血液中成分浓度测定装置的制作方法

1.本发明涉及血液中成分浓度测定装置。


背景技术：

2.在专利文献1中公开了一种通过进行干扰因素的考虑来高精度地进行葡萄糖浓度的定量分析的葡萄糖浓度的定量装置。该装置具备运算单元，该运算单元基于由检测单元检测透射过生物体组织或体液或者扩散反射的近红外光而得到的信号，进行葡萄糖浓度的回归分析。该运算单元将对能够观察分子的第一倍音且水的吸收的影响比较小的1480nm到1880nm的波长区域内的第一波长区域、第二波长区域和第三波长区域的至少3个相邻区域内的各波长连续地测定而得到的连续光谱信号作为说明变量，将葡萄糖浓度作为目的变量进行定量。
3.第一波长区域是用于测定来自葡萄糖分子的oh基的吸收的1550nm到1650nm，第二波长区域是用于测定来自生物体成分的nh基的吸收的1480nm到1550nm，第三波长区域是用于测定来自生物体成分的ch基的吸收的1650nm到1880nm。
4.在专利文献2中公开了一种能够同时在同一部位测定宽范围的波长的光在生物体中的衰减的信息的高精度的无创生化测量装置。具体而言，从4个光源出射的光经由4个透镜导入4个光纤，被合波元件合波而导入一根光纤。进而，经由透镜照射到生物体试样的同一点，由光检测器检测。
5.光检测器的输出电流由电流电压转换电路转换为电压信号，通过模拟/数字转换器转换为数字信号。信号处理装置控制光源驱动电路，计算各波长的生物体试样的减光度，计算生物体中的氧饱和度、血流量、葡萄糖浓度。
6.进而，在专利文献3中，公开了一种能够不需要采血而准确地测定血中胆红素浓度的装置。具体而言，具备第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元以及第四发光单元，从这些发光单元向测定部位发出光。第一发光单元具有被血液中的还原血红蛋白、氧合血红蛋白以及胆红素吸收的波长。第二发光装置具有至少被血液中的还原血红蛋白、氧合血红蛋白以及胆红素中的还原血红蛋白吸收的波长。
7.另外，第三发光单元具有至少被血液中的还原血红蛋白、氧合血红蛋白以及胆红素中的氧合血红蛋白吸收的波长。第四发光单元具有不被血液中的还原血红蛋白、氧合血红蛋白以及胆红素吸收而仅被水吸收的波长。另外，该装置具备：受光单元，其接收从上述的发光单元发出并通过测定部位的光，并将其转换为电信号；以及信号生成单元，其基于该受光单元的输出信号，生成与上述第一光、第二光、第三光以及第四光的透射量分别对应的信号。而且，在该信号生成单元具备运算单元，该运算单元基于在第一时刻生成的各信号和在与上述第一时刻不同的第二时刻生成的各信号，对血中胆红素浓度进行运算。现有技术文献专利文献
8.专利文献1：日本特开2010-66280号公报
专利文献2：日本特开平10-216112号公报专利文献3：日本特开平4-332535号公报


技术实现要素：

发明所要解决的课题
9.在上述专利文献1的发明中，光源是近红外光，具有不需要发出宽波长范围的光的光源的优点，但要求各波长区域准确的测定。
10.另外，专利文献2的发明虽然应用多变量解析法求出葡萄糖浓度，但得到氧饱和度、血流量、葡萄糖浓度，并非仅求出葡萄糖浓度。
11.进而，在专利文献3的发明中，使用3元联立一次方程式求出c(hb)：血中hb(还原血红蛋白)浓度、c(hbo2)：血中hbo2(氧合血红蛋白)浓度、c(bil)：血中胆红素浓度，并不是得到1个测定对象值。
12.本实施方式的目的在于提供一种能够缩短测定时间、高精度地检测血液中的给定成分浓度的血液中成分浓度测定装置。用于解决课题的技术方案
13.本实施方式的特征在于，具备：4波长光射出单元，其朝向生物体的给定部位射出4种波长光；受光单元，其接收透射过所述生物体的给定部位的4种波长光；受光强度信息取得单元，其基于所述受光单元接收到的光信号，得到所述4波长的受光强度信息；吸光度时间变化值取得单元，其基于所述4波长的受光强度信息求出与所述4波长对应的吸光度的时间变化值；校正数据表，其存储有根据吸光度时间变化值求出血液中的给定成分的校正数据；以及成分浓度取得单元，其使用所述校正数据表的校正数据，根据由所述吸光度时间变化值取得单元取得的吸光度的时间变化值求出血液中的给定成分浓度。
附图说明
14.图1是本发明的实施方式所涉及的血液中成分浓度测定装置的结构图。图2是本发明的实施方式所涉及的血液中成分浓度测定装置的计算机部分的结构图。图3是本发明的实施方式所涉及的血液中成分浓度测定装置的计算机部分的外部存储装置中存储的单元的结构图。图4是表示本发明的实施方式所涉及的血液中成分浓度测定装置所具备的校正数据表的内容的一例的图。图5是表示本发明的实施方式所涉及的血液中成分浓度测定装置的动作的流程图。
具体实施方式
15.以下，参照附图对本发明所涉及的血液中成分浓度测定装置的实施方式进行说明。在各图中，对相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。在图1中示出了本发明的实施方式所涉及的血液中成分浓度测定装置的结构图。在本实施方式中，作为4波长光射出单元，使用4个led11、12、13、14。
16.led11、12、13、14朝向作为生物体的给定部位的指尖15射出不同的4波长光。作为上述4波长，可以选择血液中的测定对象成分的吸收波长、影响上述测定对象成分的血液中成分的吸收波长、水的吸收波长、不受上述测定对象成分、影响上述测定对象成分的血液中成分、上述水及其他生物体成分影响的波长。
17.在本实施方式中，作为测定对象成分浓度，测定血糖值。因此，作为4波长，能够作为血液中的上述测定对象成分即糖分的吸收波长而选择1620－1680nm，作为影响上述测定对象成分的血液中成分而选择脂质的吸收波长1170－1230nm，作为上述水的吸收波长而选择1420－1480nm，作为影响上述测定对象成分即糖的血液中成分而选择脂质吸收的例1170－1230nm，作为不受上述水及其他生物体成分影响的波长而选择1020－1180nm。
18.若使上述波长与led11、12、13、14对应，则从led11射出的光的波长能够采用不被任何吸收的例如1020－1180nm，另外，从led12射出的光的波长能够采用被脂质吸收的例如1170－1230nm。从led13射出的光的波长能够采用被水吸收的例如1420－1480nm，从led14射出的光的波长能够采用被糖分吸收的例如1620－1680nm。
19.led11、12、13、14与驱动器16连接，例如由通过个人计算机等计算机100的控制而动作的驱动器16驱动而射出光。
20.透射过指尖15的光被作为受光单元的传感器(光传感器)17接收。受光单元接收透射过上述生物体的给定部位的4种波长光。传感器17与计算机100连接，传感器17检测出的光信号被取入计算机100。
21.在图2中示出了作为本实施方式所涉及的血液中成分浓度测定装置的血糖值测定装置(以下，简称为血糖值测定装置。)的计算机100部分的结构。计算机100以cpu110为中心构成，在主存储器111中读入程序、数据等来执行处理。外部存储接口113、输入接口114、显示接口115、数据输出接口116、数据输入接口117经由总线112与cpu110连接。
22.在外部存储接口113连接有存储有用于cpu110读入并作为血糖值测定装置进行处理的程序、各种数据的外部存储装置123。在输入接口114连接有键盘等输入装置124、鼠标等指示装置122。在显示接口115连接有led显示器等显示装置125，进行必要的图像、字符等的显示。显示接口115可以是广泛的输出装置接口，也可以是将打印机等输出装置连接到显示装置125的接口。
23.在数据输出接口116连接有之前说明的驱动器16，根据来自cpu的驱动数据从数据输出接口116向驱动器16发送驱动控制信号，向驱动器16根据该信号使led11、12、13、14内的所需的led发光所需时间。在数据输入接口117连接有传感器17，取入传感器17的输出信号并且进行ad转换而作为受光强度信息(数据)向cpu110发送。因此，数据输入接口117作为受光强度信息取得单元发挥功能，该受光强度信息取得单元基于作为受光单元的传感器17接收到的光信号，得到上述4波长的受光强度信息。
24.如之前说明的那样，在外部存储装置123存储有用于cpu110读入并作为血糖值测定装置进行处理的程序、各种数据。具体而言，如图3所示，具备通过程序实现的吸光度时间变化值取得单元201、校正数据表202、通过程序实现的血糖值取得单元(一般来说为成分浓度取得单元)203。吸光度时间变化值取得单元201基于由作为受光强度信息取得单元的数据输入接口117取得的上述4波长的受光强度信息，求出与上述4波长对应的吸光度的时间变化值。
25.校正数据表202存储有根据吸光度时间变化值求出血糖值的校正数据。具体而言，如图4所示，是将校正数据a、b、c、d、
……
的数值(字母为数值)与吸光度时间变化值a、b、c、d、
……
建立了对应的表。
26.校正数据表202存储基于最初针对一定程度多数的人通过本实施方式的方法得到血液数据并且通过包含侵袭性的方法的公知的方法得到的血糖值而生成的校正数据并开始。之后，能够基于通过本实施方式的方法得到的血糖值和通过包含侵袭性的方法的公知的方法得到的血糖值，例如通过统计分析、机器学习等方法更新校正数据而成为精度高的数据。
27.血糖值取得单元203使用上述校正数据表202的校正数据，根据由上述吸光度时间变化值取得单元201取得的吸光度的时间变化值求出血糖值。在上述吸光度时间变化值取得单元201取得吸光度的时间变化值作为例如aba的情况下，从图3的校正数据表202取出校正数据值bb，对所取得的吸光度的时间变化值aba进行使用了校正数据值bb的给定的运算(加法运算、乘法运算、除法运算等)而求出血糖值。
28.如上述那样求出的血糖值能够通过cpu110转换为显示数据，并向显示接口115发送。接收到该数据的显示接口115能够控制显示装置125而在显示装置125中进行血糖值的显示。
29.如上构成的血糖值测定装置按照图5所示的流程图进行动作，因此通过该流程图进行动作说明。当动作开始时，cpu110控制驱动器16，驱动4个led11～14而射出4波长光(s11)。在此，4个led11～14依次被驱动给定时间，以给定时间单位向指尖15射出4个波长λ1、λ2、λ3、λ4的光。
30.在本实施方式中，使用4波长的吸光度求出血糖值。作为其方法，能够使用以多变量解析为代表的统计分析，但本发明并不限定于此，例如也可以使用机器学习。作为基于统计分析的方法，例如考虑如下所示的方法。继上述步骤s11之后，通过传感器17接收透射过指尖15的光，取得受光强度信息ai、bi、ci、di(s12)。基于受光强度信息ai、bi、ci、di求出与4波长对应的吸光度的时间变化值即血液数据＝η1 η2 η3 η4(s13)。
31.在本实施方式中，对各波长进行至少脉搏1次以上的测定。例如，若将波长如下切换为λ1nm
→
λ2nm
→
λ3nm
→
λ4nm来进行测定，则到此为止4波长各自的测定点成为1点绘图。接着，若将波长切换为λ1nm
→
λ2nm
→
λ3nm
→
λ4nm来进行测定，则到此为止4波长的测定点成为2点绘图。接着，若将波长切换为λ1nm
→
λ2nm
→
λ3nm
→
λ4nm来进行测定，则到此为止4波长的测定点成为3点绘图。以下同样地进行测定，得到期望数量的(例如20)点的绘图。
32.通过连接上述的期望数量的绘图，能够在各波长λ1、λ2、λ3、λ4形成脉搏的山。进行测定直至该脉搏的山能够为1个以上(例如，无论50个山还是100个山，在各波长中统一的数量的山)，将其作为一组时间序列数据。在用餐前得到这样的一组时间序列数据，在用餐后得到接下来的一组时间序列数据，在用餐后给定时间(例如3个小时)得到接下来的一组时间序列数据，
……
以下同样地以更长的时间尺度得到时间序列数据。
33.在将ωλj(j＝1～4)设为波长λj下的权重系数时，使用奇异值分解求出下式(1)的中间参数pa、pb、pc、pd，基于求出的中间参数pa、pb、pc、pd求出吸光度时间变化值。
34.[数学式1]
[0035]
上述式(1)与下式(2)等价。[数学式2]
[0036]
关于上述式(2)中的中间参数，与之前说明的时间序列数据中的某时刻t1的时间序列数据对应的参数为下式(3)，[数学式3]在之前说明的时间序列数据中，与在时刻t1之后的时刻t2测定出的时间序列数据对应的参数为下式(4)，[数学式4]关于t1、t2、
……
，例如，时刻t1与用餐前的时刻对应，t2与刚用餐后的时刻等对应。以下同样地，能够根据一组时间序列数据生成中间参数的式子。
[0037]
由于在上述检测出的受光强度信息ai、bi、ci、di包含噪声，因此能够进行脉搏1次以上的测定。而且，若将测定设为2次以上，则式(1)的矩阵不会成为对角矩阵。因此，在本实施方式中，使用奇异值分解求出中间参数pa、pb、pc、pd。可以在每4次以上的测定中进行以中间参数pa、pb、pc、pd的值成为最长的方式反复求出最优解的处理。该动作由吸光度时间变化值取得单元201进行。
[0038]
进而，吸光度时间变化值取得单元201在吸光度时间变化值作为血液数据而为血液数据＝η1 η2 η3 η4时，设为未定乘数x1、x2、x3、x4，针对下式(5)，通过拉格朗日未定乘数法求出η1、η2、η3、η4。
[0039]
[数学式5]
[0040]
若如以上那样求出血液数据＝η1 η2 η3 η4，则使用校正数据表202的校正数据求出血糖值并从显示装置125输出(s14)。
[0041]
这样得到的血糖值和校正数据被反馈到校正数据表202，校正数据的精度上升。像这样从实际透射过指尖的光信号取得受光强度信息ai、bi、ci、di，通过使用了校正数据的运算来求出血糖值，因此即使无论谁测定，都能够反映起因于脉搏波成分的吸光度的大小而适当地测定血糖值。
[0042]
此外，在本实施方式中，由1个计算机进行了led的发光的控制、透射光的受光后的受光强度信息ai、bi、ci、di的取得、以及血液数据的取得、以及使用了校正数据的血糖值的计算，但也可以分别由不同的计算机、控制装置进行，也可以将几个动作分组而分散到2台至3台计算机。在该情况下，也能够将1个计算机配置在远方，在多个地点进行血液数据的取得、以及使用了校正数据的血糖值的计算，进行led的发光的控制、透射光的受光后的受光强度信息ai、bi、ci、di的取得。若设为这样的系统，则能够使大量的人的数据集中在1个地点的计算机而适当地进行校正数据的更新。
[0043]
在以上的实施方式中，对求出血糖值作为“血液中的给定成分浓度”的血糖值测定装置进行了说明，但本发明并不限定于此。例如，可期待还能够测定血中脂质浓度、血中胆固醇浓度等。
[0044]
另外，在上述的说明中，将计算机100设为个人计算机等，但也可以将本实施方式所涉及的血液中成分浓度测定装置设为专用的装置，将计算机100设为专用的cpu来构成。在该情况下，也可以在主存储器111中存储作为血糖值测定装置用于进行处理的必要的程序、数据。
[0045]
进而，也可以在网络中设置基于由本实施方式所涉及的血液中成分浓度测定装置测定出的结果来判定正常/异常、警戒级别的判定装置，将由本实施方式所涉及的血液中成分浓度测定装置测定出的结果经由网络向上述判定装置发送，并返回判定结果。当然，也可以不设置判定装置，而设置存储判定结果的存储装置，医师使用网络访问存储装置进行判定，并将判定结果存储到存储装置，本实施方式所涉及的血液中成分浓度测定装置取入该判定结果，进行显示等。符号说明
[0046]
11～14 led15 指尖16 驱动器17 传感器100 计算机110 cpu111 主存储器112 总线113 外部存储接口114 输入接口115 显示接口116 数据输出接口117 数据输入接口122 指示装置
123 外部存储装置124 输入装置125 显示装置201 吸光度时间变化值取得单元202 校正数据表203 血糖值取得单元(成分浓度取得单元)。