專利名稱：測(cè)量生物信息的光學(xué)元件以及利用該元件的生物信息測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量生物信息的光學(xué)元件以及一種利用該光學(xué)元件的生物信息測(cè)量裝置，該光學(xué)元件用于通過光學(xué)測(cè)量生物組織非侵入性地測(cè)量體液中的葡萄糖、膽固醇、尿素或甘油三酸脂。
背景技術(shù)：
通常地，已經(jīng)提出了一種通過利用光學(xué)元件來測(cè)量生物信息的方法，該光學(xué)元件包括與生物體表面接觸的凹窩部分(例如，專利文獻(xiàn)1)。如圖10所示，公開在專利文獻(xiàn)1中的生物信息測(cè)量裝置包括光源11；在表面上具有多個(gè)凹窩部分621、622、623、624和625以及凸出部分631、632、633、634、635和636并用于檢測(cè)生物信息的接觸元件；光檢測(cè)器16；信號(hào)處理單元64和顯示裝置65。
當(dāng)使用上述生物信息測(cè)量裝置時(shí)，檢測(cè)生物信息的接觸元件的表面被用來與生物組織66的表面接觸，來自于光源11的光允許進(jìn)入到生物組織66中，該生物組織66與用于檢測(cè)生物信息的接觸元件的上述凹窩部分621、622、623、624、625和626接觸，而上述凸出部分631、632、633、634、635和636被按壓到生物組織66中。
在光傳播到生物體組織66之后，光進(jìn)入檢測(cè)生物信息的接觸元件，并在離開檢測(cè)生物信息的接觸元件之后由光檢測(cè)器16檢測(cè)。通過調(diào)整凹窩部分621、622、623、624和625的深度，作為測(cè)量目標(biāo)的生物組織66的深度能被控制，且特定層的光學(xué)特定可被確定。
專利文獻(xiàn)1國際公開號(hào)01/58355本發(fā)明的描述本發(fā)明解決的問題然而，如上所述的通常的光學(xué)測(cè)量方法和光學(xué)測(cè)量裝置具有下述問題。在上述通常的方法中，例如，不同深度處的信息通過形成凹窩部分622來測(cè)量，該凹窩部分622的深度比多個(gè)凹窩部分621、622、623、624、625和626和凸出部分631、632、633、634、635和636中另一位置處的凹窩部分623更深。然而，由于檢測(cè)生物信息的單個(gè)接觸元件被使用，因此很難將通過凹窩部分622的光與通過凹窩部分623的光分開，因此在兩個(gè)信號(hào)之間存在干涉的可能。
因此，鑒于上述情形，本發(fā)明旨在提供一種測(cè)量生物信息的光學(xué)元件以及一種生物信息測(cè)量裝置，其可基于通過有機(jī)體中的不同深度的光減少多個(gè)信號(hào)之間的干涉，并可以高精確度地測(cè)量和生物信息相關(guān)的多個(gè)光學(xué)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種測(cè)量生物信息的光學(xué)元件，其中有機(jī)體的信息通過將光應(yīng)用于有機(jī)體中并利用從有機(jī)體的生物組織返回的光而測(cè)得，該光學(xué)元件包括包括第一凹槽部分的第一光透過體，第一凹槽部分與有機(jī)體接觸并將光提供到該有機(jī)體中且接收光；包括第二凹槽部分的第二光透過體，第二凹槽部分與有機(jī)體接觸并將光提供到該有機(jī)體中且接收光，該第二凹槽部分比第一凹槽部分更深。
在本發(fā)明中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件可包括多個(gè)第一光透過體，還可包括多個(gè)第二光透過體。且第一光透過體和第二光透過體的任一種可包括在復(fù)數(shù)數(shù)字中。
第一光透過體可包括單個(gè)第一凹槽部分或多個(gè)第一凹槽部分。同樣地，第二光透過體可包括單個(gè)第二凹槽部分或多個(gè)第二凹槽部分。
此外，本發(fā)明提供一種通過利用測(cè)量生物信息的光學(xué)元件測(cè)量生物信息的方法，該光學(xué)元件包括包括第一凹槽部分的第一光透過體，第一凹槽部分與有機(jī)體接觸并將光提供到該有機(jī)體中且接收光；以及包括第二凹槽部分的第二光透過體，第二凹槽部分與有機(jī)體接觸并將光提供到該有機(jī)體中且接收光，該第二凹槽部分比第一凹槽部分更深，該方法包括步驟將光提供到與測(cè)量生物信息的光學(xué)元件相接觸的有機(jī)體；檢測(cè)從有機(jī)體返回到第一凹槽部分的光強(qiáng)度；檢測(cè)從有機(jī)體返回到第二凹槽部分的光強(qiáng)度；以及基于檢測(cè)到的返回到第二凹槽部分的光強(qiáng)度和返回到第一凹槽部分的光強(qiáng)度之間的差別獲得有機(jī)體的真皮層中的生物信息。
此外，本發(fā)明提供一種生物信息測(cè)量裝置，該裝置包括光源；上述測(cè)量生物信息的光學(xué)元件；檢測(cè)射出光學(xué)元件的光的光檢測(cè)器；以及通過算術(shù)處理光檢測(cè)器獲得的信息而計(jì)算生物信息的計(jì)算單元。
發(fā)明效果本發(fā)明基于有機(jī)體中通過不同深度的光減小了多個(gè)信號(hào)之間的干涉，并能高精確度地測(cè)量和生物信息相關(guān)的多個(gè)光學(xué)參數(shù)。


本發(fā)明的實(shí)施例1中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件以及利用該光學(xué)元件的生物信息測(cè)量裝置的示意圖。
對(duì)有機(jī)體的表皮結(jié)構(gòu)的總體說明。
說明測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13的凹槽部分18(第一凹槽部分18a、第二凹槽部分18b和/或第三凹槽部分18c)的示意性的截面圖，該光學(xué)元件與生物組織親密接觸。
當(dāng)要測(cè)量生物組織的較淺位置時(shí)說明凹槽18(即第一凹槽部分18a)的附近的視圖。
當(dāng)要測(cè)量生物組織的較深位置時(shí)說明凹槽18(即第二凹槽部分18b)的附近的視圖。
說明光分離裝置14的結(jié)構(gòu)的示意圖。
本發(fā)明的實(shí)施例2中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13以及利用該光學(xué)元件的生物信息測(cè)量裝置的示意圖。
從圖7中射出光的側(cè)面(箭頭X的方向)觀察到的測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13。
本發(fā)明的實(shí)施例3中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13以及利用該光學(xué)元件的生物信息測(cè)量裝置的示意圖。
說明常規(guī)的生物信息測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的測(cè)量生物信息的光學(xué)元件包括第一光透過體和第二光透過體，該第一光透過體包括與有機(jī)體接觸并發(fā)射光到該有機(jī)體且接收光的第一凹槽部分，該第二光透過體包括與有機(jī)體接觸并發(fā)射光到該有機(jī)體且接收光的第二凹槽部分，該第二凹槽部分比第一凹槽部分更深。
基于這種結(jié)構(gòu)，具有包括至少兩個(gè)相互之間不同的光透過體的簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可以基于通過有機(jī)體中的不同深度的光減小多個(gè)信號(hào)之間的干涉，還可高精確度地測(cè)量和生物信息相關(guān)的多個(gè)光學(xué)參數(shù)。
在至少兩個(gè)光透過體之間，優(yōu)選地提供吸收或反射光的光屏蔽體?；谶@種結(jié)構(gòu)，由于光屏蔽體防止通過光透過體的光進(jìn)入鄰近的光透過體，從而消除了光透過體中檢測(cè)的信號(hào)和其它信號(hào)之間干涉的可能性，使得測(cè)量更精確。
此外，第一光透過體、第二光透過體和光屏蔽體優(yōu)選地被堆疊，以使得光屏蔽體置于第一光透過體和第二光透過體之間。
在上述測(cè)量生物信息的元件中，在第一光透過體的有機(jī)體接觸部分和第二光透過體的有機(jī)體接觸部分當(dāng)中的至少一個(gè)有機(jī)體接觸部分處優(yōu)選地提供有將光提供到有機(jī)體并接收通過組織的光的凹槽部分。
基于這種結(jié)構(gòu)，尤其在凹槽部分上，光可被提供到生物組織的特定部分以獲得射出光，對(duì)于這種特定的部分可執(zhí)行測(cè)量。
本發(fā)明中的測(cè)量生物信息的光學(xué)元件還包括測(cè)量有機(jī)體的表面的光透過體(第三光透過體)。
基于這種結(jié)構(gòu)，可以更詳細(xì)地估算有機(jī)體的一致性和光學(xué)元件的表面狀況，使得能夠檢測(cè)到測(cè)量誤差并獲得更精確的測(cè)量。
本發(fā)明還提供一種生物信息測(cè)量裝置，該裝置包括光源；測(cè)量上述生物信息的光學(xué)元件；檢測(cè)光學(xué)元件射出的光的光檢測(cè)器；以及算術(shù)處理光檢測(cè)器獲得的信息以計(jì)算生物信息的計(jì)算單元。
基于本發(fā)明的生物信息測(cè)量裝置，能可靠且非侵入性地測(cè)得生物組織中目標(biāo)成份的濃度。
在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的測(cè)量生物信息的光學(xué)元件以及生物信息測(cè)量裝置的實(shí)施例。然而，下述實(shí)施例僅是示例性，本發(fā)明不受到這些示例的限制。
在下文的描述中，相同的附圖標(biāo)記用于相同或相應(yīng)的部件，重復(fù)的描述可省略。
《實(shí)施例1》圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件以及利用該光學(xué)元件的生物信息測(cè)量裝置的示意圖。如圖1所示，該實(shí)施例中的生物信息測(cè)量裝置100被形成為具有光源11、光學(xué)透鏡12、測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13、光分離裝置14、分光裝置15和光檢測(cè)裝置16。
光分離裝置14和分光裝置15之間的位置關(guān)系不限于圖1中所示的位置。光分離裝置14和分光裝置15可插入在光源11和測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13之間。在沒有使用分光裝置15和光分離裝置14的情況下，還可通過改變光源11的波長(zhǎng)來實(shí)施分光功能。
對(duì)于光源11而言，能發(fā)出包括波長(zhǎng)能由生物組織中的測(cè)量目標(biāo)(物質(zhì))所吸收的光成分的光的光源就足夠。對(duì)于發(fā)射中間紅外區(qū)域的光的光源而言，例如可以使用具有SiC插入桿中的碳硅棒光源、CO2激光器、鎢燈、紅外脈沖光源和量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)光源。
當(dāng)在中間紅外區(qū)域具有強(qiáng)吸收峰值如波數(shù)為1033cm-1和1080cm-1附近的物質(zhì)，例如葡萄糖，在沒有特別限制的情況下，碳硅棒光源、紅外脈沖光源和QCL光源是優(yōu)選的。當(dāng)測(cè)得具有吸收近紅外區(qū)域的物質(zhì)時(shí)，例如優(yōu)選地使用鹵素光源、半導(dǎo)體激光器和LED。已知葡萄糖具有在近紅外區(qū)域以及中間紅外區(qū)域的吸收峰值，因此特別優(yōu)選地使用LED。
對(duì)于形成光源透鏡12和光透過體17的材料而言可以使用本領(lǐng)域已知的。例如，當(dāng)測(cè)量具有中間紅外區(qū)域的吸收的物質(zhì)時(shí)，可使用硅、鍺、SiC、金剛石、ZnSe、ZnS、和KrS。
當(dāng)測(cè)得在中間紅外區(qū)域具有吸收峰值即波數(shù)為1033cm-1和1080cm-1中的物質(zhì)，例如葡萄糖時(shí)，鑒于大約9至10微米的紅外波長(zhǎng)的高透射率、還有可操作性和高的機(jī)械強(qiáng)度，特別優(yōu)選使用硅或鍺。當(dāng)測(cè)得具有在近紅外區(qū)域的吸收的物質(zhì)時(shí)，優(yōu)選使用熔凝石英、單晶硅、光學(xué)玻璃、和塑料。
本實(shí)施例中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13包括第一光透過體17a和設(shè)置為夾住第一光透過體的兩個(gè)第二光透過體17b。第一光透過體17a和第二光透過體17b分別包括第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b。第二凹槽部分18b形成得比第一凹槽部分18a深。
關(guān)于第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b的形狀，為了便于生產(chǎn)，例如，優(yōu)選使用圖1所示的V形凹槽。第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b不限于V形。例如，其形狀可以是U形、凹窩或階梯狀。盡管圖1中的第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b具有相同的形狀，但是其形狀可以不同。
第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b可以利用已知的生產(chǎn)技術(shù)形成。
例如，當(dāng)硅或鍺的晶體用作形成第一光透過體17a和第二光透過體18b的材料時(shí)，第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b可通過利用各向異性蝕刻技術(shù)形成。
當(dāng)樹脂用作形成第一光透過體17a和第二光透過體18b的材料時(shí)，第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b通過利用模塑法與第一光透過體17a和第二光透過體18b同時(shí)形成。
圖1中的第一光透過體17a包括第一凹槽部分18a，第一凹槽部分18a比兩個(gè)第二光透過體17b淺，并可用于測(cè)量有機(jī)體的表面。也就是，在具有第一光透過體17a的情況下可進(jìn)一步詳細(xì)估算有機(jī)體的一致性和光學(xué)元件的表面情況，且通過檢測(cè)到測(cè)量誤差可執(zhí)行更精確的測(cè)量。
通常，當(dāng)汗液、臟物、唾液等大量地位于有機(jī)體和測(cè)量部件之間，而且當(dāng)它們的數(shù)量和質(zhì)量在每次測(cè)量都發(fā)生改變時(shí)，精確的測(cè)量可能很困難。
因此，在該實(shí)施例中優(yōu)選提供第二凹槽部分18b。由此可以獲得在大約幾十個(gè)微米的范圍內(nèi)多數(shù)情況下存在于皮膚表面的汗液、臟物和唾液的存在。第二凹槽部分18b中凹槽的深度優(yōu)選為幾十微米或更多。通過使用這些凹槽，皮膚上的臟物、皮膚上的接觸以及皮膚表面情況的一致性可以容易地被檢測(cè)到。通過利用該檢測(cè)結(jié)果來檢測(cè)誤差可以獲得高度精確的測(cè)量。
也就是，通過測(cè)量從第二凹槽部分18b返回的光的光譜、計(jì)算特定波長(zhǎng)的吸收率、并確定與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差，可確定畸形。例如，當(dāng)汗液和唾液大量存在于表層時(shí)，由于吸收率幾乎與水相同，因此可以確定畸形。
當(dāng)檢測(cè)結(jié)果顯示與水具有相似的吸收率時(shí)，優(yōu)選停止該測(cè)量并擦去臟物，例如皮膚表面的水，因?yàn)榫_的測(cè)量很困難。
皮膚接觸中的畸形以及皮膚表面情況的一致性優(yōu)選地通過提供兩個(gè)第二光透過體17b以提供兩個(gè)第二凹槽部分18b來測(cè)得。
也就是，當(dāng)比較來自于兩個(gè)第二凹槽部分18b的信號(hào)并發(fā)現(xiàn)較大不同時(shí)，皮膚的表面情況可能是不一致的，或者可能是接觸情況中存在問題，優(yōu)選地停止該測(cè)量并擦去生物組織表面的臟物。此外，當(dāng)來自于兩個(gè)第二凹槽部分18b的信號(hào)是相同的，如果該信號(hào)顯示在表層上包括其它的臟物，優(yōu)選地停止測(cè)量并擦去皮膚表面上的臟物。該臟物包括除了水之外的油。
當(dāng)來自于兩個(gè)第二凹槽部分18b的信號(hào)是適當(dāng)并且?guī)缀跸嗟鹊?，可確定有機(jī)體表面的情況是一致的且接觸情況是合適的。因此，當(dāng)作出該確定時(shí)，測(cè)量被啟動(dòng)，且生物信息通過第一光透過體17a的第一凹槽部分18a測(cè)得，該第一光透過體17a位于兩個(gè)第二光透過體17b之間。
由此通過估算光學(xué)元件的表面情況及其與兩個(gè)第二凹槽部分18b之間的一致性，與僅使用光透過體的情況相比較可獲得更精確的測(cè)量。
在第一光透過體17a和第二光透過體17b之間例如通過插入一隔片可提供一空間。基于這種結(jié)構(gòu)，光通過存在于該空間中的空氣的折射率和光透過體的折射率之間的差別被反射，從而產(chǎn)生光屏蔽效應(yīng)。
對(duì)于光分離裝置14，可以沒有任何特別限制地使用本領(lǐng)域已知的裝置，只要其分離測(cè)量各個(gè)深度的光，并允許該光進(jìn)入分光裝置15和光檢測(cè)裝置16即可。例如，可以使用機(jī)械斬波器、濾波器和聲光調(diào)制器。
盡管在圖1中沒有詳細(xì)示出，但是分光裝置15不受到特別限制，且可以使用已知的分光技術(shù)，包括利用光柵的衍射分光方法，利用干涉濾波器的方法和FT-IR方法。
對(duì)于光檢測(cè)裝置16可以使用本領(lǐng)域中已知的裝置。例如，對(duì)于中間紅外區(qū)域可以涉及熱釋傳感器、熱電堆、熱敏電阻和MCT檢測(cè)器(HgCdTe檢測(cè)器，一種量子檢測(cè)器)。對(duì)于近紅外區(qū)域，可以涉及InGaAs檢測(cè)器、光敏二極管、PbS檢測(cè)器、InSb檢測(cè)器和InAs檢測(cè)器。
盡管未示出，通過利用計(jì)算裝置，例如基于光檢測(cè)裝置16檢測(cè)的信號(hào)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行計(jì)算，例如可以計(jì)算生物組織的參數(shù)，例如葡萄糖的濃度。
利用圖1描述了該實(shí)施例中生物信息測(cè)量裝置100的操作。
如圖1所示，從光源11射出并進(jìn)入光學(xué)透鏡12的光到達(dá)用于測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13。該到達(dá)的光的一部分進(jìn)入光透過體17(第一光透過體17a、第二光透過體17b和/或第三光透過體17c)，并到達(dá)形成在光透過體17上的凹槽部分18(第一凹槽部分18a、第二凹槽部分18b和/或第三凹槽部分18c)。
圖2是對(duì)有機(jī)體的皮膚結(jié)構(gòu)的大體說明。最外層稱為角質(zhì)層21，其中的組織幾乎不存在葡萄糖。痛感層(prick1y layer)22是一種組織，在該組織中從真皮層25中的血管24通過的葡萄糖相對(duì)大量的存在。角質(zhì)層21和痛感層22一起通常稱為表皮層。在表皮層23之下的組織稱為真皮層25，其是存在多數(shù)血管24且葡萄糖濃度較高的區(qū)域。在真皮層25下方稱為脂肪組織26，其中葡萄糖的濃度通常比真皮層25中低。
角質(zhì)層21的厚度隨著有機(jī)體的部位改變。例如，在臉頰的情況下，角質(zhì)層22的厚度為0.01至0.02mm，痛感層22的厚度為0.08至0.28mm，真皮層的厚度為2至3mm。
圖3是說明測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13的凹槽部分18的示意性的截面圖，光學(xué)元件13與生物組織親密接觸。如圖3所示，當(dāng)將具有例如角質(zhì)層21和痛感層22的組織的有機(jī)體壓在凹槽部分18上以使其親密接觸時(shí)，有機(jī)體產(chǎn)生如圖4所示的形狀，因此該組織的特定部分的傳遞特性能容易地被測(cè)量。
也就是，當(dāng)光31通過凹槽部分18被允許進(jìn)入組織時(shí)，光31可在角質(zhì)層21和凹槽部分18之間的界面處折射，并以特定角度進(jìn)入角質(zhì)層21。允許進(jìn)入的光沿直線行進(jìn)到有機(jī)體中，在通過痛感層22之后，光31再一次在角質(zhì)層21和凹槽部分18之間的界面處折射以到達(dá)凹槽部分18。
如圖4所示為了在凹槽部分18和角質(zhì)層21之間的界面處折射光31，提供有凹槽部分18的光透過體17的折射率優(yōu)選地高于角質(zhì)層21和痛感層22。
盡管凹槽部分18的形狀和尺寸不受到特別的限制，例如，可以使用上面所示的V形凹槽部分。
圖4和5是圖3中凹槽部分18的局部放大圖。特別地，圖4和5是通過例如改變凹槽部分18的深度測(cè)量有機(jī)體中不同深度的方法的視圖。
圖4是當(dāng)測(cè)量生物組織的較淺位置時(shí)說明凹槽部分18(即第一凹槽部分18a)的附近的視圖。圖5是當(dāng)測(cè)量較深的位置時(shí)說明下述情況的視圖，該有機(jī)體具有包括角質(zhì)層21和痛感層22的組織，角質(zhì)層21和痛感層22接觸凹槽部分18(即第二凹槽部分18b)。
對(duì)于測(cè)量所用的光，例如，可以使用近紅外區(qū)域中波長(zhǎng)為1.2μm或更長(zhǎng)以及波長(zhǎng)為2.5μm或更短的光，以及中間紅外區(qū)域具有2.5至10μm的波長(zhǎng)。
在這些中，中間紅外區(qū)域優(yōu)選為物質(zhì)內(nèi)在的吸收存在的范圍且任何成份能容易地被識(shí)別。由于中間紅外區(qū)域的光大多數(shù)被有機(jī)體吸收，透過有機(jī)體的深度大約為200μm。另一方面，近紅外區(qū)域中的光較少被有機(jī)體吸收，因此即使在深度為200μm或者更深處也可能進(jìn)行測(cè)量。
對(duì)于本發(fā)明中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件以及生物信息測(cè)量裝置測(cè)量的生物組織而言，可以涉及表皮存在的以下部位，例如人類的前臂的內(nèi)側(cè)、耳垂、唇粘膜、手指和上臂。
例如，嘴唇不包括角質(zhì)層和真皮層，表皮層的厚度為50至100μm。因此，當(dāng)要測(cè)量嘴唇的表皮層中有機(jī)成份，例如葡萄糖的濃度時(shí)，可以利用中間紅外區(qū)域的光。這時(shí)，淺凹槽部分和深凹槽部分可設(shè)置為200μm的深度或更淺。
基于這一點(diǎn)，通過從深凹槽獲得的傳遞數(shù)據(jù)減去淺凹槽獲得的傳遞數(shù)據(jù)(即從傳遞光獲得的測(cè)量數(shù)據(jù))，可能限制有機(jī)體中存在的汗液、臟物和唾液的效果。
對(duì)于光透過體17的材料而言，可以使用在中間紅外區(qū)域中透明的硅。當(dāng)使用硅時(shí)，通過應(yīng)用各向異性蝕刻處理以及晶體硅中已知的技術(shù)可以容易地獲得V形凹槽。
例如，凹槽部分18的任一頂角33被給定為70.6°。此外，通過選擇硅的晶化處理表面，頂角33可以被處理以給定為117°。
本發(fā)明不特別限制凹槽部分18的頂角33，但是取決于要測(cè)量的生物組織的表皮的厚度和硬度，其可適當(dāng)?shù)乇贿x擇。
此外，當(dāng)在手指墊上實(shí)施測(cè)量時(shí)，角質(zhì)層的厚度大約為200μm，表皮層的厚度大約為240μm，角質(zhì)層、表皮層和真皮層的總厚度大約為2mm。因此，當(dāng)淺凹槽部分和深凹槽部分的深度都設(shè)置為440μm至2mm時(shí)，通過從由深凹槽獲得的傳遞數(shù)據(jù)減去由淺凹槽獲得的傳遞數(shù)據(jù)，除去角質(zhì)層和表皮層的影響，可以測(cè)得真皮層中有機(jī)體的成份。
尤其當(dāng)有機(jī)體的成份是葡萄糖時(shí)，因?yàn)檎嫫哟罅康匕ㄆ咸烟?，所以它是?yōu)選的。對(duì)于這時(shí)測(cè)量所用的光，優(yōu)選地使用有機(jī)體具有較少吸收的近紅外區(qū)域中的光。
硅可用作光透過體17的材料，也可用于中間紅外區(qū)域中，但是不限于此，玻璃和樹脂也可被使用。
因此，生物組織中相對(duì)較淺部分可由圖4中的凹槽部分18(淺第一凹槽部分18a)測(cè)量，并且較深部分可由圖5中的凹槽部分18(比第一凹槽部分18a更深的第二凹槽部分18b)測(cè)量。
此外，例如如圖1所示，通過堆疊具有不同深度的凹槽部分的多個(gè)光透過體17，可在不同的深度中實(shí)施測(cè)量。
如圖3至5所示，經(jīng)由凹槽部分18通過生物組織并又返回的光離開光透過體17，然后到達(dá)光分離裝置14，如圖1所示。
圖6是示出光分離裝置14的結(jié)構(gòu)的示意圖。離開光透過體17的光到達(dá)光分離裝置14。圖6所示的光分離裝置14包括光屏蔽部分41和開口部分42。光分離裝置14對(duì)于測(cè)量單獨(dú)地用于分離離開光透過體17的光，如圖1所示。
也就是，通過設(shè)置光分離裝置14以使得開口部分42與多個(gè)光透過體17的任一個(gè)對(duì)齊，則僅有離開光透過體17的光被允許通過。因此，通過從光透過體17中提供的凹槽部分18分離有機(jī)體信號(hào)以及從光透過體17中提供的其它凹槽部分10分離信號(hào)，可以單獨(dú)地實(shí)施具有高靈敏度的檢測(cè)。
此外，盡管圖1所示的分光裝置15沒有被詳細(xì)地說明，其將通過光分離裝置14的光分為分別具有不同波長(zhǎng)的多個(gè)光分量。
光分離裝置14的開口部分42的寬度優(yōu)選地為能接收離開在生物信息測(cè)量裝置100處提供的光透過體17的光的寬度。在沒有特定限制的情況下，與生物信息測(cè)量裝置100的光透過體17的厚度類似，相同的寬度是優(yōu)選的。
測(cè)量時(shí)的光分離裝置14的位置優(yōu)選地根據(jù)光透過體17確定。
盡管未示出，光分離裝置14優(yōu)選地根據(jù)例如圖1中所示的透過體17移動(dòng)以檢測(cè)離開各個(gè)透過體17的光。
由分光裝置15進(jìn)行光譜分析的光進(jìn)入光檢測(cè)裝置16，且基于光的強(qiáng)度計(jì)算吸收率。
此外，盡管沒有示出，利用計(jì)算裝置，使用獲得的吸收率來計(jì)算體液中葡萄糖的濃度。在本發(fā)明中，由于對(duì)于淺表面層組織上以及深組織上的信息實(shí)施測(cè)量，因此可以計(jì)算出精確的葡萄糖濃度。
《實(shí)施例2》如圖1所示實(shí)施例1中通過第一光透過體17a、第二光透過體17b和第三光透過體17c的光相互之間可能部分干涉。為了更可靠地防止干涉，如圖7所示形成本實(shí)施例中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件。
圖7是本實(shí)施例中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13以及利用該光學(xué)元件的生物信息測(cè)量裝置的示意圖。在圖7中，光屏蔽體19位于第一光透過體17a和兩個(gè)第二光透過體17b之間?；谶@種結(jié)構(gòu)，光屏蔽體19防止來自于第一光透過體17a和第二光透過體17b的信號(hào)相互干涉，且是非常優(yōu)選的。
光屏蔽體19優(yōu)選地被提供在第一光透過體17a和第二光透過體17b的光不傳遞的部分處。例如，當(dāng)?shù)谝还馔高^體17a和第二光透過體17b中任一個(gè)包括復(fù)數(shù)個(gè)時(shí)，光屏蔽體19優(yōu)選地被提供在鄰近的光透過體之間。因此，本發(fā)明中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件可包括多個(gè)光屏蔽體19。
對(duì)于形成光屏蔽體19的材料，可使用吸收或反射光的材料。例如，使用的屏蔽光的金屬，例如鋁、鎢、鉬、鉻和銅是優(yōu)選的。此外，這些金屬的薄膜，或這些金屬薄膜和介電薄膜的多層薄膜可優(yōu)選地通過氣相沉積和濺射法形成在基板上。此外，金屬膜例如鋁膜可用作光屏蔽體19，并且金屬膜可以被夾在光透過體之間并被連接。光屏蔽體19可以是板狀的。
參考附圖8進(jìn)一步詳細(xì)描述上述光屏蔽體19的優(yōu)點(diǎn)。圖8是從圖7射出光的側(cè)面(箭頭X方向)觀察測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13的視圖。
第一光透過體17a、兩個(gè)第二光透過體17b和兩個(gè)光屏蔽體19被堆疊。在第一光透過體17a和第二光透過體17b的與有機(jī)體接觸的部分上分別形成第一凹槽部分18a和第二凹槽部分18b。
基于這種結(jié)構(gòu)，如圖8中看到的，通過第一光透過體17a和第二光透過體17b的光部分地到達(dá)光屏蔽體19的邊界，而不直線行進(jìn)到第一光透過體17a和第二光透過體17b的中央部分。
當(dāng)光源11射出的光完全是平行光束時(shí)，且當(dāng)被允許絕對(duì)直線進(jìn)入第一光透過體17a和第二光透過體17b時(shí)，該光可以被消除。然而，在某些情況下，光源本身是直徑為約1mm或更大的發(fā)光體，因此很難得到完全平行的光束以實(shí)現(xiàn)該理想狀況。
另一方面，在該實(shí)施例中，當(dāng)?shù)竭_(dá)光屏蔽體19的邊界的光的入射角小于全反射的角度時(shí)，光從第一光透過體17a和第二光透過體17b射出并到達(dá)光屏蔽體19。
當(dāng)不存在光屏蔽體19時(shí)，光重新進(jìn)入鄰近的光透過體中并且與光透過體中檢測(cè)的信號(hào)發(fā)生干涉，與本發(fā)明中的一樣，當(dāng)能夠充分屏蔽光的光屏蔽體19被提供在用于測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13中時(shí)，由于光大部分被光屏蔽體19吸收或反射，光不進(jìn)入鄰近的光透過體17。因此，從光透過體17射出的以及在光屏蔽體19反射的光能返回到同一個(gè)光透過體17中，從而增加了信號(hào)量并且是優(yōu)選的。
盡管板狀光屏蔽體被描述為光屏蔽體19的一種形式，但是其不限于此。
金屬薄膜可通過氣相沉積和濺射涂覆在光透過體的表面，或金屬箔例如鋁箔可夾在光透過體之間并且被連接?？梢蕴峁┱辰Y(jié)層實(shí)現(xiàn)該連接。
其它的結(jié)構(gòu)可與上述實(shí)施例1中的結(jié)構(gòu)相同。
《實(shí)施例3》作為本發(fā)明中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件的更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，涉及如圖9中所示的結(jié)構(gòu)。圖9是本實(shí)施例中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件13以及利用該光學(xué)元件的生物信息測(cè)量裝置的示意圖。
在圖9中，光屏蔽體19置于第一光透過體17a和第二光透過體17b之間?；谶@種結(jié)構(gòu)，光屏蔽體19防止來自于第一光透過體17a和第二光透過體17b的信號(hào)相互干涉，且是非常優(yōu)選的。
其它結(jié)構(gòu)可與上述實(shí)施例1或?qū)嵤├?中的結(jié)構(gòu)相同。
本發(fā)明中由測(cè)量生物信息的光學(xué)元件以及生物信息測(cè)量裝置測(cè)量的生物組織不受特別地限制，并且表皮存在的位置，例如人類前臂的內(nèi)側(cè)、耳垂、唇粘膜、手指和上臂已經(jīng)滿足需要了。
該測(cè)量的目標(biāo)可以是可光學(xué)測(cè)量的物質(zhì)，例如體液，以及除了葡萄糖之外的體液成份。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明中測(cè)量生物信息的光學(xué)元件以及生物信息測(cè)量裝置可在表層組織上以及比表層更深的層上選擇性地實(shí)施精確的測(cè)量，并能對(duì)體液成份中的信息實(shí)施精確的測(cè)量。此外，不僅生物組織，而且各種液態(tài)樣本也可以被測(cè)量，本發(fā)明尤其有利于處于醫(yī)療目的測(cè)量體液成份。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量生物信息的光學(xué)元件，其中通過將光提供到所述有機(jī)體并且利用從所述有機(jī)體的生物組織返回的光測(cè)量有機(jī)體的信息，該光學(xué)元件包括第一光透過體，其包括與所述有機(jī)體接觸并將光提供到該有機(jī)體和接收光的第一凹槽部分；以及第二光透過體，其包括與所述有機(jī)體接觸并將光提供到該有機(jī)體和接收光的第二凹槽部分，所述第二凹槽部分比所述第一凹槽部分深。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的測(cè)量生物信息的光學(xué)元件，其中吸收或反射所述光的光屏蔽體被提供在所述第一光透過體和所述第二光透過體之間。
3.一種利用測(cè)量生物信息的光學(xué)元件來測(cè)量生物信息的方法，該光學(xué)元件包括第一光透過體和第二光透過體，該第一光透過體包括與所述有機(jī)體接觸并將光提供到該有機(jī)體和接收光的第一凹槽部分；以及該第二光透過體包括與所述有機(jī)體接觸并將光提供到該有機(jī)體和接收光的第二凹槽部分，所述第二凹槽部分比所述第一凹槽部分深；該方法包括下述步驟將光應(yīng)用于接觸用于測(cè)量生物信息的所述光學(xué)元件的有機(jī)體；檢測(cè)從所述有機(jī)體返回到所述第一凹槽部分的光強(qiáng)度；檢測(cè)從所述有機(jī)體返回到所述第二凹槽部分的光強(qiáng)度；以及基于返回到所述第二凹槽部分的光強(qiáng)度與返回到所述第一凹槽部分的光強(qiáng)度之間的差值，獲得所述有機(jī)體的真皮層中的生物信息。
4.一種生物信息測(cè)量裝置，其包括光源；根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于測(cè)量生物信息的光學(xué)元件；用于檢測(cè)離開所述光學(xué)元件的光的光檢測(cè)器；以及用于通過算術(shù)處理由所述光檢測(cè)器獲得的信息來計(jì)算生物信息的計(jì)算單元。
全文摘要
一種測(cè)量生物信息的光學(xué)元件以及測(cè)量關(guān)于生物信息的光學(xué)參數(shù)的生物信息測(cè)量裝置。測(cè)量生物信息的元件通過將光提供到有機(jī)體并利用該有機(jī)體的組織吸收/反射的光來測(cè)量生物信息。該元件包括至少兩個(gè)不同的光透過體用于將光應(yīng)用于有機(jī)體/從有機(jī)體接收光。每個(gè)光透過體具有與有機(jī)體接觸的有機(jī)體接觸部分。
文檔編號(hào)G01N21/27GK101056579SQ20058003865
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者內(nèi)田真司 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社