专利名称：光投射浓度测量方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量方法和测量装置，在使用向测量对象物照射光所得到的透过或反射频谱测量测量对象物中的特定成分浓度时，对测量对象物的相同部位进行测量。
背景技术：
近年来，在临床检查等领域中，正在研究利用所谓的非侵入测量尿、血液或活体中的特定成分浓度的非侵入式监视器。使用这种非侵入式监视器测量活体中的特定成分浓度时，有使用透过活体组织的光进行测量的情况和使用从活体组织反射的光进行测量的情况。对于活体组织那样的散射系统，只要未决定散射引起的有效光路长度和向测量对象物的入射光量，就不可能求出吸收的光度的绝对值，因此，就不可能求出吸光物质的浓度。另外，由于表面的状态和光入射角度的不同，所以，向测量对象物的入射光量随从测量对象物表面的直接反射等而变化。因此，使用非侵入式监视器测量活体中的特定成分浓度时，必须使各测量对象物每次都在相同的位置，而且必须在相同的条件下投射和接收光。
以往，在这样的非侵入式监视器中，是将光的投射部件和受光部件相对于活体的测量位置进行定位，下述情况是众所同知的。即，用埋入了发光元件的一个夹子部件和埋入了受光元件的另一个夹子部件夹住活体的测量部位、由上述受光元件接收从上述发光元件发射并透过活体被测量部位的光、根据接收的光的强度检测活体信息的夹子方式和使活体的测量部位位于中间而用双面胶带正确地将发光元件和受光元件相对地粘贴到上述活体测量部位、和夹子方式一样由上述受光元件接收从上述发光元件发射并透过活体被测量部位的光、从而根据接收的光的强度检测活体信息的粘贴方式已众所同知(例如，参见特开平6-14906号公报)。
另外，具有包含其尺寸可插入手指的细长沟槽的基座、在一个侧面设置光路入口在另一个侧面设置光路出口，具有即使使用者的手指的尺寸和形状不同，也具有可以使透过手指从光路入口到光路出口的光路的长度一定的结构，此外，还具有带弹簧的滚轮，对特定尺寸范围内的使用者的手指发生一定的压力，利用滚轮加载的压力将手指中的血液集中到足中，从而增加检查部到血液量，这也是大家所熟知到(例如，参见特表平6-503728号公报)。
此外，使用者将发光部和受光部的检测滤波器配置到手腕的表皮静脉正上方的定位装置也是人们所熟知的(例如，参见特表平5-508336号公报)。在该定位装置中，形成两个相隔一定距离的窗口，可以通过该窗口观察表皮静脉.并且，将上述定位装置佩带到手腕上，配置成可使静脉出现在窗口到中心，用毡笔等在窗口的位置上作上记号，除去定位装置后，将检测滤波器配置到各个记号上。
发明的公开然而，非侵入式地测量活体中的特定成分浓度时，作为影响测量再现性的主要因素，除了环境条件等因素外，还有·作为各被测量部位间和被测量物内的特征差及部位差而显示的颜色、形状、生理状态变化、生理功能的组合·作为测量方法的误差而显示的、每次测量时被测量物重新放置所决定的设定状态·向具有被测量部位的视觉特征的位置入射的光入射角·具有光入射部和光接收部的测量部的测量开口部和被测量部位的接触压力的变化等这样的随测量条件变化而测量数据的变化示于图13～图15。
图13的测量数据是按如下方法得到的。即，(1)使用光纤，向作为活体一部分的受试者的手掌的最初选择的测量部位照射光，并接收反射光，测量作为基准的能量谱(A)。
(2)将光的照射位置从最初选择的位置移动1mm，不改变照射角度，再照射光，同样地测量能量谱(B)。
(3)将光的照射位置再移动1mm，即从最初选择的位置移动2mm，不改变照射角度，再照射光，同样地测量能量谱(C)。
(4)将光的照射位置恢复到最初选择到位置，让受试者饮用清水制药公司生产的「トレ-ラン75」糖负荷试验用水溶液，在受试者的血糖值变化15mg/dl的时刻，不改变照射角度而照射光，同样地测量能量谱(D)。
(5)用上述步骤(1)测量的能量谱(A)分别除上述能量谱(A)、(B)、(C)和(D)，并将该结果分别乘以100，令(E)＝{(A)/(A)}×100、(F)＝{(B)/(A)}×100、(G)＝{(C)/(A)}×100、(H)＝{(D)/(A)}×100。
(6)最后，从上述(F)中减去(E)，求出图13的曲线h1；从上述(G)中减去(E)，求出图13的曲线h2；从上述(H)中减去(E)，求出曲线h3。
在图14中，使用光纤，向作为活体一部分的受试者的手掌的最初选择的测量部位照射光，接收反射光，测量作为基准的能量谱(A)，以后，在上述(2)和(3)中，测量将照射的光的角度改变1度、2度、3度和4度时的能量谱，取代改变最初选择的被测量部位的位置。并且，测量了上述(4)受试者由于饮用上述糖负荷试验用水溶液而其血糖值变化为15mg/dl时刻的能量谱，利用与上述(5)和(6)相同的计算求出了图14的曲线h11、h12、h13、h14。
在图15中，假定光纤的位置和角度一定，向作为活体一部分的受试者的手掌的最初选择的测量部位照射光，接收反射光，测量作为基准的能量谱(A)，然后，在上述(2)和(3)中，测量了通过将光纤向测量部位挤压1mm、2mm、3mm、4mm取代改变最初选择的被测量部位的位置而加压时的能量谱。并且，测量了上述(4)受试者由于饮用糖负荷试验用水溶液而其血糖值变化为15mg/dl时刻的能量谱，利用与上述(5)和(6)相同的计算求出了图15的曲线h21、h22、h23、h24。
在上述图13～图15中，如果对葡萄糖的吸收波长即1667nm(6000cm-1)进行比较，则对于糖负荷试验引起的血糖值15mg/dl的变化，能量谱发生约2.75％的变化，相反，如果测量部位移动约1mm，则能量谱变化约4.88％，如果角度倾斜1度，则变化约0.29％，如果压力加压约光纤长度1mm，则变化约2.89。实际测量活体内的葡萄糖时，要求1mg/dl的分辨率，所以，经过换算，则需要测量0.18％的变化.因此，对于被测量部位的位置，便要求约0.04mm的再现精度，对于光的照射角度，要求约0.62度的再现精度，对于压力，要求小于光纤长度0.66mm的再现精度。
然而，在使用夹子式的活体信息测量用探头时，测量部位的形状和大小随各个活体而有微妙的不同，另外，在使用双面胶带将活体信息测量用探头粘贴到活体的测量部位的方法中，难于将活体信息测量用探头正确地粘贴到最初选择的测量部位。因此，在先有的夹子式和双面胶带方式中，根据上述图13～图15的测量数据也可知道，难于确保上述再现精度，存在在测量结果中发生误差、从而不可能获得良好再现性的结果。另外，在使用夹子式的活体信息测量用探头时，将活体的一部分等作为测量部位测量其特定成分浓度时，由于压迫了血管等，有可能影响血流，从而不能获得稳定的测量结果。
此外，使用插入手指的装置时，由于沟槽尺寸是多数活体的测量部位形状的平均尺寸，从而存在难以与具有各种大小的活体的测量部位的个体差所引起的尺寸差别等对应的问题。另外，在使每次的测量部位完全相同方面，虽然可以修正活体的测量部位的二维方向(活体的测量部位的插入位置的深度)，但是，难于修正活体的测量部位的三维方向(活体的测量部位的插入位置的高度、角度和测量部位的转动)。
另外，使用定位装置时，是根据使用者用毡笔等在活体的测量部位作的记号、通过目测来确定测量部位的，所以，如果擦掉了记号，不仅不能进行测量部位的定位，而且要使用者通过人工进行测量部位的定位，所以，对于活体的测量部位的光的入射角和接触压力，每次测量都不同，存在难以获得很高的测量再现精度。
本发明的目的在于提供一种测量位置再现方法，该方法将投射光再现性好地投射到测量对象物的测量部位，以便总是再现一定的测量条件。
本发明的目的在于提供一种测量装置，该装置以很高的再现精度向测量对象物的测量部位投射投射光，并且总是再现一定的测量条件。
本发明的另一个目的在于提供一种光学测量装置，该装置可以获得每次测量的数据误差小、可靠性高的测量数据。
附图的简单说明图1是表示本发明的光学测量装置的实施方案1的分光分析部及其移动机构的结构的说明图。
图2是表示图1的光学测量装置的移动机构的控制运算处理部的结构框图。
图3是表示图1的光学测量装置的分光分析部的运算处理部的结构框图。
图4是特征部位的登录模式的登录图像的说明图。
图5是决定测量模式中的特征部位的说明图。
图6是载放台的变形例的正面图。
图7是图6的载放台的平面图。
图8是登录模式的流程图。
图9是测量模式的流程图。
图10是测量模式的流程图。
图11是本发明的分光测量装置的实施方案2的分光分析部及其移动机构的说明图。
图12是本发明的分光分析装置的实施方案3的分光分析部及其移动机构的说明图。
图13是表示向测量对象物入射的入射光的入射位置变化引起血糖值测量值的变化的测量数据。
图14是表示向测量对象物入射的入射光的入射角变化引起血糖值测量值的变化的测量数据。
图15是表示测量对象物与其载放台的接触压力的变化引起血糖值测量值的变化的测量数据。
图16是表示使用本发明的分光测量装置得到的测量频谱的CV值的曲线图，图中，—■—表示使用本发明的分光测量装置将位置固定而得到的测量值，—□—表示按照本发明的方法设定位置时得到的测量值，—◆—表示简单地重新放置(不使用本发明)时得到的测量值。
图17是表示血糖值随时间变化的曲线图，—■—表示参照值(采血后测量的值)，—□—表示使用本发明的分光测量装置将位置固定进行测量而得到的值。
图18同样是表示血糖值随时间变化的曲线图，图中，—■—表示参照值(采血后测量的值)，—□—表示利用本发明的方法定位后测量时得到的测量值。
实施发明的最佳形式本发明的第1方面的特征在于向测量对象物投射测量光，检测从该测量对象物透过或反射的光的频谱强度，在根据该频谱强度测量上述测量对象物中的特定成分浓度之前，对上述测量对象物进行摄像，显示其图像，选择该图像在视觉上具有可识别特征的部位，并在上述图像中作上记号，将作了记号的该图像作为登录图像进行存储，在测量位置再现时，将上述测量对象物进行摄像，并将其图像的图形与上述登录图像的图形进行比较，在上述测量对象物上检测与登录图像中作了上述记号的部位对应的部位，决定为入射上述测量光的测量位置后进行测量。
在进行测量位置的登录时，将测量对象物进行摄像，选择其图像的图形中在视觉上具有可识别特征的部位并作上记号，将该图像作为登录图像进行存储，在进行测量位置的再现时，将测量对象物进行摄像，并将其图像的图形与登录图像的图形进行比较，检测与登录图像中作了记号的部位对应的部位后，投射测量光。
本发明的第2方面的特征在于在本发明的第1方面中，从在进行上述测量位置的再现时拍摄的测量对象物的图像图形中，利用图形识别检测与上述登录图像的、作了记号的上述部位对应的部位。
利用图形识别，从进行测量位置的再现时拍摄的测量对象物的图像的图形中，检测与登录图像的作了记号的部位对应的部位。
本发明的第3方面的特征在于在本发明的第1方面中，根据在进行上述测量位置的再现时拍摄的测量对象物的图像的图形，通过目视检测与上述登录图像的作了记号的上述部位对应的部位。
通过目视，根据测量位置的再现时拍摄的测量对象物的图像的图形，检测与登录图像的作了记号的部位一致的部位。
本发明的第4方面的特征在于在本发明的第1～第3方面的任一方面，将作了上述记号的图像与特定上述测量对象物的信息一起作为登录图像进行存储。
根据与登录图像一起存储的信息来特定测量对象物。
本发明的第5方面的特征在于在本发明的第1～第4方面的任一方面，上述测量对象物是活体。
从拍摄的活体的图像的图形中检测具有特征的部位，向检测的部位投射测量光。
本发明的第6方面是具有投射光学系统、从该投射光学系统向测量对象物投射测量光、检测从该测量对象物透过或反射的光的频谱强度、根据该频谱强度测量上述测量对象物中的特定成分浓度时、向预先确定的指定的测量位置投射上述测量光的测量装置，其特征在于，包括测量对象物承载装置，用于承载上述测量对象物；摄像装置，用于拍摄上述测量对象物；图像显示装置，用于显示上述测量对象物的图像；图像登录装置，在进行测量位置的登录时，将对从上述图像显示装置上显示的测量对象物的图像的图形中任意选择的、在视觉上具有可以识别的特征的部位作了记号的图像作为登录图像进行存储；移动装置，用以在进行测量位置的再现时将上述登录图像的图形与上述测量对象物的当前拍摄的图形进行对比来特定在当前拍摄的测量对象物的图像中存在的、与登录图像中的作了上述记号的部位对应的部位的位置，并移动上述投射光学系统或测量对象物承载装置，以便向该特定的部位投射上述光。
在进行测量位置的再现时，将登录图像的图形与测量对象物的当前拍摄的图形进行对比，检测在当前拍摄的测量对象物的图像中存在的、与登录图像中的作了记号的部位对应的部位的位置，移动投射光学系统或测量对象物承载装置以便向该检测的部位投射测量光。
本发明的第7方面的特征在于在本发明的第6方面的发明中，以上述测量光的光轴方向为Z轴方向，沿着与该Z轴方向正交的X轴方向和Y轴方向移动投射光学系统或测量对象物承载装置。
投射光学系统或测量对象物承载装置以测量光的光轴方向为Z轴方向，沿着与该Z轴方向正交的X轴方向和Y轴方向移动。
本发明的第8方面的特征在于在本发明的第6方面或第7方面的发明中，上述投射光学系统沿Z轴方向移动。
投射光学系统沿Z轴方向移动。
本发明的第9方面的特征在于在本发明的第6～第8方面的任一发明中，上述投射光学系统绕上述Z轴转动。
投射光学系统绕Z轴转动。
本发明的第10方面的特征在于在本发明的第6～第9方面的任一发明中，具有检测上述测量对象物的测量对象物承载装置的接触压力的接触压力传感器、存储该接触压力传感器的输出的接触压力存储器、再现该接触压力存储器存储的上述接触压力的加压装置。
用接触压力传感器检测测量对象物对测量对象物承载装置的接触压力，在测量时再现接触压力存储器存储的接触压力。
本发明的第11方面的特征在于在本发明的第6～第10方面的任一发明中，上述图像登录装置将作了上述记号的图像与特定上述测量对象物的信息一起作为登录图像进行存储。
根据与登录图像一起存储到图像登录装置中的信息来特定测量对象物。
本发明到第12方面的特征在于作本发明到第6～第11方面的任一发明中，上述测量对象物是活体。
移动投射光学系统或测量对象物承载装置，以便向从拍摄的活体的图像的图形中选择的部位入射测量光。
本发明的第13方面的发明是具有投射光学系统、从该投射光学系统向测量对象物投射测量光、检测从该测量对象物透过或反射的光的频谱强度并根据该频谱强度测量上述测量对象物中的特定成分浓度的光学测量装置，其特征在于，包括测量对象物承载装置，用于承载上述测量对象物；摄像装置，用于拍摄上述测量对象物；图像显示装置，用于显示上述测量对象物的图像；图像登录装置，在进行测量位置的登录时，将对从上述图像显示装置显示的测量对象物的图像的图形中任意选择的、在视觉上具有可以识别的特征的部位作了记号的图像作为登录图像进行存储；测量位置特定装置，在进行测量位置的再现时，将上述登录图像的图形与上述测量对象物的当前拍摄的图形进行对比而特定在当前拍摄的测量对象物的图像中存在的、与登录图像中的作了上述记号的部位对应的部位的位置；移动装置，用于移动上述投射光学系统以便将上述光投射到由该测量位置特定装置特定的部位；接收光学系统，用于接收投射的上述光透过测量对象物的光或反射的光；频谱强度检测装置，用于检测从该接收光学系统接收的上述部位透过的光或反射的光的频谱强度；运算处理装置，根据上述频谱强度计算上述测量对象物中的特定成分浓度；输出装置，输出计算的上述特定成分浓度。
在进行测量位置的再现时，将登录图像的图形与测量对象物的当前拍摄的图形进行对比，检测在当前拍摄的测量对象物的图像中存在的、与登录图像中的作了记号的部位对应的部位的位置，移动投射光学系统以便使测量光投射到检测的部位，接收透过测量对象物的光或反射的光，检测频谱强度，根据检测的频谱强度来检测测量对象物中的特定成分浓度。
本发明的第14方面的特征在于在本发明的第13方面的发明中，上述投射光学系统具有光纤。
通过光纤将测量光投射到测量对象物的选择的部位。
本发明的第15方面的特征在于在本发明的第13或第14方面的发明中，上述接收光学系统具有光纤。
通过光纤接收从测量对象物反射或透过的光。
本发明的第16方面的特征在于在本发明的第13或第14方面的发明中，上述接收光学系统具有积分球。
利用积分球将从测量对象物反射或透过的光聚焦。
本发明的第17方面的特征在于在本发明的第13～第16方面的任一发明中，上述图像登录装置将作了上述记号的图像与特定上述测量对象物的信息一起作为登录图像进行存储。
利用与登录图像一起存储到图像登录装置中的信息来特定测量对象物。
本发明到第18方面的特征在于在本发明的第13～第17方面的任一方面的发明中，上述测量对象物是活体。
移动投射光学系统或测量对象物承载装置以便使测量光投射到从拍摄的活体的图像的图形中选择的部位，测量活体中的特定成分浓度。
下面，参照
本发明的实施方案。
(实施方案1)图1～图3是本发明的光学测量装置的一个实施方案的结构。上述光学测量装置1将人手2作为测量对象物来检测葡萄糖的浓度。上述光学测量装置1包括向人手2投射测量光3并检测其反射光4的频谱强度的分光分析部5、用于进行上述测量光3的投射位置控制的控制运算处理部6(参见图2)、根据由上述分光分析部5检测的上述频谱强度检测上述葡萄糖浓度的运算处理部8(参见图3)、上述分光分析部5的移动机构9和作为拍摄置于承载台7上的人手2的摄像装置的CCD摄像机11(参见图1和图2)。
上述分光分析部5包括向置于测量对象物的承载台7上的人手2投射测量光3的投射光学系统12、将由该投射光学系统12投射的光从上述人手2反射的反射光4聚焦的积分球13和检测由该积分球13聚焦的上述反射光4的强度的接收传感器14。上述投射光学系统12装配在分光分析部5的下部箱体15内，上述积分球13装配在分光分析部5的上部箱体16内。
上述投射光学系统12由光源17、使该光源17的光成为平行光的准直透镜18、将从该准直透镜18出射的平行光聚焦的聚焦透镜19和半反射镜21构成。上述光源17、准直透镜18和聚焦透镜19配置在同一光轴上，上述半反射镜21配置成与该光轴成45度的角度。利用该配置，从光源17射出的光便由上述半反射镜21向与上述光轴成90度的方向反射，通过在位于上述投射光学系统12的上侧的上述积分球13上形成的透过孔13a、13b和在配置在上部箱体16之上的承载台7上形成的透过孔7a，测量光投射到人手2上。上述接收传感器14安装成使其受光面向着积分球13的内侧，从人手2反射后、由上述积分球13聚焦的光入射到上述接收传感器14上。
在上述分光分析部5的下部箱体15内，还装配着检测从上述投射光学系统12的光源17射出的光的强度的基准光传感器92。该基准光传感器92相对于上述投射光学系统12的半反射镜21，配置在与上述光源17相反的一侧，从上述光源17射出的光透过半反射镜21后，入射到上述基准光传感器92上。
分光分析部5的移动机构9配置在分光分析部5的下部箱体15的下侧，设上述测量光3的行进方向为Z轴，将上述分光分析部5支持可沿与图1的纸面垂直的X轴方向和与Z轴及X轴垂直的Y轴方向移动，同时，将上述分光分析部5支持为可以绕Z轴转动。上述移动机构9包括X轴移动台22、Y轴移动台23和Z轴移动台24。上述X轴移动台22在Y轴移动台23上利用X轴导轨25支持为可以沿X轴方向移动，上述Y轴移动台23在Z轴移动台24上利用Y轴导轨26支持为可以沿Y轴方向移动。另外，Z轴移动台24在从分光分析部5的长方形的基座27的角部直立的、将该基座27与挤压人手2的挤压部28连接的连接部件29的导引下可以沿Z轴方向移动。
CCD摄像机11配置在上述基座27上。该CCD摄像机11配置为当上述分光分析部5由上述移动机构9从上述透过孔7a的下部后退移动到初始位置时，其光轴与上述分光分析部5的测量光3的光轴一致。利用该配置，当上述分光分析部5利用移动机构9从透过孔7a的下部后退时，CCD摄像机11可以将其光轴通过透过孔7a、24a指向由摄像用照明灯110照明的人手2。
上述Z轴移动台24由从其下面向下方突出的螺杆31、与该螺杆31啮合的螺母32和从上述基座27直立的、其前端将上述螺母32支持并且使上述螺母32可以转动的螺母支持部件34所支持。在上述螺母32的外周面上形成的齿牙32a与安装在Z轴驱动电机Mz的输出轴35上的小齿轮36啮合。这样，如果上述Z轴驱动电机Mz转动，就通过小齿轮36驱动螺母32转动，从而使螺杆31沿其轴向移动。与此相伴，上述Z轴移动台24就沿Z轴方向移动。利用设置在Z轴驱动电机Mz上的转动量传感器(以后，简称为Z轴传感器)37检测上述Z轴移动台24向Z轴方向的移动量。
Y轴导轨26固定在上述Z轴移动台24上，上述Y轴移动台23利用该Y轴导轨26在Z轴移动台24上支持为可以沿Y轴方向自由移动。齿条38安装在上述Y轴移动台23的侧面，安装在Y轴驱动电机My的输出轴39上的小齿轮41与该齿条38啮合。这样，当上述Y轴驱动电机My转动时，Y轴移动台23就通过小齿轮41和齿条38沿Y轴方向移动。利用设置在Y轴驱动电机My上的转动量传感器(以后，简称为Y轴传感器)42检测上述Y轴移动台23向Y轴方向的移动量。
X轴导轨25固定在上述Y轴移动台23上，上述X轴移动台22利用该X轴导轨25在Y轴移动台23上支持为可以沿X轴方向自由移动。齿条43安装在上述X轴移动台22的下面，安装在X轴驱动电机Mx的输出轴44上的小齿轮45与该齿条43啮合。这样，如果上述X轴驱动电机Mx转动，X轴移动台22就通过小齿轮45和齿条43沿X轴方向移动。利用设置在X轴驱动电机Mx上的转动量传感器(以后，简称为X轴传感器)46检测上述X轴移动台22向X轴方向的移动量。
在上述X轴移动台22和分光分析部5的下部箱体15之间，安装将分光分析部5的圆筒形状的下部箱体15和上部箱体16在上述X轴移动台22上支持为可以绕其轴转动的转动支持机构48。上述转动支持机构48由环状的导引部件51、52和与在这些导引部件51、52上形成的圆形的导引沟嵌合的滚珠轴承53构成。齿条54安装在上述下部箱体15的外周，安装在α轴驱动电机Mα的输出轴55上的小齿轮56与该齿条54啮合。这样，当上述α轴驱动电机Mα转动时，上述分光分析部5的下部箱体15和上部箱体16就通过小齿轮56和齿条54绕Z轴转动。利用设置在α轴驱动电机Mα上的转动量传感器(以后，简称为α轴传感器)57检测上述分光分析部5的转动量。
承载人手2的承载台7是在其中心部具有使测量光3透过的透过孔7a的简单的平板状的承载台。接触压力传感器58与上述分光分析部5的上部箱体16相对地固定在上述承载台7上。从该接触压力传感器58按如下所述发生与人手2和承载台7之间的接触压力对应的接触压力信号。即，上述分光分析部5沿Z轴方向移动，分光分析部5的上部箱体16和接触到设置在连接部件29上的制动部29a后而停止的承载台7接触，进一步与该承载台7一起沿Z轴方向移动，如果人手2接触到挤压部件28，接触压力传感器58就输出上述接触压力信号。另外，在上述承载台7上，如图6及图7所示，为了容易确定人手2的位置，也可以设置突起7b。
控制运算处理部6利用微机构成，由中央运算处理装置(以后，简称为CPU)61、只读存储器(以后，简称为ROM)62、随机存取存储器(以后，简称为RAM)63和接口电路64～70构成。上述CPU61通过总线71、ROM62、RAM63、接口电路64～70连接。
分别从X轴传感器46、Y轴传感器42、Z轴传感器37、α轴传感器57和接触压力传感器58向接口电路64输入X轴移动台22的X轴位置信号、Y轴移动台23的Y轴位置信号、Z轴移动台24的Z轴位置信号、α轴转动位置信号和接触压力信号。与操作员的键盘72的操纵内容对应地从该键盘72向接口电路65输出所需要的操纵指令信号。接口电路66与用于和图3的运算控制部8进行通信的通信端口73连接，接口电路67与CCD摄像机11连接。另外，电机驱动电路74与接口电路68连接。在图1中说明的X轴驱动电机Mx、Y轴驱动电机My、Z轴驱动电机Mz、α轴驱动电机Mα与该电机驱动电路74连接。此外，硬盘那样的存储装置75与接口电路69连接。从接口电路70向混合电路76输出预先登录的人手2的图像信号。该混合电路76将从上述CCD摄像机11输出的图像信号与预先登录的人手2的上述图像信号混合，并向显示装置77输出。
分光分析部5的运算处理并8利用微机构成，由CPU78、ROM79、RAM81、接口电路82～85、接口电路87、88构成。上述CPU78通过总线89与上述ROM79、RAM81、接口电路82～85、接口电路87、88连接。上述接口电路82与在图2中说明的键盘72连接，另外，利用在图1中说明的分光分析部5的接收传感器14将从人手2反射的测量光3的反射光4的频谱强度信号输入到接口电路83。此外，接口电路84与用于和图2的控制运算处理部6进行通信的通信端口91连接。与图1中说明的分光分析部5的投射光学系统12的光源17的光度对应的基准光信号作为基准信号，从基准光传感器92输入到接口电路85。硬盘等存储装置94与接口电路87连接，打印机及CRT显示器等输出装置95与接口电路88连接。
下面，参照图8～图10所示的流程图，与向人手2的预选择位置的测量位置再现方法一起说明具有上面说明了其结构的位置再现装置的光学测量装置1的作用。
·测量位置的登录模式在图8所示的测量位置登录程序中，先接通光学测量装置1的电源，操作员从键盘72选择测量位置登录模式，当指令该测量位置登录模式开始时，测量位置登录程序就开始(#1)，控制运算处理部6的CPU61进行初始化处理(#2)，RAM63进行清零(#3)。然后，控制运算处理部6的CPU61将存储装置75存储的X轴移动台22、Y轴移动台23、Z轴移动台24和α轴转动角度的各初始数据从接口电路69装载到RAM63中(#4)，将X轴移动台22、Y轴移动台23、Z轴移动台24和α轴转动角度分别移动到初始位置(#5)。
将人手2置于承载台7上(#6)，将承载台7向着挤压部件28沿Z轴方向移动(#7)。人手2与挤压部件28接触，当接触压力传感器58成为预先设定的指定值时，就使上述承载台7向Z轴方向的移动停止(#8)。在该状态下，利用CCD摄像机11进行摄像，并在显示装置77上显示该图像(#9)。此时，显示装置77的显示图像示于图4。
在显示装置77显示的上述显示图像所具有的、由人手2的手掌的线96、97和98形成的图形中，操作员利用附属于键盘72的跟踪球等指示部件选择在视觉上可以识别的特征部位P，并用×符号表示选择的上述特征部位P(#10)。显示图像的中心点P0与在图1中说明的X轴和Y轴交叉的XY坐标的原点对应。
将上述显示图像的图形与加在特征部位P的×符号、从接触压力传感器58输出的接触压力信号和用于特定上述人手2的序号(在图4的例子中为第3号)一起登录到存储装置75内(#11)。然后，将承载台7降低，将人手2从承载台7上抽出(#12)，结束登录模式(#13)。
·血糖值的测量模式在图9和图10所示的测量程序中，接通光学测量装置1的电源，操作员从键盘72选择测量模式，当指令该测量模式开始时，测量程序就开始(#21)，控制运算处理部6的CPU61进行初始化处理(#22)，RAM63进行清零(#23)。然后，分光分析部5的运算处理部8的CPU78进行初始化处理，RAM81进行清零(#24)。
然后，控制运算处理部6的CPU61将存储装置75存储的X轴移动台22、Y轴移动台23、Z轴移动台24和α轴转动角度的各初始数据从接口电路69装载到RAM63中(#25)。上述CPU61根据上述各初始数据将X轴移动台22、Y轴移动台23、Z轴移动台24和α轴转动角度分别移动到初始位置(#26)。
从键盘72输入测量用已说明的登录模式登录的葡萄糖浓度的人的登录序号、例如第3号(#27)后，将将登录序号第3号的人手2置于承载台7上(#28)。然后，人手2与挤压部件28接触，在从接触压力传感器58输出的人手2与承载台7之间的接触压力达到用上述登录模式登录的数值之前，将上述Z轴移动台24沿Z轴方向向上方移动(#28a和#29)。
当上述Z轴移动台24停止时，就将上述人手2的手掌的图像信号从CCD摄像机11通过混合电路76显示在显示装置77上(#30)。此时，在上述显示装置77上显示的图像示于图5。另一方面，控制运算处理部6的CPU61读入从CCD摄像机11输出的上述人手2的手掌的图像信号进行图像处理，利用图形识别将读入的上述人手2的手掌的图像的图形与按上述登录模式登录的第3号的人手2的手掌的图像的图形进行对比，从在上述显示装置77上现在显示的登录序号第3号的人手2的手掌的图像的图形中检测用上述登录模式登录的特征部位P(#31)。
当从当前在显示装置77上显示的第3号人手2的手掌的图像中检测到特征部位P时，就将当前在上述显示装置77上显示的上述人手2的手掌的图像信号与用上述登录模式登录的第3号人手2的手掌的图像信号用混合电路76进行混合，通过将两个图像重叠地显示在上述显示装置77上，操作员通过目视便可检测登录序号第3号人手2的手掌的图像中的、用上述登录模式登录的特征部位P。这样，就不需要用于进行图形识别的软件，从而可以减少光学测量装置的测量软件的制作成本。
如上所述，从在显示装置77上现在显示的上述人手2的手掌的图像图形中检测特征部位P时，控制运算处理部6的CPU61使X轴移动台22、Y轴移动台23分别沿X轴方向和Y轴方向移动，使分光分析部5的测量光的光轴与所检测的上述特征部位P一致(#32)。这时，用显示装置77监视测量光3向人手2入射的入射光直径，利用α轴驱动电机Mα使分光分析部5绕Z轴转动，修正上述入射光直径。
通过上述#21～#32的处理，确定了使测量光3入射到上述人手2的手掌的、登录的特征部位P的分光分析部5的位置时，控制运算处理部6的CPU61就通过接口电路66、通信端口73、运算控制部6的通信端口91和接口电路84将指令分光测量开始的分光开始信号向分光分析部5的运算控制部8的CPU78输出(#33)。如果分光分析部5的上述运算处理部8的CPU78从控制运算处理部6的CPU61接收到上述分光开始信号，上述CPU78就根据从接收传感器16输出的上述人手2的手掌的上述特征点P反射的反射光4的频谱强度和从基准光传感器92输出的光源17的频谱强度进行上述人手2的吸光度计算(#34)。然后，上述CPU78根据上述吸光度计算的结果，进行葡萄糖浓度计算(#35)，并将得到的葡萄糖浓度向输出装置95输出(#36)。
然后，上述运算处理部8的CPU78通过接口电路84、通信端口91、控制运算处理部6的通信端口73和接口电路66将葡萄糖浓度的测量结束信号向上述控制运算处理部6CPU61输出。当接收到上述测量结束信号时，控制运算处理部6到CPU61就使X轴移动台22、Y轴移动台23分别移动到初始位置(#37)，从承载台7上抽出第3号人手2(#38)，结束第1次葡萄糖浓度的测量(#39)。第2次以后的葡萄糖浓度的测量也是进行上面说明的#21～#39的处理。
如上所述，将人手2置于分光分析部5的测量对象物的承载台7上，用摄像装置进行摄像，只从该图像的图形中选择具有特征的测量部位P，以后每次进行测量时，就可以将测量光3入射到上述测量部位P。这样，检测投射到人手2上的测量光3的反射光4来检测葡萄糖浓度时，就可以大幅度地提高测量位置的再现精度，从而可以抑制由于测量位置的变化而引起的测量值的误差。
图16、图17和图18是表示使用本发明的上述测量装置测量的几个结果。
图16是表示对人手得到的3种频谱的CV值(％)((标准偏差÷平均值)×100(％))，由图可知，将位置固定测量的情况(—■—)和利用本发明的方法设定测量位置的情况(—□—)非常一致。与此相反，不使用本发明的方法而重新放置手时所得到的数据则和将位置固定测量时的数据大不相同。
图17是表示让受试者饮用清水制药公司生产的「トレ-ラン75」糖负荷试验用水溶液时的血糖值随时间的变化，由图可知，对人手的测量值与参照值(实际上是采血后测量的血糖值)非常一致。
图18是按照本发明根据登录图像和读取图像确定测量位置的手的测量结果。由图可知，测量结果(—□—)与参照值(—■—)非常一致。用—◆—表示的数据是表示利用众所周知的计算机模拟而得到的预测值，与本发明的测量结果相比，偏离较大。
(实施方案2)图11是本发明的另一实施方案的光学测量装置。该光学测量装置1a是在参照图1～图3说明的实施方案1的光学测量装置1中，通过光纤101将投射光学系统12的光投射到置于承载台7上的人手2上，利用光纤102取代图1的光学测量装置1的积分球13，将从该人手2反射的反射光4导引到接收传感器14上，除了光纤101、102外，其余部分的结构和与图1中说明的光学测量装置1的对应的部分的结构完全相同。因此，在图11中，对于与图1对应的部分标以对应的符号，并省略其说明。
如果是这样的结构，通过使用光纤101、102，便可使光学测量装置1a的形状紧凑、结构简单，从而容易操作。
(实施方案3)图12是本发明的另一实施方案的光学测量装置。该光学测量装置1b是在参照图11说明的实施方案2的光学测量装置1a中，在挤压部件28上与承载台7的透过孔7a相对的位置上形成贯通孔105，以使透过人手2的光通过上述贯通孔105、从光纤102导引到接收传感器14上，除了光纤102的配置结构外，其余部分的结构和在图11中说明的光学测量装置1a的对应的部分的结构完全相同。因此，在图12中，对于与图11对应的部分，标以对应的符号，并省略其说明。
如果是这样的结构，利用具有使用了光纤101和102的紧凑的结构的光学测量装置1b，检测透过人手2的透过光，便可据此检测葡萄糖浓度。
按照本发明第1方面的发明，在进行测量位置的再现时，对测量对象物进行摄像并将其图像的图形与登录图像的图形进行对比，在测量对象物上检测与登录图像中作了记号的部位对应的部位，所以，可以以很高的再现精度再现测量位置。
按照本发明第2方面的发明，在进行测量位置的再现时，从拍摄的测量对象物的图像的图形中检测与登录图像中作了记号的部位一致的部位，所以，不用目视便可以很高的再现精度再现测量位置。
按照本发明第3方面的发明，在进行测量位置的再现时，通过目视从拍摄的测量对象物的图像的图形中检测与登录图像中作了记号的部位一致的部位，所以，可以简单地再现测量位置。
按照本发明第4方面的发明，将特定测量对象物的信息与作了记号的图像一起进行存储，所以，可以容易地特定作了记号的图像的测量对象物。
按照本发明第5方面的发明，根据拍摄的活体的图像的图形，在活体上检测与登录图像中作了记号的部位对应的部位、决定测量位置，所以，将测量光投射到活体上后，根据其透过光或反射光检测活体中的特定成分浓度时，可以以很高的再现精度再现测量位置。
按照本发明第6方面的发明，在进行测量位置的再现时，将登录图像的图形与测量对象物的当前拍摄的图形进行对比，检测在当前拍摄的测量对象物的图像中存在的、与登录图像中作了记号的部位对应的部位，并移动投射光学系统以便使测量光投射到所检测的部位，所以，可以以很高的再现精度再现测量位置。
按照本发明第7方面的发明，投射光学系统或测量对象物承载装置以测量光的光轴的方向为Z轴方向，沿着与该Z轴方向正交的X轴方向和Y轴方向移动，所以，每次测量时可以使测量对象物进行二维移动，从而可以使测量对象物的测量位置恒定地再现。
按照本发明第8方面的发明，投射光学系统沿Z轴方向移动，所以，可以再现登录图像登录时的投射光学系统与测量对象物的Z轴方向的位置函数。
按照本发明第9方面的发明，投射光学系统绕Z轴转动，所以，在进行测量时可以修正入射到测量对象物上的测量光的入射光直径。
按照本发明第10方面的发明，用接触压力传感器检测测量对象物与测量对象物承载装置的接触压力，测量时再现接触压力存储器存储的接触压力，所以，可以抑制测量对象物与测量对象物承载装置的接触压力的变化，从而可以以更高的精度再现测量对象物的测量位置。
按照本发明第11方面的发明，特定测量对象物的信息与作了记号的图像一起存储到图像登录装置中，所以，利用特定测量对象物的信息，便可很容易地特定作了记号的图像的测量对象物。
按照本发明第12方面的发明，移动投射光学系统或测量对象物承载装置以便使测量光投射到从拍摄的活体的图像的图形中选择的部位，所以，可以以很高的精度再现从拍摄的活体的图像的图形中选择的一定的部位。
按照本发明第13方面的发明，在进行测量位置的再现时，将登录图像的图形与测量对象物的当前拍摄的图形进行对比，检测在当前拍摄的测量对象物的图像中存在的、与登录图像中作了记号的部位对应的部位，移动投射光学系统以便使测量光投射到所检测的部位，接收从特征部位透过或反射的光，检测从特征部位透过或反射的光的频谱强度，根据所检测的频谱强度来检测测量对象物中的特定成分浓度，所以，可以提高测量光向活体的测量部位的入射位置的再现精度。
按照本发明第14方面的发明，测量光通过光纤投射到测量对象物的选择的部位，所以，利用光纤所具有的弯曲性，可以提高投射光学系统的配置的自由度，从而可以使光学测量装置更紧凑。
按照本发明第15方面的发明，通过光纤接收从测量对象物反射或透过的光，所以，利用光纤所具有的弯曲性，可以提高接收光学系统的配置的自由度，从而可以使光学测量装置更紧凑。
按照本发明第16方面的发明，利用积分球将从测量对象物反射或透过的光聚焦，所以，结构比较简单，从而光学测量装置成本低。
按照本发明第17方面的发明，特定测量对象物的信息与作了记号的图像一起存储到图像登录装置中，所以，利用特定测量对象物的信息，可以很容易地特定作了记号的图像的测量对象物。
按照本发明第18方面的发明，移动投射光学系统或测量对象物承载装置以便使测量光入射到从拍摄的活体的图像的图形中选择的部位，测量活体中的特定成分浓度，所以，可以提高测量光向活体的测量部位入射的入射位置的再现精度，从而可以获得每次测量的测量数据误差小、可靠性高的光学测量装置。
权利要求
1.一种向测量对象物投射测量光、检测从该测量对象物透过或反射的光的频谱强度并根据该频谱强度测量上述测量对象物中的特定成分浓度的测量方法，其特征在于在进行实际的测量之前，对上述测量对象物进行摄像并显示该图像，选择该图像中在视觉上具有可以识别的特征的部位，对该部位作上记号，将作了记号的该图像作为登录图像预先进行存储，在实际进行测量时，对上述测量对象物进行摄像，并将该图像与上述登录图像进行对比，在上述摄像图像上检测与登录图像中作了上述记号的部位对应的部位，向该部位投射上述测量光进行上述测量。
2.按权利要求1所述的测量方法，其特征在于利用图形识别，从上述进行测量时拍摄的测量对象物的图像中、检测与上述登录图像中作了记号的上述部位对应的部位。
3.按权利要求1所述的测量方法，其特征在于通过目视从上述进行测量时拍摄的测量对象物的图像中、检测与上述登录图像中作了记号的上述部位对应的部位。
4.按权利要求1～3的任一权项所述的测量方法，其特征在于将上述作了记号的图像与特定上述测量对象物的信息一起作为登录图像进行存储。
5.按权利要求1～4的任一权项所述的测量方法，其特征在于上述测量对象物是活体。
6.一种具有投射光学系统、从该投射光学系统向测量对象物投射测量光、检测从该测量对象物透过或反射的光的频谱强度并根据该频谱强度测量上述测量对象物中的特定成分浓度的测量装置，其特征在于，至少设置有对象物承载装置，用于承载上述测量对象物的测量；摄像装置，用于拍摄上述测量对象物；图像显示装置，显示上述测量对象物的图像；图像登录装置，将对从上述图像显示装置显示的测量对象物的图像中任意选择的、具有在视觉上可以识别的特征的部位作上记号的图像作为登录图像，预先进行存储；移动装置，将上述登录图像与上述测量对象物的当前拍摄的图像进行对比，并移动上述投射光学系统，以便使上述测量光投射到与登录图像中作了上述记号的部位对应的、测量对象物的图像中的部位的位置上；测量装置，使测量光总是投射到测量对象物的同一部位进行测量。
7.按权利要求6所述的测量装置，其特征在于以上述测量光的光轴的方向为Z轴方向，投射光学系统沿与该Z轴方向正交的X轴方向和Y轴方向移动。
8.按权利要求6或7所述的测量装置，其特征在于上述投射光学系统沿Z轴方向移动。
9.按权利要求6～8的任一所述的测量装置，其特征在于上述投射光学系统绕上述Z轴转动。
10.按权利要求6～9的任一所述的测量装置，其特征在于还具有检测上述测量对象物与测量对象物承载装置的接触压力的接触压力传感器、存储该接触压力传感器的输出的接触压力存储器和再现该接触压力存储器存储的上述接触压力的加压装置。
11.按权利要求6～10的任一所述的测量装置，其特征在于上述图像登录装置将作了上述记号的图像与特定上述测量对象物的信息一起作为登录图像进行存储。
12.按权利要求6～11的任一所述的测量装置，其特征在于上述测量对象物是活体。
13.一种具有投射光学系统、从该投射光学系统向测量对象物投射测量光、检测从该测量对象物透过或反射的光的频谱强度并根据该频谱强度测量上述测量对象物中的特定成分浓度的测量装置，其特征在于，包括测量对象物承载装置，用于承载上述测量对象物；摄像装置，用于拍摄上述测量对象物；图像显示装置，用于显示上述测量对象物的图像；图像登录装置，将对从上述图像显示装置显示的测量对象物的图像中任意选择的、具有在视觉上可以识别的特征的部位作上记号的图像作为登录图像进行存储；测量位置特定装置，将上述登录图像与上述测量对象物的当前拍摄的图像进行对比来特定在当前拍摄的测量对象物的图像中存在的、与登录图像中作了上述记号的部位对应的部位的位置；移动装置，移动上述投射光学系统以便使上述光投射到由该测量位置特定装置特定的部位；接收光学系统，用于接收投射的上述光透过上述测量对象物的光或反射的光；频谱强度检测装置，检测从由该接收光学系统接收的上述部位透过或反射的光的频谱强度；运算处理装置，根据上述频谱强度计算上述测量对象物中的特定成分浓度；输出装置，输出计算的上述特定成分浓度。
14.按权利要求13所述的测量装置，其特征在于上述投射光学系统具有光纤。
15.按权利要求13或14所述的测量装置，其特征在于上述接收光学系统具有光纤。
16.按权利要求13～15的任一所述的测量装置，其特征在于上述接收光学系统具有积分球。
17.按权利要求13～16的任一所述的测量装置，其特征在于上述图像登录装置将作了上述记号的图像与特定上述测量对象物的信息一起作为登录图像进行存储。
18.按权利要求13～17的任一所述的测量装置，其特征在于上述测量对象物是活体。
全文摘要
旨在将测量光再现性好地投射到测量对象物的测量部位、以便使总是成为一定的测量条件。光学测量装置1具有检测投射到人手2上的测量光3的反射光4的频谱强度的分光分析部5。分光分析部5利用移动机构9沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向移动和绕该Z轴转动。进行人手2的测量部位登录时，用CCD摄像机11拍摄人手2的手掌的图像，操作员从拍摄的图象的图形中选择具有特征的部位。进行分光测量时，再次用CCD摄像机11对人手2的手掌进行摄像，从该图像的图形中检测登录时的部位，利用上述移动机构9移动分光分析部5，向登录的特征部位入射测量光3。
文档编号A61B5/145GK1165556SQ96191151
公开日1997年11月19日 申请日期1996年8月7日 优先权日1995年8月7日
发明者久保博子, 光村吉夫, 上野山晴三, 徐可欣 申请人:株式会社京都第一科学, 仓敷纺绩株式会社