CN1536347A - 特定成分浓度的测量方法及测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种特定成分浓度的测量装置。该装置在光学元件和生物体之间即使有水、唾液、汗水等液体存在，另外，即使测量多个生物体时，仍能高精度、稳定而容易地测量生物体内含特定成分的浓度。为了校正介于生物体和光学元件之间的液体等厚度变化的影响，算出校正用的标准曲线，利用它来校正测量值，根据所得的校正值获得浓度。

Description

特定成分浓度的测量方法及测量装置
技术领域
本发明涉及通过测量来自生物体的返回光、以光学方式测量生物体内血糖值、水分或胆固醇等特定成分的浓度用的方法及装置。
背景技术
以往就提出过各种采用光学测量装置来测量试样、尤其是生物体的特定成分的方法。例如提出将具有互相平行对向的一对反射面的透明的衰减全反射(ATR)元件用作为光学元件、使该光学元件贴紧上下嘴唇测量血糖值的方法(特开平9-113439号公报及特开平11-178799号公报)。
具体为按照该方法，口中衔着并用嘴唇含住由硒化锌、硅或锗等构成的ATR元件，在这种状态下让光射入ATR元件。射入的光在ATR元件的反射面和嘴唇的边界上反复全反射，然后向ATR的外部射出。分析该射出光，从而能获得有关嘴唇内含成分的浓度的信息。
另外，还提出使波长9～11微米的激光射入贴紧嘴唇粘膜的由ZnSe光学晶体等构成的ATR元件、并在ATR元件内部多次反射的方法。通过分析多次反射后衰减的全反射光或漫反射光等，能测量血糖值或血中的乙醇浓度。
采用上述方法，能实时并无损测量葡萄糖或胆固醇等特定成分的浓度。上述方法中，将消失光(所谓渗出光)应用于特定分析。
这样，通过测量生物体来的返回光，虽能获得有关体液的各种成分的浓度信息，但存在的问题是介于光学元件和生物体的边界上的液体影响测量精度。还有，所谓有关浓度的信息包含浓度本身、浓度的绝对值、及浓度随时间的变化等。
但是，实施上述方法用的已有的光学测量装置存在以下问题。即，在ATR元件中前进的光在ATR元件和嘴唇的边界上反复全反射时，很少量进入嘴唇中。这时，光受到存在于其中的体液成分的影响。
例如，葡萄糖在波数1033cm-1及1080cm-1附近有吸收波峰。因此，该波数的光照射生物体时，根据生物体中葡萄糖浓度，光的吸收量也改变。即更具体为，采用光学元件测量生物体即嘴唇的浓度信息时，在光学元件和嘴唇之间如有唾液等液体存在，则到达嘴唇的光量会因液体层的厚度而变化。结果，根据光的量检测出的信号量变化相当大，测量结果产生误差，不能够得到稳定的测量结果。
这时，如只求得葡萄糖的峰值作为浓度信息，则例如，实际上葡萄糖浓度虽然很高，但由于唾液层厚，因此测量的消光度却降低，或者实际上葡萄糖浓度虽然很低，但由于唾液层薄，因此测量的消光度却升高，这样就得到错误的浓度信息。
另外，在测量多个被测体时，因折射率有个人差别，该信号量也有很大变化，将产生同样的问题。
另外，在嘴唇以外的部位上进行测量时，如在所述部位和光学元件之间有汗水等体液存在时，因该体液层的厚度使到达生物体的光量变化，结果产生误差，也产生同样的问题。
通常，ATR法中消失光渗入测量对象的深度为波长数量级。该光从生物体的表面透过处于波长数量级范围的表层组织后返回，消失光的渗入深度由生物体的折射率及射入光学元件的光的入射角而定。
在生物体和光学元件之间存在液体等情形下，介于之间的液体厚度如有变化，则消失光渗入生物体的深度就变化。另外，在存在多个被测量的生物体部位时，由于每一个被测部位折射率都不同，故渗入深度变化。由此，在采用ATR元件的光学测量装置中，所述问题十分显著。
另外，即使不是渗出光，是测量透射光的方法，如在生物体和光学元件的边界上有液体存在，并且该液体层的厚度变化，则使波数信号信息变化的影响也一样。
即用已有的测量方法存在生物体与光学元件的边界部分的状态变化影响波数信号信息的问题，本发明之目的在于，为解决上述问题，提供一种即使在光学元件和生物体之间有水、唾液或汗水等液体存在时、或对多个生物体部位进行测量时仍能稳定而方便地测量生物体内含特定成分的浓度信息的方法及装置。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种测量生物体内含特定成分的浓度的方法，包括
(1)使光射入光学元件并使与所述光学元件接触的生物体吸收及反射所述光后、从所述光学元件射出的步骤；
(2)检测从所述光学元件射出的光、并从检测出的光获得波数信号的步骤；
(3)使用校正所述生物体和所述光学元件的边界部分的状态变化对所述波数信号带来的影响用的标准曲线、来校正所述波数信号的步骤；以及
(4)从所述校正后的波数信号得到所述生物体内含特定成分的浓度的步骤。
再有，本发明也提供一种实施上述测量方法用的装置，该测量装置包括，
(a)与生物体接触用的光学元件；
(b)使光射入所述光学元件用的光源；
(c)用于检测从所述光学元件射出的光的光检测装置；以及
(d)用于处理在所述的光检测装置中得到的波数信号的信号处理装置，
所述信号处理装置使用一种及一种以上的标准曲线数据，来校正所述波数信号。
根据本发明，即使在光学元件和生物体之间有水、唾液或汗水等液体存在时，或对生物体的多个部位进行测量时，也能稳定方便地测量生物体内含特定成分的浓度信息。
附图说明
图1为表示本发明的测量装置一实施形态的概要图。
图2为将本发明一实施形态的消光度作为坐标的曲线。
图3为说明本发明一实施形态中进行校正的方法所用的曲线。
图4为表示本发明一实施形态中测量特定成分的波谱图。
图5为表示本发明其它实施形态中进行校正的方法所用的曲线。
图6为表示本发明的测量装置一实施形态的概要图。
图7为表示本发明的测量装置一实施形态的放大概要图。
图8为表示本发明的测量装置一实施形态的其它放大断面图。
标号说明
1，光源
21，光学元件
3，光检测装置
4，信号处理装置
5，生物体
6，偏振元件
具体实施方式
本发明为测量生物体内含特定成分浓度的方法，其特征为，
(1)使光射入光学元件并使与所述光学元件接触的生物体吸收及反射所述光后、从所述光学元件射出的步骤；
(2)检测从所述光学元件射出的光、并从检测出的光获得波数信号的步骤；
(3)使用校正所述生物体和所述光学元件的边界部分的状态变化对所述波数信号带来的影响用的标准曲线、来校正所述波数信号的步骤；以及
(4)从所述校正后的波数信号得到所述生物体所含特定成分的浓度的步骤。
本发明中，预先利用(3a)获得与所述边界部分的i(i是2～n的整数)种状态相对应的i个波谱的步骤；以及(3b)在所述i个波谱的各波谱中、将与j(j为2～n的整数)种波数相对应的j个波数信号决定的i个点画在坐标系上并连接所述的点而得到标准曲线的步骤，从而画出所述标准曲线。然后，在实际测量时，用这条标准曲线校正从检测出的光得到的波数信号。
最好所述步骤(3a)是得到与所述边界部分的两种状态对应的第一波谱及第二波谱的步骤，所述步骤(3b)是将在所述第一波谱中由与两种波数对应的两个波数信号所决定的点(X1、Y1)及在所述第二波谱中由与两种波数对应的两个波数信号所决定的点(X2、Y2)画在坐标系上并连接所述点得到标准曲线的步骤。
另外，所述步骤(3)包括在多个不同的波数上通过由所述检测出的光得到的波数信号决定的点而且画出有和所述标准曲线相同斜率的第二标准曲线、并根据所述第二标准曲线和暂定条件将所述波数信号进行变换的步骤，这点是相当有效的。
另外，在本发明中，预先按照(3A)在所述生物体和所述光学元件接触的状态下，通过一次操作得到i(i为2～n的整数)个波谱的步骤；和(3B)在所述i个波谱中将与j(j为2~n的整数)种波数对应的由j个波数信号决定的i个点画在坐标系上、并连接所述的点得到标准曲线的步骤，而画出所述标准曲线。然后，在实际测量时，用这条标准曲线来校正从检测出的光所得到的波数信号。
最好所述步骤(3A)为得到第一波谱及第二波谱的步骤，所述步骤(3B)为将在所述第一波谱中由与两种波数对应的两个波数信号所决定的点(X1、Y1)及所述第二波谱中由与两种波数对应的两个波数信号所决定的点(X2、Y2)画在坐标系上、并连接所述的点得到标准曲线的步骤。
这时，所述步骤(3)包括通过在多个不同的波数上由从所述检测出的光得到的波数信号决定的点而且画出有和所述标准曲线相同斜率的第二标准曲线、并根据所述第二标准曲线和暂定条件将所述波数信号进行变换的步骤，这点也是相当有效的。
最好所述边界部分的状态变化是液体层的厚度变化。
另外，在画出所述标准曲线时，采用700～3200cm-1范围内两个及两个以上的波数的波数信号，作为所述暂定条件采用所述两个及两个以上的波数的任一个波数信号，这均是有效的。
还有，本发明也涉及用上述方法进行测量的测量装置。该测量装置是用于测量生物体内含特定成分的浓度的装置。包括
(a)和生物体接触用的光学元件；
(b)使光射入所述光学元件用的光源；
(c)检测出从所述光学元件射出的光的光检测装置；以及
(d)处理在所述光检测装置中得到的波数信号用的信号处理装置，
所述信号处理装置为使用一种及一种以上的标准曲线来校正所述波数信号的装置。
所述信号处理装置将所述标准曲线作为数据存储是相当有效的。
另外，所述信号处理装置具有计算所述标准曲线的功能是相当有效的。
再有，所述信号处理装置具有在不同的波数上通过由从所述检测出的光得到的波数信号决定的点而且画出有和所述标准曲线相同斜率的第二标准曲线、并根据所述第二标准曲线及暂定条件将所述波数信号进行变换的功能，这点也是相当有效的。
另外，作为所述标准曲线，是用于校正所述生物体和所述光学元件的边界部分上液体层厚度变化对所述波数信号带来影响的标准曲线，这一点也是有效的。
所述暂定条件是在画出所述标准曲线时所采用的700～3200cm-1范围内两个及两个以上波数的波数信号，这一点是相当有效的。
以下，参照附图说明本发明的测量方法及测量装置。图1及图6为表示本发明一实施形态的测量装置的构成图。在上述图中，虚线表示光源射出的光的路径。另外，本发明不限于该实施形态。
本发明涉及的测量方法包括以下的四个步骤。
步骤(1)：
步骤1中，使光射入光学元件，使与所述光学元件接触的生物体吸收及反射所述光后，从所述光学元件射出。
如图1所示，从光源1射入ATR型光学元件2的光，一面反复全反射，一面在光学元件2内传播。该光在与光学元件外侧接触的媒体中，渗出直至几倍波长程度的距离。这时，该渗出光只有与紧贴光学元件2的生物体所含特定成分对应的量。然后，光从该光学元件2射出。
另外，在图6所示测量装置的情况下，使光学元件12的敏感面上形成的略呈V形部分13与生物体5接触。这时，生物体5与部分***的略呈V形部分13接触。从光源11射入透射光型的光学元件12的光被生物体5吸收、反射，在光学元件12内传播。这时，该光只有与贴紧光学元件12的生物体5所含的特定成分相对应的量被吸收。然后，光从该光学元件12射出。
步骤(2)：
在步骤2中，例如利用光检测装置3或13，检测出从光学元件2或12射出的光，从检测出的光得到波数信号。作为波数信号包括与波数对应的消光度及透射率等。
步骤(3)：
接着，在步骤3，用标准曲线校正从所述检测出的光得到的波数信号。
这条标准曲线是将波数信号变动的信息以斜线形式来表示的。具体为，所述标准曲线为用于校正生物体5和光学元件2或12的边界部分状态变化对从检测出的光得到的波数信号带来的影响用的数据。
所述标准曲线可以根据以下的步骤画出，即
(3a)获得与所述边界部分中i(i为2～n的整数)种状态对应的i个波谱的步骤，及
(3b)将在所述i个波谱中与j(j为2~n的整数)种波数对应的由j个波数信号决定的i个点画在坐标系上，连接所述点得到标准曲线的工程。
这里。所述的边界部分上能存在水、唾液或汗水等液体、或空气等。是以下述情况为代表，即生物体5为嘴唇，特定成分为葡萄糖，而且以在光学元件2及12和嘴唇之间的边界部分存在唾液等液体层，来说明上述步骤(3a)及(3b)。
作为所述边界部分的两种状态，是设定唾液层厚度为0.01μm和1μm的情形。首先，画出用于校正光学元件2或12和生物体5即嘴唇之间的唾液层对从检测出的光得到的波数信号的影响用的标准曲线(唾液层变化斜线)K。
图2为假定唾液层的厚度为0.01μm或1μm、波数2100cm-1处的消光度为横轴、波数1080cm-1的消光度为纵轴而画成的标准曲线K。这里所得的标准曲线K表示的情况是，即使在葡萄糖浓度相同的场合，但由于唾液层厚度的原因，吸收波峰1080cm-1处的消光度也变化。
先在步骤(3a)中，设定生物体5即嘴唇的折射率、光学元件2或12的折射率、射入光学元件2或12的光的入射角、及内部反射角等光学信息。然后，通过计算求出唾液层的厚度为0.01μm时的波谱、及唾液层的厚度为1μm时的波谱。
使计算波谱所用的条件和实际测量时使用的条件一致。该条件具体为嘴唇的折射率、使用的光学元件2或12的折射率、射入光学元件2或12的光的入射角等。
接着，在步骤(3b)中，设唾液层厚度为0.01μm时的波谱的波数2100cm-1处的消光度为X1、波数1080cm-1处的消光度为Y1。在该波数2100cm-1上，由于水的影响，波谱形状变动很大。又在波数1080cm-1上呈现一个葡萄糖的吸收波峰。
同样，在唾液层的厚度为1μm时的波谱中，设波谱2100cm-1处的消光度为X2、波数1080cm-1处的消光度为Y2。
然后，将上述所得的两个点(X1、Y1)及点(X2、Y2)画在波数2100cm-1处的消光度为横轴、波数1080cm-1处的消光度为纵轴的坐标系(X-Y平面)上，画成曲线图。最终用直线连接所述的两个点得到标准曲线K。
上述的例子中，是假定唾液层厚度为0.01μm或1μm算出波谱，画出标准曲线。但是，作为唾液层的厚度也可以假定3种及3种以上厚度求出波谱。连接来自上述波谱的三个及三个以上的点，画出标准曲线。
还有，上述例子中，各个波谱上，将两种波数处一组消光度作为坐标系上的点。但是，也可以以各个波谱求出三种及三种以上波数处的消光度，将上述一组消光度作为点，使用三维以上的坐标系，画出标准曲线。
通常，某一物质在中红外区具有特有的吸收图形，将显现这种吸收波峰的区域称为指纹区域。作为一个例子可举出650～1800cm-1附近的范围。
葡萄糖在700～3200cm-1的波数区域有大小各异的吸收波峰。其中指纹区域为950～1550cm-1区域的吸收波峰经常用于测量葡萄糖的浓度。
在测量如生物体那样含各种成分的物体时，指纹区域中水分影响吸收波峰，除此以外的成分也影响吸收波峰。因此，即使为了校正水分的影响而利用该区域的波数，也不能排出由于水分以外的成分而产生的影响，所以并不理想。
水的吸收波峰在1700～3000cm-1的波数区域显现。因此，最好不是指纹区域，而是将更容易受水影响的1700～3000cm-1的区域用于校正水分的影响。即，在所述步骤(3b)中，最好至少在波数950～1550cm-1的区域和1700～3000cm-1的区域进行测量。
作为计算波谱用的生物体的折射率，可采用已知的数值，也可以根据测量而求出。例如可以举出以P偏振光和S偏振光两种偏振光状态测量生物体的消光度、并从所得的结果对折射率作逆运算的方法；用以两个不同的入射角射入的光测量生物体的消光度、并对折射率作逆运算的方法；柯勒马斯-柯劳尼希方法；Drube方法、及偏振光分析测量法等。
以下，说明利用上述标准曲线来校正从检测出的光得到的波数信号的方法。首先，作为步骤(3c)，在用于生成标准曲线数据的j种波数上，通过用被测量的波数信号表示的点(xm、ym，……)，而生成有和所述标准曲线相同斜率的第二标准曲线。
然后，作为步骤(3d)，将所述j种波数中一个及一个以上的波数中的波数信号设定作为暂定条件，在所述第二标准曲线上，将所述暂定条件的波数信号变换成和所述暂定条件的波数不同的波数的波数信号，得到校正波数信号。
还有，从测量波谱选择的波数和用于生成标准曲线的波数相同。
另外，根据测量到的数据，和上述相同，将2100cm-1处的消光度画在横轴上，将1080cm-1处的消光度画在纵轴上，得到的点为S1。通过这一点S1，有和所述标准曲线K相同斜率的第二标准曲线为标准曲线H。
步骤(4)：
最后，在步骤4，从所述校正波数信号获得有关浓度的信息，该信息向外部输出。
例如，假定唾液层厚度始终为0.2μm进行校正时，与该厚度对应的2100cm-1处的消光度在以下的实施例中为0.7。在第二标准曲线H上和暂定条件即0.7相交的点为星号J，该点J表示的1080cm-1处的消光度用R表示。
测量到的数据中，葡萄糖的吸收波峰即1080cm-1处的消光度用P表示。若对表示唾液层厚度的变动斜率的标准曲线K给出2100cm-1处的消光度0.7，就得到消光度R的校正波数信号。即通过将唾液层的厚度始终作为0.2μm进行校正，从而能得到不受唾液层厚度变动影响的浓度信息。
在测量的特定成分为葡萄糖时，采用将葡萄糖的吸收波峰波数处的波数信号换算成血糖值的基本信息，能从校正后的测量值计算出血糖值。
测量过程最好在生物体5的一个部位上进行多次。本发明的方法中，各次测量时为了校正测量值，采用相同暂定条件。由此，在各次测量中，即使生物体5和光学元件2或12的边界部分状态不同，通过将实际的测量值变换成特定的暂定条件下的测量值，也能得到边界部分的状态相同时的测量值。因此，能减小测量值的误差，得到稳定的测量结果。
另外，本发明的方法中，为了计算波谱，要使用生物体5的折射率。如生物体5的测量部位不同，则分别使用各部位的折射率，就能计算波谱。因此，本发明的方法也能在对生物体5的多个部位进行测量的情况下使用。
在对生物体5的多个部位进行测量的场合，由于不能将一条标准曲线用于所有部位的测量值的校正，故要使用与各部位对应的标准曲线。这种标准曲线如上所述，可采用包括生物体5的各个部位的折射率在内的条件计算波谱，再采用该算出的波谱来画出。为了校正测量值，使用这样得到的与各部位对应的标准曲线。
还有，对于用于计算波谱的生物体5的折射率可用已有的值，也可在实施本发明的方法时通过测量而求出。
这样，本发明的方法在测量生物体5的多个部位的情形下，也能使用与各部位相对应的标准曲线，进行测量值的校正。因此不受部位间的差别之影响，能获得稳定的测量结果。
另外，所述标准曲线也可以由以下两步骤画出，即
(3A)在所述生物体和所述光学元件接触的状态下进行i(i为2～n的整数)次测量而得到i个波谱的步骤；及
(3B)在所述i个波谱的各个波谱中、将由与j(j为2～n的整数)种波数对应的j个波数信号决定的i个点画在坐标系上并连接所述的点得到标准曲线的步骤。
这里，为了进行所述步骤(3A)，也可以采用测量开始开关等，通过一次开始操作，便能自动地取入测量刚开始后的数据和经过规定时间之后的数据。所述规定时间能作适当的选择。前者的数据取入和后者的数据取入能连续进行，也能在经过几秒或几分钟后进行。总之，在生物体5和光学元件2或12接触的状态下至少连续取入两次测量数据。
另外，所述步骤(3A)中，也可通过一次操作进行两次或两次以上的测量，取入数据。测量次数越多，得到的数据亦越多，能获得有精确的斜率的标准曲线。
接着在步骤(3B)中，如图4所示，设最初取入的数据的波谱在2100cm-1处的消光度为a1，在1080cm-1处的消光度b1。
同样，设第二次取入的数据的波谱在2100cm-1处的消光度为a2，在1080cm-1处的消光度为b2。
如图5所示，将如此得到的两个点(a1、b1)及(a2、b2)画在以2100cm-1处的消光度为横轴、以1080cm-1处的消光度为纵轴的x-y平面上。用直线连接这两个点C1、C2，得到标准线L。
上述例子中，根据两种测量数据画出标准曲线。但是也可以求两个以上的波谱，根据这些波谱连接三个及三个以上的点，画出标准曲线。再如前所述，也可以根据各个波谱求三个及三个以上波数处的消光度，将这些消光度作为一组，使用三维以上的坐标，画出标准曲线。
另外，上述步骤(4)中，在测量的特定成分是葡萄糖时，也能采用将葡萄糖的吸收波峰波数处的波数信号换算成血糖值的基本信息，根据校正过的测量值算出血糖值。
以下，再次参照图1说明实施本发明的测量方法用的测量装置。本发明涉及的测量装置如图1或图6所示，由光源1、光学元件2或12、光检测装置3、信号处理装置4、偏振光元件6、及设在光源1和光学元件2之间的分光装置(未图示)构成。还有执行所述测量装置的功能的程序及存储该程序的记录媒体。
作为光源1只要是能发出有和测量对象即特定成分吸收的光的波数相同波数的光的光源就可采用。作为例子可举出将碳化硅(SiC)烧结成棒状而得的碳硅棒光源、CO2激光器、及钨灯等。
构成光学元件2及12的材料没有特别的限定，可以采用该领域皆知的材料，作为例子可举出Si、Ge、SiC、金刚石、ZnSe、ZnS及KrS等。
这里，如葡萄糖那样，在测定波数1033cm-1及1080cm-1的红外区域显示出吸收波峰的物质时，根据用约9～10微米的红外波长的透射率高的观点，最好用硅或锗构成，硼或磷等杂质含量要低，最好用电阻率大于100Ωcm的材料。还有，若能用电阻率大于1500Ωcm的材料则更加好。
作为光检测装置3也无特别的限定，可采用该领域均熟悉的装置。作为例子可举出热电传感器、或MTC检测器。
信号处理装置4没有特别的限定，只要是能采用上述标准曲线数据对由光检测装置3检测出的光所得到的波数信号进行校正的装置即可。例如能用计算机作为信号处理装置。
该信号处理装置4若限定测量对象，则也可以预先具有(存储)通过计算求得的基准标准曲线，也可在实际测量时每次通过计算求得。
另外，在对多个生物体或一个生物体的多个部位进行测量的情形下，信号处理装置4也可以准备多条与生物体5及光学元件2或12的折射率或光学角度不同的场合相对应的基准曲线，选择适合于测量的生物体或光学元件的基准曲线。
还有，在所述信号处理装置4中，可以求生物体的折射率，并利用该折射率计算波谱。这时，在信号处理装置中，能对每种生物体生成标准曲线数据。通过采用使光的偏振状态变化的偏振光元件6，在P偏振光状态、S偏振光状态的两种状态下测量生物体5，从而计算该折射率。
再有，在特定成分是葡萄糖时，能在信号处理装置4中预先存入将该葡萄糖吸收波峰处的消光度的值换算成血糖值的基本信息，将校正后的消光度的值换算成血糖值，使其向外部输出。
作为偏振光元件6无特别的限定，可采用该领域均熟悉的元件。作为例子可举出线栅型偏振镜、棱形偏振镜、介质棱形偏振镜、薄膜偏振镜、及反射型偏振镜等。
特定成分只要是能通过光学进行测量的物质即可。作为例子，可举出生物体中的血糖、水分、胆固醇、中心脂肪、乳酸、血中乙醇、及体液的各种成分等。
生物体5可以是含能用光学方法进行测量的物质。生物体5的测量部位例如为皮肤、及嘴唇等生物体组织。还有，最好为通过存在液体层容易与光学元件2或12紧贴的嘴唇。
作为浓度信息例如为测定对象即特定成分的浓度的绝对值、成分比、组成、及它们随时间的变化等。
再有，本发明的测量装置中通过设置分光装置，能测定生物体所含特定成分的吸收与波长的相互关系。如采用干涉计通过FT-IR法进行测量，由于能以高灵敏度进行测量，所以最理想。
特别是特定成分为在波数1033cm-1、1080cm-1的红外区域有吸收波峰的葡萄糖之类物质的情形下，作为光源最好使用碳硅棒光源。这是因为这种碳硅棒光源能覆盖较宽的波长范围，而且在10微米左右的长波长区域也能很好地发光。
另外，光学元件2或12，因为在约9～10微米的红外波长透射率高，所以最好为硼或磷等杂质含量低并电阻率100Ωcm以上的硅或锗。另外，如其电阻率为1500Ωcm以上则更好。作为偏振光元件最好采用线栅型偏振元件。
本发明的测量装置通过具有上述的构成，从而即使在生物体5是一个而测量部位是一个时、生物体5是多个而测量部位分别是一个时、多个生物体5测量部位分别是一个时、及多个生物体5测量部位分别是多个时，也能容易地进行特定成分的浓度测量。
另外，本发明的测量装置中也可以包括利用计算机执行该测量装置全部或部分装置的功能用的程序。该程序使计算机起到作为计算标准曲线的所述信号处理装置的功能，和计算机共同作用。
而且，该程序也可存于记录媒体。该记录媒体中存入利用计算机执行本发明的测量装置全部或部分装置的功能用的程序。另外，利用计算机可读取，而且，所读取的所述程序和所述计算机共同作用来执行所述功能。还有，所谓部分的装置意即所有的多个装置中的一个或几个装置。
另外，作为利用程序的形态，可以将该程序记录在能用计算机读取(处理)的记录媒体上，并和计算机共同作用。
另外，也可以利用计算机读取程序在传输媒体中传输，和计算机共同作用。
另外，作为数据结构，可以例如为数据库或数据格式等，作为记录媒体可以例如为ROM等。作为传输媒体可以是互联网等的传输媒体，包括光、电波、声波等。
另外，计算机并不限于CPU等纯粹的硬件，也可以是固件、OS、再有包括外设的设备。
再有，如上所述，本发明的构成可以用软件实现，也可用硬件实现。
[实施例1]
本实施例1中，采用图1所示的测量装置，利用本发明的测量方法测量葡萄糖浓度。另外，图3为说明进行葡萄糖的波数信号校正用的方法的示意图。
该测量是在作为生物体5的嘴唇上进行测量。另外，画出标准曲线K时使用的波数设为2100cm-1及1080cm-1。
在本实施例采用的测量装置中，采用SiC光源作为光源1，采用锗ATR元件作为光学元件2。另外，采用热电传感器作为光检测元件3，采用计算机作为信号处理装置4。虽然图中未示出，但在光源1和ATR元件2之间还设分光装置。
然后如下所述那样测量波谱。首先，使生物体5即嘴唇贴紧ATR元件2。接着，以规定的角度使光从光源1射入ATR元件2。然后，用热电传感器3检测从ATR元件2射出的光，得到包含波数信号的测量波谱。
接着，在计算机4中，根据热电传感器3送来的测量波谱的数据，求出在画出标准曲线K时使用的波数2100cm-1及1080cm-1处的消光度。然后，如图3所示，将按照波数2100cm-1处的消光度和波数1080cm-1的消光度表示的点作为点s1，通过该点s1，求出和标准曲线K平行的校正用第二标准曲线H。即，通过在一个测量数据的点s1上应用表示唾液层变化斜率的标准曲线K，而推定该测量时唾液层的厚度变化。
这里，假定唾液层的厚度始终为0.2μm进行校正。与该厚度对应的2100cm-1处的消光度为0.7。在第二标准曲线H上与暂定条件即0.7相交的点为星号J，用R表示这一点J表示的1080cm-1处的消光度。
测量数据中，P表示葡萄糖的吸收波峰即1080cm-1处的消光度，若在表示唾液层厚度的变化斜率的标准曲线K上给予2100cm-1处的消光度0.7，则能得到消光度R的校正波数信号。输出该消光度R
就这样将光学元件附在生物体5即部分嘴唇上反复多次测量。这时，在所有测量中，将暂定条件假设为2100cm-1处的消光度0.7。则可知，利用上述的测量所得的测量值中误差小，利用本发明能得到稳定的测量结果。
本实施例中，对于用图3中的星号J表示的求出计算值的暂定条件，是采用2100cm-1处的消光度0.7。但暂定条件并不限于此。例如也可以为2100cm-1以外易受水分影响的其它的波数。
另外，因为暂定假设唾液层厚度为0.2μm，所以设2100cm-1处的消光度为0.7，但2100cm-1处的消光度并不限于该数值。另外唾液层厚度也不限于0.2μm。
另外，在采用图6所示测量装置的波谱测量中，例如让生物体5即嘴唇贴紧光学元件12。贴紧的生物体5如图7所示，隔着唾液层14嵌入光学元件12略成V形的部分13，来自光源1的光射入该部分。射入的光只有与生物体5内的特定成分对应的量被吸收，并射出。然后，求出和标准曲线K平行的校正用第二标准曲线H，如上所述那样给出暂定条件进行校正。
以前，很难控制介于生物体5和光学元件12之间的唾液层厚度保持一定，每测一次唾液层厚度就改变。因此，到达生物体5的光量就变得不稳定，消光度产生离散。但根据本实施例，通过计算预先求出介于光学元件2或12与生物体5之间的唾液层厚度和葡萄糖的吸收波峰波数上的消光度之间作为基准的关系。利用这一关系进行校正，从实际的测定值换算成唾液层具有某设定厚度时的消光度。
因此，就能得到在测量时唾液层厚度始终为一定的消光度。这样，因能减少测量结果误差，就能进行测量值稳定的测量。
还有，上述是假设生物体5为嘴唇，设校正所利用的变动信息为唾液，但也可为皮肤及汗水。
[实施例2]
本实施例中，也采用图1示出的测量装置，根据本发明的测量方法测量葡萄糖的浓度。
图4表示将ATR元件2连续保持贴紧在生物体5即嘴唇上不动、进行两次测量取到的第一次和第二次的两个波谱。如是是使生物体5和ATR元件2贴紧的状态，则唾液层厚度慢慢变化，到达生物体5的光量变化。因此，第一次和第二次的信号信息变化，得到2种波谱。
接着，如图5所示，设用第一次波谱的2100cm-1及1080cm-1处的消光度a1、b1表示的点为点C1，设用第二次波谱的2100cm-1及1080cm-1处的消光度a2、b2表示的点为C2。然后，用直线连接这两点，得到标准曲线L。
接着利用该标准曲线L，作为暂定条件给出2100cm-1处的消光度0.7，算出1080cm-1处的消光度(图中的星号M)。多次反复这样的测量。这时，在所有的测量中，都将暂定条件设为2100cm-1处的消光度0.7。
可知，由上述测量得到的测量值其误差小，根据本发明能得到稳定的测量结果。
本实施例中，作为求出用星形标号M表示的计算值的暂定条件，是采用2100cm-1处的消光度0.7的值，但并不限于此。
第一次的数据中，葡萄糖的吸收波峰即1080cm-1处的消光度为P，第二次的数据中，葡萄糖的吸收波峰即1080cm-1的消光度为Q。
设标准曲线L上暂定条件2100cm-1处的消光度为0.7，可以得到此时的葡萄糖的吸收波峰即1080cm-1的消光度R作为校正波数信号。
另外，在采用图6所示的测量装置时也同样，保持生物体5和光学元件12连续贴紧的状态，进行两次测量，取得第一、第二两种波谱。
这里，图7及图8所示为光学元件12的略呈V形部分13和生物体5的唾液层14的厚度P的样子的示意图。如图7及图8所示，因贴紧生物体5即嘴唇，故唾液慢慢向外侧挤出，唾液层14之厚度P变化。由此，第一次和第二次的波数信号变化，得到两种波谱。
然后，求校正用的第二标准曲线L，利用该标准曲线L，如上所述给出暂定条件，进行校正。
如上所述，本实施例中，是利用介于光学元件2或12与生物体5即嘴唇之间的唾液的实际厚度变动进行校正的。具体为，根据由厚度变动得到的标准曲线，从实际的测量值推定预先设定好的暂定条件的唾液厚度时的消光度。通过这样，就能得到假定在测量时唾液层始终保持一定时的信息，能使测量误差减小。
还有，上述是在生物体5的嘴唇上进行测量，设用于校正的变化信息为唾液，但也可以在生物体5的皮肤上进行测量，用于校正的要素为汗水。
上述实施例1及2中，是根据2100cm-1处的消光度、葡萄糖的一个吸收波峰即1080cm-1处的消光度，来实施本发明的测量方法，但是也可以从多个波数信号中采用例如基线校正的信息等。
这样，根据本发明，即使光学元件和生物体之间有水、唾液或汗水等液体存在，另外，即使测量生物体的多个部位时，仍能稳定而容易地测量生物体的测量部位内含特定成分的浓度。
根据本发明的测量方法及测量装置，即使在光学元件和生物体之间有水、唾液或汗水等液体存在，另外，即使在生物体的多个部位进行测量时，仍能稳定而容易地测量生物体内含特定成分的浓度信息。因此，本发明对于医疗用途的体液成分测量相当有用。

Claims (15)

1.一种特定成分的浓度测量方法，是一种测量生物体内含特定成分的浓度的方法，其特征在于，包括
(1)使光射入光学元件并使与所述光学元件接触的生物体吸收及反射所述光后、从所述光学元件射出的步骤；
(2)检测从所述光学元件射出的光、并从检测出的光得到波数信号的步骤；
(3)使用校正所述生物体和所述光学元件的边界部分的状态变化对所述波数信号的影响用的标准曲线、来校正所述波数信号的步骤；以及
(4)根据所述校正后的波数信号得到所述生物体内含特定成分的浓度的步骤。
2.如权利要求1所述的特定成分浓度的测量方法，其特征在于，
所述标准曲线由下述两步骤画出，即
(3a)取得与所述边界部分的i(i为2至n的整数)种状态对应的i个波谱的步骤；以及
(3b)在所述i个的各个波谱中、将与j(j为2至n的整数)种波数对应的由j个波数信号决定的i个点画在坐标系上并连接所述的点而得到标准曲线的步骤。
3.如权利要求2所述的特定成分浓度的测量方法，其特征在于，
所述步骤(3a)为得到与所述边界部分的两种状态相对应的第一波谱及第二波谱的步骤，
所述步骤(3b)为将在所述第一波谱中由与两种波数对应的两个波数信号所决定的点(X1、Y1)及在所述第二波谱中由与两种波数对应的两个波数信号所决定的点(X2、Y2)画在坐标系上并连接所述点得到标准曲线的步骤。
4.如权利要求2或3所述的特定成分浓度的测量方法，其特征在于，
所述步骤(3)包含通过在多个不同的波数上由从所述检测出的光得到的波数信号决定的点而且画出具有和所述标准曲线相同斜率的第二标准曲线、并根据所述第二标准曲线和暂定条件所述波数信号进行变换的步骤。
5.如权利要求1所述的特定成分浓度的测量方法，其特征在于，
所述标准曲线利用下述步骤画出，即
(3A)在所述生物体和所述光学元件接触的状态下得到i(i为2至n的整个)个波谱的步骤；及(3B)在所述i个的各波谱中将与j(j为2至n的整数)种的波数对应的由j个波数信号决定的i个点画在坐标系上、并连接所述的点得到标准曲线的步骤。
6.如权利要求5所述的特定成分浓度的测量方法，其特征在于，
所述步骤(3A)为得到第一波谱及第二波谱的步骤，
所述步骤(3B)为将在所述第一波谱中由与两种波数对应的两个波数信号所决定的点(X1、Y1)及在所述第二波谱中由与两种波数对应的两个波数信号所决定的点(X2、Y2)画在坐标系上、并连接所述点得到标准曲线的步骤。
7.如权利要求6所述的特定成分浓度的测量装置，其特征在于，
所述步骤(3)包括通过在多个不同的波数上由从所述检测出的光得到的波数信号决定的点而且画出具有和所述标准曲线相同斜率的第二标准曲线、并根据所述第二标准曲线和暂定条件将所述波数信号进行变换的步骤。
8.如权利要求1至7中任一项所述的特定成分浓度的测量方法，其特征在于，
所述边界部分的状态变化是液体层的厚度变化。
9.如权利要求4或7所述的特定成分浓度的测量方法，其特征在于，
在画出所述标准曲线时，采用700～3200cm-1范围的两个及两个以上波数中的波数信号，作为所述暂定信号采用所述两个及两个以上的波数中的任一波数信号。
10.一种特定成分浓度的测量装置，是一种用于测量生物体内含特定成分浓度的测量装置，其特征在于，包括
(a)和生物体接触用的光学元件、
(b)使光射入所述光学元件用的光源、
(c)检测从所述光学元件射出的光用的光检测装置、以及
(d)处理所述光检测装置所得的波数信号用的信号处理装置，
所述信号处理装置使用一种及一种以上的标准曲线，来校正所述波数信号。
11.如权利要求10所述的特定成分浓度的测量装置，其特征在于，
所述信号处理装置存储所述标准曲线。
12.如权利要求10所述的特定成分浓度的测量装置，其特征在于，
所述信号处理装置计算所述标准曲线。
13.如权利要求10至12中任一项所述的特定成分浓度的测量装置，其特征在于，
所述信号处理装置通过在不同的波数上由所述检测出的光得到的波数信号决定的点，而且画出具有和所述标准曲线相同斜率的第二标准曲线，根据所述第二标准曲线和暂定条件，将所述波数信号进行变换。
14.如权利要求10至13中任一项所述的特定成分浓度的测量装置，其特征在于，
所述标准曲线是校正所述生物体和所述光学元件的边界部分上液体层的变化对所述波数信号的影响用的标准曲线。
15.如权利要求13或14所述的特定成分浓度的测量装置，其特征在于，
所示暂定条件为在画所述标准曲线时采用的700～3200cm-1范围内两个及两个以上波数的波数信号。
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