JP5591680B2 - Cholesterol concentration measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、非侵襲で人体の皮膚のコレステロールエステル濃度を検出することにより、血液中の総コレステロール濃度を測定するコレステロール濃度測定装置に関する。 The present invention relates to a cholesterol concentration measuring apparatus that measures the total cholesterol concentration in blood by non-invasively detecting the cholesterol ester concentration in human skin.
コレステロールはホルモンや細胞の構成物質として人体には必要不可欠な物質であるが、過剰のコレステロールは、動脈硬化や狭心症などの生活習慣病を招く危険因子の一つとして知られている。コレステロールの検査にあたっては、従来、患者から血液を採取し、酵素法等による専用の測定装置によって測定を行っていた。しかし、血液採取は人体に負担がかかることから、最近では、非侵襲でコレステロールを測定することが種々提案されている。 Cholesterol is an essential substance for the human body as a constituent of hormones and cells, but excess cholesterol is known as one of risk factors that cause lifestyle-related diseases such as arteriosclerosis and angina. Conventionally, when examining cholesterol, blood was collected from a patient and measured using a dedicated measuring device such as an enzyme method. However, since blood collection places a burden on the human body, various non-invasive measurement of cholesterol has recently been proposed.
例えば、特許文献１には、生体に近赤外光と赤外光を照射し、生体から反射された近赤外光を検出し、この検出された近赤外光の吸光度に基づいて、赤外光の吸光度の規格化を行い、コレステロール等の生体内成分の濃度を検出する生体計測装置が提案されている。 For example, in Patent Document 1, near-infrared light and infrared light are irradiated on a living body, near-infrared light reflected from the living body is detected, and red light is detected based on the absorbance of the detected near-infrared light. There has been proposed a biological measuring apparatus that normalizes the absorbance of external light and detects the concentration of in vivo components such as cholesterol.
上述した特許文献１に開示の生体計測装置では、非侵襲でコレステロール等の生体内成分の濃度を検出することが可能となる。しかしながら、コレステロール等の生体内成分を検出するにあたって、近赤外分光装置とＦＴＩＲ分光装置で測定することから、装置が大型化すると共に高価となってしまう。 The living body measuring apparatus disclosed in Patent Document 1 described above can detect the concentration of in vivo components such as cholesterol non-invasively. However, when detecting in vivo components such as cholesterol, measurement is performed with a near-infrared spectroscopic device and an FTIR spectroscopic device, which increases the size and cost of the device.
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、血液を採取することなく、安価で小型化できるコレステロール濃度測定装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the cholesterol concentration measuring apparatus which can be reduced in size cheaply, without extract | collecting blood.
上記目的を達成するため第１の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、中赤外領域の波長の光を出射する光源と、上記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収強度を測定するための全反射減衰プリズムと、上記全反射減衰プリズムの出射光路中に配置され、コレステロールエステルの中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークをそれぞれ中心波長とした所定帯域を透過する複数のバンドパスフィルタと、上記複数のバンドパスフィルタを順次、上記出射光路中に配置するように切換える駆動手段と、上記全反射減衰プリズムから出射し、上記複数のバンドパスフィルタを透過した光から試料の吸収強度を検出する検出器と、上記駆動手段によるバンドパスフィルタの切換えを制御するとともに、上記検出器で検出された吸収強度に基づいてコレステロールエステル濃度を算出する制御・データ処理手段と、を備え、アミド２及びベースラインを常時モニタし、試料の押しつけ強さの変化を補償することにより測定誤差を最小にする。 In order to achieve the above object, a cholesterol concentration measuring apparatus according to the first invention comprises a light source that emits light having a wavelength in the mid-infrared region, and an absorption intensity of the sample by a total reflection attenuation method using the light emitted from the light source. A total reflection attenuating prism for measuring the total reflection, and a transmission band of the total reflection attenuating prism, which passes through a predetermined band centered on a predetermined peak of an absorption spectrum in the mid-infrared region of cholesterol ester. A plurality of band-pass filters, driving means for switching the plurality of band-pass filters in order to be disposed in the outgoing optical path, and light emitted from the total reflection attenuation prism and transmitted through the plurality of band-pass filters A detector for detecting the absorption intensity of the sample from the control of the band-pass filter by the driving means, and the detector Minimize measurement error by based on the detected absorption intensity and a control data processing means for calculating a cholesterol ester concentration, and monitoring the amide 2 and baseline constantly to compensate for changes in the pressing strength of the sample To .
第２の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第１の発明において、上記複数のバンドパスフィルタは、吸収強度の補正を行うベースラインと規格化のための基準位置として用いるそれぞれ所定波長を中心とした所定帯域を透過するフィルタを含む。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the cholesterol concentration measuring apparatus according to the first aspect, wherein the plurality of band-pass filters each have a predetermined wavelength used as a baseline for correcting the absorption intensity and a reference position for normalization. including a filter that transmits predetermined band was.
第３の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第１の発明において、上記全反射減衰プリズムの出射光路中に配置された第１の光路分割用の光学素子と、上記第１の光路分割用の光学素子によって分割された一方の光路中に配置された第２の光路分割用の光学素子と、上記第２の光路分割用の光学素子によって分割された２つの光路中にそれぞれ配置された吸収強度の補正を行うベースライン用フィルタおよび規格化用フィルタと、を有する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the cholesterol concentration measuring apparatus according to the first aspect, wherein the first optical path splitting optical element disposed in the outgoing optical path of the total reflection attenuating prism and the first optical path splitting are provided. each arrangement and a second optical element of the optical path dividing disposed in the optical path of one divided by the optical element, the upper Symbol two optical path divided by the second optical path optical element for splitting the use A baseline filter and a normalization filter for correcting the absorption intensity.
第４の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第１の発明において、上記駆動手段は、上記複数のバンドパスフィルタを高速で回転させ、上記検出器は、高速で回転するバンドパスフィルタを透過した光を交流信号として、順次、出力する。 In the cholesterol concentration measuring apparatus according to a fourth invention, in the first invention, the driving means rotates the plurality of bandpass filters at high speed, and the detector transmits the bandpass filter rotating at high speed. The output light is sequentially output as an AC signal.
第５の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、赤外領域の波長の光を出射する光源と、上記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収強度を測定する全反射減衰プリズムと、コレステロールエステルの中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークを中心波長とした所定帯域を透過する第１のバンドパスフィルタと、吸収強度の補正を行うための所定波長を中心とした所定帯域を透過する第２のバンドパスフィルタと、上記全反射減衰プリズムから出射し、上記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光から試料の吸収強度を検出する検出器と、上記検出器で検出された吸収強度に基づいてコレステロールエステル濃度を算出する制御・データ処理手段と、を備え、アミド２及びベースラインを常時モニタし、試料の押しつけ強さの変化を補償することにより測定誤差を最小にする。 A cholesterol concentration measuring apparatus according to a fifth invention includes a light source that emits light having a wavelength in the infrared region, and a total reflection attenuating prism that measures the absorption intensity of a sample by a total reflection attenuation method using light emitted from the light source. A first bandpass filter that transmits a predetermined band centered on a predetermined peak of the absorption spectrum in the mid-infrared region of cholesterol ester, and a predetermined band centered on the predetermined wavelength for correcting the absorption intensity A second band-pass filter that transmits the light, a detector that detects the absorption intensity of the sample from the light that has exited from the total reflection attenuating prism and passed through the first and second band-pass filters, and the detector and a control data processing means for calculating a cholesterol ester concentration on the basis of the detected absorption intensity constantly monitor the amide 2 and baseline , To minimize measurement errors by compensating for changes in the pressing strength of the sample.
第６の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第５の発明において、上記第２のバンドパスフィルタは、ベースライン用フィルタおよび規格化用フィルタである。
第７の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第５の発明において、上記第１及び第２のバンドパスフィルタは、回転可能に一体に保持された円板から構成され、上記検出器は、上記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を、順次、受光する。
第８の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第５の発明において、上記検出器は、上記第１のバンドパスフィルタを透過した光を受光する第１の検出器と、上記第２のバンドパスフィルタを透過した光を受光する第２の検出器を有する。
In the cholesterol concentration measurement apparatus according to a sixth invention, in the fifth invention, the second bandpass filter is a baseline filter and a normalization filter.
The cholesterol concentration measurement apparatus according to a seventh invention is the cholesterol concentration measurement device according to the fifth invention, wherein the first and second band-pass filters are composed of a disc that is integrally held rotatably, and the detector is The light transmitted through the first and second band pass filters is received sequentially.
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the cholesterol concentration measuring apparatus according to the fifth aspect , wherein the detector includes a first detector that receives light transmitted through the first bandpass filter, and the second band. A second detector for receiving light transmitted through the pass filter;
本発明によれば、バンドパスフィルタを透過した光を検出するようにしているので、血液を採取することなく、安価で小型化できるコレステロール濃度測定装置を提供することができる。 According to the present invention, since the light transmitted through the band-pass filter is detected, it is possible to provide a cholesterol concentration measuring apparatus that can be reduced in size and inexpensively without collecting blood.
以下、図面に従って本発明を適用したコレステロール濃度測定装置を用いて好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の全体の構成を概略的に示すブロック図である。本実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置は、中赤外領域において試料を全反射減衰（attenuated total reflection：以下、「ＡＴＲ」と称す）分光法により測定する分光計１、分光計１に取り付けられた位置決め機構２、および分光計１から出力される信号を入力し、制御およびデータ処理を行う制御・データ処理部３から構成される。 Hereinafter, a preferred embodiment will be described using a cholesterol concentration measuring apparatus to which the present invention is applied according to the drawings. FIG. 1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a cholesterol concentration measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. The cholesterol concentration measurement apparatus according to the present embodiment is attached to a spectrometer 1 and a spectrometer 1 that measure a sample by means of attenuated total reflection (hereinafter referred to as “ATR”) spectroscopy in the mid-infrared region. It is composed of a positioning / mechanism 2 and a control / data processing unit 3 that receives signals output from the spectrometer 1 and performs control and data processing.
分光計１は、光源４、チョッパ５、ＡＴＲ測定部６、バンドパスフィルタ部７、検出器８、信号処理部９を有する。光源４は、中赤外領域の電磁波（以下、中赤外光と呼ぶ）を発生する。チョッパ５は羽根を備え、この羽根はモータ（不図示）によって回転駆動され、光源４から出射された中赤外光を交互に透過・遮断する。 The spectrometer 1 includes a light source 4, a chopper 5, an ATR measurement unit 6, a band pass filter unit 7, a detector 8, and a signal processing unit 9. The light source 4 generates electromagnetic waves in the mid-infrared region (hereinafter referred to as mid-infrared light). The chopper 5 includes blades, and the blades are rotationally driven by a motor (not shown) to alternately transmit and block the mid-infrared light emitted from the light source 4.
ＡＴＲ測定部６は、試料を密着させる屈折率の大きいプリズムを備える。本実施形態における試料としては、後述するように、コレステロール濃度の測定対象となる被験者の腕等である。腕等の皮膚をプリズム面に密着させた際に、入射角が臨界角よりも大きくなるようにし、プリズム内で全反射が起きるように設定する。全反射が生ずる時に、プリズムの界面で中赤外光が皮膚側に少しだけしみだす。この光をエヴァネッセント波という。皮膚の吸収のある領域では、吸収の強さに応じて、エヴァネッセント波が減衰するため、プリズム内での反射光のエネルギが減少する。この反射光における特定波長帯域の吸収率を測定することにより、皮膚の表面近くのコレステロールエステル濃度を測定することが可能となる。このコレステロールエステル濃度と特定波長帯域における吸収率については、図７を用いて後述する。 The ATR measurement unit 6 includes a prism having a large refractive index that closely contacts the sample. As will be described later, the sample in the present embodiment is the arm of a subject whose cholesterol concentration is to be measured. When skin such as an arm is brought into close contact with the prism surface, the incident angle is set to be larger than the critical angle so that total reflection occurs in the prism. When total reflection occurs, mid-infrared light oozes out slightly on the skin side at the prism interface. This light is called an evanescent wave. In an area where the skin is absorbed, the evanescent wave is attenuated according to the intensity of the absorption, so that the energy of the reflected light in the prism is reduced. By measuring the absorptance of the specific wavelength band in the reflected light, it is possible to measure the cholesterol ester concentration near the surface of the skin. The cholesterol ester concentration and the absorption rate in the specific wavelength band will be described later with reference to FIG.
バンドパスフィルタ部７は、複数のフィルタが回転可能に保持された円板から構成され、ＡＴＲ測定部６を構成するプリズムからの出射光の内、特定波長帯域の光のみを透過させる。このフィルタの透過波長帯域については、図６を用いて後述する。検出器８は、光強度を測定するセンサであって、バンドパスフィルタ部７を透過した特定波長帯域の光の強度に応じて電気信号に変換する。信号処理部９は、検出器８から出力される信号を入力し、種々の信号処理を行い、制御・データ処理部３に出力する。 The band-pass filter unit 7 is composed of a disc on which a plurality of filters are rotatably held, and transmits only light in a specific wavelength band out of light emitted from a prism constituting the ATR measurement unit 6. The transmission wavelength band of this filter will be described later with reference to FIG. The detector 8 is a sensor that measures light intensity, and converts it into an electrical signal according to the intensity of light in a specific wavelength band that has passed through the band-pass filter unit 7. The signal processing unit 9 receives the signal output from the detector 8, performs various signal processing, and outputs the signal to the control / data processing unit 3.
位置決め機構２は、被験者の腕等をＡＴＲ測定部６に密着させるための機構である。制御・データ処理部３は、制御・データ処理用ＰＣ３ａとデータ収納部３ｂとから構成され、本実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の全体制御を行い、信号処理部９から出力される信号を入力し、データ処理を行い、被験者のコレステロール濃度値を出力する。制御・データ処理３としては、例えばパーソナルコンピュータによって構成することができる。この場合、データ収納部３ｂとしては、パーソナルコンピュータの内蔵または外付けのハードディスク等の記憶媒体が、その機能を果たす。 The positioning mechanism 2 is a mechanism for bringing a subject's arm or the like into close contact with the ATR measurement unit 6. The control / data processing unit 3 includes a control / data processing PC 3a and a data storage unit 3b. The control / data processing unit 3 performs overall control of the cholesterol concentration measuring apparatus according to the present embodiment, and inputs a signal output from the signal processing unit 9. Then, data processing is performed, and the cholesterol concentration value of the subject is output. The control / data processing 3 can be configured by a personal computer, for example. In this case, as the data storage unit 3b, a storage medium such as a built-in personal computer or an external hard disk fulfills its function.
図２は、分光計１の構成を概略的に示す図である。分光計１は、図１に示した光源４、チョッパ５、バンドパスフィルタ部７、検出器８に加えて、ＡＴＲプリズム１０、レンズ１１ａ〜１１ｄ、ミラー１２、フィルタ駆動部１５を有する。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the spectrometer 1. The spectrometer 1 includes an ATR prism 10, lenses 11 a to 11 d, a mirror 12, and a filter driving unit 15 in addition to the light source 4, the chopper 5, the band pass filter unit 7, and the detector 8 illustrated in FIG. 1.
光源４は、前述したように、中赤外光の発生源であり、ニクロム線光源、炭化ケイ素光源、セラミック光源、カンタル光源等を用いることができる。チョッパ５は、前述したように、光源４からの中赤外光を交互に透過・遮断するものであって、一定形状の開口が形成された羽根状であり、モータにより回転駆動され、光を連続的に交互に透過・遮断することにより、直流光を振動光波（交流光）に変換する。 As described above, the light source 4 is a generation source of mid-infrared light, and a nichrome wire light source, a silicon carbide light source, a ceramic light source, a Kanthal light source, or the like can be used. As described above, the chopper 5 alternately transmits and blocks the mid-infrared light from the light source 4 and has a blade shape in which a fixed opening is formed. DC light is converted into oscillating light waves (alternating current light) by continuously transmitting and blocking alternately.
ＡＴＲプリズム１０は、前述のＡＴＲ測定部６の構成部材である。ＡＴＲプリズム１０の材料としては、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等を用いることができる。チョッパ５とＡＴＲプリズム１０の間には、レンズ１１ａ、１１ｂが配置されており、これらのレンズにより第１の集光光学系１３が構成される。チョッパ５により変換された振動光波は、第１の集光光学系１３によりＡＴＲプリズム１０に入射される。 The ATR prism 10 is a constituent member of the ATR measurement unit 6 described above. As a material of the ATR prism 10, zinc selenide (ZnSe), zinc sulfide (ZnS), or the like can be used. Lenses 11 a and 11 b are disposed between the chopper 5 and the ATR prism 10, and the first condensing optical system 13 is configured by these lenses. The oscillating light wave converted by the chopper 5 is incident on the ATR prism 10 by the first condensing optical system 13.
ＡＴＲプリズム１０と検出器８の間には、レンズ１１ｃ、１１ｄとミラー１２が配置されており、これらによって第２の集光光学系１４が構成される。レンズ１１ｃは、ＡＴＲプリズム１０から出射した振動波光を平行光にし、ミラー１２は平行光をバンドパスフィルタ部７に入射させる。 Lenses 11c and 11d and a mirror 12 are disposed between the ATR prism 10 and the detector 8, and the second condensing optical system 14 is configured by these lenses. The lens 11 c makes the vibration wave light emitted from the ATR prism 10 parallel light, and the mirror 12 makes the parallel light incident on the band-pass filter unit 7.
バンドパスフィルタ部７は、前述したように、複数のフィルタが回転可能に構成されている。すなわち、図２に示すように、円板の同一円周上に複数のバンドパスフィルタが設けられており、これらのバンドパスフィルタはそれぞれ異なる波長帯域の光を透過させる。バンドパスフィルタ部７はフィルタ駆動部１５によって回転可能であり、バンドパスフィルタ部７が回転すると、透過する振動光波の波長帯域が、順次、切り換わる。 As described above, the band-pass filter unit 7 is configured such that a plurality of filters can rotate. That is, as shown in FIG. 2, a plurality of band pass filters are provided on the same circumference of the disk, and these band pass filters transmit light of different wavelength bands. The band-pass filter unit 7 can be rotated by a filter driving unit 15, and when the band-pass filter unit 7 rotates, the wavelength band of the transmitted oscillating light wave is sequentially switched.
バンドパスフィルタ部７と検出器８の間にはレンズ１１ｄが配置されており、バンドパスフィルタ部７を透過した振動波光を検出器８上に集光する。検出器８は、前述したように、光強度に応じた信号を出力するセンサであり、トリグリシンサルフェイト（ＴＧＳ）等のセンサを用い、チョッパ５によって形成された振動波光を検出する。 A lens 11 d is disposed between the bandpass filter unit 7 and the detector 8, and the vibration wave light transmitted through the bandpass filter unit 7 is collected on the detector 8. As described above, the detector 8 is a sensor that outputs a signal corresponding to the light intensity, and detects the vibration wave light formed by the chopper 5 using a sensor such as triglycine sulfate (TGS).
なお、分光計１におけるバンドパスフィルタ部７の配置は、その一例を示したものであり、本発明における構成はこの例にかぎられない。すなわち、バンドパスフィルタ部７は、光源４と検出器８の間の光路上にあればよく、その配置は、図示の例に限られない。また、レンズ１１ａ〜１１ｄ、ミラー１２の配置も一例であり、レンズの代わりに球面鏡やトロイダル鏡等、集光機能を有する光学素子であれば、これらの光学素子によって構成するようにしてもよい。また、バンドパスフィルタ部７をレンズ１１ｃの光路上に配置することにより、ミラー１２を省略するようにしてもよい。また、本実施形態では、チョッパ５は、羽根形状で構成しているが、円板に開口部を設け回転させる等、光源を振動光波に変換できるものであれば、羽根形状に限られない。 Note that the arrangement of the bandpass filter unit 7 in the spectrometer 1 is an example, and the configuration of the present invention is not limited to this example. That is, the band-pass filter unit 7 may be on the optical path between the light source 4 and the detector 8, and the arrangement thereof is not limited to the illustrated example. The arrangement of the lenses 11a to 11d and the mirror 12 is also an example, and any optical element having a condensing function such as a spherical mirror or a toroidal mirror may be used instead of the lens. Further, the mirror 12 may be omitted by arranging the bandpass filter unit 7 on the optical path of the lens 11c. In the present embodiment, the chopper 5 is configured in a blade shape, but the chopper 5 is not limited to the blade shape as long as the light source can be converted into a vibrating light wave, such as by providing an opening in a disk and rotating it.
図３は、信号処理系を示す概念図である。フィルタ・羽根制御部１９は、チョッパ５およびバンドパスフィルタ部７のフィルタ駆動部１５に接続されており、チョッパ５とバンドパスフィルタ部７の回転を制御する。フィルタ・羽根制御部１９は、チョッパ５に対しては、１００回転／秒程度の速度で常時回転させ、またバンドパスフィルタ部７に対しては、後述するように８つの透過フィルタの各位置で測定期間中、回転を停止させ、各位置での測定が終了すると次の透過フィルタに切換える。なお、フィルタ・羽根制御部１９は、独立したハードウエアで構成してもよいが、パーソナルコンピュータ２０が兼用しても構わない。この場合、チョッパ５とバンドパスフィルタ部７のフィルタ駆動部１５は、パーソナルコンピュータ２０のプログラムに従って制御される。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing a signal processing system. The filter / blade control unit 19 is connected to the chopper 5 and the filter driving unit 15 of the bandpass filter unit 7 and controls the rotation of the chopper 5 and the bandpass filter unit 7. The filter / blade controller 19 always rotates the chopper 5 at a speed of about 100 revolutions / second, and the bandpass filter unit 7 at each position of the eight transmission filters as described later. During the measurement period, the rotation is stopped, and when the measurement at each position is completed, the next transmission filter is switched. The filter / blade control unit 19 may be configured by independent hardware, but may be shared by the personal computer 20. In this case, the chopper 5 and the filter driving unit 15 of the bandpass filter unit 7 are controlled according to the program of the personal computer 20.
光源４から出射された中赤外光は、チョッパ５によって振動波光に変換され、ＡＴＲプリズム１０によって被験者の腕等によって一部吸収された振動波光は、バンドパスフィルタ部７の透過フィルタによって特定波長帯域の光のみが透過する。検出器８は、バンドパスフィルタ部７を透過した振動波光を受光し、電気信号に変換する。検出器８の出力は、前置増幅器１６の入力に接続され、検出器８から出力される交流信号を増幅する。 The mid-infrared light emitted from the light source 4 is converted into vibration wave light by the chopper 5, and the vibration wave light partially absorbed by the subject's arm or the like by the ATR prism 10 has a specific wavelength by the transmission filter of the bandpass filter unit 7. Only light in the band is transmitted. The detector 8 receives the vibration wave light that has passed through the bandpass filter unit 7 and converts it into an electrical signal. The output of the detector 8 is connected to the input of the preamplifier 16 and amplifies the AC signal output from the detector 8.
前置増幅器１６の出力は、ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７の入力に接続され、ここで増幅され、かつ直流信号に変換される。ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７の出力は、Ａ／Ｄ変換回路１８の入力に接続され、Ａ／Ｄ変換回路１８は、ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７から出力された直流信号をデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換回路１８の出力は、パーソナルコンピュータ２０に出力される。このパーソナルコンピュータ２０は、本実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の全体を制御し、コレステロール濃度測定のためのデータを取得し、データ処理を行い、処理されたデータの表示を行う。 The output of the preamplifier 16 is connected to the input of the AC / DC amplifier circuit 17, where it is amplified and converted into a DC signal. The output of the AC / DC amplification circuit 17 is connected to the input of the A / D conversion circuit 18, and the A / D conversion circuit 18 converts the DC signal output from the AC / DC amplification circuit 17 into digital data. The output of the A / D conversion circuit 18 is output to the personal computer 20. The personal computer 20 controls the entire cholesterol concentration measuring apparatus according to this embodiment, acquires data for measuring cholesterol concentration, performs data processing, and displays the processed data.
なお、本実施形態においては、光源４から出射される中赤外光をチョッパ５によって振動波光に変換することにより、検出器８に入射する光を振動波光にし、出力される信号を交流信号となるようにしている。これはこの波長領域使用する一般的な検出器の特性に従うものであると同時に、交流信号とすることにより、外乱光の影響や温度によるドリフトの影響を受けにくくする効果がある。しかし、直流で使用できる検知があれば、直流光であっても、外乱光やドリフト対策を施してチョッパ５を省略し、ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７を直流増幅器に置き換えてもよい。一方、検出器８の出力が小さく、ノイズの影響が大きい場合には、検出器８の出力にロックインアンプを接続し、チョッパ５の回転に同期する信号をロックインアンプに供給することにより、信号増幅を行うようにしてもよい。 In the present embodiment, the mid-infrared light emitted from the light source 4 is converted into vibration wave light by the chopper 5 to convert the light incident on the detector 8 into vibration wave light, and the output signal is an AC signal. It is trying to become. This is in accordance with the characteristics of a general detector used in this wavelength region, and at the same time, by using an AC signal, it has the effect of making it less susceptible to disturbance light and temperature drift. However, if there is detection that can be used with direct current, even with direct current light, disturbance light and drift countermeasures may be taken, the chopper 5 may be omitted, and the AC / DC amplification circuit 17 may be replaced with a direct current amplifier. On the other hand, when the output of the detector 8 is small and the influence of noise is large, a lock-in amplifier is connected to the output of the detector 8 and a signal synchronized with the rotation of the chopper 5 is supplied to the lock-in amplifier. Signal amplification may be performed.
次に、バンドパスフィルタ部７の各フィルタの透過波長帯域について、図６を用いて説明する。図６は透過スペクトルを示しており、横軸は波数（ｃｍ−１）、縦軸は透過率である。スペクトル中、それぞれの中心波数は、高波数側（図中左）より、ベースライン測定用の４５００ｃｍ−１（図中Ａ）、ＯＨ／ＮＨ測定用の３２８０ｃｍ−１（図中Ｂ）、脂肪測定用の２９８０ｃｍ−１（図中Ｃ）、コレステロールエステルピーク測定用の１７４２ｃｍ−１（図中Ｄ）、コレステロールエステル谷測定用の１７２４ｃｍ−１（図中Ｅ）、アミド２測定用の１５３９ｃｍ−１（図中Ｆ）、コレステロールエステルピーク測定用の１１７０ｃｍ−１（図中Ｇ２）、コレステロールエステル谷測定用の１１８０ｃｍ−１（図中Ｇ１）である。 Next, the transmission wavelength band of each filter of the bandpass filter unit 7 will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a transmission spectrum, where the horizontal axis represents the wave number (cm −1 ) and the vertical axis represents the transmittance. In the spectrum, each center wave number higher wave number side than (left in the figure), 4500cm -1 for baseline measurement (in Fig. A), 3280 cm -1 for OH / NH measurement (in the figure B), fat measurement 2980cm of use -1 (figure C), cholesterol ester peak measurement for the 1742 cm -1 (figure D), 1724 cm -1 (figure E) for measuring cholesterol esters valley, 1539Cm for amide 2 measurement 1 ( figure F), in 1170cm -1 (Fig for cholesterol ester peak measurement G2), a cholesterol ester 1180cm for valley measurement -1 (G1 in the drawing).
次に、本実施形態におけるコレステロール測定について説明する。まず、本実施形態におけるコレステロール測定の原理について説明する。図７は、ＦＴＩＲ（フーリエ変換型赤外吸収スペクトル測定装置）を用いて測定した人の皮膚の赤外吸収スペクトルの一例を示す。横軸は波数（１／ｃｍ）であり、縦軸は吸収強度を任意単位で示す。 Next, cholesterol measurement in the present embodiment will be described. First, the principle of cholesterol measurement in this embodiment will be described. FIG. 7 shows an example of an infrared absorption spectrum of human skin measured using FTIR (Fourier transform infrared absorption spectrum measuring apparatus). The horizontal axis represents the wave number (1 / cm), and the vertical axis represents the absorption intensity in arbitrary units.
図７に示すグラフは、血液中のコレステロールが標準値の被験者３１と、コレステロールが標準より高い被験者３２の２例を示している。両被験者を比較すると、１７４０ｃｍ−１付近において、被験者３１にはピークが観測されないのに対して、コレステロール値の高い被験者３２はピークＤが現われている。その他、皮膚タンパク質のケラチンは、１６５０ｃｍ−１付近にアミド１の吸収帯よるピークと、１５４０ｃｍ−１付近にアミド２の吸収体によるピークＦを持っている。さらに、１６３０ｃｍ−１によるピークＨおよび３４００ｃｍ−１によるピークＢを持ち、この２つのピークは水による吸収帯である。 The graph shown in FIG. 7 shows two examples of a subject 31 whose cholesterol in blood is a standard value and a subject 32 whose cholesterol is higher than the standard. When both subjects are compared, a peak is observed in the subject 32 having a high cholesterol level, whereas no peak is observed in the subject 31 in the vicinity of 1740 cm −1 . Other, keratin of the skin proteins, the peak due absorption band of amide 1 in the vicinity of 1650 cm -1, and has a peak F due to absorption of amide 2 in the vicinity of 1540 cm -1. Furthermore, having a peak B by peaks H and 3400 cm -1 according to 1630 cm -1, the two peaks is the absorption band due to water.
このように、ＦＴＩＲを用いて全体のスペクトルを測定することにより、上述の成分を判別が可能である。しかし、皮膚の赤外吸収スペクトルは多くの情報を含み、判別が容易ではなく、また装置が高価である。そこで、本実施形態においては、バンドパスフィルタ部７を用いて、コレステロール値の関係する波長帯域の吸収強度（透過度）を測定するようにしている。吸収強度の測定としては、ＡＴＲプリズム１０に被験者の腕が載っていない状態と腕が載っている状態との光強度の割合から求める。 Thus, the above-mentioned components can be discriminated by measuring the entire spectrum using FTIR. However, the infrared absorption spectrum of skin contains a lot of information, is not easy to distinguish, and the apparatus is expensive. Therefore, in this embodiment, the bandpass filter unit 7 is used to measure the absorption intensity (transmittance) in the wavelength band related to the cholesterol value. The measurement of the absorption intensity is obtained from the ratio of the light intensity between the state where the subject's arm is not placed on the ATR prism 10 and the state where the arm is placed.
また、コレステロール値の関係する波長帯域の吸収強度のみでは測定精度が十分ではないことから、ベースラインおよび規格化を行うための所定波長における吸収強度を用いて、吸収強度の補正を行うようにしている。吸収強度の補正としては、本実施形態においては、ベースライン測定用の４５００ｃｍ−１のフィルタを透過した信号強度から求められた吸光度をＢ０、規格化用として使用するアミド２測定用の１５３９ｃｍ−１のフィルタを透過した信号強度から求められた吸光度をＮ０とし、コレステロールエステル測定用の１７４２ｃｍ−１、１１７０ｃｍ−１、脂質測定用の２９８０ｃｍ−１、ＯＨ／ＮＨ測定用の３２８０ｃｍ−１、コレステロールエステル測定用の１７４２ｃｍ−１、１１７０ｃｍ−１の各フィルタを透過した信号強度から求めた吸光度をＳとすると、補正された各信号強度は、（Ｓ−Ｂ０）／（Ｎ０−Ｂ０）となる。本実施形態においては、この補正された信号強度を用いて、コレステロールエステル、脂質、ＯＨ／ＮＨを測定する。 In addition, since the measurement accuracy is not sufficient only by the absorption intensity in the wavelength band related to cholesterol level, the absorption intensity is corrected using the absorption intensity at a predetermined wavelength for performing baseline and standardization. Yes. As the correction of the absorption intensity, in this embodiment, the absorbance obtained from the signal intensity transmitted through the 4500 cm −1 filter for baseline measurement is B0, and 1539 cm −1 for amide 2 measurement used for normalization. and the absorbance obtained from the transmitted signal strength filter and N0, 1742 cm -1 for measuring cholesterol ester, 1170cm -1, 2980cm -1 for lipid measurement, 3280 cm -1 for OH / NH measurements, cholesterol esters measurement Assuming that the absorbance obtained from the signal intensity transmitted through the filters of 1742 cm −1 and 1170 cm −1 is S, each corrected signal intensity is (S−B0) / (N0−B0). In the present embodiment, cholesterol ester, lipid, and OH / NH are measured using the corrected signal intensity.
次に、図１ないし図３に示した本実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置における測定方法について説明する。光源４から出射された中赤外光は、チョッパ５により振動波光に変換され、第１の集光光学系１３によりＡＴＲプリズム１０に入射される。ＡＴＲプリズム１０に入射した振動波光は、ＡＴＲプリズム１０内において全反射を繰り返しながら進み、この間、ＡＴＲプリズム１０の全反射面に密着した腕等の皮膚におけるエヴァセント光により、皮膚固有の吸収が起こる。すなわち、振動波光において被験者のコレステロール濃度に応じた吸収が生ずる。 Next, a measuring method in the cholesterol concentration measuring apparatus according to the present embodiment shown in FIGS. 1 to 3 will be described. The mid-infrared light emitted from the light source 4 is converted into vibration wave light by the chopper 5 and is incident on the ATR prism 10 by the first condensing optical system 13. The vibration wave light incident on the ATR prism 10 travels while repeating total reflection in the ATR prism 10, and during this time, evanescent light in the skin such as the arm that is in close contact with the total reflection surface of the ATR prism 10 causes absorption inherent in the skin. . That is, absorption corresponding to the subject's cholesterol concentration occurs in the vibration wave light.
ＡＴＲプリズム１０を出射した振動波光は、第２の集光光学系１４によって一旦、平行光にされ、バンドバスフィルタ部７によって所定の帯域の波長のみが透過される。バンドパスフィルタ部７は、フィルタ駆動部１５によって回転されており、図６を用いて説明した８つの帯域に対応するフィルタの各位置で一旦停止し、各帯域の振動波光が選択的に透過される。バンドパスフィルタ部７を透過した振動波光は、レンズ１１ｄによって検出器８上に集光され、電気信号に変換される。 The vibration wave light emitted from the ATR prism 10 is once converted into parallel light by the second condensing optical system 14, and only a wavelength in a predetermined band is transmitted by the band-pass filter unit 7. The bandpass filter unit 7 is rotated by the filter driving unit 15 and temporarily stops at each position of the filter corresponding to the eight bands described with reference to FIG. 6, and the vibration wave light of each band is selectively transmitted. The The vibration wave light transmitted through the bandpass filter unit 7 is condensed on the detector 8 by the lens 11d and converted into an electric signal.
検出器８によって変換された電気信号は交流信号であり、この交流信号は前置増幅１６によって増幅され、ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７によって直流信号に増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路１８によってデジタルデータに変換される。前述したように、バンドパスフィルタ部７は、各フィルタの位置で一旦停止されるので、その際に、各帯域に対応するデジタルデータがＡ／Ｄ変換回路１８から出力され、このデジタルデータはパーソナルコンピュータ２０に取り込まれる。 The electric signal converted by the detector 8 is an AC signal. This AC signal is amplified by the preamplifier 16, amplified to a DC signal by the AC / DC amplifier circuit 17, and then digitalized by the A / D converter circuit 18. Converted to data. As described above, the band-pass filter unit 7 is temporarily stopped at the position of each filter. At this time, digital data corresponding to each band is output from the A / D conversion circuit 18, and this digital data is stored in the personal data. It is captured by the computer 20.
各データとしては、ベースライン測定用の４５００ｃｍ−１、ＯＨ／ＮＨ測定用の３２８０ｃｍ−１、脂質測定用の２９８０ｃｍ−１、コレステロールエステルピーク測定用の１７４２ｃｍ−１、コレステロールエステル谷測定用の１７２４ｃｍ−１、アミド２測定用の１５３９ｃｍ−１、コレステロールエステルピーク測定用の１１７０ｃｍ−１、コレステロールエステル谷測定用の１１８０ｃｍ−１について、それぞれ得る。この得られたデータを用いて、前述したように、補正された各信号強度、（Ｓ−Ｂ０）／（Ｎ０−Ｂ０）を取得し、この補正された信号強度を用いて、コレステロールエステル、脂質、ＯＨ／ＮＨを算出する。 As each of the data, the baseline 4500Cm -1 for measurement, 3280 cm -1 for OH / NH measurements, 2980Cm -1 for lipid measurement, 1742 cm -1 for cholesterol ester peak measurement, for measuring cholesterol esters Valley 1724 cm - 1, 1539cm -1 for the amide 2 measurements, cholesterol esters 1170Cm -1 for peak measurement, the 1180 cm -1 for measuring cholesterol esters valley, obtained respectively. Using the obtained data, as described above, each corrected signal intensity, (S-B0) / (N0-B0), is obtained, and using this corrected signal intensity, cholesterol ester, lipid , OH / NH is calculated.
次に、本実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の全体動作を、図８に示すフローチャートを用いて説明する。図８（ａ）は、工場製造時における調整の動作を示すフローである。まず、採血・コレステロール値の計測を行う（Ｓ１）。ここでは、被験者から採血し、一般的に行われている手法によりコレステロール値の測定を行う。 Next, the overall operation of the cholesterol concentration measuring apparatus according to this embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. FIG. 8A is a flow showing an adjustment operation during factory manufacture. First, blood collection / cholesterol levels are measured (S1). Here, blood is collected from the subject and the cholesterol level is measured by a commonly used technique.
続いて、皮膚の非侵襲コレステロールエステル値測定を行う（Ｓ２）。ここでは、本実施形態に係わるコレステロールエステル濃度測定装置を用いて、ステップＳ１における被験者について、ベースラインおよび規格化を行うための所定波長における吸収スペクトルでもって規格化した補正吸光度を求める。 Subsequently, the noninvasive cholesterol ester value of the skin is measured (S2). Here, using the cholesterol ester concentration measuring apparatus according to the present embodiment, the corrected absorbance normalized by the absorption spectrum at the predetermined wavelength for performing the baseline and normalization is obtained for the subject in step S1.
続いて、主成分分析による検量線を作成する（Ｓ３）。ここでは、図９（ａ）に示すように、ステップＳ１において求めた被験者の血液中の総コレステロールと、ステップＳ２において求めた同一被験者の吸光度をプロットし、主成分分析による検量線を作成する。なお、図９（ａ）に示す例では、２本のラインが描かれているが、ライン３３はコレステロールエステルのＣ＝Ｏ振動に帰属される１７４２ｃｍ−１の吸収強度との相関を、またライン３４はＣ−Ｏ−Ｃ振動に帰属される１１７０ｃｍ−１の吸収強度との相関を示している。この相関関係式から検量線を求める。 Subsequently, a calibration curve by principal component analysis is created (S3). Here, as shown in FIG. 9A, the total cholesterol in the blood of the subject obtained in step S1 and the absorbance of the same subject obtained in step S2 are plotted, and a calibration curve by principal component analysis is created. In the example shown in FIG. 9A, two lines are drawn, but the line 33 shows the correlation with the absorption intensity of 1742 cm −1 attributed to the C═O vibration of the cholesterol ester. 34 shows the correlation with the absorption intensity of 1170 cm −1 attributed to the C—O—C vibration. A calibration curve is obtained from this correlation equation.
また、ステップＳ２において求めた被験者の吸光度と、血液中のＬＤＬ値との間にも相関関係が認められる。そこで、ステップＳ１においてコレステロール値を求める際に併せてＬＤＬ値を求めておき、図９（ｂ）に示すように、血液中のＬＤＬ値と補正吸光度の相関関係から、ＬＤＬ値を求めるための検量線を作成してもよい。なお、汗をかいた被験者の場合、１６３０ｃｍ−１のピークが大きくなり、コレステロールエステルの吸収強度が見掛け上小さくなるので、検量線作成の際にはこのデータを削除する。汗をかいた被験者か否かは、ＯＨ／ＮＨ測定用の３２８０ｃｍ−１の吸収強度から判定できる。 A correlation is also recognized between the absorbance of the subject obtained in step S2 and the LDL value in the blood. Therefore, an LDL value is obtained together with the determination of the cholesterol value in step S1, and a calibration for obtaining the LDL value from the correlation between the LDL value in blood and the corrected absorbance as shown in FIG. 9 (b). You may create a line. In the case of a subject who sweats, the peak at 1630 cm −1 increases and the absorption intensity of cholesterol ester apparently decreases, so this data is deleted when creating a calibration curve. Whether or not the subject is a sweat can be determined from the absorption intensity of 3280 cm −1 for OH / NH measurement.
ステップＳ３において、検量線を作成すると、次に、判定基準の作成を行う（Ｓ４）。本実施形態においては、図１１に示すように、コレステロール値を１７４２ｃｍ−１と１１７０ｃｍ−１においてそれぞれ１〜５の５段階で判定表示するようにしている。このための判定値を、図１０に示す画面において設定する。なお、図１０および図１１に示す画面においては、コレステロール値に加えて、脂肪値およびＯＨ／ＮＨ値についても検査結果の表示を行うようにしている。これは、ＯＨ／ＮＨ測定用の３２８０ｃｍ−１、および脂肪測定用の２９８０ｃｍ−１を用いて、コレステロール値を併せて簡単に求めることができるからである。 Once a calibration curve is created in step S3, a determination criterion is then created (S4). In this embodiment, as shown in FIG. 11, the cholesterol value is determined and displayed in five stages of 1 to 5 at 1742 cm −1 and 1170 cm −1 , respectively. The determination value for this is set on the screen shown in FIG. In addition, on the screens shown in FIGS. 10 and 11, the test results are displayed for the fat value and the OH / NH value in addition to the cholesterol value. It uses the 3280 cm -1, and 2980cm -1 for fat measurement for OH / NH measurement, because can be easily obtained together cholesterol.
判定基準を作成すると、工場製造時の調整を終了する。なお、本実施形態においては、コレステロール値を１〜５の５段階評価で表示するようにしたが、これに限らず、検量線を用いて算出された血液中に含まれるコレステロール値を直接表示するようにしてもよい。この場合には、判定基準の作成を省略することができる。 Once the criteria are created, the adjustment at the time of factory manufacture is terminated. In the present embodiment, the cholesterol level is displayed in a five-step evaluation of 1 to 5. However, the present invention is not limited to this, and the cholesterol level included in the blood calculated using the calibration curve is directly displayed. You may do it. In this case, the creation of a criterion can be omitted.
次に、ユーザに対するコレステロール値測定の動作について、図８（ｂ）に示すフローチャートを用いて説明する。このフローは、マイクロコンピュータ２０内に記憶されているプログラムに従ってマイクロコンピュータ２０が制御する。 Next, the cholesterol level measurement operation for the user will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This flow is controlled by the microcomputer 20 in accordance with a program stored in the microcomputer 20.
まず、皮膚の非侵襲コレステロールエステル値測定を行う（Ｓ１１）。ここでは、本実施形態におけるコレステロール濃度測定装置を用いて、ベースライン測定用の４５００ｃｍ−１、規格化するためのアミド２測定用の１５３９ｃｍ−１、およびコレステロールエステル測定用の１７４２ｃｍ−１、１１７０ｃｍ−１等を中心波数とするバンドパスフィルタ部７を透過した振動波光の検出器８からの信号出力に基づいて、コレステロールエステル値等を算出する。 First, non-invasive cholesterol ester value measurement of skin is performed (S11). Here, using the cholesterol concentration measuring apparatus in the present embodiment, 4500Cm -1 for baseline measurements, 1539Cm -1, and 1742 cm -1 for cholesterol ester measurement for amide 2 measurements for normalization, 1170Cm - A cholesterol ester value or the like is calculated based on the signal output from the detector 8 of the vibration wave light transmitted through the bandpass filter unit 7 having 1 or the like as the center wave number.
コレステロールエステル値の測定を行うと、次に、総コレステロール値の計算と表示を行う（Ｓ１２）。ここでは、ステップＳ３において求めた検量線と、ステップＳ１１において求めたコレステロールエステル値に基づいて、総コレステロール値を求める。ここで求めた総コレステロール値に基づいて、図１１に示したような判定結果の表示を行う。なお、前述したように、コレステロール値自体を表示するようにしてもよい。コレステロール値の判定値を表示すると、コレステロール値判定のフローを終了する。 Once the cholesterol ester value is measured, the total cholesterol value is calculated and displayed (S12). Here, the total cholesterol value is obtained based on the calibration curve obtained in step S3 and the cholesterol ester value obtained in step S11. Based on the total cholesterol value obtained here, the determination result as shown in FIG. 11 is displayed. As described above, the cholesterol value itself may be displayed. When the cholesterol value determination value is displayed, the cholesterol value determination flow is terminated.
次に、本発明の一実施形態におけるコレステロール濃度測定装置のうちの分光計１の一変形例について、図４および図５を用いて説明する。この変形例は、分光計１における測定の安定性を向上させたものである。ＡＴＲプリズム１０に被験者の腕を押しつけて測定する場合、腕の押し付けの強さが変化すると、見掛け上、バンドパスフィルタ７の各フィルタの吸収強度が変化したことになる。本発明の一実施形態においては、信号の補正にあたって、ケラチンのアミド２（１５３９ｃｍ−１）と、ベース位置用（１８５０ｃｍ−１、４５００ｃｍ−１）の吸収強度を用いて補償（補正）していたが、この信号取得時と、コレステロールエステルの信号取得時の間に、腕の押し付けの強さが変化すると、正しく補正されない。 Next, a modification of the spectrometer 1 in the cholesterol concentration measurement apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In this modification, the measurement stability in the spectrometer 1 is improved. When the measurement is performed by pressing the subject's arm against the ATR prism 10, if the strength of the arm pressing changes, the absorption intensity of each filter of the bandpass filter 7 apparently changes. In one embodiment of the present invention, when the signal correction, the keratin of the amide 2 (1539cm -1), for the base position (1850cm -1, 4500cm -1) was compensated (corrected) using absorption intensity However, if the strength of pressing the arm changes between the signal acquisition time and the cholesterol ester signal acquisition time, the correction is not performed correctly.
そこで、皮膚タンパク質・ケラチンのアミド２と、ベース位置用の吸収強度を常時モニタすることにより、コレステロールエステルの信号取得時と同時にこれらの信号を取得し、コレステロールエステル等の濃度測定値の補正を行うことができる。すなわち、本変形例によれば、腕の押し付け強さの補正を常時行うことができる。 Therefore, by constantly monitoring the amide 2 of the skin protein keratin and the absorption intensity for the base position, these signals are acquired simultaneously with the acquisition of the cholesterol ester signal, and the concentration measurement value of the cholesterol ester is corrected. be able to. That is, according to the present modification, it is possible to always perform correction of the arm pressing strength.
図４は変形例の光学系の配置を概略的に示す図である。この変形例は、図２に示した分光計１と比較し、レンズ１１ｃとミラー１２の間にハーフミラー２１を配置し、このハーフミラー２１によって分割された光路中にダイクロイックミラー２２以下を配置している点が相違する。そこで、この相違点を中心に説明する。 FIG. 4 is a diagram schematically showing the arrangement of an optical system according to a modification. In this modification, as compared with the spectrometer 1 shown in FIG. 2, a half mirror 21 is arranged between the lens 11c and the mirror 12, and the dichroic mirror 22 or less is arranged in the optical path divided by the half mirror 21. Is different. Therefore, this difference will be mainly described.
ハーミラー２１の分割光路中にダイクロイックミラー２２が配置されている。このダイクロイックミラー２２は、ハーフミラー２１によって分割された振動波光を更に２つの光路に分割する。ダイクロイックミラー２２の反射光路上には、ベース用フィルタ２３、レンズ１１ｆ、および検出器２５が配置される。ベース用フィルタ２３はベースライン測定用の４５００ｃｍ−１を中心波数とする透過フィルタである。レンズ１１ｆは、ベース用フィルタ２３を透過した振動波光を検出器２５上に集光するためのレンズである。検出器２５は、検出器８と同様に、光強度を測定するセンサであって、ベース用フィルタ２３を透過した４５００ｃｍ−１を中心波数とする振動波光の強度に応じて電気信号に変換する。 A dichroic mirror 22 is disposed in the split optical path of the her mirror 21. The dichroic mirror 22 further divides the vibration wave light divided by the half mirror 21 into two optical paths. On the reflected light path of the dichroic mirror 22, a base filter 23, a lens 11f, and a detector 25 are arranged. The base filter 23 is a transmission filter having a center wave number of 4500 cm −1 for baseline measurement. The lens 11 f is a lens for condensing the vibration wave light transmitted through the base filter 23 onto the detector 25. Similarly to the detector 8, the detector 25 is a sensor that measures light intensity, and converts it into an electric signal according to the intensity of vibration wave light having a center wave number of 4500 cm −1 that has passed through the base filter 23.
ダイクロイックミラー２２の透過光路上には、規格化用フィルタ２４、レンズ１１ｅ、および検出器２６が配置される。規格化用フィルタ２４は規格化するためのアミド２測定用の１５３９ｃｍ−１を中心波数とする透過フィルタである。レンズ１１ｅは、規格化用フィルタ２４を透過した振動波光を検出器２６上に集光するためのレンズである。検出器２６は、検出器８、２５と同様に、光強度を測定するセンサであって、規格化用フィルタ２４を透過した１５３９ｃｍ−１を中心波数とする振動波光の強度に応じて電気信号に変換する。 On the transmitted light path of the dichroic mirror 22, a normalizing filter 24, a lens 11e, and a detector 26 are disposed. The normalizing filter 24 is a transmission filter having a center wave number of 1539 cm −1 for measuring amide 2 for normalization. The lens 11 e is a lens for condensing the vibration wave light transmitted through the normalization filter 24 onto the detector 26. The detector 26 is a sensor for measuring the light intensity, similarly to the detectors 8 and 25, and converts it into an electrical signal according to the intensity of the vibration wave light having a center wave number of 1539 cm −1 that has passed through the normalization filter 24. Convert.
このように、ＡＴＲプリズム１０、レンズ１１ｃを通過した振動波光は、ハーフミラー２１およびダイクロイックミラー２２によって、３つの光束に分割される。ハーフミラー２１を透過した振動波光は、バンドパスフィルタ部７によって８種類の透過フィルタを順次透過し、検出器８によって電気信号に変換される。また、ダイクロイックミラー２２によって反射された振動波光は、ベース用フィルタ２３によってベースライン測定用の４５００ｃｍ−１を中心波数とする光束が透過し、検出器２５によって電信信号に変換される。さらに、ダイクロイックミラー２２を透過した振動波光は、規格化用フィルタ２４によって規格化するためのアミド２測定用の１５３９ｃｍ−１を中心波数とする光束が透過し、検出器２６によって電信信号に変換される。 In this manner, the vibration wave light that has passed through the ATR prism 10 and the lens 11 c is divided into three light beams by the half mirror 21 and the dichroic mirror 22. The vibration wave light that has passed through the half mirror 21 sequentially passes through eight kinds of transmission filters by the band-pass filter unit 7 and is converted into an electric signal by the detector 8. Further, the vibration wave light reflected by the dichroic mirror 22 is transmitted by the base filter 23 with a light beam having a center wave number of 4500 cm −1 for baseline measurement, and is converted into a telegraph signal by the detector 25. Further, the vibration wave light transmitted through the dichroic mirror 22 transmits a light beam having a center wave number of 1539 cm −1 for amide 2 measurement for normalization by the normalization filter 24, and is converted into a telegraph signal by the detector 26. The
図５は変形例の信号系の配置を概略的に示す図である。この変形例は、図３に示した分光計１と比較し、ベース用フィルタ２３、検出器２５、前置増幅器１６ｘ、ＡＣ／ＤＣ増幅器回路１７ｘ、規格化用フィルタ２４、検出器２６、前置増幅器１６ｙ、ＡＣ／ＤＣ増幅器回路１７ｙが追加されただけである。 FIG. 5 is a diagram schematically showing the arrangement of a signal system according to a modification. This modification is different from the spectrometer 1 shown in FIG. 3 in that the base filter 23, the detector 25, the preamplifier 16x, the AC / DC amplifier circuit 17x, the normalization filter 24, the detector 26, the preamplifier. Only an amplifier 16y and an AC / DC amplifier circuit 17y are added.
追加された前置増幅器１６ｘ、１６ｙは、前置増幅器１６と同様に、それぞれ接続されている検出器２５、２６から出力される交流信号を増幅する。前置増幅器１６ｘ、１６ｙにそれぞれ接続されたＡＣ／ＤＣ増幅回路１７ｘ、１７ｙは、ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７と同様に、交流信号を増幅し、かつ直流信号に変換する。ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７、１７ｘ、１７ｙによって増幅され直流信号に変換された信号は、Ａ／Ｄ変換回路１８によってデジタルデータに変換され、パーソナルコンピュータ２０に出力される。 The added preamplifiers 16x and 16y amplify the AC signals output from the connected detectors 25 and 26, respectively, similarly to the preamplifier 16. Similarly to the AC / DC amplifier circuit 17, the AC / DC amplifier circuits 17x and 17y connected to the preamplifiers 16x and 16y respectively amplify an AC signal and convert it into a DC signal. The signals amplified by the AC / DC amplifier circuits 17, 17 x, 17 y and converted into DC signals are converted into digital data by the A / D converter circuit 18 and output to the personal computer 20.
本発明の一実施形態の変形例における動作も、一実施形態と同様であるが、信号補正の仕方のみが異なる。すなわち、バンドパスフィルタ部７の８個のサンプル用フィルタを透過した振動波光は検出器８によって電気信号に変換され、またベース用フィルタ２３を透過した振動波光は検出器２５によって電気信号に変換され、また規格化用フィルタ２４を透過した振動波光は検出器２６によって電気信号に変換され、それぞれの前置増幅器１６、１６ｘ、１６ｙ、およびＡＣ／ＤＣ増幅回路１７、１７ｘ、１７ｙによって増幅、直流変換された後、Ａ／Ｄ変換回路１８によってデジタルデータに変換される。 The operation of the modified example of the embodiment of the present invention is the same as that of the embodiment, but only the signal correction method is different. That is, the vibration wave light that has passed through the eight sample filters of the bandpass filter unit 7 is converted into an electric signal by the detector 8, and the vibration wave light that has passed through the base filter 23 is converted into an electric signal by the detector 25. The vibration wave light transmitted through the normalizing filter 24 is converted into an electric signal by the detector 26, and amplified and DC converted by the respective preamplifiers 16, 16x, 16y and the AC / DC amplifier circuits 17, 17x, 17y. After that, it is converted into digital data by the A / D conversion circuit 18.
測定にあたっては、被験者の腕等をＡＴＲプリズム１０に載せない状態で測定した参照強度と、腕等をＡＴＲプリズム１０に載せた状態で測定した透過光強度をそれぞれ測定し、それぞれの割合から吸光度を求める。バンドパスフィルタ部７を透過した振動波光に基づく吸光度をＳ、ベース用フィルタ２３を透過した振動波光に基づく吸光度をＢ０、規格化用フィルタ２４を倒壊した振動波光に基づく吸光度をＮ０とすると、補正されたコレステロールエステル等の信号強度は、（Ｓ−Ｂ０）／（Ｎ０−Ｂ０）となる。 In the measurement, the reference intensity measured with the subject's arm or the like not placed on the ATR prism 10 and the transmitted light intensity measured with the arm or the like placed on the ATR prism 10 were measured, and the absorbance was calculated from each ratio. Ask. If the absorbance based on the vibration wave light transmitted through the bandpass filter unit 7 is S, the absorbance based on the vibration wave light transmitted through the base filter 23 is B0, and the absorbance based on the vibration wave light that collapses the normalization filter 24 is N0, the correction is performed. The signal intensity of the applied cholesterol ester or the like is (S−B0) / (N0−B0).
なお、バンドパスフィルタ部７には、ベース用フィルタ２３と同一の中心波数（４５００ｃｍ−１）と、規格化用フィルタ２４と同一の中心波数（１５３９ｃｍ−１）のフィルタが配置されている。これらのフィルタは、一変形例に係わるコレステロール濃度測定装置の初期設定の際の校正作業において、両者が一致しているかを確認するために使用する。しかし、通常の測定時には使用しないことから、バンドパスフィルタ部７において、４５００ｃｍ−１と、１５３９ｃｍ−１の２つのフィルタを省略しても構わない。 Incidentally, the band pass filter section 7, the same central wavenumber and the base filter 23 (4500cm -1), the filter having the same central wavenumber and normalized filter 24 (1539cm -1) is disposed. These filters are used to confirm whether or not they match in the calibration work at the time of initial setting of the cholesterol concentration measuring apparatus according to one modification. However, during normal measurement since it is not used, the band-pass filter 7, a 4500Cm -1, may be omitted two filters 1539cm -1.
このように、本発明の一実施形態の変形例においては、皮膚タンパク質のアミド２の吸収度とベースラインの吸収度を、常時モニタするための光学系および信号系を設けている。このため、皮膚のコレステロール濃度を測定する際に、腕が動き、ＡＴＲプリズム１０への押し付け強さが変化し、吸収強度が変化するような場合であっても、アミド２およびベースラインの吸収度によって全体を規格化し、腕の動きの影響を受けないようにしている。 As described above, in the modification of the embodiment of the present invention, an optical system and a signal system for constantly monitoring the absorbance of the amide 2 of the skin protein and the absorbance of the baseline are provided. For this reason, when measuring the cholesterol concentration of the skin, even if the arm moves, the pressing strength against the ATR prism 10 changes, and the absorption intensity changes, the absorbance of amide 2 and the baseline To standardize the whole so that it is not affected by arm movements.
なお、変形例では検出器が３個、必要になり、これに付随して光学系および信号系が複雑になると共に高価になってしまう。この点、本発明の一実施形態においては、検出器が１つであるため、光学系および信号系が簡単かつ安価とすることができる。しかし、前述したように、測定時に腕が動くと吸収強度の補正が十分できず、測定精度が低下してしまう。そこで、本発明の一実施形態における他の変形例として、バンドパスフィルタ部７を高速回転することによって、検出器が１個でも測定精度を維持するようにしてもよい。 In the modified example, three detectors are required, and the optical system and the signal system become complicated and expensive. In this regard, in one embodiment of the present invention, since there is one detector, the optical system and the signal system can be made simple and inexpensive. However, as described above, if the arm moves at the time of measurement, the absorption intensity cannot be corrected sufficiently and the measurement accuracy is lowered. Therefore, as another modification of the embodiment of the present invention, the measurement accuracy may be maintained even with one detector by rotating the bandpass filter unit 7 at a high speed.
この他の変形例では、バンドパスフィルタ部７のフィルタターレットを数Ｈｚ以上で高速回転させ、この回転と同期して信号を取得するようにする。バンドパスフィルタ部７の回転が、光を断続するチョッパの役割を果たし、このため、チョッパ５を省略することができる。また、高速に回転することから、コレステロールエステル測定用のフィルタ、ベースライン用フィルタ、規格化用フィルタ等を透過した時間差を無視できる程度の時間間隔で、それぞれのデータを取得できることから、腕が動くことによる誤差を最小限にすることができる。また、光学系も簡単になり、装置の小型化および低廉化を図ることができる。 In another modification, the filter turret of the bandpass filter unit 7 is rotated at a high speed at several Hz or more, and a signal is acquired in synchronization with this rotation. The rotation of the bandpass filter unit 7 serves as a chopper that interrupts light, and thus the chopper 5 can be omitted. In addition, because it rotates at high speed, each arm can move at a time interval that can ignore the time difference that has passed through the filter for cholesterol ester measurement, the filter for baseline, the filter for normalization, etc. The error caused by this can be minimized. Further, the optical system is simplified, and the apparatus can be reduced in size and cost.
以上説明したように、本発明の一実施形態や変形例においては、全反射減衰法（ＡＴＲ法）を用いて試料の吸収スペクトル強度を測定するにあたって、コレステロールエステルの中赤外領域における吸収スペクトルのピークを中心波長とする所定帯域を透過するバンドパスフィルタを透過した光を検知するようにしている。このため、血液を採取することなく、安価で小型化なコレステロール濃度測定装置を提供することができる。 As described above, in one embodiment or modification of the present invention, when measuring the absorption spectrum intensity of a sample using the total reflection attenuation method (ATR method), the absorption spectrum in the mid-infrared region of cholesterol ester is measured. Light transmitted through a bandpass filter that transmits a predetermined band centered on the peak is detected. For this reason, it is possible to provide an inexpensive and compact cholesterol concentration measuring device without collecting blood.
なお、本発明の一実施形態においては、複数のフィルタを配置した円板を回転させたが、ＡＴＲプリズム１０の出射光路を必要な数に分割し、分割光路にそれぞれフィルタを配置することにより、回転円板を省略するようにしても構わない。また、チョッパ５によって振動波光に変換していたが、直流で十分精度を確保できるならば、チョッパを省略し、振動波光に変換することなく直流光のままで測定しても構わない。 In the embodiment of the present invention, the disk on which the plurality of filters are arranged is rotated. However, by dividing the outgoing optical path of the ATR prism 10 into a necessary number and arranging the filters in the divided optical paths, respectively. The rotating disk may be omitted. Moreover, although it converted into vibration wave light with the chopper 5, if sufficient accuracy can be ensured with direct current, the chopper may be omitted and measurement may be performed with direct current light without conversion into vibration wave light.
本発明は、上述の一実施形態や変形例にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記一実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、一実施形態や変形例に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる一実施形態や変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment and modification as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above-described embodiment and modifications. For example, you may delete some components of all the components shown by one Embodiment and a modification. Furthermore, you may combine suitably the component over different one Embodiment or a modified example.
１・・・分光計、２・・・位置決め機構、３・・・制御・データ処理部、３ａ・・・制御・データ処理用ＰＣ、３ｂ・・・データ収納部、４・・・光源、５・・・チョッパ、６・・・ＡＴＲ測定部、７・・・バンドパスフィルタ部、８・・・検出器、９・・・信号処理部、１０・・・ＡＴＲプリズム、１１ａ〜１１ｄ・・・レンズ、１２・・・ミラー、１３・・・第１の集光光学系、１４・・・第２の集光光学系、１５・・・フィルタ駆動部、１６・・・前置増幅器、１６ｘ・・・前置増幅器、１６ｙ・・・前置増幅器、１７・・・ＡＣ／ＤＣ増幅回路、１７ｘ・・・ＡＣ／ＤＣ増幅回路、１７ｙ・・・ＡＣ／ＤＣ増幅回路、１８・・・Ａ／Ｄ変換回路、１９・・・フィルタ・羽根制御部、２０・・・パーソナルコンピュータ、２１・・・ハーフミラー、２２・・・ダイクロイックミラー、２３・・・ベース用フィルタ、２４・・・規格化用フィルタ、２５・・・検出器、２６・・・検出器、３１〜３４・・・被験者 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spectrometer, 2 ... Positioning mechanism, 3 ... Control / data processing part, 3a ... PC for control / data processing, 3b ... Data storage part, 4 ... Light source, 5 ... Chopper, 6 ... ATR measurement unit, 7 ... Band pass filter unit, 8 ... Detector, 9 ... Signal processing unit, 10 ... ATR prism, 11a to 11d ... Lens 12 ... Mirror 13 ... First condensing optical system 14 ... Second condensing optical system 15 ... Filter drive unit 16 ... Preamplifier 16x ..Preamplifier, 16y ... Preamplifier, 17 ... AC / DC amplification circuit, 17x ... AC / DC amplification circuit, 17y ... AC / DC amplification circuit, 18 ... A / D conversion circuit, 19 ... filter / blade control unit, 20 ... personal computer, 21 ... c Fumira, 22 ... dichroic mirror, 23 ... base filter, 24 ... normalized filter, 25 ... detector, 26 ... detector, 31 to 34 ... subject
Claims (8)
上記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収強度を測定するための全反射減衰プリズムと、
上記全反射減衰プリズムの出射光路中に配置され、コレステロールエステルの中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークをそれぞれ中心波長とした所定帯域を透過する複数のバンドパスフィルタと、
上記複数のバンドパスフィルタを順次、上記出射光路中に配置するように切換える駆動手段と、
上記全反射減衰プリズムから出射し、上記複数のバンドパスフィルタを透過した光から試料の吸収強度を検出する検出器と、
上記駆動手段によるバンドパスフィルタの切換えを制御するとともに、上記検出器で検出された吸収強度に基づいてコレステロールエステル濃度を算出する制御・データ処理手段と、
を備え、
アミド２及びベースラインを常時モニタし、試料の押しつけ強さの変化を補償することにより測定誤差を最小にすることを特徴とするコレステロール濃度測定装置。 A light source that emits light having a wavelength in the mid-infrared region;
A total reflection attenuating prism for measuring the absorption intensity of the sample by the total reflection attenuation method using the light emitted from the light source;
A plurality of bandpass filters that are disposed in the output optical path of the total reflection attenuating prism and transmit a predetermined band centered on a predetermined peak of an absorption spectrum in the mid-infrared region of cholesterol ester;
Drive means for sequentially switching the plurality of bandpass filters to be disposed in the outgoing optical path;
A detector that detects the absorption intensity of the sample from light emitted from the total reflection attenuating prism and transmitted through the plurality of bandpass filters;
Control and data processing means for controlling the switching of the bandpass filter by the driving means, and calculating the cholesterol ester concentration based on the absorption intensity detected by the detector,
Equipped with a,
Cholesterol concentration measuring device characterized by minimizing measurement error by constantly monitoring amide 2 and baseline and compensating for changes in the pressing strength of the sample .
上記第１の光路分割用の光学素子によって分割された一方の光路中に配置された第２の光路分割用の光学素子と、
上記第２の光路分割用の光学素子によって分割された２つの光路中にそれぞれ配置された吸収強度の補正を行うベースライン用フィルタおよび規格化用フィルタと、
を有することを特徴とする請求項１に記載のコレステロール濃度測定装置。 A first optical path splitting optical element disposed in the outgoing optical path of the total reflection attenuating prism ;
A second optical path splitting optical element disposed in one of the optical paths split by the first optical path splitting optical element;
The upper Symbol second two baseline filter and filter normalized to correct for absorption intensity respectively disposed in the optical path divided by the optical element of the optical path dividing,
The cholesterol concentration measuring device according to claim 1, wherein
上記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収強度を測定する全反射減衰プリズムと、
コレステロールエステルの中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークを中心波長とした所定帯域を透過する第１のバンドパスフィルタと、
吸収強度の補正を行うための所定波長を中心とした所定帯域を透過する第２のバンドパスフィルタと、
上記全反射減衰プリズムから出射し、上記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光から試料の吸収強度を検出する検出器と、
上記検出器で検出された吸収強度に基づいてコレステロールエステル濃度を算出する制御・データ処理手段と、
を備え、
アミド２及びベースラインを常時モニタし、試料の押しつけ強さの変化を補償することにより測定誤差を最小にすることを特徴とするコレステロール濃度測定装置。 A light source that emits light having a wavelength in the mid-infrared region;
A total reflection attenuating prism that measures the absorption intensity of the sample by the total reflection attenuation method using the light emitted from the light source;
A first bandpass filter that transmits a predetermined band centered on a predetermined peak of an absorption spectrum in the mid-infrared region of cholesterol ester;
A second band-pass filter that transmits a predetermined band centered on a predetermined wavelength for correcting the absorption intensity;
A detector that detects the absorption intensity of the sample from the light emitted from the total reflection attenuating prism and transmitted through the first and second bandpass filters;
Control / data processing means for calculating cholesterol ester concentration based on the absorption intensity detected by the detector;
Equipped with a,
Cholesterol concentration measuring device characterized by minimizing measurement error by constantly monitoring amide 2 and baseline and compensating for changes in the pressing strength of the sample .
上記検出器は、上記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を、順次、受光する、
ことを特徴とする請求項５に記載のコレステロール濃度測定装置。 The first and second band-pass filters are composed of a disc that is integrally held rotatably.
The detector sequentially receives light transmitted through the first and second bandpass filters.
The cholesterol concentration measuring apparatus according to claim 5 .
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