(57)【要約】【課題】発光量が変動する状況でも生体情報を高精度に特定する。【解決手段】外部からの光が透過部を通過しない遮光状態において、発光部から出射して反射面により反射した光を受光部により受光させたときの受光量を特定する第１過程と、第１過程で特定した受光量を反射性の参照体に照射したときに観測される参照分光特性を推定する第２過程と、透過部を光が通過する透過状態において、発光部からの出射光を反射面により反射させることなく透過部を通過させて測定部位に照射し、当該測定部位の内部で拡散反射した光を透過部を通過させて受光部により受光することで観測分光特性を測定する第３過程と、第２過程で推定した参照分光特性と第３過程で測定した観測分光特性とを利用して、測定部位の生体情報を特定する第４過程とを含む生体情報測定方法。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する発光部と、光を通過させる透過部と、前記発光部からの出射光を反射する反射面と、光を受光する受光部とを具備する光学検出装置を利用して、測定部位の生体情報を測定する方法であって、
外部からの光が前記透過部を通過しない遮光状態において、前記発光部から出射して前記反射面により反射した光を前記受光部により受光させたときの受光量を特定する第１過程と、
前記第１過程で特定した前記受光量を反射性の参照体に照射したときに観測される参照分光特性を推定する第２過程と、
前記透過部を光が通過する透過状態において、前記発光部からの出射光を前記反射面により反射させることなく前記透過部を通過させて前記測定部位に照射し、当該測定部位の内部で拡散反射した光を前記透過部を通過させて前記受光部により受光することで観測分光特性を測定する第３過程と、
前記第２過程で推定した前記参照分光特性と前記第３過程で測定した前記観測分光特性とを利用して、前記測定部位の生体情報を特定する第４過程と
を含む生体情報測定方法。
【請求項２】
前記第２過程においては、複数の光量の各々について参照分光特性を記憶する記憶部から、前記第１過程における前記受光部の受光量に対応する参照分光特性を特定する
請求項１の生体情報測定方法。
【請求項３】
前記第４過程では、前記第２過程で推定した前記参照分光特性と前記第３過程で測定した前記観測分光特性との間における波長毎の特性値の比の系列を吸収スペクトルとして生成し、当該吸収スペクトルから前記生体情報を特定する
請求項１または請求項２の生体情報測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の生体情報を測定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
被験者の生体情報を測定するための技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、生体中の成分濃度を非侵襲で測定する構成が開示されている。具体的には、特許文献１の技術では、近赤外光を生体表面に向けて照射し、生体内部からの反射光を受光して受光成分から得られる生体信号から生体中の成分濃度を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３４２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
生体表面に向けて照射する近赤外光の光量が不安定に変動すると生体中の成分濃度を正確に測定できないという問題がある。以上の事情を考慮して、本発明は、発光量が変動する状況でも生体情報を高精度に特定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の生体情報測定方法は、光を出射する発光部と、光を通過させる透過部と、発光部からの出射光を反射する反射面と、光を受光する受光部とを具備する光学検出装置を利用して、測定部位の生体情報を測定する方法であって、外部からの光が透過部を通過しない遮光状態において、発光部から出射して反射面により反射した光を受光部により受光させたときの受光量を特定する第１過程と、第１過程で特定した受光量を反射性の参照体に照射したときに観測される参照分光特性を推定する第２過程と、透過部を光が通過する透過状態において、発光部からの出射光を反射面により反射させることなく透過部を通過させて測定部位に照射し、当該測定部位の内部で拡散反射した光を透過部を通過させて受光部により受光することで観測分光特性を測定する第３過程と、第２過程で推定した参照分光特性と第３過程で測定した観測分光特性とを利用して、測定部位の生体情報を特定する第４過程とを含む。以上の方法では、遮光状態での受光量に対応した参照分光特性（つまり発光部の発光量に対応した参照分光特性）と観測分光特性とを利用して血糖値が特定されるから、発光部による発光量の変動の影響を低減して血糖値を高精度に特定できる。
【０００６】
本発明の好適な態様において、第２過程においては、複数の光量の各々について参照分光特性を記憶する記憶部から、第１過程における受光部の受光量に対応する参照分光特性を特定する。以上の方法では、複数の光量の各々について参照分光特性を記憶する記憶部から、第１過程における受光部の受光量に対応する参照分光特性が特定される。したがって、例えば特定の分光特性を調整することで参照分光特性を特定する構成と比較して、参照分光特性を特定するための処理負荷が軽減される。
【０００７】
本発明の好適な態様において、第４過程では、第２過程で推定した参照分光特性と第３過程で測定した観測分光特性との間における波長毎の特性値の比の系列を吸収スペクトルとして生成し、当該吸収スペクトルから生体情報を特定する。以上の方法では、観測分光特性と参照分光特性との比が算定されるので、発光部の発光量の変動に起因した誤差を測定分光特性から除去した吸収スペクトル（すなわち、受光量に依存しない吸収スペクトル）が生成される。したがって、発光部の発光量が時間的に変動する場合でも、発光量の変動の影響を低減して生体情報を高精度に特定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る生体情報測定装置の構成図である。
【図２】光学検出装置の断面図である。
【図３】光学検出装置のうち突起状態における可動部の近傍の部分を拡大した断面図である。
【図４】光学検出装置のうち収容状態における可動部の近傍の部分を拡大した断面図である。
【図５】信号処理部の動作のフローチャートである。
【図６】参照分光特性と観測分光特性と吸収スペクトルとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施形態に係る生体情報測定装置１の構成図である。生体情報測定装置１は、被験者の生体情報を非侵襲的に測定する測定機器である。具体的には、生体情報測定装置１は、被験者の身体のうち測定対象となる部位（以下「測定部位」という）Ｍに装着される。例えば手首が測定部位Ｍの好適例である。本実施形態では、測定部位Ｍの内部に存在する血液または間質液から、血糖値（グルコース濃度）を生体情報として測定する。
【００１０】
本実施形態の生体情報測定装置１は、図１に例示される通り、光学検出装置２０と信号処理部４０と記憶部６０と表示部８０とを具備する。光学検出装置２０は、血糖値の測定に利用される検出信号を生成する光学センサーモジュールである。
【００１１】
図２には、光学検出装置２０の断面図である。図２に例示される通り、光学検出装置２０は、筐体２１と複数（例えば２個）の発光部２２と受光部２３と可動部２４と保持部２５と保護部２６と弾性部材２７と透過部２８とを具備する。筐体２１は、中空の構造体であり、発光部２２と受光部２３と弾性部材２７とを収容する。
【００１２】
各発光部２２は、光を出射する。例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode），ハロゲンランプまたは面発光レーザー（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）等の発光素子が発光部２２として利用され得る。本実施形態の発光部２２は、近赤外光（約８００ｎｍ〜１３００ｎｍ）を含む光を出射する。各発光部２２は、同時に光を出射する。本実施形態の発光部２２は、発光の開始から発光量が安定するまで所定の時間が必要である。発光量が安定するまで、本実施形態の発光部２２は経時的に変化する。
【００１３】
筐体２１には、受光経路１１と照射経路１３と収容部１５と張出部１７とが形成される。受光経路１１は、筐体２１のうち血糖値の測定時に測定部位Ｍに対向する表面に対して垂直な方向に延在する断面円形の空間である。照射経路１３は、発光部２２から出射された光が通過する断面円形の空間であり、受光経路１１から分岐して各発光部２２に向うように形成される。照射経路１３の中心軸は受光経路１１の中心軸に対して傾斜する。収容部１５は、筐体２１のうち血糖値の測定時に測定部位Ｍに対向する表面Ｆに形成された円形状の空間である。収容部１５は、受光経路１１よりも大径に形成されて受光経路１１に連通する。張出部１７は、収容部１５の内周面から内側（筐体２１の中心線側）に張り出すように形成される。張出部１７の下面７２は、収容部１５の底面または天井面に相当する。
【００１４】
図３は、光学検出装置２０のうち可動部２４の近傍の部分を拡大した断面図である。図２および図３に例示される通り、可動部２４は、略環状の構造体である。可動部２４の上面は、水平方向の対向面４１と、対向面４１に対して傾斜した反射面４３とを含む。可動部２４の対向面４１と反射面４３との境界には、突起部４５が形成される。
【００１５】
可動部２４は、筐体２１に対して上下方向に移動可能である。図３には、収容状態と比較して下方に移動した状態（突起状態）が図示されている。一方で、図４には、可動部２４が収容部１５に収容された状態（収容状態）が図示されている。可動部２４は、収容状態と突起状態との間で上下方向に移動可能である。可動部２４の下方への移動は、収容部１５の内周面に設置された保持部２５により規制される。可動部２４の下面には、光透過性の保護部２６（例えばガラス板）が設置される。
【００１６】
図２の受光部２３は、到来した光の受光レベルに応じた検出信号を生成する。本実施形態の受光部２３は、分光器３１と受光素子３３とを具備し、受光経路１１における収容部１５とは反対側の端部に設置される。血糖値の測定時に受光経路１１を介して測定部位Ｍに対向するように分光器３１が設置され、分光器３１を挟んで測定部位Ｍとは反対側に受光素子３３が設置される。具体的には、分光器３１は、到来した光を分光する光学機器である。例えばファブリ・ペロー型干渉計（エタロン）が分光器３１として好適に利用される。受光経路１１から分光器３１の表面に入射した光のうち近赤外領域の光が分光される。受光素子３３は、分光器３１で分光された光の受光レベルに応じた検出信号を生成する。例えば、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）等の光電変換素子が受光素子３３として好適に利用される。例えば近赤外領域に高い感度を示すＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・ヒ素）で受光素子３３が形成される。なお、光学検出装置２０は、例えば、駆動電流の供給により発光部２２を駆動する駆動回路と、受光部２３の出力信号を増幅およびＡ/Ｄ変換する出力回路（例えば増幅回路とＡ/Ｄ変換器）を包含するが、図２では各回路の図示を省略した。
【００１７】
図３および図４から理解される通り、張出部１７の内径と可動部２４の内径とは略一致する。張出部１７の内径と可動部２４の内径とは、受光経路１１の直径よりも大きい。なお、張出部１７の内径と可動部２４の内径とを相違させてもよい。透過部２８は、光を通過させる部分である。本実施形態では、可動部２４の内径により規定される部分が透過部２８である。具体的には、透過部２８は、発光部２２から出射された光と測定部位Ｍからの反射光とを通過させる。
【００１８】
張出部１７の下面７２と可動部２４の対向面４１との間には弾性部材２７が設置される。本実施形態の弾性部材２７は、円錐台型の円環状に形成された皿バネである。弾性部材２７の内周面と可動部２４の突起部４５とが係合することで弾性部材２７の水平方向の位置が決まる。可動部２４は、弾性部材２７により下方に付勢される。弾性部材２７の内径は、可動部２４の内径（つまり透過部２８の直径）および張出部１７の内径よりも大きい。図３に例示される通り、可動部２４が突起状態にある場合、可動部２４における反射面４３は張出部１７の下面７２から離間し、発光部２２から到来した光Ｌが反射面４３により反射される状態となる。つまり、反射面４３は、発光部２２からの出射光Ｌを反射する要素として機能する。他方、保護部２６が押圧されると、弾性部材２７による付勢に抗して可動部２４が上方に移動することで図４の収容状態となる。収容状態では、可動部２４における反射面４３と張出部１７の対向面４１とが密着する。したがって、反射面４３は光Ｌを反射できない状態となる。
【００１９】
図１の信号処理部４０は、発光部２２の発光を制御し、受光部２３で生成された検出信号から血糖値を特定する。記憶部６０は、信号処理部４０が使用する各種のデータを記憶する。例えば半導体記録媒体または磁気記録媒体等の公知の記録媒体が記憶部６０として採用され得る。具体的には、記憶部６０は、参照テーブルを記憶する。参照テーブルには、複数の光量（Ａ1，Ａ2，Ａ3，…）の各々について参照分光特性が登録される。参照分光特性とは、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の標準反射板（最大反射率９９％）に光を照射したときの反射光の強度スペクトルである。透過部２８を光が通過する透過状態で、かつ、標準反射板（参照体の例示）により保護部２６を押圧した状態において、発光部２２から標準反射板に光を照射したときに当該標準反射板での反射後に受光される光の強度スペクトルである。入射光を反射（例えば拡散反射）させ、かつ、標準的な生体の光学特性を有する物体が標準反射板として好適に利用される。照射光の強度を相違させた複数の場合の各々について参照分光特性が事前に測定される。複数の参照分光特性の各々について、その参照分光特性が測定されたときに標準反射板から受光される受光量（Ａ1，Ａ2，Ａ3，…）が参照テーブルに登録される。すなわち、参照分光特性は、特定の受光量が受光される状況における標準反射板の分光特性である。以上の説明から理解される通り、参照テーブルは、複数の参照分光特性の各々に、当該参照分光特定が測定されたときの受光量を対応付けたデータテーブルである。
【００２０】
本実施形態の生体情報測定装置１は、準備動作と実測動作とを実行する。準備動作の直後に実測動作が実行される。信号処理部４０は、発光部２２の発光を制御し、受光部２３で生成された検出信号から血糖値を特定する。実測動作において、信号処理部４０は、被験者の測定部位Ｍの状態を反映した検出信号（以下「実測信号」という）から血糖値を特定する。一方で、準備動作においては、信号処理部４０は、実測動作において血糖値の特定に使用される参照分光特定を特定する。
【００２１】
図５は、信号処理部４０の動作（生体情報測定方法）のフローチャートである。例えば被験者からの血糖値の測定の指示を契機として図５の処理が開始される。図５の処理を開始すると、信号処理部４０は、発光部２２に発光を指示する（Ｓ1）。発光部２２は、信号処理部４０からの指示に応じて発光する。ただし、前述の通り、発光部２２による発光量は経時的に変動し得る。
【００２２】
発光部２２が発光した状態で準備動作（Ｓ2，Ｓ3）が実行される。準備動作の実行中においては、光学検出装置２０は、外部からの光が透過部２８を通過しない遮光状態に維持される。具体的には、図３に例示する通り、例えば遮光体９０により保護部２６に接触しないように透過部２８を覆うことで遮光状態が実現される。
【００２３】
また、準備動作の実行中においては、可動部２４は、図３の突起状態に維持される。可動部２４が突起状態にあるので、発光部２２から出射した光は、照射経路１３を進行し、可動部２４の反射面４３により反射する。反射面４３で反射した光Ｌは、受光経路１１を通過して受光部２３に到達する。受光部２３は、反射面４３により反射した光Ｌの受光量に応じた検出信号（以下「準備信号」という）を生成する。透過部２８が遮光状態にあるので、準備信号は外光の影響を受けない。
【００２４】
信号処理部４０は、以上の状態で受光部２３が生成した準備信号から受光量を特定する（Ｓ2）。ステップＳ2は、外部からの光が透過部２８を通過しない遮光状態において、発光部２２から出射して反射面４３により反射した光を受光部２３により受光させたときの受光量を特定する第１過程である。
【００２５】
信号処理部４０は、第１過程で特定した受光量を反射性の標準反射板に照射したときに観測される参照分光特性を推定する（Ｓ3）。具体的には、信号処理部４０は、複数の光量の各々について参照分光特性を記憶する参照テーブルから、第１過程における受光部２３の受光量に対応する参照分光特性を特定する。例えば、第１過程における受光部２３の受光量に最も近い光量に対応付けられた参照分光特性が特定される。ステップＳ3は、第２過程の例示である。ステップＳ2およびステップＳ3の処理が準備動作における信号処理部４０の処理である。したがって、準備動作では、実測動作における発光部２２の発光量と同等の発光量のもとで受光部２３が受光する光の受光量が測定され、その受光量に対応する参照分光特性が推定される。すなわち、参照分光特性は、実測動作における発光部２２の発光量のもとで当該発光量に起因して観測される分光特性である。
【００２６】
以上に説明した準備動作が終了すると、発光部２２が発光した状態を維持したまま、測定部位Ｍの血糖値を測定する実測動作（Ｓ4〜Ｓ6）が開始される。実測動作の実行中においては、透過部２８は透過状態（例えば遮光体９０をはずした状態）に維持される。また、実測動作の実行中においては、測定部位Ｍにより保護部２６が押圧される。図４に例示される通り、測定部位Ｍにより保護部２６が押圧されることで可動部２４は収容状態になるので、可動部２４の反射面４３は光を反射できない。発光部２２から出射した光は、照射経路１３および透過部２８を通過して、測定部位Ｍの表面に入射する。測定部位Ｍの表面に入射した光は、測定部位Ｍの内部（例えば血管）で拡散反射したうえ光学検出装置２０側に出射する。測定部位Ｍから出射した光は、透過部２８および受光経路１１を進行して、受光部２３に到達する。受光部２３は、測定部位Ｍの内部で拡散反射した光を受光した受光量に応じた実測信号を生成する。
【００２７】
信号処理部４０は、受光部２３が生成した実測信号から、観測分光特性を測定する（Ｓ4）。観測分光特性は、ステップＳ4において測定部位Ｍに光を照射したときに測定部位Ｍでの拡散反射後に受光される光の強度スペクトルである。ステップＳ4は、透過部２８を光が通過する透過状態において、発光部２２からの出射光を反射面４３により反射させることなく透過部２８を通過させて測定部位Ｍに照射し、当該測定部位Ｍの内部で拡散反射した光を透過部２８を通過させて受光部２３により受光することで観測分光特性を測定する第３過程である。
【００２８】
信号処理部４０は、第２過程で推定した参照分光特性と第３過程で測定した観測分光特性とを利用して、測定部位Ｍの血糖値を特定する（Ｓ5）。具体的には、信号処理部４０は、観測分光特性と参照分光特性との間における波長毎の特性値の比の系列を吸収スペクトルとして生成し、当該吸収スペクトルから血糖値を特定する。例えば、図６に例示される通り、吸収スペクトルのうち任意の１個の波長に対応する数値は、観測分光特性における当該波長での特性値ｘと、参照分光特性における当該波長での特性値ｙとの比（ｙ／ｘ）に設定される。吸光スペクトルを利用した血糖値の特定には、例えば重回帰分析法等の公知の技術が任意に利用され得る。ＰＬＳ（Partial Least Squares）回帰分析法および独立成分分析法等が重回帰分析法として例示される。ステップＳ5は第４過程である。以上の手順が完了すると、信号処理部４０は、表示部８０に血糖値を表示させる（Ｓ6）。
【００２９】
以上に説明した通り、本実施形態では、遮光状態での受光量に対応した参照分光特性（つまり発光部２２の発光量に対応した参照分光特性）と観測分光特性とを利用して血糖値が特定されるので、発光部２２による発光量の変動の影響を低減して血糖値を高精度に特定できる。具体的には、観測分光特性と参照分光特性との比を算定することで、発光部２２の発光量の変動に起因した誤差を測定分光特性から除去した吸収スペクトル（すなわち、受光量に依存しない吸収スペクトル）が生成される。したがって、発光部２２の発光量が時間的に変動する場合でも、発光量の変動の影響を低減して生体情報を高精度に特定できる。
【００３０】
＜変形例＞
以上に例示した形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を適宜に併合することも可能である。
【００３１】
（１）前述の形態では、第２過程（ステップＳ3）において、複数の光量の各々について参照分光特性を記憶する記憶部６０（参照テーブル）から、第１過程（ステップＳ2）における受光部２３の受光量に対応する参照分光特性を特定したが、第１過程において参照分光特性を特定する方法は以上の例示に限定されない。例えば、第１過程における受光部２３の受光量に応じて特定の分光特性（以下「基準分光特性」という）を調整することで参照分光特性を特定する構成も採用され得る。基準分光特性は、基準となる受光量（以下「基準受光量」という）が受光される状況における標準反射板の分光特性であり、予め記憶部６０に記憶される。具体的には、信号処理部４０は、第１過程における受光部２３の受光量と基準受光量との比に応じて基準分光特性の波長毎の特性値を調整することで参照分光特定を特定する。ただし、相異なる光量についてそれぞれ記憶された複数の参照分光特性の何れかを選択する前述の形態によれば、基準分光特性を調整することで参照分光特性を特定する構成と比較して、参照分光特性を特定するための処理負荷が軽減される。他方、基準分光特性を利用する構成によれば、記憶部６０に必要な記憶容量が削減されるという利点がある。
【００３２】
（２）前述の形態では、生体情報として血糖値を特定したが、特定する生体情報の種類は以上の例示に限定されない。例えば、ヘモグロビン濃度，血中酸素濃度，中性脂肪濃度等の各種の血液成分濃度を生体情報として特定してもよい。
【００３３】
（３）前述の形態では、第４過程において、観測分光特性と参照分光特性との間における波長毎の特性値の比の系列を吸収スペクトルとして生成し、当該吸収スペクトルから血糖値を特定する構成を例示したが、血糖値の特定に利用される吸収スペクトルの特定方法は以上の例示に限定されない。
【００３４】
（４）前述の形態では、遮光状態において発光部２２からの出射光を可動部２４の反射面４３で反射させたが、遮光状態において発光部２２からの出射光を反射させる構成は以上の例示に限定されない。例えば遮光体９０の表面に光を反射する反射面を設ける構成も採用され得る。つまり、取り外し可能な反射面を光学検出装置２０が具備してもよい。また、弾性部材２７の表面を反射面として発光部２２からの出射光を反射させる構成も採用され得る。以上の説明から理解される通り、遮光状態において発光部２２からの出射光を反射可能な反射面を具備する構成であれば、光学検出装置２０の具体的な構成は任意である。つまり、可動部２４と保持部２５と保護部２６と弾性部材２７とは光学検出装置２０において必須ではない。
【００３５】
（５）前述の形態では、光学検出装置２０は２個の発光部２２を具備したが、光学検出装置２０が具備する発光部２２の個数は任意である。
【００３６】
（６）前述の形態では、発光部２２が出射する光に近赤外光が含まれたが、発光部２２が出射する光の波長域は任意である。ただし、発光部２２が出射する光に近赤外光が含まれる構成は、血糖値を生体情報として特定する場合に特に有効である。つまり、特定する生体情報の種類によって、発光部２２が出射する光の波長域は任意に変更し得る。
【００３７】
（７）前述の形態では、受光部２３が分光器３１と受光素子３３とを含んだが、発光部２２から出射して測定部位Ｍの内部を通過した光の受光レベルに応じた検出信号を生成することができれば受光部２３の構成は任意である。例えば受光部２３が受光素子３３のみを含む構成、または、分光器３１にファブリ・ペロー型干渉計を利用した場合には受光部２３が分光器３１と受光素子３３との間にバンドパスフィルターを具備する構成も採用され得る。
【００３８】
（８）前述の形態では、特定した血糖値を表示する表示部８０を具備したが、生体情報測定装置１と通信可能（有線／無線）な端末装置に表示部８０を設けることも可能である。生体情報測定装置１は特定した血糖値を端末装置に送信して、当該端末装置が血糖値を表示する。つまり、生体情報測定装置１において表示部８０は必須ではない。
【００３９】
（９）信号処理部４０および表示部８０のうち一方または双方を端末装置に設けた構成（例えば端末装置で実行されるアプリケーションで実現される構成）であってもよい。つまり、生体情報測定装置１は、相互に別体で構成された複数の装置でも実現される。
【符号の説明】
【００４０】
１…生体情報測定装置、２０…光学検出装置、４０…信号処理部、６０…記憶部、８０…表示部、９０…遮光体、２１…筐体、２２…発光部、２３…受光部、２４…可動部、２５…保持部、２６…保護部、２７…弾性部材、２８…透過部、１１…受光経路、１３…照射経路、１５…収容部、１７…張出部、３１…分光器、３３…受光素子、４１…対向面、４３…反射面、４５…突起部、７２…張出部の下面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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