(57)【要約】 【課題】  安価かつ携帯可能な腕時計型の血管位置を検出する血糖値ウォッチ装置を提供する。【解決手段】  パルス発光手段を前記時計機能と同期した所定複数のタイミングで発光する複数のLEDで構成し、前記パルス発光手段から出力される所定複数のタイミングで発光されるパルス光は、近赤外線以外の波長を持ち階段波を形成する第１グループのパルス光と、この第１グループのパルス光の階段波の最上段の頂点部タイミング期間内で重畳される近赤外線の波長を持つ第２グループのパルス光で構成された反射複合パルスを構成し、前記CPUは、前記皮膚で反射された前記複合パルスのうちの第１グループの反射パルス光の階段波の段差で基準レベルを設定し、前記第２グループの反射パルス光の反射光ピークレベルを測定し、この反射光ピークレベルを変動値として前記基準値との比率を計算ようにした。【選択図】  図１
2015142700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
血糖値レベルを測定するために被測定者の血管を含む測定の対象部位皮膚に密着させて装着し、時計機能と、CPUと、このCPUによって制御されて所定のパルスを発光するパルス発光手段と、このパルス発光手段から発射されるパルス光が前記皮膚に発射されて反射した反射パルス光を電圧値に変換する受光手段を備える近赤外線分光法を使った腕時計型の血糖値ウォッチ装置であって、
前記パルス発光手段は近赤外線以外の波長を持つＬＥＤと近赤外線の波長を持つＬＥＤを組み合わせ、前記時計機能と同期した所定複数のタイミングで所定方向に走査しながら発光する複数のLEDで構成され、
前記パルス発光手段から出力される所定複数のタイミングで発光されるパルス光は、近赤外線以外の波長を持ち階段波を形成する第1グループのパルス光と、この第1グループのパルス光の階段波の最上段の頂点部タイミング期間内で重畳される近赤外線の波長を持つ第2グループのパルス光で構成された反射複合パルスを構成し、
前記CPUは、前記皮膚で反射された前記複合パルスのうちの第1グループの反射パルス光の階段波の段差で基準レベルを設定し、前記第2グループの反射パルス光の反射光ピークレベルを測定し、この反射光ピークレベルを変動値として前記基準値との比率を計算し、所定数の前記反射複合パルスにおける前記基準値との比率のうち、反射パルス光の相対的な低レベル領域から前記皮膚の血管位置を検出して反射複合パルスの血糖値変動パラメーター値とすることを特徴とする腕時計型の血糖値ウォッチ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の腕時計型の血糖値ウォッチ装置において、前記ＣＰＵが前記基準レベルおよび変動値を検知するサンプリングパルスを使い、
第１グループのパルス光はＣＰＵにより前記基準値を生成する為のサンプリングパルスを使って発光手段の発光タイミングにマスキングがかけられた波形であり、
第２グループのパルス光はＣＰＵにより前記変動値を生成する為のサンプリングパルスを使って発光手段の発光タイミングにマスキングがかけられた波形であり、
第１グループのパルス光はＣＰＵにより前記基準値を生成する為のサンプリングパルスのタイミングを含み、該タイミングパルス以上のパルス幅を持ち、
第２グループのパルス光はＣＰＵにより前記変動値を生成する為のサンプリングパルスのタイミングを含み、該タイミングパルス以上のパルス幅を持つことを特徴とする腕時計型の血糖値ウォッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血糖値の変化を測定して低血糖症状等を警告する腕時計型の血糖値ウォッチ装置に関する
【背景技術】
【０００２】
糖尿病は血糖値が高くなる病気である。食事をすると血糖値が上がり始め、この時に、血糖値に反応して体内で唯一の血糖降下ホルモンであるインスリンが膵臓から分泌されて、血糖値を下げるように働く。しかし、このインスリンの分泌量が少なかったり、その作用が悪かったりすると、血糖値は正常な範囲まで下がらず高血糖となる。糖尿病は慢性の高血糖を主徴とする代謝疾患群であり、このインスリンの作用不足が主な病態であると言われている。
【０００３】
糖尿病患者にとって高血糖状態は緊急事態とはならないが、低血糖状態は患者にとって危険なものとなる。原因としては、インスリンの過剰投与、内服薬の使用量過多、食事摂取量の不足、薬の服用（あるいはインスリンの投与）時間が早すぎた場合、下痢や嘔吐の持続、激しい運動、アルコール過飲などが挙げられているが、いずれにしても低血糖症状に陥らないように血糖値変化を監視することが重要になる。
【０００４】
低血糖の症状としては、血糖値の下降程度により、副交感神経症状（急激な空腹感）から中枢神経症状（頭痛、めまい、吐き気）となり、更に交感神経症状（発汗、動悸、ふるえ）と進み、血糖が下がりすぎると異常行動や錯乱、痙攣を引き起こし、意識消失（低血糖性昏睡）を来し、危険な状況を招くこともある。ただ、神経障害を合併している場合やインスリン製剤の種類など個々人により、出現症状や時期は異なるため、可能であれば定期的な血糖値変化を知ることが有効であるが、簡易的かつ継続的に血糖値を測定する装置は無かった。
【０００５】
糖尿病における健康管理では血糖値、特に低血糖にならないような管理が重要なテーマとなる。この血糖値を管理するのに、携帯型の穿刺器を使った侵襲型血糖測定装置が普及しているが、穿刺器を毎日使うのは精神的にも肉体的にも苦痛であった。
糖尿病患者の血糖値を測定する手段としてパルスオキシメータが知られている。パルスオキシメーターは、プローブを指先や耳などに付けて、侵襲せずに脈拍数と経皮的動脈血酸素飽和度をモニターする医療機器である。しかし、血糖値を測定するパルスオキシメータは医療機器であり、価格も高価であり、普段身に付ける機器ではない。
【０００６】
一般的な糖尿病患者の立場からは、正確な血糖値がわからなくても、例えば低血糖になりそうになった時にアラームを出してくれる簡易的な血糖値センサーが望まれている。発明者は、撮像素子とLEDを使った血管位置を検出する血糖値ウォッチを発明した。これは、近赤外線パルスと近赤外線以外の波長の階段波を組み合わせた複合パルスを使って血糖値の変化を測定するものである（特許文献１）。
【０００７】
一方、パルスオキシメーターにおいても、波長６５０ｎｍの発光素子と波長９５０ｎｍの発光素子を使い、それぞれをパルス駆動して、動脈血による吸収度を比較測定することにより動脈血酸素飽和度を測定することが知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願２０１２−２８０４１０号公報
【特許文献２】特開平５−２０７９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１においては、CCDカメラを使っているので、従来のパルスオキシメーターとは構成が異なり開発に時間がかかる問題がある。一方、特許文献２のパルスオキシメーターでは、段落（００３３）に「発光素子１および発光素子２は、手足の指、耳介、鼻等の生体の一部３を通して、受光素子４へ時分割的に各波長の光を照射する対」医療機関での使用を前提としているので、正確な血糖値の測定を前提としている。また、特許文献２の段落（００３３）には「発光素子１および発光素子２は、手足の指、耳介、鼻等の生体の一部３を通して、受光素子４へ時分割的に各波長の光を照射するようになっており、」と記載されていて、ポータブル機器への組み込みは想定していないので、腕時計にて日常的に使える技術ではない。糖尿病患者にとって問題となる低血糖症状や高血糖値症状に対する警告をするには、正確な数値測定が必要な訳ではなく、血糖値が所定の下限より低くなった時や上限値より高くなった時がわかれば日常的な使用には十分となる。
【００１０】
そこで、本発明では、パルスオキシメータのように製造が容易で、しかも血糖値を測定するのではなく、血糖値レベルの変化を検出して所定の最大値や最小値と比較してアラームを発生させる安価な簡易血管位置を検出する血糖値ウォッチを提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明においては、時計機能を持つＣＰＵと、このＣＰＵに接続されたメモリと、前記ＣＰＵによって制御されて異なる波長のパルス光を手首に向けて発射する発光手段と、前記手首で反射された反射パルス光を検出して光電変換電圧値を前記ＣＰＵに出力する受光手段で皮膚の血管位置を検出する方法において、前記パルス発光手段から出力される近赤外線以外の波長を持ち階段波を形成する第１グループのパルス光と、この第１グループのパルス光の階段波の最上段の頂点部タイミング期間内で重畳される近赤外線の波長を持つ第２グループのパルス光を皮膚に照射して反射させることにより皮膚からの反射で複合反射パルス光を生成し、前記ＣＰＵによって前記階段波の踊り場分と、最上段の手前部分と、前記第２グループのパルス光と重複する部分にタイミングパルスを発生させてサンプリングを行うことにより、前記皮膚で反射された前記複合パルスのうちの第１グループの反射パルス光の階段波の段差で基準レベルを設定し、前記第２グループの反射パルス光の反射光ピークレベルを測定し、この反射光ピークレベルを変動値として前記基準値との比率を計算し、所定数の前記反射複合パルスにおける前記基準値との比率のうち、反射パルス光の相対的な低レベル領域から前記皮膚の血管位置を検出する血管を検出するようにした。
【００１２】
本発明においては、引用文献１と同じ反射複合パルス波を使って血糖値の変動を検出する方法を使っている。しかし、引用文献１はひとつの反射複合パルスを複数の受光セル、例えばＣＣＤカメラ等で一括受光し、反射複合パルスの中の近赤外線の反射パルスレベルをパラメーターとして血管位置を検出している。一方、本発明では従来のパルスオキシメータと類似の構造としながらも複数のパルス発光源を複数の異なる位置にて異なるタイミングで発光させ、受光手段は単体のセンサーで、従来型パルスオキシメーターなどで使われている赤外線／近赤外線センサーなどが使える。複数の発光手段の中から血管に近い位置で近赤外線パルスを受光タイミングにより検出する点で特許文献１とは異なり、また単一発光源と単一受光手段を使う特許文献２とも異なる発明である。
【発明の効果】
【００１３】
従来のパルスオキシメーターの基本構造と類似の構造でありながら、ＬＥＤを複数配置することにより本発明を実施することができるので急速な普及が見込まれる。この血糖値ウォッチを糖尿病患者が日常的に腕時計として身につけて携帯することにより、特に低血糖状態になった場合には、本人のみならず周囲の人にもアラーム機能により警告音を発生させて低血糖症状であることを周囲に通報することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】複合パルスの発光タイミング図である。
【図２】１つの発光手段と複数の受光手段を備える腕時計型の血管位置を検出する血糖値ウォッチ装置の機能ブロック図である。
【図３】複数ＬＥＤの配置例である。
【図４】階段波の検出パルスのみを発光・受光する発光シーケンスの例である。
【図５】実施例２の発光手段及び受光手段のユニット構造である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明では、血糖値レベルを測定するために被測定者の血管を含む測定の対象部位皮膚に密着させて装着し、時計機能と、CPUと、このCPUによって制御されて所定のパルスを発光するパルス発光手段と、このパルス発光手段から発射されるパルス光が前記皮膚に発射されて反射した反射パルス光を電圧値に変換する受光手段を備える近赤外線分光法を使った腕時計型の血糖値ウォッチ装置であって、
前記パルス発光手段は近赤外線以外の波長を持つＬＥＤと近赤外線の波長を持つＬＥＤを組み合わせ、所定方向に前記時計機能と同期した所定複数のタイミングで走査しながら発光する複数のLEDで構成され、
前記パルス発光手段から出力される所定複数のタイミングで発光されるパルス光は、近赤外線以外の波長を持ち階段波を形成する第1グループのパルス光と、この第1グループのパルス光の階段波の最上段の頂点部タイミング期間内で重畳される近赤外線の波長を持つ第2グループのパルス光で構成された反射複合パルスを構成し、
前記CPUは、前記皮膚で反射された前記複合パルスのうちの第1グループの反射パルス光の階段波の段差で基準レベルを設定し、前記第2グループの反射パルス光の反射光ピークレベルを測定し、この反射光ピークレベルを変動値として前記基準値との比率を計算し、所定数の前記反射複合パルスにおける前記基準値との比率のうち、反射パルス光の相対的な低レベル領域から前記皮膚の血管位置を検出して反射複合パルスの血糖値変動パラメーター値とするようにした。
【実施例１】
【００１６】
図１は、１つの発光手段と複数の受光手段を備える腕時計型の血管位置を検出する血糖値ウォッチ装置の機能ブロック図である。血管位置を検出する血糖値ウォッチ装置１には、ＣＰＵ９が備えられ、このＣＰＵ９にはプログラムメモリ９ａとデータメモリ９ｂが接続されている。また、ＣＰＵ９によって制御されるパルス発生装置２が内蔵され、パルス発生装置２が生成するパルスタイミングで第１の発光回路３ａ、３ａ’と第２の発光回路３ｂが制御され、腕時計の裏面には近赤外線以外の波長の第１発光回路複数の異なる位置に後述する反射光が複合反射パルスを形成するように配置された第１の発光回路３ａ、３ａ’と第２の発光回路３ｂから発射されたパルス光は被験者の腕の皮膚を照射し、血管４に到達する。
【００１７】
皮膚の血管４によって反射されたパルスは後述する複合反射パルスとして受光手段５によって受光され、光電変換された電圧が第１発光回路３ａ、３ａ’のサンプルホールド回路６で生成された基準値と第発光回路３ｂのサンプルホールド回路７で生成された変動値データーが保持され、比較回路８で比較されてＣＰＵ9にフィードバックされ、結果は血糖値ウォッチ装置１の表示部10に表示される。比較回路８によって基準値Ａに対して変動値Ｂがどの程度の割合で変化しているのかを計算するが、血液があまり流れていない領域においては参照光がヘモグロビンに吸収される割合が少ないので、測定精度を上げるためには皮膚の血管４上を照射した反射光によって計算する必要がある。
【００１８】
この場合、血圧によって検出されるヘモグロビンによって糖度パラメータが変化するので血糖値パラメータの絶対値は変化するが、本発明においては近赤外線以外の波長のパルス光と近赤外線波長のパルス光を複合反射パルスとして検出し、計測しているので、血流量の影響は受け難くなる。
【００１９】
また、血圧は、一般的に夜間、睡眠中が最低で、午後は午前よりやや高くなり、夜間は低くなり、起床とともに高くなる傾向があり、また食後は上昇し、１時間ほどで元に戻る傾向があるので、生活パターンに合わせたデータから血糖値を管理する必要がある。
【００２０】
上記において、第１の発光回路３では、青や緑などの７００〜８００ｎｍ以外の波長を持つＬＥＤや半導体レーザーを使い、第２の発光回路４からは、生体を透過しやすい波長７００〜９００ｎｍ近赤外光（好ましくは７６０ｎｍ）或いは近赤外拡散反射スペクトル（７００ｎｍ〜１０５０ｎｍ）の波長光を発光する発光ダイオードや半導体レーザーの光を使用することが望ましい。この反射型センサを腕時計の外周に円形で並べたり、直径方向に直線亜配置して、ひとつの近赤外線ＬＥＤと隣接するユニットの赤外線を使って波長660nmの赤色光例えば赤外線組み合わせでも良い。
【００２１】
また、腕時計に取り付ける発光手段としての第１発光回路３ａ、３ａ’と第２発光回路の発光手段としては、小型化が可能であれば発光ダイオードＬＥＤや半導体レーザー、特にホログラムレーザユニットを使うことが考えられる。
【００２２】
前記ＬＥＤを腕時計に配置する場合は、同心円上に近赤外線波長のＬＥＤと近赤外線波長のＬＥＤを円形に配置し、近赤外線波長のＬＥＤと、この近赤外線波長のＬＥＤに隣接する近赤外線以外の波長のＬＥＤをグループ化してこれらの発光により複合反射パルス波を合成することができる。
【００２３】
例えば、新日本無線株式会社では、パルスオキシメータも用途のひとつとして反射型センサ「NJL5501R」を販売していて、波長660nmの赤色光と波長940nm の近赤外光のふたつのＬＥＤを使っているが、この反射型センサは２個しかＬＥＤを搭載していないので、電圧操作で赤外線の階段波パルスを生成しても良いが、光量を増やすのであれば最大定格電流を流して本体のＬＥＤをＬＥＤ３ａとして階段波のベース光とし、隣接する両隣のふたつの波長660nmの赤色光ＬＥＤをＬＥＤ３ａ’として階段波のステップを形成する光として使うことも考えられる。
【００２４】
また、受光部５については、従来のパルスオキシメーターで使われているテキサス・インスツルメンツ株式会社が販売するTMS320C5515などの光センサーを使うことができる。従来のパルスオキシメーターとの違いは、受信信号が連続光であるか、複合パルス反射光であるかの違いである。
【００２５】
図２は、複合パルスの発光タイミング図である。ここで使う方法は、パルス発光手段から出力される所定複数のタイミングで発光されるパルス光が、近赤外線以外の波長を持ち階段波を形成する第１グループのパルス光と、この第１グループのパルス光の階段波の最上段の頂点部タイミング期間内で重畳される近赤外線の波長を持つ第２グループのパルス光が皮膚で反射して受光手段にて反射複合パルスとして検出する検出方法である。
【００２６】
前記の方法は、前記皮膚で反射された前記複合パルスのうちの第１グループの反射パルス光の階段波の段差で基準レベルを設定し、前記第２グループの反射パルス光の反射光ピークレベルを測定し、この反射光ピークレベルを変動値として前記基準値との比率を計算し、所定数の前記反射複合パルスにおける前記基準値との比率のうち、反射パルス光の相対的な低レベル領域から前記皮膚の血管位置を検出する血管を検出する方法である。
【００２７】
図２（ａ）は、近赤外線以外の波長の主第１パルス発光回路３ａから発光されたパルス階段波の土台を形成するパルス１１である。発光パルスの高さはＡ１ありタイミングはｔ１からｔ５まであり、反射複合パルスにおいては第１ＬＥＤ３から発射される階段波の階段部を形成される。
【００２８】
図２(ｂ)は、近赤外線以外の波長を持つパルス階段波の上層部を形成するパルス１２である。このパルスは、近赤外線以外の波長の副第１パルス発光回路３ａ´から発光されたパルスである。反射複合パルスにおいては第１ＬＥＤ３’から発射される階段波の階段上部を形成する。発光パルスの高さはＡ３あり、タイミングはｔ２からｔ５までである。前記の近赤外線以外の波長を持つパルス１１の高さＡ１と高さＡ３を加算するとＡ２となる。
【００２９】
図２(ｃ)は、近赤外線の波長を持つパルス１３である。このパルスは近赤外線の波長の第２パルス発光回路３ｂから発光されたパルスである。反射複合パルス波においては階段の頂上部分に重畳され、発光パルスの高さはＡ４あり、タイミングはｔ３からｔ４までとなる。
【００３０】
図２(ｄ)は、皮膚で反射されたパルス１１〜１３の反射複合パルス波形１４である。ここで、近赤外線以外の波長の主第１パルス発光回路３ａから発光されたパルス１１の反射波部分の高さはａ１，近赤外線以外の波長の副第１パルス発光回路３ａ´から発光されたパルス１２の反射波部分の高さと前記反射波部分の高さはａ１を加えた反射パルスの高さはａ２となる。
【００３１】
反射パルスの高さａ１とａ２の差はｈ１である。また、近赤外線の波長の第２パルス発光回路３ｂから発光されたパルスの反射光部分の高さはｈ２であり、前記反射パルスの高さはａ２を加えると、ピーク高さはａ３になる。
【００３２】
図３は、複数の発光手段と１つの受光手段を備える腕時計型の血管位置を検出する血糖値ウォッチ装置の機能ブロック図である。腕時計型の血管位置を検出する血糖値ウォッチ装置１には、ＣＰＵ１０９が備えられ、このＣＰＵ１０９にはプログラムメモリ１０９ａとデータメモリ１０９ｂが接続されている。また、ＣＰＵ１０９によって制御されるパルス発生装置２が内蔵され、パルス発生装置１０２が生成するパルスタイミングで第１の発光回路１０３ａ、１０３ａ’と第２の発光回路１０３ｂが制御され、腕時計の裏面には近赤外線以外の波長の第１発光回路複数の異なる位置に後述する反射光が反射複合パルスを形成するように配置された近赤外線以外の波長の主第１パルス発光回路１０３ａ、と近赤外線以外の波長の副第１パルス発光回路１０３ａ’と近赤外線の波長の第２パルス発光回路１０３ｂから発射されたパルス光は被験者の皮膚を照射し、血管１０４に到達する。
【００３３】
皮膚の血管１０４によって反射されたパルスは反射複合パルスとして受光手段１０５によって受光され、反射複合パルス光の中の近赤外線以外の波長の主パルス発光回路１０３ａ、と近赤外線以外の波長の副パルス発光回路１０３ａ’の皮膚で反射された反射パルス光が光電変換されて基準値検出回路６基準値が生成される。一方、反射複合パルス光の中の近赤外線の波長の第２パルス発行回路１０３ｂの皮膚で反射された反射パルス光が光電変換されて変動値検出回路７で変動値が生成される。前記基準値と変動値はＣＰＵの制御により比率計算回路１０８で比率計算される。この計算結果がデータメモリ１０９ｂに格納される、計算結果はＣＰＵ１０９にフィードバックされ、結果は血糖値ウォッチ装置１０１の表示部１１０に表示される。
【００３４】
ここで、従来のパルスオキシメータにおいては指や腕の透過光又は反射光を積分したものを検出しているので、後処理が複雑になる。もし血管周辺からだけの反射光を検出できれば複雑な計算なしでも血糖値の変動を知ることができる。
【００３５】
上記の近赤外線と近赤外線以外の光を使った血液の検査方法については血液中の酸素測定では昔からよく知られて、いた。しかしパルスオキシメーターでは基本的には連続光あるいは単一波光のパルスしか使っていなかったのでパルスだけで基準値と変動パラメーター情報をもたせるという技術的な思想は無かった。
【００３６】
本発明においては、本正確な血糖値の測定ではなく、定期的に測定することにより低血糖状態や高血糖状態になることを予知して被験者に警告を出すことを重要な解決すべき課題とした。そして、近赤外線パルスとそれ以外の波長パルスを組み合わせた複合パルスの皮膚からの反射光からに基準値情報と血糖値変化値情報を読み取ることにより上記の課題を解決した。
【００３７】
図４は、複数ＬＥＤの配置例である。図１では腕時計の周縁に同心円でＬＥＤを配置したが、これ以外に腕時計の直径方向に血管と略直行する直線上にＬＥＤを配置しても血管を検出することができる。最上列は近赤外線以外の波長の主第１パルスを発生するＬＥＤ１０３ａで、最下列は近赤外線以外の波長の副第１パルスを発生するＬＥＤ１０３ａ´で、それらに挟まれる中間列は近赤外線の波長の第２パルスを発生するＬＥＤ１０３ｂである。
【００３８】
ＳＭＤタイプのＬＥＤでは大きな出力は出せないので、例えば、近赤外線の波長の第２パルスを発生するＬＥＤ１８と、近赤外線以外の波長の主第１パルスを発生するＬＥＤ１１５、１１６及び近赤外線以外の波長の副第１パルスを発生するＬＥＤ１２１、１２２を組み合わせてパルスを発生することにより受光手段１０５が反射複合パルスを受信する。更に、近赤外線の波長の第２パルスを発生するＬＥＤ１１９と、近赤外線以外の波長の主第１パルスを発生するＬＥＤ１１６、１１７及び近赤外線以外の波長の副第１パルスを発生するＬＥＤ１２２、１２３を組み合わせてパルスを発生することにより受光手段１０５が反射複合パルスを受信することができる。
【００３９】
また、近赤外線パルスの受信レベルを高くしたい場合には、近赤外線の波長の第２パルスを発生するＬＥＤ１１８、１１９と、近赤外線以外の波長の主第１パルスを発生するＬＥＤ１１６及び近赤外線以外の波長の副第１パルスを発生するＬＥＤ１２２を組み合わせてパルスを発生することにより受光手段５が反射複合パルスを受信する。更に、近赤外線の波長の第２パルスを発生するＬＥＤ１１９、１２０と、近赤外線以外の波長の主第１パルスを発生するＬＥＤ１７及び近赤外線以外の波長の副第１パルスを発生するＬＥＤ１２３を組み合わせてパルスを発生することにより受光手段１０５が反射複合パルスを受信する。
【実施例２】
【００４０】
第２実施例では、第１実施例の腕時計型の血糖値ウォッチ装置において、前記ＣＰＵが前記基準レベルおよび変動値を検知するサンプリングパルスを使い、第１グループのパルス光はＣＰＵにより前記基準値を生成する為のサンプリングパルスを使って発光手段の発光タイミングにマスキングがかけられた波形であり、第２グループのパルス光はＣＰＵにより前記変動値を生成する為のサンプリングパルスを使って発光手段の発光タイミングにマスキングがかけられた波形であり、第１グループのパルス光はＣＰＵにより前記基準値を生成する為のサンプリングパルスのタイミングを含み、該タイミングパルス以上のパルス幅を持ち、第２グループのパルス光はＣＰＵにより前記変動値を生成する為のサンプリングパルスのタイミングを含み、該タイミングパルス以上のパルス幅を持つようにした。
【００４１】
ここで、前記反射複合パルスにおいて、皮膚の血管１０４によって反射されたパルスは反射複合パルスとして受光手段１０５によって受光され、反射複合パルス光の中の基準値の生成に使う部分と、変動値を生成する部分のみを発光回路から発光させることも考えられる。
【００４２】
図４は、階段波の検出パルスのみを発光・受光する発光シーケンスの例である。これは実施例１において、近赤外線以外の波長のパルス光を皮膚で反射した際に合成される階段波において、受光センサーで受光する部分のみを抽出して利用するものである。
【００４３】
図４（ａ）は、図２（ａ）における近赤外線以外の近赤外線以外の波長の主第１パルス発光回路３ａから発光されたパルス階段波の土台を形成するパルスＰ１に含まれるパルスＰ１０１である。発光パルスの高さはＡ１ありタイミングは図２（ａ）のｔ１とｔ２の間にあるタイミングｐｔ０１ａからｐｔ０１ｂまでである。
【００４４】
図４(ｂ)は、近赤外線以外の波長を持つパルス階段波の上層部を形成するパルスＰ１０２ａとＰ１０２ｂである。このパルスは、図２（ｂ）における階段波上部Ｐ２に含まれる２つのパルスで構成される。これら２つのパルスはいずれも同じ振幅Ａ２を持つ。振幅Ａ２は、図２（ｂ）の前記の近赤外線以外の波長を持つパルス１１の高さＡ１と高さＡ３を加算した振幅である。前半の第１パルスＰ１０２ａは階段波の踊り場部分に含まれるタイミングｐｔ０２ａからｐｔ０２ｂまでの期間発光される。また、後半の第２パルスＰ１０２ｂは、後述する図２（ｃ）に示す近赤外線のパルスＰ１０３と同じタイミングとなる。発光パルスの高さはＡ３あり、タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間発光される。これらは近赤外線以外の波長の副第１パルス発光回路３ａ´から発光されるパルスである。皮膚で反射して合成される複合パルスにおいては図２（ｂ）に示される第１ＬＥＤ３’から発射される階段波Ｐ２の階段上部に位置する。
【００４５】
図４(ｃ)は、近赤外線の波長を持つパルスＰ１０３である。このパルスは図２（ｃ）において近赤外線の波長の第２パルス発光回路３ｂから発光されたパルスＰ３と同じパルスである。反射複合パルス波においては階段の頂上部分に重畳され、発光パルスの高さはＡ４あり、タイミングはｔ３からｔ４までとなる。
【００４６】
図４(ｄ)は、皮膚で反射されたパルスＰ１０１、Ｐ１０２ａ、Ｐ１０２ｂ、Ｐ１０３が皮膚で反射して合成された反射複合パルス波形ＲＰ１０１である。ここで、近赤外線以外の波長の主第１パルス発光回路３ａから発光されたパルスＰ１の反射波部分の高さはａ１，近赤外線以外の波長の副第１パルス発光回路３ａ´から発光されたパルス１２の反射波部分の高さと前記反射波部分の高さはａ１を加えた反射パルスの高さはａ２となる。
【００４７】
反射パルスの高さａ１とａ２の差はｈ１である。また、近赤外線の波長の第２パルス発光回路３ｂから発光されたパルスの反射光部分の高さはｈ２であり、前記反射パルスの高さはａ２を加えると、ピーク高さはａ３になる。
【００４８】
本実施例の場合は、発光手段による発光タイミングと受光手段による検出タイミングが合わせられるので、回路設計が簡単になる。
【００４９】
比較回路においては、パルスＰ１０１の反射光である近赤外線以外の波長の第１の単一反射パルス波形部分ＲＰ１０１ａと、近赤外線以外の波長の第２の単一反射パルス波形部分Ｐ１０２ｂとで基準値を生成し、この基準値に対してパルスＰ１０３の単一反射光パルスＰＲ１０３ｃを検出して生成される変動値を比較して血液中のヘモグロビン量の変動を観測することができる。
【００５０】
回路的には、近赤外線以外の波長の主パルス発光回路１０３ａ、と近赤外線以外の波長の副パルス発光回路１０３ａ’の皮膚で反射された近赤外線以外の波長の第１の単一反射パルス波形部分ＲＰ１０１ａとＲＰ１０１ｂが光電変換されて基準値検出回路６基準値を生成する。一方、反射複合パルス光の中の近赤外線の波長の第２パルス発行回路１０３ｂの皮膚で反射された近赤外線の波長の単一反射パルス部分ＰＲ１０１ｃが光電変換されて変動値検出回路７で変動値が生成される。前記基準値と変動値はＣＰＵの制御により比率計算回路１０８で比率計算される。この計算結果がデータメモリ１０９ｂに格納される、計算結果はＣＰＵ１０９にフィードバックされ、結果は血管位置を検出する血糖値ウォッチ装置１０１の表示部１１０に表示される。
【００５１】
図５は実施例２の発光手段及び受光手段のユニット構造を示している。受光手段５については複数ある各ユニットに共通のデバイスとしても良いし、例えば、新日本無線のグループ毎に受光手段を設けても良い。
【００５２】
近赤外線以外の波長の主第１パルス発光回路３ａは近赤外線以外の波長のＬＥＤ１０１と、ＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチ１０２で構成されている。
【００５３】
ＣＰＵ９からの制御信号１０８がＣＰＵ９の制御で選択スイッチ１０９を選択した場合に、スイッチ１０２がＯＮとなり、前記近赤外線以外の波長のＬＥＤ１０１から前記パルス階段波の土台を形成するパルスＰ１が発射される。
【００５４】
近赤外線以外の波長の主第１パルス発光回路３ａ’は近赤外線以外の波長のＬＥＤ１０３と、ＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチ１０４で構成されている。
【００５５】
パルスＰ１０１を生成するには、ＣＰＵ９の選択により、第１のスイッチ出力端子１０３が選択される。パルス発生回路からの制御信号１０１はスイッチ１０１において、スイッチ入力端子１０２から入力して、第１のスイッチ出力端子１０３から出力する。ここで、第１のトランジスタ１０７をオンさせて第１の負荷抵抗１０８を介して流れる電流を近赤外線以外の波長の主第１パルスを発生する第１のＬＥＤ１０９に流すことによりパルスＰ１０１を発生させる。
【００５６】
パルスＰ１０２ａとＰ１０２ｂを生成するには、ＣＰＵ９の選択により、第２のスイッチ出力端子１０４が選択される。パルス発生回路からの制御信号１０１はスイッチ１０１において、スイッチ入力端子１０２から入力して、第２のスイッチ出力端子１０４から出力する。ここで、第２のトランジスタ１１１をオンさせて第２の負荷抵抗１１２を介して流れる電流を近赤外線以外の波長の主第２パルスを発生する第２のＬＥＤ１１３に流すことによりパルスＰ１０２ａ及びＰ１０２ｂを発生させる。
【００５７】
また、第２のスイッチ出力端子１０４からの出力は、ダイオード１１４を介して第１のトランジスタ１０７をオンさせて第１の負荷抵抗１０８を介して流れる電流を近赤外線以外の波長の主第１パルスを発生する第１のＬＥＤ１０９に流すことによりパルスＰ１０１を発生させる。
【００５８】
パルスＰ１０３を生成するには、ＣＰＵ９の選択により、第３のスイッチ出力端子１０５が選択される。パルス発生回路からの制御信号１０１はスイッチ１０１において、スイッチ入力端子１０２から入力して、第３のスイッチ出力端子１０５から出力する。ここで、第３のトランジスタ１１６をオンさせて第３の負荷抵抗１１７を介して流れる電流を近赤外線波長のパルスを発生するＬＥＤ１１８に流すことによりパルスＰ１０３を発生させる。
【００５９】
また、ダイオード１１９を介して第１のトランジスタ１０７をオンさせ、ダイオード１２０を介して第２のトランジスタ１１１をオンさせる。
【００６０】
前記のパルスＰ１０１，Ｐ１０２ａ、Ｐ１０２ｂ、Ｐ１０３は皮膚で反射され、これらのパルス発生タイミングを使って受光手段５によって３パルスで構成される反射複合パルス波形ＲＰ１０１が検出され、第１の反射パルスＰＲ１０１ａと第２の反射パルスＰＲ１０１ｂから基準値が生成され、更に第３の反射パルスＰＲ１０１ｃと第２の反射パルスＰＲ１０１ｂのレベル差から変動値が生成されて、前記基準値で変動値を除算することにより血中ヘモグロビンの変動値が計算される。
【００６１】
上記において、発光パルスのパルスタイミングは、受光手段のサンプリングのタイミングを含み、かつ発光パルスのパルス幅は、受光手段のサンプリングのパルス幅以上とすることが望ましい。
【００６２】
また、前記パルス発光手段は近赤外線以外の波長を持つＬＥＤと近赤外線の波長を持つＬＥＤを組み合わせ、所定方向に前記時計機能と同期した所定複数のタイミングで走査させることが望ましい。
【００６３】
この場合、走査方向としては、腕の長さ方向に直交する直線方向でも良いし、腕時計の裏蓋が円形である場合は、同心円の円周方向でも良い。
【００６４】
本発明の特徴は、反射位置の異なる複数の反射複合パルス波形の中から血管に近い位置からの反射光を選択することにより、この計算値の中から、最も変動値の低いものを血管に近い位置からの反射光によるモグロビンの変動値と推定することにある。
【００６５】
上記において、従来からあるひとつのパルスオキシメータの構造を利用するのであれば、受光手段１１４を腕時計裏面の中央に配置し、発光手段３ａ、３ａ’、３ｂをその周辺二配置することも考えられるが、例えば新日本無線株式会社のフォトリフレクタＮＪＬ８８０１Ｒなどのようにパルスオキシメータ(酸素飽和度計)や脈拍計などを用途として近赤外光(波長940nm)および赤色光(波長660nm)の２つのLEDとフォトトランジスタを1つのパッケージに搭載したフォトリフレクタを使う場合には、フォトリフレクタ毎に受光手段１１４を備えていても良い。
【００６６】
また、腕時計でなくとも、前記パルス発光手段から出力される近赤外線以外の波長を持ち階段波を形成する第１グループのパルス光と、この第１グループのパルス光の階段波の最上段の頂点部タイミング期間内で重畳される近赤外線の波長を持つ第２グループのパルス光を皮膚に照射して反射させることにより皮膚からの反射で複合反射パルス光を生成し、  前記ＣＰＵによって前記階段波の踊り場分と、最上段の手前部分と、前記第２グループのパルス光と重複する部分にタイミングパルスを発生させてサンプリングを行うことにより、  前記皮膚で反射された前記複合パルスのうちの第１グループの反射パルス光の階段波の段差で基準レベルを設定し、前記第２グループの反射パルス光の反射光ピークレベルを測定し、この反射光ピークレベルを変動値として前記基準値との比率を計算し、所定数の前記反射複合パルスにおける前記基準値との比率のうち、反射パルス光の相対的な低レベル領域から前記皮膚の血管位置を検出する血管を検出する方法は、例えば腕などの皮膚に照射することにより皮下にある動脈や静脈の血管位置を検出することができる。
【００６７】
上記の方法であれば、従来は動画を使わなければ識別できなかった皮下の動脈と静脈の識別が動画を使わなくても反射複合パルスの基準値と変動値の違いをリアルタイムで比較することにより容易に識別できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る血管位置を検出する血糖値ウォッチ装置は、腕時計代わりに常用できるので、例えば医療現場においても入院患者などが正規の血糖測定装置の補助的な使い方をして、緊急時にのみ精密な血糖値測定をすることもできるので、精密測定装置の台数を増やさなくても医療体制の改善ができるようになる。
【符号の説明】
【００６９】
１    腕時計型の血管位置を検出する血糖値ウォッチ装置
２    パルス発生回路
３ａ    近赤外線以外の波長の主第１パルス発光回路
３ａ´  近赤外線以外の波長の副第１パルス発光回路
３ｂ    近赤外線の波長の第２パルス発光回路
４    皮膚中の血管
５    受光手段
６    基準値検出回路
７    変動値検出回路
８    比率計算回路
９    ＣＰＵ
９    プログラムメモリ
９    データメモリ
１０    表示装置  
１０１  パルス発生回路からの制御信号
１０２  スイッチ入力端子
１０３  第１のスイッチ出力端子
１０４  第２のスイッチ出力端子
１０５  第３のスイッチ出力端子
１０６  ダイオード
１０７  第１のトランジスタ
１０８  第１の負荷抵抗
１０９  近赤外線以外の波長の主第１パルスを発生する第１のＬＥＤ
１１０  ダイオード
１１１  第２のトランジスタ
１１２  第２の負荷抵抗
１１３  近赤外線以外の波長の主第１パルスを発生する第２のＬＥＤ
１１４  ダイオード
１１５  ダイオード
１１６  第３のトランジスタ
１１７  第３の負荷抵抗
１１８  近赤外線の波長の第２パルスを発生するＬＥＤ
１１９  ダイオード
１２０  ダイオード
Ｐ１、Ｐ１０１    近赤外線以外の波長の主第１パルス波形  
Ｐ２、Ｐ１０１ａ、Ｐ１０１ｂ    近赤外線以外の波長の単一反射パルス波形
Ｐ３、Ｐ１０１ｃ    近赤外線の波長の単一反射パルス波形
ＰＲ１０１    反射複合パルス波形
ＰＲ１０１ａ  近赤外線以外の波長の第１の単一反射パルス波形部分
ＰＲ１０１ｂ  近赤外線以外の波長の第２の単一反射パルス波形部分
ＰＲ１０１ｃ  近赤外線の波長の単一反射パルス部分
【図１】
2015142700.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月22日(2014.3.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】  図４（ａ）は、図２（ａ）における近赤外線以外の近赤外線以外の波長の主第１パルス発光回路３ａから発光されたパルス階段波の土台を形成するパルスＰ１に含まれるパルスＰ１０１a乃至Ｐ１０１ｃである。発光パルスの高さはＡ１であり、Ｐ１０１ａのタイミングは図２（ａ）のｔ１とｔ２の間にあるタイミングｐｔ０１ａからｐｔ０１ｂまでで、Ｐ１０１ｂのタイミングは後述するパルスＰ１０２ａと同じであり、Ｐ１０１ｃのタイミングは後述するパルスＰ１０２ｂ及びＰ１０３と同じタイミングである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2015142700.tif 000008
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2015142700.tif 000009