JP5401918B2

JP5401918B2 - 穿刺装置

Info

Publication number: JP5401918B2
Application number: JP2008277967A
Authority: JP
Inventors: 圭介松村; 清弘堀川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: JP2010104490A; US20100106144A1

Description

本発明は、レーザを用いた穿刺装置に関するものである。

現在、皮膚から微量血液を採取する方法として針による穿刺方法が多く用いられており、多くの針方式の穿刺装置が商品化されている。しかしながら、これらの製品は接触式であるため感染性の危険性があるため、非接触で穿刺を行うことができるレーザ方式の穿刺装置が開発されている。

以下、従来のレーザを用いた穿刺装置について説明する。図１３は、従来の穿刺装置のブロック図である。図１３において、従来の穿刺装置１は、皮膚を穿刺するためのレーザ光を出力するレーザロッドと、前記レーザロッドから出力されるレーザ光を集光するための集光レンズと、前記レーザロッドを励起するためのフラッシュランプと、前記フラッシュランプから出力される光を前記レーザロッドに集光するための鏡筒と、前記フラッシュランプに電圧を印加するための６００μＦのコンデンサと、前記コンデンサを充電するための電池２と、この電池２に接続された昇圧回路４と、このフラッシュランプにトリガ電圧を加えるトリガ回路７と、このトリガ回路７と昇圧回路４を制御する制御部８と、この制御部８に接続された穿刺ボタン６ｃとから構成されていた。

以上のように構成された穿刺装置１について、図１３、図１４に基づいてその動作を説明する。図１４（ａ）において、縦軸１０ａはレベルであり、横軸１１は時間を表している。また、実線で示す１２は、フラッシュランプ６ａに加わるコンデンサの電圧であり、点線で示す１３はフラッシュランプ６ａから放射される光の強度である。

先ず、電源ボタン３ａを押下することにより、電池２の出力を昇圧回路４で昇圧しコンデンサ５へのチャージが開始される（図示せず）。チャージの終了電圧は、時点１１ａにおいて３００Ｖとなるように昇圧回路４で設定している。

時点１１ｂにおいて、穿刺ボタン６ｃが押下されると、トリガ回路７からトリガ電圧が発生し、トリガ電極６ｂに高線圧が印加される。トリガ電極６ｂに高電圧が印加されるとフラッシュランプ６ａが発光する。フラッシュランプ６ａの発光とともにコンデンサにチャージされた電荷が消費されコンデンサの電圧１２は降下していく。フラッシュランプ６ａから出力される光強度は、一度ピークを迎えるが、電圧１２の減少とともに減少して行く。

このフラッシュランプの発光によりレーザロッドが励起され、レーザロッドからレーザ光６ｆが出力される。図１４（ｂ）において、縦軸１０ｂはレーザ出力であり、１４はフラッシュランプの発光に対するレーザ出力６ｆを表している。レーザ出力６ｆは、光強度１３が一定の閾値１３ａまで減少すると励起閾値を割り込み停止する。この閾値１３ａはフラッシュランプやレーザロッド、鏡筒の集光効率によって変化するが、本説明ではこれをコンデンサの電圧が２００Ｖであるとする。レーザロッドから出力されたレーザ光は、集光レンズで集光されて皮膚１５（図１３参照）に照射され、穿刺された状態となる。穿刺されると皮膚１５からは血液１６が滲出する。

図１５に示す穿刺状態の断面図を用いて穿刺状態について詳細に説明する。図１５において、皮膚１５に対してレーザロッドからレーザ光６ｆが発射されると、皮膚表面はアブレーション（蒸散）によって皮膚は消失し穿刺される。このとき皮膚は、照射部位から波が広がるように深さ方向と広がり方向に対してアブレーションが起こる。また皮膚１５は、神経や血管が通っていない表皮１５ａと、この表皮１５ａの深層に在って神経や血管が存在する真皮１５ｂとから構成されている。従って、皮膚１５を穿刺して採血するには真皮１５ｂの深さまで穿刺する必要がある。これにより血液１６（図１３参照）が滲出する。このときレーザ光の照射時間がサーマルリラクゼーションタイムを超えると穿刺穴１７の周囲にはレーザ熱により熱伝導領域１７ａが形成される。

この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４―１９５２４５号公報

しかしながら、このような従来の穿刺装置１では、電圧が２００Ｖまで低下すると、図１４（ｃ）の時点１１ｃ以降に示すように、フラッシュランプ６ａは点灯しているにも係らず、時点１１ｃ以降はレーザロッド６ｄから出力されるレーザ光６ｆが停止してしまう。レーザ光６ｆは出力されないのに、フラッシュランプ６ａは点灯し続けるので、エネルギー効率が悪化することになり、特に電池駆動される携帯機器においては深刻な問題となる。

このエネルギー効率の悪化について詳細に説明する。図１４（ｃ）において、縦軸１０ｃは電気レベルであり、１８は、コンデンサ５にチャージされている電気エネルギーである。穿刺ボタン６ｃを押下した時点１１ｂにおいて、最初コンデンサ５には（数１）に示すように、２７Ｊのエネルギーがチャージされている。

この２７Ｊの電気エネルギーがフラッシュランプ６ａの発光によって消費されレーザ光６ｆが停止する時点１１ｃにおいて、コンデンサ５にチャージされているエネルギーは（数２）に示すように１２Ｊとなる。

このコンデンサ５にチャージされたエネルギー２７Ｊの内、穿刺に使用されるエネルギーは、その差の１５Ｊであり、残りの約４割にあたる１２Ｊのエネルギーは、レーザ光６ｆの放射には寄与することはなく、無駄なエネルギーとして廃棄されてしまうことになる。

本発明は、このような問題を解決したもので、エネルギー効率を向上させた穿刺装置を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために、本発明は、指を穿刺するためのレーザ光を出力するレーザロッドと、前記レーザロッドを励起するためのフラッシュランプと、前記フラッシュランプに電圧を印加するための複数のコンデンサと、前記コンデンサを充電するための電池と、前記電池の電圧を昇圧し前記コンデンサに印加するための昇圧回路と、前記複数のコンデンサの接続を並列接続と直列接続の切換えを行う切換部と、前記切換部の制御と前記フラッシュランプの発光タイミングの制御とを行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のコンデンサを並列接続した状態で、前記昇圧回路により充電し、次に、前記並列接続された複数のコンデンサから、前記フラッシュランプに電圧を印加し、その後、前記切換部により複数のコンデンサを直列接続した状態で、前記フラッシュランプに電圧を印加する構成とし、これにより、所期の目的を達成するものである。
つまり、本発明の穿刺装置は、複数個のコンデンサの接続を切り換える切換部を設け、制御部により、前記切換部を制御して前記コンデンサを並列接続して行う１回目の穿刺と、この１回目の穿刺に続いて、同一場所に前記コンデンサを直列接続して２回目の穿刺を行うものである。

以上のように本発明の穿刺装置は、複数個のコンデンサで構成されるとともに、これら複数個のコンデンサの接続を切り換える切換部を設け、制御部により、前記切換部を制御して前記コンデンサを並列接続して行う１回目の穿刺と、この１回目の穿刺に続いて前記コンデンサを直列接続して２回目の穿刺を、前記１回目の穿刺と同一場所に行うものであり、１回目の穿刺により、並列接続された複数個のコンデンサにチャージされた電圧が降下し、レーザ光の放射が停止するレベルまで降下しても、これら複数個のコンデンサを直列接続することで、レーザ光の放射可能な電圧レベルとなる。従って、続けて２回目の穿刺を同一場所に行なうことができる。即ち、コンデンサにチャージされたエネルギーを無駄にすることなく、エネルギー効率の高い採血が可能な穿刺を行なうことができる。

また、レーザで穿刺する場合、穿刺深さに比例して穿刺径も大きくなるようにアブレーションが発生する。そのため一度に真皮層までの穿刺深さを得るためにはどうしても穿刺径が大きくなり患者の痛みが増える。さらには一回の照射における照射時間が増えるために、レーザの熱によって組織が凝固し止血効果が発生することもあるため患者はさらに大きな穴を開ける必要があり、さらに患者の痛みは増える。

それに対して２回以上の複数穿刺を行った場合は、少ない深さで複数回穿刺することによって穿刺径も小さくなり、さらに一回分の照射時間は短くなり組織は熱の影響を受けず、より小さな穴で出血するため、患者の痛みを和らげることができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、実施の形態１における穿刺装置２１のブロック図である。図１において、２２は３．７Ｖの電圧を出力するリチウムイオン電池（電源の一例として用いた）である。この電池２２のマイナス側はグランドに接続されるとともに、プラス側は昇圧回路２３の入力２３ａに接続されている。なお、電池２２としては一次電池でも二次電池でも使用することができる。

昇圧回路２３の出力２３ｂは、３００μＦの静電容量を有するコンデンサ２４のプラス側２４ａと、フラッシュランプ（光源の一例として用いた）２６の陽極２６ａと、半導体で形成された切換スイッチ２９（切換回路の一例として用いた）の一方の選択端子２９ａと、２ｋＶ〜１０ｋＶの高電圧を発生するトリガ回路３０の入力３０ａと、フラッシュランプ２６に加わる電圧を検出する電圧検出回路（レーザ光の停止を検知するレーザ検知部の一例として用いた）３１の入力３１ａに接続されている。なお、電圧検出回路３１の代わりに直接レーザ光２５ａの停止を検知するセンサを用いても良い。

コンデンサ２４のマイナス側２４ｂは、半導体で形成された切換スイッチ３２（切換回路の一例として用いた）の共通端子３２ｃに接続されており、この切換スイッチ３２の一方の選択端子３２ａはグランドに接続されている。また、切換スイッチ３２の他方の選択端子３２ｂは切換スイッチ２９の他方の選択端子２９ｂに接続されている。切換スイッチ２９の共通端子２９ｃは、３００μＦの静電容量を有するコンデンサ３３のプラス側３３ａに接続されており、そのマイナス側３３ｂはグランドに接続されている。

フラッシュランプ２６の陰極２６ｃ側は、チョップスイッチ３４の一方３４ａに接続されており、その他方３４ｂはグランドに接続されている。このチョップスイッチ３４は、フラッシュランプ２６の発光を停止させるため、高電圧、大電流、高速応答に優れたＩＢＧＴ（絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ）を使用している。また、切換スイッチ２９，３２にもＩＧＢＴを使用している。なお、この切換スイッチ２９，３２は、５００Ｖ程度の高電圧、５００Ａ程度の大電流に耐え得るものであればメカニカルなスイッチを用いることもできる。

３５は、制御部であり、この制御部３５の入力には、穿刺ボタン３６及び電源ボタン３７と電圧検出回路３１の出力３１ｂが接続されるとともに、制御部３５の出力は、昇圧回路２３の制御端子２３ｃと、トリガ回路３０の制御端子３０ｃに接続されている。

レーザ穿刺ユニット２５は、キセノンガスが封入されたフラッシュランプ２６と、このフラッシュランプ２６に近接して並列に配置されたレーザロッド２７と、前記フラッシュランプから出力される光を集光する鏡筒で構成されている。このレーザロッド２７はＥｒ：ＹＡＧで作られており、一端には全反射鏡２８ａが装着されるとともに、他端には透過率約５％の部分透過鏡２８ｂが装着されており、フラッシュランプによって励起されることによって波長２．９４μｍのレーザ光を発生する。また、レーザ光の光軸上には集光レンズ２８ｃが装着されており、皮膚表面にレーザ光の径が０．１ｍｍから０．５ｍｍのスポットサイズになるように設計されている。

また、図示されていないが、制御部３５の出力からは切換スイッチ２９、３２及びチョップスイッチ３４の制御端子に接続されており、夫々のスイッチ２９，３２，３４を制御する。

図２は、レーザ穿刺装置２１に用いる昇圧回路２３の回路図である。図２において、電池２２の出力は昇圧回路２３の入力２３ａを介して電子スイッチ４１の一方に接続されており、この電子スイッチ４１の他方はトランス４２の一次巻線４２ａの一方に接続されている。また、電子スイッチ４１の制御は制御端子２３ｃに接続されて制御される。

トランス４２の一次巻線４２ａの他方は電界効果型トランジスタ４３のドレイン４３ａに接続されており、ソース４３ｂはグランドに接続されている。ゲート４３ｃは、１００ｋＨｚ程度の周波数で発振する発振回路４４の出力４４ｂに接続されている。

トランス４２の二次巻線４２ｂの一方は整流ダイオード４５のアノード側に接続されており、トランス４２の二次巻線４２ｂの他方はグランドに接続されている。また整流ダイオード４５のカソード側は、昇圧回路２３の出力２３ｂに接続されるとともに、電圧設定部４６の入力４６ａに接続されている。この電圧設定部４６の出力４６ｂは、発振回路４４の制御端子４４ｃに接続されており、発振パルス幅を制御することにより、出力２３ｂの電圧を一定にする。

なお、電圧設定部４６に外部から電圧を設定する端子４６ｃを設け、この端子４６ｃを制御することで出力２３ｂの電圧を設定することができる。このことにより、コンデンサ２４，３３にチャージする電圧を変えて穿刺深さを調整することが可能となる。

以下、昇圧回路２３の動作を説明する。発振回路４４の出力により、電界効果型トランジスタ４３を高周波でオン・オフしてスイッチング制御する。このスイッチングでトランス４２の二次巻線４２ｂ側に高電圧が発生する。この高電圧をダイオード４５で整流してコンデンサ２４、３３に供給し、コンデンサ２４，３３をチャージする。

次に図３を用いて、穿刺装置２１の動作を説明する。図３（ａ）は、チャージ時のブロック図である。図３（ａ）において、電源ボタン３７を押下すると、制御部３５では、切換スイッチ２９を一方の選択端子２９ａ側に切り換えるとともに、切換スイッチ３２も一方の選択端子３２ａ側に切り換える。また、チョップスイッチ３４もオンされる。それと同時に昇圧回路は電池の３．７Ｖの電圧を昇圧し、点線５１ａに示すようにコンデンサ２４を３００Ｖにチャージするとともに、点線５１ｂに示すようにコンデンサ３３も３００Ｖまでチャージする。このとき、コンデンサ２４，３３は並列接続されているので、合成容量は６００μＦとなる。

この状態で穿刺ボタン３６が押下されると、制御部３５からの指令により、トリガ回路３０に蓄積された２ｋＶ〜１０ｋＶのトリガ電圧がフラッシュランプ２６のトリガ電極２６ｂに印加される。トリガ電極２６ｂにトリガ電圧が印加されることにより、フラッシュランプ２６は発光する。これによりレーザロッド２７が励起されレーザロッド２７からレーザ光２５ａが放射される。このレーザ光２５ａは、レンズ２８ｃを介して皮膚１５に対して１回目の穿刺を行う。

制御部３５はフラッシュランプ２６の発光開始後、電圧検出回路３１からの出力によりフラッシュランプ２６の陽極２６ａの電圧が２００Ｖ（レーザ光２５ａの放射が停止する電圧）か、もしくは所定の時間後（本実施例では２００μｓ後）チョップスイッチ３４をオフにしフラッシュランプ２６の発光を停止する。これによってレーザ出力に寄与しないフラッシュランプ２６の発光を停止でき、エネルギーの高効率化が可能となる。そしてその後、切換スイッチ２９は他方の選択端子２９ｂに切り換えるとともに、切換スイッチ３２も他方も選択端子３２ｂに切り換える。このことにより、コンデンサ２４とコンデンサ３３とは直列に接続される。この直列接続された直列コンデンサ４８の合成容量は、１５０μＦとなる。また、直列コンデンサ４８の両端の電圧は、２００Ｖの２倍の４００Ｖとなる。この状態であれば１回目の発光時よりはコンデンサ容量は小さくなるためフラッシュランプ２６発光時間は短くなるが、フラッシュランプ２６の発生する光強度は大きくなるため、再びレーザロッド２７を励起することが可能となる。

そこで、制御部３５の指令で、チョップスイッチ３４をオンするとともに、トリガ回路３０に蓄積されたトリガ電圧を再びフラッシュランプ２６のトリガ電極２６ｂに加える。トリガ電極２６ｂにトリガ電圧を加えることにより、フラッシュランプ２６は発光する。このフラッシュランプ２６の発光によって励起されレーザロッド２７からはレーザ光２５ａが放射される。このレーザ光２５ａは、レンズ２８ｃを介して皮膚１５に対し２回目の穿刺を行う。これによって穿刺面積を増やすことなくさらに深部への穿刺が可能となるため、血管が存在する真皮まで穿刺を行うことができるため、最小限の穿刺径で血液を滲出させることが可能となる制御部３５は、トリガ回路３０にトリガ電圧の出力を指令した後、所定時間後、またはコンデンサに印加されている電圧が２００Ｖ以下であることを検出後、切換スイッチ２９を一方の選択端子２９ａに切り換えるとともに、切換スイッチ３２も一方の選択端子３２ａに切り換える。このことにより、コンデンサ２４とコンデンサ３３とは並列に接続される。従って、コンデンサ２４，３３で構成される並列コンデンサ４７の電圧は２００Ｖの半分の１００Ｖとなっており、安全である。

図４は、レーザ光２５ａによる皮膚１５の穿刺状態を示す断面図であり、図４（ａ）は１回目の穿刺後の穿刺状態を表し、図４（ｂ）は２回目の穿刺後の穿刺状態を表している。まず、１回目の穿刺では従来のように１回の穿刺で皮膚から血が滲出するレーザ出力よりも低い出力で穿刺を行う。このとき穿刺穴１８ａの深さ方向への大きさが小さいため血は滲出しないが、同時に穿刺径も小さくなるため患者は痛みを受けることが少ない。続いて、１回目のレーザ出力よりも低いレーザ出力で２回目の穿刺を行う。このとき、さらに深さ方向に穿刺するため皮膚１５からは血が滲出するが、１度で同じ深さまで穿刺する場合に比べ、穿刺径を小さくできるため患者が感じる痛みは少なくなる。さらには、一度のレーザ照射時間が短いため熱伝道領域１８ｃも少なくなり、熱やけによる止血効果も出にくくなるため、血液が出やすくなる。

つまり、一度で穿刺する場合に比べ、穿刺穴１８ａの深さは同じでありながら穿刺穴１８ａの体積を小さくでき、さらには熱伝道領域１８ｃも少なくなることにより、患者の痛みは小さくすることが出来、採血量も多くすることが可能である。

図５は、穿刺動作のタイミングチャートである。図５（ａ）において、縦軸６１ａはフラッシュランプ２６に加わる電圧と、フラッシュランプ２６の光強度のレベルである。また、横軸６２は時間（ｓｅｃ）である。以下、縦軸６１ｂは、レーザ光２５ａの出力レベルであり、縦軸６１ｃはコンデンサ２４，３３にチャージされたエネルギーレベルである。縦軸６１ｄは、フラッシュランプ２６のオン・オフを制御するチョップスイッチ３４の動作レベルである。１９ａはコンデンサ２４，３３が並列接続されている期間であり、１９ｂは、コンデンサ２４，３３が直列接続されている期間である。

図５（ａ）において、実線で示したものは、フラッシュランプ２６の陽極２６ａに加わる電圧６３であり、点線で示したものは、電圧６３に対応したフラッシュランプ２６から放射される光強度である。この光強度の内、６４ａは１回目の穿刺時に放射される光強度であり、６４ｂは２回目の穿刺時に放射される光強度である。

電圧６３は、電源ボタン３７の押下により上昇し、時点６２ａにおいては、並列に接続された並列コンデンサ４７へのチャージが完了している。時点６２ｂで穿刺ボタン３６が押下されると、１回目の穿刺のためフラッシュランプ２６が点灯する。フラッシュランプ２６の発光に伴ってコンデンサにチャージされた電力は消費され電圧６３は降下する。この電圧６３の降下に伴い光強度６４ａも減少する。

フラッシュランプ２６の点灯から少し遅れて、図５（ｂ）の変化曲線６５ａに示すレーザ光２５ａが放射される。この変化曲線６５ａもフラッシュランプ２６の光強度６４ａの変化に対応じて変化し、光強度６４ａが或るレベル以下になると、レーザロッド２７の励起閾値を割り込むことによってレーザ光２５ａの放射は停止する。本実施例ではこのときのコンデンサの電圧を２００Ｖとする。

この電圧２００Ｖを電圧検出回路３１が検出した時点６２ｃ、もしくは所定時間が経過した後にチョップスイッチ３４をオフする。チョップスイッチ３４がオフされるので、フラッシュランプ２６は消灯し、光強度６４ａは零になる。

続いて、２回目の穿刺のため、時点６２ｄにおいて、切換スイッチ２９を他方の選択端子２９ｂ側に切り換えるとともに、切換スイッチ３２も他方の選択端子３２ｂ側に切り換える。そうすると、直列コンデンサ４８両端の電圧６３は２倍の４００Ｖとなる。続いてチョップスイッチ３４をオンにし、トリガ信号を入力すると、フラッシュランプ２６が点灯する。フラッシュランプ２６の発光に伴ってコンデンサにチャージされた電力は消費され電圧６３は降下していく。

この電圧６３の降下に伴い光強度６４ｂも減少して行く。この光強度６４ｂに対応して、レーザ光２５ａも変化曲線６５ｂに示すように減少して行く。電圧６３が減少して２００Ｖ以下になると、レーザロッド２７の励起閾値を割り込むことによってレーザ光２５ａの放射は停止する。この電圧６３が２００Ｖ以下になる時点６２ｅで、図５（ｄ）に示すチョップスイッチ３４をオフしてフラッシュランプ２６を消灯させる。

図５（ｃ）における６６は、一連の動作におけるコンデンサ２４，３３にチャージされた電気エネルギーである。チャージが完了した時点６２ａにおいて、コンデンサ２４，３３に最初チャージされるエネルギーは（数３）に示すように２７Ｊである。

このエネルギー２７Ｊは、穿刺ボタン３６が押下される時点６２ｂまで持続される。穿刺ボタン３６が押下されて、１回目の穿刺が終了した時点６２ｃでは、（数４）に示すように１２Ｊとなる。

このエネルギー１２Ｊは、２回目の穿刺が開始する時点６２ｄまで持続される。２回目の穿刺が終了した時点６２ｅでは、（数５）に示したように３Ｊとなる。

従って、１回目の穿刺に使用したエネルギーは、（数６）に示すように、最初にチャージされたエネルギー２７Ｊから１回目の穿刺後のエネルギー１２Ｊを減じたエネルギーとなり、その値は１５Ｊとなる。

また、２回目の穿刺に使用したエネルギーは、（数７）に示すように、１回目の穿刺後のエネルギー１２Ｊから２回目の穿刺後のエネルギー３Ｊを減じたエネルギーであり、その値は９Ｊとなる。

従って、穿刺に使用したエネルギーは、（数８）に示すように、１回目の穿刺で使用したエネルギー１５Ｊと、２回目の穿刺で使用したエネルギー９Ｊの和となり、その値は２４Ｊとなる。

これは、（数３）に示す並列接続されたコンデンサ２４，３３に最初チャージされたエネルギー２７Ｊの内、９割に近いエネルギー２４Ｊが穿刺に使用されたことになり、従来の約４割強の使用に比べて著しくエネルギー効率の改善がなされている。

本実施の形態において、２回目の穿刺は、コンデンサ２４，３３を直列接続して直列コンデンサ４８を形成することで、穿刺に必要なエネルギーに変換して穿刺するので、２回目の穿刺エネルギーを電池２２から供給する必要はなく、全体として大きな省電力化を図ることができる。

なお、１回目の穿刺には、並列接続されたコンデンサ２４，３３にチャージされたエネルギーを用い、２回目の穿刺では、コンデンサ２４，３３を直列接続する。また、２回目の穿刺の後、直列接続されたコンデンサ２４，３３を安全のために再び並列接続する。従って、コンデンサ２４，３３の静電容量を等しくしておくことが重要となる。

また本実施例では２つのコンデンサを用いたが、レーザ励起の閾値によって３つ以上のコンデンサを並列と直列に切り換えることで同様の効果を得ることが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１で説明したレーザ穿刺装置２１を用いた血液検査装置１０１について説明する。なお、実施の形態１と同一のものには同符号を付して説明を簡略化している。

図６は、実施の形態２における血液検査装置１０１の断面図である。図６において、１０２は直方体形状をした筐体であり、樹脂で成形されている。この筐体１０２は、本体部１０２ａと、この本体部１０２ａと支点１０２ｃで回動自在に設けられた蓋体１０２ｂとから構成されている。この蓋体１０２ｂの開閉は本体部１０２ａの下辺１０２ｄに装着された開閉センサ１０２ｆで検知される。蓋体１０２ｂは、約３０度を有する第１の開角と、約９０度を有する第２の開角の２つの開角で係止可能に設けられている。

本体部１０２ａの下辺１０２ｄの角部には、血液センサ（以下センサという）１２３が挿入されて係止される穿刺部１０４が設けられている。この穿刺部１０４に対向してレーザ穿刺ユニット２５（実施の形態１で用いたもの）が装着されている。また、穿刺部１０４とレーザ穿刺ユニット２５に隣接して並列にセンサカートリッジ１０６が挿抜自在に挿入されている。このセンサカートリッジ１０６の挿抜は、蓋体１０２ｂを第２の開角にして行う。また、レーザ穿刺ユニット２５による穿刺は、蓋体１０２ｂを第１の開角にして行う。従って、レーザ光２５ａが誤って外部へ洩れることはなく安全である。

レーザ穿刺ユニット２５の上方には、電気回路部１０８が設けられている。また、この電気回路部１０８と筐体１０２の上辺１０２ｅとの間には挿抜自在に電池２２が装着されている。センサカートリッジ１０６の上方には、負圧手段１０７が設けられている。この負圧手段１０７は、負圧路１０７ａを介して穿刺部１０４に連結されている。

以下、各部について詳細に説明する。電気回路部１０８は、電池２２から電力が供給されており、この電気回路部１０８の出力は表示部１３３（図１１参照）に接続されている。電気回路部１０８は、センサ１２３からの信号に基づいて血液１６の血糖値を測定し、その値を表示部１３３に表示する。

１０６は、センサカートリッジであり、このセンサカートリッジ１０６は樹脂で形成されるとともに略直方体形状をしている。このセンサカートリッジ１０６のケース１０６ｋ内にはセンサ１２３が積層収納されるセンサ収納室１０６ａと、このセンサ収納室１０６ａと並列に設けられるとともに乾燥剤１０６ｂが収納される乾燥剤収納室１０６ｃと、この乾燥剤収納室１０６ｃの下方に設けられるとともに、センサ１２３を搬送する搬送手段１０６ｄとから構成されている。

搬送手段１０６ｄは、スライドプレート１０６ｆと、このスライドプレート１０６ｆを付勢するバネ１０６ｇとで構成されている。スライドプレート１０６ｆは、センサ収納室１０６ａ内に積層収納されたセンサ１２３の中、一番下のセンサ１２３を出口１０６ｅから穿刺部１０４へ搬送するものである。センサ１２３の搬送が完了したらスライドプレート１０６ｆは、バネ１０６ｇの力で元の位置（初期状態）に戻る。

図７は、穿刺部１０４と、その近傍の断面図である。穿刺部１０４は、上ホルダ１０４ａと下ホルダ１０４ｂとで構成されている。この穿刺部１０４へは、センサ収納室１０６ａに積層収納されたセンサ１２３の内、一番下のセンサ１２３が搬送されて、上ホルダ１０４ａと下ホルダ１０４ｂとの間に挟まれて固定される。

穿刺部１０４の一方側は、センサカートリッジ１０６の出口１０６ｅに連結しており、上ホルダ１０４ａの他方側にはコネクタ１０４ｃが装着されている。このコネクタ１０４ｃは、穿刺部１０４にセットされたセンサ１２３の接続電極１５１ａ〜１５５ａ，１５７ａ（図９参照）と当接する位置に設けられている。

上ホルダ１０４ａの下面には、センサ１２３の位置決め孔１４６（図８〜１０参照）に嵌合する位置決め凸部１０４ｄが形成されており、この位置決め凸部１０４ｄは、センサ１２３の位置決め孔１４６と嵌合してセンサ１２３を穿刺部１０４内の定位置に位置決めする。

上ホルダ１０４ａの略中央には貫通孔１０４ｆが設けられている。この貫通孔１０４ｆの上面は、透明（レーザ光２５ａを通過させる）のフィルム１０４ｇで封鎖されている。この貫通孔１０４ｆには、負圧手段１０７から負圧路１０７ａが連結されており、貫通孔１０４ｆ内に負圧を加えることができる。

下ホルダ１０４ｂは、板バネ１０４ｈで上方へ付勢されている。下ホルダ１０４ｂの略中央にも貫通孔１０４ｊが形成されている。この貫通孔１０４ｊと、センサ１２３の貯留部１４４（図８〜１０参照）と、上ホルダ１０４ａに形成された貫通孔１０４ｆとは一直線上に形成されており、この内部をレーザ光２５ａが貫通して皮膚１５を穿刺するものである。皮膚１５が穿刺されると、皮膚１５からは血液１６が滲出し、この血液１６はセンサ１２３の貯留部１４４に取り込まれる。

１０７ｂは、穿刺部１０４の横側面を形成する本体部１０２ａに設けられた皮膚検知センサであり、この皮膚検知センサ１０７ｂは、皮膚１５の当接を検知するものである。

図８は、センサカートリッジ１０６に積層収納されるセンサ１２３の断面図である。このセンサ１２３は、基板１４１と、この基板１４１の上面に貼り合わされたスペーサ１４２と、このスペーサ１４２の上面に貼り合わされたカバー１４３とで構成されている。

１４４は、血液１６（図１、図７参照）の貯留部であり、この貯留部１４４は、基板１４１の略中央に形成された基板孔１４１ａと、この基板孔１４１ａに対応してスペーサ１４２に形成されたスペーサ孔１４２ａと、基板孔１４１ａに対応してカバー１４３に形成されたカバー孔１４３ａとが連通して形成されている。また、１４６は、センサ１２３の穿刺部１０４への装着位置を決める位置決め孔であり、センサ１２３を貫通して設けられている。この位置決め孔１４６は、上ホルダ１０４ａに形成された位置決め凸部１０４ｄ（図７参照）と嵌合して位置決めされる。

１４５は、この貯留部１４４に一方の端が連結された血液１６の供給路であり、貯留部１４４に溜められた血液１６を毛細管現象で一気に検出部１４７へ導く路である。また、この供給路１４５の他方の端は空気孔１４８に連結している。貯留部１４４の容積は０．９０４μＬであり、供給路１４５の容積は０．１４４μＬとしている。このように少量の血液１６で検査可能とし、患者への負担を軽減している。

１５０は、検出部１４７上に載置された試薬である。この試薬１５０は、０．０１〜２．０ｗｔ％ＣＭＣ水溶液に、ＰＱＱ−ＧＤＨを０．１〜５．０Ｕ／センサ、フェリシアン化カリウムを１０〜２００ｍＭ、マルチトールを１〜５０ｍＭ、タウリンを２０〜２００ｍＭ添加して融解させて試薬溶液を調整し、これを基板１４１に形成された検出電極１５１，１５３（図９参照）上に滴下し、乾燥させることで形成したものである。この試薬１５０は吸湿すると性能の劣化が進行する。この劣化を防止するため、センサカートリッジ１０６内には乾燥剤１０６ｂを格納している。

ここで、基板１４１の上面には金、白金、パラジウム等を材料として、スパッタリング法或いは蒸着法により導電層を形成し、これをレーザ加工により検出電極１５１〜１５５（図９参照）と、この検出電極１５１〜１５５から夫々導出された接続電極１５１ａ〜１５５ａと識別電極１５７ａが一体的に形成されている。

また、基板１４１、スペーサ１４２、カバー１４３の材質は共にポリエチレンテレフタート（ＰＥＴ）を用いている。材料の共用化を図ることにより、管理コストの低減を図っている。

図９は、センサ１２３の透視平面図であり、一方の端には、接続電極１５１ａ〜１５５ａと、識別電極１５７ａが形成されている。接続電極１５３ａと識別電極１５７ａとの間に、導電体パターンで形成された識別部１５７が形成されている。

１４４は、センサ１２３の略中央に設けられた血液１６の貯留部であり、この貯留部１４４に一方の端が接続された供給路１４５が検出電極１５２に向かって設けられている。そして、この供給路１４５の他方の端は空気孔１４８に連結している。この供給路１４５上には、貯留部１４４から順次接続電極１５４ａに接続された検出電極１５４と、接続電極１５５ａに接続された検出電極１５５と、再度接続電極１５４ａに接続された検出電極１５４と、接続電極１５３ａに接続された検出電極１５３と、接続電極１５１ａに接続された検出電極１５１と、再度接続電極１５３ａに接続された検出電極１５３と、接続電極１５２ａに接続された検出電極１５２が設けられている。また、検出電極１５１，１５３上には、試薬１５０（図８参照）が載置される。

接続電極１５３ａと識別電極１５７ａ間の電気的な導通があるか無いかで、センサ１２３が穿刺部１０４に装着されたか否かを識別することができる。即ち、このセンサ１２３を穿刺部１０４に搬送したとき、接続電極１５３ａと識別電極１５７ａ間の電気的な導通を検知することにより、センサ１２３が正しく穿刺部１０４に装着されたか否かを検知することができる。若し電気的な導通がなければ、センサ１２３が穿刺部１０４に装着されていない訳である。この場合は、血液検査装置１０１の表示部１３３（図１１参照）へ警告表示をすることができる。

また、識別部１５７の電気抵抗値を変えることにより、使用する検量線の情報を格納したり、製造情報を格納したりすることが可能となる。従って、これらの情報を用いて、より精密な血液検査を行なうことができる。

図１０は、センサ１２３の外観斜視図である。このセンサ１２３は長方形状をした板体で形成されている。この板体の略中央には貯留部１４４が形成されており、一方の端には接続電極１５１ａ〜１５５ａと識別電極１５７ａが形成されている。また、他方の端近傍には位置決め孔１４６が形成されている。この位置決め孔１４６は、貯留部１４４側が狭まった台形をしている。この位置決め孔１４６と貯留部１４４との間に空気孔１４８が形成されている。

図１１は、電気回路部１０８とその周辺のブロック図である。図１１において、センサ１２３の接続電極１５１ａ〜１５５ａ、識別電極１５７ａ（図９参照）は、夫々上ホルダ１０４ａに設けられたコネクタ１０４ｃを介して切換回路１０８ａに接続されている。この切換回路１０８ａの出力は、電流／電圧変換器１０８ｂの入力に接続されている。そして、その出力はアナログ／デジタル変換器（以後、Ａ／Ｄ変換器という）１０８ｃを介して演算部１０８ｄの入力に接続されている。この演算部１０８ｄの出力は、液晶で形成された表示部１３３と送信部１０８ｅに接続されている。また、切換回路１０８ａには基準電圧源１０８ｆが接続されている。なお、この基準電圧源１０８ｆはグランド電位であっても良い。

１０８ｊは制御部であり、この制御部１０８ｊは実施の形態１で説明したレーザ穿刺ユニット２５を制御する制御部３５を含んでいる。この制御部１０８ｊの出力は、レーザ穿刺ユニット２５に接続された高電圧発生回路１０８ｈと、切換回路１０８ａの制御端子と、演算部１０８ｄと、送信部１０８ｅと、負圧手段１０７に接続されている。また、制御部１０８ｊの入力には、レーザ光２５ａを発射させる穿刺ボタン３６と、電源ボタン３７と、開閉センサ１０２ｆと、皮膚検知センサ１０７ｂと、タイマ１０８ｋとが接続されている。なお、高電圧発生回路１０８ｈは、主に実施の形態１で説明したように、コンデンサ２４，３３を有する電気回路である。

以下、血糖値の測定動作を説明する。先ず、穿刺ボタン３６を押下して、レーザ穿刺ユニット２５で皮膚１５を穿刺する。この穿刺は、実施の形態１で説明した１回目と２回目の穿刺である。そして、この２回目の穿刺により滲出した血液１６の性質を測定する。血液１６の性質を測定する測定動作では、切換回路１０８ａを切換えて、検出電極１５１（図９参照）を電流／電圧変換器１０８ｂに接続する。また、血液１６流入を検知するための検知極となる検出電極１５２を基準電圧源１０８ｆに接続する。そして、検出電極１５１及び検出電極１５２間に一定の電圧を印加する。この状態において、血液１６が流入すると、検出電極１５１，１５２間に電流が流れる。この電流は、電流／電圧変換器１０８ｂによって電圧に変換され、その電圧値はＡ／Ｄ変換器１０８ｃによってデジタル値に変換される。そして、演算部１０８ｄに向かって出力される。演算部１０８ｄはそのデジタル値に基づいて血液１６が十分に流入したことを検出する。なお、この時点で負圧手段１０７の動作をオフにする。

次に、血液成分であるグルコースの測定が行なわれる。グルコース成分量の測定は、先ず、制御部１０８ｊの指令により、切換回路１０８ａを切換えて、グルコース成分量の測定のための作用極となる検出電極１５１を電流／電圧変換器１０８ｂに接続する。また、グルコース成分量の測定のための対極となる検出電極１５３を基準電圧源１０８ｆに接続する。

なお、血液中のグルコースとその酸化還元酵素とを一定時間反応させる間は、電流／電圧変換器１０８ｂ及び基準電圧源１０８ｆをオフにしておく。そして、一定時間（１〜１０秒）の経過後に、制御部１０８ｊの指令により、検出電極１５１と１５３間に一定の電圧（０．２〜０．５Ｖ）を印加する。そうすると、検出電極１５１，１５３間に電流が流れる。この電流は電流／電圧変換器１０８ｂによって電圧に変換され、その電圧値はＡ／Ｄ変換器１０８ｃによってデジタル値に変換される。そして、演算部１０８ｄに向かって出力される。演算部１０８ｄではそのデジタル値を基にグルコース成分量に換算する。

グルコース成分量の測定後、Ｈｃｔ値の測定が行なわれる。Ｈｃｔ値の測定は次のように行なわれる。先ず、制御部１０８ｊからの指令により切換回路１０８ａを切換える。そして、Ｈｃｔ値の測定のための作用極となる検出電極１５５を電流／電圧変換器１０８ｂに接続する。また、Ｈｃｔ値の測定のための対極となる検出電極１５１を基準電圧源１０８ｆに接続する。

次に、制御部１０８ｊの指令により、電流／電圧変換器１０８ｂ及び基準電圧源１０８ｆから検出電極１５５と１５１間に一定の電圧（２Ｖ〜３Ｖ）を印加する。検出電極１５５と１５１間に流れる電流は、電流／電圧変換器１０８ｂによって電圧に変換され、その電圧値はＡ／Ｄ変換器１０８ｃによってデジタル値に変換される。そして演算部１０８ｄに向かって出力される。演算部１０８ｄはそのデジタル値に基づいてＨｃｔ値に換算する。

この測定で得られたＨｃｔ値とグルコース成分量を用い、予め求めておいた検量線または検量線テーブルを参照して、グルコース成分量をＨｃｔ値で補正し、その補正された結果を表示部１３３に表示する。また、補正された結果は送信部１０８ｅからインスリンを注射する注射装置に向けて送信する。

以上、グルコースの測定を例に説明したが、センサ１２３の試薬１５０を交換して、グルコースの測定の他に乳酸値やコレステロールの血液成分の測定にも適用できる。
電気回路部１０８の内、レーザ穿刺ユニット２５に高電圧を与える高電圧発生回路１０８ｈについては、実質的に実施の形態１で説明したので、ここでの説明は省略する。

次に、図１２を用いて血液検査装置１０１の検査方法を説明する。先ずステップ１６１では、血液検査装置１０１の蓋体１０２ｂを開ける。この蓋体１０２ｂの開は、開閉検知センサ１０２ｆで検知される。次に、ステップ１６２に移行し、スライドプレート１０６ｆをセンサカートリッジ１０６の出口１０６ｅ方向に移動させる。このことにより、積層収納されたセンサ１２３の内、一番下のセンサ１２３を穿刺部１０４へ搬送することができる。センサ１２３の搬送は、開閉センサ１０２ｆの信号により自動的に開始することができる。搬送終了の確認は、センサ１２３の接続電極１５３ａ（図９参照）と識別電極１５７ａの導通を検知することにより行う。その後、スライドプレート１０６ｆはバネ１０６ｇの力で待機状態に戻る。

なお、ステップ１６２において、センサ１２３を搬送した後、接続電極１５３ａと識別電極１５７ａ間の導通を確認して、センサカートリッジ１０６内にセンサ１２３が存在するか否かを知ることができる。センサカートリッジ１０６内にセンサ１２３が無い場合は、表示部１３３にその旨を表示することができる。この表示に従い、センサ１２３が無い場合は新しいセンサカートリッジ１０６と交換する。

次に、ステップ１６３に移行する。ステップ１６３では、血液検査装置１０１を患者の皮膚１５に当接させる。この皮膚１５への当接は皮膚検知センサ１０７ｂの出力で行う。皮膚１５への当接が確認されたらステップ１６４に移行し、負圧手段１０７を動作させて穿刺部１０４に負圧を加える。負圧は、図７に示すように、負圧路１０７ａ、貫通孔１０４ｆ、貯留部１４４、貫通孔１０４ｊを介して皮膚１５に負圧を加える。負圧を加えることにより皮膚１５は盛り上がる。

負圧手段１０７の動作に伴う電流の変化、或いはタイマ１０８ｋにより予め定められた時間が経過すると、下ホルダ１０４ｂ内の皮膚１５が負圧により十分盛り上がったと判断し、ステップ１６５に移行する。ステップ１６５では、表示部１３３に穿刺可である旨の表示をする。そして、ステップ１６６に移行し、穿刺ボタン３６の押下を待つ。穿刺ボタン３６が押下されると、実施の形態１で説明したように同一場所に２回の穿刺が行われる。なお、この穿刺は自動的に行うこともできる。自動的に行う場合、穿刺タイミングを表示部１３３に表示するか、或いは音で患者に警告して知らせることが望ましい。

穿刺ボタン３６が押下されるとステップ１６７に移行する。ステップ１６７では、ステップ１６５で行った表示部１３３への表示をオフする。そして、ステップ１６８へ移行する。ステップ１６８では皮膚１５の２回目の穿刺により、滲出した血液１６がセンサ１２３の貯留部１４４に取り込まれる。この貯留部１４４に取り込まれた血液１６は、供給路１４５による毛細管現象により一気に（定まった流速で）検出部１４７に取り込まれる。そして、血液１６の血糖値が測定される。

ステップ１６８で血糖値が測定されたら、ステップ１６９に移行し、負圧手段１０７をオフする。そして、ステップ１７０に移行する。ステップ１７０では、測定した血糖値を表示部１３３に表示する。なお、負圧手段１０７のオフは、血液１６が検出電極１５２へ到達した時点でオフにしても良い。これで、血液１６の測定は終了し、ステップ１７１へ移行する。ステップ１７１では、血液検査装置１０１の蓋体１０２ｂを閉じる。蓋体１０２ｂ閉は、開閉検知センサ１０２ｆで検知する。

以上説明したように、ステップ１６６の穿刺は、実施の形態１で説明した２回に分けた穿刺をするので、患者に与える痛みの少ない血液検査装置を実現することができる。また、１回目に穿刺したエネルギーの残余のエネルギーを活用して２回目の穿刺をするので、エネルギーを無駄にすることは無い。

本発明にかかるレーザ穿刺装置を使用すれば、消費電力を低減させることができるので、特に携帯用の血液検査装置等に適用できる。

本発明の実施の形態１におけるレーザ穿刺装置のブロック図同昇圧回路とその周辺の回路図同動作状態を説明するブロック図、（ａ）は同チャージ時のブロック図、（ｂ）は同１回目の穿刺時のブロック図、（ｃ）は同２回目の穿刺時のブロック図同レーザ光での穿刺状態を示す断面図、（ａ）は同１回目の穿刺後の穿刺状態を示す断面図、（ｂ）は同２回目の穿刺後の穿刺状態を示す断面図同穿刺動作のタイミングチャート、（ａ）は同フラッシュランプの電圧と光強度のタイムチャート、（ｂ）は同レーザ出力のタイムチャート、（ｃ）は同チャージエネルギーのタイムチャート、（ｄ）は同チョップスイッチ制御のタイムチャート同実施の形態２における血液検査装置の断面図同穿刺部とその近傍の断面図同センサの断面図同透視平面図同外観斜視図同電気回路部とその周辺のブロック図同血液検査方法のフローチャート従来のレーザ穿刺装置のブロック図同穿刺動作のタイミングチャート、（ａ）は同フラッシュランプの電圧と光強度のタイムチャート、（ｂ）は同レーザ出力のタイムチャート、（ｃ）は同チャージエネルギーのタイムチャート同レーザ光での穿刺状態を示す断面図

符号の説明

２１レーザ穿刺装置
２２電池
２３昇圧回路
２４コンデンサ
２５レーザ穿刺ユニット
２９切換スイッチ
３０トリガ回路
３２切換スイッチ
３３コンデンサ
３５制御部

Claims

指を穿刺するためのレーザ光を出力するレーザロッドと、
前記レーザロッドを励起するためのフラッシュランプと、
前記フラッシュランプに電圧を印加するための複数のコンデンサと、
前記コンデンサを充電するための電池と、
前記電池の電圧を昇圧し前記コンデンサに印加するための昇圧回路と、
前記複数のコンデンサの接続を並列接続と直列接続の切換えを行う切換部と、
前記切換部の制御と前記フラッシュランプの発光タイミングの制御とを行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記複数のコンデンサを並列接続した状態で、前記昇圧回路により充電し、
次に、前記並列接続された複数のコンデンサから、前記フラッシュランプに電圧を印加し、その後、
前記切換部により複数のコンデンサを直列接続した状態で、前記フラッシュランプに電圧を印加する構成とした穿刺装置。
前記フラッシュランプと前記コンデンサの接続を行うチョップスイッチを有する請求項１
に記載の穿刺装置。
レーザロッドから出力されるレーザ光を集光するための集光レンズを有する請求項１に記
載の穿刺装置。
前記切換部はトランジスタで構成される請求項１記載の穿刺装置。
前記制御部は、
複数個のコンデンサを並列接続する第１のステップと、
電池からコンデンサに電力をチャージする第２のステップと、
フラッシュランプを発光させてレーザ光を出力する第３のステップと、
複数個のコンデンサを直列接続に切り換える第４のステップと、
フラッシュランプを発光させてレーザ光を出力する第５のステップと、
の制御を行なう請求項１に記載の穿刺装置。
前記第５のステップの後に、複数のコンデンサを並列接続にする第６のステップを有する
請求項５に記載の穿刺装置。
前記制御部は、
複数個のコンデンサを並列接続する第１１のステップと、
電池からコンデンサに電力をチャージする第１２のステップと、
フラッシュランプを発光させてレーザ光を出力する第１３のステップと、
所定時間が経過後にチョップスイッチをオフにしフラッシュランプの発光をオフにする第
１４のステップと、
複数個のコンデンサを直列接続に切り換える第１５のステップと、
所定時間後チョップスイッチをオンにする第１６のステップと、
フラッシュランプを発光させてレーザ光を出力する第１７のステップと、
の制御を行なう請求項２に記載の穿刺装置。
前記第１７のステップの後に、複数のコンデンサを並列接続にする第１８のステップを有
する請求項７に記載の穿刺装置。