JP4371461B2

JP4371461B2 - 無侵襲生体計測装置

Info

Publication number: JP4371461B2
Application number: JP07498399A
Authority: JP
Inventors: 利行小澤; 薫浅野
Original assignee: Sysmex Corp
Current assignee: Sysmex Corp
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: JP2000262496A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指等の被検部位に光を照射しその被検部位から光学情報を獲得し、獲得した光学情報を解析して血液成分濃度等の生体情報を得る無侵襲生体計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置として、基台に検査対象としてヒトの指を載置しこれを側壁部材で保持しカバー部で覆い、その指に光源部から光を照射し受光部で透過光像を検出するようにしたものが知られている（例えば、国際公開第ＷＯ９９／０００５３号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の装置において、より高精度の分析結果を得たいという要望があった。精度を悪化させる要因として、次のようなものがあると考えられた。
【０００４】
（１）不要な光の受光部への入射。不要な光とは、指以外からの光であり、光源部からの光のうち指を通過することなく受光部に侵入する光（迷光）や、光源部以外の外部光源から受光部に侵入する光（外光）である。これら不要な光の存在は良好な光学情報の獲得を阻害する。
【０００５】
（２）指に対する光源位置の不安定さ。これは被検部位の形状が人により異なるために生じるのであるが、指への入射光量の変動を引き起こし良好な光学情報の獲得を阻害する。また、上記（１）の問題を引き起こすおそれがある。
【０００６】
（３）指保持の不安定さ。万人に対して常に最良に保持することは難しく、人によっては測定に適するよう保持できないおそれもあった。また、同一人に対しても一定に保持できないおそれがあった。いずれも得られる光学情報が不安定になったり、解析領域を一定に定めにくくなることから解析結果が不安定になったりするおそれがある。
【０００７】
本発明は、無侵襲生体計測装置において、生体から良好な光学情報を取得し、分析精度を向上させることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の無侵襲生体計測装置は、指を載置する基台と、一端側が基台によって回動可能に支持され開閉可能なカバー部と、基台に載置された指に光を供給する光源部と、一端側がカバー部によって支持され、他端側に光源部を支持する板状支持部材と、指からの光学情報を受光する受光部と、を備え、カバー部を閉じる動作によって、基台に載置された指に光源部が接触するとともに板状支持部材がカバー部に向かって退避し、カバー部によって基台に載置された指が覆われてなることを特徴とする。
【０００９】
ここで、光源部がカバー部に可動支持されるとは、光源部がカバー部に固定的に支持されているのではなく、多少動けるように支持されているということである。このことにより、それぞれ形状が少しずつ異なる被検部位に対して、各被検部位に密着し適正配置可能となる。このため、被検部位に対する光照射ロスが少なく迷光も発生し難くなり、良好な光学情報が得られ計測精度が向上する。
【００１０】
また、上記無侵襲生体計測装置の基台が、載置された指の長手方向に対する両端部をそれぞれ保持する保持部材をさらに備え、この保持部材が弾性部材からなっていてもよい。
【００１１】
被検部位の両端部とは光学情報を得る部位から離れた箇所の意であり、このように指を保持すると、光学情報を得る部位において圧迫等の生体組織への悪影響がほとんど発生しないので、自然な状態での生体組織や血流に関する情報を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の無侵襲生体計測装置において、検査対象として生体（好適例としては哺乳類）を含み、その被検部位とは生体から分離した組織ではなく生体のありのままの組織であり、計測に適する部分であればよい。ヒトの場合には指や耳朶などがその一例である。ラットやマウスの場合には尻尾であってもよい。計測する生体情報とは生体組織の形態（形状や大きさや数など）や生体成分の濃度等に関する情報を含む。具体的には血管の寸法や血液成分の濃度（例えば、ヘモグロビン、ヘマトクリット等）や血液成分の濃度比（例えば、血液の酸素化率等）などである。
【００１３】
本装置は被検部位から光学情報を得る検出部（検出ユニットや検出装置とも称す）と得られた光学情報を解析する解析部（解析ユニットや解析装置とも称す）とが一体的に構成されていてもよいが、操作や取り扱いの利便性の観点から、検出部と解析部とに分離的に構成されていているのが好ましい。その場合、両者はコネクタあるいはケーブル等の情報伝送手段により接続される。また、検出部は光源部及び受光部を備え、解析部には生体情報を算出するデータ処理部、出力部及び操作部を備えることができる。
【００１４】
光源部には、半導体レーザ（ＬＤ）やＬＥＤやハロゲンランプなどの光源が使用でき、光源からの光を生体に直接、あるいは光ファイバなどを介して照射する。照射する光の波長としては生体組織を透過し、水の吸収が大きくない６００〜９５０ｎｍの範囲にあることが好ましい。計測対象や目的に応じて照射光の波長を変えたい場合があるので、異なる波長の光を選択的に発することができる光源であることがさらに好ましい。
【００１５】
受光部は、レンズなどの光学素子とＣＣＤなどの撮像素子により構成することができる。その場合、撮像素子により生体からの光学情報、すなわち画像情報が生成される。
【００１６】
解析部としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＩ／Ｏポートからなるマイクロコンピュータあるいは市販のパーソナルコンピュータを利用することができ、撮像画像を解析して生体情報を算出するデータ処理部、各種データを入力したり各種操作を行ったりする操作部及び得られた生体情報等を出力する出力部を備えていてよい。出力部としてはＣＲＴや液晶ディスプレイなどの表示装置やプリンタ等の印字装置を使用でき、操作部としてはキーボードやテンキーやタッチキーなど使用することができる。
【００１７】
光源部が、光を発する光源と、光源の周囲に環状配置される非透光性の弾性部材からなるパッド部材とを備えてなり、パッド部材は被検部位に接触し光源光の外部への光漏れ防止機能を有することが好ましい。この場合、光源からの光はパッド部材により遮断され外部には漏れにくくなる。このため、被検部位に対する光照射ロスが少なくなり、また、迷光も発生しなくなるので、良好な光学情報が得られ、計測精度が向上する。
【００１８】
さらに、外部からの光の侵入を防止するため、被検部位の載置端部において非透光性部材を備えることが好ましい。
【００１９】
また、光源の発光面側は被検部位に接触する透明性部材で構成されてなることが好ましい。この透明性部材は被検部位に接触しその部分のシワをのばし、被検部位内への光入射効率を向上させる。透明性部材の被検部位と接触する面は被検部位と接触しやすい面形状とすることが好ましい。
【００２０】
被検部位を所定位置に安定保持するという観点から、載置された被検部位を、その両端部において、各被検部位の形状に合う形状に構成された弾性部材からなる保持部材で保持するよう構成されてなることが好ましく、そして、一方の保持部材は、被検部位の先端部により押圧可能な弾性部材とすることがさらに好ましい。この場合、光学情報を得る計測部分から離れた部分を保持するので生体組織への影響がほとんどない。また、被検部位が姿勢制御され安定配置されるので得られる光学情報も安定し、解析も行いやすく、精度が向上する。
【００２１】
【実施例】
図１は本発明の無侵襲生体計測装置の一実施例の測定状態における外観図であり、マウス様の検出部１をノート型パソコン様の解析部３の載置部４に載置した状態を示している。図２は図１の装置全体のブロック図である。検査対象としては生体であるヒトの指とし、生体情報としてヘモグロビン濃度等の血液情報を得ようとしている。
【００２２】
検出部１側のコネクタ７と解析部３側のコネクタ８とは電気的にまた機構的に連結され、検出部１で検出された生体１４の光学情報（ここでは画像情報）が解析部３に送られる。測定や取り扱いの自由度を得るために検出部１を解析部３の載置部４から取り外し、コネクタ付き接続コードで検出部１と解析部３とを接続して使用することも可能である。
【００２３】
検出部１は基台６と基台６に対して軸２７を中心にして回動できるカバー部５とからなる。本実施例では検出対象をヒトの指としているためカバー部５は指形状に合わせて指の長手方向に沿って細長く形成されている。カバー部５の内側には光源部１１が備えられ、指１４を間に挟んで光源部１１に対向する基台６の内側には受光部としての撮像部１２が備えられている。
【００２４】
計測に際しては、カバー部５を上方に開けて基台６の載置部１５に被検者の指１４を載置し保持し、カバー部５を閉じて載置部１５を暗室状態にし、指１４の背側から光を照射し指の腹側から第２関節部分の透過光像を撮像する。測定時、指１４は載置部１５において圧迫されることなくかつ安定的に保持されている。
【００２５】
解析部３はデータ処理部２、出力部（液晶モニター）１０及び操作部（複数のキー）９からなる。解析部３には外部記憶媒体であるメモリーカードの挿入口１３が設けられ測定情報等を外部記憶することができる。
【００２６】
解析部３のデータ処理部２の実体は、ＣＰＵ、メモリを備えるコンピュータであり、撮像部１２により得られた指１４の血管を含む領域の画像に対して所定の血管部位を解析領域として設定する解析領域設定機能、解析領域内の血管部分の濃度分布を濃度プロファィルとして抽出する濃度プロファイル抽出機能、抽出された濃度プロファイルの形態的特徴を定量化する定量化機能、定量化された特徴量に基づいて血管寸法や血液成分濃度などの生体情報を演算する演算機能などを備える（詳しくは、国際公報台ＷＯ９７／２４０６６号公報やＷＯ９９／０００５３号公報を参照されたし）。
【００２７】
図３はカバー部５を閉じた状態における検出部１の正面図、図４は同じく平面図、図５は同じく側面図である。図６はカバー部５を開けた状態における側断面図である。
【００２８】
基台６の上面の後ろ半分には側面と平行的に一対の側壁部２０、２１が立設され、その側壁部内部（側壁部の間）が一本の指を載置する載置部１５として使用される。他の指は両側壁部外部に載置される。側壁部２０、２１の上部開口部分はカバー部５により覆われ、載置部１５は暗室化される。載置部１５には長方形の透明板２５が設けられ、透明板２５上方に位置する指の第２関節部分を透明板２５下方に配置された撮像部１２で撮像する。透明板２５下側には外部からの不要な光が撮像部１２にできるだけ入射しないようにするために垂下した筒状部２６が形成されている。
【００２９】
側壁部２０、２１の正面側には部材２２が設けられ、カバー部５の正面側には部材２３が設けられている。部材２２は指１４の根元の腹側の形状に合うようU字状形状に形成されている。いずれの部材２２、２３も非透光性の弾性部材からなり、具体的には黒色のクロロプレンゴムからなる。部材２２は載置部１５に指を載置する際に指の根元の腹側を握持し位置決めする保持部材として働くとともに外部からの光を遮断する遮光部材としての働きをする。部材２３は載置部１５に載置された指の根元の背側に沿って接触する保持部材として働くとともに外部からの光を遮断する遮光部材としての働きをする。すなわち図３に示すように部材２２、２３は指を腹側と背側の両側から保持するとともに外部から載置部１５内への光の侵入を阻止している。
【００３０】
正面から見て載置部１５の奥の、指１４の先端が到達する部分には指の先端腹側の形状に合った形状に形成され、所定の力で押圧するとへこむ押しボタン式の弾性部材２４が備えられている。図７は弾性部材２４を正面側から見た図である。載置部１５に指を載置し指先端でこの部材２４を押すことで指先端側の保持及び位置決めをするとともに載置された指１４を測定に適するよう姿勢制御する働きをする。このため血管の圧迫も発生しない。
【００３１】
このように光学情報を得る指の第２関節から離れた指の根元と先端の２点において指を保持するので、第２関節部分の生体組織への悪影響はほとんどなく撮像部１２で自然な状態での生体組織や血流の情報を得ることができる。
【００３２】
図８は光源部１１を正面側から見た図、図９は光源部１１を下面側から見た図である。光源部１１はカバー部５の内側に、カバー部５を閉じたとき載置部上の指に光を供給できるよう備えられる。光源部１１は光源３０、３１を保持する保持部材３２と光源３０、３１の周囲を環状に取り巻くパッド部材３３と、これら部材を保持する保持部材３４とから構成されている。光源３０、３１はカバー部５の長手方向に沿って配置され発光面を互いに向き合う方向に所定角度傾けられている。パッド部材３３は非透光性の弾性部材からなり、ここでは黒色のクロロプレンゴムを使用している。光源３０、３１には各発光面を覆い集光レンズとしても機能する透明アクリル製の透明性部材からなるキャップ部材３５、３６が嵌められている。キャップ部材３５、３６の外面はここでは所定面積の平面となっている。また、このキャップ部材３５、３６は指に対する電気的、熱的又は機構上の安全性も考慮して設けられている。
【００３３】
指の形状は人によって少しずつ異なるが、光源部１１は各人の指に対して適正に密着配置できるよう固定的にではなく可動的にカバー部に支持されている。３７は一端部において軸３８によりカバー部５に対し回転可能に支持される板状支持部材である。光源部１１はその支持部材３８の他端部において軸３９により回転自在に支持される。軸３８にはコイルバネ４０が巻かれ支持部材３７は図６において反時計方向に付勢されている（光源部１１を押す力が作用すれば光源部１１はカバー部５内側へ移動できる）。
【００３４】
図１０は測定時における光源部１１の側断面図である。光源部は２軸３８、３９により指の長手方向を含む垂直平面内において矢印ＡとＢ方向の自由度を持つことにより、光源部１１のキャップ部材３５、３６はいずれの被検者の指に対してもその背に接触し密着配置されることになり、その部分において指のシワはのばされ、照射光は光損失なく指の内部に入射し第２関節部分を照明する。さらに、光源３０、３１の保持部材３２の発光側の表面２８を光を反射しやすい銀色や白色で構成した。このため、一旦、光源から出射されて指の皮膚表面で反射されて来た光がその反射面２８で反射され再び指に照射されるので、一層指に対する光照射効率を向上させることができた。
【００３５】
一方、パッド部材３３も指に密着する。パッド部材３３は指形状に合う形状としたので光源３０、３１からの光はパッド部材３３外部に漏れにくい。特に、指の側面を回り込んで来る光をパッド部材３３の両側延長部４１、４２によって遮断している。このことにより光源から発せられたものの指を透過しない光、すなわち指の外側を回って撮像部１２に到達する迷光を著しく減少させることができ、明瞭な血管画像を得ることができた。指を透過しない光は指を通過した光に比して強力であるので画像情報を劣化させる大きな要因であったが、この迷光の発生をなくすことができた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の無侵襲生体計測装置は、光源部がカバー部に可動支持されてなるので、それぞれ形状が少しずつ異なる被検部位に対して各被検部位に適合し適正に配置される。このため、被検部位に対する光照射ロスが少なく迷光も発生し難くなり、良好な光学情報が得られ計測精度が向上する。
【００３７】
光源部が、光を発する光源と、光源の周囲に環状配置される非透光性の弾性部材からなるパッド部材とを備え、そのパッド部材を光源光の外部への漏れ防止として機能させる場合には、この場合、光源からの光はパッド部材により遮断され外部には漏れにくくなる。このため、被検部位に対する光照射ロスが少なくなり、また、迷光も発生しなくなるので、良好な光学情報が得られ、計測精度が向上する。被検部位の載置端部において非透光性部材を備えると、外部からの光侵入を防止することができ、さらに好ましい。
【００３８】
また、光源の発光面側を、被検部位に接触する透明性部材で構成してなる場合には、この透明性部材が被検部位に接触しその部分において被検部位表面上のシワをのばし、被検部位内への光照射効率を向上させることができる。
【００３９】
また、本発明の無侵襲生体計測装置は、被検部位の両端部において、弾性部材からなる保持部材で保持するよう構成されてなるので、光学情報を得る部位から離れた箇所において指を保持することができ、圧迫等の生体組織への悪影響がほとんどなく自然な状態での生体組織や血流の情報を得ることができる。
【００４０】
一方の保持部材を、被検部位の先端部により押圧可能な弾性部材とする場合には、被検部位が姿勢制御され安定配置されるので得られる光学情報も安定し、解析も行いやすいのでさらに好ましい結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の外観を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施例のブロック図である。
【図３】この発明の実施例の検出部の正面図である。
【図４】この発明の実施例の検出部の平面図である。
【図５】この発明の実施例の検出部の側面図である。
【図６】この発明の実施例の検出部の側断面図である。
【図７】指先の弾性部材を正面側から見た図である。
【図８】光源部を正面側から見た図である。
【図９】光源部を下面側から見た図である。
【図１０】光源部の側断面図である。
【符号の説明】
１検出部
２データ処理部
３解析部
５アーム部
６基台
９操作部
１０出力部
１１光源部
１２撮像部
１４ヒトの指
１５載置部
２２、２３保持部材（遮光部材）
２４保持部材
３０、３１光源
３３パッド部材

Claims

指を載置する基台と、一端側が基台によって回動可能に支持され開閉可能なカバー部と、基台に載置された指に光を供給する光源部と、一端側がカバー部によって支持され、他端側に光源部を支持する板状支持部材と、指からの光学情報を受光する受光部と、を備え、カバー部を閉じる動作によって、基台に載置された指に光源部が接触するとともに板状支持部材がカバー部に向かって退避し、カバー部によって基台に載置された指が覆われることを特徴とする無侵襲生体計測装置。
光源部が、光を発する光源と、光源の周囲に環状配置される非透光性の弾性部材からなるパッド部材を備えてなり、パッド部材は、カバー部を閉じる動作によって指に接触することで、光源から発せられる光の外部への漏れを防止するよう構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の無侵襲生体計測装置。
光源の発光面側が、指に接触させるための透明性部材で構成されてなることを特徴とする請求項２に記載の無侵襲生体計測装置。
光源部が、板状支持部材の他端側において、基台に載置された指の長手方向に対して垂直かつ指の載置面に対して水平な軸心回りに回動可能に支持されるよう構成されてなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の無侵襲生体計測装置。
板状支持部材がカバー部から隔離する方向に付勢されてなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の無侵襲生体計測装置。
基台が、載置された指の長手方向に対する両端部をそれぞれ保持するための保持部材を備えてなり、この保持部材が弾性部材からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の無侵襲生体計測装置。
保持部材の一方は、指の先端部で押圧可能であることを特徴とする請求項６に記載の無侵襲生体計測装置。