JP5552819B2 - Concentration measuring device - Google Patents

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Description

本発明は濃度測定装置に関し、例えばヘモグロビン濃度を測定する場合に好適なものである。   The present invention relates to a concentration measuring apparatus and is suitable for measuring hemoglobin concentration, for example.

従来、被験部位に対して所定帯域の光を照射し、該被験部位から反射した光を分析することによって、生体の特定成分の濃度を非侵襲的に測定する装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed an apparatus that non-invasively measures the concentration of a specific component of a living body by irradiating a test site with a predetermined band of light and analyzing the light reflected from the test site (for example, a patent) Reference 1).

この装置では、測定対象である生体成分によって吸収される波長の光を照射する第1の光源と、該測定対象である生体成分に吸収されず測定対象よりも生体中に多い成分量をもつ成分に吸収される波長の光を照射する第2の光源とが用意される。   In this apparatus, a first light source that irradiates light having a wavelength that is absorbed by a biological component that is a measurement target, and a component that is not absorbed by the biological component that is the measurement target and has a larger component amount in the living body than the measurement target And a second light source that emits light having a wavelength that is absorbed by the light source.

そして、第1の光源に対応する波長の散乱光強度と、第2の光源に対応する波長の散乱光強度と、それらに対応する生体成分濃度との重回帰分析法によって、測定対象である生体成分濃度が求められる。   Then, a living body that is a measurement target is obtained by a multiple regression analysis of the scattered light intensity of the wavelength corresponding to the first light source, the scattered light intensity of the wavelength corresponding to the second light source, and the biological component concentration corresponding to them. The component concentration is determined.

特開2009−273819公報JP 2009-273719 A

ところで上記第1及び第2の光源は、小型化等の観点ではレーザーに比べてLED(Light Emitting Diode)が望ましい。しかしながらLEDを適用した場合、該LEDから照射される光の強度は中心波長においてピークを示すが、該中心波長に近い波長もある一定の強度を呈する。つまり、LEDから照射される光の波長は、単一波長ではなく、ある程度の波長幅を有する。   By the way, the first and second light sources are preferably LEDs (Light Emitting Diodes) compared to lasers in terms of miniaturization and the like. However, when an LED is applied, the intensity of light emitted from the LED shows a peak at the central wavelength, but a wavelength close to the central wavelength also exhibits a certain intensity. That is, the wavelength of light emitted from the LED is not a single wavelength but has a certain wavelength width.

したがって、測定対象である生体成分以外の成分における吸収特性も反映され、測定対象である生体成分濃度の信頼性が乏しくなる。   Therefore, the absorption characteristics of components other than the biological component that is the measurement target are also reflected, and the reliability of the concentration of the biological component that is the measurement target becomes poor.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、測定精度を向上し得る濃度測定装置を提案しようとするものである。   The present invention has been made in consideration of the above points, and intends to propose a concentration measuring apparatus capable of improving measurement accuracy.

かかる課題を解決するため本発明は、濃度測定装置であって、測定すべき物質である測定物質の種類数N(ただしNは1以上の自然数)以上の互いに異なる中心波長となる光を、該中心波長ごとに順次照射する複数の発光ダイオードと、発光ダイオードから照射され人体を透過する光の透過率を中心波長ごとに算出する透過率算出手段と、測定物質それぞれの単位光路長あたりの濃度である単位長濃度をそれぞれ変数とし、測定物質それぞれの単位長濃度に該測定物質の吸光係数を乗じた値の和により透過率を表した方程式を中心波長ごとに生成して、生成した複数の方程式を多元連立方程式として解くことにより測定物質それぞれの単位長濃度を算出する濃度算出手段とを有し、発光ダイオードのうち基準とすべき基準発光ダイオードは、他の発光ダイオードに比べて、測定物質のうち特定の特定測定物質についての波長に対する透過率の変動幅が大きく現れる波長を中心波長とし、該中心波長における強度の半値となる波長間の直線距離が、他の発光ダイオードに比べて狭く設定される。 In order to solve such a problem, the present invention is a concentration measuring apparatus, which includes light having different central wavelengths of N or more types (N is a natural number of 1 or more) of types of measurement substances to be measured. Multiple light emitting diodes that irradiate sequentially for each central wavelength, transmittance calculation means that calculates the transmittance of light emitted from the light emitting diodes and transmitted through the human body for each central wavelength, and the concentration per unit optical path length of each measured substance A plurality of equations generated by generating, for each central wavelength, an equation that expresses the transmittance by the sum of values obtained by multiplying the unit length concentration of each measurement substance by the absorption coefficient of the measurement substance, with each unit length concentration as a variable. the and a concentration calculation means for calculating a unit length measured concentration of substances respectively by solving the multiple simultaneous equations, the reference light-emitting diodes to be a reference of the light-emitting diodes, As compared to the light-emitting diodes, the linear distance between the particular and the center wavelength of the wavelength variation width of transmittance appears greater for the wavelength for the particular analyte, wavelength at which the intensity of said central wavelength half value of the measured substance, It is set narrower than other light emitting diodes.

本発明では、互いに異なる中心波長となる光を順次照射するため、人体内を通過する光の吸収スペクトルを離散的にとった透過率が得られ、測定物質ごとに単位長濃度に吸光係数を乗じた値を加算して該透過率を表した方程式を中心波長ごとに生成し、これらを連立させて解く。したがって、単に、測定物質が吸収ピークを示す波長の光の透過率を得る場合に比べて、複数の単位長濃度を正確に算出することが可能となる。
また本発明では、基準中心波長の光を照射する発光ダイオードにおける強度の半値となる波長間の直線距離、他の中心波長の光を照射する発光ダイオードに比べて狭くした。
したがって、複数の物質が反映する透過率を高い分解能で得ることができ、この結果、測定物質の単位光路長あたりの濃度を正確に算出することが可能となる。
In the present invention, successively to irradiate, discrete transmittance is obtained taking the absorption spectrum of the light passing through the human body, multiplied by the absorption coefficient in the unit length density per analyte light a different central wavelengths from each other An equation expressing the transmittance is generated for each central wavelength by adding the obtained values, and these are solved simultaneously. Therefore, it is possible to accurately calculate a plurality of unit length concentrations as compared with the case where the transmittance of light having a wavelength at which the measurement substance exhibits an absorption peak is obtained.
In the present invention also a straight line distance between the wavelength at which half of the intensity in a light-emitting diode for emitting light of the reference center wavelength and narrower than the light-emitting diode for emitting light of another center wavelength.
Therefore, the transmittance reflected by the plurality of substances can be obtained with high resolution, and as a result, the concentration per unit optical path length of the measurement substance can be accurately calculated.

濃度測定装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a density | concentration measuring apparatus. 人体表皮での反射の説明に供する概略図である。It is the schematic where it uses for description of reflection in a human body epidermis. 測定部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a measurement part. 吸光係数算出モードでのCPUの機能的構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the functional structure of CPU in the light absorption coefficient calculation mode. 色サンプル例を示す写真である。It is a photograph which shows a color sample example. 吸光係数算出モードでの演算結果処理の推移の説明に供するグラフである。It is a graph with which it uses for description of the transition of the calculation result process in the light absorption coefficient calculation mode. 濃度測定モードでのCPUの機能的構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the functional structure of CPU in density | concentration measurement mode. 濃度測定モードでの演算結果処理の推移の説明に供するグラフである。It is a graph with which it uses for description of transition of the calculation result process in density | concentration measurement mode. 濃度表示画面例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of a density | concentration display screen. LEDの波長特性の説明に供する概略図である。It is the schematic where it uses for description of the wavelength characteristic of LED. 人体表皮の吸収スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the absorption spectrum of a human body epidermis. 照射光の波長幅に応じた測定値の誤差を示すグラフである。It is a graph which shows the error of the measured value according to the wavelength width of irradiation light.

以下、発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序とする。
<1.実施の形態>
[1−1.濃度測定装置の構成]
[1−2.測定部の構成]
[1−3.吸光係数算出モード]
[1−4.濃度測定モード]
[1−5.測定精度向上対策]
[1−6.効果等]
<2.他の実施の形態>
Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described. The description will be in the following order.
<1. Embodiment>
[1-1. Configuration of concentration measuring device]
[1-2. Configuration of measurement unit]
[1-3. Absorption coefficient calculation mode]
[1-4. Concentration measurement mode]
[1-5. Measurement accuracy improvement measures]
[1-6. Effect]
<2. Other embodiments>

<1.実施の形態>
[1−1.濃度測定装置の構成]
図1において、本一実施の形態による濃度測定装置1を示す。この濃度測定装置1は、照射部10、受光部20及び測定部30によって構成される。
<1. Embodiment>
[1-1. Configuration of concentration measuring device]
FIG. 1 shows a concentration measuring apparatus 1 according to this embodiment. The concentration measuring apparatus 1 includes an irradiation unit 10, a light receiving unit 20, and a measurement unit 30.

照射部10には、互いに異なる波長を中心波長とする光を照射する5つの発光ダイオード(以下、これをLEDとも呼ぶ)が光源として含まれる。照射部10は、これら光源から照射される光を、照射面IFに対して斜めとなる入射方向から照射する。   The irradiating unit 10 includes five light emitting diodes (hereinafter also referred to as LEDs) that irradiate light having different wavelengths as central wavelengths as light sources. The irradiation unit 10 irradiates light emitted from these light sources from an incident direction that is oblique to the irradiation surface IF.

この実施の形態では、濃度を測定すべき物質の1つとして糖化ヘモグロビンが選択される。この糖化ヘモグロビンと、その他のヘモグロビン(酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビン)との吸光係数の差異を顕著に示す波長が、580[nm]又はその近傍の数波長にあることが本発明者らにより確認された。したがって、照射部10における5つのLEDのなかの1つのLEDの中心波長は580[nm]とされ、他のLEDの中心波長は580[nm]の前後である500[nm] ,540[nm] ,620[nm] ,660[nm]とされる。   In this embodiment, glycated hemoglobin is selected as one of the substances whose concentration is to be measured. It was confirmed by the present inventors that the wavelength that markedly shows the difference in extinction coefficient between this glycated hemoglobin and other hemoglobins (oxygenated hemoglobin and reduced hemoglobin) is 580 [nm] or several wavelengths in the vicinity thereof. . Therefore, the center wavelength of one of the five LEDs in the irradiation unit 10 is 580 [nm], and the center wavelengths of the other LEDs are around 500 [nm] and 540 [nm], which are around 580 [nm]. , 620 [nm] and 660 [nm].

可視域の光を照射面IFに対して斜めから照射した場合、図2に示すように、人体表面を入射して表皮(扁平上皮)の基底層と真皮層との界面で正反射し、該人体表皮(基底層と人体表面との間)を透過して人体表面から出射する。   When light in the visible region is irradiated obliquely with respect to the irradiation surface IF, as shown in FIG. 2, it enters the human body surface and is regularly reflected at the interface between the basal layer and dermis layer of the epidermis (squamous epithelium), It passes through the human epidermis (between the basal layer and the human body surface) and exits from the human body surface.

受光部20は、この基底層と真皮層との界面から人体表面を透過する光(以下、これを表皮透過光とも呼ぶ)を受光し、当該受光結果を測定部30に送出する。   The light receiving unit 20 receives light transmitted through the human body surface from the interface between the base layer and the dermis layer (hereinafter also referred to as epidermal transmitted light), and sends the light reception result to the measurement unit 30.

測定部30ではランベルト・ベールの法則が用いられる。ランベルト・ベールの法則は、吸光度をAとし、単位光路長あたりの濃度[mol/L・cm](以下、単位長濃度と呼ぶ)をclとし、モル吸光係数(以下、単に吸光係数と呼ぶ)をεとすると、次式   The measuring unit 30 uses Lambert-Beer law. The Lambert-Beer law is that the absorbance is A, the concentration per unit optical path length [mol / L · cm] (hereinafter referred to as unit length concentration) is cl, and the molar extinction coefficient (hereinafter simply referred to as the extinction coefficient). Where ε is

A=ε・cl ……(1)   A = ε · cl (1)

として表される。 Represented as:

吸光度Aは、透過率をtとすると、次式   Absorbance A is expressed by the following equation, where transmittance is t.

A=log(1/t) ……(2)   A = log (1 / t) (2)

のように透過率tの常用対数で表すことができるので、(1)式と(2)式から、次式 Since it can be expressed by the common logarithm of the transmittance t as shown in FIG.

log(1/t)=ε・cl ……(3)   log (1 / t) = ε · cl (3)

の関係が成立する。 The relationship is established.

測定部30は、物質の吸光係数を算出するモード(以下、これを吸光係数算出モードとも呼ぶ)と、物質の濃度を測定するモード(以下、これを濃度測定モードとも呼ぶ)とを有する。   The measurement unit 30 has a mode for calculating an extinction coefficient of a substance (hereinafter also referred to as an extinction coefficient calculation mode) and a mode for measuring the concentration of the substance (hereinafter also referred to as a concentration measurement mode).

測定部30は、吸光係数算出モードを実行した場合、(3)式を用いて物質の吸光係数を算出し、該吸光係数を登録するようになっている。   When executing the extinction coefficient calculation mode, the measurement unit 30 calculates the extinction coefficient of the substance using the equation (3), and registers the extinction coefficient.

一方、測定部30は、濃度測定モードを実行した場合、吸光係数算出モードで算出した吸光係数と、(3)式とを用いて、糖化ヘモグロビンを含む複数の物質の濃度を算出する。そして測定部30は、これら濃度を記憶し、当該濃度の推移を必要に応じて提示するようになっている。   On the other hand, when the concentration measurement mode is executed, the measurement unit 30 calculates the concentrations of a plurality of substances including glycated hemoglobin using the extinction coefficient calculated in the extinction coefficient calculation mode and the equation (3). And the measurement part 30 memorize | stores these density | concentrations, and shows the transition of the said density | concentration as needed.

[1−2.測定部の構成]
測定部30は、図3に示すように、制御を司るCPU(Central Processing Unit)41に対して各種ハードウェアを接続することにより構成される。
[1-2. Configuration of measurement unit]
As shown in FIG. 3, the measurement unit 30 is configured by connecting various hardware to a CPU (Central Processing Unit) 41 that controls the control.

具体的にはROM(Read Only Memory)42、CPU41のワークメモリとなるRAM(Random Access Memory)43、ユーザの操作に応じた命令を入力する操作入力部44、インターフェイス部45、表示部46及び記憶部47がバス48を介して接続される。   Specifically, a ROM (Read Only Memory) 42, a RAM (Random Access Memory) 43 serving as a work memory of the CPU 41, an operation input unit 44 for inputting a command according to a user operation, an interface unit 45, a display unit 46, and a storage The unit 47 is connected via the bus 48.

ROM42には、吸光係数算出モードを実行するためのプログラム(以下、これを係数算出プログラムとも呼ぶ)と、濃度測定モードを実行するためのプログラム(以下、これを濃度測定プログラムとも呼ぶ)が格納される。インターフェイス部45は、専用伝送路を介して照射部10及び受光部20と接続され、有線又は無線の伝送路を介して他の装置と接続可能とされる。   The ROM 42 stores a program for executing an extinction coefficient calculation mode (hereinafter also referred to as a coefficient calculation program) and a program for executing a concentration measurement mode (hereinafter also referred to as a concentration measurement program). The The interface unit 45 is connected to the irradiation unit 10 and the light receiving unit 20 via a dedicated transmission path, and can be connected to other devices via a wired or wireless transmission path.

表示部46には、液晶ディスプレイ又はEL(Electro Luminescence)ディスプレイ等が適用される。また記憶部47には、HD(Hard Disk)に代表される磁気ディスクもしくは半導体メモリ又は光ディスク等が適用される。USB(Universal Serial Bus)メモリやCF(Compact Flash)メモリ等のようにリムーバブルメモリ(可搬型メモリ)が適用されてもよい。   A liquid crystal display, an EL (Electro Luminescence) display, or the like is applied to the display unit 46. For the storage unit 47, a magnetic disk represented by HD (Hard Disk), a semiconductor memory, an optical disk, or the like is applied. A removable memory (portable memory) such as a USB (Universal Serial Bus) memory or a CF (Compact Flash) memory may be applied.

CPU41は、ROM42に格納される複数のプログラムのうち、操作入力部44から与えられる命令に対応するプログラムをRAM43に展開し、該展開したプログラムにしたがってインターフェイス部45、表示部46又は記憶部47を適宜制御する。   The CPU 41 expands, in the RAM 43, a program corresponding to a command given from the operation input unit 44 among the plurality of programs stored in the ROM 42, and the interface unit 45, the display unit 46, or the storage unit 47 is loaded according to the expanded program. Control as appropriate.

[1−3.吸光係数算出モード]
CPU41は、操作入力部44から吸光係数を算出すべき命令に対応する係数算出プログラムをRAM43に展開した場合、図4に示すように、物質決定部51、駆動制御部52、反射率算出部53、単位長濃度差取得部54及び吸光係数算出部55として機能する。
[1-3. Absorption coefficient calculation mode]
When the CPU 41 expands the coefficient calculation program corresponding to the command for calculating the extinction coefficient from the operation input unit 44 in the RAM 43, as shown in FIG. 4, the substance determination unit 51, the drive control unit 52, and the reflectance calculation unit 53. , Function as a unit length concentration difference acquisition unit 54 and an extinction coefficient calculation unit 55.

物質決定部51は、予め設定され又は操作入力部44から測定対象として指定される物質を、吸光係数を算出すべき物質として決定する。吸光係数を算出すべき物質として、この実施の形態では、3種のヘモグロビン(酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビン)が測定対象として指定され、メラニンが設定される。   The substance determining unit 51 determines a substance that is set in advance or designated as a measurement target from the operation input unit 44 as a substance whose extinction coefficient is to be calculated. In this embodiment, three types of hemoglobin (oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, and glycated hemoglobin) are designated as measurement targets and melanin is set as a substance whose extinction coefficient is to be calculated.

駆動制御部52は、照射部10に対して5つのLEDを所定の照射期間ごとに順次するよう駆動させ、受光部20に対して該照射期間に受光される光をデータとして取得するよう駆動させる。   The drive control unit 52 drives the irradiation unit 10 to sequentially drive the five LEDs for each predetermined irradiation period, and drives the light receiving unit 20 to acquire light received during the irradiation period as data. .

反射率算出部53は、吸光係数を算出すべきとして決定した物質に対応付けられる色サンプル(以下、対象色サンプルとも呼ぶ)と、該色サンプルの基準となる色サンプル(以下、基準色サンプルとも呼ぶ)における反射率を算出する。   The reflectance calculation unit 53 includes a color sample (hereinafter also referred to as a target color sample) associated with a substance determined to calculate an extinction coefficient, and a color sample that serves as a reference for the color sample (hereinafter also referred to as a reference color sample). The reflectance is calculated.

基準色サンプル及び対象色サンプルは、例えば図5に示すように、色と、物質の名称や番号等の識別子との対照表として用意される。対象色サンプルは、吸光係数を算出すべき物質の単位長濃度を、基準色サンプルに対して差をもたせたときに呈する色のサンプルとされる。   For example, as shown in FIG. 5, the reference color sample and the target color sample are prepared as a comparison table between colors and identifiers such as substance names and numbers. The target color sample is a sample of a color that is exhibited when the unit length concentration of the substance whose extinction coefficient is to be calculated is different from the reference color sample.

なお、以下では、酸化ヘモグロビンと基準色サンプルとの間の単位長濃度差に対応する対象色サンプルはOxyHb色サンプルと呼び、還元ヘモグロビンと基準色サンプルとの間の単位長濃度差に対応する対象色サンプルはHb色サンプルと呼ぶ。また、糖化ヘモグロビンと基準色サンプルとの間の単位長濃度差に対応する対象色サンプルはHbA1c色サンプルと呼び、メラニンと基準色サンプルとの間の単位長濃度差に対応する対象色サンプルはメラニン色サンプルと呼ぶ。   In the following, the target color sample corresponding to the unit length density difference between the oxygenated hemoglobin and the reference color sample is referred to as an OxyHb color sample, and the target corresponding to the unit length density difference between the reduced hemoglobin and the reference color sample. The color sample is called an Hb color sample. The target color sample corresponding to the unit length density difference between the glycated hemoglobin and the reference color sample is called an HbA1c color sample, and the target color sample corresponding to the unit length density difference between the melanin and the reference color sample is melanin. Called a color sample.

ここで、反射率の具体的な取得手法を一例として挙げる。第1段階として、反射率算出部53は、基準色サンプル,OxyHb色サンプル,Hb色サンプル,HbA1c色サンプル,メラニン色サンプルのうち取得対象とすべき色サンプルを決定する。   Here, a specific method for obtaining the reflectance is given as an example. As a first step, the reflectance calculation unit 53 determines a color sample to be acquired from among a reference color sample, an OxyHb color sample, an Hb color sample, an HbA1c color sample, and a melanin color sample.

第2段階として、反射率算出部53は、照射部10の照射面IFに対して取得対象の色サンプルを配すべきことを例えば表示部46等を用いて通知し、受光部20での受光結果の取得を開始する。   As a second step, the reflectance calculation unit 53 notifies the irradiation surface IF of the irradiation unit 10 that the color sample to be acquired should be arranged using, for example, the display unit 46 and the light reception unit 20 receives the light. Start getting results.

第3段階として、反射率算出部53は、照射光量に対する受光量の比(色サンプルの反射率)を、LEDの照射期間を単位として算出する(図6(A))。   As a third stage, the reflectance calculation unit 53 calculates the ratio of the amount of received light to the amount of irradiation light (the reflectance of the color sample) in units of the LED irradiation period (FIG. 6A).

このようにして基準色サンプル,OxyHb色サンプル,Hb色サンプル,HbA1c色サンプル,メラニン色サンプルにおけるすべてのスペクトルが取得されるまで、第1段階から第3段階の処理が行われる。ちなみに図7では、便宜上、メラニン色サンプルの一部については略している。   In this way, the processes from the first stage to the third stage are performed until all the spectra in the reference color sample, the OxyHb color sample, the Hb color sample, the HbA1c color sample, and the melanin color sample are acquired. Incidentally, in FIG. 7, for convenience, a part of the melanin sample is omitted.

単位長濃度取得部54は、物質決定部51で決定された物質に対応付けられる色サンプル(OxyHb色サンプル,Hb色サンプル,HbA1c色サンプル,メラニン色サンプル)における基準色サンプルとの間の単位長濃度差を取得する。   The unit length concentration acquisition unit 54 is a unit length between the reference color sample in the color sample (OxyHb color sample, Hb color sample, HbA1c color sample, melanin color sample) associated with the substance determined by the substance determination unit 51. Get the density difference.

基準色サンプルとの間の単位長濃度差は、(3)式の右辺における「cl」に相当する。当該単位長濃度差の具体的な取得手法には、例えば、操作入力部44から、物質決定部51で決定された物質に対応付けられる色サンプルにおける基準色サンプルとの間の単位長濃度差を入力させる手法がある。   The unit length density difference from the reference color sample corresponds to “cl” on the right side of the equation (3). As a specific method for obtaining the unit length density difference, for example, the unit length density difference between the reference color sample in the color sample associated with the substance determined by the substance determination unit 51 from the operation input unit 44 is calculated. There is a method to input.

別例として、物質と単位長濃度差の対照データベースを保持するサーバーにアクセスし、物質決定部51で決定された物質に対応付けられる色サンプルにおける基準色サンプルとの間の単位長濃度差をダウンロードする手法がある。   As another example, a server holding a substance and a unit length density difference control database is accessed, and a unit length density difference between a color sample associated with the substance determined by the substance determination unit 51 and a reference color sample is downloaded. There is a technique to do.

また、記憶部47に対して物質と単位長濃度差の対照データベースを記憶させ、該記憶部47から、物質決定部51で決定された物質に対応付けられる色サンプルにおける基準色サンプルとの間の単位長濃度差を読み出す手法がある。   In addition, the storage unit 47 stores a reference database of the substance and unit length concentration difference, and from the storage unit 47 to the reference color sample in the color sample associated with the substance determined by the substance determination unit 51. There is a method of reading the unit length density difference.

ただし、基準色サンプルとの間の単位長濃度差の取得手法はこれら例示した手法に限定されるものではなく、該例示した手法以外の手法を幅広く採用することができる。   However, the method for obtaining the unit length density difference from the reference color sample is not limited to these exemplified methods, and methods other than the exemplified methods can be widely adopted.

吸光係数算出部55は、吸光係数を算出すべきとして決定した物質に対応付けられる全ての色サンプルの反射率が取得され、当該色サンプルにおける基準色サンプルとの間の単位長濃度差が取得された場合、これらを用いて吸光係数を算出する。   The extinction coefficient calculation unit 55 acquires the reflectance of all the color samples associated with the substance determined to calculate the extinction coefficient, and acquires the unit length density difference between the color sample and the reference color sample. In such a case, the extinction coefficient is calculated using these.

ここで、吸光係数の具体的な算出手法を一例として挙げる。第1段階として、吸光係数算出部55は、5つの波長(照射部10における5つのLEDの中心波長)における反射率それぞれの逆数の対数を算出する(図6(B))。この反射率の逆数の対数は、(3)式の左辺における「log(1/t)」に相当する。   Here, a specific method for calculating the extinction coefficient is given as an example. As a first stage, the extinction coefficient calculation unit 55 calculates the logarithm of the reciprocal of each of the reflectances at five wavelengths (the central wavelengths of the five LEDs in the irradiation unit 10) (FIG. 6B). The logarithm of the reciprocal of this reflectance corresponds to “log (1 / t)” on the left side of equation (3).

第2段階として、吸光係数算出部55は、基準色サンプルにおける5つの波長に対する反射率の逆数の対数と、OxyHb色サンプル、Hb色サンプル、HbA1c色サンプル及びメラニン色サンプルにおける5つの波長に対する反射率の逆数の対数との差を算出する(図6(C))。   As a second stage, the extinction coefficient calculation unit 55 calculates the logarithm of the reciprocal of the reflectance for the five wavelengths in the reference color sample and the reflectance for the five wavelengths in the OxyHb color sample, the Hb color sample, the HbA1c color sample, and the melanin color sample. The difference between the reciprocal number and the logarithm is calculated (FIG. 6C).

第3段階として、吸光係数算出部55は、当該差と、単位長濃度取得部54で取得された基準色サンプルとの間の単位長濃度差とを(3)式に代入し演算する。この結果、図6(D)に示すように、物質決定部51で決定された酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビン,メラニンの吸光係数が算出される。   As a third stage, the extinction coefficient calculation unit 55 calculates the difference and the unit length density difference between the reference color sample acquired by the unit length density acquisition unit 54 by substituting into the equation (3). As a result, as shown in FIG. 6D, the extinction coefficients of oxyhemoglobin, reduced hemoglobin, glycated hemoglobin, and melanin determined by the substance determination unit 51 are calculated.

吸光係数算出部55は、酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビン,メラニンの吸光係数を算出した場合、これら吸光係数を記憶部47に登録し記録する。   When the extinction coefficient calculation unit 55 calculates the extinction coefficients of oxyhemoglobin, reduced hemoglobin, glycated hemoglobin, and melanin, the extinction coefficient is registered in the storage unit 47 and recorded.

[1−4.濃度測定モード]
一方、CPU41は、操作入力部44から濃度を測定すべき命令に対応する濃度測定プログラムをRAM43に展開した場合、図7に示すように、駆動制御部52、透過率取得部61、吸光係数読出部62、表皮透過特性分析部63、濃度算出部64及びグラフ提示部65として機能する。
[1-4. Concentration measurement mode]
On the other hand, when the CPU 41 develops in the RAM 43 a concentration measurement program corresponding to a command whose concentration should be measured from the operation input unit 44, as shown in FIG. 7, the drive control unit 52, the transmittance acquisition unit 61, and the extinction coefficient reading. Functions as a unit 62, an epidermis transmission characteristic analysis unit 63, a concentration calculation unit 64, and a graph presentation unit 65.

駆動制御部52は、上述したように、照射部10に対して5つのLEDを所定の照射期間ごとに順次するよう駆動させ、受光部20に対して該照射期間に受光される光をデータとして取得するよう駆動させる。   As described above, the drive control unit 52 drives the irradiation unit 10 to sequentially drive the five LEDs for each predetermined irradiation period, and causes the light receiving unit 20 to receive light received during the irradiation period as data. Drive to get.

透過率取得部61は、照射部10の照射面IFに配される人体表皮(基底層と人体表面との間の層)を透過する光(図2参照)の透過率を取得する。   The transmittance acquisition unit 61 acquires the transmittance of light (see FIG. 2) that passes through the human epidermis (the layer between the basal layer and the human body surface) disposed on the irradiation surface IF of the irradiation unit 10.

ここで、透過率の具体的な取得手法を一例として挙げる。第1段階として、透過率取得部61は、照射部10の照射面IFに対して生体部位を配すべきことを例えば表示部46等を用いて通知し、受光部20での受光結果の取得が開始される。照射面IFに配すべき生体部位は、この実施の形態では指の指腹面とされる。   Here, a specific method for obtaining the transmittance is given as an example. As a first step, the transmittance acquisition unit 61 notifies that the living body part should be arranged with respect to the irradiation surface IF of the irradiation unit 10 using, for example, the display unit 46 and acquires the light reception result in the light receiving unit 20. Is started. In this embodiment, the living body portion to be disposed on the irradiation surface IF is the finger pad surface of the finger.

受光部20には、照射部10における各LEDに対応する表皮透過光が、当該LEDの照射期間ごとに入射する。   The skin transmitted light corresponding to each LED in the irradiation unit 10 enters the light receiving unit 20 for each irradiation period of the LED.

第2段階として、透過率取得部61は、照射光量に対する受光量の比(表皮透過光率)を、LEDの照射期間を単位として算出する(図8(A))。   As a second stage, the transmittance acquisition unit 61 calculates the ratio of the amount of received light to the amount of irradiation light (skin transmission light rate) in units of LED irradiation periods (FIG. 8A).

吸光係数読出部62は、吸光係数算出モードにより登録されたメラニン,還元ヘモグロビン,酸化ヘモグロビン,糖化ヘモグロビンの吸光係数を記憶部47から読み出す(図8(B)〜(E))。   The extinction coefficient reading unit 62 reads out extinction coefficients of melanin, reduced hemoglobin, oxidized hemoglobin, and glycated hemoglobin registered in the extinction coefficient calculation mode from the storage unit 47 (FIGS. 8B to 8E).

表皮透過特性分析部63は、透過光率算出部61によって取得された表皮透過光率と、吸光係数読出部62によって読み出された吸光係数とを用いて、吸光係数算出モードにおいて吸光係数が算出された物質の単位長濃度と、基底層と真皮層との界面での反射率とを算出する。   The skin transmission characteristic analysis unit 63 calculates the extinction coefficient in the extinction coefficient calculation mode using the epidermal transmission light rate acquired by the transmitted light rate calculation unit 61 and the extinction coefficient read by the extinction coefficient reading unit 62. The unit length concentration of the obtained substance and the reflectance at the interface between the basal layer and the dermis layer are calculated.

人体表皮では、測定対象として指定される3種のヘモグロビンの単位長濃度よりも大きい単位長濃度となるメラニンが介在する。また人体表皮では、照射部10から照射される可視光は基底層と真皮層との界面に至るまでに反射してしまうものである。具体的には、図2に示したように、人体表面での反射や、人体表皮での乱反射がある。このため、表皮透過光(基底層と真皮層との界面を正反射して人体表皮を透過する光)には、基底層と真皮層との界面での反射率(以下、これを人体内界面反射率とも呼ぶ)が大きく関与する。   In the human epidermis, melanin having a unit length concentration larger than the unit length concentration of the three types of hemoglobin specified as the measurement target is interposed. In the human epidermis, the visible light irradiated from the irradiation unit 10 is reflected before reaching the interface between the basal layer and the dermis layer. Specifically, as shown in FIG. 2, there are reflection on the surface of the human body and irregular reflection on the human body skin. For this reason, the epidermal transmitted light (the light that specularly reflects the interface between the basal layer and the dermis layer and passes through the human epidermis) is reflected at the interface between the basal layer and the dermis layer (hereinafter referred to as the human body interface). (Also called reflectance) is greatly involved.

したがって、表皮透過特性分析部63では、測定対象として指定される3種のヘモグロビンの単位長濃度のほかに、該ヘモグロビンの単位長濃度よりも大きいメラニンの単位長濃度と、基底層と真皮層との界面での反射率とが算出対象とされる。   Therefore, in the epidermal transmission characteristic analysis unit 63, in addition to the unit length concentrations of the three types of hemoglobin designated as the measurement target, the unit length concentration of melanin larger than the unit length concentration of the hemoglobin, the basal layer and the dermis layer The reflectance at the interface is the calculation target.

具体的には、人体表皮の吸光度をLogSとし、メラニンの単位長吸光係数をMnとし、還元ヘモグロビンの単位長吸光係数をHbとし、酸化ヘモグロビンの単位長吸光係数をHbO2とし、糖化ヘモグロビンの単位長吸光係数をHbA1cとし、人体内界面反射率をDとすると、(3)式は、次式   Specifically, the absorbance of the human epidermis is LogS, the unit length extinction coefficient of melanin is Mn, the unit length extinction coefficient of reduced hemoglobin is Hb, the unit length extinction coefficient of oxyhemoglobin is HbO2, and the unit length of glycated hemoglobin Assuming that the extinction coefficient is HbA1c and the human body interface reflectance is D, the equation (3) can be expressed by the following equation:

Mn・ε1+Hb・ε2+HbO2・ε3+HbA1c・ε4+D
=−LogS……(4)
Mn · ε1 + Hb · ε2 + HbO2 · ε3 + HbA1c · ε4 + D
= -LogS (4)

となる。 It becomes.

したがって、表皮透過特性分析部63は、(4)式に対して、透過光率算出部61によって取得された表皮透過光率と、吸光係数読出部62によって読み出された吸光係数とを波長ごとに代入し、図8(F)に示すように、5元連立方程式を生成する。   Therefore, the skin transmission characteristic analysis unit 63 calculates the skin transmission light rate acquired by the transmission light rate calculation unit 61 and the extinction coefficient read by the extinction coefficient reading unit 62 for each wavelength with respect to the equation (4). And a five-way simultaneous equation is generated as shown in FIG.

そして表皮透過特性分析部63は、この5元連立方程式を解くことで、吸光係数算出モードにおいて吸光係数が算出された物質の単位長濃度と、基底層と真皮層との界面での反射率とを算出するようになっている。   The skin permeation characteristic analysis unit 63 solves the five-way simultaneous equations to obtain the unit length concentration of the substance for which the extinction coefficient is calculated in the extinction coefficient calculation mode and the reflectance at the interface between the base layer and the dermis layer. Is calculated.

ちなみに図8(F)に示す5元連立方程式では、メラニンの単位長吸光係数Mnは1.47E−5[mol/L・cm]、還元ヘモグロビンの単位長吸光係数Hbは1.47E−5[mol/L・cm]となる。また、酸化ヘモグロビンの単位長吸光係数HbO2は2.52E−5[mol/L・cm]、糖化ヘモグロビンの単位長吸光係数HbA1cは0.18E−5[mol/L・cm]、人体内界面反射率Dは0.3となる。   Incidentally, in the quinary simultaneous equation shown in FIG. 8F, the unit length extinction coefficient Mn of melanin is 1.47E-5 [mol / L · cm], and the unit length extinction coefficient Hb of reduced hemoglobin is 1.47E-5 [ mol / L · cm]. In addition, the unit length extinction coefficient HbO2 of oxyhemoglobin is 2.52E-5 [mol / L · cm], the unit length extinction coefficient HbA1c of glycated hemoglobin is 0.18E-5 [mol / L · cm], and reflection in the human body interface The rate D is 0.3.

濃度算出部64は、表皮透過特性分析部63によって算出される物質の単位長濃度を用いて、吸光係数算出モードにおいて算出対象として決定される物質(メラニン,酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビン)の濃度を算出する。   The concentration calculation unit 64 uses the unit length concentration of the substance calculated by the epidermis permeation characteristic analysis unit 63 to determine the substance (melanin, oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, glycated hemoglobin) determined as a calculation target in the extinction coefficient calculation mode. Calculate the concentration.

具体的には、メラニンの単位長濃度と、例えば人体における基底層と人体表面との距離の中間の平均とを用いて、当該メラニンの濃度が算出される。   Specifically, the concentration of melanin is calculated using the unit length concentration of melanin and the average of the distance between the basal layer in the human body and the surface of the human body, for example.

一方、3種のヘモグロビンの単位長濃度と、例えば人体における基底層と人体表面との間の距離の平均とを用いて、当該ヘモグロビンの濃度が算出される。ちなみに、人体表皮ではヘモグロビンを包含する毛細血管が基底層の近傍にあり、該基底層は人体表面からおおよそ一定である。   On the other hand, using the unit length concentrations of the three types of hemoglobin and the average of the distances between the basal layer and the human body surface in the human body, the hemoglobin concentration is calculated. Incidentally, in the human epidermis, capillaries including hemoglobin are in the vicinity of the basal layer, and the basal layer is approximately constant from the surface of the human body.

濃度算出部64は、メラニン,酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビンの濃度をそれぞれ算出した場合、これら濃度を、算出した時点の日時と対応付けて記憶部47に記憶する。   When the concentrations of melanin, oxyhemoglobin, reduced hemoglobin, and glycated hemoglobin are calculated, the concentration calculation unit 64 stores these concentrations in the storage unit 47 in association with the date and time of the calculation.

グラフ提示部65は、濃度算出部64によって濃度が算出された場合、又は操作入力部44から濃度を提示すべき命令があった場合、記憶部47に記憶される濃度と、該濃度に対応付けられる日付とを用いて例えば図9(A)〜(D)に示す表示画面を表示部46に表示する。   When the concentration is calculated by the concentration calculation unit 64 or when there is an instruction to present the concentration from the operation input unit 44, the graph presentation unit 65 associates the concentration stored in the storage unit 47 with the concentration. For example, the display screen shown in FIGS. 9A to 9D is displayed on the display unit 46 using the recorded date.

この表示画面には、縦軸を画面中央において濃度とし横軸を日時とするグラフ(以下、これを濃度推移グラフと呼ぶ)PGFが種別ごとに表示され、当該濃度推移グラフPGFには、正常とすべき範囲の上限と下限とが示されるとともに、濃度の動向がプロットされる。   On this display screen, a graph (hereinafter referred to as a concentration transition graph) PGF with the vertical axis as the density at the center of the screen and the horizontal axis as the date and time (hereinafter referred to as a concentration transition graph) is displayed for each type. The upper and lower limits of the range to be shown are shown, and the concentration trend is plotted.

また、濃度における全体の動向状態に対するコメントCMが濃度推移グラフPGFの直上に付され、該濃度の動向を示すプロットが正常とすべき範囲を上回っている又は下回っている場合には、そのプロット位置に対して異常であることを示す警告マークWMが付される。   A comment CM for the overall trend state in the concentration is attached immediately above the concentration transition graph PGF, and when the plot indicating the trend of the concentration is above or below the normal range, the plot position Is marked with a warning mark WM indicating that it is abnormal.

このようにグラフ提示部65は、生体表皮における複数の物質に対する濃度の動向を対応する正常範囲と併せて濃度推移グラフPGFとして表示し、かつ正常範囲外のプロット位置に警告マークWMを付すとともに、全体の動向状態をコメントCMとして付す。   In this way, the graph presentation unit 65 displays the concentration trend for a plurality of substances in the biological epidermis together with the corresponding normal range as the concentration transition graph PGF, and attaches the warning mark WM to the plot position outside the normal range, The overall trend status is attached as a comment CM.

従って、ユーザは、濃度推移グラフPGF、警告マークWM及びコメントCMから自身の生体表皮に含まれる物質濃度の変化、良悪、測定頻度等を一見して直感的に把握することができる。   Therefore, the user can intuitively grasp the change, quality, measurement frequency, etc. of the substance concentration contained in his / her biological epidermis from the concentration transition graph PGF, the warning mark WM, and the comment CM.

[1−5.測定精度向上対策]
この実施の形態では、測定物質である3種のヘモグロビン(糖化ヘモグロビン,酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン)に対する単位長濃度を正確に得るための対策が、照射部10におけるLEDに対して講じられている。
[1-5. Measurement accuracy improvement measures]
In this embodiment, measures for accurately obtaining unit length concentrations for three types of hemoglobin (glycated hemoglobin, oxidized hemoglobin, and reduced hemoglobin) that are measurement substances are taken for the LEDs in the irradiation unit 10.

具体的には、糖化ヘモグロビンとその他のヘモグロビンとの吸光係数の差異を顕著に示す波長(580[nm]又はその近傍の数波長)を中心波長とするLEDに対する、該中心波長における強度の半値となる波長間の直線距離(以下、これを波長幅とも呼ぶ)W(図10)が、他のLEDに比べて狭く設定される。   Specifically, with respect to an LED having a central wavelength at a wavelength (580 [nm] or several nearby wavelengths) that significantly shows the difference in extinction coefficient between glycated hemoglobin and other hemoglobins, A linear distance between wavelengths (hereinafter also referred to as a wavelength width) W (FIG. 10) is set narrower than other LEDs.

より具体的には、580[nm]を中心波長とするLEDに対する波長幅Wが10[nm]以下とされ、他のLEDに対する波長幅Wが20−40[nm]とされる。   More specifically, the wavelength width W for an LED having a central wavelength of 580 [nm] is 10 [nm] or less, and the wavelength width W for other LEDs is 20-40 [nm].

ところで、人体の基底層と真皮層との界面から人体表面を透過する可視光(表皮透過光)の吸収スペクトルは、図11に示すように、他の波長域に比べて急峻に変化する波長域ARとなり、該波長域には、糖化ヘモグロビンとその他のヘモグロビンとの吸光係数の差異を顕著に示す波長(580[nm]又はその近傍の数波長)が含まれる。   By the way, the absorption spectrum of visible light (skin-transmitted light) transmitted through the human body surface from the interface between the basal layer and the dermis layer of the human body has a wavelength region in which it changes sharply as compared with other wavelength regions as shown in FIG. The wavelength becomes AR, and the wavelength range includes a wavelength (580 [nm] or several nearby wavelengths) that significantly shows a difference in extinction coefficient between glycated hemoglobin and other hemoglobin.

したがって、中心波長をピークとする波長幅が広い光がLEDから照射されると、該光には糖化ヘモグロビン以外の物質の吸収特性も反映され、この結果、測定部30での測定誤差が生じる。   Therefore, when light with a wide wavelength width having a peak at the center wavelength is irradiated from the LED, the light reflects the absorption characteristics of substances other than glycated hemoglobin, resulting in a measurement error in the measurement unit 30.

しかも、糖化ヘモグロビンは、酸化ヘモグロビン又は還元ヘモグロビンに比べて血中における含有量が少ないことが知られている。具体的には、ヘモグロビンのおおむね4〜5[%]である。よって、測定部30での糖化ヘモグロビンに対する測定誤差は他の物質に比べて大きくなる。   In addition, it is known that glycated hemoglobin has a lower content in blood than oxyhemoglobin or reduced hemoglobin. Specifically, it is about 4-5 [%] of hemoglobin. Therefore, the measurement error for glycated hemoglobin in the measurement unit 30 is larger than that of other substances.

ここで、実験結果として、LEDから照射される光の波長幅に応じた測定値の誤差を下記に示す。   Here, as an experimental result, the error of the measured value according to the wavelength width of the light irradiated from LED is shown below.

これら表から明らかなように、580[nm]を中心波長とするLEDにおける波長幅が10[nm]から20[nm]に広がると、糖化ヘモグロビンの単位長濃度のみならず、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの単位長濃度までもが大幅に変動する。殊に、血中における糖化ヘモグロビンの含有量が酸化ヘモグロビン又は還元ヘモグロビンに比べて少ないこともあり、該糖化ヘモグロビンの単位長濃度は、10[nm]から20[nm]に広がると測定不能となる。   As is clear from these tables, when the wavelength width of the LED having a central wavelength of 580 [nm] is increased from 10 [nm] to 20 [nm], not only the unit length concentration of glycated hemoglobin but also oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin. Even the unit length concentration varies greatly. In particular, the content of glycated hemoglobin in the blood may be smaller than that of oxyhemoglobin or reduced hemoglobin, and the unit length concentration of the glycated hemoglobin becomes impossible to measure when it extends from 10 [nm] to 20 [nm]. .

これに対し、580[nm]以外の波長(500[nm],540[nm],620[nm],660[nm])を中心波長とするLEDにおける波長幅が10[nm]から20[nm]に広がっても、各種ヘモグロビンの単位長濃度の変動幅は比較的小さくおおむね同等となる。   On the other hand, the wavelength width of an LED having a wavelength other than 580 [nm] (500 [nm], 540 [nm], 620 [nm], 660 [nm]) as the center wavelength is 10 [nm] to 20 [nm]. ], The fluctuation range of the unit length concentration of various hemoglobins is relatively small and almost the same.

このように、糖化ヘモグロビンの吸収特性を示す波長を中心波長とするLEDにおける波長幅Wを、他のLEDに比べて狭く設定することで、3種のヘモグロビン(糖化ヘモグロビン,酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン)の単位長濃度が正確に測定可能となる。   In this way, by setting the wavelength width W in the LED having the wavelength indicating the absorption characteristic of glycated hemoglobin as the center wavelength, compared with other LEDs, three types of hemoglobin (glycated hemoglobin, oxidized hemoglobin, and reduced hemoglobin) are set. It is possible to accurately measure the unit length concentration.

[1−6.効果等]
以上の構成において、濃度測定装置1は、5つのLEDから、互いに異なる中心波長となる光を順次照射する。そして濃度測定装置1は、これら光の表皮透過率をそれぞれ算出し(図8(A))、該表皮透過率を用いて、複数の物質の単位長濃度を算出する(図8(F))。
[1-6. Effect]
In the above configuration, the concentration measuring apparatus 1 sequentially emits light having different center wavelengths from the five LEDs. Then, the concentration measuring device 1 calculates the skin transmittance of each of these lights (FIG. 8 (A)), and calculates unit length concentrations of a plurality of substances using the skin transmittance (FIG. 8 (F)). .

この濃度測定装置1では、5つのLEDが用いられるため、人体内を通過する光の吸収スペクトルを離散的にとった透過率が得られる。したがって濃度測定装置1は、単に、測定物質が吸収ピークを示す波長の光の透過率を得る場合に比べて、複数の物質の単位長濃度を正確に算出することができる。   In this concentration measuring apparatus 1, since five LEDs are used, a transmittance obtained by discretely taking an absorption spectrum of light passing through the human body can be obtained. Therefore, the concentration measuring apparatus 1 can accurately calculate the unit length concentrations of a plurality of substances compared to simply obtaining the transmittance of light having a wavelength at which the measurement substance exhibits an absorption peak.

5つのLEDのなかで基準となるLEDの中心波長は、図11に示したように、可視光の吸収スペクトルにおいて他の波長域に比べて急峻に変化する波長域ARに含まれる。またこの中心波長における強度の半値となる波長間の直線距離は、図10に示したように、他のLEDに比べて狭く設定される。   As shown in FIG. 11, the center wavelength of the reference LED among the five LEDs is included in a wavelength region AR that changes more rapidly than other wavelength regions in the absorption spectrum of visible light. Further, the linear distance between wavelengths, which is half the intensity at the center wavelength, is set narrower than other LEDs as shown in FIG.

したがって濃度測定装置1は、表1及び表2からも分かるように、人体表皮におけるヘモグロビンの分解能を高めることができ、この結果、測定物質の単位長濃度をより正確に算出することができる。   Therefore, as can be seen from Tables 1 and 2, the concentration measuring apparatus 1 can increase the resolution of hemoglobin in the human epidermis, and as a result, the unit length concentration of the measurement substance can be calculated more accurately.

なお、この実施の形態における単位長濃度の算出対象の1つとして糖化ヘモグロビンが採用される。図11に示した波長域ARでの変化には糖化ヘモグロビンの吸収特性が関与し、その他のヘモグロビンとの吸光係数の差異を顕著に示す波長が580[nm] 又はその近傍の数波長であることが、本発明者らにより確認されている。   In addition, glycated hemoglobin is adopted as one of the calculation targets of the unit length concentration in this embodiment. The change in the wavelength range AR shown in FIG. 11 involves the absorption characteristics of glycated hemoglobin, and the wavelength remarkably showing the difference in the extinction coefficient from other hemoglobins is 580 [nm] or several wavelengths in the vicinity thereof. This has been confirmed by the present inventors.

この580[nm]を中心波長とするLEDが基準のLEDとされるため、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンに比べて血中における含有量がおおむね4〜5[%]となる糖化ヘモグロビンを鋭敏に捉えることができる。   Since the LED having the central wavelength of 580 [nm] is used as a reference LED, the glycated hemoglobin whose content in the blood is approximately 4 to 5 [%] in comparison with oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin is captured more sensitively. Can do.

ところで、濃度測定装置1は、測定物質の単位長濃度と、人体表皮において測定対象の含有量程度以上となる物質の単位長濃度と、可視光が人体内において正反射する界面とを解として連立方程式を生成し、測定物質の単位長濃度を算出するようになっている。   By the way, the concentration measuring apparatus 1 uses a unit length concentration of the measurement substance, a unit length concentration of the substance that is about the content of the measurement target in the human epidermis, and an interface where visible light is regularly reflected in the human body as a solution. An equation is generated and the unit length concentration of the measurement substance is calculated.

具体的には、ユーザの表皮透過光のスペクトルと、3種のヘモグロビン及びそれらヘモグロビンの単位長濃度と同程度以上となるメラニンのモル吸光係数とを用いて、解とすべき数に対応する波長ごとに、ランベルト・ベールの法則に適合する(図9(G))。   Specifically, the wavelength corresponding to the number to be solved using the spectrum of the user's epidermis transmitted light and the three types of hemoglobin and the molar extinction coefficient of melanin which is equal to or higher than the unit length concentration of those hemoglobins Every one meets Lambert-Beer's law (FIG. 9G).

測定対象として指定される3種のヘモグロビンの単位長濃度を解として連立方程式が生成するのではなく、当該測定対象に他の要素も加えた連立方程式が生成される。具体的には、測定対象の単位長濃度のみならず、人体表皮での測定対象の含有量程度以上となるメラニンの単位長濃度と、人体表皮を透過する光として大きく関与する人体内界面反射率(基底層と真皮層との界面での反射率)とが算出対象とされる。   Rather than generating simultaneous equations by solving the unit length concentrations of the three types of hemoglobin specified as the measurement target, simultaneous equations are generated by adding other elements to the measurement target. Specifically, not only the unit length concentration of the measurement target, but also the unit length concentration of melanin that is higher than the content of the measurement target in the human epidermis and the interfacial interface reflectivity that is largely involved as light that passes through the human epidermis (Reflectance at the interface between the base layer and the dermis layer) is a calculation target.

したがって測定部30は、人体表皮での測定対象の単位長濃度をより一段と正確に算出することができる。   Therefore, the measurement unit 30 can calculate the unit length concentration of the measurement target in the human epidermis more accurately.

糖化ヘモグロビンは、上述したように、一般に酸化ヘモグロビン又は還元ヘモグロビンに比べて血中における含有量が少ない。具体的には、ヘモグロビンのおおむね4〜5[%]である。   As described above, glycated hemoglobin generally has a lower content in blood than oxyhemoglobin or reduced hemoglobin. Specifically, it is about 4-5 [%] of hemoglobin.

図11に示したように、可視光の吸収スペクトルにおいて他の波長域に比べて急峻に変化する波長域ARが存在するが、この変化には主に糖化ヘモグロビンの吸収特性が関与し、その中心波長は580[nm]となる。   As shown in FIG. 11, there is a wavelength range AR that changes sharply in the absorption spectrum of visible light compared to other wavelength ranges. This change mainly involves the absorption characteristics of glycated hemoglobin, and its center. The wavelength is 580 [nm].

したがって、測定対象に他の要素も加えて連立方程式を生成しても、580[nm]を基準とする吸収スペクトルに反映される波長から離れるほど、算出すべき糖化ヘモグロビンの単位長濃度の正確性が低減することになる。   Therefore, even when other elements are added to the measurement target and a simultaneous equation is generated, the accuracy of the unit length concentration of glycated hemoglobin to be calculated increases as the distance from the wavelength reflected in the absorption spectrum based on 580 [nm] increases. Will be reduced.

しかしながらこの実施の形態では、着目すべき波長(連立方程式に適合すべき各値の波長)は、580[nm]を基準としてその前後の波長が選択されるため、糖化ヘモグロビンの吸収特性を最も鋭敏に捉えることができ、この結果、単位長濃度を正確に算出できる。   However, in this embodiment, the wavelength to be noted (the wavelength of each value to be fitted to the simultaneous equations) is selected based on 580 [nm], and therefore the absorption characteristics of glycated hemoglobin are most sensitive. As a result, the unit length concentration can be accurately calculated.

またこの測定部30は、測定物質と、人体表皮での測定対象の含有量程度以上となる物質に対応する色サンプルでの反射率から、連立方程式で用いるべき測定物質及びその含有量程度以上となる物質のモル吸光係数を算出する。   In addition, the measurement unit 30 calculates the measurement substance to be used in the simultaneous equations and the content thereof from the reflectance of the color sample corresponding to the measurement material and the material that is about the content of the measurement target in the human epidermis. Calculate the molar extinction coefficient of the substance.

したがってこの測定部30は、人体表皮中の単位長濃度が算出可能となる測定物質と、その含有量程度以上となる物質との種類を、色サンプルから簡易に増やすことができる。   Therefore, the measurement unit 30 can easily increase the types of the measurement substance capable of calculating the unit length concentration in the human epidermis and the substance whose content is about the content or more from the color sample.

<2.他の実施の形態>
上述の実施の形態では5つのLEDが採用された。しかしながらLEDの数は5つに限定されるものではない。互いに異なる中心波長となる光を照射する2以上のLEDであればいくつでもよい。
<2. Other embodiments>
In the above-described embodiment, five LEDs are employed. However, the number of LEDs is not limited to five. Any number of two or more LEDs that irradiate light having different center wavelengths may be used.

上述の実施の形態では、入射光量に対する、人体内の界面で反射し人体表面から出射する光量の比が算出対象された。しかしながら、入射光量に対する、入射面に正対する面から出射する光量の比が算出対象とされてもよい。つまり、人体内を反射する光を用いて人体表皮透過率を算出する形態に代えて、人体を透過する光を用いて人体表皮透過率を算出する形態が採用されてもよいということである。ただし、この形態が採用される場合、(4)式における人体内界面反射率Dは省略される。   In the above-described embodiment, the ratio of the amount of light reflected at the interface in the human body and emitted from the human body surface to the amount of incident light is calculated. However, the ratio of the amount of light emitted from the surface facing the incident surface with respect to the amount of incident light may be a calculation target. That is, instead of a form for calculating the human body skin transmittance using the light reflected from the human body, a form for calculating the human body skin transmittance using the light transmitted through the human body may be adopted. However, when this form is adopted, the human body interface reflectance D in the equation (4) is omitted.

上述の実施の形態では、基準とすべき発光ダイオードの中心波長が580[nm]とされた。しかしながらこの波長に限定されるものではない。例えば、入射面又は人体内界面と、出射面との間において糖化ヘモグロビンよりも含有量が少ない物質(例えばビリルビン)等を測定物質の1つとする場合、該ビリルビンとその他ヘモグロビンとの吸光係数の差異を顕著に示す波長となり、他の測定物質の吸収ピークも現れる波長とすることができる。   In the above-described embodiment, the center wavelength of the light emitting diode to be used as a reference is 580 [nm]. However, it is not limited to this wavelength. For example, when a substance having a lower content than glycated hemoglobin (for example, bilirubin) is used as one of the measurement substances between the entrance surface or the human body interface and the exit surface, the difference in extinction coefficient between the bilirubin and other hemoglobin Can be set to a wavelength at which absorption peaks of other measurement substances also appear.

要は、透過率の変動幅が他の発光ダイオードに比べて大きく現れる波長を中心波長とするLEDが基準とすべきLEDとされればよい。   In short, an LED having a central wavelength at a wavelength at which the variation range of the transmittance is larger than that of other light emitting diodes may be used as the reference LED.

上述の実施の形態では、測定すべきとして指定される測定物質が3種のヘモグロビン(酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビン)とされた。しかしながら測定物質の種類はヘモグロビンに限定されるものではない。例えばコラーゲンやビリルビン等のように、人体内の様々な成分を測定物質とすることができる。   In the above-described embodiment, three kinds of hemoglobin (oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, and glycated hemoglobin) are designated as the measurement substances to be measured. However, the type of the measurement substance is not limited to hemoglobin. For example, various components in the human body such as collagen and bilirubin can be used as measurement substances.

ちなみに、3種のヘモグロビンのすべてを測定物質とすることが必須の条件となるものではない。例えば、糖化ヘモグロビンのみを測定対象とした場合、該糖化ヘモグロビンの人体表皮での含有量程度以上となる物質として、酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,メラニンが設定される。別例として、還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビンを測定対象とした場合、該糖化ヘモグロビンの人体表皮での含有量程度以上となる物質として、酸化ヘモグロビン,メラニンが設定される。   Incidentally, it is not an indispensable condition to use all three types of hemoglobin as measurement substances. For example, when only glycated hemoglobin is used as a measurement target, oxyhemoglobin, reduced hemoglobin, and melanin are set as substances that are about the content of the glycated hemoglobin in the human epidermis. As another example, when reduced hemoglobin and glycated hemoglobin are measured, oxyhemoglobin and melanin are set as substances that have a content of about or more than the content of the glycated hemoglobin in the human epidermis.

要は、LEDから照射される光の人体内での光路において、測定対象として指定される物質での含有量程度以上となる物質を加えるようにすれば、人体内の様々な成分を測定物質とすることができる。   In short, in the optical path of the light emitted from the LED in the human body, various substances in the human body can be used as the measurement substance by adding substances that are about the content of the substance specified as the measurement target. can do.

なお、測定対象として指定される物質での含有量程度以上となる物質は、上述の実施の形態では予め設定された。しかしながら、測定対象として指定される測定物質の種類に応じて、当該層での測定物質の含有量程度以上となる物質の数と、種類と、着目すべき波長の全部又は一部を決定するようにしてもよい。   In addition, the substance which becomes more than the content in the substance designated as the measurement target is set in advance in the above-described embodiment. However, depending on the type of measurement substance specified as the measurement target, the number, type, and all or part of the wavelength to be noticed should be determined. It may be.

例えば、LEDから照射される光の波長と、該波長の光が人体内で正反射する界面と人体表面との層と、該層での物質の含有量と、該層での物質の吸収特性とをデータベースとして記憶部47に保持しておく。このようにすれば、測定対象として指定される測定物質の種類に応じて、当該層での測定物質の含有量程度以上となる物質の数と種類と着目すべき波長の全部又は一部を決定することができる。したがって、測定対象として指定される物質での含有量程度以上となる物質が確実に選択されることになる結果、該対象として指定される物質の単位長濃度の測定精度を向上することができる。   For example, the wavelength of light emitted from the LED, the layer of the interface and the surface of the human body where the light of the wavelength is regularly reflected in the human body, the content of the substance in the layer, and the absorption characteristics of the substance in the layer Are stored in the storage unit 47 as a database. In this way, depending on the type of measurement substance specified as the measurement target, the number and type of substances that are about the content of the measurement substance in the layer or more, and all or part of the wavelength to be noted are determined. can do. Therefore, as a result of reliably selecting a substance having a content level or more in the substance designated as the measurement target, it is possible to improve the measurement accuracy of the unit length concentration of the substance designated as the target.

上述の実施の形態では、照射部10が照射する光の波長域が可視光域とされた。しかしながら照射すべき光の波長域は可視光域に限定されるものではない。近赤外光域(780[nm]〜3[μm])が適用されてもよい。   In the above-described embodiment, the wavelength range of the light irradiated by the irradiation unit 10 is the visible light range. However, the wavelength range of the light to be irradiated is not limited to the visible light range. Near-infrared light region (780 [nm] to 3 [μm]) may be applied.

近赤外光域を適用した場合、当該近赤外光は主に人体表皮を透過し、真皮と脂肪層との界面で反射して人体表面から出射する。また近赤外光は、真皮に介在する血管に含まれるヘモグロビンに特に吸収される性質を有する。したがって、ヘモグロビンの単位長濃度をより一段と正確に取得可能となる。   When the near-infrared light region is applied, the near-infrared light mainly passes through the human epidermis, is reflected at the interface between the dermis and the fat layer, and is emitted from the human body surface. Near-infrared light has the property of being particularly absorbed by hemoglobin contained in blood vessels intervening in the dermis. Therefore, the unit length concentration of hemoglobin can be acquired more accurately.

なお、(4)式における人体内界面反射率Dは、既に述べたように真皮と脂肪層との界面での反射率となる。また真皮には、コラーゲンが多く含まれ、パッチニ小体等の受容体や脂肪細胞の細胞成分が含まれるので、当該コラーゲン又は脂肪の吸光係数及び単位長濃度も含めて算出することも可能である。   In addition, the human body interface reflectance D in the equation (4) is the reflectance at the interface between the dermis and the fat layer as described above. In addition, since the dermis contains a large amount of collagen and contains receptors such as patchoni bodies and cell components of fat cells, it is also possible to calculate including the extinction coefficient and unit length concentration of the collagen or fat. .

上述の実施の形態では、単位長濃度から濃度が算出され、該濃度の動向が必要に応じて提示されたが、濃度を算出することが必須の条件となるものではない。すなわち、単位長濃度自体を記憶部47に記憶し、該単位長濃度の動向を提示するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the concentration is calculated from the unit length concentration and the trend of the concentration is presented as necessary. However, it is not an essential condition to calculate the concentration. That is, the unit length density itself may be stored in the storage unit 47 and the trend of the unit length density may be presented.

上述の実施の形態では、吸光係数算出モードと、濃度測定モードとを実行する濃度測定装置1が適用された。しかしながら、吸光係数算出モードだけを実行する濃度測定装置と、濃度測定モードだけを実行する濃度測定装置とを、ローカルエリアネットワークやインターネット等の有線又は無線の通信媒体を通じて接続可能とするシステムが適用されてもよい。   In the above-described embodiment, the concentration measurement device 1 that executes the extinction coefficient calculation mode and the concentration measurement mode is applied. However, a system that allows connection between a concentration measurement device that executes only the extinction coefficient calculation mode and a concentration measurement device that executes only the concentration measurement mode through a wired or wireless communication medium such as a local area network or the Internet is applied. May be.

本発明は、遺伝子実験、医薬の創製又は患者の経過観察などのバイオ産業上において利用することができる。   The present invention can be used in the bio-industry such as genetic experiments, creation of medicines, or patient follow-up.

1……濃度測定装置、10……照射部、20……受光部、30……測定部、41……CPU、42……ROM、43……RAM、44……操作入力部、45……インターフェイス部、46……表示部、47……記憶部、51……物質決定部、52……駆動制御部、53……反射率算出部、54……単位長濃度差取得部、55……吸光係数算出部、61……透過率取得部、62……吸光係数読出部、63……表皮透過特性分析部、64……濃度算出部、65……グラフ提示部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Density measuring apparatus, 10 ... Irradiation part, 20 ... Light receiving part, 30 ... Measurement part, 41 ... CPU, 42 ... ROM, 43 ... RAM, 44 ... Operation input part, 45 ... Interface unit 46... Display unit 47... Storage unit 51 .sub.substance determination unit 52 .. drive control unit 53 .. reflectance calculation unit 54... Unit length concentration difference acquisition unit 55. Absorption coefficient calculation unit, 61... Transmittance acquisition unit, 62... Absorption coefficient reading unit, 63... Epidermal transmission characteristic analysis unit, 64... Concentration calculation unit, 65.

Claims (7)

測定すべき物質である測定物質の種類数N(ただしNは1以上の自然数)以上の互いに異なる中心波長となる光を、該中心波長ごとに順次照射する複数の発光ダイオードと、
上記発光ダイオードから照射され人体を透過する光の透過率を上記中心波長ごとに算出する透過率算出手段と、
上記測定物質それぞれの単位光路長あたりの濃度である単位長濃度をそれぞれ変数とし、上記測定物質それぞれの上記単位長濃度に該測定物質の吸光係数を乗じた値の和により上記透過率を表した方程式を上記中心波長ごとに生成して、生成した複数の方程式を多元連立方程式として解くことにより上記測定物質それぞれの単位長濃度を算出する濃度算出手段と
を有し、
上記発光ダイオードのうち基準とすべき基準発光ダイオードは、他の発光ダイオードに比べて、上記測定物質のうち特定の特定測定物質についての波長に対する透過率の変動幅が大きく現れる波長を中心波長とし、
該中心波長における強度の半値となる波長間の直線距離が、上記他の発光ダイオードに比べて狭く設定される
濃度測定装置。
A plurality of light emitting diodes that sequentially irradiate light having different central wavelengths for each of the central wavelengths of N or more (N is a natural number of 1 or more) types of measurement substances that are substances to be measured ;
A transmittance calculating means for calculating, for each central wavelength, the transmittance of light emitted from the light emitting diode and transmitted through the human body;
The transmittance is represented by the sum of the unit length concentration of each of the measurement substances multiplied by the extinction coefficient of the measurement substance, with the unit length concentration being the concentration per unit optical path length of each of the measurement substances as a variable . An equation for each central wavelength, and concentration calculation means for calculating a unit length concentration of each of the measurement substances by solving the generated equations as a multiple simultaneous equation ,
Among the light emitting diodes, a reference light emitting diode to be used as a reference has a wavelength at which a fluctuation range of transmittance with respect to a wavelength for a specific specific measurement substance among the measurement substances appears larger than that of other light emitting diodes as a central wavelength.
A concentration measuring apparatus , wherein a linear distance between wavelengths which is a half value of intensity at the central wavelength is set narrower than that of the other light emitting diodes.
上記濃度算出手段は、上記測定物質それぞれの単位濃度長を変数とすることに加えて、人体内での基底層と真皮層との界面での反射率を定数とし、In addition to using the unit concentration length of each of the measurement substances as a variable, the concentration calculation means uses the reflectance at the interface between the basal layer and the dermis layer in the human body as a constant,
上記方程式は、上記測定物質それぞれの上記単位長濃度に該測定物質の吸光係数を乗じた値の和に上記定数を加算して上記透過率を表し、The equation represents the transmittance by adding the constant to the sum of the unit length concentration of each of the measurement substances multiplied by the extinction coefficient of the measurement substance,
上記中心波長の数は、N+1以上であるThe number of the central wavelengths is N + 1 or more
請求項1に記載の濃度測定装置。The concentration measuring apparatus according to claim 1.
上記測定物質の1は、人体表皮に介在するメラニンであるOne of the measurement substances is melanin intervening in the human epidermis
請求項1に記載の濃度測定装置。The concentration measuring apparatus according to claim 1.
上記基準発光ダイオードの中心波長は、
上記人体表面に対して斜めから入射する光が人体内において正反射する界面と、人体表面との間の層における吸収スペクトルのうち、他の波長域に比べて変動幅が大きい波長域に含まれる
請求項に記載の濃度測定装置。
The center wavelength of the reference light emitting diode is
The absorption spectrum in the layer between the interface where the light incident obliquely on the human body surface is specularly reflected in the human body and the human body surface is included in the wavelength region having a larger fluctuation range than other wavelength regions. The concentration measuring apparatus according to claim 1 .
上記吸収スペクトルは、可視光域の吸収スペクトルである
請求項4に記載の濃度測定装置。
The concentration measuring apparatus according to claim 4, wherein the absorption spectrum is an absorption spectrum in a visible light region.
上記基準発光ダイオードが照射する光の中心波長は、糖化ヘモグロビンが、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンの吸光係数との差異を示す幅が他の波長に比べて大きい波長である
請求項4に記載の濃度測定装置。
The center wavelength of the light to the reference light-emitting diode is irradiated, glycated hemoglobin, concentration measurement according to claim 4 width shown the difference between the extinction coefficient of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin is larger wavelength than other wavelengths apparatus.
上記基準発光ダイオードが照射する光の中心波長は、580[nm]又はその近傍の波長である
請求項に記載の濃度測定装置。
The concentration measuring apparatus according to claim 4 , wherein the central wavelength of light emitted from the reference light emitting diode is 580 [nm] or a wavelength in the vicinity thereof.
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