JPH10305025A - 無侵襲生化学計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】血液中のグルコース濃度を採血をせず、光学的
手段により計測する無侵襲生化学計測装置において、生
体試料（腕）８に対する光源１及び光検出器２の位置変
化の影響に基づく計測誤差を解消し、高精度な無侵襲生
化学計測装置を提供することである。 【解決手段】この目的を達成するため、腕固定バンド５
に空気挿入部４を設け、光源１及び光検出器２を生体試
料（腕）８に密着させること、また、指リング７又は爪
型治具１７を設け、指から光源１及び光検出器２までの
距離を一定にして、光源１及び光検出器２を生体試料
（腕）８の同一位置に再現性よく装着することで生体試
料（腕）８に対する光源１及び光検出器２の位置変化に
基づく計測誤差を解消することにより達成される。 【効果】本発明によれば、生体試料（腕）８に対する光
源１及び光検出器２の位置変化に基づく計測誤差を解消
し、高精度な無侵襲生化学計測装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は医療用生化学分析装
置に関し、特に血液中のグルコース濃度を採血をせず、
光学的手段により無侵襲計測し、主に糖尿病患者に対し
利用される無侵襲生化学計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近赤外光を用い生体情報を計測する装置
が、特開平3−173535 号公報に記載されている。上記従
来技術はグルコースによる吸収波長帯域を１６００〜１
７５０ｎｍ，グルコースによらない基準波長帯域を１２
００〜１３００ｎｍに設定し、両近赤外光を生体組織に
照射し、両透過エネルギーの差異を演算処理することに
より生体組織中のグルコース濃度を求める方法である。
これは光源より照射された光の一部を直接に、他の一部
を凹面反射鏡により反射させて、生体組織に照射し、そ
の透過光をＰｂＳセンサにより検出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、光
源から照射した光を生体試料に照射するときの光源及び
光検出器と生体試料の位置関係を一定にする配慮はされ
ておらず、光源から照射される光を生体試料に照射する
場合、生体試料と光源及び光検出器との位置が微妙に変
化すると、生体試料に照射し、得られた拡散，反射光の
強度が安定しない点に問題がある。

【０００４】本発明の目的は生体試料に対する光源及び
光検出器の位置変化に伴う計測誤差をなくし、高精度な
無侵襲生化学計測を可能とした装置を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の装置では、生体
試料に対して光源及び光検出器の位置を固定する調節可
能な腕時計状の治具に空気挿入部を設け、ポンプで空気
を入れることにより生体試料に対して光源及び光検出器
を密着させ、また、光源及び光検出器を固定する腕時計
状の治具と指に通し手に装着するグローブ状の治具又は
指の間にひっかける爪状の治具を一体とすることで、治
具を生体試料に装着した際、指から光源及び光検出器ま
での距離を一定とすることにより、光源及び光検出器を
生体試料に対して同一位置に再現性よく装着する。

【０００６】

【発明の実施の形態】近赤外領域は分子振動の基本音ス
ペクトル（中赤外）と原子や分子の電子スペクトル（可
視，紫外）との間にあたり、本来透明な波長領域である
が、分子運動の倍音，高調音，結合音のスペクトルが現
われる。このため、特定分子の定性及び定量分析に近赤
外光を用いることができる。また、近赤外領域は生体透
過性が比較的大きく、無侵襲に生体内の情報を取得する
のに適している。

【０００７】生体に近赤外光を照射すると、一部は表面
で反射し、他は生体中を拡散して透過する。その際、近
赤外光の一部は生体物質に吸収される。入射光強度Ｉ０
と透過光強度Ｉｔとの間には（１）式で示されるLamber
t-Beerの法則が成り立つと考えられる。

【０００８】 Ｉｔ＝Ｉ０exp（−ckd） （１） ここで、ｃは吸収物質の濃度、ｋは吸光係数、ｄは吸収
物質の厚さを表す。これより目的物質の吸収波長に合わ
せたレーザを用い、試料の厚さを一定にすれば、透過光
強度の測定により目的物質の濃度を求めることができ
る。例えば、血液中のグルコース濃度は糖尿病の指標に
なり、臨床検査上重要な検査項目である。グルコースは
１５６０ｎｍ，２０７６ｎｍ，２２７２ｎｍに特徴的な
吸収を有するので、上記いずれかの波長の半導体レーザ
及び光検出器を用いれば、生体中、主に血液中のグルコ
ース濃度を採血せずに定量することができる。

【０００９】このような近赤外光の特長を有する半導体
レーザ又はＬＥＤを、無侵襲生化学計測に適用した例に
ついて説明する。

【００１０】図１に本発明の第１の実施例を示す。これ
は反射方式腕時計型無侵襲生化学計測装置である。半導
体レーザ又はＬＥＤよりなる光源１を光源駆動電流供給
装置９で駆動し、光源１から照射した光を生体試料
（腕）８へ照射する。その拡散，反射した光は、光を電
気信号に変換する受光素子などで構成される光検出器２
で検出し、増幅部１０で増幅して、コンピュータから構
成される生体信号演算処理装置１１に送られる。生体信
号演算処理装置１１で演算処理により吸光度や透過特性
などに変換して、その演算結果を表示装置１３に表示、
また記憶装置１４に記録する。

【００１１】図２を用いて詳細に説明する。図２
（ａ），（ｂ），（ｃ）は順に信号検出ブロック１５の
詳細図の正面図、横から見た図、下から見た図である。

【００１２】光源１，光検出器２を腕固定ベルト５に設
置し、指リング７を生体試料（腕）８の指の付け根まで
通し、腕固定ベルト５を手首に装着する。フォトダイオ
ードなどからなる光検出器２の位置は、スライドさせる
ことができ、検出する生体信号の深さを調節することが
できる。

【００１３】生体試料（腕）８に対する光源１及び光検
出器２の位置が変化しないように、ポンプ３により空気
挿入部４に空気を挿入し、光源１及び光検出器２を生体
試料（腕）８に密着させる。光源１及び光検出器２を生
体試料（腕）８に対して垂直方向に設置し、空気挿入部
４を生体試料（腕）８に対して水平方向に設置して、こ
の空気挿入部４に空気を入れることにより腕固定ベルト
５が生体試料（腕）８に対して水平方向に広がり、光源
１及び光検出器２を生体試料（腕）８に密着させる。生
体試料（腕）８に対する光源１及び光検出器２の位置が
変化すると、それに伴い、光源１から照射した光を生体
試料（腕）８へ照射し、得られた拡散，反射光の強度も
変化してしまうため、腕固定ベルト５に空気挿入部４を
設け、これにより光源１及び光検出器２を生体試料
（腕）８に密着させる機能を設けた。また、グローブ６
に指リング７を設け、指リング７を生体試料（腕）８の
指の付け根まで通して装着することにより、光源１及び
光検出器２を生体試料（腕）８の同一位置に再現性よく
装着することができる。

【００１４】腕固定ベルト５に空気挿入部４を、グロー
ブ６に指リング７を設け、生体試料（腕）８に対する光
源１及び光検出器２の位置の変化に伴う計測誤差をなく
し、高精度な計測が可能となる。

【００１５】また、本実施例は光源１，光検出器２を小
型にして腕固定ベルト５に設置した信号検出ブロック１
５と、光源駆動電流供給装置９，増幅部１０，生体信号
演算処理装置１１，制御部１２，表示装置１３，記憶装
置１４を小型にして一つのブロックに納めた演算処理ブ
ロック１６を分離し、その間をフレキシブルな信号線に
より接続する。信号検出ブロック１５及び演算処理ブロ
ック１６を分離することにより、被検者の時間を拘束す
ることなしに、被検者の生体信号を無侵襲に連続計測す
ることができ、また、小型にすることで携帯可能とす
る。

【００１６】図３に本発明の第２の実施例を示す。これ
は図２の信号検出ブロック１５の異なる例である。演算
処理ブロック１６は図１の実施例と同様である。図３
（ａ），（ｂ），（ｃ）は順に信号検出ブロック１５の
詳細図の正面図、横から見た図、下から見た図である。

【００１７】光源１，光検出器２を腕固定ベルト５に設
置し、爪型治具１７を生体試料(腕)８の指の間に引っか
けて、腕固定ベルト５を手首に装着する。腕固定ベルト
５，爪型治具１７はネジ１８により接続され、生体各個
人の違いに合わせて微調整ができるよう、スライド可能
である。また爪型治具１７は少なくとも２枚の板を有
し、ネジ１８により接続され、生体各個人の違いに合わ
せて長さを微調整できるよう、スライド可能である。

【００１８】フォトダイオードなどからなる光検出器２
の位置は、スライドさせることができ、検出する生体信
号の深さを調節することができる。生体試料（腕）８に
対する光源１及び光検出器２の位置が変化しないよう
に、ポンプ３により空気挿入部４に空気を挿入し、光源
１及び光検出器２を生体試料（腕）８に密着させる。光
源１及び光検出器２を生体試料（腕）８に対して垂直方
向に設置し、空気挿入部４を生体試料（腕）８に対して
水平方向に設置して、この空気挿入部４に空気を入れる
ことにより腕固定ベルト５が生体試料（腕）８に対して
水平方向に広がり、光源１及び光検出器２を生体試料
（腕）８に密着させる。

【００１９】生体試料（腕）８に対する光源１及び光検
出器２の位置が変化すると、それに伴い、光源１から照
射した光を生体試料（腕）８へ照射し、得られた拡散，
反射光の強度も変化してしまうため、腕固定ベルト５に
空気挿入部４を設け、これにより光源１及び光検出器２
を生体試料（腕）８に密着させる機能を設けた。また、
腕固定ベルト５と爪型治具１７を一体にし、爪型治具１
７を生体試料（腕）８の指の間に引っかけて装着するこ
とにより、光源１及び光検出器２を生体試料（腕）８の
同一位置に再現性よく装着することができる。腕固定ベ
ルト５に空気挿入部４を設け、腕固定ベルト５と爪型治
具１７を一体にして、生体試料（腕）８に対する光源１
及び光検出器２の位置の変化に伴う計測誤差をなくし、
高精度な計測を可能とする。

【００２０】図４に本発明の第３の実施例を示す。これ
は図２の信号検出ブロック１５の異なる例である。演算
処理ブロック１６は図１の実施例と同様である。腕固定
ベルト５を生体試料（腕）８に装着したとき、光源１の
対面に光検出器２が位置するように、光源１及び光検出
器２を配置し、光源１から照射した光を生体試料(腕)８
へ照射する。これはその透過，拡散した光を、光を電気
信号に変換する受光素子などで構成される光検出器２で
検出する透過方式腕時計型無侵襲生化学計測装置の例で
ある。

【００２１】指リング７を生体試料（腕）８の指の付け
根まで通し、腕固定ベルト５を手首に装着する。生体試
料（腕）８に対する光源１及び光検出器２の位置が変化
しないように、ポンプ３により空気挿入部４に空気を挿
入し、光源１及び光検出器２を生体試料（腕）８に密着
させる。光源１及び光検出器２を生体試料（腕）８に対
して垂直方向に設置し、空気挿入部４を生体試料（腕）
８に対して水平方向に設置して、この空気挿入部４に空
気を入れることにより腕固定ベルト５が生体試料（腕）
８に対して水平方向に広がり、光源１及び光検出器２を
生体試料（腕）８に密着させる。

【００２２】生体試料（腕）８に対する光源１及び光検
出器２の位置が変化すると、それに伴い、光源１から照
射した光を生体試料（腕）８へ照射し、得られた透過，
拡散光の強度も変化してしまうため、腕固定ベルト５に
空気挿入部４を設け、これにより光源１及び光検出器２
を生体試料（腕）８に密着させる機能を設けた。

【００２３】また、グローブ６に指リング７を設け、指
リング７を生体試料（腕）８の指の付け根まで通して装
着することにより、光源１及び光検出器２を生体試料
（腕）８の同一位置に再現性よく装着することができ
る。腕固定ベルト５に空気挿入部４を、グローブ６に指
リング７を設け、生体試料（腕）８に対する光源１及び
光検出器２の位置の変化に伴う計測誤差をなくし、高精
度な計測が可能となる。

【００２４】図５に本発明の第４の実施例を示す。これ
は図３の信号検出ブロック１５の異なる例である。演算
処理ブロック１６は図１の実施例と同様である。腕固定
ベルト５を生体試料（腕）８に装着したとき、光源１の
対面に光検出器２が位置するように、光源１及び光検出
器２を配置し、光源１から照射した光を生体試料(腕)８
へ照射する。これはその透過，拡散した光を、光を電気
信号に変換する受光素子などで構成される光検出器２で
検出する透過方式腕時計型無侵襲生化学計測装置の例で
ある。

【００２５】光源１，光検出器２を腕固定ベルト５に設
置し、爪型治具１７を生体試料(腕)８の指の間に引っか
けて、腕固定ベルト５を手首に装着する。腕固定ベルト
５，爪型治具１７はネジ１８により接続され、生体各個
人の違いに合わせて微調整ができるよう、スライド可能
である。また爪型治具１７は少なくとも２枚の板を有
し、ネジ１８により接続され、生体各個人の違いに合わ
せて長さを微調整できるよう、スライド可能である。

【００２６】生体試料（腕）８に対する光源１及び光検
出器２の位置が変化しないように、ポンプ３により空気
挿入部４に空気を挿入し、光源１及び光検出器２を生体
試料（腕）８に密着させる。光源１及び光検出器２を生
体試料（腕）８に対して垂直方向に設置し、空気挿入部
４を生体試料（腕）８に対して水平方向に設置して、こ
の空気挿入部４に空気を入れることにより腕固定ベルト
５が生体試料（腕）８に対して水平方向に広がり、光源
１及び光検出器２を生体試料（腕）８に密着させる。

【００２７】生体試料（腕）８に対する光源１及び光検
出器２の位置が変化すると、それに伴い、光源１から照
射した光を生体試料（腕）８へ照射し、得られた透過，
拡散光の強度も変化してしまうため、腕固定ベルト５に
空気挿入部４を設け、これにより光源１及び光検出器２
を生体試料（腕）８に密着させる機能を設けた。また、
腕固定ベルト５と爪型治具１７を一体にし、爪型治具１
７を生体試料（腕）８の指の間に引っかけて装着するこ
とにより、光源１及び光検出器２を生体試料（腕）８の
同一位置に再現性よく装着することができる。腕固定ベ
ルト５に空気挿入部４を設け、腕固定ベルト５と爪型治
具１７を一体にして、生体試料（腕）８に対する光源１
及び光検出器２の位置の変化に伴う計測誤差をなくし、
高精度な計測を可能とする。

【００２８】図６に本発明の第５の実施例を示す。これ
は反射方式腕固定型無侵襲生化学計測装置である。これ
は図１の信号検出ブロック１５を演算処理ブロック１６
と一体にした例であり、演算処理ブロック１６は図１の
実施例と同様である。

【００２９】半導体レーザ又はＬＥＤよりなる光源１を
光源駆動電流供給装置９で駆動し、光源１から照射した
光を生体試料（腕）８へ照射する。その拡散，反射した
光は、光を電気信号に変換する受光素子などで構成され
る光検出器２で検出し、増幅部１０で増幅して、コンピ
ュータから構成される生体信号演算処理装置１１に送ら
れる。生体信号演算処理装置１１で演算処理により吸光
度や透過特性などに変換して、その演算結果を表示装置
１３に表示、また記憶装置１４に記録する。

【００３０】光源１，光検出器２を腕固定ベルト５に設
置し、指リング７を生体試料（腕）８の指の付け根まで
通し、腕固定ベルト５を手首に装着する。フォトダイオ
ードなどからなる光検出器２の位置は、スライドさせる
ことができ、検出する生体信号の深さを調節することが
できる。生体試料（腕）８に対する光源１及び光検出器
２の位置が変化しないように、ポンプ３により空気挿入
部４に空気を挿入し、光源１及び光検出器２を生体試料
（腕）８に密着させる。

【００３１】光源１及び光検出器２を生体試料（腕）８
に対して垂直方向に設置し、空気挿入部４を生体試料
（腕）８に対して水平方向に設置して、この空気挿入部
４に空気を入れることにより腕固定ベルト５が生体試料
（腕）８に対して水平方向に広がり、光源１及び光検出
器２を生体試料（腕）８に密着させる。生体試料（腕）
８に対する光源１及び光検出器２の位置が変化すると、
それに伴い、光源１から照射した光を生体試料（腕）８
へ照射し、得られた拡散，反射光の強度が変化してしま
うため、腕固定ベルト５に空気挿入部４を設け、これに
より光源１及び光検出器２を生体試料（腕）８に密着さ
せる機能を設けた。

【００３２】また、箱状の演算処理ブロック１６に指リ
ング７を設け、指リング７を生体試料（腕）８の指の付
け根まで通して腕固定ベルト５装着することにより、光
源１及び光検出器２を生体試料（腕）８の同一位置に再
現性よく装着することができる。腕固定ベルト５に空気
挿入部４を、箱状の演算処理ブロック１６に指リング７
を設け、生体試料（腕）８に対する光源１及び光検出器
２の位置の変化に伴う計測誤差をなくし、高精度な計測
が可能となる。

【００３３】また、腕固定ベルト５を生体試料（腕）８
に装着したとき、光源１の対面に光検出器２が位置する
ように、光源１及び光検出器２を配置して、光源１から
照射した光を生体試料（腕）８へ照射し、その得られた
透過，拡散光を、光を電気信号に変換する受光素子など
で構成される光検出器２で検出する透過方式腕固定型無
侵襲生化学計測装置としてもよい。

【００３４】図７に本発明の第６の実施例を示す。これ
は反射方式腕固定型無侵襲生化学計測装置である。これ
は図１の信号検出ブロック１５を演算処理ブロック１６
と一体にした例であり、演算処理ブロック１６は図１の
実施例と同様である。

【００３５】半導体レーザ又はＬＥＤよりなる光源１を
光源駆動電流供給装置９で駆動し、光源１から照射した
光を生体試料（腕）８へ照射する。その拡散，反射した
光は、光を電気信号に変換する受光素子などで構成され
る光検出器２で検出し、増幅部１０で増幅して、コンピ
ュータから構成される生体信号演算処理装置１１に送ら
れる。生体信号演算処理装置１１で演算処理により吸光
度や透過特性などに変換して、その演算結果を表示装置
１３に表示、また記憶装置１４に記録する。

【００３６】光源１，光検出器２を腕固定ベルト５に設
置し、指をストッパー１９に押し付け、指の付け根にス
トッパー１９がくるようにして、腕固定ベルト５を手首
に装着する。フォトダイオードなどからなる光検出器２
の位置は、スライドさせることができ、検出する生体信
号の深さを調節することができる。

【００３７】生体試料（腕）８に対する光源１及び光検
出器２の位置が変化しないように、ポンプ３により空気
挿入部４に空気を挿入し、光源１及び光検出器２を生体
試料（腕）８に密着させる。光源１及び光検出器２を生
体試料（腕）８に対して垂直方向に設置し、空気挿入部
４を生体試料（腕）８に対して水平方向に設置して、こ
の空気挿入部４に空気を入れることにより腕固定ベルト
５が生体試料（腕）８に対して水平方向に広がり、光源
１及び光検出器２を生体試料（腕）８に密着させる。生
体試料（腕）８に対する光源１及び光検出器２の位置が
変化すると、それに伴い、光源１から照射した光を生体
試料（腕）８へ照射し、得られた拡散，反射光の強度が
変化してしまうため、腕固定ベルト５に空気挿入部４を
設け、これにより光源１及び光検出器２を生体試料
（腕）８に密着させる機能を設けた。

【００３８】また、箱状の演算処理ブロック１６にスト
ッパー１９を設け、ストッパー１９を生体試料（腕）８
の指の付け根まで通して腕固定ベルト５を装着すること
により、光源１及び光検出器２を生体試料（腕）８の同
一位置に再現性よく装着することができる。腕固定ベル
ト５に空気挿入部４を、箱状の演算処理ブロック１６に
ストッパー１９を設け、生体試料（腕）８に対する光源
１及び光検出器２の位置の変化に伴う計測誤差をなく
し、高精度な計測が可能となる。

【００３９】また、腕固定ベルト５を生体試料（腕）８
に装着したとき、光源１の対面に光検出器２が位置する
ように、光源１及び光検出器２を配置して、光源１から
照射した光を生体試料（腕）８へ照射し、その得られた
透過，拡散光を、光を電気信号に変換する受光素子など
で構成される光検出器２で検出する透過方式腕固定型無
侵襲生化学計測装置としてもよい。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、生体試料（腕）８に対
する光源１及び光検出器２の位置変化に基づく計測誤差
を解消し、高精度な無侵襲生化学計測装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の腕時計型無侵襲生化学計測
装置を示した概略図。

【図２】本発明の一実施例の信号検出ブロックを示した
概略図。

【図３】本発明の一実施例の信号検出ブロックを示した
概略図。

【図４】本発明の一実施例の信号検出ブロックを示した
概略図。

【図５】本発明の一実施例の信号検出ブロックを示した
概略図。

【図６】本発明の一実施例の反射方式腕固定型無侵襲生
化学計測装置を示した概略図。

【図７】本発明の一実施例の反射方式腕固定型無侵襲生
化学計測装置を示した概略図。

【符号の説明】

１…光源（半導体レーザもしくはＬＥＤ）、２…光検出
器、３…ポンプ、４…空気挿入部、５…腕固定ベルト、
６…グローブ、７…指リング、８…生体試料（腕）、９
…光源駆動電流供給装置、１０…増幅部、１１…生体信
号演算処理装置、１２…制御部、１３…表示装置、１４
…記憶装置、１５…信号検出ブロック、１６…演算処理
ブロック、１７…爪型治具、１８…ネジ、１９…ストッ
パー。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一つの光源，光検出器からな
   り、光源から出射される光を、直接生体に照射し、その
   透過，拡散，反射した光の強度を光検出器により検出
   し、その検出結果に基づき、生体成分を測定する装置に
   おいて、上記光源及び光検出器を可とう性の部材に設置
   し、生体手指を通して指と指との間にひっかける機構と
   上記可とう性の部材とを一体化したことを特徴とする無
   侵襲生化学計測装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の指と指との間にひっかけ
   る機構は、リング状、又は爪状、又はグローブ状、又は
   棒状突起物であり、上記リング状、又は爪状、又はグロ
   ーブ状、又は棒状突起物を生体手指の股に固定すること
   で、上記光源及び光検出器を再現性よく生体の同一位置
   に装着することを特徴とする無侵襲生化学計測装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の光源及び光検出器を設置
   した可とう性の部材に空気挿入部を設置し、空気挿入部
   に空気を挿入することで、光源及び光検出器を生体に密
   着させることを特徴とする無侵襲生化学計測装置。