JP4325179B2 - Non-invasive biological component quantification device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近赤外領域における光の吸収を利用して生体組織中あるいは体液中の化学成分の体液成分濃度の分析を行う非侵襲型生体成分の定量装置に関するものであり、具体的には皮膚組織中のグルコース濃度の定量分析を行うことにより血糖値測定を行うための装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
皮膚組織中のグルコース濃度は血液中のグルコース濃度(血糖値)と高い相関を有していることから血糖値定量のための代用値として用いられている。このグルコース濃度の定量を非侵襲で行うものとして、ハロゲンランプからなる光源の光(近赤外光)を集光レンズで集束して被検体8に照射し、被検体8内を透過あるいは拡散反射した光を回折格子などで分光した後、受光素子ユニットで受光し、受光素子ユニットで得られた生体信号をもとにグルコース濃度を演算するものがある。この場合、光源からの光をセラミック板などの標準板に照射して標準板で反射した光の受光も行って参照光信号を得て、参照光信号と生体信号をもとにグルコース濃度変化に由来するスペクトル中の吸光度の微量変化を解析し、グルコース濃度の演算を行っている。
【0003】
たとえば、特開2000−131322公報(特許文献1)に示されたグルコース濃度の定量方法及びその装置では、図22に示すように、ハロゲンランプからなる光源61と、光源61からの光を集束する集光レンズ62と、集光レンズ62を通過した光を被検体に照射するとともに被検体内を透過あるいは拡散反射した光を受光するための光ファイババンドルプローブ63と、受光後の光を分光する回折格子を収めた回折格子ユニット64、該回折格子ユニット64で分光された光を検出するためのInGaAsアレイ型受光素子ユニット65、アレイ型受光素子ユニット65で得られた信号をもとにグルコース濃度を演算する演算ユニット66とから構成されたものが示されている。
【0004】
このものでは、スペクトル測定に際して光源61からの光で前記光ファイババンドルプローブ63を介してセラミック板などの標準板を照射するとともに標準板で反射した光(参照光信号)を受光し、続いて接触位置を一定化するための位置決め治具を用いて光ファイババンドルプローブ63のセンシング部を皮膚表面に100〜500gf/cm2の接触圧力で当接させ、皮膚組織内を透過あるいは拡散反射した光(生体信号)を受光し、得られたリファレンス信号と生体信号をもとに前記演算ユニット66によりグルコース濃度変化に由来するスペクトル中の吸光度の微量変化を解析して、グルコース濃度を演算する。このとき一般にはマルチチャンネル検出器で得られた解析波長範囲の全画素(例256画素)の信号が利用される。
【0005】
ところで、グルコース濃度は数十〜数百mg/dlと微量であるため、皮膚組織を透過あるいは拡散反射した光(生体信号)をもとにグルコース濃度の定量を行うには上記光をS/N良く捉えることが重要であり、このために吸光度ベースライン変動をできるだけ抑制してスペクトル測定の安定性を高くしておくと同時にグルコース濃度変化に応じたスペクトル変化を正しく捉えることができる分解能を持つものとしておかなくてはならない。このために上記の構成では、波長領域として1000nm〜2500nmのスペクトルを用い(実際は、受光素子アレイ数(例:256素子)に割り付けられる)、多変量解析によりグルコース濃度の定量演算をして推定している。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−131322公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
マルチチャンネル検出器で得られた解析波長範囲内の全ての信号を吸光度換算した後にグルコース濃度推定のための解析がなされる上記のものでは、どうしてもシステム構成がおおがかりなものとなる。また、連続的な近赤外光を発生させなくてはならない光源には、ハロゲンランプ等が必要となり、その熱対策も大変である。また連続光をスペクトルに分解するための回折格子などからなる分光部を必要とする。加えるに、受光素子であるマルチチャンネル検出器は、各画素特性が必ずしも一様でないために、生体成分濃度変化に応じたスペクトル変化が正しく反映されぬまま解析されてしまうことがあり、生体成分濃度推定における良好な解析精度を得られる要因となっている。
【0008】
本発明は以上のような点を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、小型で省電力な非侵襲型生体成分の定量装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、生体成分を非侵襲で定量する定量装置であって、近赤外波長域1000nm〜2500nmの中の異なる複数の波長の光を順次発光する光源部と、上記光を生体に向けて照射するとともに生体からの反射光もしくは生体を透過した透過光を受けるプローブ部と、プローブ部に入った光を電気信号に変換する受光部と、受光部で得られた前記波長毎の吸光度から演算処理して生体成分濃度を算出する演算部とからなり、上記光源部は波長の異なる光を出力する複数の発光ダイオードが並ぶ発光ダイオードアレーと、各発光ダイオードに対応するマイクロレンズが並ぶレンズアレーとで形成され、光源部と受光部とが近接位置に配置され光源部からプローブ部を経て受光部に至る光路が折り返し形状となっているとともに、発光部とプローブ部との間及び受光部とプローブとの間が光導波路板からなる導光ユニットによる接続で一体化されて上記各部が一つのアセンブリユニットとして形成されていることに特徴を有している。波長の異なる光を順次被検体に照射することで、光源部として発光ダイオードを用いるとともに光源部と受光部とを近接させて光路を折り返し形状とし、更に光導波路板を用いて小型の一つのアセンブリユニットとして形成したものである。
【0010】
各波長の光を生体を経ることなく受光部に導く参照光導光部を備えているとともに、生体成分濃度の算出にあたり参照光の吸光度を利用するものであることが好ましい。
【0012】
光源部とプローブ部との間並びに受光部とプローブ間に光を屈曲させる光屈曲部を備えたものとしてもよい。
【0013】
光源部から出力される光を生体測定用と参照光測定用とに2分岐する分岐部を備えたものとすると、参照光測定が容易となる。
【0014】
上記分岐部は光スイッチで形成したり、光源部から出力される光の一部を参照光用に取り出すミラーで形成することができる。
【0015】
この時のミラーには、片面がプローブ部から受光部に至る光を反射させるためのミラーであり且つ他面が光源部から出力される光の一部を参照光用に取り出すミラーとなっている両面ミラーを好適に用いることができるほか、光源部から出力される光の一部を参照光用に取り出してプローブ部からの光を受光する受光部と同方向にある受光部に向けるものを用いることができる。また、プローブ部から受光部に至る光を反射させる光路と光源部から出力される光の一部を参照光用に取り出す光路とを切り換える光スイッチでミラーを形成したものであってもよい。
【0016】
参照光導光部もアセンブリユニット内に組み込まれていることが好ましいのはもちろんである。
【0018】
発光部とプローブ間に配された導光ユニットは各発光ダイオードからの光入力を結合して一つの光出力とする光結合導波路を備えた光導波路板で形成されていることが好ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図1は本発明に係る定量装置を示しており、アセンブリユニットとして形成されているこの定量装置は、受発光ユニット1と、導光ユニット2,3と、プローブユニット4と、集光ユニット5,6、そして参照光ユニット7で形成され、アダプタとして構成されている参照光ユニット7を除く他のユニット1〜6が一体化されている。
【0020】
受発光ユニット1は、図2(a)にも示すように、複数個(図示例では8個)の発光ダイオードLD1〜LD8を並べた発光ダイオードアレー10と、各発光ダイオードLD1〜LD8に対応する集光用マイクロレンズを並べたレンズアレー11と、図2(c)に示す単一の受光素子12と、受発光の制御を行うとともに受光素子12の出力を基に生体成分濃度を算出して演算結果を外部に通信で送り出す演算部15とで構成されたものであり、立体成形回路基板である回路基板16上に上記の各部材が実装されている。この回路基板16は段部を有するもので、その上段側に発光ダイオードアレー10とレンズアレー11とが配設され、下段側に受光素子12とマイクロレンズ13が配設されている。
【0021】
上記発光ダイオードアレー10における各発光ダイオードLD1〜LD8は、近赤外波長域1000nm〜2500nmの中の異なる波長の光を出すもので、たとえばLD1:1300nm,LD2:1400nm,LD3:1500nm,LD4:1550nm,LD5:1600nm,LD6:1700nm,LD7:1800nm,LD8:1900nmとなるように構成されている。なお、発光ダイオードアレー10における発光ダイオードの個数や波長帯域の割り付けは、上記の例に限定されるものではなく、要求精度に応じて設定されるものであるが、最大でも10個で納めることができる。
【0022】
2つの導光ユニット2,3のうち、導光ユニット2は8個の光入力を結合して1個の光出力とする光結合導波路21と、光結合導波路21で結合された光出力をほぼ直角に偏向するミラー22(図2(b)参照)とを備えた光導波路板で形成されたものであり、長手方向の一端面に位置する上記8個の光入力が受発光ユニット1におけるレンズアレー11の8個のマイクロレンズに対向するように受発光ユニット1に連結される。
【0023】
プローブユニット4は上記導光ユニット2のミラー22の直下に集光レンズを備えた集光ユニット5を介して配設されるもので、図2(d)及び図3に示すように、直径約200μmの筒状の樹脂もしくは金属管で構成された複数本(図示例では12本)の投光材40を同心円状に配置するとともに、その中心に直径約200μmの筒状の樹脂もしくは金属管で構成された受光材41を配した投受光部4aを備えるとともに、この投受光部4aにおける上記受光材41の直上にミラー42を備えている。投光材40と受光材41との間隔Lは0.2mm〜2.0mmの範囲内が適切で,本例では650μmとしている。
【0024】
そして導光ユニット3は、上記受発光ユニット1における受光素子12と、プローブユニット4におけるミラー42との間の導光を司るもので、導光ユニット2と同様に光導波路板で形成されており、プローブユニット4との間には集光レンズを備えた集光ユニット6が配設されている。
【0025】
受発光ユニット1の発光ダイオードアレー10からレンズアレー11を通じて導光ユニット2に導かれた光は、ミラー22と集光ユニット5とを介してプローブユニット4の投光材40の一端に入り、投光材40の他端から射出される。また、プローブユニット4の受光材41にその他端側から入った光は、ミラー42と集光ユニット6と導光ユニット3を介して受発光ユニット1における受光素子12にマイクロレンズ13を通じて導かれる。図4に光路の説明図を示す。
【0026】
アダプタとして構成されている参照光ユニット7は、上記プローブユニット4の投受光部4aの先端に着脱自在とされるものであり、投光材40の他端から射出された光を反射して受光材41の他端に入射させる反射面を備えている。
【0027】
上記のように構成されるとともに小型一体のアッセンブリユニットとして形成されている上記定量装置においては、次のようにして生体成分の定量を行う。
【0028】
まず,参照光ユニット7をプローブユニット4にセットして参照光のスペクトル測定を開始する。この時、発光ダイオードLD1〜LD8は、約1秒以下の間隔でたとえば、LD1⇒LD2⇒LD3⇒LD4⇒LD5⇒LD6⇒LD7⇒LD8の順で順次発光する。この循環切換信号は,単素子型の受光素子12へも伝達されて光源の切換毎にリセットする役割も果たしている。
【0029】
発光ダイオードLD1の光はレンズアレイ11と導光ユニット2と集光ユニット5を経てプローブユニット4に至って投光材40から射出され、参照光ユニット7で反射した参照計測光は受光材41とミラー42と集光ユニット6と導光ユニット3、そしてマイクロレンズ13を経て受光素子12に入る。受光素子12の出力はA/D変換されて演算部15に参照光電気変換信号Refとしてメモリーされる。
【0030】
次に発光ダイオードLD1を消灯するとともに単素子型受光素子12をリセットし、次いで発光ダイオードLD2を点灯させて参照光電気変換信号Refを得るということを、発光ダイオードLD8の発光が完了するまで繰返し行う。この結果、演算部15には前記8つの波長に対応する参照光電気変換信号Refが演算部15にメモリされる。
【0031】
この後、参照光ユニット7をプローブユニット4から取り外し、プローブユニット4を生体の皮膚表面に接触させ、測定を開始する。この時も、参照光スペクトル計測と同様の手順で,前記発光ダイオードLD1〜LD8を順次発光させるとともに、投光材40から射出されて生体を透過拡散反射した生体計測光を単素子型受光素子12で受光することで、8つの波長に対応する生体光電気変換信号Sigを演算部15は順次メモリする。
【0032】
測定された参照光電気信号Refと生体電気信号Sigとから、吸光度Absは
Abs=log10(Ref/Sig)
で求めることができる。本例では8つの波長の光を用いて測定を行うことから、8個の吸光度Absを計測することができる。
【0033】
Abs1300nm=log10(Ref/Sig)
Abs1400nm=log10(Ref/Sig)
Abs1500nm=log10(Ref/Sig)
Abs1550nm=log10(Ref/Sig)
Abs1600nm=log10(Ref/Sig)
Abs1700nm=log10(Ref/Sig)
Abs1800nm=log10(Ref/Sig)
Abs1900nm=log10(Ref/Sig)
これら8個の吸光度Abs情報をもとに前記演算部15はあらかじめ格納されている生体成分濃度算出式に基づいて生体成分濃度を演算し、その演算結果を外部の表示装置に対して出力して表示させる。図12〜図16に上記動作についてのフローチャートを示す。
【0034】
図5に他例を示す。これは参照光測定に際してアダプタとしての参照光ユニット7の着脱を不要としたもので、プローブユニット4には上記投受光部4aと同様に構成された投受光部4bを投受光部4aに隣接させて並置している。この投受光部4bは、投光材40から出た光を受光材41側に反射させる反射板44を底面に備えたものとなっている。
【0035】
また、ここでの導光ユニット2は、8つの光入力を1つの光出力とする光結合導波路21と、1つの光入力を2つの光出力に選択的に振り分ける光スイッチ25と、2つのミラー22,22とを備えた光導波路板であり、一方のミラー22は光スイッチ25で振り分けられた一方の光をプローブユニット4の投受光部4aに導き、他方のミラー22は光スイッチ25で振り分けられた一方の光をプローブユニット4の投受光部4bに導く。
【0036】
また導光ユニット3は、プローブユニット4の投受光部4aのミラー42で反射して集光ユニット6を通過した光と、プローブユニット4の投受光部4bのミラー42で反射して集光ユニット6を通過した光とを結合して受光素子12に導く光結合型の光導波路板で形成されている。
【0037】
このものによる生体成分の定量は、図17〜図21のフローでも示すように、発光ダイオードアレー10が出力する各波長の光毎に生体測定光と参照光とを交互に測定していく。この時、たとえば発光ダイオードLD1が出力する波長の光による生体測定光と参照光との測定に際して、発光ダイオードLD1を一旦消灯するとともに、受光素子12に対するリセットと、光スイッチ25の切換とを行わせるものであり、また発光させる発光ダイオードを切り換える際にも、受光素子12に対するリセットと、光スイッチ25の切換とを行わせる。参照光ユニット7の着脱操作が不要であるとともに、プローブユニット4を生体に押し当てた状態のままで参照光の測定も行えることから、生体成分の定量をより迅速に行うことができる。
【0038】
図7及び図8に更に他例を示す。これはプローブユニット4に投受光部4aのみを設けるものの、投受光部4aが備えるミラー42として、両面が鏡面となっているものを用いるとともに、導光ユニット3と反対側に集光ユニット6’と導光ユニット3’と受光ユニット8とを配置したもので、発光ダイオードアレー10から出力されて導光ユニット2と集光ユニット5とを通じて投受光部4aに入る光の一部を上記ミラー42で集光ユニット6’と導光ユニット3’側に反射させて受光ユニット8が有する単素子型受光素子に導くようにしている。なお、他の構成は図1に示したものとほぼ同じである。両面ミラーとなっているミラー42と受光ユニット8とによって、参照光を生体計測光と同時に計測することができる。また、計測時の光輝度が同時に計測できるため、より精度の高い計測が可能となる。なお、ミラー42とは別のミラーをプローブユニット4に設けて、一部の光を受光ユニット8に導くようにしたものであってもよい。
【0039】
また、ミラー42として図9に示すように、一体型対称ミラーを用いて発光ダイオードアレー10からの光の一部を受光材41からの光の反射方向と同方向に、つまり受発光ユニット1の方向に反射させるようにしてもよい。この場合におても、計測時の光輝度が同時に計測できるため、より精度の高い計測が可能となるほか、前記のものと比較すると、同一方向への光経路となるために小型化にも有利である。ミラー42を一体型対称ミラーでなく、複数のミラーで構成してもよい。また、図示例では、受発光ユニット1に2つの受光素子12,12を並べて生体測定光と参照光とを夫々で受光するようにして、生体測定光と参照光の同時測定ができるようにしているが、導光ユニット3として光結合型のものを用いて単一の受光素子12で受光するようにしてもよい。
【0040】
さらには図10に示すように、ミラー42に代えて光スイッチ45を設けて、受光素子12に導く光を発光ダイオードアレー10からの光の一部とするか、受光材41からの光とするかを切り換えるようにしてもよい。この場合、計測時の光経路誤差が減少し、より精度の高い計測が可能となる。
【0041】
図11は上記生体成分の定量装置を主体とする血糖値測定器9を示している。手首への装着用のベルト91と、液晶ディスプレーからなる表示部92とを備えた該血糖値測定器9では、上記ベルト91を用いて手首に装着した時、プローブユニット4の先端が肌に接触するものであり、この状態でスイッチ部93を操作して測定を開始させれば、前述のような発光ダイオードアレー10の順次発光によって複数の波長による参照光と生体測定光との測定がなされ、この測定結果から血糖値が算出されて表示部92に表示される。なお、上記表示部92はフレキシブルプリント基板を介して本体基板90に接続されており、本体基板90上に重ねた状態でケースに収納される。
【0042】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、近赤外波長域1000nm〜2500nmの中の異なる複数の波長の光を順次発光する光源部と、上記光を生体に向けて照射するとともに生体からの反射光もしくは生体を透過した透過光を受けるプローブ部と、プローブ部に入った光を電気信号に変換する受光部と、受光部で得られた前記波長毎の吸光度から演算処理して生体成分濃度を算出する演算部とからなるために、つまりは近赤外光の全光を照射して受光した光を分光分析するのではなく、複数の異なる波長の光を順次照射して受光を行うために、光源の小型化及び低電力化を図ることができるとともに、受光側に分光デバイスを必要とせず、受光についても単素子型受光素子でも良いものであってマルチチャンネル型受光手段等を必要とせず、全体として超小型・軽量・低電力のものとすることができるものであり、しかも光源部は波長の異なる光を出力する複数の発光ダイオードが並ぶ発光ダイオードアレーと、各発光ダイオードに対応するマイクロレンズが並ぶレンズアレーとで形成され、光源部と受光部とが近接位置に配置され光源部からプローブ部を経て受光部に至る光路が折り返し形状となっているとともに、発光部とプローブ部との間及び受光部とプローブとの間が光導波路板からなる導光ユニットによる接続で一体化されて上記各部が一つのアセンブリユニットとして形成されていることから、小型で取り扱いが容易なものであり、殊に光導波路板からなる導光ユニットの存在で光源部と受光部とプローブとの一体化を簡便に行うことができる。また、この分野の超高輝度の光源の開発の進歩が目覚しいことから、受光素子としてInGaAs型の高価で冷却を要する素子から、汎用の赤外フォトダイオードや、赤外フォトトランジスタ等を用いることができる方向にあるために、小型で且つ安価なものを得ることができる。
【0043】
各波長の光を生体を経ることなく受光部に導く参照光導光部を備えているとともに、生体成分濃度の算出にあたり参照光の吸光度を利用するものであれば、定量精度を更に高くすることができる。
【0045】
光源部とプローブ部との間に光源部からの光を屈曲させる光屈曲部を備えたものとするとともにプローブ部と受光部との間にプローブ部からの光を屈曲させて受光部に向ける光屈曲部を備えたものとすると、光路長に比して全体を小さくすることができて、小型化に関して有利となる。
【0046】
光源部から出力される光を生体測定用と参照光測定用とに2分岐する分岐部を備えたものとすると、参照光測定を容易に行うことができるものとなる。
【0047】
上記分岐部は光スイッチで形成したり、光源部から出力される光の一部を参照光用に取り出すミラーで形成すると、参照光の取り出しが容易となる。
【0048】
また、上記ミラーには、片面がプローブ部から受光部に至る光を反射させるためのミラーであり且つ他面が光源部から出力される光の一部を参照光用に取り出すミラーとなっている両面ミラーを用いると、別途ミラーを用意しなくても参照光を取り出すことができる。
【0049】
また、上記ミラーとして光源部から出力される光の一部を参照光用に取り出してプローブ部からの光を受光する受光部と同方向にある受光部に向けるものを用いると、参照光の測定を受光部側で行うことができる。
【0050】
また、上記ミラーとしてプローブ部から受光部に至る光を反射させる光路と光源部から出力される光の一部を参照光用に取り出す光路とを切り換える光スイッチでミラーを形成すれば、別途ミラーを用意しなくても参照光を取り出すことができる。
【0051】
参照光導光部もアセンブリユニット内に組み込まれていることが好ましいのはもちろんである。
【0052】
そして発光部とプローブ間に配された導光ユニットが各発光ダイオードからの光入力を結合して一つの光出力とする光結合導波路を備えた光導波路板で形成されていると、小型化の点でより有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は分解斜視図である。
【図2】 (a)(b)(c)(d)は同上の要部斜視図である。
【図3】同上のプローブ部の投受光部の端面図である。
【図4】同上の光路図である。
【図5】他例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は分解斜視図である。
【図6】同上の要部斜視図である。
【図7】更に他例の分解斜視図である。
【図8】同上の光路図である。
【図9】別の例の光路図である。
【図10】さらに別の例の光路図である。
【図11】本発明に係る定量装置を備えた血糖値測定器を示しており、(a)は斜視図、(b)は内部部品の斜視図である。
【図12】本発明の実施の形態の一例における動作のフローチャートである。
【図13】同上のフローチャートである。
【図14】同上のフローチャートである。
【図15】同上のフローチャートである。
【図16】同上のフローチャートである。
【図17】本発明の実施の形態の他例における動作のフローチャートである。
【図18】同上のフローチャートである。
【図19】同上のフローチャートである。
【図20】同上のフローチャートである。
【図21】同上のフローチャートである。
【図22】従来例のブロック図である。
【符号の説明】
1 受発光ユニット
2 導光ユニット
3 導光ユニット
4 プローブユニット
10 発光ダイオードアレー
12 受光素子
15 演算部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a quantification device for non-invasive biological component by utilizing the absorption of light in the near infrared region to analyze body fluid component concentration of a chemical component in a biological tissue or body fluids, specifically Relates to an apparatus for measuring blood glucose level by quantitative analysis of glucose concentration in skin tissue.
[0002]
[Prior art]
Since the glucose concentration in the skin tissue has a high correlation with the glucose concentration (blood glucose level) in the blood, it is used as a substitute value for determining the blood glucose level. As non-invasive measurement of the glucose concentration, light from a light source (near-infrared light) composed of a halogen lamp is focused by a condenser lens and irradiated on the
[0003]
For example, in the glucose concentration quantification method and apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-131322 (Patent Document 1), as shown in FIG. 22, a
[0004]
In this case, at the time of spectrum measurement, the light from the
[0005]
By the way, since the glucose concentration is as small as several tens to several hundreds mg / dl, in order to determine the glucose concentration based on the light (biological signal) transmitted or diffusely reflected through the skin tissue, the above light is used as S / N. It is important to capture well, and for this reason, it has the resolution that can correctly capture the spectral change according to the glucose concentration change while suppressing the absorbance baseline fluctuation as much as possible to increase the stability of the spectrum measurement It must be left as. Therefore, in the above configuration, a spectrum of 1000 nm to 2500 nm is used as the wavelength region (actually, it is assigned to the number of light receiving element arrays (example: 256 elements)), and the glucose concentration is quantitatively calculated and estimated by multivariate analysis. ing.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-131322 A
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned system in which analysis for estimating the glucose concentration is performed after all signals within the analysis wavelength range obtained by the multi-channel detector are converted into absorbance is inevitably a system configuration. In addition, a light source that must generate continuous near-infrared light requires a halogen lamp or the like, and countermeasures against heat are difficult. In addition, a spectroscopic unit composed of a diffraction grating or the like for decomposing continuous light into a spectrum is required. In addition, the multi-channel detector, which is a light receiving element, may not be accurately reflected because the characteristics of each pixel are not uniform. This is a factor for obtaining good analysis accuracy in estimation.
[0008]
The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to provide a non-invasive biological component quantification apparatus that is small and power-saving.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, the present invention is a quantitative device that non-invasively quantifies biological components, a light source unit that sequentially emits light of a plurality of different wavelengths in the near-infrared wavelength region 1000 nm to 2500 nm, and the light to the living body. A probe unit that irradiates and receives reflected light from the living body or transmitted light that has passed through the living body, a light receiving unit that converts light that has entered the probe unit into an electrical signal, and the absorbance for each wavelength obtained by the light receiving unit The light source unit includes a light emitting diode array in which a plurality of light emitting diodes that output light having different wavelengths and a micro lens corresponding to each light emitting diode are arranged. The light source part and the light receiving part are arranged in close proximity, and the optical path from the light source part to the light receiving part through the probe part has a folded shape. Especially characterized parts and the respective parts while is integrated by connected by a light guide unit comprising a light guide plate and between the light receiving portion and the probe of the probe portion is formed as a single assembly unit Yes. By sequentially irradiating the subject with light of different wavelengths, a light emitting diode is used as the light source part, the light source part and the light receiving part are brought close to each other, the optical path is folded back, and an optical waveguide plate is used to make a small assembly It is formed as a unit.
[0010]
It is preferable that a reference light guiding unit that guides light of each wavelength to the light receiving unit without passing through the living body is used, and the absorbance of the reference light is used in calculating the biological component concentration.
[0012]
Light source unit and may be assumed with a light bending portion for bending the light between and between the light receiving portion and the probe of the probe portion.
[0013]
If the light output from the light source section is provided with a branching section that divides the light into two for biological measurement and reference light measurement, the reference light measurement is facilitated.
[0014]
The branching portion can be formed by an optical switch, or can be formed by a mirror that extracts a part of light output from the light source portion for reference light.
[0015]
The mirror at this time is a mirror for reflecting one side of the light from the probe unit to the light receiving unit, and the other side is a mirror for taking out part of the light output from the light source unit for reference light. A double-sided mirror can be used suitably, and a part of the light output from the light source unit is extracted for reference light and directed to the light receiving unit in the same direction as the light receiving unit that receives the light from the probe unit be able to. Further, a mirror may be formed by an optical switch that switches between an optical path for reflecting light from the probe unit to the light receiving unit and an optical path for extracting a part of the light output from the light source unit for reference light.
[0016]
Of course, it is preferable that the reference light guide portion is also incorporated in the assembly unit.
[0018]
The light guide unit disposed between the light emitting unit and the probe is preferably formed of an optical waveguide plate provided with an optical coupling waveguide that couples light inputs from the respective light emitting diodes into one light output.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment. FIG. 1 shows a quantitative device according to the present invention. The quantitative device formed as an assembly unit includes a light emitting /
[0020]
As shown in FIG. 2A, the light receiving /
[0021]
The light emitting diodes LD1 to LD8 in the light emitting
[0022]
Of the two
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The light guided from the light emitting
[0026]
The
[0027]
In the above-described quantitative device configured as described above and formed as a small integrated assembly unit, the biological component is quantitatively determined as follows.
[0028]
First, the
[0029]
The light from the light emitting diode LD1 passes through the
[0030]
Next, turning off the light emitting diode LD1 and resetting the single-element
[0031]
Thereafter, the
[0032]
From the measured reference photoelectric signal Ref and bioelectric signal Sig, the absorbance Abs is
Abs = log 10 (Ref / Sig)
Can be obtained. In this example, since measurement is performed using light of eight wavelengths, eight absorbance Abs can be measured.
[0033]
Abs1300nm = log 10 (Ref / Sig)
Abs1400nm = log 10 (Ref / Sig)
Abs1500nm = log 10 (Ref / Sig)
Abs1550nm = log 10 (Ref / Sig)
Abs1600nm = log 10 (Ref / Sig)
Abs1700nm = log 10 (Ref / Sig)
Abs1800nm = log 10 (Ref / Sig)
Abs1900nm = log 10 (Ref / Sig)
Based on these eight absorbance Abs information, the
[0034]
FIG. 5 shows another example. This eliminates the need to attach or detach the
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
As shown in the flow of FIGS. 17 to 21, the biological component is quantified by alternately measuring the biological measurement light and the reference light for each wavelength of light output from the light emitting
[0038]
7 and 8 show other examples. Although only the light projecting / receiving
[0039]
Further, as shown in FIG. 9, as a
[0040]
Further, as shown in FIG. 10, an
[0041]
FIG. 11 shows a blood glucose
[0042]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a light source unit that sequentially emits light having a plurality of different wavelengths in the near-infrared wavelength region 1000 nm to 2500 nm, and the reflected light from the living body A probe unit that receives transmitted light that has passed through a living body, a light receiving unit that converts light that has entered the probe unit into an electrical signal, and a biological component concentration that is calculated from the absorbance for each wavelength obtained by the light receiving unit. A light source is used for the purpose of receiving light by sequentially irradiating light of a plurality of different wavelengths, instead of spectrally analyzing light received by irradiating all near infrared light. Can be reduced in size and power consumption, and does not require a spectroscopic device on the light receiving side, and may be a single element type light receiving element for light reception, does not require a multi-channel type light receiving means, etc. As are those that can be of ultra-compact, lightweight, low power, yet the light source unit is a light emitting diode array in which a plurality of light emitting diodes for outputting lights of different wavelengths lined, micro lenses corresponding to the respective light emitting diodes The light source unit and the light receiving unit are arranged at close positions so that the optical path from the light source unit to the light receiving unit is folded back and between the light emitting unit and the probe unit. since the above-described sections while is integrated by connected by a light guide unit comprising a light guide plate between the light receiving portion and the probe are formed as a single assembly unit are those easy to handle small, especially The light source unit, the light receiving unit, and the probe can be easily integrated by the presence of the light guide unit made of the optical waveguide plate . Also, because of the remarkable progress in the development of ultra-bright light sources in this field, general-purpose infrared photodiodes, infrared phototransistors, etc. can be used as light-receiving elements from expensive InGaAs-type elements that require cooling. Since it is in the direction that can be produced, a small and inexpensive product can be obtained.
[0043]
If it has a reference light guiding part that guides light of each wavelength to the light receiving part without passing through the living body and uses the absorbance of the reference light in calculating the biological component concentration, the quantitative accuracy can be further increased. it can.
[0045]
Light directed to the light receiving portion by bending the light from the probe portion between the probe portion and the light receiving unit with a one having a light bending portion that bends the light from the light source portion between the light source portion and the probe portion those with a bent portion and a result, it is possible to reduce the whole than the optical path length, which is advantageous with respect to downsizing.
[0046]
If the light output from the light source unit is provided with a bifurcation unit that divides the light into two for biological measurement and reference light measurement, the reference light measurement can be easily performed.
[0047]
If the branch part is formed by an optical switch or a mirror that extracts part of the light output from the light source part for reference light, the reference light can be easily taken out.
[0048]
Further, the mirror is a mirror for reflecting one side of the light from the probe unit to the light receiving unit, and the other side is a mirror for taking out part of the light output from the light source unit for reference light. When a double-sided mirror is used, the reference light can be extracted without preparing a separate mirror.
[0049]
In addition, if a mirror that takes out part of the light output from the light source unit for reference light and directs it to the light receiving unit in the same direction as the light receiving unit that receives the light from the probe unit is measured, Can be performed on the light receiving unit side.
[0050]
In addition, if the mirror is formed by an optical switch that switches between the optical path for reflecting the light from the probe unit to the light receiving unit and the optical path for extracting a part of the light output from the light source unit for reference light as the mirror, a separate mirror is provided. The reference light can be taken out without preparation.
[0051]
Of course, it is preferable that the reference light guide portion is also incorporated in the assembly unit.
[0052]
When the light guide unit arranged between the light emitting section and the probe is formed of an optical waveguide plate having an optical coupling waveguide that combines light inputs from the respective light emitting diodes to produce one light output, the size is reduced. This is more advantageous.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention, where (a) is a perspective view and (b) is an exploded perspective view.
FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D are perspective views of essential parts of the same. FIG.
FIG. 3 is an end view of a light projecting / receiving unit of the probe unit.
FIG. 4 is an optical path diagram of the above.
5A and 5B show another example, in which FIG. 5A is a perspective view, and FIG. 5B is an exploded perspective view.
FIG. 6 is a perspective view of the main part of the above.
FIG. 7 is an exploded perspective view of still another example.
FIG. 8 is an optical path diagram of the above.
FIG. 9 is an optical path diagram of another example.
FIG. 10 is an optical path diagram of still another example.
11A and 11B show a blood glucose level measuring device equipped with a quantitative device according to the present invention, in which FIG. 11A is a perspective view and FIG. 11B is a perspective view of internal components.
FIG. 12 is a flowchart of an operation according to an example of the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a flowchart of the above.
FIG. 14 is a flowchart of the above.
FIG. 15 is a flowchart of the above.
FIG. 16 is a flowchart of the above.
FIG. 17 is a flowchart of operation in another example of the embodiment of the present invention;
FIG. 18 is a flowchart of the above.
FIG. 19 is a flowchart of the above.
FIG. 20 is a flowchart of the above.
FIG. 21 is a flowchart of the above.
FIG. 22 is a block diagram of a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (11)
上記光源部は波長の異なる光を出力する複数の発光ダイオードが並ぶ発光ダイオードアレーと、各発光ダイオードに対応するマイクロレンズが並ぶレンズアレーとで形成され、
光源部と受光部とが近接位置に配置され光源部からプローブ部を経て受光部に至る光路が折り返し形状となっているとともに、発光部とプローブ部との間及び受光部とプローブとの間が光導波路板からなる導光ユニットによる接続で一体化されて上記各部が一つのアセンブリユニットとして形成されていることを特徴とする非侵襲型生体成分の定量装置。A quantitative apparatus for non-invasively quantifying biological components, a light source unit that sequentially emits light having a plurality of different wavelengths in the near-infrared wavelength range of 1000 nm to 2500 nm, and irradiating the light toward the biological body A probe unit that receives light reflected from or transmitted through a living body, a light receiving unit that converts light that has entered the probe unit into an electrical signal, and a living body that is calculated from the absorbance at each wavelength obtained by the light receiving unit It consists of a calculation unit that calculates the component concentration ,
The light source unit is formed of a light emitting diode array in which a plurality of light emitting diodes that output light having different wavelengths are arranged, and a lens array in which microlenses corresponding to the respective light emitting diodes are arranged,
The light source unit and the light receiving unit are arranged in close proximity, and the optical path from the light source unit through the probe unit to the light receiving unit has a folded shape, and between the light emitting unit and the probe unit and between the light receiving unit and the probe A noninvasive living body component quantification apparatus, wherein the above-mentioned parts are formed as one assembly unit by being integrated by connection by a light guide unit comprising an optical waveguide plate .
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