(57)【要約】【課題】  血糖値の測定を非侵襲的に高い精度でかつ再現性よく行うことのできる血糖値測定装置を提供すること。【解決手段】  本発明の血糖値測定装置は、測定子を測定部位である被験者の上肢下腕手関節内側部に接触させ、当該測定子を介して中赤外光を測定部位に照射して中赤外光の吸収度を測定する全反射減衰法により、生体中のグルコース濃度を非侵襲的に測定するものであって、被験者の上肢下腕部を載置台に固定する固定機構と、測定子を測定部位に押圧して接触状態を維持する測定子押圧機構とを有することを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定子を測定部位である被験者の上肢下腕手関節内側部に接触させて、当該測定子を介して中赤外光を測定部位に照射することにより中赤外光の吸収度を測定する全反射減衰法によって、生体中のグルコース濃度を非侵襲的に測定する血糖値測定装置であって、
被験者の上肢下腕部を載置台に固定する固定機構と、測定子を測定部位に押圧して接触状態を維持する測定子押圧機構とを有することを特徴とする血糖値測定装置。
【請求項２】
測定子押圧機構は、測定子を載置台の表面に対して鉛直方向に変位させる位置調整手段と、被験者の上肢下腕部が載置台に載置された状態において測定子を被験者の測定部位に対して付勢する測定子付勢手段とを備えており、
測定子の載置台の表面に対するレベル位置が位置調整手段によって調整されることにより、測定子付勢手段による測定子の測定部位に対する押圧力の大きさが調整されることを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定装置。
【請求項３】
測定子押圧機構は、測定子の測定部位に対する押圧力の大きさを調整する押圧力調整手段を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の血糖値測定装置。
【請求項４】
載置台の表面には、被験者の上肢下腕部を測定部位が測定子に対して位置決めされた状態で載置するための位置決め手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の血糖値測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グルコース濃度を非侵襲的に測定する血糖値測定装置に関し、具体的には、例えば中赤外光の吸収スペクトルに基づいてグルコース濃度を測定する全反射減衰法（ＡＴＲ；Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を利用した血糖値測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば糖尿病の診断目的で利用される、患者の血糖値（血中グルコース濃度）を測定するための血糖値測定装置のある種のものにおいては、少量の血液を採取することが必要とされている。
しかし、血液を使用する血糖値測定装置は、患者にとって苦痛を伴い、感染症などへの配慮が必要である、などの問題がある。
【０００３】
そこで、近年においては、グルコース濃度を非侵襲的に測定するための技術研究がなされており、多くの報告がなされている。
例えばＡＴＲ結晶を生体と接触させて、１μｍ以上の赤外光を使用してグルコース濃度を測定する血糖値測定装置（特許文献１参照）や、ＡＴＲ法を利用したものにおいて７５０〜４０００ｃｍ-1の波数範囲の中赤外光を使用する血糖値測定装置（特許文献２および非特許文献１参照）が提案されている。
これらのうちでも、中赤外光を使用した血糖値測定は、グルコースの倍音などのスペクトルを測定する近赤外域での透過散乱光による血糖値とは異なり、グルコースの光の吸収を直接観測するため、グルコースの波数に着目すればよく、高精度の定量評価が期待できるものとされている。
【０００４】
しかしながら、例えば非特許文献１に開示されている血糖値測定装置のように、例えば手の中指を測定部位とした場合には、十分に高い精度で、再現性よく測定を行うことが困難である、という問題が生ずることが判明した。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−４２９４８号公報
【特許文献２】特開平１１−１５５８４３号公報
【非特許文献１】電気学会論文誌  ２００４年  Ｃ  １２４巻９号  １７５９〜１７６５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、血糖値の測定を非侵襲的に高い精度でかつ再現性よく行うことのできる血糖値測定装置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】
【０００７】
本発明の血糖値測定装置は、測定子を測定部位である被験者の上肢下腕手関節内側部に接触させて当該測定子を介して中赤外光を測定部位に照射することにより中赤外光の吸収度を測定する全反射減衰法によって、生体中のグルコース濃度を非侵襲的に測定する血糖値測定装置であって、
被験者の上肢下腕部を載置台に固定する固定機構と、測定子を測定部位に押圧して接触状態を維持する測定子押圧機構とを有することを特徴とする。
本明細書において、「中赤外光」とは７５０〜４０００ｃｍ-1の波数範囲（１３．３〜２．５μｍの波長範囲）の光をいう。
【０００８】
本発明の血糖値測定装置においては、測定子押圧機構は、測定子を載置台の表面に対して鉛直方向に変位させる位置調整手段と、被験者の上肢下腕部が載置台に載置された状態において測定子を被験者の測定部位に対して付勢する測定子付勢手段とを備えており、測定子の載置台の表面に対するレベル位置が位置調整手段によって調整されることにより、測定子付勢手段による測定子の測定部位に対する押圧力の大きさが調整される構成とすることができる。
【０００９】
また、本発明の血糖値測定装置においては、測定子押圧機構は、測定子の、測定部位に対する押圧力の大きさを調整する押圧力調整手段を備えた構成とされていることが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明の血糖値測定装置においては、載置台の表面には、被験者の上肢下腕部を測定部位が測定子に対して位置決めされた状態で載置するための位置決め手段が設けられた構成とされていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の血糖値測定装置によれば、中赤外光を利用したＡＴＲ法が実施されることにより、中赤外域の吸収ピークはグルコース分子の一次吸収であり、グルコースの光の吸収を直接観測することができるので、倍音や結合音など近赤外域のピークを測定するよりも正確に測定を行うことができ、しかも、測定子押圧機構によって適正な大きさに調整された押圧力で測定子が測定部位に接触された状態で、上肢下腕部が固定機構によって固定され、この状態で、上肢下腕手関節内側部という特定の測定部位において測定が行われることにより、測定子と測定部位との良好な接触状態が達成され、皮脂や水分の影響および体毛などの影響を受けることなしに、グルコースの吸収シグナルを多く含む吸収スペクトルを取得することができるので、血糖値を非侵襲的に高い精度で測定することができる。
また、測定部位が被験者にとって可視部位であることにより、被験者に不安感を与えることがなく、また測定を個人で実施することができる。
【００１２】
さらに、位置決め手段が載置台に設けられていることにより、血糖値測定を行うに際して同じ測定部位で測定することができるので、血糖値の測定を再現性よく行うことができ、得られる測定結果は高い信頼性を有するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の血糖値測定装置の一構成例を概略的に示すブロック図である。
この血糖値測定装置は、中赤外域の吸収スペクトルを検出する吸収スペクトル検出部１０と、この吸収スペクトル検出部１０により得られた吸収スペクトルに対して所定の演算処理を行うことにより血糖値を算出する演算処理部７０と、演算処理部７０により得られた結果を表示する表示部８０とを備えている。
吸収スペクトル検出部１０は、例えばファイバー型ＡＴＲ結晶からなる測定子１１と、例えばモリブデンシリサイドヒータやハロゲンランプなどからなり、中赤外の波長範囲で連続スペクトルを出力する光源２１と、例えば分散型赤外分光光度計やフーリエ赤外分光光度計などからなる光検出器２２とにより構成されている。
【００１４】
測定子１１は、図２に示すように、例えばカルコゲナイドからなる直径１ｍｍのＡＴＲファイバー１２がＵ字型に折り返された状態で保持部材１６によって保持されて、構成されており、被験者の測定部位６５に接触される弧状湾曲部１３は、クラッド１２Ｂを有さず、コア１２Ａが露出された状態とされている。
ＡＴＲファイバー１２の一端面１４は、光源２１に対向状態で設けられており、ＡＴＲファイバー１２の他端面１５は、光検出器２２に対向状態で設けられている。
そして、ＡＴＲファイバー１２内を伝播する中赤外光（図２において光線軌跡の一部を矢印で示す。）は、皮膚に接する弧状湾曲部１３にてＡＴＲファイバー１２から、光の波長長さに相当する例えば１０μｍ程度まで皮膚に入り込み、グルコースの浸出している角質層より下の領域で反射してＡＴＲファイバー１２内に戻る。
【００１５】
この血糖値測定装置においては、図３および図４に示すように、載置台２５上に載置される被験者の上肢下腕部における特定の測定部位に対して測定子１１を押圧して接触状態に維持する測定子押圧機構３０が設けられている。
測定子押圧機構３０は、被験者の上肢下腕部が載置台２５に載置された状態において測定子１１を被験者の測定部位に対して付勢する測定子付勢手段を備えた可動部４０と、この可動部４０が一体に固定され、測定子１１を載置台２５の表面に対して鉛直方向（図３において上下方向）に変位させる位置調整手段５０とにより構成されている。
【００１６】
可動部４０は、略箱状の筐体４１と、この筐体４１内部に配置された測定子付勢手段である例えばコイルバネ４２と、このコイルバネ４２の内部空間内に挿通されて配置されたロッド４３と、このロッド４３の一端部（図３において上端部）が内部空間内に挿入されると共に筐体４１から突出状態で設けられたシリンダ４４と、このシリンダ４４の一端面に一体に固定された、載置台２５の表面に沿って水平方向に伸びるアーム４５とにより構成されており、測定子１１は、その弧状湾曲部１３が載置台２５に形成された開口２６を介して外部に露出される姿勢で、アーム４５の他端部に設けられた保持部４６によって保持されている。
ロッド４３の他端部には、コイルバネ４２の他端部に係止されるフランジ部分４３Ａが形成されており、また、シリンダ４４の他端部には、筐体４１の内壁面に係止されるフランジ部分４４Ａがコイルバネ４２の一端部に対接状態で形成されている。
【００１７】
位置調整手段５０は、可動部４０の筐体４１が固定されるステージ５１と、このステージ５１を可動部４０におけるコイルバネ４２の伸縮方向（図３において上下方向）に移動可能に保持する台座５２と、ステージ５１に設けられたステージ移動用ネジ５３とにより構成されており、台座５２が装置本体の機枠２８に固定されている。５４は、ステージ５１を台座５２に固定する固定用ネジである。
この位置調整手段５０によって、測定子の、載置台２５の表面に対するレベル位置が調整されることにより上肢下腕部が載置台２５に載置されたときのコイルバネ４２の収縮量が調整され、これにより、測定子１１の、測定部位に対する押圧力の大きさが調整可能とされている。
【００１８】
この血糖値測定装置における測定子押圧機構３０には、さらに、測定子１１の測定部位に対する押圧力の大きさを調整する押圧力調整手段が設けられている。
この押圧力調整手段は、例えば可動部４０の筐体４１の下壁を貫通して設けられた押圧力調整用ネジ５５により構成されており、この押圧力調整用ネジ５５の先端部がロッド４３のフランジ部分４３Ａの他面に対接されている。
押圧力調整手段をさらに備えていることにより、測定部位に凹凸がある場合であっても、測定子１１と測定部位との良好な接触状態を確実に得ることができる。
【００１９】
この血糖値測定装置においては、図５に示すように、被験者の上肢下腕部を載置台２５上に固定する固定機構である、例えば血圧計などに使われるマジックテープ（登録商標）式の帯状のカフよりなる固定バンド６０を備えている。
また、載置台２５の表面には、位置決め手段としての、例えば碁盤目状に形成された溝２５Ａが形成されている。
このような固定機構および位置決め手段を備えていることにより、毎回同じ測定部位において測定を行うことができると共に、測定時において測定部位がズレてしまうことを確実に防止することができる。
【００２０】
以下においては、上記血糖値測定装置による血糖値の測定方法について説明する。
上述したように、本発明の血糖値測定装置は、被験者の上肢下腕手関節内側部を測定部位として中赤外光を利用したＡＴＲ法により血糖値を非侵襲的に測定するものである。
測定部位である「上肢下腕手関節内側部」とは、図６に示すように、上肢下腕部６５における手首関節位置Ｓ１から肘関節位置Ｓ２までの長さＬに対して、手首関節位置Ｓ１から肘関節位置Ｓ２に向かって上向するＬ／３の長さの範囲ＭＡ内の部位をいう。
【００２１】
血糖値測定の際には、先ず、上肢下腕部６５を手の甲を上方に向けた状態で位置決めして載置して固定バンド６０により固定する。位置決め方法としては、例えば４箇所の指の又の位置の各々を載置台２５の表面に碁盤目状に形成された溝２５Ａの所定位置に合わせた状態において写真を撮り、次回の測定の際に当該写真により位置を確認することにより行うことができる。
そして、測定子押圧機構３０におけるステージ移動用ネジ５３を調整することによりステージ５１に固定された可動部４０全体を上下方向に変位させて測定子１１の測定部位に対する押圧力の大きさを調整する。具体的には、例えば測定前において測定子１１の先端部分が載置台２５の表面より突出しない状態（コイルバネ４２が自然長である状態、図３参照）とされていれば、測定子１１と測定部位との良好な接続状態を得ることができないことから、図７に示すように、測定子１１を含む可動部４０全体を上方に変位させることにより可動部４０のシリンダ４４が下方に変位してフランジ部分４４Ａによってコイルバネ４２が圧縮され、これにより生ずるバネ力によって、測定子１１が測定部位に対して付勢されて測定子１１と測定部位との良好な接触状態が得られる。また、図８に示すように、予め押圧力調整用ネジ５５を調整することによりロッド４３のフランジ部分４３Ａによってコイルバネ４２を下方から圧縮した状態としておき、さらに、上記のような位置調整を行うようにしてもよい。
具体的には、測定子１１と測定部位との接触状態が、例えば測定子１１の測定部位に対する押圧力の大きさが１〜１１ｋｇｆ／ｃｍ2 、測定子１１の測定部位に対する接触面積が０．００４５ｃｍ2 程度となる状態が得られるよう、測定子１１の測定部位に対する押圧力が調整される。
【００２２】
このように、被験者の上肢下腕手関節内側部を適正な押圧力で測定子１１に対して接触するよう固定した後、吸収スペクトル検出部１０による分光測定およびこれにより得られたスペクトルデータに応じた血糖値（グルコース濃度）を算出する演算処理が行われる。以下、図１および図９を参照して、分光測定および演算処理について具体的に説明する。
【００２３】
＜分光測定＞
光源２１から出射された中赤外域の波長範囲の光がＡＴＲファイバー１２内を伝播してコア１２Ａが露出する弧状湾曲部１３において被験者の測定部位に照射される。
被験者の測定部位に照射された光は、近接場光の効果によって、生体内に侵入した後再びＡＴＲファイバー１２内に導入される。その後、ＡＴＲファイバー１２内を伝播してＡＴＲファイバー１２の他面より出射される光が光検出器２２によって検出され、検出された光がスペクトル分解（分光）されてスペクトル強度が検出されることにより、吸収スペクトルが取得される。
吸収スペクトル検出部１０においては、スペクトル強度の検出が例えば１８０回以下の範囲内で積算され、さらに、このような処理を例えば３回行うことにより得られた値の平均値をとることにより１個の吸収スペクトルデータとして集約される。
【００２４】
＜演算処理＞
吸収スペクトル検出部１０によって得られた吸収スペクトルデータは、演算処理部７０おいて、スペクトルデータ格納部７１に格納されると共に、吸収スペクトルデータに係る吸光度値が２階微分されて吸光度の２階微分値が算出された後、グルコースの吸収特性を示す特定の波数例えば１０３０ｃｍ-1付近でのピーク高さの絶対値が測定され、個人データが作成されると共に個人データ格納部７２に格納される。格納された個人データは、個人用検量線の更新等に利用することができる。また、この例においては、吸収スペクトルデータに係る吸光度の２階微分値についても、データ格納部７３に格納される構成とされている。
一方、予め取得しておいた、吸光度の２階微分値のピーク高さと血糖値との関係を示す個人用検量線が読み出され、上記測定値（吸光度の２階微分値）を当該個人用検量線に対照することにより測定値に応じたグルコースの濃度（血糖値）が算出される。
【００２５】
以上において、個人用検量線は、次のようにして取得されたものである。
先ず、上述した中赤外光を使用したＡＴＲ法によって上肢下腕手関節内側部における吸収スペクトルデータを取得すると同時に、実際に採血を行って例えば「アントセンス」などの医家用血糖値モニターにより血糖値濃度を測定する。そして、このような操作を１０分間隔毎に３回ほど繰り返し行った後、日本糖尿病学会の定める糖尿病判定基準に沿ったプロトコルに従って、「トレーランＧ７５」（グルコースの飲料、糖負荷試験薬）を被験者に摂取させた後、再び、ＡＴＲ法による吸収スペクトルデータの取得および採血による血糖値濃度の測定を１０分間隔毎に繰り返して行う。図１０は、ＡＴＲ法により取得された吸収スペクトルデータであって、（ニ）は糖負荷をかける前のもの、（イ）〜（ハ）は、糖負荷をかけた後における経時的な変化を示すものであり、（イ）〜（ハ）の順に時間が経過したものである。これらの吸収スペクトルデータは、光源２１としてモリブデンシリサイドヒータを用い、ヒータの表面温度を９００℃、出力される光の波数範囲が６０００〜４５０ｃｍ-1となる条件に設定すると共に、測定子１１の測定部位に対する押圧力を１１ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定して得られたものである。
【００２６】
ＡＴＲ法により取得される吸収スペクトルデータについては、上述した演算処理、すなわちスペクトルデータに係る吸光度の２階微分値の算出および特定の波数例えば１０３０ｃｍ-1付近でのピーク高さ（絶対値）の測定が行われる。図１１は、図１０に示す吸収スペクトルに係る吸光度（相対値）の２階微分値と波数との関係を示すグラフである。
このようにして、ＡＴＲ法によって得られる２階微分値のピーク高さ（血糖相当値）と、採血による実際の血糖値測定値を一対のデータとして、例えば１００ｍｇ／ｄｌ程度の血糖値変動を有する複数回分のデータ群を取得する。
次いで、図１２に示すように、採血による実際の血糖値測定値（横軸）に対して、吸光度の２階微分値（縦軸）をプロットし、例えば最小自乗法によって直線近似することにより、個人用検量線Ｌが得られる。
【００２７】
そして、演算処理部７０によって算出された例えばグルコース濃度が表示部８０に表示される。
【００２８】
而して、上記血糖値測定装置によれば、中赤外光を利用したＡＴＲ法が実施されることにより、基本的には、中赤外域の吸収ピークはグルコース分子の一次吸収であり、グルコースによる光の吸収の程度を直接的に観測することができるので、倍音や結合音など近赤外域のピークを測定するよりも正確に測定を行うことができる。
しかも、上肢下腕部６５が、測定子押圧機構３０によって適正な大きさに調整された押圧力で測定子１１が測定部位に接触された状態で、固定バンド６０によって固定され、この状態で、上肢下腕手関節内側部という特定の測定部位において測定が行われることにより、測定子１１と測定部位との良好な接触状態が達成されることに加え、上肢下腕手関節内側部は、（１）皮脂や水分の影響が少ない部位であること（２）角質層が薄い部位であること（３）体毛のないもしくは少ない部位であること（４）適度の弾力性のある部位であること、などの特長を有することから、皮脂や水分の影響および体毛などの影響を受けることなしに、グルコースの吸収シグナルを多く含む吸収スペクトルを取得することができるので、血糖値を非侵襲的に高い精度で測定することができる。
実際に、図１２に示されているように、上肢下腕手関節内側部において取得された吸収スペクトルデータに係る検量線Ｌは、相関係数が０．８５であり、この検量線Ｌに基づいて算出される血糖値濃度は、採血による実際の血糖値測定値に対して相関があり（誤差が小さく）、信頼性の高いものとなる。
これに対して、腹、指および耳朶の各々について同一の測定条件で吸収スペクトルを検出し、当該吸収スペクトルに係る吸光度の２階微分値を、採血による実際の血糖値測定値に対してプロットし、最小自乗法によって直線近似することにより得られる検量線は、それぞれ、腹の場合には相関係数が０．０１、指の場合には相関係数が０．３３、耳朶の場合には相関係数が０．２１であり、これらの検量線に基づいて算出される血糖値濃度は、十分に高い信頼性を有するものとならないことが確認された。図１２において、「○」印が腹、「▲」印が指、「●」印が耳朶のデータを示す。
【００２９】
また、上肢下腕手関節内側部は被験者にとって可視部位であることにより、被験者に不安感を与えることがなく、また測定を個人で実施することができる。
【００３０】
さらに、碁盤目状に形成された溝２５Ａによる位置決め手段が載置台２５の表面に設けられていることにより、血糖値測定を行うに際して同じ測定部位で測定することができるので、血糖値の測定を再現性よく行うことができ、得られる測定結果は高い信頼性を有するものとなる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明の血糖値測定装置においては、測定子押圧機構は、測定子の、測定部位に対する押圧力の大きさが調整可能に構成されていれば、具体的な構成は特に限定されるものではない。
また、固定機構についても、測定時において上肢下腕部を固定することができるものであれば、特に限定されるものではない。
さらに、個人用検量線を取得するに際してのデータの数等の具体的な条件は目的に応じて適宜に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の血糖値測定装置の一構成例を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明の血糖値測定装置における測定子の一構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の血糖値測定装置における測定子押圧機構の構成の概略を示す断面図である。
【図４】図３に示す測定子押圧機構の構成の概略を示す上面図である。
【図５】載置台の構成を示す上面図である。
【図６】測定部位を説明するための図である。
【図７】測定子押圧機構による押圧力調整方法を説明するための断面図である。
【図８】押圧力調整手段による押圧力調整方法を説明するための断面図である。
【図９】図１に示す血糖値測定装置における動作フロー図である。
【図１０】ＡＴＲ法により取得された上肢下腕手関節内側部における吸収スペクトルである。
【図１１】図１０に示す吸収スペクトルに係る吸光度（相対値）の２階微分値と波数との関係を示すグラフである。
【図１２】個人用検量線を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０  吸収スペクトル検出部
１１  測定子
１２  ＡＴＲファイバー
１２Ａ  コア
１２Ｂ  クラッド
１３  弧状湾曲部
１４  ＡＴＲファイバーの一端面
１５  ＡＴＲファイバーの他端面
１６  保持部材
２１  光源
２２  光検出器
２５  載置台
２５Ａ  溝
２６  開口
２８  機枠
３０  測定子押圧機構
４０  可動部
４１  筐体
４２  コイルバネ
４３  ロッド
４３Ａ  フランジ部分
４４  シリンダ
４４Ａ  フランジ部分
４５  アーム
４６  保持部
５０  位置調整手段
５１  ステージ
５２  台座
５３  ステージ移動用ネジ
５４  固定用ネジ
５５  押圧力調整用ネジ
６０  固定バンド
６５  上肢下腕部
７０  演算処理部
７１  スペクトルデータ格納部
７２  個人データ格納部
７３  データ格納部
８０  表示部
【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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