JP2012191969A - 生体情報測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】血糖値の測定精度が実用レベルにある血糖値測定装置を提供する。
【解決手段】近赤外光源１１０と、光源側光ファイバー１２０と、検出側光ファイバー１４０と、近赤外吸収スペクトル測定装置１５０と、データ解析装置１７０とを備える生体情報測定装置であって、生体を接触させる接触面１３１と、光源側光ファイバー固定部１３２と、検出側光ファイバー固定部１３３と、光源側光ファイバー１３０からの近赤外光を空隙を介して生体情報取得部位に導光するとともに生体情報取得部位で拡散反射された近赤外光を空隙を介して検出側光ファイバー１４０に導光するための導光空間１３４とを有する測定用アタッチメント１３０をさらに備える生体情報測定装置１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、血糖値測定装置、血中コレステロール濃度測定装置、血中中性脂肪濃度測定装置、血中アルコール濃度測定装置などの生体情報測定装置に関する。

近年、食事や運動、ストレスなどの生活習慣が原因で引き起こされる糖尿病、高血圧症、高脂血症、動脈硬化、がんなどの生活習慣病が深刻問題となっている。また、これらの生活習慣病は、それぞれが独立した別の病気ではなく、内臓に脂肪が蓄積した肥満が原因であることが判明している。このように、内臓脂肪型肥満によってさまざまな病気が引き起こされやすくなった状態を『メタボリックシンドローム』と言い、血糖値を含む診断基準が確立され、治療の対象として考えられるようになってきている。

このような状況において、病気の予防あるいは治療をするためには、個人で実際に血糖値測定を行い、自己管理をする必要がある。現在では採血による測定法が一般的であるが、患者に苦痛やストレスを与え、感染症の危険性を伴うなどの問題点を含んでいるため、従来から非侵襲で血糖値を測定できる血糖値測定装置の開発が進められている（例えば、非特許文献１及び特許文献１〜４参照。）。

これらのうち、非特許文献１には、板状プリズムを利用した血糖値測定装置（以下、従来の血糖値測定装置８０という。）が記載されている。図１６は、従来の血糖値測定装置８０を説明するために示す図である。図１６（ａ）は血糖値測定装置８０の全体構成を示す図であり、図１６（ｂ）は血糖値測定装置８０の要部を示す図である。

従来の血糖値測定装置８０は、図１６に示すように、赤外光を射出する光源装置８１０と、試料室８３０と、赤外光を検出する検出装置８５０，８５２と、検出装置８５０，８５２で検出された赤外光の解析をして血糖値の情報を得るデータ解析装置（図示せず）とを備える。光源装置８１０と試料室８３０と検出装置８５０，８５２とでフーリエ変換赤外分光光度計ＦＴＩＲを構成する。そして、試料室８３０には、生体ＬＢを接触させる接触面を有する板状プリズム８３２と、光源装置８１０からの近赤外光を板状プリズム８３２に導光するミラー８２０と、板状プリズム８３２からの近赤外光を検出装置８５０に導光するミラー８４０とが配設されている。板状プリズム８３２は、赤外光を通す高屈折率物質（セレン化亜鉛：ＺｎＳｅ）からなる。

従来の血糖値測定装置８０を用いて生体表面の赤外吸収スペクトルを測定する際には、板状プリズム８３２の表面に生体ＬＢを密着させ、可動式干渉計８１６により干渉光にされた赤外光を板状プリズム８３２に対し臨界角以上の入射角度で入射し、生体との界面で当該赤外光を繰り返し全反射させながら導波させる。このとき、赤外光は、生体表面に存在する吸収物質によってエバネッセント光が吸収され減衰する。そこで、板状プリズム８３２を通過した赤外光の強度を可動鏡の移動距離の関数として測定し、検出器８５０，８５２で得られたインターフェログラムと呼ばれる干渉波形をフーリエ変換することにより、例えば１５００ｃｍ^−１〜９５０ｃｍ^−１の波数範囲で赤外吸収スペクトルを得る。

従来の血糖値測定装置８０を用いて血糖値を測定する際には、所定の糖負荷を与えた被験者について、上記した手順に従って例えば中指の赤外吸収スペクトルを測定するとともに、侵襲型の血糖値測定器により血糖値を測定し、赤外吸収スペクトルを説明変数とし、血糖値を目的変数としてＰＬＳ回帰分析を行って、血糖値検量線を構築する。

図１７は、従来の生体情報測定装置８０による検量線構築結果を説明するための図である。図１７（ａ）はエラーグリッド上における血糖値の分布を示す図であり、図１７（ｂ）はＰＬＳ結果及びＥＧＡ結果を示す図である。なお、図１７（ａ）中、横軸は参照血糖値を示し、縦軸は予測血糖値を示す。

図１７からも分かるように、従来の血糖値測定装置８０を用いることにより、例えばＰＬＳ因子８の場合において、比較的高い相関係数（０．８５）及び比較的低い予測誤差（１７．４ｍｇ／ｄｌ）を有する検量線を作成することができ、この検量線を用いて血糖値の定量評価を行えることが確認できた。なお、相関係数は参照血糖値と予測血糖値との相関の高さを表すパラメータであり、高い方（例えば０．８０以上）が好ましい。予測誤差は、検量線の精度の指標となるパラメータであり、低い方（例えば２０ｍｇ／ｄｌ以下）が好ましい。

また、非特許文献１には、光ファイバープローブを利用した血糖値測定装置（以下、従来の血糖値測定装置９０という。）が記載されている。
図１８は、従来の血糖値測定装置９０を説明するために示す図である。

従来の血糖値測定装置９０は、従来の血糖値測定装置８０における板状プリズム８３２の代わりに光ファイバープローブ９３０を用いて赤外吸収スペクトルを測定するというものであり、図１８に示すように、赤外光を射出する光源装置９１０と、光ファイバープローブ９３０と、赤外光を検出する検出装置９５０と、図示しないデータ解析装置とを備える。光ファイバープローブ９３０は、直径５００μｍのカルコゲナイド製ファイバーを光源側に７本、検出側に１２本配設したバンドル型光ファイバーの先端部にセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）からなる全反射プリズム９３６を配設した構造を有する。

従来の血糖値測定装置９０を用いて生体表面の赤外吸収スペクトルを測定する際には、生体ＬＢに光ファイバープローブ９３０の全反射プリズム９３６を密着させた状態で、例えば１５００ｃｍ^−１〜９５０ｃｍ^−１の波数範囲で赤外吸収スペクトルを測定する。

従来の血糖値測定装置９０を用いて血糖値を測定する際には、所定の糖負荷を与えた被験者について、上記した方法に従って例えば耳垂裏側の赤外吸収スペクトルを測定するとともに、侵襲型の血糖値測定器により血糖値を測定し、赤外吸収スペクトルを説明変数とし、血糖値を目的変数としてＰＬＳ回帰分析を行って、血糖値検量線を構築する。

図１９は、従来の生体情報測定装置９０による検量線構築結果を説明するための図である。図１９（ａ）はエラーグリッド上における血糖値の分布を示す図であり、図１９（ｂ）はＰＬＳ結果及びＥＧＡ結果を示す図である。なお、図１９（ａ）中、横軸は参照血糖値を示し、縦軸は予測血糖値を示す。

図１９からも分かるように、従来の血糖値測定装置９０を用いることにより、例えばＰＬＳ因子６の場合において、比較的高い相関係数（０．８２）及び比較的低い予測誤差（１９．１ｍｇ／ｄｌ）を有する検量線を作成することができ、この検量線を用いて血糖値の定量評価を行えることが確認できた。

藤田圭一，田村一人，兼子亘，石澤広明，鳥羽栄治、「赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定センサの開発」、電学論Ｂ、１２２巻、１１号、平成１４年

特開平１０−３２５７９４号公報 特開２００６−８７９１３号公報 特開２００３−０５０２００号公報 国際公開２００６／０８２８５９号パンフレット

しかしながら、これらの血糖値測定装置８０，９０においても、血糖値の測定精度が実用上十分でないという問題がある。すなわち、これらの血糖値測定装置８０，９０においては、侵襲型の血糖値測定装置で得られている測定精度（誤差±１０％以内）が得られないという問題がある。また、高血糖値や低血糖値における被験者リスクを回避する信頼性についても十分な解決に至っていない。

なお、赤外光の代わりに近赤外光を用いた血糖値測定装置が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。しかしながら、これらの血糖値測定装置においても、実際上、侵襲型の血糖値測定装置で得られている測定精度（誤差±１０％以内）が得られないという問題がある。

そこで、本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、血糖値の測定精度が実用レベルにある（血糖値の測定精度が１０％程度以内にある）血糖値測定装置を提供することを目的とする。

［１］本発明の生体情報測定装置は、近赤外光を生体に照射する近赤外光照射部と、生体により拡散反射された近赤外光を導光する検出側導光部材と、前記検出側導光部材により導光された近赤外光を用いて生体情報を含む近赤外吸収スペクトルを測定する近赤外吸収スペクトル測定装置と、前記近赤外吸収スペクトル測定装置により測定された近赤外吸収スペクトルを解析して生体情報を得るデータ解析装置とを備える生体情報測定装置であって、前記生体情報測定装置は、生体を接触させる接触面と、前記近赤外光照射部を固定するための近赤外光照射部固定部と、前記検出側導光部材を固定する検出側導光部材固定部と、前記近赤外光照射部からの近赤外光を空隙を介して生体における生体情報取得部位に導光するとともに、前記生体情報取得部位で拡散反射された近赤外光を空隙を介して前記検出側導光部材に導光するための導光空間とを有する測定用アタッチメントをさらに備えることを特徴とする。

［２］本発明の生体情報測定装置においては、前記近赤外光照射部は、近赤外光を射出する近赤外光源と、前記近赤外光源から射出された近赤外光を一方端から他方端に導光する光源側光ファイバーとを有し、前記近赤外光照射部は、前記光源側光ファイバーの他方端から近赤外光を生体に照射することが好ましい。

［３］本発明の生体情報測定装置においては、前記近赤外光照射部は、近赤外光を射出する近赤外光源からなり、前記近赤外光照射部は、前記近赤外光源から近赤外光を直接生体に照射することも好ましい。

［４］本発明の生体情報測定装置においては、導光部材は、生体により拡散反射された近赤外光を一方端から他方端に導光する検出側光ファイバーからなることが好ましい。

［５］本発明の生体情報測定装置においては、導光部材は、生体により拡散反射された近赤外光を前記近赤外吸収スペクトル測定装置に導光する光学系からなることも好ましい。

［６］本発明の生体情報測定装置においては、前記近赤外光照射部として、近赤外光を射出する近赤外光源と、前記近赤外光源から射出された近赤外光を一方端から他方端に導光する光源側光ファイバーとを備え、前記導光部材として、生体により拡散反射された近赤外光を一方端から他方端に導光する検出側光ファイバーを備え、前記測定用アタッチメントは、前記近赤外光照射部固定部として、前記光源側光ファイバーの他方端近傍を固定する光源側光ファイバー固定部を有し、前記導光部材固定部として、前記検出側光ファイバーの一方端近傍を固定する検出側光ファイバー固定部を有し、前記導光空間として、前記光源側光ファイバーの他方端からの近赤外光を空隙を介して生体における生体情報取得部位に導光するとともに、前記生体情報取得部位で拡散反射された近赤外光を空隙を介して前記検出側光ファイバーの一方端に導光するための導光空間を有することが好ましい。

［７］本発明の生体情報測定装置においては、前記測定用アタッチメントは、前記導光空間が前記接触面に露出して生体情報取得部位押し当て用孔を構成し、前記光源側光ファイバーの他方端における光ファイバーの光軸と前記検出側光ファイバーの一方端における光ファイバーの光軸とが前記生体情報取得部位押し当て用孔の中心位置近傍で交差するように構成されていることが好ましい。

［８］本発明の生体情報測定装置においては、前記光源側光ファイバーの他方端における光ファイバーの光軸と前記検出側光ファイバーの一方端における光ファイバーの光軸との交差角度は、６０°〜１２０°の範囲内にあることが好ましい。

［９］本発明の生体情報測定装置においては、前記光源側光ファイバーの他方端から前記生体情報取得部位押し当て用孔の中心位置までの距離ｄ１及び前記生体情報取得部位押し当て用孔の中心位置から前記検出側光ファイバーの一方端までの距離ｄ２はともに、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内にあることが好ましい。

［１０］本発明の生体情報測定装置においては、前記生体情報取得部位は、指の腹と指先との間に位置する部位であることが好ましい。

［１１］本発明の生体情報測定装置においては、前記測定用アタッチメントは、前記接触面の一方側に指の腹を載置する指の腹載置面が形成されていることが好ましい。

［１２］本発明の生体情報測定装置においては、前記測定用アタッチメントは、前記接触部の他方側に指先を突き当てるための指先突き当て面が形成されていることが好ましい。

［１３］本発明の生体情報測定装置においては、前記測定用アタッチメントは、樹脂からなることが好ましい。

［１４］本発明の生体情報測定装置においては、前記測定用アタッチメントは、金属からなることも好ましい。

［１５］本発明の生体情報測定装置においては、前記近赤外吸収スペクトル測定装置は、生体により拡散反射された近赤外光を分光する回折格子と、前記回折格子により分光された光を選択的に反射するＭＥＭＳチップと、前記ＭＥＭＳチップにより反射された光を検出する単一の光検出素子とを有するＭＥＭＳ型近赤外吸収スペクトル測定装置であることが好ましい。

［１６］本発明の生体情報測定装置においては、前記データ解析装置は、前記近赤外吸収スペクトル測定装置により測定された近赤外吸収スペクトルのうち所定波長範囲の近赤外吸収スペクトルをＰＬＳ回帰分析法により解析して生体情報を得る機能を有することが好ましい。

［１７］本発明の生体情報測定装置においては、前記所定波長範囲は、１６００ｎｍ〜２４００ｎｍの波長範囲を含むことが好ましい。

［１８］本発明の生体情報測定装置においては、前記生体情報は、血糖値であることが好ましい。

本発明によれば、後述する実施形態からも分かるように、血糖値の測定精度が実用レベルにある（血糖値の測定精度が１０％程度以内にある）血糖値測定装置を提供することが可能となる。

実施形態１に係る生体情報測定装置１０を説明するために示す図である。 測定用アタッチメント１３０を説明するために示す図である。 実施形態１で得られた近赤外吸収スペクトルを示す図である。 ＥＧＡ法を説明するために示す図である。 実施形態１における検量線構築結果を説明するために示す図である。 実施形態１における検量線検証結果を説明するために示す図である。 実施形態２における検量線構築結果を説明するために示す図である。 実施形態２における検量線検証結果を説明するために示す図である。 実施形態３における検量線構築結果を説明するために示す図である。 実施形態３における検量線検証結果を説明するために示す図である。 変形例１における測定用アタッチメント１３０ａの側面図である。 変形例２における測定用アタッチメント１３０ｂの断面図である。 変形例３における測定用アタッチメント１３０ｃ及び変形例４における測定用アタッチメント１３０ｄの断面図である。 変形例５における測定用アタッチメント１３０ｅの断面図である。 変形例６に係る生体情報測定装置１２を説明するために示す図である。 従来の生体情報測定装置８０を説明するために示す図である。 従来の生体情報測定装置８０による検量線構築結果を説明するための図である。 従来の生体情報測定装置９０を説明するために示す図である。 従来の生体情報測定装置９０による検量線構築結果を説明するために示す図である。

以下、本発明の生体情報測定装置を実施形態に基づいて詳細に説明する。

［実施形態１］
１．生体情報測定装置の構成
図１は、実施形態１に係る生体情報測定装置１０を説明するために示す図である。図２は、測定用アタッチメント１３０を説明するために示す図である。図２（ａ）は測定用アタッチメント１３０の側面図であり、図２（ｂ）は測定用アタッチメント１３０の上面図であり、図２（ｃ）は光源側光ファイバー１２０及び検出側光ファイバー１４０を取り付けた状態の測定用アタッチメント１３０の断面図である。

実施形態１に係る生体情報測定装置１０は、血糖値を測定するための生体情報測定装置（血糖値測定装置）である。従って、実施形態１においては、生体情報は、血糖値である。そして、実施形態１に係る生体情報測定装置１０は、図１に示すように、近赤外光を射出する近赤外光源１１０と、近赤外光源１１０から射出された近赤外光のうち一方端から入射した近赤外光を他方端に導光するとともに生体に照射する光源側光ファイバー１２０と、生体により拡散反射された近赤外光のうち一方端から入射した近赤外光を他方端に導光する検出側光ファイバー１４０と、検出側光ファイバー１４０の他方端から射出された近赤外光を用いて生体情報を含む近赤外吸収スペクトルを測定する近赤外吸収スペクトル測定装置１５０と、近赤外吸収スペクトル測定装置１５０により測定された近赤外吸収スペクトルを解析して生体情報を得るデータ解析装置１７０とを備える。このうち、近赤外光源１１０と、光源側光ファイバー１２０とが、近赤外光照射部１００（本発明の近赤外光照射部）を構成する。また、検出側光ファイバー１４０が、本発明の検出側導光部材を構成する。なお、符号１８０は、血糖値の検量線を構築する際に参照する侵襲型の血糖値測定装置を示す。

そして、実施形態１に係る生体情報測定装置１０は、図２に示すように、生体を接触させる接触面１３１と、光源側光ファイバー１２０の他方端近傍を固定する光源側光ファイバー固定部１３２と、検出側光ファイバー１４０の一方端近傍を固定する検出側光ファイバー固定部１３３と、光源側光ファイバー１２０の他方端からの近赤外光を空隙を介して生体における生体情報取得部位に導光するとともに、生体情報取得部位で拡散反射された近赤外光を空隙を介して検出側光ファイバー１４０の一方端に導光するための導光空間１３４とを有する測定用アタッチメント１３０をさらに備える。

実施形態１に係る生体情報測定装置１０においては、測定用アタッチメント１３０は、導光空間１３４が接触面１３１に露出して生体情報取得部位押し当て用孔１３５を構成し、光源側光ファイバー１２０の他方端における光ファイバーの光軸と検出側光ファイバー１４０の一方端における光ファイバーの光軸とが生体情報取得部位押し当て用孔１３５の中心位置近傍で交差するように構成されている。

実施形態１に係る生体情報測定装置１０においては、光源側光ファイバー１２０の他方端における光ファイバーの光軸と検出側光ファイバー１４０の一方端における光ファイバーの光軸の交差角度は、６０°〜１２０°の範囲内（例えば９０°）にある。

実施形態１に係る生体情報測定装置１０においては、光源側光ファイバー１２０の他方端から生体情報取得部位押し当て用孔１３５の中心位置までの距離ｄ１及び生体情報取得部位押し当て用孔１３５の中心位置から検出側光ファイバー１４０の一方端までの距離ｄ２はともに、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内（例えば２．５ｍｍ）にある。

実施形態１に係る生体情報測定装置１０においては、生体情報取得部位は、指の腹と指先との間に位置する部位である。

実施形態１に係る生体情報測定装置１０においては、測定用アタッチメント１３０は、接触面１３１の一方側に指の腹を載置する指の腹載置面１３６が形成されている。

実施形態１に係る生体情報測定装置１０においては、測定用アタッチメント１３０は、加工性や剛性、硬度など機械的特性に優れた樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）からなる。

実施形態１に係る生体情報測定装置１０においては、近赤外吸収スペクトル測定装置１５０は、検出側光ファイバー１４０の他方端から射出された近赤外光を分光する回折格子１５４と、回折格子１５４により分光された光を選択的に反射するＭＥＭＳチップ１５８と、ＭＥＭＳチップ１５８により反射された光を検出する単一のＩｎＧａＡｓ系の光検出素子１６０とを有するＭＥＭＳ型近赤外吸収スペクトル測定装置である。実施形態１に係る生体情報測定装置１０においては、近赤外吸収スペクトル測定装置１５０として、Polychromix社のポータブル近赤外分光システム（LABPOD1624／LABPODはPolychromix社の商標）を用いた。検出した信号をアダマール変換することで近赤外吸収スペクトルが得られる。

実施形態１に係る生体情報測定装置１０においては、データ解析装置１７０は、近赤外吸収スペクトル測定装置１５０により測定された近赤外吸収スペクトルのうち所定波長範囲の近赤外吸収スペクトルをＰＬＳ回帰分析法により解析して生体情報を得る機能を有する。

実施形態１に係る生体情報測定装置１０においては、上記した所定波長範囲は、１６００ｎｍ〜２４００ｎｍの波長範囲を含む。

２．生体情報測定装置１０を用いた血糖値の測定
２−１．血糖値測定
１２時間絶食した被験者１名（２０歳男性）に対して７５ｇの糖負荷を行なった後、生体情報測定装置１０を用いて、洗浄した左手中指について近赤外吸収スペクトルを測定した。リファレンス測定時には標準反射板としてSpectralon（Labsphere社製、２５０ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲で反射率９９％）を用いた。図３は、得られた近赤外吸収スペクトルを示す図である。近赤外吸収スペクトルの測定波長範囲は、図３に示すように、１６００ｎｍ〜２４００ｎｍを含む波長範囲とし、積算回数は１０回とした。

近赤外吸収スペクトルのデータ解析にはＰＬＳ回帰分析（Partial Least Square Regression）を用いた。上記のようにして得られた近赤外吸収スペクトルを説明変数とし、侵襲型の血糖値測定装置（ダイキン工業製アントセンスＩＩ）により測定して得られた血糖値を目的変数としてＰＬＳ回帰分析を行って、血糖値検量線を構築した。なお、解析波長範囲は１６００ｎｍ〜２４００ｎｍとし、スペクトル処理として、Savizky-Golay法による一次微分（３点）を施した。その後、検量線の検証を行った。

エラーグリッド分析法（ＥＧＡ法）とは、バージニア大学のクラーク博士が開発した「血糖値計が臨床的に有効であるか否か」を示す指標である。図４は、エラーグリッドを示す図である。図４中、横軸は参照血糖値を示し、縦軸は予測血糖値を示す。対角線は参照値と予測値との一致を示しており、プロットが対角線の上方にあるときは予測血糖値が過大評価されていることを示し、プロットが対角線の下方にあるときは予測血糖値が過小評価されていることを示す。エラーグリッドにおいて、Ａゾーンは予測血糖値が２０％しか外れない、あるいは参照値が７０ｍｇ／ｄｌよりも低いときに低血糖値（＜７０ｍｇ／ｄｌ）である領域を示し、Ｂゾーンは上方と下方は参照血糖値に対して２０％よりも大きく外れているが良性の治療が行われている領域を示し、Ｃゾーンは好ましい血糖値レベルを修正しすぎることとなる領域を示し、Ｄゾーンは誤りを検出する「危険な失敗」を犯すこととなる領域を示し、Ｅゾーンは「誤った治療」となる範囲を示す。

図５は、実施形態１における検量線構築結果を説明するために示す図である。図５（ａ）はエラーグリッド上における血糖値分布を示す図であり、図５（ｂ）はＰＬＳ結果及びＥＧＡ結果を示す表である。図６は、実施形態１における検量線検証結果を説明するために示す図である。図６（ａ）はエラーグリッド上における血糖値分布を示す図であり、図６（ｂ）はＰＬＳ結果及びＥＧＡ結果を示す表である。

図５から分かるように、実施形態１においては、従来よりも小さなＰＬＳ因子（３）であっても、比較的高い相関係数（０．８２）及び従来よりもかなり低い予測誤差（１１ｍｇ／ｄｌ）が得られ、このことは高度に有意な結果が得られたと判断できる。また、全ての予測値（７９個）が臨床的に好ましいとされるＡゾーン（７７個）又はＢゾーン（２個）に入る結果が得られた。
また、検証の結果、図６から分かるように、予測誤差が２０ｍｇ／ｄｌと大きくなったが、全ての予測値（３０個）が臨床的に好ましいとされるＡゾーン（２６個）又はＢゾーン（４個）に入る結果が得られた。

以上説明したように、実施形態１に係る生体情報測定装置（血糖値測定装置）１０によれば、血糖値の測定精度が実用レベルにある（血糖値の測定精度が１０％程度以内にある）生体情報測定装置（血糖値測定装置）を提供することが可能となる。

また、実施形態１に係る生体情報測定装置１０によれば、近赤外光照射部１００からの近赤外光を空隙を介して生体ＬＢにおける生体情報取得部位に導光するとともに、生体情報取得部位で拡散反射された近赤外光を空隙を介して検出側導光部材１４０に導光するための導光空間１３４を有する測定用アタッチメント１３０を備えるため、生体への近赤外光の照射のされ具合を適切な状態に調整することで、生体への近赤外光の進入距離を適切な値に調整することが可能となる。その結果、Ｓ／Ｎ比の高い近赤外吸収スペクトルを測定することが可能となり、ひいてはより一層高い精度で血糖値を測定することが可能となる。

また、実施形態１に係る生体情報測定装置１０によれば、近赤外光照射部として、近赤外光源１１０と、近赤外光源１１０から射出された近赤外光を一方端から他方端に導光する光源側光ファイバー１２０とを有する近赤外光照射部１００を備えるとともに、検出側導光部材として、生体ＬＢにより拡散反射された近赤外光を一方端から他方端に導光する検出側光ファイバー１４０からなる導光部材を備えるため、全体としては高機能・高性能な生体情報測定装置でありながら、使用者が最もよく使う測定用アタッチメントを小型化することが可能となるため、操作性に優れた生体情報測定装置を提供することが可能となる。

また、実施形態１に係る生体情報測定装置１０によれば、光源側光ファイバー１２０の他方端における光ファイバーの光軸と検出側光ファイバー１４０の一方端における光ファイバーの光軸とが生体情報取得部位押し当て用孔１３５の中心位置近傍で交差するように構成された測定用アタッチメントを備えるため、生体により拡散反射された近赤外光を効率良く検出側光ファイバー１４０の一方端に入射させることが可能となる。その結果、Ｓ／Ｎ比の高い近赤外吸収スペクトルを測定することが可能となり、ひいてはより一層高い精度で血糖値を測定することが可能となる。

また、実施形態１に係る生体情報測定装置１０によれば、光源側光ファイバー１２０の他方端における光ファイバーの光軸と検出側光ファイバー１４０の一方端における光ファイバーの光軸との交差角度が６０°〜１２０°の範囲内にあるため、生体への近赤外光の進入角度が適切な値になり、生体への近赤外光の進入距離が適切な値になる。その結果、Ｓ／Ｎ比の高い近赤外吸収スペクトルを測定することが可能となり、ひいてはより一層高い精度で血糖値を測定することが可能となる。

また、実施形態１に係る生体情報測定装置１０によれば、光源側光ファイバー１２０の他方端から生体情報取得部位押し当て用孔１３５の中心位置までの距離ｄ１及び生体情報取得部位押し当て用孔１３５の中心位置から検出側光ファイバー１４０の一方端までの距離ｄ２はともに、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内にあるため、ベースラインが低く、Ｓ／Ｎ比の高い近赤外吸収スペクトルを測定することが可能となり、ひいてはより一層高い精度で血糖値を測定することが可能となる。

また、実施形態１に係る生体情報測定装置１０によれば、接触面１３１の一方側に指の腹を載置する指の腹載置面１３６が形成されている測定用アタッチメント１３０を備えるため、指の腹と指先との間に位置する生体情報取得部位にところで、常に安定して近赤外光吸収スペクトルを測定することが可能となり、ひいてはより一層高い精度で血糖値を測定することが可能となる。

また、実施形態１に係る生体情報測定装置１０によれば、加工性や剛性、硬度など機械的特性に優れた樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）からなる測定用アタッチメント１３０を備えるため、実用性に優れた生体情報測定装置を提供することが可能となる。

また、実施形態１に係る生体情報測定装置１０によれば、近赤外吸収スペクトル測定装置として、生体により拡散反射された近赤外光を分光する回折格子１５４と、回折格子１５４により分光された光を選択的に反射するＭＥＭＳチップ１５８と、ＭＥＭＳチップにより反射された光を検出する単一の光検出素子１６０とを有するＭＥＭＳ型近赤外吸収スペクトル測定装置１５０を備えるため、高性能でありながら小型でコンパクトな生体情報測定装置を提供することが可能となる。

また、実施形態１に係る生体情報測定装置１０によれば、データ解析装置として、近赤外吸収スペクトル測定装置１５０により測定された近赤外吸収スペクトルのうち所定波長範囲の近赤外吸収スペクトルをＰＬＳ回帰分析法により解析して生体情報を得る機能を有するデータ解析装置１７０を備えるため、近赤外吸収スペクトルの全情報を利用して回帰式を算出することが可能となり、高い予測精度を得ることが可能となる。

また、実施形態１に係る生体情報測定装置１０によれば、１６００ｎｍ〜２４００ｎｍの波長範囲を含む所定波長範囲の近赤外吸収スペクトルをＰＬＳ回帰分析法により解析して生体情報を得ることとしているため、赤外吸収スペクトルを解析して生体情報を得る場合と比較して、生体への進入距離を大きくとることが可能となる。その結果、Ｓ／Ｎ比の高い近赤外吸収スペクトルを測定することが可能となり、ひいてはより一層高い精度で血糖値を測定することが可能となる。

［実施形態２］
実施形態２は、スペクトル処理としてSavizky-Golay法による二次微分（５点）を施して血糖値検量線を構築するとともに血糖値検量線の検証を行うこと以外は、実施形態１と同様の実験を行った。

図７は、実施形態２における検量線構築結果を説明するために示す図である。図７（ａ）はエラーグリッド上における血糖値分布を示す図であり、図７（ｂ）はＰＬＳ結果及びＥＧＡ結果を示す表である。図８は、実施形態２における検量線検証結果を説明するために示す図である。図８（ａ）はエラーグリッド上における血糖値分布を示す図であり、図８（ｂ）はＰＬＳ結果及びＥＧＡ結果を示す表である。

図７から分かるように、実施形態２においても、従来よりも小さなＰＬＳ因子（４）であっても、比較的高い相関係数（０．８５）及び従来よりもかなり低い予測誤差（１０ｍｇ／ｄｌ）が得られ、このことは高度に有意な結果が得られたと判断できる。また、全ての予測値（７９個）が臨床的に好ましいとされるＡゾーン（７８個）又はＢゾーン（１個）に入る結果が得られた。
また、検証の結果、図８から分かるように、予測誤差が１８ｍｇ／ｄｌと大きくなったが、全ての予測値（３０個）が臨床的に好ましいとされるＡゾーン（２６個）又はＢゾーン（４個）に入る結果が得られた。

［実施形態３］
実施形態３は、アルミニウム製の測定用アタッチメントを用いて近赤外吸収スペクトルを測定すること以外は、実施形態１と同様の実験を行った。

図９は、実施形態３における検量線構築結果を説明するために示す図である。図９（ａ）はエラーグリッド上における血糖値分布を示す図であり、図９（ｂ）はＰＬＳ結果及びＥＧＡ結果を示す表である。図１０は、実施形態３における検量線検証結果を説明するために示す図である。図１０（ａ）はエラーグリッド上における血糖値分布を示す図であり、図１０（ｂ）はＰＬＳ結果及びＥＧＡ結果を示す表である。

図９から分かるように、実施形態３においても、従来よりも小さなＰＬＳ因子（２）であっても、比較的高い相関係数（０．７９）及び従来よりもかなり低い予測誤差（１４ｍｇ／ｄｌ）が得られ、このことは高度に有意な結果が得られたと判断できる。また、全ての予測値（５６個）が臨床的に好ましいとされるＡゾーン（５３個）又はＢゾーン（３個）に入る結果が得られた。
また、検証の結果、図１０から分かるように、予測誤差が２３ｍｇ／ｄｌと大きくなったが、全ての予測値（１７個）が臨床的に好ましいとされるＡゾーン（１４個）又はＢゾーン（３個）に入る結果が得られた。

実施形態３においては、近赤外領域において吸収を持つＡＢＳ樹脂の代わりに近赤外領域においてほとんど吸収を持たないアルミニウムを測定用アタッチメントの材料に用いたため、実施形態１の場合よりも小さなＰＬＳ因子（２）の場合であっても実施形態１の場合とほぼ同等のＰＬＳ結果及びＥＧＡ結果が得られた。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記実施形態１においては、測定用アタッチメントの素材としてＡＢＳ樹脂を用い、上記実施形態１においては測定用アタッチメントの材料としてアルミニウムを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。ＡＢＳ樹脂以外の樹脂、アルミニウム以外の金属、セラミックスその他の材料を用いることができる。

（２）上記実施形態１においては、測定用アタッチメントとして、接触面１３１の一方側に指の腹載置面１３６が形成された測定用アタッチメント１３０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図１１は変形例１における測定用アタッチメント１３０ａを説明するために示す図である。図１１に示すように、接触面１３１の一方側に指の腹載置面１３６が形成されるとともに、接触面１３１の他方側に指先を突き当てるための指先突き当て面が形成された測定用アタッチメントを用いることもできる。この場合、指先を突き当てた状態で測定用アタッチメントに指を押し付けることができるため、より一層安定して近赤外吸収スペクトルを測定することができ、ひいてはより一層高い精度で血糖値を測定することができる。

（３）上記実施形態１においては、測定用アタッチメントとして、接触面１３１の一方側に指の腹載置面１３６が形成された測定用アタッチメント１３０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図１２は変形例２における測定用アタッチメント１３０ｂの断面図である。図１２に示すように、接触面１３１の一方側に指の腹載置面１３６が形成されていない測定用アタッチメントを用いることもできる。この場合、測定用アタッチメントを生体における種々の部位に容易に押し付けることが可能となる。

（４）上記実施形態１又は上記変形例２においては、測定用アタッチメントとして、光源側光ファイバー１２０の他方端における光ファイバーの光軸と検出側光ファイバー１４０の一方端における光ファイバーの光軸との交差角度が９０°になるように構成された測定用アタッチメント１３０，１３０ｂを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図１３は、変形例３における測定用アタッチメント１３０ｃ及び変形例４における測定用アタッチメント１３０ｄの断面図である。図１３（ａ）に示すように上記交差角度が９０°よりも小さくなるように構成された測定用アタッチメント１３０ｃを用いてもよいし、図１３（ｂ）に示すように上記交差角度が９０°よりも大きくなるように構成された測定用アタッチメント１３０ｃを用いてもよい。上記交差角度を、６０°〜１２０°の範囲内にある適宜の角度に調整することにより、生体への近赤外光の進入角度を適切な値に調整することで、生体への近赤外光の進入距離を適切な値に調整することが可能となる。その結果、Ｓ／Ｎ比の高い近赤外吸収スペクトルを測定することが可能となり、ひいてはより一層高い精度で血糖値を測定することが可能となる。

（５）上記実施形態１においては、近赤外光照射部として、近赤外光を射出する近赤外光源１１０と光源側光ファイバー１２０とを有する近赤外光照射部１１０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図１４は変形例５における測定用アタッチメント１３０ｅの断面図である。図１４に示すように、近赤外光照射部として、近赤外光を射出する近赤外光源からなる近赤外光照射部を用いることができる。

（６）上記実施形態１においては、測定用アタッチメント１３０と近赤外吸収スペクトル測定装置１５０とが別体として構成された生体情報測定装置１０を例にとって本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図１５は変形例６に係る生体情報測定装置１２を説明するために示す図である。図１５に示すように、測定用アタッチメント１３０ｆと近赤外吸収スペクトル測定装置１５０ａとが一体化された生体情報測定装置１２に本発明を適用することもできる。なお、変形例６に係る生体情報測定装置１２においては、検出側導光部材として、生体により拡散反射された近赤外光を近赤外吸収スペクトル測定装置１５０ａに導光する光学系（レンズ１４２）を用いている。

（７）上記変形例６においては、検出側導光部材として、生体により拡散反射された近赤外光を近赤外吸収スペクトル測定装置１５０ａに導光する光学系として、レンズ１４２を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。上記した光学系として、光導波路を用いることもできる。

（８）上記各実施形態においては、血糖値測定装置を例にとって本発明の生体情報測定装置を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、血中コレステロール濃度測定装置、血中中性脂肪濃度測定装置、血中アルコール濃度測定装置などの生体情報測定装置も本発明に含まれる。

１０，１２，８０，９０…血糖値測定装置、１００…近赤外光照射部、１１０，８１０，９１０…光源装置、１２０…光源側光ファイバー、１３０，１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｅ，１３０ｆ…測定用アタッチメント、１３１…接触面、１３２…光源側光ファイバー固定部、１３３…検出側光ファイバー固定部、１３４…導光空間、１３５…生体情報取得部位押し当て用孔、１３６…指の腹載置面、１３７…指先突き当て面、１４０…検出側光ファイバー、１５０…近赤外吸収スペクトル測定装置、１５２…ミラー、１５４…回折格子、１５６…レンズ、１５８…ＭＥＭＳチップ、１６０…単一検出素子、１７０…データ解析装置、１８０…参照用血糖値測定装置、８１２…赤外光源、８１４，８１８…レンズ、８１６…可動式干渉計、８２０，８４０…ミラー、８３０…試料室、８３２…板状プリズム、８５０，８５２，９５０…検出装置、９３０…光ファイバープローブ、９３２…光源側光ファイバーバンドル、９３４…ファイバーバンドル、９３４ａ…光源側光ファイバー、９３４ｂ…検出側光ファイバー、９３６…全反射プリズム、９３８…検出側光ファイバーバンドル、ＬＢ…生体

Claims (18)

1. 近赤外光を生体に照射する近赤外光照射部と、
   生体により拡散反射された近赤外光を導光する検出側導光部材と、
   前記検出側導光部材により導光された近赤外光を用いて生体情報を含む近赤外吸収スペクトルを測定する近赤外吸収スペクトル測定装置と、
   前記近赤外吸収スペクトル測定装置により測定された近赤外吸収スペクトルを解析して生体情報を得るデータ解析装置とを備える生体情報測定装置であって、
   前記生体情報測定装置は、生体を接触させる接触面と、前記近赤外光照射部を固定するための近赤外光照射部固定部と、前記検出側導光部材を固定する検出側導光部材固定部と、前記近赤外光照射部からの近赤外光を空隙を介して生体における生体情報取得部位に導光するとともに、前記生体情報取得部位で拡散反射された近赤外光を空隙を介して前記検出側導光部材に導光するための導光空間とを有する測定用アタッチメントをさらに備えることを特徴とする生体情報測定装置。
2. 請求項１に記載の生体情報測定装置において、
   前記近赤外光照射部は、近赤外光を射出する近赤外光源と、前記近赤外光源から射出された近赤外光を一方端から他方端に導光する光源側光ファイバーとを有し、
   前記近赤外光照射部は、前記光源側光ファイバーの他方端から近赤外光を生体に照射することを特徴とする生体情報測定装置。
3. 請求項１に記載の生体情報測定装置において、
   前記近赤外光照射部は、近赤外光を射出する近赤外光源からなり、
   前記近赤外光照射部は、前記近赤外光源から近赤外光を直接生体に照射することを特徴とする生体情報測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の生体情報測定装置において、
   導光部材は、生体により拡散反射された近赤外光を一方端から他方端に導光する検出側光ファイバーからなることを特徴とする生体情報測定装置。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の生体情報測定装置において、
   導光部材は、生体により拡散反射された近赤外光を前記近赤外吸収スペクトル測定装置に導光する光学系からなることを特徴とする生体情報測定装置。
6. 請求項１に記載の生体情報測定装置において、
   前記近赤外光照射部として、近赤外光を射出する近赤外光源と、前記近赤外光源から射出された近赤外光を一方端から他方端に導光する光源側光ファイバーとを備え、
   前記導光部材として、生体により拡散反射された近赤外光を一方端から他方端に導光する検出側光ファイバーを備え、
   前記測定用アタッチメントは、前記近赤外光照射部固定部として、前記光源側光ファイバーの他方端近傍を固定する光源側光ファイバー固定部を有し、前記導光部材固定部として、前記検出側光ファイバーの一方端近傍を固定する検出側光ファイバー固定部を有し、前記導光空間として、前記光源側光ファイバーの他方端からの近赤外光を空隙を介して生体における生体情報取得部位に導光するとともに、前記生体情報取得部位で拡散反射された近赤外光を空隙を介して前記検出側光ファイバーの一方端に導光するための導光空間を有することを特徴とする生体情報測定装置。
7. 請求項６に記載の生体情報測定装置において、
   前記測定用アタッチメントは、前記導光空間が前記接触面に露出して生体情報取得部位押し当て用孔を構成し、前記光源側光ファイバーの他方端における光ファイバーの光軸と前記検出側光ファイバーの一方端における光ファイバーの光軸とが前記生体情報取得部位押し当て用孔の中心位置近傍で交差するように構成されていることを特徴とする生体情報測定装置。
8. 請求項７に記載の生体情報測定装置において、
   前記光源側光ファイバーの他方端における光ファイバーの光軸と前記検出側光ファイバーの一方端における光ファイバーの光軸との交差角度は、６０°〜１２０°の範囲内にあることを特徴とする生体情報測定装置。
9. 請求項７又は８に記載の生体情報測定装置において、
   前記光源側光ファイバーの他方端から前記生体情報取得部位押し当て用孔の中心位置までの距離ｄ１及び前記生体情報取得部位押し当て用孔の中心位置から前記検出側光ファイバーの一方端までの距離ｄ２はともに、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内にあることを特徴とする生体情報測定装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の生体情報測定装置において、
    前記生体情報取得部位は、指の腹と指先との間に位置する部位であることを特徴とする生体情報測定装置。
11. 請求項１０に記載の生体情報測定装置において、
    前記測定用アタッチメントは、前記接触面の一方側に指の腹を載置する指の腹載置面が形成されていることを特徴とする生体情報測定装置。
12. 請求項１１に記載の生体情報測定装置において、
    前記測定用アタッチメントは、前記接触部の他方側に指先を突き当てるための指先突き当て面が形成されていることを特徴とする生体情報測定装置。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の生体情報測定装置において、
    前記測定用アタッチメントは、樹脂からなることを特徴とする生体情報測定装置。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の生体情報測定装置において、
    前記測定用アタッチメントは、金属からなることを特徴とする生体情報測定装置。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の生体情報測定装置において、
    前記近赤外吸収スペクトル測定装置は、生体により拡散反射された近赤外光を分光する回折格子と、前記回折格子により分光された光を選択的に反射するＭＥＭＳチップと、前記ＭＥＭＳチップにより反射された光を検出する単一の光検出素子とを有するＭＥＭＳ型近赤外吸収スペクトル測定装置であることを特徴とする生体情報測定装置。
16. 請求項１〜１５のいずれかに記載の生体情報測定装置において、
    前記データ解析装置は、前記近赤外吸収スペクトル測定装置により測定された近赤外吸収スペクトルのうち所定波長範囲の近赤外吸収スペクトルをＰＬＳ回帰分析法により解析して生体情報を得る機能を有することを特徴とする生体情報測定装置。
17. 請求項１６に記載の生体情報測定装置において、
    前記所定波長範囲は、１６００ｎｍ〜２４００ｎｍの波長範囲を含むことを特徴とする生体情報測定装置。
18. 請求項１〜１７に記載の生体情報測定装置において、
    前記生体情報は、血糖値であることを特徴とする生体情報測定装置。

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