JP2007151641A - Radiation spectral densitometer - Google Patents
Radiation spectral densitometer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007151641A JP2007151641A JP2005347472A JP2005347472A JP2007151641A JP 2007151641 A JP2007151641 A JP 2007151641A JP 2005347472 A JP2005347472 A JP 2005347472A JP 2005347472 A JP2005347472 A JP 2005347472A JP 2007151641 A JP2007151641 A JP 2007151641A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- infrared
- spectral
- waveguide
- radiation
- infrared ray
- 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.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Description
本発明は、例えば人体等の赤外線放射体に含まれる血液成分または組織成分等の対象成分の濃度を、非観血および非侵襲的に計測するための放射分光濃度計に関する。 The present invention relates to a radiation spectral densitometer for noninvasively and noninvasively measuring the concentration of a target component such as a blood component or a tissue component contained in an infrared radiator such as a human body.
血液などの人体組織中の分析物(例えばグルコース)の濃度の非侵襲的検出のための装置としては、例えば特許文献1に提案されているものがある。図10は、上記特許文献1において提案されている放射分光濃度計の構成を模式的に示す図である。図10に示すように、従来の放射分光濃度計は、プラスチックカバー62、反射鏡63、赤外線導波管64、光学バルブ65、赤外線フィルタセット66、検出器67、電子回路68、マイクロコンピュータ69および表示装置60を含んでいる。
As a device for noninvasive detection of the concentration of an analyte (for example, glucose) in human tissue such as blood, there is one proposed in Patent Document 1, for example. FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a radiation spectral densitometer proposed in Patent Document 1. As shown in FIG. 10, the conventional emission spectral densitometer includes a
例えば人体などの対象物体61からの赤外線は、プラスチックカバー62を持つ反射鏡63内に挿入された赤外線導波管64を通過し、赤外線の測定を開始させるために、時間に応じて赤外線の通過をオンまたはオフにすることができる光学バルブ5を通過する。その後、上記赤外線は、当該赤外線に対して感度を有する検出装置67によって検出される。
For example, infrared light from a
検出装置67には赤外線フィルタセット66が具備され、この赤外線フィルタセット66によって赤外線スペクトルを選択している。検出装置67は受光した赤外線強度を示す電気信号を発生し、電子回路68とマイクロコンピュータ69とにより、人体から放射した赤外線のスペクトル強度と、分析物の濃度との相関関係を求め、上記分析物の濃度の算定を行う。そして、得られた分析物の濃度は、表示装置60に表示される。
しかしながら、上記のような従来の放射分光濃度計においては、以下のような問題があった。第一に、波長の異なる複数の赤外線のスペクトルを検出するために、赤外線検出装置としては、一つのパッケージ内に複数のセンサを搭載したマルチセンサや、各々のスペクトルに対応させて複数のセンサが用いられていた。このため、個々のセンサ間の感度の違いやその経時的変化によって、検出する赤外線のスペクトル強度に誤差が発生してしまうという問題や、有限の赤外線量を複数のセンサで分割することによって個々のセンサの光量が低下し、S/N比が低下して検出感度も低下してしまうという問題があった。 However, the conventional radiation spectral densitometer as described above has the following problems. First, in order to detect a plurality of infrared spectra having different wavelengths, an infrared detector includes a multi-sensor having a plurality of sensors mounted in one package, or a plurality of sensors corresponding to each spectrum. It was used. For this reason, the difference in sensitivity between individual sensors and changes over time may cause an error in the spectrum intensity of the detected infrared, and the finite amount of infrared light may be divided by multiple sensors. There has been a problem that the light intensity of the sensor decreases, the S / N ratio decreases, and the detection sensitivity also decreases.
第二に、赤外線検出装置として一般に用いられるサーモパイルセンサや焦電センサは視野角を有するという特性があり、センサはこのような視野角内において入射する赤外線を検出する。したがって、検出すべき赤外線は、赤外線導波管を伝播し、光学バルブを通過したものであるが、この場合には赤外線導波管と赤外線検出装置との間に一定の距離が存在することとなる。一般に、サーモパイルや焦電センサの視野角は非常に大きいため、赤外線検出装置に赤外線導波管以外からの赤外線が入射し、検出する赤外線のスペクトル強度に誤差が発生していた。 Secondly, a thermopile sensor or pyroelectric sensor generally used as an infrared detection device has a characteristic of having a viewing angle, and the sensor detects incident infrared rays within such a viewing angle. Therefore, the infrared rays to be detected propagate through the infrared waveguide and pass through the optical valve. In this case, there is a certain distance between the infrared waveguide and the infrared detection device. Become. In general, since the viewing angle of a thermopile or pyroelectric sensor is very large, infrared rays from other than the infrared waveguide are incident on the infrared detection device, causing an error in the spectral intensity of the detected infrared rays.
そこで、本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたものであり、波長の異なる複数の赤外線のスペクトルを単一のセンサで検出することができ、センサへの不要な赤外線入射を抑制し、高精度で赤外線のスペクトルを検出しかつ対象成分の濃度を計測し得る放射分光濃度計を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and a plurality of infrared spectra having different wavelengths can be detected by a single sensor, and unnecessary infrared rays to the sensor can be detected. An object of the present invention is to provide a radiation spectral densitometer that can suppress incidence, detect an infrared spectrum with high accuracy, and measure the concentration of a target component.
以上の課題を解決すべく、本発明は、
赤外線導波管と、赤外線チョッパーと、分光フィルタと、前記赤外線導波管を経た赤外線放射体からの赤外線を検出するための赤外線検出器と、前記赤外線検出器の出力から前記赤外線放射体内の対象成分の濃度を算出する手段と、前記濃度を表示および保存する表示保存手段と、を備え、
前記赤外線チョッパーは、前記赤外線導波管と前記赤外線検出器とを光学的に接続するための複数の開口を有し、
前記複数の開口のうちの少なくとも一つに前記分光フィルタが載置されていること
を特徴とする放射分光濃度計を提供する。
このような構成により、波長の異なる複数の赤外線のスペクトルを単一の赤外線検出器で検出することができる。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
An infrared waveguide, an infrared chopper, a spectral filter, an infrared detector for detecting infrared rays from the infrared emitter through the infrared waveguide, and an object in the infrared emitter from the output of the infrared detector Means for calculating the concentration of the component, and display storage means for displaying and storing the concentration,
The infrared chopper has a plurality of openings for optically connecting the infrared waveguide and the infrared detector,
Provided is a radiation spectral densitometer, wherein the spectral filter is placed in at least one of the plurality of openings.
With such a configuration, a plurality of infrared spectra having different wavelengths can be detected by a single infrared detector.
上記本発明の放射分光濃度計においては、上記開口が、前記赤外線検出器と前記赤外線導波管の端部とを結ぶ直線によって画定された径を有すること、が好ましい。
このような構成により、赤外線検出器に不要な赤外線が入射することを抑制することができ、高精度で赤外線のスペクトルを検出しかつ対象成分の濃度を計測することができる。
In the radiation spectral densitometer of the present invention, it is preferable that the opening has a diameter defined by a straight line connecting the infrared detector and an end of the infrared waveguide.
With such a configuration, it is possible to prevent unnecessary infrared rays from entering the infrared detector, detect the infrared spectrum with high accuracy, and measure the concentration of the target component.
本発明によれば、波長の異なる複数の赤外線のスペクトルを単一のセンサで検出することができ、センサへの不要な赤外線入射を抑制し、高精度で赤外線のスペクトルを検出しかつ対象成分の濃度を計測し得る放射分光濃度計を提供することができる。
また、本発明によれば、単一のセンサしか用いないため、複数のセンサを用いた場合の赤外線センサ間の感度の補正や、感度の経時的変化に伴う補正などを行わなくても、高精度な検出が可能であり、小型化が可能な放射分光濃度計を提供することができる。
According to the present invention, a plurality of infrared spectra having different wavelengths can be detected by a single sensor, unnecessary infrared incidence to the sensor is suppressed, the infrared spectrum is detected with high accuracy, and the target component is detected. A radiation spectrodensitometer capable of measuring the concentration can be provided.
In addition, according to the present invention, since only a single sensor is used, the sensitivity between infrared sensors when using a plurality of sensors and the correction due to changes in sensitivity over time can be increased. It is possible to provide a radiation spectral densitometer capable of accurate detection and miniaturized.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
《実施の形態1》
図1は、本発明の放射分光濃度計の好適な一実施の形態の構成を示す模式図である。本実施の形態においては、赤外線放射体として生体の一部である鼓膜を用い、分析する対象成分の濃度として血糖値を測定する場合について説明する。
Embodiment 1
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a preferred embodiment of a radiation spectral densitometer of the present invention. In the present embodiment, a case will be described in which a tympanic membrane that is a part of a living body is used as an infrared radiator, and a blood glucose level is measured as the concentration of a target component to be analyzed.
図1に示すように、本実施の形態の放射分光濃度計10は、耳の外耳道に挿入するための挿入ガイド2、鼓膜1の体温による放射赤外線を伝達するための赤外線導波管3、およびモータ4bで回転可能な回転板4aを含む赤外線チョッパー4を具備している。そして、回転板4aの主面の法線方向(すなわち図1における矢印Xの方向)と、赤外線導波管3の長さ方向および赤外線センサ6からの光線方向とが略一致するように、赤外線導波管3と赤外線チョッパー4と赤外線センサ6との位置関係が設定されている。
As shown in FIG. 1, a radiation
ここで、図2は、図1における矢印Xの方向からみた赤外線チョッパー4の正面図であり、図3は、図2におけるA−A線断面を示す図である。図1および図2に示すように、赤外線チョッパー4の回転板4aには4つの開口5が設けられており、これらの開口5内には、分光フィルタ5a、5bおよび5cならびにフィルタ5dが設置されている。
Here, FIG. 2 is a front view of the infrared chopper 4 as viewed from the direction of the arrow X in FIG. 1, and FIG. 3 is a view showing a cross section taken along line AA in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, four
また、放射分光濃度計10は、赤外線に感度を有する単一の赤外線センサ6、赤外線チョッパー4および赤外線センサ6の駆動および制御ならびに赤外線センサ6の出力信号の増幅などを行うための電子回路7、電子回路7からの赤外線センサ6の出力信号を対象成分の濃度に変換するための信号処理装置8、ならびに信号処理装置8の結果を使用者に表示したり、測定日時等とともに保存するための表示保存手段9を含む。
The radiation
なお、表示保存手段としては、例えば主としてモニター(表示ディスプレイ)、記憶装置、外部入力装置、およびこれらを制御するためのプロセッサーを含む装置を用いることができる。より具体的には、例えばモニター付の小型コンピュータ、小型端末、PDAおよび携帯電話などが挙げられる。 As the display storage means, for example, a monitor (display display), a storage device, an external input device, and a device including a processor for controlling them can be used. More specifically, for example, a small computer with a monitor, a small terminal, a PDA, a mobile phone, and the like can be given.
以上のような構成を有する本実施の形態の放射分光濃度計の動作方法について以下に説明する。
まず、鼓膜1は赤外線放射体であってその温度での赤外線を放射している。絶対温度0ケルビン以外の物体は電磁波を放射するという物理的事実があり、放射量と絶対温度と波長との関係はプランクの法則として知られている。このフランクの法則においては、理想黒体を基準とした係数である放射率ε(0<ε≦1)に基づいて、実際の物体の放射量は変化するが、人の皮膚の放射率εは約0。98であり高い放射率を有している。
The operation method of the radiation spectral densitometer of the present embodiment having the above configuration will be described below.
First, the eardrum 1 is an infrared emitter and emits infrared rays at that temperature. There is a physical fact that an object other than an absolute temperature of 0 Kelvin emits electromagnetic waves, and the relationship between the amount of radiation, absolute temperature, and wavelength is known as Planck's law. In this Frank's law, the radiation amount of an actual object changes based on the emissivity ε (0 <ε ≦ 1), which is a coefficient based on an ideal black body, but the emissivity ε of a human skin is It is about 0.98 and has a high emissivity.
また、波長に依存性を有する放射スペクトルの、理想黒体に対する変化は、各波長毎の放射率εを示す単色放射率εiを用いて表現することができる。鼓膜1における放射スペクトルは、鼓膜1中の血液に含まれる成分や鼓膜1の組織成分によって変化しており、その成分濃度と直接的に相関している。 Further, the change of the radiation spectrum having the dependency on the wavelength with respect to the ideal black body can be expressed by using the monochromatic emissivity εi indicating the emissivity ε for each wavelength. The radiation spectrum in the eardrum 1 varies depending on the components contained in the blood in the eardrum 1 and the tissue components of the eardrum 1 and directly correlates with the component concentration.
ここで、鼓膜1の温度は、脳の体温調節をつかさどる視床下部の温度を反映しているため、鼓膜1において、人体内で最も高温である深部体温が体外に露出しているといえる。また、鼓膜1の赤外線放射強度は温度が高くなると強くなり、人体で最も強い赤外線放射強度を示す部位でもある。さらに、鼓膜1は厚さが約0.1mmと非常に薄く、この厚さ方向において皮膚層、固有層および粘膜層を含み、かつ血管も存在することから、他の箇所と比べて最もコンパクトに血液を含む血管と組織が形成された箇所である。 Here, since the temperature of the eardrum 1 reflects the temperature of the hypothalamus that controls the body temperature of the brain, it can be said that the deep body temperature, which is the highest temperature in the human body, is exposed outside the body. In addition, the infrared radiation intensity of the eardrum 1 increases as the temperature rises, and is also a part that exhibits the strongest infrared radiation intensity in the human body. Furthermore, since the eardrum 1 is very thin with a thickness of about 0.1 mm, and includes a skin layer, a proper layer and a mucous membrane layer in this thickness direction, and also has blood vessels, it is the most compact compared to other places. This is a place where blood vessels and tissues including blood are formed.
少なくとも、血液中の対象成分(グルコース)の濃度に関する情報、すなわち血糖値に関する情報をもつ放射スペクトルが、体温により鼓膜1から赤外線として放射される。正常体温範囲での理想黒体の放射は、波長8μm〜11μmで極大となる強度分布を有する。また、血糖値は血液中のグルコース濃度であり、グルコースを識別することが可能な波長としては、8.00μm、9.29μm、9.55μm、9.75μm、9.89μmおよび10.98μmなどが利用可能である。 At least a radiation spectrum having information on the concentration of the target component (glucose) in the blood, that is, information on the blood glucose level, is emitted as infrared rays from the eardrum 1 due to body temperature. The radiation of an ideal black body in the normal body temperature range has an intensity distribution that becomes maximum at a wavelength of 8 μm to 11 μm. The blood sugar level is the glucose concentration in the blood, and the wavelengths that can identify glucose include 8.00 μm, 9.29 μm, 9.55 μm, 9.75 μm, 9.89 μm, and 10.98 μm. Is available.
鼓膜1からの赤外線は、挿入ガイド2によって外耳道(図示せず)内に挿入された赤外線導波管3の、鼓膜1側の端部3aから入射して直接または内部での反射を繰り返して赤外線導波管3内を伝播し、もう一方の端部3bへと至る。挿入ガイド2を構成する材料としては、例えばポリアクリル酸、ポリスチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネイトおよびポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂などを利用することが可能である。
The infrared rays from the eardrum 1 are incident on the eardrum 1
また、赤外線導波管3を構成する材料としては、例えばアルミニウム、銅およびステンレスなどの放射率εの低い金属を用いることができる。この場合、さらに赤外線導波管3の少なくとも内表面に、例えばさらに放射率εの低い金、銀および銅などからなる被膜を、例えば蒸着、スパッタおよびメッキ法などで設けても構わない。なお、赤外線ファイバを構成する材料としては、例えばカルコゲナイトガラスなどが挙げられる。
Moreover, as a material which comprises the
また、赤外線導波管3をこれら金属以外の材料、例えばポリアクリル酸、ポリスチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネイトおよびポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂などで構成することも可能である。この場合には、赤外線導波管3の少なくとも内表面に、例えばさらに放射率εの低い金、銀および銅などからなる被膜を、例えば蒸着、スパッタおよびメッキ法などで設けるのが好ましい。
The
鼓膜1から放射されて赤外線導波管3を通過した赤外線は、赤外線チョッパー4の開口5に設置された分光フィルタ5a、5bもしくは5cまたはフィルタ5dを透過し、赤外線のうちの特定波長を有する放射スペクトルのみが赤外線センサ6に入射し、赤外線センサ6において、入射した放射スペクトルの強度に比例した電気信号に変換される。
Infrared radiation emitted from the eardrum 1 and passing through the
ここで、図2および図3を用いて赤外線チョッパー4および分光フィルタ5a、5bおよび5cならびにフィルタ5dについてより詳細に説明する。図2および図3に示すように、赤外線チョッパー4は、回転板4aと、例えばモータなどの回転手段4bと、を有し、回転板4aは回転手段4bによって矢印Yの方向に回転可能である。
Here, the infrared chopper 4, the
回転板4aにおいては、中心Cを通って互いに直交するA−A線およびB−B線上であって、中心Cから等しい距離の位置に、4つの開口5が設けられており、かつこれら開口5内に分光フィルタ5a、5bおよび5cならびにフィルタ5dが配置されている。即ち、回転板4aには、中心Cからみて、等しい角度および距離で、分光フィルタ5a、5bおよび5cならびにフィルタ5dが設けられている。なお、開口5の数を変更する場合には、上記等しい角度および距離を満たすように、設ければよい。
In the
そして、赤外線チョッパー4は、赤外線導波管3と赤外線センサ6とを光学的に接続することができるような位置関係で、回転板4aの開口5を有している。すなわち、回転板4aの回転によって、開口5が図1に示す位置にきた場合には、開口5を介して赤外線センサ6から赤外線導波管3を経て鼓膜1へと、線Pで示されるように光が通過し得る。
And the infrared chopper 4 has the
ここで、回転板4aを構成する材料としては、例えばアルミニウム、銅およびステンレスなどの放射率εの低い金属を用いることができる。この場合、さらに回転板4aの少なくとも表面に、例えばさらに放射率εの低い金、銀および銅などからなる被膜を、例えば蒸着、スパッタおよびメッキ法などで設けても構わない。
Here, as a material constituting the
また、回転板4aをこれら金属以外の材料、例えばポリアクリル酸、ポリスチレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネイトおよびポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂などで構成することも可能である。この場合には、回転板4aの少なくとも表面に、例えばさらに放射率εの低い金、銀および銅などからなる被膜を、例えば蒸着、スパッタおよびメッキ法などで設けるのが好ましい。
The
また、回転手段4bとしては、例えばDCモータ、ACモータ、ステッピングモータおよびサーボモータなどのモータを利用することが可能である。なお、本実施の形態において、回転板4aは円形で回転運動するが、回転板4aは半円または扇形であってもよく、反復運動をしてもよい。
Further, as the rotating
回転板4aの回転数は赤外線センサ6のスペックなどにも依存するが、回転板4aは例えば数Hz〜数10Hzで回転させるのが好ましい。これは、赤外線センサ6として好適に用いられるサーモパイルや焦電センサの感度に周波数依存性があり、特に数Hz〜数10Hzで高い感度を有し、高精度で検出を行うことができるからである。
The number of rotations of the
分光フィルタ5a、5bおよび5cならびにフィルタ5dとしては、種々の分光フィルタを用いることが可能であるが、例えば米国JDS Uniphase社またはスウェーデン国Spectrogen社製の狭帯域フィルタを好適に使用することが可能である。この好ましい狭帯域フィルタは、例えばSi、GeまたはZnSeなどで構成された分光波長に対して透明な基板上に、屈折率の異なる複数の材料を蒸着やスパッタ法などにより複数層積層して得られるものである
As the
ただし、本実施の形態においては、分光フィルタ5a、5bおよび5cならびにフィルタ5dを、グルコースを識別することが可能な波長を分光することができるように選択し、フィルタ5dとしては、グルコースを認識することが不可能な特性を持たない、上記赤外線をすべて透過する材料単体からなる基板を用いている。したがって、フィルタ5dは設けず、フィルタ5dを配置していた開口5はそのまま用いてもよい。
However, in the present embodiment, the
赤外線センサ6としては、種々のものを用いることができ、例えば赤外線に感度を有するサーモパイルおよび焦電センサなどを利用することが可能である。市販のものとしては、例えば日本セラミック(株)や米国PerkinElmer社の製品を好適に利用することが可能である。なお、本実施の形態においては、サーモパイルを用いている。 Various infrared sensors 6 can be used. For example, a thermopile and a pyroelectric sensor having sensitivity to infrared rays can be used. As a commercially available product, for example, a product of Nippon Ceramic Co., Ltd. or PerkinElmer, USA can be suitably used. In the present embodiment, a thermopile is used.
ここで、図1に示す構成を有する本実施の形態の放射分光濃度計10を作動させた場合に赤外線センサ6から得られる出力パターンの一例を図4に示す。図4において、横軸は時間(単位は任意)を示し、縦軸は赤外線センサ6の出力電気信号の強度(単位は任意)である。赤外線チョッパー4の回転運動は電子回路7によって制御されており、赤外線導波管3からの赤外線は、ある時間間隔で各分光フィルタ5a、5bおよび5cならびにフィルタ5dが赤外線センサ6と赤外線導波管3とを光学的に接続した瞬間のみ、赤外線センサ6に入射し、入射強度に比例した電気信号を出力する。
Here, FIG. 4 shows an example of an output pattern obtained from the infrared sensor 6 when the radiation
また、赤外線チョッパー4の回転板4aの回転運動によって、周期的に電気信号が出力されるため、電子回路7を用いて電気信号複数個の平均値を示す波形を得るのが好ましい。図4のピークAは、フィルタ5dを透過した赤外線に対応する赤外線センサ6の複数回平均波形に対応する。これと同様に、ピークBは分光フィルタ5aに対応し、ピークCは分光フィルタ5bに対応し、ピークDは分光フィルタ5cに対応する。
Moreover, since an electrical signal is periodically output by the rotational movement of the
信号処理装置9は、上記のように得られた各分光フィルタ5a、5bおよび5cならびにフィルタ5dに対応する赤外線センサの電気出力信号のピーク値から、以下のようにして血糖値であるグルコース濃度を計算する。
まず、フィルタ5dを透過した赤外線強度を示すピークAは、鼓膜1の温度と直接的な相関がある。耳式体温計や非接触放射温度計と同様に、ある温度での理想黒体の放射スペクトルの積分値と、鼓膜1の放射スペクトルの積分値と、の関係は、ステファン−ボルツマンの法則に示された関係にある。したがって、ピークAより鼓膜1の温度を算出することができる。
From the peak value of the electrical output signal of the infrared sensor corresponding to each of the
First, the peak A indicating the infrared intensity transmitted through the
また、理想黒体の放射スペクトル強度はプランクの法則により与えられており、吸収率と放射率の関係を示したキルヒホッフの法則より、グルコース濃度が高くなると吸収率は高くなり、同時に単色放射率εiも高くなる。すなわち、グルコースの認識が可能な波長帯の狭帯域フィルタである、分光フィルタ5a、5bおよび5cを透過した赤外線強度であるピークBおよびCと、先の鼓膜1の温度での理想黒体の放射スペクトル強度と、の比である単色放射率εiを算出することで、血糖値であるグルコース濃度を求めることができる。
Also, the radiation spectrum intensity of the ideal black body is given by Planck's law. From Kirchhoff's law showing the relationship between the absorptance and the emissivity, the absorptance increases as the glucose concentration increases, and at the same time, the monochromatic emissivity εi Also gets higher. That is, the peaks B and C, which are infrared intensities transmitted through the
ここでは、三つの分光フィルタから各々単色放射率εiが算出されるが、これの平均値をグルコース濃度とすることや、三つのピーク値の合計強度と三つの分光フィルタの波長での理想黒体の合計放射スペクトル強度との複合単色放射率からグルコース濃度を算出することも可能である。 Here, the monochromatic emissivity εi is calculated from each of the three spectral filters. The average value of the emissivity εi is the glucose concentration, or the ideal black body at the total intensity of the three peak values and the wavelengths of the three spectral filters. It is also possible to calculate the glucose concentration from the combined monochromatic emissivity with the total emission spectrum intensity.
一般に、分光フィルタである狭帯域フィルタの帯域幅は、透過率の半値幅で中心波長の±1%程度である。例えば中心波長10μmの場合、半値幅は±0.1μmである。つまり、分光フィルタの場合、グルコースの認識が可能な波長以外の赤外線の放射スペクトルが透過することとなり、これにより認識精度が低下する。そのため、本実施の形態のように、複数個の分光フィルタを設置し、認識精度を高めることが有益である。 In general, the bandwidth of a narrow band filter, which is a spectral filter, is about ± 1% of the center wavelength with a half-value width of transmittance. For example, when the center wavelength is 10 μm, the full width at half maximum is ± 0.1 μm. That is, in the case of a spectral filter, an infrared radiation spectrum other than the wavelength capable of recognizing glucose is transmitted, thereby lowering the recognition accuracy. Therefore, it is beneficial to install a plurality of spectral filters as in this embodiment to increase the recognition accuracy.
あるいは、グルコース認識可能な分光フィルタである狭帯域フィルタの帯域幅に入る、グルコース以外の成分、例えば同じく血中成分であるアルブミン等の影響度合いを補正するために、3つの分光フィルタのうち少なくとも1枚以上を、この成分濃度が認識可能な分光フィルタを使用し、この成分を求められるようにすることも可能である。 Alternatively, in order to correct the degree of influence of components other than glucose, such as albumin, which is also a blood component, entering the bandwidth of a narrow-band filter that is a spectral filter capable of recognizing glucose, at least one of the three spectral filters It is also possible to use a spectral filter capable of recognizing the component concentration of more than one sheet so that this component can be obtained.
ここでは赤外線チョッパー4に4つの開口5を設け、1つは鼓膜1の温度測定に用い、残り3つをグルコースの認識が可能な分光フィルタを配置したが、開口5は2つ以上であればよく、また、対象成分の認識が可能な分光フィルタは1つ以上あればよい。
Here, four
なお、赤外線センサ6に用いられるサーモパイルは、サーモパイルの温度によって感度が変化し、入射した赤外線強度に対する出力の電気信号が変化する。そこで、サーモパイルを用いる場合には、図示しないが、サーミスタ、測温抵抗体または熱電対などを設置してサーモパイルの温度を検出し、これによりサーモパイルの感度補正を行うことも有益である。また、焦電センサを用いた場合も同様であるが、サーモパイル時と異なるのは焦電センサの場合、電気信号の出力は入射する赤外線強度の変化がある瞬間のみである。 The sensitivity of the thermopile used for the infrared sensor 6 varies depending on the temperature of the thermopile, and the output electrical signal with respect to the incident infrared intensity varies. Therefore, when using a thermopile, although not shown, it is also useful to detect the temperature of the thermopile by installing a thermistor, a resistance temperature detector, a thermocouple, or the like and thereby perform thermopile sensitivity correction. The same applies to the case where a pyroelectric sensor is used. However, in the case of a pyroelectric sensor, the output of an electric signal is only at the moment when there is a change in incident infrared intensity.
すなわち、サーモパイルを赤外線センサ6として用いた場合、赤外線チョッパー4の回転板4aの部分がサーモパイルに面しているときには回転板4aからの赤外線を検出する。先に述べたように回転板4aの少なくとも表面は低放射率の材料で構成されているため、ほとんど赤外線を放射しないが、回転板4aに対応する電気信号を出力する。
That is, when the thermopile is used as the infrared sensor 6, the infrared ray from the
これに対し、焦電センサを赤外線センサ6として用いた場合は、赤外線チョッパー4の回転板4aの部分が焦電センサに面していても回転板4aからの赤外線は検出しない。しかし、焦電センサが回転板4aに面している時点から分光フィルタに面している時点に変化する時(すなわち焦電センサが回転板4aと分光フィルタとの境界部分に面する時)と、焦電センサが分光フィルタに面している時点から回転板4aに面している時点に変化する時(すなわち焦電センサが分光フィルタと回転板4aとの境界部分に面する時)と、に電気信号が出力される。
On the other hand, when the pyroelectric sensor is used as the infrared sensor 6, the infrared ray from the
なお、本実施の形態の放射分光濃度計1においては、少なくとも挿入ガイド2と赤外線導波管3と赤外線チョッパー4と分光フィルタ5と赤外線センサ6と電子回路7とは、一体化されていることが望ましい。電子回路7と信号処理手段8との間、または信号処理手段8と表示保存手段9との間は物理的に分離しているが、これらの間を有線または無線で接続すれば、耳に挿入する装置の小型化や挿入の容易化が図られ、かつ表示内容を使用者により確実に認識させることが可能となる。
In the radiation spectral densitometer 1 of the present embodiment, at least the insertion guide 2, the
このような本発明の実施の形態1の放射分光濃度計10によれば、赤外線チョッパー上に複数の開口を設け、少なくとも一つ以上の開口上に分光波長の異なる分光フィルタを設けることにより、複数の開口と分光フィルタを通過した放射した赤外線の放射スペクトルを一つの赤外線センサで検出することが可能になり、複数の赤外線センサを用いた場合の赤外線センサ間の感度補正や、感度の経時的変化の補正を行う必要なく高精度な検出が可能となる他、装置の小型化を達成することができる。
According to the radiation
《実施の形態2》
次に、本発明の放射分光濃度計の実施の形態2について説明する。この実施の形態2の放射分光濃度計は、図1に示した実施の形態1の放射分光濃度計10における赤外線チョッパー4を異なる構成に代えたものであり、赤外線チョッパー4以外の構成は実施の形態1の放射分光濃度計10と同様である。
以下、実施の形態2の放射分光濃度計に備えられる赤外線チョッパー14について説明する。図5は、本実施の形態の放射分光濃度計に備えられる赤外線チョッパー14のうちの、回転板14aの正面図であり、図6は、図5におけるA−A線断面を示す図である。
<< Embodiment 2 >>
Next, a second embodiment of the radiation spectral densitometer of the present invention will be described. The radiation spectral densitometer of the second embodiment is obtained by replacing the infrared chopper 4 in the radiation
Hereinafter, the
図6において、赤外線チョッパー14は、上記実施の形態1と同様に、回転板14aと例えばモータなどの回転手段14bとを含み、回転板14aには4つの開口15が互いに等しい距離および角度で設けられているが、本実施の形態においては、図5および図6からわかるように、開口15の上(図6の回転板14aの左側の面において開口15を覆う位置)に3つの分光フィルタ5a、5bおよび5cが設けられている点に特徴を有する。
In FIG. 6, the
ここで、本実施の形態の放射分光濃度計における赤外線センサ6の視野角について説明する。図7および図8は、赤外線センサ16の視野角を説明するための概略図である。
図7において一点鎖線l1およびl2で示すように、赤外線センサ6と分光フィルタ5aで検出可能な赤外線の入射範囲(一点鎖線l1およびl2で囲まれた範囲)は、赤外線導波管3と赤外線センサ6および分光フィルタ5aとの間の空間となる。そのため、有用な情報を持つ赤外線導波管3以外の赤外線も赤外線センサ6に取り込まれるおそれがあり、これにより精度の低下が起こる。
Here, the viewing angle of the infrared sensor 6 in the radiation spectral densitometer of the present embodiment will be described. 7 and 8 are schematic diagrams for explaining the viewing angle of the infrared sensor 16.
In FIG. 7, as indicated by alternate long and short dash lines l 1 and l 2 , an infrared incident range (a range surrounded by alternate long and short dash lines l 1 and l 2 ) that can be detected by the infrared sensor 6 and the
通常、赤外線センサ6は、特殊で高価なレンズを装着しない場合、全角で100°程度の視野角を有し、視野範囲は10mm先で直径24mm程度となる。そして、仮に耳に挿入する赤外線導波管3の直径を3mmとした場合、このままでは赤外線センサ6に入射する赤外線はほとんどが、赤外線導波管3以外から由来するものとなってしまう。
In general, the infrared sensor 6 has a viewing angle of about 100 ° in all angles when a special and expensive lens is not attached, and the viewing range is about 10 mm away and a diameter of about 24 mm. If the diameter of the
そこで、本実施の形態においては、図8に示すように、回転板14a上の開口15の径を、赤外線センサ6と赤外線導波管3の端部3b1および3b2とを結ぶ直線(実線m1およびm2)が、回転板14aと交差する部分の最大幅と同じかそれ以下となるように、放射分光濃度計を設計する。このような構成によって、有用な情報を提供する赤外線導波管3からの赤外線のみをより確実に検出することができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the diameter of the
ここで、理解の容易のために、図8における回転板14aの開口15付近を拡大した図を図9に示す。図9に示すように、本実施の形態においては、回転板14a上の開口15の径n1を、赤外線センサ6と赤外線導波管3の端部3b1および3b2とを結ぶ直線(実線m1およびm2)が、回転板14aと交差する部分の最大幅n2と略一致するように、すなわち関係式:n1≒n2を満たすように、放射分光濃度計を設計する。
Here, for easy understanding, FIG. 9 shows an enlarged view of the vicinity of the
また、上記のような設計は、回転板14aの厚さ、開口15の径、赤外線導波管3の径、赤外線導波管3と回転板14aとの距離Z1および回転板14aと赤外線センサ6との距離Z2、ならびに、赤外線センサ6のもつ視野角などの少なくとも1つを調整することによって行うことができる。
Furthermore, the design as described above, the thickness of the
以上のように、本実施の形態では、図8および図9を用いて説明した原理を適用し、図5および図6に示す構造を有する赤外線チョッパー14および分光フィルタ5a、5bおよび5cを用いる。図8および図9において、回転板14a上に4つの開口15が設けられているが、赤外線センサ6(図1参照)から赤外線導波管3の端部3b1および3b2を結ぶ直線(実線m1およびm2)が、回転板14aと交差する部分の最大幅n2が開口15の直径となるように、4つの開口15それぞれの径を画定している。
As described above, in this embodiment, the principle described with reference to FIGS. 8 and 9 is applied, and the
なお、図5および図6における分光フィルタ5a、5cおよび5cは、開口15内に挿入せず、開口15上に載置した構成としたが、本実施の形態の放射分光濃度計の動作方法は、図2および図3を用いて説明した赤外線チョッパー4を用いた上記実施の形態1の放射分光濃度計の動作方法と何ら変更はない。
Although the
以上のように、本発明の実施の形態2の放射分光濃度計によれば、赤外線チョッパー上の開口径を、赤外線センサに赤外線導波管からの赤外線のみが入射するように画定することにより、広い視野角を持った赤外線センサを用いても情報を持った赤外線以外の入射を防止し、高い検出精度を得ることができる。 As described above, according to the radiation spectral densitometer of the second embodiment of the present invention, by defining the opening diameter on the infrared chopper so that only infrared rays from the infrared waveguide are incident on the infrared sensor, Even if an infrared sensor having a wide viewing angle is used, incidence of information other than infrared with information can be prevented and high detection accuracy can be obtained.
なお、上記実施の形態では、赤外放射体として人体の鼓膜の場合について説明したが、本発明の放射分光濃度計はその他の生体の部分などの赤外放射体を分析するために用いることも可能である。また、上記実施の形態では、対象成分をグルコースとして血糖値(グルコースの濃度)を求める場合について説明したが、本発明の放射分光濃度計を用いればその他の血液性成分や組織成分についても同様に測定することが可能である。 In the above embodiment, the case of the human eardrum has been described as the infrared radiator, but the radiation spectral densitometer of the present invention can also be used to analyze infrared radiators such as other biological parts. Is possible. Further, in the above embodiment, the case where the blood glucose level (glucose concentration) is obtained using glucose as the target component has been described. However, if the radiation spectral densitometer of the present invention is used, other blood components and tissue components are similarly used. It is possible to measure.
また、上記実施の形態2においては、赤外線チョッパーの回転板に設けられた開口と、赤外線センサから赤外線導波管の端部を結ぶ直線が回転板と交差する部分の最大幅と、の関係について説明したが、上記実施の形態1においても、同じ関係を満たすことが好ましい。 In the second embodiment, the relationship between the opening provided in the rotating plate of the infrared chopper and the maximum width of the portion where the straight line connecting the end of the infrared waveguide from the infrared sensor intersects the rotating plate. Although described, it is preferable that the same relationship is satisfied also in the first embodiment.
また、上記実施の形態1および2においては、開口を4つずつ設けて、そのうちの1つには分光フィルタを配置しなかったが、これらの数については、本発明の効果を損なわない範囲であれば適宜調整することが可能である。例えば、分光フィルタを配置しなかった開口には、分光特性を有しない窓材(例えばシリコン、ゲルマニウム、弗化バリウム、臭沃化タリウム、臭塩化タリウム、塩化ナトリウム、臭化カリウム、塩化カリウム、ヨウ化セシウム、セレン化亜鉛または硫化亜鉛で構成された窓材)を配置しても構わない。 In Embodiments 1 and 2, four openings are provided, and one of them is not provided with a spectral filter. However, the number of these openings is within a range that does not impair the effect of the present invention. If necessary, it can be adjusted appropriately. For example, a window material that does not have spectral characteristics (for example, silicon, germanium, barium fluoride, thallium bromoiodide, thallium bromochloride, sodium chloride, potassium bromide, potassium chloride, iodine) A window material made of cesium iodide, zinc selenide, or zinc sulfide) may be disposed.
以上のように、本発明にかかる放射分光濃度計は、赤外線チョッパー上に複数の開口を設け、少なくとも一つ以上の開口上に分光波長の異なる分光フィルタを設けることにより、複数の開口と分光フィルタを通過した放射した赤外線の放射スペクトルを一つの赤外線センサで検出することが可能になり、複数の赤外線センサを用いた場合の赤外線センサ間の感度補正や、感度の経時的変化の補正を行う必要なく高精度な検出を可能とするとともに、装置の小型化を可能にするという効果を有し、人体の血液成分や組織成分濃度を非観血的および非侵襲的に計測するための方法として有用である。 As described above, the radiation spectral densitometer according to the present invention includes a plurality of apertures on the infrared chopper, and a plurality of apertures and spectral filters by providing spectral filters having different spectral wavelengths on at least one or more apertures. It is possible to detect the emission spectrum of the emitted infrared radiation that has passed through a single infrared sensor, and it is necessary to correct the sensitivity between infrared sensors when multiple infrared sensors are used, and to correct the change in sensitivity over time. It is useful as a method for noninvasively and noninvasively measuring the blood component and tissue component concentration of the human body, with the effect of enabling highly accurate detection and miniaturization of the device. It is.
1 鼓膜
2 挿入ガイド
3 赤外線導波管
4、14 赤外線チョッパー
5、15 開口
5a、5b、5c、15a、15b、15c 分光フィルタ
5d フィルタ
6 赤外線センサ
7 電子回路
8 信号処理手段
9 表示保存手段
60 表示装置
61 対象物体
62 プラスチックカバー
63 反射鏡
64 赤外線導波管
65 光学バルブ
66 赤外線フィルタセット
67 検出器
68 電子回路
69 マイクロコンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tympanic membrane 2
Claims (6)
前記赤外線チョッパーは、前記赤外線導波管と前記赤外線検出器とを光学的に接続するための複数の開口を有し、
前記複数の開口のうちの少なくとも一つに前記分光フィルタが配置されていること
を特徴とする放射分光濃度計。 An infrared waveguide, an infrared chopper, a spectral filter, an infrared detector for detecting infrared rays from the infrared emitter through the infrared waveguide, and an object in the infrared emitter from the output of the infrared detector Means for calculating the concentration of the component, and display storage means for displaying and storing the concentration,
The infrared chopper has a plurality of openings for optically connecting the infrared waveguide and the infrared detector,
An emission spectral densitometer, wherein the spectral filter is disposed in at least one of the plurality of openings.
を特徴とする請求項1または2記載の放射分光濃度計。 The infrared radiator is at least a part of a living body, and the target component is a blood component of the living body;
The radiation spectral densitometer according to claim 1 or 2.
を特徴とする請求項3記載の放射分光濃度計。 The infrared waveguide is a hollow infrared waveguide or an infrared fiber;
The radiation spectral densitometer according to claim 3.
を特徴とする請求項3記載の放射分光濃度計。 A window material having no spectral characteristics is disposed in at least one of the plurality of openings, or a spectral filter is not disposed;
The radiation spectral densitometer according to claim 3.
を特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の放射分光濃度計。
The part is the eardrum and the blood component is glucose;
The radiation spectral densitometer according to claim 3, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005347472A JP2007151641A (en) | 2005-12-01 | 2005-12-01 | Radiation spectral densitometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005347472A JP2007151641A (en) | 2005-12-01 | 2005-12-01 | Radiation spectral densitometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007151641A true JP2007151641A (en) | 2007-06-21 |
Family
ID=38236760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005347472A Withdrawn JP2007151641A (en) | 2005-12-01 | 2005-12-01 | Radiation spectral densitometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007151641A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011517975A (en) * | 2008-04-11 | 2011-06-23 | グルコビスタ・エルエルシー | Apparatus and method for non-invasive measurement of body material |
-
2005
- 2005-12-01 JP JP2005347472A patent/JP2007151641A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011517975A (en) * | 2008-04-11 | 2011-06-23 | グルコビスタ・エルエルシー | Apparatus and method for non-invasive measurement of body material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6389444B2 (en) | Thermal radiation thermometer | |
JP4199295B2 (en) | Biological information measuring device | |
US5626139A (en) | Tympanic thermometer | |
US7684841B2 (en) | Living body ingredient concentration measuring instrument | |
JP2009153664A (en) | Biological component concentration measuring apparatus | |
JP2012506536A (en) | Infrared temperature measurement of strip | |
JP4264125B2 (en) | Biological information measuring apparatus and control method thereof | |
US9910262B2 (en) | Actuator control device, optical module, electronic apparatus, and actuator control method | |
WO1996008994A9 (en) | Tympanic thermometer | |
JPH0741026B2 (en) | Thermometer | |
JPH10137195A (en) | Radiation clinical thermometer | |
JP2007301356A (en) | Infrared thermometer and probe cover therefor | |
JP2006318925A (en) | Heating cooker | |
EP1891892A1 (en) | Biometric information measuring sensor | |
JP2007151641A (en) | Radiation spectral densitometer | |
CN113679341A (en) | Optical sensor, calibration method, and apparatus for estimating biological information | |
JP2007195653A (en) | Radiation spectral densitometer | |
JP2007250556A (en) | Heating cooker | |
EP2920563B1 (en) | Medical radiation thermometer having an improved optics system | |
JP2012063239A (en) | Infrared spectrophotometry apparatus | |
WO2021080002A1 (en) | Radiation thermometer, temperature measurement method, and temperature measurement program | |
JP3775034B2 (en) | Infrared detector and radiation thermometer using the same | |
JP2002122479A (en) | Infrared radiation detector and radiation fever thermometer using the same | |
JP2007236733A (en) | Biological component concentration measuring apparatus | |
JP2000139849A (en) | Infrared detector and radiation clinical thermometer using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081127 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20110411 |