CN100516832C - 成份浓度的测定方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对测定对象物中的目的成份浓度进行测定的技术。本发明提供一种成份浓度的测定方法，其包括：将测定对象的状态设为第1磁场状态、对测定对象照射光、检测这时的来自测定对象的光的状态的第1步骤；将测定对象的状态设为与上述第1磁场状态不同的第2磁场状态、对测定对象照射光、检测这时的来自测定对象的光的状态的第2步骤；根据上述第1步骤中的检测结果和上述第2步骤中的检测结果、运算目的成份浓度的第3步骤。第1磁场状态例如是进行了磁场调制的状态，第2磁场状态例如是未进行磁场调制的状态。

Description

成份浓度的测定方法及其装置
技术领域
本发明涉及对测定对象物中的目的成份进行测定的技术。
背景技术
近年来，糖尿病等生活习惯病患者增多，以在自家就可操作的简易方法，测定血液中血糖值和胆固醇值等这种需要逐渐增加。作为测定血糖值的简易方法来说，例如有穿刺指尖等、放出血液、采取样本后、用该样本测定血液中的葡萄糖浓度的方法。
但是，因穿刺指尖伴随疼痛，常常在血糖值测定时感到痛苦。特别是糖尿病患者，日常生活中要进行血糖值的管理，一天需要测定数次血糖。所以，对于糖尿病患者来讲，常常是一天要被迫遭受几次痛苦，测定血糖值成为很大负担。并且，通常在测定葡萄糖浓度时，还存在有生物传感器和尿试纸等消耗品产生的问题。
因此，日本国特开平5-176917号公报中，公开了为了减轻测定葡萄糖浓度时的负担而不从患者身上采血进行血糖测定的方法。在该方法中，给人体照射0.78～1.32μm波长的近红外线光，可以根据此时透过人体的光的强度测定葡萄糖浓度。
另一方面，日本国特开平9-138231号公报中，公开了不需要尿试纸等消耗品、测定尿中葡萄糖浓度的方法。在该方法中，将通过了起偏光镜的光照射于试样溶液，可以根据这时透过试样溶液的光的旋光角度，测定葡萄糖浓度。
但是，在日本国特开平5-176917号公报公开的方法中，容易受到照射光透过人体时的光散射状态的影响。即，由于每个人的光散射状态的差分不同，每个人间的测定结果参差不齐，并且即使是同一个人，由于每个测定部位的光散射状态的差不同，测定结果也参差不齐。要排除这种不利因素，需要制作每个人的校正曲线，并且，需要同一个人在同一个部位测定。
另一方面，在日本国特开平9-138231号公报公布的方法中，存在着下列问题：虽然在不含固态物的溶液中测定是有效的，但是要测定血液等混浊液和活体组织内成份时，受到测定对象物中的固态物的光散射影响，无法求得准确的测定值。
发明内容
本发明的目的在于，减轻被测者的负担，极力排除测定对象中所含有的散射物质的影响，准确地对测定对象中的目的物质的成份浓度进行测定。
本发明的第1方面是提供一种成份浓度的测定方法，其包括：将测定对象的状态设为第1磁场状态、对测定对象照射光、检测这时的来自测定对象的光的状态的第1步骤；将测定对象的状态设为与上述第1磁场状态不同的第2磁场状态、对测定对象照射光、检测这时的来自测定对象的光的状态的第2步骤；根据上述第1步骤中的检测结果和上述第2步骤中的检测结果、运算目的成份浓度的第3步骤。
优选为，第1磁场状态是通过从测定对象的外部赋予磁场来进行了磁场调制的状态，第2磁场状态是没有进行磁场调制的状态。这时，第1磁场状态例如是如下这样达到的，即，对测定对象赋予磁场，使得照射于测定对象的光中的光束中心的磁通量密度为100～1000Gauss。当然，第2磁场状态也可以是磁场调制的。
对测定对象照射的光，优选是直线偏光。
在第1及第2步骤中，例如在检偏光镜中变为直线偏光后，检测来自测定对象的光的状态。这时优选为，对检偏光镜进行配置，以便有选择地透过其偏光轴与从光照射器件射出的直线偏光的振动面不同的振动面的直线偏光。更具体地讲，优选检偏光镜以下述状态来配置，即，在第2磁场状态，其偏光轴距在对测定对象照射光时的上述检偏光镜中的透过光量为最小的检偏光镜的偏光轴的位置，按照绝对值计，偏离1.0～10.0(°)。
在第1及第2步骤中，例如以吸光度或光量的方式检测来自测定对象的光的状态。这时，吸光度或光量，根据透过了测定对象的光来测定。
在第3步骤中，例如根据在第1步骤中测定的吸光度或光量和在第2步骤中测定的吸光度或光量的差分Δ，进行目的成份的浓度运算。
这时优选为，在第3步骤中，求出下述数学式中的系数α1及系数β1，根据这些系数α1、β1进行目的成份的浓度运算，
差分Δ＝α1×X1+β1×Y1        …(1)
X1：基于第1及第2磁场状态间的目的成份的旋光状态的变化的吸光度变化量
Y1：基于第1及第2磁场状态间的目的成份以外的至少一个成份的旋光状态的吸光度变化量。
这里，X1可以通过从例如测定对象的吸光度变化中减去参比的吸光度变化来求出，Y1可以作为参比的吸光度变化来求出。
在测定血糖值的情况下，将数学式(1)中的X1作为基于第1及第2磁场状态间的葡萄糖旋光状态变化的吸光度变化量来求出，将数学式(1)中的β1×Y1项作为下述数学式(2)进行运算，
β1×Y1＝β11×Y11+β12×Y12+β13×Y13        …(2)
在数学式(2)中，β11、β12及β13分别是血浆的系数、氧化血红蛋白的系数及脱氧血红蛋白的系数，Y11、Y12及Y13分别是基于第1及第2磁场状态间的血浆、氧化血红蛋白及脱氧血红蛋白的旋光状态变化的吸光度变化量。
在第1及第2步骤中，关于测定对象及参比，在多个波长中测定吸光度或光量，取得光谱也可以。这时，在第3步骤中，将差分Δ作为光谱取得的同时，求出下述数学式(3)中的系数α2及系数β2，根据这些系数α2、β2进行目的成份的浓度运算，
差分Δ＝α2×X2+β2×Y2        …(3)
X2：基于第1及第2磁场状态间的目的成份的旋光状态的变化的吸光度变化量的光谱
Y2：基于第1及第2磁场状态间的目的成份以外的至少一个成份的旋光状态的吸光度变化量的光谱
这里，X2可以通过从例如第1及第2磁场状态间的测定对象的吸光度变化量的光谱中减去第1及第2磁场状态间的参比的吸光度变化量的光谱来求出，Y2可以作为第1及第2磁场状态间的参比的吸光度变化量的光谱来求出。
在测定血糖值的情况下，将数学式(3)中的X2作为基于第1及第2磁场状态间的葡萄糖旋光状态变化的吸光度变化量的光谱来求出，将数学式(3)中的β2×Y2的项作为下述数学式(4)进行运算，
β2×Y2＝β21×Y21+β22×Y22+β23×Y23        …(4)
在数学式(4)中，β21、β22及β23分别是血浆的系数、氧化血红蛋白的系数及脱氧血红蛋白的系数，
Y21、Y22及Y23分别是基于第1及第2磁场状态间的血浆、氧化血红蛋白及脱氧血红蛋白的旋光状态变化的吸光度变化量的光谱。
上述系数α2、β2可以根据例如奇异值分解的方法求出。
作为求X1、X2、Y1、Y2时的参比来说，可列举纯水。作为参比来说，也可以使用模拟地构筑包含有干扰成份(目的成份及纯水以外的光扩散成份)的状态的物质。
浓度测定的目的成份，没有特别限定，但可以列举出例如葡萄糖、胆固醇、乳酸、抗坏血酸等。
浓度测定的目的成份，典型的是葡萄糖，这时，对测定对象照射的光的波长是从780～1320nm范围选择的。
第1及第2步骤，可以通过对人体内所存在的目的成份直接照射光来进行。当然，第1及第2步骤，也可以把测定对象保持于测定池中来进行。
本发明的第2方面提供一种成份浓度测定装置，其包括：用于对测定对象照射光的光照射器件；用于从外部对测定对象赋予磁场的磁场赋予器件；用于接受来自测定对象的光的受光器件；和，基于上述受光器件的受光结果、运算测定对象所含的目的成份浓度的运算器件。
优选为，光照射器件射出直线偏光。这时，光照射器件例如是具有激光光源的器件。
作为光照射器件来说，也可以使用钛蓝宝石激光器。
本发明的成份浓度测定装置，优选为还包括用于将上述受光器件接受的光变成直线偏光的检偏光镜。
对检偏光镜进行配置，以便有选择地透过其偏光轴与从光照射器件射出的直线偏光的振动面不同的振动面的直线偏光。
本发明的成份浓度测定装置，也可以还包括用于控制由磁场赋予器件赋予的磁场强度的控制器件。
磁场赋予器件，包括例如旋转磁体板或电磁体。
本发明的成份测定装置，也可以还包括用于将光照射器件、磁场赋予器件及受光器件在人体的预定部位固定为所要求的位置关系的固定器件。这时，固定器件的结构例如是适合固定于手指尖或耳朵的结构。
附图说明
图1是用框图表示本发明第1实施方式的浓度测定装置的一部分的剖面图。
图2是图1所示的浓度测定装置的概念图。
图3是表示在葡萄糖溶液中、对测定对象赋予磁场时具有特定振动面的旋光吸收光谱、不赋予磁场时的吸收光谱、及表示这些吸收光谱之差的吸收光谱的图表。
图4是本发明第2实施方式的浓度测定装置的概念图。
图5是本发明第3实施方式的浓度测定装置的概念图。
图6是本发明第4实施方式的浓度测定装置的概念图。
图7是本发明第5实施方式的浓度测定装置的概念图。
图8是表示实施例1中的系数α的运算结果的图表。
图9是实施例2中的测定血浆中的葡萄糖浓度的结果的图表。
图10是表示实施例3中的系数α的运算结果的图表。
图11是实施例4中的测定指尖的葡萄糖浓度的结果的图表。
具体实施方式
参照附图说明实施本发明的优选方式。
首先，参照图1及图2，说明本发明的第1实施方式。
图1所示的浓度测定装置1，是为了在指尖2处以非侵袭方式测定体液中的目的成份例如葡萄糖、胆固醇的浓度而构成的装置。该浓度测定装置1具有指尖保持部10、光照射部11、磁场赋予部12、受光部13和控制电路14。
指尖保持部10是进行分析时保持指尖的部件，至少设有光照射部11、磁场赋予部12和受光部13。
光照射部11是把光照射在指尖2上的部件，该光照射部11具有光源11A及起偏光镜11B。
光源11A是放射广范围波长光的结构，例如由卤素灯或者钛蓝宝石激光灯构成。在作为光照射部11的光源使用卤素灯时，光照射部11是通过色过滤器将来自卤素灯的光过滤、选择目的波长的光后再射出光的结构。在测定葡萄糖浓度的情况下，从光源11A中将在780～1320nm范围中所选择的波长的光照射至测定对象。
起偏光镜11B是用于从光源11A射出的光中过滤具有作为目的的振动面的直线偏光的部件。
磁场赋予部12是用于将磁场赋予指尖2内部所存在的体液、即测定对象的部件，例如是具有旋转磁体板的结构。旋转磁体板是外周部等距离配置多个磁体、例如8个钕磁体的部件。
受光部13是用于接受透过指尖2的光之中在特定方向振动的直线偏光、根据受光量输出信号的部件。该受光部13具有检偏光镜13A及受光元件13B。
检偏光镜13A是将透过指尖2的光进行过滤、使具有特定振动面的直线偏光选择性地通过的部件。在受光元件13B，在接受旋光的情况下，检偏光镜13A配置成其偏光轴与起偏光镜11B的偏光轴为非平行。
受光元件13B是用于接受通过指尖2及检偏光镜13A的光、例如按照受光量输出电信号的部件，例如由光电二极管或光电晶体管构成。
控制电路14是控制各个部件动作的结构，具有控制部14A及运算部14B。
控制部14A主要是控制磁场赋予部12的部件，更具体地讲，控制部14A对磁场赋予部12进行控制，使其选择赋予测定对象以磁场的状态和不赋予磁场的状态，或者对测定对象赋予磁场时，控制应赋予的磁场的大小。该控制部14A，例如在磁场赋予部12是具有旋转磁体板的部件的情况下，通过控制旋转磁体板的旋转角度，来控制在测定对象中应该实现的磁场状态。
运算部14B是根据受光元件13B的受光量、运算测定对象中的目的成份浓度的部件。在运算部14B中，例如根据不给测定对象赋予磁场的状态下受光元件13B的受光量和给测定对象赋予磁场的状态下受光元件13B的受光量、运算目的成份的浓度。
这种控制电路14由例如CPU、ROM及RAM构成。
在浓度测定装置1中，如图2所示，由光源11A照射的光在起偏光镜11B中被调制成直线偏光后照射指尖2。另一方面，对于指尖2、更确切地讲是指尖2内部的体液(测定对象)，通过控制部14A的控制，来控制外部赋予的磁场的大小。典型的是调制频率为10～100Hz，使得光束中心的磁通量密度为100～1500Gauss，选择给测定对象赋予磁场的第1磁场状态和不给测定对象赋予外部磁场的第2磁场状态。
另一方面，在受光元件13B中，接受通过指尖2及检偏光镜13A的具有成为目的的振动面的光。从受光元件13B输出与受光量相对应的电信号，这些电信号被存储在运算部14B中。在运算部14B中，可以分别存储测定对象在第1磁场状态时的受光量和测定对象在第2磁场状态时的受光量。
这里，从后述的实验也可以一目了然，给测定对象赋予磁场的状态和不赋予磁场的状态，测定对象中的旋光所产生的程度不同。即，在给测定对象赋予磁场的情况下，由于法拉第效应，测定对象中的各种成份产生旋光，透过测定对象的光也产生旋光。
在本实施方式中，让事先设定的旋光角的光在检偏光镜13A中选择性透过，使其在受光元件13B中受光。是否接受哪种角度的旋光角的光，例如根据测定对象中的目的成份的种类和给测定对象赋予的磁场大小来决定，并且，目的成份的旋光程度也可以根据逐步逼近法，选择能最恰当提取的旋光角。
在作为目的成份是测定葡萄糖浓度的情况下，检偏光镜13A例如在不赋予测定对象以磁场的状态下，给测定对象照射直线偏光时，配置为偏光轴距检偏光镜13A中的透过光量最小的检偏光镜13A的偏光轴的位置(消光点)、偏离绝对值1.0～10.0(°)的状态。
受光元件13B中的透过光的受光，可以通过给指尖2照射单一波长的光来进行。但也可以个别地照射多个波长的光，对于各个波长个别地来进行。
如上所述，在运算部14B中，基于测定对象为第1磁场状态时的受光量和测定对象为第2磁场状态时的受光量，运算测定对象中的目的成份的浓度。这里，以进行葡萄糖浓度运算的情况为例，说明运算部14B中的浓度运算的方法一个例子。
在图1及图2所示的浓度测定装置1中，在受光元件13B中，对于多个波长，在接受了特定旋光角的光的情况下，若以受光量为基准，可得到图3中用实线及虚线所示的光谱。在图3中，实线是不赋予测定对象以磁场的状态(第2磁场状态)时的光谱，虚线则是赋予测定对象以磁场的状态(第1磁场状态)时的光谱。在图3还用点划线表示了第1磁场状态时的光谱和第2磁场状态时的光谱的差分光谱。
这里，差分光谱是测定对象所含的各种成份中的特定角度的旋光量的总和，因此，差分光谱可根据下述数学式(1)来表示。
差分光谱(λ)＝ΔIglucose(λ)+ΔIwaler(λ)+ΔINoise(λ)  …(1)
ΔIglucose(λ)：葡萄糖的旋光量
ΔIwater(λ)：水的旋光量
ΔINoise(λ)：干扰成份(葡萄糖及水以外的光扩散成份)的旋光量
从数学式(1)可以得知：葡萄糖的旋光量ΔIglucose(λ)可以从差分光谱(λ)减去水的旋光量ΔIwater(λ)及干扰成份的旋光量ΔINoise(λ)来求出。葡萄糖的旋光量ΔIglucose(λ)依赖于葡萄糖浓度，故根据葡萄糖的旋光量ΔIglucose(λ)，可以运算出葡萄糖浓度。
在简易方法中，可以忽略干扰成份的影响，这时，葡萄糖的旋光量ΔIglucose(λ)可以从差分光谱(λ)减去水的旋光量ΔIwater(λ)来求出。
在简易方法中，水是发挥参比(reference)作用的，但是作为参比来说，也可以采用水以外的物质。例如，在考虑干扰成份的影响的情况下，也可以作为反映干扰成份影响的因素构成参比。即，可以采用能够求出水的旋光量ΔIwater(λ)及干扰成份的旋光量ΔINoise(λ)之和这样的参比。并且，也可以采用数学式(1)中的分别对应于ΔIwater(λ)项及ΔINoise(λ)项的2种参比。
另一方面，若数学式(1)以吸光度作为基准来考虑，与下述数学式(2)等价。
差分吸收光谱(λ)＝α×Absglucose(λ)+β×Abswater(λ)+Noise(λ)…(2)
α：葡萄糖·光谱的系数
β：水光谱的系数
Absglucose(λ)：葡萄糖的旋光吸收光谱
Abswater(λ)：水的旋光光谱
Noise(λ)：余差
作为目的的旋光角的吸光度，因与目的成份的浓度相关，可以通过求出数学式(2)中的系数α及系数β，来求出测定对象中的葡萄糖及水的比例。其结果是，可以由系数α及系数β求出葡萄糖和水的比率，进而求出葡萄糖浓度。
数学式(2)中的系数α及系数β，可以利用例如奇异值分解(SingularValue Decomposition，SVD)的方法求出。
在简易运算中，也可以忽略Noise(λ)项不计，基于Absglucose(λ)项及Abswater(λ)项，通过奇异值分解的方法求出系数α及系数β。例如，若知道了测定对象的吸收光谱和水的吸收光谱(参比)，则由这些吸收光谱的差分，模拟地求出葡萄糖的吸收光谱。就葡萄糖的吸收光谱来说，由于可以求出对测定对象赋予磁场时和不赋予磁场时的两者，所以根据这些吸收光谱，可以求出因旋光所产生的葡萄糖吸收光谱Absglucose(λ)。其结果是，可求出数学式(2)中的系数α及系数β。
在进行更准确的运算的情况下，可以考虑数学式(2)中的Noise(λ)项、进行奇异值分解来求出系数α及系数β。这里，Noise(λ)项是葡萄糖及水以外的成份的吸收光谱的总和，可准确地如下述数学式(3)表示。
Noise(λ)＝a×AbsX1(λ)+b×AbsX2(λ)+c×AbsX3(λ)+…+n×AbsXn(λ)…(3)
a、b、c、…、n：系数
AbsXn(λ)：葡萄糖及水以外的各个成份的吸收光谱
因此，根据奇异值分解的方法，除了系数α及系数β以外，关于测定对象中所包含的葡萄糖及水以外的成份，如果将a、b、c、…、n也进行优化，求出系数α及系数β，可以进行也考虑了对葡萄糖浓度的测定造成影响的光扩散成份的影响的浓度运算。
并且，在根据数学式(2)运算葡萄糖浓度的情况下，与根据数学式(1)运算葡萄糖浓度的情况同样，作为参比来说，可以变为水，或者除了水以外还可采用其他的参比。作为这时的参比来说，例如可以是反映了干扰成份的影响的物质。
就数学式(2)来说，不论测定对象是保持在容器内的葡萄糖溶液时，还是测定对象是指尖和耳朵等活体组织中所含的体液(例如血液)时，都适用。
这里，在血液中，作为葡萄糖和水以外的光扩散成份，典型的是血浆中含有的成份、氧化血红蛋白及脱氧血红蛋白。在血浆中，含有各种成份，但是，经本发明人确认的结果是，个别地考虑血浆中的成份，求出因旋光所产生的吸收光谱，并将其合计时，与以血浆的形式求出吸收光谱时所得到的结果同样。因此，在运算葡萄糖浓度时，可以简单地将差分吸收光谱以下述数学式(4)来表示。
差分吸收光谱(λ)＝α×Absglucose(λ)+β×Abs血浆(λ)
                  +γ×Abs氧化血红蛋白(λ)+δ×Abs脱氧血红蛋白(λ)…(4)
α：葡萄糖·光谱的系数
β：血浆光谱的系数
γ：氧化血红蛋白的光谱系数
δ：脱氧血红蛋白的光谱系数
Absglucose(λ)：葡萄糖的旋光吸收光谱
Abs血浆(λ)：血浆的旋光光谱
Abs氧化血红蛋白(λ)：氧化血红蛋白的旋光光谱
Abs脱氧血红蛋白(λ)：脱氧血红蛋白的旋光光谱
在数学式(4)中，作为参比，可以同时使用血浆、氧化血红蛋白及脱氧血红蛋白三种，还可以使用相当于血浆、氧化血红蛋白及脱氧血红蛋白的一个参比。后者情况下的参比，进行适当设定，例如可以使用浓度为0.5～2.0％的静脉注射用脂肪乳剂。
下面，参照图4至图7，就本发明第2至第5实施方式进行说明。在图4至图7中，与上述说明的本发明第1实施方式的浓度测定装置相同的部分用同一符号表示，以下省略重复说明。
图4表示本发明第2实施方式的浓度测定装置。该浓度测定装置3与第1实施方式的浓度测定装置1不同，磁场赋予部32是具有电磁体32A及交流电流发生器32B的部件。电磁体32A是在圆筒状的磁芯32Aa上缠绕线圈32Ab而构成的。
在该结构中，测定对象4配置在磁芯32Aa的内部，赋予测定对象4的磁场，通过控制电路14的控制部14A控制交流电流发生器32B，调整供给电磁体32A的电力，来进行调制。
在浓度测定装置3中，测定对象4配置在磁芯32Aa的内部，故可以有效地赋予测定对象4以磁场。
图5表示本发明第3实施方式的浓度测定装置。该浓度测定装置5是在本发明第2实施方式的浓度测定装置3(参照图3)中改变磁场赋予部52的结构的装置。该磁场赋予部52具有电磁体52A及交流电流发生器52B。电磁体52A是将线圈52Ab缠绕在磁芯52Aa上的结构。磁芯52Aa两端相互对峙，在这些端部之间配置测定对象4。
在该结构中，测定对象4配置在磁芯52Aa的端部之间，故可以有效地将磁场赋予测定对象4。并且，在磁芯52Aa的端部之间，不仅是收存于容器中的状态的测定对象，还可以放置指尖或耳朵，故在测定活体中的血糖值时也是适合的。
图6表示本发明第4实施方式的浓度测定装置。该浓度测定装置6是在本发明第1实施方式的浓度测定装置1(参照图1及图2)中采用射出直线偏光的激光光源61A作为光照射部的装置。
在该浓度装置6中，从激光光源61A射出直线偏光，故不需要起偏光镜11B(参照图1及图2)，装置结构简化，并可有效地利用从光源射出的光。
图7表示本发明第5实施方式的浓度测定装置。该浓度测定装置7是在本发明第2实施方式的浓度测定装置3(参照图4)中采用射出直线偏光的激光光源71A作为光照射部的装置。
在该浓度测定装置6中，与第3实施方式的浓度测定装置5(参照图5)同样，不需要起偏光镜11B(参展图1及图2)，装置结构简化，可以有效地利用从光源射出的光。
在浓度测定装置7中，可以采用与本发明第3实施方式的浓度测定装置5(参照图5)同样的磁场赋予部52。
在以上实施方式中，主要以测定葡萄糖浓度为例进行了说明。但此发明不局限于葡萄糖，也可适用于测定其它成份浓度的情况。而且，就本发明来说，在测定人体中的葡萄糖浓度等的情况下，作为测定部位，不局限于指尖，也可适用于耳朵等。
实施例
[实施例1]
在本实施例中，根据忽略数学式(2)中的Noise(λ)项不计的简易运算，求出数学式(2)中的系数α。其结果如图8所示。
运算系数α时，测定了测定对象的吸光度和水的吸光度(参比)。
测定吸光度时，将试样分别注入至池长为30(mm)的石英池，测定了将光照射该石英池时的透过光的光量。
作为试样来说，使用了浓度为0(mg/dL)(＝作为参比的纯水)、10(mg/dL)、20(mg/dL)、50(mg/dL)、100(mg/dL)、300(mg/dL)、或者500(mg/dL)这7种葡萄糖溶液。
对石英池进行的光照射是如下这样进行的，即，将卤素灯射出的光，利用透镜使之接近于平行光，然后依靠起偏光镜变为直线偏光后来进行。照射光的波长是在660nm～1110nm范围内连续进行变化。
透过光是在分别对石英池赋予磁场的状态和不赋予磁场的状态中、使波长变化期间、连续地在光电二极管上受光。
对石英池进行的磁场赋予是，使用钕磁体(宽30(mm)、高50(mm)、厚10(mm))，对石英池照射的光中的光束中心的磁通量密度为400Gauss、调制频率是60Hz。
在光电二极管中，将来自石英池的透过光在检偏光镜中过滤成具有所要的振动面的直线偏光后进行了受光。
检偏光镜是这样来配置，以消光点(在不将磁场赋予石英池的状态下，在石英池中分别注入纯水时的透过光射入检偏光镜时，通过检偏光镜的光的强度为最小的点)中的偏光轴的朝向为基准时，偏光轴偏离该基准5度。
在图8中，横轴表示葡萄糖浓度，纵轴表示系数α。从该图可以得知：葡萄糖浓度和系数α之间，存在一定的相关关系。因此，如果根据上述方法求出系数α，就可以运算葡萄糖浓度。
这里，应该留意的一点是，在进行这次实验的体系中，与试样浓度无关，水量略为一定，故数学式(2)中的系数β可以作为常数来把握。因此，按道理说，系数α对葡萄糖浓度应该成为比例关系。关于这点，今后还有探讨改善的余地，但作为其理由之一来说，可以认为：使用卤素灯作为光源的同时，用于将来自卤素灯的光变为平行光的光学体系中存在有问题。即，可以认为：因为是简易实验，光学体系的构筑不充分，照射给石英池的光不足以成为平行光。因此，可以考虑通过提高照射于测定对象的光的平行度，来提高测定精度。
[实施例2]
以上，以连续地改变波长、同时对测定对象照射光、运算葡萄糖浓度的情况为例进行了说明，但如由数学式(2)可充分预测的那样，即使在照射单一波长光的情况下，也可以按照数学式(2)运算葡萄糖浓度。即，数学式(2)表示的是差分吸收光谱的关系式，但固定在单一波长的情况下，数学式(2)表示的关系，作为吸光度的关系式是成立的。
在本实施例中，给测定对象照射单一波长，根据这时的受光结果，通过忽略数学式(2)中的Noise(λ)项不计的简易运算，求出系数α及系数β，由这些系数α、β测定了葡萄糖浓度。其结果如图9所示。
在图9中，使用血糖值测定装置(グルコカ一ドGT-1160：ア一クレイ(株)制)测定了试样的血糖值，将其结果作为参照值以横轴来表示。
在测定吸光度时，向池长为30(mm)的石英池分别注入对象物，测定了对该石英池照射光时的透过光的光量。
作为对象物来说，使用了作为试样的葡萄糖浓度为未知的血浆及作为参比的纯水。
对石英池进行的光照射是如下这样进行的，即，将卤素灯射出的光，利用透镜使之接近于平行光，然后依靠起偏光镜变为直线偏光后来进行。照射的光的波长固定在1064nm。
透过光是在分别对石英池赋予磁场的状态和不赋予磁场的状态中、在光电二极管上受光。
对石英池进行的磁场赋予是，使用钕磁体(宽30(mm)、高50(mm)、厚10(mm))，对石英池照射的光中的光束中心的磁通量密度为400Gauss、调制频率是60Hz。
在光电二极管中，将来自石英池的透过光在检偏光镜中过滤成具有所要的振动面的直线偏光后接受了所要的旋光。
检偏光镜是这样来配置，以消光点中的偏光轴的朝向为基准时，偏光轴偏离该基准5度。
从图9可以看出，即使在固定测定波长的情况下，也可以得到与使用血糖测定装置时良好的相关关系。并且，在这次实验中，使用含干扰成份的血浆作为试样，并且通过忽略数学式(2)中的Noise(λ)项不计的简易方法，进行了葡萄糖浓度的运算。因此，如果考虑Noise(λ)项进行运算，可以根据血糖值测定装置的测定结果，获得相关的结果。
[实施例3]
在本实施例中，使用钛蓝宝石激光发生器(スペクトラフイジツクス社制)作为光源，基本上与实施例1同样，求出数学式(2)中的系数α。其结果如图10所示。
其中，作为试样来说，使用浓度为0(mg/dL)(＝作为参比的纯水)、10(mg/dL)、20(mg/dL)、50(mg/dL)、100(mg/dL)、或者300(mg/dL)这6种葡萄糖溶液。对石英池进行的磁场赋予是，设定调制频率为60Hz，使得照射给石英池的光中的光束中心的磁通量密度为1000Gauss。
在图10中，横轴表示葡萄糖浓度，纵轴表示系数α，可以看出葡萄糖浓度和系数α之间，存在良好的相关关系。在实施例1和实施例3中，光照射部的结构有很大差异，其结果表现为实施例1(图8)与实施例3(图10)之间的直线性之差。因此，如本实施例这样，可以考虑通过对测定对象照射平行度较高的光，来提高测定精度。
[实施例4]
在本实施例中，以被测定者的手指为测定对象，测定了葡萄糖浓度。其结果如图11所示。在图11中，使用与实施例2相同的血糖值测定装置测定的葡萄糖浓度作为参照值，以横轴来表示。
被测定者是男性3名(30岁上下1名、40岁上下2名)，女性1名(30岁上下)，共计4名，均为健康者。
葡萄糖浓度的测定部位为小指尖，葡萄糖浓度的测定是在被测者吃饭前后进行的。
对着指尖，将波长为1064nm的光，在透镜中接近于平行光，并且通过起偏光镜变为直线偏光后进行了照射。
透过指尖的光，通过检偏光镜后，分别在不赋予指尖磁场的状态和赋予指尖磁场的状态中，在光电二极管上受光。
检偏光镜是这样来配置，以消光点中的偏光轴的朝向为基准时，偏光轴偏离该基准15度。
赋予指尖的磁场是，照射指尖的光中的光束中心的磁通量密度为400Gauss，调制频率为60Hz。
作为参比来说，使用1％的静脉注射用脂肪乳剂。
从图11可以看出：参照值和运算值之间，尽管一些误差比较大，但存在一定的相关关系。在这次的测定结果中，与实施例2的情况同样，照射指尖的光的平行度有问题，并且参比的设定方法也存在问题。即，本实施例的参比不是纯水，而是乳剂，参比是作为干扰成份的影响考虑的，但是在指尖进行测定时，认为不够充分。今后，如果能解决照射光的平行度问题，选择合适的参比，即使在指尖也能测定出精确度很高的葡萄糖浓度。

Claims (28)

1.一种成份浓度测定装置，其特征在于：包括：
用于从外部对测定对象赋予磁场的磁场赋予器件；
用于切换所述磁场赋予器件从外部对测定对象赋予磁场的第一状态和所述磁场赋予器件不对测定对象赋予磁场的第二状态的控制器件；
在所述第一状态和第二状态的两者中，用于对测定对象照射光的光照射器件；
在所述第一状态和第二状态的两者中，用于接受来自测定对象的光的受光器件；和
在所述第一状态和第二状态的两者中，基于所述受光器件的受光结果、运算测定对象所含的目的成份浓度的运算器件。
2.根据权利要求1所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述光照射器件射出直线偏光。
3.根据权利要求2所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述光照射器件具有激光光源。
4.根据权利要求1所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述光照射器件是钛蓝宝石激光器。
5.根据权利要求2所述的成份浓度测定装置，其特征在于：还包括用于将所述受光器件接受的光变成直线偏光的检偏光镜。
6.根据权利要求5所述的成份浓度测定装置，其特征在于：对所述检偏光镜的偏光轴进行配置，以便有选择地透过与从所述光照射器件射出的直线偏光的振动面不同的振动面的直线偏光。
7.根据权利要求1所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述磁场赋予器件包括旋转磁体板或电磁体。
8.根据权利要求1所述的成份浓度测定装置，其特征在于：还包括用于将所述光照射器件、所述磁场赋予器件及所述受光器件在人体的预定部位固定为所要求的位置关系的固定器件。
9.根据权利要求8所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述固定器件的结构是适合固定于手指尖或耳朵的结构。
10.根据权利要求1所述的成份浓度测定装置，其特征在于，所述磁场赋予器件如下达到所述第1状态：对测定对象赋予磁场，使得照射于测定对象的光中的光束中心的磁通量密度为100～1000Gauss。
11.根据权利要求6所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述检偏光镜以下述状态配置，即，在所述第2状态，其偏光轴距在对测定对象照射光时所述检偏光镜中的透过光量为最小的所述检偏光镜的偏光轴的位置，按照绝对值计，偏离1.0～10.0°。
12.根据权利要求1所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述受光器件，以吸光度或光量的方式检测来自测定对象的光的状态。
13.根据权利要求12所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述吸光度或光量，根据透过了测定对象的光来测定。
14.根据权利要求13所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述运算器件，根据在所述第1状态中测定的吸光度或光量和在所述第2状态中测定的吸光度或光量的差分Δ，进行目的成份的浓度运算。
15.根据权利要求14所述的成份浓度测定装置，其特征在于：
所述运算器件，求出下述数学式(1)中的系数α1及系数β1，根据这些系数α1、β1，进行目的成份的浓度运算，
差分Δ＝α1×X1+β1×Y1   …(1)
X1：基于第1及第2状态间的目的成份的旋光状态的变化的吸光度变化量
Y1：基于第1及第2状态间的目的成份以外的至少一个成份的旋光状态的吸光度变化量。
16.根据权利要求15所述的成份浓度测定装置，其特征在于：
所述数学式(1)中的X1是通过从所述第1及第2状态间的测定对象的吸光度变化量中减去所述第1及第2状态间的参比的吸光度变化量来求出的，
Y1是作为所述第1及第2状态间的参比的吸光度变化量来求出的。
17.根据权利要求16所述的成份浓度测定装置，其特征在于：参比是纯水。
18.根据权利要求16所述的成份浓度测定装置，其特征在于：参比是模拟地构筑了包含有干扰成份的状态的物质。
19.根据权利要求15所述的成份浓度测定装置，其特征在于：
在测定血糖值的情况下，所述运算器件将所述数学式(1)中的X1作为基于第1及第2状态间的葡萄糖旋光状态变化的吸光度变化量来求出，
将所述数学式(1)中的β1×Y1项作为下述数学式(2)进行运算，
β1×Y1＝β11×Y11+β12×Y12+β13×Y13  …(2)
在数学式(2)中，β11、β12及β13分别是血浆的系数、氧化血红蛋白的系数及脱氧血红蛋白的系数，
Y11、Y12及Y13分别是基于第1及第2状态间的血浆、氧化血红蛋白及脱氧血红蛋白的旋光状态变化的吸光度变化量。
20.根据权利要求14所述的成份浓度测定装置，其特征在于：
在所述第1及第2状态中，所述受光器件，关于测定对象及参比，在多个波长中测定吸光度或光量，取得光谱，
所述运算器件，将所述差分Δ作为光谱取得的同时，求出下述数学式(3)中的系数α2及系数β2，根据这些系数α2、β2进行目的成份的浓度运算，
差分Δ＝α2×X2+β2×Y2  …(3)
X2：基于第1及第2状态间的目的成份的旋光状态的变化的吸光度变化量的光谱
Y2：基于第1及第2状态间的目的成份以外的至少一个成份的旋光状态的吸光度变化量的光谱。
21.根据权利要求20所述的成分浓度测定装置，其特征在于：
在所述数学式(3)中，X2是通过从测定对象的吸光度变化量的光谱中减去参比的吸光度变化量的光谱来求出的，
Y2是作为参比的吸光度变化量的光谱来求出的。
22.根据权利要求20所述的成份浓度测定装置，其特征在于：
在测定血糖值的情况下，所述运算器件，将所述数学式(3)中的X2作为基于第1及第2状态间的葡萄糖旋光状态变化的吸光度变化量的光谱来求出，
将数学式(3)中的β2×Y2的项作为下述数学式(4)进行运算，
β2×Y2＝β21×Y21+β22×Y22+β23×Y23  …(4)
在数学式(4)中，β21、β22及β23分别是血浆的系数、氧化血红蛋白的系数及脱氧血红蛋白的系数，
Y21、Y22及Y23分别是基于第1及第2状态间的血浆、氧化血红蛋白及脱氧血红蛋白的旋光状态变化的吸光度变化量的光谱。
23.根据权利要求20所述的成份浓度测定装置，其特征在于：参比是纯水。
24.根据权利要求20所述的成份浓度测定装置，其特征在于：参比是模拟地构筑了包含有干扰成份的状态的物质。
25.根据权利要求20所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述系数α2、β2是根据奇异值分解的方法求出的。
26.根据权利要求1所述的成份浓度测定装置，其特征在于：浓度测定的目的成份是葡萄糖。
27.根据权利要求26所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述光照射器件对测定对象照射从780～1320nm范围选择的波长的光。
28.根据权利要求1所述的成份浓度测定装置，其特征在于：所述光照射器件对人体内所存在的目的成份直接照射光。
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