CN117043580A - 生物体成分测定装置以及生物体成分测定方法 - Google Patents
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Abstract
在本公开所涉及的生物体成分测定装置(100)中，调制部(11)将从激励光源(1)放射的激励光进行强度调制并入射到光学介质(3)。调制部(11)构成为按照从低频率向高频率的顺序切换多个调制频率。多个调制频率包含第1频率和比第1频率高的第2频率。光位置检测器(4)检测对样品(5)照射以第1频率调制强度后的激励光时的探测光的位置和对样品照射以第2频率调制强度后的激励光时的探测光的位置。生物体成分取得部(9)根据第1频率下的探测光的位置以及第2频率下的探测光的位置，测定样品(5)的生物体成分。
Description
技术领域
本公开涉及生物体成分测定装置以及生物体成分测定方法。
背景技术
日本特表2017-519214号公报(专利文献1)公开了具备光学介质、红外光源、探测光源以及光电二极管的非侵袭分析系统。具体而言，在光学介质的表面载置生物体样品。红外光源放射红外光。红外光经由光学介质被照射到生物体样品。红外光被生物体样品吸收，生物体样品发热。生物体样品的吸收热的程度依赖于样品中的或者样品的表面上的生物体成分的量或者浓度。
探测光源朝向光学介质放射作为可见光的探测光。探测光在光学介质与生物体样品之间的界面被全内反射，从光学介质射出。生物体样品的吸收热在光学介质中传输，使光学介质的折射率变化。光学介质的折射率的变化影响光学介质与生物体样品之间的界面中的探测光的全内反射，使从光学介质射出的探测光的行进方向变化。光电二极管检测探测光的行进方向的变化。根据用光电二极管检测的探测光的行进方向的变化，测定生物体成分的量或者浓度。例如，在样品是患者的皮肤的情况下，作为生物体成分测定患者的血糖值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2017-519214号公报
发明内容
在专利文献1记载的非侵袭分析系统中，在红外光源与光学介质之间配置有光学斩波器。针对从红外光放射的红外光(连续光)，利用光学斩波器调制强度并照射到生物体样品。对生物体样品照射以与光学斩波器的斩波频率对应的周期开启关闭的脉冲光。
在专利文献1中，对生物体样品照射针对不同的每个调整频率调制强度后的红外光。高频的调整频率带来更接近生物体样品的表面的区域中的吸收过程，另一方面，低频的调整频率带来生物体样品的更深的层中的吸收过程。非侵袭分析系统构成为根据以不同的调整频率分别检测的探测光的行进方向的变化，分析患者的皮肤的不同的层。
在上述非侵袭分析系统中，为了高精度地测定生物体成分，需要在生物体样品的吸收热在光学介质中稳定并且高效地传输的最佳的位置配置生物体样品。因此，在开始测定时，调整光学介质的表面中的生物体样品的位置。在该生物体样品的位置调整中，对生物体样品照射以预先决定的频率调制强度后的红外光的同时，使用光电二极管来检测探测光的行进方向的变化。然而，调整频率成为越高频，则生物体样品的吸收热变得越小，所以生物体样品的吸收热在光学介质中不充分地传输，难以判定生物体样品的位置是否为最佳。其结果，存在导致测定精度降低的可能性。
进而，如专利文献1在红外光的强度调制中使用光学斩波器的结构中，存在由于在光学斩波器的构造相比于使调制频率从低的频率变化为高的频率的情况，在使调制频率从高的频率变化为低的频率的情况下在调制频率的调整中花费更长的时间这样的问题。
本公开是为了解决如上述的课题而完成的，本公开的目的在于提供能够高精度并且高效率地测定生物体成分的生物体成分测定装置以及生物体成分测定方法。
本公开所涉及的生物体成分测定装置具备：光学介质，包括样品载置面；激励光源，朝向载置于样品载置面上的样品放射在光学介质中前进的激励光；探测光源，放射在光学介质中前进的探测光；光位置检测器，检测从光学介质射出的探测光的位置；生物体成分取得部，与光位置检测器连接；以及调制部，将激励光进行强度调制并入射到光学介质。在样品载置面的俯视时，光学介质中的探测光的光路与样品载置面中的被激励光照射的部分重叠。调制部构成为按照从低频率向高频率的顺序切换多个调制频率。多个调制频率包含第1频率和比第1频率高的第2频率。光位置检测器检测对样品照射以第1频率调制强度后的激励光时的探测光的位置。光位置检测器检测对样品照射以第2频率调制强度后的激励光时的探测光的位置。生物体成分取得部根据第1频率下的探测光的位置以及第2频率下的探测光的位置，测定样品的生物体成分。
本公开所涉及的生物体成分测定方法是测定样品的生物体成分的生物体成分测定方法。生物体成分测定方法具备：将激励光的强度调制中的调制频率设定为第1频率的步骤；放射在光学介质中前进的探测光，并且朝向载置于光学介质的样品载置面的样品照射以第1频率调制强度后的激励光的同时，检测从光学介质射出的探测光的位置的步骤；将强度调制中的调制频率从第1频率变更为比第1频率高的第2频率的步骤；放射在光学介质中前进的探测光，并且朝向载置于光学介质的样品载置面的样品照射以第2频率调制强度后的激励光的同时，检测从光学介质射出的探测光的位置的步骤；以及根据第1频率下的探测光的位置以及第2频率下的探测光的位置，测定样品的生物体成分的步骤。
根据本公开，能够提供能够高精度并且高效率地测定生物体成分的生物体成分测定装置以及生物体成分测定方法。
附图说明
图1是示出实施方式1所涉及的生物体成分测定装置的结构的图。
图2是用于说明实施方式所涉及的生物体成分测定方法的基本概念的流程图。
图3是用于说明实施方式所涉及的生物体成分测定方法的流程图。
图4是用于说明实施方式所涉及的生物体成分测定方法的图。
图5是示出实施方式2所涉及的生物体成分测定装置的结构的图。
(符号说明)
1：激励光源；2：探测光源；3：光学介质；4：光位置检测器；5：样品；6：激励光；7：探测光；71a：第1位置；71b：第2位置；8：折射率梯度区域；9：生物体成分取得部；10：记录部；11：光学斩波器；12：锁相放大器；13：振荡器；14：电源；15：调制器；100：生物体成分测定装置；δ：位移量。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本公开的实施方式。此外，以下，对图中的同一或者相当部分附加同一符号，原则上不反复其说明。
实施方式1.
图1是示出实施方式1所涉及的生物体成分测定装置的结构的图。实施方式1所涉及的生物体成分测定装置100是用于非侵袭地测定样品5的生物体成分的装置。
如图1所示，实施方式1所涉及的生物体成分测定装置100具备激励光源1、探测光源2、光学介质3、光位置检测器4、生物体成分取得部9、记录部10、光学斩波器11、锁相放大器12、振荡器13、以及电源14。
光学介质3具有第1面31、与第1面31相反的一侧的第2面32、连接第1面31以及第2面32的第3面33、以及连接第1面31以及第2面32并且与第3面33相反的一侧的第4面34。
光学介质3的第1面31是从激励光源1放射的激励光6的入射面。第2面32是样品载置面。样品5载置于第2面32上，与第2面32接触。样品5例如是患者的皮肤或者体液等。在被测定物质是液体的情况下，样品5是收容于透明的样品保持器的液体。第3面33是从探测光源2放射的探测光7的入射面。第3面33的法线方向相对探测光7的入射方向倾斜。第4面34是探测光7的射出面。第4面34相对探测光7的射出方向倾斜。光学介质3例如也可以是全内反射棱镜(TIR棱镜)。
光学介质3相对激励光6透明。在本说明书中，光学介质3相对激励光6透明意味着针对激励光6的光学介质3的光透射率是25％以上。针对激励光6的光学介质3的光透射率既可以是50％以上，也可以是75％以上，还可以是90％以上。
光学介质3相对探测光7透明。在本说明书中，光学介质3相对探测光7透明意味着针对探测光7的光学介质3的光透射率是25％以上。针对探测光7的光学介质3的光透射率既可以是50％以上，也可以是75％以上，还可以是90％以上。
光学介质3由具有15.0W/(m·K)以下的热传导率的材料形成。形成光学介质3的材料的热传导率既可以是10.0W/(m·K)以下，也可以是5.0W/(m·K)以下，还可以是3.0W/(m·K)以下，还可以是2.0W/(m·K)以下，还可以是1.0W/(m·K)以下。光学介质3的材料的热传导率是样品5的热传导率的0.5倍以上。光学介质3的材料的热传导率既可以是样品5的热传导率的0.75倍以上，也可以是样品5的热传导率以上，还可以是样品5的热传导率的1.5倍以上，还可以是样品5的热传导率的2.0倍以上。
光学介质3由硫属化物玻璃形成。硫属化物玻璃例如含有2摩尔％以上且22摩尔％以下的锗(Ge)、6摩尔％以上且34摩尔％以下的从由锑(Sb)以及铋(Bi)构成的群选择的至少1个元素、1摩尔％以上且20摩尔％以下的锡(Sn)、以及58摩尔％以上且70摩尔％以下的从由硫(S)、硒(Se)以及碲(Te)构成的群选择的至少1个元素。该硫属化物玻璃的热传导率是0.36W/(m·K)。
激励光源1从电源14接受电力供给，朝向载置于样品载置面(第2面32)上的样品5放射激励光6。激励光6从激励光源1放射，从第1面31入射到光学介质3。激励光6在光学介质3中前进，从第2面32入射到样品5。激励光6被样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分吸收。例如，在使用生物体成分测定装置100得到患者的血糖值的情况下，生物体成分是存在于真皮中的组织间质液中的糖。通过由生物体成分吸收激励光6，在样品5中产生吸收热。样品5的吸收热在光学介质3中传导。通过在光学介质3的内部产生温度梯度区域，在光学介质3内部产生折射率梯度区域8。
激励光6的波长根据样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分的吸收波长决定。激励光6的波长也可以比探测光7的波长长。激励光6的波长例如是6.0μm以上。激励光6的波长也可以是8.0μm以上。激励光6的波长例如是13.0μm以下。激励光6的波长也可以是11.0μm以下。激励光6也可以是具有多个波长的光。例如，在使用生物体成分测定装置100来测定患者的血糖值的情况下，激励光6的波长范围是包含糖的指纹谱的波长的波长范围(例如8.5μm以上10μm以下的波长范围)。激励光源1例如是能够放射宽带的红外光的量子级联激光器。在以下的说明中，设为激励光6是具有3个波长λ1、λ2、λ3的光。波长λ1、λ2的光被样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分吸收。波长λ3的光不被该生物体成分吸收，被用作参照光。
探测光源2放射探测光7。探测光7从光学介质3的第3面33入射到光学介质3。探测光7在第3面33折射，朝向光学介质3(第2面32)与样品5之间的界面，在光学介质3中前进。在样品载置面(第2面32)的俯视时，光学介质3中的探测光7的光路与样品载置面(第2面32)中的被激励光6照射的部分重叠。探测光7在光学介质3(第2面32)与样品5之间的界面全内反射。在探测光7在光学介质3中前进的期间，探测光7在通过样品5的吸收热而在光学介质3内产生的折射率梯度区域8中前进。探测光7在折射率梯度区域8中折射，探测光7的行进方向变化。探测光7(第1射出探测光7a、第2射出探测光7b)从光学介质3的第4面34射出。
探测光7的波长例如是1100nm以上。探测光7的波长也可以是1300nm以上。探测光7的波长例如是1700nm以下。因此，作为探测光源2，能够使用如InGaAsP系半导体激光器或者InGaNAs系半导体激光器那样的廉价的光通信用半导体激光器。进而，探测光7并非可见光，所以能够降低探测光7对人眼造成损伤的风险。探测光7的输出例如是5mW以下。因此，能够降低探测光7对人眼造成损伤的风险。
光位置检测器4检测从光学介质3射出的探测光7的位置。在图1中，示出了未对样品5照射激励光6时的探测光(第1射出探测光7a)的第1位置71a和对样品5照射激励光6时的探测光(第2射出探测光7b)的第2位置71b。
在未对样品5照射激励光6的状态(以下还称为“基准状态”)下，在样品5中不产生吸收热。因此，在光学介质3的内部不产生温度梯度区域，在光学介质3内部不产生折射率梯度区域8。因此，如在图中实线所示，光学介质3中的探测光7(第1射出探测光7a)在折射率梯度区域8中不折射，从光学介质3的第4面34射出。探测光(第1射出探测光7a)的第1位置71a是基准状态下的探测光7的位置，与“基准位置”对应。
光位置检测器4检测对样品5照射激励光6的状态下的探测光(第2射出探测光7b)的第2位置71b。在对样品5照射激励光6的状态下，如上所述，在光学介质3内部产生折射率梯度区域8。因此，如在图中虚线所示，探测光(第2射出探测光7b)在光学介质3中的折射率梯度区域8中折射，从光学介质3的第4面34射出。探测光7(第2射出探测光7b)的第2位置71b是在对样品5照射激励光6时用光位置检测器4检测的探测光7的位置。通过对样品5照射激励光6，用光位置检测器4检测的探测光7的位置从第1位置71a(基准位置)位移到第2位置71b。
光位置检测器4输出与对样品5照射激励光6时的探测光7(第2射出探测光7b)的第2位置71b有关的信号。光位置检测器4例如是光电二极管或者半导体位置检测元件。
生物体成分取得部9与光位置检测器4连接。生物体成分取得部9取得作为第1位置71a(基准位置)与第2位置71b之间的距离的探测光7的位移量δ，从取得的位移量δ得到样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分的量或者浓度。记录部10记录利用生物体成分取得部9得到的生物体成分的量或者浓度。生物体成分取得部9以及记录部10例如是用运算处理装置执行的功能之一。
光学斩波器11配置于激励光6的光路中。光学斩波器11以任意的频率对从激励光源1放射的激励光6(连续光)进行斩波。激励光6成为以与光学斩波器11的斩波频率(使光开启/关闭的频率)对应的周期开启关闭的断续的光(脉冲光)，入射到光学介质3。光学斩波器11与用于对激励光6进行强度调制的“调制部”的一个实施例对应。光学斩波器11的斩波频率与用于对激励光6进行强度调制的“调制频率”的一个实施例对应。
在光学斩波器11中，能够应用公知的结构。光学斩波器11例如具有在圆周方向上配置有容许激励光6通过的开口部和遮挡激励光6的遮光部的旋转圆板和使该旋转圆板旋转的马达。通过利用马达使旋转圆板周期性地旋转，能够切换是否对样品5照射激励光6。即，激励光6以光学斩波器11的斩波频率接受强度调制。激励光6的斩波频率由旋转圆板的旋转速度决定。
振荡器13与光学斩波器11以及锁相放大器12连接。振荡器13设定光学斩波器11的斩波频率(调制频率)。振荡器13生成用于对激励光6进行斩波控制的控制信号，将生成的控制信号提供给光学斩波器11以及锁相放大器12。该控制信号包含光学斩波器11的斩波频率。
锁相放大器12与振荡器13和光位置检测器4连接。锁相放大器12根据从振荡器13提供的控制信号，选择性地放大从光位置检测器4输出的、与探测光7的位置有关的信号中的、与光学斩波器11的斩波频率(调制频率)同步的信号。
具体而言，锁相放大器12输出将光学斩波器11的斩波周期的开启期间中的探测光7的位置与该斩波周期的关闭期间中的探测光7的位置的差分放大后的信号。
斩波周期的开启期间与被照射激励光6的期间相当。因此，开启期间中的探测光7的位置与第2位置71b相当。斩波周期的关闭期间与未被照射激励光6的期间相当。因此，关闭期间中的探测光7的位置与第1位置71a(基准位置)相当。锁相放大器12根据光位置检测器4的输出信号，生成与作为第1位置71a(基准位置)与第2位置71b之间的距离的探测光7的位移量δ有关的信号。
此外，锁相放大器12的输出信号是将从光位置检测器4输出的、与探测光7的位置有关的信号中包含的噪声去除而得到的。因此，生物体成分测定装置100能够以提高的精度测定生物体成分。
此外，也可以设为不使用振荡器13，将光学斩波器11和锁相放大器12直接连接并相互交换信号，从而使光学斩波器11以及锁相放大器12的工作频率同步的结构。
接下来，说明使用图1所示的生物体成分测定装置100的生物体成分测定方法。
图2是用于说明本实施方式所涉及的生物体成分测定方法的基本概念的流程图。
本实施方式所涉及的生物体成分测定方法具备在对样品5照射激励光6的同时，调整样品载置面(第2面32)中的样品5的位置的步骤(S1)。其原因为，为了高精度地测定样品5的生物体成分，需要在样品5的吸收热在光学介质3中稳定并且高效地传输的最佳的位置配置样品5。特别是，在样品5是患者的手指且在其表面具有如指纹那样的微小的隆起的情况下，从确保样品5向光学介质3的接触压的观点，也需要调整样品5的位置。
在该步骤(S1)中，在对样品5照射激励光6的同时，使用光位置检测器4，调整在探测光7的行进方向上样品5相对激励光6以及探测光7的位置。
如上所述，照射到样品5的激励光6被样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分吸收。通过由生物体成分吸收激励光6，在样品5中产生吸收热。通过样品5的吸收热在光学介质3中传导，在光学介质3的内部产生温度梯度区域。因此，在光学介质3的内部产生折射率梯度区域8。探测光7在折射率梯度区域8中折射，从光学介质3射出。
光位置检测器4检测探测光7(第2射出探测光7b)的第2位置71b。通过对样品5照射激励光6，用光位置检测器4检测的探测光7的位置从第1位置71a(基准位置)位移到第2位置71b。锁相放大器12根据光位置检测器4的输出信号，生成与第1位置71a(基准位置)与第2位置71b之间的距离即探测光7的位移量δ有关的信号。
在步骤(S1)中，通过反复执行在沿着探测光7的行进方向改变样品5的位置的同时，根据锁相放大器12的输出信号取得探测光7的位移量δ的工作，搜索探测光7的位移量δ成为最大的位置。作为该搜索的结果，将探测光7的位移量δ成为最大的位置决定为样品5的位置。
本实施方式所涉及的生物体成分测定方法具备在对样品5照射激励光6的同时，使用光位置检测器4检测探测光7的位移量δ的步骤(S2)。在该步骤(S2)中，对被调整到最佳的位置的样品5照射激励光6。探测光7在光学介质3的内部产生的折射率梯度区域8中折射，从光学介质3射出。光位置检测器4检测探测光7(第2射出探测光7b)的第2位置71b。锁相放大器12根据光位置检测器4的输出信号，生成与基准位置与第2位置71b之间的距离即探测光7的位移量δ有关的信号。此外，步骤(S2)的工序能够与步骤(S1)的工序不间断地实施。
本实施方式所涉及的生物体成分测定方法具备根据探测光7的位移量δ得到样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分的量或者浓度的步骤(S3)。例如，记录部10储存有将生物体成分的种类、探测光7的位移量δ以及生物体成分的量或者浓度对应起来的数据表。生物体成分取得部9参照储存于记录部10的数据表，得到与生物体成分的种类和探测光7的位移量δ对应的生物体成分的量或者浓度。
在本实施方式所涉及的生物体成分测定装置100中，将激励光6利用光学斩波器11调制强度并照射到样品5。激励光6成为以与调制频率(光学斩波器11的斩波频率)对应的周期成为开启关闭的断续的光(脉冲光)。激励光6的每1周期的照射时间根据调制频率变化。调制频率越低，则每1周期的照射时间变得越长。
另一方面，由于每1周期的照射时间变化，激励光6针对样品5的侵入深度变化。具体而言，照射时间越长，则激励光6的侵入深度变得越深。因此，调制频率越低，则每1周期的照射时间变得越长，所以激励光6针对样品5的侵入深度变得越深。
例如，在样品5是患者的皮肤的情况下，样品5由表皮组织、存在于表皮组织的下层的真皮组织、以及存在于真皮组织的下层的皮下组织构成。表皮组织以角质为主成分，真皮组织以间质液以及细胞等为成分，皮下组织以脂肪为主成分。在调制频率高的情况下，每1周期的照射时间短，所以激励光6针对样品5的侵入深度变浅。因此，在测定中得到的信息主要成为与表皮组织有关的信息。
另一方面，在调制频率低的情况下，每1周期的照射时间长，所以激励光6针对样品5的侵入深度变深。因此，在测定中得到的信息成为将与表皮组织有关的信息和与真皮组织有关的信息合成的信息。此外，随着使调制频率降低，每1周期的照射时间变长，激励光6的侵入深度变深，所以在测定中得到的信息中包含的与真皮组织有关的信息的比率变大。
在使用生物体成分测定装置100来测定患者的血糖值的情况下，生物体成分是存在于真皮组织中组织间质液中的糖，所以需要取得与真皮组织有关的信息。然而，如上所述，在测定中得到的信息中包括与表皮组织有关的信息，与该表皮组织有关的信息可能成为相对于与真皮组织有关的信息的噪声。
因此，在本实施方式所涉及的生物体成分测定方法中，切换多个调制频率，针对每个调制频率进行激励光6的强度调制。而且，根据与多个调制频率分别对应地得到的多个信息，取得血糖值测定所需的与真皮组织有关的信息。
图3是用于说明本实施方式所涉及的生物体成分测定方法的流程图。图4是用于说明本实施方式所涉及的生物体成分测定方法的图。
如在图2中说明，最初，实施在对样品5照射激励光6的同时，调整样品载置面(第2面32)中的样品5的位置的步骤(S1)。
该步骤(S1)具有使用振荡器13将光学斩波器11的斩波频率(调制频率)设定为第1频率f1的步骤(S11)。振荡器13根据设定的斩波频率(第1频率f1)生成控制信号，将生成的控制信号提供给光学斩波器11以及锁相放大器12。激励光6以光学斩波器11的斩波频率(第1频率f1)接受强度调制。
步骤(S1)具有在对样品5照射以第1频率f1调制强度后的激励光6的同时，使用光位置检测器4调整样品5的位置的步骤(S12)。图4(A)是示出对样品5照射以第1频率f1调制强度后的激励光6时的探测光7(第2射出探测光7b)的光路的图。
如图4(A)所示，以第1频率f1调制强度后的激励光6被样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分吸收。通过样品5的吸收热在光学介质3中传导，在光学介质3的内部产生折射率梯度区域8。探测光7在折射率梯度区域8中折射，从光学介质3射出。光位置检测器4检测探测光7(第2射出探测光7b)的第2位置71b。锁相放大器12根据光位置检测器4的输出信号，生成与第1位置71a(基准位置)与第2位置71b之间的距离即探测光7的位移量δ有关的信号。
在步骤(S12)中，通过反复执行在照射以第1频率f1调制强度后的激励光的同时，沿着探测光7的行进方向改变样品5的位置，根据锁相放大器12的输出信号取得探测光7的位移量δ的工作，搜索探测光7的位移量δ成为最大的位置。作为该搜索的结果，将探测光7的位移量δ成为最大的位置决定为样品5的位置。
在通过步骤(S1)调整样品5的位置后，接下来，实施在对样品5照射激励光6的同时，使用光位置检测器4检测探测光7的位移量δ1的步骤(S2)。
该步骤(S2)具有在对样品5照射以第1频率f1调制强度后的激励光6的同时，使用光位置检测器4检测探测光7的位移量δ1的步骤(S21)。即，在步骤(S21)中，对样品5照射以与在样品5的位置调整中使用的斩波频率相同的第1频率f1调制强度后的激励光6。锁相放大器12根据光位置检测器4的输出信号，生成与对样品5照射以第1频率f1调制强度后的激励光6时的探测光7的位移量δ1有关的信号。
探测光7的位移量δ1是对样品5照射以第1频率f1调制强度后的激励光6时的探测光7的位移量δ。探测光7的位移量δ1和与样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分的量或者浓度有关的信息相当。探测光7的位移量δ1被保存到记录部10。
步骤(S2)具有使用振荡器13将光学斩波器11的斩波频率(调制频率)设定为第2频率f2的步骤(S22)。第2频率f2高于第1频率f1(f2>f1)。振荡器13根据设定的斩波频率(第2频率f2)生成控制信号，将生成的控制信号提供给光学斩波器11以及锁相放大器12。激励光6以光学斩波器11的斩波频率(第2频率f2)接受强度调制。
步骤(S2)具有在对样品5照射以第2频率f2调制强度后的激励光6的同时，使用光位置检测器4检测探测光7的位移量δ2的步骤(S23)。图4(B)是示出对样品5照射以第2频率f2调制强度后的激励光6时的探测光7(第2射出探测光7b)的光路的图。
如图4(B)所示，以第2频率f2调制强度后的激励光6被样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分吸收。通过由生物体成分吸收激励光6，在样品5中产生吸收热。通过样品5的吸收热在光学介质3中传导，在光学介质3的内部产生折射率梯度区域8。探测光7(第2射出探测光7b)在折射率梯度区域8中折射，从光学介质3射出。光位置检测器4检测探测光7(第2射出探测光7b)的第2位置71b。锁相放大器12根据光位置检测器4的输出信号，生成与探测光7的位移量δ2有关的信号。
探测光7的位移量δ2是对样品5照射以第2频率f2调制强度后的激励光6时的探测光7的位移量δ。探测光7的位移量δ2和与样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分的量或者浓度有关的信息相当。探测光7的位移量δ2被保存到记录部10。
步骤(S2)具有使用振荡器13将光学斩波器11的斩波频率(调制频率)设定为第3频率f3的步骤(S24)。第3频率f3高于第2频率f2(f3>f2)。振荡器13根据设定的斩波频率(第3频率f3)生成控制信号，将生成的控制信号提供给光学斩波器11以及锁相放大器12。激励光6以光学斩波器11的斩波频率(第3频率f3)接受强度调制。
步骤(S2)具有在对样品5照射以第3频率f3调制强度后的激励光6的同时，使用光位置检测器4检测探测光7的位移量δ3的步骤(S25)。
以第3频率f3调制强度后的激励光6被样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分吸收。通过由生物体成分吸收激励光6，在样品5中产生吸收热。通过样品5的吸收热在光学介质3中传导，在光学介质3的内部产生折射率梯度区域8。探测光7(第2射出探测光7b)在折射率梯度区域8中折射，从光学介质3射出。光位置检测器4检测探测光7(第2射出探测光7b)的第2位置71b。锁相放大器12根据光位置检测器4的输出信号，生成与探测光7的位移量δ3有关的信号。
探测光7的位移量δ3是对样品5照射以第3频率f3调制强度后的激励光6时的探测光7的位移量δ。探测光7的位移量δ3和与样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分的量或者浓度有关的信息相当。探测光7的位移量δ3被保存到记录部10。
接下来，实施根据在步骤S21、S23、S25中分别得到的探测光7的位移量δ1、δ2、δ3，得到样品5中的或者样品5的表面51上的生物体成分的量或者浓度的步骤(SS3)。在该步骤(S3)中，生物体成分取得部9参照储存于记录部10的数据表，得到与生物体成分的种类和探测光7的位移量δ1、δ2、δ3对应的生物体成分的量或者浓度。
如图3所示，在本实施方式所涉及的生物体成分测定方法中，以多个频率(第1频率f1、第2频率f2以及第3频率f3)切换调制频率(光学斩波器11的斩波频率)，对样品5照射各调制频率的激励光6的同时，检测探测光7(第2射出探测光7b)的第2位置71b，得到多个探测光7的位移量δ1、δ2、δ3。此外，调制频率的数量不限定于3而也可以是2或者4以上。
如上所述，通过使调制频率不同，每1周期的激励光6的照射时间不同，所以激励光6相对于样品5的侵入深度不同。在图4的例子中，第1频率f1低于第2频率f2，所以激励光6相对于样品5的侵入深度变深。由于激励光6的侵入深度变深而在样品5中产生的吸收热增加，所以在光学介质3的内部产生的折射率梯度区域8也变大。其结果，探测光7的位移量δ1大于探测光7的位移量δ2。
在样品5是患者的皮肤的情况下，通过对样品5照射以第1频率f1调制强度后的激励光6的测定，得到探测光7的位移量δ1(第1信息)。第1信息是将与表皮组织有关的信息和与真皮组织有关的信息合成的信息。进而，通过对样品5照射以比第1频率f1低的第2频率f2调制强度后的激励光6的测定，得到探测光7的位移量δ2(第2信息)。第2信息包含与表皮组织有关的大量信息。在步骤S3中，通过从第1信息去除第2信息，能够得到与真皮组织有关的信息。例如，通过参照储存于记录部10的数据表，得到与位移量δ1对应的糖的量，并且得到与位移量δ2对应的糖的量。而且，通过从与位移量δ1对应的糖的量减去与位移量δ2对应的糖的量或者对2个糖的量进行除法，能够得到与真皮组织有关的信息。
进而，在本实施方式所涉及的生物体成分测定方法中，使多个调制频率按照从低频率到高频率的顺序变化。在图3的例子中，使3个调制频率按照第1频率f1、第2频率f2、第3频率f3的顺序变化。如图1所示，在激励光6的强度调制中使用光学斩波器11的结构中，存在由于光学斩波器11内部的马达等的构造，相比于使斩波频率从低的频率向高的频率变化的情况，在使斩波频率从高的频率向低的频率变化的情况下，在斩波频率的调整中花费更长的时间这样的问题。在一个例子中，为了使斩波频率从低频率向高频率变化花费几秒程度，相对于此，为了使斩波频率从高频率向低频率变化花费几十秒程度。在本实施方式中，由于使调制频率按照从低频率到高频率的顺序变化，能够使调制频率迅速地变化。由此，能够提高生物体成分的测定的效率。
进而，为了高精度地测定生物体成分，需要在样品5的吸收热在光学介质3中稳定并且高效地传输的最佳的位置配置样品5。因此，在开始测定时，实施调整光学介质3的第2面32(样品载置面)中的样品5的位置的步骤(S1)。
在该样品5的位置调整中，在对样品5照射以预先决定的频率调制强度后的激励光6的同时，使用光位置检测器4求出探测光7的位移量δ。通过搜索得到的位移量δ成为最大的位置，决定样品载置面中的样品5的最佳的位置。此时，调制频率越成为高频，则样品5的吸收热变得越小，所以样品5的吸收热不会在光学介质3中充分传输，难以判定样品5的位置是否为最佳。其结果，存在导致测定精度降低的可能性。
在本实施方式所涉及的生物体成分测定方法中，在开始测定时，通过将激励光6以低频率的调制频率(在图3的例子中以第1频率f1)调制强度，能够增大样品5的吸收热。因此，能够根据探测光7的位移量δ，容易地判定样品5的位置是否为最佳。通过将样品5配置到最佳的位置，能够提高测定精度。
实施方式2.
图5是示出实施方式2所涉及的生物体成分测定装置的结构的图。实施方式2所涉及的生物体成分测定装置100相比于图1所示的生物体成分测定装置100，在代替光学斩波器11以及振荡器13而具备调制器15的方面不同。
调制器15与电源14以及锁相放大器12连接。调制器15产生以与设定的调制频率对应的周期开启关闭的断续的信号(脉冲信号)。电源14依照从调制器15提供的输出信号，控制针对激励光源1的电力供给以及切断。具体而言，电源14在调制器15的输出信号的开启期间中对激励光源1供给电力，在该输出信号的关闭期间中切断向激励光源1的电力供给。激励光源1通过从电源14断续地供给电力，产生以与调制频率对应的周期断续的光(脉冲光)。
在调制器15中，例如，应用信号发生器。但是，调制器15不限定于信号发生器，是能够对电信号进行调制的设备即可。另外，关于电源14，例示了对激励光源1供给根据调制器15的输出信号调制的电流或者电压的结构，但也可以设为通过使用具有调制功能的电源，使电源14以及调制器15一体的结构。
锁相放大器12根据从调制器15提供的信号，选择性地放大从光位置检测器4输出的、与探测光7的位置有关的信号中的、与调制频率同步的信号。因此，能够去除从光位置检测器4输出的、与探测光7的位置有关的信号中包含的噪声。由此，与实施方式1所涉及的生物体成分测定装置100同样地，能够以提高的精度测定生物体成分。
图1所示的生物体成分测定装置100具有光学斩波器11及其驱动机构等，所以有可能生物体成分测定装置100大型化、并且占用大的设置空间。
根据实施方式2所涉及的生物体成分测定装置100，采用调制电源14针对激励光源1的输出信号的结构，所以不需要在激励光源1与光学介质3之间设置光学斩波器11。其结果，能够实现生物体成分测定装置100的小型化以及省空间化。
应认为本次公开的实施方式在所有方面为例示而非限制性的。本公开的范围并非由上述说明示出而由权利要求示出，意图包括与权利要求均等的意义以及范围内的所有变更。
Claims (7)
1.一种生物体成分测定装置，具备：
光学介质，包括样品载置面；
激励光源，朝向载置于所述样品载置面上的样品放射在所述光学介质中前进的激励光；
探测光源，放射在所述光学介质中前进的探测光；
光位置检测器，检测从所述光学介质射出的所述探测光的位置；
生物体成分取得部，与所述光位置检测器连接；以及
调制部，将所述激励光进行强度调制并入射到所述光学介质，
在所述样品载置面的俯视时，所述光学介质中的所述探测光的光路与所述样品载置面中的被所述激励光照射的部分重叠，
所述调制部构成为按照从低频率向高频率的顺序切换多个调制频率，所述多个调制频率包含第1频率和比所述第1频率高的第2频率，
所述光位置检测器检测对所述样品照射以所述第1频率调制强度后的所述激励光时的所述探测光的位置，并且检测对所述样品照射以所述第2频率调制强度后的所述激励光时的所述探测光的位置，
所述生物体成分取得部根据所述第1频率下的所述探测光的位置以及所述第2频率下的所述探测光的位置，测定所述样品的生物体成分。
2.根据权利要求1所述的生物体成分测定装置，其中，
所述调制部包括配置于所述激励光的光路中的光学斩波器，
所述生物体成分测定装置还具备：
锁相放大器，与所述光学斩波器和所述光位置检测器连接；以及
振荡器，设定所述光学斩波器以及所述锁相放大器的工作频率。
3.根据权利要求1所述的生物体成分测定装置，其中，
所述调制部包括调制电源针对所述激励光源的输出信号的调制器，
所述生物体成分测定装置还具备与所述调制器和所述光位置检测器连接的锁相放大器。
4.根据权利要求2或者3所述的生物体成分测定装置，其中，
所述锁相放大器生成与未对所述样品照射所述激励光时的所述探测光的第1位置与对所述样品照射所述激励光时的所述探测光的第2位置之间的距离即所述探测光的位移量有关的信号，
所述生物体成分取得部根据所述第1位置与所述第1频率下的所述第2位置之间的距离即所述探测光的第1位移量和所述第1位置与所述第2频率下的所述第2位置之间的距离即所述探测光的第2位移量，测定所述样品的所述生物体成分。
5.一种生物体成分测定方法，测定样品的生物体成分，其中，所述生物体成分测定方法具备：
将激励光的强度调制中的调制频率设定为第1频率的步骤；
放射在光学介质中前进的探测光，并且朝向载置于所述光学介质的样品载置面的所述样品照射以所述第1频率调制强度后的所述激励光的同时，检测从所述光学介质射出的所述探测光的位置的步骤；
将所述强度调制中的所述调制频率从所述第1频率变更为比所述第1频率高的第2频率的步骤；
放射在所述光学介质中前进的所述探测光，并且朝向载置于所述光学介质的所述样品载置面的所述样品照射以所述第2频率调制强度后的所述激励光的同时，检测从所述光学介质射出的所述探测光的位置的步骤；以及
根据所述第1频率下的所述探测光的位置以及所述第2频率下的所述探测光的位置，测定所述样品的生物体成分的步骤。
6.根据权利要求5所述的生物体成分测定方法，其中，还具备：
放射在所述光学介质中前进的所述探测光，并且朝向载置于所述光学介质的所述样品载置面的所述样品照射以所述第1频率调制强度后的所述激励光的同时，调整所述样品载置面中的所述样品的位置的步骤。
7.根据权利要求5或者6所述的生物体成分测定方法，其中，还具备：
检测未对所述样品照射所述激励光时的所述探测光的第1位置与对所述样品照射以所述第1频率调制强度后的所述激励光时的所述探测光的第2位置之间的距离即所述探测光的第1位移量的步骤；
检测所述第1位置与对所述样品照射以所述第2频率调制强度后的所述激励光时的所述探测光的所述第2位置之间的距离即所述探测光的第2位移量的步骤；以及
根据所述第1位移量以及所述第2位移量，测定所述样品的所述生物体成分的步骤。
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