JP2014032145A - Concentration measuring device, and method for controlling the concentration measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検体中の特定成分の濃度を測定する濃度測定装置等に関する。 The present invention relates to a concentration measuring device for measuring the concentration of a specific component in a subject.
物質を透過した光を測定することで、物質の成分を知る方法が知られている。例えば、グルコースのような光学活性物質を直線偏光が通過するとき、その偏光面が回転する旋光性という現象が知られている。また、物質を透過する光の吸収が物質の種類や濃度に依存して変化する吸光性という現象を利用して濃度の測定を行う技術も考案されている(例えば、特許文献1や2)。 A method is known in which a component of a substance is known by measuring light transmitted through the substance. For example, when linearly polarized light passes through an optically active substance such as glucose, a phenomenon of optical rotation is known in which the plane of polarization rotates. In addition, a technique has been devised for measuring the concentration using the phenomenon of light absorption in which the absorption of light passing through the substance changes depending on the type and concentration of the substance (for example, Patent Documents 1 and 2).
非侵襲式に濃度測定を行う従来の技術は、旋光性及び吸光性のうちの何れか一方の性質を利用して、被検体中の特定成分の濃度を測定するものがほとんどであった。しかし、この手法では、複数種類の成分を含有する被検体を対象として濃度の測定を行う場合に、精確な測定を行うことが困難な場面が生じ得た。 Most of the conventional techniques for measuring the concentration non-invasively measure the concentration of a specific component in a subject by utilizing one of optical rotation and light absorption. However, with this technique, when measuring the concentration of a sample containing a plurality of types of components, it may be difficult to perform accurate measurement.
というのは、旋光及び吸光の特性が類似する複数種類の成分を含有する被検体を対象として測定を行った場合、特性が類似しているがために、旋光性及び吸光性をそれぞれ単独的に用いたのでは、各成分を分離することが困難なためである。 This is because when the measurement is carried out on a specimen containing a plurality of types of components having similar optical rotation and absorption characteristics, the optical rotation and absorbance are each independently determined because the characteristics are similar. This is because it is difficult to separate each component.
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の成分を含有する被検体中の特定成分の濃度を正しく測定するための新しい手法を提案することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to propose a new method for correctly measuring the concentration of a specific component in a subject containing a plurality of components. .
以上の課題を解決するための第1の形態は、旋光性及び吸光性を有する第1成分及び第2成分を含有する被検体の前記第1成分の濃度を測定する濃度測定装置であって、第1波長の第1測定光と、前記被検体中の前記第2成分に係る吸光度に比べて前記第1成分に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第2波長の第2測定光とを前記被検体に照射する照射部と、前記被検体を透過した透過光を受光する受光部と、前記第1測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第1波長での前記被検体の旋光度を算出する旋光度算出部と、前記第2測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第2波長での前記被検体の吸光度を算出する吸光度算出部と、前記旋光度算出部により算出された旋光度と、前記吸光度算出部により算出された吸光度とを用いて、前記第1成分の濃度を算出する濃度算出部と、を備えた濃度測定装置である。 A first form for solving the above problem is a concentration measuring apparatus for measuring the concentration of the first component of a subject containing a first component and a second component having optical rotation and absorbance, A first measurement light having a first wavelength, and a second measurement light having a second wavelength at which the absorbance of the first component is substantially negligible compared to the absorbance of the second component in the subject. Using the output signal from the light receiving unit when the first measurement light is irradiated, the light receiving unit that receives the transmitted light that has passed through the subject, The object at the second wavelength using an optical rotation calculator for calculating the optical rotation of the object at one wavelength and an output signal from the light receiving part when the second measurement light is irradiated An absorbance calculation unit for calculating the absorbance of the optical rotation calculated by the optical rotation calculation unit, By using the absorbance calculated by serial absorbance calculation section, and a concentration calculator that calculates the concentration of the first component, the concentration measuring apparatus equipped with a.
また、他の形態として、測定光を被検体に照射する照射部と、前記被検体を透過した光を受光する受光部とを備え、前記被検体の成分濃度を測定する濃度測定装置の制御方法であって、前記被検体は、旋光性及び吸光性を有する第1成分及び第2成分を含有し、第1波長の第1測定光と、前記被検体中の前記第2成分に係る吸光度に比べて前記第1成分に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第2波長の第2測定光とを前記照射部に照射させることと、前記第1測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第1波長での前記被検体の旋光度を算出することと、前記第2測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第2波長での前記被検体の吸光度を算出することと、前記算出された旋光度と、前記算出された吸光度とを用いて、前記第1成分の濃度を算出することと、を含む制御方法を構成することとしてもよい。 Further, as another embodiment, a method for controlling a concentration measuring apparatus that includes an irradiating unit that irradiates the subject with measurement light and a light receiving unit that receives the light transmitted through the subject, and measures the component concentration of the subject The analyte includes a first component and a second component having optical rotation and absorbance, and the first measurement light having the first wavelength and the absorbance associated with the second component in the subject. Compared to irradiating the irradiation unit with the second measurement light having the second wavelength at which the absorbance related to the first component is substantially negligible, and receiving the light when the first measurement light is irradiated. Calculating the optical rotation of the subject at the first wavelength using the output signal from the unit, and using the output signal from the light receiving unit when the second measurement light is irradiated, Calculating the absorbance of the analyte at a second wavelength; and the calculated optical rotation; By using the absorbance the calculated, and calculating the concentration of the first component, it is also possible to configure the control method comprising.
この第1の形態等によれば、照射部により、第1波長の第1測定光と、被検体中の第2成分に係る吸光度に比べて第1成分に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第2波長の第2測定光とが被検体に照射される。吸光度が実質的に無視できる程度とは、例えば、第1成分及び第2成分の単位濃度換算での吸光度と、第1成分及び第2成分の被検体中の想定濃度とに基づいて、被検体中の第2成分分の吸光度に比べて第1成分分の吸光度が実質的に無視できる程度のことを意味する。このようにして定められる第2波長の第2測定光を被検体に照射することで、第1成分及び第2成分を分離することが可能となる。 According to the first embodiment, the absorbance of the first component can be substantially ignored by the irradiation unit compared to the first measurement light of the first wavelength and the absorbance of the second component in the subject. The subject is irradiated with the second measurement light having the second wavelength. The degree to which the absorbance is substantially negligible is, for example, based on the absorbance in terms of unit concentration of the first component and the second component and the assumed concentrations of the first component and the second component in the subject. It means that the absorbance of the first component is substantially negligible as compared to the absorbance of the second component in it. By irradiating the subject with the second measurement light having the second wavelength determined in this way, the first component and the second component can be separated.
具体的には、第1測定光が照射された際の受光部からの出力信号を用いて、第1波長での被検体の旋光度を算出する。また、第2測定光が照射された際の受光部からの出力信号を用いて、第2波長での被検体の吸光度を算出する。第1波長での被検体の旋光度は、主として第1成分及び第2成分の旋光性を反映した値となる。他方、第2波長での被検体の吸光度は、主として第2成分の吸光性を反映した値となる。旋光度と吸光度とは、濃度を介して相互に換算可能である。そのため、第1波長での被検体の旋光度と第2波長での被検体の吸光度とを用いれば、第1成分の濃度が算出できる。つまり、被検体中の特定成分の濃度を精度良く測定することが可能となる。 Specifically, the optical rotation of the subject at the first wavelength is calculated using an output signal from the light receiving unit when the first measurement light is irradiated. In addition, the absorbance of the subject at the second wavelength is calculated using the output signal from the light receiving unit when the second measurement light is irradiated. The optical rotation of the subject at the first wavelength is a value that mainly reflects the optical rotation of the first component and the second component. On the other hand, the absorbance of the subject at the second wavelength is a value that mainly reflects the absorbance of the second component. The optical rotation and absorbance can be converted to each other via the concentration. Therefore, the concentration of the first component can be calculated by using the optical rotation of the subject at the first wavelength and the absorbance of the subject at the second wavelength. That is, the concentration of the specific component in the subject can be accurately measured.
より具体的には、第2の形態として、第1の形態の濃度測定装置における前記濃度算出部は、前記吸光度算出部によって算出された吸光度を用いて、前記第2成分に係る旋光度を推定する第2成分旋光度推定部と、前記旋光度算出部によって算出された旋光度と、前記第2成分旋光度推定部によって推定された旋光度とを用いて、前記第1成分に係る旋光度を推定する第1成分旋光度推定部と、を有し、前記第1成分旋光度推定部によって推定された旋光度に基づいて前記第1成分の濃度を算出する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。 More specifically, as a second mode, the concentration calculation unit in the concentration measurement apparatus of the first mode estimates the optical rotation related to the second component using the absorbance calculated by the absorbance calculation unit. The optical rotation of the first component using the second component optical rotation estimation unit, the optical rotation calculated by the optical rotation calculation unit, and the optical rotation estimated by the second component optical rotation estimation unit And a first component optical rotation estimator that estimates the concentration of the first component based on the optical rotation estimated by the first component optical rotation estimator. It is good.
前述したように、第2波長での被検体の吸光度は、主として第2成分の吸光性を反映した値となる。従って、吸光度算出部によって算出された吸光度を濃度に換算し、それを旋光度に換算することで、第2成分に係る旋光度を推定することができる。また、第1波長での被検体の旋光度は、主として第1成分及び第2成分の旋光性を反映した値となる。そのため、具体的には、旋光度算出部によって算出された旋光度から第2成分旋光度推定部によって推定された第2成分の旋光度を差し引くことで、第1成分に係る旋光度を推定することができる。第1成分に係る旋光度が推定できれば、第1成分の濃度が求まる。 As described above, the absorbance of the subject at the second wavelength is a value that mainly reflects the absorbance of the second component. Therefore, the optical rotation related to the second component can be estimated by converting the absorbance calculated by the absorbance calculation unit into a concentration and converting it into the optical rotation. Further, the optical rotation of the subject at the first wavelength is a value mainly reflecting the optical rotation of the first component and the second component. Therefore, specifically, the optical rotation related to the first component is estimated by subtracting the optical rotation of the second component estimated by the second component optical rotation estimation unit from the optical rotation calculated by the optical rotation calculation unit. be able to. If the optical rotation related to the first component can be estimated, the concentration of the first component can be obtained.
また、第3の形態として、第1又は第2の形態の濃度測定装置において、前記被検体は水を含有し、前記照射部は、前記被検体中の前記第2成分に係る吸光度に比べて、前記被検体中の前記第1成分に係る吸光度及び水に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長を前記第2波長として照射する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。 Further, as a third form, in the concentration measuring apparatus of the first or second form, the subject contains water, and the irradiation unit is compared with the absorbance related to the second component in the subject. The concentration measuring apparatus may be configured to irradiate the second wavelength with a wavelength at which the absorbance related to the first component and the absorbance related to water in the subject are substantially negligible.
この第3の形態によれば、被検体は水を含有し、照射部は、被検体中の第2成分に係る吸光度に比べて、被検体中の第1成分に係る吸光度及び水に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長を第2波長として照射する。これにより、水の吸光の影響を排斥して、第1成分の濃度を正しく算出することが可能となる。 According to the third embodiment, the subject contains water, and the irradiation unit has the absorbance related to the first component in the subject and the absorbance related to water compared to the absorbance related to the second component in the subject. Is irradiated as the second wavelength. Thereby, it becomes possible to correctly calculate the concentration of the first component by eliminating the influence of light absorption.
また、第4の形態として、第1〜第3の何れかの形態の濃度測定装置において、前記被検体に照射される前記照射部の照射光の一部を、前記被検体に含有されている第3成分を主成分とする参照体を介して受光する参照光受光部を更に備え、前記吸光度算出部は、前記受光部からの出力信号と、前記参考光受光部からの出力信号とを用いて、前記第3成分に係る吸光度をキャンセルした前記第2波長での吸光度を算出する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。 Further, as a fourth mode, in the concentration measuring apparatus according to any one of the first to third modes, a part of the irradiation light of the irradiation unit irradiated to the subject is contained in the subject. It further includes a reference light receiving unit that receives light via a reference body having a third component as a main component, and the absorbance calculation unit uses an output signal from the light receiving unit and an output signal from the reference light receiving unit. Thus, a concentration measuring device that calculates the absorbance at the second wavelength where the absorbance related to the third component is canceled may be configured.
この第4の形態によれば、参照体受光部が、被検体に照射される照射部の照射光の一部を、被検体に含有されている第3成分を主成分とする参照体を介して受光する。そして、吸光度算出部が、受光部からの出力信号と、参考光受光部からの出力信号とを用いて、第3成分に係る吸光度をキャンセルした第2波長での吸光度を算出する。これにより、第1成分及び第2成分以外の成分(第3成分)が被検体に含有されている場合であっても、第1成分の濃度を正しく算出することが可能となる。 According to the fourth aspect, the reference body light receiving unit transmits a part of the irradiation light of the irradiation unit irradiated to the subject via the reference body mainly composed of the third component contained in the subject. Receive light. Then, the absorbance calculation unit calculates the absorbance at the second wavelength where the absorbance related to the third component is canceled, using the output signal from the light receiving unit and the output signal from the reference light receiving unit. Thereby, even when a component other than the first component and the second component (third component) is contained in the subject, it is possible to correctly calculate the concentration of the first component.
また、第5の形態として、第4の形態の濃度測定装置において、前記第3成分は水である、濃度測定装置を構成することとしてもよい。 Further, as a fifth mode, in the concentration measuring device according to the fourth mode, a concentration measuring device may be configured in which the third component is water.
この第5の形態によれば、第4の形態と相まって、被検体中に水が含有されている場合であっても、水の吸光の影響を排斥することが可能となる。 According to the fifth embodiment, coupled with the fourth embodiment, it is possible to eliminate the influence of water absorption even when water is contained in the subject.
また、第6の形態として、第1〜第5の何れかの形態の濃度測定装置において、前記被検体は生体であり、前記第1成分はグルコースであり、前記第2成分はタンパク質であり、前記照射部は、400nm〜900nmの中の何れかの波長を前記第1波長として前記被検体に照射する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。 Further, as a sixth form, in the concentration measuring apparatus according to any one of the first to fifth forms, the subject is a living body, the first component is glucose, and the second component is a protein, The irradiation unit may constitute a concentration measurement apparatus that irradiates the subject with any wavelength of 400 nm to 900 nm as the first wavelength.
この第6の形態によれば、被検体は生体であり、第1成分はグルコースであり、第2成分はタンパク質である。この場合、照射部が、400nm〜900nmの中の何れかの波長を第1波長として被検体に第1測定光を照射することで、グルコース及びタンパク質の旋光性を反映した旋光度を算出することが可能となる。 According to the sixth embodiment, the subject is a living body, the first component is glucose, and the second component is protein. In this case, the irradiation unit calculates the optical rotation that reflects the optical rotation of glucose and protein by irradiating the subject with the first measurement light with the wavelength of any one of 400 nm to 900 nm as the first wavelength. Is possible.
また、第7の形態として、第1〜第6の何れかの形態の濃度測定装置において、前記被検体は生体であり、前記第1成分はグルコースであり、前記第2成分はタンパク質であり、前記照射部は、1600nm〜1800nmの中の何れかの波長を前記第2波長として前記被検体に照射する、濃度測定装置を構成することとしてもよい。 Moreover, as a seventh aspect, in the concentration measurement apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the subject is a living body, the first component is glucose, and the second component is a protein, The irradiation unit may constitute a concentration measurement apparatus that irradiates the subject with any wavelength of 1600 nm to 1800 nm as the second wavelength.
この第7の形態によれば、被検体は生体であり、第1成分はグルコースであり、第2成分はタンパク質である。この場合、照射部が、1600nm〜1800nmの中の何れかの波長を第2波長として被検体に照射することで、タンパク質の吸光を反映した吸光度を算出することが可能となる。 According to the seventh embodiment, the subject is a living body, the first component is glucose, and the second component is protein. In this case, the irradiation unit irradiates the subject with any one of wavelengths from 1600 nm to 1800 nm as the second wavelength, so that it is possible to calculate the absorbance that reflects the absorbance of the protein.
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態の一例について説明する。但し、本発明を適用可能な形態が以下説明する実施形態に限定されるわけでないことは勿論である。 Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, it is needless to say that embodiments to which the present invention is applicable are not limited to the embodiments described below.
1.第1実施形態
1−1.構成
図1は、第1実施形態における濃度測定装置1の機能構成の一例を示すブロック図である。濃度測定装置1は、主要な構成として、第1光学装置3Aと、制御部100と、操作部200と、表示部300と、音出力部400と、通信部500と、記憶部600とを有して構成される。
1. 1. First embodiment 1-1. Configuration FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a concentration measuring apparatus 1 according to the first embodiment. The concentration measuring apparatus 1 includes a first
第1光学装置3Aは、光源10と、分岐部20と、偏光部30と、直交分離部40と、受光部50と、増幅部60と、ミラー70と、第2受光部80と、第2増幅部90とを有して構成される。
The first
偏光部30と直交分離部40との間には、被検体Sが配置される。被検体Sは、光学活性物質を含有し、光透過性を有する固体や液体等の任意の試料とすることが可能である。本実施形態では、被検体Sを、生体の皮下組織を模擬したグルコース(第1成分)とタンパク質(第2成分)と水(第3成分)とを含有する試薬として説明する。また、その中でもタンパク質を、血中の血球成分以外として多く含まれる2種類の血漿タンパクであるアルブミン及びグロブリンとして説明する。これは、血液から体組織に染み出している間質液中のグルコース濃度を測定する状況を想定したものである。
A subject S is disposed between the
光源10は、複数の波長の測定光を生成して出射可能に構成された照射部であり、例えば多波長光源として構成される。光源10は、制御部100の制御の下、照射制御部110から指示された波長の測定光を生成して出射する。
The
分岐部20は、光源10から出射した測定光を透過光と反射光との2つの光に分岐させる分岐器であり、例えばビームスプリッターを有して構成される。分岐部20からの透過光は偏光部30に入射し、反射光はミラー70に導光される。
The branching
偏光部30は、分岐部20からの出射光を直線偏光に変換する偏光素子(偏光子)である。この偏光部30としては、例えばグランタイプの偏光子の一種であるグラントムソンプリズムを適用することができる。
The
直交分離部40は、直線偏光が被検体Sを透過した透過光を直交成分、すなわち互いに90度異なる偏光成分に分離する光学素子である。この直交分離部40としては、例えばウォラストンプリズムを適用することができる。
The
受光部50は、直交分離部40によって直交分離された光を受光する素子であり、フォトダイオード等の光検出器を有して構成される。受光部50は、P偏光受光部50AとS偏光受光部50Bとを有して構成され、直交分離部40によって直交分離された互いに直交する偏光成分(P成分及びS成分)を受光する。受光部50で受光された光は光電変換され、受光光量に応じた電圧値が増幅部60に出力される。以下の説明では、P偏光受光部50Aで光電変換された電圧のことを「P偏光電圧」と称し、S偏光受光部50Bで光電変換された電圧のことを「S偏光電圧」と称して説明する。
The
増幅部60は、受光部50での受光レベルの差及び和を増幅する演算部であり、加算器61と、減算器63と、加算用増幅器65と、減算用増幅器67とを有して構成される。P偏光受光部50A及びS偏光受光部50Bからの出力は、加算器61及び減算器63でそれぞれ加算及び減算が行われ、加算用増幅器65及び減算用増幅器67でそれぞれ増幅される。
The amplifying
本実施形態では、加算用増幅器65の増幅率を第1増幅率「G1」とし、減算用増幅器67の増幅率を第2増幅率「G2」として説明する。増幅部60は、受光レベルの差に相当する電圧と、受光レベルの和に相当する電圧とを制御部100に出力する。以下の説明では、この受光レベルの差に相当する電圧のことを「減算出力電圧」と称し、受光レベルの和に相当する電圧のことを「加算出力電圧」と称して説明する。
In the present embodiment, the amplification factor of the
ミラー70は、分岐部20で分岐された光のうちの一方の光を反射させて、第2受光部80に導光する。
なお、本実施形態では、分岐部20で分岐された光がミラー70によって第2受光部80に導光されることとして図示・説明するが、これに代えて、分岐部20で分岐された光を光ファイバーなどの導光器を用いて第2受光部80に導光するように光経路を構成してもよい。
The
In the present embodiment, the light branched by the branching
第2受光部80は、ミラー70で反射された測定光を受光する。第2受光部80で受光された光は光電変換され、その受光光量に応じた電圧値が第2増幅部90に出力される。
The second
第2増幅部90は、第2受光部80から出力される電圧を所定の増幅率で増幅する増幅器である。本実施形態では、第2増幅部90の増幅率を第3増幅率「G3」として説明する。
The
分岐部20から第2増幅部90に至る光の経路は、旋光度と吸光度とを同時に測定することを目的として設計した光経路であり、いわゆるダブルビーム方式の思想に基づき設計した光経路である。
The light path from the branching
制御部100は、濃度測定装置1の各部を統括的に制御する制御装置であり、CPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)等のマイクロプロセッサーや、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等を有して構成される一種のコンピューターである。
The
制御部100は、主要な機能部として、照射制御部110と、旋光度算出部120と、吸光度算出部130と、濃度算出部140とを有する。但し、これらの機能部は、一実施例として記載したものに過ぎず、必ずしもこれら全ての機能部を必須構成要素としなければならないわけではない。また、これら以外の機能部を必須構成要素として追加してもよい。
The
照射制御部110は、光源10による被検体Sへの測定光の照射を制御する。具体的には、測定光の波長を指示する制御信号を光源10に出力し、所望の波長の測定光を光源10に生成・出射させる制御を行う。
The
旋光度算出部120は、後述する合算旋光度を算出するために、第1波長の第1測定光が被検体Sに照射された際に増幅部60から出力される出力電圧(出力信号)を用いて、第1波長での被検体Sの旋光度を算出する。
The optical
吸光度算出部130は、後述するタンパク質吸光度を算出するために、第2波長の第2測定光が被検体Sに照射された際に増幅部60及び第2増幅部90から出力される出力電圧(出力信号)を用いて、第2波長での被検体Sの吸光度を算出する。
The
濃度算出部140は、旋光度算出部120により算出された旋光度と、吸光度算出部130により算出された吸光度とを用いて、グルコース濃度を算出する。濃度算出部140は、吸光度算出部130によって算出された吸光度を用いて、グルコースに係る旋光度を推定するタンパク質旋光度推定部141を機能部として有する。また、旋光度算出部120によって算出された旋光度と、タンパク質旋光度推定部141によって推定された旋光度とを用いて、グルコースに係る旋光度を推定するグルコース旋光度推定部142とを機能部として有する。
The
操作部200は、ボタンスイッチ等を有して構成される入力装置であり、押下されたボタンの信号を制御部100に出力する。この操作部200の操作により、グルコース濃度の測定開始指示等の各種指示入力がなされる。
The
表示部300は、LCD(Liquid Crystal Display)等を有して構成され、制御部100から入力される表示信号に基づく各種表示を行う表示装置である。表示部300には、グルコース濃度の測定値等の情報が表示される。
The
音出力部400は、制御部100から入力される音出力信号に基づく各種音出力を行う音出力装置である。例えば、測定開始や測定終了、エラー発生等の報知音を出力する。
The
通信部500は、制御部100の制御に従って、装置内部で利用される情報を外部の情報処理装置との間で送受するための通信装置である。通信部500の通信方式としては、所定の通信規格に準拠したケーブルを介して有線接続する形式や、クレイドルと呼ばれる充電器と兼用の中間装置を介して接続する形式、近距離無線通信を利用して無線接続する形式等、種々の方式を適用可能である。
The
記憶部600は、ROM(Read Only Memory)やフラッシュROM、RAM(Random Access Memory)等の記憶装置を有して構成される。記憶部600は、濃度測定装置1のシステムプログラムや、旋光度算出機能、吸光度算出機能といった各種機能を実現するための各種プログラム、データ等を記憶している。また、各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
The
記憶部600には、制御部100によって読み出され、濃度測定処理(図3参照)として実行される濃度測定プログラム610が記憶されている。濃度測定処理については、フローチャートを用いて詳細に後述する。
The
また、記憶部600には、選定波長データ620と、換算用データ630と、合算旋光度640と、タンパク質吸光度650と、グルコース濃度660とが記憶される。これらのデータについては後述する。
The
1−2.原理
1−2−1.グルコース濃度の測定手順
本実施形態の濃度測定装置1は、旋光性及び吸光性を有する第1成分及び第2成分を含有する被検体Sの第1成分の濃度を測定する。本実施形態では、第1成分をグルコース、第2成分をタンパク質とし、被検体Sに含有されているグルコース濃度を測定することとする。旋光性及び吸光性の何れか一方を単体で利用するのではなく、両性質を併用することで、グルコース濃度の高精度な測定を実現する。
1-2. Principle 1-2-1. Procedure for Measuring Glucose Concentration The concentration measuring apparatus 1 of the present embodiment measures the concentration of the first component of the subject S containing the first component and the second component having optical rotation and absorbance. In this embodiment, glucose concentration contained in the subject S is measured with glucose as the first component and protein as the second component. Rather than using either optical rotation or light absorbency alone, high-accuracy measurement of glucose concentration is realized by using both properties together.
まず、旋光性について、被検体Sを透過し易い波長域であって、グルコース及びタンパク質が一定のレベルの旋光度を示す第1波長を選定する。そして、この第1波長の第1測定光を光源10から被検体Sに照射させる。この場合、旋光度算出部120によって、グルコースの旋光度とタンパク質の旋光度とを合算した値が、第1波長での被検体Sの旋光度として算出される。この旋光度算出部120によって算出される旋光度を「合算旋光度」と称する。つまり、第1波長は、合算旋光度を算出するために用いられる波長であると言えるため、第1波長のことを「合算旋光度算出波長」と称して説明する。本願発明者は種々の波長で実験を行い、400nm〜900nmの波長域の中から合算旋光度算出波長を選定することが適切であると判断した。
First, for the optical rotation, a first wavelength that is easy to transmit through the subject S and that shows a certain level of optical rotation of glucose and protein is selected. Then, the subject S is irradiated with the first measurement light having the first wavelength from the
次に、吸光性について、タンパク質に係る吸光度に比べてグルコースに係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第2波長を選定する。ここで言う第2波長とは、グルコース及びタンパク質の単位濃度換算での吸光度と、グルコース及びタンパク質の被検体S中の想定濃度とに基づいて、被検体の吸光度中のタンパク質分の吸光度に比べてグルコース分の吸光度が実質的に無視できる程度になる波長のことを意味する。つまり、第2波長は、被検体Sに対する吸光の現象においてタンパク質がグルコースと比して優位に表れる波長のことを意味する。そこで、本実施形態では、この第2波長のことを「タンパク質吸光優位波長」と称して説明する。 Next, the second wavelength is selected for the absorbance such that the absorbance related to glucose is substantially negligible compared to the absorbance related to protein. The second wavelength here refers to the absorbance of glucose and protein in terms of unit concentration and the assumed concentration of glucose and protein in the specimen S, compared to the absorbance of the protein in the absorbance of the specimen. It means a wavelength at which the absorbance of glucose is substantially negligible. That is, the second wavelength means a wavelength at which protein appears predominantly compared to glucose in the phenomenon of light absorption on the subject S. Therefore, in the present embodiment, the second wavelength will be described as “protein absorption dominant wavelength”.
本願発明者が行った実験によれば、1400nm〜1500nmといった波長域や、1600nm〜1800nmといった波長域で、アルブミン及びグロブリンの吸光度の絶対値がタンパク質の吸光度の絶対値と比べて、相対的にかなり大きくなっていることがわかった。つまり、これらの波長域は、タンパク質に係る吸光度に比べてグルコースに係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長域であると考えることができる。 According to experiments conducted by the inventors of the present application, the absolute values of albumin and globulin absorbances are relatively large compared to the absolute values of protein absorbances in the wavelength range of 1400 nm to 1500 nm and the wavelength range of 1600 nm to 1800 nm. I found it getting bigger. That is, it can be considered that these wavelength ranges are such that the absorbance related to glucose is substantially negligible compared to the absorbance related to protein.
しかし、ここで問題となるのは、被検体Sには第3成分として水が含有されていることである。水の吸光は非常に大きく、それに加えて温度の影響を受けやすいという特性がある。従って、水の吸光はグルコース濃度の測定精度を低下させる大きな要因となるため、水の吸光を考慮してタンパク質吸光優位波長を選定しなければならない。 However, the problem here is that the subject S contains water as the third component. The light absorption of water is very large, and in addition, it has the property of being easily affected by temperature. Therefore, the light absorption of water is a major factor that lowers the measurement accuracy of the glucose concentration. Therefore, it is necessary to select the protein absorption dominant wavelength in consideration of the light absorption of water.
図2は、グルコース、タンパク質及び水の単位濃度換算での吸収係数(吸光係数)の波長依存性を示す図である。図2において、横軸は波長(単位はnm)であり、縦軸は吸収係数(単位はcm−1)である。縦軸の吸収係数は、単位濃度換算での吸収係数(濃度で規格化した吸収係数)を示している。グルコースの吸収係数を実線で、タンパク質の吸収係数を点線で、水の吸収係数を一点鎖線でそれぞれ示している。 FIG. 2 is a graph showing the wavelength dependence of absorption coefficients (absorption coefficients) in terms of unit concentrations of glucose, protein and water. In FIG. 2, the horizontal axis represents wavelength (unit: nm), and the vertical axis represents absorption coefficient (unit: cm −1 ). The absorption coefficient on the vertical axis represents the absorption coefficient in terms of unit concentration (absorption coefficient normalized by concentration). The absorption coefficient of glucose is indicated by a solid line, the absorption coefficient of protein is indicated by a dotted line, and the absorption coefficient of water is indicated by a one-dot chain line.
この図を見ると、1450nmの近傍の波長で水の吸収係数が極大値を示しており、その近傍の波長域では、水の吸収係数がグルコースやタンパク質の吸収係数と比較して大きくなっていることがわかる。そのため、この波長域の波長を用いることは適切とは言えない。そこで、他の波長域に着目して、タンパク質吸光優位波長を選定する。 As can be seen from the graph, the absorption coefficient of water shows a maximum value at a wavelength in the vicinity of 1450 nm, and the absorption coefficient of water is larger than that of glucose or protein in the wavelength region in the vicinity. I understand that. For this reason, it is not appropriate to use a wavelength in this wavelength range. Therefore, paying attention to other wavelength regions, the protein absorption dominant wavelength is selected.
注意が必要なのは、図2の吸光スペクトルは、単位濃度換算の吸光スペクトルを表していることである。被検体として生体を考えた場合、グルコースの血中濃度は健常者で80〜100[mg/dl]であるのに対し、タンパク質の一種であるアルブミンでは4〜5[g/dl]程度であり、その濃度には50倍程度の開きがある。そのため、この濃度差を考慮して、タンパク質吸光優位波長を選定する必要がある。 It should be noted that the absorption spectrum in FIG. 2 represents an absorption spectrum in terms of unit concentration. When a living body is considered as a subject, the blood concentration of glucose is 80 to 100 [mg / dl] in a healthy person, whereas albumin, which is a kind of protein, is about 4 to 5 [g / dl]. The density has a difference of about 50 times. Therefore, it is necessary to select a protein absorption dominant wavelength in consideration of this concentration difference.
水の吸光のピークが1460nmの近傍や2000nmの近傍に存在することを考慮し、本願発明者は、図2の吸光スペクトルから判断して、好適には1600nm〜1800nm、より好適には1700nm〜1800nmの波長域の中からタンパク質吸光優位波長を選定することが適切であると判断した。 Considering that the water absorption peak exists in the vicinity of 1460 nm or 2000 nm, the inventor of the present application preferably determines 1600 nm to 1800 nm, more preferably 1700 nm to 1800 nm, as judged from the absorption spectrum of FIG. It was judged that it was appropriate to select a protein absorption dominant wavelength from the wavelength range of.
上記の波長域から選定したタンパク質吸光優位波長の測定光を被検体Sに照射し、その場合の透過光の光量と測定光の光量とを用いて吸光度を算出する。この場合に算出される吸光度は、被検体S中のタンパク質に係る吸光がグルコース及び水の吸光に比べて優位な吸光度である。従って、この吸光度をタンパク質吸光度とみなして、グルコース濃度の算出に利用する。具体的には、吸光度算出部によって算出された吸光度を用いて、被検体S中のタンパク質に係る旋光度(以下、「タンパク質旋光度」と称す。)を推定する。 The sample S is irradiated with measurement light having a protein absorption dominant wavelength selected from the above wavelength range, and the absorbance is calculated using the amount of transmitted light and the amount of measurement light in that case. The absorbance calculated in this case is an absorbance in which the absorbance associated with the protein in the subject S is superior to the absorbance of glucose and water. Therefore, this absorbance is regarded as protein absorbance and used for calculation of glucose concentration. Specifically, the optical rotation related to the protein in the subject S (hereinafter referred to as “protein optical rotation”) is estimated using the absorbance calculated by the absorbance calculation unit.
タンパク質旋光度の推定は、吸光度算出部130によって算出された吸光度を濃度に換算し、濃度を旋光度に換算することで行うことができる。吸光度から濃度への換算は、例えば次式(1)で与えられるランベルト・ベールの法則に従って行うことができる。
なお、光学装置を構成する光学素子の性能等に起因する誤差要因により、ランベルト・ベールの法則が厳密には成立しない場合が想定される。そこで、タンパク質に係る濃度と吸光度との関係を示す検量線を予め求めて、そのデータを記憶部600に記憶させておき、この検量線データを用いて、吸光度から濃度への換算を行うこととしてもよい。
It is assumed that the Lambert-Beer law is not strictly established due to an error factor caused by the performance of the optical elements constituting the optical device. Therefore, a calibration curve indicating the relationship between the concentration and absorbance associated with the protein is obtained in advance, the data is stored in the
次いで、次式(2)に従って、タンパク質の濃度をタンパク質の旋光度に換算する。
上記のようにしてタンパク質旋光度を推定したならば、先に算出しておいた合算旋光度と、推定したタンパク質旋光度とを用いて、被検体S中のグルコースに係る旋光度(以下、「グルコース旋光度」と称す。)を推定する。合算旋光度は、グルコースの旋光度とタンパク質の旋光度とを合算した旋光度である。従って、合算旋光度からタンパク質旋光度を減算することで、グルコース旋光度を推定することができる。 If the protein optical rotation is estimated as described above, the optical rotation related to glucose in the subject S (hereinafter referred to as “the optical rotation”) is calculated using the previously calculated total optical rotation and the estimated protein optical rotation. Called "glucose optical rotation"). The total optical rotation is the optical rotation obtained by adding together the optical rotation of glucose and the optical rotation of protein. Therefore, the glucose optical rotation can be estimated by subtracting the protein optical rotation from the total optical rotation.
最後に、推定したグルコース旋光度を濃度に換算することで、被検体S中のグルコース濃度を推定する。この場合の旋光度から濃度への換算は、式(2)をグルコースに係る式として適用することで実現することができる。 Finally, the glucose concentration in the subject S is estimated by converting the estimated glucose rotation into a concentration. The conversion from the optical rotation to the concentration in this case can be realized by applying Equation (2) as an equation relating to glucose.
上記の吸光度から旋光度への換算、旋光度から濃度への換算を実現するために、被検体Sに含有されている成分のモル吸光係数や比旋光度といったパラメーターや、各成分の吸光に係る検量線といったデータを、換算用データ630として記憶部600に予め記憶させておけばよい。
In order to realize the conversion from the absorbance to the optical rotation and the conversion from the optical rotation to the concentration, parameters such as the molar extinction coefficient and specific rotation of the component contained in the specimen S, and the absorption of each component Data such as a calibration curve may be stored in advance in the
1−2−2.旋光度の算出方法
被検体Sを透過した透過光の光量を「Ea 2」とし、直交分離部40に対する直線偏光の入射角を「θ0」とし、被検体Sによる旋光度(旋光角)を「θ」とする。このとき、P偏光の電界成分及びS偏光の電界成分は、それぞれ「Ea×cos(θ+θ0)」及び「Ea×sin(θ+θ0)」で表される。従って、P偏光電圧及びS偏光電圧は、それぞれ「Ea 2×cos2(θ+θ0)」及び「Ea 2×sin2(θ+θ0)」で表される。
1-2-2. Calculation Method of Optical Rotation The amount of transmitted light that has passed through the subject S is “E a 2 ”, the incident angle of linearly polarized light with respect to the
このとき、P偏光電圧からS偏光電圧を減算することで、次式(3)のように減算電圧「Vs」を求めることができる。また、P偏光電圧とS偏光電圧とを加算することで、次式(4)のように加算電圧「Va」を求めることができる。
増幅部60は、式(3)及び(4)で表される減算電圧「Vs」及び加算電圧「Va」を演算し、その演算結果をそれぞれ増幅する。減算電圧「Vs」に対する増幅率が第1増幅率「G1」、加算電圧「Va」に対する増幅率が第2増幅率「G2」であるため、増幅部60から出力される減算出力電圧「V1」及び加算出力電圧「V2」は、それぞれ次式(5)及び(6)のようになる。
式(5)及び(6)から、次式(7)を導出することができる。
従って、式(7)から、旋光度「θ」を次式(8)のように算出することができる。
1−2−3.吸光度の算出方法
第2受光部80で受光された光の光量を「Eb 2」とする。このとき、第2増幅部90からの出力電圧「V3」は、次式(9)で与えられる。
この場合、吸光度「Abs」は、加算出力電圧「V2」と出力電圧「V3」とを用いて、次式(10)のように算出することができる。
1−2−4.光学装置の校正
本実施形態では、旋光度及び吸光度が正しく算出されるように光学装置を校正する。
旋光度「θ」の算出には「C1」及び「θ0」の2つのパラメーター値が必要である。「C1」は、第1増幅率「G1」の設計値と第2増幅率「G2」の設計値とを用いて算出することが可能である。また、「θ0」は、機械的に所定の角度に設定しておく。しかしながら、ごく微小な角度で表される旋光度を算出するに当たっては、上記のパラメーター値が、旋光度の算出が正しく行われるかどうかを左右する。
1-2-4. Calibration of Optical Device In this embodiment, the optical device is calibrated so that the optical rotation and absorbance are correctly calculated.
The calculation of the optical rotation “θ” requires two parameter values “C1” and “θ 0 ”. “C1” can be calculated using the design value of the first gain “G1” and the design value of the second gain “G2”. Further, “θ 0 ” is mechanically set to a predetermined angle. However, in calculating the optical rotation expressed by a very small angle, the above parameter value determines whether the optical rotation is correctly calculated.
増幅部60の設計上の増幅率には、利用する素子などの精度等に起因する誤差が含まれ得る。その誤差によって旋光度の測定精度が低下することも考えられる。そこで、旋光度が既知である2種類以上の物質を測定対象として測定を行い、この場合に光学装置から出力される電圧値を用いて旋光度を算出する。そして、この旋光度の算出値と測定対象として用いた物質の旋光度の理論値からのずれに基づき、光学装置を校正する。「C1」及び「θ0」の2個であるため、2以上の方程式が立てられれば、2個の未知数が求まる。方程式の解は、例えば最小二乗法等の公知の数値計算を用いて算出することができる。
The design amplification factor of the amplifying
同様に、吸光度の算出に係るパラメーターの値を求める。具体的には、第2増幅率「G2」と第3増幅率「G3」との比「C2」、及び、光量「Ea 2」と「Eb 2」との比「Ea 2/Eb 2」の2つのパラメーターの値を求める。増幅部60及び第2増幅部90の増幅率(設計値)には、上記のように利用する素子などの精度等に起因する誤差が含まれ得る。また、測定光の照射系及び受光系を構成する光学素子の特性等に起因して、受光部50及び第2受光部80で受光される光の光量には揺らぎが生じ得る。これらの誤差要因は、吸光度算出の正確性を低下させる要因となる。
Similarly, the value of the parameter relating to the calculation of absorbance is obtained. Specifically, the ratio “C2” between the second gain “G2” and the third gain “G3”, and the ratio “E a 2 / E” between the light amounts “E a 2 ” and “E b 2 ”. The values of the two parameters “ b 2 ” are obtained. The amplification factors (design values) of the amplifying
そこで、被検体Sを配置しない状態(試料無しの状態)、或いは、所定の標準試薬を配置した状態で測定を行い、この場合に光学装置から出力される電圧値を用いて吸光度を算出する。そして、この吸光度の算出値と標準試薬等の吸光度の理論値からのずれに基づき、光学装置を校正する。 Therefore, measurement is performed in a state where the subject S is not disposed (a state where there is no sample) or a state where a predetermined standard reagent is disposed, and in this case, the absorbance is calculated using the voltage value output from the optical device. Then, the optical apparatus is calibrated based on the deviation between the calculated absorbance value and the theoretical absorbance value of the standard reagent or the like.
1−3.処理の流れ
図3は、制御部100が、記憶部600に記憶されている濃度測定プログラム610に従って実行する濃度測定処理の流れを示すフローチャートである。
1-3. Processing Flow FIG. 3 is a flowchart showing the flow of concentration measurement processing executed by the
最初に、制御部100は、初期校正処理を行う(ステップA1)。具体的には、上記のように、旋光度の算出に係るパラメーター及び吸光度の算出に係るパラメーターを求めることで光学装置を校正する。
First, the
次いで、制御部100は、合算旋光度算出波長及びタンパク質吸光優位波長を選定し、選定波長データ620として記憶部600に記憶させる(ステップA3)。これらの波長を選定する波長域については、前述の通りである。
Next, the
次いで、照射制御部110は、合算旋光度算出波長の測定光の照射制御を行う(ステップA5)。具体的には、合算旋光度算出波長の測定光を生成・出射させるための制御信号を光源10に出力し、合算旋光度算出波長の測定光を被検体Sに照射させるように制御する。
Next, the
次いで、旋光度算出部120は、初期校正処理で校正したパラメーター値と、加算用増幅器65及び減算用増幅器67から出力される加算出力電圧及び減算出力電圧とを用いて式(8)に従って旋光度を算出し、合算旋光度640として記憶部600に記憶させる(ステップA7)。
Next, the optical
その後、照射制御部110は、タンパク質吸光優位波長の測定光の出射制御を行う(ステップA9)。具体的には、タンパク質吸光優位波長の測定光を生成・出射させるための制御信号を光源10に出力し、タンパク質吸光優位波長の測定光を被検体Sに照射させるように制御する。
Thereafter, the
次いで、吸光度算出部130は、初期校正処理で校正したパラメーター値と、加算用増幅器65から出力される加算出力電圧と、第2増幅部90から出力される出力電圧とを用いて式(10)に従って吸光度を算出し、タンパク質吸光度650として記憶部600に記憶させる(ステップA11)。
Next, the
次いで、タンパク質旋光度推定部141は、記憶部600に記憶されている換算用データ630を用いて、タンパク質吸光度650からタンパク質旋光度を推定する(ステップA13)。そして、グルコース旋光度推定部142は、合算旋光度からタンパク質旋光度を減算することで、グルコース旋光度を推定する(ステップA15)。
Next, the protein optical
その後、濃度算出部140は、換算用データ630を用いて、グルコース旋光度を濃度に換算し、換算結果をグルコース濃度660として記憶部600に記憶させる(ステップA17)。そして、制御部100は、算出したグルコース濃度660を測定結果として表示部300に表示させる制御を行った後(ステップA19)、濃度測定処理を終了する。
Thereafter, the
1−4.作用効果
濃度測定装置1において、合算旋光度算出波長(第1波長)の測定光(第1測定光)と、被検体S中のタンパク質に係る吸光度に比べてグルコースに係る吸光度が実質的に無視できる程度になるタンパク質吸光優位波長(第2波長)の測定光(第2測定光)とが、光源10(照射部)によって被検体Sに照射される。被検体Sを透過した透過光は受光部50で受光される。
1-4. Action and Effect In the concentration measurement apparatus 1, the absorbance related to glucose is substantially ignored compared to the measurement light (first measurement light) of the total optical rotation calculation wavelength (first wavelength) and the absorbance related to the protein in the subject S. The measurement light (second measurement light) having a protein absorption dominant wavelength (second wavelength) to the extent possible is irradiated onto the subject S by the light source 10 (irradiation unit). The transmitted light that has passed through the subject S is received by the
旋光度算出部120は、第1測定光が照射された際の受光部50からの出力信号を用いて、第1波長での被検体Sの旋光度を算出する。また、吸光度算出部130は、第2測定光が照射された際の受光部50からの出力信号を用いて、第2波長での被検体Sの吸光度を算出する。そして、濃度算出部140は、旋光度算出部120により算出された旋光度と、吸光度算出部130により算出された吸光度とを用いて、グルコースの濃度を算出する。
The optical
第1波長での被検体Sの旋光度は、主としてグルコース及びタンパク質の旋光性を反映した値として算出される。それに対し、第2波長は、被検体S中のタンパク質に係る吸光度に比べてグルコースに係る吸光度及び水に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長であることから、タンパク質吸光優位波長での被検体Sの吸光度は、主としてタンパク質の吸光性を反映した値となる。旋光度と吸光度とは、濃度を介して相互に換算可能である。従い、第1波長での被検体Sの旋光度と第2波長での被検体Sの吸光度とを用いることで、グルコースの濃度を正しく算出することができる。 The optical rotation of the subject S at the first wavelength is calculated as a value mainly reflecting the optical rotation of glucose and protein. On the other hand, the second wavelength is a wavelength at which the absorbance related to glucose and the absorbance related to water are substantially negligible compared to the absorbance related to the protein in the subject S. The absorbance of the subject S is a value that mainly reflects the absorbance of the protein. The optical rotation and absorbance can be converted to each other via the concentration. Therefore, the glucose concentration can be correctly calculated by using the optical rotation of the subject S at the first wavelength and the absorbance of the subject S at the second wavelength.
2.第2実施形態
図4は、第2実施形態における第2光学装置3Bの構成の一例を示す図である。第2光学装置3Bでは、ミラー70と第2受光部80との間に参照体Rが配置されている。この場合、第2受光部80は、被検体に照射される光源からの照射光の一部を参照体を介して受光する参照光受光部として機能する。
2. Second Embodiment FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a configuration of a second
本実施形態では、参照体を水とする。水を参照体として配置するのは、被検体中の水に係る吸光度をキャンセルしたタンパク質吸光優位波長での吸光度を算出するためである。参照体Rとして水を配置することで、水による吸光を受けた透過光が第2受光部80で受光される。この場合、第2増幅部90からの出力電圧「V3」を用いて式(10)に従って吸光度を算出すると、被検体Sの吸光度から水の吸光度が差し引かれて、水に係る吸光度をキャンセルしたタンパク質吸光優位波長での吸光度が得られる。この測定法を「差動測定法」と称する。
In this embodiment, the reference body is water. The reason why the water is arranged as a reference body is to calculate the absorbance at the protein absorption dominant wavelength in which the absorbance related to water in the subject is canceled. By disposing water as the reference body R, transmitted light that has been absorbed by water is received by the second
但し、水は、温度変化によってその吸光度が変化する傾向がある。そのため、被検体Sと参照体Rとは、温度差をほぼゼロとみなせる環境に配することが必要となる。例えば、光源10以外の第2光学装置3Bの構成要素を恒温室内に設置したり、温調セルホルダーを用いて被検体S及び参照体Rの温度を同一温度且つ一定に保つようにすると好適である。この構成によれば、水の吸光の影響を考慮する必要がなくなるため、第1実施形態で例示したタンパク質吸光優位波長(第2波長)とは異なる波長を吸光度の算出に利用することができる。
However, the absorbance of water tends to change with temperature. Therefore, it is necessary to arrange the subject S and the reference body R in an environment where the temperature difference can be regarded as almost zero. For example, it is preferable that the components of the second
ここで、再び図2を参照する。本実施形態の差動測定法では、水の吸光の影響を考慮する必要がなくなるため、グルコースとタンパク質の吸光特性にのみ着目して波長の選定を行えばよいことになる。具体的には、被検体中のタンパク質に係る吸光度に比べてグルコースに係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長を選定してタンパク質吸光優位波長とすればよい。 Here, FIG. 2 will be referred to again. In the differential measurement method of the present embodiment, it is not necessary to consider the influence of water absorption, so it is only necessary to select a wavelength by paying attention only to the absorption characteristics of glucose and protein. Specifically, a wavelength at which the absorbance related to glucose is substantially negligible compared to the absorbance related to protein in the subject may be selected as the protein absorption dominant wavelength.
例えば、1300nm〜1450nmの波長域では、タンパク質の吸光度がグルコースの吸光度と比べて高くなっている。また、1700nm〜1900nmの波長域においても、タンパク質の吸光度がグルコースの吸光度と比べて高くなっている。そのため、例えば、これらの波長域の中からタンパク質吸光優位波長を選定して、吸光度を算出するとよい。 For example, in the wavelength range of 1300 nm to 1450 nm, the absorbance of the protein is higher than the absorbance of glucose. Further, even in the wavelength range of 1700 nm to 1900 nm, the absorbance of the protein is higher than the absorbance of glucose. Therefore, for example, the absorbance may be calculated by selecting a protein absorption dominant wavelength from these wavelength ranges.
なお、グルコース濃度を算出するための原理や手順は、第1実施形態で説明した通りであり、参照体Sとして水を配置すること以外は異なるところがないため、再度の説明を省略する。 Note that the principle and procedure for calculating the glucose concentration are as described in the first embodiment, and there is no difference except that water is disposed as the reference body S, and thus the description thereof is omitted.
3.変形例
本発明を適用可能な実施例は、上記の実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは勿論である。以下、変形例について説明する。
3. Modifications Embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Hereinafter, modified examples will be described.
3−1.適用形態
上記の実施形態で説明した濃度測定装置は、例えば、果物の糖分を測定する糖分測定装置や、人間の血糖値を測定する血糖値測定装置といった測定用機器に組み込んで利用することが可能である。
3-1. Application form The concentration measurement apparatus described in the above embodiment can be used by being incorporated in a measuring device such as a sugar measurement apparatus that measures the sugar content of fruits or a blood sugar level measurement apparatus that measures human blood sugar levels. It is.
糖分測定装置に適用する場合は、例えば果物の果汁を被検体Sとして、上記の実施形態で説明した手順で果物の糖分を測定すればよい。また、血糖値測定装置に適用する場合は、人間の耳たぶや指先、指の表皮部等の透過性を有する部位を測定用部位とし、当該測定用部位に測定光を照射するようにすればよい。この場合は、生体が被検体となる。 When applied to a sugar content measuring apparatus, for example, fruit juice may be measured by the procedure described in the above embodiment using the fruit juice as the subject S. In addition, when applied to a blood sugar level measuring device, a part having permeability such as a human earlobe, fingertip, or epidermis of a finger may be used as a measurement part, and the measurement light may be irradiated to the measurement part. . In this case, the living body is the subject.
3−2.被検体の含有成分
上記の実施形態では、第1成分をグルコースとし、第2成分をタンパク質として説明したが、これらは一実施例として記載したものに過ぎない。旋光性及び吸光性を有する成分であれば、任意の成分を第1成分及び第2成分として、上記の実施形態と同様の手順で第1成分の濃度を測定することが可能である。
3-2. Ingredients of specimen In the above embodiment, the first component is glucose and the second component is protein. However, these are only described as one example. As long as it is a component having optical rotation and light absorption, it is possible to measure the concentration of the first component in the same procedure as in the above embodiment, using any component as the first component and the second component.
また、上記の実施形態では、被検体に含有されている第3成分として水を例に挙げて説明したが、これも一例に過ぎない。水以外の成分を第3成分とした場合であっても、上記の実施形態と同様の原理で、第1成分の濃度測定を行うことが可能である。 In the above-described embodiment, water has been described as an example of the third component contained in the subject. However, this is only an example. Even when the component other than water is the third component, it is possible to measure the concentration of the first component on the same principle as in the above embodiment.
3−3.第2波長の選定
本願発明者が測定した吸光スペクトルによれば、近赤外光の波長域の他に、可視光の波長域においてもタンパク質の吸光度がグルコースの吸光度と比べて大きくなる波長域が存在する。そこで、例えば、400nm〜700nmの波長域といった波長域の中から第2波長を選定して吸光度を算出することとしてもよい。
3-3. Selection of Second Wavelength According to the absorption spectrum measured by the present inventor, in addition to the near-infrared wavelength region, there is a wavelength region in which the protein absorbance is larger than the glucose absorbance in the visible light wavelength region. Exists. Therefore, for example, the absorbance may be calculated by selecting the second wavelength from a wavelength range such as a wavelength range of 400 nm to 700 nm.
3−4.波長掃引によるスペクトル解析
上記の実施形態では、光源の波長が離散的な場合を想定し、予め選定した波長の測定光を光源10に生成させて被検体Sに照射することとして説明した。しかし、光源が連続的に波長を変更できる場合には、波長掃引(波長スイープ)を行って旋光及び吸光の全てのスペクトルデータを記憶部600に記憶し、その中から、必要な波長のデータを読み出して濃度算出に利用することが可能である。
3-4. Spectral Analysis by Wavelength Sweep In the above embodiment, the case where the wavelength of the light source is discrete is assumed, and measurement light having a preselected wavelength is generated in the
図5は、この場合において、上記の実施形態の制御部100が、図3の濃度測定処理に代えて実行する第2濃度測定処理の流れを示すフローチャートである。なお、濃度測定処理と同一のステップについては同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the second concentration measurement process executed by the
制御部100は、ステップA3の後、光源10の波長掃引を開始する(ステップB5)。具体的には、所定の波長域(例えば400nm〜2000nm)で測定光の波長を連続的に変化させる。制御部100は、波長掃引を行いながら旋光度及び吸光度のスペクトル解析を行う(ステップB7)。このスペクトル解析によって、旋光度及び吸光度のそれぞれについて連続的なスペクトル波形のデータが得られる。その後、制御部100は、波長掃引を終了する(ステップB9)。
The
次いで、制御部100は、スペクトル解析で得られた旋光度スペクトルのデータから、ステップA3で選定した合算旋光度算出波長に対応する旋光度を読み出して合算旋光度とする(ステップB11)。また、制御部100は、スペクトル解析で得られた吸光度スペクトルのデータから、ステップA3で選定したタンパク質吸光優位波長に対応する吸光度を読み出してタンパク質吸光度とする(ステップB13)。以降の処理は、濃度測定処理と同じである。
Next, the
3−5.濃度の算出方法
上記の実施形態では、合算旋光度算出波長(第1波長)及びタンパク質吸光優位波長(第2波長)として、それぞれ1つずつの波長を選定して、合算旋光度の算出及びタンパク質吸光度の算出を行った。そして、合算旋光度及びタンパク質吸光度それぞれ1つずつの値を用いてグルコース濃度の算出を行った。しかし、第1波長及び第2波長として複数の波長を選定して、グルコース濃度の算出に用いることとしてもよい。
3-5. Concentration calculation method In the above embodiment, one wavelength is selected as each of the total optical rotation calculation wavelength (first wavelength) and the protein absorption dominant wavelength (second wavelength), and the calculation of the total optical rotation and protein Absorbance was calculated. Then, the glucose concentration was calculated using one value for each of the total optical rotation and the protein absorbance. However, a plurality of wavelengths may be selected as the first wavelength and the second wavelength and used for calculating the glucose concentration.
例えば、図2の単位濃度換算の吸光スペクトルのグラフにおいて、タンパク質の吸光係数に対するグルコースの割合が略同一となる複数の波長をタンパク質吸光優位波長として選定し、それぞれのタンパク質吸光優位波長を用いて算出したグルコース濃度を用いて、最終的なグルコース濃度の測定値を決定することとしてもよい。例えば、複数のタンパク質吸光優位波長を用いて算出したグルコース濃度の平均値を求めるなどの統計処理を行い、複数のグルコース濃度の算出値を用いて、より確からしいグルコース濃度の測定値を決定するようにしてもよい。 For example, in the graph of the absorption spectrum in terms of unit concentration in FIG. 2, a plurality of wavelengths having the same glucose ratio to the protein absorption coefficient are selected as protein absorption dominant wavelengths, and calculation is performed using the respective protein absorption dominant wavelengths. The measured glucose concentration may be used to determine the final measured glucose concentration. For example, statistical processing such as obtaining an average value of glucose concentration calculated using a plurality of protein absorption dominant wavelengths is performed, and a more reliable measurement value of glucose concentration is determined using a plurality of calculated glucose concentration values. It may be.
3−6.旋光度及び吸光度の算出
上記の実施形態では、増幅部60及び第2増幅部90から出力される出力電圧の瞬時値を用いて旋光度及び吸光度を算出したが、これに代えて、所定時間分の出力電圧の平均値を用いて旋光度及び吸光度を算出することとしてもよい。また、出力電圧の瞬時値を用いて旋光度及び吸光度を算出するステップを繰り返して所定時間分又は所定数の旋光度及び吸光度を算出し、これらを平均処理して旋光度及び吸光度を算出することとしてもよい。
3-6. Calculation of optical rotation and absorbance In the above embodiment, the optical rotation and absorbance are calculated using the instantaneous values of the output voltages output from the amplifying
3−7.偏光用光学素子
上記の実施形態では、偏光部30が、例えばグラントムソンプリズムを有して構成されるものとして説明したが、これ以外の偏光用光学素子を有する構成としてもよいことは勿論である。例えば、同じグランタイプの偏光用光学素子であるグランテーラープリズムを有する構成としてもよい。
3-7. Polarizing Optical Element In the above-described embodiment, the
また、上記の実施形態では、直交分離部40が、例えばウォラストンプリズムを有して構成されるものとして説明したが、直交分離部40を構成する偏光用光学素子も適宜変更可能である。例えば、グランレーザープリズムやローションプリズムといった直交分離機能を有する偏光用光学素子を有する構成としてもよい。
In the above embodiment, the
1 濃度測定装置、 3A 第1光学装置、 3B 第2光学装置、 10 光源、 20 分岐部、 30 偏光部、 40 直交分離部、 50 受光部、 50A P偏光受光部、 50B S偏光受光部、 60 増幅部、 61 加算器、 63 減算器、 65 加算用増幅器、 67 減算用増幅器、 70 ミラー、 80 第2受光部、 90 第2増幅部、 100 制御部、 200 操作部、 300 表示部、 400 音出力部、 500 通信部、 600 記憶部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Density measuring apparatus, 3A 1st optical apparatus, 3B 2nd optical apparatus, 10 Light source, 20 Branch part, 30 Polarization part, 40 Orthogonal separation part, 50 Light receiving part, 50A P polarized light receiving part, 50B S polarized light receiving part, 60 Amplifying unit, 61 adder, 63 subtractor, 65 adding amplifier, 67 subtracting amplifier, 70 mirror, 80 second light receiving unit, 90 second amplifying unit, 100 control unit, 200 operation unit, 300 display unit, 400 sound Output unit, 500 communication unit, 600 storage unit
Claims (8)
第1波長の第1測定光と、前記被検体中の前記第2成分に係る吸光度に比べて前記第1成分に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第2波長の第2測定光とを前記被検体に照射する照射部と、
前記被検体を透過した透過光を受光する受光部と、
前記第1測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第1波長での前記被検体の旋光度を算出する旋光度算出部と、
前記第2測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第2波長での前記被検体の吸光度を算出する吸光度算出部と、
前記旋光度算出部により算出された旋光度と、前記吸光度算出部により算出された吸光度とを用いて、前記第1成分の濃度を算出する濃度算出部と、
を備えた濃度測定装置。 A concentration measuring device for measuring a concentration of the first component of a subject containing a first component and a second component having optical rotation and absorbance,
A first measurement light having a first wavelength, and a second measurement light having a second wavelength at which the absorbance of the first component is substantially negligible compared to the absorbance of the second component in the subject. An irradiation unit for irradiating the subject;
A light receiving unit that receives the transmitted light that has passed through the subject;
An optical rotation calculator that calculates an optical rotation of the subject at the first wavelength using an output signal from the light receiving unit when the first measurement light is irradiated;
An absorbance calculation unit that calculates an absorbance of the subject at the second wavelength, using an output signal from the light receiving unit when the second measurement light is irradiated;
A concentration calculator that calculates the concentration of the first component using the optical rotation calculated by the optical rotation calculator and the absorbance calculated by the absorbance calculator;
Concentration measuring device with
前記吸光度算出部によって算出された吸光度を用いて、前記第2成分に係る旋光度を推定する第2成分旋光度推定部と、
前記旋光度算出部によって算出された旋光度と、前記第2成分旋光度推定部によって推定された旋光度とを用いて、前記第1成分に係る旋光度を推定する第1成分旋光度推定部と、
を有し、前記第1成分旋光度推定部によって推定された旋光度に基づいて前記第1成分の濃度を算出する、
請求項1に記載の濃度測定装置。 The concentration calculator
A second component optical rotation estimation unit that estimates an optical rotation related to the second component using the absorbance calculated by the absorbance calculation unit;
A first component optical rotation estimation unit that estimates an optical rotation related to the first component using the optical rotation calculated by the optical rotation calculation unit and the optical rotation estimated by the second component optical rotation estimation unit. When,
And calculating the concentration of the first component based on the optical rotation estimated by the first component optical rotation estimation unit,
The concentration measuring apparatus according to claim 1.
前記照射部は、前記被検体中の前記第2成分に係る吸光度に比べて、前記被検体中の前記第1成分に係る吸光度及び水に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる波長を前記第2波長として照射する、
請求項1又は2に記載の濃度測定装置。 The subject contains water;
The irradiation unit has a wavelength at which the absorbance related to the first component in the subject and the absorbance related to water are substantially negligible compared to the absorbance related to the second component in the subject. Irradiate as the second wavelength,
The concentration measuring apparatus according to claim 1 or 2.
前記吸光度算出部は、前記受光部からの出力信号と、前記参考光受光部からの出力信号とを用いて、前記第3成分に係る吸光度をキャンセルした前記第2波長での吸光度を算出する、
請求項1〜3の何れか一項に記載の濃度測定装置。 A reference light receiving unit that receives a part of the irradiation light of the irradiation unit irradiated on the subject through a reference body mainly composed of a third component contained in the subject;
The absorbance calculation unit calculates an absorbance at the second wavelength in which the absorbance related to the third component is canceled using an output signal from the light receiving unit and an output signal from the reference light receiving unit.
The density | concentration measuring apparatus as described in any one of Claims 1-3.
請求項4に記載の濃度測定装置。 The third component is water;
The concentration measuring apparatus according to claim 4.
前記第1成分はグルコースであり、
前記第2成分はタンパク質であり、
前記照射部は、400nm〜900nmの中の何れかの波長を前記第1波長として前記被検体に照射する、
請求項1〜5の何れか一項に記載の濃度測定装置。 The subject is a living body,
The first component is glucose;
The second component is a protein;
The irradiating unit irradiates the subject with any wavelength of 400 nm to 900 nm as the first wavelength.
The density | concentration measuring apparatus as described in any one of Claims 1-5.
前記第1成分はグルコースであり、
前記第2成分はタンパク質であり、
前記照射部は、1600nm〜1800nmの中の何れかの波長を前記第2波長として前記被検体に照射する、
請求項1〜6の何れか一項に記載の濃度測定装置。 The subject is a living body,
The first component is glucose;
The second component is a protein;
The irradiation unit irradiates the subject with any one of wavelengths from 1600 nm to 1800 nm as the second wavelength.
The density | concentration measuring apparatus as described in any one of Claims 1-6.
前記被検体は、旋光性及び吸光性を有する第1成分及び第2成分を含有し、
第1波長の第1測定光と、前記被検体中の前記第2成分に係る吸光度に比べて前記第1成分に係る吸光度が実質的に無視できる程度になる第2波長の第2測定光とを前記照射部に照射させることと、
前記第1測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第1波長での前記被検体の旋光度を算出することと、
前記第2測定光が照射された際の前記受光部からの出力信号を用いて、前記第2波長での前記被検体の吸光度を算出することと、
前記算出された旋光度と、前記算出された吸光度とを用いて、前記第1成分の濃度を算出することと、
を含む制御方法。 A method for controlling a concentration measuring apparatus comprising: an irradiating unit that irradiates a subject with measurement light; and a light receiving unit that receives light transmitted through the subject;
The subject includes a first component and a second component having optical rotation and absorbance,
A first measurement light having a first wavelength, and a second measurement light having a second wavelength at which the absorbance of the first component is substantially negligible compared to the absorbance of the second component in the subject. Irradiating the irradiation unit with
Calculating an optical rotation of the subject at the first wavelength using an output signal from the light receiving unit when the first measurement light is irradiated;
Calculating an absorbance of the subject at the second wavelength using an output signal from the light receiving unit when the second measurement light is irradiated;
Using the calculated optical rotation and the calculated absorbance to calculate the concentration of the first component;
Control method.
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