JPS6331638A - 無侵襲生化学物質計測装置 - Google Patents

無侵襲生化学物質計測装置

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JPS6331638A
JPS6331638A JP61176074A JP17607486A JPS6331638A JP S6331638 A JPS6331638 A JP S6331638A JP 61176074 A JP61176074 A JP 61176074A JP 17607486 A JP17607486 A JP 17607486A JP S6331638 A JPS6331638 A JP S6331638A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は無侵襲生化学物質計測装置に係り、特に生体内
グルコースあるいは血糖値を生体表面から無侵襲計測す
るのに好適な無侵襲生化学物質計測装置に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
従来の生体内グルコース濃度あるいは血糖値の連続測定
は、グルコースセンサを血管内あるいは組織内に挿入す
るかく特開昭59−8939号公報、特開昭59−89
69号公報、特開昭59−14843号公報。
特開昭59−14857号公報)、血管内へ挿入したカ
テーテルから体外へ導いた血液にセンサを接する(特開
昭52−135599号公報、特開昭54−82885
号公報)かの方法がとられていた。また、間欠的なグル
コース濃度、血糖値の測定は、採血後にセンサで測定し
ていた。
一方、生体内グルコースを生体表面がら無侵襲測定する
方法については、「臨床病理」33巻10号(1985
年)第1093頁から第1099頁において論じられて
いるが、これは、角質層を剥離し、間質液を生体表面に
吸引後、血液と類似の成分からなる間質液のグルコース
を内部減衰全反射法で測定している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、採血針、カテーテルあるいはセンサを
生体内に挿入するもので、侵襲性の点については配慮が
なされておらず、感染、失血、患者の精神的および肉体
的苦痛、生体成分付着によるセンサの性能劣化および間
欠的測定による情報不足などの問題点があった。
また、吸引内部減衰全反射法は、侵襲度を低下させてい
るものの、角質層の剥離、生体表面の防圧にともなう侵
襲性は除去できないという問題があった。
本発明の目的は、生体内のグルコース濃度あるいは血糖
値を生体表面から無侵襲に測定することができる無侵襲
生化学物質計測装置を堤供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、生体表面から発汗を起こさせるための加温
手段と、この加温手段によって生じた汗の生化学物質の
濃度を測定する計測手段と、上記加温手段によって生ず
る発汗の速度を測定する発汗速度計測手段と、上記計測
手段によって測定した上記汗の生化学物質濃度と上記発
汗速度計測手段によって測定した発汗速度とから血液中
の必要生化学物質濃度を演算して表示する演算・表示手
段とより構成して達成するようにした。
〔作用〕
まず、生化学物質の1つであるグルコース濃度測定につ
いて説明する。加温手段により皮膚は局所的に加熱され
て発汗する。汗のグルコース濃度は血液中の濃度とよく
相関することは「糖尿病」28巻11号(1985年)
第1271頁がら第1273頁に示されている。したが
って、汗のグルコース濃度を測定すれば、血液中のグル
コース濃度を経皮的に測定できる。ただし、汗のグルコ
ース濃度は。
測定する。すなわち、光源からの光は、汗と接した内部
減衰全反射プリジム中で汗のグルコースに特徴的な吸収
を生じるから、この吸収スペクトルを光検出器で経時的
に測定するようにする。したがって、血液中のグリコー
ス濃度を継続的、無侵襲的に計測することができる。
また、グルコース以外の生化学物質も汗の値と血液の値
が対応して変化すると考えられるから、無侵襲に測定で
きる。
次に、血糖値測定について説明する。血糖値を一定に保
ったときの汗のグルコース濃度と発汗速度との関係は第
4図に示すようになるから、血糖値は汗のグリコース濃
度と発汗速度との積に比例することが考えられ、50g
経口糖負荷試験時の血糖値、汗のグリコース濃度、発汗
速度および汗のグルコース濃度と発汗速度との積である
汗の中のグルコース量の経時変化は第5図に示すように
なり、汗のグルコース濃度よりも汗中グルコース量、萱
なわち、汗のグルコース濃度と発汗速度とによって生体
表面上に浸出した汗のグルコース濃度は、グルコースセ
ンサ101で測定し、発汗速度は1発汗速度センサ10
2で測定し1両センサ101.102の出力を演算・標
示回路103に入力し、汗のグルコース濃度と発汗速度
との積を求め、血糖値を表示するようにすれば、これに
より、血糖値を連続的、無侵襲的に計測することができ
る。
また、血糖値以外の必要生化学物質濃度も汗の濃度と発
汗速度との演算値が血液の必要生化学物質値と対応して
変化するものと考えられるから、無侵襲に1ilN定で
きる。
〔実施例〕
以下本発明を第1図〜第3図に示した実施例を用いて詳
細に説明する。
第1図は本発明の無侵襲生化学物質計測装置の一実施例
を示す一部断面構成図であり、生体表面に装着する部分
は断面図で示しである。この計測装置は、ヒータ10、
温度センサ11を含む温度色 制御回路12、白金電極13、銀電極14、襦緑物貿1
5.電解液16.妨害物質除去膜17.固定化グルコー
スオキシダーゼ[18、多孔質物質19からなるグルコ
ースセンサ、ガス流入口20、ガス流出口21、温度セ
ンサ22、気化室23からなる発汗速度センサ、グルコ
ースセンサ、ヒータ1oを覆い皮膚9への伝熱効率を高
くする断熱材24.上記両センサの出力をディジタル変
換するA−D変換器25、その出力を演算するCPTJ
26、演算された血糖値の表示部27、記憶部28から
構成しである。
温度制御回路12により43℃前後に加温された生体表
面に浸出した汗は多孔質物質19に吸収され、常に新し
い汗をグルコースセンサ表面に維持する。グルコースセ
ンサでは、よく知られているように、グルコース(Cs
 Hz x○6)、酸素、水が固定化グルコースオキシ
ダーゼ膜18の中で酵素の働きによりグルコン酸(Ce
 Hi 207)と過酸化水素(HzC)z)を生じ、
これらは平衡状態にある。
CeHz20e+○z十Hzo−)CsHtz○7+H
2O2白金電極13、銀電極14、絶縁物質15、電解
液16からなるポーラログラフ電極では、発生する過酸
化水素あるいは消費される酸素に比例した電流を得る。
したがって、グルコース濃度に比例した電流が得られる
。なお、妨害物質除去膜17は、尿素、アスコルビン酸
などの妨害物質を除去する反面、測定対象物質を通す。
次に1発汗法度センサの動作は、論文集「電子通信学会
技術研究報告J BME85−17 (1000年)に
論じられているように、乾燥した窒素ガスをガス流入口
20から気化室23を経由してガス流出口21に流すこ
とにより、発汗速度に対応した湿気が気化室23内で得
られ、それを温度センサ22で検出することにより発汗
速度が計測される。
このようにして得られたグルコースセンサおよび発汗速
度センサの出力をA−D変換器25でディジタル化し、
CPtJ26で演算し、その結果得られた血糖値を表示
部27に表示したり、記憶部28に保存する。
第2図は本発明の他の実施例を示す第1図に相当する一
部断面構成図で、第1図と同一部分は同じ符号で示し、
ここでは説明を省略する。第2図におイテハ、光rA2
9、光路30.ATR(内部減衰全反射)プリズム31
、光検出器32、多孔質物質19からなる内部減衰全反
射法によるグルコース測定装置が設けてあり、これが第
1図の白金電極13、銀電極14、絶縁物質15、電解
液1Gからなるポーラログラフ電極に対応しており、さ
らに、皮膚9への伝熱をよくする熱の良導体33が設け
である。
温度制御回路12により加温されて生体表面に浸出した
汗は、第1図に示した実施例と同様に、多孔質物質19
に吸収され、常に新しい汗をATRプリズム31表面に
維持する。汗の成分によ゛り光の吸収スペクトルは異な
り、グルコースでは赤外領域の1000c++−”近傍
で特徴的な吸収を示すが。
これはグルコース分子中のピラン環および環状へジアセ
タールの振動に起因すると考えられている。
グルコースを測定対象とするときは、光源29として炭
酸ガスレーザを使用する。赤外線は光路30にしたがい
、生体表面上のATRプリズムた 31中で汗のグルコース濃度にビた吸収を受け、へ 光検出器32に到達する。光検出器32としては、例え
ば、フーリエ変換型赤外分光器を使用すれば、多数回の
測定データを積算してランダt1ノイズを低減すること
が可能である。得られた吸収スペクトルからは区間精算
法などによりグルコース濃度が求められるが、これにつ
いては、雑誌「臨床病理」33巻10号(1985年)
第1093頁から第1099頁に詳しく述べられている
。このようにして得られた汗のグルコース濃度と発汗速
度はA−D変換器25に入力され、前述の実施例と同様
に処理される。
第3図は第2図の内部減衰全反射法によるグルコース測
定装置を単独で用いる場合の一実施例を示す一部断面構
成図で、生体物質測定の場合を示しである。第3図にお
いて、29は光源、30は光路、31は内部減衰全反射
プリズム、32は光検出器で、これらが主要構成要素と
なっていることは第2図と同様である。ところで、第3
図においては、内部減衰全反射プリズム31の下の皮膚
9を加温して局所的に発汗させる目的で、加温用ヒータ
33と温度制御用温度センサ34を熱伝導率の高い材料
35で囲い、これで内部減衰全反射プリズム31を覆う
構造とし、プリズム31と皮膚9との間に汗保持材36
を設置しである。
て、内部減衰全反射プリズム31と一体化している加温
用ヒータ33とサーミスタなどからなる温度センサ34
は、温度制御回路に組み込んであり、熱伝導率の高い材
料35を介して皮膚9の表面を43℃程度に加温する。
この温熱により、汗腺は局所的に発汗を生じ、血液中の
成分が汗の成分となり、生体表面に浸出してくる。浸出
した汗は、薄い(10μm〜1m)ステンレス鋼のメツ
シュや多孔体などの汗保持材36に吸収され、常に新し
い汗をプリズム31の表面に維持する。これにより、血
液と相関がよい汗の成分を安定に測定することができる
。汗の成分により光の吸収スペクトルが異なり、グルコ
ースでは赤外領域の1000dll −’近傍で特徴的
な吸収を示すが、これはグルコース分子中のピラン環お
よび環状へジアセタールの振動に起因すると考えられて
おり、グルコースを測定対象とするときは、光源29と
して炭酸ガスレーザを使用する。赤外光は光路30にし
たがい、生体表面上の内部減衰全反射プリズム31の中
で汗のグルコース濃度に応じた吸収を受け、光検出器3
2に到達し、光検出器32としては、例えば、フーリエ
変換型赤外分光器を使用すれば、多数回の測定データを
積算してランダムノイズを低減することが可能であり、
得られた吸収スペクトルからは、区間積算法などにより
グルコース濃度が求められることは第2図と同様である
上記した実施例によれば、簡便な方法により体内のグル
コース濃度を生体表面から無侵襲に測定できるので、感
染、患者の精神的・肉体的苦痛、失血を除くことができ
、また、センサに血液や組織の生体成分が付着しないの
で、性能劣化が少なく、長期に亘すグルコース濃度を安
定に測定できる。また、グルコース濃度を常に知ること
により血糖値を生理的に正常な値に保てるので、高血糖
による合併症や低血糖の事故を防ぐことができ、血糖測
定装置や人工膵臓のセンサとして利用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、簡便な方法によ
り血糖値を生体表面から無侵襲に計測できるので、感染
、失血、患者の精神的・肉体的苦痛を除くことができ、
しかも、センサに血液や組織の生体成分が付着しないの
で、性能劣化が少なく、長期に亘すグルコース濃度を安
定に測定できる。また、グルコース濃度を常に知ること
により。
血糖値を生理的に正常な値に保てるので、高血糖による
合併症や低温糖の事故を防ぐことができるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の無侵襲生化学物質計測装置の一実施例
を示す一部断面構成図、第2図は本発明の他の実施例を
示す第1図に相当する一部断面構成図、第3図は第2図
の内部減衰全反射法によるグリコース測定装置を単独で
用いる場合の一実施例を示す一部断面構成図、第4図は
空腹時の汗のグルコース濃度と発汗速度との関係線図、
第5図は50g経口糖負荷試験時の血糖値、汗のグルコ
ース濃度1発汗速度、汗中グルコース量の経時変化を示
す線図、第6図は無侵襲生化学物質針?111I装置の
基本構成図である。 10・・・ヒータ、11・・・温度センサ、12・・・
温度制御回路、13・・・白金電極、14・・・銀電極
、15・・・絶縁物質、16・・・電解液、17・・・
妨害物質除去膜、18・・固定化グルコースオキシダー
ゼ膜、19・・・多孔質物質、2o・・・ガス流入口、
21・・・ガス流出浸− 口、22・・・せ度センサ、23・・・気化室、24・
・・断熱材、25・・・A−D変換器、26・・・CP
U、27・・・表示部、28・・記憶部、29・・・光
源、3o・・・光路、31・・・ATRプリズム、32
・・・光検出器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、生体表面から発汗を起こさせるための加温手段と、
    該加温手段によつて生じた汗の生化学物質の濃度を測定
    する計測手段と、前記加温手段によつて生ずる発汗の速
    度を測定する発汗速度計測手段と、前記計測手段によつ
    て測定した前記汗の生化学物質濃度と前記発汗速度計測
    手段によつて測定した発汗速度とから血液中の必要生化
    学物質濃度を演算して表示する演算、表示手段とを備え
    たことを特徴とする無侵襲生化学物質計測装置。 2、前記計測手段は、白金電極と、銀電極と、絶縁物質
    と、電解液とからなるポーラログラフ電極と、尿素、ア
    スコルビン酸などの妨害物質を除去して測定対象物質の
    みを通す妨害物質除去膜と固定化酵素膜および汗を吸収
    する多孔質物質よりなる特許請求の範囲第1項記載の無
    侵襲生化学物質計測装置。 3、前記計測手段は、光源と、該光源からの光を入射す
    る汗を吸収する多孔質物質上に設けた内部減衰全反射プ
    リズムと、該プリズムからの光を検出する光検出器とよ
    りなる特許請求の範囲第1項記載の無侵襲生化学物質計
    測装置。 4、前記生化学物質濃度はグルコース濃度であり、前記
    必要生化学物質濃度は血糖値である特許請求の範囲第1
    項または第2項または第3項記載の無侵襲生化学物質計
    測装置。
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