(57)【要約】【課題】被検体に光を照射して生体関連情報を計測するにあたり、安定かつ正確な計測を行うことができる生体関連情報計測装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る生体関連情報計測装置は、基板の一方面に設けられ、被検体に向けて所定波長の光を放出する発光部と、基板の一方面に設けられ、被検体を経由した光を受ける受光部と、発光部から放出される光の放出経路を覆うように設けられ、光を拡散させるとともに、表面に粘着性を有する光拡散粘着部材と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方面に設けられ、被検体に向けて所定波長の光を放出する発光部と、
前記基板の一方面に設けられ、前記被検体を経由した前記光を受ける受光部と、
前記発光部から放出される前記光の放出経路を覆うように設けられ、前記光を拡散させるとともに、表面に粘着性を有する光拡散粘着部材と、
を備えたことを特徴とする生体関連情報計測装置。
【請求項２】
前記基板の一方面に設けられ、前記放出経路に設けられた放出用開口と、前記受光部による前記光の受光経路に設けられた受光用開口とを有する筐体をさらに備え、
前記光拡散粘着部材は、前記放出用開口を覆うように設けられた、請求項１記載の生体関連情報計測装置。
【請求項３】
前記筐体の上において少なくとも前記放出用開口を覆うように設けられ、前記光を透過可能な透光性部材をさらに備え、
前記光拡散粘着部材は、前記透光性部材の上に設けられた、請求項２記載の生体関連情報計測装置。
【請求項４】
前記透光性部材は、前記受光用開口の上に設けられ、前記光に対する収束性を有するレンズ部分を有する、請求項３記載の生体関連情報計測装置。
【請求項５】
前記レンズ部分の先端位置は、前記光拡散粘着部材の表面位置よりも突出している、請求項４記載の生体関連情報計測装置。
【請求項６】
前記レンズ部分の弾性率は、前記光拡散粘着部材の弾性率よりも高い、請求項５に記載の生体関連情報計測装置。
【請求項７】
前記発光部は、発光波長が８０６ナノメートル（ｎｍ）以上９９５ｎｍ以下の第１近赤外光を含む光を放出する第１発光素子を有する、請求項１〜６のいずれか１つに記載の生体関連情報計測装置。
【請求項８】
前記発光部は、発光波長が６００ｎｍ以上８０４ｎｍ以下の第２近赤外光を含む光を放出する第２発光素子を有する、請求項７記載の生体関連情報計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体関連情報計測装置に関し、特に人体（皮膚）に密着させて血液内の物質に関する情報の計測を行う生体関連情報計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
血圧等の生体関連情報を計測する装置として、光を利用して計測を行う装置が開示されている。例えば、特許文献１には、体内に向けて光を照射する発光素子と、体内からの反射光を受光する受光素子と、受光素子において受光した反射光をデータに変換するデータ変換手段と、データを信号として無線にて送信する無線送信手段と、被測定者に取り付けるための粘着層と、を備える装置が開示されている。また、特許文献２には、皮膚と接する生化学センサ部と、生体表面を吸引する吸引室とを備えた経皮センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０８７２０９号公報
【特許文献２】特開昭６１−１１５５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
被検体に光を照射して生体関連情報を計測する装置では、被検体に対する光の照射および被検体を経由した光の受けを計測に適した条件で行う必要がある。例えば、被検体と計測装置との距離が安定していないと、的確な角度で光の送受信を行うことができず、計測精度の低下や計測不能を招くことになる。
【０００５】
本発明は、被検体に光を照射して生体関連情報を計測するにあたり、安定かつ正確な計測を行うことができる生体関連情報計測装置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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る生体関連情報計測装置は、基板の一方面に設けられ、被検体に向けて所定波長の光を放出する発光部と、基板の一方面に設けられ、被検体を経由した光を受ける受光部と、発光部から放出される光の放出経路を覆うように設けられ、光を拡散させるとともに、表面に粘着性を有する光拡散粘着部材と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、生体関連情報計測装置を光拡散粘着部材の粘着性によって被検体に密着固定することができる。発光部から放出された光は、光拡散粘着部材によって拡散して被検体に照射される。すなわち、光拡散粘着部材によって発光部と被検体との距離、および受光部と被検体との距離を安定させることができ、しかも発光部から放出された光を拡散させて被検体に照射することができる。これにより、計測に適した条件の光の送受信を行うことができることになる。
【０００８】
上記生体関連情報計測装置において、基板の一方面に設けられ、光の放出経路に設けられた放出用開口と、受光部による光の受光経路に設けられた受光用開口とを有する筐体をさらに備えていてもよい。光拡散粘着部材は、放出用開口を覆うように設けられる。これにより、発光部から放出された光は筐体の放出用開口を通過し、光拡散粘着部材を介して拡散される。したがって、発光部から放出された光が被検体を経由せずに受光部に到達することを効果的に抑制することができる。
【０００９】
上記生体関連情報計測装置において、筐体の上において少なくとも放出用開口を覆うように設けられ、光を透過可能な透光性部材をさらに備えていてもよい。光拡散粘着部材は、透光性部材の上に設けられる。これにより、透光性部材を基材として光拡散粘着部材を的確に取り付けることができる。
【００１０】
上記生体関連情報計測装置において、透光性部材は、受光用開口の上に設けられ、光に対する収束性を有するレンズ部分を有していてもよい。これにより、レンズ部分によって光を収束させて受光部で効率良く受けることができる。
【００１１】
上記生体関連情報計測装置において、レンズ部分の先端位置は、光拡散粘着部材の表面位置よりも突出していてもよい。これにより、光拡散粘着部材を介して生体関連情報計測装置を被検体に取り付けた際、レンズ部分を被検体に確実に押し付けることができる。
【００１２】
上記生体関連情報計測装置において、レンズ部分の弾性率は、光拡散粘着部材の弾性率よりも高くなっていてもよい。これにより、光拡散粘着部材を介して生体関連情報計測装置を被検体に取り付けた際、レンズ部分の変形が抑制され、被検体に確実に押し付けることができる。
【００１３】
上記生体関連情報計測装置において、発光部は、発光波長が８０６ナノメートル（ｎｍ）以上９９５ｎｍ以下の第１近赤外光を含む光を放出する第１発光素子を有していてもよい。このように、波長８０６ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の第１近赤外光を含む光によって被検体の生体関連情報のうち血液に関連する様々な情報を取得することができる。
【００１４】
上記生体関連情報計測装置において、発光波長が６００ｎｍ以上８０４ｎｍ以下の第２近赤外光を含む光を放出する第２発光素子を有していてもよい。このように、波長８０６ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の第１近赤外光と、波長６００ｎｍ以上８０４ｎｍ以下の第２近赤外光とを用いることで、被検体の生体関連情報のうち血液に関連する情報の種類を増やすことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被検体に光を照射して生体関連情報を計測するにあたり、安定かつ正確な計測を行うことができる生体関連情報計測装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る生体関連情報計測装置を例示する斜視図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る生体関連情報計測装置を例示する模式図である。
【図３】センサモジュールの構成を例示するブロック図である。
【図４】計測装置の使用状態を例示する模式断面図である。
【図５】他の実施形態を例示する模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
【００１８】
（生体関連情報計測装置の構成）
図１（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る生体関連情報計測装置を例示する斜視図である。
図１（ａ）には受発光面とは反対側からみた斜視図が示され、図１（ｂ）には受発光面からみた斜視図が示される。
図２（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る生体関連情報計測装置を例示する模式図である。
図２（ａ）には受発光面からみた平面図が示され、図２（ｂ）には断面図が示される。
【００１９】
本実施形態に生体関連情報計測装置（以下、単に「計測装置」と称する。）１は、例えば人体の皮膚に密着させて血液内の物質に関する情報の計測を行う装置である。計測装置１は、センサモジュール１０を備える。センサモジュール１０は、基板１００の一方面に設けられた発光部１１および受光部１２を有する。ここで、本実施形態において、基板１００の一方面側において基板１００から離れる方向を「上」と称することにする。
【００２０】
発光部１１は、被検体に向けて所定波長の光を放出する。受光部１２は、発光部１１から放出され、被検体を経由した光を受ける。計測装置１において、基板１００の一方面側が受発光面１０ａとなる。受発光面１０ａには、発光部１１に含まれる一対の発光素子と、受光部１２に含まれる受光素子とが並んで配置されている。発光部１１および受光部１２を有するセンサモジュール１０の詳細は後述する。
【００２１】
計測装置１は、発光部１１から放出される光の放出経路を覆うように設けられた光拡散粘着部材２０を備える。光拡散粘着部材２０は、発光部１１から放出された光を拡散させる機能を有するとともに、表面に粘着性を有している。光拡散粘着部材２０が設けられていることで、計測装置１は光拡散粘着部材２０の表面の粘着性によって被検体に密着した状体で固定される。このような光拡散粘着部材２０を用いることで、ベルトや吸引機構などの締結具を用いることなく計測装置１を被検体に容易かつ確実に固定することできる。
【００２２】
また、発光部１１から放出された光は、光拡散粘着部材２０によって拡散して被検体に照射される。光拡散粘着部材２０による計測装置１の固定によって発光部１１と被検体との距離、および受光部１２と被検体との距離を安定させることができ、また、発光部１１から放出された光は、光拡散粘着部材２０によって拡散させて被検体に照射することができる。これにより、計測に適した条件の光の送受信を行うことができるようになる。
【００２３】
本実施形態の計測装置１は、筐体５０をさらに備えている。筐体５０は、基板１００の一方面側に設けられる。筐体５０は、発光部１１の光の放出経路に設けられた放出用開口５５と、受光部１２による光の受光経路に設けられた受光用開口５６とを有する。筐体５０は、例えば金属製であり、基板１００の一方面において発光部１１および受光部１２の周辺を囲むように設けられる。筐体５０は、発光部１１および受光部１２で発生した熱を外部に放出する放熱部材として機能する。
【００２４】
光拡散粘着部材２０は、筐体５０における放出用開口５５を覆うように設けられる。光拡散粘着部材２０は、発光部１１から放出され、放出用開口５５内を進む光について、拡散および透過する特性を有する。光拡散粘着部材２０で拡散され透過した光は、被検体に対して様々な角度で入射していくことになる。様々な角度で入射する光には、計測に適した条件の光が含まれる。この光を受光部１２で受けることにより、計測装置１と被検体との位置関係や、被検体の表面状体など、各種の条件に対して幅広く、的確な計測を行うことができるようになる。
【００２５】
本実施形態の計測装置１において、筐体５０の上に透光性部材３０が設けられていてもよい。透光性部材３０は、少なくとも放出用開口５５を覆うように設けられている。本実施形態では、放出用開口５５のほか、受光用開口５６も覆うように透光性部材３０が設けられる。透光性部材３０は、発光部１１から放出される光を透過可能に設けられる。透光性部材３０には、例えばＰＥＴ（polyethylene terephthalate：ポリエチレンテレフタレート）が用いられる。透光性部材３０は、接着層４０によって筐体５０に接続される。接着層４０には、例えば両面テープが用いられる。
【００２６】
透光性部材３０が設けられている場合、光拡散粘着部材２０は透光性部材３０の上に取り付けられる。放出用開口５５の上における透光性部材３０の厚さは一定になっている。これにより、透光性部材３０を基材として、平坦な面に光拡散粘着部材２０を的確に取り付けることができる。
【００２７】
また、透光性部材３０における受光用開口５６の上に設けられた部分に、光に対する収束性を有するレンズ部分３１を設けてもよい。レンズ部分３１は、例えば上に凸となるレンズ形状を有している。これにより、レンズ部分３１で取り込んだ光を収束させて受光部１２で効率良く受けることができる。
【００２８】
透光性部材３０における放出用開口５５を覆う部分と、レンズ部分３１との間には、第１遮光部５１が設けられていてもよい。例えば筐体５０の一部を突出させることで第１遮光部５１を構成してもよいし、筐体５０とは別体で筐体５０の上に第１遮光部５１を設けてもよい。第１遮光部５１を設けることで、発光部１１から放出された光のうち透光性部材３０の中を伝搬する光（迷光）が、被検体を経由することなく受光部１２に入り込むことを抑制することができる。迷光の取り込みを抑制することで、必要な情報を抽出しやすくなり、精度の高い計測が可能となる。
【００２９】
（センサモジュールの構成）
図３は、センサモジュールの構成を例示するブロック図である。
センサモジュール１０は、一対の発光部１１と、一対の発光部１１の間に設けられた受光部１２と、制御部１３と、入出力インタフェース部１４とを備える。
【００３０】
発光部１１は、発光波長が８０６ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の第１近赤外光を含む光を発光する第１発光素子１１ａ１を含む。また、発光部１１は、発光波長が６００ｎｍ以上８０４ｎｍ以下、好ましくは７５８ｎｍ以上７６２ｎｍ以下の第２近赤外光を含む光を発光する第２発光素子１１ａ２を含んでいてもよい。第１発光素子１１ａ１および第２発光素子１１ａ２は、発光ダイオード素子やレーザ素子である。なお、本実施形態では発光部１１から第１近赤外光および第２近赤外光を放出するよう構成されるが、少なくとも第１近赤外光を放出するよう構成されていればよい。
【００３１】
受光部１２は、発光部１１から放出され被検体の血管を流れる血液を経由した第１近赤外光を受けて電気信号に変換する受光素子１２ａを有する。受光素子１２ａは、例えばフォトダイオードである。本実施形態では、受光素子１２ａは第１近赤外光のほか、第２近赤外光も受光して、その受光量に応じた電気信号を出力する感度を有する。
【００３２】
発光部１１と受光部１２とは一体となって受発光部１５を構成している。センサモジュール１０は、受発光部１５（発光部１１および受光部１２）、制御部１３および入出力インタフェース部１４をパッケージ化したものであってもよい。
【００３３】
発光部１１は、第１発光素子１１ａ１および第２発光素子１１ａ２をそれぞれ駆動するドライブ回路１１ｂを有する。また、受光部１２は、受光素子１２ａが出力する受光信号を増幅する増幅回路１２ｂを有する。これらの回路はチップ化されていてもよい。
【００３４】
制御部１３は、マイクロコンピュータで構成されている。制御部１３は、発光部１１のドライブ回路１１ｂにタイミング信号を送信して、第１発光素子１１ａ１および第２発光素子１１ａ２から近赤外光を発するように制御することができる。また、制御部１３は、内蔵のアナログ−デジタル変換回路を用いて、受光部１２の増幅回路１２ｂから出力された増幅後の受光信号を処理可能なデジタル形式の信号情報に変換し、この変換した信号情報に基づいて、被検体の血管内を通る血液に関する情報を推定する。
【００３５】
例えば、第１近赤外光を用いた計測では、被検体の血管内を通る血液から得られる情報、例えば、血流の拍動、血流量、流速などを得ることができる。また、第１近赤外光および第２近赤外光の両方を用いた計測では、血中ヘモグロビン変化（Ｈｂ変化量）、血中酸素比率変化（酸素度）などを得ることができる。
【００３６】
ここで、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの吸光度は波長８０５ｎｍにおいて等しく、波長８０５ｎｍよりも長波長では酸素化ヘモグロビンの吸光度が脱酸素化ヘモグロビンの吸光度よりも大きく、波長８０５ｎｍよりも短波長では酸素化ヘモグロビンの吸光度が脱酸素化ヘモグロビンの吸光度よりも小さくなる。したがって、波長８０６ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の第１近赤外光を含む光、好ましくは第１近赤外光の波長域に発光ピークを有する光を用いることで、酸素化ヘモグロビンを優先的に測定することができる。
【００３７】
また、センサモジュール１０では１０ミリ秒程度のサンプリングレートで計測できるため、血液に関する情報を連続的に得ることができる。
【００３８】
また、波長８０５ｎｍよりも短波長の光を含む光により測定を行うと、脱酸素化ヘモグロビンを優先的に測定することができる。そのような光として、波長６００ｎｍ以上８０４ｎｍ以下（好ましくは７５８ｎｍ以上７６２ｎｍ以下）の第２近赤外光を含む光が例示され、第２近赤外光の波長域に発光ピークを有する光が好ましい光として例示される。そして、第１近赤外光を含む光による測定結果および第２近赤外光を含む光による測定結果から、血中酸素比率変化（酸素度）またはこれに関連する情報を導き出すことが可能である。
【００３９】
このような近赤外光を用いた計測を行うため、光拡散粘着部材２０や透光性部材３０は、受発光部１５で受発光する光の波長に対して不透明であることが好ましい。
【００４０】
ここで、一般的には、発光部１１から放出される光の経路である放出用開口５５を部材で覆うことはしない。しかし、本実施形態では放出用開口５５を覆うように光拡散粘着部材２０が設けられる。このような光拡散粘着部材２０によって計測装置１の被検体への固定とともに、光を拡散させることで、計測に適した条件の光を受光部１２で受けやすくしている。
【００４１】
すなわち、本実施形態に係る計測装置１では、（１）発光部１１と被検体との距離、および受光部１２と被検体との距離が安定すること、（２）発光部１１から放出された光を拡散させて被検体に照射し、計測に適した条件の光を送受できること、というメリットを得ることができる。
【００４２】
図４は、計測装置の使用状態を例示する模式断面図である。
計測装置１は、光拡散粘着部材２０の粘着性を利用して被検体Ｓに密着固定される。これにより、ベルトなどの固定具を用いることなく計測装置１を確実に装着することができる。
【００４３】
計測装置１において、透光性部材３０のレンズ部分３１の先端位置（上側の突出端の位置）は、光拡散粘着部材２０の表面位置（上側の表面位置）よりも突出している。このため、計測装置１を被検体Ｓに固定した状態では、レンズ部分３１が被検体Ｓに確実に押し付けられる。
【００４４】
また、レンズ部分３１の弾性率を光拡散粘着部材２０の弾性率よりも高くしておくことで、光拡散粘着部材２０と被検体Ｓとを密着させつつ、レンズ部分３１を変形させることなく被検体Ｓに押し付けることができる。レンズ部分３１の形状を維持したまま被検体Ｓに押し付けられることで、被検体Ｓを経由した光を効果的にレンズ部分３１で取り込み、受光部１２に収束させることができる。これにより、迷光による誤検出が抑制され、計測精度を向上させることができる。
【００４５】
（他の実施形態）
図５は、他の実施形態を例示する模式断面図である。
図５に示す計測装置１Ｂは、第２遮光部５２を備えている。第２遮光部５２は、光拡散粘着部材２０とレンズ部分３１との間に設けられる。第２遮光部５２は第１遮光部５１の上に設けられる。第２遮光部５２を設けることで、発光部１１から放出された光のうち光拡散粘着部材２０の中を伝搬する迷光がレンズ部分３１から取り込まれ、受光部１２に入り込むことを抑制することができる。
【００４６】
光拡散粘着部材２０は発光部１１から放出された光を拡散させる機能を有しているため、拡散した光の一部は光拡散粘着部材２０の中を伝搬して側端面から外に出て行くものもある。この光が被検体Ｓに向かわず、直接レンズ部分３１に向かう場合には迷光となってしまう。第２遮光部５２は、このような迷光がレンズ部分３１から取り込まれることを抑制する。これにより、光拡散粘着部材２０によって拡散した光のうち、被検体Ｓに向かい被検体Ｓを経由した光をレンズ部分３１で的確に受けることができ、計測精度の向上を図ることができる。
【００４７】
以上説明したように、被検体Ｓに光を照射して生体関連情報を計測するにあたり、安定かつ正確な計測を行うことができる計測装置１、１Ｂを提供することが可能になる。
【００４８】
なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、光拡散粘着部材２０は付け剥がし可能に設けられていてもよい。これにより、被検体Ｓに対する粘着性が低下した際に、新たな光拡散粘着部材２０に容易に取り替えることができる。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ｂ…計測装置
１０…センサモジュール
１０ａ…受発光面
１１…発光部
１１ａ１…第１発光素子
１１ａ２…第２発光素子
１１ｂ…ドライブ回路
１２…受光部
１２ａ…受光素子
１２ｂ…増幅回路
１３…制御部
１４…入出力インタフェース部
１５…受発光部
２０…光拡散粘着部材
３０…透光性部材
３１…レンズ部分
４０…接着層
５０…筐体
５１…第１遮光部
５２…第２遮光部
５５…放出用開口
５６…受光用開口
１００…基板
Ｓ…被検体
【図１】
2018126222.tif 000003
【図２】
2018126222.tif 000004
【図３】
2018126222.tif 000005
【図４】
2018126222.tif 000006
【図５】
2018126222.tif 000007