專利名稱：可高精度非侵入地計測生物體成分的生物體成分計測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物體成分計測裝置及生物體成分計測傳感器，尤其涉 及一種通過接收來自生物體的光來非侵入地計測生物體成分的生物體成分計 測裝置及生物體成分計測傳感器。
背景技術(shù)：
對包含在以被測者的血液、體液等為代表的生物體組織中的特定成分的 濃度進行計測。作為成為計測對象的上述特定成分的代表物，可舉出葡萄糖、血紅蛋白、氧合血紅蛋白、三月桂精(trilaurin)、膽固醇、白蛋白以及尿素 等。尤其關(guān)于血糖的計測，作為糖尿病患者的自我管理工具其重要性逐漸變 大，高頻率地計測牽涉到患者的QOL (Quality of life:生活質(zhì)量)的提高， 而且牽涉到心臟病及并發(fā)癥的預防。作為生物體成分計測裝置，雖然存在通過采取皮下滲出液等生物體組織 來計測包含于其中的特定成分的濃度的采用侵入方法的裝置(semi invasive 型裝置)，但是該計測方法給被測者帶來很大的負擔。因此，提出了如下的 采用非侵入式方法(noninvasive)的計測裝置，即，接收生物體所反射的反 射光或者透過生物體的透射光，從其光特性計算出特定成分的濃度的，利用 了光學原理的非侵入式裝置。例如，在使用這種計測裝置計測血糖濃度的情 況下，通過對從計測部位(例如鼓膜)放射出的放射光所包含的近紅外線光 帶或者中紅外光帶的光譜進行分析，計測出血糖濃度。在利用了光學原理的非侵入式生物體成分計測裝置中，被照體的溫度成 為非常重要的參數(shù)。在現(xiàn)有一般的非侵入式生物體成分計測裝置中，通過在 照射部附近或者其它的位置放置熱電偶等溫度計測元件，計測溫度。然而， 在利用了光學原理的非侵入式生物體成分計測方法中，存在如下的問題，艮口， 因照射光的能量而使照射部分的溫度至少發(fā)生稍微變化，但是在上述溫度計 測方法中，不能正確捕捉其溫度變化的問題。因此，在JP特開平10-258036號公報(下面，稱作專利文獻l)所公開的血糖計中，照射近紅外線光，并且從該光的吸收變化計算出溫度，從而可 計測照射部的溫度。在JP特開平5-507866號公報(下面，稱作專利文獻2)所公開的裝置中， 在血液中的特定物質(zhì)的計測中利用了照射時的熱量。該方法是公知的如下的 光聲光譜法(optoacoustic spectroscopy) ， S卩，當光脈沖射到計測物時，計測 物因熱量而產(chǎn)生膨脹收縮，壓力元件感受由此而發(fā)生的聲音(壓力變化)的 方法。在采用了此種方法的專利文獻2的裝置中，無受光元件，而且不進行 將熱量作為參數(shù)來對光吸收的誤差進行修正的計測。專利文獻l: JP特開平10-258036號公報專利文獻2: JP特開平5-507866號公報發(fā)明內(nèi)容發(fā)明所要解決的問題然而，在用專利文獻l的血糖計計算出的溫度中也包含有計測對象的光 吸收的變化的影響，因此難于高精度地計算出溫度，存在不能得到精度高的 計測結(jié)果的問題。而且，由于專利文獻2的裝置沒有采用如上所述的將熱量作為參數(shù)來對 光吸收的誤差進行修正的計測方法，因此計測結(jié)果中包含有熱量的影響，從 而存在不能得到精度高的計測結(jié)果的問題。本發(fā)明是鑒于這種問題而提出的，其目的在于提供一種生物體成分計測 裝置及生物體成分計測傳感器，其通過高精度地計測因照射而產(chǎn)生的被測體 溫度變化、照射光量的變動以及體溫變化，能夠高精度地計測生物體成分。用于解決問題的方法為了解決上述目的，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案提出了一種生物體成分計測 裝置，其特征在于，在將對于計測對象的生物體成分表現(xiàn)出特異吸收的波長 設為第一波長，將對于所述生物體成分未表現(xiàn)出特異吸收的波長設為第二波 長的情況下，具有第一發(fā)光部，其用于向被測體照射第一波長的光；受光 部，其在第一發(fā)光部照射第一波長的光時，接收被測體所放射出的光，并輸 出與受光量對應的信號；濃度計算部，其基于所述信號計算所述生物體成分的濃度，其中，受光部包括第一受光部，其用于輸出與第一波長的光的受 光量對應的第一信號；第二受光部，其用于輸出與第二波長的光的受光量對 應的第二信號，而且，濃度計算部基于第一信號及所述第二信號，計算所述 生物體成分的濃度。更具體而言，所述第一波長及第二波長的光優(yōu)選中紅外光。而且，優(yōu)選地，濃度計算部基于在照射第一波長的光的前后的第一信號 及所述第二信號，計算所述生物體成分的濃度。另外，優(yōu)先地，第二受光部包括使第二波長的光透過的濾光器，第二受 光部接收在被測體所放射出的光中透過了濾光器的第二波長的光。而且，優(yōu)選地，生物體成分計測裝置還具有第二發(fā)光部，其用于向被 測體照射第二波長的光；切換裝置，其在第一發(fā)光部的照射和第二發(fā)光部的 照射之間進行切換，而且，受光部還包括第三受光部，其在第二發(fā)光部照 射第二波長的光時，輸出與被測體所放射出的第一波長的光的受光量對應的 第三信號；第四受光部，其在第二發(fā)光部照射第二波長的光時，輸出與被測 體所放射出的第二波長的光的受光量對應的第四信號，而且，濃度計算部基 于第一信號 第四信號，計算所述生物體成分的濃度。或者，優(yōu)選地，在將對于生物體成分未表現(xiàn)出特異吸收且與所述第二波 長不同的波長設為第三波長的情況下，生物體成分計測裝置還具有第三發(fā) 光部，其用于向所述被測體照射第三波長的光；切換裝置，其在第一發(fā)光部 的照射和第三發(fā)光部的照射之間進行切換，而且，受光部還包括第五受光 部，其在第三發(fā)光部照射第三波長的光時，輸出與被測體所放射出的第二波 長的光的受光量對應的第五信號；第六受光部，其在第三發(fā)光部照射第三波長的光時，輸出與被測體所放射出的第三波長的光的受光量對應的第六信號， 而且，濃度計算部基于第一信號、第二信號、第五信號、第六信號，計算所 述生物體成分的濃度?；蛘撸瑑?yōu)選地，生物體成分計測裝置還具有第二發(fā)光部，其用于向被 測體照射第二波長的光；切換裝置，其以比被測體的熱響應時間更短的時間間隔，在第一發(fā)光部的照射和第二發(fā)光部的照射之間進行切換，而且，受光 部還包括第四受光部，所述第四受光部在第二發(fā)光部照射第二波長的光時， 輸出與被測體所放射出的第二波長的光的受光量對應的第四信號，計算部基于第一信號和第四信號之差以及第四信號和第二信號之差，計算所述生物體 成分的濃度。根據(jù)本發(fā)明的其它技術(shù)方案，在將對于計測對象的生物體成分表現(xiàn)出特 異吸收的波長設為第一波長，將對于所述生物體成分未表現(xiàn)出特異吸收的波 長設為第二波長的情況下，生物體成分計測傳感器具有第一發(fā)光部，其用 于向被測體照射第一波長的光；受光部，其在第一發(fā)光部照射第一波長的光 時，接收被測體所放射出的光，并輸出與受光量對應的信號，其中，受光部 包括第一受光部，其用于輸出與第一波長的光的受光量對應的第一信號； 第二受光部，其用于輸出與第二波長的光的受光量對應的第二信號。而且，優(yōu)選地，生物體成分計測傳感器還具有第二發(fā)光部，其用于向 被測體照射第二波長的光；切換裝置，其在第一發(fā)光部的照射和第二發(fā)光部 的照射之間進行切換，而且，受光部還包括第三受光部，其在第二發(fā)光部 照射第二波長的光時，輸出與被測體所放射出的第一波長的光的受光量對應 的第三信號；第四受光部，其在第二發(fā)光部照射第二波長的光時，輸出與被 測體所放射出的第二波長的光的受光量對應的第四信號。或者，優(yōu)選地，在將對于生物體成分未表現(xiàn)出特異吸收且與所述第二波 長不同的波長設為第三波長的情況下，還具有第三發(fā)光部，其用于向被測 體照射第三波長的光；切換裝置，其在第一發(fā)光部的照射和第三發(fā)光部的照 射之間進行切換，而且，受光部還包括第五受光部，其在第三發(fā)光部照射 第三波長的光時，輸出與被測體所放射出的第二波長的光的受光量對應的第 五信號；第六受光部，其在第三發(fā)光部照射第三波長的光時，輸出與被測體 所放射出的第三波長的光的受光量對應的第六信號。發(fā)明效果本發(fā)明的生物體成分計測裝置及生物體成分計測傳感器在對透過、散射 反射的光進行計測過程中，對具有對象成分的吸收波長的光源的光的透過或 者反射光進行檢測，同時利用此時被測體放射出的自然放射光，在照射時捕 捉照射部位的溫度變化，從而進行修正。生物體的放射光在中紅外波段具有 峰值，并且其光量與溫度之間具有高精度的關(guān)系，以便能夠?qū)⑵渥鳛槎洹?額頭的紅外光體溫計來進行產(chǎn)品化。如上所述，本發(fā)明的生物體成分檢測裝置及生物體成分計測傳感器通過 計測照射過程中的自然放射光，能夠正確地計測因照射而引起的被測體的溫 度變化、照射光量的變動以及體溫變化，從而能夠進行高精度的修正。而且，本發(fā)明的生物體成分計測裝置及生物體成分計測傳感器通過具有 兩個光源，可修正不反映在自然反射光中的散射系數(shù)以及水分、干擾物質(zhì)等 被測體自身的變化。


圖1是表示實施方式的生物體成分計測裝置的結(jié)構(gòu)的具體例子的圖。圖2是表示作為生物體成分的具體例子的葡萄糖的吸收光譜的圖。圖3是表示在如下情況下的受光部的輸出值的圖，該情況是指，向葡萄 糖擴散水溶液照射9.6pm波長的光，并使液體放射出的光透過9.6|im的濾光 器以及8.5拜的濾光器并分別進行檢測的情形。圖4是表示葡萄糖濃度與受光部的輸出值之間的關(guān)系的圖。圖5是用于說明在第一實施方式生物體成分計測裝置中的生物體成分計 測傳感器10的結(jié)構(gòu)的圖。圖6是用于說明在第一實施方式變形例的生物體成分計測裝置中的生物 體成分計測傳感器10的結(jié)構(gòu)的圖。圖7A是用于說明在第二實施方式生物體成分計測裝置中的生物體成分 計測傳感器10的結(jié)構(gòu)的圖。圖7B是用于說明在第二實施方式生物體成分計測裝置中的生物體成分 計測傳感器10的變形例的圖。圖7C是用于說明在第二實施方式的生物體成分計測裝置中的生物體成 分計測傳感器10的變形例的圖。圖8A是用于說明在第二實施方式的變形例的生物體成分計測裝置中的 生物體成分計測傳感器10的結(jié)構(gòu)的圖。圖8B是用于說明在第二實施方式的變形例的生物體成分計測裝置中的 生物體成分計測傳感器10的變細例的圖。圖8C是用于說明在第二實施方式的變形例的生物體成分計測裝置中的 生物體成分計測傳感器10的變形例的圖。圖9是示意性地表示受光部17的輸出V的變化的第一圖。圖10是示意性地表示受光部17的輸出B的變化的第二圖。附圖標記的說明30被測體10生物體成分計測傳感器11、 11A、 11B發(fā)光部12反射鏡13導光部13A導光部的內(nèi)面14A、 14B、 15、 15A、 15B、 15C濾光器17受光部21受光電路23控制部25濃度輸出部具體實施方式
下面，對本發(fā)明的實施方式，參照附圖進行說明。在下面的說明中，對 相同的部件及構(gòu)成要素標注相同的附圖標記。它們的名稱及功能也都相同。參照圖1可知，本實施方式的生物體成分計測裝置包括生物體成分計測 傳感器IO、控制部23以及濃度輸出部25，其中，該生物體成分計測傳感器 10接收來自被測體30的反射光，該控制部23通過受光電路21接收來自生 物體成分計測傳感器10的傳感信號(sensing signal)并計算出規(guī)定生物體成 分的濃度，該濃度輸出部25輸出已計算出的規(guī)定生物體成分的濃度。而且，生物體成分計測傳感器IO包括發(fā)光部11、導光部13、受光部17， 其中，該發(fā)光部11向被測體30照射光，該導光部13將被測體30放射的光 向目的方向引導，該受光部17包括通過濾光器15接收導光部13所引導的光 的受光元件。此外，在本發(fā)明中，也可以將包括濾光器15和受光部17的受 光機構(gòu)稱為"受光部"。發(fā)光部11向被測體30照射中紅外光，并且優(yōu)選照射3pm ll(im波長的光。作為發(fā)光源可列舉，具有寬的波長范圍的發(fā)熱體光源(使用了陶瓷、氧化鋁的IR (Infrared:紅外線)光源)、單色光源的各種激光器((302激光器、 YAG (Yttrium Aluminum Garnet:釔鋁石榴石)激光器、量子級聯(lián)(quantum cascade)半導體等)。導光部13優(yōu)選使用管(pipe)、光纖(filber)等，該管、光纖等的形成 導光路徑的內(nèi)壁面13A是通過鍍金或蒸鍍金、鋁等來加工成鏡面的。作為包括在受光部17內(nèi)的受光元件，可舉出MCT (MOS (Metal oxide semiconductor ) Controlled Thyristor : MOS控制晶閘管)、熱電元件 (thermopile)、熱釋電傳感器以及測輻射熱計等。如圖2所示，生物體成分與濃度無關(guān)特異吸收特定波長的光。在葡萄糖 的情況下，已經(jīng)知道特異吸收的波長為9.6nm左右。而且，由于因濃度不同 而吸收量不同，因此通過計測光的吸收量能夠獲得該成分的濃度。在生物體成分計測傳感器10中，向被測體30照射對于計測對象的生物 體成分具有特異吸收的波長的光。在計測對象的生物體成分為葡萄糖的情況 下，優(yōu)選地照射波長為9.6pm的光。照射的光在計測體的內(nèi)部被散射、被吸 收，而且其中的一部分作為散射反射光從與入射相同一側(cè)的面放射出。另一方面，具有溫度的物體放射出與該溫度、物質(zhì)所固有的波長的光。 該光的放射被稱作黑體輻射。在37"C的生物體的情況下，放射出波長的峰值 大致為9jim、波長的范圍為3jim 50jmi的光。因此，在從生物體成分計測傳感器10的發(fā)光部11向被測體30照射生物 體成分特異吸收的波長的光的情況下，受光部17所接收的與發(fā)光部11所照 射的光的波長相同的光，包括被生物體成分吸收過的散亂反射光；與被測 體30的溫度相對應的黑體輻射光。在本實施方式的生物體成分計測裝置中，將上述計測對象的生物體成分 特異吸收的波長設為第一波長，將上述計測成分未吸收的波長設為第二波長 時，由生物體成分計測傳感器10的發(fā)光部11向被測體30照射上述第一波長 的光。在進行上述照射的前后，通過受光部17接收被測體30放射出的第一 波長的光和第二波長的光，并且在控制部23中利用其光量的變化計算出上述 生物體成分的濃度。在計測對象的生物體成分為葡萄糖的情況下，上述第一 波長相當于9.6pm，第二波長相當于8.5pm或者10.5jim。圖3是示出了在如下情況下的受光部17對應于9.6|im波長的輸出V9.6 以及對應于8.5,波長的輸出V8.5 (9.6)、控制部23所計算的這些輸出值之差 Vs (= V9.6—V8.5 (9.6))的圖，該情況是指，在將配備了 9.6pm的帶通濾光器 的陶瓷IR光源作為發(fā)光部ll，將葡萄糖散射水溶液作為被測體30時，向作 為被測體30的葡萄糖散射水溶液照射9.6pm波長的光，并在受光部17，使 從液體放射出的光透過濾光器15即9.6,濾光器及8.5pm濾光器并分別進行 檢測的情形。參照圖3，若發(fā)光部11開始照射9.6,波長的光(圖3中"照射ON")， 則對應于9.6pm波長的輸出V9.6迅速上升，而且在其后的照射過程中輸出也 發(fā)生變化。雖然對應于8.5pm波長的輸出Vs.5(9.。沒有迅速上升，但是在照 射過程中輸出發(fā)生變化。由于9.6pm波長的光被8.5pm濾光器遮斷，因此輸出V^(9.6)僅反映了不含照射光信號的被測體30的熱量變化。此時，作為表 示輸出V9.6和輸出Vs.5(9.6)之間的相對關(guān)系的數(shù)值，例如，若采用兩者的輸出差Vs，則如圖3所示，兩者的輸出差Vs在照射過程中幾乎為固定值。這是因為包含在輸出V9.6中的因熱量而產(chǎn)生的輸出變化通過輸出Vs.5的變化被修 正的結(jié)果，因此，可以認為作為表示輸出V9.6和輸出V8.5 (9.6)之間相對關(guān)系的 數(shù)值，即兩者的輸出差Vs (= V9.6_V8.5 (9.6))被修正成從輸出V9.6中排除了 通過輸出V8.5 (9.6)得到的熱量影響的數(shù)值。圖4是示出了在葡萄糖濃度為0g/dl、0.5g/dl、 lg/dl附近時的對應于9.6pm 波長的受光部17的輸出V9.6、以及對應于9.6)im波長的輸出V9.6和對應于 8.5pm波長的輸出V8.5 (9.6)之間的輸出差Vs (=V9.6—V8.5(9.6))的圖。如圖4所示，輸出V9.6的值分散，從而難于掌握濃度與輸出之間的關(guān)系。另一方面，輸出差Vs(即，被修正成排除了通過輸出Vs.s(9.6)得到的熱量的影響的輸出V9.6)的值的不太分散，因此，在控制部23中能夠得到葡萄糖濃度與反射光輸出之間的比例關(guān)系。此外，在上述具體例子中，作為修正成從輸出V9.6中排除了通過輸出V8.5 (9.。得到的熱量的影響的的數(shù)值，采用了輸出差Vs (= V9.6 —V8.5 (9.6))，但 是對輸出V9.6的修正的方法不僅限定于上述修正式子。例如，作為其它的修 正值，輸出比Vs二輸出V9.6/輸出Vs.5(，也有效。作為另外其它的修正值可列舉出如下的值，即，在照射的光強度大的情況下以及9.6)im濾光器及8.5iim濾光器的特性(半幅值等)不同的情況下，對輸出V8.5 (9.6〉添加系數(shù)A的Vs 二V9.6 — A，Vs.5(9.6)等。在之后的說明中，將從輸出丫8.5(9.6)排除了通過輸出 V8.5得到的熱量的影響的修正值，用通式VS = f (V9.6， V8.5(9.6))來表示。而且，在之后的說明中，進行了如下的說明，即，在生物體成分計測傳 感器中通過向作為計測對象的生物體成分照射特異的第一波長的光而接收從被測體30放射出的光，但是根據(jù)被測體30的厚度，同樣地接收透射光，并將其使用于修正上。 第一實施方式參照圖5，第一實施方式的生物體成分計測傳感器IO包括作為濾光器15 的第一濾光器15A和第二濾光器15B。第一濾光器15A是使作為計測對象的生物體成分所特異吸收的波長(上 述第一波長)的光透過的濾光器，第二濾光器15B是使作為計測對象的生物 體成分所不吸收的光的波長(上述第二波長)的光透過的濾光器。在作為計 測對象的生物體成分為葡萄糖的情況下，第一濾光器15A相當于9.6]iLm的濾 光器，第二濾光器15B相當于8.5pm的濾光器。第一濾光器15A及第二濾光器15B中的至少一方被配置(參照圖5)在 遮擋用導光部13從被測體30向受光部17引導的光的位置，以在極短的時間 之后另一方的濾光器配置到此位置的方式進行位置切換。針對一次照射，最 好通過兩個濾光器多次進行接收，因此，最好是多次進行該切換。在本發(fā)明 中，雖然沒有特別限定用于切換第一濾光器15A及第二濾光器15B的位置的 機構(gòu)，但是，作為一個具體例子可舉出如下的機構(gòu)，即，在圓盤上設置第一 濾光器15A及第二濾光器15B，使該圓盤旋轉(zhuǎn)從而在上述位置上交替配置第 一濾光器15A及第二濾光器15B。而且，作為其它具體例子舉出了如下的機 構(gòu)，即，在板(plate)上設置第一濾光器15A及第二濾光器15B，并通過使 該板沿著與來自被測體30的光的引導方向垂直的方向移動(在圖5中為上下 方向)，使第一濾光器15A及第二濾光器15B交替地配置在上述位置。在這 種機構(gòu)的情況下，控制部23向驅(qū)動部輸出用于切換第一濾光器15A及第二 濾光器15B的配置的控制信號，并控制該切換。發(fā)光部11向被測體30照射上述第一波長的光，受光部17通過第一濾光器15A接收來自被測體30的第一波長的光，而且通過第二濾光器15B接收 來自被測體30的第二波長的光。在此情況下，受光部17通過第一濾光器15A 所接收的光是作為計測對象的生物體成分吸收之后的散射反射光，而通過第 二濾光器15B接收的光是因被測體30的熱量產(chǎn)生的黑體輻射的光。在計測對象的生物體成分為葡萄糖的情況下，控制部23得到輸出V9.6 以及輸出V8.5(9.6)，其中，所述輸出V9.6是在發(fā)光部11照射9.6,波長的光 時，與通過9.6pm濾光器接收的9.6pm波長的散射反射光的光量相對應的受 光部17的輸出，所述輸出V8.5 (9.6)是在發(fā)光部11照射9.6pm波長的光時， 與通過8.5pm濾光器接收的8.5pm波長的黑體輻射的光的光量相對應的受光 部17的輸出。在控制部23中，利用這些輸出值對輸出V9.6進行上述修正， 從而能夠得到排除了被測體30的熱量的影響的葡萄糖濃度。作為第一實施方式的變形例，也可以將生物體成分計測傳感器10的結(jié)構(gòu) 形成為圖6所示的結(jié)構(gòu)。S卩，參照圖6，作為變形例，生物體成分計測傳感 器10也可以包括對應于第一濾光器15A的第一受光部17A以及對應于第二 濾光器15B的第二受光部17B?？刂撇?3通過在各接收部17A、 17B同時接 收光而得到的輸出V9.6、輸出V8.5(9.6)，進行上述修正而能夠得到葡萄糖濃度。此外，由于散射反射光的波長與發(fā)光部ll照射的光的波長相同，因此在 受光部17中也可以用開口來代替用于接收發(fā)光部11照射的光的散射反射光 的第一濾光器15A的濾光器。在接下來的實施方式中也是同樣的。第二實施方式參照圖7A，第二實施方式的生物體成分計測傳感器IO包括作為發(fā)光部 11的第一發(fā)光部11A、第二發(fā)光部11B以及作為濾光器15的第一濾光器15A、 第二濾光器15B。第一發(fā)光部11A向作為計測對象的生物體成分照射特異吸收的波長(上 述第一波長)的光，第二發(fā)光部11B向作為計測對象的生物體成分照射不被 吸收的光的波長(上述第二波長)的光。第一濾光器15A是使作為計測對象的生物體成分特異吸收的波長(上述 第一波長)的光透過的濾光器，第二濾光器15B是使不被作為計測對象的生 物體成分吸收的光的波長(上述第二波長)的光透過的濾光器。在作為計測對象的生物體成分為葡萄糖的情況下，第一波長相當于9.6pm、第二波長相當于8.5pm，而且第一濾光器15A相當于9.6pm濾光器， 第二濾光器15B相當于8.5jim濾光器。通過反射鏡(mirror) 12，在來自第一發(fā)光部11A的第一波長的光的照 射與來自第二發(fā)光部iib的第二波長的光的照射之間進行切換，而且其中的 任意一個向被測體30進行照射。由控制部23控制反射鏡12的驅(qū)動。與第一 實施方式的生物體成分計測傳感器10 —樣，第一濾光器15A及第二濾光器 15B中的任意一個被配置(參照圖7A)在遮擋通過導光部13從被測體30向 受光部17被引導的光的位置，通過切換位置，使得能夠在極短的時間內(nèi)之后 使其它的濾光器配置到此位置。作為其具體結(jié)構(gòu)能夠使用與第一實施方式的 結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。在計測對象的生物體成分為葡萄糖的情況下，控制部23得到如下的輸出 值，即，當?shù)谝话l(fā)光部11A照射9.6pm波長的光時，通過9.6pm濾光器所接 收的與9.6,波長的散射反射光的光量相對應的受光部17的輸出V9.6;通過 8.5(im濾光器所接收的與8.5pm波長的黑體輻射光的光量相對應的受光部17 的輸出V8.5(9.6);以及當?shù)诙l(fā)光部1 IB照射8.5pm波長的光時，通過8.5pm 濾光器所接收的與8.5pm波長的黑體輻射光的光量的相對應的受光部17的輸 出V8.5;通過9.6pm濾光器所接收的與9.6,波長的黑體輻射光的光量相對 應的受光部17的輸出V9.6(8.5)。在控制部23中，使用這些輸出值對輸出V9.6 進行上述修正。在此情況下，根據(jù)與非吸收波長的光的照射相對應的輸出 V9.6，能夠獲得不僅排除了被測體30的熱量影響，而且排除了不能當作熱量 的散射狀態(tài)的變化的葡萄糖濃度。而且，作為第二實施方式的對輸出V9.6進行修正的具體例子，也能夠舉 出下面的修正式子。ax{ (V9fbxV8.5 (9.6) ) / (V8.5 — cxV9.6(8.5) ) } 其中，a、 b、 c為系數(shù)。此外，用于切換發(fā)光部11向被測體30照射的光的波長的結(jié)構(gòu)，不僅限 于如圖7A所示的上述結(jié)構(gòu)，也可以是其它的任何結(jié)構(gòu)。例如，如圖7B所示， 發(fā)光部11也可以作為通過使第一波長的光透過的第一濾光器14A或者使第 二波長的光透過的第二濾光器14B來照射光的結(jié)構(gòu)，通過切換濾光器14A、14B，在第一波長與第二波長之間切換發(fā)光部ll照射的光的波長。并且，如圖7C所示，也可以將發(fā)光部11的上述第一發(fā)光部IIA和第二發(fā)光部11B — 同配置在向被測體30照射光的位置上，從而通過在第一發(fā)光部11A的照射 和第二發(fā)光部11B的照射之間進行電切換，由此切換所照射的光的波長。而且，參照圖8A，在變形例的生物體成分計測傳感器10中，作為濾光 器15還包括第一濾光器15A、第二濾光器15B及第三濾光器15C。第一濾光 器15A是使作為計測對象的生物體成分特異吸收的波長(上述第一波長)的 光透過的濾光器，第二濾光器15B是使不被作為計測對象的生物體成^、吸收 的光的波長(上述第二波長)的光透過的濾光器，第三濾光器15C是使雖然 不被作為計測對象的生物體成分吸收但被其它成分(干擾成分)特異吸收的 波長(第三波長)的光透過的濾光器。在作為計測對象的生物體成分為葡萄糖的情況下，第一波長相當于 9.6(im、第二波長相當于8.5pm以及在將干擾成分設定為白蛋白的情況下第三 波長相當于7.l!xm，并且，第一濾光器15A相當于9.6iim濾光器、第二濾光 器15B相當于8.5pm濾光器、第三濾光器15C相當于7.1pim濾光器。當?shù)谝话l(fā)光部11A向被測體30照射第一波長的光時，來自被測體30的 光經(jīng)由第一濾光器15A或者濾光器15B被受光部17所接收，并且，當?shù)诙?發(fā)光部11B向被測體30照射第三波長的光時，來自被測體30的光經(jīng)由第二 濾光器15B或者第三濾光器15C被受光部17所接收。與第一實施方式的生 物體成分計測傳感器10 —樣，第一濾光器15A及第二濾光器15B或者第二 濾光器15B以及第三濾光器15C中的任意一個被配置(參照圖8A)在遮擋 通過導光部13從被測體30向受光部17引導的光的位置，從而以在極短的時 間之后使其它的濾光器配置到此位置的方式進行位置切換。作為其具^本結(jié)構(gòu) 能夠使用與第一實施方式的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。在計測對象的生物體成分為葡萄糖的情況下，控制部23得到如下的輸出 值，艮P，當?shù)谝话l(fā)光部11A照射9.6pm波長的光時，通過9.6,濾光器所接 收的與9.6ym波長的散射反射光的光量相對應的受光部17的輸出V9.6、通過 8.5pm濾光器所接收的與8.5nm波長的黑體輻射光的光量相對應的受光部17 的輸出V8.5(9.6)以及當?shù)诙l(fā)光部11B照射7.1)im波長的光時，通過7.1pm 濾光器所接收的與7.1pm波長的散射反射光的光量相對應的受光部17的輸出V7J、通過8.5萍濾光器所接收的與8.5拜波長的黑體輻射光的光量相對應 的受光部17的輸出V&5(7.d 。在控制部23中，使用這些輸出值對輸出V9.6 進行上述修正，從而能夠得到排除了被測體30的熱量及白蛋白變化的影響的 葡萄糖濃度。而且，作為第二實施方式的變形例的對輸出V9.6進行修正的具體例子，也可以舉出下面的修正式子。<formula>formula see original document page 18</formula>此外，在變形例中，用于切換發(fā)光部ll向被測體30照射的光的波長的 結(jié)構(gòu)，也可以是如圖8B、圖8C所示的結(jié)構(gòu)。第三實施方式第三實施方式的生物體成分計測裝置的生物體成分計測傳感器10的結(jié) 構(gòu)與圖7A所示的第二實施方式的生物體成分計測傳感器10的結(jié)構(gòu)相同。在 本實施方式的生物體成分計測傳感器10中，控制部23以在來自第一發(fā)光部 11A的第一波長的光的照射與來自第二發(fā)光部11B的第二波長的光的照射之 間進行高速切換的方式進行控制。切換第一波長和第二波長的時間(timing) 優(yōu)選為比作為被測體30的生物體的熱響應時間短的時間。在作為計測對象的生物體成分為葡萄糖的情況下，發(fā)光部11在9.6(im波 長的光與8.5,波長的光之間高速地進行切換，從而交替地向被測體30照射。 控制部23通過作為9.6pm濾光器的第一濾光器15A得到如下的輸出值，艮口， 在第一發(fā)光部11A照射9.6pm波長的光時所接收的與9.6pm波長的散射反射 光的光量相對應的受光部17的輸出V9.6、在第二發(fā)光部11B照射8.5pm波長 的光時所接收的與8.5pm波長的散射反射光的光量相對應的受光部17的輸出 V8.50而且，通過使8.5pm的光透過而不使9.6pm的光透過的第二濾光器15B 得到如下的輸出值，艮口，在第二發(fā)光部11B照射8.5,波長的光時所接收的 與8.5pm波長的散射反射光的光量相對應的受光部17的輸出V8.5、在第一發(fā) 光部11照射9.6拜波長的光時所接收的與所接收的8.5jLim波長的黑體輻射光 的光量相對應的受光部17的輸出V8.5 (9.6)。在圖9中，輸出1表示在某個葡萄糖濃度時的輸出V9.6、輸出V8.5。輸出2表示葡萄糖濃度不同時的輸出V9.6、輸出Vs.5。圖9的橫軸表示時間經(jīng)過， 表示照射到被測體30的光的波長在9.6pm和8.5pm之間按規(guī)定的時間間隔被 交替切換。如圖9所示，通過比作為被測體30的生物體的熱響應時間短的時間來切換照射被測體30的光的波長，能夠得到輸出V9.6和輸出Vs.5之間的交替出現(xiàn)的交流波形。如輸出1、輸出2所示，葡萄糖濃度的變化表現(xiàn)為這種 交流成分的振幅變化。通過使用鎖相放大器(lock in amplifier)等利用所公 知的微小信號檢測技術(shù)，能夠高精度地檢測交流成分的振幅變化。再有，圖IO示出了當?shù)谝话l(fā)光部11A向被測體30照射9.6,波長的光 時的輸出Vs.5(9.6)以及第二發(fā)光部11B向被測體30照射8.5)im波長的光時的 輸出Vs.5。如圖10所示，輸出V8.5表示與8.5)im波長的照射光相對應的被測 體30的反射狀態(tài)，與輸出V8.5 (9.6)相比，除了散射系數(shù)及水分變化等吸收以 外與9.6pm的波長的光同樣地包含產(chǎn)生影響的變動成分。從而，檢測iH出V9.6與輸出Vs.5之間的差的同時，檢測輸出V8.5、輸出Vs.5(9.6)，并且在上述修正 式子中還將輸出V8.5、輸出Vs.5(9.6)用作修正項，從而能夠以更高的精度計測作為計測對象的生物體成分的濃度。即，在通過使用在第三實施方式的生物體成分計測傳感器10中所得到的計測值得到計測對象的生物體成分的濃度的情況下，用于得到從輸出V9.6排除了熱量的影響的修正值Vs的修正的通式， 能夠用Vs = f (V9.6 —V9.6(8.5)、 V8.5、 V8.5(9.6》來表示。作為修正式子的一個例子能夠舉出如下的式子，即，aX (VS乂VS》， 其中，通過第一濾光器15A得到的輸出作為VSi (=V9.6—V8.5)，通過第二 濾光器15B得到的輸出作為VS2 (=V8.5—V8.5(9.6)) ， a作為系數(shù)。應該認為，上述所公開的實施方式只是對各方面進行了示例，不是對其 進行限定。本發(fā)明所要保護的范圍是通過權(quán)力要求示出，不是通過上述說明 示出，并且包括在本發(fā)明的權(quán)力要求同等的意思及范圍內(nèi)的全部的變更。
權(quán)利要求
1.一種生物體成分計測裝置，其特征在于，在將對于計測對象的生物體成分表現(xiàn)出特異吸收的波長設為第一波長，將對于所述生物體成分未表現(xiàn)出特異吸收的波長設為第二波長的情況下，具有第一發(fā)光部(11、11A)，其用于向被測體照射所述第一波長的光；受光部(15、17)，其在所述第一發(fā)光部照射所述第一波長的光時，接收所述被測體所放射出的光，并輸出與受光量對應的信號；濃度計算部(23)，其基于所述信號計算所述生物體成分的濃度，其中，所述受光部包括第一受光部(15A、17、17A)，其用于輸出與所述第一波長的光的受光量對應的第一信號；第二受光部(15B、17、17B)，其用于輸出與所述第二波長的光的受光量對應的第二信號，而且，所述濃度計算部基于所述第一信號及所述第二信號，計算所述生物體成分的濃度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體成分計測裝置，其特征在于，所述第一 波長的光為中紅外光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體成分計測裝置，其特征在于，所述濃度 計算部基于在照射所述第一波長的光的前后的所述第一信號及所述第二信 號，計算所述生物體成分的濃度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體成分計測裝置，其特征在于，所述第二 受光部包括使所述第二波長的光透過的濾光器(15B)，所述第二受光部接 收在所述被測體所放射出的光中透過了所述濾光器的所述第二波長的光。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體成分計測裝置，其特征在于，還具有 第二發(fā)光部(11B)，其用于向所述被測體照射所述第二波長的光； 切換裝置(12、 23)，其在所述第一發(fā)光部的照射和所述第二發(fā)光部的照射之間進行切換，而且， 所述受光部還包括第三受光部(15A、 17)，其在所述第二發(fā)光部照射所述第二波長的光 時，輸出與所述被測體所放射出的所述第一波長的光的受光量對應的第三信號；第四受光部(15B、 17)，其在所述第二發(fā)光部照射所述第二波長的光 時，輸出與所述被測體所放射出的所述第二波長的光的受光量對應的第四信 號，而且，所述濃度計算部基于所述第一信號 所述第四信號，計算所述生物體成 分的濃度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的生物體成分計測裝置，其特征在于，在將對于 所述生物體成分未表現(xiàn)出特異吸收且與所述第二波長不同的波長設為第三波長的情況下，還具有第三發(fā)光部(UB)，其用于向所述被測體照射所述第三波長的光；切換裝置(12、 23)，其在所述第一發(fā)光部的照射和所述第三發(fā)光部的照射之間進行切換，而且，所述受光部還包括第五受光部(15B、 17)，其在所述第三發(fā)光部照射所述第三波長的光 時，輸出與所述被測體所放射出的所述第二波長的光的受光量對應的第五信 號；第六受光部(15C、 17)，其在所述第三發(fā)光部照射所述第三波長的光 時，輸出與所述被測體所放射出的所述第三波長的光的受光量對應的第六信 號，而且，所述濃度計算部基于所述第一信號、所述第二信號、所述第五信號、所 述第六信號，計算所述生物體成分的濃度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物體成分計測裝置，其特征在于，還具有 第二發(fā)光部(11B)，其用于向所述被測體照射所述第二波長的光； 切換裝置(12、 23)，其以比所述被測體的熱響應時間更短的時間間隔，在所述第一發(fā)光部的照射和所述第二發(fā)光部的照射之間進行切換，而且， 所述受光部還包括第四受光部(15B、 17)，所述第四受光部(15B、 17)在所述第二發(fā)光部照射所述第二波長的光時，輸出與所述被測體所放射出的所述第二波長的光的受光量對應的第四信號，所述計算部基于所述第一信號和所述第四信號之差以及所述第四信號和所述第二信號之差，計算所述生物體成分的濃度。
8. —種生物體成分計測傳感器，其特征在于，在將對于計測對象的生物 體成分表現(xiàn)出特異吸收的波長設為第一波長，將對于所述生物體成分未表現(xiàn) 出特異吸收的波長設為第二波長的情況下，具有第一發(fā)光部(11、 11A)，其用于向被測體照射所述第一波長的光； 受光部(15、 17)，其在所述第一發(fā)光部照射所述第一波長的光時，接 收所述被測體所放射出的光，并輸出與受光量對應的信號，其中， 所述受光部包括第一受光部(15A、 17、 17A)，其用于輸出與所述第一波長的光的受光 量對應的第一信號；第二受光部(15B、 17、 17B)，其用于輸出與所述第二波長的光的受光 量對應的第二信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物體成分計測傳感器，其特征在于，還具有 第二發(fā)光部(11B)，其用于向所述被測體照射所述第二波長的光； 切換裝置(12、 23)，其在所述第一發(fā)光部的照射和所述第二發(fā)光部的照射之間進行切換，而且，所述受光部還包括第三受光部(15A、 17)，其在所述第二發(fā)光部照射所述第二波長的光 時，輸出與所述被測體所放射出的所述第一波長的光的受光量對應的第三信 號；第四受光部(15B、 17)，其在所述第二發(fā)光部照射所述第二波長的光 時，輸出與所述被測體所放射出的所述第二波長的光的受光量對應的第四信號
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物體成分計測傳感器，其特征在于，在將 對于所述生物體成分未表現(xiàn)出特異吸收且與所述第二波長不同的波長設為第 三波長的情況下，還具有第三發(fā)光部(11B)，其用于向所述被測體照射所述第三波長的光； 切換裝置(12、 23)，其在所述第一發(fā)光部的照射和所述第三發(fā)光部的 照射之間進行切換，而且， 所述受光部還包括第五受光部(15B、 17)，其在所述第三發(fā)光部照射所述第三波長的光時，輸出與所述被測體所放射出的所述第二波長的光的受光量對應的第五信號；第六受光部(15C、 17)，其在所述第三發(fā)光部照射所述第三波長的光 時，輸出與所述被測體所放射出的所述第三波長的光的受光量對應的第六信 號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可高精度非侵入地計測生物體成分的生物體成分計測裝置。該生物體成分計測裝置通過發(fā)光部(11)向被測體(30)照射對于計測對象的成分特異的第一波長的光，在受光部(17)中，通過濾光器(15A、15B)，接收第一波長的光以及第二波長的光，并使用其光量計算上述成分的濃度，其中，該第一波長的光是來自被測體(30)的反射光，該第二波長的光是來自被測體(30)的黑體輻射，而且不被上述成分吸收。
文檔編號G01N21/35GK101336371SQ20068005193
公開日2008年12月31日 申請日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者時田宗雄 申請人:歐姆龍健康醫(yī)療事業(yè)株式會社