(57)【要約】【課題】  ユーザーが家庭で定期的な自己血糖測定を、更に精度良く、非観血的に行うことができる、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】  本発明による無血血糖測定装置は測定部と回路部とを有する。測定部は、測定対象の手指の組織中に複数の磁場を形成した上で、その手指の組織に対して電磁波を印加し、それにより発生する核磁気共鳴に伴う吸収信号を受信する。測定部では特に、一対の永久磁石の対向面に一対の磁極片が設置される。回路部は、測定部に上記の電磁波を発生させ、測定部により受信された吸収信号を検出し、検出された吸収信号から手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間を測定する。回路部は更に、スピン−格子緩和時間と身体内の血糖値との間の相関関係に基づき、測定されたスピン−格子緩和時間から身体内の血糖値を決める。【選択図】   図３
2006023312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手指の組織中に複数の磁場を形成し、かつ前記手指の組織に対して電磁波を印加し、それにより発生する吸収信号を受信するための測定部；及び、
前記測定部に前記電磁波を発生させ、前記測定部により受信された吸収信号を検出し、検出された吸収信号から前記手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間と身体内の血糖値とを決めるための回路部；
を有する、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項２】
前記測定部が、
前記手指を固定するための検出部；
前記検出部内に対して電磁波を印加し、それにより発生する吸収信号を受信するためのセンサーコイル；
前記検出部内に対して均一な固定磁場を印加するための一対の永久磁石；
前記検出部内に対して印加される前記固定磁場の均一さを向上させるための一対の磁極片；
前記検出部内に対して低周波変調磁場を印加するための一対の低周波用コイル；
前記検出部内に対して音響周波変調磁場を印加するための一対の音響周波用コイル；
前記検出部と前記センサーコイルとを覆い、前記磁極片に連結するためのシールド；並びに、
前記検出部、前記センサーコイル、前記永久磁石、前記磁極片、前記低周波用コイル、前記音響周波用コイル、及び前記シールドを内部に収め、外部の磁気から遮蔽するためのシェル；
を含む、請求項１に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項３】
前記検出部が有底円筒形状であり、前記センサーコイルが前記検出部の円周方向に沿って巻き付けられている、請求項２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項４】
前記永久磁石が希土類系材料から成る、請求項２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項５】
前記希土類系材料がNdFeBまたはSmCoである、請求項４に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項６】
前記永久磁石及び前記磁極片が同軸の円盤形状であり、それらの中心軸が前記センサーコイルの中心軸に対して垂直に配置されている、請求項２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項７】
前記検出部及び前記シェルが同軸の円筒形状であり、前記シェルの両端面が開放され、前記シェルの内壁が突出して前記永久磁石と連結する、請求項２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項８】
前記シェルの両端面にそれぞれ取り付けられ、前記シェルの内部に収められた構成要素を保護するための保護板、を更に有する、請求項２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項９】
前記保護板の中心に、前記シェルの内部に前記手指を挿入させるための挿入口、または、前記シェルの内部に収められた構成要素を前記回路部と電気的に接続させるための穴、が形成されている、請求項８に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項１０】
前記シェルが、前記永久磁石と前記磁極片と同軸のシリンダ部、及び、前記一対の永久磁石のそれぞれの外側に配置されている一対のプランジャ、を含む、請求項２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項１１】
前記シリンダ部の両端部の中心に、前記シェルの内部に前記手指を挿入させるための挿入口、または、前記シェルの内部に収められた構成要素を前記回路部と電気的に接続させるための穴、が形成されている、請求項１０に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項１２】
前記回路部が、
前記センサーコイルに前記電磁波を発生させ、前記センサーコイルにより受信された吸収信号を検出するための高周波発生器；
前記一対の低周波用コイルに前記低周波変調磁場を発生させるための低周波発生器；
前記一対の音響周波用コイルに前記音響周波変調磁場を発生させるための音響周波発生器；
前記高周波発生器により検出された吸収信号の振幅を測定するための振幅測定器；
前記検出された吸収信号を増幅するための前置増幅器；
前記検出された吸収信号の音響周波数帯域成分を増幅するための音響周波増幅器；
前記検出された吸収信号の音響周波数帯域成分を選択的に検出するためのバンドパスフィルタ；
前記検出された吸収信号の音響周波数帯域成分から前記手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間と身体内の血糖値とを決めるための計算ユニット；並びに、
前記高周波発生器、前記低周波発生器、及び前記音響周波発生器の各動作を制御するための駆動制御部；
を含む、請求項２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項１３】
前記回路部が、前記振幅測定器により測定された吸収信号の振幅を安定化させて前記駆動制御部に伝えるための振幅安定部、を更に含む、請求項１２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項１４】
前記回路部が、前記バンドパスフィルタの利得を調整するための利得制御部、を更に含む、請求項１２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項１５】
前記回路部が、前記計算ユニットで決められた血糖値をユーザーに表示するための表示器、を含む、請求項１２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置。
【請求項１６】
一対の永久磁石により固定磁場を手指の組織に対して印加するステップ；
低周波発生器と一対の低周波用コイルとにより三角波形低周波変調磁場を前記手指の組織に対して印加するステップ；
音響周波発生器と一対の音響周波用コイルとにより音響周波変調磁場を前記手指の組織に対して印加するステップ；
高周波発生器とセンサーコイルとにより前記手指の組織に対して電磁波を印加し、前記電磁波の周波数を特定の帯域内で段階的に変化させるステップ；
前記手指の組織に含まれている陽子での核磁気共鳴現象により発生する吸収信号を検出するステップ；
検出された前記吸収信号から前記陽子のスピン−格子緩和時間を決めるステップ；及び、
身体内の血糖値とスピン−格子緩和時間との間の相関関係に基づき、前記吸収信号から決められたスピン−格子緩和時間に対応する身体内の血糖値を決めるステップ；
を有する、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項１７】
前記三角波形低周波変調磁場の周期が前記陽子のスピン−格子緩和時間に比べて少なくとも10倍以上である、請求項１６に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項１８】
前記三角波形低周波変調磁場の強さが最小になる時点で、前記高周波発生器が前記電磁波の周波数を段階的に変化させる、請求項１６に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項１９】
前記吸収信号が前記三角波形低周波変調磁場の１周期毎に２つずつパルスを含み、前記高周波発生器による前記電磁波の周波数変化に応じて前記２つのパルス間の時間差が変化する、請求項１６に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項２０】
検出された前記吸収信号の振幅を振幅測定器により測定し、測定された前記吸収信号の振幅に基づいて前記高周波発生器により前記電磁波の周波数を調整するステップ、を更に有する、請求項１６に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項２１】
検出された前記吸収信号を前置増幅器により増幅するステップ；
検出された前記吸収信号の音響周波数帯域成分を音響周波増幅器により増幅するステップ；及び、
検出された前記吸収信号の音響周波数帯域成分を選択的に検出するステップ；
を更に有する、請求項１６に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項２２】
一対の永久磁石により固定磁場を手指の組織に対して印加するステップ；
低周波発生器と一対の低周波用コイルとにより、強さが段階的に変化する非対称低周波変調磁場を前記手指の組織に対して印加するステップ；
音響周波発生器と一対の音響周波用コイルとにより音響周波変調磁場を前記手指の組織に対して印加するステップ；
高周波発生器とセンサーコイルとにより一定周波数の電磁波を前記手指の組織に対して印加するステップ；
前記手指の組織に含まれている陽子での核磁気共鳴現象により発生する吸収信号を検出するステップ；
検出された前記吸収信号から前記陽子のスピン−格子緩和時間を決めるステップ；及び、
身体内の血糖値とスピン−格子緩和時間との間の相関関係に基づき、前記吸収信号から決められたスピン−格子緩和時間に対応する身体内の血糖値を決めるステップ；
を有する、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項２３】
前記非対称低周波変調磁場が、一定の振幅と一定の周期とを持つ三角波形変調成分、及び、一定時間の経過毎に一定量ずつ、段階的に強さが変わる階段状変調成分、を含む、請求項２２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項２４】
前記三角波形変調成分の強さが最小になる時点で、前記階段状変調成分の強さが変化する、請求項２３に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項２５】
前記階段状変調成分の周期が前記三角波形変調成分の周期の整数倍である、請求項２３に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項２６】
前記三角波形変調成分の周期が前記陽子のスピン−格子緩和時間に比べて少なくとも10倍以上である、請求項２３に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項２７】
前記吸収信号が前記三角波形変調成分の１周期毎に２つずつパルスを含み、前記階段状変調成分の強さの変化に応じて前記２つのパルス間の時間差が変化する、請求項２３に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項２８】
検出された前記吸収信号の振幅を振幅測定器により測定し、測定された前記吸収信号の振幅に基づいて前記電磁波の周波数を調整するステップ、を更に有する、請求項２２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項２９】
検出された前記吸収信号を前置増幅器により増幅するステップ；
検出された前記吸収信号の音響周波数帯域成分を音響周波増幅器により増幅するステップ；及び、
検出された前記吸収信号の音響周波数帯域成分を選択的に検出するステップ；
を更に有する、請求項２２に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項３０】
一対の永久磁石により固定磁場を手指の組織に対して印加するステップ；
低周波発生器と一対の低周波用コイルとによりインパルス状の低周波変調磁場を前記手指の組織に対して印加するステップ；
音響周波発生器と一対の音響周波用コイルとにより音響周波変調磁場を前記手指に対して印加するステップ；
高周波発生器とセンサーコイルとにより一定周波数の電磁波を前記手指の組織に対して印加するステップ；
前記手指の組織に含まれている陽子での核磁気共鳴現象により発生する吸収信号を検出するステップ；
検出された前記吸収信号から前記陽子のスピン−格子緩和時間を決めるステップ；及び、
身体内の血糖値とスピン−格子緩和時間との間の相関関係に基づき、前記吸収信号から決められたスピン−格子緩和時間に対応する身体内の血糖値を決めるステップ；
を有する、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項３１】
前記インパルス状の低周波変調磁場の周期が前記陽子のスピン−格子緩和時間に比べて少なくとも10倍以上である、請求項３０に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項３２】
前記インパルス状の低周波変調磁場のパルス幅が前記インパルス状の低周波変調磁場の周期毎に段階的に変化する、請求項３０に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項３３】
前記インパルス状の低周波変調磁場の振幅が、前記陽子の核磁気共鳴周波数に相当する磁場の強さと前記固定磁場の強さとの間の差より高く、前記吸収信号が前記インパルス状の低周波変調磁場の１周期毎に２つずつパルスを含む、請求項３０に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項３４】
検出された前記吸収信号の振幅を振幅測定器により測定し、測定された前記吸収信号の振幅に基づいて前記電磁波の周波数を調整するステップ、を更に有する、請求項３０に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【請求項３５】
検出された前記吸収信号を前置増幅器により増幅するステップ；
検出された前記吸収信号の音響周波数帯域成分を音響周波増幅器により増幅するステップ；及び、
検出された前記吸収信号の音響周波数帯域成分を選択的に検出するステップ；
を更に有する、請求項３０に記載の、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、身体内の血糖値を無血測定する装置及びその方法に関し、特に、磁気共鳴吸収法（magneto−resonance absorption method）を用いた無血血糖測定装置及びその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、身体活動の不足及び食生活の変化に起因する糖尿病患者が急増している。韓国では、2001年度に糖尿病による死者が人口10万人当たり23.8人に達し、糖尿病が死亡原因の第４位であった。その死者数は、1990年度での人口10万人当たり11.8人に比べてほぼ２倍である。このような状況から、自分の血糖値を自分で測定するための器具、すなわち自己血糖測定装置が求められている。自己血糖測定装置は、今日、糖尿病患者の自己管理上、最も重要な器具の一つである。自己血糖測定装置の目的は、日常生活中の血糖値の変動に関する情報を患者に提供することで、血糖値の変化に即応した矯正活動を患者が実行できること、である。一日に少なくとも３、４回程度の自己血糖測定が推奨されている。しかし、実際には、社会福祉が進んでいる米国でさえも、定期的に血糖値を測っている糖尿病患者は全体の18％に過ぎないことが報告されている。このように、患者が自己血糖測定を怠る理由は、現在普及している自己血糖測定装置が採血を必要とするからである、と考えられる。定期的な採血方式では、採血に伴う痛みや不快感、及び採血に必要な診断ストリップの購入にかかる相当な費用などが、患者にとって精神的に、かつ経済的に負担になっている。
【０００３】
最近、自己血糖測定から採血に伴う痛みや不快感を除去でき、検査用紙の購入などの付帯費用を削減できる、無血血糖測定法が研究され、その方法を用いた装置が開発されている。今までの報告によれば、無血血糖測定法としては、赤外線領域のスペクトル分析を用いた方法、及び、数十〜数百MHzの周波数帯域でインピーダンス分光学を用いた方法が主に研究されている。
【０００４】
その他に、核磁気共鳴分光学の原理を用いた無血血糖測定法が知られている（例えば特許文献１、２、３参照）。これらの方法では、血液または身体組織の核磁気共鳴スペクトルでの水成分による共鳴ピーク（または領域）とグルコース成分による共鳴ピーク（または領域）との間の相関関係、または、グルコース成分による核磁気共鳴スペクトル上での化学シフトが利用される。ここで、その化学シフトは血糖値の変化に起因する。
【０００５】
更に、いわゆる磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定法が知られている（非特許文献１、２参照）。その方法では、磁気共鳴吸収法により測定されたスピン−格子緩和時間と、血液中、または身体組織中の血糖値との間の相関関係が見出される。その相関関係に基づき、血液中、または身体組織中の血糖値がスピン−格子緩和時間から決められる。
磁気共鳴吸収法とは、測定物質中に含まれている陽子で核磁気共鳴が生じる時に発生する吸収信号の時間変化を測定することにより、物質中の成分を分析する方法をいう。物質に対して外部から磁場が印加されるとき、物質中では、低エネルギー状態にある陽子のスピンが外部磁場の方向に揃う。陽子は更に、外部磁場の方向の周りで歳差運動を行う。その歳差運動の周波数ωoはラーモア周波数と呼ばれ、次式(1)で表される。
【０００６】
【数１】
2006023312.tif 000003
【０００７】
ここで、Boは外部磁場の強さを表す。一方、γpは陽子の磁気回転比を表し、42.58MHz／Tである。この陽子に対して歳差運動の周波数ωoと同じ周波数の電磁波を印加すれば、陽子の歳差運動がその電磁波と共鳴する。すなわち、核磁気共鳴が生じる。それにより、陽子は高エネルギー状態に励起される。特に、陽子のスピンが外部磁場の方向とは逆の方向に切り換わる。このスピンの変化が周囲の誘導コイルに吸収信号を与える。この吸収信号を検出して調べることにより、物質中の成分が分析される。
【０００８】
磁気共鳴吸収法では特に、スピン−格子緩和時間が次のように測定される。励起された陽子はやがて、外部に熱エネルギーを放出して元の低エネルギー状態に戻る。この現象をスピン−格子緩和現象（spin-lattice  relaxation）という。図２には、吸収信号の測定データが示されている。図２から分かるように、吸収信号の振幅は、核磁気共鳴を引き起こす時間間隔、すなわち吸収信号のパルス間隔に応じて変化する。実際、吸収信号のパルス間隔がスピン−格子緩和時間に比べて十分に長い場合、同じ振幅のパルスが現れる。一方、パルス間隔がスピン−格子緩和時間に比べて短い場合、後に発生するパルスの振幅がスピン−格子緩和の程度に応じて低減する。パルス間隔が短いほど、後のパルスの振幅が減少する。従って、二つのパルス間での振幅の差からスピン−格子緩和時間が決定される。
【０００９】
磁気共鳴吸収法を用いた血糖測定の原理は、以下の通りである。
身体内の血糖値は、身体、例えば手指の組織に含まれている陽子での核磁気共鳴によるスピン−格子緩和時間に正比例する。図１に示されている実験データは、身体内の血糖値と、手指の組織で測定されたスピン−格子緩和時間T1との間の相関関係を表す。図１から、スピン−格子緩和時間T1と身体内の血糖値との間に正比例関係が存在することが分かる。この正比例関係に基づき、スピン−格子緩和時間の変化から身体内の血糖値の変化の程度が決定され得ることは確かであろう。但し、この正比例関係には多少の個人差がある。従って、予め複数回の測定を行い、ユーザーに合う相関関係を見つけ出さねばならない場合もある。その他に、採血された血液サンプルの血糖値と、その血液サンプルで測定されたスピン−格子緩和時間との間にも、正比例関係が存在することが知られている。それ故、その正比例関係を利用して、採血された血液サンプルから血糖値を測定することも可能である。
【００１０】
尚、上記の測定にとって、手指は理想的な測定対象体である。手指の先には数多くの毛細血管がある。毛細血管中の血速は0.5〜1.2mm／s程度と低いので、血流が測定に与える影響はほぼない。更に、手指中では、骨の占める体積に比べ、間質液、血液、及び筋肉組織の占める体積が十分に大きいので、吸収信号の振幅が十分に大きく、これらの振幅を容易に増幅し、処理できる。間質液中と血液中とのグルコース濃度は同一である。その上、骨中に自由陽子が存在しない限り、手指の骨に起因する吸収信号は存在しない。筋肉組織ではスピン−格子緩和時間がほぼ0.05秒程度と比較的短いので、筋肉組織量の微小な個人差によるスピン−格子緩和時間の変化が十分に小さい。従って、手指の組織で測定される吸収信号は、実質的に間質液と血液とに起因する吸収信号だけを含む。
【００１１】
磁気共鳴吸収法を利用した無血血糖測定装置には、上記の非特許文献１、２に開示されているものの他に、例えば、永久磁石を用いた無血血糖測定装置が知られている（例えば特許文献４参照）。この装置では、一対の永久磁石を利用して固定磁場が形成される。それにより、固定磁場を電磁石で形成する場合とは異なり、電磁石に対するパワー供給の不安定性に起因する固定磁場の強さのバラツキがない。従って、固定磁場の強さの均一性が高精度で安定化する。
【特許文献１】米国特許第4,875,486号明細書
【特許文献２】米国特許第5,685,300号明細書
【特許文献３】米国特許第6,163,154号明細書
【特許文献４】ロシア特許第33235号明細書
【非特許文献１】O.C.Esicov  and  E.A.Protasov,  "Magneto-resonance  method  of  measurement  of  spin-lattice  time  by  using  absorption  signal,"  Scientific  session  MEPhI  Conference,  Vol.4,  pp.35,  2003
【非特許文献２】E.A.Protasov,  O.C.Esicov  and  E.C.Karpova,  "Glucose  concentration  measurements  in  the  human  blood  by  NMR  method,"  Scientific  session  MEPhI  Conference,  Vol.5,  pp.3,  2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
例えば特許文献１、２、３に開示されているような無血血糖測定法では、グルコース成分による共鳴ピークの大きさの変化や化学シフトの微小な変化を見つけ出すことが、実際には、水成分による核磁気共鳴スペクトルの影響により非常に難しい。それ故、それらの方法を用いた無血血糖測定装置の開発については、今までのところ、報告されたことがない。
【００１３】
例えば非特許文献１、２に開示されているような、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定法では、所望の測定精度を確保するためには、外部磁場が高いレベルで均一でなければならない。しかし、外部磁場が電磁石で形成されるので、電磁石に対して供給される電圧の不安定性により、外部磁場が要求される均一さを確保できない。実際、図２に示されている通り、検出される吸収信号に含まれているノイズ成分がかなり大きい。この場合、信号対雑音比がほぼ10程度に達している。これは、外部磁場の十分な均一さが確保できなかったことに起因する。従って、製品化が困難であった。参考までに、既存の測定結果によれば、血糖値の変化による手指または血液サンプルでのスピン−格子緩和時間の変化を検出するには、0.15〜0.35Tの外部磁場を2.5×10-4T以内で均一にしなければならなかった。更に、要求される強さの外部磁場を電磁石で形成する場合、測定装置がかなり重く、かつ大きくなるので、家庭向け無血血糖測定器としては不都合であった。
【００１４】
例えば特許文献４に開示されているような、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置では、一対の永久磁石が固定磁場の形成に利用される。しかし、永久磁石だけでは、磁場の均一さが永久磁石の完成度に左右されるので、要求される磁場の均一さが実際には得られにくかった。実際、永久磁石の材料中に混入している異物または気泡、及び、永久磁石の材料の含有成分の非一様性が局部的な磁化の擾乱を引き起こすので、磁場が歪曲される。これらの阻害要因を永久磁石の材料から更に高精度に除去することは困難であった。この装置では更に、一体型閉鎖構造を持つシェルで内部の構成要素を連結することで、磁気回路が形成されている。しかし、このシェルの一体型閉鎖構造により、内部の構成要素を更に精度良く揃えることが困難であった。内部の構成要素の不揃いにより、磁場分布のバラツキを更に抑制することが困難であった。磁場分布のバラツキは吸収信号に歪曲や滲み現象を生じさせるので、吸収信号の検出精度及びスピン−格子緩和時間の測定精度を更に向上させることが困難であった。それ故、身体内の血糖値の決定精度を更に向上させることが困難であった。
【００１５】
本発明の目的は、ユーザーが家庭で定期的な自己血糖測定を更に精度良く、非観血的に行うことができる、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置及び測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置は、手指の組織中に複数の磁場を形成し、かつ手指の組織に対して電磁波を印加し、それにより発生する吸収信号を受信するための測定部、及び、その測定部に上記の電磁波を発生させ、測定部により受信された吸収信号を検出し、検出された吸収信号から手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間と身体内の血糖値とを決めるための回路部、を有する。
【００１７】
上記の測定部が好ましくは、手指を固定するための検出部、検出部内に対して上記の電磁波を印加し、それにより発生する吸収信号を受信するためのセンサーコイル、検出部内に対して均一な固定磁場を印加するための一対の永久磁石、検出部内に対して印加される固定磁場の均一さを向上させるための一対の磁極片、検出部内に対して低周波変調磁場を印加するための一対の低周波用コイル、検出部内に対して音響周波変調磁場を印加するための一対の音響周波用コイル、検出部とセンサーコイルとを覆い、上記の磁極片に連結するためのシールド、並びに、それらの構成要素を内部に収め、外部の磁気から遮蔽するためのシェルを含む。
【００１８】
好ましくは、上記一対の永久磁石がそれぞれ円盤状に形成され、逆極性の磁極が互いに向かい合うように配置される。上記一対の磁極片がそれぞれ円盤状に形成され、上記の永久磁石の内側に、永久磁石と同軸に設けられる。上記の検出部が有底円筒状に形成され、センサーコイルが検出部の円周方向に沿って巻き付けられる。更に、センサーコイルの中心軸が上記の永久磁石と磁極片との中心軸に対して垂直であるように、上記のシールドが上記一対の永久磁石の間に設けられる。上記一対の低周波用コイルが、永久磁石の円周方向に沿って巻き付けられ、上記一対の音響周波用コイルが、一対の磁極片の内側で円周方向に沿って巻き付けられる。
【００１９】
上記のシェルが好ましくは円筒形状であり、上記の検出部と同軸に設けられる。シェルの内壁は突出し、永久磁石の外側と連結する。シェルの両端面には、シェルの内部に設けられる構成要素を保護するために保護板が形成される。このとき、保護板の中心には、シェルの内部に手指を挿入させるための挿入口、または、センサーコイル等、シェルの内部に収められた構成要素を回路部と電気的に接続させるための穴、が形成される。
【００２０】
上記の回路部が好ましくは、センサーコイルに電磁波を発生させ、センサーコイルにより受信された吸収信号を検出するための高周波発生器、一対の低周波用コイルに低周波変調磁場を発生させるための低周波発生器、一対の音響周波用コイルに音響周波変調磁場を発生させるための音響周波発生器、高周波発生器により検出された吸収信号の振幅を測定するための振幅測定器、検出された吸収信号を増幅するための前置増幅器、検出された吸収信号の音響周波数帯域成分を増幅するための音響周波増幅器、検出された吸収信号の音響周波数帯域成分を選択的に検出するためのバンドパスフィルタ、検出された吸収信号の音響周波数帯域成分から手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間と身体内の血糖値とを決めるための計算ユニット、並びに、高周波発生器、低周波発生器、及び音響周波発生器の各動作を制御するための駆動制御部、を含む。
【００２１】
好ましくは、高周波発生器が正帰還増幅器であってセンサーコイルに連結し、低周波発生器が一対の低周波用コイルに連結し、音響周波発生器が一対の音響周波用コイルに連結する。
さらに好ましくは、回路部が、振幅測定器により測定された吸収信号の振幅を安定化させて駆動制御部に伝えるための振幅安定部、バンドパスフィルタの利得を調整するための利得制御部、及び計算ユニットで決められた血糖値をユーザーに表示するための表示器、を含む。バンドパスフィルタを通過した吸収信号のパルス対について、それぞれの振幅とそれらの間の時間差との測定は、計算ユニットで行っても良く、計算ユニットの前に設けられた別の測定器で行っても良い。好ましくは、回路部に含まれているマイクロプロセッサまたは外部のＰＣが特定のプログラムの実行により、駆動制御部と計算ユニットとして機能する。
【００２２】
本発明による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置では、シェルが上記のものとは別に、永久磁石と磁極片と同軸のシリンダ部、及び、一対の永久磁石のそれぞれの外側に設けられる一対のプランジャと、を有しても良い。それにより、測定部の組立／分解が容易であり、シェルの内部に収められた構成要素を揃えやすい。シリンダ部の両端部の中心には、シェルの内部に手指を挿入させるための挿入口、または、シェルの内部に収められた構成要素を回路部と電気的に接続させるための穴、が形成される。
【００２３】
本発明の一つの観点による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法は好ましくは、一対の永久磁石により一定の強さで均一な磁場である固定磁場を手指の組織に対して印加するステップ、低周波発生器と一対の低周波用コイルとにより一定の振幅と周期とを有する三角波形低周波変調磁場を手指の組織に対して印加するステップ、音響周波発生器と一対の音響周波用コイルとにより音響周波変調磁場を手指の組織に対して印加するステップ、高周波発生器とセンサーコイルとにより手指の組織に対して電磁波を印加し、その電磁波の周波数を特定の帯域内で段階的に変化させるステップ、その電磁波により手指の組織中の陽子で核磁気共鳴を生じさせ、それにより発生した吸収信号を検出するステップ、検出された吸収信号の振幅を振幅測定器により測定するステップ、検出された吸収信号を前置増幅器により増幅するステップ、検出された吸収信号の音響周波数帯域成分を音響周波増幅器により増幅するステップ、検出された吸収信号の音響周波数帯域成分をバンドパスフィルタにより選択的に検出するステップ、検出された吸収信号に含まれているパルス対の各振幅とそれらの間の時間差とを記録するステップ、記録されたパルス対の各振幅と時間差とから、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間を測定するステップ、及び、身体内の血糖値とスピン−格子緩和時間との間の相関関係に基づき、測定されたスピン−格子緩和時間に対応する身体内の血糖値を決めるステップ、を有する。
【００２４】
好ましくは、三角波形低周波変調磁場の周期が手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間に比べて少なくとも10倍以上である。更に、三角波形低周波変調磁場の強さが最小になる時点で、高周波発生器が電磁波の周波数を段階的に変化させる。その上、吸収信号が三角波形低周波変調磁場の１周期毎に２つずつパルスを含む。それら一対のパルス間の時間差は特に、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間より短縮可能である。身体内の血糖値の決定で利用される血糖値とスピン−格子緩和時間との間の相関関係は好ましくは、実際の測定前に予め複数回の測定を行うことで、個人別に求められる。
【００２５】
本発明の別の観点による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法は、一対の永久磁石により固定磁場を手指の組織に対して印加するステップ、低周波発生器と一対の低周波用コイルとにより、強さが段階的に変化する非対称低周波変調磁場を手指の組織に対して印加するステップ、音響周波発生器と一対の音響周波用コイルとにより音響周波変調磁場を手指の組織に対して印加するステップ、高周波発生器とセンサーコイルとにより一定周波数の電磁波を手指の組織に対して印加するステップ、その電磁波により手指の組織中の陽子で核磁気共鳴を生じさせ、それにより発生する吸収信号を検出するステップ、吸収信号の振幅を振幅測定器により測定するステップ、検出された吸収信号を前置増幅器により増幅するステップ、検出された吸収信号の音響周波数帯域成分を音響周波増幅器により増幅するステップ、検出された吸収信号の音響周波数帯域成分をバンドパスフィルタにより選択的に検出するステップ、検出された吸収信号に含まれているパルス対の各振幅とそれらの間の時間差とを記録するステップ、記録されたパルス対の各振幅と時間差とから手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間を測定するステップ、及び、身体内の血糖値とスピン−格子緩和時間との間の相関関係に基づき、測定されたスピン−格子緩和時間に対応する身体内の血糖値を決めるステップ、を有する。
【００２６】
好ましくは、非対称低周波変調磁場が、一定の振幅と一定の周期とを持つ三角波形変調成分、及び、一定時間の経過毎に一定量ずつ、段階的に強さが変わる階段状変調成分、を含む。三角波形変調成分の周期が、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間に比べて少なくとも10倍以上である。一方、階段状変調成分の周期が三角波形変調成分の周期の整数倍である。更に、吸収信号が三角波形変調成分の１周期毎に２つずつパルスを含む。それら一対のパルス間の時間差は、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間より短縮可能である。
【００２７】
本発明の更に別の観点による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法は、一対の永久磁石により固定磁場を手指の組織に対して印加するステップ、低周波発生器と一対の低周波用コイルとによりインパルス状の低周波変調磁場を手指の組織に対して印加するステップ、音響周波発生器と一対の音響周波用コイルとにより音響周波変調磁場を手指の組織に対して印加するステップ、高周波発生器とセンサーコイルとにより一定周波数の電磁波を手指の組織に対して印加するステップ、その電磁波により手指の組織に含まれている陽子で核磁気共鳴を生じさせ、それにより発生する吸収信号を検出するステップ、検出された吸収信号の振幅を振幅測定器により測定するステップ、検出された吸収信号を前置増幅器により増幅するステップ、検出された吸収信号の音響周波数帯域成分を音響周波増幅器により増幅するステップ、検出された吸収信号の音響周波数帯域成分をバンドパスフィルタにより選択的に検出するステップ、検出された吸収信号に含まれているパルス対の各振幅とそれらの間の時間差とを記録するステップ、記録されたパルス対の各振幅と時間差とから手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間を測定するステップ、及び、身体内の血糖値とスピン−格子緩和時間との間の相関関係に基づき、測定されたスピン−格子緩和時間に対応する身体内の血糖値を決めるステップ、を有する。
【００２８】
好ましくは、インパルス状の低周波変調磁場の周期が、手指の組織に含まれている陽子の磁気共鳴スピン−格子緩和時間に比べて少なくとも10倍以上である。更に、インパルス状の低周波変調磁場のパルス幅が、そのインパルス状の低周波変調磁場の周期毎に段階的に変化する。その上、そのインパルス状の低周波変調磁場の振幅が、手指の組織に含まれている陽子の核磁気共鳴周波数に相当する磁場の強さと固定磁場の強さとの間の差より高く、吸収信号がインパルス状の低周波変調磁場の１周期毎に２つずつパルスを含む。
【００２９】
上記の本発明による無血血糖測定装置では、特に磁極片により、求められる固定磁場の均一さを確保でき、より高精度の測定が可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明による無血血糖測定装置は、手ごろな大きさと重さとを有するので使い勝手が良い。更に、求められる磁場の均一さが確保できるので、測定精度が十分に高い。こうして、本発明による無血血糖測定装置は家庭用に適している。その上、糖尿病患者自らが非観血的な方法で定期的に、自己の血糖値を容易に測定できるので、本発明による無血血糖測定装置は糖尿病患者による自己の病状管理に大いに貢献できる。それに加え、従来の血糖測定装置では診断ストリップや診断試薬などに必要であった付帯費用が、本発明による無血血糖測定装置では不要であるので、患者及びその家族に課せられる経済的な負担を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
図３は、本発明の実施例による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置を示す図である。図４と図５は、本発明の実施例による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置に含まれている測定部100の縦断面と横断面とを示す図である。この装置は、測定部100と回路部200とを有する。測定部100は、手指の組織中に複数の磁場を形成し、かつ手指の組織に対して電磁波を印加し、それにより発生する吸収信号を受信する。回路部200は、測定部100に上記の電磁波を発生させ、測定部100により受信された吸収信号を検出し、検出された吸収信号から手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間T1と身体内の血糖値とを決める。
【００３２】
測定部100は、検出部110、センサーコイル120、一対の永久磁石130、一対の磁極片140、一対の低周波用コイル150、一対の音響周波用コイル160、及び円筒状のシェル170を含む。
回路部200は、高周波発生器210、低周波発生器220、音響周波発生器230、振幅測定器240、前置増幅器250、音響周波増幅器260、バンドパスフィルタ270、計算ユニット280、及び駆動制御部290を含む。
【００３３】
図６は、図３に示されている本発明の実施例による無血血糖測定装置の検出部110とそれに連結している構成要素とを示す断面図と平面図である。
検出部110には、測定対象の手指が固定される。検出部110は好ましくは、テフロン（登録商標）材質により、15mm程度の径と20mm程度の高さとを有する有底円筒状に形成される。
【００３４】
センサーコイル120は、検出部110の円周方向に沿って巻き付けられている。センサーコイル120の品質係数は好ましくは、ほぼ40程度である。センサーコイル120は、高周波発生器210から供給される交流電力に基づいて電磁波を発生させ、その電磁波を検出部110内に対して印加する。一方、センサーコイル120は陽子のスピン−格子緩和現象により生じる吸収信号を受信する。
【００３５】
センサーコイル120が巻き付けられた検出部110は、黄銅材質のシールド115の中心に設けられている。シールド115の一方の面には高周波プラグ117が取り付けられ、センサーコイル120と高周波発生器210とを電気的に接続する。
一対の永久磁石130は、好ましくは希土類磁石材料、特にNdFeBまたはSmCoを用いて円盤状に形成される。一対の永久磁石130は、空隙を挟んで逆極性の磁極を向かい合わせて配置される。それら磁極の間に、シールド115、一対の音響周波用コイル160、及び一対の磁極片140が含まれている。一対の永久磁石130により検出部110内には、固定磁場が形成される。その固定磁場は、ほぼ0.15〜0.35Tの範囲内の強さを有する。
【００３６】
一対の磁極片140は、検出部110内に対して印加される固定磁場の均一さを向上させるためのものである。磁極片140は、好ましくはFe−Co合金材料を用いて円盤状に形成される。磁極片140は好ましくは、一対の永久磁石130の対向面、特にその周縁部に、永久磁石130と同軸に配置される。磁極片140の径及び形状を調節することにより、検出部110内に対して印加される固定磁場の均一さが向上する。参考までに、本発明によれば、一対の磁極片140を使用することにより、±0.6G（＝±6×10-5T）以内の固定磁場の均一さが確保できる。
【００３７】
一対の低周波用コイル150は、永久磁石130の周りに円周方向に沿って巻き付けられ、低周波発生器220と電気的に接続される。低周波用コイル150は、検出部110内に対して低周波変調磁場を印加する。低周波変調磁場は0.0003T〜0.001T程度の振幅を有し、検出対象の陽子のスピン−格子緩和時間に比べて少なくとも10倍程度の周期を有する。
一対の音響周波用コイル160は、シールド115の外側に設けられたフレーム165の内部に磁極片140の円周方向に沿って巻き付けられている。フレーム165は磁極片140に接触している。音響周波用コイル160は音響周波発生器230に電気的に接続され、検出部110の内部に対して音響周波変調磁場を印加する。音響周波変調磁場は、ほぼ0.5G（＝5×10-5T）程度の弱い振幅と、ほぼ2kHzまたは5kHzの音響周波数とを有する。音響周波変調磁場により、吸収信号に含まれているパルス対の測定では信号対雑音比が向上するので、そのパルス対の検出が容易になる。
【００３８】
シェル170は検出部110と同軸の円筒形状を有する。シェル170の内部では、上記の構成要素が磁気回路を形成する。シェル170は、磁場の分布を内部に制限して外部への磁場の分散を抑える一方、内部の構成要素に対する外部磁場の影響を抑える。
シェル170の両端部には、プラスチック製で円形の保護板172、174が配置され、内部の構成要素が外部から保護される。一方の保護板172の中心には、手指を挿入させるための挿入口176が形成され、他方の保護板174の中心には、シェル170の内部に含まれているコイルを回路部200と電気的に接続させるための穴178が形成されている。
【００３９】
高周波発生器210は好ましくは一種の正帰還増幅器であり、センサーコイル120と電気的に接続される。高周波発生器210はセンサーコイル120に電磁波を発生させる一方、陽子のスピン−格子緩和現象により生じる吸収信号を測定する。ここで、その電磁波の周波数は陽子の核磁気共鳴周波数程度であり、その振幅は十分に小さい。
低周波発生器220は一対の低周波用コイル150と電気的に接続され、低周波用コイル150により検出部110の内部に対して低周波変調磁場を印加する。低周波変調磁場は好ましくは、0.0003T〜0.001T程度の振幅を有し、検出対象の陽子のスピン−格子緩和時間に比べて少なくとも10倍程度の周期を有する。
【００４０】
音響周波発生器230は一対の音響周波用コイル160と電気的に接続され、音響周波用コイル160により検出部110の内部に対して音響周波変調磁場を印加する。音響周波変調磁場はほぼ0.5G（＝5×10-5T）程度の弱い振幅を有し、ほぼ2kHzまたは5kHzの音響周波数とを有する。
【００４１】
センサーコイル120内で共鳴条件が実現している期間での電磁気エネルギーの損失が、高周波発生器210の駆動回路の品質係数を低下させる。そのような磁気誘導特性または静電容量特性の変化は共鳴周波数を変化させる。更に、検出部110内に置かれた手指の組織内では、センサーコイル120から印加される電磁波の周波数が、高周波発生器210の周波数に対して数パーセント変化する。それらの現象を取り除くために、好ましくは次のようにして、高周波発生器210の周波数を自動的に調整する。検出された吸収信号の振幅を振幅測定器240で測定し、測定された吸収信号の振幅を駆動制御部290に送る。このとき、振幅測定器240で測定された吸収信号の振幅を振幅安定器245が一定期間保持して安定化させる。検出された吸収信号の振幅に基づき、駆動制御部290が高周波発生器210の周波数を調節する。
【００４２】
前置増幅器250は、振幅測定器240により検出された吸収信号、特にその高周波帯域成分を増幅する。
音響周波増幅器260とバンドパスフィルタ270とは、前置増幅器250で増幅された吸収信号の音響周波数帯域成分を選択的に増幅する。これにより信号対雑音比が向上するので、測定精度が向上する。
【００４３】
計算ユニット280は、バンドパスフィルタ270を通して得られた吸収信号に含まれているパルス対の各振幅とそれらの間の時間差とを測定し、これらをＡ／Ｄ変換器によりデジタル化して記憶する。その後、これら記憶された値から手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間及び身体内の血糖値を決める。好ましくは、回路部200に内蔵されているマイクロプロセッサまたは外部のＰＣが特定のプログラムを実行することで、計算ユニット280として機能する。特に、回路部200に内蔵されているマイクロプロセッサが計算ユニット280として機能する場合、回路部200はそのマイクロプロセッサとは別に、パルス測定器とメモリとを含む。パルス測定器が、吸収信号に含まれているパルス対の各振幅とそれらの間の時間差とを測定し、これらをＡ／Ｄ変換器によりデジタル化する。デジタル化された値はメモリにより記憶される。
【００４４】
駆動制御部290は、高周波発生器210、低周波発生器220、及び音響周波発生器230の各出力の振幅及び周期を制御する。パワー源295は、回路部200の構成要素にパワーを供給する。
【００４５】
シェルは上記の他に、図７に示されているような構造を有しても良い。図７は、そのシェルの縦断面を示す図である。このシェル180は、両端が開放されたシリンダ部182と、その開放端を塞ぐ一対のプランジャ184と、を含む。シリンダ部182の両端が開放されているので、測定部105内では、各構成要素の組立、分解、揃え直しが容易である。シリンダ部182の側部には、手指を挿入させるための挿入口186、及び、シリンダ部182の内部に含まれているコイルを回路部200と電気的に接続させるための穴188が形成されている。一対のプランジャ184はそれぞれ、永久磁石130の外側とシリンダ部182の両端とに接触する位置に配置される。
【００４６】
以下、本発明の実施例による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法について説明する。好ましくは、核磁気共鳴条件が、次の三つのいずれかの方法で実現される。
図８は、核磁気共鳴条件を実現する第一の方法を説明する図である。この第一の方法では、検出部110内に対し、一対の永久磁石130が固定磁場（強さBc）を印加すると共に、低周波発生器220と一対の低周波用コイル150とが三角波形低周波変調磁場（一定の振幅BTRI、周期TTRI）を印加する。更に、音響周波用コイル160と音響周波発生器230とが弱い音響周波変調磁場を印加する。その上、高周波発生器210とセンサーコイル120とが電磁波を印加する。その電磁波の周波数は特定の周波数範囲内で、Δfずつ段階的に変わる。駆動制御部290は、三角波形低周波変調磁場の強さが最小になる時点で、高周波発生器210に周波数を変えさせる。
【００４７】
図８に示されているように、検出部110内に固定されている手指の組織中には、固定磁場Bcと共に、振幅BTRI及び周期TTRIの三角波形低周波変調磁場が印加されている。それらの磁場の和Brにより次式(2)で表されるラーモア周波数frが、手指の組織に対して印加される電磁波の周波数と一致するごとに、手指の組織中の陽子では核磁気共鳴が起こる。図８では、三角波形低周波変調磁場の１周期ごとに２回ずつ、ラーモア周波数frが電磁波の周波数と一致するので、一対のパルスA∞、A(τ)が吸収信号として記録される。
【００４８】
【数２】
2006023312.tif 000004
【００４９】
式(2)では、三角波形低周波変調磁場の強さが最小になる時点から１番目のパルスA∞が検出される時点までの時間をt1とし、２番目のパルスA(τ)が検出される時点までの時間をt2とする。ここで、τは、各パルスA∞、A(τ)が検出される時点t1、t2間の時間差t2−t1を表す。t1は三角波形低周波磁場変調の周期の半分TTRI／2より小さい。高周波発生器210とセンサーコイル120とにより印加される電磁波の周波数は、(γp／2π)Bcから(γp／2π)(Bc＋2BTRI) までの範囲においてΔfずつ段階的に変わる。
【００５０】
三角波形低周波変調磁場の周期TTRIは、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間T1に比べて十分に長く、少なくとも10倍以上に設定される。それにより、図８に示されているように、検出される１番目の吸収パルスの振幅A∞が常に一定である。一対のパルスA∞、A(τ)間の時間差τを手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間T1より長くならないように調節することにより、検出される２番目のパルスの振幅A(τ)が１番目の吸収パルスの振幅A∞より小さい。
【００５１】
図９は、核磁気共鳴条件を実現する第二の方法を説明する図である。この第二の方法では、低周波発生器220と一対の低周波コイル150とにより発生する低周波変調磁場が非対称三角波形であり、すなわち、一定振幅の三角波形の磁場が一定の強さずつ、段階的に増加する。その段階的な増加のタイミングは好ましくは、駆動制御部290から低周波発生器220に対し、特定の制御パルスで指示される。
【００５２】
図９において、BTRIとTTRIとはそれぞれ、非対称低周波変調磁場の三角波形の振幅と周期とを表し、ΔBstepは、非対称低周波変調磁場の強さが段階的に増加するときの増分を表す。ここで、その段階的な増加の周期TSTEPは、三角波形の周期TTRIの整数倍である。好ましい例としては、TSTEPはTTRIの4倍である。但し、図９では図示の簡単化のため、TSTEPがTTRIと等しい。frは、高周波発生器210とセンサーコイル120とにより検出部110内に対して印加される電磁波の周波数であり、γpは陽子の磁気回転比であり、Brは核磁気共鳴が発生する時の磁場全体の強さであり、Bcは、永久磁石130による固定磁場の強さである。
【００５３】
検出部110の内部に対し、非対称低周波変調磁場と共に、一定の周波数frの電磁波が印加される。そのとき、手指の組織中では核磁気共鳴が非対称低周波変調磁場の三角波形の１周期TTRI毎に２回ずつ発生するので、図９に示されているように、吸収信号には一対のパルスA∞、A(τ)が記録される。そのときの磁場全体の強さBrは次式(3)で表される。
【００５４】
【数３】
2006023312.tif 000005
【００５５】
式(3)では、非対称低周波変調磁場の強さが１周期中、最小である時点から１番目のパルスA∞が検出される時点までの時間をt1とし、２番目のパルスA(τ)が検出される時点までの時間をt2とする。ここで、τは、各パルスA∞、A(τ)が検出される時点t1、t2間の時間差t2−t1を表す。更に、駆動制御部290により低周波発生器220に対して印加された制御パルスの総数、すなわち、非対称低周波変調磁場が段階的に増加した回数をnで表す。非対称低周波変調磁場と共に、音響周波用コイル160と音響周波発生器230とにより音響周波変調磁場が手指の組織に対して印加される。
【００５６】
非対称低周波変調磁場の三角波形の周期TTRIは、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間T1に比べて十分に長く、少なくとも10倍以上に設定される。それにより、図９に示されているように、検出される１番目のパルスの振幅A∞が常に一定である。一対のパルスA∞、A(τ)間の時間差τは、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間T1より長くならないように調節することにより、検出される２番目のパルスの振幅A(τ)が１番目のパルスの振幅A∞より小さい。
【００５７】
図１０は、核磁気共鳴条件を実現する第三の方法を説明する図である。この第三の方法では、検出部110の内部に対し、一対の永久磁石130による固定磁場Bcと共に、インパルス状低周波変調磁場（強さBIM及び周期TIM）が低周波発生器220と一対の低周波用コイル150とにより印加される。ここで、インパルス状低周波変調磁場の強さBIMは、次式(4)で表されているように、高周波発生器210とセンサーコイル120とにより印加される電磁波の周波数ωrに対応する磁場の強さBrと永久磁石130により形成される固定磁場の強さBcとの間の差より大きく設定される。それにより、インパルス状低周波変調磁場の立ち上がり時点と立ち下がり時点とで１回ずつ核磁気共鳴が発生し、図１０に示されているように、低周波変調磁場の１周期毎に一対のパルスA∞、A(τ)が検出される。
【００５８】
【数４】
2006023312.tif 000006
【００５９】
インパルス状低周波変調磁場の周期TIMは、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間T1に比べて少なくとも10倍以上長く設定される。それにより、インパルスの立ち上がり時点で検出される１番目のパルスの振幅A∞は常に一定である。インパルスの幅τは、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間T1より短い範囲で、１周期毎に段階的に増加する。従って、インパルスの立下り時点で検出される２番目のパルスの振幅A(τ)が１番目のパルスの振幅A∞より小さい。
【００６０】
以上、三つの方法のいずれかにより検出された吸収信号は、振幅測定器240、前置増幅器250、音響周波増幅器260、及びバンドパスフィルタ270を通過する。それにより、高周波発生器210により検出された吸収信号の音響周波数帯域成分が検出される。その後、計算ユニット280では、検出された全てのパルス対について、各パルスの振幅とパルス間の時間差とがアナログ−デジタル変換器でデジタル値に変換され、記憶される。
【００６１】
図１１は、本発明の実施例による無血血糖測定装置及び測定方法により検出された吸収信号に含まれている、連続するパルス対を示す図である。図２に示されている従来の無血血糖測定装置により検出された吸収信号に比べ、ノイズ成分のレベルが低い。この場合、信号対雑音比はほぼ64程度であり、従来のそれに比べてほぼ6倍程度である。これは、一対の磁極片140を使用することで、検出部110内に対して印加される固定磁場の均一さが向上したからである。図１１に示されているパルス対A∞、A(τ)の各振幅とそれらの間の時間差とは計算ユニット280内に記憶される。
【００６２】
計算ユニット280は、記憶されたパルス対の各振幅とそれらの間の時間差とから、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間と身体内の血糖値とを決める。図１２は、吸収信号から、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間を決める原理を説明する図である。図１２では、低周波変調磁場の１周期毎に検出される一対のパルスがそれぞれ発生する時点の間の時間差をτで表し、１番目の吸収パルスの振幅をA∞で表し、２番目のパルスの振幅をA(τ)で表す。手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間T1は、次式(5)のように、図１２に示されている直線勾配の逆数で表される。
【００６３】
【数５】
2006023312.tif 000007
【００６４】
式(5)により手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間T1を決めた後、計算ユニット280内に記憶された、身体内の血糖値と手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間との間の相関関係に基づき、式(5)により決められたスピン−格子緩和時間から身体内の血糖値が決められる。この相関関係は好ましくは、実際の測定が行われる前の予備段階で、ユーザーが測定を複数回反復することにより決められ、計算ユニット280に記憶される。
こうして決められた身体内の血糖値は好ましくは、回路部200内にさらに備えられている表示器、またはＰＣのディスプレイ上に表示されることで、ユーザーに提示される。
【００６５】
以上では、本発明の好適な実施例について図示して説明したが、本発明は上述した特定の実施例に限定されるものではない。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、上述の実施例に基づき、特許請求の範囲に記載されている本発明の要旨を逸脱することなく、種々の変形を実施可能である。従って、そのような変形は当然に、本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置及び測定方法に関する。特に、この装置及び方法により、ユーザーが自分の家庭で定期的な自己血糖測定を、高精度で、非観血的に行うことができる。このように、本発明は明らかに、産業上利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】身体内の血糖値と手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間との間の相関関係を表す実験データを示す図である。
【図２】従来の無血血糖測定装置により測定された吸収信号を示す図である。
【図３】本発明の実施例による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置を示す図である。
【図４】図３に示されている、無血血糖測定装置の測定部の縦断面を示す図である。
【図５】図３に示されている、無血血糖測定装置の測定部の横断面を示す図である。
【図６】図３に示されている、無血血糖測定装置の検出部とそれに連結している構成要素との断面図と平面図である。
【図７】本発明の実施例による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定装置について、別の測定部の縦断面を示す図である。
【図８】本発明の実施例による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法について、核磁気共鳴条件を実現する第一の方法を説明する図である。
【図９】本発明の実施例による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法について、核磁気共鳴条件を実現する第二の方法を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例による、磁気共鳴吸収法を用いた無血血糖測定方法について、核磁気共鳴条件を実現する第三の方法を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例による無血血糖測定装置及び測定方法により検出された吸収信号に含まれている、連続するパルス対を示す図である。
【図１２】吸収信号から、手指の組織に含まれている陽子のスピン−格子緩和時間を決める原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００６８】
100    測定部
110    検出部
115    シールド
120    センサーコイル
130    永久磁石
140    磁極片
150    低周波用コイル
160    音響周波用コイル
170    シェル
200    回路部
210    高周波発生器
220    低周波発生器
230    音響周波発生器
240    振幅測定器
250    前置増幅器
260    音響周波増幅器
270    バンドパスフィルタ
280    計算ユニット
290    駆動制御部
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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