JP2012075750A - 生体成分測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体内の生体成分量を精度よく測定する。
【解決手段】生体内に挿入されるセンサ部２と、センサ部２に近接して生体内に配置され生体内に存在する生体成分との相互作用によって励起光が照射されると生体成分の量に応じた蛍光を発生する蛍光物質に向けて照射する励起光を発する発光部７とを備え、センサ部２に、蛍光物質から発せられた蛍光を検出し電気信号に変換する受光素子が設けられている生体成分測定装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体成分測定装置に関するものである。

従来、生体内のグルコース値のような生体成分を測定するために、生体内に挿入する光ファイバの先端付近に、グルコースと反応することで励起光により蛍光を発生するようになる蛍光物質を配置し、光ファイバの基端側に接続した光源から照射した励起光を蛍光物質に照射し、光ファイバを介して戻る蛍光を光ファイバの基端側に接続した光検出器により測定する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

国際公開第２００６／０９０５９６号

しかしながら、特許文献１の測定装置では、蛍光物質の発生する微弱な蛍光を光ファイバによって伝送した後に光検出器により検出するので、検出される蛍光は光ファイバ等の光学系を通過する間に減衰してしまい、精度よく測定することができないという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、生体内の生体成分量を精度よく測定することができる生体成分測定装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、生体内に挿入されるセンサ部と、該センサ部に近接して生体内に配置され生体内に存在する生体成分との相互作用によって励起光が照射されると前記生体成分の量に応じた蛍光を発生する蛍光物質に向けて照射する励起光を発する発光部とを備え、前記センサ部に、前記蛍光物質からの蛍光を検出し電気信号に変換する受光素子が設けられている生体成分測定装置を提供する。

本発明によれば、センサ部を生体内に挿入すると、センサ部の周囲には生体内に存在する生体成分が流動しており、センサ部に近接して生体内に配置された蛍光物質が生体成分との相互作用によって変性して、発光部から発せられた励起光によって生体成分の量に応じた蛍光が発生するようになる。発生した蛍光はセンサ部に設けられた受光素子により検出され、電気信号に変換されて出力される。これにより、光ファイバによって蛍光を伝送する場合と比較して、蛍光の減衰が発生せず、生体内の生体成分量を精度よく測定することができる。

上記発明においては、前記蛍光物質を含む蛍光部材が、前記受光素子の受光面に隣接して配置されていてもよい。
このようにすることで、蛍光部材から発生した蛍光を発生直後に受光素子によって検出することができ、微弱な蛍光も効率的に検出して、生体成分量を精度よく測定することができる。

また、上記発明においては、前記受光素子の受光面に、前記励起光を遮蔽し前記蛍光を透過するフィルタが配置されていてもよい。
このようにすることで、発光部から発せられて受光素子の受光面に向かう励起光はフィルタによって遮断されるので、強度の強い励起光によって微弱な蛍光の検出が阻害されるのを防止して、生体成分量を精度よく測定することができる。

また、上記発明においては、前記センサ部が生体内に挿入された状態で体表に配置される外部装置を備え、該外部装置の体表に接触させられる面に、前記発光部が配置されていてもよい。
このようにすることで、体表に配置した発光部から生体内に入射させた励起光により、蛍光物質を励起して蛍光を検出することができる。発熱しやすい発光部を体外に配置することができ、蛍光物質の特性の熱による変化を防止して、生体成分量を精度よく測定することができる。

また、上記発明においては、前記発光部が、前記蛍光部材に対して間隔をあけて前記センサ部に配置されていてもよい。
このようにすることで、センサ部を体内に挿入して、発光部を作動させると、蛍光部材に対して間隔をあけて近接した位置から励起光が照射される。これにより、比較的小さい駆動電流による発光量でも蛍光物質を励起して蛍光を発生させ、生体成分を検出することが可能となり、消費電力の低減、発熱の低減等を図ることができる。

また、上記発明においては、前記センサ部が生体内に挿入された状態で前記発光部が体外に配置され、該発光部から発せられた励起光を前記センサ部に導く光ファイバを備えていてもよい。
このようにすることで、発熱する発光部を蛍光部材から離れた体外に配置することができ、蛍光部材が加熱されることを防止して、生体成分量を精度よく測定することができる。

本発明によれば、生体内の生体成分量を精度よく測定することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る生体成分測定装置を示す模式的な全体構成図である。 図１の生体成分測定装置のセンサ部の先端部の構造を示す模式的な縦断面図である。 図１の生体成分測定装置の回路図である。 図１の生体成分測定装置の第１の変形例を示すセンサ部の先端部の模式的な縦断面図である。 図１の生体成分測定装置の第２の変形例を示す回路図である。 図５の生体成分測定装置のセンサ部の先端部の構造を示す模式的な縦断面図である。 図１の生体成分測定装置の第３の変形例を示す模式的な全体構成図である。 図７の生体成分測定装置のセンサ部の先端部の構造を示す模式的な縦断面図である。 図７の生体成分測定装置の回路図である。

本発明の一実施形態に係る生体成分測定装置１について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体成分測定装置１は、図１に示されるように、体外から表皮Ａを貫通して真皮領域Ｂまで到達するように体内に挿入されるセンサ部２と、該センサ部２に接続され体外に配置される体外装置（外部装置）３とを備えている。

センサ部２には、図２に示されるように、その先端に側面に開口する開口部２ａが設けられ、該開口部２ａ内に、該開口部２ａを閉塞するように配置され蛍光物質を含有する蛍光部材４と、該蛍光部材４よりもセンサ部２の内側に配置され蛍光部材４から発せられた蛍光を検出するフォトダイオード（ＰＤ：受光素子）５と、該フォトダイオード５と蛍光部材４との間に配置されたフィルタ６とを備えている。

蛍光部材４は、透明性、もしくは半透明性を有するベース材料内に蛍光物質を含有して構成されている。ベース材料としては、真皮領域Ｂ内に流動する間質液を浸透させることができる材料、例えば、含水し易いハイドロゲルを挙げることができる。

蛍光物質としては、測定しようとする生体成分の量、すなわち、間質液中の生体成分濃度に応じた強度の蛍光を発生する蛍光色素が選択される。生体成分としてグルコースを測定したい場合には、グルコースとの相互作用により蛍光を発生するようになる物質、例えば、ルテニウム錯体、蛍光フェニルボロン酸またはタンパクと結合したフルオレセイン等のグルコースと可逆結合する物質を用いることができる。

フォトダイオード５は、蛍光物質から発せられる蛍光の波長を含む波長帯域に感度を有し、検出する蛍光をその強度に応じた電流に変換するようになっている。フィルタ６は、後述するＬＥＤ７からの励起光の波長帯域の光を遮断し、蛍光の波長帯域を含む波長帯域の光を透過する波長特性を有している。

体外装置３は、図１に示されるように、センサ部２を表皮Ａから刺してその先端を真皮領域Ｂに到達させた状態で、表皮Ａの外表面に接触配置されるケース８を備えている。このケース８の表皮Ａに接触する面には、励起光を発生するＬＥＤ（発光部）７が配置されている。また、このケース８は、表皮Ａの外面に粘着テープ９等によって固定されるようになっている。

ＬＥＤ７は、センサ部２が体内に挿入された状態で、表皮Ａや真皮領域Ｂ等の生体組織を挟んで、センサ部２の先端に設けられた開口部２ａに対向する位置に配置されている。また、ＬＥＤ７は、図３に示されるように、ケース８内に配置されているＬＥＤ駆動回路１０によって駆動されるようになっている。

また、体外装置３は、センサ部２を貫通して配される配線１１によりフォトダイオード５に接続され電流信号を電圧信号に変換するＩＶ変換回路１２と、該ＩＶ変換回路１２に接続され、電圧信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換回路１３とを備えている。また、体外装置３には、これらの回路を駆動するバッテリ１４が備えられている。

体外装置３は、得られたディジタル信号値を外部に送信する送信部（図示略）を持っていてもよいし、ディジタル信号値を記憶する記憶部（図示略）を持っていてよい。あるいは、得られたディジタル信号値を表示する表示部（図示略）を備えていてもよい。

このように構成された本実施形態に係る生体成分測定装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る生体成分測定装置１を用いて生体内の生体成分、例えば、グルコース濃度を測定するには、図１に示されるように、表皮Ａの外面からセンサ部２を刺して、センサ部２の先端を真皮領域Ｂに到達させる。このとき、センサ部２に接続されたケース８のＬＥＤ７が設けられている表面を表皮Ａの外面に密着させる。

この状態で、ＬＥＤ駆動回路１０を作動させてＬＥＤ７を駆動し、励起光を表皮Ａ外から真皮領域Ｂ内に入射させる。
真皮領域Ｂに配置されたセンサ部２の先端に設けられた蛍光部材４には、図２に示されるように、真皮領域Ｂ内に流動する間質液が浸透するので、蛍光部材４内に含有されている蛍光物質が間質液内のグルコースと結合して、グルコース濃度に応じた強度の蛍光を発するように変性する。

したがって、ＬＥＤ７から発せられた励起光が蛍光部材４に入射されると、蛍光物質からはグルコース濃度に応じた強度の蛍光が発せられる。発生した蛍光は、フィルタ６を透過してフォトダイオード５により検出され、強度に応じた電流信号が出力される。そして、電流信号は、ＩＶ変換回路１２によって電流信号に応じた電圧信号に変換され、ＡＤ変換回路１３によってディジタル信号に変換される。

このように、本実施形態に係る生体成分測定装置１によれば、センサ部２の先端に配置したフォトダイオード５によって、蛍光物質から発せられた蛍光を発生直後に検出するので、蛍光の伝送時の減衰を抑制して、グルコース濃度を精度よく測定することができるという利点がある。また、センサ部２の先端に配したフォトダイオード５によって蛍光強度を電流信号に変換するので、センサ部２を介して蛍光を導光せずに済み、センサ部２を細径化することができる。

また、ＬＥＤ７から発せられた励起光の内の一部は蛍光部材４を通過するが、蛍光部材４とフォトダイオード５との間に設けられたフィルタ６により遮断され、フォトダイオード５への到達が阻止される。これにより、フォトダイオード５には、蛍光物質から発生した蛍光を検出し易くなるので、間質液内に含まれるグルコース濃度を、蛍光の強度として精度よく測定することができる。

さらに、本実施形態に係る生体成分測定装置１によれば、センサ部２にＬＥＤ７を設けることなく、体外に配置されるケース８に設けているので、ＬＥＤ７によって蛍光物質を加熱させずに済む。蛍光物質の蛍光特性は熱により変動するが、本実施形態によれば、蛍光特性を変動させることなく、精度よくグルコース濃度を測定することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、ＬＥＤ７からの光を表皮Ａの外部から生体内に入射させることとしたが、これに代えて、図４に示されるように、センサ部２の長手方向に沿って配置した光ファイバ１５を介して伝送し、センサ部２の先端に配置した光ファイバ１５の射出端１５ａから蛍光部材４に向けて射出することにしてもよい。このようにすることで、励起光の減衰を低減でき、消費電力の低減を図ることができる。

また、本実施形態においては、図５および図６に示されるように、センサ部２の先端に、蛍光部材４に対して間質液の流動する隙間Ｃを空けて、ＬＥＤ７を配置してもよい。蛍光部材４に近接してＬＥＤ７を配置すれば、ＬＥＤ７から発生する励起光の強度は低くてよいので、消費電力の問題および発熱の問題も解消することができる。また、蛍光部材４とＬＥＤ７との間を流動する間質液によっても蛍光部材４の加熱を抑制することができる。さらに、センサ部２先端にＬＥＤ７を配置することで、ＬＥＤ７に沿って光ファイバではなく配線１６を配置すれば足り、センサ部２の細径化を図ることができる。

また、本実施形態においては、図７〜図９に示されるように、センサ部２の先端に蛍光部材４を備えていない生体成分測定装置２０を構成してもよい。すなわち、図８に示されるように、センサ部２の先端の開口部２ａに、該開口部２ａを閉塞するように配置されたフィルタ６と、該フィルタ６内に配置されたフォトダイオード５とを備えている。

このような生体成分測定装置２０によりグルコース濃度を測定するには、生体内の測定部位、例えば、図７に示されるように、表皮Ａ下の真皮領域Ｂに切開等によって予め蛍光物質を含む蛍光部材２１を埋入しておき、センサ部２の先端の開口部２ａが蛍光部材２１内に配置されるようにセンサ部２を刺す。この状態で、ＬＥＤ７から励起光を発生し、蛍光部材２１に向けて照射すると、蛍光部材２１が、グルコース濃度に応じた強度の蛍光を発生する。

この場合に、蛍光部材２１の設置スペースが小径のセンサ部２の先端部に限られないので、センサ部２の周囲の真皮領域Ｂ内に大きな蛍光部材３２を配置することができる。その結果、励起光により発生する蛍光量が多くなり、フォトダイオード５により、検出される蛍光量のＳ／Ｎ比を改善して検出精度を向上することができるという利点がある。

また、受光素子としてフォトダイオード５を採用したが、他の任意の受光素子を採用してもよい。また、発光部としてＬＥＤ７を採用したが、他の任意の発光部を採用してもよい。また、生体成分としてグルコースの濃度を測定する場合について説明したが、これに代えて、他の任意の生体成分を測定する生体成分測定装置に適用してもよい。

１，２０ 生体成分測定装置
２ センサ部
３ 体外装置（外部装置）
４ 蛍光部材
５ フォトダイオード（受光素子）
６ フィルタ
７ ＬＥＤ（発光部）
１５ 光ファイバ
１５ａ 射出端

Claims (6)

1. 生体内に挿入されるセンサ部と、
   該センサ部に近接して生体内に配置され生体内に存在する生体成分との相互作用によって励起光が照射されると生体成分の量に応じた蛍光を発する蛍光物質に向けて照射する励起光を発生する発光部とを備え、
   前記センサ部に、前記蛍光物質からの蛍光を検出し電気信号に変換する受光素子が設けられている生体成分測定装置。
2. 前記蛍光物質を含む蛍光部材が、前記受光素子の受光面に隣接して配置されている請求項１に記載の生体成分測定装置。
3. 前記受光素子の受光面に、前記励起光を遮蔽し前記蛍光を透過するフィルタが配置されている請求項１または請求項２に記載の生体成分測定装置。
4. 前記センサ部が生体内に挿入された状態で体表に配置される外部装置を備え、
   該外部装置の体表に接触させられる面に、前記発光部が配置されている請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体成分測定装置。
5. 前記発光部が、前記蛍光部材に対して間隔をあけて前記センサ部に配置されている請求項２または請求項３に記載の生体成分測定装置。
6. 前記センサ部が生体内に挿入された状態で前記発光部が体外に配置され、該発光部から発せられた励起光を前記センサ部に導く光ファイバを備えている請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体成分測定装置。

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