(57)【要約】【課題】  光源の光強度や光検出器の感度に、異常や特性変化があった場合、測定精度が悪くなる。【解決手段】  光源１１と、光源１１から出射した光を生体に照射し、帰還した光を受光する生体測定用光学素子１２と、生体測定用光学素子１２で受光した光を検出する光検出器１６と、生体測定用光学素子１２に接触して配置することが出来る導光体１４とを備え、導光体１４を生体測定用光学素子１２に接触配置させた状態で、光検出器１６からの出力を利用して、異常検出または校正を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射した光を生体に照射し、前記生体から帰還した光を受光する生体測定用光学素子と、
前記生体測定用光学素子で受光した前記光を検出する光検出器と、
前記生体測定用光学素子に接触して配置された状態で、前記生体測定用光学素子から照射された光が前記生体測定用光学素子に帰還するように前記光を導くことが出来る標準導光体とを備えた、生体情報測定装置。
【請求項２】
前記光検出器により検出された、前記生体から帰還した光に基づき、前記生体の生体情報を算出する演算部をさらに備え、
前記導光体を前記生体測定用光学素子に接触するように配置させた状態で前記光検出器により検出された光に基づき、前記演算部が、前記光源、前記生体測定用光学素子及び前記光検出器の少なくともいずれかが異常であることを検出する、請求項１記載の生体情報測定装置。
【請求項３】
前記光検出器により検出された、前記生体から帰還した光に基づき、前記生体の生体情報を算出する演算部をさらに備え、
前記導光体を前記生体測定用光学素子に接触するように配置させた状態で前記光検出器により検出された光に基づき、前記演算部が前記生体情報を校正する、請求項１記載の生体情報測定装置。
【請求項４】
前記生体測定用光学素子の表面の一部は、凹凸が形成され、
前記導光体の前記生体測定用光学素子に接触する部分は変形可能である、請求項１記載の生体情報測定装置。
【請求項５】
前記導光体は、空気より屈折率が高く前記生体測定用光学素子の屈折率よりも屈折率が低い材料で形成されている、請求項１記載の生体情報測定装置。
【請求項６】
前記導光体は、散乱体である、請求項１記載の生体情報測定装置。
【請求項７】
前記導光体は、弾性物質である、請求項４記載の生体情報測定装置。
【請求項８】
前記導光体の弾性率は、1〜１０ＭＰaである、請求項７記載の生体情報測定装置。
【請求項９】
光源と、
前記光源から出射した光を生体に照射し、前記生体から帰還した光を受光する生体測定用光学素子と、
前記生体測定用光学素子で受光した前記光を検出する光検出器とを備えた生体情報測定装置のための標準素子であって、
前記生体測定用光学素子に接触して配置された状態で、前記生体測定用光学素子から照射された光が前記生体測定用光学素子に帰還するように前記光を導くことが出来る導光体を備えた、標準素子。
【請求項１０】
前記導光体の前記生体測定用光学素子に接触する部分以外の部分を覆うカバーをさらに備えた、請求項９記載の標準素子。
【請求項１１】
前記導光体の前記生体測定用光学素子に接触する部分は変形可能である、請求項９記載の標準素子。
【請求項１２】
前記導光体は、空気より屈折率が高く前記生体測定用光学素子の屈折率よりも屈折率が低い材料で形成されている、請求項９記載の標準素子。
【請求項１３】
前記導光体は、散乱体である、請求項９記載の標準素子。
【請求項１４】
前記導光体は、弾性物質である、請求項１１記載の標準素子。
【請求項１５】
前記導光体の弾性率は、1〜１０ＭＰaである、請求項１４記載の標準素子。
【請求項１６】
請求項１記載の生体情報測定装置を使用する生体情報測定装置の使用方法であって、
前記生体測定用光学素子を測定対象である生体に当接させ、前記光検出器で検出された光に基づき生体情報を測定する生体情報測定ステップと、
前記標準導光体を前記生体測定用光学素子に接触させ、前記光検出器で検出された光に基づき異常検出または校正を行う異常校正ステップとを備えた、生体情報測定装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体組織を光学的に測定することによって体液中のグルコース、コレステロール、尿素、トリグリセリド等を非侵襲的に測定するために使用する生体情報測定装置、標準素子、及び生体情報測定装置の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、生体や溶液中の特定成分を測定する際に、種々の生体情報測定装置やキャリブレーション方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１によると、近赤外光を用いて、生体表面に配置された光源から生体内部に入射した光のうち、生体内部で散乱、吸収されながら伝播して再び生体表面に現れた光を受光することで生体内部の情報を計測している。
【０００４】
この場合、光源や検出器の性能が経年的に変化した場合、測定値が変化し測定精度が悪くなるという課題を有していた。
【０００５】
そこで、光源から出射した光を対向する保護カバーに設けられた反射体に照射させ、反射した光を、光源と同一面上にある受光部で受光して、光の光量を計測し、校正値として、測定値を補正していた。
【特許文献１】特許２６４８３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の光学測定方法および光学測定装置では、以下のような問題点を有していた。
【０００７】
従来の方法では、保護カバーにつけた反射板に、光源から出射した光を照射して、反射板から反射した光を、光源と同一平面内に設けた受光部より検出するものである。
【０００８】
したがって、光源と受光部が同一平面にあって、しかもそれらと対向する位置に反射板が設定する場合には有効であるが、生体に向けて光を出射する出射部と生体からの光が入射する入射部とが同一面にない場合には、反射板に光を照射するとともに、反射板からの反射光を受光することは非常に困難であった。
【０００９】
図４に、光学測定装置に反射板を適用した場合の図を示す。すなわち、図４の光学測定装置は、光源１１、生体測定用光学素子１２、保持台１３、導光検出手段１６から構成されている。また、カバー１０２の開口部とは反対側に反射板１０１が設けられている。
【００１０】
保持台１３は、生体測定用光学素子１２を保持する保持台であり、光源１１から出射した光を生体測定用光学素子１２に入射させ、生体測定用光学素子１２から出射する光を光検出器１６に出射する穴部２５が設けられている。生体測定用光学素子１２に設けられた溝部１７は、生体に向けて光を出射する出射部と生体からの光が入射する入射部とを含んでおり、それらの同一面に配置されておらず、出射部から出射した光は直接入射部に入射するような溝形状となっている。従って、出射部から出射した光を反射板１０１に照射し、その反射光を溝部１７の入射部に入射させることは困難であり、光源１１から出射した光を再度生体測定用光学素子１２を通り、導光検出手段１６で検出することが出来ない。
【００１１】
本発明は、上記課題を考慮し、生体に向けて光を出射する出射部と生体からの光が入射する入射部とが同一面にない場合であっても、異常検知または校正を行うことが出来る生体情報測定装置、標準素子、及び生体情報測定装置の使用方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、光源と、
前記光源から出射した光を生体に照射し、前記生体から帰還した光を受光する生体測定用光学素子と、
前記生体測定用光学素子で受光した前記光を検出する光検出器と、
前記生体測定用光学素子に接触して配置された状態で、前記生体測定用光学素子から照射された光が前記生体測定用光学素子に帰還するように前記光を導くことが出来る標準導光体とを備えた、生体情報測定装置である。
【００１３】
また、第２の本発明は、前記光検出器により検出された、前記生体から帰還した光に基づき、前記生体の生体情報を算出する演算部をさらに備え、
前記導光体を前記生体測定用光学素子に接触するように配置させた状態で前記光検出器により検出された光に基づき、前記演算部が、前記光源、前記生体測定用光学素子及び前記光検出器の少なくともいずれかが異常であることを検出する、第１の本発明の生体情報測定装置である。
【００１４】
また、第３の本発明は、前記光検出器により検出された、前記生体から帰還した光に基づき、前記生体の生体情報を算出する演算部をさらに備え、
前記導光体を前記生体測定用光学素子に接触するように配置させた状態で前記光検出器により検出された光に基づき、前記演算部が前記生体情報を校正する、第１の本発明の生体情報測定装置である。
【００１５】
また、第４の本発明は、前記生体測定用光学素子の表面の一部は、凹凸が形成され、
前記導光体の前記生体測定用光学素子に接触する部分は変形可能である、第１の本発明の生体情報測定装置である。
【００１６】
また、第５の本発明は、前記導光体は、空気より屈折率が高く前記生体測定用光学素子の屈折率よりも屈折率が低い材料で形成されている、第１の本発明の生体情報測定装置である。
【００１７】
また、第６の本発明は、前記導光体は、散乱体である、第１の本発明の生体情報測定装置である。
【００１８】
また、第７の本発明は、前記導光体は、弾性物質である、第４の本発明の生体情報測定装置である。
【００１９】
また、第８の本発明は、前記導光体の弾性率は、1〜１０ＭＰaである、第７の本発明の生体情報測定装置である。
【００２０】
また、第９の本発明は、光源と、
前記光源から出射した光を生体に照射し、前記生体から帰還した光を受光する生体測定用光学素子と、
前記生体測定用光学素子で受光した前記光を検出する光検出器とを備えた生体情報測定装置のための標準素子であって、
前記生体測定用光学素子に接触して配置された状態で、前記生体測定用光学素子から照射された光が前記生体測定用光学素子に帰還するように前記光を導くことが出来る導光体を備えた、標準素子である。
【００２１】
また、第１０の本発明は、前記導光体の前記生体測定用光学素子に接触する部分以外の部分を覆うカバーをさらに備えた、第９の本発明の標準素子である。
【００２２】
また、第１１の本発明は、前記導光体の前記生体測定用光学素子に接触する部分は変形可能である、第９の本発明の標準素子である。
【００２３】
また、第１２の本発明は、前記導光体は、空気より屈折率が高く前記生体測定用光学素子の屈折率よりも屈折率が低い材料で形成されている、第９の本発明の標準素子である。
【００２４】
また、第１３の本発明は、前記導光体は、散乱体である、第９の本発明の標準素子である。
【００２５】
また、第１４の本発明は、前記導光体は、弾性物質である、第１１の本発明の標準素子である。
【００２６】
また、第１５の本発明は、前記導光体の弾性率は、1〜１０ＭＰaである、第１４の本発明の標準素子である。
【００２７】
また、第１６の本発明は、第１の本発明の生体情報測定装置を使用する生体情報測定装置の使用方法であって、
前記生体測定用光学素子を測定対象である生体に当接させ、前記光検出器で検出された光に基づき生体情報を測定する生体情報測定ステップと、
前記標準導光体を前記生体測定用光学素子に接触させ、前記光検出器で検出された光に基づき異常検出または校正を行う異常校正ステップとを備えた、生体情報測定装置の使用方法である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、生体測定用光学素子に接触して配置された状態で、その生体測定用光学素子から照射された光が生体測定用光学素子に帰還するようにその光を導くことが出来る導光体を備えた標準素子、及びその導光体を備えた生体情報測定装置を用いることで、光源、生体測定用光学素子、及び光検出器の感度チェックを行うことができ、温度変化、経年変化による測定誤差を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、本実施の形態は、一例であり、本明細書に記載の例に限定するものではない。
【００３０】
図１は、本発明の生体情報測定装置の概略図である。
【００３１】
図１に示すように、本実施の形態の生体情報測定装置は、光源１１、生体測定用光学素子１２、保持台１３、導光体１４、カバー部１５、光検出手段１６、演算部２１、記憶手段２２、及び表示部２３から構成されている。なお、導光体１４、及びカバー部１５でキャリブレーション素子を構成している。また、本実施の形態のキャリブレーション素子は本発明の標準素子の例である。
【００３２】
本実施の形態の生体情報測定装置は、生体の表面近くの組織に関する情報を計測するための装置である。すなわち、本実施の形態の生体情報測定装置は、生体の表面近くの組織の透過光を計測するために、生体測定用光学素子１２の表面の生体表面と接触する部分には溝部１７が設けられており、本実施の形態の生体情報測定装置は、生体測定用光学素子１２の表面を生体表面に接触させることにより、溝部１７の中に入り込んだ生体表面部分の透過光を計測する装置である。
【００３３】
光源１１としては、測定対象である測定成分の吸収波長の光を含むものであれば用いることができる。
【００３４】
例えば、中赤外領域の光であれば、ＳｉＣを棒状に焼結したグローバ光源、ＣＯ２レーザ、タングステン灯、赤外パルス光源、ＱＣＬ光源等を用いることができる。
【００３５】
グルコースのように、波数１０３３、１０８０ｃｍ−１付近などの中赤外域に強い吸収ピークがあるような物質を測定する場合には、特に限定するものではないが、グローバ光源や赤外パルス光源、ＱＣＬ光源が好ましいといえる。
【００３６】
また、近赤外領域に吸収がある物質を測定するような場合には、例えば、ハロゲン光源、半導体レーザ、ＬＥＤ等を用いる。
【００３７】
グルコースは、中赤外領域だけでなく、近赤外領域にも吸収ピークがあることが知られており、ＬＥＤを用いることは特に好ましいと言える。
【００３８】
生体測定用光学素子１２の材料としては、当該分野で公知のものを用いることができる。
【００３９】
例えば、中赤外に吸収がある物質を測定する場合は、シリコン、ゲルマニウム、ＳｉＣ、ダイアモンド、ＺｎＳｅ、ＺｎＳおよびＫｒＳ等を用いる。
【００４０】
ここで、グルコースのように、波数１０３３ｃｍ−１、あるいは１０８０ｃｍ−１の中赤外領域に吸収ピークがあるような物質を計測する場合には、約９〜１０ミクロンの赤外波長で透過率が高く、加工性や機械的強度も高いという観点から、シリコンまたはゲルマニウムが特に好ましい。
【００４１】
また、近赤外領域に吸収がある物質を測定する場合は、溶融石英、単結晶シリコン、光学ガラス、プラスティック、透明樹脂を用いる。
【００４２】
生体測定用光学素子１２に形成する溝部１７の形状は、例えば、図に示したようなＶ字型溝を用いる。形状はこれに限定するものではなく、Ｕ字形状や、階段形状の溝を用いても構わない。
【００４３】
１３は、生体測定用光学素子１２を保持する保持台であり、光源１１から出射した光を生体測定用光学素子１２に入射させ、生体測定用光学素子１２から出射する光を光検出器１６に出射する穴部２５が設けられている。
【００４４】
１４は光検出器１６で検出する、光の光量の検出信号を校正するための導光体であり、１５は導光体１４を保持するカバー部である。なお、導光体１４とカバー部１５とが生体測定用光学素子１２を有する本体側と脱着自在になっていても構わないし、導光体１４とカバー部１５とが、生体測定用光学素子１２を有する本体側に取り付けられていても構わない。
【００４５】
導光体１４としては、変形が可能であり、屈折率が空気よりも高く、生体測定用光学素子より小さいものを用いる。
【００４６】
導光体１４の材料としては、例えば、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム状弾性物質であるのが好ましい。導光体１４の材料としてこのような弾性物質を用いた場合、導光体１４を繰り返し用いて校正を行うことが出来るという利点がある。
【００４７】
また、その弾性率が１〜１０ＭＰａであれば更に好ましく、生体測定用光学素子に容易に接触できる。
【００４８】
また、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム等の汎用ゴムやニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴムでもかまわない。
【００４９】
特に、シリコーンゴムは、人工乳房、人工耳、人工鼻などの人工補填材として利用されており、生体に対してほとんど不活性であるために、有用と言える。
【００５０】
また、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコールなどの医用エラストマーも好ましいと言える。
【００５１】
また、水溶性高分子に架橋構造、疎水性基あるいは結晶構造などを導入することにより不溶化し、これを水で膨潤させたハイドロゲルも好ましいと言える。ハイドロゲルは、柔らかくて組織に損傷を与えないだけでなく、物質透過性に富んでいるため、好ましいと言え、例えば、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドンが好ましい。
【００５２】
前記導光体の吸収係数については特に限定するものではないが、使用する波長で小さいものを選定すれば良い。
【００５３】
また、導光体１４として、散乱体を用いることも出来る。散乱体としては、例えば、高密度ポリエチレンやポリカーボネート等の樹脂が好ましい。特に、光拡散グレードのポリカーボネートは、拡散光線の透過率が高いため、有用である。
【００５４】
光検出手段１６としては、当該分野で公知のものを用いることができる。例えば、中赤外領域では、焦電センサやサーモパイル、サーミスタ、ＭＣＴ検出器（量子型検出器の一種であるＨｇＣｄＴｅ検出器）が挙げられる。また、近赤外領域では、ＩｎＧａＡｓ検出器、フォトダイオード、ＰｂＳ検出器、ＩｎＳｂ検出器、ＩｎＡｓ検出器等が挙げられる。図示はしていないが、光検出手段１６で検出した信号に基づいて、演算部２１が、例えば、グルコース濃度などの生体組織のパラメータを算出する。表示部２３は、演算部２１が算出した結果を表示する。表示部２３としては、液晶表示装置やＥＬ表示装置などを用いることが出来る。また、表示部２３で音声を出力する場合にはスピーカを用いることが出来る。また、演算部２１は、ＣＰＵとメモリなどから構成される。
【００５５】
次に、本実施形態の生体情報測定装置を用いてキャリブレーションする方法を図１、図２を用いて説明する。
【００５６】
図１に示すように、まず、導光体１４を有したカバー部１５を持って、導光体１４を生体用測定素子１２に押し付ける。これにより、図２に示すように導光体１４を生体用測定素子１２の溝部１7に接触させることができる。
【００５７】
光源１１から出射され、生体測定用光学素子１２に到達した光は、生体測定用光学素子１２に設けられた溝部１７に到達し、溝部１７より導光体１４に出射する。出射した光は、導光体により屈折または散乱して再び生体測定用光学素子１２に入射する。
【００５８】
溝部１７に入射する光の入射角度は、溝部１７の形状や生体測定用光学素子１２や導光体の屈折率、吸収係数もしくは溝部１７への入射角度で決めることができる。
【００５９】
本発明の生体情報測定装置は、生体組織を測定するときに最も、光が光検出器１６に到達させることが好ましいので、生体組織の屈折率にあわせて上記形状、入射角度や、導光体の屈折率、吸収係数を設定するのが好ましい。
【００６０】
従って、導光体の屈折率も空気よりも大きく、生体測定用光学素子１２より低くければ、上述のキャリブレーションの効果があるが、好ましくは生体の屈折率に近い方が好ましく、約１．２〜１．４が特に好ましいと言える。
【００６１】
生体測定用光学素子１２に達した光はこの状態で、溝部１７内に接触した導光体１４の内部を透過し、再び生体測定用光学素子１２に帰還し、光検出器１６に到達する。
【００６２】
このとき検出した信号を校正信号として、記憶手段２２に記憶する。
【００６３】
光源１１、光検出器１６が正常な場合の校正信号値を基準値とする。このような基準値は記憶手段２２に予め記憶手段２２に格納されている。そして、演算部２１により記憶手段案２２に記憶された校正信号値を基準値と比較する。記憶手段２２に記憶された校正信号値が、基準値の範囲にない場合は、光源１１、もしくは光検出器１６や生体測定用光学素子１２に異常があると考えられる。従って、このような場合には、表示部２３は、光源１１、もしくは光検出器１６や生体測定光学素子に異常があるというメッセージを表示するか音声で通知する。表示部２３でこのような表示または音声による通知が行われた場合、光源１１、もしくは光検出器１６や生体測定光学素子を交換するのが好ましい。
【００６４】
校正信号値に特に異常がない場合は、導光体１４を生体測定用光学素子１２から取り外し、図には示していないが生体組織を接触させ生体情報を測定する。
生体組織としては、特に限定するものではないが、口唇、前腕、指、耳が好ましい。  
【００６５】
光源から出射した光は、生体測定用光学素子１２に到達した後、溝部１７に接触した生体組織を通過した後、光検出器に到達する。
【００６６】
この信号は、導光体１４の場合と違い、生体組織を通過してきた光なので生体情報を含んでいる。
【００６７】
一般に、この計測値は、光源１１の光強度や、光検出器１７の感度が経年的に変化した場合、大きく影響を受ける。
【００６８】
そこで、この影響を補正するために、前述に計測した校正信号値を用いる。
【００６９】
例えば、演算部２１は、生体情報を含んだ計測値を校正信号値で除する。そして、除した値で生体情報を算出する。
【００７０】
演算部２１が生体情報を含んだ計測値を校正信号値で除すことで、光源や光検出器の経年変化や温度変化量を抑制することができるため、光源の強度や光検出器の感度が変化した場合でも、良好な測定を実現することができる。
【００７１】
このように、本実施の形態によれば、生体測定用光学素子に接触して配置された状態で、その生体測定用光学素子から照射された光が生体測定用光学素子に帰還するようにその光を導くことが出来る導光体を備えた標準素子、及びその導光体を備えた生体情報測定装置を用いることで、光源、生体測定用光学素子、光検出器の感度チェックを行うことができ、温度変化、経年変化による測定誤差を補正することができる。
【００７２】
なお、導光体１４を生体測定用光学素子１２に接触させて計測する動作と生体表面を生体測定用光学素子１２に接触させて計測する動作とはいずれの動作を先に行っても構わない。
【００７３】
なお、本実施の形態では生体測定用光学素子１２は、図１に示すようなものであるとして説明したが、これに限らず、図３に示すような生体光学素子１２ａを用いることも出来る。生体光学素子１２ａには、光出射面１７ａ及び光入射面１７ｂとを有する溝部１７が設けられており、光源１１から出射された光を溝部１７ａに導く光ファイバ２３が設けられている。また、光入射面１７ｂから入射した光を光検出器１６に導く光ファイバ２４が設けられている。生体測定用光学素子１２ａは、生体測定用光学素子１２ａの溝部１７の部分を生体表面に押し当て、生体表面のうち溝部１７に入り込んだ部分を透過する光を検出することによって生体情報の測定を行うのに用いられる。このような構成の生体測定用光学素子１２ａを生体測定用光学素子１２の代わりに用いても本実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る生体情報測定装置、標準素子、及び生体情報測定装置の使用方法は、光源、生体測定用光学素子、及び光検出器の感度チェックを行うことができ、温度変化、経年変化による測定誤差を補正することができという効果を有し、生体組織を光学的に測定することによって体液中のグルコース、コレステロール、尿素、トリグリセリド等を非侵襲的に測定するために使用する生体情報測定装置、標準素子、及び生体情報測定装置の使用方法等に有用である。すなわち、本発明は、医療用途での体液成分の測定に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態の生体情報測定装置であり、キャリブレーション素子が生体測定用光学素子に接触していない時の概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態の生体情報測定装置であり、キャリブレーション素子が生体測定用光学素子に接触している場合の概略図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態の生体測定用光学素子の別の構成を示す図である。
【図４】図３は、光学測定装置に反射板を適用した場合に反射光を受光するのが困難であることを示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１１  光源
１２  生体測定用光学素子
１３  保持台
１４  導光体
１５  カバー部
１６  光検出器
１７  溝部
２１  演算部
２２  記憶手段
２３  表示部
【図１】
2005348912.tif 000003
【図２】
2005348912.tif 000004
【図３】
2005348912.tif 000005
【図４】
2005348912.tif 000006