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パラメータ計測装置、パラメータ計測方法、及びプログラム UPDATE

国内特許コード P140011053
整理番号 2012-P21
掲載日 2014年10月30日
出願番号 特願2013-045981
公開番号 特開2014-079559
登録番号 特許第6080004号
出願日 平成25年3月7日(2013.3.7)
公開日 平成26年5月8日(2014.5.8)
登録日 平成29年1月27日(2017.1.27)
優先権データ
  • 特願2012-213004 (2012.9.26) JP
発明者
  • 石原 康利
  • 石原 康男
  • 中村 佳右
出願人
  • 学校法人明治大学
発明の名称 パラメータ計測装置、パラメータ計測方法、及びプログラム UPDATE
発明の概要 【課題】簡素な構成により生体のグルコース濃度を計測する。
【解決手段】グルコースの吸光度がおおよそ極大となる第1の波長の光を生体に照射する第1照射部11と、グルコースの吸光度が水の吸光度より小さい波長である第2の波長の光を生体に照射する第2照射部12と、第1照射部11のみが生体に光を照射したときの生体の透過光の強度を測定する第1測定部14と、第1照射部11と第2照射部12とが生体に光を照射したときに、第1照射部11の照射した光による生体の透過光の強度を測定する第2測定部15と、第1測定部14が測定した光の強度と第2測定部15が測定した光の強度とに基づいて、生体におけるグルコース濃度を算出するパラメータ算出部16とを備える。
【選択図】図4
従来技術、競合技術の概要



近年、糖尿病の患者数が爆発的に増加しており、2030年には糖尿病の患者が全世界で5億5000万人に達すると予測されている(例えば、非特許文献1を参照)。糖尿病の治療は、血糖値管理に基づく食餌・運動療法が基本であり、血糖値管理のために血糖値を1日に数回計測する必要がある。一般的な血糖値測定器では採血を必要とするが、疼痛・衛生面・医療廃棄物が問題となっている。そこで、非侵襲・非観血な血糖値計測装置の確立が渇望されている。





このような要求に応じて、光の透過・反射・散乱に関する情報から血糖値を計測する方法が精力的に研究されている(例えば、特許文献1~4、非特許文献2を参照)。しかしながら、これらの方法は、血糖値管理に必要な計測精度(±10ミリグラム毎デシリットル程度)に対して透過光強度が不十分なため、正確な血糖値推定が困難であるという問題がある。





これに対して、物質に吸収された光エネルギーが熱波・弾性波に変換される光音響効果を利用した血糖値計測法が研究されている(例えば、特許文献5~6を参照)。これらの方法は、透過光を利用した方法に比べて検出信号が大きく、また、照射光の変調周波数を制御することで計測領域を深さ方向に特定できる特徴を有する(例えば、非特許文献3を参照)。





しかしながら、上述した方法を用いた場合、計測結果に非目的成分である水分に由来する信号による雑音が混ざり、計測された血糖値の信頼性・正確性を著しく低下させてしまうという問題がある。これは、計測対象たる生体に含まれるグルコースの分光スペクトルと水の分光スペクトルが互いに重なり合っているためである。





すなわち、ある波長の光で得られたエネルギーのみを用いてグルコース濃度の計測を行った場合、当該エネルギーがグルコースに由来するものなのか、水に由来するものなのかを区別できないという問題がある。さらに、生体内に多く含まれる水分が種々の要因によって僅かに変化しただけでも、グルコース濃度を誤って計測するおそれがある。





この問題を解決する一つの方法として、対象物体から検出される分光スペクトルを複数の波長において計測し、多変量解析やニューラルネットワークを用いて、計測対象に含まれる物質の濃度を推定する方法が知られている(例えば、非特許文献4を参照)。

産業上の利用分野



本発明は、計測対象における目的成分の濃度に基づくパラメータの値を計測するパラメータ計測装置、パラメータ計測方法、及びプログラムに関する。本願は、日本国に出願された特願2012-213004号(2012年09月26日出願)に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

特許請求の範囲 【請求項1】
計測対象における目的成分の濃度に基づくパラメータの値を計測するパラメータ計測装置であって、
前記目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±70ナノメートルの範囲内の波長である第1の波長の光を前記計測対象に照射する第1照射部と、
前記目的成分の吸光度が非目的成分の吸光度より小さく、前記非目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±70ナノメートルの範囲内の前記第1の波長と異なる波長である第2の波長の光を前記計測対象に照射する第2照射部と、
前記第1照射部のみが前記計測対象に光を照射したときに、前記第1照射部の照射した光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第1測定部と、
前記第1照射部と前記第2照射部とが前記計測対象に光を照射したときに、前記第1照射部の照射した光により前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第2測定部と、
記非目的成分に対して前記第1の波長の光を照射した場合と前記第1の波長の光と前記第2の波長の光を照射した場合とにおける前記第1の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量の変化を示す抑圧係数と、前記第1測定部が測定した物理量と、前記第2測定部が測定した物理量と、に基づいて、前記計測対象における前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出するパラメータ算出部と
を備えることを特徴とするパラメータ計測装置。

【請求項2】
前記抑圧係数は、前記非目的成分に対して前記第1の波長の光を照射した場合に前記第1の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量と、前記第1の波長の光と前記第2の波長の光を照射した場合に前記第1の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量との比である
ことを特徴とする請求項1に記載のパラメータ計測装置。

【請求項3】
前記第2の波長は、前記非目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±70ナノメートルの範囲内の波長であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパラメータ計測装置。

【請求項4】
前記第2照射部は、前記光を断続的に前記計測対象に照射し、
前記第2測定部は、前記第2照射部が光の照射を開始してから所定時間後における物理量を測定し、
前記抑圧係数は、前記非目的成分に対して前記第1の波長の光を照射したときに前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量と前記第1の波長の光と前記第2の波長の光を照射してから前記所定時間後に前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量との変化を示す
ことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載のパラメータ計測装置。

【請求項5】
前記第1照射部が照射する光を、所定の周波数で変調する第1変調部を備え、
前記パラメータ算出部は、前記第1照射部が前記第1変調部によって変調された光を照射したときに前記第1測定部が測定した物理量に基づいて、任意の深度における前記計測対象の前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出する
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載のパラメータ計測装置。

【請求項6】
前記第1変調部は、前記第1照射部が照射する光を、第1の周波数及び前記第1の周波数より高い周波数である第2の周波数で変調し、
前記パラメータ算出部は、前記第1照射部が前記第1の周波数で変調された光を照射したときに前記第1測定部が測定した物理量と前記第1照射部が前記第2の周波数で変調された光を照射したときに前記第1測定部が測定した物理量とに基づいて、前記第1の周波数と前記第2の周波数においてエネルギーの減衰の差が生じる深度における前記計測対象の前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出する
ことを特徴とする請求項5に記載のパラメータ計測装置。

【請求項7】
前記第2の照射部が照射する光を、前記第1の周波数及び前記第2の周波数と異なる周波数に変調する第2変調部を備える
ことを特徴とする請求項6に記載のパラメータ計測装置。

【請求項8】
前記計測対象から生じるエネルギーの物理量は、前記計測対象に生じる光の強度であることを特徴とする請求項1から請求項7の何れか1項に記載のパラメータ計測装置。

【請求項9】
前記計測対象から生じるエネルギーの物理量は、前記計測対象に生じる熱の温度であることを特徴とする請求項1から請求項7の何れか1項に記載のパラメータ計測装置。

【請求項10】
前記計測対象から生じるエネルギーの物理量は、前記計測対象に生じる弾性波の振幅及び/または変位であることを特徴とする請求項1から請求項7の何れか1項に記載のパラメータ計測装置。

【請求項11】
圧力が加わったときに当該圧力の大きさに比例する電圧を発生させる圧電体と、
前記圧電体に張力を与えて当該圧電体を前記計測対象に密着させる保持具と
を備え、
前記第1測定部及び前記第2測定部は、前記圧電体が変換した電圧に基づいて前記物理量を測定する
ことを特徴とする請求項10に記載のパラメータ計測装置。

【請求項12】
前記第1照射部または前記第2照射部は、前記第1測定部が測定した物理量と前記第2測定部が測定した物理量との差が所定の閾値未満である場合に、光の照射強度を変更することを特徴とする請求項1から請求項11の何れか1項に記載のパラメータ計測装置。

【請求項13】
計測対象における目的成分の濃度に基づくパラメータの値を計測するパラメータ計測方法であって、
前記目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±70ナノメートルの範囲内の波長である第1の波長の光を前記計測対象に照射する第1照射ステップと、
前記第1照射ステップによって前記計測対象に光を照射したときに、前記第1の波長の光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第1測定ステップと、
前記第1の波長の光と、前記目的成分の吸光度が前記計測対象における非目的成分の吸光度より小さく、前記非目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±70ナノメートルの範囲内の波長である第2の波長の光とを前記計測対象に照射する第2照射ステップと、
前記第2照射ステップによって前記計測対象に光を照射したときに、前記第1の波長の光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第2測定ステップと、
前記非目的成分に対して前記第1の波長の光を照射した場合と前記第1の波長の光と前記第2の波長の光を照射した場合とにおける前記第1の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量の変化を示す抑圧係数と、前記第1測定ステップで測定した物理量と、前記第2測定ステップで測定した物理量と、に基づいて、前記計測対象における前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出するパラメータ算出ステップと
を有することを特徴とするパラメータ計測方法。

【請求項14】
コンピュータを、
計測対象における目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±70ナノメートルの範囲内の波長である第1の波長の光を前記計測対象に照射する第1照射部、
前記目的成分の吸光度が前記計測対象における非目的成分の吸光度より小さく、前記非目的成分の吸光度が極大となる波長を中心とした±70ナノメートルの範囲内の波長である第2の波長の光を前記計測対象に照射する第2照射部、
前記第1照射部のみが前記計測対象に光を照射したときに、前記第1照射部の照射した光によって前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第1測定部、
前記第1照射部と前記第2照射部とが前記計測対象に光を照射したときに、前記第1照射部の照射した光により前記計測対象から生じるエネルギーの物理量を測定する第2測定部、
前記非目的成分に対して前記第1の波長の光を照射した場合と前記第1の波長の光と前記第2の波長の光を照射した場合とにおける前記第1の波長の光によって前記非目的成分から生じるエネルギーの物理量の変化を示す抑圧係数と、前記第1測定部が測定した物理量と、前記第2測定部が測定した物理量と、に基づいて、前記計測対象における前記目的成分の濃度に基づくパラメータの値を算出するパラメータ算出部
として機能させるためのプログラム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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