JP7336818B1 - 生体情報検出装置及び生体情報検出方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、乳酸又は乳酸塩の検出に対応した適正波長を有する第１パルスレーザ光を発振する第１レーザ発振器と、ピルビン酸の検出に対応した適正波長を有する第２パルスレーザ光を発振する第２レーザ発振器と、血液に第１パルスレーザ光及び第２パルスレーザ光を照射する照射機構と、血液から出力される検出レーザ光を受光する受光センサと、各構成要素の動作を制御する制御ユニットと、を含む生体情報検出装置である。上記制御ユニットは、第１レーザ発振器及び第２レーザ発振器に対して、第１パルスレーザ光及び第２パルスレーザ光をそれぞれ一定周期で発振する発振指令を出力するとともに、受光センサからの検出信号を上記一定周期に対応する時間での区間データとしてそれぞれ切り出し、これらの区間データに基づいて、血液中における乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸のそれぞれの分量を演算する。

Description

本発明は、生体情報検出装置及び生体情報検出方法に関し、特に、血液中に存在する乳酸及び乳酸塩の分量を取得する生体情報検出装置及び生体情報検出方法に関する。

人間の血液中に含まれる乳酸は、例えば激しい運動中等、血液中の糖を無酸素状態で代謝した際に多く生成される。この血液中の乳酸の濃度は、血液の循環の度合いを示す値として、例えばショック状態や循環不全の指標に適用される。

その一例として、血液中に細菌等が混入して全身の臓器に障害を与える敗血症は、血液中の乳酸濃度をモニタリングすることにより、手術を受けた患者の術後管理を行う場合や、ショック症状を示す救急患者を搬送する際に、患者が重症化に至るかどうかを判断することができる。このような血液中の乳酸濃度の測定は、一般的に、患者から採血した血液を分析することにより行われるが、簡易的かつ連続的な測定が難しく、また採血に伴う感染症に対するリスク管理が必須となる。

この点を改善する方策の一つとして、例えば特許文献１には、生体測定部位にプローブから近赤外光を照射し、生体を透過散乱した光を受光部で受光して、近赤外領域において乳酸により吸収を受ける波長を測定波長としてその測定波長での光強度を検出し、当該光強度に基づいて生体中の乳酸濃度を定量分析する測定方法が開示されている。この方法によれば、試薬を必要とせず、非侵襲的にかつ測定部位による乳酸濃度の違いも測定できるとされている。

また、特許文献２には、被験体の血液成分レベルをリアルタイムモニタリングする方法であって、波長可変ハイブリッドＩＩＩ－Ｖ／ＩＶレーザセンサを備えたシステムオンチップを提供すること；光ファイバインターフェースに掃引レーザ信号を送信することにより、システムオンチップに被験体の血液成分レベルをモニタリングするよう指示すること；光ファイバインターフェースにて被験体の血液に上記信号を導くこと；上記信号が血液と相互作用した後、血液からの反射信号を光ファイバインターフェースで収集すること；上記反射信号を反射光フォトダイオードに導くこと、のステップを含む方法が開示されている。このとき、反射信号は光信号であり；反射信号を光信号から電気信号に変換すること；ならびにマイクロコントローラで電気信号を処理して、当該電気信号を較正された血液成分レベルに変換すること、が実行され、これにより、一定期間にわたって複数のデータポイントを連続的に収集することができ、治療の有効性を評価する上で重要となり得る履歴トレンドの重要な情報を提供することを可能にするとされている。

特開平９－１２６９９５号公報 特表２０２０－５２０７６８号公報

上記例示した従来技術においては、生体、特に血液中の乳酸濃度を非侵襲で測定することが可能ではあるものの、照射される光が所定の波長範囲を有する光源（例えばハロゲンランプや半導体レーザ等）から出射されるものであるため、特に乳酸を選択的にかつ精度よく検出するためには、受光部で受光した光信号の中から、乳酸の測定に適した波長あるいは波長帯を選択するためのキャリブレーションを行う必要がある。このキャリブレーションが適切に行われないと、測定結果の精度が著しく低下する。

また、血液中には、乳酸に加えて、当該乳酸の化学構造や吸光度特性が近似するピルビン酸も存在している。上記のとおり、乳酸とピルビン酸とは化学構造や吸光度特性が近似しているため、従来技術のように乳酸を測定するための波長範囲で検出された光信号には、乳酸だけでなくピルビン酸も併せて含まれてしまう蓋然性が高くなってしまう。

このような経緯から、本願は、血液中に含まれる乳酸及びピルビン酸の濃度を互いに独立して取得することができる生体情報検出装置及び生体情報検出方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様による生体情報検出装置は、乳酸又は乳酸塩の検出に対応した適正波長を有する第１パルスレーザ光を発振する第１レーザ発振器と、ピルビン酸の検出に対応した適正波長を有する第２パルスレーザ光を発振する第２レーザ発振器と、上記乳酸又は乳酸塩とピルビン酸とが内部に存在する血液に第１パルスレーザ光及び第２パルスレーザ光を照射する照射機構と、血液から出力される検出レーザ光を受光する受光センサと、各構成要素の動作を制御する制御ユニットと、を含み、制御ユニットは、上記第１レーザ発振器及び第２レーザ発振器に対して、第１パルスレーザ光及び第２パルスレーザ光をそれぞれ一定周期で発振する発振指令を出力するとともに、上記受光センサからの検出信号を一定周期に対応する時間での区間データとして切り出し、当該区間データに基づいて血液中における乳酸又は乳酸塩とピルビン酸とのそれぞれの分量を演算する。

また、本発明の別の一態様による、乳酸又は乳酸塩の検出に対応した適正波長を有する第１パルスレーザ光とピルビン酸の検出に対応した適正波長を有する第２パルスレーザ光とを、上記乳酸又は乳酸塩とピルビン酸とが内部に存在する血液に照射し、血液から出力される検出レーザ光を受光センサで受光して、当該血液中における乳酸又は乳酸塩とピルビン酸との分量をそれぞれ取得する生体情報検出方法は、上記第１パルスレーザ光及び第２パルスレーザ光がそれぞれ一定周期で発振され、受光センサからの検出信号を一定周期に対応する時間での区間データとして、上記第１パルスレーザ光及び第２パルスレーザ光の適正波長ごとに切り出し、その区間データに基づいて血液中における乳酸又は乳酸塩とピルビン酸とに対するそれぞれの分量を演算する。

本発明の一態様によれば、血液中に含まれる乳酸及びピルビン酸の濃度を互いに独立して取得することができる。これにより、血液中に含まれる乳酸及び乳酸塩の分量をより正確に把握することが可能となる。

本発明の代表的な一例である第１の実施形態による生体情報検出装置の構成を示す概略図である。 図１で示した生体情報検出装置に含まれるレーザ発振器の構成の一例を示すブロック図である。 図１で示した生体情報検出装置に含まれる照射機構の構成の一例を示す部分断面図である。 図１で示した生体情報検出装置に含まれる制御ユニットの構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態による生体情報検出方法の概要を示すフローチャートである。 第１の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す平面図である。 第１の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。 第１の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。 各種指令信号と測定データとの関係を示す時系列グラフである。 第２の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す平面図である。 第２の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。 第２の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。 第２の実施形態による生体情報検出方法の概要を示すフローチャートである。 第３の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す平面図である。 第３の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。 第３の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。 各種指令信号と測定データとの関係を示す時系列グラフである。 第３の実施形態の変形例による測定ユニットの概要を示す部分断面図である。

以下、本発明の代表的な一例による生体情報検出装置及び生体情報検出方法の実施形態を図面と共に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の代表的な一例である第１の実施形態による生体情報検出装置の構成を示す概略図である。また、図２は、図１で示した生体情報検出装置に含まれるレーザ発振器の構成の一例を示すブロック図である。また、図１で示した生体情報検出装置に含まれる照射機構の構成の一例を示す部分断面図である。さらに、図４は、図１で示した生体情報検出装置に含まれる制御ユニットの構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、第１の実施形態による生体情報検出装置１００は、その一例として、乳酸又は乳酸塩の検出に対応した適正波長を有する第１パルスレーザ光ＬＢ１を発振する第１レーザ発振器１１０と、ピルビン酸の検出に対応した適正波長を有する第２パルスレーザ光ＬＢ２を発振する第２レーザ発振器１２０と、乳酸又は乳酸塩とピルビン酸とが内部に存在する血液ＢＬに第１パルスレーザ光ＬＢ１及び第２パルスレーザ光ＬＢ２を照射する照射機構１３０と、照射機構１３０をＸＹＺ方向の任意の位置に移動させる搬送機構１４０と、血液ＢＬを収容した容器１５２のＸＹＺ方向の位置を移動させるサンプル保持機構１５０と、血液ＢＬから出力される検出レーザ光を受光する受光センサ１６０と、各構成要素の動作を制御する制御ユニット１７０と、を含む。

なお、以下の説明において、血液ＢＬ中に含まれる乳酸又は乳酸塩とピルビン酸とを、まとめて「測定対象物質」として符号「ＭＭ」で表すものとする（後述する図４の符号ＭＭ等を参照）。

第１レーザ発振器１１０は、血液ＢＬに含まれる測定対象物質ＭＭのうち、乳酸又は乳酸塩を検出する上で適正な波長（例えば吸収効率が高い波長等）を出力する光源が適用される。ここで、乳酸又は乳酸塩を検出する際の適正なパルスレーザ光ＬＢの波長は、その一例として１４８０ｎｍが採用される。

第２レーザ発振器１２０は、血液ＢＬに含まれる測定対象物質ＭＭのうち、ピルビン酸を検出する上で適正な波長（例えば吸収効率が高い波長等）を出力する光源が適用される。ここで、ピルビン酸を検出する際の適正なパルスレーザ光ＬＢの波長は、その一例として１４６２ｎｍが採用される。

第１レーザ発振器１１０は、その一例として図２に示すように、制御ユニット１７０からの発振指令信号に基づいて、第１パルスレーザ光ＬＢ１を一定周期Ｔで発振する制御を行う発振制御部１１２と、発振制御部１１２からのオンオフ信号に応じて複数のレーザ光源１１５ａ、１１５ｂへの駆動電力を供給する駆動電源１１３と、レーザ光源１１５ａ、１１５ｂを取り付けた支持部１１４と、複数のレーザ光源１１５ａ、１１５ｂから出射されたパルスレーザ光ＬＢａ、ＬＢｂを集光させる集光レンズ１１６と、集光された第１パルスレーザ光ＬＢ１の波長を調整する波長調整部１１７と、当該第１パルスレーザ光ＬＢ１を照射機構１３０に伝送する伝送路１１８（例えば光ファイバ）と、を含む。

ここで、図２では、第１パルスレーザ光ＬＢ１の光源として２つのレーザ光源ＬＢａ、ＬＢｂを用いる場合を例示したが、レーザ光源は３つ以上のアレイ状あるいは所定の円周上に設けることも可能である。また、上記した乳酸又は乳酸塩やピルビン酸を検出するのに適正な波長を選択的に出射するための、複数のレーザ光源１１５ａ、１１５ｂとしては、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）等を採用できる。

そして、複数のレーザ光源１１５ａ、１１５ｂから出射されたパルスレーザ光ＬＢａ、ＬＢｂを同軸に集光して高出力化し、これを波長調整部１１７に透過させることにより、所定の適正波長の範囲に選択された第１パルスレーザ光ＬＢ１が伝送路１１８に出射される。ここで、波長調整部１１７としては、所定の上限値及び下限値の範囲外の光を選択的に除去するバンドパスフィルタ等が例示できる。

なお、複数のレーザ光源１１５ａ、１１５ｂに駆動電源１１３から駆動電力を直接供給する場合を示したが、例えば支持部１１４に増幅回路（図示せず）を設けて、駆動電源１１３からの駆動電力を増幅してレーザ光源１１５ａ、１１５ｂに供給するように構成してもよい。また、第２レーザ発振器１２０の構成については、上記した第１レーザ発振器１１０と同様の構成を用い得るため、その説明は省略する。

照射機構１３０は、その一例として図３に示すように、第１パルスレーザ光ＬＢ１及び第２パルスレーザ光ＬＢ２をそれぞれ伝送する伝送路１１８、１２８と接続されるコネクタ１３１ａ、１３１ｂと、伝送された第１パルスレーザ光ＬＢ１及び第２パルスレーザ光ＬＢ２を同軸の光路に導くビームスプリッタ１３２と、第１パルスレーザ光ＬＢ１を反射させてビームスプリッタ１３２に導くミラー１３３、１３４と、第２パルスレーザ光ＬＢ２を反射させてビームスプリッタ１３２に導くミラー１３５と、同軸に導かれたパルスレーザ光ＬＢ（すなわち、第１パルスレーザ光ＬＢ１と第２パルスレーザ光ＬＢ２とを重畳したレーザ光）を、所定の焦点位置で集光させる集光レンズ１３６と、パルスレーザ光ＬＢを透過させる窓部材１３７と、を含む。

伝送路１１８、１２８を介して照射機構１３０に導入された第１パルスレーザ光ＬＢ１及び第２パルスレーザ光ＬＢ２は、集光レンズ１３６により所定のビーム直径及びビーム断面形状等のビームプロファイルに成形された後、窓部材１３７から容器１５２に収容された血液ＢＬに向けて照射される。ここで、第１の実施形態においては、パルスレーザ光ＬＢとしてビームスポットが円形断面となるように成形される場合を例示しているが、集光レンズを適宜選択することにより、ビームプロファイルを多角形あるいはライン状等の任意の形状に成形することも可能である。

なお、図３に示す構成では、第１パルスレーザ光ＬＢ１と第２パルスレーザ光ＬＢ２を同軸の光路に導く光学素子としてビームスプリッタ１３２を例示したが、２つのレーザ光を同軸に導く（出射する）ものであれば、他の光学素子を適用してもよい。また、窓部材１３７は照射機構１３０の内部の気密性を保持するための部材として用いているが、当該窓部材１３７にいわゆる「テレセントリックｆθレンズ」を追加するように構成してもよい。

搬送機構１４０は、その一例として、互いに直交するＸＹＺの３軸方向に相対移動するリニア駆動体として構成され、その一端に照射機構１３０が取り付けられる。なお、搬送機構１４０は、一端に照射機構１３０を取り付けたロボットアームを備えた６軸又は７軸タイプの産業用ロボットとして構成されてもよい。

サンプル保持機構１５０は、その一例として、測定対象物質ＭＭを含む血液ＢＬを収容した容器１５２を上面に載置しつつ、図示上のＸＹＺの３軸方向に移動自在なテーブルとして構成されている。また、サンプル保持機構１５０の上面と容器１５２の下面との間には血液ＢＬからの透過光ＴＢ（図６Ｂ、図６Ｃ等参照）を検出する受光センサ１６０が配置される。

なお、血液ＢＬを収容する容器１５２としては、上記したパルスレーザ光ＬＢの波長に対して透明な（すなわち、照射されたパルスレーザ光ＬＢが透過する）材料によって構成される。これにより、容器１５２に収容された血液ＢＬに照射されたパルスレーザ光ＬＢは、測定対象物質ＭＭの存在しない領域ではそのまま容器１５２の底面を透過して受光センサ１６０まで到達するため、受光センサ１６０によってパルスレーザ光ＬＢの照射を検出できる。

制御ユニット１７０は、その一例として図４に示すように、生体情報検出装置１００の各構成要素に動作指令を出力する主制御部１７２と、受光センサ１６０からの検出値を用いて血液ＢＬに含まれる測定対象物質ＭＭ中の乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸の分量をそれぞれ演算する分量演算部１７４と、上記演算された乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸の分量やその他の各種パラメータ等を表示する表示部１７６と、測定条件等の各種パラメータの修正を行う情報を手入力可能な入力インターフェース１７８と、を含む。そして、制御ユニット１７０は、主制御部１７２が第１レーザ発振器１１０、第２レーザ発振器１２０、搬送機構１４０及びサンプル保持機構１５０と有線あるいは無線で接続されており、これらの周辺機器と信号のやり取りを行って生体情報検出装置１００全体の動作を制御する。

主制御部１７２は、その一例として、ユーザから入力インターフェース１７８により測定開始に対応する開始信号Ｓｓが入力されると、所定の測定プログラムから第１レーザ発振器１１０及び第２レーザ発振器１２０への発振や、搬送機構１４０及びサンプル保持機構１５０への相対移動等の動作情報を抽出して、これらの動作を実行するための発振信号Ｓ１ｏ、Ｓ２ｏや相対移動信号Ｓｍを生成して各構成要素に出力する機能を有する。また、主制御部１７２は、第１レーザ発振器１１０及び第２レーザ発振器１２０への出力と同期して、後述する分量演算部１７４に第１発振信号Ｓ１ｏ及び第２発振信号Ｓ２ｏを出力するとともに、当該分量演算部１７４からの演算結果を受けて、分量の演算結果や現在の生体情報検出装置１００の各種パラメータを表示部１７６に送ってこれらを表示させる機能も有する。

分量演算部１７４は、上記したとおり、開始信号ＳＳを受けた主制御部１７２から演算開始に対応する演算信号Ｓｅを受信すると、受光センサ１６０から時刻ｔにおける検出値に対応する検出信号Ｓｄを連続的に受信して蓄積する機能を備える。また、分量演算部１７４は、主制御部１７２から第１発振信号Ｓ１ｏ及び第２発振信号Ｓ２ｏを受信して、受光センサ１６０で検出した検出信号Ｓｄの時系列データから第１レーザ発振器１１０及び第２レーザ発振器１２０の各々の発振タイミングに合わせた区間データＤを切り出し、当該区間データＤに基づいて血液ＢＬ中に含まれる測定対象物質ＭＭ中の乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸の分量を演算する機能をも備える。そして、演算された乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸の分量の結果は、主制御部１７２に送られる。

次に、図５～図７を用いて、第１の実施形態による生体情報検出装置において実行される生体情報検出方法の具体的な動作態様を説明する。

図５は、第１の実施形態による生体情報検出方法の概要を示すフローチャートである。また、図６Ａ～図６Ｃは、第１の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す平面図及び部分正面図である。また、図７は、各種指令信号と測定データとの関係を示す時系列グラフである。

第１の実施形態による生体情報検出装置１００によって実行される生体情報検出方法は、図５に示すように、ユーザから入力インターフェース１７８により測定開始に対応する開始信号Ｓｓが入力されると、まず制御ユニット１７０の主制御部１７２が、分量演算部１７４に対して、受光センサ１６０からの検出信号Ｓｄの受信開始を指令する（ステップＳ１０１）。これにより、分量演算部１７４では、フローチャートに示す動作の終了まで連続的に受光センサ１６０からの検出信号Ｓｄを時系列データとして連続的に受信して一時記憶する。

続いて、主制御部１７２は、所定の測定プログラムに基づいて、搬送機構１４０及びサンプル保持機構１５０に対して相対移動信号Ｓｍを出力する（ステップＳ１０２）。これにより、血液ＢＬに対してパルスレーザ光ＬＢが照射される位置及び焦点距離が位置決めされる。

次に、主制御部１７２は、第１レーザ発振器１１０及び第２レーザ発振器１２０に対して、既定の照射時間Ｔｏｎだけ第１パルスレーザ光ＬＢ１あるいは第２パルスレーザ光ＬＢ２を出射するための、第１発振信号Ｓ１ｏ及び第２発振信号Ｓ２ｏを出力する（ステップＳ１０３）。当該第１発振信号Ｓ１ｏを受けた第１レーザ発振器１１０では、発振制御部１１２が駆動電源１１３に対して上記の照射時間Ｔｏｎの間だけオン指令信号Ｓｏｎを出力し、所定の波長に調整された第１パルスレーザ光ＬＢ１が出射される。なお、この動作については、第２レーザ発振器１２０でも並行して同様に実行される。

続いて、主制御部１７２は、上記測定プログラムに基づいて、容器１５２内の血液ＢＬに規定されるすべての測定範囲でのパルスレーザ光ＬＢの照射が終了したかどうかを判別する（ステップＳ１０４）。すなわち、ステップＳ１０４において、すべての測定範囲での照射が終了したと判別された場合、主制御部１７２は血液ＢＬに対する測定が終了したとして分量演算部１７４に演算信号Ｓｅを出力し、以後のステップＳ１０５に進む。

一方、ステップＳ１０４において、すべての測定範囲での照射が終了していないと判別された場合、ステップＳ１０２に戻って、測定プログラムに従う未終了の測定範囲に対するパルスレーザ光ＬＢの位置決め及び照射が繰り返し実行される。これにより、容器１５２に収容された血液ＢＬの測定すべきすべての範囲（領域）における測定対象物質ＭＭの検出が実行される。

図６Ａ～図６Ｃには、上記のステップＳ１０２からステップＳ１０４までの動作手順について、その具体的な一例が示されている。すなわち、図６Ａに示すように、上面にセンシング面を有する受光センサ１６０に載置された容器１５２には血液ＢＬが収容されており、当該血液ＢＬにおいて、パルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰの集光径（スポット径）に対応する長さを縦横の長さとする複数個の矩形領域Ｃが定義される。

そして、上記のように定義された複数個の矩形領域Ｃについて、測定プログラムでパルスレーザ光ＬＢの照射開始位置Ｐｓと照射終了位置Ｐｅをさらに定義するとともに、これら照射開始位置Ｐｓと照射終了位置Ｐｅとの間をＸＹ方向で走査する走査経路を規定する。なお、一例として、図５で示したフローチャートのステップＳ１０４の判別では、現在の照射位置（集光点ＦＰ）が走査経路上の照射終了位置Ｐｅと一致したかどうかで判断される。

次に、パルスレーザ光ＬＢの照射位置（集光点ＦＰ）において、測定対象物質ＭＭの有無と受光センサ１６０からの検出信号との関係について以下に説明する。例えば図６Ｂに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在しない場合、パルスレーザ光ＬＢは血液ＢＬ及び容器１５２を透過するため、照射されたパルスレーザ光ＬＢの出力に相当する透過光ＴＢが受光センサ１６０の受光点ＤＰで検出される。

一方、図６Ｃに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在する場合には、パルスレーザ光ＬＢとして照射される第１パルスレーザ光ＬＢ１あるいは第２パルスレーザ光ＬＢ２は、測定対象物質ＭＭ中の乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸で吸収あるいは反射されるため、照射されたパルスレーザ光ＬＢの出力より低出力となった透過光ＴＢが受光センサ１６０の受光点ＤＰで検出される。なお、図６Ｃにおいては、測定対象物質ＭＭがパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰの集光径より大きい場合を例示しているが、集光径より小さい場合であっても同様の傾向を示す。

続いて、主制御部１７２から演算信号Ｓｅを受けた分量演算部１７４は、図７に示すように、主制御部１７２からの第１発振信号Ｓ１ｏ及び第２発振信号Ｓ２ｏを受信していた区間にそれぞれ対応する受光センサ１６０からの検出信号Ｓｄの区間を切り出すことにより、第１パルスレーザ光ＬＢ１に対応する第１区間データＤ１と第２パルスレーザ光ＬＢ２に対応する第２区間データＤ２を抽出する（ステップＳ１０５）。これにより、検出信号Ｓｄにおいて第１パルスレーザ光ＬＢ１が照射されていた照射時間Ｔ１ｏｎあるいは第２パルスレーザ光ＬＢ２が照射されていた照射時間Ｔ２ｏｎに対応する区間のデータのみを絞り込むことができる（すなわち検出時のノイズを低減できる）。ここで、第１発振信号Ｓ１ｏの照射時間Ｔ１ｏｎと非照射時間Ｔ１ｏｆｆとを併せて１周期Ｔと定義する（この点は、第２発振信号Ｓ２ｏと１周期Ｔとの関係についても同様である）。

次に、分量演算部１７４は、抽出された第１区間データＤ１及び第２区間データＤ２に基づいて、測定対象物質ＭＭ中の乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸の血液ＢＬに対する分量を演算する。具体的には、ステップＳ１０５で抽出された第１区間データＤ１は、その一例として、測定対象物質ＭＭが検出されていない場合（非検出区間Ｔｎ）の基準データＤ１ｓ（図６Ｂで示した状態）と、測定対象物質ＭＭが検出された場合（検出区間Ｔ１ｄ）の検出データＤ１ｄ（図６Ｃで示した状態）と、の２つのレベルによる出力値を含んでいる。

このとき、基準データＤ１ｓと検出データＤ１ｄとの差分ΔＤ１の絶対値が大きいほど測定対象物質ＭＭの検出量が多いと判断できる。そこで、分量演算部１７４は、対象となるすべての測定範囲を測定後に、区間データＤ１の全体における検出データＤ１ｄの数を積算し、測定対象物質ＭＭの「分量」として主制御部１７２に出力して動作を終了する（ステップＳ１０６）。

一方、抽出された第２区間データＤ２は、その一例として、測定対象物質ＭＭが検出されていない場合（非検出区間Ｔｎ）の基準データＤ２ｓと、測定対象物質ＭＭが検出された場合（検出区間Ｔ２ｄ）の検出データＤ２ｄと、の２つのレベルによる出力値を含んでいる。したがって、第１区間データＤ１の場合と同様に、基準データＤ２ｓと検出データＤ２ｄとの差分ΔＤ２の絶対値が大きいほど測定対象物質ＭＭの検出量が多いと判断できる。

なお、測定対象物質ＭＭの分量は積算数ではなく全体に対する比率として演算されてもよい。また、基準データと検出データとの差分ΔＤ１あるいはΔＤ２にそれぞれ閾値を設けて、所定の閾値を超えたものを「検出した」と判断するようにしてもよい。

上記のような構成を備えることにより、第１の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法は、乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸を検出するのに適した波長の２つのレーザ発振器に対して、一定周期でパルスレーザ光を発振するように発振指令を出力し、受光センサからの検出信号を上記一定周期に対応する時間で、各々の波長のレーザ光に対応した区間データとして切り出し、当該区間データに基づいて血液中の乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸の分量を演算するように構成したため、血液中に含まれる乳酸及びピルビン酸の濃度を互いに独立して取得することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、図８Ａ～図８Ｃ及び図９を用いて、本発明の別の一例である第２の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法の実施態様について説明する。なお、第２の実施形態においては、図１～図７に示した概略図等において、第１の実施形態と同一あるいは共通の構成を採用し得るものについては、同一の符号を付してこれらの繰り返しの説明は省略する。

図８Ａ～図８Ｃは、第２の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す平面図及び部分正面図である。また、図９は、第２の実施形態による生体情報検出方法の概要を示すフローチャートである。

第２の実施形態による生体情報検出装置１００においては、第１の実施形態における血液ＢＬを収容する容器１５２を用いた測定手法に対して、例えば血液ＢＬが人間等の生物内部を流れている間に、直接測定用のパルスレーザ光ＬＢを血管等に照射して測定する手法を用いる。すなわち、図８Ａに示すように、例えば人体において、照射されるパルスレーザ光ＬＢが比較的透過しやすい末端部（指２４０等）を上面にセンシング面を有する受光センサ１６０上に載せた状態で、パルスレーザ光ＬＢを当該指２４０に向けて照射する。

このとき、パルスレーザ光ＬＢの照射位置（集光点ＦＰ）において、例えば図８Ｂに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在しない場合、パルスレーザ光ＬＢは血管２４２を含む指２４０を透過するため、照射されたパルスレーザ光ＬＢの出力に相当する透過光ＴＢが受光センサ１６０の受光点ＤＰで検出される。

一方、図８Ｃに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在する場合には、パルスレーザ光ＬＢは、第１の実施形態の場合と同様に、測定対象物質ＭＭ中の乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸で吸収あるいは反射されるため、照射されたパルスレーザ光ＬＢの出力より低出力を有する透過光ＴＢが受光センサ１６０の受光点ＤＰで検出される。なお、図８Ｃにおいても、第１の実施形態の場合と同様に、測定対象物質ＭＭがパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰの集光径より小さい場合であっても同様の傾向を示す。

このような配置による状態で、一定周期Ｔのオンオフ制御によるパルスレーザ光ＬＢを所定時間だけ照射しつつ、受光センサ１６０からの検出信号Ｓｄを受信する。これにより、第１の実施形態において容器１５２内の血液ＢＬの測定領域を走査して測定する代わりに、パルスレーザ光ＬＢの光軸（すなわち照射機構１３０）を移動させることなく、連続的に流れる血液としての血液ＢＬの時系列データを測定することができる。

第２の実施形態による生体情報検出方法は、図９に示すように、ユーザから入力インターフェース１７８により測定開始に対応する開始信号Ｓｓが入力されると、まず制御ユニット１７０の主制御部１７２が、分量演算部１７４に対して、受光センサ１６０からの検出信号Ｓｄの受信開始を指令する（ステップＳ２０１）。これにより、第１の実施形態の場合と同様に、分量演算部１７４では、フローチャートに示す動作の終了まで連続的に受光センサ１６０からの検出信号Ｓｄを時系列データとして連続的に受信して一時記憶する。

続いて、主制御部１７２は、所定の測定プログラムに基づいて、第１レーザ発振器１１０及び第２レーザ発振器１２０に対して、既定の照射時間Ｔｏｎだけパルスレーザ光ＬＢを出射する第１発振信号Ｓ１ｏ及び第２発振信号Ｓ２ｏを出力する（ステップＳ２０２）。当該第１発振信号Ｓ１ｏを受けた第１レーザ発振器１１０では、第１の実施形態と同様に、発振制御部１１２が駆動電源１１３に対して上記の照射時間Ｔｏｎの間だけオン指令信号Ｓｏｎを出力し、所定の波長に調整されたパルスレーザ光ＬＢが出射される。なお、この動作については、第２レーザ発振器１２０でも並行して同様に実行される。

続いて、主制御部１７２は、上記測定プログラムに基づいて、一定周期Ｔによるパルスレーザ光ＬＢの照射が所定周期終了したかどうかを判別する（ステップＳ２０３）。すなわち、ステップＳ２０３において、所定の周期数の照射が終了したと判別された場合、主制御部１７２は血液ＢＬに対する測定が終了したとして分量演算部１７４に演算信号Ｓｅを出力し、以後のステップＳ２０４に進む。

一方、ステップＳ２０３において、所定の周期数の照射が終了していないと判別された場合、ステップＳ２０２に戻って１周期分のパルスレーザ光ＬＢの照射を繰り返す。これにより、指２４０の血管２４２を連続的に流れる血液（血液）ＢＬの所定時間における測定対象物質に対する検出動作が実行される。

続いて、主制御部１７２から演算信号Ｓｅを受けた分量演算部１７４は、第１の実施形態と同様に、主制御部１７２からの第１発振信号Ｓ１ｏ及び第２発振信号Ｓ２ｏを受信していた区間にそれぞれ対応する受光センサ１６０からの検出信号Ｓｄの区間を切り出すことにより、第１区間データＤ１及び第２区間データＤ２を抽出する（ステップＳ２０４）。これにより、検出信号Ｓｄにおける第１パルスレーザ光ＬＢ１及び第２パルスレーザ光ＬＢ２がそれぞれ照射されていた区間のデータのみを絞り込むことができる。

次に、分量演算部１７４は、第１の実施形態の場合と同様に、抽出された第１区間データＤ１及び第２区間データＤ２に基づいて、測定対象物質ＭＭ中の乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸の血液ＢＬに対する分量を演算する。そして、分量演算部１７４は、演算した乳酸又は乳酸塩の分量、及びピルビン酸の分量を、主制御部１７２に出力して動作を終了する（ステップＳ２０５）。

上記のような構成を備えることにより、第２の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法は、第１の実施形態で説明した効果に加えて、例えば血液の代表的な一例である血液が人間等の生物内部を流れている間に、直接測定用のパルスレーザ光を指等の血管に照射して測定する手法を用いるため、人体等から予め血液を取得する必要がなく、測定時の負担を軽減できる。また、測定する血液を収容した容器に対してパルスレーザ光を相対移動させるステップが不要となるため、全体の測定時間を短縮することもできる。

＜第３の実施形態＞
次に、図１０Ａ～図１０Ｃ、図１１及び図１２を用いて、本発明のさらに別の一例である第３の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法の実施態様について説明する。なお、第３の実施形態においては、図１～図９に示した概略図等において、第１の実施形態及び第２の実施形態と同一あるいは共通の構成を採用し得るものについては、同一の符号を付してこれらの繰り返しの説明は省略する。

図１０Ａ～図１０Ｃは、第３の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が血液に照射される動作手順の概要を示す平面図及び部分正面図である。また、図１１は、各種指令信号と測定データとの関係を示す時系列グラフである。さらに、図１２は、第３の実施形態による生体情報検出装置の変形例による測定ユニットの概要を示す部分断面図である。

第３の実施形態による生体情報検出装置１００においては、第１の実施形態における血液ＢＬからの透過光ＴＢを受光センサ１６０で検出する測定手法に対して、血液ＢＬに含まれる測定対象物質ＭＭの反射光ＲＢを測定する手法を用いる。すなわち、図１０Ａに示すように、サンプル保持機構１５０に載置された容器１５２に血液ＢＬが収容されており、第１の実施形態の場合と同様に、血液ＢＬの所定の測定範囲に対してパルスレーザ光ＬＢを照射する。

このとき、第３の実施形態による生体情報検出装置１００においては、血液ＢＬに含まれる測定対象物質ＭＭで反射した反射光ＲＢを、照射機構１３０に取り付けた受光センサ３６０によって検出する。すなわち、例えば図１０Ｂに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在しない場合、パルスレーザ光ＬＢは血液ＢＬ及び容器１５２を透過するため、受光センサ３６０では装置周囲の光量に基づく検出値のみが検出される。

一方、図１０Ｃに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在する場合には、パルスレーザ光ＬＢは測定対象物質ＭＭで吸収あるいは反射されるため、照射されたパルスレーザ光ＬＢの出力の一部である反射光ＲＢが、受光センサ３６０の受光点ＤＰで検出される。なお、図１０Ｃにおいては、第１の実施形態の場合と同様に、測定対象物質ＭＭがパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰの集光径より小さい場合であっても同様の傾向を示す。

第３の実施形態による生体情報検出装置１００においては、図１１に示すように、受光センサ３６０が反射光ＲＢを検出した区間で、所定の光量の検出値となる検出信号Ｓｄが受信される。そして、分量演算部１７４は、第１の実施形態と同様に、主制御部１７２からの第１発振信号Ｓ１ｏ及び第２発振信号Ｓ２ｏを受信していた区間に対応する検出信号Ｓｄの区間を切り出すことにより、第１区間データＤ１及び第２区間データをそれぞれ抽出する。これにより、第１の実施形態の場合と同様に、検出信号Ｓｄにおける第１パルスレーザ光ＬＢ１及び第２パルスレーザ光ＬＢ２がそれぞれ照射されていた区間のデータのみを絞り込むことができる。

次に、分量演算部１７４は、抽出された第１区間データＤ１及び第２区間データＤ２に基づいて、測定対象物質ＭＭ中の乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸の血液ＢＬに対する分量を演算する。具体的には、抽出された第１区間データＤ１は、その一例として、測定対象物質ＭＭが検出されていない場合（非検出区間Ｔｎ）の基準データＤ１ｓと、測定対象物質ＭＭが検出された場合（検出区間Ｔｄ）の検出データＤ１ｄと、の２つのレベルによる出力値を含んでいる。

このとき、第１の実施形態の場合と同様に、基準データＤ１ｓと検出データＤ１ｄとの差分ΔＤの絶対値が大きいほど測定対象物質ＭＭの検出量が多いと判断できる。そこで、分量演算部１７４は、対象となるすべての測定範囲を測定後に、第１区間データＤ１の全体における検出データＤ１ｄの数を積算し、測定対象物質ＭＭの「分量」として主制御部１７２に演算結果を出力する。

一方、抽出された第２区間データＤ２は、その一例として、測定対象物質ＭＭが検出されていない場合（非検出区間Ｔｎ）の基準データＤ２ｓと、測定対象物質ＭＭが検出された場合（検出区間Ｔ２ｄ）の検出データＤ２ｄと、の２つのレベルによる出力値を含んでいる。したがって、第１区間データＤ１の場合と同様に、基準データＤ２ｓと検出データＤ２ｄとの差分ΔＤ２の絶対値が大きいほど測定対象物質ＭＭの検出量が多いと判断することができる。

上記のとおり、第３の実施形態による生体情報検出装置１００では、測定対象物質ＭＭに対するパルスレーザ光ＬＢの反射光ＲＢを検出し、これを第１パルスレーザ光ＬＢ１及び第２パルスレーザ光ＬＢ２に対応する第１区間データＤ１及び第２区間データＤ２として抽出することにより、測定対象物質ＭＭ中の乳酸又は乳酸塩及びピルビン酸の分量を個別に演算することができる。このように、パルスレーザ光ＬＢの反射光ＲＢを用いて検出及び演算を行うことから、第３の実施形態の変形例として、よりコンパクトなサイズの測定ユニットの構成を採用することができる。

すなわち、図１２に示すように、測定ユニット３８０として、例えば指２４０等の血液ＢＬが流れる血管を含む生物の一部を収容する筒状の収容部３８２と、当該収容部３８２の内部空間Ｓに向けてパルスレーザ光ＬＢを照射する照射機構１３０と、パルスレーザ光ＬＢの反射光を検出する受光センサ３６０と、を一体に含むような構成が例示できる。これにより、測定ユニット３８０の周囲環境に伴う光量について、受光センサ３６０での検出量を最小限に留めることができるため、測定精度をさらに高めることが可能となる。

上記のような構成を備えることにより、第３の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法は、第１の実施形態で説明した効果に加えて、血液に含まれる測定対象物質の反射光を測定する手法を用いることにより、周囲環境に伴う光量の検出を最小限に留めることができるため、測定精度をさらに高めることが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。例えば、第１の実施形態から第３の実施形態で示した具体例は、それぞれの特徴を組合せて適用してもよい。

１００ 生体情報検出装置
１１０ 第１レーザ発振器
１１２ 発振制御部
１１３ 駆動電源
１１４ 支持部
１１５ａ、１１５ｂ レーザ光源
１１６ 集光レンズ
１１７ 波長調整部
１１８ 伝送路
１２０ 第２レーザ発振器
１２８ 伝送路
１３０ 照射機構
１３１ａ、１３１ｂ コネクタ
１３２ ビームスプリッタ
１３３、１３４、１３５ ミラー
１３６ 集光レンズ
１３７ 窓部材
１４０ 搬送機構
１５０ サンプル保持機構
１５２ 容器
１６０ 受光センサ
１７０ 制御ユニット
１７２ 主制御部
１７４ 分量演算部
１７６ 表示部
１７８ 入力インターフェース
２４０ 指
２４２ 血管
３６０ 受光センサ
３８０ 測定ユニット
３８２ 収容部

Claims (8)

1. 乳酸又は乳酸塩の検出に対応した適正波長を有する第１パルスレーザ光を発振する第１レーザ発振器と、
   ピルビン酸の検出に対応した適正波長を有する第２パルスレーザ光を発振する第２レーザ発振器と、
   前記乳酸又は乳酸塩と前記ピルビン酸とが内部に存在する血液に前記第１パルスレーザ光及び前記第２パルスレーザ光を照射する照射機構と、
   前記血液から出力される検出レーザ光を受光する受光センサと、
   各構成要素の動作を制御する制御ユニットと、
   を含み、
   前記制御ユニットは、前記第１レーザ発振器及び前記第２レーザ発振器に対して、前記第１パルスレーザ光及び前記第２パルスレーザ光をそれぞれ一定周期で発振する発振指令を出力するとともに、前記受光センサからの検出信号を前記一定周期に対応する時間での区間データとして切り出し、前記区間データに基づいて前記血液中における前記乳酸又は乳酸塩と前記ピルビン酸とのそれぞれの分量を演算する
   生体情報検出装置。
2. 前記第１パルスレーザ光の適正波長は１４８０ｎｍであり、前記第２パルスレーザ光の適正波長は１４６２ｎｍである
   請求項１に記載の生体情報検出装置。
3. 前記第１パルスレーザ光及び前記第２パルスレーザ光は、いずれも流動中の前記血液に向けて照射される
   請求項１又は２に記載の生体情報検出装置。
4. 前記受光センサは、前記血液からの前記第１パルスレーザ光及び前記第２パルスレーザ光の反射光をそれぞれ受光するように構成されている
   請求項１又は２に記載の生体情報検出装置。
5. 乳酸又は乳酸塩の検出に対応した適正波長を有する第１パルスレーザ光とピルビン酸の検出に対応した適正波長を有する第２パルスレーザ光とを前記乳酸又は乳酸塩と前記ピルビン酸とが内部に存在する血液に照射し、前記血液から出力される検出レーザ光を受光センサで受光して、前記血液中における前記乳酸又は乳酸塩と前記ピルビン酸との分量をそれぞれ取得する生体情報検出方法であって、
   前記第１パルスレーザ光及び前記第２パルスレーザ光はそれぞれ一定周期で発振され、前記受光センサからの検出信号を、前記一定周期に対応する時間での区間データとして、前記第１パルスレーザ光及び前記第２パルスレーザ光の前記適正波長ごとに切り出し、前記区間データに基づいて前記血液中における前記乳酸又は乳酸塩と前記ピルビン酸とに対するそれぞれの分量を演算する
   生体情報検出方法。
6. 前記第１パルスレーザ光の適正波長は１４８０ｎｍであり、前記第２パルスレーザ光の適正波長は１４６２ｎｍである
   請求項５に記載の生体情報検出方法。
7. 前記第１パルスレーザ光及び前記第２パルスレーザ光は、いずれも流動中の前記血液に向けて照射される
   請求項５又は６に記載の生体情報検出方法。
8. 前記検出レーザ光は、前記血液からの前記第１パルスレーザ光及び前記第２パルスレーザ光の反射光がそれぞれ受光される
   請求項５又は６に記載の生体情報検出方法。

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