專利名稱：特定成分的濃度測(cè)定裝置和濃度測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)人等生物體的體液、液體等樣品中所含的光吸收物質(zhì)，例如葡萄糖的濃度進(jìn)行光譜分析的測(cè)定裝置和測(cè)定方法。
例如特開平9-182739號(hào)公報(bào)揭示了現(xiàn)有的對(duì)特定成分濃度進(jìn)行光譜分析的裝置。
該光譜分析裝置，靠裝置對(duì)受檢體進(jìn)行光照射，通過對(duì)受檢體的透射光進(jìn)行光譜分析，得到受檢體中光吸收物質(zhì)的濃度。
圖5簡(jiǎn)略示出該裝置。光源31發(fā)出的光經(jīng)聚光透鏡32會(huì)聚后，照射人體手指等受檢體33。這里，光照射經(jīng)受檢體33的內(nèi)部散射和傳播后，由受檢體33出射。在受檢體33中傳播的光，因光吸收物質(zhì)吸收特定波長(zhǎng)成分。受檢體33的出射光由聚光透鏡34會(huì)聚。分束器35將聚光透鏡34的會(huì)聚光分光。干涉濾光片36和37在分束器34分光得到的各束光中僅僅讓對(duì)所要測(cè)定的光吸收成分顯示較高光吸收率的特定波長(zhǎng)成分通過。光檢測(cè)器38和39將基于所到達(dá)光強(qiáng)度的信號(hào)輸出至運(yùn)算處理裝置40。運(yùn)算處理裝置40根據(jù)這些光檢測(cè)器38和39的輸出信號(hào)計(jì)算光吸收成分濃度。
但上述這類分析裝置，在測(cè)定生物體中體液成分濃度時(shí)，其測(cè)定值誤差較大。這是因?yàn)樯矬w中體液分布不均勻的緣故。具體來說，光照射位置一旦有點(diǎn)移動(dòng)，生物體內(nèi)光的路徑就會(huì)變化，生物體出射光所含的信息就變動(dòng)。將生物體測(cè)定部位按壓在固定臺(tái)等上面測(cè)定時(shí)，血液流動(dòng)會(huì)隨按壓力的細(xì)微變化而變化，得到的測(cè)定值誤差增大。
本發(fā)明目的在于解決上述問題，提供一種可以對(duì)特定成分尤其是生物體體液成分高精度測(cè)定其濃度的濃度測(cè)定裝置和濃度測(cè)定方法。
本發(fā)明的特定成分濃度測(cè)定裝置，包括光源；用光源的投射光照射受檢體的照射手段；對(duì)照射手段照射、經(jīng)過受檢體的光進(jìn)行接收的多個(gè)光接收手段；對(duì)各個(gè)光接收手段接收的光進(jìn)行分光的分光手段；以及檢測(cè)分光手段分出的光的光檢測(cè)手段。
按照本發(fā)明，對(duì)生物體等受檢體進(jìn)行光照射，由多個(gè)光接收手段對(duì)經(jīng)過受檢體內(nèi)部后受檢體所出射光的成分進(jìn)行接收。通過分別對(duì)光接收手段接收的光進(jìn)行光譜分析，計(jì)算受檢體中所含光吸收成分的濃度。通過由多個(gè)光接收手段對(duì)經(jīng)過受檢體內(nèi)部的光進(jìn)行接收，即便對(duì)受檢體進(jìn)行光照射的位置有所變化，或者，受檢體與照射手段或光接收手段的接觸部位或是此處所加的壓力有所變化，也可以減小給測(cè)定值帶來的影響。本發(fā)明有助于對(duì)生物體體液成分的分析。通過配備多個(gè)光接收手段，可以由不同路徑在生物體內(nèi)傳播的多束光獲得信息，因而能夠以更高精度正確地分析分布不均勻的生物體內(nèi)的體液成分。
本發(fā)明較佳實(shí)施例中，照射手段或光接收手段包括光纖。
本發(fā)明另一較佳實(shí)施例中，照射手段的光出射端和光接收手段的光入射端置于相同面上。
此外，光接收手段的入射端分別有多個(gè)置于以照射手段的出射端為中心的多個(gè)同心圓上。尤其是多個(gè)同心圓中置于大直徑圓上的入射端的面積比置于小直徑圓上的入射端的面積大的為佳。
本發(fā)明還有一較佳實(shí)施例，包括根據(jù)多個(gè)同心圓中置于直徑互不相同的圓上的入射端所接收的多束光的光強(qiáng)差或光強(qiáng)比，計(jì)算受檢體中所含的特定成分濃度的運(yùn)算手段。
本發(fā)明的特定成分濃度測(cè)定方法，包括對(duì)受檢體進(jìn)行光照射的步驟；由多個(gè)光接收手段對(duì)所照射光中經(jīng)過所述受檢體的光進(jìn)行接收的步驟；對(duì)各個(gè)光接收手段接收的光的特定波長(zhǎng)成分檢測(cè)其光強(qiáng)的步驟；以及根據(jù)所得到的多種特定波長(zhǎng)成分的光強(qiáng)差或光強(qiáng)比計(jì)算受檢體中所含特定成分濃度的步驟。


圖1是示意本發(fā)明一實(shí)施例濃度測(cè)定裝置構(gòu)成的示意圖。
圖2是示意該裝置主要部分構(gòu)成的示意圖。
圖3是示意本發(fā)明另一實(shí)施例濃度測(cè)定裝置構(gòu)成的示意圖。
圖4是該裝置測(cè)定面的平面圖。
圖5是示意現(xiàn)有生物體成分光譜分析裝置構(gòu)成的示意圖。
以下用附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例。
(實(shí)施例1)圖1和圖2概略示出本實(shí)施例體液成分濃度測(cè)定裝置。
光源1采用例如投射波長(zhǎng)400～2200nm光的鹵素光源。聚光透鏡2會(huì)聚光源1的投射光，由入射端3a入射至光纖3。這里，光纖3是石英等制成的。進(jìn)入光纖3的光經(jīng)光纖3傳播后由出射端3b出射。
光纖5、6和7配置成其端部(分別為入射端5a、6a和7a)同光纖3出射端3b位于相同面上。其中，入射端5a、6a和7a分別按與出射端3b互不相同的間隔配置。該光纖3出射端3b同光纖5、6和7的入射端5a、6a和7a的配置面(以下稱為測(cè)定面)與生物體等受檢體緊密接觸。
入射端5a、6a和7a接收經(jīng)受檢體內(nèi)部傳播后受檢體的出射光。入射至入射端5a的光經(jīng)光纖5內(nèi)傳播后出射至分光單元16。入射至入射端6a和7a的光分別出射至分光單元17和18。分光單元16、17和18對(duì)來自這些光纖5、6和7的入射光進(jìn)行光譜分析。
圖2概略示出分光單元16。透鏡8將光纖5的出射光變換為平行光。分束器9和11將透鏡8的透射光分別按特定波段分離。例如，分束器9反射波長(zhǎng)600-900nm光，讓除此以外波長(zhǎng)的光透射。分束器11反射波長(zhǎng)900～1200nm光，讓除此以外波長(zhǎng)的光透射。干涉濾光片10、12和13在所分離的光當(dāng)中有選擇地僅讓特定波長(zhǎng)成分透射。這些干涉濾光片10、12和13設(shè)定為讓所要識(shí)別的特定成分其吸收多的波長(zhǎng)的光透射。光檢測(cè)器4a、4b和4c分別檢測(cè)干涉濾光片10、12和13的透射光，輸出與其光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的信號(hào)。這里，分束器9和11的反射光波段如前文所述時(shí)，光檢測(cè)器4a、4b和4c可分別采用利用Si、InGaAs和Ge的檢測(cè)器。
分光單元17和18具有與分光單元16相同的構(gòu)成，分別對(duì)光纖6和7的出射光進(jìn)行光譜分析，將信號(hào)輸出至運(yùn)算部14。
運(yùn)算部14根據(jù)來自分光單元16、17和18的輸入信號(hào)，計(jì)算所要求出的特定成分濃度。顯示部15顯示其結(jié)果。這里，運(yùn)算部14以距出射端3b最近的入射端5a接收的光得到的信號(hào)為基準(zhǔn)，根據(jù)入射端6a和7a接收的光強(qiáng)比計(jì)算特定成分的濃度。由此可以消除光照射量變化、光照射位置變化等測(cè)定值變動(dòng)因素。
此外，通過配備多個(gè)光接收手段，可根據(jù)沿分別不同的路徑在受檢體內(nèi)傳播的反饋光獲得信息，尤其對(duì)生物體體液成分進(jìn)行濃度分析等場(chǎng)合，能夠以更高精度測(cè)定。通過配備例如3個(gè)以上光接收手段，可甄別和消除測(cè)定異常造成的異常值。
測(cè)定面上多個(gè)入射端當(dāng)中，距出射端越近，所到達(dá)光中包含的在受檢體表面附近傳播的成分就越多，而越遠(yuǎn)，所包含的在受檢體深部傳播的光就越多，因此象生物體那樣所要測(cè)定的成分在距測(cè)定面深度方向上的分布不同時(shí)，還可同時(shí)獲得其深度方向的信息。
上述實(shí)施例中設(shè)有3個(gè)光接收手段，但光接收手段數(shù)目可根據(jù)需要變動(dòng)。而且是將各反饋光分離為3種特定波長(zhǎng)進(jìn)行分析的，但這種數(shù)目也可根據(jù)需要設(shè)定。對(duì)反饋光分光的手段，除了采用上述分束器、干涉濾光片和光檢測(cè)器以外，也可以采用衍射光柵。當(dāng)然，光纖數(shù)目也沒有限制。
光源可采用例如LED等發(fā)光元件。光檢測(cè)手段也可采用例如光敏二極管陣列。
上述實(shí)施例中說明的照射手段和光接收手段是相對(duì)于受檢體設(shè)置于相同方向上的反射型裝置，但也可以是對(duì)受檢體的透射光進(jìn)行接收的透射型裝置。
(實(shí)施例2)圖3概略示出本實(shí)施例濃度測(cè)定裝置。
光源21是與實(shí)施例1中用的相同的鹵素光源，投射波長(zhǎng)400-2200nm光。光源21投射的光經(jīng)光纖22傳播，由位于測(cè)定面23的端部(以下稱為出射端)出射至外部。光纖24、25和26分別將某一端部與分光單元27連接。這些光纖配置成分別分支至多處，這些分支一側(cè)多個(gè)端部(以下稱為入射端)位于測(cè)定面23。
測(cè)定面23上如圖4所示，以光纖22的出射端22b為中心，將光纖24、25和26的多個(gè)入射端(24a、25a和26a)分別置于同心圓上。測(cè)定時(shí)使該測(cè)定面23與生物體等受檢體接觸。
入射端24a、25a和26a接收出射端22b出射經(jīng)過受檢體內(nèi)傳播的光。光纖24、25和26使入射端24a、25a和26a所接收的光會(huì)聚后，傳送至分光單元27。
分光單元27與實(shí)施例1濃度測(cè)定裝置所用的分光單元相同，包括分束器、干涉濾光片和光檢測(cè)器。分光單元27將光纖24、25和26分別在測(cè)定面23上接收的光按特定波段分解，將與各波長(zhǎng)光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出至運(yùn)算部28。
運(yùn)算部28根據(jù)分光單元27的輸出信號(hào)，計(jì)算所要求出的特定成分的濃度。顯示部29顯示得出的結(jié)果。
光纖22出射端22b照射受檢體的光經(jīng)過受檢體內(nèi)部傳播之后，通過光纖24、25和26反饋至分光單元27。這里，離開光纖22出射端22b的入射端所接收的光包含更深度進(jìn)入受檢體的成分。例如光纖26的入射端26a與光纖25的入射端25a相比，可接收更深度進(jìn)入受檢體的光。另一方面，象這樣一旦增大入射端與出射端之間的距離，入射至每一根光纖的光量便減少。按照本實(shí)施例的濃度測(cè)定裝置，通過在測(cè)定面上在以出射光纖為中心的圓上配置多個(gè)入射端，便可以將更多的入射端配置于離開出射端的部位。所以，可以抑制上述那種光接收量的減少。而且，可從更多的點(diǎn)獲得受檢體相同深度的信息，因而可以彌補(bǔ)各光纖光接收量減少所造成的信息量的下降。
此外，通過加粗外周一側(cè)入射端的直徑，也同樣可增大光接收量。
通過象本實(shí)施例濃度測(cè)定裝置在同心圓上配置多個(gè)入射端，在例如按壓時(shí)測(cè)定面傾斜、部分入射端脫離受檢體的場(chǎng)合，也因其相對(duì)于中心在另一側(cè)的入射端可確保緊密接觸，所以光接收量沒有下降。因而，測(cè)定面同受檢體的緊密接觸即便有所變化，也可高精度測(cè)定。
通過將入射端和出射端置于同一面上，并在其周圍形成一個(gè)整體，在例如按壓于生物體上時(shí)也可方便地測(cè)定。尤其，將測(cè)定面形成為曲面形狀的話，按壓于生物體時(shí)，不會(huì)引起痛感，進(jìn)一步提高緊密接觸性，改善測(cè)定精度。
此外，通過采用多個(gè)光接收手段，可以排除測(cè)定時(shí)細(xì)微的生物體活動(dòng)等帶來的信號(hào)變動(dòng)，故而能進(jìn)行高精度的測(cè)定。
按照本發(fā)明，可提供一種能夠穩(wěn)定且高精度地測(cè)定特定成分濃度的濃度測(cè)定裝置。尤其可提供一種能夠方便且高精度地測(cè)定生物體體液成分的濃度測(cè)定裝置。
權(quán)利要求
1．一種特定成分濃度測(cè)定裝置，其特征在于包括光源；用所述光源的投射光照射受檢體的照射手段；對(duì)所述照射手段照射、經(jīng)過所述受檢體的光進(jìn)行接收的多個(gè)光接收手段；對(duì)各個(gè)光接收手段接收的光進(jìn)行分光的分光手段；以及檢測(cè)所述分光手段分出的光的光檢測(cè)手段。
2．如權(quán)利要求1所述的特定成分濃度測(cè)定裝置，其特征在于，所述照射手段或光接收手段包括光纖。
3．如權(quán)利要求1所述的特定成分濃度測(cè)定裝置，其特征在于，所述照射手段的光出射端和所述光接收手段的光入射端配置于相同面上。
4．如權(quán)利要求3所述的特定成分濃度測(cè)定裝置，其特征在于，所述光接收手段的入射端分別有多個(gè)置于以所述照射手段的出射端為中心的多個(gè)同心圓上。
5．如權(quán)利要求4所述的特定成分濃度測(cè)定裝置，其特征在于，所述多個(gè)同心圓中，置于大直徑圓上的所述入射端的面積比置于小直徑圓上的所述入射端的面積大。
6．如權(quán)利要求1所述的特定成分濃度測(cè)定裝置，其特征在于包括根據(jù)所述多個(gè)同心圓中置于直徑互不相同的圓上的入射端所接收的多束光的光強(qiáng)差或光強(qiáng)比，計(jì)算受檢體中所含的特定成分濃度的運(yùn)算手段。
7．一種特定成分濃度測(cè)定方法，其特征在于包括對(duì)受檢體進(jìn)行光照射的步驟；由多個(gè)光接收手段對(duì)所照射光中經(jīng)過所述受檢體的光進(jìn)行接收的步驟；對(duì)各個(gè)光接收手段接收的光的特定波長(zhǎng)成分檢測(cè)其光強(qiáng)的步驟；以及根據(jù)所得到的多種特定波長(zhǎng)成分的光強(qiáng)差或光強(qiáng)比計(jì)算受檢體中所含特定成分濃度的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的特定成分濃度測(cè)定裝置,包括:光源;用光源的投射光照射受檢體的照射手段;對(duì)照射手段照射、經(jīng)過受檢體的光進(jìn)行接收的多個(gè)光接收手段;對(duì)各個(gè)光接收手段接收的光進(jìn)行分光的分光手段;以及檢測(cè)分光手段分出的光的光檢測(cè)手段。
文檔編號(hào)G01N21/27GK1218903SQ98119529
公開日1999年6月9日 申請(qǐng)日期1998年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月19日
發(fā)明者內(nèi)田真司, 熱田裕史 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社