WO2007007459A1

WO2007007459A1 - 生体の成分に関する情報を正確に測定できる生化学計測器

Info

Publication number: WO2007007459A1
Application number: PCT/JP2006/309236
Authority: WO
Inventors: Yusaku Sakoda
Original assignee: Omron Healthcare Co., Ltd.
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2007-01-18

Abstract

　生化学計測器において、光センサ（１１）の各受光部（１１５Ａ～１１５Ｃ）は、それぞれ生体が放射する赤外光のうち、測定する成分に応じた波長の赤外光を受光する。測定対象温度センサ（１３）、湿度センサ（１５）は、それぞれ、測定時における測定部位の温度、測定部位と光センサとの間の空間の湿度を測定する。濃度算出アルゴリズム（３５）において、各受光部（１１５Ａ～１１５Ｃ）での出力値が、生体からの放射光による出力値は測定部位の温度、および測定部位と光センサとの間の空間の湿度に関連する出力値によって補正される。また、各受光部（１１５Ａ～１１５Ｃ）からの信号強度のうち、相関する信号強度間で一方の信号強度を用いて他方の信号強度が補正され、上記成分の濃度が算出される。

Description

明細書

生体の成分に関する情報を正確に測定できる生化学計測器

技術分野

[0001] この発明は生化学計測器および生化学計測プログラムプロダクトに関し、特に、混合された成分の中から特定の成分に関する情報を測定できる生化学計測器および生化学計測プログラムプロダクトに関する。

背景技術

[0002] 生体中の成分、特に血中成分を測定する装置は数多く提供されている。このような装置として、近年、生活習慣病の自己管理の観点から、自己血糖測定器、および自己血中コレステロール測定器などが市販されている。特に血糖測定に関しては、糖尿病患者の自己管理ツールとしてその重要性が増し、高頻度な測定が患者の QOL (Quality of life :生活の質）の向上につながり、ひいては心疾患や合併症の予防につながるとされている。

[0003] 血糖測定に関しては、非観血的なデバイスとしていくつかの提案がなされている。

非観血的なデバイスは、皮下浸出液を採取してその中に含まれるグルコース濃度を測定する、いわゆる semi-invasiveタイプのデバイスと、生体の光特性から血糖値を算出する、いわゆる Non-invasiveタイプのデバイスとに大別される。

[0004] semi-invasiveタイプの方法およびデバイスの例として、特表 2002— 514453号公報 (以下、特許文献 1と称する）は、生物学的系に存在する標的とする科学的分析物の濃度を測定するための方法およびデバイスを提案している。この方法は、抽出工程において、分析物をその生物学的系から、サンプリングシステムを使用して経皮的に抽出する工程を含む。このサンプリングシステムは、その生物学的系の皮膚または粘膜表面と有利に接触している工程、および検知工程においてその抽出された分析物を、センサ手段と接触させて、その分析物に特異的に関連する検出可能な信号を得る工程を包含する。具体的には、サンプリングシステムは、皮下の浸出液を電気的に抽出し、ダルコース特異センサで浸出液中のグルコース濃度を測定するシステムである。 [0005] また、 Non-invasiveタイプの方法およびデバイスの例として、特開平 5— 176917 号公報 (以下、特許文献 2と称する）は、光学的血糖値非破壊測定方法および装置を提案している。これは、光源を有し、光源から照射される、波長 0. 78〜： L 32 m 力選択される少なくとも 1つの波長の近赤外光を人体に入射させてその透過光の強度を測定し、その測定結果に基づ、て人体内のグルコース濃度を求める方法および装置である。

[0006] しカゝしながら、特許文献 1に提案される方法およびデバイスを用いる場合、皮下浸出液を採取するために時間と手間とがかかるという問題がある。また、皮下浸出液中のダルコース濃度は血中ダルコース濃度の変化に対して約 20分の遅れがあるとされ、厳格な血糖管理を必要とする患者への適用は難しいという問題もある。また、経皮的に分析物を抽出する工程において皮膚にダメージを与えるという点も無視できず、これも大きな問題となって、る。

[0007] また、特許文献 2に提案される測定装置は、光源を有するためデバイスの小型化が難しぐ携帯性に劣るという問題がある。また、システムの消費電力も大きくなつてしまうという問題もある。また、（波長が 3 m以下である）近赤外光は、生体をよく透過するため Non-invasiveな測定技術にはよく用いられる力グルコースなどの血中成分に対する選択性に乏しいという問題もある。一方、（波長が 3〜15 /ζ πιである）中赤外光は、物質に固有なスペクトルを有する領域であり、その選択性にも優れているが、生体に対する光透過性が悪ぐ特に光源を用いた Non-invasiveな測定技術に適用することは難しいとされてきた。したがって、中赤外光を用いた場合の Non-invasive な測定を行なう場合、指先などの角質層の厚い体表部ではなぐ粘膜が測定部位として考免られる。

[0008] 粘膜を測定部位とする計測方法としては、 Motoaki Shichiriらが著作したウェブべ一ジ" LEOS newsletter [Volume 12 Number 2 April 1998] A PUBLICATION OF THE IEEE LASERS AND ELECTRO-OPTICS SOCIETY "Non-invasive Fou rier Transformed Infrared Spectroscopy for the Measurement of submucosal Tissue Glucose Concentration- Application of Chalcogenide Optical Fiber Syst em"" (以下、非特許文献 1と称する）に示される Shichiriらの報告が、フーリエ変換赤外分光分析法を応用した口唇粘膜吸光スペクトルを用いた非侵襲的血糖計測法に関するものである。しかし、非特許文献 1に示される方法も使い勝手の面で不利であるのみならず、フーリエ変換赤外分光分析法という高価かつ複雑な装置を用いなければならなヽと、う問題がある。

これらの問題を解決する測定技術の一例として、特表 2001— 503999号公報（以下、特許文献 3と称する）は赤外線による組織分析物の測定方法および装置を提案して、る。この方法および装置は生体力発せられる赤外放射を基にして血糖などの血中成分を算出し、複雑な機構を必要としないため、前述の問題を解決したものといえる。この技術はキルヒホッフの法則を基本原理とする。すなわち放射率 εは吸収率 αに等しい。ある特定の波長における吸収率が高いとき、放射率も同様に高い。たとえば吸収スペクトルである特定の波長における特異的なピークを有する物質は、その波長における放射率も高い。例として、図 8にグルコースの吸収スペクトル (濃度 0 に対する差スペクトル）を示す。図 8を参照して、このスペクトルにおいて、グルコースの場合、吸収極大の波長が 9. 6 m付近にあることが分かる。また、濃度が変化しても吸光度が変化しない点が 8. 5 m付近にある。このことは、前述の法則に基づくならば、吸収極大を示す波長領域すなわち 9. 6 m付近の放射光エネルギーが極大になることを意味し、逆に 8. 5 m付近の放射光エネルギーは濃度に依存しないことを意味する。したがって、両方の波長における放射光エネルギーを測定して、たとえば両者の比や差をとることによって、測定対象にグルコースと共に含まれるある成分の濃度、含有率などを得ることが可能である。

特許文献 1 :特表 2002— 514453号公報^099,58051)

特許文献 2：特開平 5 - 176917公報

特許文献 3：特表 2001— 503999号公報 (W097/43947)

非特許文献 l : Motoaki Shichiri、外 2名、" LEOS newsletter [Volume 12 Number 2 April 1998] A PUBLICATION OF THE IEEE LASERS AND ELECTRO- OPTICS SOCIETY "Non-invasive Fourier Transformed Infrared Spectroscopy for the Measurement of Submucosal Tissue Glucose Concentration— Applicati on of Chalcogenide Optical Fiber System 、 [online]、平成 10年 4月、 Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.、 [平成 17年 5月 13日検索]、インタ^ ~ネットく http://www.ieee.org/ organizations/ pubs/ newsletters/leos/ apr98/ nonin vasive.htm >

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] し力しながら、組織中あるいは血中に含まれる成分は多岐にわたり、目的とする所定の波長に含まれる成分の情報は測定対象となる目的の成分の情報のみを含むとは限らない。そのため、特許文献 3に提案されている方法を用いた場合であっても目的の成分の情報が得られるとは限らないという問題がある。

[0011] 図 9に示された血中に含まれる主要な成分のスペクトルを用いて、より具体的に説明する。図 9に示されるスペクトルは、それぞれ、グルコース 500mgZdL、コレステロール 125mgZdL、中性脂肪の一種であるトリラウリン 100mgZdL、血中蛋白質の主要成分であるアルブミン 5mgZdLのスペクトルである（グルコース以外は、ほぼ正常なヒト血液に含まれる濃度範囲である)。図 9より明らかなように、 9. 付近、および 8. 5 /z m付近にはさまざまな成分のピークが存在する。そのため、前述のように、グルコースの濃度を測定する場合に 9. 6 mの放射光エネルギーと 8. 5 μ τηの放射光エネルギーとを捉えるのみでは、正確なグルコース濃度の測定は不可能であるという問題がある。

[0012] 本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、シンプルな構造をとりつつも、少なくとも 1つ以上の成分の情報や温湿度の情報を他の測定成分の補正に適用することにより、所望の成分の含有率、濃度などの情報を正確に測定することができる生化学計測器および生化学計測プログラムプロダクトを提供することを目的とする。課題を解決するための手段

[0013] 上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、生化学計測器は、生体に含まれる第 1成分に関連する波長光を受光し、受光した光量に応じた第 1信号を出力する第 1センサと、生体に含まれる第 1成分および第 2成分に関連する波長光を受光し、受光した光量に応じた第 2信号を出力する第 2センサと、第 1信号に基づいて第 1成分に関する情報を算出し、第 1信号および第 2信号に基づいて第 2成分に関する情報を算出する演算部と、算出された第 1成分に関する情報および第 2成分に関する情報を提示する提示部とを備える。

[0014] さらに、演算部は、第 1信号および第 2信号に基づいて得られる値を、第 1の成分に関する情報を用いて補正して第 2成分に関する情報を算出することが好ましい。

[0015] また、生化学計測器は、生体に関する情報を測定する第 3センサをさらに備え、演算部は、上記算出に、生体に関する情報を補正値として用いることが好ましい。なお

、上記生体に関する情報は、生体の測定部位の温度と、生体の前記測定部位から第 1センサおよび第 2センサまでの間の湿度との少なくとも 1つを含むことがより好ましい。

[0016] また、生化学計測器は、環境に関する情報を測定する第 4センサをさらに備え、演算部は、上記算出に、環境に関する情報を補正値として用いることが好ましい。なお、上記環境に関する情報は、環境温度と、環境湿度との少なくとも 1つを含むことがより好ましい。

[0017] また、第 1センサおよび第 2センサは、各々、生体から発せられる赤外放射のうち、第 1波長の赤外光および第 2波長の赤外光を受光することが好ましい。

[0018] 本発明の他の局面に従うと、生化学計測プログラムプロダクトは、第 1センサおよび第 2センサを含む計測装置によって得られる信号に基づいて、生体に含まれる成分に関する情報をコンピュータに算出させるプログラムであって、生体に含まれる第 1成分に関連する第 1波長の光を受光した第 1センサによって出力された、受光した光量に応じた第 1信号と、生体に含まれる第 1成分および第 2成分に関連する第 2波長の光を受光した第 2センサによって出力された、受光した光量に応じた第 2信号とを入力するステップと、第 1信号に基づいて第 1成分に関する情報を算出し、第 1信号および第 2信号に基づいて第 2成分に関する情報を算出するステップと、算出された第 1成分に関する情報および第 2成分に関する情報を提示するステップとを実行させる

[0019] また、生化学計測プログラムプロダクトは、算出対象である第 1成分および第 2成分の指定を受付けるステップと、上記指定に基づいて、生体に含まれる成分に関する情報を算出するために必要な波長を記憶する記憶装置から、第 1波長と第 2波長とを特定するステップとをさらに実行させる。

[0020] さらに、生化学計測プログラムプロダクトは、上記指定によって特定された第 1波長および第 2波長に基づいて、計測装置から入力される信号より、入力する第 1信号および第 2信号を抽出するステップを実行させることが好ましい。

[0021] または、生化学計測プログラムプロダクトは、上記指定によって特定された第 1波長および第 2波長に基づいて、計測装置に対して第 1信号および第 2信号の入力を指示するステップをさらに実行させることが好ま、。

[0022] また、生化学計測プログラムプロダ外は、計測装置で計測された生体に関する情報および Zまたは環境に関する情報を入力するステップをさらに実行させ、上記算出の際、生体に関する情報および Zまたは環境に関する情報を補正値として用いることが好ましい。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]第 1の実施の形態に力かる生化学計測器の概略を示す図である。

[図 2]第 1の実施の形態に力かる生化学計測器での測定処理を示すフローチャートである。

[図 3]測定結果の表示の具体例を示す図である。

[図 4]第 2の実施の形態に力かる生化学計測器の概略を示す図である。

[図 5]第 2の実施の形態に力かる生化学計測器での測定処理を示すフローチャートである。

[図 6]測定結果の表示の具体例を示す図である。

[図 7]第 3の実施の形態に力かる生化学計測システムの概略を示す図である。

[図 8]グルコースの吸収スペクトルを示す図である。

[図 9]血中に含まれる主要な成分のスペクトルを示す図である。

符号の説明

[0024] 1 測定装置、 2 計算装置、 11 光センサ、 13 測定対象温度センサ、 15 湿度センサ、 17 導光部、 21 環境温度センサ、 23 環境湿度センサ、 30 CPU, 31 アナログ回路、 33 AZD変換部、 35 濃度算出アルゴリズム、 37 濃度表示部、 41 操作入力部、 43 制御部、 45 記憶部、 47 信号入力部、 115A〜115F 受光部発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

[第 1の実施の形態]

第 1の実施の形態においては、生化学計測器の構成の 1つの具体例である生化学計測器を用いて、血中の 2つの成分 (具体的に、アルブミンおよびグルコース）の濃度 (および Zまたは含有率)を同時に測定する場合について説明する。

[0026] 図 1を参照して、本実施の形態に力かる生化学計測器 (以下、計測器と略する）は、測定対象である生体の情報を測定するセンサであって、光センサ 11、測定部位の温度を測定する測定対象温度センサ 13、および測定部位から光センサ 11までの湿度を測定する湿度センサ 15と、測定環境に関する情報を測定するセンサであって、環境温度を測定する環境温度センサ 21、および環境湿度を測定する環境湿度センサ 23と、各センサからの出力信号をアナログ的に増幅するアナログ回路 31と、アナログ回路 31からのアナログ信号をデジタル信号に変換する AZD変換部 33と、 CPU (Ce ntral Processing Unit) 30と、所定の成分についての算出された濃度を表示する濃度表示部 37とを含んで構成される。 CPU30は、記憶装置に記憶されるプログラムを実行することで各部を制御し、また、濃度算出アルゴリズム 35を実現する。

[0027] さらに、光センサ 11には、同時に測定する成分数に応じた数（3つ）の受光部 115 A, 115B, 115Cが含まれ、生体力も放射された赤外光は、導光部 17で光センサ 11 へ導力れて受光部部 115A, 115B, 115Cで受光される。受光部 115A, 115B, 1 15Cは、それぞれ所定の波長の光を選択的に受光する構成である。本実施の形態においては、アルブミン濃度とグルコース濃度とが同時に測定されるため、受光部 11 5A, 115B, 115Cは、それぞれ、グルコースのピーク波長である波長 9. 6 m、グルコース濃度に依存しないがアルブミン濃度に依存する波長 8. 5 /ζ πι、アルブミンに強く依存する波長 7. 2 mの光を選択的に受光するものとする（図 8、図 9のスぺタトル参照)。

[0028] 光センサ 11の 1つの具体例としてはサーモパイルが挙げられる。光センサ 11は、サーモパイルである場合、受光部 115A, 115B, 115Cが受光した光量に応じた起電力を生じる。光センサ 11で発生した起電力は、アナログ回路 31においてアナログ的に増幅され、 AZD変換部 33においてデジタル信号に変換される（以下、受光部 11 5A, 115B, 115C力得られたデジタル信号の強度をそれぞれ信号強度 SA, SB, SCと表わし、本実施の形態にお！/、ては、具体的に S9. 6, S8. 5, S7. 2と表わす)。そして、デジタル信号は、 AZD変換部 33から濃度算出アルゴリズム 35に入力される

[0029] 濃度算出アルゴリズム 35は、 AZD変換部 33から入力されたデジタル信号に基づいて濃度を算出する。グルコース濃度を算出する場合、算出アルゴリズム 35は、まず信号強度 S7. 2の値を基にアルブミンの濃度値を算出する。次に、この濃度値を基に信号強度 S8. 5に対するアルブミンの寄与を算出する。次に、信号強度 S8. 5からアルブミンの寄与を割り引いたパラメータをベース値として、信号強度 S7. 2の値と比較してグルコース濃度値を算出する。

[0030] 温度センサ 13、湿度センサ 15、環境温度センサ 21、および環境湿度センサ 23での測定結果も濃度算出アルゴリズム 35に入力され、上記濃度算出の際の補正値として用いられる。

[0031] 測定対象温度および環境温度はサーモパイルの出力に影響するため、光センサがサーモパイルである場合には、上記濃度算出において温度センサ 13および環境温度センサ 21からの出力値はパラメータとして必須である。光センサがサーモパイル以外のセンサである場合にも、上記濃度算出において温度センサ 13および環境温度センサ 21からの出力値を用いて光センサ 11からの出力が補正されることが好ましヽ

[0032] また、上記の波長領域においては水の吸収が非常に強いため、湿度が高い場合には上記濃度算出の際に放射光の減衰を考慮する必要がある。よって、算出アルゴリズム 35においては、湿度センサ 15および環境湿度センサ 23からの出力値を用いて光の減衰が補正されることが好ま、。

[0033] 算出アルゴリズム 35での濃度算出結果は、濃度表示部 37に入力されて表示され、目的に応じてグルコース濃度、アルブミン濃度、あるいはその双方を表示させることが可能である。 [0034] 図 2のフローチャートに示される処理は、 CPU30が記憶装置に記憶されるプロダラムを実行して図 1に示される各部を制御することで実現される。

[0035] 図 2を参照して、装置の電源が投入されると (ステップ S101)、光センサ 11、環境温度センサ 21、および環境湿度センサ 23がそれぞれ動作を開始する。光センサ 11の受光部 115A, 115B, 115Cはそれぞれのバックグラウンドを測定し、環境温度センサ 21および環境湿度センサ 23は環境の温湿度をそれぞれ測定し、測定結果を出力する（ステップ S 103)。

[0036] 濃度算出アルゴリズム 35は、これらの出力値が確定した時点で、たとえば濃度表示部 37に「測定可」の表示をするなどして、使用者に測定を促す (ステップ S 105)。また、濃度算出アルゴリズム 35は、環境温度センサ 21および環境湿度センサ 23の出力値によって、受光部 115A, 115B, 115Cのバックグラウンド出力値を補正し、それぞれの補正値を出力する (ステップ S 107)。

[0037] 次に、使用者が上記表示に基づいて自己の生体に対する測定を行なうと、光センサ 11の受光部 115A, 115B, 115Cは、再度それぞれ生体が放射する赤外光を受光し、それぞれの信号を出力する。また、測定対象温度センサ 13および湿度センサ 15は、それぞれ、測定時における測定部位の温度、および測定部位と光センサとの間の空間の湿度を測定し、出力する（ステップ S109)。なお、ステップ S109では、これらの出力値が確定した時点で、たとえば濃度表示部 37に「測定終了」の表示をするなどして、使用者に測定が終了したことを示すことが好ましい。また、ステップ S 109 で値を出力する際、測定部位の温度、および測定部位と光センサとの間の空間の湿度に関連する出力値によって、受光部 115A, 115B, 115Cで得られた、生体からの放射光による出力値を補正し、それぞれの補正値を出力する。

[0038] 次に、ステップ S 107で出力された補正された各受光部のバックグラウンド出力値と、ステップ S109で出力された生体力もの放射光による出力値とに基づき、たとえば両者の差をとるなどの補正を行なって、受光部 115A, 115B, 115Cそれぞれに対応する信号強度 S9. 6, S8. 5, S7. 2を決定する (ステップ S 111)。本実施の形態にお、てはアルブミン濃度およびグルコース濃度を算出するので、まず信号強度 S7 . 2 (SC)に基づいてアルブミン濃度を算出する (ステップ S 113)。また、先に述べたように S7. 2 (SC)と S8. 5 (SB)とは互!/、にネ目関するので、 S7. 2 (SC)に基づ!/、て S 8. 5 (SB)をネ ΐ正する (ステップ S 115)。最後に、 S9. 6 (SA)と S8. 5 (SB)のネ ΐ正値とに基づき、たとえば両者の差をとることによってグルコース濃度を算出する (ステップ S117) ₀ステップ SI 13, SI 17で算出された、測定値であるアルブミン濃度およびグルコース濃度は、図 3に示されるように濃度表示部 37に表示され (S119)、電源が O FFされることで一連の測定が完了する (ステップ S121)。

[0039] 本実施の形態にぉ、ては測定対象としてグルコースとアルブミンとが選択されて!ヽるが、受光部の波長特性を適宜選択することにより様々な複数の成分が測定対象になり得る。その場合は測定対象となる成分の放射スペクトルに基づいて、受光部の波長特性を最適化すればよい。

[0040] また、上述のように受光波長領域に他の成分が干渉する場合には、干渉する成分に特異的な他の波長特性を備えた受光部を適宜用いればよい。さらに、本発明を具体的に実現するハードウェア要素 (光センサデバイス、回路など）は目的に応じて最適なものを適用すればよい。

[0041] なお、第 1の実施の形態においては、測定対象としてグルコースとアルブミンとの 2 つの成分が選択されているが、一度に測定する成分は 2成分に限定されず、 2以上の多成分が測定されてもよい。そこで、第 2の実施の形態として、 4成分を測定する例を挙げる。

[0042] [第 2の実施の形態]

第 2の実施の形態においては、計測器を用いて、血中の 4つの成分 (具体的に、グルコース、コレステロール、中性脂肪およびアルブミン)の濃度（および/または含有率)を測定する場合について説明する。

[0043] 図 4を参照して、第 2の実施の形態に力かる計測器は、図 1に示された第 1の実施の形態に力かる計測器の構成に加えて、光センサ 11に同時に測定する成分数に応じた数 (6つ）の受光部 115A〜 115Fが含まれる。本実施の形態においては、ダルコース濃度、コレステロール濃度、中性脂肪濃度およびアルブミン濃度が同時に測定されるため、受光部115八〜115 は、それぞれ、以下の波長の光を選択的に受光するものとする（図 9のスペクトル参照）。 [0044] 受光部 115A: 7. 13 m (アルブミン Albの吸収すなわち放射ピーク波長）受光部 115B : 7. 27 μ ΐΆ (Albおよびコレステロール Choの放射波長）受光部 115C： 8. 30 m (Albおよびトリラウリン（中性脂肪、 TG)の放射波長）受光部 115D： 8. 48 m (Albおよび TGの放射波長）

受光部 115E : 9. m (Choおよびグルコース Gluの放射波長）

受光部 115Ρ: 9. 65 /ζ πι (Choおよび Gluの放射波長）

光センサ 11で発生した起電力は、アナログ回路 31においてアナログ的に増幅され、 AZD変換部 33においてデジタル信号に変換される（以下、受光部115八〜115 力得られたデジタル信号の強度をそれぞれ信号強度 SA〜SFと表わし、本実施の形態におヽては、具体的に S7. 13, S7. 27, S8. 30, S8. 48, S9. 47, S9. 65と表わす)。

[0045] 本実施の形態に力かる計測器のその他の構成については、図 1に示された第 1の実施の形態に力かる計測器の構成と同様である。

[0046] 図 5のフローチャートに示される処理もまた、 CPU30が記憶部に記憶されるプログラムを実行して図 4に示される各部を制御することで実現される。なお、以降の説明においては、主に、図 2に示された第 1の実施の形態に力かる計測器での測定処理との相違点について説明する。

[0047] 図 5を参照して、第 2の実施の形態においては、ステップ S103において光センサ 1 1の受光部 115A〜 115Fがそれぞれのバックグラウンドを測定し、環境温度センサ 2 1および環境湿度センサ 23で出力された環境の温湿度と共に、測定結果を出力する。出力された受光部 115A〜115Fのバックグラウンド出力値は、ステップ S107で、濃度算出アルゴリズム 35において、環境温度センサ 21および環境湿度センサ 23の出力値によって補正され、それぞれの補正値が出力される。

[0048] また、ステップ S 109において、受光部115八〜115 は、再度それぞれ生体が放射する赤外光を受光し、それぞれの信号の出力値が測定部位の温度、および測定部位と光センサとの間の空間の湿度に関連する出力値によって補正され、補正値が出力される。

[0049] ステップ S111では、ステップ S107で出力された補正された各受光部のバックダラゥンド出力値と、ステップ S 109で出力された生体からの放射光による出力値とに基づき、たとえば両者の差をとるなどの補正を行なって、受光部115八〜115?それぞれに対応する信号強度 SA〜SFが決定される。そして、ステップ S 123において、ァルブミン、コレステロール、中性脂肪、およびグルコースの濃度（および/または含有率）が算出される。その結果は、たとえば図 6に示されるように濃度表示部 37に表示され（S119)、電源が OFFされることで一連の測定が完了する（ステップ S121)。ステツプ S121では、目的に応じて、測定された 4成分すベての測定結果、または任意の成分の測定結果を表示させることが可能である。

[0050] 上記ステップ S123における、各成分の含有率、および濃度などの算出法について以下に述べる。

[0051] 各信号強度 S7. 13, S7. 27, S8. 30, S8. 48, S9. 47, S9. 65のうち、信号強度 S7. 27, S8. 30, S8. 48, S9. 47, S9. 65は、図 9に示す如く単一の成分でのみ決定される強度ではない。したがって、それぞれの受光部 115A〜 115Fからの出力は、各成分に由来する放射強度の和の関数となる。

[0052] また、ステフアン'ボルツマンの法則により、放射光強度は測定対象物すなわち生体の絶対温度の 4乗 T⁴に比例する。また、特にこの波長領域の赤外線は水蒸気により吸収され、放射光強度が減衰されやすい傾向がある。この水蒸気による赤外線強度の減衰比率を表現するパラメータ Rは、生体と光センサとの間の相対湿度によって決定される。以上のことから、受光部115八〜115 からの信号強度3八〜3 は、各成分に由来する放射強度 1 (1の添字は各成分を示す)で表わすと、以下の式で表現される。

SA S7. 13 = (I )水下水 R

lAlb

SB : S7. 27 = (I + 1 ) *T⁴ *R

2Alb ICho

SC S8. 30 = (I + 1 ) *T⁴*R

1TG 3Alb

SD : S8. 48 = (I + 1 ) *T⁴ *R

2TG 4Alb

SE : S9. 47 = (I + 1 ) *T⁴*R

lGlu 2Cho

SF : S9. 65 = (I + 1 ) *T⁴ *R

また、それぞれの成分の各波長における信号強度の比は、その成分の吸収スぺクトルカ放射率を算出することにより求められる。各成分の上記波長における吸光度と放射率との割合，比率は濃度によらず一定であり、各成分に由来する放射強度 Iは、それぞれ以下のように表現できる（なお、以下の式において、 a、 c、 t、 gは定数である)。

[0054] Albについて、

I =(a /a) *I

2Alb 2 1 lAlb

I =(a /a) *I

3 Alb 3 1 lAlb

I =(a /a) *I

4Alb 4 1 lAlb

Choについて、

I =(c /c ) *I

2Cho 2 1 ICho

I =(c /c ) *I

3Cho 3 1 ICho

TGについて、

I =(tZt)*I

2TG 2 1 1TG

Gluについて、

また、各成分の濃度は、放射強度ピークを有する波長の出力と、放射強度のピークを有しない波長の出力との差もしくは比を基に算出することができる。たとえば、以下のような関数で表現される。

[0055] [Alb]=f(S'7. 13/S'9.65)

[Cho]=f(S'9.47/S'8.48)

[TG]=f(S"8.48/S"9.65)

[Glu]=f(S'"9.65/S"8.48)

なお、上式において、 S'は濃度算出対象成分以外の成分による影響を補正した後の出力であって、それぞれの補正出力は、以下の方法で算出される。

[0056] Albについては、波長 7.13 mにおける放射強度ピークがほぼ単一成分によって放射されているとみなすことができるため、

S'7.13 = S7.13=1

lAlb

となる。 [0057] また、波長 9.65/zmにおける出力は、前述のように Gluと Choとの影響を受けるため、これらの寄与を差引かなければならない。すなわち、

S'9.65 = S9.65-1 —I

2Glu 3Cho

= S9.65—（g

2 Zg *I

1 ) — (c

lGlu 3 Zc 1 ) *I

ICho

となる。

[0058] Choについては、波長 9.47 /zmにおけるピークは Gluの出力との和になっている。したがって、

S'9.47 = S9.47-1

lGlu

となる。

[0059] また、波長 8.48/zmにおける出力は、前述のように Albと TGとの影響を除去しなければならず、

S'8.48 = S8.48-1 —I

2TG 4Alb

= S8.48—(t 2Zt1) *I

1TG—(a 4Za)*I

1 lAlb

となる。

[0060] TGについては、波長 8.48 /zmにおける出力は Albとの和になっている。したがつて、 Albの要素を除去し、

S"8.48 = S8.48-1

4Alb

= S8.48- (a Za)水 I

4 1 lAlb

となる。

[0061] また、波長 9.65/zmにおける出力は、前述のように Gluと Choとの影響を排除して S"9.65 = S9.65-1 —I =S'9.65

2Glu 3Cho

となる。

[0062] Gluについては、波長 9.65 /zmにおける出力は TGとの和になっている。したがつて、 TGの要素を除去し、

S'"9.65 = S9.65-1

S9.65- (c Zc)水 I

ICho

となる。また、波長 8. 48 /zmにおける出力は、前述のように TGと Albとの影響を除去して、

S'8. 48 = S8. 48-1 I

2TG 4Alb

:S8. 48—（t /t )水 I 一（a /a )水 I

C C C C COOOOO CO CO CO

となる。 0000D C 00D C

t tOOO

[0064] 一方、各成分〇にO由来する放射強度 I 、1 、1 、および I は、受光部 115A

1 1 1 1 1 1 lAlb lCho 1TG lGlu

15F力もの 5つの出力値より、それぞれ以下のように求められる。

[0065] I =

1Mb

I = = S7. 27- -I

lCho 2Alb

(a / 'a )水 I

2 1 lAlb

(a / )水 S7. 13

2 1

I = I

1TG 3Alb

(a / 'a )水 I

3 1 lAlb

(a / )水 S7. 13

3 1

I = I

lGlu 2Cho

(c /

2 1 lCho

(c / )氺 (S7. 27

以上の式より、各成分の血中の含有率や濃度を算出する式は、受光部 115A〜11 5F力もの 5つの出力と定数より、以下のように表現される。

[Alb]=f(S'7. 13/S'9. 65)

=f[S7. 13/(S9. 65— (g /g )水 I — (c /c )水 I ]

2 1 lGlu 3 1 lCho

=f[S7. 13/ (S9. 65- (g Zg ) * (S9. 47— (c Zc ) * (S7. 27— (a

2 1 2 1 2

/a )水 S7. 13)一（c /c )水 (S7. 27— (a /a )水 S7. 13))]

1 3 1 2 1

[Cho]=f(S'9. 47/S'8. 48)

=f[(S9. 47-1 )Z(S8. 48— (tZt) *I —

lGlu 2 1 1TG (a 4Za) *I )]

1 lAlb

=f[(S9. 47- (S9. 47- (c /c )水 (S7. 27— (a /a )水 S7. 13)))/(

2 1 2 1

(S8. 48- (t /t )水 (S8. 30- (a /a )水 S7. 13) - (a /a )水 S7. 13)]

2 1 3 1 4 1

[TG]=f(S"8. 48/S"9. 65)

[(S8. 48- (a /a )水 I )/(S9. 65— (g /g )水 I (c /c )水 I

ICh 。)]

=f[(S8. 48- (a /a )水 S7. 13)/(S9. 65— (g /g )水 S9. 47— (c /

4 1 2 1 2 c )水 S7. 27- (a /a )水 S7. 13))— (c /c)水 (S7. 27— (a /a )水 S7. 13))]

1 2 1 3 2 1

[Glu]=f(S'"9. 65/S"8. 48)

= f[(S9. 65- (c /c ) *I )/(S8. 48- (t /t ) *I - (a /a ) *I

3 1 ICho 2 1 1TG 4 1 1A

)]

lb

= f[(S9. 65- (c /c )氺（S7. 27— (a /a )氺 S7. 13))/(S8. 48— (t

3 1 2 1

/t )氺 (S8. 30- (a /a ) * S7. 13)—（a /a )氺 S7. 13) ]

2 1 3 1 4 1

さらに、各受光部115八〜115?からの出カは、前述のように温度、湿度の影響を受けるため、これら一連の計算が行なわれる前または後に、温湿度のデータに基づいて出力強度の補正を行なう。

[0066] 第 1および第 2の実施の形態に力かる計測器が、光センサ 11で受光した生体から放射された赤外光の量に基づいて特定の成分の情報 (濃度、含有量等)を算出するので、計測器の構造を、光源を有さない簡便かつシンプルな構造とすることができる

[0067] また、少なくとも 1つ以上の成分の情報を他の測定成分の補正に適用することにより、少なくとも 1つ以上の成分の含有率、濃度などの情報を極めて正確に測定することができる、という効果が得られる。さらに、温湿度の情報を補正に適用することにより、より正確に測定することができる。

[0068] なお、第 1および第 2の実施の形態においては、本発明にかかる生化学計測器が図 1または図 4に示されたような計測器によって実現され、上記測定および濃度（および Zまたは含有率)の算出が計測器にぉ、て行なわれるものとされたが、本発明に力かる生化学計測器は測定装置と一般的なパーソナルコンピュータ等の計算装置との異なる装置を含んで構成される生化学計測システムによって実現されてもよい。そこで、第 3の実施の形態として、本発明にかかる生化学計測器が測定装置と計算装置との異なる装置を含んで構成される生化学計測システムによって実現される場合の例を挙げる。

[0069] [第 3の実施の形態] 第 3の実施の形態においては、生化学計測システムによって、血中の任意の数の成分の濃度 (および Zまたは含有率)を測定する場合にっ、て説明する。

[0070] 図 7を参照して、第 3の実施の形態に力かる生化学計測システムは、測定装置 1と計算装置 2とを含んで構成される。測定装置 1と計算装置 2とは、 LAN (Local Area Network)等の専用回線を介した通信、インターネットを介した通信、基地局を介した無線通信、または赤外線等を用いた無線通信を行なう。

[0071] より詳しくは、測定装置 1は、図 1または図 4に示された、上記第 1または第 2の実施の形態に力かる計測器の構成のうち、光センサ 11、温度センサ 13、湿度センサ 15、環境温度センサ 21、環境湿度センサ 23、アナログ回路 31、および AZD変換部 33 を含んで構成される。さらに、光センサ 11には、受光部115八〜115?^ ^は任意の自然数)が含まれる。 AZD変換部 33は変換したデジタル信号を、計算装置 2に対して出力する。

[0072] 計算装置 2は、一般的なパーソナルコンピュータ等の構成要素に加えて、図 1または図 4に示された、上記第 1または第 2の実施の形態に力かる計測器の構成のうち、 CPU30、濃度算出アルゴリズム 35、および所定の成分についての算出された濃度を表示する濃度表示部 37を含んで構成される。さらに、計測装置 2は、計測者からの操作入力を受付ける操作入力部 41、測定成分に関する情報や、 CPU30で実行されるプログラム等を記憶する記憶部 45、および測定装置 1からのデジタル信号を入力する信号入力部 47を含む。また、 CPU30は、上記操作に基づいた制御を行なう制御部 43を含む。

[0073] 操作入力部 41は、測定者から測定対象の成分の指示を受付け、指示信号を制御部 43と濃度算出アルゴリズム 35とに入力する。

[0074] 記憶部 45は、測定処理が可能な成分に関する情報として、図 8に示されたようなスベクトル、または、図 8のスペクトルに表わされたような放射強度のピーク波長を含む情報を記憶する。制御部 43は、上記指示信号に特定される測定対象の各成分について、記憶部 45より放射強度のピーク波長を含む情報を読出す。さらに、上記測定対象の成分が複数ある場合、読出された測定対象の成分に関する情報から、ほぼ単一成分によって放射されて、るとみなすことができるピーク波長と、 2成分が影響しているピーク波長とを検出する。そして、検出されたピーク波長に基づいた制御信号を信号入力部 47に入力する。

[0075] 信号入力部 47は、上記制御信号に基づいて、測定装置 1から入力される各波長に対応した受光部 115A〜 115Nでの出力値に応じたデジタル信号のうち、必要な波長に応じたデジタル信号を抽出し、濃度算出アルゴリズム 35に入力する。濃度算出アルゴリズム 35は、信号入力部 47から入力されたデジタル信号を用いて、測定対象の成分に関する濃度 (および Zまたは含有率)を算出する。濃度算出アルゴリズム 35 での算出方法については、第 2の実施の形態において説明された方法と同様である

[0076] 本実施の形態に力かる生化学計測システムにおいて実行される処理は、図 2または図 5に示された処理とほぼ同様である。本実施の形態においては、ステップ S101 で電源が投入されたタイミングや、ステップ S 105で測定可能となったタイミング等において、測定者から測定対象とする成分の指示が入力され、ステップ S111において、信号入力部 47にお、て入力されたデジタル信号のうち必要な波長に応じたデジタル信号に基づいて、必要な波長に対応する受光部の信号強度が決定される。そして、決定された信号強度を用いて、必要な成分の濃度等の情報が算出される。ここでの算出方法は、第 2の実施の形態において説明された算出方法と同様の原理に基づく方法である。

[0077] なお、本実施の形態に力かる生化学計測システムに含まれる測定装置 1および計算装置 2各々の構成については、図 7に示される構成に限定されない。すなわち、図 1または図 4に示された、上記第 1または第 2の実施の形態に力かる計測器の構成のうち、少なくともセンサ類 11〜15等は測定装置 1に含まれ、少なくとも濃度算出アルゴリズム 35は計算装置 2において実現されればよぐその他の構成要素はいずれの装置に含まれていてもよい。

[0078] また、計算装置 2が上記構成に加えて、計測者から受付けた操作入力に応じた指示信号を測定装置 1に入力する手段を備え、受光部 115A〜 115Nにお、て受光を選択的とするようなスリット等の手段を備えることで、必要な波長に対応した受光部においてのみ生体力も放射された光を受光するようにしてもよい。または、必要な波長に対応したデジタル信号のみを計算装置 2に入力するようにしてもよい。

[0079] さらに、上述の計算装置 2で実行される、必要な成分の濃度等の情報を算出する方法を、プログラムとして提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、 CD— ROM (Compact Disk-Read Only Memory) 、 ROM (Read Only Memory)ゝ RAM (Random Access Memory)およびメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロード〖こよって、プログラムを提供することもできる。

[0080] 提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。

[0081] 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲

[1] 生体に含まれる第 1成分に関連する波長光を受光し、前記受光した光量に応じた第 1信号を出力する第 1センサ（115A)と、

前記生体に含まれる前記第 1成分および第 2成分に関連する波長光を受光し、前記受光した光量に応じた第 2信号を出力する第 2センサ（115B)と、

前記第 1信号に基づいて前記第 1成分に関する情報を算出し、前記第 1信号および前記第 2信号に基づいて前記第 2成分に関する情報を算出する演算部 (30, 35) と、

前記算出された前記第 1成分に関する情報および前記第 2成分に関する情報を提示する提示部 (37)とを備える、生化学計測器。

[2] 前記演算部は、前記第 1信号および前記第 2信号に基づいて得られる値を、前記第 1の成分に関する情報を用いて補正して前記第 2成分に関する情報を算出する、請求項 1に記載の生化学計測器。

[3] 前記生体に関する情報を測定する第 3センサ（13, 15)をさらに備え、前記演算部は、前記算出に、前記生体に関する情報を補正値として用いる、請求項 1に記載の生化学計測器。

[4] 前記生体に関する情報は、前記生体の測定部位の温度と、前記生体の前記測定部位力前記第 1センサおよび前記第 2センサまでの間の湿度との少なくとも 1つを含む、請求項 3に記載の生化学計測器。

[5] 環境に関する情報を測定する第 4センサ（21, 23)をさらに備え、前記演算部は、前記算出に、前記環境に関する情報を補正値として用いる、請求項 1に記載の生化学計測器。

[6] 前記環境に関する情報は、環境温度と、環境湿度との少なくとも 1つを含む、請求項 5に記載の生化学計測器。

[7] 前記第 1センサおよび前記第 2センサは、各々、前記生体から発せられる赤外放射のうち、第 1波長の赤外光および第 2波長の赤外光を受光する、請求項 1に記載の生化学計測器。

[8] 第 1センサおよび第 2センサを含む計測装置によって得られる信号に基づいて、生体に含まれる成分に関する情報をコンピュータに算出させるプログラムプロダクトであつて、

前記生体に含まれる第 1成分に関連する第 1波長の光を受光した前記第 1センサによって出力された、前記受光した光量に応じた第 1信号と、前記生体に含まれる前記第 1成分および第 2成分に関連する第 2波長の光を受光した前記第 2センサによつて出力された、前記受光した光量に応じた第 2信号とを入力するステップと、前記第 1信号に基づいて前記第 1成分に関する情報を算出し、前記第 1信号および前記第 2信号に基づいて前記第 2成分に関する情報を算出するステップと、前記算出された前記第 1成分に関する情報および前記第 2成分に関する情報を提示するステップとを実行させる、生化学計測プログラムプロダクト。

[9] 算出対象である前記第 1成分および前記第 2成分の指定を受付けるステップと、前記指定に基づいて、生体に含まれる成分に関する情報を算出するために必要な波長を記憶する記憶装置から、前記第 1波長と前記第 2波長とを特定するステップとをさらに実行させる、請求項 8に記載の生化学計測プログラムプロダクト。

[10] 前記指定によって特定された前記第 1波長および前記第 2波長に基づいて、前記計測装置から入力される信号より、入力する前記第 1信号および前記第 2信号を抽出するステップをさらに実行させる、請求項 9に記載の生化学計測プログラムプロダク

[11] 前記指定によって特定された前記第 1波長および前記第 2波長に基づいて、前記計測装置に対して前記第 1信号および前記第 2信号の入力を指示するステップをさらに実行させる、請求項 9に記載の生化学計測プログラムプロダクト。

[12] 前記計測装置で計測された前記生体に関する情報および Zまたは環境に関する情報を入力するステップをさらに実行させ、

前記算出の際、前記生体に関する情報および Zまたは環境に関する情報を補正値として用いる、請求項 8に記載の生化学計測プログラムプロダクト。