CN100496396C - 测量生物信息的光学元件以及利用该元件的生物信息测量装置 - Google Patents
测量生物信息的光学元件以及利用该元件的生物信息测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100496396C CN100496396C CNB2005800386557A CN200580038655A CN100496396C CN 100496396 C CN100496396 C CN 100496396C CN B2005800386557 A CNB2005800386557 A CN B2005800386557A CN 200580038655 A CN200580038655 A CN 200580038655A CN 100496396 C CN100496396 C CN 100496396C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- transmission body
- groove part
- optical element
- light transmission
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 75
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 116
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 2
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 2
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 32
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 31
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 19
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 16
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 15
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 15
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 210000001124 body fluid Anatomy 0.000 description 6
- 239000010839 body fluid Substances 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 210000003296 saliva Anatomy 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 2
- HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N cholesterol Chemical compound C1C=C2C[C@@H](O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2 HVYWMOMLDIMFJA-DPAQBDIFSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 210000000624 ear auricle Anatomy 0.000 description 2
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 description 2
- 125000002791 glucosyl group Chemical group C1([C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O1)CO)* 0.000 description 2
- 210000004877 mucosa Anatomy 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000577 adipose tissue Anatomy 0.000 description 1
- 239000005030 aluminium foil Substances 0.000 description 1
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 235000012000 cholesterol Nutrition 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036548 skin texture Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 150000003626 triacylglycerols Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4738—Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
- G01N21/474—Details of optical heads therefor, e.g. using optical fibres
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/14—Coupling media or elements to improve sensor contact with skin or tissue
- A61B2562/146—Coupling media or elements to improve sensor contact with skin or tissue for optical coupling
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/14532—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring glucose, e.g. by tissue impedance measurement
Abstract
一种测量生物信息的光学元件以及测量关于生物信息的光学参数的生物信息测量装置。测量生物信息的元件通过将光提供到有机体并利用该有机体的组织吸收/反射的光来测量生物信息。该元件包括至少两个不同的光透过体用于将光应用于有机体/从有机体接收光。每个光透过体具有与有机体接触的有机体接触部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量生物信息的光学元件以及一种利用该光学元件的生物信息测量装置，该光学元件用于通过光学测量生物组织非侵入性地测量体液中的葡萄糖、胆固醇、尿素或甘油三酸脂。
背景技术
通常地，已经提出了一种通过利用光学元件来测量生物信息的方法，该光学元件包括与生物体表面接触的凹窝部分(例如，专利文献1)。如图10所示，公开在专利文献1中的生物信息测量装置包括光源11；在表面上具有多个凹窝部分621、622、623、624和625以及凸出部分631、632、633、634、635和636并用于检测生物信息的接触元件；光检测器16；信号处理单元64和显示装置65。
当使用上述生物信息测量装置时，检测生物信息的接触元件的表面被用来与生物组织66的表面接触，来自于光源11的光允许进入到生物组织66中，该生物组织66与用于检测生物信息的接触元件的上述凹窝部分621、622、623、624和625接触，而上述凸出部分631、632、633、634、635和636被按压到生物组织66中。
在光传播到生物体组织66之后，光进入检测生物信息的接触元件，并在离开检测生物信息的接触元件之后由光检测器16检测。通过调整凹窝部分621、622、623、624和625的深度，作为测量目标的生物组织66的深度能被控制，且特定层的光学特定可被确定。
专利文献1：国际公开号01/58355
本发明的描述
本发明解决的问题
然而，如上所述的通常的光学测量方法和光学测量装置具有下述问题。在上述通常的方法中，例如，不同深度处的信息通过形成凹窝部分622来测量，在多个凹窝部分621、622、623、624和625和凸出部分631、632、633、634、635和636中，该凹窝部分622的深度比另一位置处的凹窝部分623更深。然而，由于检测生物信息的单个接触元件被使用，因此很难将通过凹窝部分622的光与通过凹窝部分623的光分开，因此在两个信号之间存在干涉的可能。
因此，鉴于上述情形，本发明旨在提供一种测量生物信息的光学元件以及一种生物信息测量装置，其可基于通过有机体中的不同深度的光减少多个信号之间的干涉，并可以高精确度地测量和生物信息相关的多个光学参数。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种测量生物信息的光学元件，其中有机体的信息通过将光应用于有机体中并利用从有机体的生物组织返回的光而测得，该光学元件包括：
包括第一凹槽部分的第一光透过体，第一凹槽部分与有机体接触并将光提供到该有机体中且接收光；
包括第二凹槽部分的第二光透过体，第二凹槽部分与有机体接触并将光提供到该有机体中且接收光，该第二凹槽部分比第一凹槽部分更深。
在本发明中测量生物信息的光学元件可包括多个第一光透过体，还可包括多个第二光透过体。且第一光透过体和第二光透过体的任一种可包括在复数数字中。
第一光透过体可包括单个第一凹槽部分或多个第一凹槽部分。同样地，第二光透过体可包括单个第二凹槽部分或多个第二凹槽部分。
此外，本发明提供一种通过利用测量生物信息的光学元件测量生物信息的方法，该光学元件包括：
包括第一凹槽部分的第一光透过体，第一凹槽部分与有机体接触并将光提供到该有机体中且接收光；以及
包括第二凹槽部分的第二光透过体，第二凹槽部分与有机体接触并将光提供到该有机体中且接收光，该第二凹槽部分比第一凹槽部分更深，
该方法包括步骤：
将光提供到与测量生物信息的光学元件相接触的有机体；
检测从有机体返回到第一凹槽部分的光强度；
检测从有机体返回到第二凹槽部分的光强度；以及
基于检测到的返回到第二凹槽部分的光强度和返回到第一凹槽部分的光强度之间的差别获得有机体的真皮层中的生物信息。
此外，本发明提供一种生物信息测量装置，该装置包括：光源；上述测量生物信息的光学元件；检测射出光学元件的光的光检测器；以及通过算术处理光检测器获得的信息而计算生物信息的计算单元。
发明效果
本发明基于有机体中通过不同深度的光减小了多个信号之间的干涉，并能高精确度地测量和生物信息相关的多个光学参数。
附图说明
[图1]本发明的实施例1中测量生物信息的光学元件以及利用该光学元件的生物信息测量装置的示意图。
[图2]对有机体的表皮结构的总体说明。
[图3]说明测量生物信息的光学元件13的凹槽部分18(第一凹槽部分18a、第二凹槽部分18b和/或第三凹槽部分18c)的示意性的截面图，该光学元件与生物组织亲密接触。
[图4]当要测量生物组织的较浅位置时说明凹槽18(即第一凹槽部分18a)的附近的视图。
[图5]当要测量生物组织的较深位置时说明凹槽18(即第二凹槽部分18b)的附近的视图。
[图6]说明光分离装置14的结构的示意图。
[图7]本发明的实施例2中测量生物信息的光学元件13以及利用该光学元件的生物信息测量装置的示意图。
[图8]从图7中射出光的侧面(箭头X的方向)观察到的测量生物信息的光学元件13。
[图9]本发明的实施例3中测量生物信息的光学元件13以及利用该光学元件的生物信息测量装置的示意图。
[图10]说明常规的生物信息测量装置的结构的示意图。
具体实施方式
本发明的测量生物信息的光学元件包括第一光透过体和第二光透过体，该第一光透过体包括与有机体接触并发射光到该有机体且接收光的第一凹槽部分，该第二光透过体包括与有机体接触并发射光到该有机体且接收光的第二凹槽部分，该第二凹槽部分比第一凹槽部分更深。
基于这种结构，具有包括至少两个相互之间不同的光透过体的简单的结构，可以基于通过有机体中的不同深度的光减小多个信号之间的干涉，还可高精确度地测量和生物信息相关的多个光学参数。
在至少两个光透过体之间，优选地提供吸收或反射光的光屏蔽体。基于这种结构，由于光屏蔽体防止通过光透过体的光进入邻近的光透过体，从而消除了光透过体中检测的信号和其它信号之间干涉的可能性，使得测量更精确。
此外，第一光透过体、第二光透过体和光屏蔽体优选地被堆叠，以使得光屏蔽体置于第一光透过体和第二光透过体之间。
在上述测量生物信息的元件中，在第一光透过体的有机体接触部分和第二光透过体的有机体接触部分当中的至少一个有机体接触部分处优选地提供有将光提供到有机体并接收通过组织的光的凹槽部分。
基于这种结构，尤其在凹槽部分上，光可被提供到生物组织的特定部分以获得射出光，对于这种特定的部分可执行测量。
本发明中的测量生物信息的光学元件还包括测量有机体的表面的光透过体(第三光透过体)。
基于这种结构，可以更详细地估算有机体的一致性和光学元件的表面状况，使得能够检测到测量误差并获得更精确的测量。
本发明还提供一种生物信息测量装置，该装置包括光源；测量上述生物信息的光学元件；检测光学元件射出的光的光检测器；以及算术处理光检测器获得的信息以计算生物信息的计算单元。
基于本发明的生物信息测量装置，能可靠且非侵入性地测得生物组织中目标成份的浓度。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的测量生物信息的光学元件以及生物信息测量装置的实施例。然而，下述实施例仅是示例性，本发明不受到这些示例的限制。
在下文的描述中，相同的附图标记用于相同或相应的部件，重复的描述可省略。
《实施例1》
图1是本发明的实施例中测量生物信息的光学元件以及利用该光学元件的生物信息测量装置的示意图。如图1所示，该实施例中的生物信息测量装置100被形成为具有光源11、光学透镜12、测量生物信息的光学元件13、光分离装置14、分光装置15和光检测装置16。
光分离装置14和分光装置15之间的位置关系不限于图1中所示的位置。光分离装置14和分光装置15可插入在光源11和测量生物信息的光学元件13之间。在没有使用分光装置15和光分离装置14的情况下，还可通过改变光源11的波长来实施分光功能。
对于光源11而言，能发出包括波长能由生物组织中的测量目标(物质)所吸收的光成分的光的光源就足够。对于发射中间红外区域的光的光源而言，例如可以使用具有SiC插入杆中的碳硅棒光源、CO2激光器、钨灯、红外脉冲光源和量子级联激光器(QCL)光源。
当在中间红外区域具有强吸收峰值如波数为1033cm-1和1080cm-1附近的物质，例如葡萄糖，在没有特别限制的情况下，碳硅棒光源、红外脉冲光源和QCL光源是优选的。当测得具有吸收近红外区域的物质时，例如优选地使用卤素光源、半导体激光器和LED。已知葡萄糖具有在近红外区域以及中间红外区域的吸收峰值，因此特别优选地使用LED。
对于形成光源透镜12和光透过体17的材料而言可以使用本领域已知的。例如，当测量具有中间红外区域的吸收的物质时，可使用硅、锗、SiC、金刚石、ZnSe、ZnS、和KrS。
当测得在中间红外区域具有吸收峰值即波数为1033cm-1和1080cm-1中的物质，例如葡萄糖时，鉴于大约9至10微米的红外波长的高透射率、还有可操作性和高的机械强度，特别优选使用硅或锗。当测得具有在近红外区域的吸收的物质时，优选使用熔凝石英、单晶硅、光学玻璃、和塑料。
本实施例中测量生物信息的光学元件13包括第一光透过体17a和设置为夹住第一光透过体的两个第二光透过体17b。第一光透过体17a和第二光透过体17b分别包括第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b。第二凹槽部分18b形成得比第一凹槽部分18a深。
关于第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b的形状，为了便于生产，例如，优选使用图1所示的V形凹槽。第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b不限于V形。例如，其形状可以是U形、凹窝或阶梯状。尽管图1中的第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b具有相同的形状，但是其形状可以不同。
第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b可以利用已知的生产技术形成。
例如，当硅或锗的晶体用作形成第一光透过体17a和第二光透过体18b的材料时，第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b可通过利用各向异性蚀刻技术形成。
当树脂用作形成第一光透过体17a和第二光透过体17b的材料时，第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b通过利用模塑法与第一光透过体17a和第二光透过体18b同时形成。
图1中的第一光透过体17a包括第一凹槽部分18a，第一凹槽部分18a比两个第二光透过体17b浅，并可用于测量有机体的表面。也就是，在具有第一光透过体17a的情况下可进一步详细估算有机体的一致性和光学元件的表面情况，且通过检测到测量误差可执行更精确的测量。
通常，当汗液、脏物、唾液等大量地位于有机体和测量部件之间，而且当它们的数量和质量在每次测量都发生改变时，精确的测量可能很困难。
因此，在该实施例中优选提供第二凹槽部分18b。由此可以获得在大约几十个微米的范围内多数情况下存在于皮肤表面的汗液、脏物和唾液的存在。第二凹槽部分18b中凹槽的深度优选为几十微米或更多。通过使用这些凹槽，皮肤上的脏物、皮肤上的接触以及皮肤表面情况的一致性可以容易地被检测到。通过利用该检测结果来检测误差可以获得高度精确的测量。
也就是，通过测量从第二凹槽部分18b返回的光的光谱、计算特定波长的吸收率、并确定与标准值的偏差，可确定畸形。例如，当汗液和唾液大量存在于表层时，由于吸收率几乎与水相同，因此可以确定畸形。
当检测结果显示与水具有相似的吸收率时，优选停止该测量并擦去脏物，例如皮肤表面的水，因为精确的测量很困难。
皮肤接触中的畸形以及皮肤表面情况的一致性优选地通过提供两个第二光透过体17b以提供两个第二凹槽部分18b来测得。
也就是，当比较来自于两个第二凹槽部分18b的信号并发现较大不同时，皮肤的表面情况可能是不一致的，或者可能是接触情况中存在问题，优选地停止该测量并擦去生物组织表面的脏物。此外，当来自于两个第二凹槽部分18b的信号是相同的，如果该信号显示在表层上包括其它的脏物，优选地停止测量并擦去皮肤表面上的脏物。该脏物包括除了水之外的油。
当来自于两个第二凹槽部分18b的信号是适当并且几乎相等的，可确定有机体表面的情况是一致的且接触情况是合适的。因此，当作出该确定时，测量被启动，且生物信息通过第一光透过体17a的第一凹槽部分18a测得，该第一光透过体17a位于两个第二光透过体17b之间。
由此通过估算光学元件的表面情况及其与两个第二凹槽部分18b之间的一致性，与仅使用光透过体的情况相比较可获得更精确的测量。
在第一光透过体17a和第二光透过体17b之间例如通过插入一隔片可提供一空间。基于这种结构，光通过存在于该空间中的空气的折射率和光透过体的折射率之间的差别被反射，从而产生光屏蔽效应。
对于光分离装置14，可以没有任何特别限制地使用本领域已知的装置，只要其分离测量各个深度的光，并允许该光进入分光装置15和光检测装置16即可。例如，可以使用机械斩波器、滤波器和声光调制器。
尽管在图1中没有详细示出，但是分光装置15不受到特别限制，且可以使用已知的分光技术，包括利用光栅的衍射分光方法，利用干涉滤波器的方法和FT-IR方法。
对于光检测装置16可以使用本领域中已知的装置。例如，对于中间红外区域可以涉及热释传感器、热电堆、热敏电阻和MCT检测器(HgCdTe检测器，一种量子检测器)。对于近红外区域，可以涉及InGaAs检测器、光敏二极管、PbS检测器、InSb检测器和InAs检测器。
尽管未示出，通过利用计算装置，例如基于光检测装置16检测的信号的计算机执行计算，例如可以计算生物组织的参数，例如葡萄糖的浓度。
利用图1描述了该实施例中生物信息测量装置100的操作。
如图1所示，从光源11射出并进入光学透镜12的光到达用于测量生物信息的光学元件13。该到达的光的一部分进入光透过体17(第一光透过体17a、第二光透过体17b和/或第三光透过体17c)，并到达形成在光透过体17上的凹槽部分18(第一凹槽部分18a、第二凹槽部分18b和/或第三凹槽部分18c)。
图2是对有机体的皮肤结构的大体说明。最外层称为角质层21，其中的组织几乎不存在葡萄糖。痛感层(prickly layer)22是一种组织，在该组织中从真皮层25中的血管24通过的葡萄糖相对大量的存在。角质层21和痛感层22一起通常称为表皮层。在表皮层23之下的组织称为真皮层25，其是存在多数血管24且葡萄糖浓度较高的区域。在真皮层25下方称为脂肪组织26，其中葡萄糖的浓度通常比真皮层25中低.
角质层21的厚度随着有机体的部位改变.例如，在脸颊的情况下，角质层21的厚度为0.01至0.02mm，痛感层22的厚度为0.08至0.28mm，真皮层的厚度为2至3mm.
图3是说明测量生物信息的光学元件13的凹槽部分18的示意性的截面图，光学元件13与生物组织亲密接触。如图3所示，当将具有例如角质层21和痛感层22的组织的有机体压在凹槽部分18上以使其亲密接触时，有机体产生如图4所示的形状，因此该组织的特定部分的传递特性能容易地被测量。
也就是，当光31通过凹槽部分18被允许进入组织时，光31可在角质层21和凹槽部分18之间的界面处折射，并以特定角度进入角质层21。允许进入的光沿直线行进到有机体中，在通过痛感层22之后，光31再一次在角质层21和凹槽部分18之间的界面处折射以到达凹槽部分18。
如图4所示为了在凹槽部分18和角质层21之间的界面处折射光31，提供有凹槽部分18的光透过体17的折射率优选地高于角质层21和痛感层22。
尽管凹槽部分18的形状和尺寸不受到特别的限制，例如，可以使用上面所示的V形凹槽部分.
图4和5是图3中凹槽部分18的局部放大图。特别地，图4和5是通过例如改变凹槽部分18的深度测量有机体中不同深度的方法的视图.
图4是当测量生物组织的较浅位置时说明凹槽部分18(即第一凹槽部分18a)的附近的视图。图5是当测量较深的位置时说明下述情况的视图，该有机体具有包括角质层21和痛感层22的组织，角质层21和痛感层22接触凹槽部分18(即第二凹槽部分18b)。
对于测量所用的光，例如，可以使用近红外区域中波长为1.2μm或更长以及波长为2.5μm或更短的光，以及中间红外区域具有2.5至10μm的波长。
在这些中，中间红外区域优选为物质内在的吸收存在的范围且任何成份能容易地被识别。由于中间红外区域的光大多数被有机体吸收，透过有机体的深度大约为200μm.另一方面，近红外区域中的光较少被有机体吸收，因此即使在深度为200μm或者更深处也可能进行测量。
对于本发明中测量生物信息的光学元件以及生物信息测量装置测量的生物组织而言，可以涉及表皮存在的以下部位，例如人类的前臂的内侧、耳垂、唇粘膜、手指和上臂。
例如，嘴唇不包括角质层和真皮层，表皮层的厚度为50至200μm。因此，当要测量嘴唇的表皮层中有机成份，例如葡萄糖的浓度时，可以利用中间红外区域的光。这时，浅凹槽部分和深凹槽部分可设置为200μm的深度或更浅。
基于这一点，通过从深凹槽获得的传递数据减去浅凹槽获得的传递数据(即从传递光获得的测量数据)，可能限制有机体中存在的汗液、脏物和唾液的效果。
对于光透过体17的材料而言，可以使用在中间红外区域中透明的硅。当使用硅时，通过应用各向异性蚀刻处理以及晶体硅中已知的技术可以容易地获得V形凹槽。
例如，凹槽部分18的任一顶角33被给定为70.6°。此外，通过选择硅的晶化处理表面，顶角33可以被处理以给定为117°。
本发明不特别限制凹槽部分18的顶角33，但是取决于要测量的生物组织的表皮的厚度和硬度，其可适当地被选择。
此外，当在手指垫上实施测量时，角质层的厚度大约为200μm，表皮层的厚度大约为240μm，角质层、表皮层和真皮层的总厚度大约为2mm。因此，当浅凹槽部分和深凹槽部分的深度都设置为440μm至2mm时，通过从由深凹槽获得的传递数据减去由浅凹槽获得的传递数据，除去角质层和表皮层的影响，可以测得真皮层中有机体的成份。
尤其当有机体的成份是葡萄糖时，因为真皮层大量地包括葡萄糖，所以它是优选的。对于这时测量所用的光，优选地使用有机体具有较少吸收的近红外区域中的光。
硅可用作光透过体17的材料，也可用于中间红外区域中，但是不限于此，玻璃和树脂也可被使用。
因此，生物组织中相对较浅部分可由图4中的凹槽部分18(浅第一凹槽部分18a)测量，并且较深部分可由图5中的凹槽部分18(比第一凹槽部分18a更深的第二凹槽部分18b)测量。
此外，例如如图1所示，通过堆叠具有不同深度的凹槽部分的多个光透过体17，可在不同的深度中实施测量。
如图3至5所示，经由凹槽部分18通过生物组织并又返回的光离开光透过体17，然后到达光分离装置14，如图1所示。
图6是示出光分离装置14的结构的示意图。离开光透过体17的光到达光分离装置14。图6所示的光分离装置14包括光屏蔽部分41和开口部分42。光分离装置14对于测量单独地用于分离离开光透过体17的光，如图1所示。
也就是，通过设置光分离装置14以使得开口部分42与多个光透过体17的任一个对齐，则仅有离开光透过体17的光被允许通过。因此，通过从光透过体17中提供的凹槽部分18分离有机体信号以及从光透过体17中提供的其它凹槽部分10分离信号，可以单独地实施具有高灵敏度的检测。
此外，尽管图1所示的分光装置15没有被详细地说明，其将通过光分离装置14的光分为分别具有不同波长的多个光分量。
光分离装置14的开口部分42的宽度优选地为能接收离开在生物信息测量装置100处提供的光透过体17的光的宽度。在没有特定限制的情况下，与生物信息测量装置100的光透过体17的厚度类似，相同的宽度是优选的。
测量时的光分离装置14的位置优选地根据光透过体17确定。
尽管未示出，光分离装置14优选地根据例如图1中所示的透过体17移动以检测离开各个透过体17的光。
由分光装置15进行光谱分析的光进入光检测装置16，且基于光的强度计算吸收率。
此外，尽管没有示出，利用计算装置，使用获得的吸收率来计算体液中葡萄糖的浓度。在本发明中，由于对于浅表面层组织上以及深组织上的信息实施测量，因此可以计算出精确的葡萄糖浓度。
《实施例2》
如图1所示实施例1中通过第一光透过体17a、第二光透过体17b和第三光透过体17c的光相互之间可能部分干涉。为了更可靠地防止干涉，如图7所示形成本实施例中测量生物信息的光学元件.
图7是本实施例中测量生物信息的光学元件13以及利用该光学元件的生物信息测量装置的示意图。在图7中，光屏蔽体19位于第一光透过体17a和两个第二光透过体17b之间。基于这种结构，光屏蔽体19防止来自于第一光透过体17a和第二光透过体17b的信号相互干涉，且是非常优选的。
光屏蔽体19优选地被提供在第一光透过体17a和第二光透过体17b的光不传递的部分处。例如，当第一光透过体17a和第二光透过体17b中任一个包括复数个时，光屏蔽体19优选地被提供在邻近的光透过体之间。因此，本发明中测量生物信息的光学元件可包括多个光屏蔽体19。
对于形成光屏蔽体19的材料，可使用吸收或反射光的材料。例如，使用的屏蔽光的金属，例如铝、钨、钼、铬和铜是优选的。此外，这些金属的薄膜，或这些金属薄膜和介电薄膜的多层薄膜可优选地通过气相沉积和溅射法形成在基板上。此外，金属膜例如铝膜可用作光屏蔽体19，并且金属膜可以被夹在光透过体之间并被连接。光屏蔽体19可以是板状的。
参考附图8进一步详细描述上述光屏蔽体19的优点。图8是从图7射出光的侧面(箭头X方向)观察测量生物信息的光学元件13的视图。
第一光透过体17a、两个第二光透过体17b和两个光屏蔽体19被堆叠。在第一光透过体17a和第二光透过体17b的与有机体接触的部分上分别形成第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b。
基于这种结构，如图8中看到的，通过第一光透过体17a和第二光透过体17b的光部分地到达光屏蔽体19的边界，而不直线行进到第一光透过体17a和第二光透过体17b的中央部分。
当光源11射出的光完全是平行光束时，且当被允许绝对直线进入第一光透过体17a和第二光透过体17b时，该光可以被消除。然而，在某些情况下，光源本身是直径为约1mm或更大的发光体，因此很难得到完全平行的光束以实现该理想状况。
另一方面，在该实施例中，当到达光屏蔽体19的边界的光的入射角小于全反射的角度时，光从第一光透过体17a和第二光透过体17b射出并到达光屏蔽体19。
当不存在光屏蔽体19时，光重新进入邻近的光透过体中并且与光透过体中检测的信号发生干涉，与本发明中的一样，当能够充分屏蔽光的光屏蔽体19被提供在用于测量生物信息的光学元件13中时，由于光大部分被光屏蔽体19吸收或反射，光不进入邻近的光透过体17。因此，从光透过体17射出的以及在光屏蔽体19反射的光能返回到同一个光透过体17中，从而增加了信号量并且是优选的。
尽管板状光屏蔽体被描述为光屏蔽体19的一种形式，但是其不限于此。
金属薄膜可通过气相沉积和溅射涂覆在光透过体的表面，或金属箔例如铝箔可夹在光透过体之间并且被连接。可以提供粘结层实现该连接。
其它的结构可与上述实施例1中的结构相同。
《实施例3》
作为本发明中测量生物信息的光学元件的更简单的结构，涉及如图9中所示的结构。图9是本实施例中测量生物信息的光学元件13以及利用该光学元件的生物信息测量装置的示意图。
在图9中，光屏蔽体19置于第一光透过体17a和第二光透过体17b之间。基于这种结构，光屏蔽体19防止来自于第一光透过体17a和第二光透过体17b的信号相互干涉，且是非常优选的。
其它结构可与上述实施例1或实施例2中的结构相同。
本发明中由测量生物信息的光学元件以及生物信息测量装置测量的生物组织不受特别地限制，并且表皮存在的位置，例如人类前臂的内侧、耳垂、唇粘膜、手指和上臂已经满足需要了。
该测量的目标可以是可光学测量的物质，例如体液，以及除了葡萄糖之外的体液成份。
工业实用性
本发明中测量生物信息的光学元件以及生物信息测量装置可在表层组织上以及比表层更深的层上选择性地实施精确的测量，并能对体液成份中的信息实施精确的测量。此外，不仅生物组织，而且各种液态样本也可以被测量，本发明尤其有利于处于医疗目的测量体液成份。
Claims (6)
1、一种测量生物信息的光学元件，其中通过将光提供到有机体并且利用从所述有机体的生物组织返回的光测量所述有机体的信息，该光学元件包括：
第一光透过体，其包括与所述有机体接触并将光提供到该有机体和接收光的第一凹槽部分；以及
第二光透过体，其包括与所述有机体接触并将光提供到该有机体和接收光的第二凹槽部分，所述第二凹槽部分比所述第一凹槽部分深。
2、根据权利要求1的测量生物信息的光学元件，其中吸收或反射所述光的光屏蔽体被提供在所述第一光透过体和所述第二光透过体之间。
3、根据权利要求1的测量生物信息的光学元件，其中还包括用于测量有机体的表面的第三光透过体。
4、根据权利要求1的测量生物信息的光学元件，其中形成光透过体的材料是从由硅、锗、SiC、金刚石、ZnSe、ZnS、KrS、熔凝石英、单晶硅、光学玻璃、和塑料构成的组中选择的。
5、根据权利要求1的测量生物信息的光学元件，其中第一凹槽部分和第二凹槽部分的形状是从由V形、U形、凹窝形状和阶梯形状构成的组中选择的。
6、一种生物信息测量装置，其包括：
光源；根据权利要求1或2的用于测量生物信息的光学元件；用于检测离开所述光学元件的光的光检测器；以及用于通过算术处理由所述光检测器获得的信息来计算生物信息的计算单元。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004329248 | 2004-11-12 | ||
| JP329248/2004 | 2004-11-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101056579A CN101056579A (zh) | 2007-10-17 |
| CN100496396C true CN100496396C (zh) | 2009-06-10 |
Family
ID=36336457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005800386557A Expired - Fee Related CN100496396C (zh) | 2004-11-12 | 2005-11-08 | 测量生物信息的光学元件以及利用该元件的生物信息测量装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20080068592A1 (zh) |
| EP (1) | EP1785089B1 (zh) |
| JP (1) | JP4047907B2 (zh) |
| CN (1) | CN100496396C (zh) |
| DE (1) | DE602005022456D1 (zh) |
| WO (1) | WO2006051778A1 (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103398947B (zh) * | 2009-03-26 | 2016-03-23 | 浜松光子学株式会社 | 光照射装置及光测定装置 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2108938A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-14 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | A carrier for optical detection in small sample volumes |
| JP5663900B2 (ja) * | 2010-03-05 | 2015-02-04 | セイコーエプソン株式会社 | 分光センサー装置及び電子機器 |
| WO2012132645A1 (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | 浜松ホトニクス株式会社 | テラヘルツ波分光計測装置及びプリズム部材 |
| EP2693200B1 (en) | 2011-03-29 | 2019-06-12 | Hamamatsu Photonics K.K. | Terahertz-wave spectrometer |
| DE102013211814A1 (de) * | 2013-06-21 | 2014-12-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Bildgebung durch abgeschwächte Totalreflexion (ATR) |
| WO2016117520A1 (ja) * | 2015-01-21 | 2016-07-28 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 | 血中物質濃度測定装置及び血中物質濃度測定方法 |
| DE112021006621T5 (de) * | 2021-03-03 | 2023-10-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Komponenten-messeinrichtung und komponenten-messverfahren |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6353226B1 (en) * | 1998-11-23 | 2002-03-05 | Abbott Laboratories | Non-invasive sensor capable of determining optical parameters in a sample having multiple layers |
| EP1254631B1 (en) | 2000-02-07 | 2010-10-13 | Panasonic Corporation | Biological information measuring instrument comprising a biological information collecting probe |
| JPWO2003021239A1 (ja) * | 2001-08-28 | 2004-12-16 | 松下電器産業株式会社 | 特定成分の情報測定装置 |
| CA2372637A1 (en) * | 2002-02-20 | 2003-08-20 | Institut National D'optique | Packaged optical sensors on the side of optical fibres |
| JP2004329888A (ja) * | 2003-04-03 | 2004-11-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 特定成分濃度の測定方法および測定装置 |
| EP1464273B1 (en) * | 2003-04-03 | 2006-11-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method and device for measuring concentration of specific component |
-
2005
- 2005-11-08 EP EP05806247A patent/EP1785089B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-11-08 CN CNB2005800386557A patent/CN100496396C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-11-08 US US11/632,457 patent/US20080068592A1/en not_active Abandoned
- 2005-11-08 JP JP2006544890A patent/JP4047907B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2005-11-08 WO PCT/JP2005/020442 patent/WO2006051778A1/ja active Application Filing
- 2005-11-08 DE DE602005022456T patent/DE602005022456D1/de active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103398947B (zh) * | 2009-03-26 | 2016-03-23 | 浜松光子学株式会社 | 光照射装置及光测定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1785089A4 (en) | 2009-08-05 |
| WO2006051778A1 (ja) | 2006-05-18 |
| US20080068592A1 (en) | 2008-03-20 |
| JP4047907B2 (ja) | 2008-02-13 |
| EP1785089A1 (en) | 2007-05-16 |
| JPWO2006051778A1 (ja) | 2008-05-29 |
| DE602005022456D1 (de) | 2010-09-02 |
| CN101056579A (zh) | 2007-10-17 |
| EP1785089B1 (en) | 2010-07-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100496396C (zh) | 测量生物信息的光学元件以及利用该元件的生物信息测量装置 | |
| EP1464273B1 (en) | Method and device for measuring concentration of specific component | |
| US7254429B2 (en) | Method and apparatus for monitoring glucose levels in a biological tissue | |
| CN100469311C (zh) | 用于活体信息测定的光学元件及采用此元件的活体信息测定装置 | |
| EP1254631B1 (en) | Biological information measuring instrument comprising a biological information collecting probe | |
| US8452356B2 (en) | Optical microneedle-based spectrometer | |
| CN101194828B (zh) | 人眼房水葡萄糖浓度的无损光学检测装置 | |
| WO2000021437A2 (en) | Infrared atr glucose measurement system | |
| EP2591340B1 (en) | Optical assembly and method for determining analyte concentration | |
| EP1429136A1 (en) | Apparatus for measuring biological information and method for measuring biological information | |
| JP2004329888A (ja) | 特定成分濃度の測定方法および測定装置 | |
| JP2006296660A (ja) | 生体情報測定方法、生体情報測定用光学素子および生体情報測定装置 | |
| US20110091923A1 (en) | Compact Optical Reader System | |
| JP2003240709A (ja) | 特定成分の濃度測定方法及びそれに用いる濃度測定用接触子 | |
| GB2606691A (en) | Non-invasive blood analysis | |
| US10119907B2 (en) | Analytic test unit and test system | |
| WO2015156778A1 (en) | Optical measurement system having an integrated internal reflection element and a plurality of array detectors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090610 |