(57)【要約】【課題】  血液成分測定装置及びこれを用いた血液成分測定方法を提供する。【解決手段】  被検体固定装置、前記被検体の被検部位に覆われた状態で前記被検部位に光を照射する光源部、前記光源部と対向する位置で前記被検部位を透過した光を検出する光検出器、及び前記光検出器で検出された光を分析する分析器を備える血液成分測定装置において、前記固定装置は前記被検部位と連結された前記被検体の一部を固定させる第１固定手段と前記被検部位と連結された前記被検体の他の一部を固定させる第２固定手段とを含み、前記第１及び第２固定手段は、前記被検部位が位置する領域を中心として互いに回転可能に備わっており、前記光源部に前記被検部位の温度を調節するためのヒーターが備わった血液成分測定装置とこれを用いた測定方法。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体固定装置、前記被検体の被検部位に覆われた状態で前記被検部位に光を照射する光源部、前記光源部と対向する位置で前記被検部位を透過した光を検出する光検出器、及び前記光検出器で検出された光を分析する分析器を備える血液成分測定装置において、
前記固定装置は、
前記被検部位と連結された前記被検体の一部を固定させる第１固定手段と、
前記被検部位と連結された前記被検体の他の一部を固定させる第２固定手段と、を含み、
前記第１及び第２固定手段は、前記被検部位が位置する領域を中心として移動するように設けられたことを特徴とする血液成分測定装置。
【請求項２】
前記第１及び第２固定手段は、同じベース板に設けられており、それぞれの固定された一軸を中心として回転可能であることを特徴とする請求項１に記載の血液成分測定装置。
【請求項３】
前記第１固定手段は、
固定された一側を中心として回転する第１支持体と、
前記第１支持体に装着されており、前記被検体の一部が置かれる空間を提供し、前記被検体の一部のサイズに対応して前記空間のサイズが可変されるようにその一部が移動する移動体と、
前記移動体の動きを制御するための調節器と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の血液成分測定装置。
【請求項４】
前記第１固定手段に前記被検体の一部を加圧する加圧手段がさらに備わったことを特徴とする請求項３に記載の血液成分測定装置。
【請求項５】
前記第１固定手段に前記被検体の一部を外側または下方に引っ張るキャッチ手段がさらに備わったことを特徴とする請求項３に記載の血液成分測定装置。
【請求項６】
前記調節器は、前記空間を前記被検体一部の長手方向に広げるための第１調節器と前記空間を前記長手方向に垂直な方向に広げるための第２調節器とで構成されたことを特徴とする請求項３に記載の血液成分測定装置。
【請求項７】
前記第１支持体の回転を停止させるためのストッパーがさらに備わったことを特徴とする請求項３に記載の血液成分測定装置。
【請求項８】
前記第２固定手段は、
固定された一側を中心として回転する第２支持体と、
前記第２支持体に装着されて前記被検体の他の一部を支持し、前記被検体の他の一部のサイズに対応して移動できるように装着された支持台と、
前記被検部位の一部を引っ張るためのキャッチ部と、
前記キャッチ部を移動させるための移動体と、
前記支持台の移動を制御するための調節器と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の血液成分測定装置。
【請求項９】
前記キャッチ部は、下部構造物と上部構造物とで構成されたことを特徴とする請求項８に記載の血液成分測定装置。
【請求項１０】
前記第２支持体の回転を停止させるためのストッパーがさらに備わったことを特徴とする請求項８に記載の血液成分測定装置。
【請求項１１】
前記光源部は、光を放出する光源と前記光源から放出された光を前記被検部位にガイドする光ガイド部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の血液成分測定装置。
【請求項１２】
前記光ガイド部に前記被検部位の温度を測定中に調節するためのヒーターが備わったことを特徴とする請求項１１に記載の血液成分測定装置。
【請求項１３】
前記ヒーターは、前記光ガイド部の表面または光ガイド部を取り囲むように備わったことを特徴とする請求項１２に記載の血液成分測定装置。
【請求項１４】
前記光検出器は、
前記被検部位と接触して前記被検部位を透過した光をガイドする光ガイド柱と、
前記光ガイド柱を取り囲んで前記光ガイド柱と前記被検部位との境界を緩やかな形態に維持する保護管と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の血液成分測定装置。
【請求項１５】
前記保護管は、前記光ガイド柱に平行した部分と前記光ガイド柱の下端に向けて曲がった部分とを含むことを特徴とする請求項１４に記載の血液成分測定装置。
【請求項１６】
前記曲がった部分は、前記光ガイド柱に垂直な水平面と３０〜６０゜の傾斜をなすことを特徴とする請求項１５に記載の血液成分測定装置。
【請求項１７】
前記被検体は手であり、前記被検部位は前記手の親指と人差し指間のウェブ部分であることを特徴とする請求項１に記載の血液成分測定装置。
【請求項１８】
手首固定部材または腕固定部材がさらに備わったことを特徴とする請求項１７に記載の血液成分測定装置。
【請求項１９】
請求項１に記載の血液成分測定装置を用いた血液成分測定方法において、
前記被検部位の一側に前記光源部が接触するように前記固定装置に被検体を装着させる第１段階と、
前記被検体の被検部位を与えられた温度に維持する第２段階と、
前記被検部位にテンションを加える第３段階と、
前記被検部位から所望のデータを獲得する第４段階と、を含むことを特徴とする血液成分測定方法。
【請求項２０】
前記第２段階より前記第３段階を先に実施することを特徴とする請求項１９に記載の血液成分測定方法。
【請求項２１】
前記第２段階において前記被検部位は３６〜４０℃に維持することを特徴とする請求項１９に記載の血液成分測定方法。
【請求項２２】
前記被検体の一部と他の一部を広げて前記被検部位にテンションを加えることを特徴とする請求項１９に記載の血液成分測定方法。
【請求項２３】
前記被検体の一部と他の一部が広がった状態で前記被検部位を変形させることを特徴とする請求項２２に記載の血液成分測定方法。
【請求項２４】
前記被検部位の測定領域に隣接した一領域を加圧するか、引っ張って前記被検部位を変形させることを特徴とする請求項２３に記載の血液成分測定方法。
【請求項２５】
前記被検部位の測定領域に隣接した他の領域を加圧するか、引っ張って前記被検部位を変形させることを特徴とする請求項２３に記載の血液成分測定方法。
【請求項２６】
前記第１段階において前記被検体自体を固定させることを特徴とする請求項１９に記載の血液成分測定方法。
【請求項２７】
前記第４段階は、
前記光源部と対向する前記被検部位の他側に光検出器を接触させる段階と、
前記被検部位の一側に光を照射し、前記他側で前記被検部位を透過した光を検出する段階と、
前記検出された光を増幅する段階と、
前記増幅された光を分析して前記被検部位内の血液成分に関する分析データを出力する段階と、を含むことを特徴とする請求項１９に記載の血液成分測定方法。
【請求項２８】
前記光検出器の縁部と前記被検部位とは３０〜６０゜の傾斜で接触することを特徴とする請求項２７に記載の血液成分測定方法。
【請求項２９】
前記被検部位の前記隣接した領域は０.５Ｎｍｍ２以下に加圧することを特徴とする請求項２４に記載の血液成分測定方法。
【請求項３０】
前記被検部位の測定領域に隣接した他の領域を加圧するか、引っ張って前記被検部位を変形させることを特徴とする請求項２４に記載の血液成分測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の組織成分測定装置及びこれを用いた組織の成分測定方法に係り、より詳細には血糖のような血液成分測定装置及びこれを用いた血液成分測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体組織は７３％の水からなり、そのうち１／３は細胞外液であり、２／３は細胞内液である。細胞外液の３／４は細胞間質液であり、１／４は血しょうである。一般的に血糖度は血液中に存在する糖の濃度を意味し、毛細血管に流れる血液の血糖と細胞間質液の糖度はほぼ同じである。
【０００３】
このように人体組織は柔軟な細胞からなっており、これらの間に細胞間質液が存在するために、外部から圧力が与えられれば圧力を受けた部分の組織が押されたり細胞間質液が移動する。
【０００４】
このような原因から、血液成分に対するスペクトルを測定する場合、測定結果は測定部分に位置する組織の表面状態、前記組織に加えられる圧力及び前記組織に影響を与える他の条件によって変わる。したがって、組織内部の特定成分の濃度を予測するためには測定対象に対する積極的な制御が必要である。また、方法論的にどのように制御するかが重要となる。
【０００５】
図１及び図２はこのような制御の必要性と制御方法の重要性を示す。
図１は、従来の測定装置を使用して測定した血液成分、例えばグルコース、ヘモグロビン、アルブミン、トリアセチン、γ-グロブリンに対する吸光度スペクトルと水に対する吸光度スペクトルを示す。前記ヘモグロビン、グルコース、γ-グロブリン、アルブミン及びトリアセチンに対する吸光度スペクトルＧ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６は近赤外線に対して０.５ｍｍの経路長を持つ各成分の水溶液に対する吸光度スペクトル(図示せず)で水の吸光度スペクトルＧ１を制限したものである。
【０００６】
図１において左縦軸は前記血液の主要成分に対する吸光度、右縦軸は水に対する吸光度を示す。
図１を参照すれば、関心のある波長帯域である１６００ｎｍ帯域と２２００ｎｍ帯域で水の吸光度が血液の他の成分の吸光度より２０倍以上大きく、グルコースの近赤外線吸収帯域と血液の他の成分の近赤外線吸収帯域が重なることが分かる。
【０００７】
近赤外線領域の光を用いた無血血糖測定に関する研究は、血液成分、例えばグルコースの吸収帯、光透過性、光学系構成の容易性、統計分析技術の発達に伴って活発に進行しつつある。しかし、生体組織による光散乱、図１に示されたように他の成分に比べて相対的に大きい水の吸光度、グルコース及び血液の他の成分の近赤外線吸収帯域が重なることによる干渉、被検対象である組織自体の多様性などの原因によって明確な結果が得られていない。
【０００８】
したがって、近赤外線領域の光を利用して血液成分を測定する時は、図１に示された結果を考慮して、測定時ごとに可変する組織の影響を補正しつつ体液の変化を大きくして信号対雑音比を増加させる方向に生体組織の測定部分に対する適切な制御が必要である。
【０００９】
本発明者は、通常の装置および方法を利用して５００ｍｇのグルコースが含まれた０.５ｍｍの厚さの水溶液に対する吸光度を測定した。そして、前記水溶液に対する全体吸光度から水による吸光度を除去してグルコースだけの吸光度を得た。
【００１０】
この測定結果は下記の表１に示す。表１に示した前記測定結果は、２ｍｍの厚さのソフト組織に含まれているグルコースに対する吸光度に該当される。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
本発明者は、また通常の装置と方法で前述した血液成分が入っている人体の所定部分、例えば親指と人差し指間の１.７ｍｍ程度のウェブ組織（Ｗｅｂ  ｔｉｓｓｕｅ）に対する吸光度の変化を測定し、図２はその結果を示す。
【００１３】
図２に示された測定結果を通じて１.７ｍｍの厚さで反復測定した時にさらに厚くとか薄いウェブ組織に対する吸光度の変化の程度が分かる。
図２を参照すれば、波長が１６５０ｎｍ領域である光を使用した時、吸光度の変化は±０.０３Ａｂｓ程度であることがわかる。そして、波長が２２００ｎｍ領域である光を使用した時、吸光度の変化は±０.０５Ａｂｓ程度であることがわかる。
【００１４】
表１と図２を比較すると、波長が１６５０ｎｍ領域である光を使用した時、人体の反復測定誤差(±０.０３Ａｂｓ)がグルコース吸光度(０.０００６Ａｂｓ)より５０倍以上大きいことが分かる。そして、波長が２２００ｎｍ領域である光を使用した時、人体の反復測定誤差(０.０５Ａｂｓ)が吸光度(０.００２０９Ａｂｓ)より２４倍以上大きいことが分かる。
【００１５】
このように、血糖のような血液成分に対する測定が測定部位に対する適切な制御なく行われた場合、反復測定による吸光度の変化が測定しようとする成分の吸光度よりはるかに大きくなる。吸光度の変化が大きいということは再現性が良くないことを意味し、これは同一被検体を対象とした吸光度測定において吸光度が毎度可変することを意味する。即ち、測定された吸光度に対する信頼性が低くなって吸光度分析を通じて得られる血液成分に関する分析データの信頼性も低くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は前記問題点を改善するためになされたものであって、本発明が解決しようとする技術的課題は、無血血液成分(例えば、血糖)を測定する過程において測定装置と被検体との接触状態による吸光度の変化、すなわち、測定誤差を最小化する無血血液成分測定装置を提供することである。
【００１７】
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記測定装置を用いた無血血液成分測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記技術的課題を達成するために、本発明は、被検体固定装置、前記被検体の被検部位に覆われた状態で前記被検部位に光を照射する光源部、前記光源部と対向する位置で前記被検部位を透過した光を検出する光検出器、及び前記光検出器で検出された光を分析する分析器を備える血液成分測定装置において、前記固定装置は、前記被検部位と連結された前記被検体の一部を固定させる第１固定手段及び前記被検部位と連結された前記被検体の他の一部を固定させる第２固定手段を含み、前記第１及び第２固定手段は、前記被検部位が位置する領域を中心として移動するように、例えば互いに回転可能に設けられたことを特徴とする血液成分測定装置を提供する。
【００１９】
前記第１及び第２固定手段は、同一ベース板に設けられており、それぞれは固定された一軸を中心として回転可能である。
【００２０】
前記第１固定手段は、固定された一側を中心として回転する第１支持体と、前記第１支持体に装着されており、前記被検体の一部が置かれる空間を提供し、前記被検体の一部のサイズに対応して前記空間のサイズが可変されるようにその一部が移動する移動体と、前記移動体の動きを制御するための調節器と、を備えることができる。
【００２１】
前記第１固定手段に前記被検体一部を加圧する加圧手段または前記被検体一部を外側の側または下方に引っ張るキャッチ手段がさらに備わることができる。
【００２２】
前記調節器は、前記空間を前記被検体一部の長手方向に広げるための第１調節器と前記空間を前記長手方向に垂直な方向に広げるための第２調節器とで構成されうる。
【００２３】
前記第１支持体の回転を停止させるためのストッパーがさらに備わることができる。
前記第２固定手段は、固定された一側を中心として回転する第２支持体と、前記第２支持体に装着されて前記被検体の他の一部を支持し、前記被検体の他の一部のサイズに対応して移動できるように装着された支持台と、前記被検部位の一部を引っ張るためのキャッチ部と、前記キャッチ部を移動させるための移動体と、前記支持台の移動を制御するための調節器と、を備えることができる。
【００２４】
ここで、前記キャッチ部は、下部構造物と上部構造物とで構成されることができる。また、前記第２支持体の回転を停止させるためのストッパーがさらに備わることができる。
【００２５】
前記光源部は、光を放出する光源と前記光源から放出された光を前記被検部位にガイドする光ガイド部とを含みうる。この場合、前記光ガイド部に前記被検部位の温度を測定中に調節するためのヒーターが備わることができる。前記ヒーターは、前記光ガイド部の表面または光ガイド部を取り囲むように備わることができる。
【００２６】
前記光検出器は、前記被検部位と接触して前記被検部位を透過した光をガイドする光ガイド柱と、前記光ガイド柱を取り囲んで前記光ガイド柱と前記被検部位との境界を緩やかな形態に維持する保護管と、を備えうる。ここで、前記保護管は、前記光ガイド柱に平行した部分と前記光ガイド柱の下端に向けて曲がった部分とを含みうる。前記曲がった部分は、前記光ガイド柱に垂直な水平面と３０〜６０°の傾斜をなすことが望ましい。
【００２７】
前記他の技術的課題を達成するために、本発明は、前記被検部位の一側に前記光源部が接触するように前記固定装置に被検体を装着させる第１段階と、前記被検体の被検部位を与えられた温度に維持する第２段階と、前記被検部位にテンションを加える第３段階と、前記被検部位から所望のデータを獲得する第４段階と、を含むことを特徴とする血液成分測定方法を提供する。
【００２８】
前記第２段階より前記第３段階を先に実施できる。
前記第２段階において前記被検部位は３６〜４０℃に維持できる。
前記被検体の一部と他の一部を広げて前記被検部位にテンションを加えうる。この状態で前記被検部位を変形できる。この場合、前記被検部位の測定領域に隣接した一領域を加圧するか、引っ張って前記被検部位を変形させうる。また、前記被検部位の測定領域に隣接した他の領域を加圧するか、引っ張って前記被検部位を変形させうる。
【００２９】
前記第１段階において前記被検体自体を固定させうる。
前記第４段階は、前記光源部と対向する前記被検部位の他側に光検出器を接触させる段階と、前記被検部位の一側に光を照射し、前記他側で前記被検部位を透過した光を検出する段階と、前記検出された光を増幅する段階と、前記増幅された光を分析して前記被検部位内の血液成分に対する分析データを出力する段階と、を含みうる。
【００３０】
前記光検出器の縁部と前記被検部位とは３０〜６０°の傾斜で接触できる。
前記被検部位の前記隣接した領域は０.５Ｎｍｍ２以下に加圧することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の測定装置の場合、被検部位に一定のテンションを加え、被検部位の厚さを一定に維持させうる。また、光検出器と被検部位とが接触する縁部が緩やかに傾斜するようにでき、前記被検部位の温度を与えられた範囲で一定に維持できる。したがって、本発明の測定装置を利用する場合、従来に比べて吸光度測定条件に対する再現性が高まるので、吸光度の変化を最小化し、吸光度分析を通じて得られる血液成分データに対する信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態による無血血液成分測定装置及びこれを用いた血液成分測定方法を添付した図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に示された層や領域の厚さは明細書の明確性のために誇張された。
【００３３】
本発明者は無血血液成分測定に影響を及ぼす要因が吸光度測定にいかなる影響を与えているかを評価した。図３は前記評価に対する結果を示す。
【００３４】
図３Ａにおいて左側は被検体の測定部位の温度変化に対する吸光度の変化を示し、中央はスキャン回数による吸光度の変化を示し、右側は前記測定部位の厚さによる吸光度の変化を示す。
【００３５】
図３Ｂにおいて左側は被検体の測定部位と前記測定部位を透過した光を検出する光検出器の縁部の傾斜角変化による吸光度の変化を示し、右側は被検体の測定部位に加えられる圧力による吸光度の変化を示す。
【００３６】
図３Ａ及び３Ｂを参照すれば、被検体の測定部位の温度が吸光度の変化に最も大きい影響を与え、スキャン回数はあまり影響を与えないことが分かる。
【００３７】
このように無血血液成分の測定において被検体の測定部位の温度が重要な要因となる。したがって、前記測定部位の温度を与えられた範囲内で一定に維持することが望ましい。測定条件の再現性を高めるためには前記測定部位の温度を可能なかぎり高く維持することがさらに望ましい。
【００３８】
しかし、前記被検体が人体のように生命体である場合、前記測定部位の温度の上昇に限界があり、したがって、前記被検体の測定部位の温度は前記被検体が苦痛を感じない程度の温度、例えば、４０℃以下、望ましくは３６〜４０℃に維持する。
【００３９】
吸光度に影響を及ぼす次の要因は血液成分測定装置の検出器の縁部と前記測定部位間角(以下、間角）であるが、前記間角による吸光度の変化は前記測定部位の構造が急激に変わることを防止することによって緩和させうる。これについては以下に説明する。
【００４０】
前記測定部位を透過した光を測定する時、前記測定部位の厚さを薄くすることによって、測定の再現性を高めることはできるが、前記のように前記被検体が人体であることを勘案すれば、前記測定部位の厚さを無制限に薄くすることは不可能である。
【００４１】
人体によって多少の差があるが、一般的に測定部位に加えられる圧力が０.５Ｎｍｍ２より大きくなると人体は苦痛を感じ始める。したがって、前記被検体の測定部位に印加する圧力は０.５Ｎｍｍ２以下であることが望ましい。
【００４２】
一方、前記測定部位の周辺を一定に広げることによって、前記測定部位の厚さが均一になり、その結果、吸光度の再現性が良くなる。すなわち、前記測定部位の周辺を広げるために前記測定部位に加える圧力を高めるほど吸光度の再現性が良くなる。しかし、前記圧力は人体が苦痛を感じない範囲に属する値であることが望ましい。
【００４３】
次に、このような要因の特性を勘案して製作した本発明の実施の形態による無血血液成分測定装置(以下、本発明の測定装置)について説明する。
【００４４】
図４に示す本発明の測定装置は吸光度の変化を最小化するために人体と前記測定装置との接触領域 (以下、ＨＤＩ）を改善した装置である。
【００４５】
前記ＨＤＩは、前記本発明の測定装置と接触する部位の温度が測定の間に可能なかぎり高くて一定に維持させ、前記測定部位に前記測定部位の厚さが可能なかぎり薄くなるように与えられた圧力を加え、前記間角を可能なかぎり小さくし、測定の間に光の照射される位置が変動されないようにすることによって改善できる。
【００４６】
図４を参照すれば、前記本発明の測定装置は、被検体を固定させる固定装置４０を備える。前記被検体の測定部位４２を中心として上下に光ガイド部４６と光検出部４８とが備わっている。光ガイド部４６及び光検出部４８は互いに対向するように備わったことが望ましい。光ガイド部４６は、その下部に備わった光源４４から入射される光を測定部位４２の所定部分にガイドする役割を果たす。光源４４と光ガイド部４６とは光源部を構成する。光ガイド部４６は、また測定部位４２を所定の温度、例えば３６〜４０℃に維持するための手段であって、表面にヒーター４６ａを備える。ヒーター４６ａは、光ガイド部４６の周りを取り囲む形態で備わることもできる。光検出部４８は、測定部位４２を透過した光を検出する。光検出部４８に増幅器５０が連結されており、増幅器５０に分析器５２が連結されている。増幅器５０は、光検出部４８から出力された信号を増幅する役割を果たす。そして、分析器５２は、増幅器５０から出力される信号を分析して測定部位４２内の血液成分、例えば血糖に対するデータを出力する。
【００４７】
一方、測定部位４２は、図６に示すように親指Ｆ１と人差し指Ｆ２間のウェブ部分９０が望ましいが、人体の他の部分、例えば、耳たぶ、唇、まぶた、引かれた皮膚、人差し指と中指間のウェブなどの厚さの薄い部位であってもよい。
【００４８】
被検体を固定させる固定装置４０は被検体の測定部位４２によって多様な形態で備わることができるが、被検体の測定部位４２が図６に示すように親指Ｆ１と人差し指Ｆ２間のウェブ部分９０である場合は図５に示すような形態で備わることができる。
【００４９】
具体的に、図５に示す固定装置４０は左手用であって、親指固定手段４０ａと人差し指固定手段４０ｂとを含む。親指及び人差し指固定手段４０ａ、４０ｂはベース板５８に備わっている。親指固定手段４０ａと人差し指固定手段４０ｂは所定の角で広がっている。親指固定手段４０ａの一側はボルト７２でベース板５８に締結されている。親指固定手段４０ａの残り部分は前記締結された部分を中心として所定の角だけ回転できる。人差し指固定手段４０ｂは親指固定手段４０ａの前記の一側に隣接した所にボルト(図示せず)で締結されている。人差し指固定手段４０ｂの残り部分は前記締結された部分を中心として所定の角だけ回転できる。このように備わった親指及び人差し指固定手段４０ａ、４０ｂの間に光ガイド部４６が備わっており、光ガイド部４６表面にヒーター４６ａが備わっている。
【００５０】
図６に示す左手の親指Ｆ１と人差し指Ｆ２がそれぞれ親指固定手段４０ａ及び人差し指固定手段４０ｂに固定されれば、親指Ｆ１と人差し指Ｆ２間のウェブ部分９０は光ガイド部４６の上端に位置して光の放出される放出口を覆う。この時、ウェブ部分９０の第１領域Ａ１が前記放出口の中心に位置することが望ましい。第１領域Ａ１は前記放出口から放出された光が通過する領域であって、血液成分を測定するための吸光度が測定される領域である。
【００５１】
親指及び人差し指固定手段４０ａ、４０ｂを利用して親指Ｆ１及び人差し指Ｆ２を所定の角に広げることによって、ウェブ部分９０に所定のテンションを与えうる。この時、ウェブ部分９０を与えられた範囲、望ましくは被検体が苦痛を感じない範囲内で変形させてウェブ部分９０にさらに多くのテンションを与えることができる。これにより、ウェブ部分９０の厚さはより薄くなり、その結果、より正確な吸光度が測定できる。ウェブ部分９０の変形はウェブ部分９０の所定領域に所定の圧力または力を加えることによって行える。ウェブ部分９０の第２領域Ａ２または第３領域Ａ３は、前記力または圧力が加えられる領域である。第２及び第３領域Ａ２、Ａ３に同時に力または圧力が加えられる。第２領域Ａ２または第３領域Ａ３に下方に押す力、またはウェブ部分９０を前方に引っ張る力が加えられることもある。
【００５２】
さらに、図５を参照すれば、親指固定手段４０ａは一側がベース板５８に締結されており、残り部分がこれを中心として回転され、親指を支持する第１支持体６０と、第１支持体６０によって支持され、親指の長さによって第１支持体６０に沿って伸縮でき、親指の太さによって親指が装着される領域６６の幅が可変する移動体６２とを含む。第１支持体６０に第１調節器６８が備わっている。第１調節器６８は、第１支持体６０の終端面に備わったことが望ましいが、第１支持体６０の他の所に備わることもできる。第１調節器６８を右側または左に回転させて親指の長さに合わせて移動体６２を伸縮できる。移動体６２の側面に第２調節器７０が備わっている。第２調節器７０は、移動体６２及び親指固定手段４０ａの回転を妨害しない範囲内で移動体６２の他の部分に備わることができる。第２調節器７０を右側または左に回転させて親指の太さによって親指が装着される領域６６を広くまたは狭くできる。親指固定手段４０ａにおいて参照番号６４は、図６の第２領域Ａ２に圧力を加えてウェブ部分９０を変形させる第１加圧手段を示す。第１加圧手段６４は一側が固定されたまま上昇または下降する。親指が親指装着領域６６に装着される時に第１加圧手段６４は上げられ、親指が親指装着領域６６に完全に装着された後には下降して図６に示すウェブ部分９０の第２領域Ａ２に所定の力を加えるようになる。
【００５３】
図５に示していないが、第２調節器７０の下方に親指固定手段４０ａが所定の角に回転された後、親指固定手段４０ａを固定させるストッパーが備わっている。
【００５４】
人差し指固定手段４０ｂは人差し指が置かれる人差し指支持台７６、図６のウェブ部分９０の第３領域Ａ３が挿入されて固定されるウェブキャッチ部７８、８０、ウェブキャッチ部７８、８０を移動させる移動体８２を含み、これらを支持する第２支持体７４を含む。第２支持体７４の親指固定手段４０ａに近い側は第１支持体６０ａと同じ方式でベース板５８に締結されている。第２支持体７４の残りの部分は前記締結された一側を中心として所定の角で回転できる。人差し指支持台７６は人差し指の長さによって移動されるように設けられている。人差し指支持台７６の移動のために第２支持体７４の終断面に第３調節器８４が備わっている。第３調節器８４を右側または左に回転させることによって人差し指の長さに合わせて人差し指支持台７６を第２支持体７４の前記締結された部分に移動させるか、または前記締結された部分から遠く移動させうる。ウェブキャッチ部７８、８０は下部構造物７８と上部構造物８０とからなる。ウェブキャッチ部７８、８０にウェブ部分９０が挿入されていない時、上部及び下部構造物８０、７８は互いに接している。親指及び人差し指固定手段４０ａ、４０ｂに親指及び人差し指が装着される時、上部及び下部構造物８０、７８が接している反対側の端部を押すことによって上部及び下部構造物８０、７８の間に間隙が作られる。前記間隙の間にウェブ部分９０の第３領域Ａ３を挿入し、前記端部の押しを解除すれば、上部及び下部構造物８０、７８間にウェブ部分９０の第３領域Ａ３が挟まれて固定される。ウェブキャッチ部７８、８０の延長線上に備わった移動体８２と連結されており、移動体８２を移動させることによって、ウェブキャッチ部７８、８０を移動体８２の移動方向に移動させうる。例えば、前記のようにウェブキャッチ部７８、８０の間にウェブ部分９０の第３領域Ａ３が固定された後、ウェブキャッチ部７８、８０をウェブ部分９０から離れる方向に移動させてウェブ部分９０に所定のテンションを発生させる必要があるが、この時、移動体８２を外側に移動させてウェブキャッチ部７８、８０をウェブ部分９０から離れる方向に移動させることができる。移動体８２には移動体８２を与えられた距離だけ移動させた後に移動体８２を置いた時、移動体８２が反対方向に移動することを防止するストッパーと前記ストッパーの動作を解除する解除手段とが備わっている。ウェブ部分９０に対する測定の完了後、あるいはウェブキャッチ部７８、８０を初期状態に戻す時、前記解除手段を利用して移動体８２の前記ストッパー動作を解除することによって、移動体８２は移動前の元の位置に移動することができる。ウェブキャッチ部７８、８０、移動体８２及び人差し指支持台７６が装着された第２支持体７４は与えられた角で回転された後、測定が完了するまで回転された位置に固定されなければならない。このために第２支持体７４が与えられた角だけ回転された後、第２支持体７４をベース板５８に固定させるストッパー８６が備わっている。ストッパー８６は第２支持体７４とベース板５８とを螺合して締結させる。
【００５５】
図５において参照番号８８は、光ガイド部４６を光ガイド部４６の下部に備わる光源(図４の４４)に付着させるベース板を示す。親指及び人差し指固定手段４０ａ、４０ｂと光ガイド部４６とは光源４４に付着される一つのベース板に装着できる。または光ガイド部４６が光源４４に直接付着された状態で親指及び人差し指固定手段４０ａ、４０ｂが装着されており、光ガイド部４６が貫通される貫通ホールが形成されている一つのベース板が光源４４に付着されうる。
【００５６】
図６のウェブ部分９０の第１領域Ａ１の上面に接触する光検出部４８は、図７に示すように、光ガイド柱１００と所定間隔をおいてこれを取り囲む保護管１０２を含む。光ガイド柱１００は光ガイド部４６から放出されてウェブ部分９０の第１領域Ａ１を透過した光を増幅器５０にガイドする役割をする。光ガイド柱１００は長方形の柱であることが望ましいが、円形、楕円形または多角形の柱であってもよい。保護管１０２は、光ガイド柱１００を保護しつつ光検出器４８と第１領域Ａ１の接触領域の境界を緩やかにする。これにより、第１領域Ａ１の保護管１０２内側領域は平坦な状態になるので、光ガイド柱１００は平坦な状態の第１領域Ａ１と接触でき、光ガイド柱１００が陥没される形態で第１領域Ａ１に接触することが防止される。保護管１０２は、光ガイド柱１００に平行した部分１０２ａと光ガイド柱１００との下端に向けて曲がった部分１０２ｂを含む。曲がった部分１０２ｂは光ガイド柱１００にほとんど接するように近接されている。曲がった部分１０２ｂは平行した部分１０２ａに垂直な水平面または光ガイド柱１００の下面に対して与えられた角θほど傾斜している。血液成分測定対象が図６に示すようにウェブ部分９０である場合、曲がった部分１０２ｂの傾斜角θは６０°以下、望ましくは３０〜６０°である。
【００５７】
血液成分測定対象が図６に示す親指Ｆ１と人差し指Ｆ２間のウェブ部分９０でなく人体の他の部分である場合、曲がった部分１０２ｂの傾斜角θは前記範囲と異なりうる。
【００５８】
一方、図面に示していないが、図５に示す固定装置４０に手自体を固定させるための別途の固定部材がさらに備わりうる。例えば、図６に示す親指Ｆ１と人差し指Ｆ２をそれぞれ図５に示す親指固定手段４０ａと人差し指固定手段４０ｂに固定した状態で手首を固定させる手首固定部材または腕を固定させる腕固定部材がさらに備わりうる。
【００５９】
次に、前述した構成を持つ本発明の測定装置を利用して無血血液成分を測定する方法(以下、本発明の測定方法という)について説明する。
図８を参照すれば、本発明の測定方法は大きく第１ないし第３段階Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を含む。
【００６０】
第１段階Ｓ１は、被検体の被検部位、例えば、図６に示すウェブ部分９０、さらに正確にはウェブ部分９０の第１領域Ａ１の温度を一定に維持する段階である。前記被検部位の温度は図５に示す光ガイド部４６に備わったヒーター４６ａを利用して調節する。この時、前記被検部位の温度は可能なかぎり高く維持することが望ましいが、被検体が人体のように生命体である場合、被検体が安らかさを感じる温度、例えば３６〜４０℃の範囲で一定に維持することが望ましい。
【００６１】
このような第１段階に先立ち、被検体、例えば図６に示す手の親指Ｆ１と人差し指Ｆ２を図５に示すように親指及び人差し指固定手段４０ａ、４０ｂに固定させ、親指Ｆ１と人差し指Ｆ２間のウェブ部分９０を光ガイド部４６の上端に接触させる。この過程で個人別に親指及び人差し指Ｆ１、Ｆ２の長さまたは太さが違うために、親指及び人差し指固定手段４０ａ、４０ｂに備わった第１ないし第３調節器６８、７０、８４を調節して親指及び人差し指Ｆ１、Ｆ２を親指及び人差し指固定手段４０ａ、４０ｂに楽に固定させる。これと共に、別途の固定部材を利用して親指及び人差し指Ｆ１、Ｆ２が前記のように固定された状態で手自体が動かないように固定させることもある。例えば、手首固定手段を利用して手首を固定させ、腕固定部材を利用して腕を固定させうる。
【００６２】
第２段階Ｓ２は、温度が一定に維持される前記被検部位のテンションを一定に維持する段階である。
第１及び第２段階Ｓ１、Ｓ２を実施する順序は変更してもよい。即ち、第１段階Ｓ１で前記被検部位のテンションを一定に維持し、第２段階Ｓ２でテンションが一定に維持される前記被検部位の温度を前記範囲で一定に維持できる。
【００６３】
図９は、第２段階Ｓ２をさらに細分化した段階を示す。
図９を参照すれば、第２段階Ｓ２は前記被検部位を中心として前記被検体を所定角で広げる段階Ｓ２ａ及びテンションが発生する方向に前記被検部位を所定量変形させる段階Ｓ２ｂに区分される。
【００６４】
前記被検体を所定量に広げる段階Ｓ２ａにおいては前記被検部位が完全に広がるまで前記被検体を広げることが望ましい。しかし、前記被検体を広げる程度は前記被検体が苦痛を感じない範囲で制限することが望ましい。前記被検体を広げる角度は血検体別に異なりうる。例えば、前記被検体が図６に示す手である場合、個人別に手の大きさ、親指Ｆ１と人差し指Ｆ２の長さ及び太さなどが全て異なりうる。したがって、親指Ｆ１と人差し指Ｆ２を広げる角度を一律的に同じくするよりは個人別に変えることが望ましい。しかし、ウェブ部分９０の測定条件は個人別に可能なかぎり同一に維持することが望ましい。
【００６５】
前記被検部位を所定量変形させる段階Ｓ２ｂは所定角で広がった前記被検部位にテンションを付加するために前記被検部位の特定領域を変形させる段階である。
【００６６】
具体的に、前記被検部位を中心として前記被検体を広げる段階Ｓ２ａで前記被検部位に既に所定のテンションが発生するが、前記被検部位の厚さ調節などの理由から前記被検部位にテンションを付加する必要がある。
【００６７】
前記被検部位にテンションを付加する方法には次の２種類がある。
第一は、親指固定手段４０ａの親指装着領域６６に親指Ｆ１を装着した後、第１加圧手段６４を利用してウェブ部分９０の所定領域、例えば第２領域Ａ２に所定の力を加える方法である。この力によってウェブ部分９０の第２領域Ａ２は下方に押され、その結果ウェブ部分９０にテンションが付加される。
【００６８】
第二は、親指Ｆ１が親指固定手段４０ａに装着された後、ウェブキャッチ部７８、８０を利用してウェブ部分９０の第３領域Ａ３を引っ張る方法である。第３領域Ａ３が引かれることによって、第２領域Ａ２に力が加えたようにウェブ部分９０にテンションが付加される。
【００６９】
一方、前記両方法を何れも利用してウェブ部分９０の第２領域Ａ２に前記力を加えながら第３領域Ａ３をウェブキャッチ部７８、８０を利用して引くことができる。
【００７０】
また、前記第一の方法において第２領域Ａ２に第１加圧手段６４を利用して力を加える代わりに、ウェブキャッチ部７８、８０と類似した第２のウェブキャッチ部(図示せず)を利用して第２領域Ａ２を引くことができる。
【００７１】
次に、前記本発明の測定方法の第３段階Ｓ３は、図１０に示すように３段階に細分化される。
具体的に図１０を参照すれば、第３段階Ｓ３は、前記被検部位の一側に光を照射する段階Ｓ３ａ、前記被検部位の他側で前記被検部位を通過した光を検出する段階Ｓ３ｂ、及び前記検出された光を分析する段階Ｓ３ｃを含む。
【００７２】
前記光を照射する段階Ｓ３ａは、光ガイド部４６の上端、即ち光放出口に密着された前記被検部位(図６の第１領域Ａ１）の下面に光を照射する段階である。この時、前記光は近赤外線が望ましいが、他の光であってもよい。前記光検出段階Ｓ３ｂにおいては、前記被検部位の上面に前記被検部位の下面に密着された前記光ガイド部４６と対向するように図７に示すような光検出器４８が密着される。この状態で光ガイド部４６から前記被検部位に光が照射され、前記被検部位を透過した光、すなわち前記被検部位の内部の血液成分に対する情報を持っている光が光検出器４８によって検出される。光検出器４８を前記被検部位に密着させる過程で加圧力を調節することによって前記被検部位の厚さを調節できる。この時、前記被検部位の厚さは前記加圧力が０.５Ｎ／ｍｍ２になった時の厚さであることが望ましい。前記加圧力は被検体によって異なりうる。例えば、前記被検体が０.５Ｎ／ｍｍ２の加圧力で苦痛を感じるならば、該当被検体に加えられる前記加圧力は０.５Ｎ／ｍｍ２より小さくすることが望ましい。
【００７３】
前記検出された光を分析する段階Ｓ３ｃにおいては光検出器４８によって検出された光が増幅器５０によって増幅され、このように増幅された光は分析器５２によって分析される。分析器５２から前記被検部位内部の血液成分に関するデータが出力される。
【００７４】
次に、本発明者は前述した本発明の測定装置の優秀性を検証するために前記本発明の測定装置を利用して図６のウェブ部分９０を対象として血糖を測定した。
【００７５】
前記測定の結果によれば、波長が１６５０ｎｍ領域である近赤外線を使用した場合、吸光度の変化は±０.００７Ａｂｓ程度であり、波長が２２００ｎｍ領域の近赤外線を使用した場合、吸光度の変化は±０．０１３Ａｂｓ程度であった。
【００７６】
このような測定結果と従来の測定結果を示した表１を比較すると、本発明による測定装置で測定した時の吸光度の変化が従来よりはるかに小さいことが分かる。
【００７７】
以上では前述した本発明の測定装置が親指と人差し指間のウェブ部分に適用された場合に対して主に説明したが、本発明の測定装置は近赤外線はもちろんあらゆる領域の光を利用して人体内部の特定成分の測定にも応用できる。例えば、血糖の非浸湿的測定装置に利用できる。
【００７８】
また、前述した本発明の測定装置は近赤外線と血液成分の反応を利用する。したがって、この装置は前記反応を利用する生体信号測定、例えば脈拍や組織水和(ｔｉｓｓｕｅ  ｈｙｄｒａｔｉｏｎ)測定にも使われうる。
【００７９】
前記の説明において、多くの事項が具体的に記載されているが、これは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施の例示として解釈しなければならない。例えば、当業者ならば、図５の人差し指支持台７６を示したように単純に人差し指を支持する形態でなく人差し指を取り囲む形態で備えうる。また、図５において親指及び人差し指固定手段４０ａ、４０ｂが手袋形態で連結されるように備えうる。例えば、人差し指固定手段４０ｂを人差し指ないし小指が全て挿入される固定手段に置き換えられる。したがって、本発明の範囲は説明された実施の形態によって決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決まるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
人体から発生する信号を利用して人体の状態を測定しようとする医療装置、例えば脈波測定装置、血糖のような血液成分測定装置に使われうる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】血液の主要成分に対する吸収スペクトルを示すグラフである。
【図２】１.７ｍｍの厚さのウェブ組織に対する吸光度の変化を示すグラフである。
【図３Ａ】吸光度測定に関連した制御変数による吸光度の変化を示すグラフである。
【図３Ｂ】吸光度測定に関連した制御変数による吸光度の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態による血液成分測定装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す被検体の固定装置に対する一例を示す斜視図である。
【図６】図５に示す固定装置に装着される被検体の例を示す図面である。
【図７】図４の光検出器に関する断面図である。
【図８】図４に示す血液成分測定装置を用いた血液成分測定方法を段階別に示したブロック図である。
【図９】図８に示す第２段階の細部段階を段階別に示したブロック図である。
【図１０】図８に示す第３段階の細部段階を段階別に示したブロック図である。
【符号の説明】
【００８２】
４０ａ    親指固定手段
４０ｂ    人差し指固定手段
４６      光ガイド部
４６ａ    ヒーター
５８      ベース板
６０      第１支持体
６２      移動体
６４      第１加圧手段
６６      親指が装着される領域
６８      第１調節器
７０      第２調節器
７２      ボルト
７４      第２支持体
７６      人差し指支持台
７８、８０    ウェブキャッチ部
８２      移動体
８４      第３調節器
８６      ストッパー
８８      ベース板
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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