JP6539877B2 - 測定装置、測定方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Description
1.本発明者による検討について
1.1 人体の皮膚構造モデルについて
1.2 一般的な測定装置の構成について
2.第1の実施形態
2.1 測定装置について
2.2 測定方法について
2.3 測定装置のハードウェア構成について
本開示の実施形態に係る測定装置及び測定方法について説明するに先立ち、本発明者による検討内容と検討結果について、図1〜図4Bを参照しながら、まず説明する。図1は、人体の皮膚構造モデルの例について示した説明図である。図2は、拡張ランベルト・ベールの法則について説明するための説明図である。図3〜図4Bは、一般的な測定装置の構成について示した説明図である。
まず、図1を参照しながら、人体の皮膚構造をモデル化した皮膚構造モデルについて、簡単に説明する。
次に、図2A〜図3を参照しながら、人体内に存在するグルコース、アルブミン、AGEs(糖化最終産物)、コレステロール、酸化・還元ヘモグロビン等の血中・体液成分(生体成分)を非侵襲の光学測定により計測する測定装置の一般的な構成について、簡単に説明する。
λ:着目する光の波長
A(λ):波長λにおける吸光度
I0(λ):散乱体に入射した波長λの光の強度
I(λ):散乱体を透過した波長λの光の検出強度
G(λ):波長λの光の散乱による減衰量
εi(λ):物質iの波長λの光に関する吸光係数であり、物質に固有の値である。
Ci:物質iの濃度
li:波長λの光が物質iを伝播する際の平均光路長
である。
λ:着目する光の波長
A(λ):波長λにおける吸光度
I0(λ):散乱体に入射した波長λの光の強度
I(λ):散乱体を透過した波長λの光の検出強度
G(λ):波長λの光の散乱による減衰量
εi(λ):層iの波長λの光に関する吸光係数
Ci:層iに含まれる物質の濃度
li:波長λの光が層iを伝播する際の平均光路長
εij(λ):層iに含まれる物質jの波長λの光に関する吸光係数
Cij:層iに含まれる物質jの濃度
である。
SaO2:動脈血酸素飽和度
CHbO2:酸素化ヘモグロビン濃度
CHb:還元ヘモグロビン濃度
である。
λ:波長
ε:吸光係数
C:濃度
d:光路長
である。
以下では、図4〜図12を参照しながら、本開示の第1の実施形態に係る測定装置について、詳細に説明する。
図4は、本実施形態に係る測定装置の構成を示したブロック図である。本開示の第1の実施形態に係る測定装置の構成を示したブロック図である。図5は、本実施形態に係る測定装置が備える測定部の構成例を模式的に示した説明図である。図6は、本実施形態に係る測定部が備える検出部の構成例を模式的に示した説明図である。図7A〜図7Cは、本実施形態に係る測定装置が備える測定部の構成例を模式的に示した説明図である。図8及び図9は、本実施形態に係る測定部による測定処理について説明するための説明図である。図10及び図11は、本実施形態に係る測定装置で検出される反射光について説明するための説明図である。図12は、本実施形態に係る測定装置が備える測定部の別の構成例を模式的に示した説明図である。
[測定装置の全体構成について]
まず、図4を参照しながら、本実施形態に係る測定装置10の全体構成について、詳細に説明する。
本実施形態に係る測定装置10は、測定対象物である生体Bを所定の波長を有する光(測定光)を用いて測定し、得られた測定結果に基づいて生体Bの内部に存在する生体成分の散乱特性を解析する装置である。また、この測定装置10は、得られた測定結果に基づいて、例えば、グルコース、アルブミン、AGEs(糖化最終産物)、コレステロール、酸化・還元ヘモグロビン、水分等の血中・体液成分(生体成分)の成分量を算出することが可能である。
以下では、まず、図5〜図11を参照しながら、本実施形態に係る測定部101の構成について、具体的に説明する。
本実施形態に係る測定部101は、図5に示したように、光源111と、検出部113と、から構成される。
光源111は、生体の内部に存在する生体成分の散乱特性を解析するために用いられ、所定の波長帯域に属する測定光を、生体Bに向かって射出する。この光源111は、測定光の射出面が生体Bと対向するように、所定のフレーム(図示せず。)に配設される。光源111は、本実施形態に係る測定装置10で着目する生体成分を測定するために適した波長の光を射出するものであり、1又は複数の光を射出することができる。
本実施形態に係る測定装置10が備える検出部113は、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されており、光源111から射出され生体Bの一部を透過した測定光の生体Bからの反射光を、複数のセンサで検出するものである。換言すれば、本実施形態に係る検出部113は、いわゆるマルチタップセンサにより構成されている。図6では、このような検出部113の一例として、マイクロレンズアレイ(Micro Lens Array:MLA)を利用したセンサを示している。
続いて、図7A〜図7Cを参照しながら、本実施形態に係る測定部101の構造の具体例について、簡単に説明する。なお、図7A〜図7Cに示した具体例は、本実施形態に係る測定部101の構造のあくまでも一例であって、本開示に係る測定装置10の測定部101の構造が、図7A〜図7Cに示した例に限定されるものではない。
次に、図8〜図11を参照しながら、本実施形態に係る測定部101により測定されるデータ(測定データ)について、詳細に説明する。
再び図4に戻って、本実施形態に係る測定装置10が備える制御部103について説明する。
制御部103は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等により実現される。制御部103は、測定部101に設けられた光源111,115やセンサ131等の駆動制御を行うことにより、測定部101における生体Bの測定処理全般を統括する。より詳細には、制御部103は、所定の同期信号等に基づいて、センサ131の走査タイミングや、情報を取得するセンサ131の選択等といったセンサの駆動制御を行う。また、制御部103は、光源111,115に対しても、測定光の射出タイミングや強度に関する駆動制御を行う。
本実施形態に係る測定装置10が備える解析部105は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。解析部105は、測定部101により検出された反射光の検出結果を利用し、生体の内部に存在する生体成分の散乱特性を解析する。
[記憶部107について]
再び図4に戻って、本実施形態に係る測定装置10が備える記憶部107について説明する。
記憶部107は、本実施形態に係る測定装置10に設けられたRAMやストレージ装置等により実現される。記憶部107には、解析部105における解析処理に用いられる光吸収スペクトルや光散乱スペクトルのデータや、各種のデータベースやルックアップテーブル等が格納されている。また、記憶部107には、本実施形態に係る測定部101により測定された測定データや、本実施形態に係る制御部103や解析部105が実施する処理に用いられる各種のプログラムやパラメータやデータ等が記録されていてもよい。また、記憶部107には、これらのデータ以外にも、測定装置10が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等を適宜記憶することが可能である。この記憶部107は、測定部101、制御部103、解析部105等の各処理部が、自由にアクセスし、データを書き込んだり読み出したりすることができる。
続いて、図12を参照しながら、本実施形態に係る測定部101の変形例について、簡単に説明する。図12は、本実施形態に係る測定装置10が備える測定部101の他の構成例を模式的に示した説明図である。
次に、図13を参照しながら、本実施形態に係る測定装置10で実施される測定方法の流れについて、簡単に説明する。図13は、本実施形態に係る測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
次に、図14を参照しながら、本開示の実施形態に係る測定装置10のハードウェア構成について、詳細に説明する。図14は、本開示の実施形態に係る測定装置10のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
(1)
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも1種類の測定光を射出する光源と、
複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されたものであり、前記測定領域に対して前記光源と同じ側に設けられて、前記生体の一部を透過した前記測定光の当該生体からの反射光を、前記複数のセンサで検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記反射光の検出結果を利用し、前記生体の内部に存在する生体成分の散乱特性を解析する解析部と、
を備える、測定装置。
(2)
前記解析部は、前記検出部により検出された前記反射光を、前記光源からの光学的距離に応じて、前記生体の内部を直進しながら反射してきた直進反射光と、前記生体の内部を散乱しながら反射してきた散乱反射光と、に区分し、前記直進反射光の検出強度と、前記散乱反射光の検出強度とに基づいて、前記生体成分の散乱係数を算出する、(1)に記載の測定装置。
(3)
前記解析部は、前記検出部により検出された前記反射光の強度分布パターンに応じて、前記生体成分の散乱係数を算出する、(1)又は(2)に記載の測定装置。
(4)
前記解析部は、算出した前記生体成分の散乱係数を利用して、当該生体成分の成分量を更に算出する、(2)又は(3)に記載の測定装置。
(5)
前記測定光として、互いに異なる複数の波長が射出され、
前記解析部は、前記検出結果に含まれる前記生体の内部に存在する組織に由来する影響を、当該組織に特有の波長を有する測定光の検出結果を用いて補正する、(1)〜(4)の何れか1つに記載の測定装置。
(6)
前記検出部は、複数のレンズが格子状に規則的に配設されたマイクロレンズアレイを利用したセンサにより、前記反射光を検出する、(1)〜(5)の何れか1つに記載の測定装置。
(7)
前記複数のレンズのそれぞれには、前記センサの1又は複数の画素が対応しており、
前記解析部は、それぞれの前記レンズに対応する前記画素からの画像を反転処理しつつ合成することで、前記反射光の強度分布パターンを表わす画像を生成する、(6)に記載の測定装置。
(8)
前記解析部は、予め作成された、前記レンズによる前記反射光の強度の減衰の特性を示した強度減衰情報に基づいて、前記反射光の強度を補正する、(6)又は(7)に記載の測定装置。
(9)
前記解析部は、着目する前記生体成分に応じて、当該生体成分が前記生体の内部で存在する位置に対応する画像を選択し、選択した画像が互いに連続に接続されるように再合成する、(6)〜(8)の何れか1つに記載の測定装置。
(10)
前記解析部は、前記生体成分の解析結果に誤差を与える生体の部位に対応する前記検出結果を除いて、解析処理を実施する、(6)〜(9)の何れか1つに記載の測定装置。
(11)
前記測定光とは異なる第2の光を射出する第2の光源を更に備え、
前記検出部は、前記生体の一部を透過した前記第2の光の当該生体からの反射光である第2反射光を検出し、
前記解析部は、前記第2反射光の検出結果を利用して、前記測定光の検出結果を補正する、(1)〜(10)の何れか1つに記載の測定装置。
(12)
着目する前記生体成分に応じて、前記光源から射出される前記測定光の波長を制御する、(1)〜(11)の何れか1つに記載の測定装置。
(13)
前記生体成分は、メラニン、血中成分又は水分の少なくとも何れかである、(1)〜(12)の何れか1つに記載の測定装置。
(14)
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも1種類の測定光を光源から射出することと、
複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されたものであり、前記測定領域に対して前記光源と同じ側に設けられた検出部により、前記生体の一部を透過した前記測定光の当該生体からの反射光を、前記複数のセンサで検出することと、
検出された前記反射光の検出結果を利用し、前記生体の内部に存在する生体成分の散乱特性を解析することと、
を含む、測定方法。
(15)
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも1種類の測定光を射出する光源と、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されたものであり、前記測定領域に対して前記光源と同じ側に設けられており、前記生体の一部を透過した前記測定光の当該生体からの反射光を、前記複数のセンサで検出する検出部と、を備える測定モジュールと通信可能なコンピュータに、
前記検出部により検出された前記反射光の検出結果を利用し、前記生体の内部に存在する生体成分の散乱特性を解析する解析機能を実現させるためのプログラム。
(16)
生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも1種類の測定光を射出する光源と、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されたものであり、前記測定領域に対して前記光源と同じ側に設けられており、前記生体の一部を透過した前記測定光の当該生体からの反射光を、前記複数のセンサで検出する検出部と、を備える測定モジュールと通信可能なコンピュータに、
前記検出部により検出された前記反射光の検出結果を利用し、前記生体の内部に存在する生体成分の散乱特性を解析する解析機能を実現させるためのプログラムの記録された記録媒体。
101 測定部
103 制御部
105 解析部
107 記憶部
111,115 光源
113 検出部
121 第1遮光体
123 マイクロレンズアレイ
125 マイクロレンズ
127 第2遮光体
129 アパーチャ(絞り)
131 センサ
Claims (15)
- 生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも1種類の測定光を射出する光源と、
複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されたものであり、前記測定領域に対して前記光源と同じ側に設けられて、前記生体の一部を透過した前記測定光の当該生体からの反射光を、前記複数のセンサで検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記反射光の検出結果を利用し、前記生体の内部に存在する生体成分の散乱特性を解析する解析部と、
を備え、
前記解析部は、前記検出部により検出された前記反射光を、前記光源からの光学的距離に応じて、前記生体の内部を直進しながら反射してきた直進反射光と、前記生体の内部を散乱しながら反射してきた散乱反射光と、に区分し、前記直進反射光の検出強度と、前記散乱反射光の検出強度とに基づいて、前記生体成分の散乱係数を算出する、
測定装置。 - 前記解析部は、前記検出部により検出された前記反射光の強度分布パターンに応じて、前記生体成分の散乱係数を算出する、請求項1に記載の測定装置。
- 前記解析部は、算出した前記生体成分の散乱係数を利用して、当該生体成分の成分量を更に算出する、請求項1に記載の測定装置。
- 前記測定光として、互いに異なる複数の波長が射出され、
前記解析部は、前記検出結果に含まれる前記生体の内部に存在する組織に由来する影響を、当該組織に特有の波長を有する測定光の検出結果を用いて補正する、請求項1に記載の測定装置。 - 前記検出部は、複数のレンズが格子状に規則的に配設されたマイクロレンズアレイを利用したセンサにより、前記反射光を検出する、請求項1に記載の測定装置。
- 生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも1種類の測定光を射出する光源と、
複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されたものであり、前記測定領域に対して前記光源と同じ側に設けられて、前記生体の一部を透過した前記測定光の当該生体からの反射光を、前記複数のセンサで検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記反射光の検出結果を利用し、前記生体の内部に存在する生体成分の散乱特性を解析する解析部と、
を備え、
前記検出部は、複数のレンズが格子状に規則的に配設されたマイクロレンズアレイを利用したセンサにより、前記反射光を検出し、
前記複数のレンズのそれぞれには、前記センサの1又は複数の画素が対応しており、
前記解析部は、それぞれの前記レンズに対応する前記画素からの画像を反転処理しつつ合成することで、前記反射光の強度分布パターンを表わす画像を生成する、
測定装置。 - 生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも1種類の測定光を射出する光源と、
複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されたものであり、前記測定領域に対して前記光源と同じ側に設けられて、前記生体の一部を透過した前記測定光の当該生体からの反射光を、前記複数のセンサで検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記反射光の検出結果を利用し、前記生体の内部に存在する生体成分の散乱特性を解析する解析部と、
を備え、
前記検出部は、複数のレンズが格子状に規則的に配設されたマイクロレンズアレイを利用したセンサにより、前記反射光を検出し、
前記解析部は、予め作成された、前記レンズによる前記反射光の強度の減衰の特性を示した強度減衰情報に基づいて、前記反射光の強度を補正する、
測定装置。 - 生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも1種類の測定光を射出する光源と、
複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されたものであり、前記測定領域に対して前記光源と同じ側に設けられて、前記生体の一部を透過した前記測定光の当該生体からの反射光を、前記複数のセンサで検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記反射光の検出結果を利用し、前記生体の内部に存在する生体成分の散乱特性を解析する解析部と、
を備え、
前記検出部は、複数のレンズが格子状に規則的に配設されたマイクロレンズアレイを利用したセンサにより、前記反射光を検出し、
前記解析部は、着目する前記生体成分に応じて、当該生体成分が前記生体の内部で存在する位置に対応する画像を選択し、選択した画像が互いに連続に接続されるように再合成する、
測定装置。 - 前記解析部は、前記生体成分の解析結果に誤差を与える生体の部位に対応する前記検出結果を除いて、解析処理を実施する、請求項5に記載の測定装置。
- 前記測定光とは異なる第2の光を射出する第2の光源を更に備え、
前記検出部は、前記生体の一部を透過した前記第2の光の当該生体からの反射光である第2反射光を検出し、
前記解析部は、前記第2反射光の検出結果を利用して、前記測定光の検出結果を補正する、請求項1に記載の測定装置。 - 着目する前記生体成分に応じて、前記光源から射出される前記測定光の波長を制御する、請求項1に記載の測定装置。
- 前記生体成分は、メラニン、血中成分又は水分の少なくとも何れかである、請求項1に記載の測定装置。
- 生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも1種類の測定光を光源から射出することと、
複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されたものであり、前記測定領域に対して前記光源と同じ側に設けられた検出部により、前記生体の一部を透過した前記測定光の当該生体からの反射光を、前記複数のセンサで検出することと、
検出された前記反射光を、前記光源からの光学的距離に応じて、前記生体の内部を直進しながら反射してきた直進反射光と、前記生体の内部を散乱しながら反射してきた散乱反射光と、に区分し、前記直進反射光の検出強度と、前記散乱反射光の検出強度とに基づいて、前記生体の内部に存在する生体成分の散乱係数を算出することと、
を含む、測定方法。 - 生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも1種類の測定光を射出する光源と、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されたものであり、前記測定領域に対して前記光源と同じ側に設けられており、前記生体の一部を透過した前記測定光の当該生体からの反射光を、前記複数のセンサで検出する検出部と、を備える測定モジュールと通信可能なコンピュータに、
前記検出部により検出された前記反射光を、前記光源からの光学的距離に応じて、前記生体の内部を直進しながら反射してきた直進反射光と、前記生体の内部を散乱しながら反射してきた散乱反射光と、に区分し、前記直進反射光の検出強度と、前記散乱反射光の検出強度とに基づいて、前記生体の内部に存在する生体成分の散乱係数を算出する算出機能を実現させるためのプログラム。 - 生体の少なくとも一部からなる測定領域に対して、所定の波長帯域に属する少なくとも1種類の測定光を射出する光源と、複数のセンサが所定の配置で規則的に配設されたものであり、前記測定領域に対して前記光源と同じ側に設けられており、前記生体の一部を透過した前記測定光の当該生体からの反射光を、前記複数のセンサで検出する検出部と、を備える測定モジュールと通信可能なコンピュータに、
前記検出部により検出された前記反射光を、前記光源からの光学的距離に応じて、前記生体の内部を直進しながら反射してきた直進反射光と、前記生体の内部を散乱しながら反射してきた散乱反射光と、に区分し、前記直進反射光の検出強度と、前記散乱反射光の検出強度とに基づいて、前記生体の内部に存在する生体成分の散乱係数を算出する算出機能を実現させるためのプログラムの記録された記録媒体。
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