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JP2011152321A - Spectrometry device, spectrometry method, and spectrometry program - Google Patents

Spectrometry device, spectrometry method, and spectrometry program Download PDF

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JP2011152321A
JP2011152321A JP2010016541A JP2010016541A JP2011152321A JP 2011152321 A JP2011152321 A JP 2011152321A JP 2010016541 A JP2010016541 A JP 2010016541A JP 2010016541 A JP2010016541 A JP 2010016541A JP 2011152321 A JP2011152321 A JP 2011152321A
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Japan
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substance
measurement
concentration
optical path
path length
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JP2010016541A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Chokai
洋一 鳥海
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spectrometry device, a spectrometry method, and a spectrometry program, capable of improving measuring precision. <P>SOLUTION: Concentration of a measuring substance per unit optical path length, concentration of a substance more than the content of the measuring substance in a layer per unit optical path length, and a reflectance of an interface are taken for solutions. For every wavelength corresponding to the number of measuring substances, substances and interfaces, concentration of measuring substance per unit optical path length is computed by use of simultaneous equations including the product of the concentration per unit optical path length and molar extinction coefficient, and an equation that the reflectance at the interface and the total are equal to absorbance of the substance. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は分光測定装置、分光測定方法及び分光測定プログラムに関し、例えばヘモグロビン濃度を測定する場合に好適なものである。   The present invention relates to a spectroscopic measurement apparatus, a spectroscopic measurement method, and a spectroscopic measurement program, and is suitable for measuring, for example, hemoglobin concentration.

従来、被験部位に対して所定帯域の光を照射し、該被験部位から反射した光を分光分析することによって、生体の特定成分の濃度を非侵襲的に測定する装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed an apparatus that noninvasively measures the concentration of a specific component of a living body by irradiating a test site with a predetermined band of light and performing spectroscopic analysis of the light reflected from the test site (for example, Patent Document 1).

この装置では、測定対象である生体成分によって吸収される波長の散乱光強度と、該測定対象である生体成分に吸収されず測定対象よりも生体中に多い成分量をもつ成分に吸収される波長の散乱光強度と、それらに対応する生体成分濃度とについて重回帰分析法によって、測定対象である生体成分濃度が求められる。   In this apparatus, the scattered light intensity of the wavelength absorbed by the biological component to be measured and the wavelength that is absorbed by the component that is not absorbed by the biological component that is the measurement target and has a larger component amount in the living body than the measurement target. The biological component concentration to be measured is obtained by the multiple regression analysis method for the scattered light intensities and the corresponding biological component concentrations.

特開2009−273819公報JP 2009-273719 A

ところが測定対象に吸収される1つの波長の反射率と、該測定対象に非吸収となる1つの波長の反射率との相関では測定対象の吸収スペクトル特性が反映されていないため、該吸収スペクトル特性を反映させた場合に比べて測定精度の信頼性が乏しい。   However, the correlation between the reflectance of one wavelength absorbed by the measurement object and the reflectance of one wavelength non-absorbed by the measurement object does not reflect the absorption spectrum characteristic of the measurement object. The accuracy of measurement accuracy is poor compared to the case of reflecting.

また、生体内に入射する光は散乱するものであるが、その割合は生体内の界面で反射する割合に比べると小さい。したがって、生体に対する透過光ではなく反射光を用いて生体成分濃度を求める場合、生体内で反射する界面の反射率が測定値に大きく関与するが、上記文献では無視されているため、該反射率を考慮する場合に比べて測定精度の信頼性が乏しい。   Moreover, although the light which injects into a biological body is scattered, the ratio is small compared with the ratio reflected at the interface in a biological body. Therefore, when the biological component concentration is determined using reflected light instead of transmitted light with respect to the living body, the reflectance of the interface that reflects in the living body is greatly involved in the measured value, but is ignored in the above document. Compared with the case of considering the measurement accuracy is poor.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、測定精度を向上し得る分光測定装置、分光測定方法及び分光測定プログラムを提案しようとするものである。   The present invention has been made in consideration of the above points, and intends to propose a spectroscopic measurement apparatus, a spectroscopic measurement method, and a spectroscopic measurement program capable of improving measurement accuracy.

かかる課題を解決するため本発明は、分光測定装置であって、照射手段により照射される波長域の光が人体内において正反射する界面と、人体表面との層を透過する光の透過率を算出する透過率算出手段と、記憶媒体に登録されるモル吸光係数を読み出す係数読出手段と、透過率算出手段により算出される透過率と、係数読出手段から読み出されるモル吸光係数を用いて、測定物質の単位光路長あたりの濃度を算出する濃度算出手段とを有する。
濃度算出手段は、測定物質の単位光路長あたりの濃度と、層において測定物質の含有量程度以上となる物質の単位光路長あたりの濃度と、界面の反射率とを解として、測定物質、物質及び界面の数に対応する波長ごとに、単位光路長あたりの濃度とモル吸光係数との積と、界面での反射率と和が物質の吸光度と等しいとする式の連立方程式を生成する。
In order to solve such a problem, the present invention is a spectroscopic measurement device, which has a transmittance of light transmitted through a layer between an interface where the light in the wavelength range irradiated by the irradiation means is regularly reflected in the human body and the surface of the human body. Measurement using the transmittance calculating means to calculate, the coefficient reading means for reading the molar extinction coefficient registered in the storage medium, the transmittance calculated by the transmittance calculating means, and the molar extinction coefficient read from the coefficient reading means Concentration calculating means for calculating the concentration per unit optical path length of the substance.
The concentration calculation means uses the concentration per unit optical path length of the measurement substance, the concentration per unit optical path length of the substance that is equal to or higher than the content of the measurement substance in the layer, and the reflectance of the interface, as a solution. In addition, for each wavelength corresponding to the number of interfaces, a simultaneous equation of an equation is generated in which the product of the concentration per unit optical path length and the molar absorption coefficient and the reflectance and sum at the interface are equal to the absorbance of the substance.

また本発明は、分光測定方法であって、透過率算出手段が、照射手段により照射される波長域の光が人体内において正反射する界面と、人体表面との層を透過する光の透過率を算出する透過率算出ステップと、記憶媒体に登録されるモル吸光係数を読み出す係数読出ステップと、濃度算出手段が、透過率算出ステップで算出される透過率と、係数読出ステップで読み出されるモル吸光係数を用いて、測定物質の単位光路長あたりの濃度を算出する濃度算出ステップとを有する。
濃度算出ステップでは、測定物質の単位光路長あたりの濃度と、層において測定物質の含有量程度以上となる物質の単位光路長あたりの濃度と、界面の反射率とを解として、測定物質、物質及び界面の数に対応する波長ごとに、単位光路長あたりの濃度とモル吸光係数との積と、界面での反射率と和が物質の吸光度と等しいとする式の連立方程式が生成される。
The present invention also relates to a spectroscopic measurement method, wherein the transmittance calculating means transmits the light transmitted through a layer between the interface where the light in the wavelength range irradiated by the irradiating means is regularly reflected in the human body and the surface of the human body. A transmittance calculating step for calculating the transmittance, a coefficient reading step for reading the molar absorption coefficient registered in the storage medium, and a transmittance calculated by the concentration calculating means in the transmittance calculating step and the molar absorbance read in the coefficient reading step. And a concentration calculating step for calculating a concentration per unit optical path length of the measurement substance using the coefficient.
In the concentration calculation step, the concentration per unit optical path length of the measurement substance, the concentration per unit optical path length of the substance that is about the content of the measurement substance in the layer, and the reflectance of the interface are used as a solution, and the measurement substance, substance In addition, for each wavelength corresponding to the number of interfaces, a simultaneous equation of an equation is generated in which the product of the concentration per unit optical path length and the molar absorption coefficient and the reflectance and sum at the interface are equal to the absorbance of the substance.

また本発明は、分光測定プログラムであって、コンピュータに対して、照射手段により照射される波長域の光が人体内において正反射する界面と、人体表面との層を透過する光の透過率を算出すること、記憶媒体に登録されるモル吸光係数を読み出すこと、透過率算出手段により算出される透過率と、係数読出手段から読み出されるモル吸光係数を用いて、測定物質の単位光路長あたりの濃度を算出することを実行させる。
測定物質の単位光路長あたりの濃度は、測定物質の単位光路長あたりの濃度と、層において測定物質の含有量程度以上となる物質の単位光路長あたりの濃度と、界面の反射率とを解として、測定物質、物質及び界面の数に対応する波長ごとに、単位光路長あたりの濃度とモル吸光係数との積と、界面での反射率と和が物質の吸光度と等しいとする式の連立方程式から算出される。
The present invention is also a spectroscopic measurement program, wherein the transmittance of light transmitted through a layer between an interface where light in a wavelength range irradiated by an irradiation unit is regularly reflected in a human body and a surface of the human body is transmitted to a computer. Calculating, reading the molar extinction coefficient registered in the storage medium, using the transmittance calculated by the transmittance calculating means and the molar extinction coefficient read from the coefficient reading means, per unit optical path length of the measurement substance Calculate the concentration.
The concentration per unit optical path length of the measured substance is the concentration per unit optical path length of the measured substance, the concentration per unit optical path length of the substance that is about the content of the measured substance in the layer, and the reflectance of the interface. For each wavelength corresponding to the number of substances to be measured, substances, and interfaces, a series of equations assuming that the product of the concentration per unit optical path length and the molar extinction coefficient and the reflectance and sum at the interface are equal to the absorbance of the substance. Calculated from the equation.

単に、測定物質の単位光路長あたりの濃度を解として連立方程式が生成されるのではなく、当該測定対象に対して他の要素も加えた連立方程式が生成される。
具体的には、測定対象の単位光路長あたりの濃度のみならず、照射手段により照射される波長域の光が人体内において正反射する界面と、人体表面との層において測定物質の含有量程度以上となる単位光路長あたりの濃度が算出対象とされる。また、当該層を透過する光として大きく関与する人体内での界面反射率も算出対象とされる。そして、これら算出対象の数に対応させて、吸収スペクトルを離散的にとった異なる波長ごとに連立方程式が生成される。
したがって本発明は、人体内における当該層での測定物質の単位光路長あたりの濃度を、測定物質の単位光路長あたりの濃度を解として連立方程式を生成する場合に比べて正確に算出することができる。かくして測定精度を向上し得る分光測定装置、分光測定方法及び分光測定プログラムが実現される。
The simultaneous equations are not simply generated by using the concentration per unit optical path length of the measurement substance as a solution, but are generated by adding other elements to the measurement target.
Specifically, not only the concentration per unit optical path length of the measurement target, but also the content of the measurement substance in the layer between the interface where the light in the wavelength range irradiated by the irradiation means is regularly reflected in the human body and the human body surface The density per unit optical path length as described above is a calculation target. Further, the interface reflectance in the human body that is largely involved as light transmitted through the layer is also subject to calculation. A simultaneous equation is generated for each different wavelength obtained by discretely taking an absorption spectrum in correspondence with the number of calculation objects.
Therefore, the present invention can calculate the concentration per unit optical path length of the measurement substance in the layer in the human body more accurately than when the simultaneous equations are generated using the concentration per unit optical path length of the measurement substance as a solution. it can. Thus, the spectroscopic measurement apparatus, spectroscopic measurement method, and spectroscopic measurement program that can improve the measurement accuracy are realized.

分光測定装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a spectrometer. 人体表皮での反射の説明に供する概略図である。It is the schematic where it uses for description of reflection in a human body epidermis. プリズムによる分光の説明に供する概略図である。It is the schematic where it uses for description of spectroscopy by a prism. 測定部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a measurement part. 吸光係数算出モードでのCPUの機能的構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the functional structure of CPU in the light absorption coefficient calculation mode. 色サンプル例を示す写真である。It is a photograph which shows a color sample example. 吸光係数算出モードでの演算結果の推移の説明に供するグラフである。It is a graph with which it uses for description of transition of the calculation result in the extinction coefficient calculation mode. 濃度測定モードでのCPUの機能的構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the functional structure of CPU in density | concentration measurement mode. 濃度測定モードでの演算結果の推移の説明に供するグラフである。It is a graph with which it uses for description of transition of the calculation result in density | concentration measurement mode. 濃度表示画面例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of a density | concentration display screen.

以下、発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序とする。
<1.実施の形態>
[1−1.分光測定装置の構成]
[1−2.測定部の構成]
[1−3.吸光係数算出モード]
[1−4.濃度測定モード]
[1−5.効果等]
<2.他の実施の形態>
Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described. The description will be in the following order.
<1. Embodiment>
[1-1. Configuration of Spectrometer]
[1-2. Configuration of measurement unit]
[1-3. Absorption coefficient calculation mode]
[1-4. Concentration measurement mode]
[1-5. Effect]
<2. Other embodiments>

<1.実施の形態>
[1−1.分光測定装置の構成]
図1において、本一実施の形態による分光測定装置1を示す。この分光測定装置1は、照射部10、分光部20、受光部30及び測定部40によって構成される。
<1. Embodiment>
[1-1. Configuration of Spectrometer]
FIG. 1 shows a spectroscopic measurement apparatus 1 according to the present embodiment. The spectroscopic measurement apparatus 1 includes an irradiation unit 10, a spectroscopic unit 20, a light receiving unit 30, and a measurement unit 40.

照射部10は、照射面IFに対して斜めから入射するよう所定の波長域の光を照射する。この実施の形態の場合、波長域は可視光域とされる。   The irradiation unit 10 irradiates light in a predetermined wavelength region so as to be incident on the irradiation surface IF from an oblique direction. In the case of this embodiment, the wavelength range is the visible light range.

照射面IFに人体の所定部位が配された場合、照射部10から照射される可視光は、図2に示すように、人体表面を入射して表皮(扁平上皮)の基底層と真皮層との界面で正反射し、該人体表皮(基底層と人体表面との間)を透過して人体表面から出射する。   When a predetermined part of the human body is arranged on the irradiation surface IF, the visible light irradiated from the irradiation unit 10 is incident on the human body surface as shown in FIG. 2, and the base layer and the dermis layer of the epidermis (squamous epithelium) Specularly reflected at the interface, and passes through the human epidermis (between the basal layer and the human body surface) and exits from the human body surface.

分光部20は、照射面IFから到来する光を複数の波長成分に分光する。分光部20には例えばプリズムが適用可能である。プリズムが適用された場合、図3に示すように、波長が短いほど光媒体とプリズムとの界面で光が曲がる角度(屈折率)が大きいため、当該屈折率の差によって複数の波長成分に分光される。   The spectroscopic unit 20 splits light coming from the irradiation surface IF into a plurality of wavelength components. For example, a prism can be applied to the spectroscopic unit 20. When a prism is applied, as shown in FIG. 3, the shorter the wavelength, the larger the angle (refractive index) at which the light bends at the interface between the optical medium and the prism. Is done.

受光部30は、分光部20によって分光される複数の波長成分を受光し、その受光結果を測定部40に送出する。   The light receiving unit 30 receives a plurality of wavelength components separated by the spectroscopic unit 20 and sends the light reception results to the measuring unit 40.

測定部40ではランベルト・ベールの法則が用いられる。ランベルト・ベールの法則は、吸光度をAとし、単位光路長あたりの濃度[mol/L・cm](以下、単位長濃度と呼ぶ)をclとし、モル吸光係数(以下、単に吸光係数と呼ぶ)をεとすると、次式   The measuring unit 40 uses Lambert-Beer law. The Lambert-Beer law is that the absorbance is A, the concentration per unit optical path length [mol / L · cm] (hereinafter referred to as unit length concentration) is cl, and the molar extinction coefficient (hereinafter simply referred to as the extinction coefficient). Where ε is

A=ε・cl ……(1)   A = ε · cl (1)

として表される。 Represented as:

吸光度Aは、透過率をtとすると、次式   Absorbance A is expressed by the following equation, where transmittance is t.

A=log(1/t) ……(2)   A = log (1 / t) (2)

のように透過率tの常用対数で表すことができるので、(1)式と(2)式から、次式 Since it can be expressed by the common logarithm of the transmittance t as shown in FIG.

log(1/t)=ε・cl ……(3)   log (1 / t) = ε · cl (3)

の関係が成立する。 The relationship is established.

測定部40は、物質の吸光係数を算出するモード(以下、これを吸光係数算出モードとも呼ぶ)と、物質の濃度を測定するモード(以下、これを濃度測定モードとも呼ぶ)とを有する。   The measurement unit 40 has a mode for calculating an extinction coefficient of a substance (hereinafter also referred to as an extinction coefficient calculation mode) and a mode for measuring the concentration of the substance (hereinafter also referred to as a concentration measurement mode).

測定部40は、吸光係数算出モードを実行した場合、(3)式を用いて物質の吸光係数を算出し、該吸光係数を登録するようになっている。   When the extinction coefficient calculation mode is executed, the measurement unit 40 calculates the extinction coefficient of the substance using the equation (3), and registers the extinction coefficient.

一方、測定部40は、濃度測定モードを実行した場合、吸光係数算出モードで算出した吸光係数と、(3)式とを用いて物質の濃度を算出する。そして測定部40は、これら濃度を記憶し、当該濃度の推移を必要に応じて提示するようになっている。   On the other hand, when executing the concentration measurement mode, the measurement unit 40 calculates the concentration of the substance using the absorption coefficient calculated in the absorption coefficient calculation mode and the equation (3). And the measurement part 40 memorize | stores these density | concentrations and shows the transition of the said density | concentration as needed.

[1−2.測定部の構成]
測定部30は、図4に示すように、制御を司るCPU(Central Processing Unit)41に対して各種ハードウェアを接続することにより構成される。
[1-2. Configuration of measurement unit]
As shown in FIG. 4, the measurement unit 30 is configured by connecting various hardware to a CPU (Central Processing Unit) 41 that controls the control.

具体的にはROM(Read Only Memory)42、CPU41のワークメモリとなるRAM(Random Access Memory)43、ユーザの操作に応じた命令を入力する操作入力部44、インターフェイス部45、表示部46及び記憶部47がバス48を介して接続される。   Specifically, a ROM (Read Only Memory) 42, a RAM (Random Access Memory) 43 serving as a work memory of the CPU 41, an operation input unit 44 for inputting a command according to a user operation, an interface unit 45, a display unit 46, and a storage The unit 47 is connected via the bus 48.

ROM42には、吸光係数算出モードを実行するためのプログラム(以下、これを係数算出プログラムとも呼ぶ)と、濃度測定モードを実行するためのプログラム(以下、これを濃度測定プログラムとも呼ぶ)が格納される。インターフェイス部45は、専用伝送路を介して照射部10及び受光部30と接続され、有線又は無線の伝送路を介して他の装置と接続可能とされる。   The ROM 42 stores a program for executing an extinction coefficient calculation mode (hereinafter also referred to as a coefficient calculation program) and a program for executing a concentration measurement mode (hereinafter also referred to as a concentration measurement program). The The interface unit 45 is connected to the irradiation unit 10 and the light receiving unit 30 through a dedicated transmission path, and can be connected to other devices through a wired or wireless transmission path.

表示部46には、液晶ディスプレイ又はEL(Electro Luminescence)ディスプレイ等が適用される。また記憶部47には、HD(Hard Disk)に代表される磁気ディスクもしくは半導体メモリ又は光ディスク等が適用される。USB(Universal Serial Bus)メモリやCF(Compact Flash)メモリ等のようにリムーバブルメモリ(可搬型メモリ)が適用されてもよい。   A liquid crystal display, an EL (Electro Luminescence) display, or the like is applied to the display unit 46. For the storage unit 47, a magnetic disk represented by HD (Hard Disk), a semiconductor memory, an optical disk, or the like is applied. A removable memory (portable memory) such as a USB (Universal Serial Bus) memory or a CF (Compact Flash) memory may be applied.

CPU41は、ROM42に格納される複数のプログラムのうち、操作入力部44から与えられる命令に対応するプログラムをRAM43に展開し、該展開したプログラムにしたがってインターフェイス部45、表示部46又は記憶部47を適宜制御する。   The CPU 41 expands, in the RAM 43, a program corresponding to a command given from the operation input unit 44 among the plurality of programs stored in the ROM 42, and the interface unit 45, the display unit 46, or the storage unit 47 is loaded according to the expanded program. Control appropriately.

[1−3.吸光係数算出モード]
CPU41は、操作入力部44から吸光係数を算出すべき命令に対応する係数算出プログラムをRAM43に展開した場合、図5に示すように、物質決定部51、駆動制御部52、スペクトル算出部53、単位長濃度差取得部54及び吸光係数算出部55として機能する。
[1-3. Absorption coefficient calculation mode]
When the CPU 41 expands the coefficient calculation program corresponding to the command for calculating the extinction coefficient from the operation input unit 44 in the RAM 43, as shown in FIG. 5, the substance determination unit 51, the drive control unit 52, the spectrum calculation unit 53, It functions as a unit length concentration difference acquisition unit 54 and an extinction coefficient calculation unit 55.

物質決定部51は、予め設定され又は操作入力部44から測定対象として指定される物質を、吸光係数を算出すべき物質として決定する。吸光係数を算出すべき物質として、この実施の形態では、3種のヘモグロビン(酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビン)が測定対象として指定され、メラニンが設定される。   The substance determining unit 51 determines a substance that is set in advance or designated as a measurement target from the operation input unit 44 as a substance whose extinction coefficient is to be calculated. In this embodiment, three types of hemoglobin (oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, and glycated hemoglobin) are designated as measurement targets and melanin is set as a substance whose extinction coefficient is to be calculated.

駆動制御部52は、照射部10に対して照射光量等の照射条件を設定し、該照射条件で照射光を照射するよう照射部10を駆動させる。また駆動制御部52は、受光部30に対してサンプリング周期等の受光条件を設定し、該受光条件で受光するよう受光部30を駆動させる。照射部10から照射される可視光は基準色のサンプルで反射し、その反射光は分光部20で複数の波長成分に分光されて受光部30に到達する。   The drive control unit 52 sets irradiation conditions such as an irradiation light amount for the irradiation unit 10 and drives the irradiation unit 10 to irradiate irradiation light under the irradiation conditions. In addition, the drive control unit 52 sets a light receiving condition such as a sampling period for the light receiving unit 30 and drives the light receiving unit 30 to receive light with the light receiving condition. Visible light emitted from the irradiation unit 10 is reflected by a reference color sample, and the reflected light is split into a plurality of wavelength components by the spectroscopic unit 20 and reaches the light receiving unit 30.

スペクトル算出部53は、吸光係数を算出すべきとして決定した物質に対応付けられる色サンプル(以下、対象色サンプルとも呼ぶ)と、該色サンプルの基準となる色サンプル(以下、基準色サンプルとも呼ぶ)におけるスペクトルを所定の順序で取得する。   The spectrum calculation unit 53 includes a color sample (hereinafter also referred to as a target color sample) associated with a substance determined to calculate an extinction coefficient, and a color sample serving as a reference for the color sample (hereinafter also referred to as a reference color sample). ) In a predetermined order.

基準色サンプル及び対象色サンプルは、例えば図6に示すように、色と、物質の名称や番号等の識別子との対照表として用意される。対象色サンプルは、吸光係数を算出すべき物質の単位長濃度を、基準色サンプルに対して差をもたせたときに呈する色のサンプルとされる。   For example, as shown in FIG. 6, the reference color sample and the target color sample are prepared as a comparison table of colors and identifiers such as substance names and numbers. The target color sample is a sample of a color that is exhibited when the unit length concentration of the substance whose extinction coefficient is to be calculated is different from the reference color sample.

なお、以下では、酸化ヘモグロビンと基準色サンプルとの間の単位長濃度差に対応する対象色サンプルはOxyHb色サンプルと呼び、還元ヘモグロビンと基準色サンプルとの間の単位長濃度差に対応する対象色サンプルはHb色サンプルと呼ぶ。また、糖化ヘモグロビンと基準色サンプルとの間の単位長濃度差に対応する対象色サンプルはHbA1c色サンプルと呼び、メラニンと基準色サンプルとの間の単位長濃度差に対応する対象色サンプルはメラニン色サンプルと呼ぶ。   In the following, the target color sample corresponding to the unit length density difference between the oxygenated hemoglobin and the reference color sample is referred to as an OxyHb color sample, and the target corresponding to the unit length density difference between the reduced hemoglobin and the reference color sample. The color sample is called an Hb color sample. The target color sample corresponding to the unit length density difference between the glycated hemoglobin and the reference color sample is called an HbA1c color sample, and the target color sample corresponding to the unit length density difference between the melanin and the reference color sample is melanin. Called a color sample.

ここで、スペクトルの具体的な取得手法を一例として挙げる。第1段階として、スペクトル算出部53は、基準色サンプル,OxyHb色サンプル,Hb色サンプル,HbA1c色サンプル,メラニン色サンプルのうち取得対象とすべき色サンプルを決定する。   Here, a specific method for acquiring a spectrum is given as an example. As a first stage, the spectrum calculation unit 53 determines a color sample to be acquired from among the reference color sample, the OxyHb color sample, the Hb color sample, the HbA1c color sample, and the melanin color sample.

第2段階として、スペクトル算出部53は、照射部10の照射面IFに対して取得対象の色サンプルを配すべきことを例えば表示部46等を用いて通知し、受光部30での受光結果の取得を開始する。   As a second step, the spectrum calculation unit 53 notifies the irradiation surface IF of the irradiation unit 10 that the color sample to be acquired should be arranged using, for example, the display unit 46 and the light reception result of the light receiving unit 30 Start getting.

第3段階として、スペクトル算出部53は、照射光量に対する受光量の比(色サンプルの反射率)を波長ごとに算出し、取得対象として決定した色サンプルのスペクトルを取得する(図7(A))。   As a third stage, the spectrum calculation unit 53 calculates the ratio of the amount of received light to the amount of irradiation light (reflectance of the color sample) for each wavelength, and acquires the spectrum of the color sample determined as the acquisition target (FIG. 7A). ).

このようにして基準色サンプル,OxyHb色サンプル,Hb色サンプル,HbA1c色サンプル,メラニン色サンプルにおけるすべてのスペクトルが取得されるまで、第1段階から第3段階の処理が行われる。ちなみに図7では、便宜上、メラニン色サンプルの一部については略している。   In this way, the processes from the first stage to the third stage are performed until all the spectra in the reference color sample, the OxyHb color sample, the Hb color sample, the HbA1c color sample, and the melanin color sample are acquired. Incidentally, in FIG. 7, for convenience, a part of the melanin sample is omitted.

単位長濃度取得部54は、物質決定部51で決定された物質に対応付けられる色サンプル(OxyHb色サンプル,Hb色サンプル,HbA1c色サンプル,メラニン色サンプル)における基準色サンプルとの間の単位長濃度差を取得する。   The unit length concentration acquisition unit 54 is a unit length between the reference color sample in the color sample (OxyHb color sample, Hb color sample, HbA1c color sample, melanin color sample) associated with the substance determined by the substance determination unit 51. Get the density difference.

基準色サンプルとの間の単位長濃度差は、(3)式の右辺における「cl」に相当する。当該単位長濃度差の具体的な取得手法には、例えば、操作入力部44から、物質決定部51で決定された物質に対応付けられる色サンプルにおける基準色サンプルとの間の単位長濃度差を入力させる手法がある。   The unit length density difference from the reference color sample corresponds to “cl” on the right side of the equation (3). As a specific method for obtaining the unit length density difference, for example, the unit length density difference between the reference color sample in the color sample associated with the substance determined by the substance determination unit 51 from the operation input unit 44 is calculated. There is a method to input.

別例として、物質と単位長濃度差の対照データベースを保持するサーバーにアクセスし、物質決定部51で決定された物質に対応付けられる色サンプルにおける基準色サンプルとの間の単位長濃度差をダウンロードする手法がある。   As another example, a server holding a substance and a unit length density difference control database is accessed, and a unit length density difference between a color sample associated with the substance determined by the substance determination unit 51 and a reference color sample is downloaded. There is a technique to do.

また、記憶部47に対して物質と単位長濃度差の対照データベースを記憶させ、該記憶部47から、物質決定部51で決定された物質に対応付けられる色サンプルにおける基準色サンプルとの間の単位長濃度差を読み出す手法がある。   In addition, the storage unit 47 stores a reference database of the substance and unit length concentration difference, and from the storage unit 47 to the reference color sample in the color sample associated with the substance determined by the substance determination unit 51. There is a method of reading the unit length density difference.

ただし、基準色サンプルとの間の単位長濃度差の取得手法はこれら例示した手法に限定されるものではなく、該例示した手法以外の手法を幅広く採用することができる。   However, the method for obtaining the unit length density difference from the reference color sample is not limited to these exemplified methods, and methods other than the exemplified methods can be widely adopted.

吸光係数算出部55は、吸光係数を算出すべきとして決定した物質に対応付けられる全ての色サンプルのスペクトルが取得され、当該色サンプルにおける基準色サンプルとの間の単位長濃度差が取得された場合、これらを用いて吸光係数を算出する。   The extinction coefficient calculation unit 55 acquires the spectra of all the color samples associated with the substance determined to calculate the extinction coefficient, and acquires the unit length density difference between the color sample and the reference color sample. In this case, the extinction coefficient is calculated using these.

ここで、吸光係数の具体的な算出手法を一例として挙げる。第1段階として、吸光係数算出部55は、基準色サンプル、OxyHb色サンプル、Hb色サンプル、HbA1c色サンプル及びメラニン色サンプルのスペクトルのうち、特定の波長における反射率を抽出する(図7(B))。   Here, a specific method for calculating the extinction coefficient is given as an example. As a first step, the extinction coefficient calculation unit 55 extracts the reflectance at a specific wavelength from the spectra of the reference color sample, the OxyHb color sample, the Hb color sample, the HbA1c color sample, and the melanin color sample (FIG. 7B )).

反射率を抽出すべき特定の波長は、この実施の形態では500[nm] ,540[nm] ,580[nm] ,620[nm] ,660[nm]の5つの波長とされる。   In this embodiment, the specific wavelengths from which the reflectance is to be extracted are five wavelengths of 500 [nm], 540 [nm], 580 [nm], 620 [nm], and 660 [nm].

これら5つの波長は、人体の基底層を反射して人体表皮を経て人体表面から出射する可視光の吸収スペクトルにおいて、他の波長域に比べて急峻に変化する波長域に含まれるものである。したがって、人体の基底層に存在する毛細血管中の酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン及び糖化ヘモグロビンそれぞれが非重複の特異的な値として算出される。   These five wavelengths are included in a wavelength range in which the absorption spectrum of visible light reflected from the base layer of the human body and emitted from the human body surface through the human epidermis changes sharply compared to other wavelength ranges. Therefore, each of oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, and glycated hemoglobin in capillaries existing in the basal layer of the human body is calculated as a non-overlapping specific value.

第2段階として、吸光係数算出部55は、5つの波長における反射率それぞれの逆数の対数を算出する(図7(C))。この反射率の逆数の対数は、(3)式の左辺における「log(1/t)」に相当する。   As the second stage, the extinction coefficient calculation unit 55 calculates the logarithm of the reciprocal of each reflectance at the five wavelengths (FIG. 7C). The logarithm of the reciprocal of this reflectance corresponds to “log (1 / t)” on the left side of equation (3).

第3段階として、吸光係数算出部55は、基準色サンプルにおける5つの波長に対する反射率の逆数の対数と、OxyHb色サンプル、Hb色サンプル、HbA1c色サンプル及びメラニン色サンプルにおける5つの波長に対する反射率の逆数の対数との差を算出する(図7(D))。   As a third step, the extinction coefficient calculation unit 55 calculates the logarithm of the reciprocal of the reflectance for the five wavelengths in the reference color sample and the reflectance for the five wavelengths in the OxyHb color sample, the Hb color sample, the HbA1c color sample, and the melanin color sample. The difference between the reciprocal number and the logarithm is calculated (FIG. 7D).

第4段階として、吸光係数算出部55は、当該差と、単位長濃度取得部54で取得された基準色サンプルとの間の単位長濃度差とを(3)式に代入し演算する。この結果、図7(E)に示すように、物質決定部51で決定された酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビン,メラニンの吸光係数が算出される。   As a fourth step, the extinction coefficient calculation unit 55 calculates the difference and the unit length density difference between the reference color sample acquired by the unit length density acquisition unit 54 by substituting them into the equation (3). As a result, as shown in FIG. 7E, the extinction coefficients of oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, glycated hemoglobin, and melanin determined by the substance determining unit 51 are calculated.

吸光係数算出部55は、酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビン,メラニンの吸光係数を算出した場合、これら吸光係数を記憶部47に登録し記録する。   When the extinction coefficient calculation unit 55 calculates the extinction coefficients of oxyhemoglobin, reduced hemoglobin, glycated hemoglobin, and melanin, the extinction coefficient is registered in the storage unit 47 and recorded.

[1−4.濃度測定モード]
一方、CPU41は、操作入力部44から濃度を測定すべき命令に対応する濃度測定プログラムをRAM43に展開した場合、図8に示すように、駆動制御部52、透過率取得部61、吸光係数読出部62、表皮透過特性分析部63、濃度算出部64及びグラフ提示部65として機能する。
[1-4. Concentration measurement mode]
On the other hand, when the CPU 41 develops in the RAM 43 a concentration measurement program corresponding to a command whose concentration should be measured from the operation input unit 44, as shown in FIG. 8, the drive control unit 52, the transmittance acquisition unit 61, and the absorption coefficient read Functions as a unit 62, an epidermis transmission characteristic analysis unit 63, a concentration calculation unit 64, and a graph presentation unit 65.

駆動制御部52は、上述したように、所定の照射条件で照射光を照射するよう照射部10を駆動させ、所定の受光条件で受光するよう受光部30を駆動させる。   As described above, the drive control unit 52 drives the irradiation unit 10 to irradiate irradiation light under a predetermined irradiation condition, and drives the light receiving unit 30 to receive light under a predetermined light reception condition.

透過率取得部61は、照射部10の照射面IFに配される人体表皮(基底層と人体表面との間)を透過し複数の波長成分に分光される光(図2,図3参照)のうち、特定の波長に対する透過率を取得する。   The transmittance acquisition unit 61 transmits light that is transmitted through the human body epidermis (between the basal layer and the human body surface) disposed on the irradiation surface IF of the irradiation unit 10 and is split into a plurality of wavelength components (see FIGS. 2 and 3). Among them, the transmittance for a specific wavelength is acquired.

ここで、透過率の具体的な取得手法を一例として挙げる。第1段階として、透過率取得部61は、照射部10の照射面IFに対して生体部位を配すべきことを例えば表示部46等を用いて通知し、受光部30での受光結果の取得が開始される。照射面IFに配すべき生体部位は、この実施の形態では指の指腹面とされる。   Here, a specific method for obtaining the transmittance is given as an example. As a first step, the transmittance acquisition unit 61 notifies that the living body part should be arranged with respect to the irradiation surface IF of the irradiation unit 10 using, for example, the display unit 46 and acquires the light reception result in the light receiving unit 30. Is started. In this embodiment, the living body portion to be disposed on the irradiation surface IF is the finger pad surface of the finger.

受光部30には、図2,図3を用いて上述したように、人体表面を入射して表皮(扁平上皮)の基底層と真皮層との界面で正反射し、該人体表面から出射する表皮透過光が、分光部20によって複数の波長成分に分光され入射する。   As described above with reference to FIGS. 2 and 3, the light receiving unit 30 is incident on the surface of the human body, is regularly reflected at the interface between the basal layer and the dermis layer of the epidermis (squamous epithelium), and is emitted from the surface of the human body. The skin transmitted light is split into a plurality of wavelength components by the spectroscopic unit 20 and is incident thereon.

第2段階として、透過率取得部61は、照射光量に対する受光量の比(表皮透過光率)を波長ごとに算出し、表皮透過光のスペクトルを取得する(図9(A))。   As the second stage, the transmittance acquisition unit 61 calculates the ratio of the amount of received light to the amount of irradiation light (skin transmission light rate) for each wavelength, and acquires the spectrum of the skin transmission light (FIG. 9A).

第3段階として、透過率取得部61は、表皮透過光におけるスペクトルのうち、吸光係数算出モードで用いられた波長と同一の波長(500[nm] ,540[nm] ,580[nm] ,620[nm] ,660[nm])における表皮透過光率を抽出する(図9(B))。   As a third step, the transmittance acquisition unit 61 has the same wavelength (500 [nm], 540 [nm], 580 [nm], 620) as the wavelength used in the extinction coefficient calculation mode in the spectrum of the epidermal transmitted light. [nm], 660 [nm]) is extracted (FIG. 9B).

吸光係数読出部62は、吸光係数算出モードにより登録されたメラニン,還元ヘモグロビン,酸化ヘモグロビン,糖化ヘモグロビンの吸光係数を記憶部47から読み出す(図9(C)〜(F))。   The extinction coefficient reading unit 62 reads out extinction coefficients of melanin, reduced hemoglobin, oxidized hemoglobin, and glycated hemoglobin registered in the extinction coefficient calculation mode from the storage unit 47 (FIGS. 9C to 9F).

表皮透過特性分析部63は、透過光率算出部61によって取得された表皮透過光率と、吸光係数読出部62によって読み出された吸光係数とを用いて、吸光係数算出モードにおいて吸光係数が算出された物質の単位長濃度と、基底層と真皮層との界面での反射率とを算出する。   The skin transmission characteristic analysis unit 63 calculates the extinction coefficient in the extinction coefficient calculation mode using the epidermal transmission light rate acquired by the transmitted light rate calculation unit 61 and the extinction coefficient read by the extinction coefficient reading unit 62. The unit length concentration of the obtained substance and the reflectance at the interface between the basal layer and the dermis layer are calculated.

人体表皮では、測定対象として指定される3種のヘモグロビンの単位長濃度よりも大きい単位長濃度となるメラニンが介在する。また人体表皮では、照射部10から照射される可視光は基底層と真皮層との界面に至るまでに反射してしまうものである。具体的には、図2に示したように、人体表面での反射や、人体表皮での乱反射がある。このため、表皮透過光(基底層と真皮層との界面を正反射して人体表皮を透過する光)には、基底層と真皮層との界面での反射率(以下、これを人体内界面反射率とも呼ぶ)が大きく関与する。   In the human epidermis, melanin having a unit length concentration larger than the unit length concentration of the three types of hemoglobin specified as the measurement target is interposed. In the human epidermis, the visible light irradiated from the irradiation unit 10 is reflected before reaching the interface between the basal layer and the dermis layer. Specifically, as shown in FIG. 2, there are reflection on the surface of the human body and irregular reflection on the human body skin. For this reason, the epidermal transmitted light (the light that specularly reflects the interface between the basal layer and the dermis layer and passes through the human epidermis) is reflected at the interface between the basal layer and the dermis layer (hereinafter referred to as the human body interface) (Also called reflectance) is greatly involved.

したがって、表皮透過特性分析部63では、測定対象として指定される3種のヘモグロビンの単位長濃度のほかに、該ヘモグロビンの単位長濃度よりも大きいメラニンの単位長濃度と、基底層と真皮層との界面での反射率とが算出対象とされる。   Therefore, in the epidermal transmission characteristic analysis unit 63, in addition to the unit length concentrations of the three types of hemoglobin designated as the measurement target, the unit length concentration of melanin larger than the unit length concentration of the hemoglobin, the basal layer and the dermis layer The reflectance at the interface is the calculation target.

具体的には、人体表皮の吸光度をLogSとし、メラニンの単位長吸光係数をMnとし、還元ヘモグロビンの単位長吸光係数をHbとし、酸化ヘモグロビンの単位長吸光係数をHbO2とし、糖化ヘモグロビンの単位長吸光係数をHbA1cとし、人体内界面反射率をDとすると、(3)式は、次式   Specifically, the absorbance of the human epidermis is LogS, the unit length extinction coefficient of melanin is Mn, the unit length extinction coefficient of reduced hemoglobin is Hb, the unit length extinction coefficient of oxyhemoglobin is HbO2, and the unit length of glycated hemoglobin Assuming that the extinction coefficient is HbA1c and the human body interface reflectance is D, the equation (3) can be expressed by the following equation:

Mn・ε1+Hb・ε2+HbO2・ε3+HbA1c・ε4+D
=−LogS……(4)
Mn · ε1 + Hb · ε2 + HbO2 · ε3 + HbA1c · ε4 + D
= -LogS (4)

となる。 It becomes.

したがって、表皮透過特性分析部63は、(4)式に対して、透過光率算出部61によって取得された表皮透過光率と、吸光係数読出部62によって読み出された吸光係数とを波長ごとに代入し、図9(G)に示すように、5元連立方程式を生成する。   Therefore, the skin transmission characteristic analysis unit 63 calculates the skin transmission light rate acquired by the transmission light rate calculation unit 61 and the extinction coefficient read by the extinction coefficient reading unit 62 for each wavelength with respect to the equation (4). And a five-way simultaneous equation is generated as shown in FIG.

そして表皮透過特性分析部63は、この5元連立方程式を解くことで、吸光係数算出モードにおいて吸光係数が算出された物質の単位長濃度と、基底層と真皮層との界面での反射率とを算出するようになっている。   The skin permeation characteristic analysis unit 63 solves the five-way simultaneous equations to obtain the unit length concentration of the substance for which the extinction coefficient is calculated in the extinction coefficient calculation mode and the reflectance at the interface between the base layer and the dermis layer. Is calculated.

ちなみに図9(G)に示す5元連立方程式では、メラニンの単位長吸光係数Mnは1.47E−5[mol/L・cm]、還元ヘモグロビンの単位長吸光係数Hbは1.47E−5[mol/L・cm]となる。また、酸化ヘモグロビンの単位長吸光係数HbO2は2.52E−5[mol/L・cm]、糖化ヘモグロビンの単位長吸光係数HbA1cは0.18E−5[mol/L・cm]、人体内界面反射率Dは0.3となる。   9G, the unit length extinction coefficient Mn of melanin is 1.47E-5 [mol / L · cm], and the unit length extinction coefficient Hb of reduced hemoglobin is 1.47E-5 [ mol / L · cm]. In addition, the unit length extinction coefficient HbO2 of oxyhemoglobin is 2.52E-5 [mol / L · cm], the unit length extinction coefficient HbA1c of glycated hemoglobin is 0.18E-5 [mol / L · cm], and reflection in the human body interface The rate D is 0.3.

濃度算出部64は、表皮透過特性分析部63によって算出される物質の単位長濃度を用いて、吸光係数算出モードにおいて算出対象として決定される物質(メラニン,酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビン)の濃度を算出する。   The concentration calculation unit 64 uses the unit length concentration of the substance calculated by the epidermis permeation characteristic analysis unit 63 to determine the substance (melanin, oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, glycated hemoglobin) determined as a calculation target in the extinction coefficient calculation mode. Calculate the concentration.

具体的には、メラニンの単位長濃度と、例えば人体における基底層と人体表面との距離の中間の平均とを用いて、当該メラニンの濃度が算出される。   Specifically, the concentration of melanin is calculated using the unit length concentration of melanin and the average of the distance between the basal layer in the human body and the surface of the human body, for example.

一方、3種のヘモグロビンの単位長濃度と、例えば人体における基底層と人体表面との間の距離の平均とを用いて、当該ヘモグロビンの濃度が算出される。ちなみに、人体表皮ではヘモグロビンを包含する毛細血管が基底層の近傍にあり、該基底層は人体表面からおおよそ一定である。   On the other hand, using the unit length concentrations of the three types of hemoglobin and the average of the distances between the basal layer and the human body surface in the human body, the hemoglobin concentration is calculated. Incidentally, in the human epidermis, capillaries including hemoglobin are in the vicinity of the basal layer, and the basal layer is approximately constant from the surface of the human body.

濃度算出部64は、メラニン,酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビンの濃度をそれぞれ算出した場合、これら濃度を、算出した時点の日時と対応付けて記憶部47に記憶する。   When the concentrations of melanin, oxyhemoglobin, reduced hemoglobin, and glycated hemoglobin are calculated, the concentration calculation unit 64 stores these concentrations in the storage unit 47 in association with the date and time of the calculation.

グラフ提示部65は、濃度算出部64によって濃度が算出された場合、又は操作入力部44から濃度を提示すべき命令があった場合、記憶部47に記憶される濃度と、該濃度に対応付けられる日付とを用いて例えば図10(A)〜(D)に示す表示画面を表示部46に表示する。   When the concentration is calculated by the concentration calculation unit 64 or when there is an instruction to present the concentration from the operation input unit 44, the graph presentation unit 65 associates the concentration stored in the storage unit 47 with the concentration. For example, the display screen shown in FIGS. 10 (A) to 10 (D) is displayed on the display unit 46.

この表示画面には、縦軸を画面中央において濃度とし横軸を日時とするグラフ(以下、これを濃度推移グラフと呼ぶ)PGFが種別ごとに表示され、当該濃度推移グラフPGFには、正常とすべき範囲の上限と下限とが示されるとともに、濃度の動向がプロットされる。   On this display screen, a graph (hereinafter referred to as a concentration transition graph) PGF with the vertical axis as the density at the center of the screen and the horizontal axis as the date and time (hereinafter referred to as a concentration transition graph) is displayed for each type. The upper and lower limits of the range to be shown are shown, and the concentration trend is plotted.

また、濃度における全体の動向状態に対するコメントCMが濃度推移グラフPGFの直上に付され、該濃度の動向を示すプロットが正常とすべき範囲を上回っている又は下回っている場合には、そのプロット位置に対して異常であることを示す警告マークWMが付される。   A comment CM for the overall trend state in the concentration is attached immediately above the concentration transition graph PGF, and when the plot indicating the trend of the concentration is above or below the normal range, the plot position Is marked with a warning mark WM indicating that it is abnormal.

このようにグラフ提示部65は、生体表皮における複数の物質に対する濃度の動向を対応する正常範囲と併せて濃度推移グラフPGFとして表示し、かつ正常範囲外のプロット位置に警告マークWMを付すとともに、全体の動向状態をコメントCMとして付す。   In this way, the graph presentation unit 65 displays the concentration trend for a plurality of substances in the biological epidermis together with the corresponding normal range as the concentration transition graph PGF, and attaches the warning mark WM to the plot position outside the normal range, The overall trend status is attached as a comment CM.

従って、ユーザは、濃度推移グラフPGF、警告マークWM及びコメントCMから自身の生体表皮に含まれる物質濃度の変化、良悪、測定頻度等を一見して直感的に把握することができる。   Therefore, the user can intuitively grasp the change, quality, measurement frequency, etc. of the substance concentration contained in his / her biological epidermis from the concentration transition graph PGF, the warning mark WM, and the comment CM.

[1−5.効果等]
以上の構成において、測定部40は、測定物質の単位長濃度と、人体表皮において測定対象の含有量程度以上となる物質の単位長濃度と、可視光が人体内において正反射する界面とを解として連立方程式を生成する。
[1-5. Effect]
In the above configuration, the measurement unit 40 solves the unit length concentration of the measurement substance, the unit length concentration of the substance that is about the content of the measurement target in the human epidermis, and the interface where the visible light is regularly reflected in the human body. Generate simultaneous equations as

具体的には、ユーザの表皮透過光のスペクトルと、3種のヘモグロビン及びそれらヘモグロビンの単位長濃度と同程度以上となるメラニンのモル吸光係数とを用いて、解とすべき数に対応する波長ごとに、ランベルト・ベールの法則に適合する(図9(G))。   Specifically, the wavelength corresponding to the number to be solved using the spectrum of the user's epidermis transmitted light and the three types of hemoglobin and the molar extinction coefficient of melanin which is equal to or higher than the unit length concentration of those hemoglobins Every one meets Lambert-Beer's law (FIG. 9G).

測定対象として指定される3種のヘモグロビンの単位長濃度を解として連立方程式が生成するのではなく、当該測定対象に他の要素も加えた連立方程式が生成される。具体的には、測定対象の単位長濃度のみならず、人体表皮での測定対象の含有量程度以上となるメラニンの単位長濃度と、人体表皮を透過する光として大きく関与する人体内界面反射率(基底層と真皮層との界面での反射率)とが算出対象とされる。   Rather than generating simultaneous equations by solving the unit length concentrations of the three types of hemoglobin specified as the measurement target, simultaneous equations are generated by adding other elements to the measurement target. Specifically, not only the unit length concentration of the measurement target, but also the unit length concentration of melanin that is higher than the content of the measurement target in the human epidermis and the interfacial interface reflectivity that is largely involved as light that passes through the human epidermis (Reflectance at the interface between the base layer and the dermis layer) is a calculation target.

したがって測定部40は、人体表皮での測定対象の単位長濃度をより一段と正確に算出することができる。   Therefore, the measurement part 40 can calculate the unit length density | concentration of the measuring object in a human body skin more correctly.

ところで、糖化ヘモグロビンは、酸化ヘモグロビン又は還元ヘモグロビンに比べて血中における含有量が少ないことが知られている。具体的には、ヘモグロビンのおおむね4〜5[%]である。   By the way, it is known that the content of glycated hemoglobin is less in the blood than oxyhemoglobin or reduced hemoglobin. Specifically, it is about 4-5 [%] of hemoglobin.

一方、可視光の吸収スペクトルにおいて他の波長域に比べて急峻に変化する波長域が存在する。この波長域には糖化ヘモグロビンの吸収特性が関与し、該糖化ヘモグロビンと、その他のヘモグロビン(酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビン)との吸光係数の差異を顕著に示す波長が580[nm]又はその近傍の数波長にあることが本発明者らにより確認された。   On the other hand, there is a wavelength region that changes sharply in the absorption spectrum of visible light compared to other wavelength regions. The absorption characteristics of glycated hemoglobin are involved in this wavelength range, and the number of wavelengths having a remarkable difference in extinction coefficient between glycated hemoglobin and other hemoglobins (oxygenated hemoglobin and reduced hemoglobin) is 580 [nm] or a number in the vicinity thereof. The inventors have confirmed that the wavelength is present.

したがって、測定対象に他の要素も加えて連立方程式を生成しても、580[nm]を基準とする吸収スペクトルに反映される波長から離れるほど、算出すべき糖化ヘモグロビンの単位長濃度の正確性が低減することになる。   Therefore, even when other elements are added to the measurement target and a simultaneous equation is generated, the accuracy of the unit length concentration of glycated hemoglobin to be calculated increases as the distance from the wavelength reflected in the absorption spectrum based on 580 [nm] increases. Will be reduced.

しかしながらこの実施の形態では、着目すべき波長(連立方程式に適合すべき各値の波長)は、580[nm]を基準としてその前後の波長が選択される。したがって、酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンに比べて人体表皮での含有量が小さい糖化ヘモグロビンの吸収特性を鋭敏に捉えることができ、この結果、単位長濃度を正確に算出できる。   However, in this embodiment, the wavelengths to be noted (the wavelengths of the respective values to be adapted to the simultaneous equations) are selected before and after 580 [nm] as a reference. Therefore, the absorption characteristics of glycated hemoglobin having a small content in the human epidermis compared to oxyhemoglobin and reduced hemoglobin can be grasped more sensitively, and as a result, the unit length concentration can be accurately calculated.

またこの測定部40は、測定物質と、人体表皮での測定対象の含有量程度以上となる物質に対応する色サンプルでの反射率から、連立方程式で用いるべき測定物質及びその含有量程度以上となる物質のモル吸光係数を算出する。   In addition, the measurement unit 40 determines the measurement substance to be used in the simultaneous equations and the content thereof from the reflectance of the color sample corresponding to the measurement material and the material to be measured in the human skin. Calculate the molar extinction coefficient of the substance.

したがってこの測定部40は、人体表皮中の単位長濃度が算出可能となる測定物質と、その含有量程度以上となる物質との種類を、色サンプルの分光結果から簡易に増やすことができる。   Therefore, the measurement unit 40 can easily increase the types of the measurement substance that can calculate the unit length concentration in the human epidermis and the substance that is about the content or more from the spectral result of the color sample.

以上の構成によれば、測定対象に他の要素も加えた連立方程式から人体表皮における測定対象の単位長濃度を算出できるようにしたことにより、測定精度を向上し得る分光測定装置1が実現される。   According to the above configuration, the spectroscopic measurement apparatus 1 that can improve the measurement accuracy can be realized by calculating the unit length concentration of the measurement target in the human epidermis from the simultaneous equations in which other elements are added to the measurement target. The

<2.他の実施の形態>
上述の実施の形態では、測定すべきとして指定される測定物質が3種のヘモグロビン(酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビン)とされた。しかしながら測定物質の種類はヘモグロビンに限定されるものではない。例えばコラーゲンやビリルビン等のように、人体内の様々な成分を測定物質とすることができる。
<2. Other embodiments>
In the above-described embodiment, three kinds of hemoglobin (oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, and glycated hemoglobin) are designated as the measurement substances to be measured. However, the type of the measurement substance is not limited to hemoglobin. For example, various components in the human body such as collagen and bilirubin can be used as measurement substances.

ちなみに、3種のヘモグロビンのすべてを測定物質とすることが必須の条件となるものではない。例えば、糖化ヘモグロビンのみを測定対象とした場合、該糖化ヘモグロビンの人体表皮での含有量程度以上となる物質として、酸化ヘモグロビン,還元ヘモグロビン,メラニンが設定される。別例として、還元ヘモグロビン,糖化ヘモグロビンを測定対象とした場合、該糖化ヘモグロビンの人体表皮での含有量程度以上となる物質として、酸化ヘモグロビン,メラニンが設定される。   Incidentally, it is not an indispensable condition to use all three types of hemoglobin as measurement substances. For example, when only glycated hemoglobin is used as a measurement target, oxyhemoglobin, reduced hemoglobin, and melanin are set as substances that are about the content of the glycated hemoglobin in the human epidermis. As another example, when reduced hemoglobin and glycated hemoglobin are measured, oxyhemoglobin and melanin are set as substances that have a content of about or more than the content of the glycated hemoglobin in the human epidermis.

要は、分光に用いられる波長域の光が人体内で正反射する界面と人体表面との層において、測定対象として指定される物質での含有量程度以上となる物質を加えるようにすれば、人体内の様々な成分を測定物質とすることができる。   In short, in the layer between the interface where the light in the wavelength range used for spectroscopy is regularly reflected in the human body and the surface of the human body, if a substance that is about the content of the substance specified as the measurement target is added, Various components in the human body can be used as measurement substances.

なお、測定対象として指定される物質での含有量程度以上となる物質は、上述の実施の形態では予め設定された。しかしながら、測定対象として指定される測定物質の種類に応じて、当該層での測定物質の含有量程度以上となる物質の数と、種類と、着目すべき波長の全部又は一部を決定するようにしてもよい。   In addition, the substance which becomes more than the content in the substance designated as the measurement target is set in advance in the above-described embodiment. However, depending on the type of measurement substance specified as the measurement target, the number, type, and all or part of the wavelength to be noticed should be determined. It may be.

例えば、分光に用いられる波長域と、該波長域の光が人体内で正反射する界面と人体表面との層と、該層での物質の含有量と、該層での物質の吸収特性とをデータベースとして記憶部47に保持しておく。このようにすれば、測定対象として指定される測定物質の種類に応じて、当該層での測定物質の含有量程度以上となる物質の数と種類と着目すべき波長の全部又は一部を決定することができる。したがって、測定対象として指定される物質での含有量程度以上となる物質が確実に選択されることになる結果、該対象として指定される物質の単位長濃度の測定精度を向上することができる。   For example, the wavelength range used for spectroscopy, the layer of the interface and the surface of the human body where light in the wavelength range is regularly reflected in the human body, the content of the substance in the layer, and the absorption characteristics of the substance in the layer Is stored in the storage unit 47 as a database. In this way, depending on the type of measurement substance specified as the measurement target, the number and type of substances that are about the content of the measurement substance in the layer or more, and all or part of the wavelength to be noted are determined. can do. Therefore, as a result of reliably selecting a substance having a content level or more in the substance designated as the measurement target, it is possible to improve the measurement accuracy of the unit length concentration of the substance designated as the target.

上述の実施の形態では、照射部10が照射する光の波長域が可視光域とされた。しかしながら照射すべき光の波長域は可視光域に限定されるものではない。近赤外光域(780[nm]〜3[μm])が適用されてもよい。   In the above-described embodiment, the wavelength range of the light irradiated by the irradiation unit 10 is the visible light range. However, the wavelength range of the light to be irradiated is not limited to the visible light range. Near-infrared light region (780 [nm] to 3 [μm]) may be applied.

近赤外光域を適用した場合、当該近赤外光は主に人体表皮を透過し、真皮と脂肪層との界面で反射して人体表面から出射する。また近赤外光は、真皮に介在する血管に含まれるヘモグロビンに特に吸収される性質を有する。したがって、ヘモグロビンの単位長濃度をより一段と正確に取得可能となる。   When the near-infrared light region is applied, the near-infrared light mainly passes through the human epidermis, is reflected at the interface between the dermis and the fat layer, and is emitted from the human body surface. Near-infrared light has the property of being particularly absorbed by hemoglobin contained in blood vessels intervening in the dermis. Therefore, the unit length concentration of hemoglobin can be acquired more accurately.

なお、(4)式における人体内界面反射率Dは、既に述べたように真皮と脂肪層との界面での反射率となる。また真皮には、コラーゲンが多く含まれ、パッチニ小体等の受容体や脂肪細胞の細胞成分が含まれるので、当該コラーゲン又は脂肪の吸光係数及び単位長濃度も含めて算出することも可能である。   In addition, the human body interface reflectance D in the equation (4) is the reflectance at the interface between the dermis and the fat layer as described above. In addition, since the dermis contains a large amount of collagen and contains receptors such as patchoni bodies and cell components of fat cells, it is also possible to calculate including the extinction coefficient and unit length concentration of the collagen or fat. .

上述の実施の形態では、単位長濃度から濃度が算出され、該濃度の動向が必要に応じて提示されたが、濃度を算出することが必須の条件となるものではない。すなわち、単位長濃度自体を記憶部47に記憶し、該単位長濃度の動向を提示するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the concentration is calculated from the unit length concentration and the trend of the concentration is presented as necessary. However, it is not an essential condition to calculate the concentration. That is, the unit length density itself may be stored in the storage unit 47 and the trend of the unit length density may be presented.

上述の実施の形態では、吸光係数算出モードと、濃度測定モードとを実行する分光測定装置1が適用された。しかしながら、吸光係数算出モードだけを実行する分光測定装置と、濃度測定モードだけを実行する分光測定装置とを、ローカルエリアネットワークやインターネット等の有線又は無線の通信媒体を通じて接続可能とするシステムが適用されてもよい。   In the above-described embodiment, the spectroscopic measurement apparatus 1 that executes the extinction coefficient calculation mode and the concentration measurement mode is applied. However, a system that allows a spectroscopic measurement device that executes only the extinction coefficient calculation mode and a spectroscopic measurement device that executes only the concentration measurement mode to be connected via a wired or wireless communication medium such as a local area network or the Internet is applied. May be.

本発明は、遺伝子実験、医薬の創製又は患者の経過観察などのバイオ産業上において利用することができる。   The present invention can be used in the bio-industry such as genetic experiments, creation of medicines, or patient follow-up.

1……分光測定装置、10……照射部、20……分光部、30……受光部、40……測定部、41……CPU、42……ROM、43……RAM、44……操作入力部、45……インターフェイス部、46……表示部、47……記憶部、51……物質決定部、52……駆動制御部、53……スペクトル算出部、54……単位長濃度差取得部、55……吸光係数算出部、61……透過率取得部、62……吸光係数読出部、63……表皮透過特性分析部、64……濃度算出部、65……グラフ提示部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spectrometer, 10 ... Irradiation part, 20 ... Spectrometer part, 30 ... Light-receiving part, 40 ... Measuring part, 41 ... CPU, 42 ... ROM, 43 ... RAM, 44 ... Operation Input unit 45... Interface unit 46... Display unit 47... Storage unit 51 .sub.substance determining unit 52 .. drive control unit 53. , 55... Absorption coefficient calculation section, 61... Transmission acquisition section, 62... Absorption coefficient reading section, 63... Skin permeation characteristic analysis section, 64.

Claims (7)

照射手段により照射される波長域の光が人体内において正反射する界面と、人体表面との層を透過する光の透過率を算出する透過率算出手段と、
記憶媒体に登録されるモル吸光係数を読み出す係数読出手段と、
上記透過率算出手段により算出される透過率と、上記係数読出手段から読み出されるモル吸光係数を用いて、測定物質の単位光路長あたりの濃度を算出する濃度算出手段と
を有し、
上記濃度算出手段は、
測定物質の単位光路長あたりの濃度と、上記層において測定物質の含有量程度以上となる物質の単位光路長あたりの濃度と、上記界面の反射率とを解として、上記測定物質、上記物質及び上記界面の数に対応する波長ごとに、単位光路長あたりの濃度とモル吸光係数との積と、上記界面での反射率と和が物質の吸光度と等しいとする式の連立方程式を生成する
分光測定装置。
A transmittance calculating means for calculating the transmittance of the light transmitted through the layer of the interface between the interface in which the light in the wavelength range irradiated by the irradiation means is regularly reflected in the human body and the human body surface;
Coefficient reading means for reading a molar extinction coefficient registered in the storage medium;
Concentration calculating means for calculating the concentration per unit optical path length of the measurement substance using the transmittance calculated by the transmittance calculating means and the molar extinction coefficient read from the coefficient reading means,
The concentration calculation means
Using the concentration per unit optical path length of the measurement substance, the concentration per unit optical path length of the substance that is about the content of the measurement substance in the layer, and the reflectance of the interface, the measurement substance, the substance, and For each wavelength corresponding to the number of interfaces, generate a simultaneous equation of the equation that the product of the concentration per unit optical path length and the molar extinction coefficient and the reflectance and sum at the interface are equal to the absorbance of the substance. measuring device.
上記測定物質には糖化ヘモグロビンが含まれ、上記波長は、580[nm]を基準として、上記測定物質、上記物質及び上記界面の数に対応する数だけ選択される
請求項1に記載の分光測定装置。
The spectroscopic measurement according to claim 1, wherein the measurement substance includes glycated hemoglobin, and the wavelength is selected by a number corresponding to the number of the measurement substance, the substance, and the interface based on 580 [nm]. apparatus.
基準とすべき色である基準色サンプルと、該基準色サンプルに対して、上記測定物質と上記物質の単位光路長あたりの濃度が異なら場合に呈する色である対比色サンプルとの反射率を算出する反射率算出手段と、
上記対比色サンプルにおける上記基準色サンプルとの間の単位光路長あたりの濃度差を取得する濃度差取得手段と、
上記基準色サンプルの反射率と上記対比色サンプルの反射率との差と、上記濃度差取得手段により取得される濃度差とを用いて、上記測定物質と上記物質のモル吸光係数を算出し、記憶媒体に登録する係数登録手段と
を有する請求項2に記載の分光測定装置。
Calculates the reflectance of the reference color sample, which is the color to be used as a reference, and the contrast color sample, which is the color exhibited when the measured substance and the concentration per unit optical path length of the substance differ from the reference color sample. Reflectivity calculating means,
A density difference acquisition means for acquiring a density difference per unit optical path length between the reference color sample and the contrast color sample;
Using the difference between the reflectance of the reference color sample and the reflectance of the contrast color sample and the concentration difference acquired by the concentration difference acquisition means, the molar extinction coefficient of the measurement substance and the substance is calculated, The spectroscopic measurement apparatus according to claim 2, further comprising: coefficient registration means for registering in a storage medium.
上記物質にはメラニンが含まれる
請求項2又は請求項3に記載の分光測定装置。
The spectroscopic measurement apparatus according to claim 2 or 3, wherein the substance includes melanin.
上記測定物質を指定させ、その指定される測定物質の種類に応じて、上記物質の数と種類を決定する決定手段
を有する請求項2又は請求項3に記載の分光測定装置。
The spectroscopic measurement device according to claim 2 or 3, further comprising a determining unit that designates the measurement substance and determines the number and type of the substances according to the type of the designated measurement substance.
透過率算出手段が、照射手段により照射される波長域の光が人体内において正反射する界面と、人体表面との層を透過する光の透過率を算出する透過率算出ステップと、
記憶媒体に登録されるモル吸光係数を読み出す係数読出ステップと、
上記濃度算出手段が、上記透過率算出ステップで算出される透過率と、上記係数読出ステップで読み出されるモル吸光係数を用いて、測定物質の単位光路長あたりの濃度を算出する濃度算出ステップと
を有し、
上記濃度算出ステップでは、
測定物質の単位光路長あたりの濃度と、上記層において測定物質の含有量程度以上となる物質の単位光路長あたりの濃度と、上記界面の反射率とを解として、上記測定物質、上記物質及び上記界面の数に対応する波長ごとに、単位光路長あたりの濃度とモル吸光係数との積と、上記界面での反射率と和が物質の吸光度と等しいとする式の連立方程式が生成される
分光測定方法。
A transmittance calculating unit that calculates a transmittance of light that is transmitted through a layer between the interface in which the light in the wavelength range irradiated by the irradiation unit is regularly reflected in the human body and the surface of the human body;
A coefficient reading step for reading the molar extinction coefficient registered in the storage medium;
A concentration calculating step in which the concentration calculating means calculates the concentration per unit optical path length of the measurement substance using the transmittance calculated in the transmittance calculating step and the molar extinction coefficient read in the coefficient reading step; Have
In the concentration calculation step,
Using the concentration per unit optical path length of the measurement substance, the concentration per unit optical path length of the substance that is about the content of the measurement substance in the layer, and the reflectance of the interface, the measurement substance, the substance, and For each wavelength corresponding to the number of interfaces, a system of simultaneous equations is generated where the product of the concentration per unit optical path length and the molar extinction coefficient and the reflectance and sum at the interface are equal to the absorbance of the substance. Spectroscopic measurement method.
コンピュータに対して、
照射手段により照射される波長域の光が人体内において正反射する界面と、人体表面との層を透過する光の透過率を算出すること、
記憶媒体に登録されるモル吸光係数を読み出すこと、
上記透過率算出手段により算出される透過率と、上記係数読出手段から読み出されるモル吸光係数を用いて、測定物質の単位光路長あたりの濃度を算出すること
を実行させる分光測定プログラムであって、
上記測定物質の単位光路長あたりの濃度は、
測定物質の単位光路長あたりの濃度と、上記層において測定物質の含有量程度以上となる物質の単位光路長あたりの濃度と、上記界面の反射率とを解として、上記測定物質、上記物質及び上記界面の数に対応する波長ごとに、単位光路長あたりの濃度とモル吸光係数との積と、上記界面での反射率と和が物質の吸光度と等しいとする式の連立方程式から算出される
分光測定プログラム。
Against the computer,
Calculating the transmittance of light that is transmitted through a layer between an interface where the light in the wavelength range irradiated by the irradiation means is regularly reflected in the human body and the surface of the human body;
Reading the molar extinction coefficient registered in the storage medium;
A spectroscopic measurement program for executing calculation of a concentration per unit optical path length of a measurement substance using the transmittance calculated by the transmittance calculating means and the molar extinction coefficient read from the coefficient reading means,
The concentration per unit optical path length of the above measured substance is
Using the concentration per unit optical path length of the measurement substance, the concentration per unit optical path length of the substance that is about the content of the measurement substance in the layer, and the reflectance of the interface, the measurement substance, the substance, and For each wavelength corresponding to the number of interfaces, the product of the concentration per unit optical path length and the molar extinction coefficient is calculated from the simultaneous equations of the equation where the reflectance and sum at the interface are equal to the absorbance of the substance. Spectroscopic measurement program.
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