WO2016047169A1 - 呼気診断装置 - Google Patents

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陽 前川
美幸 草場
茂行 高木
長谷川　裕
努 角野
康友 塩見
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株式会社 東芝
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    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a breath diagnostic device.
  • the gas of breath is measured.
  • the measurement results facilitate disease prevention and early detection.
  • Embodiments of the present invention provide a high precision breath diagnostic device.
  • a breath diagnostic apparatus includes a cell unit, a light source unit, a detection unit, and a control unit.
  • the cell portion includes a space into which a sample gas including exhaled breath including a first isotope of carbon dioxide and a second isotope of carbon dioxide is introduced.
  • the light source unit causes light to enter the space.
  • the light source unit changes the wavelength of the light within a wavelength band of 4.34 micrometers or more and 4.39 micrometers or less.
  • the detection unit includes a first detection of the intensity of the light having passed through the space into which the sample gas has been introduced, and a second detection of the intensity of the light having passed through the space into which the sample gas has not been introduced.
  • the control unit calculates a ratio of the amount of the second isotope to the amount of the first isotope in the sample gas based on the result of the first detection and the result of the second detection. .
  • FIG. 1 is a schematic view illustrating a breath diagnostic apparatus according to a first embodiment
  • FIG. 2A to FIG. 2C are schematic views illustrating the breath diagnostic apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3A and FIG. 3B are graphs illustrating the characteristics of carbon dioxide.
  • 4 (a) and 4 (b) are graphs illustrating the characteristics of carbon dioxide.
  • 5 (a) and 5 (b) are graphs illustrating the characteristics of carbon dioxide.
  • 1 is a schematic view illustrating a breath diagnostic apparatus according to a first embodiment; It is a schematic diagram which illustrates operation of a breath diagnostic device concerning a 1st embodiment. It is a schematic diagram which illustrates operation of a breath diagnostic device concerning a 2nd embodiment.
  • FIG. 9A to FIG. 9C are schematic views illustrating a part of the breath diagnostic apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view illustrating the breath diagnostic apparatus according to the first embodiment.
  • the breath diagnostic apparatus 110 includes a cell unit 20, a light source unit 30, a detection unit 40, and a control unit 45.
  • the sample gas 50 is introduced into the cell unit 20. That is, the sample gas 50a is introduced into the space 23s provided in the cell unit 20.
  • the sample gas 50 includes exhalation 50a.
  • the exhalation 50a is exhalation of an animal including, for example, a human.
  • the exhalation 50a contains a first carbon dioxide 51 (first isotope) containing 12 C and a second carbon dioxide 52 (second isotope) containing 13 C.
  • the first carbon dioxide 51 is 12 CO 2 .
  • the second carbon dioxide 52 is 13 CO 2 .
  • These carbon dioxide may contain oxygen isotopes.
  • diagnosis can be made by determining the relative ratio of 13 CO 2 to 12 CO 2 contained in the exhalation 50 a.
  • drinking labeled compounds humans was concentrated 13 C a (13 C-labeled compound).
  • the exhalation 50a at this time is evaluated.
  • the light absorption of the first carbon dioxide 51 has a first peak at the first wavelength.
  • the light absorption of the second carbon dioxide 52 has a second peak at the second wavelength.
  • the light source unit 30 causes light (measurement light 30L) to enter the space 23s.
  • the light source unit 30 changes the wavelength of the light (measurement light 30L).
  • the change of wavelength is performed in a specific wavelength band.
  • the wavelength of light is changed within a wavelength band of 4.34 micrometers or more and 4.39 micrometers or less.
  • This wavelength band includes the first wavelength of the first peak of light absorption of the first carbon dioxide 51 and the second wavelength of the second peak of light absorption of the second carbon dioxide 52.
  • the light source unit 30 includes a light emitting unit 30 a and a driving unit 30 b.
  • the driving unit 30 b is electrically connected to the light emitting unit 30 a.
  • the driving unit 30 b supplies power for light emission to the light emitting unit 30 a.
  • a distributed feedback (DFB) quantum cascade laser is used as the light emitting unit 30 a.
  • An interband cascade laser (ICL) may be used as the light emitting unit 30a.
  • the light source unit 30 changes the wavelength in a short time (for example, about 100 ms or less).
  • the central value of the wavelength of the measurement light 30L is 4.34 micrometers ( ⁇ m) or more and 4.39 ⁇ m or less.
  • Wave number is 2278Cm -1 or 2304cm -1 or less.
  • the width of the change of the wave number of the wavelength band WL is, for example, about 1 cm ⁇ 1 .
  • the measurement light 30L passes through the space 23s of the cell unit 20. A part of the measurement light 30L is absorbed by the substances (the first carbon dioxide 51 and the second carbon dioxide 52) contained in the sample gas 50. Among the measurement light 30L, components of wavelengths unique to these substances are absorbed. The degree of absorption depends on the concentration of the substance.
  • the detection unit 40 detects, for example, the measurement light 30L that has passed through the space 23s in a state where the sample gas 50 is introduced into the space 23s.
  • the detection unit 40 detects the intensity of the light (measurement light 30L) that has passed through the space 23s.
  • an element having sensitivity in the infrared region is used for the detection unit 40.
  • a thermopile or a semiconductor sensor element for example, MCT (HgCdTe) or the like is used for the detection unit 40.
  • the detection unit 40 is optional.
  • the detection unit 40 In addition to the light intensity when the sample gas 50 is introduced into the space 23s, the detection unit 40 also detects the intensity of the light intensity when the sample gas 50 is not introduced into the space 23s. The latter is used as a reference value in detection. That is, the detection unit 40 performs the first detection of the intensity of the light (measurement light 30L) that has passed through the space 23s into which the sample gas 50 is introduced, and the light that has passed through the space 23s into which the sample gas 50 is not introduced (measurement And second detection of the intensity of the light 30L).
  • the controller 45 controls the second carbon dioxide to the amount of the first carbon dioxide 51 (the first isotope) in the sample gas based on the first detection result and the second detection result. Calculate the ratio of the 52 (second isotope) amounts. In an embodiment, high accuracy breath diagnosis is possible.
  • the above detection may be performed multiple times. That is, the detection unit 40 performs the first detection of the intensity of the light (measurement light 30L) that has passed through the space 23s into which the sample gas 50 is introduced, and the light that has passed through the space 23s into which the sample gas 50 is not introduced (measurement And a second detection of the intensity of the light 30L). At this time, the control unit 45 calculates the ratio of the amount of the second carbon dioxide 52 to the amount of the first carbon dioxide 51 in the sample gas 50, based on the results obtained by the above-described plurality of operations.
  • the amount of the first carbon dioxide 51 is The ratio of the amount of second carbon dioxide 52 is calculated. This enables more accurate breath diagnosis.
  • the ratio of 13 CO 2 to 12 CO 2 is about 1%. And it is not easy to measure the relative amount of such a trace amount of 13 CO 2 with high accuracy. For this reason, a special configuration that can measure the relative amount of 13 CO 2 with high accuracy is desired.
  • the measurement result may be affected by, for example, fluctuations in the container or the like. For this reason, it is difficult to sufficiently enhance the stability of detection.
  • the breath exhaled from a human or the like is introduced into the space 23s of the cell unit 20 without being stored in a container or the like. Therefore, the stability of the detection result is high without being influenced by the fluctuation of other members such as the container.
  • the intensity of absorption of 13 CO 2 and the intensity of absorption of 12 CO 2 are largely different. Therefore, there is a reference example in which a cell for detecting 13 CO 2 and a cell for detecting 12 CO 2 are separately provided. However, in this method, different samples are evaluated because detection is performed using different cells. For this reason, the stability of detection can not be made sufficiently high. Furthermore, when a plurality of cells are provided, a detector is provided for each cell. The effects of ambient environment (eg, temperature) and temperature drift are significant in multiple detectors. For example, sensitivity (and output) drift may differ between multiple detectors, which may reduce the accuracy of the measurement results. In particular, since the measurement light 30L is located in the infrared region, the influence of temperature is large.
  • absorption intensities of both 13 CO 2 and 12 CO 2 are detected in one space 23s (one cell unit 20). Both absorption intensities are detected by one detector (detection unit 40). Then, in the light source unit 30, by changing the wavelength in a specific wavelength band, absorption intensities of both 13 CO 2 and 12 CO 2 are detected at substantially the same timing. Thereby, the stability of the detection result is high. In the embodiment, the influence of the ambient environment or temperature drift can be suppressed, and high accuracy can be obtained.
  • the change of the wavelength can be performed in a relatively short time.
  • multiple detections are performed on the same sample.
  • highly accurate detection can be performed.
  • one cell unit 20 is used to detect absorption intensities of both 13 CO 2 and 12 CO 2 . For this reason, the apparatus becomes smaller than the reference example using a plurality of cells.
  • FIG. 2A to FIG. 2C are schematic views illustrating the breath diagnostic apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2A shows an example of a change in the current Is that controls the measurement light 30L emitted from the light source unit 30.
  • the current Is may be a current supplied to the light emitting unit 30a.
  • FIG. 2 (b) shows an example of the change in the wavelength of the measurement light 30 L emitted from the light source unit 30.
  • FIG. 2C shows an example of the change of the signal detected by the detection unit 40.
  • the horizontal axis is time t.
  • the vertical axis in FIG. 2A is the current Is.
  • the vertical axis in FIG. 2B is the wavelength ⁇ .
  • the vertical axis in FIG. 2C is the signal strength Sg.
  • a reference data measurement period Pr1 and a sample data measurement period Ps1 are provided.
  • the sample gas 50 is not introduced into the space 23s.
  • the sample gas 50 is introduced into the space 23s.
  • the wavelength of the measurement light 30L emitted from the light source unit 30 is changed. This change is repeated several times.
  • the intensity of the measurement light 30L is detected by the detection unit 40.
  • the signal strength Sg is detected a plurality of times.
  • the sample gas 50 is introduced into the space 23s, and a part of the measurement light 30L is absorbed by the first carbon dioxide 51 and the second carbon dioxide 52.
  • the signal strength Sg is low.
  • the signal strength Sg becomes low.
  • the ratio of sample intensity to reference intensity is determined.
  • the difference between the reference intensity and the sample intensity is determined.
  • One measurement is performed by at least one reference data measurement period Pr1 and at least one sample data measurement period Ps1.
  • Ru That is, one measurement period Pm1 includes at least one reference data measurement period Pr1 and at least one sample data measurement period Ps1.
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) and FIGS. 4 (a) and 4 (b) are graphs illustrating the characteristics of carbon dioxide.
  • FIG. 3 (a) shows the absorption spectrum of 12 CO 2
  • FIG. 3 (b) shows the absorption spectrum of 13 CO 2 .
  • the optical path lengths are the same.
  • FIG. 4 (a) shows absorption spectra of 12 CO 2 and 13 CO 2 with the wavelengths enlarged.
  • FIG. 4 (b) shows the wave number in an enlarged manner.
  • the horizontal axes in FIG. 3A, FIG. 3B and FIG. 4A are wavelengths ⁇ ( ⁇ m).
  • the horizontal axis in FIG. 4B is the wave number ⁇ (cm ⁇ 1 ).
  • the vertical axis is the absorptivity Ab (%).
  • each of 12 CO 2 and 13 CO 2 has an inherent absorption.
  • the first wavelength ⁇ 1 (wave number) corresponding to one of the absorption peaks of 12 CO 2 is, for example, 2296.06 cm ⁇ 1 .
  • the second wavelength ⁇ 2 (wave number) corresponding to one of the 2 absorption peaks of 13 CO is, for example, 2295.85 cm -1 .
  • the wavelength of the measurement light 30L emitted from the light source unit 30 is changed (swept) to the range of the wavelength band WL.
  • the wavelength band WL includes a first wavelength ⁇ 1 and a second wavelength ⁇ 2.
  • the wavelength band WL preferably further includes at least one of another of the absorption peaks of 12 CO 2 and another one of the absorption peaks of 13 CO 2 .
  • the range of the wavelength band WL (range of the wave number band) is, for example, about 1 cm ⁇ 1 .
  • the wavelength band WL is determined so as to obtain an absorption intensity relatively close to the absorption intensity of 12 CO 2 . Thereby, the amount of carbon dioxide can be detected with high accuracy.
  • the width of the change in wavelength (wavelength band WL) emitted from the light source unit 30 is about 1 cm ⁇ 1 . More preferably, the number of absorption peaks for carbon dioxide is 3 or more within the wavelength band WL. That is, the wavelength band WL includes the first wavelength of the first peak of the light absorption of the first carbon dioxide, the second wavelength of the second peak of the light absorption of the second carbon dioxide, and the light absorption or the second wavelength of the first carbon dioxide And a third wavelength of a third peak of light absorption of carbon dioxide. The third wavelength is, for example, between the first wavelength and the second wavelength.
  • Multiple absorption peaks in 13 CO 2 may be present in the range of the wavelength band WL.
  • concentration of 13 CO 2 based on the change in the signal (intensity Sg) at a plurality of peak wavelengths, detection with higher accuracy becomes possible.
  • a wavelength band WL includes a 2296.06Cm -1 corresponding to the absorption peak of 12 CO 2, and 2295.85Cm -1 corresponding to the absorption peak of 13 CO 2, the.
  • the wavelength band WL further includes 2295.50 cm ⁇ 1 corresponding to the absorption peak of 12 CO 2 .
  • the abundance ratio of 12 CO 2 is about 98%.
  • the abundance ratio of 13 CO 2 is about 1%.
  • the absorption rate of the absorption peak of the abundance ratio of 13 CO 2 is approximately the same as the absorption rate of the absorption peak of the abundance ratio of 12 CO 2 . Thereby, it becomes easy to detect absorption of these isotopes by one light source part 30 and one detection part 40.
  • the absorption of 12 CO 2 at the wavelength of the absorption peak of 13 CO 2 corresponds to a non-peak.
  • the absorptivity of the absorption peak of 13 CO 2 at this wavelength is preferably higher than the absorptivity of 12 CO 2 at this wavelength (absorptivity at the non-peak of 12 CO 2 ).
  • the wave number range of the wavelength band WL swept in the DFB type quantum cascade laser is about 1 cm ⁇ 1 .
  • this wavelength range WL an absorption peak of 12 CO 2 and an absorption peak of 13 CO 2 exist.
  • the measurement is performed using light having a wavelength band WL. This enables high-speed, high-sensitivity measurement using a DFB quantum cascade laser.
  • the range of wave number of the wavelength band WL (about 1 cm -1), 12 and one of the absorption peaks of CO 2, and one absorption peak 13 CO 2, 12 one of the absorption peaks of CO 2 and 13 CO 2 It is preferable that three absorption peaks of and are present. This enables highly accurate detection by curve fitting.
  • the absorption spectrum obtained by the measurement is fitted with a reference spectrum (for example, a theoretical spectrum).
  • a reference spectrum for example, a theoretical spectrum
  • the wavelength that is, the wave number
  • the characteristic curve of time-absorption coefficient obtained by measurement is first converted to the characteristic curve of wave number-absorption coefficient. Then, this transformed characteristic is fitted to the characteristic curve of the reference spectrum (for example, a theoretical spectrum).
  • the time-current characteristics illustrated in FIG. 2A are known (set sawtooth wave), but the current-wavelength characteristics depend on the characteristics of the quantum cascade laser. According to the inventor's examination, it was found that this current-wavelength characteristic is accurate if it is not linear but a characteristic of a quadratic function. Therefore, the time-wave number characteristic is a quadratic function.
  • three or more absorption peaks exist in the wave number range (about 1 cm ⁇ 1 ) of the wavelength band WL. This enables highly accurate detection by curve fitting.
  • the wave number of the wavelength band WL is set to 2281 cm ⁇ 1 or more and 2301 cm ⁇ 1 or less. That is, the wavelength of the wavelength band WL is set to 4.345 ⁇ m or more and 4.384 ⁇ m or less. Thereby, the above conditions can be satisfied.
  • 5 (a) and 5 (b) are graphs illustrating the characteristics of carbon dioxide. These figures represent the absorption spectra of 2 CO 2 and 13 CO 2 .
  • the wavelength band WL is appropriately determined according to the absorption spectrum of carbon dioxide. In the wavelength band WL, preferably, the intensity of the absorption peak of 13 CO 2 is higher than the intensity of the non-peak of 12 CO 2 .
  • FIG. 6 is a schematic view illustrating the breath diagnostic apparatus according to the first embodiment.
  • a housing 10w is provided in the breath diagnostic apparatus 110.
  • a cell unit 20, a light source unit 30, a detection unit 40, and a control unit 45 are provided in the housing 10w.
  • the control unit 45 may be provided outside the housing 10 w.
  • the gas introduction unit 60i is connected to the housing 10w.
  • the gas introducing unit 60i is, for example, a mouthpiece.
  • a cannula tube or the like may be used as the gas introducing unit 60i.
  • a mask may be used as the gas introduction unit 60i.
  • the first pipe 61 p is provided in the housing 10 w. One end of the first pipe 61p is connected to the gas introduction unit 60i. The other end of the first pipe 61p is connected to the outside world.
  • a flowmeter 61fm is provided on the inlet side of the first pipe 61p.
  • the flow meter 61fm is connected to the gas introduction unit 60i.
  • a one-way valve 61 dv is provided on the outlet side of the first pipe 61 p. A part of the sample gas 50 introduced from the gas introduction part 60i is released to the outside through the one-way valve 61dv.
  • the second pipe 62p is connected to the first pipe 61p.
  • One end of the second pipe 62p is connected to the first pipe 61p, and the other end of the second pipe 62p is connected to the cell unit 20.
  • the dehumidifying part 62f is provided on the path of the second pipe 62p.
  • a filter that adsorbs water is used for the dehumidifying part 62f.
  • a first solenoid valve V1 is provided between the first pipe 61p and the cell section 20.
  • a needle valve 62nv is provided between the first solenoid valve V1 and the dehumidifying unit 62f.
  • a spiral tube 62 s is provided between the first solenoid valve V 1 and the cell unit 20. The spiral tube 62s may be omitted.
  • the needle valve 62nv is provided as necessary, and may be omitted.
  • the cell unit 20 may be provided with a heater 28, for example.
  • the cell unit 20 may be provided with a pressure gauge 27.
  • a third pipe 63p is connected to a portion between the first solenoid valve V1 and the spiral tube 62s. The other end of the third pipe 63p is connected to the one-way valve 63dv.
  • the third pipe 63 p can introduce air into the cell unit 20 from the outside.
  • a third solenoid valve V3 is provided in the third pipe 63p.
  • a CO 2 filter is provided between the third solenoid valve V3 and the one-way valve 63dv.
  • the CO 2 filter 63 f reduces the amount of carbon dioxide in the air introduced from the outside.
  • a needle valve 63nv is provided between the third solenoid valve V3 and the CO 2 filter 63f. Air is introduced from the outside through the one-way valve 63dv. By passing through the CO 2 filter, CO 2 is removed from the air. The air from which CO 2 has been removed can be introduced into the cell unit 20 through the third solenoid valve V3.
  • the needle valve 63nv is provided as necessary and may be o
  • the sample gas 50 is introduced into the cell unit 20 through the second pipe 62 p by the operation of the solenoid valve.
  • the air from which the CO 2 has been removed is introduced into the cell unit 20 through the third pipe 63 p.
  • a fourth pipe 64 p is connected to the outlet side of the cell unit 20.
  • the other end of the fourth pipe 64p is connected to the outside world (outside of the housing 10w).
  • the second solenoid valve V2 is provided in the fourth pipe 64p.
  • An exhaust unit 65 (pump or fan or the like) is provided between the second solenoid valve V2 and the outside world.
  • a needle valve 64nv is provided between the exhaust unit 65 and the second solenoid valve V2. The needle valve 64 nv is provided as necessary, and may be omitted.
  • a part of the sample gas 50 introduced from the gas introduction part 60i is introduced into the cell part 20 through the second pipe 62p.
  • the first carbon dioxide 51 and the second carbon dioxide 52 in the gas (breath 50 a) are detected in the cell unit 20.
  • Another part (many parts) of the sample gas 50 introduced from the gas introduction part 60i is released to the outside through the first pipe 61p. That is, the amount (flow rate) of the sample gas 50 flowing through the first pipe 61 p is larger than the amount (flow rate) of the sample gas 50 flowing through the second pipe 62 p. Thereby, in collection of sample gas 50, a subject (human) is suppressed from feeling bitterness.
  • the state of introduction of the sample gas 50 is detected by using the flow meter 61 fm. A detection operation is performed based on the detection result. That is, the introduction start of the sample gas 50 becomes clear, and the detection accuracy is improved.
  • the needle valve 62nv By using the needle valve 62nv, the flow rate inside the second pipe 62p is limited, and stable supply of the sample gas 50 becomes possible.
  • the sample gas 50 is introduced into the cell unit 20 by opening the first solenoid valve V1.
  • the first solenoid valve V1 and the second solenoid valve V2 Close the Thereby, the state of the gas in the cell unit 20 is stabilized, and the operation of detection is enhanced.
  • the third solenoid valve V3 is in the closed state.
  • the temperature of the sample gas 50 introduced into the cell unit 20 is preferably constant. By using the spiral tube 62s and the heater or the like, the temperature of the sample gas 50 introduced into the cell unit 20 can be accurately controlled.
  • the temperature is, for example, about 40.degree.
  • the third solenoid valve V3 is opened, and the gas in the cell unit 20 is released to the outside by the operations of the second solenoid valve V2, the needle valve 64nv, and the exhaust unit 65.
  • the first solenoid valve V1 When the detection operation is performed without introducing the sample gas 50 into the cell unit 20 (that is, in the reference data measurement period Pr1), the first solenoid valve V1 is closed and the third solenoid valve V3 is opened. Thereby, air from the outside world (air from which CO 2 has been removed) is introduced into the cell unit 20.
  • FIG. 7 is a schematic view illustrating the operation of the breath diagnostic apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 7, measurement is started. First, the solenoid valve is operated (step S1). Specifically, the second solenoid valve V2 and the third solenoid valve V3 are opened, and the first solenoid valve V1 is closed.
  • the solenoid valve is operated (step S2). Specifically, the first solenoid valve V1, the second solenoid valve V2, and the third solenoid valve V3 are closed.
  • the reference data is measured (step S3).
  • step S4 the solenoid valve is operated (step S4). Specifically, the first solenoid valve V1 and the second solenoid valve V2 are opened, and the third solenoid valve V3 is closed.
  • step S5 The flow meter data is monitored (step S5). It is determined whether the flow meter output value exceeds a set value (for example, a predetermined value) (step S6). When the flowmeter output value does not exceed the set value in step S6, the process returns to step S5. In step S6, when the flowmeter output value exceeds the set value, the following step S7 is performed.
  • a set value for example, a predetermined value
  • the solenoid valve is operated (step S7). Specifically, the first solenoid valve V1, the second solenoid valve V2, and the third solenoid valve V3 are closed.
  • sample data is measured (step S8).
  • data analysis is performed (step S9).
  • step S10 it is determined whether the measurement time exceeds the set time (S10). If the measurement time does not exceed the set time in step S10, the process returns to step S1. In step S10, when the measurement time exceeds the set time, the measurement is ended.
  • the above steps S1 to S9 correspond to one measurement period Pm1.
  • FIG. 8 is a schematic view illustrating the operation of the breath diagnostic apparatus according to the second embodiment.
  • the operation of the measurement period Pm1 is continuously performed a plurality of times. That is, steps S1 to S9 described with reference to FIG. 7 are performed a plurality of times.
  • the ratio of the amount of the second carbon dioxide 52 to the amount of the first carbon dioxide 51 is calculated.
  • the temporal change of the amount of the second carbon dioxide 52 can be understood by continuously providing a plurality of measurement periods Pm1 continuously. That is, the control unit 45 executes the calculation of the above ratio a plurality of times.
  • the time-dependent change of the relative ratio of 13 CO 2 to 12 CO 2 contained in the exhalation 50 a For example, it relates to gastric emptying and the relative amount of 13 CO 2 . Diagnosis of gastric emptying can be made on the basis of measurements of the change in the relative ratio of 13 CO 2 to 12 CO 2 over time.
  • FIG. 9A to FIG. 9C are schematic views illustrating a part of the breath diagnostic apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 9A is a schematic perspective view.
  • FIG. 9 (b) is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG. 9 (a).
  • FIG. 9C is a schematic view illustrating the operation of the light source unit 30.
  • a semiconductor light emitting element 30aL is used as the light source unit 30.
  • a laser is used as the semiconductor light emitting element 30aL.
  • a quantum cascade laser is used.
  • the semiconductor light emitting device 30aL includes the substrate 35, the laminate 31, the first electrode 34a, the second electrode 34b, and the dielectric layer 32 (first dielectric layer). , And the insulating layer 33 (second dielectric layer).
  • a substrate 35 is provided between the first electrode 34 a and the second electrode 34 b.
  • the substrate 35 includes a first portion 35a, a second portion 35b, and a third portion 35c. These parts are arranged in one plane. This plane intersects (eg, is parallel to) the direction from the first electrode 34a to the second electrode 34b.
  • the third portion 35c is disposed between the first portion 35a and the second portion 35b.
  • the stacked body 31 is provided between the third portion 35c and the first electrode 34a.
  • a dielectric layer 32 is provided between the first portion 35a and the first electrode 34a and between the second portion 35b and the first electrode 34a.
  • An insulating layer 33 is provided between the dielectric layer 32 and the first electrode 34a.
  • the stacked body 31 has a stripe shape.
  • the stacked body 31 functions as a ridge waveguide RG.
  • the two end faces of the ridge waveguide RG become mirror surfaces.
  • the light 31L emitted from the laminate 31 is emitted from the end face (light emitting surface).
  • the light 31L is an infrared laser light.
  • the optical axis 31Lx of the light 31L is along the extending direction of the ridge waveguide RG.
  • the stacked body 31 includes, for example, a first cladding layer 31a, a first guide layer 31b, an active layer 31c, a second guide layer 31d, and a second cladding layer 31e. ,including. These layers are arranged in this order along the direction from the substrate 35 toward the first electrode 34a.
  • Each of the refractive index of the first cladding layer 31a and the refractive index of the second cladding layer 31e is determined by the refractive index of the first guide layer 31b, the refractive index of the active layer 31c, and the refractive index of the second guide layer 31d. Too low.
  • the light 31 L generated in the active layer 31 c is confined in the stack 31.
  • the first guide layer 31 b and the first cladding layer 31 a may be collectively referred to as a cladding layer.
  • the second guide layer 31d and the second cladding layer 31e may be collectively referred to as a cladding layer.
  • the stacked body 31 has a first side 31 sa and a second side 31 sb perpendicular to the optical axis 31 Lx.
  • the distance 31w (width) between the first side surface 31sa and the second side surface 31sb is, for example, 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. Thereby, for example, control of the horizontal lateral mode is facilitated, and output improvement is facilitated. If the distance 31 w is excessively long, high-order modes are likely to occur in the horizontal transverse mode, and it is difficult to increase the output.
  • the refractive index of the dielectric layer 32 is lower than the refractive index of the active layer 31c.
  • the ridge waveguide RG is formed by the dielectric layer 32 along the optical axis 31Lx.
  • the active layer 31c has, for example, a cascade structure.
  • the cascade structure for example, the first region r1 and the second region r2 are alternately stacked.
  • the unit structure r3 includes a first region r1 and a second region r2. A plurality of unit structures r3 are provided.
  • first barrier layer BL1 and the first quantum well layer WL1 are provided in the first region r1.
  • the second barrier layer BL2 is provided in the second region r2.
  • the third barrier layer BL3 and the second quantum well layer WL2 are provided in another first region r1a.
  • a fourth barrier layer BL4 is provided in another second region r2a.
  • an intersubband optical transition of the first quantum well layer WL1 occurs in the first region r1, an intersubband optical transition of the first quantum well layer WL1 occurs. Thereby, for example, light 31La having a wavelength of 3 ⁇ m to 18 ⁇ m is emitted.
  • the energy of carriers c1 (for example, electrons) injected from the first region r1 can be relaxed.
  • the well width WLt is, for example, 5 nm or less.
  • the energy levels are discretely generated, for example, the first sub-band WLa (high level Lu) and the second sub-band WLb (low level Ll).
  • the carriers c1 injected from the first barrier layer BL1 are effectively confined in the first quantum well layer WL1.
  • the carrier c1 transitions from the high level Lu to the low level Ll
  • the light 31La corresponding to the energy difference (the difference between the high level Lu and the low level Ll) is emitted. That is, an optical transition occurs.
  • light 31 Lb is emitted in the second quantum well layer WL2 of another first region r1a.
  • the quantum well layer may include a plurality of wells with overlapping wave functions.
  • the respective high levels Lu of the plurality of quantum well layers may be identical to each other.
  • the low levels Ll of the plurality of quantum well layers may be the same as one another.
  • intersubband optical transitions occur in either the conduction band or the valence band.
  • recombination of holes and electrons by a pn junction is not necessary.
  • carriers c1 of either holes or electrons cause optical transition to emit light.
  • carriers c1 for example, electrons
  • a barrier layer for example, the first barrier layer BL1
  • the well layer for example, the first quantum well layer WL1 is implanted. This causes an intersubband optical transition.
  • the second region r2 has, for example, a plurality of subbands.
  • the sub band is, for example, a mini band.
  • the energy difference in the subbands is small.
  • the second region r2 for example, light (for example, infrared light having a wavelength of 3 ⁇ m to 18 ⁇ m) is not substantially emitted.
  • the carriers c1 (electrons) of the low level L1 of the first region r1 pass through the second barrier layer BL2, are injected into the second region r2, and are relaxed.
  • the carrier c1 is injected into another cascaded first region r1a. An optical transition occurs in this first region r1a.
  • optical transition occurs in each of the plurality of unit structures r3. This makes it easy to obtain high light output in the entire active layer 31c.
  • the light source unit 30 includes the semiconductor light emitting element 30aL.
  • the semiconductor light emitting element 30aL emits measurement light 30L by energy relaxation of electrons in the sub-bands of the plurality of quantum wells (for example, the first quantum well layer WL1 and the second quantum well layer WL2).
  • InGaAs is used for the quantum well layers (for example, the first quantum well layer WL1 and the second quantum well layer WL2).
  • InAlAs is used for the barrier layers (eg, the first to fourth barrier layers BL1 to BL4).
  • InP as the substrate 35, good lattice matching can be obtained in the quantum well layer and the barrier layer.
  • the first cladding layer 31a and the second cladding layer 31e contain, for example, Si as an n-type impurity.
  • the impurity concentration in these layers is, for example, 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less (for example, about 6 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 ).
  • the thickness of each of these layers is, for example, 0.5 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less (for example, about 1 ⁇ m).
  • the first guide layer 31 b and the second guide layer 31 d contain, for example, Si as an n-type impurity.
  • the impurity concentration in these layers is, for example, 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or more and 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or less (for example, about 4 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 ).
  • the thickness of each of these layers is, for example, 2 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less (for example, 3.5 ⁇ m).
  • the distance 31 w (the width of the stack 31, that is, the width of the active layer 31 c) is, for example, 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less (for example, about 14 ⁇ m).
  • the length of the ridge waveguide RG is, for example, 1 mm or more and 5 mm or less (for example, about 3 mm).
  • the semiconductor light emitting element 30aL operates at an operating voltage of, for example, 10 V or less.
  • the consumption current is lower than that of a carbon dioxide gas laser device or the like. This enables low power consumption operation.
  • the present invention has been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
  • the present invention can be similarly selected by appropriately selecting from known ranges by those skilled in the art. As long as the same effect can be obtained, it is included in the scope of the present invention.
  • breath diagnosis apparatuses that can be appropriately designed and implemented by those skilled in the art based on the breath diagnosis apparatus described above as the embodiment of the present invention also fall within the scope of the present invention as long as the scope of the present invention is included. Belongs to

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Abstract

　呼気診断装置は、セル部と、光源部と、検出部と、制御部と、を含む。前記セル部は、二酸化炭素の第１同位体と、二酸化炭素の第２同位体と、を含む呼気を含む試料気体が導入される空間を含む。前記光源部は、前記空間に光を入射させる。前記光源部は、前記光の波長を、４．３４マイクロメートル以上４．３９マイクロメートル以下の波長帯内で変化させる。前記検出部は、前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記光の強度の第１検出と、前記試料気体が導入されていない前記空間を通過した前記光の強度の第２検出と、を含む動作を実施する。前記制御部は、前記第１検出の結果と、前記第２検出の結果と、に基づいて、前記試料気体中における前記第１同位体の量に対する前記第２同位体の量の比を算出する。

Description

呼気診断装置
　本発明の実施形態は、呼気診断装置に関する。
　呼気診断装置においては、呼気のガスを測定する。この測定結果より、病気の予防や早期発見が容易になる。呼気診断装置において、高精度の測定結果を得ることが望まれる。
特開２００３－２３２７３２号公報
　本発明の実施形態は、高精度の呼気診断装置を提供する。
　本発明の実施形態によれば、呼気診断装置は、セル部と、光源部と、検出部と、制御部と、を含む。前記セル部は、二酸化炭素の第１同位体と、二酸化炭素の第２同位体と、を含む呼気を含む試料気体が導入される空間を含む。前記光源部は、前記空間に光を入射させる。前記光源部は、前記光の波長を、４．３４マイクロメートル以上４．３９マイクロメートル以下の波長帯内で変化させる。前記検出部は、前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記光の強度の第１検出と、前記試料気体が導入されていない前記空間を通過した前記光の強度の第２検出と、を含む動作を実施する。前記制御部は、前記第１検出の結果と、前記第２検出の結果と、に基づいて、前記試料気体中における前記第１同位体の量に対する前記第２同位体の量の比を算出する。
第１の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。 図２（ａ）～図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、二酸化炭素の特性を例示するグラフ図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、二酸化炭素の特性を例示するグラフ図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、二酸化炭素の特性を例示するグラフ図である。 第１の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。 第１の実施形態に係る呼気診断装置の動作を例示する模式図である。 第２の実施形態に係る呼気診断装置の動作を例示する模式図である。 図９（ａ）～図９（ｃ）は、実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。
　以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。　
　なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。　
　なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
　（第１の実施形態）　
　図１は、第１の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。　
　図１に表したように、本実施形態に係る呼気診断装置１１０は、セル部２０と、光源部３０と、検出部４０と、制御部４５と、を含む。
　セル部２０には、試料気体５０が導入される。すなわち、セル部２０に設けられる空間２３ｓに試料気体５０ａが導入される。試料気体５０は、呼気５０ａを含む。呼気５０ａは、例えば、ヒトを含む動物の呼気である。呼気５０ａには、１２Ｃを含む第１二酸化炭素５１（第１同位体）と、１３Ｃを含む第２二酸化炭素５２（第２同位体）とが含まれる。第１二酸化炭素５１は、１２ＣＯ２である。第２二酸化炭素５２は、１３ＣＯ２である。これらの二酸化炭素に酸素の同位体が含まれても良い。
　後述するように、呼気５０ａに含まれる１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する相対的な比を求めることで、診断ができる。例えば、ヒトが１３Ｃを濃縮した標識化合物（１３Ｃ標識化合物）を飲む。このときの呼気５０ａが、評価される。
　後述するように、第１二酸化炭素５１の光吸収は、第１波長において、第１ピークを有する。第２二酸化炭素５２の光吸収は、第２波長において、第２ピークを有する。これらの２つのピークの波長に対応した波長の光を用いることで、第１二酸化炭素５１及び第２二酸化炭素５２の量（相対的な比率）が検出できる。
　光源部３０は、空間２３ｓに光（測定光３０Ｌ)を入射させる。光源部３０は、その光（測定光３０Ｌ）の波長を、変化させる。波長の変化は、特定の波長帯において行われる。例えば、光の波長が、４．３４マイクロメートル以上４．３９マイクロメートル以下の波長帯内で変化させる。この波長帯は、第１二酸化炭素５１の光吸収の第１ピークの第１波長と、第２二酸化炭素５２の光吸収の第２ピークの第２波長と、を含む。
　この例では、光源部３０は、発光部３０ａと、駆動部３０ｂと、を含む。駆動部３０ｂは、発光部３０ａに電気的に接続される。駆動部３０ｂは、発光部３０ａに、発光のための電力を供給する。後述するように、発光部３０ａとして、例えば、分布帰還型（ＤＦＢ型）量子カスケードレーザが用いられる。発光部３０ａとして、インターバンドカスケードレーザ（ＩＣＬ）を用いても良い。
　光源部３０において、波長の変更は、短時間（例えば１００ｍｓ程度以下）で行われる。例えば、測定光３０Ｌの波長の中心値は、４．３４マイクロメートル（μｍ）以上４．３９μｍ以下である。波数は、２２７８ｃｍ－１以上２３０４ｃｍ－１以下である。波長帯ＷＬの波数の変更の幅は、例えば、約１ｃｍ－１である。
　測定光３０Ｌは、セル部２０の空間２３ｓを通過する。測定光３０Ｌの一部が、試料気体５０に含まれる物質（第１二酸化炭素５１及び第２二酸化炭素５２）により吸収される。測定光３０Ｌのうちの、これらの物質に特有の波長の成分が吸収される。吸収の程度は、物質の濃度に依存する。
　検出部４０は、例えば、空間２３ｓに試料気体５０が導入された状態において空間２３ｓを通過した測定光３０Ｌを検出する。検出部４０は、空間２３ｓを通過した光（測定光３０Ｌ）の強度を検出する。検出部４０には、赤外領域に感度を有する素子が用いられる。検出部４０には、例えばサーモパイルまたは半導体センサ素子（例えばＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ））などが用いられる。実施形態において、検出部４０は任意である。
　検出部４０において、空間２３ｓに試料気体５０が導入されているときの光の強度に加えて、空間２３ｓに試料気体５０が導入されていないときの光強度の強度も検出する。後者は、検出における参照値として用いられる。すなわち、検出部４０は、試料気体５０が導入されている空間２３ｓを通過した光（測定光３０Ｌ）の強度の第１検出と、試料気体５０が導入されていない空間２３ｓを通過した光（測定光３０Ｌ）の強度の第２検出と、を実施する。
　制御部４５は、上記の第１検出の結果と、上記の第２検出の結果と、に基づいて、前記試料気体中における第１二酸化炭素５１（第１同位体）の量に対する第２二酸化炭素５２（第２同位体）の量の比を算出する。　
　実施形態において、高精度の呼気診断が可能である。
　実施形態において、上記の検出を複数回実施しても良い。すなわち、検出部４０は、試料気体５０が導入されている空間２３ｓを通過した光（測定光３０Ｌ）の強度の第１検出と、試料気体５０が導入されていない空間２３ｓを通過した光（測定光３０Ｌ）の強度の第２検出と、を含む動作を複数回実施する。このとき、制御部４５は、複数回の上記の動作によって得られる結果に基づいて、試料気体５０中における第１二酸化炭素５１の量に対する第２二酸化炭素５２の量の比を算出する。すなわち、複数回の上記の動作によって得られる複数の第１検出の結果と、複数回の上記の動作によって得られる複数の第２検出の結果と、に基づいて、第１二酸化炭素５１の量に対する第２二酸化炭素５２の量の比を算出する。　
　これにより、さらに高精度の呼気診断が可能となる。
　さらに、炭素の同位体を含む二酸化炭素において、１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する比率は、約１％程度である。そして、このような微量な１３ＣＯ２の相対的な量を高い精度で測定することは容易ではない。このため、高精度で１３ＣＯ２の相対的な量を測定できる、特別な構成が望まれる。
　例えば、採取された呼気を所定の容器などに一端格納し、その容器に格納された呼気を分析する方法がある。この方法においては、ヒトなどから排出された呼気を一端容器に格納するため、測定結果が、例えば容器などの変動の影響を受ける場合がある。このため、検出の安定性を十分に高めることが困難である。
　これに対して、実施形態においては、ヒトなどから排出された呼気は、容器などに格納することなく、セル部２０の空間２３ｓに導入される。このため、容器などの他の部材の変動の影響を受けることがなく、検出結果の安定性が高い。
　さらに、１３ＣＯ２の吸収の強度と、１２ＣＯ２の吸収の強度が大きく異なる。このため、１３ＣＯ２を検出するためのセルと、１２ＣＯ２を検出するためのセルと、を別に設ける参考例がある。しかしながら、この方法においては、異なるセルを用いて検出を行うため、異なる試料を評価することになる。このため、検出の安定性が十分に高くできない。さらに、セルを複数設ける場合にそれぞれのセルについて検出器が設けられる。複数の検出器において、周囲環境（例えば温度）や温度ドリフトの影響が大きい。例えば、複数の検出器において感度（及び出力）のドリフトが異なり、測定結果の精度が低下する。特に、測定光３０Ｌは赤外領域に位置するため、温度の影響が大きい。
　これに対して、実施形態においては、１つ空間２３ｓ（１つのセル部２０）において、１３ＣＯ２及び１２ＣＯ２の両方の吸収強度が検出される。１つの検出器（検出部４０）で両方の吸収強度が検出される。そして、光源部３０において、特定の波長帯において、波長を変更することで、実質的に同じタイミングで、１３ＣＯ２及び１２ＣＯ２の両方の吸収強度が検出される。これにより、検出結果の安定性が高い。実施形態においては、周囲環境や温度ドリフトの影響を抑制でき、高い精度が得られる。
　さらに、実施形態においては、波長の変更は、比較的短時間で行うことができる。これにより、同じ試料について複数回の検出を行う。複数回の検出結果を平均化（積分）することで、精度の高い検出を行うことができる。
　実施形態においては、１つのセル部２０を用いて、１３ＣＯ２及び１２ＣＯ２の両方の吸収強度を検出する。このため、複数のセルを用いる参考例に比べて装置が小型になる。
　図２（ａ）～図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。　
　図２（ａ）は、光源部３０から出射する測定光３０Ｌを制御する電流Ｉｓの変化の例を示している。電流Ｉｓは、発光部３０ａに供給される電流でも良い。図２（ｂ）は、光源部３０から出射する測定光３０Ｌの波長の変化の例を示している。図２（ｃ）は、検出部４０において検出される信号の変化の例を示している。これらの図において、横軸は時間ｔである。図２（ａ）の縦軸は、電流Ｉｓである。図２（ｂ）の縦軸は、波長λである。図２（ｃ）の縦軸は、信号の強度Ｓｇである。
　これらの図に示すように、参照データ測定期間Ｐｒ１と、試料データ測定期間Ｐｓ１と、が設けられる。参照データ測定期間Ｐｒ１においては、空間２３ｓに試料気体５０が導入されていない。試料データ測定期間Ｐｓ１は、空間２３ｓに試料気体５０が導入されている。
　参照データ測定期間Ｐｒ１において、光源部３０から出射する測定光３０Ｌの波長が変化される。この変化は、複数回繰り返して行われる。この測定光３０Ｌの強度が、検出部４０により検出される。検出部４０において、信号の強度Ｓｇが、複数回検出される。
　試料データ測定期間Ｐｓ１においては、空間２３ｓに試料気体５０が導入されており、測定光３０Ｌの一部が、第１二酸化炭素５１及び第２二酸化炭素５２によって吸収される。例えば、第１二酸化炭素５１の吸収のピークに対応する第１波長λ１において、信号の強度Ｓｇが低くなる。例えば、第２二酸化炭素５２の吸収のピークに対応する第２波長λ２において、信号の強度Ｓｇが低くなる。
　参照データ測定期間Ｐｒ１における信号の強度Ｓｇ（参照強度）と、試料データ測定期間Ｐｓ１における信号の強度Ｓｇ（試料強度）と、を比較することで、第１二酸化炭素５１の量に対応した値、及び、第２二酸化炭素５２の量に対応した値が得られる。例えば、参照強度に対する、試料強度の比を求める。例えば、参照強度と試料強度との差異を求める。これにより、第１二酸化炭素５１の量に対応した値、及び、第２二酸化炭素５２の量に対応した値が得られる。第１二酸化炭素５１の量に対する第２二酸化炭素５２の量の比が得られる。
　少なくとも１つの参照データ測定期間Ｐｒ１と、少なくとも１つの試料データ測定期間Ｐｓ１と、により、１回の測定（第１二酸化炭素５１の量に対する第２二酸化炭素５２の量の比の算出）が実施される。すなわち、１回の測定期間Ｐｍ１は、少なくとも１つの参照データ測定期間Ｐｒ１と、少なくとも１つの試料データ測定期間Ｐｓ１と、を含む。
　図３（ａ）及び図３（ｂ）、並びに、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、二酸化炭素の特性を例示するグラフ図である。　
　図３（ａ）は、１２ＣＯ２の吸収スペクトルを表し、図３（ｂ）は、１３ＣＯ２の吸収スペクトルを表す。これらの図において、光路長は同じである。図４（ａ）は、１２ＣＯ２及び１３ＣＯ２の吸収スペクトルを、波長を拡大して示している。図４（ｂ）は、波数を拡大して示している。図３（ａ）、図３（ｂ）及び図４（ａ）の横軸は、波長λ（μｍ）である。図４（ｂ）の横軸は、波数κ（ｃｍ－１）である。縦軸は、吸収率Ａｂ（％）である。
　図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、１２ＣＯ２及び１３ＣＯ２のそれぞれは、固有の吸収を有する。図４（ｂ）に示すように、例えば、１２ＣＯ２の吸収のピークの１つに対応する第１波長λ１（波数）は、例えば、２２９６．０６ｃｍ－１である。例えば、１３ＣＯの２吸収のピークの１つに対応する第２波長λ２（波数）は、例えば、２２９５．８５ｃｍ－１である。さらに、１２ＣＯ２の吸収のピークの別の１つに対応する第３波長λ３（波数）として、２２９５．５０ｃｍ－１のピークが存在している。
　例えば、光源部３０から出射される測定光３０Ｌの波長は、波長帯ＷＬの範囲に変更（スイープされる）。波長帯ＷＬは、第１波長λ１及び第２波長λ２を含む。波長帯ＷＬは、１２ＣＯ２の吸収のピークの別の１つ、及び、１３ＣＯの２吸収のピークの別の１つ、の少なくともいずれかをさらに含むことが好ましい。　
　波長帯ＷＬの範囲（波数帯の範囲）は、例えば、約１ｃｍ－１である。
　１３ＣＯ２において、１２ＣＯ２の吸収強度と比較的近い吸収強度が得られるように、波長帯ＷＬが定められる。これにより、これらの二酸化炭素の量が高い精度で検出できる。
　上記のように、光源部３０から出射される波長の変化（波長帯ＷＬ）の幅は、約１ｃｍ－１である。波長帯ＷＬの範囲内に、二酸化炭素についての吸収ピークの数は、３以上であることがさらに好ましい。すなわち、波長帯ＷＬは、第１二酸化炭素の光吸収の第１ピークの第１波長と、第２二酸化炭素の光吸収の第２ピークの第２波長と、第１二酸化炭素の光吸収または第２二酸化炭素の光吸収の第３ピークの第３波長とを含む。第３波長は、例えば、第１波長と第２波長との間である。３以上の数の吸収ピークの測定結果を用い、カーブフィッティングを行うことで、さらに高い精度での検出が可能になる。
　波長帯ＷＬの範囲内に、１３ＣＯ２における複数の吸収ピークが存在していても良い。複数のピークの波長における信号（強度Ｓｇ）の変化に基づいて、１３ＣＯ２の濃度を算出することで、より高い精度での検出が可能になる。
　例えば、波長帯ＷＬは、１２ＣＯ２の吸収ピークに対応する２２９６．０６ｃｍ－１と、１３ＣＯ２の吸収ピークに対応する２２９５．８５ｃｍ－１と、を含む。波長帯ＷＬは、さらに、１２ＣＯ２の吸収ピークに対応する２２９５．５０ｃｍ－１と、を含む。
　１２ＣＯ２の存在比は、約９８％である。一方、１３ＣＯ２の存在比は、約１％である。実施形態において、１３ＣＯ２の存在比の吸収ピークの吸収率が、１２ＣＯ２の存在比の吸収ピークの吸収率と同程度であることが好ましい。これにより、１つの光源部３０と、１つの検出部４０と、によってこれらの同位体の吸収を検出することが容易になる。
　実施形態において、例えば、１３ＣＯ２の吸収ピークの波長における、１２ＣＯ２の吸収は、非ピークに対応する。このとき、この波長における１３ＣＯ２の吸収ピークの吸収率は、この波長における１２ＣＯ２の吸収率（１２ＣＯ２の非ピークにおける吸収率）よりも高いことが好ましい。
　一方、ＤＦＢ型量子カスケードレーザにおいてスイープされる波長帯ＷＬの波数の範囲は、約１ｃｍ－１である。例えば、この波長帯ＷＬの範囲において、１２ＣＯ２の吸収ピークと、１３ＣＯ２の吸収ピークと、が存在する。波長帯ＷＬを有する光を用いて測定が行われる。これにより、ＤＦＢ型量子カスケードレーザを用いて、高速で、高感度の測定が可能になる。
　さらに、波長帯ＷＬの波数の範囲（約１ｃｍ－１）に、１２ＣＯ２の１つの吸収ピークと、１３ＣＯ２の１つの吸収ピークと、１２ＣＯ２及び１３ＣＯ２のいずれかの吸収ピークと、の３つの吸収ピークが存在していることが好ましい。これにより、カーブフィッティングによる高精度の検出が可能になる。
　すなわち、例えば、同位体比を求める際に、測定で得られた吸収スペクトルと、基準となるスペクトル（例えば理論的なスペクトル）と、をフィッティングする。例えば、図２（ａ）～図２（ｃ）に関して説明したように、時間ｔを基に、波長（すなわち、波数）が定められる。例えば、測定で得られる時間－吸収係数の特性カーブが、まず、波数－吸収係数の特性カーブに変換される。そして、この変換された特性が、基準となるスペクトル（例えば理論的なスペクトル）の特性カーブとフィッティングされる。
　このとき、図２（ａ）に例示した時間－電流の特性は、既知（設定した鋸波）であるが、電流－波長特性は、量子カスケードレーザの特性に依存する。発明者の検討によると、この電流－波長特性は、線形ではなく、２次関数の特性とすると、正確であることが分かった。従って、時間－波数の特性は、２次関数となる。
　例えば、３つ以上の吸収ピークを取得し、これらのピークのそれぞれの時間と対応する波数を基に、時間－波数の変換式の係数（３つの係数）を求める。これにより、フィッティング精度を向上することができる。
　実施形態において、波長帯ＷＬの波数の範囲（約１ｃｍ－１）に、３つ以上の吸収ピークが存在する。これにより、カーブフィッティングによる高精度の検出が可能になる。
　すなわち、実施形態において、波長帯ＷＬの波数を、２２８１ｃｍ－１以上２３０１ｃｍ－１以下とする。すなわち、波長帯ＷＬの波長を、４．３４５μｍ以上４．３８４μｍ以下とする。これにより、上記の条件を満たすことができる。
　図５（ａ）及び図５（ｂ）は、二酸化炭素の特性を例示するグラフ図である。　
　これらの図は、２ＣＯ２及び１３ＣＯ２の吸収スペクトルを表している。　
　波長帯ＷＬは、二酸化炭素の吸収スペクトルに応じて適切に定められる。波長帯ＷＬは、１３ＣＯ２の吸収ピークの強度が１２ＣＯ２の非ピークの強度よりも高いことが好ましい。
　図６は、第１の実施形態に係る呼気診断装置を例示する模式図である。　
　図６に表したように、呼気診断装置１１０において、筐体１０ｗが設けられる。筐体１０ｗ内に、セル部２０と、光源部３０と、検出部４０と、制御部４５と、が設けられる。制御部４５は、筐体１０ｗの外に設けられても良い。
　ガス導入部６０ｉが、筐体１０ｗに接続される。ガス導入部６０ｉは、例えば、マウスピースである。ガス導入部６０ｉとして、カニューレ管などを用いても良い。ガス導入部６０ｉとして、マスクを用いても良い。
　筐体１０ｗ内に第１配管６１ｐが設けられる。第１配管６１ｐの一端は、ガス導入部６０ｉに接続される。第１配管６１ｐの他端は、外界と接続される。この例では、第１配管６１ｐの入り口側に、流量計６１ｆｍが設けられている。流量計６１ｆｍは、ガス導入部６０ｉと接続される。第１配管６１ｐの出口側に、一方向弁６１ｄｖが設けられる。ガス導入部６０ｉから導入された試料気体５０の一部は、一方向弁６１ｄｖを経て外界に放出される。
　第１配管６１ｐに、第２配管６２ｐが接続される。第２配管６２ｐの一端が、第１配管６１ｐに接続され、第２配管６２ｐの他端がセル部２０に接続される。この例では、第２配管６２ｐの経路上に、除湿部６２ｆが設けられる。除湿部６２ｆには、例えば、水を吸着するフィルタなどが用いられる。第１配管６１ｐとセル部２０との間に、第１電磁弁Ｖ１が設けられる。この例では、第１電磁弁Ｖ１と除湿部６２ｆとの間にニードルバルブ６２ｎｖが設けられる。この例では、第１電磁弁Ｖ１とセル部２０との間には、スパイラルチューブ６２ｓが設けられている。スパイラルチューブ６２ｓは、省略しても良い。ニードルバルブ６２ｎｖは、必要に応じて設けられ、省略しても良い。
　セル部２０には、例えばヒータ２８が設けられても良い。セル部２０には、圧力計２７が設けられても良い。
　第１電磁弁Ｖ１とスパイラルチューブ６２ｓとの間の部分に、第３配管６３ｐの一端が接続される。第３配管６３ｐの他端は、一方向弁６３ｄｖに接続される。第３配管６３ｐは、セル部２０に、外界から空気を導入することが可能である。第３配管６３ｐにおいて、第３電磁弁Ｖ３が設けられる。第３電磁弁Ｖ３と一方向弁６３ｄｖとの間にＣＯ２フィルタが設けられる。ＣＯ２フィルタ６３ｆは、外界から導入された空気における二酸化炭素の量を減少させる。この例では、第３電磁弁Ｖ３とＣＯ２フィルタ６３ｆとの間に、ニードルバルブ６３ｎｖが設けられる。一方向弁６３ｄｖを介して外界から空気が導入される。ＣＯ２フィルタを通過することで、空気からＣＯ２が除去される。ＣＯ２が除去された空気が第３電磁弁Ｖ３を通過して、セル部２０に導入可能である。ニードルバルブ６３ｎｖは、必要に応じて設けられ、省略しても良い。
　電磁弁の動作により、第２配管６２ｐを経て、試料気体５０がセル部２０に導入される。または、第３配管６３ｐを経て、ＣＯ２が除去された空気がセル部２０に導入される。
　セル部２０の出口側には、第４配管６４ｐの一端が接続される。第４配管６４ｐの他端は、外界（筐体１０ｗの外側）に繋がる。この例では、第４配管６４ｐに第２電磁弁Ｖ２が設けられている。第２電磁弁Ｖ２と外界との間に、排気部６５（ポンプまたはファンなど）が設けられる。この例では、排気部６５と第２電磁弁Ｖ２との間に、ニードルバルブ６４ｎｖが設けられている。ニードルバルブ６４ｎｖは、必要に応じて設けられ、省略しても良い。
　すなわち、ガス導入部６０ｉから導入された試料気体５０の一部が、第２配管６２ｐを経てセル部２０に導入される。この気体（呼気５０ａ）中の第１二酸化炭素５１及び第２二酸化炭素５２が、セル部２０において検出される。
　ガス導入部６０ｉから導入された試料気体５０の別の一部（多くの部分）が、第１配管６１ｐを経て、外界に放出される。すなわち、第１配管６１ｐを流れる試料気体５０の量（流量）は、第２配管６２ｐを流れる試料気体５０の量（流量）よりも多い。これにより、試料気体５０の採取において、被検者（ヒト）は、苦しさを感じることが抑制される。
　流量計６１ｆｍを用いることで、試料気体５０の導入の状態が検出される。この検出結果に基づいて、検出動作が行われる。すなわち、試料気体５０の導入開始が明確になり、検出の精度が向上する。
　ニードルバルブ６２ｎｖを用いることで、第２配管６２ｐの内部の流量を制限し、安定した試料気体５０の供給が可能になる。
　第１電磁弁Ｖ１を開状態にすることで、試料気体５０がセル部２０に導入される。セル部２０に導入された試料気体５０中の第１二酸化炭素５１と第２二酸化炭素５２との検出中（すなわち、試料データ測定期間Ｐｓ１）においては、第１電磁弁Ｖ１及び第２電磁弁Ｖ２を閉状態する。これにより、セル部２０内の気体の状態が安定し、検出の動作が高まる。試料データ測定期間Ｐｓ１においては、第３電磁弁Ｖ３は、閉状態である。
　セル部２０に導入される試料気体５０の温度は一定であることが好ましい。スパイラルチューブ６２ｓとヒータなどとを用いることで、セル部２０に導入される試料気体５０の温度を精度良く制御できる。温度は、例えば、約４０℃である。
　第３電磁弁Ｖ３を開状態とし、第２電磁弁Ｖ２、ニードルバルブ６４ｎｖ及び排気部６５の動作により、セル部２０内の気体が外界に放出される。
　セル部２０に試料気体５０を導入しない状態で検出動作を行う際（すなわち、参照データ測定期間Ｐｒ１）においては、第１電磁弁Ｖ１を閉状態にし、第３電磁弁Ｖ３を開状態とする。これにより、外界からの空気（ＣＯ２が除去された空気）がセル部２０に導入される。
　図７は、第１の実施形態に係る呼気診断装置の動作を例示する模式図である。　
　図７に示すように、測定を開始する。　
　まず、電磁弁を操作する（ステップＳ１）。具体的には、第２電磁弁Ｖ２及び第３電磁弁Ｖ３を開状態にし、第１電磁弁Ｖ１を閉状態にする。
　指定時間、待機した後に、電磁弁を操作する（ステップＳ２）。具体的には、第１電磁弁Ｖ１、第２電磁弁Ｖ２及び第３電磁弁Ｖ３を閉状態にする。
　参照データを測定する（ステップＳ３）。
　この後、電磁弁を操作する（ステップＳ４）。具体的には、第１電磁弁Ｖ１及び第２電磁弁Ｖ２を開状態にし、第３電磁弁Ｖ３を閉状態にする。
　流量計データのモニタを行う（ステップＳ５）。　
　流量計出力値が設定値（例えば予め定められた値）を超えるかどうかを判断する（ステップＳ６）。ステップＳ６において、流量計出力値が設定値を超えないときには、ステップ５に戻る。ステップＳ６において、流量計出力値が設定値を超えるときには、以下のステップＳ７を実施する。
　すなわち、電磁弁を操作する（ステップＳ７）。具体的には、第１電磁弁Ｖ１、第２電磁弁Ｖ２及び第３電磁弁Ｖ３を閉状態にする。
　その後、試料データを測定する（ステップＳ８）。そして、データ解析を行う（ステップＳ９）。
　測定時間が設定時間を超えるかどうかを判断する（Ｓ１０）。ステップＳ１０において、測定時間が設定時間を超えないときは、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１０において、測定時間が設定時間を超えるときは、測定を終了する。上記のステップＳ１～Ｓ９が、１回の測定期間Ｐｍ１に対応する。
　（第２の実施形態）　
　図８は、第２の実施形態に係る呼気診断装置の動作を例示する模式図である。　
　図８に示すように、本実施形態においては、測定期間Ｐｍ１の動作が複数回、連続して実施される。すなわち、図７に関して説明したステップＳ１～Ｓ９が、複数回、実施される。
　１回の測定期間Ｐｍ１において、第１二酸化炭素５１の量に対する第２二酸化炭素５２の量の比の算出が行われる。複数回の測定期間Ｐｍ１を連続して設け、連続して測定することで、第２二酸化炭素５２の量の時間的な変化が分かる。すなわち、制御部４５は、上記の比の算出を複数回実施する。
　例えば、呼気５０ａに含まれる１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する相対的な比の経時変化が測定できる。例えば、胃における排出能と、１３ＣＯ２の相対的な量と、に関連がある。１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する相対的な比の経時変化の測定結果に基づいて、胃の排出能の診断ができる。
　ヒトが、１３Ｃを濃縮した標識化合物（１３Ｃ標識化合物）を飲むことで、そのヒトの健康状態を診断することができる。例えば、ヒトが、１３Ｃ標識化合物として、１３Ｃ－尿素を飲む。このとき、ピロリ菌があると、１３ＣＯ２の相対的な量が多くなる。一方、例えば、ヒトが、１３Ｃ標識化合物として１３Ｃ－ａｃｅｔａｔｅを飲む。このときの呼気５０ａを評価することで、胃排出能について診断することができる。１３Ｃ－ａｃｅｔａｔｅを飲んだ場合において、胃排出能と、１３ＣＯ２の相対的な量と、に関連がある。
　図９（ａ）～図９（ｃ）は、実施形態に係る呼気診断装置の一部を例示する模式図である。　
　図９（ａ）は、模式的斜視図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ１－Ａ２線断面図である。図９（ｃ）は、光源部３０の動作を例示する模式図である。　
　この例では、光源部３０として、半導体発光素子３０ａＬが用いられる。半導体発光素子３０ａＬとして、レーザが用いられる。この例では、量子カスケードレーザが用いられる。
　図９（ａ）に表したように、半導体発光素子３０ａＬは、基板３５と、積層体３１と、第１電極３４ａと、第２電極３４ｂと、誘電体層３２（第１誘電体層）と、絶縁層３３（第２誘電体層）と、を含む。
　第１電極３４ａと、第２電極３４ｂと、の間に基板３５が設けられる。基板３５は、第１部分３５ａと、第２部分３５ｂと、第３部分３５ｃと、を含む。これらの部分は、１つの面内に配置される。この面は、第１電極３４ａから第２電極３４ｂに向かう方向に対して交差する（例えば平行）である。第１部分３５ａと第２部分３５ｂとの間に、第３部分３５ｃが配置される。
　第３部分３５ｃと第１電極３４ａとの間に積層体３１が設けられる。第１部分３５ａと第１電極３４ａとの間、及び、第２部分３５ｂと第１電極３４ａとの間に、誘電体層３２が設けられる。誘電体層３２と第１電極３４ａとの間に絶縁層３３が設けられる。
　積層体３１は、ストライプの形状を有している。積層体３１は、リッジ導波路ＲＧとして機能する。リッジ導波路ＲＧの２つの端面がミラー面となる。積層体３１において放出された光３１Ｌは、端面（光出射面）から出射する。光３１Ｌは、赤外線レーザ光である。光３１Ｌの光軸３１Ｌｘは、リッジ導波路ＲＧの延在方向に沿う。
　図９（ｂ）に表したように、積層体３１は、例えば、第１クラッド層３１ａと、第１ガイド層３１ｂと、活性層３１ｃと、第２ガイド層３１ｄと、第２クラッド層３１ｅと、を含む。これらの層は、基板３５から第１電極３４ａに向かう方向に沿って、この順で並ぶ。第１クラッド層３１ａの屈折率及び第２クラッド層３１ｅの屈折率のそれぞれは、第１ガイド層３１ｂの屈折率、活性層３１ｃの屈折率、及び、第２ガイド層３１ｄの屈折率のそれぞれよりも低い。活性層３１ｃで生じた光３１Ｌは、積層体３１内に閉じ込められる。第１ガイド層３１ｂと第１クラッド層３１ａとを合わせて、クラッド層と呼ぶ場合がある。第２ガイド層３１ｄと第２クラッド層３１ｅとを合わせて、クラッド層と呼ぶ場合がある。
　積層体３１は、光軸３１Ｌｘに対して垂直な第１側面３１ｓａ及び第２側面３１ｓｂを有する。第１側面３１ｓａと第２側面３１ｓｂとの間の距離３１ｗ（幅）は、例えば５μｍ以上２０μｍ以下である。これにより、例えば、水平横方向モードの制御が容易となり、出力の向上が容易になる。距離３１ｗが過度に長いと、水平横方向モードにおいて高次モードを生じ易くなり、出力を高めにくい。
　誘電体層３２の屈折率は、活性層３１ｃの屈折率よりも低い。これにより、誘電体層３２により、光軸３１Ｌｘに沿ってリッジ導波路ＲＧが形成される。
　図９（ｃ）に表したように、活性層３１ｃは、例えば、カスケード構造を有する、カスケード構造においては、例えば、第１領域ｒ１と、第２領域ｒ２と、が交互に積層される。単位構造ｒ３は、第１領域ｒ１及び第２領域ｒ２を含む。複数の単位構造ｒ３が設けられる。
　例えば、第１領域ｒ１には、第１障壁層ＢＬ１と、第１量子井戸層ＷＬ１と、が設けられる。第２領域ｒ２には、第２障壁層ＢＬ２が設けられる。例えば、別の第１領域ｒ１ａには、第３障壁層ＢＬ３と、第２量子井戸層ＷＬ２と、が設けられる。別の第２領域ｒ２ａに、第４障壁層ＢＬ４が設けられる。
　第１領域ｒ１においては、第１量子井戸層ＷＬ１のサブバンド間光学遷移が生じる。これにより、例えば、３μｍ以上１８μｍ以下の波長の光３１Ｌａが放出される。
　第２領域ｒ２においては、第１領域ｒ１から注入されたキャリアｃ１（例えば電子）のエネルギーは、緩和可能である。
　量子井戸層（例えば第１量子井戸層ＷＬ１）において、井戸幅ＷＬｔは、例えば、５ｎｍ以下である。井戸幅ＷＬｔがこのように狭いとき、エネルギー準位が離散して、例えば、第１サブバンドＷＬａ（高準位Ｌｕ）及び第２サブバンドＷＬｂ（低準位Ｌｌ）などを生じる。第１障壁層ＢＬ１から注入されたキャリアｃ１は、第１量子井戸層ＷＬ１に効果的に閉じ込められる。
　高準位Ｌｕから低準位Ｌｌへキャリアｃ１が遷移するときに、エネルギー差（高準位Ｌｕと低準位Ｌｌとの差）に対応する光３１Ｌａが放出される。すなわち、光学遷移が生じる。
　同様に、別の第１領域ｒ１ａの第２量子井戸層ＷＬ２において、光３１Ｌｂが放出される。
　実施形態において量子井戸層は、波動関数が重なり合う複数の井戸を含んでも良い。複数の量子井戸層のそれぞれの高準位Ｌｕが、互いに同じでも良い。複数の量子井戸層のそれぞれの低準位Ｌｌが、互いに同じでも良い。
　例えば、サブバンド間光学遷移は、伝導帯及び価電子帯のいずれかにおいて生じる。例えば、ｐｎ接合によるホールと電子との再結合は必要ではない。例えば、ホール及び電子のいずれかのキャリアｃ１により光学遷移が生じて、光が放出される。
　活性層３１ｃにおいて、例えば、第１電極３４ａと、第２電極３４ｂと、の間に印加される電圧により、障壁層（例えば第１障壁層ＢＬ１）を介して、キャリアｃ１（例えば電子）が量子井戸層（例えば第１量子井戸層ＷＬ１）へ注入される。これにより、サブバンド間光学遷移を生じる。
　第２領域ｒ２は、例えば、複数のサブバンドを有する。サブバンドは、例えば、ミニバンドである。サブバンドにおけるエネルギー差は、小さい。サブバンドにおいて、連続エネルギーバンドに近いことが好ましい。この結果、キャリアｃ１（電子）のエネルギーが緩和される。
　第２領域ｒ２では、例えば、光（例えば３μｍ以上１８μｍ以下の波長の赤外線）は、実質的に放出されない。第１領域ｒ１の低準位Ｌｌのキャリアｃ１（電子）は、第２障壁層ＢＬ２を通過して、第２領域ｒ２へ注入され、緩和される。キャリアｃ１は、カスケード接続された別の第１領域ｒ１ａへ注入される。この第１領域ｒ１ａにおいて、光学遷移が生じる。
　カスケード構造では、複数の単位構造ｒ３のそれぞれにおいて光学遷移が生じる。これにより、活性層３１ｃの全体において、高い光出力を得ることが容易になる。
　このように、光源部３０は、半導体発光素子３０ａＬを含む。半導体発光素子３０ａＬは、複数の量子井戸（例えば、第１量子井戸層ＷＬ１及び第２量子井戸層ＷＬ２など）のサブバンドにおける電子のエネルギー緩和により、測定光３０Ｌを放射する。
　量子井戸層（例えば第１量子井戸層ＷＬ１及び第２量子井戸層ＷＬ２など）には、例えば、ＩｎＧａＡｓが用いられる。例えば、障壁層（例えば、第１～第４障壁層ＢＬ１～ＢＬ４など）には、例えば、ＩｎＡｌＡｓが用いられる。このとき、例えば、基板３５としてＩｎＰを用いると、量子井戸層及び障壁層において、良好な格子整合が得られる。
　第１クラッド層３１ａ及び第２クラッド層３１ｅは、例えば、ｎ形不純物として、Ｓｉを含む。これらの層における不純物濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下（例えば、約６×１０１８ｃｍ－３）である。これらの層のそれぞれの厚さは、例えば、０．５μｍ以上２μｍ以下（例えば約１μｍ）である。
　第１ガイド層３１ｂ及び第２ガイド層３１ｄは、例えば、ｎ形不純物として、Ｓｉを含む。これらの層における不純物濃度は、例えば１×１０１６ｃｍ－３以上１×１０１７ｃｍ－３以下（例えば、約４×１０１６ｃｍ－３）である。これらの層のそれぞれの厚さは、例えば２μｍ以上５μｍ以下（例えば、３．５μｍ）である。
　距離３１ｗ（積層体３１の幅、すなわち、活性層３１ｃの幅）は、例えば、５μｍ以上２０μｍ以下（例えば、約１４μｍ）である。
　リッジ導波路ＲＧの長さは、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下（例えば約３ｍｍ）である。半導体発光素子３０ａＬは、例えば、１０Ｖ以下の動作電圧で動作する。消費電流は、炭酸ガスレーザ装置などに比べて低い。これにより、低消費電力の動作が可能である。
　実施形態によれば、高精度の呼気診断装置が提供できる。
　以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、呼気診断装置に含まれる供給部、セル部、光源部、検出部及び制御部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
　また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
　その他、本発明の実施の形態として上述した呼気診断装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての呼気診断装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
　その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (7)

  1. 　二酸化炭素の第１同位体と、二酸化炭素の第２同位体と、を含む呼気を含む試料気体が導入される空間を含むセル部と、
    　前記空間に光を入射させる光源部であって、前記光の波長を、４．３４マイクロメートル以上４．３９マイクロメートル以下の波長帯内で変化させる、光源部と、
    　前記試料気体が導入されている前記空間を通過した前記光の強度の第１検出と、前記試料気体が導入されていない前記空間を通過した前記光の強度の第２検出と、を含む動作を実施する検出部と、
    　前記第１検出の結果と、前記第２検出の結果と、に基づいて、前記試料気体中における前記第１同位体の量に対する前記第２同位体の量の比を算出する制御部と、
    　を備えた呼気診断装置。
  2. 　前記光源部は、
    　　複数の量子井戸のサブバンドにおける電子のエネルギー緩和により発光光を放射する半導体発光素子と、
    　前記発光光の波長を調整して前記光を生成する波長制御部と、
    　を含む請求項１記載の呼気診断装置。
  3. 　前記制御部は、前記比の算出を複数回実施する請求項１記載の呼気診断装置。
  4. 　前記試料気体が導入されるガス導入部と、
    　第１配管と、
    　第２配管と、
    　をさらに備え、
    　前記第１配管の一端は前記ガス導入部に接続され、前記第１配管の他端は外界と接続され、
    　前記第２配管の一端は、前記第１配管または前記ガス導入部に接続され、前記第２配管の他端は、前記セル部に接続される請求項１記載の呼気診断装置。
  5. 　前記第１配管を流れる試料気体の量は、前記第２配管を流れる試料気体の量よりも多い請求項４記載の呼気診断装置。
  6. 　前記セル部に外界から空気を導入する第３配管をさらに備え、
    　前記第３配管は、前記外界から導入された前記空気における二酸化炭素の量を減少させるフィルタを含む請求項４記載の呼気診断装置。
  7. 　前記検出部は、半導体センサ素子を含む請求項１記載の呼気診断装置。
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