JP4796621B2 - 体液を採取するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、穿刺手段が前進運動によって皮膚を貫いて身体部位に刺入され、該穿刺手段の毛管構造を経て体液が吸収される、体液とくに血液を採取するための方法に関する。本発明はさらに当該の装置に関する。

少量の体液を採取するためのこの種の方法および採取装置は特に糖尿病患者により日々複数回にわたって実施される自己血糖監視に使用される。最新のコンセプトによれば、皮膚穿刺を実施し、同所から毛管作用を利用して少量の血液を採取して該血液試料を分析するために、使い捨て式の測定用マイクロニードル（使い捨て品）が手持ち式器具に設けられている。この種の統合システムは、ほぼ自動的な測定プロセスを通じて、所要の工程を素人でも容易かつ速やかに実施し得るようにすることを意図している。これを実現するためには、血液または場合により組織液を効果的、速やかにかつ苦痛なく収集し得るよう、穿刺・収集プロセスが器具側で上記使い捨て品にマッチングされていることが重要である。

この点で、前方に向けられた穿刺運動を制御するために皮膚接触を検知し、こうして、所定の刺入深度を達成し得るようにすることがすでに提案された。ただし、この種の運動制御を所望の高速の刺入速度に適応させるには装置面で非常なコストが投入されなければならない。しかも特に、こうした措置によっても実際の採血成否に関する知見は得られないという点が短所である。

採血を最適化するため、本願出願人の国際公開第０３／００９７５９号パンフレットは、最初に刺入が行われ、毛管構造を備えた該刺入ユニットは続いて刺入区間の一部だけ引戻されて、数秒間に及ぶ収集期間の間、同所に留まらせられるコンビネーション法を開示している。これにより、穿刺路の一部が空けられて体液が同所に集中し、該体液はさらに同所から毛管構造内に進入することができることになる。

国際公開第２００４／０８０３０６号パンフレットから、穿刺運動の過程および場合によりさらになお引戻し時に固有の数値（たとえばインピーダンス）を検知するように構成された穿刺システムが知られている。ただしこれは、必要に応じて使用者に刺入深度または刺入安定性ないし滞留時間を表示するために、皮膚検知自体に使用されるにすぎない。他方、この皮膚検知の範囲を越えた実際の液体接触の成否チェックについてはどの箇所でも触れられていない。

上記から出発して本発明の目的は、従来の技術に生じた短所を回避し、容易な使用と共に、特に信頼度、効率、苦痛の軽減および衛生面で最適化された体液採取を可能にすることである。

上記課題を達成するため、独立した特許請求項にそれぞれ記載の特徴コンビネーションが提案される。

本発明が出発点としている基本思想は、後置された採血相における穿刺チェックに代えて、液体接触の成否チェックを可能にすることである。これに応じて、方法面では、上記前進運動後の上記穿刺手段の体液接触が上記身体部位内における収集相の間に検知されるようにすることが提案される。また相応して、装置面では、上記前進運動後の上記穿刺手段の体液接触を上記身体部位内における収集相の間に検知する検知手段が設けられている。かくして、液体接触が検知された場合には確実に体液が刺入創から充満してきているために、採取・採血を最適化することができる。これにより、局所的な皮膚性状および血流等の使用者固有のパラメータを顧慮する場合にも、事情に即した対処が可能になる。上記液体接触事象に応じて持続時間を適合化することができるため、テストにとって必要最少量の血液に関する信頼度は高められ、さらに、苦痛を最小限に抑制した採取・採血が可能である。

本発明のさらにもう一つの観点は、上記収集プロセスを静的に実施するのではなく、苦痛の少ないゾーンで血液流出の改善を保証することである。この点からして、上記穿刺手段が上記前進運動後の後退相において第１の距離だけ、その後の収集相において第２の距離だけ引戻される方法が提案される。この場合、上記後退相は上記収集相よりも短く、上記第１の距離は上記第２の距離よりも大きくかつ上記第２の距離はゼロよりも大きい。これに対応した装置において、穿刺駆動装置は上記穿刺手段を後退相において第１の距離だけ、その後の収集相において第２の距離だけ後退運動させるように構成されており、その際、上記後退相は上記収集相よりも短く、上記第１の距離は上記第２の距離よりも大きくかつ上記第２の距離はゼロよりも大きい。これにより、出血ゾーンに素早くかつ少ない苦痛で穿刺路をつくり出すことができ、他方、上記収集プロセスは不感の外側皮膚ゾーンにおいて、上記毛管構造による液体自動輸送に必要とされる持続時間で実施される。意外にも、緩慢な引戻しによる収集効率は静止収集ポジションの場合より大幅に優れていることが判明した。この点に関して考えられ得る説明は、皮膚が上記刺入手段による迅速な穿刺運動後に収縮し、この収縮力がまず血液の流出を妨げるということである。しかしながら、上記収集相の間の緩慢な引戻しに際して皮膚は弛緩するため、血液の流出は改善されることになる。また、上記穿刺手段の引戻しによって一種の吸引効果が達成されるため、より多量の血液が得られるとも考えることができる。この場合、刺入した状態で収集を行うのが衛生面からして好適であり、また、少量の液体の適量採取にとっても効果的である。

本発明の有利な態様および発展態様は従属請求項から判明する通りである。

刺入深度のわずかな後退ポジションへの迅速な後退運動により、上記身体部位ないし皮膚の苦痛ゾーンからの速やかな離脱が行われる。次いで、この外側の非出血ゾーンにおいて一定の待機時間後に、上記穿刺路を経て血液が充満してきているか否かがチェックされる。液体接触時には、無駄なデッドスペースのない高い収集速度を提供することができる。さらに、血液の皮膚外流出を見ることなく、なお皮膚内部において特に衛生的に液体を採取することができる。上記液体接触の検知には、特に、上記刺入手段を電極として使用するインピーダンス測定が適している。体液接触の検知に依拠し、上記身体部位ないし上記刺入創からの体液の採取をチェックすることができる。上記液体採取の成功確率はこうしたチェックによって大幅に高められる。またこれにより、最適な収集時間の経過を待つことができる。場合により、接触が生じなければ、エラー信号が生成されて、採血プロセスは中止される。

上記体液は上記穿刺手段の迅速な後退の後、収集相の間に、苦痛の少ない外側皮膚層で採取されるのが特に好ましい。この場合、上記穿刺手段は少なくとも上記収集相の一部の間、等速または可変速度で引戻され、これにより、収集効率は決定的に改善される。上記収集時間は、毛管作用下での十分な液体採取が保証されるように、余裕をもって設定されている必要があろう。

特に、開示されたすべての実施形態は、体液検知および穿刺グラフに関して、互いにコンビネーションすることが可能である。

以下、図面によって示した実施例を参照して、本発明を詳細に説明する。

図示した装置は、特に血糖監視のための分析を目的とした、使用者による血液試料の自己採取に用いられる。該装置は採血用使い捨て品としての穿刺手段１０と、セットされた穿刺手段１０を自動操作するための手持ち式器具１２とを含んでいる。

図１に示した穿刺手段１０は身体部位１４とくに指先から少量の血液を採取するためのいわゆる“微量試料採取器”として設けられている。これは特殊鋼薄板からなるフラットな成形品として形成され、刺入手段として末端に形成された尖端１６を有しており、この尖端は半開の溝状毛管路１８を経て、検体たとえばグルコースを検出するための反応ゾーンとして形成されていてよい収集箇所２０と連結されている。特に非接触式光学法を用いて行われる血中グルコース検出は従来の技術においてそれ自体公知に属しているため、本願明細書ではこれ以上の詳細な説明は行わないこととする。ただし、収集された血液はオプショナルに分析ユニットにも移送され、同所で検体が測定されるようにすることも可能である。

器具ないしツール１２は、穿刺手段１０の制御式前進・後退運動を実施するための穿刺駆動装置２２と、収集相の間の穿刺手段１０の血液接触を検知するための検知手段２４とを有している。穿刺駆動装置２２は穿刺手段１０と連結された機械式および／または電動式の駆動ユニット２６を含んでいる。特に、迅速な運動はたとえば駆動ばねまたは駆動リンク等の機構によって引き受けられ、他方、より緩慢な被制御運動は電動機を経て行われるように構成した２段式ハイブリッド駆動装置が設けられていてよい。別法として、ボイスコイルの類の電磁駆動装置によって往復穿刺運動を実施することも可能である。穿刺駆動装置２２はさらに、採血とくに穿刺運動のプロセス制御ないし調節を行うための制御ユニット２８を含んでいる。該ユニットには、場合によりさらに使用者固有のパラメータ設定を行うことのできるマイクロコントローラを使用するのが好適である。

検知手段２４は、刺入手段１６と、該刺入手段によって軸方向に貫かれて身体部位１４と接触している逆電極としての圧接リング３０とを介したインピーダンス測定によって、上記収集相の間の血液接触を検知することができる。この場合、導電性材料からなる上記刺入手段は交流電圧信号たとえば４Ｖｐｐ、１０ｋＨｚで安全に制御可能であり、その際、上記刺入手段と上記逆電極間の経路のインピーダンスは液体接触によって有意に低下する。監視装置３２は、以下に詳細に説明するように、液体接触の検知と相関して採血成否のチェックを可能にする。

図２〜５は穿刺手段１０による採血プロセスを具体的に示している。まず、刺入手段１６は先端方向に向けられた前進運動によって皮膚表面３４を貫いて身体部位１４に所定の深さだけ刺入されて、真皮内の出血ゾーン３６に達する。上記刺入手段によって切開可能な毛細血管の分布はこのゾーン内で終わっている。ただし同時に、この相対的に深いゾーン３６では、同所に神経細胞が存在するため、苦痛感も高い。そのため、上記穿刺手段は前進運動の後直ちに後退運動によって最深の刺入ポジション３８から刺入深度のわずかな後退ポジション４０に引戻されるのが好適である（図３）。この後退ポジションは表皮４２の領域、特に角質層４４にあるのが好ましい。上記穿刺手段１０の迅速な引戻しの後、形成された穿刺路４８を経て血液４６が表皮に到達するまでに一定時間が経過する。

人の皮膚の層構造の規模は図１０にリアルに再現されている。皮膚最外層としての角質層を含んだ表皮の範囲は深度、約０．５〜１ｍｍまでであり、他方、毛細血管３７を含んだ真皮は深度数ミリメートルに達している。

図４から看取されるように、引戻された収集ポジション４０において、血液接触は上記前進運動から一定の待機時間の経過後に成否チェックの趣旨で検知手段２４によって検知される。こうして、液体接触時には確実に血液が刺入創から充満してきているために、収集時間は最適化されることができる。他方、上記待機時間の経過後に血液接触が検知されなかった場合には、測定は監視装置３２によって中止することができる。これにより、血液の欠如または過少な血液量によって偽化された結果が生ずることは回避される。監視装置３２は使用者に相応した通報を出力するのが好適である。

上記収集プロセスは静的に行われる必要はなく、穿刺手段１０の継続的後退運動の過程で実施されることができる。オプショナルに、図５に示したように、皮膚表面３４での収集も可能である。この場合、液体接触は、流出した血滴５０に浸されて皮膚と液体接触している測定電極としての刺入手段１６と、皮膚に密接した逆電極としての圧接リング３０とによって、確実に検知可能である。上記圧接リングはさらに、加圧によって血液の流出を促すと共に刺入創を広げるために設けられており、その結果、刺入手段と皮膚との接触に従って使用者にとっての苦痛は最小化される。

できるだけ上首尾かつ苦痛の少ない採血には図６〜９に示した穿刺グラフが特に有利である。ここで、“穿刺グラフ”とは、時間と相関した刺入深度の関数として表された穿刺運動の時間曲線として理解される。

図６に示した穿刺グラフにおいて、上記刺入手段は苦痛に敏感な皮膚出血ゾーン５２内に前進運動５４により所定の深度５６まで迅速に刺入され、直ちに後退運動５８により約０．５ｍｍの深度にまで引戻される。この場合、上記後退相の持続時間は上記前進運動の持続時間と同等レベルにあり、つまり数百μｓである。後退ポジション６０は角質層の領域、従って苦痛ゾーン５２の外部にあってよい。続いて、上記穿刺手段が皮膚表面まで緩慢に引戻される間に血液が採取される収集相６２が後続する。この収集相６２は数秒間にわたって持続する。この場合、上記刺入手段が後退した距離ｄ２は後退相５８における後退距離ｄ１よりも遥かに小さい。こうした爾後の遥かに緩慢な引戻しによって皮膚は弛緩するため、穿刺路が直ちに再び塞がれることはない。

上記収集プロセスには一定の時間が必要とされるため、該プロセスは神経のない外側皮膚ゾーンで行われるのが好適である。皮膚表面下つまり刺入された状態での収集は同じく、皮膚上への血液流出を回避し、こうして特に衛生的な採血プロセスを可能とするために重要である。加えてさらに、すでに皮膚表面上に流出した血液が穿刺手段１０によってきれいに吸い取られることができるのは、毛管路１８の毛管作用がこの箇所で十分に大きい場合のみである。これに該当するのは、尖端に至る毛管路深度が短くなると共に毛管作用も低下することから、刺入手段１６が少なくともわずかに刺入された状態にある場合である。

図６に示した穿刺グラフには電気または電磁駆動の方が純然たる機械駆動よりも好適であるが、それは後者の場合には衝撃作用の制御がより困難だからである（緩衝は機械式よりも電気式の方が容易に実現可能である）。

刺入深度を明確に設定し得るようにするため、本来の穿刺プロセスに先立って、たとえばインピーダンス測定による皮膚表面の検知を行うことができる。この場合、皮膚表面ポジションは穿刺手段１０の緩慢な前進運動の間に検知される。

上記穿刺グラフの異なったゾーン間の切換えはポジション（深度）制御によるかまたは時間制御によって行われてよい。異なった速度ゾーン間の移行は不連続的変化によって行われるかまたは滑らかに行われてよい（連続的速度変化）。連続方式はわずかな駆動エネルギーしか必要とせずかつ運動の制御が容易化されるという利点を有する。

図７に示した穿刺グラフは収集相６２中に付加的な段階６４が含まれる点でのみ相違している。この場合、深度Ｂまでの迅速な後退の後、深度Ｃまでのややさらに緩慢な後退が行われ、この間、皮膚は弛緩する。次いで、本来の収集プロセスが再び緩慢に深度Ｃから皮膚表面に至るまでの間に行われる。これによって穿刺・収集プロセス全体の短縮を達成することができる。

図８に示した類似の実施例において、迅速な後退相５８の後、時点ｔ１までの上記刺入手段の緩慢な引戻しによって皮膚の弛緩が達成され、続いて、刺入手段が静止されて時点ｔ２まで収集が継続される。ただし、この場合、皮膚に対する上記刺入手段の側方変位は使用者にとってより顕著に感じられる。

図９に示した穿刺グラフにおいて、上記刺入手段は第１の迅速な前進運動５４の後、完全に皮膚外へ引き出され、続いて第２の前進運動５４’によりわずかな刺入深度で再び新たに刺入される。従って、この点で血液接触が検知され、続いて、収集プロセス６２が皮膚表面に至るまでの刺入手段の緩慢な引戻しによって実施される。この完全な引き戻しは、刺入手段に再衝撃が生じてもそれが皮膚外であるために緩衝が不要であり、そのため作動機構に求められる要件が大幅に緩和されるという利点を有している。

上記穿刺グラフはシンプルな制御態様にとってうってつけである。まず、刺入深度を正確に決定し得るように、時点ｔ０の前に皮膚表面の検知を行うことが可能である。このプロセスは、上述したように、上記刺入手段が皮膚表面に接するまで皮膚に向かって緩慢に運動させられることにより、誘導法またはインピーダンス測定によって行うことができよう。その後、第１の穿刺プロセス（迅速な刺入と迅速な後退）はほぼ“盲目”で、つまり、制御回路によるフィードバックなしで行われることができる。これは、特に電磁コイル駆動が行われる場合に、機敏かつコスト高な制御電子機器の使用を避けることができるという利点を有している。ハイブリッド駆動の場合には、この迅速な穿刺プロセスは機械部品によって引き受けられよう（たとえば、ばね駆動またはリンク駆動）。この第１の穿刺プロセスの後、上記刺入手段は先のプロセスよりも緩慢に前進運動させられる（５４’）。この運動は同じく制御ループなしで行われることができる。皮膚表面に達する（これは場合により、新たな皮膚検知によって検知される）と、上記穿刺グラフの残りの区間（収集相）をトリガする制御信号が発される。反転点６６はトリガ信号に対する時間的遅れによって決定することができる。この時間的遅れは、再び苦痛ゾーン５２への進入が生じないようにするため、十分短くなければならない。その後、ｔ２までの収集プロセスが同じくポジション制御なしの簡単な制御によって実施可能である。続いて、穿刺手段は時点ｔ３に至るまで器具内に引戻され、こうして刺入手段は皮膚から引き離される。

図１１には、図２〜４に示した状況下での血液接触の様々な可能性に関する測定信号６８の時間曲線が詳細に表されている。乾燥した皮膚への穿刺に際して、導電率は屈曲箇所７０に至るまでまず比較的緩慢に増大し、尖端１６が真皮３６内で血液接触すると急速な信号上昇がもたらされる。前進運動の最後に信号レベル７２が達成されるが、これは直接の液体接触を特徴づけており、それゆえ比較信号として使用することができる。この場合、皮膚接触に際し、まず尖端１６とリング電極３０との間の皮膚面の導電率ないしインピーダンス、従って、リング半径が重要であることが顧慮されなければならない。尖端１６が体液１６に浸されると実効電極面積は急激に増加し、信号は血液ゾーン３６とその上方に位置するリング３０との間の皮膚層の、リング半径に比較して遥かにわずかな厚さによって影響を受けるだけである。従って、特に容量式測定にとっては、リング３０が皮膚表面４４に対して電気的に絶縁されているのが有利である。

それゆえ、図１１ａから看取されるように、図２において出血ゾーン３６に達する前進運動の最後に、液体接触を特徴づける（場合により、経験的に決定可能な）信号レベル７２が達成される。その後、続いて図３に示した収集ポジション４０まで引戻される際に、後退した針尖端まで体液が充満するまで短時間が経過することがある。これに応じて信号は後退時に低下し、血液との第２の接触時に再び最高値７２に達する。従って、所定の待機時間の経過後に、再び高い信号レベルが存在するか否かの比較を行って採血成否のチェックを実施することができる。

体液が速やかに充満してくる場合には、後退した尖端１６への液体接触は途切れることがなく、図１１ｂに示したように、信号レベルは変わることなく高い水準を維持する。この場合にも、上首尾を示す成否チェックが可能である。

これに対して図１１ｃに示したように、血液が流入してこないかまたはなかなか充満しない場合には信号レベルは後退したポジションにおいても低下し続けるため、測定信号の変化に基づき、所定の待機時間の経過後に、体液の収集がおそらく不首尾と見込まれるエラーケースの存在が認識される。重大な信号変化は待機時間開始時の信号レベルとの比較によるかまたは信号曲線の勾配の評価によって決定することができる。これに準拠して測定は中止され、使用者に警告を発することができる。

身体部位から血液を採取し、場合により分析するための装置のブロック図である。 様々な穿刺ポジションに位置する、図１に示した装置の穿刺手段の簡略化した断面図である。 様々な穿刺ポジションに位置する、図１に示した装置の穿刺手段の簡略化した断面図である。 様々な穿刺ポジションに位置する、図１に示した装置の穿刺手段の簡略化した断面図である。 様々な穿刺ポジションに位置する、図１に示した装置の穿刺手段の簡略化した断面図である。 上記穿刺手段使用時の様々な穿刺グラフである。 上記穿刺手段使用時の様々な穿刺グラフである。 上記穿刺手段使用時の様々な穿刺グラフである。 上記穿刺手段使用時の様々な穿刺グラフである。 人の皮膚の解剖学的構造図である。 様々な体液接触状況における信号曲線を示す図である。

Claims (5)

1. 皮膚を貫いて身体部位（１４）に刺入される、体液吸収用の毛管構造（１８）を有する穿刺手段（１０）と、該穿刺手段（１０）の前進・後退運動を実施するための穿刺駆動装置（２２）とを備える、体液を採取するための装置であって、
   上記穿刺駆動装置（２２）は上記穿刺手段（１０）を後退相（５８）において第１の距離（ｄ１）だけ、その後の収集相（６２）において第２の距離（ｄ２）だけ後退運動させるように構成され、その際、上記後退相（５８）は上記収集相（６２）よりも短く、上記第１の距離（ｄ１）は上記第２の距離（ｄ２）よりも大きくかつ上記第２の距離はゼロよりも大きいことを特徴とする装置。
2. 上記後退相（５８）の持続時間は前進運動（５４）の持続時間と同等レベルであることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 上記収集相（６２）は上記後退相（５８）に比較して１０〜１０，０００倍に延長されていることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 上記穿刺駆動装置（２２）は上記穿刺手段（１０）を上記収集相（６２）の間、等速で引戻すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 上記穿刺駆動装置（２２）は上記穿刺手段（１０）を上記収集相（６２）の第１の時間区間において後続の第２の時間区間におけるよりも速い速度で引戻すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。

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