(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿に光を伝播させた際に発現する旋光角度を測定することによって前記尿中の糖濃度を測定する尿検査装置において、前記尿中の糖成分により発現される旋光角度方向を正値とした場合に、前記尿中の旋光性物質の平均濃度で発現する旋光角度の合算値として算出した旋光角度を閾値として予め設定し、前記尿中を伝播した際に生じた旋光角度が前記閾値以下となる場合に、該判定結果を無効とする尿検査装置。
【請求項２】
予め設定した閾値が、尿中の旋光性物質の平均濃度で発現する旋光角度の合算値として算出した旋光角度とする請求項１に記載の尿検査装置。
【請求項３】
男女、年齢、体格などの個人差により予め設定した閾値を変更する請求項１または２に記載の尿検査装置。
【請求項４】
伝播させる光の波長が、９００ｎｍ以下の波長である請求項１記載の尿検査装置。
【請求項５】
旋光角度の測定を、磁気的零位法で構成する請求項１記  載の尿検査装置。
【請求項６】
旋光角度の測定を、光学的零位法で構成する請求項１記載の尿検査装置。
【請求項７】
報知手段を設け、判定結果を無効とした場合に、前記報知手段により再測定を促すようにした請求項１記載の尿検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人をはじめとする動物から採取した尿中のグルコース濃度である尿糖値などの尿中成分の測定方法および測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
尿糖値などの尿中成分の濃度は、健康状態の一部を反映している。そこで、容易にこれらを測定する方法が求められている。
【０００３】
従来、尿検査は、糖、蛋白質等、個々の検査項目に応じた試薬を含浸した試験紙を尿に浸し、これの呈色反応を分光測定機等によって観測することにより行われていた。この方法によると、１回の検査項目ごとに新たな試験紙が必要であるため、ランニングコストが高く、さらに省力化のための自動化にも限界がある。
【０００４】
すなわち、試験紙が家庭において使用される場合は、素人に試験紙の設定及び交換を要求することになる。この作業が、比較的嫌われることが、尿検査装置の家庭への普及を妨げていると考えられていた。
【０００５】
これに対して、試験紙など消耗品を必要としない尿検査方法が提案されている。この尿検査方法では、尿中の代表的な糖成分であるグルコースが旋光度を示すのに着目して、尿の旋光度を測定する原理によって、尿中のグルコース濃度を求めている。
【０００６】
この原理によると、旋光性物質を含む液体に光を伝播させると、旋光性物資の濃度に対して光の偏光方向が回転する。すなわち、（式１）が満たされる。
【０００７】
Ａ＝Ｌ×α×Ｃ  （式１）
但し、Ｌ：測定光路長
Ａ：旋光度［度］
α：旋光性物質の比旋光度
Ｃ：物質濃度
例えば濃度が１００mg/dlのグルコース水溶液中を波長５８９ｎｍの光が１００ｍｍ伝播すると、光の偏光方向は約０．０５度回転する。
【０００８】
次に、液体中に旋光性物質がＮ種類含まれる場合には、（式２）のようになる。
【０００９】
Ａ＝Ｌ×（α１×Ｃ１＋α２×Ｃ２＋・・・・＋αＮ×ＣＮ）  （式２）
但し、Ｌ：測定光路長
Ａ：旋光度［度］
αｎ：物質ｎ（但し、ｎは１〜Ｎの自然数）の比旋光度
Ｃｎ：物質ｎの濃度
（式２）より明らかなように、例えば、尿の場合には、得られた旋光度にグルコースにより発現する旋光角度と蛋白質等のグルコース以外の旋光性物質によりは告げんする旋光角度の和が含まれる。
【００１０】
尿中に排泄されうる糖以外の代表的な旋光性物質としては、蛋白質の一種であるアルブミンや、アミノ酸の一種であるヒスチジン等がある。通常、アルブミンの尿中への排泄量は、グルコースより更に少なく、およそ６mg/dl以下である。一般には、従来の尿糖値の測定結果は、５０〜１００mg/dlごとに区切った−、±、＋などの区画表示記号で報知する場合が一般的であり、こうした糖以外の旋光性物質による旋光は、通常の排泄濃度では、この区画表示にはズレを及ぼさない場合がほとんどである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、腎臓疾患を有する患者の尿アルブミン値は、１００mg/dl以上、すなわち通常値に対して１０倍以上になることもある。また、ヒスチジンも通常は数mg/dl以下であるが、一部の代謝疾患や肉類などの過剰摂取により尿中へ多量に排泄される場合がある。こうしたアルブミンやヒスチジンなどの尿中への異常排泄時には、判定精度が落ちて尿糖値の区画表示にズレを起こす場合がある。
【００１２】
このような糖以外の旋光性物質による旋光の発現を補正する方式としては、比旋光度が伝播させる光の波長ごとに異なることを利用して、複数の波長における旋光角度を測定し、測定した波長ごとに（式２）に相当する連立方程式を立てて、これらを解くことによって各旋光性物質の濃度を算出する多波長式（例えば特開平９−１３８２３１号公報）や、加熱した場合の濁り具合を光の散乱や透過光量の減衰度合いで検出して蛋白質濃度に換算し計測した旋光角度から差し引く加熱式（例えば特開平１０−１４２２２３号公報）などが提案されている。
【００１３】
しかし、これらの方法では複数の波長を照射させるための複数の光源や光学部品、加熱に要するヒータなどの追加部品が必要となる課題がある。
【００１４】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、簡単な構成で尿中への旋光性物質の異常な排泄を判断して、判定結果を無効とすることにより尿糖値の判定精度を向上させた尿検査装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、尿中の糖成分により発現される旋光角度方向を正値とした場合に、前記尿中の旋光性物質の平均濃度で発現する旋光角度の合算値として算出した旋光角度を閾値として予め設定し、前記尿中を伝播した際に生じた旋光角度が前記閾値以下となる場合に、該測定結果を無効とする判定機構を設けたものである。上記判定機構によって、代謝疾患や、疲労時や食事内容による一時的な尿中への異常排泄による尿糖値の判定精度を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項１の発明は、尿中の糖成分により発現される旋光角度方向を正値とした場合に、前記尿中の旋光性物質の平均濃度で発現する旋光角度の合算値として算出した旋光角度を閾値として予め設定し、前記尿中を伝播した際に生じた旋光角度が前記閾値以下となる場合に、該測定結果を無効とする判定機構を設けたものである。上記判定機構によって、代謝疾患や、疲労時や食事内容による一時的な尿中への異常排泄による尿糖値の判定精度を向上させることができる。
【００１８】
また請求項３の発明は、男女、年齢、体格などの個人差により予め決めた閾値を変更することにより、個人差に応じて最適な判定ができるようにしたものである。
【００１９】
また請求項４の発明は、伝播させる光の波長として、糖とそれ以外の旋光性物質の比旋光度の差が比較的大きく、かつ汎用のレーザ光源を適用できる９００ｎｍ以下の波長を選ぶことにより、より判定の精度を向上させ、かつ商業上でもメリットのある構成が実現できるようにしたものである。
【００２０】
請求項５の発明は、旋光角度の測定を、磁気的零位法で構成したものので、組立誤差が生じにくい。
【００２１】
請求項６の発明は、旋光角度の測定を、光学的零位法で構成したもので、より小型化を図ることができる。
【００２２】
請求項７の発明は、報知手段を設け、判定結果を無効とした場合に、前記報知手段により再測定を促すようにしたもので、より判定精度を向上できる。
【００２３】
【実施例】
以下本発明の実施例について図１から図４を参照して説明する。
【００２４】
（実施例１）
実施例１を図１から図３を参照して説明する。図１の１は、尿検査装置全体を制御する制御手段でマイコンやその周辺回路から構成する。また２は、判定結果を報知する、例えば液晶表示板やユーザが検査の開始を指示するスイッチなどを備えた報知手段、３はレーザ光源などの光学部品や発光回路等からなる発光手段、４は試料となる尿を貯える尿溜め部、５はフォトダイオードなどの光学部品や受光回路等からなる受光手段、６は旋光角度検出手段である。
【００２５】
図３は、図１の尿検査装置を、磁気的零位法で構成する場合のブロック図である。図３の３１〜３３は破線３で囲んだ発光手段３の構成要素を示す一例であり、３１はレーザ光源、３３はレーザ光源３１を点灯させる発光回路、３２はレーザ光源３１から光の成分の内、特定方向の偏光成分のみを通過させる偏光フィルタであり、ここでは垂直方向の偏光成分を通過させるように配置する。図３の５１〜５４は破線で囲んだ発光手段５の構成要素を示す一例であり、５１は尿を伝播した光を受光するフォトダイオード、５２は特定の偏光方向の成分のみを通過させる検光フィルタであり、発光手段３内の偏光フィルタ３２と互いに直交した水平方向の偏光成分のみ通過するように配置する。５４は尿溜め部４の尿を伝播した光に磁場を印加するファラデーコイルであり、例えば空心材にエナメル線を巻き、内部に水などの媒質をガラス板などで封入して構成する。５３はフォトダイオード５１の光量に応じた信号出力を電圧値に変換および増幅して制御手段１に入力する受光回路である。
【００２６】
６１はファラデーコイル５４に流す電流量を調整して印加する磁場強度を変える電流回路であり、本実施例では、以下に説明する動作で旋光角度を検出する。
【００２７】
媒質中に光を伝播させ、その伝播方向に磁場を印加すると、光の偏光方向が伝播に従って回転する。この現象を光ファラデー効果と呼んでいる。この光ファラデー効果は、（式３）で表される。
【００２８】
ａ＝Ｖ×Ｈ×Ｌ  （式３）
ここで、
ａ：偏光方向の回転角度［度］
Ｖ：媒質のベルデ定数［度／Ａ］
Ｈ：磁場［Ａ／ｍ］
Ｌ：伝播距離［ｍ］
（式３）の磁場Ｈは、ファラデーコイルのエナメル線の巻き数ｎと、電流回路６１がファラデーコイル５４に流す電流量Ｉの積（ｎ×Ｉ）に比例する。従って、電流量Ｉを変化させて（式３）で示す光ファラデー効果により発現する旋光角度ａを変化させると、この旋光角度ａと（式２）に示す尿中の旋光性物質によって発現する旋光角度Ａとが丁度キャンセルしあった場合に、受光回路５３の受光量が最小となる消光点が現れる。この消光点での電流量Ｉから旋光角度Ａが算出できるものである。
【００２９】
以上の磁気的零位法により測定された旋光角度Ａは、糖以外の旋光性物質が存在する場合には、（式２）に示したとおり、各旋光物質により発現した旋光角度の和となっている。今、旋光性物質として、糖としてのグルコースと蛋白質としてのアルブミンだけが存在する場合を考える。グルコースの比旋光度をαｇ、アルブミンの旋光角度―αａ（αａは正値）とすると、（式２）は（式４）のように簡略化して書き換えることができる。
【００３０】
Ａ＝Ｌ×（αｇ×Ｃｇ−αａ×Ｃａ）  （式４）
従って、（式４）での旋光角度Ａが負値となるのは、グルコース濃度Ｃｇよりもアルブミン濃度Ｃａが多量に尿中に排泄されているケースであると考えられ、つまり、糖以外の旋光性物質が異常に尿中に排泄されており、尿糖値を算出するには不適なケースと判定できるものである。
【００３１】
一例として図２にある母集団で実際に尿検査を行った場合の尿蛋白質と尿糖の検査結果を示しており、縦左端欄は、尿糖濃度の区分を示しており、（−）（±）などの記号は区画表示記号、１００〜２４９などの数字は該区画の濃度範囲でありmg/dl単位、中央値はこの濃度範囲の中央の濃度を代表値として示している。また横上端欄は同じく尿蛋白質濃度の区分を表している。図中の、実線または破線で囲んだ領域Ａ〜領域Ｃに記した数字（％）は、本母集団での全人数に対する人数比率である。領域Ａは、尿糖値が陰性とされる区画の領域であり、領域ＢおよびＣは尿糖値が陽性とされる区画の領域である。この内、区画Ｃは一例として、糖の比旋光度αｇと蛋白質の比旋光度αａを等しいとして、単純に尿糖濃度Ｃｇおよび尿蛋白質濃度Ｃａを各区画の中央値として、（式４）に当てはめて計算すれば、旋光角度Ａは負値となり尿糖が検出されない陰性であるとして判定されるケースが考えられる領域である。しかし、本実施例では、旋光角度Ａは負値となることから、この領域Ｃを蛋白質が異常に排泄されていると判定して測定結果を廃棄することにより、こうしたケースでの尿糖濃度の区画表示のズレを低減できるものである。
【００３２】
最後に、以上の事項に基づいて図３を用いて動作を説明する。尿溜り部４に尿が充填され、ユーザの指示により尿糖検査が開始されると、制御手段１は、発光回路３３によりレーザ光源３１を点灯する。レーザ光源３１からの光は、偏光フィルタ３２を通過して垂直偏光方向の成分のみが伝播する。この光は尿溜り部４内を伝播し、ファラデーコイル５４内を伝播し、検光フィルタ５２を通過して、フォトダイオード５１に入射し、この際の光量を受光回路５３で電圧値に変換して制御手段５１に入力する。この時、検光フィルタ５２は尿内の旋光性物質による旋光により発現した水平偏光成分のみを通過させる。
【００３３】
制御手段１では、電流回路６１によりファラデーコイル５１に流す電流を変化させ、受光回路５３での受光量が最小となる消光点を検出し、この時点の電流量から、尿を伝播する際に発現する旋光角度Ａを算出する。次に、制御手段１は、算出した旋光角度Ａが正値か負値かどうかを判定し、負値の場合には尿中に異常に蛋白質などの糖以外の旋光性物質が異常に排泄されている旨を報知して、この算出結果を破棄し、正値の場合は（式１）に従って糖濃度Ｃｇを算出し、０〜１００mg/dlは（−）、１００〜１５０mg/dlは（±）、１５０〜３００mg/dl（＋）といった区画表示記号に変換して、報知手段２に表示する。
【００３４】
なお、本実施例では、尿中に蛋白質などの異常排泄を判断する閾値を正値か負値に分ける方法で説明したが、平均的な蛋白質やアミノ酸や糖などの尿への平均排泄濃度を（式２）に当てはめて、平均的な尿中成分で発現する平均旋光角度Ａｍを算出し、この値を閾値としてＡｍより大きいか小さいかを判定する方法も有効である。
【００３５】
また、これらの各平均排泄濃度は、男女や年齢などの個人差でも異なる事が知られており、検査に先立って入力キーなどでこうした個人差情報を入力してもらい、最適な閾値を使って判定する方法は更に有効である。
【００３６】
更に、各旋光性物質の比旋光度αは、波長により異なる波長特性を持っていることが知られている。図２の説明では糖の比旋光度αｇと蛋白質の比旋光度αａがほぼ等しいケースを計算例として説明したが、αａがαｇよりも十分大きくなる９００ｎｍ以下の波長のレーザ光源を使用すれば、汎用用途のレーザ光源を適用できる上、旋光角度Ａが負値となるための尿蛋白濃度の下限が下げられ、より判定感度を改善する上で有効である。
【００３７】
なお、この磁気的雰位法は、組立誤差が生じにくい効果を有するものである。
【００３８】
（実施例２）
実施例２の発明を図４を参照して説明する。本実施例は、旋光角度Ａを検出するための構成が実施例１と異なるものであり、その他の動作は実施例１と同様にできうるものである。
【００３９】
図４は、図１の尿検査装置を、光学的零位法で構成する場合のブロック図である。図４の３１〜３３は破線３で囲んだ発光手段３の構成要素を示す一例であり、３１はレーザ光源、３３はレーザ光源３１を点灯させる発光回路、３２はレーザ光源３１から光の成分の内、特定方向の偏光成分のみを通過させる偏光フィルタであり、ここでは垂直方向の偏光成分を通過させるように配置する。図４の５１、５３、５５は破線で囲んだ発光手段５の構成要素を示す一例であり、５１は尿を伝播した光を受光するフォトダイオード、５５は特定の偏光方向の成分のみを通過させる検光フィルタを回転可能なように構成した回転検光フィルタであり、通過させる偏光方向が、発光手段３内の偏光フィルタ２３と互いに直交するような初期位置に配置する。５３はフォトダイオード５１の光量に応じた信号出力を電圧値に変換および増幅して制御手段１に入力する受光回路である。
【００４０】
６２は、回転検光フィルタ５５を回転させ、その際の回転角度を検出して制御手段１に入力するエンコーダ部を備えたモータ回路である。
【００４１】
以下に、図４の動作を説明する。尿溜り部４に尿が充填され、ユーザの指示により尿検査が開始されると、制御手段１は、発光回路３３によりレーザ光源３１を点灯する。レーザ光源３１からの光は、偏光フィルタ３２を通過して垂直偏光方向の成分のみが伝播する。この光は尿溜り部４内を伝播し、回転検光フィルタ５５を通過してフォトダイオード５１に入射し、この際の光量を受光回路５３により電圧値に変換して制御手段１に入力する。制御手段１は、モータ回路６２により回転検光フィルタ５５を回転させ、受光回路５３での受光量が最小となる消光点を検出し、この時点の回転角度をモータ回路６２から入力する。本実施例の光学的零位法の構成では、つまり、この時点の回転角度が、尿を通過する際に発現された旋光角度Ａと一致していることになる。
【００４２】
本実施例では、小型化を図ることができる光学的零位法の構成で旋光角度Ａを検出するものであり、これ以降の動作は、実施例１と同様にできうるものである。
【００４３】
なお、実施例１、２において、判定結果を無効とした場合に、報知手段に再測定を促す旨を報知し、再測地を促す時期を安静時、食後一定時間、空腹時などとしてもよい。これにより、判定精度と使い勝手が向上する。
【００４４】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、請求項１の発明によれば、尿中を伝播した際に生じた旋光角度Ａが、予め設定した閾値以下または負値となる場合に、該測定結果を無効判定機構を設けたものである。この判定機能によって、代謝疾患や、疲労時や食事内容による一時的な尿中への異常排泄による尿糖値の判定結果を向上させることができる。
【００４５】
また、請求項２の発明のように、予め設定した閾値として、尿中の旋光性物質の平均濃度で発現する旋光角度の合算値として算出した旋光角度とすることにより、平均的な成分の尿との差が検出されやすくなり、判定の精度をより向上できる。
【００４６】
また、請求項３の発明のように、男女、年齢、体格などの個人差により予め設定した閾値を変更することにより、個人差に応じて最適な判定ができることとなる。
【００４７】
また、請求項４の発明のように、伝播させる光の波長として、旋光性物質の旋光度が比較的大きく、かつ汎用のレーザ光源を適用できる９００ｎｍ以下の波長を選ぶことにより、より閾値判定の精度を向上させ、かつ商業上でもメリットのある構成が実現できる。
【００４８】
また、請求項５の発明によれば、旋光角度の測定を、磁気的零位法で構成したことにより、組立誤差が生じにくい。
【００４９】
また、請求項６の発明によれば、旋光角度の測定を、光学的零位法で構成したことにより、小型化を図ることができる。
【００５０】
また、請求項７の発明によれば、報知手段を設け、判定結果を無効とした場合に、前記報知手段により再測定を促すようにしたことにより、判定精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の尿糖検査装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施例１における尿成分判定結果の一例を示す図
【図３】本発明の実施例１の尿糖検査装置の磁気的零位法での構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施例２の尿糖検査装置の光学的零位法での構成を示すブロック図
【符号の説明】
１  制御手段
２  報知手段
３  発光手段
４  尿溜り部
５  受光手段
６  旋光角度検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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