特許 7290900 生体情報検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-06

(45)【発行日】2023-06-14

(54)【発明の名称】生体情報検出装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/1455 20060101AFI20230607BHJP

   G01N 21/359 20140101ALI20230607BHJP

【ＦＩ】

A61B5/1455

G01N21/359

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022568396

(86)(22)【出願日】2022-08-09

(86)【国際出願番号】 JP2022030509

【審査請求日】2022-11-15

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390012737

【氏名又は名称】株式会社フジタ医科器械

(74)【代理人】

【識別番号】110001151

【氏名又は名称】あいわ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】前多 宏信

(72)【発明者】

【氏名】山口 芳裕

【審査官】▲高▼木 尚哉

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１２６９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２５１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１８０７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１６８８６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ５／１４５５

Ｇ０１Ｎ ２１／３５９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物質に対応した適正波長で発振されたパルスレーザ光を発振するレーザ発振器と、前記測定対象物質が内部に存在する液状生体物に前記パルスレーザ光を照射する照射機構と、前記液状生体物から出力される検出レーザ光を受光する受光センサと、各構成要素の動作を制御する制御ユニットと、を含む生体情報検出装置であって、
前記測定対象物質は乳酸又は乳酸塩であって、前記適正波長は１４８０ｎｍであり、
前記制御ユニットは、一定周期で前記パルスレーザ光を発振するように前記レーザ発振器に対して発振指令を出力し、前記受光センサからの検出信号のうち、前記パルスレーザ光が照射されていた区間に相当する部分を、前記一定周期に対応する時間での区間データとして切り出し、前記区間データに基づいて前記液状生体物中の前記測定対象物質の分量を演算する
生体情報検出装置。

【請求項2】

前記パルスレーザ光は、流動中の前記液状生体物に向けて照射される
請求項１に記載の生体情報検出装置。

【請求項3】

前記受光センサは、前記パルスレーザ光の反射光を受光するように構成されている
請求項１に記載の生体情報検出装置。

【請求項4】

前記測定対象物質は複数であって、
前記レーザ発振器を前記複数の測定対象物質ごとに複数含み、
前記複数の測定対象物質の一つは乳酸又は乳酸塩である
請求項１に記載の生体情報検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、生体情報検出装置及び生体情報検出方法に関し、特に、液状生体物の内部に存在する測定対象物質の分量を取得する生体情報検出装置及び生体情報検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

人間の血液中に含まれる乳酸は、例えば激しい運動中等、血液中の糖を無酸素状態で代謝した際に多く生成される。この血液中の乳酸の濃度は、血液の循環の度合いを示す値として、例えばショック状態や循環不全の指標に適用される。

【0003】

その一例として、血液中に細菌等が混入して全身の臓器に障害を与える敗血症は、血液中の乳酸濃度をモニタリングすることにより、手術を受けた患者の術後管理を行う場合や、ショック症状を示す救急患者を搬送する際に、患者が重症化に至るかどうかを判断することができる。このような血液中の乳酸濃度の測定は、一般的に、患者から採血した血液を分析することにより行われるが、簡易的かつ連続的な測定が難しく、また採血に伴う感染症に対するリスク管理が必須となる。

【0004】

この点を改善する方策の一つとして、例えば特許文献１には、患者における血中分析物の濃度レベルを推定する方法であって、入力変数の第１セットが侵襲的に測定した変数を含まず、入力変数の第１セットの少なくとも１つの第１変数が、患者の血中分析物の濃度レベルによって影響され、及び入力変数の第１セットの少なくとも１つの第２変数が、患者の血中分析物の濃度レベルによって影響されない入力変数の第１セットを受信すること、入力変数の第１セットの少なくとも１つを前処理して、変数の第２セット生成すること、及び線形分離法を変数の第２セットに適用して、変数の第３セットを生成すること、を含む方法が開示されている。この方法によれば、完全に非侵襲的な測定が可能になり、変動する患者及び環境条件に対して比較的に非感受性であるため、生理学的パラメータをより正確に特徴づけられ、より幅広い範囲の応用において確実な特徴決定が可能になるとされている。

【0005】

また、特許文献２には、被験体の血液成分レベルをリアルタイムモニタリングする方法であって、波長可変ハイブリッドＩＩＩ－Ｖ／ＩＶレーザセンサを備えたシステムオンチップを提供すること；光ファイバインターフェースに掃引レーザ信号を送信することにより、システムオンチップに被験体の血液成分レベルをモニタリングするよう指示すること；光ファイバインターフェースにて被験体の血液に上記信号を導くこと；上記信号が血液と相互作用した後、血液からの反射信号を光ファイバインターフェースで収集すること；上記反射信号を反射光フォトダイオードに導くこと、のステップを含む方法が開示されている。このとき、反射信号は光信号であり；反射信号を光信号から電気信号に変換すること；ならびにマイクロコントローラで電気信号を処理して、当該電気信号を較正された血液成分レベルに変換すること、が実行され、これにより、一定期間にわたって複数のデータポイントを連続的に収集することができ、治療の有効性を評価する上で重要となり得る履歴トレンドの重要な情報を提供することを可能にするとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特表２０１０－５２６６４６号公報

【文献】特表２０２０－５２０７６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記例示した従来技術において、例えば特許文献１で開示された方法では、血液中の入力変数の第１セットを非侵襲的に取得するものの（「侵襲的に測定した変数を含まず」との記載参照）、血中分析物の濃度レベルに「影響される」第１変数と「影響されない」第２変数との少なくとも２つの変数を受信する必要がある。このため、患者の状態を連続的にモニタリングしてデータ処理を行う際のデータ量が大きくなってしまうという問題がある。

【0008】

一方、特許文献２で開示された方法では、出力ビームを皮膚内の血管を流れる血液に照射してその反射光をフォトダイオードで受信することで、非侵襲的に対象の血液中の成分データを取得することが可能である。しかしながら、人体の体外から非侵襲的にデータを取得する場合は、レーザセンサと対象の人体とが非接触となるため、反射光に出力ビームの反射成分以外の測定環境に基づく光成分（例えば自然光や照明光等）をノイズとして含むこととなり、血液成分の演算精度が低下する要因の一つとなる。

【0009】

このような経緯から、本願は、液状生体物に含まれる測定対象物質の測定データを、低ノイズで非侵襲的に取得できる生体情報検出装置及び生体情報検出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様による、測定対象物質に対応した適正波長で発振されたパルスレーザ光を発振するレーザ発振器と、測定対象物質が内部に存在する液状生体物にパルスレーザ光を照射する照射機構と、液状生体物から出力される検出レーザ光を受光する受光センサと、各構成要素の動作を制御する制御ユニットと、を含む生体情報検出装置は、制御ユニットが、一定周期でパルスレーザ光を発振するようにレーザ発振器に対して発振指令を出力し、受光センサからの検出信号を上記一定周期に対応する時間での区間データとして切り出し、当該区間データに基づいて液状生体物中の測定対象物質の分量を演算するように構成されている。

【0011】

また、本発明の別の一態様による、測定対象物質に対応した適正波長で発振されたパルスレーザ光を上記測定対象物質が内部に存在する液状生体物に照射し、液状生体物から出力される検出レーザ光を受光して測定対象物質の液状生体物中の分量を取得する生体情報検出方法は、パルスレーザ光が一定周期で発振され、受光センサからの検出信号を上記一定周期に対応する時間での区間データとして切り出し、当該区間データに基づいて測定対象物質の分量を演算するように構成されている。

【発明の効果】

【0012】

本発明の一態様によれば、一定周期でパルスレーザ光を発振するようにレーザ発振器に対して発振指令を出力し、受光センサからの検出信号を上記一定周期に対応する時間での区間データとして切り出し、当該区間データに基づいて液状生体物中の測定対象物質の分量を演算するように構成したため、液状生体物に含まれる測定対象物質の測定データを、低ノイズで非侵襲的に取得できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の代表的な一例である第１の実施形態による生体情報検出装置の構成を示す概略図である。

【図2】図１で示した生体情報検出装置に含まれるレーザ発振器の構成の一例を示すブロック図である。

【図3】図１で示した生体情報検出装置に含まれる制御ユニットの構成の一例を示すブロック図である。

【図4】第１の実施形態による生体情報検出方法の概要を示すフローチャートである。

【図5A】第１の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す平面図である。

【図5B】第１の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。

【図5C】第１の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。

【図6】各種指令信号と測定データとの関係を示す時系列グラフである。

【図7A】第２の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す平面図である。

【図7B】第２の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。

【図7C】第２の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。

【図8】第２の実施形態による生体情報検出方法の概要を示すフローチャートである。

【図9A】第３の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す平面図である。

【図9B】第３の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。

【図9C】第３の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。

【図10】各種指令信号と測定データとの関係を示す時系列グラフである。

【図11】第３の実施形態による生体情報検出装置の変形例による測定ユニットの概要を示す部分断面図である。

【図12】第４の実施形態による生体情報検出装置の構成を示す概略図である。

【図13】各種指令信号と測定データとの関係を示す時系列グラフである。

【図14】図１２で示した生体情報検出装置に含まれるレーザ発振器の構成の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の代表的な一例による生体情報検出装置及び生体情報検出方法の実施形態を図面と共に説明する。

【0015】

なお、本明細書において、「液状生体物」とは、例えば血液や汗、リンパ液等の人体で生成される液状の物体や分泌物を意味する。また、「測定対象物質」としては、上記液状生体物に含まれる水分以外の分子化合物等が例示できる。

【0016】

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の代表的な一例である第１の実施形態による生体情報検出装置の構成を示す概略図である。また、図２は、図１で示した生体情報検出装置に含まれるレーザ発振器の構成の一例を示すブロック図である。また、図３は、図１で示した生体情報検出装置に含まれる制御ユニットの構成の一例を示すブロック図である。

【0017】

図１に示すように、第１の実施形態による生体情報検出装置１００は、その一例として、測定対象物質に対応した適正波長で発振されたパルスレーザ光ＬＢを発振するレーザ発振器１１０と、測定対象物質が内部に存在する液状生体物ＬＯにパルスレーザ光ＬＢを照射する照射機構１２０と、照射機構１２０のＸＹＺ方向の位置を移動させる搬送機構１３０と、液状生体物ＬＯを収容した容器１４２のＸＹＺ方向の位置を移動させるサンプル保持機構１４０と、液状生体物ＬＯから出力される検出レーザ光を受光する受光センサ１５０と、各構成要素の動作を制御する制御ユニット１６０と、を含む。

【0018】

レーザ発振器１１０は、液状生体物ＬＯに含まれる測定対象物質（後述する図５Ｃの符号ＭＭ等を参照）を検出する上で適正な波長（例えば吸収効率が高い波長等）を出力する光源が適用される。その一例として、図２に示すように、レーザ発振器１１０は、制御ユニット１６０からの発振信号に基づいてパルスレーザ光ＬＢを一定周期Ｔで発振する制御を行う発振制御部１１２と、発振制御部１１２からのオンオフ信号に応じて複数のレーザ光源１１５ａ、１１５ｂへの駆動電力を供給する駆動電源１１３と、レーザ光源１１５ａ、１１５ｂを取り付けた支持部１１４と、複数のレーザ光源１１５ａ、１１５ｂから出射されたパルスレーザ光ＬＢを集光させる集光レンズ１１６と、出射されたパルスレーザ光ＬＢの波長を調整する波長調整部１１７と、集光されたパルスレーザ光ＬＢを照射機構１２０に伝送する伝送路１１８（例えば光ファイバ）と、を含む。

【0019】

第１の実施形態による生体情報検出装置１００は、液状生体物ＬＯとしては「血液」が例示でき、これに含まれる代表的な測定対象物質として「乳酸」又は「乳酸塩」が例示できる。このとき、乳酸又は乳酸塩を検出する際の適正なパルスレーザ光ＬＢの波長は、例えば１４８０ｎｍが採用される。

【0020】

上記した乳酸又は乳酸塩を検出するのに適正な波長（１４８０ｎｍ）を選択的に液状生体物ＬＯに照射するために、複数のレーザ光源１１５ａ、１１５ｂとしては、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）をアレイ状に配置したものや、ミリ波、サブミリ波、マイクロ波で発振されるレーザ、あるいは自由電子レーザ等を採用できる。そして、これらを同軸に集光して高出力化したパルスレーザ光ＬＢを波長調整部１１７に透過させることにより、所定の適正波長の範囲に選択されたパルスレーザ光ＬＢが伝送路１１８に出射される。ここで、波長調整部１１７としては、所定の上限値及び下限値の範囲外の光を選択的に除去するバンドパスフィルタ等が例示できる。

【0021】

なお、図２に示す構成においては、複数のレーザ光源１１５ａ、１１５ｂとして２つの光源を配置した場合を例示したが、さらに多数（３個以上）のレーザ光源をアレイ状あるいは円周上に配置するように構成してもよい。また、複数のレーザ光源１１５ａ、１１５ｂに駆動電源１１３から駆動電力を直接供給する場合を示したが、例えば支持部１１４に増幅回路（図示せず）を設けて、駆動電源１１３からの駆動電力を増幅してレーザ光源１１５ａ、１１５ｂに供給するように構成してもよい。

【0022】

照射機構１２０は、その一例として、伝送路１１８を介して一端（上端）側からパルスレーザ光ＬＢが導入され、内部に配置された集光レンズ（図示せず）により所定のビーム直径及びビーム断面形状等のビームプロファイルに成形された後、他端（下端）側から容器１４２に収容された液状生体物ＬＯに向けて照射される。なお、第１の実施形態においては、パルスレーザ光ＬＢはビームスポットが円形断面となるように成形される場合を例示しているが、集光レンズを適宜選択することにより、ビームプロファイルを多角形あるいはライン状等の任意の形状に成形することも可能である。

【0023】

搬送機構１３０は、その一例として、互いに直交するＸＹＺの３軸方向に相対移動するリニア駆動体として構成され、その一端に照射機構１２０が取り付けられる。なお、搬送機構１３０は、一端に照射機構１２０を取り付けたロボットアームを備えた６軸又は７軸タイプの産業用ロボットとして構成されてもよい。

【0024】

サンプル保持機構１４０は、その一例として、測定対象物質を含む液状生体物ＬＯを収容した容器１４２を上面に載置しつつ図示上のＸＹＺの３軸方向に移動自在なテーブルとして構成されている。また、サンプル保持機構１４０の上面と容器１４２の下面との間には液状生体物ＬＯからの透過光を検出する受光センサ１５０が配置される。

【0025】

なお、液状生体物ＬＯを収容する容器１４２としては、上記したパルスレーザ光ＬＢの波長に対して透明な（すなわち、照射されたパルスレーザ光ＬＢが透過する）材料によって構成される。これにより、容器１４２に収容された液状生体物ＬＯに照射されたパルスレーザ光は、測定対象物質の存在しない領域ではそのまま容器１４２の底面を透過して受光センサ１５０まで到達するため、受光センサ１５０によって照射されたことが検出される。

【0026】

図３に示すように、制御ユニット１６０は、その一例として、生体情報検出装置１００の各構成要素に動作指令を出力する主制御部１６２と、受光センサからの検出値を用いて液状生体物ＬＯに含まれる測定対象物質の分量を演算する分量演算部１６４と、上記演算された測定対象物質の分量やその他の各種パラメータ等を表示する表示部１６６と、測定条件等の各種パラメータの修正を行う情報を手入力可能な入力インターフェース１６８と、を含む。そして、制御ユニット１６０は、主制御部１６２がレーザ発振器１１０、搬送機構１３０及びサンプル保持機構１４０と有線あるいは無線で接続されており、これらの周辺機器と信号のやり取りを行って生体情報検出装置１００全体の動作を制御する。

【0027】

主制御部１６２は、その一例として、ユーザから入力インターフェース１６８により測定開始に対応する開始信号Ｓｓが入力されると、所定の測定プログラムからレーザ発振器１１０への発振や、搬送機構１３０及びサンプル保持機構１４０への相対移動等の動作情報を抽出して、これらの動作を実行するための発振信号Ｓｏや相対移動信号Ｓｍを生成して各構成要素に出力する機能を有する。また、主制御部１６２は、レーザ発振器１１０への出力と同期して後述する分量演算部１６４に発振信号Ｓｏを出力するとともに、当該分量演算部１６４からの演算結果を受けて、分量の演算結果や現在の生体情報検出装置１００の各種パラメータを表示部１６６に送ってこれらを表示させる機能も有する。

【0028】

分量演算部１６４は、上記した開始信号を受けた主制御部１６２から演算開始に対応する演算信号Ｓｅを受信すると、受光センサ１５０から時刻ｔにおける検出値に対応する検出信号Ｓｄを連続的に受信して蓄積する機能を備える。また、分量演算部１６４は、主制御部１６２から発振信号Ｓｏを受信して、受光センサ１５０で検出した検出信号Ｓｄの時系列データからレーザ発振器１１０の発振タイミングに合わせた区間データＤを切り出し、当該区間データＤに基づいて液状生体物ＬＯ中に含まれる測定対象物質の分量を演算する機能をも備える。そして、演算された測定対象物質の分量は、主制御部１６２に送られる。

【0029】

次に、図４～図６を用いて、第１の実施形態による生体情報検出装置において実行される生体情報検出方法の具体的な動作態様を説明する。

【0030】

図４は、第１の実施形態による生体情報検出方法の概要を示すフローチャートである。また、図５Ａは、第１の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す平面図である。また、図５Ｂ及び図５Ｃは、第１の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。さらに、図６は、各種指令信号と測定データとの関係を示す時系列グラフである。

【0031】

第１の実施形態による生体情報検出装置１００によって実行される生体情報検出方法は、図４に示すように、ユーザから入力インターフェース１６８により測定開始に対応する開始信号Ｓｓが入力されると、まず制御ユニット１６０の主制御部１６２が、分量演算部１６４に対して、受光センサ１５０からの検出信号Ｓｄの受信開始を指令する（ステップＳ１０１）。これにより、分量演算部１６４では、フローチャートに示す動作の終了まで連続的に受光センサ１５０からの検出信号Ｓｄを時系列データとして連続的に受信して一時記憶する。

【0032】

続いて、主制御部１６２は、所定の測定プログラムに基づいて、搬送機構１３０及びサンプル保持機構１４０に対して相対移動信号Ｓｍを出力する（ステップＳ１０２）。これにより、液状生体物ＬＯに対してパルスレーザ光ＬＢが照射される位置及び焦点距離が位置決めされる。

【0033】

次に、主制御部１６２は、レーザ発振器１１０に対して、既定の照射時間Ｔｏｎだけパルスレーザ光ＬＢを出射する発振信号Ｓｏを出力する（ステップＳ１０３）。当該発振信号Ｓｏを受けたレーザ発振器１１０では、発振制御部１１２が駆動電源１１３に対して上記の照射時間Ｔｏｎの間だけオン指令信号Ｓｏｎを出力し、所定の波長に調整されたパルスレーザ光ＬＢが出射される。

【0034】

続いて、主制御部１６２は、上記測定プログラムに基づいて、容器１４２内の液状生体物ＬＯに規定されるすべての測定範囲でのパルスレーザ光ＬＢの照射が終了したかどうかを判別する（ステップＳ１０４）。すなわち、ステップＳ１０４において、すべての測定範囲での照射が終了したと判別された場合、主制御部１６２は液状生体物ＬＯに対する測定が終了したとして分量演算部１６４に演算信号Ｓｅを出力し、以後のステップＳ１０５に進む。

【0035】

一方、ステップＳ１０４において、すべての測定範囲での照射が終了していないと判別された場合、ステップＳ１０２に戻って、測定プログラムに従う未終了の測定範囲に対するパルスレーザ光ＬＢの位置決め及び照射が繰り返し実行される。これにより、容器１４２に収容された液状生体物ＬＯの測定すべきすべての範囲（領域）における測定対象物質の検出が実行される。

【0036】

図５Ａ～図５Ｃを参照すると、上記のステップＳ１０２からステップＳ１０４までの動作手順について、その具体的な一例が示されている。すなわち、図５Ａに示すように、上面にセンシング面を有する受光センサ１５０に載置された容器１４２には液状生体物ＬＯが収容されており、当該液状生体物ＬＯにおいて、パルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰの集光径（スポット径）に対応する長さを縦横の長さとする矩形領域Ｃを複数個定義する。

【0037】

そして、上記のように定義された複数個の矩形領域について、測定プログラムでパルスレーザ光ＬＢの照射開始位置Ｐｓと照射終了位置Ｐｅをさらに定義するとともに、これら照射開始位置Ｐｓと照射終了位置Ｐｅとの間をＸＹ方向で走査する走査経路を規定する。なお、図４で示したフローチャートのステップＳ１０４の判別では、現在の照射位置（集光点ＦＰ）が走査経路上の照射終了位置Ｐｅと一致したかどうかで判断される。

【0038】

次に、パルスレーザ光ＬＢの照射位置（集光点ＦＰ）において、測定対象物質ＭＭの有無と受光センサ１５０からの検出信号との関係について以下に説明する。例えば図５Ｂに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在しない場合、パルスレーザ光ＬＢは液状生体物ＬＯ及び容器１４２を透過するため、照射されたパルスレーザ光ＬＢの出力に相当する透過光ＴＢが受光センサ１５０の受光点ＤＰで検出される。

【0039】

一方、図５Ｃに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在する場合には、パルスレーザ光ＬＢは測定対象物質ＭＭで吸収あるいは反射されるため、照射されたパルスレーザ光ＬＢの出力より低出力を有する透過光ＴＢが受光センサ１５０の受光点ＤＰで検出される。なお、図５Ｃにおいては、測定対象物質ＭＭがパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰの集光径より大きい場合を例示しているが、集光径より小さい場合であっても同様の傾向を示す。

【0040】

続いて、主制御部１６２から演算信号を受けた分量演算部１６４は、図６に示すように、主制御部１６２からの発振信号Ｓｏを受信していた区間に対応する受光センサ１５０からの検出信号Ｓｄの区間を切り出すことにより、区間データＤを抽出する（ステップＳ１０５）。これにより、検出信号Ｓｄにおけるパルスレーザ光ＬＢが照射されていた照射時間Ｔｏｎに対応する区間のデータのみを絞り込むことができる（すなわち検出時のノイズを低減できる）。ここで、発振信号Ｓｏの照射時間Ｔｏｎと非照射時間Ｔｏｆｆとを併せて１周期Ｔと定義する。

【0041】

次に、分量演算部１６４は、抽出された区間データＤに基づいて測定対象物質ＭＭの液状生体物ＬＯに対する分量を演算する。具体的には、ステップＳ１０５で抽出された区間データＤは、その一例として、測定対象物質ＭＭが検出されていない場合（非検出区間Ｔｎ）の基準データＤｓ（図５Ｂで示した状態）と、測定対象物質ＭＭが検出された場合（検出区間Ｔｄ）の検出データＤｄ（図５Ｃで示した状態）と、の２つのレベルによる出力値を含んでいる。

【0042】

このとき、基準データＤｓと検出データＤｄとの差分ΔＤの絶対値が大きいほど測定対象物質ＭＭの検出量が多いと判断できる。そこで、分量演算部１６４は、対象となるすべての測定範囲を測定後に、区間データＤの全体における検出データＤｄの数を積算し、測定対象物質ＭＭの「分量」として主制御部１６２に出力して動作を終了する（ステップＳ１０６）。

【0043】

なお、測定対象物質ＭＭの分量は積算数ではなく全体に対する比率として演算されてもよい。また、基準データＤｓと検出データＤｄとの差分ΔＤに閾値を設けて、所定の閾値を超えたものを「検出した」と判断するようにしてもよい。

【0044】

上記のような構成を備えることにより、第１の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法は、一定周期でパルスレーザ光を発振するようにレーザ発振器に対して発振指令を出力し、受光センサからの検出信号を上記一定周期に対応する時間での区間データとして切り出し、当該区間データに基づいて液状生体物中の測定対象物質の分量を演算するように構成したため、液状生体物に含まれる測定対象物質の測定データを、低ノイズで非侵襲的に取得できる。

【0045】

＜第２の実施形態＞
次に、図７Ａ～図８を用いて、本発明の別の一例である第２の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法の実施態様について説明する。なお、第２の実施形態においては、図１～図６に示した概略図等において、第１の実施形態と同一あるいは共通の構成を採用し得るものについては、同一の符号を付してこれらの繰り返しの説明は省略する。

【0046】

図７Ａは、第２の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す平面図である。また、図７Ｂ及び図７Ｃは、第２の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す部分正面図である。さらに、図８は、第２の実施形態による生体情報検出方法の概要を示すフローチャートである。

【0047】

第２の実施形態による生体情報検出装置１００においては、第１の実施形態における液状生体物ＬＯを収容する容器１４２を用いた測定手法に対して、例えば液状生体物ＬＯの代表的な一例である血液が人間等の生物内部を流れている間に、直接測定用のパルスレーザ光ＬＢを血管等に照射して測定する手法を用いる。すなわち、図７Ａに示すように、人体において照射されるパルスレーザ光ＬＢが比較的透過しやすい末端部（例えば指２４０）を上面にセンシング面を有する受光センサ１５０上に載せた状態で、パルスレーザ光ＬＢを当該指２４０に向けて照射する。

【0048】

このとき、パルスレーザ光ＬＢの照射位置（集光点ＦＰ）において、例えば図７Ｂに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在しない場合、パルスレーザ光ＬＢは血管２４２を含む指２４０を透過するため、照射されたパルスレーザ光ＬＢの出力に相当する透過光ＴＢが受光センサ１５０の受光点ＤＰで検出される。

【0049】

一方、図７Ｃに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在する場合には、パルスレーザ光ＬＢは測定対象物質ＭＭで吸収あるいは反射されるため、照射されたパルスレーザ光ＬＢの出力より低出力を有する透過光ＴＢが受光センサ１５０の受光点ＤＰで検出される。なお、図７Ｃにおいても、第１の実施形態の場合と同様に、測定対象物質ＭＭがパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰの集光径より小さい場合であっても同様の傾向を示す。

【0050】

このような配置による状態で、一定周期Ｔのオンオフ制御によるパルスレーザ光ＬＢを所定時間だけ照射しつつ、受光センサ１５０からの検出信号Ｓｄを受信する。これにより、第１の実施形態において容器１４２内の液状生体物ＬＯの測定領域を走査して測定する代わりに、連続的に流れる血液としての液状生体物ＬＯの時系列データを測定することができる。

【0051】

第２の実施形態による生体情報検出方法は、図８に示すように、ユーザから入力インターフェース１６８により測定開始に対応する開始信号Ｓｓが入力されると、まず制御ユニット１６０の主制御部１６２が、分量演算部１６４に対して、受光センサ１５０からの検出信号Ｓｄの受信開始を指令する（ステップＳ２０１）。これにより、分量演算部１６４では、フローチャートに示す動作の終了まで連続的に受光センサ１５０からの検出信号Ｓｄを時系列データとして連続的に受信して一時記憶する。

【0052】

続いて、主制御部１６２は、所定の測定プログラムに基づいて、レーザ発振器１１０に対して既定の照射時間Ｔｏｎだけパルスレーザ光ＬＢを出射する発振信号Ｓｏを出力する（ステップＳ２０２）。当該発振信号Ｓｏを受けたレーザ発振器１１０では、第１の実施形態と同様に、発振制御部１１２が駆動電源１１３に対して上記の照射時間Ｔｏｎの間だけオン指令信号Ｓｏｎを出力し、所定の波長に調整されたパルスレーザ光ＬＢが出射される。

【0053】

続いて、主制御部１６２は、上記測定プログラムに基づいて、一定周期Ｔによるパルスレーザ光ＬＢの照射が所定周期終了したかどうかを判別する（ステップＳ２０３）。すなわち、ステップＳ２０３において、所定の周期数の照射が終了したと判別された場合、主制御部１６２は液状生体物ＬＯに対する測定が終了したとして分量演算部１６４に演算信号Ｓｅを出力し、以後のステップＳ２０４に進む。

【0054】

一方、ステップＳ２０３において、所定の周期数の照射が終了していないと判別された場合、ステップＳ２０２に戻って１周期分のパルスレーザ光ＬＢの照射を繰り返す。これにより、指２４０の血管２４２を連続的に流れる液状生体物（血液）ＬＯの所定時間における測定対象物質に対する検出動作が実行される。

【0055】

続いて、主制御部１６２から演算信号を受けた分量演算部１６４は、第１の実施形態と同様に、主制御部１６２からの発振信号Ｓｏを受信していた区間に対応する受光センサ１５０からの検出信号Ｓｄの区間を切り出すことにより、区間データＤを抽出する（ステップＳ２０４）。これにより、検出信号Ｓｄにおけるパルスレーザ光ＬＢが照射されていた照射時間Ｔｏｎに対応する区間のデータのみを絞り込むことができる。

【0056】

次に、分量演算部１６４は、第１の実施形態の場合と同様に、抽出された区間データＤに基づいて測定対象物質ＭＭの液状生体物ＬＯに対する分量を演算する。これにより、分量演算部１６４は、所定の周期数における時系列データの測定後に、区間データＤの全体における検出データＤｄの数を積算し、測定対象物質ＭＭの「分量」として主制御部１６２に出力して動作を終了する（ステップＳ２０５）。

【0057】

上記のような構成を備えることにより、第２の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法は、第１の実施形態で説明した効果に加えて、例えば液状生体物の代表的な一例である血液が人間等の生物内部を流れている間に、直接測定用のパルスレーザ光を指等の血管に照射して測定する手法を用いるため、人体等から予め測定対象物質を含む液状生体物を取得する必要がなく、測定時の負担を軽減できる。また、測定する液状生体物ＬＯを収容した容器に対してパルスレーザ光を相対移動させるステップが不要となるため、全体の測定時間を短縮することもできる。

【0058】

＜第３の実施形態＞
次に、図９Ａ～図１１を用いて、本発明のさらに別の一例である第３の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法の実施態様について説明する。なお、第３の実施形態においては、図１～図８に示した概略図等において、第１の実施形態及び第２の実施形態と同一あるいは共通の構成を採用し得るものについては、同一の符号を付してこれらの繰り返しの説明は省略する。

【0059】

図９Ａは、第３の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す平面図である。また、図９Ｂ及び図９Ｃは、第３の実施形態による生体情報検出装置においてパルスレーザ光が液状生体物に照射される動作手順の概要を示す平面図及び部分正面図である。また、図１０は、各種指令信号と測定データとの関係を示す時系列グラフである。さらに、図１１は、第３の実施形態による生体情報検出装置の変形例による測定ユニットの概要を示す部分断面図である。

【0060】

第３の実施形態による生体情報検出装置１００においては、第１の実施形態における液状生体物ＬＯからの透過光を受光センサ１５０で検出する測定手法に対して、液状生体物ＬＯに含まれる測定対象物質ＭＭの反射光を測定する手法を用いる。すなわち、図９Ａに示すように、サンプル保持機構１４０に載置された容器１４２に液状生体物ＬＯが収容されており、第１の実施形態の場合と同様に、液状生体物ＬＯの所定の測定範囲に対してパルスレーザ光ＬＢを照射する。

【0061】

このとき、第３の実施形態による生体情報検出装置１００においては、液状生体物ＬＯに含まれる測定対象物質ＭＭで反射した反射光ＲＢを、照射機構１２０に取り付けた受光センサ３５０によって検出する。すなわち、例えば図９Ｂに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在しない場合、パルスレーザ光ＬＢは液状生体物ＬＯ及び容器１４２を透過するため、受光センサ３５０では装置周囲の光量に基づく検出値のみが検出される。

【0062】

一方、図９Ｃに示すように、照射されたパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰあるいはその延長上に測定対象物質ＭＭが存在する場合には、パルスレーザ光ＬＢは測定対象物質ＭＭで吸収あるいは反射されるため、照射されたパルスレーザ光ＬＢの出力の一部が反射された反射光ＲＢが受光センサ３５０の受光点ＤＰで検出される。なお、図９Ｃにおいては、第１の実施形態の場合と同様に、測定対象物質ＭＭがパルスレーザ光ＬＢの集光点ＦＰの集光径より小さい場合であっても同様の傾向を示す。

【0063】

第３の実施形態による生体情報検出装置１００においては、図１０に示すように、受光センサ３５０が反射光ＲＢを検出した区間で検出値が大となる検出信号Ｓｄが受信される。そして、分量演算部１６４は、主制御部１６２からの発振信号Ｓｏを受信していた区間に対応する受光センサ１５０からの検出信号Ｓｄの区間を切り出すことにより、区間データＤを抽出する。これにより、第１の実施形態の場合と同様に、検出信号Ｓｄにおけるパルスレーザ光ＬＢが照射されていた照射時間Ｔｏｎに対応する区間のデータのみを絞り込むことができる。

【0064】

次に、分量演算部１６４は、抽出された区間データＤに基づいて測定対象物質ＭＭの液状生体物ＬＯに対する分量を演算する。具体的には、抽出された区間データＤは、その一例として、測定対象物質ＭＭが検出されていない場合（非検出区間Ｔｎ）の基準データＤｓと、測定対象物質ＭＭが検出された場合（検出区間Ｔｄ）の検出データＤｄと、の２つのレベルによる出力値を含んでいる。

【0065】

このとき、第１の実施形態の場合と同様に、基準データＤｓと検出データＤｄとの差分ΔＤの絶対値が大きいほど測定対象物質ＭＭの検出量が多いと判断できる。そこで、分量演算部１６４は、対象となるすべての測定範囲を測定後に、区間データＤの全体における検出データＤｄの数を積算し、測定対象物質ＭＭの「分量」として主制御部１６２に演算結果を出力する。

【0066】

上記とおり、第３の実施形態による生体情報検出装置１００では、測定対象物質ＭＭに対するパルスレーザ光ＬＢの反射光ＲＢを検出することにより、当該測定対象物質ＭＭの分量を演算する。このため、第３の実施形態の変形例として、よりコンパクトなサイズの測定ユニットの構成を採用することができる。

【0067】

すなわち、図１１に示すように、測定ユニット３６０として、例えば指２４０等の液状生体物ＬＯが流れる生物の一部を収容する筒状の収容部３６２と、当該収容部３６２の内部空間Ｓに向けてパルスレーザ光ＬＢを照射する照射機構１２０と、パルスレーザ光ＬＢの反射光を検出する受光センサ３５０と、を含む構成が例示できる。これにより、測定ユニット３６０の周囲環境に伴う光量の検出を最小限に留めることができるため、測定精度をさらに高めることが可能となる。

【0068】

上記のような構成を備えることにより、第３の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法は、第１の実施形態で説明した効果に加えて、液状生体物に含まれる測定対象物質の反射光を測定する手法を用いることにより、周囲環境に伴う光量の検出を最小限に留めることができるため、測定精度をさらに高めることが可能となる。

【0069】

＜第４の実施形態＞
次に、図１２～図１４を用いて、本発明のさらに別の一例である第４の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法の実施態様について説明する。なお、第４の実施形態においては、図１～図１１に示した概略図等において、第１～第３の実施形態と同一あるいは共通の構成を採用し得るものについては、同一の符号を付してこれらの繰り返しの説明は省略する。

【0070】

図１２は、第４の実施形態による生体情報検出装置の構成を示す概略図である。また、図１３は、各種指令信号と測定データとの関係を示す時系列グラフである。また、図１４は、図１２で示した生体情報検出装置に含まれるレーザ発振器の構成の一例を示すブロック図である。

【0071】

第４の実施形態による生体情報検出装置４００においては、異なる測定対象物質に対応した異なる適正波長に設定されたパルスレーザ光ＬＢａ、ＬＢｂを出力する複数のレーザ発振器４１０ａ、４１０ｂを備える点で、第１の実施形態と異なる。これにより、第４の実施形態による生体情報検出装置４００は、単一の液状生体物ＬＯから複数の測定対象物質ＭＭ１、ＭＭ２に対する分量を得ることが可能となる。

【0072】

具体的には、図１２に示すように、第４の実施形態による生体情報検出装置４００は、第１の測定対象物質に対応した適正波長で発振されたパルスレーザ光ＬＢａを発振するレーザ発振器４１０ａと、第２の測定対象物質に対応した適正波長で発振されたパルスレーザ光ＬＢｂを発振するレーザ発振器４１０ｂと、第１の測定対象物質及び第２の測定対象物質が内部に存在する液状生体物ＬＯにパルスレーザ光ＬＢａ、ＬＢｂを照射する照射機構１２０と、照射機構１２０のＸＹＺ方向の位置を移動させる搬送機構１３０と、液状生体物ＬＯを収容した容器１４２のＸＹＺ方向の位置を移動させるサンプル保持機構１４０と、液状生体物ＬＯから出力される検出レーザ光を受光する受光センサ１５０と、各構成要素の動作を制御する制御ユニット１６０と、を含む。

【0073】

第４の実施形態による生体情報検出装置４００において、液状生体物ＬＯに含まれる第１の測定対象物質ＭＭ１としては「乳酸」又は「乳酸塩」が例示できる。このとき、当該乳酸又は乳酸塩を検出する際の適正なパルスレーザ光ＬＢａの波長は、第１の実施形態の場合と同様に、例えば１４８０ｎｍが採用される。

【0074】

一方、液状生体物ＬＯに含まれる第２の測定対象物質ＭＭ２としては「ピルビン酸」が例示できる。このとき、当該ピルビン酸を検出する際の適正なパルスレーザ光ＬＢｂの波長は、例えば１４６２ｎｍが採用される。

【0075】

レーザ発振器４１０ａ、４１０ｂから出力されたパルスレーザ光ＬＢａ、ＬＢｂは、それぞれ伝送路４１８ａ、４１８ｂを介して照射機構１２０の一端（上端）側から導入される。そして、パルスレーザ光ＬＢａ、ＬＢｂは、照射機構１２０の内部に配置された集光光学系（図示せず）により同軸のビームプロファイルに成形された後、他端（下端）側から容器１４２に収容された液状生体物ＬＯに向けて照射される。なお、第４の実施形態においても、パルスレーザ光ＬＢａ、ＬＢｂのビームスポットを多角形あるいはライン状等の任意の形状としたビームプロファイルに成形することが可能である。

【0076】

このような構成によって得られた受光センサ１５０における検出信号Ｓｄと各種信号の関係は、その一例として図１３に示すように、２つの発振信号Ｓ１ｏ、Ｓ２ｏに対応した第１の検出区間Ｔ１ｄと第２の検出区間Ｔ２ｄとを含む態様となる。そして、第１の実施形態と同様に、主制御部１６２から演算信号を受けた分量演算部１６４は、発振信号Ｓ１ｏを受信していた区間に対応する検出信号Ｓｄの区間と発振信号Ｓ２ｏを受信していた区間に対応する検出信号Ｓｄの区間とを切り出すことにより、第１区間データＤ１及び第２区間データＤ２を抽出する。これにより、第１のパルスレーザ光ＬＢ１が照射されていた照射時間Ｔ１ｏｎと第２のパルスレーザ光ＬＢ２が照射されていた照射時間Ｔ２ｏｎとに対応する区間のデータのみを絞り込むことができる。

【0077】

次に、分量演算部１６４は、抽出された第１区間データＤ１及び第２区間データＤ２に基づいて、測定対象物質ＭＭ１及びＭＭ２の液状生体物ＬＯに対する分量を演算する。具体的には、抽出された第１区間データＤ１、第２区間データＤ２は、その一例として、測定対象物質ＭＭ１、ＭＭ２が検出されていない場合（非検出区間Ｔｎ）の基準データＤｓと、測定対象物質ＭＭ１、ＭＭ２が検出された場合の検出データＤ１ｄ、Ｄ２ｄと、の２つのレベルによる出力値を含んでいる。

【0078】

このとき、基準データＤｓと検出データＤ１ｄとの差分ΔＤ１及び基準データＤｓと検出データＤ２ｄとの差分ΔＤ２の絶対値が大きいほど、測定対象物質ＭＭ１、ＭＭ２の検出量が多いと判断できる。そこで、分量演算部１６４は、対象となるすべての測定範囲を測定後に、第１区間データＤ１及び第２区間データＤ２の全体における検出データＤ１ｄ及びＤ２ｄの数を積算し、測定対象物質ＭＭ１、ＭＭ２のそれぞれの「分量」として主制御部１６２に出力する。

【0079】

なお、第１の実施形態の場合と同様に、測定対象物質ＭＭ１、ＭＭ２の分量は積算数ではなく全体に対する比率として演算されてもよい。また、差分ΔＤ１あるいはΔＤ２に閾値を設けて、所定の閾値を超えたものを「検出した」と判断するようにしてもよい。

【0080】

次に、図１４を用いて、第４の実施形態の変形例について説明する。第４の実施形態の変形例による生体情報検出装置４００は、その一例として、図１２で示した２つのレーザ発振器４１０ａ、４１０ｂを単一のレーザ発振器４１０として構成したものを含む。

【0081】

すなわち、図１４に示すように、レーザ発振器４１０は、発振制御部１１２と、駆動電源１１３と、複数のレーザ光源４１５ａ、４１５ｂを取り付けた支持部１１４と、レーザ光源４１５ａから出射されたパルスレーザ光ＬＢａを集光させる集光レンズ４１６ａと、レーザ光源４１５ｂから出射されたパルスレーザ光ＬＢｂを集光させる集光レンズ４１６ｂと、出射されたパルスレーザ光ＬＢａ、ＬＢｂの波長を調整する波長調整部４１７ａ、４１７ｂと、集光されたパルスレーザ光ＬＢａ、ＬＢｂをそれぞれ照射機構１２０に伝送する伝送路４１８ａ、４１８ｂ（例えば光ファイバ）と、を含む。

【0082】

なお、第１の実施形態の場合と同様に、複数のレーザ光源４１５ａ、４１５ｂとして、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）をアレイ状に配置して高出力化したものを採用できる。また、増幅回路（図示せず）を別途設けて、複数のレーザ光源４１５ａ、４１５ｂに駆動電源１１３からの駆動電力を増幅して供給するように構成してもよい。これらの構成により、生体情報検出装置４００の全体の占有スペースを低減できる。

【0083】

さらに、第４の実施形態による生体情報検出装置４００では、２つの測定対象物質ＭＭ１、ＭＭ２を検出するために２つの異なるパルスレーザ光ＬＢａ、ＬＢｂを用いた場合を例示したが、３つ以上の測定対象物質を検出するために、３つ以上の異なる波長によるパルスレーザ光を組合せて適用することも可能である。

【0084】

上記のような構成を備えることにより、第４の実施形態による生体情報検出装置及び生体情報検出方法は、第１の実施形態で説明した効果に加えて、複数の測定対象物質に対応した異なる適正波長に設定されたパルスレーザ光を出力する複数のレーザ発振器を用いて検出を行う態様としたため、単一の液状生体物から複数の測定対象物質に対する分量を同時に得ることが可能となる。

【0085】

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。例えば、第１の実施形態から第４の実施形態で示した具体例は、それぞれの特徴を組合せて適用してもよい。

【符号の説明】

【0086】

１００、４００ 生体情報検出装置
１１０、４１０、４１０ａ、４１０ｂ レーザ発振器
１１２ 発振制御部
１１３ 駆動電源
１１４ 支持部
１１５ａ、１１５ｂ、４１５ａ、４１５ｂ レーザ光源
１１６、４１６ａ、４１６ｂ 集光レンズ
１１７、４１７ａ、４１７ｂ 波長調整部
１１８、４１８ａ、４１８ｂ 伝送路
１２０ 照射機構
１３０ 搬送機構
１４０ サンプル保持機構
１４２ 容器
１５０、３５０ 受光センサ
１６０ 制御ユニット
１６２ 主制御部
１６４ 分量演算部
１６６ 表示部
１６８ 入力インターフェース
２４０ 指
２４２ 血管
３６０ 測定ユニット
３６２ 収容部

【要約】

本発明は、測定対象物質に対応した適正波長で発振されたパルスレーザ光を発振するレーザ発振器と、測定対象物質が内部に存在する液状生体物にパルスレーザ光を照射する照射機構と、液状生体物から出力される検出レーザ光を受光する受光センサと、各構成要素の動作を制御する制御ユニットと、を含む生体情報検出装置である。上記制御ユニットは、一定周期でパルスレーザ光を発振するようにレーザ発振器に対して発振指令を出力し、受光センサからの検出信号を上記一定周期に対応する時間での区間データとして切り出し、区間データに基づいて液状生体物中の測定対象物質の分量を演算する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】