(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定者の上下の歯牙内側と嵌合し口蓋部と密着する形状をもつ治具本体と、
投受光用先端面が口蓋部と密着する部分と同一面となるように前記治具本体に埋め込まれ、その先端面から口蓋部に測定光を投光しその先端面で測定光の口蓋部による出力光を受光する投受光部と、
前記治具本体の温度を一定に保つ温度制御機構と、
前記治具本体を噛む圧力を検出するために前記治具本体に埋め込まれた圧力センサとを備えた光学測定用口腔内治具。
【請求項２】
前記投受光部は、投光部として光源からの測定光を導く導光路と、受光部として受光した出力光を検出器へ導く導光路とを備えている請求項１に記載の光学測定用口腔内治具。
【請求項３】
前記投受光部は、投光部として光源からの測定光を導く導光路と、受光部として前記投受光用先端面に埋め込まれた受光素子とを備えている請求項１に記載の光学測定用口腔内治具。
【請求項４】
前記投受光部は、投光部として前記投受光用先端面に埋め込まれた発光素子と、受光部として受光した出力光を検出器へ導く導光路とを備えている請求項１に記載の光学測定用口腔内治具。
【請求項５】
前記投受光部は、投光部として前記投受光用先端面に埋め込まれた発光素子と、受光部として前記投受光用先端面に埋め込まれた受光素子とを備えている請求項１に記載の光学測定用口腔内治具。
【請求項６】
一定に保たれる前記温度は人体の体温近傍の温度である請求項１から５のいずれかに記載の光学測定用口腔内治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生体組織の物理量を測定するために、生体に投受光用先端面を接触させて生体組織の物理量を非侵襲的に測定するための治具に関するものである。この治具は、例えば、人体に近赤外領域の光を照射し、その光による人体からの出力光により、人体中の物理量、例えば血中のグルコース濃度や血液の酸素飽和度を測定するのに使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
臨床検査の分野において、生体に光を照射し、その出力光から血液の酸素飽和度や血糖値を測定する非侵襲測定方法が試みられている。生体は散乱体であり、しかも場所によって内部構造が複雑に異なるため、血糖値のような濃度測定を行おうとすれば生体中での光の光路長を一定にしなければならない。
生体組織に測定プローブを当接させて光照射を行ない、その出力光を測定する場合、位置の再現性、接触具合、人体の表面温度、角質層の厚みや含水率の影響がある。そこで、これらの影響を避けるために、マウスピースを用いた口腔内の測定が提案されている（「医用電子と生体工学」第３５巻特別号（１９９７年４月）第５１２頁参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
その提案では、光を使った測定対象として、脈波、脈拍及び酸素飽和度が挙げられている。しかし、これらの測定では、絶対値計測を行わなくてもよいため、マウスピースと口腔内の密着度合や、光ファイバなどの導光用光学部品と口蓋との接触具合に留意する必要性が低く、十分な考慮がなされていない。そのため、例えば血糖値のように絶対値計測する必要のある物理量を測定する場合には、再現性が悪くなる。また例えば、測定光を投光し、生体からの散乱光を受光する投受光先端面と口腔内面との接触がよくない場合には、口腔内面での表面反射光も受光することとなり、Ｓ／Ｎ（信号対ノイズ）比が悪くなる。逆に、投受光先端面と生体との接触が強すぎる場合にはうっ血を生じる。
口腔内面と接触するマウスピースの温度も重要であり、生体組織がマウスピースの温度の影響を受ける場合には得られる吸収スペクトルが変化するという問題が生じる。
本発明は口腔内で生体組織の物理量を再現性よく測定するための治具を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被測定者の上下の歯牙内側と嵌合し口蓋部と密着する形状をもつ治具本体と、投受光用先端面が口蓋部と密着する部分と同一面となるように治具本体に埋め込まれ、その先端面から口蓋部に測定光を投光しその先端面で測定光の口蓋部による出力光を受光する投受光部と、治具本体の温度を一定に保つ温度制御機構と、治具本体を噛む圧力を検出するために治具本体に埋め込まれた圧力センサとを備えた光学測定用口腔内治具である。
ここで、投受光部が受光する口蓋部からの出力光は、透過光、散乱光又は反射光のように、人体への投光後に口蓋部から出力する全ての光を含む。
【０００５】
この治具本体が被測定者の上下の歯牙内側と嵌合し口蓋部と密着する形状をもっており、投受光部の先端面と治具本体が口蓋部に密着する部分とが同一面となるように治具本体に埋め込まれていることから、投受光部の先端面と口腔内面との接触性がよくなり、かつ位置の再現性もよくなる。さらに、温度制御機構により治具本体の温度を一定に保つことにより温度の影響を除くことができ、圧力センサにより検出される圧力が一定になるようにこの治具を噛むことにより圧力の影響も除くことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
投受光部は、投光部と受光部を備えている。両部は接近して配置されることも互いに離れて配置されることもあり得る。
投光部は光源からの測定光を導く光ファイバ束などの導光路とすることができる。この場合には、光源選択の自由度が高くなり、波長選択も容易であるし、大光量を得ることも容易になる。また、光源と導光路との間に光源からの光を分光する分光器を配置することもできる。しかし、投光部としてＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）などの発光素子を埋め込んだものとすることもできる。
【０００７】
受光部は受光した出力光を検出器へ導く光ファイバ束などの導光路とすることができる。この場合には検出器選択の自由度が高くなる。また、導光路と検出器との間に出力光を分光する分光器を配置することもできる。しかし、受光部として、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの受光素子を埋め込んだものとすることもできる。
【０００８】
生体組織の物理量を測定するための光としては、近赤外領域から赤外領域の光が好ましい。使用する光源は、そのような波長領域に含まれる光を発生するものであり、この波長領域の連続スペクトルを含むものであってもよく、又は不連続な輝線スペクトルを含むものであってもよい。そのような光源としては、タングステン−ハロゲンランプのほか、近赤外ないし赤外発光用のＬＥＤやＬＤなどを用いることができる。
【０００９】
検出器又は受光素子は近赤外ないし赤外領域に感度をもつものであり、そのような赤外検出器としては、Ｇｅフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、ＰｂＳ光導電素子、ＰｂＳｅ光導電素子、ＩｎＡｓ光起電力素子、焦電素子などを用いることができる。
温度制御機構により治具本体の温度を一定に保つ際、その温度は人体の体温近傍の温度であれば、温度の影響が最も少なくなり、好ましい。
【００１０】
【実施例】
図１は一実施例の治具を表わす斜視図である。（Ａ）と（Ｂ）は同じ治具を角度を変えて表わしたものである。
２は被測定者毎の口腔内の形状に合わせて成型された樹脂製の治具本体であり、上側の歯牙内側と嵌合する凹部４と下側の歯牙内側と嵌合する凹部６が形成され、口蓋部と密着する部分８を備えている。口蓋部と密着する部分８は、口蓋部への圧力集中を避けるために、広い面積で口蓋部と接触するようになっているのが好ましい。この治具２を口にいれ、凹部４，６にそれぞれ上下の歯牙を嵌めこむことにより、部分８が口蓋部と密着する。
【００１１】
口蓋部に測定光を照射し、口蓋部の生体内で散乱などをして口蓋部から出力した測定光を受光するために、投受光用導光路として光ファイバ束１０が治具本体２に埋め込まれている。その光ファイバ束１０の先端面１２は、治具本体２が口蓋部と密着する部分８に露出し、その部分８と同一面となっている。測定光は外部の光学測定装置から光ファイバ束１０により導かれ、先端面１２から口蓋部に照射され、口蓋部の生体内で散乱や反射されて再びその先端面１２に入射する。先端面１２は部分８とともに口蓋部に密着されるため、測定光の表面反射光は発生しない。光ファイバ束１０の基端部は光源、分光器、及び光検出器を備えた外部の光学測定装置に導かれており、近赤外領域での光吸収スペクトルを計測できるようになっている。
【００１２】
治具本体２には治具本体２の温度を一定に保つ温度制御機構として、ヒータと温度センサが埋め込まれている。１４はそのヒータに外部の電源装置から電源を供給し、そのヒータへの通電量を制御する外部の制御装置へその温度センサの温度検出信号を導くためのケーブルである。
【００１３】
治具本体２にはさらに、治具本体２を噛む圧力を検出するための圧力センサ１６が埋め込まれている。圧力センサ１６の埋込み位置は特に限定されるものではないが、例えば上側の奥歯が嵌合する凹部４の近傍である。１８はこの圧力センサ１６の検出信号を外部の表示装置に導くためのケーブルである。毎回の測定で、この圧力センサ１６の検出圧力が一定になるように噛む力を調整することにより、部分８と口蓋部との密着圧力を一定にすることができ、特に光ファイバ束１０の先端面１２と口蓋部との密着圧力を一定にすることができる。
【００１４】
この治具を用いて口腔内で血糖値などの生体内の物理量を測定する際、ヒータと温度センサにより治具本体２を人体の体温近傍の温度、例えば３７℃に保っておき、治具本体２を被測定者の口腔内に嵌め込む。被測定者は凹部４，６にそれぞれ上下の歯牙を嵌め込み、圧力センサ１６による表示値が所定の圧力になるように治具本体２を噛み、所定の圧力値のところで光ファイバ束１０により測定光を投光し、その吸収スペクトルを測定する。
【００１５】
図２はこの実施例の治具を用いた測定例を示したものであり、治具本体２の温度を３７℃に保ち、噛む圧力を一定に保った状態での近赤外吸収スペクトル測定を５回繰り返し、最初のスペクトルを初期スペクトルとしてそれとの吸光度の差（差吸光度）を求めて表示したものである。７０００ｃｍ-1前後のスペクトルの乱れは水の影響によるものである。
【００１６】
図３は、同様にして、今度は圧力制御を行わずに、任意の圧力でこの治具を噛んだ状態でスペクトル測定を行ない、差吸光度を求めた結果である。
図２と図３を比較すると、圧力制御を行なわなかった場合は、測定毎にスペクトルがばらついている。このことをより明確に示すために、図２と図３の結果から吸光度標準偏差を求めたものを図４に示す。太い実線で示したのが本発明により温度と圧力をともに一定に保った状態で測定した図２の結果であり、細い実線は温度は一定に保ったが圧力制御を行わなかった図３の結果である。このように光ファイバ束１０の先端面１２と口蓋部との密着圧力も一定に保つことにより、測定結果の再現性が高まることがわかる。
【００１７】
次に、温度制御の効果について示す。図５は図２と同じ測定結果であるが、温度と圧力をともに一定に保ちながら一定時間毎の近赤外吸収スペクトル測定を１４回繰り返し、最初のスペクトルからの差吸光度として示したものである。
それに対し、図６は、圧力は一定に保つが、治具の温度制御を行わずに同様にして一定時間間隔での測定を繰り返した結果を示したものである。
図５と図６の結果を比較すれば明らかなように、本発明により治具本体の温度も一定に保つことにより、時間経過に伴なう温度変化による吸収スペクトルの変動を抑制できることがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の光学測定用口腔内治具では、治具本体が被測定者の上下の歯牙内側と嵌合し口蓋部と密着する形状をもっており、投受光部の先端面が口蓋部と密着する部分と同一面となるように治具本体に埋め込まれていることから、投受光部の先端面と口腔内面との接触性がよくなり、かつ位置の再現性もよくなる。さらに、温度制御機構により治具本体の温度を一定に保つことにより温度の影響を除くことができ、圧力センサにより検出される圧力が一定になるようにこの治具を噛むことにより圧力の影響も除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の治具を表わす斜視図であり、（Ａ）と（Ｂ）は同じ治具を角度を変えて表わしたものである。
【図２】同実施例の治具を用いて温度と圧力をともに一定に保ちながら測定した複数の近赤外吸収スペクトルを差吸光度スペクトルとして示す波形図である。
【図３】同実施例の治具を用いて、ただし温度は一定に保つが圧力制御を行わずに測定した複数の近赤外吸収スペクトルを差吸光度スペクトルとして示す波形図である。
【図４】図２と図３の結果から求めた吸光度標準偏差を示す波形図である。
【図５】同実施例の治具を用いて温度と圧力をともに一定に保ちながら一定時間間隔での測定を繰り返した差吸光度スペクトルを示す波形図である。
【図６】同実施例の治具を用いて、ただし圧力は一定に保つが温度制御を行わずに一定時間間隔での測定を繰り返した差吸光度スペクトルを示す波形図である。
【符号の説明】
２      治具本体
４      上側の歯牙内側と嵌合する凹部
６      下側の歯牙内側と嵌合する凹部
８      口蓋部と密着する部分
１０      光ファイバ束
１２      光ファイバ束の先端面
１４      ヒータと温度センサのためのケーブル
１６      圧力センサ
１８      圧力センサ用のケーブル
【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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