JP5894925B2 - 微生物数測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、微生物数測定装置に関し、特に、口腔内の微生物数を測定する微生物数測定装置等に関する。

まず、従来の微生物数測定装置の構成について説明する。

従来の微生物数測定装置は、測定容器と、回転駆動部と、集菌信号生成部と、測定信号生成部と、出力アンプと、Ｉ／Ｖ（電流／電圧変換）アンプと、インピーダンス測定部と、微生物数算出部と、溶液導電率算出部とを備えている。

測定容器は、測定電極を、内部の測定液中に浸漬状態で配置している。回転駆動部は、測定容器を回転駆動する。集菌信号生成部は、測定電極に交流の集菌信号を供給する。測定信号生成部は、測定電極に測定信号を供給する。出力アンプには、測定信号生成部の出力および集菌信号生成部の出力が接続されている。

また、Ｉ／Ｖアンプには、出力アンプの出力が測定電極を介して接続されている。インピーダンス測定部は、Ｉ／Ｖアンプに接続され、測定液のインピーダンスを測定する。微生物数算出部は、インピーダンス測定部に接続されている。溶液導電率算出部は、インピーダンス測定部に接続されている。

従来の微生物数測定装置においては、インピーダンス測定部で測定したインピーダンスに基づいて、微生物数算出部が微生物数を算出する（例えば、特許文献１を参照）。

このような従来の微生物数測定装置を用いて、口腔内の微生物（細菌）の数を測定しようとした場合、測定系に生じる電気的なドリフトのばらつきにより、測定精度にばらつきが発生する。

測定系の電気的なドリフトのうち、特に問題となるのが、測定電極に流れる電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプに生じるドリフトである。Ｉ／Ｖアンプにおいては、使用に伴って熱が発生し、これが測定系における大きなドリフトになる。このドリフトの大きさに対して一定の割合で、ドリフトにばらつきが生じる。このドリフトのばらつきが測定精度に悪影響を与える可能性がある。

特開２００９−２０７４３１号公報

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、測定精度をさらに高めるものである。

本発明は、微生物数測定装置であって、測定液を含み、測定液中に測定電極が浸漬状態で配置される測定容器と、測定容器を回転駆動する回転駆動部と、測定電極に集菌信号を供給する集菌信号生成部と、測定電極に測定信号を供給する測定信号生成部とを備えている。さらに、測定信号生成部の出力および集菌信号生成部の出力を増幅する出力アンプと、出力アンプからの出力が測定電極を介して接続されるＩ／Ｖアンプと、Ｉ／Ｖアンプに接続され、測定液のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部とを備えている。また、インピーダンス測定部に接続され、測定液中の微生物数を算出する微生物数算出部と、インピーダンス測定部に接続され、測定液の導電率を算出する溶液導電率算出部と、Ｉ／Ｖアンプおよび出力アンプの少なくとも一方のウォームアップを行うウォームアップ部とを備えている。また、溶液導電率算出部に、ウォームアップ部を接続し、ウォームアップ部の出力を、ウォームアップスイッチを介してＩ／Ｖアンプおよび出力アンプの少なくとも一方に接続する。測定準備モードにおいて、溶液導電率算出部で測定液の溶液導電率を測定し、ウォームアップ部は、測定された溶液導電率を用いて、測定電極に流れる電流と同じ大きさの電流を持つウォームアップ信号を算出する。ウォームアップ部は、ウォームアップ信号を、Ｉ／Ｖアンプおよび出力アンプの少なくとも一方に印加して、ウォームアップを実施する。

図１は、本発明の第１の実施の形態における微生物数測定装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態における微生物数測定装置の動作を示すフローチャートである。 図３は、本発明の実施の形態における、測定液の状態（測定液の溶液導電率）と測定系のドリフトの大きさとの関係を説明するための図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る微生物数測定装置の動作時における、ドリフトのばらつきを説明するための図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態における微生物数測定装置の構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の第２の実施の形態に係る微生物数測定装置の動作時における、ドリフトのばらつきを説明するための図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態における微生物数測定装置の他の構成を示すブロック図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態における微生物数測定装置１００の構成を示すブロック図である。

微生物数測定装置１００は、測定電極３と、測定容器１と、回転駆動部であるモータ１６と、集菌信号生成部４と、測定信号生成部５と、第１の出力アンプ７と、Ｉ／Ｖアンプ８と、インピーダンス測定部１０と、微生物数算出部１３と、溶液導電率算出部１４と、ウォームアップ部２２とを備えている。

測定容器１は、測定液２を含み、測定電極３が配置される。モータ１６は、測定容器１を回転駆動する。集菌信号生成部４は、測定電極３に集菌信号を供給する。測定信号生成部５は、測定電極３に測定信号を供給する。

第１の出力アンプ７は、測定信号生成部５の出力および集菌信号生成部４の出力を増幅する。Ｉ／Ｖアンプ８には、第１の出力アンプ７からの出力が測定電極３を介して接続される。インピーダンス測定部１０は、Ｉ／Ｖアンプ８に接続され、測定液２のインピーダンスを測定する。

微生物数算出部１３は、インピーダンス測定部１０に接続され、測定液２中の微生物数を算出する。溶液導電率算出部１４は、インピーダンス測定部１０に接続され、測定液２の導電率を算出する。

そして、ウォームアップ部２２は、ウォームアップ信号をＩ／Ｖアンプ８に印加して、Ｉ／Ｖアンプ８のウォームアップを行う。ウォームアップ部２２は、溶液導電率算出部１４で算出された導電率に基づいて、ウォームアップ信号を算出する。

微生物数測定装置１００の構成について、さらに詳細に説明する。

測定容器１は、上面が開口した円筒状の容器である。測定容器１の内部には、測定液２が収納されている。測定液２には、綿棒（図示せず）等の採取具によって口腔内から採取した微生物を溶出させる。測定液２内には、測定電極３が浸漬状態で配置されている。

測定電極３は、櫛歯状の電極を所定間隔で対向配置したものであり、例えば、特許文献１に記載されたものを用いることができる。測定電極３には、集菌信号生成部４および測定信号生成部５が、加算器６および第１の出力アンプ７を介して接続されている。集菌信号生成部４は、測定電極３に交流の集菌信号（例えば３ＭＨｚ、１０Ｖｐｐ）を供給する。測定信号生成部５は、測定電極３に交流の測定信号（例えば８００ｋＨｚ、１Ｖｐｐ）を供給する。

集菌信号生成部４から出力された交流の集菌信号、および、測定信号生成部５から出力された交流の測定信号は、加算器６で加算されて、第１の出力アンプ７を介して測定電極３に供給される。

測定電極３には、Ｉ／Ｖアンプ８、Ａ／Ｄコンバータ９、インピーダンス測定部１０、連続性エラー判定部１１、およびインピーダンス変化検出部１２を介して、微生物数算出部１３が接続されている。連続性エラー判定部１１およびインピーダンス変化検出部１２の機能については、後述する。

なお、Ｉ／Ｖアンプ８とＡ／Ｄコンバータ９との間には、ローパスフィルタ（図示せず）が配置され、例えば８００ｋＨｚの信号だけがインピーダンス測定部１０に向けて出力される。

インピーダンス測定部１０には、溶液導電率算出部１４が接続されている。溶液導電率算出部１４には、記憶部１５が接続されている。記憶部１５のデータは、微生物数算出部１３に出力され、微生物数の算出に用いられる。

測定容器１の下部には、容器保持部（図示せず）を介してモータ１６が取り付けられている。測定容器１は、モータ１６によって回転駆動される。モータ１６は、モータ駆動部１７を介して、モータ制御部１８によって回転制御される。

モータ制御部１８は、モータ１６を、例えば６００ｒｐｍで回転駆動する。なお、モータ制御部１８は、タイマー１９と接続されている。

微生物数算出部１３は、微生物数算出部１３に接続された相関テーブル２０を用いて微生物数の算出を行い、算出された微生物数を、表示部２１に表示する。

さらに、本実施の形態においては、溶液導電率算出部１４の出力側に、Ｉ／Ｖアンプ８のウォームアップを行うウォームアップ部２２を接続している。ウォームアップ部２２の出力を、第２の出力アンプ２３、ウォームアップスイッチ２４、負荷２５、加算器２６を介してＩ／Ｖアンプ８に接続している。

ウォームアップ部２２は、ウォームアップ信号算出部２７、および、その出力側に接続されたウォームアップ信号生成部２８を含んでいる。

次に、本実施の形態における微生物数測定装置１００の動作について説明する。

図２は、本発明の実施の形態における微生物数測定装置の動作を示すフローチャートである。

まず、測定液２に、綿棒（図示せず）等の採取具によって口腔内から採取した微生物を溶出させた状態で、微生物数測定装置１００の動作を開始する（Ｓ１）。

このとき、モータ制御部１８は、モータ１６を、例えば６００ｒｐｍで回転駆動する。これにより、容器保持部（図示せず）を介して測定容器１が６００ｒｐｍで回転する。この測定容器１の回転により、測定液２には回転旋回力が与えられ、渦巻が形成される。この渦巻により、測定液２内に溶出した微生物は、測定電極３へと運ばれる。

このとき、ウォームアップスイッチ２４は、オープンな状態である。すなわち、第２の出力アンプ２３と負荷２５とは接続されていない状態である。

次に、溶液導電率算出部１４は、測定液２の溶液導電率を測定する（Ｓ２）。なお、このステップＳ２〜Ｓ４の３つのステップで、測定準備モードを構成する。この測定準備モードは、ステップＳ５において行われる本測定の準備をするモードである。

ステップＳ２においては、まず、測定信号生成部５から、測定信号（例えば８００ｋＨｚ、１Ｖｐｐ）が、加算器６および第１の出力アンプ７を介して、測定電極３に供給される。

溶液導電率算出部１４は、インピーダンス測定部１０が測定した、測定液２のインピーダンスの測定データを用いて、溶液導電率の算出を行う。溶液導電率算出部１４は、算出した溶液導電率を記憶部１５に記憶する。

本実施の形態において、測定系に生じる電気的なドリフトの大きさは、測定液２の状態（具体的には、測定液２の溶液導電率）によって決まる。

ここで、その理由について説明する。測定系のドリフトの大きさは、その測定系に流れる電流（それに伴なう発熱）によって決まる。本実施の形態の微生物数の測定においては、患者の口腔内から綿棒等の採取具によって微生物を採取する。微生物の採取の際には、微生物とともに唾液が採取される。この唾液の質および量によって、測定液２の溶液導電率（電流の流れやすさ）は変化する。そして、測定系に流れる電流は、測定液２の状態によって変化する。このため、測定系のドリフトの大きさは、測定液２の状態（具体的には、測定液２の溶液導電率）によって変わることとなる。

図３は、本発明の実施の形態における、測定液２の状態（測定液の溶液導電率）と測定系のドリフトの大きさとの関係を説明するための図である。なお、ここで、ドリフトの大きさは、以下の理論式から導き出している。またここでいうドリフトの大きさとは、初期のインピーダンスから安定状態のインピーダンスへの変化量である。
Ｚ＝ＺＡ−ＺＡ×Ｊ×（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））
Ｚ：測定系のインピーダンス
ＺＡ：測定系の初期のインピーダンス（図３の例では、１００）
Ｊ：発熱に起因するドリフトの大きさを求める係数（溶液導電率を大きいほど、Ｊの値が大きい）
τ：インピーダンスの変化の速さを決定する時定数であり、測定系によって決定される固有の時定数（例えば、Ｄ２の曲線は、ＺＡ：１００，Ｊ：０．５，τ：６の場合を示す）
上述の理論式は、測定系のインピーダンス（Ｚ）の変化を表す式である。この理論式は、初期のインピーダンスから、発熱による温度上昇によりインピーダンスが指数関数的に変化し、安定状態のインピーダンスに変化することを表している。

この理論式において、ドリフトの大きさは発熱に起因するドリフトの大きさを決める係数（Ｊ）によって決定される。また、インピーダンスの変化の速さは、時定数（τ）によって決定される。

なお、ドリフトの大きさは、初期のインピーダンス（ＺＡ）から測定系のインピーダンス（Ｚ）を引いたもので表される。つまり、ドリフトは、ＺＡ×Ｊ×（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））で表されるのである。

図３においては、三種類の溶液導電率（Ｄ１〜Ｄ３）の測定液２を用いた場合の、測定系のドリフトの大きさを示している。なお、溶液導電率はＤ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係を満たしている。

図３に示したように、いずれの溶液導電率（Ｄ１〜Ｄ３）においても、ドリフトは時間と共に一定状態に安定する。その安定状態のドリフトは、溶液導電率（Ｄ１〜Ｄ３）毎に決まる。

より具体的には、測定液２の溶液導電率が小さいときには、測定電極３に流れる電流も小さくなるので、測定系に流れる電流が小さくなる。このため、測定系の発熱量は小さくなり、ドリフトの大きさ（初期のインピーダンスから安定状態のインピーダンスへの変化量）も小さくなる。

一方、測定液２の溶液導電率が大きいときには、測定電極３に流れる電流も大きくなるので、測定系に流れる電流が大きくなる。このため、測定系の発熱量は大きくなり、ドリフトの大きさ（初期のインピーダンスから安定状態のインピーダンスへの変化量）も大きくなる。

これらの関係に基づいて、本実施の形態においては、ステップＳ２において、測定液２の溶液導電率を測定し、後のステップにおいて、この溶液導電率に基づいて、測定系の電気的なドリフトの大きさ（初期のインピーダンスから安定状態のインピーダンスへの変化量）を決定する電流の大きさを求める。

なお、本実施の形態において、測定系の電気的なドリフトのうちで着目しているのが、測定電極３に流れる電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプ８のドリフトである。Ｉ／Ｖアンプ８では、使用に伴って熱が発生し、これが測定系における大きなドリフトになる。このドリフトの大きさに対して、一定の割合で測定値にばらつきが発生してしまう。

ステップＳ２の後、ウォームアップ部２２のウォームアップ信号算出部２７において、Ｉ／Ｖアンプ８のウォームアップを行うためのウォームアップ信号を算出する（Ｓ３）。

ウォームアップ信号算出部２７は、ステップＳ２で求めた溶液導電率に対応するドリフトの大きさに測定系をウォームアップすべく、測定時に測定電極３に流れる電流と同じ大きさの電流を有するウォームアップ信号を算出する。

このウォームアップ信号は、測定系を構成するＩ／Ｖアンプ８を測定時と同じ状態に発熱させるための信号である。そのため、ウォームアップ信号を集菌信号と同じく３ＭＨｚの交流とすると、ウォームアップ信号算出部２７は、その振幅を算出することとなる。

この振幅を算出するために、ウォームアップ信号算出部２７は、まず、ステップＳ２で求めた溶液導電率にもとづいて、実際の測定時（集菌信号印加時）に測定電極３に流れる電流の大きさを求める。

次に、この測定時にＩ／Ｖアンプ８に流れる電流と、ウォームアップ信号印加時にＩ／Ｖアンプ８に流れる電流とが実質的に同じ大きさになるように、ウォームアップ信号の振幅を算出する。なお、この振幅の決定を、ウォームアップ信号がウォームアップ部２２から印加される際に通過する負荷２５の大きさを考慮して行うことにより、適切な振幅を算出することができる。

すなわち、ウォームアップ信号印加時には、測定電極３に電流を流さずに負荷２５に電流を流すのであるが、測定電極３に流れる電流の大きさは溶液導電率に応じて変化する。この変化した電流と同じ大きさの電流を負荷２５に流すため、ウォームアップ信号算出部２７が負荷２５の大きさを考慮してウォームアップ信号の振幅を算出するのである。

ステップＳ３の後、ウォームアップ部２２がウォームアップを実施する（Ｓ４）。

ここでは、ステップＳ３において作成したウォームアップ信号を用いて、ウォームアップ信号生成部２８が、Ｉ／Ｖアンプ８のウォームアップを実施する。このとき、測定電極３に集菌信号（３ＭＨｚ、１０Ｖｐｐ）を印加しない状態でウォームアップを行うことが望ましい。

もし、ウォームアップ中に測定電極３に集菌信号を印加して集菌をおこなってしまうと、たとえ集菌信号の印加を中止したとしても、測定電極３には微生物が引っ付いて残ってしまう。これにより、測定精度の低下を引き起こしてしまう可能性がある。

このため、本実施の形態においては、測定電極３のＩ／Ｖアンプ８側にウォームアップスイッチ２４を設けた構成としている。これにより、ウォームアップ時にのみ、このウォームアップスイッチ２４をオンにして、第２の出力アンプ２３、負荷２５、および加算器２６を介して、Ｉ／Ｖアンプ８にウォームアップ信号を印加することができる。つまり、ウォームアップ信号も集菌信号と同じく集菌能力をもっているが、ウォームアップ時にはウォームアップスイッチ２４がオンされるのでウォームアップ信号が測定電極３に印加されることがない。よって、測定電極３にウォームアップ信号が印加されることによる、測定精度の低下は発生しない。

ウォームアップを実施する時には、まず、ステップＳ３で算出した負荷電圧の振幅で、ウォームアップ信号生成部２８がウォームアップ電圧（３ＭＨｚ）を作成する。

次に、ウォームアップスイッチ２４をオンにする。そして、ウォームアップ部２２から、ウォームアップ信号（３ＭＨｚ）を出力する。ウォームアップ信号は、第２の出力アンプ２３、ウォームアップスイッチ２４、負荷２５および加算器２６を介して、Ｉ／Ｖアンプ８へ印加される。これにより、Ｉ／Ｖアンプ８を、測定時と同じ状態に発熱させることができる。ステップＳ４においては、このウォームアップを一定時間（例えば１０秒間）継続して実施する。

これにより、測定開始までの間、Ｉ／Ｖアンプ８を、測定時と同じドリフト状態で発熱させることができる。そして、実際の測定時には、十分に発熱したＩ／Ｖアンプ８を用いて測定を行うことができ、発熱によるドリフトを小さくすることができる。よって、そのドリフトによるばらつきを低減することができ、測定精度をさらに高めることができる。

ステップＳ４に続いて、微生物数を算出するための本測定を実施する（Ｓ５）。

ステップＳ５においては、まず、ウォームアップスイッチ２４をオフにして、ウォームアップ部２２から出力されるウォームアップ電圧を止める。次に、集菌信号生成部４で生成された集菌信号電圧と、測定信号生成部５で生成された測定信号電圧とを加算器６で加算して、第１の出力アンプ７を介して測定電極３に供給する。

集菌信号電圧を測定電極３へ印加することで、測定電極３に誘電泳動力が発生し、測定液２中の微生物が測定電極３に集菌される。そして、測定電極３に集菌された微生物の量に応じたキャパシタンスが発生する。このキャパシタンスの値は、すなわち、インピーダンスの値であり、インピーダンス測定部１０によって測定される。

ステップＳ５に続いて、ステップＳ６においては、連続性エラー判定部１１が、インピーダンス測定部１０が連続して測定したインピーダンスの連続性を判定し、連続性の無いインピーダンスの値をエラーとして排除する。一方、全てのインピーダンスの値が連続性を持っている時には、連続性エラー判定部１１が、すべてのインピーダンスの値を適正な値と判断する。

ステップＳ６の後、ステップＳ７において、インピーダンス変化検出部１２がインピーダンス変化量（キャパシタンスの変化量）を算出する。このインピーダンス変化の傾斜状態と、相関テーブル２０に記憶されたデータとに基づいて、微生物数算出部１３により、微生物数が算出される。なお、この時のインピーダンス変化は、記憶部１５に記憶された測定液２の溶液導電率を用いて補正され、微生物数算出部１３において微生物数が算出される。

そして、微生物数算出部１３において算出された値が、表示部２１に、例えば１×１０の６乗のＣＦＵ／ｍｌ（ＣＦＵとは、コロニーを形成している微生物の数）という単位で表示され、測定が終了する（Ｓ８）。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係る微生物数測定装置１００の動作時における、ドリフトのばらつきを説明するための図である。図４においては、ある条件における、時間に対する測定系におけるドリフトの大きさの変化を、ウォームアップの行った場合とそうでない場合について、理論式を用いて導き出して示している。

上述したように、Ｉ／Ｖアンプ８においては、使用に伴って熱が発生する。この熱が、測定系における大きなドリフトになる。

図４に示すように、ドリフトは、いずれの場合においても、時間の経過と共に一定状態に安定していく。このドリフトに伴って、測定値には一定の割合でばらつきが発生する。そのため、ドリフトの大きさ（初期のインピーダンスから安定状態のインピーダンスへの変化量）が大きいほど、ばらつきが大きくなってしまい、このばらつきが測定精度に影響を与える可能性がある。

より具体的に説明する。図４に示すように、従来は本測定開始時刻Ｔ１（ドリフト量１００）から、測定終了時刻Ｔ２（ドリフト量５０付近）まで、ドリフトが変化している。この変化量は大きいので、同じ条件であっても、ドリフトの変化に大きなばらつき（ｂ０）を生じる。

これに対して、本実施の形態の微生物数測定装置１００においては、本測定の開始前に、Ｔ０からＴ１までの時間（予熱ウォームアップ期間）、ステップＳ２〜Ｓ４で説明したウォームアップを実施している。ウォームアップによって、Ｉ／Ｖアンプ８を、測定前に、測定時と同じ状態で発熱させている。

したがって、図４の例では、本測定開始時刻Ｔ１においては、ドリフト量を８０にまで下げることができる。

このため、本測定開始時刻Ｔ１（ドリフト量８０）から、測定終了時刻Ｔ２（ドリフト量５０）までのドリフト量の変化を、ウォームアップを行わない場合と比較して小さくすることができ、ドリフトのばらつき（ｂ１）を、小さくすることができる。

また、本実施の形態の微生物数測定装置１００においては、ウォームアップ部２２が算出したウォームアップ信号を用いてウォームアップを実施している。このため、ウォームアップが終了した際のドリフトの状態（ドリフトの終了位置）を正確に予測できる。

したがって、本実施の形態においては、ウォームアップのドリフトの終了位置を、測定時のドリフトの開始位置とすることができる。よって、測定時においては、ドリフト変化に対応した適切な補正を、微生物数算出部１３で行うことができる。このため、測定精度を高めることができる。

その結果、本実施の形態の微生物数測定装置１００を用いることによって、測定精度をさらに高めることができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図５は、本発明の第２の実施の形態における微生物数測定装置２００の構成を示すブロック図である。

本実施の形態の微生物数測定装置２００が、第１の実施の形態で説明した微生物数測定装置１００と異なる点は、ウォームアップ部２２が、第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８をウォームアップする点である。

ウォームアップ部２２は、溶液導電率算出部１４の出力側に接続されている。また、ウォームアップ部２２の出力は、第１のウォームアップスイッチ３３に接続されている。

第１のウォームアップスイッチ３３は、集菌信号生成部４と加算器４６との間に接続されている。第１のウォームアップスイッチ３３は、集菌信号生成部４またはウォームアップ部２２からの入力を切り替えて加算器４６に出力する。加算器４６は、第１のウォームアップスイッチ３３からの出力と、測定信号生成部５からの出力とを加算して、第１の出力アンプ７に出力する。

第１の出力アンプ７は、第２のウォームアップスイッチ３４に接続されている。第２のウォームアップスイッチ３４は、第１の出力アンプ７の出力を、測定電極３または負荷３６に切り替えて出力する。負荷３６は、第２のウォームアップスイッチ３４と加算器３５の間に接続されている。加算器３５は、測定電極３の出力と、負荷３６の出力とを加算して、Ｉ／Ｖアンプ８に出力する。

その他、第１の実施の形態において、微生物数測定装置１００の構成要件として説明したものと同様の構成要件については、同じ符号を付して、その説明を省略する。

本実施の形態においては、溶液導電率算出部１４の出力側には、第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８のウォームアップを行うウォームアップ部２２を接続している。また、ウォームアップ部２２の出力または集菌信号生成部４の出力を選択的に第１の出力アンプ７の入力側に接続する第１のウォームアップスイッチ３３を設けている。

さらに、第１の出力アンプ７の出力を、測定電極３またはＩ／Ｖアンプ８に選択的に接続する第２のウォームアップスイッチ３４を設けている。第２のウォームアップスイッチ３４の一方の出力は測定電極３に接続しており、他方の出力は、負荷３６、加算器３５を介してＩ／Ｖアンプ８に接続している。このため、第１の出力アンプ７の出力側は、第２のウォームアップスイッチ３４によって、測定電極３またはＩ／Ｖアンプ８に選択的に接続される。

また、図５に示すように、測定電極３は、加算器３５を介してＩ／Ｖアンプ８に接続されている。

なお、ウォームアップ部２２が、ウォームアップ信号算出部２７と、その出力側に接続されたウォームアップ信号生成部２８とにより構成されていることは、第１の実施の形態と同様である。

以上の構成を有する微生物数測定装置２００の動作について、図２のフローチャートを用いて詳細に説明する。微生物数測定装置２００の動作は、第１の実施の形態において説明した微生物数測定装置１００の動作と共通するが、それぞれのステップの内容が異なる場合がある。

まず、測定液２に、綿棒（図示せず）等の採取具によって口腔内から採取した微生物を溶出させた状態で、微生物数測定装置２００の動作を開始する（Ｓ１）。

このとき、モータ制御部１８は、モータ１６を、例えば６００ｒｐｍで回転駆動する。これにより、容器保持部（図示せず）を介して測定容器１が６００ｒｐｍで回転する。この測定容器１の回転により、測定液２には回転旋回力が与えられ、渦巻が形成される。この渦巻により、測定液２内に溶出した微生物は、測定電極３へと運ばれる。

次に、溶液導電率算出部１４により、測定液２の溶液導電率を測定する（Ｓ２）。なお、このステップＳ２〜Ｓ４の３つのステップで、測定準備モードを構成することは、第１の実施の形態と同様である。この測定準備モードは、ステップＳ５において行われる本測定の準備をするモードである。

ステップＳ２においては、まず、第２のウォームアップスイッチ３４を、測定電極３側に選択する。そうすると、第１の出力アンプ７の出力は、測定電極３に接続される。

次に、測定信号生成部５から、測定信号（例えば８００ｋＨｚ、１Ｖｐｐ）が、加算器４６、第１の出力アンプ７、第２のウォームアップスイッチ３４を介して、測定電極３に供給される。

溶液導電率算出部１４は、インピーダンス測定部１０が測定した、測定液２のインピーダンスの測定データを用いて、溶液導電率の算出を行う。溶液導電率算出部１４は、算出した溶液導電率を記憶部１５に記憶する。

本実施の形態においても、測定系に生じる電気的なドリフトの大きさは、測定液２の状態（具体的には、測定液２の溶液導電率）によって決まる。この理由は、第１の実施の形態において、図３を用いて説明したとおりである。

本実施の形態においては、測定系の電気的なドリフトのうち、集菌信号生成部４の生成する集菌用信号（３ＭＨｚ、１０Ｖｐｐ）が印加される第１の出力アンプ７と、測定電極３に流れる電流を電圧に変換するＩ／Ｖアンプ８のドリフトを考慮している。第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８では、使用に伴って熱が発生し、これが測定系における大きなドリフトになる。このドリフトの大きさに対して、一定の割合で測定値にばらつきが発生してしまう。

ステップＳ２の後、ウォームアップ部２２のウォームアップ信号算出部２７において、第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８のウォームアップを行うためのウォームアップ信号を算出する（Ｓ３）。

ウォームアップ信号算出部２７は、ステップＳ２で求めたドリフトの大きさに測定系をウォームアップすべく、測定時に測定電極３に流れる電流と同じ大きさの電流を有するウォームアップ信号を算出する。

このウォームアップ信号は、測定系を構成する第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８を測定時と同じ状態に発熱させるための信号である。そのため、ウォームアップ信号を集菌信号と同じく３ＭＨｚの交流とすると、ウォームアップ信号算出部２７は、その振幅を算出することとなる。

この振幅を算出するために、ウォームアップ信号算出部２７は、まず、ステップＳ２で求めた溶液導電率にもとづいて、実際の測定時（集菌信号印加時）に測定電極３に流れる電流の大きさを求める。

次に、この測定時に第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８に流れる電流と、ウォームアップ信号印加時に第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８に流れる電流とが実質的に同じ大きさになるように、ウォームアップ信号の振幅を算出する。なお、この振幅の決定を、ウォームアップ信号がウォームアップ部２２から印加される際に通過する負荷３６の大きさを考慮して行うことにより、適切な振幅を算出することができる。

すなわち、ウォームアップ信号印加時には、測定電極３に電流を流さずに負荷２５に電流を流すのであるが、測定電極３に流れる電流の大きさは溶液導電率に応じて変化する。この変化した電流と同じ大きさの電流を負荷２５に流すため、ウォームアップ信号算出部２７が負荷２５の大きさを考慮してウォームアップ信号の振幅を算出するのである。

ステップＳ３の後、ウォームアップ部２２がウォームアップを実施する（Ｓ４）。

ここでは、ステップＳ３において作成したウォームアップ信号を用いて、ウォームアップ信号生成部２８が、第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８のウォームアップを実施する。このとき、測定電極３に集菌信号（３ＭＨｚ、１０Ｖｐｐ）を印加しない状態でウォームアップを行うことが望ましい。これも第１の実施の形態において説明したとおりである。

このため、本実施の形態においては、第１の出力アンプ７の出力を、測定電極３およびＩ／Ｖアンプ８のいずれかに選択的に接続する第２のウォームアップスイッチ３４を設けている。そして、第２のウォームアップスイッチ３４、負荷３６および加算器３５によって、測定電極３の迂回路を形成している。

これにより、ウォームアップ部２２から出力されるウォームアップ信号を、第１の出力アンプ７、および、測定電極３の迂回路（第２のウォームアップスイッチ３４、負荷３６および加算器３５）を介して、Ｉ／Ｖアンプ８に印加することができる。このため、ウォームアップ時には、集菌信号と同じ振幅の大きさを有するウォームアップ信号が測定電極３に印加されることがない。よって、測定電極３にウォームアップ信号が印加されることによる、測定精度の低下は発生しない。

ウォームアップを実施する時には、まず、第１のウォームアップスイッチ３３をウォームアップ部２２側に接続し、ウォームアップ部２２の出力を、加算器４６を介して第１の出力アンプ７の入力側に接続する。次に、第２のウォームアップスイッチ３４の出力側を負荷３６に接続し、第１の出力アンプ７の出力を、負荷３６および加算器３５を介して、Ｉ／Ｖアンプ８の入力側に接続する。

その後、ステップＳ３でウォームアップ信号算出部２７が算出した振幅を用いて、ウォームアップ信号生成部２８がウォームアップ信号（３ＭＨｚ）を作成する。

そして、このウォームアップ信号をウォームアップ部２２から出力すると、ウォームアップ信号は、第１のウォームアップスイッチ３３、加算器４６を介して、第１の出力アンプ７に印加される。ウォームアップ信号は、さらに、第２のウォームアップスイッチ３４、負荷３６および加算器３５を介して、Ｉ／Ｖアンプ８にも印加される。

このとき、ウォームアップ信号と同時に、測定信号生成部５から測定信号を出力させることにより、第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８を、測定時と同じ状態で発熱させることができる。

このウォームアップを一定時間（例えば１０秒間）継続して実施する。

これにより、測定開始までの間、第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８を、測定時と同じドリフト状態で発熱させることができる。そして、実際の測定時には、十分に発熱した第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８を用いて測定を行うことができ、発熱によるドリフト量を小さくすることができる。よって、そのドリフトによるばらつきを低減することができ、測定精度をさらに高めることができる。

ステップＳ４に続いて、微生物数を算出するための本測定を実施する（Ｓ５）。

まず、第１のウォームアップスイッチ３３を、集菌信号生成部４側に接続し、集菌信号生成部４を、加算器４６を介して第１の出力アンプ７に接続する。さらに、第２のウォームアップスイッチ３４を、測定電極３側に接続する。

その後、集菌信号生成部４で生成された集菌信号電圧と、測定信号生成部５で生成された測定信号電圧とを、加算器４６で加算して、第１の出力アンプ７を介して測定電極３に供給する。

集菌信号電圧を測定電極３へ印加することで、測定電極３に誘電泳動力が発生し、測定液２中の微生物が測定電極３に集菌される。そして、測定電極３に集菌された微生物の量に応じたキャパシタンスが値が発生する。このキャパシタンスの値は、すなわち、インピーダンスの値であり、インピーダンス測定部１０によって測定される。

ステップＳ５に続いて、ステップＳ６〜ステップＳ８の動作が行われるが、それぞれのステップの内容は、第１の実施の形態に説明したとおりである。

図６は、本発明の第２の実施の形態に係る微生物数測定装置２００の動作時における、ドリフトのばらつきを説明するための図である。図６においては、ある条件における、時間に対する測定系におけるドリフトの大きさの変化を、ウォームアップを行った場合とそうでない場合について、理論式を用いて導き出して示している。

上述したように、第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８においては、使用に伴って発熱が発生する。この熱が、測定系における大きなドリフトになる。

図６に示すように、ドリフトは、いずれの場合においても、時間の経過と共に一定状態に安定していく。このドリフトに伴って、測定値には一定の割合でばらつきが発生する。そのため、ドリフトの大きさ（初期のインピーダンスから安定状態のインピーダンスへの変化量）が大きいほど、ばらつきが大きくなってしまい、このばらつきが測定精度に影響を与える可能性がある。

より具体的に説明する。図６に示すように、従来は本測定開始時刻Ｔ１（ドリフト量１００）から、測定終了時刻Ｔ２（ドリフト量５０付近）まで、ドリフトが変化している。この変化量は大きいので、ドリフトに大きなばらつき（ｂ０）を生じる。

これに対して、本実施の形態の微生物数測定装置２００においては、本測定の開始前に、Ｔ０からＴ１までの時間（予熱ウォームアップ期間）、ステップＳ２〜Ｓ４で説明したウォームアップを実施している。ウォームアップによって、第１の出力アンプ７およびＩ／Ｖアンプ８を、測定前に、測定時と同じ状態で発熱させている。

したがって、図６の例では、本測定開始時刻Ｔ１においては、ドリフト量を６０にまで下げることができる。

このため、本測定開始時刻Ｔ１（ドリフト量６０）から、測定終了時刻Ｔ２（ドリフト量５０）までのドリフト量の変化を、ウォームアップを行わない場合と比較して小さくすることができ、ドリフトのばらつき（ｂ２）を、非常に小さくすることができる。このドリフトのばらつきは、第１の実施の形態において説明したドリフトのばらつき（ｂ１）と比較して小さくなる。これは、本実施の形態においては、Ｉ／Ｖアンプ８のみならず、第１の出力アンプ７についてもウォームアップを行っているからであると考えられる。

また、本実施の形態の微生物数測定装置２００においては、ウォームアップ部２２が算出したウォームアップ信号を用いてウォームアップを実施している。このため、ウォームアップが終了した際のドリフトの状態（ドリフトの終了位置）を正確に予測できる。

したがって、本実施の形態においても、ウォームアップのドリフトの終了位置を、測定時のドリフトの開始位置とすることができる。よって、測定時においては、ドリフト変化に対応した適切な補正を、微生物数算出部１３で行うことができる。このため、測定精度を高めることができる。

その結果として、本実施の形態の微生物数測定装置２００を用いることによって、測定精度をさらに高めることができるものとなる。

図７は、本発明の第２の実施の形態における微生物数測定装置３００の他の構成を示すブロック図である。

図５に示した微生物数測定装置２００においては、第２のウォームアップスイッチ３４は、第１の出力アンプ７の出力を、測定電極３または負荷３６に切り替えて出力する構成としている。図７に示した微生物数測定装置３００においては、第２のウォームアップスイッチ３４の機能を２つのスイッチ（ウォームアップスイッチ３４ａ、ウォームアップスイッチ３４ｂ）にて構成している。

すなわち、第１の出力アンプ７の出力を、ウォームアップスイッチ３４ａを介して測定電極３に接続し、出力アンプ７とウォームアップスイッチ３４ａとの間に負荷３６を介してウォームアップスイッチ３４ｂの入力側を接続する。そして、ウォームアップスイッチ３４ｂの出力側を測定電極３とＩ／Ｖアンプ８との間に接続している。

この構成においては、測定準備モードのウォームアップ時に、ウォームアップスイッチ３４ａをオフにして出力アンプ７の出力を負荷３６側に接続し、ウォームアップスイッチ３４ｂａをオンにしてＩ／Ｖアンプ８に接続する。

これにより、負荷３６およびウォームアップスイッチ３４ｂによって、測定電極３の迂回路を形成することができるので、ウォームアップ時には、集菌する能力をもったウォームアップ信号が測定電極３に印加されることがない。よって、測定電極３にウォームアップ信号が印加されることによる、測定精度の低下は発生しない。

なお、上述した実施の形態においては、微生物数測定装置１００，２００，３００が、口腔内の微生物数を測定する場合を例として説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、食品に存在する微生物数を測定する微生物数測定装置に適用することも可能である。

以上説明したように、本発明は、測定精度をさらに高めることができるという格別な効果を有する。したがって、例えば、口腔内の微生物数または食品に存在する微生物数等を測定する微生物数測定装置等として有用である。

１ 測定容器
２ 測定液
３ 測定電極
４ 集菌信号生成部
５ 測定信号生成部
６，２６，３５，４６ 加算器
７ 第１の出力アンプ（出力アンプ）
８ Ｉ／Ｖアンプ
９ Ａ／Ｄコンバータ
１０ インピーダンス測定部
１１ 連続性エラー判定部
１２ インピーダンス変化検出部
１３ 微生物数算出部
１４ 溶液導電率算出部
１５ 記憶部
１６ モータ（回転駆動部）
１７ モータ駆動部
１８ モータ制御部
１９ タイマー
２０ 相関テーブル
２１ 表示部
２２ ウォームアップ部
２３ 第２の出力アンプ
２４，３４ａ，３４ｂ ウォームアップスイッチ
２５，３６ 負荷
２７ ウォームアップ信号算出部
２８ ウォームアップ信号生成部
３３ 第１のウォームアップスイッチ
３４ 第２のウォームアップスイッチ
１００，２００，３００ 微生物数測定装置

Claims (2)

1. 測定液を含み、前記測定液中に測定電極が浸漬状態で配置される測定容器と、
   前記測定液が収納された前記測定容器を回転駆動する回転駆動部と、
   前記測定電極に集菌信号を供給する集菌信号生成部と、
   前記測定電極に測定信号を供給する測定信号生成部と、
   前記測定信号生成部の出力および前記集菌信号生成部の出力を増幅する出力アンプと、
   前記出力アンプからの出力が前記測定電極を介して接続されるＩ／Ｖアンプと、
   前記Ｉ／Ｖアンプに接続され、前記測定液のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
   前記インピーダンス測定部に接続され、前記測定液中の微生物数を算出する微生物数算出部と、
   前記インピーダンス測定部に接続され、前記測定液の導電率を算出する溶液導電率算出部と、
   前記Ｉ／Ｖアンプおよび前記出力アンプの少なくとも一方のウォームアップを行うウォームアップ部と、
   前記ウォームアップ部の出力が印加される負荷抵抗と、
   を備え、
   前記溶液導電率算出部に、前記ウォームアップ部を接続し、
   前記ウォームアップ部の出力を、ウォームアップスイッチを介して前記Ｉ／Ｖアンプおよび前記出力アンプの少なくとも一方に接続し、
   前記ウォームアップ部は、前記ウォームアップ信号を算出するウォームアップ信号算出部と、前記ウォームアップ信号算出部の出力側に接続されるウォームアップ信号生成部と、を有し、
   測定準備モードにおいて、前記溶液導電率算出部で前記測定液の溶液導電率を測定し、
   前記ウォームアップ信号算出部は、測定された前記溶液導電率を用いて、前記測定電極に流れる電流と同じ大きさの電流を前記負荷抵抗に流すためのウォームアップ信号のウォームアップ電圧を算出し、
   前記ウォームアップ信号生成部は、前記ウォームアップ信号算出部において算出されたウォームアップ電圧を持ったウォームアップ信号を作成し、
   前記ウォームアップ部は、前記ウォームアップ信号生成部において作成された前記ウォームアップ信号のウォームアップ電圧を、前記負荷抵抗を介して、前記Ｉ／Ｖアンプおよび前記出力アンプの少なくとも一方に印加して、ウォームアップを実施し、
   微生物数の測定において、前記ウォームアップスイッチを用いて前記ウォームアップ部から出力されるウォームアップ電圧を止め、前記集菌信号生成部の集菌信号電圧を前記測定電極に供給して前記インピーダンス測定部による測定を実施する、
   微生物数測定装置。
2. 前記ウォームアップ信号生成部は、交流、かつ、周波数を前記集菌信号生成部が生成する集菌信号の周波数と実質的に同じである前記ウォームアップ信号を算出する
   請求項１に記載の微生物数測定装置。

Images