JP3928432B2 - 光式生体情報測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、皮下脂肪厚み、体脂肪率、生体内部グルコース濃度、生体内部酸素濃度等の生体情報を光学的に測定することができる、光式生体情報測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体表面に配置された光源から生体内部に入射した光のうち、生体内部で散乱、吸収されながら伝搬して再び生体表面にあらわれた光を受光することで生体内部の吸収物質の濃度もしくは組織の厚みを測定する方法が考案されている。図１５はその一例である特開２０００−１５５０９１号公報に記載の皮下脂肪厚測定装置における光源と受光素子と生体との位置関係を表したものである。生体表面１に光源２と測定用受光素子３を配置している。生体は図１５のように皮膚４、皮下脂肪５および筋肉６の三層の平行平板の構造であるとすると、測定用受光素子３の受光する光７は各生体組織の吸収、散乱特性の違いから皮下脂肪５の厚みに相関性がある。しかしながら、測定用受光素子３の受光する光７の受光量は皮膚４および皮下の血流の変化の影響も多く受けて変動している。したがって、光源２の近傍（１から６ｍｍの距離）に補正用受光素子８を配置し、補正用受光素子８の受光する光９の光量により測定用受光素子３の受光のする光７を補正することで、精度の良い皮下脂肪厚みの測定が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生体の組織が図１６のように厳密には平行平板でないことや、図１７のように腕や足などは円筒状の形状をしていることから、局所的な厚みの変化を受けて測定精度が悪化していた。
【０００４】
また、生体組織は柔らかく変形しやすいために、同一人物、同一の部位でも測定ごとに生体表面１の形状が変化するために受光量がばらつき測定再現性が悪化していた。
【０００５】
また、皮下脂肪５が厚い場合には、生体内部のより深い部分を伝搬してくる光を測定用受光素子３で受光するために、光源２と測定用受光素子３の距離を離すことが必要となる。そのため、測定装置の大きさが大きくなるという問題点を有していた。
【０００６】
また、光源２と測定用受光素子３の距離が離れるため測定用受光素子３での受光量が小さくなり、測定精度が悪くなっていた。
【０００７】
また、測定用受光素子３での受光感度を上げる必要があるために、測定用受光素子３を高精度化および高感度化せねばならず、高価な部品が必要となるという問題点を有していた。
【０００８】
また、測定用受光素子３の感度を上げたとしても、太陽光などの光源２以外からの生体への入射光を測定してしまうために、生体表面１を十分に遮光する必要があった。
【０００９】
そこで本発明は上記従来の問題点に鑑み、皮下脂肪厚み、体脂肪率等の生体情報を、再現性良く高精度に測定することができる、小型の光式生体情報測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の光式生体情報測定装置は、生体を照明する光源部と、前記光源部から前記生体内部を伝搬して前記生体表面より出射した光を受光する受光部と、前記生体表面を所定の形状に成形する成形部と、前記受光部において受光した受光量に基づき前記生体の生体情報を算出する演算部とを有し、前記成形部の前記生体表面と接する面に突起部を備え、前記光源部が、前記突起部を除く前記成形部に設けられた第１の光源部と、前記突起部に設けられた第２の光源部とを備え、前記受光部が、前記突起部をはさんで前記第１の光源部と反対側の前記成形部に設けられた第１の受光部と、前記突起部の中心をはさんで前記第２の光源部と反対側の前記突起部に設けられた第２の受光部とを備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の光式生体情報測定装置は、生体を照明する光源部と、前記光源部から前記生体内部を伝搬して前記生体表面より出射した光を受光する受光部と、前記生体表面を所定の形状に成形する成形部と、前記受光部において受光した受光量に基づき前記生体の生体情報を算出する演算部とを有することを特徴とする。
【００１２】
ここで、成形部の生体表面と接する面が平面形状であることが好ましい。
【００１３】
また、成形部の生体表面と接する面の反射率が実質的に０であることが好ましい。
【００１４】
また、成形部の生体表面と接する面に突起部を備えていることが好ましい。
【００１５】
ここで、突起部が光源部と受光部の間に設けられていてもよい。その場合、突起部が光源部から３〜３０ｍｍの位置に配置されていることが好ましい。
【００１６】
また、光源部または／および受光部が突起部に設けられていてもよい。
【００１７】
ここで突起部は、縦方向が３〜１０ｍｍ、横方向が３〜５０ｍｍの生体表面の領域を、深さ方向に２〜２０ｍｍ凹む方向に生体を変形させる形状を有することが好ましい。
【００１８】
また、光源部または／および受光部は複数であってもよい。
【００１９】
また、本発明の光式生体情報測定装置は、光源部が、成形部の第１の所定位置に設けられた第１の光源部と、突起部の第２の所定位置に設けられた第２の光源部とを備え、受光部が、前記突起部をはさんで前記第１の所定位置と反対側の前記成形部の第３の所定位置に設けられた第１の受光部と、前記突起部の第４の所定位置に設けられた第２の受光部とを備えることが好ましい。
【００２０】
さらに、受光部が、第２の所定位置と第４の所定位置との間の第５の所定位置に設けられた第３の受光部を備えることが好ましい。
【００２１】
ここで、第１の所定位置と突起部との距離が１〜２０ｍｍの間であり、前記突起部と第３の所定位置との距離が１〜２０ｍｍの間であることが好ましい。また、第２の所定位置と第５の所定位置との距離が１〜２０ｍｍであり、前記第２の所定位置と第４の所定位置との距離が２０〜５０ｍｍであることが好ましい。
【００２２】
また、第１の所定位置と第３の所定位置との間の第５の所定位置に第３の受光部が設けられていてもよい。
【００２３】
また本発明の光式皮下脂肪厚測定装置は、さらに演算部で算出された生体情報を表示する表示部と、前記生体情報を外部の機器と通信する通信部と、測定条件を入力する入力部を備えていることが好ましい。
【００２４】
本発明において、生体情報としては、皮下脂肪、生体内部グルコース濃度、生体内部酸素濃度等が挙げられる。ここで、生体情報が生体内部グルコース濃度の場合は、光源部から出射される光の中心波長が４５０ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましく、生体情報が生体内部酸素濃度の場合は、光源部から出射される光の中心波長が１０００ｎｍ〜２０００ｎｍであることが好ましい。
【００２５】
以下、図面を用いて、本発明の光式生体情報測定装置を詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における光式生体情報測定装置の構成図である。
【００２７】
本実施の形態における光式生体情報測定装置には、生体表面１を平らに成形する成形部１０に光源部１１と受光部１２が配置されている。ここで、特に限定するものではないが、例えば成形部１０の大きさは縦２５ｍｍ、横４０ｍｍの角型であり、成形部１０の面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。ただし、成形部１０は角型である必要はない。成形部１０の材料は、生体表面１に押し当てた際に、成形部１０の形状が変化しない程度の強度を有するものであればよい。
【００２８】
成形部１０は、光源部１１から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色ＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００２９】
光源部１１にはＬＥＤ光源、レーザ光源または電球などの光源が組み込まれている。光源部１１より出力される光の中心波長は５００ｎｍから１０００ｎｍもしくは１０００ｎｍから２０００ｎｍである。また、光源部１１は光源を生体表面１から離して配置し生体表面１までを光ファイバーなどで導光する構成でもよい。
【００３０】
受光部１２はホトダイオード、アバランシェホトダイオード、ＣｄＳセルなどの受光センサを備える。また、生体表面１から受光センサまでを光ファイバなどで導光する構成でもよい。
【００３１】
演算部１４は、受光部１２で受光する光１３の受光量に応じて皮下脂肪厚みを算出し、表示部１５は、演算部１４で求められた生体情報である皮下脂肪厚みなどを表示する。また、通信部１６は、演算部１４で求めた生体情報である皮下脂肪厚みの情報や、測定開始などの制御データを外部の機器と通信する。また、入力部１７により、被験者の測定部位、性別、年齢、身長、体重などの測定条件の入力や測定開始などの制御を行うことができる。
【００３２】
次に、本実施の形態における光式生体情報測定装置の動作を以下に説明する。
【００３３】
光源部１１から出射された光は生体内部の皮膚４、皮下脂肪５、筋肉６を散乱、吸収されながら伝播する。生体内部を伝搬した光のうち受光部１２で受光された光１３の受光量は、皮膚４、皮下脂肪５、筋肉６の光の吸収特性、散乱特性の違いがあるために、皮下脂肪５の厚みが厚いほど受光量が増加する。皮下脂肪５の厚みと受光量の関係は図２のようになる。図２のような関係のグラフをあらかじめ求めて演算部１４に記憶させておくことで、演算部１４では、受光部１２で受光された光１３の受光量を用いて皮下脂肪厚みを求めることができる。演算部１４では、入力部１７や通信部１６で入力された測定条件と皮下脂肪厚みから被験者の体脂肪率を算出することができる。また、複数の測定条件をあらかじめ記憶しておくこともできる。
【００３４】
この動作において、成形部１０により生体表面１を平らにすることで、生体表面１の局所的な形状の変化による光の伝搬の変化を抑制することができる。また、成形部１０がある一定以上の面積を有することで生体表面１に押し当てた力がその面積分に分散するので、生体表面１を成形部１０が押し当てる力のばらつきによって測定ごとに生体が変形することも防止している。これらの効果により生体の形状を常に一定の形状に成形することができるので、測定ごとの生体形状のばらつきを抑えることができるため、精度の高い測定が可能となる。なお、生体表面１を必ずしも平らにする必要はなく、例えば図３に示すように、成形部１０の生体と接する部分を凹面形状にすることによっても、常に測定時の生体の形状を一定に成形することができるため、再現性の良い測定が可能となる。
【００３５】
また、成形部１０の生体表面１に接する面の反射率がほぼ０であることにより一度生体表面１から生体外部に出た光が再び生体内部へ入射することを防ぐことができる。したがって、受光部１２で受光する光１３の生体内部の浅い部分を伝搬してきた光の成分を減らすことができるために受光量と皮下脂肪厚みの相関性が向上する。
【００３６】
また光源部１１の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、受光部１２の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。生体内部酸素濃度の場合は、波長４５０ｎｍから８００ｎｍまでの波長と、８００ｎｍから１０００ｎｍまでの波長の２波長の光源素子を持つ光源部１１を用いるか、または、波長４５０ｎｍから８００ｎｍまでの波長と、８００ｎｍから１０００ｎｍまでの波長帯域の２波長に感度特性のある２つ以上の受光センサを備えた受光部１２を持つことで皮下脂肪５と同様の高精度な生体内部酸素濃度を測定することが可能となる。また、生体内部グルコース濃度に関しては１０００ｎｍから２０００ｎｍの波長の光源素子からなる光源部１１と１０００ｎｍから２０００ｎｍの波長に感度がある受光センサからなる受光部１２を用いることで高精度の測定が可能となる。
【００３７】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における光式生体情報測定装置の構成図である。また、図５は成形部１０を上面から見た図である。生体表面１を平らに成形している成形部１０上の光源部１１と受光部１２の間に、縦５ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ５ｍｍの突起部１８を有している。
【００３８】
ここで、特に限定するものではないが、例えば成形部１０の大きさは縦２５ｍｍ、横４０ｍｍの角型であり、成形部１０の面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。ただし、成形部１０は角型である必要はない。また、突起部１８の縦、横および高さの寸法は必ずしもこの値である必要はない。
【００３９】
成形部１０および突起部１８は、光源部１１から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色のＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００４０】
成形部１０および突起部１８に押さえられるために生体表面１は変形している。ただし、ここで突起部１８の幅が狭いために図４のように生体組織で一番柔らかい皮下脂肪５の突起部１８直下の部分のみが突起部１８のない部分へ押し出されるように変形しており、生体内部では皮下脂肪５の厚みのみが局所的に変化している。
【００４１】
本実施の形態における光式生体情報測定装置の光源部１１、受光部１２、演算部１４、表示部１５、通信部１６及び入力部１７は、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の構成及び機能を有する。
【００４２】
本実施の形態における光式生体情報測定装置によると、成形部１０により生体表面１が平らになること、成形部１０の生体表面１に接する面の反射率がほぼ０であることから、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の効果が得られる。
【００４３】
さらに、従来例では生体内部のより深い領域の情報を得るには光源部１１と受光部１２の距離を離さなければならなかったが、本実施例では生体表面１付近の浅い部分を伝搬してきた光は突起部１８によって受光部１２まで伝搬するのを阻害されるために、突起部１８のない場合と比較して、受光部１２ではより生体内部の深い部位を伝搬してきた光の成分がより多く受光される。これにより、受光部１２で受光される光は、突起部１８がない場合に比べて、より皮下脂肪５の厚み情報を持つことになる。したがって、光源部１１と受光部１２の距離を離すことなく生体内部のより深い部位を伝搬してきた光のみを受光することができる。そのため測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。
【００４４】
また実施の形態１と同様に、光源部１１の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、受光部１２の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。
【００４５】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３における光式生体情報測定装置の構成図である。また、図７は成形部１０を上面から見た図である。本実施の形態における光式生体情報測定装置には、生体表面１を平らに成形している成形部１０上に縦５ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ５ｍｍの突起部１８を有している。
【００４６】
ここで、特に限定するものではないが、例えば成形部１０の大きさは縦２５ｍｍ、横４０ｍｍの角型であり、成形部１０の面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。ただし、成形部１０は角型である必要はない。また、突起部１８の縦、横および高さの寸法は必ずしもこの値である必要はない。突起部１８には光源部１１と受光部１２が配置されている。
【００４７】
成形部１０および突起部１８に押さえられるために生体表面は変形している。ただし、ここで突起部１８の幅が狭いために、図６のように一番柔らかい皮下脂肪５の突起部１８直下の部分のみが突起部１８のない部分へ押し出されるように変形し、皮下脂肪５の厚みのみが局所的に変化している。
【００４８】
成形部１０および突起部１８は光源部から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色ＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００４９】
本実施の形態における光式生体情報測定装置の光源部１１、受光部１２、演算部１４、表示部１５、通信部１６及び入力部１７は、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の構成及び機能を有する。
【００５０】
本実施の形態における光式生体情報測定装置によると、成形部１０により生体表面１が平らになること、成形部１０の生体表面１に接する面の反射率がほぼ０であることから、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の効果が得られる。
【００５１】
さらに、突起部１８に光源部１１と受光部が存在するために、実際に光が伝搬する皮下脂肪５の厚みは実際の厚みと比較して突起部１８の高さ分だけ薄くなる。測定する皮下脂肪５の厚みが厚くなるほど、光源部１１と受光部１２の距離を離さなければならないので、逆に皮下脂肪５の厚みが薄くなることで光源部１１と受光部１２の距離を近づけることができる。そして、測定された皮下脂肪厚みに突起部１８の高さ分だけの厚みを足すことで本来の皮下脂肪厚みが算出できる。つまり、突起部１８がない場合と比較して、光源部１１と受光部１２の距離を近づけることができる。そのため測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。
【００５２】
また実施の形態１と同様に、光源部１１の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、受光部１２の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。
【００５３】
（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４における光式生体情報測定装置の構成図である。また、図９は成形部１０を上面から見た図である。本実施の形態における光式生体情報測定装置には、生体表面１を平らに成形している成形部１０に、縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５ｍｍの突起部１８と受光部１２を有している。
【００５４】
ここで、特に限定するものではないが、例えば成形部１０の大きさは縦２５ｍｍ、横４０ｍｍの角型であり、成形部１０の面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。ただし、成形部１０は角型である必要はない。また、突起部１８の縦、横および高さの寸法は必ずしもこの値である必要はない。突起部１８上には光源部１１が配置されている。
【００５５】
成形部１０および突起部１８に押さえられるために生体表面１は変形している。ただし、ここで突起部１８の幅が狭いために図８のように皮下脂肪５の突起部１８直下の部分のみが突起部１８のない部分へ押し出されるように変形し、皮下脂肪５の厚みのみが局所的に変化している。
【００５６】
成形部１０および突起部１８は光源部から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色ＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００５７】
本実施の形態における光式生体情報測定装置の光源部１１、受光部１２、演算部１４、表示部１５、通信部１６及び入力部１７は、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の構成及び機能を有する。
【００５８】
本実施の形態における光式生体情報測定装置によると、成形部１０により生体表面１が平らになること、成形部１０の生体表面１に接する面の反射率がほぼ０であることから、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の効果が得られる。
【００５９】
さらに、突起部１８に光源部１１が存在するために実際に光が伝搬する生体内部の領域は突起部１８の高さだけ深くなる。したがって、突起部１８のない場合と比較して、受光部１２ではより生体内部の深い部位を伝搬してきた光の成分がより多く受光される。これにより、受光部１２で受光される光は、突起部１８がない場合に比べて、より皮下脂肪５の厚み情報を持つことになる。したがって、光源部１１と受光部１２の距離を離すことなく生体内部のより深い部位を伝搬してきた光のみを受光することができるため、測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。
【００６０】
また実施の形態１と同様に、光源部１１の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、受光部１２の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。
【００６１】
（実施の形態５）
図１０は本発明の実施の形態５における光式生体情報測定装置の構成図である。また、図１１は成形部１０を上面から見た図である。ここで、特に限定するものではないが、例えば成形部１０の大きさは縦２５ｍｍ、横４０ｍｍの角型であり、成形部１０の面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。ただし、成形部１０は角型である必要はない。さらに、生体表面１を平らに成形している成形部１０には縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５ｍｍの突起部１８と光源部１１を有している。なお、突起部１８の縦、横および高さの寸法は必ずしもこの値である必要はない。また、突起部１８上には受光部１２が配置されている。
【００６２】
成形部１０および突起部１８に押さえられるために生体表面は変形している。ただし、ここで突起部１８の幅が狭いために図１０のように一番柔らかい皮下脂肪５の突起部１８直下の部分のみが突起部１８のない部分へ押し出されるように変形し、皮下脂肪５の厚みのみが局所的に変化している。
【００６３】
成形部１０および突起部１８は光源部から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色ＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００６４】
本実施の形態における光式生体情報測定装置の光源部１１、受光部１２、演算部１４、表示部１５、通信部１６及び入力部１７は、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の構成及び機能を有する。
【００６５】
本実施の形態における光式生体情報測定装置によると、成形部１０により生体表面１が平らになること、成形部１０の生体表面１に接する面の反射率がほぼ０であることから、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の効果が得られる。
【００６６】
さらに、突起部１８に受光部１２が存在するために実際に光が伝搬する生体内部の領域は突起部１８の高さだけ深くなる。したがって、突起部１８のない場合と比較して、受光部１２ではより生体内部の深い部位を伝搬してきた光の成分がより多く受光される。これにより、受光部１２で受光される光は、突起部１８がない場合に比べて、より皮下脂肪５の厚み情報を持つことになる。よって、光源部１１と受光部１２の距離を離すことなく生体内部のより深い部位を伝搬してきた光のみを受光することができるため、測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。
【００６７】
また実施の形態１と同様に、光源部１１の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、受光部１２の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。
【００６８】
（実施の形態６）
図１２は本発明の実施の形態５における光式生体情報測定装置の成形部１０の斜視図である。
【００６９】
成形部１０は実質的に平らであり、そのほぼ中央に突起部１８が配置されている。成形部１０は直径６０ｍｍの円形状をしている。突起部１８の大きさは縦５ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ５ｍｍである。ここで、成形部１０は必ずしも円形状である必要はなく、面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。また、突起部１８の縦、横および高さの寸法は必ずしもこの値である必要はない。
【００７０】
突起部１８を除く成形部１０上であって突起部１８の中心からの距離が１５ｍｍの位置（第１の所定位置）に第１の光源部１９が配置され、突起部１８の片端であって突起部１８の中心から１５ｍｍの位置（第２の所定位置）に第２の光源部２０が配置されている。第１の光源部１９とは反対側に、突起部１８の中心からの距離が１５ｍｍの位置（第３の所定位置）に第１の受光部２１が配置され、突起部１８上の第２の光源とは反対側で突起部１８の中心からの距離が１５ｍｍの位置（第４の所定位置）に第２の受光部２２が配置され、突起部１８の中心（第５の所定位置）に第３の受光部２３が配置されている。ここで、それぞれの光源部、受光部の位置は必ずしもこの値である必要はない。
【００７１】
また、図１３及び図１４に本実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図を示す。図１３は成形部１０を生体表面１に押し当てた場合におけるＡ−ａでの断面図であり、同様に図１４は成形部１０を生体表面１に押し当てた場合におけるＢ−ｂでの断面図である。
【００７２】
成形部１０および突起部１８に押さえられるために生体表面１は変形している。ただし、ここで突起部１８の幅が狭いために図１３および図１４のように皮下脂肪５の突起部１８直下の部分のみが突起部１８のない部分へ押し出されるように変形し、皮下脂肪５の厚みのみが局所的に変化している。
【００７３】
成形部１０および突起部１８は第１の光源部１９および第２の光源部２０から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色ＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００７４】
第１の光源部１９および第２の光源部２０にはＬＥＤ光源、レーザ光源または電球などの光源が組み込まれている。第１の光源部１９および第２の光源部２０より出力される光の中心波長は５００ｎｍから１０００ｎｍもしくは１０００ｎｍから２０００ｎｍである。また、第１の光源部１９および第２の光源部２０は生体表面１から離して配置し生体表面１までを光ファイバーなどで導光する構成でもよい。
【００７５】
第１の受光部２１、第２の受光部２２および第３の受光部２３はホトダイオード、アバランシェホトダイオード、ＣｄＳセルなどの受光センサを備える。また、各受光部は生体表面１から受光センサまでを光ファイバなどで導光する構成でもよい。
【００７６】
演算部１４は、第１の受光部２１、第２の受光部２２および第３の受光部２３で受光する光の受光量に応じて皮下脂肪厚みを算出し、表示部１５は、演算部１４で求められた生体情報である皮下脂肪厚みなどを表示する。また、通信部１６は、演算部１４で求めた生体情報である皮下脂肪厚みの情報や、測定開始などの制御データを外部の機器と通信する。また、入力部１７により、被験者の測定部位、性別、年齢、身長、体重などの測定条件の入力や測定開始などの制御を行うことができる
本実施の形態による光式生体情報測定装置の動作を以下に説明する。
【００７７】
図１３において、第１の光源部１９から出射された光は生体内部の皮膚４、皮下脂肪５、筋肉６を散乱、吸収されながら伝播する。生体内部を伝搬した光のうち第３の受光部２３で受光された光２４の受光量を用いて測定することにより、実施の形態５と同様の効果が得られる。また、生体内部を伝搬した光のうち第１の受光部２１で受光された光２５の受光量を用いることにより、実施の形態２と同様に、第１の光源部１９と第１の受光部２１の距離を離すことなく生体内部のより深い部位を伝搬してきた光のみを受光することができるため測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。さらに、突起部１８に設けた第３の受光部２３で受光された光を用いて、従来例と同様に補正を行うことにより、精度の高い測定が可能となる。
【００７８】
図１４において、第２の光源部２０から出射された光は生体内部の皮膚４、皮下脂肪５および筋肉６を散乱または吸収されながら伝搬する。生体内部を伝搬した光のうち第３の受光部２３で受光された光２６および第２の受光部２２で受光された光２７の受光量は、実施の形態３と同様に、第２の光源部２０と第３の受光部２３及び第２の受光部２２との距離を離すことなく生体内部のより深い部位を伝搬してきた光のみを受光することができるため、測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。さらに、突起部１８に設けた第３の受光部２３で受光された光を用いて、従来例と同様に補正を行うことにより、精度の高い測定が可能となる。
【００７９】
また、これら２つの測定を同時に行い得られる皮下脂肪厚みを演算部１４で平均化することで、より精度の高い測定が可能となる。
【００８０】
また実施の形態１と同様に、第１の光源部１９および第２の光源部２０の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、第１の受光部２１、第２の受光部２２および第３の受光部２３の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。
【００８１】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明によれば、皮下脂肪厚み、体脂肪率、体内グルコース濃度、体内酸素濃度等の生体情報を、再現性良く高精度に測定することができる、小型の光式生体情報測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図
【図２】本発明の光式生体情報測定装置における受光量と皮下脂肪厚みとの関係を示すグラフ
【図３】本発明の一実施の形態における、成形部の形状が異なる光式生体情報測定装置の構成図
【図４】本発明の他の実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図
【図５】同光式生体情報測定装置の成形部を示す上面図
【図６】本発明のさらに他の実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図
【図７】同光式生体情報測定装置の成形部を示す上面図
【図８】本発明のさらに他の実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図
【図９】同光式生体情報測定装置の成形部を示す上面図
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図
【図１１】同光式生体情報測定装置の成形部を示す上面図
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態における光式生体情報測定装置の成形部を示す斜視図
【図１３】同光式生体情報測定装置の構成図
【図１４】同光式生体情報測定装置の異なる断面を示す構成図
【図１５】従来の皮下脂肪厚測定装置の構造図
【図１６】従来の皮下脂肪厚測定装置における問題点を示す概念図
【図１７】従来の皮下脂肪厚測定装置における他の問題点を示す概念図
【符号の説明】
１ 生体表面
２ 光源
３ 測定用受光素子
４ 皮膚
５ 皮下脂肪
６ 筋肉
７ 測定用受光素子の受光する光
８ 補正用受光素子
９ 補正用受光素子の受光する光
１０ 成形部
１１ 光源部
１２ 受光部
１３ 受光部で受光する光
１４ 演算部
１５ 表示部
１６ 通信部
１７ 入力部
１８ 突起部
１９ 第１の光源部
２０ 第２の光源部
２１ 第１の受光部
２２ 第２の受光部
２３ 第３の受光部
２４，２６ 第３の受光部で受光された光
２５ 第１の受光部で受光された光
２７ 第２の受光部で受光された光
【発明の属する技術分野】
本発明は、皮下脂肪厚み、体脂肪率、生体内部グルコース濃度、生体内部酸素濃度等の生体情報を光学的に測定することができる、光式生体情報測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体表面に配置された光源から生体内部に入射した光のうち、生体内部で散乱、吸収されながら伝搬して再び生体表面にあらわれた光を受光することで生体内部の吸収物質の濃度もしくは組織の厚みを測定する方法が考案されている。図１５はその一例である特開２０００−１５５０９１号公報に記載の皮下脂肪厚測定装置における光源と受光素子と生体との位置関係を表したものである。生体表面１に光源２と測定用受光素子３を配置している。生体は図１５のように皮膚４、皮下脂肪５および筋肉６の三層の平行平板の構造であるとすると、測定用受光素子３の受光する光７は各生体組織の吸収、散乱特性の違いから皮下脂肪５の厚みに相関性がある。しかしながら、測定用受光素子３の受光する光７の受光量は皮膚４および皮下の血流の変化の影響も多く受けて変動している。したがって、光源２の近傍（１から６ｍｍの距離）に補正用受光素子８を配置し、補正用受光素子８の受光する光９の光量により測定用受光素子３の受光のする光７を補正することで、精度の良い皮下脂肪厚みの測定が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生体の組織が図１６のように厳密には平行平板でないことや、図１７のように腕や足などは円筒状の形状をしていることから、局所的な厚みの変化を受けて測定精度が悪化していた。
【０００４】
また、生体組織は柔らかく変形しやすいために、同一人物、同一の部位でも測定ごとに生体表面１の形状が変化するために受光量がばらつき測定再現性が悪化していた。
【０００５】
また、皮下脂肪５が厚い場合には、生体内部のより深い部分を伝搬してくる光を測定用受光素子３で受光するために、光源２と測定用受光素子３の距離を離すことが必要となる。そのため、測定装置の大きさが大きくなるという問題点を有していた。
【０００６】
また、光源２と測定用受光素子３の距離が離れるため測定用受光素子３での受光量が小さくなり、測定精度が悪くなっていた。
【０００７】
また、測定用受光素子３での受光感度を上げる必要があるために、測定用受光素子３を高精度化および高感度化せねばならず、高価な部品が必要となるという問題点を有していた。
【０００８】
また、測定用受光素子３の感度を上げたとしても、太陽光などの光源２以外からの生体への入射光を測定してしまうために、生体表面１を十分に遮光する必要があった。
【０００９】
そこで本発明は上記従来の問題点に鑑み、皮下脂肪厚み、体脂肪率等の生体情報を、再現性良く高精度に測定することができる、小型の光式生体情報測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の光式生体情報測定装置は、生体を照明する光源部と、前記光源部から前記生体内部を伝搬して前記生体表面より出射した光を受光する受光部と、前記生体表面を所定の形状に成形する成形部と、前記受光部において受光した受光量に基づき前記生体の生体情報を算出する演算部とを有し、前記成形部の前記生体表面と接する面に突起部を備え、前記光源部が、前記突起部を除く前記成形部に設けられた第１の光源部と、前記突起部に設けられた第２の光源部とを備え、前記受光部が、前記突起部をはさんで前記第１の光源部と反対側の前記成形部に設けられた第１の受光部と、前記突起部の中心をはさんで前記第２の光源部と反対側の前記突起部に設けられた第２の受光部とを備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の光式生体情報測定装置は、生体を照明する光源部と、前記光源部から前記生体内部を伝搬して前記生体表面より出射した光を受光する受光部と、前記生体表面を所定の形状に成形する成形部と、前記受光部において受光した受光量に基づき前記生体の生体情報を算出する演算部とを有することを特徴とする。
【００１２】
ここで、成形部の生体表面と接する面が平面形状であることが好ましい。
【００１３】
また、成形部の生体表面と接する面の反射率が実質的に０であることが好ましい。
【００１４】
また、成形部の生体表面と接する面に突起部を備えていることが好ましい。
【００１５】
ここで、突起部が光源部と受光部の間に設けられていてもよい。その場合、突起部が光源部から３〜３０ｍｍの位置に配置されていることが好ましい。
【００１６】
また、光源部または／および受光部が突起部に設けられていてもよい。
【００１７】
ここで突起部は、縦方向が３〜１０ｍｍ、横方向が３〜５０ｍｍの生体表面の領域を、深さ方向に２〜２０ｍｍ凹む方向に生体を変形させる形状を有することが好ましい。
【００１８】
また、光源部または／および受光部は複数であってもよい。
【００１９】
また、本発明の光式生体情報測定装置は、光源部が、成形部の第１の所定位置に設けられた第１の光源部と、突起部の第２の所定位置に設けられた第２の光源部とを備え、受光部が、前記突起部をはさんで前記第１の所定位置と反対側の前記成形部の第３の所定位置に設けられた第１の受光部と、前記突起部の第４の所定位置に設けられた第２の受光部とを備えることが好ましい。
【００２０】
さらに、受光部が、第２の所定位置と第４の所定位置との間の第５の所定位置に設けられた第３の受光部を備えることが好ましい。
【００２１】
ここで、第１の所定位置と突起部との距離が１〜２０ｍｍの間であり、前記突起部と第３の所定位置との距離が１〜２０ｍｍの間であることが好ましい。また、第２の所定位置と第５の所定位置との距離が１〜２０ｍｍであり、前記第２の所定位置と第４の所定位置との距離が２０〜５０ｍｍであることが好ましい。
【００２２】
また、第１の所定位置と第３の所定位置との間の第５の所定位置に第３の受光部が設けられていてもよい。
【００２３】
また本発明の光式皮下脂肪厚測定装置は、さらに演算部で算出された生体情報を表示する表示部と、前記生体情報を外部の機器と通信する通信部と、測定条件を入力する入力部を備えていることが好ましい。
【００２４】
本発明において、生体情報としては、皮下脂肪、生体内部グルコース濃度、生体内部酸素濃度等が挙げられる。ここで、生体情報が生体内部グルコース濃度の場合は、光源部から出射される光の中心波長が４５０ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましく、生体情報が生体内部酸素濃度の場合は、光源部から出射される光の中心波長が１０００ｎｍ〜２０００ｎｍであることが好ましい。
【００２５】
以下、図面を用いて、本発明の光式生体情報測定装置を詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における光式生体情報測定装置の構成図である。
【００２７】
本実施の形態における光式生体情報測定装置には、生体表面１を平らに成形する成形部１０に光源部１１と受光部１２が配置されている。ここで、特に限定するものではないが、例えば成形部１０の大きさは縦２５ｍｍ、横４０ｍｍの角型であり、成形部１０の面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。ただし、成形部１０は角型である必要はない。成形部１０の材料は、生体表面１に押し当てた際に、成形部１０の形状が変化しない程度の強度を有するものであればよい。
【００２８】
成形部１０は、光源部１１から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色ＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００２９】
光源部１１にはＬＥＤ光源、レーザ光源または電球などの光源が組み込まれている。光源部１１より出力される光の中心波長は５００ｎｍから１０００ｎｍもしくは１０００ｎｍから２０００ｎｍである。また、光源部１１は光源を生体表面１から離して配置し生体表面１までを光ファイバーなどで導光する構成でもよい。
【００３０】
受光部１２はホトダイオード、アバランシェホトダイオード、ＣｄＳセルなどの受光センサを備える。また、生体表面１から受光センサまでを光ファイバなどで導光する構成でもよい。
【００３１】
演算部１４は、受光部１２で受光する光１３の受光量に応じて皮下脂肪厚みを算出し、表示部１５は、演算部１４で求められた生体情報である皮下脂肪厚みなどを表示する。また、通信部１６は、演算部１４で求めた生体情報である皮下脂肪厚みの情報や、測定開始などの制御データを外部の機器と通信する。また、入力部１７により、被験者の測定部位、性別、年齢、身長、体重などの測定条件の入力や測定開始などの制御を行うことができる。
【００３２】
次に、本実施の形態における光式生体情報測定装置の動作を以下に説明する。
【００３３】
光源部１１から出射された光は生体内部の皮膚４、皮下脂肪５、筋肉６を散乱、吸収されながら伝播する。生体内部を伝搬した光のうち受光部１２で受光された光１３の受光量は、皮膚４、皮下脂肪５、筋肉６の光の吸収特性、散乱特性の違いがあるために、皮下脂肪５の厚みが厚いほど受光量が増加する。皮下脂肪５の厚みと受光量の関係は図２のようになる。図２のような関係のグラフをあらかじめ求めて演算部１４に記憶させておくことで、演算部１４では、受光部１２で受光された光１３の受光量を用いて皮下脂肪厚みを求めることができる。演算部１４では、入力部１７や通信部１６で入力された測定条件と皮下脂肪厚みから被験者の体脂肪率を算出することができる。また、複数の測定条件をあらかじめ記憶しておくこともできる。
【００３４】
この動作において、成形部１０により生体表面１を平らにすることで、生体表面１の局所的な形状の変化による光の伝搬の変化を抑制することができる。また、成形部１０がある一定以上の面積を有することで生体表面１に押し当てた力がその面積分に分散するので、生体表面１を成形部１０が押し当てる力のばらつきによって測定ごとに生体が変形することも防止している。これらの効果により生体の形状を常に一定の形状に成形することができるので、測定ごとの生体形状のばらつきを抑えることができるため、精度の高い測定が可能となる。なお、生体表面１を必ずしも平らにする必要はなく、例えば図３に示すように、成形部１０の生体と接する部分を凹面形状にすることによっても、常に測定時の生体の形状を一定に成形することができるため、再現性の良い測定が可能となる。
【００３５】
また、成形部１０の生体表面１に接する面の反射率がほぼ０であることにより一度生体表面１から生体外部に出た光が再び生体内部へ入射することを防ぐことができる。したがって、受光部１２で受光する光１３の生体内部の浅い部分を伝搬してきた光の成分を減らすことができるために受光量と皮下脂肪厚みの相関性が向上する。
【００３６】
また光源部１１の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、受光部１２の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。生体内部酸素濃度の場合は、波長４５０ｎｍから８００ｎｍまでの波長と、８００ｎｍから１０００ｎｍまでの波長の２波長の光源素子を持つ光源部１１を用いるか、または、波長４５０ｎｍから８００ｎｍまでの波長と、８００ｎｍから１０００ｎｍまでの波長帯域の２波長に感度特性のある２つ以上の受光センサを備えた受光部１２を持つことで皮下脂肪５と同様の高精度な生体内部酸素濃度を測定することが可能となる。また、生体内部グルコース濃度に関しては１０００ｎｍから２０００ｎｍの波長の光源素子からなる光源部１１と１０００ｎｍから２０００ｎｍの波長に感度がある受光センサからなる受光部１２を用いることで高精度の測定が可能となる。
【００３７】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における光式生体情報測定装置の構成図である。また、図５は成形部１０を上面から見た図である。生体表面１を平らに成形している成形部１０上の光源部１１と受光部１２の間に、縦５ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ５ｍｍの突起部１８を有している。
【００３８】
ここで、特に限定するものではないが、例えば成形部１０の大きさは縦２５ｍｍ、横４０ｍｍの角型であり、成形部１０の面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。ただし、成形部１０は角型である必要はない。また、突起部１８の縦、横および高さの寸法は必ずしもこの値である必要はない。
【００３９】
成形部１０および突起部１８は、光源部１１から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色のＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００４０】
成形部１０および突起部１８に押さえられるために生体表面１は変形している。ただし、ここで突起部１８の幅が狭いために図４のように生体組織で一番柔らかい皮下脂肪５の突起部１８直下の部分のみが突起部１８のない部分へ押し出されるように変形しており、生体内部では皮下脂肪５の厚みのみが局所的に変化している。
【００４１】
本実施の形態における光式生体情報測定装置の光源部１１、受光部１２、演算部１４、表示部１５、通信部１６及び入力部１７は、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の構成及び機能を有する。
【００４２】
本実施の形態における光式生体情報測定装置によると、成形部１０により生体表面１が平らになること、成形部１０の生体表面１に接する面の反射率がほぼ０であることから、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の効果が得られる。
【００４３】
さらに、従来例では生体内部のより深い領域の情報を得るには光源部１１と受光部１２の距離を離さなければならなかったが、本実施例では生体表面１付近の浅い部分を伝搬してきた光は突起部１８によって受光部１２まで伝搬するのを阻害されるために、突起部１８のない場合と比較して、受光部１２ではより生体内部の深い部位を伝搬してきた光の成分がより多く受光される。これにより、受光部１２で受光される光は、突起部１８がない場合に比べて、より皮下脂肪５の厚み情報を持つことになる。したがって、光源部１１と受光部１２の距離を離すことなく生体内部のより深い部位を伝搬してきた光のみを受光することができる。そのため測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。
【００４４】
また実施の形態１と同様に、光源部１１の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、受光部１２の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。
【００４５】
（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３における光式生体情報測定装置の構成図である。また、図７は成形部１０を上面から見た図である。本実施の形態における光式生体情報測定装置には、生体表面１を平らに成形している成形部１０上に縦５ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ５ｍｍの突起部１８を有している。
【００４６】
ここで、特に限定するものではないが、例えば成形部１０の大きさは縦２５ｍｍ、横４０ｍｍの角型であり、成形部１０の面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。ただし、成形部１０は角型である必要はない。また、突起部１８の縦、横および高さの寸法は必ずしもこの値である必要はない。突起部１８には光源部１１と受光部１２が配置されている。
【００４７】
成形部１０および突起部１８に押さえられるために生体表面は変形している。ただし、ここで突起部１８の幅が狭いために、図６のように一番柔らかい皮下脂肪５の突起部１８直下の部分のみが突起部１８のない部分へ押し出されるように変形し、皮下脂肪５の厚みのみが局所的に変化している。
【００４８】
成形部１０および突起部１８は光源部から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色ＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００４９】
本実施の形態における光式生体情報測定装置の光源部１１、受光部１２、演算部１４、表示部１５、通信部１６及び入力部１７は、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の構成及び機能を有する。
【００５０】
本実施の形態における光式生体情報測定装置によると、成形部１０により生体表面１が平らになること、成形部１０の生体表面１に接する面の反射率がほぼ０であることから、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の効果が得られる。
【００５１】
さらに、突起部１８に光源部１１と受光部が存在するために、実際に光が伝搬する皮下脂肪５の厚みは実際の厚みと比較して突起部１８の高さ分だけ薄くなる。測定する皮下脂肪５の厚みが厚くなるほど、光源部１１と受光部１２の距離を離さなければならないので、逆に皮下脂肪５の厚みが薄くなることで光源部１１と受光部１２の距離を近づけることができる。そして、測定された皮下脂肪厚みに突起部１８の高さ分だけの厚みを足すことで本来の皮下脂肪厚みが算出できる。つまり、突起部１８がない場合と比較して、光源部１１と受光部１２の距離を近づけることができる。そのため測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。
【００５２】
また実施の形態１と同様に、光源部１１の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、受光部１２の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。
【００５３】
（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４における光式生体情報測定装置の構成図である。また、図９は成形部１０を上面から見た図である。本実施の形態における光式生体情報測定装置には、生体表面１を平らに成形している成形部１０に、縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５ｍｍの突起部１８と受光部１２を有している。
【００５４】
ここで、特に限定するものではないが、例えば成形部１０の大きさは縦２５ｍｍ、横４０ｍｍの角型であり、成形部１０の面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。ただし、成形部１０は角型である必要はない。また、突起部１８の縦、横および高さの寸法は必ずしもこの値である必要はない。突起部１８上には光源部１１が配置されている。
【００５５】
成形部１０および突起部１８に押さえられるために生体表面１は変形している。ただし、ここで突起部１８の幅が狭いために図８のように皮下脂肪５の突起部１８直下の部分のみが突起部１８のない部分へ押し出されるように変形し、皮下脂肪５の厚みのみが局所的に変化している。
【００５６】
成形部１０および突起部１８は光源部から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色ＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００５７】
本実施の形態における光式生体情報測定装置の光源部１１、受光部１２、演算部１４、表示部１５、通信部１６及び入力部１７は、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の構成及び機能を有する。
【００５８】
本実施の形態における光式生体情報測定装置によると、成形部１０により生体表面１が平らになること、成形部１０の生体表面１に接する面の反射率がほぼ０であることから、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の効果が得られる。
【００５９】
さらに、突起部１８に光源部１１が存在するために実際に光が伝搬する生体内部の領域は突起部１８の高さだけ深くなる。したがって、突起部１８のない場合と比較して、受光部１２ではより生体内部の深い部位を伝搬してきた光の成分がより多く受光される。これにより、受光部１２で受光される光は、突起部１８がない場合に比べて、より皮下脂肪５の厚み情報を持つことになる。したがって、光源部１１と受光部１２の距離を離すことなく生体内部のより深い部位を伝搬してきた光のみを受光することができるため、測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。
【００６０】
また実施の形態１と同様に、光源部１１の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、受光部１２の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。
【００６１】
（実施の形態５）
図１０は本発明の実施の形態５における光式生体情報測定装置の構成図である。また、図１１は成形部１０を上面から見た図である。ここで、特に限定するものではないが、例えば成形部１０の大きさは縦２５ｍｍ、横４０ｍｍの角型であり、成形部１０の面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。ただし、成形部１０は角型である必要はない。さらに、生体表面１を平らに成形している成形部１０には縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５ｍｍの突起部１８と光源部１１を有している。なお、突起部１８の縦、横および高さの寸法は必ずしもこの値である必要はない。また、突起部１８上には受光部１２が配置されている。
【００６２】
成形部１０および突起部１８に押さえられるために生体表面は変形している。ただし、ここで突起部１８の幅が狭いために図１０のように一番柔らかい皮下脂肪５の突起部１８直下の部分のみが突起部１８のない部分へ押し出されるように変形し、皮下脂肪５の厚みのみが局所的に変化している。
【００６３】
成形部１０および突起部１８は光源部から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色ＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００６４】
本実施の形態における光式生体情報測定装置の光源部１１、受光部１２、演算部１４、表示部１５、通信部１６及び入力部１７は、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の構成及び機能を有する。
【００６５】
本実施の形態における光式生体情報測定装置によると、成形部１０により生体表面１が平らになること、成形部１０の生体表面１に接する面の反射率がほぼ０であることから、実施の形態１における光式生体情報測定装置と同様の効果が得られる。
【００６６】
さらに、突起部１８に受光部１２が存在するために実際に光が伝搬する生体内部の領域は突起部１８の高さだけ深くなる。したがって、突起部１８のない場合と比較して、受光部１２ではより生体内部の深い部位を伝搬してきた光の成分がより多く受光される。これにより、受光部１２で受光される光は、突起部１８がない場合に比べて、より皮下脂肪５の厚み情報を持つことになる。よって、光源部１１と受光部１２の距離を離すことなく生体内部のより深い部位を伝搬してきた光のみを受光することができるため、測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。
【００６７】
また実施の形態１と同様に、光源部１１の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、受光部１２の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。
【００６８】
（実施の形態６）
図１２は本発明の実施の形態５における光式生体情報測定装置の成形部１０の斜視図である。
【００６９】
成形部１０は実質的に平らであり、そのほぼ中央に突起部１８が配置されている。成形部１０は直径６０ｍｍの円形状をしている。突起部１８の大きさは縦５ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ５ｍｍである。ここで、成形部１０は必ずしも円形状である必要はなく、面積は１０００ｍｍ2以上が好ましい。また、突起部１８の縦、横および高さの寸法は必ずしもこの値である必要はない。
【００７０】
突起部１８を除く成形部１０上であって突起部１８の中心からの距離が１５ｍｍの位置（第１の所定位置）に第１の光源部１９が配置され、突起部１８の片端であって突起部１８の中心から１５ｍｍの位置（第２の所定位置）に第２の光源部２０が配置されている。第１の光源部１９とは反対側に、突起部１８の中心からの距離が１５ｍｍの位置（第３の所定位置）に第１の受光部２１が配置され、突起部１８上の第２の光源とは反対側で突起部１８の中心からの距離が１５ｍｍの位置（第４の所定位置）に第２の受光部２２が配置され、突起部１８の中心（第５の所定位置）に第３の受光部２３が配置されている。ここで、それぞれの光源部、受光部の位置は必ずしもこの値である必要はない。
【００７１】
また、図１３及び図１４に本実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図を示す。図１３は成形部１０を生体表面１に押し当てた場合におけるＡ−ａでの断面図であり、同様に図１４は成形部１０を生体表面１に押し当てた場合におけるＢ−ｂでの断面図である。
【００７２】
成形部１０および突起部１８に押さえられるために生体表面１は変形している。ただし、ここで突起部１８の幅が狭いために図１３および図１４のように皮下脂肪５の突起部１８直下の部分のみが突起部１８のない部分へ押し出されるように変形し、皮下脂肪５の厚みのみが局所的に変化している。
【００７３】
成形部１０および突起部１８は第１の光源部１９および第２の光源部２０から出射される光の波長の領域で生体表面１と接する面の反射率が実質的に０である黒色ＡＢＳなどの材料で形成されている。ここでいう実質的に０とは反射率２％以下とする。なお、その他の方法として、成形部１０に反射率が２％以下のコーティングもしくは塗装がされていても良い。
【００７４】
第１の光源部１９および第２の光源部２０にはＬＥＤ光源、レーザ光源または電球などの光源が組み込まれている。第１の光源部１９および第２の光源部２０より出力される光の中心波長は５００ｎｍから１０００ｎｍもしくは１０００ｎｍから２０００ｎｍである。また、第１の光源部１９および第２の光源部２０は生体表面１から離して配置し生体表面１までを光ファイバーなどで導光する構成でもよい。
【００７５】
第１の受光部２１、第２の受光部２２および第３の受光部２３はホトダイオード、アバランシェホトダイオード、ＣｄＳセルなどの受光センサを備える。また、各受光部は生体表面１から受光センサまでを光ファイバなどで導光する構成でもよい。
【００７６】
演算部１４は、第１の受光部２１、第２の受光部２２および第３の受光部２３で受光する光の受光量に応じて皮下脂肪厚みを算出し、表示部１５は、演算部１４で求められた生体情報である皮下脂肪厚みなどを表示する。また、通信部１６は、演算部１４で求めた生体情報である皮下脂肪厚みの情報や、測定開始などの制御データを外部の機器と通信する。また、入力部１７により、被験者の測定部位、性別、年齢、身長、体重などの測定条件の入力や測定開始などの制御を行うことができる
本実施の形態による光式生体情報測定装置の動作を以下に説明する。
【００７７】
図１３において、第１の光源部１９から出射された光は生体内部の皮膚４、皮下脂肪５、筋肉６を散乱、吸収されながら伝播する。生体内部を伝搬した光のうち第３の受光部２３で受光された光２４の受光量を用いて測定することにより、実施の形態５と同様の効果が得られる。また、生体内部を伝搬した光のうち第１の受光部２１で受光された光２５の受光量を用いることにより、実施の形態２と同様に、第１の光源部１９と第１の受光部２１の距離を離すことなく生体内部のより深い部位を伝搬してきた光のみを受光することができるため測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。さらに、突起部１８に設けた第３の受光部２３で受光された光を用いて、従来例と同様に補正を行うことにより、精度の高い測定が可能となる。
【００７８】
図１４において、第２の光源部２０から出射された光は生体内部の皮膚４、皮下脂肪５および筋肉６を散乱または吸収されながら伝搬する。生体内部を伝搬した光のうち第３の受光部２３で受光された光２６および第２の受光部２２で受光された光２７の受光量は、実施の形態３と同様に、第２の光源部２０と第３の受光部２３及び第２の受光部２２との距離を離すことなく生体内部のより深い部位を伝搬してきた光のみを受光することができるため、測定光学系を小型化することができる。さらに測定対象の生体の領域が減ることで局所的な組織厚みのばらつきの影響が軽減でき測定精度が向上する。さらに、突起部１８に設けた第３の受光部２３で受光された光を用いて、従来例と同様に補正を行うことにより、精度の高い測定が可能となる。
【００７９】
また、これら２つの測定を同時に行い得られる皮下脂肪厚みを演算部１４で平均化することで、より精度の高い測定が可能となる。
【００８０】
また実施の形態１と同様に、第１の光源部１９および第２の光源部２０の波長を、対象とする物質の吸収帯域に選択することや、第１の受光部２１、第２の受光部２２および第３の受光部２３の受光特性を、対象とする物質の吸収帯域に選択することで、受光量によって生体内部酸素濃度や生体内部グルコース濃度を測定することも可能となる。
【００８１】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明によれば、皮下脂肪厚み、体脂肪率、体内グルコース濃度、体内酸素濃度等の生体情報を、再現性良く高精度に測定することができる、小型の光式生体情報測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図
【図２】本発明の光式生体情報測定装置における受光量と皮下脂肪厚みとの関係を示すグラフ
【図３】本発明の一実施の形態における、成形部の形状が異なる光式生体情報測定装置の構成図
【図４】本発明の他の実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図
【図５】同光式生体情報測定装置の成形部を示す上面図
【図６】本発明のさらに他の実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図
【図７】同光式生体情報測定装置の成形部を示す上面図
【図８】本発明のさらに他の実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図
【図９】同光式生体情報測定装置の成形部を示す上面図
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態における光式生体情報測定装置の構成図
【図１１】同光式生体情報測定装置の成形部を示す上面図
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態における光式生体情報測定装置の成形部を示す斜視図
【図１３】同光式生体情報測定装置の構成図
【図１４】同光式生体情報測定装置の異なる断面を示す構成図
【図１５】従来の皮下脂肪厚測定装置の構造図
【図１６】従来の皮下脂肪厚測定装置における問題点を示す概念図
【図１７】従来の皮下脂肪厚測定装置における他の問題点を示す概念図
【符号の説明】
１ 生体表面
２ 光源
３ 測定用受光素子
４ 皮膚
５ 皮下脂肪
６ 筋肉
７ 測定用受光素子の受光する光
８ 補正用受光素子
９ 補正用受光素子の受光する光
１０ 成形部
１１ 光源部
１２ 受光部
１３ 受光部で受光する光
１４ 演算部
１５ 表示部
１６ 通信部
１７ 入力部
１８ 突起部
１９ 第１の光源部
２０ 第２の光源部
２１ 第１の受光部
２２ 第２の受光部
２３ 第３の受光部
２４，２６ 第３の受光部で受光された光
２５ 第１の受光部で受光された光
２７ 第２の受光部で受光された光
Claims (11)
- 生体を照明する光源部と、前記光源部から前記生体内部を伝搬して前記生体表面より出射した光を受光する受光部と、前記生体表面を所定の形状に成形する成形部と、前記受光部において受光した受光量に基づき前記生体の生体情報を算出する演算部とを有し、
前記成形部の前記生体表面と接する面に突起部を備え、
前記光源部が、前記突起部を除く前記成形部に設けられた第１の光源部と、前記突起部に設けられた第２の光源部とを備え、
前記受光部が、前記突起部をはさんで前記第１の光源部と反対側の前記成形部に設けられた第１の受光部と、前記突起部の中心をはさんで前記第２の光源部と反対側の前記突起部に設けられた第２の受光部とを備える光式生体情報測定装置。 - 前記第１の光源部と前記突起部との距離が１〜２０ｍｍの間であり、
前記突起部と前記第１の受光部との距離が１〜２０ｍｍの間であり、
前記第２の光源部と前記第２の受光部との距離が２０〜５０ｍｍである、請求項１記載の光式生体情報測定装置。 - 前記受光部が、前記第２の光源部と前記第２の受光部との間に設けられた第３の受光部をさらに備える、請求項１または２に記載の光式生体情報測定装置。
- 前記第２の光源部と前記第３の受光部との距離が１〜２０ｍｍである、請求項３記載の光式生体情報測定装置。
- 前記受光部が、前記第１の光源部と前記第１の受光部との間に設けられた第３の受光部をさらに備える、請求項１または２に記載の光式生体情報測定装置。
- 成形部の生体表面と接する面が平面形状であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光式生体情報測定装置。
- 成形部の生体表面と接する面の反射率が実質的に０であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光式生体情報測定装置。
- 演算部で算出された生体情報を表示する表示部と、前記生体情報を外部の機器と通信する通信部と、測定条件を入力する入力部を備えたことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光式生体情報測定装置。
- 生体情報が皮下脂肪、生体内部グルコース濃度、または生体内部酸素濃度であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光式生体情報測定装置。
- 生体情報が生体内部グルコース濃度であって、光源部から出射される光の中心波長が４５０ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光式生体情報測定装置。
- 生体情報が生体内部酸素濃度であって、光源部から出射される光の中心波長が１０００ｎｍ〜２０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光式生体情報測定装置。
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