(57)【要約】【課題】グルコースを定量するときに信頼性および正確さを実現することである。【解決手段】本発明は、灌流液が、液体柱として、組織内に埋め込まれたミクロ透析器を通って測定セルへ送液される、組織内のグルコースを分析するための装置に属する。本発明は、収率の向上、濃度低下の回避および休止時間の短縮のために、透析期間Ｔ1における灌流液の体積流量Ｖを時間平均で2007209745.tif 000011の値まで低減すること、および各透析期間Ｔ1中にミクロ透析器を通って灌流する灌流液の体積を、その後に続く輸送期間Ｔ2に、その時々に、より大きな体積流量2007209745.tif 000012で測定セルへ送ることを特徴とする。【選択図】図１
2007209745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
灌流液１８が、液体柱として、組織１０内に埋め込まれたミクロ透析ゾンデ１２を経由して、好ましくは体外に置かれた測定セル１４へ送液され、そのとき、透析期間Ｔ1における灌流液１８の体積流量は時間平均で低減され、そして各透析期間Ｔ1中にミクロ透析ゾンデ１２を通って灌流する灌流液１８の体積は、その後に続く輸送期間Ｔ2において、その時々に、より大きな体積流量で測定セル１４へ送られ；
そしてさらに、測定セル１４を貫流する灌流液１８中のグルコース含量は、連続的に検出される測定シグナルから決定されることを特徴とする、組織内のグルコースの濃度を決定し、監視するための測定装置。
【請求項２】
ミクロ透析ゾンデ１２を通過する前に、灌流液１８にグルコースを添加して、グルコースの初濃度をあらかじめ設定した値に調整することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
最初のグルコース濃度が生理的な範囲内にあるように設定することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
ミクロ透析ゾンデ１２を通過する際に灌流液１８中のグルコース含量の変化が１０％未満、好ましくは５％未満に収まるように、輸送期間Ｔ2中の灌流液１８の体積流量
2007209745.tif 000008
を調節することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
ミクロ透析ゾンデ１２を通過する際に灌流液１８中のグルコース含量が、実質的に組織内のグルコース濃度に等しくなるように、透析期間Ｔ1中の灌流液１８の体積流量
2007209745.tif 000009
を調節することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
より大きな体積流量
2007209745.tif 000010
で灌流する灌流液１８の体積が測定セル１４を通過する際に測定シグナルを検出して、ベースライン値を決定することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
各輸送期間Ｔ2ごとに測定セル１４で検出される測定シグナルの極値または積分値から組織内のグルコース濃度を決定することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
組織内のグルコース濃度を決定するために、極値と、正のピークもしくは負のピークとして形成される測定シグナルの時間経過のベースライン値の比を作ること、および前記比にグルコースの初濃度の値および、場合によっては、あらかじめ設定された校正値を乗ずることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項９】
１つの輸送期間Ｔ2から次の輸送期間までの時間Ｔ1＋Ｔ2によってあらかじめ定められた時間間隔の測定シグナルの妥当性を検査するために、測定シグナルの極値を監視することを特徴とする請求項７または８記載の装置。
【請求項１０】
透析期間Ｔ1にある灌流液１８が、相互に時間間隔３８を置いた複数回の送出し３６により、ミクロ透析ゾンデ１２を通過して送液されることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９記載の装置。
【請求項１１】
各送出し３６において、実質的にミクロ透析ゾンデ１２の内容積に一致する体積の灌流液１８が送液されることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求の範囲中の独立のクレーム１の前提部分に記載された、組織内グルコース濃度を決定および監視するための装置に関する。
【０００２】
この種の方法は、とくに人間の医学分野において、とりわけ糖尿病患者の血糖を監視するために適用される。本発明のきっかけは、間隙性組織液中のグルコース含量と血糖レベルとの間に、わずかな時間的遅れを伴って、密接な関係があることを認識したことにある。
【背景技術】
【０００３】
透析の原理に従ってグルコースを集め、続いて流通型測定セル中、酵素アンペロメトリーによってグルコース含量を定量することは既知である。そのためには、灌流液を透析ゾンデの透析膜に連続的に流す。そのときに得られる収率は、事実上灌流速度によって決まり、通常３０％未満である。組織の運動や血流などの攪乱因子は、収率に大きな影響を与え、ひいては、測定シグナルに影響を及ぼし、それだけ測定が不正確になる。たとえ灌流速度を下げても、ミクロ透析ゾンデから測定位置までの流れ時間から発生する休止時間が長くなるため何ら解決策にはならない。逆に、通過速度を速くすると休止時間は短くなるが、灌流液の単位体積当たりの透析収率が減少する。また、連続的にグルコースを抜き取るため、ミクロ透析ゾンデを取り囲む組織にグルコースの濃度勾配が形成される。糖尿病患者を長時間治療するには、必要に応じて、インシュリンが自動的に投与できるよう、信頼性の高いグルコースの測定が欠かせない前提条件である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のことから、本発明が解決すべき課題は、冒頭にあげたような装置でグルコースを定量するときに信頼性および正確さを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決するため、請求項１に記載される特徴の組合せが提案される。従属項からは、本発明のさらに別の利点が明らかになる。
【０００６】
本発明に従う解決法は、灌流液を連続濃縮する従来法に代わって、ミクロ透析ゾンデを通って運ばれる液体柱を断続的に高い収率で組織内グルコース含量に一致させるという考え方から出ている。それに対応して、本発明では、透析期間中、灌流液の体積流量を時間平均で引き下げ、各透析期間中にミクロ透析ゾンデを通して灌流される灌流液の体積を、その後の輸送期間に、より大きな体積流量で測定セルまでさらに送液することを提案する。透析期間中に行われる濃度の埋め合わせによって、組織内の濃度の連続的低下が回避される。その上、収率がより高いため、それだけ強いシグナルが得られる。濃縮された部分体積は、大きな送り出し流量、そしてその結果としての短い休止時間で、測定セルへ輸送することができる。
【０００７】
本発明の好ましい構成に従えば、ミクロ透析ゾンデを通過する前に灌流液にグルコースが添加される。その際、初濃度は、あらかじめ設定した、好ましくは、生理学的な範囲内にあるよう調整される。グルコースを添加した出発溶液を使用すれば、組織内のグルコース濃度に応じて、透析膜で拡散濃縮または希薄化が起こる。それに対応して、測定セルでは、測定シグナルの時間経過の中で正のピーク（Ｐｅａｋ）または負のピーク（Ｄｉｐ）が観察される。それに対して、輸送期間中に、より高い送り出し流量でミクロ透析ゾンデを貫流する灌流液は、実質的に、グルコースに関して初濃度を保持している。そこで、後に続く測定セル内の通過ではグルコースの初濃度を反映したベースラインが検出される。
【０００８】
好ましくは、ミクロ透析ゾンデを貫通して流れるとき、透析時間を短縮することによって起こる灌流液内のグルコース含量の変化が、１０％未満、好ましくは５％未満におさまるよう、輸送期間中の灌流液の体積流量を調節する。他方、測定の正確さを上げるには、ミクロ透析ゾンデを貫通して流れるとき、灌流液のグルコース含量が実質的に組織内のグルコースの濃度に等しくなるよう、透析期間の体積流量を調節しなければならない。
【０００９】
好ましくは、より大きな体積流量で灌流される灌流液の体積が貫通して流れるときに、測定セルで検出される測定シグナルからベースラインシグナルを決定する。このベースラインシグナルは、グルコースの初濃度を反映するため、たとえば測定感度が変動したときでも、常にシグナルの補正を可能にする。
【００１０】
好ましくは、組織内のグルコース濃度を決定するために、輸送期間中、濃縮された液体柱部分が測定セルを貫通して流れるとき、ピークとして検出される測定シグナルの極値または積分値を分析評価する。
【００１１】
好ましくは、各輸送期において、測定シグナルの極値とベースライン値の比から、グルコースの初濃度および、場合によっては、あらかじめ定められた補正値を乗じることによって、組織内グルコース濃度が決定される。こうすることによって、グルコースの測定値を常に校正することが可能となり、測定中にドリフトが生じても補償される。かくして、輸送を休止した時や測定セルに障害があったときに発生するかもしれない疑似信号（ａｒｔｅｆａｃｔ）を排除することができる。
【００１２】
隣接する輸送期間の間の時間間隔によってあらかじめ定められた、測定シグナルの極値間の時間間隔を監視する趣旨に沿えば、測定シグナルの形から妥当性の検査が可能である。
【００１３】
さらに別の利点は、決定されたグルコース含量が正しいかどうか確認するために測定シグナルの時間的経過を分析し、動作が正常であれば、調整したグルコースの初濃度より濃度が高ければ正のピークが、低ければ負のピークが期待されることである。このようにして、測定に対して信頼性の高い定性的な検査が可能である。
【００１４】
グルコースの初濃度を低濃度値に設定して、測定シグナルの形が負の時に、低濃度アラームを解除すれば、測定精度はさらに向上する。基本的には、グルコースの初濃度を、たとえば、バルブの切り替えによって、低濃度値および高濃度値に切り替えることも可能であり、設定が低濃度のフェーズでピークが負のとき、そして設定が高濃度のフェーズでピークが正のとき、警報信号は解除される。
【００１５】
測定シグナルの時間経過の定性的なパターン認識は、隣接する輸送期間の間の時間間隔において検出される極値と、そのたびごとに割り当てられるベースライン値とを比較することによって簡単に行なうことができ、もし極値の方がベースライン値より大きければ正のピーク、極値の方がベースライン値より小さければ負のピークと認識される。
【００１６】
本発明のさらに別の好ましい構成は、透析期間中に、その時々で、相互に時間間隔を置いた複数回の送り出しにより、灌流液がミクロ透析ゾンデを貫通して送られることを想定している。こうすることによって、グルコースが濃縮された液体柱部分が広がり、それに応じて、後に続く輸送期間中の拡散による乱れが軽減される。
【００１７】
透析過程で高収率を実現するためには、送り出しのたびに、ミクロ透析ゾンデの容積と実質的に一致する体積の灌流液を輸送することが好ましい。この点からのさらに別の改善は、ミクロ透析ゾンデ内にある瞬間存在する体積の灌流液中のグルコース含量が、実質的に組織内のグルコース濃度と等しくなるよう、送り出しの間の送液停止期を割り当てることで実現される。
【００１８】
押し出しによる送り出しに代わって、透析期間中の灌流液の体積流量をある一定値に低減することができる。
【００１９】
測定装置に関しては、あらかじめ設定した初濃度の溶解グルコースを含む少なくとも１つのグルコース容器が、灌流液チューブと接続可能であることによって、冒頭に述べた課題は解決される。低濃度値および高濃度値に対して組織内のグルコースを検出するために、溶解したグルコースを異なる濃度で含み、灌流液チューブで接続可能な２つの分離したグルコース容器を、あらかじめ取り付けておくことができる。
【００２０】
希望すれば時間的に間をおいて、または／および、場合によっては異なる濃度で、灌流液にグルコースを加えるためには、少なくとも１つのグルコース容器が調節バルブを介して灌流液チューブと接続可能であれば有利である。
【００２１】
場合によってはグルコースが濃縮された、灌流液の、定義された押出し式の送液は、送液装置を、好ましくは間けつ的に作動する定量ポンプで構成することにより実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下では、略図で表現した実施例に基づいて、発明の内容を詳しく説明する。
【００２３】
図１は、皮下のグルコース濃度を測定するミクロ透析システムである。
【００２４】
図２は、図１に従うシステムを貫通して流れる灌流液の体積流量の時間図である。
【００２５】
本発明に従う、組織内グルコースを皮下で測定するための方法は、図１に示す、ミクロ透析技術に基づいた測定装置を使って実施することができる。測定装置は、基本的には、患者の皮下脂肪組織１０に移植しうるミクロ透析ゾンデ１２、体外に配置された流通型測定セル１４および測定セル１４と共同して働くシグナル処理装置１６から構成される。組織１０から検体を採取するため、灌流液１８は、容器２０から連続的な液体柱と見なされる灌流液チューブ２１を通って、ミクロ透析ゾンデ１２を貫通し、さらに接続チューブ２２を通って測定セル１４に至り、さらに溶液だめ２４へ送られる。この送液には、２チャンネルの回転式ポンプ２６が使用され、接続チューブ２２に接続されている。回転式ポンプ２６の第２チャンネルは入り口側がチューブ２８を介して酵素溶液３０につながり、出口側は混合点３２で接続チューブ２２に達する。
【００２６】
灌流液がミクロ透析ゾンデ１２を貫通するとき、グルコースを透過させる透析膜３４では、灌流液と組織液との間で拡散によるグルコースの交換が行われる。濃度勾配に依存して、透析膜３４に接して流れる灌流液１８に組織内のグルコースが濃縮される。続いて、測定セル１４内の灌流液のグルコース含量は、既知の方法で、電気化学的アンペロメトリー的に動作するセンサーにより電極シグナルとして検出され、シグナル処理装置１６で分析される。基礎になっている、酵素溶液が触媒する検出反応は、それぞれ個別に、ドイツ公開特許４４  ０１  ４００に記載されており、その中で明確に関連付けされている。上述の方法に代わるものとして、ドイツ公開特許４１  ３０  ７４２に記載されているように、酵素センサーを使ってグルコースを検出することもできる。
【００２７】
本発明に従い、灌流液１８は、図２に示したように、あらかじめ設定した時間間隔で、ポンプ２６によって送り出される。そのためには、透析期間Ｔ1にある灌流液が、互いに時間間隔を置いて複数回の送出しによって送液され、その際、各送り出し３６は、実質的にミクロ透析ゾンデ１２の内容積に一致する。送り出し３６の間の送液停止期間３８は、その時々にミクロ透析ゾンデ１２内に存在する灌流液１８の体積のグルコース含量が、実質的に組織内のグルコースの濃度に等しくなるように割り当てられる。基本的には透析期間中は、灌流液１８の体積流量を一定値
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に低減することも可能である。そうすることにより、期間Ｔ1中の灌流液１８の通過量は、送り出し送液時の通過量に一致する。もちろん、そのためにはポンプ２６は、その送出し流量を調節できなければならない。
【００２８】
期間Ｔ1の間、ゾンデ１２内の濃縮された灌流液１８の体積は、後に続く輸送期間Ｔ2の間、ポンプ２６の送出し量で与えられる一定の体積流量
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で、測定セル１４にポンプ輸送される。このフェーズでミクロ透析ゾンデ１２を貫通して流れる灌流液１８は、流速がより大きいために、組織１０からのグルコースをまだほとんど含んでいない。それゆえ、もし液体柱の濃縮された部分が、近くを通過、輸送されるなら、測定セル１４で検出された測定シグナルはピーク値を示すだろう。そして短い灌流期間にゾンデ１２を貫通して流された液体の体積が近くを通過、輸送されるなら、ベースライン値を示すだろう。かくして、ベースライン値と極値は、合わせた期間Ｔ1＋Ｔ2中に、あらかじめ設定した時点で検出される。代表的な送出し量は、期間Ｔ1においては０．３−１μｌ／分、期間Ｔ2においては５−５０μｌ／分の範囲にある。
【００２９】
とりわけシグナルのドリフトおよびシグナルの妥当性の監視について改善された分析の可能性は、容器２０に存在する灌流液１８にグルコースを添加することによって生まれる。そのためには、生理学的な領域にある初濃度、たとえば５ｍＭｏｌ／ｌが設定される。これに代わるものとして、グルコース溶液を灌流液から切り離して、分離したグルコース容器に供給することも可能であり、そのグルコース容器は、調節弁を介して灌流液チューブ２１に接続すれば都合がよく、もし望むならそのようにすることができる。
【００３０】
測定センサーの応答が直線的であれば、間隔を置いて決定された極値およびそれに対応するベースライン値の比にグルコース初濃度と場合によってはあらかじめ定めた補正係数を乗ずることにより、組織内グルコースが求められる。補正係数は、血液および組織中のグルコース含有量をインビボ（ｉｎ  ｖｉｖｏ）で１回比較測定することにより求められる。その場合、偏差を考慮することが好ましく、その偏差は、埋め込む前に、ゾンデ１２をグルコースを含まない測定液に浸漬し、１回インビトロ（ｉｎ  ｖｉｔｒｏ）で測定することにより求められる。かくして、最初の校正を実施した後は、灌流液１８にグルコース溶液を添加することで測定シグナルの自動校正が可能になる。
【００３１】
シグナルが妥当かどうかは、簡単なパターン認識によって監視することができる。設定した濃度より組織１０のグルコース含量が高ければ正のピークが現れ、逆に低ければ負のピークが現れる。このようにして、たとえばゼロ点が移動してシグナルの形がずれれば不適格と認識することができる。このように、簡単な定性的な比較測定によって、患者のグルコース含量が、あらかじめ設定した範囲に入っているかどうか監視することもできる。たとえば、灌流液３０中のグルコースの初濃度を、フェーズに従って、低濃度値と高濃度値とに交互に設定することができ、低濃度に設定されたフェーズで測定シグナルが負の場合、および高濃度に設定されたフェーズで測定シグナルが正の場合、警報信号は解除される。
【００３２】
シグナルの形の識別は、その都度２つの測定値、すなわち、透析期間Ｔ1では高いグルコース収率に対応する極値に、そして、輸送期間Ｔ2では低いグルコース収率（体積流量
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が大きいことによる）に対応するベースライン値に限定される。場合によっては、Ｔ1＋Ｔ2の間隔であらかじめ設定した時間に両測定値を検出することができ、ベースライン値より極値が大きければシグナルの形は正のピーク、逆に小さければ負のピークと見なされる。
【００３３】
上で述べたことを要約すると次のようになる：本発明は、組織内のグルコースを決定するための方法および装置に関係し、灌流液は液体柱として、組織内に埋め込んだミクロ透析ゾンデを通って測定セルへ送液される。収率の向上、濃度低下の回避および休止時間の短縮のため、透析期間Ｔ1における灌流液の体積流量Ｖを時間平均で
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の値まで低減すること、および各透析期間Ｔ1中にミクロ透析ゾンデを通って灌流する灌流液の体積を、その後に続く輸送期間Ｔ2に、その時々に、より大きな体積流量
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【００３４】
で測定セルへ送ることが提案されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】皮下のグルコース濃度を測定するミクロ透析システムである。
【図２】図１に従うシステムを貫通して流れる灌流液の体積流量の時間図である。
【図１】
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【図２】
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