WO2005006984A1 - 生体情報計測装置 - Google Patents

Abstract

生体情報計測装置は、光を被検体に照射し、被検体からの光を検出するする光学系２と、光の検出信号に基づいて被検体の組織性状に関する情報を得る信号処理部３−２と、光の検出信号に基づいて光の照射位置の適否を判定する位置判定部３−４とを具備する。

Description

生体情報計測装置

技術分野

本発明は、 健康管理や、 疾病の診断や ム療、 あるいは美容 のために 、 血液や生体組織細胞中、 あるいは生体組織細胞外 の体液中の物質濃度、 あ明るいは生体組織の光物性情報を非侵 襲で光学的に測定する生体情報計測装置に係 り 、 特に可視光、 近赤外光 、 あ しく は中間赤外光な どを用いて、 グルコ

食 一ス ヽ コ レ ステ Π 一ル、 中性脂肪、 ァルブミ ン等の蛋白質、 へモグ ロ ビン、 及びク レ アチニンなどの血中成分濃度、 酸素や二酸 · 化炭素な どの生体内ガス濃度、 及びァルコールゃ薬物な どの 濃度に関する情報、 あるいは癌 、 炎症ヽ 皮膚保湿能、 '動脈硬 化等に代表される生体組織の変性に関する情報を非侵襲的に 測定する生体情報計測装置に関する。

背景技術

被検体内に存在する物質の成分や濃度を測定するための代 表的な従来装置と しては、 血夜中、 も し < は体液中のグノレコ ース濃度 (血糖値） を測定する血糖計がある。 現在、 広く 用 いられている血糖計は、 被検体の指や腕な どの部位の一部に 針を刺して採取した少量の血液サンプルを利用する もので、 この採取 した血液中のグノレ コ ースを化学反応させてその濃度 を測定す ό 。

そ して 、 最も一般的なダルコース濃度の計測法と しては、 酵素電極を用いた方法がある。 グノレコ一ス検知に使用 される 酵素と しては 、 例えばグルコースォキシダーゼ （ G O D ) が - ある。 の酵素を咼分子膜などに 0定化しておき 、 被検体物 質中のグノレ：3一スがその G O D固疋化膜に接触する こ と によ つて酸素が消費され この酸素の変化を捕ら える こ とでグル コ 一ス濃度を測定する こ とができ る 。 こ のよ う な採血式の血 糖 †は携帯可能な大き さであ り 、 糖尿病 者の血糖値の管理 に利用されている

しかしなが らヽ 上記方法では採血のために指や腕などの — 部に針を刺す必要がめり ヽ 被検者の皮膚を損傷する と と に 苦痛を伴 う。 そのためにヽ 糖尿病患者の血糖値を 密に 理 するためには一 曰 に 5 、 6 回以上の測 Λ£が望ま しいにちかか わらず、 現状では一 曰 に 2 、 3 回程度の測定回数に留まつて いる。

被検者の皮膚損傷や苦痛を 減する g的で 、 微小な針ゃレ 一ザを用いて痛みを伴わなレ、程度の微小な穴を皮膚表面に開 け 、 微量の細胞間質液を採取して測定する方法やヽ 皮膚表面 に電圧や 音波を印加してヽ 皮膚の浸出透過性を良く し細胞 間質液等の浸出液を抽出 して測定する方法等が検討されてい る。

一方、グル コ ース等の被検体内に存在する物質の成分や濃 度を 、 採血や細胞間

質液の抽出を必要とせずに非侵襲で測定する方法と しては、 電磁波を利用 した方法が知 られてレ、る （例えば、 特公平 5 一

5 8 7 3 5 号公報 （第 3 — 5頁 、 図 1 - 5 ) ) 。

の方法は、 被検体の皮膚表面な どに異なる複数の波長の 近赤外光を照射 し、 それらの検出信号を基 、準信号と測定信号 2004/010261

と に分け、 これらの値を演算処理するこ と によ り 、 被検体内 に存在する物質の成分や濃度を測定する方法である。 こ こで、 波長帯域が 3 8 0 〜 7 7 0 n m程度の電磁波を可視光、 Ί 7

0 〜 2 5 0 0 n m程度の電磁波を近赤外光 、 2 5 0 0 〜 2 5

0 0 0 n m程度の電磁波を中赤外光、 及ぴ 2 5 ~ 1 0 0 0 μ m程度の電磁波を遠赤外光とする。

上記方法において、 近赤外光の光源と しては 、 タ ンダステ ン ' ノヽ ロゲンラ ンプ等の白色光源から発せられる光を干渉フ イノレタ等の分光手段で所定の波長に分光する方法や、 単色光 も しく はそれに近い半導体レーザ （ L D ) や発光ダイオー ド

( L E D ) が用いられる。 また、 被検体内を透過、 拡散した 近赤外光の検出器と しては、 フォ ト ダイォ K ( P D ) など の受光素子が用い られる。

上記のよ う な近赤外光、 更には可視光を用いた生体物質の 非侵襲分光分析は近年注目 されている方法であ り 、 中遠赤外 光を用いた分光分析と比較して、 生体の構成要素と して大部 分を占める水の吸収が小さいために、 水溶液系の分析が可能 であるこ とや、 生体を透過する能力が高いとい う長所を有す

•ο。 反 ¾ヽ 分子振動に帰属する信号が中赤外光領域と比較す る と 1 0 0分の 1 程度と小さ く 、 信号の帰属が特定しに く い とい う短所を有する。

更に、 近赤外光を用いた測定においても、 水の第一倍音付 近の領域 （ 1 2 5 0 〜 1 8 0 0 n m) の近赤外光は比較的分 子振動に帰属するスぺク トル信号が大きい反面、 光の透過性 が悪く 、 水の第二倍音付近の領域 （ 8 0 0 〜 1 3 0 0 n m) 1

4 の近赤外光は分子振動に帰属するスぺク トル信号が小さい反 面、 光の透過性が良いとい う特性をもつ。

すなわち、 近赤外領域において、 目的とする生体物質の信 号を検知する場合、 目的とする生体物質の濃度変化に対応す る信号が非常に小さ く 、 またその信号の帰属が明瞭でない場 合が多い とい う 問題を抱えている。 この よ う な問題を解決す るための方法と しては、 統計解析手法、 あるいは多変量解析 手法がある （例えば、 特開平 1 0 — 3 2 5 7 9 4号公報 （第 4 一 9頁、 図 1 一 8 ) 参照。 ） 。

これら の解析方法は微小な信号変化を捕らえ正確な物質の 定量化を行う のに優れた方法であるが、 目的とする生体物質 情報の指標と なる信号の信号対雑音比 （ S N比） を改善する ものではない。

S N比を改善する方法と しては、基準信号と 目的 とする物 質情報に関係する信

号と の差、 あるいはそれらの比を求める こ と によ り 、 目的と する生体物質の濃度変化 （変動） を明確にする方法や、 複数 回計測した信号を平均化する こ と によ り 、 雑音成分を小さ く する方法が用い られている。

また、 被検体に光を照射して被検体組織を透過、 拡散した 光を検出する場合には、 被検体の組織性状の指標と なる情報 を有する光信号以外に、 被検体組織表面や測定器の光の入出 力部において、 散乱あるいは反射した前記組織性状の指標と なる情報と は無関係な光が重畳して測定され、 雑音が大き く なる場合がある。 このよ う な問題を解決するための測定法と して、 照射点と 受光点の距離を変える こ と によって、 実質的に光拡散光路長 が異なる複数の測定データから物質の吸光度を ^出する空間 分解拡散反射法がある （例 ば、 国際公開 W 0 9 9 / 5 9

4 6 4号公報 （第 7 頁、 図 1 ) 参照。 ） 。

こ の方法は、複数の光フ 了 ·ィバを被検体の測定部位表面に 直接接触させてお り

、 照射位置と光検出位置が空間的に異なる複数の部位で光を 検出するため、前記

被検体組織表面や測定器の光の入出力部に いて、 散乱ある いは反射する こ と によ って発生する雑音信号の検出を抑制す る こ とがでさ る

また、 複数の光源と検出器をァ レィ状に構成し、 光学ファ ィバプレ一 卜 を介 して照射及ぴ受光を行う方法も開示されて いる （例えば 、 米国特許第 5 8 9 3 3 6 4号明細書 (第 7 一

8頁、 図 1 ― 2 ) 参照。 ） 。

生体組織の光学的特性は、 個体 間や部位によつて異な ό。 のよ う な光学的特性の差異はヽ 測定精度に大きな影響を与 ゝ

る。 例 ば 、 光路内に血管等がある場合にはヽ 血液の拍動 の影響によ り ヽ 光信号が変動する このよ う な個体差間や部 位によつて異なる光学的特性の影響を抑制 し、 測定精度の向 上を図る ·>- と を 目的と した方法と しては、 複数の波長の光を 照射してヽ その際に被検体内を拡散 、 透過 、 若しく は反射し た光信号を収集して、 それらの情報力、ら相互相関などの処理 を行 う こ と によ り 、 被検体の組織性状を反映した所望の情報 6 を精度良く 抽出する方法がある （例えば、 特開平 1 0 — 3 2 5 7 9 4 号公報 （第 4 一 9 頁、 図 1 一 8 ) 参照。 ） 。

また、 部位の違いによる光学的特性の差異の影響を抑制す る方法と しては 、 電荷結合素子な どの撮像素子を用いて 、 光 を照射する部分を含む被検体の一部を撮影 して画像情報化し の画像情報から光を照射する位置が測定の度毎に同一にな る に調整する方法が開示されている (例えば、 特開平 1

1 ― 1 2 8 1 7 6 号公報 （第 2 — 4頁、 図 1 一 2 ) 参照 o ) また 、計測部位の温度に依存 し 'て測定結果が変動する こ と が明 らかにされてお

- り の問題を解決する方法と しては、 計測部位の温 を制 御する 法、 めるいは計測部位の温度を計測 して補正を行う 方法などが開示されている （例えば、 特開平 1 1 _ 1 2 3 1

9 5 号公報 （第 3 — 4頁、 図 4 一 8 ) 参照。 ） 。

また 、 効率よ く 被検体内へ光を侵入させる と共に、 被検体 内を拡散、 透過 、 若しく は反射して被検体外に到達した光の 検出能を高めるために、光の入出力部及

びその近傍を血圧計な どに利用 されているマ ンシェ V 卜 (圧 迫帯 ) を用いて 、 被検体と測定装置と の接触性を良く する方 法もある。

グルコ ース濃度 （血糖値） 以外の被検体内に存在する物質 の成分や濃度の非侵襲的測定に関 しては、 例えば抹消血管内 の モグ口 ビン濃度の測定装置や 、 酸素飽和度を測定する装 置な どが実用化されている。 また 、 グノレコース と 同様に 、 生 活習慣病に関わる重要な生体内物質である コ レステロ ルや 0261

7 中性脂肪をはじめ と した各種の生体情報を 、 非侵襲的かつ定 量的に計測する装置の開発が望まれている o

被検体内に存在する物質の成分や濃度、 或いは被検体組織 の変性に関する 報を非侵襲で光学的に測定し分析する装置 においては、 被検体の被測定部位や測定条件が測定毎に変動 した り 、 被検体組織の差異等のために被測定部位の位置に依 存して測定結果が異なる といった問題を抱えている。

発明の開示

本発明の 目的は 、 被測定部位や測定条件が不適当である こ と による測定の失敗を防ぎ、 被検体の体液や組織の成分、 濃 度、 あるいは物性の変化に関連した光学的な情報を迅 に精 度良く 計測 して 、 正確な被検体の組織性状の定量分析 、 め いは定性分析を行 こ とができ る生体情報計測装置を提供す る こ と にある。

本発明の生体情報計測装置は、 光を被検体に照射し 、 被検 体内を拡散、 透過 、JE

ヽ 若しく は反射した光を検出 して、 前記被 検体の組織性状に関する情報を非侵襲的に得る生体情報計測 装置において、 記光の検出信号に基づいて被照射部位や被 測定部位の位置に ける測定の適否を判定する位置判定手段 を有する こ と を特徴とする。

本発明によればヽ 測定位置が最適な場所になる よ う に測定 部位を調整し、 測定条件を最適にするこ と で、 測定場所が不 適当である こ と によ る測定の失敗を防止し 、 生体組織性状の 定量分析や定性分析の測定精度の向上を図る こ と ができ る。 図面の簡単な説明 2004/010261

8

1 は本発明に係わる生体情報計測装置の第 1 の実施例の 構成を示すブロ ック 図である

図 2 は本発明の第 1 実施例に係る予備測定と位置判定の模 式図である

図 3 は本発明の第 1 の実施例に係る予備測定処理の手順を 示す図である。

図 4 は本発明の第 1 の実施例に係る予備測定処理の手順を 示す図である。

図 5 は本発明に係る生体情報計測装置の第 2 の実施例の構 成を示すブロ ック図であ ό 。

図 6 は本発明の第 2 の実施例に係る予備測定と 照射強度決 定の模式図である。

図 7 は本発明の第 2 の実施例に係る測定処理の手順を示す 図である

図 8 は本発明の第 2 の実施例に係る測定処理の手順を示す 図である

図 9 は本発明の第 2 の実施例に係る測定処理の手順を示す 図である

図 1 0 は本発明の第 2の実施例に係る測定処理の手順を示 す図である

発明を実施する ための最良の形態

(第 1 の実施例）

以下に 本発明によ る生体情報計測装置の第 1 の実施例を 図面に基づいて説明する

図 1 はヽ 本発明に係る生体情報計測装置の第 1 の実施例の 1

9 構成を示すブロ ック図であ ό 。

第 1 の実施例は、 特許文献 3 に BD載されている照射点と受 光点の距離を変える こ と によつて、 実質的に光拡散光路長が 異なる複数の測定データから物質の吸光度を算出する空間分 解拡散反射法と 、 特許文献 2 に曰し されている複数の波長の 光を利用する方法を用いてレヽる

生体情報計測装置 1 は、 ィ ンタ フ ェ ―ス部 8 と、 光学系 2 と、 データ処理系 3 と、 表示部 4 と 、 制御部 5 と、 操作部 6 と、 電源部 7 を備えている

光学系 2 は、 光源部 2 — 1 を有する 光源部 2 — 1 は、 一 つも しく は複数の単色光、 あるいはそれに近い光を発生する。 合波部 2 — 2 は 、 光源部 2 一 1 からの光を同一光軸に重ね合 わせる。 照射 - 受光部 2 — 3 は光の光軸を制御する 照射 · 受光部 2 — 3 からの光はィ ンタ フェ ―ス部 8 を介 して 、 被検 体 9 の被測定部位へ照射される。

被検体 9 内を拡散、 透過、 若し く は反射した光を照射 ·受 光部 2 — 3 で受光し、 受光した光を光検出部 2 — 4で検出 し 電気信号に変換して、 その電気信号を信号増幅部 2 — 5 で增 幅する。

この と き、 被検体 9 内を拡散、 透過、 若しく は反射した部 位において信号増幅部 2 — 5 から検出される光信号の強度は、 前記被検体 9 内に存在する所定の物質の存在比率や濃度に依 存する。

光源部 2 — 1 において、 使用する単色光あるいはそれに近 い光を発生させる光源と しては、 半導体レーザ （ L D ) や発 光ダイオー ド （ L E D ) 等の小型の発光素子が望ま し く 、 そ れらの波長で発光する素子を一つも しく は複数使用する こ と ができ る。

データ処理系 3 は、 光学系 2 の信号増幅部 2 — 5 にて増幅 した電気信号を、データ収集部 3 — 1 でデジタル信号に変換 して収集し、 信号処理部 3 — 2 で信号処理を行ない、 被検体 9 内に存在する物質の成分や濃度、 あるいは被検体組織の変 性に関する情報に算出 して、 その結果をデータ記憶部 3 — 3 に保存する。

なお、 被検体 9 内に存在する物質の成分や濃度、 あるいは 被検体 9 の組織の変性に関する情報は、 予め当該被検者ゃ所 望の被検者群において、 本発明の生体情報計測装置や標準的 な手法によ り 得られる測定データから統計的解析方法な どを 用いて、 両方の測定データの関係を数学モデル化しておき、 この数学モデルに従って算出される。

表示部 4 は、 点灯色が赤/緑で変化する表示灯と、 C R T 又はパネルタイプのディ スプレイ とを有し、 必要に応じて、 データ処理系 3 の信号処理部 3 — 2、 位置判定部 3 _ 4 で処 理された情報を表示する。 表示部 4 は、 制御部 5 の制御の元 で位置判定部 3 — 4 による位置判定結果、 つま り 判定された 照射位置の適否を、 表示灯の点灯色又はディ スプレイ のメ ッ セージ表示によ り ィ ンジケ一トする。 表示部 4のディ スプレ ィ には、 信号処理部 3 — 2 で処理された被検体 9 内に存在す る物質の成分や濃度、 あるいは被検体組織の変性に関する情 報が表示される。 判定された照射位置の過否を、 表示灯の点灯色又はデイ ス プレイのメ Vセージ表示によ り イ ンジケ ― 卜する事には限定

、

されず、 例 ば上記適否に応じた音声、 あるレ、は振動によ り 適否をイ ンジケー トする よ う に しても よレ、 振動は 、 被照射 部位や被測定部位近傍 し Pス置されたバイ プレ一タ駆動回路に よ り 発生され ό 。

位置判定部 3 — 4 は 、 予備測定期間の光検出信号に基づい て光照射位置の適否を判定する 。 具体的には 、 位置判定部 3 一 4 は、 予備測定期間中に測定された複数の光検出信号の強 度が適正範囲に収まつている と き照射位置が適正である と判 定する。 または位置判定部 3 一 4 は、 光の検出信号の変動幅 が しきい値よ り 低いと き照射位置が適正である と判疋ーヲ る。 好ま しく は 、 適正範囲又はしきい値は、 測定部位ヽ 被検体の 皮膚体質 （乾燥肌 ·程度 ) ヽ 被検体の肌の色ヽ 年令等の光の侵 入 Z散乱/反射に関わる光学的特性に応じて使い分け られる。 複数の適正範囲 （又は しきい値） が複数の光学的特性に関連 付けられて適正範囲記憶部 3 — 5 に記憶されている。 制御部

5 は、 操作部 6 を介 して入力された光学的特性に対応する適 正範囲 (又はしきレヽ値 ) を適正範囲記 — 5 力 ら 15Cみ出 させ、 位置判定部 3 4 にセッ トする

生体情報計測装置 1 の操作は操作部 6 によ り 行う。 操作の 方法と しては、 キーポー ド、 マウス 、 ボタ ン 、 タ ツチキーパ ネル、 音声な ど生体情報計測装置 1 の使用者に適 した操作手 段を用いる こ とがでさ る。

制御部 5 は、 生体情報計測装置 1 の使用者が操作する操作 0261

2 部 6 の信号等に基づき、 光源部 2 — 1 、 信号増幅部 2 — 5 データ収集部 3 — 1 、 信号処理部 3 _ 2、 データ記憶部 3 — 3 、 適正範囲記憶部 3 — 5 、 位置判定部 3 — 4、 表示部 4 電源部 7 な ど生体情報計測装置 1 の動作を制御する。

電源部 7 は、 信号増幅部 2 _ 5 、 表示部 4 、 制御部 5 へ電 力を供給し、 更に制御部 5 が、 必要に応じてデータ記憶部 3 一 3 、 信号処理部 3 — 2、 データ収集部 3 — 1 、 適正範囲記

'1思 'P 3 ― 位置判 部 3 — 4 電力を供給す

図 2 は、 本実施例の測定部位による信号変化のメ カニズム の一例を模式的に示して！/ヽる。 人体の皮膚の構造は図 2 に示 した とお り 体表から順に表皮 、 真皮 皮下組織で構成され ている。 本発明に係る生体情報計測装置 1 では 、 照射した光 は主に表皮から真皮の部分に浸入 し、 その過程で反射や散乱 した光の一部は体表 と放射され検出される。

図 2 に示した とお り 、 真皮には、 血管 、 神経 、 汗腺、 体毛 等の組織があ り 、 複雑な構造を呈してレ、る。 例えば、 生体情 報計測装置 1 の照射光が体毛部に照射された場合とそれ以外 の部分に照射された場合には、 それら組織の光学的特性の違 いから検出される信号強度は大き く 異なる。 の場合には、 体毛部以外の部分に照射する こ と が望ま しい。

図 2の位置 Aでは 血管や神経の一部を光が通過するため 例えば血管内を流れる血液の拍動の影響で信号が変動する。 予備測定は 本測定 に行われる。 予備測定は 0. 5 秒、等の所 定期間を一単位と して予備測定停止指示が入力されるまで繰 り 返される 所定期間内には予備測定用の光の照射とその反 射光等の検出と が繰り 返される。 所定期間内には 1 セ トの 光検出信号が取得される。 1 セ ッ ト の光検出信号の少な < と も一の信号強度が適正範囲から外れている と さ 、 その位置が 不適正である こ とが判定される 。 その と きはヽ 表示部 4 の表 示灯が赤色で点灯される。

一方、 位置 Βでは、 1 セ 卜の光検出信号全てが適正範囲 に収まる その位置が適正である こ と が判定される のと きは 、 表示部 4 の表示灯が緑色で点灯される 術者は 、 表示 部 4 の表示灯が赤色から緑色に変化する位置を 、 ィ ンタ フェ

―ス部 8 等を移動しなが ら探 する こ とがでさ る。 例えば、 この場合にはへモグ口 ビンの濃度に依存して変化する波長の 光、 例えば , 5 0 0 η mと 1 6 0 0 n mの間の波長にて測定 を行ない 、 その結果から最適な測定 1A 置を決める。 そ して、 グルコ ' ~·ス等の所望の測定を刖記最適な測定位置にて実施す る こ とができ る。

図 3 及び図 4 は、 光学信号の測定 （以下、 予備測定と 呼 ぶ。 ） を行ない、 その信号に基いて測定部位が測定に適して いるか否かを判定し、 その判定結果を表示する までの予備測 定を含む処理の手順を示 している。

図 3 は予備測定を行う場合の手順を示す。 0. 5 秒等の予備 測定が繰り 返される 各予備測定期間内に、 光照射及び光受 信が所定回数繰り 返される。 それによ り 1 セ ッ 卜の光検出信 号が される 1 セ ッ トの光検出信号全ての強度が適正範 囲に収まつていればヽ 光照射位置 （又は測定位置 ) が適正で ある と判定される。 その と き制御部 5 は、 表示部 4 の表示灯 4 を緑色に点灯するために 、 表示部 4 を制御する。

一方 1 セ ッ トの光検出信号の少な < と 一の光検出信号 の強度が適正範囲から外れている と き 光照射位置 （又は測 定位置 ) が適正ではないと判定される その と き制御部 5 は、 表示部 4 の表示灯を赤色に点灯するために 表示部 4 を制御 する で、 予備測定は実際の本測定と し 件で測定し ても良い し 、 波長や照射強度を本測定と は変更しても良い。

図 4が、 図 3 と異なる点は、 図 3 の信号強度に代えて 、 予 備測定の信号変動から位置の適合性を判定する こ とである 本 ¾施例では、 予備測定期間中に取得した 1 セッ トの光検出 信号の変動 、 例えば複数の光検出信号の最大値と m小値の差 が、 しきい値よ り 低いと き、 光照射位置 (又は測定位置 ) が 適正である と判定される (図 6 参照） その と き制御部 5 は、 表示部 4 の表示灯を緑色に点灯するために 表示部 4 を制御 する 一方 、 予備測定期間中に取得した 1 セ ッ 卜の光検出信 号の亦動、 例えば複数の光検出信号の最大値と最小値の差が、 しきい値と 同 じ又は超過 している と き 光昭、射位置 （又は測 定位置 ) が適正ではないと判定される そのと き制御部 5 は、 表示部 4 の表示灯を赤色に点灯するために 表示部 4 を制御 する

図 3及び図 4 に示した信号強度レベルと信号変動レベルを 併用 して測定部位が適合してレ、るか否かを判定する こ と も可 能である。

(第 2 の実施例）

図 5 は、 本発明に係る生体情報計測装置の第 2 の実施例の 構成を示すブロ ック 図である。 移動機構駆動部 1 4 は、 光学 系 2 が移動可能な光学系水平可動部 1 2 と、 前記光学系水平 可動部 1 2 にィ ンタ フ ース部 8 を含めて移動可能な光学系 上下可動部 1 3 と、 イ ンタ フ ェ ース部 8 に被検体 9 の被測定 部位の温度を制御する温度制御部 1 0 と、 前記被測定部位の 温度を測定する温度センサ 1 1 を追加配置 している点である。

移動機構駆動部 1 4 は、 例えば駆動モ一タや複数のギアで 構成され 、 電源部 7 から駆動モ ■ ~ 々 への印加 流を制御部 5 で制御する こ と によ り 、 光学系水平可動部 1 2や光学系上下 可動部 1 3 を可動制御する こ と ができ る o

位置判定部 3 — 4 ,と と もに、 照射強度判定部 3 一 6 、 接触 圧判定部 3 _ 7 がテ一タ処理系 3 に BXけ られる

温度センサ 1 1 は 、 被検体の体表面 を測中するために、 生体とのイ ンタ フェ 一ス部 8 に埋め込まれる ο 温度セ ンサ 1

1 は、 熱電体ゃサ一 、 スタなどで構成される 温度制御部 1

0 は、 温度センサ 1 1 で検出され / 度がヽ 本測定開始に適 した温度になる よ にヽ 温度センサ 1 1 で検出され

従ってィ ンタ フ エ一ス部 8 の底面部に取り 付け られた熱源と なるペルチェ素子 1 5 に電流を供給する o ルチェ素子 1 5 で発生された熱がィ ンタフェ ^¾ ス部 8 の全面に伝達される よ う に、 ィ ンタ フ エ一ス部 8 は例えば生体と の熱ィ ンタ フ エ ー ス材と して熱伝導性の良いァルミ ニゥムな どの金属材料で構 成される ο

以下に 、 本発明に係わる第 2 の実施例の椁—成を用いた測定 処理の手順を示す。 6 図 6 は、 本実施例の照射強度の理いによ る信号変化のメ カ ニズムの一^ Uを模式的に示している。 図 6 中 Aの照射光では 血管の一部を光が通過するため 検出される Aの検出光の検 出信号が変動し、 その信号変動幅が所定の適正範囲から外れ る。 一方、 位置 Aよ り も照射強度を低く した位置 B の照射光 では、 照射光の皮膚への浸入深さが少なく な り 、 血管の一部 光度照低変判のがのいるでがよをめ

による光信号の変動が抑制される。 従つて、 検出される B の 行てく

検出光の検出信号変動幅が所定の適正範囲に入り 、 定した 信号を検出する こ とがで

すなわち、 図 5 に示 した 源

1 への印加 を変 て照射強度を変える こ と に り 、 照射光の皮膚への浸入深さ が変わり 、 例えば生体深部 光路のー部に信号変動の原因と なる血管がある場合には 射強度を低 < する こ と によ り 光 信号の変動を抑制する こ と でさ る。

図 7および図 8 は、 第 1 施例で示した光学信号の予備 測定結果に基づき、 照射強 正化のための予備測定、 接触 圧適正化のための予備測定 う 測定処理の手順を示 してい る。 位置判定部 3 — 4 に J _s 1 セ ッ ト の光検出信号の変 動幅が所定の しきい値よ なるまで 、 つま り 測定位置が 適正である と判定されるま 、 制御部 5 は、 移動機構駆動部 1 4 を制御 して照射位置を 更する。

測定位置が適正である と 定された と さ、 次に その位置 で光照射強度の適正化作業 開始される 。 適正化された位置 で光照射強度の適正化のた の予備測定が繰り 返される o 照射強度判定部 3 — 6 は 図 8 に示すよ う に、 1 セ 卜 の 光検出信号の信号変動幅が、 測定位置適正化の判定基準よ り 厳しい判定基準である例えば ± 1 °/₀の範囲に入る と き、 その 照射強度が適正である と判定し、 当該範囲に入らないと きそ の照射強度が不適正である と判定する。 制御部 5 は、 照射強 度が適正と判定されるまでヽ 昭、、ヽ射強度を少 しずつ変更するた めに、 光源部 2 一 1 を制御する

照射強度が M正である と判定された と き、 次に、 被検体の 体表に対するィ ンタ フエ ース部 8 の接触圧の適正化作業が開 始される。 適正化された位 ： 、 適正化された照射強度で接触 圧適正化のための予備測定が繰り 返される。

接触圧判定部 3 — 7 は、 図 1 0 に すよ う に 、 1 セ ッ トの 光検出信号の少なく と も一の信号の信号強度が 、 接触圧判定 のための しさい値よ り 高く なる と き接触圧が不適正である と 判定し、 1 セ トの光検出信号全ての信号の信号強度が、 接 触圧判定のための しきい値よ り低く なる と き接触圧が適正で ある と判定する 。 制御部 5 は、 接触圧が適正である と判定さ れるまで、 光学系上下可動部 1 3 を用いて被検体 9 とイ ンタ フェース部 8 の接触圧を変更する

被検体 9 とィ ンタ フ エ ース部 8 の接触条件は 、 皮膚組織部 の血流の動態を変える一要因であ り 、 また照射光の皮膚への 浸入深さゃ検出光の検出信号強度を変える要因でもあ り 、 本 実施例によ り ヽ 被検体ごと に測定部位に応 じて最適な接触圧 条件が設定され 、 その条件に某づいて接触圧が制御される。

例えば、 被検体 9 の被測定部位が前腕においては、 その前 腕とイ ンタ フ ェース部 8 の接触圧が 1 0 0 g f Z c m ²にな JP2004/010261

1 8 る よ う に決める こ と ができ る。

測定位置、 照射強度、 接触圧が適正である と判定されたと き、 次に、 被検体の体表温度の適正化作業が開始される。

図 9 は被検体 9 の被測定部位の温度を制御する手順を示し ている。 図 9 の測定処理の手順では、 被検体 9 の測定部位近 傍に配置された被測定部位の温度を制御する温度制御部 1 0 は、 温度セ ンサ 1 1 による被測定部位の体表温度が、 測定に 適した温度に略一致する よ う に、 ぺルチェ素子 1 5 に電流を 供給する この条件下で被検体 9 内に存在する所望の物質の 成分や濃度 、 或いは被検体組織の変性に関する情報を得るた めの本測定を行う

被検体 9 の被測定部位とイ ンタ フェース部 8 は共に i¾温 度に左右され、 お互レヽの温度も異なるので、 被検体 9 がイ ン タ フ エース部 8 に接する と、 被検体 9 に生理変動を与え検出 光の検出信号強度を変える一要因 と なる。 本実施例によ り 最 適な温度条件を決める こ とができ る

以上のよ う に、 測定位置、 照射強度 、 接触圧及び体表温度 が適正化されたと き、 本測定が開始される。

上記様 の説明においては、 予備測定処理を行った後に本 測定を行 Ό ものにっレ、て述べたが、 予備測定処理で最適な測 定条件が得られれば、 予備測定を本測定と しても良いこ とは 勿論である

産業上の利用可能性

本発明によれば 、 被測定部位や測定条件が不適当である こ と による測定の失敗を防ぎ、 被検体の体液や組織の成分、 濃 9 度、 あるいは物性の変化に関連した光学的な情報を迅速に精 度良く 計測 して、 正確な被検体の組織性状の定量分析、 ある いは定性分析を行う こ とができ る生体情報計測装置が得られ る。

Claims

ョ; k 求 の 範 囲

1 . 光を被検体に照射する手段と、

前記被検体からの光を検出する手段とヽ

前記光の検出信号に基づいて前記被検体の組織性状に関す る情報を得る手段とヽ

前記光の検出信号に基づいて前記光の照射位置の適否を判 定する位置判定手段と を具備する こ と を特徴とする生体情報 計測装置。

2 . 前記位置判定手段は、 前記光の検出信号の強度が適正 範囲に収まっている と き前記照射位置が適正である と判定す る こ と を特徴とする 求項 1 に記載の生体情報計測装置。

3 . 前記位置判定手段は、 前記光の検出信号の変動幅が し きい値よ り 低いと さ 記照射位置が適正である と判定する こ と を特徴とする請求項 1 に記載の生体情報計測装置。

4 . 前記判定された照射位置の適否をヽ 表示灯の点灯色又 はディ スプレイ のメ クセージ表示によ り ィ ンジケ一 トする手 段を さ ら に備える こ と を特徴と 求項 1 に記載の生体情 報計測装置。

5 . 前記判定された照射位置の適否を 立

ヽ 声又は振動によ り イ ンジケー トする >- 手段をさ らに備える と を特徴とする請求 項 1 に記載の生体 Ί 報計測装置 o

6 . 前記被検体の組織性状に関する 'm報は、 生体組織の細 胞中、 あるいは生体組織の細胞外の体液成分濃度であ り 、 前 記体液成分濃度はグル コ ース濃度であつて 、 前記グノレコース 濃度の定量にあたつて 、 少なく と も 4 0 0 〜 2 5 0 0 n mの 2 領域から選択された波長の光を用いる こ と を特徴とす 青求 項 1 に記載の生体情報計測装

。

7 . 前記体液成分濃度はヽ 血液中に含まれるへモグ口 ビン 濃度であって、 前記へモグ ビン濃度の定量にあたつて、 少 なく と も 5 0 0 〜 2 5 0 0 n mの領域から選択された波長の 光を用いる こ と を特徴とする請求項 6 に記載の生体情報計測

¾晋

8 . 光を被検体に照射する光照射部と、

被検体内を拡散、 透過、 右し く は反射した光を検出する手 段と 、

前記光の検出信号に基づいて前記被検体の組織性状に関す る情報を得る手段と、

前記光の検出信号に基づいて前記光の照射位置の適否を判 定する位置判定手段と、

前記被検体の体表と略平行に前記光照射部を移動する移動 機構と、

前記光の照射位置が不適正である と判定されたと き 記光 照射部を移動するために前記移動機構を制御する制御手段と を具備する こ と を特徴とする生体情報計測装置。

9 . 光を被検体に照射する光照射手段と、

被検体内を拡散、 透過、 若しく は反射した光を検出する手 段と 、

前記光の検出信号に基づいて前記被検体の組織性状に関す る情報を得る手段と、

前記光の検出信号に基づいて前記光の照射強度の適否を判 定する手段と を具備する こ と を特徴とする生体情報計測装置。

1 0 . 前記光の照射強度が不適正である と判定された と き 刖記光の照射強度を変更するために刖記光照射手段を制御す る制御手段をさ らに備える こ と を特徴とする請求項 9 に記載 の生体情報計測装置

1 1 . 光を被検体に照射する光照射部とヽ

被検体内を拡散ヽ 透過、 しく は反射した光を検出する手 段と、

刖 HB光の検出信号に基づいて前記被検体の組織性状に関す る情報を得る手段と 、

m s己光の検出信号に基づいて前記被検体に対する前記光照 射部の接触圧力の適否を判定する手段と を具備する こ と を特 徴とする生体情報計測装置。

1 2 . 前記被検体に接近 Z離反する方向に前記光照射部を 移動する移動機構と

刖記接角虫圧力が不適正である と判定されたと き前記光照射 部を移動するために前記移動機構を制御する制御手段と をさ らに備える こ と を特徴とする請求項 1 1 に記載の生体情報計 測装置

1 3 . 光を被検体に照射する光照射部と 、

被検体内を拡散ヽ 透過、 しく は反射した光を検出する手 段と 、

刖記光の検出信号に基づいて前記被検体の組織性状に関す る情報を得る手段とヽ

刖記被検体の温度を検出する手段と、 前記検出 した温度の適否を判定する手段と を具備する こ と を特徴とする生体情報計測装置。

1 4 . 前記被検体に対して加熱/吸熱する加熱/吸熱手段 と、

前記検出された温度が不適正である と判定されたと き前記 被検体の温度を変化させるために前記加熱/吸熱手段を制御 する制御手段と をさ らに備える こ と を特徴とする請求項 1 3 に記載の生体情報計測装置。

1 5 . 前記加熱 Z吸熱手段は、 ペルチェ素子を有する こ と を特徴とする請求項 1 4 に記載の生体情報計測装置。