(57)【要約】【課題】合併症を生じることなく体内水分の動態を把握できるようにするために、近赤外分光法を用いて迅速且つ簡単に非侵襲で生体内水分を計測し得る生体内水分測定装置を提供する。【解決手段】生体内の水分と近赤外域の吸光度において相関のある水分相関波長及び生体内の脂肪と近赤外域の吸光度において相関のある脂肪相関波長を含む光を計測対象生体内に照射して、その反射光又は透過光を受光する投受光手段Ａと、その投受光手段Ａにて受光された水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報、並びに、水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報から生体内水分を求める生体内水分演算情報に基づいて、生体内水分を求める生体内水分演算手段１とを備えた生体内水分測定装置。【選択図】　　　　図３
2004081427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内の水分と近赤外域の吸光度において相関のある水分相関波長及び生体内の脂肪と近赤外域の吸光度において相関のある脂肪相関波長を含む光を計測対象生体内に照射して、その反射光又は透過光を受光する投受光手段と、
その投受光手段にて受光された前記水分相関波長の光及び前記脂肪相関波長の光の受光情報、並びに、前記水分相関波長の光及び前記脂肪相関波長の光の受光情報から生体内水分を求める生体内水分演算情報に基づいて、生体内水分を求める生体内水分演算手段とを備えた生体内水分測定装置。
【請求項２】
前記投受光手段が、個体差を減少させるための個体差減少波長を含む光を計測対象生体内に照射して、その反射光又は透過光を受光するように構成され、
前記生体内水分演算情報が、前記水分相関波長の光及び前記脂肪相関波長の光の受光情報と前記個体差減少波長の光の受光情報とから、前記生体内水分が正常の生体では同等の値となり、水分の増減により変化する水分指標値を求める情報であり、
前記生体内水分演算手段が、前記投受光手段にて受光された前記水分相関波長の光、前記脂肪相関波長の光、及び、前記個体差減少波長の光の受光情報、並びに、前記生体内水分演算情報に基づいて、生体内水分として前記水分指標値を求めるように構成されている請求項１記載の生体内水分測定装置。
【請求項３】
前記投受光手段が、前記水分相関波長、前記脂肪相関波長、及び、前記個体差減少波長を含む帯域の光を発光する光源と、その光源からの光を生体内に照射する照射部と、その照射部から照射された光の反射光又は透過光を受光する受光部と、その受光部で受光された光を波長ごとに分光する分光部と、その分光された光の強さを検出する検出部とを備えて構成されている請求項２記載の生体内水分測定装置。
【請求項４】
前記照射部と前記受光部とが、前記照射部の照射方向視において、前記照射部を環状に形成する状態で備え且つ前記受光部を前記照射部の内方側に位置する状態で備えた検出体として構成され、
前記光源からの光を前記照射部に導く照射用光ファイバー、及び、前記受光部からの光を前記分光部に導く受光用光ファイバーが、前記検出体に接続されている請求項３記載の生体内水分測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体や動物等の生体内水分を計測する生体内水分測定装置に関し、詳しくは、生体内水分を迅速且つ簡単に非侵襲で計測することができる生体内水分測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる生体内水分測定装置は、人、動物、植物等の生体の生体内水分を計測するものであり、生体内水分とは、人体を例にして説明すると、血液中（即ち血管内）、細胞内及び細胞外に含まれる水分である。
従来、医療現場では、人体の血液中の水分量を計測する方法として、中心静脈内又は肺動脈内に挿入されたカテーテル圧から血液中の水分量を計測する方法が用いられ、そのように計測した血液中の水分量により、体内水分量の動態を把握するようにしていた。
又、生体内水分として人体の体内水分を計測する生体内水分測定方法として、従来は、インピーダンス法によるもの、あるいは、重水を用いたものがあった。インピーダンス法による生体内水分測定装置は、体に微弱な電気を流して電気伝導度を計測し、その電気伝導度の大きさから生体内水分量を推定するものである。又、このインピーダンス法による生体内水分測定装置において、生体内水分の計測精度を高くするようにしたものとしては、複数の周波数を用いるものがあった。ちなみに、複数の周波数としては、例えば、細胞外液の計測用としての５０ｋＨｚより低い周波数、細胞内を含む体全体の水分量の計測用としての２００ｋＨｚより高い周波数を用いる。
又、重水を用いた生体内水分測定装置は、被験者に重水を与えて、２時間の間の呼吸内の重水の総量を計測して、その計測値により生体内水分量を推定したり、被験者に重水を与えて、２時間後にＮＭＲ（核磁気共鳴法）により体内の重水の希釈度合いを計測して、その計測値により体内水分量を推定したりするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、体内の水分を細かく見ると細胞外液と細胞内液に分けられ、通常は、血管や細胞内の壁を通じて行き来し、細胞内液と細胞外液とのバランスが一定に保たれている。
しかしながら、怪我や病気のときや、外科手術等により侵襲が加えられたときや、過剰な輸液が行われたときには、血管内から血管外の細胞に水分が流れ出すと共に、加えて細胞内から細胞外に水分が移動して細胞内外液の水分バランスが崩れ、細胞内外及び血管内水分量の変化が起きることにより、体内水分の増加が見られる。血管内から流れ出た水分は、細胞内や細胞外にて貯留される。つまり、水分は、血管内、細胞内及び細胞外にて貯留され、侵襲を受けた後、数時間から数日（利尿期間と言われている）をかけて主に細胞外から血管内に戻り、尿として排泄されることになる。
【０００４】
上述のように、怪我や病気のときや、外科手術等により侵襲が加えられたときや、過剰な輸液が行われたときには、体内水分の増加が見られることから、医療現場において体内水分を適切に計測できれば、適切な治療、処置を施すことができるものとなり、体内水分を簡単且つ迅速に非侵襲で計測できる生体内水分測定装置が要求されている。この点について、説明を加えると、重症患者や術後患者においては、血管内の水分が血管外の組織に移行して、全身における水分バランスに変化が生じるため、肺水腫が出現したり、全身の細胞レベルでの酸素取り込み能が低下したりする虞がある。特に、敗血症、心不全、腎不全等の患者では、体内水分量の動態は、病態に深く影響を及ぼしており、その病態の推移を把握する上で体内水分量の動態を把握することは重要であり、適切な治療を施す上で不可欠なことであり、体内水分を簡単且つ迅速に非侵襲で計測できる生体内水分測定装置が要求されている。
しかしながら、中心静脈内又は肺動脈内に挿入されたカテーテル圧から計測する方法は、血管内の水分量を計測しているに過ぎず、人体の水分量の大部分を占める血管外の水分に関しての情報を得ることができず、体内水分を精度良く計測できるものではない。又、大血管内にカテーテルを挿入する必要があることから、簡単にどこでも計測できるものではなく、カテーテル感染を主体とした合併症が生じる虞がある。
又、インピーダンス法による生体内水分測定装置は、体内水分の計測精度に問題があり、医療用として十分に適応できるものではなかった。
又、重水を用いた生体内水分測定装置は、体内水分計測にかかわる操作が複雑であると共に計測に時間がかかり、医療用として十分に適応できるものではなく、しかも、ＮＭＲを用いることから価格が高くなるという問題があった。
従って、体内水分を迅速に知る必要のあるときは、医師の経験、視覚、触覚により体内水分の程度を判断せざるを得なかった。
【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、合併症を生じることなく体内水分の動態を把握できるようにするために、近赤外分光法を用いて迅速且つ簡単に非侵襲で生体内水分を計測し得る生体内水分測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の生体内水分測定装置は、生体内の水分と近赤外域の吸光度において相関のある水分相関波長及び生体内の脂肪と近赤外域の吸光度において相関のある脂肪相関波長を含む光を計測対象生体内に照射して、その反射光又は透過光を受光する投受光手段と、
その投受光手段にて受光された前記水分相関波長の光及び前記脂肪相関波長の光の受光情報、並びに、前記水分相関波長の光及び前記脂肪相関波長の光の受光情報から生体内水分を求める生体内水分演算情報に基づいて、生体内水分を求める生体内水分演算手段とを備えた点を特徴とする。
即ち、投受光手段により、水分相関波長及び脂肪相関波長を含む光が計測対象生体内に照射されると共に、その反射光又は透過光が受光され、生体内水分演算手段により、投受光手段にて受光された水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報、並びに、生体内水分演算情報に基づいて、生体内水分が求められる。
つまり、本発明の発明者らは、生体内水分を迅速且つ簡単に非侵襲で計測できる装置を得るべく鋭意研究し、水分相関波長及び脂肪相関波長を含む光を計測対象生体内に照射して、その反射光又は透過光の受光情報に基づいて、生体内水分を求めることができることを見出した。
そして、水分相関波長及び脂肪相関波長を含む光を計測対象生体内に照射して、その反射光又は透過光を受光する投受光手段と、その投受光手段にて受光された水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報、並びに、生体内水分演算情報に基づいて、生体内水分を求める生体内水分演算手段とを備えて、近赤外分光法により生体内水分を計測するようにした生体内水分測定装置を得ることができた。
説明を加えると、通常、脂肪は生体内において水の次に多いものであると考えられるので、生体内水分を求めるに当たって、水分相関波長の光の受光情報に加えて、脂肪相関波長の光の受光情報に基づいて、生体内水分を求めるようにすると、個体差を補正して生体内水分を精度良く計測することができることを見出した。
つまり、データ取得用の生体の生体内水分に関連するデータとデータ取得用の生体の吸光度データとを演算処理して、生体内水分を求めるための特定波長として、生体内水分の度合いと吸光度において相関がある水分相関波長及び個体差補正のための脂肪相関波長を求めると共に、その水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報から生体内水分を求めるための生体内水分演算情報を求め、そして、投受光手段により、計測対象生体内に水分相関波長及び脂肪相関波長を含む光を照射すると共に、その反射光又は透過光を受光し、生体内水分演算手段により、投受光手段にて受光された水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報、並びに、生体内水分演算情報に基づいて、計測対象生体の生体内水分を求めるようにしたのである。
ちなみに、生体内水分として人体の体内水分を計測する場合の水分相関波長及び脂肪相関波長、並びに、水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報から生体内水分を求める生体内水分演算情報は、以下のようにして導出する。
即ち、腎不全患者の人工透析前後の体重変化は、略体内水分の変化であると考えられることから、データ取得用の生体の生体内水分に関連するデータとして、腎不全患者の人工透析前後の体重変化に関するデータを用いることができることに着目した。そして、複数の人工透析者にその透析処理前及び透析処理後のそれぞれにおいて近赤外線を照射して計測した透析処理前の分光スペクトルデータ、及び、透析処理後の分光スペクトルデータ、並びに、複数の人工透析者の透析処理前及び透析処理後のそれぞれにおいて計測した透析処理前の体重データ、及び、透析処理後の体重データを演算処理して、水分相関波長及び脂肪相関波長、並びに、水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報から生体内水分を求める生体内水分演算情報を導出した。
あるいは、従来のインピーダンス法による生体内水分測定装置や、重水を用いた生体内水分測定装置により、複数の被験者の体内水分量を計測すると共に、被験者に近赤外線を照射して分光スペクトルデータを計測し、それら体内水分量データと分光スペクトルデータとを演算処理して、水分相関波長及び脂肪相関波長、並びに、水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報から生体内水分を求める生体内水分演算情報を導出することもできる。
上述のように、近赤外分光法を用いて生体内水分を計測できるようにしたことにより、投受光手段により計測用光を計測対象生体内に照射するといった簡単な操作にて非侵襲で計測することが可能となり、又、投受光手段により速やかに受光情報を得ると共に、その受光情報をマイクロコンピュータにより構成される生体内水分演算手段にて速やかに演算処理して、速やかに生体内水分を計測することが可能となる。
ちなみに、請求項１の生体内水分測定装置を医療用として使用する場合について説明する。
請求項１の生体内水分測定装置によれば、怪我や病気等の緊急の場合、あるいは、手術前後等において、迅速且つ簡単に非侵襲で体内水分を計測することが可能となり、又、医師の経験、視覚、触覚に頼るのではなく、定量的に体内水分を計測することが可能となるので、適切な治療、処置を施すことができるようになり、医療用として十分に適応できるものとなる。
要するに、合併症を生じることなく体内水分の動態を把握できるようにするために、近赤外分光法を用いて迅速且つ簡単に非侵襲で生体内水分を計測し得る生体内水分測定装置を提供することができるようになった。
【０００７】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の生体内水分測定装置は、請求項１において、前記投受光手段が、個体差を減少させるための個体差減少波長を含む光を計測対象生体内に照射して、その反射光又は透過光を受光するように構成され、
前記生体内水分演算情報が、前記水分相関波長の光及び前記脂肪相関波長の光の受光情報と前記個体差減少波長の光の受光情報とから、前記生体内水分が正常の生体では同等の値となり、水分の増減により変化する水分指標値を求める情報であり、
前記生体内水分演算手段が、前記投受光手段にて受光された前記水分相関波長の光、前記脂肪相関波長の光、及び、前記個体差減少波長の光の受光情報、並びに、前記生体内水分演算情報に基づいて、生体内水分として前記水分指標値を求めるように構成されている点を特徴とする。
即ち、投受光手段により、水分相関波長及び脂肪相関波長に加えて、個体差減少波長を含む光が、計測対象生体内に照射されると共に、その反射光又は透過光が受光され、生体内水分演算情報が、水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報と個体差減少波長の光の受光情報とから、生体内水分が正常の生体では同等の値となり、水分の増減により変化する水分指標値を求める情報として設定され、そして、生体内水分演算手段により、受光手段にて受光された水分相関波長の光、脂肪相関波長の光、及び、個体差減少波長の光の受光情報、並びに、生体内水分演算情報に基づいて、生体内水分として水分指標値を求められる。
つまり、水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報に加えて、個体差減少波長の光の受光情報により、生体内水分を求めるようにすることにより、個体差にかかわらず、生体内水分を精度良く求めることができるようにすることができる。
しかも、生体内水分として、生体内水分が正常の生体では同等の値となり、水分の増減により変化する水分指標値を求めるようにすることにより、例えば、求めた水分指標値を、生体内水分が正常な場合の水分指標値と容易に比較することができて、生体内水分が適正か不適正かを容易に判断することができる。
従って、個体差にかかわらず精度良く、しかも、生体内水分が適正か不適正かを容易に判断することができるように生体内水分を計測することができるようになった。
【０００８】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載の生体内水分測定装置は、請求項２において、前記投受光手段が、前記水分相関波長、前記脂肪相関波長、及び、前記個体差減少波長を含む帯域の光を発光する光源と、その光源からの光を生体内に照射する照射部と、その照射部から照射された光の反射光又は透過光を受光する受光部と、その受光部で受光された光を波長ごとに分光する分光部と、その分光された光の強さを検出する検出部とを備えて構成されている点を特徴とする。
即ち、光源から、水分相関波長、脂肪相関波長及び個体差減少波長を含む帯域の光が発光され、照射部により、光源からの光が生体内に照射され、受光部により、照射部から照射された光の反射光又は透過光が受光され、分光部により、受光部で受光された光が波長ごとに分光され、検出部により、分光部にて波長ごとに分光された光の強さが検出される。
つまり、水分相関波長、脂肪相関波長及び個体差減少波長の少なくとも３波長の光を用いて生体内水分を計測するようにするに当たって、水分相関波長の光のみ、脂肪相関波長の光のみ、個体差減少波長の光のみをそれぞれ透過させる複数のフィルタを備えさせたり、水分相関波長の光のみ、脂肪相関波長の光のみ、個体差減少波長の光のみをそれぞれ発光する複数の光源を備えさせたりする場合が考えられるが、それらに比べて、上述のように、水分相関波長、脂肪相関波長及び個体差減少波長を含む帯域の光を計測対象生体内に照射して、反射光又は透過光を受光し、その受光した反射光又は透過光を分光して、波長ごとに光の強さを検出するようにすることにより、部品点数の減少、光学系の簡素化が可能となって、投受光手段の構成を簡略化することが可能となる。
従って、投受光手段の構成を簡略化することが可能となるので、低廉化を更に図ることができる。
【０００９】
〔請求項４記載の発明〕
請求項４に記載の生体内水分測定装置は、請求項３において、前記照射部と前記受光部とが、前記照射部の照射方向視において、前記照射部を環状に形成する状態で備え且つ前記受光部を前記照射部の内方側に位置する状態で備えた検出体として構成され、
前記光源からの光を前記照射部に導く照射用光ファイバー、及び、前記受光部からの光を前記分光部に導く受光用光ファイバーが、前記検出体に接続されている点を特徴とする。
即ち、光源からの光が照射用光ファイバーにて照射部に導かれて、環状の照射部から計測対象生体内に照射され、計測対象生体内からの反射光が受光部にて受光されて、その受光された光が受光用光ファイバーにて分光部に導かれる。
つまり、照射部と受光部とを備えるように検出体を構成し、その検出体を、可撓性を備えさせることが可能な照射用光ファイバーにて光源に接続し、同様に可撓性を備えさせることが可能な受光用光ファイバーにて分光部に接続することにより、大型化し易くしかも重量が重くなり易い光源や分光部を固定的に設置した状態で、検出体を、計測対象生体の生体内水分を計測すべく、任意の位置に配置することが可能となる。
又、検出体として、照射部と受光部とを、照射部の照射方向視において、照射部を環状に形成する状態で備え且つ受光部を照射部の内方側に位置する状態で備えるように構成し、光源からの光を照射部に導く照射用光ファイバー、及び、受光部からの光を分光部に導く受光用光ファイバーを、検出体に接続するようにすることにより、照射用光ファイバー及び受光用光ファイバーを小径にしながら、照射部を、それに接続される照射用光ファイバーよりも大径にすることが可能となるので、環状の照射部とその内方側に位置する受光部との間隔を広くすることが可能となる。そして、照射部と受光部との間隔を広くすることができることにより、計測対象生体内における極力深い位置からの反射光を受光することが可能となる。つまり、照射用光ファイバー及び受光用光ファイバーを小径にして、操作性に優れたものになるようにしながら、計測対象生体の内部で反射した反射光、いわゆる拡散反射光を受光部にて受光することが可能となり、計測対象生体の生体内水分に関連する情報を適切に得ることが可能となる。
従って、操作性を向上しながらも、生体内水分を一層適正に計測することができるようになった。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。尚、以下の実施形態では、生体内水分測定装置を人体の体内水分の計測用に適用した場合について説明する。
図３に示すように、生体内水分測定装置は、計測用の光を計測対象生体としての被験者の体内に照射して、その反射光を受光する投受光手段Ａと、その投受光手段Ａにて受光した受光情報と内部に記憶している生体内水分計測用の検量式（以下、生体内水分検量式と略称する場合がある）とに基づいて生体内水分としての体内水分を求める生体内水分演算手段としての処理部１と、その処理部１にて求められた体内水分を表示する表示部２と、バッテリーから成る装置駆動用の電源部３とを備えて構成してある。
投受光手段Ａは、計測用の光を発光する光源４と、その光源４からの光を被験者の体内に照射する照射部５と、その照射部５から照射された光の反射光を受光する受光部６と、その受光部６で受光された光を波長ごとに分光する分光部７と、その分光された光の強さを検出する検出部としてのアレイ型受光素子８とを備えて構成してある。
【００１１】
又、照射部５と受光部６とを、照射部５の照射方向視において、照射部５を環状に形成する状態で備え且つ受光部６を照射部５の内方側に位置する状態で備えた検出体Ｓとして構成し、光源４からの光を照射部４に導く照射用光ファイバー９ａ、及び、受光部６からの光を分光部７に導く受光用光ファイバー９ｂを、検出体Ｓに接続してある。
【００１２】
図１及び図３に示すように、処理部１、表示部２、電源部３、並びに、投受光手段Ａを構成する光源４、分光部７及びアレイ型受光素子８は、本体ケーシング１０を用いてユニット状に組み付けて本体部Ｍに構成し、照射用光ファイバー９ａと受光用光ファイバー９ｂとは、環状の照射用光ファイバー９ａの内側に受光用光ファイバー９ｂが位置する同軸状で可撓性を有するように一体的に構成して、測定プローブ９としてある。
そして、上述のように互いに別体となるように構成した検出体Ｓと本体部Ｍとを、可撓性を有する測定プローブ９にて接続してあり、図２に示すように、検出体Ｓを手にもって、被験者の所定の部位（例えば、前腕部内側における肘に近い部分）に当て付けて、被験者の体内水分を計測できるように構成してある。
【００１３】
以下、生体内水分測定装置を構成する各部について説明を加える。
図３に示すように、光源４は、６００〜１０００ｎｍの波長域を含む近赤外波長域の光を発光するタングステン−ハロゲンランプ４ａと、そのタングステン−ハロゲンランプ４ａから発生する熱をカットする光学フィルタ（図示省略）とにより構成してある。ちなみに、６００〜１０００ｎｍの波長域の近赤外光は、人体内への浸透性が強く、発熱を伴わないため、非侵襲で体内水分を計測するのに適した光である。
【００１４】
測定プローブ９は、照射用光ファイバー９ａと受光用光ファイバー９ｂとを、照射用光ファイバー９ａにおける光の入射端部側及び受光用光ファイバー９ｂにおける光の出射端部側を除いた部分を、上述のように同軸状に形成してあり、同軸状の先端面では、照射用光ファイバー９ａの環状の先端面とその内部の受光用光ファイバー９ｂの円状の先端面が面一になっている。
【００１５】
図４に示すように、検出体Ｓは、連結部材１１にて間隔を隔てた状態で同軸状に保持した内筒体１２と外筒体１３とを、検出体ケーシング１４内に組み付け、外筒体１３の基端部にプローブ接続筒体１５を外嵌状に取り付けると共に、その取り付け筒体１５にプローブ取付ネジ１６を螺挿して構成し、測定プローブ９の先端をプローブ接続筒体１５に挿入して、プローブ取付ネジ１６を締め付けることにより、測定プローブ９と検出体Ｓとを接続するように構成してある。
【００１６】
内筒体１２は、筒内径及び筒外径が基端側のプローブ接続部に近づくほど小径となる概ね截頭円錐形状に形成するとともに、周壁の厚みが基端側に近づくほど小となるように形成し、更に、内筒体１２は、その基端側のファイバー接続部においては、内径を受光用光ファイバー９ｂの円状の先端面の直径と略同一とし、周壁の厚みを受光用光ファイバー９ｂの先端面と照射用光ファイバー９ａの先端面との間隔と略同一としてある。又、内筒体１２の内周面及び外周面は光の反射が可能な鏡面に仕上げてある。尚、内筒体１２内に、光を案内するための光ファイバーを挿通しても良い。
外筒体１３は、筒内径及び筒外径が基端側のファイバー接続部に近づくほど小径となる概ね截頭円錐形状に形成し、更に、外筒体１３は、その基端側のファイバー接続部においては、内径を受光用光ファイバー９ａの環状の先端面の外径と略同一としてある。又、外筒体１３の内周面は、光の反射が可能な鏡面に仕上げてある。
【００１７】
そして、内筒体１２の先端部と外筒体１３の先端部とにより形成される環状の開口部を照射部５として、内筒体１２の先端開口部を受光部６として、夫々機能させるようにし、内筒体１２における基端側のファイバー接続部の開口部の形状が受光用光ファイバー９ｂの先端面の形状と略同一となるとともに、内筒体１２の基端部と外筒体１３の基端部により形成される環状の開口部の形状が、照射用光ファイバー９ａの環状の先端面の形状と略同一となるようにしてある。
つまり、検出体Ｓを測定プローブ９の先端に接続すると、内筒体１２の開口部が受光用光ファイバー９ｂの先端面と対向した状態で位置し、且つ、内筒体１２と外筒体１３とにより形成される環状の開口部が照射用光ファイバー９ａの環状の先端面と対向した状態で位置するように構成してある。
【００１８】
従って、照射用光ファイバー９ａにて導かれる光源４からの計測用光線は、照射用光ファイバー９ａの先端面から内筒体１２と外筒体１３との間の空間内に入射して、前記空間内を通過し、内筒体１２の先端部と外筒体１３の先端部とにより形成される環状の照射部５から出射して、被験者の体内に照射され、被験者の体内からの透過散乱光は、内筒体１２の先端開口部にて機能させる受光部６にて受光され、その受光された光は、内筒体１２内を通過し、受光用光ファイバー９ｂの先端面に対して出射して、受光用光ファイバー９ｂにて、分光部７へと導かれることとなる。
【００１９】
上述のように、検出体Ｓを構成して、測定プローブ９の先端に接続するように構成することにより、照射用光ファイバー９ａ及び受光用光ファイバー９ｂを小径にしながら、照射部５と受光部６との間隔を広くすることができるので、被験者の体内からの透過散乱光を受光することができるものとなり、被験者の体内水分を計測することが可能となるのである。
【００２０】
図３に示すように、分光部７は、受光用光ファイバー９ｂにて導かれた光（被験者からの反射光）が入射孔７ａを通じて内部に導かれる暗箱７ｂ内に、入射孔７ａから入射した光を反射する反射鏡７ｃ、及び、その反射鏡７ｃにより反射された光を分光反射する凹面回折格子７ｄを配置して構成してある。
【００２１】
アレイ型受光素子８は、凹面回折格子７ｄにより分光反射された各波長毎の光を同時に波長毎に受光するとともに、波長毎の光線束強度に応じた信号を出力する。
【００２２】
処理部１は、マイクロコンピュータを利用して構成してあり、基本的には、投受光手段Ａの受光情報、即ち、アレイ型受光素子８からの出力情報と、内部に記憶している生体内水分検量式とに基づいて、体内水分を演算するように構成してある。
【００２３】
以下、生体内水分計検量式の設定手法について説明する。
腎不全患者の人工透析前後の体重変化は略体内水分の変化であると考えられ、又、腎不全患者の人工透析前後の体重変化率と人工透析前後の吸光度の差スペクトルとは、線形関係で表されることから、本実施形態においては、先ず、腎不全患者の人工透析前後の体重変化率と差スペクトルとから、水分変化率を推定する水分変化率推定式を導出し、次いで、個人差を補正する補正項を導出し、その補正項を前記の水分変化率推定式に付加することにより、体内水分として水分指標値を推定する水分指標値推定式を導出し、その水分指標値推定式を生体内水分検量式とした。
【００２４】
先ず、腎不全患者の人工透析前後の体重変化率と差スペクトルとは線形関係で表される点について、説明する。
人工透析患者の人工透析前後に見られる体重変化は、透析により体内の過剰な水分をひくことにより生じることから、人工透析前後の体重変化は体内の水分の変化に対応するものとなる。
被験者の体内に計測用光線を照射したときの吸光度をＳＰ　、生体内水分推定式をｆ（ＳＰ　）とすると、Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則に従い、ある特定波長λでの吸光度ＳＰ　λの線形多項式の形式にて表される。
【００２５】
【数１】
ｆ（ＳＰ　）＝ａ１　ＳＰ　λ１　＋ａ２　ＳＰ　λ２　…＋ａｎ　ＳＰ　λｎ　＋ｂ……………（１）
ここで、ａｎ　は係数、ｂは０を含む定数
透析前の吸光度スペクトルをＳＰＢ、体重をＷＢ　、水分重をＭＢ　とすると、
ｆ（ＳＰＢ）＝ＭＢ　／ＷＢ　……………（２）
透析後の吸光度スペクトルをＳＰＡ、体重をＷＡ　、水分重をＭＡ　とすると、
ｆ（ＳＰＡ）＝ＭＡ　／ＷＡ　……………（３）
【００２６】
【数２】
体重変化率ＷＣＲは、
ＷＣＲ＝（ＷＢ　−ＷＡ　）／ＷＡ　……………（４）
ここで、人工透析前後の体重変化が体内水分の変化のみの場合、
ＷＢ　−ＷＡ　＝ＭＢ　−ＭＡ　……………（５）
式（４）に式（５）を代入すると、
ＷＣＲ＝（ＭＢ　−ＭＡ　）／ＷＡ　……………（６）
【００２７】
【数３】
人工透析前後のスペクトルの差、即ち、式（２）−式（３）は、次式（７）で表される。
2004081427.tif 000003
【００２８】
【数４】
ここで、人体の含水率をα（　未知数）　とすると、
ＭＢ　＝αＷＢ　
よって、
2004081427.tif 000004
【００２９】
【数５】
式（７）に式（６）と式（８）を代入すると、
2004081427.tif 000005
ここで、式（１）より、
ｆ（ＳＰＢ）−ｆ（ＳＰＡ）＝ｆ（ＳＰＢ−ＳＰＡ）−ｂ……………（１０）
式（９）、式（１０）より、
ｆ（ＳＰＢ−ＳＰＡ）＝（１−α）ＷＣＲ＋ｂ
【００３０】
以上より、腎不全患者の人工透析前後の体重変化率と差スペクトルとは線形関係で表されることが分かる。
【００３１】
そして、水分変化率推定式は、以下のようにして導出した。
複数の腎不全患者の透析前の原吸光度データ、透析後の原吸光度データをそれぞれを二次微分処理して、透析前の前処理吸光度データ、透析後の前処理吸光度データを求め、　（透析前の前処理吸光度データ）−（透析後の前処理吸光度データ）にて、人工透析前後の差スペクトルを求める。
又、複数の腎不全患者の透析前の体重値データ及び透析後の体重値データから、上記の式（４）により人工透析前後の体重変化率を求めると、その体重変化率を水分変化率とすることができる。
そして、上述のようにして求めた複数の腎不全患者の人工透析前後の差スペクトルと人工透析前後の水分変化率との関係を、重回帰分析、主成分回帰分析、ＰＬＳ回帰分析等により多変量解析し、下記の式（１１）の水分変化率Ｍｃを推定する水分変化率推定式を導出した。
【００３２】
【数６】
Ｍｃ＝ａ１×ＳＰＤλ１　＋ａ２×ＳＰＤλ２　＋ｃ……………（１１）
【００３３】
ここで、
λ１：水分相関波長、例えば９６０ｎｍ
ａ１：水分相関波長λ１の係数
ＳＰＤλ１　：水分相関波長λ１の人工透析前後の吸光度差
λ２：脂肪相関波長、例えば９１４ｎｍ
ａ２：脂肪相関波長λ２の係数
ＳＰＤλ２　：脂肪相関波長λ２の人工透析前後の吸光度差
ｃ：個人差補正項
【００３４】
つまり、生体内水分を計測するための特定波長として、水分相関波長λ１及び脂肪相関波長λ２を特定した。
【００３５】
次に、個人差を補正する補正項を導出する手法について説明する。
上記の式（１１）の水分変化率推定式に基づいて、健常者の水分指標値Ｉｎを導出する健常者水分指標値導出式を下記の式（１２）のように設定した。
【００３６】
【数７】
Ｉｎ＝ａ１×ＳＰ　λ１　＋ａ２×ＳＰ　λ２　……………（１２）
【００３７】
ここで、
ａ１：水分相関波長λ１の係数
ＳＰ　λ１　：水分相関波長λ１（例えば、９６０ｎｍ）の吸光度
ａ２：脂肪相関波長λ２の係数
ＳＰ　λ２　：脂肪相関波長λ２（例えば、９１４ｎｍ）の吸光度
【００３８】
そして、複数の健常者の原吸光度データを得ると共に、得た原吸光度データを二次微分処理して、前処理吸光度データを得て、上記の式（１２）の健常者水分指標値導出式により、複数の健常者の水分指標値Ｉｎを求める。
健常者の水分指標値Ｉｎは、略一定の値を示すはずであるから、上記の健常者の水分指標値Ｉｎが一定値１００になるように、補正項を追加する。
先ず、下記の式（１３）により、上記のように水分指標値を求めた各健常者の補正指標値Ｉｒを求める。
【００３９】
【数８】
Ｉｒ＝１００−Ｉｎ……………（１３）
【００４０】
そして、上述のように求めた複数の健常者の補正指標値Ｉｒと複数の健常者の原吸光度データを二次微分処理した前処理吸光度データとの関係を、重回帰分析、主成分回帰分析、ＰＬＳ回帰分析等により多変量解析し、下記の式（１４）のように補正指標値Ｉｒを推定する補正指標値推定式を導出した。
【００４１】
【数９】
Ｉｒ＝ａ３×ＳＰ　λ３　＋ａ４×ＳＰ　λ４　……………（１４）
【００４２】
ここで、
λ３：個体差減少波長、例えば８２０ｎｍ
ａ３：個体差減少波長λ３の係数
ＳＰ　λ３　：個体差減少波長λ３の吸光度
λ４：個体差減少波長、例えば６７２ｎｍ
ａ４：個体差減少波長λ４の係数
ＳＰ　λ４　：個体差減少波長λ４の吸光度
【００４３】
そして、上記の式（１２）の健常者水分指標値導出式と、式（１４）の補正指標値推定式により、生体内水分が正常な生体では同等の値となり、水分の増減により変化する水分指標値Ｉを推定するための水分指標値推定式として、下記の式（１５）を導出した。
【００４４】
【数１０】
Ｉ＝ａ１×ＳＰ　λ１　＋ａ２×ＳＰ　λ２　＋ａ３×ＳＰ　λ３　＋ａ４×ＳＰ　λ４　……………（１５）
【００４５】
ここで、
ａ１：水分相関波長λ１（例えば、９６０ｎｍ）の係数
ＳＰ　λ１　：水分相関波長λ１の吸光度
ａ２：脂肪相関波長λ２（例えば、９１４ｎｍ）の係数
ＳＰ　λ２　：脂肪相関波長λ２の吸光度
ａ３：個体差減少波長λ３（例えば、８２０ｎｍ）の係数
ＳＰ　λ３　：個体差減少波長λ３の吸光度
ａ４：個体差減少波長λ４（例えば６７２ｎｍ）の係数
ＳＰ　λ４　：個体差減少波長λ４の吸光度
つまり、個体差を減少させる特定波長として、個体差減少波長λ３及び個体差減少波長λ４を特定すると共に、水分相関波長λ１の光及び脂肪相関波長λ２の光の受光情報と個体差減少波長λ３、λ４から生体内水分として水分指標値を求めるための演算情報として上記式（１５）の水分指標値推定式を得た。ちなみに、個体差減少波長λ３としての８２０ｎｍは生体内の成分に影響されない波長であると考えられ、個体差減少波長λ４としての６７２ｎｍは、可視域であることから、皮膚及び生体組織内の色に関連する個体差を減少させるものであると考えられる。
【００４６】
上述のように導出した式（１５）にて示される水分指標値推定式を生体内水分検量式として、処理部１に記憶させてある。
そして、処理部１は、投受光手段Ａの受光情報であるアレイ型受光素子８からの出力情報、即ち、吸光度スペクトルを二次微分処理により前処理して、その前処理後の吸光度スペクトルに基づいて、内部に記憶している水分指標値推定式により、水分指標値を演算するように構成してある。
【００４７】
つまり、投受光手段Ａは、生体内の水分と吸光度において相関のある水分相関波長λ１、生体内の脂肪と吸光度において相関のある脂肪相関波長λ２、及び、個体差を減少させるための個体差減少波長λ３、λ４を含む光を計測対象生体内に照射して、その反射光を受光するように構成してある。
水分指標値推定式が生体内水分演算情報に相当し、その水分指標値推定式は、水分相関波長λ１の光及び脂肪相関波長λ２の光の受光情報と個体差減少波長λ３、λ４の光の受光情報とから、生体内水分が正常の生体では同等の値となり、水分の増減により変化する水分指標値を求める情報である。
そして、生体内水分演算手段としての処理部１は、投受光手段Ａにて受光された水分相関波長λ１の光、脂肪相関波長λ２の光、及び、個体差減少波長λ３、λ４の光の受光情報、並びに、生体内水分演算情報に相当する水分指標値推定式に基づいて、生体内水分として水分指標値を求めるように構成してある。
【００４８】
次に、上述のように構成した生体内水分測定装置で計測した水分指標値を評価した結果を説明する。
図５は、複数の男女の腎不全患者について人工透析前後に水分指標値を計測し、平均値と標準偏差についてプロットしたものである。図５中のＨＤ前が透析前、ＨＤ後が透析後をそれぞれ示している。
図５により、水分指標値は人工透析前後で人工透析後のほうが小さくなるように変化していることが分かるが、これは、人工透析により体内から過剰な水分がひかれるので人工透析後は人工透析前に比べて体内水分が少なくなることと一致している。
【００４９】
図６は、軽度の癌患者について外科手術を受ける前後に計測した水分指標値を、日毎に示したものであり、図７は、健常者について計測した水分指標値を、日毎に示したものであり、図６においては１例を、図２においては２例をそれぞれ示す。
図７により、健常者については、水分指標値の変化は、平均値から±３程度の範囲に収まっていることが分かる。一方、図６からは、外科手術を受けると、水分指標値は、手術中、手術後には、手術前から２０程度上昇し、容態が安定してきた時点（手術後２、３日）で、手術前のレベルに戻ることが分かる。
通常、外科的手術により体に侵襲が加えられると、血管内から細胞外への水分移動が増加し、その変化の程度は通常の変化の程度よりも大きく、又、一旦増加した水分は、手術後、数日経過すると手術前のレベルに戻ることが分かっているが、図６に示される結果は、このこととも一致する。
以上のことから、本発明の生体内水分測定装置によれば、生体内水分の適正な指標となる水分指標値を計測することができることが分かる。
【００５０】
又、上述のように、本発明の生体内水分測定装置により手術前後に水分指標値を計測した結果は、血管内から血管外の細胞に水分が流れ出すこと及び細胞内外液の水分バランスが崩れることに起因して、手術後は手術前よりも体内水分が多くなるという知見と一致していること、及び、本発明の生体内水分測定装置の検出体Ｓによれば、皮膚の表面からの深さが数ｍｍから１０ｍｍ程度の部位からの透過散乱光を受光できて、皮膚の表面からの深さが数ｍｍから１０ｍｍ程度の部位の体内水分に対応する情報を得ることができることから判断して、以下のことが分かる。
即ち、本発明の生体内水分測定装置によれば、侵襲が加えられたり体調が変化したりして生じる体内における細胞内外及び血管内から血管外の細胞への水分の移動を検出することができ、又、生体内水分として、血液中、細胞内及び細胞外に含まれる水分を計測することができる。
【００５１】
本発明の生体内水分測定装置により体内水分を計測するに当たって、体内水分の計測に適切な部位は、以下のようにして特定した。
人体各部における二次微分吸光度スペクトルデータを取得した結果、前腕部内側の肘に近い部分、二の腕内側、脹脛における二次微分吸光度スペクトルデータは、他の部位の二次微分吸光度スペクトルデータに比べて、水分相関波長λ１である９６０ｎｍ、及び、脂肪相関波長λ２である９１４ｎｍそれぞれにおいて、吸光度データを再現性良く計測できることが分かった。
従って、上述の如き人体各部における吸光度二次微分スペクトルの取得結果、及び、体内水分を計測する部位としては、安定してデータがとれ、筋肉組織の厚みが１０ｍｍ以上ある部位が適切であることを鑑みて、体内水分の計測に適切な部位として、前腕部内側の肘に近い部分、二の腕内側及び脹脛を特定した。
【００５２】
上述のように、本発明の生体内水分測定装置は、侵襲が加えられたり体調が変化したりして生じる体内における細胞内外及び血管内から血管外の細胞への水分の移動に対応して、体内水分を計測することができることから、本発明の生体内水分測定装置は、医療用として適切に使用することができる。
又、本発明の生体内水分測定装置の用途としては、上記の医療用の他に、一般家庭での健康管理、ダイエット中のモニター、運動時の水分補給の判断等、種々の用途で用いることが可能である。
即ち、体内水分量の変化は体調の変化や体型の変化につながることから、体内水分量を定期的に計測することにより、健康管理の目安とすることが可能となることから、本発明の生体内水分測定装置は、一般家庭での健康管理において用いることが可能である。
又、減量とは単に体重を減らすことではなく、余分な脂肪を減らすことであり、ダイエット中の体重減少が体内水分量の減少よりも大きい場合は、体脂肪を減少させていると考えられ、健康的にダイエットできていることとなる。そこで、本発明の生体内水分測定装置は、ダイエット中のモニターとして用いることが可能である。
又、運動開始時から体内水分を計測することにより、水分補給の目安とすることができるので、本発明の生体内水分測定装置は、運動時の水分補給の判断用として用いることが可能である。
【００５３】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
上述の実施形態においては、投受光手段Ａを、水分相関波長及び脂肪相関波長を含む光に加えて、個体差減少波長の光の受光情報を得るように構成し、生体内水分演算情報を、水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報と個体差減少波長の光の受光情報とから、生体内水分が正常の生体では同等の値となり、水分の増減により変化する水分指標値を求める情報とし、生体内水分演算手段１を、投受光手段Ａにて受光された水分相関波長の光、脂肪相関波長の光、及び、個体差減少波長の光の受光情報、並びに、生体内水分演算情報に基づいて、生体内水分として水分指標値を求めるように構成する場合について例示した。
これに代えて、投受光手段Ａを、水分相関波長及び脂肪相関波長を含む光を計測対象生体内に照射して、その反射光を受光するように構成し、生体内水分演算手段１を、投受光手段Ａにて受光された水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報、並びに、水分相関波長の光及び脂肪相関波長の光の受光情報から生体内水分を求める生体内水分演算情報に基づいて、生体内水分を求めるように構成しても良い。
この場合は、生体内水分演算情報として、水分相関波長λ１及び脂肪相関波長λ２を含む光を計測対象生体内に照射したときの水分相関波長λ１の光の吸光度及び脂肪相関波長λ２の光の吸光度により生体内水分を求めるための生体内水分検量式を設定する。
【００５４】
上記の実施形態においては、生体内水分検量式を設定するに当たっては、腎不全患者の人工透析前後の体重変化は略体内水分の変化であることに着目して、検量式設定用の生体の生体内水分に関連するデータとして、腎不全患者の人工透析前後の体重変化のデータを用いる場合について例示したが、検量式設定用の生体の生体内水分に関連するデータとしては、腎不全患者の人工透析前後の体重変化のデータの他に、インピーダンス法による生体内水分測定装置や重水を用いた生体内水分測定装置により計測した生体内水分量のデータを用いることができる。
【００５５】
上記の実施形態においては、生体内水分として、生体内水分が正常の生体では同等の値となり、水分の増減により変化する水分指標値を計測する場合について例示したが、生体内水分として、水分含有率や生体の単位重量当たりの水分含有重量等を計測するように構成しても良い。
【００５６】
上記の実施形態においては、人体の水分指標値を計測するに当たって、上記の式（１５）の如き１個の水分指標値推定式を設定したが、男女で体内水分に差があることから、水分指標値推定式を男女別に設定しても良い。あるいは、年齢別に設定しても良い。
【００５７】
水分相関波長λ１、脂肪相関波長λ２、個体差減少波長λ３、λ４の具体的な波長としては、上記の実施形態において例示した波長に限定されるものではなく、例えば、水分相関波長λ１、脂肪相関波長λ２、個体差減少波長λ３、λ４はそれぞれ、上記の実施形態において例示した波長を中心に、例えば、±１０ｎｍの範囲内で適正な波長に設定することが可能であり、又、前記の範囲外の波長にも設定することが可能である。
【００５８】
上記の実施形態においては、吸光度スペクトルを二次微分処理により前処理する場合について例示したが、この前処理としては、二次微分処理以外に、ＳＮＶ処理、ＭＳＣ処理等が可能である。又、前処理を省略することも可能である。
【００５９】
上記の実施形態においては、投受光手段Ａを、計測対象生体内に計測用光線を照射してその反射光を受光するように構成したが、例えば、照射部と受光部とを対向配置して、それら照射部と受光部との間に計測対象生体の計測部位を配置するようにし、計測対象生体内に計測用光線を照射してその透過光を受光するように構成しても良い。
又、投受光手段Ａは、水分相関波長の光のみ、脂肪相関波長の光のみ、個体差減少波長の光のみをそれぞれ透過させる複数のフィルタを備えさせたり、水分相関波長の光のみ、脂肪相関波長の光のみ、個体差減少波長の光のみをそれぞれ発光する複数の光源を備えさせたりして構成することが可能である。
【００６０】
本発明の生体内水分測定装置によれば、上記の実施形態において例示した人以外にも、動物、鳥類、魚類、植物等種々の生体の生体内水分を計測することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかる生体内水分測定装置の全体概略構成を示す図
【図２】実施形態にかかる生体内水分測定装置により生体内水分を計測している状態を示す図
【図３】実施形態にかかる生体内水分測定装置の全体構成を示すブロック図
【図４】検出体の縦断面図
【図５】水分指標値の計測結果を示す図
【図６】水分指標値の計測結果を示す図
【図７】水分指標値の計測結果を示す図
【符号の説明】
１　　生体内水分演算手段
４　　光源
５　　照射部
６　　受光部
７　　分光部
８　　検出部
９ａ　照射用光ファイバー
９ｂ　受光用光ファイバー
Ａ　　投受光手段
Ｓ　　検出体
【図１】
2004081427.tif 000006
【図２】
2004081427.tif 000007
【図３】
2004081427.tif 000008
【図４】
2004081427.tif 000009
【図５】
2004081427.tif 000010
【図６】
2004081427.tif 000011
【図７】
2004081427.tif 000012