JP2014113467A - 生体検査装置及び生体検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱毛することなく生えた状態のままで生体毛髪の健康度判定等を非侵襲に実現することができる生体検査装置及び生体検査方法を提供する。
【解決手段】第１の光照射ユニット、光検出ユニット、演算ユニット、判定ユニットを具備する。第１の光照射ユニットは、所定の毛根の近傍に位置する皮膚の表面から、被検体内に光を照射する。光検出ユニットは、被検体の皮膚の表面から放たれる光量を検出する。演算ユニットは、光検出ユニットが検出した光量に基づいて、所定の毛根の形状及びサイズの少なくとも一方に関する第１の情報を演算する。判定ユニットは、第１の情報に基づいて、被検体の毛髪健康度を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光を用いて生体毛髪の健康度を判定する生体検査装置及び生体検査方法に関する。

近年、人類の頭髪は薄毛が進行しており、アデランスの２０１１年の調査報告によれば地球人口の約１／３である３２．１３％が薄毛である。日本人は世界では１４位に位置するが、アジア系では１位であり人口の２６．７８％と報告されている。

薄毛と脱毛には相関関係があり、抜けた毛髪の詳細な観察で頭部の薄毛の進行状況がある程度推定することができる。図１７（ａ）〜（ｅ）に典型的な抜け毛の毛根部の形状を図に示して説明する。通常の毛髪は５〜６年が寿命で抜け落ちる。図１７（ａ）の例は、自然に抜けた健常な毛髪を示しており、太い毛幹を有し、毛根部はさらに太くなっている。異常な脱毛では、毛幹が細い慢性的な抜け毛を示す図１７（ｂ）、自然脱毛の毛根形状をしているが虚血、気虚の毛根を有する図１７（ｃ）、角質化タイプの広汎性脱毛であり、毛穴の内部まで角化している図１７（ｄ）、毛根部が細くなる図１７（ｅ）（毛根が認められない難治性脱毛。頭皮の毛の手当のみでなく、体と心のケアが必要）、形状や毛髪サイズの異常である図１７（ｆ）（細く弱々しく毛先がとがっており、長さ数センチくらいの毛。一年未満で抜けた発育不良の毛。）等の典型例があり、頭皮の血行不良や病変に因る性状異常が観察される。異常な脱毛状態は薄毛化を促進する。このように頭皮から抜けた毛髪には薄毛化の進行状況、対処の緊急度など、様々な情報が含まれている。頭皮から抜けた（或いは人為的に抜いた）毛髪を利用し、毛髪の健康度（脱毛および薄毛への耐性）を測定する方法および装置は、従来から数多く存在する。

国際公開ＷＯ２００５／１０２１５３号公報

しかしながら、毛髪の健康度判定や薄毛進行度評価に関する従来の手法においては、次のような問題がある。すなわち、自然に脱毛した毛髪を用いた測定・評価では、当該毛髪が基本的にどの部位から抜けたものであるのか同定できない。よく知られているように薄毛の進行は特定位置から開始されるケースが多い。従って、測定・評価したい位置の毛髪の情報を得るためには、検査のために当該位置からサンプリング（人為的な脱毛）しなくてはならず、薄毛に悩む患者にとって非侵襲な測定とは言えない。抜くことなく生えた状態のまま毛髪の健康度判定や薄毛進行度評価を可能とする方法及び装置は、従来には存在しない。

一方で、毛髪の健康度判定等する方法に近いものとして、従来から毛髪のダメージを非侵襲で測定する方法が従来から様々提案されている。例えばその一つである赤外光計測は、被爆の問題がなく、また波長を選択することによって計測対象である化合物を選択できるという利点を有している。しかしながら、いずれの従来技術も、露出した毛幹部分について分析・評価する方法であって、毛髪の健康度（脱毛および薄毛への耐性）を測定・評価するものではない。

同様に、毛髪の健康度判定等する方法に近いものとして、脱毛を意識した皮膚下の体毛の検出方法についても提案されている。この検出方法においては、皮膚へ非接触光源から約７００ｎｍ~約２０００ｎｍの波長範囲の電磁波を入射し、電磁波は皮膚内で散乱されるが、皮膚内の毛髪により一部は吸収される。このため、当該検出方法は、皮膚内の毛髪を非接触の撮像素子で影として画像化する技術である。この影の形成は、体毛の形状及び体毛の屈折率における差異、及びその周辺（即ち空気又は皮膚の組織）に主に依存する。電磁波の波長は、皮膚の色素によって引き起こされる吸収が少ない領域を選択して、皮膚の色やそばかす等によるコントラスト低下を避けている。従って、脱毛を意識した皮膚下の体毛の検出方法では、脱毛後の毛根の有無は検出できるが、毛髪の健康度（脱毛および薄毛への耐性）を測定することはできない。

上記事情に鑑み、脱毛することなく生えた状態のままで生体毛髪の健康度判定等を非侵襲に実現することができる生体検査装置及び生体検査方法を提供することを目的とする。

本実施形態に係る生体検査装置は、第１の光照射ユニット、光検出ユニット、演算ユニット、判定ユニットを具備する。第１の光照射ユニットは、所定の毛根の近傍に位置する皮膚の表面から、被検体内に光を照射する。光検出ユニットは、被検体の皮膚の表面から放たれる光量を検出する。演算ユニットは、光検出ユニットが検出した光量に基づいて、所定の毛根の形状及びサイズの少なくとも一方に関する第１の情報を演算する。判定ユニットは、第１の情報に基づいて、被検体の毛髪健康度を判定する。

図１は、本実施形態に係る本生体検査装置１の構成を示したブロック図である。 図２は、スティック状の生体インターフェースデバイス２及びパーソナルコンピューター３とで構成する生体検査装置１を例示したものである。 図３は、生体インターフェースデバイス２の先端Ｐの拡大図である。 図４は、毛髪健康度判定機能の原理を説明するための図である。 図５は、メラニンと酸化ヘモグロビンの光吸収スペクトルを示す図である。 図６は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの光吸収スペクトルを示す図である。 図７は、毛髪健康度判定機能を用いた検査の流れを示したフローチャートである。 図８は、変形例１に係る生体検査装置１の生体インターフェースデバイス２を示した図である。 図９は、変形例２に係る生体検査装置１の構成を示したブロック図である。 図１０は、変形例２に係る生体検査装置１のプローブ１２と頭皮との接触状況を例示した図である。 図１１は、変形例３に係る生体検査装置１の構成を示したブロック図である。 図１２は、本変形例４に係る生体検査装置１の構成を示したブロック図である。 図１３は、変形例４に係る生体検査装置１の生体インターフェースデバイス２を示した図である。 図１４は、本変形例５に係る生体検査装置１の構成を示したブロック図である。 図１５は、変形例５に係る生体検査装置１の生体インターフェースデバイス２を示した図である。 図１６は、変形例５に係る生体検査装置１の生体インターフェースデバイス２を示した図である。 図１７（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態に係る生体検査装置１の光プローブ１２の構成を概念的に説明するための図である。 図１８（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態に係る生体検査装置１の光プローブ１２の構成を概念的に説明するための図である。 図１９は、複数の半導体発光素子及び複数の半導体受光素子によって光源アレイ及び検知器アレイを構成した例を示している。 図２０は、複数の発光ファイバー及び複数の受光ファイバーによって光源アレイ及び検知器アレイを構成した例を示している。 図２１は、各種パラメータと検出された光の精度σ（Ｔ）の平均との交互作用図である。 図２２は、各種パラメータの組み合わせと検出された光の精度σ（Ｔ）の平均との交互作用図である。 図２３は毛髪ファントムの作成手順を示した概念図である。 図２４は、検証実験で組み上げた毛根部検査システムの概略図である。 図２５は、検証実験で用いたアクリル製フェルールとフェルールを固定したアクリル製アダプターを示している。 図２６は、光強度測定の条件について説明するための図である。 図２７は、検証実験にて光強度測定を行った際のフェルールと毛根の位置合わせについて説明するための図である。 図２８は、３つの毛根ファントムに関する測定前リファレンス、サンプルｕ、サンプルｔ測定後リファレンスの光強度の５回の測定結果示した箱ひげ図である。 図２９は、抜け毛の分類例を示した図である。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る本生体検査装置１の構成を示したブロック図である。同図に示す様に、生体検査装置１は、光プローブ１２、光源１６、光検知器２０、演算回路２２、光信号制御部２４、コントローラー２６を具備する。

光プローブ１２は、光照射部ＩＦ１２１、光検出部ＩＦ１２２を有し、皮膚表面に密着して皮膚内部と効果的に光の授受を行うためのコンポーネンツである。光照射部ＩＦ１２１は、光源１６と共に光照射ユニットを構成し、光源１６が発生する光（近赤外光）を被検体に向けて照射する。光検出部ＩＦ１２２は、光検知器２０と共に光検出ユニットを構成し、例えば光ファイバーの端部で構成され生体内からの光を入力するための検出面、当該入力した光を光検知器２０まで伝播させるための光導波路を有する。なお、光照射部ＩＦ１２１、光検出部ＩＦ１２２の生体への接触面には、必要に応じて、皮膚への密着性と光学的インピーダンスマッチングを行うための接触部を設けるようにしてもよい。

光源１６は、特定波長の光を発生する半導体レーザ、発光ダイオード、固体レーザ、ガスレーザなどの発光素子等である。ここで、特定波長は、例えば生体透過性の高い波長領域（６００ｎｍ〜１２００ｎｍ）であり、毛髪に含まれる成分（メラニン、ケラチン等）または血液に含まれる成分（ヘモグロビン、グルコース等）に対して吸収を有する波長近傍を選定することが好ましい。光源１６には、波長以外に制約なく様々な機器が使用できるが、コンパクト性が必要であることからＬＥＤ、ＬＤが好適である。光源１６において発生した光は、光ファイバーや薄膜光導波路で構成される光導波部を介して（或いは直接空間の伝播を介して）、光照射部ＩＦ１２１に供給される。なお、光源１６は、光照射部ＩＦ１２１と一体に構成してもよい。

光検知器２０は、各種検知器が使用できるが、例えば、シリコン、ゲルマニウム、化合物半導体等を材料としたフォトダイオード、フォトトランジスタなど半導体光センサーを使用するのが簡便かつ好適である。なお、光検知器２０には、必要に応じてフィルターを設けるようにしてもよい。

演算回路２２は、メラニン測定用波長、ヘモグロビン測定用波長のそれぞれの特定波長に対応する光量（光吸収量）を計算する。

光信号制御部２４は、コントローラー２６の制御のもと、所定のタイミング、周波数、強度、強度変動周期Ｔで光照射部ＩＦ１２１から光が照射されるように、光源１６を制御する。また、光信号制御部２４は、所定のタイミングで計算処理が実行されるように、演算回路２２を制御する。

コントローラー２６は、本生体検査装置１を動的又は静的に動作させるために、各構成要素を制御する。また、コントローラー２６は、計算された光量に基づいて後述する毛髪形状等情報、血液代謝情報等を取得すると共に、これらに基づいて毛髪の健康度を判定する。

なお、コントローラー２６、演算回路２２、光信号制御部２４は、ハードウェア、コンピュータのアプリケーションソフトのいずれで構成してもよい。本実施形態においては、例えば図２に示す様に、光プローブ１２、光源１６、光検知器２０、演算回路２２、光信号制御部２４を内蔵するスティック状の生体インターフェースデバイス２と、コントローラー２６の機能を実現するパーソナルコンピューター３とで構成するものとする。しかしながら、これはあくまでも一例であり、必要におうじて種々変更可能である。例えば、コントローラー２６の機能についても生体インターフェースデバイス２に内蔵させ、パーソナルコンピューター３は電源、表示、通信等の各機能を担うようにしてもよい。

図３は、図２に示した生体インターフェースデバイス２の先端Ｐの拡大図である。同図に示す様に、光源１６と光検知部２０は光ファイバー１３ａ、１３ｂにより近接して配置される。両光ファイバー１３ａ、１３ｂの先端には、生体との密着性を上げ、光学的インピーダンスマッチングを取る先端接触部１０ａ、１０ｂが設けられている。両光ファイバー１３ａ、１３ｂは、弾力性のある支持体１４に固定されており、過度の負荷が光ファイバーに加わるのを抑制すると同時に、適切な負荷で先端を皮膚に密着させる構造を有する。両光ファイバー１３ａ、１３ｂの間には、髪を誘導して皮膚上の測定位置を決める毛髪ガイド１７ａ（図３の例では光ファイバー１３ａ、１３ｂに並列する溝）を形成している。また、両光ファイバー１３ａ、１３ｂの先端と毛髪との位置調整を行うために、検査部観察用の撮像デバイス及び撮像デバイス用光学パーツ（以下、「撮像デバイス３０」とする）が光ファイバー１３ａ、１３ｂの先端から離れた位置に配置されている。加えて、ノイズを増やすことなくクリアな撮像画面を得るために、可視光領域かつ検査使用波長でない光で検査部を照らすＬＥＤデバイスと光学パーツ（以下、「ＬＥＤデバイス３２」とする）が配置されている。

（毛髪健康度判定機能）
次に、本生体検査装置１が有する毛髪健康度判定機能について説明する。本機能は、毛根のサイズ及び形状の少なくとも一方に関する情報（毛髪形状等情報）、毛根近傍の血液代謝に関する情報（血液代謝情報）を取得し、毛髪形状等情報を用いて毛髪の現在の健康度を、血液代謝情報を用いて将来の毛髪健康度（例えば、健康度の低下可能性）を判定し、生体の毛髪健康度（薄毛化耐性）を判定、評価するものである。なお、以下の説明においては、毛髪形状等情報及び血液代謝情報のいずれも取得し、現在及び将来の毛髪健康度を判定する場合を例示する。しかしながら、必要に応じて、毛髪形状等情報（或いは血液代謝情報）のみを取得し、現在の毛髪健康度（或いは将来の毛髪健康度）を判定する構成としてもよい。また、検査対象として生体毛髪を典型例とするが、当該例に拘泥されず、生体のすべての体毛を検査対象とすることが可能である。

図４は、本毛髪健康度判定機能の原理を説明するための図である。同図に示す様に、毛根近傍の生体皮膚に光照射部ＩＦ１２１を接触させて特定波長の光を照射する。特定波長は、生体透過性の高い波長領域（６００ｎｍ〜１２００ｎｍ）であり、毛髪に含まれる成分（メラニン、ケラチン等）または血液に含まれる成分（ヘモグロビン、グルコース等）に対して吸収を有する波長近傍を選定する。当該照射によって生体内に入射した光は毛根Ｈ１を含む光路ＨＲを伝播する。当該伝播した光を、毛根Ｈ１を挟んだ皮膚表面に接触させた光検出部ＩＦ１２３によって検出する。

生体皮膚から入射した特定波長の光は、生体内で散乱、拡散、吸収を繰り返して、その一部が皮膚から放出される。この光の散乱経路は極めて複雑であるが、入射位置と検出位置の中点を中心にして入射位置と検出位置の距離の１／２を半径とする球の表面近傍領域が主要となる（この主要となる散乱経路を「主要光路ＨＲ」と呼ぶ）。主要光路ＨＲの球の中心位置皮膚表面から皮膚下２ｍｍ程度の範囲に存在する毛幹Ｈ２と毛根Ｈ１は、光伝播における大きな障害物となる。例えばメラニンに吸収を持つ光を入射すれば、毛幹Ｈ２と毛根Ｈ１の吸収による放出光量の低下分が定量化できる。言葉を換えれば、毛幹・毛根サイズと光信号強度には負の相関を有することになる。従って、演算回路２２において毛幹Ｈ２と毛根Ｈ１の吸収による放出光量の低下分を計算し、コントローラー２６において例えば当該計算結果と予め取得された光吸収量と毛根サイズとの対応表とに基づいて毛髪形状等情報を取得することができる。

なお、光の入射位置と検出位置との距離は、毛髪の太さが０．０６〜０．１ｍｍであることから０．２ｍｍ程度を下限とし、逆に毛根の位置が皮膚表面下２〜２．５ｍｍ程度であることから、５ｍｍ程度を上限とすることが好ましい。また、単独の毛髪を精度よく判定する場合には、髪の統計密度（毛髪間隔は約０．９ｍｍ）から、光の入射位置と検出位置との距離は、０．８〜１．８ｍｍにすることが好適である。

一方、毛根近傍の血液代謝情報は、毛髪の成長情報を与える。代謝の少ない領域の髪は成長障害を生じて、今後、脱毛形状へと変化する可能性が高いからである。従って、例えばヘモグロビンに吸収を持つ光を入射すれば、主要光路ＨＲに存在する血流（すなわちヘモグロビン）の吸収による放出光量の低下分も定量化できる。ここで注意すべきは、毛根等による光路の障害物が大きい場合、見掛け上ヘモグロビンによる光吸収量が小さくなることである。これを回避するには、演算回路２２或いはコントローラー２６において、毛幹・毛根のサイズ情報による数値補正、光路に毛根がない条件の追判定、補正等を行うことが有効である。

図５は、メラニンと酸化ヘモグロビンの光吸収スペクトルを示す図である。同図に示す様に、メラニンの光吸収係数は、生体の窓の波長域（６００ｎｍ〜１２００ｎｍ）において、比較的少ない変化率にて適切に存在する。本実施形態では、メラニン測定用波長を、酸化ヘモグロビンの光吸収が小さい７００ｎｍを中心に６５０〜７５０ｎｍの範囲において選定するものとする。

図６は、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの光吸収スペクトルを示す図である。同図に示す様に、生体の窓の波長域（６００ｎｍ〜１２００ｎｍ）内の８００ｎｍ周辺において、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの光吸収係数が交差する。本実施形態では、ヘモグロビン測定用波長を、８００ｎｍを中心に７５０〜９５０ｎｍの範囲において選定するものとする。

コントローラー２６は、メラニン測定用波長、ヘモグロビン測定用波長のそれぞれの特定波長に対応する光吸収量を用いて、毛髪健康度の判定を実行する。毛髪健康度の判定は、特性値である毛髪形状等情報及び血液代謝情報の算出と評価の二段階で行う。特性値の算出は大別して、検出された光吸収量から直接演算して導出する方法、検出された光吸収量から数値データベースを参照してフィッティングする方法がある。評価は大別して、不特定多数のサンプル特性値の統計データベースから個人の偏移を調べて評価する統計分析と、個人の特性値データベースを作成してその経時的変化を評価する個人変移分析がある。いずれの組み合わせによっても、毛髪健康度を判定することが可能である。

次に、本生体検査装置１の毛髪健康度判定機能を用いた検査の流れについて説明する。

図７は、毛髪健康度判定機能を用いた検査の流れを示したフローチャートである。同図に示す様に、まず、被検者は、自らの毛髪の健康度を知るために、生体インターフェースデバイス２を持ち、撮像デバイス３０を用いて自身の頭皮を撮像する（ステップＳ１）。撮像された頭皮は、生体インターフェースデバイス２が接続されたパーソナルコンピューター３の画面にリアルタイムで表示される。被検者は、表示された頭皮画像を観察しながら自分の検体毛髪を選び、対象とする髪をガイド３４に入れて皮膚上で測定位置合わせを行う（ステップＳ２）。密着が良く、正しい位置に固定したことを確認した上で、生体インターフェースデバイス２の測定ボタンを押す（ステップＳ３）。コントローラー２６は、当該測定ボタンの操作に応答して、上述した毛髪健康度判定機能に従う処理を実行し、毛髪形状等情報、血液代謝情報を取得する（ステップＳ４）。また、被検者は、必要を感じる部位に対して、上述した処理を所望の本数だけ繰り返す。ステップＳ４において取得された毛髪形状等情報、血液代謝情報は、パーソナルコンピューター３において自動的に記録されると共に、解析用データベースを参考にして分析される。なお、当該分析処理は、本実施形態においてはパーソナルコンピューター３において実行している。しかしながら、当該例に拘泥されず、ネットワークを経由してサービスセンターに毛髪形状等情報、血液代謝情報を送信し、当該サービスセンターにおいて分析された結果を受け取るようにしてもよい。得られた分析結果は、被検者に所定の形態、タイミングで提供される（ステップＳ５）。これにより、被検者は、現状の診断結果を知ることができる。

本実施形態に係る生体検査装置１は、例えば次のような種々の変形が可能である。

（変形例１）
図８は、変形例１に係る生体検査装置１の生体インターフェースデバイス２を示した図である。図３との主な差異は、光ファイバー１３ａ、１３ｂの先端に位置する先端接触部１０ａ、１０ｂが支持体の表面に位置すること、髪を誘導して皮膚上の測定位置を決める毛髪ガイドとしての溝１７ｂが両光ファイバー１３ａ、１３ｂの間を横切るように頭皮表面に並行に形成されていることである。被検者は、例えば自身の髪質によって図３に示す構成と図８に示す構成とを使い分けることで、より好適な毛髪健康度判定が可能となる。

（変形例２）
図９は、変形例２に係る生体検査装置１の構成を示したブロック図である。図１０は、変形例２に係る生体検査装置１のプローブ１２と頭皮との接触状況を例示した図である。図１に示した例と比較した場合、本変形例２に係る生体検査装置１は、光源１６から光照射部ＩＦ１２１までの導波路及び光照射部ＩＦ１２１を光ファイバー１３ａで、光検出部ＩＦ１２３及び当該光検出部ＩＦ１２３から光検出器２０までの導波路を光ファイバー１３ｂで、それぞれ代替したものである。前述のように光の入射位置と検出位置の距離は最大５ｍｍと短い。本変形例２の如く入出力に細い光ファイバー１３ａ、１３ｂを介することで、デバイスを直接表面実装するよりも光の入射位置と検出位置の距離を短くできる。

（変形例３）
図１１は、変形例３に係る生体検査装置１の構成を示したブロック図である。本変形例３に係る生体検査装置１は、例えば変形例２の構成に加えて、メラニン測定用波長用の光源１６ａとヘモグロビン測定用波長の光源１６ｂとを用いて、メラニンとヘモグロビンの光吸収を同一光学系で測定する構成となっている。メラニン用及びヘモグロビン用の２種波長は、例えば交互に、或いは光ミキサー１５において混合され、皮膚内部に照射される。光検知器２０は、被検体表面から放たれる光を検知し、演算回路２２ａ、２２ｂは、その都度検知される光に基づいてメラニンの光吸収量、ヘモグロビンの光吸収量をそれぞれ計算する。コントローラー２６は、得られた各光吸収量に基づいて毛髪形状等情報、血液代謝情報を取得する。また、コントローラー２６は、必要に応じて、取得された毛髪形状等情報、血液代謝情報をフィードバックして既述の定量的補正を行う。

この様な構成によれば、一度の作業において毛髪形状等情報、血液代謝情報の双方を負担無く取得することが可能となる。

（変形例４）
図１２は、変形例４に係る生体検査装置１の構成を示したブロック図である。本変形例４に係る生体検査装置１は、被検体内への光照射を一箇所とするのに対して、光検出部ＩＦ及び光ファイバーからなる光検出系を二つ以上（図１２の例では二つ）設けることにより、複数の位置で被検体からの光を検出するものである。この様な構成において、例えばメラニン測定に対応する光検出系は、光照射系に対し毛髪を挟んで、ヘモグロビン測定に対応する光検出系は、光照射系に対し毛髪を挟まずに測定する配置にする。これにより、血液代謝量を毛幹・毛根サイズによらず高精度で定量的に測定することができる。また、複数位置において検出された光を用いてメラニン測定、ヘモグロビン測定を行うことで、照射位置或いは検出位置の微妙なずれを自動的に修正することもできる利点がある。

図１３は、変形例４に係る生体検査装置１の生体インターフェースデバイス２の先端を示した図である。図３との差異は、光検知部ＩＦ１２３及び検知用光ファイバー１３ｂが、毛髪ガイド１７ａを対称にして二本配置されていることにある。この二本の光検知部ＩＦ１２３及び受光ファイバー１３ｂを用いて測定した信号を解析することにより、毛髪測定位置が微妙にずれても、正確なサイズ情報を得ることができる。

（変形例５）
図１４は、変形例５に係る生体検査装置１の構成を示したブロック図である。本変形例５に係る生体検査装置１は、異なる光源を有する複数の光照射ユニット（図１４の例では、２つ）と一つの光検出系とを具備するものである。図１２、図１３に示した変形例４の場合と同様に、例えばメラニン測定に対応する光照射ユニットは、光検出系に対し毛髪を挟んで、ヘモグロビン測定に対応する光照射ユニットは、光検出系に対し毛髪を挟まずに測定する配置にする。これにより、毛幹・毛根サイズによらず血液代謝量を定量的に測定することができる。また、異なる光学経路に対応する複数の光を用いてメラニン測定、ヘモグロビン測定を行うことで、照射位置或いは検出位置の微妙なずれを自動的に修正することもできる利点がある。

図１５は、変形例５に係る生体検査装置１の生体インターフェースデバイス２の先端を示した図である。図１６は、図１５に示した生体インターフェースデバイス２の使用例を示した図である。図１５と図３とを比較して解るように、本変形例５に係る生体インターフェースデバイス２では、光照射部ＩＦ１２１及び照射用光ファイバー１３ａから構成された光照射系が、毛髪ガイド１７ａを対称にして二本配置されている。図１６に示す様に、毛髪ガイド１７ａに毛髪をはめ込み、例えばメラニン測定は毛髪を挟んで、ヘモグロビン測定には毛髪を挟まずに、それぞれ光測定を行う。これにより、毛幹・毛根サイズによらず血液代謝量を定量的に測定することができる。また、二つの光照射系からの光を順次解析することにより、毛髪測定位置が微妙にずれても正確なサイズ情報を得ることができる。

以上述べた本生体検査装置によれば、脱毛することなく生えた状態のままで生体毛髪の毛根近傍から光を照射し、毛根を含む光路を経由して皮膚から放たれる光量を検出する。そして、検出された光量に基づいて毛根の形状及びサイズの少なくとも一方に関する毛髪形状等情報を取得し、これに基づいて現在の毛髪健康度を判定し、その結果を被検者に提示する。従って、身体的苦痛、精神的ストレスを感ずることなく、現在の毛髪健康度を非侵襲に把握できる。

また、本生体検査装置によれば、検出された光量に基づいて毛根近傍の血液代謝情報を取得し、これに基づいて将来の毛髪健康度を判定し、その結果を被検者に提示する。従って、将来の毛髪健康度についても、身体的苦痛、精神的ストレスを感ずることなく非侵襲に把握できる。

（第２の実施形態）
図１７（ａ）は、第２の実施形態に係る生体検査装置１の光プローブ１２の構成を概念的に示した図である。同図に示す様に、本実施形態に係る生体検査装置１は、所定の方向に配列された複数の光源１６（光源アレイ）、マトリックス状に配列された複数の光検知器２０（検知器アレイ）を具備している。測定対象となる毛髪は、光源アレイと検知器アレイとの間に配置される。なお、各光源１６には光照射部ＩＦ１２１が、各検知器２０には光検出部ＩＦ１２３が、それぞれ設けられている。また、一般に、毛髪のような小さな対象を分析するためには、高い空間分解能が必要である。光散乱が大きい生体で空間分解能を高めるために、光照射部ＩＦ１２１、光検出部ＩＦ１２３は、十分に小さな開口部を有するのが好ましい。さらに、光源アレイと検知器アレイとの間の距離は、被検体の皮膚厚の２倍以下であることが好ましい。

図１７（ａ）に示す光源１６から照射された光は、生体内で散乱、拡散、吸収を繰り返しつつ、図１７（ｂ）に示す様に毛根を含む領域を伝播し、各検知器２０によって検出される。いずれかの検知器２０において検出された光は、必ず毛根を経由したものとなるため、光源１６と検知器２０３との間での毛根（或いは毛髪）の位置合わせを簡略化することができる。また、各検知器２０においては、それぞれ毛根での吸光量を反映した光が検出される。各検知器２０の光源１６からの距離は、光が伝播する領域の深さに対応する。従って、マトリックス状に配列された複数の光検知器２０を用いることで、種々の深さにおける毛根での吸光量を反映した光を検出し、毛根の深さ方向に関する太さの変化を解析することができる。その結果、単一の光検知器２０によって検出された光のみを用いる場合に比して、容易な検出操作でロバスト性のある測定、及びより高い精度での髪健康度測定を実現することができる。

また、例えば図１８（ａ）に示す様に、他の光源１６から照射された光は、生体内で散乱、拡散、吸収を繰り返しつつ、図１８（ｂ）に示す様に毛根を含まない領域を伝播し、毛根から光学的に離れた位置にある各検知器２０において検出される。各検知器２０においては、それぞれ毛根による影響を受けないで被検体内（測定部位）を伝播した光を、深さ毎に検出することができる。これらの光を用いることで、測定部位の光学特性を取得することでき、より正確な毛髪健康度の測定を実現することができる。

なお、図１７、図１８に示した光検知器アレイは、複数の光検知器２０がマトリックス状に配列されているものを例示した。しかしながら、当該例に拘泥されず、例えば、図１７、図１８に示した光源アレイと同様に、検知器が光源１６（或いは光源アレイ）から遠ざかる方向に沿って一列に配列された一次元アレイとして構成してもよい。また、光源アレイについても、マトリックス状の配列によって構成することも可能である。

上記光源アレイ及び検知器アレイは、それぞれ例えば複数の半導体発光素子及び複数の半導体受光素子によって構成するようにしてもよい。図１９は、ＰＣを用いた生体検査装置１において、複数の半導体発光素子及び複数の半導体受光素子によって光源アレイ及び検知器アレイを構成した例を示している。各半導体発光素子及び各半導体受光素子は、支持体によって支持されており、当該支持体内部に設けられた信号線によって、信号の送受信が実行される。また、光源アレイ及び検知器アレイは、図２０に示す様に、それぞれ例えば複数の発光ファイバー及び複数の受光ファイバーによって構成することも可能である。いずれの場合においても、光学インピーダンスマッチングを得るために、光源アレイには光照射部ＩＦ１２１が、検知器アレイには光検出部ＩＦ１２３が、それぞれ設けられる。さらに、光照射部ＩＦ１２１、光検出部ＩＦ１２３は、被検体と面で密着するため、（光路（光散乱域）が浅いために生じる）光の入射角依存データ誤差を抑制させることができる。

また、被検体によっては、光照射部ＩＦ１２１又は光検出部ＩＦ１２３の被検体表面との接触が、皮膚表面の凹凸に追従しない場合がある。係る場合に単一の光源或いは単一の検知器からなる光プローブ１２を用いて測定すると、光照射部ＩＦ１２１又は光検出部ＩＦ１２３が被検体表面に密着しない状態で測定が実施され、測定精度が著しく低下したり、測定不能となることがある。しかしながら、光源アレイ及び光検知アレイからなる光プローブ１２であれば、一部の光源（すなわち光照射部ＩＦ１２１）又は一部の検知器（すなわち光検出部ＩＦ１２３）が被検体に密着していない場合であっても、当該密着していない一部の光源又は検知器を用いて測定された光を解析から除外することができる。その結果、被検体の個体差や測定者の技能に関わらず、容易な検出操作でロバスト性のある測定、及びより高い精度での髪健康度測定を実現することができる。

上記構成を採用したのは、本願発明者らによる、例えば次の様な研究結果による。すなわち、図２１は、検知器２０の形状、（光の）入射角、位置（Ｄｅｃ座標）、（開口）面積（Ｄｅｃ面積）、頭皮における毛の座標、毛の太さ、毛の深さ、毛の生える角度の各パラメータと、検出された光の精度σ（Ｔ）の平均との交互作用図である。交互作用図において、各パラメータについて、その値が変化することでグラフの傾きが急になる程、交互作用が大きいと言える（グラフが右上がりの場合には正の交互作用があり、グラフが右下がりの場合には負の交互作用がある）。同図からわかるように、例えば検知器の入射角、位置、面積の３つが、交互作用の大きなパラメータと言える。また、毛の深さ、毛の生える角度については小さな主効果が見られるが、毛の生える深さと毛の位置の対しては、主効果は見られない。

図２２は、検知器２０の形状、入射角、位置、面積、頭皮における毛の座標、毛の太さ、毛の深さ、毛の生える角度からなる複数のパラメータの組み合わせについてプロットされた、光の精度σ（Ｔ）の平均の交互作用図である。同図のＡ、Ｂにおいて囲まれたプロットからわかるように、例えば、検知器の位置と毛の形状、入射角に大きな交互作用が見られる。また、面積と毛の太さについても、ある程度の高度作用を見ることができる。

以上の交互作用の検討から、本願発明者らは、光源アレイ及び検知器アレイを用いることにより、検知器の位置、面積、光の入射角について直接的に、また、光源アレイ及び検知器アレイを用いた結果、毛の形状、太さ、深さのそれぞれについて、光の伝播経路の調整によって間接的にそれぞれ制御することを可能とした。

本発明者らは、本実施形態に係る生体検査装置１の効果を検証するため、実際の頭髪をサンプリングして使用した、頭部毛根を模擬した毛根ファントムを作製し、波長６８０ｎｍの光源を持ち、毛根の光強度を測定する毛根部検査システムを開発し、毛根部検査システムを用いて毛根ファントムの光強度測定実験を行った。以下、各ステップでの詳細は、次のようである。

（毛根ファントムの作製）
乳がん用生体ファントムとして開発した寒天ファントムのうち、 周囲組織部分の作成プロセスに相当する部分を用いて、毛根ファントムを作成した。アガロース濃度は、毛根検査システムの測定ジグが細く、貫通を防ぐために乳がん用生体ファントムよりも濃く、硬くするため5%とした。使用した毛髪部分は 共同研究者より同意の上サンプリングし、光学顕微鏡により測定した太さが９０μｍ、１１０μｍの頭部毛髪のみを抽出して毛髪ファントム作製用として供した。

図２３は毛髪ファントムの作成手順を示した概念図である。同図に示す様に、アガロース（Solarna Agarose LowMP）を２．５０ｇと水８３．４ｇを秤りとって混合させ、６５℃の水浴で２時間融解させた。予め調製しておいた０．００５％ＩＲ−３０１色素（山田化学工業）の５％エタノール水溶液を１．８０ｇを秤りとったものと、イントラリピッド（２０％、フレゼニウス カービ）５．０ｇとエタノール４．９１ｇをはかりとって分散液を攪拌して混合させ、アガロースゾルを５０℃水浴中で５分間冷却したものに添加し、均一になるよう振り混ぜ、１分間５０℃の水浴中で超音波照射して脱泡した。毛髪を吊り下げて固定したプラスティック製シャーレに脱泡したアガロースゾルを毛髪の深さが２〜３ｍｍとなるように回し入れた。毛髪を固定したまま室温中で３０分静置し、アガロースの固化を確認したうえで毛髪の固定部位であるテープ部位直下で、毛髪を動かさないように鋏の刃先を用いて切断し、冷蔵庫で一晩冷却して毛根ファントムを作製した。

図２４は、上記実験で組み上げた毛根部検査システムの概略図である。ＬＥＤ光源より波長６８０ｎｍの赤色-近赤外光を毛髪ファントムの測定ジグであるアクリル製フェルールの表面まで光ファイバーで導光させて光強度測定を行った。また、アクリル製フェルールには異なる２本の光ファイバーが接着されており、一本はＬＥＤ光源、もう一本はＡＰＤ光検知システムまで接続されており、フェルール表面からＡＰＤ光検知システムまで導光させた。ＡＰＤ光検知システムからはＰｉｃｏ１２１６を通じてＰＣに出力し、ＰＣ上では測定アプリケーションとしてＰｉｃｏＬｏｇを用いた。フェルールはＸＺステージに固定されたアクリル製アダプターによって保持した。毛髪ファントム上の毛髪とフェルールの位置合わせは４倍の倍率の実体顕微鏡下で行い、後述のように位置合わせを行ったうえで測定を行った。なお、図２５に、本実験で用いたアクリル製フェルールとフェルールを固定したアクリル製アダプターを示した。

フェルールの中央には２ｍｍ間隔でファイバーの芯が接着されており、そこから０．５ｍｍピッチで３本太さ・深さ２００μｍの溝が形成されたものを用いた。溝の形成されたフェルールを用いて毛根の位置合わせが容易になり、かつ、毛の部分によるフェルールの毛根ファントム表面からの浮きを防ぐことができると考えられる。毛根の光ファイバー間の奥行きに対する位置ずれに対しての影響を観測するために、３本の溝が形成されたフェルールを用いた。

（毛根ファントムでの光強度測定手法）
本実験で用いた毛根ファントムでの光強度測定は、以下の様である。すなわち、異なる太さを持つ（９０μｍ、１１０μｍそれぞれサンプルｕ、ｔとする）２つの毛根を有する毛根ファントムを３個作製し、光強度測定を行った。

光強度測定の条件については図２６に示す。測定前にリファレンスとして毛根近傍で毛の影響の出ない位置を用いて５点光強度測定を行った。その後に、サンプルｕあるいはサンプルｔについて光ファイバーから異なる３つの距離の溝に毛を後述のように固定し、光強度測定を５回ずつ行った。その後に異なる毛根のサンプルｔあるいはｕについても同様に光強度測定を行った後、リファレンスとして毛根近傍で毛の影響の出ない位置を用いて５点光強度測定を行って測定前後でのファントムの光学的な変質が起こらないかどうかを確認した。

図２７に本実験にて光強度測定を行った際のフェルールと毛根の位置合わせについて示す。実体顕微鏡視野内ではファイバー部分を目視確認することができないため、視野内にフェルールすべてを収めた状態で中心を目視で確認し、その中心線上に毛根のアガロースから生え出ている部分が来るように位置合わせを行った。

（光強度測定結果）
図２８は、３つの毛根ファントムに関する測定前リファレンス、サンプルｕ、サンプルｔ測定後リファレンスの光強度の５回の測定結果を箱ひげ図として表したものを示している。測定前後でのリファレンスの光強度の変化はほとんど見られなかった。さらにサンプルｕ〜ｔ並びにリファレンス〜サンプルｕの間での２サンプルｔ検定を行ったところ、ｐ〜０．００００となり、これらの測定結果の間で違いについて有意性が認められた。サンプルｕは太さ９０μｍ、サンプルｔは太さ１１０μｍの毛髪を用いたものであることから、異なる要因はある。しなしながら、本実施形態に係る生体検査装置１を用いることで、２０μｍの毛髪の太さの違いによる光強度の変化には、顕著な有意性があると言え、測定精度の向上を実現するものである。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…生体検査装置１、２…生体インターフェースデバイス、３…パーソナルコンピューター、１２…光プローブ、１３ａ、１３ｂ…光ファイバー、１４…支持体、１５…光ミキサー、１６、１６ａ、１６ｂ…光源、１７ａ、１７ｂ…毛髪ガイド、２０…光検知器、２２…演算回路、２４…光信号制御部、２６…コントローラー、３０…撮像デバイス、３２…ＬＥＤデバイス、３４…溝、１２１…光照射部ＩＦ、１２２…光検出部ＩＦ、１３ａ、１３ｂ…光ファイバー

Claims (16)

1. 所定の毛根の近傍に位置する皮膚の表面から、被検体内に光を照射する第１の光照射ユニットと、
   前記被検体の皮膚の表面から放たれる光量を検出する光検出ユニットと、
   前記光検出ユニットが検出した光量に基づいて、前記所定の毛根の形状及びサイズの少なくとも一方に関する第１の情報を演算する演算ユニットと、
   前記第１の情報に基づいて、前記被検体の毛髪健康度を判定する判定ユニットと、
   を具備することを特徴とする生体検査装置。
2. 前記演算ユニットは、前記光検出ユニットが検出した光量に基づいて、前記所定の毛根近傍の血液代謝に関する第２の情報を演算し、
   前記判定ユニットは、前記第１の情報と前記第２の情報とに基づいて、前記被検体の毛髪健康度を判定すること、
   を特徴とする請求項１記載の生体検査装置。
3. 前記判定ユニットは、前記光検出ユニットが検出した光量を用いた計算、或いは前記光検出ユニットが検出した光量と前記毛髪健康度との対応テーブルを用いて、前記毛髪健康度を判定することを特徴とする請求項１又は２記載の生体検査装置。
4. 前記第１の光照射ユニットは、主要波長の少なくとも一つが６５０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の近赤外線波長域である特定波長の光を照射することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の生体検査装置。
5. 前記第１の光照射ユニットは、主要波長の少なくとも一つが７５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の近赤外線波長域である特定波長の光を照射することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の生体検査装置。
6. 前記第１の光照射ユニットの前記被検体との接触面及び前記光検出ユニットの前記被検体との接触面の少なくとも一方と、前記被検体表面と、密着させるための導光インターフェースをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の生体検査装置。
7. 前記第１の光照射ユニットの前記被検体との接触面及び前記光検出ユニットの前記被検体との接触面を撮像し画像を生成する撮像ユニットと、
   前記画像を表示する表示ユニットと、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の生体検査装置。
8. 前記第１の光照射ユニットの前記被検体との接触面及び前記光検出ユニットの前記被検体との接触面を含む領域に、前記第１の光照射ユニットが照射する光より波長の短い光を照射する第２の光照射ユニットをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の生体検査装置。
9. 前記第１の光照射ユニットは、複数の光照射部を有し、当該複数の光照射部によって複数の位置から前記被検体内に光を照射することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の生体検査装置。
10. 前記光検出ユニットは、複数の光検出部を有し、当該複数の光検出部によって複数の位置において前記被検体の皮膚の表面から放たれる光量を検出することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の生体検査装置。
11. 前記光検出ユニットは、所定の方向に沿って複数配列されていることを特徴とする請求項１０記載の生体検査装置。
12. 前記複数配列された光検出ユニットの配列方向の幅は１マイクロメートル以上１８００マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項１１記載の生体検査装置。
13. 前記光検出ユニットは、マトリックス状に複数配列されていることを特徴とする請求項１０記載の生体検査装置。
14. 前記マトリックス状に配列された光検出ユニットの、前記第１の光照射ユニットから遠ざかる配列方向の幅は１マイクロメートル以上１８００マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項１３記載の生体検査装置。
15. 前記第１の光照射ユニットと前記光検出ユニットとの間隔は、２００マイクロメートル以上１８００マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項１乃至１４のうちいずれか一項記載の生体検査装置。
16. 所定の毛根の近傍に位置する皮膚の表面から、被検体内に光を照射する第１の光照射し、
    前記被検体の皮膚の表面から放たれる光量を検出し、
    前記光検出ユニットが検出した光量に基づいて、前記所定の毛根の形状及びサイズの少なくとも一方に関する第１の情報を演算し、
    前記第１の情報に基づいて、前記被検体の毛髪健康度を判定すること、
    を具備することを特徴とする生体検査方法。