JPH09182739A

JPH09182739A - 体液成分濃度測定装置

Info

Publication number: JPH09182739A
Application number: JP34391195A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Maruo; 勝彦丸尾; Fumio Kitagawa; 文夫北川
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】体液成分濃度の測定を非侵襲で正確に行う。【解決手段】生体中の体液成分濃度を非侵襲的に計測
する体液成分濃度測定装置である。被測定部位照射用で
あって少なくとも２種類の波長を含む光源と、被測定部
位を透過した透過光もしくは被測定部位で反射した反射
光を少なくとも２種の波長の光に分割分光する手段と、
各波長の光の被測定部位による吸収度をそれぞれ検出す
る少なくとも２つの受光手段と、一つの波長を基準信
号、残りの波長を目的体液成分濃度を算出するための信
号として用いて演算処理を行って目的体液成分濃度を検
量する演算処理手段とからなる。被測定部位内を同一時
間に同一光路で通った光を分割分光することで、時間変
動の影響や位置のずれの影響を取り去る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は健康管理や疾病の治
療のために血液や細胞液などの体液中の指標成分の濃度
を非侵襲で測定する体液成分濃度測定装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】血液中のグルコースや蛋白成分などの体
液成分の濃度を測定するにあたっては、採血を行って得
た血液中の目的体液成分に化学反応させて濃度を測定す
ることが行われている。一般に用いられている血糖計
も、目的体液成分毎に用意された各種のバイオセンサー
を用いる上記体液成分濃度測定装置の一種であり、この
場合のバイオセンサはグルコースオキシダーゼ（ＧＯ
Ｄ）であって、この酵素を高分子膜などに固定化してお
き、測定液中のグルコースがＧＯＤ固定化膜に接触する
ことによって酵素が消費される時の酵素の変化をとらえ
ることでグルコース濃度（血糖値）を定量する。

【０００３】しかし、血液や細胞液といった体液を注射
針などで侵襲して取り出す上記方法は、手軽に測定を行
うことができるものとは言い難く、非侵襲のものが望ま
れている。このために、非侵襲で体液成分濃度を測定す
るものが特開昭６０−２３６６３１号公報や特公平５−
５８７３５号公報に示されたグルコース検出装置であ
る。これらは近赤外光による体液成分の分光分析を行う
ものであり、生体部位に照射された近赤外光を基準信号
と測定信号とに分け、これらの値を演算処理することに
より血糖値を測定する。つまり、複数の波長を含む光源
からの光を干渉フィルターあるいは回折格子により時系
列的に分光し、その分光された光を順次、被測定部位に
照射し、透過あるいは反射した光の強さを検知すること
により各波長帯における吸光度を求めて、目的体液成分
濃度によって変化している該吸光度をもとに目的体液成
分濃度を決定するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、波長が
７５０ｎｍから２，５００ｎｍである近赤外領域を用い
た分光分析方法は、一般に目的とする成分に関連するシ
グナルが小さくて、その帰属が明確でない場合が多い。
また上記従来例においては、基準信号と測定信号とに時
間的な差が存在しており、この時間的な差は、生体のよ
うに脈動などによって体液の状態が大きく変動するもの
ではこの変動の影響を大きく受けることになって、目的
成分のシグナルが小さいこともあって定量分析が非常に
困難である。もちろんＳＮ比の改善のためにある基準シ
グナルと目的シグナルとの差をとったり、比をとること
で規格化して、多変量解析手法を応用することで目的成
分の定量を行ってはいるが、体液の状態が大きく変動す
る生体の場合、十分な効果をあげるまでに至っておら
ず、このために近赤外線による分光分析での体液成分濃
度測定は実用レベルに達していないのが現状である。

【０００５】本発明はこのような点に鑑み為されたもの
であり、その目的とするところは体液成分濃度の測定を
非侵襲で正確に行うことができる体液成分濃度測定装置
を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】しかして本発明は、生体
中の体液成分濃度を非侵襲的に計測する体液成分濃度測
定装置において、被測定部位照射用であって少なくとも
２種類の波長を含む光源と、被測定部位を透過した透過
光もしくは被測定部位で反射した反射光を少なくとも２
種の波長の光に分割分光する手段と、各波長の光の被測
定部位による吸収度をそれぞれ検出する少なくとも２つ
の受光手段と、一つの波長を基準信号、残りの波長を目
的体液成分濃度を算出するための信号として用いて演算
処理を行って目的体液成分濃度を検量する演算処理手段
とからなることに特徴を有している。被測定部位内を同
一時間に同一光路で通った光を分割分光することで、時
間変動の影響や位置のずれの影響を取り去ることができ
るものであり、このために生体由来の信号変動の影響を
小さくして、ＳＮ比を向上させた形で目的成分濃度に関
連する信号を検出することができて、正確な体液成分濃
度の測定を行うことができる。

【０００７】この場合の光の分割手段としては、ハーフ
ミラーや少なくとも２つの鏡面を有する反射鏡を好適に
用いることができる。また分割手段で分割して各波長用
の分光手段に導く光量を、分光手段で分光される波長に
応じて異ならせたならば、波長による透過光量（反射光
量）差を低減することができる。回転駆動される円盤の
同心円上に配置された少なくとも２つの干渉フィルター
を分光手段とし、少なくとも２つの受光手段は少なくと
も２つの干渉フィルターを通過した光を同時に受光する
位置に配するようにしてもよい。この時、干渉フィルタ
ーの数をｎとするならば、干渉フィルターは円盤の同心
円上に３６０°／ｎ間隔で設けるとよい。少なくとも２
つの基準信号用の干渉フィルターを前記円盤上に配置す
るとともに、基準信号用の干渉フィルターそれぞれに対
して回転方向において同じ角度で検出信号用の干渉フィ
ルターをそれぞれ配置するようにしてもよい。

【０００８】また本発明は、生体中の体液成分濃度を非
侵襲的に計測する体液成分濃度測定装置において、被測
定部位照射用の光源と、被測定部位を透過した透過光を
光源による被測定部位の照射軸と異なる方向から観測す
る受光手段と、受光手段で得られた信号の演算処理を行
って目的体液成分濃度を検量する演算処理手段とからな
ることに特徴を有している。目的体液成分を含む被測定
部位中に適切な光路長を確保することができる。

【０００９】この場合、被測定部位に巻き付けられると
ともに被測定部位と対面する部分がカットされて光射出
面となっている断面半円形状の光ファイバを用いて光源
からの光が該光ファイバを通じて被測定部位を照射する
ようにするとよい。また本発明は、目的とする体液成分
の濃度変化に対応する波長の光を被測定部位に照射して
その吸光度から目的成分濃度を検量することで生体中の
体液成分濃度を非侵襲的に計測する体液成分濃度測定装
置において、吸光度から目的体液成分濃度を検量する演
算処理手段は、被測定部位の特性で分類されたクラスタ
ー毎に予め作成した検量線を比較値として備えており、
測定中の被測定部位の特性に応じて対応するクラスター
の検量線を比較値として用いて体液成分濃度を決定する
ものであることに特徴を有している。被測定部位の肥満
状態や加齢による色素沈着や組織弾性の変化（皮膚のし
わ、動脈硬化、筋肉量の減少）といった特性を考慮する
ことで、被測定部位の状態変化にともなう吸収波長およ
び吸光度に与える影響を少なくすることができる。

【００１０】この場合のクラスター分けは、被測定部位
の特性を、人種、年齢、性別、体重、身長、ウエスト・
ヒップ比、体型指数、体脂肪率、身体部位の大きさ、最
大酸素摂取量、被測定部位温度、被測定部位弾性、被測
定部位の表層組織の水分量、被測定部位の脂肪組織の吸
光度のうちの少なくとも１つの要因で分類することで行
うことが望ましい。

【００１１】さらに本発明は、目的とする体液成分の濃
度変化に対応する波長の光を被測定部位に照射してその
吸光度から目的成分濃度を検量することで生体中の体液
成分濃度を非侵襲的に計測する体液成分濃度測定装置に
おいて、吸光度から目的体液成分濃度を検量する演算処
理手段は、他の体液成分濃度の定量手段から得られる値
と上記波長の光の吸光度との統計的解析で得られた波長
の寄与度を参照するものであることに特徴を有してい
る。この場合、きわめて正確な体液成分濃度の測定が可
能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て説明すると、図１において、図中１は被測定部位２
（図では指先）に照射する光３を得るための光源であ
り、被測定部位２を透過した光を分割手段であるハーフ
ミラー４０で２つの光に分割し、各分割光を夫々分光手
段である干渉フィルター５０，５０を通じて受光手段
６，６で受光している。図中７は受光手段６，６での受
光量から被測定部位２による吸光度を導いて該吸光度に
より体液成分濃度の算出を行う演算処理手段であって、
マイクロコンピュータなどで構成されている。図中８は
集光を目的とするレンズである。

【００１３】ここで被測定部位２を透過した後の光を分
光する上記両干渉フィルター５０，５０にはピーク波長
の異なるものを使用して所定の波長に分光し、分光後の
光をシリコンフォトダイオードのような受光手段６，６
で夫々受光し、一方の受光手段６の出力信号を基準信
号、他方の受光手段６の出力信号を目的体液成分濃度を
算出するための信号として、目的体液成分濃度の算出を
演算処理手段７において行う。この算出は目的体液成分
濃度を算出するための信号の変化を基準信号の変化と対
比させることで、脈動等の影響を取り除いた結果をあら
かじめ用意した検量線と比較することで行う。被測定部
位２としては指先のような末梢組織を用いることになる
が、末梢組織は環境温度の影響を受けやすい上に個人の
温度差も大きいことから、温度制御手段により被測定部
位２の温度を３７℃程度に保つようにすると測定精度の
向上を期待することができる。

【００１４】被測定部位２を透過した光を分光して各波
長での吸光度を調べるわけであるが、この時、目的体液
成分濃度を算出するための信号を得る側においては、目
的体液成分の影響を大きくうける波長の光を通過させる
干渉フィルター５０を用い、基準信号を得る側において
は、たとえば脈動のような生体の体液変動の影響を確実
に受ける波長の光を通過させる干渉フィルター５０を用
いる。定量を目的とする体液成分がグルコース（血糖）
であるならば、目的体液成分濃度を算出するための信号
用の干渉フィルター５０としてたとえばピーク波長が９
６０ｎｍ、９９０ｎｍ，１４８０ｎｍ，１５８０ｎｍ，
１７００ｎｍといったもののうちの一つを使用すること
ができる。基準信号を得る側では干渉フィルター５０と
してたとえばピーク波長が８５０ｎｍのものを使用する
ことができる。なお、グルコース濃度の測定はこれらの
波長で行わなくてはならないというものではなく、前記
条件を満足するものであればよい。干渉フィルター５０
には半値幅が１０ｎｍ程度のものがコストと性能との兼
ね合いの点で好適と考えられるが、これに限定されるも
のではない。また分光手段としては干渉フィルター５０
のほか、回折格子やマイケルソン干渉計などを用いても
よい。

【００１５】体液成分濃度算出のための前記検量線は、
標準手法より得られるグルコース濃度と本発明による吸
光度の関係とを統計解析手法によって解析することで得
る。この場合、複数の人間を被験者とした求めた平均的
検量線であってもよいが、より精度の高い測定結果を得
たい場合には利用者本人より検量線を作成しておく。こ
の時の標準手法としてはグルコース負荷試験を用いると
よい。グルコース含有物を飲食後、一定時間間隔で採血
と本発明による吸光度測定とを行い、採血した血液を分
析する標準手法により得られたグルコース濃度と、測定
時にメモリされた吸光度とを対比させてデータ化し、演
算処理手段７に内蔵される解析手段により検量線を作成
する。本例の場合、検量線は単回帰分析手法で作成する
ことができる。

【００１６】光源１としては、光量の点からタングステ
ン・ハロゲンランプなどを好適に用いることができる
が、分光手段で分光して得ようとする近赤外線領域の波
長（７５０ｎｍ〜２，５００ｎｍ）を含んでいるもので
あればどのようなものでもよく、また単波長光源であっ
ても異なる波長のものを出力する複数の光源を組み合わ
せる（好ましくは光の合成を行う）ことによって使用す
ることができるために、発光ダイオードやレーザーなど
であってもよい。もっとも利用する光が上述のように近
赤外線であることから、この波長域を多く含む光を出力
するものが望ましいのはもちろんである。また光源１を
複数用いて透過光量の増大を図るようにしてもよい。

【００１７】透過光を２つに分割・分光する場合を述べ
たが、複数のハーフミラー４０を組み合わすことで任意
の数に分割することが可能であり、また３種以上の干渉
フィルター５０を用いることで３種以上の波長に分光す
ることが可能である。そして、このように３種以上の波
長の光を用いるとともにそのうちの一つを基準信号用
に、他を体液成分濃度の算出用とし、基準信号との対比
で脈動等の影響を除いた結果を夫々検量線と対比させる
ならば、体液成分濃度の測定精度を高めることができる
ほか、複数種の体液成分濃度を同時に測定することも可
能である。

【００１８】また、吸光度を測定する際に基準信号を得
るための波長の吸光度変化（脈拍変動）を経時的に捕ら
えるとともに、該波長の光のための受光素子６からの出
力信号である電庄変化の電圧に閾値を設けて、電圧の立
ち上がりあるいは下がり時でその値を通った時に吸光度
信号を測定するものとしてもよく、さらに複数回の測定
の平均値を用いることでＳＮ比の改善を図ることができ
る。

【００１９】他例を図２に示す。ここでは頂点を光源１
側に向けた三角錐状の反射鏡４１によって被測定部位２
を透過した光を３つに分割し、各分割光を干渉フィルタ
ー５０，５０，５０によって所定の波長に分光し、分光
した光の吸収度を３つの受光手段６で夫々検出してい
る。この場合、前述のように分光後の３種の光のうちの
一つから基準信号を、残りの二つから目的体液成分濃度
を算出するための信号を得て、演算処理手段７を用いて
目的体液成分濃度の算出を行う。

【００２０】定量を目的とする体液成分がグルコース
（血糖）濃度である時、分光フィルター５０には、基準
信号を得るためのものにたとえばピーク波長が８５０ｎ
ｍの干渉フィルター５０を、目的体液成分濃度を算出す
るための信号を得るためのものにたとえばピーク波長が
９６０ｎｍのものとピーク波長が１７００ｎｍのものと
を使用し、後者の干渉フィルター５０，５０を通過した
光の量から得た２種の信号を、前者の干渉フィルター５
０を通過した光の量から得た基準信号と対比させること
で、９６０ｎｍ及び１７００ｎｍの波長の光の被測定部
位２によるところの吸光度を求めてデジタル化し、演算
処理手段７においてあらかじめ用意した検量手法にした
がってグルコース濃度を算出する。この場合の検量線は
重回帰分析手法を用いて求めたものとしておくのが好ま
しい。

【００２１】ところで、このように複数種の光に分光し
て各光を受光素子６で測定する場合、波長の短い干渉フ
ィルター５０と波長の短い干渉フィルター５０とに等分
に光を分割するのではなく、波長の長い干渉フィルター
への光の量（強度）が多くなるように光を分割すること
が好ましい。たとえばピーク波長が８５０ｎｍと９９０
ｎｍと１７００ｎｍの３種の干渉フィルターを用いてい
る場合、１７００ｎｍの干渉フィルターへの光の量を前
２者への光の量よりも多くなるようにしておくのであ
る。長い波長の光は体内における水による吸収の影響を
大きく受けてしまって干渉フィルター５０によって分光
された後の光量が他のものに比してかなり少なくなって
しまうが、このようにすることによって１３００ｎｍよ
り長波長側の領域でも良好な吸光信号を得ることができ
る。

【００２２】分割する光の量（強度）の調節は、上記反
射鏡４１の場合にはその位置を微妙にずらすことによっ
て行うことができるほか、各反射面の面積を異ならせる
（上記の例では３つの反射面の頂点を挟む角度を異なら
せる）ことによっても可能である。光の分割に前述のよ
うなハーフミラー４０を利用している場合には、反射光
と透過光の量を異ならせることによって調節することで
可能である。

【００２３】図３に他例を示す。ここではモータ１４で
回転駆動される円盤１２上の円周上で１８０°離れた位
置に夫々干渉フィルター５０，５０を配置するととも
に、ハーフミラー４０を透過した光とハーフミラー４０
及びミラー１３で反射した光とが円盤１２の回転軸と平
行となるように、また一方の光が一方の干渉フィルター
５０を通って受光素子６に到る時に他方の光が他方の干
渉フィルター５０を通って他の受光素子６に到るように
したもので、円盤１２を回転させることで分光およびチ
ョッピングがなされるようにしている。２つの受光素子
６，６が基準信号と目的信号とを交互に生成することに
なるために、両受光素子６，６の特性差による影響を無
くすことができる。

【００２４】このような円盤１２を用いることは、３種
以上の波長に分光する場合にも適用することができる。
つまり干渉フィルター５０の数をｎとする時、円盤１２
の円周上に３６０°／ｎの間隔で干渉フィルター５０を
設置すればよいものである。図４に干渉フィルター５０
が３つである場合を示す。また、円盤１２を用いる場
合、図５に示すように、２つの基準信号用の干渉フィル
ター５０ａ，５０ａを円盤１２の同一円周上に１８０°
間隔で配置するとともに基準信号用の各干渉フィルター
５０ａに対して同じ角度（９０°）で検出信号用の干渉
フィルター５０ｂ，５０ｃを夫々配置し、２つの受光手
段６，６を円盤１２の軸回りに９０°間隔で配置すると
いった構成をとることもできる。干渉フィルター５０
ａ，５０ｂを通った光を同時に測定することができると
ともに、干渉フィルター５０ａ，５０ｃを通った光を同
時に測定することができるわけであり、少ない受光素子
６，６でも効率的に複数の信号を得ることができる。

【００２５】以上の例では被測定部位２を透過した光を
用いていたが、図６あるいは図７に示すように被測定部
位２からの反射光を用いてもよい。図６に示すものにお
いては、光源１からの光３を被測定部位２である肘など
の静脈１１上の位置に光ファイバ９を通じて照射し、被
測定部位２からの反射光１０を光ファイバ９でハーフミ
ラー４０に導いている。反射光を分割・分光している以
外は図１に示したものと同じである。

【００２６】図７に示した例は、光ファイバ９，９によ
って反射光を測定室１６内に導く点で上記の例と同じで
あるが、測定室１６内にはスリット１８と凹面回折格子
５１と受光手段６とを配置してある。分光手段である凹
面回折格子５１は、スリット１８を通ってきた光を受光
手段６側に反射させるにあたり、受光手段６上の異なる
表面位置に異なった波長光を同時に入射させる。これ故
に受光手段６の表面の任意の位置に受光素子を配置する
ことで複数の波長に対する信号を同時に得ることができ
る。従って、凹面回折格子５１は分光手段だけでなく、
分割手段も兼ねていることになる。なお、測定室１６の
内面は無反射処理を施してある。

【００２７】上記の各例では被測定部位２を透過した光
や被測定部位２からの反射光を分割・分光して被測定部
位２の動きや脈動等の影響を除くための基準信号と目的
体液成分濃度算出のための信号とを被測定部位２の同一
箇所から同一時点で得られるようにすることによって目
的体液成分濃度の正確な測定値を得ていたが、次のよう
にすることによっても正確な測定値を得ることができ
る。

【００２８】すなわち図８に示すように、光源１を納め
た照射室１５を設けて、この照射室１５内に被測定部位
２、好ましくは指先を差し込むことができるようにして
おき、被測定部位２の周囲から複数の光源１で被測定部
位２を照射するとともに、被測定部位２からの透過光を
光源１との対向位置ではないところから取り出して、干
渉フィルター５０を通じて受光手段６に導くのである。
図中１７は干渉フィルター５０や受光手段６を納めた測
定室１６と上記照射室１５と遮光仕切りである。照射室
１５内壁は全面を反射面とするのが好ましいが、測定室
１６内壁は無反射処理としておくことが望ましい。図中
１９はハウジングである。

【００２９】被測定部位２に対して一光路のみに関する
情報を取り出す場合に比して、被測定部位２内の各部を
様々な経路で透過してきた光を測定することになるため
に、測定部位位置が異なる（ずれる）ことや被測定部位
２が動くことによって生ずる測定誤差を小さくすること
ができ、微小な体液成分の検量が精度よくできる。この
場合、２種の波長の光を用いために干渉フィルター５０
の入れ換えを測定中に行うことで、両波長の光の吸収度
の測定に時間差があっても、その影響は少なくなる。ま
た多数の光源１を用いることができるために、被測定部
位２を透過しなくてはならない距離が大きくなることに
伴う光量の減衰を補うことができる。

【００３０】このような構成において、図９に示すよう
に前述の透過光乃至反射光を分割・分光する構成を併用
してもよいのはもちろんである。図１０は本構成におい
て好適に使用することができる光源１の例を示してお
り、照射室１５外もしくは照射室１５内に設置した光源
１からの光を被測定部位２に巻き付ける光ファイバ９に
導いている。ここで使用している光ファイバ９は、被測
定部位２に接するかあるいは少しの間隔をおいて螺旋状
に巻き付けられる部分の全部もしくは一部の断面形状が
半円形であって平面にカットされた側が被測定部位２に
対面するようにされたもので、通常の円柱状のものとは
異なって平面部分から光の射出が生じるようになってい
る。光源１が一つであっても被測定部位２を全周からほ
ぼ均一に且つ効率よく照射することができるものであ
る。

【００３１】体液成分濃度の決定に際して用いる前記検
量線は、前述のように予め作成しておくわけであるが、
この作成にあたっては、被測定者の身体的特性によって
クラスターに分けて、夫々のクラスターに応じて検量線
を作成しておき、体液成分濃度の決定にあたっては、そ
の被験者が属するクラスターの検量線を用いることがよ
り正確な濃度決定に有効である。体液成分濃度測定によ
る信号に対するバックグランドノイズが身体特性に応じ
て変化することから、身体特性に応じた検量線を作成す
ることで、体液成分濃度の測定精度を向上させることが
できる。

【００３２】バックグランドノイズに影響を与える身体
因子としては肥満状態、加齢による表皮組織への色素沈
着、水分量変化、弾性変化（皮膚の皺や動脈硬化）等が
ある。肥満は組織での脂肪量の増加として現れるので吸
光度への影響が大きい。もちろん測定部位によってその
影響は異なり、指や肘の部分は腹部ほど影響を受けない
が肥満状態の考慮が必要である。肥満状態の判別として
は数々の方法があるが、脂肪量から判定する体脂肪率や
身長と体重から求める体型指数（たとえば、ＢＭＩ値
（＝体重［ｋｇ］／身長［ｍ］の２乗）やブローカ・桂
の式などが有名である。）やウエスト・ヒップ比があ
る。また脂肪量は性差、年齢差が大きいことが知られて
いる。また、最大酸素持取量は体脂肪量との高い相関が
知られている。測定部位として指のような末梢部位を用
いる場合は個人による部位温度の差を考慮する必要があ
る。これは部位温度を測定して補正することもできる
が、部位温度でクラスター分けを行うことでも考慮する
ことができる。また、人種差の影響も本邦のように単一
民族に近い構成であればあまり問題はないが、多民族で
構成される地域での使用についてはこれを考慮する必要
がある。

【００３３】細かくクラスター分けを行えばそれだけ測
定精度の向上を得られるが、各クラスター毎に検量線を
作成する手間が膨大となることから、影響が大きいと思
われる性別、年齢、体脂肪率でクラスター分けとすると
すれば、男性と女性、４０才未満と４０才以上、体脂肪
率が男性では１５％未満と１５％以上２５％未満と２５
％以上、女性では２０％未満と２０％以上３５％未満と
３５％以上で分類して１２のクラスターに分けることが
考えられる。各クラスターにおける検量線は、夫々のク
ラスターに属する被験者の信号をとり多変量解析を行う
ことによって求める。

【００３４】脂肪は近赤外線領域において９３０ｎｍ付
近の波長の光を吸収することから、前述の体液成分濃度
測定装置において、上記波長の光の吸光度も測定するこ
とができるようにしておけば、被験者の脂肪付着状態を
同時に測定することができ、被験者のクラスター分けを
測定中に行うことができることになる。脂肪付着状態の
推定は上記波長の吸光度からのみ行うのではなく、吸光
度に身長や体重や性別といった因子を加えたものから堆
定してもよい。脂肪付着状態は少、中、多の３段階程度
に分類して各クラスター毎に予め作成した検量線を用い
ることで、かなり正確な体液成分濃度測定を行うことが
できる。

【００３５】さらに正確な測定が必要となる場合には、
前述の３種以上の波長を用いることと、前述の個人対応
で作成した検量線を用いることとを併用する。つまりグ
ルコース負荷試験のような標準的な体液成分濃度の定量
手段から得られる値と、本測定装置の使用者の複数の波
長の各吸光度とを多変量解析手法によって個人対応での
検量線を作成しておく。さらに使用する全波長を用いる
のではなく、使用する波長と体液成分濃度との傾向を総
合することにより得られる目的体液成分濃度に関連する
波長の集合から有用と思われるものを抽出して決定す
る。この決定にあたっては、多変量解析手法である重回
帰分析や、ニューラルネットワーク、カオスなどの手法
を用いて行う。目的体液成分に対する各波長の寄与度を
個人対応で較正することができるために、ノイズを低減
してＳＮ比のよい測定を行うことができるわけである。

【００３６】体液成分濃度測定装置としては、上記クラ
スターの分類で使用者の血糖値を測定するモードと、上
記の個人対応での検量線作成モードとを合わせもったも
のとしてもよいのはもちろんである。あまり高精度の測
定を必要としない場合にはクラスター分類によるモード
で測定し、高精度測定が必要な場合には個人対応の検量
線での測定を行う。

【００３７】測定対象の体液成分としてグルコース（血
糖）を例にあげたが、これに限定されるものではなく、
たとえば、コレステロール、中性脂肪、尿酸、血中蛋白
質量、総アルブミン量、総グルブリン量、赤血球濃度
（ヘマトクリット値）などであってもよい。これらの体
液成分濃度の分析にはグルコースの場合と同様に、目的
成分濃度変化に対応する波長を適切に選べばグルコース
の場合とまったく全く同様に定量ができる。たとえばコ
レステロールの定量には１７２０ｎｍ、１７３０ｎｍ、
１６８０ｎｍの波長を使用することが好ましい。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明においては、被測定
部位を透過した透過光もしくは被測定部位で反射した反
射光を少なくとも２種の波長の光に分割分光して、各波
長の光の被測定部位による吸収度をそれぞれ検出し、一
つの波長を基準信号、残りの波長を目的体液成分濃度を
算出するための信号として用いて演算処理を行って目的
体液成分濃度を検量するために、つまり被測定部位内を
同一時間に同一光路で通った光を分割分光するために、
時間変動の影響や位置のずれの影響を取り去ることがで
きる。従って生体由来の脈動等による信号変動の影響を
小さくして、ＳＮ比を向上させた形で目的成分濃度に関
連する信号を取り出すことが確実に行えるものであり、
このために正確な体液成分濃度の測定を行うことができ
るものである。

【００３９】この時、光の分割手段としてハーフミラー
や少なくとも２つの鏡面を有する反射鏡を用いるならば
コスト的に有利となり、また分割手段で分割して各波長
用の分光手段に導く光量を、分光手段で分光される波長
に応じて異ならせたならば、波長による透過光量（反射
光量）差を低減することができて、ＳＮ比を向上させる
ことができる。

【００４０】さらに回転駆動される円盤の同心円上に配
置された少なくとも２つの干渉フィルターを分光手段と
し、少なくとも２つの受光手段は少なくとも２つの干渉
フィルターを通過した光を同時に受光する位置に配する
ようにしてもよい。この時、干渉フィルターの数をｎと
するならば、干渉フィルターは円盤の同心円上に３６０
°／ｎ間隔で設けるとよい。少なくとも２つの基準信号
用の干渉フィルターを円盤上に配置するとともに、基準
信号用の干渉フィルターそれぞれに対して回転方向にお
いて同じ角度で検出信号用の干渉フィルターをそれぞれ
配置するようにしてもよい。いずれにしても、受光手段
の特性差の影響を低減することができる。

【００４１】また被測定部位を透過した透過光の観測に
あたり、光源による被測定部位の照射軸と異なる方向か
ら観測を行う時、目的体液成分を含む被測定部位中に適
切な光路長を確保することができ、体液成分濃度がより
よく反映された透過光を観測することができる。この場
合、被測定部位に巻き付けられるとともに被測定部位と
対面する部分がカットされて光射出面となっている断面
半円形状の光ファイバを用いて光源からの光が該光ファ
イバを通じて被測定部位を照射するようにすると、被測
定部位を全周から照射することを用意に行うことができ
る。

【００４２】また吸光度から目的体液成分濃度を検量す
る演算処理手段が、被測定部位の特性で分類されたクラ
スター毎に予め作成した検量線を比較値として備えて、
測定中の被測定部位の特性に応じて対応するクラスター
の検量線を比較値として用いて体液成分濃度を決定する
ものである時、被測定部位の肥満状態や加齢による色素
沈着や組織弾性の変化（皮膚のしわ、動脈硬化、筋肉量
の減少）といった特性を考慮したキャリブレーションを
行うことができて、被測定部位の状態変化が吸収波長お
よび吸光度に与える影響を少なくすることができるため
に、測定精度が向上する。

【００４３】この場合のクラスター分けは、被測定部位
の特性を、人種、年齢、性別、体重、身長、ウエスト・
ヒップ比、体型指数、体脂肪率、身体部位の大きさ、最
大酸素摂取量、被測定部位温度、被測定部位弾性、被測
定部位の表層組織の水分量、被測定部位の脂肪組織の吸
光度のうちの少なくとも１つの要因で分類することで行
うことが望ましい。

【００４４】さらに吸光度から目的体液成分濃度を検量
する演算処理手段が、他の体液成分濃度の定量手段から
得られる値と上記波長の光の吸光度との統計的解析で得
られた波長の寄与度を参照するものであるならば、きわ
めて正確な体液成分濃度の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の概略図である。

【図２】同上の他例の概略図である。

【図３】同上のさらに他例の概略図である。

【図４】同上の別の例の概略図である。

【図５】同上の干渉フィルター及び受光手段の配置の別
の例の斜視図である。

【図６】同上の異なる例の概略図である。

【図７】同上のさらに異なる例の概略図である。

【図８】別の例の概略断面図である。

【図９】同上の他例の概略断面図である。

【図１０】同上のさらに他例の概略断面図である。

【図１１】同上の別の例の概略断面図である。

【符号の説明】

１・・・光源２・・・被測定部位６・・・受光手段５０・・干渉フィルター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体中の体液成分濃度を非侵襲的に計測
する体液成分濃度測定装置において、被測定部位照射用
であって少なくとも２種類の波長を含む光源と、被測定
部位を透過した透過光もしくは被測定部位で反射した反
射光を少なくとも２種の波長の光に分割分光する手段
と、各波長の光の被測定部位による吸収度をそれぞれ検
出する少なくとも２つの受光手段と、一つの波長を基準
信号、残りの波長を目的体液成分濃度を算出するための
信号として用いて演算処理を行って目的体液成分濃度を
検量する演算処理手段とからなることを特徴とする体液
成分濃度測定装置。
【請求項２】分割分光する手段は、少なくとも１つの
ハーフミラーを分割手段として備えたものであることを
特徴とする請求項１記載の体液成分濃度測定装置。
【請求項３】分割分光する手段は、少なくとも２つの
鏡面を有する反射鏡を分割手段として備えたものである
ことを特徴とする請求項１記載の体液成分濃度測定装
置。
【請求項４】分割手段で分割して各波長用の分光手段
に導く光量を、分光手段で分光される波長に応じて異な
らせていることを特徴とする請求項１または２または３
記載の体液成分濃度測定装置。
【請求項５】分光手段は回転駆動される円盤の同心円
上に配置された少なくとも２つの干渉フィルターであ
り、少なくとも２つの受光手段は少なくとも２つの干渉
フィルターを通過した光を同時に受光する位置に配され
ていることを特徴とする請求項１または２または３記載
の体液成分濃度測定装置。
【請求項６】干渉フィルターの数をｎとする時、干渉
フィルターは円盤の同心円上に３６０°／ｎ間隔で設け
られていることを特徴とする請求項５記載の体液成分濃
度測定装置。
【請求項７】少なくとも２つの基準信号用の干渉フィ
ルターを円盤上に配置するとともに、基準信号用の干渉
フィルターそれぞれに対して回転方向において同じ角度
で検出信号用の干渉フィルターをそれぞれ配置している
ことを特徴とする請求項５記載の体液成分濃度測定装
置。
【請求項８】生体中の体液成分濃度を非侵襲的に計測
する体液成分濃度測定装置において、被測定部位照射用
の光源と、被測定部位を透過した透過光を光源による被
測定部位の照射軸と異なる方向から観測する受光手段
と、受光手段で得られた信号の演算処理を行って目的体
液成分濃度を検量する演算処理手段とからなることを特
徴とする体液成分濃度測定装置。
【請求項９】被測定部位に巻き付けられるとともに被
測定部位と対面する部分がカットされて光射出面となっ
ている断面半円形状の光ファイバを備えて、光源は該光
ファイバを通じて被測定部位を照射していることを特徴
とする請求項８記載の体液成分濃度測定装置。
【請求項１０】目的とする体液成分の濃度変化に対応
する波長の光を被測定部位に照射してその吸光度から目
的成分濃度を検量することで生体中の体液成分濃度を非
侵襲的に計測する体液成分濃度測定装置において、吸光
度から目的体液成分濃度を検量する演算処理手段は、被
測定部位の特性で分類されたクラスター毎に予め作成し
た検量線を比較値として備えており、測定中の被測定部
位の特性に応じて対応するクラスターの検量線を比較値
として用いて体液成分濃度を決定するものであることを
特徴とする体液成分濃度測定装置。
【請求項１１】被測定部位の特性を、人種、年齢、性
別、体重、身長、ウエスト・ヒップ比、体型指数、体脂
肪率、身体部位の大きさ、最大酸素摂取量、被測定部位
温度、被測定部位弾性、被測定部位の表層組織の水分
量、被測定部位の脂肪組織の吸光度のうちの少なくとも
１つの要因を基にクラスター分けがなされていることを
請求項とする請求項１０記載の体液成分濃度測定装置。
【請求項１２】目的とする体液成分の濃度変化に対応
する波長の光を被測定部位に照射してその吸光度から目
的成分濃度を検量することで生体中の体液成分濃度を非
侵襲的に計測する体液成分濃度測定装置において、吸光
度から目的体液成分濃度を検量する演算処理手段は、他
の体液成分濃度の定量手段から得られる値と上記波長の
光の吸光度との統計的解析で得られた波長の寄与度を参
照するものであることを特徴とする体液成分濃度測定装
置。