CN106068448A - 呼气诊断装置 - Google Patents

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CN106068448A CN201580011738.0A CN201580011738A CN106068448A CN 106068448 A CN106068448 A CN 106068448A CN 201580011738 A CN201580011738 A CN 201580011738A CN 106068448 A CN106068448 A CN 106068448A
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Abstract

根据实施方式，呼气诊断装置包括容器部、光源部、检测部及控制部。容器部包括供包括第一、第二物质的试料气体导入的空间。光源部使光对空间入射。检测部检测在导入了试料气体的空间通过后的光的强度。控制部在第一动作时，对光源部使光的波长在包括第一物质的光吸收的第一峰值的第一波长和第二物质的光吸收的第二峰值的第二波长的波段内变化，基于通过检测部检测到的结果，计算试料气体中包括的物质的量的比。控制部在第二动作时，对光源部使光的波长为第三波长，基于通过检测部检测到的结果，检测物质的量的时间性的变化。

Description

呼气诊断装置
技术领域
本发明的实施方式涉及呼气诊断装置。
背景技术
在呼气诊断装置中，测定呼气的气体。根据此测定结果，疾病的预防及早期发现变得容易。在呼气诊断装置中，期望获得高精度的测定结果。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－232732号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的实施方式提供高精度的呼气诊断装置。
用于解决课题的手段
根据本发明的实施方式，呼气诊断装置包括容器部、光源部、检测部及控制部。所述容器部包括导入试料气体的空间，该试料气体包括第一物质和不同于所述第一物质的第二物质。所述光源部使光向所述空间入射。所述检测部检测在导入所述试料气体的所述空间通过后的所述光的强度。所述控制部，在第一动作时，对于所述光源部，使所述光的波长在包括第一波长和不同于所述第一波长的第二波长的波段内变化，该第一波长是所述第一物质的光吸收的第一峰值的波长，该第二波长是所述第二物质的光吸收的第二峰值的波长，基于通过所述检测部检测到的所述第一波长的所述光的强度的检测结果以及所述第二波长的所述光的强度的检测结果，计算所述试料气体中包括的所述第二物质的量相对于所述试料气体中包括的所述第一物质的量的比。所述控制部，在第二动作时，对于所述光源部使所述光的波长为第三波长，基于通过所述检测部检测到的所述第三波长的所述光的强度的检测结果，检测所述第一物质以及所述第二物质中至少一种物质的量的时间性的变化。
附图说明
图1是例示第一实施方式的呼气诊断装置的示意图。
图2(a)以及图2(b)是例示第一实施方式的呼气诊断装置的示意图。
图3(a)以及图3(b)是例示第一实施方式的呼气诊断装置的示意图。
图4(a)以及图4(b)是例示二氧化碳的特性的曲线图。
图5是例示第一实施方式的呼气诊断装置的示意图。
图6是例示第一实施方式的呼气诊断装置的动作的示意图。
图7是例示第二实施方式的呼气诊断装置的示意图。
图8(a)～图8(c)是例示实施方式的呼气诊断装置的一部分的示意图。
具体实施方式
下面，参考附图对本发明的各实施方式进行说明。
另外，附图是示意性的或者概念性的，各部分的厚度与宽度的关系、部分间的大小的比率等，不一定与现实的相同。另外，即使是表示相同的部分的情况，也存在彼此的尺寸、比率根据附图而不同地进行表现的情况。
另外，在本案说明书和各图中，对与有关已出现的图的前面已叙述过的部件相同的要素标注相同的符号，详细的说明适当省略。
(第一实施方式)
图1是例示第一实施方式的呼气诊断装置的示意图。
如图1所示，本实施方式的呼气诊断装置110包括容器部20、光源部30、检测部40及控制部45。
在容器部20中，导入试料气体50。即，对设置于容器部20的空间23s导入试料气体50。试料气体50中包括第一物质51和第二物质52。第二物质52与第一物质51不同。
试料气体50中包括呼气50a。呼气50a例如是包括人在内的动物的呼气。呼气50a中包括含有12C的二氧化碳(12CO2)和含有13C的二氧化碳(13CO2)。这些二氧化碳中也可以包括氧的同位素。
第一物质51是含有12C的二氧化碳(12CO2)。第二物质52是含有13C的二氧化碳(13CO2)。实施方式不限于此，第一物质51以及第二物质52也可以是其他的物质。下面，对于第一物质51是含有12C的二氧化碳(12CO2)、第二物质52是含有13C的二氧化碳(13CO2)的情况进行说明。
就呼气50a中包括的二氧化碳而言，在碳的同位素(12CO2以及13CO2)的比率与人的健康状态之间存在关联。人饮用浓缩了13C的标记化合物(13C标记化合物)，从而能够诊断这个人的健康状态。例如，人饮用作为13C标记化合物的13C－尿素。此时，若有幽门螺旋杆菌，则13CO2的相对的量变多。另一方面，例如，人饮用作为13C标记化合物的13C－acetate(13C－醋酸纤维)。通过对此时的呼气50a进行评价，能够对胃排空功能进行诊断。在饮用了13C－acetate的情况下，胃排空功能与13CO2的相对的量之间存在关联。
如后所述，第一物质51(12CO2)的光吸收在第一波长具有第一峰值。第二物质52(13CO2)的光吸收在第二波长具有第二峰值。通过使用与这2个峰值的波长对应的波长的光，能够检测第一物质51以及第二物质52的量(相对的比率)。
光源部30使光(测定光30L)向空间23s入射。光源部30能够使该光(测定光30L)的波长变化。如后所述，波长的变化在特定的波段进行。此波段包括第一物质51的光吸收的第一峰值的第一波长和第二物质52的光吸收的第二峰值的第二波长。
在此例中，光源部30包括发光部30a和驱动部30b。驱动部30b与发光部30a电连接。驱动部30b对发光部30a供给用于发光的电力。如后所述，作为发光部30a，使用例如分布反馈式(DFB型)量子级联激光器。作为发光部30a，也可以使用带间级联激光器(ICL)。关于发光部30a的例子后述。
测定光30L在容器部20的空间23s通过。测定光30L的一部分被试料气体50中包括的物质(第一物质51以及第二物质52)所吸收。测定光30L中的、这些物质所特有的波长的成分被吸收。吸收的程度依赖于物质的浓度。
检测部40例如检测在对空间23s导入了试料气体50的状态下在空间23s通过后的测定光30L。检测部40检测在空间23s通过后的光(测定光30L)的强度。检测部40使用在红外区域具有灵敏度的检测元件41。检测元件41使用例如热电堆或者半导体传感器元件(例如InAsSb)等。检测部40也可以设置有对从检测元件41输出的信号进行处理的电路部42。在实施方式中，检测部40是任意的。
在检测部40中，除了检测在对空间23s导入了试料气体50时的光的强度，还检测未对空间23s导入试料气体50时的光强度的强度。后者作为检测中的参考值使用。并且，例如，实施多次这种检测。即，检测部40实施多次包括第一检测和第二检测的动作，该第一检测是在导入了试料气体50的空间23s通过后的光(测定光30L)的强度的检测，该第二检测是在未导入试料气体50的空间23s通过后的光(测定光30L)的强度的检测。
控制部45基于通过多次的上述的动作而得到的结果，计算试料气体50中的第二物质52的量相对于第一物质51的量的比。即，基于通过多次的上述的动作得到的多个第一检测的结果和通过多次的上述的动作得到的多个第二检测的结果，计算第二物质52的量相对于第一物质51的量的比。由此，在呼气诊断装置110中，能够确定呼气50a(试料气体50)中包括的第二物质52的量，能够进行高精度的诊断。
此时，在呼吸中，吸入和吐出反复。此反复以1分钟大约20次的频度反复。根据呼气的测定的时机，有在试料气体50中不仅包括呼气50a还包括大量的空气的情况。在这种情况下，难以进行精确的测定。因此，优选在呼气50a相对于试料气体50的量的比率高的状态下进行测定。
例如，对试料气体50中包括的作为目的的物质(例如二氧化碳)的量(比率)的时间变化进行监视，在其量(比率)超过基准值时，开始上述的第一检测以及第二检测。由此，在呼气50a相对于试料气体50的量的比率高的状态下，进行测定，能够进行高精度的诊断。
这种监视能够通过呼气诊断装置110进行。即，控制部45能够实施第一动作和第二动作。在第一动作中，实施上述的第一检测以及第二检测，计算第二物质52的量相对于第一物质51的量的比。另一方面，第二动作，是对作为目的的物质(例如二氧化碳)的量(比率)的时间变化进行监视的动作。并且，基于此监视的结果，开始第一动作。
例如，在容器部20的流入口设置第一阀V1，在容器部20的流出口设置第二阀V2。在第二动作中，这些阀为开状态。由此，在第二动作中，试料气体50向容器部20流入，试料气体50中包括的作为目的的物质(例如二氧化碳)的量(比率)的时间变化被监视。另一方面，在第一动作中，这些阀被设为闭状态。由此，在容器部20中，没有试料气体50的流动，容器部20中的气流的状态稳定。由此，在第一动作中，能够稳定地实施高精度的测定。
图2(a)以及图2(b)是例示第一实施方式的呼气诊断装置的示意图。
这些图表示第一动作OP1的例子。
图2(a)表示从光源部30出射的测定光30L的波长的变化的例子。图2(b)表示在检测部40检测的信号的变化的例子。在这些图中，横轴是时间t。图2(a)的纵轴是波长λ。图2(b)的纵轴是信号的强度Sg。
如这些图所示，设置参考数据测定期间Pr1和试料数据测定期间Ps1。在参考数据测定期间Pr1，不对空间23s导入试料气体50。在试料数据测定期间Ps1对空间23s导入试料气体50。
在参考数据测定期间Pr1，从光源部30出射的测定光30L的波长变化。波长的变化在特定的波段WL内进行。此波段WL包括与第一物质51的吸收的峰值对应的第一波长λ1和与第二物质52的吸收的峰值对应的第二波长λ2。波段WL例如是4.3573μm～4.3535μm。波段WL中的最长的波长λmax与最短的波长λmin之差例如是0.0038微米左右。例如，差是0.003793904微米。
测定光30L的波长的变化多次反复进行。此测定光30L的强度通过检测部40来检测。在检测部40，多次检测信号的强度Sg。
在试料数据测定期间Ps1，对空间23s导入了试料气体50，测定光30L的一部分被第一物质51以及第二物质52所吸收。例如，在与第一物质51的吸收的峰值对应的第一波长λ1，信号的强度Sg变低。例如，在与第二物质52的吸收的峰值对应的第二波长λ2，信号的强度Sg变低。
通过对参考数据测定期间Pr1中的信号的强度Sg(参考强度)和试料数据测定期间Ps1中的信号的强度Sg(试料强度)进行比较，获得与第一物质51的量对应的值以及与第二物质52的量对应的值。例如，求得试料强度相对于参考强度的比。例如，求得参考强度与试料强度之差。由此，获得与第一物质51的量对应的值以及与第二物质52的量对应的值。获得第二物质52的量相对于第一物质51的量的比。
通过至少一个参考数据测定期间Pr1和至少一个试料数据测定期间Ps1，实施一次测定(第二物质52的量相对于第一物质51的量的比的计算)。即，在第一动作OP1中，一次测定期间(第一测定期间Pm1)包括至少一个参考数据测定期间Pr1和至少一个试料数据测定期间Ps1。
图3(a)以及图3(b)是例示第一实施方式的呼气诊断装置的示意图。
这些图表示第二动作OP2的例子。
图3(a)表示从光源部30出射的测定光30L的波长。图3(b)表示在检测部40检测的信号的变化的例子。在这些图中，横轴是时间t。图3(a)的纵轴是波长λ。图3(b)的纵轴是信号的强度Sg。
如图3(a)所示，在此例中，在第二动作OP2中，测定光30L的波长是第三波长λ3，是实质上恒定的。如后所述，也可以对第三波长λ3扫频。
如图3(b)所示，在时间t1，信号的强度Sg开始变化，在时间t2，信号的强度Sg达到最大。时间t1前的期间，是未通过肺进行置换的试料气体50被导入到容器部20的空间23s中的期间。即，在空间23s中实质上充满了空气。在此状态下，检测空气中包括的物质(二氧化碳的量)。在时间t1，通过肺置换过的气体开始向空间23s导入，信号的强度Sg开始增加。在时间t2，信号的强度Sg达到实质上最大。此状态与通过肺充分置换了的呼气50a被导入到容器部20的空间23s中的状态对应。
也可以代替信号(强度Sg)达到最大的时间t2，使用以下所示的时间t3。例如，时间t3也可以设为信号(强度Sg)成为预先决定的值时的时间(第一基准)。时间t3也可以设为信号(强度Sg)的变化饱和、且信号(强度Sg)的变化率达到预先决定的值时的时间(第二基准)。时间t3也可以设为满足上述的第一基准以及第二基准这两者的时间(第三基准)。时间t3被决定为与通过肺充分置换了的呼气50a被导入到容器部20的空间23s中的状态对应的时间。在第二动作OP2中，测定期间(第二测定期间Pm2)例如与一次呼吸的时间对应。
在达到这种时间t3的状态时，开始上述的第一动作OP1，从而能够在通过肺充分置换了的呼气50a被导入到容器部20的空间23s中的状态下高精度地测定作为目的的物质(第一物质51以及第二物质52)。
这种动作能够通过控制部45实施。
即，控制部45在第一动作OP1时进行以下动作。
控制部45对于光源部30实施使光(测定光30L)的波长在包括第一波长λ1和不同于第一波长λ1的第二波长λ2的波段WL内变化的动作，该第一波长λ1是第一物质51的光吸收的第一峰值的波长，该第二波长λ2是第二物质52的光吸收的第二峰值的波长。并且，控制部45基于通过检测部40检测到的第一波长λ1的光的强度的检测结果以及第二波长λ2的光的强度的检测结果，计算试料气体50中包括的第二物质52的量相对于试料气体50中包括的第一物质51的量的比。
并且，控制部45在第二动作OP2时进行以下动作。
控制部45对于光源部30实施使光的波长为第三波长λ3的动作。并且，控制部45基于通过检测部40检测到的第三波长λ3的光的强度的检测结果，检测第一物质51以及第二物质52中的至少一种物质的量的时间性的变化。
并且，控制部45基于上述的时间性的变化的检测的结果，实施第一动作OP1。通过实施方式，能够提供高精度的呼气诊断装置。
呼气诊断装置110能够实施例如二氧化碳监视动作(第二动作OP2)、和第一物质51以及第二物质52的测定动作即同位素比测定动作(第一动作OP1)。例如，在呼气诊断装置110中，能够实施例如作为二氧化碳监测仪的动作和二氧化碳的同位素比的测定动作。
另一方面，有分别进行二氧化碳监测仪动作和同位素比的测定动作的参考例。在该情况下，首先，通过二氧化碳监测仪动作检测二氧化碳并进行阀操作，将含有较多二氧化碳的试料气体向同位素比测定用的容器导入。此时，由于试料气体的替换等所需的时间而产生时间差。并且，有在同位素比测定用的容器中残留的气体未被作为目的的试料气体充分置换的情况。
相对于此，在本实施方式中，使用同一容器部20进行作为二氧化碳监测仪的动作和二氧化碳的同位素比的测定动作。由此，上述的时间差的利用得以抑制，残留气体的影响得以抑制。由此，能够进行高精度的同位素测定。
通过一次呼吸吐出的呼气50a的时间是10秒以下程度。因此，以比此时间短的时间进行第二动作OP2。即，控制部45在第二动作OP2中，在0.3秒以上的期间(第二测定期间Pm2)中，检测第一物质51以及第二物质52中的至少一种物质的量的时间性的变化。
并且，第二动作OP2中的测定优选在短时间内实质上连续地进行。例如，测定以0.1秒以下的时间分辨率进行。即，控制部45在第二动作OP2中以0.1秒以下的时间分辨率，测定第一物质51以及第二物质52中的至少一种物质的量，检测该至少一种物质的量的时间性的变化。例如，通过将量子级联激光器与半导体传感器元件(例如InAsSb等)组合，能够进行高速的测定。
另一方面，在第一动作OP1中，以高精度测定第一物质51以及第二物质52的量。此测定以通过一次呼吸所供给的呼气50a为对象来实施。例如，控制部45在1秒以上10秒以下的期间中连续地实施第一动作OP1。可获得高精度的测定结果。
在实施方式中，设置于容器部20的空间23s的容量优选是500cm3以下(500mL以下)。即，一般来讲，一次人的呼吸的呼气50a的容量(体积)是500mL以下。因此，通过将容器部20的容量设为500mL以下，能够用一次呼吸的呼气50a使容器部20内充满。另外，容器部20的容量为20cm3以下是更优选的。
在这种使用了小的容量的容器部20的情况下，通过使用量子级联激光器作为发光部30a，能够进行高精度的测定。
图4(a)以及图4(b)是例示二氧化碳的特性的曲线图。
这些图表示12CO2的吸收光谱以及13CO2的吸收光谱。图4(a)的横轴是波长λ(μm)。图4(b)的横轴是波数κ(cm－1)。纵轴是吸收率Ab(％)。
如图4(a)以及图4(b)所示，12CO2以及13CO2各自具有固有的吸收。例如，具有与12CO2的吸收对应的多个峰值。并且，具有与13CO2的吸收对应的多个峰值。
例如，从光源部30出射的测定光30L的波长在波段WL的范围中被扫描(扫频)。波段WL包括第一波长λ1以及第二波长λ2。波段WL优选还包括12CO2的吸收的峰值的另一个以及13CO2的吸收的峰值的另一个中的至少一个。
第一波长λ1是例如4.3553μm。第二波长λ2是例如4.3557μm。在实施方式中，第三波长λ3也可以设定为与第一波长λ1实质上相同。或者，第三波长λ3也可以设定为与第二波长λ2实质上相同。
对13CO2确定波段WL，以获得与12CO2的吸收强度比较近的吸收强度。由此，能够以高精度检测这些二氧化碳的量。
在实施方式中，波段WL的范围例如优选为4.3478μm以上4.3804μm以下(即，2281cm－1以上2300cm－1以下)。波段WL的范围例如更优选为4.3535μm以上4.3573μm以下(即，2295cm－1以上2297cm－1以下)。
测定光30L的波长的中心值例如是4.3535微米(μm)以上4.3573μm以下。波段WL的波数的最大值与波段WL的波数的最小值之差例如是0.2cm－1以上5cm－1以下。差例如是大约1cm－1。
图5是例示第一实施方式的呼气诊断装置的示意图。
如图5所示，在呼气诊断装置110中，设置框体10w。在框体10w内，设置容器部20、光源部30、检测部40及控制部45。控制部45也可以设置在框体10w之外。
气体导入部60i与框体10w连接。气体导入部60i例如是吹口。作为气体导入部60i，也可以使用套管等。作为气体导入部60i，也可以使用罩。
在框体10w内设置第一配管61p。第一配管61p的一端与气体导入部60i连接。第一配管61p的另一端与外界连接。在此例中，在第一配管61p的入口侧设置有流量计61fm。流量计61fm与气体导入部60i连接。在第一配管61p的出口侧，设置有单向阀61dv。从气体导入部60i导入的试料气体50的一部分经单向阀61dv向外界放出。
第一配管61p上连接第二配管62p。第二配管62p的一端与第一配管61p连接，第二配管62p的另一端与容器部20连接。在此例中，在第二配管62p的路径上，设置除湿部62f。除湿部62f例如使用吸附水的过滤器等。在第一配管61p与容器部20之间，设置第一阀V1(电磁阀)。在此例中，在第一阀V1与除湿部62f之间设置针形阀62nv。在此例中，在第一阀V1与容器部20之间，设置有螺旋弹簧管62s。螺旋弹簧管62s也可以省略。针形阀62nv根据需要设置，也可以省略。
在容器部20，也可以设置例如加热器28。在容器部20也可以设有压力计27。
在第一阀V1与螺旋弹簧管62s之间的部分，连接有第三配管63p的一端。第三配管63p的另一端与单向阀63dv连接。第三配管63p能够从外界向容器部20导入空气。在第三配管63p上设置有第三阀V3(电磁阀)。在第三阀V3与单向阀63dv之间设置CO2过滤器63f。CO2过滤器63f使从外界导入的空气中的二氧化碳的量减少。在此例中，在第三阀V3与CO2过滤器63f之间，设置针形阀63nv。经由单向阀63dv从外界导入空气。在CO2过滤器通过，从而从空气去除CO2。去除CO2后的空气在第三阀V3通过后能够向容器部20导入。针形阀63nv根据需要设置，也可以省略。
通过阀的动作，经由第二配管62p，向容器部20导入试料气体50。或者，经由第三配管63p，向容器部20导入除去CO2后的空气。
在容器部20的出口侧，连接第四配管64p的一端。第四配管64p的另一端连接到外界(框体10w的外侧)。在此例中，在第四配管64p上设置有第二阀V2(电磁阀)。在第二阀V2与外界之间，设置排气部65(泵或者风扇等)。在此例中，在排气部65与第二阀V2之间设置有针形阀64nv。针形阀64nv根据需要设置，也可以省略。
即，从气体导入部60i导入的试料气体50的一部分经由第二配管62p被导入到容器部20。此气体(呼气50a)中的第一物质51以及第二物质52在容器部20被检测。
从气体导入部60i导入的试料气体50的另外的一部分(较多的部分)经由第一配管61p向外界放出。即，在第一配管61p流动的试料气体50的量(流量)比在第二配管62p流动的试料气体50的量(流量)多。由此，在试料气体50的采集中，被检者(人)感到痛苦的情况得以抑制。
通过使用流量计61fm，检测试料气体50的导入的状态。基于此检测结果，进行检测动作。即，试料气体50的导入开始变得明确，检测的精度提高。
通过使用针形阀62nv，能够限制第二配管62p的内部的流量，能够进行稳定的试料气体50的供给。
通过使第一阀V1为开状态，试料气体50向容器部20中导入。在被导入到容器部20中的试料气体50中的第一物质51和第二物质52的检测中(即，试料数据测定期间Ps1)，将第一阀V1以及第二阀V2设为闭状态。由此，容器部20内的气体的状态稳定，检测的动作提高。在试料数据测定期间Ps1，第三阀V3是闭状态。
向容器部20导入的试料气体50的温度恒定是优选的。通过使用螺旋弹簧管62s和加热器等，能够精度良好地控制向容器部20导入的试料气体50的温度。温度例如是大约40℃。
将第三阀V3设为开状态，通过第二阀V2、针形阀64nv以及排气部65的动作，容器部20内的气体向外界放出。
在未对容器部20导入试料气体50的状态下进行检测动作时(即，参考数据测定期间Pr1)，将第一阀V1设为闭状态，将第二阀V2以及第三阀V3设为开状态。由此，来自外界的空气(去除CO2后的空气)向容器部20导入。
图6是例示第一实施方式的呼气诊断装置的动作的示意图。
图6表示通过呼气诊断装置110进行作为二氧化碳监测仪的动作(第二动作OP2)和CO2的同位素比的测定动作(第一动作OP1)的情况下的动作的例子。
使测定开始。首先，操作阀(步骤S1)。具体来讲，将第一阀V1以及第二阀V2设为开状态，将第三阀V3设为闭状态。
进行CO2浓度的监视(步骤S2)。此动作与第二动作OP2对应。
判断CO2的浓度是否超过设定值(例如预先确定的值)(步骤S3)。在步骤S3中CO2的浓度未超过设定值时，返回到步骤S2。在步骤S3中CO2的浓度超过设定值时，实施以下的步骤S4。另外，在步骤S3的判断中，可以使用上述的第一基准、第二基准以及第三基准中的任一基准。
在CO2的浓度超过设定值时，对阀进行操作(步骤S4)。具体来讲，使第一阀V1、第二阀V2以及第三阀V3为闭状态。
判断CO2的浓度是否超过设定值(例如预先确定的值)(步骤S5)。在步骤S5中CO2的浓度未超过设定值时，返回到步骤S1。在步骤S5中CO2的浓度超过设定值时，实施以下的步骤S6。另外，在步骤S5的判断中，可以使用上述的第一基准、第二基准以及第三基准中的任一基准。
测定呼气数据(步骤S6)。
对阀进行操作(步骤S7)。具体来讲，将第二阀V2以及第三阀V3设为开状态，将第一阀V1设为闭状态。在待机了指定时间后，对阀进行操作(步骤S8)。具体来讲，将第一阀V1、第二阀V2以及第三阀V3设为闭状态。
然后，测定参考数据(步骤S9)。然后，进行数据解析(步骤S10)。此动作与第一动作OP1对应，测定结束。另外，也可以调换步骤S1～S6的呼气数据测定和步骤S7～S9的参考数据测定的顺序。
(第二实施方式)
图7是例示第二实施方式的呼气诊断装置的示意图。
图7例示检测部40。
如图7所示，在检测部40中设置检测元件41和电路部42。如已说明那样，对检测元件41入射在被导入了试料气体50的空间23s通过后的光。检测元件41输出与该光的强度对应的检测信号Sd。对电路部42输入检测信号Sd，在电路部42进行规定的信号处理。进行处理后的处理信号Sp被供给至控制部45。在此例中，例如，在第二动作OP2中，对测定光30L的波长(第三波长λ3)扫频。
在此例中，在电路部42中，设置差动放大电路42a、积分电路42b、微分电路42c以及比较电路42d。检测元件41的检测信号Sd被输入至差动放大电路42a的第一输入。从光源部30的驱动部30b输出的参考信号Sr被输入至差动放大电路42a的第二输入。
另一方面，在光源部30，从驱动部30b对发光部30a输出控制信号Sc。通过此控制信号Sc，光的波长变化。即，在光源部30，设置控制光的波长的变化的控制信号Sc。上述的参考信号Sr与此控制信号Sc连动。
差动放大电路42a的输出被输入至积分电路42b，进行积分处理。积分电路42b的输出被输入至微分电路42c，进行微分处理。微分电路42c的输出被输入至比较电路42d，与基准电压(基准信号)之差作为处理信号Sp输出。处理信号Sp被输出至控制部45。
电路部42输出与从检测元件41输出的检测信号Sd与参考信号Sr之差对应的处理信号Sp。
控制部45在实施第二动作OP2时，基于从电路部42输出的处理信号Sp，实施上述的时间性的变化的检测。
如此，在第二动作OP2中，能够使用进行模拟信号处理的电路部42。关于发光部30a，特性有时会由于温度等的影响而变化。因此，波长有时从作为目的的波长偏移。此时，通过使用本实施方式的模拟电路，能够补偿特性的变化，能够进行高速的处理。进行复杂的数字数据处理的过程被省略，能够高精度且高速地实施第二动作OP2。
在实施方式中，也可以测定呼气50a中包括的13CO2相对于12CO2的相对的比的历时变化。例如，胃的排空功能与13CO2的相对的量存在关联。基于13CO2相对于12CO2的相对的比的历时变化的测定结果，能够进行胃的排空功能的诊断。
图8(a)～图8(c)是例示实施方式的呼气诊断装置的一部分的示意图。
图8(a)是示意性的立体图。图8(b)是图8(a)的A1－A2线剖视图。图8(c)是例示光源部30的动作的示意图。
在此例中，作为光源部30，使用半导体发光元件30aL。作为半导体发光元件30aL，使用激光器。在此例中，使用量子级联激光器。
如图8(a)所示，半导体发光元件30aL包括基板35、层压体31、第一电极34a、第二电极34b、电介体层32(第一电介体层)及绝缘层33(第二电介体层)。
在第一电极34a与第二电极34b之间设置基板35。基板35包括第一部分35a、第二部分35b及第三部分35c。这些部分配置在一个面内。此面与从第一电极34a向第二电极34b的方向交叉(例如平行)。在第一部分35a与第二部分35b之间，配置第三部分35c。
在第三部分35c与第一电极34a之间设置层压体31。在第一部分35a与第一电极34a之间以及第二部分35b与第一电极34a之间，设置电介体层32。在电介体层32与第一电极34a之间设置绝缘层33。
层压体31具有条纹的形状。层压体31作为脊形波导通路RG发挥功能。脊形波导通路RG的2个端面是镜面。在层压体31放出的光31L从端面(光出射面)出射。光31L是红外线激光器的光。光31L的光轴31Lx沿着脊形波导通路RG的延伸方向。
如图8(b)所示，层压体31包括例如第一包覆层31a、第一引导层31b、活性层31c、第二引导层31d及第二包覆层31e。这些层沿着从基板35向第一电极34a的方向按此顺序排列。第一包覆层31a的折射率以及第二包覆层31e的折射率各自与第一引导层31b的折射率、活性层31c的折射率以及第二引导层31d的折射率各自相比更低。在活性层31c产生的光31L被封闭在层压体31内。存在将第一引导层31b与第一包覆层31a合起来称为包覆层的情况。存在将第二引导层31d与第二包覆层31e合起来称为包覆层的情况。
层压体31具有与光轴31Lx垂直的第一侧面31sa以及第二侧面31sb。第一侧面31sa与第二侧面31sb之间的距离31w(宽度)例如是5μm以上20μm以下。由此，例如，水平横向模式的控制变得容易，输出的提高变得容易。在距离31w过长时，在水平横向模式中容易产生高次模式，难以提高输出。
电介体层32的折射率比活性层31c的折射率低。由此，通过电介体层32，沿着光轴31Lx形成脊形波导通路RG。
如图8(c)所示，活性层31c例如具有级联构造，在级联构造中，例如交替层压第一区域r1和第二区域r2。单位构造r3包括第一区域r1以及第二区域r2。设置多个单位构造r3。
例如，在第一区域r1设置第一阻挡层BL1和第一量子阱层WL1。在第二区域r2设置第二阻挡层BL2。例如，在别的第一区域r1a，设置第三阻挡层BL3和第二量子阱层WL2。在别的第二区域r2a设置第四阻挡层BL4。
在第一区域r1，产生第一量子阱层WL1的子带间光学跃迁。由此，放出例如3μm以上18μm以下的波长的光31La。
在第二区域r2，从第一区域r1注入的载流子c1(例如电子)的能量能够衰减。
在量子阱层(例如第一量子阱层WL1)，阱宽度WLt是例如5nm以下。阱宽度WLt如此狭窄时，能级离散，例如产生第一子带WLa(高等级Lu)以及第二子带WLb(低等级Ll)等。从第一阻挡层BL1注入的载流子c1，被有效地封闭在第一量子阱层WL1中。
在载流子c1从高等级Lu向低等级Ll跃迁时，放出与能量差(高等级Lu与低等级Ll之差)对应的光31La。即，产生光学跃迁。
同样地，在别的第一区域r1a的第二量子阱层WL2，放出光31Lb。
在实施方式中，量子阱层也可以包括波动函数互相重叠的多个阱。多个量子阱层的各自的高等级Lu可以互相相同。多个量子阱层的各自的低等级Ll也可以互相相同。
例如，子带间光学跃迁在传导带以及价电子带的任一带中产生。例如，基于pn结的空穴与电子的再结合并不必要。例如，通过空穴以及电子中的任一种载流子c1产生光学跃迁，放出光。
在活性层31c，例如通过对第一电极34a与第二电极34b之间印加的电压，经由阻挡层(例如第一阻挡层BL1)，对量子阱层(例如第一量子阱层WL1)注入载流子c1(例如电子)。由此，产生子带间光学跃迁。
第二区域r2例如具有多个子带。子带例如是微带。子带中的能量差小。在子带中，距连续能带近是优选的。其结果是，载流子c1(电子)的能量得以衰减。
在第二区域r2，例如，光(例如3μm以上18μm以下的波长的红外线)实质上不放出。第一区域r1的低等级Ll的载流子c1(电子)在第二阻挡层BL2通过后向第二区域r2注入并被衰减。载流子c1向级联连接的别的第一区域r1a注入。在此第一区域r1a，产生光学跃迁。
在级联构造中，在多个单位构造r3各自当中产生光学跃迁。由此，在活性层31c的整体，获得高的光输出变得容易。
如此，光源部30包括半导体发光元件30aL。半导体发光元件30aL通过多个量子阱(例如，第一量子阱层WL1以及第二量子阱层WL2等)的子带中的电子的能量衰减，放射测定光30L。
量子阱层(例如第一量子阱层WL1以及第二量子阱层WL2等)使用例如InGaAs。例如，阻挡层(例如，第一～第四阻挡层BL1～BL4等)使用例如InAlAs。此时，例如使用InP作为基板35时，在量子阱层以及阻挡层，获得良好的晶格匹配。
第一包覆层31a以及第二包覆层31e例如包括Si作为n型杂质。这些层中的杂质浓度例如是1×1018cm－3以上1×1020cm－3以下(例如，大约6×1018cm－3)。这些层的各自的厚度例如是0.5μm以上2μm以下(例如大约1μm)。
第一引导层31b以及第二引导层31d例如包括Si作为n型杂质。这些层中的杂质浓度例如是1×1016cm－3以上1×1017cm－3以下(例如，大约4×1016cm－3)。这些层各自的厚度例如是2μm以上5μm以下(例如，3.5μm)。
距离31w(层压体31的宽度，即，活性层31c的宽度)例如是5μm以上20μm以下(例如，大约14μm)。
脊形波导通路RG的长度例如是1mm以上5mm以下(例如大约3mm)。半导体发光元件30aL例如以10V以下的工作电压工作。与二氧化碳激光器装置等相比，消耗电流低。由此，能够进行低耗电的动作。
根据实施方式，能够提供高精度的呼气诊断装置。
以上，参照具体例，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明并不限定于这些具体例。例如，关于呼气诊断装置中包括的供给部、容器部、光源部、检测部以及控制部等各要素的具体的构成，本领域技术人员通过从公知的范围适当选择同样实施本发明，只要能够获得同样的效果，就包括在本发明的范围中。
另外，将各具体例的任2个以上的要素在技术上可能的范围内组合的方式，只要包括本发明的主旨，就包括在本发明的范围中。
另外，作为本发明的实施方式，以上述的呼气诊断装置为基础，本领域技术人员适当变更设计能够实施的全部的呼气诊断装置，只要包括本发明的主旨，就属于本发明的范围。
另外，在本发明的思想的范畴中，只要是本领域技术人员，能够想到各种变更例以及修改例，并且理解为这些变更例以及修改例也属于本发明的范围。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，无意限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其他各种各样的方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形，包括于发明的范围及主旨中，并且包括于权利要求书记载的发明及其等同的范围中。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种呼气诊断装置，具备：
容器部，包括导入呼气的空间，该呼气包括第一物质和不同于所述第一物质的第二物质；
光源部，使光向所述空间入射；
检测部，检测在导入了所述试料气体的所述空间通过后的所述光的强度；以及
控制部，
所述控制部，在第一动作时，
对于所述光源部，使所述光的波长在包括第一波长和不同于所述第一波长的第二波长的波段内变化，该第一波长是所述第一物质的光吸收的第一峰值的波长，该第二波长是所述第二物质的光吸收的第二峰值的波长，
基于通过所述检测部检测到的所述第一波长的所述光的强度的检测结果以及所述第二波长的所述光的强度的检测结果，计算所述试料气体中包括的所述第二物质的量相对于所述试料气体中包括的所述第一物质的量的比，
所述控制部，在一次呼吸的时间内进行的第二动作时，
对于所述光源部使所述光的波长为第三波长，
基于通过所述检测部检测到的所述第三波长的所述光的强度的检测结果，判断所述第一物质以及所述第二物质中的至少一种物质的浓度是否超过设定值，
在所述第一物质以及所述第二物质中的至少一种物质的浓度超过所述设定值时，所述控制部开始所述第一动作。
2.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述第一物质是含有12C的二氧化碳，
所述第二物质是含有13C的二氧化碳。
3.如权利要求2记载的呼气诊断装置，
所述第三波长与所述第一波长相同。
4.如权利要求2记载的呼气诊断装置，
所述第三波长与所述第二波长相同。
5.(修改后)如权利要求2记载的呼气诊断装置，
所述第一波长以及所述第二波长分别是4.345微米以上4.384微米以下。
6.(修改后)如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述控制部基于所述第一物质以及所述第二物质中的至少一种物质的量的时间性的变化的检测的结果，实施所述第一动作。
7.(修改后)如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述检测部包括：
检测元件，被入射在导入了所述试料气体的所述空间通过后的所述光，输出与所述光的所述强度对应的检测信号；以及
电路部，输出与从所述检测元件输出的所述检测信号与参考信号之差对应的处理信号，
所述控制部在所述第二动作时，基于从所述电路部输出的所述处理信号，实施所述第一物质以及所述第二物质中的至少一种物质的量的时间性的变化的检测。
8.如权利要求7记载的呼气诊断装置，
所述检测元件包括半导体传感器元件。
9.如权利要求7记载的呼气诊断装置
所述参考信号与对所述光源部中的所述光的波长的变化进行控制的控制信号连动。
10.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述光源部包括：
半导体发光元件，通过多个量子阱的子带中的电子的能量衰减，放射发光光；以及
波长控制部，调整所述发光光的波长，生成所述光。
11.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述波段的波数的最大值与所述波段的波数的最小值之差是0.2cm－1以上5cm－1以下。
12.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述容器部的容量是500cm3以下。
13.(修改后)如权利要求6记载的呼气诊断装置，
所述控制部在所述第二动作中，在0.3秒以上的期间，检测所述第一物质以及所述第二物质中的所述至少一种物质的所述量的所述时间性的变化。
14.(修改后)如权利要求6记载的呼气诊断装置，
所述控制部在所述第二动作中，以0.1秒以下的时间分辨率，测定所述第一物质以及所述第二物质中的所述至少一种物质的所述量，并检测所述至少一种物质的所述量的所述时间性的变化。
15.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述控制部在10秒以下的期间中连续地实施所述第一动作。
16.(修改后)如权利要求1记载的呼气诊断装置，还具备：
导入所述呼气的气体导入部；
第一配管；以及
第二配管，
所述第一配管的一端与所述气体导入部连接，所述第一配管的另一端与外界连接，
所述第二配管的一端与所述第一配管或者所述气体导入部连接，所述第二配管的另一端与所述容器部连接。
17.如权利要求16记载的呼气诊断装置，
还具备从外界向所述容器部导入空气的第三配管，
所述第三配管包括使从所述外界导入的所述空气中的二氧化碳的量减少的过滤器。

Claims (17)

1.一种呼气诊断装置，具备：
容器部，包括导入试料气体的空间，该试料气体包括第一物质和不同于所述第一物质的第二物质；
光源部，使光向所述空间入射；
检测部，检测在导入了所述试料气体的所述空间通过后的所述光的强度；以及
控制部，
所述控制部，在第一动作时，
对于所述光源部，使所述光的波长在包括第一波长和不同于所述第一波长的第二波长的波段内变化，该第一波长是所述第一物质的光吸收的第一峰值的波长，该第二波长是所述第二物质的光吸收的第二峰值的波长，
基于通过所述检测部检测到的所述第一波长的所述光的强度的检测结果以及所述第二波长的所述光的强度的检测结果，计算所述试料气体中包括的所述第二物质的量相对于所述试料气体中包括的所述第一物质的量的比，
所述控制部，在第二动作时，
对于所述光源部使所述光的波长为第三波长，
基于通过所述检测部检测到的所述第三波长的所述光的强度的检测结果，检测所述第一物质以及所述第二物质中的至少一种物质的量的时间性的变化。
2.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述第一物质是含有12C的二氧化碳，
所述第二物质是含有13C的二氧化碳。
3.如权利要求2记载的呼气诊断装置，
所述第三波长与所述第一波长相同。
4.如权利要求2记载的呼气诊断装置，
所述第三波长与所述第二波长相同。
5.如权利要求2记载的呼气诊断装置，
所述第一波长以及所述第二波长分别是4.34微米以上4.39微米以下。
6.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述控制部基于所述时间性的变化的所述检测的结果，实施所述第一动作。
7.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述检测部包括：
检测元件，被入射在导入了所述试料气体的所述空间通过后的所述光，输出与所述光的所述强度对应的检测信号；以及
电路部，输出与从所述检测元件输出的所述检测信号与参考信号之差对应的处理信号，
所述控制部在所述第二动作时，基于从所述电路部输出的所述处理信号，实施所述时间性的变化的所述检测。
8.如权利要求7记载的呼气诊断装置，
所述检测元件包括半导体传感器元件。
9.如权利要求7记载的呼气诊断装置
所述参考信号与对所述光源部中的所述光的波长的变化进行控制的控制信号连动。
10.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述光源部包括：
半导体发光元件，通过多个量子阱的子带中的电子的能量衰减，放射发光光；以及
波长控制部，调整所述发光光的波长，生成所述光。
11.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述波段的波数的最大值与所述波段的波数的最小值之差是0.2cm－1以上5cm－1以下。
12.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述容器部的容量是500cm3以下。
13.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述控制部在所述第二动作中，在0.3秒以上的期间，检测所述第一物质以及所述第二物质中的所述至少一种物质的所述量的所述时间性的变化。
14.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述控制部在所述第二动作中，以0.1秒以下的时间分辨率，测定所述第一物质以及所述第二物质中的所述至少一种物质的所述量，并检测所述至少一种物质的所述量的所述时间性的变化。
15.如权利要求1记载的呼气诊断装置，
所述控制部在10秒以下的期间中连续地实施所述第一动作。
16.如权利要求1记载的呼气诊断装置，还具备：
导入所述试料气体的气体导入部；
第一配管；以及
第二配管，
所述第一配管的一端与所述气体导入部连接，所述第一配管的另一端与外界连接，
所述第二配管的一端与所述第一配管或者所述气体导入部连接，所述第二配管的另一端与所述容器部连接。
17.如权利要求16记载的呼气诊断装置，
还具备从外界向所述容器部导入空气的第三配管，
所述第三配管包括使从所述外界导入的所述空气中的二氧化碳的量减少的过滤器。
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