JPH09215679A

JPH09215679A - 体液成分濃度測定装置

Info

Publication number: JPH09215679A
Application number: JP8024415A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Maruo; 勝彦丸尾
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-02-09
Filing date: 1996-02-09
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】個体差の影響を受けることなく体液成分濃度
測定を非侵襲で行う。【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２照射用
の近赤外光を出力する光源１と、被測定部２を透過した
光と被測定部で反射した光とを夫々検出する受光手段
６，７ａ，７ｂと、受光手段で得られた透過光の吸光度
信号と反射光の吸光度信号とからの演算処理で目的体液
成分濃度を検量する演算処理手段１０とからなる。透過
光による測定と反射光による測定とを行うことができ、
透過光による吸光度の測定結果と反射光による吸光度の
測定結果とを総合して体液成分濃度の検量を行うことが
できる。

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ー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。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は上
記要望に添うものであり、これらは近赤外光による体液
成分の分光分析を行う。すなわち生体部位に複数の波長
の近赤外光を照射して、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】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
でない場合が多く、中赤外定量分析で用いられるスペク
トルのピーク高さや面積からの定量を行うことはでき
ず、このために複数の波長を利用して多変量解析を行う
ことで目的成分の定量を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここにおいて、正確な
定量には広い波長域の多くの波長の近赤外光を用いるこ
とが好ましいわけであるが、従来は６００ｎｍ以上１１
００ｎｍ未満の可視光寄りの近赤外光を用いて分析を行
う場合と、１１００ｎｍ以上２５００ｎｍ未満の中赤外
領域寄りの近赤外光を用いて分析を行う場合とに二分さ
れていた。これは近赤外領域で観察されるスペクトルは
赤外領域で観察される吸収スペクトルの倍音あるいはそ
の結合音のスペクトルであり、上記２つの波長域のいず
れか一方で分析すれば良いと考えられていたことと、中
赤外寄りの波長から可視光寄りの波長に移るに従って吸
光度が対数的に小さくなっていき、特に１１００ｎｍ付
近を境として信号レベルの桁が変わってしまうためであ
る。

【０００６】そして上記２つの波長域のうち、短い波長
側の場合には被測定部を透過する透過光から吸光度を求
めることがなされ、長い波長側の場合には被測定部の特
性にもよるが表面近傍にしか到達しないために、被測定
物を薄い試料に調整する場合を除けば反射光で測定する
ことがなされている。上記２つの場合、透過光の方が被
測定部の内部まで光を透過させた分析が可能であること
から、波長の短い側を用いているのが普通であるが、個
人差や被測定部の位置によっては十分なレベルの透過光
を得ることができなくて測定不能となることがある。波
長の長い側を用いて反射光で測定する場合、測定不能と
なることはないものの、体液成分濃度測定の精度は落ち
てしまう。

【０００７】また他の問題点として、人間や哺乳動物な
どの生物の体液成分を分析する場合には、分析に用いる
部位の特性が非常に重要である。生物の体は上皮組織、
骨や結合組織からなる支持組織、筋組織、神経組織等の
複雑な組織で構成されているが、体液成分の分析で対象
とするのは細胞内液や間質液や血液内に含まれる成分で
あるとともに組織によって体液成分の含有量が大きくこ
となることから、正確な測定には適切な部位を選択する
ことが欠かせない。

【０００８】さらに測定部位の選択は上記解剖学的な視
点と光学的特性を考慮して行うのであるが、これらに加
えて生物体における個体差が組織構成や組織の特性に非
常に大きな影響を与えるために、正確な測定のためには
個体の影響、たとえば肥満の程度や加齢による影響を考
慮して、測定部位や透過あるいは反射といった計測手
法、使用波長を選択する必要があるが、体液成分の定量
のための装置を個人毎にハード構成し、更に定量のため
のキャリブレーションを行うことは、装置の生産効率を
著しく阻害し、価格をひきあげるとともにユーザーの体
型変化や年齢があがるごとに装置を更新する必要があ
り、メンテナンスに非常に手間がかかるとともに不経済
である。

【０００９】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個体差の影響を受ける
ことなく体液成分濃度測定を非侵襲で行うことができる
体液成分濃度測定装置を提供するにある。

【００１０】

【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、被測定部位照射用の近赤外光を出力す
る光源と、被測定部を透過した光と被測定部で反射した
光とを夫々検出する受光手段と、受光手段で得られた透
過光の吸光度信号と反射光の吸光度信号とからの演算処
理で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。透過光による測定と反射光
による測定とを行えるようにしてあるとともに、透過光
による吸光度の測定結果と反射光による吸光度の測定結
果とを総合して体液成分濃度の検量を行えるようにして
いるものである。

【００１１】被測定部を透過させる近赤外光としては１
１００ｎｍ未満の短い波長のものを、被測定部で反射さ
せる近赤外光として１１００ｎｍ以上の長い波長のもの
を用いることが各波長の近赤外光の特性にマッチするた
めに、好ましい結果を得ることができる。被測定部が指
である場合には、光源を指の背側に配して皮動脈に対向
させ、透過光用受光手段を指の腹側に、反射光用受光手
段を指の背側に配するとよく、被測定部が手首である場
合には、光源を手首の掌側に配して橈骨動脈に対向さ
せ、透過光用受光手段を手首の外側に、反射光用受光手
段を手首の掌側に配するとよく、被測定部が前腕である
場合には、光源を前腕の内側に配してこの内側に位置す
る皮静脈に対向させ、透過光用受光手段を前腕の外側
に、反射光用受光手段を前腕の内側に配するとよい。

【００１２】被測定部の保持のための開閉式の保持手段
を備えたものにおいては、該保持手段に受光手段を設け
るとともに、保持した被測定部に光源からの光を導く光
入射部を設けておけばよく、殊に保持手段における開閉
自在となったカバー側に光入射部を設けたものにおいて
は、保持手段に光入射位置を示す可動式の位置決め手段
を設けておくとよい。

【００１３】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、被測定部を透過した透過光もし
くは被測定部からの反射光を受光する受光手段と、受光
手段から得られる吸光度信号の演算処理で目的体液成分
濃度を検量する演算処理手段とからなり、該演算処理手
段は、８５０ｎｍ未満の波長の吸光度については７６０
ｎｍ付近に存在する吸光度のピーク値で、８５０ｎｍ以
上１２００ｎｍ未満の波長の吸光度については９７０ｎ
ｍ付近に存在する吸光度のピーク値で、１８００ｎｍ以
上の波長の吸光度については１９４０ｎｍ付近に存在す
る吸光度のピーク値で規格化したデータを用いて統計解
析を行うものであることに特徴を有している。得られる
吸光度のデータは波長によってオーダーが異なるが、上
記規格化により各波長領域で同程度オーダで理解するこ
とができることになる。

【００１４】さらに本発明は、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、被測定部を透過した透過光も
しくは被測定部からの反射光を受光する受光手段と、受
光手段から得られる吸光度信号の演算処理で目的体液成
分濃度を検量する演算処理手段とからなり、受光手段は
複数の波長の近赤外光についての吸光度信号を各々出力
するものであり、演算処理手段は複数の吸光度信号から
抽出した有意な吸光度信号とその組み合わせの特性とか
らの演算処理で目的体液成分濃度を検量するものである
ことに特徴を有している。この場合、有意な信号をまず
選択するために、体液成分濃度の演算処理にあたっての
演算速度の向上を図ることができる上に、有意な吸光度
信号の組み合わせは個体差を反映したものともなるため
に、正確な体液成分濃度の検量にも寄与するものとな
る。

【００１５】

【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２（こ
こでは指先）に照射する光を得るための光源であり、該
光源１からの光は、チョッパー４と干渉フィルター５と
を介して被測定部２に照射される。上記チョッパー４及
び干渉フィルター５は光源１としてタングステン・ハロ
ゲンランプのようなものを用いた場合のもので、被測定
部２を照射する光をチョッパー４によって断続光とし、
干渉フィルター５によって所要の波長のものとする。な
お、後述するように複数の波長の近赤外光を利用するこ
とから、図１(b)に示すように、モータ等の駆動源によ
って回転駆動されるフィルターホイール９に透過波長が
異なる複数の干渉フィルター５を同心円上に配して、フ
ィルターホイール９の回転で異なる波長の近赤外光を被
測定部２に照射することができるようにしてある。

【００１６】そして被測定部２を位置させる部分を介し
て上記投光部と対向する位置に受光手段６を、投光部の
脇に受光手段７ａ，７ｂを配してある。図中８は集光用
のレンズ、１０は上記受光手段６，７ａ，７ｂで検出さ
れた受光量から被測定部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。

【００１７】受光手段６，７ａ，７ｂのうち、受光手段
６は上述の配置からも明らかなように被測定部２を透過
した光を受光するものであり、受光手段７ａ，７ｂは被
測定部２で反射した光を受光する。反射光用に２種の受
光手段７ａ，７ｂを配しているのは、近赤外光のほぼ全
領域において高い感度を得ることができるようにするた
めである。この点については追って詳述する。

【００１８】そして被測定部２を透過した光及び被測定
部２で反射した光を受光手段６，７ａ，７ｂで受光し、
これら受光手段６，７ａ，７ｂの出力信号から得られる
吸光度と予め用意した検量線とに基づいて、演算処理手
段１０は目的体液成分濃度の算出を行う。被測定部２で
ある指先のような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２の温度を３４℃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。

【００１９】ここにおいて、前記複数の干渉フィルター
５には定量を目的とする体液成分がグルコース（血糖）
濃度であるならば、たとえばピーク波長が７６０ｎｍ，
７９０ｎｍ，９７０ｎｍ，１０７０ｎｍ，１４５０ｎ
ｍ，１６７０ｎｍのものを使用する。半値幅が１０ｎｍ
程度のものを用いることが好ましい。そしてこれら波長
の近赤外光を被測定部２である指先に照射し、透過光と
反射光とを受光手段６，７ａ，７ｂで受光するわけであ
るが、上記照射にあたっては、被測定部２である指先に
はその背側から照射して皮動脈を通るようにし、指の腹
側に位置する受光手段６で透過光を、指の背側に位置す
る受光手段７ａ，７ｂで反射光を受光する。なお、グル
コース濃度の測定は上記の波長で行わなくてはならない
というものではない。また干渉フィルター５に代えて、
回折格子やマイケルソン干渉計などを用いてもよい。

【００２０】ところで受光手段として一般に使用するシ
リコン受光素子やＰｂＳ受光素子、Ｇｅ受光素子、Ｉｎ
ＧａＡｓ受光素子等は波長によって感度が異なってお
り、たとえば１１００ｎｍ未満の波長に対しては感度の
点においてシリコン受光素子が優れており、１０００ｎ
ｍ以上の波長に対してはＰｂＳ受光素子あるいはＧｅ受
光素子あるいはＩｎＧａＡｓ受光素子が優れており、特
にＩｎＧａＡｓ受光素子は７００ｎｍ〜１７００ｎｍ、
Ｇｅ受光素子は８５０ｎｍ〜１８００ｎｍに優れた感度
特性を有している。

【００２１】一方、被測定部２を透過する近赤外光は、
その波長が１１００ｎｍ未満のものが主であってこれよ
り波長が長くなると殆ど透過することがないために、透
過光用の受光手段６としては、シリコン受光素子のよう
な波長の短い近赤外光についての感度の高いものを用い
る。逆に反射光については、波長の長い近赤外光につい
て感度が高いものを用いればよいのであるが、被測定部
２の個体差によっては波長の短い近赤外光でも透過光が
非常に微弱で透過光による測定ができない場合があるこ
とに鑑み、波長の短い近赤外光の反射光の測定を行うこ
とができるように、ここではシリコン受光素子からなる
短波長域用の受光手段７ａと、ＰｂＳ受光素子のような
長波長域用の受光手段７ｂとを併用している。もちろ
ん、近赤外光の全域において高い感度を有するものであ
ればその受光手段だけで反射光を受光測定すればよく、
透過光用の受光手段６の位置を変更可能として受光手段
６で受光手段７ａを代用させてもよい。いずれにして
も、透過光だけでなく、反射光も用いることから、広い
波長領域の近赤外光で分析ができるために、体液成分濃
度の測定精度を高くすることができる。特に複数の波長
を用いるとともに透過光によるデータや反射光によるデ
ータを併用することから、データ処理の段階でデータ選
択も可能であり、これ故に広い特性を有する被験者集団
についても有効である。

【００２２】なお、吸光度の測定にあたり、別途８５０
ｎｍに発光特性を有する発光ダイオードとシリコン受光
素子とを用いて吸光度変化（脈動変化）を経時的にとら
えるとともに、シリコン受光素子からの出力信号である
電圧変化の電圧に閾値を設けて、電圧の立ち上がりまた
は立ち下がり時の閾値通過時点で目的体液成分濃度測定
のための前記吸光度信号を測定するものとし、更には複
数回の測定の平均値を用いることでＳＮ比の改善を図る
こともできる。

【００２３】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各
波長の透過光及び反射光の吸光度との関係を統計解析手
法によって解析することで得る。この場合、複数の人間
を被験者として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。グルコース含有物の
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各波長の
吸光度とを対比させてデータ化し、演算処理手段１０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、目的変量としてグルコース濃度、説明変量として各
波長の透過光及び反射光に対する吸光度を用いた重回帰
分析手法で作成する。

【００２４】前記データ選択を行えるようにした場合に
ついての処理の一例について説明すると、図２にも示す
ように、透過光用受光手段６から得られた吸光度と反射
光用受光手段７ａ，７ｂから得られた吸光度とについ
て、まず演算処理に使用することができるデータ（吸光
度）を選択する。受光手段６，７ａ，７ｂの感度特性に
よっても異なるが、シリコン受光素子あるいはＰｂＳ受
光素子を用いた場合は、たとえば吸光度（絶対反射率を
Ｒ（λ）、標準絶対反射率をＲｓ（λ）、絶対透過率を
Ｔ（λ）、標準絶対反射率をＴｓ（λ）とする時、吸光
度Ａ（λ）＝ｌｏｇ｛１／Ｒ（λ）｝−ｌｏｇ｛１／Ｒ
ｓ（λ）｝＝ｌｏｇ｛１／Ｔ（λ）｝−ｌｏｇ｛１／Ｔ
ｓ（λ）｝）が０．００００１以上２．０００００未
満のものを使用するものとし、この範囲外の吸光度のデ
ータ及び検出不能の波長については除外する。この操作
を使用した各波長について行い、波長の透過光乃至反射
光の吸光度のデータの組を作成する。そして、このデー
タの組に合致する検量線（式）を選択し、該検量線を利
用して体液成分濃度を算出するのである。従って、この
場合の検量線は、各データ組に応じたものを予め用意し
ておく。

【００２５】光源１としては、光量の点から前述のタン
グステン・ハロゲンランプを好適に用いることができる
が、干渉フィルター５で得ようとする波長の近赤外線光
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。図３は吸光度の測定に使用する波長の近赤外光を
夫々発光する複数の発光ダイオード１ａ，１ｂ…を光源
としてこれらを順番に発光させるものを示しており、こ
の場合、チョッパー４が不要であるとともに光源１が必
要とする波長の光を直接出すために干渉フィルター５な
ども不要である。この光源１は、下記の各例においても
用いることができる。

【００２６】図４は被測定部２である指先を保持固定す
る保持部１２の一例を示している。なお光学系の配置な
どは前記のものと同じである。上記保持部１２は、半円
筒状断面の本体１２ａと、一側縁が本体１２ａの側縁に
ヒンジ結合された同じく半円筒状断面のカバー１２ｂと
からなり、カバー１２ｂを開いた状態で本体１２ａに指
の背側が接するように指先を納めてカバー１２ｂをする
ことで、カバー１２ｂ側に設けた受光手段６を指の腹側
に対向させる。図中１４は指の先端の位置決め用の部材
である。保持部１２は遮光材料で形成してあることか
ら、周囲環境からの迷光の影響を受けることなく前記吸
光度の測定を行うことができる上に、保持部１２による
被測定部２の保持固定により測定位置である指先の位置
ずれや測定中の指先の不用意な動きに起因する測定誤差
を最小限に抑えることができる。

【００２７】図５は被測定部２が手首である場合を示し
ており、保持部１２における本体１２ａの近赤外光の入
射用の窓１３に手首の橈骨動脈の脈動が触感できる部分
を対向させた後、透過光用受光手段６が設けられたカバ
ー１２ｂを閉じて被測定部２の保持固定を行う。図６及
び図７に示すように、保持部１２におけるカバー１２ｂ
側から近赤外光を被測定部２に向けて出してもよい。も
っともカバー１２ｂに受光手段７ａ，７ｂはともかくも
光源１やチョッパー４やフィルターホイール９（干渉フ
ィルター５）を設けることは困難であることから、光フ
ァイバー１６でカバー１２ｂまで導くものとしてある。
またカバー１２ｂの光入射位置と被測定部２との位置関
係はカバー１２ｂを閉じるまではっきりしないために、
ここでは本体１２ａ側に光入射位置を示す可動式の位置
決め材１７を設けており、本体１２ａに手首を置いた状
態で位置決め材１７を手首側に倒すことで、橈骨動脈位
置の位置を合わせ、この状態でカバー１２ｂを閉じれ
ば、光ファイバー１６を通じて送られてくる近赤外光が
橈骨動脈位置に照射されるようにしてある。

【００２８】なお、図７は被測定部２が前腕である場合
を示しており、この場合、近赤外光は前腕の内側に位置
するとう側あるいは正中あるいは尺側皮静脈に対向さ
せ、透過光用受光手段６を前腕の外側に位置させている
とともに、反射光用受光手段７ａ，７ｂを前腕の内側に
位置させている。また図８は反射光を受光素子７ａ，７
ｂで受光するにあたり、積分球１９を用いた場合を示し
ている。

【００２９】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。

【００３０】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、最大酸素摂取量は体脂肪量との高い相関が
知られている。測定部位２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。

【００３１】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。解析は通常用いられる多変量解析
手法である線形重回帰分析や、主成分回帰分析、フーリ
エ変換回帰分析、ＰＬＳ回帰分析などのほか、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ことが
できる。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。

【００３２】ここで、前述の吸光度のデータの組を利用
する場合は、一種のクラスター分けを行っているのと等
価であるとともに、この時には特別な個体差を示すパラ
メータを入力しなくともクラスターの分類ができること
になる。つまり１０００ｎｍ以下の透過性に優れた波長
の近赤外光が十分に被測定部２を透過して吸光度として
利用することができるか否かは、体型や肥満の判別を行
っているのと同意である。脂肪の吸収ピークがある９３
０ｎｍや１０４０ｎｍの波長の吸光度を見ることでも被
験者の肥満状態の予測も可能である。特に前記波長の透
過光が小さくなり反射光の吸光度が大きい場合には皮下
脂肪が発達していると分類することができる。従って、
利用できる波長のデータの組に対応した検量線の作成に
あたっては、データの組から決められるクラスターに体
型や肥満度などの個体差に対応する特徴を見いだせるよ
うに分類して行うことが測定精度向上につながるものと
なる。もちろん特別な個体差を表すパラメータと測定さ
れたデータの組とを併用すればさらに的確な分類ができ
る。

【００３３】ところで、近赤外光はその波長域が広く、
長波長側と短波長側とでは得られる吸光度の信号はその
オーダーが異なってしまうために、複数の波長の吸光度
によって体液成分濃度を演算処理して求める場合、オー
ダーの違いが問題となりやすい。これを避けるために、
８５０ｎｍ未満の波長の吸光度については７６０ｎｍ付
近に存在する水の吸光度に由来する吸光度のピーク値で
規格化し、８５０ｎｍ以上１２００ｎｍ未満の波長の吸
光度については９７０ｎｍ付近に存在する水の吸光度に
由来する吸光度のピーク値で規格化し、更に１８００ｎ
ｍ以上の波長の吸光度については１９４０ｎｍ付近に存
在する水の吸光度の由来する吸光度のピーク値で規格化
したデータを用いて統計解析を行うとよい。見かけ上の
大きさが異なるスペクトル変化を各波長域においてほぼ
同程度のオーダーで理解することができるために、解析
においても現象の理解においても有効である。

【００３４】血糖値（血中グルコース濃度）を測定する
ものを例にあげたが、これに限定されるものではなく、
測定対象にはたとえばコレステロール量、ＬＤＬ及びＨ
ＤＬコレステロール量、総蛋白質量、総アルブミン量、
総グルブリン量、尿酸量、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ぶことでグルコースの場合とまっ
たく全く同様に定量することができる。たとえばコレス
テロールの定量には１７２０ｎｍ、１７３０ｎｍ、１６
８０ｎｍの波長を使用することが好ましい。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明においては、被測定
部を透過した光と被測定部で反射した光とを夫々検出す
る受光手段と、受光手段で得られた透過光の吸光度信号
と反射光の吸光度信号とからの演算処理で目的体液成分
濃度を検量する演算処理手段とからなり、透過光による
測定と反射光による測定とを行えるようにしてあること
から、近赤外光の広い波長域の全域での測定が可能であ
り、正確な測定に有利な多くの波長を用いて測定すると
いうことを一度に行えるものであり、また透過光による
吸光度の測定結果と反射光による吸光度の測定結果とを
総合して体液成分濃度の検量を行えることから体液成分
濃度の検量精度も高くなるものである。

【００３６】被測定部を透過させる近赤外光としては１
１００ｎｍ未満の短い波長のものを、被測定部で反射さ
せる近赤外光として１１００ｎｍ以上の長い波長のもの
を用いることが各波長の近赤外光の特性にマッチするた
めに、吸光度として適切なレベルの信号を得やすくて好
ましい結果を得ることができる。被測定部が指である場
合には、光源を指の背側に配して皮動脈に対向させ、透
過光用受光手段を指の腹側に、反射光用受光手段を指の
背側に配することで、指における測定を確実に且つ適切
に行うことができる。

【００３７】被測定部が手首である場合には、光源を手
首の掌側に配して橈骨動脈に対向させ、透過光用受光手
段を手首の外側に、反射光用受光手段を手首の掌側に配
すると、やはり手首における測定を確実に且つ適切に行
うことができる。被測定部が前腕である場合には、光源
を前腕の内側に配してこの内側に位置する皮静脈に対向
させ、透過光用受光手段を前腕の外側に、反射光用受光
手段を前腕の内側に配することで、前腕における測定を
確実に且つ適切に行うことができる。

【００３８】被測定部の保持のための開閉式の保持手段
を備えたものにおいては、該保持手段に受光手段を設け
るとともに、保持した被測定部に光源からの光を導く光
入射部を設けておくことで、被測定部の位置決めが容易
となり、被測定部の位置ずれなどに伴う誤差を最小にと
どめることができる。保持手段における開閉自在となっ
たカバー側に光入射部を設けたものにおいては、保持手
段に光入射位置を示す可動式の位置決め手段を設けてお
くことで、被測定部を保持手段に保持させることが容易
となるとともに、位置決めも行うことができる。

【００３９】また被測定部位照射用の光源と、被測定部
を透過した透過光もしくは被測定部からの反射光を受光
する受光手段と、受光手段から得られる吸光度信号の演
算処理で目的体液成分濃度を検量する演算処理手段とか
らなり、該演算処理手段は、８５０ｎｍ未満の波長の吸
光度については７６０ｎｍ付近に存在する吸光度のピー
ク値で、８５０ｎｍ以上１２００ｎｍ未満の波長の吸光
度については９７０ｎｍ付近に存在する吸光度のピーク
値で、１８００ｎｍ以上の波長の吸光度については１９
４０ｎｍ付近に存在する吸光度のピーク値で規格化した
データを用いて統計解析を行うものでは、波長によって
オーダーが異なる吸光度のデータを各波長領域で同程度
オーダで理解することができることになるために、検量
精度を向上させることができる。

【００４０】さらに演算処理手段が複数の吸光度信号か
ら抽出した有意な吸光度信号とその組み合わせの特性と
からの演算処理で目的体液成分濃度を検量するものであ
ると、有意な信号をまず選択するために、体液成分濃度
の演算処理にあたっての演算速度の向上を図ることがで
きるものであり、しかも有意な吸光度信号の組み合わせ
は個体差を反映したものともなるために、正確な体液成
分濃度の検量にも寄与するものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)
は概略縦断面図、(b)はフィルターホイールの平面図で
ある。

【図２】同上の検量についての動作の一例のフローチャ
ートである。

【図３】同上の他例の概略縦断面図である。

【図４】同上の別の例を示すもので、(a)は概略縦断面
図、(b)(c)は概略横断面図である。

【図５】同上の更に他例を示すもので、(a)は概略縦断
面図、(b)(c)は概略横断面図である。

【図６】同上の異なる例を示すもので、(a)は概略縦断
面図、(b)(c)は概略横断面図である。

【図７】同上のさらに異なる例を示すもので、(a)は概
略縦断面図、(b)(c)は概略横断面図である。

【図８】別の例の概略縦断面図である。

【符号の説明】

１光源２被測定部６受光手段７ａ受光手段７ｂ受光手段１０演算処理手段

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
の近赤外光を出力する光源と、被測定部を透過した光と
被測定部で反射した光とを夫々検出する受光手段と、受
光手段で得られた透過光の吸光度信号と反射光の吸光度
信号とからの演算処理で目的体液成分濃度を検量する演
算処理手段とから成ることを特徴とする体液成分濃度測
定装置。
【請求項２】被測定部を透過させる近赤外光として１
１００ｎｍ未満の短い波長のものを用いるとともに、被
測定部で反射させる近赤外光として１１００ｎｍ以上の
長い波長のものを用い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】光源が被測定部である指の背側に配され
て皮動脈に対向し、透過光用受光手段が指の腹側に、反
射光用受光手段が指の背側に配されていることを特徴と
する請求項１または２記載の体液成分濃度測定装置。
【請求項４】光源が被測定部である手首の掌側に配さ
れて橈骨動脈に対向し、透過光用受光手段が手首の外側
に、反射光用受光手段が手首の掌側に配されていること
を特徴とする請求項１または２記載の体液成分濃度測定
装置。
【請求項５】光源が被測定部である前腕の内側に配さ
れてこの内側に位置する皮静脈に対向し、透過光用受光
手段が前腕の外側に、反射光用受光手段が前腕の内側に
配されていることを特徴とする請求項１または２記載の
体液成分濃度測定装置。
【請求項６】被測定部の保持のための開閉式の保持手
段を備えており、該保持手段に受光手段が設けられてい
るとともに、保持した被測定部に光源からの光を導く光
入射部が設けられていることを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載の体液成分濃度測定装置。
【請求項７】保持手段における開閉自在となったカバ
ー側に光入射部が設けられているとともに、保持手段に
は光入射位置を示す可動式の位置決め手段が設けられて
いることを特徴とする請求項６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、被測定部を透過した透過光もしくは被測定部
からの反射光を受光する受光手段と、受光手段から得ら
れる吸光度信号の演算処理で目的体液成分濃度を検量す
る演算処理手段とからなり、該演算処理手段は、８５０
ｎｍ未満の波長の吸光度については７６０ｎｍ付近に存
在する吸光度のピーク値で、８５０ｎｍ以上１２００ｎ
ｍ未満の波長の吸光度については９７０ｎｍ付近に存在
する吸光度のピーク値で、１８００ｎｍ以上の波長の吸
光度については１９４０ｎｍ付近に存在する吸光度のピ
ーク値で規格化したデータを用いて統計解析を行うもの
であることを特徴とする体液成分濃度測定装置。
【請求項９】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、被測定部を透過した透過光もしくは被測定部
からの反射光を受光する受光手段と、受光手段から得ら
れる吸光度信号の演算処理で目的体液成分濃度を検量す
る演算処理手段とからなり、受光手段は複数の波長の近
赤外光についての吸光度信号を各々出力するものであ
り、演算処理手段は複数の吸光度信号から抽出した有意
な吸光度信号とその組み合わせの特性とからの演算処理
で目的体液成分濃度を検量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。