JP4864745B2 - モニター装置及び人工膵臓装置 - Google Patents

Description

この発明は、モニター装置及び人工膵臓装置に関し、更に詳しくは、採取された体液を希釈液で希釈液における希釈率を正確にモニターすることのできるモニター装置及びこのモニター装置を備えることにより体液特に血液中の血糖値を正確に測定することのできる人工膵臓装置に関する。

従来、医療現場等で使用される生体成分測定装置、例えば血液中の血糖値を測定するグルコース測定装置は連続して長時間使用する場合がある。このような場合の生体成分測定装置は、劣化による変動が相対的に大きくなるなどの問題があった。例えば、人工膵臓のように連続的あるいは間欠的に体液である血液中のグルコース等の体液成分を測定し、それによりインスリンなどの薬液を体内に注入し、患者の状態をコントロールするクローズドループ制御を行う装置は、長時間の使用でも正確に安全に運転できることが重要である。具体的には、人工膵臓の場合は４時間から一週間程度までの長時間にわたって正確な測定値が得られることが重要であるとされている。

一般に、血液中のグルコース等の体液成分を測定する場合、生理食塩水や抗凝固剤等を混合した液で体液を希釈して測定することが行われている。長時間使用される人工膵臓の場合、採血不良や部材の劣化などが原因でこの希釈率が変わってしまうことがある。この希釈率の変動は、そのまま生体成分の測定誤差となって表れる。このとき、採血不良などが生じていることに気が付かなければ、測定誤差のある血糖濃度の測定値を正確な測定値であるとして判断して薬液を体内に注入してしまう可能性がある。

そこで、患者に負担を与えず連続して希釈率の変化を検知することで、速やかに採血不良などに対処することができる生体成分測定装置が望まれている。

ところで、生体成分測定装置ではないが、自動血圧測定装置が特許文献１にて提案されている。

特許文献１にて提案されている自動血圧測定装置は、「カフを用いて生体の一部への迫圧力を変化させることにより該生体の血圧値を測定する血圧測定手段を具えた自動血圧測定装置であって、前記生体のヘマトクリット値を連続的に検出するヘマトクリット検出装置、該へマトクリット検出装置により連続的に検出されたヘマトクリット値が予め設定された判断基準値を超えたことに基づいて、前記血圧測定手段の血圧測定動作を自動的に開始させる血圧測定起動手段とを、含むことを特徴とする」（特許文献１の請求項１参照）。

特許文献１における自動血圧測定装置に含まれるヘマトクリット検出装置の一例は光学式非観血ヘマトクリット検出装置７２である。この光学式非観血ヘマトクリット検出装置７２は、「上記ドリップチャンバ６２の透明容器を挟むように装着されて、所定波長の光を血液へ投射する発光素子および血液中の透過光および散乱光を受光する受光素子を内蔵したセンサクリップ７４を備え、その受光素子により受光された光に基づいてヘマトクリット値Ｈｔを逐次算出し、前記電子制御装置２８の入力ポート３８へ連続的に出力する。血液中のヘマトクリット値Ｈｔは血液中の血球容積（％）を示すものであるから、その増加は、その血液中の血球容積を除いた容積（１００−Ｈｔ）％である血漿量の減少を意味する。」（特許文献１の段落番号００１４参照）
このヘマトクリット値に関して特許文献１には以下の記載がある。「・・・透析患者の血液のヘマトクリット値Ｈｔがヘマトクリット検出装置７２からの信号に基づいて読み込まれる。次いで、前記血圧測定起動手段８４に対応するＳＡ４では、実際のヘマトクリット値Ｈｔが予め設定された判断基準値Ａ％を上回る状態、すなわち透析患者の血漿量が所定の判断基準値（１００−Ａ）％を下回る状態であるか否かが判断される。」（特許文献１の段落番号００２２参照）
「上記ＳＡ４の判断が否定された場合は本ルーチンが終了させられるが、肯定された場合には、上記手動起動操作時と同様にＳＡ５以下が実行されることにより、透析患者の血液測定作動が、ヘマトクリット値Ｈｔの上昇に関連して自動的に開始される。」（特許文献１の段落番号００２３参照）
「上述のように本実施例によれば、ヘマトクリット検出装置７２により連続的に検出されたヘマトクリット値Ｈｔが予め設定された判断基準値Ａを超えると、血圧測定起動手段８４（ＳＡ４）により血圧測定手段８０（ＳＡ９）の血圧測定動作が自動的に開始させられることから、透析患者の循環血漿量の低下に関連して速やかに透析患者の血圧値を測定することができるので、その透析患者の血圧低下に対する処置を速やかに行うことができるようになる」（特許文献１の段落番号００２４参照）との技術的効果を、特許文献１記載の自動血圧測定装置は奏することができる。

この特許文献１において特に注目されることは、ヘマトクリット検出装置が、ドリップチャンバを挟み込むようにして配置された発光素子及び受光素子の組み合わせであり、この受光素子から出力される検出データに基づいて血球容積が測定されていることである。また、特許文献１では光学的方法により血液中に占める血球容積（％）を示すヘマトクリット値を測定することにより透析中の血圧低下を予測していると理解される。

しかしながら、特許文献１における自動血圧測定装置において、発光素子及び受光素子の組合せにより血液中の血球容積を測定する場合、その前提として血液体外循環回路６８中に、人体から採取された血液が流通していなければならない。もしも透析患者５８に設置した留置針の先端部が何らかの原因により閉塞する場合、たとえば留置針の先端開口部が血管壁に接触することにより、又は、留置針の先端開口部又は留置針における流通路内に血液の凝固物が付着するなどして留置針の流通路における血流不良が生じる場合には、透析患者５８から所定の流量で血液を採取しているように見えながら実は適切に血液を採集していない状態になり、そのような状態におけるヘマトクリット値が透析患者の正確な値を示さないことになるので、生体の血圧値を正確に測定することができなくなる。また、発光素子及び受光素子による測定には、温度変動、外光特に直射日光等の外乱により影響を受け易いという問題がある。

特開平１１−３１７号公報

この発明は、体液採取装置により体液を採取する際に生じるであろう体液採取不良を検知し、採取した体液を希釈液で希釈する際の希釈率の変化を検知することのできるモニター装置及びこのモニター装置を組み込むことにより患者、たとえば、手術又は傷病により侵襲を受けた外科的高血糖状態にある患者、糖尿病患者、インスリンノーマ等の傷病により低血糖状態に陥った患者にインスリン、グルコース又はグルカゴン等の血糖値変動を生じさせるホルモン、薬液乃至薬剤を適正に投与することのできる生体測定装置たとえば人工膵臓装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段として、
請求項１は、体液を採取する体液採取装置に希釈液を導入する希釈液流通路に設けられた第１光学センサと、前記体液採取装置によって採取された体液と前記希釈液とを混合してなる希釈体液を生体測定センサに導入する希釈体液流通路に設けられるとともに前記第１光学センサと近接配置された第２光学センサと、前記第１光学センサと前記第２光学センサとから出力されるそれぞれの検出データに基づいて希釈液で体液を希釈する際の希釈倍率の変動が閾値範囲内にあることを判断する演算手段と、を備えることを特徴とするモニター装置であり、
請求項２は、請求項１記載のモニター装置を含む生体測定装置であり、
請求項３は、前記請求項１に記載のモニター装置における希釈液流通路の第１光学センサより下流側に第１流路切換え手段を介して設けられた希釈液供給路と、この希釈液供給路により供給された希釈液で標準液を希釈して希釈標準液を調製する標準液希釈部と、前記モニター装置における希釈体液流通路の第２光学センサより上流側に第２流路切換え手段を介して設けられ、前記標準液希釈部で調製された希釈標準液を前記希釈体液流通路に導出する希釈標準液導出路とを備えてなる希釈標準液供給部を備えてなる前記請求項２に記載の生体測定装置であり、
請求項４は、前記生体測定装置が人工膵臓装置である前記請求項２又は３に記載の生体測定装置である。

第２光学センサに希釈体液流通路が設置されていない場合にこのモニター装置を動作させたときにその第２光学センサから出力される検出データ、及び第２光学センサに希釈体液流通路が設置されているがその希釈体液流通路に希釈体液が流通していない場合にこのモニター装置を動作させたときにその第２光学センサから出力される検出データである電圧出力Ａは、ほぼ同じ程度であるが、第２光学センサに希釈体液流通路が設置された場合にその希釈体液流通路に希釈率として濃度０である液たとえば水、及び生理食塩水等が流通するときのその第２光学センサから出力される電圧出力Ｂは前記電圧出力Ａよりも大きいので、電圧出力Ｂは電圧出力Ａと識別可能である。

また、希釈体液流通路に希釈率が０である液たとえば体液そのものが流通すると第２光学センサから出力される検出データである電圧出力Ｃは前記電圧出力Ｂよりも小さくなる。

一定の希釈率で体液を希釈した希釈体液が希釈体液流通路に流通すると、第２光学センサから出力される検出データは、前記電圧出力Ｂと前記電圧出力Ｃとの間の電圧出力となる。

したがって、第２光学センサから出力される検出データだけでは希釈体液流通路に希釈体液が流通しているかどうかを確定することができない。

この発明に係るモニター装置にあっては、第２光学センサから出力される検出データはノイズを含んでいるので、ノイズを有する出力電圧であるか否かによって希釈体液についての検出データであるか否かを判定することができる。

一方、第２光学センサから出力される検出データは、温度変化があること、外光特に直射日光の照射を受けること、濃度が小さいときには光が配管内の流体を通じて導波してくること等の外乱により一定値とはならずに経時的変動を生じるので、この第２光学センサから出力される検出データだけでは、希釈率を正確にモニターすることができない。この発明に係るモニター装置にあっては、希釈体液流通路を流通する希釈体液につき第２光学センサで光学的測定を行うと同時に、希釈体液流通路を流通する希釈液につき第１光学センサで光学的測定を行う。そして、第１光学センサ及び第２光学センサが同時に外乱の影響を受けているので、第２光学センサからの出力データから第１光学センサからの出力データを減算することにより第１光学センサから出力される検出データから外乱をキャンセルして第２光学センサからの出力により希釈率を演算手段により算出する。そして、この発明に係るモニター装置においては、演算手段から出力される希釈率が所定の範囲内にあるか否かをモニターする。

したがって、この発明によると、採取した体液を希釈液で所定倍率に希釈されているか否か、つまり希釈率異常を判定することのできるモニター装置を提供することができる。

この発明に係るモニター装置を組み込んでなる生体測定装置においては、採取した体液を希釈液で所定倍率に希釈するようにこの生体測定装置を設計した場合に、この生体測定装置を運転中、体液の希釈率を経時的にモニターすることができ、しかも、所定倍率に希釈したはずであるのにモニターされている希釈率が所定の閾値から外れるときには、体液採取装置における体液採取異常を初めとする希釈率異常を迅速に判定することができ、採取した体液の成分分析及び／又は体液の特性分析に基づく医療行為を適切に行うことができる。

したがって、この発明によると、採取した体液を所定倍率で希釈されていることを運転期間中に経時的に観測することができ、体液採取異常等が発生したときに迅速にその対応処理を執ることのできる体液測定装置を、提供することができる。

この発明に係る体液測定装置に希釈標準液供給部を備えていると、前記モニター装置により、体液の測定を正確に行うことができる。

この発明に係る体液測定装置が人工膵臓装置であると、血液採取異常を迅速に検出することができ、前記希釈標準液供給部を更に備えていると正確な血糖値測定を行うことができる。

以下に、この発明につき、その一実施例を図示しつつ、説明する。

図１に示されるように、この発明の一実施例であるモニター装置１は、第１光学センサ２と、第２光学センサ３と、演算手段４とを有する。

前記第１光学センサ２は、希釈液貯留槽５に貯留されている希釈液を体液採取装置６に送出する希釈液流通路７に装着される。この第１光学センサ２は、前記希釈液流通路７を挟んで配置された発光素子及び受光素子の組合せを有し、発光素子から発せられた光が希釈液流通路７内を透過した後に前記受光素子で受光され、受光素子から検出データとしての電圧が演算手段４に出力されるようになっている。なお、この第１光学センサ２はフォトカプラ型であってもフォトインタラプタ型であってもよく、前記フォトインタラプタ型の光学センサは光透過型であっても、光反射型であってもよい。図１に示される態様のモニター装置１にあっては、この第１光学センサ２として、近赤外線を出射する近赤外線発光素子及び近赤外線受光素子の組合せが好ましい。近赤外線発光素子及び近赤外線受光素子の組み合わせを採用すると、多くの生体情報たとえばヘモグロビン量、グルコース量、ウレア、クレアチニン等を検出することができ、また、可視光の影響を受けがたいこと、樹脂中を透過しやすいこと等により医療用のディスポーザブル製品を介した内部流体の成分検出に適しているからである。なお、この第１光学センサ２が配設される希釈液流通路７の部位は、光透過可能に形成されている。

前記希釈液貯留槽５には、希釈液が貯留される。この希釈液としては、生体に悪影響がなく、第１光学センサ２及び第２光学センサ３による光学測定を妨害せず、体液を変質させたり凝固させたりしない液体であればよく、たとえば生理食塩水、リンゲル液、蒸留水、リン酸緩衝液等が好適に使用することができる。さらに、体液採取装置たとえばカテーテル６の先端などで血液等の体液が凝固しないようにする必要があるときには、抗凝固剤が前記リンゲル液、生理食塩水、蒸留水に混合されて成る希釈液も好適である。前記抗凝固剤としては、ヘパリン、メシル酸ナファモスタット、ウロキナーゼなどがある。

前記希釈液流通路７には希釈液送出手段１０が介装されていて、この希釈液送出手段１０の駆動により希釈液貯留槽５内の希釈液が体液採取装置６に送出される。

希釈液送出手段１０は、逆流防止機能のあるタイプのポンプが好ましく、例えば、チューブポンプ、蠕動ポンプなどの逆流防止機能のあるポンプを好適例として挙げることができる。

前記体液採取装置６としては、体液たとえば血液を採取することができるとともに、採取した血液と前記希釈液流通路７から送出されてきた希釈液とを混合することができるように形成され、たとえばカテーテル特にダブルルーメンカテーテルを挙げることができる。

第２光学センサ３は、前記体液採取装置６によって採取された体液と前記希釈液とを混合してなる希釈体液を生体測定センサ８に導入する希釈体液流通路９の途中であって、前記第１光学センサ２に近接して配置される。

希釈体液流通路９には希釈体液送出手段１１が介装される。この希釈体液送出手段１１は、前記希釈液送出手段１０と同じ構成を採用することができる。

第２光学センサ３は、前記第１光学センサ２と同じ構造を採用することができ、希釈体液流通路９中を流通する希釈体液に光照射する発光素子とこの発光素子とで前記希釈体液流通路９を挟んで配置されるとともに希釈体液を通過する光を受光し、検出データを出力する受光素子とを備える。前記受光素子から出力される検出データは電圧として演算手段４に出力される。

第２光学センサ３と第１光学センサ２とが近接配置されていると第１光学センサ２及び第２光学センサ３とが受ける外乱を同じであるとすることができる。また、第１光学センサ２と第２光学センサ３とが近接して配列される態様として、たとえば一個の基板上に配列された希釈液流通路７と希釈体液流通路９とに第１光学センサ２と第２光学センサ３とを取り付ける態様を挙げることができる。なお、前記基板は、希釈液流通路に取り付けた第１光学センサ及び希釈体液流通路に取り付けた第２光学センサの両者を、同じ又は実質的同じ状態で搭載することのできる部材であればよく、基板と称されることに限定されず、搭載板、載置板、装着部材等の適宜の名称で呼称されることがある。

前記生体測定センサ８は、体液中の成分及び／又は体液の特性を測定することのできるセンサを挙げることができる。前記体液としては、例えば血液、尿、リンパ液、髄液、あるいはこれらの混合物等を挙げることができ、生体成分の定性ないし定量分析を必要とする生体中の成分としては、例えばグルコース、尿素、尿酸、乳糖、ショ糖、ラクテート（乳酸）、エタノール、グルタミン酸、アンモニア、クレアチニン、酸素等が挙げられ、体液の特性としては、体液のｐＨ値、酸素濃度等を挙げることができる。

前記生体測定センサ８は、体液中の測定しようとする成分の種類に応じて各種のセンサを採用することができる。センサとしては、例えば、酵素を用いた酵素センサ、微生物を用いた微生物センサ、酵素と微生物とを用いたハイブリッド型センサ等のバイオセンサが挙げられる。そして、このようなバイオセンサにおいて利用される酵素又は微生物は被測定成分、つまり生体の成分に応じて適宜に選択される。例えば、被測定成分がグルコースであるときにはβ−Ｄ−グルコースオキシダーゼまたはＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｆｌｕｏｒｅｃｅｎｓ、被測定成分が尿素であるときにはウレアーゼ、被測定成分が尿酸であるときにはウリカーゼ、被測定成分がラクテートであるときにはラクテートオキシダーゼ、被対象成分が乳糖であるときにはラクターゼまたはβ−ガラクトシダーゼ、被測定成分がエタノールであるときにはアルコールオキシダーゼまたはＴｒｉｃｈｏｓｐｏｒｏｎ ｂｒａｓｓｉｃａｅｓ、被測定成分がグルタミン酸であるときにはグルタメートデヒドロゲナーゼまたはＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ、被測定成分がアンモニアであるときには硝化細菌等を選択することができる。

前記演算手段４は、前記第１光学センサ２から出力される検出データである電圧値と前記第２光学センサ３から出力される検出データである電圧値とから、前記希釈体液流通路９の中を流通する希釈体液の倍率を算出し、体液の採取の良否を判断し、さらには希釈液流通路７に第１光学センサ２が装着されていることの確認をもすることができる。演算手段４におけるこのような機能はコンピュータにより実現することができる。

具体的にいうと、この演算手段４では、前記第１光学センサ２からの出力としての電圧値にバラツキつまり分散が生じていないときには、第１光学センサ２が希釈液流通路７に装着されていないこと、又は、第１光学センサ２が希釈液流通路７に装着されているとしても希釈液流通路７には希釈液が流通していないことと判断する。すなわち、第１光学センサ２から出力される電圧値に分散を生じていないときには、この演算手段は、希釈液流通路７に流通する希釈液を第１光学センサ２で測定する態勢にはないと判断して、その判断内容を表示手段１２に出力する。演算手段４からの指令出力により表示手段１２たとえばＣＲＴ画面は、警告を表示する。

希釈液が流通している希釈液流通路７に取り付けられた第１光学センサ２から出力される検出データである電圧値と希釈体液が流通している希釈体液流通路９に取り付けられた第２光学センサ３から出力される検出データである電圧値とが演算手段４に入力されると、第１光学センサ２からの検出データをレファレンスデータとして第２光学センサ３からの検出データを補正して外乱を除去し、採取された体液の希釈液で希釈される希釈率の変動を算出する。

この発明のモニター装置における、前記希釈率の変動値はたとえば以下の演算により算出することができる。いま、希釈液流通路７に希釈液を流通させる場合に、その希釈液の流通開始時における第１光学センサ２から出力される検出データとしての出力電圧をＶｓ（０）とし、流通開始後に一定時間ｔが経過したときの第１光学センサ２から出力される検出データとしての出力電圧をＶｓ（ｔ）とする。また、体液希釈流通路９に体液を希釈液で希釈されてなる希釈体液を流通させる場合に、その希釈体液の流通開始時における第２光学センサ３から出力される検出データとしての出力電圧をＶｂ（０）とし、流通開始後に一定時間ｔが経過したときの第２光学センサ３から出力される検出データとしての出力電圧をＶｂ（ｔ）とする。このような場合、希釈率の変動ΔＶは以下の式（１）で示されるΔＶ１、以下の式（２）で示されるΔＶ２、又は以下の式（３）で示されるΔＶ３のいずれかで示される。

ΔＶ1＝（Ｖｂ（ｔ）／Ｖｓ（ｔ））／（Ｖｂ（0）／Ｖｓ（0）） (1)
ΔＶ2＝ｌｏｇ（Ｖｂ（ｔ）／Ｖｓ（ｔ）） (2)
ΔＶ3＝ｌｏｇ[（Ｖｂ（ｔ）−Ｖｂ０（ｔ）／（Ｖｓ（ｔ）−Ｖｓ０（ｔ））） (3)
なお、Ｖｂ０（ｔ）及びＶｓ０（ｔ）それぞれは、その測定開始後時間ｔが経過したときの、第１光学センサ及び第２光学センサにおける発光素子の出力をゼロにしたときの受光素子における出力である。この出力は外乱を示す。Ｖｂ０（ｔ）及びＶｓ０（ｔ）を差し引くことにより、Ｂｅｅｒの法則の条件成立を阻む外光の影響を相殺することができる。

この発明のモニター装置における演算手段では、希釈率の変動が所定の上限閾値及び下限閾値の範囲内にあるか否かを判断し、前記上限閾値及び下限閾値の範囲内で希釈率の変動が発生しているときには、所定の希釈率で体液が希釈液で希釈されていると判定し、希釈率の変動が上限閾値を越え、又は希釈率の変動が下限閾値を下回っているときには、所定の希釈率で体液が希釈されていないと判定する。そして、前記演算手段４はその判断結果を出力して、表示手段１２たとえばＣＲＴ画面に判断結果を表示する。

この発明に係るモニター装置は以下の作用を有する。希釈液貯留槽５に貯留されている希釈液を希釈液送出手段１０により希釈液流通路７に流通させて体液採取装置６に送出する。体液採取装置６は人体に装着され、人体から体液を採取する。体液採取装置６では、採取された体液と送出されてきた希釈液とが混合されて希釈体液が形成され、その希釈体液が希釈体液流通路９を通じて生体測定センサ８に送出される。希釈体液の送出は、希釈体液送出手段１１により行われる。

希釈液送出手段１０により希釈液が体液採取装置６に送出され始めると、第１光学手段２により検出データが演算手段４に出力され、また、体液採取装置６で形成された希釈体液が希釈体液流通路９に設けられた第２光学センサ３により測定される。第２光学センサ３から検出データが演算手段４に出力される。

演算手段４においては、第１光学センサ２から出力される検出データを入力して、その検出データにノイズが発生していないときには、第１光学センサ２が希釈液流通路７に適切に装着されていないと判定される。第１光学センサ２が装着された希釈液流通路７に希釈液が流通しているときには、第１光学センサ２から出力される検出データにはノイズが含まれている。第１光学センサ２から出力される検出データにこのノイズが含まれていることにより、演算手段４は、希釈液流通路７に希釈液が流通していると判定する。

この演算手段４では、第２光学センサ３から出力される検出データと第２光学センサ２から出力される検出データとから、第２光学センサ３から出力される検出データ中のノイズを相殺する。第２光学センサ３から出力される検出データ中のノイズを第１光学センサ２から出力される検出データで相殺することができるのは、第１光学センサ２及び第３光学センサ３が互いに近接した位置に配置されていることにより、第１光学センサ２及び第３光学センサ３が同じ測定環境に存在することとなり、第１光学センサ２及び第２光学センサ３とが同じ外乱を受けるからである。

この演算手段４では、第２光学センサ３から出力される検出データである電圧値から希釈体液における希釈率を算出することができる。希釈体液流通路９に希釈液そのものを流通させたときに第２光学センサ３から出力される電圧値は希釈率１００％を示し、希釈体液流通路９に体液そのものを流通させたときに第２光学センサ３から出力される電圧値は希釈率０％を示す。希釈液で体液を希釈してなる希釈体液を希釈体液流通路９に流通させたときに第２光学センサ３から出力される電圧値は、希釈率０％から希釈率１００％までの希釈率を示す。したがって、希釈体液流通路９中を流通する希釈体液についての希釈率は第２光学センサ３から出力される電圧値から判定でき、第１光学センサ２から出力される電圧値によりノイズを除去することにより正確な希釈率が、この演算手段４により算出される。そして算出された希釈率を経時的にモニターすることにより、その希釈率の経時的変動が観測される。この演算手段４は、希釈率の変動が、予め定められた上限閾値を越え、又は下限閾値を下回るときには、希釈異常が発生したと判定して、表示手段１２に指令信号を出力してこの表示手段１２により警告を発する。

この発明に係るモニター装置は、体液を希釈液で希釈してなる希釈体液中に含まれる体液の成分及び／又は体液の特性を測定する体液測定装置に組み込むことが出来る。このような体液測定装置として、例えば血液中の血糖値を測定して、その結果に基づいてインスリンを生体に供給する人工膵臓装置、透析を行う人工透析装置、生体の体液中に含まれる尿素の濃度を測定する尿素濃度計、生体の体液中に含まれる尿酸の濃度を測定する尿酸濃度計、体液中の乳糖、蔗糖等の糖分を測定する糖分測定装置、ラクテート等を測定する乳酸測定装置、グルタミン酸濃度を測定するグルタミン酸濃度計、アンモニア濃度を測定するアンモニア濃度計、クレアチニンの濃度を測定するクレアチニン濃度計等を挙げることができる。

この発明に係るモニター装置を組み込んでなるこの発明の生体測定装置について以下に説明をする。なお、図２における部材を示す番号と図１における部材を示す番号とが同じである場合のその番号は同じ部材であることを示す。

図２に示されるように、一例としての生体測定装置２０は、前記モニター装置１に加えて、希釈標準液供給部２１を備える。この希釈標準液供給部２１は、希釈液流通路７の第１光学センサ２の下流側に設けられた第１流路切換え手段２２を介して前記希釈液流通路７に結合された希釈液供給路２３と、この希釈液供給路２３により供給された希釈液で標準液を希釈して希釈標準液を調製する標準液希釈部２４と、前記モニター装置１における希釈体液流通路９の第２光学センサ３より上流側に第２流路切換え手段２５を介して設けられ、前記標準液希釈部２４で調製された希釈標準液を前記希釈体液流通路９に導出する希釈標準液導出路２６とを備える。前記標準液希釈部２４には、標準液貯留槽２７から標準液が供給される。なお、図２において、２８で示されるのは、生体測定センサ８で測定された希釈生体液を廃液として貯留する廃液槽である。

前記第１流路切替手段２２は、希釈液の流通方向を、第１光学センサ２から希釈液供給路２３への流通を不可とするとともに、第１光学センサ２から体液採取装置６への流通を可とする流通経路と、第１光学センサ２から希釈液供給路２３への流通を可とするとともに、第１光学センサ２から体液採取装置６への流通を不可とする流通経路とに切換えることができる切換え手段であり、このような流路切換えをすることができる限り種々の構成を採用することができる。

前記第２流路切替手段２５は前記第１流路切替手段２２と同じ構造を採用することができる。

前記標準液希釈部２４は、標準液貯留槽２７に貯留されている標準液を、希釈液供給路２３により送出されてきた希釈液で所定の希釈率で希釈する。希釈率は、前記希釈液送出手段１０による単位時間あたりの希釈液送出量と、希釈体液送出手段１１により送出される単位時間あたりの液量とにより決定されることができる。

前記標準液貯留槽２７に貯留される標準液としては、測定対象である体液の成分の濃度が既知である水溶液、または測定対象である体液特性の値が既知である水溶液を挙げることができる。この体液測定装置が人工膵臓装置であるときには、測定対象として血液中のグルコースを挙げることができる。そうすると、人工膵臓装置における標準液として既知の濃度のグルコース水溶液を挙げることができる。

前記生体測定センサ８は、モニター装置についての説明において例示したように、測定しようとする生体の種類、生体中の測定対象である成分の種類、測定しようとする生体の特性たとえばｐＨ値等により適宜にその構造等が決定される。

この発明に係る生体測定装置が人工膵臓装置である場合及び前記モニター装置が採血状態をモニターする場合には、前記生体測定センサ８は、グルコースを測定する。したがって、人工膵臓装置における生体測定センサ８として、例えばオスミウムポリマーをカーボン電極の上に塗布した後、室温で乾燥させ、その上に酵素溶液を重層し、グルタルアルデヒド等の架橋剤を用いて、前記酵素を固定化してなるバイオセンサを挙げることができる。このバイオセンサを採用すると、オスミウムポリマーにはペルオキシダーゼ酵素が固定化されているので、過酸化水素と酸化反応が起り、引続きオスミウムポリマー、ペルオキシダーゼと電極間で還元反応が起る。この時の反応条件は銀塩化銀電極に対して０ｍＶである。よって、酸化反応系の酵素としてグルコースオキシダーゼを用いることにより、簡単にグルコースの検出及び濃度測定を行うことができる。グルコースセンサとしては、上記の外に、オスミウム（II）−ビピリジン錯体を利用したグルコースセンサ、ルテニウム錯体を利用したグルコースセンサ、トリス型オスミウム錯体導入ポリピロール修飾電極を有するグルコースセンサ等を採用することもできる。これら各種のグルコースセンサの中でも、オスミウムポリマーを用いた前記バイオセンサが好ましい。このバイオセンサである好適なグルコースセンサは、白金、銀又はカーボン等の作用極と、オスミウムポリマー層にペルオキシダーゼを含有させた酵素膜層とを備えて成る薄膜センサが好ましい。

この発明に係るモニター装置及び生体測定装置にあっては、測定可能な生体中の成分又は生体の特性は一種であっても二種以上であってもよい。測定する生体の成分又は生体の特性が二種以上であるときには、生体から採取した体液を希釈液で希釈されて成る希釈体液を移送する希釈体液流通路の途中に二種以上の体液測定センサたとえば二種以上のバイオセンサ等を接続すればよい。また、複数の生体成分及び／又は生体特性を測定するときには、前記希釈体液流通路を複数に分岐させ、各分岐流路それぞれに一つ又は二つ以上の体液測定センサを接続するのがよい。

この生体測定装置２０における演算手段４は、希釈体液流通路９を通じて送出されてくる希釈体液における体液中の成分の濃度及び／又は体液特性を、体液測定センサ８から出力される検出データに基づいて算出すること、希釈率を算出すること、体液測定センサ８の較正のための演算をすること等を行う。

体液測定装置２０における体液測定センサ８の較正は次のようにして行うことができる。

標準液貯留槽２７には既知の濃度の標準液が貯留される。この体液測定装置２０が人工膵臓装置であるときには、標準液として既知の濃度たとえば濃度２００ｍｇ／ｄＬのグルコース水溶液が標準液貯留層２７に貯留される。

たとえば前記既知濃度の標準液を希釈体液流通路９に流通させることにより前記既知濃度の標準液についての生体測定センサ８の検出データと、前記既知濃度の標準液を希釈液により所定希釈率で希釈してなる希釈標準液を希釈体液流通路９に流通させることにより前記希釈標準液についての生体測定センサ８の検出データとにより、検量線を作成することができ、演算手段４では濃度ゼロのときの基準データを算出することができ、これによりゼロ較正を行うことができる。濃度ゼロのときの基準データは、希釈体液流通流通路９に希釈液だけを流通させることにより体液濃度ゼロのときの生体測定センサ８の検出データを利用して得ることもできる。

以上構成の体液測定装置２０につき、これが人工膵臓装置である場合について、その作用を図２を参照しつつ以下に説明する。なお、人工膵臓装置に関し、図２における２０は人工膵臓装置を示し、１１は希釈血液送出手段を示し、９は希釈血液流通路を示し、８はグルコースセンサを示し、６は血液採取装置を示すものとする。

人工膵臓装置２０において血糖値を測定する場合、血液採取装置６を透析患者に装着する。通常の場合、血液採取装置６としてカテーテルを採用するので、カテーテルを透析患者の静脈に装着する。希釈液送出手段１０を駆動することにより、希釈液貯留槽５から希釈液を希釈液流通路７を通じて血液採取装置６に送液する。希釈液流通路７を流通する希釈液は、第１光学センサ２によりその透過光又は散乱光が測定され、測定データとしての電圧値が演算手段４に出力される。

希釈体液送出手段１１を駆動することにより血液採取装置６に透析患者の血液を吸引する。血液採取装置６では、供給される希釈液で、透析患者から吸引した血液が、希釈される。希釈率は、たとえば、希釈血液送出手段１１による送液速度と希釈液送出手段１０による送液速度とで決定することができる。希釈血液流通路９を流通する希釈血液は第２光学センサ３によりその透過光又は散乱光が検出され、検出データが演算手段４に出力される。

希釈血液流通路９により送液される希釈血液はそのグルコースがグルコースセンサ８により測定され、測定データが演算手段４に出力される。

演算手段４においては、グルコースセンサ８から出力される測定データからグルコース濃度を算出する。グルコース濃度算出に際し、グルコース濃度ゼロの測定データはたとえば希釈液だけを希釈血液送出手段９によりグルコースセンサ８に送液することにより得ることができる。

グルコースセンサ８により希釈血液中のグルコース濃度を測定する場合、時間の経過とともに、測定データのベースラインがずれてくることがある。そのような場合には、適宜の時期に、較正が行われる。グルコースセンサ８の較正は、第１切換え手段２２及び第２切換え手段２５を駆動することにより、希釈液の流通路を、希釈液槽５中の希釈液が第１切換え手段２２を介して標準液希釈部２４に送出されるようにし、また、標準液希釈部２４で調製された希釈標準液を希釈血液流通路９に流通させて、グルコースセンサ８で希釈液及び希釈標準液のグルコース測定を行い、測定データを演算手段４に出力することにより行うことができる。

また、希釈血液における希釈率の変動は、この人工膵臓装置２０に組み込まれているモニター装置１によりモニターすることができる。

このようにこの人工膵臓装置２０は、血中のグルコース濃度を経時的に測定することができ、血液の希釈倍率をモニターすることにより採血異常を検出することができ、しかもグルコースセンサ８を較正することができるので正確なグルコース濃度測定をすることができ、したがって、糖尿病患者に正確な量でインスリンの投与をすることができる。

このモニター装置を組み込んでなる人口膵臓装置においては、較正操作から患者の血糖値測定操作に切換えた場合に、切換え手段が確実に動作しているかどうかをモニター装置により判断することができるので、このモニター装置は安全装置としても機能する。したがって、このモニター装置は、これを組み込んでなる人工膵臓装置を初めとする体液測定装置についての安全装置となる。モニター装置が組み込まれていない人工膵臓装置等の体液測定装置にあっては、一定量の標準液が希釈体液流通路に滲出することにより見かけ上の測定値が実際の体液中の成分量を反映していないこととなり、患者における体液についての誤った測定情報に基づいて誤診がなされる可能性があるが、この発明によるとそのような誤診を与えることのない、正確な体液情報を与えることができる。したがって、この発明にかかるモニター装置及びこれを組み込んでなる生体測定装置は、患者の体液を長時間にわたって測定する際に患者に対する安全性を確保する装置として、重要である。

図１はこの発明のモニター装置の一例を示す説明図である。 図２はこの発明の体液測定装置の一例を示す説明図である。

符号の説明

１ モニター装置
２ 第１光学センサ
３ 第２光学センサ
４ 演算手段
５ 希釈液貯留槽
６ 体液採取装置
７ 希釈液流通路
８ 生体測定センサ
９ 希釈体液流通路
１０ 希釈液送出手段
１１ 希釈体液送出手段
１２ 表示手段
２０ 生体測定装置
２１ 希釈標準液供給部
２２ 第１流路切換え手段
２３ 希釈液供給路
２４ 標準液希釈部
２５ 第２流路切換え手段
２６ 希釈標準液導出路
２７ 標準液貯留槽
２８ 廃液槽

Claims (4)

1. 体液を採取する体液採取装置に希釈液を導入する希釈液流通路に設けられた第１光学センサと、前記体液採取装置によって採取された体液と前記希釈液とを混合してなる希釈体液を生体測定センサに導入する希釈体液流通路に設けられるとともに前記第１光学センサと近接配置された第２光学センサと、前記第１光学センサと前記第２光学センサとから出力されるそれぞれの検出データに基づいて希釈液で体液を希釈する際の希釈倍率の変動が閾値範囲内にあることを判断する演算手段と、を備えることを特徴とするモニター装置。
2. 請求項１記載のモニター装置を含む生体測定装置。
3. 前記請求項１に記載のモニター装置における希釈液流通路の第１光学センサより下流側に第１流路切換え手段を介して設けられた希釈液供給路と、この希釈液供給路により供給された希釈液で標準液を希釈して希釈標準液を調製する標準液希釈部と、前記モニター装置における希釈体液流通路の第２光学センサより上流側に第２流路切換え手段を介して設けられ、前記標準液希釈部で調製された希釈標準液を前記希釈体液流通路に導出する希釈標準液導出路とを備えてなる希釈標準液供給部を備えてなる前記請求項２に記載の生体測定装置。
4. 前記生体測定装置が人工膵臓装置である前記請求項２又は３に記載の生体測定装置。

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