JP2010281698A - Skin gas detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、皮膚ガス検出装置に係り、特に、検出対象者の皮膚から拡散したガスを検出し、血中の検出対象物質の濃度を検出する皮膚ガス検出装置に関する。 The present invention relates to a skin gas detection device, and more particularly to a skin gas detection device that detects gas diffused from the skin of a detection target person and detects the concentration of a detection target substance in blood.
従来より、血中の特定物質を皮膚ガス濃度から推定する検出装置が知られている。例えば、皮膚ガス透過ガスを貯留するとともに開口を有する容器と、皮膚透過ガスを循環させる送風ファンと、ガス循環路にガス測定装置を有する皮膚透過ガス測定装置が知られている(特許文献1)。この特許文献1では、皮膚から透過するガスを集め貯留するとともに、その濃度をガスクロマトグラフ等により定量する方法が示され、血中濃度と皮膚ガス濃度が相関することが示されている。 Conventionally, a detection device that estimates a specific substance in blood from skin gas concentration is known. For example, a skin permeation gas measuring device having a container that stores skin gas permeating gas and has an opening, a blower fan that circulates the skin permeating gas, and a gas measuring device in a gas circulation path is known (Patent Document 1). . In this Patent Document 1, a method of collecting and storing gas that permeates from the skin and quantifying the concentration by gas chromatography or the like is shown, and it is shown that the blood concentration correlates with the skin gas concentration.
しかしながら、上記の特許文献1に記載の技術では、血中から皮膚組織への拡散において、個人差及び環境による影響(気温などによる皮下温度の変化など)が大きいため、皮膚ガス濃度から血中濃度を精度よく検出することができない、という問題がある。 However, in the technique described in Patent Document 1 described above, in the diffusion from the blood to the skin tissue, there is a great influence by individual differences and the environment (such as a change in subcutaneous temperature due to the air temperature). Cannot be detected accurately.
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、皮膚ガスから、血中の検出対象物質の濃度を精度よく検出することができる皮膚ガス検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a skin gas detection device that can accurately detect the concentration of a detection target substance in blood from skin gas.
上記目的を達成するために、本発明の皮膚ガス検出装置は、検出対象者の血中の検出対象物質が皮膚からガスとして拡散した検出対象ガスの濃度を検出する対象ガス検出手段と、血中濃度が安定し、かつ、水溶性を有し、皮膚から拡散される参照ガスの濃度を検出する参照ガス検出手段と、前記対象ガス検出手段によって検出された前記検出対象ガスの濃度、及び前記参照ガス検出手段によって検出された前記参照ガスの濃度に基づいて、血中の前記検出対象物質の濃度を算出する血中濃度算出手段とを含んで構成されている。 In order to achieve the above object, a skin gas detection device of the present invention comprises a target gas detection means for detecting the concentration of a detection target gas in which a detection target substance in the blood of the detection target diffuses as a gas from the skin, Reference gas detection means for detecting the concentration of a reference gas having a stable concentration and water solubility and diffused from the skin, the concentration of the detection target gas detected by the target gas detection means, and the reference Blood concentration calculation means for calculating the concentration of the detection target substance in the blood based on the concentration of the reference gas detected by the gas detection means.
本発明に係る皮膚ガス検出装置によれば、対象ガス検出手段によって、検出対象者の血中の検出対象物質が皮膚からガスとして拡散した検出対象ガスの濃度を検出する。また、参照ガス検出手段によって、血中濃度が安定し、かつ、水溶性を有し、皮膚から拡散される参照ガスの濃度を検出する。 According to the skin gas detection device of the present invention, the target gas detection means detects the concentration of the detection target gas in which the detection target substance in the blood of the detection target diffuses as gas from the skin. Further, the reference gas detection means detects the concentration of the reference gas that has a stable blood concentration and is water-soluble and diffuses from the skin.
そして、血中濃度算出手段によって、対象ガス検出手段によって検出された検出対象ガスの濃度、及び参照ガス検出手段によって検出された参照ガスの濃度に基づいて、血中の検出対象物質の濃度を算出する。 Then, the concentration of the detection target substance in the blood is calculated by the blood concentration calculation means based on the concentration of the detection target gas detected by the target gas detection means and the concentration of the reference gas detected by the reference gas detection means. To do.
このように、皮膚から拡散した検出対象ガスの濃度及び参照ガスの濃度を検出することにより、皮膚ガスから、血中の検出対象物質の濃度を精度よく検出することができる。 Thus, by detecting the concentration of the detection target gas diffused from the skin and the concentration of the reference gas, the concentration of the detection target substance in the blood can be accurately detected from the skin gas.
本発明の参照ガスの、血中から皮膚に拡散される程度を示す拡散係数が、検出対象物質の拡散係数と相関関係にある。これによって、拡散係数の変化による影響を低減して、血中の検出対象物質の濃度を精度よく検出することができる。 The diffusion coefficient indicating the degree of diffusion of the reference gas of the present invention from the blood into the skin is correlated with the diffusion coefficient of the detection target substance. As a result, the influence of changes in the diffusion coefficient can be reduced, and the concentration of the detection target substance in the blood can be detected with high accuracy.
本発明に係る皮膚ガス検出装置は、検出対象者の所定部位を載置するための載置部、及び所定部位の皮膚から拡散されるガスを貯める貯留室を備えた筐体を更に含み、対象ガス検出手段は、貯留室内の検出対象ガスの濃度を検出し、参照ガス検出手段は、貯留室内の参照ガスの濃度を検出することができる。 The skin gas detection device according to the present invention further includes a housing having a placement portion for placing a predetermined part of the detection target person and a storage chamber for storing gas diffused from the skin of the predetermined part. The gas detection means can detect the concentration of the detection target gas in the storage chamber, and the reference gas detection means can detect the concentration of the reference gas in the storage chamber.
本発明に係る血中濃度算出手段は、以下の式に従って、血中の検出対象物質の濃度を算出するようにすることができる。 The blood concentration calculation means according to the present invention can calculate the concentration of the detection target substance in the blood according to the following equation.
血中の検出対象物質の濃度=a×(ΔGas)/(ΔRef) Concentration of detection target substance in blood = a × (ΔGas) / (ΔRef)
ただし、ΔGasは対象ガス検出手段によって検出された検出対象ガスの濃度の変化量、ΔRefは参照ガス検出手段によって検出された参照ガスの濃度の変化量、aは係数である。 However, ΔGas is the amount of change in the concentration of the detection target gas detected by the target gas detection means, ΔRef is the amount of change in the concentration of the reference gas detected by the reference gas detection means, and a is a coefficient.
上記の検出対象物質を、エタノール及びアセトンの何れか一方とすることができる。 The substance to be detected can be either ethanol or acetone.
以上説明したように本発明によれば、皮膚から拡散した検出対象ガスの濃度及び参照ガスの濃度を検出することにより、皮膚ガスから、血中の検出対象物質の濃度を精度よく検出することができる、という効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the concentration of the detection target substance in the blood can be accurately detected from the skin gas by detecting the concentration of the detection target gas diffused from the skin and the concentration of the reference gas. The effect of being able to be obtained is obtained.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、検出対象者の手掌の皮膚から拡散されるガスを検出して、検出対象物質としてのアルコールの一種であるエタノールの血中の濃度を検出するエタノール濃度検出装置に、本発明を適用した場合を例に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, an ethanol concentration detection device that detects the gas diffused from the skin of the palm of the detection subject and detects the blood concentration of ethanol, which is a kind of alcohol as the detection target substance, A case where the present invention is applied will be described as an example.
図1、図2に示すように、第1の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置10は、上面中央部が開口している筐体12を備え、筐体12には、開口部によって開口した凹部であって、ガスを貯留するための貯留室14が形成されている。筐体12の開口部の周辺部分は、検出対象者の手掌を載置するための載置部として用いられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the ethanol
筐体12の貯留室14の底部には、センサ群24が取り付けられている。センサ群24は、貯留室14内のガスを検出するように取り付けられた、アルコールセンサ24Aと二酸化炭素センサ24Bとで構成されている。
A sensor group 24 is attached to the bottom of the
アルコールセンサ24Aは、貯留室14内の気体中に含まれるエタノールガスを検出するセンサであり、エタノールガスに対して高い感度を有する。アルコールセンサ24Aとして、例えば、電気化学式アルコールセンサを使用することができる。
The
二酸化炭素センサ24Bは、貯留室14内の気体中に含まれる二酸化炭素を検出するセンサであり、二酸化炭素に感度を有する。二酸化炭素センサ24Bとして、例えば、固体電解質式二酸化炭素センサを使用することができる。
The
この実施の形態によれば、筐体12の上面(載置部)に検出対象者が手掌を載置することにより、手掌の皮膚から拡散されるガスが貯留室14に貯留される。このとき、アルコールセンサ24Aは、貯留室14内の気体中のエタノールガス成分の濃度に応じた検出信号を出力し、センサ応答として、図3(A)に示すような出力が得られる。また、二酸化炭素センサ24Bは、貯留室14内の気体中の二酸化炭素の濃度に応じた検出信号を出力し、センサ応答として、図3(B)に示すようなセンサ出力が得られる。
According to this embodiment, when the person to be detected places the palm on the upper surface (mounting portion) of the
アルコールセンサ24A及び二酸化炭素センサ24Bから出力された検出信号は、後述するコンピュータ26に入力され、入力された検出信号に基づいて、検出対象者の血中のエタノール濃度が検出される。なお、アルコールセンサ24A及び二酸化炭素センサ24Bから出力された検出信号は、コンピュータ26によって、一定間隔で同時に取り込まれる。
Detection signals output from the
図4に示すように、エタノール濃度検出装置10は、アルコールセンサ24A及び二酸化炭素センサ24Bに接続され、かつ、検出対象者の血中のエタノール濃度を検出して、表示装置40に表示させるコンピュータ26を備えている。
As shown in FIG. 4, the ethanol
コンピュータ26は、CPU、後述するエタノール濃度検出処理ルーチンを実現するためのプログラムを記憶したROM、データを一時的に記憶するRAM、及びHDD等の記憶装置を備えて構成されている。コンピュータ26を以下で説明するエタノール濃度検出処理ルーチンに従って機能ブロックで表すと、図4に示すように、アルコールセンサ24Aからの検出信号に基づいて、エタノールガスの濃度のベース値及び飽和値を取得する第1センサ出力取得部32と、二酸化炭素センサ24Bからの検出信号に基づいて、二酸化炭素の濃度のベース値及び飽和値を取得する第2センサ出力取得部34と、エタノールガスの濃度の変化量、及び二酸化炭素の濃度の変化量に基づいて、血中のエタノール濃度を算出して、表示装置40に出力する血中濃度算出部36とを備えている。
The
次に、本実施の形態における血中のエタノール濃度を算出する原理について説明する。 Next, the principle of calculating blood ethanol concentration in the present embodiment will be described.
まず、図5に示すように、エタノールなどの揮発性物質は、血中から皮下組織(組織液)へ拡散し、さらに皮膚ガスとして一部が皮膚から体外へ放出される。血中から皮下組織を介して皮膚に拡散する程度は、拡散係数αで表わされ、拡散係数は、分子量の大きさに応じて決定される。血中のエタノール濃度がX%である場合、皮下組織を介して皮膚に拡散されるガス中のエタノールガス濃度は、αX%となる。 First, as shown in FIG. 5, a volatile substance such as ethanol diffuses from the blood to the subcutaneous tissue (tissue fluid), and a part thereof is released from the skin to the outside of the body. The degree of diffusion from the blood into the skin through the subcutaneous tissue is represented by a diffusion coefficient α, which is determined according to the molecular weight. When the ethanol concentration in the blood is X%, the ethanol gas concentration in the gas diffused into the skin through the subcutaneous tissue is αX%.
また、図6に示すように、血中濃度と皮膚ガスとして放出されるガス濃度とには、個人を特定すれば比例関係が認められるが、その比率は個人差が大きいため、皮膚ガス濃度だけでは血中濃度を精度よく推定することができない。この要因は、個人により皮下脂肪や皮膚角質層が異なることや、環境温度により皮膚温度が変化することから、血中から皮下組織及び皮膚を介して拡散する程度が変化するためである。 In addition, as shown in FIG. 6, there is a proportional relationship between the blood concentration and the gas concentration released as skin gas if an individual is specified. Thus, the blood concentration cannot be accurately estimated. This is because the degree of diffusion from the blood through the subcutaneous tissue and skin changes because the subcutaneous fat and skin stratum corneum differ from person to person and the skin temperature changes depending on the environmental temperature.
そこで、本実施の形態では、血中及び皮下組織中の二酸化炭素及び酸素が安定した濃度で存在することに着目し、また、これらは、水溶性を有し、皮膚から拡散されると共に、皮下脂肪や皮膚温度による影響をエタノールと同様に受ける(エタノールに対して拡散係数が近い)ため、これを参照ガスとして検出対象物質のガス濃度との比を取る。これにより、上記に述べた個人差及び環境温度の変化による影響や、拡散係数の変化による影響を大きく低減することができる。 Therefore, in the present embodiment, attention is paid to the fact that carbon dioxide and oxygen in blood and subcutaneous tissue exist at a stable concentration, and these are water-soluble and diffuse from the skin, and are subcutaneously applied. Since it is affected by fat and skin temperature in the same manner as ethanol (diffusion coefficient is close to that of ethanol), this is used as a reference gas to take a ratio with the gas concentration of the detection target substance. Thereby, the influence by the above-mentioned individual difference and the change of environmental temperature, and the influence by the change of a diffusion coefficient can be reduced significantly.
血中のエタノール濃度を算出するための一般式は、以下の(1)式で表される。
f(EtOH)blood=a×f(EtOH)skin/(CO2)skin
・・・(1)
The general formula for calculating the ethanol concentration in blood is represented by the following formula (1).
f (EtOH) blood = a × f (EtOH) skin / (CO 2 ) skin
... (1)
ただし、(EtOH)bloodは、血中のエタノール濃度であり、(EtOH)skinは、皮膚ガス中のエタノールガスの濃度であり、(CO2)skinは、皮膚ガス中の二酸化炭素濃度であり、aは、予め求められた係数である。 However, (EtOH) blood is the ethanol concentration in blood, (EtOH) skin is the concentration of ethanol gas in skin gas, and (CO 2 ) skin is the carbon dioxide concentration in skin gas, a is a coefficient determined in advance.
血中濃度算出部36は、上記(1)式を用いた算出例として、以下の(2)式に示す式に従って、血中のエタノール濃度を算出する。
(EtOH)blood=a×(△EtOH)skin/(△CO2)skin
=a×{(EtOH)sat−(EtOH)base}
/{(CO2)sat−(CO2)base}
・・・(2)
The blood
(EtOH) blood = a × (ΔEtOH) skin / (ΔCO 2 ) skin
= A x {(EtOH) sat- (EtOH) base }
/ {(CO 2 ) sat − (CO 2 ) base }
... (2)
ただし、(EtOH)satは、エタノールガス濃度の飽和値(皮膚ガス貯留時のアルコール濃度)であり、(EtOH)baseは、エタノールガス濃度のベース値(大気中のエタノールガス濃度)である。また、(CO2)satは、二酸化炭素濃度の飽和値(皮膚ガス貯留時の二酸化炭素濃度)であり、(CO2)baseは、二酸化炭素濃度のベース値(大気中の二酸化炭素濃度)であり、aは、予め求められた係数である。なお、エタノールガス濃度及び二酸化炭素濃度の各々のベース値として、例えば、皮膚ガス入力前の任意区間の平均値又は最小値を用いればよい。 However, (EtOH) sat is a saturated value of ethanol gas concentration (alcohol concentration when storing skin gas), and (EtOH) base is a base value of ethanol gas concentration (ethanol gas concentration in the atmosphere). Further, (CO 2 ) sat is a saturation value of carbon dioxide concentration (carbon dioxide concentration at the time of storing skin gas), and (CO 2 ) base is a base value of carbon dioxide concentration (carbon dioxide concentration in the atmosphere). Yes, a is a coefficient obtained in advance. In addition, what is necessary is just to use the average value or the minimum value of the arbitrary sections before skin gas input as each base value of ethanol gas concentration and carbon dioxide concentration, for example.
上記(2)式に示すように、 エタノールガスの濃度の変化量と、二酸化炭素の濃度の変化量との比と、予め定められた係数とを乗算することにより、血中のエタノール濃度が算出される。 As shown in the above equation (2), the ethanol concentration in the blood is calculated by multiplying the ratio between the change in the concentration of ethanol gas and the change in the concentration of carbon dioxide by a predetermined coefficient. Is done.
次に、第1の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置10の作用について説明する。
エタノール濃度検出装置10のメインスイッチ(図示省略)がオンされると、エタノール濃度検出装置10のコンピュータ26において、図7に示すエタノール濃度検出処理ルーチンが実行される。
Next, the operation of the ethanol
When the main switch (not shown) of the ethanol
まず、ステップ100において、アルコールセンサ24A及び二酸化炭素センサ24Bの各々から検出信号を取得して、メモリ(図示省略)に記憶する、ステップ102において、二酸化炭素センサ24Bからの検出信号の変化から、皮膚ガスが貯留室14内に入力されたか否かを判定する。二酸化炭素センサ24Bの検出信号から得られる二酸化炭素濃度が閾値未満であると、手掌が筐体12上面に載置されておらず、皮膚ガスが入力されていないと判断し、上記ステップ100へ戻る。一方、二酸化炭素センサ24Bの検出信号から得られる二酸化炭素濃度が閾値以上になると、手掌が筐体12上面に載置され、皮膚ガスが入力されたと判断し、ステップ104へ進む。
First, in
ステップ104では、上記ステップ100で取得したアルコールセンサ24A及び二酸化炭素センサ24Bの各々の検出信号に基づいて、双方のセンサ出力が飽和値に到達したか否かを判定する。アルコールセンサ24A及び二酸化炭素センサ24Bの少なくとも一方のセンサ出力が飽和値に到達していない場合には、上記ステップ100へ戻るが、一方、アルコールセンサ24A及び二酸化炭素センサ24Bの双方のセンサ出力が飽和値に到達した場合には、ステップ106へ進む。
In
ステップ106では、上記ステップ100で記憶されたアルコールセンサ24A及び二酸化炭素センサ24Bの各々の検出信号の時系列データに基づいて、皮膚ガスが入力されたと判断される時刻より前の検出信号から、エタノールガス濃度のベース値及び二酸化炭素濃度のベース値を取得する。また、センサ出力が飽和したときの検出信号から、エタノールガス濃度の飽和値及び二酸化炭素濃度の飽和値を取得する。
In
次のステップ108では、上記ステップ106で取得したエタノール濃度のベース値及び飽和値と、二酸化炭素濃度のベース値及び飽和値とに基づいて、上記(2)式に従って、検出対象者の血中のエタノール濃度を算出する。
In the
そして、ステップ110では、上記ステップ108で算出された血中のエタノール濃度を表示装置40に表示させて、エタノール濃度検出処理ルーチンを終了する。
In
以上説明したように、第1の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置によれば、皮膚から拡散したエタノールガスの濃度の変化量及び二酸化炭素の濃度の変化量の比率に基づいて、個人差等による影響を低減して、皮膚ガスから、血中のエタノールの濃度を精度よく検出することができる。 As described above, according to the ethanol concentration detection apparatus according to the first embodiment, individual differences, etc., based on the ratio of the change in the concentration of ethanol gas diffused from the skin and the change in the concentration of carbon dioxide. The concentration of ethanol in blood can be accurately detected from skin gas.
また、参照ガスとして、エタノールと拡散係数が近い二酸化炭素を採用することにより、拡散係数の変化による影響を低減して、血中のエタノールの濃度を精度よく検出することができる。 In addition, by adopting carbon dioxide having a diffusion coefficient close to that of ethanol as a reference gas, the influence of changes in the diffusion coefficient can be reduced and the concentration of ethanol in blood can be detected with high accuracy.
また、検出対象者は、手掌の皮膚を筐体の貯留室上に置くことにより、貯留室内のアルコールセンサ及び二酸化炭素センサによって同時計測が実施され、アルコールセンサによる検出値を二酸化炭素センサによる検出値で補正して、個人差による影響を低減し、血中のエタノール濃度を正確に検出することができる。また、簡便な操作で飲酒状態を判断することが可能となる。 In addition, the person to be detected puts the skin of the palm on the storage chamber of the housing so that simultaneous measurement is performed by the alcohol sensor and the carbon dioxide sensor in the storage chamber, and the detection value by the alcohol sensor is detected by the carbon dioxide sensor. In this way, the influence of individual differences can be reduced and the ethanol concentration in the blood can be accurately detected. In addition, it is possible to determine the drinking level by a simple operation.
なお、上記の実施の形態では、電気化学式アルコールセンサを用いて、エタノールガスの濃度を検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、酸化物半導体方式のアルコールセンサを用いてもよい。 In the above embodiment, the case where the concentration of ethanol gas is detected using an electrochemical alcohol sensor is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and an oxide semiconductor alcohol sensor is used. May be.
次に、第2の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置について説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。 Next, an ethanol concentration detection apparatus according to the second embodiment will be described. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
第2の実施の形態では、光吸収方式のセンサを用いて、エタノールガスの濃度及び二酸化炭素の濃度を検出している点が、第1の実施の形態と主に異なっている。 The second embodiment is mainly different from the first embodiment in that the concentration of ethanol gas and the concentration of carbon dioxide are detected using a light absorption type sensor.
図8に示すように、第1の実施の形態のエタノール濃度検出装置210は、筐体12の貯留室14の底部に、エタノールのC−O伸縮振動による吸収スペクトル(波長9.5μm)を含む所定波長帯域(例えば、エタノールのC−O伸縮振動による吸収スペクトルを中心波長とする9μm〜10μmの波長帯域)の赤外線を透過するバンドパスフィルタで構成された光学フィルタ222Aと、光学フィルタ222Aを透過した赤外線を電気信号に変換し、透過光量に応じた電気信号を出力するボロメータ、SOIダイオード、またはサーモパイル等で構成されたエタノール用光電変換素子224Aとを備えている。また、筐体12の貯留室14の底部に、二酸化炭素のC−O伸縮振動による吸収スペクトルを含む所定波長帯域(例えば、15μmを中心波長とする14μm〜16μmの所定波長帯域)の赤外線を透過する二酸化炭素用光学フィルタ222B、及び光学フィルタ222Bを透過した赤外線を電気信号に変換するボロメータ、SOIダイオード、またはサーモパイル等で構成された二酸化炭素用光電変換素子224Bが設けられている。なお、光学フィルタ222A及びエタノール用光電変換素子224Aが、対象ガス検出手段の一例である。また、光学フィルタ222B及び二酸化炭素用光電変換素子224Bが、参照ガス検出手段の一例である。
As shown in FIG. 8, the ethanol
エタノール用光電変換素子224A及び二酸化炭素用光電変換素子224Bには、コンピュータ26が接続されている。
A
人間の皮膚から放射される赤外線の波長帯域は、300°Kの温度で約2μm〜100μmである。また、筐体12の上面に載置された手掌の皮膚から放射される赤外線の方向と、皮膚から拡散されるガスの拡散方向とが同じであるので、貯留室14内のエタノールガスと皮膚から放射された赤外線とが、手掌の皮膚とエタノール濃度検出装置210との間で相互作用する。
The wavelength band of infrared rays emitted from human skin is about 2 μm to 100 μm at a temperature of 300 ° K. Moreover, since the direction of the infrared rays emitted from the skin of the palm placed on the upper surface of the
したがって、本実施の形態のエタノール濃度検出装置210によれば、検出対象者の手掌の皮膚から放射された赤外線と貯留室14内のエタノールガスとの相互作用によって、エタノールのC−O伸縮振動による吸収スペクトル生じ、吸収スペクトルを含む所定波長帯域の赤外線の強度が低下する。
Therefore, according to the ethanol
エタノール用光電変換素子224Aから出力される電気信号の強度Te、すなわち光学フィルタ222Aを透過した赤外線の透過光量は以下の(3)式で表わされる。
The intensity Te of the electrical signal output from the ethanol photoelectric conversion element 224A, that is, the amount of transmitted infrared light transmitted through the
Te=ToEXP(−ne・ke・L) ・・・(3) Te = ToEXP (−ne · ke · L) (3)
ただし、Toは光源である手掌の光量、neはエタノールガスの濃度、keはエタノールガスの吸収係数、Lはガスと光の相互作用長(光学フィルタ222Aから載置された手掌までの距離で表わされる光路長)であり、EXPは指数関数を表わす。
Where To is the light amount of the palm as a light source, ne is the concentration of ethanol gas, ke is the absorption coefficient of ethanol gas, and L is the interaction length between the gas and light (the distance from the
上記(3)式より、貯留室14内のエタノールガスの濃度(EtOH)は、以下の(4)式で表わされる。
From the above equation (3), the concentration of ethanol gas (EtOH) in the
(EtOH)=ne=−ln(Te/To)/ke・L ・・・(4)
ただし、lnは、自然対数を表わす。
(EtOH) = ne = −ln (Te / To) / ke · L (4)
Here, ln represents a natural logarithm.
したがって、コンピュータ26の第1センサ出力取得部32は、上記(4)式に従って貯留室14内のエタノールガスの濃度(EtOH)を演算し、エタノールガスの濃度のベース値及び飽和値を取得する。
Therefore, the first sensor
また、貯留室14内の二酸化炭素の濃度(CO2)は、以下の(5)式で表わされる。
Further, the concentration of carbon dioxide (CO2) in the
(CO2)=−ln(Tc/To)/kc・L ・・・(5) (CO2) = − ln (Tc / To) / kc · L (5)
ただし、Tcは二酸化炭素用光電変換素子224Bから出力された電気信号より得られる透過光量、kcは二酸化炭素の吸収係数である。
However, Tc is the amount of transmitted light obtained from the electrical signal output from the carbon dioxide
コンピュータ26の第2センサ出力取得部34は、上記(5)式に従って貯留室14内の二酸化炭素の濃度(CO2)を演算し、二酸化炭素の濃度のベース値及び飽和値を取得する。
The second sensor
なお、第2の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置210の他の構成及び作用につては、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
In addition, about the other structure and effect | action of the ethanol
次に、第3の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置について説明する。 Next, an ethanol concentration detection apparatus according to a third embodiment will be described.
第3の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置では、先端部に手掌を載置するための載置部が形成された細長円筒状の皮膚ガス導入管を備えており、皮膚ガス導入管の中間部の内部には、センサ群24が取り付けられている。センサ群24のアルコールセンサ24A及び二酸化炭素センサ24Bは、皮膚ガス導入管の中間部の内部に対向するように取り付けられている。
The ethanol concentration detection apparatus according to the third embodiment includes an elongated cylindrical skin gas introduction tube having a placement portion for placing the palm on the tip, and is provided in the middle of the skin gas introduction tube. A sensor group 24 is attached inside the unit. The
アルコールセンサ24Aは、皮膚ガス導入管内を流れる気体中に含まれるエタノールガスを検出する。二酸化炭素センサ24Bは、皮膚ガス導入管内を流れる気体中に含まれる二酸化炭素を検出する。
The
また、皮膚ガス導入管の内部であって、アルコールセンサ24A及び二酸化炭素センサ24Bより吸い込み口側には、皮膚ガスを吸い込み口から吸い込むために駆動される吸い込みファンが設けられている。
Further, a suction fan that is driven to suck skin gas from the suction port is provided inside the skin gas introduction pipe and closer to the suction port than the
なお、第3の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置210の他の構成及び作用につては、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
In addition, since it is the same as that of 1st Embodiment about the other structure and effect | action of the ethanol
なお、上記の第1の実施の形態〜第3の実施の形態では、検出された血中のエタノール濃度を表示する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、検出した血中のエタノール濃度と予め定めた閾値とを比較し、検出した血中のエタノール濃度が閾値以上の場合にエタノール濃度が高いと判定し、エンジンが始動できないようにする等の不正ができないように制御するようにしてもよい。 In the first to third embodiments, the case where the detected ethanol concentration in blood is displayed has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. Compare the ethanol concentration in the blood with a predetermined threshold value, and if the detected ethanol concentration in the blood is equal to or greater than the threshold value, determine that the ethanol concentration is high and prevent the engine from starting up. You may make it control to.
次に、第4の実施の形態について説明する。第4の実施の形態では、血中の検出対象物質としてのアセトンの濃度を検出するアセトン濃度検出装置に、本発明を適用した場合を例に説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。 Next, a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, a case where the present invention is applied to an acetone concentration detection device that detects the concentration of acetone as a detection target substance in blood will be described as an example. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
第4の実施の形態に係るアセトン濃度検出装置は、貯留室14が形成された筐体12を備え、貯留室14の底部には、貯留室14内のガスを検出するように取り付けられた、アセトンセンサと二酸化炭素センサ24Bとで構成されている。
The acetone concentration detection apparatus according to the fourth embodiment includes a
アセトンセンサは、貯留室14内の気体中に含まれるアセトンガスを検出するセンサであり、アセトンガスに対して高い感度を有する。
The acetone sensor is a sensor that detects acetone gas contained in the gas in the
アセトンセンサ及び二酸化炭素センサ24Bに接続されたコンピュータ26では、第1センサ出力取得部32によって、アセトンセンサからの検出信号に基づいて、アセトンガスの濃度のベース値及び飽和値を取得する。
In the
また、本実施の形態では、血中及び皮下組織中の二酸化炭素及び酸素が安定した濃度で存在することに着目し、また、これらは、水溶性を有し、皮膚から拡散されると共に、皮下脂肪や皮膚温度による影響をアセトンと同様に受ける(アセトンに対して拡散係数が近い)ため、これを参照ガスとして、アセトンガス濃度との比を取ることにより、個人差及び環境温度の変化による影響や、拡散係数の変化による影響を大きく低減する。 Further, in the present embodiment, attention is paid to the fact that carbon dioxide and oxygen in blood and subcutaneous tissue are present at a stable concentration, and these are water-soluble, diffuse from the skin, and subcutaneously. As it is affected by fat and skin temperature in the same way as acetone (diffusion coefficient is close to acetone), taking this as a reference gas and taking a ratio with the concentration of acetone gas, the effect of individual differences and changes in environmental temperature In addition, the influence of changes in the diffusion coefficient is greatly reduced.
血中濃度算出部36は、以下の(6)式に示す式に従って、血中のアセトン濃度を算出する。
(C3H6O)blood=a×(△C3H6O)skin/(△CO2)skin
=a×{(C3H6O)sat−(C3H6O)base}
/{(CO2)sat−(CO2)base}
・・・(6)
The blood
(C 3 H 6 O) blood = a × (ΔC 3 H 6 O) skin / (ΔCO 2 ) skin
= A × {(C 3 H 6 O) sat - (C 3 H 6 O) base}
/ {(CO 2 ) sat − (CO 2 ) base }
... (6)
ただし、(C3H6O)satは、アセトンガス濃度の飽和値(皮膚ガス貯留時のアセトンガス濃度)であり、(C3H6O)baseは、アセトンガス濃度のベース値(大気中のアセトンガス濃度)であり、aは、予め求められた係数である。 However, (C 3 H 6 O) sat is a saturated value of acetone gas concentration (acetone gas concentration during skin gas storage), and (C 3 H 6 O) base is a base value of acetone gas concentration (in the atmosphere) A) is a coefficient determined in advance.
上記(6)式に示すように、アセトンガスの濃度の変化量と二酸化炭素の濃度の変化量との比率に基づいて、血中のアセトン濃度が算出される。 As shown in the above equation (6), the acetone concentration in the blood is calculated based on the ratio between the change amount of the acetone gas concentration and the change amount of the carbon dioxide concentration.
なお、第4の実施の形態に係るアセトン濃度検出装置の他の構成及び作用については第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。 In addition, about the other structure and effect | action of an acetone concentration detection apparatus based on 4th Embodiment, since it is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.
以上説明したように、第4の実施の形態に係るアセトン濃度検出装置によれば、皮膚から拡散したアセトンガスの濃度の変化量及び二酸化炭素の濃度の変化量の比率に基づいて、個人差等による影響を低減して、皮膚ガスから、血中のアセトン濃度を精度よく検出することができる。また、簡便な操作で体調状態を判断することが可能となる。 As described above, according to the acetone concentration detection device according to the fourth embodiment, based on the ratio of the change in the concentration of acetone gas diffused from the skin and the change in the concentration of carbon dioxide, individual differences, etc. The concentration of acetone in blood can be accurately detected from skin gas. In addition, the physical condition can be determined by a simple operation.
なお、上記の実施の形態において、上記の第2の実施の形態で説明した内容や、上記の第3の実施の形態で説明した内容を適用してもよい。 In the above embodiment, the contents described in the second embodiment and the contents described in the third embodiment may be applied.
また、上記の第1の実施の形態〜第4の実施の形態では、参照ガスとして、二酸化炭素の濃度を検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、血中濃度が安定し、エタノールやアセトンと拡散係数が近く、かつ、水溶性を有し、皮膚から拡散される酸素の濃度を検出するようにすればよい。この場合には、固体電解質式やクラーク電極式の酸素センサを用いて構成し、エタノールガスやアセトンガスの濃度の変化量と、酸素の濃度の変化量との比率を用いて、血中のエタノール濃度やアセトン濃度を算出すればよい。 Moreover, in said 1st Embodiment-4th Embodiment, although the case where the density | concentration of a carbon dioxide was detected as a reference gas was demonstrated to the example, it is not limited to this, The blood concentration The concentration of oxygen that is stable, has a diffusion coefficient close to that of ethanol or acetone, has water solubility, and is diffused from the skin may be detected. In this case, it is configured using a solid electrolyte type or Clark electrode type oxygen sensor, and using the ratio of the change in the concentration of ethanol gas or acetone gas to the change in the concentration of oxygen, ethanol in the blood is used. What is necessary is just to calculate a density | concentration and acetone density | concentration.
また、エタノールガス濃度又はアセトンガス濃度のベース値と共に飽和値を取得して、エタノールガス濃度又はアセトンガス濃度の変化量を用いて、血中のエタノール濃度又はアセトン濃度を算出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、エタノールガス濃度又はアセトンガス濃度のピーク値を取得して、エタノールガス濃度又はアセトンガス濃度の変化量を求めるようにしてもよい。この場合には、二酸化炭素濃度のピーク値を取得し、二酸化炭素濃度の変化量を求め、これらの変化量の比率から、血中のエタノール濃度又はアセトン濃度を算出するようにすればよい。また、エタノールガス濃度又はアセトンガス濃度の変化速度を取得し、エタノールガス濃度又はアセトンガス濃度の変化速度と、二酸化炭素濃度の変化速度との比率から、血中のエタノール濃度又はアセトン濃度を算出するようにしてもよい。 In addition, a case where the saturation value is obtained together with the base value of the ethanol gas concentration or the acetone gas concentration, and the blood ethanol concentration or the acetone concentration is calculated using the change amount of the ethanol gas concentration or the acetone gas concentration is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the peak value of the ethanol gas concentration or the acetone gas concentration may be acquired to obtain the change amount of the ethanol gas concentration or the acetone gas concentration. In this case, the peak value of the carbon dioxide concentration is obtained, the amount of change in the carbon dioxide concentration is obtained, and the ethanol concentration or acetone concentration in the blood may be calculated from the ratio of these changes. Also, the ethanol gas concentration or acetone gas concentration change rate is obtained, and the blood ethanol concentration or acetone concentration is calculated from the ratio of the ethanol gas concentration or acetone gas concentration change rate and the carbon dioxide concentration change rate. You may do it.
また、検出対象者の手掌の皮膚から拡散される皮膚ガスを検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、検出対象者のその他の部位の皮膚から拡散される皮膚ガスを検出するようにしてもよい。例えば、検出対象者の指の皮膚から拡散される皮膚ガスを検出するようにしてもよい。 Moreover, although the case where the skin gas diffused from the skin of the palm of the detection target is detected has been described as an example, the present invention is not limited to this, and the skin gas diffused from the skin of other parts of the detection target May be detected. For example, you may make it detect the skin gas diffused from the skin of a finger | toe of a detection subject.
10 エタノール濃度検出装置
12 筐体
14 貯留室
24A アルコールセンサ
24B 二酸化炭素センサ
26 コンピュータ
32 第1センサ出力取得部
34 第2センサ出力取得部
36 血中濃度算出部
210 エタノール濃度検出装置
222A 光学フィルタ
222B 二酸化炭素用光学フィルタ
224A エタノール用光電変換素子
224B 二酸化炭素用光電変換素子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
血中濃度が安定し、かつ、水溶性を有し、皮膚から拡散される参照ガスの濃度を検出する参照ガス検出手段と、
前記対象ガス検出手段によって検出された前記検出対象ガスの濃度、及び前記参照ガス検出手段によって検出された前記参照ガスの濃度に基づいて、血中の前記検出対象物質の濃度を算出する血中濃度算出手段と、
を含む皮膚ガス検出装置。 Target gas detection means for detecting the concentration of the detection target gas in which the detection target substance in the blood of the detection target diffuses as a gas from the skin; and
A reference gas detection means for detecting a concentration of a reference gas having a stable blood concentration and having water solubility and diffusing from the skin;
Based on the concentration of the detection target gas detected by the target gas detection means and the concentration of the reference gas detected by the reference gas detection means, the blood concentration for calculating the concentration of the detection target substance in the blood A calculation means;
A skin gas detection device including:
前記対象ガス検出手段は、前記貯留室内の前記検出対象ガスの濃度を検出し、
前記参照ガス検出手段は、前記貯留室内の前記参照ガスの濃度を検出する請求項1又は2記載の皮膚ガス検出装置。 It further includes a housing part for placing a predetermined part of the detection subject and a storage chamber for storing gas diffused from the skin of the predetermined part,
The target gas detection means detects the concentration of the detection target gas in the storage chamber,
The skin gas detection device according to claim 1 or 2, wherein the reference gas detection means detects a concentration of the reference gas in the storage chamber.
血中の前記検出対象物質の濃度=a×(ΔGas)/(ΔRef)
ただし、ΔGasは前記対象ガス検出手段によって検出された前記検出対象ガスの濃度の変化量、ΔRefは前記参照ガス検出手段によって検出された前記参照ガスの濃度の変化量、aは係数である。 The skin gas detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the blood concentration calculation means calculates the concentration of the detection target substance in blood according to the following equation.
Concentration of the detection target substance in blood = a × (ΔGas) / (ΔRef)
Where ΔGas is the amount of change in the concentration of the detection target gas detected by the target gas detection means, ΔRef is the amount of change in the concentration of the reference gas detected by the reference gas detection means, and a is a coefficient.
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