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生体診断装置 - 株式会社東芝
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発明の名称 生体診断装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−89920(P2007−89920A)
公開日 平成19年4月12日(2007.4.12)
出願番号 特願2005−285588(P2005−285588)
出願日 平成17年9月29日(2005.9.29)
代理人 【識別番号】100109900
【弁理士】
【氏名又は名称】堀口 浩
発明者 飯田 晋 / 杉浦 理砂 / 阿部 和秀 / 逸見 和弘
要約 課題
測定箇所を限定することなく、また、血管の収縮等の状態にも影響を及ぼさない生体診断装置の提供。

解決手段
本発明の生体診断装置1は、周波数を調整して電気信号を発信する電気信号発信手段7と、生体を経由した前記電気信号を検出する電気信号検出手段8と、電気信号検出手段8で検出された電気信号を解析して発信した電気信号の発信周波数毎に誘電率を演算する誘電率演算手段9と、発信した電気信号の発信周波数と、演算された誘電率との関係から誘電緩和周波数を演算する誘電緩和周波数演算手段10と、演算された誘電緩和周波数を用いて健康状態を判定する健康状態判定手段11と、を備える。
特許請求の範囲
【請求項1】
周波数を調整して電気信号を発信する電気信号発信手段と、
生体を経由した前記電気信号を検出する電気信号検出手段と、
前記電気信号検出手段で検出された電気信号を解析して前記発信した電気信号の発信周波数毎に誘電率を演算する誘電率演算手段と、
前記発信した電気信号の発信周波数と、前記演算された誘電率との関係から誘電緩和周波数を演算する誘電緩和周波数演算手段と、
前記演算された誘電緩和周波数を用いて健康状態を判定する健康状態判定手段と、
を備えることを特徴とする生体診断装置。
【請求項2】
前記健康状態判定手段は、血液状態を判別する血液状態判別手段、及び、生体のアルコール濃度を算出するアルコール濃度算出手段のうち少なくとも一方を備えていることを特徴とする請求項1に記載の生体診断装置。
【請求項3】
前記血液状態判別手段は、測定した誘電緩和周波数を基準値として記憶する基準値記憶手段と、
新たに測定した誘電緩和周波数を測定値として記録する測定値記録手段と、
前記測定値と前記基準値との差を演算する血液レオロジ演算手段と、
前記測定値と前記基準値との差に基づいて血液レオロジを判別する血液レオロジ判別手段と、
を備えたことを特徴とする請求項2に記載の生体診断装置。
【請求項4】
前記アルコール濃度算出手段は、予めもとめられたアルコール濃度と誘電緩和周波数との関係式に基づいて、前記誘電緩和周波数演算手段で演算された誘電緩和周波数からアルコール濃度を算出することを特徴とする請求項2に記載の生体診断装置。

発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、生体の血液レオロジやアルコール濃度を非侵襲的に測定可能な生体診断装置に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、健康状態、疾患等の診断に、血液の情報を利用する方法が用いられている。血液の情報のうち、特に、血液レオロジ(血管内の血液の流れやすさ)の評価は、脳梗塞、心筋梗塞等の予防のため、重要視されている。
【0003】
なお、血液の情報は、医学的には、注射等により生体から血液を採取した後に、採取した血液を成分分析にかけて評価するのが一般的である。しかしながら、このような生体から血液を採取する方法は、所定の設備が整った医療機関等で行わなければならず、一般家庭ではその実施が難しい。そこで、一般家庭でも血液の情報を評価できるように、非侵襲的に血液の情報を測定できる測定装置、測定方法等が数多く知られている。
【0004】
例えば、生体表面から内部に波動を送受信して、インピーダンス特性を測定して血液レオロジを測定する循環動能測定装置(特許文献1、特許文献2)、生体に電気信号を送受信し、インピーダンス特性を測定して血液粘性を測定する測定方法(特許文献3)、さらに、体内のアルコール濃度を、非侵襲的に光音響インピーダンスや電磁波を用いて測定する測定装置(特許文献4)などである。このように、現在では、体内の血液レオロジやアルコール濃度を、非侵襲的に測定するにあたり、インピーダンス特性を測定することが一般的となっている。
【特許文献1】特開2003−210425公報
【特許文献2】特開2003−210426公報
【特許文献3】特表昭57−501665号公報
【特許文献4】特表2001−524342公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、このようなインピーダンス特性を用いて血液レオロジ、体内のアルコール濃度を評価する場合は、測定箇所が指尖や手首等、血管が集中するところに限定されるという問題点がある。また、血流速は、体動によって大きく左右されるため、安静な状態で測定を行わなくてはならない。すなわち、インピーダンス特性による評価では、例えば、ストレス等による血管の収縮の状態にも影響を及ぼすため、正確に血液レオロジを測定するには限界があった。
【0006】
そこで、本発明は、インピーダンス特性を用いた測定においても測定箇所を限定することなく、また、血管の収縮等の状態にも影響を及ぼさない生体診断装置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】
【0007】
本発明に関わる生体診断測定装置は、周波数を調整して電気信号を発信する電気信号発信手段と、生体を経由した前記電気信号を検出する電気信号検出手段と、前記電気信号検出手段で検出された電気信号を解析して前記発信した電気信号の発信周波数毎に誘電率を演算する誘電率演算手段と、前記発信した電気信号の発信周波数と、前記演算された誘電率との関係から誘電緩和周波数を演算する誘電緩和周波数演算手段と、前記演算された誘電緩和周波数を用いて健康状態を判定する健康状態判定手段と、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、測定箇所を限定することなく、また、血管の収縮の状態にも影響を及ぼさない生体診断装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付する。
【0010】
図1に本発明の実施形態に関わる生体診断装置1の各構成部のブロック部を示す。
【0011】
図1に示すように、本実施形態に係る生体診断装置1は、発信部2、測定部3、演算処理部4、判定部5とで構成されている。
【0012】
発信部2は、電気信号を発生する信号源6を備えている。更に、信号源6は、発生する電気信号の周波数を調整することができる周波数調整手段6’を備えている。この周波数調整手段6’により、信号源6から発信する周波数を、任意に、又は、設定により、例えば、GHz帯の周波数を変化させて電気信号を発信することができる。
【0013】
測定部3は、信号源6から発信された電気信号を生体に発信する電気信号発信手段7と、生体内を経由した電気信号を検出する電気信号検出手段8とを備えている。
【0014】
電気信号発信手段7、及び、電気信号検出手段8は、例えば、図2に示すような、導波路100に接続されたS端子101と、導波路102に接続されたグランド用のG端子103とで構成されている。測定時には、この導波路100、102を、例えば、図3に示すように、血管12の位置する生体13の所定部位に接触させると、導波路100、102間で発生していた電気信号が生体13内を経由するため、その電気特性が変化する。この電気特性が変化した電気信号を、生体13内を経由した電気信号として検出する。
【0015】
演算処理部4は、電気信号検出手段8で検出した電気信号を解析して、電気信号発信手段7により発信した電気信号の発信周波数毎に誘電率を演算する誘電率演算手段9と、電気信号発信手段7で発信した電気信号の発信周波数と、前記演算された誘電率との関係から誘電緩和周波数を演算する誘電緩和周波数演算手段10とを備えている。
【0016】
判定部5は、誘電緩和周波数演算手段10により演算された誘電緩和周波数を用いて生体の健康状態を判別する健康状態判定手段11を備えている。
【0017】
健康状態判定手段11は、生体の血液状態を判別して健康状態を判定する血液状態判別手段11aと、生体のアルコール濃度を算出して健康状態を判定するアルコール濃度算出手段11bとを備えている。
【0018】
血液状態判別手段11aは、測定した誘電緩和周波数の時間的変化に基づいて血液レオロジを判別する。具体的には、図4に示すように、測定した誘電緩和周波数を基準値(ε’relax)として記憶する基準値記憶手段14と、新たに測定した誘電緩和周波数を測定値(εrelax)として記録する測定値記録手段15と、測定値(εrelax)と基準値(ε’relax)との差(εrelax−ε’relax)を演算する血液レオロジ演算手段16と、測定値と基準値との差(εrelax−ε’relax)から血液レオロジを判別する血液レオロジ判別手段17とを備えている。
【0019】
一般的に、血液には、糖分、コレステロール、血栓溶解酵素などの様々な成分が含まれており、これは、ストレス、体調や食生活などによって変化するため、血液の粘性も同様に変化する。血液の粘性が変化すると、血液中の水分子の振動が変化し、それによって水の誘電緩和周波数が変動する。例えば、血液がドロドロしている場合は、血液中の水分子が振動しにくくなるため、血液成分の中の水分子の誘電率が小さくなると共に、誘電緩和周波数も小さくなる方向にシフトする。一方、血液がサラサラしている場合は、血液中の水分子が振動しやすくなっているため、血液成分の誘電率も大きくなると共に、誘電緩和周波数も大きくなる方向にシフトする。この誘電緩和周波数の変化を測定することで、被測定者の血液レオロジを判別することができる。例えば、被測定者が、自分自身での健康状態が良好であると感じている時に測定した誘電緩和周波数を基準値(ε’relax)として記憶する。その後、時間をおいて、新たに、誘電緩和周波数を測定した時の値を測定値(εrelax)として記録する。後に、測定値(εrelax)と基準値(ε’relax)との差(εrelax−ε’relax)を演算する。演算した測定値と基準値との差(εrelax−ε’relax)が負の場合、すなわち、(εrelax−ε’relax)<0の場合は、基準値として記録した時の血液の状態から、血液がドロドロしている状態に変化していると判別することができる。また、演算した測定値と基準値との差(εrelax−ε’relax)が正の場合、すなわち、(εrelax−ε’relax)>0の場合は、基準値として記録した時の血液の状態から、血液がサラサラしている状態に変化していると判別することができる。また、演算した測定値と基準値との差(εrelax−ε’relax)が無い場合、すなわち、(εrelax−ε’relax)=0の場合は、基準値として記録した時の血液の状態から血液レオロジが変化していないと判別することができる。
【0020】
以上より日常において血液レオロジの変化を計測することで自分の現在の健康状態を簡単に把握することができる。
【0021】
また、血液レオロジを測定することで、現在の飲酒時における体調を知ることができる。飲酒を行った場合、飲酒開始時には、副交感神経が優位になりリラックスした状態になると、末梢神経が緩和し、血液の流れがよくなる。また、血管の拡張収縮による刺激によって血管壁の内皮細胞からできる物質が血栓溶解酵素を活性化させる。そのため、血液はサラサラした状態になる。しかし、アルコールを過剰に摂取すると、利尿作用などによって、体内から水分が奪われ、血液中の水分が少なくなり、また、血小板の凝集性や粘着性が高まる。そのため、血液はドロドロした状態になる。そのため、本発明の生体診断装置を用いて誘電緩和周波数を測定し、随時、誘電緩和周波数の変化をチェックすることで、飲酒時における自分の血液の状態を正確に把握することができ、過剰飲酒等を避けることが可能となる。
【0022】
アルコール濃度算出手段11bは、予め求められている誘電緩和周波数とアルコール濃度との関係式に基づいて、生体を測定した誘電緩和周波数からアルコール濃度を算出する。
【0023】
一般的に、誘電緩和周波数は、物質によって固有の値を備えている。例えば、エチルアルコールの誘電緩和周波数は2GHz、水の誘電緩和周波数は25GHzである。これらの誘電緩和周波数の測定は、アルコール水溶液等から容易に測定することができる。そこで、アルコール水溶液を用いて、アルコール水溶液の濃度を変化させて、各アルコール濃度での誘電緩和周波数を測定することで、図5に示すようなアルコール水溶液における誘電緩和周波数εrelax(aq)とアルコール濃度Calcohol(aq)との関係式(Calcohol(aq)=a×εrelax(aq)+b:a、bは定数)をもとめることができる。
【0024】
なお、生体の70%は水分で構成されていると言われており、生体の誘電率もほとんど水に近いとされている。そのため、アルコール水溶液と同様に生体のアルコール濃度も測定することが可能である。そのため、上述したように、アルコール水溶液等を用いて、予めもとめられている誘電緩和周波数とアルコール濃度との関係式(Calcohol(aq)=a×εrelax(aq)+b:a、bは定数)の誘電緩和周波数(εrelax(aq))に、生体を測定して得られた生体の誘電緩和周波数(εrelax)を代入することで生体のアルコール濃度(Calcohol)を算出することが可能である。
【0025】
予めもとめられている関係式(Calcohol(aq)=a×εrelax(aq)+b:a、bは定数)に、被測定者のアルコール濃度がゼロである状態(まったく飲酒等をおこなっていない状態)で測定した生体の誘電緩和周波数εrelax0と、水の誘電緩和周波数(25GHz)との差(εrelax0−25)を補正値αとして加えた図5に示すような補正した関係式(Calcohol(aq)=a×εrelax(aq)+(b+α):a、bは定数)を用いて生体のアルコール濃度を算出することが好ましい。これにより、被測定者の個人差による測定バラツキも考慮された、より正確な生体のアルコール濃度を算出することができる。
【0026】
また、本発明に関わる生体診断装置1は、生体のアルコール濃度に限らず、血管内の血液中のアルコール濃度も測定することができる。血液成分の約55%は血漿成分であり、血漿成分の約90%は水分である。そのため、図3に示すように、血管12の位置する生体13の所定部位に接触させると、血管12内の血液の誘電緩和周波数を測定することができ、これによって血液中のアルコール濃度を測定することが可能である。
【0027】
以上示したように、誘電緩和周波数は、物質によって固有の値を示すため、生体の誘電緩和周波数を測定することで、ストレス等による血管の収縮等の影響を及ぼさず、かつ、測定箇所を限定すること無しに、精度よく、生体の血液レオロジや生体のアルコール濃度を測定することが可能となる。
【0028】
次に、本発明の実施形態に関わる血液状態判別手段、及び、アルコール濃度算出手段の作動機構を、図6を用いてより詳しく説明する。図6は本発明に関わる生体診断装置の構成回路図である。
【0029】
最初に、血液状態判別手段の判定メカニズムについて説明する。
【0030】
図6に示すように、発信器20から周波数が調整された電気信号を発信する。発信器20から発信された電気信号は、一方を基準信号21として、もう一方をテスト信号22として2つに信号分離され、テスト信号22は、生体23に発信される。テスト信号22が生体23に発信されると、生体23から反射信号24と伝送信号25が発生する。この伝送信号25は、生体と本装置とがインピーダンスマッチされていると、反射信号24に比べて非常に小さくなるため無視することができる。
【0031】
次に、生体23からの反射信号24は、L.O.発信器26とミキサ30により一定のIF信号に変換される。変換されたIF信号はIFフィルタ31を通った後、A/D変換器32によりデジタル変換される。一方、基準信号21は、L.O.発信器26とミキサ27により一定のIF信号に変換される。変換されたIF信号はIFフィルタ28を通った後、A/D変換器29によりデジタル信号に変換される。A/D変換器29及び32で変換されたデジタル信号は、第1のデジタル信号処理装置33に出力され、それぞれのデジタル信号の振幅比Aを測定する。更に、A/D変換器29及び32で変換されたデジタル信号は、第2のデジタル信号処理装置34に出力され、それぞれのデジタル信号の位相比φを測定する。第1のデジタル信号処理装置33で測定された振幅比Aは振幅信号35として、第2のデジタル信号処理装置34で測定された位相比φは位相信号36としてそれぞれ第1の演算回路37に出力され、インピーダンスZ変換が行われる。その後、第2の演算回路38よって誘電率ε変換処理を行う。
【0032】
以上のような処理を、発信器20からの信号の周波数と、L.O.発信器26からの信号の周波数を、例えば、500MHzから50GHzの範囲内でスイープさせて、第2の演算回路38からの誘電率ε信号を、第3の演算回路39に出力して、誘電緩和周波数εrelaxの演算処理を行う。演算処理された誘電緩和周波数εrelaxは、血液レオロジ判別回路40に出力され、被測定者における測定した誘電緩和周波数εrelaxの時間的変化に基づいて血液レオロジを判別する。
【0033】
図7に、被測定者が飲酒を開始した場合のフローチャートを示す。最初に、発信器20からの信号の周波数と、L.O.発信器26からの信号の周波数のスイープを行う(S101)。次に、演算回路39により誘電緩和周波数εrelaxを測定する(S102)。これを繰り返すことにより一定時間内の平均的な誘電緩和周波数εrelaxを測定することができる。次に、一定時間経過後の平均誘電緩和周波数の差を求めることにより時間的変化における血管レオロジ変化を測定する(S103)。ここでは、飲酒開始により、血管が拡張し血液がサラサラな状態になると、血液の誘電緩和周波数が高くなり、血液は流れやすくなったと判断できる。さらに、飲酒を続けると、利尿効果により血液内の水分量が減少し、血液がドロドロの状態となると、血液の誘電緩和周波数は低くなり、血液は流れにくくなったと判断できる。これらの血液レオロジの結果を音声、文字、画像等により報知する(S104)。これにより被測定者は、自分の飲酒時の血液レオロジの時間的変化を観察することができる。
【0034】
次に、アルコール濃度算出手段の判定メカニズムについて説明する。
【0035】
図6に示すように、発信器20から周波数が調整された電気信号を発信する。発信器20から発信された電気信号は、一方を基準信号21として、もう一方をテスト信号22として2つに信号分離され、テスト信号22は、生体23に発信される。テスト信号22が生体23に発信されると、生体23から反射信号24と伝送信号25が発生する。この伝送信号25は、生体と本装置とがインピーダンスマッチされていると、反射信号24に比べて非常に小さくなるため無視することができる。
【0036】
次に、生体23からの反射信号24は、L.O.発信器26とミキサ30により一定のIF信号に変換される。変換されたIF信号はIFフィルタ31を通った後、A/D変換器32によりデジタル変換される。一方、基準信号21は、L.O.発信器26とミキサ27により一定のIF信号に変換される。変換されたIF信号はIFフィルタ28を通った後、A/D変換器29によりデジタル信号に変換される。A/D変換器29及び32で変換されたデジタル信号は、第1のデジタル信号処理装置33に出力され、それぞれのデジタル信号の振幅比Aを測定する。更に、A/D変換器29及び32で変換されたデジタル信号は、第2のデジタル信号処理装置34に出力され、それぞれのデジタル信号の位相比φを測定する。第1のデジタル信号処理装置33で測定された振幅比Aは振幅信号35として、第2のデジタル信号処理装置34で測定された位相比φは位相信号36としてそれぞれ第1の演算回路37に出力され、インピーダンスZ変換が行われる。その後、第2の演算回路38よって誘電率ε変換処理を行う。
【0037】
以上のような処理を、発信器20からの信号の周波数と、L.O.発信器26からの信号の周波数を、1GHzから30GHzの範囲でスイープさせて、第2の演算回路38からの誘電率信号を、第3の演算回路39に出力して、誘電緩和周波数εrelaxの演算処理を行う。演算処理された誘電緩和周波数εrelaxは、アルコール濃度判定回路41に出力され、予めもとめられている誘電緩和周波数とアルコール濃度との関係式(Calcohol(aq=a×εrelax(aq)+b:a、bは定数)の誘電緩和周波数(εrelax(aq))に、生体を測定して得られた生体の誘電緩和周波数(εrelax)を代入することで生体のアルコール濃度Calcoholを算出することができる。
【0038】
図7に、被測定者が飲酒を開始した場合のフローチャートを示す。最初に、発信器20からの信号の周波数と、L.O.発信器26からの信号の周波数のスイープを行う(S201)。次に、第3の演算回路39により誘電緩和周波数εrelaxを測定する(S202)。これを繰り返すことにより一定時間内における平均的な誘電緩和周波数εrelaxを測定することができ、これにより、生体と装置との接触方法などによる測定誤差を低減することができる。次に、予めもとめられている誘電緩和周波数とアルコール濃度との関係式(Calcohol(aq)=aεrelax(aq)+b)を用いて、生体のアルコール濃度Calcoholを算出し(S203)、音声、文字、画像等により報知する(S204)。これにより被測定者は、自分の飲酒時の体内のアルコール濃度を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明の実施形態に関わる生体診断装置の各構成部を表すブロック部である。
【図2】本発明の実施形態に関わる測定部の構成の一例を表す外観図である。
【図3】測定部を生体に接触させた際の外観図である。
【図4】本発明の実施形態に関わる生体診断装置の血液状態判別手段を説明するブロック部である。
【図5】アルコール濃度算出手段に用いられるアルコール濃度と誘電緩和周波数の関係式を示す概念図である。
【図6】本発明に関わる生体診断装置の構成回路図である。
【図7】被測定者が飲酒を開始した場合の生体の血液レオロジを測定するフローチャートである。
【図8】被測定者が飲酒を開始した場合の生体のアルコール濃度を測定するフローチャートである。
【符号の説明】
【0040】
1 生体診断装置
2 発信部
3 測定部
4 演算処理部
5 判定部
6 信号源
6’周波数調整手段
7 電気信号発信手段
8 電気信号検出手段
9 誘電率演算手段
10 誘電緩和周波数演算手段
11 健康状態判定手段
11a 血液状態判別手段
11b アルコール濃度算出手段
12 血管
13 生体
14 基準値記録手段
15 測定値記録手段
16 血液レオロジ演算手段
17 血液レオロジ判別手段
20 発信器
21 基準信号
22 テスト信号
23 生体
24 反射信号
25 伝送信号
26 L.O.発信器
27 ミキサ
28 IFフィルタ
29 A/D変換器
30 ミキサ
31 IFフィルタ
32 A/D変換器
33 第1のデジタル信号処理装置
34 第2のデジタル信号処理装置
35 振幅信号
36 位相信号
37 第1の演算回路
38 第2の演算回路
39 第3の演算回路
40 血液レオロジ判別回路
41 アルコール濃度判定回路
100 導波路
101 S端子
102 導波路
103 G端子




 

 


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