(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の生体組織に光を投光する発光部と、
前記光のうち、前記被験者の生体組織を経由した透過光および／または前記被験者の生体内部で反射した反射光を検出する受光部と、
前記受光部の検出結果を用いて演算を行い、前記被験者の体脂肪についての生体情報を算出する信号処理演算手段と、
前記発光部における光源または受光部の光電変換素子を移動させて発光部から受光部までの距離を変化させる移動手段と、
受光部までの距離が短いときの発光部から出力される光の量を減衰させるための減衰手段とを備え、
前記信号処理演算手段は、受光部からの受光量出力と、発光部から受光部までの距離を異ならせた際の受光部からの受光量出力とを基に体脂肪についての生体情報を算出するものであり、
前記減衰手段は、透明樹脂基板とその上に張り付けられた吸収部材とを有するものであることを特徴とする生体情報測定装置。
【請求項２】
前記減衰手段が、光の光量を５０％から５％の間で減衰させる機能を有することを特徴とする請求項１記載の生体情報測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被験者の体脂肪についての生体情報を非侵襲的に測定する生体情報測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、被験者の体脂肪率を非侵襲的に測定する装置が提案されている。
【０００３】
たとえば、米国特許第４９９０７７２号には、近赤外線を用いて被験者の体脂肪率を測定する方法が提案されている。同米国特許によると、食品等の成分分析に用いられている近赤外線を被験者に投射し、被験者に侵入した後の光の特定波長成分を分析している。
【０００４】
図４５は、上記の従来の技術による体脂肪率測定装置の構成を示す図である。図に示すように、本体１１の一方の端面には、一対の発光素子１２と受光素子１３が配されている。この端面を保護するためのキャップ１４には、発光素子１２と受光素子１３に対向するように光学標準板１５が配されている。一対の発光素子１２は、本体１１の端面に密着した被験者に向けて近赤外線を投射する。投射された光は、被験者の内部に侵入した後、反射される。受光素子１３は、この反射した光を検出する。本体１１に内蔵されたマイクロコンピュ−タ（図示せず）は、被験者の身長および体重のデ−タと受光素子１３により検出された反射光に関する情報とにもとづいて被験者の体脂肪率を算出する。実際の測定においては、まず、本体１１にキャップ１４を装着した状態で光の投射および反射光の検出を行い、以降の測定における基準値を求める。その後、被験者に向けて光の投射および反射光の検出を行うこととしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光源の強度や、受光部の感度が経年的に変化するために、測定の都度に本体にキャップを装着した状態で光の投射を行って、標準板からの反射光の検出を行い、以降の測定における基準値を求める必要があり、測定が大変面倒であるという課題を有していた。
【０００６】
また、皮膚の色には個人差があり、被験者によって皮膚の色が変わった場合には、皮膚の上から光を投射する体脂肪測定装置においては、当然検出される体脂肪率の値が不正確であるという課題を有していた。
【０００７】
また、光学標準板が何らかの原因で汚れた場合には、測定値が大きく変わってしまうという課題を有していた。
【０００８】
そこで、本発明は、精度よく容易に体脂肪についての生体情報を得ることができる生体情報測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被験者の生体組織に光を投光する発光部と、前記光のうち、前記被験者の生体組織を経由した透過光および／または前記被験者の生体内部で反射した反射光を検出する受光部と、前記受光部の検出結果を用いて演算を行い、前記被験者の体脂肪についての生体情報を算出する信号処理演算手段と、前記発光部における光源または受光部の光電変換素子を移動させて発光部から受光部までの距離を変化させる移動手段と、受光部までの距離が短いときの発光部から出力される光の量を減衰させるための減衰手段とを備え、前記信号処理演算手段は、受光部からの受光量出力と、発光部から受光部までの距離を異ならせた際の受光部からの受光量出力とを基に体脂肪についての生体情報を算出するものであり、前記減衰手段は、透明樹脂基板とその上に張り付けられた吸収部材とを有するものであることを特徴とする生体情報測定装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、複数の発光部と複数の受光部とを備えたものについて説明する。
【００１１】
図１において、センサ素子１Ａの先端面には、複数の発光部４Ａａ〜４Ａｃおよび受光部５Ａａ〜５Ａｃが交互に密着して配されている。
【００１２】
実際の測定においては、この端面を被験者の皮膚に密着させる。発光部４Ａａ〜４Ａｃは、被験者に向けて特定波長の光を投射する。発光部４Ａａが投射した光は、被験者を経由したのち受光部５Ａａに入射する。また、発光部４Ａｂおよび４Ａｃが投射した光は、被験者を経由したのち受光部５Ａｂおよび５Ａｃにそれぞれ入射する。その際、それぞれ時間をずらして発光、受光を行う。なお、複数の発光部より同時に光を投射する場合は、それぞれの波長を異なるようにするなどの工夫が必要である。
【００１３】
このように、受光部５Ａａ〜５Ａｃは、発光部４Ａａ〜４Ａｃが投射した光をそれぞれ検出する。
【００１４】
被験者との密着性を確保するためには、発光部および受光部を同一平面上に配することが好ましい。
【００１５】
また、センサ素子の端面に多数の発光部および受光部を配するためには、これらの大きさを可能な限り小さくすることが好ましい。
【００１６】
発光部の投射する光は、装置の測定対象に基づいて選択される。つまり、体脂肪計用途には、体脂肪による吸収率が高い波長９３０〜９５０ｎｍの光を発する小型のＬＥＤ素子を光源に用いる。
【００１７】
受光部としては、シリコンフォトダイオード等の光検出器を用いる。
【００１８】
受光部５Ａａ〜５Ａｃは、検出した光の強度に応じた信号を信号処理部６Ａに出力する。
【００１９】
この信号処理部６Ａでは次に説明するような優れた信号処理が行われる。
【００２０】
たとえば、被験者の測定部位に血管が存在する場合は、その血管がもたらすノイズを回避することができる。
【００２１】
すなわち、血管部分は、投射された光のうち、波長が５８０ｎｍの成分をよく吸収する。一方、体脂肪は、９３０〜９５０ｎｍに光吸収ピークを示す。また、水分も９７０ｎｍに光吸収ピークを示す。このように血管部分を経由した光の成分と、その他の生体組織を経由した光の成分とはスペクトルが異なる。
【００２２】
したがって、受光部が検出した光のうち波長が５８０ｎｍ付近の成分の強度の比が、他の受光部で検出した光におけるそれや投射した光のそれよりも低い場合、その受光部が検出した光は、血管部分を経由したものと考えられる。体脂肪の測定においては、このような光は、本来除外するべきものである。
【００２３】
従って、この生体情報測定装置では、経路が異なる複数の光を分析することから、各受光部で検出した光のうち、血管部分を経由したと思われる光を除外して、他の受光部で検出した光を分析することができ、精度よく体脂肪を測定することが可能になる。
【００２４】
同様な原理で、生体の表面に付着した異物や、腫傷、吹き出物、傷口等を経由した光を特定し、これらを除外することもできる。
【００２５】
また、この生体情報測定装置は、上記のように被験者の血管部分を検出することができるため、体脂肪計に限らず、血中成分の分析に用いることもできる。
【００２６】
すなわち、血管部分が高い光吸収を示す５８０ｎｍの成分とともに、グルコース、コレステロール、赤血球等が高い光吸収を示す波長成分を含む光を、発光部より投射することにより、血中のこれらの濃度を測定することができる。
【００２７】
つまり、血糖値すなわち血中グルコース濃度を測定するには、波長が１６００ｎｍの成分の光を発光させ、分光分析する。また、血中コレステロール値を測定するには、波長が９６０ｎｍの光を発光させ、分光分析すればよい。
【００２８】
このような血管部分の検出の場合や、グルコース濃度やコレステロールの検出の場合は、体脂肪の測定の場合と反対に、血管を経由しない光が、血管を経由した光にとってノイズとなる。
【００２９】
信号処理部６Ａは、図２に示すように、光強度演算ユニット８Ａ、生体情報演算ユニット９Ａおよび記憶ユニット１０Ａを備える。
【００３０】
光強度演算ユニット８Ａは、受光部５Ａからの入力信号を監視しながら、その変動に基づいて、測定の開始および終了を検知する。また、測定中に、センサ素子１Ａが被験者から乖離するなどの異常が発生した場合には、それを検知する。光強度演算ユニット８Ａは、測定の開始を検知すると、受光部５Ａが検出した光の強度に応じた信号を生体情報演算ユニット９Ａに出力する。
【００３１】
生体情報演算ユニット９Ａは、入力信号に基づいて体脂肪率等の生体情報を算出する。このとき、体脂肪率の測定においては、生体情報演算ユニット９Ａは、それぞれ異なる経路を経た光に基づく複数の信号を互いに比較するか、またはあらかじめ設定された基準値値と比較することによりより精度の高い方の光を特定し、分析する。
【００３２】
例えば、図２（ａ）に示す発光部４Ａｅより投射され、受光部５Ａｅに入射した光のように被験者２１Ａの血管２０Ａを経由した光に基づく信号を除外し、発光部４Ａｄおよび４Ａｆより被験者２１Ａに向けて投射され、受光部５Ａｄおよび５Ａｆにそれぞれ入射した光に基づく信号のみを用いて生体情報を算出する。
【００３３】
血中成分の測定においては、逆に血管２０Ａを経由した光による信号のみを特定し、その信号に基づいて血糖値等の生体情報を算出する。
【００３４】
得られた生体情報は、磁気記録媒体、半導体メモリ等を備えた記憶ユニット１０Ａに記録される。
【００３５】
上記のようにして得られた生体情報は、液晶表示装置などの表示部７Ａに表示させて被験者等に通知する。
【００３６】
以上のように、経路が異なる複数の光を分析することで、精度よく容易に生体情報を得ることができる生体情報測定装置を提供することができる。
【００３７】
次に本発明の前提となる例について図を参照して説明する。
【００３８】
図３に示すように、本体１の一方の端面には、発光素子２Ｂと、受光素子３Ｂ，４Ｂが配されている。また、本体１Ｂには、アンプ５Ｂ、ＣＰＵ６Ｂおよび表示装置７が配置されている。
【００３９】
このような構成を有する参考例に係る体脂肪測定装置の基本的な動作は次のようなものである。すなわち、発光素子２Ｂは、本体１Ｂの端面に密着した被験者に向けて中心波長が６５０ｎｍ以下の可視光の光を投射する。ここで発光素子２Ｂとしては、例えば中心波長が６３５ｎｍ（例えばスタンレー製：ＦＲ１１１１Ｃ）である発光ダイオ−ドを用いる。また受光素子３Ｂ，４Ｂとしては、例えばシリコンフォトダイオ−ドを用いる。
【００４０】
受光素子３Ｂの位置は、光源より約３ｍｍの位置に設定する。受光素子３Ｂの位置は、３ｍｍに限定するものではないが、光源より５ｍｍ以内に設置するのが好ましい。
【００４１】
また、受光素子４Ｂは、光源より約９ｍｍの位置に設定する。受光素子４Ｂの位置も受光素子３Ｂと同様に、９ｍｍの位置に限定するものでなく、光源より６ｍｍ以上離すことが好ましい。
【００４２】
発光素子２Ｂより投射された光は、被験者の内部に侵入した後、一部の光は散乱し反射を繰り返して、生体の表面から出射してくる。受光素子３Ｂ，４Ｂはこの反射した光を検出する。
【００４３】
受光素子３Ｂ，４Ｂで検出された光はアンプ５Ｂによって増幅され、ＣＰＵ６Ｂにおいて、受光素子３Ｂの出力によって受光素子４Ｂの出力を除算して補正し、体脂肪量または体脂肪厚に換算されて、表示装置７Ｂに表示される。
【００４４】
次に、本例による体脂肪測定の動作原理について触れる。一般に、S.Feng他のPhoton Migration in the presence of a single defect;APPLIED OPTICS/VOL34.NO19:3826-3837にも記載されているように、光源から出射した光が生体内を伝搬し、受光素子に到達するとき、光源と受光素子の距離がｄの場合に、光はその光源から距離ｄの１／２だけ離れた位置で最も深く侵入し、約0.35×ｄの深さまで侵入することが知られている。実際には更に深く侵入した光や、浅い部分を伝搬した光も存在する。
【００４５】
従って、光源と受光部との距離が近い場合は、生体表面近くを伝搬した光が検出され、光源と受光部との距離が離れている場合は、生体深部を伝搬した光が検出されると言える。
【００４６】
本例は、このような光伝搬の性質を応用しており、その動作原理を模式図である図４を用いて説明する。
【００４７】
まず、厚みが測定できる測定原理について発光素子２１Ｂと、受光素子２３Ｂとの間の光伝搬を用いて推定する。
【００４８】
発光素子２１Ｂを出射した光は、皮膚表面に入射する。生体は近赤外もしくは可視光にとって散乱体であるから、散乱されながら脂肪層に入射する。脂肪層に入射した光は更に散乱し拡散されて広がって行き、一部筋肉層に到達する。筋肉層は血液や水分が多いとともに、筋繊維の影響で大きく光が吸収散乱される。
【００４９】
筋肉層に到達せずに脂肪層を主に通過する光は、筋肉層を通過した光ほど減衰されずに伝搬していく。
【００５０】
脂肪層が厚い場合にはほとんど筋肉層の影響を受けずに光は伝達されるが、脂肪層が薄い場合には多くの光が筋肉層に到達し、光がロスしてしまうため、受光素子２３Ｂに到達する光は減少するといえる。
【００５１】
従って、受光素子２３Ｂでの光の強度を測定することで、脂肪層の厚みが測定できると推定できる。
【００５２】
また、脂肪厚と体脂肪率とには相関性が高いことが知られており、相関式を作成することで、体脂肪率を算出できる。また、次のようにすることで前述の脂肪厚みを計測する際に更に真の測定値との相関性を向上させることができる。
【００５３】
光源に最も近い第一の受光素子の距離を３ｍｍと設定して、被験者の表面近くを伝搬した光を検出し、第２の受光素子の距離を９ｍｍと設定して、生体の深部を主に伝搬した光を検出する。そして、第２の受光素子からの検出値を第１の受光素子の検出値で除することにより、第２の受光素子の検出値を補正し、この補正値を用いて体脂肪量を算出することにより、真の測定値との相関性を向上させるようにしている。
【００５４】
次に、この補正効果の理由を、同図４を用いて推定する。
【００５５】
発光素子２１Ｂと、距離を短く設定した受光素子２２Ｂとの光の伝達の場合は、発光素子２１Ｂを出射した光は皮膚表面に入射した後、光は散乱され、四方八方に広がり、この一部が、受光素子２２Ｂに入射する。発光素子２１Ｂと受光素子２２Ｂの距離は比較的近いので、強い光強度を検出できる。また、皮膚を通過し脂肪層等に到達した光のおおくは更に散乱されながら拡散して伝搬していく。この光のごく僅かは、受光素子２２Ｂに再び入射するが、皮膚付近を伝搬して入射した光に比べて強度的に非常に小さく、多くの光は生体深部や、横方向に拡散していき受光素子２２Ｂに到達しない。
【００５６】
すなわち、発光素子２１Ｂから受光素子２２Ｂに至るまで、光は主に皮膚、または皮膚およびその近傍の情報を多く含んでいるものと推察できる。
【００５７】
次に、発光素子２１Ｂと、距離を長く設定した受光素子２３Ｂとの光の伝達の場合は、発光素子２１ｂを出射した光は、皮膚を通過した後、生体深部の脂肪部分に到達し、脂肪部分で散乱反射されながら進行を続け、再び皮膚を通過した後、第２の受光素子２３Ｂに到達すると考えられる。
【００５８】
すなわち、受光素子２３Ｂに到達した光は、受光素子２２Ｂに入射する光と違い、皮膚情報だけでなく、生体深部の脂肪の影響も受けると推察される。
【００５９】
この時、第１、第２のどちらの受光素子に入射する光も皮膚もしくはその近傍を通過して入射するわけであるから、同程度の皮膚もしくは皮膚近傍の情報を含んでいると推察される。
【００６０】
そのため、概念化すれば、第２の受光光量を第１の受光光量で除すと、皮膚もしくは皮膚近傍の影響をキャンセルされることがわかる。
【００６１】
このことは、個体差で皮膚の色や、皮膚組織形態が違ったとしても、その違いを補正して、純粋に脂肪層のみの影響を検出できるのではないかと推察される。
【００６２】
上記の効果を裏付ける実験データについて説明する。
【００６３】
本発明者は、図５〜図４２に示すように、真の体脂肪率、体脂肪厚が予めわかっている１５人の被験者に対して、従来の測定装置と、上記の補正算出を行う測定装置とで測定を実施し、真の値と、各測定装置による算出値との関係データをグラフ及び表化した。
【００６４】
さらに、そのデータに対して、最小自乗法などの数学的方法により、真の体脂肪率や脂肪厚さと、算出値とを出来るだけ正確に表す一次方程式の相関式を得、その一次方程式の相関係数を得た。
【００６５】
すなわち、図５〜図１３は、従来の場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合である。また、図１４〜図２０は、上記補正を適用する場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合である。また、図２１〜図２９は、従来技術でないが、一つの受光部で処理する場合であり、使用波長が６５０ｎｍの場合である。また、図３０〜図４２は、上記補正を適用するの場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合である。図１４〜図２０の上記補正を適用する場合を除いて、いずれの場合も体脂肪厚と、体脂肪率を測定している。
【００６６】
たとえば、従来の９５０ｎｍの場合の図５の最も左の欄は、受光部が一つの場合であり、それが発光部から９ｍｍ離れている場合を示す。また、その場合に対応するグラフは、図６（体脂肪厚）と図１０（体脂肪率）に表示されている。体脂肪厚に関しては、相関式として、ｙ＝９３６．４ｘ＋５．７８９となり、相関係数ＲはＲ＝０．６４２９となる。他の欄は、それぞれ距離７ｍｍ，５ｍｍ，３ｍｍの場合であって、９ｍｍの場合と同様にデータが表示されている。
【００６７】
また、上記補正を適用するの９５０ｎｍの場合の図１４の最も上且つ左の欄は、受光部が２つあり、発光部から遠い方が９ｍｍ、近い方が３ｍｍの場合を示す。また、その場合に対応するグラフは、図１５に対応している。体脂肪厚に関しては、相関式として、ｙ＝１２５．４８ｘ＋２．９１４１となり、相関係数ＲはＲ＝０．６７となる。
【００６８】
距離が９ｍｍ／５ｍｍの場合の相関係数Ｒはｒ＝０．６５となり、距離が９ｍｍ／７ｍｍの場合の相関係数Ｒはｒ＝０．６１となる。他の欄は７ｍｍ／５ｍｍ、７ｍｍ／３ｍｍ、５ｍｍ／３ｍｍの場合であり、９ｍｍの場合と同様に表示されている。
【００６９】
この例からわかるように、２つの受光部の間の距離が２ｍｍを越える場合は、長い方の受光部からの出力を、短い距離の受光部からの出力により補正することで、従来より相関係数がかなり良くなっていることがわかる。
【００７０】
また、受光部が一つだけの場合で、６５０ｎｍの場合の図２１の最も左の欄は、受光部が一つの場合であり、それが発光部から９ｍｍ離れている場合を示す、また、その場合に対応するグラフは、図２２（体脂肪厚）と図２６（体脂肪率）に表示されている。図２２の体脂肪厚に関しては、相関式として、ｙ＝２５８．７４ｘ＋５．７０９５２となり、相関係数ＲはＲ＝０．５６７７となる。図２６の体脂肪率に関しては、相関式として、ｙ＝５０８．９５ｘ＋１１．６０１となり、相関係数ＲはＲ＝０．７３０８となる。他の欄は、それぞれ距離７ｍｍ，５ｍｍ，３ｍｍの場合であって、９ｍｍの場合同様に表示されている。
【００７１】
また、上記補正を適用する場合で６５０ｎｍの場合の図３０の最も上且つ左の欄は、受光部が２つあり、発光部から遠い方が９ｍｍ、近い方が３ｍｍの場合を示す。また、その場合に対応するグラフは、図３１，図３７に対応している。
【００７２】
図３１の体脂肪率に関しては、相関式として、ｙ＝２２６．６４ｘ＋０．３４５４となり、相関係数ＲはＲ＝０．８４２６となる。
【００７３】
距離が９ｍｍ／５ｍｍの場合の相関係数Ｒはｒ＝０．７７９６となり、距離が９ｍｍ／７ｍｍの場合の相関係数Ｒはｒ＝０．７３７８となる。他の欄は７ｍｍ／５ｍｍ、７ｍｍ／３ｍｍ、５ｍｍ／３ｍｍの場合であり、９ｍｍの場合と同様に表示されている。
【００７４】
また、図３７の体脂肪厚に関しては、相関式として、ｙ＝１２３．５５ｘ―０．８７４７となり、相関係数ＲはＲ＝０．７０１９となる。距離が９ｍｍ／５ｍｍの場合の相関係数Ｒはｒ＝０．６９１２となり、距離が９ｍｍ／７ｍｍの場合の相関係数Ｒはｒ＝０．６７１２となる。他の欄は７ｍｍ／５ｍｍ、７ｍｍ／３ｍｍ、５ｍｍ／３ｍｍの場合であり、９ｍｍの場合と同様に表示されている。
【００７５】
この例からわかるように、６５０ｎｍの場合、２つの受光部の間の距離が２ｍｍ以上の場合は、長い方の受光部からの出力を、短い距離の受光部からの出力により補正することで、体脂肪率、体脂肪厚ともに、従来より相関係数がかなり良くなっていることがわかる。
【００７６】
さらに、６５０ｎｍの波長の光を利用する場合は、生体透過率が悪いので、太陽光のような外乱が存在する場合でも、太陽光の６５０ｎｍ波長は生体に入って来にくいので、ノイズが低く抑えられる。ただし、６００ｎｍより短い波長の光は、必要な量生体を透過しなくなるので使用できない。６５０ｎｍ前後が最適である。よって、６００ｎｍ〜６６０ｎｍの全部または一部の波長成分を利用して測定することが望ましい。
【００７７】
なお、受光素子４の位置は９ｍｍ以上でも相関性の向上の余地があると思われるが、実際には光量の減衰が大きくなるため、実用的ではない。
【００７８】
以上の実験データから、体脂肪率、体脂肪厚ともに、近いほうが３mm以下、遠い方が９ｍｍ以下がより精度よく測定できる範囲といえる。
【００７９】
したがって、以上述べたことから、生体深部を伝搬してきた光を検出した検出値を、生体表面を伝搬してきた光の検出値で除するということは、生体の表面状態の個体差、すなわち皮膚の色の違いを補正する効果があることを意味する。
【００８０】
なお、第２の光量を第１の光量で除する場合に、各種近似式を検討したが、上述したように、単純に除するのが最も効果的であることが実験的に判明した。このことは、体脂肪量または体脂肪厚を算出する電気回路を簡単にできるため、実用上非常に有効であるといえる。
【００８１】
また、本例では、受光部を２つ設けているために、以下の効果も発現する。すなわち、装置自体が生体に完全に密着しない場合、一つなら値が大きくズレてしまうが、本例では２つとも値が変化する。仮に生体に完全に密着せずに受光量が一様に減ったとしても、両者の値を除して算出するため、ズレが抑制される効果を持つ。このことは、測定精度の向上という実用上の効果を発現させ有用といえる。
【００８２】
また、本例では、波長６５０ｎｍの中心波長の光を使用しているが、これは波長が約９５０ｎｍ付近の近赤外線よりも生体の透過率が小さくなるため、外乱光の影響を受けにくい効果があるものである。すなわち、同じ光強度の外乱光が存在したとしても、可視光の場合は、その光が受光部に到達するまでに、多く減衰するため、精度良い測定が可能となる。
【００８３】
また、波長が９５０ｎｍ付近の赤外線は、脂肪の吸収ピ−クがあるところで、脂肪の質や行路長の差によって大きく透過光量が変化する。
【００８４】
従って、個体差によって、脂肪層の厚みだけではなく、脂肪の質まで変わるような場合には、検出光量が大きく変わり高精度に脂肪厚を計測できないという課題を有する。
【００８５】
特に、発光素子と受光素子を生体表面に固定して測定するような場合には、脂肪厚みが同じでも脂肪の質が違う被験者を測定した場合、測定値が大きく変わり、正確な脂肪厚を求めることが困難と推察できる。
【００８６】
このような脂肪の吸収の影響を受けにくい可視光の波長の光を用いて生体からの散乱を検出することで脂肪厚、体脂肪率を算出できる。
【００８７】
波長としては、脂肪吸収が少ない波長であれば良く、好ましくは可視光、更に好ましくは６００ｎｍ〜６６０ｎｍの光を用いることで、個体差の脂肪の質に影響をうけにくい測定精度の高い測定を実現できる。
【００８８】
このように、発光素子２Ｂと、発光素子からの距離が互いに距離の異なる２つの受光素子３Ｂおよび４Ｂを設けた構成としたことにより、被験者の皮膚の色の違いや、脂肪層の散乱係数、または測定装置の密着の具合等々に起因する個体差を除いて、被験者の体脂肪率または体脂肪厚を良好に測定することができる。
【００８９】
また、ここでは、検出光量のみを用いて脂肪厚、体脂肪率を算出する方法について述べたが、体重、年齢、性別、身長等を鑑みて相関式をつくることは、さらに相関性を向上でき好ましいと言える。
【００９０】
また、測定できる生体の箇所は、上腕二頭筋、腹部、二の腕、肩胛骨等の脂肪厚について測定して、より精度をあげることができる。
【００９１】
また、一ケ所だけでなく、数カ所の生体の光学特性から体脂肪率を算出しても好ましいといえる。
【００９２】
なお、上記の例では発光部を一つ、受光部を２つ用いたものを示したが、、発光部を２つ、受光部を一つにして、発光部と受光部の距離を変更させて体脂肪量を算出させてもかまわない。
【００９３】
なお、図３中のＣＰＵ６Ｂは信号処理演算手段に相当するものである。
【００９４】
以上説明したように発光部から受光部までの距離が異なる２つの測定値を用いた場合、上記個体差バラツキを抑制できるため、簡単に精度良く、体脂肪率や皮下脂肪厚を計測でき、非常に有効であるといえる。
【００９５】
次に、本発明について説明する。
【００９６】
以下、本発明の生体情報測定装置の好ましい実施の形態について図４３を用いて説明する。
【００９７】
本体１には、光を本体１の端面から出射するための光源２と、光源２から出射し、被験者を経由した光の光量を検出する光電変換素子を有する受光部３を備えている。
【００９８】
光源２としては、例えば中心波長が６３５ｎｍ（例えばスタンレ−製：ＦＲ１１１１Ｃ）である発光ダイオ−ドを用いる。
【００９９】
光源２の下方には、光源２から出射した光を減衰するための減衰フィルタ−５が設置されている。
【０１００】
４は移動手段であり、光源２を図中点線で示した受光部３から離れた位置２’に移動できる。これにより容易に光源２，２’と受光部３との距離を変化することができる。
【０１０１】
６は、受光部３からの信号を処理し、生体情報を算出するための信号処理回路で、７は生体情報の値を表示する表示装置である。
【０１０２】
次に、測定方法の一例について説明する。
【０１０３】
発光部２を受光部３よりも３ｍｍ離れた位置に設置し、本体１の端面から被験者へ光を投射させる。このとき、減衰フィルタ−５を通過させ、光量を減衰するのが好ましい。
【０１０４】
被験者に投射した光は被験者の生体内部を拡散反射しながら伝搬し、その一部が受光部３に到達する。信号処置装置６にてこの時の光量値を算出する。
【０１０５】
次に、移動手段４により発光部２を受光部３より約９ｍｍ離れた２’の位置に移動する。受光部３との距離が増大するため受光部３に到達する光量が減少するため、２’の位置には減衰フィルタ−は設けないのが好ましい。つまり、発光部２から出射した光が受光部３に到達する場合の光量と、発光部２’の位置から出射した光が受光部３に到達する場合の光量との差が、２の位置での減衰フィルタの設置によって、小さくなり、受光部３の受光素子である光電変換素子の光量に関するレンジが小さくても飽和しないということになる。もちろん、その減衰フィルタの減衰割合は予め既知のものを用いる。
【０１０６】
その減衰の適切な割合を次の様にして求めた。すなわち、被験者約１５名で、波長６５０ｎｍの光が生体内でどのように減衰していくのか調べたところ、発光部より３ｍｍの位置での受光光量が、７ｍｍの位置では約１／５に減衰し、９ｍｍでは約１／１０程度にまで減衰することが判明した。
【０１０７】
従って、発光部と受光部の位置を３ｍｍと９ｍｍで変化させる場合には、減衰フィルタ−で約１／１０に減衰するのが好ましいといえる。
【０１０８】
これにより、２つの位置での受光光量が、かなり同程度の値となり、光電変換素子に要求されるレンジ幅が縮小され、好ましいと言える。
【０１０９】
また、発光部２の発光波長として、６００ｎｍから１１００ｎｍの間の波長でも検討したところ、ほぼ同様の傾向を示した。
【０１１０】
発光部を２’の位置で出射した光は、生体内を拡散反射しながら受光部３に到達する。受光部３に到達した光量値を信号処理部６で算出する。
【０１１１】
信号処理部６にて、発光部が２’の位置での受光光量を、発光部の位置が２の時の受光光量の値で除する。この値を用いて、生体情報を算出し、表示装置７にその結果を表示する。その詳細は上述した通りである。
【０１１２】
ところで、一般に発光部２の発光特性は製造段階でばらついている。
【０１１３】
また、使用時においても温度や経年変化等によって発光強度特性は変化する。
【０１１４】
また、受光部３の感度特性も同様に製造ばらつきがあるとともに、感度が経年的に変化したり、温度によって特性が変化することが知られている。
【０１１５】
しかし、上述した本実施の形態を用いれば、これら課題を解決できる。
【０１１６】
すなわち、発光部２が減衰手段５上に設置されたときに、受光部３で測定される光量をＰ３とし、移動手段４にて発光部が２’に移動したときに測定される光量をＰ４とする。
【０１１７】
また、発光部２の発光強度がＬ倍だけ変化し、また受光部３の感度がＭ倍だけ変化したとする。
【０１１８】
このとき、発光部２が減衰手段５上に設置したときに測定される光量はＰ３からＰ３×Ｌ×Ｍに変化し、また、発光部が２’に移動したときの光量値は、Ｐ４からＰ４×Ｌ×Ｍに変化する。
【０１１９】
本発明では、これら２つの信号値を除して生体情報を算出するために、これらをキャンセルすることができる。すなわち、（Ｐ３×Ｌ×Ｍ）／（Ｐ４×Ｌ×Ｍ）＝Ｐ３／Ｐ４となり、結局光源の光量変化や受光部の感度が変化したとしても、これらの影響をうけない生体情報を測定できることがわかる。
【０１２０】
本実施の形態では、発光部を移動させて、それぞれの光量を測定し、それらを除して生体情報を求めることで、上記課題を解決できるが、除する場合以外でも、同じ発光部を移動させているので、光源が同じことになり、２つ以上の光源を設ける場合に比べて、少なくともその点で本発明は、経年変化に強いといえる。
【０１２１】
また、従来から測定の度に標準板からの反射光を計測して校正していた校正作業をなくすることができ、利便性が高いといえる。
【０１２２】
本実施の形態では、発光部を移動させる例について説明したが、本発明はこれに限定するものでなく、受光部の方を移動させて、生体情報を測定しても何ら問題ない。
【０１２３】
次に、参考例を図４４を用いて説明する。
【０１２４】
本体２１には、発光素子２２と、発光素子２２より出射した光を本体２１の端面に導光するための光伝達手段２３，２４が設けられている。この光伝達手段２３，２４は本発明の光路に相当する。
【０１２５】
また、光源２２と、光伝達手段２３，２４の間には、光源２２から出射した光のうち光伝達手段２３，２４に入射する光の選択をするためのシャッタ２５が配されている。シャッタ２５には孔部２６が設けられ、さらに、移動手段２７により、水平方向に移動することができるようになっている。
【０１２６】
光伝達手段２３，２４としては、例えばプラスティック光ファイバ−もしくは透明アクリル樹脂等の透明な材料を用いる。シャッタ２５は、金属や、プラスティックを用い、この部材からの反射光をなくすために、黒色アルマイト等の黒色化処理をすることが望ましい。これらシャッタ２５と光伝達手段２３，２４とで、本発明の光路調整手段を形成している。
【０１２７】
２８は光伝達手段２３、２４の端面から出射し、生体内を経由し、拡散反射した光の光量を検出するための光電変換素子を有する受光部である。２９は受光部２８からの電気信号を処理する信号処理部で、体脂肪、血糖値等の生体情報値を算出する。
【０１２８】
２０は信号処理手段２９で算出された体脂肪・血糖値等の生体情報を表示する表示装置である。
【０１２９】
次に動作について説明する。
【０１３０】
最初に、発光素子２２より出射した光は、シャッタ２５に設けた孔部２６より、光が光伝達手段２３のみに導びかれ、本体２１の端面に密着した部分より被験者に向けて光が投射される。この時、光伝達手段２４には光は導光されない。
【０１３１】
受光部２８の位置は、例えば、光伝達手段２３の出射端面より約７ｍｍの位置に設定する。受光部２８と光伝達手段２３の出射端面の距離を７ｍｍにすることで、比較的生体深部の情報が測定できる。
【０１３２】
受光部２８に到達した光は、電気信号に変換され信号処理手段２９に送られる。このときの測定値をＰ３とする。
【０１３３】
次に移動手段２７により、シャッタ２５を移動させて、孔部２６を光伝達手段２４の上部に設定する。これによって、発光部２２から出射した光は光伝達手段２４のみに導びかれる。この時、光伝達手段２３には光は導光されない。
【０１３４】
光伝達手段２４の出射端面は受光部２８より約３ｍｍの位置に設定されている。
【０１３５】
投射された光は、被験者の内部に侵入した後、一部の光は散乱し反射を繰り返して、生体の表面から出射してくるが、光伝達手段２３の端面から出射した光と違い、受光部２８とは，３ｍｍと比較的近い距離であるため、生体の表面付近を伝搬した光を多く検出できる。
【０１３６】
受光部２８で検出した光も電気信号に変換され信号処理手段２９に電送される。このときの測定値をＰ４とする。
【０１３７】
いま、測定したＰ３とＰ４を基に、Ｐ３をＰ４で除しＰ３／Ｐ４を求め、この値より生体情報を算出して表示装置２０に表示する。
【０１３８】
本測定方法により、前の実施の形態と同様に容易にＰ３／Ｐ４を測定でき、光源の強度変化や受光部の感度変化の影響を抑制でき極めて有用であるといえる。
【０１３９】
なお、発光部２２が光伝達手段２３，２４の上にくる構成について説明したが、なんらこれに限定するものでない。たとえば、図の受光部２８の位置に発光部２２をもうけ、発光部２２の位置に受光部２８を設置しても構わない。
【０１４０】
また、シャッタ２５を移動手段２７により移動させて、光伝達手段２３，２４に入射する光の光量を選択することで、光の経路を切り替える例について説明した。
【０１４１】
しかし、発光部２２自体を移動させて、各光伝達手段２３，２４を選択しても何ら問題ない。
【０１４２】
また、光伝達手段２４の上端に減衰手段をもうけることは非常に好ましい。例えば、減衰フィルムを張り付けることで容易に実現できる。
【０１４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、精度よく容易に生体情報を得ることができる生体情報測定装置を提供することができる。
【０１４４】
また、被験者の個体差バラツキを抑制できるため、簡単に精度良く、体脂肪率や皮下脂肪厚を計測でき、非常に有効であるといえる。
【０１４５】
また、光源や受光部の特性に変化があってもこれら影響を抑制でき、体脂肪率や皮下脂肪厚等の生体情報を高精度で測定できる。
【０１４６】
また、測定の都度に標準板からの反射光を計測する等の校正作業がなくせるため、きわめて有効であると言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  生体情報測定装置の一例を示す概略図である。
【図２】  （ａ）は、生体情報測定装置の一例に用いたセンサ素子の先端断面図であり、（ｂ）は、図１の生体情報装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】  他の例の概略を示す図である。
【図４】  被験者による個体差の補正の原理を示す図である。
【図５】  従来の場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データの表を示す図である。
【図６】  従来の場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データのグラフである。
【図７】  従来の場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データのグラフである。
【図８】  従来の場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データのグラフである。
【図９】  従来の場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データのグラフである。
【図１０】  従来の場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データのグラフである。
【図１１】  従来の場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データのグラフである。
【図１２】  従来の場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データのグラフである。
【図１３】  従来の場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データのグラフである。
【図１４】  補正を適用する場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データの表を示す図である。
【図１５】  補正を適用する場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図１６】  補正を適用する場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図１７】  補正を適用する場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図１８】  補正を適用する場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図１９】  補正を適用する場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図２０】  補正を適用する場合で、使用波長が９５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図２１】  従来技術でないが、一つの受光部で処理する場合であり、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示す表の図である。
【図２２】  従来技術でないが、一つの受光部で処理する場合であり、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図２３】  従来技術でないが、一つの受光部で処理する場合であり、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図２４】  従来技術でないが、一つの受光部で処理する場合であり、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図２５】  従来技術でないが、一つの受光部で処理する場合であり、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図２６】  従来技術でないが、一つの受光部で処理する場合であり、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図２７】  従来技術でないが、一つの受光部で処理する場合であり、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図２８】  従来技術でないが、一つの受光部で処理する場合であり、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図２９】  従来技術でないが、一つの受光部で処理する場合であり、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図３０】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示す表の図である。
【図３１】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図３２】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図３３】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図３４】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図３５】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図３６】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図３７】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図３８】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図３９】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図４０】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図４１】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図４２】  補正を適用する場合で、使用波長が６５０ｎｍの場合の生体データを示すグラフである。
【図４３】   本発明の一実施の形態における体脂肪測定装置の概略を示す概略図である。
【図４４】   参考例における生体情報測定装置の概略を示す概略図である。
【図４５】  従来の技術による体脂肪測定装置の一例を示す図
【符号の説明】
１Ａ センサ素子
２Ａ 被験者
３Ａ 血管
４Ａ、４Ａａ、４Ａｂ、４Ａｃ、４Ａｄ、４Ａｅ、４Ａｆ 発光部
５Ａ、５Ａａ、５Ａｂ、５Ａｃ、５Ａｄ、５Ａｅ、５Ａｆ 受光部
６Ａ 信号処理部
７Ａ 表示部
８Ａ 光強度演算ユニット
９Ａ 生体情報演算ユニット
１０Ａ 記憶ユニット
１１Ａ 機器本体
１２Ａ 発光素子
１３Ａ 受光素子
１４Ａ キャップ
１５Ａ 光学標準板
２０Ａ 血管
２１Ａ 被験者
１Ｂ、本体
２Ｂ、２１Ｂ 発光素子
３Ｂ、４Ｂ、２２Ｂ，２３Ｂ 受光素子
５Ｂ、アンプ
６Ｂ、ＣＰＵ
７Ｂ、表示装置
１、２１ 本体
２、２２ 発光部
３、２８ 受光部
４、移動手段
５、減衰フィルタ−
６、２９ 信号処理装置
７、２０ 表示装置
２３、２４ 光伝達手段
２５ 光量調整手段
２６ 孔部
２７ 移動手段
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
0004701468.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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