(57)【要約】【課題】  濃度測定手段の１つであるケミカルセンサーにおいては測定範囲は充分とは言えず、極端な接触時間の短縮や希釈は測定精度の低下を招く。また、旋光度による測定においてはケミカルセンサーに比べて測定誤差が大きい。【解決手段】  本発明では濃度範囲に応じて測定方式を選択する。筐体１７はケミカルセンサー１５を保持し、導管１６は採取した尿を通液させてケミカルセンサー１５に接触させ、結果を信号線群７７を介して総合制御手段７６に送る。光学系７２は測定容器７１内部の旋光成分濃度を求め、結果を信号線群８９を介して総合制御手段７６に送る。総合制御手段７６はケミカルセンサー制御手段１１からの結果を信号線群７７を介して受け、光学制御手段７２からの結果を信号線群８９を介してうけてどちらかの結果を採用する。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケミカルセンサーと光学式センサーとを備え、定量的に所定の成分を測定する手段を有し、所定の濃度を境に２つの濃度領域に分け、第１の濃度領域においては前記ケミカルセンサーを使用した測定手段による測定結果を濃度測定結果とし、第２の濃度領域においては前記光学式センサーを使用した測定手段による測定結果を濃度測定結果とする濃度測定装置。
【請求項２】
前記定量的に所定の成分を測定する手段が尿成分測定手段であることを特徴とする請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
前記第１の濃度領域は前記所定の濃度より低い濃度領域であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記ケミカルセンサーおよび前記光学式センサーを使用した測定手段による測定値が前記第１の濃度領域であった場合は前記ケミカルセンサーを使用した測定手段による測定結果を濃度測定結果とし、前記第２の濃度領域であった場合は前記光学式センサーを使用した測定手段による測定結果を濃度測定結果とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記ケミカルセンサーは、前記光学式センサーに備えられた測定容器の内部に設けられ、光路を妨げない位置に備えられるとすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は尿中に含まれる成分の測定、特にグルコース濃度を高精度に測定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
尿中の成分を測定することは健康を管理する上で有用なことはよく知られている。特に尿中グルコース濃度の測定は年々増え続ける糖尿病の指標となるので重要である。尿中のグルコース濃度、すなわち尿糖を判別する方法としては試験紙を用いた方法が一般的である。試験紙には通常、酵素を用いてはいるが、使い捨てのものであるため、特にメンテナンス等は必要でない。しかし、この方式は第一に尿に触れる可能性が大きいため不衛生的であり、また、一度紙コップなどで尿を採取してから試験紙を浸すなど、作業も面倒である。また、試験紙法自体が定性的に判断するものであるため、定量的な測定はできないという問題点も挙げられる。
【０００３】
代表的な定量的方法としてＧＯＤ（グルコースオキシダーゼ）法などの酵素を用いたケミカルセンサーが知られている。上記の方法は選択透過膜を塗布した電極上にＧＯＤを固着させた酵素膜を設ける構成となっている。尿に接触させると以下の反応が起こる。
Ｃ6Ｈ12Ｏ6→Ｃ6Ｈ10Ｏ6＋Ｈ2Ｏ2・・・（１）
Ｈ2Ｏ2→Ｈ2Ｏ＋１／２Ｏ2＋ｅ-・・・（２）
Ｃ6Ｈ12Ｏ6はグルコース、Ｃ6Ｈ10Ｏ6はグルコン酸
しかしながら、尿中酸素量が限られるので（１）の反応は所定の濃度で飽和する。このため、尿の希釈やセンサーの接触時間を制限する必要がある。
【０００４】
図６は従来の発明による尿糖測定装置の模式図を示す。図中、筐体４７はケミカルセンサー４５を保持し、導管４６に接続されている。導管４６は採取した尿を通液させてケミカルセンサー４５に接触させる。制御手段４１は参照導線４２、作用導線４３および対極配線４４の電気信号より尿糖の濃度を測定する。ケミカルセンサー４５は上述のＧＯＤ法によるものである。測定時には導管４６から所定時間尿が通液されて、ケミカルセンサー４５に接触し、制御手段４３により演算されて尿と尿糖濃度を測定した後、導管４６から通液されて排出される。
【０００５】
図７は特許文献１に基づくケミカルセンサー４５の接触時間を２秒とすることにより測定範囲を広める効果を表す。図中、横軸はグルコース濃度を示し縦軸はセンサーの出力（電流）を示す。相関曲線７は従来通りに尿に充分接触させた場合のグルコース濃度とセンサー出力の相関を示し、相関曲線８は２秒間のみ尿に接触させた場合のグルコース濃度とセンサー出力の相関を示す。相関曲線５２はおよそ１５０ｍｇ／ｄｌ付近で平衡状態となり、それ以上の濃度での測定は困難となる。これに対して、相関曲線５３は約８００ｍｇ／ｄｌ付近まで良好な濃度依存性を示す。すなわち、接触時間を制限することによって測定範囲を広げることが出来る。
【０００６】
一方、光学的に尿糖の濃度を測定することもできる。旋光度を用いた光学的方式においては、直接試料に触れることなく測定することが可能であり、センサー部に汚れが付着することもないため、特に部品の交換や消耗品等を必要とせず、長い期間において測定が可能である。
【０００７】
旋光度より試料内の旋光性物質の濃度を求める方法の原理は式１に基づく。
θ＝１／１００×[α]λＴ×ｃ×Ｌ  （式１）
ここで、θは旋光度であり、一般に右旋光方向を＋、左旋光方向を−とする。[α]λＴは光線の波長がλ、温度がＴの場合の旋光性物質の比旋光度であり、物質固有の係数である。また、ｃは試料中の旋光性物質の濃度、Ｌは試料の光路長である。式１において、前述のように比旋光度[α]λＴは濃度測定前に既知の係数であり、試料の光路長Ｌも同様に既知の値であるため、試料に光線を通したときの旋光度θを測定することにより、試料中の旋光性物質の濃度ｃを求めることが出来る。
【０００８】
詳細システム構造について特許文献２に基づいて図７を用いて説明する。尿は測定容器５５に溜まり、光学系５１にて旋光度測定が以下のごとく行われる。測定容器５５は光を透過させるように窓部をガラスで構成した容器である。レーザダイオード２１から出射した光束は、レンズ２２でコリメートされ、平行光となり、偏光子２３Ａにより、垂直方向から４５°傾斜した方向に振動する直線偏光になる。次に、液晶素子３１により水平方向もしくは垂直方向の偏光成分が位相変調される。液晶素子３１は、水平方向もしくは垂直方向に液晶分子長軸が揃ったホモジニアス配向の液晶素子であり、電圧印加により液晶分子が立ち、分子長軸方向の屈折率が変化し、位相変調を行う事ができる。
ここで、液晶素子３１により一方の偏光成分のみに位相変調を加えると、直交する偏光成分同士で干渉させる事になる。
【０００９】
次に、透過光はハーフミラー２４により反射光と直進光に分岐され、直進光は、水平軸と垂直軸が４５°傾斜した４分の１波長板２６Ａに入射し、水平・垂直方向の振動成分をそれぞれ反対方向に回転する円偏光成分に変換する事ができる。さらに、直進光は尿の測定容器５５に入射し、尿の旋光度に伴った右回り円偏光と左回り円偏光間で±θの位相差が与えられる。さらに、４分の１波長板２６Ａと光軸が一致もしくは直交する４分の１波長板２６Ｂを透過し、左右回りの円偏光が、それぞれ水平もしくは垂直方向に直交する偏光成分に変換される。
【００１０】
水平もしくは垂直方向から４５°傾斜した偏光子２３Ｂを透過する事により、上述の直交する偏光成分間の干渉信号が得られ、一方の光速が位相変調されているためビート信号が得られ、フォトダイオード２９Ａにより電気信号に変換される。フォトダイオード２９Ｂより得られるビート信号は、試料の旋光度の影響は受けておらず、フォトダイオード２９Ａ、２９Ｂの信号間の位相差により、尿の旋光度が検出されることによって濃度を求める事ができる。
【００１１】
制御信号回路５２は信号線５３を介して液晶駆動信号により液晶素子３１を制御する。また、制御信号回路５２はフォトダイオード２９Ａからの信号を信号線５６を介して受けるとともに、フォトダイオード２９Ｂからの信号を信号線５４を介して受けて、それらの信号を基に演算されて糖濃度が算出される。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１７７１１２号公報（図１，１０）
【特許文献２】特開２００４−２８８８９号公報（図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した濃度測定手段の１つであるケミカルセンサーにおいては測定範囲は充分とは言えず、極端な接触時間の短縮や希釈は測定精度の低下を招く。また、旋光度による測定においてはケミカルセンサーに比べて測定誤差が大きい。
そこで、本発明では上述した問題点を解決し、誤差のない尿中の成分濃度を広範囲に測定する濃度測定装置の構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
これらの課題を解決するために本発明による濃度測定装置は、下記に記載の手段を採用する。
【００１５】
本発明の濃度測定装置は、定量的に所定の成分を測定する手段を備える濃度測定装置であって、定量的に所定の成分を測定する手段としてケミカルセンサーと光学式センサーを備え、所定の濃度を境に２つの濃度領域に分け、第１の濃度領域においてはケミカルセンサーを使用した測定手段による測定結果を濃度測定結果とし、第２の濃度領域においては光学式センサーを使用した測定手段による測定結果を濃度測定結果とすることを特徴とする。
【００１６】
さらには、所定の成分を測定手段が尿成分測定手段であり、第１の濃度領域は所定の濃度より低い濃度領域であることは有効である。また、ケミカルセンサーおよび光学式センサーを使用した測定手段による測定値が第１の濃度領域であった場合はケミカルセンサーを使用した測定手段による測定結果を濃度測定結果とし、第２の濃度領域であった場合は光学式センサーを使用した測定手段による測定結果を濃度測定結果とすることが好ましい。さらには、ケミカルセンサーは、光学式センサー内に備えられた測定容器内部に有し、光路を妨げない位置に備えられることも好ましい。
【００１７】
（作用）
従来の尿糖計は酵素を用いた手段によって濃度測定を行うのが通常である。この手段の課題は尿中酸素量の限界によって反応が所定以上の量は起こらずに出力が頭打ちとなる（飽和する）ことである。すなわち、測定範囲が制限される。このため、尿の希釈やセンサーの接触時間の短縮によって測定範囲を広げようとしている。しかしながら、試験紙は２０００ｍｇ／ｄｌ程度までは定性的に測定可能になっており、上記の工夫だけでは困難な測定範囲である。また、無理な尿の希釈や測定時間の短縮は精度に低下につながり、希釈するための機構は複雑になる。
【００１８】
図５は本発明の考え方を示すための尿糖測定濃度と実際の濃度との相関を示す。図中、曲線３はケミカルセンサー（酵素式）による測定の相関を示す。曲線１は光学測定による上限誤差の測定相関を示し、曲線２は光学測定による下限誤差の測定相関を示す。すなわ
ち、光学測定による測定は曲線１と曲線２の誤差範囲で行う。なお、酵素法による誤差範囲は小さいので図示しない。ここで、曲線２は８００ｍｇ／ｄｌで飽和して相関が悪くなる。本発明は濃度領域４（０ｍｇ／ｄｌから６００ｍｇ／ｄｌ未満）では酵素式測定によって測定（曲線３）し、濃度領域５（６００ｍｇ／ｄｌ以上から２０００ｍｇ／ｄｌ以下）では光学式測定によって測定（曲線１、曲線２）する。
【００１９】
すなわち、本発明においては、高濃度領域でも測定可能な旋光計の特長を生かし、測定部に酵素センサーと旋光計を備えておき、酵素センサーが測定困難な高濃度領域では旋光計での測定結果を有効とする。このことにより、低濃度領域においては精度の良い（精度±１ｍｇ／ｄｌ）酵素センサーを用い、高濃度領域では旋光計（±１０ｍｇ／ｄｌ）を使うので、広範囲な測定を精度良く行える。例えば、１００ｍｇ／ｄｌの低濃度範囲では±１ｍｇ／ｄｌ（誤差範囲±１％）の精度となるのに対して、１０００ｍｇ／ｄｌの高濃度では±１０ｍｇ／ｄｌ（誤差範囲±１％）の精度となり、同程度の誤差範囲となる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明のように、本発明の濃度測定装置においては、下記に記載する効果を有する。尿を希釈したり測定時間を制限することなく広い測定範囲をカバーできる。また、緩衝
液が不要なことより、ユーザーの煩わしさが軽減されると共に経費がかからない。また、緩衝液を貯蔵するためのスペースは不要となり、濃度測定装置全体の小型化が可能となるので、例えば便座中に備えることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明を利用した濃度測定装置の最適な実施形態を説明する。
（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態の例である。
【００２２】
図１は本発明による濃度測定装置の模式図を示す。図中、導管２０はバルブ１８に接続される方向とバルブ７５に接続される方向に二股に分かれる。バルブ１８を開くことによって導管１６を介して尿を筐体１７へ導入し、バルブ７５を開くことによって導管１９を介して尿を測定容器７１へ導入する。測定容器７１は光路７８を透過させるように窓部をガラスで構成した容器である。
【００２３】
筐体１７はケミカルセンサー１５を保持し、導管１６に接続されている。導管１６は採取した尿を通液させケミカルセンサー１５に接触させる。ケミカルセンサー制御手段１１は参照導線１２、作用導線１３および対極配線１４からの電気信号を処理して濃度を求め、結果を信号線群７７を介して総合制御手段７６に送る。
【００２４】
光学系７２は測定容器７１内部の旋光成分濃度に伴う信号が接続線群７４を介して光学制御手段７５に送信される。光学制御手段７５は光学系７２からの信号を処理して濃度を求め、結果を信号線群８９を介して総合制御手段７６に送る。
【００２５】
総合制御手段７６はケミカルセンサー制御手段１１からの結果を信号線群７７を介して受け、光学制御手段７２からの結果を信号線群８９を介してうけてどちらかの結果を決定する。また、総合制御手段７６は測定全体のシステムの制御も行う。
【００２６】
図２は総合制御手段７６のシステムフローチャートを示す。測定を開始（実行ステップ９１）すると、実行ステップ９２によりバルブ１８を開き、バルブ１５を閉じて尿を導管１６に通液させる。次に、実行ステップ９３により酵素測定法による尿糖濃度を測定する。次に、判断ステップ９４により上記結果が６００ｍｇ／ｄｌ以上かどうかを判定する。上記結果が６００ｍｇ／ｄｌ未満であれば、実行ステップ９５により上記結果を尿糖値とし、測定を終了する。上記結果が６００ｍｇ／ｄｌ以上であれば、実行ステップ９６によりバルブ１８を閉じてバルブ７５を開き導管１９に尿を通液する。次に、実行ステップ９７により測定容器７１に溜まった尿糖濃度を光学系７２を使って光学制御手段７５によって測定し、実行ステップ９８により上記結果を尿糖値とし、測定を終了する。すなわち、測定結果として６００ｍｇ／ｄｌ未満の濃度の場合は酵素式により測定した値とし、６００ｍｇ／ｄｌ以上の場合は光学式により測定された値とする。
【００２７】
（第二の実施形態）
図３は本発明の第二の実施形態の例である。
【００２８】
導管３９は測定容器８１に接続され、尿を測定容器８１へ通液する。測定容器８１は光路８０を透過させるように窓部をガラスで構成した容器である。測定容器８１の内部にはケミカルセンサー３５を光路８０を避ける位置に保持し、内部に溜められた旋光成分濃度を光学系８３およびセンサー３５によって測定する事が可能である。導管５０は測定容器８１に接続され、尿を測定容器８１から排出する。
【００２９】
ケミカルセンサー制御手段３８は参照導線３２、作用導線３３および対極配線３４から
の電気信号を処理して濃度を求め、結果を信号線群８７を介して総合制御手段８６に送る。光学系８２は測定容器８１内部の旋光成分濃度に伴う信号が接続線群８４を介して光学制御手段８５に送信される。光学制御手段８５は光学系８２からの信号を処理して濃度を求め、結果を信号線群９０を介して総合制御手段８６に送る。
【００３０】
総合制御手段８６はケミカルセンサー制御手段３８からの結果を信号線群８７を介して受け、光学制御手段８５からの結果を信号線群９０を介してうけてどちらかの結果を決定する。また、総合制御手段８６は測定全体のシステムの制御も行う。
【００３１】
図４は総合制御手段８６のシステムフローチャートを示す。測定を開始（実行ステップ６１）すると、実行ステップ６２により尿を導管１６に通液させる。次に、実行ステップ６３により酵素測定法による尿糖濃度を測定するとともに、光学制御手段８５によって測定する。次に、実行ステップ６４により尿が排出された後、判断ステップ６５により尿糖濃度が６００ｍｇ／ｄｌ以上かどうかを判定する。ケミカルセンサー制御手段３８による結果が６００ｍｇ／ｄｌ未満であれば、実行ステップ６６によりケミカルセンサー制御手段３８による測定結果を尿糖値として測定を終了する。上記結果が６００ｍｇ／ｄｌ以上であれば、実行ステップ６７により光学制御手段８５によって測定した結果を尿糖値として測定を終了する。すなわち、測定結果として６００ｍｇ／ｄｌ未満の濃度の場合は酵素式により測定した値とし、６００ｍｇ／ｄｌ以上の場合は光学式により測定された値とする。
【００３２】
本実施の形態においては尿糖について述べたが、尿糖に限るものではなくアスコルビン酸や乳酸などの他成分についても同様であり、尿中成分に限らない。それに判ってケミカルセンサーの種類も異なる。光学測定の旋光測定に限らず、光吸収なども同様に使用可能である。また、所定の濃度をケミカルセンサーが濃度に比例する限界の８００ｍｇ／ｄｌよりやや小さい６００ｍｇ／ｄｌとしたが、これに限るものではない。さらには、所定濃度の測定手段としてケミカルセンサーとしたが、光学式センサーでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第一の実施形態における濃度測定装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態における濃度測定装置を使用して濃度を測定する場合のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態における濃度測定装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の第二の実施形態における濃度測定装置を使用して濃度を測定する場合のフローチャートを示す図である。
【図５】本発明の濃度測定装置における測定範囲の特性を示す図である。
【図６】従来の酵素式尿糖計の構造を示す図である。
【図７】従来の酵素式尿糖計の測定特性を示す図である。
【図８】従来の光学式尿糖計の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  ケミカルセンサー制御回路
１５  酵素センサー
１８  バルブ
７１  測定容器
７２  光学系
７６  総合制御回路
７４  信号線群
９２  実行ステップ
９４  判断ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006275710.tif 000008
【図７】
2006275710.tif 000009
【図８】
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