JP5947761B2 - Component concentration analyzer and component concentration analysis method - Google Patents

Component concentration analyzer and component concentration analysis method Download PDF

Info

Publication number
JP5947761B2
JP5947761B2 JP2013163766A JP2013163766A JP5947761B2 JP 5947761 B2 JP5947761 B2 JP 5947761B2 JP 2013163766 A JP2013163766 A JP 2013163766A JP 2013163766 A JP2013163766 A JP 2013163766A JP 5947761 B2 JP5947761 B2 JP 5947761B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
component
light
absorbance
concentration
measured
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013163766A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015031670A (en
Inventor
卓郎 田島
卓郎 田島
雄一 樋口
雄一 樋口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2013163766A priority Critical patent/JP5947761B2/en
Publication of JP2015031670A publication Critical patent/JP2015031670A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5947761B2 publication Critical patent/JP5947761B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、人間又は動物の成分濃度を非侵襲に測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for non-invasively measuring a human or animal component concentration.

血液を採取することなく血糖値等の成分濃度を測定する成分濃度分析装置がある(特許文献1)。皮膚内に電磁波を照射して血液成分に吸収させ、血液成分からの熱放射によって局所的に熱膨張を起こし、その熱膨張によって生体内から発生する音波を観測する光音響法が用いられる。   There is a component concentration analyzer that measures a component concentration such as a blood sugar level without collecting blood (Patent Document 1). A photoacoustic method is used in which an electromagnetic wave is irradiated into the skin to be absorbed by a blood component, thermally expanded locally by heat radiation from the blood component, and a sound wave generated from the living body due to the thermal expansion is observed.

具体的には、互いに逆相な波長λと波長λの2つの強度変調光を合波して被測定物に出射する。そして、その被測定物の成分に吸収されて発生する音波を検出し、その音波の大きさから被測定物内の測定対象成分の濃度を測定する。 Specifically, two intensity-modulated lights having wavelengths λ 1 and λ 2 having opposite phases are combined and output to the object to be measured. Then, a sound wave generated by being absorbed by the component of the measurement object is detected, and the concentration of the measurement target component in the measurement object is measured from the magnitude of the sound wave.

ここで、例えば、波長λと波長λは、被測定物内の背景成分である水による吸収度が互いに等しくなるように設定されている。また、波長λは、被測定物内の測定対象成分であるグルコースによる吸収度が極大になるように設定されている。 Here, for example, the wavelength λ 1 and the wavelength λ 2 are set so that the absorbance by water as a background component in the object to be measured is equal to each other. The wavelength λ 1 is set so that the absorbance due to glucose, which is a measurement target component in the object to be measured, is maximized.

このような異なる2つの波長の光を出射した場合、波長λの光をグルコースと水の両方が吸収して被測定物から発生する音波と、波長λの光を水が吸収して被測定物から発生する音波とは、周波数が等しくかつ逆位相であることから、被測定物の内部で重畳し、音波の差として、グルコースが吸収して被測定物から発生する音波の大きさのみが残留する。 If emitted light of such two different wavelengths, and the sound waves of light of wavelength lambda 1 is both glucose and water generated from the absorber to the object to be measured, the wavelength lambda 2 light absorbed water under Since the sound wave generated from the measurement object has the same frequency and opposite phase, it is superimposed inside the measurement object, and only the magnitude of the sound wave generated from the measurement object as glucose is absorbed as glucose difference. Remains.

すなわち、検出された音波の大きさAは、波長λの光のみを用いて計測した音波の大きさAと波長λの光のみを用いて計測した音波の大きさAとの差分に相当し、グルコースの吸収のみに基づく大きさとなる。 That is, the detected wave magnitude A d is the sound wave was measured using only the light of wavelength lambda 1 magnitude A 1 and wavelength lambda 2 of the acoustic wave was measured using only light magnitude of the A 2 It corresponds to the difference and is based on the absorption of glucose alone.

また、Aは、被測定物に照射する光の大きさIと被測定物の吸光度αとの積に比例するため、式(1)が成立する。Cは、音波測定系の誤差の要因を含んだ比例係数である。 Further, since Ad is proportional to the product of the magnitude I of light irradiating the object to be measured and the absorbance α of the object to be measured, Expression (1) is established. C is a proportional coefficient including an error factor of the sound wave measurement system.

=C×(α×I) ・・・(1)
さらに、被測定物の吸光度αは、水による光の吸光度α(w)が差分検出により相殺するため、式(2)に示すように、グルコースによる光の吸光度α(g)に等しい値と考えることができる。
A d = C × (α × I) (1)
Furthermore, the absorbance α of the object to be measured is considered to be equal to the absorbance α (g) of light due to glucose, as shown in Equation (2), because the absorbance α (w) of light due to water cancels out due to the difference detection. be able to.

α=α(g)+α(w)=α(g) ・・・(2)
そして、式(2)を式(1)に代入して変形し、変形後の式(3)にAとC’の夫々の値を代入してα(g)の値を求め、求めたα(g)からグルコースの成分濃度を算出する。
α = α (g) + α (w) = α (g) (2)
The deformed by substituting equation (2) into equation (1) obtains the value of the equation (3) after deformation by substituting the value of each of A d and C 'alpha (g), it was determined The component concentration of glucose is calculated from α (g) .

α(g)=A÷(C×I)=A÷C’ ・・・(3)
このとき、Iを含むC’は、制御又は予想が困難な係数である。例えば、音響結合、音波検出器の感度、光出射端部と被測定物との間の距離、被測定物の比熱、被測定物の熱膨張係数、被測定物での音速、発振器の発振周波数、被測定物の吸光度にも依存する未知数である。
α (g) = A d ÷ (C × I) = A d ÷ C ′ (3)
At this time, C ′ including I is a coefficient that is difficult to control or predict. For example, acoustic coupling, sensitivity of sound wave detector, distance between light emitting end and object to be measured, specific heat of object to be measured, coefficient of thermal expansion of object to be measured, sound velocity at object to be measured, oscillation frequency of oscillator The unknown is also dependent on the absorbance of the object to be measured.

そこで、従来では、2つの光のうち一方の光を用いて検出した規格化用音波の大きさA’で比例係数C’を規格化していた。つまり、規格化用音波の大きさA’を比例係数C’とし、AをA’で除算することによりα(g)を求めていた。 Therefore, conventionally, the proportionality coefficient C ′ is standardized by the magnitude A ′ of the normalizing sound wave detected by using one of the two lights. In other words, the sound wave for normalizing 'the proportionality coefficient C' size A and the A d were seeking α and (g) is divided by A '.

参考までに、従来の成分濃度分析方法の処理フローを図9に示す。   For reference, FIG. 9 shows a processing flow of a conventional component concentration analysis method.

特開2007−89662号公報JP 2007-89662 A

しかしながら、吸光度αに依存しないことを前提に比例係数C’を規格化しているため、音波測定系を備えるキャビティ内や被測定物内での共振モードの発生によって比例係数C’が吸光度αに強く依存する場合、比例係数C’を規格化できず定量誤差が生ずるという課題があった。   However, since the proportionality coefficient C ′ is standardized on the premise that it does not depend on the absorbance α, the proportionality coefficient C ′ is strong to the absorbance α due to the generation of the resonance mode in the cavity including the sound wave measurement system or the object to be measured. If it depends, there is a problem that the proportionality coefficient C ′ cannot be normalized and a quantitative error occurs.

つまり、検出された音波の振幅及び位相は、被測定物内での音響共振により、キャビティのサイズや被測定物の内部構造に依存している。そのため、それらの変動により検出音波の振幅及び位相が変化し、定量誤差が生じてしまう。   That is, the amplitude and phase of the detected sound wave depend on the size of the cavity and the internal structure of the object to be measured due to acoustic resonance in the object to be measured. For this reason, the amplitude and phase of the detected sound wave change due to these fluctuations, resulting in a quantitative error.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、測定対象成分の成分濃度の測定精度を改善することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve the measurement accuracy of the component concentration of the measurement target component.

請求項1に記載の成分濃度分析装置は、同一の周波数で互いに逆位相の信号により強度変調された異なる2つの波長の光をそれぞれ出力する光出力手段と、前記2つの光を合波する光合波手段と、前記合波された光又は一方の光のみを被測定物に照射する光照射手段と、前記照射により被測定物の内部で発生した音波を検出する音波検出手段と、前記検出された音波の大きさに基づく光音響信号を用いて被測定物内の測定対象成分の濃度を算出する成分濃度算出手段と、を有し、前記成分濃度算出手段は、前記一方の光の波長を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号の変化を求め、前記波長範囲での吸光度変化に対する前記規格化用光音響信号の変化の比を算出し、前記合波された光を照射した際に検出される光音響信号を前記比で除算することにより前記測定対象成分の吸光度を求め、当該吸光度に基づき前記測定対象成分の濃度を算出することを要旨とする。   The component concentration analyzer according to claim 1 includes an optical output unit that outputs light of two different wavelengths that are intensity-modulated by signals having opposite phases at the same frequency, and an optical combining unit that combines the two lights. A wave means, a light irradiating means for irradiating the object to be measured with the combined light or only one light, a sound wave detecting means for detecting a sound wave generated inside the object to be measured by the irradiation, and the detected Component concentration calculating means for calculating the concentration of the measurement target component in the object to be measured using a photoacoustic signal based on the magnitude of the sound wave, and the component concentration calculating means calculates the wavelength of the one light. A change in the normalization photoacoustic signal detected when swept in a predetermined wavelength range is obtained, and a ratio of the change in the normalization photoacoustic signal to an absorbance change in the wavelength range is calculated and combined. Detected when irradiated with light The calculated absorbance of the measurement target component, and subject matter to calculate the concentration of the measurement target component based on the absorbance by dividing by the ratio No..

請求項2に記載の成分濃度分析装置は、請求項1に記載の成分濃度分析装置において、前記成分濃度算出手段は、温度変化による前記測定対象成分の吸光度の変化量を更に用いて前記測定対象成分の濃度を算出することを要旨とする。   The component concentration analyzer according to claim 2 is the component concentration analyzer according to claim 1, wherein the component concentration calculation means further uses the amount of change in absorbance of the measurement target component due to a temperature change. The gist is to calculate the concentration of the component.

請求項3に記載の成分濃度分析装置は、請求項1又は2に記載の成分濃度分析装置において、前記成分濃度算出手段は、前記周波数を可変した際に検出される複数の規格化用光音響信号から前記比の最も大きい光音響信号の周波数を特定し、当該周波数の光を用いて求められた前記測定対象成分の吸光度に基づき当該測定対象成分の濃度を算出することを要旨とする。   The component concentration analyzer according to claim 3 is the component concentration analyzer according to claim 1 or 2, wherein the component concentration calculation means detects a plurality of photoacoustics for normalization detected when the frequency is varied. The gist is to identify the frequency of the photoacoustic signal having the largest ratio from the signal and calculate the concentration of the measurement target component based on the absorbance of the measurement target component obtained using the light of the frequency.

請求項4に記載の成分濃度分析装置は、請求項1乃至3のいずれかに記載の成分濃度分析装置において、前記成分濃度算出手段は、前記測定対象成分の吸光度変化よりも被測定物内の被測定対象成分の吸光度変化が大きい波長範囲で掃引することを要旨とする。   The component concentration analyzer according to claim 4 is the component concentration analyzer according to any one of claims 1 to 3, wherein the component concentration calculation means is configured so that the component concentration in the measurement object is greater than the change in absorbance of the measurement target component. The gist is to sweep in a wavelength range where the absorbance change of the component to be measured is large.

請求項5に記載の成分濃度分析装置は、請求項1乃至4のいずれかに記載の成分濃度分析装置において、前記2つの波長は、被測定物内の被測定対象成分の呈する吸収が互いに等しくなるように設定され、前記2つの波長のうち一方の波長は、前記測定対象成分の呈する吸収が極大となるように設定されていることを要旨とする。   The component concentration analyzer according to claim 5 is the component concentration analyzer according to any one of claims 1 to 4, wherein the two wavelengths have the same absorption of the component to be measured in the object to be measured. The gist is that one of the two wavelengths is set so that the absorption exhibited by the measurement target component is maximized.

請求項6に記載の成分濃度分析方法は、同一の周波数で互いに逆位相の信号により強度変調された異なる2つの波長の光をそれぞれ出力する光出力ステップと、前記2つの光を合波する光合波ステップと、前記合波された光又は一方の光のみを被測定物に照射する光照射ステップと、前記照射により被測定物の内部で発生した音波を検出する音波検出ステップと、前記検出された音波の大きさに基づく光音響信号を用いて被測定物内の測定対象成分の濃度を算出する成分濃度算出ステップと、を有し、前記成分濃度算出ステップは、前記一方の光の波長を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号の変化を求め、前記波長範囲での吸光度変化に対する前記規格化用光音響信号の変化の比を算出するステップと、前記合波された光を照射した際に検出される光音響信号を前記比で除算することにより前記測定対象成分の吸光度を求めるステップと、当該吸光度に基づき前記測定対象成分の濃度を算出するステップと、を有することを要旨とする。   The component concentration analysis method according to claim 6 includes: an optical output step of outputting light of two different wavelengths that are intensity-modulated by signals of opposite phases at the same frequency; and an optical combining that combines the two lights. A wave step, a light irradiation step of irradiating the object to be measured with the combined light or only one light, a sound wave detection step for detecting a sound wave generated inside the object to be measured by the irradiation, and the detected A component concentration calculating step for calculating the concentration of the measurement target component in the object to be measured using a photoacoustic signal based on the magnitude of the sound wave, and the component concentration calculating step calculates the wavelength of the one light. Obtaining a change in the normalization photoacoustic signal detected when swept in a predetermined wavelength range, calculating a ratio of the change in the normalization photoacoustic signal to an absorbance change in the wavelength range; and Wave Dividing the photoacoustic signal detected when the light is irradiated by the ratio to obtain the absorbance of the measurement target component, and calculating the concentration of the measurement target component based on the absorbance. This is the gist.

請求項7に記載の成分濃度分析方法は、請求項6に記載の成分濃度分析方法において、前記成分濃度算出ステップは、温度変化による前記測定対象成分の吸光度の変化量を更に用いて前記測定対象成分の濃度を算出することを要旨とする。   The component concentration analysis method according to claim 7 is the component concentration analysis method according to claim 6, wherein the component concentration calculation step further uses the amount of change in absorbance of the measurement target component due to a temperature change. The gist is to calculate the concentration of the component.

請求項8に記載の成分濃度分析方法は、請求項6又は7に記載の成分濃度分析方法において、前記成分濃度算出ステップは、前記周波数を可変した際に検出される複数の規格化用光音響信号から前記比の最も大きい光音響信号の周波数を特定し、当該周波数の光を用いて求められた前記測定対象成分の吸光度に基づき当該測定対象成分の濃度を算出することを要旨とする。   The component concentration analysis method according to claim 8 is the component concentration analysis method according to claim 6 or 7, wherein the component concentration calculation step includes a plurality of normalization photoacoustics detected when the frequency is varied. The gist is to identify the frequency of the photoacoustic signal having the largest ratio from the signal and calculate the concentration of the measurement target component based on the absorbance of the measurement target component obtained using the light of the frequency.

以上より、本発明によれば、一方の光の波長を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号の変化を求め、その波長範囲での吸光度変化に対する規格化用光音響信号の変化の比を算出し、合波された光を照射した際に検出される光音響信号を当該比で除算することにより被測定物内の測定対象成分の吸光度を求めるため、測定対象成分の成分濃度の測定精度を向上することができる。   As described above, according to the present invention, the change of the normalization photoacoustic signal detected when the wavelength of one light is swept in the predetermined wavelength range is obtained, and the normalization light with respect to the absorbance change in the wavelength range is obtained. Calculate the ratio of the change in the acoustic signal and divide the photoacoustic signal detected when the combined light is irradiated by the ratio to obtain the absorbance of the component to be measured in the object to be measured. The measurement accuracy of the component concentration of the component can be improved.

本発明によれば、測定対象成分の成分濃度の測定精度を向上できる。   According to the present invention, the measurement accuracy of the component concentration of the measurement target component can be improved.

第1の実施の形態に係る成分濃度分析装置の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the component concentration analyzer which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る成分濃度分析方法の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the component concentration analysis method which concerns on 1st Embodiment. 水とグルコース水溶液の吸光度スペクトル特性を示す図である。It is a figure which shows the light absorption spectrum characteristic of water and glucose aqueous solution. 第1の実施の形態に係る吸光度と規格化用光音響信号の振幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the light absorbency which concerns on 1st Embodiment, and the amplitude of the photoacoustic signal for normalization. グルコース水溶液の吸光度温度依存特性を示す図である。It is a figure which shows the absorbance temperature dependence characteristic of glucose aqueous solution. 第2の実施の形態に係る成分濃度分析装置の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the component concentration analyzer which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る成分濃度分析方法の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the component concentration analysis method which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る吸光度と規格化用光音響信号の振幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the light absorbency which concerns on 2nd Embodiment, and the amplitude of the photoacoustic signal for normalization. 従来の成分濃度分析方法の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the conventional component concentration analysis method.

本発明は、被測定物の吸光度変化による音源分布の変化に対する光音響信号の比例係数を校正することにより、測定対象成分の成分濃度の測定精度を向上するようにしている。   In the present invention, the measurement accuracy of the component concentration of the measurement target component is improved by calibrating the proportional coefficient of the photoacoustic signal with respect to the change in the sound source distribution due to the change in absorbance of the object to be measured.

以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

〔第1の実施の形態〕
図1は、第1の実施の形態に係る成分濃度分析装置1の基本構成を示す図である。この成分濃度分析装置1は、発振器101と、第1の駆動回路102と、第1の光源103と、180°移相器104と、第2の駆動回路105と、第2の光源106と、光合波器107と、音波検出器109と、増幅器110と、波形観測器111と、記録・演算装置112とを備えて構成される。以下、説明する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a component concentration analyzer 1 according to the first embodiment. This component concentration analyzer 1 includes an oscillator 101, a first drive circuit 102, a first light source 103, a 180 ° phase shifter 104, a second drive circuit 105, a second light source 106, The optical multiplexer 107, the sound wave detector 109, the amplifier 110, the waveform observer 111, and the recording / calculating device 112 are configured. This will be described below.

発振器101は、第1の光源103と第2の光源106から出力される夫々の光を強度変調するための変調信号を出力する。180°移相器104は、発振器101からの変調信号のうち一方を反転して出力する。   The oscillator 101 outputs a modulation signal for intensity-modulating each light output from the first light source 103 and the second light source 106. The 180 ° phase shifter 104 inverts one of the modulation signals from the oscillator 101 and outputs the result.

第1の駆動回路102は、発振器101からの変調信号を基に第1の光源103を駆動させる。また、第2の駆動回路105は、180°移相器104で反転された変調信号を基に第2の光源106を駆動させる。   The first drive circuit 102 drives the first light source 103 based on the modulation signal from the oscillator 101. The second drive circuit 105 drives the second light source 106 based on the modulation signal inverted by the 180 ° phase shifter 104.

第1の光源103は、第1の駆動回路102からの信号により波長λの光を強度変調して出力する。また、第2の光源106は、第2の駆動回路105からの信号により波長λの光を強度変調して出力する。これにより、異なる2つの波長の光を同一周波数で逆位相の信号により電気的に強度変調して出力することができる。なお、波長λは可変可能である。 The first light source 103 modulates the intensity of the light having the wavelength λ 1 by the signal from the first driving circuit 102 and outputs the light. The second light source 106 modulates the intensity of the light having the wavelength λ 2 by the signal from the second drive circuit 105 and outputs the light. As a result, light of two different wavelengths can be output after being electrically intensity-modulated with signals having the same frequency and opposite phase. The wavelength lambda 2 is variably.

ここで、波長λと波長λは、被測定物3を構成している背景成分(被測定対象成分)の呈する吸収が互いに等しくなるように設定されている。例えば、被測定物3が生体であり、測定対象成分がグルコースやコレステロールの場合、被測定物3の大部分を示す水による吸収度が互いに等しい波長である。 Here, the wavelength λ 1 and the wavelength λ 2 are set so that the absorption exhibited by the background component (the component to be measured) constituting the object to be measured 3 is equal to each other. For example, when the object to be measured 3 is a living body and the measurement target component is glucose or cholesterol, the absorbance by water indicating most of the object to be measured 3 is the same wavelength.

また、波長λは、測定対象成分の呈する吸収が極大となるように設定されている。例えば、グルコースやコレステロールによって最も良く吸収される波長である。1600nm又は2100nmであることが好ましい。このとき、第1の光源103から出力される連続光が測定光となり、第2の光源106から出力される連続光が参照光となる。 The wavelength λ 1 is set so that the absorption exhibited by the measurement target component is maximized. For example, the wavelength that is best absorbed by glucose or cholesterol. It is preferable that it is 1600 nm or 2100 nm. At this time, continuous light output from the first light source 103 serves as measurement light, and continuous light output from the second light source 106 serves as reference light.

このような第1の光源103及び第2の光源106は、波長を可変可能であり、連続的に強度変調した光を出力可能な光源であればよい。例えば、DFB(Distributed Feedback)半導体レーザを用いることができる。また、波長可変レーザを用いる場合、温度調整により発振周波数を変化させる方法や外部共振器を用いる方法等がある。その他、固体レーザも用いることも可能であり、プリズムや回折格子等の分散素子を利用して所定の波長を取り出すようにしてもよい。   The first light source 103 and the second light source 106 may be any light source that can change the wavelength and can output light whose intensity is continuously modulated. For example, a DFB (Distributed Feedback) semiconductor laser can be used. When using a wavelength tunable laser, there are a method of changing the oscillation frequency by adjusting the temperature, a method of using an external resonator, and the like. In addition, a solid-state laser can also be used, and a predetermined wavelength may be extracted using a dispersion element such as a prism or a diffraction grating.

光合波器107は、第1の光源103からの測定光と第2の光源106からの参照光とを合波し、合波された光又は合波されていない一方の光(測定光又は参照光)のみを光ファイバ108により先端の光出射端部まで導いて被測定物3に照射する。被測定物3の表面形状に合わせて、光出射端部に直角プリズム、光ファイバコリメータ、フィルール等を接着してもよい。   The optical multiplexer 107 combines the measurement light from the first light source 103 and the reference light from the second light source 106, and combines the combined light or one of the light that is not combined (the measurement light or the reference light). Only the light) is guided to the light emitting end at the front end by the optical fiber 108 and irradiated to the object 3 to be measured. A right-angle prism, an optical fiber collimator, a filler, or the like may be bonded to the light emitting end in accordance with the surface shape of the device under test 3.

音波検出器109は、光合波器107の光出射端部から一定距離の位置に配置され、光合波器107から出射された光により被測定物3の内部で発生する音波を検出し、その音波の大きさ(振幅)に比例した電気信号に変換して光音響信号として出力する。例えば、マイクロフォンや圧電素子を用いることができる。   The sound wave detector 109 is disposed at a certain distance from the light emitting end of the optical multiplexer 107, detects the sound wave generated inside the DUT 3 by the light emitted from the optical multiplexer 107, and the sound wave Is converted into an electric signal proportional to the magnitude (amplitude) of the signal and output as a photoacoustic signal. For example, a microphone or a piezoelectric element can be used.

具体的には、低電圧電源(不図示)から第1の駆動回路102及び第2の駆動回路105に電圧が供給された場合には、合成光を用いて音波を検出し、測定光と参照光との差分を大きさAとする差分光音響信号Sを出力する。また、低電圧電源から第2の駆動回路105にのみ電圧が供給された場合には、参照光のみを用いて音波を検出し、規格化用光音響信号Sを出力する。 Specifically, when a voltage is supplied to the first drive circuit 102 and the second drive circuit 105 from a low-voltage power supply (not shown), a sound wave is detected using the synthesized light, and the measurement light and reference A differential photoacoustic signal S d having a magnitude A d as a difference from light is output. When a voltage is supplied only from the low-voltage power supply to the second drive circuit 105, the sound wave is detected using only the reference light, and the normalization photoacoustic signal Sr is output.

増幅器110は、音波検出器109から出力された光音響信号を増幅する。波形観測器111は、増幅後の光音響信号の振幅及び位相を測定する。波形観測器111に加え、位相検波増幅器により検波増幅して光音響信号の振幅及び位相を測定してもよい。   The amplifier 110 amplifies the photoacoustic signal output from the sound wave detector 109. The waveform observer 111 measures the amplitude and phase of the amplified photoacoustic signal. In addition to the waveform observer 111, the amplitude and phase of the photoacoustic signal may be measured by detection and amplification using a phase detection amplifier.

記録・演算装置112は、被測定物3を構成している背景成分(被測定対象成分)と測定対象成分の夫々の吸収度スペクトルを記憶しておくデータベースを備え、測定された差分光音響信号Sと規格化用光音響信号Sとの振幅及び位相から測定対象成分の濃度を算出する。例えば、メモリやCPUを備えたコンピュータ等を用いることができる。 The recording / calculating device 112 includes a database that stores the absorbance spectrum of each of the background component (measurement target component) and the measurement target component constituting the DUT 3, and the measured differential photoacoustic signal The concentration of the measurement target component is calculated from the amplitude and phase of S d and the normalization photoacoustic signal S r . For example, a computer equipped with a memory and a CPU can be used.

次に、成分濃度分析装置1で行う成分濃度分析方法について説明する。図2は、成分濃度測定方法の処理フローを示す図である。   Next, a component concentration analysis method performed by the component concentration analyzer 1 will be described. FIG. 2 is a diagram showing a processing flow of the component concentration measuring method.

まず、波長可変光源である第2の光源106のみを動作させ、波長λを所定の波長範囲で掃引し、その掃引の際に検出された光音響信号を規格化用光音響信号Sとしてその変化を波形観測器111や記録・演算装置112で計測する(ステップS101)。 First, by operating only the second light source 106 is a wavelength tunable light source, the wavelength lambda 2 is swept in a predetermined wavelength range, as detected photoacoustic signal normalized for photoacoustic signal S r during its sweep The change is measured by the waveform observer 111 and the recording / calculation device 112 (step S101).

ここで、常温における水とグルコース水溶液の吸光度スペクトル特性を図3に示す。縦軸は吸光度αを示し、横軸は光の波長λを示している。また、実線は水の吸光度特性を示し、破線はグルコース水溶液の吸光度特性を示している。   Here, FIG. 3 shows the absorbance spectrum characteristics of water and an aqueous glucose solution at room temperature. The vertical axis represents the absorbance α, and the horizontal axis represents the light wavelength λ. Further, the solid line shows the water absorbance characteristics, and the broken line shows the absorbance characteristics of the glucose aqueous solution.

本実施の形態では、水の吸光度の変化が大きい1.3μ帯における波長λ20から波長λ21の間を波長範囲とする。波長範囲は、分析する成分濃度に対する吸光度変化よりも水の吸光度変化の十分大きくなる範囲であればよく、例えば、数ナノ〜数十ナノメートルの範囲とする。特に1.3μ帯においては、例えば、生理血糖値の十倍に相当する吸光度の変化が生じる数ナノメートルの範囲としてもよい。 In the present embodiment, the wavelength range is from the wavelength λ 20 to the wavelength λ 21 in the 1.3 μ band where the change in the absorbance of water is large. The wavelength range may be a range in which the change in absorbance of water is sufficiently larger than the change in absorbance with respect to the component concentration to be analyzed, and is, for example, in the range of several nanometers to several tens of nanometers. In particular, in the 1.3 μ band, for example, a range of several nanometers in which a change in absorbance corresponding to ten times the physiological blood glucose level occurs may be used.

また、波長範囲は、短波長帯側である1.3μ帯、長波長帯側である1.5μ帯のいずれを用いてもよい。すなわち、図3より、1.5μ帯における波長λ20’から波長λ21’の間を波長範囲としてもよいし、更には、第1の光源103を波長可変光源としてもよい。 The wavelength range may be either the 1.3 μ band on the short wavelength band side or the 1.5 μ band on the long wavelength band side. That is, as shown in FIG. 3, the wavelength range from the wavelength λ 20 ′ to the wavelength λ 21 ′ in the 1.5 μ band may be set, and further, the first light source 103 may be a wavelength tunable light source.

ここで、波長λ20から波長λ21の間を波長範囲とした場合における、吸光度αと規格化用光音響信号Sの大きさAとの関係を図4に示す。縦軸は規格化用光音響信号Sの大きさAを示し、横軸は吸光度αを示している。なお、吸光度は、分光器等により予め計測した既知の吸光度スペクトルの値を用いている。 Here, FIG. 4 shows the relationship between the absorbance α and the magnitude A r of the normalization photoacoustic signal S r when the wavelength range from the wavelength λ 20 to the wavelength λ 21 is set. The vertical axis represents the magnitude A r normalized for photoacoustic signal S r, the horizontal axis represents the absorbance alpha. As the absorbance, a known absorbance spectrum value measured in advance with a spectroscope or the like is used.

図4から分かるように、被測定物3の吸光度αと規格化用光音響信号Sの大きさAとは比例関係にある。すなわち、前述の式(1)に示したように、A=C×(α×I)=C’×αが成立している。 As can be seen from FIG. 4, the absorbance α of the DUT 3 and the magnitude A r of the normalization photoacoustic signal S r are in a proportional relationship. That is, A r = C × (α × I) = C ′ × α is established as shown in the above-described equation (1).

そこで、次に、記録・演算装置112において、ステップS101の測定結果を用いて、最小自乗法等により吸光度αの変化に対する規格化用光音響信号Sの変化の比を直接的に求めることにより、前述の比例係数C’を算出し、記録する(ステップS102)。 Therefore, next, in the recording / arithmetic apparatus 112, by using the measurement result of step S101, the ratio of the change in the normalization photoacoustic signal Sr to the change in the absorbance α is directly obtained by the least square method or the like. The above-described proportionality coefficient C ′ is calculated and recorded (step S102).

つまり、従来は規格化用音波の大きさA’で比例係数C’を規格化していたが、本実施の形態では、吸光度αの変化に対する規格化用光音響信号Sの変化の比を比例係数C’とする。 That is, in the past, the proportionality coefficient C ′ was standardized by the size of the normalizing sound wave A ′, but in this embodiment, the ratio of the change in the normalization photoacoustic signal Sr to the change in the absorbance α is proportional. The coefficient is C ′.

なお、被測定物3に照射する光の大きさIは、フォトディテクターにより検出して記録し後に校正してもよいし、フォトディテクターの出力電圧をモニタして第2の光源106からの出力が一定となるように制御してもよい。   The magnitude I of the light irradiating the object to be measured 3 may be detected and recorded by a photodetector and then calibrated, or the output voltage from the second light source 106 may be monitored by monitoring the output voltage of the photodetector. You may control so that it may become fixed.

次に、第1の光源103及び第2の光源106を共に動作させ、波長λの測定光と波長λの参照光とを合波した光を光合波器107から出射し、合波光により被測定物3の内部で発生する音波を音波検出器109で検出して、その音波に基づく差分光音響信号Sの大きさAを波形観測器111で計測し記録・演算装置112で記録する(ステップS103)。 Next, the first light source 103 and the second light source 106 are operated together, and light obtained by combining the measurement light having the wavelength λ 1 and the reference light having the wavelength λ 2 is emitted from the optical multiplexer 107, and the combined light is used. detecting the acoustic waves generated inside the object to be measured 3 at sonic detector 109 measures the size of a d of the differential photoacoustic signal S d based on the sonic waveform observation device 111 recorded by the recording and computation apparatus 112 (Step S103).

ここで、本実施の形態では、波長λと波長λが、被測定物3の大部分を占める水による吸収度が互いに等しくなるように設定されている。また、波長λは、グルコースによる吸収度が極大になるように設定されている。このような異なる2つの波長の光を出射すると、グルコースが吸収して被測定物から発生する音波の大きさのみが検出されるため、測定光と参照光との差分に基づく差分光音響信号Sの大きさAが計測される。 Here, in the present embodiment, the wavelength λ 1 and the wavelength λ 2 are set so that the absorbance by water occupying most of the DUT 3 is equal to each other. The wavelength λ 1 is set so that the absorbance by glucose is maximized. When light of two different wavelengths is emitted, only the magnitude of the sound wave generated from the object to be measured is detected by glucose, so that the differential photoacoustic signal S based on the difference between the measurement light and the reference light is detected. The magnitude Ad of d is measured.

次に、記録・演算装置112において、ステップS103で計測された差分光音響信号Sの大きさAと、ステップS102で算出された比例係数C’を前述の式(3)に代入して計算することにより、グルコースによる光の吸光度α(g)(=A÷C’)を計算し(ステップS104)、被測定物3のモル濃度Mを式(4)から算出する(ステップS105)。α (g)は、分光器等により予め求めた既知の値である。 Next, in the recording / arithmetic unit 112, the magnitude A d of the differential photoacoustic signal S d measured in step S103 and the proportionality coefficient C ′ calculated in step S102 are substituted into the above equation (3). By calculating the light absorbance α (g) (= A d ÷ C ′) of light by glucose (step S104), the molar concentration M of the DUT 3 is calculated from the equation (4) (step S105). . α 0 (g) is a known value obtained in advance by a spectroscope or the like.

M=α(g)÷α (g) ・・・(4)
なお、新たな測定の都度、式(4)に従いモル濃度Mを求めてもよいが、さらに連続的に測定する場合には、差分光音響信号Sの大きさAの変化から吸光度変化Δα(g)を式(5)から算出してもよい。
M = α (g) ÷ α 0 (g) (4)
Incidentally, each time a new measurement may be obtained molarity M according to equation (4), in case of further continuously measures the difference photoacoustic signal S d of the magnitude A d absorbance change Δα from the change in (G) may be calculated from equation (5).

Δα(g)=ΔA÷C’ ・・・(5)
Δα(g)は式(6)に示すように被測定物3のモル濃度変化ΔMとモル吸光度α (g)の積に対応するため、記録・演算装置112において、それを変形した式(7)に式(5)の計算結果を代入してグルコースのモル濃度変化ΔMを算出する。
Δα (g) = ΔA d ÷ C ′ (5)
Δα (g) corresponds to the product of the molar concentration change ΔM of the object 3 to be measured and the molar absorbance α 0 (g) as shown in the equation (6). Substituting the calculation result of equation (5) into 7), the change in glucose molar concentration ΔM is calculated.

Δα(g)=ΔM×α (g) ・・・(6)
ΔM=Δα(g)÷α (g) ・・・(7)
以上、成分濃度分析方法について説明した。なお、比例係数C’は、ステップS103〜ステップS105の実行前に求めてもよいし、S103以降での測定毎に求めてもよい。
Δα (g) = ΔM × α 0 (g) (6)
ΔM = Δα (g) ÷ α 0 (g) (7)
The component concentration analysis method has been described above. Note that the proportionality coefficient C ′ may be obtained before the execution of steps S103 to S105, or may be obtained for each measurement after S103.

また、式(4)によらず、実際の採血測定により、モル濃度Mの初期値を求めた後に、差分光音響信号Sの大きさの変化ΔAを測定して、被測定物3のモル濃度変化ΔMを求めてもよい。 Further, regardless of the equation (4), the actual blood measurements, after obtaining the initial value of the molar concentration M, by measuring the change in .DELTA.A d of the magnitude of the difference photoacoustic signal S d, the object to be measured 3 The molar concentration change ΔM may be obtained.

ここで、背景成分や測定対象成分の吸収度スペクトルは、波長λの値により温度に依存して変化する。グルコース水溶液の吸光度温度依存特性を図5に示す。縦軸は吸光度αを示し、横軸は温度tempを示している。   Here, the absorbance spectrum of the background component and the measurement target component varies depending on the temperature depending on the value of the wavelength λ. FIG. 5 shows the absorbance temperature dependency characteristics of the aqueous glucose solution. The vertical axis indicates the absorbance α, and the horizontal axis indicates the temperature temp.

温度変化により吸光度が大きく変化する場合、例えば、温度変化によるグルコースの吸光度変化Δαtemp (g)を直接計測して既知の吸光度スペクトルから求めるか、若しくは、光の吸収量から温度変化ΔTを推定計算して既知の吸光度スペクトルから求めるようにする。 If the absorbance changes greatly due to temperature changes, for example, the absorbance change Δα temp (g) of glucose due to temperature changes is directly measured and obtained from a known absorbance spectrum, or the temperature change ΔT is estimated from light absorption. Thus, it is determined from a known absorbance spectrum.

この場合、式(6)をΔα(g)=ΔM×α (g)+Δαtemp (g)と記述できるため、それを変形した式(8)を用いてグルコースのモル濃度変化ΔMを算出する。 In this case, since Equation (6) can be described as Δα (g) = ΔM × α 0 (g) + Δα temp (g) , the change in glucose molar concentration ΔM is calculated using Equation (8) obtained by modifying it. .

ΔM=(Δα(g)−Δαtemp (g))÷α (g) ・・・(8)
以上より、本実施の形態によれば、第2の光源106からの光の波長λを所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号Sの変化を求め、その波長範囲での吸光度変化に対する規格化用光音響信号Sの変化の比を比例係数C’として算出し、合波された光を照射した際に検出される差分光音響信号Sを当該比例係数C’で除算することにより被測定物内のグルコース等による光の吸光度α(g)を求めるので、被測定物3の吸光度変化による音源分布の変化に対する光音響信号の比例係数C’が校正されていることから、測定の定量誤差が低減され、人間又は動物に含まれる測定対象の成分濃度の測定精度を向上できる。
ΔM = (Δα (g) −Δα temp (g) ) ÷ α 0 (g) (8)
As described above, according to the present embodiment, a change in the normalization photoacoustic signal S r detected when the wavelength λ 2 of the light from the second light source 106 is swept in a predetermined wavelength range is obtained. the ratio of the change in normalized for photoacoustic signal S r relative to the change in absorbance in the wavelength range was calculated as the proportional coefficient C ', the proportional differential photoacoustic signal S d which is detected when irradiated with combined beam By dividing by the coefficient C ′, the light absorbance α (g) due to glucose or the like in the object to be measured is obtained. Therefore, the quantitative error of measurement is reduced, and the measurement accuracy of the component concentration of the measurement target contained in the human or animal can be improved.

〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。図6は、第2の実施の形態に係る成分濃度分析装置1の基本構成を示す図である。この成分濃度分析装置1は、発振器101の周波数が可変であり、それ以外の構成は第1の実施の形態と同様である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram showing a basic configuration of the component concentration analyzer 1 according to the second embodiment. In the component concentration analyzer 1, the frequency of the oscillator 101 is variable, and the other configuration is the same as that of the first embodiment.

被測定物3の内部では複数の共振モードが形成される可能性がある。また、夫々の共振モードにおいて規格化用光音響信号Sの大きさAと比例係数C’は異なっている。そこで、本実施の形態では、変調周波数fを変化させ、規格化用光音響信号Sの大きさAが所定の信号雑音比(SN比)を満たしつつも、共振モード間で最も比例係数C’が大きい、すなわち、最も感度が高いモードを選択することにより最適化を行うようにする。 There is a possibility that a plurality of resonance modes are formed inside the DUT 3. Further, proportional in each resonance mode between the size A r normalized for photoacoustic signal S r coefficient C 'is different. Therefore, in the present embodiment, the modulation frequency f is changed, and the magnitude A r of the normalization photoacoustic signal S r satisfies a predetermined signal-to-noise ratio (SN ratio), but the most proportional coefficient between the resonance modes. Optimization is performed by selecting a mode in which C ′ is large, that is, the most sensitive.

具体的には、まず、背景成分の吸光度と被測定物3の吸光度の比からSN比を決定する。例えば、水と生理グルコース濃度の吸光度比からおよそ1000以上と決定する。   Specifically, first, the SN ratio is determined from the ratio between the absorbance of the background component and the absorbance of the DUT 3. For example, it is determined to be about 1000 or more from the absorbance ratio of water and physiological glucose concentration.

そして、発振器101の周波数fを掃引しつつ、決定したSN比の範囲内において図4に示したような吸光度αと規格化用光音響信号Sの大きさAの関係を計測し、先のSN比を満たしつつ比例係数C’が最大となる周波数fmaxを求める。そして、その周波数fmaxを測定用周波数として発振器101に設定し、図2に示したステップS103〜ステップS105を実行する。 Then, while sweeping the frequency f of the oscillator 101, the relationship between the absorbance α and the magnitude A r of the normalization photoacoustic signal S r as shown in FIG. 4 is measured within the determined SN ratio range. The frequency f max at which the proportionality coefficient C ′ is maximized while satisfying the SN ratio is obtained. Then, the frequency f max is set as the measurement frequency in the oscillator 101, and Steps S103 to S105 shown in FIG. 2 are executed.

以下、図7を参照しながら、本実施の形態に係る成分濃度分析方法について説明する。   Hereinafter, the component concentration analysis method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

まず、発振器101の周波数fをfに変更する(ステップS201)。次に、ステップS101〜ステップS102と同様の処理を実行(ステップS202〜ステップS203)し、周波数fの変更回数の上限に到達するまでステップS201〜ステップS203を繰り返し実行する(ステップS204)。 First, it changes the frequency f of the oscillator 101 to f 1 (step S201). Next, the same processing as Step S101 to Step S102 is executed (Step S202 to Step S203), and Step S201 to Step S203 are repeatedly executed until the upper limit of the frequency f is changed (Step S204).

このときに計測される吸光度αと規格化用光音響信号Sの大きさAとの関係を図8に示す。例えば、発振器101の周波数fをf〜fに変更して夫々について測定した場合、各周波数に対応する規格化用光音響信号Sが夫々測定される。 FIG. 8 shows the relationship between the absorbance α measured at this time and the magnitude A r of the normalization photoacoustic signal S r . For example, when the frequency f of the oscillator 101 is changed to f 1 to f 3 and measurement is performed, the normalization photoacoustic signal S r corresponding to each frequency is measured.

そこで、次に、記録・演算装置112において、測定された複数の規格化用光音響信号Sに対応する各比例係数C’〜C’を求め、それら複数の比例係数C’〜C’のうち値が最大となる比例係数C’に対応する規格化用光音響信号Sの周波数fmaxを特定し、測定用周波数として発振器101に設定する(ステップS205)。以降、ステップ103〜ステップS105と同様の処理を実行する(ステップS206〜ステップS208)。 Therefore, next, in the recording / arithmetic unit 112, the proportional coefficients C 1 ′ to C 3 ′ corresponding to the plurality of standardized photoacoustic signals S r are obtained, and the plurality of proportional coefficients C 1 ′ to The frequency f max of the normalization photoacoustic signal S r corresponding to the proportional coefficient C ′ having the maximum value among C 3 ′ is specified and set as the measurement frequency in the oscillator 101 (step S205). Thereafter, processing similar to that in step 103 to step S105 is executed (step S206 to step S208).

以上より、本実施の形態によれば、周波数fを可変した際に検出される複数の規格化用光音響信号Sから比例係数C’の最も大きい規格化用光音響信号Sの周波数fmaxを特定し、その周波数fmaxを用いてグルコース等による光の吸光度α(g)を求めるので、小さい吸光度変化に対しても大きい振幅変化が得られることから感度が向上し定量限界を下げることができ、測定対象の成分濃度の測定精度を更に向上できる。 From the above, according to this embodiment, the largest normalized for photoacoustic signal S r of the proportional coefficient C 'from a plurality of photoacoustic signal normalized S r detected upon varying the frequency f frequency f Since max is specified and the light absorbance α (g) due to glucose or the like is obtained using the frequency f max , a large amplitude change can be obtained even with a small change in absorbance, thereby improving sensitivity and lowering the limit of quantification. And the measurement accuracy of the component concentration of the measurement target can be further improved.

1…成分濃度分析装置
101…発振器
102…第1の駆動回路
103…第1の光源(光出力手段)
104…180°移相器
105…第2の駆動回路
106…第2の光源(光出力手段)
107…光合波器(光合波手段、光照射手段)
108…光ファイバ(光照射手段)
109…音波検出器(音波検出手段)
110…増幅器
111…波形観測器
112…記録・演算装置(成分濃度算出手段)
3…被測定物
S101〜S105、S201〜S208…ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Component concentration analyzer 101 ... Oscillator 102 ... 1st drive circuit 103 ... 1st light source (light output means)
104 ... 180 ° phase shifter 105 ... second drive circuit 106 ... second light source (light output means)
107: Optical multiplexer (optical multiplexing means, light irradiation means)
108: Optical fiber (light irradiation means)
109 ... Sound wave detector (Sound wave detection means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Amplifier 111 ... Waveform observation device 112 ... Recording and calculation apparatus (component concentration calculation means)
3 ... object to be measured S101-S105, S201-S208 ... step

Claims (8)

同一の周波数で互いに逆位相の信号により強度変調された異なる2つの波長の光をそれぞれ出力する光出力手段と、
前記2つの光を合波する光合波手段と、
前記合波された光又は一方の光のみを被測定物に照射する光照射手段と、
前記照射により被測定物の内部で発生した音波を検出する音波検出手段と、
前記検出された音波の大きさに基づく光音響信号を用いて被測定物内の測定対象成分の濃度を算出する成分濃度算出手段と、を有し、
前記成分濃度算出手段は、
前記一方の光の波長を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号の変化を求め、前記波長範囲での吸光度変化に対する前記規格化用光音響信号の変化の比を算出し、前記合波された光を照射した際に検出される光音響信号を前記比で除算することにより前記測定対象成分の吸光度を求め、当該吸光度に基づき前記測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする成分濃度分析装置。
Light output means for outputting light of two different wavelengths, each of which is intensity-modulated by signals of opposite phase at the same frequency,
Optical multiplexing means for multiplexing the two lights;
A light irradiation means for irradiating the object to be measured with the combined light or only one light;
Sound wave detecting means for detecting sound waves generated inside the object to be measured by the irradiation;
Component concentration calculating means for calculating the concentration of the component to be measured in the object to be measured using a photoacoustic signal based on the magnitude of the detected sound wave,
The component concentration calculation means
A change in the normalization photoacoustic signal detected when the wavelength of the one light is swept in a predetermined wavelength range is obtained, and a ratio of the change in the normalization photoacoustic signal to the absorbance change in the wavelength range is determined. Calculate the absorbance of the measurement target component by dividing the photoacoustic signal detected when the combined light is irradiated by the ratio, and calculate the concentration of the measurement target component based on the absorbance A component concentration analyzer characterized by that.
前記成分濃度算出手段は、
温度変化による前記測定対象成分の吸光度の変化量を更に用いて前記測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする請求項1に記載の成分濃度分析装置。
The component concentration calculation means
The component concentration analyzer according to claim 1, wherein the concentration of the measurement target component is further calculated using a change in absorbance of the measurement target component due to a temperature change.
前記成分濃度算出手段は、
前記周波数を可変した際に検出される複数の規格化用光音響信号から前記比の最も大きい光音響信号の周波数を特定し、当該周波数の光を用いて求められた前記測定対象成分の吸光度に基づき当該測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の成分濃度分析装置。
The component concentration calculation means
The frequency of the photoacoustic signal having the largest ratio is specified from a plurality of standardized photoacoustic signals detected when the frequency is varied, and the absorbance of the measurement target component obtained using the light of the frequency is determined. The component concentration analyzer according to claim 1, wherein the concentration of the measurement target component is calculated based on the component concentration analysis device.
前記成分濃度算出手段は、
前記測定対象成分の吸光度変化よりも被測定物内の被測定対象成分の吸光度変化が大きい波長範囲で掃引することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の成分濃度分析装置。
The component concentration calculation means
The component concentration analyzer according to any one of claims 1 to 3, wherein sweeping is performed in a wavelength range in which the absorbance change of the measurement target component in the measurement object is larger than the absorbance change of the measurement target component.
前記2つの波長は、被測定物内の被測定対象成分の呈する吸収が互いに等しくなるように設定され、前記2つの波長のうち一方の波長は、前記測定対象成分の呈する吸収が極大となるように設定されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の成分濃度分析装置。   The two wavelengths are set such that the absorption exhibited by the component to be measured in the object to be measured is equal to each other, and one of the two wavelengths has the maximum absorption exhibited by the component to be measured. 5. The component concentration analyzer according to claim 1, wherein the component concentration analyzer is set to 同一の周波数で互いに逆位相の信号により強度変調された異なる2つの波長の光をそれぞれ出力する光出力ステップと、
前記2つの光を合波する光合波ステップと、
前記合波された光又は一方の光のみを被測定物に照射する光照射ステップと、
前記照射により被測定物の内部で発生した音波を検出する音波検出ステップと、
前記検出された音波の大きさに基づく光音響信号を用いて被測定物内の測定対象成分の濃度を算出する成分濃度算出ステップと、を有し、
前記成分濃度算出ステップは、
前記一方の光の波長を所定の波長範囲で掃引した際に検出される規格化用光音響信号の変化を求め、前記波長範囲での吸光度変化に対する前記規格化用光音響信号の変化の比を算出するステップと、
前記合波された光を照射した際に検出される光音響信号を前記比で除算することにより前記測定対象成分の吸光度を求めるステップと、
当該吸光度に基づき前記測定対象成分の濃度を算出するステップと、を有することを特徴とする成分濃度分析方法。
A light output step for outputting light of two different wavelengths, each of which is intensity-modulated by signals of opposite phases at the same frequency;
A light combining step for combining the two lights;
A light irradiation step of irradiating the object to be measured with the combined light or only one light; and
A sound wave detection step for detecting sound waves generated inside the object to be measured by the irradiation;
A component concentration calculating step for calculating a concentration of a measurement target component in the object to be measured using a photoacoustic signal based on the magnitude of the detected sound wave,
The component concentration calculating step includes:
A change in the normalization photoacoustic signal detected when the wavelength of the one light is swept in a predetermined wavelength range is obtained, and a ratio of the change in the normalization photoacoustic signal to the absorbance change in the wavelength range is determined. A calculating step;
Determining the absorbance of the measurement target component by dividing the photoacoustic signal detected when the combined light is irradiated by the ratio;
Calculating the concentration of the component to be measured based on the absorbance, and a component concentration analysis method.
前記成分濃度算出ステップは、
温度変化による前記測定対象成分の吸光度の変化量を更に用いて前記測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする請求項6に記載の成分濃度分析方法。
The component concentration calculating step includes:
The component concentration analysis method according to claim 6, wherein the concentration of the measurement target component is further calculated using the amount of change in absorbance of the measurement target component due to a temperature change.
前記成分濃度算出ステップは、
前記周波数を可変した際に検出される複数の規格化用光音響信号から前記比の最も大きい光音響信号の周波数を特定し、当該周波数の光を用いて求められた前記測定対象成分の吸光度に基づき当該測定対象成分の濃度を算出することを特徴とする請求項6又は7に記載の成分濃度分析方法。
The component concentration calculating step includes:
The frequency of the photoacoustic signal having the largest ratio is specified from a plurality of standardized photoacoustic signals detected when the frequency is varied, and the absorbance of the measurement target component obtained using the light of the frequency is determined. 8. The component concentration analysis method according to claim 6, wherein the concentration of the measurement target component is calculated based on the component.
JP2013163766A 2013-08-07 2013-08-07 Component concentration analyzer and component concentration analysis method Expired - Fee Related JP5947761B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013163766A JP5947761B2 (en) 2013-08-07 2013-08-07 Component concentration analyzer and component concentration analysis method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013163766A JP5947761B2 (en) 2013-08-07 2013-08-07 Component concentration analyzer and component concentration analysis method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015031670A JP2015031670A (en) 2015-02-16
JP5947761B2 true JP5947761B2 (en) 2016-07-06

Family

ID=52517090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013163766A Expired - Fee Related JP5947761B2 (en) 2013-08-07 2013-08-07 Component concentration analyzer and component concentration analysis method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5947761B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6606019B2 (en) * 2016-06-07 2019-11-13 日本電信電話株式会社 Component concentration measuring apparatus and method
JP6606018B2 (en) * 2016-06-07 2019-11-13 日本電信電話株式会社 Component concentration measuring apparatus and method
JP2018013417A (en) * 2016-07-21 2018-01-25 日本電信電話株式会社 Component concentration measuring device and method
JP6619379B2 (en) * 2017-03-31 2019-12-11 日本電信電話株式会社 Component concentration measuring apparatus and method
CN116138771B (en) * 2023-04-18 2023-06-30 江西科技师范大学 Energy correction method for multispectral blood glucose photoacoustic detection

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04175640A (en) * 1990-11-08 1992-06-23 Fujitsu Ltd Method of detecting optical audio signal and detector
JP3955952B2 (en) * 2002-05-14 2007-08-08 国立大学法人九州工業大学 Analytical method of specimen by molecular array using micro infrared spectroscopy
JP4412667B2 (en) * 2005-09-27 2010-02-10 日本電信電話株式会社 Component concentration measuring device
JP4914388B2 (en) * 2008-03-07 2012-04-11 日本電信電話株式会社 Component concentration measuring device
JP5187042B2 (en) * 2008-07-17 2013-04-24 三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社 Resin composition for dielectric and dielectric antenna
JP5400483B2 (en) * 2009-06-05 2014-01-29 日本電信電話株式会社 Component concentration analyzer and component concentration analysis method
US20110238137A1 (en) * 2010-03-25 2011-09-29 Fujifilm Corporation Medical apparatus for photodynamic therapy and method for controlling therapeutic light

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015031670A (en) 2015-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5947761B2 (en) Component concentration analyzer and component concentration analysis method
US8364414B2 (en) Apparatus and method for processing biological information
JP3667321B2 (en) Noninvasive living body component measuring apparatus using photoacoustic spectroscopy and measuring method thereof
JP5411180B2 (en) Component concentration measuring method and apparatus
US8594507B2 (en) Method and apparatus for measuring gas concentrations
US20090069674A1 (en) Measurement apparatus
JP5647092B2 (en) Component concentration measuring method and apparatus
CN101512317A (en) Stable photo acoustic trace gas detector with optical power enhancement cavity
CN104706363B (en) Composite type photoacoustic nondestructive dynamic blood sugar detector
US20140296690A1 (en) Object information acquiring apparatus and object information acquiring method
JP4441479B2 (en) Component concentration measurement method, component concentration measurement device, and component concentration measurement device control method
JP2018013417A (en) Component concentration measuring device and method
WO2019181375A1 (en) Component-concentration measuring apparatus and method
JP4477568B2 (en) Component concentration measuring apparatus and component concentration measuring apparatus control method
JP5336438B2 (en) Component concentration measuring method and apparatus
JP5400483B2 (en) Component concentration analyzer and component concentration analysis method
RU2435514C1 (en) Method of photoacoustic analysis of materials and device for its realisation
JP6730963B2 (en) Component concentration measuring device and analysis method
JP6080004B2 (en) Parameter measuring apparatus, parameter measuring method, and program
JP6813848B2 (en) Component concentration measuring device and method
JP5313016B2 (en) Component concentration analyzer and component concentration analysis method
JP2008125543A (en) Constituent concentration measuring apparatus
US20160113506A1 (en) Acoustic wave detection device and acoustic wave detection method
JP2018171178A (en) Constituent concentration measuring device and method
JP5345439B2 (en) Component concentration analyzer and component concentration analysis method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150817

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160525

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160531

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160603

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5947761

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees