JP6606817B2 - 測定装置 - Google Patents
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Description
第1の発明によれば、生体内で吸収・散乱されやすい特徴帯域に対応する帯域の光成分を選択的に増強することで、未増強時の低S/N比を改善し、他の帯域の波長のS/N比との偏りを少なくすることができる。それでいて、部分的な帯域の光強度のみが増加するので、生体に照射される計測光全体としての強度は、単に光源を強化して計測光の全波長の光強度を上げる場合よりも遙かに少なくて済む。
よって、測定対象生体の光吸収散乱波長特性に起因する局所的な低S/N比を改善し、より広い帯域で良好なS/N比が得られるようになる。
例えば、第2の発明は、976nmの波長の光強度が800nm又は1073nmの波長の光強度に対して1倍超100倍以下の光を照射する第1の発明の生体測定用光源システムである。
例えば、第7の発明として、第2、第5又は第6の発明の生体測定用光源システムを備え、前記生体測定用光源システムによって照射される光の入出射間距離を1mm以上100mm以下に定めた透過方式による光学測定によって前記生体内の体液の成分を測定する測定装置、を構成すると好適である。
図1は、本実施形態における生体測定装置の構成例を示す図である。
本実施形態の生体測定装置2は、生体の外皮面から計測光を照射し、生体組織内による後方散乱光(以降「散乱光」と言う)のうち外皮側へ返ってくる光を受光して生体内の体液の成分を光学的に測定する反射方式による光学測定装置である。
生体測定装置2は、計測光を供給する生体測定用光源システム4と、生体測定用光源システム4から計測光を測定対象生体3へ導く照射用光ファイバー6と、散乱光を受光する受光用光ファイバー7と、受光用光ファイバー7で導かれた散乱光を分光計測する光検出装置8と、を有する。
測定対象生体3の標準とされる光吸収散乱波長特性R3が既知であり、波長λpにおいて吸収・散乱の局所的なピーク(山)を有しているものとする。この波長λp付近が低S/N比となる。そして、この局所帯域を「特徴帯域W」と呼ぶ。また、光源部41から発せられる初源光のパワースペクトルR0も既知である。
また、増強される特徴帯域Wの帯域幅は、望むらくはパワースペクトルR0における吸収・散乱の局所的な山の両裾野に相当する波長間(図示相当)とするが、少なくとも波長λpを中心とした帯域40nmとすれば、発明の目的を達することができる。
例えば、図5は、C=1、d=1とした場合のP(λ)を示すグラフであって、目標とするべき計測光のパワースペクトルを示している。図6は同条件のln(P(λ))を示すグラフである。これらのグラフで示されるパワースペクトルを有する計測光を実現すれば、976nm、1196nm、1453nmをそれぞれ含む3つの特徴領域の光強度が、他帯域の光(吸収係数・吸光度が低く、S/N比がもともと良好とされていた帯域;例えば、800nm付近、1073nm付近など)より大きくなる。そして、生体への熱障害等を適切に抑制しつつ効率的にノイズの少ない生体計測を実現することができることになる。
当該波長域では、ヘモグロビンの吸収係数を前出の式(2)、式(3)に適用すれば良いことになる。
以上、本発明を適用した生体測定装置の実施形態の一例について説明したが、本発明を適用可能な形態がこれに限定されるものではなく、適宜構成要素の追加・省略・変更等を施すことができる。
例えば、計測光の目標とするべきパワースペクトルは、図5〜図6で示すような式(1)から求められるパワースペクトル等に限定されるものではなく、これらに近い特性を有するならば同等の効果が期待できる。
例えば、局所的な低S/N比に対応する波長(例えば、435nm、976nm、1196nmなど)を中心として所定の帯域幅(例えば、40nm程度)を有する帯域を設定し、当該帯域が式(3)で求められるパワー比を満たせば十分な効果を期待できる。なお、この場合、特徴帯域Wの幅は、低S/N比の波長が作るスペクトルの山の幅に応じて変更することができる。
また、式(1)〜式(3)に基づかず、測定対象生体3の既知の吸光度スペクトル(図3、図8〜図10参照)の縦軸を当該波長の増強目標値の軸と読み替えて、光源部41と光学フィルター42とを設定すると考えてもよい。
また、生体測定装置2を、生体測定用光源システム4によって照射される計測光の入出射間距離を1mm以上1.5mm以下に定めた透過方式による光学測定によって生体内の体液の成分を測定する測定装置とする場合、すなわち、生体測定用光源システム4から測定対象生体3へ計測光を照射し、測定対象生体3からの散乱光を光検出装置8で受光する場合には、図12に示すように、照射用光ファイバー6及び受光用光ファイバー7を省略することができる。
また、図13に示すように、モノクロメーター81は、光検出装置8ではなく生体測定用光源システム4の最終段(光学フィルター42の後段)に設ける構成としてもよい。また、光源部41と光学フィルター42の間に、光量調整装置43を追加するとしてもよい。
また、上記実施形態では、光学フィルター42のスペクトル補正効果によって、特徴帯域の光エネルギーを他波長のそれより大きくする構成としたが、光の混合により実現するとしてもよい。
例えば、図14に示すように、光源部41で発せられる初源光を白色化フィルター44でパワースペクトルをフラット化する。これとは別に、特徴帯域の波長の光を選択的に発する特殊光源部45(例えば、近赤外LEDなどで構成)と、光混合器46とを追加する。そして、光混合器46で白色化フィルター44を通った光に特殊光源部45の光を混合して、計測光として出力する構成としてもよい。
Claims (4)
- 生体測定用光源システムを備え、前記生体測定用光源システムによって生体に照射される光を光学測定して前記生体内の体液の成分を測定する測定装置であって、
前記生体測定用光源システムは、光学フィルターを用いて1196nmの波長の光強度を800nm又は1073nmの波長の光強度に対して1倍超100倍以下に補正した光を照射することで、水の光を吸収又は散乱する波長特性における部分的な特徴帯域に対応する帯域の光強度を、他の帯域に比べて大きくした光を照射し、
前記生体測定用光源システムによって照射される光の入出射間距離を1mm以上50mm以下に定めた透過方式による光学測定によって前記生体内の体液の成分を測定する測定装置。 - 生体測定用光源システムを備え、前記生体測定用光源システムによって生体に照射される光を光学測定して前記生体内の体液の成分を測定する測定装置であって、
前記生体測定用光源システムは、光学フィルターを用いて1453nmの波長の光強度を800nm又は1073nmの波長の光強度に対して25倍以上100倍以下に補正した光を照射することで、水の光を吸収又は散乱する波長特性における部分的な特徴帯域に対応する帯域の光強度を、他の帯域に比べて大きくした光を照射し、
前記生体測定用光源システムによって照射される光の入出射間距離を1mm以上1.5mm以下に定めた透過方式による光学測定によって前記生体内の体液の成分を測定する測定装置。 - 生体測定用光源システムを備え、前記生体測定用光源システムによって生体に照射される光を光学測定して前記生体内の体液の成分を測定する測定装置であって、
前記生体測定用光源システムは、光学フィルターを用いて924nmの波長の光強度を732nmの波長の光強度に対して1倍超100倍以下に補正した光を照射することで、ヘモグロビンの光を吸収又は散乱する波長特性における部分的な特徴帯域に対応する帯域の光強度を、他の帯域に比べて大きくした光を照射し、
前記生体測定用光源システムによって照射される光の入出射間距離を1mm以上100mm以下に定めた透過方式による光学測定によって前記生体内の体液の成分を測定する測
定装置。 - 生体測定用光源システムを備え、前記生体測定用光源システムによって生体に照射される光を光学測定して前記生体内の体液の成分を測定する測定装置であって、
前記生体測定用光源システムは、光学フィルターを用いて924nmの波長の光強度を732nmの波長の光強度に対して1倍超100倍以下に補正した光を照射することで、ヘモグロビンの光を吸収又は散乱する波長特性における部分的な特徴帯域に対応する帯域の光強度を、他の帯域に比べて大きくした光を照射し、
前記生体測定用光源システムによって照射される光の入出射間距離を1mm以上10mm以下に定めた反射方式による光学測定によって前記生体内の体液の成分を測定する測定装置。
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