(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外線の受発光部を備えたセンシング部を皮膚表面に当接させて皮膚組織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、近赤外線の受発光間隔が中心間距離で２ｍｍ以下に設定されたセンシング部を備えるとともに、該センシング部を１００〜７５０ｇｆ／ｃｍ2の接触圧力で皮膚に接触させる保持手段と、センシング部と皮膚表面との接触圧力を測定する測定手段と、適正接触圧力時にその旨を知らせる報知手段とを備えていることを特徴とする非侵襲血糖計。
【請求項２】
近赤外線の受発光部を備えたセンシング部を皮膚表面に当接させて皮膚組織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、近赤外線の受発光間隔が中心間距離で２ｍｍ以下に設定されたセンシング部を備えるとともに、皮膚表面の向きを検出して利用者に知らせる向き検出手段を備えていることを特徴とする非侵襲血糖計。
【請求項３】
向き検出手段は水準器であることを特徴とする請求項２記載の非侵襲血糖計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は皮膚組織中のグルコース濃度を非侵襲で測定する非侵襲血糖計に関すものである。
【０００２】
【従来の技術】
皮膚組織中のグルコース濃度を近赤外線を用いた分光分析によって測定する非侵襲血糖計では、近赤外線の受発光部を先端面に備えたプローブを皮膚表面に接触させることで測定を行うが、従来のものでは、単に皮膚表面に聴診器のように押し当てるか、あるいはプローブの上に例えば腕をのせて測定するだけのものとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、測定毎に測定位置（測定ポイント）ズレが生じ、測定スペクトルのベースライン変動や吸光度の変動の原因となり、再現性の点で問題が多い。
【０００４】
また、その測定部位に関しても皮膚表面近傍の性状が均質でメラニン色素の沈着や体毛が比較的少ない箇所を選択し、上述したような測定位置（測定ポイント）ズレを抑えるために被験者個人毎の定点測定を行うことが再現性の良いスペクトル測定に有利に働くであろうことは容易に想像できる。
【０００５】
さらに血液の脈動に起因する外乱については、可視から近赤外波長を利用する光電脈波の検出を例にとると、測定部位やその部位の加圧状態によって得られる脈波信号の大きさが異なることが知られており、近赤外線を利用する本発明においても部位や圧力についての適切な設定条件が存在することが予想できる。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは皮膚組織のグルコース成分の定量分析に際して、上記のような外乱要因を出来る限り最小限に抑えることで精度良くスペクトル測定を行うことができる非侵襲血糖計を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る非侵襲血糖計は、近赤外線の受発光部を備えたセンシング部を皮膚表面に当接させて皮膚組織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、近赤外線の受発光間隔が中心間距離で２ｍｍ以下に設定されたセンシング部を備えるとともに、該センシング部を１００〜７５０ｇｆ／ｃｍ2の接触圧力で皮膚に接触させる保持手段と、センシング部と皮膚表面との接触圧力を測定する測定手段と、適正接触圧力時にその旨を知らせる報知手段とを備えている。
【０００８】
さらに本発明は、近赤外線の受発光部を備えたセンシング部を皮膚表面に当接させて皮膚組織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、近赤外線の受発光間隔が中心間距離で２ｍｍ以下に設定されたセンシング部を備えるとともに、皮膚表面の向きを検出して利用者に知らせる向き検出手段、たとえば水準器を備えたものに特徴を有している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態の一例に基づいて説明すると、ここで示した非侵襲血糖計は、人間の皮膚組織内、特に真皮組織中のグルコース濃度を分光分析により定量するもので、図２に示すように、ハロゲンランプからなる光源１と、光源１からの光を集束する集光レンズ２と、集光レンズ２を通過した光を生体等の被検体Ｔに照射するとともに被検体Ｔ内を透過あるいは拡散反射した光を受光するための光ファイババンドル３と、受光後の光を分光する回折格子を収めた回折格子ユニット４、前記回折格子ユニット４で分光された光を検出するためのＩｎＧａＡｓアレイ型の受光素子ユニット５、受光素子ユニット５で得られた信号をもとにグルコース濃度を演算する演算ユニット６とから構成される。
【００１０】
上記の光ファイババンドル３は、被検体に光を照射するための投光用光ファイバと被検体内を透過あるいは拡散反射した光を受光するための受光用光ファイバとをそれぞれ複数本束ねたもので、被検体Ｔに接触させるプローブ７の先端面には、投光用光ファイバの光の出射端８および受光用光ファイバの光の入射端９とが露出している。
【００１１】
ここにおいて、プローブ７の先端面における出射端８および入射端９の配置は、図３に示すように、複数の出射端８を同一円周上に配置するとともにその中心に入射端９を位置させた光出入部を複数設けたものとして構成してあり、ある光出入部における出射端８と入射端９との中心間隔Ｌは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下、望ましくは７００μｍ±４００μｍの範囲内において一定間隔に設定している。なお、ここでは投光用光ファイバおよび受光用光ファイバとしてクラッド径が２００μｍ、コア径が１８０μｍのものを用いている。
【００１２】
今、生体の皮膚組織等の被検体Ｔにプローブ７の先端面７を当接させると、光ファイババンドル３内の投光用光ファイバを通り出射端８から出射した光は被検体Ｔ内を伝搬した後、被検体Ｔから出射された一部の散乱光が入射端９を通じて受光用光ファイバに入り、回折格子ユニット４で分光された後、受光素子ユニット５によって受光信号として検出され、受光信号は増幅及びＡＤ変換の後、マイクロコンピュータからなる演算ユニット６に送られて、重回帰分析あるいは主成分回帰分析によってグルコース濃度の算出がなされる。ここで、各光出入部内における出射端８と入射端９との中心間隔Ｌを適切に設定することにより、皮膚組織においてグルコースを相対的に多く含む真皮組織を伝搬してきた光を受光することができる。
【００１３】
また、光出入部を複数設けている上に、各光出入部には出射端８を入射端９よりも多く配しているために、分光分析に必要な受光量を容易に確保することができるものであり、しかも被検体Ｔ内を伝搬する光の経路の数が多いために、光の照射位置の変化などの測定値を変動させる要因の影響を低減させることができる。
【００１４】
なお、本例では出射端８が入射端９を中心とした円周上に複数個配しているが、同じ光出入部内における出射端８と入射端９との中心間隔Ｌが上記間隔に設定されているならば、上記配置や個数（光ファイバの本数）に限るものでは無い。また、分光手段としてはビームスプリッタや干渉フィルタを用いても良く、被検体に照射する前の光を分光する装置構成であっても良い。光源１としてはグルコース濃度を算出するのに必要な特定波長域を出力するＬＥＤ等の発光素子を用いることもできる。
【００１５】
ここにおいて、上記プローブ７は、光ファイババンドル３の端部にあって上記出射端８及び入射端９を備えているセンシング部７ａと、このセンシング部７ａがビス１１によって固定された円筒状のホルダー部７ｂと、ホルダー部７ｂをその軸方向にスライド自在に収納しているケース１０ａとからなるものとして形成されており、ケース１０ａに対してホルダー部７ｂはセンシング部７ａがケース１０ａの先端面から所定量だけ突出するようにばね１２によって付勢されている。図中１０ｂはケース１０ａにおけるばね受け部である。
【００１６】
測定にあたっては、プローブ７の先端面を皮膚表面、特に前腕内側の皮膚表面に当接させて行うのであるが、ケース１０ａ先端面よりセンシング部７ａが突出しているために、ケース１０ａ先端面が皮膚に接触するように押し当てれば、センシング部７ａはばね１２が圧縮されることで生じるばね圧で皮膚に接触することになる。
【００１７】
センシング部７ａと皮膚との接触圧力は、皮膚に押し当てた時にケース１０ｂの後端面から突出するホルダー部７ｂにペイント等で印をつけておき、この印を目視で確認することができるが、より厳密には、ばね１２の縮み量を検知する手段やばね受け部１０ａにかかる圧力を検知し、この圧力が所定の圧力となれば音声やＬＥＤ等を利用した報知手段により報知するようにするのが好ましい。
【００１８】
そして、皮膚表面とセンシング部７ａとの接触圧力は、１００〜７５０ｇｆ／ｃｍ2とするのが好ましく、繰り返し測定時にはこの設定圧力を再現させて測定を行う。表１は図３に示した受発光中心間距離が６５０μｍの光ファイバ構成のものを用いて、皮膚組織中のグルコース濃度より血糖値を測定した際の測定精度を示す。このものにおける測定精度は、７５g相当のグルコースを負荷した被験者に対して、指刺式の簡易血糖計で測定した血糖値に対し、前腕内側部の上記プローブ７の利用による近赤外スペクトルの測定を行って得られたデータを多変量解析することによって得ている。多変量解析はＰＬＳ回帰分析によるクロスバリデーション手法を用い、表１に示した相関係数および予測標準誤差（ＳＥＰ）は検量線当てはめ時の値である。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１からわかるように接触圧力が７５ｇｆ／ｃｍ2以下では測定精度が低下する。また、接触圧力が増加するとともに測定精度が向上するが、７５０ｇｆ／ｃｍ2を超えた接触圧力では痛みが大きく、非侵襲的な測定とはいいがたい。したがって、適切な接触圧力は１００〜７５０ｇｆ／ｃｍ2であり、特に３００〜５００ｇｆ／ｃｍ2が適している。同様な実験は中心間距離２ｍｍ以下の他の条件においても実施し、同様の結果を得た。
【００２１】
測定部位については、皮膚表面近傍の性状が比較的均質で体毛が少ない箇所を選択することが再現性の良いスペクトル測定に適しており、さらに実際の測定における利便性や経済性から同一プローブ７を使用することができるように性差や年齢差による皮膚組織の解剖学的なバラツキが比較的小さい領域、たとえば前腕内側部分を選択することが望ましい。
【００２２】
図４に他例を示す。ここではベルト１３ａによって腕に装着固定することができる空気袋１３に円筒状のホルダー部７ｂを固定するとともに、ホルダー部７ｂの先端面からセンシング部７ａが２ｍｍほど突出するようにホルダー部７ｂにセンシング部７ａをビス１１で固定している。空気袋にホース１４を通じて加圧手段１５より空気を供給すれば、空気袋１３の膨張による締め付けでセンシング部７ａは皮膚表面に押し付けられるものであり、この時のセンシング部７ａの皮膚表面への接触圧力は、空気圧の調整で制御することができる。
【００２３】
プローブ７（センシング部７ａ）を皮膚表面の一定位置に接触させることで、測定の再現性の向上を図るには、プローブ７と接触する皮膚表面にプローブ７のの外周にそって赤インクでマーキングを施すとよい。該マーキングに合わせてプローブ７を接触させることで、測定位置を一定化して近赤外線信号の再現性を確保することができる。プローブ７の外周に一致するように中央をくりぬいた円形の薄いシートを皮膚表面に貼り付けるようにしてもよい。
【００２４】
図５はプローブ７（センシング部７ａ）を皮膚表面に接触させるにあたり、皮膚側に両面接着テープ１５でガイド１４を貼り付けておき、ガイド１４にプローブ７を差し込むことによって、測定位置の一定化に加えて、皮膚に対するプローブ７の当接角度の一定化も図るようにしたものを示している。なお、ガイド１４はベルトのような装着手段で人体に装着するものであってもよいのはもちろんである。なお、プローブ７が円筒状である場合、回り止め、たとえば図６に示すように、プローブ７の外面に設けた突起１６とガイド１４内周面に設けた溝１７とからなるような回り止めを設けておくことが好ましい。
【００２５】
図７に他例を示す。これは上記ガイド１４に皮膚表面の向きを利用者に知らせることができる向き検知手段、図示例では水準器１８を設けたものを示している。皮膚組織中のグルコース濃度の測定は水準器１８により皮膚表面の向きを一定化した状態でセンシング部７ａをガイド１４に差し込んで行う。皮膚表面の向きを一定化することにより、皮膚組織中グルコース濃度を測定する際の人体の筋肉の使い方や位置等の人体内部条件の一定化ができるものである。
【００２６】
図８は図１に示したものと同様のプローブ７と上記のガイド１４とを組み合わせたものを示しており、ここではプローブ７におけるケース１０ａ先端面からのセンシング部７ａの突出量をガイド１４の厚みより少し大きくしている。センシング部７ａと皮膚表面との接触位置と接触圧力及び接触角度を一定化させることができるのでより安定した近赤外信号の測定が可能となる。
【００２７】
プローブ７の皮膚との接触角度の一定化という点では、図９に示すように、センシング部７ａが固定されたホルダー部７ｂの外径をセンシング部７ａの外径より大きくしてもよい。たとえば、外径９ｍｍのセンシング部７ａに対して、ホルダー部７ｂの外径を３cｍほどとする。プローブ７を皮膚表面に押し当てる時、ホルダー部７ｂの先端面全体が皮膚に接触するようにすることで、センシング部７ａの接触角度を一定に保つことができる。なお、ホルダー部７ｂの外径はセンシング部７ｂの外径の２倍以上の値となるようにしておくのが望ましい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、近赤外線の受発光間隔が中心間距離で２ｍｍ以下に設定されたセンシング部を用いるとともに該センシング部を１００〜７５０ｇｆ／ｃｍ2の接触圧力で皮膚に接触させて測定を行うために、また、近赤外線の受発光間隔が中心間距離で２ｍｍ以下に設定されたセンシング部と、該センシング部を１００〜７５０ｇｆ／ｃｍ2の接触圧力で皮膚に接触させる保持手段とを備えているために、精度の良い測定を常時行うことができる。しかもセンシング部と皮膚表面との接触圧力を測定する測定手段と、適正接触圧力時にその旨を知らせる報知手段とを備えたものとすることで、所用の接触圧力を確実に得ることができる。
【００２９】
また、皮膚表面の向きを検出して利用者に知らせる向き検出手段、たとえば水準器を備えたものでは、人体内部条件の一定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例におけるプローブの断面図である。
【図２】同上の全体構成を示す説明図である。
【図３】同上のプローブの受発光部の配置を示す正面図である。
【図４】プローブの他例を示す断面図である。
【図５】プローブのさらに他例を示す断面図である。
【図６】プローブの別の例を示すもので、（a）は断面図、（b）はガイドの平面図である。
【図７】プローブのさらに別の例を示すもので、（a）は断面図、（b）はガイドの平面図である。
【図８】プローブの他の例を示す断面図である。
【図９】プローブの別の例を示す断面図である。
【符号の説明】
７ プローブ
７ａ センシング部
【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】
0003994588.tif 000007
【図６】
0003994588.tif 000008
【図７】
0003994588.tif 000009
【図８】
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【図９】
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