JP5455135B1

JP5455135B1 - 血糖値ウォッチ装置

Info

Publication number: JP5455135B1
Application number: JP2012280410A
Authority: JP
Inventors: 卓山口
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-12-24
Also published as: JP2014147404A

Abstract

【課題】安価かつ携帯可能な腕時計型の血糖値ウォッチ装置を提供する。
【解決手段】時計機能を持つＣＰＵ９と、このＣＰＵ９に接続されたメモリと、ＣＰＵ９によって制御されて異なる波長のパルス光を手首に向けて発射する発光手段と、手首で反射された反射パルス光を検出して光電変換電圧値をＣＰＵ９に出力する受光手段５で構成され、異なる波長の光は近赤外線以外の波長を持つ第１グループのパルス光と、近赤外線の波長を持つ第２グループのパルス光で構成され、ＣＰＵ９は、第１グループのパルス光の反射光の光電変換電圧値から基準値Ａを生成し、第１グループのパルス光の反射光の光電変換電圧値から変動値Ｂを生成し、ＣＰＵ９は基準値Ａと変動値Ｂの比率Ｃを計算して時計機能を使って時系列的にメモリに格納するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、血糖値の変化を測定して低血糖症状を警告する腕時計型の血糖値ウォッチ装置に関する

糖尿病は血糖値が高くなる病気である。食事をすると血糖値が上がり始め、この時に、血糖値に反応して体内で唯一の血糖降下ホルモンであるインスリンが膵臓から分泌されて、血糖を下げるように働く。しかし、このインスリンの分泌量が少なかったり、その作用が悪かったりすると、血糖値は正常な範囲まで下がらず高血糖となる。糖尿病は慢性の高血糖を主徴とする代謝疾患群であり、このインスリンの作用不足が主な病態であると言われている。

糖尿病患者にとって高血糖状態は緊急事態とはならないが、低血糖状態は患者にとって危険なものとなる。原因としては、インスリンの過剰投与、内服薬の使用量過多、食事摂取量の不足、薬の服用（あるいはインスリンの投与）時間が早すぎた場合、下痢や嘔吐の持続、激しい運動、アルコール過飲などが挙げられているが、いずれにしても低血糖症状に陥らないように血糖値変化を監視することが重要になる。

低血糖の症状としては、血糖値の下降程度により、副交感神経症状（急激な空腹感）から中枢神経症状（頭痛、めまい、吐き気）となり、更に交感神経症状（発汗、動悸、ふるえ）と進み、血糖が下がりすぎると異常行動や錯乱、痙攣を引き起こし、意識消失（低血糖性昏睡）を来し、危険な状況を招くこともある。ただ、神経障害を合併している場合やインスリン製剤の種類など個々人により、出現症状や時期は異なるため、可能であれば定期的な血糖値変化を知ることが有効であるが、簡易的かつ継続的に血糖値を測定する装置は無かった。

糖尿病における健康管理では血糖値、特に低血糖にならないような管理が重要なテーマとなる。この血糖値を管理するのに、携帯型の穿刺器を使った侵襲型血糖測定装置が普及しているが、穿刺器を毎日使うのは精神的にも肉体的にも苦痛であった。

同じような食事を摂って同じ量の薬を処方していても、体調などの変化で低血糖に陥ることもあるが、低血糖症状になると、血糖値が７０以下になった場合はより感情的になる、注意力が低下するなどの症状が表れ、低下するに従って倦怠感、無気力、冷や汗、顔面蒼白、頭痛、手の震え、混乱、異常行動へと発展し、血糖値が４０以下になると意識障害、昏睡の危険性もある。

しかも、低血糖症状になると、前記の通り本人の意識が薄れてしまうので、自分で低血糖症状を自覚して対処することは難しいので、周囲の人が監視できる場合を除き定期的な血糖値測定をしない限り低血糖症状の回避は難しいと言える。

従来、プローブを指先や耳などに付けて、侵襲せずに脈拍数と経皮的動脈血酸素飽和度をモニターする医療機器としてオキシドメーターが知られている。これは、発光部と受光部（センサー）で構成されたプローブを使い、発光部は赤色光と赤外光を発し、これらの光が指先等を透過したもの（または反射したもの）を受光部（センサー）で測定していた。測定場所は、血管が集まっている指を使う場合が大半であり、日常生活において携帯する場合には持ち運びに不便であり、価格も医療機器であるが為に高価なものとなっていた。

製品としては腕時計型もあるが、指先で測定して表示だけ腕時計の形状としたものであり、実用的には不便なものであった。

従来から、糖尿病の診断や血糖コントロールの状態を知るための指標として、ヘモグロビンＡ１ｃ（グリコヘモグロビンとも言う。）が臨床的に利用されている。これは血液中の赤血球に含まれるヘモグロビンが、血液中のグルコースと結合した状態を調べるものである。ヘモグロビンは血液中のグルコース濃度に応じてグルコースと結合する。これは反応時間の遅い不可逆反応であり、赤血球の寿命が約１２０日で、ヘモグロビンＡ１ｃは過去１から約２ヵ月の平均血糖レベルを反映しているといえる。

ヘモグロビンＡ１ｃの分析方法としては、高速液体クロマトグラフィー法（ＨＰＬＣ法）や免疫法などある。例えば、市販されているＨＰＬＣ法のヘモグロビンＡ１ｃ分析装置としては、東ソー自動グリコヘモグロビン分析計ＨＬＣ−７２３Ｇ７（医療用具許可番号
第３５ＢＺ００１９号）がある。また免疫法のヘモグロビンＡ１ｃ分析装置としては、ＡＤＡＭＳマスターＤＭ−３３１０（医療用具承認番号２１００ＢＺＺ００３９１）がある。

これらのヘモグロビンＡ１ｃ分析装置は、患者の静脈血を採血して全血を検査している。このような検査方法では、患者は採血の際に苦痛と不快感を味わっていた。また、医師や看護婦、検査技師がいないと採血できないことや、装置が大型であり高価であるために、病院などでの糖尿病の診察時や健康診断のときに限られていた。

採血しないで血液成分を検査する装置としては、分析内容が違うが動脈血の酸素飽和度（以下「ＳｐＯ_２」と略記する。）を測定するパルスオキシメーターがある。このパルスオキシメーターの一例が、特公昭５３−２６４３７号公報に開示されている。それによれば、血流の脈動に起因する透過光の変化分を、６３０ｎｍと９００ｎｍのふたつの波長帯域において測定して、このふたつの変化分の比、つまり吸光係数の比から動脈血のＳｐＯ_２
を算出している。特公昭５３−２６４３７号公報では、オキシヘモグロビン（以下「Ｈｂ−Ｏ_２」と略記する。）とデオキシヘモグロビン（以下「Ｈｂ」と略記する。）の２成分の成分比を、６３０ｎｍと９００ｎｍの２波長で測定したものであった。

パルスオキシメーターは、一般にＨｂ−Ｏ_２とＨｂの２成分のみの成分比を求めるものであり、一酸化炭素と結合したカルボキシヘモグロビン（以下「Ｈｂ−ＣＯ」と略記する。）の存在は無視していた。確かに、手術中や術後、集中治療室、救急の輸送中などの臨床現場において、Ｈｂ−ＣＯの存在が引き起こす誤差は、無視できる程度のものであった。しかし、このことに着目してＨｂ−ＣＯを分析対象とすることが考えられた。その一例が特開平５−２２８１２９号公報に開示されている。それによれば、６６０ｎｍ、７５０ｎｍ、９４０ｎｍの３つの光源で、Ｈｂ−Ｏ_２
とＨｂに加えて、Ｈｂ−ＣＯの３つの成分比を算出して、動脈血のＳｐＯ_２を求めるものである。

特開２０１０−１６０号公報特開２００５−２５３４７８号公報

上記の特許文献においては、医療機関での使用を前提としているので、正確な血糖値の測定を前提としている。しかし、糖尿病患者にとって問題となる低血糖症状や高血糖値症状に対する警告をするには、正確な数値測定が必要な訳ではなく、血糖値が所定の下限より低くなった時や上限値より高くなた時がわかれば日常的な使用には十分となる。

そこで、本発明では、血糖値を測定するのではなく、血糖値レベルの変化を検出して所定の最大値や最小値と比較してアラームを発生させる安価な血糖値ウォッチ装置を提供することを目的とした。

上記の課題を解決するために、本発明の血糖レベルウォッチ装置においては、血糖レベルを測定するために測定の対象部位である使用者の血管を含む手首に密着させて装着し、時計機能と、ＣＰＵと、このＣＰＵによって制御される異なる波長の光のパルス発光手段と、このパルス発光手段から発射されるパルス光が前記手首の血管位置に発射されて反射される反射パルス光を電圧値に変換する受光手段としての固体撮像素子を備え、近赤外線分光法を使い、前記パルス発光手段から出力される異なる波長の光は、近赤外線以外の波長を持つ第１グループのパルス光と、近赤外線の波長を持つ第２グループのパルス光で構成された血糖レベルウォッチ装置であって、
前記発光手段から発射されるパルス光は、前記第１のパルス光と第２のパルス光が重複した複合パルス光であり、
前記第１のパルス光は前記近赤外線以外の波長を持ち、タイミングｔ１からｔ５まで発光される第１レベル（Ａ１）のパルス光と、タイミングｔ２からｔ５まで発光される第１レベル（Ａ１）よりレベル（Ａ３）だけ高い第２レベル（Ａ２）を持つパルス光を重畳した階段状のパルス光（１３）であり、前記第２のパルス光は前記近赤外線の波長を持ち、前記ｔ１の後のタイミングで第３レベル（Ａ４）を持ちタイミングｔ３からｔ４までのタイミングで発射されるパルス光（１４）であり、
前記第２グループのパルス光（１４）に対応する反射パルス光のレベル（ｈ２）が、前記固体撮像素子の光電変換による出力電圧において低レベルとなる領域を血管位置とし、
前記血管位置における第１グループの反射光の光電変換による電圧値で前記第２レベル（Ａ２）に対応する反射波の第２レベル（ａ２）と第１レベル（Ａ１）に対応する反射波の第１レベル（ａ１）の差を計算して基準値（ｈ１）を前記ＣＰＵによって計算し、
前記血管位置におけるｔ３からｔ４における複合パルス波の反射光のピーク値（ａ３）から前記第１グループの反射光に相当するピーク値（ａ２）を引くことにより第２グループの反射光の光電変換による電圧値で参照値（ｈ２）を前記ＣＰＵによって計算し、計算式（ｈ２／ｈ１＝ｒ１）によって前記ＣＰＵが血糖レベル変化データ（ｒ１）を計算するようにした。

近赤外線はＬＥＤやレーザで生成し、この波長は７００〜８００ｎｍで、望ましくは７６０ｎｍの波長を持つ近赤外線光で、少なくともひとつの近赤外線を使い、静脈血内のヘモグロビンが近赤外光を強く吸収する性質を利用して血液中のヘモグロビン量の変化を検出するものである。

一方、白色や青色などのＬＥＤや半導体レーザー光は、近赤外線ＬＥＤと比べると静脈血内のヘモグロビン吸収量は少ないので、光量の基準として使える。ここで、ヘモグロビン吸収量が少ない波長の光源としては白色ＬＥＤ、緑色や青色のＬＥＤや半導体レーザーを使うこともできる。

従来の積分型測定あるいは点測定ではなく、ビデオカメラにより血管位置の検出が可能で、しかも血液中のヘモグロビンに吸収され難い波長の光と吸収され易い光を連続パルスとして皮膚で反射させた反射パルスの光電変換した電圧差から血糖値のレベル変化を検出すれば、ほぼ同じ血管位置での測定が可能となり、安価でありながら血糖値の変化を検出する目的には十分な性能が得られる。この血糖ウォッチを糖尿病患者が日常的に腕時計として身につけて携帯することにより、特に低血糖状態になった場合には、周囲の人にもアラーム機能により警告音を発生させて低血糖症状であることを周囲に通報することができる。

血糖値ウォッチ装置の機能ブロック図である。基本パルスのタイミング図である。複合パルスのタイミング図である。連射パルスの波形例である。モニター画面上の映像とビデオ信号の例である。プログラムのフローチャート例である。時系列の血糖値測定データを示した図である。

図１は、本発明による腕時計型の血糖値ウォッチ装置の機能概略図を示している。血糖値ウォッチ装置１には、ＣＰＵ９が備えられ、このＣＰＵ９にはプログラムメモリ９ａとデータメモリ９ｂが接続されている。また、ＣＰＵ９によって制御されるパルス発生装置２が内蔵され、パルス発生装置２が生成するパルスタイミングで第１の発光回路３ａ、第２の発光回路３ｂが制御され、第１の発光回路３ａと第２の発光回路３ｂから発射されたパルス光は被験者の腕の皮膚を照射し、手首の血管５に到達する。

手首の血管５によって反射されたパルスは受光手段５によって受光され、光電変換された電圧が第１発光回路３ａのサンプルホールド回路６と第発光回路３ｂのサンプルホールド回路７でデーターが保持され、比較回路８で比較されてＣＰＵ9にフィードバックされ、結果は血糖ウォッチ装置１の表示部10に表示される。比較回路８によって基準値Ａに対して変動値Ｂがどの程度の割合で変化しているのかを計算するが、血液があまり流れていない領域においては参照光がヘモグロビンに吸収される割合が少ないので、測定精度を上げるためには手首中の血管５上を照射した反射光によって計算する必要がある。

ＮＴＴドコモ（登録商標）の携帯電話ＳＨ７０６ｉｗにおいては、赤外線を指先に照射して血液中のヘモグロビンによって吸収された糖分を検出し、この変動から脈拍を計測している。

つまり、血圧によって検出されるヘモグロビンによって糖度パラメータが変化するので血糖値パラメータの絶対値は変化するが、本発明においては複数の異波長光を短時間の間に連発した反射光を計測しているので、血流量の影響は受け難くなる。

また、血圧は、一般的に夜間、睡眠中が最低で、午後は午前よりやや高くなり、夜間は低くなり、起床とともに高くなる傾向があり、また食後は上昇し、１時間ほどで元に戻る傾向があるので、生活パターンに合わせたデータから血糖値を管理する必要がある。

上記において、第１の発光回路３では、青や緑などの７００〜８００ｎｍ以外の波長を持つＬＥＤや半導体レーザーを使い、第２の発光回路４からは、生体を透過しやすい波長７００〜９００ｎｍ近赤外光（好ましくは７６０ｎｍ）或いは近赤外拡散反射スペクトル（７００ｎｍ〜１０５０ｎｍ）の波長光を発光する発光ダイオードや半導体レーザーの光を使用することが望ましい。

本発明においては、血液に吸収され易い波長の発光ダイオードと、血液に吸収され難い波長の発光ダイオードを使い、これらの反射光を比較することにより、血液に吸収され易い波長の光がどれだけ血液に吸収されたかを検出することにより血糖値の変化を知ることができる。近赤外線としては、例えば７６０ｎｍの波長を使うことができる。

また、腕時計に取り付ける発光手段としての第１発光回路３ａと第２発光回路の発光手段としては、発光ダイオードＬＥＤや半導体レーザー、特にホログラムレーザユニットを使うことが好ましい。光の波長としては、例えば近赤外線の光には７６０ｎｍの波長を使い、近赤外線以外の光には青色や緑色のデバイスを使うことができる。また、レーザー光を使う場合には、球面平凹レンズ等を使って必要とする手首部分に分散照射させることにより１個のレーザー光で必要な領域を照射することができる。

回路を簡略化する場合は、赤と緑のＬＥＤを使い、Ｙ信号から緑色ＬＥＤからの反射光を、Ｃｂから近赤外線ＬＥＤからの反射光を検出することができるので、受光手段６に、例えば日本ケミコン株式会社のＮＣＭ２０−Ｄ（１０．２ｍｍｘ１６ｍｍｘ５．５ｍｍ）を使えば、出力がＹとＣｂとＣｒなので、次式から各色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を取り出すことができ、青色データから第１発光回路３の反射光を検出し、赤色データから第２波高回路４の反射光を検出することが可能となる。
Y＝0.299R＋0.587G＋0.114B
Ｃｂ＝0.564×（B-Y）=-0.169R-0.331G+0.500B
Ｃｒ＝0.713×（R-Y）=0.500R-0.419G-0.081B

従来の映像処理方法においては、携帯電話機などに内蔵される安価なカメラユニットと接写レンズを組み合わせれば安価な受光手段６を構成することができる。

従来のビデオカメラにおいては、自動利得制御ＡＧＣによって感度が自動調整されてしまいビデオの動画撮影では検出信号のレベル校正が出来ず、カメラの感度を固定して測定しなければならなかった。

しかし、自動利得制御ＡＧＣはフレーム単位で感度調整をしているので、同じ画面の同じ走査線上に複数のパルスを検出することが出来れば、安価なＣＣＤなどのカメラユニットを使っても、これらのパルスは同じ感度で検出されているので問題ない。

受光手段６は、手首中の血管５の皮膚付近に焦点を合わせた状態でビデオ信号を出力する。腕時計と装着方法で装着されるので、実際の皮膚からは数ｍｍの距離を持つ可能性があるので、焦点距離は自動焦点機能があれば常に皮膚部に焦点を合わせることができるが、安価な装置とする為には、皮下に血管が通るカメラの先端部のガラス面から１〜２ｍｍの血管位置に受光手段６の焦点を合わせる設定とする。具体的には、被写界深度が深く、視野角の広い魚眼レンズのようなレンズを使い、裏面のガラス部において紳士用腕時計の風防ガラス程度の範囲を撮影できるようにすることができる。この場合、完全に血管部分に焦点を合わせる必要はなく、血管位置において近赤外線の反射光波形の谷部のピーク値が検出できて、血糖値の変化に応じて前記谷部のピーク値が変化するのであればデフォーカスしていても問題ない。

第１の発光回路３からは、タイミングｔ１からタイミングｔ３までの期間において発光するようにＣＰＵ２から指令が出され、第２の発光回路４からは、タイミングｔ２からタイミングｔ４までの期間において発光するようにＣＰＵ２から指令が出され、これら２つのパルスはタイミングｔ２からｔ３までの間が重複している。

第１の発光回路３、第２の発光回路４から発射されたパルス光は手首の血管５などで反射して、受光手段６で光電気変換をされた電気信号となる。

第１の発光回路３から発射された７００〜９００ｎｍ以外の波長を持つパルス光（青や緑など）の反射光のタイミングｔ１からタイミングｔ２の間のピーク値は第１ピーク検出回路７で検出され、第２の発光回路４から発射され近赤外線の７００〜９００ｎｍの波長を持つパルス光の反射光のタイミングｔ３からタイミングｔ４の間のピーク値は第２ピーク検出回路８で検出され、それぞれのピーク値が保持され、ピーク値差分検出回路９で差分が電圧信号として出力される。

ピーク値差分検出回路９から出力された電圧信号はＣＰＵ２によってデータ処理され、血圧値ウォッチ装置１の表示装置１０に表示される。

また、前記のＣＰＵ２によるデータ処理においては、例えば１日前或いは１週間前の所定の期間で検出された最大値と最小値と比較され、最大値を上回る場合、又は最小値を下回る場合には表示装置１０で警告メッセージを表示すると共に所定のアラーム動作で外部に知らせることができる。

腕時計の表示部には、例えば、時計データと共に累積平均値と比較した現在の数値レベルを表示することができる。表示方法としては、例えば、累積平均値を１００％として現在の血糖変動を８８％という値で表示することができる。

図２は、基本パルスのタイミング図である。図２の上の図は近赤外線の波長を持つ第２発光回路３の出力パルス１１を示していて、初期値として振幅Ｖｆを持っている。図２の下の図は血管位置で反射された第２発光回路３からの光の反射光パルス１２を示していて、ヘモグロビンによる吸収が無ければ血管からの反射波は振幅ｖｆとなるが、ヘモグロビンによる吸収があるとｖｒになる。

図３は、複合パルスのタイミング図である。図３（ａ）は第１発光回路３ａから手首の血管に発光される近赤外線以外の波長の出力パルス光であり、図３（ｂ）は第２発光回路３ｂから手首の血管に発光される近赤外線の波長の出力パルス光であり、図３（ｃ）は手首の血管から反射される合成反射パルスである。

図３（ａ）に示される第１発光回路３ａの階段状出力パルスはタイミングｔ１からタイミングｔ５まで発光する。階段状出力パルス１３は第１段目の電圧Ａ１から段差Ａ３ステップアップして第２段目の電圧Ａ２に到達する。

図３（ｂ）に示される第２発光回路３ｂのパルスはタイミングｔ３からタイミングｔ４までの期間のみ発光する。

図３（ｃ）は手首中の血管５から反射された第１発光回路３ａの階段状出力パルスと第２発光回路３ｂのパルスの合成波形である。

一方、第２の発光回路４から発射され近赤外線の７００〜９００ｎｍの波長を持つパルス光はヘモグロビンやそのほかの生体構成物質の吸収が大きいので、手首中の血管５を流れる血液の血糖値によってピーク値ｈ２は変動する。
より精度を高めるには、第２発光回路３ｂのパルスに第１発光回路３ａと同様に階段状のパルス１３を使い、反射光の段差部分から基準値ｈ１を設定する方法がある。
タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間の複合パルス光の反射波を検出することによって第１発光回路３ａの出力パルスと第２発光回路３ｂの出力複合パルス光の皮膚又は手首中の血管５からの重畳反射パルス光の反射光が得られる。複合パルス光の血管５からの反射光の電圧レベルのうち、前記近赤外線以外の波長を持つ第第１グループのパルス光の第２レベルＡ２に対応するレベルａ２から第１レベルＡ１に対応する反射波のレベルａ１を引いて基準値レベルｈ１を算出し、第１グループのパルス波の反射波と第２グループの反射波が重複したｔ３からｔ４の間のピーク値ａ３から第１グループのパルス波の反射波に相当するピーク値ａ２を差し引いて段差ｈ２に相当する電圧レベルが得られる。

ここで第１発光回路３ａの階段状パルスの反射光の第１段目の受光レベルａ１と第２段目の受光レベルａ２の差分ｈ１が計算され、第１発光回路３ａの第２段目に重畳する第２発光回路３ｂの反射光パルスのピーク値ｈ２を検出することにより差分ｈ１とピーク値ｈ２の比率が計算できる。

ここで、第２発光回路３ｂで生成した近赤外線パルスの反射パルスのピーク値ｈ２の画面上の分布を観察することにより、手首の皮膚上の手首中の血管５がある位置と、それ以外の位置でヘモグロビンによる吸収率の違いが検出できるので、ＣＰＵ９は、計算によって手首中の血管４の位置を特定することができる。

簡易的には、近赤外線領域のパルス光の反射光の分布をみて、平均値よりも低いピーク値を示す領域における典型値を第２のパルス光の反射光レベルとして使うことができる。

この血管領域において各グループ毎に第１反射パルス光の出力電圧レベル値ｈ１と第２反射パルス光の出力電圧レベル値ｈ２を、例えばそれぞれの平均値を正規化してレベル合わせをした上で計算式
ｈ１／ｈ２＝ｒ
によって血糖値変化データｒを生成して血糖値のパラメータとして使うことができる。

上記の血糖値変化データｒを生成し、この生成した血糖値変化データｒを所定期間内における血糖値変化データｒの最大値と最小値の電圧レベル値と比較することによりアラームを出力する。

上記において、第１発光回路３ａの出力パルスは第２発光回路３ｂよりも早いタイミングで発光させているが、反射パルス光のサンプリングのタイミングはＣＰＵ２のタイミングパルスで制御しているので、両パルスの立ち下がりタイミングについては、両パルスに重複部分があればどちらが先に立ち下がってもサンプリング結果に影響はない。

上記において、最大値と最小値を判定する所定期間とは、２４時間単位で設定することが考えられるが、少なくとも１日（２４時間）以上の期間であれば、１週間或いは１ヶ月又はそれ以上でもよい。

上記の説明では、所定計測期間における平均値を１００％として現在の血糖変動を８８％という値で表示する例としたが、実際に血糖値を複数回測定して、このデータを入力すれば血糖値変化データｒとの相関が取れ、推定血糖値を計算することもできる。この場合においても、正確な相関性は必要なく、略線形であればよい。

実測した血糖値と血糖値変化データｒとの相関が取れれば、具体的意な血糖値でアラームを設定することも可能となる。

一般的には、血糖値が５０ｍｇ／ｄｌ以下になると中枢神経の働きが低下して、血糖値が３０ｍｇ／ｄｌ以下になると意識レベルが低下するとされるので、アラームの下限設定を前記の所定期間内最小値だけでなく、５０ｍｇ／ｄｌ相当の血糖値変化データｒの値を低血糖値アラーム値として設定しておくことにより、低血糖症状に至る前に警告することが可能となる。

また、血糖値が３５０ｍｇ／ｄｌ以上になると高血糖とされ、高血糖が何年も続いているのにそのまま放置しておくと、血糖の高い血液が毛細血管を破壊していき、毛細血管が破壊されることで糖尿病の合併症の危険性が高まる。

この場合、例えば第１上記においては第１グループと第２グループのパルス光をそれぞれ２段階の発光出力とすることにより、第１グループの２段階の反射光の光電変換による電圧差で基準値ｄ１を設定し、第２グループの２段階の反射光の光電変換による電圧差で参照値ｄ２を設定し、前記基準値を分母とし、前記参照値を分子とする比率で、計算式
ｄ２／ｄ１＝ｒ１
によって血糖レベル変化データｒ１を生成して血糖レベルのパラメータとして使うことができる。

連続する複数レベルのパルス群または重複する階段状パルスを使う場合においても数％の測定誤差が発生する可能性はあるが、本発明の目的は正確な血糖値の測定ではなく、定期的に測定することにより低血糖状態や高血糖状態になることを予知して被験者に警告を出すことが重要な目的なので、測定誤差は問題にはならない。

また、発光手段にレーザーなどの立ち上がりが不安定なデバイスを使う場合、単体で反射光の測定は難しいが、複数レベルを持つ階段状パルスを使うことにより反射光のレベルを測定することができる。この場合、発射されるパルスの精度が数パーセントの範囲で不確定になる可能性もあるが、本願発明の目的は正確な血糖値の測定ではなく、あくまでも数分おきに測定して低血糖値状態や高血糖値状態を検出して被験者に対して警告を出すことが目的なので、実用的に問題はない。

更に、パルスの発光タイミングとしては、周囲の外乱光の影響を受けることも考えられるので単発パルスだけで信頼性の高い測定結果を得ることは難しいが、連続する複数レベルのパルス群または重複する階段状パルスを使うことにより、低血糖状態又は高血糖状態を検出する変化値を検出することが可能となり、近赤外線光の周波数を７６０ｎｍだけでなく、近赤外拡散反射スペクトル（７００ｎｍ〜１０５０ｎｍ）の波長光の範囲の異なる複数の波長の光を併用することにより測定精度を改善することができる。このように複数波長光を使う場合、最も大きく変化した値を示した波長の光のデータを使い、以降の測定においてこの波長の光に注目することが好ましい。

図４は、２グループのパルスを重畳させることなく連射させたパルスの波形例である。第１発光回路３ａの出力パルスと第２発光回路３ｂの出力パルスは重複部を持たせるうことなく間隔を開けて連続発射する場合の例を示している。第１発光回路３ａの出力パルス１６が手首の血管位置４で反射した第１反射パルス１６ａとして検出される。ここで前記出力パルス１６は第１レベルＡ１と第２レベルＡ２を持つ階段状パルスで段差Ａ３を有する。また、第２発光回路３ｂの出力パルス１７が手首の血管位置４で反射した第１反射パルス１７ａとして検出される。ここで前記出力パルス１７は第１レベルＢ１と第２レベルＢ２を持つ階段状パルスで段差Ｂ３を有する。

図４（ｃ）は手首の血管４により反射された反射パルス光である。前記第１反射パルス１６ａは、第１レベルａ１と第２レベルａ２を持つ階段状パルスで段差ａ３を有する。また、反射パルス１７ａは第１レベルｂ１と第２レベルｂ２を持つ階段状パルスで段差ｂ３を有する。

ここで、前記段差ａ３と段差ｂ３を正規化してレベルを合わせた後、ｂ３／ｂ２を計算することにより血糖値の変化率を計算することができる。

図５は、映像出力図の例である。図５（ａ）は映像を画面表示した例であり、図５（ｂ）は当該映像のフィールド波形、図５（ｃ）は当該フィールド波形の中の一走査線の波形を示している。

図５（ａ）は画面１８中に手首中の血管５の血管位置の映像１９が映っているので、この手首中の血管５位置における近赤外線以外の波長を持つ光と近赤外線の波長を持つ光の反射光の比率の変化が分かれば流れる血液中のグリコーゲン量の変化が検出できることになるので、この血管位置の映像１９を使って手首中の血管５の位置を検出すればよいことが分かる。

図５（ｂ）は垂直同期信号２１で同期された画面１８のフィールド波形であり、第１発光回路３ａの反射パルスのピーク２２が最も高いレベルで、手首中の血管５位置の第２発光回路３ｂの反射パルス２３が最も低いレベルとして検出される。

図５（ｃ）は当該フィールド波形の中の一走査線の波形であり、水平同期信号２４で同期が取られている。映像１９にある手首中の血管５位置の第２発光回路３ｂの反射パルス２３はパルスの谷部２６として検出され、凹部のレベルａ４を検出することによりグリコーゲン量の変化が検出できる。

図６は、プログラムのフローチャート例である。ステップＳ１でプログラムが開始されると、ステップＳ２で初期値入力モードになり、必要に応じてキーボードＫＢなどからデータが入力できる。この場合においてデータを入力しなければ規定デフォルト値が最大値と最小値として使われる。この最大値と最小値は利用中で適宜更新され、実用的な値に変更される。

ステップＳ３では図１のＣＰＵ９の制御で、最初の走査で第２発光回路３ｂのパルス光を使って手首中の血管５で反射された反射光で手首中の血管５の位置を検出し、次の走査で第１発光回路３ａのパルス光で手首中の血管５で反射された反射光で基準値Ａを生成し、更に第２発光回路３ｂのパルス光で手首中の血管５で反射された反射光から変動値Ｂを検出する。

ステップＳ４では、前記基準値Ａと変動値Ｂから、これらの比率（変動値Ｂ）／（基準値Ａ）＝ｒを計算して血糖値変化データｒを求める。

ステップＳ５では、前記血糖値変化データｒをＣＰＵ９のデーターメモリ９ｂに書き込まれた所定条件の最大値及び最少値と比較される。

ステップＳ６では、ステップＳ５で前記血糖値変化データｒがデーターメモリ９ｂに書き込まれた所定条件の最大値より大きい場合、又は最少値より小さい場合に所定の表示をすると共にステップＳ７に移り、前記血糖値変化データｒが前記最大値より小さく、最少値より大きい場合にはステップｓ３に戻る。

ステップＳ７ではステップＳ６で検出した異常の内容に応じてアラーム音を鳴らすなどの所定の通報プログラムを実行する。

図７は、時系列の血糖値測定データを示した図である。ここでは２４時間単位のデータが表示されていて、午前零時から２４時までの血糖値の変化を示している。この場合、７時のデータが最大値で、１７時頃のデータが最小値となっている。

このデータでは２４時の血糖値変動データは最大値Ｈ１よりも低く、最小値Ｌ１よりも高いのでアラームを出す必要はないが、測定時のデータが最大値よりも高い場合や最小値よりも低い場合にはＣＰＵ２はアラーム信号を発生させ、血圧値ウォッチ装置に備えられたブザーや発光装置などで外部に知らせるようにする。

またＣＰＵ２に別のプログラムを搭載し、毎日の血糖値変化をグラフ化し、最大ピーク値を食事時間と仮定して２４時間を単位とした波形を類型化することにより、各食事の後の血糖後変化を推測することもできる。この場合、もし規則的な生活を送っている人であれば、午後の血糖値変化を直線化シュミレーションして所定の食事時間における血糖値レベルを予測することができるので、予備的な警告表示を表示することも可能であるし、また、平日と休日のデータを分けて、それぞれ平均化することにより精度を改善することもできる。

更に、本発明に係る血糖値ウォッチ装置に音声案内機能を持たせることにより、血糖値が下がり、低血糖症状の危険性がある時に、「血糖値が下がっています。低血糖症状が出る危険性があります。今すぐ食事を摂って下さい。」などというアナウンスを流すことができる。

また、本発明に係る血糖値ウォッチ装置自体に携帯電話機機能を持たせたり、本体には携帯電話機能を持たせずＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信機能を持たせて携帯電話機やスマートフォンと通信接続し、携帯電話機やスマートフォン経由でアラームを送信するようにすることもできる。この場合、例えば被験者が低血糖状態になった場合に被験者みずからは自覚なく昏睡状態に陥ったりしても携帯電話機やスマートフォンから医療機関などに自動的に電話したり、音声案内センターに電話して医療機関などに音声やメールで連絡することが可能となる。

本発明に係る血糖値ウォッチ装置は、腕時計代わりに常用できるので、例えば医療現場においても入院患者などが正規の血糖測定装置の補助的な使い方をして、緊急時にのみ精密な血糖値測定をすることもできるので、精密測定装置の台数を増やさなくても医療体制の改善ができるようになる。

１血糖値ウォッチ装置
２ＣＰＵ
３第１発光回路
４第２発光回路
５手首中の血管
６受光手段
７第１ピーク値検出回路
８第２ピーク値検出回路
９ピーク値差分検出回路
１０表示装置

Claims

血糖レベルを測定するために測定の対象部位である使用者の血管を含む手首に密着させて装着し、時計機能と、ＣＰＵと、このＣＰＵによって制御される異なる波長の光のパルス発光手段と、このパルス発光手段から発射されるパルス光が前記手首の血管位置に発射されて反射される反射パルス光を電圧値に変換する受光手段としての固体撮像素子を備え、近赤外線分光法を使い、前記パルス発光手段から出力される異なる波長の光は、近赤外線以外の波長を持つ第１グループのパルス光と、近赤外線の波長を持つ第２グループのパルス光で構成された血糖レベルウォッチ装置であって、
前記発光手段から発射されるパルス光は、前記第１のパルス光と第２のパルス光が重複した複合パルス光であり、
前記第１のパルス光は前記近赤外線以外の波長を持ち、タイミングｔ１からｔ５まで発光される第１レベル（Ａ１）のパルス光と、タイミングｔ２からｔ５まで発光される第１レベル（Ａ１）よりレベル（Ａ３）だけ高い第２レベル（Ａ２）を持つパルス光を重畳した階段状のパルス光（１３）であり、前記第２のパルス光は前記近赤外線の波長を持ち、前記ｔ１の後のタイミングで第３レベル（Ａ４）を持ちタイミングｔ３からｔ４までのタイミングで発射されるパルス光（１４）であり、
前記第２グループのパルス光（１４）に対応する反射パルス光のレベル（ｈ２）が、前記固体撮像素子の光電変換による出力電圧において低レベルとなる領域を血管位置とし、
前記血管位置における第１グループの反射光の光電変換による電圧値で前記第２レベル（Ａ２）に対応する反射波の第２レベル（ａ２）と第１レベル（Ａ１）に対応する反射波の第１レベル（ａ１）の差を計算して基準値（ｈ１）を前記ＣＰＵによって計算し、
前記血管位置におけるｔ３からｔ４における複合パルス波の反射光のピーク値（ａ３）から前記第１グループの反射光に相当するピーク値（ａ２）を引くことにより第２グループの反射光の光電変換による電圧値で参照値（ｈ２）を前記ＣＰＵによって計算し、計算式（ｈ２／ｈ１＝ｒ１）によって前記ＣＰＵが血糖レベル変化データ（ｒ１）を計算することを特徴とする血糖レベルウォッチ装置。