(57)【要約】【課題】負荷となる生体組織からセンシング対象物質を抽出し発色反応検出機器へ供給するにあたり、負荷のインピーダンスを推定しその推定値に基づいて必要とする電流値に相当する出力電圧を算出した上で生体組織へ印加する電圧制御を行う発色反応検出機器を提供する。【解決手段】被検体に接触して被検体の生体情報を取得する発色反応検出機器１において、被検体に対して印加する電圧を発生させる定電圧源１１と、定電圧源１１から被検体に対して印加する電圧値を測定する電圧測定手段１２と、被検体に流れた電流値を測定する電流測定手段１３と、電圧測定手段１２及び電流測定手段１３により測定された電圧値及び電流値から負荷のインピーダンス値を算出するとともに、インピーダンス値及び予め設定された電流値から出力すべき電圧値を算出しこの電圧値を出力するように定電圧源１１を制御する制御手段１０とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に接触して前記被検体の生体情報を取得する発色反応検出機器において、
前記被検体に対して印加する電圧を発生させる定電圧源と、
前記定電圧源から前記被検体に対して印加する電圧値を測定する電圧測定手段と、
前記被検体に流れた電流値を測定する電流測定手段と、
前記電圧測定手段及び前記電流測定手段により測定された電圧値及び電流値から負荷のインピーダンス値を算出するとともに、前記インピーダンス値及び予め設定された電流値から出力すべき電圧値を算出しこの電圧値を出力するように前記定電圧源を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする発色反応検出機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の生体内の体液中にある物質量を測定するセンサを備える発色反応検出機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プロセスを応用したバイオセンサとして、例えば、測定器に取り付けたセンサを被検体の皮膚に接触させて、皮下組織から抽出されるセンシング対象物質を光学的にセンシングする発色反応検出機器がある。
【０００３】
図１０に示すように、このセンサ１００は、光が入射、放出される一対の回折格子１０２ａ，１０２ｂが形成された基板１０１と、この基板１０１上に設けられた有機導波膜１０３と、この有機導波膜１０３上に形成されたセンシング膜１０４とから構成される。
【０００４】
このような構成の発色反応検出機器においては、次のようにセンシング対象物質をセンシングする。すなわち、光源１０５から照射された光は、基板１０１に入射した後、入射回折格子１０２ａでその進行方向を変えられ、基板１０１表面の有機導波膜１０３を全反射しながら伝播する。この有機導波膜１０３を伝播した光は、出射回折格子１０２ｂを経て基板１０１の外部に取り出され、最後に計測器１０６によって光検出信号として計測される。
【０００５】
有機導波膜１０３には、センシング対象物質と反応するセンシング膜１０４が塗布されている。センシング対象物質がこのセンシング膜１０４に付着すると発色反応が起こり、有機導波膜１０３を伝播する光が吸収される。発色反応が起こると、有機導波膜１０３を全反射して進む光は有機導波膜１０３とセンシング膜１０４との境界面において反射のたびに光吸収作用（エバネッセント波の吸収）を受けて、その強度が減衰する。その結果、計測器１０６で計測される光検出信号の強度は次第に減衰していく。
【０００６】
センシングするにあたっては、センシング対象物質をある時間継続してセンシング膜に一定量供給する必要がある。このセンシング対象物質は、被検体の皮膚に電気的な刺激を与えることにより得られるものであることから、センシング対象物質を発色反応検出機器に効率的に供給するためには、皮膚に与えられる電気的刺激が一定であることが求められる。そのため、通常は、例えば、以下の特許文献１に示す発色反応検出機器のように、皮膚に印加する電流の値を一定に保つように制御している。
【特許文献１】特開２００４−８５２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示されるように電流値を制御することは、特にセンシング対象物質抽出のために発色反応検出機器が接触する対象が皮膚等の生体組織である場合には困難である場合が多い。
【０００８】
すなわち、皮膚等の生体組織の場合、そのインピーダンスは例えば、数ｋΩから数１００ｋΩとなることが想定される。また、インピーダンス自体が、例えば、被検体によっても、または同じ被検体であってもその状態によって安定しない場合も多く、出力電流を制御しようとすると、このインピーダンスの変化によって出力リップルノイズが増減したり、或いは、出力電流が激しく発振することもある。これではセンシング対象物質を発色反応検出機器に効率的に供給することが難しい。そのため、通電する対象が生体組織である、例えば、医療用の治療器や診断機器の多くは、出力電流を制御するのではなく出力電圧を制御することで安定的に生体組織に電流を流すようにしている。
【０００９】
一方で、センシング対象物質が例えばグルコースである場合には、印加する電流値に比例してグルコースの抽出量が決まるため、生体組織に電流を流すにあたっては出力電圧を制御するより出力電流を制御する方が発色反応検出機器へのセンシング対象物質の供給という点から適している。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、負荷となる生体組織からセンシング対象物質を抽出し発色反応検出機器へ供給するにあたり、負荷のインピーダンスを推定しその推定値に基づいて必要とする電流値に相当する出力電圧を算出した上で生体組織へ印加する電圧制御を行う発色反応検出機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る特徴は、被検体に接触して被検体の生体情報を取得する発色反応検出機器において、被検体に対して印加する電圧を発生させる定電圧源と、定電圧源から被検体に対して印加する電圧値を測定する電圧測定手段と、被検体に流れた電流値を測定する電流測定手段と、電圧測定手段及び電流測定手段により測定された電圧値及び電流値から負荷のインピーダンス値を算出するとともに、インピーダンス値及び予め設定された電流値から出力すべき電圧値を算出しこの電圧値を出力するように定電圧源を制御する制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、負荷となる生体組織からセンシング対象物質を抽出し発色反応検出機器へ供給するにあたり、負荷のインピーダンスを推定しその推定値に基づいて必要とする電流値に相当する出力電圧を算出した上で生体組織へ印加する電圧制御を行う発色反応検出機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る発色反応検出機器１は、例えば、光が入射、放出される一対の回折格子が形成された基板と、この基板上に設けられた有機導波膜と、この有機導波膜上に形成されたセンシング膜とから構成されるセンシング部とセンシング部等発色反応検出機器１の内部機器を駆動するための駆動制御部とに大きく分けることができる。図１は、このように構成される発色反応検出機器１の内部構成のうち、駆動制御部のみを示すブロック図である。
【００１５】
発色反応検出機器１は、生体組織である負荷２に通電する際の電圧値を制御する制御手段１０と、制御手段１０からの制御に基づいて負荷２に通電する定電圧源１１と、負荷２に印加する電圧の値を測定する電圧測定手段１２と、負荷２に流れる電流の値を測定する電流測定手段１３とから構成される。
【００１６】
制御手段１０には、電圧測定手段１２及び電流測定手段１３からの電圧値、電流値を受信する受信手段１０ａと、記憶手段１０ｂと、負荷２に印加する電圧値を算出する算出手段１０ｃと、算出された電圧値を定電圧源１１に送信する送信手段１０ｄが設けられている。
【００１７】
算出手段１０ｃは、電圧測定手段１２及び電流測定手段１３からの電圧値、電流値を基に推定される負荷インピーダンスの値を算出し、記憶手段１０ｂに測定結果とこの推定負荷インピーダンス値を記憶させる。また、推定負荷インピーダンス値と予め記憶手段１０ｂに記憶されている所望の制御電流の値を基に負荷２に印加する電圧の値を算出する。
【００１８】
ここで、センシング対象物質の抽出を行うために、あたかも所定の電流値を負荷２に印加する電流制御を行っているかのように負荷２に対して電圧を印加する電圧制御を行う流れを図２以下のフローチャート等を用いつつ説明する。
【００１９】
負荷２に電圧を印加するに当たり、まず所望する電流の制御仕様を決定する（ＳＴ１）。ここでは以下、仮に図３のグラフに示すような制御仕様を選択した場合を基に説明をする。図３のグラフでは、横軸に時間［秒］、縦軸に所望する制御電流［μＡ］（以下、この電流値を「制御電流値」という。）を示している。この制御仕様では、６０秒間の通電において、制御を開始する０秒から４０秒までは１００μＡで一定となるように電流を制御し、４０秒から６０秒への２０秒間は１００μＡから１０μＡへと一定の割合で電流値を下げていく制御を行う。図３では説明の便宜上グラフで表わしているが、実際には０秒から６０秒までの電流値が予め記憶手段１０ｂ内に記憶される。また、発色反応検出機器１への通電を６０秒としているのは、通常１回のセンシングに要する時間が６０秒程度であることに起因する。
【００２０】
次に、実際の電圧制御を行うためのデータ取得を目的として、仮に出力する電圧値を設定する（ＳＴ２）。これは発色反応検出機器１がセンシングを開始する際には負荷２のインピーダンス値が不明であるので、これから制御を開始するにあたってセンシング対象物質の抽出の対象となる負荷２のインピーダンスの値を測定するものである。ここでは、図４の表に示すようにまず５［Ｖ］を設定する。
【００２１】
図４は、発色反応検出機器１における０秒から６０秒までの電圧制御の値を示す表である（図４では一部のみ示す）。この表は、項目として時刻［秒］、出力電圧設定値［Ｖ］、測定電流値［μＡ］、測定電圧値［Ｖ］、負荷インピーダンス推定値［ｋΩ］が挙げられている。上述したステップ２では、０秒のときの出力電圧設定値を５［Ｖ］とするものである。制御手段１０は定電圧源１１に対してこの設定された出力電圧である５［Ｖ］を負荷２に印加するように指示を出し、負荷２に仮に通電する（ＳＴ３）。
【００２２】
負荷２に通電を行うと、負荷２に印加された電圧の値を電圧測定手段１２で測定することができるとともに、電流測定手段１３を介して負荷２に流れた電流の値を測定することができる（ＳＴ４）。電圧測定手段１２及び電流測定手段１３は各々測定した値を制御手段１０にフィードバックする（ＳＴ５）。図４に示す表では、０秒の時点で測定された電流値は５００［μＡ］、電圧値は５［Ｖ］であることがわかる。
【００２３】
負荷２に通電した結果、０秒時（制御開始時）における電流値及び電圧値が求められたことから、これらの値を用いて算出手段１０ｃで負荷インピーダンス値を算出する（ＳＴ６）。インピーダンス値は電圧値を電流値で除することにより求めることができるので、ここでは０秒における推定負荷インピーダンス値は１０ｋΩである。
【００２４】
次に、算出手段１０ｃは、ｎ＋１秒後（ｎ＜６０、ｎ：整数）における電流値を記憶手段１０ｂに確認する（ＳＴ７）。ここではｎは０秒であり、ｎ＋１秒後は１秒であるので、図３に示す電流の制御仕様を確認すると１００［μＡ］であることがわかる。そこで、算出手段１０ｃは、この制御電流値である１００［μＡ］と推定負荷インピーダンス値１０［ｋΩ］の積から出力電圧設定値１［Ｖ］を算出する（ＳＴ８）。この値が図４に示す時刻１秒における出力電圧設定値１［Ｖ］である。そしてこの出力電圧設定値を負荷２に通電する（ＳＴ９）。
【００２５】
負荷２に通電後、算出手段１０ｃはｎの値が６０秒未満であるか否かをチェックする（ＳＴ１０）。ｎの値が６０秒以上である場合は、発色反応検出機器１のセンシングが終了するので、電圧の制御は終了する（ＳＴ１０のＮ）。
【００２６】
一方、ｎの値が６０秒未満である場合は（ＳＴ１０のＹ）、ステップ４に戻って再度負荷２に印加した電圧値を電圧測定手段１２によって測定するとともに、電流測定手段１３により負荷２に流れた電流を測定する。その後は上述したように、測定された電圧値及び電流値から推定負荷インピーダンス値を求め、その値と制御電流値との積から出力電圧設定値を算出する。
【００２７】
これら０秒から６０秒までの間における測定電圧値、測定電流値、推定負荷インピーダンス値、出力電圧設定値の動きをそれぞれグラフに表わすと図５ないし図８に示すようになる。すなわち、図５は電圧測定手段１２において測定された電圧値のグラフであり、図６は電流測定手段１３において測定された電流値のグラフである。そしてこれら測定された電圧値及び電流値から算出された推定負荷インピーダンスの値は、図７に示すグラフのようになる。ここでは、略台形の形状となっている。推定負荷インピーダンス値と図３に示す制御電流値との積から図８のグラフに示すような出力電圧設定値が算出される。この出力電圧設定値と測定される電圧値は同じであることから、図５及び図８に示すグラフは同一の形状を示している。
【００２８】
このような電圧制御、すなわち電流制御を行った結果をグラフにすると図９に示す通りになる。この図９は、所望する電流の制御仕様を示す図３のグラフ（実線で表示）と実際に負荷２に流れた電流値を測定した結果を示す図６のグラフ（破線で表示）を合わせて示したものである。この２つの電流値を比較すると、ぶれはあるものの略所望した電流の制御仕様に沿った電流の制御が行われていることがわかる。
【００２９】
このように、負荷となる生体組織からセンシング対象物質を抽出し発色反応検出機器へ供給するにあたり、負荷のインピーダンスを推定しその推定値に基づいて必要とする電流値に相当する出力電圧を算出し生体組織へ印加する制御、すなわち、負荷（本発明の実施の形態においては生体組織）のインピーダンスの変動に強い電圧制御を行いつつ、発色反応検出を行うに適した電流制御を実現することが可能な発色反応検出機器を提供することができる。
【００３０】
なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る発色反応検出機器の一部である駆動制御部の内部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発色反応検出機器において行われる制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る発色反応検出機器に求める電流の制御仕様の一例を示すグラフである。
【図４】図３に示す電流の制御仕様に基づいて本発明の実施の形態に係る発色反応検出機器を制御した場合の各種値を表わした表である。
【図５】電圧測定手段において測定された電圧値のグラフである。
【図６】電流測定手段において測定された電流値のグラフである。
【図７】測定された電圧値及び電流値から算出された推定負荷インピーダンスの値を示すグラフである。
【図８】推定負荷インピーダンス値と制御電流値との積から算出された出力電圧設定値の値を示すグラフである。
【図９】制御電流値と測定電流値とを比較して示したグラフである。
【図１０】発色反応の検出の仕組みを説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…発色反応検出機器、２…負荷、１０…制御手段、１０ａ…受信手段、１０ｂ…記憶手段、１０ｃ…算出手段、１０ｄ…送信手段、１１…定電圧源、１２…電圧測定手段、１３…電流測定手段。
【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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