JP5101366B2 - 血液成分測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、投光部から光を生体に透過させて受光部で受光し、該受光部で得られた信号に基づいて、生体における血液成分を計測する血液成分測定装置に関する。

光等の電磁波を生体等の媒体に照射し、媒体中に含まれる成分の特性を決定するために該媒体を通して透過されたり又は該媒体から反射されたりする電磁波を検出し、計測することについて研究開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。

この様な検出方法は、医療分野では検査のために患者の体から血液等の物質を採取し、あるいは計測装置を体内に挿入する代わりに、非侵襲的に行われることから、患者にとってより快適であり、より迅速な計測が可能であり、好適である。

例えば、手術中に、血液及び身体の有効な酸素供給、すなわち血中酸素飽和度がしばしばモニターされる。このような測定は、身体の一部、例えば手の指又は耳たぶ、又は額を介した透過光（又は反射光）の透過率（又は反射率）を測定して評価を行う非侵襲技術を使用してしばしば行われる。

しかしながら、血液中に含まれるグルコース等を測定する場合等、成分から得られる信号に比べて、生体を構成するタンパク質や水等のその他の成分によるノイズが大きい。また、指の皮膚、筋肉、血管等、身体の大部分は一般に柔らかくて変形が容易であり、組織や筋肉等はその指が動くときに、指に加えられた圧力によって簡単に圧縮変形してしまう。

したがって、光が指に入射されてその患者がその指を歪めたり、又は圧縮するような方法で動けば、その投光、受光端部との生体の当接部位は解離してしまう。その指の動きは通常不規則であるので、当接部位の接触状態が変化して解離が生じると、新たに空気層が介在することになり、空気との界面で反射が発生することで予期しない減衰が起こり、測定信号を解釈することが困難になる。

従来の多くの光学プローブは、動作によって誘導されたノイズは測定信号を大きく歪めるので、患者が比較的動かない状態のみ使用されるように設計されている。一般にプローブは光源と媒体との間、及び光検出器と該媒体との間で接触を最大にし、光源、媒体、及び光検出器の間の強力な光結合を促進することによって、強力な出力信号強度を発生させる。このようにして、患者が一般に動けないときに該媒体を介して強力且つ明確な信号が透過される。

また、投光、受光端部を機械的に生体に押し付けることによって、投光、受光端部と生体との密着状態を確保する工夫がなされている。

特許文献２には、フルオロカーボン等の屈折率適合材料を皮膚との当接部位に配置することにより、接触界面の変動による信号の変化を改善させることが記載されている。

特許文献３には、垂直な軸及び水平なクロスバーを有するＴ型ラップを使用して、光源及び光学センサを指に光学接触させるよう固定する、光学プローブについて開示している。光源は垂直軸の片側のウィンドウに配置され、センサは該垂直軸の対向サイドのウィンドウに配置される。指はこの軸に揃えられ、この軸は光源及びセンサが該指を挟んで反対側に置かれるように、折り曲げられる。次に、クロスバーが指の周りにラップされて該ラップを固定し、これによって光源及びセンサを該指に接触させたまま良好な光結合を実現する。

特許文献４には、プローブ先端部を枠から突出させて計測部位にプローブの先端部を適切な圧力で接触させることができ、精度の良い生体内成分測定を可能とするプローブが記載されている。

特許文献５では、カフによって疎血状態まで生体を加圧しておき、光学的に血液成分を測定するプローブが記載されている。このプローブでは、少なくとも２つの波長の光に基づいて測定をするが、波長毎に最適な圧力を決定している。また、測定部分の第１カフとそれよりも上流側で疎血させるための第２カフが設けられている。

国際公開第０３／０７９９００号パンフレット 米国特許第６６２２０３２号明細書 米国特許第４８２５８７９号明細書 特開２００７−８９７０８号公報 特表２００３−５２６４３４号公報（図２）

前記の特許文献２の装置では、当接面に屈折率適合材料を用いても、適合材料の量が不十分であったり、生体の動き等によって接触面に空隙ができると、空気との界面で反射が起こってしまい、信号が大きく変動してしまう。また、透過式の吸光度計測における投光部、受光部間の光軸ずれに対する信号減衰には効果がない。

前記の特許文献３の装置では、Ｔ型ラップによる固定では、ラップの締め付けが緩いと固定効果が得られず、逆に強すぎると血流が阻害されてしまう。

前記の特許文献４の装置では、プローブそのものを生体に押し付ける固定法についても、ラップと同様に押し付け力次第で効果が得られなかったり、血流阻害を引き起こしてしまう等の問題がある。

前記の特許文献５のプローブでは、２つの波長の光に対して波長毎に最適な圧力を決定しており、刻々と変化するパラメータを計測するのには不適である。また、２つのカフを設けて別々に制御をするので構造が繁雑であり、加圧時に投光側と受光側の光軸をそろえる機能はない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、非侵襲で、計測対象の形状や動きに影響を受けずに生体における血液成分を正確に計測することのできる血液成分測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る血液成分測定装置は、対向する位置で同一光軸上に設けられ、間に計測対象の生体を挿入可能な投光部及び受光部と、前記投光部及び前記受光部の少なくとも一方を前記光軸に沿って案内するスライド部と、内側に前記スライド部を有する前記投光部及び（又は）前記受光部を備えて、空気の加圧により該投光部及び（又は）該受光部を前記生体に当接させ、且つ前記生体を加圧するカフと、前記カフの圧力を調整する圧力調整部と、前記圧力調整部により前記カフを加減圧するときに、前記生体の脈波の変化を計測する脈波計測部と、前記脈波計測部で得られた脈波の変化に基づき、所定の計測基準圧力となるように前記カフを再加圧させ、前記受光部から得られる信号に基づいて前記生体における血液成分を計測する血圧成分測定部とを有することを特徴とする。

このような構成によれば、スライド部の作用により投光部と受光部の光軸が同一の状態に維持されるとともに、カフによって計測基準圧力に加圧しながら計測をすると脈波が安定し、しかも投光部及び受光部が生体に密着することから、非侵襲で、計測対象の形状や動きに影響を受けずに生体における血液成分を正確に計測することができる。

前記投光部及び前記受光部のそれぞれの周囲に設けられ、前記投光部及び前記受光部とともに前記生体に接触する当接部材と、負圧により前記当接部材を前記生体に吸着させる吸着部とを有してもよい。このような吸着部によれば、投光部及び受光部を生体に一層密着させることができ、しかも血流を阻害することがない。

前記カフは、前記投光部が設けられた第１カフ及び前記受光部が設けられた第２カフを有してもよい。このような２分割のカフによれば、皺の発生を防止し、生体を加圧しやすい。

前記脈波計測部は、前記カフを所定圧力まで加圧しその後に減圧して、得られる脈波信号に基づいて最高血圧及び最低血圧を求め、該最高血圧及び該最低血圧に基づいて前記計測基準圧力を求め、前記計測基準圧力は、前記最高血圧と前記最低血圧との中間血圧又は最大振幅脈波の箇所を中心として、前記最高血圧と前記最低血圧との血圧差の高低１／４の範囲の何れかの圧力に設定されていてもよい。これにより、脈波を一層安定させることができる。

前記脈波計測部は、オシロメトリック法により最高血圧と最低血圧とを求めてもよい。オシロメトリック法によれば、簡便構成で最高血圧と最低血圧を求めることができる。

前記カフを加圧する手段と、前記吸着部を負圧にする手段は、吸気及び排気の少なくとも一部が共通に用いられていてもよい。これにより、簡便構成となる。

本発明に係る血液成分測定装置によれば、スライド部の作用により投光部と受光部の光軸が同一の状態に維持されるとともに、カフによって所定の圧力に加圧しながら計測をすると脈波が安定し、しかも投光部及び受光部が生体に密着することから、非侵襲で、計測対象の形状や動きに影響を受けずに生体における血液成分を正確に計測することができる。

以下、本発明に係る血液成分測定装置について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１４を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る血液成分測定装置１０は、血液中のグルコース濃度を非侵襲で計測する携帯式の装置であり、指挿入部１２と、表示部１４と、操作ボタン群１６とを有する。指挿入部１２は、例えば人差し指（生体）を挿入して反対面から突出可能なように貫通する孔となっている。表示部１４は、液晶モニタであり、計測結果のグルコース濃度や各種情報を表示可能であり、人差し指を指挿入部に挿入した状態において、視認性のよい場所に設けられている。操作ボタン群１６は、電源ボタン、計測開始ボタン、計測停止ボタン、設定ボタン等を含み、人差し指を指挿入部１２に挿入した状態において親指で操作可能な位置に設けられている。

図２に示すように、血液成分測定装置１０は、コンピュータ２０によって統合的に制御されており、該コンピュータ２０は、表示部１４、操作ボタン群１６、投光源部２２、受光素子部２４、温度センサ２６、吸着手段２８、ポンプ２９に接続されている。

投光源部２２は、出力波長の異なる３つの赤外線ＬＥＤ３０ａ、３０ｂ及び３０ｃと、赤外線ＬＥＤ３０ａ〜３０ｃの光を１つにまとめる集光器３２と、該集光器３２の光を指に導く投光導光体３４とを有する。赤外線ＬＥＤは設計条件に基づいて、１、２又は４以上でもよい。赤外線ＬＥＤ３０ａ〜３０ｃは、例えば近赤外線のうち、計測目的に応じた３つの波長に対応した単波長の光を発生し、少なくとも１つは、血糖（グルコース）計測に好適な波長の光（例えば、９００ｎｍ〜２０００ｎｍから選択される波長）を発生する。

受光素子部２４は、投光導光体３４から投光されて指を透過した光が入射される受光導光体３６と、該受光導光体３６に導かれた光を受光する受光素子３８とを有する。受光素子３８は、例えばフォトダイオードである。

投光導光体３４及び受光導光体３６は、１本の光ファイバ、複数本の光ファイバ束又はアクリル導光体等であり、指に接触するプローブ４０及び４２に接続されている。投光導光体３４及び受光導光体３６を用いることにより、投光源部２２及び受光素子部２４の配置の自由度が高まるとともに、光軸が安定する。投光導光体３４及び受光導光体３６は、必ずしも設けなければならない訳ではなく、例えば、受光導光体３６を省略して、受光素子３８をプローブ４２の先端に設けてもよい。

温度センサ２６は、指の温度を計測する接触式のセンサであり、例えば、サーミスタ、熱電対、半導体式センサ等が挙げられる。このような接触式センサによれば、皮膚温度を簡便且つ確実に測定することができる。また、温度センサ２６は接触式に限らず、非接触式の赤外線センサ（ボロメータ、サーモパイル等）を用いた放射温度計等であってもよい。プローブ４０、４２及び温度センサ２６は、計測機構４４に含まれている。

吸着手段２８は、真空ポンプ又はイジェクタ等の負圧を発生させる装置であって、分岐管４５を介した２本の吸引チューブ４６ａ及び４６ｂがプローブ４０及び４２に接続されており、該プローブ４０及び４２を指に吸着させることができる。

ポンプ２９は、空気圧加圧装置であって、分岐管４５を介した２本の加圧チューブ４７ａ及び４７ｂが後述するカフ７２ａ及び７２ｂに接続されており、該カフ７２ａ及び７２ｂを加圧させることができる。ポンプ２９の出力管路の途中には、バルブ４８及び圧力センサ４９が設けられている。

吸着手段２８とポンプ２９は、吸気作用及び排気作用の少なくとも一部が共通に用いられていてもよく、例えば吸着手段２８の排気を直接にカフ７２ａ及び７２ｂに導入してもよい。これにより、簡便構成にすることができる。この場合、所定の正圧及び所定の負圧を補償するために、レギュレータ、リリーフバルブ、チェックバルブ等を適宜設けてもよい。

コンピュータ２０は、タイミング制御部５０、投光制御部５２、受光制御部５４、体温計測部５６、吸着制御部５８、スペクトル解析部６０、差分解析部６２、血糖値演算部６４、圧力調整部６６、脈波計測部６８及び図示しない記憶部を有する。これらの各機能部は、主に、ソフトウェア処理によって実現される。

タイミング制御部５０は、一連の血糖計測のシーケンスの制御をする。投光制御部５２は、投光源部２２に接続されており、赤外線ＬＥＤ３０ａ〜３０ｃの投光制御をする。受光制御部５４は、受光素子部２４に接続されており、所定の計測タイミングで、微小時間毎に受光素子３８から受光信号を入力し、スペクトル解析部６０へ供給する。受光制御部５４は、例えば１秒間に２０回〜２００回程度の受光周期で、数秒間の計測をする。体温計測部５６は、温度センサ２６に接続されており、指の温度信号を入力する。吸着制御部５８は、吸着手段２８の制御をする。

圧力調整部６６は、ポンプ２９及びバルブ４８を介してカフ７２ａ及び７２ｂの圧力を調整する。脈波計測部６８は、圧力センサ４９の信号に基づき、圧力調整部６６がカフ７２ａ及び７２ｂを加減圧するときに、指の脈波の変化を計測する。

スペクトル解析部６０は、受光制御部５４から得られる各受光信号のスペクトル解析を行い、所定の波長の光の強度を求める。差分解析部６２は、スペクトル解析部６０から得られるスペクトル信号から収縮期の信号Ｑ１（図３参照）と拡張期の信号Ｑ２（図３参照）とを特定し、これらの差分スペクトル波形を求める。

図３に示すように、血糖計測に応じた所定波長のスペクトル信号Ｑは、動脈血の変動によって脈波に応じた形状をしており、収縮期では高く、拡張期では低い。図３における複数の黒丸は、計測信号である。スペクトル信号Ｑは、動脈血に応じて変動する部分６９ａと、変動のない静脈血に対応した部分６９ｂ及び血液以外の組織に対応した部分６９ｃとから構成されている。

血糖値演算部６４は、差分解析部６２から入力データとして与えられた差分スペクトル波形と所定のサンプルスペクトル波形とを比較し、最も類似するものから血糖値を推定・演算して表示部１４に出力する。差分スペクトル波形は、動脈血の吸光成分のみに依存する吸光スペクトルになり、静脈血や血液以外の組織による吸光成分が含まれないため、これらの影響を除去することができ、高精度な血糖値計測が可能となる。血糖値演算部６４では、さらに、温度センサ２６から得られる皮膚温度に基づいて血糖値の補正をする。このように、温度センサ２６の信号により、体温による血糖値への影響を補償することができる。

スペクトル解析部６０、差分解析部６２及び血糖値演算部６４は、受光制御部５４が受光素子部２４から信号入力するタイミングに合わせてリアルタイムで処理をしてもよいし、得られた信号を一旦所定の記憶部に記憶した後に処理をしてもよい。コンピュータ２０における血糖値の計測処理は、例えば前記の特許文献１に記載された方法を用いてもよい。

図４、図５及び図６に示すように、計測機構４４は指挿入部１２に設けられており、投光側のプローブ４０と受光側のプローブ４２と、これらのプローブ４０及び４２を支持する枠体７０と、該枠体７０内に設けられた円筒７１と、該円筒７１内に設けられた（第１）カフ７２ａ及び（第２）カフ７２ｂとを有する。

カフ７２ａ及び７２ｂは、血圧計測に用いられる腕体と同様の中空弾性体構造であり、半円筒形で、上下で対向して、対で略円筒形を形成している。カフ７２ａとカフ７２ｂとの間には、膨脹可能なように多少の隙間が設けられている。カフ７２ａの内側面中央部にはプローブ４０の先端面が固定されており、カフ７２ｂの内側面中央部にはプローブ４２の先端面が固定されている。カフ７２ａ及び７２ｂは圧力調整部６６の作用下に加圧され、膨脹して、プローブ４０の投光部及びプローブ４２の受光部を指に当接させ、且つ指を加圧することができる。

カフ７２ａ及び７２ｂは、設計条件によっては、一般の血圧計測用と同様の一体構造であってもよい。

図６に示すように、カフ７２ｂの中央部には内面７４ａから外面７４ｂに通じる筒壁７５で構成される孔が設けられており、プローブ４２のフランジ体７８の周囲が該筒壁７５に対して溶着又は接着等で気密に固定されている。カフ７２ａについても同構造である。筒壁７５はロッド７６のスライド方向に伸縮しやすいように、例えば蛇腹構造にしてもよい。

図７及び図８に示すように、プローブ４２は、枠体７０に対して進退可能なロッド７６と、該ロッド７６の先端部に設けられたフランジ体（当接部材）７８と、ロッド７６を指の方向に付勢するコイルばね（弾性体）８０とを有する。

ロッド７６は、先端の皮膚当接面８２と、該皮膚当接面８２を構成するヘッド８４と、後端のストッパ８６とを有する。ロッド７６の軸芯には後端から皮膚当接面８２まで受光導光体３６が直線状に設けられており、該受光導光体３６の先端面３６ａは受光部となる。皮膚当接面８２は先端面３６ａの周囲に設けられ、該先端面３６ａとともに同一面を形成して、一体的に指に接触する。皮膚当接面８２の面積は、７ｍｍ²〜３５ｍｍ²が好適である。皮膚当接面８２を７ｍｍ²以上に設定すると投光部及び受光部の形成が簡便になり、３５ｍｍ²以下にすることにより、適度に狭い面積になって生体の面に合って密着しやすい。皮膚当接面８２には、温度センサ２６が設けられている。温度センサ２６はフランジ体７８に設けられていてもよい。

ロッド７６は、枠体７０に設けられたガイド孔（スライド部）９０にほぼ隙間なく挿入されており、該ガイド孔９０に沿って軸芯方向（換言すれば、投光部の光軸方向）に沿って案内される。

コイルばね８０は、弱いばねであり、フランジ体７８を介してヘッド８４を指の方向に向かって軽く付勢している。ストッパ８６が枠体７０に当接することによって初期の位置決めがなされており、指を指挿入部１２に挿入することによって、コイルばね８０を圧縮して軽く押し下げられる。このコイルばね８０により、初期状態で皮膚当接面８２及びフランジ体７８を確実に指に接触させることができる。

フランジ体７８は、ヘッド８４の周囲に設けられ、先端面３６ａとともに指に接触する当接部材であって、ロッド７６が挿入されている中心孔８８と、先端側に開口する形状でヘッド８４を支える凹部９１と、先端面９２に設けられた環状溝（吸着部）９４と、該環状溝９４の底面に設けられた複数の吸気孔９６とを有する。各吸気孔９６は内部の連通路９８を介して吸引チューブ４６ｂに接続されており、環状溝９４は負圧によりフランジ体７８及びロッド７６を指に吸着させることができる。フランジ体７８の先端面９２と皮膚当接面８２を合わせた面積は、３５ｍｍ²〜８０ｍｍ²が好適であり、指に対して密着させやすい。

中心孔８８は、ロッド７６よりもやや大径の孔であり、フランジ体７８は傾斜可能である。ヘッド８４と凹部９１は対応する凸球面及び凹球面によって簡便な傾斜機構を構成し、これらの面が互いに摺動することによってフランジ体７８は皮膚当接面８２を中心として任意の方向に傾斜可能であり、しかもヘッド８４を確実に支持することができる。

プローブ４０はプローブ４２と異なり、ロッド７６が枠体７０に対して固定されており、ストッパ８６はない。プローブ４０におけるコイルばね８０はフランジ体７８を支持するために設けられており、ほとんど圧縮しない。プローブ４０では、受光導光体３６に代えて投光導光体３４が設けられており、該投光導光体３４の先端面３４ａは投光部になる。プローブ４０の内部の連通路９８は吸引チューブ４６ａに接続されている。温度センサ２６はプローブ４０及びプローブ４２のいずれか一方にあればよい。これら以外については、プローブ４０は、プローブ４２と上下対称構造であるので、同じ構成要素に同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

このように構成される計測機構４４では、図１０に示すように、指挿入部１２に指を挿入すると、プローブ４２のコイルばね８０が圧縮されて各ロッド７６は下方向にスライドし、各皮膚当接面８２は指の上面及び下面に当接する。

コイルばね８０は、十分に弱いばねであり（少なくとも環状溝９４による吸着力よりも弱く）、指を挿入しやすく、しかも、初期状態で各皮膚当接面８２及びフランジ体７８を指に対して軽く当接させておくことができ、その後の環状溝９４による吸着を迅速且つ確実に行うことができる。また、コイルばね８０は十分に弱いことから、指を過度に押圧することがなく、指の血流が阻害されず、血液成分の計測に影響を与えることがない。設計条件によってはコイルばね８０を省略してもよい。

また、各フランジ体７８は、指の面に応じて傾斜することからフランジ体７８及び皮膚当接面８２は該指に一層密着しやすい。フランジ体７８は環状溝９４の負圧による吸着作用により指に密着するが、この吸着作用では指の血流を阻害することがない。

図４及び図１０から明らかなように、投光部としての先端面３４ａと受光部としての先端面３６ａは対向する位置で同一光軸Ｊ上に設けられ、間に計測対象の指が挿入可能である。また、ガイド孔９０によるロッド７６のスライド作用により先端面３４ａと先端面３６ａの光軸が同一の状態に維持される。しかも、先端面３４ａ及び先端面３６ａは、指がある程度不規則に動いても該指に対して解離せず、確実に当接し、空気層がないことから、光の乱反射等がなく正確な投光及び受光が可能となる。これにより、血液成分測定装置１０では、計測対象である指の形状や動きによって、光軸がずれたり空気層が発生することがなく、これらの影響を受けずに生体における血液成分を正確に計測することができる。

次に、このように構成される血液成分測定装置１０の作用について説明する。先ず、電源を入れた後、指挿入部１２に指（例えば、人差し指）を挿入して、所定の計測開始ボタンを押す。これにより計測が開始される。この計測処理の前半（ステップＳ１〜Ｓ８）ではオシロメトリック法による血圧計測を行い、後半（ステップＳ９〜Ｓ１６）では血糖値計測を行う。オシロメトリック法によれば、簡便構成で最高血圧Ｐ１と最低血圧Ｐ２（図１３参照）を求めることができる。

図１１のステップＳ１において、圧力調整部６６によりポンプ２９を駆動し、カフ７２ａ及び７２ｂを所定圧力まで加圧する。この後、圧力センサ４９から脈波信号を入力し、各脈波の大きさの変化から、推定される最高血圧以上の圧力に到達したことを確認した後、ステップＳ２に移る。

ステップＳ２において、バルブ４８を開き、カフ７２ａ及び７２ｂの加圧力の減圧を開始する。この後の減圧は、適度に緩やかで連続的な減圧とする。

ステップＳ３において、圧力センサ４９から脈波信号を入力し、その時点のカフ７２ａ及び７２ｂの圧力と対応させて所定の記録部に記録する。この記録の例を図１３に図示する。脈波信号は、図１３のグラフのように波形データとして記録してもよいし、脈波の各ピーク値を数値データとして記録してもよい。図１３のグラフの横軸は、右方に向かって時間が経過し、又は低圧となることを示す。

ステップＳ４において、カフ７２ａ及び７２ｂの圧力が所定の終了基準圧力まで低下したか否かを確認する。該圧力が終了基準圧力まで低下したときには、ステップＳ５へ移り、終了基準圧力に達していないときにはステップＳ３へ戻る。

ステップＳ５において、バルブ４８を全開にし、カフ７２ａ及び７２ｂの圧力を０にする。このステップＳ５は省略してもよく、後述するステップＳ１０までその時点の圧力を保持してもよい。

ステップＳ６において、図１３に示す脈波信号から、各脈波のピーク値のうち最大のＰｍａｘを求める。

ステップＳ７において、Ｐｍａｘよりも高圧の箇所でＰｍａｘに対するａ％の箇所を求め、最高血圧Ｐ１として所定の記録部に記録する。

ステップＳ８において、Ｐｍａｘよりも低圧の箇所でＰｍａｘに対するｂ％の箇所を求め、最低血圧Ｐ２として所定の記録部に記録し、脈波法による血圧計測処理を終了する。最高血圧及び最低血圧は、図１３のグラフにおける包絡線９９又はそれに相当する補間線に基づいて求めてもよい。

ステップＳ１〜Ｓ８における血圧計測処理は、オシロメトリック法に限らず、Ｋ音（脈波信号）に基づくコロトコフ法、光電容積脈波法、又は超音波法等でもよく、最高血圧及び最低血圧が計測できればよい。求められた最高血圧及び最低血圧は表示部１４に表示される。

図１２のステップＳ９において、計測基準圧力Ｐｂを求める。計測基準圧力Ｐｂは、脈波が安定して得られる箇所であり、簡便には最高血圧Ｐ１と最低血圧Ｐ２との中間血圧Ｐｃ（＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２）に一致させ、又はＰｍａｘに対応した血圧Ｐｍａｘ’に一致させるとよい。

計測基準圧力Ｐｂは、Ｐｃ、Ｐｍａｘ’以外にも脈波が安定している箇所であればよく、図１３では包絡線９９の傾斜が緩やかな箇所から選べばよい。最高血圧Ｐ１と最低血圧Ｐ２との血圧差（つまり、脈圧）Ｐｄとしたとき、計測基準圧力Ｐｂは、中間血圧Ｐｃ（又は、最大振幅脈波の箇所Ｐｍａｘ’）を中心として概ね血圧差Ｐｄの高低１／４の範囲の何れかの圧力に設定されていればよい。これにより、脈波を安定させることができる。

ステップＳ１０において、圧力調整部６６により、カフ７２ａ及び７２ｂを計測基準圧力Ｐｂになるまで再加圧する。この後、血糖値計測が終了するまで圧力センサ４９の値を参照しながらフィードバックを行い、カフ７２ａ及び７２ｂの計測基準圧力Ｐｂを維持する。

カフ７２ａ及び７２ｂを計測基準圧力Ｐｂまで加圧することにより、脈波振幅が十分に大きく且つ安定し、正確な計測を行うことができる。カフ７２ａ及び７２ｂは、２分割構造であって皺が発生しにくく、指の全周をバランスよく加圧しており、血流があまり阻害されない。

また、カフ７２ａ及び７２ｂは、プローブ４０及び４２を指の上面及び下面に適度な力で当接させることができる。カフ７２ａ及び７２ｂは、プローブ４０及び４２の周囲を覆って指を加圧することから、該プローブ４０及び４２を周囲から遮蔽し、外乱光の影響を軽減させることができる。

ステップＳ１１において、吸着制御部５８により、プローブ４０及び４２の環状溝９４を負圧にして指に密着させる。この時点では、カフ７２ａ、７２ｂ及びコイルばね８０の作用によってプローブ４０及び４２の先端面３４ａ及び３６ａはすでに指に当接しており、環状溝９４の負圧作用によりさらに確実に密着させることができる。この負圧作用は、押圧作用とは異なり、血流を阻害することがない。プローブ４０及び４２は、特に計測箇所に直接に当接する箇所であることから、血流を阻害しないことが望ましい。

ステップＳ１２において、投光源部２２の赤外線ＬＥＤ３０ａ〜３０ｃから投光導光体３４を介して先端面３４ａから投光する。指の中で動脈、静脈及びその他の組織を透過した光は、先端面３６ａから受光導光体３６を介して受光素子３８で受光される。コンピュータ２０では、１又は複数回の脈拍に相当する期間において受光素子３８から信号を受信する。

このとき、先端面３４ａと先端面３６ａは対向する位置で同一光軸上に設けられ、ガイド孔９０によるロッド７６のスライド作用により先端面３４ａと先端面３６ａの光軸が同一の状態に維持されている。しかも、先端面３４ａ及び先端面３６ａは、指がある程度不規則に動いても該指に対して解離せず、確実に当接し、空気層がないことから、光の乱反射等がなく正確な投光及び受光が可能となる。また、カフ７２ａ及び７２ｂの加圧作用によって脈波が大きく且つ安定している。

ステップＳ１３において、スペクトル解析部６０において、受光制御部５４から得られる各受光信号のスペクトル解析を行い、所定の波長の光の強度を求める。

ステップＳ１４において、差分解析部６２は、スペクトル解析部６０から得られるスペクトル信号から信号Ｑ１及び信号Ｑ２（図３参照）を特定し、これらの差分スペクトル波形を求める。

ステップＳ１５において、血糖値演算部６４は、差分解析部６２から入力データとして与えられた差分スペクトル波形と所定のサンプルスペクトル波形とを比較し、最も類似するものから血糖値を推定・演算する。

ステップＳ１６において、求められた血糖値を表示部１４に出力する。血糖値は温度センサ２６から得られる指の温度に基づいて補正する。さらに、バルブ４８を開いてカフ７２ａ及び７２ｂの圧力を０にするとともに、赤外線ＬＥＤ３０ａ〜３０ｃを消灯して、一連の血糖計測を終了する。

上述したように、本実施の形態に係る血液成分測定装置１０によれば、ガイド孔９０の作用により投光部の先端面３４ａと受光部の先端面３６ａの光軸が同一の状態に維持されるとともに、カフ７２ａ及び７２ｂによって計測基準圧力Ｐｂに加圧しながら計測をすることから脈波が安定し、しかも先端面３４ａ及び３６ａが指に密着する。したがって、計測対象である指の形状や動きに影響を受けずに血液成分を正確に計測することができる。この計測は、当然に非侵襲である。

血液成分測定装置１０のカフ７２ａ及び７２ｂは、同じタイミングで同じように加圧されるのであって、実質的には同じ作用を奏するのであり、特許文献５のように上流側と下流側で個別機構、個別制御をするのではなく、簡便構造である。また、血糖計測中は、カフ７２ａ及び７２ｂの圧力は計測基準圧力Ｐｂに保持しておけばよく、制御が簡便である。

血液成分測定装置１０は、脈波が発生している最中に血糖計測をするのであり、疎血時に行う特許文献５とは異なる。血液成分測定装置１０では、圧力変化に応じて赤外線ＬＥＤ３０ａ〜３０ｃの波長を変えたり選択し直したりする必要がなく、リアルタイムで受光信号を取得をするのに好適である。

なお、プローブ４０及び４２は、双方が枠体７０に対してスライド可能に構成してもよく、少なくとも一方が光軸に沿って案内されるように構成すればよい。

対向する２つの皮膚当接面８２は必ずしも平面でなくてもよく、例えば、緩やかな凸面状に構成されていてもよい。凸面の頂部に投光部及び受光部を設けることにより、生体に対してより密着しやすくなる。対向する２つの皮膚当接面８２は、平行面である必要はなく、例えば指に当接しやすいように適度に傾斜していてもよい。

血液成分測定装置１０は携帯式に限らず据置式等でもよく、また、指式に限らず、例えば耳たぶや腕等で血糖計測をしてもよい。血液成分測定装置１０は、グルコース濃度の他、ヘモグロビン濃度、酸素飽和度に適用してもよい。この場合、計測目的に応じて赤外線の波長を赤外線ＬＥＤ３０ａ〜３０ｃから発光するとよい。

図１４に示すように、ヘッド８４とフランジ体７８との接続は、中央部が最も大径となる球面で、いわゆるボールジョイントのように接続されていてもよい。これにより、ヘッド８４とフランジ体７８がより確実に接合されるとともに、皮膚当接面８２の面積が小さくなり、皮膚に密着させやすい。

ヘッド８４とフランジ体７８との接続は、傾斜方向に弾性的で、ロッド７６のスライド方向に伸びの少ない弾性体で行ってもよい。

本発明に係る血液成分測定装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る血液成分測定装置の斜視図である。 本実施の形態に係る血液成分測定装置のブロック構成図である。 受光したスペクトル信号である。 指挿入部及び計測機構の断面側面図である。 指挿入部及び計測機構の断面正面図である。 指挿入部及び計測機構の一部省略断面斜視図である。 受光側のプローブの断面側面図である。 受光側のプローブの斜視図である。 投光側のプローブの断面側面図である。 指を挿入した状態の指挿入部及び計測機構の断面側面図である。 血液成分測定装置の動作手順を示すフローチャート（その１）である。 血液成分測定装置の動作手順を示すフローチャート（その２）である。 脈波信号のグラフである。 変形例に係るプローブの断面側面図である。

符号の説明

１０…血液成分測定装置 １２…指挿入部
２０…コンピュータ（制御部） ２６…温度センサ
２８…吸着手段 ２９…ポンプ
３０ａ〜３０ｃ…赤外線ＬＥＤ ３４…投光導光体
３４ａ、３６ａ…先端面（投光部、受光部） ３６…受光導光体
３８…受光素子 ４０、４２…プローブ
４８…バルブ ４９…圧力センサ
７２ａ、７２ｂ…カフ ７６…ロッド
７８…フランジ体（当接部材） ８０…コイルばね（弾性体）
８２…皮膚当接面 ８４…ヘッド
８８…中心孔 ９０…ガイド孔（スライド部）
９４…環状溝（吸着部） ９６…吸気孔

Claims (5)

1. 対向する位置で同一光軸上に設けられ、間に計測対象の生体を挿入可能な投光部及び受光部と、
   前記投光部及び前記受光部の少なくとも一方を前記光軸に沿って案内するスライド部と、
   内側に前記スライド部を有する前記投光部及び（又は）前記受光部を備えて、空気の加圧により該投光部及び（又は）該受光部を前記生体に当接させ、且つ前記生体を加圧するカフと、
   前記カフの圧力を調整する圧力調整部と、
   前記圧力調整部により前記カフを加減圧するときに、前記生体の脈波の変化を計測する脈波計測部と、
   前記脈波計測部で得られた脈波の変化に基づき、所定の計測基準圧力となるように前記カフを再加圧させ、前記受光部から得られる信号に基づいて前記生体における血液成分を計測する血圧成分測定部と、
   前記投光部及び前記受光部のそれぞれの周囲に設けられ、前記投光部及び前記受光部とともに前記生体に接触する当接部材と、
   負圧により前記当接部材を前記生体に吸着させる吸着部と、
   を有することを特徴とする血液成分測定装置。
2. 対向する位置で同一光軸上に設けられ、間に計測対象の生体を挿入可能な投光部及び受光部と、
   前記投光部及び前記受光部の少なくとも一方を前記光軸に沿って案内するスライド部と、
   内側に前記スライド部を有する前記投光部及び（又は）前記受光部を備えて、空気の加圧により該投光部及び（又は）該受光部を前記生体に当接させ、且つ前記生体を加圧するカフと、
   前記カフの圧力を調整する圧力調整部と、
   前記圧力調整部により前記カフを加減圧するときに、前記生体の脈波の変化を計測する脈波計測部と、
   前記脈波計測部で得られた脈波の変化に基づき、所定の計測基準圧力となるように前記カフを再加圧させ、前記受光部から得られる信号に基づいて前記生体における血液成分を計測する血圧成分測定部と、
   を有し、
   前記脈波計測部は、前記カフを所定圧力まで加圧しその後に減圧して、得られる脈波信号に基づいて最高血圧及び最低血圧を求め、該最高血圧及び該最低血圧に基づいて前記計測基準圧力を求め、
   前記計測基準圧力は、前記最高血圧と前記最低血圧との中間血圧又は最大振幅脈波の箇所を中心として、前記最高血圧と前記最低血圧との血圧差の高低１／４の範囲の何れかの圧力に設定されていることを特徴とする血液成分測定装置。
3. 請求項１又は２記載の血液成分測定装置において、
   前記カフは、前記投光部が設けられた第１カフ及び前記受光部が設けられた第２カフを有することを特徴とする血液成分測定装置。
4. 請求項１記載の血液成分測定装置において、
   前記脈波計測部は、オシロメトリック法により最高血圧と最低血圧とを求めることを特徴とする血液成分測定装置。
5. 請求項１記載の血液成分測定装置において、
   前記カフを加圧する手段と、前記吸着部を負圧にする手段は、吸気及び排気の少なくとも一部が共通に用いられていることを特徴とする血液成分測定装置。

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