CN106068096A - 测量设备、测量系统、测量方法以及设置有测量设备的电子装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测量与测量单元(21)接触的受测体的血液中的预定成分的浓度的测量设备(10)，包括将光照射至受测体的受测部位上的照射部(12)、接收来自受测部位的反射光的受光部(13)、检测测量单元(21)上的压力的压力检测部(11)以及计算器(20)，其中，计算器(20)基于当压力在第一范围内时受光部(13)的输出以及当压力在第二范围内时受光部(13)的输出计算预定成分的浓度。

Description

测量设备、测量系统、测量方法以及设置有测量设备的电子 装置

相关申请的交叉引用

本申请要求第2014-064134号日本专利申请(于2014年3月26日提交)的优先权和权益，该日本专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及测量设备、测量系统、测量方法以及设置有测量设备的电子装置。

背景技术

已知用于测量受测体的血液中包括的成分的浓度的多种测量方法。近年来，为了减轻在测量血液中的成分的浓度期间对受测体的负担，在不损害受测体的情况下执行测量的非侵袭测量方法备受关注。例如，专利文献1公开了用于测量包含在活体的血液中的成分的非侵袭方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特表2002-519130号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1所公开的方法中，需要使用止血带来对在活体的手指中的血液进行止血。因此，当用户希望测量包含在用户自身的血液中的预定成分的浓度时，用户需要准备止血带来进行止血，而这对于用户是不便利的。

因此，鉴于上述情况，本发明的目的在于提供非常便利的测量设备、测量系统、测量方法以及设置有测量设备的电子装置。

解决问题所需手段

为了解决上述问题，根据本公开的一个测量设备公开了用于测量与测量单元接触的受测体的血液中的预定成分的浓度的测量设备，测量设备包括：

照射部，配置为将光照射至受测体的受测部位上；

受光部，配置为接收来自受测部位的反射光；

压力检测部，配置为检测测量单元上的压力；以及

计算器，配置为基于当压力在第一范围内时受光部的输出和当压力在第二范围内时受光部的输出计算预定成分的浓度。

测量设备还可包括通知单元，通知单元配置为通知与压力有关的信息。

通知单元可通知关于压力是否在第一范围内的信息以及关于压力是否在第二范围内的信息。

当压力在第一范围内时以及当压力在第二范围内时照射部可发出光。

当压力在第一范围内时以及当压力在第二范围内时受光部可接收光。

通知单元可通过声音输出、图像显示、发光以及振动输出中的任一个或多个进行通知。

本公开还可实现为包括上述测量设备的电子装置。

本公开还可实现为与上述测量设备实质上对应的系统或方法，并且该系统和方法应被理解为包括在本公开的范围内。

例如，根据本公开的一个测量系统是用于测量与测量单元接触的受测体的血液中的预定成分的浓度的测量系统，测量系统包括：

测量终端，包括配置为将光照射至受测体的受测部位上的照射部、配置为接收来自受测部位的反射光的受光部以及配置为检测测量单元上的压力的压力检测部；以及

计算器，通过网络连接至测量终端，并且配置为基于当压力在第一范围内时受光部的输出以及当压力在第二范围内时受光部的输出计算预定成分的浓度。

根据本公开的一个测量方法是用于通过将受测体与测量单元接触来测量受测体的血液中的预定成分的浓度的方法，本方法包括：

将光照射至受测体的受测部位上；

接收来自受测部位的反射光；

检测测量单元上的压力；以及

基于当压力在第一范围内时接收到的反射光的输出以及当压力在第二范围内时接收到的反射光的输出计算预定成分的浓度。

发明效果

根据本公开，可实现非常便利的测量设备、测量系统、测量方法和设置有测量设备的电子装置。

附图说明

图1是示意性地示出根据本公开的一个实施方式的测量设备的结构的框图。

图2是示出将受测体按压在测量单元上的状态的图。

图3是示出由受光部接收到的反射光的实施例的图。

图4是示出安装有图1的测量设备的电子装置的实施例的图。

图5是示出用于由图1的测量设备执行葡萄糖浓度测量的处理的实施例的图。

具体实施方式

在下文中，参照附图详细描述本公开的一个实施方式。

图1是示意性地示出根据本公开的一个实施方式的测量设备的结构的框图。测量设备10包括压力检测部11、照射部12、受光部13、D/A转换部14、A/D转换部15和16、控制部17、通知单元18、存储器19、计算器20和测量单元21。

测量设备10测量活体(受测体)的血液中的预定成分的浓度作为生物特征信息。当用户使诸如手指等受测部位接触测量设备10的测量单元21时，测量设备10将光(测量光)照射至受测部位。然后，测量设备10基于来自作为测量对象的成分的反射光(检测光)测量预定成分的浓度，该成分包含在受测部位处的毛细血管中。测量设备10可基于来自作为测量对象的成分的拉曼光谱测量浓度。当从受测部位接收到的压力在预定范围内时，测量设备10执行测量。预定范围可以是包括在预定的上限与下限之间的范围，或者可以是预定值以上或预定值以下的范围。预定成分可以是血液中包含的任何成分。在本公开中，在下文中，预定成分被描述成例如葡萄糖，并且将测量设备10描述为测量受测体的血液中的葡萄糖浓度的设备。

葡萄糖的光学吸收谱与水分的光学吸收谱类似。因此，如果测量设备10在受测部位处于与测量单元21接触的状态下时将光照射至受测部位上并且接收反射光，则反射光既包括来自葡萄糖的反射光也包括来自受测部位处含有的水分的反射光。

为了解决这个问题，测量设备10在两个状态下分别测量第一反射光和第二反射光：使受测部位触摸测量单元21的状态，即对测量单元21的压力低的状态，以及使受测部位强烈地按压到测量单元21上的状态，即对测量单元21的压力高的状态。基于第一反射光和第二反射光的测量结果对葡萄糖浓度进行测量。

图2示出将作为受测体的受测部位的手指按压到测量设备10上的状态。图2(a)示出来自手指对测量单元21的压力较低的状态。这时，由于毛细血管处于未被按压的状态(第一状态)，因此葡萄糖流入毛细血管。因此，由测量设备10接收到的第一反射光包括来自葡萄糖的反射光和来自水分的反射光。

图3(a)示出了第一反射光的实施例。图3(a)中示出的第一反射光包括来自葡萄糖的反射光和来自水分的反射光。如图3(a)中所示，反射光反映来自毛细血管中包含的葡萄糖和水分的反射，并且反射光的强度随着由于血流的节奏引起的血管收缩而变化。

图2(b)示出来自手指对测量单元21的压力较高的状态。此时，在受测部位处的毛细血管由于压力而处于挤压状态(第二状态)，并且葡萄糖不流入毛细血管。相应地，此时，由测量设备10接收到的第二反射光是来自水分的反射光，并不包括来自葡萄糖的反射光。

图3(b)示出第二反射光的实施例。图3(b)中示出的第二反射光包括来自水分的反射光并且不包括来自葡萄糖的反射光。与图3(a)相同，在图3(b)中，反射光反映来自毛细血管中包含的水分的反射，并且反射光的强度随着由于血流的节奏引起的血管收缩而变化。然而，与图3(a)相比，在图3(b)中，在反射光的峰值处的反射强度减小了与不包括的、来自葡萄糖的反射光对应的部分。换言之，图3(a)和图3(b)之间的反射强度上的差值与来自葡萄糖的反射光对应。

测量设备10检测测量单元21上的压力，并且当毛细血管处于第一状态以及处于第二状态时，分别测量第一反射光和第二反射光。基于通过这种方式测量的第一反射光和第二反射光的测量结果之间的差值，测量设备10测量血液中的葡萄糖浓度。

再次参照图1，压力检测部11检测测量单元21上的压力。压力检测部11可例如使用压电元件配置。压力检测部11经由A/D转换部15连接至控制部17，并且将检测到的压力信号经由A/D转换部15转换成数字信号后传输至控制部17。

照射部12将光(测量光)照射至受测体的受测部位上。照射部12可以是例如照射预定波长的激光作为测量光的激光源，其中，该预定波长的激光可检测作为测量对象的成分。在本实施方式中，下文将照射部12描述成照射红外光的LD(激光二极管：Laser Diode)。照射部12经由D/A转换部14连接至控制部17，并且基于经由D/A转换部14从控制部17接收到的信号照射红外光。

照射部12可配置为仅当测量在第一状态和第二状态下的反射光时工作。换言之，照射部12可配置为当测量单元21上的压力在预定范围内时照射光。通过这个配置，可防止在不进行测量时从照射部12照射激光。

受光部13通过照射部12将测量光照射至受测部位来从受测部位接收反射的反射光。因此，由于受测部位处存在更多的作为测量对象的成分，因此由受光部13接收到的反射光的强度增大。受光部13例如可使用PD(光电二极管：Photo Diode)配置。受光部13经由A/D转换部16连接至控制部17，并且将所接收到的反射光的模拟光电转换信号经由A/D转换部16转换成数字信号之后传输至控制部17。

控制部17是从测量设备10的功能块开始全面地控制并且管理测量设备10的处理器。控制部17使用诸如执行规定控制进程的程序的CPU(中央处理器)等处理器。这种程序可例如存储在存储器19、外部存储媒体等中。

通知单元18向作为受测体的用户通知关于测量单元21上的压力的信息。当测量单元21上的压力在预定范围内时，测量设备10测量葡萄糖浓度。因此，当压力不在预定范围内时，通知单元18可通过通知用户来促使用户在测量单元21上施加预定范围内的压力。

当测量葡萄糖浓度时，测量设备10在如上所述的第一状态和第二状态的两个状态下分别接收第一反射光和第二反射光。因此，通知单元18可向用户通知测量单元21上的压力是否处于每个适合测量葡萄糖浓度的状态。更具体地，通知单元18向用户通知关于当在第一状态下接收第一接收光时，测量单元21上的压力是否在使得葡萄糖流入毛细血管中的足够低的压力范围(第一范围)内的信息。另外，通知单元18还向用户通知关于当在第二状态下接收第二接收光时，测量单元21上的压力是否在毛细血管受到挤压使得葡萄糖不穿过血管的压力范围(第二范围)内的信息。

通知单元18可通过可由用户识别的任何方法进行通知。例如，通知单元18可从移动电话30中设置的扬声器输出告知用户错误的错误声音。通知单元18还可以在与位于移动电话30的背面上的测量设备10分开设置的背面显示器上显示指示错误的错误图像。通知单元18还可通过例如使移动电话30的背面上设置的发光元件发光来通知用户错误。此外，通知单元18可通过例如用诸如振动器或压电元件等内部的振动单元产生振动来通知用户错误。另外，通过通知单元18提供通知的方法不限于上述示例。通知单元18还可组合多个任意的通知方法来向用户通知错误。

此外，当测量单元21上的压力比预定范围强以及比预定范围弱时，通知单元18可提供不同错误的通知。例如，当通过用振动单元产生振动来通知错误时，在压力比预定范围强以及比预定范围弱的情况中，通知单元18可用不同的振动模式来通知错误。通过向用户通知上述不同的错误，使得用户可容易地认识到用手指施加更大的压力还是更小的压力，从而更易于将压力调整到预定范围内。

通知单元18还可以在通过受光部13开始和结束检测光的接收时向用户提供通知。通过进行光接收开始的通知，用户可认识到需要保持手指的按压状态，并且通过进行光接收结束的通知，用户可认识到可将手指从测量单元21拿开。

存储器19可配置有半导体存储器等。存储器19存储多种信息、用于使测量设备10工作的程序等，并且还起到工作存储器的作用。存储器19还存储指示在第一状态和第二状态下分别测量的第一反射光和第二反射光的测量结果之间的差值与血液中的葡萄糖浓度之间的对应关系的表数据。表数据预先产生并且存储在存储器19中。

计算器20基于由受光部13接收到的反射光测量作为测量对象的成分的浓度。在本实施方式中，计算器20基于当测量单元21上的压力在第一范围内时受光部13的输出以及当测量单元21上的压力在第二范围内时受光部13的输出并参照存储器19中存储的表数据来测量葡萄糖的浓度。

测量单元21是用户为了测量生物特征信息而使诸如手指的受测部位接触的部分。测量单元21可例如使用板状部件配置。测量单元21还可使用至少相对于测量光和检测光透明的部件配置。当测量单元21与手指等接触时，将测量单元21上的压力传输至压力检测部11。

图4示出安装有图1的测量设备10的电子装置的实施例。在本实施方式中，电子装置例如是移动电话30等智能电话等。如图4(a)中所示，移动电话30在背面上设置有测量设备10。例如，如图4(b)中所示，用户通过向位于移动电话30的背面上的测量设备10按压作为受测部位的手指肚来测量葡萄糖浓度。

图5示出用于由图1的测量设备10执行的葡萄糖浓度测量的处理的示例。参照图5，描述用于通过测量设备10测量葡萄糖浓度的方法。

为了测量葡萄糖浓度，用户首先启动用于测量葡萄糖浓度的专用应用。用户可例如通过操作移动电话30中设置的输入接口来启动用于测量葡萄糖浓度的应用。此时，照射部12不工作并且不照射测量光。

当用于测量葡萄糖浓度的应用启动时，用户将手指按压到位于移动电话30的背面上的测量设备10。用户首先用手指按压测量单元21，使得对测量单元21的压力在使得葡萄糖流入毛细血管的、足够低的第一范围内。控制部17通过压力检测部11检测测量单元21上的压力(步骤S101)。然后，控制部17判断检测到的压力是否在第一范围内(步骤S102)。

当检测到的压力不在第一范围内时，即当检测到的压力比第一范围内包括的压力弱或强时(步骤S102中“否”的情况)，在测量设备10中，通知单元18向用户通知指示压力不在第一范围内的错误(步骤S103)。此时，为使检测到的压力进入第一范围，对于用户要施加更强还是更弱的压力，通知单元18可通过图像显示或声音通知等提供通知。

用户在认识到来自通知单元18的错误之后调整在测量单元21上来自手指的压力。用户通过在压力比第一范围强时减弱来自手指的压力以及通过在压力比第一范围弱时加强测量单元21上的压力来调整压力。然后，压力检测部11再次检测测量单元21上的压力(步骤S101)并且判断压力是否在第一范围内(步骤S102)。测量设备10重复从步骤S101至步骤S103的处理，直到测量单元21上的压力进入第一范围。

当控制部17判断测量单元21上的压力在第一范围内时，即毛细血管在第一状态下(步骤S102中“是”的情况)，控制部17使得从照射部12照射测量光(步骤S014)。此时，通知单元18可通知用户压力已经进入第一范围。然后，受光部13按照预定时间测量反射光(步骤S105)。此时，受光部13例如接收具有诸如图3(a)中所示的波形的反射光。在被测量的反射光中，包括来自受测部位中包含的水分的反射光和来自在毛细血管中流动的葡萄糖的反射光。

当在第一状态下的反射光的测量完成时，通知单元18通知用户测量完成。在认识到测量完成的通知之后，用户接着更加强烈地向测量单元21按压手指，以将毛细血管调整成第二状态。更具体地，与步骤S101相同，测量单元21检测测量单元21上的压力(步骤S106)。然后，测量设备10判断检测到的压力是否在第二范围中(步骤S107)。

当检测到的压力不在第二范围内时，即当检测到的压力比第二范围内包括的压力弱或强时(步骤107中“否”的情况)，通知单元18向用户通知指示压力不在第二范围内的错误(步骤S108)。此时，为使检测到的压力进入第二范围，对于用户要施加更强还是更弱的压力，通知单元18可通过图像显示或声音通知等提供通知。

在认识到来自通知单元18的错误之后，用户调整在测量单元21上来自手指的压力。用户通过在压力比第二范围强时减弱来自手指的压力以及通过在压力比第二范围弱时加强测量单元21上的压力来调整压力。然后，压力检测部11再次检测测量单元21上的压力(步骤S106)并且判断压力是否在第二范围内(步骤S107)。测量设备10重复从步骤S106至步骤S108的处理，直到测量单元21上的压力进入第二范围。

当控制部17判定来自用户手指的压力在第二范围内时，即毛细血管在第二状态下(步骤S107中“是”的情况)，控制部17使测量光从照射部12照射(步骤S109)。此时，通知单元18可通知用户压力已经进入第二范围。然后，受光部13按照预定时间测量反射光(步骤S110)。此时，受光部13例如接收具有诸如图3(b)中所示的波形的反射光。在被测量的反射光中包括来自受测部位中包括的水分的反射光，但是由于毛细血管受到挤压并且葡萄糖不流入在受测部位处的毛细血管，所以在被测量的反射光中不包括来自葡萄糖的反射光。

当第二状态下的反射光的测量完成时，通知单元18通知用户测量完成。然后，测量设备10计算在步骤S105中测量的对于在第一状态下的反射光的测量结果与在步骤S110中检测到的对于在第二状态下的反射光的测量结果之间的差值(步骤S110)。更具体地，对于第一状态和第二状态的每个中的反射光，测量设备10计算在预定时间内接收到的反射光的光电转换信号之间的差值。该差值与来自在第一状态下毛细血管中流动的葡萄糖的反射光的量对应。

然后测量设备10中的计算器20基于在步骤S110中计算的差值，参考存储在存储器19中的表数据来测量用户的血液中的葡萄糖浓度(步骤S112)。例如，在表数据中存储有在预定条件下预先测量的葡萄糖浓度与接收到的拉曼散射光的强度之间的对应表，并且计算器20基于上述差值，通过参考表数据来测量用户的血液中的葡萄糖浓度。

用户可通过操作移动电话30并且使测量的葡萄糖浓度显示在例如移动电话30中设置的显示器上来得知测量结果。当显示测量结果时，移动电话30还可例如显示与过去测量结果的比较结果或者显示测量结果随时间的变化。

通过这种方式，根据本实施方式的测量设备10可在不使用止血带的情况下测量用户的生物特征信息。因此，用户可仅通过将手指按压至测量设备10来简便地测量生物特征信息。因此，可向用户提供非常便利的测量设备。此外，当测量单元21上来自用户的手指的压力在适当范围之外时，通知单元18提供通知，从而允许用户易于将压力调整到适当范围。因此，用户可容易实现适于测量的压力状态，并且可顺利地测量生物特征信息。

当测量血液中的葡萄糖浓度时，测量设备10测量两个状态下的反射光，这两个状态即葡萄糖流入位于受测部位处的毛细血管的状态和不流入位于受测部位处的毛细血管的状态，并且基于这两个状态之间差值测量浓度。因此，可从具有类似的吸收光谱的水和葡萄糖的组合中提取葡萄糖，并且可准确地测量葡萄糖浓度。此外，基于测量设备10中设置的压力检测部11和通知单元18，用户易于调整压力以实现上述两个状态。

在以上实施方式中，将测量设备10描述成使用来自作为测量对象的成分的拉曼光谱来测量浓度，但是在本公开中测量浓度的方法不限于本方法，并且可改为使用其他方法。例如，测量设备10也可基于瑞利光谱或基于拉曼光谱和瑞利光谱两者来测量浓度。例如，当使用瑞利光谱时，测量设备10可利用对于葡萄糖在约1600nm的波长附近的光中出现吸收峰值的事实，将在1600nm的波长附近的光照射到受测部位上、测量反射光(散射光)相对于辐射光的吸收率、以及参照预定的表数据测量葡萄糖浓度。

本公开不限于上述实施方式，并且可以进行多种修改和改变。例如，包括在各种组件和步骤中的功能等可以以任何逻辑上一致的方式重新排序。此外，组件或步骤可组合成一个或被划分。

例如，移动电话30中的测量设备10的布置不限于图4中示出的实施例。测量设备10例如可布置在移动电话30的背面的其他部分，或者可布置在移动电话30的前面、侧面等上。

安装有测量设备10的电子装置不限于移动电话30。测量设备10可安装在任何类型的电子装置中，电子装置诸如携带式音乐播放器、膝上型计算机、手表、平板电脑、游戏机等。测量设备10还不限于安装在电子装置中，并且可独立地使用。

在以上实施方式中，描述了使用测量设备10测量血液中的葡萄糖浓度的方法，但是测量设备10可测量不同预定成分的浓度。在这种情况下，照射部12将可检测作为测量对象的成分的、预定波长的激光照射到受测部位上。

在以上实施方式中，已经将照射部12描述成可配置为仅在测量第一状态和第二状态下的反射光时操作。类似地，受光部13可配置为仅在测量第一状态和第二状态下的反射光时操作。也就是说，受光部13可配置为当测量单元21上的压力在第一范围和第二范围内时接收反射光。通过在不测量反射光时停止受光部13，可减少测量设备10(移动电话30)中的电力消耗。

在以上实施方式中，虽然在测量葡萄糖浓度时将用户描述为启动用于测量葡萄糖浓度的专用应用，但是本公开不限于该实施方式。例如，当测量设备10检测压力检测部11上的压力时，移动电话30可自动启动应用并且开始在测量设备10中测量压力。

在以上实施方式中，测量单元21、压力检测部11、照射部12、受光部13、计算器20等中的全部功能都被描述成在一个终端上实现，但是本公开不限于该实施方式。本公开例如可构成为如下配置的测量系统，即，测量单元21、压力检测部11、照射部12和受光部13在一个终端上实现，并且计算器20布置在通过有线、无线或两者的组合的网络连接至终端的服务器上。在这种情况下，由测量单元21测量的与压力有关的数据以及由受光部13测量的与反射光有关的数据经由网络传输至服务器上的计算器20。计算器20基于上述传输的数据以及存储在服务器上的存储器中的表数据来测量葡萄糖浓度，并且将测量结果传输至终端。在这种情况中，与当在一个终端上实现测量单元21、压力检测部11、照射部12、受光部13和计算器20的全部功能时相比，终端可例如在尺寸上减小。

符号说明

10 测量设备

11 压力检测部

12 照射部

13 受光部

14 D/A转换器

15、16 A/D转换器

17 控制器

18 通知单元

19 存储器

20 计算器

21 测量单元

30 移动电话

Claims (9)

1.一种测量设备，所述测量设备用于测量与测量单元接触的受测体的血液中的预定成分的浓度，所述测量设备包括：

照射部，配置为将光照射至所述受测体的受测部位上；

受光部，配置为接收来自所述受测部位的反射光；

压力检测部，配置为检测所述测量单元上的压力；以及

计算器，配置为基于当所述压力在第一范围内时所述受光部的输出和当所述压力在第二范围内时所述受光部的输出计算所述预定成分的所述浓度。

2.根据权利要求1所述的测量设备，还包括通知单元，所述通知单元配置为通知与所述压力有关的信息。

3.根据权利要求2所述的测量设备，其中所述通知单元通知关于所述压力是否在所述第一范围内的信息以及关于所述压力是否在所述第二范围内的信息。

4.根据权利要求1所述的测量设备，其中，当所述压力在所述第一范围内时以及当所述压力在所述第二范围内时所述照射部发出光。

5.根据权利要求1所述的测量设备，其中，当所述压力在所述第一范围时以及当所述压力在所述第二范围内时所述受光部接收光。

6.根据权利要求2所述的测量设备，其中，所述通知单元通过声音输出、图像显示、发光以及振动输出中的任一个或多个进行通知。

7.一种电子装置，包括权利要求1的测量设备。

8.一种测量系统，所述测量系统用于测量与测量单元接触的受测体的血液中的预定成分的浓度，所述测量系统包括：

测量终端，包括配置为将光照射至所述受测体的受测部位上的照射部、配置为接收来自所述受测部位的反射光的受光部以及配置为检测所述测量单元上的压力的压力检测部；以及

计算器，通过网络连接至所述测量终端，并且配置为基于当所述压力在第一范围内时所述受光部的输出以及当所述压力在第二范围内时所述受光部的输出计算所述预定成分的浓度。

9.一种测量方法，所述测量方法用于通过使所述受测体与测量单元接触来测量所述受测体的血液中的预定成分的浓度，所述测量方法包括：

将光照射至所述受测体的受测部位上；

接收来自所述受测部位的反射光；

检测所述测量单元上的压力；以及

基于当所述压力在第一范围内时接收到的反射光的输出以及当所述压力在第二范围内时接收到的反射光的输出计算所述预定成分的所述浓度。