JP2000074829A - グルコースセンサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】血液を採取することなく、生体に非接触で血中
のグルコース濃度を精度よく測定する。 【解決手段】グルコースの吸収波長帯にある波長λ１の
光と、グルコースの吸収波長帯の外にある波長λ２の光
および光照射部位の血流量を測定するために赤外波長帯
にある波長λ３の光とを生体に照射するための光放出手
段１、２、３と、生体から透過または反射した前記３つ
の波長の光の強度を検出する検出手段２０、２１、２２
と、前記λ１とλ２の光強度の比を求る演算手段８と、
生体温度を測定するための検出手段２３と、この検出手
段から上記光照射部位の温度を算出し上記グルコース量
の温度補正をする演算手段と、前記λ３の光から上記光
照射部位の血流量を算出する演算手段と、前記温度補正
したグルコース量と上記血流量から上記光照射部位の血
中グルコース濃度を算出する演算手段８と、を備えるグ
ルコースセンサである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は人体などの生体の血
液中のグルコース濃度を検出するセンサ装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】血液中のグルコース濃度を測定するため
に、これまではグルコース測定の都度、皮膚を傷つけて
血液を抽出してグルコース濃度を測定していた。すなわ
ち、体に傷をつけることによって得られた血液をセンサ
ー先端部に接触させ、毛細管作用によって約３〜５μｌ
の血液をセンサー内部に吸引することにより測定してい
た。センサー中には、グルコースの酸化反応を触媒する
酵素としてグルコースオキシダーゼ、酸素反応系と電極
間の電子伝達を担う電子伝動体としてフェリシアンイオ
ンが含まれている。血液中のグルコースは、グルコース
オキシダーゼによって酸化され、式１のようにグルコー
ス量に比例したフェロシアンイオンが生成する。次に、
式２のように生成したフェロシアンイオンを電極で酸化
し、その酸化電流値からグルコース濃度を算出してい
る。

【０００３】 グルコース ＋ フェリシアンイオン → グルコン酸 ＋ フェロシアンイオン （１） フェロシアンイオン → フェリシアンイオン ＋ 電子 （２） センサー部分は１回毎の使い捨てとなるが、この種のグ
ルコースセンサーは、広く用いられている。

【０００４】一方レーザを使用したグルコース濃度測定
が、文献Fresenius J. Anal. Chem.(1996) 354:306-310
に記載されている。すなわち、２つの高出力レーザから
放出されるレーザ光をグルコース溶液サンプルに入射さ
せ、この２つの透過光をそれぞれ別の光検出器で電圧に
変換する。この２つの電圧の位相を変化させて足し算を
した値でグルコース量を求めている。また、第３のレー
ザを使用しこのレーザから放出されるレーザ光を、上記
グルコース溶液サンプルに入射させ、透過光を第３の光
検出器で電圧に変換する。この電圧値からサンプル温度
を推定すると書かれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のグ
ルコースセンサーでは、人の血液を得るためにどうして
も人体の一部分を傷つけて採取することがやむをえない
こととなっていた。従って、頻繁に測定を必要としてい
る患者には肉体的および精神的に大きな苦痛となってい
た。また、傷口からの感染の危険性にも注意を払う必要
があった。また、これまでもレーザを用いたグルコース
濃度計は提案されているが測定精度が低く、高価である
などの理由で血中グルコース濃度計としては一般には普
及しなかった。

【０００６】本発明は上記のような問題を解決し、非侵
傷でグルコース濃度を測定できるようにすることを目的
とするものである。特に、時間の経過とともに変化する
グルコース濃度を精確に測定でき、しかも、簡易でリア
ルタイムに繰り返し使用できるグルコースセンサーを提
供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、グルコースの
吸収波長帯にある波長λ１の光と、グルコースの吸収波
長帯の外にある波長λ２の光および光照射部位の血流量
を測定するために赤外波長帯にある波長λ３の光とを生
体に照射するための光放出手段と、生体から透過または
反射した前記３つの波長の光の強度を検出する検出手段
と、前記λ１とλ２の光強度の比を求め、この比からグ
ルコース量を求める演算手段と、生体温度を測定するた
めの検出手段と、この生体温度から上記グルコース量の
温度補正をする演算手段と、前記λ３の光から上記光照
射部位の血流量を算出する演算手段と、前記温度補正し
たグルコース量と上記血流量から上記光照射部位の血中
グルコース濃度を算出する演算手段と、を備えるグルコ
ースセンサーである。本発明によれば、血液を採取する
ことなく血中グルコース濃度を測定することができるの
で、被検者の負担が少なくてすみ、またリアルタイムの
測定が可能となり、時間とともに変化するグルコース濃
度を測定することが出来る。またグルコースの吸収波長
帯にある波長λ１の光と、グルコースの吸収波長帯の外
にある波長λ２の強度比からグルコース量を求め、かつ
温度補正を行うので、測定装置や環境条件の変動による
影響を受けにくくなり、正確な測定が可能となる。

【０００８】また前記光放出手段の波長がそれぞれλ１
＝１．５〜１．６μｍ、λ２＝１．３〜１．４μｍ、λ
３＝０．８０〜０．８５μｍの範囲内にあることが望ま
しい。これらの波長を用いることにより、精度の高い測
定が可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に本発明によるグルコースセ
ンサーを示す。これは人体の耳たぶ４の微細血管中を流
れる血中グルコース濃度を測定するものである。第１半
導体レーザ１の出射光の波長はグルコースの吸収波長帯
にある１．５５μｍであり、耳たぶ４を透過して第１フ
ォトディテクタ２０で受光される。第２半導体レーザ２
の出射光の波長はグルコースの吸収波長帯の外にある
１．３３μｍであり、耳たぶ４を透過して第２フォトデ
ィテクタ２１で受光される。第３半導体レーザ２２は血
流量を測定するためのもので、その出射光の波長は０．
８３μｍであり、耳たぶ４を透過して第３フォトディテ
クタ２２で受光される。血流量はドップラー効果を利用
して測定するため、ヘモグロビンから反射した光ができ
るだけ減衰しないように生体組織内への透過性が良い赤
外光を利用する。

【００１０】上記レーザの照射部位の生体温度は、照射
部位からの熱放射光を赤外線輻射温度計である第４フォ
トディテクタ２３で受光することにより測定する。ＩＣ
スイッチ１９により照射部位の温度測定と、照射部位の
血流量測定を切り替えて行う。本発明の実施の形態で
は、それぞれの光強度を検出するフォトディテクタから
のそれぞれの信号をロックインアンプ６に導く。半導体
レーザをドライブする回路５と、ロックインアンプ６
で、各半導体レーザから出射された光がフォトディテク
タに到達するまでに受ける外乱によるノイズを低減して
いる。ここでは、１０ｋＨｚで変調をかけている。ロッ
クインアンプ６で直流となったフォトディテクタアナロ
グ電圧１４は制御信号１３に同期してＡ／Ｄコンバータ
７に送られデジタル信号となる。デジタル信号１０はＡ
／Ｄコンバータ開始信号１１と同期して演算制御回路８
に送られる。演算制御回路では第１フォトディテクタ２
０、第２フォトディテクタ２１、第３フォトディテクタ
２２および第４フォトディテクタ２３の出力信号の絶対
値に基づいて計算を行う。

【００１１】測定を開始するには、まず前記半導体レー
ザから前記フォトダイオードの間に何も挿入しない状態
で、あらかじめ定められたレべルに保つ校正動作を行
う。具体的には前記フォトディテクタの出力電圧値と、
ＥＥＰＲＯＭ１５に書き込まれている前記フォトディテ
クタの初期設定値とを比べて、差異がある場合には制御
信号１８を使って半導体レーザダイオードドライブ回路
５の半導体ドライブ電流を変えることにより前記フォト
ディテクタの電圧値とＥＥＰＲＯＭ１５の設定値の初期
値を常に一定の値にしてから測定を行う。

【００１２】測定は前記半導体レーザ部分と前記フォト
ディテクタ部分とで人体の耳たぶ４を挟むように設置
し、その時の各フォトディテクタ出力値を演算すること
により、耳たぶ４のグルコース濃度を算出する。演算制
御回路８ではＥＥＰＲＯＭにあらかじめ書き込まれたグ
ルコース濃度値とフォトディテクタ出力値の関係、およ
びグルコース溶液温度とフォトディテクタ出力値の関係
を用いて演算を行い、グルコース量を算出する。図２に
グルコース濃度と第１フォトディテクタ２０の出力の関
係をグルコース溶液を容器に入れた状態で測定した例と
して示す。また図３にグルコース溶液温度と第１フォト
ディテクタ２０の出力の関係の例を示す。図３ではグル
コース溶液温度が高くなるほど分子の伸縮運動が盛んに
なるため、光の吸収が小さくなり、グルコース溶液温度
が高くなるとフォトディテクタの出力が大きくなる。温
度補正を第４フォトディテクタ２３から求めた温度で行
い、そしてこのグルコース量を第３フォトディテクタ２
２から算出した血流量で除算して、その結果をデジタル
信号１６を通じて表示回路９に表示する。

【００１３】演算の手順を以下に示す。人体からの熱放
射の強度を第４フォトダイオード２３から電圧値として
取り込む。ＥＥＰＲＯＭ１５内のデータと比較し、上記
人体の測定部位の温度を算出し、温度と第１フォトダイ
オード出力の補正係数ｋを図３から求める。第３半導体
レーザ３の出射光は耳たぶ４を透過して第３フォトディ
テクタ２２で受光し、その出力値を取り込む。ＥＥＰＲ
ＯＭ１５内のデータと前記出力値とを比較し血流量Ｖを
算出する。第１半導体レーザ１の出射光は耳たぶ４を透
過して第１フォトディテクタ２０で受光し、その出力値
をＶ１とする。第２半導体レーザ２の出射光は耳たぶ４
を透過してフォトディテクタ２で受光し、その出力値を
Ｖ２とする。上記半導体照射部位の温度補正を行ったグ
ルコース量Ｘは次式で求まる。

【００１４】Ｘ＝ｋ・（１−Ｖ１／Ｖ２） 前記照射部位のグルコース量Ｘを前記血流量Ｖで除算す
ることにより血中グルコース濃度が求まる。このグルコ
ース濃度値を表示回路９で表示する。本実施の形態では
生体部位を透過した光を測定しているが、反射した光を
測定することも可能である。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のグルコー
スセンサーによれば、体内の血液を取り出すことなく、
非侵傷で血中グルコース濃度を正確に、また、比較的安
価な装置で計ることが実用化できるようになった。従っ
て、これまでの測定毎に体内の血液を取り出す方法に比
べ、苦痛を軽減できるようになった。また、連続モニタ
が可能となったため、正確な糖尿病管理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る全体の構成図である。

【図２】グルコース濃度とフォトディテクタ出力との関
係の１例をを示すグラフである。

【図３】グルコース溶液温度とフォトディテクタ出力と
の関係の１例を示すグラフである。

【符号の説明】

１、 ２、３ ・・半導体レーザ ４ ・・耳たぶ ５ ・・半導体レーザのドライブ回路 ６ ・・ロックインアンプ回路 ７ ・・Ａ／Ｄコンバータ ８ ・・演算制御回路 ９ ・・表示回路 １０ ・・デジタル信号 １１ ・・Ａ／Ｄコンバータ開始信号 １２、１３、１７、１８ ・・制御信号 １４ ・・フォトディテクタアナログ出力 １５ ・・ＥＥＰＲＯＭ １６ ・・デジタル信号 １９ ・・ＩＣスイッチ ２０、２１、２２、２３ ・・フォトディテクタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】グルコースの吸収波長帯にある波長λ１の
   光と、グルコースの吸収波長帯の外にある波長λ２の
   光、および光照射部位の血流量を測定するために赤外波
   長帯にある波長λ３の光とを生体に照射するための光放
   出手段と、生体から透過または反射した前記３つの波長
   の光の強度を検出する検出手段と、前記λ１とλ２の光
   強度の比を求め、この比からグルコース量を求める演算
   手段と、生体温度を測定するための検出手段と、該生体
   温度から上記グルコース量の温度補正をする演算手段
   と、前記λ３の光から上記光照射部位の血流量を算出す
   る演算手段と、前記温度補正したグルコース量と上記血
   流量から上記光照射部位の血中グルコース濃度を算出す
   る演算手段と、を備えたことを特徴とするグルコースセ
   ンサー。
2. 【請求項２】前記光放出手段の波長がそれぞれλ１＝
   １．５〜１．６μｍ、λ２＝１．３〜１．４μｍ、λ３
   ＝０．８０〜０．８５μｍの範囲内に設定したことを特
   徴とする請求項１に記載のグルコースセンサー。