JPWO2012132768A1

JPWO2012132768A1 - 血液成分測定装置

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Publication number: JPWO2012132768A1
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Abstract

血液成分測定装置（１０Ａ）は、少なくとも近赤外域の光を出射可能な照射光源（１２）と、照射光源（１２）で出射可能な光を受光可能な感度を持つ受光部（１４）と、生体部位（１１）を保持・固定する保持機構（１６）と、生体部位（１１）における血液成分の濃度を算出する演算手段（２０）とを備える。演算手段（２０）は、生体部位（１１）のうち、血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の透過光強度Ｓ１と、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所について、血液成分の濃度を算出する。

Description

本発明は、手指等を測定部位として無侵襲に光学的に血液成分を測定する血液成分測定装置に関する。

糖尿病患者は、日常的に血糖値の変動を自分自身で測定することが推奨されており、例えば、従来から患者自身が手指等を穿刺して血液を採取し、測定装置を用いて血糖値を測定することが行われていた。しかしながら、上述した測定方法は、患者に対して多大な負担を強いることとなるため、近年、近赤外光を患者に照射して血液中に含まれる血液成分を測定可能な非侵襲技術を用いた血液成分測定装置が開発されている。

この血液成分測定装置を用いた測定方法では、例えば、血液中に含まれるグルコースが近赤外光の一部を吸収することを利用し、患者の身体の一部（例えば、手指等）に近赤外光を照射して前記身体を透過した近赤外光を受光し、その透過率又は吸光度を測定することにより血糖値（グルコース濃度）を算出している（例えば、特表２００１−５１３３５１号公報参照）。

血糖値を測定する際、測定された透過率又は吸光度が、血液中のグルコース濃度か体組織に含まれたグルコース濃度であるかを判断することが困難である。これに対処するため、特許第３９０３３４０号公報では、血管の拍動を利用して周期的に変化するグルコース量に基づいて血液のグルコース濃度を算出している。

血液成分の測定を精度良く行うためには、より血液成分の多い部位を選択して測定することが重要である。したがって、これまでよりもより血液成分の多い部位を選択して測定することで、測定精度を向上させることが望ましい。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、より血液成分の多い部位を選択して測定することで、測定精度を向上させることができる血液成分測定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、生体部位に光を照射して、前記生体部位の血液成分を測定する血液成分測定装置であって、少なくとも近赤外域の光を出射可能な照射光源と、前記照射光源で出射可能な光を受光可能な感度を持つ受光部と、前記生体部位を保持・固定する保持機構と、前記生体部位における血液成分の濃度を算出する演算手段とを備え、前記演算手段は、前記生体部位のうち、血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の透過光強度Ｓ１と、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所について、前記血液成分の濃度を算出することを特徴とする。

血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の透過光強度Ｓ１と、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所は、血液成分の多い箇所、つまり血管がある部位と考えることができる。したがって、本発明の構成によれば、血液成分の多い箇所について血液成分の濃度を算出するので、血液成分の測定精度を向上させることができる。

この場合、前記受光部は、受光素子がマトリックス状に配置された受光素子アレイであり、前記演算手段は、前記受光素子アレイを構成する前記受光素子のうち、前記第１の波長の透過光強度Ｓ１と、前記第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小のものについて、前記血液成分の濃度を算出してもよい。このような構成によれば、受光素子アレイにより、生体部位の複数箇所について同時に透過光を受光できるので、簡便な装置構成で、前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最小のものを確実に抽出することができる。

また、上記血液成分測定装置において、前記照射光源と前記保持機構との間の光路上に、前記照射光源からの光を反射して前記生体部位に対して走査するスキャナ機構を備え、前記受光部は、スキャナ機構による光の走査により、前記生体部位の複数箇所について、前記第１の波長の透過光と前記第２の波長の透過光をそれぞれ受光し、前記演算手段は、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光が照射された前記生体部位のうち、前記第１の波長の透過光強度Ｓ１と、前記第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所について、前記血液成分の濃度を算出してもよい。このような構成によれば、スキャナ機構により照射光源からの光を生体部位に向けて走査するので、受光部を単一の受光素子で構成しても、前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最小のものを容易に抽出することができる。

前記演算手段は、前記生体部位において、前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所を第１測定部位として抽出する第１抽出部と、前記生体部位において、前記第２の波長の透過光強度Ｓ２が前記第１部位とほぼ等しい部位のうち前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最大となる箇所を第２測定部位として抽出する第２抽出部と、前記第１測定部位の透過スペクトルを生成する第１透過スペクトル生成部と、前記第２測定部位の透過スペクトルを生成する第２透過スペクトル生成部と、前記第１測定部位の透過スペクトルと、前記第２測定部位の透過スペクトルとから、前記第１測定部位と前記第２測定部位との差分透過スペクトルを演算する差分透過スペクトル算出部と、前記差分透過スペクトルに基づいて、前記血液成分の濃度を算出する濃度算出部とを有するとよい。

このように、第１測定部位と第２測定部位の差分透過スペクトルを計測及び分析することで、血液以外の生体組織成分の影響を補正し、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。すなわち、血液以外の生体組織成分の影響を補正によって排除することで、血液の情報をより多く取得することができるため、血液成分の測定精度をより向上させることができる。

また、上記血液成分測定装置は、前記生体部位を加温する加温機構を備えるとよい。加温機構により生体部位を加温することで、生体部位の血流を増加させることができるので、血液成分の多い箇所を抽出しやすくなり、測定精度を一層向上させることができる。

本発明に係る血液成分測定装置によれば、より血液成分の多い部位を選択して測定することで、測定精度を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る血液成分測定装置の概略構成を示す図である。図１に示した血液成分測定装置における演算手段の構成を示すブロック図である。手のひら温度と血流量との関係を示す図である。図１に示した血液成分測定装置の動作を示すフローチャートである。手指における血管の位置を概念的に示す図である。本発明の第２実施形態に係る血液成分測定装置の概略構成を示す図である。本発明の第３実施形態に係る血液成分測定装置の概略構成を示す図である。図７に示した血液成分測定装置における演算手段の構成を示すブロック図である。図７に示した血液成分測定装置の動作を示すフローチャートである。本発明の第４実施形態に係る血液成分測定装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明に係る血液成分測定装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る血液成分測定装置１０Ａの概略構成を示す図である。この血液成分測定装置１０Ａは、照射光源１２と、受光部１４と、保持機構１６と、加温機構１８と、演算手段２０とを備え、照射光源１２から出射した光を生体の生体部位１１に透過させ、透過光を受光部１４で受光し、受光部１４で得られた信号を演算手段２０で演算・解析して、生体部位１１における血液成分を測定するための医療機器である。

生体部位１１は、人体の一部、例えば、ヒトの手指１１ａ、手のひら、耳たぶ等を例示できる。図１にした血液成分測定装置１０Ａは、ヒトの手指１１ａを生体部位１１として、この手指１１ａの一部に光を照射し、照射部位における血液中のグルコース濃度を測定するように構成されている。

照射光源１２としては、可視から近赤外の範囲で光を出射可能であり、例えば、互いに異なる波長の光を出射する複数のＬＥＤをマトリックス状に配置した多波長ＬＥＤアレイを採用し得る。また、照射光源１２の他の構成としては、連続光を出射する光源（例えば、ハロゲンランプ）と、任意の波長成分を取り出すことができる分光器（モノクロメータ）とを組み合わせた構成でもよい。

照射光源１２は、血色素（ヘモグロビン）に吸収されやすい波長の光（第１の波長）と、血色素に吸収されにくい波長の光（第２の波長）と、生体部位１１を透過した光の透過スペクトルを取得するための広範な波長域（例えば、７００ｎｍ程度〜２２００ｎｍ程度の範囲）の光を出射することができる。

血色素に吸収されやすい波長は、経皮透過では、７６０ｎｍ、９４０ｎｍ付近である。血色素に吸収されにくい波長は、血色素に吸収されやすい波長以外の波長のうち、血液以外の生体組織にも吸収されにくい波長であり、例えば、１０００ｎｍ〜１３００ｎｍである。１０００ｎｍ〜１３００ｎｍは、生体成分による吸収が比較的少なく、「生体の窓」と言われている。グルコースは、吸収ピークが明確でないが、１６００ｎｍ付近で強い観察が可能である。

受光部１４は、可視から近赤外域の範囲で光を検出可能であり、本実施形態では、複数の受光素子がマトリックス状に配置された受光素子アレイにより構成されている。このような受光素子アレイとしては、例えば、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードアレイが挙げられる。

保持機構１６は、生体部位１１を保持・固定し得るように構成されており、図示した構成では、ヒトの手指１１ａを挿入可能な保持孔部２２ａ、２３ａを有する２つの保持部材２２、２３からなる。保持部材２２、２３は、例えば、ヒトの手指１１ａを挿入した際に弾性変形して手指１１ａの形状にフィットするような弾性部材により構成されるのが好ましい。そのような弾性部材としては、例えば、エラストマースポンジ等が挙げられる。このように保持部材２２、２３が構成されることで、手指１１ａを安定して保持・固定することができる。

加温機構１８は、生体部位１１の血流を増加させるべく、生体部位１１を加温（加熱）する機能を有する。図示した構成例では、加温機構１８は、赤外線光源１８ａ（例えば、赤外線ＬＥＤ）として構成され、生体部位１１である手指１１ａのうち、２つの保持部材２２、２３の間に露出した部分に赤外線を照射し、当該照射部分を加熱する。なお、加温機構１８の他の構成例としては、例えば、熱源を生体部位１１に直接接触させて加温する構成、生体部位１１を減圧して加温する構成、生体部位１１を摩擦（マッサージ）して加温する構成等が挙げられる。

演算手段２０は、制御部２６の機能として設けられている。制御部２６は、記憶部２８とともに、生体部位１１における血液成分（グルコース）の濃度を算出するよう構成されたコンピュータを構成し、照射光源１２の発光状態に対応する信号と、受光部１４で受光した透過光強度に対応した受光信号が入力されるようになっている。血液成分測定装置１０Ａには、表示部３０が設けられており、制御部２６の制御作用下に、表示部３０は計測結果（血糖値）等の情報を表示するようになっている。

演算手段２０は、生体部位１１のうち、上記第１の波長の透過光強度Ｓ１と、上記第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所について、血液成分の濃度を算出するように構成されている。図２に示すように、演算手段２０は、透過光強度算出部３２と、測定部位抽出部３４と、透過スペクトル生成部３６と、濃度算出部３８とを有する。

透過光強度算出部３２は、受光部１４からの受光信号に基づき、第１の波長の透過光強度Ｓ１と第２の波長の透過光強度を算出する。測定部位抽出部３４は、前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所を測定部位として抽出する。透過スペクトル生成部３６は、抽出された測定部位の透過スペクトルＳＰ１を生成する。濃度算出部３８は、生成された透過スペクトルＳＰ１に基づいて、血液成分の濃度を算出する。

記憶部２８には、透過光強度算出部３２、測定部位抽出部３４、透過スペクトル生成部３６、濃度算出部３８による各処理を実行するためのプログラムが格納され、当該プログラムに従って、制御部２６におけるＣＰＵが所定の演算処理を実行し、受光部１４により取得した受光信号に対応した透過光強度等に基づいて、多変量解析等によってグルコース濃度を算出する。

本実施形態に係る血液成分測定装置１０Ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、その作用及び効果について説明する。

上述した血液成分測定装置１０Ａによりグルコース濃度（血糖値）を測定するには、図１に示すように、まず、血液成分測定装置１０Ａの保持機構１６に、グルコース濃度を測定する人の手指１１ａを挿入して所定位置に保持させる。手指１１ａを保持機構１６に保持させたら、血液成分測定装置１０Ａの図示しない本体部に設けられたスタートスイッチを押して、測定処理を開始する。

血液成分測定装置１０Ａにおいて、測定処理が開始されると、加温機構１８である赤外線光源から手指１１ａに対して赤外線が照射される。ここで、図３は、手のひら温度と血流量との関係を示す図である。図３から了解されるように、手のひらの温度が高くなるほど、血流量が増す。したがって、加温機構１８により手指１１ａを加温することによって、手指１１ａにおける血流量を増大させることができる。

以下、血液成分測定装置１０Ａの動作について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

血液成分測定装置１０Ａは、加温機構１８による手指１１ａの加温と並行して、あるいは、加温した後に、血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の光を照射光源１２から出射させ、手指１１ａを透過した光を受光部１４にて受光する。受光部１４は、受光信号を出力する。透過光強度算出部３２は、受光部１４からの受光信号に基づき、第１の波長の透過光強度Ｓ１を算出（測定）する（ステップＳ１）。また、血液成分測定装置１０Ａは、第１の波長の光を照射光源１２から照射して受光部１４からの受光信号を演算手段２０で受信した後、あるいは、第１の波長の光を照射光源１２から照射する前に、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の光を照射光源１２から出射させ、手指１１ａを透過した光を受光部１４にて受光する。受光部１４は、受光信号を出力する。透過光強度算出部３２は、受光部１４からの受光信号に基づき、透過光強度Ｓ２を算出（測定）する（ステップＳ２）。

次に、測定部位抽出部３４は、第１の波長の透過光強度Ｓ１と、第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所を測定部位として抽出する（ステップＳ３）。本実施形態の場合、受光部１４は、受光素子アレイにより構成されるため、生体部位１１の一定範囲を透過した光を受光する。したがって、具体的には、受光部１４の受光素子アレイを構成する受光素子のうち、比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所に対応する受光素子を抽出（特定）する。

図５に示すように、生体には、血液成分が多く存在する部分（血管４０）と、それ以外の組織成分とがある。第１の波長の光は、血色素（ヘモグロビン）に吸収されやすいが、第２の波長は、血色素に吸収されにくい。このため、第１の波長の透過光強度Ｓ１と、第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所は、血液成分の多い箇所、つまり血管４０がある部位と考えることができる。そこで、本発明では、血液成分の測定精度を向上させるべく、前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所を測定部位として抽出する。このように抽出された測定部位は、血管４０が存在する箇所であり、例えば、図５に示す位置Ｐ１である。

次に、血液成分測定装置１０Ａは、照射光源１２により近赤外域の光を手指１１ａに照射し、その透過光を受光部１４で受光する。すると、その受光信号に基づいて、透過スペクトル生成部３６は、測定部位抽出部３４にて抽出された測定部位についての透過スペクトルＳＰ１を生成する（ステップＳ４）。次に、濃度算出部３８は、透過スペクトル生成部３６にて生成された透過スペクトルＳＰ１に基づいて、多変量解析等によってグルコース濃度を算出する（ステップＳ５）。表示部３０は、このように算出されたグルコース濃度を血糖値として表示する。

以上説明したように、本実施形態に係る血液成分測定装置１０Ａによれば、血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の透過光強度Ｓ１と、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所、すなわち、血液成分の多い箇所（図５中の位置Ｐ１）について血液成分の濃度を算出するので、血液成分の測定精度を向上させることができる。

また、本実施形態の場合、受光素子アレイにより、生体部位１１（手指１１ａ）の複数箇所について同時に透過光を受光できるので、簡便な装置構成で、前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最小のものを確実に抽出することができる。

さらに、本実施形態の場合、加温機構１８により生体部位１１を加温するので、生体部位１１の血流を増加させ、血液成分の多い箇所を抽出しやすくなる。よって、血液成分の測定精度を一層向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、図６を参照し、第２実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｂについて説明する。なお、第２実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｂにおいて、第１実施形態に血液成分測定装置１０Ａと同一又は同様な機能及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｂは、照射光源１２と、スキャナ機構４４と、受光部４５と、保持機構１６と、加温機構１８と、演算手段２０とを備える。保持機構１６及び演算手段２０は、第１実施形態における保持機構１６及び演算手段２０と同様に構成されている。

照射光源１２は、図１に示した照射光源１２と同様の構成であるが、保持機構１６により保持される手指１１ａに対向する位置から外れた位置に配置されている。照射光源１２の発光面側には、照射光源１２からの光を反射して生体部位１１に対して走査するスキャナ機構４４が設けられている。すなわち、スキャナ機構４４は、照射光源１２と保持機構１６との間の光路上に配置されている。

スキャナ機構４４は、照射光源１２からの光を反射する反射部４６と、反射部４６を揺動駆動する駆動部４８とを備え、図示しない制御部２６の作用下に、駆動部４８により反射部４６を回転（揺動）させることで、照射光源１２からの光を反射して、生体部位１１に沿って光を２次元的に走査するように構成されている。

受光部４５は、可視から近赤外域の範囲で光を検出可能であり、本実施形態では、単一の受光素子から構成されている。このような受光素子としては、例えば、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードが挙げられる。受光部４５は、スキャナ機構４４による光の走査に同期して、生体部位１１の複数箇所について、第１の波長の透過光と第２の波長の透過光をそれぞれ受光する。

受光部４５と保持機構１６との間には、集光レンズ５０が配置されている。この集光レンズ５０により、生体部位１１を透過した光は、受光部４５に向かって集光される。

演算手段２０は、第１の波長の光と第２の波長の光を照射した生体部位１１のうち、第１の波長の透過光強度Ｓ１と、第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所について、血液成分の濃度を算出するように構成されている。演算手段２０は、図２に示した演算手段２０と同様に、透過光強度算出部３２と、測定部位抽出部３４と、透過スペクトル生成部３６と、濃度算出部３８とを有する。

上述した血液成分測定装置１０Ｂによりグルコース濃度（血糖値）を測定するには、まず、血液成分測定装置１０Ｂの保持機構１６に、グルコース濃度を測定する人の手指１１ａを挿入して所定位置に保持させる。手指１１ａを保持機構１６に保持させたら、血液成分測定装置１０Ｂの図示しない本体部に設けられたスタートスイッチを押して、測定処理を開始する。すると、加温機構１８である赤外線光源から手指１１ａに対して赤外線が照射され、生体部位１１が加温される。

血液成分測定装置１０Ｂは、加温機構１８による手指１１ａの加温と並行して、あるいは、加温した後に、血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の光を照射光源１２から出射させ、手指１１ａを透過した光を受光部４５にて受光する。透過光強度算出部３２は、受光部４５からの受光信号に基づき、第１の波長の透過光強度Ｓ１を算出（測定）する。また、血液成分測定装置１０Ｂは、第１の波長の光を照射光源から照射して受光部１４からの受光信号を演算手段２０で受信した後、あるいは、第１の波長の光を照射光源から照射する前に、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の光を照射光源１２から出射させ、手指１１ａを透過した光を受光部４５にて受光する。この受光信号は演算手段２０に送られる。すると、透過光強度算出部３２は、受光部４５からの受光信号に基づき、透過光強度Ｓ２を算出（測定）する。

この場合、本実施形態では、照射光源１２からの光をスキャナ機構４４により反射して走査するように構成されるとともに、受光部４５が単一の受光素子により構成されている。したがって、スキャナ機構４４の走査位置と、受光部４５からの受光信号とを対応付けることで、生体部位１１の複数箇所の各々についての透過光強度を算出することができる。

次に、測定部位抽出部３４は、第１の波長の光と第２の波長の光を照射した生体部位１１のうち、第１の波長の透過光強度Ｓ１と、第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所（図５中、Ｐ１で示す箇所）を測定部位として抽出する。

次に、血液成分測定装置１０Ｂは、照射光源１２により近赤外域の光を手指１１ａに照射し、その透過光を受光部４５で受光する。このとき、照射光源１２からの光を、抽出された測定部位に照射するように、スキャナ機構４４の動作位置が制御され、測定部位を透過した光は、集光レンズ５０にて集光され、受光部４５にて受光される。すると、その受光信号に基づいて、透過スペクトル生成部３６は、測定部位抽出部３４にて抽出された測定部位についての透過スペクトルＳＰ１を生成する。

次に、濃度算出部３８は、透過スペクトル生成部３６にて生成された透過スペクトルＳＰ１に基づいて、多変量解析等によってグルコース濃度を算出する。表示部３０は、このように算出されたグルコース濃度を血糖値として表示する。

以上説明したように、本実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｂによれば、血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の透過光強度Ｓ１と、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所、すなわち、血液成分の多い箇所について血液成分の濃度を算出するので、血液成分の測定精度を向上させることができる。

また、本実施形態の場合、スキャナ機構４４により照射光源１２からの光を生体部位１１に向けて走査するので、受光部４５を単一の素子で構成しても、前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最小のものを容易に抽出することができる。

なお、第２実施形態において、第１実施形態と共通する各構成部分については、第１実施形態における当該共通の各構成部分がもたらす作用及び効果と同一又は同様の作用及び効果が得られることは勿論である。

［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｃの概略構成を示す図である。この血液成分測定装置１０Ｃは、照射光源１２と、受光部１４と、保持機構１６と、加温機構１８と、演算手段５２とを備え、照射光源１２から出射した光を生体の生体部位１１に透過させ、透過光を受光部１４で受光し、受光部１４で得られた信号を演算手段５２で演算・解析して、生体部位１１における血液成分を測定するための医療機器である。

本実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｃは、演算手段５２の構成において、第１実施形態に係る血液成分測定装置１０Ａと異なる。具体的には、演算手段５２は、図８に示すように、透過光強度算出部３２と、第１抽出部５６と、第２抽出部５８と、第１透過スペクトル生成部６０と、第２透過スペクトル生成部６２と、差分透過スペクトル算出部６４と、濃度算出部３８とを有する。

透過光強度算出部３２は、第１の波長の透過光強度Ｓ１と、第２の波長の透過光強度Ｓ２を算出する。第１抽出部５６は、生体部位１１のうち、前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所を測定部位（以下、第１測定部位という）として抽出する。第２抽出部５８は、第２の波長の透過光強度Ｓ２が前記第１測定部位とほぼ等しい部位であって、前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最大となる箇所を第２測定部位として抽出する。第１透過スペクトル生成部６０は、第１測定部位の透過スペクトルＳＰ１を生成する。第２透過スペクトル生成部６２は、第２測定部位の透過スペクトルＳＰ２を生成する。差分透過スペクトル算出部６４は、前記第１測定部位と前記第２測定部位との差分透過スペクトルｄＳＰ（＝ＰＳ１−ＰＳ２）を算出する。濃度算出部３８は、差分透過スペクトルｄＳＰに基づいて、前記血液成分の濃度を算出する。

演算手段５２における前記記憶部２８には、透過光強度算出部３２、第１抽出部５６、第２抽出部５８、第１透過スペクトル生成部６０、第２透過スペクトル生成部６２、差分透過スペクトル算出部６４による各処理を実行するためのプログラムが格納され、当該プログラムに従って、制御部５４のＣＰＵが所定の演算処理を実行し、受光部１４により取得した透過光強度等に基づいて、多変量解析等によってグルコース濃度を算出する。

照射光源１２及び加温機構１８は、制御部５４によって制御される。演算手段５２は、制御部５４の機能の一部である。

上述した血液成分測定装置１０Ｃによりグルコース濃度（血糖値）を測定するには、まず、血液成分測定装置１０Ｃの保持機構１６に、グルコース濃度を測定する人の手指１１ａを挿入して所定位置に保持させる。手指１１ａを保持機構１６に保持させたら、血液成分測定装置１０Ｃの図示しない本体部に設けられたスタートスイッチを押して、測定処理を開始する。すると、加温機構１８である赤外線光源から手指１１ａに対して赤外線が照射され、生体部位１１が加温される。

以下、血液成分測定装置１０Ｃの動作について、図９のフローチャートを参照しながら説明する。

血液成分測定装置１０Ｃは、加温機構１８による手指１１ａの加温と並行して、あるいは、加温した後に、血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の光を照射光源１２から出射させ、手指１１ａを透過した光を受光部１４にて受光する。受光部１４は、受光信号を出力する。透過光強度算出部３２は、受光部１４からの受光信号に基づき、透過光強度Ｓ１を算出（測定）する（ステップＳ１１）。また、血液成分測定装置１０Ｃは、第１の波長の光を照射光源１２から照射して受光部１４からの受光信号を演算手段５２で受信した後、あるいは、第１の波長の光を照射光源から照射する前に、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の光を照射光源１２から出射させ、手指１１ａを透過した光を受光部１４にて受光する。受光部１４は、受光信号を出力する。すると、透過光強度算出部３２は、受光部１４からの受光信号に基づき、透過光強度Ｓ２を算出（測定）する（ステップＳ１２）。

次に、第１抽出部５６により、生体部位１１のうち、第１の波長の透過光強度Ｓ１と、第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所を第１測定部位として抽出する（ステップＳ１３）。抽出された第１測定部位は、血管４０が存在する箇所であり、例えば、図５に示す位置Ｐ１である。本実施形態の場合、受光部１４は、受光素子アレイにより構成されるため、生体部位１１の一定範囲を透過した光を受光する。したがって、具体的には、受光部１４の受光素子アレイを構成する受光素子のうち前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所に対応する受光素子を抽出（特定）する。

また、第２抽出部５８により、生体部位１１において、第２の波長の透過光強度Ｓ２が前記第１測定部位とほぼ等しい部位のうち前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最大の箇所を抽出する（ステップＳ１３）。本実施形態の場合、具体的には、受光部１４の受光素子アレイを構成する受光素子において、第２の波長の透過光強度Ｓ２が前記第１測定部位とほぼ等しい箇所のうち前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最大の箇所に対応する受光素子を抽出（特定）する。

ところで、血管４０を透過した光であっても、必ず血液以外の生体組織成分を透過しているため、血液以外の生体組織成分の影響により測定誤差の低下を招く。したがって、血液以外の生体組織成分の影響を除去することが、測定誤差の低減の観点からは好ましい。しかし、単に、血管４０を避けた部分の生体組織成分の影響を排除するだけでは、必ずしも測定誤差を低減できるとは限らない。

例えば、図５において、光の透過経路上に血管４０が存在しない箇所のうち、手指１１ａの側端部Ｐ３は、透過光の生体透過距離が血管７０が存在する箇所のそれと比べて相当に短いため、側端部Ｐ３における生体組織成分の影響を排除しても、測定誤差を有効に低減することができない。また、骨４１が存在する箇所の影響を排除しても、測定誤差を有効に低減することができない。

そこで、本実施形態では、第２の波長の透過光強度Ｓ２が第１測定部位とほぼ等しい箇所のうち前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最大の箇所を第２測定部位として抽出し、第２測定部位における生体組織成分の影響を排除する。このように抽出された第２測定部位は、例えば、図５に示す血管４０近傍の位置Ｐ２である。この第２測定部位は、透過光の生体通過距離が第１測定部位とほぼ同じであるため、この部分の生体組織成分の影響を排除することにより、測定誤差を有効に低減できる。

次に、血液成分測定装置１０Ｃは、照射光源１２により近赤外域の光を手指１１ａに照射し、その透過光を受光部１４で受光する。すると、その受光信号に基づいて、第１透過スペクトル生成部６０が第１測定部位を透過した光の透過スペクトルＳＰ１を生成するとともに、第２透過スペクトル生成部６２が第２測定部位を透過した光の透過スペクトルＳＰ２を生成する（ステップＳ１４）。

次に、差分透過スペクトル算出部６４は、第１測定部位の透過スペクトルＳＰ１と第２測定部位の透過スペクトルＳＰ２との差分透過スペクトルｄＳＰ（＝ＳＰ１−ＳＰ２）を演算する（ステップＳ１５）。次に、濃度算出部３８は、算出された差分透過スペクトルｄＳＰに基づいて、多変量解析等によって血液成分（グルコース）の濃度を算出する（ステップＳ１６）。表示部３０は、このように算出されたグルコース濃度を血糖値として表示する。

以上説明したように、本実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｃによれば、血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の透過光強度Ｓ１と、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所、すなわち、血液成分の多い箇所について血液成分の濃度を算出するので、血液成分の測定精度を向上させることができる。

また本実施形態の場合、第１測定部位と第２測定部位の差分透過スペクトルｄＳＰを計測及び分析することで、血液以外の生体組織成分の影響を補正し、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。すなわち、血液以外の生体組織成分の影響を補正によって排除することで、血液の情報をより多く取得することができるため、血液成分の測定精度をより向上させることができる。

なお、第３実施形態において、第１実施形態と共通する各構成部分については、第１実施形態における当該共通の各構成部分がもたらす作用及び効果と同一又は同様の作用及び効果が得られることは勿論である。

［第４実施形態］
次に、図１０を参照し、第４実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｄについて説明する。なお、第４実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｄにおいて、第３実施形態に血液成分測定装置１０Ｃと同一又は同様な機能及び効果を奏する要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｄは、照射光源１２と、スキャナ機構４４と、受光部４５と、保持機構１６と、加温機構１８と、演算手段５２とを備える。照射光源１２、保持機構１６及び加温機構１８は、第１実施形態における照射光源１２及び保持機構１６と同様に構成されている。スキャナ機構４４は、第２実施形態におけるスキャナ機構４４と同様に構成されている。演算手段５２は、第３実施形態における演算手段５２（図８参照）と同様に、透過光強度算出部３２と、第１抽出部５６と、第２抽出部５８と、第１透過スペクトル生成部６０と、第２透過スペクトル生成部６２と、差分透過スペクトル算出部６４と、濃度算出部３８とを有する。

上述した血液成分測定装置１０Ｄによりグルコース濃度（血糖値）を測定するには、まず、血液成分測定装置１０Ｄの保持機構１６に、グルコース濃度を測定する人の手指１１ａを挿入して所定位置に保持させる。手指１１ａを保持機構１６に保持させたら、血液成分測定装置１０Ｄの図示しない本体部に設けられたスタートスイッチを押して、測定処理を開始する。すると、加温機構１８である赤外線光源から手指１１ａに対して赤外線が照射され、生体部位１１が加温される。

血液成分測定装置１０Ｄは、加温機構１８による手指１１ａの加温と並行して、あるいは、加温した後に、血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の光を照射光源１２から出射させ、手指１１ａを透過した光を受光部４５にて受光する。透過光強度算出部３２は、受光部４５からの受光信号に基づき、第１の波長の透過光強度Ｓ１を算出（測定）する。また、血液成分測定装置１０Ｄは、第１の波長の光を照射光源から照射して受光部４５からの受光信号を演算手段５２で受信した後、あるいは、第１の波長の光を照射光源１２から照射する前に、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の光を照射光源１２から出射させ、手指１１ａを透過した光を受光部４５にて受光する。受光部４５はこの受光信号を出力する。透過光強度算出部３２は、受光部４５からの受光信号に基づき、透過光強度Ｓ２を算出（測定）する。

次に、第１抽出部５６は、第１の波長の光と第２の波長の光を照射した生体部位１１のうち、第１の波長の透過光強度Ｓ１と、第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所を第１測定部位として抽出する。第２抽出部５８は、第１の波長の光と第２の波長の光を照射した生体部位１１において、第２の波長の透過光強度Ｓ２が第１測定部位とほぼ等しい箇所のうち前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最大の箇所を第２測定部位として抽出する。

次に、血液成分測定装置１０Ｄは、第１測定部位及び第２測定部位のそれぞれを透過した光の透過スペクトルＳＰ１、ＳＰ２を生成すべく、照射光源１２により近赤外域の光を手指１１ａに照射し、その透過光を受光部４５で受光する。このとき、まず、照射光源１２からの光を第１測定部位に照射するように、スキャナ機構４４の動作位置が制御され、第１測定部位を透過した光は、受光部４５にて受光される。すると、その受光信号に基づいて、第１透過スペクトル生成部６０は、第１測定部位についての透過スペクトルＳＰ１を生成する。

次に、照射光源１２からの光を第２測定部位に照射するように、スキャナ機構４４の動作位置が制御され、第２測定部位を透過した光は、受光部４５にて受光される。すると、その受光信号に基づいて、第２透過スペクトル生成部６２は、第２測定部位についての透過スペクトルＳＰ２を生成する。

なお、透過スペクトルＳＰ１、ＳＰ２の取得に際し、上記動作順序と異なり、第１測定部位に近赤外光を照射してその透過光から第１測定部位の透過スペクトルＳＰ１を生成する処理の前に、第２測定部位に近赤外光を照射してその透過光から第２測定部位の透過スペクトルＳＰ２を生成する処理を行ってもよい。

次に、差分透過スペクトル算出部６４は、第１測定部位の透過スペクトルＳＰ１と第２測定部位の透過スペクトルＳＰ２との差分透過スペクトルｄＳＰ（＝ＳＰ１−ＳＰ２）を演算する。次に、濃度算出部３８は、算出された差分透過スペクトルｄＳＰに基づいて、多変量解析等によって血液成分（グルコース）の濃度を算出する。表示部３０は、このように算出されたグルコース濃度を血糖値として表示する。

以上説明したように、血液成分測定装置１０Ｄによれば、第１〜第３実施形態に係る血液成分測定装置１０Ａ〜１０Ｃと同様に、血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の透過光強度Ｓ１と、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所、すなわち、血液成分の多い箇所について血液成分の濃度を算出するので、血液成分の測定精度を向上させることができる。

また、第２実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｂと同様に、スキャナ機構４４により照射光源１２からの光を生体部位１１に向けて走査するので、受光部４５を単一の素子で構成しても、前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最小のものを容易に抽出することができる。

また、第３実施形態に係る血液成分測定装置１０Ｃと同様に、第１測定部位と第２測定部位の差分透過スペクトルｄＳＰを計測及び分析することで、血液以外の生体組織成分の影響を補正し、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。すなわち、血液以外の生体組織成分の影響を補正によって排除することで、血液の情報をより多く取得することができるため、血液成分の測定精度をより向上させることができる。

上記において、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

Claims

生体部位（１１）に光を照射して、前記生体部位（１１）の血液成分を測定する血液成分測定装置（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）であって、
少なくとも近赤外域の光を出射可能な照射光源（１２）と、
前記照射光源（１２）で出射可能な光を受光可能な感度を持つ受光部（１４、４５）と、
前記生体部位（１１）を保持・固定する保持機構（１６）と、
前記生体部位（１１）における血液成分の濃度を算出する演算手段（２０、５２）とを備え、
前記演算手段（２０、５２）は、前記生体部位（１１）のうち、血色素に相対的に吸収されやすい第１の波長の透過光強度Ｓ１と、血色素に相対的に吸収されにくい第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所について、前記血液成分の濃度を算出する、
ことを特徴とする血液成分測定装置（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）。
請求項１記載の血液成分測定装置（１０Ａ、１０Ｃ）において、
前記受光部（１４）は、受光素子がマトリックス状に配置された受光素子アレイであり、
前記演算手段（２０、５２）は、前記受光素子アレイを構成する前記受光素子のうち、前記第１の波長の透過光強度Ｓ１と、前記第２の波長の透過光強度Ｓ２との比（Ｓ１／Ｓ２）が最小のものについて、前記血液成分の濃度を算出する、
ことを特徴とする血液成分測定装置（１０Ａ、１０Ｃ）。
請求項１記載の血液成分測定装置（１０Ｂ、１０Ｄ）において、
前記照射光源（１２）と前記保持機構（１６）との間の光路上に、前記照射光源（１２）からの光を反射して前記生体部位（１１）に対して走査するスキャナ機構（４４）を備え、
前記受光部（４５）は、前記スキャナ機構（４４）による光の走査により、前記生体部位（１１）の複数箇所について、前記第１の波長の透過光と前記第２の波長の透過光をそれぞれ受光し、
前記演算手段（２０、５２）は、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光が照射された前記生体部位（１１）のうち、前記第１の波長の透過光強度Ｓ１と、前記第２の波長の透過光強度Ｓ２との比が最小の箇所について、前記血液成分の濃度を算出する、
ことを特徴とする血液成分測定装置（１０Ｂ、１０Ｄ）。
請求項１記載の血液成分測定装置（１０Ｃ、１０Ｄ）において、
前記演算手段（５２）は、
前記生体部位（１１）において、前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最小の箇所を第１測定部位として抽出する第１抽出部（５６）と、
前記生体部位（１１）において、前記第２の波長の透過光強度Ｓ２が前記第１測定部位とほぼ等しい部位のうち前記比（Ｓ１／Ｓ２）が最大となる箇所を第２測定部位として抽出する第２抽出部（５８）と、
前記第１測定部位の透過スペクトルを生成する第１透過スペクトル生成部（６０）と、
前記第２測定部位の透過スペクトルを生成する第２透過スペクトル生成部（６２）と、
前記第１測定部位の透過スペクトルと、前記第２測定部位の透過スペクトルとから、前記第１測定部位と前記第２測定部位との差分透過スペクトルを演算する差分透過スペクトル算出部（６４）と、
前記差分透過スペクトルに基づいて、前記血液成分の濃度を算出する濃度算出部（３８）とを有する、
ことを特徴とする血液成分測定装置（１０Ｃ、１０Ｄ）。
請求項１記載の血液成分測定装置（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）において、
前記生体部位（１１）を加温する加温機構を備える、
ことを特徴とする血液成分測定装置（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）。