JPH11188009A - 生体計測方法と生体計測装置 - Google Patents

生体計測方法と生体計測装置

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JPH11188009A
JPH11188009A JP9358651A JP35865197A JPH11188009A JP H11188009 A JPH11188009 A JP H11188009A JP 9358651 A JP9358651 A JP 9358651A JP 35865197 A JP35865197 A JP 35865197A JP H11188009 A JPH11188009 A JP H11188009A
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absorbance
infrared light
biological sample
sensor unit
wavelength
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JP9358651A
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Yasuhiko Makaji
康彦 眞梶
Takayoshi Yutsu
隆義 遊津
Juichiro Ukon
寿一郎 右近
Takeshi Kono
猛 河野
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Horiba Ltd
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Horiba Ltd
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 血液、体液あるいは尿を生体から採取するこ
となく、非侵襲的に生体内成分の計測ができる生体計測
方法と生体計測装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 赤外光を照射する赤外光照射手段と、生
体試料を接触させるセンサ部と、センサ部と生体試料の
接触面積を調整するセンサ部調整手段と、センサ部にお
いて生体試料を反射した赤外光を検出し、検出強度から
吸光度を求める赤外光検出手段と、その吸光度に基づい
て生体内成分の濃度を算出する演算手段と、赤外光照射
装置からの赤外光をセンサ部まで導き、生体試料を反射
した赤外光をセンサ部から赤外光検出装置まで導くため
の光学系とを備えることにより、血液、体液あるいは尿
を生体から採取することなく、非侵襲的に生体内成分の
計測ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体内成分を計測
する生体計測方法と生体計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来は、血液、体液あるいは尿を生体か
ら採取し、それらに対して各種生化学的手法を用いて生
体内成分の定量化を行っている。例えば、血液中のグル
コース成分を求める場合の生化学的手法としては、酵素
電極法、比色法などがあり、実用化もされている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
採取する方法は、特に血液の場合、被検者に対する苦痛
を伴うとともに、感染の危険性や検査後の廃棄処理に問
題がある。また、血液などを採取した後、あらためて検
査を行う必要があるので分析過程が煩雑であり、結果を
即座に得ることは困難である。
【0004】本発明は、血液などを生体から採取するこ
となく、非侵襲的に生体内成分の計測ができる生体計測
方法と生体計測装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明の生体計測装置は、赤外光を照射する赤外光
照射手段と、生体試料を接触させるセンサ部と、センサ
部と生体試料の接触面積を調整するセンサ部調整手段
と、センサ部において生体試料を反射した赤外光を検出
し、検出強度から吸光度を求める赤外光検出手段と、そ
の吸光度に基づいて生体内成分の濃度を算出する演算手
段と、赤外光照射装置からの赤外光をセンサ部まで導
き、生体試料を反射した赤外光をセンサ部から赤外光検
出装置まで導くための光学系とを備えたものである。
【0006】また、本発明の生体計測方法は、生体試料
にセンサ部を接触させ、センサ部にレファレンスとする
吸光度の波長の赤外光を入射させ、赤外光検出手段によ
って生体試料の吸光度を求め、センサ部調整手段によっ
て生体試料とセンサ部の接触面積を吸光度が規定範囲内
に収束するように調整し、吸光度の算出及び生体試料と
センサ部の接触面積の調整を、吸光度が規定範囲内の値
になるまで繰り返す第1のステップと、調整完了後、赤
外光の波長を測定したい生体内成分の吸収ピークの波長
に換えて、その波長における吸光度を求め、得られた吸
光度に基づいて生体内成分の濃度を算出する第2のステ
ップからなるものである。
【0007】以下、測定原理について説明を加える。赤
外光を透過させるセンサ部を生体試料と接触させ、セン
サ部に赤外光を、センサ部内において全反射しながら進
行するように入射させる。入射された赤外光は、生体試
料とセンサ部の接触面で全反射する際に、生体内成分に
より一部が吸収される。吸収される光量は生体内成分の
分子構造、濃度、赤外光の波長により異なる。
【0008】図1に赤外領域の生体試料の吸収スペクト
ル例を示す。これは人間の唇の分光特性である。グルコ
ースの1035cm-1におけるC−O−C非対称伸縮振
動、尿酸の3270cm-1におけるN−H伸縮振動、コ
レステロールエステルの1738cm-1におけるエステ
ル伸縮振動、脂肪酸の2920cm-1における−CH2
挟み込み運動、2850cm-1における−CH3対称変
角運動による吸収ピークが観測されている。
【0009】これらの成分によるピークの吸光度は、生
体内成分の濃度と相関関係にあるので、あらかじめ濃度
と吸光度の関係式を用意しておけば、生体内成分の濃度
を求めることができる。
【0010】しかしながら、生体試料による吸収が起こ
る際、センサ部と生体試料との接触面積の差により、得
られるピークの吸光度は変動を受ける。この誤差は、濃
度算出の精度を劣化させる原因である。
【0011】そこで本発明による生体測定装置では、再
現性のある吸光度を得るために、以下のような手段を備
えている。特定波長における吸光度をレファレンスと
し、その吸光度が規定範囲内の値になるようにセンサ部
を移動させ、接触面積を調整する。調整完了後、センサ
部の位置を固定し、その状態で濃度算出のための測定を
行う。
【0012】
【発明の実施の形態】上記のような構成の生体計測装置
により、血液、体液あるいは尿を生体から採取すること
なく非侵襲的に、かつ精度よく生体内成分の計測ができ
る。
【0013】以下、本発明による生体計測装置の実施の
形態について、図面を参照しながら説明する。図2は、
第1の実施の形態を示す図である。
【0014】図2において、1は赤外光照射手段、2は
センサケース、3は赤外光検出手段、4は演算手段、5
は生体試料、6が生体試料固定体、7はセンサ部調整手
段、8は光ファイバ、9は圧力制御手段である。11は
ATRプリズムであり、これがセンサ部となる。
【0015】被測定物である生体試料5は、生体試料固
定体6内側においてATRプリズム11上に接触するよ
うに配置される。ATRプリズム11は、生体試料5と
の接触面積が変わるように、上下に移動させることがで
きる。
【0016】以上のように構成された生体計測装置につ
いて、以下、測定手順について説明する。まず、1)特
定波長の赤外光を赤外照射手段1により照射する。赤外
光は光ファイバ8内を通り、センサケース2内のATR
プリズム11に入射される。ATRプリズム11内にお
いて、赤外光の一部は生体試料5に吸収され、減衰した
赤外光が光ファイバ8内を通り、赤外光検出手段3に導
かれる。赤外光検出手段3では、赤外光を検出し、検出
強度を基に吸光度を求める。
【0017】次に、2)求めた吸光度をレファレンスと
して、圧力制御手段9により、ATRプリズムの位置を
調整する。図2において、ATRプリズムを上方向に移
動させ、ATRプリズムの生体試料に対する圧力を大き
くすれば、両者の接触面積は大きくなり得られる吸光度
は増す。逆にATRプリズムを下方向に移動させ圧力を
小さくすれば吸光度は減少する。従って、圧力制御手段
9は、もし測定した吸光度が規定範囲内の値より大きけ
ればATRプリズムを下方向に移動させ、小さければ上
方向に移動させるように制御を行う。
【0018】このようにして、吸光度が規定範囲内に収
まるまで照射・検出及び調整を繰り返す。ATRプリズ
ムの調整が完了すると、次に、3)赤外光の波長を測定
したい生体内成分に対応した波長に換えて、前記1)と
同様に照射、検出及び吸光度の計算を行う。例えば、グ
ルコース濃度を算出したいのであれば、赤外光の波長と
して9.66μmを選び、照射、検出し、吸光度を求め
る。このようにして測定された吸光度は、生体内成分の
濃度が変わらなければ常に一定であり、再現性がある。
【0019】そして、4)演算手段4において、あらか
じめ作成しておいた生体内成分の濃度と吸光度の関係を
表す式を基に濃度を求める。ATRプリズム11の材料
としては、例えばZnSe、Ge、Siなどが用いられ
る。また、光ファイバ8は、中心導光路であるコアとそ
れを覆うクラッドから成り、コアは赤外光を透過させる
ハロゲン化物あるいはカルコゲン化物から形成される。
生体試料5の測定部位としては、角質層の薄い耳朶や唇
が好ましい。
【0020】レファレンスとする赤外光の波長は、図1
の説明からわかるように、濃度変化が見られる生体内成
分の吸収ピークから離れた5.8〜8.3μmから選択
されることが好ましい。なお、複数の生体内成分の濃度
を求める場合には、赤外光の波長を順次変え、前記1)
から4)の手順を繰り返せばよい。
【0021】図3は、第2の実施の形態を示す図であ
る。図3では、ATRプリズムを用いないで、赤外光照
射手段1と赤外光検出手段3を1つの光ファイバ8で接
続し、光ファイバ8のクラッドを除去してコア12を露
出させ、コア12と生体試料を接触させている。つま
り、図3の場合、コア12がセンサ部となる。図2の場
合と比較して、ATRプリズム端面での損失がなくな
り、SN比が向上することがメリットである。
【0022】光ファイバのコア12は、AgCl、Ag
Brなどのハロゲン化銀から形成される。ハロゲン化銀
は潮解性、透過特性、柔軟性に優れているが、感光性を
有しており、波長が500nm以下の光に長時間曝され
ると銀の析出が起こり、透過特性が著しく劣化する。そ
こで図3では、波長が500nm以下の光を遮光する手
段を付加している。
【0023】光ファイバのコア12の上部に開閉可能な
遮光板13を取り付け、測定前は閉じておく。生体試料
5を生体試料固定体6内に隙間なく配置させると、遮光
板13を開けると同時に脱気手段14を作動させ、セン
サケース2内の気圧を下げていく。
【0024】センサケース2には、生体試料5の下部に
円形もしくは楕円形の開口部を設けてあり、気圧が下が
るにつれ、生体試料5の一部がセンサケース2内に吸引
されてくるので、その部位が光ファイバのコア12と接
触する。その後の測定原理、手順は第1の実施の形態の
場合と同じである。
【0025】遮光手段として、光ファイバのコアを、コ
アより屈折率が高く、かつ、波長が500nm以下の光
を透過させない材料で被覆させる方法も考えられる。す
なわち、赤外光はコアから被覆部内に屈折して進行し、
被覆部と生体の接触面で吸収が起こる。この場合、前記
遮光板及び脱気手段は必要でなく、測定方法も第1の実
施の形態と同様な手法でよい。
【0026】なお、被覆させる材料は、赤外光を吸収し
ないものであることが好ましい。光ファイバのコアの材
料として感光性のないものを用いた場合、遮光手段が必
要でないことは言うまでもない。
【0027】また、図2及び図3において、赤外光照射
手段1は、可変波長の単波長照射型のものでもよいし、
FT(フーリエ変換)型の分光分析器を装置に応用する
のであれば、プロードな光を照射するものでもよい。F
T型の分光分析器を応用すれば、一度の照射で複数の生
体内成分の濃度を求めることができる。さらに、複数の
吸光度をレファレンスとすることができ、例えば、レフ
ァレンスとする複数の吸光度がいずれも規定範囲内の値
になるように調整させれば測定精度も向上する。もちろ
ん、赤外光検出手段3は照射された赤外光の波長域に感
度をもつものである。
【0028】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の生体計測方法と生体計測装置によると、血液、体液あ
るいは尿を生体から採取することなく、非侵襲的に生体
内成分の計測ができる。血液採取の際の被験者に対する
苦痛や感染の危険性がなく、また、検査後の廃棄処理の
問題も解消できる。さらに、測定したその場で分析結果
を得ることができ、医者などの診療業務の効率が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】赤外領域における生体試料の吸収スペクトルを
示す図
【図2】本発明の第1の実施の形態を示す構成図
【図3】本発明の第2の実施の形態を示す構成図
【符号の説明】
1 赤外光照射手段 2 センサ部 3 赤外光検出手段 4 演算手段 5 生体試料 6 生体試料固定体 7 センサ部調整手段 8 光ファイバ 9 圧力制御手段 11 ATRプリズム 12 光ファイバのコア 13 遮光板 14 脱気手段
フロントページの続き (72)発明者 右近 寿一郎 京都府京都市南区吉祥院宮の東町2番地 株式会社堀場製作所内 (72)発明者 河野 猛 京都府京都市南区吉祥院宮の東町2番地 株式会社堀場製作所内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】赤外光を照射する赤外光照射手段と、 生体試料を接触させるセンサ部と、 前記センサ部と前記生体試料の接触面積を調整するセン
    サ部調整手段と、 前記センサ部において前記生体試料を反射した赤外光を
    検出し、検出強度から吸光度を求める赤外光検出手段
    と、 前記吸光度に基づいて生体内成分の濃度を算出する演算
    手段と、 前記赤外光照射装置からの赤外光を前記センサ部まで導
    き、前記生体試料を反射した赤外光を前記センサ部から
    前記赤外光検出装置まで導くための光学系とを備えた生
    体計測装置。
  2. 【請求項2】センサ部調整手段は、センサ部が生体試料
    を押し付ける圧力を変化させる手段を備え、圧力を変化
    させることにより前記センサ部と前記生体試料の接触面
    積を調整する請求項1記載の生体計測装置。
  3. 【請求項3】センサ部調整手段は、少なくとも1つの波
    長における吸光度をレファレンスとし、センサ部と生体
    試料の接触面積をレファレンスとする前記吸光度が規定
    範囲内の値になるように調整する請求項2記載の生体計
    測装置。
  4. 【請求項4】レファレンスとする吸光度の波長が5.8
    〜8.3μm近傍である請求項3記載の生体計測装置。
  5. 【請求項5】センサ部が、ATRプリズムまたは光ファ
    イバのコアである請求項1〜請求項4のいずれかに記載
    の生体計測装置。
  6. 【請求項6】光ファイバのコアの材料がハロゲン化銀で
    あって、外部から前記コアに入射する波長が500nm
    以下の光を遮断するための遮光手段を備えた請求項5記
    載の生体計測装置。
  7. 【請求項7】センサ部及びセンサ部調整手段が1つの容
    器内に収められ、前記容器が生体試料を接触させる開口
    部を有し、前記容器内を減圧させて前記生体試料を前記
    容器内に吸引するための脱気手段を備え、前記生体試料
    の吸引を始めるまでは、前記開口部を通り前記センサ部
    に入射する波長が500nm以下の光を遮断する請求項
    6記載の生体計測装置。
  8. 【請求項8】光ファイバのコアを、前記コアより屈折率
    が高く、かつ波長が500nm以下の光を透過させない
    材料で被覆させた請求項6記載の生体計測装置。
  9. 【請求項9】生体試料にセンサ部を接触させ、前記セン
    サ部にレファレンスとする吸光度の波長の赤外光を入射
    させ、赤外光検出手段によって前記生体試料の吸光度を
    求め、センサ部調整手段によって前記生体試料と前記セ
    ンサ部の接触面積を前記吸光度が規定範囲内に収束する
    ように調整し、前記吸光度の算出及び前記生体試料と前
    記センサ部の接触面積の調整を、前記吸光度が規定範囲
    内の値になるまで繰り返す第1のステップと、調整完了
    後、赤外光の波長を測定したい生体内成分の吸収ピーク
    の波長に換えて、その波長における吸光度を求め、得ら
    れた吸光度に基づいて生体内成分の濃度を算出する第2
    のステップからなる生体計測方法。
JP9358651A 1997-12-26 1997-12-26 生体計測方法と生体計測装置 Pending JPH11188009A (ja)

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