CN1771010A - 生物体信息测定装置、标准元件及该装置的使用方法 - Google Patents

Abstract

光源的光强度及光检测器的灵敏度有异常或特性变化的情况下，测定的精度会恶化。本发明的生物体信息测定装置，具备光源(11)、将由光源(11)出射的光照射于生物体上并接收返回的光的生物体测定用光学元件(12)、检测利用生物体测定用光学元件(12)接收的光的光检测器(16)、以及能够与生物体测定用光学元件(12)接触地配置的导光体(14)；在使导光体(14)与生物体测定用光学元件(12)接触地配置的状态下，利用光检测器(16)的输出进行异常检测或校正。

Description

生物体信息测定装置、标准元件及该装置的使用方法

技术领域

本发明涉及使用于通过以光学方式测定生物体组织来非侵入方式测定体液中的葡萄糖、胆固醇、尿素、甘油三酸酯等的生物体信息测定装置、标准元件、及生物体信息测定装置的使用方法。

背景技术

向来，在测定生物体及溶液中的特定成分时，使用各种生物体信息测定装置和校准(calibration)方法。

例如，在特许2648377号公报中，使用近红外线，由配置于生物体表面的光源射入到生物体内部的光，在生物体内部一边散射、吸收一边传播，再通过接收重现在生物体表面的光来检测生物体内部的信息。

在这种情况下，在光源与检测器的性能随着长时间使用而变化时，就会有测定值发生变化，测定精度劣化的问题。

因此，使光源射出的光照射到设于相对方向的保护罩上的反射体上，利用与光源在同一面上的受光部接收反射的光线，测量光的光量，对测定值进行修正，作为校正值。

然而，在上述已有的光学测定方法及光学测定装置中，具有以下所述的问题。在已有的方法中，光源所射出的光照射到附加于保护罩的反射板上，利用与光源设于同一平面内的受光部来检测由反射板反射的光。

从而，光源与受光部在同一平面上，而且在与他们相对的位置上设有反射板的情况下是有效的，而在向生物体射出光的出射部与来自生物体的光入射的入射部不在同一面上的情况下，将光线照射到反射板上，同时接收来自反射板的反射光是非常困难的。

图4表示将反射板用于光学测定装置的情况。即图4的光学测定装置由光源11、生物体测定用光学元件12、支持台13、以及导光检测手段16构成。又，反射板101设在与罩102的开口部相反的一侧。

支持台13是支持生物体测定用光学元件12的支持台，使由光源11出射的光入射到生物体测定用光学元件12上，并设有使从生物体测定用光学元件12出射的光出射到光检测器16上的孔部25。设在生物体测定用光学元件12上的槽部17含有向生物体出射光的出射部及来自生物体的光入射的入射部，不配置在它们的同一平面上，形成出射部射出的光能够直接入射到入射部的槽状。从而，将出射部射出的光照射到反射板101上，使该反射光入射到槽部17的入射部是困难的，不能够使由光源11出射的光再度通过生物体测定用光学元件12，利用导光检测手段16检测。

发明内容

考虑到上述课题，本发明的目的是，提供在向生物体射出光的出射部与从生物体来的光入射的入射部不在同一平面上的情况下也能够进行异常检测或校正的生物体信息测定装置、标准元件、以及生物体信息测定装置的使用方法。

为解决上述课题，本发明1为具备光源、使由上述光源射出的光照射于生物体、接收来自所述生物体的返回光的生物体测定用光学元件、检测利用所述生物体测定用光学元件接收的所述光的光检测器、以及能够在与所述生物体测定用光学元件接触地配置的状态下，将所述生物体测定用光学元件所照射的光加以引导，使其返回到所述生物体测定用光学元件上的标准导光体的生物体信息测定装置。

又，本发明2是还具备根据所述光检测器检测出的，从所述生物体返回的光，对所述生物体的生物体信息进行计算的运算部；根据在将所述导光体与所述生物体测定用光学元件接触地加以配置的状态下所述光检测器检测出的光，所述运算部检测出所述光源、所述生物体测定用光学元件及所述光检测器中的至少任何一个为异常的，本发明1的生物体信息测定装置。

又，本发明3是还具备根据所述光检测器检测出的，从所述生物体返回的光，计算出所述生物体的生物体信息的运算部；根据在将所述导光体与所述生物体测定用光学元件接触地加以配置的状态下所述光检测器检测出的光，所述运算部对所述生物体信息进行校正的，本发明1的生物体信息测定装置。

又，本发明4是在所述生物体测定用光学元件的表面的一部分上形成凹凸，所述导光体的与所述生物体测定用光学元件接触的部分能够变形的本发明1的生物体信息测定装置。

又，本发明5是，所述导光体由比空气折射率高，而比所述生物体测定用光学元件的折射率低的材料构成的，本发明1的生物体信息测定装置。

又，本发明6是所述导光体为散射体的，本发明1的生物体信息测定装置。

又，本发明7是所述导光体为弹性物质的，本发明4的生物体信息测定装置。

又，本发明8是所述导光体的弹性系数为1～10MPa的，本发明7的生物体信息测定装置。

又，本发明9是具备：光源、将所述光源射出的光照射到生物体上，接收来自所述生物体的返回的光的生物体测定用光学元件、以及检测所述生物体测定用光学元件接收的所述光的光检测器的生物体信息测定装置用的标准元件，

而且是具备能够在与所述生物体测定用光学元件接触地加以配置的状态下，将从所述生物体测定用光学元件照射出的光加以引导，使其返回到所述生物体测定用光学元件的导光体的标准元件。

又，本发明10是还具备将所述导光体的与所述生物体测定用的光学元件接触的部分以外的部分加以覆盖的罩的本发明9的标准元件。

又，本发明11是所述导光体的与所述生物体测定用光学元件接触的部分能够变形的本发明9的标准元件。

又，本发明12是所述导光体由比空气折射率高而比所述生物体测定用光学元件的折射率低的材料构成的本发明9的标准元件。

又，本发明13是所述导光体为散射体的本发明9的标准元件。

又，本发明14是所述导光体为弹性物质的本发明11的标准元件。

又，本发明15是所述导光体的弹性系数为1～10MPa的本发明14的标准元件。

又，本发明16是使用本发明1的生物体信息测定装置的生物体信息测定装置使用方法，是具备

使所述生物体测定用光学元件与作为测定对象的生物体接触，根据所述光检测器所检测出的光测定生物体信息的生物体信息测定步骤、以及

使所述标准导光体与所述生物体测定用光学元件接触，根据光检测器检测出的光进行异常检测或校正的异常校正步骤的生物体信息测定装置使用方法。

本发明使用具备在与所述生物体测定用光学元件接触地加以配置的状态下，能够将从该生物体测定用光学元件射出的光加以引导，使其能返回生物体测定用光学元件的导光体的标准元件、以及具备该导光体的生物体信息测定装置，以此能够进行光源、生物体检测用光学元件、以及光检测器的灵敏度校对，能够校正由于温度变化、长时间使用等因素而造成的测定误差。

附图说明

图1是本发明的实施形态的生物体信息测定装置，校准元件连不接触生物体测定用光学元件的情况下的概略图。

图2是本发明的实施形态的生物体信息测定装置，校准元件与生物体测定用光学元件接触的情况下的概略图。

图3表示本发明的实施形态的生物体测定用光学元件的其他结构。

图4表示将反射板用于光学测定装置时接收反射光是困难的。

符号说明

11  光源

12  生物体测定用光学元件

13  支持台

14  导光体

15  罩部

16  光检测器

17  槽部

21  运算部

22  存储手段

23  显示部

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施形态进行说明。又，本实施形态是作为一个例子，本发明并不限于本说明书所记载的例子。

图1是本发明的生物体信息测定装置的概略图。

如图1所示，本实施形态的生物体信息测定装置由光源11、生物体测定用光学元件12、支持台13、导光体14、罩部15、光检测手段16、运算部21、存储手段22及显示部23构成。又，由导光体14及罩部15构成校准元件。又，本实施形态的校准元件是本发明的标准元件的例子。

本实施形态的生物体信息测定装置是测量生物体表面附近的组织的信息用的装置。即本实施形态的生物体信息测定装置是为测量生物体表面附近的组织的透射光，在生物体测定用光学元件12的表面的与生物体表面接触的部分上设有槽部17，本实施形态的生物体信息测定装置是，通过使生物体测定用光学元件12的表面与生物体表面相接触，测量进入槽部17中的生物体表面部分的透射光的装置。

作为光源11，只要是含有作为测定对象的测定成分的吸收波长的光的光源就可以使用。

例如，只要有中红外区域的光线，可以使用将SiC烧结成棒状的Globar碳化硅棒光源、二氧化碳激光器、钨灯、红外脉冲光源、QCL光源等。

在测定像葡萄糖那样的在波数为1033、1080cm^-1左右等中红外区域有较强吸收峰值的物质的情况下，没有特别限定，但是可以说最好是Globar碳化硅棒光源和红外脉冲光源、QCL光源。

又，在测定近红外区域有吸收的物质那样的情况下，使用例如卤素光源、半导体激光器、LED等。

葡萄糖不仅在中红外区域，也在近红外领域有吸收峰值，这都是已知的，因此理想的是使用LED。

作为生物体测定用光学元件12的材料，可以使用在该领域公知的材料。

例如，测定在中红外线区域有吸收的物质的情况下，使用硅、锗、SiC、金刚石、ZnSe、ZnS及KrS等。

在这里，在测定像葡萄糖那样在波数为1033^-1或1080cm^-1的中红外区域有吸收峰值的物质的情况下，从在约9～10微米的红外波长透射率高，而且加工性能和机械强度也好的观点看来，硅或锗特别理想。

又，测定在近红外线区域有吸收的物质的情况下，使用熔融石英、单晶硅、光学玻璃、塑料、透明树脂。

在生物体测定用光学元件12上形成的槽部17的形状，采用例如如图所示的V字型槽。形状不限于此，也可以使用U字型槽、阶梯型槽。

13是支持生物体测定用光学元件12的支持台，设有使光源11射出的光入射到生物体测定用光学元件12，使生物体测定用光学元件12射出的光射到光检测器16上的孔部25。

14是由光检测器16检测出的光的光量的检测信号校正用的导光体，15是支持导光体14的罩部。又，也可以形成导光体14与罩部15能够在具有生物体测定用光学元件12的主体上脱卸自如的结构，导光体14与罩部15也可以安装在有生物体测定用光学元件12的主体上。

作为导光体14，使用能够变形，而且折射率比空气大而比生物体测定用光学元件小的导光体。

导光体14的材料最好是用例如丙烯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶等橡胶状弹性物质。导光体14的材料采用这样的弹性物质的情况下，具有能够反复使用导光体14进行校正的优点。

又，其弹性系数为1～10MPa则更为理想，更容易与生物体测定用光学元件接触。

又，使用苯乙烯丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶等通用橡胶和丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶也可以。

特别是硅橡胶，被用作为人工乳房、人工耳朵、人工鼻子等人工填补材料使用，对身体几乎没有化学活性，因此可以说是有用的。

又，可以说用聚乙二醇、聚丙撑二醇、聚丁二醇(polytetramethylene glycol)等医学用弹性材料也是理想的。

又，可以说由于将交联结构、疏水性基或结晶结构等导入水溶性高分子中，因而不溶化，用水使其膨润的水凝胶也是理想的。水凝胶不仅柔软且不易损伤组织，还富有物质透过性，可以说是理想的，最好是例如聚甲基丙烯酸羟乙脂(polyhydroxy-ethyl-methacrylate)、聚丙烯酰胺(polyacrylamide)、聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)。

对于所述导光体的吸收系数并没有特别限定，只要选定使用的波长小的导光体即可。

又，作为导光体14，也可使用散射体。作为散射体，较为理想的是高密度的聚乙烯和聚碳酸酯等树脂。特别是，光扩散级聚碳酸酯，由于散射光线的透射率高，因此是有用的。

作为光检测手段16，可以使用在该领域中公知的。例如，在中红外线区域，有热电传感器、热电元件、热敏电阻、MCT检测器(作为量子型检测器的一种的HgCdTe检测器)。又，在近红外线领域，有InGaAs检测器、光电二极管、PbS检测器、InSb检测器、InAs检测器等。根据光检测手段16检测出的信号(未图示)，运算部21计算出例如葡萄糖浓度等的生物体组织的参数。显示部23显示运算部21算出的结果。作为显示部23，可以使用液晶显示装置和EL显示装置等。又，在用显示部23输出声音的情况下，可以使用扬声器。又，运算部21由CPU和存储器构成。

下面用图1、图2说明使用本实施形态的生物体信息测定装置进行校准的方法。

如图1所示，首先，具备有导光体14的罩部15，将导光体14按压在生物体测定用元件12上。借助于此，如图2所示，能够使导光体14接触生物体测定用光学元件12的槽部17。

光源11射出，到达生物体测定用光学元件12的光，射到设在生物体测定用光学元件12上的槽部17，从槽部17出射到导光体14。出射的光通过导光体折射或散射，再射入生物体测定用光学元件12。

射入槽部17的光的入射角度可以由槽部17的形状、生物体测定用光学元件12和导光体的折射率、吸收系数或射入槽部17的入射角度来决定。

本发明的生物体信息测定装置，在测定生物体组织时，最好是使光到达光检测器16，因此最好是根据生物体组织的折射率来设定上述形状、入射角度、导光体的折射率、吸收系数。

因此，如果导光体的折射率也比空气大，而且比生物体测定用光学元件12低，则有上述校准效果，最好是接近于生物体的折射率，特别是在约1.2～1.4就更理想了。

到达生物体检测用光学元件12的光以这种状态透过与槽部17内接触的导光体14的内部，再返回生物体测定用光学元件12，到达光检测器16。

这时将检测出的信号作为校正信号存储于存储手段22中。

光源11、光检测器16将正常情况的校正信号值作为基准值。这样的基准值在存储于存储手段22中预先存储于存储手段22中。然后，将利用运算部21存储于存储手段22的校正信号值与基准值相比较。存储于存储手段22的校正信号值不在基准值范围内的情况下，可以认为光源11或光检测器16和生物体测定用光学元件12有异常。从而，在这样的情况下，显示部23显示或以声音通知光源11或光检测器16和生物体测定用光学元件有异常的信息。在显示部23以这样的显示或声音来进行通知的情况下，最好是替换光源或光检测器16与生物体测定用光学元件。

在校正信号值没有特别异常的情况下，将导光体14从生物体测定用光学元件12上取下，使其接触生物体组织，测定生物体信息(未图示)。

作为生物体组织，没有特别限定，最好是嘴唇、前臂、手指、耳朵。

光源射出的光到达生物体测定用光学元件12后，通过接触槽部17的生物体组织，而后到达光检测器。

该信号与导光体14的情况不同，是通过生物体组织来的光，所以包含了生物体信息。

一般来说，该测量值在光源11的光强度和光检测器11的灵敏度随着时间而产生变化的情况下，受到很大的影响。

因此，为了修正这个影响，在上述情况中使用测量的校正信号值。

例如，运算部21将含有生物体信息的测量值除以校正信号值。然后用除后的值计算出生物体信息，

运算部21将含有生物体信息的测量值除以校正信号值，可以抑制光源与光检测器随时间而产生的变化及温度变化量，所以在光源强度及光检测器的灵敏度变化的情况下，也能够实现良好的测定。

这样，采用本实施形态，使用具备在与所述生物体测定用光学元件接触地加以配置的状态下，能够将从该生物体测定用光学元件射出的光加以引导，使其能返回生物体测定用光学元件的导光体的标准元件、以及具备该导光体的生物体信息测定装置，以此能够进行光源、生物体检测用光学元件、以及光检测器的灵敏度校对，能够校正由于温度变化、长时间使用等因素而造成的测定误差。

还有，使导光体14接触生物体测定用光学元件12进行测量的动作与使生物体表面与生物体测定用光学元件12接触进行测量的动作的任何一个动作先进行都没关系。

又，本实施形态中，将生物体测定用光学元件12作为如图1所示那样来的元件加以说明，但并不限于此，也可以使用如图3所示那样的生物体光学元件12a。在生物体光学元件12a中，设有具备光出射面17a及光入射面17b的槽部17，并设有将光源11射出的光引导到槽部17a的光纤23。又，还设有将由光入射面17b入射的光引导到光检测器16的光纤24。生物体测定用光学元件12a用于将生物体测定用光学元件12a的槽部17的部分按压在生物体表面上，通过检测透过生物体表面中进入槽部17的部分的光，进行生物体信息的测定。将具有这样的结构的生物体测定用光学元件12a用作生物体测定用光学元件12的替代品也能够得到与本实施形态同样的效果。

工业应用性

本发明的生物体信息测定装置、标准元件、及生物体信息测定装置的使用方法具有这样的效果，即能够进行光源、生物体测定用光学元件、及光检测器的灵敏度校正，能够修正因温度变化、随着时间而产生的变化而引起的测量误差，对于用于通过用光学方式测定生物体组织非侵入性地测定体液中的葡萄糖、胆固醇、尿素、甘油三酸酯等的生物体信息测定装置、标准元件、及生物体信息测定装置的使用方法等是有用的。即，本发明在医疗用途上对于测定体液成分是有用的。

Claims (16)

1.一种生物体信息测定装置，其特征在于，具备

光源、

使由所述光源射出的光照射于生物体，接收来自所述生物体的返回光的生物体测定用光学元件、

检测利用所述生物体测定用光学元件接收的所述光的光检测器、以及

能够在与所述生物体测定用光学元件接触地配置的状态下，将从所述生物体测定用光学元件所射出的光加以引导，使其返回到所述生物体测定用光学元件中的标准导光体。

2.根据权利要求1所述的生物体信息测定装置，其特征在于，还具备

根据所述光检测器检测出的，从所述生物体返回的光，对所述生物体的生物体信息进行计算的运算部；

根据在将所述导光体与所述生物体测定用光学元件接触地加以配置的状态下所述光检测器检测出的光，所述运算部检测出所述光源、所述生物体测定用光学元件及所述光检测器中的至少任何一个为异常。

3.根据权利要求1所述的生物体信息测定装置，其特征在于，还具备

根据所述光检测器检测出的，从所述生物体返回的光，计算出所述生物体的生物体信息的运算部；

根据在将所述导光体与所述生物体测定用光学元件接触地加以配置的状态下所述光检测器检测出的光，所述运算部对所述生物体信息进行校正。

4.根据权利要求1所述的生物体信息测定装置，其特征在于，

所述生物体测定用光学元件的表面的一部分形成凹凸，

所述导光体的与所述生物体测定用光学元件接触的部分能够变形。

5.根据权利要求1所述的生物体信息测定装置，其特征在于，

所述导光体由比空气折射率高，而比所述生物体测定用光学元件的折射率低的材料构成。

6.根据权利要求1所述的生物体信息测定装置，其特征在于，

所述导光体为散射体。

7.根据权利要求4所述的生物体信息测定装置，其特征在于，

所述导光体为弹性物质。

8.根据权利要求7所述的生物体信息测定装置，其特征在于，

所述导光体的弹性系数为1～10MPa。

9.一种标准元件，是具备光源、将所述光源射出的光照射到生物体上，接收来自所述生物体的返回光的生物体测定用光学元件、以及检测所述生物体测定用光学元件接收的所述光的光检测器的生物体信息测定装置用的标准元件，其特征在于，还具备

能够在与所述生物体测定用光学元件接触地加以配置的状态下，将从所述生物体测定用光学元件射出的光加以引导，使其返回到所述生物体测定用光学元件的导光体。

10.根据权利要求9所述的标准元件，其特征在于，还具备

将所述导光体的与所述生物体测定用光学元件接触的部分以外的部分加以覆盖的罩。

11.根据权利要求9所述的标准元件，其特征在于，

所述导光体的与所述生物体测定用光学元件接触的部分能够变形。

12.根据权利要求9所述的标准元件，其特征在于，

所述导光体由比空气折射率高而比所述生物体测定用光学元件的折射率低的材料构成。

13.根据权利要求9所述的标准元件，其特征在于，

所述导光体为散射体。

14.根据权利要求11所述的标准元件，其特征在于，

所述导光体为弹性物体。

15.根据权利要求14所述的标准元件，其特征在于，

所述导光体的弹性系数为1～10MPa。

16.一种生物体信息测定装置使用方法，该生物体信息测定装置使用权利要求1所述的生物体信息测定装置，其特征在于，具备

使所述生物体测定用光学元件与作为测定对象的生物体接触，根据所述光检测器所检测出的光测定生物体信息的生物体信息测定步骤、以及

使所述标准导光体与所述生物体测定用光学元件接触，根据所述光检测器检测出的光进行异常检测或校正的异常校正步骤。

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