JP4734354B2 - 生体情報計測装置 - Google Patents
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Description
一方、採血や細胞間質液の抽出を必要としない非侵襲のグルコース測定法としては、特公平3-47099号公報あるいは特公平5-58735号公報に示されているような近赤外光を利用した方法がある。ここで、波長帯域が380〜770nm程度の電磁波を可視光、770〜1,500nm程度の電磁波を近赤外光、1,500〜3,000nm程度の電磁波を中赤外光、3,000〜25,000nm程度の電磁波を遠赤外光とする。
光源部8は、所望の一つもしくは複数の単色光あるいはそれに近い光を発生する。光源部8で放射された光が複数の場合には、必要に応じて光合波・導波部9で同一光軸に重ね合わせる。そして、光源部8から放射された光、もしくは光合波・導波部9で合波された光は、光ファイバ、薄膜光導波路、あるいは自由空間等で構成される前記光合波・導波部9の一部により照射部10へ導かれ、照射部10より被検体14の所望の部位へ照射される。また、光源部8は、放射する各単色光あるいはそれに近い光の放射強度に比例した電気的な参照光信号16を発生する。
また、被検体14の測定部位とインタフェース部17の接触度も光音響計測に影響を与える。接触感知センサ15は前記被検体14の測定部位とインタフェース部17の接触度(接触圧力)を検出し、被検体14の測定部位とインタフェース部17の接触度が所望の条件になった時に測定を行うように測定を制御する。例えば、インタフェース部17を測定部位に当てる際に、接触検知センサ15を動作状態にしておき、接触度を検知しながらインタフェース部17を測定部位に近づけていき、接触度が定められた正常範囲に入ったらインタフェース部17を測定部位に近づける動作を停止させて測定動作(照射光の照射)を開始するようにする。また、インタフェース部17に接触する物体がない場合に制御部3において前記照射部10より当該装置外部に照射光を放射しないよう制御することにより、照射光による生体の眼球損傷等の危険を回避することも可能となる。前記前記接触感知センサ15としては、例えば圧力や電気抵抗の変化から測定部位の接触度を検知する素子を用いることができる。
また、インタフェース部17には、被検体14の測定部位とインタフェース部17の接触度を調整する接触度調整機構18を設け、接触感知センサ15の信号によりその接触度を調整することができる。その接触度を調整する機構18としては、機械的にインタフェース部17、あるいはその一部を可動させるようにしても良いし、圧電体の変位を利用する機構とすることもできる。また、接触感知センサ15により検知された接触度が過度に高い場合は、被検体14の測定部位に対して過度に強い刺激あるいは損傷も考えられるので、それらの危険を回避するために照射光の照射停止等測定動作自体を停止させて安全性を確保するようにする。その際、制御部3は、測定動作停止に連動させてインタフェース部17を測定部位から離すように接触度調整機構18を制御することでさらに安全性を高めることができる。このように、接触感知センサ15により検知された接触度に応じて、検知値が定められた正常範囲に無い場合は、安全性を確保すべく接触度を調整したり、照射光の照射停止等測定自体を停止する制御を行う。
制御部3は、当該装置の使用者が操作する操作部2の信号や接触感知センサ15の出力信号等に基づき、表示部1、データ記憶部4、電源部5、信号処理部6、データ収集部7、光源部8、信号増幅部12、温度制御部13などの当該装置の動作を制御する。また、電源部6は、表示部1、制御部3、光源部8、信号増幅部12などへ電力を供給し、更に制御部3は、必要に応じてデータ記憶部4、信号処理部6、データ収集部7、接触感知センサ15などへ電力を供給する。
本実施形態の光源部9において使用する単色光あるいはそれに近い光を発生させる光源としては、半導体レーザ(LD)や発光ダイオード(LED)等の小型の発光素子が望ましく、所望の波長で発光するそれらの素子を一つもしくは複数使用することができる。
例えば、本発明に関わる一実施形態として被検体内のグルコース濃度を測定する場合には、波長が400〜2,500nmの範囲内にある複数の光を照射する。この際に使用するLDやLEDとしては、発光波長が550〜650nm程度ではInGaAlP、発光波長が650〜900nm程度ではGaAlAs、発光波長が900〜2,300nm程度ではInGaAsもしくはInGaAsPなどの材料を用いたLDやLEDを使用することができる。また最近では、波長が550nm以下で発光する InGaNを用いた発光素子も使用可能になりつつある。
本実施形態では、4個の光源の場合を示しているが、同様な構成により任意の光源数の光を同一光軸に合波することが可能である。本実施形態に示したような構成とすることにより、比較的小型の合波光学系とすることができる。また、本実施形態以外にも光通信用に開発されている市販の多重波長合波・分波器を用いることもできる。更に、出力光29は空間伝搬により照射部10へと導いても良いし、或いは光ファイバや薄膜光導波路を介して照射部へと導くことも可能である。
照射部10より被検体14に照射するビームの大きさとしては、例えば直径0.4mm程度のほぼ均一な光強度分布を有する円形状のビームを用いる。また、照射する光強度は、被検体の生体組織に損傷を与えない程度とし、例えばレーザ光を用いる場合にはJIS C 6802 「レーザ製品の放射安全基準」に規定されている最大許容露光量(MPE)以下の強度とする。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
2…操作部
3…制御部
4…データ記憶部
5…電源部
6…信号処理部
7…データ収集部
8…光源部
9…光合波・導波部
10…照射部
11…音響信号検出部
12…信号増幅部
13…温度制御部
14…被検体
15…接触感知センサ
16…参照光信号
17…インタフェース部
20−1…光源1
20−2…光源2
20−3…光源3
20−4…光源4
21−1…コリメートレンズ1
21−2…コリメートレンズ2
21−3…コリメートレンズ3
21−4…コリメートレンズ4
22−1…NDフィルタ1
22−2…NDフィルタ2
22−3…NDフィルタ3
22−4…NDフィルタ4
23…直角プリズム
24−1…ダイクロイックプリズム1
24−2…ダイクロイックプリズム2
24−3…ダイクロイックプリズム3
25…参照光用光検出器
26…フォーカスレンズ
27…参照光用NDフィルタ
28…ビームスプリッタ
29…出力光
30…圧電素子
31…透明電極
32…第1音響整合層
33…第2音響整合層
34…保護膜
40−1…光源1
40−2…光源2
40−3…光源3
41…光合波部
42…光ファイバ
43…光分波・光スイッチ部
44…光照射・音響信号検出部
45…信号線
45…サンプルホールド&マルチプレクサ
50…複合圧電体樹脂部
Claims (14)
- 光源と、
前記光源で発生された、400〜6、000nmの範囲内の特定波長成分を含む光を出射する照射部と、
チタン酸鉛を含む圧電単結晶から形成される圧電素子を有するともに、被検体と前記照射部との間に配置され、前記被検体に存在する特定物質が光のエネルギーを吸収することにより生じる音響信号を検出する音響信号検出部を備え、
前記圧電単結晶は400〜6、000nmの範囲の波長成分に対して約70%の透過率を有し、
前記照射部から出射された光は、前記音響信号検出部を介して前記被検体に照射されることを特徴とする非侵襲の生体情報計測装置。 - 前記圧電単結晶は、x=0.05〜0.55、B1がZn,Mg,Ni,Sc,In,Ybの何れか、B2がNbまたはTaとして、Pb[(B1、B2)1−XTiX]O3であることを特徴とする請求項1記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 前記音響信号検出部は、複数の圧電素子が平面的に配列されていることを特徴とする請求項1に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 前記圧電素子の両主面には、前記特定波長成分に対して透過性を有する透明電極が形成されることを特徴とする請求項1に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 前記音響信号検出部は、前記圧電素子及び樹脂から形成される複合圧電体からなることを特徴とする請求項1に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 前記音響信号検出部は、前記圧電素子間のギャップに樹脂を重鎮することにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 前記樹脂は、前記特定波長成分に対して透過性を有することを特徴とする請求項5または6に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 前記圧電素子の光学的な屈折率及び透過率は、前記樹脂の光学的な屈折率及び透過率と略等価であることを特徴とする請求項1に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 前記被検体の測定部位の温度を制御する温度制御部を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 前記被検体に対する前記音響信号検出部の接触を感知するセンサをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 前記センサにより感知された接触度に応じて、前記音響信号検出部を移動する接触度調整機構又は前記照射部からの光照射を停止する機構をさらに備えることを特徴とする請求項10に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 複数の前記音響信号検出部が平面的に配列されることを特徴とする請求項1に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 前記特定物質はグルコースであり、前記照射光は、少なくとも400〜2,500nmの領域から選択された全領域又は一部の領域からなる一種類以上の波長の光であることを特徴とする請求項1に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
- 前記特定物質はヘモグロビンであり、前記照射光は、少なくとも500〜1,600nmの領域から選択された全領域又は一部の領域からなる一種類以上の波長の光であることを特徴とする請求項1に記載の非侵襲の生体情報計測装置。
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