JP2012075707A - 血液成分分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】血液の採取をせずに即時に血液の分析結果を得る。
【解決手段】間隔をおいて配置される正電極及び負電極と、正電極及び負電極に挟まれ正電極及び負電極に隣接して配置される超音波送受信プローブと、超音波送受信プローブに挟まれて配置される超音波送信プローブとが表面上に突出して配置された測定器本体１１０を備え、測定器本体１１０の内部には、正電極及び負電極に直流電圧を印加する直流電圧印加部と、超音波送受信プローブ及び超音波送信プローブから超音波を出力させる超音波出力部と、超音波送受信プローブを介して前記血液からの反射波を受信する超音波受信部と、直流電圧印加部、超音波出力部及び超音波受信部を動作させ、超音波受信部が受信する反射波の波形に基づいて、血液の成分を分析する成分分析部と、を備えた測定制御部が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、血液成分分析装置に係り、特に、動脈血管を流れる血液に直流電圧を印加し超音波を照射することによって、血液の採取をすることなく、血液の分析結果を即時に得ることができる血液成分分析装置に関する。

従来、血液の成分の分析は、動脈血管から血液を採取し、採取した血液を業務用の血液成分分析装置にかけることによって行なっている。また、最近では、下記特許文献１に示すように、自宅で血液を採取して、採取した血液の成分分析を行なえるようにした装置もある。

特開２００９−１４３号公報

しかし、これらの従来の装置では、血液の成分を分析するに際し血液の採取は必須であり、非侵襲の状態で血液の成分を分析することができない。

また、血液の成分分析は、病院、診療所は血液の成分分析を請け負う機関やメーカーに委託して行なう必要があることから、血液を採取してから分析結果が得られるまでには時間がかかるという問題がある。

本発明は、このような従来の技術の問題点を解消するために研究されたものであり、動脈血管を流れる血液に直流電圧を印加し超音波を照射することによって、血液の採取をすることなく、血液の分析結果を即時に得ることができる血液成分分析装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る血液成分分析装置は、測定が容易にできる血管上に間隔をおいて配置する正電極及び負電極と、前記正電極または負電極に隣接し前記血管上に配置する超音波送受信プローブと、前記正電極及び負電極間の前記血管上に配置し血管内の血液を加振する超音波送信プローブと、前記正電極及び負電極に直流電圧を印加する直流電圧印加部と、前記超音波送受信プローブから超音波を出力させる超音波出力部と、前記超音波送受信プローブを介して前記血液からの反射波を受信する超音波受信部と、前記直流電圧印加部、前記超音波出力部及び前記超音波受信部を動作させ、前記超音波受信部が受信する反射波の波形に基づいて、前記血液の成分を分析する成分分析部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る血液成分分析装置によれば、動脈血管を流れる血液に直流電圧を印加し超音波を照射することによって血液の成分を分析できるようにしたので、血液の採取をすることなく、血液の成分の分析結果を即時に得ることができる。

本発明に係る血液成分分析装置の外観図である。 本発明に係る血液成分分析装置の測定器本体の詳細図である。同図（ａ）は測定器本体の外表面（外側）の詳細図であり、（ｂ）は手首が接触する測定器本体の接触面（内側）の詳細図である。 被験者の手首部分の動脈の位置を示す図である。 本発明に係る血液成分分析装置の制御系のブロック図である。 本発明に係る血液成分分析装置１００を手首部分に装着したときの電極及びプローブと血管との位置関係を概念的に示す図である。 本発明に係る血液成分分析装置の測定動作のメインフローチャートである。 本発明に係る血液成分分析装置の測定動作のフローチャートである。 本発明に係る血液成分分析装置の測定動作のフローチャートである。 本発明に係る血液成分分析装置の測定動作のフローチャートである。 測定時の送信波形と受信波形を示す図である。

以下に、本発明に係る血液成分分析装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明に係る血液成分分析装置の外観図である。

図に示すように、血液成分分析装置１００は、測定器本体１１０と、測定器本体１１０を人体に固定するためのバンド１２０とから構成される。バンド１２０は、測定器本体１１０の対向する側面に設けたバンド固定部１２５Ａ、１２５Ｂに掛け止められる。測定器本体１１０は、たとえば手首部分にバンド１２０で固定される。

測定器本体１１０の外表面には血液の成分の分析結果を表示する表示部１３０と各種のコントロールボタンが並ぶコントロールボタン配置部１４０が設けられている。また、測定器本体１１０の手首部分の接触面には血液の成分を分析するために用いられる電極及びプローブが取り付けられている（図２（ｂ）参照）。さらに、測定器本体１１０の側面には、取得した血液の分析結果のデータを外部に出力するためのＰＣ接続端子（ＵＳＢコネクタ）１４６が設けてある。

図２は本発明に係る血液成分分析装置１００の測定器本体１１０の詳細図である。同図（ａ）は測定器本体１１０の外表面の詳細図であり、（ｂ）は手首が接触する測定器本体１１０の接触面の詳細図である。なお、図中、測定器本体１１０の左側に位置しているのは、手首に巻きつけて止血するための止血カフ１６０である。

測定器本体１１０の外表面には表示部１３０が設けられ、表示部１３０の図示下側にはコントロールボタン配置部１４０が設けられる。表示部１３０には血液の成分の分析結果、具体的には、被験者個人の血液の成分の分析結果、不特定多数の健常者の血液の成分の分析結果が数値で表示される。被験者は、表示部１３０の分析結果の表示から特定の血液成分の含有量の正常、異常を把握することができる。コントロールボタン配置部１４０には血液の成分を分析するために必要な命令を出力する複数のコントロールボタンが配置される。

測定器本体１１０の手首部分の接触面には、２つの電極、２つの超音波送受信プローブ、４つの超音波送信プローブが配置される。図示左側から右側に順番に、正電極１５２Ａ、超音波送受信プローブ１５４Ａ、４つの超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄ、超音波送受信プローブ１５４Ｂ、負電極１５２Ｂが配置される。４つの超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄは２つの超音波送受信プローブ１５４Ａ、１５４Ｂの間に設けられる。４つの超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄと２つの超音波送受信プローブ１５４Ａ、１５４Ｂは、３０ｍｍ程度離れて配置されている２つの電極１５２Ａ、１５２Ｂの間に設けられる。

測定器本体１１０の接触面の表面上に突出して配置された正電極１５２Ａ、超音波送受信プローブ１５４Ａ、４つの超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄ、超音波送受信プローブ１５４Ｂ、負電極１５２Ｂは、弾発力により押圧方向に押込復帰自在に構成される。この構成によって、測定器本体１１０が手首部分に装着されたときに、これらの電極やプローブが曲面状の皮膚になじむように適圧で密着でき、血液の成分の分析が正確に行える。

正電極１５２Ａ、負電極１５２Ｂが皮膚に密着することで、正電極１５２Ａ、負電極１５２Ｂの電圧を血液に効果的に作用させることができる。また、超音波送受信プローブ１５４Ａ、４つの超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄ、超音波送受信プローブ１５４Ｂが皮膚に密着することで、血液に超音波を効果的に作用させることができ、血液の成分の分析精度が向上する。なお、これらの電極やプローブがより効果的に皮膚に密着できるようにするために、測定器本体１１０の装着部にゲル状の液体を塗っても良い。

図３は被験者の手首部分の動脈の位置を示す図である。
本発明に係る血液成分分析装置１００が装着される人間の手首部分には、図示するように、尺骨動脈及び橈骨動脈という２本の動脈血管が存在する。

前述のように、測定器本体１１０の手首部分の接触面には、複数の電極やプローブが配置されている。測定器本体１１０を手首部分に装着する際には、これらの電極やプローブが尺骨動脈または橈骨動脈の血管上に位置されるように測定器本体１１０の装着位置を調整する。なお、測定器本体１１０の装着位置が適切でない場合（電極やプローブが尺骨動脈または橈骨動脈の血管上に位置されていない場合）には、正確な血液の成分の分析結果が得られないので、血液成分分析装置１００は測定を開始しないようになっている。図示はしていないが、測定器本体１１０の手首部分の接触面は測定器本体１１０の外表面に対して一定の角度回転自在に構成されている。したがって、測定器本体１１０の装着位置は接触面を回転させることによって再調整できる。

前述の、正電極１５２Ａと負電極１５２Ｂとの間には直流電圧が印加される。血液中の特定の粒子、分子を正電極１５２Ａまたは負電極１５２Ｂに集めるためである。超音波送受信プローブ１５４Ａと１５４Ｂは、血液に向けて超音波を照射し、血液が反射する超音波の反射波を受信する。この反射波の波形を詳細に分析することによって血液の成分を分析することができる。超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄは、超音波送受信プローブ１５４Ａと１５４Ｂとの間に滞留している血液に超音波を照射し、血液に振動を与えて血液の粒子や分子を活性化させる。血液を振動させて活性化させると、滞留している粘度の高い血液の特定の成分が正電極１５２Ａまたは負電極１５２Ｂに集まりやすくなる。

なお、被験者の手首部分に測定器本体１１０を装着する場合には、図２に示すような止血カフ１６０を測定器本体１１０の装着位置よりも心臓側（肩寄り）に装着し、止血カフ１６０に空気を供給して一時的に血流を止める。

上記のように、止血カフ１６０は測定器本体１１０とは別体として設けられていることが好ましい。しかし、簡易的には、測定器本体１１０のバンド１２０に止血カフとしての機能を持たせ、バンド１２０で止血させるようにすることもできる。

図４は本発明に係る血液成分分析装置１００の制御系のブロック図である。血液成分分析装置１００の制御系を構成する測定制御部２００は、測定器本体１１０内に収納され、たとえば１チップマイコンによって構成される。

図４に示してある、正電極１５２Ａ、負電極１５２Ｂ、超音波送受信プローブ１５４Ａ、１５４Ｂ、超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄは、図２（ｂ）のように手首部分と接触する測定器本体１１０の接触面に配置されている。手首部分に測定器本体１１０を装着した状態では、正電極１５２Ａ及び負電極１５２Ｂは血管上に３０ｍｍ程度の間隔をおいて配置される。また、超音波送受信プローブ１５４Ａ、１５４Ｂは、正電極１５２Ａ、負電極１５２Ｂに挟まれかつこれらの電極に隣接して血管上に配置される。

超音波送受信プローブ１５４Ａ、１５４Ｂのぞれぞれは、超音波送信振動子１５４Ａａ、１５４Ｂａを有し、超音波送信振動子１５４Ａａ、１５４Ｂａからは血液に向けて超音波が出力される。また、超音波送受信プローブ１５４Ａ、１５４Ｂのぞれぞれは、超音波受信振動子１５４Ａｂ、１５４Ｂｂを有し、超音波受信振動子１５４Ａｂ、１５４Ｂｂは、血管壁や血液が反射する超音波を受信し、受信した超音波のレベルに応じた波形の信号を出力する。

超音波送受信プローブ１５４Ａ、１５４Ｂは、正電極１５２Ａ、負電極１５２Ｂの近傍にあるので、正電極１５２Ａまたは負電極１５２Ｂに集められた血液中の特定の分子や粒子を効果的に分析資料を収集することができる。

超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄは、正電極１５２Ａ及び負電極１５２Ｂの間の血管上に配置され、振幅幅１.４ｍｍで周波数が１２ＫＨｚの振幅の大きい超音波を照射する。滞留している血液は粘度が高く分子の泳動速度が遅いが、止血され滞留している血管内の血液を加振することで、血液の分子や粒子を活性化させて泳動を促進させ、正電極１５２Ａと負電極１５２Ｂへの集結時間を短縮する。超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄは、超音波送受信プローブ１５４Ａ、１５４Ｂにも挟まれている。

表示部１３０は、図２（ａ）のように測定器本体１１０の外表面に配置される。また、コントロールボタン１４１〜１４５は、コントロールボタン配置部１４０に配置される。

測定器本体１１０の内部には測定制御部２００が設けられる。測定制御部２００は、直流電圧印加部１７０、超音波出力部１７５、超音波受信部１８０、信号検波フィルタ処理部１８２、サンプルホールド部１８４、周波数分析部１８６、成分分析部１８８、血液成分分析結果記憶部１９０、ダイナミック制御部１９２、送受信部１９４によって構成される。

直流電圧印加部１７０は、正電極１５２Ａ及び負電極１５２Ｂに直流電圧を印加する。具体的には、直流電圧印加部１７０は、正電極１５２Ａにはプラスの電圧を、負電極１５２Ｂにはマイナスの電圧を印加する。直流電圧印加部１７０は、正電極１５２Ａと負電極１５２Ｂとの間に０．８ｍＶ程度の低電圧を印加し、０．０５ｍＡ程度の直流電流を流す。このように交流電圧ではなく、直流電圧を印加するのは、正電極１５２Ａまたは負電極１５２Ｂに特定の血液の成分を集めるためである。

超音波出力部１７５は、超音波送受信プローブ１５４Ａ、１５４Ｂの超音波送振動子１５４Ａａ、１５４Ｂａから超音波を出力させる。超音波送信振動子１５４Ａａ、１５４Ｂａは血管内の血液に向けて超音波を照射する。また、超音波出力部１７５は、超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄから超音波を出力させる。超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄは血管内の血液に向けて超音波を照射して血液を活性化する。超音波出力部１７５は、測定の対象となる粒子の種類、たとえば、血糖、コレステロールなどの粒子の種類によって超音波の周波数を変更できる。

超音波受信部１８０は、血液から反射してくる反射波を、超音波送受信プローブ１５４Ａ、１５４Ｂの超音波受信振動子１５４Ａｂ、１５４Ｂｂを介して受信する。血液から反射してくる反射波の大きさや形状などの特徴を詳細に分析することによって、血液の成分やその含有量を細かく分析することができる。

信号検波フィルタ処理部１８２は、超音波受信部１８０で受信した反射波から血液の成分に対応する反射波形を取り出すために、反射波の反射波形にフィルタをかける。血液の成分ごとに反射波形の特徴が異なるからである。

サンプルホールド部１８４は、信号検波フィルタ処理部１８２で取り出した特定の血液の成分に対応する反射波形を一時的に保持する。後段の分析を行う際には、この保持されている反射波形を基に各種の分析を行う必要があるからである。

周波数分析部１８６は、サンプルホールド部１８４に保持されている、特定の血液の成分の反射波形の周波数成分を分析する部分である。周波数分析部１８６は多数のフィルタ郡からなるＦＦＴ（高速フーリエ変換）を持った回路を備えている。反射波形にどのような周波数成分がどの程度の強さで含まれているかを詳細に調べることによって、血液の中にどのような成分がどの程度の割合で含まれているのかが把握できる。

成分分析部１８８は、周波数分析部１８６によって分析された反射波形の特徴に基づいて、それぞれの血液の成分の含有量を求める。成分分析部１８８は、血液の成分とその成分の含有量に応じた反射波形の特徴を記憶している。したがって、周波数分析部１８６によって分析された反射波形の特徴を成分分析部１８８に記憶されている反射波形の特徴と照合することによって、どの成分がどの程度含まれているかを正確に求めることができる。なお、成分分析部１８８が記憶している反射波形の特徴は、信号検波フィルタ処理部１８２でフィルタがかけられた後の反射波形に関するものである。超音波受信部１８０で受信した原形の反射波形に関するものでは成分の分析精度として高精度な結果を得ることができないからである。なお、分析精度をあまり重視しないのであれば、超音波受信部１８０で受信した原形の反射波形の特徴から血液の成分の分析を行うこともできる。

血液成分分析結果記憶部１９０は、被験者個人の血液の成分の分析結果を時系列に記憶するとともに、不特定多数の健常者の血液の成分の分析結果を性別及び年代別に記憶する。ここに記憶した分析結果は、表示部１３０に表示させることができる。

ダイナミック制御部１９２は、血液成分分析装置１００の動作を総括的に制御する。コントロールボタン１４１〜１４５によって、測定の開始や測定の中止の指示が出されたときには、その指示に従って血液成分分析装置１００の動作を制御する。また、測定中は、記憶されている測定プログラムにしたがって血液成分分析装置１００の構成要素に指示を出し、測定の開始から終了までの動作をシーケンシャルに制御する。

送受信部１９４は、例えばインターネット回線を通じて、他の血液成分分析装置１００や統括管理装置（全国の血液成分分析装置１００を管理する）と通信したり、血液成分分析結果記憶部１９０に記憶されている分析結果を統括管理装置との間で授受したりする。

図５は、本発明に係る血液成分分析装置１００を手首部分に装着したときの電極及びプローブと血管との位置関係を概念的に示す図である。

図に示すように、手首部分の皮膚組織には、図示左側から右側に順番に、正電極１５２Ａ、超音波送受信プローブ１５４Ａ（超音波送信振動子１５４Ａａ、超音波受信振動子１５４Ａｂ）、４つの超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄ、超音波送受信プローブ１５４Ｂ（超音波送信振動子１５４Ｂａ、超音波受信振動子１５４Ｂｂ）、負電極１５２Ｂが接触される。これらの電極やプローブは、測定器本体１１０内に設けたクッション材によって押込復帰自在に弾発力が付与されているので、皮膚組織と適当な圧力で密着する。

正電極１５２Ａにプラスの電圧を、負電極１５２Ｂにマイナスの電圧を印加すると、皮膚組織、血管壁、血液を介して、正電極１５２Ａと負電極１５２Ｂとの間に微弱な電流が流れる。血漿中の粒子、分子は、マイナスイオンを有する成分とプラスイオンを有する成分とどちらのイオンも有しない成分とがある。マイナスイオンを有する粒子、分子は正電極１５２Ａ側に集結し、プラスイオンを有する粒子、分子、どちらのイオンも有しない粒子、分子は負電極１５２Ｂ側に集結する。直流電圧を印加するのは、上記のように帯電している成分を集結させるためであるが、長時間印加することは人体に悪影響を与えるかもしれないので、本発明では、例えば４０秒前後といった短時間の印加に止めている。なお、直流でも高電圧を印加したり、交流電圧を印加したりすることは、心筋組織の起電による心拍に悪影響を与えるので危険である。

超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄから血管内の血液に超音波を照射すると、血液が活性化されて、正電極１５２Ａと負電極１５２Ｂに血液の成分が集まりやすくなる。血液は血漿中には沢山の粒子や分子が混在している。沢山の粒子は、単体粒状に混在しているものと、螺旋状や鎖状の短体形状になって混在しているものがある。血液の粘度には個人差があるが、ある程度の粘性を帯びている。止血され血管内に滞留している血液は、粘性を持っているので、特定の粒子、分子を電極に集結させるためにはある程度の時間が必要である。長時間にわたって動脈の血流を止めることはできないので、粒子、分子の電極への移動を促すために、超音波によるバイブレーション効果を滞留血液に付与する。滞留血液の粒子や分子は、バイブレーション効果によって粘度が低いときと同じような挙動を示すため、特定の粒子、分子を電極に集結させるための時間を大幅に短縮でき、測定時間を短くすることができる。分子を電極に集結させるための時間は、厳密には分子の種類や分子の持つ電荷量に応じて異なる。しかし、実験によれば、超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄから波長１．４ｍｍで周波数が６ＫＨｚの超音波を照射した場合には、血液が低粘性化することが確認され、血液成分の測定時間が超音波を照射しない場合の８分から４０秒に大幅に短縮することができた。

なお、分子量の小さい粒子や帯電量の小さい分子は、それらが大きな分子に比較して正電極１５２Ａと負電極１５２Ｂへの移動時間が長くなる。したがって、血液中の分子の移動時間は正電極１５２Ａと負電極１５２Ｂに印加する直流電圧の大きさによっても異なる。移動時間を短くするには、大きな直流電圧を印加すればよいが、あまり大きな直流電圧は、人体に悪影響を及ぼすので注意が必要である。

超音波送受信プローブ１５４Ａは、超音波送信振動子１５４Ａａから正電極１５２Ａの近傍に集結している血液の成分や分子に向けて超音波を照射し、その反射波を超音波受信振動子１５４Ａｂで受信する。超音波送受信プローブ１５４Ｂは、超音波送信振動子１５４Ｂａから負電極１５２Ｂの近傍に集結している血液の成分や分子に向けて超音波を照射し、その反射波を超音波受信振動子１５４Ｂｂで受信する。

血液の成分の分析を正確に行うためには、超音波送受信プローブ１５４Ａと超音波送受信プローブ１５４Ｂが血管上に正しく位置されていなければならない。超音波送受信プローブ１５４Ａと超音波送受信プローブ１５４Ｂが血管上に正しく位置されているか否かは、超音波送受信プローブ１５４Ａ、超音波送受信プローブ１５４Ｂのそれぞれが受信する反射波形の特徴を照合用の反射波形の特徴と照合することによって判断する。照合用の反射波形は、図４のダイナミック制御部１９２が記憶している。超音波送受信プローブ１５４Ａ、超音波送受信プローブ１５４Ｂのそれぞれが受信する反射波形の特徴が照合用の反射波形の特徴と一致していない場合には、超音波送受信プローブ１５４Ａと超音波送受信プローブ１５４Ｂが血管上に正しく位置されていないので、血液成分分析装置１００の測定は開始されない。

本発明に係る血液成分分析装置の構成は以上の通りである。

血液は、血漿中に赤血球、白血球、血小板、リンパ球、アルブミン、グロブミン、タンパク質、糖質、中性脂肪、ＨＤＬコレステロール、総コレステロール、塩類、電解質、ＬＤＨなどの多種の粒子、分子によって構成されている。

従来は血漿中に含まれる粒子、分子の種類別含有量を検出するために注射針で血管から血液を採取し、採取した血液の粒子、分子量を定量分析によって数値化している。したがって、従来の分析には苦痛を伴い、一日の採血量には制限があり、また、採血した血液の分析には時間を要し、緊急処置を要するときには非常に不便である。

本発明に係る血液成分分析装置は、血液を採取することなく、血液の成分の分析結果を測定と同時に得ることができるため、さらに血液に直接触れないので院内、館内の感染を防ぐことができるため、上記のような従来の不具合を解消することができる。

次に、図６から図９のフローチャート及び図１０、図１１の波形図に基づいて、本発明に係る血液成分分析装置の具体的な動作について説明する。

図６は、本発明に係る血液成分分析装置の測定動作のメインフローチャートである。

まず、本発明に係る血液成分分析装置１００を用いて測定する場合、被験者の手首部分に測定器本体１１０を装着する。測定器本体１１０の心臓側（片側）に止血カフ１６０を取り付けて空気を注入し測定器本体１１０側の血管の血流を止める。

この状態で、測定器本体１１０の装着状態をチェックする。この装着状態のチェックはスタートのコントロールボタンが押されることによって血液成分分析装置１００自体が行う。この処理のサブルーチンフローチャートは図９に示してあるので、詳細な説明は図９に基づいて行う（ステップＳ１０）。

次に、測定器本体１１０の装着状態が正常でなければ（ステップＳ２０：ＮＯ）、血液の成分分析の処理に移ることなく、測定器本体１１０の装着状態をもう一度チェックするために、ステップＳ１０の処理に戻る。この場合、測定器本体１１０の表示部１３０には、装着状態が正常でないことを示すエラー表示が出る。被験者は、このエラー表示を見て、電極やプローブが血管上に位置されるように、測定器本体１１０の装着位置を直し、再度、測定器本体１１０の装着状態をチェックさせる（ステップＳ２０）。

測定器本体１１０の装着状態が正常であれば（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、正確な血液分析ができる状態であるので、血液成分分析装置１００による血液の成分分析を開始する。この処理のサブルーチンフローチャートは図１０に示してあるので、詳細な説明は図１０に基づいて行う（ステップＳ３０）。

図７は、本発明に係る血液成分分析装置の測定動作のフローチャートである。このフローチャートは、図６のステップＳ１０の具体的な処理を示すサブルーチンフローチャートである。

測定器本体１１０の装着状態をチェックするに際しては、上記のように、止血カフ１６０を膨らませて手首部分の動脈の血流を止め、血管内に血液を滞留させる（ステップＳ１１）。

超音波出力部１７５は、超音波送受信プローブ１５４Ａと超音波送受信プローブ１５４Ｂの超音波送信振動子１５４Ａａと超音波送信振動子１５４Ｂａの両方から血管に向けて超音波を照射する。超音波を照射するときの送信信号波形は図１０の上側の波形で示すように一定周期のパルス状の波形である（ステップＳ１２）。

超音波受信部１８０は、超音波送受信プローブ１５４Ａと超音波送受信プローブ１５４Ｂの超音波受信振動子１５４Ａｂと超音波受信振動子１５４Ｂｂの両方から、血管からの反射波を受信する。反射波には、図１０の下側の波形で示すように、皮膚信号、血管信号、血液信号、血管信号、体内組織信号が時系列に含まれる。信号検波フィルタ処理部１８２、サンプルホールド部１８４は、反射波が形作る反射波形の中から血管信号に相当する部分を取り出し、ダイナミック制御部１９２が照合用の反射波形と照合する。血管信号と同一の波形が存在することが分ければ、血管の位置が測定器本体１１０の下側にあり、超音波送受信プローブ１５４Ａと超音波送受信プローブ１５４Ｂが血管上に正しく位置されている（ステップＳ１３）。

ダイナミック制御部１９２が血管信号と同一の波形が存在すると判断した場合には、血管の位置はＯＫであるので（ステップ１４：ＹＥＳ）、測定器本体１１０の装着状態はＯＫであると判断する（ステップＳ１５）。一方、ダイナミック制御部１９２が血管信号と同一の波形が存在しないと判断した場合には、血管の位置はＯＫではないので（ステップ１４：ＮＯ）、測定器本体１１０の装着状態はＮＧであると判断し、測定器本体１１０の装着のやり直しを表示部１３０で指示する（ステップＳ１６）。

なお、以上のフローチャートでは止血カフ１６０を膨らませてから測定器本体１１０の装着状態を確認しているが、止血カフ１６０を取り付けずに、測定器本体１１０を手首部分に装着しただけでその装着状態がＯＫなのかＮＧなのかを判断するようにしても良い。

図８は、本発明に係る血液成分分析装置の測定動作のフローチャートである。このフローチャートは、図６のステップＳ３０の具体的な処理を示すサブルーチンフローチャートである。

まず、手首部分の適切な位置に装着された測定器本体１１０の片側に位置する止血カフ１６０を膨らませて、測定器本体１１０の下に位置する動脈血管の血流を止め、血管内に血液を滞留させる。なお、止血カフ１６０への空気の供給は、止血カフ１６０内の気圧が２気圧に達すると自動的に停止する。下記の測定が終了すると、止血カフ１６０から自動的に空気が抜けて血流が戻る（ステップＳ３１）。

次に、直流電圧印加部１７０によって正電極１５２Ａと負電極１５２Ｂとの間に直流電圧を印加する。具体的には０．８ｍＶの電圧である（ステップＳ３２）。

上記のステップの処理が開始されるのとほぼ同時に、超音波出力部１７５は、超音波送受信プローブ１５４Ａと超音波送受信プローブ１５４Ｂの超音波送信振動子１５４Ａａと超音波送信振動子１５４Ｂａ、及び、超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄから超音波を出力させる。出力された超音波は血管内に滞留している血液の粒子や分子を加振させる（ステップＳ３３）。

ステップ２２における直流電圧の印加とステップ２３の超音波の出力は一定の時間同時に行われる。たとえば、血液中に含まれる中性脂肪の量を数値化する場合には、直流電圧印加部１７０によって正電極１５２Ａと負電極１５２Ｂとの間に０．８ｍＶの電圧を印加し、０．０５ｍＡ程度の直流電流を流す。これによって、血液中の中性脂質分子は負電極１５２Ｂ側に移動を開始する。中性脂質分子が負電極１５２Ｂ側に完全に終結するのには時間がかかるので、移動時間を短縮するために、超音波送信プローブ１５６Ａ〜１５６Ｄによって、滞留している血液に振動幅１．２ｍｍで周波数が１２ＫＨｚの振幅の大きな超音波を照射して、中性脂質分子を泳動させる。中性脂質分子は５０秒程度で負電極１５２Ｂ側に集結する。したがって、中性脂肪の測定を行う場合には、ステップＳ３４の一定時間は５０秒に設定される。また、血液中の総コレステロール量の測定を行う場合には、ステップＳ３４の一定時間は４５秒に設定される（ステップＳ３４）。

一定時間が経過すると、超音波出力部１７５は、超音波送信振動子１５４Ａａ、１５４Ｂａから、周波数が２ＭＨｚで波長が３ｍｍの超音波を発振する。そして、超音波受信部１８０が超音波受信振動子１５４Ａｂ、１５４Ｂｂから受信した反射波に基づいて、血液中に含まれる中性脂肪や総コレステロールなどの成分の分析をする。以上の例では、超音波送信振動子１５４Ａａ、１５４Ｂａの両方から超音波を発振するようにしたが、上記のように、中性脂質分子は負電極１５２Ｂ側に集結するので、超音波送信振動子１５４Ｂａのみから超音波を発振させるようにしても良い。なお、この分析の具体的な方法は図９のフローチャートに基づいて説明する（ステップＳ３５）。

以上のようにして分析された血液の成分量は測定器本体１１０の表示部１３０に表示される（ステップＳ３６）。したがって、被験者は、自身の血液の成分量を測定開始からわずか１分以内に知ることができる。

図９は、本発明に係る血液成分分析装置の測定動作のフローチャートである。このフローチャートは、図８のステップＳ３５の具体的な処理を示すサブルーチンフローチャートである。

超音波受信部１８０は、図１０に示すような受信信号波形の反射波を受信する。つまり、皮膚で反射した皮膚信号、血管で反射した血管信号、血液中の成分で反射した血液信号、血管で反射した血管信号、体内組織で反射した体内組織信号が時系列に並ぶ反射波である。信号検波フィルタ処理部１８２は、反射波にフィルタをかけて血液中の成分で反射した血液信号を抽出する。以上の処理で受信した超音波信号の解析を行う。

具体的には、中性脂肪の波形を示す血液信号を伸張させ、伸張させた信号を対数増幅して波形を調整する。さらに中性脂肪の含有量を検出するのに不要な波形を除去し、経時的に激しく変化している信号を基の信号より鋭い波形にして、特定の血液成分の抽出が容易になるように波形を整形する（ステップＳ３５−１）。

次に、血液成分分析部１８８は、記憶されている波形と波形整形後の波形を照合することによって、血液の成分の分析をする。成分分析部１８８は、上記のように、血液の成分とその成分の含有量に応じた反射波形の特徴を記憶している。したがって、周波数分析部１８６によって分析された反射波形の特徴を成分分析部１８８に記憶されている反射波形の特徴と照合することによって、どの成分がどの程度含まれているかを正確に求めることができる（ステップＳ３５−２）。

次に、分析した血液の成分を表示部１３０に表示し、血液成分分析結果記憶部１９０に記憶させる。これによって、血液成分分析結果記憶部１９０には、被験者個人の血液の成分の分析結果が時系列に記憶されることになるので、被験者は、自己の過去の測定結果を見ることによって、病気の悪化や回復の状況を把握することができる。なお、測定結果は、血液成分分析結果記憶部１９０に記憶させるだけではなく、送受信部１９４を介して外部装置に記憶させることもできる（ステップＳ３５−３）。

なお、血液の成分の測定は、粒子径が小さく分子量が少ない総蛋白やカリウムなどの検出を行う際には、１ＭＨｚ程度のやや低い分解能ではあるが十分な精度が得られる周波数を選択し、総コレステロール、血糖分の検出を行う際には、２ＭＨｚ程度の周波数を選択し、小さな粒子に対しても十分な分解能を得たい場合には、３ＭＨｚ程度の周波数を選択する。このように、超音波の周波数が低いと分解能は低くなるので、分子量の少ない粒子の検出に適し、超音波の周波数が高いと分解能は高くなるので、分子量の多い粒子や分子を詳細に調査する場合に用いる。

また、以上の実施形態では、測定器本体１１０が正確に装着されていないときには測定を開始せずに表示部１３０に装着のし直しを要請する表示が出るようにしたが、警報音を発するようにしても良い。さらに、以上の実施形態では手首での測定を例示したが、足首やその他の部位でも測定することができるのはもちろんである。

１００ 血液成分分析装置、
１１０ 測定器本体、
１２０ バンド、
１２５Ａ、１２５Ｂ バンド固定部、
１３０ 表示部、
１４０ コントロールボタン配置部、
１４１〜１４５ コントロールボタン、
１５２Ａ 正電極、
１５２Ｂ 負電極、
１５４Ａ、１５４Ｂ 超音波送受信プローブ、
１５６Ａ〜１５６Ｄ 超音波送信プローブ、
１６０ 止血カフ、
１７０ 直流電圧印加部、
１７５ 超音波出力部、
１８０ 超音波受信部、
１８２ 信号検波フィルタ処理部、
１８４ サンプルホールド部、
１８６ 周波数分析部、
１８８ 血液成分分析部、
１９０ 血液成分分析結果記憶部、
１９２ ダイナミック制御部、
１９４ 送受信部。

Claims (7)

1. 血管上に間隔をおいて配置する正電極及び負電極と、
   前記正電極または負電極に隣接し前記血管上に配置する超音波送受信プローブと、
   前記正電極及び負電極間の前記血管上に配置し血管内の血液を加振する超音波送信プローブと、
   前記正電極及び負電極に直流電圧を印加する直流電圧印加部と、
   前記超音波送受信プローブ及び超音波送信プローブから超音波を出力させる超音波出力部と、
   前記超音波送受信プローブを介して前記血液からの反射波を受信する超音波受信部と、
   前記直流電圧印加部、前記超音波出力部及び前記超音波受信部を動作させ、前記超音波受信部が受信する反射波の波形に基づいて、前記血液の成分を分析する成分分析部と、
   を備えることを特徴とする血液成分分析装置。
2. 間隔をおいて配置される正電極及び負電極と、
   前記正電極及び負電極に挟まれ前記正電極及び負電極に隣接して配置される超音波送受信プローブと、
   前記超音波送受信プローブに挟まれて配置される超音波送信プローブと、
   が表面上に突出して配置された測定器本体を備え、
   前記測定器本体の内部には、
   前記正電極及び負電極に直流電圧を印加する直流電圧印加部と、
   前記超音波送受信プローブ及び超音波送信プローブから超音波を出力させる超音波出力部と、
   前記超音波送受信プローブを介して前記血液からの反射波を受信する超音波受信部と、
   前記直流電圧印加部、前記超音波出力部及び前記超音波受信部を動作させ、前記超音波受信部が受信する反射波の波形に基づいて、前記血液の成分を分析する成分分析部と、
   を備えた測定制御部が設けられていることを特徴とする血液成分分析装置。
3. 前記測定器本体の表面上に突出して配置された、前記正電極、負電極、超音波送受信プローブ、超音波送信プローブのそれぞれは、弾発力により押圧方向に押込復帰自在に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の血液成分分析装置。
4. 前記超音波送信プローブは複数設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の血液成分分析装置。
5. 前記測定器本体には、前記成分分析部で分析された血液の成分の分析結果を表示する表示部が設けられていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の血液成分分析装置。
6. 前記測定制御部は、さらに、被験者個人の血液の成分の分析結果を時系列に記憶するとともに、不特定多数の健常者の血液の成分の分析結果を年代別に記憶する血液成分分析結果記憶部を備えることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の血液成分分析装置。
7. 前記血液成分分析装置は、測定を行う際に、前記超音波送受信プローブが血管上にあることが確認できたときにのみ前記測定を開始し、血管上にあることが確認できなかったときには前記測定は開始しないことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の血液成分分析装置。