JPH08289882A - 無侵襲血液成分測定装置 - Google Patents

無侵襲血液成分測定装置

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JPH08289882A
JPH08289882A JP7098248A JP9824895A JPH08289882A JP H08289882 A JPH08289882 A JP H08289882A JP 7098248 A JP7098248 A JP 7098248A JP 9824895 A JP9824895 A JP 9824895A JP H08289882 A JPH08289882 A JP H08289882A
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JP7098248A
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English (en)
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Yoshio Watanabe
▲吉▼雄 渡辺
Osamu Ozawa
理 小沢
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】パルス光を発生させる部分,パルス光を生体内
に二次元方向又は三次元方向に照射する部分,パルス光
を同期信号として一光路照射に対して任意時間帯後の生
体内からの光又は音を生体表面から検出する部分,二次
元形状又は三次元形状の生体内の光又は音情報から測定
対象部位を設定する部分を有する。 【効果】生体表面に簡便に装着でき、測定精度がよい無
侵襲血液成分測定装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は無侵襲血液成分測定装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】生体内の化学成分情報としては、酸素分
圧,炭酸ガス分圧,酸素飽和度,ビリルビン濃度などが
センサにより無侵襲計測されている。これらの装置で
は、センサを生体表面に固定して、生体内の測定成分の
総合的情報を測定していた。一方、動脈血酸素飽和度を
測定するパルスオキシメータでは、諏訪邦夫著「パルス
オキシメーター」、中外医学社(1989年)6頁に記
述されているように、目的とする動脈のみからの情報抽
出を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、パルスオキシ
メータを除く上記の従来の方法では、センサを生体表面
に装着し、生体内の測定成分の総合的情報を検出するた
め、血管と他の組織とを区別することがなく、血液中の
測定成分を計測するには精度の点で不充分であるという
問題があった。また、パルスオキシメータは動脈血の情
報を検出できるが、静脈血の情報を知りたい場合もある
し、また生体表面に近い静脈血の情報は取得しやすいた
め、動脈血の情報のみでは実用上不充分で不便であっ
た。
【0004】本発明の目的は、生体表面から血管と組織
を識別して、血液成分を高精度に測定する無侵襲血液成
分測定装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は血管と組織を区別する機能を無侵襲血液成
分測定装置に付加する。即ち、パルス状の入射光を発生
させる部分、該パルス光を生体内の二次元方向又は三次
元方向に照射するように生体表面から入射する部分、前
記パルス光を同期信号として一光路照射に対して任意時
間帯後の測定成分の濃度情報を含んだ生体内からの光又
は音を生体表面から検出する部分、これらから得られる
二次元形状又は三次元形状の生体内の光又は音情報から
測定対象部位を設定する部分を無侵襲血液成分測定装置
に設置又は併設する。
【0006】
【作用】血管から組織へのエネルギ供給,組織での代
謝,代謝産物の組織から血管への排出に起因して、多く
の生体内化学成分は血管と組織で成分濃度に差が生じ
る。まず、入射用のパルス光を発生させ、該パルス光を
生体表面から生体内の二次元方向又は三次元方向に照射
する部分により、二次元であれば扇形,多角形,三次元
であれば円錐,角錐,円柱,角柱の形状で、測定対象部
位に入射させる。次に、パルス光を同期信号として一光
路照射に対して任意時間帯後の生体内からの光又は音を
生体表面から検出する部分により、入射光の光路上で得
られる測定成分の濃度情報を含んだ生体内からの光又は
音の中から任意深さで発生する光又は音情報のみを選別
して検出することができる。この結果、生体内測定成分
濃度の二次元分布又は三次元分布が分かるので、二次元
形状又は三次元形状の生体内の光又は音情報から測定対
象部位を設定する部分で血管部分での測定成分濃度を計
測して、目的とする血管の血中測定成分の濃度情報を知
ることができる。
【0007】測定では、光による検出、即ち生体からの
反射光又は生体の透過光から血管の血中測定成分を検出
する場合は、ランバート・ベールの法則に従って測定す
る。音による検出、即ち血管の血中測定成分で発生する
音を検出する場合は、沢田嗣郎編「光音響分光法とその
応用−PAS」、学会出版センター(1993年)3頁
から29頁に記述されているように、光音響分光法に従
って測定する。
【0008】本発明によれば、血管と組織を区別できる
機能を無侵襲血液成分測定装置に設置又は併設するの
で、高精度に血液成分を無侵襲計測することができる。
なお、使用する光は、生体での透過性に優れる近赤外光
を含む赤外光、即ち780nmから100μmが好まし
いが、他の波長の光であっても実用に供することができ
る。
【0009】
【実施例】図1は本発明の無侵襲血液成分測定装置の一
実施例である。無侵襲血液成分測定装置は光源1,分光
器2,光チョッパ3,ビームスプリッタ4,光制御部
5,光検出器6,遅延回路7,光又は音検出部8,プリ
アンプ9,ゲート回路10,アンプ11,マイクロプロ
セッサ12,メモリ13から構成される。光制御部5か
ら生体14に光15が二次元方向又は三次元方向に入射
され、測定成分の濃度情報を含んだ光又は音16が光又
は音検出部8で検知される。光又は音検出部8として
は、光計測ではフォトダイオードのような光検出器6
が、光音響分光法では圧電素子のような音検出器が使用
される。
【0010】また、図にはアンプとしてプリアンプ9と
アンプ11を示したが、これ以外に光検出器6の後段な
どにアンプを設置してもよい。さらに、図では光制御部
5と光又は音検出部8は生体表面の同じ側に装着されて
いるが、生体の透過光を検出する場合などには生体に対
して両者は対向して設置する。
【0011】本発明の無侵襲血液成分測定装置は次のよ
うに動作する。光源1から放射された光は分光器2によ
り使用波長が選択される。その後、光チョッパ3によ
り、パルス光に分割される。パルスレーザを用いれば、
以上の部分はパルスレーザのみで構成することも可能で
ある。パルス光はビームスプリッタ4により2分割され
るが、光量は任意の割合で分割するように設定できる。
一般的には、測定感度を高くするため、光制御部5へ導
く光量を多くする。
【0012】次の実施例で述べるように、生体14に入
射させる光15は光制御部5で、二次元方向又は三次元
方向に生体に入射することが可能である。生体14に入
射した光15は生体内の測定成分の濃度情報を含んだ光
又は音16として生体表面に伝搬され、この光又は音1
6を光又は音検出部8で検出する。光による検出、即ち
生体からの反射光又は生体の透過光から測定成分を検出
する場合はランバート・ベールの法則に従って測定し、
音による検出、即ち生体中の測定成分で発生する音を検
出する場合は光音響分光法に従って測定する。反射率や
透過率を求める場合には、参照光を演算に使用するが、
これらの構成や動作はよく知られているので省略する。
【0013】一方、ビームスプリッタ4での分割光のう
ち生体に入射させないパルス光は、光検出器6により電
気信号に変換され、遅延回路7によりパルス立上り時間
を任意時間t1遅らせたパルス電気信号を生じさせる。
光又は音検出部8で電気信号に変換された光又は音16
の信号はプリアンプ9で増幅され、任意時間幅t2を持
つゲート回路10に入力される。遅延回路7でパルス立
上り時間にt1の遅れを持たせるため、ゲート回路10
通過後はパルス立上り時間がt1遅れた時間幅t2の光
又は音16の電気信号のみがアンプ11に送り込まれ、
アンプ11で増幅してマイクロプロセッサ12に取り込
まれる。
【0014】光制御部5と時間t1はマイクロプロセッ
サ12により制御され、事前に組み込まれるパルス光制
御プログラムに従い、光入射方向やt1が順次変わって
いく。生体内の局所で発生する光又は音16の信号を取
得できるように、時間t2は事前に設定する。マイクロ
プロセッサ12は、光又は音16の信号,光制御信号、
及びt1をメモリ13に格納し、最適測定部位を決定す
る。
【0015】最適測定部位の決定法の一例は、光又は音
16の電気信号の二次元形状ピーク又は三次元形状ピー
クの最小値又は最大値を与える光制御信号とt1を求め
て、それらの値を装置に設定すればよい。即ち、一光路
照射に対して任意時間帯後の測定成分の濃度情報を含ん
だ生体内からの光又は音を検出すれば、光路上で任意深
さの測定成分の濃度情報を取得できるので、光15を二
次元形状又は三次元形状にスキャンする。
【0016】一般的には血液と組織で測定成分の濃度は
異なるので、組織から血管に移行する時に吸収光,透過
光、又は光音響信号の強度が一定深さ増加した後に減少
するか、一定深さ減少した後に増加するので、吸収光,
透過光、又は光音響信号の二次元形状又は三次元形状で
の最小値又は最大値が血管測定時である。
【0017】測定成分や測定方式により最小値又は最大
値のどちらを選択するかが決まるので、決定した最小値
又は最大値を与える光制御信号とt1を設定すれば、目
的とする血管の血中測定成分の濃度情報を計測すること
ができる。また、血液と組織で濃度差がない場合には、
どこの情報を収集してもよい。使用する光は、生体での
透過性に優れる近赤外光を含む赤外光、即ち、780n
mから100μmが好ましいが、他の波長の光であって
も実用に供することができる。
【0018】図2は本発明の無侵襲血液成分測定装置の
光制御部の一実施例である。光制御部は光20,フレキ
シブル圧電素子21,21A,21B,ミラー22,2
2A,22B,24,電極23,電源25から構成され
る。光制御部から血管26を含む生体14に光15,1
5A,15Bが二次元方向又は三次元方向に入射され、
測定成分の濃度情報を含んだ光又は音に変換され、前述
のように光又は音検出部で検出される。ミラー22を設
置したフレキシブル圧電素子21は、周辺部を固定した
円形であり、その中心を通る断面を図示しているが、電
極23を介して電源25に接続されている。なお、フレ
キシブル圧電素子21の形状は、円形以外に角形などで
あってもよい。
【0019】本発明の光制御部は次のように動作する。
パルス光は光20として光制御部に入射し、ミラー24
で反射された光20がフレキシブル圧電素子21に設置
されたミラー22で反射され、生体14に光15として
入射される。なお、本実施例ではフレキシブル圧電素子
を用いたが、マイクロホンの振動面など、電気信号によ
り機械的に変位する電気素子を用いることも可能であ
る。
【0020】前述したマイクロプロセッサにより電源2
5の電圧を変えることによりフレキシブル圧電素子21
は21Aや21Bのように変位する。ミラー22はフレ
キシブル圧電素子21の断面長軸方向中心より端部にず
らして図示したように設置しているので、フレキシブル
圧電素子21の凹凸状の変位に伴い、ミラー22も22
Aや22Bのように変位する。従って、電源25の電圧
を変えることにより光15は光15Aと光15Bの間
で、扇形に生体14を二次元的にスキャンする。なお、
添字AはAの状態を示し、添字BはBの状態を示す。
【0021】光15が組織だけを通過する場合には血管
26の情報を含まないが、血管26を通過する場合には
血管26の部分で組織とは異なった情報を取得するの
で、一光路照射に対して任意深さの測定成分の濃度情報
を含んだ生体内からの光又は音を検出できる。この操作
を、二次元方向又は三次元方向に対して行えば、血管を
抽出できる。
【0022】二次元方向では、扇形の他に多角形,三次
元方向であれば円錐,角錐,円柱,角柱の形状に光15
を制御すればよい。例えば、円錐状に光15を制御する
には、図示したフレキシブル圧電素子21の断面長軸方
向中心を軸として、ミラー24とフレキシブル圧電素子
21を回転する機構を付加すればよい。使用する光は、
生体での透過性に優れる近赤外光を含む赤外光、即ち、
780nmから100μmが好ましいが、他の波長の光で
あっても実用に供することができる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、生体表面に装着したま
まで血管と組織を判別できるので、簡便な操作で測定精
度がよい無侵襲血液成分測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の無侵襲血液成分測定装置の一実施例の
ブロック図。
【図2】本発明の無侵襲血液成分測定装置の光制御部の
一実施例の説明図。
【符号の説明】
1…光源、2…分光器、3…光チョッパ、4…ビームス
プリッタ、5…光制御部、6…光検出器、7…遅延回
路、8…光又は音検出部、9…プリアンプ、10…ゲー
ト回路、11…アンプ、12…マイクロプロセッサ、1
3…メモリ、14…生体、15…光、16…光又は音。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】生体表面に光を入射して血中測定成分の濃
    度情報を含んだ生体内からの光や音を検出する無侵襲血
    液成分測定装置において、前記生体表面から生体内への
    入射光が生体内を二次元方向又は三次元方向に照射する
    機能、一光路照射に対して生体表面から任意深さの測定
    成分の濃度情報を含んだ生体内からの光又は音を生体表
    面から検出する機能、前記二機能により検出した二次元
    形状又は三次元形状の生体内の光又は音情報から測定対
    象部位を設定する機能を設置又は併設することを特徴と
    する無侵襲血液成分測定装置。
  2. 【請求項2】生体表面に光を入射して血中測定成分の濃
    度情報を含んだ生体内からの光や音を検出する無侵襲血
    液成分測定装置において、パルス状の入射光を発生させ
    る部分、前記パルス光を生体内を二次元方向又は三次元
    方向に照射するように生体表面から入射する部分、前記
    パルス光を同期信号として一光路照射に対して任意時間
    帯後の測定成分の濃度情報を含んだ生体内からの光又は
    音を生体表面から検出する部分、これらから得られる二
    次元形状又は三次元形状の生体内の光又は音情報から測
    定対象部位を設定する部分を設置又は併設することを特
    徴とする無侵襲血液成分測定装置。
  3. 【請求項3】前記二次元方向又は三次元方向への照射に
    おいて、入射光が照射する生体形状は、二次元であれば
    扇形,多角形,三次元であれば円錐,角錐,円柱,角柱
    である請求項1または請求項2に記載の無侵襲血液成分
    測定装置。
  4. 【請求項4】前記生体内からの光や音において、光は近
    赤外光を含む赤外光であり、音は光音響効果により生じ
    る音である請求項1,2または3に記載の無侵襲血液成
    分測定装置。
JP7098248A 1995-04-24 1995-04-24 無侵襲血液成分測定装置 Pending JPH08289882A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004249025A (ja) * 2003-02-17 2004-09-09 Hiroto Tateno 生体光音響共鳴非侵襲生化学成分分析器と血液成分測定法
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US9464983B2 (en) 2010-07-12 2016-10-11 Seiko Epson Corporation Concentration determination apparatus, probe, concentration determination method, and program

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