JP2004249025A - 生体光音響共鳴非侵襲生化学成分分析器と血液成分測定法 - Google Patents
生体光音響共鳴非侵襲生化学成分分析器と血液成分測定法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004249025A JP2004249025A JP2003083881A JP2003083881A JP2004249025A JP 2004249025 A JP2004249025 A JP 2004249025A JP 2003083881 A JP2003083881 A JP 2003083881A JP 2003083881 A JP2003083881 A JP 2003083881A JP 2004249025 A JP2004249025 A JP 2004249025A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- resonance
- frequency
- depth
- vibration detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000012503 blood component Substances 0.000 title 1
- 239000000306 component Substances 0.000 title 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 10
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims 2
- 238000012742 biochemical analysis Methods 0.000 claims 1
- 238000010241 blood sampling Methods 0.000 claims 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 abstract description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 abstract description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 2
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 abstract 1
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 abstract 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 238000010895 photoacoustic effect Methods 0.000 description 2
- INGWEZCOABYORO-UHFFFAOYSA-N 2-(furan-2-yl)-7-methyl-1h-1,8-naphthyridin-4-one Chemical compound N=1C2=NC(C)=CC=C2C(O)=CC=1C1=CC=CO1 INGWEZCOABYORO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 1
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 1
- 108010064719 Oxyhemoglobins Proteins 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 108010002255 deoxyhemoglobin Proteins 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007446 glucose tolerance test Methods 0.000 description 1
- 210000002751 lymph Anatomy 0.000 description 1
- 210000004400 mucous membrane Anatomy 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
【課題】筋振動、脈動、呼気等の生体からのスローノイズによる影響を軽減して高感度化が期待できる生体内物質の生化学物質濃度を測定する装置を提供する。
【解決手段】光音響共鳴法で感度と信号雑音比を上げ、また深さ分析を得るため、共鳴周波数ｆｒの共鳴型振動検出器を用い、直接接する皮膚表面からの深さΔＬと振動子に連続する定常波振動数ｆｔで光断続励起し、ｆｒよりわずかに小さい周波数ｆｔで自己相関検波して深さ方向成分分析を可能にする分析方法。選択的深さで、かつ非侵襲的に毛細血管層の生体生化学成分を得る装置。
【選択図】図１
【解決手段】光音響共鳴法で感度と信号雑音比を上げ、また深さ分析を得るため、共鳴周波数ｆｒの共鳴型振動検出器を用い、直接接する皮膚表面からの深さΔＬと振動子に連続する定常波振動数ｆｔで光断続励起し、ｆｒよりわずかに小さい周波数ｆｔで自己相関検波して深さ方向成分分析を可能にする分析方法。選択的深さで、かつ非侵襲的に毛細血管層の生体生化学成分を得る装置。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光音響効果で生体内物質の生化学物質濃度、及び三次元生化学物質分布組織像を測定する装置である。
【０００２】
【従来の技術】従来光音響効果によって生体内の生化学物質濃度を非侵襲的に知る努力がなされている。生体物質は光照射されると特定波長を量子吸収し、このエネルギーの一部は熱エネルギーに変化し、体積膨張を誘起し音波となって観測される。この音波の振動強度によって量子吸収した物質の濃度を知る方法である。熱波を検出する差動マイクロホン法、及びキャリアウェーブ・ゲーティッド・パルス法において、エコー・ディレイタイムによって深さ方向を知る特許がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記技術はパルス法で測定時間が短いため、筋振動、脈動、呼気等の生体からのスローノイズにより高感度を得にくい。また、パルス法の欠陥として、雑音に埋もれたエコーパルス波高を時間的に弁別し、深さ分析を行っているので、深さ位置の高分解能は得にくい。この方法は実用感度と幾何学的分解に達しない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では、生体生化学物質は数秒程では変化しないこと、筋振動の３０Ｈｚ程度等を考慮し、０．５秒ないし１０秒間程度ＶＦコンバータで連続測定し、この積分平均値を採り対ノイズ対策と高感度化を意図した。
【０００５】本発明は光音響共鳴法で感度と信号雑音比を上げ、また深さ分析を得るため、共鳴周波数ｆｒの共鳴型振動検出器を用い、直接接する皮膚表面からの深さΔＬと振動子に連続する定常波振動数ｆｔで光断続励起し、ｆｒよりわずかに小さい周波数ｆｔで自己相関検波して深さΔＬの成分分析をする方法。
【０００６】測定周期Ｔｔ、圧電素子の共鳴周期Ｔｒ、圧電素子の共鳴周波数ｆｒ、人体の音速Ｖとすると、圧電素子と深さΔＬの新しい結合振動系の共鳴周波数ｆｔは
【０００７】
【数１】
【０００８】
ここで
【数２】
【０００９】
よって
【数３】
【００１０】
ここで
【数４】
【００１１】
よって
【数５】
【００１２】
【実施例】図１は本発明の発光ダイオード・アレー光源光音響共鳴分析装置の構成図である。装置全体は制御コンピュータ（ＣＰＵ）によって支配される。ＣＰＵからシンセサイザーへ皮膚下深さ測定点を決める測定周波数ｆｔが設定され、ダイオード・パワー・コントローラーに特定発光ダイオード・パワーがＣＰＵから指定される。ＣＰＵによってダイオード・アレー切り換え器は特定波長を指定し発光させる。共鳴型振動検出器ＰＺＴは皮膚、或いは粘膜等に軽く圧着されており、光音響振動信号はＣＰＵでｆｔに同調された増幅器に導かれた後、自己相関器でシンセサイザー参照信号と自己相関検波され、ＶＦコンバーターで積分してＣＰＵに導かれる。
【００１３】
【測定例】図２は７５ｇ血糖負荷試験を５９歳の男性と２４歳の男性に対して行った測定例で、Ｘ軸は臨床検査センターにより酵素電極法で測定した血糖値、Ｙ軸は光音響共鳴法による血糖値である。グルコース吸収ピーク波長１５５０ｎｍと１２００ｎｍ、水吸収ピーク波長１４５０ｎｍ等を使って成分分離した。
【００１４】図３は２５歳男性の伸筋運動負荷試験実時間測定例。リンパ液、酸化ヘモグロビン、脱酸化ヘモグロビンの運動負荷、及び除荷の時間変化を示す。
【００１５】図４はヘモグロビン三波長での深さ方向への測定例。層状の毛細血管帯が読み取れる。
【発明の属する技術分野】本発明は光音響効果で生体内物質の生化学物質濃度、及び三次元生化学物質分布組織像を測定する装置である。
【０００２】
【従来の技術】従来光音響効果によって生体内の生化学物質濃度を非侵襲的に知る努力がなされている。生体物質は光照射されると特定波長を量子吸収し、このエネルギーの一部は熱エネルギーに変化し、体積膨張を誘起し音波となって観測される。この音波の振動強度によって量子吸収した物質の濃度を知る方法である。熱波を検出する差動マイクロホン法、及びキャリアウェーブ・ゲーティッド・パルス法において、エコー・ディレイタイムによって深さ方向を知る特許がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記技術はパルス法で測定時間が短いため、筋振動、脈動、呼気等の生体からのスローノイズにより高感度を得にくい。また、パルス法の欠陥として、雑音に埋もれたエコーパルス波高を時間的に弁別し、深さ分析を行っているので、深さ位置の高分解能は得にくい。この方法は実用感度と幾何学的分解に達しない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では、生体生化学物質は数秒程では変化しないこと、筋振動の３０Ｈｚ程度等を考慮し、０．５秒ないし１０秒間程度ＶＦコンバータで連続測定し、この積分平均値を採り対ノイズ対策と高感度化を意図した。
【０００５】本発明は光音響共鳴法で感度と信号雑音比を上げ、また深さ分析を得るため、共鳴周波数ｆｒの共鳴型振動検出器を用い、直接接する皮膚表面からの深さΔＬと振動子に連続する定常波振動数ｆｔで光断続励起し、ｆｒよりわずかに小さい周波数ｆｔで自己相関検波して深さΔＬの成分分析をする方法。
【０００６】測定周期Ｔｔ、圧電素子の共鳴周期Ｔｒ、圧電素子の共鳴周波数ｆｒ、人体の音速Ｖとすると、圧電素子と深さΔＬの新しい結合振動系の共鳴周波数ｆｔは
【０００７】
【数１】
ここで
【数２】
よって
【数３】
ここで
【数４】
よって
【数５】
【実施例】図１は本発明の発光ダイオード・アレー光源光音響共鳴分析装置の構成図である。装置全体は制御コンピュータ（ＣＰＵ）によって支配される。ＣＰＵからシンセサイザーへ皮膚下深さ測定点を決める測定周波数ｆｔが設定され、ダイオード・パワー・コントローラーに特定発光ダイオード・パワーがＣＰＵから指定される。ＣＰＵによってダイオード・アレー切り換え器は特定波長を指定し発光させる。共鳴型振動検出器ＰＺＴは皮膚、或いは粘膜等に軽く圧着されており、光音響振動信号はＣＰＵでｆｔに同調された増幅器に導かれた後、自己相関器でシンセサイザー参照信号と自己相関検波され、ＶＦコンバーターで積分してＣＰＵに導かれる。
【００１３】
【測定例】図２は７５ｇ血糖負荷試験を５９歳の男性と２４歳の男性に対して行った測定例で、Ｘ軸は臨床検査センターにより酵素電極法で測定した血糖値、Ｙ軸は光音響共鳴法による血糖値である。グルコース吸収ピーク波長１５５０ｎｍと１２００ｎｍ、水吸収ピーク波長１４５０ｎｍ等を使って成分分離した。
【００１４】図３は２５歳男性の伸筋運動負荷試験実時間測定例。リンパ液、酸化ヘモグロビン、脱酸化ヘモグロビンの運動負荷、及び除荷の時間変化を示す。
【００１５】図４はヘモグロビン三波長での深さ方向への測定例。層状の毛細血管帯が読み取れる。
Claims (11)
- 本発明は光音響共鳴法で感度と信号雑音比を上げ、また深さ分析を得るため、共鳴周波数ｆｒの共鳴型振動検出器を用い、直接接する測定部位表面からの深さΔＬと振動子に連続する定常波振動数ｆｔで光断続励起し、ｆｒよりわずかに小さい周波数ｆｔで自己相関検波して深さΔＬの成分分析をする方法。
- 生体組織に可視光から赤外光域までの光を周期断続的かつ波長可変照射する発光器からなる。この光により生体内の特定物質に特有波長が吸収され周期的な熱変化が特定物質の濃度に比例した生体組織の振動として検出する共鳴周波数の振動検出器を有する。自己相関検波器、電圧周波数変換器［ＶＦコンバーター］、或いはＡ／Ｄ変換器、以上を通してマイクロプロセッサーに接続する。
- マイクロプロセッサーは波長波形分離手段と時間変化記録部、表示部、キー入力部を有する。
- 各種波長の励起光源は発光ダイオード、或いはレーザーダイオード群か、又は分光器断続光源とする。
- 束ねられた光ファイバーで断続発光は導かれ、各々のファイバーを順番に発光させ二次元掃引機能を有するものとする。断続光周波数及び光波長を変え、三次元生化学分布組織像を得る機能を有する。
- 振動検出器は測定部位直接接触型とする。
- 体内に光ファイバー、或いは発光器を導入し、体内部位を直接励起し、体外共鳴型振動子センサーで測定する機構を有する。
- 検体温度検出器を備え振動検出器の温度補正をプロセッサーで行う機能を有する。
- 自己採血による校正入力手段を有す。
- 脈拍検出機構を有し、脈拍同期生化学分析情報を提供する。
- 筋電流検出機構を有し、振動子の生体接続状態監視器とする。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003083881A JP2004249025A (ja) | 2003-02-17 | 2003-02-17 | 生体光音響共鳴非侵襲生化学成分分析器と血液成分測定法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003083881A JP2004249025A (ja) | 2003-02-17 | 2003-02-17 | 生体光音響共鳴非侵襲生化学成分分析器と血液成分測定法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004249025A true JP2004249025A (ja) | 2004-09-09 |
Family
ID=33028121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003083881A Pending JP2004249025A (ja) | 2003-02-17 | 2003-02-17 | 生体光音響共鳴非侵襲生化学成分分析器と血液成分測定法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004249025A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007054251A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Osaka Univ | 断層計測装置及び断層計測方法 |
| WO2008059812A1 (fr) * | 2006-11-14 | 2008-05-22 | Kagoshima University | Système de mesure opto-acoustique |
| WO2008059810A1 (fr) | 2006-11-14 | 2008-05-22 | Kagoshima University | Dispositif d'injection de médicament |
| JP2008142531A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-06-26 | Kagoshima Univ | 骨格筋測定装置及び骨格筋測定方法 |
| JP2009136324A (ja) * | 2007-12-03 | 2009-06-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法 |
| JP2009213563A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 成分濃度測定装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06317566A (ja) * | 1993-05-06 | 1994-11-15 | Hitachi Ltd | 光音響分析方法および装置並びにこれを利用した血液成分測定装置 |
| JPH07136150A (ja) * | 1993-11-16 | 1995-05-30 | Nippon Koden Corp | 光音響型パルスオキシメータ |
| JPH08289882A (ja) * | 1995-04-24 | 1996-11-05 | Hitachi Ltd | 無侵襲血液成分測定装置 |
| JPH10189A (ja) * | 1996-06-14 | 1998-01-06 | Hitachi Ltd | 多波長同時無侵襲生化学計測装置 |
| JPH11235331A (ja) * | 1997-11-25 | 1999-08-31 | Trw Inc | 光音響による血液中グルコースの非侵襲性測定のための方法と装置 |
| JP2001025465A (ja) * | 1999-04-30 | 2001-01-30 | Lilienfeld-Toal Hermann V | 物質を検出する装置及び方法 |
| JP2002514465A (ja) * | 1998-05-14 | 2002-05-21 | ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー | 歯列矯正装置の選択 |
-
2003
- 2003-02-17 JP JP2003083881A patent/JP2004249025A/ja active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06317566A (ja) * | 1993-05-06 | 1994-11-15 | Hitachi Ltd | 光音響分析方法および装置並びにこれを利用した血液成分測定装置 |
| JPH07136150A (ja) * | 1993-11-16 | 1995-05-30 | Nippon Koden Corp | 光音響型パルスオキシメータ |
| JPH08289882A (ja) * | 1995-04-24 | 1996-11-05 | Hitachi Ltd | 無侵襲血液成分測定装置 |
| JPH10189A (ja) * | 1996-06-14 | 1998-01-06 | Hitachi Ltd | 多波長同時無侵襲生化学計測装置 |
| JPH11235331A (ja) * | 1997-11-25 | 1999-08-31 | Trw Inc | 光音響による血液中グルコースの非侵襲性測定のための方法と装置 |
| JP2002514465A (ja) * | 1998-05-14 | 2002-05-21 | ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー | 歯列矯正装置の選択 |
| JP2001025465A (ja) * | 1999-04-30 | 2001-01-30 | Lilienfeld-Toal Hermann V | 物質を検出する装置及び方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007054251A (ja) * | 2005-08-24 | 2007-03-08 | Osaka Univ | 断層計測装置及び断層計測方法 |
| WO2008059812A1 (fr) * | 2006-11-14 | 2008-05-22 | Kagoshima University | Système de mesure opto-acoustique |
| WO2008059810A1 (fr) | 2006-11-14 | 2008-05-22 | Kagoshima University | Dispositif d'injection de médicament |
| JP2008142531A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-06-26 | Kagoshima Univ | 骨格筋測定装置及び骨格筋測定方法 |
| US8010188B2 (en) | 2006-11-14 | 2011-08-30 | Kagoshima University | Drug injecting device |
| JP5555910B2 (ja) * | 2006-11-14 | 2014-07-23 | 国立大学法人 鹿児島大学 | 光音響測定システム |
| JP2009136324A (ja) * | 2007-12-03 | 2009-06-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法 |
| JP2009213563A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 成分濃度測定装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4104456B2 (ja) | 光音響を調べること及びイメージングシステム | |
| JP3594534B2 (ja) | 物質を検出する装置 | |
| US9915608B2 (en) | Optical sensor for determining the concentration of an analyte | |
| JP4206218B2 (ja) | 循環動態測定装置 | |
| US9237850B2 (en) | System and method for noninvasively monitoring conditions of a subject | |
| JP5647583B2 (ja) | 光音響分析装置および光音響分析方法 | |
| JP2008168137A (ja) | 光学距離が選択可能な無侵襲にて人体の成分を測定する方法と測定装置 | |
| JP2006521869A (ja) | 光音響分析評価方法と装置 | |
| JP4444227B2 (ja) | 成分濃度測定装置及び成分濃度測定方法 | |
| JP2004249025A (ja) | 生体光音響共鳴非侵襲生化学成分分析器と血液成分測定法 | |
| JP3848589B2 (ja) | 循環動態測定装置 | |
| JP4531632B2 (ja) | 生体成分濃度測定装置及び生体成分濃度測定装置の制御方法 | |
| JP2008125542A (ja) | 成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置の制御方法 | |
| JP4477568B2 (ja) | 成分濃度測定装置及び成分濃度測定装置制御方法 | |
| JP2007195780A (ja) | 生体光計測装置及び生体光計測方法 | |
| JP4739878B2 (ja) | 脳循環血流測定装置 | |
| RU2435514C1 (ru) | Способ фотоакустического анализа материалов и устройство для его реализации | |
| Myllylä et al. | Pulsed photoacoustic techniques and glucose determination in human blood and tissue | |
| JP2008183414A (ja) | 循環動態測定装置、循環動態測定方法、血圧測定方法および循環動態センサ | |
| JP6937055B1 (ja) | 非侵襲血中成分濃度測定装置及び非侵襲血中成分濃度測定装置の制御方法 | |
| JPH09117437A (ja) | 無侵襲生化学センサ | |
| KR20240004812A (ko) | 조직 분석을 위한 프로세스 및 장치 | |
| JP2005287776A (ja) | 血糖計測装置 | |
| JP2010017375A (ja) | 超音波変調光断層画像化装置、およびそれを用いた超音波変調光断層画像化方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060112 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060524 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080918 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090602 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100202 |