CN1218903A - 特定成分的浓度测定装置和浓度测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的特定成分浓度测定装置,包括:光源;用光源的投射光照射受检体的照射手段;对照射手段照射、经过受检体的光进行接收的多个光接收手段;对各个光接收手段接收的光进行分光的分光手段;以及检测分光手段分出的光的光检测手段。

Description

特定成分的浓度测定装置和浓度测定方法
本发明涉及一种对人等生物体的体液、液体等样品中所含的光吸收物质，例如葡萄糖的浓度进行光谱分析的测定装置和测定方法。
例如特开平9-182739号公报揭示了现有的对特定成分浓度进行光谱分析的装置。
该光谱分析装置，靠装置对受检体进行光照射，通过对受检体的透射光进行光谱分析，得到受检体中光吸收物质的浓度。
图5简略示出该装置。光源31发出的光经聚光透镜32会聚后，照射人体手指等受检体33。这里，光照射经受检体33的内部散射和传播后，由受检体33出射。在受检体33中传播的光，因光吸收物质吸收特定波长成分。受检体33的出射光由聚光透镜34会聚。分束器35将聚光透镜34的会聚光分光。干涉滤光片36和37在分束器34分光得到的各束光中仅仅让对所要测定的光吸收成分显示较高光吸收率的特定波长成分通过。光检测器38和39将基于所到达光强度的信号输出至运算处理装置40。运算处理装置40根据这些光检测器38和39的输出信号计算光吸收成分浓度。
但上述这类分析装置，在测定生物体中体液成分浓度时，其测定值误差较大。这是因为生物体中体液分布不均匀的缘故。具体来说，光照射位置一旦有点移动，生物体内光的路径就会变化，生物体出射光所含的信息就变动。将生物体测定部位按压在固定台等上面测定时，血液流动会随按压力的细微变化而变化，得到的测定值误差增大。
本发明目的在于解决上述问题，提供一种可以对特定成分尤其是生物体体液成分高精度测定其浓度的浓度测定装置和浓度测定方法。
本发明的特定成分浓度测定装置，包括：光源；用光源的投射光照射受检体的照射手段；对照射手段照射、经过受检体的光进行接收的多个光接收手段；对各个光接收手段接收的光进行分光的分光手段；以及检测分光手段分出的光的光检测手段。
按照本发明，对生物体等受检体进行光照射，由多个光接收手段对经过受检体内部后受检体所出射光的成分进行接收。通过分别对光接收手段接收的光进行光谱分析，计算受检体中所含光吸收成分的浓度。通过由多个光接收手段对经过受检体内部的光进行接收，即便对受检体进行光照射的位置有所变化，或者，受检体与照射手段或光接收手段的接触部位或是此处所加的压力有所变化，也可以减小给测定值带来的影响。本发明有助于对生物体体液成分的分析。通过配备多个光接收手段，可以由不同路径在生物体内传播的多束光获得信息，因而能够以更高精度正确地分析分布不均匀的生物体内的体液成分。
本发明较佳实施例中，照射手段或光接收手段包括光纤。
本发明另一较佳实施例中，照射手段的光出射端和光接收手段的光入射端置于相同面上。
此外，光接收手段的入射端分别有多个置于以照射手段的出射端为中心的多个同心圆上。尤其是多个同心圆中置于大直径圆上的入射端的面积比置于小直径圆上的入射端的面积大的为佳。
本发明还有一较佳实施例，包括：根据多个同心圆中置于直径互不相同的圆上的入射端所接收的多束光的光强差或光强比，计算受检体中所含的特定成分浓度的运算手段。
本发明的特定成分浓度测定方法，包括：
对受检体进行光照射的步骤；
由多个光接收手段对所照射光中经过所述受检体的光进行接收的步骤；
对各个光接收手段接收的光的特定波长成分检测其光强的步骤；以及
根据所得到的多种特定波长成分的光强差或光强比计算受检体中所含特定成分浓度的步骤。
图1是示意本发明一实施例浓度测定装置构成的示意图。
图2是示意该装置主要部分构成的示意图。
图3是示意本发明另一实施例浓度测定装置构成的示意图。
图4是该装置测定面的平面图。
图5是示意现有生物体成分光谱分析装置构成的示意图。
以下用附图详细说明本发明实施例。
(实施例1)
图1和图2概略示出本实施例体液成分浓度测定装置。
光源1采用例如投射波长400～2200nm光的卤素光源。聚光透镜2会聚光源1的投射光，由入射端3a入射至光纤3。这里，光纤3是石英等制成的。进入光纤3的光经光纤3传播后由出射端3b出射。
光纤5、6和7配置成其端部(分别为入射端5a、6a和7a)同光纤3出射端3b位于相同面上。其中，入射端5a、6a和7a分别按与出射端3b互不相同的间隔配置。该光纤3出射端3b同光纤5、6和7的入射端5a、6a和7a的配置面(以下称为测定面)与生物体等受检体紧密接触。
入射端5a、6a和7a接收经受检体内部传播后受检体的出射光。入射至入射端5a的光经光纤5内传播后出射至分光单元16。入射至入射端6a和7a的光分别出射至分光单元17和18。分光单元16、17和18对来自这些光纤5、6和7的入射光进行光谱分析。
图2概略示出分光单元16。透镜8将光纤5的出射光变换为平行光。分束器9和11将透镜8的透射光分别按特定波段分离。例如，分束器9反射波长600-900nm光，让除此以外波长的光透射。分束器11反射波长900～1200nm光，让除此以外波长的光透射。干涉滤光片10、12和13在所分离的光当中有选择地仅让特定波长成分透射。这些干涉滤光片10、12和13设定为让所要识别的特定成分其吸收多的波长的光透射。光检测器4a、4b和4c分别检测干涉滤光片10、12和13的透射光，输出与其光强对应的信号。这里，分束器9和11的反射光波段如前文所述时，光检测器4a、4b和4c可分别采用利用Si、InGaAs和Ge的检测器。
分光单元17和18具有与分光单元16相同的构成，分别对光纤6和7的出射光进行光谱分析，将信号输出至运算部14。
运算部14根据来自分光单元16、17和18的输入信号，计算所要求出的特定成分浓度。显示部15显示其结果。这里，运算部14以距出射端3b最近的入射端5a接收的光得到的信号为基准，根据入射端6a和7a接收的光强比计算特定成分的浓度。由此可以消除光照射量变化、光照射位置变化等测定值变动因素。
此外，通过配备多个光接收手段，可根据沿分别不同的路径在受检体内传播的反馈光获得信息，尤其对生物体体液成分进行浓度分析等场合，能够以更高精度测定。通过配备例如3个以上光接收手段，可甄别和消除测定异常造成的异常值。
测定面上多个入射端当中，距出射端越近，所到达光中包含的在受检体表面附近传播的成分就越多，而越远，所包含的在受检体深部传播的光就越多，因此象生物体那样所要测定的成分在距测定面深度方向上的分布不同时，还可同时获得其深度方向的信息。
上述实施例中设有3个光接收手段，但光接收手段数目可根据需要变动。而且是将各反馈光分离为3种特定波长进行分析的，但这种数目也可根据需要设定。对反馈光分光的手段，除了采用上述分束器、干涉滤光片和光检测器以外，也可以采用衍射光栅。当然，光纤数目也没有限制。
光源可采用例如LED等发光元件。光检测手段也可采用例如光敏二极管阵列。
上述实施例中说明的照射手段和光接收手段是相对于受检体设置于相同方向上的反射型装置，但也可以是对受检体的透射光进行接收的透射型装置。
(实施例2)
图3概略示出本实施例浓度测定装置。
光源21是与实施例1中用的相同的卤素光源，投射波长400-2200nm光。光源21投射的光经光纤22传播，由位于测定面23的端部(以下称为出射端)出射至外部。光纤24、25和26分别将某一端部与分光单元27连接。这些光纤配置成分别分支至多处，这些分支一侧多个端部(以下称为入射端)位于测定面23。
测定面23上如图4所示，以光纤22的出射端22b为中心，将光纤24、25和26的多个入射端(24a、25a和26a)分别置于同心圆上。测定时使该测定面23与生物体等受检体接触。
入射端24a、25a和26a接收出射端22b出射经过受检体内传播的光。光纤24、25和26使入射端24a、25a和26a所接收的光会聚后，传送至分光单元27。
分光单元27与实施例1浓度测定装置所用的分光单元相同，包括分束器、干涉滤光片和光检测器。分光单元27将光纤24、25和26分别在测定面23上接收的光按特定波段分解，将与各波长光强对应的信号输出至运算部28。
运算部28根据分光单元27的输出信号，计算所要求出的特定成分的浓度。显示部29显示得出的结果。
光纤22出射端22b照射受检体的光经过受检体内部传播之后，通过光纤24、25和26反馈至分光单元27。这里，离开光纤22出射端22b的入射端所接收的光包含更深度进入受检体的成分。例如光纤26的入射端26a与光纤25的入射端25a相比，可接收更深度进入受检体的光。另一方面，象这样一旦增大入射端与出射端之间的距离，入射至每一根光纤的光量便减少。按照本实施例的浓度测定装置，通过在测定面上在以出射光纤为中心的圆上配置多个入射端，便可以将更多的入射端配置于离开出射端的部位。所以，可以抑制上述那种光接收量的减少。而且，可从更多的点获得受检体相同深度的信息，因而可以弥补各光纤光接收量减少所造成的信息量的下降。
此外，通过加粗外周一侧入射端的直径，也同样可增大光接收量。
通过象本实施例浓度测定装置在同心圆上配置多个入射端，在例如按压时测定面倾斜、部分入射端脱离受检体的场合，也因其相对于中心在另一侧的入射端可确保紧密接触，所以光接收量没有下降。因而，测定面同受检体的紧密接触即便有所变化，也可高精度测定。
通过将入射端和出射端置于同一面上，并在其周围形成一个整体，在例如按压于生物体上时也可方便地测定。尤其，将测定面形成为曲面形状的话，按压于生物体时，不会引起痛感，进一步提高紧密接触性，改善测定精度。
此外，通过采用多个光接收手段，可以排除测定时细微的生物体活动等带来的信号变动，故而能进行高精度的测定。
按照本发明，可提供一种能够稳定且高精度地测定特定成分浓度的浓度测定装置。尤其可提供一种能够方便且高精度地测定生物体体液成分的浓度测定装置。

Claims (7)

1．一种特定成分浓度测定装置，其特征在于包括：光源；用所述光源的投射光照射受检体的照射手段；对所述照射手段照射、经过所述受检体的光进行接收的多个光接收手段；对各个光接收手段接收的光进行分光的分光手段；以及检测所述分光手段分出的光的光检测手段。
2．如权利要求1所述的特定成分浓度测定装置，其特征在于，所述照射手段或光接收手段包括光纤。
3．如权利要求1所述的特定成分浓度测定装置，其特征在于，所述照射手段的光出射端和所述光接收手段的光入射端配置于相同面上。
4．如权利要求3所述的特定成分浓度测定装置，其特征在于，所述光接收手段的入射端分别有多个置于以所述照射手段的出射端为中心的多个同心圆上。
5．如权利要求4所述的特定成分浓度测定装置，其特征在于，所述多个同心圆中，置于大直径圆上的所述入射端的面积比置于小直径圆上的所述入射端的面积大。
6．如权利要求1所述的特定成分浓度测定装置，其特征在于包括：根据所述多个同心圆中置于直径互不相同的圆上的入射端所接收的多束光的光强差或光强比，计算受检体中所含的特定成分浓度的运算手段。
7．一种特定成分浓度测定方法，其特征在于包括：对受检体进行光照射的步骤；由多个光接收手段对所照射光中经过所述受检体的光进行接收的步骤；对各个光接收手段接收的光的特定波长成分检测其光强的步骤；以及根据所得到的多种特定波长成分的光强差或光强比计算受检体中所含特定成分浓度的步骤。
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