CN113260849A - 血糖值测定装置及血糖值测定方法 - Google Patents

血糖值测定装置及血糖值测定方法 Download PDF

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Abstract

一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，具备：光源，射出红外区域的激光；透镜，使所述激光聚光；光纤，通过所述透镜聚光后的所述激光入射于该光纤；以及棱镜，从所述光纤射出的所述激光入射于该棱镜。

Description

血糖值测定装置及血糖值测定方法
技术领域
本公开涉及一种血糖值测定装置以及血糖值测定方法。本申请主张基于2019年1月31日提出申请的日本申请第2019-16222号的优先权，并援引所述日本申请中记载的全部记载内容。
背景技术
作为无创的血糖值测定方法，已知有使用红外光谱法的方法(专利文献1及2等)。在专利文献1中使用具有1020～1040cm－1的波长的红外光，在专利文献2中使用近红外光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本再表2006/011487号公报
专利文献2：日本特开2014-18478号公报
发明内容
本公开的一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，具备：光源，射出红外区域的激光；透镜，使所述激光聚光；光纤，通过所述透镜聚光后的所述激光入射于该光纤；以及棱镜，从所述光纤射出的所述激光入射于该棱镜。
本公开的一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，具备：光源，射出红外区域的激光；透镜，使所述激光聚光；以及棱镜，通过所述透镜聚光后的所述激光入射于该棱镜。
本公开的一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，具备：光源，射出红外区域的激光；以及棱镜，所述激光入射于该棱镜，所述激光向所述棱镜的反射所述激光的面的入射角的下限是临界角+3°。
本公开的一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，具备：光源，射出红外区域的激光；光纤，所述激光入射于该光纤，该光纤的前端为尖细的锥形形状；以及棱镜，从所述前端射出的所述激光入射于该棱镜。
本公开的一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，具有如下步骤：使被检测者接触棱镜，使红外区域的激光经由聚光透镜以及光纤入射于所述棱镜，检测从所述棱镜射出的所述激光。
本公开的一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，具有如下步骤：使被检测者接触棱镜，使红外区域的激光经由聚光透镜入射于所述棱镜，检测从所述棱镜射出的所述激光。
本公开的一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，具有如下步骤：使被检测者接触棱镜，使红外区域的激光入射于所述棱镜，检测从所述棱镜射出的所述激光，所述激光向所述棱镜的反射所述激光的面的入射角度的下限是临界角+3°。
本公开的一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，具有如下步骤：使被检测者接触棱镜，使红外区域的激光经由光纤入射于所述棱镜，检测从所述棱镜射出的所述激光，所述光纤的前端为尖细的锥形形状。
附图说明
图1A是例示实施例1的血糖值测定装置的示意图。
图1B是透镜以及棱镜附近的放大图。
图1C是棱镜的放大图。
图2A是表示实验的图。
图2B是例示光的强度的图。
图2C是表示半峰宽与距离d的关系的图。
图3A是例示实施例1的变形例1中的光源的图。
图3B是例示实施例1的变形例2的血糖值测定装置的图。
图4A是例示实施例2的血糖值测定装置的示意图。
图4B是棱镜的放大图。
图5是实施例3中的光纤以及棱镜的放大图。
图6A是表示用于实验的样本的图。
图6B是表示损失的测定结果的图。
具体实施方式
本公开所要解决的课题
作为用于血糖值测定的装置，有使用傅里叶红外分光器(FTIR：Fourier aTransform Infrared Spectrometer(傅里叶变换红外分光器))的装置，但是这样的测定装置大型且昂贵。通过使用量子级联激光器(QCL：Quantum Cascade Laser(量子级联激光器))等激光光源，能够使测定装置更小型且便宜。然而，由于激光是相干光所以会干涉，与灯光等相比局部具有较高的强度。因此容易受到活体内的血糖的分布的影响，导致测定精度不足。在此，本发明的目的在于提供一种能够提高测定精度的血糖值测定装置以及血糖值测定方法。
发明效果
根据本公开能够提高测定精度。
[本公开的实施方式的说明]
首先列举本公开的实施方式的内容进行说明。
本公开的一种方式是，(1)一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，具备：光源，射出红外区域的激光；透镜，使所述激光聚光；光纤，通过所述透镜聚光后的所述激光入射于该光纤；以及棱镜，从所述光纤射出的所述激光入射于该棱镜。与不经过透镜的情况相比能够使扩散后的激光入射于棱镜，因此提高了测定精度。
(2)一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，具备：光源，射出红外区域的激光；透镜，使所述激光聚光；以及棱镜，通过所述透镜聚光后的所述激光入射于该棱镜。与不经过透镜的情况相比能够使扩散后的激光入射于棱镜，因此提高了测定精度。
(3)可以是，所述透镜的焦距为2mm以上且20mm以下。由此能够使激光进一步扩散，因此提高了测定精度。
(4)一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，具备：光源，射出红外区域的激光；以及棱镜，所述激光入射于该棱镜，所述激光向所述棱镜的反射所述激光的面的入射角的下限是临界角+3°。在棱镜内的反射次数以及光的穿透深度增加，并且干涉被抑制。因此提高了测定精度。
(5)一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，具备：光源，射出红外区域的激光；光纤，所述激光入射于该光纤，该光纤的前端为尖细的锥形形状；以及棱镜，从所述前端射出的所述激光入射于该棱镜。能够使扩散的激光从锥形形状的光纤入射于棱镜，因此提高了测定精度。
(6)可以是，所述光源为量子级联激光器。由此使血糖值测定装置低成本且小型。
(7)一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，具有如下步骤：使被检测者接触棱镜，使红外区域的激光经由聚光透镜以及光纤入射于所述棱镜，检测从所述棱镜射出的所述激光。与不经过聚光透镜的情况相比能够使扩散的激光入射于棱镜，因此提高了测定精度。
(8)一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，具有如下步骤：使被检测者接触棱镜，使红外区域的激光经由聚光透镜入射于所述棱镜，检测从所述棱镜射出的所述激光。与不经过聚光透镜的情况相比能够使扩散的激光入射于棱镜，因此提高了测定精度。
(9)一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，具有如下步骤：使被检测者接触棱镜，使红外区域的激光入射于所述棱镜，检测从所述棱镜射出的所述激光，所述激光向所述棱镜的反射所述激光的面的入射角度的下限是临界角+3°。在棱镜内的反射次数以及光的穿透深度增加并且干涉被抑制。因此提高了测定精度。
(10)一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，具有如下步骤：使被检测者接触棱镜，使红外区域的激光经由光纤入射于所述棱镜，检测从所述棱镜射出的所述激光，所述光纤的前端为尖细的锥形形状。能够使扩散的激光从锥形形状的光纤入射于棱镜，因此提高了测定精度。
[本公开的实施方式的详细说明]
以下参照附图对本公开的实施方式的血糖值测定装置以及血糖值测定方法的具体例进行说明。需要说明的是，本公开不限定于这些例示，而是由要求保护的范围所示，旨在包含与要求保护的范围等同的含义以及范围内的所有变更。
实施例1
(血糖值测定装置)
图1A是例示实施例1的血糖值测定装置100的示意图。图1B是透镜20以及棱镜30附近的放大图。如图1A所示，血糖值测定装置100具备QCL10及12、镜子14、透镜20、光纤22及23、检测器24以及棱镜30。血糖值测定装置100通过红外光谱法，更具体而言是红外衰减全反射法(ATR法)测定血糖值的装置。
QCL10及12例如是在中红外区域的波长(4μm～10μm)震荡的激光光源。QCL10及12的出射光的波长彼此不同。出射光的波长中的两方例如可以处于以葡萄糖的吸收峰的波长为中心例如±10cm－1等规定的范围内。另外，也可以是一方在以吸收峰的波长为中心的规定的范围内，另一方在以吸收峰为中心的范围外。吸收峰例如位于1155cm－1附近、1080cm－1附近、1035cm－1附近。透镜20是聚光透镜，使从QCL10及12射出的激光聚光。焦距例如是8mm。
光纤22的一端与透镜20对向，另一端安装于棱镜30的一个侧面，例如紧贴于侧面。光纤23的一端安装于棱镜30的另一侧面，另一端安装于检测器24。光纤22及23例如是直径2mm的中空光纤，能够低损耗地传输红外光。检测器24例如是铟砷锑(InAsSb)检测器。
棱镜30例如是梯形状的衰减全反射棱镜(ATR棱镜)，由硫化锌(ZnS)等形成。棱镜30的两个底面即底面31与底面32对向。棱镜20的厚度，即底面之间的距离例如是2.4mm。底面31的长度例如是24mm，底面32的长度比底面31小。
如果入射于透镜20的激光L是平行光，则优选光纤22的一端与透镜20之间的距离与透镜20的焦距相等，例如是8mm。
接下来对血糖值的测定进行说明。如图1A所示将棱镜30夹在被检测者的唇部50，使底面31及32与唇部50接触。从QCL10及12射出激光。QCL10的出射光透过镜子14，QCL12的出射光在镜子14反射。如图1B所示，这些光(激光L)在透镜20被聚光，入射于光纤22，在光纤22内传播，并入射于棱镜30。
图1C是棱镜30的放大图。如图1C所示，激光L在棱镜30的底面31及32反射。反射时在棱镜30与棱镜30的外界的边界产生的瞬逝场被样本(被检测者)吸收。更详细而言，被检测者的组织间液中的葡萄糖等吸收红外光。吸收后的光从棱镜30射出，在图1A所示的光纤23中传播并入射于检测器24。由此能够由所取得的中红外吸收光谱进行血糖值的测定。
需要说明的是，在图1C中在棱镜30内发生了5次反射，然而反射次数可以不足5次或是5次以上。为了提高灵敏度优选发生5次以上的反射，例如9次等。激光L向棱镜30的底面31及32的入射角θ是棱镜30的底面的法线与激光L所成的角，优选是临界角以上的角度，例如45°等。
在实施例1中，如图1B所示，通过透镜20使激光L聚光并入射于光纤22。由此与不透过透镜20的情况相比，激光L以扩散的状态从光纤22射出，并入射于棱镜30。因此提升了血糖值的测定精度。在下文中对于关于光的扩散的实验进行说明。
(实验)
图2A是表示实验的图。如图2A所示，按顺序配置透镜20、光纤22以及检测器25。在图2A中使激光L从未图示的光源(QCL10及12)入射于透镜20，在光纤22传播，并入射于检测器25。光纤22的直径是2mm，长度是15cm。检测器25例如由铟砷锑(InAsSb)形成。在该实验中，分别在不使用透镜20的比较例、在实施例1中使用焦距为16.5mm的透镜20的例子、在实施例1中使用焦距为5.95mm的透镜20的例子中，一边改变光纤22与检测器25之间的距离d一边检测光强度。
图2B是例示光的强度的图。横轴表示在检测器25的面内的位置，纵轴表示出射光的强度。如图2B所示由检测器25检测出的光强度描绘为高斯曲线。在检测器25的与光纤22对向的面中的光纤22的正面的位置(面内位置为0)处，强度表示峰值，并且从0越偏移则越降低。与虚线所示的曲线C1相比，实线所示的曲线C2的峰值强度低，半峰半宽(HWHM：halfwidth at half maximum(半峰半宽))大。如曲线C2那样HWHM大表示光被扩散，能够在较大范围内得到强度较强的光。
图2C是表示半峰宽与距离d的关系的图。横轴表示光纤22与检测器25之间的距离，纵轴表示HWHM。点线以及四边形表示比较例1，虚线以及三角形表示焦距为16.5mm的例子，实线以及圆形表示焦距为5.95mm的例子。在不使用透镜20的比较例1中与其他例子相比HWHM小，另外为检测到伴随着距离d的增加的HWHM的增加。
另一方面，在使用透镜20的实施例1中与比较例1相比HWHM大，并且伴随着距离d的增加HWHM也增加。特别是在焦距为5.95mm的例子中，与其他两个例子相比HWHM进一步变大。由此可知，通过使用焦距小的透镜20能够使从光纤22的出射光扩散。具体而言，在焦距为16.5mm的例子中，光从光纤22的端部起的扩散为2.8°，在焦距为5.95mm的例子中的扩散为8.4°。
根据实施例1，将通过透镜20聚光的激光L入射于棱镜30。因此，能够使激光L以扩散的状态入射于棱镜30。其结果，能够在大范围内获得高强度，抑制血糖分布的影响，提高了测定精度。
如图2C所示，通过缩短透镜20的焦距，能够进一步增大光的扩散。焦距例如优选为2mm以上且20mm以下。
如图1A所示血糖值测定装置100的光源是QCL10及12。因此与使用FTIR的装置相比成本低且小型，可搬运性良好。另外，光纤22及23与棱镜30连接。优选光纤22及23是柔软且透过红外光的中空光纤。由此能够在将棱镜30夹在被检测者的唇部的状态下测定血糖值。由于唇部的角质层比皮肤薄，因此中红外光容易侵入，提高了检测敏感度。需要说明的是，血糖值测定装置100也可以不具有光纤22及23。
虽然光源设为2个量子级联激光器QCL10及12，但也可以使用例如3个以上的QCL。例如也可以设为多个出射光的波数中的2个位于葡萄糖的吸收峰，1个是从葡萄糖的吸收峰偏离的波数。可以将该1个波数作为背景利用。
(变形例1)
图3A是例示在实施例1的变形例1中的光源的图。能够使用图3A所示的带透镜的CAN模块40取代图1A的QCL10。CAN模块40包括封装41、TEC(Thermoelectric cooler(热电冷却器))42、子台座44、盖46、透镜48以及QCL10。在封装41内安装有TEC42，在TEC42上安装有子台座44，在子台座44上安装有QCL10。通过将盖46安装于封装41，封装41内被气密密封。在盖46的与QCL10对向的位置处设置有透镜48。
使用设置于封装41的引脚41a能够向QCL10以及TEC42输入以及输出电信号。TEC42含有例如帕尔贴元件进行温度调节。透镜48是准直透镜或者聚光透镜。能够使用具有QCL12的CAN模块40取代图1A的QCL12。当透镜48是聚光透镜的情况下，被聚光的光入射于光纤22。因此可以不设置图1A所示的透镜20。
(变形例)
图3B是例示实施例1的变形例2的血糖值测定装置的图，是透镜20以及棱镜30的放大图。如图3B所示将在透镜20聚光的激光L不经由光纤入射于棱镜30。优选透镜20与棱镜30的靠透镜20侧的侧面之间的距离为例如透镜20的焦距以下。根据变形例2，与实施例1相同，能够将激光L在扩散了的状态下入射于棱镜30。其结果是，能够在大范围内获得高强度，抑制血糖分布的影响，提高了测定精度。
[实施例2]
图4A是例示实施例2的血糖值测定装置200的示意图。如图4A所示血糖值测定装置200不具有透镜20，激光L不经由透镜20而入射于光纤22。其他的构成与实施例1相同。另外，使棱镜30与被检测者的唇部等接触，并使激光从QCL10及12入射，通过利用检测器24检测红外光来测定血糖值也与实施例1相同。
图4B是棱镜30的放大图。对激光L向底面31及32的入射角θ进行说明。棱镜30的折射率为n1，与棱镜30接触的样本(人体等生物组织)的折射率为n2。棱镜30与样本的边界面的临界角θc由以下公式给出。
θc＝sin－1(n2/n1)
在临界角θc附近瞬逝场急剧增大，可能会导致样本的吸收变得过大而S/N比大幅降低。因此，将向底面31及32的入射角θ的下限设为例如θc+3°。例如在棱镜30是ZnS的情况下，折射率n1为2.2。作为测定对象的生物组织的折射率n2为1.2，临界角θc为33°。在此将入射角θ的下限设为例如θc+3°即36°，将上限设为例如45°。
根据实施例2，将入射角的下限设为θc+3°。由此，激光L的反射次数增加且干涉被抑制。因此在大范围内获得高强度，抑制血糖分布的影响，能够进行高精度的血糖值测定。另外通过以一定的角度入射激光，使瞬逝场的穿透深度增加，因此强度变高，测定精度提高。入射角的下限小于θc+3°，例如可以是θc+4°、θc+5°等。
[实施例3]
图5是实施例3中的光纤22以及棱镜30的放大图。如图5所示光纤22具有前端部22a以及直线部22b。在直线部22b的前端且与棱镜30对向的位置设有前端部22a。前端部22a朝向棱镜30为尖细的锥形形状。光纤22的前端部22a的端部的直径R1例如是1.6mm，直线部22b的直径R2例如是2mm。前端部22a相对于直线部22b的倾斜角k例如是5°以上且15°以下。其他结构以及血糖值的测定方法与实施例2相同。
根据实施例3，由于光纤22具有锥形形状的前端部22a，因此从前端部22a的出射光扩散并入射于棱镜30。因此能够抑制血糖分布的影响，提高测定精度。
[实施例4]
实施例4是将实施例1与实施例2组合的例子。血糖值测定装置的结构与图1A相同。根据实施例4，使通过透镜20聚光的光以实施例2的入射角度入射于棱镜30。由此能够高精度地测定血糖值。
[实施例5]
实施例5是将实施例2与实施例3组合的例子。血糖值测定装置的结构与图4A相同，光纤22具有图5所示的前端部22a。根据实施例5，使从光纤22的前端部22a射出的光以实施例2的入射角度入射于棱镜30。由此能够高精度地测定血糖值。
(实验)
在实施例1～5以及比较例2中，测定了向棱镜30的入射光的损失。比较例2是不使用透镜20以及锥形形状的光纤22且入射角为45°的例子。
图6A是表示用于实验的样本的图。如图6A所示在棱镜30的底面31贴有胶带34。棱镜30的长度L1是24mm，胶带34的长度L2是2mm。将胶带34贴在棱镜30的一端，使用与各例对应的血糖值测定装置，使激光L入射并测定由胶带34进行的吸收。之后，将胶带34贴在错开2mm的位置并再次进行测定。重复以上步骤直至棱镜30的另一端。胶带34是由氟树脂形成的CHUKOH FLO(注册商标)胶带。光的波长是8.68μm。实施例1及3、比较例2中的入射角为45°，实施例2、4及5中的入射角为40°。实施例1及4中的透镜20的焦距为6mm。实施例3及5中的光纤22的前端部22a的角度k为10°。
图6B是表示损失的测定结果的图。横轴是棱镜30的底面31的长度，纵轴是各例中的以平均值标准化的光的损失。从上方起示出的No.1～6分别对应实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、比较例2。各例中的点划线是平均值，实线是损失。从棱镜30的一端到另一端按1mm设为12个区域，用实线表示每个区域的损失。
与对应于比较例2的No.6相比，在对应于实施例1～5的No.1～5中偏差较小。特别是在No.2～4中偏差变小。表1表示变动系数。
[表1]
Figure BDA0003138700150000121
如表1所示，对应于比较例2的No.6的变动系数为0.387，在各例之中为最大。实施例1～5(No.1～5)的变动系数小于比较例2，特别是实施例4的变动系数为0.159在该实验中为最小。如上所述，根据实施例1～5能够使从QCL向棱镜30的入射光接近均一。因此能够提高测定精度。
标号说明
10、12 QCL
20、48 透镜
22、23 光纤
22a 前端部
22b 直线部
24、25 检测器
30 棱镜
31、32 底面
34 胶带
41 封装
41a 引脚
42 TEC
44 子台座
46 盖
50 唇部
100、200 血糖值测定装置

Claims (10)

1.一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，其中，
该血糖值测定装置具备：
光源，射出红外区域的激光；
透镜，使所述激光聚光；
光纤，通过所述透镜聚光后的所述激光入射于该光纤；以及
棱镜，从所述光纤射出的所述激光入射于该棱镜。
2.一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，其中，
该血糖值测定装置具备：
光源，射出红外区域的激光；
透镜，使所述激光聚光；以及
棱镜，通过所述透镜聚光后的所述激光入射于该棱镜。
3.根据权利要求1或2所述的血糖值测定装置，其中，
所述透镜的焦距为2mm以上且20mm以下。
4.一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，其中，
该血糖值测定装置具备：
光源，射出红外区域的激光；以及
棱镜，所述激光入射于该棱镜，
所述激光向所述棱镜的反射所述激光的面的入射角的下限是临界角+3°。
5.一种血糖值测定装置，是使用红外光谱法的血糖值测定装置，其中，
该血糖值测定装置具备：
光源，射出红外区域的激光；
光纤，所述激光入射于该光纤，该光纤的前端为尖细的锥形形状；以及
棱镜，从所述前端射出的所述激光入射于该棱镜。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的血糖值测定装置，其中，
所述光源是量子级联激光器。
7.一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，其中，
该血糖值测定方法具有如下步骤：
使被检测者接触棱镜，
使红外区域的激光经由聚光透镜以及光纤入射于所述棱镜，
检测从所述棱镜射出的所述激光。
8.一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，其中，
该血糖值测定方法具有如下步骤：
使被检测者接触棱镜，
使红外区域的激光经由聚光透镜入射于所述棱镜，
检测从所述棱镜射出的所述激光。
9.一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，其中，
该血糖值测定方法具有如下步骤：
使被检测者接触棱镜，
使红外区域的激光入射于所述棱镜，
检测从所述棱镜射出的所述激光，
所述激光向所述棱镜的反射所述激光的面的入射角度的下限是临界角+3°。
10.一种血糖值测定方法，使用红外光谱法，其中，
该血糖值测定方法具有如下步骤：
使被检测者接触棱镜，
使红外区域的激光经由光纤入射于所述棱镜，
检测从所述棱镜射出的所述激光，
所述光纤的前端为尖细的锥形形状。
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