JPH09187442A - 無侵襲生化学センサ - Google Patents
無侵襲生化学センサInfo
- Publication number
- JPH09187442A JPH09187442A JP361496A JP361496A JPH09187442A JP H09187442 A JPH09187442 A JP H09187442A JP 361496 A JP361496 A JP 361496A JP 361496 A JP361496 A JP 361496A JP H09187442 A JPH09187442 A JP H09187442A
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- JP
- Japan
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- light
- living body
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- light source
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- Pending
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】生体血液中の生化学成分濃度を無侵襲で精度良
く測定する。 【解決手段】生体４に沿って環状に複数の光源２および
検出器３を配し、生体４の一断面を複数方向から測定す
る。
く測定する。 【解決手段】生体４に沿って環状に複数の光源２および
検出器３を配し、生体４の一断面を複数方向から測定す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は生体計測装置に係
り、特に、近赤外光を用いて血液中の生化学成分濃度を
無侵襲で測定する生体計測装置に関する。
り、特に、近赤外光を用いて血液中の生化学成分濃度を
無侵襲で測定する生体計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の血液中の成分分析については、例
えば、医用電子と生体工学，第４巻，第４４頁から第５
２頁において、血中酸素濃度を無侵襲で測定するパルス
オキシメータについて述べられている。パルスオキシメ
ータは、酸素と結合したヘモグロビンと結合しないヘモ
グロビンでは６６０ｎｍの光吸収に顕著な違いがあるこ
とと、動脈の脈動を利用したものである。また特開昭60
−236631号公報では、生体表面に光を照射し、その反射
光を測定することによって血液中のグルコース濃度を測
定する装置に関して述べられている。
えば、医用電子と生体工学，第４巻，第４４頁から第５
２頁において、血中酸素濃度を無侵襲で測定するパルス
オキシメータについて述べられている。パルスオキシメ
ータは、酸素と結合したヘモグロビンと結合しないヘモ
グロビンでは６６０ｎｍの光吸収に顕著な違いがあるこ
とと、動脈の脈動を利用したものである。また特開昭60
−236631号公報では、生体表面に光を照射し、その反射
光を測定することによって血液中のグルコース濃度を測
定する装置に関して述べられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、生体
の状態やプローブの装着状態によって測定条件が変動す
るため測定誤差が生じることが問題であった。皮膚に入
射した光は、大部分が組織内で散乱し、その一部は後方
へ反射し、また一部は前方へ向かい透過光として検出さ
れる。プローブの装着の微妙なずれは、生体内での光の
散乱を不均一にし、光路長の再現性を低下させるもので
ある。光を使用した無侵襲計測は、反射光量もしくは透
過光量の変化を血中成分濃度に換算するものなので、光
路長の変化は、測定値の誤差の要因となる。
の状態やプローブの装着状態によって測定条件が変動す
るため測定誤差が生じることが問題であった。皮膚に入
射した光は、大部分が組織内で散乱し、その一部は後方
へ反射し、また一部は前方へ向かい透過光として検出さ
れる。プローブの装着の微妙なずれは、生体内での光の
散乱を不均一にし、光路長の再現性を低下させるもので
ある。光を使用した無侵襲計測は、反射光量もしくは透
過光量の変化を血中成分濃度に換算するものなので、光
路長の変化は、測定値の誤差の要因となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、生体の断面を様々な方向から複数回測定する構成と
し、生体散乱による光路長変動を平均化し、反射光量も
しくは透過光量の変化を血中成分濃度に換算する構成と
した。
に、生体の断面を様々な方向から複数回測定する構成と
し、生体散乱による光路長変動を平均化し、反射光量も
しくは透過光量の変化を血中成分濃度に換算する構成と
した。
【０００５】
【発明の実施の形態】生体に沿って環状に複数の光源及
び検出器を配置する構成の例を以下に述べる。
び検出器を配置する構成の例を以下に述べる。
【０００６】図１は本発明の第一の実施例である無侵襲
グルコースセンサの構成図である。本センサは、回転体
１に一対の光源２と検出器３を配したもので、回転体１
中に、生体（例えば指）４を差し込む。光源２から生体
に向けて出射した光は、生体を透過し検出器３によって
検知される。
グルコースセンサの構成図である。本センサは、回転体
１に一対の光源２と検出器３を配したもので、回転体１
中に、生体（例えば指）４を差し込む。光源２から生体
に向けて出射した光は、生体を透過し検出器３によって
検知される。
【０００７】本実施例では、直線上に光源と検出器を配
し、生体の透過光を測定しているが、光源からの光の出
射方向と、検出器の検出方向が例えば４０°になるよう
に配し、生体からの散乱及び反射光を測定することも可
能である。
し、生体の透過光を測定しているが、光源からの光の出
射方向と、検出器の検出方向が例えば４０°になるよう
に配し、生体からの散乱及び反射光を測定することも可
能である。
【０００８】図２は、本発明の第二の実施例である無侵
襲グルコースセンサの構成図である。本センサは、回転
体１に１個の光源２と３個の検出器３を配したものであ
る。生体に光を光源２から照射すると光は生体組織によ
って複数方向へ散乱される。３個の検出器３によってそ
の散乱光を測定する。
襲グルコースセンサの構成図である。本センサは、回転
体１に１個の光源２と３個の検出器３を配したものであ
る。生体に光を光源２から照射すると光は生体組織によ
って複数方向へ散乱される。３個の検出器３によってそ
の散乱光を測定する。
【０００９】図３は、本発明の第三の実施例である無侵
襲グルコースセンサの構成図である。本センサは、回転
体１に３対の光源２と検出器３を配したものである。３
個の光源２から出射された光は、生体を散乱，透過し３
個の検出器３によって検出される。
襲グルコースセンサの構成図である。本センサは、回転
体１に３対の光源２と検出器３を配したものである。３
個の光源２から出射された光は、生体を散乱，透過し３
個の検出器３によって検出される。
【００１０】上記実施例１〜３の回転体１は図中矢印方
向に回転し、生体断面を複数方向から測定する構成であ
る。
向に回転し、生体断面を複数方向から測定する構成であ
る。
【００１１】図４は、１〜３の実施例の回転体１の駆動
機構の構成図である。生体４（指）の長軸５上に回転体
１のシャフト６を配し、シャフト６のギア７はモータ８
のシャフト９のギヤ１０と噛み合う構成となっており、
モータ８の駆動によって回転体１を回転させる。光源２
及び検出器３は長軸５からそれぞれの直線距離が等しく
かつ長軸を中心とする同一円周上に配される。
機構の構成図である。生体４（指）の長軸５上に回転体
１のシャフト６を配し、シャフト６のギア７はモータ８
のシャフト９のギヤ１０と噛み合う構成となっており、
モータ８の駆動によって回転体１を回転させる。光源２
及び検出器３は長軸５からそれぞれの直線距離が等しく
かつ長軸を中心とする同一円周上に配される。
【００１２】図５は、１〜３の実施例で使用した光源２
及び検出器３の構成図である。
及び検出器３の構成図である。
【００１３】光源２では、グルコースの吸収がある波長
１.５６３μｍ(０.６〜２.５μｍの光でグルコースの吸
収を有する波長であればどの波長でも良い）の光を出力
する半導体レーザ(ＧａＡｌＡｓレーザ）１１とグルコ
ースの吸収のない例えば１.３μｍの光を出力する半導
体レーザ（ＧａＡｌＡｓレーザ）１２を回転体１中に設
置した。２個のレーザ１１，１２は、レンズ１３，１４
によってファイバ１５に集光され、出射口１６から生体
４に向けて出射する構成である。
１.５６３μｍ(０.６〜２.５μｍの光でグルコースの吸
収を有する波長であればどの波長でも良い）の光を出力
する半導体レーザ(ＧａＡｌＡｓレーザ）１１とグルコ
ースの吸収のない例えば１.３μｍの光を出力する半導
体レーザ（ＧａＡｌＡｓレーザ）１２を回転体１中に設
置した。２個のレーザ１１，１２は、レンズ１３，１４
によってファイバ１５に集光され、出射口１６から生体
４に向けて出射する構成である。
【００１４】検出器３は２個のＩｎＧａＡｓフォトダイ
オード１７，１８を回転体１中に設置し、入射口１９か
ら光ファイバ１５で二つのフォトダイオードと結ぶ構成
とした。ファイバ１５の端面とフォトダイオード１７，
１８の間には１.５６３μｍの光と１.３μｍ の光をそ
れぞれ選択的に透過させるフィルタ２０，２１を設置し
た。
オード１７，１８を回転体１中に設置し、入射口１９か
ら光ファイバ１５で二つのフォトダイオードと結ぶ構成
とした。ファイバ１５の端面とフォトダイオード１７，
１８の間には１.５６３μｍの光と１.３μｍ の光をそ
れぞれ選択的に透過させるフィルタ２０，２１を設置し
た。
【００１５】フォトダイオード１７，１８によって検出
された１.５６３μｍ及び１.３μｍの信号はＡＤ変換器
２２を経て演算回路２３に入力され、１.３μｍと１.５
６３μｍの信号の差（ΔＡ）が計算される。実施例１〜
３は、回転体１を図１〜３図中矢印のように回転させ、
生体の一断面上の情報を複数方向から測定する構成とな
っており、複数方向から測定した各々の信号（ΔＡｉ）
を積算し(Σ(ΔＡｉ))、この積算信号を生体組織等によ
る吸収を差し引いた血中グルコースの吸収と考え、グル
コースの定量に用いる。
された１.５６３μｍ及び１.３μｍの信号はＡＤ変換器
２２を経て演算回路２３に入力され、１.３μｍと１.５
６３μｍの信号の差（ΔＡ）が計算される。実施例１〜
３は、回転体１を図１〜３図中矢印のように回転させ、
生体の一断面上の情報を複数方向から測定する構成とな
っており、複数方向から測定した各々の信号（ΔＡｉ）
を積算し(Σ(ΔＡｉ))、この積算信号を生体組織等によ
る吸収を差し引いた血中グルコースの吸収と考え、グル
コースの定量に用いる。
【００１６】上述したように複数方向からの測定を行い
信号を積算することによって、生体散乱による光路長の
変動は平均化され、測定信号の再現性が向上する。測定
信号（Σ（ΔＡｉ））をグルコース濃度に換算するに
は、メモリ２４に記録された検量式を用いる。検量式に
よって算出されたグルコース濃度は表示部２５で表示さ
れ、測定者に知らされる。
信号を積算することによって、生体散乱による光路長の
変動は平均化され、測定信号の再現性が向上する。測定
信号（Σ（ΔＡｉ））をグルコース濃度に換算するに
は、メモリ２４に記録された検量式を用いる。検量式に
よって算出されたグルコース濃度は表示部２５で表示さ
れ、測定者に知らされる。
【００１７】血液中のグルコース濃度と生体の透過光と
の校正は、次のように行う。グルコースの検量式は、一
患者につき一式算出する。校正方法は、糖負荷試験後の
患者の血液を一定時間ごとに採血し、採血した血液の血
糖値を従来法によって測定し、目的変数とする。また採
血した時間と同時刻に上記実施例のセンサによって測定
を行い、その際の信号を説明変数として、単回帰分析な
どの検量法により校正を行う。校正により算出した検量
式は、センサに付属したメモリに保存され、その後の血
糖値測定に使用される。
の校正は、次のように行う。グルコースの検量式は、一
患者につき一式算出する。校正方法は、糖負荷試験後の
患者の血液を一定時間ごとに採血し、採血した血液の血
糖値を従来法によって測定し、目的変数とする。また採
血した時間と同時刻に上記実施例のセンサによって測定
を行い、その際の信号を説明変数として、単回帰分析な
どの検量法により校正を行う。校正により算出した検量
式は、センサに付属したメモリに保存され、その後の血
糖値測定に使用される。
【００１８】図６は本発明の効果を表わした図である。
本図は、本発明で測定したグルコース濃度（縦軸）と従
来法で測定したグルコース濃度（横軸）の相関を表わし
たものであるが、２手法の相関係数は０.９８ と良好で
あり、本発明の有効性を確認した。
本図は、本発明で測定したグルコース濃度（縦軸）と従
来法で測定したグルコース濃度（横軸）の相関を表わし
たものであるが、２手法の相関係数は０.９８ と良好で
あり、本発明の有効性を確認した。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、血液中の生化学成分濃
度を無侵襲で精度良く測定することができる。
度を無侵襲で精度良く測定することができる。
【図１】第一の実施例の説明図。
【図２】第二の実施例の説明図。
【図３】第三の実施例の説明図。
【図４】第一から第三の実施例の回転体の駆動機構の説
明図。
明図。
【図５】第一から第三の実施例の光源及び検出器の説明
図。
図。
【図６】本発明の効果を表わす特性図。
１…回転体、２…光源、３…検出器、４…生体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根原 剛志 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 管 正男 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 鱒沢 裕 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】光源と検出器とを含む生体中の情報を計測
するセンサにおいて、前記生体へ光を照射するための発
光素子と前記生体の透過光を受光するための受光素子を
前記生体に沿って環状に複数設置したことを特徴とする
無侵襲生化学センサ。 - 【請求項２】光源と検出器とを含み、円筒形に近い形状
を有する生体を測定するセンサにおいて、前記生体の長
軸を回転軸とする回転体と、前記回転体を回転させるた
めの駆動機構と、前記回転体に一個以上の発光素子及び
受光素子を設けたことを特徴とする無侵襲生化学セン
サ。 - 【請求項３】請求項２に記載の前記発光素子と前記受光
素子は、前記回転軸を中心とする同一円周上に配され、
前記発光素子と前記受光素子の相対的位置が固定されて
いる無侵襲生化学センサ。 - 【請求項４】０.６μｍ〜２.５μｍの少なくとも一波長
以上の近赤外光を生体表面に照射する請求項１または２
に記載の無侵襲生化学センサ。 - 【請求項５】請求項１または２に記載の前記発光素子及
び前記受光素子が、半導体レーザ及びフォトダイオード
である無侵襲生化学センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP361496A JPH09187442A (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 無侵襲生化学センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP361496A JPH09187442A (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 無侵襲生化学センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09187442A true JPH09187442A (ja) | 1997-07-22 |
Family
ID=11562377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP361496A Pending JPH09187442A (ja) | 1996-01-12 | 1996-01-12 | 無侵襲生化学センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09187442A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003524467A (ja) * | 1999-04-29 | 2003-08-19 | アボット・ラボラトリーズ | 生体試料中のアナライト濃度の非侵襲的測定 |
| JP2004226277A (ja) * | 2003-01-23 | 2004-08-12 | Bios Ikagaku Kenkyusho:Kk | 生体物質および化学物質の光学的測定方法および光学的測定装置 |
| JP2006528004A (ja) * | 2003-06-19 | 2006-12-14 | オプティクス エルピー | 干渉の変動減少のための光学的検体採取方法および装置 |
| US9107626B2 (en) | 2006-10-12 | 2015-08-18 | Masimo Corporation | System and method for monitoring the life of a physiological sensor |
| US9795739B2 (en) | 2009-05-20 | 2017-10-24 | Masimo Corporation | Hemoglobin display and patient treatment |
| CN109171765A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-11 | 上海嘉孚信息科技有限公司 | 便携式无创血糖检测仪器 |
| US11191485B2 (en) | 2006-06-05 | 2021-12-07 | Masimo Corporation | Parameter upgrade system |
| CN116211298A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-06-06 | 杭州沃维医疗科技有限公司 | 一种集成血液氧含量与电信号采集的系统、方法及传感器 |
-
1996
- 1996-01-12 JP JP361496A patent/JPH09187442A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003524467A (ja) * | 1999-04-29 | 2003-08-19 | アボット・ラボラトリーズ | 生体試料中のアナライト濃度の非侵襲的測定 |
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| US11317837B2 (en) | 2006-10-12 | 2022-05-03 | Masimo Corporation | System and method for monitoring the life of a physiological sensor |
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| US10413666B2 (en) | 2009-05-20 | 2019-09-17 | Masimo Corporation | Hemoglobin display and patient treatment |
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| US11752262B2 (en) | 2009-05-20 | 2023-09-12 | Masimo Corporation | Hemoglobin display and patient treatment |
| CN109171765B (zh) * | 2018-10-31 | 2021-04-16 | 上海嘉孚信息科技有限公司 | 便携式无创血糖检测仪器 |
| CN109171765A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-11 | 上海嘉孚信息科技有限公司 | 便携式无创血糖检测仪器 |
| CN116211298A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-06-06 | 杭州沃维医疗科技有限公司 | 一种集成血液氧含量与电信号采集的系统、方法及传感器 |
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