JP2021132925A - Glucose measurement device and glucose measurement method - Google Patents

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勝弘 小山
Katsuhiro Koyama
勝弘 小山
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Abstract

To enable glucose to be highly accurately measured by increasing light quantity of return light from a dermic layer.SOLUTION: A glucose measurement device comprises: a light guide rod comprising a first end face, a second end face, and a light guide guiding light entered from the first end face to the second end face; a first light source causing first light with a wavelength selected from a range of 1500 nm-1700 nm to enter the first end face of the light guide rod; a sensor detecting intensity of first light on a side of the first end face, returned from the second end face; and a processing unit calculating concentration of glucose on the basis of the intensity of the first light detected by the sensor. Distance between the first and second end faces of the light guide rod is determined, on the basis of the wavelength of the first light, in such a manner that the first and second end faces are separated by first distance.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、グルコース測定装置およびグルコース測定方法に関する。 The present invention relates to a glucose measuring device and a glucose measuring method.

グルコースなどの血中物質の濃度を測定するに際し、近年では、採血等の方法に依らない光学式の濃度測定技術が開発されている(例えば特許文献1、特許文献2参照)。 In recent years, when measuring the concentration of a substance in blood such as glucose, an optical concentration measuring technique that does not depend on a method such as blood sampling has been developed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

特許第6415606号公報Japanese Patent No. 6415606 特開2014−183971号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-183971

しかしながら、グルコース濃度の測定に適するとされる近赤外波長域の光については、測定対象である真皮層まで到達した後に表皮の表面まで戻ってくる光は微量であり、精度よく濃度測定ができない場合がある。 However, for light in the near-infrared wavelength range, which is considered to be suitable for measuring glucose concentration, the amount of light that reaches the surface of the epidermis after reaching the dermis layer to be measured is very small, and it is not possible to measure the concentration accurately. In some cases.

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、真皮層からの戻り光の光量を増大させて精度の高い測定が可能なグルコース測定装置およびグルコース測定方法を得ることを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to obtain a glucose measuring device and a glucose measuring method capable of highly accurate measurement by increasing the amount of return light from the dermis layer. do.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の1つの側面にかかるグルコース測定装置は、第1の端面、第2の端面、及び前記第1の端面から入射した光を前記第2の端面に導く導光路、を有する導光ロッドと、1500nm〜1700nmの範囲から選択された波長の第1の光を、前記導光ロッドの前記第1の端面へ入射する第1の光源と、前記第2の端面から戻ってきた前記第1の端面の側における前記第1の光の強度を検出するセンサと、前記センサが検出した前記第1の光の強度に基づいてグルコースの濃度を演算する処理部と、を備え、前記導光ロッドの前記第1の端面と前記第2の端面との距離は、第1の距離離れるよう前記第1の光の波長に基づき決定されている。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the glucose measuring device according to one aspect of the present invention emits light incident from the first end face, the second end face, and the first end face. A light guide rod having a light guide path leading to the end face of 2, and a first light source that incidents first light having a wavelength selected from the range of 1500 nm to 1700 nm onto the first end face of the light guide rod. , A sensor that detects the intensity of the first light on the side of the first end face that has returned from the second end face, and a glucose concentration based on the intensity of the first light detected by the sensor. A processing unit for calculating is provided, and the distance between the first end face and the second end face of the light guide rod is determined based on the wavelength of the first light so as to be separated by the first distance.

本発明によれば、真皮層からの戻り光の光量を増大させて精度の高い測定が可能であるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the amount of return light from the dermis layer can be increased to enable highly accurate measurement.

図1は、実施形態にかかるグルコース測定装置の構成の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of the glucose measuring device according to the embodiment. 図2は、実施形態にかかるグルコース測定装置が備える導光ロッドの構成の一例を説明する模式図である。FIG. 2 is a schematic view illustrating an example of the configuration of a light guide rod included in the glucose measuring device according to the embodiment. 図3は、実施形態にかかるグルコース測定装置が備えるレーザダイオード、発光ダイオード群、及びフォトダイオードの配置の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of arrangement of a laser diode, a light emitting diode group, and a photodiode included in the glucose measuring device according to the embodiment. 図4は、生体に照射された光の進路のバリエーションを説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining variations in the path of light irradiated to a living body. 図5は、グルコースによる近赤外光の吸収特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the absorption characteristics of near-infrared light by glucose. 図6は、グルコースとアルブミンとによる近赤外光の吸収特性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the absorption characteristics of near-infrared light by glucose and albumin. 図7は、グルコース濃度の測定において外乱要因となる主な生体物質および各生体物質による吸収ピーク波長を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the main biological substances that cause disturbance in the measurement of glucose concentration and the absorption peak wavelengths of each biological substance. 図8は、生体に照射された光の伝送をシミュレーションした解析結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an analysis result simulating the transmission of light applied to a living body. 図9は、生体と光源およびセンサとの距離、並びに光源とセンサとの距離が真皮層からの戻り光の強度に与える影響を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the influence of the distance between the living body and the light source and the sensor and the distance between the light source and the sensor on the intensity of the return light from the dermis layer. 図10は、各波長における生体と光源およびセンサとの適正距離を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing an appropriate distance between the living body and the light source and the sensor at each wavelength. 図11は、実施形態にかかるグルコース測定装置によるグルコース濃度の測定処理の手順の一例を示すフロー図である。FIG. 11 is a flow chart showing an example of a procedure for measuring the glucose concentration by the glucose measuring device according to the embodiment.

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.

[実施形態]
以下、図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

(グルコース測定装置の構成例)
図1は、実施形態にかかるグルコース測定装置1の構成の一例を示す模式図である。実施形態のグルコース測定装置1は、生体の表皮に対して近赤外光等を照射して、生体の表皮から戻ってくる光の強度に基づいて血液中のグルコースの濃度を測定する。実施形態では、生体の一例として人体を挙げ、より詳細には、近赤外光等が照射される生体の部位を人体の指先の部分とする。
(Structure example of glucose measuring device)
FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of the glucose measuring device 1 according to the embodiment. The glucose measuring device 1 of the embodiment irradiates the epidermis of a living body with near-infrared light or the like, and measures the concentration of glucose in blood based on the intensity of the light returning from the epidermis of the living body. In the embodiment, a human body is taken as an example of a living body, and more specifically, a part of the living body irradiated with near-infrared light or the like is a fingertip part of the human body.

図1に示すように、グルコース測定装置1は、レーザダイオード21a、発光ダイオード群21b、コリメートレンズ22a,22b、ミラー23a、ダイクロイックミラー23b、偏光ビームスプリッタ24、1/4波長板25、集光レンズ26、フォトダイオード27、導光ロッド30、制御回路10、及び表示装置13を備える。 As shown in FIG. 1, the glucose measuring device 1 includes a laser diode 21a, a light emitting diode group 21b, collimating lenses 22a and 22b, a mirror 23a, a dichroic mirror 23b, a polarizing beam splitter 24, a 1/4 wave plate 25, and a condenser lens. 26, a photodiode 27, a light guide rod 30, a control circuit 10, and a display device 13.

第1の光源としてのレーザダイオード21aは、1500nm〜1700nmの範囲から選択された波長の第1の光を発する。レーザダイオード21aとしては、例えば、赤外光通信の分野で広く使われている、1550nmの波長の光を発するレーザダイオードが採用され得る。 The laser diode 21a as the first light source emits first light having a wavelength selected from the range of 1500 nm to 1700 nm. As the laser diode 21a, for example, a laser diode that emits light having a wavelength of 1550 nm, which is widely used in the field of infrared optical communication, can be adopted.

コリメートレンズ22aは、レーザダイオード21aによって発せられた第1の光をコリメートする。 The collimating lens 22a collimates the first light emitted by the laser diode 21a.

ミラー23aは、レーザダイオード21aから発せられ、コリメートレンズ22aによってコリメートされた後の第1の光をダイクロイックミラー23bに向けて進ませる。 The mirror 23a emits light from the laser diode 21a and directs the first light after being collimated by the collimating lens 22a toward the dichroic mirror 23b.

第2の光源としての発光ダイオード群21bは、第2の光として異なる波長の複数の光を発する。具体的には、発光ダイオード群21bは、400nm〜800nmの範囲から選択された波長の第2の光を発する発光ダイオード、800nm〜1000nmの範囲から選択された波長の第2の光を発する発光ダイオード、及び1000nm〜1500nmの範囲から選択された波長の第2の光を発する発光ダイオードを含む。発光ダイオード群21bとしては、例えば、赤外光通信の分野で広く使われている、450nm、520nm、660nm、810nm、950nm、1310nm、及び1450nmの波長の光をそれぞれ発する複数の発光ダイオードが採用され得る。 The light emitting diode group 21b as the second light source emits a plurality of lights having different wavelengths as the second light. Specifically, the light emitting diode group 21b is a light emitting diode that emits a second light having a wavelength selected from the range of 400 nm to 800 nm, and a light emitting diode that emits a second light having a wavelength selected from the range of 800 nm to 1000 nm. , And a light emitting diode that emits a second light of a wavelength selected from the range of 1000 nm to 1500 nm. As the light emitting diode group 21b, for example, a plurality of light emitting diodes widely used in the field of infrared optical communication, which emit light having wavelengths of 450 nm, 520 nm, 660 nm, 810 nm, 950 nm, 1310 nm, and 1450 nm, are adopted. obtain.

なお、レーザダイオード21a、及び発光ダイオード群21bに含まれ異なる波長の複数の発光ダイオードは、それぞれが独立に発光の開始および停止を行うことができ、これらのレーザダイオード21a及び発光ダイオード群21bからの第1の光および第2の光は、適宜切り替え可能に構成される。 The laser diode 21a and the plurality of light emitting diodes having different wavelengths included in the light emitting diode group 21b can independently start and stop light emission, and from these laser diodes 21a and the light emitting diode group 21b. The first light and the second light are configured to be appropriately switchable.

コリメートレンズ22bは、発光ダイオード群21bによって発せられた第2の光をコリメートする。 The collimating lens 22b collimates the second light emitted by the light emitting diode group 21b.

ダイクロイックミラー23bは、コリメートされた後の第1の光、及びコリメートされた後の第2の光を、偏光ビームスプリッタ24に向けた同一の光路に進ませる。なお、ダイクロイックミラー23bが、合成光学系として構成されていてもよい。 The dichroic mirror 23b directs the first light after collimating and the second light after collimating into the same optical path toward the polarizing beam splitter 24. The dichroic mirror 23b may be configured as a composite optical system.

偏光ビームスプリッタ24は、第1の光および第2の光を1/4波長板25に向けて偏光する。なお、偏光ビームスプリッタ24に入射する第1の光および第2の光がS偏光となるように、レーザダイオード21a及び発光ダイオード群21bがグルコース測定装置1に取り付けられている。 The polarization beam splitter 24 deflects the first light and the second light toward the quarter wave plate 25. The laser diode 21a and the light emitting diode group 21b are attached to the glucose measuring device 1 so that the first light and the second light incident on the polarized beam splitter 24 are S-polarized.

1/4波長板25は、第1の光および第2の光を、例えば円筒形状をした導光ロッド30のグルコース測定装置1側の端面31aに入射させる。 The 1/4 wave plate 25 causes the first light and the second light to be incident on the end face 31a on the glucose measuring device 1 side of the light guide rod 30 having a cylindrical shape, for example.

導光ロッド30は、第1の光および第2の光をグルコース測定装置1側から生体側へ、または、生体側からグルコース測定装置1側へと導く。導光ロッド30は、グルコース測定装置1側に第1の端面としての端面31aを備え、グルコース測定装置1とは反対側に生体に押し当てられる第2の端面としての端面31bを備える。後述するように、導光ロッド30は、長軸方向に伸縮することで端面31a,31b間の距離が変更可能に構成される。 The light guide rod 30 guides the first light and the second light from the glucose measuring device 1 side to the living body side, or from the living body side to the glucose measuring device 1 side. The light guide rod 30 includes an end face 31a as a first end face on the glucose measuring device 1 side, and an end face 31b as a second end face pressed against the living body on the side opposite to the glucose measuring device 1. As will be described later, the light guide rod 30 is configured so that the distance between the end faces 31a and 31b can be changed by expanding and contracting in the major axis direction.

導光ロッド30は、導光ロッド30の端面31aに入射された第1の光および第2の光を、導光ロッド30の内部を伝播させて、もう一方の端面31bから出射し、端面31bに押し当てられた生体に照射する。 The light guide rod 30 propagates the first light and the second light incident on the end surface 31a of the light guide rod 30 inside the light guide rod 30 and emits the light from the other end surface 31b to emit the end surface 31b. Irradiate the living body pressed against.

導光ロッド30は、生体から端面31bへと戻ってきた第1の光および第2の光を、内部全反射によってグルコース測定装置1側の端面31aまで導光し、グルコース測定装置1の内部へと出射する。 The light guide rod 30 guides the first light and the second light returned from the living body to the end face 31b to the end face 31a on the glucose measuring device 1 side by internal total reflection, and enters the inside of the glucose measuring device 1. And exit.

導光ロッド30のグルコース測定装置1側の端面31aからグルコース測定装置1内へと出射された第1の光および第2の光は、1/4波長板25を介して偏光ビームスプリッタ24に入射される。1/4波長板25を往路および帰路において通過したことで、第1の光および第2の光は、偏光ビームスプリッタ24に再び入射される際にはP偏光となっている。よって、偏光ビームスプリッタ24に再び入射された第1の光および第2の光は、偏光ビームスプリッタ24によって偏光されずに直進する。 The first light and the second light emitted from the end surface 31a of the light guide rod 30 on the glucose measuring device 1 side into the glucose measuring device 1 enter the polarizing beam splitter 24 via the 1/4 wave plate 25. Will be done. By passing through the 1/4 wave plate 25 on the outward and return paths, the first light and the second light are P-polarized when they are re-entered into the polarizing beam splitter 24. Therefore, the first light and the second light that are incidentally incident on the polarization beam splitter 24 go straight without being polarized by the polarization beam splitter 24.

集光レンズ26は、偏光ビームスプリッタ24から直進してきた第1の光および第2の光を集光する。集光された第1の光および第2の光は、フォトダイオード27へ向けて出射される。 The condensing lens 26 condenses the first light and the second light traveling straight from the polarizing beam splitter 24. The focused first light and the second light are emitted toward the photodiode 27.

センサとしてのフォトダイオード27は、集光レンズ26によって集光された第1の光および第2の光を受光する。フォトダイオード27は、受光した第1の光および第2の光を電気信号に変換する。これによって、フォトダイオード27は、導光ロッド30のグルコース測定装置1側の端面31a側における第1の光および第2の光の強度を検出することができる。フォトダイオード27としては、第1の光の波長および第2の光の波長に感応するものであればよく、例えば、InGaAsを用いた安価なフォトダイオードが採用され得る。フォトダイオード27によって出力された信号は、制御回路10に入力される。 The photodiode 27 as a sensor receives the first light and the second light collected by the condenser lens 26. The photodiode 27 converts the received first light and the second light into an electric signal. Thereby, the photodiode 27 can detect the intensity of the first light and the second light on the end face 31a side of the light guide rod 30 on the glucose measuring device 1 side. The photodiode 27 may be any one that is sensitive to the wavelength of the first light and the wavelength of the second light, and for example, an inexpensive photodiode using InGaAs can be adopted. The signal output by the photodiode 27 is input to the control circuit 10.

制御回路10は、導光ロッド30を伸縮させつつ、レーザダイオード21a、発光ダイオード群21b、及びフォトダイオード27を駆動して、フォトダイオード27によって検出された第1の光および第2の光の強度に基づいて、生体の血液中のグルコースの濃度を演算する。そのための構成として、制御回路10は、プロセッサ11及びメモリ12を備える。ただし、制御回路10は、フォトダイオード27からの信号を増幅するアンプ回路、及び信号をデジタル値に変換するアナログ/デジタル変換回路などを適宜備えることができる。 The control circuit 10 drives the laser diode 21a, the light emitting diode group 21b, and the photodiode 27 while expanding and contracting the light guide rod 30, and the intensity of the first light and the second light detected by the photodiode 27. Based on, the concentration of glucose in the blood of the living body is calculated. As a configuration for that purpose, the control circuit 10 includes a processor 11 and a memory 12. However, the control circuit 10 may appropriately include an amplifier circuit that amplifies the signal from the photodiode 27, an analog / digital conversion circuit that converts the signal into a digital value, and the like.

記憶部としてのメモリ12には、第1の光の強度と、第2の光の強度と、血液中のグルコースの濃度と、の間の相関関係が記録された相関関係情報12aが格納されている。 The memory 12 as a storage unit stores the correlation information 12a in which the correlation between the intensity of the first light, the intensity of the second light, and the concentration of glucose in the blood is recorded. There is.

例えば、血液中のグルコースの濃度が高いほど、グルコースによる第1の光の吸収量が増加する。よって、相関関係情報12aによれば、第1の光の吸収量が大きいほど、つまり第1の光の強度が弱いほど、血液中のグルコースの濃度が高くなるように、第1の光の強度と、血液中のグルコースの濃度と、の間の関係が定められている。 For example, the higher the concentration of glucose in the blood, the greater the amount of first light absorbed by glucose. Therefore, according to the correlation information 12a, the higher the absorption amount of the first light, that is, the weaker the intensity of the first light, the higher the concentration of glucose in the blood, so that the intensity of the first light increases. And the concentration of glucose in the blood are defined.

また、後述する外乱要因の影響が大きいほど、第1の光および第2の光の吸収量が増加する。よって、相関関係情報12aによれば、外乱要因による第1の光のロスを補正する意味で、第2の光の吸収量が多いほど、つまり第2の光の強度が弱いほど、血液中のグルコースの濃度が低くなるように、第2の光の強度と、血液中のグルコースの濃度と、の間の関係が定められている。 Further, the greater the influence of the disturbance factor described later, the greater the amount of absorption of the first light and the second light. Therefore, according to the correlation information 12a, in the sense of correcting the loss of the first light due to the disturbance factor, the larger the amount of the second light absorbed, that is, the weaker the intensity of the second light, the more in the blood. The relationship between the intensity of the second light and the concentration of glucose in the blood is defined so that the glucose concentration is low.

なお、第1の光の強度と、第2の光の強度と、血液中のグルコースの濃度と、の間の相関関係は、実験等によって予め取得されたものである。一例では、多数の被験者に対し、採血による血液中のグルコースの濃度の測定と、第1の光の強度の検出と、第2の光の強度の検出と、を実施し、検出された血液中のグルコースの濃度と、検出された第1の光の強度と、検出された第2の光の強度と、の関係をフィッティングすることによって、相関関係情報12aが生成される。 The correlation between the intensity of the first light, the intensity of the second light, and the concentration of glucose in the blood was obtained in advance by an experiment or the like. In one example, a large number of subjects were subjected to measurement of glucose concentration in blood by blood sampling, detection of first light intensity, and detection of second light intensity in the detected blood. Correlation information 12a is generated by fitting the relationship between the glucose concentration, the detected first light intensity, and the detected second light intensity.

ただし、相関関係情報12aは、計算によって求められてもよい。また、相関関係情報12aが定める、第1の光の強度、第2の光の強度、及び血液中のグルコースの濃度の関係は、上記の関係と相違していてもよい。 However, the correlation information 12a may be obtained by calculation. Further, the relationship between the intensity of the first light, the intensity of the second light, and the concentration of glucose in the blood defined by the correlation information 12a may be different from the above relationship.

メモリ部12には、また、レーザダイオード21a、発光ダイオード群21b、及びフォトダイオード27と、生体との適正距離が、第1の光の波長および第2の光の波長ごとに記録された適正距離情報12bが格納されている。 In the memory unit 12, the appropriate distance between the laser diode 21a, the light emitting diode group 21b, and the photodiode 27 and the living body is recorded for each of the first light wavelength and the second light wavelength. Information 12b is stored.

処理部としてのプロセッサ11は、適正距離情報12bに基づいて導光ロッド30の端面31a,31b間の距離を適宜変更させながら、レーザダイオード21aと、発光ダイオード群21bと、をそれぞれ異なるタイミングで発光させ、フォトダイオード27から出力される、第1の光の強度を示す信号と、第2の光の強度を示す信号と、を取得する。そして、プロセッサ11は、取得した各信号と、相関関係情報12aと、に基づいて血液中のグルコースの濃度を演算する。 The processor 11 as a processing unit emits light from the laser diode 21a and the light emitting diode group 21b at different timings while appropriately changing the distance between the end faces 31a and 31b of the light guide rod 30 based on the appropriate distance information 12b. Then, a signal indicating the intensity of the first light and a signal indicating the intensity of the second light output from the photodiode 27 are acquired. Then, the processor 11 calculates the glucose concentration in the blood based on each acquired signal and the correlation information 12a.

なお、プロセッサ11は、例えばCPU(Central Processing Unit)によって構成されてもよいし、FPGA(Field−Programmble Gate Array)またはASIC(Application Specific Integrated Circuit)などを利用した専用のハードウェア(回路)によって実現されてもよい。 The processor 11 may be configured by, for example, a CPU (Central Processing Unit), or may be realized by dedicated hardware (circuit) using FPGA (Field-Programmable Gate Array) or ASIC (Application Specific Integrated Circuit). May be done.

制御回路10は、演算によって得られた血液中のグルコースの濃度を、測定結果として表示装置13に送る。 The control circuit 10 sends the glucose concentration in the blood obtained by the calculation to the display device 13 as a measurement result.

表示装置13は、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)またはOELD(Organic Electroluminescent Display)等である。表示装置13は、制御回路10から送られてきた血液中のグルコースの濃度を、使用者が視認可能な態様で表示する。表示装置13は、グルコース濃度を、数値情報として表示してもよいし、グラフやバーなどによって表示してもよい。 The display device 13 is, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) or an OELD (Organic Electroluminescent Display). The display device 13 displays the glucose concentration in the blood sent from the control circuit 10 in a manner that can be visually recognized by the user. The display device 13 may display the glucose concentration as numerical information, or may display it by a graph, a bar, or the like.

なお、グルコース測定装置1は、必ずしも表示装置13を備えていなくてもよい。グルコース測定装置1は、表示装置13に加え、あるいは、替えて、スピーカを備え、血液中のグルコースの濃度をスピーカによって音声情報として出力してもよい。 The glucose measuring device 1 does not necessarily have to include the display device 13. The glucose measuring device 1 may be provided with a speaker in addition to or in place of the display device 13, and the glucose concentration in blood may be output as voice information by the speaker.

また、グルコース測定装置1は、パーソナルコンピュータなどの外部機器に接続可能な有線または無線のインタフェースを備え、制御回路10は、演算によって得た血液中のグルコースの濃度を、上記のインタフェースを介して外部機器に出力してもよい。 Further, the glucose measuring device 1 is provided with a wired or wireless interface that can be connected to an external device such as a personal computer, and the control circuit 10 externally measures the glucose concentration in blood obtained by calculation via the above interface. It may be output to the device.

(導光ロッドの構成例)
次に、図2を用いて、実施形態のグルコース測定装置1の導光ロッド30の構成例について説明する。図2は、実施形態にかかるグルコース測定装置1が備える導光ロッド30の構成の一例を説明する模式図である。
(Structure example of light guide rod)
Next, a configuration example of the light guide rod 30 of the glucose measuring device 1 of the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic view illustrating an example of the configuration of the light guide rod 30 included in the glucose measuring device 1 according to the embodiment.

図2に示すように、導光ロッド30は、ボディ32、端面31a,31b、導光路33、及び複数のスペーサ34を備える。導光ロッド30は、使用波長である400nm〜800nm、800nm〜1000nm、1000nm〜1500nm、及び1500nm〜1700nm等の波長の光の導光ロッド30外への伝播を抑制する遮光性を有する材料で構成される。 As shown in FIG. 2, the light guide rod 30 includes a body 32, end faces 31a and 31b, a light guide path 33, and a plurality of spacers 34. The light guide rod 30 is made of a material having a light-shielding property that suppresses the propagation of light having wavelengths such as 400 nm to 800 nm, 800 nm to 1000 nm, 1000 nm to 1500 nm, and 1500 nm to 1700 nm to the outside of the light guide rod 30. Will be done.

導光ロッド30は、端面31aにおいてグルコース測定装置1に取り付けられるよう構成されている。導光ロッド30は、グルコース測定装置1に取り付けられる端面31aとは反対側の端面31bに、スペーサ34を有する。導光ロッド30は、例えば本実施形態のように、複数のスペーサ34を有してもよい。 The light guide rod 30 is configured to be attached to the glucose measuring device 1 on the end face 31a. The light guide rod 30 has a spacer 34 on an end surface 31b opposite to the end surface 31a attached to the glucose measuring device 1. The light guide rod 30 may have a plurality of spacers 34, for example, as in the present embodiment.

導光ロッド30のボディ32及び複数のスペーサ34は、例えば略円筒形状に構成され、導光ロッド30の中央は、一方の端面31aから他方の端面31bへと連通する導光路33となっている。ただし、導光ロッド30は、円筒形状ではなく多角柱状であってもよい。このように、導光ロッド30は、中央に導光路33を有する柱状形状を取ることができる。第1の光および第2の光は、この導光路33を通って、グルコース測定装置1から生体へ、または、生体からグルコース測定装置1へと進行する。 The body 32 of the light guide rod 30 and the plurality of spacers 34 are formed in a substantially cylindrical shape, for example, and the center of the light guide rod 30 is a light guide path 33 communicating from one end face 31a to the other end face 31b. .. However, the light guide rod 30 may have a polygonal columnar shape instead of a cylindrical shape. In this way, the light guide rod 30 can take a columnar shape having a light guide path 33 in the center. The first light and the second light travel through the light guide path 33 from the glucose measuring device 1 to the living body or from the living body to the glucose measuring device 1.

端面31b側の複数のスペーサ34は、導光ロッド30の軸方向において折り畳み、または、伸び広げることが可能に構成される。具体的には、スペーサ34の少なくとも1つが導光ロッド30の軸方向においてボディ32に入り込むことで、端面31aと端面31bの距離を短くできる。また、スペーサ34の少なくとも1つが導光ロッド30の軸方向においてボディ32から繰り出されることで、端面31aと端面31bの距離を長くできる。これにより、端面31a,31b間の距離、つまり、導光ロッド30の伸縮方向の長さが、例えば0.5mm間隔で、適宜変更可能に構成される。 The plurality of spacers 34 on the end face 31b side are configured to be able to be folded or expanded in the axial direction of the light guide rod 30. Specifically, the distance between the end face 31a and the end face 31b can be shortened by allowing at least one of the spacers 34 to enter the body 32 in the axial direction of the light guide rod 30. Further, since at least one of the spacers 34 is extended from the body 32 in the axial direction of the light guide rod 30, the distance between the end face 31a and the end face 31b can be increased. As a result, the distance between the end faces 31a and 31b, that is, the length of the light guide rod 30 in the expansion / contraction direction can be appropriately changed at intervals of, for example, 0.5 mm.

このような構成により、導光ロッド30がグルコース測定装置1に装着され、導光ロッド30の端面31bが生体に押し当てられた状態で、レーザダイオード21a、発光ダイオード群21b、及びフォトダイオード27と、生体との距離が、例えば0.5mm〜3.0mmの範囲内において0.5mm間隔で調整可能である。 With such a configuration, the light guide rod 30 is attached to the glucose measuring device 1, and the laser diode 21a, the light emitting diode group 21b, and the photodiode 27 are in a state where the end surface 31b of the light guide rod 30 is pressed against the living body. The distance from the living body can be adjusted at 0.5 mm intervals, for example, within the range of 0.5 mm to 3.0 mm.

このように、導光ロッド30は、レーザダイオード21a、発光ダイオード群21b、及びフォトダイオード27と、生体との距離を調整するスペーサとしても機能する。 As described above, the light guide rod 30 also functions as a spacer for adjusting the distance between the laser diode 21a, the light emitting diode group 21b, and the photodiode 27 and the living body.

なお、実施形態のグルコース測定装置1においては、レーザダイオード21a、発光ダイオード群21b、及びフォトダイオード27は、例えば同一のプリント基板上に配置されている。したがって、レーザダイオード21aと生体間、発光ダイオード群21bと生体間、及びフォトダイオード27と生体間の距離は、その時々の導光ロッド30の伸長状態において互いに略等しい。 In the glucose measuring device 1 of the embodiment, the laser diode 21a, the light emitting diode group 21b, and the photodiode 27 are arranged on the same printed circuit board, for example. Therefore, the distances between the laser diode 21a and the living body, between the light emitting diode group 21b and the living body, and between the photodiode 27 and the living body are substantially equal to each other in the extended state of the light guide rod 30 at that time.

(レーザダイオード等の配置例)
次に、図3を用いて、レーザダイオード21a、発光ダイオード群21b、及びフォトダイオード27の配置例について説明する。
(Example of arrangement of laser diode, etc.)
Next, an arrangement example of the laser diode 21a, the light emitting diode group 21b, and the photodiode 27 will be described with reference to FIG.

図3は、実施形態にかかるグルコース測定装置1が備えるレーザダイオード21a、発光ダイオード群21b、及びフォトダイオード27の配置の一例を示す図である。図3は、レーザダイオード21a、発光ダイオード群21b、及びフォトダイオード27を、導光ロッド30の生体側の端面31b側から眺めたときの様子を示す。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the arrangement of the laser diode 21a, the light emitting diode group 21b, and the photodiode 27 included in the glucose measuring device 1 according to the embodiment. FIG. 3 shows a state when the laser diode 21a, the light emitting diode group 21b, and the photodiode 27 are viewed from the end surface 31b side of the light guide rod 30 on the living body side.

図3に示すように、レーザダイオード21a、発光ダイオード群21b、及びフォトダイオード27は、例えば導光ロッド30の端面31b側から視認可能なように、導光ロッド30の導光路33の内壁面で囲われた開口部内に収まるように配置されている。つまり、導光路33を軸方向から見たときに導光路33の開口部によって規定される面内に収まるよう配置されている。 As shown in FIG. 3, the laser diode 21a, the light emitting diode group 21b, and the photodiode 27 are on the inner wall surface of the light guide path 33 of the light guide rod 30 so as to be visible from the end surface 31b side of the light guide rod 30, for example. It is arranged so that it fits within the enclosed opening. That is, the light guide path 33 is arranged so as to be within the plane defined by the opening of the light guide path 33 when viewed from the axial direction.

導光路33の開口の中央部分には、例えばレーザダイオード21aが配置される。図3の例のように、レーザダイオード21aは複数のLDランプを備えていてもよい。 For example, a laser diode 21a is arranged in the central portion of the opening of the light guide path 33. As in the example of FIG. 3, the laser diode 21a may include a plurality of LD lamps.

発光ダイオード群21bは、例えばレーザダイオード21aの外周を取り巻くように配置されている。発光ダイオード群21bは複数のLEDランプを備えていてもよい。これらの複数のLEDランプのうち、例えば幾つかは450nmの波長を有し、また幾つかは520nmの波長を有し、また幾つかは660nmの波長を有し、また幾つかは810nmの波長を有し、また幾つかは950nmの波長を有し、また幾つかは1310nmの波長を有し、また幾つかは1450nmの波長を有するように構成することができる。 The light emitting diode group 21b is arranged so as to surround the outer circumference of the laser diode 21a, for example. The light emitting diode group 21b may include a plurality of LED lamps. Of these multiple LED lamps, for example, some have a wavelength of 450 nm, some have a wavelength of 520 nm, some have a wavelength of 660 nm, and some have a wavelength of 810 nm. And some can have a wavelength of 950 nm, some can have a wavelength of 1310 nm, and some can be configured to have a wavelength of 1450 nm.

フォトダイオード27は、例えば発光ダイオード群21bの外周を取り巻くように配置されている。これにより、フォトダイオード27と、レーザダイオード21a及び発光ダイオード群21bとの距離が均等になるよう、これらの構成を配置することができる。 The photodiode 27 is arranged so as to surround the outer circumference of the light emitting diode group 21b, for example. Thereby, these configurations can be arranged so that the distances between the photodiode 27, the laser diode 21a, and the light emitting diode group 21b are equal.

なお、レーザダイオード21aが発する第1の光の波長が例えば1550nmであるとき、フォトダイオード27とレーザダイオード21aとの中心間の距離は、例えば2.0mm〜3.0mmの範囲内であることが好ましく、これらの中心間の距離は例えば3.0mmである。 When the wavelength of the first light emitted by the laser diode 21a is, for example, 1550 nm, the distance between the center of the photodiode 27 and the laser diode 21a may be in the range of, for example, 2.0 mm to 3.0 mm. Preferably, the distance between these centers is, for example, 3.0 mm.

また、発光ダイオード群21bのそれぞれの発光ダイオードが発する第2の光の波長によって、フォトダイオード27と、これらの発光ダイオードとには好ましい距離が存在する。したがって、フォトダイオード27と、これらの発光ダイオードとも、適宜、適正な距離に配置されていることが好ましい。 Further, there is a preferable distance between the photodiode 27 and these light emitting diodes depending on the wavelength of the second light emitted by each light emitting diode of the light emitting diode group 21b. Therefore, it is preferable that the photodiode 27 and these light emitting diodes are appropriately arranged at appropriate distances.

(光の波長の選定)
次に、図4〜図7を用いて、実施形態のグルコース測定装置1で使用される第1の光および第2の光の波長の選定理由について説明する。
(Selection of wavelength of light)
Next, with reference to FIGS. 4 to 7, the reason for selecting the wavelengths of the first light and the second light used in the glucose measuring device 1 of the embodiment will be described.

図4は、生体に照射された光の進路のバリエーションを説明するための模式図である。図4に示すように、人体の皮膚は、最も外側が表皮層によって覆われている。真皮層は、表皮層の下に存在する。真皮層のさらに下には、皮下組織が存在する。人体の前腕の場合、表皮層、真皮層、及び皮下組織の厚さは、それぞれ、0.2mm、2.0mm、0.9mm程度である。 FIG. 4 is a schematic diagram for explaining variations in the path of light irradiated to a living body. As shown in FIG. 4, the outermost skin of the human body is covered with the epidermis layer. The dermis layer lies below the epidermis layer. Below the dermis layer is the subcutaneous tissue. In the case of the forearm of the human body, the thicknesses of the epidermis layer, the dermis layer, and the subcutaneous tissue are about 0.2 mm, 2.0 mm, and 0.9 mm, respectively.

生体に光200が照射されると、光200の一部は、光201のように、表皮層の表面において反射される。 When the living body is irradiated with the light 200, a part of the light 200 is reflected on the surface of the epidermis layer like the light 201.

生体に照射された光200のうちの残りの光202は表皮層に侵入し、表皮層に侵入した光202のうちの一部は、光203のように、表皮層内で反射して生体外に戻る。 The remaining light 202 of the light 200 irradiated to the living body penetrates into the epidermis layer, and a part of the light 202 that has penetrated into the epidermis layer is reflected inside the epidermis layer like light 203 and is in vitro. Return to.

表皮層に侵入した光202のうちの残りの光204は、表皮層の下の真皮層に侵入する。真皮層に侵入した光204のうちの一部は、光205や光206のように、真皮層内で反射して生体外に戻る。 The remaining light 204 of the light 202 that has penetrated the epidermis layer penetrates the dermis layer below the epidermis layer. A part of the light 204 that has entered the dermis layer is reflected inside the dermis layer and returns to the outside of the living body like the light 205 and the light 206.

真皮層に侵入した光204うちの残りの光207は、真皮層の下の皮下組織に侵入する。皮下組織に侵入した光207のうちの一部は、光208のように、皮下組織内で反射して生体外に戻る。 The remaining light 207 of the light 204 that has penetrated the dermis layer penetrates the subcutaneous tissue beneath the dermis layer. A part of the light 207 that has entered the subcutaneous tissue is reflected inside the subcutaneous tissue and returns to the outside of the living body like the light 208.

ところで、真皮層の間質液にはグルコースが含まれており、真皮層の間質液中のグルコース濃度は、血液中のグルコースの濃度と相関関係を有する。そこで、グルコースに吸収され易く、かつ、表皮を透過して真皮層に伝播できるよう、皮膚の構成成分などによって吸収され難い特性を有する光を用い、真皮層の間質液に含まれるグルコースの濃度を直接の検出対象とすることが考えられる。 By the way, glucose is contained in the interstitial fluid of the dermis layer, and the glucose concentration in the interstitial fluid of the dermis layer has a correlation with the glucose concentration in blood. Therefore, the concentration of glucose contained in the interstitial fluid of the dermis layer is used by using light that is easily absorbed by glucose and has the property of being difficult to be absorbed by the constituents of the skin so that it can pass through the epidermis and propagate to the dermis layer. Can be considered as a direct detection target.

つまり、上記の反射光である光201,203,205,206,208のうちの、真皮層内で反射して戻ってくる光205,206をできるだけ多く集めることができれば、真皮層中のグルコースの濃度を精度よく検出することができる。なお、本明細書では、光205,206のように、真皮層内で反射して戻ってくる光を真皮層からの戻り光などとも称する。 That is, if as much of the above reflected light 201, 203, 205, 206, 208 as possible, the light 205, 206 reflected and returned in the dermis layer can be collected, the glucose in the dermis layer can be collected. The concentration can be detected accurately. In this specification, the light reflected and returned in the dermis layer, such as light 205 and 206, is also referred to as the return light from the dermis layer.

上記のように、グルコースに吸収され易い特性を有するだけでなく、表皮を透過して真皮層を伝播できるように、皮膚の構成成分などによって吸収され難い特性を有する光の波長としては、例えば1500nm〜1700nmの光がある。図5に、グルコースによる近赤外光の吸収特性を示す。 As described above, the wavelength of light that not only has the property of being easily absorbed by glucose but also has the property of being difficult to be absorbed by skin constituents so that it can pass through the epidermis and propagate through the dermis layer is, for example, 1500 nm. There is light of ~ 1700 nm. FIG. 5 shows the absorption characteristics of near-infrared light by glucose.

図5は、グルコースによる近赤外光の吸収特性を示すグラフである。図5の横軸は波長(nm)であり、縦軸は吸光度Abs(Absorbance)である。図5に示すように、1550nm付近をピークとする1500nm〜1700nmの光は、グルコースによる吸光度が極めて高い。 FIG. 5 is a graph showing the absorption characteristics of near-infrared light by glucose. The horizontal axis of FIG. 5 is the wavelength (nm), and the vertical axis is the absorbance Abs (Absorbance). As shown in FIG. 5, light having a peak of around 1550 nm and having a peak of 1500 nm to 1700 nm has extremely high absorbance due to glucose.

このことから、上述のように、グルコース測定装置1の第1の光源として、1500nm〜1700nmの範囲から選択された波長であって、例えば1550nmの波長の第1の光を発するレーザダイオード21aを採用することが考えられる。そして、生体から戻ってきた第1の光の強度の低下量が、真皮層の間質液中のグルコース濃度に対して良好な相関を有することが期待される。しかし、例えば図6に示すように、皮膚等による第1の光の吸収は皆無ではない。 For this reason, as described above, as the first light source of the glucose measuring device 1, a laser diode 21a having a wavelength selected from the range of 1500 nm to 1700 nm and emitting a first light having a wavelength of, for example, 1550 nm is adopted. It is conceivable to do. Then, it is expected that the amount of decrease in the intensity of the first light returned from the living body has a good correlation with the glucose concentration in the interstitial fluid of the dermis layer. However, as shown in FIG. 6, for example, the absorption of the first light by the skin or the like is not completely eliminated.

図6は、グルコースとアルブミンとによる近赤外光の吸収特性を示すグラフである。アルブミンは、皮膚の主要な構成成分である脂質等に含まれる成分である。 FIG. 6 is a graph showing the absorption characteristics of near-infrared light by glucose and albumin. Albumin is a component contained in lipids and the like, which are the main constituents of the skin.

図6に示すように、1500nm〜1700nmの波長範囲100の光は、グルコースによる吸光度には劣るものの、アルブミンによっても吸収される。したがって、グルコース測定装置1に用いる第1の光の波長として1500nm〜1700nmを採用した場合、生体から戻ってきた第1の光の強度の低下量には、アルブミンによる影響も含まれることとなる。 As shown in FIG. 6, light in the wavelength range 100 of 1500 nm to 1700 nm is also absorbed by albumin, although it is inferior in absorbance by glucose. Therefore, when 1500 nm to 1700 nm is adopted as the wavelength of the first light used in the glucose measuring device 1, the amount of decrease in the intensity of the first light returned from the living body includes the influence of albumin.

実際のところ、第1の光の強度の低下に影響を及ぼし得る生体物質はアルブミン以外にも幾つか考えられる。このように、グルコース濃度の測定において外乱要因となり得る代表的な生体物質を図7に挙げる。 As a matter of fact, there are several possible biological substances other than albumin that can affect the decrease in the intensity of the first light. As described above, a typical biological substance that can be a disturbing factor in the measurement of glucose concentration is shown in FIG.

図7は、グルコース濃度の測定において外乱要因となる主な生体物質および各生体物質による吸収ピーク波長を示す図である。図7に示すように、外乱要因となり得る生体物質としては、例えばビリルビン、メラニン色素、濁り、酸素結合型ヘモグロビン、還元型ヘモグロビン、水分、及び脂質(アルブミン)等がある。そして、これらの生体物質により吸収される光のピーク波長は、それぞれ450nm、520nm、660nm、810nm、950nm、1450nm、及び1727nm等である。 FIG. 7 is a diagram showing the main biological substances that cause disturbance in the measurement of glucose concentration and the absorption peak wavelengths of each biological substance. As shown in FIG. 7, examples of biological substances that can cause disturbance include bilirubin, melanin pigment, turbidity, oxygen-bound hemoglobin, reduced hemoglobin, water, and lipid (albumin). The peak wavelengths of light absorbed by these biological substances are 450 nm, 520 nm, 660 nm, 810 nm, 950 nm, 1450 nm, 1727 nm and the like, respectively.

そこで、これらの生体物質による第1の光のロスを補うため、例えばこれらの生体物質の吸収ピーク波長においても光の強度測定を行い、光の強度が低下した分だけ、グルコース濃度を低く見積もるように補正することが考えられる。 Therefore, in order to compensate for the loss of the first light due to these biological substances, for example, the light intensity is measured even at the absorption peak wavelength of these biological substances, and the glucose concentration is underestimated as the light intensity decreases. It is conceivable to correct to.

このことから、上述のように、グルコース測定装置1の第2の光源として、400nm〜800nmの範囲から選択された波長であって、例えば450nm、520nm、及び660nmの波長の第2の光をそれぞれ発する発光ダイオード、800nm〜1000nmの範囲から選択された波長であって、例えば810nm、及び950nmの波長の第2の光をそれぞれ発する発光ダイオード、及び1000nm〜1500nmの範囲から選択された波長であって、例えば1310nm及び1450nmの波長の第2の光をそれぞれ発する発光ダイオード、を含む発光ダイオード群21bを採用することが考えられる。ただし、図7の例で脂質(アルブミン)の吸収ピーク波長として挙がっている1727nmの代わりに、実施形態のグルコース測定装置1では、赤外光通信の分野で広く使われている、1310nmの波長の光を採用している。 Therefore, as described above, as the second light source of the glucose measuring device 1, the second light having a wavelength selected from the range of 400 nm to 800 nm, for example, 450 nm, 520 nm, and 660 nm, respectively, is emitted. A light emitting diode that emits light, a wavelength selected from the range of 800 nm to 1000 nm, for example, a light emitting diode that emits a second light having a wavelength of 810 nm and 950 nm, respectively, and a wavelength selected from the range of 1000 nm to 1500 nm. For example, it is conceivable to adopt a light emitting diode group 21b including a light emitting diode that emits second light having wavelengths of 1310 nm and 1450 nm, respectively. However, instead of 1727 nm, which is listed as the absorption peak wavelength of lipid (albumin) in the example of FIG. 7, the glucose measuring device 1 of the embodiment has a wavelength of 1310 nm, which is widely used in the field of infrared optical communication. Uses light.

そして、生体から戻ってきた第2の光のそれぞれの強度の低下量に応じて、第1の光の強度のみから導き出されるグルコース濃度を補正する。このように、実施形態のグルコース測定装置1では、第2の光の強度の低下量に基づき外乱要因を除去し、精度の高いグルコース濃度を得る。 Then, the glucose concentration derived only from the intensity of the first light is corrected according to the amount of decrease in the intensity of the second light returned from the living body. As described above, in the glucose measuring device 1 of the embodiment, the disturbance factor is removed based on the amount of decrease in the intensity of the second light, and the glucose concentration with high accuracy is obtained.

(生体との適正距離)
上述のように、光学式のグルコース濃度測定においては、測定に用いる真皮層からの戻り光として検出される光量が極めて微量なため、精度の高い濃度測定が困難となる場合がある。そして、戻り光の検出量を向上させるためには、フォトダイオード等のセンサ及びレーザダイオード等の光源と、生体との距離をなるべく近接させることが好ましいというのが、これまでの一般的な考え方であった。
(Appropriate distance to the living body)
As described above, in the optical glucose concentration measurement, since the amount of light detected as the return light from the dermis layer used for the measurement is extremely small, it may be difficult to measure the concentration with high accuracy. Then, in order to improve the detection amount of the return light, it is preferable to make the distance between the sensor such as a photodiode and the light source such as a laser diode as close as possible to the living body. there were.

本発明者も、戻り光の検出量を向上させるべく種々の試みを行った。そのような鋭意研究の結果、本発明者は、上記の一般的な考え方に依らず、光源およびセンサと生体との距離には適正値があることを見出した。以下、光源およびセンサと生体との適正な距離について、図8〜図10を用いて説明する。 The present inventor has also made various attempts to improve the amount of return light detected. As a result of such diligent research, the present inventor has found that there is an appropriate value in the distance between the light source and the sensor and the living body, regardless of the above general idea. Hereinafter, the appropriate distance between the light source and the sensor and the living body will be described with reference to FIGS. 8 to 10.

図8は、生体に照射された光の伝送をシミュレーションした解析結果を示す図である。図8に示すように、シミュレーションでは、人体の表皮から光源(LED)及びセンサ(PD)を所定距離離した状態で、光源から表皮に向けて光を照射したときの、入射光(照射光)、反射光、及び人体内での伝播光等の軌跡を描かせた。そして、人体の表皮から光源およびセンサの距離を変化させ、また、光源とセンサとの距離を変化させて、光の伝送の変化を解析した。このようなシミュレーションにより、生体から光源およびセンサの距離、並びに光源とセンサとの距離には、所定の相関関係があることが判った。 FIG. 8 is a diagram showing an analysis result simulating the transmission of light applied to a living body. As shown in FIG. 8, in the simulation, the incident light (irradiation light) when the light source (LED) and the sensor (PD) are separated from the skin of the human body by a predetermined distance and the light is emitted from the light source toward the skin. , Reflected light, and propagating light in the human body. Then, the change in light transmission was analyzed by changing the distance between the light source and the sensor from the skin of the human body and changing the distance between the light source and the sensor. From such a simulation, it was found that there is a predetermined correlation between the distance from the living body to the light source and the sensor, and the distance between the light source and the sensor.

図9は、生体と光源およびセンサとの距離、並びに光源とセンサとの距離が真皮層からの戻り光の強度に与える影響を示すグラフである。図9の横軸は光源およびセンサと表皮までの距離(mm)であり、縦軸は真皮層からの戻り光の強度(%)である。図9においては、光源を1550nmの波長を有する発光ダイオードとし、センサを1mm角のフォトダイオードとし、光源とセンサとの距離が各々1.5mm、2.0mm、3.0mmのときの、真皮層からの戻り光の強度を解析した。なお、真皮層からの戻り光の検出強度(受光量)は、フォトダイオードのサイズには依存しないことが判っている。 FIG. 9 is a graph showing the influence of the distance between the living body and the light source and the sensor and the distance between the light source and the sensor on the intensity of the return light from the dermis layer. The horizontal axis of FIG. 9 is the distance (mm) between the light source and the sensor and the epidermis, and the vertical axis is the intensity (%) of the return light from the dermis layer. In FIG. 9, the light source is a light emitting diode having a wavelength of 1550 nm, the sensor is a 1 mm square photodiode, and the dermal layer is when the distances between the light source and the sensor are 1.5 mm, 2.0 mm, and 3.0 mm, respectively. The intensity of the return light from the light source was analyzed. It is known that the detection intensity (light receiving amount) of the return light from the dermis layer does not depend on the size of the photodiode.

図9に示すように、真皮層からの戻り光のセンサによる受光量は、光源およびセンサと表皮までの距離が所定距離のときにピークを有している。また、そのピーク位置は、光源とセンサとの距離に応じて異なっている。 As shown in FIG. 9, the amount of light received by the sensor for the return light from the dermis layer has a peak when the distance between the light source and the sensor and the epidermis is a predetermined distance. Further, the peak position differs depending on the distance between the light source and the sensor.

すなわち、光源とセンサとの距離が3.0mmのとき、真皮層からの戻り光の受光量は、光源およびセンサと表皮までの距離が2.0mmにおいてピークを有する。また、光源とセンサとの距離が2.0mmのとき、真皮層からの戻り光の受光量は、光源およびセンサと表皮までの距離が1.0mmにおいてピークを有する。また、光源とセンサとの距離が1.5mmのときには、真皮層からの戻り光の受光量にはピーク値が見られなかった。 That is, when the distance between the light source and the sensor is 3.0 mm, the amount of received return light from the dermis layer has a peak when the distance between the light source and the sensor and the epidermis is 2.0 mm. Further, when the distance between the light source and the sensor is 2.0 mm, the amount of received return light from the dermis layer has a peak when the distance between the light source and the sensor and the epidermis is 1.0 mm. Further, when the distance between the light source and the sensor was 1.5 mm, no peak value was observed in the amount of return light received from the dermis layer.

光源とセンサとの距離が1.5mmのとき戻り光がピーク値を有さないのは、光源とセンサとが近接しすぎたことで、表皮と乱反射した光をセンサが優位に検出してしまったっためと考えられる。 When the distance between the light source and the sensor is 1.5 mm, the return light does not have a peak value because the light source and the sensor are too close to each other, and the sensor predominantly detects the light diffusely reflected from the epidermis. It is thought that it was a good idea.

以上のことから、これまで一般的に考えられてきたように光源およびセンサと表皮までの距離が近いほど真皮層からの戻り光の受光量は増すというわけではなく、戻り光の受光量を高めるには、光源およびセンサと表皮までの距離を適正に保つことが効果的であることが判る。また、その距離は光源とセンサとの距離によっても異なり得る。 From the above, as has been generally considered, the shorter the distance between the light source and the sensor and the epidermis, the more the amount of return light received from the dermis layer does not increase, but the amount of return light received increases. It can be seen that it is effective to maintain an appropriate distance between the light source and the sensor and the dermis. The distance may also vary depending on the distance between the light source and the sensor.

図10は、各波長における生体と光源およびセンサとの適正距離を示すグラフである。図10の横軸は光源およびセンサと表皮までの距離(mm)であり、縦軸は真皮層からの戻り光の強度(%)である。図10においては、光源を450nm、520nm、660nm、810nm、950nm、1310nm、1450nm、及び1550nmの波長をそれぞれ有する発光ダイオードとし、センサを1mm角のフォトダイオードとし、光源とセンサとの距離が3.0mmのときの、真皮層からの戻り光の強度を解析した。 FIG. 10 is a graph showing an appropriate distance between the living body and the light source and the sensor at each wavelength. The horizontal axis of FIG. 10 is the distance (mm) between the light source and the sensor and the epidermis, and the vertical axis is the intensity (%) of the return light from the dermis layer. In FIG. 10, the light source is a light emitting diode having wavelengths of 450 nm, 520 nm, 660 nm, 810 nm, 950 nm, 1310 nm, 1450 nm, and 1550 nm, respectively, the sensor is a 1 mm square photodiode, and the distance between the light source and the sensor is 3. The intensity of the return light from the dermal layer at 0 mm was analyzed.

図10に示すように、450nm、520nm、及び660nmの光では、光源およびセンサと表皮までの距離が1.0mmのとき、真皮層からの戻り光の受光量がピークを有する。810nm及び950nmの光では、光源およびセンサと表皮までの距離が1.5mmのとき、真皮層からの戻り光の受光量がピークを有する。1450nm及び1550nmの光では、光源およびセンサと表皮までの距離が2.0mmのとき、真皮層からの戻り光の受光量がピークを有する。1310nmの光についてのデータは無いが、810nm及び950nmの光ならびに1450nm及び1550nmの光のデータから、1310nmの光では、光源およびセンサと表皮までの距離が2.0mm付近において、真皮層からの戻り光の受光量がピークを有すると推測される。 As shown in FIG. 10, in the light of 450 nm, 520 nm, and 660 nm, the amount of received return light from the dermis layer has a peak when the distance between the light source and the sensor and the epidermis is 1.0 mm. In the light of 810 nm and 950 nm, when the distance between the light source and the sensor and the epidermis is 1.5 mm, the amount of the return light received from the dermis layer has a peak. For light at 1450 nm and 1550 nm, the amount of return light received from the dermis layer has a peak when the distance between the light source and the sensor and the epidermis is 2.0 mm. There is no data for 1310 nm light, but from the data for 810 nm and 950 nm light and 1450 nm and 1550 nm light, for 1310 nm light, the return from the dermis layer when the distance between the light source and sensor and the epidermis is around 2.0 mm. It is presumed that the amount of light received has a peak.

このことから、真皮層からの戻り光の受光量を高めるための光源およびセンサと表皮までの適正距離は、使用する光の波長によっても異なることが判る。したがって、実施形態のグルコース測定装置1において、各波長の戻り光の強度を測定する際には、それぞれの波長における適正距離にて測定を行うことが好ましい。 From this, it can be seen that the appropriate distance between the light source and the sensor for increasing the amount of return light received from the dermis layer and the epidermis differs depending on the wavelength of the light used. Therefore, when measuring the intensity of the return light of each wavelength in the glucose measuring device 1 of the embodiment, it is preferable to perform the measurement at an appropriate distance at each wavelength.

(グルコース測定装置による測定例)
次に、図11を用いて、実施形態のグルコース測定装置1によるグルコース濃度の測定処理の例について説明する。図11は、実施形態にかかるグルコース測定装置1によるグルコース濃度の測定処理の手順の一例を示すフロー図である。図11において、グルコース測定装置1の導光ロッド30の端面31bは、人体の指先等の生体に押し当てられ、グルコース濃度の測定が可能な状態にあるものとする。
(Measurement example using a glucose measuring device)
Next, an example of the glucose concentration measurement process by the glucose measuring device 1 of the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flow chart showing an example of a procedure for measuring the glucose concentration by the glucose measuring device 1 according to the embodiment. In FIG. 11, it is assumed that the end face 31b of the light guide rod 30 of the glucose measuring device 1 is pressed against a living body such as a fingertip of a human body and is in a state where the glucose concentration can be measured.

図11に示すように、グルコース測定装置1のプロセッサ11は、これから生体に向けて照射される1550nm、1450nm、及び1310nmの光の真皮層からの戻り光として、フォトダイオード27において適正な受光量が得られるよう、導光ロッド30を伸縮させて、フォトダイオード27と表皮との距離を調整する(ステップS11)。 As shown in FIG. 11, the processor 11 of the glucose measuring device 1 receives an appropriate amount of light received by the photodiode 27 as the return light from the dermis layer of the light of 1550 nm, 1450 nm, and 1310 nm to be irradiated toward the living body. The light guide rod 30 is expanded and contracted so as to be obtained, and the distance between the photodiode 27 and the dermis is adjusted (step S11).

つまり、プロセッサ11は、メモリ12に格納される適正距離情報12bを参照し、導光ロッド30のスペーサ34を調整して、導光ロッド30の端面31a,31b間の距離が第1の距離となるよう、導光ロッド30の長さを調整する。これにより、例えば、フォトダイオード27と表皮との距離が、1550nm、1450nm、及び1310nmの波長における適正値である2.0mmとなる。ここで、端面31a,31b間の距離である第1の距離は、フォトダイオード27と表皮との距離が2.0mmとなるように調整された距離である。ただし、調整の結果、第1の距離が2.0mmと略等しく、または完全に等しくなっていてもよい。 That is, the processor 11 refers to the appropriate distance information 12b stored in the memory 12, adjusts the spacer 34 of the light guide rod 30, and sets the distance between the end faces 31a and 31b of the light guide rod 30 as the first distance. The length of the light guide rod 30 is adjusted so as to be. As a result, for example, the distance between the photodiode 27 and the epidermis becomes 2.0 mm, which is an appropriate value at wavelengths of 1550 nm, 1450 nm, and 1310 nm. Here, the first distance, which is the distance between the end faces 31a and 31b, is a distance adjusted so that the distance between the photodiode 27 and the skin is 2.0 mm. However, as a result of the adjustment, the first distance may be substantially equal to or completely equal to 2.0 mm.

プロセッサ11は、例えば1550nmの第1の光を発するレーザダイオード21aを発光させる(ステップS12)。 The processor 11 emits a laser diode 21a that emits a first light of, for example, 1550 nm (step S12).

プロセッサ11は、レーザダイオード21aを発光させている間にフォトダイオード27からの信号を取得して、生体の表面に照射されて戻ってきた1550nmの第1の光の強度を判定する(ステップS13)。プロセッサ11は、レーザダイオード21aの発光を停止させる。 The processor 11 acquires a signal from the photodiode 27 while the laser diode 21a is emitting light, and determines the intensity of the first light of 1550 nm that has been irradiated to the surface of the living body and returned (step S13). .. The processor 11 stops the light emission of the laser diode 21a.

プロセッサ11は、発光ダイオード群21bのうち、例えば1450nmの第2の光を発する発光ダイオードを発光させる(ステップS22)。 The processor 11 emits a light emitting diode that emits a second light of, for example, 1450 nm in the light emitting diode group 21b (step S22).

プロセッサ11は、1450nmの波長の発光ダイオードを発光させている間にフォトダイオード27からの信号を取得して、生体の表面に照射されて戻ってきた1450nmの第2の光の強度を判定する(ステップS23)。プロセッサ11は、1450nmの波長の発光ダイオードの発光を停止させる。 The processor 11 acquires a signal from the photodiode 27 while emitting a light emitting diode having a wavelength of 1450 nm, and determines the intensity of the second light having a wavelength of 1450 nm that has been irradiated to the surface of the living body and returned. Step S23). The processor 11 stops the light emission of the light emitting diode having a wavelength of 1450 nm.

プロセッサ11は、発光ダイオード群21bのうち、例えば1310nmの第2の光を発する発光ダイオードを発光させる(ステップS32)。 The processor 11 emits a light emitting diode that emits a second light of, for example, 1310 nm in the light emitting diode group 21b (step S32).

プロセッサ11は、1310nmの波長の発光ダイオードを発光させている間にフォトダイオード27からの信号を取得して、生体の表面に照射されて戻ってきた1310nmの第2の光の強度を判定する(ステップS33)。プロセッサ11は、1310nmの波長の発光ダイオードの発光を停止させる。 The processor 11 acquires a signal from the photodiode 27 while emitting a light emitting diode having a wavelength of 1310 nm, and determines the intensity of the second light of 1310 nm that has been irradiated to the surface of the living body and returned. Step S33). The processor 11 stops the light emission of the light emitting diode having a wavelength of 1310 nm.

プロセッサ11は、次に生体に向けて照射される950nm及び810nmの光の真皮層からの戻り光として、フォトダイオード27において適正な受光量が得られるよう、導光ロッド30を伸縮させて、フォトダイオード27と表皮との距離を調整する(ステップS41)。 The processor 11 expands and contracts the light guide rod 30 so that the photodiode 27 can obtain an appropriate amount of received light as the return light from the dermis layer of the light of 950 nm and 810 nm that is then irradiated to the living body. The distance between the diode 27 and the skin is adjusted (step S41).

つまり、プロセッサ11は、メモリ12に格納される適正距離情報12bを参照し、導光ロッド30のスペーサ34を調整して、導光ロッド30の端面31a,31b間の距離が第2の距離となるよう、導光ロッド30の長さを調整する。これにより、例えば、フォトダイオード27と表皮との距離が、950nm及び810nmの波長における適正値である1.5mmとなる。ここで、端面31a,31b間の距離である第2の距離は、フォトダイオード27と表皮との距離が1.5mmとなるように調整された距離である。ただし、調整の結果、第2の距離が1.5mmと略等しく、または完全に等しくなっていてもよい。 That is, the processor 11 refers to the appropriate distance information 12b stored in the memory 12, adjusts the spacer 34 of the light guide rod 30, and sets the distance between the end faces 31a and 31b of the light guide rod 30 as the second distance. The length of the light guide rod 30 is adjusted so as to be. As a result, for example, the distance between the photodiode 27 and the skin becomes 1.5 mm, which is an appropriate value at wavelengths of 950 nm and 810 nm. Here, the second distance, which is the distance between the end faces 31a and 31b, is a distance adjusted so that the distance between the photodiode 27 and the skin is 1.5 mm. However, as a result of the adjustment, the second distance may be substantially equal to or completely equal to 1.5 mm.

なお、ステップS22,S32を実施するにあたり、導光ロッド30の長さ調整を実施しないのは、導光ロッド30の端面31a,31b間の距離が、ステップS11において、第2の光である1450nm及び1310nmの波長の光に対して既に調整済みとなっているためである。つまり、ステップS11において調整された導光ロッド30の端面31a,31b間の距離は、1550nmの第1の光に対してフォトダイオード27と表皮とを適正距離にするための第1の距離であるとともに、1450nm及び1310nmの第2の光に対してフォトダイオード27と表皮とを適正距離にするための第2の距離でもあるといえる。 In carrying out steps S22 and S32, the length of the light guide rod 30 is not adjusted because the distance between the end faces 31a and 31b of the light guide rod 30 is 1450 nm, which is the second light in step S11. This is because it has already been adjusted for light having a wavelength of 1310 nm. That is, the distance between the end faces 31a and 31b of the light guide rod 30 adjusted in step S11 is the first distance for making the photodiode 27 and the skin an appropriate distance with respect to the first light of 1550 nm. At the same time, it can be said that it is also a second distance for making the photodiode 27 and the skin an appropriate distance with respect to the second light of 1450 nm and 1310 nm.

プロセッサ11は、発光ダイオード群21bのうち、例えば950nmの第2の光を発する発光ダイオードを発光させる(ステップS42)。 The processor 11 emits a light emitting diode that emits a second light of, for example, 950 nm in the light emitting diode group 21b (step S42).

プロセッサ11は、950nmの波長の発光ダイオードを発光させている間にフォトダイオード27からの信号を取得して、生体の表面に照射されて戻ってきた950nmの第2の光の強度を判定する(ステップS43)。プロセッサ11は、950nmの波長の発光ダイオードの発光を停止させる。 The processor 11 acquires a signal from the photodiode 27 while emitting a light emitting diode having a wavelength of 950 nm, and determines the intensity of the second light of 950 nm that is irradiated on the surface of the living body and returned (). Step S43). The processor 11 stops the light emission of the light emitting diode having a wavelength of 950 nm.

プロセッサ11は、発光ダイオード群21bのうち、例えば810nmの第2の光を発する発光ダイオードを発光させる(ステップS52)。 The processor 11 emits a light emitting diode that emits a second light of, for example, 810 nm from the light emitting diode group 21b (step S52).

プロセッサ11は、810nmの波長の発光ダイオードを発光させている間にフォトダイオード27からの信号を取得して、生体の表面に照射されて戻ってきた810nmの第2の光の強度を判定する(ステップS53)。プロセッサ11は、810nmの波長の発光ダイオードの発光を停止させる。 The processor 11 acquires a signal from the photodiode 27 while emitting a light emitting diode having a wavelength of 810 nm, and determines the intensity of the second light of 810 nm that is irradiated on the surface of the living body and returned (). Step S53). The processor 11 stops the light emission of the light emitting diode having a wavelength of 810 nm.

プロセッサ11は、次に生体に向けて照射される660nm、520nm、及び450nmの光の真皮層からの戻り光として、フォトダイオード27において適正な受光量が得られるよう、導光ロッド30を伸縮させて、フォトダイオード27と表皮との距離を調整する(ステップS61)。 The processor 11 expands and contracts the light guide rod 30 so that the photodiode 27 can obtain an appropriate amount of received light as the return light from the dermis layer of the light of 660 nm, 520 nm, and 450 nm that is then irradiated to the living body. Then, the distance between the photodiode 27 and the skin is adjusted (step S61).

つまり、プロセッサ11は、メモリ12に格納される適正距離情報12bを参照し、例えば、フォトダイオード27と表皮との距離が、660nm、520nm、及び450nmの波長における適正値である1.0mmとなるよう、導光ロッド30の端面31a,31b間の距離が第2の距離に調整する。すなわち、ここでの第2の距離は、フォトダイオード27と表皮との距離が1.0mmとなるように調整された距離である。 That is, the processor 11 refers to the appropriate distance information 12b stored in the memory 12, and for example, the distance between the photodiode 27 and the skin becomes 1.0 mm, which is an appropriate value at wavelengths of 660 nm, 520 nm, and 450 nm. The distance between the end faces 31a and 31b of the light guide rod 30 is adjusted to the second distance. That is, the second distance here is a distance adjusted so that the distance between the photodiode 27 and the epidermis is 1.0 mm.

プロセッサ11は、発光ダイオード群21bのうち、例えば660nmの第2の光を発する発光ダイオードを発光させる(ステップS62)。 The processor 11 emits a light emitting diode that emits a second light of, for example, 660 nm in the light emitting diode group 21b (step S62).

プロセッサ11は、660nmの波長の発光ダイオードを発光させている間にフォトダイオード27からの信号を取得して、生体の表面に照射されて戻ってきた660nmの第2の光の強度を判定する(ステップS63)。プロセッサ11は、660nmの波長の発光ダイオードの発光を停止させる。 The processor 11 acquires a signal from the photodiode 27 while emitting a light emitting diode having a wavelength of 660 nm, and determines the intensity of the second light of 660 nm that is irradiated on the surface of the living body and returned (). Step S63). The processor 11 stops the light emission of the light emitting diode having a wavelength of 660 nm.

プロセッサ11は、発光ダイオード群21bのうち、例えば520nmの第2の光を発する発光ダイオードを発光させる(ステップS72)。 The processor 11 emits a light emitting diode that emits a second light of, for example, 520 nm from the light emitting diode group 21b (step S72).

プロセッサ11は、520nmの波長の発光ダイオードを発光させている間にフォトダイオード27からの信号を取得して、生体の表面に照射されて戻ってきた520nmの第2の光の強度を判定する(ステップS73)。プロセッサ11は、520nmの波長の発光ダイオードの発光を停止させる。 The processor 11 acquires a signal from the photodiode 27 while emitting a light emitting diode having a wavelength of 520 nm, and determines the intensity of the second light at 520 nm that is irradiated on the surface of the living body and returned (). Step S73). The processor 11 stops the light emission of the light emitting diode having a wavelength of 520 nm.

プロセッサ11は、発光ダイオード群21bのうち、例えば450nmの第2の光を発する発光ダイオードを発光させる(ステップS82)。 The processor 11 emits a light emitting diode that emits a second light of, for example, 450 nm from the light emitting diode group 21b (step S82).

プロセッサ11は、450nmの波長の発光ダイオードを発光させている間にフォトダイオード27からの信号を取得して、生体の表面に照射されて戻ってきた450nmの第2の光の強度を判定する(ステップS83)。プロセッサ11は、450nmの波長の発光ダイオードの発光を停止させる。 The processor 11 acquires a signal from the photodiode 27 while emitting a light emitting diode having a wavelength of 450 nm, and determines the intensity of the second light of 450 nm that is irradiated on the surface of the living body and returned (). Step S83). The processor 11 stops the light emission of the light emitting diode having a wavelength of 450 nm.

プロセッサ11は、メモリ12に格納される相関関係情報12aを参照し、ステップS13,S23,S33,S43,S53,S63,S73,S83の処理で得られた各波長の真皮層からの戻り光の強度に基づいて、真皮層の間質液中のグルコース濃度を算出する(ステップS94)。 The processor 11 refers to the correlation information 12a stored in the memory 12, and refers to the return light from the dermis layer of each wavelength obtained in the processes of steps S13, S23, S33, S43, S53, S63, S73, and S83. The glucose concentration in the interstitial fluid of the dermis layer is calculated based on the strength (step S94).

プロセッサ11は、演算によって得られた真皮層の間質液中のグルコース濃度を血液中のグルコースの濃度として表示装置13に出力する(ステップS95)。 The processor 11 outputs the glucose concentration in the interstitial fluid of the dermis layer obtained by calculation as the glucose concentration in blood to the display device 13 (step S95).

以上により、実施形態のグルコース測定装置1によるグルコース濃度の測定処理が終了する。 As described above, the glucose concentration measurement process by the glucose measuring device 1 of the embodiment is completed.

なお、ステップS11,S41,S61の処理では、プロセッサ11が、予めメモリ12内に記憶させた適正距離情報12bに基づいて、導光ロッド30の長さを調整することとした。 In the processing of steps S11, S41, and S61, the processor 11 adjusts the length of the light guide rod 30 based on the appropriate distance information 12b stored in the memory 12 in advance.

しかし、プロセッサ11は、これから照射する波長のレーザダイオード21aまたは発光ダイオードを発光させながら導光ロッド30を伸縮させて、フォトダイオード27における受光量が最大となる位置で、導光ロッド30の長さを固定してもよい。 However, the processor 11 expands and contracts the light guide rod 30 while causing the laser diode 21a or the light emitting diode of the wavelength to be irradiated to emit light, and the length of the light guide rod 30 is at a position where the amount of light received by the photodiode 27 is maximized. May be fixed.

フォトダイオード27と生体との実際の距離は、導光ロッド30を生体へ押し当てる強さ等によっても大きく変わり得る。このため、上記のように、フォトダイオード27による受光量の実測値に基づいて導光ロッド30の長さを調整することで、フォトダイオード27と生体との距離を、より正確に適正距離に調整することが可能である。 The actual distance between the photodiode 27 and the living body can vary greatly depending on the strength with which the light guide rod 30 is pressed against the living body and the like. Therefore, as described above, by adjusting the length of the light guide rod 30 based on the measured value of the amount of light received by the photodiode 27, the distance between the photodiode 27 and the living body can be adjusted more accurately to an appropriate distance. It is possible to do.

また、プロセッサ11は、フォトダイオード27と生体との適正距離が互いに等しい波長の光を並行して照射して、真皮層からの戻り光を検出させてもよい。 Further, the processor 11 may irradiate light having a wavelength in which the appropriate distance between the photodiode 27 and the living body is equal to each other in parallel to detect the return light from the dermis layer.

すなわち、ステップS12〜S13,S22〜S23,S32〜S33の処理を並行して実施することで、1550nm、1450nm、及び1310nmの光を一括して照射し、これらの真皮層からの戻り光をそれぞれフォトダイオード27で検出してもよい。 That is, by carrying out the processes of steps S12 to S13, S22 to S23, and S32 to S33 in parallel, light of 1550 nm, 1450 nm, and 1310 nm is collectively irradiated, and the return light from these dermis layers is emitted, respectively. It may be detected by the photodiode 27.

また、ステップS42〜S43,S52〜S53の処理を並行して実施することで、950nm及び810nmの光を一括して照射し、これらの真皮層からの戻り光をそれぞれフォトダイオード27で検出してもよい。 Further, by carrying out the processes of steps S42 to S43 and S52 to S53 in parallel, light of 950 nm and 810 nm is collectively irradiated, and the return light from these dermis layers is detected by the photodiode 27, respectively. May be good.

また、ステップS62〜S63,S72〜S73,S82〜S83の処理を並行して実施することで、660nm、520nm、及び450nmの光を一括して照射し、これらの真皮層からの戻り光をそれぞれフォトダイオード27で検出してもよい。 Further, by carrying out the processes of steps S62 to S63, S72 to S73, and S82 to S83 in parallel, light of 660 nm, 520 nm, and 450 nm is collectively irradiated, and the return light from these dermis layers is emitted, respectively. It may be detected by the photodiode 27.

このとき、プロセッサ11は、ダイクロイックミラー23bを合成光学系として機能させ、一括して照射された複数の波長の光の光路を互いに合成して同一の光路とする。上記のような光の一括照射処理により、1回の測定処理に要する時間を短縮することができる。 At this time, the processor 11 causes the dichroic mirror 23b to function as a synthetic optical system, and synthesizes the optical paths of the light having a plurality of wavelengths collectively irradiated to each other to form the same optical path. The time required for one measurement process can be shortened by the batch irradiation process of light as described above.

(比較例)
実施形態のグルコース測定装置1に対する比較例として、上述の先行技術文献について説明する。
(Comparison example)
The above-mentioned prior art document will be described as a comparative example with respect to the glucose measuring device 1 of the embodiment.

上述の特許文献1(特許第6415606号公報)によれば、真皮層の間質液に含まれるグルコースの濃度を検出するために、9.26μmの波長の光が使用される。光源が出射する光の波長は、YAGレーザ基本波の1.064μmの近赤外光であるが、光パラメトリック発振によって9.26μmまで長くされる。9.26μmの波長の光は、生体表面に照射される。そして、生体表面から戻ってきた光の強度に基づいて、真皮層の間質液に含まれるグルコースの濃度が検出される。 According to the above-mentioned Patent Document 1 (Patent No. 6415606), light having a wavelength of 9.26 μm is used to detect the concentration of glucose contained in the interstitial fluid of the dermis layer. The wavelength of the light emitted by the light source is 1.064 μm near-infrared light of the YAG laser fundamental wave, but it is lengthened to 9.26 μm by optical parametric oscillation. Light having a wavelength of 9.26 μm irradiates the surface of the living body. Then, the concentration of glucose contained in the interstitial fluid of the dermis layer is detected based on the intensity of the light returned from the surface of the living body.

グルコースは9.26μmなどの中遠赤外の波長域での吸収感度が高いため、特許文献1によれば、高精度な濃度の測定が期待できる。しかしながら、YAG光源自体が高価である。また、9.26μmの波長に対応した光学系としては、ガラス系の光学系が使用できないため、高価な化合物系材料を使用せざるを得ない。つまり、特許文献1に開示された技術によれば装置が高価となる。 Since glucose has high absorption sensitivity in the mid-far infrared wavelength range such as 9.26 μm, high-precision measurement of concentration can be expected according to Patent Document 1. However, the YAG light source itself is expensive. Further, as an optical system corresponding to a wavelength of 9.26 μm, a glass-based optical system cannot be used, so an expensive compound-based material must be used. That is, according to the technique disclosed in Patent Document 1, the device becomes expensive.

さらに、9.26μmの波長の光は、表皮層においてほとんどが吸収されるため、表皮層よりも下層にある真皮層におけるグルコースの濃度を検出することが困難である。 Furthermore, since most of the light having a wavelength of 9.26 μm is absorbed in the epidermis layer, it is difficult to detect the glucose concentration in the dermis layer below the epidermis layer.

これに対し、上述の特許文献2(特開2014−183971号公報)によれば、1400nm、1600nm、及び1727nmの3波長の光が使用される。そして、各波長における検出値が行列演算で信号処理されることで、血液中のグルコースの濃度が推定される。 On the other hand, according to the above-mentioned Patent Document 2 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-183971), light having three wavelengths of 1400 nm, 1600 nm, and 1727 nm is used. Then, the concentration of glucose in the blood is estimated by signal processing the detected values at each wavelength by matrix calculation.

特許文献2に開示された技術で使用されるような近赤外の波長域の光は、YAG光源よりも安価な発光素子によって得ることができる。さらに、この波長域の光は、9.26μmのような中遠赤外の波長域の光と比較して、生体組織に対する透過性が高いため、例えば真皮層のような表皮層よりも深い部位まで到達する。 Light in the near-infrared wavelength range as used in the technique disclosed in Patent Document 2 can be obtained by a light emitting element that is cheaper than a YAG light source. Furthermore, since light in this wavelength range is more transparent to living tissues than light in the mid-far infrared wavelength range such as 9.26 μm, it extends to a portion deeper than the epidermis layer such as the dermis layer. To reach.

しかしながら、近赤外の波長域の光に対しては、人体の皮層による光の散乱および吸収が大きいため、生体表面に照射された光の量と比較して、真皮層まで到達した後に表皮表面まで戻ってくる光は微量である。つまり、特許文献2に開示された技術だけでは、血液中のグルコースの濃度を精度よく測定することができない。 However, for light in the near-infrared wavelength range, the scattering and absorption of light by the skin layer of the human body is large. The amount of light that returns to is very small. That is, the technique disclosed in Patent Document 2 cannot accurately measure the glucose concentration in blood.

実施形態のグルコース測定装置1によれば、導光ロッド30の端面31a,31b間の距離は、フォトダイオード27と生体とが適正な距離離れるよう第1の光の波長に基づき決定される。これにより、フォトダイオード27が、真皮層からの戻り光を高効率で受光することができる。したがって、精度の高い測定が可能となる。 According to the glucose measuring device 1 of the embodiment, the distance between the end faces 31a and 31b of the light guide rod 30 is determined based on the wavelength of the first light so that the photodiode 27 and the living body are separated by an appropriate distance. As a result, the photodiode 27 can receive the return light from the dermis layer with high efficiency. Therefore, highly accurate measurement is possible.

実施形態のグルコース測定装置1によれば、レーザダイオード21aとフォトダイオード27との距離は、第1の光の波長に基づき決定されている。これにより、フォトダイオード27が、真皮層からの戻り光をよりいっそう高効率で受光することができる。したがって、より精度の高い測定が可能となる。 According to the glucose measuring device 1 of the embodiment, the distance between the laser diode 21a and the photodiode 27 is determined based on the wavelength of the first light. As a result, the photodiode 27 can receive the return light from the dermis layer with even higher efficiency. Therefore, more accurate measurement becomes possible.

実施形態のグルコース測定装置1によれば、プロセッサ11は、フォトダイオード27が検出した第1の光の強度と第2の光の強度と、に基づいてグルコースの濃度を演算する。これにより、第1の光の強度から外乱要因を取り除き、より正確なグルコース濃度を測定することができる。 According to the glucose measuring device 1 of the embodiment, the processor 11 calculates the glucose concentration based on the intensity of the first light and the intensity of the second light detected by the photodiode 27. As a result, the disturbance factor can be removed from the intensity of the first light, and the glucose concentration can be measured more accurately.

実施形態のグルコース測定装置1によれば、導光ロッド30は、端面31a,31b間の距離が変更可能に構成される。これにより、使用される光の波長に合わせてフォトダイオード27と生体との距離を適正に保つことができ、よりいっそう精度の高い測定が可能となる。 According to the glucose measuring device 1 of the embodiment, the light guide rod 30 is configured so that the distance between the end faces 31a and 31b can be changed. As a result, the distance between the photodiode 27 and the living body can be maintained appropriately according to the wavelength of the light used, and more accurate measurement becomes possible.

実施形態のグルコース測定装置1によれば、グルコース濃度を測定するための第1の光の光源としてはレーザダイオード21aを用い、その他の外乱要因を特定するための第2の光の光源としては、より安価な発光ダイオード群21bを用いる。これにより、グルコース測定装置1をより安価に構成することができる。 According to the glucose measuring device 1 of the embodiment, the laser diode 21a is used as the first light source for measuring the glucose concentration, and the second light source for identifying other disturbance factors is used. A cheaper light emitting diode group 21b is used. As a result, the glucose measuring device 1 can be configured at a lower cost.

[その他の実施形態]
上述の実施形態においては、外乱要因を取り除くため、グルコース測定装置1は、異なる波長の光を発する複数の発光ダイオードを備える発光ダイオード群21bを備えることとした。しかし、グルコース測定装置は、ミニマムの構成として、1500nm〜1700nmの範囲から選択された波長の第1の光を発する光源を少なくとも備えていればよい。
[Other Embodiments]
In the above-described embodiment, in order to remove the disturbance factor, the glucose measuring device 1 is provided with a light emitting diode group 21b including a plurality of light emitting diodes emitting light having different wavelengths. However, the glucose measuring device may include at least a light source that emits a first light having a wavelength selected from the range of 1500 nm to 1700 nm as a minimum configuration.

上述の実施形態の構成に加え、グルコース測定装置は、グルコースにより吸収されない波長(例えば1310nm等)の光を発する光源を備えていてもよい。この光源からの光の強度を基準とすることで、第1の光を発する第1の光源等の劣化による光量低下を検出することができる。この場合、劣化による光量低下分を補正することで、より精度の高いグルコース濃度の測定が可能となる。また、所定値以上の光量低下が認められた場合には、第1の光源を新しいものに替えることで、安定的にグルコース濃度の測定を行うことができる。 In addition to the configuration of the above-described embodiment, the glucose measuring device may include a light source that emits light having a wavelength that is not absorbed by glucose (for example, 1310 nm). By using the intensity of light from this light source as a reference, it is possible to detect a decrease in the amount of light due to deterioration of the first light source or the like that emits the first light. In this case, it is possible to measure the glucose concentration with higher accuracy by correcting the amount of decrease in the amount of light due to deterioration. Further, when a decrease in the amount of light of a predetermined value or more is observed, the glucose concentration can be stably measured by replacing the first light source with a new one.

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1…グルコース測定装置、10…制御回路、11…プロセッサ、12…メモリ、13…表示装置、21a…レーザダイオード、21b…発光ダイオード群、27…フォトダイオード、30…導光ロッド、31a,31b…端面、34…スペーサ。 1 ... glucose measuring device, 10 ... control circuit, 11 ... processor, 12 ... memory, 13 ... display device, 21a ... laser diode, 21b ... light emitting diode group, 27 ... photodiode, 30 ... light guide rod, 31a, 31b ... End face, 34 ... spacer.

Claims (9)

第1の端面、第2の端面、及び前記第1の端面から入射した光を前記第2の端面に導く導光路、を有する導光ロッドと、
1500nm〜1700nmの範囲から選択された波長の第1の光を、前記導光ロッドの前記第1の端面へ入射する第1の光源と、
前記第2の端面から戻ってきた前記第1の端面の側における前記第1の光の強度を検出するセンサと、
前記センサが検出した前記第1の光の強度に基づいてグルコースの濃度を演算する処理部と、を備え、
前記導光ロッドの前記第1の端面と前記第2の端面との距離は、第1の距離離れるよう前記第1の光の波長に基づき決定されている、
グルコース測定装置。
A light guide rod having a first end face, a second end face, and a light guide path that guides light incident from the first end face to the second end face.
A first light source having a wavelength selected from the range of 1500 nm to 1700 nm incident on the first end face of the light guide rod, and a first light source.
A sensor that detects the intensity of the first light on the side of the first end face that has returned from the second end face, and a sensor that detects the intensity of the first light.
A processing unit that calculates a glucose concentration based on the intensity of the first light detected by the sensor is provided.
The distance between the first end face and the second end face of the light guide rod is determined based on the wavelength of the first light so as to be separated by the first distance.
Glucose measuring device.
前記導光ロッドはスペーサを有し、
前記第2の端面は、前記スペーサが有する端面である、
請求項1に記載のグルコース測定装置。
The light guide rod has a spacer and
The second end face is the end face of the spacer.
The glucose measuring device according to claim 1.
前記第1の光源と前記センサとは、前記導光ロッドの前記第2の端面から等しい距離に、互いに離隔して配置され、
前記第1の光源と前記センサとの距離は、前記第1の光の波長に基づき決定されている、
請求項1または請求項2に記載のグルコース測定装置。
The first light source and the sensor are arranged apart from each other at the same distance from the second end face of the light guide rod.
The distance between the first light source and the sensor is determined based on the wavelength of the first light.
The glucose measuring device according to claim 1 or 2.
前記第1の光の強度と前記濃度との間の相関関係を示す情報が格納される記憶部を備え、
前記処理部は前記記憶部に格納される前記情報に基づいて前記濃度を演算する、
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のグルコース測定装置。
A storage unit for storing information indicating a correlation between the intensity of the first light and the density is provided.
The processing unit calculates the concentration based on the information stored in the storage unit.
The glucose measuring device according to any one of claims 1 to 3.
前記第1の光とは異なる波長の第2の光を、前記導光ロッドの前記第1の端面へ入射する第2の光源を備え、
前記センサは、前記第2の端面から戻ってきた前記第2の光の前記第1の端面の側における強度を検出し、
前記処理部は、前記センサが検出した前記第1の光の強度と、前記センサが検出した前記第2の光の強度と、に基づいて前記濃度を演算する、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のグルコース測定装置。
A second light source having a second light having a wavelength different from that of the first light is incident on the first end surface of the light guide rod.
The sensor detects the intensity of the second light returned from the second end face on the side of the first end face.
The processing unit calculates the density based on the intensity of the first light detected by the sensor and the intensity of the second light detected by the sensor.
The glucose measuring device according to any one of claims 1 to 4.
前記導光ロッドは、前記第1の端面と前記第2の端面との距離が変更可能に構成され、
前記第1の光源が前記第1の光を発するときは、
前記導光ロッドの前記第1の端面と前記第2の端面との距離は、前記第1の距離離れるよう前記第1の光の波長に基づき決定され、
前記第2の光源が前記第2の光を発するときは、
前記導光ロッドの前記第1の端面と前記第2の端面との距離は、第2の距離離れるよう前記第2の光の波長に基づき決定される、
請求項5に記載のグルコース測定装置。
The light guide rod is configured so that the distance between the first end face and the second end face can be changed.
When the first light source emits the first light,
The distance between the first end face and the second end face of the light guide rod is determined based on the wavelength of the first light so as to be separated from the first distance.
When the second light source emits the second light,
The distance between the first end face and the second end face of the light guide rod is determined based on the wavelength of the second light so as to be separated by the second distance.
The glucose measuring device according to claim 5.
前記第2の光の波長は、
400nm〜800nmの範囲、
800nm〜1000nmの範囲、及び
1000nm〜1500nmの範囲、の少なくともいずれかから選択される、
請求項5または請求項6に記載のグルコース測定装置。
The wavelength of the second light is
Range from 400nm to 800nm,
It is selected from at least one of a range of 800 nm to 1000 nm and a range of 1000 nm to 1500 nm.
The glucose measuring device according to claim 5 or 6.
前記導光ロッドは、遮光性を有する材料で構成される、
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のグルコース測定装置。
The light guide rod is made of a material having a light blocking effect.
The glucose measuring device according to any one of claims 1 to 7.
1500nm〜1700nmの範囲から選択された波長の第1の光を、第1の端面、第2の端面、及び前記第1の端面から入射した光を前記第2の端面に導く導光路を有する導光ロッドの前記第1の端面へ入射するステップと、
前記導光ロッドの前記第1の端面と前記第2の端面との距離を、第1の距離離れるよう前記第1の光の波長に基づき決定するステップと、
前記第2の端面から戻ってきた前記第1の光の前記第1の端面の側における強度を検出するステップと、
検出された前記第1の光の強度に基づいてグルコースの濃度を演算するステップと、を有する、
グルコース測定方法。
A guide having a light guide path that guides the first light having a wavelength selected from the range of 1500 nm to 1700 nm to the first end face, the second end face, and the light incident from the first end face to the second end face. A step of incident on the first end face of the optical rod,
A step of determining the distance between the first end face of the light guide rod and the second end face based on the wavelength of the first light so as to be separated by the first distance.
A step of detecting the intensity of the first light returned from the second end face on the side of the first end face, and a step of detecting the intensity.
It comprises a step of calculating the glucose concentration based on the detected intensity of the first light.
Glucose measurement method.
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