(57)【要約】【課題】非侵襲的なグルコース濃度測定装置において、Ｓ／Ｎ比を上げて測定精度を向上する。【解決手段】測定端面１１に配され近赤外光を生体内に照射する光照射部１６と生体Ａ内で拡散あるいは透過した光を生体Ａ外部において検出する検出器１７とを備える測定ヘッド１４と、該測定ヘッド１４の測定端面１１に加わる圧力を検出する圧力検出手段１５と、前記検出器１７により検出された受光信号に基づいて生体Ａ内のグルコース濃度を算出する演算手段３９とを備え、該演算手段３９は、前記圧力検出手段１５により検出された圧力が所定の条件を満たしたときに得られる受光信号に基づいて演算を行うグルコース濃度測定装置１を提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定端面に配され近赤外光を生体内に照射する光照射部と、生体内で拡散あるいは透過した光を生体外部において検出する検出器とを備える測定ヘッドと、該測定ヘッドの測定端面に加わる圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出器により検出された受光信号に基づいて生体内のグルコース濃度を算出する演算手段とを備え、該演算手段は、前記圧力検出手段により検出された圧力が所定の条件を満たしたときに得られる受光信号に基づいて演算を行うグルコース濃度測定装置。
【請求項２】
前記圧力検出手段により検出された圧力が所定の圧力となったか否かを判定し、前記演算手段を作動させる判断手段を備える請求項１に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項３】
前記判断手段が、前記測定ヘッド周囲の圧力分布を検出し、検出された圧力分布が略均等か否かを判定する請求項２に記載のグルコース濃度測定装置。
【請求項４】
前記測定ヘッド周囲の圧力分布が略均等となるように被検者に促す報知手段を備える請求項３に記載のグルコース濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、グルコース濃度測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、糖尿病の判断のために血中グルコース濃度測定が行われており、特に糖尿病患者のインシュリン投与量を決定する血糖値を検査するために、グルコース濃度の測定が行われている。グルコース濃度の測定は、一般に、指や腕から採取した血液を直接分析することにより行われている。患者の体内における血液中のグルコース濃度は、食事の前後や運動後などの測定条件によって変化するため、正確な血糖値を得るためには、頻繁なグルコース濃度測定が必要である。
しかしながら、採血した血液を直接分析する上記方法では、グルコース濃度の測定の度に注射針等を刺して採血しなければならず、患者にかかる負担が大きいという問題がある。
【０００３】
この問題を解決するために、指、腕、耳朶などの生体組織に対し、外部から近赤外光を照射して生体内で拡散させ、生体外に出射された光を検出する非侵襲的なグルコース濃度測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１の方法は、複数本の発光ファイバと複数本の受光ファイバとを束ねて構成した光ファイババンドルを用意し、該光ファイババンドルを構成する各光ファイバの先端面を生体表面に接触状態に配置する。そして、複数の発光ファイバの先端面から近赤外光を照射することにより、生体内に入射させ、生体内において拡散されて生体表面から生体外に戻る光を複数の受光ファイバにおいて受光するとともに、受光された光のスペクトルを分析することによりグルコースの濃度を算出するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１３１３２２号公報（図３等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の方法では、光ファイバの先端面を生体表面に接触させる際の生体表面と測定部との接触圧を一定に保つことが困難である。また複数回にわたる測定間において同一の接触圧を達成することも困難である。その結果、１回の測定において測定結果が安定せず、また、測定の再現性を向上できないので、測定精度が劣るという問題がある。
【０００６】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、測定精度を向上させたグルコース濃度測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、測定端面に配され近赤外光を生体内に照射する光照射部と、生体内で拡散あるいは透過した光を生体外部において検出する検出器とを備える測定ヘッドと、該測定ヘッドの測定端面に加わる圧力を検出する圧力検出手段と、前記検出器により検出された受光信号に基づいて生体内のグルコース濃度を算出する演算手段とを備え、該演算手段は、前記圧力検出手段により検出された圧力が所定の条件を満たしたときに得られる受光信号に基づいて演算を行うグルコース濃度測定装置を提供する。
【０００８】
この発明によれば、生体表面に接触させた測定ヘッドの作用により、測定端面に配された光照射部から照射された光が生体内に入射され、生体内で透過あるいは拡散し、検出器により検出される。このとき、生体表面から測定ヘッドの測定端面に加わる圧力が圧力検出手段により検出され、その圧力が所定の条件を満たしたときに得られる受光信号に基づいてグルコース濃度が演算される。したがって、測定条件下を一定に保った状態で測定を行うことが可能となる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のグルコース濃度測定装置において、前記圧力検出手段により検出された圧力が所定の圧力となったか否かを判定し、前記演算手段を作動させる判断手段を備えるグルコース濃度測定装置を提供する。
この発明によれば、判断手段の作動により、測定端面に加わる圧力が所定の圧力となった場合の受光信号に基づいて適正なグルコース濃度が演算されることになる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載のグルコース濃度測定装置において、前記判断手段が、前記測定ヘッド周囲の圧力分布を検出し、検出された圧力分布が略均等か否かを判定するグルコース濃度測定装置を提供する。
この発明によれば、判断手段の作動により、測定ヘッド周囲の圧力分布を均一にした状態で測定することが可能となる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載のグルコース濃度測定装置において、前記測定ヘッド周囲の圧力分布が略均等となるように被検者に促す報知手段を備える請求項３に記載のグルコース濃度測定装置を提供する。
この発明によれば、報知手段の作動により、被検者に測定ヘッドに対する生体表面の偏りを補正するように促すため、測定ヘッド周囲の圧力分布を均一にした状態で測定することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態に係るグルコース濃度測定装置について図面を参照して説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１は、図１に示すように、測定部ユニット１０と、測定部ユニット１０に接続された制御部３０と、制御部３０に接続された表示部５０とを備えている。
【００１３】
前記測定部ユニット１０は、測定端面１１に開口部１２を有する容器状のユニット本体１３と、該ユニット本体１３の開口部１２に出没可能に配置された測定ヘッド１４と、測定ヘッド１４に加わる圧力を検出する圧力検出手段１５とを備えている。
【００１４】
前記測定ヘッド１４は、その内部に配置された光ファイバ１６と、該光ファイバ１６の周囲に配置された複数のＰｂＳセンサ１７と、測定ヘッド端面１４ａに配置された可視光カットフィルタ１８と、測定ヘッド１４の側面に設けられたストッパ１９とを備えている。
前記光ファイバ１６は、測定ヘッド端面１４ａと光ファイバ端面１６ａとが面一になるように、測定ヘッド１４の中央に配置されている。
前記ＰｂＳセンサ１７は、測定ヘッド１４の内部に開口部２０に向けて配置されている。また、ＰｂＳセンサ１７としては、例えば、Ｐ２５３２−０１（浜松ホトニクス社製）が使用される。
前記可視光カットフィルタ１８は、光ファイバ１６の周囲に、開口部２０を塞ぐように配置され、測定ヘッド１４内部のＰｂＳセンサ１７に開口部２０を通して近赤外光以外の光が進入するのを防いでいる。また、前記ストッパ１９は、測定ヘッド１４の側面から大きく半径方向に突出している。
また、測定部ユニット１０には貫通穴２３が形成されている。この貫通穴２３には、光ファイバ１６及びＰｂＳセンサ１７からの出力信号を外部に伝送するための配線が通されている。
【００１５】
前記圧力検出手段１５は、ユニット本体１３内部の前記開口部１２に対向する内壁面に配置されたリング状の圧力センサ２１と、ユニット本体１３内に配され測定ヘッド１４を開口部１２から突出する方向に付勢するコイルスプリング２２とを備えている。
前記コイルスプリング２２は、測定ヘッド１４と圧力センサ２１との間に若干圧縮された状態で配置されている。これにより、測定ヘッド１４はコイルスプリング２２によって開口部１２から突出する方向に常時付勢されている。したがって、圧力センサ２１には、測定ヘッド端面１４ａが押圧されていない状態においても一定の圧力が加えられている。そして、測定ヘッド端面１４ａに押圧力が加えられていない状態においては、測定ヘッド１４はストッパ１９を開口部１２周辺の内壁面に突き当てることにより、鎖線に示す位置まで突出量が制限されている。また、測定ヘッド端面１４ａに押圧力が加えられるとコイルスプリング２２が圧縮する方向に変位させられ、その変位量に比例して増加した押圧力が圧力センサ２１により検出されるようになっている。
【００１６】
前記制御部３０は、光源３１と、該光源３１から発せられた光をコリメートするコリメートレンズ３２と、コリメートされた光を一定の偏光方向に偏光するポラライザ３３と、入力された高周波の周波数に応じて、ポラライザ３３において偏光された光を分光して特定の波長の光（近赤外光）のみをさらに偏光して出射する音響光学可変波長フィルタ（ＡＯＴＦ：Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）３４と、音響光学可変波長フィルタ３４に高周波を供給して制御するフィルタ制御部３５と、音響光学可変波長フィルタ３４において偏光された特定の波長の光のみを通過させるアナライザ３６と、アナライザ３６を通過させられた光を集光させ、光ファイバ１６に光を入射されるための集光レンズ３７と、ＰｂＳセンサ１７により検出された受光信号を増幅するアンプ３８と、アンプ３８による増幅された受光信号に基づいてグルコース濃度を演算する演算装置３９と、圧力センサ２１に接続されている判断装置４０とを備えている。
【００１７】
また、前記フィルタ制御部３５は、前記判断装置４０からのスキャン開始指令を受けると作動するようになっている。また、音響光学可変波長フィルタ３４に対して特定の周波数の高周波を供給するのと同期して、その周波数に応じて音響光学可変波長フィルタ３４から出射されている光の波長信号を演算装置３９に供給するようになっている。さらに、このフィルタ制御部３５は、音響光学可変波長フィルタ３４に供給する高周波の周波数を順次変更してスキャンすることが可能となっている。
【００１８】
前記演算装置３９は、アンプ３８を介して各ＰｂＳセンサ１７から得た受光信号と、フィルタ制御部３５から得られた各受光信号に対応する波長信号とから得られる受光信号のスペクトル分布に基づいて、特定の波長領域、例えば、波長１．５μｍ近傍の領域における出力信号値からグルコース濃度を演算するようになっている。また、この演算装置３９は、光の波長信号を供給されると同時に作動するようになっている。前記光源３１は、例えば、ハロゲンランプである。また、前記表示部５０は、前記演算装置３９から出力されたグルコース濃度値を表示するようになっている
【００１９】
前記判断装置４０は、圧力センサ２１により検出された圧力信号を受けて、この圧力信号とあらかじめ設定されている圧力閾値αとを比較し、検出された圧力信号が圧力閾値α以上であればスキャン開始指令をフィルタ制御部３５に送るようになっている。
【００２０】
このように構成された本実施形態に係るグルコース濃度測定装置の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１を用いて生体Ａ内部の血液のグルコース濃度を測定するには、まず、測定端面１１を生体Ａの表面に対し密着させ、光源３１を作動させる。
【００２１】
この状態において、生体Ａの表面から測定ヘッド端面１４ａに押圧力が加わると、測定ヘッド１３は実線に示す位置まで開口部１２内に押し入れられる。このとき、生体Ａの表面から測定ヘッド端面１４ａに加えられる押圧力により、コイルスプリング２２が圧縮させられる。そして、圧力センサ２１により検出される圧力信号はコイルスプリング２２の変位量に比例して増加する。この場合において、判断装置４０は、検出された圧力信号と圧力閾値αとを常に比較しており、検出された圧力信号が圧力閾値α以上となった時点で、スキャン開始指令をフィルタ制御部３５に送る。
【００２２】
スキャン開始指令を受けたフィルタ制御部３５は、音響光学可変波長フィルタ３４に高周波の周波数を供給し、光源３１から発せられた近赤外光を音響光学可変波長フィルタ３４により分光する。分光された光は集光レンズ３７により集光され、光ファイバ１６内に入射させられる。光ファイバ１６内を伝播した光は、光ファイバ端１６ａから生体Ａ内に入射される。
【００２３】
このようにして、生体Ａ内に入射された近赤外光は、入射方向に沿って生体Ａ内を進行する間に、生体組織内の体液成分に応じて、特定の波長領域の光を吸収される。したがって、生体Ａ内で拡散され、生体Ａ外部に出射された光は、体組織内の体液成分に応じた特定の波長領域の光量が低下している。このようにして生体Ａ外部に出射した光のうち、開口部２０に向かって拡散した光は、ＰｂＳセンサ１７により検出され、受光信号がアンプ３８によって増幅された後に演算装置３９に入力される。入力されたＰｂＳセンサ１７により検出された受光信号に基づいて演算装置３９により解析され、グルコース濃度が求められ、表示部５０においてグルコース濃度の値が表示される。
【００２４】
すなわち、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置１は、判断装置４０において、圧力センサ２１により検出された圧力信号が圧力閾値α以上となった状態において得られる受光信号に基づいてグルコース濃度を求めているので、生体Ａに対し、所定の圧力を加えた測定条件下において、グルコース濃度を測定することが可能となる。その結果、複数回にわたって測定する場合においても、同一測定条件に整えて測定結果のばらつきを低減することができる。また、適正測定条件下においてのみ測定を許容することにより測定精度を向上することができる。
【００２５】
なお、本実施形態において、測定ヘッド端面１４ａからの圧力値が閾値以上であればフィルタ制御部３５を作動させるようにしたが、あらかじめ求められている圧力範囲に収めるように生体Ａの表面と光ファイバ端１６ａとの接触圧を調節しても良い。また、圧力センサ２１の検出信号に基づいて圧力センサ２１の位置を自動調節してもよい。
なお、判断装置４０において、所定の条件を満たしたときにスキャン制御部３５を作動させているが、あらかじめスキャン制御部３５を作動させておいて、所定の条件を満たしたときに演算を行うようにしても良い。
【００２６】
次に、本発明の第２実施形態に係るグルコース濃度測定装置について図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、上記第１実施形態と同一構成要素については同一符号を用いてその説明は省略する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置２は、図２に示すように、測定ヘッド１４がユニット本体１３に固定されている点、圧力センサ（圧力検出手段）２４の形態、及び報知手段が設けられている点において、第１実施形態に係るグルコース濃度測定装置１と相違している。
【００２７】
前記測定ヘッドは、開口部１２から若干突出してユニット本体１３に固定されている。
前記圧力センサ２４は、測定端面１１上に測定ヘッド端面１４ａと面一となるように測定ヘッド１４の周囲に配置され、リング状に形成されている。この圧力センサ２４は、図３に示すように４分割され、センサ部２５，２６がＸ軸方向に沿う圧力分布を図４（ａ）に示すように検出し、センサ部２７，２８がＹ軸方向に沿う圧力分布を図４（ｂ）に示すように検出するようになっている。図４中符号Ｂは圧力センサ２４の中心点である。
【００２８】
前記報知手段は判断装置６０と表示部５０とにより構成されている。前記判断装置６０には、圧力範囲β〜γがあらかじめ設定されている。そして、判断装置６０は、まず、Ｘ軸方向のセンサ部２５，２６からの出力信号のピーク値Ｃ，Ｄを比較するようになっている。その結果、いずれかが大きいときは両者の値が略均等となるように表示部５０に表示を行うようになっている。例えば、表示部５０には、図５に示される指示画面５１が表示される。ここで、指示画面５１は、被検者の指を模式的に示す画像５２と、矢印５３〜５６とを含んでいる。例えば、Ｘ軸方向のセンサ部２５により検出されるピーク値Ｃがセンサ部２６により検出されたピーク値Ｄより大きいときは、矢印５４を点灯又は点滅するようになっている。また、Ｙ軸方向のセンサ部２７，２８からの出力信号のピーク値Ｅ，Ｆに対しても上述と同様にして比較が行われるようになっている。
【００２９】
次に、判断装置６０は、センサ部２５，２６及びセンサ部２７，２８における圧力値がそれぞれバランスされた状態で、その圧力値が前記設定圧力範囲に入っているか否かをそれぞれ判断するようになっている。その結果、全体的に設定圧力範囲を超えているときは、指示画面５１内のメッセージ表示部５７に、例えば、「押す力を緩めて下さい」との指示を表示させ、全体的に設定圧力範囲に満たないときは、例えば、「強く押して下さい」との指示を表示部５０に表示させるようになっている。
このようにして、各センサ部２５〜２８により検出されたピーク値Ｃ〜Ｆがすべて設定圧力範囲内であれば、判断装置６０は、スキャン開始指令をフィルタ制御部３５に送るようになっている。
【００３０】
このように構成された本実施形態に係るグルコース濃度測定装置の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るグルコース濃度測定装置２を用いて生体Ａ内部の血液のグルコース濃度を測定するには、まず、測定端面１１を生体Ａに対し密着させ、光源３１を作動させる。
【００３１】
この状態において、生体Ａの表面から測定端面１１に押圧力が加わると、各圧力センサ部２５〜２８により、図４に示すような圧力分布が検出される。そして、判断装置６０において、Ｘ軸方向のセンサ部２５，２６により検出されたピーク値Ｃ，Ｄ及びＹ軸方向のセンサ部２７，２８により検出されたピーク値Ｅ，Ｆが比較される。例えば図４に示す例では、Ｘ軸方向の圧力分布は略均等であるが、Ｙ軸方向の圧力分布は、センサ部２８により検出されたピーク値Ｆの方がピーク値Ｅよりも大きくなっている。このため、判断装置６０の作動により、表示部５０において矢印５５が点灯させられる。被検者は、この指示画面５１を見ることにより、測定端面１１に対し手前側に圧力を加えるように促されることになる。そして、判断装置６０において、ピーク値Ｃ〜Ｆがすべて設定圧力範囲内となった時点で、スキャン開始指令をフィルタ制御部３５に送る。そして、スキャン開始指令を受けたフィルタ制御部３５は、第１実施形態と同様にして、近赤外光を生体Ａ内に入射させ、演算装置３９によりグルコース濃度が求められる。
【００３２】
すなわち、本実施形態に係るグルコース濃度測定装置２は、判断装置６０において、各センサ部２５〜２８により検出された圧力のピーク値Ｃ〜Ｆがすべて設定圧力範囲内となった測定に適した状態において得られる受光信号に基づいてグルコース濃度を精度良く測定することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、リング状に形成された圧力センサ２４を用いたが、十字型のように２方向に配置されていても良い。また、報知手段として指示画面５１を採用したが、これに限るものではなく、例えば、音声指示する装置であっても良い。
【００３４】
なお、上記各実施形態において、光源３１はハロゲンランプを用いているが広帯域の光スペクトルを有するものであればこれに限るものではない。なお、分光手段は音響光学可変波長フィルタ３４に限るものではなく、また、生体Ａ内からの拡散した光を分光する装置であっても良い。なお、光照射部は光ファイバ１６を採用したが、これに代えて、無水石英からなる光ロッドを採用しても良い。また、ＰｂＳセンサ１７の代わりにＩｎＧａＡｓＰＩＮフォトダイオード、例えば、Ｇ５８５３−１０３を使用しても良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係るグルコース濃度測定装置によれば、圧力検出手段を用いることにより、測定ヘッドに加わる押圧力を一定の条件下でグルコース濃度を測定することが可能となる。その結果、測定精度を向上させ、再現性高くグルコース濃度を測定することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係るグルコース濃度測定装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】この発明の第２実施形態に係るグルコース濃度測定装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】図２のグルコース濃度測定装置の測定部ユニットにおける圧力センサの配置を概略的に示す正面図ある。
【図４】図２のグルコース濃度測定装置の各圧力センサ部により検出された２次元圧力分布である。（ａ）Ｘ軸方向  （ｂ）Ｙ軸方向
【図５】図２のグルコース濃度測定装置の表示部に表示される指示画面である。
【符号の説明】
Ａ  生体
１  グルコース濃度測定装置
１５  圧力検出手段
１６  光ファイバ（光照射部）
１７  ＰｂＳセンサ（検出器）
３９  演算装置（演算手段）
【図１】
2004298408.tif 000003
【図２】
2004298408.tif 000004
【図３】
2004298408.tif 000005
【図４】
2004298408.tif 000006
【図５】
2004298408.tif 000007