入射光径を補正することができる。
【００７７】
請求項７にかかる発明によれば、測定対象物の測定対象物載置手段に対する接触圧を接触圧センサで検出し、計測時に接触圧メモリに記憶された接触圧を再現するので、測定対象物と測定対象物載置台との接触圧の変化が抑えられ、より高い精度で測定対象物の測定位置を再現することができる。
【００７８】
請求項８にかかる発明によれば、測定対象物を特定する情報が印を付した画像とともに画像登録手段に記憶されているので、測定対象物を特定する情報により印を付した画像の測定対象物を容易に特定することができる。
【００８０】
請求項９にかかる発明によれば、測定位置の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付された部位に対応する部位の位置を検出し、検出された部位に測定光が投射されるように投射光学系を移動させ、特徴部位から透過もしくは反射した光を受光して特徴部位から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、検出したスペクトル強度に基づいて測定対象物中の特定成分濃度を検出するので、生体の測定部位への測定光の入射位置の再現精度を高くすることができる。
【００８１】
請求項１０にかかる発明によれば、光ファイバを通して測定光が測定対象物の選択された部位に投射されるので、光ファイバが有している屈曲性により投射光学系の配置の自由度が高くなり、光学測定装置もコンパクトになる。
【００８２】
請求項１１にかかる発明によれば、測定対象物から反射もしくは透過した光が光ファイバを通して受光されるので、光ファイバが有している屈曲性により受光光学系の配置の自由度が高くなり、光学測定装置もコンパクトになる。
【００８３】
請求項１２にかかる発明によれば、測定対象物から反射もしくは透過した光が積分球により集光されるので、構成が比較的簡単であり、光学測定装置のコストも低くなる。
【００８４】
請求項１３にかかる発明によれば、測定対象物を特定する情報が印を付した画像とともに画像登録手段に記憶されているので、測定対象物を特定する情報により印を付した画像の測定対象物を容易に特定することができる。
【００８５】
請求項１４にかかる発明によれば、生体を撮像した画像のパターンから選択した部位に測定光が入射するように投射光学系手段もしくは測定対象物載置手段を移動し、生体中の特定成分濃度を測定するので、生体の測定部位への測定光の入射位置の再現精度が高く、測定毎の測定データのばらつきが少ない信頼性の高い光学測定装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光学測定装置の実施の形態１の分光分析部およびその移動機構の構成を示す説明図である。
【図２】図１の光学測定装置の移動機構の制御演算処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の光学測定装置の分光分析部の演算処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】特徴部位の登録モードにおける登録画像の説明図である。
【図５】測定モードにおける特徴部位の決定の説明図である。
【図６】載置台の変形例の正面図である。
【図７】図６の載置台の平面図である。
【図８】登録モードのフローである。
【図９】測定モードのフローである。
【図１０】測定モードのフローである。
【図１１】本発明にかかる分光測定装置の実施の形態２の分光分析部およびその移動機構の説明図である。
【図１２】本発明にかかる分光分析装置の実施の形態３の分光分析部およびその移動機構の説明図である。
【図１３】測定対象物に入射する入射光の入射位置の変化による血糖値の測定値の変化を示す測定データである。
【図１４】測定対象物に入射する入射光の入射角の変化による血糖値の測定値の変化を示す測定データである。
【図１５】測定対象物とその載置台との接触圧の変化による血糖値の測定圧の変化を示す測定データである。
【符号の説明】
１ 光学測定装置
１ａ 光学測定装置
１ｂ 光学測定装置
２ 測定対象物（ヒトの手）
３ 測定光
４ 反射光
５ 分光分析部
６ 制御演算処理部
７ 載置台
８ 演算制御部
９ 移動機構
１１ 撮像装置（ＣＣＤカメラ）
１２ 投射光学系
１３ 積分球
１４ 受光センサ
２２ Ｘ軸移動テーブル
２３ Ｙ軸移動テーブル
２４ Ｚ軸移動テーブル
２７ ベース
２８ 押え部材
５８ 接触圧センサ
７７ 表示装置
９５ 出力装置
１０１ 光ファイバ
１０２ 光ファイバ
Ｍｘ ｘ軸駆動モータ
Ｍｙ ｙ軸駆動モータ
Ｍｚ ｚ軸駆動モータ
Ｍα α軸駆動モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定対象物に光を照射して得られる透過または反射スペクトルを用いて測定対象物中の特定成分濃度を測定する際に、測定対象物を予め設定した位置に再現する測定位置再現方法および測定位置再現装置並びにそれを使用した光学測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、臨床検査分野等において、尿、血液もしくは生体中の特定成分濃度をいわゆる非侵襲により測定する非侵襲型モニタが研究されている。この種の非侵襲型モニタを用いて生体中の特定成分濃度を測定する場合、生体の組織を透過した光を用いて測定する場合と、生体の組織から反射した光を用いて測定する場合とがある。生体の組織のような散乱系では散乱による実効光路長と、測定対象物への入射光量を決定しない限り、吸光度の絶対値を求めることができず、したがって吸光物質の濃度を求めることはできない。また、表面の状態や光入射角度の違いから、測定対象物の表面からの直接反射などにより、測定対象物への入射光量が変化する。このため、非侵襲型モニタを用いて生体中の特定成分濃度を測定する場合、各測定対象物を毎回同じ位置で、しかも同じ条件で光を投射し、受光するようにする必要がある。
【０００３】
従来より、かかる非侵襲型モニタにおいて、光の投射部材や受光部材を生体の測定部位に対して位置決めするようにしたものとしては、次のようなものが周知である。すなわち、発光素子が埋め込まれた一方のクリップ部材と受光素子が埋め込まれた他方のクリップ部材とで生体の測定部位を挟み込み、上記発光素子から出射されて生体の被測定部位を透過した光を上記受光素子で受光し、受光した光の強度に基づいて生体情報を検出するクリップ方式のものや、生体の測定部位を間にして正確に対面するように発光素子と受光素子を両面粘着テープで上記測定部位に貼着し、クリップ方式と同様、上記発光素子から出射されて生体の被測定部位を透過した光を上記受光素子で受光し、受光した光の強度に基づいて生体情報を検出する貼着方式のものが周知である（例えば、特開平６−１４９０６号公報参照）。
【０００４】
また、指を受け入れる寸法の細長い溝を含む基台を備え、一方の側面には光通路入口が設けられ、他方の側面には光通路出口が設けられ、指を透過して光路入口から光通路出口へ至る光通路の長さが使用者の指の寸法や形状が異なっても一定にすることが可能な構造を有し、さらには、ばね付きのローラを備えて、特定の寸法範囲内の使用者の指に一定の圧力を発生し、ローラにより負荷される圧力が指の中の血液を組織に集中させ、検査部の血液量を増加させるようにしたものも周知である（例えば、特表平６−５０３７２８号公報参照）。
【０００５】
さらに、ユーザが手首の表系静脈の直上に発光部と受光部の検出フィルタを配置するための位置決め装置も周知である（例えば、特表平５−５０８３３６号公報参照）。この位置決め装置では、２つの窓がある距離だけ離れて形成され、これらの窓を通して表系静脈の観察が可能になっている。そして、上記位置決め装置を手首に載置して静脈がそれぞれの窓の中心に来るように配置し、フェルトペン等で窓の位置に印を付し、位置決め装置を除去した後、各印上に検出フィルタを配置する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、生体中の特定成分濃度を非侵襲的に測定するに際して、測定の再現性に影響する要因としては、環境条件などに加え、
・各被測定部位間と被測定物内での特徴差や部位差として示される色、形、生理状態の変化、生理機能の組合せ、
・測定手法の誤差として示される毎回の測定時の被測定物の置き直しによる設定状態、
・被測定部位の視覚的特徴を有する位置への光入射角、
・光入射部と光受光部を備えた測定部の測定開口部と被測定部位との接触圧の変化、
などがある。かかる測定条件の変化による測定データの変化を、図１３ないし図１５に示す。
【０００７】
図１３の測定データは次のようにして得たものである。すなわち、
（１）光ファイバを使用し、生体の一部である被験者の手のひらの最初に選択した測定部位に光を照射して反射光を受光し、基準となるエネルギースペクトル（Ａ）を計測する。
（２）光の照射位置を最初に選択した位置から１ｍｍずらせて照射角度を変化させずに光を照射し、同様に、エネルギースペクトル（Ｂ）を計測する。
（３）光の照射位置をさらに１ｍｍ、都合、最初に選択した位置から２ｍｍずらせて照射角度を変化させずに光を照射し、同様に、エネルギースペクトル（Ｃ）を計測する。
（４）光の照射位置を最初に選択した位置に戻し、被験者に清水製薬製の「トレーラン７５」糖負荷試験用水溶液を飲用させ、被験者の血糖値が１５ｍｇ／ｄｌ変化した時点で、照射角度を変化させずに光を照射し、同様に、エネルギースペクトル（Ｄ）を計測する。
（５）上記（１）のステップで計測したエネルギースペクトル（Ａ）で上記エネルギースペクトル（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）をそれぞれ除し、この結果にそれぞれ１００を乗じ、（Ｅ）＝｛（Ａ）／（Ａ）｝×１００、（Ｆ）＝｛（Ｂ）／（Ａ）｝×１００、（Ｇ）＝｛（Ｃ）／（Ａ）｝×１００、（Ｈ）＝｛（Ｄ）／（Ａ）｝×１００とする。
（６）ついで、上記（Ｆ）から（Ｅ）を減算して図１３の曲線ｈ1、上記（Ｇ）から（Ｅ）を減算して図１３の曲線ｈ2、上記（Ｈ）から（Ｅ）を減算して曲線ｈ3を求める。
【０００８】
図１４では、光ファイバを使用し、生体の一部である被験者の手のひらの最初に選択した測定部位に光を照射して反射光を受光し、基準となるエネルギースペクトル（Ａ）を計測し、以降、上記（２）および（３）において、最初に選択した被測定部位の位置を変化させる代わりに、照射する光の角度を１度、２度、３度および４度変化させたときのエネルギースペクトルを計測している。そして、上記（４）による上記糖負荷試験用水溶液の飲用による被験者の血糖値が１５ｍｇ／ｄｌ変化した時点におけるエネルギースペクトルを計測し、上記（５）および（６）と同様の計算により、図１４の曲線ｈ11、ｈ12、ｈ13、ｈ14を求めている。
【０００９】
図１５では、光ファイバの位置および角度は一定として、生体の一部である被験者の手のひらの最初に選択した測定部位に光を照射して反射光を受光し、基準となるエネルギースペクトル（Ａ）を計測し、以降、上記（２）および（３）において、最初に選択した被測定部位の位置を変化させる代わりに、測定部位に対して光ファイバを１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍと押し付けることにより加圧したときのエネルギースペクトルを計測している。そして、上記（４）による上記糖負荷試験用水溶液の飲用による被験者の血糖値が１５ｍｇ／ｄｌ変化した時点におけるエネルギースペクトルを計測し、上記（５）および（６）と同様の計算により、図１５の曲線ｈ21、ｈ22、ｈ23、ｈ24を求めている。
【００１０】
上記図１３ないし図１５において、グルコースの吸収波長である１６６７ｎｍ（６０００ｃｍ-1）について比較すれば、糖負荷試験による血糖値１５ｍｇ／ｄｌの変化に対しエネルギースペクトルは約２．７５％変化するのに対し、測定部位が約１ｍｍ移動するとエネルギースペクトルは約４．８８％、角度が１度傾くと約０．２９％、圧力が光ファイバ長１ｍｍ分加圧されると約２．８９％変化している。実際に生体内のグルコースを測定する場合には、１ｍｇ／ｄｌの分解能が要求されるので換算すると０．１８％の変化を測定する必要がある。よって、被測定部位の位置については約０．０４ｍｍ、光の照射角度については約０．６２度、圧力に関しては光ファイバ長０．６６ｍｍ以下の再現精度が要求されることになる。
【００１１】
ところで、クリップ式の生体情報測定用プローブを用いるものでは、個々の生体により測定部位の形状やサイズが微妙に異なり、また、両面粘着テープを用いて生体の測定部位に生体情報測定用プローブを貼着する方法では、生体情報測定用の型を最初に選択した測定部位に正確に貼り付けるのは困難である。このため、従来のクリップ式や両面粘着テープ方式では、上記図１３ないし図１５の測定データからも分るように、上記再現精度を確保するのは困難であり、測定結果にばらつきが生じ、再現性の良い結果を得ることができないという問題があった。また、クリップ式の生体情報測定用プローブを用いるものでは、生体の一部などを測定部位とし、その特定成分濃度を測定する際、血管などを圧迫してしまい血流に影響を及ぼす可能性があり、安定した測定結果が得られないという問題もあった。
【００１２】
さらに、指受け装置を使用するものでは、溝の寸法は多数の生体の測定部位の形状の平均的寸法を有するものであり、種々の大きさを有する生体の測定部位の固体差による寸法差等には対応が困難であるという問題があった。加えて、毎回の測定位置を完全に同一にする点においては、生体の測定部位の二次元方向（生体の測定部位の挿入位置の深さ）の補正は可能であるが、生体の測定部位の三次元方向（生体の測定部位の挿入位置の高さや角度、測定部位の回転）の補正は困難であるという問題があった。
【００１３】
さらにまた、位置決め装置を用いるものでは、ユーザがフェルトペンなどを使用して生体の測定部位に付加した印に基づいて測定部位を目視により位置決めしているので、印が消えると測定部位の位置決めができなくなるばかりでなく、ユーザが人手により測定部位を位置決めしているので、生体の測定部位に対する光の入射角や接触圧についても測定毎に異なり、測定の高い再現精度を得ることが困難であるといった問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、常に一定の測定条件となるように測定対象物の測定部位に投射光を再現性よく投射する測定位置再現方法を提供することである。
【００１５】
本発明のいま一つの目的は、高い再現精度で測定対象物の測定部位に投射光を投射して常に一定の測定条件を再現する測定位置再現装置を提供することである。
【００１６】
本発明のさらにいま一つの目的は、測定毎のデータのばらつきの少ない信頼性の高い測定データを得ることができる光学測定装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、測定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を計測するに際して、上記測定光を予め定めた所定の測定位置に入射させる測定位置再現方法であって、測定位置の登録時には、上記測定対象物を撮像してその画像を表示し、該画像のパターンの視覚的に認識し得る特徴を有する部位を選択して上記画像中に印を付し、印を付した該画像を登録画像として記憶しておき、測定位置の再現時には、上記測定対象物を撮像してその画像のパターンを上記登録画像のパターンと対比し、登録画像中の上記印が付された部位に対応する部位を上記測定対象物上に検出し、上記測定光を入射させる測定位置と決定し、上記測定対象物を特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像として記憶することを特徴とする。
測定位置の登録時には、測定対象物を撮像してその画像のパターンの視覚的に認識し得る特徴を有する部位を選択して印を付し、その画像を登録画像として記憶しておき、測定位置の再現時には、測定対象物を撮像してその画像のパターンを登録画像のパターンと対比し、登録画像中の印が付された部位に対応する部位を検出して測定光を投射する。登録画像とともに記憶された情報により測定対象物が特定される。
【００１８】
請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、上記測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、上記登録画像の印が付された上記部位に対応する部位をパターン認識により検出することを特徴とする。
パターン認識により、測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、登録画像の印が付された部位に対応する部位を検出する。
【００１９】
請求項３にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、上記測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、上記登録画像の印が付された上記部位に対応する部位を目視により検出することを特徴とする。
目視により、測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、登録画像の印が付された部位に一致する部位を検出する。
【００２２】
請求項４にかかる発明は、投射光学系を備え、該投射光学系から測定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を計測するに際して、上記測定光を予め定めた所定の測定位置に投射する測定位置再現装置であって、上記測定対象物を載置する測定対象物載置手段と、上記測定対象物を撮像する撮像手段と、上記測定対象物の画像を表示する画像表示手段と、測定位置の登録時に上記画像表示手段に表示された測定対象物の画像のパターンから任意に選択した視覚的に認識し得る特徴を有する部位に印を付した画像を登録画像として記憶する画像登録手段と、測定位置の再現時に上記登録画像のパターンと上記測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の上記印が付された部位に対応する部位の位置を検出する測定位置検出手段と、該測定位置検出手段により検出された部位に上記光が投射されるように上記投射光学系もしくは測定対象物載置手段を移動させる移動手段とを備えていて、上記投射光学系手段がＺ軸方向に移動することを特徴とする。
測定位置の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付された部位に対応する部位の位置を検出し、検出された部位に測定光が投射されるように投射光学系もしくは測定対象物載置手段を移動させる。投射光学系手段がＺ軸方向に移動する。
【００２３】
請求項５にかかる発明は、請求項４にかかる発明において、上記測定光の光軸の方向をＺ軸方向として該Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に投射光学系もしくは測定対象物載置手段が移動することを特徴とする。
投射光学系もしくは測定対象物載置手段は、測定光の光軸の方向をＺ軸方向として該Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。
【００２５】
請求項６にかかる発明は、請求項４にかかる発明において、上記投射光学系手段が上記Ｚ軸の周りに回動することを特徴とする。
投射光学系手段はＺ軸の周りに回動する。
【００２６】
請求項７にかかる発明は、請求項４にかかる発明において、上記測定対象物の測定対象物載置手段に対する接触圧を検出する接触圧センサと、該接触圧センサの出力を記憶する接触圧メモリと、該接触圧メモリに記憶された上記接触圧を再現する加圧装置とを備えたことを特徴とする。
測定対象物の測定対象物載置手段に対する接触圧を接触圧センサで検出し、計測時に接触圧メモリに記憶された接触圧を再現する。
【００２７】
請求項８にかかる発明は、請求項４にかかる発明において、上記画像登録手段が上記測定対象物を特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像として記憶することを特徴とする。
登録画像とともに画像登録手段に記憶されている情報により測定対象物が特定される。
【００２９】
請求項９にかかる発明は、投射光学系を備え、該投射光学系から測定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を計測する光学測定装置であって、上記測定対象物を載置する測定対象物載置手段と、上記測定対象物を撮像する撮像手段と、上記測定対象物の画像を表示する画像表示手段と、測定位置の登録時に上記画像表示手段に表示された測定対象物の画像のパターンから任意に選択した視覚的に認識し得る特徴を有する部位に印を付した画像を登録画像として記憶する画像登録手段と、測定位置の再現時に上記登録画像のパターンと上記測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の上記印が付された部位に対応する部位の位置を検出する測定位置検出手段と、該測定位置検出手段により検出された部位に上記光が投射されるように上記投射光学系を移動させる移動手段と、投射された上記光が測定対象物を透過もしくは反射した光を受光する受光光学系手段と、該受光光学系手段により受光された上記部位から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出するスペクトル強度検出手段と、上記スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を演算する演算処理手段と、演算された上記特定成分濃度を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。
測定位置の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付された部位に対応する部位の位置を検出し、検出された部位に測定光が投射されるように投射光学系を移動させ、測定対象物を透過もしくは反射した光を受光してスペクトル強度を検出し、検出したスペクトル強度に基づいて測定対象物中の特定成分濃度を検出する。
【００３０】
請求項１０にかかる発明は、請求項９にかかる発明において、上記投射光学系手段が光ファイバを備えたことを特徴とする。
光ファイバを通して測定光が測定対象物の選択された部位に投射される。
【００３１】
請求項１１にかかる発明は、請求項９または１０にかかる発明において、上記受光光学系手段が光ファイバを備えたことを特徴とする。
測定対象物から反射もしくは透過した光が光ファイバを通して受光される。
【００３２】
請求項１２にかかる発明は、請求項９または１１にかかる発明において、上記受光光学系手段が積分球を備えたことを特徴とする。
測定対象物から反射もしくは透過した光が積分球により集光される。
【００３３】
請求項１３にかかる発明は、請求項９から１２のいずれか一にかかる発明において、上記画像登録手段が上記測定対象物を特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像として記憶することを特徴とする。
登録画像とともに画像登録手段に記憶された情報により測定対象物が特定される。
【００３４】
請求項１４にかかる発明は、請求項９から１３のいずれか一にかかる発明において、上記測定対象物が生体であることを特徴とする。
生体を撮像した画像のパターンから選択した部位に測定光が入射するように投射光学系手段もしくは測定対象物載置手段を移動し、生体中の特定成分濃度を測定する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
本発明にかかる光学測定装置の一つの実施の形態の構成を図１ないし図３に示す。上記光学測定装置１はヒトの手２を測定対象物としてグルコース濃度を検出するためのものである。上記光学測定装置１は、ヒトの手２に測定光３を投射してその反射光４のスペクトル強度を検出する分光分析部５、上記測定光３の投射位置の制御を行なうための制御演算処理部６（図２参照）、上記分光分析部５で検出された上記スペクトル強度に基づいて上記グルコース濃度を検出する演算処理部８（図３参照）、上記分光分析部５の移動機構９、載置台７に載置されたヒトの手２を撮像する撮像装置としてＣＣＤカメラ１１（図１および図２参照）を備えてなるものである。
【００３７】
上記分光分析部５は、測定対象物の載置台７に載置されたヒトの手２に測定光３を投射する投射光学系１２、該投射光学系１２から投射された光の上記ヒトの手２からの反射光４を集光する積分球１３、該積分球１３で集光された上記反射光４の強さを検出する受光センサ１４を備える。上記投射光学系１２は分光分析部５の下部筺体１５内に収容され、上記積分球１３は分光分析部５の上部筺体１６内に収容される。
【００３８】
上記投射光学系１２は、光源１７、該光源１７からの光を平行光にするコリメータレンズ１８、該コリメータレンズ１８から出射する平行光を集光する集光レンズ１９、ハーフミラ２１からなる。上記光源１７、コリメータレンズ１８、集光レンズ１９は同じ光軸上に配置され、該光軸に対して上記ハーフミラ２１は４５度の角度をなすように配置される。この配置により、光源１７から出射した光は上記ハーフミラ２１にて上記光軸に対して９０度をなす方向に反射され、上記投射光学系１２の上側に位置する上記積分球１３に形成された透過孔１３ａ、１３ｂおよび上部筺体１６の上に配置された載置台７に形成された透過孔７ａを通して、測定光がヒトの手２に投射される。上記受光センサ１４は積分球１３の内側にその受光面を向けて取着されており、ヒトの手２から反射したのち上記積分球１３で集光されて上記受光センサ１４に入射する。
【００３９】
上記分光分析部５の下部筺体１５内にはまた、上記投射光学系１２の光源１７から出た光の強度を検出する基準光センサ９２が配置されている。該基準光センサ９２は、上記投射光学系１２のハーフミラ２１に関して上記光源１７と反対側に配置されており、上記光源１７から出た光はハーフミラ２１を透過した後に上記基準光センサ９２に入射する。
【００４０】
分光分析部５の移動機構９は分光分析部５の下部筺体１５の下側に配置され、上記測定光３の進行方向をＺ軸として上記分光分析部５を図１の紙面に対して垂直なＸ軸方向、これらＺ軸およびＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動可能に上記分光分析部５を支持するとともに、上記分光分析部５をＺ軸の周りに回転可能に支持する。上記移動機構９は、Ｘ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４を備える。上記Ｘ軸移動テーブル２２はＹ軸移動テーブル２３上にてＸ軸レール２５によりＸ軸方向に移動可能に支持され、上記Ｙ軸移動テーブル２３はＺ軸移動テーブル２４上にてＹ軸レール２６によりＹ軸方向に移動可能に支持される。また、Ｚ軸移動テーブル２４は、分光分析部５の四角形状を有するベース２７のコーナ部から立ち上がり、該ベース２７とヒトの手２を押える押え部材２８とを結合する結合部材２９に案内されてＺ軸方向に移動可能となっている。
【００４１】
上記ベース２７上にはＣＣＤカメラ１１が配置されている。該ＣＣＤカメラ１１は、上記分光分析部５が上記移動機構９により上記透過孔７ａの下部から退避し初期位置に移動した時、その光軸が上記分光分析部５における測定光３の光軸に合致するように配置される。この配置により、上記分光分析部５が移動機構９により透過孔７ａの下部から退避した時に、ＣＣＤカメラ１１は、その光軸を透過孔７ａ、２４ａを通して撮像用照明１１０により照明されたヒトの手２に向けることができる。
【００４２】
上記Ｚ軸移動テーブル２４は、その下面から下方に突出するスクリュシャフト３１、該スクリュシャフト３１に螺合するナット３２、上記ベース２７から立ち上がり、先端にて上記ナット３２を回転可能に支持するナット支持部材３４により支持される。上記ナット３２は、その外周面に形成された歯３２ａがＺ軸駆動モータＭｚの出力軸３５に取着されたピニオン３６に噛合している。これにより、上記Ｚ軸駆動モータＭｚが回転すると、ピニオン３６を介してナット３２が回転駆動され、スクリュシャフト３１がその軸方向に移動する。それに伴って上記Ｚ軸移動テーブル２４がＺ軸方向に移動する。上記Ｚ軸移動テーブル２４のＺ軸方向への移動量は、Ｚ軸駆動モータＭｚに設けられた回転量センサ（以下、Ｚ軸センサという。）３７により検出される。
【００４３】
上記Ｚ軸移動テーブル２４上にはＹ軸レール２６が固定され、該Ｙ軸レール２６により上記Ｙ軸移動テーブル２３がＺ軸移動テーブル２４の上にてＹ軸方向に移動自在に支持される。上記Ｙ軸移動テーブル２３の側面にはラック３８が取着されており、該ラック３８にはＹ軸駆動モータＭｙの出力軸３９に取着されたピニオン４１が噛合している。これにより、上記Ｙ軸駆動モータＭｙが回転すると、ピニオン４１およびラック３８を介して、Ｙ軸移動テーブル２３がＹ軸方向に移動する。上記Ｙ軸移動テーブル２３のＹ軸方向への移動量は、Ｙ軸駆動モータＭｙに設けられた回転量センサ（以下、Ｙ軸センサという。）４２により検出される。
【００４４】
上記Ｙ軸移動テーブル２３上にはＸ軸レール２５が固定され、該Ｘ軸レール２５により上記Ｘ軸移動テーブル２２がＹ軸移動テーブル２３の上にてＸ軸方向に移動自在に支持される。上記Ｘ軸移動テーブル２２の下面にはラック４３が取着されており、該ラック４３にはＸ軸駆動モータＭｘの出力軸４４に取着されたピニオン４５が噛合している。これにより、上記Ｘ軸駆動モータＭｘが回転すると、ピニオン４５およびラック４３を介して、Ｘ軸移動テーブル２２がＸ軸方向に移動する。上記Ｘ軸移動テーブル２２のＸ軸方向への移動量は、Ｘ軸移動モータＭｘに設けられた回転量センサ（以下、Ｘ軸センサという。）４６により検出される。
【００４５】
上記Ｘ軸移動テーブル２２と分光分析部５の下部筺体１５との間には、上記Ｘ軸移動テーブル２２の上にて、分光分析部５の円筒形状の下部筺体１５および上部筺体１６をその軸の周りに回転可能に支持する回転支持機構４８が介装されている。上記回転支持機構４８は、リング状の案内部材５１、５２とこれら案内部材５１、５２に形成された円形の案内溝に嵌合するボールベアリング５３からなるものである。上記下部筺体１５の外周にはラック５４が取り付けられており、該ラック５４にはα軸駆動モータＭαの出力軸５５に取着されたピニオン５６が噛合している。これにより、上記α軸駆動モータＭαが回転すると、ピニオン５６およびラック５４を介して、上記分光分析部５の下部筺体１５および上部筺体１６がＺ軸の周りに回動する。上記分光分析部５の回転量は、α軸移動モータＭαに設けられた回転量センサ（以下、α軸センサという）５７により検出される。
【００４６】
ヒトの手２が載置される載置台７は、その中心部に測定光３を透過させる透過孔７ａを有する単なる平板状のものである。上記載置台７には、上記分光分析部５の上部筺体１６に対向して接触圧センサ５８が固定されている。該接触圧センサ５８からは、次のようにして、ヒトの手２と載置台７との間の接触圧に対応する接触圧信号を発生する。すなわち、上記分光分析部５がＺ軸方向に移動し、分光分析部５の上部筺体１６が結合部材２９に設けられたストッパ部２９ａに当接して停止している載置台７に当接して該載置台７とともにさらにＺ軸方向に移動し、ヒトの手７が押え部材２８に当接すると、接触圧センサ５８は上記接触圧信号を出力する。なお、上記載置台７には、図６および図７に示すように、ヒトの手２の位置決めを容易にするため、突起７ｂを設けるようにしてもよい。
【００４７】
制御演算処理部６はマイクロコンピュータにより構成され、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと記す。）６１、読出し専用メモリ（以下、ＲＯＭと記す。）６２、読出し書込み用メモリ（以下、ＲＡＭと記す。）６３およびインタフェース回路６４ないし７０からなる。上記ＣＰＵ６１は、バス７１により、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、インタフェース回路６４ないし７０に接続されている。
【００４８】
インタフェース回路６４には、Ｘ軸センサ４６からＸ軸移動テーブル２２のＸ軸位置信号、Ｙ軸センサ４２からＹ軸移動テーブル２３のＹ軸位置信号、Ｚ軸センサ３７からＺ軸移動テーブル２４のＺ軸位置信号、α軸センサ５７からα軸回転位置信号、接触圧センサ５８から接触圧信号がそれぞれ入力する。インタフェース回路６５には、オペレータのキーボード７２の操作内容に対応して、該キーボード７２からインタフェース回路６５に必要な操作指令信号が出力する。インタフェース回路６６は図３の演算制御部８との通信を行なうための通信ポート７３に接続され、インタフェース回路６７はＣＣＤカメラ１１に接続される。また、インタフェース回路６８にはモータ駆動回路７４が接続される。該モータ駆動回路７４には、図１において説明したＸ軸駆動モータＭｘ、Ｙ軸駆動モータＭｙ、Ｚ軸駆動モータＭｚ、α軸駆動モータＭαが接続される。さらに、インタフェース回路６９にはハードデスクのような記憶装置７５が接続される。さらにまた、インタフェース回路７０からは予め登録されたヒトの手２の画像信号が混合回路７６に出力する。該混合回路７６は、上記ＣＣＤカメラ１１から出力するビデオ信号と予め登録されたヒトの手２の上記画像信号を混合し、表示装置７７に出力する。
【００４９】
分光分析部５の演算処理部８はマイクロコンピュータにより構成され、ＣＰＵ７８、ＲＯＭ７９、ＲＡＭ８１、インタフェース回路８２ないし８５、インタフェース回路８７、８８からなる。上記ＣＰＵ７８はバス８９により、上記ＲＯＭ７９、ＲＡＭ８１、インタフェース回路８２ないし８５、インタフェース回路８７、８８に接続されている。上記インタフェース回路８２は、図２において説明したキーボード７２に接続され、また、インタフェース回路８３には図１において説明した分光分析部５の受光センサ１４より、ヒトの手２から反射した測定光３の反射光４のスペクトル強度信号が入力する。さらに、インタフェース回路８４は、図２の制御演算処理部６との通信を行なうための通信ポート９１に接続される。さらにまた、インタフェース回路８５には、基準光センサ９２から図１において説明した分光分析部５の投射光学系１２の光源１７の光度に対応する基準光信号が基準信号として入力する。インタフェース回路８７にはハードデスク等の記憶装置９４が接続され、インタフェース回路８８にはプリンタやＣＲＴデスプレイ等の出力装置９５に接続される。
【００５０】
次に、以上に構成を説明した位置再現装置を備えた光学測定装置１の作用を、図８ないし図１０に示すフローを参照して、ヒトの手２の予め選択した位置への測定位置再現方法とともに説明する。
【００５１】
測定位置の登録モード
図８に示す測定位置登録ルーチンでは、光学測定装置１の電源がオンされ、オペレータがキーボード７２から測定位置登録モードを選択し、該測定位置登録モードの開始を指令すると、測定位置登録ルーチンがスタート（♯１）し、制御演算処理部６のＣＰＵ６１が初期化（♯２）され、ＲＡＭ６３がクリア（♯３）される。その後、制御演算処理部６のＣＰＵ６１は、記憶装置７５に記憶されているＸ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４およびα軸回転角度の各初期データをインタフェース回路６９からＲＡＭ６３にロードし（♯４）、これらＸ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４およびα軸回転角度をそれぞれ初期位置に移動させる（♯５）。
【００５２】
載置台７にヒトの手２を載置し（♯６）、載置台７を押え部材２８に向かってＺ軸方向に移動させる（♯７）。ヒトの手２が押え部材２８に接触し、接触圧センサ５８が予め設定した所定の値となると、上記載置台７のＺ軸方向への移動を停止させる（♯８）。この状態で、ＣＣＤカメラ１１による撮像を実行し、その画像を表示装置７７に表示する（♯９）。このときの表示装置７７の表示画像を図４に示す。
【００５３】
表示装置７７に表示された上記表示画像が有するヒトの手２の掌が有する線９６、９７および９８により形成されるパターンにおいて、オペレータは視覚的に認識し得る特徴部位Ｐをキーボード７２に付属のトラックボール等のポインティングデバイスにより選択し、選択した上記特徴部位Ｐに×印を表示させる（♯１０）。なお、表示画像の中心点Ｐ0は図１において説明したＸ軸およびＹ軸が交差するＸＹ座標の原点に対応する。
【００５４】
上記表示画像のパターンを、特徴部位Ｐに付された×印、接触圧センサ５８から出力する接触圧信号、上記ヒトの手２を特定するための番号（図４の例ではＮｏ．３）とともに、記憶装置７５に登録する（♯１１）。その後、載置台７が降下してヒトの手２が載置台７から除去され（♯１２）、登録モードを終了する（♯１３）。
【００５５】
血糖値の測定モード
図９および図１０に示す測定ルーチンでは、光学測定装置１の電源がオンされ、オペレータがキーボード７２から測定モードを選択し、該測定モードの開始を指令すると、測定ルーチンがスタート（♯２１）し、制御演算処理部６のＣＰＵ６１が初期化（♯２２）され、ＲＡＭ６３がクリア（♯２３）される。次いで、分光分析部５の演算処理部８のＣＰＵ７８が初期化およびＲＡＭ８１のクリアが実行される（♯２４）。
【００５６】
その後、制御演算処理部６のＣＰＵ６１は、記憶装置７５に記憶されているＸ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４およびα軸回転角度の各初期データをインタフェース回路６９からＲＡＭ６３にロードする（♯２５）。上記各初期データに基づいて、上記ＣＰＵ６１は、Ｘ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４およびα軸回転角度をそれぞれ初期位置に移動する（♯２６）。
【００５７】
既に説明した登録モードにて登録したグルコース濃度を測定するヒトの登録番号、たとえばＮｏ．３をキーボード７２から入力（♯２７）した後、登録番号Ｎｏ．３のヒトの手２を載置台７上に載置する（♯２８）。次いで、ヒトの手２が押え部材２８に接触し、接触圧センサ５８から出力するヒトの手２と載置台７との間の接触圧が上記登録モードで登録した値に達するまで、上記Ｚ軸移動テーブル２４をＺ軸方向に上方に移動させる（♯２８ａおよび♯２９）。
【００５８】
上記Ｚ軸移動テーブル２４が停止すると、ＣＣＤカメラ１１から上記ヒトの手２の掌の映像信号を混合回路７６を通して表示装置７７に表示する（♯３０）。このとき、上記表示装置７７に表示される画像を図５に示す。他方、制御演算処理部６のＣＰＵ６１は、ＣＣＤカメラ１１から出力する上記ヒトの手２の掌の画像信号を取込んで画像処理し、パターン認識により、取り込んだ上記ヒトの手２の掌の画像のパターンと上記登録モードにて登録されているＮｏ．３のヒトの手２の掌の画像のパターンとを対比し、上記表示装置７７に現在表示されている登録番号Ｎｏ．３のヒトの手２の掌の画像のパターンから上記登録モードで登録された特徴部位Ｐを検出する（♯３１）。
【００５９】
なお、表示装置７７に現在表示されているＮｏ．３のヒトの手２の掌の画像から特徴部位Ｐを検出する際に、上記表示装置７７に現在表示されている上記ヒトの手２の掌の画像信号と上記登録モードにて登録されているＮｏ．３のヒトの手２の掌の画像信号とを混合回路７６で混合して、両画像を上記表示装置７７に重ねて表示することにより、オペレータが目視により、登録番号Ｎｏ．３のヒトの手２の掌の現在の画像中における上記登録モードで登録された特徴部位Ｐを検出することもできる。このようにすれば、パターン認識のためのソフトウエアが不要になり、光学測定装置の計測ソフトウエアの製作コストも削減することができる。
【００６０】
上記のように、表示装置７７に現在表示されている上記ヒトの手２の掌の画像パターンから特徴部位Ｐを検出すると、制御演算処理部６のＣＰＵ６１はＸ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３をそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、分光分析部５の測定光光軸を検出された上記特徴部位Ｐに合致させる（♯３２）。このとき、測定光３のヒトの手２への入射光径を表示装置７７でモニタし、α軸駆動モータＭαにより、分光分析部５をＺ軸の周りに回動させて、上記入射光径を補正する。
【００６１】
以上のステップ♯２１ないし♯３２により、上記ヒトの手２の掌の登録された特徴部位Ｐに測定光３が入射するように分光分析部５の位置が決定されると、制御演算処理部６のＣＰＵ６１はそのインタフェース回路６６、通信ポート７３、演算制御部６の通信ポート９１、インタフェース回路８４を通して、分光分析部５の演算制御部８のＣＰＵ７８に分光測定開始を指令する分光開始信号を出力する（♯３３）。分光分析部５の上記演算処理部８のＣＰＵ７８が制御演算処理部６のＣＰＵ６１から上記分光開始信号を受けると、上記ＣＰＵ７８は受光センサ１６から出力する上記ヒトの手２の掌の上記特徴点Ｐからの反射光４のスペクトル強度信号および基準光センサ９２から出力する光源１７のスペクトル強度に基づいて、上記ヒトの掌２における吸光度演算を実行する（♯３４）。次いで、上記ＣＰＵ７８は、上記吸光度演算の結果に基づいてグルコース濃度演算を実行し（♯３５）、得られたグルコース濃度を出力装置９５に出力する（♯３６）。
【００６２】
その後、上記演算処理部８のＣＰＵ７８は、グルコース濃度の測定終了信号をそのインタフェース回路８４、通信ポート９１、制御演算処理部６の通信ポート７３、インタフェース回路６６を通して、上記制御演算処理部６のＣＰＵ６１に出力する。上記測定終了信号を受けると、制御演算処理部６のＣＰＵ６１はＸ軸移動テーブル２２、Ｙ軸移動テーブル２３、Ｚ軸移動テーブル２４を初期位置に移動させ（♯３７）、Ｎｏ．３のヒトの手２が載置台７から除去され（♯３８）、１回目のグルコース濃度の測定を終了する（♯３９）。２回目以降のグルコース濃度の測定も、以上に説明したステップ♯２１から♯３９が実行される。
【００６３】
以上のようにして、ヒトの手２を分光測定部３の測定対象物の載置台５に載置して撮像装置で撮像し、その画像のパターンから特徴を有する測定部位Ｐを選択するだけで、以降、測定の毎に上記測定部位Ｐに測定光３を入射させることができる。これにより、ヒトの手２に投射した測定光３の反射光４を検出してグルコース濃度を測定する場合、測定位置の再現精度が大幅に向上し、測定位置の変化による測定値のばらつきを抑えることができる。
【００６４】
（実施の形態２）
本発明のいま一つの実施の形態にかかる光学測定装置を図１１に示す。この光学測定装置１ａは、図１ないし図３を参照して説明した実施の形態１の光学測定装置１において、投射光学系１２の光を光ファイバ１０１を通して載置台７上に配置されたヒトの手２に投射し、該ヒトの手２から反射した反射光４を、図１の光学測定装置１の積分球１３に代えて光ファイバ１０２により受光センサ１４に導くようにしたもので、光ファイバ１０１、１０２以外の部分の構成は図１において説明した光学測定装置１の対応する部分の構成と全く同じである。よって、図１１において、図１に対応する部分には対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００６５】
このような構成であれば、光ファイバ１０１、１０２の使用により光学測定装置１ａの形状がコンパクトで構成が簡単になり、取扱いも容易になる。
【００６６】
（実施の形態３）
本発明のいま一つの実施の形態にかかる光学測定装置を図１２に示す。この光学測定装置１ｂは、図１１を参照して説明した実施の形態２の光学測定装置１ａにおいて、押え部材２８に載置台７の透過孔７ａに対向する位置に貫通孔１０５を形成し、ヒトの手２を透過した光が上記貫通孔１０５を通して光ファイバ１０２から受光センサ１４に導くようにしたもので、光ファイバ１０２の配置構成以外の部分の構成は図１１において説明した光学測定装置１ａの対応する部分の構成と全く同じである。よって、図１２において、図１１に対応する部分には対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００６７】
このような構成であれば、光ファイバ１０１および１０３を使用したコンパクトな構成を有する光学測定装置１ｂにより、ヒトの手２を透過した透過光を検出し、それに基づいてグルコース濃度を検出することができる。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１にかかる発明によれば、測定位置の再現時に、測定対象物を撮像してその画像のパターンを登録画像のパターンと対比し、登録画像中の印が付された部位に対応する部位を測定対象物上に検出するので、高い再現精度で測定位置を再現することができる。さらに、測定対象物を特定する情報を印を付した画像とともに記憶しているので、印が付された画像の測定対象物を容易に特定することができる。
【００６９】
請求項２にかかる発明によれば、測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、パターン認識により登録画像の印が付された部位に一致する部位を検出するので、目視によることなく高い再現精度で測定位置を再現させることができる。
【００７０】
請求項３にかかる発明によれば、測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから登録画像の印が付された部位に一致する部位を目視により検出するので、簡単に測定位置を再現することができる。
【００７３】
請求項４にかかる発明によれば、測定位置の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付された部位に対応する部位を検出し、検出された部位に測定光が投射されるように投射光学系が移動するので、高い再現精度で測定位置を再現することができる。さらに、投射光学系手段がＺ軸方向に移動するので、登録画像の登録時の投射光学系と測定対象物とのＺ軸方向の位置関係を再現することができる。
【００７４】
請求項５にかかる発明によれば、投射光学系もしくは測定対象物載置手段は、測定光の光軸の方向をＺ軸方向として該Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に移動するので、測定毎に測定対象物を二次元的に移動させて、測定対象物の測定位置を一定に再現することができる。
【００７６】
請求項６にかかる発明によれば、投射光学系手段がＺ軸の周りに回動するので、測定時に測定対象物に入射する測定光の入射光径を補正することができる。
【００７７】
請求項７にかかる発明によれば、測定対象物の測定対象物載置手段に対する接触圧を接触圧センサで検出し、計測時に接触圧メモリに記憶された接触圧を再現するので、測定対象物と測定対象物載置台との接触圧の変化が抑えられ、より高い精度で測定対象物の測定位置を再現することができる。
【００７８】
請求項８にかかる発明によれば、測定対象物を特定する情報が印を付した画像とともに画像登録手段に記憶されているので、測定対象物を特定する情報により印を付した画像の測定対象物を容易に特定することができる。
【００８０】
請求項９にかかる発明によれば、測定位置の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付された部位に対応する部位の位置を検出し、検出された部位に測定光が投射されるように投射光学系を移動させ、特徴部位から透過もしくは反射した光を受光して特徴部位から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、検出したスペクトル強度に基づいて測定対象物中の特定成分濃度を検出するので、生体の測定部位への測定光の入射位置の再現精度を高くすることができる。
【００８１】
請求項１０にかかる発明によれば、光ファイバを通して測定光が測定対象物の選択された部位に投射されるので、光ファイバが有している屈曲性により投射光学系の配置の自由度が高くなり、光学測定装置もコンパクトになる。
【００８２】
請求項１１にかかる発明によれば、測定対象物から反射もしくは透過した光が光ファイバを通して受光されるので、光ファイバが有している屈曲性により受光光学系の配置の自由度が高くなり、光学測定装置もコンパクトになる。
【００８３】
請求項１２にかかる発明によれば、測定対象物から反射もしくは透過した光が積分球により集光されるので、構成が比較的簡単であり、光学測定装置のコストも低くなる。
【００８４】
請求項１３にかかる発明によれば、測定対象物を特定する情報が印を付した画像とともに画像登録手段に記憶されているので、測定対象物を特定する情報により印を付した画像の測定対象物を容易に特定することができる。
【００８５】
請求項１４にかかる発明によれば、生体を撮像した画像のパターンから選択した部位に測定光が入射するように投射光学系手段もしくは測定対象物載置手段を移動し、生体中の特定成分濃度を測定するので、生体の測定部位への測定光の入射位置の再現精度が高く、測定毎の測定データのばらつきが少ない信頼性の高い光学測定装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光学測定装置の実施の形態１の分光分析部およびその移動機構の構成を示す説明図である。
【図２】図１の光学測定装置の移動機構の制御演算処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の光学測定装置の分光分析部の演算処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】特徴部位の登録モードにおける登録画像の説明図である。
【図５】測定モードにおける特徴部位の決定の説明図である。
【図６】載置台の変形例の正面図である。
【図７】図６の載置台の平面図である。
【図８】登録モードのフローである。
【図９】測定モードのフローである。
【図１０】測定モードのフローである。
【図１１】本発明にかかる分光測定装置の実施の形態２の分光分析部およびその移動機構の説明図である。
【図１２】本発明にかかる分光分析装置の実施の形態３の分光分析部およびその移動機構の説明図である。
【図１３】測定対象物に入射する入射光の入射位置の変化による血糖値の測定値の変化を示す測定データである。
【図１４】測定対象物に入射する入射光の入射角の変化による血糖値の測定値の変化を示す測定データである。
【図１５】測定対象物とその載置台との接触圧の変化による血糖値の測定圧の変化を示す測定データである。
【符号の説明】
１ 光学測定装置
１ａ 光学測定装置
１ｂ 光学測定装置
２ 測定対象物（ヒトの手）
３ 測定光
４ 反射光
５ 分光分析部
６ 制御演算処理部
７ 載置台
８ 演算制御部
９ 移動機構
１１ 撮像装置（ＣＣＤカメラ）
１２ 投射光学系
１３ 積分球
１４ 受光センサ
２２ Ｘ軸移動テーブル
２３ Ｙ軸移動テーブル
２４ Ｚ軸移動テーブル
２７ ベース
２８ 押え部材
５８ 接触圧センサ
７７ 表示装置
９５ 出力装置
１０１ 光ファイバ
１０２ 光ファイバ
Ｍｘ ｘ軸駆動モータ
Ｍｙ ｙ軸駆動モータ
Ｍｚ ｚ軸駆動モータ
Ｍα α軸駆動モータ
Claims (14)
- 測定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を計測するに際して、上記測定光を予め定めた所定の測定位置に入射させる測定位置再現方法であって、
測定位置の登録時には、上記測定対象物を撮像してその画像を表示し、該画像のパターンの視覚的に認識し得る特徴を有する部位を選択して上記画像中に印を付し、印を付した該画像を登録画像として記憶しておき、
測定位置の再現時には、上記測定対象物を撮像してその画像のパターンを上記登録画像のパターンと対比し、登録画像中の上記印が付された部位に対応する部位を上記測定対象物上に検出し、
上記測定光を入射させる測定位置と決定し、
上記測定対象物を特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像として記憶することを特徴とする測定位置再現方法。 - 上記測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、上記登録画像の印が付された上記部位に対応する部位をパターン認識により検出することを特徴とする請求項１記載の測定位置再現方法。
- 上記測定位置の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、上記登録画像の印が付された上記部位に対応する部位を目視により検出することを特徴とする請求項１記載の測定位置再現方法。
- 投射光学系を備え、該投射光学系から測定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を計測するに際して、上記測定光を予め定めた所定の測定位置に投射する測定位置再現装置であって、
上記測定対象物を載置する測定対象物載置手段と、
上記測定対象物を撮像する撮像手段と、
上記測定対象物の画像を表示する画像表示手段と、
測定位置の登録時に上記画像表示手段に表示された測定対象物の画像のパターンから任意に選択した視覚的に認識し得る特徴を有する部位に印を付した画像を登録画像として記憶する画像登録手段と、
測定位置の再現時に上記登録画像のパターンと上記測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の上記印が付された部位に対応する部位の位置を検出する測定位置検出手段と、
該測定位置検出手段により検出された部位に上記測定光が投射されるように上記投射光学系を移動させる移動手段と、
を備えていて、
上記投射光学系手段がＺ軸方向に移動することを特徴とする測定位置再現装置。 - 上記測定光の光軸の方向をＺ軸方向として該Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に投射光学系が移動することを特徴とする請求項４記載の測定位置再現装置。
- 上記投射光学系手段が上記Ｚ軸の周りに回動することを特徴とする請求項４記載の測定位置再現装置。
- 上記測定対象物の測定対象物載置手段に対する接触圧を検出する接触圧センサと、該接触圧センサの出力を記憶する接触圧メモリと、該接触圧メモリに記憶された上記接触圧を再現する加圧装置とを備えたことを特徴とする請求項４記載の測定位置再現装置。
- 上記画像登録手段が上記測定対象物を特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像として記憶することを特徴とする請求項４記載の測定位置再現装置。
- 投射光学系を備え、該投射光学系から測定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を計測する光学測定装置であって、
上記測定対象物を載置する測定対象物載置手段と、
上記測定対象物を撮像する撮像手段と、
上記測定対象物の画像を表示する画像表示手段と、
測定位置の登録時に上記画像表示手段に表示された測定対象物の画像のパターンから任意に選択した視覚的に認識し得る特徴を有する部位に印を付した画像を登録画像として記憶する画像登録手段と、
測定位置の再現時に上記登録画像のパターンと上記測定対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像中の上記印が付された部位に対応する部位の位置を検出する測定位置検出手段と、
該測定位置検出手段により検出された部位に上記光が投射されるように上記投射光学系を移動させる移動手段と、
投射された上記光が上記測定対象物を透過もしくは反射した光を受光する受光光学系手段と、
該受光光学系手段により受光された上記部位から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出するスペクトル強度検出手段と、
上記スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を演算する演算処理手段と、
演算された上記特定成分濃度を出力する出力手段と、
を備えたことを特徴とする光学測定装置。 - 上記投射光学系手段が光ファイバを備えたことを特徴とする請求項９記載の光学測定装置。
- 上記受光光学系手段が光ファイバを備えたことを特徴とする請求項９または１０記載の光学測定装置。
- 上記受光光学系手段が積分球を備えたことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一記載の光学測定装置。
- 上記画像登録手段が上記測定対象物を特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像として記憶することを特徴とする請求項９から１２のいずれか一記載の光学測定装置。
- 上記測定対象物が生体であることを特徴とする請求項９から１３のいずれか一記載の光学測定装置。
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