生体成分測定装置及び生体成分測定方法
【課題】小型で簡単に高精度の測定ができ、患者に苦痛を与えるおそれが少ない生体成分測定装置及び生体成分測定方法を提供する。
【解決手段】生体成分測定装置は、生体表面に接触する検査ヘッド１１と、検査ヘッド１１から出力される信号に基づいて生体成分を測定する制御部２１とを具備する。検査ヘッド１１は、生体表面を挟んで隆起させる第１の挟み部１３ａ及び第２の挟み部１３ｂと、制御部２１により制御されて第１の挟み部１３ａ及び第２の挟み部１３ｂ間の距離を変化させる距離調整部１４と、第１の挟み部１３ａ及び第２の挟み部１３ｂ間に挟まれて隆起した部分の生体表面に光を投射する光投射部１６ａ，１６ｂ，１７と、隆起した部分の生体表面を透過した光の光量に応じた信号を出力する受光部１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂとを有する。
【解決手段】生体成分測定装置は、生体表面に接触する検査ヘッド１１と、検査ヘッド１１から出力される信号に基づいて生体成分を測定する制御部２１とを具備する。検査ヘッド１１は、生体表面を挟んで隆起させる第１の挟み部１３ａ及び第２の挟み部１３ｂと、制御部２１により制御されて第１の挟み部１３ａ及び第２の挟み部１３ｂ間の距離を変化させる距離調整部１４と、第１の挟み部１３ａ及び第２の挟み部１３ｂ間に挟まれて隆起した部分の生体表面に光を投射する光投射部１６ａ，１６ｂ，１７と、隆起した部分の生体表面を透過した光の光量に応じた信号を出力する受光部１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体成分測定装置及び生体成分測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
血圧、血中酸素飽和度及び血糖値などの情報は患者の状態を知る上で重要であり、投薬のタイミングを判断する材料にもなる。一般的に、血中酸素飽和度や血糖値などの生体情報は生体から採取した血液により取得しており、病院に入院している患者では血液採取用の針（採血針）が常時人体に挿入されて定期的に血液の採取が行われている。また、通院治療を行っている糖尿病患者の場合も、１日に３〜４回程度血液を採取して検査する必要がある。
【０００３】
しかし、針を使った血液採取には精神的及び肉体的な苦痛を伴う。このため、非侵襲で生体成分を測定する方法が提案されている。例えば、近赤外領域の波長の光を指等に照射し、透過光の強度から血糖値を測定する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４７７０６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００６／０４０８４１号
【特許文献３】特開２００４−２９０２２６号公報
【特許文献４】特開平１１−１７８７９９号公報
【特許文献５】特開平８−１８９８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
小型で簡単に高精度の測定ができ、患者に苦痛を与えるおそれが少ない生体成分測定装置及び生体成分測定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】
【０００６】
開示の技術の一観点によれば、生体表面に接触する検査ヘッドと、前記検査ヘッドから出力される信号に基づいて生体成分を測定する制御部とを具備し、前記検査ヘッドは、前記生体表面を挟んで隆起させる第１の挟み部及び第２の挟み部と、前記制御部により制御されて前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を変化させる距離調整部と、前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に挟まれて隆起した部分の生体表面に光を投射する光投射部と、前記隆起した部分の生体表面を透過した光の光量に応じた信号を出力する受光部とを有する生体成分測定装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
上記一観点に係る生体成分測定装置は、動脈の脈動によるノイズ成分を低減でき、生体成分を精度よく測定することができる。また、装置の小型化が容易であり、通院患者が日常生活下で使用することが可能である。更に、採血針を人体に挿入する必要がなく、且つ血液の流れを止めることなく生体成分を測定することができるので、患者に苦痛を与えるおそれが少ない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る生体成分測定装置の構成を例示した図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る生体成分測定装置を使用した生体成分測定を説明する説明図である。
【図３】図３は、検査ヘッドの上に指を置いた状態を示す上面図である。
【図４】図４は、皮膚の構造を示す模式断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る生体成分測定方法を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る生体成分測定装置の検査ヘッドを説明する図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る生体成分測定装置の検査ヘッドの端面により被検者の指が押圧されて皮膚が隆起した状態を表した図である。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る生体成分測定装置の構成を例示した図である。
【図９】図９は、第３の実施形態に係る生体成分測定装置の検査ヘッドにより被検者の指を挟んだ状態を表した図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態に係る生体成分測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１０】
従来から、波長が異なる２以上の近赤外光を人体（例えば指）に照射し、人体を透過した光を２箇所で検出して透過光量の比から血液中のグリコース濃度を算出する方法が知られている。しかし、この方法では、皮膚表面のしみやメラミン若しくは皮下脂肪や骨による光の吸収や散乱、及び筋肉の動きや動脈の脈動等が外乱要因となり、ＳＮ（信号／ノイズ）比が低い。
【００１１】
そこで、生体表面をポンプで吸引して膨らんだ部分に近赤外光を透過させ、透過光量から生体成分（グリコース）を測定することが提案されている。近赤外光によるグリコースの検出感度は近赤外光が通過する部分の血液量に関係するが、この方法では吸引して膨らんだ部分に血液が溜まるため血液量が多くなり、ノイズ成分が相対的に減少する。
【００１２】
しかし、上述した吸引ポンプを使用する方法では、ポンプの振動ノイズが加わるため、ＳＮ比の低減が十分ではない。また、吸引ポンプのために装置が大掛かりになり、病院内等での測定には使用可能であるものの、通院患者が日常生活下で使用することは難しい。
【００１３】
更に、上述した方法は、生体表面を吸引してうっ血状態としているため、血管に不安がある患者に使用することは好ましくない。例えば糖尿病患者は血管障害（血管がぼろぼろになる合併症、具体的には糖尿病性網膜症、糖尿病性腎症、糖尿病性壊疽等）を併発している可能性があり、血管に負荷をかけることはできるだけ避けなければならない。
【００１４】
そこで、小型で高精度の測定ができ、血管に与える負荷が少ない生体成分測定装置が望まれる。以下、実施形態について説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る生体成分測定装置の構成を例示した図である。
【００１６】
この図１のように、本実施形態に係る生体成分測定装置は、生体の一部（例えば指又は腕など）を接触させる検査ヘッド１１と、検査ヘッド１１と接続された制御部２１とを有している。検査ヘッド１１の中央部には略長方形の溝１２が形成されており、この溝１２を挟む位置に棒状の押圧部材１３ａ，１３ｂがその長手方向を検査ヘッド１１の表面に平行にして配置されている。押圧部材１３ａ，１３ｂは、それらの長手方向の両端部に配置された圧電素子１４により支持されている。なお、押圧部材１３ａ，１３ｂは第１の挟み部及び第２の挟み部の一例であり、圧電素子１４は距離調整部の一例である。
【００１７】
これらの圧電素子１４に制御部２１から電圧を印加すると、圧電素子１４が伸縮して押圧部材１３ａ，１３ｂが検査ヘッド１１の表面に平行な方向に移動し、押圧部材１３ａ，１３ｂ間の間隔が変化する。この押圧部材１３ａ，１３ｂ間に、生体の一部を配置して血液中の生体成分を測定する。本実施形態では、押圧部材１３ａ，１３ｂ間に指を配置するものとする。
【００１８】
押圧部材１３ａが配置された側には溝１２に連絡する溝１５ａが形成されており、この溝１５ａ内に光源１６ａ，１６ｂ及び投射レンズ１７が配置されている。また、押圧部材１３ｂが配置された側にも溝１２に連絡する溝１５ｂが形成されており、この溝１５ｂ内には受光レンズ１８ａ，１８ｂ及び受光素子１９ａ，１９ｂが配置されている。
【００１９】
光源１６ａ，１６ｂは、制御部２１から供給される電力により点灯して相互に異なる波長の光を発生する。光源１６ａ，１６ｂで発生した光は混合器により混合されて投射レンズ１７に伝達され、投射レンズ１７により溝１２の反対側に配置された受光レンズ１８ａ，１８ｂ向けて投射される。
【００２０】
なお、図１では光源の数を２個としているが、光源の数は３個又はそれ以上でもよい。また、相互に異なる２以上の波長の光を発生する光源の場合は、光源の数は１個でもよい。光源には、半導体レーザ又は発光ダイオード等を使用することができる。本実施形態では、光源１６ａは主に波長が９４０ｎｍの光を発生し、光源１６ｂは主に波長が１１３０ｎｍの光を発生するものとする。
【００２１】
受光レンズ１８ａ，１８ｂは溝１２の辺に沿って相互に離隔した位置に配置され、投射レンズ１７により投射された光を受光する。受光レンズ１８ａ，１８ｂで受光した光は受光素子１９ａ，１９ｂに伝達され、受光素子１９ａ，１９ｂからは受光量に応じた電気信号が出力される。
【００２２】
制御部２１は、受光素子１９ａ，１９ｂから出力される信号を処理して、生体の血液中に含まれる成分、例えばグリコース等を測定する。
【００２３】
図２は上述の生体成分測定装置を使用した生体成分測定を説明する説明図、図３は検査ヘッド１１の上に指を置いた状態を示す上面図である。また、図４は皮膚の構造を示す模式断面図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態に係る生体成分測定装置を使用した生体成分測定を説明する。
【００２４】
まず、図２（ａ），図３のように、検査ヘッド１１の溝１２の上に被検者の指を軽くおく。このとき、圧電素子１４には電圧が印加されてなく、押圧部材１３ａ，１３ｂは十分に離れている。この状態では、投射レンズ１７により投射された光は皮膚を透過することなく受光レンズ１８ａ，１８ｂに到達する。このときの光量（受光素子１９ａ，１９ｂの出力）は、初期光量として制御部２１内に記憶される。なお、被検者が検査ヘッド１１に指をおく前に初期光量を取得するようにしてもよい。
【００２５】
次に、制御部２１から圧電素子１４に低電圧が印加されると、図２（ｂ）のように、圧電素子１４が伸長して押圧部材１３ａ，１３ｂが相互に近づく方向に移動する。これにより、押圧部材１３ａ，１３ｂ間に指が挟まれて、皮膚が若干隆起する。この場合、投射レンズ１７により投射された光は表皮を通過する。
【００２６】
図４のように、表皮にはしみ（図４中に網掛けした部分）やメラミンが存在することがあり、投射レンズ１７により投射された光はこれらのしみやメラミンにより吸収又は散乱される。また、表皮には血管がないため、表皮のみを透過した光からは血液中の生体成分（グリコース等）を検出することはできない。
【００２７】
次に、制御部２１から圧電素子１４に中電圧が印加されると、図２（ｃ）のように、押圧部材１３ａ，１３ｂ間の間隔が縮まって皮膚が更に隆起する。これにより、投射レンズ１７により投射された光は真皮を通過するようになる。真皮には静脈があるため、静脈を流れる血液中の生体成分により光が吸収又は散乱される。従って、真皮を通過した光から血液中の生体成分を検出することが可能になる。
【００２８】
次いで、圧電素子１４に高電圧が印加されると、図２（ｄ）のように、押圧部材１３ａ，１３ｂ間の間隔が狭くなって皮膚が更に隆起する。これにより、投射レンズ１７により投射された光は表皮及び真皮だけでなく、皮下組織を通るようになる。この場合、皮下組織には動脈があるため、受光素子１９ａ，１９ｂの出力は動脈の脈動に応じて変化する。
【００２９】
血液中の生体成分を測定する際に、動脈の脈動はノイズ成分となる。動脈の脈動による受光量の変化（受光素子１９ａ，１９ｂの出力の脈動）が小さいときは測定精度への影響は少ないが、受光量の変化がある程度以上になると生体成分の測定精度が著しく低下する。このため、本実施形態では、動脈の脈動による受光量の変化を検出し、受光量の変化（脈動成分）がある程度以上大きい場合は圧電素子１４に印加する電圧を減少して、光が皮下組織を通過しないようにする。
【００３０】
図５は、本実施形態に係る生体成分測定方法を説明するフローチャートである。このフローチャートは、制御部２１の動作を表している。なお、ここでは、圧電素子１４に印加する電圧として最も低い電圧（第１の電圧）から最も高い電圧（第１０の電圧）まで１０段階の電圧が設定され、制御部２１は圧電素子１４にこれらの電圧を段階的に印加するものとする。
【００３１】
まず、ステップＳ１１において、制御部２１は初期光量を取得する。すなわち、制御部２１は、光源１６ａ，１６ｂに電力を供給して点灯させる。そして、制御部２１は、このとき受光素子１９ａ，１９ｂから出力される信号を初期光量として記憶する。前述したように、初期光量の取得は、被検者が検査ヘッド１１の上に指を軽くおいたとき、又は被検者が検査ヘッド１１の上に指をおく前に行う。
【００３２】
次に、ステップＳ１２において、制御部２１は圧電素子１４に第１の電圧を印加して押圧部材１３ａ，１３ｂ間の距離を１段階縮小する。これにより、被検者の指の表面が若干隆起する。
【００３３】
次に、ステップＳ１３において、制御部２１は圧電素子１４に印加した電圧が上限値（第１０の電圧）か否かを判定する。ここで、上限値であると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１７に移行し、上限値ではないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ１４に移行する。
【００３４】
ステップＳ１４において、制御部２１は、受光素子１９ａ，１９ｂの出力（受光量）を取得する。この場合、制御部２１は受光素子１９ａ，１９ｂの出力を一定時間監視する。そして、ステップＳ１５において、制御部２１は受光素子１９ａ，１９ｂの出力に大きな脈動があるか否かを判定する。受光素子１９ａ，１９ｂの出力に大きな脈動があると判定した場合（ＹＥＳの場合）、すなわち光が皮下組織を通過していると考えられる場合は、ステップＳ１５からステップＳ１７に移行する。一方、脈動がない又は脈動が十分に小さいと判定した場合（ＮＯの場合）、すなわち光が皮下組織を透過していないと考えられる場合は、ステップＳ１５からステップＳ１６に移行する。
【００３５】
ステップＳ１６において、制御部２１は受光素子１９ａ，１９ｂの出力（受光量）が十分か否かを判定する。十分であると判定した場合はステップＳ１２に移行し圧電素子１４に印加する電圧を１段階高くして押圧部材１３ａ，１３ｂ間の距離を１段階縮小した後、上述の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１６において、光量が十分でないと判定した場合はステップＳ１７に移行する。
【００３６】
ステップＳ１７において、制御部２１は圧電素子１４に印加する電圧を１段階低くして、押圧部材１３ａ，１３ｂ間の距離を１段階広くする。そして、ステップＳ１８において、受光素子１９ａ，１９ｂから受光量を取得し、ステップＳ１９において生体成分を算出する。生体成分の算出にはステップＳ１１で取得した初期光量とステップＳ１８で取得した光量とを使用する。これらの光量から生体成分を算出する方法は公知（例えば特許文献２参照）であるので、ここではその説明を省略する。
【００３７】
上述したように、本実施形態では、光が皮下組織を通過するまで押圧部材１３ａ，１３ｂ間の距離を狭くする。そして、受光素子１９ａ，１９ｂの出力の脈動により光が皮下組織を通過したことを検出すると、押圧部材１３ａ，１３ｂ間の間隔を若干広くして光が皮下組織を通過しないようにする。その後、受光素子１９ａ，１９ｂの受光量を取得し、このときの受光量と初期光量とから生体成分を算出する。これにより、動脈の脈動によるノイズ成分を減少でき、真皮内の静脈を流れる血液中の生体成分を精度よく測定することができる。
【００３８】
また、本実施形態に係る生体成分測定装置は、ノイズの原因となる吸引ポンプが不要であるため、測定精度が高い。更に、吸引ポンプが不要であるため、装置の小型化が容易であり、通院患者が日常生活下で使用することが可能である。
【００３９】
更にまた、本実施形態では、生体表面を押圧部材１３ａ，１３ｂで挟んで隆起させているものの、血液の流れを止めてはいないので、血管障害を有する患者であっても安全に使用することができる。
【００４０】
なお、上述の実施形態では、ステップＳ１３でＹＥＳと判定した場合及びステップＳ１６でＮＯと判定した場合も、ステップＳ１７に移行して押圧部材１３ａ，１３ｂ間の距離を１段階広くし、ステップＳ１８，Ｓ１９で生体成分を測定している。しかし、ステップＳ１３でＹＥＳと判定した場合及びステップＳ１６でＮＯと判定した場合は、測定精度が十分でない可能性があるので、エラーを表示するようにしてもよい。エラーが表示された場合は、測定部位を変更して再度測定を行えばよい。
【００４１】
また、上述の実施形態では押圧部材１３ａ，１３ｂを圧電素子１４により駆動しているが、その他の方法で押圧部材１３ａ，１３ｂを駆動するようにしてもよい。例えば、モータとギアとを組み合わせて押圧部材１３ａ，１３ｂを駆動するようにしてもよい。
【００４２】
（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態に係る生体成分測定装置の検査ヘッドを説明する図である。なお、本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、検査ヘッドの形状が異なることにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、本実施形態において第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００４３】
本実施形態に係る生体成分測定装置では、検査ヘッド３１が“Ｃ”字状の形状を有し、この検査ヘッド３１を被検者の指にはめて使用する。検査ヘッド３１の相互に対向する２つの端面３１ａ，３１ｂのうちの一方の面側には光源及び投射レンズを備えた光投射部３３ａが配置され、他方の面には受光レンズ及び受光素子を備えた受光部３３ｂが配置されている。
【００４４】
検査ヘッド３１の内周側には圧電素子３２が配置されている。この圧電素子３２に制御部（図１参照）から電圧を印加すると、検査ヘッド３１の径が縮まって、図７のように検査ヘッド３１の端面３１ａ，３１ｂにより被検者の指が押圧され、皮膚が隆起する。制御部は、この皮膚が隆起した部分に光投射部３３ａから出射された光を照射し、受光部３３ｂの出力から生体成分を算出する。制御部の動作は基本的に第１の実施形態と同様（図５参照）であるので、ここでは説明を省略する。
【００４５】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００４６】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る生体成分測定装置の構成を例示した図である。
【００４７】
この図８のように、本実施形態に係る生体成分測定装置は、検査ヘッド４１と、検査ヘッド４１に接続された制御部５１とを有している。
【００４８】
検査ヘッド４１は、第１のアーム４２ａと、第２のアーム４２ｂと、角度調整部（接続部の一例）４３とを有している。角度調整部４３は、アーム４２ａ，４２ｂの端部に配置されてアーム４２ａ，４２ｂを回転可能に支持するとともに、制御部５１からの信号によりアーム４２ａ，４２ｂ間の角度を調整する。
【００４９】
この検査ヘッド４１は、図９に例示するように、アーム４２ａ，４２ｂの先端（角度調整部４３と反対側の端部）間に測定部位を挟んで使用する。図９では検査ヘッド４１により被検者の指の皮膚を挟んでいるが、指以外の部分を測定部位としてもよい。
【００５０】
第１のアーム４２ａの先端には光投射部４４ａとアクチュエータ４５ａとが配置されている。光投射部４４ａは、制御部５１から供給される電力により相互に異なる波長の光を発生する複数の光源（図示せず）と、これらの光源から出射された光を投射する投射レンズ（図示せず）とを有する。
【００５１】
また、第２のアーム４２ｂの先端には、受光部４４ｂとアクチュエータ４５ｂとが配置されている。受光部４４ｂには、相互に離隔して配置された複数の受光レンズ（図示せず）と、それらの受光レンズで受光した光が個別に伝達される複数の受光素子（図示せず）とを有している。これらの受光素子の出力は制御部５１に伝達される。
【００５２】
第１のアーム４２ａのアクチュエータ４５ａ及び第２のアーム４２ｂのアクチュエータ４５ｂは、制御部５１からの信号に応じて光投射部４４ａの光軸と受光部４４ｂの光軸とが一致するように、それぞれ光投射部４４ａ及び受光部４４ｂの角度を変化させる。アクチュエータ４５ａ，４５ｂとして、例えば圧電素子を使用することができる。
【００５３】
また、角度調整部４３には、制御部５１からの信号に応じて第１のアーム４２ａと第２のアーム４２ｂとのなす角度を変化させるアクチュエータが配置されている。このアクチュエータとして、例えばギアードモータを使用することができる。
【００５４】
図１０は、本実施形態に係る生体成分測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【００５５】
まず、ステップＳ２１において、制御部５１は初期光量を取得する。すなわち、制御部５１は、光投射部４２ａに電力を供給して光を発生させ、受光部４２ｂから出力される信号を初期光量として記憶する。このとき、制御部５１は角度調整部４３を制御してアーム４２ａ，４２ｂ間の角度を所定の角度にするとともに、アクチュエータ４５ａ，４５ｂを制御して光投射部４４ａ及び受光部４５ｂの光軸を一致させる。初期光量の取得は、検査ヘッド４１を被検者の皮膚に軽く接触させたとき又は検査ヘッド４１を被検者に接触させる前に行う。
【００５６】
次に、ステップＳ２２において、制御部４１は角度調整部４３を駆動してアーム４２ａ，４２ｂ間の角度を所定量だけ小さくするとともに、アクチュエータ４５ａ，４５ｂを駆動して光投射部４４ａ及び受光部４４ｂの光軸を一致させる。アーム４２ａ，４２ｂ間の角度を小さくすることにより、アーム４２ａ，４２ｂの先端部に挟まれた生体表面が隆起する。
【００５７】
次に、ステップＳ２３において、制御部４１はアーム４２ａ，４２ｂ間の角度が予め設定された最小値か否かを判定する。ここで、最小値であると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ２７に移行し、最小値でないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ２４に移行する。
【００５８】
ステップＳ２４において、制御部５１は、受光部４５ｂの出力（受光量）を取得する。この場合、制御部５１は受光部４５ｂの出力を一定時間監視する。そして、ステップＳ２５において、制御部５１は受光部４５ｂの出力に大きな脈動があるか否かを判定する。受光部４５ｂの出力に大きな脈動があると判定した場合（ＹＥＳの場合）は、光が皮下組織を通過していると考えられる。この場合は、ステップＳ２５からステップＳ２７に移行する。一方、脈動がない又は脈動が十分に小さいと判定した場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ２５からステップＳ２６に移行する。
【００５９】
ステップＳ２６において、制御部５１は受光部の出力（受光量）が十分か否かを判定する。十分であると判定した場合はステップＳ２２に移行し、制御部５１は角度調整部４３を駆動してアーム４２ａ，４２ｂ間の角度を更に所定量だけ縮小した後、上記の処理を繰り返す。一方、ステップＳ２６において、光量が十分でないと判定した場合はステップＳ２７に移行する。
【００６０】
ステップＳ２７において、制御部５１は角度調整部４３を駆動してアーム４２ａ，４２ｂ間の角度を所定量だけ広げるとともに、アクチュエータ４６ａ，４６ｂを駆動して光投射部４４ａ及び受光部４４ｂの光軸を一致させる。そして、ステップＳ２８において、受光部４４ｂから受光量を取得し、ステップＳ２９において生体成分を算出する。
【００６１】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、アーム４２ａ，４２ｂ間の角度を変更する度にアクチュエータ４５ａ，４５ｂを駆動して光投射部４４ａ及び受光部４４ｂの光軸を一致させている。これにより、測定部位に拘わらず血液中の生体成分を常に良好な精度で測定することができる。
【００６２】
なお、第１及び第２の実施形態に係る非侵襲生体成分測定装置においても、光投射部及び受光部の光軸を一致させるように光投射部及び受光部の少なくとも一方を移動させるアクチュエータを設けてもよい。
【００６３】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００６４】
（付記１）生体表面に接触する検査ヘッドと、
前記検査ヘッドから出力される信号に基づいて生体成分を測定する制御部とを具備し、
前記検査ヘッドは、
前記生体表面を挟んで隆起させる第１の挟み部及び第２の挟み部と、
前記制御部により制御されて前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を変化させる距離調整部と、
前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に挟まれて隆起した部分の生体表面に光を投射する光投射部と、
前記隆起した部分の生体表面を透過した光の光量に応じた信号を出力する受光部とを有することを特徴とする生体成分測定装置。
【００６５】
（付記２）前記制御部は、前記距離調整部を制御して前記受光部から出力される信号に含まれる脈動成分の大きさが設定値に到達するまで前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を小さくし、前記脈動成分の大きさが前記設定値に到達すると所定量だけ前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を広げ前記受光部の出力を取得し、このときの受光部の出力を用いて生体成分を算出することを特徴とする付記１に記載の生体成分測定装置。
【００６６】
（付記３）前記制御部は、前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に前記生体表面を挟む前の前記受光部の出力を記憶し、前記生体成分を算出する際にこの記憶した受光部の出力も用いることを特徴とする付記２に記載の生体成分測定装置。
【００６７】
（付記４）前記検査ヘッドには溝が設けられており、
前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部は前記溝を挟んで配置されていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の生体成分測定装置。
【００６８】
（付記５）前記検査ヘッドは“Ｃ”字状に形成されており、前記距離調整部は前記検査ヘッドの周面に配置された圧電素子であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の生体成分測定装置。
【００６９】
（付記６）前記検査ヘッドは、第１のアーム及び第２のアームと、前記第１のアーム及び第２のアームの端部に配置されて前記第１のアーム及び第２のアームを回転可能に接続する接続部とを有し、
前記光投射部は前記第１のアームの前記接続部と反対側の端部に配置され、前記受光部は前記第２のアームの前記接続部と反対側の端部に配置されていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の生体成分測定装置。
【００７０】
（付記７）前記検査ヘッドには更に、前記光投射部の光軸と前記受光部の光軸とが一致するように前記光投射部及び前記受光部の少なくとも一方を移動させるアクチュエータを有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の生体成分測定装置。
【００７１】
（付記８）生体表面の一部を第１の挟み部及び第２の挟み部間に挟んで隆起させ、
前記生体表面の隆起した部分に光を投射しつつ、前記生体表面の隆起した部分を透過した光を受光部で受光し、
前記受光部の出力に含まれる脈動成分が設定値に到達するまで前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を小さくし、
前記脈動成分が前記設定値に到達すると前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を所定量だけ広くして前記受光部の出力を取得し、
前記受光部の出力から生体成分を算出することを特徴とする生体成分測定方法。
【００７２】
（付記９）前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に前記生体表面を挟む前の前記受光部の出力を記憶し、この記憶した受光部の出力と前記隆起した生体表面を透過した光を受光したときの前記受光部の出力とを用いて前記生体成分の算出を行うことを特徴とする付記８に記載の生体成分測定装置。
【符号の説明】
【００７３】
１１，３１，４１…検査ヘッド、１２…溝、１３ａ，１３ｂ…押圧部材、１４，３２…圧電素子、１５ａ，１５ｂ…溝、１６ａ，１６ｂ…光源、１７…投射レンズ、１８ａ，１８ｂ…受光レンズ、１９ａ，１９ｂ…受光素子、２１，５１…制御部、３１ａ，３１ｂ…端面、３３ａ，４４ａ…光投射部、３３ｂ，４４ｂ…受光部、４２ａ，４２ｂ…アーム、４３…角度調整部、４５ａ，４５ｂ…アクチュエータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体成分測定装置及び生体成分測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
血圧、血中酸素飽和度及び血糖値などの情報は患者の状態を知る上で重要であり、投薬のタイミングを判断する材料にもなる。一般的に、血中酸素飽和度や血糖値などの生体情報は生体から採取した血液により取得しており、病院に入院している患者では血液採取用の針（採血針）が常時人体に挿入されて定期的に血液の採取が行われている。また、通院治療を行っている糖尿病患者の場合も、１日に３〜４回程度血液を採取して検査する必要がある。
【０００３】
しかし、針を使った血液採取には精神的及び肉体的な苦痛を伴う。このため、非侵襲で生体成分を測定する方法が提案されている。例えば、近赤外領域の波長の光を指等に照射し、透過光の強度から血糖値を測定する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４７７０６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００６／０４０８４１号
【特許文献３】特開２００４−２９０２２６号公報
【特許文献４】特開平１１−１７８７９９号公報
【特許文献５】特開平８−１８９８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
小型で簡単に高精度の測定ができ、患者に苦痛を与えるおそれが少ない生体成分測定装置及び生体成分測定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】
【０００６】
開示の技術の一観点によれば、生体表面に接触する検査ヘッドと、前記検査ヘッドから出力される信号に基づいて生体成分を測定する制御部とを具備し、前記検査ヘッドは、前記生体表面を挟んで隆起させる第１の挟み部及び第２の挟み部と、前記制御部により制御されて前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を変化させる距離調整部と、前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に挟まれて隆起した部分の生体表面に光を投射する光投射部と、前記隆起した部分の生体表面を透過した光の光量に応じた信号を出力する受光部とを有する生体成分測定装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
上記一観点に係る生体成分測定装置は、動脈の脈動によるノイズ成分を低減でき、生体成分を精度よく測定することができる。また、装置の小型化が容易であり、通院患者が日常生活下で使用することが可能である。更に、採血針を人体に挿入する必要がなく、且つ血液の流れを止めることなく生体成分を測定することができるので、患者に苦痛を与えるおそれが少ない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る生体成分測定装置の構成を例示した図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る生体成分測定装置を使用した生体成分測定を説明する説明図である。
【図３】図３は、検査ヘッドの上に指を置いた状態を示す上面図である。
【図４】図４は、皮膚の構造を示す模式断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る生体成分測定方法を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る生体成分測定装置の検査ヘッドを説明する図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る生体成分測定装置の検査ヘッドの端面により被検者の指が押圧されて皮膚が隆起した状態を表した図である。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る生体成分測定装置の構成を例示した図である。
【図９】図９は、第３の実施形態に係る生体成分測定装置の検査ヘッドにより被検者の指を挟んだ状態を表した図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態に係る生体成分測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１０】
従来から、波長が異なる２以上の近赤外光を人体（例えば指）に照射し、人体を透過した光を２箇所で検出して透過光量の比から血液中のグリコース濃度を算出する方法が知られている。しかし、この方法では、皮膚表面のしみやメラミン若しくは皮下脂肪や骨による光の吸収や散乱、及び筋肉の動きや動脈の脈動等が外乱要因となり、ＳＮ（信号／ノイズ）比が低い。
【００１１】
そこで、生体表面をポンプで吸引して膨らんだ部分に近赤外光を透過させ、透過光量から生体成分（グリコース）を測定することが提案されている。近赤外光によるグリコースの検出感度は近赤外光が通過する部分の血液量に関係するが、この方法では吸引して膨らんだ部分に血液が溜まるため血液量が多くなり、ノイズ成分が相対的に減少する。
【００１２】
しかし、上述した吸引ポンプを使用する方法では、ポンプの振動ノイズが加わるため、ＳＮ比の低減が十分ではない。また、吸引ポンプのために装置が大掛かりになり、病院内等での測定には使用可能であるものの、通院患者が日常生活下で使用することは難しい。
【００１３】
更に、上述した方法は、生体表面を吸引してうっ血状態としているため、血管に不安がある患者に使用することは好ましくない。例えば糖尿病患者は血管障害（血管がぼろぼろになる合併症、具体的には糖尿病性網膜症、糖尿病性腎症、糖尿病性壊疽等）を併発している可能性があり、血管に負荷をかけることはできるだけ避けなければならない。
【００１４】
そこで、小型で高精度の測定ができ、血管に与える負荷が少ない生体成分測定装置が望まれる。以下、実施形態について説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る生体成分測定装置の構成を例示した図である。
【００１６】
この図１のように、本実施形態に係る生体成分測定装置は、生体の一部（例えば指又は腕など）を接触させる検査ヘッド１１と、検査ヘッド１１と接続された制御部２１とを有している。検査ヘッド１１の中央部には略長方形の溝１２が形成されており、この溝１２を挟む位置に棒状の押圧部材１３ａ，１３ｂがその長手方向を検査ヘッド１１の表面に平行にして配置されている。押圧部材１３ａ，１３ｂは、それらの長手方向の両端部に配置された圧電素子１４により支持されている。なお、押圧部材１３ａ，１３ｂは第１の挟み部及び第２の挟み部の一例であり、圧電素子１４は距離調整部の一例である。
【００１７】
これらの圧電素子１４に制御部２１から電圧を印加すると、圧電素子１４が伸縮して押圧部材１３ａ，１３ｂが検査ヘッド１１の表面に平行な方向に移動し、押圧部材１３ａ，１３ｂ間の間隔が変化する。この押圧部材１３ａ，１３ｂ間に、生体の一部を配置して血液中の生体成分を測定する。本実施形態では、押圧部材１３ａ，１３ｂ間に指を配置するものとする。
【００１８】
押圧部材１３ａが配置された側には溝１２に連絡する溝１５ａが形成されており、この溝１５ａ内に光源１６ａ，１６ｂ及び投射レンズ１７が配置されている。また、押圧部材１３ｂが配置された側にも溝１２に連絡する溝１５ｂが形成されており、この溝１５ｂ内には受光レンズ１８ａ，１８ｂ及び受光素子１９ａ，１９ｂが配置されている。
【００１９】
光源１６ａ，１６ｂは、制御部２１から供給される電力により点灯して相互に異なる波長の光を発生する。光源１６ａ，１６ｂで発生した光は混合器により混合されて投射レンズ１７に伝達され、投射レンズ１７により溝１２の反対側に配置された受光レンズ１８ａ，１８ｂ向けて投射される。
【００２０】
なお、図１では光源の数を２個としているが、光源の数は３個又はそれ以上でもよい。また、相互に異なる２以上の波長の光を発生する光源の場合は、光源の数は１個でもよい。光源には、半導体レーザ又は発光ダイオード等を使用することができる。本実施形態では、光源１６ａは主に波長が９４０ｎｍの光を発生し、光源１６ｂは主に波長が１１３０ｎｍの光を発生するものとする。
【００２１】
受光レンズ１８ａ，１８ｂは溝１２の辺に沿って相互に離隔した位置に配置され、投射レンズ１７により投射された光を受光する。受光レンズ１８ａ，１８ｂで受光した光は受光素子１９ａ，１９ｂに伝達され、受光素子１９ａ，１９ｂからは受光量に応じた電気信号が出力される。
【００２２】
制御部２１は、受光素子１９ａ，１９ｂから出力される信号を処理して、生体の血液中に含まれる成分、例えばグリコース等を測定する。
【００２３】
図２は上述の生体成分測定装置を使用した生体成分測定を説明する説明図、図３は検査ヘッド１１の上に指を置いた状態を示す上面図である。また、図４は皮膚の構造を示す模式断面図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態に係る生体成分測定装置を使用した生体成分測定を説明する。
【００２４】
まず、図２（ａ），図３のように、検査ヘッド１１の溝１２の上に被検者の指を軽くおく。このとき、圧電素子１４には電圧が印加されてなく、押圧部材１３ａ，１３ｂは十分に離れている。この状態では、投射レンズ１７により投射された光は皮膚を透過することなく受光レンズ１８ａ，１８ｂに到達する。このときの光量（受光素子１９ａ，１９ｂの出力）は、初期光量として制御部２１内に記憶される。なお、被検者が検査ヘッド１１に指をおく前に初期光量を取得するようにしてもよい。
【００２５】
次に、制御部２１から圧電素子１４に低電圧が印加されると、図２（ｂ）のように、圧電素子１４が伸長して押圧部材１３ａ，１３ｂが相互に近づく方向に移動する。これにより、押圧部材１３ａ，１３ｂ間に指が挟まれて、皮膚が若干隆起する。この場合、投射レンズ１７により投射された光は表皮を通過する。
【００２６】
図４のように、表皮にはしみ（図４中に網掛けした部分）やメラミンが存在することがあり、投射レンズ１７により投射された光はこれらのしみやメラミンにより吸収又は散乱される。また、表皮には血管がないため、表皮のみを透過した光からは血液中の生体成分（グリコース等）を検出することはできない。
【００２７】
次に、制御部２１から圧電素子１４に中電圧が印加されると、図２（ｃ）のように、押圧部材１３ａ，１３ｂ間の間隔が縮まって皮膚が更に隆起する。これにより、投射レンズ１７により投射された光は真皮を通過するようになる。真皮には静脈があるため、静脈を流れる血液中の生体成分により光が吸収又は散乱される。従って、真皮を通過した光から血液中の生体成分を検出することが可能になる。
【００２８】
次いで、圧電素子１４に高電圧が印加されると、図２（ｄ）のように、押圧部材１３ａ，１３ｂ間の間隔が狭くなって皮膚が更に隆起する。これにより、投射レンズ１７により投射された光は表皮及び真皮だけでなく、皮下組織を通るようになる。この場合、皮下組織には動脈があるため、受光素子１９ａ，１９ｂの出力は動脈の脈動に応じて変化する。
【００２９】
血液中の生体成分を測定する際に、動脈の脈動はノイズ成分となる。動脈の脈動による受光量の変化（受光素子１９ａ，１９ｂの出力の脈動）が小さいときは測定精度への影響は少ないが、受光量の変化がある程度以上になると生体成分の測定精度が著しく低下する。このため、本実施形態では、動脈の脈動による受光量の変化を検出し、受光量の変化（脈動成分）がある程度以上大きい場合は圧電素子１４に印加する電圧を減少して、光が皮下組織を通過しないようにする。
【００３０】
図５は、本実施形態に係る生体成分測定方法を説明するフローチャートである。このフローチャートは、制御部２１の動作を表している。なお、ここでは、圧電素子１４に印加する電圧として最も低い電圧（第１の電圧）から最も高い電圧（第１０の電圧）まで１０段階の電圧が設定され、制御部２１は圧電素子１４にこれらの電圧を段階的に印加するものとする。
【００３１】
まず、ステップＳ１１において、制御部２１は初期光量を取得する。すなわち、制御部２１は、光源１６ａ，１６ｂに電力を供給して点灯させる。そして、制御部２１は、このとき受光素子１９ａ，１９ｂから出力される信号を初期光量として記憶する。前述したように、初期光量の取得は、被検者が検査ヘッド１１の上に指を軽くおいたとき、又は被検者が検査ヘッド１１の上に指をおく前に行う。
【００３２】
次に、ステップＳ１２において、制御部２１は圧電素子１４に第１の電圧を印加して押圧部材１３ａ，１３ｂ間の距離を１段階縮小する。これにより、被検者の指の表面が若干隆起する。
【００３３】
次に、ステップＳ１３において、制御部２１は圧電素子１４に印加した電圧が上限値（第１０の電圧）か否かを判定する。ここで、上限値であると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ１７に移行し、上限値ではないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ１４に移行する。
【００３４】
ステップＳ１４において、制御部２１は、受光素子１９ａ，１９ｂの出力（受光量）を取得する。この場合、制御部２１は受光素子１９ａ，１９ｂの出力を一定時間監視する。そして、ステップＳ１５において、制御部２１は受光素子１９ａ，１９ｂの出力に大きな脈動があるか否かを判定する。受光素子１９ａ，１９ｂの出力に大きな脈動があると判定した場合（ＹＥＳの場合）、すなわち光が皮下組織を通過していると考えられる場合は、ステップＳ１５からステップＳ１７に移行する。一方、脈動がない又は脈動が十分に小さいと判定した場合（ＮＯの場合）、すなわち光が皮下組織を透過していないと考えられる場合は、ステップＳ１５からステップＳ１６に移行する。
【００３５】
ステップＳ１６において、制御部２１は受光素子１９ａ，１９ｂの出力（受光量）が十分か否かを判定する。十分であると判定した場合はステップＳ１２に移行し圧電素子１４に印加する電圧を１段階高くして押圧部材１３ａ，１３ｂ間の距離を１段階縮小した後、上述の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１６において、光量が十分でないと判定した場合はステップＳ１７に移行する。
【００３６】
ステップＳ１７において、制御部２１は圧電素子１４に印加する電圧を１段階低くして、押圧部材１３ａ，１３ｂ間の距離を１段階広くする。そして、ステップＳ１８において、受光素子１９ａ，１９ｂから受光量を取得し、ステップＳ１９において生体成分を算出する。生体成分の算出にはステップＳ１１で取得した初期光量とステップＳ１８で取得した光量とを使用する。これらの光量から生体成分を算出する方法は公知（例えば特許文献２参照）であるので、ここではその説明を省略する。
【００３７】
上述したように、本実施形態では、光が皮下組織を通過するまで押圧部材１３ａ，１３ｂ間の距離を狭くする。そして、受光素子１９ａ，１９ｂの出力の脈動により光が皮下組織を通過したことを検出すると、押圧部材１３ａ，１３ｂ間の間隔を若干広くして光が皮下組織を通過しないようにする。その後、受光素子１９ａ，１９ｂの受光量を取得し、このときの受光量と初期光量とから生体成分を算出する。これにより、動脈の脈動によるノイズ成分を減少でき、真皮内の静脈を流れる血液中の生体成分を精度よく測定することができる。
【００３８】
また、本実施形態に係る生体成分測定装置は、ノイズの原因となる吸引ポンプが不要であるため、測定精度が高い。更に、吸引ポンプが不要であるため、装置の小型化が容易であり、通院患者が日常生活下で使用することが可能である。
【００３９】
更にまた、本実施形態では、生体表面を押圧部材１３ａ，１３ｂで挟んで隆起させているものの、血液の流れを止めてはいないので、血管障害を有する患者であっても安全に使用することができる。
【００４０】
なお、上述の実施形態では、ステップＳ１３でＹＥＳと判定した場合及びステップＳ１６でＮＯと判定した場合も、ステップＳ１７に移行して押圧部材１３ａ，１３ｂ間の距離を１段階広くし、ステップＳ１８，Ｓ１９で生体成分を測定している。しかし、ステップＳ１３でＹＥＳと判定した場合及びステップＳ１６でＮＯと判定した場合は、測定精度が十分でない可能性があるので、エラーを表示するようにしてもよい。エラーが表示された場合は、測定部位を変更して再度測定を行えばよい。
【００４１】
また、上述の実施形態では押圧部材１３ａ，１３ｂを圧電素子１４により駆動しているが、その他の方法で押圧部材１３ａ，１３ｂを駆動するようにしてもよい。例えば、モータとギアとを組み合わせて押圧部材１３ａ，１３ｂを駆動するようにしてもよい。
【００４２】
（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態に係る生体成分測定装置の検査ヘッドを説明する図である。なお、本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、検査ヘッドの形状が異なることにあり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同様であるので、本実施形態において第１の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００４３】
本実施形態に係る生体成分測定装置では、検査ヘッド３１が“Ｃ”字状の形状を有し、この検査ヘッド３１を被検者の指にはめて使用する。検査ヘッド３１の相互に対向する２つの端面３１ａ，３１ｂのうちの一方の面側には光源及び投射レンズを備えた光投射部３３ａが配置され、他方の面には受光レンズ及び受光素子を備えた受光部３３ｂが配置されている。
【００４４】
検査ヘッド３１の内周側には圧電素子３２が配置されている。この圧電素子３２に制御部（図１参照）から電圧を印加すると、検査ヘッド３１の径が縮まって、図７のように検査ヘッド３１の端面３１ａ，３１ｂにより被検者の指が押圧され、皮膚が隆起する。制御部は、この皮膚が隆起した部分に光投射部３３ａから出射された光を照射し、受光部３３ｂの出力から生体成分を算出する。制御部の動作は基本的に第１の実施形態と同様（図５参照）であるので、ここでは説明を省略する。
【００４５】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００４６】
（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る生体成分測定装置の構成を例示した図である。
【００４７】
この図８のように、本実施形態に係る生体成分測定装置は、検査ヘッド４１と、検査ヘッド４１に接続された制御部５１とを有している。
【００４８】
検査ヘッド４１は、第１のアーム４２ａと、第２のアーム４２ｂと、角度調整部（接続部の一例）４３とを有している。角度調整部４３は、アーム４２ａ，４２ｂの端部に配置されてアーム４２ａ，４２ｂを回転可能に支持するとともに、制御部５１からの信号によりアーム４２ａ，４２ｂ間の角度を調整する。
【００４９】
この検査ヘッド４１は、図９に例示するように、アーム４２ａ，４２ｂの先端（角度調整部４３と反対側の端部）間に測定部位を挟んで使用する。図９では検査ヘッド４１により被検者の指の皮膚を挟んでいるが、指以外の部分を測定部位としてもよい。
【００５０】
第１のアーム４２ａの先端には光投射部４４ａとアクチュエータ４５ａとが配置されている。光投射部４４ａは、制御部５１から供給される電力により相互に異なる波長の光を発生する複数の光源（図示せず）と、これらの光源から出射された光を投射する投射レンズ（図示せず）とを有する。
【００５１】
また、第２のアーム４２ｂの先端には、受光部４４ｂとアクチュエータ４５ｂとが配置されている。受光部４４ｂには、相互に離隔して配置された複数の受光レンズ（図示せず）と、それらの受光レンズで受光した光が個別に伝達される複数の受光素子（図示せず）とを有している。これらの受光素子の出力は制御部５１に伝達される。
【００５２】
第１のアーム４２ａのアクチュエータ４５ａ及び第２のアーム４２ｂのアクチュエータ４５ｂは、制御部５１からの信号に応じて光投射部４４ａの光軸と受光部４４ｂの光軸とが一致するように、それぞれ光投射部４４ａ及び受光部４４ｂの角度を変化させる。アクチュエータ４５ａ，４５ｂとして、例えば圧電素子を使用することができる。
【００５３】
また、角度調整部４３には、制御部５１からの信号に応じて第１のアーム４２ａと第２のアーム４２ｂとのなす角度を変化させるアクチュエータが配置されている。このアクチュエータとして、例えばギアードモータを使用することができる。
【００５４】
図１０は、本実施形態に係る生体成分測定装置の動作を説明するフローチャートである。
【００５５】
まず、ステップＳ２１において、制御部５１は初期光量を取得する。すなわち、制御部５１は、光投射部４２ａに電力を供給して光を発生させ、受光部４２ｂから出力される信号を初期光量として記憶する。このとき、制御部５１は角度調整部４３を制御してアーム４２ａ，４２ｂ間の角度を所定の角度にするとともに、アクチュエータ４５ａ，４５ｂを制御して光投射部４４ａ及び受光部４５ｂの光軸を一致させる。初期光量の取得は、検査ヘッド４１を被検者の皮膚に軽く接触させたとき又は検査ヘッド４１を被検者に接触させる前に行う。
【００５６】
次に、ステップＳ２２において、制御部４１は角度調整部４３を駆動してアーム４２ａ，４２ｂ間の角度を所定量だけ小さくするとともに、アクチュエータ４５ａ，４５ｂを駆動して光投射部４４ａ及び受光部４４ｂの光軸を一致させる。アーム４２ａ，４２ｂ間の角度を小さくすることにより、アーム４２ａ，４２ｂの先端部に挟まれた生体表面が隆起する。
【００５７】
次に、ステップＳ２３において、制御部４１はアーム４２ａ，４２ｂ間の角度が予め設定された最小値か否かを判定する。ここで、最小値であると判定した場合（ＹＥＳの場合）はステップＳ２７に移行し、最小値でないと判定した場合（ＮＯの場合）はステップＳ２４に移行する。
【００５８】
ステップＳ２４において、制御部５１は、受光部４５ｂの出力（受光量）を取得する。この場合、制御部５１は受光部４５ｂの出力を一定時間監視する。そして、ステップＳ２５において、制御部５１は受光部４５ｂの出力に大きな脈動があるか否かを判定する。受光部４５ｂの出力に大きな脈動があると判定した場合（ＹＥＳの場合）は、光が皮下組織を通過していると考えられる。この場合は、ステップＳ２５からステップＳ２７に移行する。一方、脈動がない又は脈動が十分に小さいと判定した場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ２５からステップＳ２６に移行する。
【００５９】
ステップＳ２６において、制御部５１は受光部の出力（受光量）が十分か否かを判定する。十分であると判定した場合はステップＳ２２に移行し、制御部５１は角度調整部４３を駆動してアーム４２ａ，４２ｂ間の角度を更に所定量だけ縮小した後、上記の処理を繰り返す。一方、ステップＳ２６において、光量が十分でないと判定した場合はステップＳ２７に移行する。
【００６０】
ステップＳ２７において、制御部５１は角度調整部４３を駆動してアーム４２ａ，４２ｂ間の角度を所定量だけ広げるとともに、アクチュエータ４６ａ，４６ｂを駆動して光投射部４４ａ及び受光部４４ｂの光軸を一致させる。そして、ステップＳ２８において、受光部４４ｂから受光量を取得し、ステップＳ２９において生体成分を算出する。
【００６１】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、アーム４２ａ，４２ｂ間の角度を変更する度にアクチュエータ４５ａ，４５ｂを駆動して光投射部４４ａ及び受光部４４ｂの光軸を一致させている。これにより、測定部位に拘わらず血液中の生体成分を常に良好な精度で測定することができる。
【００６２】
なお、第１及び第２の実施形態に係る非侵襲生体成分測定装置においても、光投射部及び受光部の光軸を一致させるように光投射部及び受光部の少なくとも一方を移動させるアクチュエータを設けてもよい。
【００６３】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００６４】
（付記１）生体表面に接触する検査ヘッドと、
前記検査ヘッドから出力される信号に基づいて生体成分を測定する制御部とを具備し、
前記検査ヘッドは、
前記生体表面を挟んで隆起させる第１の挟み部及び第２の挟み部と、
前記制御部により制御されて前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を変化させる距離調整部と、
前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に挟まれて隆起した部分の生体表面に光を投射する光投射部と、
前記隆起した部分の生体表面を透過した光の光量に応じた信号を出力する受光部とを有することを特徴とする生体成分測定装置。
【００６５】
（付記２）前記制御部は、前記距離調整部を制御して前記受光部から出力される信号に含まれる脈動成分の大きさが設定値に到達するまで前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を小さくし、前記脈動成分の大きさが前記設定値に到達すると所定量だけ前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を広げ前記受光部の出力を取得し、このときの受光部の出力を用いて生体成分を算出することを特徴とする付記１に記載の生体成分測定装置。
【００６６】
（付記３）前記制御部は、前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に前記生体表面を挟む前の前記受光部の出力を記憶し、前記生体成分を算出する際にこの記憶した受光部の出力も用いることを特徴とする付記２に記載の生体成分測定装置。
【００６７】
（付記４）前記検査ヘッドには溝が設けられており、
前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部は前記溝を挟んで配置されていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の生体成分測定装置。
【００６８】
（付記５）前記検査ヘッドは“Ｃ”字状に形成されており、前記距離調整部は前記検査ヘッドの周面に配置された圧電素子であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の生体成分測定装置。
【００６９】
（付記６）前記検査ヘッドは、第１のアーム及び第２のアームと、前記第１のアーム及び第２のアームの端部に配置されて前記第１のアーム及び第２のアームを回転可能に接続する接続部とを有し、
前記光投射部は前記第１のアームの前記接続部と反対側の端部に配置され、前記受光部は前記第２のアームの前記接続部と反対側の端部に配置されていることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の生体成分測定装置。
【００７０】
（付記７）前記検査ヘッドには更に、前記光投射部の光軸と前記受光部の光軸とが一致するように前記光投射部及び前記受光部の少なくとも一方を移動させるアクチュエータを有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の生体成分測定装置。
【００７１】
（付記８）生体表面の一部を第１の挟み部及び第２の挟み部間に挟んで隆起させ、
前記生体表面の隆起した部分に光を投射しつつ、前記生体表面の隆起した部分を透過した光を受光部で受光し、
前記受光部の出力に含まれる脈動成分が設定値に到達するまで前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を小さくし、
前記脈動成分が前記設定値に到達すると前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を所定量だけ広くして前記受光部の出力を取得し、
前記受光部の出力から生体成分を算出することを特徴とする生体成分測定方法。
【００７２】
（付記９）前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に前記生体表面を挟む前の前記受光部の出力を記憶し、この記憶した受光部の出力と前記隆起した生体表面を透過した光を受光したときの前記受光部の出力とを用いて前記生体成分の算出を行うことを特徴とする付記８に記載の生体成分測定装置。
【符号の説明】
【００７３】
１１，３１，４１…検査ヘッド、１２…溝、１３ａ，１３ｂ…押圧部材、１４，３２…圧電素子、１５ａ，１５ｂ…溝、１６ａ，１６ｂ…光源、１７…投射レンズ、１８ａ，１８ｂ…受光レンズ、１９ａ，１９ｂ…受光素子、２１，５１…制御部、３１ａ，３１ｂ…端面、３３ａ，４４ａ…光投射部、３３ｂ，４４ｂ…受光部、４２ａ，４２ｂ…アーム、４３…角度調整部、４５ａ，４５ｂ…アクチュエータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体表面に接触する検査ヘッドと、
前記検査ヘッドから出力される信号に基づいて生体成分を測定する制御部とを具備し、
前記検査ヘッドは、
前記生体表面を挟んで隆起させる第１の挟み部及び第２の挟み部と、
前記制御部により制御されて前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を変化させる距離調整部と、
前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に挟まれて隆起した部分の生体表面に光を投射する光投射部と、
前記隆起した部分の生体表面を透過した光の光量に応じた信号を出力する受光部とを有することを特徴とする生体成分測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記距離調整部を制御して前記受光部から出力される信号に含まれる脈動成分の大きさが設定値に到達するまで前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を小さくし、前記脈動成分の大きさが前記設定値に到達すると所定量だけ前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を広げ前記受光部の出力を取得し、このときの受光部の出力を用いて生体成分を算出することを特徴とする請求項１に記載の生体成分測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に前記生体表面を挟む前の前記受光部の出力を記憶し、前記生体成分を算出する際にこの記憶した受光部の出力も用いることを特徴とする請求項２に記載の生体成分測定装置。
【請求項４】
前記検査ヘッドには溝が設けられており、
前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部は前記溝を挟んで配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の生体成分測定装置。
【請求項５】
生体表面の一部を第１の挟み部及び第２の挟み部間に挟んで隆起させ、
前記生体表面の隆起した部分に光を投射しつつ、前記生体表面の隆起した部分を透過した光を受光部で受光し、
前記受光部の出力に含まれる脈動成分が設定値に到達するまで前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を小さくし、
前記脈動成分が前記設定値に到達すると前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を所定量だけ広くして前記受光部の出力を取得し、
前記受光部の出力から生体成分を算出することを特徴とする生体成分測定方法。
【請求項１】
生体表面に接触する検査ヘッドと、
前記検査ヘッドから出力される信号に基づいて生体成分を測定する制御部とを具備し、
前記検査ヘッドは、
前記生体表面を挟んで隆起させる第１の挟み部及び第２の挟み部と、
前記制御部により制御されて前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を変化させる距離調整部と、
前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に挟まれて隆起した部分の生体表面に光を投射する光投射部と、
前記隆起した部分の生体表面を透過した光の光量に応じた信号を出力する受光部とを有することを特徴とする生体成分測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記距離調整部を制御して前記受光部から出力される信号に含まれる脈動成分の大きさが設定値に到達するまで前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を小さくし、前記脈動成分の大きさが前記設定値に到達すると所定量だけ前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を広げ前記受光部の出力を取得し、このときの受光部の出力を用いて生体成分を算出することを特徴とする請求項１に記載の生体成分測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間に前記生体表面を挟む前の前記受光部の出力を記憶し、前記生体成分を算出する際にこの記憶した受光部の出力も用いることを特徴とする請求項２に記載の生体成分測定装置。
【請求項４】
前記検査ヘッドには溝が設けられており、
前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部は前記溝を挟んで配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の生体成分測定装置。
【請求項５】
生体表面の一部を第１の挟み部及び第２の挟み部間に挟んで隆起させ、
前記生体表面の隆起した部分に光を投射しつつ、前記生体表面の隆起した部分を透過した光を受光部で受光し、
前記受光部の出力に含まれる脈動成分が設定値に到達するまで前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を小さくし、
前記脈動成分が前記設定値に到達すると前記第１の挟み部及び前記第２の挟み部間の距離を所定量だけ広くして前記受光部の出力を取得し、
前記受光部の出力から生体成分を算出することを特徴とする生体成分測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１０５８０９（Ｐ２０１２−１０５８０９Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６７６９（Ｐ２０１０−２５６７６９）
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]