JP3175460U - ヒト皮膚ガスを用いたセンシング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本考案は、ひと皮膚ガス捕集後ただちに多数のセンサーによる皮膚ガス化学成分の測定により、皮膚ガス成分の迅速な測定を可能にし、かつ容易に持ち運びが出来る小型の装置を提供することができるものであり、皮膚ガス成分の測定からの身体情報を迅速に得られる信頼性の高い非侵襲的な皮膚ガスを用いたセンシング装置を提供するものである。
【解決手段】本考案は、送風部１と指、腕の表面、その他の人皮膚表面を覆う皮膚ガス捕集サンプリング部２と多数のセンサー列の検知部３とをオンラインで連結し、概センサーとしてはアセトンセンサー、アルコールセンサー、アンモニアセンサー、イオウセンサー、水素センサー、湿度センサー等のセンサー類を配置し、これらのセンサーを通過した皮膚ガスは外部に放出されるようにして測定する皮膚ガスを用いたセンシング装置である。
【選択図】図１

Description

本考案は、人体の手や指は非常に多くの血管があり、その密度は高い。従って、この手や指からの皮膚ガスのサンプリングは、健康状態の測定に優れている。このことを利用した皮膚ガスを用いた健康状態のセンシング装置に関するものであり、皮膚ガスの捕集とアルコールセンサー等のセンサー類による測定を一体化した装置に関するものである。
これにより簡便に使用でき、かつ容易に持ち運びが出来る小型の装置を提供するものである。

従来、皮膚ガスの微量成分を定量するためには、皮膚ガスを捕集して、濃縮して次いでガスクロマトグラフにより測定することが実施されている。
これまでに皮膚ガスについては、採集については、指からの捕集（文献３）、腕からの捕集（特許文献２）、が実施されており、これらのサンプリングを用いて得た皮膚ガス成分の測定は、皮膚ガス濃度が薄いために、試料皮膚ガスを低温装置に導入し濃縮したのち、ガスクロマトグラフにより皮膚ガス成分を測定している。（文献３）
この手順では測定するための時間がかかる。
また皮膚ガスを指からサンプリングして、アルコールセンサーに導き、皮膚ガス中のアルコール濃度を測定し、アルコール摂取の判断に用いる方法を提供している。（文献４）。
しかしながらこれらの方法で、測定にガスクロマトグラフを用いる前記文献３の方法は、測定時間がかかり迅速にデータを被験者に提供することが出来ない欠点を持つ。またアルコールセンサーを用いる文献４の方法においては、迅速に結果を提供することはできるが、人がアルコールを摂取しているか否かの測定を行っており、人の健康情報はアルコールのみであり健康状態の全般におよんだ情報が得られない欠点を持つ。すなわち、糖尿病、慢性肝炎などの疾病や、疲労度、ダイエットの度合いなどの健康状態の測定が望まれる。

特許公開 ２００６−２３４８４３号広報 特許公開 ２００６−２３４８４４号広報 特許外文献 Ｎｏｒｉｏ Ｙａｍａｎｅ，Ｔａｋａｏ Ｔｓｕｄａ，Ｋａｚｕｔｏｓｈｉ Ｎｏｓｅ，Ａｋｉｋｏ Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｉｓｈｉｇｕｒｏ，Ｔａｋａｈａｒｕ Ｋｏｎｄｏ，Ｃｌｉｎｉｃａ Ｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ ３６５，ページ３２５−３２９（２００６）． （特許公開 ２００９−１７５１１１号広報

考案が解決しようとする課題

本考案の目的は、手や指や腕の皮膚表下には非常に多くの血管があり、その密度は高い。従い皮膚表面からの皮膚ガスのサンプリングは、血中の成分に依存しており、また健康状態を反映している。このことに着目し、皮膚ガスの捕集とガスセンサーによる測定を一体化した測定を可能とする装置を提供することである。すなわち、ヒト皮膚ガス中に含まれる多種類の化学成分を簡便に検出し、迅速にその場での健康状態をその場で表示できる装置を提供し、健康状態のモニターとしては簡便に使用でき、かつ容易に持ち運びが出来る小型の装置を提供することである。

課題を解決するための手段

皮膚ガス検知をその場で分析し、多数情報を得ることを目的とするものであり、多数のセンサーのライン上の検出により、各センサー特有項目の選択的検出と複数センサーからの目的物の量的な検出、全体の情報をまとめてのパターン解析により身体の情報を得る。
身体の情報とは、健康体、疾病があるか等で、例えば肝硬変や疲労している場合はアンモニアが多くなり、糖尿病であれば、アセトンが多くなり、アルコール依存症であればアルコールが多くなり、湿度センサーにより人の皮膚の湿り具合を示すデータで乾燥肌でないことがわかる。これらのデータを得て、その時の身体情報を反映する。
本考案の装置は送風装置により一定量のクリーンガスをポンプから検体捕集具（プローブや指カバー、手のカバー）に送り、ついで直接多検知センサー列へ導く。その際必要であればベルチェーによる冷却濃縮ラインを通過し、ついで濃縮ラインからの試料の放出を行う。濃度が濃くなる場合は、低感度のセンサーでも検知可能である。

本考案は、皮膚ガスを簡便に検出するために、皮膚ガスのサンプリング容器を装置のラインに組み込み、また迅速な結果と多数の情報を売るためにセンサーを多数組み込んだセンサー列による検出部を備える装置とした。装置には分離プロセスがなく、選択検出が出来るセンサーを主に直列に配置したので、迅速な応答が得られ、多数のセンサーの情報から身体の状態に関する情報あげられる仕組みになっている。すなわち、皮膚ガス中の化学成分であるアセトンセンサー、湿度センサー、アルコールセンサー、アンモニアセンサー、イオウセンサー、水素センサー、炭酸ガスセンサー、一酸化窒素センサーを組み込み、アセトン、アルコール、アンモニア、イオウ、水素、炭酸ガス、一酸化窒素、水分量を測定した。湿度センサーによる水分量の算出は、皮膚の活性を反映している。

考案の実施の最良の形態

図１は、本装置の構成を示す。実施例を図面に従って説明すると、装置は一定ガス流速を送れるポンプ送風部１、指から皮膚ガスを採集する容器の皮膚ガス散布サンプリング部２、各種センサーを８個直列にならべた検出部３、記録部４、及びガス放出部５より構成される。皮膚ガスを採集する容器としては、指を覆う容器や腕に装着するプローブが適用でき、人の肌を覆う容器であれば可能である。各種センサーはそれぞれ応答を増幅する電気回路を得て、記録部にて記録する。センサーとして一例をあげると、フィガロ技研工業製センサー２６０２、湿度センサー、アルコールセンサー、フィガロ技研工業製センサー２６００、水素センサー、メタンセンサー、イオウセンサー、一酸化窒素センサーを用いて組み立てした。
皮膚ガス捕集は指を覆う容器２や腕の皮膚表面の一簿を覆う容器により、皮膚ガス採集を一定時間行った後に各種センサー列に試料ガスを導き、皮膚ガス中に含まれる各種化学成分を測定し記録部４にて記録する。もうひとつの測定は、皮膚ガス捕集サンプリング部１における皮膚表面からの皮膚ガス捕集時間をおかずに連続的に送風して、皮膚からの皮膚ガスの放出を連続的に多数のセンサーの応答により記録することもできる。
ポンプによる送風ガスの種類としては、ガスシリンダーからの窒素ガスあるいは空気、または室内の空気を用いるときはシリカゲル管を通過させることにより清浄にした後に送風ガスとして用いることも出来る。

実施事例を図２に示した。指からの皮膚ガス採集サンプリング部１は円筒形の形に前面に指の挿入可能な円形の穴を持つ薄膜を張り作成している。皮膚ガス捕集サンプリング部において指からの皮膚ガス捕集を１０秒間実施したのちに、指の周りの皮膚ガス約３０ｍｌをセンサー列に導入したときの応答を示した。指からの皮膚ガスの捕集を３回繰りかえし実施した。センサーとして、アセトンセンサー、湿度センサー、アルコールセンサーの３個を直列に配置して測定した。指からの皮膚ガス採集の際にはプログラムにより自動的にサンプリング容器のサンプリング部内を送風ガスで４０秒間洗浄後、サンプリングに移る。サンプリング時間の動作は電磁バルブにより実施する。実施事例では１０秒と定めて行っている。アルコール、アセトン、湿度の各センサーに応答が認められる。

センサーの並べ方は、センサー中を試料が通過する際に一部の試料がセンサーにより消費される。この消費量の多さを勘案して、消費量の少ないセンサーをセンサー列の前側、すなわち皮膚ガス捕集サンプリング部の近くに配置する。またセンサーにより消費量が似かよったものは、適宜配置を変更することが出来る。

図３の実施事例を説明する。送風ガスを採集するサンプリング容器に連続的に通じて、そのままセンサー列に送り込んだ事例について説明する。皮膚からは化学成分が常時放出されているが、生理的な刺激を与えると放出が増加する。図４においては皮膚ガスサンプリング容器として、文献４の腕に装着した皮膚ガス捕集容器を用いた。捕集容器は渦上の溝を持つ平面部をヒト皮膚表面に接触させて実施した。
図４においては１０回の屈伸運動を行っている。開始時点を図３に矢印で示してある。屈伸運動の開始により、湿度のセンサーの応答変化が強く認められ、発汗が生じていることが推測できる。アルコールについてはパルス的に発生している。フィガロ技研株式会社製半導体センサー２６０２はアセトン、トルエンに主に応答するが、ヒト皮膚ガスではアセトン濃度が高いのでアセトンを主体とした応答とみなすことが出来る。はフィガロ技研株式会社製半導体センサー２６００は水素、エタノール、イソブタンを主体とした応答である。いずれも応答を示している。

図４の説明の実施事例を説明する。湿度センサーを基準とした各ガスの発生相対値を測定した。指から放出される皮膚ガスを１０秒間捕集したのちに、各センサー列に試料ガスを導き応答を測定した。生命活動の指標として湿度を用いて、これの相対比であるアセトン応答、アルコール応答の値を得た。表示ソフトを開発して、各応答の強度、および相対比を画面上に表示できるようにして、図４は得た。アセトンの発生量が湿度センサーとの相対値では、０．３７，０．３６，０．３６の値を得た。文献３では皮膚ガスアセトンが糖尿病と関連するとされており、図４の測定した被験者においては相対値が小さく、本被検者の健康状態は良好と推測される。アルコールの相対値は、１．０２，０．９５，０．９４の値となっており、この被験者においてはアルコールの発生がかなり認められる結果となっている。

ヒト皮膚ガスの皮膚ガス捕集サンプリング部として、らせん状の溝を有する腕用の皮膚ガス捕集プローブを用いて行ったところ、指よりも化学成分お応答が低かったが、十分な判断が本考案したセンシング装置により実施できた。
ヒト皮膚ガスに含まれる化学成分が低濃度のときには、皮膚ガスサンプルをあらかじめセンサーとサンプリング部の間に配置した低温に保った中空管中で濃縮し次いで前記管を加熱することによりガス中の皮膚ガス目的成分を高濃度にして、センサーの応答を得た。

使用したセンサーとしては実施例に示したアルコールセンサー、アセトンセンサー、アンモニアセンサー、湿度センサーのほかに、硫化水素を主として応答するイオウセンサー、半導体水素ガスセンサー、光検出を行って得られる一酸化窒素センサーを配置して実施した。

多数のセンサーの配置については、直列での配置のほかに並列の配置も実施した。

センサーについては、必ずしも非常に選択的でないセンサーが含まれる。たとえばアセトンセンサーは、環境ガス成分やアルコールにも応答を示す。アセトンの実際の量を得られるように、他のセンサーの応答を勘案してその寄与を算出し、真の値を計算することもできる。この事例においては、あらかじめ同一の皮膚ガスをガスクロマトグラフで分析した値との比較から検討を加えて、真のアセトン量を推測した。

皮膚ガスアセトン量は糖尿病やダイエットと関連を有する。装置表示部にアセトン量の多少を知らせる５段階機能をつけ、数字４、数字５では健康に注意する必要があり、医師の診察を進めるためのアドバイスマークとした。

考案の効果

以上説明したように本考案は、ひと肌から放出される皮膚ガスを採集して、直ちに各種センサーでそれらの応答を得て、健康状態を示す参考資料として提供が出来る。皮膚ガスはこれまでに糖尿病疾患、慢性肝疾患、アルコール摂取との関連が報告されており、これらの疾病との推測に供することが可能となる。
また本装置は、皮膚ガスが生理的な負荷により皮膚から間欠的に発生していることも観察されている。このことは、人の皮膚の活動性の指標として本装置が利用できる。

本考案は皮膚ガス中の化学成分が血液成分や身体情報を反映していることを利用して、皮膚ガスの捕集とアセトンセンサー、アルコールセンサー、湿度センサー、アルコールセンサー、アンモニアセンサー、イオウセンサー、水素センサーによる測定を一体化した装置であり、簡便に使用でき、かつ容易に持ち運びが出来る小型の装置を提供することができるものであり、信頼性の高い非侵襲的な健康状態のセンシング装置を提供するものである。

本考案による皮膚ガス捕集しセンサー列よる測定を行う装置の構成図である。 本装置を用いた実施事例を示す。指からの皮膚ガス捕集を１０秒間実施したのちに、指の周りの皮膚ガスをセンサー列に導入した事例を示した。 採集する容器に送風ガスを連続的に通じて、そのままセンサー列に送り込んだ事例を示した。。 指からの皮膚ガス捕集を１０秒間実施したのちに、指の周りの皮膚ガスをセンサー列に導入した事例で、湿度センサーを基準とした各ガスの発生相対値を測定した。

１． 送風部
２． 皮膚ガス捕集部、この図では指からの捕集を行なっている。
３． センサーによる検知部、▲１▼〜▲８▼はセンサーの配列の例を示す。
▲１▼ センサー１ 半導体センサー２６０２
▲２▼ センサー２ 湿度センサー
▲３▼ センサー３ アルコールセンサー
▲４▼ センサー４ 半導体センサー２６００
▲５▼ センサー５ 水素センサー
▲６▼ センサー６ 炭酸ガスセンサー
▲７▼ センサー７ イオウセンサー
▲８▼ センサー８ 一酸化窒素センサー
４． 記録部
５． ガス放出部

Claims (3)

1. 指や腕、その他の人皮膚表面を覆い、その皮膚ガスを採集する皮膚ガスサンプリング部２と、捕集した皮膚ガスを送風するポンプ部１を有し、ポンプ１からの送風ガスにより皮膚ガスはガス検知センサーへ導かれ、検知センサーは直列に接続し、通過ガスが概センサーにより成分を検出した後、外部に放出されるようにして測定することを特徴とする皮膚ガスを用いたセンシング装置。
2. 送風部１により皮膚ガスは、アセトンセンサー、湿度センサー、アルコールセンサー、アンモニアセンサー、水素センサー、炭酸ガスセンサー、イオウセンサー、一酸化窒素センサーを経て外部に放出されることを特徴とする請求項１記載の皮膚ガスを用いたセンシング装置
3. 皮膚ガスサンプリング部２により捕集された皮膚ガスは、冷却回路を経由し、センサーに導かれるようになしたことを特徴とする請求項１記載の皮膚ガスを用いたセンシング装置