JP3906186B2

JP3906186B2 - 生体情報計測装置及び被検体から生体情報を計測する方法

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Publication number: JP3906186B2
Application number: JP2003185412A
Authority: JP
Inventors: 和弘逸見; 省一金山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: JP2005013597A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、健康管理或いは疾病の治療等のために、生体情報を光音響分光学的に測定して分析する生体情報計測装置及びその被検体から生体情報を計測する方法に係り、特に、光を照射して生化学情報或いは物性情報等を非侵襲的に測定して正確な被検体の組織性状を分析する非侵襲生体情報計測装置及びその被検体から生体情報を計測する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検体内に存在する物質の成分或いは濃度を測定するための代表的な生体情報計測装置として、血液中若しくは体液中のグルコース濃度（血糖値）を測定する血糖計が従来から知られている。現在、広く用いられている血糖計は、被検体の指や腕等の部位の一部に針を刺して採取した少量の血液サンプルを利用するもので、この採取した血液中のグルコースを化学反応させてその濃度を測定している。最も一般的なグルコース濃度の計測法としては、酵素電極を用いた方法がある。グルコース検知に使われる酵素は、グルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）と呼ばれる酵素で、これを高分子膜などに固定化し、被検体物質中のグルコースがＧＯＤ固定化膜に接触することによって酸素が消費され、この酸素の変化を捕らえることでグルコース濃度を定量している。このような採血式の血糖計は、携帯可能な大きさであり、糖尿病患者の血糖値の管理に利用されている。
【０００３】
このような従来の測定方法では、採血のために指や腕などの一部に針を刺す必要があり、被検者の皮膚を損傷するとともに被検者にとって苦痛を伴う検査方法となっている。この検査方法では、糖尿病患者の血糖値を厳密に管理するためには一日に５、６回以上の測定が望ましいにもかかわらず、苦痛を伴う検査方法であることから、現状では一日に２、３回程度の測定回数に留まっている。被検者の皮膚損傷及び苦痛を軽減する目的で、微小な針やレーザを用いて痛みを伴わない程度の微小な穴を皮膚表面に開け微量の細胞間質液を採取して測定する方法、或いは、皮膚表面に電圧や超音波を印加して皮膚の浸出透過性を良くし細胞間質液等の浸出液を抽出して測定する方法等が研究されているが、実用に供するには至っていない。
一方、採血や細胞間質液の抽出を必要としない非侵襲のグルコース測定法として、特許文献１、或いは、特許文献２３に開示されているような近赤外光を利用した方法がある。ここで、波長帯域が３８０〜７７０ｎｍ程度の電磁波を可視光、７７０〜１，５００ｎｍ程度の電磁波を近赤外光、１，５００〜３，０００ｎｍ程度の電磁を中赤外光、及び３，０００〜２５，０００ｎｍ程度の電磁を遠赤外光としている。
【０００４】
この特許文献１或いは特許文献２では、被検体の皮膚表面等に異なる複数の波長の近赤外光を照射し、それらの検出信号を基準信号と測定信号とに分け、これらの値を演算処理することによりグルコース濃度を測定している。この方法においては、近赤外光の光源としては、タングステン・ハロゲンランプ等の白色光源から発せられる光を干渉フィルタ等の分光手段で所定の波長に分光する方法、或いは、単色光もしくはそれに近い半導体レーザ（ＬＤ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）が光源として用いられている。また、被検体を透過、拡散した近赤外光の検出器としては、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子が用いられている。
【０００５】
他の非侵襲のグルコース測定法としては、近赤外光等の光を被検体に照射し、被検体内のグルコースが前記照射光のエネルギーを吸収することによって生じる音響信号を検出する方法及び装置が特許文献３、特許文献４及び特許文献５に開示されている。
【０００６】
上述した方法以外にも、被検体のコレステロール、中性脂肪、ヘモグロビン、ビリルビン、酸素量等を非侵襲的に計測する方法や装置が種々開発されている。
【０００７】
そして、上記何れの非侵襲グルコース測定法においても、測定部位は、同一であることが望ましいとされている。しかしながら、現状では特許文献５に開示されるように、指を置く溝を装置に形成すること等により、測定部位を固定する方法が提案されているにすぎない。
【０００８】
【特許文献１】
特公平３−４７０９９号公報
【０００９】
【特許文献２】
特公平５−５８７３５号公報
【００１０】
【特許文献３】
米国特許第５，３４８，００２号
【００１１】
【特許文献４】
特開平１０−１８９公報
【００１２】
【特許文献５】
特開平１１−２３５３３１公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１或いは特許文献２に開示されたような近赤外光、更には可視光を用いた生体物質の非侵襲分光分析は、近年注目されている方法であり、中遠赤外光を用いた分光分析と比較して生体の構成要素として大部分を占める水の吸収が小さいために、水溶液系の分析が可能であり、生体を透過する能力が高いという長所を有する。その反面、分子振動に帰属する信号が中赤外光領域と比較すると１００分の１程度と小さく、信号の帰属が特定しにくいという短所を有している。即ち、近赤外領域において目的とする生体物質の信号を検知する場合、目的とする生体物質の濃度変化に対応する信号が非常に小さく、またその信号の帰属が明瞭でない場合が多いという問題がある。
【００１４】
また、特許文献３、特許文献４及び特許文献５に開示されている光音響分光技術では、一般的に音響信号の検出にマイクロフォン或いはジルコン−チタン酸鉛系セラミックス（ＰＺＴ）等の圧電振動子が用いられている。しかしながら、被検体に損傷を与えないレベルの入射エネルギーによってグルコース等の物質より生じる音響信号は、非常に微弱であり、繰り返し測定による加算平均化等の処理を施しても、なお被検体内のグルコース濃度等の測定に十分な信号検出能が得られないという問題がある。
【００１５】
更に、特許文献５に開示されるように、指を置く溝を装置に形成すること等により、測定部位を固定する方法は、測定部位が限定されてしまい所望の測定部位が選択できない問題がある。また、被検者に対しての拘束も大きく、再現性良く同一部位で測定を行うためには、被検者に対する十分な注意が必要であるとされている。
【００１６】
この発明は、被検体の生化学情報或いは物性情報等を非侵襲的に迅速且つ精度良く計測して正確な被検体の組織性状を分析することができる生体情報計測装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、
単色光を発生する光源と、
被検体の測定部位に接触されるべきインターフェース部であって、前記光源からの光を被検体の測定部位に照射する光照射部、前記被検体の測定部位への前記単色光の照射に基づいて前記被検体内において生じる音響信号、或いは、照射した前記単色光の吸光度を検出した検出信号を発生する検出器、前記被検体の測定部位と当該インターフェース部との間の接触圧力を検出して圧力信号を出力する接触圧力検出部及び前記圧力信号に基づいて前記接触圧力を所定範囲内の圧力に制御する圧力制御用アクチュエータを備える当該インターフェース部と、
前記検出信号を処理して前記被検体の測定部位に関する生体情報を出力する処理部と、
前記被検体の測定部位の第１計測時及びその後の第２計測時に、前記被検体の測定部位における生体特徴及び位置を夫々第１計測情報及び第２計測情報として計測し、出力する計測部と、
前記第１計測情報を記憶する記憶部と、
前記被検体と前記検出部とを相対的に移動させて前記第１計測情報と前記第２計測情報とを実質的に合致させる位置合せ機構と、
を具備することを特徴とする生体情報計測装置が提供される。
【００１８】
また、この発明によれば、
単色光を発生する光源と、
被検体の測定部位に接触されるべきインターフェース部であって、前記光源からの光を被検体の測定部位に照射する光照射部、前記被検体の測定部位への前記単色光の照射に基づいて前記被検体内において生じる音響信号、或いは、照射した前記単色光の吸光度を検出した検出信号を発生する検出器及び前記被検体の測定部位の温度を所定の温度に制御する温度制御部を備えるインターフェースと、
前記検出信号を処理して前記被検体に関する生体情報を出力する処理部と、
前記被検体の測定部位の第１計測時及びその後の第２計測時に、前記被検体の測定部位における生体特徴及び位置を夫々第１計測情報及び第２計測情報として計測し、出力する計測部と、
前記第１計測情報を記憶する記憶部と、
前記被検体と前記検出部とを相対的に移動させて前記第１計測情報と前記第２計測情報とを実質的に合致させる位置合せ機構と、
を具備することを特徴とする生体情報計測装置が提供される。
更に、この発明によれば、
単色光を発生する光源と、
被検体の測定部位に接触されるべきインターフェース部であって、前記光源からの光を被検体の測定部位に照射する光照射部、前記被検体の測定部位への前記単色光の照射に基づいて前記被検体内において生じる音響信号、或いは、照射した前記単色光の吸光度を検出した検出信号を発生する検出器、前記被検体の測定部位と当該インターフェース部との間の接触圧力を検出して圧力信号を出力する接触圧力検出部、前記圧力信号に基づいて前記接触圧力を所定範囲内の圧力に制御する圧力制御用アクチュエータ及び前記被検体の測定部位の温度を所定の温度に制御する温度制御部当該を備えるインターフェース部と、
前記検出信号を処理して前記被検体に関する生体情報を出力する処理部と、
前記被検体の測定部位の第１計測時及びその後の第２計測時に、前記被検体の測定部位における生体特徴及び位置を夫々第１計測情報及び第２計測情報として計測し、出力する計測部と、
前記第１計測情報を記憶する記憶部と、
前記被検体と前記検出部とを相対的に移動させて前記第１計測情報と前記第２計測情報とを実質的に合致させる位置合せ機構と、
を具備することを特徴とする生体情報計測装置が提供される。
【００１９】
ここで、生体情報は、被検体の血液及び細胞液等の体液或いは被検体の生体組織に含まれる物質成分の濃度、例えば、体液中或いは生体組織に含まれる水、グルコース、コレステロール、中性脂肪、ヘモグロビン、ビリルビン、コラーゲン等の物質濃度、酸素や二酸化炭素等のガス濃度及びアルコールや薬物等の濃度に関する物性情報並びに生体組織の変性、例えば、火傷、皮膚癌或いは乳癌等の腫瘍、アトピー性皮膚炎、動脈硬化等に代表される生体組織の変性に関する生化学情報を含むものとする。また、光は、可視光、近赤外光、若しくは、中間赤外光等を含み、分析は、組織性状の定性分析に限らず、定量分析を含むものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態に係る生体情報計測装置を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる生体情報計測装置の構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示されたインタフェース部の詳細な構成を示すブロック図である。
図１に示されるように生体情報計測装置は、所望の波長を有する一つの単色光若しくは複数の単色光或いはそれに近い光を発生する光源部５を備えている。この明細書において、単色光或いはそれに近い光は、実質的な単色光と定義し、単に光と記載した場合には、この実質的な単色光を意味するものとする。
【００２１】
この光源部５から放射された光、即ち、光線或いは光ビームは、光ファイバ等によりインタフェース部８に設けられた光照射部１３へ導かれる。また、光源部５では、光照射部１３に導かれる各実質的な単色光の放射強度に比例した電気的な参照光信号が発生され、この参照光信号が信号処理部６に供給される。
【００２２】
照射部１３に導かれた光は、照射部１３から被検体１０の所望の部位へ照射される。この光の照射により被検体内では、被検体内において所望の物質が前記照射光のエネルギーを吸収することによって音響波が発生され、この音響波は、インタフェース部８に設けられた音響信号検出部１４で検出されて電気的な検出信号に変換される。この検出信号は、前記被検体表面や被検体内に存在する物質の成分や濃度、或いは被検体の組織性状に関する生化学情報や物性情報等の情報を含み、信号処理部６において、検出信号を処理することによってこのような生体情報が収集され、或いは、抽出され、生体情報が信号処理部６から出力される。尚、音響信号検出部１４は、圧電単結晶、圧電セラミクス、或いは、高分子圧電体等の圧電素子により構成される。
【００２３】
インタフェース部８は、光照射部１３及び音響信号検出部１４に加えて被検体１０がインタフェース部８に接触している接触圧力を検出する接触圧力検出部１１、被検体の測定部位の温度を制御する温度制御部１２及び被検体１０とインタフェース部８との接触圧力Ｐａを制御する圧力制御用アクチュエータ１５を備えている。温度制御部１２は、前記被検体１０の所望の測定部位近傍に配置され、測定部位の温度を制御する温度制御素子を含んでいる。この温度制御素子としてはペルチェ素子のような印加電流や印加電圧を可変することにより温度制御可能な熱電変換デバイスを用いることができる。例えば、ペルチェ素子により測定部位の温度を所望の温度、例えば、２０℃〜４０℃の範囲で略一定の温度に制御することができる。インタフェース部８における光音響計測は、測定温度条件に影響を受けるので、このような温度制御部１２を設けることにより被検体１０の測定部位の測定温度条件を一定に保つことができ、測定精度を向上させることができる。また、被検体１０の測定部位とインタフェース部８の接触圧力も光音響計測に影響を与えることから、前記被検体１０の測定部位とインタフェース部８の接触圧力を検出する接触圧力検出部１１が設けられ、圧力制御用アクチュエータ１５が接触圧力検出部１１からの接触圧力検出信号に基づいて被検体１０の測定部位とインタフェース部８の接触圧力Ｐａを所望の条件になるように制御している。
【００２４】
尚、インタフェース部８に接触する物体（被検体１０）がない場合には、制御部３において前記照射部１３から当該装置外部に照射光を放射しないよう制御する機構を設けることにより、照射光による生体の眼球損傷等の危険を回避する安全対策を図ることが可能となる。
前記接触圧力検出部１１は、例えば、圧力や電気抵抗の変化から測定部位の接触圧力を検知する素子を用いることができる。また、圧力制御用アクチュエータ１５には、電磁アクチュエータや圧電アクチュエータ等を利用して被検体１０の測定部位とインタフェース部８の接触圧力を所定範囲に維持することができる。
【００２５】
前記インタフェース部８中の音響信号検出部１４で検出された音響信号は、信号処理部６において所望の信号処理が行われ、その処理結果は、データ記憶部４に保存されると共に、必要に応じて表示部１に所望の情報が表示される。
【００２６】
表示部１の情報表示方法は、画面への表示などによる視覚情報伝達手段の他にも、音声などによる聴覚情報伝達手段、或いは、振動などによる触覚情報伝達手段などを用いることもできる。更には、それら複数の手段を併用することも可能である。
【００２７】
生体情報計測装置は、操作部２に設けられたキーボード、マウス、ボタン、タッチキーパネル、音声など当該装置の使用者に適した所望の操作機器が用いられる。制御部３は、当該装置の使用者が操作する操作部２からの操作指示信号や接触圧力検出部１１の出力信号等に基づき、表示部１、データ記憶部４、信号処理部６、光源部５、温度制御部１２などの当該装置の動作を制御する。
光源部５において使用する単色光或いはそれに近い光を発生させる光源としては、半導体レーザ（ＬＤ）或いは発光ダイオード（ＬＥＤ）等の小型の発光素子が望ましく、所望の波長で発光するそれらの素子を一つ若しくは複数使用することができる。例えば、被検体内のグルコース濃度を測定する場合には、波長が４００〜２，５００ｎｍの範囲内にある複数の光が被検体１０に照射される。このような光を発生するＬＤやＬＥＤとしては、発光波長が５５０〜６５０ｎｍ程度ではＩｎＧａＡｌＰ、発光波長が６５０〜９００ｎｍ程度ではＧａＡｌＡｓ、発光波長が９００〜２，３００ｎｍ程度ではＩｎＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰなどの材料を用いたＬＤやＬＥＤを使用することができる。また、最近では、波長が５５０ｎｍ以下で発光するＩｎＧａＮを用いた発光素子も使用可能になりつつある。
【００２８】
光照射部１３より被検体１０に照射する光、即ち、光ビームの大きさとしては、例えば、直径０．４ｍｍ程度のほぼ均一な光強度分布を有する円形状のビームを用いられる。また、照射する光強度は、被検体の生体組織に損傷を与えない程度とし、例えばレーザ光を用いる場合にはＪＩＳＣ６８０２「レーザ製品の放射安全基準」に規定されている最大許容露光量（ＭＰＥ）以下の強度とする。
【００２９】
生体特徴計測部７は、指紋、掌紋、耳朶等の生体の特定部位の生体特徴を計測する装置であって、撮像素子や生体の凹凸情報を電気インピーダンスや静電容量等電気的な量の変化として計測するデバイスにより構成される。例えば、人間の指紋の凹凸を静電容量の違いとして検出する方式のセンサを用いた場合は、マトリクス若しくはアレイ電極に指を接触あるいは近接させたときの指表面と電極間の静電容量を順次読み取り、静電容量の大きさは指表面と電極間の距離に反比例し、指が電極に直接接触した導通状態のときは静電容量無限大と見なせるので、指紋画像の計測ができる。
【００３０】
インタフェース部８には、被検体１０の部位をインタフェース部８の所定位置に合せるために位置制御用アクチュエータ９が設置され、アクチュエータ９は、被検体１０を微動させてその部位を所定位置に移動させている。このアクチュエータとしては、一般的なモータやステッピングモータ、圧電アクチュエータ等のうち比較的ストロークの大きなものが望ましい。
【００３１】
図３は、図１に示される生体情報計測装置の具体的構造の一例を示す側面図であり、図４は、図３のＡ-Ａ’線に沿った概略的断面図である。以下の実施の形態では、生体特徴として二次元の指紋画像を参照する例について説明する。即ち、生体的特徴を計測する生体特徴計測部７は、指紋センサであり、被検体１０は、指であるとする。
【００３２】
基台８は、図４に示すように指の高さ方向の位置を特定しやすいように、指が入れられるＶ溝を有するＶブロック構造を有している。この基台８には、光照射部１３と音響信号検出部１４が図４に示すような位置に設置されている。
【００３３】
生体特徴計測部７の中心と光照射部１３及び音響信号検出部１４との中心は、図３に示すように、指の長掌方向に沿った距離ｄ１の間隔を隔てて配置されている。初回の測定では、指を基台８に置き、指紋画像２０と指紋画像２０から距離ｄ１だけ離れた部位において光音響波が計測される。２回目以降の測定では、まず、指を基台８に置いたときに指紋画像２１が測定される。次に、図５に示すように初回に測定した指紋画像２０と今回測定した指紋画像２１の位置変化Δｙが計算される。この計算は、例えば、今回測定した指紋画像２１の位置を距離ｙ’変化させて指紋画像の重なり度が求められ、最も良く一致する距離ｙ’が距離Δｙとなる。次に、位置制御用アクチュエータ９を用いて基台８が距離Δｙだけ移動されて光音響波が計測される。このように測定位置を一定とすることで毎回同一部位で正確に再現性良く光音響波を計測することができる。尚、Ｖブロック構造の基台８を用いる場合には、指の長掌方向に対して直交する方向に沿った指紋画像２１の位置（ｘ）は、略一定とみなすことができ、特に位置制御用アクチュエータ９によってその指の位置を調整しなくとも良い。指紋画像の重なりに関してｘ方向に関して一致が求められる場合には、基台８のＶブロック構造を定める斜面が個別に移動されても良い。
【００３４】
上述した実施の形態では、Ｖブロック構造を用いＺ方向及び指の回転θ方向の位置をある程度定められるようにしてＸ、Ｙ方向で位置合せを行っているが、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に対して位置合せを行うもしくは、Ｙ方向とθ方向について位置合せを行うことも同様の手法で可能である。
【００３５】
本発明は、上記以外にも種々変形して実施可能であり、例えば、音響信号検出部１４の近傍にフォトダイオード等の光検出器を配置する事により、照射光が被検体１０の表面や内部で散乱や反射して戻ってくる光信号を音響信号と同時に計測し、音響信号と共にその光信号の情報を被検体の組織性状の定量分析あるいは定性分析に用いることもできる。
【００３６】
図６及び図７を参照して図１から図５に示した生体情報計測装置における光音響計測法の手順について説明する。ここで、図６は、上述した初回の測定手順を示し、また、図７は、２回目以降の測定手順を示している。また、図６及び図７の手順では、指紋画像で測定位置を特定している。
【００３７】
初回の計測がステップＳ１０に示すように開始されると、ステップＳ１１に示すように初めに指が基台８上に載置されて基準画像としての指紋画像２０が生体特徴計測部７において読み込まれる。この読み込まれた画像２０が基準位置とされてこの基準位置の座標（ｘ、ｙ）がステップＳ１２に示すように計算によって求められる。ここで、既に説明したように基準位置の座標（ｘ、ｙ）は、光照射部１３及び音響信号検出部１４の中心から生体特徴計測部７の中心までの距離に相当し、指の長手方向に沿った距離ｙ１のみが測定され、指の長手方向に直交する距離ｘは、測定されなくとも良い。この指紋画像の基準位置の座標（ｘ、ｙ）は、一時的にメモリ（図示せず）に記憶され、後に説明するステップＳ２２に示すようにハードディスク等のデータ記憶部４に指紋画像２０と共に基準位置情報として記憶される。
【００３８】
次に、ステップＳ１３に示すように温度制御部１２において、指の温度が計測される。この測定された温度が所定温度ＴであるかがステップＳ１４において確認される。測定温度が所定温度Ｔでなければ、ステップＳ１５に示すように指の温度が所定温度Ｔとなるように温度制御部１２の温度制御素子、例えば、ペルチェ素子が制御される。指の温度が所定温度Ｔである場合には、ステップＳ１６に示すように台座８に載せられた指の接触圧力が接触圧力検出部１１において検出される。この指の接触圧力が所定圧力であるかがステップＳ１７で判断され、接触圧力が所定圧力でない場合には、ステップＳ１８において、指に所定圧力が与えられるまで接触圧力制御用アクチュエータ１５が作動される。
【００３９】
ステップＳ１７において、指に所定圧力が与えられている場合には、光照射部１３から被検体としての指に光が照射されてその内の組織で音響信号が発生される。この音響信号は、ステップＳ２０に示すように音響信号検出部１４において検出される。
【００４０】
ステップＳ２１に示すように音響信号検出部１４からの音響信号がメモリに記憶され、その後、指紋画像２０及び指紋画像２０の基準位置（ｘ、ｙ）とともに音響信号がデータ記憶部４にステップＳ２２に示すように初回の測定データとして記憶される。この記憶された音響信号のデータは、信号処理部６において、参照光信号に基づいて補正されて生体情報のデータに変換され、その生体情報データは、再びデータ記憶部４に記憶されると共に制御部３によって表示部１に表示される。このデータの処理の後において、ステップＳ２３に示すように一連の処理が終了される。
【００４１】
ステップ１３〜１７において、初回の測定時において測定温度及び測定圧力が所定温度及び所定圧力であるか否かを確認しているが、測定した温度及び圧力が通常の検査動作に支障がない範囲（所定温度範囲及び所定圧力範囲）であれば、所定温度及び圧力に制御されずに、その温度・圧力が記憶部に記憶され、その温度及び圧力が所定温度及び所定圧力として次の測定の基準としても良い。
【００４２】
初回の計測処理がされた後において、初回以降、例えば、２回目の計測処理においては、図７に示す一連の処理（ステップＳ３１〜Ｓ４６）が実行される。即ち、ステップＳ３１に示すように処理が開始されると、ステップＳ３２に示すように被検体１０としての指紋画像２１が生体特徴計測部７において読み取られる。初回に読み込まれた指紋画像２０は、データ記憶部４からステップＳ３４に示すようにメモリ上に参照画像として移され、ステップＳ３３において、この読み込まれた指紋画像２０と参照画像としての指紋画像２１が図５に示すように比較される。この比較によって、読み込まれた指紋画像２０と参照画像としての指紋画像２１とが実質的に一致するに必要とされる変化量としての距離Δｙが求められ、ステップＳ３５に示すようにその距離Δｙだけ位置制御用アクチュエータ９が作動して指１０が移動される。この移動によって初回の指１０の測定部位と初回以降の測定部位が実質的に一致される。
【００４３】
その後、ステップＳ３６に示すように温度制御部１２において、指の温度が計測され、この測定された温度が所定温度ＴであるかがステップＳ３７において確認される。測定温度が所定温度Ｔでなければ、ステップＳ３８に示すように指の温度が所定温度Ｔとなるように温度制御部１２の温度制御素子、例えば、ペルチェ素子が制御される。指の温度が所定温度Ｔである場合には、ステップＳ３９に示すように台座８に載せられた指の接触圧力が接触圧力検出部１１において検出される。この指の接触圧力が所定圧力であるかがステップＳ４０で判断され、接触圧力が所定圧力でない場合には、ステップＳ４１において、指に所定圧力が与えられるまで接触圧力制御用アクチュエータ１５が作動される。
【００４４】
ステップＳ４０において、指に所定圧力が与えられている場合には、光照射部１３から被検体としての指に光が照射されてその内の組織で音響信号が発生される。この音響信号は、ステップＳ４３に示すように音響信号検出部１４において検出される。
【００４５】
ステップＳ４４に示すように音響信号検出部１４からの音響信号がメモリに記憶され、音響信号がデータ記憶部４にステップＳ４５に示すように初回以降の測定データとして記憶される。この記憶された音響信号のデータは、信号処理部６において、参照光信号に基づいて補正されて生体情報のデータに変換され、その生体情報データは、再びデータ記憶部４に記憶されると共に制御部３によって表示部１に表示される。このデータの処理の後において、ステップＳ４６に示すように一連の処理が終了される。
【００４６】
尚、被検体１０の測定部位を変更する際には、その測定部位に関して初回であれば、図６に示す初回の処理が実行され、その後、その測定部位に関して次回であれば、次回の処理が実行される。
【００４７】
以上のように、常に測定位置を一定とすることで毎回同一部位で正確に再現性良く光音響波を計測することができ、正確に被検体の組織性状を分析することができる。
【００４８】
上述した実施の形態においては、被検体１０として指が測定対象とされているが、耳朶３０が測定対象とされ、耳朶３０の生体的特徴が計測されて毎回同一部位で正確に再現性良く光音響波を計測する生体情報計測装置の実施の形態について図８から図１０を参照して説明する。
【００４９】
図８に示されるように生体情報計測装置は、耳朶３０の生体的特徴を検出する為に耳の画像を撮影する固定カメラ３１を図１に示す生体特徴計測部７として備えている。図９に示されるようにインタフェース部８は、制御部３２によって制御される位置制御用アーム３３によってその位置が移動されて図８に示されるように光照射部１３と音響信号検出部１４とが耳朶３０を介して互いに対向されるよう耳朶３０の近傍に配置される。
【００５０】
図８及び図９に示される生体情報計測装置においては、初めに図６に示したと同様に指紋画像に代えて耳の画像が生体特徴計測部７としての固定カメラ３１によって撮影され、読み込まれる。この読み込まれた画像の位置が基準位置とされてこの基準位置の座標（ｘ，ｙ，ｚ）が計算によって求められる。ここで、基準位置の座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、光照射部１３及び音響信号検出部１４の中心から固定カメラ３１の中心軸までの距離に相当し、人体頭部の軸方向に沿った距離ｙ及びこの頭部軸に直交し、耳朶３０が配置される面内に沿った距離ｘ並びにこのｘｙ平面に対する固定カメラ３１までの距離ｚで表され、位置制御用アーム３３は、光照射部１３と音響信号検出部１４との間に耳朶３０が配置された後において、光照射部１３と音響信号検出部１４とを座標面内（ｘ−ｙ面内及びｙ−ｚ面内）において移動することができるものとする。また、耳画像の基準位置の座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、耳画像と共に一時的にメモリ（図示せず）に記憶され、ハードディスク等のデータ記憶部４に耳画像２０と共に記憶される。
【００５１】
次に、図６のステップＳ１３に示すようにインタフェース部８に設けた温度制御部１２によって、耳朶３０の温度が計測される。この測定された温度が所定温度ＴであるかがステップＳ１４において確認される。測定温度が所定温度Ｔでなければ、ステップＳ１５に示すように耳朶３０の温度が所定温度Ｔとなるように温度制御部１２の温度制御素子が制御される。耳朶３０の温度が所定温度Ｔである場合には、インタフェース部８内に配置された耳朶の接触圧力が接触圧力検出部１１によって検出される。この耳朶３０の接触圧力が所定圧力であるかがで判断され、接触圧力が所定圧力でない場合には、耳朶３０に所定圧力が与えられるまでインタフェース部８に設けた接触圧力制御用アクチュエータ１５が作動される。
【００５２】
耳朶３０に所定圧力が与えられている場合には、光照射部１３から被検体としての耳朶３０に光が照射されてその内の組織で音響信号が発生される。この音響信号は、図５のステップＳ２０に示すように音響信号検出部１４において検出される。
【００５３】
図６のステップＳ２１に示すと同様に音響信号検出部１４からの音響信号がメモリに記憶され、その後、耳画像２０及び耳画像の基準位置（ｘ、ｙ）とともに音響信号がデータ記憶部４に初回の測定データとして記憶される。この記憶された音響信号のデータは、信号処理部６において、参照光信号に基づいて補正されて生体情報のデータに変換され、その生体情報データは、再びデータ記憶部４に記憶されると共に制御部３によって表示部１に表示される。
【００５４】
初回の計測処理がされた後において、初回以降、例えば、２回目の計測処理においては、図７に示すと同様の一連の処理（ステップＳ３１〜Ｓ４６）が実行される。即ち、処理が開始されると、被検体１０としての耳画像が生体特徴計測部７において読み取られる。初回に読み込まれた耳画像は、データ記憶部４からメモリ上に参照画像として移され、図１０に示すようにこの読み込まれた耳画像と参照画像としての耳画像が比較される。この比較によって、読み込まれた耳画像と参照画像としての耳画像とが実質的に一致するに必要とされる変化量としての距離Δｘ、距離Δｘ及び距離Δｙが求められ、その距離Δｘ、距離Δｘ及び距離Δｙだけ位置制御用アーム３３が作動してインタフェース部８が移動される。この移動によって初回の耳１０の測定部位と初回以降の測定部位が実質的に一致される。
【００５５】
その後、温度制御部１２において、耳朶３０の温度が計測され、この測定された温度が所定温度Ｔであるかが確認される。測定温度が所定温度Ｔでなければ、耳朶３０の温度が所定温度Ｔとなるように温度制御部１２の温度制御素子が制御される。耳朶３０の温度が所定温度Ｔである場合には、耳朶３０のインタフェース部８への接触圧力が接触圧力検出部１１において検出される。この耳朶３０の接触圧力が所定圧力であるかが判断され、接触圧力が所定圧力でない場合には、耳朶３０に所定圧力が与えられるまで接触圧力制御用アクチュエータ１５が作動される。
【００５６】
耳朶３０に所定圧力が与えられている場合には、光照射部１３から被検体としての耳朶３０に光が照射されてその内の組織で音響信号が発生される。この音響信号は、音響信号検出部１４において検出される。音響信号検出部１４からの音響信号がメモリに記憶され、音響信号がデータ記憶部４に初回以降の測定データとして記憶される。この記憶された音響信号のデータは、信号処理部６において、参照光信号に基づいて補正されて生体情報のデータに変換され、その生体情報データは、再びデータ記憶部４に記憶されると共に制御部３によって表示部１に表示される。
【００５７】
以上のように、常に耳の画像を利用して耳朶の測定位置を一定とすることで毎回同一部位で正確に再現性良く光音響波を計測することができ、正確に被検体としての耳朶の組織性状を分析することができる。
【００５８】
更に、被検体１０としての手４２或いは掌が測定対象とされ、掌の掌紋或いは掌の静脈パターンが生体的特徴として計測されて毎回同一部位で正確に再現性良く光音響波を計測することができる生体情報計測装置の実施の形態について図１１から図１２を参照して説明する。
【００５９】
図１１に示されるように生体情報計測装置は、掌の生体的特徴を検出する為に手４２或いは掌の画像を撮影する固定カメラ４１を図１に示す生体特徴計測部７として備えている。この固定カメラ４１は、掌の掌紋或いは掌の静脈パターンを撮影してその画像を既に説明したと同様に制御装置３を介してデータ記憶部４に記憶させている。掌の掌紋が撮影される場合には、図１１とは異なり掌が固定カメラ４１に向けられその掌の掌紋が撮影され、画像処理により掌の掌紋が抽出されてデータ記憶部４に記憶される。また、掌の静脈パターンが撮影される場合には、手４２の甲或いは掌が固定カメラ４２に向けられ、カメラ４２とは反対側から手４２が照明された掌の静脈パターンにコントラストが与えられて掌の静脈パターンが撮影され、この静脈パターン画像がデータ記憶部４に記憶される。
【００６０】
図１１に示されるようにインタフェース部８は、手４２の甲或いは掌が載せられる基台１６上に設けられ、制御部３２によって制御される位置合せ用のアクチュエータ９によってこの基台１６が掌の面（ｘ−ｙ面）に対して略平行に矢印４３で示されるように移動される。従って、基台１６に置かれた掌が初回或いは前回の位置と異なっても基台４２が移動されることによって掌は初回或いは前回の位置に配置させることができる。また、掌と基台４２、正確には、インタフェース部８との間の接触圧力は、測定の度毎に異なる虞があるが、インタフェース部８内の接触圧力検出部１１において検出され、基台４２をその位置に保ったまま、この検出圧力に応じて接触圧力制御用アクチュエータ１５が作動されてインタフェース部８が矢印４４で示すように上下動されて掌とインタフェース部８との間の接触圧力Ｐａが略一定に維持される。
【００６１】
図１１に示されるように掌が基台１６に接触される場合には、通常、掌の静脈パターンが撮影され、初回に撮影された掌の静脈パターンと初回以降撮影された静脈パターンとが図１２に示すように比較される。両者にｘ方向の差Δｘ、ｙ方向の差Δｙがある場合には、位置合せ用のアクチュエータ９が作動されて掌が初回の掌位置に合わされる。その後、初回以後の検査・測定が実行される。検査・測定に際しては、図１３に示すように掌に実質的な単色光、例えば、近赤外光１７が掌に照射され、掌を通過した近赤外光或いは掌内で拡散された近赤外光が光検出部１８で検出される。光検出部１８では、照射光の吸光度が実質的に検出され、この光検出部１８で検出された照射光の吸光度に依存する、即ち、光強度に依存した検出信号が光検出部１８から信号処理部に出力される。信号処理部６においては、検出信号が処理されて被検体表面或いは被検体内に存在する物質の成分や濃度、或いは被検体の組織性状に関する生化学情報又は物性情報等生体情報が分析される。
【００６２】
尚、図１３に示されるインタフェース部８には、検出部として光検出部１８が設けられているが、図２に示したと同様に光検出部１８に代えて音響信号検出部１４が設けられ、この音響信号検出部１４によって音響信号が検出されても良いことは、明らかである。
【００６３】
図１２及び図１３に示される生体情報計測装置は、図１及び図２に示される生体情報計測装置と略同様に動作されて生体情報が獲得される。従って、その詳細な動作は、図６及び図７の説明から明らかであることから、その説明を省略する。尚、図６及び図７における説明において、音響信号は、光検出器からの光検出信号と読替、指に代えて掌及び指紋に代えて掌紋或いは掌の静脈パターンと読み替えれば、容易にその動作は理解することができるものである。
【００６４】
以上のように、図１２及び図１３に示される生体情報計測装置によれば、被検体の生化学情報或いは物性情報等を非侵襲的に迅速且つ精度良く計測して正確な被検体の組織性状を分析することができる。
【００６５】
尚、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、図６及び図７に示す実施の形態では、温度制御の後に圧力制御を行っているがこれに限定されるものではなく、圧力制御の後に温度制御を行っても良い。
【００６６】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、少なくとも１つの波長の単色光あるいはそれに近い所望の光を被検体に照射し、被検体内において所望の物質が前記照射光のエネルギーを吸収することによって生じる音響信号を検出して前記被検体表面や被検体内に存在する物質の成分や濃度、或いは被検体の組織性状に関する生化学的情報や物性情報等を非侵襲的に得る生体情報計測装置において、指紋、掌紋、耳朶等の生体特徴を計測する生体特徴計測手段を具備し、前記生体情報測定時に測定部位周辺の生体特徴を計測して測定部位の位置情報を記憶し、次回測定時に計測した位置情報と記憶されている位置情報を比較して位置合せを行い、毎測定時に同一部位で測定を行うことにより、音響信号の再現性を高め測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る生体情報計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示された生体情報計測装置のインタフェース部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示される生体情報計測装置の具体的構造の一例を概略的に示す側面図である。
【図４】図３に示すＡ−Ａ’線に沿って概略的に示す断面図である。
【図５】図１に示される生体情報計測装置において、生体特徴に基づく位置合わせ処理を説明するための模式図である。
【図６】図１に示された生体情報計測装置において、初回の計測における計測処理動作を示すフローチャートを示している。
【図７】図１に示された生体情報計測装置において、初回以降の計測における計測処理動作を示すフローチャートを示している。
【図８】この発明の他の実施の形態に係る生体情報計測装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示される生体情報計測装置の位置制御用アーム及びその関連する各部示すブロック図である。
【図１０】図８に示される生体情報計測装置において、生体特徴に基づく位置合わせ処理を説明するための模式図である。
【図１１】この発明の更に他の実施の形態に係る生体情報計測装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】図８に示される生体情報計測装置において、生体特徴に基づく位置合わせ処理を説明するための模式図である。
【図１３】図８に示された生体情報計測装置のインタフェース部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１．．．表示部、２．．．操作部、３．．．制御部、５．．．光源部、６．．．信号処理部、７．．．生体特徴計測部、８．．．インタフェース部、９．．．位置制御用アクチュエータ、１０．．．被検体、１１．．．接触圧力検出部、１２．．．温度制御部、１３．．．光照射部、１４．．．音響信号検出部、１５．．．圧力制御用アクチュエータ、１６．．．基台、１８．．．光検出部、２０．．．記憶指紋画像、２１．．．入力指紋画像、３１．．．カメラ、３２．．．制御部、３３．．．位置制御アーム、４１．．．カメラ、４２．．．掌

Claims

単色光を発生する光源と、
被検体の測定部位に接触されるべきインターフェース部であって、前記光源からの光を被検体の測定部位に照射する光照射部、前記被検体の測定部位への前記単色光の照射に基づいて前記被検体内において生じる音響信号、或いは、照射した前記単色光の吸光度を検出した検出信号を発生する検出器、前記被検体の測定部位と当該インターフェース部との間の接触圧力を検出して圧力信号を出力する接触圧力検出部及び前記圧力信号に基づいて前記接触圧力を所定範囲内の圧力に制御する圧力制御用アクチュエータを備える当該インターフェース部と、
前記検出信号を処理して前記被検体の測定部位に関する生体情報を出力する処理部と、
前記被検体の測定部位の第１計測時及びその後の第２計測時に、前記被検体の測定部位における生体特徴及び位置を夫々第１計測情報及び第２計測情報として計測し、出力する計測部と、
前記第１計測情報を記憶する記憶部と、
前記被検体と前記検出部とを相対的に移動させて前記第１計測情報と前記第２計測情報とを実質的に合致させる位置合せ機構と、
を具備することを特徴とする生体情報計測装置。
単色光を発生する光源と、
被検体の測定部位に接触されるべきインターフェース部であって、前記光源からの光を被検体の測定部位に照射する光照射部、前記被検体の測定部位への前記単色光の照射に基づいて前記被検体内において生じる音響信号、或いは、照射した前記単色光の吸光度を検出した検出信号を発生する検出器及び前記被検体の測定部位の温度を所定の温度に制御する温度制御部を備えるインターフェースと、
前記検出信号を処理して前記被検体に関する生体情報を出力する処理部と、
前記被検体の測定部位の第１計測時及びその後の第２計測時に、前記被検体の測定部位における生体特徴及び位置を夫々第１計測情報及び第２計測情報として計測し、出力する計測部と、
前記第１計測情報を記憶する記憶部と、
前記被検体と前記検出部とを相対的に移動させて前記第１計測情報と前記第２計測情報とを実質的に合致させる位置合せ機構と、
を具備することを特徴とする生体情報計測装置。
単色光を発生する光源と、
被検体の測定部位に接触されるべきインターフェース部であって、前記光源からの光を被検体の測定部位に照射する光照射部、前記被検体の測定部位への前記単色光の照射に基づいて前記被検体内において生じる音響信号、或いは、照射した前記単色光の吸光度を検出した検出信号を発生する検出器、前記被検体の測定部位と当該インターフェース部との間の接触圧力を検出して圧力信号を出力する接触圧力検出部、前記圧力信号に基づいて前記接触圧力を所定範囲内の圧力に制御する圧力制御用アクチュエータ及び前記被検体の測定部位の温度を所定の温度に制御する温度制御部当該を備えるインターフェース部と、
前記検出信号を処理して前記被検体に関する生体情報を出力する処理部と、
前記被検体の測定部位の第１計測時及びその後の第２計測時に、前記被検体の測定部位における生体特徴及び位置を夫々第１計測情報及び第２計測情報として計測し、出力する計測部と、
前記第１計測情報を記憶する記憶部と、
前記被検体と前記検出部とを相対的に移動させて前記第１計測情報と前記第２計測情報とを実質的に合致させる位置合せ機構と、
を具備することを特徴とする生体情報計測装置。
前記位置合せ機構は、前記第１及び第２計測情報の生体特徴情報を実質的に一致させるに必要な前記第１及び第２計測情報の位置の差分を算出してこの差分に応じて前記被検体と前記検出部とを相対的に移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の生体情報計測装置。
前記計測部は、前記被検体の測定部位として指紋の画像データを前記生体特徴としてその位置と共に取り込む指紋計測部装置を含み、
前記記憶手段は、前記第１計測情報として被照合用の指紋画像データ及び第１位置データを記憶し、
前記第２計測情報は、前記指紋計測部装置からの照合用の指紋画像データ及び第２位置データを含み、
前記被照合用の指紋画像データと前記照合用の指紋画像データとを比較して実質的に一致させるに必要な前記第１及び第２位置データの差分を算出してこの差分に応じて前記被検体と前記検出部とを相対的に移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の生体情報計測装置。
前記計測部は、前記被検体の測定部位として掌紋の画像データを前記生体特徴としてその位置と共に取り込む掌紋計測部装置を含み、
前記記憶手段は、前記第１計測情報として被照合用の掌紋画像データ及び第１位置データを記憶し、
前記第２計測情報は、前記掌紋計測部装置からの照合用の掌紋画像データ及び第２位置データを含み、
前記被照合用の掌紋画像データと前記照合用の掌紋画像データとを比較して実質的に一致させるに必要な前記第１及び第２位置データの差分を算出してこの差分に応じて前記被検体と前記検出部とを相対的に移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の生体情報計測装置。
前記計測部は、前記被検体の測定部位として掌の静脈の画像データを前記生体特徴としてとしてその位置と共に取り込む静脈パターン計測部装置を含み、
前記記憶手段は、前記第１計測情報として被照合用の静脈画像データ及び第１位置データを記憶し、
前記第２計測情報は、前記静脈パターン計測部装置からの照合用の静脈画像データ及び第２位置データを含み、
前記被照合用の静脈画像データと前記照合用の静脈画像データとを比較して実質的に一致させるに必要な前記第１及び第２位置データの差分を算出してこの差分に応じて前記被検体と前記検出部とを相対的に移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の生体情報計測装置。
前記計測部は、前記被検体の測定部位として耳の画像データを前記生体特徴としてその位置と共に取り込む耳画像計測部装置を含み、
前記記憶手段は、前記第１計測情報として被照合用の耳画像データ及び第１位置データを記憶し、
前記第２計測情報は、前記耳画像計測部装置からの照合用の耳画像データ及び第２位置データを含み、
前記被照合用の耳画像データと前記照合用の耳画像データとを比較して実質的に一致させるに必要な前記第１及び第２位置データの差分を算出してこの差分に応じて前記被検体と前記検出部とを相対的に移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の生体情報計測装置。