无创生物测定装置及无创生物测定方法

专利名称：无创生物测定装置及无创生物测定方法
技术领域：
本发明涉及一种无创生物测定装置及无创生物测定方法。
背景技术：
一直以来， 一种通过用摄像手段拍摄生物体、分析生物体图像中
的血管来测定血液成份的装置已人为所知，比如USP7280860上公开
的那种无创生物测定装置。这种无创生物测定装置用光源照明含有血 管(静脉)的手腕，根据拍摄被照明的手腕所得图像算出分析血液成份。
这种无创生物测定装置具备装在人手腕上的检测器和连接检测器 的分析系统。此检测器有底座、垂直插入底座中央开口并被可旋转地 支撑着的转台、装在转台中央开口处的机盒和将底座固定在手腕上的 一对夹板。底座在底部开有一圆形开口，此开口周围设有由配置在与 开口同心圆圆周上的六个发光二极管组成的光源。机盒内装有摄像机， 可以拍摄被光源照明的生物体上的拍摄区。
用此无创生物测定装置进行测定时，将检测器安装在手腕上，边 观察设置在分析系统的输出设备的监视图像，边旋转机盒，调整拍摄 区的位置。
然而，USP7280860所记述的装置虽然可以旋转包括摄像机在内 的机盒，但摄像机的位置由检测器装在手腕上的位置所决定， 一旦检 测器固定在手腕后，不能够只移动摄像机。因此，比如当摄像机不在 能拍摄到待测血管的位置时，要改变摄像机本身的位置，必须连同装 置主体也一起移动，操作比较麻烦。

发明内容
因此，本发明提供一种包括以下部分的无创生物测定装置拍摄生物体的摄像机；
装置主体，具有分析系统，以通过分析摄像机拍摄所得图像获取 生物信息；
固定器，用于将上述装置主体固定到生物体上；及 摄像机位置调节器，用于在上述装置主体固定到生物体后，调整
摄像机对生物体的位置。
所述无创生物测定装置，还包括放置所述摄像机的容器，
其中，该容器通过所述摄像机位置调节器连接在所述固定器或所
述装置主体上。
所述无创生物测定装置，其中所述摄像机位置调节器将所述容器 可旋转地连接在所述固定器或所述装置主体上。
所述无创生物测定装置，还包括一个摄像机旋转器，用于使所述 摄像机在所述容器内转动。
所述无创生物测定装置，还包括一个显示器，用于显示所述摄像 机拍摄的生物图像，其中，表示适于该摄像机拍摄的区域的指针与生 物图像一起显示在上述显示器，或所述显示器显示生物图像的同时， 表示适于该摄像机拍摄的区域的指针符号设置在该显示器的窗口上。
所述无创生物测定装置，其中所述显示器当所述装置主体固定在 一只腕部、使所述摄像机能拍摄到手掌一侧的手腕，且在肘部弯曲90 度的状态下掌心面向另一只腕部时，所述显示器的画面是朝上的。
所述无创生物测定装置，其中所述固定器还包括夹持腕部用的 第一固定部件；及与上述第一固定部件距一定间隔配置的第二固定部 件。
所述无创生物测定装置，其中所述第二固定部件可滑动地装配在 所述装置主体上，及所述第一固定部件与所述第二固定部件之间的间 隔可以调节。
所述无创生物测定装置，其中所述第一固定部件和所述第二固定 部件中至少有一个被推向间隔相互縮小的方向。
6所述无创生物测定装置，其中所述第一固定部件和所述第二固定 部件中至少有一个还有防止被所述第一固定部件和所述第二固定部件 夹持着的腕部脱落的防脱部件。
所述无创生物测定装置，其中所述固定器通过所述第一固定部件 和所述第二固定部件从手掌心和手背二个方向夹持腕部。
所述无创生物测定装置，还包括
获取适于所述摄像机拍摄区域与所述摄像机位置的关系的位置关 系获取系统；及
根据上述位置关系获取系统取得的上述区域和上述摄像机位置的 关系，提示所述摄像机应该移动的方向的提示系统。
所述无创生物测定装置，其中所述位置关系获取系统每过一定时 间便获取所述区域和所述摄像机位置的关系，且所述提示系统每当所 述位置关系获取系统获取所述区域和所述摄像机位置关系时，便更新 所述摄像机应该移动的方向。
所述无创生物测定装置，还包括一个获取指示系统，用于指示所 述位置关系获取系统获取所述区域和所述摄像机位置的关系，
其中，所述位置关系获取系统得到该获取指示系统的进行上述获 取的指示时，获取所述区域和所述摄像机位置的关系，并且所述提示 系统每当所述位置关系获取系统获取所述区域和所述摄像机位置的关 系时，便更新所述摄像机应该移动的方向。
所述无创生物测定装置，其中通过所述分析系统获得的生物信息 为血红蛋白浓度。
本发明还提供一种无创生物测定方法，包括
固定步骤，将测定装置固定在受检者腕部；该测定装置包含拍摄 生物的摄像机和用于分析摄像机拍得的图像、获得生物信息的分析系 统；
位置调节步骤，调节上述摄像机在受检者手腕掌心一侧的位置； 摄像步骤，用上述摄像机拍摄与在上述位置调节步骤中调节的位 置相对应的生物部位；及
7信息获取步骤，通过上述分析系统分析在上述摄像步骤所获得的 图像，获取生物信息。
所述无创生物测定方法，还包括旋转步骤，在所述受检者腕部掌 心一侧的生物表面上转动所述摄像机。
所述无创生物测定方法，其中所述固定步骤即用设在所述测定装 置上的第一固定部件和与该第一固定部件隔一定间隔配置的第二固定 部件夹持住腕部。
所述无创生物测定方法，其中所述测定装置还包括一个显示所述 摄像机拍摄的图像的显示器，其中，所述方法还包括显示步骤，即与 所述图像一起在上述显示器上显示表示所述摄像机能拍到区域的指 针。
所述无创生物测定方法，还包括
位置关系获取步骤，获取所述摄像机能拍到区域与所述摄像机位 置的位置关系；及
提示步骤，根据上述位置关系获取步骤所获得的位置关系，向受 检者提示所述摄像机应该移动的方向。


图l为本实施方式所涉及的装置的外观斜视图。
图2为本实施方式的装置的分解斜视图。 图3为光源的结构平面图。
图4为设置在固定板上的四个发光二极管的位置关系图。
图5为控制器的结构框图。
图6A—6C为转动摄像机旋转器状态的显示图。
图7为摄像机位置调节器结构的简略截面图。
图8A—8C为摄像机位置调节器移动像机盒的状态示意图。
图9本实施方式所涉及的装置的使用状态一例的斜视图。
图10为装置装在腕部的状态显示图。
图ll为装置进行测定操作的流程图。
图12为装置处于待机状态时所显示的窗口的一例。图13为在0^ x ^640、 y ^480范围内将含拍摄区域CR在内 的长方形区域分割成x — y的二维座标的座标图。
图14为在一定y座标内的x方向像素亮度波形(亮度波形PF)的例示图。
图15为求血管位置的方法的说明图。 图16为确定血管位置画面的例示图。
图17为图ll所示流程图中步骤S16实施的提示摄像机要移动方向 的详细流程图。
图18A—18C为提示摄像机移动方向时显示器8显示画面的例示图。
图19为装置1测定结束时的显示画面例示图。 图20为图11所示流程图中步骤S20实施的血红蛋白浓度测定处理 的详细流程图。
图21为对位置X的亮度B的分布显示图。 图22为对位置X的浓度D的分布显示图。 图23为对位置X的浓度D的分布显示图。
图24为就数名受检者的血红蛋白浓度血细胞计数仪算出的实测值 和本实施方式的装置算出的值的分布图。
图25为装置测定处理的另 一例的流程图。.
具体实施例方式
下面，参考附图就本发明的无创生物测定装置的具体实施方式
进 行详细说明。
图l为本实施方式所涉及的无创生物测定装置(以下也简称为装置 1)的外观斜视图。装置l是一种安装在使用者腕部，拍摄从腕臂到手 腕的血管、根据所拍图像测定血红蛋白浓度的血液成份测定装置。装
置1主要包括装置主体2、滑动部件4、容器5、摄像机6 (参照图2)、 摄像机位置调节器7、显示器8、操作部分9、控制器10和防脱部件11。装置主体2有分析摄像机6所摄生物图像的控制器10、显示摄像机
6所摄生物图像和表示摄像机6位置调节的指针或测定结果等用的显示 器8以及操作装置1用的操作部分9。
装置主体2配备有第一固定部件25。此第一固定部件25用于与配 置在滑动部件4上的第二固定部件43—起夹持住使用者腕部，将装置主 体2固定在腕部。第一固定部件25通过摄像机位置调节器7连接有容器 5，摄像机6放在此容器5中。容器5设有转动摄像机6的摄像机旋转器 55。
滑动部件4有包裹装置主体2侧面设置的框架41、连接件42、通过 连接件42连接到框架41上的第二固定部件43。滑动部件4与装置主体2 组装在一起，可以向Y1方向和Y2方向滑动。第二固定部件43上设有当 装置主体2固定在腕部时防止使用者腕部滑脱的防脱部件11。 装置l的组成
图2为本实施方式的无创生物测定装置的分解斜视图。下面参照图 2就无创生物测定装置的组成部分进行说明，然后就各组成部分的组装 进行说明。
装置主体2由液晶覆膜23、上侧罩21和电池盖24、下侧罩22和显 示器8、由操作键91和开关底板92构成的操作部分9、控制器10和电池 13构成。
液晶覆膜23由略呈正方形的透明部件构成，用于保护装在装置主 体2内部的显示器8的显示面。
上侧罩21配置在下侧罩22上，是构成装置主体机壳的部件。上侧 罩21的上面有供液晶覆膜23嵌入用的凹部21a。凹部21a的中央设有与 安装在下面的显示器8显示面相对应的第一开口21b，还有邻接凹部 21a、供嵌入操作键91和开关底板92用的第二开口21c。
操作部分9由操作键91和开关底板92构成。操作键91由"开始/结 束"键91a和"测定/存储"键91b构成，与相应设置的开关底板92电气 接触。开关底板92与后述控制器10电气连接。
10显示器8由液晶屏构成，根据控制器10输出的图像信号显示血管图 像和测定结果。显示可根据装置l的状态切换，比如与待机状态、血管 对位时、测定结束状态相应的画面显示在显示器8上。
控制器10由模拟底板和数字底板构成，后述CPU100a控制各部分 的运行。关于控制器10的具体结构有待后述。
电池13是由可充电锂电池、镍 镉蓄电池等构成的可充电电池， 向显示器8、控制器10和摄像机6供电。
下侧罩22包括前框22a、后框22b、连接前框22a和后框22b的侧 端22c、与侧端22c下方相连的箱型电池盒220和附设在前框22a下面的 第一固定部件25。
后框22b的两端向内弯曲，其顶端设有水平向Y1方向伸出的弹簧 支撑体22d。弹簧支撑体22d为圆筒形，如后所述，此弹簧支撑体22d 用于安装弹簧15。箱型电池盒220用于装电池13。电池盒220的后面有 开口240，电池13装入电池盒220后，盖上电池盖24。
第一固定部件25有框体25b和从电池盒220底部连出来的后壁 25a。第一固定部件25的前面安装有盖26。盖26由下面呈圆形的板状 部件构成。
滑动部件4由滑动部件主体40和背盖47构成。滑动部件主体40包 含由左右壁41a、 41b和连接左右壁41a、 41b的连接壁41c构成的框 架41、从左右壁41a、 41b通过棱45向下延伸的连接件42以及通过连接 件42与框架41连接的板状第二固定部件43。第二固定部件43相对于连 接件42来说构成一下垂面，中央有矩形窗口430。第二固定部件43后 面通过棱45被逼紧，装上背盖47时的厚度与连接件42的宽度一样。
框架41的左右壁41a、 41b的内侧设有下垂片44a、从下垂片44a 上端向Y2方向延伸的水平片44b和从下垂片44a的壁面向Y2方向与侧 面平行延伸的弹簧支撑体44c。
背盖47为具有可安装到第二固定部件43背面形成的逼紧部分的形 状和大小的部件，其内侧设置有轴架47a和固定弹簧113—端的一对弹 簧放置处47b。轴架47a用于固定设置在防脱部件ll上的支轴111。防脱部件11的大小正好可嵌入第二固定部件43上的窗口430，前
面的壁部从上到下形成一倾斜面。防脱部件ll的侧面设有棒形的支轴
111和止卡112。
容器5用于收纳摄像机6，由内侧罩51、镜头旋转盘52、弹性材料 53、外侧罩54和摄像机旋转器55构成。
内侧罩51有放置摄像机6的圆筒511、从圆筒511向侧面延伸的侧 臂512、设于侧臂512的圆形开口514和设在开口514的开口边缘处的圆 筒形边缘513。镜头旋转盘52由圆筒形框体构成，中央设有供后述摄像 机6拍摄面嵌入的窗口520。外侧罩54有与内侧罩51的圆筒511对应设 置的圆筒541、侧臂542。摄像机旋转器55有圆形底座551、直径小于 底座551可插入外侧罩54开口540的嵌入部552、设在底座551内侧用于 支撑摄像机6上的数个压縮弹簧63的数个弹簧支撑体553。
收纳在容器5中的摄像机6有照明生物的光源61、拍摄光源61照射 下的生物部位的CCD感光组件62。
图3为光源61的结构平面图。光源61由略呈长方形、短边带圆的 固定板61a和固定在此固定板61a上的四个发光二极管Rl、 R2、 Ll、 L2构成。固定板61a中央设有一圆形开口61b，用于使入射CCD感光组 件62的光通过，沿此开口61b周围配置上述发光二极管。
图4为设置在固定板61a上四个发光二极管的位置关系图。发光二 极管R1、 R2、 Ll、 L2分别对称地配置在从开口61b中心通过并垂直相 交的第一轴AY和第二轴AX上。手腕表面的拍摄区CR是在装置1带在腕 部的状态下被CCD感光组件62拍摄并显示在显示器8上的区域。发光 二极管L1、 L2 (第二光源) 一侧的指针线401a和发光二极管Rl、 R2 (第一光源) 一侧的指针线401b之间的区域401c则是适于CCD感光组 件62拍摄的区域，即拍摄时能定位到血管的区域。指针线401a和指针 线401b如后所述，通过控制器10显示在显示器8上。进行血液成份分 析时，调整装置主体2的安装位置，使手腕上的任意一条血管都可以位 于上述区域401c内。血管被发光二极管R1、 R2、 Ll、 L2从两侧用近 红外光(中心波长-805nm)照明。
12CCD感光组件62配置于固定板61a里侧，以便能够拍摄到拍摄区 CR的图像。在固定板61a中央开设的开口61b和CCD感光组件62之间 设有无图示的透镜，CCD感光组件62拍摄通过透镜成像的生物图象， 向控制器10发送图像信号。
摄像机位置调节器7由安装在装置主体2的第一固定部件25上的盖 26、弹性材料17、在内侧罩51的侧臂512的边缘513构成。
下面就控制器10的结构进行说明。图5为控制器10的结构框图。 控制器10有CPU100a、主存储器100b、闪存卡读取器100c、光源输 出输入接口100d、帧存储器100e、图像输入接口100f、输入接口100g、 通信接口100h、图像输出接口100i。 CPU100a与主存储器100b、闪 存卡读取器100c、光源输出输入接口100d、帧存储器100e、图像输入 接口100f、输入接口100g、通信接口100h、图像输出接口100i通过数 据传输线连接，可互传数据。此结构使CPU100a可以向主存储器100b、 闪存卡读取器100c和帧存储器100e读写数据，并与光源输出输入接口 100d、图像输入接口100f、输入接口100g、图像输出接口100讽通信 接口100h互传数据。
CPU100a可以执行下载在主存储器100b的计算机程序。本装置通 过该CPU100a执行后述计算机程序，发挥无创生物测定装置的功能。
主存储器100b由SRAM或DRAM等构成，用于读取存储在闪存卡 100j的计算机程序。还可以作为CPU100a执行这些计算机程序时的工 作空间。
闪存卡读取器100c用于读取存储在闪存卡100j的数据。闪存卡 100j有闪存(无图示)，无需外部供电也可保存数据。闪存卡100j存储 有CPU100a执行的计算机程序和用于执行这些程序的数据。
闪存卡100j比如装有TRON规格标准的操作系统。操作系统不限 于此，比如也可安装美国微软公司生产的Windows (注册商标)等提 供图形用户界面的操作系统。在以下说明中，本实施方式的计算机程 序均在这些操作系统上运行。光源输出输入接口 100d由D/A转换器和A/D转换器等组成的模 拟信号接口构成。光源输出输入接口 100d分别与设在光源61的四个 发光二极管R1、 R2、 Ll、 L2用电信号线连接，可对这些发光二极管 的动作进行控制。光源输出输入接口 100d根据后述计算机程序，控制 向发光二极管R1、 R2、 Ll、 L2的供电。
帧存储器100e由SRAM或DRAM等分别构成，在后述图像输入接 口100舰行图像处理时，作为数据寄存处使用。
图像输入接口 100f具有包括A/D转换器在内的视频数字转换器线
路(无图示)。图像输入接口 100f通过电信号线与CCD感光组件62
连接，从该CCD感光组件62输入图像信号。从CCD感光组件62输
入的图像信号在图像输入接口 100f被进行A/D转换。这种转换成数字
信号的图像数据寄存在帧存储器100e。
输入接口100g由A/D转换器组成的模拟信号接口构成，输入接口
100g上电气连接着"开始/结束"键91a和"测定/存储"键91b。通过 这种结构，使用者可以用"测定/存储"键91b选择装置的操作项目， 用"开始/结束"键91a开关装置的电源并让装置实行通过"测定/存储" 键91b选择的操作项目。
通信接口 100h由比如USB、 IEEE1394、 RS232C等串行接口 或SCSI等并行接口构成。控制器10可以通过该通信接口 100h，根 据一定的通信协议与移动计算机、手机等外部连接设备之间传输信号。 据此，控制器10通过通信接口 100h将测定结果数据传送到外部连接 设备。
图像输出接口100i与显示器8电气连接，将与从CPU100a接收的
图像数据相应的图像信号输出到显示器8。 装置l的组装
下面参照图2就装置主体2的组装进行说明。首先，显示器8嵌入上 侧罩21上面的凹部21a。上侧罩21上面的开口21c嵌入操作键91，操作 键91下部再电气连接开关底板92。于是将显示器8和控制器10装到上 侧罩21。接下来，如图2的虚线所示，下侧罩22插入被滑动部件4的连接件 42包围的中空部分49，使弹簧15的一端和另一端分别装入下侧罩22上 的支撑体22d和滑动部件4的左右壁41a、 41b内侧的弹簧支撑体44c。 此时，下侧罩22的侧端22c卡到左右壁41a、 41b与连接件42之间的棱 45上。
下侧罩22和滑动部件4支撑的弹簧15推挤下侧罩22和滑动部件4， 下侧罩22受到对于滑动部件4向Y2方向的推挤、滑动部件4受到对于下 侧罩22向Y1方向的推挤。此时，下侧罩22的前框22a的两端22e触及滑 动部件4的下垂片44a，被推向Y2方向的下侧罩22的移动在一定位置时 停止。左右壁41a、 41b内侧的水平片44b可防止安装在弹簧支撑体44c 的弹簧15向上弹出。由于下侧罩22侧端22c卡在设置于左右壁41a、41b 内侧的棱45上，不仅可防止下侧罩22脱落，还可以引导下侧罩22的 Yl 、 Y2方向移动。
在下侧罩22与滑动部件4通过弹簧15连接的状态下，安装已装有 上液晶覆膜23、操作键91、开关底板92、显示器8和控制器10的上侧 罩21，用从下侧罩22下方插入的螺丝将上侧罩21和下侧罩22固定。电 池13通过后开口240装入下侧罩22的电池盒220，用电池盖24关闭后开 □ 240。
下一步将防脱部件11和背盖47装到滑动部件4。首先，将弹簧113 的一端固定到防脱部件ll背面的弹簧固定部，另一端固定到背盖47的 弹簧放置处47b。背盖47的轴架47a上嵌入设置于防脱部件ll侧面的支 轴lll。而且，在防脱部件11嵌入第二固定部件43的开口430的同时， 背盖47也装到第二固定部件43上。背盖47安装到第二固定部件43后面 的逼紧部位，第二固定部件43和背盖47用螺丝固定。此时，防脱部件 11下侧被一对弹簧113向第二固定部件43挤压，但设在防脱部件ll侧 壁的止卡112卡在开口430的外缘，因此，防脱部件ll保持在下端从开 口430突出出来的状态。防脱部件11依靠弹簧113的弹力，可自由弹出 压入。
15下面就容器5的组装进行说明。首先，镜头旋转盘52插入内侧罩51 的圆筒形开口510，使摄像机6的固定板61a嵌入镜头旋转盘52的窗口 520。然后，外侧罩54用螺丝固定在内侧罩51上，摄像机旋转器55插 入外侧罩54的圆筒形幵口。此时，设置在摄像机旋转器55的数个弹簧 支撑体553装上摄像机6的数个压縮弹簧63，同时弹性材料53在巻在摄 像机旋转器55的嵌入部552中的状态下插入外侧罩54。弹性材料53用 于当摄像机旋转器55旋转时，在嵌入部552和外侧罩54的接触面产生 适度摩擦，防止摄像机旋转器55滑脱。由于摄像机旋转器55和摄像机6 通过压縮弹簧63连接，可以使摄像机旋转器55和摄像机6—起旋转。另 外，当摄像机6的拍摄面接触生物体时，压縮弹簧63的弹力会以适当的 压力使摄像机6的拍摄面挤压生物体表面。
图6A、图6B和图6C为转动摄像机旋转器55的状态图。从图6A所 示状态向A方向和B方向转动摄像机6的状态分别如图6B和图6C所示。 如此，摄像机6可以在容器5内以内侧罩51的开口510中心为轴转动。 使用者可以通过转动摄像机6调节位置，使待测血管位于CCD感光组件 62能拍摄到的区域401c (参照图4)。
下面用图7说明装置主体2和容器5的连接。图7为摄像机位置调节 器7结构的简略截面图。盖26有开口260和开口260周围的圆形凸起 261，内侧罩51的边缘513插入此开口260。边缘513插入开口260后， 弹性材料17套到边缘513上。由于弹性材料17套在边缘513，当旋转容 器5时弹性材料17在边缘513和圆形凸起261之间可形成适当的摩擦， 也可以作为边缘513的止脱器件发挥作用。而且，盖26安装到第一固定 部件25的前面，装置主体2与容器5便连接起来。
图8A、图8B和图8C为摄像机位置调节器7移动容器5的状态示意 图。从图8A所示状态向A方向和B方向移动摄像机6的状态分别如图8B 和图8C所示。如此，装有摄像机6的容器5可以盖26的开口260中心为 轴，转动约180度。使用者在装置l安装到腕部后，比如当待测血管未 位于摄像机6能拍摄到的拍摄区CR (参照图4)时或想对摄像机6接触
16生物体的部位进行微调时，不移动装置l本身，即可轻松调整摄像机6
的位置。
装置l的安装
这种结构的装置l如下安装到使用者的腕部。首先，从图l所示状
态用手握住滑动部件4的连接壁41c和装置主体2，则滑动部件4对于装 置主体2向Y2方向滑动，同时，第二固定部件43和第一固定部件25的 间隔扩大。此状态下的装置1如图9所示。
使用者握着滑动部件4的连接壁41c和装置主体2的后壁22b，将腕 部插入第二固定部件43和第一固定部件25的间隔，松开握着的连接壁 41c和装置主体2。握力一消失，连接装置主体2和滑动部件4的弹簧15 便由于自身的弹性要恢复到原来的状态，分别向Y1方向推装置主体2、 向Y2方向推滑动部件4。于是，第一固定部件25和第二固定部件43的 间隔縮小，插入第一固定部件25和第二固定部件43之间的腕部受到弹 力挤压被夹住，装置l被固定到腕部。
图10为装置1安装到腕部的状态显示图。装置l装到腕部时需要安 装到摄像机6位于拍摄部位的手腕处，因此如图10所示，要夹持着手掌 和手背侧安装，以便固定摄像机6的第一固定部件25在手掌一侧。
从图10可知，当装置l装在一只手腕(在图10中为左腕)，使摄像 机6位于手腕，并在臂肘弯曲90度的状态下使手掌面向另一侧腕部(右 腕)时，则显示器8的显示面朝上。以此，使用者可以边确认显示器8 显示画面中所显示的定位画面(参照图16)， 一边调节摄像机6的位置。 此时，防脱部件ll在下侧被弹力挤压的状态下突出出来。以此防脱部 件11可以从下方支撑被夹在第一固定部件25和第二固定部件43之间的 腕部，防止装置l从腕部脱落。
如此，本实施方式的装置l仅凭单手握住连接壁41c和装置主体2 再松开这一动作即可装到腕部，向腕部的装配极其容易。
可通过调节第二固定部件43和第一固定部件25的距离应对每个使 用者不同的腕部粗细。加之， 一般来说腕部的厚度(腕部手掌一侧与 手背一侧的厚度)个人差异比腕部宽度(与腕部厚度垂直方向的长度)小，因此，如本实施方式的装置l那样，以厚度方向夹腕部来加以固定， 可以更大范围地应对每个使用者不同的腕部粗细。另外，夹腕部手掌
与手背的结构可以确保第一固定部件25、第二固定部件43和腕部的接
触面积更大，也具有装置l不易从腕部脱落的效果。
使用者的腕部被第一固定部件25和第二固定部件43施加一定的压 力，因此拍摄部位的手腕周围的血液受阻，手腕的血管膨胀。这样装 置l也可以发挥加压带的作用，因此，不用加压带也可以拍摄出良好的 血管图像，测量出血红蛋白浓度。
在图10中，图示了装置l装配到左腕上的状态，当然也可以装在右 腕。如上所述，容器5可以通过摄像机位置调节器7旋转180度(参照图 8)，因此，只要将装置l装配到右腕上，从图10所示状态使容器5旋转 180度，让摄像机6位于手腕即可。如此，本实施方式的装置l由于具备 摄像机位置调节器7，安装到右腕或左腕均可，因此，无论使用者是右 撇子还是左撇子都很容易装配。 装置l的测定操作
下面就装置l的测定操作进行说明。图ll为用装置l进行测定的流 程图。首先如图10所示将装置1装到使用者腕部，再通过摄像机位置调 节器7粗调摄像机6的位置，使其对着手腕。然后，使用者按装置l上的 "开始/结束"键91a，接通装置l的电源，则软件开始初始化，同时各 部分进行运行检查(步骤S1)，装置进入待机状态，显示器8出现待机 状态的待机画面(步骤S2)。
图12为装置1处于待机状态时显示的画面一例。装置l处于待机状 态时，显示器8的画面中央显示日期和时间。显示器8画面右下角出现 菜单显示区8a，显示"请按开始/结束键"这一信息，以指示使用者 按开始/结束键91a。
在步骤S3的处理中，CPU100a—直等待开始/结束键91a被按下， 当显示器8显示待机状态的画面时，使用者按"开始/结束"键91a (在 步骤S3为"是")，则进入步骤S4的处理。
18接着，CPU100a首先分别以一定光量让设在光源61的发光二极管 Rl、 R2、 Ll、 L2发光，对拍摄区CR (参照图4)进行照明，用摄像 机6拍摄被照亮的拍摄区CR。所拍图像存入帧存储器100e (步骤S4)。
图13为在0^ x ^640、 y ^480范围内将含拍摄区CR在内的 长方形区域分割成x、 y的二维座标的座标图。CPU100a以包括拍摄 区CR图像在内的长方形区域A的最左上方像素的坐标为(0、 0)，将区 域A用坐标分割成x 、 y 二维坐标，从坐标分割的点中选择(240、 60)、 (400、 60)、 (240、 420)、 (400、 420)四点，求这四点所圈区域B 的平均亮度(步骤S5)。求此平均亮度的区域B的点不限于此，当然也 可以是其他坐标。另外，区域B也可以是四角形以外的多角形或圆形。
接下来，CPU200a判断区域B的亮度是否在目标范围内(步骤 S6)。如果区域B的亮度在目标范围外，则通过光源输出输入接口100d 调整流入发光二极管R1、 R2、 Ll、 L2的电流量，进行光量调节(步 骤S7)，并返回步骤S4。如果区域B的亮度在目标范围内(在步骤S6 为"是")，则CPU100a将后述亮度波形待测算的y坐标值设定为初始 值(40)(步骤S8)。然后，求出在所设y坐标值(40)上的x坐标一端 到另一端的像素亮度。
图14为在一定y坐标上的x方向的像素亮度波形(亮度波形PF)的 一例。按上述处理求亮度，可以求出在一定y坐标上的x方向的像素亮 度波形(亮度波形PF)(步骤S9)。 CPU100a判断所设y坐标值是否为 终值(440)(步骤S10)。如果y坐标不是终值(440)(在步骤S10为"否")， 则CPU100a对y坐标值增量一定值(20)(步骤Sll)，并将处理返回到 步骤S9。如果y坐标为终值(440)(在步骤S10为"是")，贝ijCPU100a 在抽取的各亮度波形中，抽取亮度最低的点(以下称"亮度最低点")， 存储到帧存储器100e (步骤S12)。
图15为求血管位置的方法的说明图。为了求血管位置，CPU100a 将拍摄区CR图像中心附近的亮度最低点(al， bl)分别与此亮度最低点 (al， bl)纵向相邻的亮度最低点(a2， b2)及(a3， b3)连接。然后， CPU100a再将亮度最低点(a2， b2)与纵向相邻的点连接，将亮度最低点(a3， b3)与纵向相邻的点连接。CPU100a在整个图像中反复进行 这种操作，直至将血管作为一系列线段抽取出来，形成血管图形401 (步骤S13)。
图16为血管定位画面的一例。如图16所示，CPU100a在显示器8 上显示在步骤S4拍摄的拍摄区CR的图像、步骤S5形成的血管图形 401、存储在闪存卡100j的指针线401a和指针线401b (步骤S14)。指 针线401a和401b周围显示有箭头402a 402d，用于指示使用者移动摄 像机6位置的方向。显示器8的右下角显示菜单显示区403。
CPU100a判断血管图形401是否位于区域401c (参照图13)(步 骤S15)。在此，区域401c如上所述为光源61的发光二极管Ll和L2 (第 二光源) 一侧的指针线401a和发光二极管Rl和R2 (第一光源) 一侧的 指针线401b之间的区域，是适于CCD感光组件62拍摄的区域。 CPU100a如果判断血管图形401未在区域40 lc内(在步骤S15为 "否")，进入步骤S16的处理，提示使用者应该移动摄像机6的方向。
图17为图11所示流程图的步骤S16所实施的指示摄像机6应该移 动的方向的详细流程图。
CPU100a在步骤S15的判断处理中，如果判断血管图形401没在 区域401c内，则在步骤S161实施获取血管图形401和区域401c的位置 关系的处理。在此所说的位置关系指血管图形401位于区域401c的左右 哪一侧、或血管图形401是否部分位于区域401c内、转动摄像机6是否 可以将血管图形401全部收于区域401c内等信息。
然后，CPU100a根据步骤S161获取的血管图形401和区域401c 的位置关系决定摄像机6应该移动的方向(步骤S162)，并在显示器8 显示箭头402a 402d，以提示摄像机6应该移动的方向(步骤S163)。 对此步骤S162和S163的处理，参照图18A 图18C进行说明。图18A 图18C为提示摄像机移动方向时显示器8显示画面的一例。
例如如图18A所示，血管图形401位于区域401c的右侧时， CPU100a在步骤S162决定摄像机6应该移动的方向为"右"。然后， CPU100a在步骤S163的处理中，在区域401c的左侧显示提示向右移动摄像机6的箭头402c、 402d，同时在菜单显示区403显示"请调整位置" 等督促调整位置的信息。
同样，如图18B所示，当血管图形401位于区域401c的左侧时， CPU100a在步骤S162决定摄像机6应该移动的方向为"左"。然后， CPU100a在步骤S163的处理中，在区域401c的右侧显示提示向左移动 摄像机6的箭头402a、 402b，同时在菜单显示区403显示督促调整位置 的信息。
如此，当显示提示要横向移动摄像机6时，使用者按照箭头 402a 402d的方向通过摄像机位置调节器7移动摄像机6，调整位置， 使血管图形401被收入区域401c范围内。
另一方面，当如图18C所示血管图形401的一部分位于区域401c 内，只要顺时针转动摄像机6，血管图形401就会全部收入区域401c范 围内时，CPU100a在步骤S162的处理中，决定摄像机6应该移动的方 向为"顺时针"。然后，CPU100a在步骤S163的处理中，在区域401c 的左上方和右下方显示提示向顺时针移动摄像机6的箭头402b、 402c。
如此，当显示提示要转动摄像机6时，使用者按照箭头402a 402d 的方向通过摄像机旋转器55顺时针或逆时针转动摄像机6，调整摄像机 6的拍摄方向，使血管图形401收入区域401c范围内。
在步骤S163的处理中， 一旦显示摄像机6应该移动的方向， CPU100a即将处理返回主程序。
步骤S16的处理结束后，CPU100a返回步骤S4的处理，CPU100a 再次存入拍摄区CR的拍摄图像，实施步骤S4 S15的处理。从步骤S4 存入拍摄区CR的拍摄图像到步骤S15的判断处理仅在1/100秒内进行， 显示器8的显示也以1/100秒为单位更新。这些处理在使用者调整摄像 机6位置时也反复进行，使用者可以边确认随时更新的显示器8的显示， 边调整摄像机6的位置。步骤S4 S16的处理反复进行，直至使用者调 整位置，在步骤S15的判断中判断血管图形401位于区域401c内为止。
使用者调整位置后，如果在步骤S15判断血管图形401位于401c 内(在步骤S15为"是")，贝iJCPU100a使"开始/结束"键91a有效，可继续测定(步骤S17)。此时，CPU100a如图16所示使箭头402a 402d 全部闪烁显示，同时在菜单显示区403显示"请按测定/存储键"的信 息，通知使用者位置调整完毕，"开始溜束"键91a已生效(步骤S18)。 然后，CPU100a判断使用者是否按了 "测定/存储"键91b (步骤S19)。 在此，如果判断未按"测定/存储"键91b，贝UCPU100a将处理返回步 骤S4，执行步骤S4 S14的处理，在步骤S15再次判断血管图形401是 否位于区域401c内。以此结构，尽管进行了位置调节，使血管图形401 位于区域401c内，但其后由于某个操作，摄像机6不在适于拍摄的区域 内了，也可以指示使用者不继续测定，重新调整位置。
当在步骤S19判断已按下"测定/存储"键91b(在步骤S19选"是") 时，CPU100a进行血红蛋白浓度的测定(步骤S20)，测定结束后，在 显示器8显示如图19所示测定结果显示画面(步骤S21)。
图19为装置1结束测定时的画面一例。作为血液成份的血红蛋白浓 度的测定结果以数字显示在显示器8上"15. 6g/dl"，很易于使用者读 取。此时，菜单显示区403显示有"测定结束"的信息，通知使用者一 系列测定处理均已完成。
图20为图11所示流程图的步骤S20所实施的血红蛋白浓度测定处 理的详细流程图。按下"测定/存储"键91b后，CPU100a控制光源输 出输入接口100d，用夹血管配置于两侧的光源中的一侧光源的发光二 极管R1、 R2 (第一光源)，以适当光量照射含血管在内的生物体(步 骤SIOI)，用CCD感光组件62拍摄(步骤S102)。然后，CPU100a判 断区域B的平均亮度是否超过IOO (步骤S103)，如果亮度未超过IOO， 则用光源输出输入接口100d调整流向发光二极管Rl、 R2的电流量，调 节发光二极管R1、 R2的光量(步骤S104)，之后返回步骤S102。
在此所说的亮度值在本实施方式中指所用图像输入接口 100f所具 有的8位A/D转换器的数字转换值(在0 255之间变化)。这是因为图像 亮度与CCD相机52c输入的图像信号大小成比例关系，故以图像信号的 A/D转换值(0~255)为亮度的值。
22区域B的平均亮度超过100时(在步骤S103选"是")，CPU100a 获取有关在步骤S102所得图像的亮度波形PF1和不依赖于射入光量的 浓度波形NP1 (步骤S105)。 CPUlOOa还控制光源输出输入接口lOOd， 用夹血管配置于两侧的光源中另一侧光源的发光二极管L1、 L2 (第二 光源)以适当光量照射含血管在内的生物体(步骤S106)，用感光组件 62拍照(步骤S107)。然后，CPU100a判断区域B的平均亮度是否超 过IOO (步骤S108)。如果亮度未超过IOO，贝ijCPU100a用光源输出输 入接口100d增加流向发光二极管Ll、 L2的电流量，调节其光量(步骤 S109)，之后返回步骤S107。
当区域B的平均亮度超过100(在步骤S108选"是")时，CPU100a 对于步骤S107所得图像进行同步骤S105 —样的处理，获取亮度波形 PF2和不依赖于射入光量的浓度波形NP2 (步骤SllO)。
图21为对应于位置X的亮度B分布图，亮度波形PF1通过步骤 S105形成，亮度波形PF2通过步骤S110形成。图22为对应于位置 X的浓度D的分布图，浓度波形NP1通过步骤S105形成，浓度波形 NP2通过步骤S110形成。
CPU100a分别从步骤S105获得的浓度波形NP1导出峰高hl和 重心坐标cgl，从步骤S110获得的浓度波形NP2导出峰高h2和重心 坐标cg2，并用获取的这些值，按下述公式(1)计算血管深度指针S。 CPU100a将计算结果存储到帧存储器100e (步骤Slll)。
S= (cg2—cgl) / {(hl+h2) /2}……(1)
CPU100a分别根据步骤S105获得的亮度波形PF 1和步骤SllO 获得的亮度波形PF2，计算血管左右的光源(发光二极管R1、 R2和 发光二极管L1、 L2)的光量比和发光量(步骤S112)，根据所得计算 结果调节两光源的发光量(步骤S113)。
CPU100a控制光源输出输入接口 lOOd，用经过调光的发光二极 管R1、 R2、 L1和L2为拍摄区CR (参照图13)照明，用感光组件 62拍摄(步骤S114)。然后CPU100a求图13所示区域B的平均亮度，判断所求区域B的平均亮度是否超过150 (步骤S115)。如果亮 度未超过150，则显示错误(步骤S116)。
区域B的平均亮度如超过150(在步骤S115选"是")，则CPU100a 绘制对应于拍摄区CR (参照图13)中轴AX的表示第一亮度分布的 亮度波形(对位置X的亮度B的分布)PF (图14)，用快速傅立叶变 换(FFT)等算法减少噪声成份。CPU100a还用基准线BL对此亮度 波形PF进行格式化。该基准线BL以血管吸收部分的亮度波形为基础 求得。这样，就可得到不依赖于射入光量的浓度波形(相对于位置X 的浓度D的分布)NP (步骤S117)。
图23为相对于位置X的浓度D的分布图，形成如图所示的浓度 波形NP。接着，CPU100a根据形成的浓度波形NP，作为对应于峰 高h和血管直径的分布宽度，计算半值幅宽W。所谓半值幅宽W指在 浓度波形NP峰高的50%处的分布宽度。CPU100a还用以下公式(2) 计算未修正血红蛋白浓度D，并将结果储存在帧存储器100e (步骤 S118)。
D=h/Wn……(2)
其中，n为表示光散射带来的半值幅加宽的非线形的常数。无光散 射时，n=l，有光散射时，n>l。
接下来，CPU100a根据步骤S101所得生物图像中血管周围的组 织像，计算表示该周边组织中所含血量的组织血量指针M。具体而言， 根据位于距生物图像中的血管像一定距离(例如2.5mm)的该生物图 像中的血管周边组织像，抽取沿该血管像分布的第二亮度分布。生物 图像中不仅拍摄有目标血管，还有该血管周围的组织。光与组织中的 血量成比例衰减，因此，只要计算出血管周围组织的光衰减率，即可 推算出周边组织中的血量。CPU100a将这些计算结果存入帧存储器 100e (步骤S119)。
CPU100a根据在步骤Slll算出的血管深度指针S导出校正系数 fs，根据在步骤S119算出的组织血量指针M导出校正系数fm，用这些 数算出由下列公式(3)构成的校正血红蛋白浓度Do (步骤S120)。
24Do=D XfsXfm...... (3)
CPU100a将步骤S120算出的结果存入帧存储器100e (步骤 S121),返回主程序。
图24为针对数个受检者的血红蛋白浓度，将用血细胞计数仪等测 得的实测值和用本发明实施方式的无创生物体测定装置1计算出的值 绘制成的图。如图24所示，实测值和装置l计算出的值均位于倾斜的 直线附近，实测值和算出值无背离，由此可知，装置l可以精确地测 量血红蛋白浓度。
在本实施方式中，就计测血红蛋白浓度的无创生物测定装置进行 了说明，但不限于此，只要是根据拍摄手腕部位获得的图像测定生物 体信息的装置，可以有各种变更。比如也可以是连续拍摄生物图像测 定血流速的装置。
在本实施方式中，采用了通过摄像机位置调节器7旋转容器5的结 构，但不限于此结构，可以采用各种结构。比如可以将容器5接到第一 固定部件25上，可在枢轴上转动，也可以以母部件和可滑动插入母部 件的公部件构成容器5，使其能伸縮自如。
在本实施方式中，采用了通过摄像机位置调节器7将容器5连接到 第一固定部件25的结构，但不限于此结构，容器5也可以通过摄像机位 置调节器7连接到装置主体2。
在本实施方式中，采用了仅在第二固定部件43设置防脱部件11的 结构，但不限于此，防脱部件11也可以设置在第一固定部件25，或在 第一固定部件25和第二固定部件43都设置。
在本实施方式中，采用了用显示器8在摄像机6的定位画面(参照 图16)显示指针线401a、 401b的结构，但不限于此，也可以在显示画 面上设置与指针线401a、 401b相对应的指针标记。
在本实施方式中，在图11的步骤S15的判断处理中，在判断血管 图形401位于区域401c之前，CPU100a每隔一定时间(1/100秒间隔) 自动反复进行步骤S4 S16的处理，但不限于此，比如也可以采用如下 结构。图25为装置1的测定操作另一例的流程图。比如当在步骤S15的判
断处理中判断血管图形401未位于区域401c内时(在步骤S15选"否")， 首先在步骤S16指示摄像机6移动的方向。此时，菜单显示区403显示 "请调整位置，按开始/结束键"的信息。接着，在步骤S22， CPU100a 判断是否按下"开始/结束"键91a。如果没有按开始/结束键91a (在 步骤S22选"否")，则返回处理，反复进行步骤S22的判断处理，直至 开始/结束键91a被按下。
使用者按照在步骤S16显示器8显示的箭头402a 402d的指示移 动或转动摄像机6，调整摄像机6的位置，使血管图形401位于区域401c 内。使用者判断位置调整完成时，按开始/结束键91a，当使用者按开 始/结束键91a后(在步骤S22选"是")，CPU100a将处理返回步骤S4， 再次进行步骤S4 S15的处理。在步骤S15中，判断血管图形401是否 位于区域401c内，如果判断血管图形401未在区域401c内，贝i」CPU100a 再次进入步骤S16的处理，指示摄像机6的移动方向。步骤S16处理的 详细步骤与参照图17、 18所说明的处理同样。此处理反复进行，直至 判断血管图形401在区域401c内。
采取这种结构，使用者可以在调整了摄像机6位置后任意时间知道 血管图形401是否在区域401c内。作为装置l也没有必要继续存储和分 析拍摄图像，在消耗电力小这一点上也是适合的。
2权利要求
1. 一种无创生物测定装置，包括拍摄生物体的摄像机；装置主体，具有分析系统，以通过分析摄像机拍摄所得图像获取生物信息；固定器，用于将所述装置主体固定到生物体上；及摄像机位置调节器，用于在所述装置主体固定到生物体后，调整摄像机对生物体的位置。
2. 如权利要求l所述无创生物测定装置，还包括放置所述摄像机的容器，其中，所述容器通过所述摄像机位置调节器连接在所述固定器或所述装置主体上。
3. 如权利要求2所述无创生物测定装置，其特征在于所述摄像机位置调节器将所述容器可旋转地连接在所述固定器或所述装置主体上。
4. 如权利要求2所述无创生物测定装置，还包括一个摄像机旋转器，用于使所述摄像机在所述容器内转动。
5. 如权利要求l所述无创生物测定装置，还包括一个显示器，用于显示所述摄像机拍摄的生物图像，其中，表示适于所述摄像机拍摄的区域的指针与生物图像一起显示在所述显示器上，或所述显示器显示生物图像的同时，表示适于所述摄像机拍摄的区域的指针符号设置在所述显示器的窗口上。
6. 如权利要求5所述无创生物测定装置，其特征在于当所述装置主体固定在一只腕部、使所述摄像机能拍摄到手掌一侧的手腕，且在肘部弯曲90度的状态下掌心为面向另一只腕部时，所述显示器的画面是朝上的。
7. 如权利要求2所述无创生物测定装置，其特征在于所述固定器还包括-.夹持腕部用的第一固定部件；及与所述第一固定部件距一定间隔配置的第二固定部件。
8. 如权利要求7所述无创生物测定装置，其特征在于所述第二固定部件可滑动地装配在所述装置主体上，及所述第一固定部件与所述第二固定部件之间的间隔可以调节。
9. 如权利要求8所述无创生物测定装置，其特征在于所述第一固定部件和所述第二固定部件中至少有一个被推向间隔相互縮小的方向。
10. 如权利要求7所述无创生物测定装置，其特征在于所述第一固定部件和所述第二固定部件中至少有一个还有防止被所述第一固定部件和所述第二固定部件夹持着的腕部脱落的防脱部件。
11. 如权利要求7所述无创生物测定装置，其特征在于所述固定器通过所述第一固定部件和所述第二固定部件从手掌和手背二个方向夹持腕部。
12. 如权利要求l所述无创生物测定装置，还包括获取适于所述摄像机拍摄区域与所述摄像机位置的关系的位置关系获取系统；及根据所述位置关系获取系统取得的所述区域和所述摄像机位置的关系提示所述摄像机应该移动的方向的提示系统。
13. 如权利要求12所述无创生物测定装置，其特征在于所述位置关系获取系统每过一定时间便获取所述区域和所述摄像机位置的关系；及所述提示系统每当所述位置关系获取系统获取所述区域和所述摄像机位置关系，便更新所述摄像机应该移动的方向。
14. 如权利要求12所述无创生物测定装置，还包括一个获取指示系统，用于指示所述位置关系获取系统获取所述区域和所述摄像机位置的关系，其中，所述位置关系获取系统接到该获取指示系统下达的进行所述获取操作的指示时，获取所述区域和所述摄像机位置的关系;所述提示系统每当所述位置关系获取系统获取所述区域和所述摄像机位置的关系时，便更新所述摄像机应该移动的方向。
15. 如权利要求l所述无创生物测定装置，其特征在于通过所述 分析系统获得的生物信息为血红蛋白浓度。
16. —种无创生物测定方法，包括固定步骤，将测定装置固定在受检者腕部；所述测定装置包含拍 摄生物的摄像机和用于分析摄像机拍得的图像、获得生物信息的分析系统；位置调节步骤，调节所述摄像机在受检者手腕掌心一侧的位置； 摄像步骤，用所述摄像机拍摄与在所述位置调节步骤中调节的位置相对应的生物部位；及信息获取步骤，通过所述分析系统分析在所述摄像步骤所获得的图像，获取生物信息。
17. 如权利要求16所述无创生物测定方法，还包括旋转步骤，在 所述受检者手腕掌心一侧的生物表面上转动所述摄像机。
18. 如权利要求16所述无创生物测定方法，其特征在于所述固 定步骤即用设在所述测定装置上的第一固定部件和与该第一固定部件 隔一定间隔配置的第二固定部件夹持住腕部。
19. 如权利要求16所述无创生物测定方法，其特征在于所述测 定装置还包括一个显示所述摄像机拍摄的图像的显示器，其中，所述 方法还包括显示歩骤，即与所述图像一起在所述显示器上显示表示所 述摄像机能拍摄到区域的指针。
20. 如权利要求19所述无创生物测定方法，还包括位置关系获取步骤，获取适于所述摄像机拍摄区域与所述摄像机位置的位置关系；及提示步骤，根据所述位置关系获取步骤所获得的位置关系，向受 检者提示所述摄像机应该移动的方向。
全文摘要
本发明提供一种易于调节摄像机位置的无创生物测定装置。更具体地说，提供一种包括以下部分的无创生物测定装置装置主体、滑动部件、像机盒、摄像机、摄像机位置调节器、显示器、操作部分、控制器及防脱部件。拍摄生物的摄像机放在像机盒内，可通过摄像机旋转器转动。像机盒通过摄像机位置调节器可旋转地连接在装置主体。摄像机可通过摄像机位置调节器转动像机盒，调节在生物体上的拍摄位置。
文档编号A61B5/1455GK101467885SQ20081017658
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月25日 优先权日2007年12月27日
发明者大西康仁, 小泽利行 申请人:希森美康株式会社