JPH11123196A - 生体組織の測定方法及び装置 - Google Patents

生体組織の測定方法及び装置

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JPH11123196A
JPH11123196A JP7148898A JP7148898A JPH11123196A JP H11123196 A JPH11123196 A JP H11123196A JP 7148898 A JP7148898 A JP 7148898A JP 7148898 A JP7148898 A JP 7148898A JP H11123196 A JPH11123196 A JP H11123196A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定部位に対する測定プローブの接触圧力
を一定にすることにより再現性のある測定結果を得る。 【解決手段】 型プローブ10に固定台16が設けら
れ、型プローブ10の穴12と固定台16の穴が連結し
て、その穴に光ファイバ束からなる測定プローブ14が
挿入される。測定プローブ14の先端からは被測定物2
に光が照射され、被測定物2からの出射光が入射する。
測定プローブ14の先端で、光の出射と入射の妨げにな
らない位置に、被測定物2と接触するエアパック18が
設けられており、エアパック18は圧力センサ22につ
ながり、指示計23により圧力が読み取られる。型プロ
ーブ10に指を固定し、固定台16の穴に測定プローブ
14を挿入してその先端のエアパック10を被測定物2
に接触させることによって、接触圧が圧力センサ22に
より直接検出され、その圧力値が、被測定物2ごとに設
定された一定圧になるように測定プローブ14の押圧力
を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は生体組織に物理量測
定用の測定プローブを接触させて生体組織の物理量を測
定する方法と、その測定装置に関するものである。特
に、人体に近赤外領域の光を照射し、その光による人体
からの出力光(透過光、散乱光、反射光など生体から出
力する全ての光を含む)により、体中の物理量、例えば
血中のグルコース濃度、血液の酸素飽和度などを測定す
るための非侵襲測定方法とそれに用いる装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】臨床検査の分野において、生体に光を照
射し、その出力光から血液の酸素飽和度や血糖値などを
測定する非侵襲測定方法が試みられている。生体は散乱
体であり、しかも場所によって内部構造が複雑に異なる
ため、血糖値など濃度測定を行おうとすれば生体中での
光の光路長を一定にしなければならない。生体組織に測
定プローブを当接させ、光照射を行ない、その出力光を
測定する場合、生体組織に対して測定プローブを当てる
測定位置や測定プローブの方位などの条件を一定にしな
ければ、再現性のある測定値を得ることはできない。
【0003】非侵襲測定装置としては、光学測定デバイ
スを取り付け装置により生体組織に押し当てて測定する
ものが提案されている(特開平8−215180号公報
(引用文献)参照)。その測定装置では、センサは生体
組織の上側から垂直方向の下向きに組織に対し当接する
ように押しつけられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】腕や指に測定プローブ
を押し当てて測定しようとする場合、被測定部位は人の
姿勢によって重力方向、即ち垂直方向に変化しやすい。
測定プローブを当接させる位置によっては被測定部位の
垂直方向変化により測定プローブが被測定部位に当接す
る圧力が変化することがある。特に血液量や血液に関す
る物理量を測定する場合、測定プローブが生体と接触す
る圧力が変化すれば生体組織からの散乱光強度が変化
し、測定値に誤差が生じることは知られている。
【0005】圧力により生体の測定値がどのくらい変化
するかを調べたデータがある。図1は指の同じ位置に光
ファイバプローブを押し当て、その光ファイバプローブ
から指に光を照射し、光ファイバプローブを指に押し当
てる圧力(接触圧力)を変えてその反射光の強度を測定
したものである。(A)は広い波数範囲のスペクトルを
表わし、(B)はその6000cm-1付近の記号bで示
された部分を拡大して示したものである。この結果で
は、圧力が低い場合と高い場合とで反射光の相対変化量
は3.5%に及んでいる。
【0006】これに対し、血糖値を光学的に測定しよう
とすればどの程度の光量変化があるかを推定するため
に、グルコース水溶液の透過吸収測定を行なった結果を
図2に示す。例えば、グルコースの吸収波長1679n
m(約6000cm-1)のところで、10000mg/
dlの濃度変化に相当する光強度の相対変化量は約2.
5%である。人体の生理変化範囲でのグルコース濃度の
変化範囲は400mg/dlであるので、これをグルコ
ースによる光吸収強度の相対変化量に置き換えると、
0.1%の相対光量変化量しかないことになる。すなわ
ち、接触圧力による反射光の相対変化量は通常のグルコ
ース濃度の変化範囲の35倍もあることになる。
【0007】そのため、腕などを固定し、測定プローブ
を一定した場所に押し当てても、垂直方向の姿勢の変化
によって測定プローブと生体組織との接触圧力が変化す
れば測定値も変化し、再現性のある測定結果が得られな
いこととなる。
【0008】引用文献の装置は生体に対し垂直方向に測
定プローブを押し当てているので、生体の姿勢の変化な
どが測定プローブと生体組織との接触圧力の変化となっ
て現われ、再現性の良い結果を得ることが難しい。本発
明は生体の被測定位置を固定し、被測定部位に対する測
定プローブの接触圧力を一定にすることにより再現性の
ある測定結果を得ることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の測定方法は、生
体組織に物理量測定用の測定プローブを接触させて生体
組織の物理量を測定する方法において、人の姿勢による
重力方向での圧力変化を抑えるために、測定プローブを
押し当てる方向(測定方向)と重力の方向が同じ直線上
に来ないようにすることにより、重力方向の変化による
測定方向での圧力変化を抑えるようにしたものである。
そのため、本発明では、生体組織の被測定部位の周囲を
固定することによりその被測定部位を空間的に固定し、
測定プローブをその被測定部位に重力の影響を受けにく
い方向、好ましくは水平方向から一定圧力で当接させて
物理量の測定を行う。
【0010】本発明を導き出したモデルを図3により説
明する。(A)に示されるように、人の指などの被測定
部位2に対し、測定プローブ4を押し当てる。測定プロ
ーブ4は被測定部位2に対する圧力が原点において0と
なるように作用しているものと仮定する。被測定部位2
はCを曲率中心とする曲率半径Rの断面円形のものを仮
定する。Xpを測定プローブ4が被測定物2に当接して
いる位置PのX座標、Ypをそのy座標、Xcを被測定
物2の曲率中心Cのx座標、Ycをそのy座標、Rを曲
率半径、θを曲率中心Cと測定プローブ当接位置Pとを
結ぶ直線が水平面に対しなす角度であるとすると、 Xp=Xc+Rcosθ Yp=Yc+Rsinθ (1) が成り立つ。測定プローブ4が被測定部位2に当接して
いる位置Pと原点との距離をrpとすれば、 rp 2=Xp 2+Yp 2 =Xc2+Yc2+2R(Xc・cosθ+Yc・sinθ)+R2 (2) となる。
【0011】人の姿勢により重力方向の変位dyのみが
発生するものとする。(2)式を微分とするとつぎの
(3)式が得られる。 2rp・drp=2Yc・dYc+2R・dYc・sinθ (3) ここで、drpは測定プローブの変位であり、測定プロ
ーブ4が被測定部位2を押す圧力の変化dpは測定プロ
ーブの変位drpに比例すると仮定すると、(3)式か
らわかるように、θ=0とYc=0の条件で測定すれ
ば、drp=0となり、重力方向の変動dYcによる接
触圧力への影響が最も小さくになる。すなわち、図3
(B)に示されるように、被測定部位2が原点と同じY
座標にあり、θ=0(水平方向)となるように測定プロ
ーブ4を押し当てた状態が最も再現性のあるデータを得
ることのできる状態であることがわかる。
【0012】このような測定条件を実現するための本発
明の測定装置は、生体組織の被測定部位を除いてその周
辺部を固定するために、その被測定部位の周辺部の形状
に対応した形状を有する型プローブと、型プローブに移
動可能に設置され、その型プローブに固定された生体組
織の被測定部位に重力の影響を受けにくい方向、好まし
くは水平方向から当接した状態で型プローブに固定され
る測定プローブと、測定プローブを型プローブに対して
固定する固定手段とを備えている。
【0013】
【発明の実施の形態】測定プローブを被測定部位に一定
圧力で押し当てるために、固定手段は型プローブに対す
る測定プローブの相対位置を定める手段を備えているこ
とが好ましい。また、測定プローブを被測定部位に一定
圧力で押し当てる手段として、測定プローブは被測定部
位と当接する先端部に一定圧力発生機構を備え、この一
定圧力発生機構に接続された圧力センサを備えているこ
とが好ましい。一定圧力発生機構の一例としてエアパッ
クを挙げることができる。
【0014】測定プローブの一例は、生体組織に光を照
射し、その光による生体組織からの出力光を受光して生
体組織の血中成分を非侵襲的に測定するための光学測定
用のプローブである。被測定部位の正確な位置決めのた
めには、型プローブは生体組織の被測定対象物それぞれ
の形状に応じてそれぞれ用意されていることが好まし
い。型プローブとして人の手の指を固定するものである
場合、その被測定部位の重力方向の変位を抑えるため
に、腕の肘から手首までの下腕部を肘を下側にし、手首
を上側にして斜め方向に支持する支持台をさらに備えて
いることが好ましい。
【0015】
【実施例】図4は第1の実施例を表わす。生体組織の被
測定物として人の手を取り挙げる。(A)は型プローブ
に被測定物2の手を固定した状態を示す正面図、(B)
は背面図、(C)は(A)のA−A位置での断面図、
(D)は(A)のB−B位置での断面図である。10は
型プローブであり、2つの部材10aと10bとが組み
合わされて、親指を除く4本の指を挟みこんで固定でき
るようになっている。型プローブ10には特定の指の被
測定部位を露出させるように穴12があけられており、
その穴12の周囲の4本の指を型プローブ10により固
定し、被測定部位の空間的な位置を固定する。ここでは
中指の一部を被測定部位として使用するものとし、被測
定部位自身と接触しないように、その他の部分を利用し
て手の全体の空間位置を固定する。
【0016】図4では親指を除く各指が水平方向を向
き、垂直方向に並ぶように型プローブ10により固定さ
れる。型プローブ10は型の空間の形と被測定物2の輪
郭とが同じになるように作られている。したがって、異
なる被測定物に対しては異なる型プローブ10が用意さ
れている。型プローブ10の穴12に水平方向から測定
プローブ(図示略)が挿入され、穴12内の指に接触さ
せられて測定が行われる。
【0017】測定プローブの一例は、図5に示されるも
のである。光ファイバ束からなる測定プローブ14が穴
12の内径とほぼ等しい外径を持って形成されており、
測定プローブ14の外周面には型プローブ10からの相
対的な位置が設定できるように目盛が付されている。こ
の実施例では、被測定物2の指と測定プローブ14との
接触圧Pは、相対的距離xの関数として、 P=f(x) で与えられる。被測定物2によって相対的距離xを定め
ておき、各被測定物2について定めた相対的距離xで測
定を行うことにより、測定プローブ14と被測定物2と
の接触圧を一定に保つことができ、再現性のよい測定値
を得ることができる。
【0018】図6は測定プローブと被測定物2との接触
圧を一定に保つための他の手段の実施例を示したもので
ある。ここでは固定台16が型プローブ10に設けられ
ており、型プローブ10の穴12と固定台16の穴が連
結して、その穴に光ファイバ束からなる測定プローブ
(ファイバプローブ)14が挿入される。測定プローブ
14の先端からは被測定物2に光が照射され、被測定物
2からの出射光が入射する。測定プローブ14の先端
で、光の出射と入射の妨げにならない位置に、被測定物
2と接触するエアパック18が設けられている。エアパ
ック18はポリ4フッ化エチレン製のチューブ20を経
て圧力センサ22につながり、指示計24により圧力が
読み取られるようになっている。
【0019】図6の実施例では、型プローブ10に指を
固定し、固定台16の穴に測定プローブ14を挿入して
その先端のエアパック10を被測定物2に接触させるこ
とによって、接触圧が圧力センサ22により直接検出さ
れる。その圧力値が、被測定物2ごとに設定された一定
圧になるように測定プローブ14の押圧力を調節するこ
とにより、つねに接触圧が一定の状態で測定を行うこと
ができる。
【0020】型プローブ10に測定プローブ14を固定
する手段の一例を図7に示す。(A)は正面図、(B)
は断面図である。型プローブ10を構成する一対の部材
10a,10bのうちの一方10aはその下部に2つの
ピン用の穴があけられており、L字型の固定台16aの
基板面に立てられたピン34をその穴に嵌め込むことに
より、型プローブ10の部材10aが固定台16aに対
して相対的な位置決めがなされる。部材10aと固定台
16aとの位置決め精度は、部材10a、固定台16
a、ピン34の加工精度により保証される。型プローブ
10の他方の部材10bは、部材10aに対してピン
(図示略)によって相対的な位置決めがなされ、ネジ3
0によって固定されることにより、型プローブ10が組
み立てられて固定台16aの所定の位置に固定される。
型プローブ10はピン34により固定台16aに固定さ
れているだけであるので、着脱が容易である。
【0021】測定プローブ14を型プローブ10と所定
の関係を保って固定するために、固定台16aのL字に
立ち上がった部分に測定プローブ14を通す穴36が開
けられ、その穴36に上部から貫通したネジ穴が設けら
れており、そのネジ穴に設けたネジ32により測定プロ
ーブ14が固定台16aに固定される。測定プローブ1
4と型プローブ10との相対的な位置関係は、固定台1
6aの穴に測定プローブ14を通し、測定プローブ14
に設けられた目盛により調整し、ネジ32により固定す
る。その目盛と圧力との関係は、圧力センサにより前も
って測定しておく。
【0022】図8(A)に被測定物中の物理量を測定す
る系を概略的に示す。測定プローブ14aとして2分岐
光ファイバ束を用いる。1つにまとめられた端部が被測
定物に接触し、2つに分岐した端部の一方が光源側、他
方が受光部側となっている。光源側の光ファイバ端に
は、光源部40からの光が分光部42を経由して単色光
となって入射し、受光部側の光ファイバ端は受光部44
に接続され、受光部44で検出された光は電気信号に変
換され、データ処理部46で増幅される。制御・計算部
48は各部の制御と、データ処理部46からのデジタル
信号を演算処理して血中成分濃度など、注目の物理量を
算出する。出力部50は制御・計算部48による物理量
算出結果を出力するCRTなどのディスブレーやプリン
タなどである。
【0023】この測定系では、光源部40からの光が分
光部42で単色光となって測定プローブ14aの光源側
の光ファイバ端に入射し、合流した光ファイバ端から型
プローブ10に固定された被測定物に照射される。その
光照射による被測定物からの出力光は、同じ測定プロー
ブ14aに入射し、受光部側の光ファイバ端から受光部
44に入射して検出され、データ処理部46で増幅さ
れ、制御・計算部48で物理量が求められる。
【0024】図8(B)は、被測定者によって型プロー
ブ10を交換する必要があるところから、異なる被測定
者に対しては異なる型プローブ10A〜10Zが用意さ
れている様子を示したものである。型プローブ10は図
7に示したように、固定台16aのピンに嵌め込んで着
脱可能に固定できるようになっていることにより、容易
に交換することができる。
【0025】図9は被測定物2である指を水平面内に配
置するようにした例である。型プローブ52には被測定
物の手を固定する凹みが設けられており、水平方向から
測定プローブ14を押し当てて指に当接させる穴があけ
られている。
【0026】図10は指を被測定物2とした場合の型プ
ローブと測定プローブの他のいくつかの実施例を示した
ものである。(A)では、型プローブ54は指2の先端
をはめこむリング状に形成されており、型プローブ54
に対し相対位置が定められるように目盛の付された測定
プローブ14が指2に当接できるようになっている。
【0027】(B)では、指を固定するために一対の型
プローブ54aと54bが設けられ、指を2箇所で固定
できるようなっている。測定プローブ14は型プローブ
54aと54bの間で指と接触し、測定プローブ14と
型プローブ54aの間の相対的な距離xが設定できるよ
うに測定プローブ14には目盛が付されている。(C)
では、指2を固定するプローブ56に穴があけられて、
測定プローブ14がその穴に嵌め込まれるようになって
いる。
【0028】図11は指を測定するため、型プローブ1
0としては図4に示されたものと同様のものを使用す
る。型プローブ10を保持するとともに腕を保持する支
持台60は、肘を下側にし手首を上側にして下腕部を斜
めに傾けた状態で支持できるように、傾斜をもって形成
されている。下腕部の長さに応じて肘の高さを調節する
ために、支持台60の下部の肘の下にあたる部分には、
調節台62が設けられている。
【0029】腕を支持台60に支持した状態で、腕を固
定するために、押さえ部材64が取りつけられている。
押さえ部材64により腕の血流に影響を与えないよう
に、押さえ部材64は空気の入った柔らかい袋などによ
り形成されている。図11の支持台を使用することによ
り、姿勢の変化により腕が垂直方向に変位するのを抑え
ることができ、より再現性のよい測定を行うことがでる
ようになる。
【0030】
【発明の効果】本発明では、生体組織の被測定部位の周
囲を固定することによりその被測定部位を空間的に固定
し、測定プローブをその被測定部位に重力の影響を受け
にくい方向から一定圧力で当接させて物理量の測定を行
うようにしたので、重力方向の変化による測定方向での
圧力変化を抑えることができ、被測定対象である人の姿
勢がすこし変化しても、重力方向での被測定部位に対す
る測定プローブの圧力が変化するのを抑えることができ
る。そのため、接触圧力変化に起因する測定データのば
らつきを抑えることができ、再現性のよい測定データを
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光ファイバプローブを指に押し当てる圧力を変
えてその反射光の強度を測定したスペクトルであり、
(A)は広い波数範囲のスペクトル、(B)はその60
00cm-1付近の記号bで示された部分を拡大して示し
たスペクトルである。
【図2】グルコース水溶液の透過吸収スペクトルを示す
図である。
【図3】(A)は測定プローブと被測定部位との接触圧
力を計算するモデルを示す図、(B)は接触圧力変化が
最も少ない状態での測定プローブと被測定部位の関係を
示す正面図である。
【図4】第1の実施例を表わす図であり、(A)は型プ
ローブに被測定物の手を固定した状態を示す正面図、
(B)は背面図、(C)は(A)のA−A位置での断面
図、(D)は(A)のB−B位置での断面図である。
【図5】同実施例における型プローブと測定プローブを
示す断面図である。
【図6】他の実施例における型プローブと測定プローブ
を示す断面図である。
【図7】型プローブに測定プローブを固定する手段の一
例を示す図で、(A)は正面図、(B)は断面図であ
る。
【図8】(A)は被測定物中の物理量を測定する系を概
略的に示すブロック図、(B)は異なる型プローブが用
意されている様子を示す概略正面図である。
【図9】さらに他の実施例における型プローブと測定プ
ローブを示す断面図である。
【図10】(A)から(C)はそれぞれさらに他の実施
例における型プローブと測定プローブを示す断面図であ
る。
【図11】さらに他の実施例における型プローブと支持
台を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
2 被測定部位 10,20,24,24a,24b,26 型プロ
ーブ 12 穴 14,14a 測定プローブ 16,16a 固定台 18 エアパック 22 圧力センサ 30 支持台 34 押さえ部材

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 生体組織に物理量測定用の測定プローブ
    を接触させて生体組織の物理量を測定する方法におい
    て、 生体組織の被測定部位の周囲を固定することによりその
    被測定部位を空間的に固定し、 前記測定プローブをその被測定部位に鉛直方向から外れ
    た方向から一定圧力で当接させて前記物理量の測定を行
    うことを特徴とする生体組織の測定方法。
  2. 【請求項2】 前記測定プローブをその被測定部位に当
    接させる方向が水平方向である請求項1に記載の生体組
    織の測定方法。
  3. 【請求項3】 生体組織の被測定部位を除いてその周辺
    部を固定するために、その被測定部位の周辺部の形状に
    対応した形状を有する型プローブと、 前記型プローブに移動可能に設置され、その型プローブ
    に固定された生体組織の被測定部位に鉛直方向から外れ
    た方向から当接した状態で前記型プローブに固定される
    測定プローブと、 前記測定プローブを前記型プローブに対して固定する固
    定手段とを備えたことを特徴とする生体組織測定装置。
  4. 【請求項4】 前記測定プローブを被測定部位に当接さ
    せる方向が水平方向である請求項3に記載の生体組織測
    定装置。
  5. 【請求項5】 前記固定手段は、前記型プローブに対す
    る前記測定プローブの相対位置を定める手段を備えてい
    る請求項3又は4に記載の生体組織測定装置。
  6. 【請求項6】 前記測定プローブは被測定部位と当接す
    る先端部に一定圧力発生機構を備え、この一定圧力発生
    機構に接続された圧力センサを備えている請求項3,4
    又は5に記載の生体組織測定装置。
  7. 【請求項7】 前記測定プローブは、生体組織に光を照
    射し、その光による生体組織からの出力光を受光して生
    体組織の血中成分を非侵襲的に測定するための光学測定
    用のプローブである請求項3から6のいずれかに記載の
    生体組織測定装置。
  8. 【請求項8】 前記型プローブは生体組織の被測定対象
    物それぞれの形状に応じてそれぞれ用意されている請求
    項3から7のいずれかに記載の生体組織測定装置。
  9. 【請求項9】 前記型プローブは人の手の指を固定する
    ものであり、 腕の肘から手首までの下腕部を肘を下側にし、手首を上
    側にして斜め方向に支持する支持台をさらに備えている
    請求項3から8のいずれかに記載の生体組織測定装置。
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