(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体表面の血管に光を照射して照明された血管を撮像する工程、
撮像された画像について血管を横切って分布する輝度分布に基づいて濃度プロファイルを作成する工程、
濃度プロファイルのピーク値と血管径に対応する分布幅とを用いて血液成分濃度を演算する工程、及び、
濃度プロファイルの形状的特徴に基づいて血液成分濃度を補正する工程、を備え、
前記濃度プロファイルの形状的特徴が、濃度プロファイルの尖度及びピークにおける所定高さの分布幅であることを特徴とする非侵襲血液成分測定方法。
【請求項２】
前記血液成分濃度補正工程は、濃度プロファイルの形状的特徴と撮像された画像中の血管周辺組織像とに基づいて血液成分濃度の補正を実行することを特徴とする請求項１に記載の非侵襲血液成分測定方法。
【請求項３】
前記血液成分濃度補正工程は、濃度プロファイルの形状的特徴と濃度プロファイルに基づいて推定された血管深さとに基づいて血液成分濃度の補正を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の非侵襲血液成分測定方法。
【請求項４】
生体表面の血管を照明する光源部と、前記生体を撮像する撮像部と、前記撮像部が撮像して得られた画像について血管を横切って分布する輝度分布に基づいて濃度プロファイルを作成して濃度プロファイルのピーク値と血管径に対応する分布幅とを用いて血液成分濃度を演算し、さらに濃度プロファイルの形状的特徴に基づいて血液成分濃度を補正する解析部とを備え、
前記濃度プロファイルの形状的特徴が、濃度プロファイルの尖度及びピークにおける所定高さの分布幅であることを特徴とする非侵襲血液成分測定装置。
【請求項５】
前記解析部はさらに、撮像された画像中の血管周辺組織像に基づいて血液成分濃度を補正することを特徴とする請求項４に記載の非侵襲血液成分測定装置。
【請求項６】
前記解析部はさらに、濃度プロファイルに基づいて血管深さを推定し、推定された血管深さに応じて血液成分濃度を補正することを特徴とする請求項４又は５のうち何れか１項に記載の非侵襲血液成分測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体から採血することなく経皮的に被測定対象の血液成分を測定する非侵襲血液成分測定方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検者に採血を行うことなく非侵襲的にヘモグロビン濃度を測定する方法及び装置が提案されている。例えば下記特許文献１（国際特許公開ＷＯ９７／２４０６６号公報）には「非侵襲血液検査装置」として、血管を含む生体組織を光源で照明してその透過光像を撮像し、撮像された画像について血管を横切って分布する画像濃度分布を画像の濃度プロファイルとして抽出し、抽出した濃度プロファイルから血管に対応する部分をベースラインで切り取り、切り取ったプロファイルに基づいて血液成分を測定するようにした装置が開示されている。
【０００３】
ここで、切り取ったプロファイルのピーク高さは血液が存在する部分と存在しない部分との比として、ピーク半値幅は血管の幅であるとして演算処理が行われる。すなわち血管断面が真円であるならば、撮像方向の血管径とこれと直交する方向の血管径は等しくなる。したがって画像中の血管径に対応する分布幅を照射光が血液中を移動した距離と置換し、近似的にＢｅｅｒの法則が成り立っているとして演算処理を行えばヘモグロビン濃度を算出することが可能である。
【特許文献１】国際特許公開ＷＯ９７／２４０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら血管断面は常に真円であるとは限らず、種々の要因によって変形することがある。すなわち充分な血液が流れている場合には血管が膨張して断面は円形になるが、充分に血液が流れていない場合には血流の圧力が弱まり血管が収縮するため、血管断面は真円でなく楕円になる。例えば外的温度が低い場合や、測定する際の手首の曲げ具合、あるいは末梢血管に障害がある場合などは血流量が不十分になりやすく、血管が収縮して血管断面が変形してしまう。
【０００５】
上記特許文献１に開示された発明は、上記のとおり血管断面が真円であることを前提としてヘモグロビン濃度を測定するものであるから、血管断面が変形してしまうと正確な測定ができず、実測値との間に測定誤差が生じてしまう虞があった。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、被検生体から得られた濃度プロファイルの形状的特徴に基づいてヘモグロビン濃度を補正することにより、血管の断面形状が何らかの要因によって変形してしまった場合であっても、測定誤差を生ずることなく正確な測定結果を算出しうる非侵襲血液成分測定方法及びその装置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】
【０００７】
本発明の第一の局面による非侵襲血液成分測定方法は、
生体表面の血管に光を照射して照明された血管を撮像する工程、
撮像された画像について血管を横切って分布する輝度分布に基づいて濃度プロファイルを作成する工程、
濃度プロファイルのピーク値と血管径に対応する分布幅とを用いて血液成分濃度を演算する工程、及び、
濃度プロファイルの形状的特徴に基づいて血液成分濃度を補正する工程、を備え、
前記濃度プロファイルの形状的特徴が、濃度プロファイルの尖度及びピークにおける所定高さの分布幅である。
【０００９】
また、本発明の第二の局面による非侵襲血液成分測定装置は、生体表面の血管を照明する光源部と、前記生体を撮像する撮像部と、前記撮像部が撮像して得られた画像について血管を横切って分布する輝度分布に基づいて濃度プロファイルを作成して濃度プロファイルのピーク値と血管径に対応する分布幅とを用いて血液成分濃度を演算し、さらに濃度プロファイルの形状的特徴に基づいて血液成分濃度を補正する解析部とを備え、
前記濃度プロファイルの形状的特徴が、濃度プロファイルの尖度及びピークにおける所定高さの分布幅である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る非侵襲血液成分測定方法及び装置によれば、血管の形状がなんらかの要因によって変形してしまった場合であっても、高精度かつ安定的に血液成分の測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の非侵襲血液成分測定装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る非侵襲血液成分測定装置１の概略構成を示す図である。この非侵襲血液成分測定装置１は、腕時計型の血液成分分析装置であり、装置本体３と保持具４とを備えている。装置本体３は、保持具４によって人間の手首に装着される。なお、装置本体３は保持具４によって手首の周方向に位置調整可能に装着される。装置本体３の側面には、使用者が非侵襲血液成分測定装置１を操作するための電源／実行キー３８とメニューキー３９とが設けられている。また、手首よりも心臓に近い使用者の腕部には、加圧帯２（カフ）が装着される。加圧帯２は、使用者の腕を所定の圧力で加圧して、手首周辺の血流を阻害し、手首の血管（静脈）を膨張させる。このように加圧帯２で手首を加圧した状態で測定を行うことにより、血管の撮像が容易になる。
【００１２】
図２は、非侵襲血液成分測定装置１の構成を示す断面説明図である。装置本体３は、外側ケース３５と、外側ケース３５の裏側に配置された裏蓋３７と、裏蓋３７の下部に取り付けられた係合部材４１とを備えている。また、外側ケース３５の中央には、後述する計測ユニット５を収容するために円筒状のユニット保持部３５ａが形成されている。一方、裏蓋３７及び係合部材４１の中央には、ユニット保持部３５ａを受け入れるための空間部が形成されている。このユニット保持部３５ａの外壁の中間部からは、一対の突出部３５ｃ、３５ｄが水平方向に延びている。この突出部３５ｃと裏蓋３７との間及び突出部３５ｄと裏蓋３７との間は、それぞれ圧縮スプリング３７ａ、３７ｂによって接続されている。これら圧縮スプリング３７ａ、３７ｂにより、外側ケース３５は、裏蓋３７に向かって付勢される。また、係合部材４１の側面には、凹状に窪んだ係合部４１ａが形成されており、後述する支持台４２の内方突出部４２ａに係合可能になっている。
【００１３】
前記保持具４は、支持台４２とリストバンド４３とで構成されている。支持台４２は上面形状が長方形であり、その中央部には、装置本体３の係合部材４１を嵌着するための円形の開口部が形成されている。この開口部の端縁には、係合部材４１が軸ＡＺの周りに回動可能に係合される係合部４２ａが設けられている。支持台４２には、伸縮自在なゴム製のリストバンド４３が取り付けられている。なお、外側ケース３５及び裏蓋３７は、光を透過させない材料で作製されている。
【００１４】
ユニット保持部３５ａには、測定ユニット５が支持されている。この測定ユニット５は、光源部５１と、撮像部５２と、制御部５３と、表示部５４とで構成されており、光源部５１、撮像部５２及び表示部５４と制御部５３とは、相互に電気信号のやり取りが可能なように配線コード、フラットケーブル（図示せず）等で接続されている。
【００１５】
次に、光源部５１について説明する。図３は、光源部５１の構成を示す平面図である。光源部５１は、円板状の保持板５１ａと、この保持板５１ａに保持された４つの発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２とから構成されている。保持板５１ａの中央には、撮像部５２へ入射する光を通過させる為の円形の開口部５１ｂが設けられており、この開口部５１ｂの周囲に沿って、前述した発光ダイオードが配置されている。
【００１６】
図４は、保持板５１ａに設けられた４つの発光ダイオードの位置関係を示す図である。発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２は、開口部５１ｂの中心を通り互いに直交する第１軸ＡＹと第２軸ＡＸにそれぞれ対称に配置されている。非侵襲血液成分測定装置１が手首に装着された状態において、手首表面の撮像領域ＣＲは、撮像部５２により撮像され、表示部５４に表示される領域である。発光ダイオードＬ１及びＬ２（第２光源部）側の指標線６２ａと、発光ダイオードＲ１及びＲ２（第１光源部）側の指標線６２ｂとの間の領域６２ｃが、撮像部５２による撮像に適した領域、即ち撮像の際に血管を位置させる領域である。なお、指標線６２ａ及び６２ｂは、制御部５３により、表示部５４に表示される。血液成分の分析を行う際には、手首の任意の血管が、前記領域６２ｃ内に位置するように装置本体３の装着位置を調整する。そして、血管は、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２によって、両側から近赤外光（中心波長＝８０５ｎｍ）で照明される。
【００１７】
次に、撮像部５２の構成について説明する。図２に示されるように、撮像部５２は、反射光の焦点を絞るためのレンズ５２ａと、レンズ５２ａを固定する鏡筒５２ｂと、画像を撮像するＣＣＤカメラ５２ｃとで構成されており、撮像領域ＣＲの画像を撮像することが可能である。レンズ５２ａ及び鏡筒５２ｂは、内部が黒色の円筒形の遮光筒５２ｄに挿入されている。ＣＣＤカメラ５２ｃは、結像した画像を撮像し画像信号として制御部５３に送信する。
【００１８】
制御部５３の構成について説明する。制御部５３は、ＣＣＤカメラ５２ｃの上部に設けられている。図５は、測定ユニット５の構成を示すブロック図である。制御部５３は、ＣＰＵ５３ａと、メインメモリ５３ｂと、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃと、光源部入出力インタフェース５３ｄと、フレームメモリ５３ｅと、画像入力インタフェース５３ｆと、入力インタフェース５３ｇと、通信インタフェース５３ｈと、画像出力インタフェース５３ｉとを備えている。ＣＰＵ５３ａと、メインメモリ５３ｂ、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃ、光源部入出力インタフェース５３ｄ、フレームメモリ５３ｅ、画像入力インタフェース５３ｆ、入力インタフェース５３ｇ、通信インタフェース５３ｈ、及び画像出力インタフェース５３ｉとは、相互にデータ伝送が可能であるようにデータ伝送線を介して接続されている。この構成により、ＣＰＵ５３ａは、メインメモリ５３ｂ、フラッシュメモリカードリーダ５３ｃ、及びフレームメモリ５３ｅに対するデータの読み出し、書込み、並びに、光源部入出力インタフェース５３ｄ、画像入力インタフェース５３ｆ、入力インタフェース５３ｇ、画像出力インタフェース５３ｉ、及び通信インタフェース５３ｈに対するデータの送受信が可能となる。
【００１９】
ＣＰＵ５３ａは、メインメモリ５３ｂにロードされたコンピュータプログラムを実行することが可能である。そして、後述するようなコンピュータプログラムをＣＰＵ５３ａが実行することにより、本装置が非侵襲血液成分測定装置として機能する。
メインメモリ５３ｂは、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等によって構成されている。メインメモリ５３ｂは、フラッシュメモリカード５３ｊに記憶されているコンピュータプログラムの読み出しに用いられる。また、これらのコンピュータプログラムを実行するときに、ＣＰＵ５３ａの作業領域として利用される。
【００２０】
フラッシュメモリカードリーダ５３ｃは、フラッシュメモリカード５３ｊに記憶されたデータの読み出しに使用される。フラッシュメモリカード５３ｊは、フラッシュメモリ（図示せず）を有しており、外部から電力を供給されなくても、データを保持することができるようになっている。また、フラッシュメモリカード５３ｊには、ＣＰＵ５３ａに実行されるコンピュータプログラム及びこれに用いるデータ等が記憶されている。
【００２１】
また、フラッシュメモリカード５３ｊには、例えばＴＲＯＮ仕様準拠のオペレーティングシステムがインストールされている。なお、オペレーティングシステムは、これに限定されるものではなく、例えば米マイクロソフト社が製造販売するＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）等のグラフィカルユーザインターフェース環境を提供するオペレーティングシステムであってもよい。以下の説明においては、本実施の形態に係るコンピュータプログラムはこれらオペレーティングシステム上で動作するものとしている。
【００２２】
光源部入出力インタフェース５３ｄは、Ｄ／Ａ変換器、Ａ／Ｄ変換器等からなるアナログインタフェースから構成されている。光源部入出力インタフェース５３ｄは、光源部５１に設けられた４つの発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２と夫々電気信号線によって電気的に接続されており、かかる発光ダイオードの動作制御を行うことが可能である。かかる光源部入出力インタフェース５３ｄは、後述するようなコンピュータプログラムに基づいて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２に与える電流を制御する。
【００２３】
フレームメモリ５３ｅは、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等によって夫々構成されている。フレームメモリ５３ｅは、後述する画像入力インタフェース５３ｆが画像処理を実行するときに、データの格納用に利用される。
画像入力インタフェース５３ｆは、Ａ／Ｄ変換器を含むビデオデジタイズ回路（図示せず）を備えている。画像入力インタフェース５３ｆは、ＣＣＤカメラ５２ｃに電気信号線によって電気的に接続されており、当該ＣＣＤカメラ５２ｃから、画像信号が入力されるようになっている。ＣＣＤカメラ５２ｃから入力された画像信号は、画像入力インタフェース５３ｆでＡ／Ｄ変換される。このようにデジタル変換された画像データは、フレームメモリ５３ｅに格納されるようになっている。
【００２４】
入力インタフェース５３ｇは、Ａ／Ｄ変換器からなるアナログインタフェースから構成されている。入力インタフェース５３ｇには、電源／実行キー３８とメニューキー３９が電気的に接続されている。この構成により、使用者は、メニューキー３９を使用することにより、装置の動作項目の選択を行い、電源／実行キー３８を使用することにより、装置の電源のＯＮ／ＯＦＦ及びメニューキー３９により選択を行った動作を装置に実行させることが可能である。
【００２５】
通信インタフェース５３ｈは、例えばＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ２３２Ｃ等のシリアルインタフェース、又は、ＳＣＳＩ等のパラレルインタフェースから構成されている。制御部５３は、当該通信インタフェース５３ｈにより、所定の通信プロトコルを使用して、モバイルコンピュータ・携帯電話等の外部接続機器との間でデータの送受信が可能である。これにより、制御部５３は、かかる通信インタフェース５３ｈを介して、測定結果データを当該外部接続機器へ送信する。
【００２６】
画像出力インタフェース５３ｉは、表示部５４に電気的に接続されており、ＣＰＵ５３ａから与えられた画像データに基づいた映像信号を表示部５４に出力するようになっている。
【００２７】
次に、表示部５４について説明する。図２に示すように、表示部５４は、測定ユニット５の上部に設けられており、外側ケース３５に支持されている。この表示部５４は、液晶ディスプレイで構成されており、画像出力インタフェース５３ｉから入力された映像信号に従って画面表示を行う。この画面表示は、非侵襲血液成分測定装置１の状態に応じて切り替えられ、例えば、スタンバイ状態、血管位置合わせ時、測定終了状態に対応した画面が表示部５４に表示される。
【００２８】
図６は、非侵襲血液成分測定装置１がスタンバイ状態にある場合に表示される画面の一例を示す図である。非侵襲血液成分測定装置１がスタンバイ状態にある場合、表示部５４の画面中央には、日付・時刻が表示される。また、表示部５４の画面右下は、メニュー表示領域５４ａとなっており、電源/実行キー３８を押した場合の非侵襲血液成分測定装置１の動作が表示され、スタンバイ状態にある場合には「測定」と表示される。
【００２９】
図７は、血管位置合わせ時に表示される画面の一例を示す図である。本実施の形態に係る非侵襲血液成分測定装置１では、撮像部５２による撮像に適した領域を示す指標が表示部５４に表示されるとともに、血管画像が撮像に適した領域内に位置しているか否かを判定できるように構成されている。血管の位置合わせを行う場合には、撮像画像とともに、後述するようにして形成される血管パターン６１と、指標線６２ａ、６２ｂとが表示される。
【００３０】
血管パターン６１が領域６２ｃ（図４参照）内に位置していない場合には、指標線６２ａ及び指標線６２ｂは赤色で表示され、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置する場合には、指標線６２ａ及び指標線６２ｂは青色で表示される。これにより、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置するか否かを使用者が容易に把握することができる。
使用者はかかる表示に応じて、血管パターン６１が領域６２ｃ内に収まるよう装置本体３を移動させ、あるいは回動させることにより位置調整を行う。
このような血管位置合わせ時には、メニュー表示領域５４ａには、「続行」と表示され、血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置した場合、指標線６２ａ、６２ｂとが青色で表示され、電源／実行キー３８が有効となり、使用者がこれを押すと測定が続行される。
【００３１】
図８は、非侵襲血液成分測定装置１による測定が終了した場合の画面の一例を示す図である。血液成分であるヘモグロビン濃度の測定結果は、「１５．６ｇ／ｄｌ」と、使用者に見易いようにデジタル表示で表示部５４に表示される。このとき、メニュー表示領域５４ａには、「確認」と表示される。
【００３２】
次に、非侵襲血液成分測定装置１の測定動作について説明する。図９は、非侵襲血液成分測定装置１による測定動作を示すフローチャートである。まず使用者の腕部に加圧帯２、手首に非侵襲血液成分測定装置１が装着される（図１参照）。このとき使用者の腕は、加圧帯２によって所定の圧力で加圧されて、手首周辺の血流が阻害され、手首の血管が膨張する。次に、使用者が、非侵襲血液成分測定装置１に設けられた電源/実行キー３８を押して、非侵襲血液成分測定装置１の電源を入れると、ソフトウェアの初期化が行われるとともに各部の動作チェックがおこなわれ（ステップＳ１）、装置はスタンバイ状態となり、表示部５４にスタンバイ状態のスタンバイ画面（図６参照）が表示される（ステップＳ２）。
【００３３】
スタンバイ状態の画面が表示部５４に表示されているときに、使用者によって電源/実行キー３８が押されると（ステップＳ３でＹｅｓ）、図７に示される位置決め画面が表示部５４に表示される（ステップＳ４）。このとき、ＣＰＵ５３ａは、光源部５１に設けられた発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２を夫々所定の光量で点灯させ、撮像領域ＣＲ（図４参照）を照明し、照明された撮像領域ＣＲを撮像する（ステップＳ５）。
【００３４】
図１０は、撮像領域ＣＲを含む長方形の領域を０≦ｘ≦６４０、０≦ｙ≦４８０の範囲でｘ、ｙの２次元の座標に座標分割した図である。ＣＰＵ５３ａは撮像領域ＣＲの画像を含む長方形の領域Ａの最も左上の画素の座標を（０、０）として、領域Ａをｘ、ｙの２次元の座標に座標分割し、座標分割した点の中から（２４０、６０）、（４００、６０）、（２４０、４２０）、（４００、４２０）の４点を選択し、この４点で囲んだ領域Ｂの平均輝度を求める（ステップＳ６）。なお、この平均輝度を求める領域Ｂの点は、これに限定されることはなく、他の座標でもよいことは言うまでもない。また、領域Ｂは、四角形以外の多角形、又は円であってもよい。
【００３５】
次に、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの輝度が目標範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ７）。領域Ｂの輝度が目標範囲外である場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２に流れる電流量を調整し、これらの光量調整を行い（ステップＳ８）、処理をステップＳ１に戻す。領域Ｂの輝度が目標範囲内であった場合には（ステップＳ７でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、後述する輝度プロファイルの算出対象のｙ座標値を初期値（４０）に設定する（ステップＳ９）。そして設定されたｙ座標値（４０）におけるｘ座標の端から端までの画素の輝度を求める。
【００３６】
図１１は所定のｙ座標におけるｘ方向の画素の輝度プロファイル（輝度プロファイルＰＦ）の一例を示す図である。上記の処理により輝度が求められると、所定のｙ座標におけるｘ方向の画素の輝度プロファイル（輝度プロファイルＰＦ）が求められる（ステップＳ１０）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、設定したｙ座標値が終値（４４０）であるかを判定する（ステップＳ１１）。ｙ座標値が終値（４４０）でない場合（ステップＳ１１でＮｏ）、ＣＰＵ５３ａは、ｙ座標値を所定値（２０）だけインクリメントし（ステップＳ１２）、ステップＳ１０に処理を戻す。ｙ座標値が終値（４４０）である場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、抽出された各輝度プロファイルの中で、最も輝度が低い点（以下、「輝度最下点」とする）を抽出し、フレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１３）。
【００３７】
図１２は、血管の位置を求める方法を示す説明図である。血管の位置を求めるために、ＣＰＵ５３ａは、撮像領域ＣＲの画像の中心付近の輝度最下点(ａ１，ｂ１)と、この輝度最下点(ａ１，ｂ１)の縦方向に隣り合った輝度最下点(ａ２，ｂ２)及び（ａ３，ｂ３）とをそれぞれ連結する。次に、ＣＰＵ５３ａは、輝度最下点(ａ２，ｂ２)と縦方向に隣り合った点とを連結し、また、輝度最下点（ａ３，ｂ３）と縦方向に隣り合った点とを連結する。ＣＰＵ５３ａは、この動作を画像の全領域において繰り返し、血管を線分列として抽出し、血管パターン６１を形成する（ステップＳ１４）。ＣＰＵ５３ａは、撮像した撮像領域ＣＲの画像を表示部５４に表示し（図７参照）、さらに、ステップＳ５によって形成された血管パターン６１と、フラッシュメモリカード５３ｊに記憶された指標線６２ａ及び指標線６２ｂ（図４参照）を表示する（ステップＳ１５）。そして、ＣＰＵ５３ａは、血管パターン６１が領域６２ｃ(図４参照)に位置しているか否かを判定する（ステップＳ１６）。血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置していない場合には（ステップＳ１６でＮｏ）、使用者が装置本体３を動かすべき方向を指示し（ステップＳ１７）、処理をステップＳ１に戻す。
【００３８】
血管パターン６１が領域６２ｃ内に位置する場合は（ステップＳ１６でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８を有効化して、測定を続行可能とする。このとき、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８が有効化されたことを、音を鳴らして使用者に知らせる（ステップＳ１８）。次に、ＣＰＵ５３ａは、電源／実行キー３８からの入力を待機する（ステップＳ１９）。使用者により、電源／実行キー３８が押され、測定続行が指示されると（ステップＳ１９でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、ヘモグロビンの濃度測定を行い（ステップＳ２０）、測定結果を図８に示されるように表示部５４に表示する（ステップＳ２１）。
【００３９】
図１３は、図９に示されるフローチャートのステップＳ２０で実行されるヘモグロビン濃度の計測処理の詳細を示すフローチャートである。ＣＰＵ５３ａは電源／実行キー３８が操作されると、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、血管を挟んで両側に配設された光源のうち、一方の光源である発光ダイオードＲ１、Ｒ２（第１光源部）によって血管を含む生体を適切な光量で照明し（ステップＳ１０１）、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１０２）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの平均輝度が１００を超えているか否かを判定し（ステップＳ１０３）、輝度が１００を超えない場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＲ１、Ｒ２に流れる電流量を調整し、これらの光量調整を行い（ステップＳ１０４）、処理をステップＳ１０２に戻す。
【００４０】
なお、ここでいう輝度の値は、本実施の形態においては、使用されている画像入力インタフェース５３ｆが有する８ビットのＡ／Ｄ変換器のデジタル変換値（０〜２５５まで変化する）のことである。これは、画像の輝度とＣＣＤカメラ５２ｃから入力された画像信号の大きさとは、比例関係にあるため、画像信号のＡ／Ｄ変換値（０〜２５５）を輝度の値としたためである。
【００４１】
領域Ｂの平均輝度が１００を超える場合は（ステップＳ１０３でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１０２によって得られた画像について輝度プロファイルＰＦ１及び入射光量に依存しない濃度プロファイルＮＰ１を得る（ステップＳ１０５）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、血管を挟んで両側に配設された光源のうち、他方の光源である発光ダイオードＬ１、Ｌ２（第２光源部）によって、血管を含む生体を適切な光量で照明し（ステップＳ１０６）、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１０７）。さらに、ＣＰＵ５３ａは、領域Ｂの平均輝度が１００を超えているか否かを判定し（ステップＳ１０８）、輝度が１００を超えない場合は、光源部入出力インタフェース５３ｄを用いて、発光ダイオードＬ１、Ｌ２に流れる電流量を増加させ、これらの光量調整を行い（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０７に処理を戻す。
【００４２】
領域Ｂの平均輝度が１００を超える場合は（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａはステップＳ１０７によって得られた画像についてステップＳ１０５と同様の処理を行い、輝度プロファイルＰＦ２及び入射光量に依存しない濃度プロファイルＮＰ２を得る（ステップＳ１１０）。
【００４３】
図１５は、位置Ｘに対する輝度Ｂの分布を示す図であり、ステップＳ１０５により輝度プロファイルＰＦ１、ステップＳ１１０により輝度プロファイルＰＦ２が形成される。図１６は、位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図であり、ステップＳ１０５により濃度プロファイルＮＰ１、ステップＳ１１０により濃度プロファイルＮＰ２が形成される。
【００４４】
ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１０５により得られた濃度プロファイルＮＰ１からピーク高さｈ１及び重心座標ｃｇ１と、ステップＳ１１０により得られた濃度プロファイルＮＰ２からピーク高さｈ２及び重心座標ｇｃ２とをそれぞれ導出し、これらを用いて、次の算出式（１）により血管深さ指標Ｓを算出する。さらに、ＣＰＵ５３ａは、この算出結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１１１）。
Ｓ＝（ｃｇ２−ｃｇ１）／｛（ｈ１＋ｈ２）／２｝……（１）
また、ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１０５により得られた輝度プロファイルＰＦ１、ステップＳ１１０により得られた輝度プロファイルＰＦ２に基づいて、血管の左右の光源（発光ダイオードＲ１、Ｒ２、及び発光ダイオードＬ１、Ｌ２）の光量比及び光量を算出し（ステップＳ１１２）、得られた結果に基づいて両光源の光量調整を行う（ステップＳ１１３）。
【００４５】
ついで、ＣＰＵ５３ａは光源部入出力インタフェース５３ｄを制御し、光量調整された発光ダイオードＲ１、Ｒ２、Ｌ１、Ｌ２によって撮像領域ＣＲ（図４参照）を照明し、これを撮像部５２で撮像する（ステップＳ１１４）。次に、ＣＰＵ５３ａは図１０に示される領域Ｂの平均輝度を求め、求めた領域Ｂの平均輝度が１５０を超えるか否かを判定する（ステップＳ１１５）。輝度が１５０を超えない場合は、エラー表示を行う（ステップＳ１１６）。
【００４６】
領域Ｂの平均輝度が１５０を超える場合は（ステップＳ１１５でＹｅｓ）、ＣＰＵ５３ａが、撮像領域ＣＲ（図４参照）中の軸ＡＸに対する、第１輝度分布を示す輝度プロファイル（位置Ｘに対する輝度Ｂの分布）ＰＦ（図１１）を作成し、高速フーリエ変換等の手法を用いてノイズ成分を減少させる。さらに、ＣＰＵ５３ａは、この輝度プロファイルＰＦをベースラインＢＬで規格化する。当該ベースラインＢＬは、血管による吸収部分の輝度プロファイルの形状を基に求める。このようにすることにより、入射光量に依存しない濃度プロファイル（位置Ｘに対する濃度Ｄの分布）ＮＰを得ることができる（ステップＳ１１７）。
【００４７】
図１４は、位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図であり、図に示されるような濃度プロファイルＮＰが作成される。次にＣＰＵ５３ａは、作成された濃度プロファイルＮＰに基づいてピーク高さｈ及び血管径に対応する分布幅として半値幅ｗを算出する。半値幅ｗとは、濃度プロファイルＮＰのピーク高さの５０％における分布幅である。ここで得たｈは計測対象の血管（血液）により吸収された光強度と組織部分を通過してきた光強度の比を表し、ｗは撮像方向に直交する方向の血管径に相当する長さを表す。さらに、ＣＰＵ５３ａは、次の算出式（２）により無補正ヘモグロビン濃度Ｄを算出し、結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する。（ステップＳ１１８）。
Ｄ＝ｈ／ｗｎ……（２）
ただし、ｎは、散乱による半値幅の広がりの非線形を表す定数である。光散乱のない場合
は、ｎ＝１、散乱のある場合はｎ＞１である。
【００４８】
次に、ＣＰＵ５３ａはステップＳ１０１において得られた生体画像中の血管周辺組織像に基づいて、当該周辺組織中に含まれる血液量を表す組織血液量指標Ｍを算出する。具体的には、生体画像中の血管像から所定の距離（例えば、２．５ｍｍ）にある当該生体画像中の血管周辺組織像に、前記血管像に沿って分布する第２輝度分布を抽出する。生体画像には、目的とする血管だけでなく当該血管の周辺の組織も撮像されている。そして組織中の血液量に比例して光が減衰することから、当該周辺組織の光の減衰率を算出することで、周辺組織中の血液量を推定することができる。ＣＰＵ５３ａはかかる算出結果をフレームメモリ５３ｅに記憶する（ステップＳ１１９）。
【００４９】
さらに、ＣＰＵ５３ａはステップＳ１１７で得られた山状の濃度プロファイルＮＰを解析し（ステップＳ１２０）、濃度プロファイルＮＰの形状的特徴から被測定血管の断面形状を表す血管断面形状指標Ｎを算出する（ステップＳ１２１）。以下この処理について詳述する。
【００５０】
まずステップＳ１１７において得られた濃度プロファイルＮＰに対して切り出し高さＨを設定して、切り出し範囲における濃度プロファイルＮＰを確率変数の分布密度関数とみなし、その関数における尖度ｋと、切り出し高さＨにおける分布幅ｗｋを算出する。図１７は切り出し高さＨにおける分布幅ｗｋの算出処理を説明するための模式図である。切り出し高さＨは、図に示すとおりピーク高さｈに対して何％より上の範囲を対象とするかを規定するものである。尖度ｋは切り出さし高さＨより上に分布する濃度プロファイルＮＰから求められ、分布幅ｗｋは切り出された範囲における濃度プロファイルＮＰの分布幅から求められる。なおＨ＝０．０１％であることが好ましい。
【００５１】
以上において求められた尖度ｋ及び分布幅ｗｋの値を次式（３）に代入し、血管断面の楕円率からなる血管断面形状指標Ｎを求める。
Ｎ＝｛（ｋ+α）／ｗｋβ｝／（π・ｗ２）……（３）
なおα、βはそれぞれ実験的に決定される定数であり、πは円周率である。定数α、βが決定されれば、尖度ｋ、分布幅ｗｋ及び半値幅ｗは濃度プロファイルＮＰを解析することで求められるので、上式（３）により血管断面形状指標Ｎが算出される。上式（３）の導出原理については後述する。
【００５２】
ＣＰＵ５３ａは、ステップＳ１１１で算出した血管深さ指標Ｓに基づいて補正計数ｆｓを、ステップＳ１１９で算出した組織血液量指標Ｍに基づいて補正係数ｆｍを導出し、さらにステップＳ１２１において求められた血管断面形状指標Ｎに基づいて補正係数ｆｎを導出する。これらの補正係数を用いて、次の算出式（４）からなる補正ヘモグロビン濃度Ｄ０を算出する（ステップＳ１２２）。
Ｄ０＝Ｄ×ｆｓ×ｆｍ×ｆｎ……（４）
ＣＰＵ５３ａはステップＳ１２２での算出結果をフレームメモリ５３ｅに記憶し（ステップＳ１２３）、表示部５４が測定結果を図８に示すように表示して（ステップＳ１２４）、処理が終了する。
【００５３】
なお本実施の形態においては、血管深さ指標Ｓ、組織血液量指標Ｍ及び血管断面形状指標Ｎを順次算出し、すべての補正指標が算出された時点で補正係数を求めて、無補正ヘモグロビン濃度Ｄを補正する構成としたが、本発明の構成はこれに限らず種々の変更が可能である。例えば、血管深さ指標Ｓが算出された時点で補正を行い、さらに組織血液量指標Ｎが算出された時点で補正を行うというように、段階的にヘモグロビン濃度Ｄを補正する構成であってもよい。
【００５４】
ここで、上式（３）が導出される原理について説明する。まず、上記において算出された尖度ｋ及び分布幅ｗｋとの関係に基づいて、以下に示す方法により血管の断面積Ｓａを推定する。
【００５５】
図１８は、断面積の異なる３種類の血管に基づいて抽出された濃度プロファイルＮＰに対し、切り出し高さＨを０．０１％として、血管断面の扁平度合いを段階的に変化させたときの濃度プロファイルＮＰの尖度ｋと、切り出し高さＨにおける分布幅ｗｋとの関係をプロットしたグラフである。縦軸が尖度ｋ、横軸が分布幅ｗｋを示しており、同一断面積に関するデータは同一の記号で表示している。
同図から、血管断面の扁平度合いを変化させたとしても、断面積が変化しない限り尖度ｋ及び分布幅ｗｋは一定の相関曲線を描いて変化していることが分かる。これはすなわち、尖度ｋと切り出し高さＨにおける分布幅ｗｋが求められれば、これらを指標として被測定対象の血管の断面積Ｓａを推定することが可能であることを意味している。
【００５６】
以上の点に着目し、本実施形態においては、あらかじめ尖度ｋと切り出し高さＨにおける分布幅ｗｋとに基づいて血管の断面積Ｓａを算出しうる次式（５）からなる近似式を求めた。
Ｓａ＝（ｋ+α）／ｗｋβ……（５）
なおα、βはそれぞれ実験的に決定される定数である。
【００５７】
また別の観点から、血管の断面形状が楕円であるとしたときの楕円の面積Ｓａは次式（６）によって求められる。撮像方向（図２における軸ＡＺ方向）の血管半径をａ、撮像方向に直交する方向（図２において平面視でＡＺ軸と直交する方向）の血管半径をｂとするとＳａ＝π・ａ・ｂ  ・・・・・・（６）
が成り立つ。
すると、上式（５）及び（６）より、π・ａ・ｂ＝（ｋ+α）／ｗｋβ・・・・・・(７）
が成り立つ。
ここで、血管断面形状指標Ｎは血管断面の形状を表す指標であるから、血管が円又は楕円であるとしたとき血管の断面形状を最もよく表す指標としては楕円率、すなわち血管の長径と短径の比が適している。上式（７）のうち、ａ、ｂはそれぞれ血管断面の長径と短径に対応するから、左辺がａ／ｂとなるよう式（７）を解くと、
ａ／ｂ＝｛（ｋ+α）／ｗｋβ｝／（π・ｂ２）・・・・・・（８）
となる。
さらに、上式（８）のうちｂは撮像方向に直交する方向の血管径であるから、濃度プロファイルＮＰの半値幅ｗに置き換えることが可能である。したがって、
Ｎ＝ａ／ｂ＝｛（ｋ+α）／ｗｋβ｝／（π・ｗ２）・・・・・・（９）
が成り立つ。以上より楕円率からなる血管断面形状指標Ｎの算出式が導き出される。
【００５８】
図１９は、複数の被検者のヘモグロビン濃度について、血球計数装置などから得られた実測値と本発明の実施の形態にかかる非侵襲血液成分測定装置１による算出値とをプロットしたグラフである。同図に示されるとおり、実測値と非侵襲血液成分測定装置１による算出値とが傾き１の直線によって囲まれた領域の近傍に存在しており、実測値と算出値とが乖離していないので、非侵襲血液成分測定装置１がヘモグロビン濃度を高精度で計測できていることがわかる。
【００５９】
さらに図２０は、複数の被検者のヘモグロビン濃度について、手首の曲げ具合を３通り（内向き、水平、反り）に変化させて本発明にかかる非侵襲血液成分測定装置１により算出したヘモグロビン濃度と、血球計数装置などから得られた実測値との誤差を測定した結果を示す図である。斜線の棒グラフが本発明に係る非侵襲血液成分測定装置によって測定した結果を、白抜きの棒グラフが従来の装置によって測定した結果を示している。同図からも明らかように、手首の曲げ具合を如何に変化させても実測値との誤差は１ｇ／ｄｌ以内に抑えられており、且つ手首の曲げ具合が異なる場合であっても測定値のバラつきのない測定結果が得られていることが分かる。したがって本発明によれば外的要因によって血管の膨張状態が変化した場合であっても高精度かつ安定的なヘモグロビン測定を行うことが可能である。
【００６０】
以上において説明したとおり、本実施の形態においては、ステップＳ１２１において濃度プロファイルＮＰから尖度ｋ及び分布幅ｗｋを算出し、上式（３）によって血管断面形状指標Ｎを求め、これに基づいてステップＳ１２２において補正係数ｆｎを算出して無補正ヘモグロビン濃度Ｄを補正する構成について説明したが、これに限らず、他のヘモグロビン濃度の算出方法を適用することもできる。
【００６１】
例えば、無補正ヘモグロビン濃度Ｄの算出式（２）におけるｗは、本来は光路長を示す値が用いられるところ濃度プロファイルＮＰの半値幅ｗによって代用しているものであるから、ｗを光路長を示す値に置き換えれば、血管断面形状指標Ｎを求めて無補正ヘモグロビン濃度Ｄを補正するという工程を経ることなく正確なヘモグロビン濃度を算出することができる。
【００６２】
ここで光路長とは光が血管を透過する距離であるから、撮像方向の血管径ａに等しい。したがって上式（２）は次式（１０）に置き換えることができる。
Ｄ＝ｈ／ａｎ……（１０）
また、上式（９）をａについて解くと、
ａ＝｛（ｋ+α）／ｗｋβ｝／（π・ｗ）……（１１）
となる。上式（１１）によって濃度プロファイルの形状的特徴から撮像方向の血管径ａを求める式が実現される。
そこで上式（１０）、（１１）より
Ｄ＝ｈ／［｛（ｋ+α）／ｗｋβ｝／（π・ｗ）］ｎ……（１２）
が成り立つ。
【００６３】
上式（１２）によれば、濃度プロファイルからは直接定量化することが困難な撮像方向の血管径を反映したヘモグロビン濃度測定が可能となる。
【００６４】
そこで上記実施の形態の変更例として、ステップＳ１１８におけるヘモグロビン濃度の算出式として上式（１２）を用いることにより、撮像方向の血管径を用いた無補正ヘモグロビン濃度Ｄの算出を行うことが可能である。この場合はステップＳ１２１における血管断面形状指標Ｎを求める工程を経る必要がなく、アルゴリズムの構成を簡単にすることができる。
【００６５】
なお、上式（１２）によってヘモグロビン濃度を測定した場合であっても、上記において説明した方法により血管深さ指標Ｓ及び組織血液量指標Ｍに基づいてヘモグロビン濃度Ｄを補正することで、さらに高精度な測定結果を算出することができる。
【００６６】
また、さらに別の観点から考えれば、以下に示すような方法によってもヘモグロビン濃度を算出することが可能である。上式（１０）からも明らかなとおり、ヘモグロビン濃度Ｄは濃度プロファイルＮＰのピーク高さｈと血管径ａの比から求められる。ここで、濃度プロファイルのピーク高さｈは対象血管に入射した光が最も長い距離を移動する部分、すなわち血管径ａの長さを反映しているように、濃度分布上の位置Ｘにおける濃度プロファイルＮＰの高さｈｘは、これに対応する距離の光路長ａｘを反映している。
つまり濃度プロファイルＮＰは、血管のある点に入射した光が血管内で吸光され、血管外へ放射されるときの濃度プロファイルが分布幅全域に亘って存在し、それらを積分したものであると考えることができ、濃度プロファイルＮＰの位置Ｘにおける濃度プロファイルＮＰの高さｈｘの総和は、光が血管内を透過する光路長ａｘの総和を反映している。濃度プロファイルＮＰの高さの総和は濃度プロファイルＮＰの面積に等しく、光路長の総和は血管の断面積に等しいから、上式（１０）は次式（１３）に置き換えることができる。
Ｄ＝Ａ／Ｓａ……（１３）
なお、Ａは濃度プロファイルの面積である。血管の断面積Ｓａは、濃度プロファイルに基づいて尖度ｋ及び分布幅ｗｋが算出されれば上式（５）によって求めることができる。したがって濃度プロファイルの面積Ａを求めることができれば、上式（１３）によってヘモグロビン濃度Ｄを算出することができる。
【００６７】
そこで上記実施の形態のさらなる変更例として、ステップＳ１１８におけるヘモグロビン濃度の算出式として上式（１３）を用いることにより無補正ヘモグロビン濃度Ｄの算出を行うことも可能である。この場合もステップＳ１２１における血管断面形状指標Ｎを求める工程を経る必要がなく、アルゴリズムの構成を簡単にすることができる。
【００６８】
また、上式（１３）によって無補正ヘモグロビン濃度を算出した場合であっても、上記において説明した方法により血管深さ指標Ｓ及び組織血液量指標Ｍに基づいて無補正ヘモグロビン濃度Ｄを補正することで、さらに高精度な測定結果を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の非侵襲血液成分測定装置の一実施の形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示される非侵襲血液成分測定装置の断面説明図である。
【図３】光源部の構成を示す平面図である。
【図４】保持板に設けられた発光ダイオードの位置関係を示す図である。
【図５】測定ユニットの構成を示すブロック図である。
【図６】非侵襲血液成分測定装置がスタンバイ状態にある場合の画面の一例を示す図である。
【図７】非侵襲血液成分測定装置が血管位置合わせ時に表示される画面の一例を示す図である。
【図８】非侵襲血液成分測定装置による測定が終了した場合の画面の一例を示す図である。
【図９】非侵襲血液成分測定装置による測定動作を示すフローチャートである。
【図１０】撮像領域ＣＲを含む長方形の領域を０≦ｘ≦６４０、０≦ｙ≦４８０の範囲でｘ、ｙの２次元の座標に座標分割した図である。
【図１１】所定のｙ座標におけるｘ方向の画素の輝度プロファイル（輝度プロファイルＰＦ）の一例を示す図である。
【図１２】血管の位置を求める方法を示す説明図である。
【図１３】図９に示すフローチャートのステップＳ１１で実行されるヘモグロビン濃度の計測処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図である。
【図１５】位置Ｘに対する輝度Ｂの分布を示す図である。
【図１６】位置Ｘに対する濃度Ｄの分布を示す図である。
【図１７】切り出し高さＨにおける分布幅ｗｋの算出処理を説明するための模式図である。
【図１８】血管断面の扁平度合いを段階的に変化させたときの濃度プロファイルの尖度と分布幅との関係をプロットしたグラフである。
【図１９】複数の被検者のヘモグロビン濃度について、血球計数装置などから得られた実測値と本発明の実施の形態にかかる非侵襲血液成分測定装置による算出値とをプロットしたグラフである。
【図２０】複数の被検者のヘモグロビン濃度について、手首の曲げ具合を変化させて本発明の実施の形態にかかる非侵襲血液成分測定装置により算出したヘモグロビン濃度と、血球計数装置などから得られた実測値との誤差を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１      非侵襲血液成分測定装置
２      加圧帯
３      装置本体
３５    外側ケース
３５ａ  ユニット保持部
３５ｃ、
３５ｄ  突出部
３７    裏蓋
３７ａ、
３７ｂ  圧縮スプリング
３７ｃ  開口部
３８    電源/実行キー
３９    メニューキー
４      保持具
４１    係合部材
４１ａ  係合部
４２    支持台
４２ａ  内方突出部
４３    リストバンド
５      測定ユニット
５１    光源部
５１ａ  保持板
５１ｂ  開口部
ＡＺ    軸
ＡＹ    第１軸
ＡＸ    第２軸
５２    撮像部
５２ａ  レンズ
５２ｂ  鏡筒
５２ｃ  ＣＣＤカメラ
５２ｄ  遮光筒
５３    制御部
５３ａ  ＣＰＵ
５３ｂ  メインメモリ
５３ｃ  フラッシュメモリカードリーダ
５３ｄ  光源部入出力インタフェース
５３ｅ  フレームメモリ
５３ｆ  画像入力インタフェース
５３ｇ  入力インタフェース
５３ｈ  通信インタフェース
５３ｉ  画像出力インタフェース
５３ｊ  フラッシュメモリカード
５４    表示部
５４ａ  メニュー表示領域
６１    血管パターン
６２ａ、
６２ｂ  指標線
６３ｃ  領域
Ｒ１、Ｒ２、
Ｌ１、Ｌ２発光ダイオード
【図１】
0005010368.tif 000002
【図２】
0005010368.tif 000003
【図３】
0005010368.tif 000004
【図４】
0005010368.tif 000005
【図５】
0005010368.tif 000006
【図６】
0005010368.tif 000007
【図７】
0005010368.tif 000008
【図８】
0005010368.tif 000009
【図９】
0005010368.tif 000010
【図１０】
0005010368.tif 000011
【図１１】
0005010368.tif 000012
【図１２】
0005010368.tif 000013
【図１３】
0005010368.tif 000014
【図１４】
0005010368.tif 000015
【図１５】
0005010368.tif 000016
【図１６】
0005010368.tif 000017
【図１７】
0005010368.tif 000018
【図１８】
0005010368.tif 000019
【図１９】
0005010368.tif 000020
【図２０】
0005010368.tif 000021