血液成分分析方法及血液成分分析装置的制造方法_2

文档序号:8419582阅读:来源:国知局
用户可以使用这些操作输入单元进行分析开始操作等各种操作输入。
[0051]并且,在主体外壳12的侧面具有:可装卸用于与外部装置通信的有线电缆的通信装置20、和实现存储卡22的数据读取和写入的读卡器24。而且,在主体外壳12的背面(安装于受试者2时接触受试者2的皮肤的表面)侧具有用于测定光的照射和受光测定的作为主要传感器的传感器模块50。而且,主体外壳12的内部内置有充电式内置电池26和控制基板30。
[0052]如果通信装置20是通过无线进行与外部装置的通信的结构,则通过无线通信模块和天线来实现。
[0053]存储卡22是能够进行数据重写的可移除式非易失性存储器。在本实施方式中使用闪存,但也可以使用铁电存储器(FeRAM:铁电随机存取存储器)、磁阻存储器(MRAM:磁阻随机存取存储器)等其他能重写的非易失性存储器。
[0054]内置电池26的充电方式可适当设定。例如,既可以是通过在主体外壳12的背面侧另行设置电接点,并安装在连接家用电源的叉托支架上,通过电接点经由叉托支架进行通电和充电的结构,也可以是非接触式的无线充电的结构。
[0055]控制基板30对血液成分分析装置10进行综合控制。具体而言,搭载有CPU(中央处理器)32、主存储器34、分析数据存储器36、触摸面板控制器IC(集成电路)38和传感器模块控制器40。此外,还可适当搭载电源管理1C、图像处理IC等其他电子部件。
[0056]主存储器34是能够存储程序和初始设定数据,存储CPU32的运算值的存储介质。可以通过适当地使用RAM、ROM和闪存等来实现。另外,可以是程序和初始设定数据存储于存储卡22中的结构。
[0057]分析数据存储器36是可进行数据重写的非易失性存储器,是用于存储血液成分的分析数据的存储介质。在本实施方式中使用闪存,但也可以使用铁电存储器(FeRAM)和磁阻存储器(MRAM)等其他可重写的非易失性存储器。另外,也可以是分析数据存储于存储卡22中的结构。
[0058]触摸面板控制器IC38是实现用于将图像显示在触摸面板18上的驱动功能和触摸输入功能的1C。可以与触摸面板18共同通过适当利用公知技术来实现。
[0059]传感器模块控制器40具有IC和电路,上述IC和电路担任由传感器模块50进行的测定光的照射功能、以及进行对该测定光透过受试者2的生物体组织后的光(透过光)和反射后的光(反射光)的受光控制的功能。
[0060]更具体而言,包括:发光控制部42,由单独对传感器模块50具备的多个发光元件(利用通电发射出测定光的元件)进行发光控制的IC和电路构成;以及受光控制部44,由对通过传感器模块50具备的多个受光元件(发射出基于受光光量的电信号的元件)接收的光进行控制的IC和电路构成。
[0061]另外,传感器模块控制器40也可以由多个IC构成。例如,也可以是将相当于发光控制部42的IC和电路、以及相当于受光控制部44的IC和电路分别构成为单独的IC的结构。或者,也可以是通过CPU32实现这些功能中的一部分的结构。
[0062]图2的(I)和(2)是示出本实施方式的传感器模块50的构成例的图,其中图2的(I)相当于主视图,图2的⑵相当于截面图。另外,为了便于理解,有意将发光元件52和受光元件54标记得大一些。而且,尺寸、长宽比等也不仅限于此,可以适当设定。
[0063]传感器模块50是将作为光源的多个发光元件52平面状地排列而成的层与作为第一受光器和第二受光器的多个受光元件54平面状地排列而成的层进行层压而构成的器件。换言之,是光源内置型的图像传感器,是可以实现测定光的照射和受光两项功能的传感器阵列。传感器模块50也可以与传感器模块控制器40构成为一个整体。
[0064]发光元件52是照射测定光的照射部,可以通过例如LED (发光二极管)、OLED (有机发光二极管)等实现。当对血液进行成分分析并算出(推算)血液中葡萄糖浓度(所谓的“血糖值”)时,采用可以照射包含生物体透过性高的近红外光(700[nm]?1300[nm]程度)的光的元件。这是由于近红外光中存在难以在生物体内散射,且对大量存在于生物体内的水的吸收少的波长带域。与此相反,由于可见光对水的吸收少但散射性高,因此,很难获得反映生物体内的深部的信息的光强度分布。此外,红外光和太赫兹波段的波长虽然散射少但水的吸收率高,生物体透过性低。本实施方式中,将发光元件52作为照射近红外光,并算出血糖值作为血液成分的器件进行说明。
[0065]受光元件54是接收测定光的透过光和反射光,并输出对应于受光量的电信号的摄像元件。可通过例如CCD(电荷耦合元件图像传感器)、CMOS(互补金属氧化物半导体图像传感器)等半导体元件来实现。一个受光元件54包含接收RGB各波长成分的光的多个元件。
[0066]并且,传感器模块50从基底侧(主体外壳12的表面一侧)开始,按顺序层压而具备如下的层:
[0067]I)受光层51,以平面状且格子状排列多个受光元件54 ;
[0068]2)遮光层53,选择性地遮蔽朝向各受光元件54的光以外的光;
[0069]3)分光层55,选择性地透过近红外光;
[0070]4)发光层57,在相邻的受光元件54之间,在不妨碍透过生物体组织并反射后的光到达受光元件54时的光路的位置上,以平面状且格子状排列有多个发光元件52。
[0071]像已知的CXD图像传感器等那样,受光层51的受光元件54中,像素配置成可以通过Xs-Ys直角坐标系识别的阵列状。也就是说,传感器模块50与已知的图像传感器具有同样的功能。另外,受光元件54的形状、大小和排列图案可适当设定。
[0072]从正面(主体外壳12的背面)观察传感器模块50时,在近邻的受光元件54的角落的对接部分各排列有发光层57的发光元件52。更具体而言,在4个受光元件54的角落的对接部分排列有一个发光元件52,发光元件52整体与受光元件54相同配置成可以通过Xs-Ys直角坐标系识别的阵列状。在本实施方式中,具有可选择性地使发光元件52发光的驱动机构,例如,可与液晶面板显示器的有源矩阵方式同样地进行驱动控制。
[0073]制作具有这种层叠结构的传感器模块50,可适当应用被用于已知的CCD图像传感器和OLED显示器的制造的半导体微细加工技术。
[0074]另外,发光元件52的大小和排列间隔、受光元件54的大小和排列间隔等均可适当设定。例如,排列间隔优选I [ ym]?500 [ μ??],从制造成本和测定精度的平衡考虑,可以为例如50[ μπι]?200[ μπι]。而且,为了缩小由发光元件52照射的测定光的照射范围,或出于偏振光的目的,或出于使透过生物体组织并反射后的光准确汇聚于受光元件54的目的,还可以在传感器模块50上进一步设置具有光学元件的聚光层。而且,也可以适当设置防止表面损伤的保护层等。此外,不仅限于发光元件52与受光元件54层叠的结构,发光元件52与受光元件54也可以并列设置。
[0075][原理]
[0076]血液成分分析装置10通过带14固定,使得传感器模块50露出的背面紧贴受试者2的皮肤。通过使传感器模块50紧贴皮肤,能够抑制测定光在皮肤表面的反射和在皮肤表面附近组织的散射等降低测定精度的主要因素。
[0077]分析时,首先,选择位于被传感器模块50覆盖的身体的皮下的一部分血管作为测定对象的血管,将该血管作为靶血管进行测定光的照射和受光测定。然后,从测定结果(受光结果)提取透过了测定对象的血管的血管透过光成分,进行合成反映了该血管透过光成分量的相对光谱的合成处理,并算出血液中含有的血糖值。
[0078]为了选择测定对象的血管,首先需要把握血管存在于被传感器模块50覆盖的皮下的哪个位置。图3是示出本实施方式的血管位置的取得方法的示意图,相当于受试者2被传感器模块50覆盖的部分的截面图。另外,对传感器模块50仅进行简单标注。
[0079]为了取得血管位置,以和已知的静脉认证技术的静脉图案检测相同的方式,使传感器模块50具备的发光元件52 —起发光,并对受试者2的测定部位整个范围照射测定光。然后,使用所有的受光元件54,对透过皮下的生物体组织(皮下组织)并反射的光进行受光测定(拍摄),并取得生物体图像。
[0080]其中,由传感器模块50拍摄的生物体图像成为与传感器模块50的受光元件54分别对应的像素的亮度数据的集合,可以作为和传感器模块50的像素坐标相同的Xs-Ys直角坐标系的二维图像获得。血管受流经内部的血液的影响,比血管以外的生物体组织部分(以下简称“非血管部”)更易于吸收近红外光,因此,血管部分比非血管部分亮度更暗更低。因此,通过提取生物体图像中亮度变低的部分,可以识别每个像素上照出的是血管还是非血管部,换言之,可以识别各受光元件54的下面是否有血管。
[0081]图4是示意性地示出受试者2的测定部位的生物体图像的图。在图4的例子中,斜线或圆点图案阴影的带状部分表示血管7,白色部分为非血管部8。另外,血管位置的取得方法不仅限于例示的方法。例如,也可以考虑利用超声回波或MRI (磁共振成像)、CT (计算机断层扫描)等公知的生物体断层图像测量技术事先取得生物体内部构造的相对位置,并据此确定血管位置的方法。
[0082]取得血管7的位置后,选择性地使用位于血管7的上方的发光元件52并作为照射位置,从该照射位置照射测定光(近红外光)并对透过皮下组织并反射的光进行受光测定。具体而言,选择性地使用该照射位置与血管的结构中心一致的发光元件52。
[0083]此外,作为测定对象的血管以外的非血管部,例如细胞组织和间质液等部分的透过光可能会对原本希望得到的血管透过光的分光光谱(以下简称“血管吸收光谱”)产生影响。而且,如果测定光照射到非血管部,则会产生不少反射光,同样地会成为对血管吸收光谱造成影响的主要因素。为了抑制这种无用的透过光和反射光的影响,在实际处理时,从如上述那样已掌握位置的血管7中选择适宜测定的血管部位作为测定对象。具体而言,图4中由虚线围成的血管7的分支点和合流点等被排除在测定对象之外。这是因为如果测定光达到这样的分支点和合流点等,则非血管部的透过光等易于与在受光位置接收的光(以下称为“全部透过光”)混合。而且,要求作为测定对象的血管部位具有最低限度的长度。例如,选择图4中的斜线阴影部分的血管部位7a作为测定对象。
[0084]接下来,对合成处理进行说明。图5是示意性地示出测定部位的皮肤表面(生物体组织表面)811的俯视图,在皮下行进的测定对象血管71的位置用阴影示出。而且,图6是示意性地示出图5所示的皮肤表面811的皮下组织层81的立体图。其中,如图5和图6所示,在与皮肤表面811平行的面上,将血管71的直径方向定为X方向,将血管71的行进方向定为I方向,将以照射位置Pll为原点的坐标系定义为χ
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