JP4914333B2 - Component concentration measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、非侵襲な成分濃度測定装置、特に、非侵襲に血液成分としてグルコースを測定対象として、その濃度、即ち血糖値の非侵襲な測定装置に関する。 The present invention relates to a non-invasive component concentration measuring apparatus, and more particularly to a non-invasive measuring apparatus for measuring the concentration, that is, a blood glucose level, of glucose as a blood component in a non-invasive manner.
非侵襲な成分濃度の測定方法として、現在までに、経皮的な電磁波の照射、または、輻射の観測に基づく様々の方法が試行されてきている。これらは何れも、対象とする血液成分、例えば、血糖値の場合はグルコース分子が有する特定の波長の電磁波との相互作用、すなわち吸収、または散乱を利用している。 To date, various methods based on transcutaneous electromagnetic wave irradiation or radiation observation have been tried as noninvasive component concentration measurement methods. All of these utilize the interaction with an electromagnetic wave of a specific wavelength that a blood molecule of interest has, for example, glucose molecules in the case of blood glucose level, that is, absorption or scattering.
しかし、グルコースと電磁波との相互作用は小さく、また生体に安全に照射し得る電磁波の強度には制限があり、さらに生体が電磁波に対して散乱体であるために、生体の血糖値測定においては、十分な効果を挙げるに至っていない。 However, the interaction between glucose and electromagnetic waves is small, and there is a limit to the intensity of electromagnetic waves that can be safely irradiated to a living body. Furthermore, since living bodies are scatterers against electromagnetic waves, , Has not been effective enough.
上記のグルコースと電磁波との相互作用を利用する従来の技術の中で、電磁波を生体へ照射して生体内に発生する音波を観測する、光音響法が注目されている。 Among the conventional techniques using the interaction between glucose and electromagnetic waves, a photoacoustic method for observing sound waves generated in a living body by irradiating the living body with electromagnetic waves has attracted attention.
光音響法とは生体にある量の電磁波を照射した場合、電磁波は生体に含有される分子に吸収され、電磁波を照射した部分を局所的に加熱して熱膨張を起こし音波を発生させるが、この音波の圧力は電磁波を吸収する分子の量に依存するので、音波の圧力を測定することにより、生体内の分子の量を測定する方法である。また、光音響法の中でも、光を照射した局部的な領域において熱が発生し、その熱が拡散することなく熱膨張を惹起し、それにより発生し伝搬する音波を利用する方法を直接光音響法と呼ぶ。 The photoacoustic method is that when a living body is irradiated with a certain amount of electromagnetic waves, the electromagnetic waves are absorbed by the molecules contained in the living body, and the portion irradiated with the electromagnetic waves is locally heated to cause thermal expansion and generate sound waves. Since the pressure of this sound wave depends on the amount of molecules that absorb electromagnetic waves, it is a method of measuring the amount of molecules in the living body by measuring the pressure of sound waves. Moreover, among the photoacoustic methods, heat is generated in a local area irradiated with light, and thermal expansion is caused without diffusion of the heat. Call the law.
音波は生体内を伝搬する圧力波であり、電磁波に比べ散乱しにくいという特質があり、上記の光音響法は生体の血液成分測定において注目すべき手法である(例えば、非特許文献1参照。)。図14は、従来例として、光音響法による従来の成分濃度測定装置の構成例を示す図である。光パルスを電磁波として用いている。また、本例では血液成分として血糖、すなわちグルコースを測定対象としている。駆動電源604はパルス状の励起電流をパルス光源616に供給し、パルス光源616はサブマイクロ秒の持続時間を有する光パルスを発生し、前記光パルスは生体被検部610に照射される。前記光パルスは生体被検部610内にパルス状の光音響信号と呼ばれる音波を発生させ、光音響信号は超音波検出器613により検出され、光音響信号は音圧に比例した電気信号に変換される。
A sound wave is a pressure wave propagating in a living body and has a characteristic that it is less likely to scatter than an electromagnetic wave. The above-described photoacoustic method is a technique that should be noted in measuring blood components of a living body (see, for example, Non-Patent Document 1). ). FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional component concentration measuring apparatus using a photoacoustic method as a conventional example. Light pulses are used as electromagnetic waves. In this example, blood sugar, that is, glucose is used as a measurement target as a blood component. The
前記電気信号の波形は波形観測器620により観測される。この波形観測器620は上記励起電流に同期した信号によりトリガされ、前記音圧に比例した電気信号は波形観測器620の管面上の一定位置に表示され、信号を積算・平均して測定することができる。
The waveform of the electrical signal is observed by a
このようにして得られた前記音圧に比例した電気信号の振幅を解析して、生体被検部610内の血糖値、すなわちグルコースの量が測定される。図14に示す例の場合はサブマイクロ秒のパルス幅の光パルスを最大1kHzの繰り返しで発生させ、1024発の光パルスを平均して、前記音圧に比例した電気信号としているが十分な精度が得られていない。
By analyzing the amplitude of the electrical signal proportional to the sound pressure thus obtained, the blood glucose level in the living
そこで、より精度を高める目的で、連続的に強度変調した光源を用いる第2の従来例が開示されている。図15に第2の従来例の装置の構成を示す(例えば、特許文献1及び2参照。)。本例も血糖を主な測定対象として、異なる波長の複数の光源を用いて、高精度化を試みている。
Therefore, a second conventional example using a light source that is continuously intensity-modulated has been disclosed for the purpose of improving accuracy. FIG. 15 shows a configuration of a second conventional apparatus (see, for example,
説明の煩雑さを避けるために、図15により光源の数が2つの場合の動作を説明する。図15において、異なる波長の光源、即ち、第1の光源601および第2の光源605は、それぞれ駆動電源604および駆動電源608により駆動され、連続光を出力する。
In order to avoid complicated explanation, the operation when the number of light sources is two will be described with reference to FIG. In FIG. 15, light sources having different wavelengths, that is, a
第1の光源601および第2の光源605が出力する光は、モータ618により駆動され一定回転数で回転するチョッパ板617により断続される。ここでチョッパ板617は不透明な材質により形成され、モータ618の軸を中心とする円周に第1の光源601および第2の光源605の光が通過する円周上に、互いに素な個数の開口部が形成されている。
The light output from the
上記の構成により、第1の光源601および第2の光源605の各々が出力する光は互いに素な変調周波数f1、および変調周波数f2で強度変調された後、合波器609により合波され、1つの光束として生体被検部610に照射される。
With the above-described configuration, the light output from each of the
生体被検部610内には第1の光源601の光により周波数f1の光音響信号が発生し、第2の光源605の光により周波数f2の光音響信号が発生し、これらの光音響信号は、音響センサ619により検出され、音圧に比例した電気信号に変換され、その周波数スペクトルが、周波数解析器621により観測される。
The living
本例においては、複数の光源の波長は全てグルコースの吸収波長に設定されており、各波長に対応する光音響信号の強度は、血液中に含まれるグルコースの量に対応した電気信号として測定される。 In this example, the wavelengths of the plurality of light sources are all set to the absorption wavelength of glucose, and the intensity of the photoacoustic signal corresponding to each wavelength is measured as an electrical signal corresponding to the amount of glucose contained in the blood. The
ここで、予め光音響信号の測定値の強度と別途採血した血液によりグルコースの含有量を測定した値との関係を記憶しておいて、前記光音響信号の測定値からグルコースの量を測定している。
生体被検部内に存在する溶液に含まれる対象成分の濃度を測定する際、生体被検部内で発生した音波を生体被検部外で検出する。このとき、生体被検部で発生した音波は、生体被検部の表面で反射される。生体被検部の表面で反射された音波は、生体被検部内に定在波を発生させる。生体被検部外では、生体被検部内で発生した定在波を検出する。 When measuring the concentration of the target component contained in the solution present in the living body test part, sound waves generated in the living body test part are detected outside the living body test part. At this time, the sound wave generated in the living body test part is reflected on the surface of the living body test part. The sound wave reflected by the surface of the living body test part generates a standing wave in the living body test part. Outside the living body test part, standing waves generated in the living body test part are detected.
対象成分の濃度を測定する生体被検部が生体の場合、生体被検部の形状が変化することがある。例えば、対象成分の測定の開始後、生体被検部の圧迫などの影響により膨張又は収縮することがある。このときに、生体被検部の表面の間隔が変化することがあった。 When the living body test part for measuring the concentration of the target component is a living body, the shape of the living body test part may change. For example, after the start of measurement of the target component, it may expand or contract due to the influence of compression of the living body test part. At this time, the interval of the surface of the living body test portion may change.
また、生体被検部が指のように動く場合、生体被検部を保持する保持手段が移動することがある。このときに、生体被検部の表面の間隔が変化することがあった。 Further, when the living body test part moves like a finger, the holding means for holding the living body test part may move. At this time, the interval of the surface of the living body test portion may change.
生体被検部内で発生する定在波は、生体被検部の表面の間隔によって変化する。生体被検部の表面の間隔が変化すれば、生体被検部内で発生する定在波が変化し、安定した対象成分の濃度が測定できない。 The standing wave generated in the living body test portion varies depending on the interval of the surface of the living body test portion. If the distance between the surfaces of the living body test portion changes, the standing wave generated in the living body test portion changes, and the concentration of the stable target component cannot be measured.
また、生体被検部内で吸収される強度変調光の光量は、生体被検部の表面の間隔で異なる場合がある。生体被検部内で吸収される強度変調光の光量がすれば、安定した対象成分の濃度が測定できない。 Further, the amount of intensity-modulated light absorbed in the living body test portion may vary depending on the interval between the surfaces of the living body test portion. If the amount of intensity-modulated light absorbed in the living body test part is increased, a stable concentration of the target component cannot be measured.
そこで、本発明は、光音響法を用いた成分濃度測定装置において、生体被検部の表面の間隔を一定に保つことで、安定した対象成分の濃度を測定可能とすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to make it possible to measure a stable concentration of a target component by keeping the distance between the surfaces of a living body test part constant in a component concentration measuring apparatus using a photoacoustic method.
本発明に係る成分濃度測定装置は、生体被検部などの被測定物の表面の間隔を一定に保つために、被測定物を挟んで保持する2つの保持手段と、2つの保持手段同士の間隔を測定する間隔測定手段とを、光音響法を用いた成分濃度測定装置に設けたことを特徴とする。 The component concentration measuring apparatus according to the present invention includes two holding means for holding a measurement object between the two holding means in order to keep the distance between the surfaces of the measurement object such as a living body test part constant. An interval measuring means for measuring the interval is provided in a component concentration measuring apparatus using a photoacoustic method.
本発明に係る成分濃度測定装置は、液体に対象成分が混合されてなる溶液における前記液体の呈する吸収が相等しい異なる波長の光を発生して出力する2つの測定用光発生手段と、前記測定用光発生手段の一方からの光を予め定められた一定周波数で強度変調して出力し、かつ、前記測定用光発生手段の一方からの光と前記測定用光発生手段の他方からの光を前記一定周波数で互いに逆相に強度変調して出力する光変調手段と、前記溶液の存在する被測定物を挟んで保持する2つの保持手段と、両端がそれぞれ前記2つの保持手段に固定され、前記2つの保持手段の間隔を測定する間隔測定手段と、前記保持手段の一方に配置され、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光、及び、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光と前記測定用光発生手段の他方からの光の強度変調光とを合成した測定用合成光を、前記被測定物に向けて出射する光出射手段と、前記保持手段の他方に前記光出射手段と対向して配置され、前記光出射手段の出射する前記強度変調光によって前記溶液から発生する規格化用音波、及び、前記光出射手段の出射する前記測定用合成光によって前記溶液から発生する測定用音波を検出する音波検出手段と、前記間隔測定手段の測定する前記間隔が変化したか否かを判定する間隔変化判定手段と、前記間隔が変化しないと前記間隔変化判定手段が判定すると、前記測定用光発生手段に光を発生させ、前記間隔が変化したと前記間隔変化判定手段が判定すると、前記測定用光発生手段に光を発生させない光発生制御手段と、を備えることを特徴とする。 The component concentration measuring apparatus according to the present invention comprises two measuring light generating means for generating and outputting light of different wavelengths with the same absorption of the liquid in a solution in which the target component is mixed with the liquid, and the measurement The light from one of the measurement light generation means is intensity-modulated at a predetermined frequency and output, and the light from one of the measurement light generation means and the light from the other of the measurement light generation means are output. A light modulation means for intensity-modulating and outputting in an opposite phase at the constant frequency, two holding means for holding the object to be measured in between, and both ends fixed to the two holding means, An interval measuring means for measuring an interval between the two holding means, one of the holding light means, and one of the measurement light generating means and intensity-modulated light from one of the measuring light generating means, and one of the measuring light generating means Intensity modulation from light And a light emitting means for emitting the measurement combined light, which is the intensity modulated light of the light from the other of the measurement light generating means, toward the object to be measured, and the light emitting means on the other of the holding means And a normalization sound wave generated from the solution by the intensity-modulated light emitted from the light emitting means, and a measurement generated from the solution by the synthetic light for measurement emitted from the light emitting means A sound wave detecting means for detecting a sound wave, an interval change determining means for determining whether or not the interval measured by the interval measuring means has changed, and when the interval change determining means determines that the interval does not change, to generate light to the measuring beam generating means, when the distance change determination unit and the distance has changed is determined, and characterized in that it comprises a light generation control means does not generate light on the measuring light generating means That.
測定用光発生手段、光変調手段、光出射手段及び音波検出手段を備えるので、光音響法を用いて、液体に対象成分が混合されてなる溶液における対象成分の濃度を測定することができる。また、間隔測定手段が2つの保持手段の間隔を測定するので、被測定物の表面の間隔が変化したか否かを判定することができる。そのため、光音響法を用いた成分濃度測定装置において、生体被検部などの被測定物の表面の間隔を一定に保つことで、安定した対象成分の濃度を測定することができる。また、間隔変化判定手段が2つの保持手段の間隔が変化したか否かを判定するので、被測定物の表面の間隔が変化したか否かを判定することができる。被測定物の表面の間隔が変化していない場合には、光発生制御手段は、測定用光発生手段に光の発生を継続させる。一方、被測定物の表面の間隔が変化した場合には、光発生制御手段は、測定用光発生手段に光の発生を中止させる。生体被検部などの被測定物の表面の間隔が一定に保たれていることを条件として、対象成分の濃度を測定することができる。 Since the measuring light generating means, the light modulating means, the light emitting means, and the sound wave detecting means are provided, the concentration of the target component in the solution in which the target component is mixed with the liquid can be measured using the photoacoustic method. Further, since the interval measuring unit measures the interval between the two holding units, it can be determined whether or not the interval between the surfaces of the object to be measured has changed. Therefore, in the component concentration measuring apparatus using the photoacoustic method, the concentration of the target component can be stably measured by keeping the distance between the surfaces of the measurement object such as the living body test part constant. Further, since the interval change determination unit determines whether or not the interval between the two holding units has changed, it can be determined whether or not the interval between the surfaces of the object to be measured has changed. When the distance between the surfaces of the object to be measured has not changed, the light generation control means causes the measurement light generation means to continue generating light. On the other hand, when the distance between the surfaces of the object to be measured changes, the light generation control unit causes the measurement light generation unit to stop generating light. The concentration of the target component can be measured on the condition that the distance between the surfaces of the measurement object such as the living body test part is kept constant.
本発明に係る成分濃度測定装置は、液体に対象成分が混合されてなる溶液における前記液体の呈する吸収が相等しい異なる波長の光を発生して出力する2つの測定用光発生手段と、前記測定用光発生手段の一方からの光を予め定められた一定周波数で強度変調して出力し、かつ、前記測定用光発生手段の一方からの光と前記測定用光発生手段の他方からの光を前記一定周波数で互いに逆相に強度変調して出力する光変調手段と、前記溶液の存在する被測定物を挟んで保持する2つの保持手段と、両端がそれぞれ前記2つの保持手段に固定され、前記2つの保持手段の間隔を測定する間隔測定手段と、前記保持手段の一方に配置され、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光、及び、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光と前記測定用光発生手段の他方からの光の強度変調光とを合成した測定用合成光を、前記被測定物に向けて出射する光出射手段と、前記保持手段の他方に前記光出射手段と対向して配置され、前記光出射手段の出射する前記強度変調光によって前記溶液から発生する規格化用音波、及び、前記光出射手段の出射する前記測定用合成光によって前記溶液から発生する測定用音波を検出する音波検出手段と、前記間隔測定手段の測定する前記間隔が変化したか否かを判定する間隔変化判定手段と、前記光出射手段の出射する前記強度変調光及び前記測定用合成光を遮断する光遮断手段と、前記間隔が変化しないと前記間隔変化判定手段が判定すると、前記強度変調光及び前記測定用合成光を前記光遮断手段に遮断させず、前記間隔が変化したと前記間隔変化判定手段が判定すると、前記強度変調光及び前記測定用合成光を前記光遮断手段に遮断させる光出射制御手段と、を備えることを特徴とする。 The component concentration measuring apparatus according to the present invention comprises two measuring light generating means for generating and outputting light of different wavelengths with the same absorption of the liquid in a solution in which the target component is mixed with the liquid, and the measurement The light from one of the measurement light generation means is intensity-modulated at a predetermined frequency and output, and the light from one of the measurement light generation means and the light from the other of the measurement light generation means are output. A light modulation means for intensity-modulating and outputting in an opposite phase at the constant frequency, two holding means for holding the object to be measured in between, and both ends fixed to the two holding means, An interval measuring means for measuring an interval between the two holding means, one of the holding light means, and one of the measurement light generating means and intensity-modulated light from one of the measuring light generating means, and one of the measuring light generating means Intensity modulation from light And a light emitting means for emitting the measurement combined light, which is the intensity modulated light of the light from the other of the measurement light generating means, toward the object to be measured, and the light emitting means on the other of the holding means And a normalization sound wave generated from the solution by the intensity-modulated light emitted from the light emitting means, and a measurement generated from the solution by the synthetic light for measurement emitted from the light emitting means A sound wave detecting means for detecting a sound wave for use, an interval change determining means for determining whether or not the interval measured by the interval measuring means has changed, the intensity-modulated light emitted from the light emitting means, and the composite for measurement When the interval change determination unit determines that the interval does not change and the light blocking unit that blocks light, the intensity changed light and the combined light for measurement are not blocked by the light blocking unit, and the interval has changed. When serial interval change determination means determines, characterized in that said intensity-modulated light and the measurement combined light and a light emission control means for interrupting said light blocking means.
測定用光発生手段、光変調手段、光出射手段及び音波検出手段を備えるので、光音響法を用いて、液体に対象成分が混合されてなる溶液における対象成分の濃度を測定することができる。また、間隔測定手段が2つの保持手段の間隔を測定するので、被測定物の表面の間隔が変化したか否かを判定することができる。そのため、光音響法を用いた成分濃度測定装置において、生体被検部などの被測定物の表面の間隔を一定に保つことで、安定した対象成分の濃度を測定することができる。また、間隔変化判定手段が2つの保持手段の間隔が変化したか否かを判定するので、被測定物の表面の間隔が変化したか否かを判定することができる。被測定物の表面の間隔が変化していない場合には、光出射制御手段は、強度変調光及び測定用合成光を光遮断手段に遮断させない。一方、被測定物の表面の間隔が変化した場合には、光出射制御手段は、強度変調光及び測定用合成光を光遮断手段に遮断させる。生体被検部などの被測定物の表面の間隔が一定に保たれていることを条件として、対象成分の濃度を測定することができる。 Since the measuring light generating means, the light modulating means, the light emitting means, and the sound wave detecting means are provided, the concentration of the target component in the solution in which the target component is mixed with the liquid can be measured using the photoacoustic method. Further, since the interval measuring unit measures the interval between the two holding units, it can be determined whether or not the interval between the surfaces of the object to be measured has changed. Therefore, in the component concentration measuring apparatus using the photoacoustic method, the concentration of the target component can be stably measured by keeping the distance between the surfaces of the measurement object such as the living body test part constant. Further, since the interval change determination unit determines whether or not the interval between the two holding units has changed, it can be determined whether or not the interval between the surfaces of the object to be measured has changed. When the distance between the surfaces of the object to be measured has not changed, the light emission control means does not cause the light blocking means to block the intensity modulated light and the measurement combined light. On the other hand, when the distance between the surfaces of the object to be measured changes, the light emission control unit causes the light blocking unit to block the intensity-modulated light and the measurement combined light. The concentration of the target component can be measured on the condition that the distance between the surfaces of the measurement object such as the living body test part is kept constant.
本発明に係る成分濃度測定装置は、液体に対象成分が混合されてなる溶液における前記液体の呈する吸収が相等しい異なる波長の光を発生して出力する2つの測定用光発生手段と、前記測定用光発生手段の一方からの光を予め定められた一定周波数で強度変調して出力し、かつ、前記測定用光発生手段の一方からの光と前記測定用光発生手段の他方からの光を前記一定周波数で互いに逆相に強度変調して出力する光変調手段と、前記溶液の存在する被測定物を挟んで保持する2つの保持手段と、両端がそれぞれ前記2つの保持手段に固定され、前記2つの保持手段の間隔を測定する間隔測定手段と、前記保持手段の一方に配置され、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光、及び、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光と前記測定用光発生手段の他方からの光の強度変調光とを合成した測定用合成光を、前記被測定物に向けて出射する光出射手段と、前記保持手段の他方に前記光出射手段と対向して配置され、前記光出射手段の出射する前記強度変調光によって前記溶液から発生する規格化用音波、及び、前記光出射手段の出射する前記測定用合成光によって前記溶液から発生する測定用音波を検出する音波検出手段と、前記保持手段の間隔を調節する間隔調節手段と、前記間隔測定手段の測定する前記間隔を記憶する間隔記憶手段と、前記間隔測定手段の測定する前記間隔が変化したか否かを判定する間隔変化判定手段と、前記間隔が変化したと前記間隔変化判定手段が判定すると、前記保持手段の間隔を前記間隔記憶手段の記憶する前記間隔になるように、前記間隔調節手段に前記保持手段の間隔を調節させる間隔制御手段と、を備えることを特徴とする。 The component concentration measuring apparatus according to the present invention comprises two measuring light generating means for generating and outputting light of different wavelengths with the same absorption of the liquid in a solution in which the target component is mixed with the liquid, and the measurement The light from one of the measurement light generation means is intensity-modulated at a predetermined frequency and output, and the light from one of the measurement light generation means and the light from the other of the measurement light generation means are output. A light modulation means for intensity-modulating and outputting in an opposite phase at the constant frequency, two holding means for holding the object to be measured in between, and both ends fixed to the two holding means, An interval measuring means for measuring an interval between the two holding means, one of the holding light means, and one of the measurement light generating means and intensity-modulated light from one of the measuring light generating means, and one of the measuring light generating means Intensity modulation from light And a light emitting means for emitting the measurement combined light, which is the intensity modulated light of the light from the other of the measurement light generating means, toward the object to be measured, and the light emitting means on the other of the holding means And a normalization sound wave generated from the solution by the intensity-modulated light emitted from the light emitting means, and a measurement generated from the solution by the synthetic light for measurement emitted from the light emitting means Sound wave detecting means for detecting a sound wave for use, interval adjusting means for adjusting the interval of the holding means, interval storage means for storing the interval measured by the interval measuring means, and the interval measured by the interval measuring means. When the interval change determining means for determining whether or not the interval has changed, and when the interval change determining means determines that the interval has changed, the interval of the holding means becomes the interval stored in the interval storing means. Characterized by and a gap control means for adjusting the spacing of the holding means to the interval adjusting means.
測定用光発生手段、光変調手段、光出射手段及び音波検出手段を備えるので、光音響法を用いて、液体に対象成分が混合されてなる溶液における対象成分の濃度を測定することができる。また、間隔測定手段が2つの保持手段の間隔を測定するので、被測定物の表面の間隔が変化したか否かを判定することができる。そのため、光音響法を用いた成分濃度測定装置において、生体被検部などの被測定物の表面の間隔を一定に保つことで、安定した対象成分の濃度を測定することができる。また、間隔変化判定手段が2つの保持手段の間隔が変化したか否かを判定するので、被測定物の表面の間隔が変化したか否かを判定することができる。間隔調節手段及び間隔制御手段が、2つの保持手段の間隔を間隔記憶手段に記憶されている間隔に調節するので、生体被検部などの被測定物の表面の間隔を一定に保つことができる。 Since the measuring light generating means, the light modulating means, the light emitting means, and the sound wave detecting means are provided, the concentration of the target component in the solution in which the target component is mixed with the liquid can be measured using the photoacoustic method. Further, since the interval measuring unit measures the interval between the two holding units, it can be determined whether or not the interval between the surfaces of the object to be measured has changed. Therefore, in the component concentration measuring apparatus using the photoacoustic method, the concentration of the target component can be stably measured by keeping the distance between the surfaces of the measurement object such as the living body test part constant. Further, since the interval change determination unit determines whether or not the interval between the two holding units has changed, it can be determined whether or not the interval between the surfaces of the object to be measured has changed. Since the interval adjusting unit and the interval controlling unit adjust the interval between the two holding units to the interval stored in the interval storing unit, the interval of the surface of the object to be measured such as a living body test part can be kept constant. .
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記間隔が変化したと前記間隔変化判定手段が判定すると、あらかじめ定められた表示内容を出力する判定結果出力手段と、前記判定結果出力手段の出力する表示内容を表示する表示手段と、をさらに備えることが好ましい。 In constituent concentration measuring apparatus according to the present invention, the pre-Symbol said interval change determining means and spacing is changed is determined, the judgment result output means for outputting the contents of display predetermined display to output the determination result output unit It is preferable to further include display means for displaying the contents.
間隔変化判定手段が2つの保持手段の間隔が変化したか否かを判定するので、被測定物の表面の間隔が変化したことを判定することができる。被測定物の表面の間隔が変化した場合には、判定結果出力手段及び表示手段は、被検者に対して、安定した対象成分の濃度が測定できていないことを知らせることができる。被検者は、被測定物の表面の間隔を一定に保つよう保持手段を調節したり、対象成分の濃度を測定しなおしたりすることができる。 Since the interval change determination unit determines whether or not the interval between the two holding units has changed, it can be determined that the interval between the surfaces of the object to be measured has changed. When the distance between the surfaces of the object to be measured changes, the determination result output means and the display means can inform the subject that the concentration of the stable target component has not been measured. The subject can adjust the holding means so as to keep the distance between the surfaces of the object to be measured constant, or can measure the concentration of the target component again.
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記間隔測定手段の測定する前記間隔を記憶する間隔記憶手段をさらに備えることが好ましい。 In the component concentration measuring apparatus according to the present invention, it is preferable that the apparatus further comprises interval storage means for storing the intervals measured by the interval measuring means.
間隔記憶手段は、保持手段の間隔を記憶する。間隔記憶手段は、被測定物の表面の間隔を記憶することができる。音波検出手段の検出した音波から得られた光音響信号を、被測定物の表面の間隔の記録を用いて補正することができる。 The interval storage means stores the interval of the holding means. The interval storage means can store the interval of the surface of the object to be measured. The photoacoustic signal obtained from the sound wave detected by the sound wave detection means can be corrected by using the record of the distance between the surfaces of the object to be measured.
本発明に係る成分濃度測定装置では、前記液体が水であり、前記対象成分がグルコース又はコレステロールであり、前記溶液が血液であることが好ましい。 In the component concentration measuring apparatus according to the present invention, it is preferable that the liquid is water, the target component is glucose or cholesterol, and the solution is blood.
液体を水、対象成分をグルコース又はコレステロールとすることで、血液中に含まれるグルコース又はコレステロールの濃度を測定することができる。本発明に係る成分濃度測定装置は安定した対象成分の濃度を測定可能とするので、安定した血液成分の濃度を測定することができる。 By using water as the liquid and glucose or cholesterol as the target component, the concentration of glucose or cholesterol contained in the blood can be measured. Since the component concentration measuring apparatus according to the present invention can measure the concentration of a stable target component, the concentration of a stable blood component can be measured.
本発明によれば、本発明に係る成分濃度測定装置は、生体被検部などの被測定物の表面の間隔を一定に保つための手段を備えるので、安定した対象成分の濃度を測定することができる。 According to the present invention, the component concentration measuring apparatus according to the present invention includes means for keeping the distance of the surface of the object to be measured, such as a living body test part, constant, so that the concentration of the target component can be measured stably. Can do.
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is an example of the configuration of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment.
以下の実施の形態では、成分濃度測定装置を、血液成分濃度測定装置として説明する。本実施形態において説明する生体被検部を被測定物に、血液を溶液に、水を液体に、グルコース又はコレステロールを対象成分に、それぞれ置き換えれば、成分濃度測定装置として実施することができる。例えば、溶液には、血液に限らず、リンパ液や涙等の生体を構成する溶液が含まれる。そして、対象成分には、グルコース又はコレステロールに限らず、例えば「リンパ液成分」や「涙成分」等の生体を構成する溶液中の成分も含まれる。このように測定対象に応じて種々の成分を測定できる。 In the following embodiments, the component concentration measuring device will be described as a blood component concentration measuring device. If the living body test portion described in the present embodiment is replaced with a measurement object, blood is replaced with a solution, water is replaced with a liquid, and glucose or cholesterol is replaced with a target component, the component concentration measuring device can be implemented. For example, the solution includes not only blood but also a solution constituting a living body such as lymph and tears. The target component is not limited to glucose or cholesterol, but also includes components in the solution constituting the living body, such as “lymph component” and “tear component”. Thus, various components can be measured according to the measurement object.
また、以下の実施形態や実施例の構成において、生体被検部に代えて果物をおけば、果実糖度計として機能する。これは、果実の甘さ成分である蔗糖や果糖は、血糖成分であるグルコースと類似の波長に吸収を有するからである、このように本実施形態の精神を逸脱しない範囲で、本実施形態に係る測定装置を様々の対象に適用できることは言うまで無い。 Moreover, in the structure of the following embodiment and an Example, if it replaces with a biological test part and a fruit is put, it will function as a fruit sugar content meter. This is because sucrose and fructose, which are the sweetness components of fruits, have absorption at a wavelength similar to that of glucose, which is a blood sugar component. Thus, in the range not departing from the spirit of the present embodiment, It goes without saying that such a measuring apparatus can be applied to various objects.
(第1実施形態)
本実施形態に係る血液成分濃度測定装置は、異なる波長の2波の光を発生する測定用光発生手段と、該異なる波長の2波の光の各々を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調する光変調手段と、強度変調された該異なる波長の2波の光を1つの光束に合波し生体に向けて出射する光出射手段と、出射された光により生体内に発生する音波を検出する音波検出手段と、検出された音波の圧力から生体内の血液成分濃度を算定する血液成分濃度算定手段と、を備えた血液成分濃度測定装置である。なお、本実施形態に係る血液成分濃度算定手段は、本実施形態において適用する他、後に説明する実施形態においても適用することができる。
(First embodiment)
The blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment is configured such that the measurement light generating means for generating two light beams having different wavelengths and the two light beams having different wavelengths are electrically transmitted by signals having the same frequency and opposite phases. Light modulating means for intensity-modulating the light, light emitting means for combining the intensity-modulated two light beams of different wavelengths into one light beam, and emitting the light toward the living body, and generated in the living body by the emitted light A blood component concentration measuring device comprising: a sound wave detecting means for detecting a sound wave; and a blood component concentration calculating means for calculating a blood component concentration in the living body from the pressure of the detected sound wave. The blood component concentration calculating means according to the present embodiment can be applied not only to the present embodiment but also to embodiments described later.
さらに、本実施形態に係る血液成分濃度測定装置においては、前記測定用光発生手段は、1波の光の波長を血液成分が特徴的な吸収を呈する波長に設定し、他の1波の光の波長を水が前記1波の光の波長におけるのと相等しい吸収を呈する波長に設定することもできる。 Furthermore, in the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment, the measurement light generating means sets the wavelength of one wave of light to a wavelength at which the blood component exhibits characteristic absorption, and the other one wave of light. Can be set to a wavelength at which water exhibits absorption equal to that of the one-wave light.
図1を参照して、本実施形態に係る構成について説明する。図1は、本実施形態に係る血液成分濃度測定装置の基本構成を示している。図1において、測定用光発生手段の一部としての第1の光源101は、光変調手段の一部としての駆動回路104により、光変調手段の一部としての発振器103に同期して強度変調されている。
With reference to FIG. 1, the configuration according to the present embodiment will be described. FIG. 1 shows a basic configuration of a blood component concentration measuring apparatus according to this embodiment. In FIG. 1, the first
一方、測定用光発生手段の一部としての第2の光源105は、光変調手段の一部としての駆動回路108により、同じく上記発振器103に同期して強度変調されている。但し、駆動回路108には、発振器103の出力が、光変調手段の一部としての180°移相回路107を経て給電され、その結果、第2の光源105は、上記第1の光源101に対して、180°位相が変化した信号により強度変調されるように構成されている。
On the other hand, the second
ここで、図1に示す第1の光源101および第2の光源105の各々の波長は、1波の光の波長を血液成分が特徴的な吸収を呈する波長に設定し、他の1波の光の波長を水が前記1波の光の波長におけるのと相等しい吸収を呈する波長に設定する。
Here, the wavelength of each of the first
第1の光源101および第2の光源105は各々異なる波長の光を出力し、各々の出力する光は、光出射手段としての合波器109により合波され、1つの光束として、被検体としての生体被検部110に照射される。照射された第1の光源101および第2の光源105の各々が出力する光により生体被検部110内に発生される音波、すなわち光音響信号は、音波検出手段の一部としての超音波検出器113により検出され、光音響信号の音圧に比例した電気信号に変換される。前記電気信号は、上記発振器103に同期した音波検出手段の一部としての位相検波増幅器114により同期検波され、音圧に比例する電気信号が出力端子115に出力される。
The first
ここで、出力端子115に出力される信号の強度は第1の光源101および第2の光源105の各々が出力する光が生体被検部110内の成分により吸収された量に比例するので、前記信号の強度は生体被検部110内の成分の量に比例する。従って、出力端子115に出力される前記信号の強度の測定値から、血液成分濃度算定手段(図示せず)が生体被検部110内の血液中の測定対象の成分の量を算定する。
Here, the intensity of the signal output to the
本実施形態に係る血液成分濃度測定装置は第1の光源101および第2の光源105の出力する異なる波長の2波の光を同一周期、すなわち同一周波数の信号で強度変調しているので、超音波検出器113の周波数特性の不均一の影響を受けない特徴があり、この点が既存技術より優れている点である。
Since the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment modulates the intensity of two light beams of different wavelengths output from the first
以上説明したように本実施形態に係る血液成分濃度測定装置は高精度に血液成分を測定することができる。 As described above, the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment can measure blood components with high accuracy.
本実施形態に係る前記血液成分濃度測定装置において、前記光変調手段は生体内に発生する音波の検出に関わる共鳴周波数と同一の周波数で変調する手段とすることもできる。異なる波長の2波の光の各々を生体内に発生する音波の検出に関わる共鳴周波数と同一の周波数で変調することにより、生体内に発生する音波を高感度に検出できる。 In the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment, the light modulating unit may be a unit that modulates at the same frequency as a resonance frequency related to detection of a sound wave generated in a living body. By modulating each of the two light beams having different wavelengths at the same frequency as the resonance frequency related to the detection of the sound wave generated in the living body, the sound wave generated in the living body can be detected with high sensitivity.
本実施形態に係る血液成分濃度測定装置において、前記血液成分濃度算定手段は、前記異なる波長の2波の光を生体に照射して発生する音波の圧力を、前記2波の光のうち1波の光を零としたときに発生する音波の圧力で除算する手段とすることもできる。このような除算により、高精度に血液成分濃度を測定することができる。 In the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment, the blood component concentration calculating means determines the pressure of the sound wave generated by irradiating the living body with the two waves of light having the different wavelengths, one of the two waves of light. It is also possible to divide by the pressure of the sound wave generated when the light of zero is zero. By such division, the blood component concentration can be measured with high accuracy.
本実施形態に係る血液成分濃度測定装置において、前記測定用光発生手段は、強度変調された前記異なる波長の2波の光を1つの光束に合波し水に照射して発生する音波の圧力が零になるように前記異なる波長の2波の光の各々の相対的な強度を調整する手段とすることもできる。 In the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment, the measurement light generating means combines the two light beams of different wavelengths, which have been intensity-modulated, into one light beam and irradiates water with the pressure of the sound wave generated. It is possible to adjust the relative intensity of each of the two light beams having different wavelengths so that becomes zero.
本実施形態に係る血液成分濃度測定装置において、例えば、図1において、生体被検部110に代えて校正用の水に、前述の血液成分濃度の測定と同様に、第1の光源101および第2の光源105の出力する光を1つの光束に合波した光を照射し、超音波検出器113が検出する光音響信号が零になるように、第1の光源101および第2の光源105の出力する光の相対的な強度を調節する場合である。
In the blood component concentration measurement apparatus according to the present embodiment, for example, in FIG. 1, the first
上記のように第1の光源101および第2の光源105の光の強度を調節する場合、第1の光源101および第2の光源105の光の相対的な強度を容易に等しく調整することができるので、容易に、高精度に血液成分濃度を測定することができる。
When the light intensities of the first
本実施形態に係る血液成分濃度測定装置において、前記音波検出手段は、前記変調周波数に同期して同期検波により検出する手段とすることもできる。本実施形態に係る血液成分濃度測定装置は、例えば、第1の光源101および第2の光源105の出力する光の各々に対応する光音響信号が超音波検出器113により検出され電気信号に変換された信号を、位相検波増幅器114において第1の光源101および第2の光源105の出力する光の各々を強度変調する信号に同期して、同期検波により検出する例である。位相検波増幅器114において第1の光源101および第2の光源105の出力する光の各々に対応する光音響信号の検出精度が向上し、いっそう高精度に光音響信号を測定することができる。
In the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment, the sound wave detecting means may be a means for detecting by synchronous detection in synchronization with the modulation frequency. In the blood component concentration measurement apparatus according to the present embodiment, for example, a photoacoustic signal corresponding to each of the light output from the first
本実施形態に係る血液成分濃度測定装置において、前記測定用光発生手段及び前記光変調手段は、2つの半導体レーザ光源の各々を同一周波数で互いに逆位相の矩形波信号により直接変調する手段とすることができる。2つの半導体レーザ光源の各々を同一周波数で互いに逆位相の矩形波信号により直接変調する装置構成とすることにより、装置構成が簡略化できる。 In the blood component concentration measuring apparatus according to this embodiment, the measurement light generating means and the light modulating means are means for directly modulating each of the two semiconductor laser light sources with rectangular wave signals having the same frequency and opposite phases. be able to. By adopting an apparatus configuration in which each of the two semiconductor laser light sources is directly modulated by rectangular wave signals having the same frequency and opposite phases, the apparatus configuration can be simplified.
次に本実施形態に係る血液成分濃度測定装置の基本となる技術の詳細を説明する。 Next, the details of the technology that is the basis of the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment will be described.
図1を参照して本実施形態に係る血液成分濃度測定装置構成を説明する。図1に示す本実施形態に係る血液成分濃度測定装置は、第1の光源101、第2の光源105、駆動回路104、駆動回路108、180°移相回路107、合波器109、超音波検出器113、位相検波増幅器114、出力端子115、発振器103により構成される。
With reference to FIG. 1, the structure of the blood component concentration measuring apparatus according to this embodiment will be described. The blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment shown in FIG. 1 includes a first
発振器103は、信号線により駆動回路104、180°移相回路107、位相検波増幅器114とそれぞれ接続され、駆動回路104、180°移相回路107、位相検波増幅器114のそれぞれに信号を送信する。
The
駆動回路104は、発振器103から送信された信号を受信し、信号線により接続されている第1の光源101へ駆動電力を供給し、第1の光源101を発光させる。
The driving
180°移相回路107は、発振器103から送信された信号を受信して、前記受信した信号に180°の位相変化を与えた信号を、信号線により接続されている駆動回路108へ送信する。
The 180 °
駆動回路108は、180°移相回路107から送信された信号を受信し、信号線により接続されている第2の光源105へ駆動電力を供給し、第2の光源105を発光させる。
The
第1の光源101および第2の光源105の各々は、互いに異なる波長の光を出力し、各々が出力した光を光波伝送手段により合波器109へ導く。
Each of the first
第1の光源101の出力した光と第2の光源105の出力した光は、合波器109に入力され、合波されて、1つの光束として生体被検部110の所定の位置へ照射され、生体被検部110内に音波、すなわち光音響信号を発生させる。
The light output from the first
超音波検出器113は、生体被検部110の光音響信号を検出し、電気信号に変換して、信号線により接続されている位相検波増幅器114へ送信する。
The
位相検波増幅器114は、発振器103から送信される同期検波に必要な同期信号を受信するとともに、超音波検出器113から送信されてくる光音響信号に比例する電気信号を受信し、同期検波ならびに増幅、濾波を行って、出力端子115へ光音響信号に比例する電気信号を出力する。
The
第1の光源101は、発振器103の発振周波数に同期して強度変調された光を出力する。一方、第2の光源105は、発振器103の発振周波数で、かつ180°移相回路107により180°の位相変化を受けた信号に同期して強度変調された光を出力する。
The first
上記のように、本実施形態に係る血液成分濃度測定装置においては第1の光源101の出力した光と第2の光源105の出力した光は、同一の周波数の信号により強度変調されているので、従来技術において、複数の周波数の信号により強度変調している場合に問題となる測定系の周波数特性の不均一性の影響は存在しない。
As described above, in the blood component concentration measurement apparatus according to the present embodiment, the light output from the first
一方、従来技術において問題となる光音響信号の測定値に存在する非線形的な吸収係数依存性は、本実施形態に係る血液成分濃度測定装置においては等しい吸収係数を与える複数の波長の光を用いて測定することにより解決できることを、以下に説明する。 On the other hand, the nonlinear absorption coefficient dependency existing in the measurement value of the photoacoustic signal, which is a problem in the prior art, uses light of a plurality of wavelengths that give the same absorption coefficient in the blood component concentration measurement apparatus according to this embodiment. What can be solved by measuring in this way will be described below.
波長λ1および波長λ2の各々光に対して、背景の吸収係数α1 (b)、α2 (b)及び測定対象とする血液成分のモル吸収α1 (0)、α2 (0)が既知の場合、各波長における光音響信号の測定値s1およびs2を含む連立方程式は、次の数式(1)のように表される。
数式(1)の1行目と2行目のCに差異が生ずるならば、それは、照射光に関係する量、即ち、吸収係数による差異以外にはあり得ない。ここで、数式(1)の各行の括弧の中、即ち吸収係数が互いに等しくなるように、波長λ1および波長λ2の組み合わせを選べば、吸収係数が等しくなり、1行目と2行目のCは等しい。しかしこれを厳密に行うと、波長λ1および波長λ2の組み合わせが、未知の血液成分濃度Mに依存することになるため、不便である。 If there is a difference between C in the first row and the second row of Equation (1), it can be other than the amount related to the irradiation light, that is, the difference due to the absorption coefficient. Here, if the combination of the wavelength λ 1 and the wavelength λ 2 is selected in parentheses in each row of the formula (1), that is, the absorption coefficients are equal to each other, the absorption coefficients become the same, and the first and second lines Are equal. However, strictly doing this is inconvenient because the combination of wavelength λ 1 and wavelength λ 2 will depend on the unknown blood component concentration M.
ここで、数式(1)の吸収係数(各行括弧中)に占める比率は、背景(αi (b)、i=1、2)の方が、血液成分濃度Mを含む項(Mαi (0))よりも著しく大きい。そこで、各行の吸収係数を正確に等しくする代わりに、背景、αi (b)の吸収係数を等しくすれば十分である。即ち、異なる波長λ1および波長λ2の2波の光は、各々における背景の吸収係数、α1 (b)、α2 (b)が互いに等しくなるように選べば良い。このように1行目と2行目のCを等値できれば、それを未知定数として消去し、測定対象の血液成分濃度Mは数式(2)で表される。
ここで、数式(2)を見ると、分母に波長λ1および波長λ2における測定対象の血液成分の吸収係数の差が現れている。この差が大きい方が、光音響信号の差信号s1−s2が大きく、その測定が容易となる。この差を最大とするには、測定対象の成分の吸収係数α1 (0)が極大となる波長を波長λ1に選び、かつ、α2 (0)=0、即ち、測定対象の成分が吸収特性を示さない波長に波長λ2を選ぶのが良い。ここで、前の条件から、この第2の波長λ2は、α2 (b)=α1 (b)、即ち、背景の吸収係数が第1の波長λ1の吸収係数に等しくなければならない。 Here, looking at Equation (2), the difference in the absorption coefficient of the blood component to be measured at the wavelengths λ 1 and λ 2 appears in the denominator. When the difference is larger, the difference signal s 1 -s 2 of the photoacoustic signal is larger, and the measurement becomes easier. In order to maximize this difference, the wavelength at which the absorption coefficient α 1 (0) of the component to be measured is maximized is selected as the wavelength λ 1 and α 2 (0) = 0, that is, the component to be measured is It is preferable to select the wavelength λ 2 as a wavelength that does not show the absorption characteristics. Here, from the previous condition, this second wavelength λ 2 must be α 2 (b) = α 1 (b) , ie the background absorption coefficient must be equal to the absorption coefficient of the first wavelength λ 1. .
さらに、数式(2)において、光音響信号s1は、光音響信号s2との差s1−s2の形でのみ登場している。今、測定対象の成分としてグルコースを例にとると、上述したように、2つの光音響信号s1および光音響信号s2の強度には、0.1%以下の差異しかない。 Furthermore, in Equation (2), the photoacoustic signal s 1 appears only in the form of a difference s 1 -s 2 from the photoacoustic signal s 2 . Now, taking as an example the glucose as a component to be measured, as described above, the two intensities of the photoacoustic signal s 1 and the photoacoustic signal s 2, only less than 0.1% difference.
しかし、数式(2)の分母の光音響信号s2には5%程度の精度があれば十分である。従って、2つの光音響信号s1および光音響信号s2を逐次個別に測定するよりも、それらの差s1−s2を測定しこの測定値を、個別に測定した光音響信号s2で除する方が、格段に容易に精度が保てる。従って、本実施形態に係る血液成分濃度測定装置においては、2つの波長λ1および波長λ2の光を、互いに逆相に強度変調して照射することにより、生体内で光音響信号s1および光音響信号s2が相互に重畳されて生じる光音響信号の差信号s1−s2を測定する。 However, it is sufficient that the photoacoustic signal s 2 in the denominator of the formula (2) has an accuracy of about 5%. Therefore, rather than sequentially measuring the two photoacoustic signals s 1 and the photoacoustic signal s 2 , the difference s 1 -s 2 between them is measured, and this measured value is determined by the individually measured photoacoustic signal s 2 . It is much easier to maintain accuracy. Therefore, in the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment, the light of the two wavelengths λ 1 and λ 2 is irradiated with intensity modulated in opposite phases to each other, so that the photoacoustic signal s 1 and A difference signal s 1 -s 2 between the photoacoustic signals generated by superimposing the photoacoustic signals s 2 is measured.
以上説明したように、血液成分濃度を測定する場合、異なる特定の波長の2波の光を用いて、前記異なる特定の波長の2波の光が生体内に発生する光音響信号を各々個別に測定するよりも、前記光音響信号の差信号を測定し、さらに、所定の一方の光音響信号を零として、他方の光音響信号を測定して、これらを数式(2)により演算して、容易に血液成分濃度を測定できることが分かる。 As described above, when measuring blood component concentrations, using two waves of different specific wavelengths, the photoacoustic signals generated by the two waves of different specific wavelengths in the living body are individually provided. Rather than measuring, the difference signal of the photoacoustic signal is measured, and further, the predetermined one photoacoustic signal is set to zero, the other photoacoustic signal is measured, and these are calculated by Equation (2), It can be seen that the blood component concentration can be easily measured.
次に、光照射によって発生する音圧について、図2を参照して説明する。図2は本実施形態に係る基礎となる直接光音響法の説明図であり、図2には直接光音響法における観測点の配置が、音源分布のモデルと伴に、示されている。図2において照射光201は、生体に垂直に入射し、その結果、上述したように、光が照射される部分の表面近傍に音源202が生成される。
Next, sound pressure generated by light irradiation will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram of the basic direct photoacoustic method according to the present embodiment, and FIG. 2 shows the arrangement of observation points in the direct photoacoustic method together with a sound source distribution model. In FIG. 2, the
音源202から出て生体内(簡単のために音波について一様とする)を伝搬する音波について、照射光の延長線上にあり、音源から距離rだけ離れた観測点203で、その音圧p(r)を観測する。
A sound wave propagating from the
本実施形態に係る血液成分濃度測定装置において使用する波長1μm以長の光に対しては、生体は、背景(水)による強い吸収を受けるために、音源202は光の照射される部分の表面に局在し、その結果、発生する音波は球面波と見なせる。
For light with a wavelength of 1 μm or longer used in the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment, the living body receives strong absorption by the background (water), so the
図2に示す音波伝搬を記述する波動方程式は、流体力学の方程式から求められる。即ち、連続の式とNavier Stokes方程式を、密度変化、圧力変化、及び流速変化が微小な場合として、各々を線形とし、これらと流体(水)における圧力と密度の関係を記述する状態方程式を連立して解くことにより求められる。ここで、前記状態方程式は、温度をパラメータとして含み、熱源Qが存在する時の温度変化は、前記状態方程式を介して取り込まれる。 The wave equation describing the sound wave propagation shown in FIG. 2 is obtained from an equation of fluid dynamics. That is, the continuous equation and the Navier Stokes equation are assumed to be linear when the density change, the pressure change, and the flow velocity change are very small, and the state equations describing the relationship between the pressure and density in the fluid (water) are combined. It is calculated by solving. Here, the state equation includes temperature as a parameter, and a temperature change when the heat source Q is present is taken in via the state equation.
熱伝導を無視する時、微小な圧力変化pは、次の非斉次のHelmholtz方程式により記述される。
本実施形態に係る血液成分濃度測定装置の場合、一定周期Tで強度変調された光を照射し、該一定周期Tに同期した音圧変化を検出するので、変調周波数をf=1/T、また変調角周波数をω=2πfとおく時、全ての量について、時間依存性exp(−iωt)を持つ量のみに注目すればよい。その結果、時間微分は−iωとの積になる。 In the case of the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment, light whose intensity is modulated at a constant period T is irradiated and a change in sound pressure synchronized with the constant period T is detected, so that the modulation frequency is f = 1 / T, When the modulation angular frequency is set to ω = 2πf, it is only necessary to pay attention to only the amount having time dependency exp (−iωt) for all the amounts. As a result, the time derivative is a product of -iω.
また熱源Qは、照射光吸収に続く非発光緩和に起因するため、吸収係数αに比例し、またその分布は、媒質中での照射光(散乱光が生ずればそれも含めた)の空間分布に等しくなる。即ち、各点での光強度をIと書くと、Q=αIである。以上により、定常的な直接光音響法に関わる基本方程式は次の数式(4)のように表される。
数式(4)のp(r→∞)→0の境界条件の下での解は、十分遠方(r)α−1)において、次の数式(5)のように表される。
今、若干の光分布について数式(5)により、観測される音圧を計算する。先ず、光分布のモデルA204としては、強度が動径r´に対して、e−αr´で減衰する半球状の分布を考える。これは、著しく散乱が大きく、照射光が入射するや否や、全方位に散乱される場合に対応する。 Now, the observed sound pressure is calculated for some light distribution by Equation (5). First, as the light distribution model A204, a hemispherical distribution in which the intensity is attenuated by e− αr ′ with respect to the radius r ′. This corresponds to a case where the scattering is remarkably large and as soon as the irradiation light enters, the light is scattered in all directions.
これに対して、散乱が零である場合が、図2におけるモデルB205、およびモデルC206であり、各々半径w0のガウス型のビームと一様円形ビームを入射した場合に相当している。これら各モデルの光強度分布は、図2中に示されている。 On the other hand, the case where the scattering is zero is the model B205 and the model C206 in FIG. 2, which corresponds to the case where a Gaussian beam and a uniform circular beam having a radius w 0 are respectively incident. The light intensity distribution of each of these models is shown in FIG.
今、既に用いた条件r≫α−1に加えて、r≫w0、および、N≡w0 2/(rλ)≪1(モデルA204についてのNは、w0に代えてα−1を用いて定義する)が成り立つ時、数式(5)による計算結果は、以下のようにまとめられる。
以上の結果によると、ξ=kα―1が小さい時、即ち、音波の波長が吸収長に比べて非常に長い場合(λ)α−1)には、光音響信号は、吸収係数の情報を何ら含まない。その理由は、ξ≪1で、F(ξ)≒ξであって、αF(ξ)≒kに帰してしまうからである。従って、音波の波長が吸収長に比べて非常に長い場合、すなわち変調周波数が低すぎる場合は光音響法によって血液成分濃度の測定はできないことが分かる。 According to the above results, when ξ = kα− 1 is small, that is, when the wavelength of the sound wave is very long compared to the absorption length (λ) α −1 ), the photoacoustic signal indicates the information on the absorption coefficient. Does not include anything. The reason is that when ξ << 1, F (ξ) ≈ξ and αF (ξ) ≈k. Therefore, it is understood that the blood component concentration cannot be measured by the photoacoustic method when the wavelength of the sound wave is very long compared to the absorption length, that is, when the modulation frequency is too low.
従って、生体に対して行う直接光音響法においては、ξ≒1、すなわちf≒αc/(2π)以上に変調周波数を設定すべきであり、照射光の波長が1.6μm近傍の場合は変調周波数fを150kHz以上、あるいは照射光の波長が2.1μm近傍の場合は変調周波数fを0.6MHz以上とする必要がある。 Therefore, in the direct photoacoustic method performed on the living body, the modulation frequency should be set to ξ≈1, that is, f≈αc / (2π) or more, and the modulation is performed when the wavelength of the irradiation light is near 1.6 μm. When the frequency f is 150 kHz or more, or when the wavelength of irradiation light is near 2.1 μm, the modulation frequency f needs to be 0.6 MHz or more.
次に、モデルB205、およびモデルC206の結果に差異がないことから、光軸に垂直方向の光強度分布が、信号に影響しないことが分かる。但し、この簡単化が許されるのは、上記N=w0 2/(rλ)≪1が成り立つ場合に限られる。このNはフレネル数と呼ばれる量であり、観測点から音源を見込む際、視線に垂直方向の音源の拡がりに因って、音源の各点からの音波の寄与に生じる位相の変化幅を表している。フレネル数Nが、1に比べて十分小さければ、視線に垂直方向に音源が拡がりを持たないのと等価となる。 Next, since there is no difference in the results of model B205 and model C206, it can be seen that the light intensity distribution in the direction perpendicular to the optical axis does not affect the signal. However, this simplification is allowed only when N = w 0 2 / (rλ) << 1 holds. This N is an amount called Fresnel number. When looking at the sound source from the observation point, N represents the width of the phase change caused by the sound wave from each point of the sound source due to the spread of the sound source in the direction perpendicular to the line of sight. Yes. If the Fresnel number N is sufficiently smaller than 1, it is equivalent to that the sound source does not spread in the direction perpendicular to the line of sight.
その結果、照射光201のビーム径w0が、光音響信号に影響を与えないという、極めて都合の良い性質が生ずるのである。その理由は以下の2つである。
As a result, the beam diameter w 0 of the
その1は、生体における散乱の影響の抑制である。上記モデルA204は、散乱が大きい極限の場合を想定しているが、生体における散乱は実際、これ程は甚だしくはない。一般に散乱現象は散乱係数μsと異方性gによって特徴付けられる。ここで、後者は、散乱角θの余弦の平均値<cosθ>であり、生体、特に皮膚における値として、概略0.9が報告されている(例えば、Applied Optics誌、32巻、1993年、435−447頁、参照)。即ち、実際の生体における散乱は、小角散乱<θ>≒26°が主である。 The first is suppression of the influence of scattering in the living body. The model A204 assumes an extreme case where scattering is large, but scattering in a living body is actually not so great. In general, the scattering phenomenon is characterized by a scattering coefficient μ s and anisotropy g. Here, the latter is the average value <cos θ> of the cosine of the scattering angle θ, and a value of approximately 0.9 has been reported as a value in a living body, particularly skin (for example, Applied Optics, 32, 1993, Pp. 435-447). That is, the scattering in an actual living body is mainly small-angle scattering <θ> ≈26 °.
今、単位長さの伝搬中に入射光束から散乱によって光が減少してゆく割合は、還元散乱係数μ´s=μs(1−g)で与えられ、この値は光の波長1μm以長に対して、概略1mm−1と実測されている。この値は、単位長さの伝搬中に、入射光束から吸収によって光が減少してゆく割合である吸収係数αの値(光の波長1.6μm前後で0.6mm−1、2.1μm前後で2.4mm−1)と同程度の大きさである。 Now, the rate at which light is reduced by scattering from an incident light beam during propagation of unit length is given by the reduced scattering coefficient μ ′ s = μ s (1−g), which is longer than the wavelength of light 1 μm. On the other hand, it is actually measured as approximately 1 mm −1 . This value is the value of the absorption coefficient α which is the rate at which light is reduced by absorption from the incident light beam during propagation of the unit length (0.6 mm −1 and around 2.1 μm at a light wavelength of around 1.6 μm). And 2.4 mm −1 ).
即ち、今、生体において照射光201は、吸収長α―1の間に高々2回の散乱を受けるのみであり、しかも散乱角は小さい。この結果、生体内部の光分布(入射光束と散乱光の和)は、深さとともに序々にビーム径が拡って行き、あたかもピンの頭のような形となる。このような光分布の実測例も報告されている(Applied Optics誌、40巻、2001年、5770−5777頁、参照)。この時、深さzの面内における光分布の総量は、依然、exp(−αz)に従って減衰することが期待される。これは、少回の散乱が、小散乱角で起こる故である。
That is, now, in the living body, the
従って、光音響信号が照射光201のビーム径に全然依らない場合、各深さでの光分布のビーム径自体は問題にならず、各深さ面内でのその総量のみが形状関数F(ξ)に影響し得る。これが、exp(−αz)であれば、結果的に、散乱のないモデルB205、およびモデルC206の場合に異ならず、よって形状関数への散乱の影響が無いことが予想されるのである。
Therefore, when the photoacoustic signal does not depend on the beam diameter of the
2つの波長λ1、および波長λ2の光照射において、該形状関数を等値することは、本実施形態における方法の骨子である。従って、2つの波長λ1、および波長λ2における散乱に相違があるのは、非常に望ましくない。現実には、光の波長1.3μm以長に対して、皮膚における散乱の波長依存性の実測報告は未だ無いが、血液については、一定の還元散乱係数μ´sが報告されている(Journal of Biomedical Optics誌、4巻、1999年、36−46頁、参照)。 It is the essence of the method in the present embodiment that the shape function is equivalent in the light irradiation of the two wavelengths λ 1 and λ 2 . Therefore, it is highly undesirable that there is a difference in scattering at the two wavelengths λ 1 and λ 2 . Actually, there is no actual measurement report on the wavelength dependence of scattering in the skin for light wavelengths of 1.3 μm or longer, but a constant reduced scattering coefficient μ ′ s has been reported for blood (Journal). of Biomedical Optics, Vol. 4, 1999, pp. 36-46).
従って、例えば、形状関数への若干の散乱の影響があったとしても、その波長依存性は小さく、実害に及ばない可能性はある。さらに、ここで示したように、フレネル数を小さく設定すれば、形状関数への散乱の影響自体を抑止できる。それ故、散乱の波長依存性如何に関わらず、形状関数の等値は正当化され、本実施形態における装置が高い信頼性を持つことが分かる。 Therefore, for example, even if there is a slight scattering effect on the shape function, its wavelength dependence is small, and there is a possibility that it will not cause any real harm. Further, as shown here, if the Fresnel number is set small, the influence of scattering on the shape function itself can be suppressed. Therefore, regardless of the wavelength dependence of scattering, the equality of the shape function is justified, and it can be seen that the apparatus in this embodiment has high reliability.
その2は、変調周波数の最適化が可能になる事である。人体に対する光の照射には、照射部位と波長、照射時間などに依存する光強度の許容限度がある。フレネル数Nが小さい範囲で、ビーム径w0を拡大すれば、光強度の限度を越えずに、照射光の全パワーP0を高め、光音響信号を増大できる。 The second is that the modulation frequency can be optimized. The light irradiation on the human body has an allowable limit of light intensity depending on the irradiation site, wavelength, irradiation time, and the like. If the beam diameter w 0 is increased in a range where the Fresnel number N is small, the total power P 0 of the irradiation light can be increased and the photoacoustic signal can be increased without exceeding the light intensity limit.
ここで、照射強度の限度をImaxと書くと、P0=πw0 2Imaxであり、フレネル数Nは、全パワーP0によって、N=f/(πcr)(P0/Imax)と表される。距離rは、生体被検部110の厚みによって決まる量(例えば、指頭では10mm、手首では40mm程度)であることを考慮すると、Nを一定に留めて、k、即ち、変調周波数f(∝k)を高める場合、全パワーP0を減らさざるを得ない。ところが、形状関数の大きさ|F(kα−1)|は、kに比例して増えないので、検出される音波は減少する。従って、高過ぎる変調周波数も、また望ましくないことが分かる。 Here, if the limit of irradiation intensity is written as I max , P 0 = πw 0 2 I max , and the Fresnel number N depends on the total power P 0 , N = f / (πcr) (P 0 / I max ) It is expressed. Considering that the distance r is an amount determined by the thickness of the living body test part 110 (for example, about 10 mm for the fingertip and about 40 mm for the wrist), N is kept constant and k, that is, the modulation frequency f (∝k If you raise the), forced to reduce the total power P 0. However, since the magnitude of the shape function | F (kα −1 ) | does not increase in proportion to k, the detected sound wave decreases. Thus, it can be seen that too high a modulation frequency is also undesirable.
数式(6)の与える音圧振幅paを、NとImaxを用いて、書き直すと次のようになる。
今の場合、数式(8)のαに関わる変化率、∂pa/∂α=−(psupN/α)ξd(|F(ξ)|/ξ)/dξを最大とするξ=kα―1が、最適の変調周波数を与える。このようなξは、モデルA204で2.49、モデルB205、およびモデルC206では21/2であり、その様なξにおける|F(ξ)|/ξの値は、各々、0.620、1/31/2と算出される。即ち、信号の強度と吸収係数αへの感度の相反する要求の妥協点として、最適の変調周波数が存する。 In this case, the rate of change related to α in Equation (8), ∂p a / ∂α = − (p sup N / α) ξd (| F (ξ) | / ξ) / dξ is maximized ξ = kα -1 gives the optimum modulation frequency. Such xi] is model A204 in 2.49, model B205, and an on Model C206 2 1/2, in such ξ | F (ξ) | values of / xi], respectively, 0.620, It is calculated as 1/3 1/2 . That is, the optimum modulation frequency exists as a compromise between the conflicting requirements of the signal strength and the sensitivity to the absorption coefficient α.
上述したように、現実の生体における光分布はモデルB205、およびモデルC206に近いと考えられるので、最適な変調周波数は、2πf=1.41cαであり、その時、f→0における最大値psupNに対し、57.7%の信号振幅が期待される。 As described above, since the light distribution in an actual living body is considered to be close to the model B205 and the model C206, the optimum modulation frequency is 2πf = 1.41cα, and at that time, the maximum value p sup N at f → 0. On the other hand, a signal amplitude of 57.7% is expected.
次に、図4を参照して、本実施形態に係る血液成分濃度測定装置の原理を説明する。図1に示す第1の光源101は発振器103に同期して強度変調され、第1の光源101の出力する光は図4の上段に、第1の光源(λ1)の光211として示す波形となる。
Next, the principle of the blood component concentration measuring apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG. The first
一方、図1に示す第2の光源105は、同じく発振器103に同期して強度変調される。ここで、発振器103の送信する信号は180°移相回路107により180°の位相推移を与えられるので、第2の光源105の出力する光は第1の光源101の出力する光に対して逆位相な信号により強度変調され、図4の下段に、第2の光源(λ2)の光212として示す波形となる。
On the other hand, the intensity of the second
ここで図4においては、第1の光源101および第2の光源105を強度変調する信号は周期が1μ秒、即ち、変調周波数fが1MHzであり、かつ、占有率50%の信号の場合について示している。
Here, in FIG. 4, the signal for intensity-modulating the first
ここで、数式(4)では、照射光201に正弦波的変化を仮定し、図4においては、矩形波の光を照射する場合を示しているが、このことは次の理由により矛盾しない。
Here, in Equation (4), a sinusoidal change is assumed for the
すなわち、数式(3)は線形であり、異なる周波数の成分は互いに独立のものとして扱える。また音波の振幅が大きくなると、Navier Stokes方程式自体の持つ非線形性の影響を受けるが、本実施形態に係る血液成分濃度測定装置における光音響信号の場合は、発生する音波は微弱であり線形の数式(3)が適用できる。また、矩形波は奇数次の高調波成分を含むが、そのうちの基本周期の正弦波成分の振幅を、数式(4)のIに読みかえれば良い。光源は、正弦波形状よりも矩形波形状に強度変調する方が容易であり、かつ、矩形波は同振幅の正弦波に比べて、4/π=1.27倍の基本周期正弦波成分を含み、効率は若干良い。 That is, Equation (3) is linear, and components of different frequencies can be handled as being independent of each other. In addition, when the amplitude of the sound wave increases, it is affected by the nonlinearity of the Navier Stokes equation itself. However, in the case of the photoacoustic signal in the blood component concentration measuring apparatus according to the present embodiment, the generated sound wave is weak and is a linear formula. (3) is applicable. In addition, the rectangular wave includes odd-order harmonic components, but the amplitude of the sine wave component of the basic period may be read as I in Equation (4). The light source is easier to modulate the intensity into a rectangular wave shape than the sine wave shape, and the rectangular wave has a fundamental period sine wave component that is 4 / π = 1.27 times that of a sine wave of the same amplitude. The efficiency is slightly better.
第1の光源101および第2の光源105の各々が出力する異なる波長の2波の光は、合波器109により合波され、生体被検部110に照射される。ここで、前記異なる波長の2波の光の各々は、独立に数式(6)で表される音圧を発生するものと考えることができる。
The two light beams having different wavelengths output from the first
ここで、音波が線形に重畳されることは、数式(3)の線形性より既に明らかである。さらに、前記異なる波長の2波の光の各々は吸収が飽和する程には強くないので、前記異なる波長の2波の光の各々による発熱Qも線形に重畳される。ここで、吸収が飽和した場合であっても、吸収が不均一な拡がりを持ち、前記異なる波長の2波の光の波長の間隔が均一幅よりも広ければ、依然、発熱の線形な重畳は成立する。ここで、前記異なる波長の2波の光に対して共通に吸収が生じる水に対して、こうした条件もよく満されている。 Here, it is clear from the linearity of Equation (3) that sound waves are linearly superimposed. Further, since each of the two light beams having different wavelengths is not so strong that the absorption is saturated, the heat generation Q by each of the two light beams having different wavelengths is also linearly superimposed. Here, even when the absorption is saturated, if the absorption has a non-uniform spread and the wavelength interval between the two light beams having different wavelengths is wider than the uniform width, the linear superposition of the heat generation still remains. To establish. Here, such a condition is well satisfied for water in which absorption is common to the two light beams having different wavelengths.
以上のように、前記異なる波長の2波の光により、各々互いに独立に数式(6)で表される音圧の光音響信号が発生され、これらを重畳した音圧が、超音波検出器113により検出される。従って、上記のように重畳された音圧は次の数式により表される。
数式(10)と数式(1)により、上記未知定数Cは次の数式により表される。
そこで、図5に示す第2の光源(λ2)の光212のみを照射した状態で、光音響信号を測定する。即ち、図5に示すように、第2の光源105の出力する光の波形を保ったまま、第1の光源101の出力を零とする。これは、図1に示す第1の光源101の出力する光を、機械的なシャッターで遮る、または駆動回路104の出力を第1の光源101の発振閾値以下に下げる等の手段により実現できる。
Therefore, the photoacoustic signal is measured in a state where only the light 212 of the second light source (λ 2 ) shown in FIG. 5 is irradiated. That is, as shown in FIG. 5, the output of the first
上記の状態で測定される光音響信号の値を、超音波検出器113により検出し、電気信号に変換すると、基本周期正弦波成分として図6に破線により示す波形が得られる。また、図6に破線により示す波形のrms振幅値は、前述の方法と同様に位相検波増幅器114によって測定され、図6にVrとして示す信号として、出力端子115に出力される。
When the value of the photoacoustic signal measured in the above state is detected by the
ここで光音響信号s2は、光音響信号の差信号s1−s2に対して、逆相となる。また、光音響信号s2は、前記光音響信号の差信号s1−s2に比べて、桁違いに大きい。例えば、健常者の血糖値測定の場合、1000倍以上である。従って、光音響信号s2と光音響信号の差信号s1−s2の2つの測定の間に、位相検波増幅器114の感度及び時定数の切替えを行う。
Here, the photoacoustic signal s 2 has a phase opposite to the difference signal s 1 -s 2 of the photoacoustic signal. Further, the photoacoustic signal s 2 is orders of magnitude larger than the difference signal s 1 -s 2 of the photoacoustic signal. For example, it is 1000 times or more in the case of blood glucose level measurement of a healthy person. Therefore, the sensitivity and time constant of the
上記の測定により、2つの測定値Vd、Vrを得れば、それらの各々を、数式(2)中のs1−s2、s2のそれぞれに代入して、測定対象とする血液成分濃度Mを算出する。 If two measurement values V d and V r are obtained by the above measurement, each of them is substituted into each of s 1 -s 2 and s 2 in the formula (2), and blood to be measured The component concentration M is calculated.
ここで、測定値の比Vd/Vrから、血液成分濃度Mへの変換には、比吸光度α1 (0)/α1 (b)(α2 (0)が非零の場合、更にα2 (0)/α1 (b))を必要とする。 Here, for conversion from the ratio V d / V r of the measured values to the blood component concentration M, if the specific absorbance α 1 (0) / α 1 (b) (α 2 (0) is non-zero, α 2 (0) / α 1 (b) ) is required.
図7に、上記の比吸光度の値および、前述のように背景の吸収係数を等しくする2つの測定する波長λ1および波長λ2の選定方法を示す。 FIG. 7 shows a method for selecting the two wavelengths λ 1 and λ 2 to be measured so that the specific absorbance value and the background absorption coefficient are equal as described above.
図7は、血糖値の測定の場合について、本実施形態に係る血液成分濃度測定装置における第1の光源101と第2の光源105のそれぞれの波長の選択法を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a wavelength selection method for each of the first
図7は、光波長1.2μmから2.5μmにわたって、水及びグルコース水溶液(濃度1.0M)の吸光度(OD)を示している。吸光度ODは吸収係数αとの間に、α=ODln10の関係がある。図7の右側の縦軸に吸収係数αの目盛を示す。 FIG. 7 shows the absorbance (OD) of water and an aqueous glucose solution (concentration: 1.0 M) over a light wavelength of 1.2 μm to 2.5 μm. The absorbance OD has a relationship of α = ODln10 with the absorption coefficient α. The vertical axis on the right side of FIG.
図7において、グルコース分子による吸収は、僅かに1.6μm近傍と2.1μm近傍に認められるが、グルコース分子による吸収は水に比べて、非常に小さい。 In FIG. 7, the absorption by the glucose molecules is observed only in the vicinity of 1.6 μm and in the vicinity of 2.1 μm, but the absorption by the glucose molecules is much smaller than that of water.
水とグルコースの吸光度の差を図8の上側に示し、これを更に、水の吸光度で除した比吸光度を図8の下側に示す。 The difference in absorbance between water and glucose is shown on the upper side of FIG. 8, and the specific absorbance obtained by dividing this by the absorbance of water is shown on the lower side of FIG.
図8に示す比吸光度によると、グルコース分子による吸収の明瞭な極大は、1608nmと2126nmに認められる。ここで、一例として、グルコース分子による吸収波長として、第1の光源101の波長λ1を1608nm(比吸光度は、0.114M−1)に設定する。これを、図8中に〇付きの縦実線で示した。
According to the specific absorbance shown in FIG. 8, a clear maximum of absorption by glucose molecules is observed at 1608 nm and 2126 nm. Here, as an example, the wavelength λ 1 of the first
ここで、波長1608nmにおける背景(水)の吸収係数α1 (b)は、図7から、0.608mm−1と読み取れる。そこで、α2 (b)=α1 (b)となる波長λ2は、同じく図7の水の吸収スペクトルから波長1381nm、あるいは波長1743nmである。これらの第2の光源105の波長λ2の候補の各々について、図8の比吸光度のスペクトルによって、α2 (0)の値を点検する。その結果、波長1381nmにおいては比吸光度が零であるが、一方、波長1743nmはグルコース分子の吸収帯にあり、比吸光度が0.0601M−1である。吸光度差α1 (0)−α2 (0)は、出来るだけ大きい方が測定が容易であるので、上記の場合、第2の光源105の波長λ2として、1381nmを選定する。
Here, the absorption coefficient α 1 (b) of the background (water) at the wavelength of 1608 nm can be read as 0.608 mm −1 from FIG. Therefore, the wavelength λ 2 where α 2 (b) = α 1 (b) is the wavelength 1381 nm or the wavelength 1743 nm from the water absorption spectrum of FIG. For each of the candidates for the wavelength λ 2 of the second
長波長側の吸収帯において、2126nmを第1の光源101の波長λ1(比吸光度は0.0890M−1)に設定する場合、前述と同様の方法により、水分子が波長2126nmにおける吸収係数α1 (b)=2.361mm−1と等しい吸収係数を示す波長として、1837nm、あるいは2294nmがあり、これらの何れもがグルコースの吸収を外れている(図8中に縦点線で示した)ので、第2の光源105の波長λ2としては1837nm、あるいは2294nmのいずれを選定しても良い。
When 2126 nm is set to the wavelength λ 1 (specific absorbance is 0.0890 M −1 ) of the first
(第2実施形態)
図9は、本実施形態に係る成分濃度測定装置の概略構成図である。本実施形態に係る成分濃度測定装置310は、生体被検部110の表面の間隔の変化を防ぐことによって、安定した血液成分の濃度の測定を可能とする保持手段311a及び311b並びに間隔測定手段312を備えることを特徴とする。以下、具体的に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a component concentration measuring apparatus according to the present embodiment. The component
図9に示す成分濃度測定装置310は、生体被検部110で発生する光音響信号を検出するための構成を備える。例えば、成分濃度測定装置310は、測定用光発生手段としての第1の光源101及び第2の光源105と、光変調手段としての第1の光源101、第2の光源105、駆動回路104、駆動回路108、180°移相回路107及び発振器103と、測定用光合成手段としての合波器109と、光出射手段としての照射ヘッド112と、音波検出手段としての超音波検出器113と、を備える。さらに、成分濃度測定装置310は、レンズ139、140、音響結合器142、位相検波増幅器114、出力端子115を備えていてもよい。以上の生体被検部110で発生する光音響信号を検出するための構成及び動作については、第1実施形態と同様である。なお、本実施形態では、測定用光発生手段の一方を第1の光源101、測定用光発生手段の他方を第2の光源105として説明する。測定用光発生手段の一方を第2の光源105、測定用光発生手段の他方を第1の光源101としてもよい。
A component
成分濃度測定装置310では、さらに、2つの保持手段311a、311bと、間隔測定手段312と、間隔変化判定手段313と、判定結果出力手段314と、表示手段315と、間隔調節手段316と、間隔記憶手段317と、間隔制御手段318と、を備える。以下、具体的に説明する。
The component
保持手段311a、311bは、血液の存在する生体被検部110を挟んで保持する。例えば、保持手段311aと保持手段311bは、生体被検部110の押圧面が対向しており、生体被検部110の両側から押圧することによって生体被検部110を保持する。照射ヘッド112と超音波検出器113は、それぞれ、保持手段311aと保持手段311bに固定されることで、対向して配置されている。このような配置とすることで、超音波検出器113は、照射ヘッド112と超音波検出器113を結ぶ直線上で発生させた定在波を検出すことができる。そして、照射ヘッド112と超音波検出器113を結ぶ直線上での保持手段311aと311bの間隔を一定することで、安定した血液成分の濃度を測定することができる。
The holding means 311a and 311b hold the living
間隔測定手段312は、両端がそれぞれ2つの保持手段311a及び311bに固定され、2つの保持手段311aと保持手段311bの間隔を測定する。そして、間隔測定手段312は、保持手段311aと保持手段311bの間隔に相当する多値信号を出力する。保持手段311aと保持手段311bの間隔を測定することで、照射ヘッド112と超音波検出器113を結ぶ直線上での生体被検部110の表面の間隔を測定することができる。
The
間隔の測定は、例えば、2点の相対的な位置関係を測定することで行う。2点の相対的な位置関係は、例えば、マイクロメータ、ポテンショメータ、差動変圧器、レゾルバ、エンコーダ、磁気スケールで測定することができる。保持手段311aと保持手段311bが平行移動して生体被検部110を保持する場合、間隔測定手段312は、直線上での2点の相対的な位置関係を測定する。直線上での2点の相対的な位置関係を測定ものは、例えば、リニアエンコーダである。保持手段311aと保持手段311bが回転移動して生体被検部110を保持する場合、間隔測定手段312は、回転軸上での2点の相対的な位置関係を測定する。回転軸上での2点の相対的な位置関係を測定するものは、例えば、ロータリエンコーダである。
The interval is measured, for example, by measuring the relative positional relationship between the two points. The relative positional relationship between the two points can be measured by, for example, a micrometer, a potentiometer, a differential transformer, a resolver, an encoder, or a magnetic scale. When the holding means 311a and the holding means 311b move in parallel to hold the living
図10は、間隔測定手段の第1例を示す模式図である。間隔測定手段の第1例では、間隔測定手段312が、軸312a、軸312b及びリニアエンコーダ312cを備える例を示す。保持手段311a及び保持手段311bは、照射ヘッド112と超音波検出器113を結ぶ直線319aと平行に移動することで、生体被検部110を保持している。軸312aの一端は保持手段311aに固定されている。軸312bの一端は保持手段311bに固定されている。軸312aの他端及び軸312bの他端は、リニアエンコーダ312cに接続されている。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a first example of the interval measuring means. In the first example of the interval measuring unit, the
保持手段311aと保持手段311bの間隔が変化すると、軸312aの他端と軸312bの他端の相対的な位置関係が変化する。リニアエンコーダ312cが直線319aと平行な直線上における軸312aの他端と軸312bの他端の相対的な位置関係を測定することで、保持手段311aと保持手段311bの間隔を測定することができる。
When the distance between the holding means 311a and the holding means 311b changes, the relative positional relationship between the other end of the
図11は、間隔測定手段の第2例を示す模式図である。間隔測定手段の第2例では、間隔測定手段312が、軸312a、軸312b及びロータリエンコーダ312dを備える例を示す。保持手段311a及び保持手段311bは、ロータリエンコーダ312dを回転軸とする同心円319b上を回転移動することで、生体被検部110を保持している。軸312aの一端は保持手段311aに固定されている。軸312bの一端は保持手段311bに固定されている。軸312aの他端及び軸312bの他端は、ロータリエンコーダ312dに接続されている。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a second example of the interval measuring means. In the second example of the interval measuring unit, the
保持手段311aと保持手段311bの間隔が変化すると、ロータリエンコーダ312dを中心角とする軸312aの一端と軸312bの一端のなす角度は変化する。ロータリエンコーダ312dは、ロータリエンコーダ312dを回転軸とする回転軸上の軸312aの一端と軸312bの一端の相対的な位置関係を測定することで、保持手段311aと保持手段311bの間隔を測定することができる。
When the distance between the holding means 311a and the holding means 311b changes, the angle formed by one end of the
図9に示す間隔記憶手段317は、間隔測定手段312の測定する保持手段311aと保持手段311bの間隔を記憶する。間隔記憶手段317に記憶する間隔は、成分濃度測定装置310が血液成分の濃度の測定を開始した後の間隔である。例えば、間隔記憶手段317に記憶する間隔は、照射ヘッド112から光が出射されたときの間隔である。また、間隔記憶手段317が定期的に間隔を記憶する場合は、間隔記憶手段317の記憶する間隔は、間隔測定手段312が最後に測定した間隔である。間隔記憶手段317の記憶する間隔は複数であってもよい。間隔記憶手段317の記憶する間隔が複数であることで、間隔変化判定手段313は統計演算処理を用いて判定することができる。
The
図9に示す間隔変化判定手段313は、間隔測定手段312の測定する間隔が変化したか否かを判定する。例えば、間隔変化判定手段313は、予め取得していた間隔が間隔測定手段312から入力された間隔と一致するか否かを判定する。予め取得していた間隔は、間隔記憶手段317に記憶されている間隔であってもよい。予め取得していた間隔が複数の値の場合、予め取得していた間隔は、統計演算処理を用いて演算された間隔であってもよい。
The interval
さらに、間隔変化判定手段313は、間隔測定手段312の測定する間隔と予め取得していた間隔との差分を判定し、間隔制御手段318に出力することが好ましい。保持手段311aと保持手段311bの間隔の変化に応じた多値信号を間隔制御手段318に出力することで、間隔制御手段318は、間隔調節手段316に、保持手段311aと保持手段311bの間隔を調節させることができる。
Further, it is preferable that the interval
図9に示す判定結果出力手段314は、保持手段311aと保持手段311bの間隔が変化したと間隔変化判定手段313が判定すると、あらかじめ定められた表示内容を出力する。保持手段311aと保持手段311bの間隔が変化した場合、安定した血液成分の濃度を測定することはできない。このため、表示内容は、「照射ヘッド112を付け直してください。」という文字又は音声などの安定した血液成分の濃度を測定するための指示であることが好ましい。
When the interval
判定結果出力手段314の出力する表示内容は、表示手段315によって異なる。例えば、表示手段315が表示画面であれば、表示内容は、文字、記号、模様、色彩又はこれらの組み合わせである。表示手段315が発光体であれば、表示内容は色又は色の組み合わせである。表示手段315が音源であれば、表示内容はメロディー又は警告音である。表示手段315が振動体であれば、表示内容はパルス周期又はパルス周期の組み合わせである。
The display content output by the determination
図9に示す表示手段315は、判定結果出力手段314の出力する表示内容を表示する。例えば、表示画面、発光体、音源又は振動体である。表示画面は、液晶ディスプレイなどの視認性に優れているものが好ましい。発光体は、発光ダイオードなどの低消費電力のものが好ましい。音源又は振動体は、骨伝導スピーカなどの聴覚が弱っていても聞きやすいものが好ましい。
The
図9に示す間隔調節手段316は、2つの保持手段311aと保持手段311bの間隔を調節する。例えば、保持手段311a及び保持手段311bに固定され、間隔制御手段318から入力された制御信号に応じて伸縮するアクチュエータ、又は、間隔制御手段318から入力された制御信号に応じて回転するステップモータである。伸縮するアクチュエータを間隔調節手段316として用いることで、保持手段311aと保持手段311bの間隔を、照射ヘッド112と超音波検出器113を結ぶ直線に平行に移動させて調節することができる。回転するステップモータを間隔調節手段316として用いることで、保持手段311aと保持手段311bの間隔を、ステップモータを中心とする同心円上で移動させて調節することができる。また、ステップモータを用いてネジを回転させることで、保持手段311aと保持手段311bの間隔を、照射ヘッド112と超音波検出器113を結ぶ直線に平行に移動させて調節することができる。
The interval adjusting means 316 shown in FIG. 9 adjusts the interval between the two holding means 311a and the holding means 311b. For example, an actuator that is fixed to the holding
図9に示す間隔制御手段318は、間隔が変化したと間隔変化判定手段313が判定すると、保持手段311aと保持手段311bの間隔を間隔記憶手段317の記憶する保持手段311aと保持手段311bの間隔になるように、間隔調節手段316に保持手段の間隔を調節させる。例えば、間隔変化判定手段313の出力する多値信号の値に応じた制御信号を、間隔調節手段316に出力する。制御信号は、間隔記憶手段317の記憶する保持手段311aと保持手段311bの間隔とする信号である。間隔記憶手段317には、それまで血液成分の濃度の測定を行ってきた保持手段311aと保持手段311bの間隔が記憶されている。このため、間隔制御手段318は、保持手段311aと保持手段311bの間隔を一定に保つことができる。
When the interval
規格化用音波の検出について説明する。この場合、第2の光源105は強度変調光を出射しない。第1の光源101は、駆動回路104の駆動を受けて、強度変調光を出力する。レンズ139は、第1の光源101からの強度変調光を合波器109に入射させる。合波器109は、第1の光源101からの強度変調光を照射ヘッド112へ導く。そして、照射ヘッド112は、第1の光源101からの強度変調光を生体被検部110に向けて出射する。超音波検出器113は、生体被検部110に存在する血液で発生した規格化用音波を検出する。
The detection of the normalization sound wave will be described. In this case, the second
測定用音波の検出について説明する。第1の光源101は、駆動回路104の駆動を受けて、強度変調光を出力する。レンズ139は、第1の光源101からの強度変調光を合波器109に入射させる。第2の光源105は、駆動回路108の駆動を受けて、強度変調光を出力する。レンズ140は、第2の光源105からの強度変調光を合波器109に入射させる。合波器109は、第1の光源101からの強度変調光及び第2の光源105からの強度変調光を合波する。そして、照射ヘッド112は、合波器109の合波する第1の光源101からの強度変調光及び第2の光源105からの強度変調光を合成した測定用合成光を生体被検部110に向けて出射する。超音波検出器113は、生体被検部110に存在する血液で発生した測定用音波を検出する。
The detection of the measurement sound wave will be described. The first
ここで、本実施形態では、成分濃度測定装置310は、保持手段311a及び311bと、間隔測定手段312とを備えるので、生体被検部110の表面の間隔が変化したか否かを判定することができる。そのため、光音響法を用いた成分濃度測定装置310において、生体被検部110の表面の間隔を一定に保つことができる。
Here, in the present embodiment, the component
また、成分濃度測定装置310は、間隔変化判定手段313を備えるので、生体被検部110の表面の間隔が変化したことを判定することができる。生体被検部110の表面の間隔が変化したとき、安定した血液成分の濃度が測定できていない場合がある。判定結果出力手段314及び表示手段315を備えるので、安定した血液成分の濃度が測定できていないことを被検者に知らせることができる。
In addition, since the component
また、成分濃度測定装置310は、間隔変化判定手段313を備えるので、生体被検部110の表面の間隔が変化したことを判定することができる。生体被検部110の表面の間隔が変化したとき、間隔記憶手段317、間隔調節手段316及び間隔制御手段318が保持手段311a及び311bの間隔を元の状態に戻すので、生体被検部110の表面の間隔を一定に保つことができる。
In addition, since the component
間隔調節手段316及び間隔制御手段318が保持手段311a及び311bの間隔を調節した後、間隔測定手段312が、保持手段311a及び311bの間隔を測定する。そして、間隔変化判定手段313が、間隔測定手段312の測定した間隔と間隔記憶手段317に記憶されている間隔とを比較して、保持手段311a及び311bの間隔が間隔記憶手段317に記憶されている間隔となっているかを判定する。その時点での保持手段311a及び311bの間隔が間隔記憶手段317に記憶されている間隔となっていなければ、さらに、間隔調節手段316及び間隔制御手段318が、保持手段311a及び311bの間隔を、間隔記憶手段317に記憶されている間隔に調節する。このように、フィードバック制御を行うことで、保持手段311a及び311bの間隔の調節を行ってもよい。
After the
位相検波増幅器114は、超音波検出器113の検出する規格化用音波の光音響信号に比例する電気信号を出力端子115に出力する。規格化用音波及び測定用音波の光音響信号に比例する電気信号を解析することで、血液成分であるグルコースの濃度を測定することができる。
The
生体被検部110の表面の間隔が変化しなかった場合、生体被検部110内で発生する定在波は安定している。また、生体被検部110内で吸収される強度変調光の光量も一定である。そのため、成分濃度測定装置310は、安定して血糖値などの血液成分の濃度を測定可能とする。
When the distance between the surfaces of the living
(第3実施形態)
図12は、本実施形態に係る成分濃度測定装置の概略構成図である。本実施形態に係る成分濃度測定装置320は、図9に示す第2実施形態で説明した保持手段311a及び保持手段311bの間隔が変化した場合に、血液成分の濃度の測定を中止することを特徴とする。以下、具体的に説明する。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a component concentration measuring apparatus according to the present embodiment. The component
図12に示す成分濃度測定装置320は、生体被検部110で発生する光音響信号を検出するための構成を備える。例えば、成分濃度測定装置320は、測定用光発生手段としての第1の光源101及び第2の光源105と、光変調手段としての第1の光源101、第2の光源105、駆動回路104、駆動回路108、180°移相回路107及び発振器103と、測定用光合成手段としての合波器109と、光出射手段としての照射ヘッド112と、音波検出手段としての超音波検出器113と、を備える。さらに、成分濃度測定装置320は、レンズ139、140、音響結合器142、位相検波増幅器114、出力端子115を備えていてもよい。以上の生体被検部110で発生する光音響信号を検出するための構成及び動作については、第1実施形態と同様である。なお、本実施形態では、測定用光発生手段の一方を第1の光源101、測定用光発生手段の他方を第2の光源105として説明する。測定用光発生手段の一方を第2の光源105、測定用光発生手段の他方を第1の光源101としてもよい。
A component
成分濃度測定装置320では、さらに、2つの保持手段311a、311bと、間隔測定手段312と、間隔変化判定手段313と、判定結果出力手段314と、表示手段315と、光発生制御手段321と、光遮断手段322と、光出射制御手段323と、を備える。以下、具体的に説明する。
In the component
2つの保持手段311a、311b、間隔測定手段312、間隔変化判定手段313、判定結果出力手段314及び表示手段315については、第2実施形態と同様である。
The two holding
光発生制御手段321は、保持手段311aと保持手段311bの間隔が変化しないと間隔変化判定手段313が判定すると、第1の光源101及び第2の光源105に光を発生させる。一方、保持手段311aと保持手段311bの間隔が変化したと間隔変化判定手段313が判定すると、第1の光源101及び第2の光源105に光を発生させない。第1の光源101及び第2の光源105の光の発生を制御することで、生体被検部110の表面の間隔が変化した場合には、血液成分の濃度の測定を中止することができる。
The light
光発生制御手段321は、例えば、第1の光源101及び第2の光源105の駆動のオンとオフを切り替えるスイッチである。図12においては、図面が複雑になるのを避けるため、論理的な信号線を省略した。駆動回路104及び108が第1の光源101及び第2の光源105を駆動する場合は、光発生制御手段321は、駆動回路104及び108の駆動のオンとオフを切り替えるスイッチであってもよい。
The light
光遮断手段322は、照射ヘッド112の出射する強度変調光及び測定用合成光を遮断する。照射ヘッド112の出射する光を遮断するので、生体被検部110の表面の間隔が変化した場合には、照射ヘッド112からの強度変調光及び測定用合成光の出射を防ぐことができる。
The light blocking means 322 blocks the intensity modulated light and the measurement combined light emitted from the
強度変調光及び測定用合成光の遮断は、例えば、強度変調光及び測定用合成光の吸収又は反射によって行う。第1の光源101及び第2の光源105への戻り光を防ぐため、強度変調光及び測定用合成光の遮断は、強度変調光及び測定用合成光の吸収によって行うことが好ましい。また、光遮断手段322は、第1の光源101及び第2の光源105から照射ヘッド112までのどこに配置されていてもよいが、合波器109から照射ヘッド112までの間に配置することが好ましい。
The blocking of the intensity modulated light and the measurement combined light is performed by, for example, absorbing or reflecting the intensity modulated light and the measurement combined light. In order to prevent return light to the first
光出射制御手段323は、保持手段311aと保持手段311bの間隔が変化しないと間隔変化判定手段313が判定すると、強度変調光及び測定用合成光を光遮断手段322に遮断させない。一方、保持手段311aと保持手段311bの間隔が変化したと間隔変化判定手段313が判定すると、強度変調光及び測定用合成光を光遮断手段322に遮断させる。光出射制御手段323が照射ヘッド112からの強度変調光及び測定用合成光の出射を制御するので、生体被検部110の表面の間隔が変化した場合には、血液成分の濃度の測定を中止することができる。
When the interval
強度変調光及び測定用合成光の遮断の制御は、例えば、液晶のように化学的構造の変化、又は、強度変調光及び測定用合成光の光路上の遮蔽板を移動させる機械的構造の変化によって行う。光遮断手段322が化学的構造の変化によって行うものであれば、光出射制御手段323は、光遮断手段322の化学的構造を変化させる。また、光遮断手段322が機械的構造の変化によって行うものであれば、光出射制御手段323は、遮蔽板の位置を移動させる。光出射制御手段323は、生体被検部110の表面の間隔が変化していないことを条件に、強度変調光及び測定用合成光を照射ヘッド112の出射口に透過させる。
Control of blocking of the intensity-modulated light and the synthetic light for measurement is performed by changing the chemical structure such as liquid crystal or changing the mechanical structure that moves the shielding plate on the optical path of the intensity-modulated light and the synthetic light for measurement. Do by. If the light blocking means 322 is performed by changing the chemical structure, the light emission control means 323 changes the chemical structure of the light blocking means 322. Further, if the light blocking means 322 is performed by a change in mechanical structure, the light emission control means 323 moves the position of the shielding plate. The light
成分濃度測定装置320の規格化用音波及び測定用音波の検出の一例について、図12を用いて説明する。規格化用音波及び測定用音波の検出については、前述の第2実施形態と同様である。
An example of the detection of the normalization sound wave and the measurement sound wave of the component
成分濃度測定装置320は、保持手段311a及び311bと、間隔測定手段312とを備えるので、血液成分の濃度の測定の途中に生体被検部110の表面の間隔が変化したことを判定することができる。
Since the component
そして、生体被検部110の表面の間隔が変化した場合、光発生制御手段321は、第1の光源101及び第2の光源105の光の発生を中止させることができる。また、光出射制御手段323は、強度変調光及び測定用合成光を光遮断手段322に遮断させる。光発生制御手段321又は光出射制御手段323を備えることで、血液成分の濃度の測定を中止することができる。
And when the space | interval of the surface of the
このとき、判定結果出力手段314は、保持手段311aと保持手段311bの間隔が変化したことに対応する表示内容、例えば、血液成分の濃度の測定を中止した旨を出力する。そして、表示手段315がその旨を表示する。
At this time, the determination
位相検波増幅器114は、超音波検出器113の検出する規格化用音波及び測定用音波の光音響信号に比例する電気信号を出力端子115に出力する。規格化用音波及び測定用音波の光音響信号に比例する電気信号を解析することで、血液成分であるグルコースの濃度を測定することができる。
The
生体被検部110の表面の間隔が変化しなかった場合、生体被検部110内で発生する定在波は安定している。また、生体被検部110内で吸収される強度変調光の光量も一定である。そのため、成分濃度測定装置320は、安定して血糖値などの血液成分の濃度を測定可能とする。
When the distance between the surfaces of the living
(第4実施形態)
図13は、本実施形態に係る成分濃度測定装置の概略構成図である。本実施形態に係る成分濃度測定装置330は、図9に示す第2実施形態で説明した保持手段311a及び保持手段311bの間隔の変化を血液成分の濃度の測定結果に反映させることを特徴とする。以下、具体的に説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a component concentration measuring apparatus according to the present embodiment. The component
図13に示す成分濃度測定装置330は、生体被検部110で発生する光音響信号を検出するための構成を備える。例えば、成分濃度測定装置330は、測定用光発生手段としての第1の光源101及び第2の光源105と、光変調手段としての第1の光源101、第2の光源105、駆動回路104、駆動回路108、180°移相回路107及び発振器103と、測定用光合成手段としての合波器109と、光出射手段としての照射ヘッド112と、音波検出手段としての超音波検出器113と、を備える。さらに、成分濃度測定装置330は、レンズ139、140、音響結合器142、位相検波増幅器114、出力端子115を備えていてもよい。以上の生体被検部110で発生する光音響信号を検出するための構成及び動作については、第1実施形態と同様である。なお、本実施形態では、測定用光発生手段の一方を第1の光源101、測定用光発生手段の他方を第2の光源105として説明する。測定用光発生手段の一方を第2の光源105、測定用光発生手段の他方を第1の光源101としてもよい。
A component
成分濃度測定装置330では、さらに、2つの保持手段311a、311bと、間隔測定手段312と、間隔記憶手段317と、間隔変化判定手段313と、判定結果出力手段314と、表示手段315と、を備える。以下、具体的に説明する。
The component
2つの保持手段311a、311b、間隔測定手段312、間隔変化判定手段313、判定結果出力手段314、表示手段315及び間隔記憶手段317については、第2実施形態と同様である。
The two holding
さらに本実施形態では、間隔記憶手段317は、間隔測定手段312の測定した間隔を、測定した時刻と関連付けて記憶する。検出された光音響信号と保持手段311aと311bの間隔との関係を検証することができるので、光音響信号が異常値となった場合に、その異常値が保持手段311a及び311bの間隔の変化に起因するのか否かを識別することができる。
Further, in the present embodiment, the
成分濃度測定装置330の規格化用音波及び測定用音波の検出の一例について、図13を用いて説明する。規格化用音波及び測定用音波の検出については、前述の第2実施形態と同様である。
An example of the detection of the normalization sound wave and the measurement sound wave of the component
成分濃度測定装置330の規格化用音波及び測定用音波の検出の間、間隔測定手段312は、保持手段311a及び311bの間隔を測定し続ける。そして、間隔記憶手段317は、間隔測定手段312の測定した間隔を随時記憶する。
The
出力端子115から出力された規格化用音波及び測定用音波の光音響信号に比例する電気信号を解析する際、間隔記憶手段317を参照する。そして、保持手段311a及び311bの間隔が変化していれば、その時刻に測定された光音響信号を除外するか又は補正する。これにより、保持手段311a及び311bの間隔が変化したことによる光音響信号への影響を排除することができる。
When analyzing an electrical signal proportional to the photoacoustic signal of the normalization sound wave and the measurement sound wave output from the
生体被検部110の表面の間隔が変化した場合であっても、保持手段311a及び311bの間隔が変化したことによる光音響信号への影響を排除することができる。そのため、成分濃度測定装置330は、安定して血糖値などの血液成分の濃度を測定可能とする。
Even when the distance between the surfaces of the living
本実施形態に係る成分濃度測定装置は、液体中の成分濃度を測定する分野、例えば果実の糖度測定に適用することができる。 The component concentration measuring apparatus according to the present embodiment can be applied to the field of measuring the component concentration in a liquid, for example, sugar content measurement of fruits.
101 第1の光源
103 発振器
104 駆動回路
105 第2の光源
107 180°移相回路
108 駆動回路
109 合波器
110 生体被検部
112 照射ヘッド
113 超音波検出器
114 位相検波増幅器
115 出力端子
139 レンズ
140 レンズ
142 音響結合器
201 照射光
202 音源
203 観測点
204 モデルA
205 モデルB
206 モデルC
211 第1の光源(λ1)の光
212 第2の光源(λ2)の光
310 成分濃度測定装置
311a、311b 保持手段
312 間隔測定手段
312a、312b 軸
312c リニアエンコーダ
312d ロータリエンコーダ
313 間隔変化判定手段
314 判定結果出力手段
315 表示手段
316 間隔調節手段
317 間隔記憶手段
318 間隔制御手段
319a 照射ヘッド112と超音波検出器113を結ぶ直線
319b ロータリエンコーダを回転軸とする同心円
320 成分濃度測定装置
321 光発生制御手段
322 光遮断手段
323 光出射制御手段
330 成分濃度測定装置
601 第1の光源
604 駆動電源
605 第2の光源
608 駆動電源
609 合波器
610 生体被検部
613 超音波検出器
616 パルス光源
617 チョッパ板
618 モータ
619 音響センサ
620 波形観測器
621 周波数解析器
DESCRIPTION OF
205 Model B
206 Model C
211 Light of the first light source (λ1) 212 Light of the second light source (λ2) 310 Component
Claims (6)
前記測定用光発生手段の一方からの光を予め定められた一定周波数で強度変調して出力し、かつ、前記測定用光発生手段の一方からの光と前記測定用光発生手段の他方からの光を前記一定周波数で互いに逆相に強度変調して出力する光変調手段と、
前記溶液の存在する被測定物を挟んで保持する2つの保持手段と、
両端がそれぞれ前記2つの保持手段に固定され、前記2つの保持手段の間隔を測定する間隔測定手段と、
前記保持手段の一方に配置され、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光、及び、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光と前記測定用光発生手段の他方からの光の強度変調光とを合成した測定用合成光を、前記被測定物に向けて出射する光出射手段と、
前記保持手段の他方に前記光出射手段と対向して配置され、前記光出射手段の出射する前記強度変調光によって前記溶液から発生する規格化用音波、及び、前記光出射手段の出射する前記測定用合成光によって前記溶液から発生する測定用音波を検出する音波検出手段と、
前記間隔測定手段の測定する前記間隔が変化したか否かを判定する間隔変化判定手段と、
前記間隔が変化しないと前記間隔変化判定手段が判定すると、前記測定用光発生手段に光を発生させ、前記間隔が変化したと前記間隔変化判定手段が判定すると、前記測定用光発生手段に光を発生させない光発生制御手段と、
を備えることを特徴とする成分濃度測定装置。 Two measuring light generating means for generating and outputting light of different wavelengths with the same absorption of the liquid in a solution in which the target component is mixed with the liquid;
The light from one of the measurement light generation means is intensity-modulated at a predetermined constant frequency and output, and the light from one of the measurement light generation means and the other of the measurement light generation means A light modulation means for intensity-modulating and outputting light in opposite phases to each other at the constant frequency;
Two holding means for holding the measurement object in which the solution exists,
Both ends are fixed to the two holding means, and an interval measuring means for measuring an interval between the two holding means,
An intensity-modulated light of light from one of the measurement-light generating means, and an intensity-modulated light of light from one of the measurement-light generating means and the measurement-light generating means. A light emitting means for emitting the measurement combined light, which is combined with the intensity-modulated light of the light from the other, toward the object to be measured;
The normalization sound wave generated from the solution by the intensity-modulated light emitted from the light emitting means and disposed on the other side of the holding means so as to face the light emitting means, and the measurement emitted from the light emitting means A sound wave detecting means for detecting a sound wave for measurement generated from the solution by synthetic light for use;
Interval change determining means for determining whether or not the interval measured by the interval measuring means has changed;
When the interval change determining means determines that the interval does not change, the measuring light generating means generates light. When the interval change determining means determines that the interval has changed, the measuring light generating means emits light. Light generation control means that does not generate,
A component concentration measuring apparatus comprising:
前記測定用光発生手段の一方からの光を予め定められた一定周波数で強度変調して出力し、かつ、前記測定用光発生手段の一方からの光と前記測定用光発生手段の他方からの光を前記一定周波数で互いに逆相に強度変調して出力する光変調手段と、
前記溶液の存在する被測定物を挟んで保持する2つの保持手段と、
両端がそれぞれ前記2つの保持手段に固定され、前記2つの保持手段の間隔を測定する間隔測定手段と、
前記保持手段の一方に配置され、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光、及び、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光と前記測定用光発生手段の他方からの光の強度変調光とを合成した測定用合成光を、前記被測定物に向けて出射する光出射手段と、
前記保持手段の他方に前記光出射手段と対向して配置され、前記光出射手段の出射する前記強度変調光によって前記溶液から発生する規格化用音波、及び、前記光出射手段の出射する前記測定用合成光によって前記溶液から発生する測定用音波を検出する音波検出手段と、
前記間隔測定手段の測定する前記間隔が変化したか否かを判定する間隔変化判定手段と、
前記光出射手段の出射する前記強度変調光及び前記測定用合成光を遮断する光遮断手段と、
前記間隔が変化しないと前記間隔変化判定手段が判定すると、前記強度変調光及び前記測定用合成光を前記光遮断手段に遮断させず、前記間隔が変化したと前記間隔変化判定手段が判定すると、前記強度変調光及び前記測定用合成光を前記光遮断手段に遮断させる光出射制御手段と、
を備えることを特徴とする成分濃度測定装置。 Two measuring light generating means for generating and outputting light of different wavelengths with the same absorption of the liquid in a solution in which the target component is mixed with the liquid;
The light from one of the measurement light generation means is intensity-modulated at a predetermined constant frequency and output, and the light from one of the measurement light generation means and the other of the measurement light generation means A light modulation means for intensity-modulating and outputting light in opposite phases to each other at the constant frequency;
Two holding means for holding the measurement object in which the solution exists,
Both ends are fixed to the two holding means, and an interval measuring means for measuring an interval between the two holding means,
An intensity-modulated light of light from one of the measurement-light generating means, and an intensity-modulated light of light from one of the measurement-light generating means and the measurement-light generating means. A light emitting means for emitting the measurement combined light, which is combined with the intensity-modulated light of the light from the other, toward the object to be measured;
The normalization sound wave generated from the solution by the intensity-modulated light emitted from the light emitting means and disposed on the other side of the holding means so as to face the light emitting means, and the measurement emitted from the light emitting means A sound wave detecting means for detecting a sound wave for measurement generated from the solution by synthetic light for use;
Interval change determining means for determining whether or not the interval measured by the interval measuring means has changed;
A light blocking means for blocking the intensity-modulated light and the measurement composite light emitted by the light emitting means;
When the interval change determination unit determines that the interval does not change, the interval change determination unit determines that the interval has changed without blocking the intensity-modulated light and the combined light for measurement by the light blocking unit, A light emission control means for causing the light blocking means to block the intensity-modulated light and the combined light for measurement;
A component concentration measuring apparatus comprising:
前記測定用光発生手段の一方からの光を予め定められた一定周波数で強度変調して出力し、かつ、前記測定用光発生手段の一方からの光と前記測定用光発生手段の他方からの光を前記一定周波数で互いに逆相に強度変調して出力する光変調手段と、
前記溶液の存在する被測定物を挟んで保持する2つの保持手段と、
両端がそれぞれ前記2つの保持手段に固定され、前記2つの保持手段の間隔を測定する間隔測定手段と、
前記保持手段の一方に配置され、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光、及び、前記測定用光発生手段の一方からの光の強度変調光と前記測定用光発生手段の他方からの光の強度変調光とを合成した測定用合成光を、前記被測定物に向けて出射する光出射手段と、
前記保持手段の他方に前記光出射手段と対向して配置され、前記光出射手段の出射する前記強度変調光によって前記溶液から発生する規格化用音波、及び、前記光出射手段の出射する前記測定用合成光によって前記溶液から発生する測定用音波を検出する音波検出手段と、
前記保持手段の間隔を調節する間隔調節手段と、
前記間隔測定手段の測定する前記間隔を記憶する間隔記憶手段と、
前記間隔測定手段の測定する前記間隔が変化したか否かを判定する間隔変化判定手段と、
前記間隔が変化したと前記間隔変化判定手段が判定すると、前記保持手段の間隔を前記間隔記憶手段の記憶する前記間隔になるように、前記間隔調節手段に前記保持手段の間隔を調節させる間隔制御手段と、
を備えることを特徴とする成分濃度測定装置。 Two measuring light generating means for generating and outputting light of different wavelengths with the same absorption of the liquid in a solution in which the target component is mixed with the liquid;
The light from one of the measurement light generation means is intensity-modulated at a predetermined constant frequency and output, and the light from one of the measurement light generation means and the other of the measurement light generation means A light modulation means for intensity-modulating and outputting light in opposite phases to each other at the constant frequency;
Two holding means for holding the measurement object in which the solution exists,
Both ends are fixed to the two holding means, and an interval measuring means for measuring an interval between the two holding means,
An intensity-modulated light of light from one of the measurement-light generating means, and an intensity-modulated light of light from one of the measurement-light generating means and the measurement-light generating means. A light emitting means for emitting the measurement combined light, which is combined with the intensity-modulated light of the light from the other, toward the object to be measured;
The normalization sound wave generated from the solution by the intensity-modulated light emitted from the light emitting means and disposed on the other side of the holding means so as to face the light emitting means, and the measurement emitted from the light emitting means A sound wave detecting means for detecting a sound wave for measurement generated from the solution by synthetic light for use;
Interval adjusting means for adjusting the interval of the holding means;
Interval storage means for storing the interval measured by the interval measurement means;
Interval change determining means for determining whether or not the interval measured by the interval measuring means has changed;
When the interval change determining unit determines that the interval has changed, the interval control unit causes the interval adjusting unit to adjust the interval of the holding unit so that the interval of the holding unit becomes the interval stored in the interval storage unit. Means,
A component concentration measuring apparatus comprising:
前記判定結果出力手段の出力する表示内容を表示する表示手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の成分濃度測定装置。 When the distance change determination means before and Symbol Interval has changed is determined, the judgment result output means for outputting the contents of display predetermined
Display means for displaying display contents output by the determination result output means;
Constituent concentration measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a.
前記対象成分がグルコース又はコレステロールであり、
前記溶液が血液である
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の成分濃度測定装置。 The liquid is water;
The target component is glucose or cholesterol,
Constituent concentration measuring apparatus according to any one of claims 1-5, wherein the solution is blood.
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