生体情報計測装置及びその校正方法
【課題】 光源に供給する出力の校正を簡便に行うことができる生体情報計測装置及びそ
の校正方法を提供する。
【解決手段】 光源部２１を発光させる出力を設定する電源部１と、電源部１により第１
の出力が供給された光源部２１からの校正光を検出して第１の検出データを生成する第１
検出部２４と、前記第１の出力を独立変数とし、前記第１の検出データを従属変数とする
関数の最大の傾きを有する直線領域に対応する出力範囲を算出するデータ処理部３２と、
前記出力範囲内に設定された第２の出力が供給された光源部２１からの測定光を被検体Ｐ
に照射し、受光した測定光を検出して第２の検出データを生成する第２検出部２５とを備
え、データ処理部３２は、第１検出部２４で光源部２１からの測定光を検出して生成した
参照データ及び前記第２の検出データに基づいて、生体データを生成する。
の校正方法を提供する。
【解決手段】 光源部２１を発光させる出力を設定する電源部１と、電源部１により第１
の出力が供給された光源部２１からの校正光を検出して第１の検出データを生成する第１
検出部２４と、前記第１の出力を独立変数とし、前記第１の検出データを従属変数とする
関数の最大の傾きを有する直線領域に対応する出力範囲を算出するデータ処理部３２と、
前記出力範囲内に設定された第２の出力が供給された光源部２１からの測定光を被検体Ｐ
に照射し、受光した測定光を検出して第２の検出データを生成する第２検出部２５とを備
え、データ処理部３２は、第１検出部２４で光源部２１からの測定光を検出して生成した
参照データ及び前記第２の検出データに基づいて、生体データを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、健康管理、疾病の診断や治療、美容などのために、血液、生体組織細胞内外
の体液中の物質濃度や生体組織の光物性情報などを光学的に測定する生体情報計測装置及
びその校正方法に係り、特に可視光、近赤外光、中間赤外光などを用いて、生体内の血中
成分濃度、ガス濃度、生体組織の物性情報等に関する生体情報を非侵襲的に測定する生体
情報計測装置及びその校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体内に存在する物質の成分や濃度を測定するための代表的な装置としては、血液中
のグルコース濃度（血糖値）を測定する血糖計がある。現在、広く用いられている血糖計
は、被検体の指や腕などの部位に針を刺して採取した少量の血液などの被検試料を利用す
るもので、この被検試料のグルコースを化学反応させてその濃度を測定する。
【０００３】
そして、標準的なグルコース濃度の計測法の１つに、酵素センサを用いた方法がある。
グルコース検知に使用される酵素としては、例えばグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）が
ある。この酵素を高分子膜などに固定化しておき、被検体物質中のグルコースがそのＧＯ
Ｄ固定化膜に接触することによって酸素が消費され、この酸素の変化を捕らえることでグ
ルコース濃度を測定することができる。このような採血式の血糖計は、携帯可能な大きさ
であり、糖尿病患者の血糖値の管理に利用されている。
【０００４】
しかしながら、上記方法では採血のために指や腕などに針を刺す必要があり、被検体の
皮膚を損傷すると共に苦痛を伴う。糖尿病患者の血糖値を厳密に管理するためには、一日
に５、６回以上の測定が望ましいにもかかわらず、被検体への負荷を考慮して現状では一
日に２、３回程度の測定回数に留まっている。
一方、グルコース等の被検体内に存在する物質の成分や濃度を、採血や細胞間質液の抽
出によらず非侵襲的に測定する生体情報計測装置が知られている（例えば、特許文献１参
照。）。この生体情報計測装置は、被検体の皮膚表面などに半導体レーザからの異なる複
数の波長の近赤外光を照射し、被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して生
成された検出データを演算処理することにより、被検体内に存在する物質の濃度等を測定
するものである。
【特許文献１】特開平１１−１２８１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光源が半導体レーザなどの場合、光出力−電流特性が光源毎に異なるの
で、装置への装着毎に光源の光出力特性に合わせて光源に供給する出力の校正を行う必要
があるため、その校正作業に手間が掛かる問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、光源に供給する出力の校正を
簡便に行うことができる生体情報計測装置及びその校正方法を提供することを目的とする
。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、請求項１に係る本発明の生体情報計測装置は、被検体に光
源からの光を照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して前記被
検体に関する生体情報を非侵襲的に計測する生体情報計測装置において、前記光源を発光
させるための出力を設定する出力設定手段と、前記出力設定手段により設定された複数の
第１の出力が供給される前記光源からの校正光を検出して第１の検出データを生成する第
１検出手段と、前記出力設定手段により設定された第１の出力及び前記第１検出手段によ
り生成された第１の検出データからデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出力の
出力範囲を算出するデータ処理手段と、前記データ処理手段により算出された前記出力範
囲内に設定された第２の出力が供給される前記光源からの測定光を前記被検体に照射し、
前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して第２の検出データを生成する
第２検出手段とを備え、前記データ処理手段は、前記第１検出手段により前記光源からの
測定光を検出して生成された参照データ、及び前記第２検出手段により生成された第２の
検出データに基づいて、前記被検体の生体情報である生体データを生成するようにしたこ
とを特徴とする。
【０００８】
また、請求項５に係る本発明の生体情報計測装置の校正方法は、被検体に光源からの光
を照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して前記被検体に関す
る生体情報を非侵襲的に計測する生体情報計測装置の校正方法において、前記光源を発光
させるための出力を出力設定手段により設定し、前記出力設定手段により設定された複数
の第１の出力が供給される前記光源からの校正光を検出して第１の検出データを第１検出
手段により生成し、前記出力設定手段により設定された第１の出力及び前記第１検出手段
により生成された第１の検出データからデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出
力の出力範囲をデータ処理手段により算出し、前記データ処理手段により算出された前記
出力範囲内に設定された第２の出力が供給される前記光源からの測定光を被検体に照射し
、前記被検体内を拡散、透過、もしくは反射した光を検出して第２の検出データを第２検
出手段により生成し、前記第１検出手段により前記光源からの測定光を検出して生成され
た参照データ、及び前記第２検出手段により生成された第２の検出データに基づいて、前
記被検体の生体情報である生体データを前記データ処理手段により生成することを特徴と
する。
【０００９】
更に、請求項６に係る本発明の生体情報計測装置は、被検体に光を照射し、前記被検体
内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して前記被検体に関する生体情報を非侵襲的
に計測する生体情報計測装置において、前記光源を発光させるための出力を設定する出力
設定手段と、前記出力設定手段により設定された複数の第１の出力が供給される前記光源
からの校正光を検出して第１の検出データを生成する第１検出手段と、前記出力設定手段
により設定された第１の出力及び前記第１検出手段により生成された第１の検出データか
らデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出力の出力範囲を算出するデータ処理手
段と、前記データ処理手段により算出された前記出力範囲の情報に基づいて、前記出力設
定手段からの出力を所定の周波数に変調し、変調した出力の振幅が前記出力範囲内に設定
された第２の出力が供給される前記光源からの測定光を前記被検体に照射して検出した光
から第２の検出データを生成する第２検出手段とを備え、前記データ処理手段は、前記第
１検出手段により前記光源からの測定光を検出して生成された参照データ、及び前記第２
検出手段により生成された第２の検出データに基づいて、前記被検体の生体情報である生
体データを生成するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、校正のために光源に供給する第１の出力を独立変数とし、第１の出力
を供給した光源からの光を検出して生成した第１の検出データを従属変数とする関数の最
大の傾きを有する直線領域に対応する第１の出力の出力範囲を算出することにより、測定
のために光源に供給する第２の出力の出力範囲を簡便に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１２】
以下に、本発明に係る生体情報計測装置の実施例を、図１乃至図５を参照して説明する
。
【００１３】
図１は、本発明の実施例に係る生体情報計測装置の構成を示したブロック図である。こ
の生体情報計測装置１０は、電力を供給する電源部１と、電源部１からの電力の供給によ
り被検体Ｐに光を照射し、被検体Ｐから受光した光を検出して検出データを生成する光学
部２と、光学部２から出力した検出データを処理して被検体Ｐの体内に存在する物質の濃
度、生体組織の物性情報等の生体情報である生体データを生成する処理部３とを備えてい
る。
【００１４】
また、生体情報計測装置１０は、被検体Ｐの測定部位の温度を制御する温度制御部５と
、光学部２の一部を機械的に保持すると共に温度制御部５からの熱を被検体Ｐの測定部位
に伝達するインターフェース部６と、処理部３において生成された生体データを表示する
表示部７と、被検体Ｐの被検体情報を入力する操作、光学部２が正常範囲の光を発するた
めの校正操作、生体データを生成するための測定操作、各種コマンド信号の入力操作等の
操作を行う操作部８と、上述の各ユニットを制御する制御部９とを備えている。
【００１５】
電源部１は、被検体Ｐに照射するＮ種類の波長からなる光を発光させるための出力を供
給する電源回路１１と、電源回路１１の出力を制御する電源制御部１２とを備えている。
【００１６】
電源回路１１は、操作部８から校正操作が行われると、制御部９から供給される各波長
に対応する第１の出力の情報に基づいて、電源回路１１からの出力である所定範囲の順電
圧を例えば均等に分割した複数の第１の出力に設定し、設定した各波長に対応する第１の
出力を電源制御部１２に出力する。また、操作部８から測定操作が行われると、制御部９
から供給される各波長の出力範囲の情報に基づいて、各波長に対応する順電圧を電源制御
部１２に出力する。
【００１７】
電源制御部１２は、サイン波発生回路１２１及び加算回路１２２を備えている。そして
、操作部８から校正操作が行われると、制御部９から供給される各波長に対応する第１の
出力を光学部２に供給する。
【００１８】
また、操作部８から測定操作が行われると、制御部９から供給される各波長の出力範囲
の情報に基づいて、電源回路１１からの各波長に対応する順電圧である第２の出力をサイ
ン波発生回路１２１で所定の周波数に変調し、変調した第２の出力の振幅をその波長の出
力範囲に応じて調節する。更に、調節した第２の出力を加算回路１２２で加算して出力範
囲内に設定して光学部２に供給する。
【００１９】
光学部２は、Ｎ種類の波長からなる光を発する光源部２１と、光源部２１から発したＮ
種類の波長の光を合波する合波部２２と、合波部２２で合波された光を被検体Ｐとの間で
照射及び受光する照射・受光部２３と、合波部２２からの光を検出して第１の検出データ
等を生成する第１検出部２４と、照射・受光部２３で受光した光を検出して第２の検出デ
ータを生成する第２検出部２５とを備えている。
【００２０】
光源部２１は、単色光あるいはそれに近い光を発生させる半導体レーザや発光ダイオー
ド等のＮ種類（Ｎ≧１）の波長に対応したＮ個の発光素子２１ａ（２１ａ１乃至２１ａＮ
）で構成される。
【００２１】
そして、各発光素子２１ａは、操作部８からの各波長に対応した校正操作により電源部
１から供給される各第１の出力に応じて電流が流れたときに光（校正光）を発する。また
、操作部８からの測定操作により電源部１から供給される各波長に対応した第２の出力に
応じた周波数の光（測定光）を発する。
【００２２】
なお、グルコース濃度は、４００ｎｍ〜２５００ｎｍの領域における複数の波長を用い
て測定が行われ、ヘモグロビン濃度は、ヘモグロビンの濃度に依存して変化する５００ｎ
ｍ〜１６００ｎｍの領域における複数の波長を用いて測定が行われる。
【００２３】
合波部２２は、ミラーを有し、光源部２１の各発光素子２１ａからの校正光を所定の反
射率で反射し、反射した校正光を第１検出部２４に出力する。また、各発光素子２１ａか
らの測定光を合波して同一光軸に重ね合わせた後、所定の反射率で反射した測定光（反射
測定光）を第１検出部２４に出力すると共に、所定の透過率で透過した測定光（透過測定
光）を照射・受光部２３に出力する。
【００２４】
照射・受光部２３は、合波部２２から出力された透過測定光を被検体Ｐの測定部位に照
射し、その照射され被検体Ｐ内を拡散、透過、若しくは反射した透過測定光を受光して第
２検出部２５に出力する。
【００２５】
図２は、照射・受光部２３の構成を示した図である。照射・受光部２３は、インターフ
ェース部６に保持され、合波部２２からの透過測定光を被検体Ｐに照射する照射用光ファ
イバ２３１と、被検体Ｐからの透過測定光を受光する受光用光ファイバ２３３と、照射用
光ファイバ２３１及び受光用ファイバ２３３を保持する保持部２３４とを備えている。そ
して、照射・受光部２３の端面である照射・受光面２３６を被検体Ｐに接触させて透過測
定光の照射及び受光を行う。
【００２６】
照射用光ファイバ２３１は、一端部が保持部２３４により保持され、他端部が合波部２
２に接続されている。そして、合波部２２からの透過測定光を伝達して被検体Ｐの皮膚表
面に照射する。
【００２７】
受光用光ファイバ２３３も、一端部が保持部２３４により保持され、他端部が第２検出
部２５に接続されている。そして、照射用光ファイバ２３１から被検体Ｐの皮膚表面に照
射され、被検体Ｐ内の図２の斜線部で示した例えば表皮から真皮にかけて侵入し、拡散、
透過、若しくは反射した透過測定光を受光して第２検出部２５へ出力する。
【００２８】
保持部２３４は、アルミニウムなどの熱伝導性の高い材料からなり、照射用光ファイバ
２３１及び受光用光ファイバ２３３を保持する。また、保持部２３４は、インターフェー
ス部６を介して、加温時には温度制御部５から伝達された熱を被検体Ｐの測定部位に伝達
し、冷却時には被検体Ｐの測定部位の熱を吸収して温度制御部５へ伝達する。
【００２９】
図１の第１検出部２４は、合波部２２から出力された校正光を例えばフォトダイオード
等の光検出素子で検出し、検出した信号を信号増幅回路で増幅する。更に、増幅した信号
をＡ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換して第１の検出データを生成し、生成した第１の
検出データを処理部３に出力する。
【００３０】
また、合波部２２から出力された反射測定光を前記光検出素子で検出し、検出した信号
を前記信号増幅回路で増幅する。更に、増幅した信号を前記Ａ／Ｄ変換回路でデジタル信
号に変換して参照データを生成し、生成した参照データを処理部３に出力する。
【００３１】
第２検出部２５は、第１検出部２４と同様の光検出素子、信号増幅回路、及びＡ／Ｄ変
換回路を有し、照射・受光部２３の受光用光ファイバ２３３からの透過測定光を光検出素
子で検出し、検出した信号を増幅する。更に、増幅した信号をデジタル信号に変換して第
２の検出データを生成し、生成した第２の検出データを処理部３に出力する。
【００３２】
処理部３は、光学部２の第１検出部２４から出力された第１の検出データや、第１検出
部２４から出力された参照データ及び光学部２の第２検出部２５から出力された第２の検
出データを収集するデータ収集部３１と、データ収集部３１で収集された第１の検出デー
タや、参照データ及び第２の検出データを処理して出力範囲の算出や生体データの生成を
行うデータ処理部３２と、データ処理部３２で生成された生体データを保存するデータ記
憶部３３とを備えている。
【００３３】
データ収集部３１は、操作部８からの校正操作により第１検出部２４から出力された第
１の検出データを収集してデータ処理部３２に出力する。
【００３４】
また、操作部８からの測定操作により第１及び第２検出部２４，２５から出力された参
照データ及び第２の検出データを、例えばフーリエ変換により光学部２の光源部２１にお
ける各発光素子２１ａの波長に対応した周波数の参照データ及び第２の検出データを抽出
し、抽出した各参照データ及び第２の検出データを収集してデータ処理部３２に出力する
。
【００３５】
データ処理部３２は、制御部９から供給される各第１の出力の情報、及びこの第１の出
力に対応するデータ収集部３１から出力される第１の検出データに基づいて、出力範囲を
算出する。そして、算出した出力範囲の情報を制御部９に出力する。
【００３６】
また、データ収集部３１から出力される参照データ及びこの参照データに対応する第２
の検出データに基づいて、生体データを生成する。そして、生成した生体データをデータ
記憶部３３に保存すると共に表示部７に出力する。
【００３７】
なお、データ処理部３２には、予め多数の被験者群から生体情報計測装置１０の参照デ
ータを基準としたときの第２の検出データと、標準的な手法の測定から得られたデータと
が統計的に解析され、その統計的解析により数理モデル化された両者間の相関式の演算プ
ログラムが格納されている。そして、被検体Ｐの生体データは、この演算プログラムを用
いて生成される。
【００３８】
温度制御部５は、被検体Ｐの測定部位に対して加温或いは冷却を行うペルチェ素子など
の加温・冷却部５１と、測定部位近傍の温度を測定する熱伝対やサーミスタなどの温度セ
ンサ５２と、温度センサ５２からの検出信号に基づいて加温・冷却部５１を制御する温度
制御回路５３とを備えている。
【００３９】
インターフェース部６は、保持部２３４と同様に熱伝導性の高いアルミニウム材などか
らなり、光学部２の照射・受光部２３を保持すると共に、温度制御部５からの熱を伝達し
て被検体Ｐの測定部位を所定の温度に保つために設けられている。そして、インターフェ
ース部６に被検体Ｐの測定部位を接触させた状態で、照射・受光部２３による透過測定光
の照射及び受光が行われる。
【００４０】
表示部７は、ＣＲＴや液晶パネルなどのモニタを備え、処理部３のデータ処理部３２で
生成された生体データや、処理部３のデータ記憶部３３から読み出された生体データを表
示する。
【００４１】
操作部８は、操作パネル上にキーボード、マウス、タッチキーパネル、校正ボタン、測
定ボタン等の入力デバイスを備えている。そして、被検体Ｐの被検体情報の入力操作、校
正ボタンを押す校正操作、測定ボタンを押す測定操作などが行われる。
【００４２】
制御部９は、操作部８からの入力信号に基づいて、電源部１、光学部２、処理部３、温
度制御部５などの各ユニットの制御、システム全体の制御を統括して行う。また、予め保
存されている第１の出力の情報や、処理部３のデータ処理部３２から出力される出力範囲
の情報を電源部１の電源制御部１２に供給する。
【００４３】
以下、図１乃至図５を参照して、実施例に係る生体情報計測装置１０の動作の一例を説
明する。図３は、校正操作が行われたときの生体情報計測装置１０の校正動作を示したフ
ローチャートである。図４は、出力範囲を説明するための図である。図５は、測定操作が
行われたときの生体情報計測装置１０の測定動作を示したフローチャートである。
【００４４】
図３において、光学部２における光源部２１の例えば発光素子２１ａ１を交換した後に
、正常範囲の発光を得るために発光素子２１ａ１に供給する電源部１からの第２の出力を
校正する操作を行う。そして、操作部８から校正操作が行われると、生体情報計測装置１
０は、校正の動作を開始する（ステップＳ１）。
【００４５】
制御部９は、電源部１、光学部２、及び処理部３に校正動作を指示する。電源部１の電
源回路１１は、制御部９から供給される発光素子２１ａ１の波長に対応する第１の出力の
情報に基づいて、例えば０Ｖ〜ＰＶの順電圧をＭ等分（Ｍ＞２）に分割した（Ｍ＋１）種
類の第１の出力Ｖ０，Ｖ１，・・・，Ｖ（Ｍ−１），ＶＭに設定する。そして、第１の出
力Ｖ（ｋ−１）（ｋ＝１）を、電源制御部１２を介して発光素子２１ａ１に供給する（ス
テップＳ２）。
【００４６】
発光素子２１ａ１は、電源部１から供給された第１の出力Ｖ（ｋ−１）に応じた校正光
を発する。合波部２２は、発光素子２１ａ１からの校正光を所定の反射率で反射し、反射
した校正光を第１検出部２４に出力する。第１検出部２４は、合波部２２から出力された
校正光を検出し、検出した信号を増幅する。そして、増幅信号をデジタル信号に変換して
第１の検出データＤ（ｋ−１）を生成し、生成した第１の検出データＤ（ｋ−１）を処理
部３に出力する（ステップＳ３）。
【００４７】
処理部３のデータ収集部３１は、第１検出部２４から出力された第１の検出データＤ（
ｋ−１）を収集してデータ処理部３２に出力する。データ処理部３２は、データ収集部３
１から出力された第１の検出データＤ（ｋ−１）をデータ記憶部３３に保存する。
【００４８】
そして、ｋが（Ｍ＋１）である場合（ステップＳ４のはい）、ステップＳ５に移行する
。また、ｋが（Ｍ＋１）よりも小さい場合（ステップＳ４のいいえ）、ステップＳ２に戻
る。
【００４９】
ステップＳ５の「はい」の後に、データ処理部３２は、データ記憶部３３に保存されて
いる第１の検出データＤ０乃至ＤＭを読み出す。そして、読み出した各第１の検出データ
Ｄ０乃至ＤＭ及びこの第１の検出データに対応する第１の出力Ｖ０乃至ＶＭに基づいて、
出力範囲を算出して制御部９に出力する（ステップＳ５）。
【００５０】
図４（ａ）は、出力範囲を説明するための図である。ｘ，ｙ軸に表された関数ｙ＝ｆ（
ｘ）は、第１の出力を独立変数とし、第１の検出データを従属変数とする関数であって、
各補間関数ｙ＝Ｓ１（ｘ）乃至ｙ＝ＳＭ（ｘ）により構成される。各補間関数ｙ＝Ｓ１（
ｘ）乃至ｙ＝ＳＭ（ｘ）は、各第１の出力Ｖ０乃至ＶＭをｘ座標とし、第１の検出データ
Ｄ０乃至ＤＭをｙ座標とする各座標Ｐ０（Ｖ０，Ｄ０）乃至ＰＭ（ＶＭ，ＤＭ）の隣り合
う２つの座標を用いて求められる。
【００５１】
そして、補間関数ｙ＝Ｓｉ（ｘ）（Ｍ≧ｉ≧１）は、座標Ｐ（ｉ―１）とこの座標の隣
に位置する座標Ｐｉを用いて、傾きを［{（Ｄｉ−Ｄ（ｉ−１）}／{Ｖｉ−Ｖ（ｉ−１）}
］（ａｉ）とする一次式で表わされる。
【００５２】
ここで、関数ｙ＝ｆ（ｘ）を所定範囲内のほぼ同じ傾きａｉを有する補間関数ｙ＝Ｓｉ
（ｘ）が集合する領域で区分すると、傾きが０近傍の小さい傾きを有する第１の領域、第
１の領域から第１の領域の傾きよりも大きい傾きを有する第２の領域に変化する第１の変
化領域、第２の領域、第２の領域から第２の領域の傾きよりも小さい傾きを有する第３の
領域に変化する第２の変化領域、及び第３の領域に区分される。
【００５３】
そして、第１の領域及び第１の変化領域では、第１の検出データが発光素子２１ａ１の
光出力が０である第１の検出データＤ０及びその近傍になっている。これにより、発光素
子２１ａ１はほとんど発光しておらず、発光素子２１ａ１にはほとんど電流が流れていな
いことがわかる。測定時に発光素子２１ａ１に供給する第２の出力の一部が第１の領域又
は第１の変化領域に含まれると、その波長に対応するデータの検出や収集が不十分となり
正しく測定できないことになる。
【００５４】
また、第２の領域では、第１の出力の増大に比例して第１の検出データが上昇している
。これにより、第１の出力の増大に比例して発光素子２１ａ１の光出力が上昇し、電流が
増大していることがわかる。
【００５５】
更に、第２の変化領域及び第３の領域では、第１の出力が増大しても第１の検出データ
が頭打ちになっている。これにより、発光素子２１ａ１は発光しているが、例えば第１検
出部２４のＡ／Ｄ変換回路が頭打ちになり、Ａ／Ｄ変換回路に入力した増幅信号に応じた
デジタル信号に変換できない状態になっていると推測できる。測定時に発光素子２１ａ１
に供給する第２の出力の一部が第２の変化領域及び第３の領域に含まれると、その波長に
対応するデータ検出や収集が不十分となり正しく測定できないことになる。
【００５６】
従って、第１の出力の増大に比例して第１の検出データが上昇し、データ伝送に有効な
最大の傾きを有する第２の領域に対応する第１の出力の出力範囲を、正常範囲の発光を得
るための出力範囲として算出する。
【００５７】
図３に戻り、データ処理部３２は、算出した出力範囲の情報を制御部９に出力する。制
御部９は、内部の記憶回路に発光素子２１ａ１の波長に対応する出力範囲の情報を保存す
る（図３のステップＳＳ６）。
【００５８】
そして、電源部１、光学部２、及び処理部３に校正動作の停止を指示することにより、
生体情報計測装置１０は校正動作を終了する（図３のステップＳ７）。
【００５９】
図５は、測定操作が行われたときの生体情報計測装置１０の測定動作を示したフローチ
ャートである。図４に示した校正操作の後に、生体情報計測装置１０の操作者が操作部８
から被検体Ｐの被検体情報を入力することにより、生体情報計測装置１０は、動作を開始
する（ステップＳ１１）。
【００６０】
そして、被検体Ｐの例えば指の腹面をインターフェース部６に接触させた後、被検体Ｐ
の生体情報を測定するための測定操作が操作部８から行われると、制御部９は、電源部１
、光学部２、処理部３、及び温度制御部５に測定動作を指示する。温度制御部５は、イン
ターフェース部６に熱を伝達して被検体Ｐの測定部位を所定の温度に保つ。
【００６１】
電源部１の電源回路１１は、制御部９から供給される各波長の出力範囲の情報に基づい
て、各波長に対応する第２の出力を電源制御部１２に出力する。電源制御部１２のサイン
波発生回路１２１は、制御部９から供給される各波長の出力範囲の情報に基づいて、電源
回路１１からの各波長に対応する第２の出力を所定の周波数に変調し、変調した第２の出
力の振幅をその波長の出力範囲に応じて調節する。更に、調節した第２の出力を加算回路
１２２で加算して出力範囲内に設定する（ステップＳ１２）。
【００６２】
そして、各波長に対応した出力範囲内の第２の出力を各発光素子２１ａに供給する。各
発光素子２１ａは、電源部１から供給される各第２の出力に応じた周波数の測定光を発す
る（ステップＳ１３）。
【００６３】
合波部２２は、各発光素子２１ａからの測定光を合波して同一光軸に重ね合わせた後、
所定の反射率で反射した反射測定光を第１検出部２４に出力すると共に、所定の透過率で
透過した透過測定光を照射・受光部２３に出力する。照射・受光部２３は、合波部２２か
ら出力された透過測定光を被検体Ｐの測定部位に照射し、その照射され被検体Ｐ内を拡散
、透過、若しくは反射した透過測定光を受光して第２検出部２５に出力する。
【００６４】
第２検出部２５は、照射・受光部２３の受光用光ファイバ２３３からの透過測定光を検
出し、その検出した信号を増幅する。そして、増幅した信号をデジタル信号に変換して第
２の検出データを生成し、その生成した第２の検出データを処理部３に出力する（ステッ
プＳ１４）。
【００６５】
第１検出部２４は、合波部２２から出力された反射測定光を検出し、その検出した信号
を増幅する。そして、増幅した信号をデジタル信号に変換して参照データを生成し、その
生成した参照データを処理部３に出力する（ステップＳ１５）。
【００６６】
ここで、第１検出部２４で生成された参照データには、図４（ａ）に示した出力範囲内
の第２の出力が供給された発光素子２１ａ１からの反射測定光の検出により生成された図
４（ｂ）の検出データが含まれている。この検出データは、図４（ａ）の正常範囲内に入
り、発光素子２１ａ１に供給された第２の出力の周波数に対応している。
【００６７】
処理部３のデータ収集部３１は、第１及び第２検出部２４，２５から出力された参照デ
ータ及び第２の検出データをフーリエ変換により各波長に対応した周波数の参照データ及
び第２の検出データを抽出し、その抽出した各参照データ及び第２の検出データを収集し
てデータ処理部３２に出力する（ステップＳ１６）。
【００６８】
データ処理部３２は、データ収集部３１から出力された参照データ及びこの参照データ
に対応する第２の検出データに基づいて、被検体Ｐの生体データを生成し、その生成した
生体データをデータ記憶部３３に保存すると共に表示部７に出力する（ステップＳ１７）
。
【００６９】
表示部７に、生体データが表示された時点で、制御部９は、電源部１、光学部２、処理
部３、及び温度制御部５に測定動作の停止を指示する。そして、生体情報計測装置１０は
、測定動作を終了する（ステップＳ１８）。
【００７０】
以上述べた本発明の実施例によれば、校正ボタンを押す校正操作により、複数の第１の
出力が供給された各発光素子２１ａからの校正光を検出して第１の検出データを生成し、
第１の出力を独立変数とし、生成した第１の検出データを従属変数とする関数のデータ伝
送に有効な最大の傾きを有する直線領域に対応する第１の出力の出力範囲を算出すること
ができる。
【００７１】
そして、算出した出力範囲内に設定した第２の出力が供給された各発光素子２１ａから
の透過測定光を被検体Ｐに照射し、その照射され被検体Ｐ内を拡散、透過、若しくは反射
した透過測定光を検出して生成した第２の検出データ、及び各発光素子２１ａからの反射
測定光を検出して生成した参照データに基づいて、被検体Ｐの生体情報である生体データ
を生成することができる。
【００７２】
これにより、簡単な操作で、正常範囲で各発光素子２１ａを発光させるための出力の校
正を行うことができ、この校正により精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例に係る生体情報計測装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例に係る照射・受光部の構成を示す図。
【図３】本発明の実施例に係る生体情報計測装置の校正動作を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施例に係る出力範囲を説明するための図。
【図５】本発明の実施例に係る生体情報計測装置の測定動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７４】
Ｐ 被検体
１ 電源部
２ 光学部
３ 処理部
５ 温度制御部
６ インターフェース部
７ 表示部
８ 操作部
９ 制御部
１０ 生体情報計測装置
１１ 電源回路
１２ 電源制御部
２１ 光源部
２１ａ，２１ａ１乃至２１ａＮ 発光素子
２２ 合波部
２３ 照射・受光部
２４ 第１検出部
２５ 第２検出部
３１ データ収集部
３２ データ処理部
３３ データ記憶部
５１ 加温・冷却部
５２ 温度センサ
５３ 温度制御回路
１２１ サイン波発生回路
１２２ 加算回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、健康管理、疾病の診断や治療、美容などのために、血液、生体組織細胞内外
の体液中の物質濃度や生体組織の光物性情報などを光学的に測定する生体情報計測装置及
びその校正方法に係り、特に可視光、近赤外光、中間赤外光などを用いて、生体内の血中
成分濃度、ガス濃度、生体組織の物性情報等に関する生体情報を非侵襲的に測定する生体
情報計測装置及びその校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体内に存在する物質の成分や濃度を測定するための代表的な装置としては、血液中
のグルコース濃度（血糖値）を測定する血糖計がある。現在、広く用いられている血糖計
は、被検体の指や腕などの部位に針を刺して採取した少量の血液などの被検試料を利用す
るもので、この被検試料のグルコースを化学反応させてその濃度を測定する。
【０００３】
そして、標準的なグルコース濃度の計測法の１つに、酵素センサを用いた方法がある。
グルコース検知に使用される酵素としては、例えばグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）が
ある。この酵素を高分子膜などに固定化しておき、被検体物質中のグルコースがそのＧＯ
Ｄ固定化膜に接触することによって酸素が消費され、この酸素の変化を捕らえることでグ
ルコース濃度を測定することができる。このような採血式の血糖計は、携帯可能な大きさ
であり、糖尿病患者の血糖値の管理に利用されている。
【０００４】
しかしながら、上記方法では採血のために指や腕などに針を刺す必要があり、被検体の
皮膚を損傷すると共に苦痛を伴う。糖尿病患者の血糖値を厳密に管理するためには、一日
に５、６回以上の測定が望ましいにもかかわらず、被検体への負荷を考慮して現状では一
日に２、３回程度の測定回数に留まっている。
一方、グルコース等の被検体内に存在する物質の成分や濃度を、採血や細胞間質液の抽
出によらず非侵襲的に測定する生体情報計測装置が知られている（例えば、特許文献１参
照。）。この生体情報計測装置は、被検体の皮膚表面などに半導体レーザからの異なる複
数の波長の近赤外光を照射し、被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して生
成された検出データを演算処理することにより、被検体内に存在する物質の濃度等を測定
するものである。
【特許文献１】特開平１１−１２８１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光源が半導体レーザなどの場合、光出力−電流特性が光源毎に異なるの
で、装置への装着毎に光源の光出力特性に合わせて光源に供給する出力の校正を行う必要
があるため、その校正作業に手間が掛かる問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、光源に供給する出力の校正を
簡便に行うことができる生体情報計測装置及びその校正方法を提供することを目的とする
。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、請求項１に係る本発明の生体情報計測装置は、被検体に光
源からの光を照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して前記被
検体に関する生体情報を非侵襲的に計測する生体情報計測装置において、前記光源を発光
させるための出力を設定する出力設定手段と、前記出力設定手段により設定された複数の
第１の出力が供給される前記光源からの校正光を検出して第１の検出データを生成する第
１検出手段と、前記出力設定手段により設定された第１の出力及び前記第１検出手段によ
り生成された第１の検出データからデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出力の
出力範囲を算出するデータ処理手段と、前記データ処理手段により算出された前記出力範
囲内に設定された第２の出力が供給される前記光源からの測定光を前記被検体に照射し、
前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して第２の検出データを生成する
第２検出手段とを備え、前記データ処理手段は、前記第１検出手段により前記光源からの
測定光を検出して生成された参照データ、及び前記第２検出手段により生成された第２の
検出データに基づいて、前記被検体の生体情報である生体データを生成するようにしたこ
とを特徴とする。
【０００８】
また、請求項５に係る本発明の生体情報計測装置の校正方法は、被検体に光源からの光
を照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して前記被検体に関す
る生体情報を非侵襲的に計測する生体情報計測装置の校正方法において、前記光源を発光
させるための出力を出力設定手段により設定し、前記出力設定手段により設定された複数
の第１の出力が供給される前記光源からの校正光を検出して第１の検出データを第１検出
手段により生成し、前記出力設定手段により設定された第１の出力及び前記第１検出手段
により生成された第１の検出データからデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出
力の出力範囲をデータ処理手段により算出し、前記データ処理手段により算出された前記
出力範囲内に設定された第２の出力が供給される前記光源からの測定光を被検体に照射し
、前記被検体内を拡散、透過、もしくは反射した光を検出して第２の検出データを第２検
出手段により生成し、前記第１検出手段により前記光源からの測定光を検出して生成され
た参照データ、及び前記第２検出手段により生成された第２の検出データに基づいて、前
記被検体の生体情報である生体データを前記データ処理手段により生成することを特徴と
する。
【０００９】
更に、請求項６に係る本発明の生体情報計測装置は、被検体に光を照射し、前記被検体
内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して前記被検体に関する生体情報を非侵襲的
に計測する生体情報計測装置において、前記光源を発光させるための出力を設定する出力
設定手段と、前記出力設定手段により設定された複数の第１の出力が供給される前記光源
からの校正光を検出して第１の検出データを生成する第１検出手段と、前記出力設定手段
により設定された第１の出力及び前記第１検出手段により生成された第１の検出データか
らデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出力の出力範囲を算出するデータ処理手
段と、前記データ処理手段により算出された前記出力範囲の情報に基づいて、前記出力設
定手段からの出力を所定の周波数に変調し、変調した出力の振幅が前記出力範囲内に設定
された第２の出力が供給される前記光源からの測定光を前記被検体に照射して検出した光
から第２の検出データを生成する第２検出手段とを備え、前記データ処理手段は、前記第
１検出手段により前記光源からの測定光を検出して生成された参照データ、及び前記第２
検出手段により生成された第２の検出データに基づいて、前記被検体の生体情報である生
体データを生成するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、校正のために光源に供給する第１の出力を独立変数とし、第１の出力
を供給した光源からの光を検出して生成した第１の検出データを従属変数とする関数の最
大の傾きを有する直線領域に対応する第１の出力の出力範囲を算出することにより、測定
のために光源に供給する第２の出力の出力範囲を簡便に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１２】
以下に、本発明に係る生体情報計測装置の実施例を、図１乃至図５を参照して説明する
。
【００１３】
図１は、本発明の実施例に係る生体情報計測装置の構成を示したブロック図である。こ
の生体情報計測装置１０は、電力を供給する電源部１と、電源部１からの電力の供給によ
り被検体Ｐに光を照射し、被検体Ｐから受光した光を検出して検出データを生成する光学
部２と、光学部２から出力した検出データを処理して被検体Ｐの体内に存在する物質の濃
度、生体組織の物性情報等の生体情報である生体データを生成する処理部３とを備えてい
る。
【００１４】
また、生体情報計測装置１０は、被検体Ｐの測定部位の温度を制御する温度制御部５と
、光学部２の一部を機械的に保持すると共に温度制御部５からの熱を被検体Ｐの測定部位
に伝達するインターフェース部６と、処理部３において生成された生体データを表示する
表示部７と、被検体Ｐの被検体情報を入力する操作、光学部２が正常範囲の光を発するた
めの校正操作、生体データを生成するための測定操作、各種コマンド信号の入力操作等の
操作を行う操作部８と、上述の各ユニットを制御する制御部９とを備えている。
【００１５】
電源部１は、被検体Ｐに照射するＮ種類の波長からなる光を発光させるための出力を供
給する電源回路１１と、電源回路１１の出力を制御する電源制御部１２とを備えている。
【００１６】
電源回路１１は、操作部８から校正操作が行われると、制御部９から供給される各波長
に対応する第１の出力の情報に基づいて、電源回路１１からの出力である所定範囲の順電
圧を例えば均等に分割した複数の第１の出力に設定し、設定した各波長に対応する第１の
出力を電源制御部１２に出力する。また、操作部８から測定操作が行われると、制御部９
から供給される各波長の出力範囲の情報に基づいて、各波長に対応する順電圧を電源制御
部１２に出力する。
【００１７】
電源制御部１２は、サイン波発生回路１２１及び加算回路１２２を備えている。そして
、操作部８から校正操作が行われると、制御部９から供給される各波長に対応する第１の
出力を光学部２に供給する。
【００１８】
また、操作部８から測定操作が行われると、制御部９から供給される各波長の出力範囲
の情報に基づいて、電源回路１１からの各波長に対応する順電圧である第２の出力をサイ
ン波発生回路１２１で所定の周波数に変調し、変調した第２の出力の振幅をその波長の出
力範囲に応じて調節する。更に、調節した第２の出力を加算回路１２２で加算して出力範
囲内に設定して光学部２に供給する。
【００１９】
光学部２は、Ｎ種類の波長からなる光を発する光源部２１と、光源部２１から発したＮ
種類の波長の光を合波する合波部２２と、合波部２２で合波された光を被検体Ｐとの間で
照射及び受光する照射・受光部２３と、合波部２２からの光を検出して第１の検出データ
等を生成する第１検出部２４と、照射・受光部２３で受光した光を検出して第２の検出デ
ータを生成する第２検出部２５とを備えている。
【００２０】
光源部２１は、単色光あるいはそれに近い光を発生させる半導体レーザや発光ダイオー
ド等のＮ種類（Ｎ≧１）の波長に対応したＮ個の発光素子２１ａ（２１ａ１乃至２１ａＮ
）で構成される。
【００２１】
そして、各発光素子２１ａは、操作部８からの各波長に対応した校正操作により電源部
１から供給される各第１の出力に応じて電流が流れたときに光（校正光）を発する。また
、操作部８からの測定操作により電源部１から供給される各波長に対応した第２の出力に
応じた周波数の光（測定光）を発する。
【００２２】
なお、グルコース濃度は、４００ｎｍ〜２５００ｎｍの領域における複数の波長を用い
て測定が行われ、ヘモグロビン濃度は、ヘモグロビンの濃度に依存して変化する５００ｎ
ｍ〜１６００ｎｍの領域における複数の波長を用いて測定が行われる。
【００２３】
合波部２２は、ミラーを有し、光源部２１の各発光素子２１ａからの校正光を所定の反
射率で反射し、反射した校正光を第１検出部２４に出力する。また、各発光素子２１ａか
らの測定光を合波して同一光軸に重ね合わせた後、所定の反射率で反射した測定光（反射
測定光）を第１検出部２４に出力すると共に、所定の透過率で透過した測定光（透過測定
光）を照射・受光部２３に出力する。
【００２４】
照射・受光部２３は、合波部２２から出力された透過測定光を被検体Ｐの測定部位に照
射し、その照射され被検体Ｐ内を拡散、透過、若しくは反射した透過測定光を受光して第
２検出部２５に出力する。
【００２５】
図２は、照射・受光部２３の構成を示した図である。照射・受光部２３は、インターフ
ェース部６に保持され、合波部２２からの透過測定光を被検体Ｐに照射する照射用光ファ
イバ２３１と、被検体Ｐからの透過測定光を受光する受光用光ファイバ２３３と、照射用
光ファイバ２３１及び受光用ファイバ２３３を保持する保持部２３４とを備えている。そ
して、照射・受光部２３の端面である照射・受光面２３６を被検体Ｐに接触させて透過測
定光の照射及び受光を行う。
【００２６】
照射用光ファイバ２３１は、一端部が保持部２３４により保持され、他端部が合波部２
２に接続されている。そして、合波部２２からの透過測定光を伝達して被検体Ｐの皮膚表
面に照射する。
【００２７】
受光用光ファイバ２３３も、一端部が保持部２３４により保持され、他端部が第２検出
部２５に接続されている。そして、照射用光ファイバ２３１から被検体Ｐの皮膚表面に照
射され、被検体Ｐ内の図２の斜線部で示した例えば表皮から真皮にかけて侵入し、拡散、
透過、若しくは反射した透過測定光を受光して第２検出部２５へ出力する。
【００２８】
保持部２３４は、アルミニウムなどの熱伝導性の高い材料からなり、照射用光ファイバ
２３１及び受光用光ファイバ２３３を保持する。また、保持部２３４は、インターフェー
ス部６を介して、加温時には温度制御部５から伝達された熱を被検体Ｐの測定部位に伝達
し、冷却時には被検体Ｐの測定部位の熱を吸収して温度制御部５へ伝達する。
【００２９】
図１の第１検出部２４は、合波部２２から出力された校正光を例えばフォトダイオード
等の光検出素子で検出し、検出した信号を信号増幅回路で増幅する。更に、増幅した信号
をＡ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換して第１の検出データを生成し、生成した第１の
検出データを処理部３に出力する。
【００３０】
また、合波部２２から出力された反射測定光を前記光検出素子で検出し、検出した信号
を前記信号増幅回路で増幅する。更に、増幅した信号を前記Ａ／Ｄ変換回路でデジタル信
号に変換して参照データを生成し、生成した参照データを処理部３に出力する。
【００３１】
第２検出部２５は、第１検出部２４と同様の光検出素子、信号増幅回路、及びＡ／Ｄ変
換回路を有し、照射・受光部２３の受光用光ファイバ２３３からの透過測定光を光検出素
子で検出し、検出した信号を増幅する。更に、増幅した信号をデジタル信号に変換して第
２の検出データを生成し、生成した第２の検出データを処理部３に出力する。
【００３２】
処理部３は、光学部２の第１検出部２４から出力された第１の検出データや、第１検出
部２４から出力された参照データ及び光学部２の第２検出部２５から出力された第２の検
出データを収集するデータ収集部３１と、データ収集部３１で収集された第１の検出デー
タや、参照データ及び第２の検出データを処理して出力範囲の算出や生体データの生成を
行うデータ処理部３２と、データ処理部３２で生成された生体データを保存するデータ記
憶部３３とを備えている。
【００３３】
データ収集部３１は、操作部８からの校正操作により第１検出部２４から出力された第
１の検出データを収集してデータ処理部３２に出力する。
【００３４】
また、操作部８からの測定操作により第１及び第２検出部２４，２５から出力された参
照データ及び第２の検出データを、例えばフーリエ変換により光学部２の光源部２１にお
ける各発光素子２１ａの波長に対応した周波数の参照データ及び第２の検出データを抽出
し、抽出した各参照データ及び第２の検出データを収集してデータ処理部３２に出力する
。
【００３５】
データ処理部３２は、制御部９から供給される各第１の出力の情報、及びこの第１の出
力に対応するデータ収集部３１から出力される第１の検出データに基づいて、出力範囲を
算出する。そして、算出した出力範囲の情報を制御部９に出力する。
【００３６】
また、データ収集部３１から出力される参照データ及びこの参照データに対応する第２
の検出データに基づいて、生体データを生成する。そして、生成した生体データをデータ
記憶部３３に保存すると共に表示部７に出力する。
【００３７】
なお、データ処理部３２には、予め多数の被験者群から生体情報計測装置１０の参照デ
ータを基準としたときの第２の検出データと、標準的な手法の測定から得られたデータと
が統計的に解析され、その統計的解析により数理モデル化された両者間の相関式の演算プ
ログラムが格納されている。そして、被検体Ｐの生体データは、この演算プログラムを用
いて生成される。
【００３８】
温度制御部５は、被検体Ｐの測定部位に対して加温或いは冷却を行うペルチェ素子など
の加温・冷却部５１と、測定部位近傍の温度を測定する熱伝対やサーミスタなどの温度セ
ンサ５２と、温度センサ５２からの検出信号に基づいて加温・冷却部５１を制御する温度
制御回路５３とを備えている。
【００３９】
インターフェース部６は、保持部２３４と同様に熱伝導性の高いアルミニウム材などか
らなり、光学部２の照射・受光部２３を保持すると共に、温度制御部５からの熱を伝達し
て被検体Ｐの測定部位を所定の温度に保つために設けられている。そして、インターフェ
ース部６に被検体Ｐの測定部位を接触させた状態で、照射・受光部２３による透過測定光
の照射及び受光が行われる。
【００４０】
表示部７は、ＣＲＴや液晶パネルなどのモニタを備え、処理部３のデータ処理部３２で
生成された生体データや、処理部３のデータ記憶部３３から読み出された生体データを表
示する。
【００４１】
操作部８は、操作パネル上にキーボード、マウス、タッチキーパネル、校正ボタン、測
定ボタン等の入力デバイスを備えている。そして、被検体Ｐの被検体情報の入力操作、校
正ボタンを押す校正操作、測定ボタンを押す測定操作などが行われる。
【００４２】
制御部９は、操作部８からの入力信号に基づいて、電源部１、光学部２、処理部３、温
度制御部５などの各ユニットの制御、システム全体の制御を統括して行う。また、予め保
存されている第１の出力の情報や、処理部３のデータ処理部３２から出力される出力範囲
の情報を電源部１の電源制御部１２に供給する。
【００４３】
以下、図１乃至図５を参照して、実施例に係る生体情報計測装置１０の動作の一例を説
明する。図３は、校正操作が行われたときの生体情報計測装置１０の校正動作を示したフ
ローチャートである。図４は、出力範囲を説明するための図である。図５は、測定操作が
行われたときの生体情報計測装置１０の測定動作を示したフローチャートである。
【００４４】
図３において、光学部２における光源部２１の例えば発光素子２１ａ１を交換した後に
、正常範囲の発光を得るために発光素子２１ａ１に供給する電源部１からの第２の出力を
校正する操作を行う。そして、操作部８から校正操作が行われると、生体情報計測装置１
０は、校正の動作を開始する（ステップＳ１）。
【００４５】
制御部９は、電源部１、光学部２、及び処理部３に校正動作を指示する。電源部１の電
源回路１１は、制御部９から供給される発光素子２１ａ１の波長に対応する第１の出力の
情報に基づいて、例えば０Ｖ〜ＰＶの順電圧をＭ等分（Ｍ＞２）に分割した（Ｍ＋１）種
類の第１の出力Ｖ０，Ｖ１，・・・，Ｖ（Ｍ−１），ＶＭに設定する。そして、第１の出
力Ｖ（ｋ−１）（ｋ＝１）を、電源制御部１２を介して発光素子２１ａ１に供給する（ス
テップＳ２）。
【００４６】
発光素子２１ａ１は、電源部１から供給された第１の出力Ｖ（ｋ−１）に応じた校正光
を発する。合波部２２は、発光素子２１ａ１からの校正光を所定の反射率で反射し、反射
した校正光を第１検出部２４に出力する。第１検出部２４は、合波部２２から出力された
校正光を検出し、検出した信号を増幅する。そして、増幅信号をデジタル信号に変換して
第１の検出データＤ（ｋ−１）を生成し、生成した第１の検出データＤ（ｋ−１）を処理
部３に出力する（ステップＳ３）。
【００４７】
処理部３のデータ収集部３１は、第１検出部２４から出力された第１の検出データＤ（
ｋ−１）を収集してデータ処理部３２に出力する。データ処理部３２は、データ収集部３
１から出力された第１の検出データＤ（ｋ−１）をデータ記憶部３３に保存する。
【００４８】
そして、ｋが（Ｍ＋１）である場合（ステップＳ４のはい）、ステップＳ５に移行する
。また、ｋが（Ｍ＋１）よりも小さい場合（ステップＳ４のいいえ）、ステップＳ２に戻
る。
【００４９】
ステップＳ５の「はい」の後に、データ処理部３２は、データ記憶部３３に保存されて
いる第１の検出データＤ０乃至ＤＭを読み出す。そして、読み出した各第１の検出データ
Ｄ０乃至ＤＭ及びこの第１の検出データに対応する第１の出力Ｖ０乃至ＶＭに基づいて、
出力範囲を算出して制御部９に出力する（ステップＳ５）。
【００５０】
図４（ａ）は、出力範囲を説明するための図である。ｘ，ｙ軸に表された関数ｙ＝ｆ（
ｘ）は、第１の出力を独立変数とし、第１の検出データを従属変数とする関数であって、
各補間関数ｙ＝Ｓ１（ｘ）乃至ｙ＝ＳＭ（ｘ）により構成される。各補間関数ｙ＝Ｓ１（
ｘ）乃至ｙ＝ＳＭ（ｘ）は、各第１の出力Ｖ０乃至ＶＭをｘ座標とし、第１の検出データ
Ｄ０乃至ＤＭをｙ座標とする各座標Ｐ０（Ｖ０，Ｄ０）乃至ＰＭ（ＶＭ，ＤＭ）の隣り合
う２つの座標を用いて求められる。
【００５１】
そして、補間関数ｙ＝Ｓｉ（ｘ）（Ｍ≧ｉ≧１）は、座標Ｐ（ｉ―１）とこの座標の隣
に位置する座標Ｐｉを用いて、傾きを［{（Ｄｉ−Ｄ（ｉ−１）}／{Ｖｉ−Ｖ（ｉ−１）}
］（ａｉ）とする一次式で表わされる。
【００５２】
ここで、関数ｙ＝ｆ（ｘ）を所定範囲内のほぼ同じ傾きａｉを有する補間関数ｙ＝Ｓｉ
（ｘ）が集合する領域で区分すると、傾きが０近傍の小さい傾きを有する第１の領域、第
１の領域から第１の領域の傾きよりも大きい傾きを有する第２の領域に変化する第１の変
化領域、第２の領域、第２の領域から第２の領域の傾きよりも小さい傾きを有する第３の
領域に変化する第２の変化領域、及び第３の領域に区分される。
【００５３】
そして、第１の領域及び第１の変化領域では、第１の検出データが発光素子２１ａ１の
光出力が０である第１の検出データＤ０及びその近傍になっている。これにより、発光素
子２１ａ１はほとんど発光しておらず、発光素子２１ａ１にはほとんど電流が流れていな
いことがわかる。測定時に発光素子２１ａ１に供給する第２の出力の一部が第１の領域又
は第１の変化領域に含まれると、その波長に対応するデータの検出や収集が不十分となり
正しく測定できないことになる。
【００５４】
また、第２の領域では、第１の出力の増大に比例して第１の検出データが上昇している
。これにより、第１の出力の増大に比例して発光素子２１ａ１の光出力が上昇し、電流が
増大していることがわかる。
【００５５】
更に、第２の変化領域及び第３の領域では、第１の出力が増大しても第１の検出データ
が頭打ちになっている。これにより、発光素子２１ａ１は発光しているが、例えば第１検
出部２４のＡ／Ｄ変換回路が頭打ちになり、Ａ／Ｄ変換回路に入力した増幅信号に応じた
デジタル信号に変換できない状態になっていると推測できる。測定時に発光素子２１ａ１
に供給する第２の出力の一部が第２の変化領域及び第３の領域に含まれると、その波長に
対応するデータ検出や収集が不十分となり正しく測定できないことになる。
【００５６】
従って、第１の出力の増大に比例して第１の検出データが上昇し、データ伝送に有効な
最大の傾きを有する第２の領域に対応する第１の出力の出力範囲を、正常範囲の発光を得
るための出力範囲として算出する。
【００５７】
図３に戻り、データ処理部３２は、算出した出力範囲の情報を制御部９に出力する。制
御部９は、内部の記憶回路に発光素子２１ａ１の波長に対応する出力範囲の情報を保存す
る（図３のステップＳＳ６）。
【００５８】
そして、電源部１、光学部２、及び処理部３に校正動作の停止を指示することにより、
生体情報計測装置１０は校正動作を終了する（図３のステップＳ７）。
【００５９】
図５は、測定操作が行われたときの生体情報計測装置１０の測定動作を示したフローチ
ャートである。図４に示した校正操作の後に、生体情報計測装置１０の操作者が操作部８
から被検体Ｐの被検体情報を入力することにより、生体情報計測装置１０は、動作を開始
する（ステップＳ１１）。
【００６０】
そして、被検体Ｐの例えば指の腹面をインターフェース部６に接触させた後、被検体Ｐ
の生体情報を測定するための測定操作が操作部８から行われると、制御部９は、電源部１
、光学部２、処理部３、及び温度制御部５に測定動作を指示する。温度制御部５は、イン
ターフェース部６に熱を伝達して被検体Ｐの測定部位を所定の温度に保つ。
【００６１】
電源部１の電源回路１１は、制御部９から供給される各波長の出力範囲の情報に基づい
て、各波長に対応する第２の出力を電源制御部１２に出力する。電源制御部１２のサイン
波発生回路１２１は、制御部９から供給される各波長の出力範囲の情報に基づいて、電源
回路１１からの各波長に対応する第２の出力を所定の周波数に変調し、変調した第２の出
力の振幅をその波長の出力範囲に応じて調節する。更に、調節した第２の出力を加算回路
１２２で加算して出力範囲内に設定する（ステップＳ１２）。
【００６２】
そして、各波長に対応した出力範囲内の第２の出力を各発光素子２１ａに供給する。各
発光素子２１ａは、電源部１から供給される各第２の出力に応じた周波数の測定光を発す
る（ステップＳ１３）。
【００６３】
合波部２２は、各発光素子２１ａからの測定光を合波して同一光軸に重ね合わせた後、
所定の反射率で反射した反射測定光を第１検出部２４に出力すると共に、所定の透過率で
透過した透過測定光を照射・受光部２３に出力する。照射・受光部２３は、合波部２２か
ら出力された透過測定光を被検体Ｐの測定部位に照射し、その照射され被検体Ｐ内を拡散
、透過、若しくは反射した透過測定光を受光して第２検出部２５に出力する。
【００６４】
第２検出部２５は、照射・受光部２３の受光用光ファイバ２３３からの透過測定光を検
出し、その検出した信号を増幅する。そして、増幅した信号をデジタル信号に変換して第
２の検出データを生成し、その生成した第２の検出データを処理部３に出力する（ステッ
プＳ１４）。
【００６５】
第１検出部２４は、合波部２２から出力された反射測定光を検出し、その検出した信号
を増幅する。そして、増幅した信号をデジタル信号に変換して参照データを生成し、その
生成した参照データを処理部３に出力する（ステップＳ１５）。
【００６６】
ここで、第１検出部２４で生成された参照データには、図４（ａ）に示した出力範囲内
の第２の出力が供給された発光素子２１ａ１からの反射測定光の検出により生成された図
４（ｂ）の検出データが含まれている。この検出データは、図４（ａ）の正常範囲内に入
り、発光素子２１ａ１に供給された第２の出力の周波数に対応している。
【００６７】
処理部３のデータ収集部３１は、第１及び第２検出部２４，２５から出力された参照デ
ータ及び第２の検出データをフーリエ変換により各波長に対応した周波数の参照データ及
び第２の検出データを抽出し、その抽出した各参照データ及び第２の検出データを収集し
てデータ処理部３２に出力する（ステップＳ１６）。
【００６８】
データ処理部３２は、データ収集部３１から出力された参照データ及びこの参照データ
に対応する第２の検出データに基づいて、被検体Ｐの生体データを生成し、その生成した
生体データをデータ記憶部３３に保存すると共に表示部７に出力する（ステップＳ１７）
。
【００６９】
表示部７に、生体データが表示された時点で、制御部９は、電源部１、光学部２、処理
部３、及び温度制御部５に測定動作の停止を指示する。そして、生体情報計測装置１０は
、測定動作を終了する（ステップＳ１８）。
【００７０】
以上述べた本発明の実施例によれば、校正ボタンを押す校正操作により、複数の第１の
出力が供給された各発光素子２１ａからの校正光を検出して第１の検出データを生成し、
第１の出力を独立変数とし、生成した第１の検出データを従属変数とする関数のデータ伝
送に有効な最大の傾きを有する直線領域に対応する第１の出力の出力範囲を算出すること
ができる。
【００７１】
そして、算出した出力範囲内に設定した第２の出力が供給された各発光素子２１ａから
の透過測定光を被検体Ｐに照射し、その照射され被検体Ｐ内を拡散、透過、若しくは反射
した透過測定光を検出して生成した第２の検出データ、及び各発光素子２１ａからの反射
測定光を検出して生成した参照データに基づいて、被検体Ｐの生体情報である生体データ
を生成することができる。
【００７２】
これにより、簡単な操作で、正常範囲で各発光素子２１ａを発光させるための出力の校
正を行うことができ、この校正により精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例に係る生体情報計測装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例に係る照射・受光部の構成を示す図。
【図３】本発明の実施例に係る生体情報計測装置の校正動作を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施例に係る出力範囲を説明するための図。
【図５】本発明の実施例に係る生体情報計測装置の測定動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７４】
Ｐ 被検体
１ 電源部
２ 光学部
３ 処理部
５ 温度制御部
６ インターフェース部
７ 表示部
８ 操作部
９ 制御部
１０ 生体情報計測装置
１１ 電源回路
１２ 電源制御部
２１ 光源部
２１ａ，２１ａ１乃至２１ａＮ 発光素子
２２ 合波部
２３ 照射・受光部
２４ 第１検出部
２５ 第２検出部
３１ データ収集部
３２ データ処理部
３３ データ記憶部
５１ 加温・冷却部
５２ 温度センサ
５３ 温度制御回路
１２１ サイン波発生回路
１２２ 加算回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に光源からの光を照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検
出して前記被検体に関する生体情報を非侵襲的に計測する生体情報計測装置において、
前記光源を発光させるための出力を設定する出力設定手段と、
前記出力設定手段により設定された複数の第１の出力が供給される前記光源からの校正光
を検出して第１の検出データを生成する第１検出手段と、
前記出力設定手段により設定された第１の出力及び前記第１検出手段により生成された第
１の検出データからデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出力の出力範囲を算出
するデータ処理手段と、
前記データ処理手段により算出された前記出力範囲内に設定された第２の出力が供給され
る前記光源からの測定光を前記被検体に照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反
射した光を検出して第２の検出データを生成する第２検出手段とを備え、
前記データ処理手段は、前記第１検出手段により前記光源からの測定光を検出して生成さ
れた参照データ、及び前記第２検出手段により生成された第２の検出データに基づいて、
前記被検体の生体情報である生体データを生成するようにしたことを特徴とする生体情報
計測装置。
【請求項２】
前記光源は、レーザダイオード又は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に
記載の生体情報計測装置。
【請求項３】
前記生体情報は、前記被検体の体液中に含まれるグルコース濃度であって、前記グルコ
ースの定量にあたって、少なくとも４００〜２５００ｎｍの領域から選択された波長の光
を用いることを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項４】
前記生体情報は、前記被検体の血液中に含まれるヘモグロビン濃度であって、前記ヘモ
グロビンの定量にあたって、少なくとも５００〜１６００ｎｍの領域から選択された波長
の光を用いることを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項５】
被検体に光源からの光を照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検
出して前記被検体に関する生体情報を非侵襲的に計測する生体情報計測装置の校正方法に
おいて、
前記光源を発光させるための出力を出力設定手段により設定し、
前記出力設定手段により設定された複数の第１の出力が供給される前記光源からの校正光
を検出して第１の検出データを第１検出手段により生成し、
前記出力設定手段により設定された第１の出力及び前記第１検出手段により生成された第
１の検出データからデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出力の出力範囲をデー
タ処理手段により算出し、
前記データ処理手段により算出された前記出力範囲内に設定された第２の出力が供給され
る前記光源からの測定光を被検体に照射し、前記被検体内を拡散、透過、もしくは反射し
た光を検出して第２の検出データを第２検出手段により生成し、
前記第１検出手段により前記光源からの測定光を検出して生成された参照データ、及び前
記第２検出手段により生成された第２の検出データに基づいて、前記被検体の生体情報で
ある生体データを前記データ処理手段により生成することを特徴とする生体情報計測装置
の校正方法。
【請求項６】
被検体に光を照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して前記
被検体に関する生体情報を非侵襲的に計測する生体情報計測装置において、
前記光源を発光させるための出力を設定する出力設定手段と、
前記出力設定手段により設定された複数の第１の出力が供給される前記光源からの校正光
を検出して第１の検出データを生成する第１検出手段と、
前記出力設定手段により設定された第１の出力及び前記第１検出手段により生成された第
１の検出データからデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出力の出力範囲を算出
するデータ処理手段と、
前記データ処理手段により算出された前記出力範囲の情報に基づいて、前記出力設定手段
からの出力を所定の周波数に変調し、変調した出力の振幅が前記出力範囲内に設定された
第２の出力が供給される前記光源からの測定光を前記被検体に照射して検出した光から第
２の検出データを生成する第２検出手段とを備え、
前記データ処理手段は、前記第１検出手段により前記光源からの測定光を検出して生成さ
れた参照データ、及び前記第２検出手段により生成された第２の検出データに基づいて、
前記被検体の生体情報である生体データを生成するようにしたことを特徴とする生体情報
計測装置。
【請求項１】
被検体に光源からの光を照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検
出して前記被検体に関する生体情報を非侵襲的に計測する生体情報計測装置において、
前記光源を発光させるための出力を設定する出力設定手段と、
前記出力設定手段により設定された複数の第１の出力が供給される前記光源からの校正光
を検出して第１の検出データを生成する第１検出手段と、
前記出力設定手段により設定された第１の出力及び前記第１検出手段により生成された第
１の検出データからデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出力の出力範囲を算出
するデータ処理手段と、
前記データ処理手段により算出された前記出力範囲内に設定された第２の出力が供給され
る前記光源からの測定光を前記被検体に照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反
射した光を検出して第２の検出データを生成する第２検出手段とを備え、
前記データ処理手段は、前記第１検出手段により前記光源からの測定光を検出して生成さ
れた参照データ、及び前記第２検出手段により生成された第２の検出データに基づいて、
前記被検体の生体情報である生体データを生成するようにしたことを特徴とする生体情報
計測装置。
【請求項２】
前記光源は、レーザダイオード又は発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に
記載の生体情報計測装置。
【請求項３】
前記生体情報は、前記被検体の体液中に含まれるグルコース濃度であって、前記グルコ
ースの定量にあたって、少なくとも４００〜２５００ｎｍの領域から選択された波長の光
を用いることを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項４】
前記生体情報は、前記被検体の血液中に含まれるヘモグロビン濃度であって、前記ヘモ
グロビンの定量にあたって、少なくとも５００〜１６００ｎｍの領域から選択された波長
の光を用いることを特徴とする請求項１に記載の生体情報計測装置。
【請求項５】
被検体に光源からの光を照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検
出して前記被検体に関する生体情報を非侵襲的に計測する生体情報計測装置の校正方法に
おいて、
前記光源を発光させるための出力を出力設定手段により設定し、
前記出力設定手段により設定された複数の第１の出力が供給される前記光源からの校正光
を検出して第１の検出データを第１検出手段により生成し、
前記出力設定手段により設定された第１の出力及び前記第１検出手段により生成された第
１の検出データからデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出力の出力範囲をデー
タ処理手段により算出し、
前記データ処理手段により算出された前記出力範囲内に設定された第２の出力が供給され
る前記光源からの測定光を被検体に照射し、前記被検体内を拡散、透過、もしくは反射し
た光を検出して第２の検出データを第２検出手段により生成し、
前記第１検出手段により前記光源からの測定光を検出して生成された参照データ、及び前
記第２検出手段により生成された第２の検出データに基づいて、前記被検体の生体情報で
ある生体データを前記データ処理手段により生成することを特徴とする生体情報計測装置
の校正方法。
【請求項６】
被検体に光を照射し、前記被検体内を拡散、透過、若しくは反射した光を検出して前記
被検体に関する生体情報を非侵襲的に計測する生体情報計測装置において、
前記光源を発光させるための出力を設定する出力設定手段と、
前記出力設定手段により設定された複数の第１の出力が供給される前記光源からの校正光
を検出して第１の検出データを生成する第１検出手段と、
前記出力設定手段により設定された第１の出力及び前記第１検出手段により生成された第
１の検出データからデータ伝送に有効な直線領域に対応する第１の出力の出力範囲を算出
するデータ処理手段と、
前記データ処理手段により算出された前記出力範囲の情報に基づいて、前記出力設定手段
からの出力を所定の周波数に変調し、変調した出力の振幅が前記出力範囲内に設定された
第２の出力が供給される前記光源からの測定光を前記被検体に照射して検出した光から第
２の検出データを生成する第２検出手段とを備え、
前記データ処理手段は、前記第１検出手段により前記光源からの測定光を検出して生成さ
れた参照データ、及び前記第２検出手段により生成された第２の検出データに基づいて、
前記被検体の生体情報である生体データを生成するようにしたことを特徴とする生体情報
計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−６７９１４（Ｐ２００８−６７９１４Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４９５５５（Ｐ２００６−２４９５５５）
【出願日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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