專利名稱：用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件及采用此元件的活體信息測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于光學(xué)測(cè)定活體的組織，對(duì)體液中的葡萄糖、膽固醇、尿素以及甘油三酸酯等活體成分進(jìn)行非入侵式地測(cè)定為目的而使用的光學(xué)元件，以及使用上述光學(xué)元件的活體信息測(cè)定裝置。
背景技術(shù)：
一直以來，已經(jīng)提出了多種使用光學(xué)測(cè)定裝置對(duì)活體和溶液中特定成分進(jìn)行測(cè)量的辦法，例如，已經(jīng)知道的使用安裝有一對(duì)平行相對(duì)的反射面的透明衰減全反射(ATR)元件與上下嘴唇密切接觸來測(cè)定血糖值的方法。
在這種方法里，含有鋅硒化物、硅或者鍺的ATR元件的ATR棱鏡被含在嘴里，在由嘴唇壓住ATR元件的狀態(tài)下向ATR元件射入光，然后對(duì)在ATR元件的反射面和嘴唇的邊界反復(fù)進(jìn)行全反射射出到ATR元件外的光進(jìn)行分析。
上述方法使用漸消失(evanescent)的波(所謂的穿透光)來進(jìn)行定量分析。ATR棱鏡傳播的光在稍微進(jìn)入嘴唇之后就被反射。因此，光受到了嘴唇里存在的體液中的各種成分的影響。
由此，通過測(cè)定反射光的光量，可以檢測(cè)出體液的反射率和吸收率等的變化，從而得到體液中各個(gè)成分的信息。
此處，例如專利參考文獻(xiàn)1中公布了利用光的吸收來對(duì)活體的表層組織、適于對(duì)皮膚組織或者粘膜組織、尤其是適于對(duì)皮膚組織中的真皮組織或者皮下組織、粘膜組織中的粘膜固有層或粘膜下層的性狀進(jìn)行分析的方法。
在該方法里，使用溝部使活體的表層組織的一部分隆起，通過進(jìn)行對(duì)自隔著隆起的部分相對(duì)的光射出部分至光入射部分的光的接收發(fā)出操作來進(jìn)行光譜分析。
基于本方法，即使使用被活體大量吸收的1.4～2.5微米的近紅外線光來測(cè)定，仍可以得到充分的信號(hào)，得到體液成分的信息。并且，可以通過谷部的大小尺寸來決定光在活體里面穿透的光路長(zhǎng)度。由朗伯--比爾(Lambert-Beer)定律可知，活體的光吸收量與光路長(zhǎng)度成比例。
因此，使用溝部大小來自動(dòng)地決定光路長(zhǎng)度的方法中，使用光來進(jìn)行測(cè)定有著顯著的意義，這些是本方法的主要優(yōu)勢(shì)。
并且，專利參考文獻(xiàn)2中記載有如下的特征的活體信息檢測(cè)用接觸器(光學(xué)測(cè)定裝置)具有與活體組織鄰接的凹部的鄰接單元；由上述凹部?jī)?nèi)的一部分射出檢測(cè)光的檢測(cè)光射出單元；設(shè)在上述凹部?jī)?nèi)的另外一部分、射入上述檢測(cè)光的檢測(cè)光入射單元、，上述鄰接接觸單元和上述生命體活體組織在鄰接接觸狀態(tài)下，上述檢測(cè)光通過上述凹部里面的活體組織之后，入射到上述檢測(cè)光入射單元。提出該接觸器試圖改善活體的表面和光傳感器的緊密接觸性，從而提高測(cè)定精度。
專利參考文獻(xiàn)1特開平11-178799號(hào)公報(bào)專利參考文獻(xiàn)2國(guó)際公開第01/58355號(hào)冊(cè)發(fā)明內(nèi)容發(fā)明欲解決的課題但是，上述的傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)定方法以及光學(xué)測(cè)定裝置有以下問題。首先，已知使用ATR元件的傳統(tǒng)方法中，使用了公式(1)來近似求得漸消失波在活體里面深入的深度d。
公式(1)d=λ02π(n12sin2θ1-n22)12]]>d深入的深度λ0真空中的波長(zhǎng)
n1第1介質(zhì)的折射率n2第2介質(zhì)的折射率θ1自第1介質(zhì)至第2介質(zhì)的入射角。
公式(1)中，λ是光的波長(zhǎng)；、θ是入射角度；n1是結(jié)晶的折射率、n2是與結(jié)晶相接觸的介質(zhì)的折射率。
這里，舉一個(gè)例子，假設(shè)光的波長(zhǎng)為10μm，使用了ZnSe結(jié)晶(折射率約2.0)的ATR棱鏡，入射角度為45度，周圍介質(zhì)為水(折射率約1.3)的情況下，根據(jù)公式(1)來進(jìn)行對(duì)深入深度d的計(jì)算，得到d＝5.7μm。如果關(guān)于活體的計(jì)算中，活體的折射率約為1.3～1.5左右，公式(1)中n2＝1.41時(shí)，得到d＝29μm，可以得到程度為數(shù)十微米的表面以及周邊狀態(tài)的相關(guān)信息。
而且已知，漸消失波的電場(chǎng)隨其傳播深度成指數(shù)級(jí)衰減。因此，得到的信號(hào)中大部分都是淺層角質(zhì)層和唾液的信號(hào)。因?yàn)榻琴|(zhì)層和唾液中不存在活體的信息，所以這些信號(hào)中，被認(rèn)為存在非常少的活體的信息。
除此之外，認(rèn)為唾液的厚度和角質(zhì)層的厚度在每次測(cè)定中會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)唾液的厚度和角質(zhì)層的厚度的變化，在活體組織中通過的光路長(zhǎng)度也發(fā)生變化。由于在活體組織中通過的光路長(zhǎng)度發(fā)生變化，在每次測(cè)量中，活體組織的光的吸收量由于與活體信息不同的原因發(fā)生變化。從以上兩點(diǎn)來看，認(rèn)為使用ATR元件的方法進(jìn)行測(cè)定會(huì)非常困難。
另外，在上述專利參考文獻(xiàn)1中記載的方法中，通過形成的溝部和凹部與活體組織接觸使活體組織隆起，使用光纖來將光導(dǎo)入活體組織。使用光纖可以選擇性地對(duì)活體組織的希望測(cè)定部位進(jìn)行測(cè)定。
另一方面，由于光纖的使用使得組裝非常困難。另外，能夠用于10μm帶中的中紅外光的光纖材料較少。這些材料能夠舉出來例子的也就是氯化銀、溴化銀光纖、KRS-5光纖和中空光纖等。
氯化銀、溴化銀光纖的耐潮性特別差，在空氣中使用的時(shí)候，吸收空氣中的水分會(huì)導(dǎo)致無法使用的狀態(tài)。KRS-5光纖的毒性特別強(qiáng)，最好不用于接觸活體。
盡管中空的光纖對(duì)中紅外光可以有良好的傳輸效率，但需要形成各種薄膜來在中空部對(duì)中紅外光進(jìn)行傳播，而把光纖做地那么精細(xì)也是很困難的。
專利參考文獻(xiàn)1以及2中記載的方法中談到，上述溝部及凹部的谷部的底的尺寸非常的小，使得無法將活體組織插入上述谷部。因此，溝部及凹部的谷的底部的活體組織的緊密接觸程度將會(huì)降低。
另外一個(gè)方面，在溝部及凹部的脊部各種活體組織發(fā)生大的變形，活體組織無法進(jìn)行正確跟隨溝部及凹部的形狀的變形。因此，溝部及凹部的脊部的緊密接觸程度也會(huì)降低。
溝部及凹部的脊部定義為橫向觀察光學(xué)元件，活體組織最初與溝部及凹部接觸的溝部之間及凹部之間的頂端(肋)部分。谷部是相當(dāng)于溝部及凹部里離活體組織最遠(yuǎn)的部分的最遠(yuǎn)部。
而且緊密接觸程度的下降，使得在光學(xué)元件和活體組織之間存在空氣、唾液、汗和淚等與活體組織相異的物質(zhì)，由此活體組織和這些介入物質(zhì)之間光會(huì)發(fā)生反射和散射，并且透過活體組織的光的光路長(zhǎng)度因?yàn)榻槿胛镔|(zhì)的存在而發(fā)生變化。其結(jié)果，意味著使測(cè)定遭到嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此，緊密接觸程度對(duì)活體組織對(duì)光的吸收起著重大的影響，緊密接觸程度的惡化就使得誤差增大。因此，使用上述傳統(tǒng)的方法來進(jìn)行測(cè)定是非常困難的。
鑒于上述文題，本發(fā)明的目的是提供高精度、穩(wěn)定且使用簡(jiǎn)單的，應(yīng)用非入侵方式測(cè)定活體等被檢測(cè)樣本中體液成分的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件，以及使用其的活體信息測(cè)定裝置。
為解決課題使用的裝置為了解決上述的課題，本發(fā)明提供了一種用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件，是一種具有光入射面；具有與活體接觸使上述活體隆起的溝部的接觸面；光射出面，從上述光入射面入射的光照射到上述活體，接收由上述活體吸收、散射的光同時(shí)從上述光射出面向外射出，光學(xué)測(cè)定上述活體的信息的光學(xué)元件，在上述溝部設(shè)置光透過控制單元，上述光透過控制單元自上述溝部的谷部的底部，形成在上述溝部的上述光入射面?zhèn)群?或上述光射出面?zhèn)鹊谋诿嬷兄辽僖徊糠稚稀?br> 也可以在除去上述溝部、上述光入射面以及上述光射出面之外的部分上還設(shè)置上述光透過控制單元。而且，還可以至少在上述溝部的脊部上設(shè)置上述光透過控制單元。
此外，溝部的脊部指的是橫向觀察光學(xué)元件，活體組織最初與溝部接觸的溝部之間的頂端(肋)部分。谷部是相當(dāng)于溝部中離活體組織最遠(yuǎn)的部分的最遠(yuǎn)部。
上述光透過控制單元可以由光吸收體、光散射體、光反射體形成，可以由單層膜或者多層膜的任一種來構(gòu)成。
并且，本發(fā)明也與一種活體信息測(cè)定裝置相關(guān)，該裝置包括光源、上述光學(xué)元件、用于檢測(cè)從上述光學(xué)元件射出的光的光檢測(cè)器、對(duì)由上述光檢測(cè)器得到的信息進(jìn)行計(jì)算的計(jì)算部件。
發(fā)明的效果基于上述的結(jié)構(gòu)，即使由于上述溝部的谷部的底尺寸非常小而導(dǎo)致活體組織無法進(jìn)入谷部，溝部之間的脊部處的活體組織有大的變形、活體組織和溝部的緊密接觸程度降低，光只能確實(shí)入射到緊密接觸程度高的部分，而且至少自緊密接觸程度高的部分的光可以確實(shí)地射出。因此，使用本發(fā)明的光學(xué)元件，可以對(duì)活體等被檢測(cè)樣本中的體液成分進(jìn)行高精確度、穩(wěn)定且簡(jiǎn)單的非入侵式測(cè)定。
依照本發(fā)明，在包含有帶有溝部的光學(xué)元件的活體信息測(cè)定裝置，可以對(duì)緊密接觸程度不充分的影響進(jìn)行緩和，可以穩(wěn)定、簡(jiǎn)單地測(cè)定出被檢測(cè)樣本中目標(biāo)成分的濃度。


圖1是與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式相關(guān)的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件的透視圖。
圖2是圖1中溝部10和活體組織20接觸的部分上下顛倒的放大的剖面圖。
圖3是圖1中溝部10和活體組織20接觸的部分的上下顛倒的放大的另一剖面圖。
圖4是圖1中溝部10和活體組織20接觸的部分的上下顛倒的放大的又一剖面圖。
圖5是與本發(fā)明的另外實(shí)施方式相關(guān)的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件的透視圖。
圖6是溝部10和活體組織20接觸的部分的上下顛倒的放大的另外一個(gè)剖面圖。
圖7是與本發(fā)明的又一實(shí)施方式相關(guān)的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件的溝部10和活體組織20接觸的部分的上下顛倒的放大的剖面圖。
圖8是與本發(fā)明的又一實(shí)施方式相關(guān)的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件的透視圖。
圖9是與本發(fā)明的又一實(shí)施方式相關(guān)的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件的溝部10和活體組織20接觸的部分的剖面圖。
圖10是與本發(fā)明的一實(shí)施方式相關(guān)的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件的概要圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖詳細(xì)說明具有光入射面；具有與活體組織接觸使活體隆起的溝部的接觸面；光射出面，以及在上述溝部具備光透過控制單元的，與本發(fā)明相關(guān)的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件的具體實(shí)施方式
。在下面的描述中，相同的符號(hào)用于相同的或者對(duì)應(yīng)的部分，重復(fù)的描述將被略去。并且，以下的實(shí)施方式是本發(fā)明的一個(gè)例子，并不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定。
實(shí)施方式1圖1是與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式相關(guān)，用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件的透視圖。圖2是溝部10和活體組織20接觸的部分的上下顛倒的放大的剖面圖。如圖1所示，與本實(shí)施方式相關(guān)的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100有溝部10。
在溝部10，橫向觀察用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100時(shí)，看到有活體組織20最初接觸到的部分是脊部18、溝部10的底部是谷部19。
在此實(shí)施方式中，測(cè)定光的波長(zhǎng)為2.5微米或以上的中紅外區(qū)域的光。光16從光入射面15入射。入射的光16如圖2所示，在溝部10一次從用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件射出。
射出的光16，在與溝部10接觸的活體組織20處折射、透過活體組織20、在活體組織20與溝部10的界面再次折射，入射到用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100。
入射到用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100的光16從光射出面17射出。此處，本實(shí)施方式中，活體組織20是皮膚、皮膚的最外面存在有角質(zhì)層12。并且，角質(zhì)層12的下面存在有大約1到2層細(xì)胞組成的顆粒層(圖中未顯示)，顆粒層下面有棘層13，有棘層13的下面有基層(圖中未顯示)和真皮14。
在活體信息測(cè)定中，角質(zhì)層12也被稱為‘死細(xì)胞’，是妨礙測(cè)定的要素。因此，角質(zhì)層12最好不被測(cè)量。傾向于對(duì)有棘層13和真皮層14進(jìn)行測(cè)定，因?yàn)榭紤]到這些層的細(xì)胞進(jìn)行著生命活動(dòng)。
接著，參考圖2對(duì)溝部10和活體組織20的界面處的光的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行詳細(xì)地說明。如圖2中所示，溝部10處與活體組織20相接觸，角質(zhì)層12及有棘層13、真皮層14進(jìn)入了溝部10。這其中的角質(zhì)層12因?yàn)槭巧鲜鏊^的‘死細(xì)胞’，在活體體液成分測(cè)定中起著妨礙的作用。
并且，上述的溝部10的谷部19的底部尺寸變得非常小，活體組織20無法完全進(jìn)入溝部10，緊密接觸程度變差。而且，盡管在脊部18處活體組織20由于溝部10發(fā)生較大的變形，但無法正確跟隨溝部的形狀，緊密接觸程度變差。
因此，與本發(fā)明相關(guān)的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件，設(shè)置光透過控制單元來對(duì)該緊密接觸程度不充分的部位進(jìn)行覆蓋。
這里，對(duì)設(shè)置光透過控制單元11相關(guān)的領(lǐng)域進(jìn)行說明。測(cè)定波長(zhǎng)為中紅外區(qū)域的情況下，光在活體中能夠透過的距離約為100μm左右。因此，傾向于設(shè)定溝部10的開口處長(zhǎng)度為100μm左右。這時(shí)，與溝部10的谷部19相關(guān)的，如圖2所示，從溝部10的谷部19的底部，沿著各個(gè)溝部10的光入射側(cè)壁面跨躍至少10μm形成光透過控制單元11，但最好考慮到角質(zhì)層12的厚度。
并且，如圖3所示，最好加上各溝部10的光入射面?zhèn)鹊谋诿?，從谷?9的底部，沿著各個(gè)溝部10的光射出面?zhèn)鹊谋诿婵畿S至少10μm形成光透過控制單元11。
而且，出于盡量減少緊密接觸程度不充分的部位的觀點(diǎn)，最好跨越30μm或以上形成上述光透過控制單元11。
加之最好在溝部10的脊部18設(shè)置光透過控制單元11。在此情況下，如圖4所示，從脊部18的頂端部分沿著溝部10的壁面至少跨越5μm設(shè)置。在脊部18，光透過控制單元11可以設(shè)置在光入射面?zhèn)鹊谋诿婧凸馍涑雒鎮(zhèn)鹊谋诿嬷械囊环交蛘邇烧呱稀?br> 設(shè)置這樣的光透過控制單元11，光16透過沒有設(shè)置光透過控制單元11的部分。由此，能夠主要測(cè)定包含有活體信息的有棘層13、比有棘層13包含更多活體信息的真皮層14。因?yàn)楣馔高^控制單元11使得透過緊密接觸程度不充分的區(qū)域的光16減少，可以穩(wěn)定簡(jiǎn)單地測(cè)定活體信息。
此處，本發(fā)明相關(guān)的光透過控制單元11通過吸收、反射、散射、干涉和/或衍射光，控制從光學(xué)元件向活體組織的光路，例如，不讓光透過只是存在活體組織和光學(xué)元件的緊密接觸程度不充分的角質(zhì)層處，和不傾向于測(cè)定的部分。因此，即使光透過控制單元11完全遮蔽光線，或者使得光線衰減，也不會(huì)有問題。
例如光16可以采用10μm左右波長(zhǎng)的紅外光，光透過控制單元11可以使用SiO2等作為光吸收體。
實(shí)施方式2本實(shí)施方式中，測(cè)定的光的波長(zhǎng)為不到2.5微米的近紅外線區(qū)域的光。本實(shí)施方式與實(shí)施方式1比較，在溝部10的尺寸以及光透過控制單元11的長(zhǎng)度(也就是形成光透過控制單元11的部分的長(zhǎng)度)上有不同。
當(dāng)測(cè)定光的波長(zhǎng)在近紅外區(qū)域時(shí)，光能夠在活體內(nèi)透過的距離約為2mm左右。因此，傾向于設(shè)定溝部10的開口部的長(zhǎng)度約為2mm左右。此時(shí)，在溝部10的谷部19，如圖2所示，從溝部10的谷部19的底部，傾向于沿著各個(gè)溝部10的光射出面?zhèn)鹊谋诿嬷辽倏缭?00μm形成光透過控制單元11。
并且，如圖3所示，加上各個(gè)溝部10的光入射面?zhèn)鹊谋诿?，傾向于從谷部19的底部沿各個(gè)溝部10的光射出面?zhèn)鹊谋诿嬷辽?00μm形成光透過控制單元11。
并且，出于緊密接觸程度不充分的部位盡量少的觀點(diǎn)，上述光透過控制單元11傾向于跨越300μm或以上來形成。
加之，傾向于在溝部10的脊部18處設(shè)置光透過控制單元11。該情況如圖4所示，傾向于從脊部18的頂端部分沿著溝部10的壁面至少跨越50μm來形成。該脊部18處，在光入射面?zhèn)鹊谋诿婧凸馍涑雒鎮(zhèn)鹊谋诿嬷械娜魏我环交蛘邇煞缴峡梢栽O(shè)置光透過控制單元11。
通過設(shè)置這樣的光透過控制單元11，光16透過沒有設(shè)置光透過控制單元11的部分。由此，可以主要測(cè)定包含活體信息的有棘層13、包含多于有棘層13的活體信息的真皮層14，而且因?yàn)楣馔高^控制單元11使得透過緊密接觸程度不充分的區(qū)域的光15減少，可以穩(wěn)定簡(jiǎn)單地測(cè)定活體信息。
此處，本發(fā)明相關(guān)的光透過控制單元11是通過吸收、反射、散射、干涉和/或衍射光，控制從光學(xué)元件向活體組織的光路，例如，不讓光透過只是存在活體組織和光學(xué)元件的緊密接觸程度不充分的角質(zhì)層處，和不傾向于測(cè)定的部分。
因此，即使光透過控制單元11完全遮蔽光線，或者使得光線衰減，也不會(huì)有問題。
實(shí)施方式3圖5是本發(fā)明的其他實(shí)施方式相關(guān)的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件結(jié)構(gòu)的透視圖。圖5中顯示的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100在除去溝部10、光入射面15以及光射出面17的部分有光透過控制單元11′。也就是如圖5中陰影所示，除去用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100的溝部10、光入射面15以及光射出面17，在整個(gè)表面設(shè)置光透過控制單元11′。
此外，在溝部10，設(shè)有與圖2～4之間任何一個(gè)同樣的光透過控制單元11。
光16在溝部10處入射時(shí)，存在由溝部10自用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100向外射出的透過光和再次返回到用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100中的反射光21(參考圖6)。該反射光21在用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100內(nèi)各個(gè)面之間反復(fù)反射。
該反射光21中存在有再次射入活體組織20從光射出面17射出的光。該反射光21被活體組織20吸收，若被吸收之后的反射光被檢測(cè)到，則成為誤差的原因。
因此，如圖5所示，由溝部10和角質(zhì)層12的界面反射的反射光21由設(shè)置在光入射面15、光射出面17、溝部10以外的面處的光透過控制單元11′而衰減。
基于這些因素，上述的緊密接觸程度不充分而造成的誤差因素、僅透過角質(zhì)層12的誤差因素，反射光21造成的誤差因素都可以減少。
實(shí)施方式4接著，圖7是與本發(fā)明的另外一個(gè)其他的實(shí)施方式相關(guān)的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件的溝部10和活體組織20相接觸部分上下顛倒放大的剖面圖。圖7中顯示的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100僅在溝部10的光入射面?zhèn)鹊谋诿嫣幱泄馔高^控制單元11。
該情況下，光透過控制單元11由反射體構(gòu)成，即使僅在光入射面?zhèn)鹊谋诿嬖O(shè)置光透過控制單元11，也可以將光以接近100％的反射率反射。
該情況下，與上述實(shí)施方式2相同，傾向于在光入射面15、光射出面17以及溝部10以外整個(gè)面都設(shè)置光透過控制單元11′。光透過控制單元11反射的光被溝部10和光入射面15以及光射出面17以外的面上設(shè)置的光透過控制單元11′除去，目的是為了不影響測(cè)定。
溝部10處設(shè)置的光透過控制單元11，即使采用光反射體以外的物質(zhì)，當(dāng)光透過控制單元11的性能發(fā)揮充分時(shí)，只在溝部10的壁面的一方設(shè)置光透過控制單元11也是可以的。
雖然從實(shí)施方式從1至4，都是描述復(fù)數(shù)個(gè)溝部10的情況，如圖8所示，溝部10為單個(gè)也可以。
實(shí)施方式5上述實(shí)施方式的光學(xué)元件100如圖1所示，溝部10有略帶V字型形狀，但本實(shí)施方式的溝部是有例如圖9所示的凹型形狀的溝部。
該情況下，光透過控制單元11可以設(shè)置在從谷部19到凹型的溝部10的側(cè)面31處。
基于這樣的構(gòu)造，上述溝部10的谷部的底部的尺寸不會(huì)過小，活體組織可以容易地進(jìn)入到上述谷部。并且，溝部的邊緣部分的活體組織即使發(fā)生變形，活體組織和溝部可以保持充分的緊密接觸程度。因此，使用本實(shí)施方式的光學(xué)元件，可以以高精度、穩(wěn)定、容易地對(duì)活體等被檢測(cè)樣本的體液成分進(jìn)行非入侵方式的檢測(cè)。
實(shí)施方式6圖10中顯示了與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式相關(guān)的活體信息測(cè)定裝置的概要圖。如圖10所示，本發(fā)明的活體信息測(cè)定裝置由光源41、用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100、光檢測(cè)器42、計(jì)算部件43、以及光源41和用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100之間設(shè)置的分光鏡(圖中沒有顯示)構(gòu)成。
上述分光鏡可以是例如使用光柵的分光裝置或傅立葉變換分光鏡等。
其次，使用圖10對(duì)該活體信息測(cè)定裝置的操作進(jìn)行說明。從光源41發(fā)出的光16入射到用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100。入射到用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100的光16，在與溝部10接觸的活體組織20發(fā)生穿透、散射，由用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100射出。由用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100射出的光由光檢測(cè)器42檢測(cè)出，由計(jì)算部件器43計(jì)算出活體信息。
此處，光源41，發(fā)出作為測(cè)定對(duì)象的測(cè)定成分的吸收波長(zhǎng)的光即可，例如可以舉出LED、鹵素光源、半導(dǎo)體激光、Sic燒結(jié)成棒狀的碳硅棒光源、二氧化碳激光以及鎢燈等。
例如在測(cè)定葡萄糖這種在波數(shù)為1033cm-1、1080cm-1等的中紅外線區(qū)域，在1～2.5μm的近紅外線區(qū)域處有吸收峰值的物質(zhì)時(shí)，使用中紅外線光測(cè)定時(shí)可以覆蓋比較寬的波長(zhǎng)范圍，即使在10μm左右的長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域，也可以良好地發(fā)光，基于此觀點(diǎn)，傾向于采用碳硅棒光源。而且，在使用近紅外線測(cè)定的場(chǎng)合，傾向于采用鹵素光源。
用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100的材料可以使用與測(cè)定中所利用的光的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)在該領(lǐng)域中眾所周知的材料。能夠列舉出的有例如，硅、鍺、SiC、金剛石、ZnSe、ZnS、玻璃狀石英、氟化鈣以及KrS等。
在測(cè)定葡萄糖這種在波數(shù)為1033cm-1、1080cm-1等的中紅外線區(qū)域，在1～2.5μm的近紅外線區(qū)域處有吸收峰值的物質(zhì)時(shí)，中紅外區(qū)域內(nèi)約9～10μm的紅外波長(zhǎng)的透過率高，基于此觀點(diǎn)，，傾向于采用硅或者鍺，這些物質(zhì)中含硼和磷等雜質(zhì)少，電阻率在100Ωcm或以上。
更傾向于采用電阻率1500Ωcm或以上的物質(zhì)。近紅外區(qū)域的情況下，傾向于硅，電阻率為100Ωcm或以上，電阻率在1500Ωcm或以上就更加合適。并且，也可以是氟化鈣和玻璃狀石英。
光檢測(cè)器42可以是在該領(lǐng)域中眾所周知的沒有特殊限制的器材。例如，在中紅外區(qū)域的情況下可以列舉的有，MCT檢測(cè)器(水銀、碲、鎘的混合晶體)、焦熱電傳感器、DTGS檢測(cè)器、熱敏電阻器、熱電堆和高萊池(Golay cell)等。并且在近紅外區(qū)域的場(chǎng)合下可以列舉的有，PbS檢測(cè)器、InSb檢測(cè)器、PbSe檢測(cè)器以及InGaAs檢測(cè)器等。
對(duì)于計(jì)算部件43來說，也沒有特定的限制，傾向于微處理器或者計(jì)算機(jī)。
接著，對(duì)光透過控制單元11的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
光透過控制單元11可以使用該領(lǐng)域中沒有特定限制的、眾所周知的材料。例如，可以由光吸收體構(gòu)成只要吸收光即可，也可以由光散射體構(gòu)成的通過對(duì)光進(jìn)行散射，使得入射到光檢測(cè)裝置的光的概率降低。也可以是光反射體。光透過控制單元11可以由單層膜構(gòu)成，又可以由多層膜構(gòu)成。
特別的，傾向于光吸收體由厚度合適的單層膜構(gòu)成，或者由多層膜構(gòu)成時(shí)，在膜內(nèi)發(fā)生多重干涉、可以高效率地吸收不需要的光。此時(shí)，對(duì)光吸收體(膜)的材料的選取來說可以沒有特別限制，但例如可以列舉出Cu、Cr、Mo、Fe、Ni、非晶硅、SiC、Ge、WSi2、Ti、TiN、Ta、TiW、Co、SiGe、TiSi2、CrSi2、MoSi2、FeSi2、NiSi2、CrN、MoN2、SiO2、Al2O3、以及TiO2等物質(zhì)。形成方法利用的是該領(lǐng)域眾所周知的，沒有特定限制的方法。例如，化學(xué)氣相沉積法、等離子沉積法、光CVD法、真空蒸鍍法、液相外延附生法、Sol-Gel法、陽極氧化反應(yīng)法、氧化還原法、激光消融法等。
在設(shè)置由光吸收體組成的光透過控制單元時(shí)，通過將硼、磷等使用例如離子注入法等摻雜在用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件100的溝部10處，可以由雜質(zhì)進(jìn)行吸收。該情況下，可以對(duì)光學(xué)元件的預(yù)定部分直接摻雜。
光散射體可以采用該領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的沒有特別限制的材料。例如，只在要設(shè)置溝部10的光透過控制單元11的部分，進(jìn)行噴砂加工等表面粗糙處理，對(duì)光進(jìn)行散射?？梢允褂霉馍⑸潴w和光吸收體兩者來構(gòu)成光透過控制單元11。具體來說，噴砂加工使得表面粗糙，形成光散射體之后，再利用形成上述光吸收體的方法來形成光吸收體。
光反射體可以使用該領(lǐng)域內(nèi)眾所周知的沒有特別限制的材料。例如，鋁、銀、金、銅等金屬制成的金屬薄膜。
當(dāng)光透過控制單元11′設(shè)置在除了光入射面、溝部以及光射出面的光學(xué)元件的全表面時(shí)，也是采用同樣方式。
工業(yè)上的可利用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)，盡管溝部的谷部的底部尺寸非常小，活體組織無法進(jìn)入到谷部，溝部之間的脊部處活體組織有大的變形，活體組織和溝部的緊密接觸程度低，光仍然可以確實(shí)地只入射到緊密接觸程度高的部分，并且至少?gòu)木o密接觸程度高的部分確實(shí)地射出。
因此，如果使用本發(fā)明的光學(xué)元件，可以高精度、穩(wěn)定且簡(jiǎn)單地對(duì)活體等被檢測(cè)樣本中的體液成分進(jìn)行非入侵式測(cè)定，在含有上述光學(xué)元件的活體信息測(cè)定裝置中，可以緩解緊密接觸程度不充分的影響，能夠穩(wěn)定并且簡(jiǎn)單地對(duì)被檢測(cè)樣本中目標(biāo)成分的濃度進(jìn)行測(cè)定。本發(fā)明在醫(yī)療用途的體液成分的測(cè)定中大有裨益。
權(quán)利要求
1.一種用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件，是一種具有光入射面；具有與活體接觸使上述活體隆起的溝部的接觸面；光射出面，從上述光入射面入射的光照射到上述活體，接收由上述活體吸收、散射的光同時(shí)從上述光射出面向外射出，光學(xué)測(cè)定上述活體的信息的光學(xué)元件，在上述溝部設(shè)置光透過控制單元，上述光透過控制單元自上述溝部的谷部的底部，形成在上述溝部的上述光入射面?zhèn)群?或上述光射出面?zhèn)鹊谋诿嬷兄辽僖徊糠稚稀?br> 2.如權(quán)利要求1記載的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件，其中，在除去上述溝部、上述光入射面以及上述光射出面之外的部分上還設(shè)置了上述光透過控制單元。
3.如權(quán)利要求1記載的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件，其中，在上述溝部的脊部上還設(shè)置了上述光透過控制單元。
4.如權(quán)利要求1記載的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件，其中，上述光透過控制單元由光吸收體形成。
5.如權(quán)利要求1記載的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件，其中，上述光透過控制單元由光散射體形成。
6.如權(quán)利要求1記載的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件，其中，上述光透過控制單元由光反射體形成。
7.如權(quán)利要求4～6中任一項(xiàng)記載的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件，其中，上述光透過控制單元由單層膜形成。
8.如權(quán)利要求4～6中任一項(xiàng)記載的用于活體信息測(cè)定的光學(xué)元件，其中，上述光透過控制單元由多層膜形成。
9.一種活體信息測(cè)定裝置，包括光源；如權(quán)利要求1記載的光學(xué)元件；檢測(cè)自上述光學(xué)元件射出的光的光檢測(cè)器；對(duì)由上述光檢測(cè)器得到的信息進(jìn)行計(jì)算的計(jì)算部件。
全文摘要
本發(fā)明提供可以高精度、穩(wěn)定且容易地對(duì)活體等被檢測(cè)樣本中的體液成分進(jìn)行非入侵式測(cè)定的活體信息測(cè)定用光學(xué)元件。在包括光入射面；具有與活體接觸使上述活體隆起的溝部的接觸面；光射出面，從上述光入射面入射的光照射到上述活體，接收由上述活體吸收、散射的光同時(shí)從上述光射出面向外射出，對(duì)上述活體信息進(jìn)行光學(xué)測(cè)定的光學(xué)元件中，在溝部設(shè)置光透過控制單元，上述光透過控制單元是從上述溝部的谷部的底部，形成在上述溝部的上述光入射面?zhèn)群?或上述光射出面?zhèn)鹊谋诿嬷械闹辽僖徊糠稚稀?br> 文檔編號(hào)G01N21/27GK1764414SQ20058000011
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
發(fā)明者鹽井正彥, 內(nèi)田真司, 大島希代子 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社