WO2022009577A1

WO2022009577A1 - 血液測定装置

Info

Publication number: WO2022009577A1
Application number: PCT/JP2021/021421
Authority: WO
Inventors: 仁小倉; 幸一竹沢; 高行浅尾
Original assignee: ＬｏｏｋＴｅｃ株式会社; 国立大学法人群馬大学
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2022-01-13
Also published as: US20230270359A1; CN115916049A; TW202208830A; TWI783545B

Abstract

血液測定装置(10)は、被測定部位(18)を透過する光線を射出する発光部(11)と、被測定部位(18)を透過した光線を受光する受光部(19)と、発光部(11)から射出された光線が受光部(19)に至る光路に介装され、その内部に光線を反射する反射面(26)が形成された積分球部(14)と、積分球部(14)に設けた開口であり、発光部(11)から照射された光線が積分球部(14)の内部に入光する光入口部(23)と、積分球部(14)に設けた開口であり、積分球部(14)の反射面(26)で反射した光線が積分球部(14)から被測定部位(18)に向けて射出される光出口部(16)と、を具備する。

Description

血液測定装置

　本発明は、人体等の被測定部位の内部に於ける血液中含有成分量を光学的に計測する血液測定装置に関する。

　被測定部位の内部における糖分を検出する方法として、侵襲法と非侵襲法がある。侵襲法とは、例えば人体の指先等より採血を行い、その血液を用いてグルコース量を測定する方法である。非侵襲法とは、人体から血液を採取すること無く、人体の外部に配置されたセンサでグルコース量を測定する方法である。正確なグルコース量算出のためには侵襲法が一般的であるが、ユーザの苦痛軽減や利便性向上のために非侵襲法による算出装置が望まれている。

　非侵襲法でグルコース量を測定する装置の一例として、近赤外光等を人体に照射することで光学的に測定するものが知られている。

　また、グルコース量の光学的測定装置として、近赤外光のグルコースによる吸収量の差異を検出するものがある。具体的には、この装置では、近赤外光をある部位において透過させ、その透過光量からグルコース量を測定する（例えば特許文献１、特許文献２）。

　しかしながら、上記した各特許文献に記載された非侵襲法によるグルコース量の測定装置では、グルコース量を必ずしも正確に測定できるとは言えない課題があった。

　具体的には、特許文献１に記載された測定技術では、グルコース酸化酵素法によりグルコース量を算出しているため、グルコース量の算出が煩雑である課題があった。また、特許文献２に記載された測定技術では、光学的手法によりグルコース量を計測しているものの、糖尿病の可能性を判定できる程度であり、グルコース量を定量的に測定できるには至っていない。

　上記事項を鑑みて、本出願人は、特許文献３に記載されている装置を発明した。当該装置は、波長が異なる複数の発光部位を有する受光部と、アクチュエータと、グルコース量を推定してアクチュエータの動作を制御する演算制御部と、を具備している。また演算制御部は、被測定部位に光線を照射する発光部位を、アクチュエータにより、被測定部位を貫通するように規定された光軸の軸上に移動させる。かかる装置により、波長が異なる各光線に於いて、各光線が通過する光路および光路長が統一される。よって、各光線の光学的条件が均一化されることから、被測定部位を透過した各光線の受光強度に基づいて、血液中含有成分量を正確に計測することができる。

特許第３０９３８７１号公報特許第３６９２７５１号公報特願２０１９－１２１７４６号

　しかしながら、特許文献３に記載された発明では、発光部を光軸上で移動させるためのアクチュエータを必要としていたので、装置全体のコスト高、複雑化、故障率の増大等の課題を招く恐れがあった。更に、特許文献３に記載された発明では、アクチュエータであるモータを内蔵していたので、動作時にモータの消費電力が大きくなる課題もあった。かかる課題は、グルコース量以外の物量を測定する場合にも想定される。

　本発明はこの様な問題点を鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、発光部を移動させるアクチュエータを省くことができる血液測定装置を提供することにある。

　本発明は、被測定部位を透過または反射した光線に基づいて血液に含まれる成分を測定する血液測定装置であり、被測定部位を透過または反射する光線を射出する発光部と、前記被測定部位を透過または反射した前記光線を受光する受光部と、前記発光部から射出された前記光線が前記受光部に至る光路に介装され、その内部に前記光線を反射する反射面が形成された積分球部と、前記積分球部に設けた開口であり、前記発光部から照射された前記光線が前記積分球部の内部に入光する光入口部と、前記積分球部に設けた開口であり、前記積分球部の前記反射面で反射した前記光線が前記積分球部から前記被測定部位に向けて射出される光出口部と、を具備することを特徴とする。

　更に、本発明では、前記発光部は、第１光線と、前記第１光線とは波長が異なる第２光線と、の夫々を、第１発光部および第２発光部から照射し、前記積分球部の前記反射面は、前記第１光線および前記第２光線を反射し、前記積分球部の前記光出口部からは、前記第１光線および前記第２光線が、前記被測定部位および前記受光部に向けて照射され、前記受光部は、前記第１光線および前記第２光線を受光することを特徴とする。

　更に、本発明では、前記積分球部の前記反射面は球面状であることを特徴とする。

　更に、本発明では、前記積分球部に設けた開口であり、前記光入口部から入射され且つ前記反射面で反射した前記光線の一部が外部に射出する光モニタ開口部と、前記光モニタ開口部から射出された前記光線を受光するモニタ受光部と、前記モニタ受光部からの出力に基づいて、前記発光部から射出される前記光線の強度を制御する演算制御部と、を更に具備することを特徴とする。

　更に、本発明では、前記反射面は、粗面であることを特徴とする。

　更に、本発明では、前記発光部は、第１光線と、前記第１光線とは波長が異なる第２光線と、前記第１光線および前記第２光線とは波長が異なる第３光線と、の夫々を、第１発光部、第２発光部および第３発光部から照射し、前記積分球部の前記反射面は、前記第１光線、前記第２光線および前記第３光線を反射し、前記積分球部の前記光出口部からは、前記第１光線、前記第２光線および前記第３光線が、前記被測定部位および前記受光部に向けて照射され、前記受光部は、前記第１光線、前記第２光線および前記第３光線を受光することを特徴とする。

　本発明は、被測定部位を透過または反射した光線に基づいて血液に含まれる成分を測定する血液測定装置であり、前記被測定部位を透過または反射する前記光線を射出する発光部と、前記被測定部位を透過または反射した前記光線を受光する受光部と、前記発光部を支える発光支持部と、前記受光部を支える受光支持部と、前記発光支持部と前記受光支持部との間で移動可能に配置された移動押圧部と、を具備し、前記移動押圧部は、前記発光支持部の側に接近することで、前記光線の光路に前記被測定部位を挿入することが可能となる挿入状態となり、前記受光支持部の側に接近することで、前記被測定部位を押圧し、前記被測定部位に前記光線を照射して測定を行う測定状態となることを特徴とする。

　更に、本発明では、前記移動押圧部を移動させる移動機構は、カムシャフトと、前記カムシャフトに相対回転不能に取り付けされ、前記移動押圧部を移動させるカムと、前記カムシャフトに相対回転不能に取り付けされたレバーと、を有することを特徴とする。

　更に、本発明では、前記移動押圧部に付勢力を付与するスプリングが配置されることを特徴とする。

　更に、本発明では、前記移動押圧部は、挿入孔を有し、前記発光支持部は、前記光線が通過する筒状部を有し、前記挿入状態および前記測定状態において、前記筒状部は前記挿入孔に挿入されていることを特徴とする。

　更に、本発明では、前記移動押圧部は移動当接部を有し、前記受光支持部は受光側当接部を有し、前記挿入状態では、前記移動当接部と前記受光側当接部とは、前記被測定部位の厚み以上に離れ、前記測定状態では、前記移動当接部と前記受光側当接部とは、前記被測定部位の厚み以下に接近することを特徴とする。

　本発明は、被測定部位を透過または反射した光線に基づいて血液に含まれる成分を測定する血液測定装置であり、被測定部位を透過または反射する光線を射出する発光部と、前記被測定部位を透過または反射した前記光線を受光する受光部と、前記発光部から射出された前記光線が前記受光部に至る光路に介装され、その内部に前記光線を反射する反射面が形成された積分球部と、前記積分球部に設けた開口であり、前記発光部から照射された前記光線が前記積分球部の内部に入光する光入口部と、前記積分球部に設けた開口であり、前記積分球部の前記反射面で反射した前記光線が前記積分球部から前記被測定部位に向けて射出される光出口部と、を具備することを特徴とする。従って、本発明によれば、光路に積分球部が介装されることで、積分球部の反射面で反射することで均一化された光線を、被測定部位に柱状の領域に於いて均一に照射することができる。よって、光線を照射する発光素子の位置が設計箇所から若干ずれた場合でも、受光素子に照射される光線の強度が著しく低下してしまうことを抑制できる。

　更に、本発明では、前記発光部は、第１光線と、前記第１光線とは波長が異なる第２光線と、の夫々を、第１発光部および第２発光部から照射し、前記積分球部の前記反射面は、前記第１光線および前記第２光線を反射し、前記積分球部の前記光出口部からは、前記第１光線および前記第２光線が、前記被測定部位および前記受光部に向けて照射され、前記受光部は、前記第１光線および前記第２光線を受光することを特徴とする。従って、本発明によれば、波長が異なる第１光線および第２光線を、第１発光部および第２発光部から照射すると、通常の場合、第１発光部および第２発光部を光軸上に移動させるアクチュエータが必要になる。一方、本発明では、上記したように、積分球部の反射面で反射することで均一化された光線を、被測定部位に柱状の領域に於いて均一に照射するので、アクチュエータを不要にして波長が異なる複数の光線を、光路に沿って被測定部位および受光部に向けて照射することができる。

　更に、本発明では、前記積分球部の前記反射面は球面状であることを特徴とする。従って、本発明によれば、積分球部の反射面が球面状であることで、反射面で複数回反射した光線を、均一な状態で光出口部から被測定部位および受光部に向けて照射できる。

　更に、本発明では、前記積分球部に設けた開口であり、前記光入口部から入射され且つ前記反射面で反射した前記光線の一部が外部に射出する光モニタ開口部と、前記光モニタ開口部から射出された前記光線を受光するモニタ受光部と、前記モニタ受光部からの出力に基づいて、前記発光部から射出される前記光線の強度を制御する演算制御部と、を更に具備することを特徴とする。従って、本発明によれば、反射面で反射される光線の強度をモニタ受光部で計測し、この結果に基づいて演算制御部が発光部から照射される光の強度を調整することで、被測定部位および受光部に照射される光の強度を所定のものにすることができる。

　更に、本発明では、前記反射面は、粗面であることを特徴とする。従って、本発明によれば、積分球部の反射面が粗面であることで、反射面で光線が効果的に乱反射し、光出口部から柱状の光線を被測定部位および受光部に向けて照射することができる。

　更に、本発明では、前記発光部は、第１光線と、前記第１光線とは波長が異なる第２光線と、前記第１光線および前記第２光線とは波長が異なる第３光線と、の夫々を、第１発光部、第２発光部および第３発光部から照射し、前記積分球部の前記反射面は、前記第１光線、前記第２光線および前記第３光線を反射し、前記積分球部の前記光出口部からは、前記第１光線、前記第２光線および前記第３光線が、前記被測定部位および前記受光部に向けて照射され、前記受光部は、前記第１光線、前記第２光線および前記第３光線を受光することを特徴とする。従って、本発明によれば、第１光線、第２光線および第３光線を用いることでより高精度にグルコース量を測定することが出来る。

　本発明は、被測定部位を透過または反射した光線に基づいて血液に含まれる成分を測定する血液測定装置であり、前記被測定部位を透過または反射する前記光線を射出する発光部と、前記被測定部位を透過または反射した前記光線を受光する受光部と、前記発光部を支える発光支持部と、前記受光部を支える受光支持部と、前記発光支持部と前記受光支持部との間で移動可能に配置された移動押圧部と、を具備し、前記移動押圧部は、前記発光支持部の側に接近することで、前記光線の光路に前記被測定部位を挿入することが可能となる挿入状態となり、前記受光支持部の側に接近することで、前記被測定部位を押圧し、前記被測定部位に前記光線を照射して測定を行う測定状態となることを特徴とする。従って、本発明によれば、挿入状態と測定状態で移動する移動押圧部を有していることで、測定状態に於いて被測定部位を押圧することで、被測定部位を所定の厚みにすることができ、血糖値等の血液に関するパラメータを正確に測定することが出来る。

　更に、本発明では、前記移動押圧部を移動させる移動機構は、カムシャフトと、前記カムシャフトに相対回転不能に取り付けされ、前記移動押圧部を移動させるカムと、前記カムシャフトに相対回転不能に取り付けされたレバーと、を有することを特徴とする。従って、本発明によれば、ユーザは、レバーを回転させることでカムを回転させ、発光支持部と受光支持部との相対距離を自在に変化させることができる。

　更に、本発明では、前記移動押圧部に付勢力を付与するスプリングが配置されることを特徴とする。従って、本発明によれば、カムの押圧力およびスプリングの付勢力で、移動押圧部の位置を精密に制御できる。

　更に、本発明では、前記移動押圧部は、挿入孔を有し、前記発光支持部は、前記光線が通過する筒状部を有し、前記挿入状態および前記測定状態において、前記筒状部は前記挿入孔に挿入されていることを特徴とする。従って、本発明によれば、挿入状態および測定状態において、筒状部が挿入孔に挿入されていることで、光路を常に筒状部により覆うことができる。

　更に、本発明では、前記移動押圧部は移動当接部を有し、前記受光支持部は受光側当接部を有し、前記挿入状態では、前記移動当接部と前記受光側当接部とは、前記被測定部位の厚み以上に離れ、前記測定状態では、前記移動当接部と前記受光側当接部とは、前記被測定部位の厚み以下に接近することを特徴とする。従って、本発明によれば、挿入状態に於いては移動当接部と受光側当接部との間に容易に被測定部位を挿入でき、測定状態においては被測定部位を移動当接部と受光側当接部とで挟むことで、被測定部位の厚みを一定化し、これにより光学的条件を揃え、グルコース量を正確に測定できる。

本発明の実施形態に係る血液測定装置を示す図であり、（Ａ）は血液測定装置を示す斜視図であり、（Ｂ）は被測定部位の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る血液測定装置を示す分解斜視図である。本発明の実施形態に係る血液測定装置を示す図であり、（Ａ）は切開斜視図であり、（Ｂ）は側方断面図である。本発明の実施形態に係る血液測定装置を示す接続図である。本発明の実施形態に係る血液測定装置の挿入状態を示し、（Ａ）は血液測定装置を前方から見た斜視図であり、（Ｂ）は血液測定装置を後方から見た斜視図である。本発明の実施形態に係る血液測定装置の測定状態を示し、（Ａ）は血液測定装置を前方から見た斜視図であり、（Ｂ）は血液測定装置を後方から見た斜視図である。本発明の実施形態に係る血液測定装置の横方向に関する効果を示すグラフであり、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は積分球部を有さない比較例の血液測定装置による結果を示し、（Ｄ）、（Ｅ）および（Ｆ）は積分球部を有する本実施形態による結果を示している。本発明の実施形態に係る血液測定装置の縦方向に関する効果を示すグラフであり、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は積分球部を有さない比較例の血液測定装置による結果を示し、（Ｄ）、（Ｅ）および（Ｆ）は積分球部を有する本実施形態による結果を示している。

　以下、本発明の実施形態に係る血液測定装置１０を図面に基づき詳細に説明する。以下の説明では、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。本実施形態では、血液測定装置１０が計測する血液中含有成分量の一例として、グルコース量を採用している。

　図１は、血液測定装置１０の概略的構成を示す図である。図１（Ａ）は血液測定装置１０を示す斜視図であり、（Ｂ）は被測定部位１８の一例を示す図である。

　図１（Ａ）を参照して、血液測定装置１０は、発光部１１と、受光部１９と、積分球部１４と、を主要に具備している。図１（Ａ）では、発光部１１は、積分球部１４に内蔵されるので図示されていない。同様に、受光部１９は、受光カバー部２４に内蔵されるので図示されていない。

　血液測定装置１０の機能は、光線を被測定部位１８である人体に照射し、人体を透過または反射した光線の強度から、非侵襲法により人体のグルコース量を計測することにある。ここで、グルコース量とは、血中あるいは間質のグルコース量である。また、グルコース量は、血糖値等と称されることもある。

　血液測定装置１０の概略的構成は、発光部１１を支える発光支持部２１と、受光部１９を支える受光支持部２２と、移動押圧部４６と、移動押圧部４６を上下方向に移動する移動機構４１と、を具備する。血液測定装置１０の具体的な構成は、図２等を参照して後述する。

　図１（Ｂ）を参照して、グルコース量を測定するための被測定部位１８としては、指先、耳たぶ、フィンガーウェブ等を採用できる。これらの中でも、被測定部位１８としては、含有される脂肪分が少なく、厚みの個人差が小さく、且つ、太い血管が形成されていないフィンガーウェブが好適である。

　後述するように、血液測定装置１０を用いてグルコース量を測定する際には、ユーザが、受光カバー部２４と移動押圧部４６との間に、被測定部位１８としてのフィンガーウェブを配置し、フィンガーウェブに対して光線を透過させ、フィンガーウェブを透過した光線の強度からグルコース量を算出する。グルコース量の詳細な測定方法は後述する。

　図２は、血液測定装置１０を示す分解斜視図である。上記したように、血液測定装置１０は、発光支持部２１と、受光支持部２２と、移動押圧部４６と、移動機構４１と、を主要に有している。

　発光支持部２１は、積分球部１４や発光部１１等を支持する部位である。発光支持部２１の前方部分に積分球部１４およびモニタ受光部２０が固定されている。また、発光支持部２１の後方側を上下方向に貫通する支持シャフト挿通孔３３が形成されている。ここでは、２つの支持シャフト挿通孔３３が形成されている。支持シャフト挿通孔３３には、後述する支持シャフト３２が挿通される。また、発光支持部２１の後端部分を左右方向に貫通するカムシャフト挿通孔３１が形成されている。カムシャフト挿通孔３１には、後述するカムシャフト２９が挿通される。更に、発光支持部２１の後端部であって左右方向中央部を切り欠くことで、切欠部４８が形成されている。切欠部４８には、後述するカム２８が収納される。発光支持部２１の下面は、受光支持部２２の上面に固定されている。

　発光支持部２１の前方部分には、積分球部１４が固定されている。積分球部１４は、ここでは図示しない発光部１１から照射される光を乱反射することで均一化する機能を有する。積分球部１４の前側上部にはモニタ受光部２０が取りつけられている。モニタ受光部２０は、積分球部１４の内部から光線を受光し、当該光線の強度をモニタする素子である。

　受光支持部２２は、下方から、台座部４４、支柱部４５および受光支持上部４７を有している。

　台座部４４は、血液測定装置１０を全体的に支持する台座であり、その上面に受光配置部３９が取りつけられている。受光配置部３９の上面に受光部１９が配置されている。

　受光カバー部２４は、台座部４４の上面で、受光配置部３９および受光部１９を被覆する中空部材である。受光カバー部２４の上面を略円形に開口することで受光入口部２５が形成されている。上方から見た場合、受光部１９は、受光入口部２５の範囲内に収納されている。かかる構成により、ここでは図示しない発光部１１から照射された光線を、受光入口部２５を経由して受光部１９に照射させることができる。また、受光カバー部２４の上面であって、受光入口部２５の周囲には略平坦な受光側当接部４３が形成されている。受光側当接部４３は、グルコース量を測定する際に、ユーザのフィンガーウェブの下面が接触する部位である。

　支柱部４５は、台座部４４の後端から上方に向かって略壁状に伸びる部材である。

　受光支持上部４７は、支柱部４５の上部に形成された部位であり、発光支持部２１が固定される部位である。また、受光カバー部２４の左右方向の両端部近傍を前方に向かって突出させることで、ガイド部４９が形成されている。

　移動押圧部４６は、受光支持上部４７の前側に、上下方向に沿って移動可能なように配置されている。移動押圧部４６の後側面は、受光支持上部４７の前面に当接している。また、移動押圧部４６の後端部における左方側面および右方側面は、ガイド部４９に当接している。かかる構成により、使用状況下に於ける移動押圧部４６の上下方向に沿う移動が、好適にガイドされている。

　移動押圧部４６の前端を円形に貫通することで挿入孔３６が形成されている。挿入孔３６には、積分球部１４の筒状部３５が移動可能に挿入される。また、移動押圧部４６の前端近傍の下面には移動当接部４２が形成されている。使用状況下に於いて、移動当接部４２は被測定部位１８であるフィンガーウェブの上面を上方から押圧する。

　移動押圧部４６の後端部上面に円柱状の支持シャフト３２が固定されている。ここでは２つの支持シャフト３２が立設されている。支持シャフト３２はスプリング３４に挿通されている。スプリング３４は、移動押圧部４６を下方に向かって付勢する付勢手段であり、その下端は移動押圧部４６の上面に当接し、その上端は発光支持部２１の上面に当接する。また、支持シャフト３２の中間部分は、発光支持部２１の支持シャフト挿通孔３３を摺動可能に挿通する。更に、支持シャフト３２の上端は、当接部３７の当接挿入孔３８に固定される。かかる構成により、移動押圧部４６、支持シャフト３２および当接部３７は、支持シャフト３２により付勢された状態で、レバー２７の操作に応じて、上下方向に移動する。

　当接部３７は、発光支持部２１の上方に配置された部材であり、上記したように、支持シャフト３２の上端を固定するための当接挿入孔３８が形成されている。また、当接部３７の後方下面には、下記するカム２８が当接する。

　移動機構４１は、カムシャフト２９と、カム２８と、レバー２７と、を有する。移動機構４１は、移動押圧部４６を上下方向に移動させる機構である。

　カムシャフト２９は、円柱状の棒部材であり、発光支持部２１のカムシャフト挿通孔３１に挿通される。

　カム２８は、カムシャフト２９の左端または中央に相対回転不能に取り付けされている。また、レバー２７は、カムシャフト２９の右端部分または両端部分に相対回転不能に取りつけられている。ユーザがレバー２７を時計回りに回転させると、共に回転するカム２８が当接部３７の下面を上昇させ、それに伴い、支持シャフト３２および移動押圧部４６も上昇し、下記する挿入状態となる。一方、ユーザがレバー２７を反時計回りに回転させると、共に回転するカム２８が当接部３７の下面を押圧しないようになり、スプリング３４の付勢力により、支持シャフト３２および移動押圧部４６が下降し、下記する測定状態となる。

　図３は、血液測定装置１０の内部構成を示す図であり、図３（Ａ）は切開斜視図であり、図３（Ｂ）は側方断面図である。

　図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、積分球部１４の内部には反射面２６が形成されている。反射面２６は、積分球部１４の内面であり、球状または略球状の曲面形状を呈している。反射面２６は、好適には粗面とされている。反射面２６が粗面であることで、反射面２６で光線を乱反射することができ、反射面２６で複数回の乱反射を行った光線を、下方に向けて均一な状態で射出することができる。

　積分球部１４には、光線の入射および射出を行うための複数の開口が形成されている。具体的には、積分球部１４には、光入口部２３、光モニタ開口部３０および光出口部１６が形成されている。

　光入口部２３は、基板５０により外側から塞がれており、積分球部１４の内部に面する基板５０の主面に発光部１１が配置されている。発光部１１は、後述するように、波長が異なる光線を照射する複数の発光点が形成されている。光入口部２３は、断面が略円形を呈する反射面２６の右端部に形成されている。

　光モニタ開口部３０には、外側からモニタ受光部２０が取りつけられている。モニタ受光部２０にはフォトダイオードであるモニタ受光素子５１が内蔵されている。モニタ受光素子５１の受光面は、光モニタ開口部３０に面している。光モニタ開口部３０は、反射面２６の左側上部に形成されている。

　光出口部１６は、反射面２６の最下部に形成された開口である。光出口部１６は、上方から見た場合、略円形を呈している。また、上記したように、積分球部１４の下部からは下方に向かって筒状部３５が伸びており、光出口部１６は筒状部３５の開口でもある。

　積分球部１４の内部に於いて、光線は次のように進行する。即ち、反射面２６の右端部から左方に向けて発光部１１から射出された光線は、先ず、反射面２６の左端で乱反射する。当該箇所で乱反射した光線は、反射面２６の他の部分で更に乱反射する。光線の一部は、光モニタ開口部３０からモニタ受光素子５１に到達する。また、光線の他の一部は、光出口部１６から下方に向かって柱状の領域に於いて略均一の強度で進行する。

　上記したように、光出口部１６の下方には、受光入口部２５および受光部１９が配置されている。よって、光出口部１６を経由して下方に進行する光線は、受光入口部２５を介して、受光部１９の上面に略柱状に照射される。

　図４は、血液測定装置１０を示す接続図である。

　血液測定装置１０は、演算制御部１７、表示部１５、操作入力部１２、受光部１９、発光部１１、モニタ受光素子５１を有しており、これらの構成部材は相互に電気的に接続されている。

　演算制御部１７は、ＣＰＵから構成され、各種演算を行うと共に血液測定装置１０を構成する各部位の動作を制御している。詳しくは、演算制御部１７は、発光部１１の第１発光部１１１、第２発光部１１２および第３発光部１１３から、第１光線、第２光線および第３光線を照射する。即ち、演算制御部１７は、発光部１１から２以上の光線を照射する。また、演算制御部１７は、受光部１９等から入力される電気信号に基づいて、換算式等を用いて、グルコース量を推定する。

　記憶部１３は、ＲＡＭやＲＯＭから成る半導体記憶装置等であり、受光部１９の出力値からグルコース量を算出するための計算式、パラメータ、推定結果、グルコース量算出方法を実行するためのプログラム等を記憶している。

　表示部１５は、例えば液晶モニタであり、演算制御部１７は、算出したグルコース量を表示部１５に表示するようにしても良い。表示部１５にグルコース量を表示することで、血液測定装置１０を使用するユーザは、自身のグルコース量の変化をリアルタイムに知ることができる。

　操作入力部１２は、ユーザが演算制御部１７に対して指示を与える部位であり、スイッチ、タッチパネル等から構成される。

　受光部１９は、例えばフォトダイオードから成る半導体素子であり、被測定部位１８を透過した第１光線、第２光線および第３光線を受光し、その強度を検出する受光部位が形成されている。受光部１９は、第１光線、第２光線および第３光線の受光強度に応じた信号を演算制御部１７に伝送する。

　発光部１１は、グルコース量を計測するために所定の波長の光線を射出する。発光部１１は、波長が異なる光線を射出する第１発光部１１１、第２発光部１１２および第３発光部１１３を有している。第１発光部１１１、第２発光部１１２および第３発光部１１３は、夫々、発光ダイオードから成る。例えば、第１発光部１１１から射出される第１光線の波長は１３１０ｎｍであり、第２発光部１１２から射出される第２光線の波長は１４５０ｎｍであり、第３発光部１１３から射出される第３光線の波長は１５５０ｎｍである。第１光線は生体中の成分に吸収されない光線であり、第２光線および第３光線は生体中のグルコース、タンパク質および水に吸収される光線である。

　モニタ受光素子５１は、発光部１１から射出され、粗面である反射面２６で反射した光の一部を受光し、受光強度を示す信号を演算制御部１７に伝送する。演算制御部１７は、モニタ受光素子５１で受光する光線の強度が所定値となるように、発光部１１の出力強度を制御する。

　積分球部１４に於いて、光入口部２３と光出口部１６とは、反射面２６の中心を挟んで、互いに対向しない位置に形成されている。これにより、光入口部２３から積分球部１４に入光する発光部１１からの光線を、反射面２６で複数回にわたり乱反射させ、均一な柱状の光線として光出口部１６から被測定部位１８の側に導出させることができる。また、光入口部２３と光モニタ開口部３０とは、積分球部１４の反射面２６に於いて、反射面２６の中心を挟んで対向しない位置に配置される。かかる構成により、反射面２６で乱反射した光入口部２３の光線をモニタ受光素子５１でモニタできるため、光入口部２３から照射される光線の強度をモニタ受光素子５１で正確に検知できる。更にここでは、光出口部１６と光モニタ開口部３０も、反射面２６の中心を挟んで対向しない位置に配置されている。

　上記構成於いて、発光部１１の第１発光部１１１、第２発光部１１２および第３発光部１１３から照射された光線は、積分球部１４の反射面２６で複数回反射された後に、均一な柱状の光線となり、光出口部１６から積分球部１４の外部に放射される。本実施形態では、波長が異なる３つの光線を、発光部１１から積分球部１４の内部で放射しているが、各々の光線が積分球部１４の反射面２６で乱反射することで、光出口部１６から下方に向かって柱状に放射されている。

　その後、光線は、被測定部位１８を透過して受光部１９に照射される。受光部１９は、各光線の強度を示す信号を演算制御部１７に電送する。演算制御部１７は、受光部１９から伝送された信号等に基づいて、グルコース量を算出する。

　本実施形態では、第１光線、第２光線および第３光線は、同一の光軸に沿って、発光部１１から受光部１９まで照射される。すなわち、第１光線、第２光線および第３光線の、被測定部位１８の内部における伝搬径路および伝搬長が同じである。

　上記のように各光線で光軸を共有することで、グルコース量を正確に計測することができる。具体的には、Ｌａｍｂｅｒｔ－Ｂｅｅｒの法則により、グルコース量は以下の式１で算出される。
式１：Ｃ＝－ｌｏｇ１０（Ｉ／Ｉ０）／（０．４３４×μａ×ｒ）
　上記した式１に於いて、Ｃはグルコース量であり、Ｉは出射光パワーであり、Ｉ０は入射光パワーであり、μａは被測定部位１８の吸光係数であり、ｒは光路長である。

　本実施形態では、第１光線、第２光線および第３光線で、光軸を共有することにより、光路長ｒを同一にすることで、算出するべき未知数を減少させ、正確且つ簡易にグルコース量Ｃを求めることができる。

　また、グルコース量の算出方法としては、例えば、統計学的手法を用いることができる。一例として、ユーザの採血グルコース量、各光線の受光強度、体温等を用いた統計学的分析により重回帰曲線を作成する。そして、当該回帰曲線を用いて各光線の受光強度および体温から、グルコース量を算出する。

　図５および図６を参照して、上記した構成の血液測定装置１０を用いて被測定部位１８のグルコース量を計測する方法を説明する。図５は、ユーザが被測定部位１８であるフィンガーウェブを血液測定装置１０の所定箇所に挿入する挿入状態を示し、図６はフィンガーウェブでグルコース量を測定する測定状態を示している。

　図５は、血液測定装置１０の挿入状態を示し、図５（Ａ）は血液測定装置１０を前方から見た斜視図であり、図５（Ｂ）は血液測定装置１０を後方から見た斜視図である。

　図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して、挿入状態では、レバー２７が上向きであることで、当接部３７の下面がカム２８により上方に向かって持ち上げられている。よって、支持シャフト３２を介して当接部３７と接続されている移動押圧部４６も、上方に配置されている。このことから、移動押圧部４６の下面である移動当接部４２と、受光カバー部２４の上面である受光側当接部４３とは大きく離間している。具体的には、移動当接部４２と受光側当接部４３とが離間する距離は、被測定部位１８であるフィンガーウェブの厚み以上である。よって、この状態で、ユーザは、フィンガーウェブを移動当接部４２と受光側当接部４３との間に容易に挿入することができる。この状態で、ユーザが、測定していない方の手で、レバー２７を反時計回りに約９０度回転させると、図６に示す測定状態となる。

　図６は、血液測定装置１０の測定状態を示し、図６（Ａ）は血液測定装置１０を前方から見た斜視図であり、図６（Ｂ）は血液測定装置１０を後方から見た斜視図である。

　図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照して、ユーザがレバー２７を手前である反時計回りに回転させることで、カム２８も反時計回りに回転し、カム２８が当接部３７に付与していた支持力が無くなる。上記したように、移動押圧部４６はスプリング３４により下方に向けて付勢されている。よって、移動押圧部４６は、当接部３７の下面が、発光支持部２１の上面に当接するまで、下降する。これにより、ここでは図示しない被測定部位１８としてのフィンガーウェブは、移動押圧部４６の移動当接部４２と、受光カバー部２４の受光側当接部４３との間で所定の厚みとなるように押される。

　この際、移動当接部４２と受光側当接部４３との間隔は、被測定部位１８であるフィンガーウェブの一般的な厚み以下とされており、例えば、１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。このようにすることで、移動当接部４２と受光側当接部４３とで挟まれるフィンガーウェブを、所定の厚みにすることができる。よって、フィンガーウェブの厚みに個人差があったとしても、測定時にフィンガーウェブの厚さを等しくすることができ、グルコース量を正確に計測することができる。

　かかる状態で、図４に示した発光部１１から光線を射出すると、射出された光線は、積分球部１４の反射面２６で反射された後に、光出口部１６から被測定部位１８に照射され、被測定部位１８を透過して受光部１９に至る。演算制御部１７は、受光部１９の出力に基づいて、グルコース量を算出する。

　この際、図６（Ａ）に示しているように、移動押圧部４６が下方に移動したとしても、筒状部３５の下端部は、移動押圧部４６の挿入孔３６に挿入されている。よって、筒状部３５の内部に形成される光路が、外乱の影響を受けることを抑止できる。

　グルコース量の算出が終了した後は、ユーザはレバー２７を時計回りに９０度回す。これにより、血液測定装置１０は、図５に示した挿入状態となり、即ち移動当接部４２と受光側当接部４３とが離れ、ユーザのフィンガーウェブを血液測定装置１０から離すことができる。

　図７および図８を参照して、血液測定装置１０が積分球部１４を有することで奏される具体的な効果を説明する。

　図７は、血液測定装置１０の横方向に関する効果、即ち、光線が横方向に移動した場合を示すグラフである。図７の各グラフに於いて、横軸は光軸が横方向に変位した距離を示し、縦軸は光線の強度の変化の割合を示している。図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）は積分球部を有さない比較例の血液測定装置による結果を示す。一方、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）および図７（Ｆ）は積分球部を有する本実施形態の血液測定装置１０による結果を示している。また、図７（Ａ）および図７（Ｄ）は波長が１５５０ｎｍの光線の結果を示し、図７（Ｂ）および図７（Ｅ）は波長が１４５０ｎｍの光線の結果を示し、図７（Ｃ）および図７（Ｆ）は波長が１３１０ｎｍの光線の結果を示している。

　図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）を参照して、積分球部１４が光路に介装されない比較例に於いては、光軸のずれに起因して光量が大きく変化している。特に、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）を参照して、波長が１４５０ｎｍおよび１３１０ｎｍの場合は、光軸のずれに伴う光量の減少が０．０３程度に大きくなる。

　一方、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）および図７（Ｆ）を参照して、積分球部１４を光路に有する本実施形態の血液測定装置１０に於いては、光軸がずれたとしても、光量の変化は大きくない。特に、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）および図７（Ｆ）を参照しても、光軸のずれに伴う光量の減少量は、０．０１ないし０．０２程度と小さくなっている。

　図８は、血液測定装置１０の縦方向に関する効果、即ち、光軸から縦方向に移動した場合を示すグラフである。図８の各グラフに於いて、横軸は光軸が縦方向に変位した距離を示し、縦軸は光線の強度の変化の割合を示している。図８（Ａ）、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）は積分球部を有さない比較例の血液測定装置による結果を示す。一方、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）および図８（Ｆ）は積分球部を有する本実施形態の血液測定装置１０による結果を示している。また、図８（Ａ）および図８（Ｄ）は波長が１５５０ｎｍの光線の結果を示し、図８（Ｂ）および図８（Ｅ）は波長が１４５０ｎｍの光線の結果を示し、図８（Ｃ）および図８（Ｆ）は波長が１３１０ｎｍの光線の結果を示している。

　図８（Ａ）、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）を参照して、積分球部１４が光路に介装されない比較例に於いては、光軸のずれに起因して光量が大きく変化している。特に、図８（Ｂ）を参照すると、光軸の縦方向のズレに正相関する形で光量が大きく変化している。また、図８（Ｃ）を参照すると、光軸の縦方向のズレに負相関する形で光量が大きく変化している。

　一方、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）および図８（Ｆ）を参照して、積分球部１４を光路に有する本実施形態の血液測定装置１０に於いては、光軸がずれたとしても、光量の変化は大きくない。特に、図８（Ｄ）、図８（Ｅ）および図８（Ｆ）を参照しても、光軸のずれに伴う光量の減少量は、０．０２程度と小さくなっている。

　上記のことから、図４を参照して、積分球部１４を有する血液測定装置１０は、積分球部１４の反射面２６で乱反射された光線を、光出口部１６を経由して柱状に均一に照射することで、光軸がずれた場合でも、そのずれに起因して受光部１９が受光する光量が変化してしまうことを抑制できる。よって、グルコース量を正確に計測することができる。

　上記した各実施形態によれば、以下のような主要な効果を奏することができる。

　図４を参照して、光路に積分球部１４が介装されることで、積分球部１４の反射面２６で反射することで均一化された光線を、被測定部位１８に柱状の領域に於いて均一に照射することができる。よって、光線を照射する発光素子の位置が設計箇所から若干ずれた場合でも、受光素子に照射される光線の強度が著しく低下してしまうことを抑制できる。

　図４を参照して、波長が異なる第１光線および第２光線を、第１発光部１１１および第２発光部１１２から照射すると、通常の場合、第１発光部１１１および第２発光部１１２を光軸上に移動させるアクチュエータを必要になる。一方、本発明では、上記したように、積分球部１４の反射面２６で反射することで均一化された光線を、被測定部位１８に柱状の領域に於いて均一に照射するので、アクチュエータを不要にして波長が異なる複数の光線を、光路に沿って被測定部位１８および受光部１９に向けて照射することができる。

　図４を参照して、積分球部１４の反射面２６が球面状であることで、反射面２６で複数回反射した光線を、均一な状態で光出口部１６から被測定部位１８および受光部１９に向けて照射できる。

　図４を参照して、反射面２６で反射される光線の強度をモニタ受光部２０で計測し、この結果に基づいて演算制御部１７が発光部１１から照射される光の強度を調整することで、被測定部位１８および受光部１９に照射される光の強度を所定のものにすることができる。

　図４を参照して、積分球部１４の反射面２６が粗面であることで、反射面２６で光線が効果的に乱反射し、光出口部１６から柱状の光線を被測定部位１８および受光部１９に向けて照射することができる。

　図５および図６を参照して、挿入状態と測定状態で移動する移動押圧部４６を有していることで、測定状態に於いて被測定部位１８を押圧することで、被測定部位１８を所定の厚みにすることができ、血糖値等の血液に関するパラメータを正確に測定することが出来る。

　図５を参照して、ユーザは、レバー２７を操作することでカム２８を回転させ、発光支持部２１と受光支持部２２との相対距離を自在に変化させることができる。

　図２を参照して、スプリング３４による付勢力で移動押圧部４６を下降させることで、カム２８の回動により、移動当接部４２と受光側当接部４３との距離を所定の長さにすることができる。

　図５および図６を参照して、挿入状態および測定装置において、筒状部３５が挿入孔３６に挿入されていることで、光路を筒状部３５により覆うことができる。

　図５および図６を参照して、挿入状態に於いては移動当接部４２と受光側当接部４３との間に容易に被測定部位１８を挿入でき、測定状態においては被測定部位１８を移動当接部４２と受光側当接部４３とで挟むことで、被測定部位１８の厚みを一定化し、グルコース量を正確に測定できる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これ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で変更が可能である。また、上記した各形態は相互に組み合わせることが可能である。

　図３（Ａ）を参照して、積分球部１４の反射面２６は、必ずしも正確な球形である必要は無く、球形状に類似した湾曲形状でも良い。

　本実施形態では、血液のグルコース量を血液測定装置１０で算出したが、グルコース量以外の物理量を血液測定装置１０で測定することも可能である。

１０　血液測定装置
１１　発光部
１１１　第１発光部
１１２　第２発光部
１１３　第３発光部
１２　操作入力部
１３　記憶部
１４　積分球部
１５　表示部
１６　光出口部
１７　演算制御部
１８　被測定部位
１９　受光部
２０　モニタ受光部
２１　発光支持部
２２　受光支持部
２３　光入口部
２４　受光カバー部
２５　受光入口部
２６　反射面
２７　レバー
２８　カム
２９　カムシャフト
３０　光モニタ開口部
３１　カムシャフト挿通孔
３２　支持シャフト
３３　支持シャフト挿通孔
３４　スプリング
３５　筒状部
３６　挿入孔
３７　当接部
３８　当接挿入孔
３９　受光配置部
４１　移動機構
４２　移動当接部
４３　受光側当接部
４４　台座部
４５　支柱部
４６　移動押圧部
４７　受光支持上部
４８　切欠部
４９　ガイド部
５０　基板
５１　モニタ受光素子

Claims

　被測定部位を透過または反射した光線に基づいて血液に含まれる成分を測定する血液測定装置であり、
　前記被測定部位を透過または反射する前記光線を射出する発光部と、
　前記被測定部位を透過または反射した前記光線を受光する受光部と、
　前記発光部から射出された前記光線が前記受光部に至る光路に介装され、その内部に前記光線を反射する反射面が形成された積分球部と、
　前記積分球部に設けた開口であり、前記発光部から照射された前記光線が前記積分球部の内部に入光する光入口部と、
　前記積分球部に設けた開口であり、前記積分球部の前記反射面で反射した前記光線が前記積分球部から前記被測定部位に向けて射出される光出口部と、を具備することを特徴とする血液測定装置。
　前記発光部は、第１光線と、前記第１光線とは波長が異なる第２光線と、の夫々を、第１発光部および第２発光部から照射し、
　前記積分球部の前記反射面は、前記第１光線および前記第２光線を反射し、
　前記積分球部の前記光出口部からは、前記第１光線および前記第２光線が、前記被測定部位および前記受光部に向けて照射され、
　前記受光部は、前記第１光線および前記第２光線を受光することを特徴とする請求項１に記載の血液測定装置。
　前記積分球部の前記反射面は球面状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の血液測定装置。
　前記積分球部に設けた開口であり、前記光入口部から入射され且つ前記反射面で反射した前記光線の一部が外部に射出する光モニタ開口部と、
　前記光モニタ開口部から射出された前記光線を受光するモニタ受光部と、
　前記モニタ受光部からの出力に基づいて、前記発光部から射出される前記光線の強度を制御する演算制御部と、を更に具備することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の血液測定装置。
　前記反射面は、粗面であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の血液測定装置。
　前記発光部は、第１光線と、前記第１光線とは波長が異なる第２光線と、前記第１光線および前記第２光線とは波長が異なる第３光線と、の夫々を、第１発光部、第２発光部および第３発光部から照射し、
　前記積分球部の前記反射面は、前記第１光線、前記第２光線および前記第３光線を反射し、
　前記積分球部の前記光出口部からは、前記第１光線、前記第２光線および前記第３光線が、前記被測定部位および前記受光部に向けて照射され、
　前記受光部は、前記第１光線、前記第２光線および前記第３光線を受光することを特徴とする請求項１に記載の血液測定装置。
　被測定部位を透過または反射した光線に基づいて血液に含まれる成分を測定する血液測定装置であり、
　前記被測定部位を透過または反射する前記光線を射出する発光部と、
　前記被測定部位を透過または反射した前記光線を受光する受光部と、
　前記発光部を支える発光支持部と、
　前記受光部を支える受光支持部と、
　前記発光支持部と前記受光支持部との間で移動可能に配置された移動押圧部と、を具備し、
　前記移動押圧部は、
　前記発光支持部の側に接近することで、前記光線の光路に前記被測定部位を挿入することが可能となる挿入状態となり、
　前記受光支持部の側に接近することで、前記被測定部位を押圧し、前記被測定部位に前記光線を照射して測定を行う測定状態となることを特徴とする血液測定装置。
　前記移動押圧部を移動させる移動機構は、
　カムシャフトと、
　前記カムシャフトに相対回転不能に取り付けされ、前記移動押圧部を移動させるカムと、
　前記カムシャフトに相対回転不能に取り付けされたレバーと、を有することを特徴とする請求項７に記載の血液測定装置。
　前記移動押圧部に付勢力を付与するスプリングが配置されることを特徴とする請求項８に記載の血液測定装置。
　前記移動押圧部は、挿入孔を有し、
　前記発光支持部は、前記光線が通過する筒状部を有し、
　前記挿入状態および前記測定状態において、前記筒状部は前記挿入孔に挿入されていることを特徴とする請求項７から請求項９の何れかに記載の血液測定装置。
　前記移動押圧部は移動当接部を有し、
　前記受光支持部は受光側当接部を有し、
　前記挿入状態では、前記移動当接部と前記受光側当接部とは、前記被測定部位の厚み以上に離れ、
　前記測定状態では、前記移動当接部と前記受光側当接部とは、前記被測定部位の厚み以下に接近することを特徴とする請求項７から請求項９の何れかに記載の血液測定装置。