Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2007195653A - Radiation spectral densitometer - Google Patents

Radiation spectral densitometer Download PDF

Info

Publication number
JP2007195653A
JP2007195653A JP2006015914A JP2006015914A JP2007195653A JP 2007195653 A JP2007195653 A JP 2007195653A JP 2006015914 A JP2006015914 A JP 2006015914A JP 2006015914 A JP2006015914 A JP 2006015914A JP 2007195653 A JP2007195653 A JP 2007195653A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
infrared
radiation
waveguide
spectral
eardrum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006015914A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyoshi Yajima
浩義 矢島
Masahiko Shioi
正彦 塩井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2006015914A priority Critical patent/JP2007195653A/en
Publication of JP2007195653A publication Critical patent/JP2007195653A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation spectral densitometer capable of precisely detecting radiation light alone from a measuring object. <P>SOLUTION: This radiation spectral densitometer is provided with an infrared radiation body, an infrared waveguide, a spectrum filter, an infrared detector for detecting infrared light from the infrared radiation body transmitting through the infrared waveguide, a means for calculating the density of an object component inside the infrared radiation body from the output of the infrared detector, and a display retaining means displaying and retaining the density. This radiation spectral densitometer which, after inserting an insertion guide 2 into the auditory meatus, transmits the infrared light from the drum membrane 1 to be radiated by the body temperature by the infrared waveguide 3, diffracts it by the spectrum filter 5, detects it by the infrared detector 6, calculates the glucose concentration inside the drum membrane 1, and displays the blood glucose level, captures and tracks the drum membrane 1 by a solid angle transition mechanism 8. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は人体の血液成分や組織成分濃度を非観血,非侵襲にて計測するための放射分光濃度計に関し,特に鼓膜からの放射光を測定するものに関する。   The present invention relates to a radiation spectral densitometer for non-invasively and noninvasively measuring blood component and tissue component concentrations of a human body, and more particularly to a device for measuring radiated light from the eardrum.

血液などの人体組織中の分析物(例えばグルコース)の濃度の非侵襲的検出のための装置としては,例えば特許文献1に提案されているものがある.図10は,上記特許文献1において提案されている放射分光濃度計の構成を模式的に示す。図10に示すように,従来の放射分光濃度計は,プラスチックカバー62,反射鏡63,赤外線導波管64,光学バルブ65,赤外線フィルタセット66,検出器67,電子回路68,マイクロコンピュータ69および表示装置60を含んでいる。   As a device for noninvasive detection of the concentration of an analyte (for example, glucose) in human tissue such as blood, there is one proposed in Patent Document 1, for example. FIG. 10 schematically shows the configuration of a radiation spectral densitometer proposed in Patent Document 1. As shown in FIG. 10, the conventional radiation spectral densitometer includes a plastic cover 62, a reflecting mirror 63, an infrared waveguide 64, an optical valve 65, an infrared filter set 66, a detector 67, an electronic circuit 68, a microcomputer 69 and A display device 60 is included.

人体の鼓膜61からの赤外線は,外耳道に挿入されるプラスチックカバー62を持つ反射鏡63内の赤外線導波管64を通過し,赤外線の測定を開始させるために,時間に応じて赤外線の通過をオンまたはオフにすることができる光学バルブ5を通過する.その後,上記赤外線は,当該赤外線に対して感度を有する検出装置67によって検出される。   Infrared rays from the human eardrum 61 pass through an infrared waveguide 64 in a reflecting mirror 63 having a plastic cover 62 inserted into the ear canal, and in order to start the measurement of infrared rays, the infrared rays pass according to time. Pass through an optical valve 5 that can be turned on or off. Thereafter, the infrared ray is detected by a detection device 67 having sensitivity to the infrared ray.

検出装置67には赤外線フィルタセット66が具備され,この赤外線フィルタセット66によって赤外線スペクトルを選択している.検出装置67は受光した赤外線強度を示す電気信号を発生し,電子回路68とマイクロコンピュータ69とにより,人体から放射した赤外線のスペクトル強度と,分析物の濃度との相関関係を求め,上記分析物の濃度の算定を行う.そして,得られた分析物の濃度は,表示装置60に表示される。   The detection device 67 is provided with an infrared filter set 66, and an infrared spectrum is selected by the infrared filter set 66. The detection device 67 generates an electrical signal indicating the intensity of the received infrared light, and the electronic circuit 68 and the microcomputer 69 determine the correlation between the spectral intensity of the infrared light emitted from the human body and the concentration of the analyte, and the analyte. Calculate the concentration of. The obtained concentration of the analyte is displayed on the display device 60.

人体の鼓膜は外耳道の奥にあるが外耳道の形状は単純でなく,外部から第一カーブと第二カーブが存在する.このカーブの形状は個人差が大きく,水平方向のカーブの角度は,第一カーブで後頭部方向に約90度,さらに第二カーブでも約90度あり,S字カーブの形状を示す.また垂直方向は,第一カーブと第二カーブ間では上方に,第二カーブ以降はほぼ水平の方向になっている。   The eardrum of the human body is at the back of the ear canal, but the shape of the ear canal is not simple, and there are first and second curves from the outside. The shape of this curve varies greatly from person to person. The angle of the curve in the horizontal direction is about 90 degrees in the occipital region in the first curve and about 90 degrees in the second curve, indicating the S-curve shape. The vertical direction is upward between the first curve and the second curve, and substantially horizontal after the second curve.

外耳道を形成する組織は,おおよそ第二カーブまでは軟骨性組織で痛みを強く感じる組織でないが,第二カーブ以降は骨性組織であるため痛みを強く感じる組織となる.このため,直線的なプローブを用いた場合第二カーブ以降まで挿入することは困難であり,個人毎に作成した曲線的なプローブを用いた場合も,人の体勢やあごの動きなどで常にプローブ先端の面を鼓膜と相対させることが困難である。   The tissue that forms the external auditory canal is roughly a cartilage tissue that does not feel pain until the second curve, but after the second curve is a bony tissue, it is a tissue that feels pain strongly. For this reason, it is difficult to insert the second and subsequent curves when using a linear probe. Even when a curved probe created for each individual is used, the probe is always in contact with the person's posture and jaw movement. It is difficult to make the front face face the eardrum.

鼓膜の放射光を測定するものとして耳孔式体温計が広く知られているが,これは鼓膜に限らず鼓膜付近の外耳道の放射光も測定している.これは,鼓膜と外耳道の温度差が約0.1度から0.2度と小さいことと,測定原理が鼓膜と鼓膜付近の外耳道から形成される準黒体空洞の放射光を測定している。
特表2001−503999号公報
An ear canal thermometer is widely used to measure the tympanic radiation, but it also measures the radiation from the ear canal near the tympanic membrane. This is because the temperature difference between the eardrum and the ear canal is as small as about 0.1 to 0.2 degrees, and the measurement principle is to measure the radiation of the quasi-blackbody cavity formed from the eardrum and the ear canal near the eardrum. .
JP-T-2001-503999

しかしながら,従来の放射分光濃度計において鼓膜はその厚さが0.1mm以下と非常に薄く,その中に皮膚組織と血管が存在し,血管が鼓膜表面近傍にあるが,外耳道では腕など他の部位と同様に,血管は鼓膜と比較すると非常に深い位置にあるので血液中の情報を放射光から得ることが出来ないという課題を有していた.すなわち,耳孔式体温計と異なり本放射分光濃度計では,より正確に鼓膜からの放射光のみを検出する必要がある。   However, in the conventional spectroradiometer, the eardrum is very thin with a thickness of 0.1 mm or less, and skin tissue and blood vessels are present in the eardrum, and the blood vessels are near the surface of the eardrum. Similar to the site, the blood vessels are deeper than the tympanic membrane, so the information in the blood cannot be obtained from the emitted light. In other words, unlike the ear hole thermometer, this radiation spectral densitometer needs to detect only the radiation from the eardrum more accurately.

本発明は,上記従来の課題を解決するためになされたもので,正確に鼓膜からの放射光のみを検出することを可能とした,放射分光濃度計を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a radiation spectral densitometer capable of accurately detecting only radiation light from the eardrum.

本発明の放射分光濃度計は,赤外線導波管と,分光フィルタと,前記赤外線導波管を透過した赤外線放射体からの赤外線を検出するための赤外線検出器と,前記赤外線検出器の出力から前記赤外線放射体内の対象成分の濃度を算出する手段と,前記濃度を表示および保存する表示保存手段とを備え,前記赤外線導波管が,前記赤外線放射体の判定と認識とを行う機能を具備した構成を有している。   A radiation spectral densitometer according to the present invention includes an infrared waveguide, a spectral filter, an infrared detector for detecting infrared rays from an infrared radiator transmitted through the infrared waveguide, and an output of the infrared detector. A means for calculating the concentration of the target component in the infrared radiator, and a display storage means for displaying and storing the concentration, wherein the infrared waveguide has a function of determining and recognizing the infrared radiator. It has the structure.

この構成により,外部変動に因らず赤外線放射体の赤外線を常に測定することができる。   With this configuration, it is possible to always measure the infrared rays of the infrared radiator regardless of external fluctuations.

本発明の放射分光濃度計は,前記赤外線放射体の判定と認識とを行う機能が,前記赤外線導波管の前記赤外線放射体側の端部を支点とする視野角との調整である構成を有している。   The radiation spectral densitometer of the present invention has a configuration in which the function of determining and recognizing the infrared radiator is adjustment with a viewing angle with the end of the infrared waveguide on the infrared radiator side as a fulcrum. is doing.

この構成により,赤外線放射体との間隔を一定に保ちながら赤外線放射体の赤外線を常に測定することができる。   With this configuration, it is possible to always measure the infrared rays of the infrared radiator while keeping the distance from the infrared radiator constant.

本発明の放射分光濃度計は,前記赤外線放射体の捕捉と追尾に,前記赤外線放射体の放射赤外線スペクトルの部分または全積分量を用いる構成を有している。   The radiation spectral densitometer of the present invention has a configuration in which a part or total integral of the infrared radiation spectrum of the infrared radiator is used for capturing and tracking the infrared radiator.

この構成により,赤外線放射体を正確にかつ検出信号として最も高い信号量で追尾することができる。   With this configuration, the infrared radiator can be accurately tracked with the highest signal amount as a detection signal.

本発明の放射分光濃度計は,前記赤外線導波管と前記赤外線検出器間に,少なくとも2つ以上の開口を有する赤外線チョッパーが配置され,前記赤外線チョッパーの一方の開口には,前記分光フィルタが配置されている構成を有している。   In the radiation spectral densitometer of the present invention, an infrared chopper having at least two openings is disposed between the infrared waveguide and the infrared detector, and the spectral filter is disposed in one opening of the infrared chopper. It has an arrangement.

この構成により,一つの赤外線検出器で赤外線放射体の捕捉と追尾のための信号と,対象成分濃度を算出するための分光信号を得ることができる。   With this configuration, it is possible to obtain a signal for capturing and tracking an infrared emitter and a spectral signal for calculating the target component concentration with one infrared detector.

本発明は,赤外線導波管と,分光フィルタと,前記赤外線導波管を透過した赤外線放射体からの赤外線を検出するための赤外線検出器と,前記赤外線検出器の出力から前記赤外線放射体内の対象成分の濃度を算出する手段と,前記濃度を表示および保存する表示保存手段とを備え,少なくとも前記赤外線導波管が,前記赤外線放射体の捕捉と追尾を行う機能を設けることにより,外部変動に因らず赤外線放射体の赤外線を常に測定出来るという効果を有する放射分光濃度計を提供することができるものである。   The present invention relates to an infrared waveguide, a spectral filter, an infrared detector for detecting infrared rays from an infrared radiator that has passed through the infrared waveguide, and an output from the infrared detector in the infrared radiator. A means for calculating the concentration of the target component; and a display storage means for displaying and storing the concentration, and at least the infrared waveguide is provided with a function of capturing and tracking the infrared radiator, thereby providing external fluctuations. Therefore, it is possible to provide a radiation spectral densitometer having an effect that the infrared rays of the infrared radiator can always be measured.

まず、本発明の作動原理について説明する。   First, the operation principle of the present invention will be described.

一般に,ある温度の物体は外部環境と熱のやり取り(伝熱)を行っており,その形態は三つある.一つ目は伝導であり,これは物体内の粒子の接触による運動量の交換によって熱が伝えられる現象であり,熱伝導と呼ばれる.二つ目は対流であり,これは流体粒子の運動によって固体表面と流体との間で熱が伝えられる現象であり,対流伝熱と呼ばれる.そして三つ目が放射であり,これはすべての物体は温度に応じて電磁波によるエネルギーを放射または吸収していることであり,そのエネルギーによる熱交換現象を,熱放射または熱輻射と呼んでいる.これらの伝熱現象が単独に生じる場合はまれで,実際には二つあるいは三つの現象が同時に生じている。   In general, an object of a certain temperature exchanges heat with the external environment (heat transfer), and there are three forms. The first is conduction, which is a phenomenon in which heat is transferred by exchanging momentum due to contact of particles in an object, which is called heat conduction. The second is convection, which is a phenomenon in which heat is transferred between the solid surface and the fluid by the movement of fluid particles, and is called convection heat transfer. The third is radiation, which means that all objects radiate or absorb energy from electromagnetic waves according to temperature, and the heat exchange phenomenon due to that energy is called thermal radiation or thermal radiation. . These heat transfer phenomena rarely occur independently, and in reality, two or three phenomena occur simultaneously.

生体も上記と同様の伝熱現象を有しており,例えば人体の温度(体温)は環境温度に変化されない深部体温があり,血液の循環によって体内各所に運ばれる.皮膚の温度は,皮膚血管が拡張することで皮膚血流量が増し、外界に逃がす熱量(熱放散)は大きくなる。逆に皮膚血管が収縮すれば熱放散は小さくなる。皮膚血管が拡張して血流が大きくなると皮膚温は上昇し、収縮すれば低下する。すなわち,外界との境界である皮膚表面で外部環境との熱のやり取りを行い,熱伝導・対流伝熱・熱放射によって外部環境変化とバランスを取っている。   The living body also has the same heat transfer phenomenon as described above. For example, the human body temperature (body temperature) has a deep body temperature that is not changed by the environmental temperature, and is carried to various parts of the body by blood circulation. As the skin temperature increases, the blood flow of the skin increases as the skin blood vessels expand, and the amount of heat (heat dissipation) released to the outside increases. Conversely, if the skin blood vessels contract, the heat dissipation becomes smaller. The skin temperature rises when the skin blood vessels expand and the blood flow increases, and decreases when it contracts. In other words, heat is exchanged with the external environment on the skin surface, which is the boundary with the outside world, and is balanced with changes in the external environment by heat conduction, convection heat transfer, and heat radiation.

熱放射は電磁波によるエネルギーの放射または吸収であるが,人体の深部温度は約37度近辺であることから,波長8〜12μmに亘った赤外線領域の電磁波が相当する.一般に皮膚の放射(吸収)能力である平均放射率は理論限界である理想黒体を1とした場合約0.98と非常に高く,良好な放射(吸収)体である。   Thermal radiation is radiation or absorption of energy by electromagnetic waves, but since the deep temperature of the human body is around 37 degrees, electromagnetic waves in the infrared region over a wavelength range of 8-12 μm correspond. In general, the average emissivity, which is the radiation (absorption) ability of the skin, is as high as about 0.98 when the ideal black body, which is the theoretical limit, is 1, and is a good radiation (absorption) body.

一方,物体はその構成物質の種類や成分比(濃度)に応じた電磁波に対する放射(吸収)特性を有している.原子スペクトルや分子スペクトルがそれに当る.赤外線領域は波長2.5μmまでの近赤外領域と2.5μmから10μmまでの中赤外領域に分けられる.中赤外領域は特徴的な化学結合に特有の基本的な分子振動準位に相当し,近赤外領域の複雑でシャープでない複合的で弱い吸収特性と比べて,シャープで強い吸収特性を有することから,対象分子の認識性が高い。   On the other hand, an object has radiation (absorption) characteristics for electromagnetic waves according to the type and composition ratio (concentration) of its constituent substances. The atomic spectrum and molecular spectrum correspond to this. The infrared region is divided into a near infrared region up to a wavelength of 2.5 μm and a mid infrared region from 2.5 μm to 10 μm. The mid-infrared region corresponds to the fundamental molecular vibration level unique to characteristic chemical bonds, and has a sharp and strong absorption characteristic compared to the complex and non-sharp complex and weak absorption characteristic of the near-infrared region. Therefore, the target molecule is highly recognizable.

例えば血液成分である血糖(グルコース)はC12で表される分子であり,中赤外領域にC−CやC−H,O−Hの伸縮振動や変角振動の準位に相当する吸収スペクトルがあり,特に人体からの放射光の波長帯である8〜12μmには,C−Hの変角振動やC−O−Hの変角振動の準位が存在するので,血液や組織間質液のグルコースの存在と濃度による放射光スペクトルの変調が見られ,この人体の体温(皮膚温)による放射光スペクトルを観測することで非観血に血液成分を測定することが出来る。 For example, blood sugar (glucose), which is a blood component, is a molecule represented by C 6 H 12 O 6 , and the level of stretching vibration and bending vibration of CC, C—H, and OH in the mid-infrared region. In particular, in the wavelength range of 8 to 12 μm, which is the wavelength band of radiation emitted from the human body, there are levels of C-H variable vibration and C-O-H variable vibration. The radiation spectrum is modulated by the presence and concentration of glucose in the blood and tissue interstitial fluid. By observing the radiation spectrum due to the body temperature (skin temperature) of the human body, blood components can be measured noninvasively. I can do it.

以下,図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する.なお,同一または相当部分には同一符号を付し,重複する説明は省略することもある。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description may be abbreviate | omitted.

図1は,本発明の放射分光濃度計の好適な一実施の形態の構成を示す模式図である.本実施の形態においては,赤外線放射体として生体の一部である鼓膜を用い,分析する対象成分の濃度として血糖値を測定する場合について説明する。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a preferred embodiment of a radiation spectral densitometer of the present invention. In the present embodiment, a case will be described in which a tympanic membrane, which is a part of a living body, is used as an infrared radiator, and a blood glucose level is measured as the concentration of a target component to be analyzed.

図1に示すように,本実施の形態の放射分光濃度計20は,本体カバー2の一部で耳の外耳道に挿入するための挿入ガイド2aと外部カバー2b,鼓膜1の体温による放射赤外線を伝達するための赤外線導波管3,およびモータ4bで回転可能な回転板4aを含む赤外線チョッパー4,赤外線に感度を有する単一の赤外線センサ6,赤外線導波管3と赤外線チョッパー4と赤外線センサ6とを機械的に接続し,これらと鼓膜1との立体角関係を変化させるための機構を具備した立体角変化機構8とを具備している.そして,回転板4aの主面の法線方向と,赤外線導波管3の長さ方向および赤外線センサ6からの光線方向とが略一致するように,赤外線導波管3と赤外線チョッパー4と赤外線センサ6との位置関係が設定されている。   As shown in FIG. 1, the radiation spectral densitometer 20 of the present embodiment emits infrared rays due to the body temperature of the insertion guide 2 a and the external cover 2 b and the eardrum 1 for insertion into the ear canal of the ear with a part of the body cover 2. Infrared waveguide 3 for transmitting and an infrared chopper 4 including a rotating plate 4a that can be rotated by a motor 4b, a single infrared sensor 6, an infrared waveguide 3, an infrared chopper 4, and an infrared sensor sensitive to infrared rays 6 and a solid angle changing mechanism 8 having a mechanism for changing the solid angle relationship between these and the eardrum 1. Then, the infrared waveguide 3, the infrared chopper 4, and the infrared ray are arranged so that the normal direction of the main surface of the rotating plate 4 a substantially coincides with the length direction of the infrared waveguide 3 and the light beam direction from the infrared sensor 6. The positional relationship with the sensor 6 is set.

ここで,図2は,図1における回転板4aの主面の法線方向からみた赤外線チョッパー4の正面図であり,図3は,図2におけるA−A線断面を示す図である.図1および図2に示すように,赤外線チョッパー4の回転板4aには4つの開口5が設けられており,これらの開口5内には,分光フィルタ5a,5b,5cと,分光特性を持たないフィルタ5dが設置されている。   Here, FIG. 2 is a front view of the infrared chopper 4 seen from the normal direction of the main surface of the rotating plate 4a in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing a cross section taken along line AA in FIG. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the rotating plate 4a of the infrared chopper 4 is provided with four openings 5. In these openings 5, spectral filters 5a, 5b and 5c have spectral characteristics. There is no filter 5d.

また,放射分光濃度計20は,赤外線センサ6,赤外線チョッパー4および立体角変化機構8の駆動と制御,さらに赤外線センサ6の出力信号の増幅などを行うための電子回路7,電子回路7からの赤外線センサ6の出力信号を対象成分の濃度に変換するための図示しない信号処理装置,ならびに信号処理装置の結果を使用者に表示したり,測定日時等とともに保存するための同じく図示しない表示保存手段を含む。   The radiation spectrodensitometer 20 includes an electronic circuit 7 for driving and controlling the infrared sensor 6, the infrared chopper 4 and the solid angle changing mechanism 8, and further amplifying the output signal of the infrared sensor 6. A signal processing device (not shown) for converting the output signal of the infrared sensor 6 into the concentration of the target component, and a display storage means (not shown) for displaying the result of the signal processing device to the user and storing it together with the measurement date and time, etc. including.

以上のような構成を有する本実施の形態の放射分光濃度計の動作方法について以下に説明する。   The operation method of the radiation spectral densitometer of the present embodiment having the above configuration will be described below.

まず,鼓膜1は赤外線放射体であってその温度での赤外線を放射している.絶対温度0ケルビン以外の物体は電磁波を放射するという物理的事実があり,放射量と絶対温度と波長との関係はプランクの法則として知られている.このフランクの法則においては,理想黒体を基準とした係数である放射率ε(0<ε≦1)に基づいて,実際の物体の放射量は変化するが,人の皮膚の放射率εは約0.98であり高い放射率を有している。   First, the eardrum 1 is an infrared radiator that emits infrared light at that temperature. There is a physical fact that an object other than an absolute temperature of 0 Kelvin emits electromagnetic waves, and the relationship between the amount of radiation, absolute temperature, and wavelength is known as Planck's law. In this Frank's law, the radiation amount of an actual object changes based on the emissivity ε (0 <ε ≦ 1), which is a coefficient based on an ideal black body, but the emissivity ε of a human skin is It has a high emissivity of about 0.98.

また,波長に依存性を有する放射スペクトルの,理想黒体に対する変化は,各波長毎の放射率εを示す単色放射率εiを用いて表現することができる.鼓膜1における放射スペクトルは,鼓膜1中の血液に含まれる成分や鼓膜1の組織成分によって変化しており,その成分濃度と直接的に相関している。   In addition, the change of the wavelength-dependent radiation spectrum with respect to the ideal black body can be expressed using the monochromatic emissivity εi that indicates the emissivity ε for each wavelength. The radiation spectrum in the eardrum 1 varies depending on the components contained in the blood in the eardrum 1 and the tissue components of the eardrum 1, and is directly correlated with the component concentration.

ここで,鼓膜1の温度は,脳の体温調節をつかさどる視床下部の温度を反映しているため,鼓膜1において,人体内で最も高温である深部体温が体外に露出しているといえる.また,鼓膜1の赤外線放射強度は温度が高くなると強くなり,人体で最も強い赤外線放射強度を示す部位でもある.さらに,鼓膜1は厚さが約0.1mmと非常に薄く,この厚さ方向において皮膚層,固有層および粘膜層を含み,かつ血管も存在することから,他の箇所と比べて最もコンパクトに血液を含む血管と組織が形成された箇所である。   Here, since the temperature of the eardrum 1 reflects the temperature of the hypothalamus, which controls the body temperature of the brain, it can be said that the deep body temperature, which is the highest temperature in the human body, is exposed outside the body. In addition, the infrared radiation intensity of the eardrum 1 increases as the temperature rises, and is also the part that exhibits the strongest infrared radiation intensity in the human body. Furthermore, the eardrum 1 is very thin with a thickness of about 0.1 mm, and includes a skin layer, a proper layer and a mucous membrane layer in this thickness direction, and also has blood vessels, so it is the most compact compared to other places. This is a place where blood vessels and tissues including blood are formed.

少なくとも,血液中の対象成分(グルコース)の濃度に関する情報,すなわち血糖値に関する情報をもつ放射スペクトルが,体温により鼓膜1から赤外線として放射される.正常体温範囲での理想黒体の放射は,波長8μm〜11μmで極大となる強度分布を有する.また,血糖値は血液中のグルコース濃度であり,グルコースを識別することが可能な波長としては,8.00μm,9.29μm,9.55μm,9.75μm,9.89μmおよび10.98μmなどが利用可能である。   At least a radiation spectrum having information on the concentration of the target component (glucose) in the blood, that is, information on the blood glucose level, is emitted as infrared rays from the eardrum 1 due to body temperature. The radiation of an ideal black body in the normal body temperature range has a maximum intensity distribution at a wavelength of 8 μm to 11 μm. The blood glucose level is the glucose concentration in the blood. Wavelengths that can identify glucose include 8.00 μm, 9.29 μm, 9.55 μm, 9.75 μm, 9.89 μm, and 10.98 μm. Is available.

鼓膜1からの赤外線は,挿入ガイド2aで外耳道(図示せず)内の,痛みを強く感じない組織部で第二カーブ近傍まで挿入された赤外線導波管3の,鼓膜1側の端部3aから入射して直接または内部での反射を繰り返して赤外線導波管3内を伝播し,もう一方の端部3bへと至る.挿入ガイド2を構成する材料としては,例えばポリアクリル酸,ポリスチレン,ポリエステル,ポリ塩化ビニル,ポリカーボネイトおよびポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂などを利用することが可能である。   Infrared rays from the eardrum 1 are inserted into the eardrum 1 side of the infrared waveguide 3 inserted to the vicinity of the second curve in a tissue part that does not feel pain strongly in the external auditory canal (not shown) with the insertion guide 2a. The light is incident directly from the inside and repeatedly reflected inside or propagates in the infrared waveguide 3 to reach the other end 3b. As a material constituting the insertion guide 2, for example, a thermoplastic resin such as polyacrylic acid, polystyrene, polyester, polyvinyl chloride, polycarbonate and polypropylene can be used.

また,赤外線導波管3を構成する材料としては,例えばアルミニウム,銅およびステンレスなどの放射率εの低い金属を用いることができる.この場合,さらに赤外線導波管3の少なくとも内表面に,例えばさらに放射率εの低い金,銀および銅などからなる被膜を,例えば蒸着,スパッタおよびメッキ法などで設けても構わない。   As a material constituting the infrared waveguide 3, a metal having a low emissivity ε such as aluminum, copper, and stainless steel can be used. In this case, a coating made of, for example, gold, silver, or copper having a lower emissivity ε may be provided on at least the inner surface of the infrared waveguide 3 by, for example, vapor deposition, sputtering, or plating.

また,赤外線導波管3をこれら金属以外の材料,例えばポリアクリル酸,ポリスチレン,ポリエステル,ポリ塩化ビニル,ポリカーボネイトおよびポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂などで構成することも可能である.この場合には,赤外線導波管3の少なくとも内表面に,例えばさらに放射率εの低い金,銀および銅などからなる被膜を,例えば蒸着,スパッタおよびメッキ法などで設けるのが好ましい。   The infrared waveguide 3 can be made of a material other than these metals, for example, a thermoplastic resin such as polyacrylic acid, polystyrene, polyester, polyvinyl chloride, polycarbonate and polypropylene. In this case, it is preferable to provide a coating made of, for example, gold, silver, or copper having a lower emissivity ε, for example, by vapor deposition, sputtering, plating, or the like on at least the inner surface of the infrared waveguide 3.

鼓膜1から放射されて赤外線導波管3を通過した赤外線は,赤外線チョッパー4の開口5に設置された分光フィルタ5a,5b,5cまたはフィルタ5dを透過し,赤外線のうち特定波長の放射スペクトルと,全波長の放射スペクトルが,各々赤外線センサ6に入射し,赤外線センサ6において,入射した放射スペクトルの強度に比例した電気信号に変換される。   Infrared rays radiated from the eardrum 1 and passed through the infrared waveguide 3 are transmitted through the spectral filters 5a, 5b, 5c or the filter 5d installed in the opening 5 of the infrared chopper 4, and the radiation spectrum of a specific wavelength of the infrared rays , The emission spectra of all wavelengths are respectively incident on the infrared sensor 6 and converted into electrical signals proportional to the intensity of the incident radiation spectrum.

ここで,図2および図3を用いて赤外線チョッパー4および分光フィルタ5a,5b,5cおよびフィルタ5dについてより詳細に説明する.図2および図3に示すように,赤外線チョッパー4は,回転板4aと,例えばモータなどの回転手段4bと,を有し,回転板4aは回転手段4bによって矢印Yの方向に回転可能である。   Here, the infrared chopper 4, the spectral filters 5a, 5b, 5c and the filter 5d will be described in more detail with reference to FIGS. As shown in FIGS. 2 and 3, the infrared chopper 4 has a rotating plate 4a and rotating means 4b such as a motor, and the rotating plate 4a can be rotated in the direction of arrow Y by the rotating means 4b. .

回転板4aの中心から,同心円上に等角度間隔の位置に,4つの開口5が設けられており,かつこれら開口5内に分光フィルタ5a,5b,5cおよびフィルタ5dが配置されている。   Four openings 5 are provided at equiangular intervals on a concentric circle from the center of the rotating plate 4a, and spectral filters 5a, 5b, 5c and a filter 5d are disposed in these openings 5.

そして,赤外線チョッパー4は,赤外線導波管3と赤外線センサ6とを光学的に接続することができるような位置関係で,回転板4aの開口5を有している.すなわち,回転板4aの回転によって,開口5が図1に示す位置にきた場合には,開口5を介して赤外線センサ6から赤外線導波管3を経て鼓膜1へと,線Pで示されるように光が通過し得る。   The infrared chopper 4 has an opening 5 of the rotating plate 4a in such a positional relationship that the infrared waveguide 3 and the infrared sensor 6 can be optically connected. That is, when the opening 5 reaches the position shown in FIG. 1 due to the rotation of the rotating plate 4a, it is indicated by a line P from the infrared sensor 6 through the infrared waveguide 3 to the eardrum 1 through the opening 5. Light can pass through.

ここで,回転板4aを構成する材料としては,例えばアルミニウム,銅およびステンレスなどの放射率εの低い金属を用いることができる.この場合,さらに回転板4aの少なくとも表面に,例えばさらに放射率εの低い金,銀および銅などからなる被膜を,例えば蒸着,スパッタおよびメッキ法などで設けても構わない。   Here, as a material constituting the rotating plate 4a, a metal having a low emissivity ε, such as aluminum, copper, and stainless steel, can be used. In this case, a film made of, for example, gold, silver, or copper having a lower emissivity ε may be provided on at least the surface of the rotating plate 4a by, for example, vapor deposition, sputtering, or plating.

また,回転板4aをこれら金属以外の材料,例えばポリアクリル酸,ポリスチレン,ポリエステル,ポリ塩化ビニル,ポリカーボネイトおよびポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂などで構成することも可能である.この場合には,回転板4aの少なくとも表面に,例えばさらに放射率εの低い金,銀および銅などからなる被膜を,例えば蒸着,スパッタおよびメッキ法などで設けるのが好ましい。   The rotating plate 4a can be made of a material other than these metals, for example, a thermoplastic resin such as polyacrylic acid, polystyrene, polyester, polyvinyl chloride, polycarbonate, and polypropylene. In this case, it is preferable to provide a coating made of gold, silver, copper, or the like having a lower emissivity ε, for example, by vapor deposition, sputtering, plating, or the like on at least the surface of the rotating plate 4a.

また,回転手段4bとしては,例えばDCモータ,ACモータ,ステッピングモータ,サーボモータおよびボイスコイルモータなどのモータを利用することが可能である.なお,本実施の形態において,回転板4aは円形で回転運動するが,回転板4aは半円または扇形であってもよく,反復運動をしてもよい。   Further, as the rotating means 4b, for example, a motor such as a DC motor, an AC motor, a stepping motor, a servo motor, and a voice coil motor can be used. In this embodiment, the rotating plate 4a is circular and rotates. However, the rotating plate 4a may be semicircular or fan-shaped, and may be repeatedly moved.

回転板4aの回転数は赤外線センサ6のスペックなどにも依存するが,回転板4aは例えば数Hz〜数10Hzで回転させるのが好ましい.これは,赤外線センサ6として好適に用いられるサーモパイルや焦電センサの感度に周波数依存性があり,特に数Hz〜数10Hzで高い感度を有し,高精度で検出を行うことができるからである。   The rotational speed of the rotating plate 4a depends on the specifications of the infrared sensor 6, but the rotating plate 4a is preferably rotated at, for example, several Hz to several tens Hz. This is because the sensitivity of a thermopile or pyroelectric sensor suitably used as the infrared sensor 6 has frequency dependence, and particularly has high sensitivity at several Hz to several tens Hz, and can be detected with high accuracy. .

分光フィルタ5a,5b,5cとしては,種々の分光フィルタを用いることが可能であるが,例えば米国JDS Uniphase社またはスウェーデン国Spectrogen社製の狭帯域フィルタを好適に使用することが可能である.この好ましい狭帯域フィルタは,例えばSi,GeまたはZnSeなどで構成された分光波長に対して透明な基板上に,屈折率の異なる複数の材料を蒸着やスパッタ法などにより複数層積層して得られるものである。   Various spectral filters can be used as the spectral filters 5a, 5b, and 5c. For example, a narrowband filter manufactured by JDS Uniphase of the United States or Spectrogen of Sweden can be preferably used. This preferable narrow band filter is obtained by laminating a plurality of layers having different refractive indexes by vapor deposition or sputtering on a substrate transparent to a spectral wavelength composed of, for example, Si, Ge, or ZnSe. Is.

本実施の形態においては,分光フィルタ5a,5bおよび5cを,グルコースを識別することが可能な波長を分光することができるように選択し,フィルタ5dとしては,赤外線をすべて透過する材料単体からなる基板を用いている.このような基板として,シリコン,ゲルマニウム,弗化バリウム,臭沃化タリウム,臭塩化タリウム,塩化ナトリウム,臭化カリウム,塩化カリウム,ヨウ化セシウム,セレン化亜鉛,硫化亜鉛が利用可能である.またフィルタ5dを設けず,開口5をそのまま用いてもよい。   In the present embodiment, the spectral filters 5a, 5b, and 5c are selected so as to be able to separate wavelengths capable of identifying glucose, and the filter 5d is made of a single material that transmits all infrared rays. A substrate is used. As such substrates, silicon, germanium, barium fluoride, thallium bromoiodide, thallium bromochloride, sodium chloride, potassium bromide, potassium chloride, cesium iodide, zinc selenide, and zinc sulfide can be used. Further, the opening 5 may be used as it is without providing the filter 5d.

赤外線センサ6としては,種々のものを用いることができ,例えば赤外線に感度を有するサーモパイルおよび焦電センサなどを利用することが可能である.市販のものとしては,例えば日本セラミック(株)や米国PerkinElmer社の製品を好適に利用することが可能である.なお,本実施の形態においては,サーモパイルを用いている。   Various infrared sensors 6 can be used. For example, a thermopile and a pyroelectric sensor having sensitivity to infrared rays can be used. As a commercially available product, for example, a product of Nippon Ceramic Co., Ltd. or US PerkinElmer can be suitably used. In the present embodiment, a thermopile is used.

ここで,図1に示す構成を有する本実施の形態の放射分光濃度計20を作動させた場合に赤外線センサ6から得られる出力パターンの一例を図9に示す.図9において,横軸は時間(単位は任意)を示し,縦軸は赤外線センサ6の出力電気信号の強度(単位は任意)である.赤外線チョッパー4の回転運動は電子回路7によって制御されており,赤外線導波管3からの赤外線は,ある時間間隔で各分光フィルタ5a,5b,5cおよびフィルタ5dが赤外線センサ6と赤外線導波管3とを光学的に接続した瞬間のみ,赤外線センサ6に入射し,入射強度に比例した電気信号を出力する。   Here, FIG. 9 shows an example of an output pattern obtained from the infrared sensor 6 when the radiation spectral densitometer 20 of the present embodiment having the configuration shown in FIG. 1 is operated. In FIG. 9, the horizontal axis represents time (unit is arbitrary), and the vertical axis is the intensity (unit is arbitrary) of the output electric signal of the infrared sensor 6. The rotational movement of the infrared chopper 4 is controlled by an electronic circuit 7, and the infrared rays from the infrared waveguide 3 are transmitted from the infrared sensor 6 and the infrared waveguide by the spectral filters 5a, 5b, 5c and the filter 5d at a certain time interval. 3 is incident on the infrared sensor 6 only at the moment when it is optically connected to 3 and outputs an electrical signal proportional to the incident intensity.

また,赤外線チョッパー4の回転板4aの回転運動によって,周期的に電気信号が出力されるため,電子回路7を用いて電気信号複数個の平均値を示す波形を得るのが好ましい.図4のピークAは,フィルタ5dを透過した赤外線に対応する赤外線センサ6の複数回平均波形に対応する.これと同様に,ピークBは分光フィルタ5aに対応し,ピークCは分光フィルタ5bに対応し,ピークDは分光フィルタ5cに対応する。   In addition, since an electrical signal is periodically output by the rotational movement of the rotating plate 4a of the infrared chopper 4, it is preferable to obtain a waveform indicating an average value of a plurality of electrical signals using the electronic circuit 7. The peak A in FIG. 4 corresponds to the average waveform of the infrared sensor 6 corresponding to the infrared ray that has passed through the filter 5d. Similarly, peak B corresponds to the spectral filter 5a, peak C corresponds to the spectral filter 5b, and peak D corresponds to the spectral filter 5c.

信号処理装置は,上記のように得られた各分光フィルタ5a,5b,5cおよびフィルタ5dに対応する赤外線センサの電気出力信号のピーク値から,以下のようにして血糖値であるグルコース濃度を計算する。   The signal processing device calculates the glucose concentration, which is a blood glucose level, from the peak value of the electrical output signal of the infrared sensor corresponding to each of the spectral filters 5a, 5b, 5c and the filter 5d obtained as described above. To do.

まず,フィルタ5dを透過した赤外線強度を示すピークAは,鼓膜1の温度と直接的な相関がある.耳式体温計や非接触放射温度計と同様に,理想黒体の放射スペクトルの積分値と,鼓膜1の放射スペクトルの積分値との関係は,ステファン−ボルツマンの法則に示された関係にある.したがって,ピークAより鼓膜1の温度を算出することができる。   First, the peak A indicating the infrared intensity transmitted through the filter 5d has a direct correlation with the temperature of the eardrum 1. Like the ear-type thermometer and the non-contact radiation thermometer, the relationship between the integral value of the radiation spectrum of the ideal black body and the integral value of the radiation spectrum of the eardrum 1 is the relationship shown in the Stefan-Boltzmann law. Therefore, the temperature of the eardrum 1 can be calculated from the peak A.

また,理想黒体の放射スペクトル強度はプランクの法則により与えられており,吸収率と放射率の関係を示したキルヒホッフの法則より,グルコース濃度が高くなると吸収率は高くなり,同時に単色放射率εiも高くなる.すなわち,グルコースの認識が可能な波長帯の狭帯域フィルタである,分光フィルタ5a,5bおよび5cを透過した赤外線強度であるピークBおよびCと,先の鼓膜1の温度での理想黒体の放射スペクトル強度と,の比である単色放射率εiを算出することで,血糖値であるグルコース濃度を求めることができる。   In addition, the radiation spectrum intensity of an ideal black body is given by Planck's law. From Kirchhoff's law showing the relationship between the absorptance and emissivity, the absorptance increases as the glucose concentration increases, and at the same time the monochromatic emissivity εi Will also be higher. That is, the peaks B and C, which are infrared intensities transmitted through the spectral filters 5a, 5b and 5c, which are narrow-band filters in a wavelength band capable of recognizing glucose, and the radiation of the ideal black body at the temperature of the eardrum 1 By calculating the monochromatic emissivity εi, which is the ratio of the spectral intensity, the glucose concentration, which is a blood glucose level, can be obtained.

ここでは,三つの分光フィルタから各々単色放射率εiが算出されるが,これの平均値をグルコース濃度とすることや,三つのピーク値の合計強度と三つの分光フィルタの波長での理想黒体の合計放射スペクトル強度との複合単色放射率からグルコース濃度を算出することも可能である。   Here, the monochromatic emissivity εi is calculated from each of the three spectral filters. The average value of the emissivity εi is the glucose concentration, and the ideal black body at the total intensity of the three peak values and the wavelengths of the three spectral filters. It is also possible to calculate the glucose concentration from the combined monochromatic emissivity with the total emission spectrum intensity.

一般に,分光フィルタである狭帯域フィルタの帯域幅は,透過率の半値幅で中心波長の±1%程度である.例えば中心波長10μmの場合,半値幅は±0.1μmである.つまり,分光フィルタの場合,グルコースの認識が可能な波長以外の赤外線の放射スペクトルが透過することとなり,これにより認識精度が低下する.そのため,本実施の形態のように,複数個の分光フィルタを設置し,認識精度を高めることが有益である。   In general, the bandwidth of a narrow-band filter, which is a spectral filter, is about ± 1% of the center wavelength at the half-value width of the transmittance. For example, when the center wavelength is 10 μm, the half width is ± 0.1 μm. In other words, in the case of a spectral filter, the infrared radiation spectrum other than the wavelength at which glucose can be recognized is transmitted, which reduces the recognition accuracy. Therefore, it is beneficial to install a plurality of spectral filters as in this embodiment to improve recognition accuracy.

あるいは,グルコース認識可能な分光フィルタである狭帯域フィルタの帯域幅に入る,グルコース以外の成分,例えば同じく血中成分であるアルブミン等の影響度合いを補正するために,3つの分光フィルタのうち少なくとも1枚以上を,この成分濃度が認識可能な分光フィルタを使用し,この成分を求められるようにすることも可能である。   Alternatively, in order to correct the degree of influence of components other than glucose, such as albumin, which is also a blood component, entering the bandwidth of a narrow band filter that is a spectral filter capable of recognizing glucose, at least one of the three spectral filters. It is possible to obtain more than one sheet by using a spectral filter that can recognize the component concentration.

ここでは赤外線チョッパー4に4つの開口5を設け,1つは鼓膜1の温度測定に用い,残り3つをグルコースの認識が可能な分光フィルタを配置したが,開口5は2つ以上であればよく,また,対象成分の認識が可能な分光フィルタは1つ以上あればよい。   Here, four openings 5 are provided in the infrared chopper 4, one is used for measuring the temperature of the eardrum 1, and the remaining three are provided with a spectral filter capable of recognizing glucose. In addition, one or more spectral filters capable of recognizing the target component are sufficient.

なお,赤外線センサ6に用いられるサーモパイルは,サーモパイルの温度によって感度が変化し,入射した赤外線強度に対する出力の電気信号が変化する.そこで,サーモパイルを用いる場合には,図示しないが,サーミスタ,測温抵抗体または熱電対などを設置してサーモパイルの温度を検出し,これによりサーモパイルの感度補正を行うことも有益である.また,焦電センサを用いた場合も同様であるが,サーモパイル時と異なるのは焦電センサの場合,電気信号の出力は入射する赤外線強度の変化がある瞬間のみである。   The sensitivity of the thermopile used for the infrared sensor 6 varies depending on the temperature of the thermopile, and the output electrical signal for the incident infrared intensity varies. Therefore, when using a thermopile, although not shown, it is also useful to detect the temperature of the thermopile by installing a thermistor, resistance temperature detector, or thermocouple, and thereby correct the thermopile sensitivity. The same applies when using a pyroelectric sensor. However, in the case of a pyroelectric sensor, the electrical signal is output only at the moment when the incident infrared intensity changes.

すなわち,サーモパイルを赤外線センサ6として用いた場合,赤外線チョッパー4の回転板4aの部分がサーモパイルに面しているときには回転板4aからの赤外線を検出する.先に述べたように回転板4aの少なくとも表面は低放射率の材料で構成されているため,ほとんど赤外線を放射しないが,回転板4aに対応する電気信号を出力する。   That is, when the thermopile is used as the infrared sensor 6, the infrared ray from the rotating plate 4a is detected when the rotating plate 4a of the infrared chopper 4 faces the thermopile. As described above, since at least the surface of the rotating plate 4a is made of a low emissivity material, it hardly emits infrared rays, but outputs an electrical signal corresponding to the rotating plate 4a.

これに対し,焦電センサを赤外線センサ6として用いた場合は,赤外線チョッパー4の回転板4aの部分が焦電センサに面していても回転板4aからの赤外線は検出しない.しかし,焦電センサが回転板4aに面している時点から分光フィルタに面している時点に変化する時(すなわち焦電センサが回転板4aと分光フィルタとの境界部分に面する時)と,焦電センサが分光フィルタに面している時点から回転板4aに面している時点に変化する時(すなわち焦電センサが分光フィルタと回転板4aとの境界部分に面する時)と,に電気信号が出力される。   On the other hand, when the pyroelectric sensor is used as the infrared sensor 6, the infrared ray from the rotating plate 4a is not detected even if the rotating plate 4a of the infrared chopper 4 faces the pyroelectric sensor. However, when the pyroelectric sensor changes from the time point facing the rotating plate 4a to the time point facing the spectral filter (that is, when the pyroelectric sensor faces the boundary between the rotating plate 4a and the spectral filter) , When the pyroelectric sensor changes from the time when it faces the spectral filter to the time when it faces the rotating plate 4a (that is, when the pyroelectric sensor faces the boundary between the spectral filter and the rotating plate 4a), An electrical signal is output to

以上は,正確に鼓膜1の放射赤外線を測定した場合の説明であったが,先に述べたように外耳道形状の個人差や人の動きや姿勢によって,鼓膜1以外の外耳道からの放射赤外線が赤外線導波管3に入射しないよう,立体角変化による鼓膜1の捕捉と追尾の動作について説明する。   The above is a description of the case where the radiant infrared of the eardrum 1 is accurately measured. However, as described above, the radiant infrared from the ear canal other than the eardrum 1 depends on individual differences in the shape of the ear canal and the movement and posture of the person. The operation of capturing and tracking the eardrum 1 by changing the solid angle so as not to enter the infrared waveguide 3 will be described.

図4は,図1を立体角変化機構8について詳細に記載した概略構成図であり,赤外線導波管3と赤外線チョッパー4と赤外線センサ6を機械的に接続した一体部15,一体部15の背面にある移動軸9,移動軸9に接続したバネ11aとワイヤー12a,バネ11aと接続した外部カバー2b上のブロック10a,ワイヤー12aと接続した外部カバー2b上のモータ13a,赤外線導波管3と接続しており挿入ガイド2aの端部と一部接触しているビボット球14からなる.このビボット球14が立体角変化機構8の移動に際しての支点となって,赤外線導波管3と赤外線チョッパー4と赤外線センサ6から形成される光軸の立体角を変化させる。   FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating the solid angle changing mechanism 8 in FIG. 1 in detail. The infrared waveguide 3, the infrared chopper 4, and the infrared sensor 6 are mechanically connected to each other. Moving shaft 9 on the back, spring 11a and wire 12a connected to moving shaft 9, block 10a on external cover 2b connected to spring 11a, motor 13a on external cover 2b connected to wire 12a, infrared waveguide 3 Connected to the end of the insertion guide 2a and partially in contact with the end of the insertion guide 2a. The bibot sphere 14 serves as a fulcrum when the solid angle changing mechanism 8 moves, and changes the solid angle of the optical axis formed by the infrared waveguide 3, the infrared chopper 4, and the infrared sensor 6.

また図5は,立体角変化機構8について詳細に記載した図4のAで示された矢印方向から見た概略構成図であり,図4のブロック10a,バネ11a,ワイヤー12a,モータ13aは紙面上下方向の機構であり,図5のブロック10b,バネ11b,ワイヤー12b,モータ13bは,図4の紙面前後方向の機構である.図5から分かるように本放射分光計20は,移動軸9が直交する二軸面内で移動可能な機構が構成されている。   5 is a schematic diagram showing the solid angle changing mechanism 8 in detail, as viewed from the direction of the arrow indicated by A in FIG. 4. The block 10a, spring 11a, wire 12a, and motor 13a in FIG. The block 10b, the spring 11b, the wire 12b, and the motor 13b in FIG. 5 are the mechanisms in the front-rear direction in FIG. As can be seen from FIG. 5, the present radiation spectrometer 20 is configured with a mechanism that can move in a biaxial plane in which the movement axis 9 is orthogonal.

鼓膜1とその他である外耳道の区別はその温度によって行う.一般的に知られているように温度は,鼓膜1が最も高く外耳道の皮膚はそれよりも低く,おおよそ0.2度から0.3度の差がある.すなわち,温度測定を行うことでその最大の場合が鼓膜1を観測していることになる.そこで本実施の形態では,赤外線チョッパー4の開口5の中の分光特性を持たないフィルタ5dあるいは開口5単体を透過し,赤外線センサ6で検出され出力される,図9でのピークAの値が最大となるように調整を行う。   The eardrum 1 and other ear canals are distinguished by their temperature. As is generally known, the temperature is the highest in the eardrum 1 and lower in the ear canal skin, and there is a difference of approximately 0.2 to 0.3 degrees. That is, the eardrum 1 is observed in the maximum case by measuring the temperature. Therefore, in the present embodiment, the value of the peak A in FIG. 9 is transmitted through the filter 5d having no spectral characteristic in the opening 5 of the infrared chopper 4 or the opening 5 alone, and detected and output by the infrared sensor 6. Make adjustments to maximize.

調整は,図4と図5で示した立体角変化機構を用いる.赤外線導波管3と赤外線チョッパー4と赤外線センサ6は,一体部15によって機械的に接続されている.立体角の変化は,ビボット球14を支点にして立体角変化機構の二軸方向の移動によって実現される。   The adjustment uses the solid angle change mechanism shown in Figs. The infrared waveguide 3, the infrared chopper 4, and the infrared sensor 6 are mechanically connected by an integral part 15. The change of the solid angle is realized by the biaxial movement of the solid angle change mechanism with the bibot sphere 14 as a fulcrum.

一体部15の背面にある移動軸9には各軸に各々バネ11aと11bが接続しており,各バネは各々外部カバー2bに固定されたブロック10aと10bに接続している.バネ11aと11bは伸長した状態となっており復元力が働いた状態となっていて,各ブロック10a,10b方向への力が常に働いている。   Springs 11a and 11b are connected to the respective moving shafts 9 on the back surface of the integral part 15, and the springs are connected to blocks 10a and 10b fixed to the outer cover 2b. The springs 11a and 11b are in an extended state and a restoring force is applied, and a force in the direction of each block 10a and 10b is always applied.

この力に対して移動軸9に接続したワイヤー12aと12bの長さを,各ワイヤーと接続したモータ13aと13bで調整することで,バネ10aと10bの長さが変化し,結果として移動軸9の二次元内位置が可能となる。   By adjusting the lengths of the wires 12a and 12b connected to the moving shaft 9 with this force by the motors 13a and 13b connected to the wires, the lengths of the springs 10a and 10b are changed. Nine nine-dimensional positions are possible.

移動軸9の位置変化による一体部15の移動により,赤外線導波管3はビボット球14を支点としてその立体角が変化し,放射分光濃度計20の視野方向が変化可能となり,鼓膜1の捕捉,追尾が可能となる.この時,赤外線導波管と赤外線チョッパーと赤外線センサの光軸が保存されていることは言うまでもない。   The movement of the integral portion 15 due to the change of the position of the moving shaft 9 changes the solid angle of the infrared waveguide 3 with the bibot sphere 14 as a fulcrum, and the viewing direction of the radiation spectrodensitometer 20 can be changed. Tracking is possible. At this time, it goes without saying that the optical axes of the infrared waveguide, the infrared chopper, and the infrared sensor are preserved.

ここで一体部15は,十分な機械的強度を持った材料から構成されており,各種金属や樹脂類や高分子材料が利用可能である.また移動軸9とブロック10aと10bも一体部15と同機能を有する材料が利用可能である.バネ11aと11bは一般的に広く使用されている硬鋼線,ピアノ線,シリマン,クロシリ,ステンレス,黄銅線,リン青銅が使用可能である.ワイヤー12aと12bもバネ11a,11bと同様な材料が使用可能である.モータ13aと13bとしては,例えばDCモータ,ACモータ,ステッピングモータ,サーボモータおよびボイスコイルモータなどのモータを利用することが可能である。   Here, the integrated portion 15 is made of a material having sufficient mechanical strength, and various metals, resins, and polymer materials can be used. The moving shaft 9 and the blocks 10a and 10b can be made of a material having the same function as that of the integrated portion 15. The springs 11a and 11b can be made of generally used hard steel wire, piano wire, silliman, kurosiri, stainless steel, brass wire, or phosphor bronze. The wires 12a and 12b can be made of the same material as the springs 11a and 11b. As the motors 13a and 13b, for example, motors such as a DC motor, an AC motor, a stepping motor, a servo motor, and a voice coil motor can be used.

以下に立体角調整の動作について詳細に説明する.図7は二次元の立体角調整範囲を示す図であり,図8は立体角調整のフロー図である.赤外線チョッパー4の分光特性を持たないフィルタ5dを透過し赤外線センサ6で検出され出力される信号量は,赤外線導波管3の視野の先にある対象の温度であり,この温度が外耳道内で最高温度である鼓膜1の温度であるかを判定し,調整を行う。   The operation of solid angle adjustment is described in detail below. 7 is a diagram showing a two-dimensional solid angle adjustment range, and FIG. 8 is a flowchart of solid angle adjustment. The amount of signal transmitted through the filter 5d having no spectral characteristics of the infrared chopper 4 and detected and output by the infrared sensor 6 is the temperature of the target beyond the visual field of the infrared waveguide 3, and this temperature is within the ear canal. It judges whether it is the temperature of the eardrum 1 which is the maximum temperature, and performs adjustment.

放射分光濃度計20が外耳道に挿入された後,図7の黒点で示された基本ポイントについて各々測定を行い,最高温度を示す基本ポイントを判定する.図7では可能な範囲内で5×5=25点としたが,適宜変更可能である(図8のフロー1)。   After the radiation spectral densitometer 20 is inserted into the ear canal, each of the basic points indicated by the black dots in FIG. 7 is measured to determine the basic point indicating the maximum temperature. In FIG. 7, 5 × 5 = 25 points are set within the possible range, but can be changed as appropriate (flow 1 in FIG. 8).

次に,上記の基本ポイント周辺の領域について測定を行う.図7において実線で囲まれたサブ領域である.このサブ領域内を先の基本ポイントと同様に数点を少なくとも3×3=9点以上設定し,この中の最大値を示した点で濃度の測定を行う(図8のフロー2とフロー3)。   Next, the area around the basic point is measured. In Fig. 7, it is a sub-region surrounded by a solid line. Within this sub-region, at least 3 × 3 = 9 or more points are set in the same manner as the previous basic points, and the concentration is measured at the point showing the maximum value (flow 2 and flow 3 in FIG. 8). ).

ある時間が経過後,次の濃度測定を行う際は,まず一回目の濃度測定ポイントでの温度測定を行う.この値と先の測定での値を比較し一定の範囲(例えば,温度換算で0.1℃以内)であれば,そのまま2回目の濃度測定を行う.もし,値が先の値と異なる場合その量に応じて,図8のフロー1またはフロー2に戻り位置の補正を行った後,2回目の濃度測定を行う.例えば,温度換算で0.1℃から0.2℃ならば図8のフロー2へ,それ以上であればフロー1へ,といった具合である.以降,上記の手順を繰り返して3回目以降の濃度測定を行う。   When measuring the next concentration after a certain period of time, first measure the temperature at the first concentration measurement point. Compare this value with the value from the previous measurement, and if it is within a certain range (for example, within 0.1 ° C in terms of temperature), perform the second concentration measurement. If the value is different from the previous value, return to Flow 1 or Flow 2 in Fig. 8 according to the amount, correct the position, and then perform the second concentration measurement. For example, if the temperature is converted from 0.1 ° C. to 0.2 ° C., the flow goes to flow 2 in FIG. Thereafter, the above procedure is repeated and the third and subsequent concentrations are measured.

上記では,鼓膜の位置捕捉と濃度測定は常にペアで実施したが,濃度測定間に位置捕捉を適宜行うことで次の濃度測定を速やかに行うことが出来る。   In the above, the position acquisition and density measurement of the eardrum were always performed in pairs, but the next density measurement can be quickly performed by appropriately performing the position acquisition between the density measurements.

図6は,図4と5の立体角調整機構の一部を変更したものである.図6において移動軸9は,外部カバー2bに固定されているお碗型をした移動ガイド16と接触している.移動軸9の先端は角を落とした略球体の形状をしており,移動ガイド16は各種金属や樹脂類あるいはセラミック等の材質から成り,望ましくは耐摩耗性が高いほうが良い.また,移動軸9と移動ガイド16の間にはグリースなどの油脂類があり,摩擦抵抗を下げる役割を果たしている。   Fig. 6 shows a part of the solid angle adjustment mechanism shown in Figs. 4 and 5. In FIG. 6, the moving shaft 9 is in contact with a bowl-shaped moving guide 16 fixed to the outer cover 2b. The tip of the moving shaft 9 has a substantially spherical shape with a corner cut off, and the moving guide 16 is made of various metals, resins, ceramics, or the like, and preferably has high wear resistance. Further, there are oils such as grease between the moving shaft 9 and the moving guide 16 and play the role of reducing the frictional resistance.

これにより,移動軸9の移動は移動ガイド16に沿ったものとなり,より滑らかで安定した立体角調整が可能となる。   As a result, the movement of the moving shaft 9 is along the movement guide 16, and a more smooth and stable solid angle adjustment is possible.

なお,本実施の形態の放射分光濃度計20においては,少なくとも挿入ガイド2と赤外線導波管3と赤外線チョッパー4と分光フィルタ5と赤外線センサ6と電子回路7と立体角変更機構8は,一つのパッケージ内に収納されていることが望ましい.電子回路7と図示しない信号処理手段との間,または信号処理手段と同じく図示しない表示保存手段との間は物理的に分離しているが,これらの間を有線または無線で接続すれば,耳に挿入する装置の小型化や挿入の容易化が図られ,かつ表示内容を使用者により確実に認識させることが可能となる。   In the radiation spectral densitometer 20 of the present embodiment, at least the insertion guide 2, the infrared waveguide 3, the infrared chopper 4, the spectral filter 5, the infrared sensor 6, the electronic circuit 7, and the solid angle changing mechanism 8 are It is desirable to be stored in one package. There is a physical separation between the electronic circuit 7 and the signal processing means (not shown) or between the signal processing means and the display storage means (not shown). The device to be inserted into the device can be made smaller and easier to insert, and the display contents can be surely recognized by the user.

このような本発明の実施の形態の放射分光濃度計20によれば,鼓膜1を捕捉し追尾する機能を設け,赤外線導波管3の端部を支点とする検出方向の立体角変化を行い,赤外線導波管3に入射した全赤外線強度を指標として鼓膜1の認識を行い,分光強度測定と全赤外線強度を一つの赤外線センサ6で検出可能なように,赤外線チョッパー4上に複数の開口を設け,前記の分光強度測定用の分光フィルタと全赤外線強度測定用のフィルタないし開口のみとなるように各々配置したことにより,外部変動に因らず赤外線放射体の赤外線を常に測定することができ,赤外線放射体との間隔を一定に保つことで外部への影響(特に人体への痛みや損害)与えることなく赤外線放射体の赤外線を常に測定することができ,赤外線放射体を正確にかつ検出信号として最も高い信号量で追尾することができ,コンパクトな構成で赤外線放射体の捕捉と追尾のための信号と,対象成分濃度を算出するための分光信号を得ることができる。   According to the radiation spectral densitometer 20 according to the embodiment of the present invention, a function of capturing and tracking the eardrum 1 is provided, and a solid angle change in the detection direction with the end of the infrared waveguide 3 as a fulcrum is performed. The eardrum 1 is recognized using the total infrared intensity incident on the infrared waveguide 3 as an index, and a plurality of apertures are formed on the infrared chopper 4 so that the spectral intensity measurement and the total infrared intensity can be detected by one infrared sensor 6. By arranging the spectral filter for measuring the spectral intensity and the filter or aperture for measuring the total infrared intensity, the infrared radiation of the infrared radiator can be always measured regardless of external fluctuations. By keeping the distance from the infrared radiator constant, the infrared radiation of the infrared radiator can always be measured without causing external influences (especially pain or damage to the human body). Inspection It can be tracked with the highest signal amount as a signal, it is possible to obtain a signal for acquisition and tracking of the infrared radiator with a compact structure, a spectroscopic signal for calculating the target component concentration.

なお、上記実施の形態では、赤外放射体として人体の鼓膜の場合について説明したが、本発明の放射分光濃度計はその他の生体の部分などの赤外放射体を分析するために用いることも可能である。また、上記実施の形態では、対象成分をグルコースとして血糖値(グルコースの濃度)を求める場合について説明したが、本発明の放射分光濃度計を用いればその他の血液性成分や組織成分についても同様に測定することが可能である。   In the above embodiment, the case of the human eardrum has been described as the infrared radiator, but the radiation spectral densitometer of the present invention can also be used to analyze infrared radiators such as other biological parts. Is possible. Further, in the above embodiment, the case where the blood glucose level (glucose concentration) is obtained using glucose as the target component has been described. However, if the radiation spectral densitometer of the present invention is used, other blood components and tissue components are similarly used. It is possible to measure.

以上のように,本発明にかかる放射分光濃度計は,赤外線導波管と,分光フィルタと,前記赤外線導波管を透過した赤外線放射体からの赤外線を検出するための赤外線検出器と,前記赤外線検出器の出力から前記赤外線放射体内の対象成分の濃度を算出する手段と,前記濃度を表示および保存する表示保存手段とを備え,少なくとも前記赤外線導波管が,前記赤外線放射体の捕捉と追尾を行う機能を設けることにより,外部変動に因らず赤外線放射体の赤外線を常に測定出来るという効果を有し,人体の血液成分や組織成分濃度を非観血,非侵襲にて計測するための方法として有用である。   As described above, a radiation spectral densitometer according to the present invention includes an infrared waveguide, a spectral filter, an infrared detector for detecting infrared rays from an infrared radiator transmitted through the infrared waveguide, Means for calculating the concentration of the target component in the infrared emitter from the output of the infrared detector, and display storage means for displaying and storing the concentration, wherein at least the infrared waveguide is capable of capturing the infrared emitter; By providing a tracking function, it is possible to always measure the infrared rays of infrared emitters regardless of external fluctuations, and to measure the blood component and tissue component concentration of the human body noninvasively and noninvasively. This method is useful.

本発明の実施の形態における放射分光濃度計の構成を示す模式図The schematic diagram which shows the structure of the radiation spectral densitometer in embodiment of this invention 図1における赤外線チョッパーの正面図Front view of the infrared chopper in FIG. 図2における赤外線チョッパーのA−A’線断面図A-A 'line sectional view of the infrared chopper in FIG. 図1における立体角変化機構を詳細に記載した放射分光濃度計の構成を示す模式図Schematic diagram showing the configuration of a radiation spectral densitometer describing the solid angle change mechanism in FIG. 1 in detail. 図4を矢印Aの方向から見た立体角変化機構を詳細に記載した放射分光濃度計の構成を示す模式図FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a radiation spectrodensitometer describing in detail the solid angle changing mechanism as seen from the direction of arrow A. 図5の一部が変化した今一つの立体角変化機構を詳細に記載した放射分光濃度計の構成を示す模式図FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a radiation spectrodensitometer in which the solid angle changing mechanism in which a part of FIG. 5 is changed is described in detail. 立体角調整手順について説明するための図The figure for demonstrating the solid angle adjustment procedure 立体角調整手順のフロー図Flow chart of solid angle adjustment procedure 図1に示す構成を有する本発明の実施の形態の放射分光濃度計を作動させた場合に赤外線センサから得られる出力パターンの一例を示す図The figure which shows an example of the output pattern obtained from an infrared sensor when the radiation spectral densitometer of embodiment of this invention which has the structure shown in FIG. 1 is operated. 従来の放射分光濃度計の構成を模式的に示す図The figure which shows typically the composition of the conventional radiation spectral densitometer

符号の説明Explanation of symbols

1 鼓膜
2a 挿入ガイド
2b 外部カバー
3 赤外線導波管
4 赤外線チョッパー
4a 回転板
4b 回転手段
5 開口
5a,5b,5c 分光フィルタ
5d フィルタ
6 赤外線センサ
7 電子回路
8 立体角変化機構
9 移動軸
10a,10b ブロック
11a,11b バネ
12a,12b ワイヤー
13a,13b モータ
14 ビボット球
15 一体部
16 移動ガイド
20 放射分光濃度計
60 表示装置
61 対象物体
62 プラスチックカバー
63 反射鏡
64 赤外線導波管
65 光学バルブ
66 赤外線フィルタセット
67 検出器
68 電子回路
69 マイクロコンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tympanic membrane 2a Insertion guide 2b External cover 3 Infrared waveguide 4 Infrared chopper 4a Rotating plate 4b Rotating means 5 Aperture 5a, 5b, 5c Spectral filter 5d Filter 6 Infrared sensor 7 Electronic circuit 8 Solid angle change mechanism 9 Moving shaft 10a, 10b Block 11a, 11b Spring 12a, 12b Wire 13a, 13b Motor 14 Vivot sphere 15 Integral part 16 Movement guide 20 Emission spectrophotometer 60 Display device 61 Target object 62 Plastic cover 63 Reflector 64 Infrared waveguide 65 Optical valve 66 Infrared filter Set 67 Detector 68 Electronic circuit 69 Microcomputer

Claims (5)

赤外線放射体と、赤外線導波管と,分光フィルタと,前記赤外線導波管を透過した赤外線放射体からの赤外線を検出するための赤外線検出器と,前記赤外線検出器の出力から前記赤外線放射体内の対象成分の濃度を算出する手段と,前記濃度を表示および保存する表示保存手段と,を備え,
前記赤外線導波管が,前記赤外線放射体の判定と認識とを行うことを特徴とする放射分光濃度計。
An infrared emitter, an infrared waveguide, a spectral filter, an infrared detector for detecting infrared rays from the infrared emitter that has passed through the infrared waveguide, and an output of the infrared detector from the infrared emitter Means for calculating the concentration of the target component, and display storage means for displaying and storing the concentration,
A radiation spectral densitometer, wherein the infrared waveguide performs determination and recognition of the infrared radiator.
前記赤外線放射体の判定と認識とを行う機能は,前記赤外線導波管の前記赤外線放射体側の端部を支点とする視野角との調整であることを特徴とする請求項1記載の放射分光濃度計。 2. The radiation spectroscopy according to claim 1, wherein the function of determining and recognizing the infrared radiator is an adjustment with a viewing angle having an end portion on the infrared radiator side of the infrared waveguide as a fulcrum. Densitometer. 前記赤外線放射体の捕捉と追尾に,前記赤外線放射体の放射赤外線スペクトルの部分または全積分量を用いることを特徴とする請求項1または2記載の放射分光濃度計。 The radiation spectral densitometer according to claim 1 or 2, wherein a part or total integral of a radiation infrared spectrum of the infrared radiator is used for capturing and tracking the infrared radiator. 前記赤外線導波管と前記赤外線検出器間に,少なくとも2つ以上の開口を有する赤外線チョッパーが配置され,
前記赤外線チョッパーの一方の開口には,前記分光フィルタが配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の放射分光濃度計。
An infrared chopper having at least two openings is disposed between the infrared waveguide and the infrared detector;
4. The radiation spectral densitometer according to claim 1, wherein the spectral filter is disposed in one opening of the infrared chopper. 5.
前記赤外線放射体は生体の鼓膜であり,前記対象成分は血液成分であることを特徴とする請求項4記載の放射分光濃度計。 The radiation spectral densitometer according to claim 4, wherein the infrared radiator is a tympanic membrane of a living body, and the target component is a blood component.
JP2006015914A 2006-01-25 2006-01-25 Radiation spectral densitometer Pending JP2007195653A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006015914A JP2007195653A (en) 2006-01-25 2006-01-25 Radiation spectral densitometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006015914A JP2007195653A (en) 2006-01-25 2006-01-25 Radiation spectral densitometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007195653A true JP2007195653A (en) 2007-08-09

Family

ID=38450852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006015914A Pending JP2007195653A (en) 2006-01-25 2006-01-25 Radiation spectral densitometer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007195653A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011517975A (en) * 2008-04-11 2011-06-23 グルコビスタ・エルエルシー Apparatus and method for non-invasive measurement of body material
JP2013509239A (en) * 2009-10-28 2013-03-14 グルコ・ビスタ・インコーポレイテッド Apparatus and method for non-invasive measurement of body material
JP2019037752A (en) * 2017-08-23 2019-03-14 株式会社リコー Measuring apparatus and measuring method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011517975A (en) * 2008-04-11 2011-06-23 グルコビスタ・エルエルシー Apparatus and method for non-invasive measurement of body material
EP2276406B1 (en) * 2008-04-11 2018-12-12 GlucoVista Inc. Apparatus and methods for non-invasive measurement of a substance within a body
JP2013509239A (en) * 2009-10-28 2013-03-14 グルコ・ビスタ・インコーポレイテッド Apparatus and method for non-invasive measurement of body material
JP2019037752A (en) * 2017-08-23 2019-03-14 株式会社リコー Measuring apparatus and measuring method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7684841B2 (en) Living body ingredient concentration measuring instrument
CN102265125B (en) There is the contactless clinical thermometer of stray radiation shielding
US20210109019A1 (en) Apparatus and Method for Analyzing a Material
US20090030295A1 (en) Instrument for measuring concentration of living body ingredient
JP4199295B2 (en) Biological information measuring device
US6836678B2 (en) Non-invasive blood glucose monitor
JP4264125B2 (en) Biological information measuring apparatus and control method thereof
ES2281912T3 (en) CONTROL OF ANALYTS IN FABRICS BY INFRARED RADIATION.
RU2562173C2 (en) Method for non-invasive analysis of substance concentration in body
US20080269580A1 (en) System for Non-Invasive Measurement of Bloold Glucose Concentration
JP2007532183A (en) A compact instrument for non-invasive measurement of glucose by near infrared spectroscopy
JP5581222B2 (en) Apparatus and method for non-invasive measurement of the concentration of a substance in the blood of a subject
WO2019150543A1 (en) Biological substance measurement device
JP2011511694A (en) Apparatus and method for noninvasively measuring substance concentration in blood using light retroreflected from the retina
JP2007195653A (en) Radiation spectral densitometer
EP1891892A1 (en) Biometric information measuring sensor
US20210259586A1 (en) Measurement apparatus and biological information measurement apparatus
JP2007144103A (en) Biogenic substance density measuring instrument
JP3939487B2 (en) Thermophysical property measurement system
JP2009201853A (en) Biological component concentration measuring apparatus
JP2004313554A (en) Non-invasive measurement device for blood sugar level
JP2007236734A (en) Biological component concentration measuring apparatus
JP6570716B2 (en) Biological substance measuring device
JP2008545515A (en) Non-invasive measurement of blood analytes using thermal emission spectroscopy
JP2007151641A (en) Radiation spectral densitometer