JP2004089546A

JP2004089546A - 血液分析装置

Info

Publication number: JP2004089546A
Application number: JP2002257277A
Authority: JP
Inventors: Mizue Fukushima; 福島　　瑞惠
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】生体内を通過した光の吸光度に基づき血液分析を行う血液分析装置は、発光素子より照射された光が生体内を通り吸収を受け受光部の受光素子に到達する。これらの血液分析装置は受光素子が受光した光の量、すなわち電流値から血液の成分比を算出するが、実際に受光部に到達する生体情報を有する光の量はわずかであり、電流増幅などの算出法の工夫が必要であった。
【解決手段】ホルダ内周面の受光部位置以外に発せられた生体情報を含む散乱光を集光し多くの光を受光素子に集める目的で集光手段、並びに受光素子としてレンズを有するフォトダイオードをホルダ内周面に具備すると共に、漏れ光を防ぐためにホルダ内周面の集光手段の外側に緩衝材を設ける。
【選択図】　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非侵襲で血液中の成分を分析する血液分析装置の装着構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から採血しないで血液成分を検査する装置としては、例えば動脈血の酸素飽和度を測定するパルスオキシメーターがある。これは動脈血中のヘモグロビンのうち酸素と結合したヘモグロビンの割合を非侵襲で測定するものであり、使いやすく装置の価格も妥当なことから、さまざまな医療現場で使われてきた。例えば、手術中や術後、集中治療室では、患者の容体を連続的に監視している。また在宅酸素療法では患者の状態把握として使われてきた。救急医療では、輸送中に患者の容体を短時間で把握するために使われてきた。さらに、高所登山での健康状態のチェックにも使われている。測定部位は手の指を使うのが一般的であるが、測定目的や環境に応じて測定部位の指に取付けるプローブと本体の構造はさまざまである。
一般的なパルスオキシメーター構造は、本体とプローブが分かれる別体型であり、プローブは指を上下の部品で挟み込み、バネで指に押し当て力が加わるクリップタイプである。この別体型クリップタイプのパルスオキシメーターの一例が、すでに開示されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特表昭６４−５００４９５号公報（請求項５、請求項７、第１１図）
【０００４】
一方、本体とプローブを小さく一体型にして、装着したままで生活できる指輪型パルスオキシメーターがある。市販されている指輪型パルスオキシメーターとしては、販売元がエー・シー・メディカルのＡＤ７０１０（医療用具承認番号　２１３００ＢＺＺ００１９６）がある。指の太さに対応させるために、指輪サイズを直径２１ｍｍ、１９ｍｍ、１６ｍｍの３サイズから選べるようにしている。
【０００５】
上記二つのタイプのパルスオキシメーターは発光部と受光部が共に指に接触するタイプである。
【０００６】
上記二つのパルスオキシメーターと構造が異なるタイプとして、プローブと本体の一体型で、指の挿入穴があるオープンタイプがある。市販されているオープンタイプのパルスオキシメーターは、右手第２指（人差し指）挿入穴に入れて、右手の他の指で軽く本体を握る。そして、測定対象の第２指を挿入穴の受光部に軽く押し当てる。これは上記二つのパルスオキシメーターとは異なり、受光部のみを指に接触させるタイプである。
【０００７】
酸素飽和度の他にもヘモグロビンの分析には、糖尿病の診断や検査にヘモグロビンＡ１ｃ（グリコヘモグロビンとも言う。）が臨床的に利用されている。これは血液中の赤血球に含まれるヘモグロビンが、血液中のグルコースと結合した状態を調べるものである。ヘモグロビンは血液中のグルコース濃度に応じてグルコースと結合する。そして、ヘモグロビンＡ１ｃは過去１ヶ月から２ヵ月の平均血糖レベルを反映しているのである。このヘモグロビンＡ１ｃ測定には、患者の静脈血を採血して、高速液体クロマトグラフィ法などによって分析するのが一般的であったが、この採血する方法は患者に苦痛を与えていた。また、分析装置も大型で高価なものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
生体内を通過した光の吸光度に基づき血液分析を行う場合、発光素子より照射される光は生体内を通り吸収、散乱をしながら進む。前述の血液分析装置であるパルスオキシメーターは、どのタイプも指に接触している受光部の受光素子に到達した光の量、すなわち電流値から血液の成分比を算出する。
しかし、実際に受光部に到達する光の量はわずかであり、電流増幅などの算出法の工夫が必要となる。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決し、受光部位置以外に発せられた血液情報を含む散乱光を集光し、多くの光を受光素子に集める事により、より正確に安定した結果が得られる血液分析装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の血液分析装置は、ハウジングと、生体検体を挿入するホルダと、ホルダが生体検体に光を照射する発光素子を有した発光部と、生体検体を挟んで透過光を受光する受光部とを、ホルダ内周面のそれぞれ対抗する位置に配置し、発光素子の照射光が生体組織を通過する間に光吸収を受けた透過光を受光部に取り込み、受光部の受光素子の光電流を変換して血液の成分比を算出する回路と、成分比を表示する表示器を備えた血液分析装置において、ホルダ内周面に集光手段を具備し集光手段は発光部より照射された光が生体組織を通過しホルダ内周面の受光部以外の方向に散乱した光を受光部に集める事を特徴とするものである。
【００１１】
本発明の血液分析装置は、ホルダ内周面に緩衝材を有し、緩衝材が集光手段を覆っていることが好ましい。
【００１２】
本発明の血液分析装置は、発光部と受光部のうち、少なくとも発光部の発光素子が生体検体に密着する構造であることが好ましい。
【００１３】
本発明の血液分析装置は、発光部の発光素子と受光部の受光素子が共に生体検体に密着する構造であることが好ましい。
【００１４】
本発明の血液分析装置は、受光部の受光素子がレンズを有するフォトダイオードであることが好ましい。
【００１５】
（作用）
以上の構成により、生体検体にホルダ内周面が密着し、更にホルダ内周面に集光手段を有することで、生体内を通り受光部以外のホルダ内周面に出た血液情報を含む散乱光を効率よく受光素子に集めることができる。よって、より正確に安定した結果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の一実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置のセンサ部構造を示す断面図である。図２（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置の外観図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。図３は本発明の一実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置の測定時の姿勢を示す装着図である。図４は本発明の一実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置のホルダ部の断面図である。
【００１７】
次に図１を用いて、本発明の実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置のセンサ部構造を説明する。まず挿入穴１は先端が閉じたほぼ円筒形状のホルダ２からなり、指である生体組織１０をホルダ２の先端に突当たるように挿入する。ホルダ２には、指の腹が当たる部分に受光素子１１を有する受光部５と、その反対側の指の爪側には発光素子２２を有する発光部６が備え付けられている。またホルダ２には、集光部３と、緩衝材４が具備されている。集光部３は発光素子２２から照射され、生体内から直接受光部に到達した光と、集光部から集められた光を受光する目的でレンズを有するフォトダイオードを用いている。緩衝材４は、外からホルダ内部への光の進入を妨げると共に、指とホルダ内周面を密着させることにより発光素子からの生体情報を持たない光の受光を防ぐ作用がある。図１において集光部３はホルダ内部全面に具備されているが、部分的に設けても良い。緩衝材４による指に対する圧力は、生体内の血流を妨げない程度に調節されている。発光素子２２は、それぞれのピーク発光波長がλ_１、λ_２、λ_３のチップ型発光ダイオードを並べてなるものである。
【００１８】
発光素子２２、並びに受光素子１１の表面に防塵効果を有する薄い透明膜を有しても良い。
【００１９】
回路７には受光素子１１が実装されていて、それぞれの波長において脈動による光電流の変化から、ヘモグロビンＡ１ｃを算出している。その算出結果は、回路７に接続された表示器８によって表示する。表示器８は、ホルダ２の上側にあり、上を向いているので読み取りやすい。
【００２０】
図２（ａ）および（ｂ）を用いて、本発明の実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置の外観を説明する。これは糖尿病の診断や検査のためのヘモグロビンＡ１ｃ分析装置であり、分析装置１２は、血液中の赤血球に含まれるヘモグロビンが、血液中のグルコースと結合した割合を測定する。分析装置１２の側面には、測定部位を入れられる挿入穴１があり、患者の指が入るようにほぼ円筒形状をしている。上面には電源を入れて分析を開始させるスイッチ１３と、分析結果を表示する表示器８が設けられている。表示器８には血糖コントロールの指標となる、ヘモグロビンＡ１ｃが表示される。ハウジング９は、プラスチックでできた分析装置１２の外装である。
【００２１】
次に図３を用いて、本発明の実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置の使用方法を説明する。挿入穴１には指が挿入されている。標準的な指の使い方は、右手第３指（中指）を挿入穴１に入れて、両脇の第２指（人差し指）と第４指（薬指）で軽く分析装置１２のハウジング９を支えて、手のひらを上に向ける。これが測定時の標準的な装着姿勢である。この場合には測定対象の生体組織１０は右手第３指となる。この姿勢のままで、スイッチ１３を押せば、電源が入り分析が開始される。例えば、スイッチ１３は右手第１指（親指）で押しやすいように、上面つまり上を向いて配置されている。分析結果のヘモグロビンＡ１ｃは、スイッチ１３と同じように、上を向いている表示器８に表示されるので、簡単に読み取ることができる。つまり、手のひらが視覚に映る側にして指を挿入して、その姿勢のままで、視覚に映る側に配置した表示器８の表示を読み取る。
【００２２】
次に図４、図５を用いて本発明の実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置のホルダ部分の構造を説明する。
【００２３】
図４は集光部３として外周に反射膜を設けた導光溝を有する高屈折率高分子材料を用いたものである。反射膜を設けた導光溝の角度は、生体組織内で乱反射されホルダ内周面に出てきた光を反射し、その反射された光がホルダ内周面にあたる際、高屈折率高分子材料の臨界角度以上で入射するように設計されている。臨界角度以上で入射された光は高屈折率高分子材料内を通り、受光部へと誘導される。高屈折率高分子材料としてはノルボルネン系樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂等の屈折率１．５から１．６の高分子材料を用いることができる。受光素子１１は生体組織から直接、並びに集光部からの光を受光する目的でレンズを有するフォトダイオードを用いたものである。緩衝材４には、ポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォームなどの各種フォーム材料やスポンジ、並びにシリコーンゴム等の弾性体を用いることができる。
【００２４】
図５は光ファイバーの端面の一端を生体組織側に、他方の端面を受光素子側に向けて向けて並べた部分を集光部３とするものである。光ファイバーは柔軟性の点からプラスチック製のものを用いる。プラスチック製の光ファイバーはコア材としてノルボルネン系樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂等の高屈折率高分子材料を、クラッド材として非晶質フッ素樹脂等の低屈折率高分子材料を用いたものである。光ファイバーの端面より入射した光は、ファイバーのコア材とクラッド材の界面で反射を繰り返しながら受光部へと誘導される。同様の機能を有する集光部として通常の光ファイバーの他にフレキシブル光導波路フィルムを用いることもできる。受光素子１１は生体組織から直接、並びに集光部からの光を受光する目的でレンズを有するフォトダイオードを用いたものである。緩衝材４には、ポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォームなどの各種フォーム材料やスポンジ、並びにシリコーンゴム等の弾性体を用いることができる。
【００２５】
受光素子１１は発光波長λ_１、λ_２、λ_３を含んだ感度波長範囲であるフォトダイオードである。回路７には受光素子１１が実装されていて、それぞれの波長において脈動による光電流の変化から、ヘモグロビンＡ１ｃを算出している。その算出結果は、回路７に接続された表示器８によって表示する。表示器８は、ホルダ２の上側にあり、上を向いているので読み取りやすい。
【００２６】
前記のようにホルダには緩衝材４が具備されているが、緩衝材の指に対する圧力が大きすぎると、血流は少なくなり拍動を正確に検出することができない。また逆に圧力が小さすぎると、外光が進入したり指と発光素子並びに受光素子との密着が悪くなる事から発光素子からの生体情報を持たない光を直接受光素子が受ける等のノイズの影響を受けてしまう。
【００２７】
なお、挿入穴１に入れる指を右手第３指としたが、この指に限るものではない。また図４にホルダに具備された集光部の構造を示したが、生体組織の情報を持つ光を受光部に集光するものであればどの様な構造でもかまわない。
【００２８】
以上が本発明の実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置の説明である。これと同様な装着方法によって、全ヘモグロビンのうち酸素と結合したオキシヘモグロビンの割合である酸素飽和度を測定するパルスオキシメーターにも利用できる。また同様に分光分析によって、血液中のグルコース濃度を非侵襲で計測する方法が開発されている。このような血糖値測定装置にも利用できる。さらに、血液中の脂質などの血液分析装置にも利用できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、生体内を通過した光の吸光度に基づき血液分析を行う機器において、受光部位置以外に発せられた血液情報を含む散乱光を集光し、多くの光を受光素子に集める事により、ヘモグロビンの成分比を正確に求め、より安定した結果を得る事が可能となる。
【００３０】
また本発明の血液分析装置は採血せず、瞬時に血液成分比を求めることができることから、救急の輸送中や高所登山などで酸素飽和度を測定する際、在宅でヘモグロビンＡ１ｃを測定する際等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の血液分析装置の実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置のセンサ部構造を示す断面図である。
【図２】本発明の血液分析装置の実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置の外観図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の血液分析装置の実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置の装着図である。
【図４】本発明の血液分析装置の実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置のホルダ部分の構造図である。
【図５】本発明の血液分析装置の実施の形態によるヘモグロビンＡ１ｃ分析装置のホルダ部分の構造図である。
【符号の説明】
１　挿入穴
２　ホルダ
３　集光部
４　緩衝材
５　ホルダ
６　発光部
７　回路
８　表示器
９　ハウジング
１０　生体組織
１１　受光素子
１２　分析装置
１３　スイッチ
１４　導光溝
１５　反射膜
１６　光ファイバー
２２　発光素子

Claims

ハウジングと、生体検体を挿入するホルダと、該ホルダには生体検体に光を照射する発光素子を有した発光部と、指を挟んで透過光を受光する受光素子を有した受光部とを、前記ホルダ内面のそれぞれ対抗する位置に有し、前記発光素子の照射光が生体組織を通過する間に光吸収を受けた透過光を前記受光部に取り込み、前記受光部の前記受光素子の光電流を変換して血液の成分比を算出する回路と、該成分比を表示する表示器とを備えた血液分析装置であって、前記発光部より照射された光が生体組織を通過し、前記ホルダ内面の前記受光部以外の方向に散乱した光を前記受光部に集める集光手段を前記ホルダ内面に有する血液分析装置。
前記ホルダ内面に、前記集光手段を覆う緩衝材を有することを特徴とする請求項１に記載の血液分析装置。
前記発光部と前記受光部のうち、少なくとも前記発光部の前記発光素子が生体検体に密着する構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の血液分析装置。
前記発光部の前記発光素子と前記受光部の前記受光素子が共に生体検体に密着する構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の血液分析装置。
前記受光部の前記受光素子がレンズを有するフォトダイオードであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の血液分析装置。