JPH0949794A - 測定位置再現方法および測定位置再現装置並びにそれを使用した光学測定装置 - Google Patents
測定位置再現方法および測定位置再現装置並びにそれを使用した光学測定装置Info
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Abstract
の測定部位に測定光を再現性よく投射することである。 【解決手段】 光学測定装置1は、ヒトの手2に投射さ
れた測定光3の反射光4のスペクトル強度を検出する分
光分析部5を備える。分光分析部5は移動機構9により
X軸方向、Y軸方向、Z軸方向および該Z軸の周りに回
動する。ヒトの手2の測定部位の登録時には、CCDカ
メラ11でヒトの手2の掌の画像を撮像し、撮像した画
像のパターンから特徴を有する部位をオペレータが選択
する。分光測定の際には、CCDカメラ11で再び上記
ヒトの手2の掌を撮像し、その画像のパターンから登録
時の部位を検出し、上記移動機構9により分光分析部5
を移動させて、登録された特徴部位に測定光3を入射さ
せる。
Description
照射して得られる透過または反射スペクトルを用いて測
定対象物中の特定成分濃度を測定する際に、測定対象物
を予め設定した位置に再現する測定位置再現方法および
測定位置再現装置並びにそれを使用した光学測定装置に
関する。
液もしくは生体中の特定成分濃度をいわゆる非侵襲によ
り測定する非侵襲型モニタが研究されている。この種の
非侵襲型モニタを用いて生体中の特定成分濃度を測定す
る場合、生体の組織を透過した光を用いて測定する場合
と、生体の組織から反射した光を用いて測定する場合と
がある。生体の組織のような散乱系では散乱による実効
光路長と、測定対象物への入射光量を決定しない限り、
吸光度の絶対値を求めることができず、したがって吸光
物質の濃度を求めることはできない。また、表面の状態
や光入射角度の違いから、測定対象物の表面からの直接
反射などにより、測定対象物への入射光量が変化する。
このため、非侵襲型モニタを用いて生体中の特定成分濃
度を測定する場合、各測定対象物を毎回同じ位置で、し
かも同じ条件で光を投射し、受光するようにする必要が
ある。
て、光の投射部材や受光部材を生体の測定部位に対して
位置決めするようにしたものとしては、次のようなもの
が周知である。すなわち、発光素子が埋め込まれた一方
のクリップ部材と受光素子が埋め込まれた他方のクリッ
プ部材とで生体の測定部位を挟み込み、上記発光素子か
ら出射されて生体の被測定部位を透過した光を上記受光
素子で受光し、受光した光の強度に基づいて生体情報を
検出するクリップ方式のものや、生体の測定部位を間に
して正確に対面するように発光素子と受光素子を両面粘
着テープで上記測定部位に貼着し、クリップ方式と同
様、上記発光素子から出射されて生体の被測定部位を透
過した光を上記受光素子で受光し、受光した光の強度に
基づいて生体情報を検出する貼着方式のものが周知であ
る(例えば、特開平6−14906号公報参照)。
む基台を備え、一方の側面には光通路入口が設けられ、
他方の側面には光通路出口が設けられ、指を透過して光
路入口から光通路出口へ至る光通路の長さが使用者の指
の寸法や形状が異なっても一定にすることが可能な構造
を有し、さらには、ばね付きのローラを備えて、特定の
寸法範囲内の使用者の指に一定の圧力を発生し、ローラ
により負荷される圧力が指の中の血液を組織に集中さ
せ、検査部の血液量を増加させるようにしたものも周知
である(例えば、特表平6−503728号公報参
照)。
発光部と受光部の検出フィルタを配置するための位置決
め装置も周知である(例えば、特表平5−508336
号公報参照)。この位置決め装置では、2つの窓がある
距離だけ離れて形成され、これらの窓を通して表系静脈
の観察が可能になっている。そして、上記位置決め装置
を手首に載置して静脈がそれぞれの窓の中心に来るよう
に配置し、フェルトペン等で窓の位置に印を付し、位置
決め装置を除去した後、各印上に検出フィルタを配置す
る。
定成分濃度を非侵襲的に測定するに際して、測定の再現
性に影響する要因としては、環境条件などに加え、 ・各被測定部位間と被測定物内での特徴差や部位差とし
て示される色、形、生理状態の変化、生理機能の組合
せ、 ・測定手法の誤差として示される毎回の測定時の被測定
物の置き直しによる設定状態、 ・被測定部位の視覚的特徴を有する位置への光入射角、 ・光入射部と光受光部を備えた測定部の測定開口部と被
測定部位との接触圧の変化、 などがある。かかる測定条件の変化による測定データの
変化を、図13ないし図15に示す。
ものである。すなわち、 (1)光ファイバを使用し、生体の一部である被験者の
手のひらの最初に選択した測定部位に光を照射して反射
光を受光し、基準となるエネルギースペクトル(A)を
計測する。 (2)光の照射位置を最初に選択した位置から1mmず
らせて照射角度を変化させずに光を照射し、同様に、エ
ネルギースペクトル(B)を計測する。 (3)光の照射位置をさらに1mm、都合、最初に選択
した位置から2mmずらせて照射角度を変化させずに光
を照射し、同様に、エネルギースペクトル(C)を計測
する。 (4)光の照射位置を最初に選択した位置に戻し、被験
者に清水製薬製の「トレーラン75」糖負荷試験用水溶
液を飲用させ、被験者の血糖値が15mg/dl変化し
た時点で、照射角度を変化させずに光を照射し、同様
に、エネルギースペクトル(D)を計測する。 (5)上記(1)のステップで計測したエネルギースペ
クトル(A)で上記エネルギースペクトル(A)、
(B)、(C)、および(D)をそれぞれ除し、この結
果にそれぞれ100を乗じ、(E)={(A)/
(A)}×100、(F)={(B)/(A)}×10
0、(G)={(C)/(A)}×100、(H)=
{(D)/(A)}×100とする。 (6)ついで、上記(F)から(E)を減算して図13
の曲線h1、上記(G)から(E)を減算して図13の
曲線h2、上記(H)から(E)を減算して曲線h3を求
める。
一部である被験者の手のひらの最初に選択した測定部位
に光を照射して反射光を受光し、基準となるエネルギー
スペクトル(A)を計測し、以降、上記(2)および
(3)において、最初に選択した被測定部位の位置を変
化させる代わりに、照射する光の角度を1度、2度、3
度および4度変化させたときのエネルギースペクトルを
計測している。そして、上記(4)による上記糖負荷試
験用水溶液の飲用による被験者の血糖値が15mg/d
l変化した時点におけるエネルギースペクトルを計測
し、上記(5)および(6)と同様の計算により、図1
4の曲線h11、h12、h13、h14を求めている。
は一定として、生体の一部である被験者の手のひらの最
初に選択した測定部位に光を照射して反射光を受光し、
基準となるエネルギースペクトル(A)を計測し、以
降、上記(2)および(3)において、最初に選択した
被測定部位の位置を変化させる代わりに、測定部位に対
して光ファイバを1mm、2mm、3mm、4mmと押
し付けることにより加圧したときのエネルギースペクト
ルを計測している。そして、上記(4)による上記糖負
荷試験用水溶液の飲用による被験者の血糖値が15mg
/dl変化した時点におけるエネルギースペクトルを計
測し、上記(5)および(6)と同様の計算により、図
15の曲線h21、h22、h23、h24を求めている。
ースの吸収波長である1667nm(6000cm-1)
について比較すれば、糖負荷試験による血糖値15mg
/dlの変化に対しエネルギースペクトルは約2.75
%変化するのに対し、測定部位が約1mm移動するとエ
ネルギースペクトルは約4.88%、角度が1度傾くと
約0.29%、圧力が光ファイバ長1mm分加圧される
と約2.89%変化している。実際に生体内のグルコー
スを測定する場合には、1mg/dlの分解能が要求さ
れるので換算すると0.18%の変化を測定する必要が
ある。よって、被測定部位の位置については約0.04
mm、光の照射角度については約0.62度、圧力に関
しては光ファイバ長0.66mm以下の再現精度が要求
されることになる。
ローブを用いるものでは、個々の生体により測定部位の
形状やサイズが微妙に異なり、また、両面粘着テープを
用いて生体の測定部位に生体情報測定用プローブを貼着
する方法では、生体情報測定用の型を最初に選択した測
定部位に正確に貼り付けるのは困難である。このため、
従来のクリップ式や両面粘着テープ方式では、上記図1
3ないし図15の測定データからも分るように、上記再
現精度を確保するのは困難であり、測定結果にばらつき
が生じ、再現性の良い結果を得ることができないという
問題があった。また、クリップ式の生体情報測定用プロ
ーブを用いるものでは、生体の一部などを測定部位と
し、その特定成分濃度を測定する際、血管などを圧迫し
てしまい血流に影響を及ぼす可能性があり、安定した測
定結果が得られないという問題もあった。
溝の寸法は多数の生体の測定部位の形状の平均的寸法を
有するものであり、種々の大きさを有する生体の測定部
位の固体差による寸法差等には対応が困難であるという
問題があった。加えて、毎回の測定位置を完全に同一に
する点においては、生体の測定部位の二次元方向(生体
の測定部位の挿入位置の深さ)の補正は可能であるが、
生体の測定部位の三次元方向(生体の測定部位の挿入位
置の高さや角度、測定部位の回転)の補正は困難である
という問題があった。
は、ユーザがフェルトペンなどを使用して生体の測定部
位に付加した印に基づいて測定部位を目視により位置決
めしているので、印が消えると測定部位の位置決めがで
きなくなるばかりでなく、ユーザが人手により測定部位
を位置決めしているので、生体の測定部位に対する光の
入射角や接触圧についても測定毎に異なり、測定の高い
再現精度を得ることが困難であるといった問題があっ
た。
るように測定対象物の測定部位に投射光を再現性よく投
射する測定位置再現方法を提供することである。
で測定対象物の測定部位に投射光を投射して常に一定の
測定条件を再現する測定位置再現装置を提供することで
ある。
のデータのばらつきの少ない信頼性の高い測定データを
得ることができる光学測定装置を提供することである。
は、測定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透
過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出し、該ス
ペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃
度を計測するに際して、上記測定光を予め定めた所定の
測定位置に入射させる測定位置再現方法であって、測定
位置の登録時には、上記測定対象物を撮像してその画像
を表示し、該画像のパターンの視覚的に認識し得る特徴
を有する部位を選択して上記画像中に印を付し、印を付
した該画像を登録画像として記憶しておき、測定位置の
再現時には、上記測定対象物を撮像してその画像のパタ
ーンを上記登録画像のパターンと対比し、登録画像中の
上記印が付された部位に対応する部位を上記測定対象物
上に検出し、上記測定光を入射させる測定位置と決定す
ることを特徴とする。測定位置の登録時には、測定対象
物を撮像してその画像のパターンの視覚的に認識し得る
特徴を有する部位を選択して印を付し、その画像を登録
画像として記憶しておき、測定位置の再現時には、測定
対象物を撮像してその画像のパターンを登録画像のパタ
ーンと対比し、登録画像中の印が付された部位に対応す
る部位を検出して測定光を投射する。
る発明において、上記測定位置の再現時に撮像した測定
対象物の画像のパターンから、上記登録画像の印が付さ
れた上記部位に対応する部位をパターン認識により検出
することを特徴とする。パターン認識により、測定位置
の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、
登録画像の印が付された部位に対応する部位を検出す
る。
る発明において、上記測定位置の再現時に撮像した測定
対象物の画像のパターンから、上記登録画像の印が付さ
れた上記部位に対応する部位を目視により検出すること
を特徴とする。目視により、測定位置の再現時に撮像し
た測定対象物の画像のパターンから、登録画像の印が付
された部位に一致する部位を検出する。
のいずれか一にかかる発明において、上記測定対象物を
特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像と
して記憶することを特徴とする。登録画像とともに記憶
された情報により測定対象物が特定される。
のいずれか一にかかる発明において、上記測定対象物が
生体であることを特徴とする。生体を撮像した画像のパ
ターンから特徴を有する部位を検出し、検出した部位に
測定光を投射する。
え、該投射光学系から測定対象物に測定光を投射し、該
測定対象物から透過もしくは反射した光のスペクトル強
度を検出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対象
物中の特定成分濃度を計測するに際して、上記測定光を
予め定めた所定の測定位置に投射する測定位置再現装置
であって、上記測定対象物を載置する測定対象物載置手
段と、上記測定対象物を撮像する撮像手段と、上記測定
対象物の画像を表示する画像表示手段と、測定位置の登
録時に上記画像表示手段に表示された測定対象物の画像
のパターンから任意に選択した視覚的に認識し得る特徴
を有する部位に印を付した画像を登録画像として記憶す
る画像登録手段と、測定位置の再現時に上記登録画像の
パターンと上記測定対象物の現在撮像されているパター
ンとを対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中
に存在する登録画像中の上記印が付された部位に対応す
る部位の位置を検出する測定位置検出手段と、該測定位
置検出手段により検出された部位に上記光が投射される
ように上記投射光学系もしくは測定対象物載置手段を移
動させる移動手段とを備えたことを特徴とする。測定位
置の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮
像されているパターンとを対比し、現在撮像されている
測定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付され
た部位に対応する部位の位置を検出し、検出された部位
に測定光が投射されるように投射光学系もしくは測定対
象物載置手段を移動させる。
る発明において、上記測定光の光軸の方向をZ軸方向と
して該Z軸方向に直交するX軸方向およびY軸方向に投
射光学系もしくは測定対象物載置手段が移動することを
特徴とする。投射光学系もしくは測定対象物載置手段
は、測定光の光軸の方向をZ軸方向として該Z軸方向に
直交するX軸方向およびY軸方向に移動する。
7にかかる発明において、上記投射光学系手段がZ軸方
向に移動することを特徴とする。投射光学系手段がZ軸
方向に移動する。
のいずれか一にかかる発明において、上記投射光学系手
段が上記Z軸の周りに回動することを特徴とする。投射
光学系手段はZ軸の周りに回動する。
9のいずれか一にかかる発明において、上記測定対象物
の測定対象物載置手段に対する接触圧を検出する接触圧
センサと、該接触圧センサの出力を記憶する接触圧メモ
リと、該接触圧メモリに記憶された上記接触圧を再現す
る加圧装置とを備えたことを特徴とする。測定対象物の
測定対象物載置手段に対する接触圧を接触圧センサで検
出し、計測時に接触圧メモリに記憶された接触圧を再現
する。
10のいずれか一にかかる発明において、上記画像登録
手段が上記測定対象物を特定する情報とともに上記印を
付した画像を登録画像として記憶することを特徴とす
る。登録画像とともに画像登録手段に記憶されている情
報により測定対象物が特定される。
11のいずれか一にかかる発明において、上記測定対象
物が生体であることを特徴とする。生体を撮像した画像
のパターンから選択した部位に測定光が入射するように
投射光学系手段もしくは測定対象物載置手段を移動す
る。
備え、該投射光学系から測定対象物に測定光を投射し、
該測定対象物から透過もしくは反射した光のスペクトル
強度を検出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対
象物中の特定成分濃度を計測する光学測定装置であっ
て、上記測定対象物を載置する測定対象物載置手段と、
上記測定対象物を撮像する撮像手段と、上記測定対象物
の画像を表示する画像表示手段と、測定位置の登録時に
上記画像表示手段に表示された測定対象物の画像のパタ
ーンから任意に選択した視覚的に認識し得る特徴を有す
る部位に印を付した画像を登録画像として記憶する画像
登録手段と、測定位置の再現時に上記登録画像のパター
ンと上記測定対象物の現在撮像されているパターンとを
対比し、現在撮像されている測定対象物の画像中に存在
する登録画像中の上記印が付された部位に対応する部位
の位置を検出する測定位置検出手段と、該測定位置検出
手段により検出された部位に上記光が投射されるように
上記投射光学系を移動させる移動手段と、投射された上
記光が測定対象物を透過もしくは反射した光を受光する
受光光学系手段と、該受光光学系手段により受光された
上記部位から透過もしくは反射した光のスペクトル強度
を検出するスペクトル強度検出手段と、上記スペクトル
強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を演算
する演算処理手段と、演算された上記特定成分濃度を出
力する出力手段とを備えたことを特徴とする。測定位置
の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮像
されているパターンとを対比し、現在撮像されている測
定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付された
部位に対応する部位の位置を検出し、検出された部位に
測定光が投射されるように投射光学系を移動させ、測定
対象物を透過もしくは反射した光を受光してスペクトル
強度を検出し、検出したスペクトル強度に基づいて測定
対象物中の特定成分濃度を検出する。
かかる発明において、上記投射光学系手段が光ファイバ
を備えたことを特徴とする。光ファイバを通して測定光
が測定対象物の選択された部位に投射される。
たは14にかかる発明において、上記受光光学系手段が
光ファイバを備えたことを特徴とする。測定対象物から
反射もしくは透過した光が光ファイバを通して受光され
る。
たは14にかかる発明において、上記受光光学系手段が
積分球を備えたことを特徴とする。測定対象物から反射
もしくは透過した光が積分球により集光される。
ら16のいずれか一にかかる発明において、上記画像登
録手段が上記測定対象物を特定する情報とともに上記印
を付した画像を登録画像として記憶することを特徴とす
る。登録画像とともに画像登録手段に記憶された情報に
より測定対象物が特定される。
ら17のいずれか一にかかる発明において、上記測定対
象物が生体であることを特徴とする。生体を撮像した画
像のパターンから選択した部位に測定光が入射するよう
に投射光学系手段もしくは測定対象物載置手段を移動
し、生体中の特定成分濃度を測定する。
発明の実施の形態を説明する。
装置の一つの実施の形態の構成を図1ないし図3に示
す。上記光学測定装置1はヒトの手2を測定対象物とし
てグルコース濃度を検出するためのものである。上記光
学測定装置1は、ヒトの手2に測定光3を投射してその
反射光4のスペクトル強度を検出する分光分析部5、上
記測定光3の投射位置の制御を行なうための制御演算処
理部6(図2参照)、上記分光分析部5で検出された上
記スペクトル強度に基づいて上記グルコース濃度を検出
する演算処理部8(図3参照)、上記分光分析部5の移
動機構9、載置台7に載置されたヒトの手2を撮像する
撮像装置としてCCDカメラ11(図1および図2参
照)を備えてなるものである。
7に載置されたヒトの手2に測定光3を投射する投射光
学系12、該投射光学系12から投射された光の上記ヒ
トの手2からの反射光4を集光する積分球13、該積分
球13で集光された上記反射光4の強さを検出する受光
センサ14を備える。上記投射光学系12は分光分析部
5の下部筺体15内に収容され、上記積分球13は分光
分析部5の上部筺体16内に収容される。
17からの光を平行光にするコリメータレンズ18、該
コリメータレンズ18から出射する平行光を集光する集
光レンズ19、ハーフミラ21からなる。上記光源1
7、コリメータレンズ18、集光レンズ19は同じ光軸
上に配置され、該光軸に対して上記ハーフミラ21は4
5度の角度をなすように配置される。この配置により、
光源17から出射した光は上記ハーフミラ21にて上記
光軸に対して90度をなす方向に反射され、上記投射光
学系12の上側に位置する上記積分球13に形成された
透過孔13a、13bおよび上部筺体16の上に配置さ
れた載置台7に形成された透過孔7aを通して、測定光
がヒトの手2に投射される。上記受光センサ14は積分
球13の内側にその受光面を向けて取着されており、ヒ
トの手2から反射したのち上記積分球13で集光されて
上記受光センサ14に入射する。
た、上記投射光学系12の光源17から出た光の強度を
検出する基準光センサ92が配置されている。該基準光
センサ92は、上記投射光学系12のハーフミラ21に
関して上記光源17と反対側に配置されており、上記光
源17から出た光はハーフミラ21を透過した後に上記
基準光センサ92に入射する。
の下部筺体15の下側に配置され、上記測定光3の進行
方向をZ軸として上記分光分析部5を図1の紙面に対し
て垂直なX軸方向、これらZ軸およびX軸に垂直なY軸
方向に移動可能に上記分光分析部5を支持するととも
に、上記分光分析部5をZ軸の周りに回転可能に支持す
る。上記移動機構9は、X軸移動テーブル22、Y軸移
動テーブル23、Z軸移動テーブル24を備える。上記
X軸移動テーブル22はY軸移動テーブル23上にてX
軸レール25によりX軸方向に移動可能に支持され、上
記Y軸移動テーブル23はZ軸移動テーブル24上にて
Y軸レール26によりY軸方向に移動可能に支持され
る。また、Z軸移動テーブル24は、分光分析部5の四
角形状を有するベース27のコーナ部から立ち上がり、
該ベース27とヒトの手2を押える押え部材28とを結
合する結合部材29に案内されてZ軸方向に移動可能と
なっている。
配置されている。該CCDカメラ11は、上記分光分析
部5が上記移動機構9により上記透過孔7aの下部から
退避し初期位置に移動した時、その光軸が上記分光分析
部5における測定光3の光軸に合致するように配置され
る。この配置により、上記分光分析部5が移動機構9に
より透過孔7aの下部から退避した時に、CCDカメラ
11は、その光軸を透過孔7a、24aを通して撮像用
照明110により照明されたヒトの手2に向けることが
できる。
ら下方に突出するスクリュシャフト31、該スクリュシ
ャフト31に螺合するナット32、上記ベース27から
立ち上がり、先端にて上記ナット32を回転可能に支持
するナット支持部材34により支持される。上記ナット
32は、その外周面に形成された歯32aがZ軸駆動モ
ータMzの出力軸35に取着されたピニオン36に噛合
している。これにより、上記Z軸駆動モータMzが回転
すると、ピニオン36を介してナット32が回転駆動さ
れ、スクリュシャフト31がその軸方向に移動する。そ
れに伴って上記Z軸移動テーブル24がZ軸方向に移動
する。上記Z軸移動テーブル24のZ軸方向への移動量
は、Z軸駆動モータMzに設けられた回転量センサ(以
下、Z軸センサという。)37により検出される。
ル26が固定され、該Y軸レール26により上記Y軸移
動テーブル23がZ軸移動テーブル24の上にてY軸方
向に移動自在に支持される。上記Y軸移動テーブル23
の側面にはラック38が取着されており、該ラック38
にはY軸駆動モータMyの出力軸39に取着されたピニ
オン41が噛合している。これにより、上記Y軸駆動モ
ータMyが回転すると、ピニオン41およびラック38
を介して、Y軸移動テーブル23がY軸方向に移動す
る。上記Y軸移動テーブル23のY軸方向への移動量
は、Y軸駆動モータMyに設けられた回転量センサ(以
下、Y軸センサという。)42により検出される。
ル25が固定され、該X軸レール25により上記X軸移
動テーブル22がY軸移動テーブル23の上にてX軸方
向に移動自在に支持される。上記X軸移動テーブル22
の下面にはラック43が取着されており、該ラック43
にはX軸駆動モータMxの出力軸44に取着されたピニ
オン45が噛合している。これにより、上記X軸駆動モ
ータMxが回転すると、ピニオン45およびラック43
を介して、X軸移動テーブル22がX軸方向に移動す
る。上記X軸移動テーブル22のX軸方向への移動量
は、X軸移動モータMxに設けられた回転量センサ(以
下、X軸センサという。)46により検出される。
の下部筺体15との間には、上記X軸移動テーブル22
の上にて、分光分析部5の円筒形状の下部筺体15およ
び上部筺体16をその軸の周りに回転可能に支持する回
転支持機構48が介装されている。上記回転支持機構4
8は、リング状の案内部材51、52とこれら案内部材
51、52に形成された円形の案内溝に嵌合するボール
ベアリング53からなるものである。上記下部筺体15
の外周にはラック54が取り付けられており、該ラック
54にはα軸駆動モータMαの出力軸55に取着された
ピニオン56が噛合している。これにより、上記α軸駆
動モータMαが回転すると、ピニオン56およびラック
54を介して、上記分光分析部5の下部筺体15および
上部筺体16がZ軸の周りに回動する。上記分光分析部
5の回転量は、α軸移動モータMαに設けられた回転量
センサ(以下、α軸センサという)57により検出され
る。
中心部に測定光3を透過させる透過孔7aを有する単な
る平板状のものである。上記載置台7には、上記分光分
析部5の上部筺体16に対向して接触圧センサ58が固
定されている。該接触圧センサ58からは、次のように
して、ヒトの手2と載置台7との間の接触圧に対応する
接触圧信号を発生する。すなわち、上記分光分析部5が
Z軸方向に移動し、分光分析部5の上部筺体16が結合
部材29に設けられたストッパ部29aに当接して停止
している載置台7に当接して該載置台7とともにさらに
Z軸方向に移動し、ヒトの手7が押え部材28に当接す
ると、接触圧センサ58は上記接触圧信号を出力する。
なお、上記載置台7には、図6および図7に示すよう
に、ヒトの手2の位置決めを容易にするため、突起7b
を設けるようにしてもよい。
により構成され、中央演算処理装置(以下、CPUと記
す。)61、読出し専用メモリ(以下、ROMと記
す。)62、読出し書込み用メモリ(以下、RAMと記
す。)63およびインタフェース回路64ないし70か
らなる。上記CPU61は、バス71により、ROM6
2、RAM63、インタフェース回路64ないし70に
接続されている。
46からX軸移動テーブル22のX軸位置信号、Y軸セ
ンサ42からY軸移動テーブル23のY軸位置信号、Z
軸センサ37からZ軸移動テーブル24のZ軸位置信
号、α軸センサ57からα軸回転位置信号、接触圧セン
サ58から接触圧信号がそれぞれ入力する。インタフェ
ース回路65には、オペレータのキーボード72の操作
内容に対応して、該キーボード72からインタフェース
回路65に必要な操作指令信号が出力する。インタフェ
ース回路66は図3の演算制御部8との通信を行なうた
めの通信ポート73に接続され、インタフェース回路6
7はCCDカメラ11に接続される。また、インタフェ
ース回路68にはモータ駆動回路74が接続される。該
モータ駆動回路74には、図1において説明したX軸駆
動モータMx、Y軸駆動モータMy、Z軸駆動モータM
z、α軸駆動モータMαが接続される。さらに、インタ
フェース回路69にはハードデスクのような記憶装置7
5が接続される。さらにまた、インタフェース回路70
からは予め登録されたヒトの手2の画像信号が混合回路
76に出力する。該混合回路76は、上記CCDカメラ
11から出力するビデオ信号と予め登録されたヒトの手
2の上記画像信号を混合し、表示装置77に出力する。
ンピュータにより構成され、CPU78、ROM79、
RAM81、インタフェース回路82ないし85、イン
タフェース回路87、88からなる。上記CPU78は
バス89により、上記ROM79、RAM81、インタ
フェース回路82ないし85、インタフェース回路8
7、88に接続されている。上記インタフェース回路8
2は、図2において説明したキーボード72に接続さ
れ、また、インタフェース回路83には図1において説
明した分光分析部5の受光センサ14より、ヒトの手2
から反射した測定光3の反射光4のスペクトル強度信号
が入力する。さらに、インタフェース回路84は、図2
の制御演算処理部6との通信を行なうための通信ポート
91に接続される。さらにまた、インタフェース回路8
5には、基準光センサ92から図1において説明した分
光分析部5の投射光学系12の光源17の光度に対応す
る基準光信号が基準信号として入力する。インタフェー
ス回路87にはハードデスク等の記憶装置94が接続さ
れ、インタフェース回路88にはプリンタやCRTデス
プレイ等の出力装置95に接続される。
を備えた光学測定装置1の作用を、図8ないし図10に
示すフローを参照して、ヒトの手2の予め選択した位置
への測定位置再現方法とともに説明する。
の電源がオンされ、オペレータがキーボード72から測
定位置登録モードを選択し、該測定位置登録モードの開
始を指令すると、測定位置登録ルーチンがスタート(♯
1)し、制御演算処理部6のCPU61が初期化(♯
2)され、RAM63がクリア(♯3)される。その
後、制御演算処理部6のCPU61は、記憶装置75に
記憶されているX軸移動テーブル22、Y軸移動テーブ
ル23、Z軸移動テーブル24およびα軸回転角度の各
初期データをインタフェース回路69からRAM63に
ロードし(♯4)、これらX軸移動テーブル22、Y軸
移動テーブル23、Z軸移動テーブル24およびα軸回
転角度をそれぞれ初期位置に移動させる(♯5)。
載置台7を押え部材28に向かってZ軸方向に移動させ
る(♯7)。ヒトの手2が押え部材28に接触し、接触
圧センサ58が予め設定した所定の値となると、上記載
置台7のZ軸方向への移動を停止させる(♯8)。この
状態で、CCDカメラ11による撮像を実行し、その画
像を表示装置77に表示する(♯9)。このときの表示
装置77の表示画像を図4に示す。
有するヒトの手2の掌が有する線96、97および98
により形成されるパターンにおいて、オペレータは視覚
的に認識し得る特徴部位Pをキーボード72に付属のト
ラックボール等のポインティングデバイスにより選択
し、選択した上記特徴部位Pに×印を表示させる(♯1
0)。なお、表示画像の中心点P0は図1において説明
したX軸およびY軸が交差するXY座標の原点に対応す
る。
付された×印、接触圧センサ58から出力する接触圧信
号、上記ヒトの手2を特定するための番号(図4の例で
はNo.3)とともに、記憶装置75に登録する(♯1
1)。その後、載置台7が降下してヒトの手2が載置台
7から除去され(♯12)、登録モードを終了する(♯
13)。
置1の電源がオンされ、オペレータがキーボード72か
ら測定モードを選択し、該測定モードの開始を指令する
と、測定ルーチンがスタート(♯21)し、制御演算処
理部6のCPU61が初期化(♯22)され、RAM6
3がクリア(♯23)される。次いで、分光分析部5の
演算処理部8のCPU78が初期化およびRAM81の
クリアが実行される(♯24)。
は、記憶装置75に記憶されているX軸移動テーブル2
2、Y軸移動テーブル23、Z軸移動テーブル24およ
びα軸回転角度の各初期データをインタフェース回路6
9からRAM63にロードする(♯25)。上記各初期
データに基づいて、上記CPU61は、X軸移動テーブ
ル22、Y軸移動テーブル23、Z軸移動テーブル24
およびα軸回転角度をそれぞれ初期位置に移動する(♯
26)。
コース濃度を測定するヒトの登録番号、たとえばNo.
3をキーボード72から入力(♯27)した後、登録番
号No.3のヒトの手2を載置台7上に載置する(♯2
8)。次いで、ヒトの手2が押え部材28に接触し、接
触圧センサ58から出力するヒトの手2と載置台7との
間の接触圧が上記登録モードで登録した値に達するま
で、上記Z軸移動テーブル24をZ軸方向に上方に移動
させる(♯28aおよび♯29)。
CCDカメラ11から上記ヒトの手2の掌の映像信号を
混合回路76を通して表示装置77に表示する(♯3
0)。このとき、上記表示装置77に表示される画像を
図5に示す。他方、制御演算処理部6のCPU61は、
CCDカメラ11から出力する上記ヒトの手2の掌の画
像信号を取込んで画像処理し、パターン認識により、取
り込んだ上記ヒトの手2の掌の画像のパターンと上記登
録モードにて登録されているNo.3のヒトの手2の掌
の画像のパターンとを対比し、上記表示装置77に現在
表示されている登録番号No.3のヒトの手2の掌の画
像のパターンから上記登録モードで登録された特徴部位
Pを検出する(♯31)。
No.3のヒトの手2の掌の画像から特徴部位Pを検出
する際に、上記表示装置77に現在表示されている上記
ヒトの手2の掌の画像信号と上記登録モードにて登録さ
れているNo.3のヒトの手2の掌の画像信号とを混合
回路76で混合して、両画像を上記表示装置77に重ね
て表示することにより、オペレータが目視により、登録
番号No.3のヒトの手2の掌の現在の画像中における
上記登録モードで登録された特徴部位Pを検出すること
もできる。このようにすれば、パターン認識のためのソ
フトウエアが不要になり、光学測定装置の計測ソフトウ
エアの製作コストも削減することができる。
れている上記ヒトの手2の掌の画像パターンから特徴部
位Pを検出すると、制御演算処理部6のCPU61はX
軸移動テーブル22、Y軸移動テーブル23をそれぞれ
X軸方向およびY軸方向に移動させ、分光分析部5の測
定光光軸を検出された上記特徴部位Pに合致させる(♯
32)。このとき、測定光3のヒトの手2への入射光径
を表示装置77でモニタし、α軸駆動モータMαによ
り、分光分析部5をZ軸の周りに回動させて、上記入射
光径を補正する。
り、上記ヒトの手2の掌の登録された特徴部位Pに測定
光3が入射するように分光分析部5の位置が決定される
と、制御演算処理部6のCPU61はそのインタフェー
ス回路66、通信ポート73、演算制御部6の通信ポー
ト91、インタフェース回路84を通して、分光分析部
5の演算制御部8のCPU78に分光測定開始を指令す
る分光開始信号を出力する(♯33)。分光分析部5の
上記演算処理部8のCPU78が制御演算処理部6のC
PU61から上記分光開始信号を受けると、上記CPU
78は受光センサ16から出力する上記ヒトの手2の掌
の上記特徴点Pからの反射光4のスペクトル強度信号お
よび基準光センサ92から出力する光源17のスペクト
ル強度に基づいて、上記ヒトの掌2における吸光度演算
を実行する(♯34)。次いで、上記CPU78は、上
記吸光度演算の結果に基づいてグルコース濃度演算を実
行し(♯35)、得られたグルコース濃度を出力装置9
5に出力する(♯36)。
は、グルコース濃度の測定終了信号をそのインタフェー
ス回路84、通信ポート91、制御演算処理部6の通信
ポート73、インタフェース回路66を通して、上記制
御演算処理部6のCPU61に出力する。上記測定終了
信号を受けると、制御演算処理部6のCPU61はX軸
移動テーブル22、Y軸移動テーブル23、Z軸移動テ
ーブル24を初期位置に移動させ(♯37)、No.3
のヒトの手2が載置台7から除去され(♯38)、1回
目のグルコース濃度の測定を終了する(♯39)。2回
目以降のグルコース濃度の測定も、以上に説明したステ
ップ♯21から♯39が実行される。
部3の測定対象物の載置台5に載置して撮像装置で撮像
し、その画像のパターンから特徴を有する測定部位Pを
選択するだけで、以降、測定の毎に上記測定部位Pに測
定光3を入射させることができる。これにより、ヒトの
手2に投射した測定光3の反射光4を検出してグルコー
ス濃度を測定する場合、測定位置の再現精度が大幅に向
上し、測定位置の変化による測定値のばらつきを抑える
ことができる。
の形態にかかる光学測定装置を図11に示す。この光学
測定装置1aは、図1ないし図3を参照して説明した実
施の形態1の光学測定装置1において、投射光学系12
の光を光ファイバ101を通して載置台7上に配置され
たヒトの手2に投射し、該ヒトの手2から反射した反射
光4を、図1の光学測定装置1の積分球13に代えて光
ファイバ102により受光センサ14に導くようにした
もので、光ファイバ101、102以外の部分の構成は
図1において説明した光学測定装置1の対応する部分の
構成と全く同じである。よって、図11において、図1
に対応する部分には対応する符号を付して示し、重複し
た説明は省略する。
1、102の使用により光学測定装置1aの形状がコン
パクトで構成が簡単になり、取扱いも容易になる。
の形態にかかる光学測定装置を図12に示す。この光学
測定装置1bは、図11を参照して説明した実施の形態
2の光学測定装置1aにおいて、押え部材28に載置台
7の透過孔7aに対向する位置に貫通孔105を形成
し、ヒトの手2を透過した光が上記貫通孔105を通し
て光ファイバ102から受光センサ14に導くようにし
たもので、光ファイバ102の配置構成以外の部分の構
成は図11において説明した光学測定装置1aの対応す
る部分の構成と全く同じである。よって、図12におい
て、図11に対応する部分には対応する符号を付して示
し、重複した説明は省略する。
1および103を使用したコンパクトな構成を有する光
学測定装置1bにより、ヒトの手2を透過した透過光を
検出し、それに基づいてグルコース濃度を検出すること
ができる。
置の再現時に、測定対象物を撮像してその画像のパター
ンを登録画像のパターンと対比し、登録画像中の印が付
された部位に対応する部位を測定対象物上に検出するの
で、高い再現精度で測定位置を再現することができる。
の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから、
パターン認識により登録画像の印が付された部位に一致
する部位を検出するので、目視によることなく高い再現
精度で測定位置を再現させることができる。
の再現時に撮像した測定対象物の画像のパターンから登
録画像の印が付された部位に一致する部位を目視により
検出するので、簡単に測定位置を再現することができ
る。
物を特定する情報を印を付した画像とともに記憶してい
るので、印が付された画像の測定対象物を容易に特定す
ることができる。
像した画像のパターンから登録画像の印が付された部位
に対応する部位を生体上に検出し、測定位置を決定する
ので、生体に測定光を投射してその透過光もしくは反射
光に基づいて生体中の特定成分濃度を検出する際に、高
い再現精度で測定位置を再現することができる。
の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮像
されているパターンとを対比し、現在撮像されている測
定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付された
部位に対応する部位を検出し、検出された部位に測定光
が投射されるように投射光学系が移動するので、高い再
現精度で測定位置を再現することができる。
系もしくは測定対象物載置手段は、測定光の光軸の方向
をZ軸方向として該Z軸方向に直交するX軸方向および
Y軸方向に移動するので、測定毎に測定対象物を二次元
的に移動させて、測定対象物の測定位置を一定に再現す
ることができる。
系手段がZ軸方向に移動するので、登録画像の登録時の
投射光学系と測定対象物とのZ軸方向の位置関係を再現
することができる。
系手段がZ軸の周りに回動するので、測定時に測定対象
物に入射する測定光の入射光径を補正することができ
る。
象物の測定対象物載置手段に対する接触圧を接触圧セン
サで検出し、計測時に接触圧メモリに記憶された接触圧
を再現するので、測定対象物と測定対象物載置台との接
触圧の変化が抑えられ、より高い精度で測定対象物の測
定位置を再現することができる。
象物を特定する情報が印を付した画像とともに画像登録
手段に記憶されているので、測定対象物を特定する情報
により印を付した画像の測定対象物を容易に特定するこ
とができる。
撮像した画像のパターンから選択した部位に測定光が入
射するように投射光学系手段もしくは測定対象物載置手
段が移動するので、生体を撮像した画像のパターンから
選択した一定の部位を高い精度で再現することができ
る。
置の再現時に登録画像のパターンと測定対象物の現在撮
像されているパターンとを対比し、現在撮像されている
測定対象物の画像中に存在する登録画像中の印が付され
た部位に対応する部位の位置を検出し、検出された部位
に測定光が投射されるように投射光学系を移動させ、特
徴部位から透過もしくは反射した光を受光して特徴部位
から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検出
し、検出したスペクトル強度に基づいて測定対象物中の
特定成分濃度を検出するので、生体の測定部位への測定
光の入射位置の再現精度を高くすることができる。
イバを通して測定光が測定対象物の選択された部位に投
射されるので、光ファイバが有している屈曲性により投
射光学系の配置の自由度が高くなり、光学測定装置もコ
ンパクトになる。
象物から反射もしくは透過した光が光ファイバを通して
受光されるので、光ファイバが有している屈曲性により
受光光学系の配置の自由度が高くなり、光学測定装置も
コンパクトになる。
象物から反射もしくは透過した光が積分球により集光さ
れるので、構成が比較的簡単であり、光学測定装置のコ
ストも低くなる。
象物を特定する情報が印を付した画像とともに画像登録
手段に記憶されているので、測定対象物を特定する情報
により印を付した画像の測定対象物を容易に特定するこ
とができる。
撮像した画像のパターンから選択した部位に測定光が入
射するように投射光学系手段もしくは測定対象物載置手
段を移動し、生体中の特定成分濃度を測定するので、生
体の測定部位への測定光の入射位置の再現精度が高く、
測定毎の測定データのばらつきが少ない信頼性の高い光
学測定装置を得ることができる。
の分光分析部およびその移動機構の構成を示す説明図で
ある。
理部の構成を示すブロック図である。
部の構成を示すブロック図である。
明図である。
である。
2の分光分析部およびその移動機構の説明図である。
3の分光分析部およびその移動機構の説明図である。
変化による血糖値の測定値の変化を示す測定データであ
る。
化による血糖値の測定値の変化を示す測定データであ
る。
による血糖値の測定圧の変化を示す測定データである。
Claims (18)
- 【請求項1】 測定対象物に測定光を投射し、該測定対
象物から透過もしくは反射した光のスペクトル強度を検
出し、該スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の
特定成分濃度を計測するに際して、上記測定光を予め定
めた所定の測定位置に入射させる測定位置再現方法であ
って、 測定位置の登録時には、上記測定対象物を撮像してその
画像を表示し、該画像のパターンの視覚的に認識し得る
特徴を有する部位を選択して上記画像中に印を付し、印
を付した該画像を登録画像として記憶しておき、 測定位置の再現時には、上記測定対象物を撮像してその
画像のパターンを上記登録画像のパターンと対比し、登
録画像中の上記印が付された部位に対応する部位を上記
測定対象物上に検出し、 上記測定光を入射させる測定位置と決定することを特徴
とする測定位置再現方法。 - 【請求項2】 上記測定位置の再現時に撮像した測定対
象物の画像のパターンから、上記登録画像の印が付され
た上記部位に対応する部位をパターン認識により検出す
ることを特徴とする請求項1記載の測定位置再現方法。 - 【請求項3】 上記測定位置の再現時に撮像した測定対
象物の画像のパターンから、上記登録画像の印が付され
た上記部位に対応する部位を目視により検出することを
特徴とする請求項1記載の測定位置再現方法。 - 【請求項4】 上記測定対象物を特定する情報とともに
上記印を付した画像を登録画像として記憶することを特
徴とする請求項1から3のいずれか一記載の測定位置再
現方法。 - 【請求項5】 上記測定対象物が生体であることを特徴
とする請求項1から4のいずれか一記載の測定位置再現
方法。 - 【請求項6】 投射光学系を備え、該投射光学系から測
定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透過もし
くは反射した光のスペクトル強度を検出し、該スペクト
ル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を計
測するに際して、上記測定光を予め定めた所定の測定位
置に投射する測定位置再現装置であって、 上記測定対象物を載置する測定対象物載置手段と、 上記測定対象物を撮像する撮像手段と、 上記測定対象物の画像を表示する画像表示手段と、 測定位置の登録時に上記画像表示手段に表示された測定
対象物の画像のパターンから任意に選択した視覚的に認
識し得る特徴を有する部位に印を付した画像を登録画像
として記憶する画像登録手段と、 測定位置の再現時に上記登録画像のパターンと上記測定
対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在
撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像
中の上記印が付された部位に対応する部位の位置を検出
する測定位置検出手段と、 該測定位置検出手段により検出された部位に上記測定光
が投射されるように上記投射光学系を移動させる移動手
段と、 を備えたことを特徴とする測定位置再現装置。 - 【請求項7】 上記測定光の光軸の方向をZ軸方向とし
て該Z軸方向に直交するX軸方向およびY軸方向に投射
光学系が移動することを特徴とする請求項6記載の測定
位置再現装置。 - 【請求項8】 上記投射光学系手段がZ軸方向に移動す
ることを特徴とする請求項6または7記載の測定位置再
現装置。 - 【請求項9】 上記投射光学系手段が上記Z軸の周りに
回動することを特徴とする請求項6から8のいずれか一
記載の測定位置再現装置。 - 【請求項10】 上記測定対象物の測定対象物載置手段
に対する接触圧を検出する接触圧センサと、該接触圧セ
ンサの出力を記憶する接触圧メモリと、該接触圧メモリ
に記憶された上記接触圧を再現する加圧装置とを備えた
ことを特徴とする請求項6から9のいずれか一記載の測
定位置再現装置。 - 【請求項11】 上記画像登録手段が上記測定対象物を
特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像と
して記憶することを特徴とする請求項6から10のいず
れか一記載の測定位置再現装置。 - 【請求項12】 上記測定対象物が生体であることを特
徴とする請求項6から11のいずれか一記載の測定位置
再現装置。 - 【請求項13】 投射光学系を備え、該投射光学系から
測定対象物に測定光を投射し、該測定対象物から透過も
しくは反射した光のスペクトル強度を検出し、該スペク
トル強度に基づいて上記測定対象物中の特定成分濃度を
計測する光学測定装置であって、 上記測定対象物を載置する測定対象物載置手段と、 上記測定対象物を撮像する撮像手段と、 上記測定対象物の画像を表示する画像表示手段と、 測定位置の登録時に上記画像表示手段に表示された測定
対象物の画像のパターンから任意に選択した視覚的に認
識し得る特徴を有する部位に印を付した画像を登録画像
として記憶する画像登録手段と、 測定位置の再現時に上記登録画像のパターンと上記測定
対象物の現在撮像されているパターンとを対比し、現在
撮像されている測定対象物の画像中に存在する登録画像
中の上記印が付された部位に対応する部位の位置を検出
する測定位置検出手段と、 該測定位置検出手段により検出された部位に上記光が投
射されるように上記投射光学系を移動させる移動手段
と、 投射された上記光が上記測定対象物を透過もしくは反射
した光を受光する受光光学系手段と、 該受光光学系手段により受光された上記部位から透過も
しくは反射した光のスペクトル強度を検出するスペクト
ル強度検出手段と、 上記スペクトル強度に基づいて上記測定対象物中の特定
成分濃度を演算する演算処理手段と、 演算された上記特定成分濃度を出力する出力手段と、 を備えたことを特徴とする光学測定装置。 - 【請求項14】 上記投射光学系手段が光ファイバを備
えたことを特徴とする請求項13記載の光学測定装置。 - 【請求項15】 上記受光光学系手段が光ファイバを備
えたことを特徴とする請求項13または14記載の光学
測定装置。 - 【請求項16】 上記受光光学系手段が積分球を備えた
ことを特徴とする請求項13から15のいずれか一記載
の光学測定装置。 - 【請求項17】 上記画像登録手段が上記測定対象物を
特定する情報とともに上記印を付した画像を登録画像と
して記憶することを特徴とする請求項13から16のい
ずれか一記載の光学測定装置。 - 【請求項18】 上記測定対象物が生体であることを特
徴とする請求項13から17のいずれか一記載の光学測
定装置。
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