生体内成分測定用プローブ支持具及び生体内成分測定用ヘッド装置
【課題】生体及び測定用プローブの状態変動を抑えて、吸光度スペクトルの測定毎の安定性と経時的再現性とを得ることができる生体内成分測定用プローブ支持具及び生体内成分測定用ヘッド装置を提供することにある。
【解決手段】生体内成分測定用プローブ支持具の腕固定部３０は被測定者の手首１４１の位置を定めるとともに前腕１４０に沿って装着される。位置決め体３１は腕固定部３０の前腕１４０の長手方向の所定位置に設けられ、前腕１４０の前面に測定用プローブ８を案内する孔部３１０を有し、加圧用ベルト３２によって前腕１４０の前面に押し付けられて装着される。測定用プローブ８を被測定者の前腕１４０の前面方向に対して移動させる駆動部３３は位置決め体３１と連結するための連結体３００を備え、またジョイント治具３９と自在アーム３８とを介して重量物たるスタンド４２に保持されている。
【解決手段】生体内成分測定用プローブ支持具の腕固定部３０は被測定者の手首１４１の位置を定めるとともに前腕１４０に沿って装着される。位置決め体３１は腕固定部３０の前腕１４０の長手方向の所定位置に設けられ、前腕１４０の前面に測定用プローブ８を案内する孔部３１０を有し、加圧用ベルト３２によって前腕１４０の前面に押し付けられて装着される。測定用プローブ８を被測定者の前腕１４０の前面方向に対して移動させる駆動部３３は位置決め体３１と連結するための連結体３００を備え、またジョイント治具３９と自在アーム３８とを介して重量物たるスタンド４２に保持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非侵襲で生体内成分を計測する生体内成分測定装置に用いられる生体内成分測定用プローブを支持する生体内成分測定用プローブ支持具及びそれを用いた生体内成分測定用ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の表面に測定用の近赤外光を照射し、生体から受ける測定光の反射光を受光し、この反射光成分から生体信号を測定することによって、生体内の種々の情報を得る生体内成分測定装置が提供されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
これら装置は近赤外光の吸収強度がグルコースの存在により大きな影響を受けることを利用したもので、受光された反射光の吸光度スペクトルを生体信号として測定することによって、光吸収強度を検知し、生体内のグルコース濃度を検出して血糖値を測定するようになっている。このような装置を用いれば被測定者から採血する必要が無くなるので、被測定者に大きな負担を強いることなく血糖値の測定を行うことができるという利点がある。
【０００４】
ところで特許文献１に示される生体内成分測定装置に用いられるような測定用プローブは、図１５に示すように皮膚に接触させ、近赤外スペクトルを測定する測定用プローブ８の受光部と発光部の間隔Ｌ、すなわち、測定用プローブ８に設けた発光側ファイバ６の先端と受光側ファイバ１０の先端との間隔Ｌが２ｍｍ以下に設定されている。ここで人間を含む生物の皮膚組織は通常、図示するように角質層を含む表皮層２２、真皮層２３、皮下組織層２４の３層から形成されている。尚、表皮層２２の厚みは約０．２〜０．４ｍｍ、真皮層２３の厚みは約０．５〜２ｍｍ、皮下組織層２４の厚みは約１〜３ｍｍである。真皮層２３は毛細血管等が発達しており、血中の生体成分に応じた物質移動が速やかに起こる。
【０００５】
特に血中グルコース濃度（血糖値）に対して真皮層２３（真皮組織）中のグルコース濃度は追随して変化すると考えられている。皮下組織層２４は脂肪組織が中心であり、グルコース等の水溶性の生体成分は、皮下組織層２４（皮下組織）中に均一に存在しにくい。従って、血中グルコース濃度（血糖値）を精度良く測定するには、真皮層２３の近赤外スペクトルを選択的に測定する必要がある。そこで上述のように真皮層２３の近赤外スペクトルを選択的に測定する手法として、２ｍｍ以下に受光部と発光部の間隔Ｌを設定した測定用プローブ８を使用する方法が用いられる。
【０００６】
図１６は、Ｘ軸が波長で、Ｙ軸が吸光度で、生体の波長１３００ｎｍ〜１９００ｎｍの近赤外領域における吸光度スペクトルを示している。また、吸光度スペクトルの形状及び大きさの指標として、指標（１）、指標（２）、指標（３）を示してある。この波長領域は、生体内成分である水分やグルコース、脂肪、アルブミンといった生体成分のピークが混在する領域である。指標（１）は、１６５０ｎｍの吸光度値であり、吸光度スペクトルのベースラインを表す指標である。指標（２）は、１４５０ｎｍの吸光度値と指標（１）の１６５０ｎｍの吸光度値の差で、水の吸光度スペクトルのベースラインからの高低差を示すものある。指標（３）は１７２０ｎｍの吸光度値と指標（１）の１６５０ｎｍの吸光度値の差で、脂肪の吸光度スペクトルのベースラインからの高低差を示すものである。指標（２）、指標（３）は、スペクトルの形状の変動を確認する指標としている。
【０００７】
-指標（１）は、皮膚と測定用プローブ８の間に介在するスペクトル変動要因全般から影響を受け、スペクトル全体が上下にシフトする。
【０００８】
指標（２）は主に水の吸光度スペクトルの形状を反映しており、生休表面の水分（汗、角質水分など）、及び表皮層２２、真皮層２３に存在する水分量の変化によって変動する。真皮層２３の水分も層の上端部に多く存在することから、指標（２）は皮膚の表面に近い部分（表皮層−真皮層）の情報の生体成分変動を主に現していると考えられる。
【０００９】
指標（３）は、主に脂質スペクトルの形状を反映している。この脂質スペクトルは血中に存在する中性脂肪の変動よりむしろ真皮層２３の下の皮下組織層２４に存在する皮下脂肪の情報がスペクトルとなって現れている。
【００１０】
真皮層２３の厚みが薄い人が、厚い人と比べてこの指標（３）の絶対値が大きい傾向があるのは、照射した光（図１５でＡと示す）が真皮層２３を通り過ぎて皮下組織層２４にまで到達しやすく、反射してきた光Ａに多＜の脂肪情報が含まれているからと考えられる。 また、同じ人でも真皮層２３の脂肪境界面が凹凸形状をしており、真皮層２３の厚みも厚いところと薄いところが存在し、測定用プローブ８の当たる場所によっては、指標（３）の大きさが異なる場合がある。このことから、指標（３）は、皮膚の深い部分（真皮層−皮下組織層）の情報の生体成分変動を主に現していると考えられる。
【００１１】
一方周囲の環境温度の変動や光学部品の位置関係などによって、照射光が変動をきたし、測定される反射光のスペクトルに影響を与える（形の変化、大きさレベルの変化）恐れがあるので、この変動を補正する必要がある。このために特許文献３に示される装置ではセラミック板などからなる基準板で反射させたリファレンス光を測定し、これを基準光として補正を行うようにしている。つまりリファレンス光を測定することによって、これを基準光として、周囲の環境温度や光学部品の位置関係などによる変動を補正することができるようになっている。
【００１２】
また連続的にスペクトルを測定する場合、上記のような装置側変動要因に加えて、測定用プローブ８と皮膚の関係における変動要因もある。
【００１３】
皮膚（表皮層２２）の表面には図１５のように角質層で構成される皮膚・皮丘２２ａが存在し凹凸形状を形成している。この表面に測定用プローブ８を接触させると、接触させた皮膚部位の立体形状により測定用プローブ８の先端表面と皮膚との間に空気層、皮脂、汗などが存在し、近赤外光の屈折率が変わるためスペクトル形状及び大きさが変動してしまう。先に示したスペクトル指標においては、空気層等の存在により光の屈折率が変化し、スペクトル全体の大きさ指標（１）が大きく変動したり、発汗などの影響で指標（２）が急に大きくなったりする。この現象をできるだけ軽減するため、所定の,圧力で測定用プローブ８を皮膚に接触させて、皮丘部分と測定用プローブ８の接触面積を増加させる。つまり密着性を増加させ、測定用プローブ８と皮膚表面に介在する空気層、皮脂、汗などの影響を極力低減し、スペクトル変動を抑えて測定することが必要である。
【００１４】
しかしながら密着性を確保するとしてもプローブ位置が約２００μｍずれるとスペクトル指標が変化する。近赤外光が皮膚の中に進入し生体情報を多く拾ってくる真皮層２３は、コラーゲンの繊維状物質の網目構造の間に、これらの間を埋めるＩＳＦ（Interstitial Fluid＜間質液＞）など水分をたっぷり含む基質が存在し、加圧により非常に動きやすい状態になっている。この基質には毛細血管から透過してくるグルコースなど、生体情報関連物質が多く存在し、吸光度スペクトルの形状に大きい影響を与える。また、コラーゲンなど結合線維が密に網目状に並んでおり、皮膚の運動を司る重要な役割を果たしている網状層も光路に存在する物質であり、測定用プローブ８の皮膚への接触位置や測定用プローブ８の皮膚への接触角度によって光路の微妙な変化が生じ、それにより吸光度スペクトルの形状に大きい影響を与えることになる。
【００１５】
その他に図１７及び図１８のように、測定部位たる腕部１４の構成は複数の筋肉２５、腱２６及び骨２７からなり、測定用プローブ８を所定の圧力で皮膚に接触させた際、筋肉２５などに皮膚が支持される形として測定用プローブ８が皮膚を押さえつけ、吸光度スペクトルを測定することになる。
【００１６】
その際手首をはじめとする測定部位周辺の生体の動きがあった場合、筋肉２５や腱２６などの皮膚を支持する部分の形状が大きく変化する。このように皮膚に測定用プローブ８を接触させことで測定を行う場合、測定毎のスペクトルの安定性及び経時的再現性に問題があった。
【００１７】
つまり被測定者の生体（腕部）に測定用プローブ８を押し当てて吸光度スペクトルを測定する場合、測定される吸光度スペクトルが、生体内の成分濃度の変化とは無関係に、測定の過程でばらついたり、経時的に変動を起こしてしまうため、これら変動したスペクトルを用いて多変量解析にて成分濃度の定量をする,際に定量精度が低くなってしまうという問題があった。
【００１８】
そこで、肘の位置を決めて、肘の位置から一定距離離れた場所に腕部（前腕）を傾けた状態で載せる支持部を設け、この支持部に測定用プローブを出没自在に装着し、腕部を安定した状態で測定ができるようにした装置も提供されている（特許文献２）
【特許文献１】特開２００４−４５０９６号公報（段落番号００１１〜００２４、図１）
【特許文献２】特開平１１−２４４２６６号公報（図１、段落番号００２１〜００２２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで特許文献２に示された装置は、腕部を安定させる効果があるものの、ベッドに寝ている患者（被測定者）に対して連続的に測定を行う場合には、長時間の間そのままの状態でいることが苦痛で大きな負担を掛けるという問題がある。また無意識で腕部を動かしてしまい測定位置が変動してしまうという問題があった。
【００２０】
つまり計測においても被測定者である患者に負担を掛けず且つ経時的な変動を抑えるため、極力測定部位を同じ状態で保ちつつ、皮膚に所定圧力で且つ一定時間間隔でプローブを皮膚に接触させなければならないという課題があった。
【００２１】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、生体及び測定用プローブの状態変動を抑えて、吸光度スペクトルの測定毎の安定性と経時的再現性とを得ることができる生体内成分測定用プローブ支持具及び生体内成分測定用ヘッド装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述の目的を達成するために、請求項１の生体内成分測定用プローブ支持具の発明では、生体表面に近赤外光を出射するとともに、生体からの反射光を入射する生体内成分測定用プローブを支持するものであって、被測定者の手首位置を定めるとともに腕に沿って装着される腕固定部と、この腕固定部の腕方向の所定位置に設けられ、前記腕の表面に前記生体内成分測定用プローブを案内するガイド部を有する位置決め部と、該位置決め部を前記腕に押し付ける加圧部とを備えるとともに、重量物に連結するための接続部を有していることを特徴とする。
【００２３】
請求項１の生体内成分測定用プローブ支持具の発明によれば、測定用プローブを生体表面に押し当て連続的に測定する際に、生体及び測定用プローブの状態変動を位置決め部により抑えることができ、吸光度スペクトルの測定毎の安定性や経時的再現性を得ることができ、その結果生体成分測定装置において測定する生体成分濃度の定量精度を高めることができ、特に支持具自体が重量物に連結されることで、測定部位となる腕の動きを抑止することができ、定量精度を高めるのに大きく寄与することができる。
【００２４】
請求項２の生体内成分測定用プローブ支持具の発明では、請求項１の発明において、前記腕固定部が、腕方向の長さを調節する調節手段を有していることを特徴とする。
【００２５】
請求項２の生体内成分測定用プローブ支持具の発明によれば、被測定者の腕の長さの相違に対応することができ、被測定者の腕の長さが違っても、測定部位の筋肉、腱、骨が比較的同じ状態で存在する部位を測定部位とすることが可能となり、被測定者の個体差を抑えることができる。
【００２６】
請求項３の生体内成分測定用プローブ支持具の発明では、請求項１又は２の何れかの発明において、前記加圧部は、腕の周囲に巻回締結するベルトにより構成され、腕の周囲長に応じて定まる追加締め付け位置を表示する表示部を備えていることを特徴とする。
【００２７】
請求項３の生体内成分測定用プローブ支持具の発明によれば、圧力調整で位置測定部を被測定者の腕表面に隙間無く押し付けることができ、その結果生体内成分測定用プローブの接触状態からの解放時にも位置決め部が動いてガイド部の位置ずれすることを無くすことができ、スペクトルの再現性を良好とし、また脈動による影響を受けることなく正確なスペクトル測定が可能となり、特に簡単な操作で被測定者の腕の周囲に合わせた適正な圧力に調整することができ、例え加圧部を装着しなおす場合にあっても再現良く適正な圧力を得ることができる。
【００２８】
請求項４の生体内成分測定用ヘッド装置の発明では、請求項１乃至３の何れかの生体内成分測定用プローブ支持具と、生体内成分測定用プローブ支持具の接続部と重量物との中間部に設けられ、生体内成分測定用プローブ支持具のガイド部の案内方向に生体内成分測定用プローブを移動させる駆動部及び該駆動部を制御する制御部とを備え、該制御部は前記生体内成分測定用プローブを前記腕の表面に接触させた状態と前記腕の表面から離した状態とを所定の時間間隔で繰り返すように駆動部を制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項４の生体内成分測定用ヘッド装置の発明によれば、生体内成分測定用プローブ支持具による作用効果に加えて、生体内成分測定用プローブの腕表面への圧迫による血流の変化を抑えつつ、連続して生体内成分の計測が可能となる。
【００３０】
請求項５の生体内成分測定用ヘッド装置では、請求項４の発明において、前記中間部には前記生体内成分測定用プローブの先端方向の、肘の屈伸方向に対応する角度又は腕の軸を中心とした回転方向に対応する角度若しくは両角度を調整する角度調整手段を有していることを特徴とする。
【００３１】
請求項５の生体内成分測定用ヘッド装置の発明では、請求項４の発明において、前記接続部が、肘の屈伸方向角度又は腕の軸を中心とした回転角度若しくは両角度を調整する角度調整手段を有することを特徴とする。
【００３２】
請求項５の生体内成分測定用ヘッド装置の発明によれば、被測定者の腕の状態に応じて生体内成分測定用プローブと位置決め部との位置関係を調整することができ、被測定者に負担がかからない状態での測定を可能とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の生体内成分測定用プローブ支持具は、測定用プローブを生体表面に押し当て連続的に測定する際に、生体及び測定用プローブの状態変動を位置決め部により抑えることができ、吸光度スペクトルの測定毎の安定性や経時的再現性を得ることができ、その結果生体成分測定装置において測定する生体成分濃度の定量精度を高めることができ、特に支持具自体が重量物に連結されることで、測定部位となる腕の動きを抑止することができ、定量精度を高めるのに大きく寄与することができるという効果がある。
【００３４】
本発明の生体内成分測定用ヘッド装置は、生体内成分測定用プローブ支持具による作用効果に加えて、生体内成分測定用プローブの腕表面への圧迫による血流の変化を抑えつつ、連続して生体内成分の計測が可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
本実施形態に係る生体内成分測定用プローブ支持具は、図１乃至図４に示すように被測定者の手首１４１の位置を定めるとともに生体の測定部位となる前腕１４０を固定する腕固定部３０と、前腕１４０の前面の所定位置に配置され、測定用プローブ８の位置決めを行う位置決め体（位置決め部）３１と、該位置決め体３１を前腕１４０の前面（表面）に押し付ける加圧部を構成する加圧用ベルト３２と、後述する重量物に連結するために位置決め体３１に設けた凸部３１１からなる接続部とで構成され、この生体内成分測定用プローブ支持具と、測定用プローブ８を被測定者の前腕１４０の前面方向に対して移動させて接触させたり、接触状態を解放したりするための機構部たる駆動部３３とこの駆動部３３を制御する制御部（図示せず）と、駆動部３３及び制御部を加えることで、生体内成分測定用ヘッド装置を構成し、この生体内成分測定用プローブ支持具以外の駆動部３３及び制御部を含めた機構部は自在アーム３８を介して重量物たるスタンド４２に保持されている。
【００３６】
腕固定部３０は、前腕１４０の後面を載せる形で専用クッション４０を介してベッド４１上に配置されるもので、前腕長手方向に伸縮自在となったホルダー３００と、このホルダー３００の先端部から前方へ延長させた支持体３０１に取り付けられた把持部３０２と、ホルダー３００の上面に前腕１４０の後面（背面）を載せた被測定者が手１４２で把持部３０２を握ることで位置が定まった手首１４１をホルダー３００に固定するための固定用テープ３０３とで構成され、ホルダー３００の後部が加圧用ベルト３２を装着する装着部となっている。
【００３７】
ホルダー３００は専用クッション４０上に載置する基部３００ａと、この基部３００ａの前部において両端方向（前腕１４０の長手方向）にスライド自在に取り付けられ、ホルダー３００の長さを伸縮自在とするスライド部３００ｂと、基部３００ａの後部に設けられた腕載置部３００ｃとからなり、把持部３０１の支持体３０１がスライド部３００ｂの前部に、また固定用テープ３０３がスライド部３００ｂの後部に装着されている。
【００３８】
固定用テープ３０３は一端がスライド部３００ｂの一側部に固定され、他端部に設けた面ファスナー（図示せず）をスライド部３００ｂの他側部に設けられた面ファスナーの被接合部（図示せず）に着脱自在に接合するようになっている。
【００３９】
位置決め体３１は腕載置部３００ｃに載置した前腕１４０の部位に配置されるもので、上面が矩形で下面が前腕１４０の前面の湾曲形状に沿うように湾曲面に形成され、また後述する測定用プローブ８の先部に設けた変更治具３６を前腕１４０の前面に向けて直線的にガイドするガイド部たる上下貫通の孔部３１０を中央に設け、更に上面には後述する駆動部３３に設けられた連結体３３０の下面に形成した複数の凹部３３０ａに下方から凹凸嵌合して連結体３３０と接続されることで位置決め体３１を自在アーム３９を含む中間部材を介して重量物であるスタンド４２と接続する複数の凸部３１１を設けている。
【００４０】
加圧用ベルト３２は例えば弾性材料から構成され、位置決め体３１を被測定者の前腕１４０の前面に押し付けるための加圧部を構成し、図３（ｂ）に示すように両端を位置決め体３１の両側部の下端に固定して位置決め体３１を含めて環状部を構成し、前腕１４０に装着しない状態では加圧用ベルト３２の弾性により環状部の孔径が前腕１４０の径より小さく縮径した状態にある。従って加圧用ベルト３２の縮径方向の付勢に抗して環状部内に上記ホルダー３００の腕載置部３００ｃとともに前腕１４０を挿入して前腕１４０の前面に位置決めた体１５を装着した状態では加圧用ベルト３２の縮径方向の力により位置決め体３１が前腕１４０の前面に押し付けられることになる。
【００４１】
駆動部３３は自在アーム３８の先端部にジョイント治具３９を介して取り付けられ、ステッピングモータ（図示せず）により上下方向（Ｚ軸方向）にステージ部３３１を移動させるＺ軸ステージ装置３３２から構成され、前記ステージ部３３１にはＬ字状の支持体３３３を前面に取り付け、更に支持体３３３の前端面にはロードセル３３４とロードセル３３４の受圧部に設けられたプローブ保持体３３５とを備え、またＺ軸ステージ装置３３２の下部には一端部をプローブ保持体３３５の下方に配置した前記連結体３３０の他端部を固定してある。またＺ軸ステージ装置３３２は内部にステッピングモータを制御する制御部（図示せず）を内蔵している。
【００４２】
ジョイント治具３９はＺ軸ステージ装置３３２を取り付けている正面側からみて垂直方向に回転自在になっており、この回転により駆動部３３及び連結体３３０を肘の屈伸方向の角度に合わせることができるようになっている。
【００４３】
測定用プローブ８はフレキシブルチューブ３５内に入った発光側及び受光側の各光ファイバ（図示せず）の先端が一端に接続されているもので、実施形態では例えばφ４のものを用い、その先部はプローブ保持体３３５に上下に貫通する形で保持され、更に先端にはプローブ径を例えばφ１８に変更する変更治具３６が接続されている。
【００４４】
一方連結体３３０には変更治具３６の軸心と同心で且つ変更治具３６の外径（φ１８）と略同じ内径の孔部３３０ｂを上下面に貫通させ、この孔部３３０ｂ内を変更治具３６が上下移動できるようにしている。そして位置決め体３１の孔部３１０の内径も孔部３３０ｂと同じ径とし、連結体３３０の下面と位置決め体３１の上面とが凹凸嵌合により位置決めされた状態で重なったときに孔部３３０ｂと孔部３１０とが連通するようになっている。
【００４５】
自在アーム３８は、被測定者の測定部位たる前腕部４１に測定用プローブ８を含む駆動部３５の重量がかからないように重量を支えるためと、測定用プローブ８及び制御部を含む駆動部３５を被測定部位に対して最適な向きに設定するためのものであり、図１（ａ），（ｂ）に示すようにベッド４１の傍らに配置された重量物たるスタンド４２により支持される。
【００４６】
ここで本実施形態に用いている自在アーム３８は図示するように２つのアーム部３８ａ、３８ｂの一端同士を互いに垂直方向に回転自在に連結したもので、重量物であるスタンド４２に対してアーム部３８ａの他端を水平方向に回動自在に支持され、またアーム部３８ｂの他端に、駆動部３３と接続する接続部たるジョイント治具３９を垂直方向に回動自在に取り付け、また回動状態を保持するために各回動部位（関節部位）には固定レバー３８ｃを備えている。
【００４７】
而して本実施形態の生体内成分測定用プローブ支持具は、自在アーム３８に取り付けられ、測定用プローブ８をプローブ保持体３３５により保持した駆動部３５と、腕固定部３０と、位置決め体３１とで構成される。この生体内成分測定用プローブ支持具を用いる生体内成分測定装置は駆動部３３を構成するＺ軸ステージ装置３３２に電源供給を行うための電源や測定用プローブ８に発光側光ファイバを介して近赤外光を送るための光源、更に反射光を、受光側光ファイバー、シャッタ、光学レンズを通して回折格子に入射し、回折格子で分光した後、検出手段である受光素子で受光されて電気信号に変換され、更にＡＤ変換された後、パーソナルコンピュータ等の演算装置に入力され、検出された光信号中の生体信号であるスペクトルを解析することによって、血糖値等を算出するようになっており、図１（ａ），（ｂ）中４３は生体内成分測定装置のキャスター付きの装置本体であり、４４はパーソナルコンピュータからなる演算装置を兼ねた操作部である。そして測定用プローブ８と一端が接続され、フレキシブルチューブ３５により被覆され、下に垂れ下がらないように一部が自在アーム３８に固定されている発光側及び受光側光ファイバを装置本体４３内に導入し、またＺ軸ステージ装置３３２への電源線等も下に垂れ下がらないように一部を自在アーム３８に固定して装置本体４３内に導入している。
【００４８】
次に本実施形態の生体内成分測定用プローブ支持具の使用方法について説明する。
【００４９】
まず図１（ｂ）に示すようにベッド４１上に仰臥している被測定者の例えば左腕の前腕１４０に対応するようにベッド４１上に専用クッション４０を介して腕固定部３０を載置する。専用クッション４０は腕固定部３０の底部部分とほぼ同じ形状の凹部を載置面側に形成したもの或いは腕固定部３０に固定される前腕１４０や腕固定部３０の重さに合わせて載置面が凹形に変形して形を固定するものであり、被測定者の体動に対して、前腕１４０の動きを抑えてスペクトルの再現性を確保する役割を持つ。
【００５０】
さて次に被測定者の前腕１４０を加圧用ベルト３２と位置決め体３１からなる環状部に加圧用ベルト３２の弾性を利用して挿入して肘部近傍の前腕１４０の前面上に位置決め体３１を載せる。この状態では加圧用ベルト３２の弾性により環状部の内径が縮径されるため位置決め体３１の下面は前腕１４０の前面に押し付けられることになる。
【００５１】
この状態で腕固定部３０のホルダー３００上に被測定者の前腕１４０を載せるとともに、腕固定部３０の先方の把持部３０２を手１４２で握らせて手首１４１の角度及び位置を固定し、この固定した状態で手首１４１をスライド部３００ｂ上に固定用テープ３０３で固定する。尚把持部３０２の位置はスライド部３００ｂをスライドさせることで調整することができる。これによって、前腕１４０の長さが違っても手首１４１から測定位置までの長さを例えば前腕１４０の長さの割合で規定することによって、筋肉、腱、骨が比較的同じ状態で存在する場所を測定部位とすることができ、結果被測定者の個体差を抑えることができる。
【００５２】
ところで生体内成分測定位置としては、測定用プローブ８の先部（変更治具３６の先部）を前腕１４０の前面に押し当てた際に体毛の影響を受けにくく、更に皮膚厚さ及び皮膚の表面状態の安定性が良い点、また測定のし易さなどから、前腕１４０の前面の中心部領域に定めるのがより良い。このことから上述のように把持部３０２を手１４２で握らせることで、手首１４１の角度及び手首１４１の位置を定めるようにしている。そして手首１４１の角度を定めることにより、前腕１４０の前面部位の筋肉の状態が安定して測定毎に再現でき、それによって測定用プローブ８と皮膚の接触状態（接触角度、接触圧力等）が再現され、スペクトル再現性が向上する。
【００５３】
また手首１４１を固定用テープ３０３で固定することで、手首１４１の微小な動きさえも押さえ込むことができ、その結果吸光度スペクトルの再現性が向上する。更にまた、手首１４１の位置を定めることにより、位置決め体３１は腕固定部３０の所定位置に配置されることになり、前腕１４０の前面の定められた位置に測定用プローブ８を当てることができる。
【００５４】
更にまた吸光度スペクトルの再現性阻害の影響は、測定用プローブ８の接触状態の変化、測定位置のずれの要因が非常に大きいが、本実施形態の生体内成分測定用プローブ支持具を用いることにより、生体内成分を精度良連続的に計測することができることになる。
【００５５】
さて、腕固定部３０への前腕１４０の固定が終了した状態で、測定を開始させるのであるが、この際自在アーム３８を動かし、またジョイント治具３９を動かして駆動部３０の連結体３３０の下面を図５（ａ）に示すように位置決め体３１の上面に対向する位置に移動させ、この位置で駆動部３０の位置を下げて連結体３３０の下面の凹部３３０ａに位置決め体３１の上面の凸部３１１を嵌合させる。これにより連結体３３０の孔部３３０ｂと位置決め体３１の孔部３１０とが連通することになる。この状態を保持するために自在アーム３８の各回動部位に設けた固定レバー３８ｃによって回動状態を固定する。この固定によって自在アーム３８から前腕１４０までの動きをほぼ固定できることになる。
【００５６】
次に生体内成分測定装置を動作させ、測定を開始すると、装置本体４３内の電源部から駆動部３０を構成するＺ軸ステージ装置３３２に電源が供給され、Ｚ軸ステージ装置３３２に内蔵している制御部によってステッピングモータが駆動制御されてステージ部３３１が上下方向に移動することになる。これによって測定用プローブ８の先部も上下移動し、図５（ｂ）に示すように変更治具３６が連結体３３０の孔部３３０ｂより抜けて上に移動している解放状態と、図５（ｃ）に示すように変更治具３６が孔部３３０ｂ及び位置決め体３１の孔部３１０にガイドされながら下方に移動してその先端を前腕１４０の前面に所定の接触圧で接触させている状態とを所定時間間隔で繰り返し、接触している状態でスペクトル測定を行う。
【００５７】
ところで測定用プローブ８を前腕１４０の前面に接触させている状態では、連結体３００と位置決め体３１の結合と、測定用プローブ８が位置決め体３１の孔部３１０に挿入されていることで、腕固定部３０，位置決め体３１は測定用プローブ８及び連結体３３と駆動部３０（及び制御部）と自在アーム３８とを通じて重力物であるスタンド４２に接続されることなって、測定中に被測定者が腕を動かそうとしても抑止されることになり、測定用プローブ８と前腕１４０の接触状態に変動をきたすことはない。
【００５８】
尚測定用プローブ８を測定するときだけ、その先部を前腕１４０の前面に所定の接触圧で接触させ、測定時以外は、前腕１４０の前面から離れた状態にしておく理由は次の通りである。
【００５９】
つまり生体信号のＳ／Ｎ比を高く保って測定するためには、測定用プローブ８を生体表面に所定範囲の圧力で皮膚に接触させる必要があるが、一方常に測定用プローブ８を所定の圧力で接触させると、皮膚の測定部分の血液と組織液（体液）との間の成分交換が阻害されるため、全身の生体成分の量と測定部の量とで差が生じる。そこで上述のように、測定の数秒間のみ接触させ、それ以外のときは解放させることで、測定用プローブ８の前腕１４０への圧迫による血流などの変化を抑えながら連続して生体内成分の計測を行うことを可能としている。また、所定の圧力で測定部位を加圧すること、それを解放することとを繰り返すことによって、皮膚組織内の血液交換が促進され、血液中と組織液中の成分濃度の追随性が向上する効果もある。
【００６０】
ところで上記のステージ部３３１の下方移動により測定用プローブ８の先部が前腕１４０の前面に押し付けられたときの圧力はロードセル３３４で検知しており、この検知した圧力は検知信号線（図示せず）を介してＺ軸ステージ装置３３２内の制御部へ送られ、制御部はこの検知圧力が一定圧力となるようにステッピングモータをフィードバック制御して測定用プローブ８が前腕１４０の前面に対して所定の圧力で接触するようにステージ部３３１の移動量を調整する。
【００６１】
以上のように本実施形態の生体内成分測定用プローブ支持具を用いることで、吸光度スペクトルの再現性が良く、生体内成分を精度良連続的に計測することができることになる。
特に測定用プローブ８による測定部位の接触を一定時間間隔で行うことで、血流などの変化を抑えて連続して生体内成分の計測を可能としている。
【００６２】
尚本実施形態では自在アーム３８の一端を上述したように重量物たるスタンド４２に支持させているが、この場合装置本体４３とベッド４１上の被測定者との間の距離がある場合に有効である。しかしスタンド４２を用いずにベッドや机等の重量物に自在アーム３８の一端を支持させるようにしても良い。また装置本体４３が大きく重量がある場合には図６に示すように装置本体４３の側面に支持台４２’を設け、この支持台４２’に自在アーム３８の一端を支持させても良い。この場合装置本体４３のキャスター４３ａを利用して装置本体４３を動かすことで駆動部３３の位置を調整することも可能となる。また測定時以外には、測定用プローブ８と駆動部３３を装置本体４３内に収納することもできる。
（実施形態２）
実施形態１ではＺ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１の移動量を調整するために接触圧を検知する手段としてロードセル３３４を用いているが、本実施形態は図７（ａ）（ｂ）に示すようにロードセルの代わりに測定用プローブ８の先部の変更治具３６に圧力検知センサ４５を設けたもので、図７（ｂ）に示すように変更治具３６が前腕１４０の前面に所定圧力で接触しているときに圧力検知センサ４５の圧力検知信号は信号線４６を通して、Ｚ軸ステージ装置３３２内の制御部に送られ、制御部は検知圧力に基づいてステッピングモータをフィードバック制御してステージ部３３１の移動量を調整し、前腕１４０の前面への接触圧を調整するようにしている。尚本実施形態ではプローブ保持体３３５をステージ部３３１の前面に固定してある。また測定用プローブ８に接続している発光側光ファイバと受光側光ファイバは別個のフレキシブルチューブ３５ａ、３５ｂにより被覆されている。
【００６３】
尚腕固定部３０などその他の構成は実施形態１と同じであるので、図示及び説明は省略し、また図７において同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態３）
本実施形態は図８（ａ），（ｂ）に示すように駆動部３３を構成するＺ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１に錘支持台５０を取り付け、この錘支持第５０上にプローブ保持体３３５付きの鐘５１ａをまず鍾支持棒５２を通して載置し、更に測定用プローブ８が前腕１４０の前面に接触するのに必要な鐘５１ｂ，５１ｃを、錘支持体５２を通して上乗せし、Ｚ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１が所定の量以上下降した段階（図８（ｂ））で測定用プローブ８も含めて錘５１ａ…による荷重の全てが前腕１４０の前面への接触圧として加わるようにした点に特徴がある。
【００６４】
このようにして本実施形態では上述のようなフィードバック制御によらずに錘５１ａ…の数によって接触圧を調整することができるのである。
【００６５】
尚腕固定部３０などその他の構成は実施形態１と同じであるので、図示及び説明は省略し、また図８において上記各実施形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態４）
本実施形態は図９（ａ），（ｂ）に示すように有底の筐体６０と、この筐体６０内に上下移動自在に配置され、筐体６０の天井部に上端を貫通させたアクチュエータ６２と、アクチュエータ６２を中止透孔に挿通させて筐体６０の天井部とアクチュエータ６２の下端部のフランジ６１の上面との間に配置したコイルばね６３とからなるアクチュエータ装置６４を、保持具３３６によりＺ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１に取り付け、アクチュエータ６２の中心透孔に測定用プローブ８を挿通して固定させるとともに筐体６０の底部に設けた孔６０ａから下方に測定用プローブ８の先部を突出させ、その突出先部に変更治具３６を設けた点に特徴があり、駆動部３３を構成するＺ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１が下降して、図９（ｂ）に示すように測定用プローブ８の先部（変更治具３６）が前腕１４０の前面に接触すると、測定用プローブ８を固定したアクチュエータ６２のフランジ６１と筐体６の天井部との間でコイルばね６３が圧縮され、更にステージ部３３１が下降すると、測定用プローブ８の所定位置（変更治具３６）に取り付けられた接触感知センサ６５が筐体６０の底部との接触を検知してその出力をＺ軸ステージ装置３３２内の制御部へ信号線（図示せず）を介して送り、ステッピングモータを停止させてステージ部３３１の移動を止める点に特徴があり、コイルばね６４が所定量圧縮されて所定のばね力となる位置でアクチュエータ６２の移動を停止させることで、測定用プローブ８の先部と前腕１４０の上面との接触圧を必要量に制御することができるのである。
【００６６】
尚接触感知センサ６５の位置は実施形態の位置に限定されるものではなく、筐体６０側に設けても良い。
【００６７】
尚腕固定部３０などその他の構成は実施形態１と同じであるので、図示及び説明は省略し、また図９において上記各実施形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態５）
本実施形態は図１０（ａ），（ｂ）に示すように、駆動部３３を構成するＺ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１に取り付けられた保持具３３６に電磁ソレノイド装置７１を取り付け、電磁ソレノイド装置７１の外郭ヨーク７２内に配置した励磁コイル部７３の透孔内のプランジャー７４に測定用プローブ８を上下方向に貫挿固定するとともに測定用プローブ８の先端を電磁ソレノイド装置７１の底部より下方に突出させ、その突出先端に変更治具３６を設けた点に特徴があり、Ｚ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１を図１０（ａ）の位置から図１０（ｂ）に示す所定位置まで下降させた後に電磁ソレノイド装置７１を装置本体４３による制御によって励磁駆動させてプランジャー７４を下方に移動させ、これにより測定用プローブ８の先部を前腕１４０の前面に接触させるようになっている。そしてこのプランジャー７３の移動距離と加える励磁電流値との関係から前腕１４０の前面への接触圧を制御することができることになる。
【００６８】
尚腕固定部３０などその他の構成は実施形態１と同じであるので、図示及び説明は省略し、また図１０において上記各実施形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態６）
上記実施形態１では加圧用ベルト３２の弾性を利用して位置決め体３１を測定部位である前腕１４０の前面に測定位置に適した圧力で押し付けるように固定しているが、前記圧力が適正範囲を下回った場合、測定用プローブ８を前腕１４０の前面に押し付けた際に、位置決め体３１と前腕１４０の前面との間に隙間が生じてしまい、測定用プローブ８の接触が解放されたときに位置決め体３１の孔部３１０が前回の測定位置に比べて、位置ずれを起こす可能性があり、吸光度スペクトルの再現性を損なう場合もあり得る。
【００６９】
また、逆に圧力が適正範囲を超えると脈動がスペクトル測定時にかかってくるため、正確なスペクトル測定が困難となる。測定位置とその圧力は、被測定者によって異なるため、圧力の調整を可能とした加圧用ベルト３２を用いたのが本実施形態である。
【００７０】
本実施形態の加圧用ベルト３２は図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように一端を位置決め体３１の一側部側に固定し、自由端である他端に締め付け具３２０を取り付けた短尺のベルト部３２１ａと、一端を位置決め体３１の他側部に固定した長尺のベルト部３２１ｂとで構成され、位置決め体３１を前腕１４０の前面に装着するに際しては、図１１（ｂ）に示すようにベルト部３２１ｂの他端部側をホルダー３００の腕載置部３００ｃの下面側を通してベルト部３２１ａ側にもってきて、ベルト部３２１ａの締め付け具３２０に通して締め付けを行うことで、位置決め体３１を前腕１４０の前面の測定部位に押し付けて固定することができるようになっているもので、図１１（ｃ）に示すように締め付けの腕周囲の基本長を測定する外側メジャーｂと、測定した長さに対する追加締め付け位置を示す内側メジャーａとをベルト部３２１ｂに設けてある。尚αは外側メジャーａに対応する基準線である。尚追加締め付けは約２０％増が望ましい。
【００７１】
而して本実施形態では、測定した腕周囲の基本長に合わせた締め付け位置でベルト部３２１ｂを固定することによって簡単な操作で計測に適正な圧力で位置決め体１５を前腕１４０の前面の測定部位に押し付けることができる。これにより例え測定日が変わり、位置決め体３１を装着し直したとしても再現良前腕１４０の測定部位に与えることが可能となる。尚締め付け具３２０の代わりに面ファスナーを用いて固定位置を簡単に調整できるようにすれば使用勝手が向上する。
【００７２】
尚その他の構成は上述した何れの実施形態の構成でも良いので、図示及び説明は省略し、また図１１において上記各実施形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態７）
上記実施形態６では締め付け具３２０を用いて加圧用ベルト３２の締め付け具合を調整することができるようになっているが、本実施形態では図１２（ａ），（ｂ）に加圧用ベルト３２としてカフ帯を用いて、加圧空気を空気送出部８０からカフ３２２内に送ってカフ３２２を膨張させ、巻き付けている前腕１４０を図１２（ｂ）に示すように適正圧力で矢印方向に加圧することができる点に特徴がある。
【００７３】
これによって、本実施形態では加圧バンド３２の締め付けが加減でも、カフ３２０を膨らまして位置決め体３１を押し付ける圧力を適正な圧力に調整することで、位置決め体３１のずれや脈動の心配が無＜なる。
【００７４】
また圧力は空気送出部８０からの空気送り量を調節し、調節後は栓８１を締めることにより連続測定の間一定に保つことができる。図１２中８２は圧力計である。
【００７５】
尚その他の構成は上述した何れの実施形態の構成でも良いので、図示及び説明は省略し、また図１２において上記各実施形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態８）
実施形態１で説明したように測定に当たっては被測定者が仰臥している状態で行うのであるが、前腕１４０の前面中央付近に位置決め体３１を装着し、その前面を水平にするためには、図１３（ａ）に示すように腕を開き気味にして且つ上腕１４３及び肘１４４付近にクッションを詰めることによって水平にできる、しかしながら、この体勢は関節の腱が伸ばされた状態であり、連続測定において長時間被測定者に身体的負担を強いるものであり、腱が血管を圧迫して脈動が乗りやすく、スペクトルの再現性に影響を与える。更に腕を開き気味にしているのも自然に体が内側を向く傾向を持つことから、長時間の計測において経時的に体の微動且つスペクトルの変動につながる。
【００７６】
そこで、図１３（ｂ）のようにできるだけ被測定者たる患者の負担を減らし、且つ体の自然な状態で腕を固定するために手首１４１の付近にクッション４７を介在させて上腕１４３に対して前腕１４０２を斜めとした場合においても測定ができるように、本実施形態で肘１４４の屈伸方向の角度や腕の軸を中心とした回転角度によって傾いた位置決め体３１に合わせて駆動部３３側に取り付けられた連結体３３０の角度を調整できる角度調整手段を自在アーム３８とＺ軸ステージ装置３３２とを結合するジョイント治具３９に設けた点に特徴がある。つまり図１４に示すようにジョイント治具３９を前後二つ２分けて、互いに連結し、その連結部を腕の軸を中心とした回転角度の動きに回動自在な軸部３９０により行い、更に正面から見て垂直方向の回転ステージ部３９１によって肘１４４の屈伸方向の角度に対して調整することができるようになっている。尚３９１ａは回転ステージ部３９１を動かして回転角度を調整するレバーである。
【００７７】
従って本実施形態では図１３に示すように位置決め体３１と連結体３３０の互いの角度を合わせて凸部３１１と凹部３３０ａとを嵌合させることができることになる。
【００７８】
この角度の合わせ方は位置決め体３１と連結体３３０に取り付けられた角度探知機４８（或いは基準角度計）等によって角度を合わせた後に嵌合することで容易に行えことになる。
【００７９】
ところで、本実施形態のように肘屈伸角度、腕軸回転角度に対応した駆動部３３と自在アーム３８を重量物であるスタンド７４２に支持させた構成において、実施形態６のように加圧用ベルト３２の締め付け具合を調整することができる加圧部を用い、腕固定部３０の有無と、加圧部の締め付け強度、肘屈伸角度、腕軸回転角度の違いによるベクトルの安定性比較及び水準に対して生体成分濃度推定精度比較を行った。
【００８０】
ここでベクトルは無グルコース負荷の状態で５分毎に測定し、２時間で２４ポイントのデータを得た後、グルコースを負荷して血糖を変動させ、同様に５分毎に測定し、血糖値が下がりきるまで計測を実施した。尚プローブ径はφ１８を使用し、１．２ｋｇｆで生体へ押し付けた。また測定用プローブ８は３５℃に温度調整した。尚腕固定部３０が無い場合は、位置決め体３１を加圧用ベルト３２で固定しただけの簡単な構造とした。加圧用ベルト３２による締め付け強度の調整は、長さで調整して、締め込み割合別に比較した。
【００８１】
比較する指標として、上述した指標（１）〜（３）及び指標（１）のＳＤ値を比較した。また、血糖値の推定精度に関しては糖負荷、無糖負荷のデータを全て含めて、１４００ｎｍ〜１８００ｎｍの吸光度値をＸ変量とし、採血値をＹ変数にして、ＰＬＳ解析を行い、推定精度を算出した。これら各例のプローブの構成条件及びスペクトル指標安定性の結果及び血糖値推定精度を表１に示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
表１の結果から、腕固定部３０が無いと指標が大きく変化することがわかる。また、腕固定部３０があれば、指標が安定して、それによって、推定精度が高い精度で確保できることがわかる。一方、加圧用ベルト３２の締め付けが３０％を越えると、脈動のため、ＳＤ値が大きくなりそれによって推定精度が大きくダウンしたことがわかる。また肘や腕の角度を１０°レベルで調整することによって、指標の変化が少なく精度が高く確保できることがわかる。これは、被験者の体勢が楽に保たれるため、常に同じ体勢が確保できるからである。
【００８４】
これら結果から例１〜４のように腕固定部３０があって、加圧用ベルト３２による加圧が過小、過大にならないように使用すれば、良好な測定結果が得られることがわかり、本発明の生体内成分測定用プローブ支持具の有効性が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】（ａ）は実施形態１を用いた生体内成分測定装置全体の使用状態での一部省略せる斜視図、（ｂ）は実施形態１を用いた生体内成分測定装置の使用状態の説明図である。
【図２】実施形態１の使用状態での要部の正面図である。
【図３】実施形態１の腕固定部の使用状態を示す図であって、（ａ）は一部破断せる斜視図、（ｂ）は要部の側断面図である。
【図４】実施形態１の使用状態での一部破断省略せる側断面図である。
【図５】実施形態１の使用説明図である。
【図６】実施形態１で使用する自在アームの別の取り付け例を示す斜視図である。
【図７】実施形態２の使用説明図である。
【図８】実施形態３の使用説明図である。
【図９】実施形態４の使用説明図である。
【図１０】実施形態５の使用説明図である。
【図１１】実施形態６の加圧用ベルトと位置決め体との使用状態を示す図であって、（ａ）は一部破断せる斜視図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は加圧用ベルトの締め付け状態を示す一部省略せる下面図である。
【図１２】実施形態７の加圧用ベルトの使用説明図である。
【図１３】実施形態８の説明図である。
【図１４】実施形態８の使用状態での一部破断省略せる側断面図である。
【図１５】生体（皮膚組織）における近赤外光の入射と反射の説明図である。
【図１６】生体内成分測定での吸光度スペクトルと近赤外光の波長との関係説明図である。
【図１７】腕部の構造説明図である。
【図１８】腕部の断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
８ 測定用プローブ
３０ 腕固定部
３００ ホルダー
３０１ 支持体
３０２ 把持部
３０３ 固定用テープ
３１ 位置決め体
３２ 加圧用ベルト
３３ 駆動部
３３０ 連結体
３５ フレキシブルチューブ
１４０ 前腕
１４１ 手首
１４２ 手
３８ 自在アーム
３９ ジョイント治具
４１ ベッド
４２ スタンド
４３ 制御盤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非侵襲で生体内成分を計測する生体内成分測定装置に用いられる生体内成分測定用プローブを支持する生体内成分測定用プローブ支持具及びそれを用いた生体内成分測定用ヘッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の表面に測定用の近赤外光を照射し、生体から受ける測定光の反射光を受光し、この反射光成分から生体信号を測定することによって、生体内の種々の情報を得る生体内成分測定装置が提供されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
これら装置は近赤外光の吸収強度がグルコースの存在により大きな影響を受けることを利用したもので、受光された反射光の吸光度スペクトルを生体信号として測定することによって、光吸収強度を検知し、生体内のグルコース濃度を検出して血糖値を測定するようになっている。このような装置を用いれば被測定者から採血する必要が無くなるので、被測定者に大きな負担を強いることなく血糖値の測定を行うことができるという利点がある。
【０００４】
ところで特許文献１に示される生体内成分測定装置に用いられるような測定用プローブは、図１５に示すように皮膚に接触させ、近赤外スペクトルを測定する測定用プローブ８の受光部と発光部の間隔Ｌ、すなわち、測定用プローブ８に設けた発光側ファイバ６の先端と受光側ファイバ１０の先端との間隔Ｌが２ｍｍ以下に設定されている。ここで人間を含む生物の皮膚組織は通常、図示するように角質層を含む表皮層２２、真皮層２３、皮下組織層２４の３層から形成されている。尚、表皮層２２の厚みは約０．２〜０．４ｍｍ、真皮層２３の厚みは約０．５〜２ｍｍ、皮下組織層２４の厚みは約１〜３ｍｍである。真皮層２３は毛細血管等が発達しており、血中の生体成分に応じた物質移動が速やかに起こる。
【０００５】
特に血中グルコース濃度（血糖値）に対して真皮層２３（真皮組織）中のグルコース濃度は追随して変化すると考えられている。皮下組織層２４は脂肪組織が中心であり、グルコース等の水溶性の生体成分は、皮下組織層２４（皮下組織）中に均一に存在しにくい。従って、血中グルコース濃度（血糖値）を精度良く測定するには、真皮層２３の近赤外スペクトルを選択的に測定する必要がある。そこで上述のように真皮層２３の近赤外スペクトルを選択的に測定する手法として、２ｍｍ以下に受光部と発光部の間隔Ｌを設定した測定用プローブ８を使用する方法が用いられる。
【０００６】
図１６は、Ｘ軸が波長で、Ｙ軸が吸光度で、生体の波長１３００ｎｍ〜１９００ｎｍの近赤外領域における吸光度スペクトルを示している。また、吸光度スペクトルの形状及び大きさの指標として、指標（１）、指標（２）、指標（３）を示してある。この波長領域は、生体内成分である水分やグルコース、脂肪、アルブミンといった生体成分のピークが混在する領域である。指標（１）は、１６５０ｎｍの吸光度値であり、吸光度スペクトルのベースラインを表す指標である。指標（２）は、１４５０ｎｍの吸光度値と指標（１）の１６５０ｎｍの吸光度値の差で、水の吸光度スペクトルのベースラインからの高低差を示すものある。指標（３）は１７２０ｎｍの吸光度値と指標（１）の１６５０ｎｍの吸光度値の差で、脂肪の吸光度スペクトルのベースラインからの高低差を示すものである。指標（２）、指標（３）は、スペクトルの形状の変動を確認する指標としている。
【０００７】
-指標（１）は、皮膚と測定用プローブ８の間に介在するスペクトル変動要因全般から影響を受け、スペクトル全体が上下にシフトする。
【０００８】
指標（２）は主に水の吸光度スペクトルの形状を反映しており、生休表面の水分（汗、角質水分など）、及び表皮層２２、真皮層２３に存在する水分量の変化によって変動する。真皮層２３の水分も層の上端部に多く存在することから、指標（２）は皮膚の表面に近い部分（表皮層−真皮層）の情報の生体成分変動を主に現していると考えられる。
【０００９】
指標（３）は、主に脂質スペクトルの形状を反映している。この脂質スペクトルは血中に存在する中性脂肪の変動よりむしろ真皮層２３の下の皮下組織層２４に存在する皮下脂肪の情報がスペクトルとなって現れている。
【００１０】
真皮層２３の厚みが薄い人が、厚い人と比べてこの指標（３）の絶対値が大きい傾向があるのは、照射した光（図１５でＡと示す）が真皮層２３を通り過ぎて皮下組織層２４にまで到達しやすく、反射してきた光Ａに多＜の脂肪情報が含まれているからと考えられる。 また、同じ人でも真皮層２３の脂肪境界面が凹凸形状をしており、真皮層２３の厚みも厚いところと薄いところが存在し、測定用プローブ８の当たる場所によっては、指標（３）の大きさが異なる場合がある。このことから、指標（３）は、皮膚の深い部分（真皮層−皮下組織層）の情報の生体成分変動を主に現していると考えられる。
【００１１】
一方周囲の環境温度の変動や光学部品の位置関係などによって、照射光が変動をきたし、測定される反射光のスペクトルに影響を与える（形の変化、大きさレベルの変化）恐れがあるので、この変動を補正する必要がある。このために特許文献３に示される装置ではセラミック板などからなる基準板で反射させたリファレンス光を測定し、これを基準光として補正を行うようにしている。つまりリファレンス光を測定することによって、これを基準光として、周囲の環境温度や光学部品の位置関係などによる変動を補正することができるようになっている。
【００１２】
また連続的にスペクトルを測定する場合、上記のような装置側変動要因に加えて、測定用プローブ８と皮膚の関係における変動要因もある。
【００１３】
皮膚（表皮層２２）の表面には図１５のように角質層で構成される皮膚・皮丘２２ａが存在し凹凸形状を形成している。この表面に測定用プローブ８を接触させると、接触させた皮膚部位の立体形状により測定用プローブ８の先端表面と皮膚との間に空気層、皮脂、汗などが存在し、近赤外光の屈折率が変わるためスペクトル形状及び大きさが変動してしまう。先に示したスペクトル指標においては、空気層等の存在により光の屈折率が変化し、スペクトル全体の大きさ指標（１）が大きく変動したり、発汗などの影響で指標（２）が急に大きくなったりする。この現象をできるだけ軽減するため、所定の,圧力で測定用プローブ８を皮膚に接触させて、皮丘部分と測定用プローブ８の接触面積を増加させる。つまり密着性を増加させ、測定用プローブ８と皮膚表面に介在する空気層、皮脂、汗などの影響を極力低減し、スペクトル変動を抑えて測定することが必要である。
【００１４】
しかしながら密着性を確保するとしてもプローブ位置が約２００μｍずれるとスペクトル指標が変化する。近赤外光が皮膚の中に進入し生体情報を多く拾ってくる真皮層２３は、コラーゲンの繊維状物質の網目構造の間に、これらの間を埋めるＩＳＦ（Interstitial Fluid＜間質液＞）など水分をたっぷり含む基質が存在し、加圧により非常に動きやすい状態になっている。この基質には毛細血管から透過してくるグルコースなど、生体情報関連物質が多く存在し、吸光度スペクトルの形状に大きい影響を与える。また、コラーゲンなど結合線維が密に網目状に並んでおり、皮膚の運動を司る重要な役割を果たしている網状層も光路に存在する物質であり、測定用プローブ８の皮膚への接触位置や測定用プローブ８の皮膚への接触角度によって光路の微妙な変化が生じ、それにより吸光度スペクトルの形状に大きい影響を与えることになる。
【００１５】
その他に図１７及び図１８のように、測定部位たる腕部１４の構成は複数の筋肉２５、腱２６及び骨２７からなり、測定用プローブ８を所定の圧力で皮膚に接触させた際、筋肉２５などに皮膚が支持される形として測定用プローブ８が皮膚を押さえつけ、吸光度スペクトルを測定することになる。
【００１６】
その際手首をはじめとする測定部位周辺の生体の動きがあった場合、筋肉２５や腱２６などの皮膚を支持する部分の形状が大きく変化する。このように皮膚に測定用プローブ８を接触させことで測定を行う場合、測定毎のスペクトルの安定性及び経時的再現性に問題があった。
【００１７】
つまり被測定者の生体（腕部）に測定用プローブ８を押し当てて吸光度スペクトルを測定する場合、測定される吸光度スペクトルが、生体内の成分濃度の変化とは無関係に、測定の過程でばらついたり、経時的に変動を起こしてしまうため、これら変動したスペクトルを用いて多変量解析にて成分濃度の定量をする,際に定量精度が低くなってしまうという問題があった。
【００１８】
そこで、肘の位置を決めて、肘の位置から一定距離離れた場所に腕部（前腕）を傾けた状態で載せる支持部を設け、この支持部に測定用プローブを出没自在に装着し、腕部を安定した状態で測定ができるようにした装置も提供されている（特許文献２）
【特許文献１】特開２００４−４５０９６号公報（段落番号００１１〜００２４、図１）
【特許文献２】特開平１１−２４４２６６号公報（図１、段落番号００２１〜００２２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで特許文献２に示された装置は、腕部を安定させる効果があるものの、ベッドに寝ている患者（被測定者）に対して連続的に測定を行う場合には、長時間の間そのままの状態でいることが苦痛で大きな負担を掛けるという問題がある。また無意識で腕部を動かしてしまい測定位置が変動してしまうという問題があった。
【００２０】
つまり計測においても被測定者である患者に負担を掛けず且つ経時的な変動を抑えるため、極力測定部位を同じ状態で保ちつつ、皮膚に所定圧力で且つ一定時間間隔でプローブを皮膚に接触させなければならないという課題があった。
【００２１】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、生体及び測定用プローブの状態変動を抑えて、吸光度スペクトルの測定毎の安定性と経時的再現性とを得ることができる生体内成分測定用プローブ支持具及び生体内成分測定用ヘッド装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述の目的を達成するために、請求項１の生体内成分測定用プローブ支持具の発明では、生体表面に近赤外光を出射するとともに、生体からの反射光を入射する生体内成分測定用プローブを支持するものであって、被測定者の手首位置を定めるとともに腕に沿って装着される腕固定部と、この腕固定部の腕方向の所定位置に設けられ、前記腕の表面に前記生体内成分測定用プローブを案内するガイド部を有する位置決め部と、該位置決め部を前記腕に押し付ける加圧部とを備えるとともに、重量物に連結するための接続部を有していることを特徴とする。
【００２３】
請求項１の生体内成分測定用プローブ支持具の発明によれば、測定用プローブを生体表面に押し当て連続的に測定する際に、生体及び測定用プローブの状態変動を位置決め部により抑えることができ、吸光度スペクトルの測定毎の安定性や経時的再現性を得ることができ、その結果生体成分測定装置において測定する生体成分濃度の定量精度を高めることができ、特に支持具自体が重量物に連結されることで、測定部位となる腕の動きを抑止することができ、定量精度を高めるのに大きく寄与することができる。
【００２４】
請求項２の生体内成分測定用プローブ支持具の発明では、請求項１の発明において、前記腕固定部が、腕方向の長さを調節する調節手段を有していることを特徴とする。
【００２５】
請求項２の生体内成分測定用プローブ支持具の発明によれば、被測定者の腕の長さの相違に対応することができ、被測定者の腕の長さが違っても、測定部位の筋肉、腱、骨が比較的同じ状態で存在する部位を測定部位とすることが可能となり、被測定者の個体差を抑えることができる。
【００２６】
請求項３の生体内成分測定用プローブ支持具の発明では、請求項１又は２の何れかの発明において、前記加圧部は、腕の周囲に巻回締結するベルトにより構成され、腕の周囲長に応じて定まる追加締め付け位置を表示する表示部を備えていることを特徴とする。
【００２７】
請求項３の生体内成分測定用プローブ支持具の発明によれば、圧力調整で位置測定部を被測定者の腕表面に隙間無く押し付けることができ、その結果生体内成分測定用プローブの接触状態からの解放時にも位置決め部が動いてガイド部の位置ずれすることを無くすことができ、スペクトルの再現性を良好とし、また脈動による影響を受けることなく正確なスペクトル測定が可能となり、特に簡単な操作で被測定者の腕の周囲に合わせた適正な圧力に調整することができ、例え加圧部を装着しなおす場合にあっても再現良く適正な圧力を得ることができる。
【００２８】
請求項４の生体内成分測定用ヘッド装置の発明では、請求項１乃至３の何れかの生体内成分測定用プローブ支持具と、生体内成分測定用プローブ支持具の接続部と重量物との中間部に設けられ、生体内成分測定用プローブ支持具のガイド部の案内方向に生体内成分測定用プローブを移動させる駆動部及び該駆動部を制御する制御部とを備え、該制御部は前記生体内成分測定用プローブを前記腕の表面に接触させた状態と前記腕の表面から離した状態とを所定の時間間隔で繰り返すように駆動部を制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項４の生体内成分測定用ヘッド装置の発明によれば、生体内成分測定用プローブ支持具による作用効果に加えて、生体内成分測定用プローブの腕表面への圧迫による血流の変化を抑えつつ、連続して生体内成分の計測が可能となる。
【００３０】
請求項５の生体内成分測定用ヘッド装置では、請求項４の発明において、前記中間部には前記生体内成分測定用プローブの先端方向の、肘の屈伸方向に対応する角度又は腕の軸を中心とした回転方向に対応する角度若しくは両角度を調整する角度調整手段を有していることを特徴とする。
【００３１】
請求項５の生体内成分測定用ヘッド装置の発明では、請求項４の発明において、前記接続部が、肘の屈伸方向角度又は腕の軸を中心とした回転角度若しくは両角度を調整する角度調整手段を有することを特徴とする。
【００３２】
請求項５の生体内成分測定用ヘッド装置の発明によれば、被測定者の腕の状態に応じて生体内成分測定用プローブと位置決め部との位置関係を調整することができ、被測定者に負担がかからない状態での測定を可能とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の生体内成分測定用プローブ支持具は、測定用プローブを生体表面に押し当て連続的に測定する際に、生体及び測定用プローブの状態変動を位置決め部により抑えることができ、吸光度スペクトルの測定毎の安定性や経時的再現性を得ることができ、その結果生体成分測定装置において測定する生体成分濃度の定量精度を高めることができ、特に支持具自体が重量物に連結されることで、測定部位となる腕の動きを抑止することができ、定量精度を高めるのに大きく寄与することができるという効果がある。
【００３４】
本発明の生体内成分測定用ヘッド装置は、生体内成分測定用プローブ支持具による作用効果に加えて、生体内成分測定用プローブの腕表面への圧迫による血流の変化を抑えつつ、連続して生体内成分の計測が可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
本実施形態に係る生体内成分測定用プローブ支持具は、図１乃至図４に示すように被測定者の手首１４１の位置を定めるとともに生体の測定部位となる前腕１４０を固定する腕固定部３０と、前腕１４０の前面の所定位置に配置され、測定用プローブ８の位置決めを行う位置決め体（位置決め部）３１と、該位置決め体３１を前腕１４０の前面（表面）に押し付ける加圧部を構成する加圧用ベルト３２と、後述する重量物に連結するために位置決め体３１に設けた凸部３１１からなる接続部とで構成され、この生体内成分測定用プローブ支持具と、測定用プローブ８を被測定者の前腕１４０の前面方向に対して移動させて接触させたり、接触状態を解放したりするための機構部たる駆動部３３とこの駆動部３３を制御する制御部（図示せず）と、駆動部３３及び制御部を加えることで、生体内成分測定用ヘッド装置を構成し、この生体内成分測定用プローブ支持具以外の駆動部３３及び制御部を含めた機構部は自在アーム３８を介して重量物たるスタンド４２に保持されている。
【００３６】
腕固定部３０は、前腕１４０の後面を載せる形で専用クッション４０を介してベッド４１上に配置されるもので、前腕長手方向に伸縮自在となったホルダー３００と、このホルダー３００の先端部から前方へ延長させた支持体３０１に取り付けられた把持部３０２と、ホルダー３００の上面に前腕１４０の後面（背面）を載せた被測定者が手１４２で把持部３０２を握ることで位置が定まった手首１４１をホルダー３００に固定するための固定用テープ３０３とで構成され、ホルダー３００の後部が加圧用ベルト３２を装着する装着部となっている。
【００３７】
ホルダー３００は専用クッション４０上に載置する基部３００ａと、この基部３００ａの前部において両端方向（前腕１４０の長手方向）にスライド自在に取り付けられ、ホルダー３００の長さを伸縮自在とするスライド部３００ｂと、基部３００ａの後部に設けられた腕載置部３００ｃとからなり、把持部３０１の支持体３０１がスライド部３００ｂの前部に、また固定用テープ３０３がスライド部３００ｂの後部に装着されている。
【００３８】
固定用テープ３０３は一端がスライド部３００ｂの一側部に固定され、他端部に設けた面ファスナー（図示せず）をスライド部３００ｂの他側部に設けられた面ファスナーの被接合部（図示せず）に着脱自在に接合するようになっている。
【００３９】
位置決め体３１は腕載置部３００ｃに載置した前腕１４０の部位に配置されるもので、上面が矩形で下面が前腕１４０の前面の湾曲形状に沿うように湾曲面に形成され、また後述する測定用プローブ８の先部に設けた変更治具３６を前腕１４０の前面に向けて直線的にガイドするガイド部たる上下貫通の孔部３１０を中央に設け、更に上面には後述する駆動部３３に設けられた連結体３３０の下面に形成した複数の凹部３３０ａに下方から凹凸嵌合して連結体３３０と接続されることで位置決め体３１を自在アーム３９を含む中間部材を介して重量物であるスタンド４２と接続する複数の凸部３１１を設けている。
【００４０】
加圧用ベルト３２は例えば弾性材料から構成され、位置決め体３１を被測定者の前腕１４０の前面に押し付けるための加圧部を構成し、図３（ｂ）に示すように両端を位置決め体３１の両側部の下端に固定して位置決め体３１を含めて環状部を構成し、前腕１４０に装着しない状態では加圧用ベルト３２の弾性により環状部の孔径が前腕１４０の径より小さく縮径した状態にある。従って加圧用ベルト３２の縮径方向の付勢に抗して環状部内に上記ホルダー３００の腕載置部３００ｃとともに前腕１４０を挿入して前腕１４０の前面に位置決めた体１５を装着した状態では加圧用ベルト３２の縮径方向の力により位置決め体３１が前腕１４０の前面に押し付けられることになる。
【００４１】
駆動部３３は自在アーム３８の先端部にジョイント治具３９を介して取り付けられ、ステッピングモータ（図示せず）により上下方向（Ｚ軸方向）にステージ部３３１を移動させるＺ軸ステージ装置３３２から構成され、前記ステージ部３３１にはＬ字状の支持体３３３を前面に取り付け、更に支持体３３３の前端面にはロードセル３３４とロードセル３３４の受圧部に設けられたプローブ保持体３３５とを備え、またＺ軸ステージ装置３３２の下部には一端部をプローブ保持体３３５の下方に配置した前記連結体３３０の他端部を固定してある。またＺ軸ステージ装置３３２は内部にステッピングモータを制御する制御部（図示せず）を内蔵している。
【００４２】
ジョイント治具３９はＺ軸ステージ装置３３２を取り付けている正面側からみて垂直方向に回転自在になっており、この回転により駆動部３３及び連結体３３０を肘の屈伸方向の角度に合わせることができるようになっている。
【００４３】
測定用プローブ８はフレキシブルチューブ３５内に入った発光側及び受光側の各光ファイバ（図示せず）の先端が一端に接続されているもので、実施形態では例えばφ４のものを用い、その先部はプローブ保持体３３５に上下に貫通する形で保持され、更に先端にはプローブ径を例えばφ１８に変更する変更治具３６が接続されている。
【００４４】
一方連結体３３０には変更治具３６の軸心と同心で且つ変更治具３６の外径（φ１８）と略同じ内径の孔部３３０ｂを上下面に貫通させ、この孔部３３０ｂ内を変更治具３６が上下移動できるようにしている。そして位置決め体３１の孔部３１０の内径も孔部３３０ｂと同じ径とし、連結体３３０の下面と位置決め体３１の上面とが凹凸嵌合により位置決めされた状態で重なったときに孔部３３０ｂと孔部３１０とが連通するようになっている。
【００４５】
自在アーム３８は、被測定者の測定部位たる前腕部４１に測定用プローブ８を含む駆動部３５の重量がかからないように重量を支えるためと、測定用プローブ８及び制御部を含む駆動部３５を被測定部位に対して最適な向きに設定するためのものであり、図１（ａ），（ｂ）に示すようにベッド４１の傍らに配置された重量物たるスタンド４２により支持される。
【００４６】
ここで本実施形態に用いている自在アーム３８は図示するように２つのアーム部３８ａ、３８ｂの一端同士を互いに垂直方向に回転自在に連結したもので、重量物であるスタンド４２に対してアーム部３８ａの他端を水平方向に回動自在に支持され、またアーム部３８ｂの他端に、駆動部３３と接続する接続部たるジョイント治具３９を垂直方向に回動自在に取り付け、また回動状態を保持するために各回動部位（関節部位）には固定レバー３８ｃを備えている。
【００４７】
而して本実施形態の生体内成分測定用プローブ支持具は、自在アーム３８に取り付けられ、測定用プローブ８をプローブ保持体３３５により保持した駆動部３５と、腕固定部３０と、位置決め体３１とで構成される。この生体内成分測定用プローブ支持具を用いる生体内成分測定装置は駆動部３３を構成するＺ軸ステージ装置３３２に電源供給を行うための電源や測定用プローブ８に発光側光ファイバを介して近赤外光を送るための光源、更に反射光を、受光側光ファイバー、シャッタ、光学レンズを通して回折格子に入射し、回折格子で分光した後、検出手段である受光素子で受光されて電気信号に変換され、更にＡＤ変換された後、パーソナルコンピュータ等の演算装置に入力され、検出された光信号中の生体信号であるスペクトルを解析することによって、血糖値等を算出するようになっており、図１（ａ），（ｂ）中４３は生体内成分測定装置のキャスター付きの装置本体であり、４４はパーソナルコンピュータからなる演算装置を兼ねた操作部である。そして測定用プローブ８と一端が接続され、フレキシブルチューブ３５により被覆され、下に垂れ下がらないように一部が自在アーム３８に固定されている発光側及び受光側光ファイバを装置本体４３内に導入し、またＺ軸ステージ装置３３２への電源線等も下に垂れ下がらないように一部を自在アーム３８に固定して装置本体４３内に導入している。
【００４８】
次に本実施形態の生体内成分測定用プローブ支持具の使用方法について説明する。
【００４９】
まず図１（ｂ）に示すようにベッド４１上に仰臥している被測定者の例えば左腕の前腕１４０に対応するようにベッド４１上に専用クッション４０を介して腕固定部３０を載置する。専用クッション４０は腕固定部３０の底部部分とほぼ同じ形状の凹部を載置面側に形成したもの或いは腕固定部３０に固定される前腕１４０や腕固定部３０の重さに合わせて載置面が凹形に変形して形を固定するものであり、被測定者の体動に対して、前腕１４０の動きを抑えてスペクトルの再現性を確保する役割を持つ。
【００５０】
さて次に被測定者の前腕１４０を加圧用ベルト３２と位置決め体３１からなる環状部に加圧用ベルト３２の弾性を利用して挿入して肘部近傍の前腕１４０の前面上に位置決め体３１を載せる。この状態では加圧用ベルト３２の弾性により環状部の内径が縮径されるため位置決め体３１の下面は前腕１４０の前面に押し付けられることになる。
【００５１】
この状態で腕固定部３０のホルダー３００上に被測定者の前腕１４０を載せるとともに、腕固定部３０の先方の把持部３０２を手１４２で握らせて手首１４１の角度及び位置を固定し、この固定した状態で手首１４１をスライド部３００ｂ上に固定用テープ３０３で固定する。尚把持部３０２の位置はスライド部３００ｂをスライドさせることで調整することができる。これによって、前腕１４０の長さが違っても手首１４１から測定位置までの長さを例えば前腕１４０の長さの割合で規定することによって、筋肉、腱、骨が比較的同じ状態で存在する場所を測定部位とすることができ、結果被測定者の個体差を抑えることができる。
【００５２】
ところで生体内成分測定位置としては、測定用プローブ８の先部（変更治具３６の先部）を前腕１４０の前面に押し当てた際に体毛の影響を受けにくく、更に皮膚厚さ及び皮膚の表面状態の安定性が良い点、また測定のし易さなどから、前腕１４０の前面の中心部領域に定めるのがより良い。このことから上述のように把持部３０２を手１４２で握らせることで、手首１４１の角度及び手首１４１の位置を定めるようにしている。そして手首１４１の角度を定めることにより、前腕１４０の前面部位の筋肉の状態が安定して測定毎に再現でき、それによって測定用プローブ８と皮膚の接触状態（接触角度、接触圧力等）が再現され、スペクトル再現性が向上する。
【００５３】
また手首１４１を固定用テープ３０３で固定することで、手首１４１の微小な動きさえも押さえ込むことができ、その結果吸光度スペクトルの再現性が向上する。更にまた、手首１４１の位置を定めることにより、位置決め体３１は腕固定部３０の所定位置に配置されることになり、前腕１４０の前面の定められた位置に測定用プローブ８を当てることができる。
【００５４】
更にまた吸光度スペクトルの再現性阻害の影響は、測定用プローブ８の接触状態の変化、測定位置のずれの要因が非常に大きいが、本実施形態の生体内成分測定用プローブ支持具を用いることにより、生体内成分を精度良連続的に計測することができることになる。
【００５５】
さて、腕固定部３０への前腕１４０の固定が終了した状態で、測定を開始させるのであるが、この際自在アーム３８を動かし、またジョイント治具３９を動かして駆動部３０の連結体３３０の下面を図５（ａ）に示すように位置決め体３１の上面に対向する位置に移動させ、この位置で駆動部３０の位置を下げて連結体３３０の下面の凹部３３０ａに位置決め体３１の上面の凸部３１１を嵌合させる。これにより連結体３３０の孔部３３０ｂと位置決め体３１の孔部３１０とが連通することになる。この状態を保持するために自在アーム３８の各回動部位に設けた固定レバー３８ｃによって回動状態を固定する。この固定によって自在アーム３８から前腕１４０までの動きをほぼ固定できることになる。
【００５６】
次に生体内成分測定装置を動作させ、測定を開始すると、装置本体４３内の電源部から駆動部３０を構成するＺ軸ステージ装置３３２に電源が供給され、Ｚ軸ステージ装置３３２に内蔵している制御部によってステッピングモータが駆動制御されてステージ部３３１が上下方向に移動することになる。これによって測定用プローブ８の先部も上下移動し、図５（ｂ）に示すように変更治具３６が連結体３３０の孔部３３０ｂより抜けて上に移動している解放状態と、図５（ｃ）に示すように変更治具３６が孔部３３０ｂ及び位置決め体３１の孔部３１０にガイドされながら下方に移動してその先端を前腕１４０の前面に所定の接触圧で接触させている状態とを所定時間間隔で繰り返し、接触している状態でスペクトル測定を行う。
【００５７】
ところで測定用プローブ８を前腕１４０の前面に接触させている状態では、連結体３００と位置決め体３１の結合と、測定用プローブ８が位置決め体３１の孔部３１０に挿入されていることで、腕固定部３０，位置決め体３１は測定用プローブ８及び連結体３３と駆動部３０（及び制御部）と自在アーム３８とを通じて重力物であるスタンド４２に接続されることなって、測定中に被測定者が腕を動かそうとしても抑止されることになり、測定用プローブ８と前腕１４０の接触状態に変動をきたすことはない。
【００５８】
尚測定用プローブ８を測定するときだけ、その先部を前腕１４０の前面に所定の接触圧で接触させ、測定時以外は、前腕１４０の前面から離れた状態にしておく理由は次の通りである。
【００５９】
つまり生体信号のＳ／Ｎ比を高く保って測定するためには、測定用プローブ８を生体表面に所定範囲の圧力で皮膚に接触させる必要があるが、一方常に測定用プローブ８を所定の圧力で接触させると、皮膚の測定部分の血液と組織液（体液）との間の成分交換が阻害されるため、全身の生体成分の量と測定部の量とで差が生じる。そこで上述のように、測定の数秒間のみ接触させ、それ以外のときは解放させることで、測定用プローブ８の前腕１４０への圧迫による血流などの変化を抑えながら連続して生体内成分の計測を行うことを可能としている。また、所定の圧力で測定部位を加圧すること、それを解放することとを繰り返すことによって、皮膚組織内の血液交換が促進され、血液中と組織液中の成分濃度の追随性が向上する効果もある。
【００６０】
ところで上記のステージ部３３１の下方移動により測定用プローブ８の先部が前腕１４０の前面に押し付けられたときの圧力はロードセル３３４で検知しており、この検知した圧力は検知信号線（図示せず）を介してＺ軸ステージ装置３３２内の制御部へ送られ、制御部はこの検知圧力が一定圧力となるようにステッピングモータをフィードバック制御して測定用プローブ８が前腕１４０の前面に対して所定の圧力で接触するようにステージ部３３１の移動量を調整する。
【００６１】
以上のように本実施形態の生体内成分測定用プローブ支持具を用いることで、吸光度スペクトルの再現性が良く、生体内成分を精度良連続的に計測することができることになる。
特に測定用プローブ８による測定部位の接触を一定時間間隔で行うことで、血流などの変化を抑えて連続して生体内成分の計測を可能としている。
【００６２】
尚本実施形態では自在アーム３８の一端を上述したように重量物たるスタンド４２に支持させているが、この場合装置本体４３とベッド４１上の被測定者との間の距離がある場合に有効である。しかしスタンド４２を用いずにベッドや机等の重量物に自在アーム３８の一端を支持させるようにしても良い。また装置本体４３が大きく重量がある場合には図６に示すように装置本体４３の側面に支持台４２’を設け、この支持台４２’に自在アーム３８の一端を支持させても良い。この場合装置本体４３のキャスター４３ａを利用して装置本体４３を動かすことで駆動部３３の位置を調整することも可能となる。また測定時以外には、測定用プローブ８と駆動部３３を装置本体４３内に収納することもできる。
（実施形態２）
実施形態１ではＺ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１の移動量を調整するために接触圧を検知する手段としてロードセル３３４を用いているが、本実施形態は図７（ａ）（ｂ）に示すようにロードセルの代わりに測定用プローブ８の先部の変更治具３６に圧力検知センサ４５を設けたもので、図７（ｂ）に示すように変更治具３６が前腕１４０の前面に所定圧力で接触しているときに圧力検知センサ４５の圧力検知信号は信号線４６を通して、Ｚ軸ステージ装置３３２内の制御部に送られ、制御部は検知圧力に基づいてステッピングモータをフィードバック制御してステージ部３３１の移動量を調整し、前腕１４０の前面への接触圧を調整するようにしている。尚本実施形態ではプローブ保持体３３５をステージ部３３１の前面に固定してある。また測定用プローブ８に接続している発光側光ファイバと受光側光ファイバは別個のフレキシブルチューブ３５ａ、３５ｂにより被覆されている。
【００６３】
尚腕固定部３０などその他の構成は実施形態１と同じであるので、図示及び説明は省略し、また図７において同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態３）
本実施形態は図８（ａ），（ｂ）に示すように駆動部３３を構成するＺ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１に錘支持台５０を取り付け、この錘支持第５０上にプローブ保持体３３５付きの鐘５１ａをまず鍾支持棒５２を通して載置し、更に測定用プローブ８が前腕１４０の前面に接触するのに必要な鐘５１ｂ，５１ｃを、錘支持体５２を通して上乗せし、Ｚ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１が所定の量以上下降した段階（図８（ｂ））で測定用プローブ８も含めて錘５１ａ…による荷重の全てが前腕１４０の前面への接触圧として加わるようにした点に特徴がある。
【００６４】
このようにして本実施形態では上述のようなフィードバック制御によらずに錘５１ａ…の数によって接触圧を調整することができるのである。
【００６５】
尚腕固定部３０などその他の構成は実施形態１と同じであるので、図示及び説明は省略し、また図８において上記各実施形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態４）
本実施形態は図９（ａ），（ｂ）に示すように有底の筐体６０と、この筐体６０内に上下移動自在に配置され、筐体６０の天井部に上端を貫通させたアクチュエータ６２と、アクチュエータ６２を中止透孔に挿通させて筐体６０の天井部とアクチュエータ６２の下端部のフランジ６１の上面との間に配置したコイルばね６３とからなるアクチュエータ装置６４を、保持具３３６によりＺ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１に取り付け、アクチュエータ６２の中心透孔に測定用プローブ８を挿通して固定させるとともに筐体６０の底部に設けた孔６０ａから下方に測定用プローブ８の先部を突出させ、その突出先部に変更治具３６を設けた点に特徴があり、駆動部３３を構成するＺ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１が下降して、図９（ｂ）に示すように測定用プローブ８の先部（変更治具３６）が前腕１４０の前面に接触すると、測定用プローブ８を固定したアクチュエータ６２のフランジ６１と筐体６の天井部との間でコイルばね６３が圧縮され、更にステージ部３３１が下降すると、測定用プローブ８の所定位置（変更治具３６）に取り付けられた接触感知センサ６５が筐体６０の底部との接触を検知してその出力をＺ軸ステージ装置３３２内の制御部へ信号線（図示せず）を介して送り、ステッピングモータを停止させてステージ部３３１の移動を止める点に特徴があり、コイルばね６４が所定量圧縮されて所定のばね力となる位置でアクチュエータ６２の移動を停止させることで、測定用プローブ８の先部と前腕１４０の上面との接触圧を必要量に制御することができるのである。
【００６６】
尚接触感知センサ６５の位置は実施形態の位置に限定されるものではなく、筐体６０側に設けても良い。
【００６７】
尚腕固定部３０などその他の構成は実施形態１と同じであるので、図示及び説明は省略し、また図９において上記各実施形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態５）
本実施形態は図１０（ａ），（ｂ）に示すように、駆動部３３を構成するＺ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１に取り付けられた保持具３３６に電磁ソレノイド装置７１を取り付け、電磁ソレノイド装置７１の外郭ヨーク７２内に配置した励磁コイル部７３の透孔内のプランジャー７４に測定用プローブ８を上下方向に貫挿固定するとともに測定用プローブ８の先端を電磁ソレノイド装置７１の底部より下方に突出させ、その突出先端に変更治具３６を設けた点に特徴があり、Ｚ軸ステージ装置３３２のステージ部３３１を図１０（ａ）の位置から図１０（ｂ）に示す所定位置まで下降させた後に電磁ソレノイド装置７１を装置本体４３による制御によって励磁駆動させてプランジャー７４を下方に移動させ、これにより測定用プローブ８の先部を前腕１４０の前面に接触させるようになっている。そしてこのプランジャー７３の移動距離と加える励磁電流値との関係から前腕１４０の前面への接触圧を制御することができることになる。
【００６８】
尚腕固定部３０などその他の構成は実施形態１と同じであるので、図示及び説明は省略し、また図１０において上記各実施形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態６）
上記実施形態１では加圧用ベルト３２の弾性を利用して位置決め体３１を測定部位である前腕１４０の前面に測定位置に適した圧力で押し付けるように固定しているが、前記圧力が適正範囲を下回った場合、測定用プローブ８を前腕１４０の前面に押し付けた際に、位置決め体３１と前腕１４０の前面との間に隙間が生じてしまい、測定用プローブ８の接触が解放されたときに位置決め体３１の孔部３１０が前回の測定位置に比べて、位置ずれを起こす可能性があり、吸光度スペクトルの再現性を損なう場合もあり得る。
【００６９】
また、逆に圧力が適正範囲を超えると脈動がスペクトル測定時にかかってくるため、正確なスペクトル測定が困難となる。測定位置とその圧力は、被測定者によって異なるため、圧力の調整を可能とした加圧用ベルト３２を用いたのが本実施形態である。
【００７０】
本実施形態の加圧用ベルト３２は図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように一端を位置決め体３１の一側部側に固定し、自由端である他端に締め付け具３２０を取り付けた短尺のベルト部３２１ａと、一端を位置決め体３１の他側部に固定した長尺のベルト部３２１ｂとで構成され、位置決め体３１を前腕１４０の前面に装着するに際しては、図１１（ｂ）に示すようにベルト部３２１ｂの他端部側をホルダー３００の腕載置部３００ｃの下面側を通してベルト部３２１ａ側にもってきて、ベルト部３２１ａの締め付け具３２０に通して締め付けを行うことで、位置決め体３１を前腕１４０の前面の測定部位に押し付けて固定することができるようになっているもので、図１１（ｃ）に示すように締め付けの腕周囲の基本長を測定する外側メジャーｂと、測定した長さに対する追加締め付け位置を示す内側メジャーａとをベルト部３２１ｂに設けてある。尚αは外側メジャーａに対応する基準線である。尚追加締め付けは約２０％増が望ましい。
【００７１】
而して本実施形態では、測定した腕周囲の基本長に合わせた締め付け位置でベルト部３２１ｂを固定することによって簡単な操作で計測に適正な圧力で位置決め体１５を前腕１４０の前面の測定部位に押し付けることができる。これにより例え測定日が変わり、位置決め体３１を装着し直したとしても再現良前腕１４０の測定部位に与えることが可能となる。尚締め付け具３２０の代わりに面ファスナーを用いて固定位置を簡単に調整できるようにすれば使用勝手が向上する。
【００７２】
尚その他の構成は上述した何れの実施形態の構成でも良いので、図示及び説明は省略し、また図１１において上記各実施形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態７）
上記実施形態６では締め付け具３２０を用いて加圧用ベルト３２の締め付け具合を調整することができるようになっているが、本実施形態では図１２（ａ），（ｂ）に加圧用ベルト３２としてカフ帯を用いて、加圧空気を空気送出部８０からカフ３２２内に送ってカフ３２２を膨張させ、巻き付けている前腕１４０を図１２（ｂ）に示すように適正圧力で矢印方向に加圧することができる点に特徴がある。
【００７３】
これによって、本実施形態では加圧バンド３２の締め付けが加減でも、カフ３２０を膨らまして位置決め体３１を押し付ける圧力を適正な圧力に調整することで、位置決め体３１のずれや脈動の心配が無＜なる。
【００７４】
また圧力は空気送出部８０からの空気送り量を調節し、調節後は栓８１を締めることにより連続測定の間一定に保つことができる。図１２中８２は圧力計である。
【００７５】
尚その他の構成は上述した何れの実施形態の構成でも良いので、図示及び説明は省略し、また図１２において上記各実施形態の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付す。
（実施形態８）
実施形態１で説明したように測定に当たっては被測定者が仰臥している状態で行うのであるが、前腕１４０の前面中央付近に位置決め体３１を装着し、その前面を水平にするためには、図１３（ａ）に示すように腕を開き気味にして且つ上腕１４３及び肘１４４付近にクッションを詰めることによって水平にできる、しかしながら、この体勢は関節の腱が伸ばされた状態であり、連続測定において長時間被測定者に身体的負担を強いるものであり、腱が血管を圧迫して脈動が乗りやすく、スペクトルの再現性に影響を与える。更に腕を開き気味にしているのも自然に体が内側を向く傾向を持つことから、長時間の計測において経時的に体の微動且つスペクトルの変動につながる。
【００７６】
そこで、図１３（ｂ）のようにできるだけ被測定者たる患者の負担を減らし、且つ体の自然な状態で腕を固定するために手首１４１の付近にクッション４７を介在させて上腕１４３に対して前腕１４０２を斜めとした場合においても測定ができるように、本実施形態で肘１４４の屈伸方向の角度や腕の軸を中心とした回転角度によって傾いた位置決め体３１に合わせて駆動部３３側に取り付けられた連結体３３０の角度を調整できる角度調整手段を自在アーム３８とＺ軸ステージ装置３３２とを結合するジョイント治具３９に設けた点に特徴がある。つまり図１４に示すようにジョイント治具３９を前後二つ２分けて、互いに連結し、その連結部を腕の軸を中心とした回転角度の動きに回動自在な軸部３９０により行い、更に正面から見て垂直方向の回転ステージ部３９１によって肘１４４の屈伸方向の角度に対して調整することができるようになっている。尚３９１ａは回転ステージ部３９１を動かして回転角度を調整するレバーである。
【００７７】
従って本実施形態では図１３に示すように位置決め体３１と連結体３３０の互いの角度を合わせて凸部３１１と凹部３３０ａとを嵌合させることができることになる。
【００７８】
この角度の合わせ方は位置決め体３１と連結体３３０に取り付けられた角度探知機４８（或いは基準角度計）等によって角度を合わせた後に嵌合することで容易に行えことになる。
【００７９】
ところで、本実施形態のように肘屈伸角度、腕軸回転角度に対応した駆動部３３と自在アーム３８を重量物であるスタンド７４２に支持させた構成において、実施形態６のように加圧用ベルト３２の締め付け具合を調整することができる加圧部を用い、腕固定部３０の有無と、加圧部の締め付け強度、肘屈伸角度、腕軸回転角度の違いによるベクトルの安定性比較及び水準に対して生体成分濃度推定精度比較を行った。
【００８０】
ここでベクトルは無グルコース負荷の状態で５分毎に測定し、２時間で２４ポイントのデータを得た後、グルコースを負荷して血糖を変動させ、同様に５分毎に測定し、血糖値が下がりきるまで計測を実施した。尚プローブ径はφ１８を使用し、１．２ｋｇｆで生体へ押し付けた。また測定用プローブ８は３５℃に温度調整した。尚腕固定部３０が無い場合は、位置決め体３１を加圧用ベルト３２で固定しただけの簡単な構造とした。加圧用ベルト３２による締め付け強度の調整は、長さで調整して、締め込み割合別に比較した。
【００８１】
比較する指標として、上述した指標（１）〜（３）及び指標（１）のＳＤ値を比較した。また、血糖値の推定精度に関しては糖負荷、無糖負荷のデータを全て含めて、１４００ｎｍ〜１８００ｎｍの吸光度値をＸ変量とし、採血値をＹ変数にして、ＰＬＳ解析を行い、推定精度を算出した。これら各例のプローブの構成条件及びスペクトル指標安定性の結果及び血糖値推定精度を表１に示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
表１の結果から、腕固定部３０が無いと指標が大きく変化することがわかる。また、腕固定部３０があれば、指標が安定して、それによって、推定精度が高い精度で確保できることがわかる。一方、加圧用ベルト３２の締め付けが３０％を越えると、脈動のため、ＳＤ値が大きくなりそれによって推定精度が大きくダウンしたことがわかる。また肘や腕の角度を１０°レベルで調整することによって、指標の変化が少なく精度が高く確保できることがわかる。これは、被験者の体勢が楽に保たれるため、常に同じ体勢が確保できるからである。
【００８４】
これら結果から例１〜４のように腕固定部３０があって、加圧用ベルト３２による加圧が過小、過大にならないように使用すれば、良好な測定結果が得られることがわかり、本発明の生体内成分測定用プローブ支持具の有効性が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】（ａ）は実施形態１を用いた生体内成分測定装置全体の使用状態での一部省略せる斜視図、（ｂ）は実施形態１を用いた生体内成分測定装置の使用状態の説明図である。
【図２】実施形態１の使用状態での要部の正面図である。
【図３】実施形態１の腕固定部の使用状態を示す図であって、（ａ）は一部破断せる斜視図、（ｂ）は要部の側断面図である。
【図４】実施形態１の使用状態での一部破断省略せる側断面図である。
【図５】実施形態１の使用説明図である。
【図６】実施形態１で使用する自在アームの別の取り付け例を示す斜視図である。
【図７】実施形態２の使用説明図である。
【図８】実施形態３の使用説明図である。
【図９】実施形態４の使用説明図である。
【図１０】実施形態５の使用説明図である。
【図１１】実施形態６の加圧用ベルトと位置決め体との使用状態を示す図であって、（ａ）は一部破断せる斜視図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は加圧用ベルトの締め付け状態を示す一部省略せる下面図である。
【図１２】実施形態７の加圧用ベルトの使用説明図である。
【図１３】実施形態８の説明図である。
【図１４】実施形態８の使用状態での一部破断省略せる側断面図である。
【図１５】生体（皮膚組織）における近赤外光の入射と反射の説明図である。
【図１６】生体内成分測定での吸光度スペクトルと近赤外光の波長との関係説明図である。
【図１７】腕部の構造説明図である。
【図１８】腕部の断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
８ 測定用プローブ
３０ 腕固定部
３００ ホルダー
３０１ 支持体
３０２ 把持部
３０３ 固定用テープ
３１ 位置決め体
３２ 加圧用ベルト
３３ 駆動部
３３０ 連結体
３５ フレキシブルチューブ
１４０ 前腕
１４１ 手首
１４２ 手
３８ 自在アーム
３９ ジョイント治具
４１ ベッド
４２ スタンド
４３ 制御盤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体表面に近赤外光を出射するとともに、生体からの反射光を入射する生体内成分測定用プローブを支持するものであって、被測定者の手首位置を定めるとともに腕に沿って装着される腕固定部と、この腕固定部の腕方向の所定位置に設けられ、前記腕の表面に前記生体内成分測定用プローブを案内するガイド部を有する位置決め部と、該位置決め部を前記腕に押し付ける加圧部とを備えるとともに、重量物に連結するための接続部を有していることを特徴とする生体内成分測定用プローブ支持具。
【請求項２】
前記腕固定部は、腕方向の長さを調節する調節手段を有していることを特徴とする請求項１記載の生体内成分測定用プローブ支持具。
【請求項３】
前記加圧部は、腕の周囲に巻回締結するベルトにより構成され、腕の周囲長に応じて定まる追加締め付け位置を表示する表示部を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の生体内成分測定用プローブ支持具。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかの生体内成分測定用プローブ支持具と、生体内成分測定用プローブ支持具の接続部と重量物との中間部に設けられ、生体内成分測定用プローブ支持具のガイド部の案内方向に生体内成分測定用プローブを移動させる駆動部及び該駆動部を制御する制御部とを備え、該制御部は前記生体内成分測定用プローブを前記腕の表面に接触させた状態と前記腕の表面から離した状態とを所定の時間間隔で繰り返すように駆動部を制御することを特徴とする生体内成分測定用ヘッド装置。
【請求項５】
前記中間部には前記生体内成分測定用プローブの先端方向の、肘の屈伸方向に対応する角度又は腕の軸を中心とした回転方向に対応する角度若しくは両角度を調整する角度調整手段を有していることを特徴とする請求項４記載の生体内成分測定用ヘッド装置。
【請求項１】
生体表面に近赤外光を出射するとともに、生体からの反射光を入射する生体内成分測定用プローブを支持するものであって、被測定者の手首位置を定めるとともに腕に沿って装着される腕固定部と、この腕固定部の腕方向の所定位置に設けられ、前記腕の表面に前記生体内成分測定用プローブを案内するガイド部を有する位置決め部と、該位置決め部を前記腕に押し付ける加圧部とを備えるとともに、重量物に連結するための接続部を有していることを特徴とする生体内成分測定用プローブ支持具。
【請求項２】
前記腕固定部は、腕方向の長さを調節する調節手段を有していることを特徴とする請求項１記載の生体内成分測定用プローブ支持具。
【請求項３】
前記加圧部は、腕の周囲に巻回締結するベルトにより構成され、腕の周囲長に応じて定まる追加締め付け位置を表示する表示部を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の生体内成分測定用プローブ支持具。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかの生体内成分測定用プローブ支持具と、生体内成分測定用プローブ支持具の接続部と重量物との中間部に設けられ、生体内成分測定用プローブ支持具のガイド部の案内方向に生体内成分測定用プローブを移動させる駆動部及び該駆動部を制御する制御部とを備え、該制御部は前記生体内成分測定用プローブを前記腕の表面に接触させた状態と前記腕の表面から離した状態とを所定の時間間隔で繰り返すように駆動部を制御することを特徴とする生体内成分測定用ヘッド装置。
【請求項５】
前記中間部には前記生体内成分測定用プローブの先端方向の、肘の屈伸方向に対応する角度又は腕の軸を中心とした回転方向に対応する角度若しくは両角度を調整する角度調整手段を有していることを特徴とする請求項４記載の生体内成分測定用ヘッド装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−５５５２８（Ｐ２００６−５５５２８Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４２８１１（Ｐ２００４−２４２８１１）
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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