JP3767469B2

JP3767469B2 - 無侵襲生体計測装置

Info

Publication number: JP3767469B2
Application number: JP2001366028A
Authority: JP
Inventors: 英幹林
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003164438A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体に対して針等を侵襲させることなく該生体内部に関する各種情報を計測するための無侵襲生体計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
計測対象である生体に針などを刺すことなく、いわゆる無侵襲でその生体内部の各種情報を計測する装置として、例えば特開平７−１０３８８８号公報に記載の装置が知られている。この装置は、生体に近赤外光を照射し、生体内部に入り込んで透過及び反射を繰り返し再び生体表面に出てきた光（拡散反射光）を検出し、その光強度から算出した吸光度を用いて生体血液中の血糖、つまりグルコース濃度を測定するものである。このような装置は、被検者に身体的苦痛を与えることが少ないという大きな利点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような生体計測装置では一般に精度や再現性の高い測定を行うことが難しい。何故なら、被検体（被検者の被検部位）は生理現象によって或いは随意的に動いてしまうため、これによって生体表面に対する発光部や受光部の接触圧が変動し、生体表面での正反射が増加したり、或いは生体内部の散乱係数などの状態が変動したりするからである。
【０００４】
また、被検体が鼠などの動物である場合には計測途中に動いてしまう可能性が非常に大きいため、尚一層、精度や再現性の高い測定が困難である。これを回避するために、被検体の動きを薬剤等によって一時的に止めることも考えられるが、こうした薬剤の作用によって本来取得したい生体情報の正確性を損なうこともあり得る。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、計測対象の生体に動きがあるような場合でも、高い精度で且つ高い再現性をもって測定を行うことができる無侵襲生体計測装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係る無侵襲生体計測装置は、
a)生体の表面に接触する接触部を含み、該接触部を介して該生体内部の情報を計測する生体情報取得手段と、
b)前記接触部に対する前記生体からの圧力を検出する圧力検出手段と、
c)該圧力検出手段による検出圧に応じて、前記接触部及び／又は前記生体を移動させる移動手段と、
を備えたことを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態、及び効果】
本発明に係る無侵襲生体計測装置を用いて、目的とする生体内部の情報を計測する際には、生体情報取得手段の接触部を生体表面に押し付けるように接触させる。すると、圧力検出手段はそのときの接触部に対する生体の押圧力を検出する。圧力検出手段は接触部を介した情報の取得が行われる前後を含めて連続的に押圧力を検出してもよいし、或いは、少なくとも生体情報取得手段が情報を取得するタイミングでその時点の押圧力を検出するものであってもよい。いずれにしても、移動手段は、圧力検出手段による検出圧が所定値になるように、生体と接触部の少なくともいずれか一方を移動させる。これにより、生体に動きがあっても、それに追随して生体に対する接触部の接触圧をほぼ一定に維持することができる。
【０００８】
したがって、本発明に係る無侵襲生体計測装置によれば、計測対象の生体が随意又は不随意に動いた場合であっても接触圧を一定に保つことによって、精度の高い計測を行うことができる。また、同一生体に対して複数回の計測を行う場合、或いは異なる複数の生体に対してそれぞれ計測を行う場合に、重要な計測条件の一つである接触圧を同一にすることができるので、高い再現性を得ることができ、計測結果の比較などの信頼性が大幅に向上する。
【０００９】
本発明に係る無侵襲生体計測装置の一実施形態としては、前記生体情報取得手段は光学的に生体内部の情報を計測する手段であって、前記接触部は生体に向けて光を出射するとともに該生体からの光を受光するための光ファイバの集合体を備える構成とすることができる。
【００１０】
この構成では、生体の表面に接触した接触部から生体に向けて光が照射され、照射された光の一部はその生体内部に浸透して、生体内部組織を通過する間に拡散や反射を繰り返し、やがて生体表面に出てくる。このとき生体表面から出射される拡散反射光は生体内部組織に関する情報を含んでいるから、接触部でこの光を受光し、光ファイバを介して生体情報取得手段の本体へと送る。これにより、生体内部組織に関する情報を無侵襲で取得することができる。
【００１１】
なお、好ましくは、本発明に係る無侵襲生体計測装置において、前記圧力検出手段は互いに略直交する３軸方向の圧力を検出するものであり、前記移動手段は前記接触部及び／又は前記生体を前記３軸方向に移動するものである構成とするとよい。
【００１２】
この構成によれば、計測途中で生体がどのように動いた場合であっても、その動きに追随して接触圧を一定に維持することができる。また、同一生体に対して複数回の計測を行う場合、或いは異なる複数の生体に対してそれぞれ計測を行う場合においては、接触部に対する生体の初期的な押付け状態に拘わらず、接触圧が一定になるように適宜に調節して測定を行うことができる。したがって、測定の精度や再現性が一層向上する。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明に係る無侵襲生体計測装置の一実施例について、図１〜図４を参照して説明する。図１は本実施例による生体計測装置における計測部の上面図、図２は同じ計測部の側面一部破断面図、図３は同じ計測部の動作説明図、図４は本実施例による生体計測装置の電気系ブロック構成図である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、本実施例の生体計測装置にあって、安定したベース１上には、生体保持アーム３が固定された３軸移動ステージ２が設けられており、生体保持アーム３はＸ、Ｙ、Ｚの互いに直交する３軸方向に移動自在となっている。また、ベース１上には一対の軸固定片４が立設され、その軸固定片４の間に架設された軸体５には、Ｚ軸方向移動台６が蝶動自在（図３中の矢印Ｍｚ参照）に取り付けられている。軸体５と反対側に位置するＺ軸方向移動台６の端部の突片６ａの下には、該突片６ａによる上からの押圧力を受けるように、Ｚ軸方向圧力センサ７がベース１上に固定されている。これにより、Ｚ軸方向移動台６に対してＺ軸方向の力が加わった場合、その力はＺ軸方向圧力センサ７によって検出される。
【００１５】
Ｚ軸方向移動台６上には、Ｙ軸方向移動台８が一対のリニアガイド９によりＹ軸方向にスライド移動自在（図３中の矢印Ｍｙ参照）に設けられている。また、Ｚ軸方向移動台６上に立設されたバネ固定片１０とＹ軸方向移動台８との間にはバネ１１が介挿されるとともに、Ｙ軸方向移動台８を挟んでバネ固定片１０と反対側には、バネ１１の伸長による付勢力でＹ軸方向移動台８が移動する押圧力を受けるように、Ｙ軸方向圧力センサ１２がＺ軸方向移動台６上に固定されている。これにより、Ｙ軸方向移動台８に対してＹ軸方向の力が加わった場合、その力はＹ軸方向圧力センサ１２によって検出される。
【００１６】
Ｙ軸方向移動台８上には、Ｘ軸方向移動台１３が一対のリニアガイド１４によりＸ軸方向にスライド移動自在（図３中の矢印Ｍｘ参照）に設けられている。また、Ｙ軸方向移動台８上に立設されたバネ固定片１５とＸ軸方向移動台１３との間にはバネ１６が介挿されるとともに、Ｘ軸方向移動台１３を挟んでバネ固定片１５と反対側には、バネ１６の伸長による付勢力でＸ軸方向移動台１３が移動する押圧力を受けるように、Ｘ軸方向圧力センサ１７がＹ軸方向移動台８上に固定されている。これにより、Ｘ軸方向移動台１３に対しＸ軸方向の力が加わった場合、その力はＸ軸方向圧力センサ１７によって検出される。
【００１７】
Ｘ軸方向移動台１３上には、本発明における接触部としての円柱状の測定サンプラ１８が固定されている。測定サンプラ１８はその上面が被検体Ｂに対する接触面であって、被検体Ｂに対して光を照射するとともに拡散反射光を受光するために、照射側光ファイバ２１と受光側光ファイバ３１の端面が接触面に略面一に揃うように構成されている。具体的には、例えば、本出願人が特願２０００−３２８１４４号で提案しているような装置を用いることができる。なお、照射側光ファイバ２１及び受光側光ファイバ３１は、Ｘ軸方向移動台１３、Ｙ軸方向移動台８及びＺ軸方向移動台６の移動動作を妨げることがないようにベース１の下面から外部へ引き出されている。
【００１８】
本実施例の生体計測装置では、上記構成によって、測定サンプラ１８の上面つまり接触面を介してＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に加わった力は、それぞれＸ軸方向圧力センサ１７、Ｙ軸方向圧力センサ１２及びＺ軸方向圧力センサ７により検出される。すなわち、空間内でいずれの方向に作用する力も３個の圧力センサ１７、１２、７により検出される。
【００１９】
図２及び図４に示すように、照射側光ファイバ２１の入射端には発光側装置２０が、受光側光ファイバ３１の出射端には受光側装置３０が接続されている。発光側装置２０は光源２２と分光器２３とを含み、特定波長の単色光を照射側光ファイバ２１へと送り込む。一方、受光側装置３０は光検出器３２、吸光度算出部３３、生体情報算出部３４を含む。なお、光源２２、分光器２３、光検出器３２、及び吸光度算出部３３は実質的に赤外分光光度計である。
【００２０】
図４において、光源２２から発した光は分光器２３に導入され、そこで特定波長を有する単色光が取り出され、照射側光ファイバ２１を通して測定サンプラ１８から被検体Ｂに向けて照射される。分光器２３は例えば1.4〜1.8μｍの範囲で波長走査を行うものとする。この程度の波長範囲では、光は0.4〜1.2ｍｍ位の深さだけ被検体Ｂの内部に入り込み、その内部組織を通過する途中で拡散反射した光が被検体Ｂから出射する。この拡散反射光の一部は測定サンプラ１８において受光側光ファイバ３１の入射端面に入射し、該光ファイバ３１を通って光検出器３２に導入される。光検出器３２は受光強度に応じた電気信号を出力し、吸光度算出部３３はその信号に基づいて吸光度を求め、波長と吸光度との関係を示す吸光スペクトルを作成する。生体情報算出部３４はその吸光スペクトルに基づいて多変量解析演算処理などを実行し、所望の生体情報を算出する。生体情報として例えば血液中のグルコース濃度などを得ることができるが、そのほかの生体情報であってもよい。
【００２１】
上記のような測定に際し、生体である被検体Ｂは生体保持アーム３の上面に載置される。生体保持アーム３と測定サンプラ１８とが適当な位置（高さ）関係にあると、図２に示すように、被検体Ｂの下表面が測定サンプラ１８の上端面に接触して適度な圧力で押し付けられる。その状態で上述したように下から光が照射されると、その光は被検体Ｂ内部に浸透し、その内部組織で拡散反射した光が測定サンプラ１８へと戻る。こうした１回の測定中或いは複数回の繰り返し測定の途中で被検体Ｂが動いてしまうと、測定サンプラ１８に対する被検体Ｂの接触圧が変化し、それに伴って被検体Ｂの表面での反射光量や被検体Ｂ内部での散乱係数などが変動する。このような変動は本来の生体情報の値とは無関係な誤差である。そこで、本実施例の生体計測装置では、３個の圧力センサ１７、１２、７と、これら圧力センサ１７、１２、７による検出圧を読み込む制御部４０と、３軸移動ステージ２とが次のように機能する。
【００２２】
すなわち、少なくとも被検体Ｂに対して測定を行っている期間中、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向の押圧力を検出するための３個の圧力センサ１７、７による検出圧は制御部４０へと入力される。測定サンプラ１８に対する被検体Ｂの押圧力が全く変化しない場合には、これら圧力センサ１７、１２、７による検出圧は一定であるが、被検体Ｂに動きがあると、その動きの大きさと方向によって検出圧が変化する。そこで、制御部４０は、読み込んだ３個の検出圧をそれぞれ所定の目標値と比較し、両者の差分がゼロになるような制御信号を算出する。
【００２３】
具体的に言うと、例えば３軸移動ステージ２は３軸方向にそれぞれ独立したパルスモータを内蔵しており、制御部４０は制御信号として各パルスモータを駆動するためのパルス数を算出する。そして、このパルス数に対応した数のパルス信号を各モータへと送出する。例えば、Ｚ軸方向圧力センサ７による検出圧が目標値より下がった場合には、被検体Ｂの押圧力を増加させるために、生体保持アーム３をＺ軸上で所定距離だけ下降させるべく３軸移動ステージ２を制御する。これにより、測定サンプラ１８に対する被検体Ｂからの押圧力が強まる。逆にＺ軸方向圧力センサ７による検出圧が目標値を越えた場合には、被検体Ｂの押圧力を減少させるために、生体保持アーム３をＺ軸上で所定距離だけ上昇させるべく３軸移動ステージ２を制御する。これにより、測定サンプラ１８に対する被検体Ｂからの押圧力が弱まる。
【００２４】
また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向においても同様に、それぞれの検出圧が目標値になるように生体保持アーム３をＸ軸上、Ｙ軸上で所定距離だけ移動させるべく３軸移動ステージ２を制御する。３個の圧力センサ１７、１２、７により測定サンプラ１８に掛かる３軸方向の力をそれぞれ検出しているとともに、３軸移動ステージにより生体保持アーム３は空間内のいずれの方向にも移動が可能となっているから、被検体Ｂの如何なる動きに対しても追従して接触圧をほぼ一定に維持することができる。また、同一の又は異なる被検体Ｂを測定する際に常に同一の接触圧を再現して測定を行うことができる。
【００２５】
なお、上記実施例は本発明の単に一例に過ぎず、本願の特許請求の範囲に記載の趣旨の範囲で、様々な形態や構成に変形・修正できることは明白である。例えば、被検体Ｂを支持する生体保持アーム３を移動させる代わりに、測定サンプラ１８自体を移動させる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による生体計測装置における計測部の上面図。
【図２】図１の計測部の側面一部破断面図。
【図３】図１の計測部の動作説明図。
【図４】本実施例による生体計測装置の電気系ブロック構成図。
【符号の説明】
１…ベース
２…３軸移動ステージ
３…生体保持アーム
４…軸固定片
５…軸体
６…Ｚ軸方向移動台
６ａ…突片
７…Ｚ軸方向圧力センサ
８…Ｙ軸方向移動台
９、１４…リニアガイド
１０、１５…バネ固定片
１１、１６…バネ
１２…Ｙ軸方向圧力センサ
１３…Ｘ軸方向移動台
１７…Ｘ軸方向圧力センサ
１８…測定サンプラ
２０…発光側装置
２１…照射側光ファイバ
２２…光源
２３…分光器
３０…受光側装置
３１…受光側光ファイバ
３２…光検出器
３３…吸光度算出部
３４…生体情報算出部
４０…制御部
Ｂ…被検体

Claims

a)生体の表面に接触する接触部を含み、該接触部を介して前記生体内部の情報を計測する生体情報取得手段と、b)前記接触部に対する前記生体からの互いに略直交する３軸方向の圧力を検出する圧力検出手段と、c)該圧力検出手段による検出圧に応じて、前記接触部及び／又は前記生体を前記３軸方向に移動させる移動手段と、
を備えたことを特徴とする無侵襲生体計測装置。
前記生体情報取得手段は光学的に生体内部の情報を計測する手段であって、前記接触部は生体に向けて光を出射するとともに該生体からの光を受光するための光ファイバの集合体を備えることを特徴とする請求項１に記載の無侵襲生体計測装置。