JP6286635B2

JP6286635B2 - 糖度測定装置

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Publication number: JP6286635B2
Application number: JP2013232530A
Authority: JP
Inventors: 省一小野
Original assignee: 有限会社ラルゴ
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: JP2015081916A

Description

本発明は、血液の糖度を測定する糖度測定装置に関するものである。

生活習慣病である糖尿病患者は年々増加の傾向にあり、厚生労働省の２００２年の調査では、国内の糖尿病患者は約７４０万人にも達しており、その中の約半数が治療中であると言われている。血糖値が高ければ薬によって血糖値を下げる治療がなされる。一方、薬の影響で低血糖になると極めて危険であるので、飴などを食べて血糖値を上げることが行われている。このため、糖尿病の治療においては、注射針によって患者から血液を採取してその血糖値を測定することが行われている。当然のことながら採血の際には患者に苦痛を与える上、採血後の感染のおそれもある。

そこで、注射針によって患者から血液を採取することなく、近赤外線の光ビームを利用して血糖値を測定する非侵襲的手段による研究が従来行われてきた。
例えば、ある提案による生体反応の計測方法及び生体反応の計測システムにおいては、利用者が検出のための指を挿入したことを感知すると、光源からの近赤外線を指の測定部位に照射し、測定部位から反射した特定の波長の近赤外線を吸収強度検出器で検出して、その吸収スペクトルを電気信号に変換するようになっている。（特許文献１参照）
また、ある提案によるグルコース濃度測定のための分光測定用データ取り込み装置においては、発光部から発光された近赤外線を測定部位である指に斜めに照射し、測定部位によって斜めに反射した近赤外線を受光部で検出するようになっている。（特許文献２参照）
さらに、ある提案による血糖値測定装置は、発光素子の周囲に形成された受光素子を有するセンサを腕時計に組み込んだ構成になっている（特許文献３参照）。

特許第３５６６２７６号公報特許第５０９００１３号公報特開２００９−１０９９２７号公報

しかしながら、上記各特許文献１及び特許文献２においては、それぞれ図７及び図３に示されているように、発光素子と受光素子との微妙な光軸調整が困難である上、発光する近赤外線の光量に対して受光する近赤外線の光量が少なくなるので、近赤外線の利用効率が低下するという問題がある。
また、上記特許文献３においては、図５５に示されているように、腕時計型の血糖値測定装置の窓の位置の近傍に、使用者の血管が位置していなければ精度の高い測定は困難である。
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、発光素子と受光素子との微妙な光軸調整を必要とせず、かつ、使用者の血管の位置に拘束される条件を緩和して、血糖値の測定が可能な糖度測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、血液の糖度のデータを測定する糖度測定装置であって、透明なプラスチック板の一方の面に凸部を有し、他方の面が平坦な形状の複数のレンズが一体成型されたレンズ基板と、前記レンズ基板の前記他方の面において、前記複数のレンズの各々に対応して形成され、糖度に応じて吸収率が高い特定の波長の光ビームを順次発光して対応するレンズを透過させる複数の発光素子と、前記レンズ基板の前記他方の面において、前記複数のレンズの各々に対応して形成され、前記発光素子の外縁に近接する内縁によって前記発光素子を囲み、かつ、当該内縁と当該内縁の外側の外縁とによって画定される領域において、対応するレンズを透過して入射する前記波長の光を受光して、その光の強度値を示す電気信号を発生する複数の受光素子と、光ビームを発光した発光素子を囲む受光素子から発生される電気信号で示される光の強度値を順次記憶し、記憶した複数の強度値に基づいて前記レンズ基板の前記一方の面に近接する対象の糖度のデータを算出する演算回路と、
を有することを特徴とする。

本発明の糖度測定装置によれば、発光素子と受光素子との微妙な光軸調整を必要とせず、かつ、使用者の血管の位置に拘束されることなく、血糖値の測定が可能になるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態における糖度測定装置に使用する光学部品を示す図である。第１の実施形態における発光素子及び受光素子の構造を示す図である。第１の実施形態における腕時計型の糖度測定装置の外観を示す斜視図である。図３の糖度測定装置の本体及びアダプタに収容されている電子回路の構成を示す図である。図４のＣＰＵによって実行される血糖値検出処理の動作を示すフローチャートである。図４のＣＰＵによって実行される血糖値分析のための検索処理の動作を示すフローチャートである。第１の実施形態における糖度測定装置の表示部に表示された較正モードの画面及び測定モードの画面を示す図である。第２の実施形態における糖度測定装置の外観を示す平面図及び側面図である。第２の実施形態における光学フィルタを糖度測定装置の背面から表面に切り替える様子を示す図である。第３の実施形態における糖度測定装置の外観を示す平面図である。

以下、本発明による糖度測定装置の第１の実施形態ないし第３の実施形態について、図を参照しながら説明する。
血糖値のデータには、血液に含まれる現在の糖分を単位質量として表す瞬時時の血糖値であるグルコース（ｇｌｕｃｏｓｅ）（単位は、ｍｇ／ｄｌ）、及び、血糖値の累積値であるヘモグロビン（Ｈｂ）Ａ１Ｃ（単位は、％）がある。

近赤外線の特定の波長（例えば、９００ｎｍないし１１００ｎｍ）の光ビームを人の皮膚に照射して、その反射光を受光した場合には、照射した光ビームの一部が血液中の糖分が高いほど多く吸収されるので、反射光の強度を測定することで、血糖値を測定することができる。また、数１０日の血糖値の累積値によってヘモグロビンＡ１Ｃを測定することができる。

図１は、第１の糖度測定装置に使用する光学部品を示す図である。図１（Ａ）は、透明なプラスチック板に形成されたレンズ基板の一部の平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿ったレンズ基板の一部の断面図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）において、レンズ１は、正六角柱の領域の中央に位置し、レンズ基板の一方の面（図１（Ｂ）の右側）に凸部を有し、他方の面（図１（Ｂ）の左側）が平坦な形状になっている。この平坦な面には、発光素子２及び受光素子３が、図１（Ｂ）に示すように、二酸化シリコン等からなる透明絶縁膜４を介在して形成されている。

発光素子２は、特定の範囲の波長の光ビーム、詳しくは、近赤外線の波長λの光ビームを発光する。受光素子３は、図１（Ａ）に示すように、発光素子２の外縁に近接する内縁によって発光素子２を囲み、かつ、その内縁とその内縁の外側の外縁とによって画定される領域（すなわち、ドーナツ型の領域）において、レンズ１を透過して入射する波長λの光を受光して、その光の強度値を示す電気信号を発生する。レンズ１の中心、発光素子２の中心、及び受光素子３の中心は、同一の光軸６を有する。

レンズ基板には、図１（Ｃ）に示すように、正六角柱の領域を単位とするレンズ１、発光素子２、及び受光素子３の光学ユニットが複数形成されている。すなわち、複数の正六角柱の領域によってハニカム（蜂の巣）構造を構成する。ただし、図１（Ａ）、（Ｃ）に示す正六角形の線は、各光学ユニットが占める領域を示すために仮想的に表示されたものであり、実際にこの線のような境界線が存在する訳ではない。

図１（Ｃ）において、複数の光学ユニットは、発光素子２及び受光素子３が形成されたレンズ１（０）を中心として、その周囲にレンズ１（１）、レンズ１（２）、レンズ１（３）・・・・が形成されている。
レンズ基板の光学ユニットの数をＸｉとすると、Ｘｉは、Ｘｉ＝Ｘ（ｉ−１）＋６ｉによって表される。ここで、ｉは正の整数である。ｉ＝１の場合には、Ｘ１＝Ｘ０＋６となる。ここで、Ｘ０＝１である。したがって、Ｘ１＝７となる。すなわち、レンズ基板を構成する光学ユニット（レンズ１、発光素子２、受光素子３）の最小単位は７個である。
ｉ＝２、３、４・・・の場合には、レンズ基板を構成する光学ユニットの数Ｘｉは、それぞれ１９個、３７個、６１個・・・となる。

図２は、第１の実施形態における発光素子２及び受光素子３の構造を示す図である。図２（Ａ）は、発光素子２の断面図である。発光素子２は、ＰＮ接合の発光ダイオードで構成されている。発光素子２は、透明絶縁膜４の表面に形成されたｐ型半導体２ａ（アノード）と、その上に形成されたｎ型半導体２ｂ（カソード）とがＰＮ接合されている。
さらに、ｐ型半導体２ａ及びｎ型半導体２ｂの上に、半導体回路（図示せず）が形成されている。この半導体回路には、ｐ型半導体２ａ及びｎ型半導体２ｂに駆動信号である順方向電流を流して、波長λの光ビームを発光させる駆動回路及び電圧を供給する電源ラインが含まれている。駆動回路は、ｎ型半導体２ｂ（カソード）と基準電圧０ボルトとを、後述する制御信号によってオン（接続）又はオフ（切断）するスイッチ回路で構成する。電源ラインはｐ型半導体２ａにプラスの電圧を供給する。したがって、スイッチ回路がオンになるとＰＮ接合に順方向の電流が流れて、発光素子２から光ビームが発光される。

図２（Ｂ）は、受光素子３の平面図である。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。受光素子３は、光を受光して電気信号を発生するエミッタ接地型のフォトトランジスタの一例である。図２（Ｂ）、（Ｃ）に示す例では、ｐ型半導体３ａ（ベース）が透明絶縁膜４の表面に形成されたｎ型半導体３ｂ（エミッタ）の上に形成されている。さらに、ｐ型半導体３ａの上にｎ型半導体３ｃ（コレクタ）が形成されている。ｐ型半導体３ａは、ｎ型半導体３ｂの開口部から入射する波長λの光を受光する。
更に、上記した図示しない半導体回路が受光素子３の上に形成されている。この半導体回路には、ｎ型半導体３ｃに接続された負荷抵抗及び増幅回路、負荷抵抗に接続された電源ライン、ｎ型半導体３ｂに接続された選択回路が含まれている。選択回路は、ｎ型半導体３ｂと基準電圧０ボルトとを、後述する制御信号によってオン又はオフするスイッチ回路で構成する。したがって、スイッチ回路がオンになると、フォトトランジスタがアクティブになって、ｐ型半導体３ａに入射する波長λの光の受光によって、その光の強度に応じた電圧がｎ型半導体３ｃから出力される。コレクタ接地型も使用できることはもちろんである。

次に、Ｘｉ個（７個、１９個、３７個、６１個・・・）からなる複数の光学ユニット（レンズ１、発光素子２、受光素子３）と、複数の光学ユニットの上に形成された半導体回路とを使用した糖度測定装置について説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態における腕時計型の糖度測定装置１１の外観を示す斜視図である。図３（Ａ）において、糖度測定装置１１の本体１２の１つの面に設けられた表示部１３、４つのボタン１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）、ベルト１５、留め具１６、及びベルト１５に形成された太陽電池１７を備えている。
糖度測定装置１１がベルト１５及び留め金１６によって使用者の手首に装着されたときは、糖度測定装置１１の背面すなわち表示部１３の反対側の面から、波長λの光ビームが手首に照射される。
図には示していないが、糖度測定装置１１の背面は、発光素子２から発光される波長の光ビームを透過する光学フィルタのプラスチック部材で構成されている。本実施形態においては、可視光線の波長は遮断し、約９００ｎｍ以上の光を透過する光学フィルタを用いている。したがって、糖度測定装置１１の裏面を手の平、手の甲、指その他使用者の体の部位に当てた場合には、波長λの光ビームがその部位に照射される。

図３（Ｂ）において、アダプタ１８は、糖度測定装置１１を装着するとともに、後述する携帯端末又はパソコンと接続するケーブル１９を有する。ケーブル１９は、例えば、ＵＳＢケーブルで構成する。

アダプタ１８には、糖度測定装置１１を装着する凹部が設けられている。その凹部の表面は、発光素子２から発光された波長λの光ビームを全反射する全反射部材で構成されている。

また、図には示していないが、Ｘｉ個からなる測定用の複数の光学ユニットとは別の位置に、通信用の光学ユニット（レンズ、発光素子、受光素子を含む）が形成されている。この通信用の光学ユニットに対応して、携帯端末又はパソコンと通信するためのケーブル１９の光通信用コネクタ（図示せず）がアダプタ１８の凹部に形成されている。
さらに、糖度測定装置１１の背面の充電用コネクタに接触するための充電用コネクタ（図示せず）がアダプタ１８の凹部に形成されている。

図４は、糖度測定装置１１の本体２及びアダプタ１８に収容されている電子回路の構成を示す図である。図４（Ａ）において、制御部３０には、図３に示した表示部１３及びボタン１４が接続されると共に、通信部３１、時計部３２、赤外線発光部３３、赤外線受光部３４が接続されている。
また、糖度測定装置１１の本体１２には、電子回路に電源電圧Ｖｃｃを供給するために、図３に示した太陽電池１７及び充電電池３５が内蔵されている。

赤外線発光部３３は、制御部３０からの制御信号に応じて、複数の発光素子２を順次すなわち択一的に発光させるために、その制御信号を復号化する復号化回路である。例えば、光学ユニットが６１個で構成されている場合には、復号化回路は、制御部３０から出力される６ビットの制御信号を復号化して、０から６０までの発光素子２の中の１つの発光素子２を駆動する駆動回路（レンズ基板に形成された半導体回路）をアクティブ（ｎ型半導体２ｂと基準電圧とを接続）にする。

赤外線受光部３４は、受光素子３に接続された増幅回路から供給されるアナログ信号をデジタル信号に変換して制御部３０に入力するＡ／Ｄ変換回路、及び、制御部３０の制御信号に応じて、複数の受光素子３の１つを選択するための復号化回路で構成する。
レンズ基板に形成された半導体回路に含まれる選択回路は、赤外線受光部３４の符号化回路から供給される制御信号に応じて、１つの受光素子３のｎ型半導体３ｂ（エミッタ）と基準電圧０ボルトとを接続して、フォトトランジスタである受光素子３をアクティブにする。
光学ユニットが６１個で構成されている場合には、赤外線受光部３４の復号化回路は、制御部３０から出力される６ビットの制御信号を復号化して、０から６０までの受光素子３の中の１つの受光素子３をアクティブ（ｎ型半導体３ｂと基準電圧とを接続）にする。

このように、複数の光学ユニットの各々に対応する発光素子２及び受光素子３は、制御部３０からの制御信号に応じて順次光ビームを発光して、使用者の手首に照射するとともに、その反射光を受光して反射光の強度値を示す電気信号を発生する。

通信部３１は、糖度測定装置１１がアダプタ１８に装着された場合に、ケーブル１９を介してアダプタ１８に接続された外部の携帯端末又はパソコンと制御部３０との間の通信処理を実行する。

通信部３１は、上記した通信用の光学ユニットの発光素子を介して、制御部３０から入力される光信号をアダプタ１８の光通信用コネクタに出力する。また、通信部３１は、アダプタ１８の光通信用コネクタから入力される光信号を糖度測定装置１１の通信用の光学ユニットの受光素子に出力する。

時計部３２、太陽電池１７、二次電池３５については、従来技術と同様であるので、詳細な説明が割愛する。表示部１３に表示される内容及びボタン１４の操作については後述する。

図４（Ｂ）は、制御回路３０の内部構成を示す図である。制御回路３０は、演算回路であるＣＰＵ３０１、電池でバックアップされる第１の記憶回路であるＳＲＡＭ３０２、書き換え可能な不揮発性の第２の記憶回路であるＥＥＰＲＯＭ３０３、及びこれらを接続する内部バス３０４を有する。また、図には示していないが、ＣＰＵ３０１の内部には、処理するデータを一時的にストアするメモリ（例えば、ＣＰＵ内のレジスタ）が設けられている。

図４（Ｃ）は、糖度測定装置１１、アダプタ１８、及び外部の装置（携帯端末又はパソコン）２０の接続状態を示す図である。アダプタ１８は、光／電変換部１８１、通信制御部１８２、及び充電部１８３を有する。

光／電変換部１８１は、糖度測定装置１１の通信部３１から入力される光信号を電気信号に変換して、通信制御部１８２に出力する。また、光／電変換部１８１は、通信制御部１８２から入力される電気信号を光信号に変換して、糖度測定装置１１の通信部３１に出力する。

通信制御部１８２は、外部の装置２０と糖度測定装置１１との間で送受信される情報を処理する。外部の装置２０は、インターネット等のネットワークを介して、糖尿病の治療及び防止のために種々のデータを管理する医療機関のサーバ（図示せず）にアクセスすることができる。

充電部１８３は、アダプタ１８のＡＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）の電源によって、又は、外部の装置２０を通じて供給される電源によって、糖度測定装置１１の二次電池３５を充電する。そのために、図３に示した糖度測定装置１１の背面のプラスチック部材の一部には開口部が形成され、充電電池３５を充電するための充電用コネクタが露出している。

本実施形態においては、二次電池３５の定格電圧は、太陽電池１７の定格電圧より若干低い値である。したがって、通常は、太陽電池１７からの電圧Ｖｃｃが糖度測定装置１１に供給され、外光がない場合又は十分でない場合に太陽電池１７の電圧が二次電池３５の定格電圧より低下したときは、二次電池３５からの電圧Ｖｃｃが糖度測定装置１１に供給される。

次に、糖度測定装置１１の操作及び動作について説明する。
図３に示した４個のボタン１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）のうち、ボタン１４ｂはモードボタン「Ｍ」、ボタン１４ａ及び１４ｃはモード切替ボタン「Ｕ」及び「Ｄ」、ボタン１４ｄはスタートボタン「Ｓ」である。

モードボタン「Ｍ」は、オン操作によって現在のモードを表示部１３に表示するためのボタンである。モードには、「時計モード（通常モード）」、「単一測定モード」、「連続測定モード」、「較正（ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ）モード」、「データ送信モード」、「プログラム更新モード」等がある。
モード切替ボタンＵ及びＤは、現在のモードから他のモードにシフト（Ｕ：アップシフト／Ｄ：ダウンシフト）するためのボタンである。
スタートボタンＳは、時計モードを除き、現在のモードの処理を開始するボタンである。現在のモード処理を開始した後に、再びスタートボタンＳがオン操作されたときは、そのモード処理を停止して、通常モードに遷移する。

制御部３０のＣＰＵ３０１は、ＥＥＰＲＭ３０２に記憶されているプログラムに従って、４個のボタン１４のオン操作を検出して、ボタン操作に応じた処理を実行する。例えば、「単一測定モード」においてスタートボタンＳがオンされたときは、複数の光学ユニットの発光素子２から順次光ビームを発光させて、その反射光を受光し、使用者の血糖値を測定する。「連続測定モード」においてスタートボタンＳがオンされたときは、２４時間の期間の一定時間ごとの血糖値を測定する。

「較正モード」においてスタートボタンＳがオンされたときは、複数の発光素子２の各々から順次発光された光ビームに対する反射光を対応する受光素子３で受光して、その反射光の強度値を各レンズ１、各発光素子２及び各受光素子３の基準値としてＳＲＡＭ３０２に記憶する。

「データ送信モード」においてスタートボタンＳがオンされたときは、ＳＲＡＭ３０２に記憶している血糖値のデータを外部の装置２０に送信する。「プログラム更新モード」においてスタートボタンＳがオンされたときは、ＥＥＰＲＯＭ３０３に記憶している血糖値検出処理のプログラムを、外部の装置２０を介して、医療機関から送信されるプログラムによって更新する。血糖値検出処理のプログラムについては後述する。

次に、単一測定モードにおいて、演算回路であるＣＰＵ３０１によって実行される血糖値検出処理の動作について説明する。第１の実施形態においては、複数の光学ユニット（レンズ１、発光素子２、受光素子３）及び対応する半導体回路（発光素子２の駆動回路、受光素子３の選択回路）がｍ個のグループに分類されて、各グループがｎ個の光学ユニット及び半導体回路で構成されている。そして、グループごとに異なる波長の光ビームを発光する。

図５は、ＣＰＵ３０１によって実行される血糖値検出処理の動作を示すフローチャートである。ＣＰＵ３０１は、メインフロー（図示せず）において、単一測定モードが選択されたときは、図５の処理に遷移する。図５において、血糖値測定の検出単位となるレンズ１、発光素子２、受光素子３を含む各光学ユニット及び対応する各半導体回路を「セル」と称する。

ＣＰＵ３０１は、最初に較正処理を実行する（ステップＳ１０１）。較正処理において、ＣＰＵ３０１は、糖度測定装置１１をアダプタ１８に装着する旨のメッセージを表示部１３に表示する。糖度測定装置１１がアダプタ１８に装着されたか否かについては、ＣＰＵ３０１は、例えば、図１（Ｃ）に示したレンズ１（０）に対応する中央の光学ユニットの発光素子２から光ビームを発光して、アダプタ１８によって全反射された光の強度が受光素子３によって受光されたか否かにより判断する。

糖度測定装置１１がアダプタ１８に装着されたことを確認したときは、ＣＰＵ３０１は、各発光素子２から順次光ビームを発光させて、対応する受光素子３から得られる反射光の強度値を各光学ユニット（半導体回路を含む）の基準値としてＳＲＡＭ３０２に記憶する。ＣＰＵ３０１は、較正処理の後、測定モードに遷移して、測定開始のためにスタートボタンＳの押下を促すメッセージを表示する。

ＣＰＵ３０１は、スタートボタンＳがオンされたかどうかを判別する（ステップＳ１０２）。スタートボタンＳがオンされない場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）には、ＣＰＵ３０１は、他のボタンがオンされたかどうかを検出するボタン処理を行う（ステップＳ１０３）。すなわち、モードボタンＭ又はモード切替ボタンＵ若しくはＤのオン操作を判別する処理を行う。

スタートボタンＳがオンされたときは（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、複数の光学ユニット及び半導体回路のｍ個のグループを指定する変数ｊ及びグループ内のｎ個の光学ユニット及び半導体回路を指定する変数ｋをそれぞれ「１」にセットする（ステップＳ１０４）。そして、ＣＰＵ３０１は、これらの変数を更新しながら、ステップＳ１０５からステップＳ１１１までの処理を繰り返す。

ＣＰＵ３０１は、変数ｊ及びｋで指定されるセル（ｊ；ｋ）の発光素子２を波長λ（ｊ）の光ビームで発光させる（ステップＳ１０５）。発光された光ビームは、使用者の体の部位に照射されて、その反射光がセル（ｊ；ｋ）の受光素子３によって受光される。

ＣＰＵ３０１は、セル（ｊ；ｋ）の受光素子３によって受光された反射光の強度を検出する（ステップＳ１０６）。次に、ＣＰＵ３０１は、反射光の強度値をＳＲＡＭ３０２の記憶エリア（ｊ；ｋ）にストアする（ステップＳ１０７）。

次に、ＣＰＵ３０１は、変数ｋをインクリメントする（ステップＳ１０８）。そして、ＣＰＵ３０１は、インクリメントした変数ｋの値がグループ（ｊ）内のセルの総数ｎを超えたかどうかを判別する（ステップＳ１０９）。変数ｋの値がグループ内のセルの総数ｎを超えていない場合には（ステップＳ１０９；ＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ１０５に移行して、ステップＳ１０９までの処理を繰り返す。

ステップＳ１０９において、変数ｋの値がグループ内のセルの総数ｎを超えたときは（ステップＳ１０９；ＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、グループを指定する変数ｊをインクリメントし、かつ、そのグループ内のセルの変数を「１」にセットする（ステップＳ１１０）。

この場合において、ＣＰＵ３０１は、インクリメントした変数ｊの値がグループの総数ｍを超えたかどうかを判別する（ステップＳ１１１）。変数ｊの値がグループの総数ｍを超えない場合には（ステップＳ１１１；ＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ１０５に移行して、ステップＳ１１１までの処理を繰り返す。

ステップＳ１１１において、変数ｊの値がグループの総数ｍを超えたときは（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、メインフローに戻る。

次に、ＣＰＵ３０１は、ＳＲＡＭ３０２に記憶した各光学ユニット（半導体回路を含む）の強度値を、測定前に予めＳＲＡＭ３０２に記憶した基準値によって正規化する。すなわち、各光学ユニットのばらつきを補正する。

メインフローにおいて、血糖値検出処理の停止処理（再度のスタートボタンＳのオン操作）がされない場合には、ＣＰＵ３０１は、ＳＲＡＭ３０２の記憶エリアの検索処理を実行する。図６は、検索処理のフローチャートである。

図６において、ＣＰＵ３０１は、ＳＲＡＭ３０２の記憶エリアの配列を指定する変数ｊ及びｋ、及び分析対象に叶うサンプル数の変数ｒをそれぞれ「１」にセットする（ステップＳ２０１）。次に、ＣＰＵ３０１は、変数を変更しながら、ステップＳ２０２からステップＳ２１１までの処理を繰り返す。

ＣＰＵ３０１は、ＳＲＡＭ３０２の記憶エリア（ｊ；ｋ）を検索して（ステップＳ２０２）、記憶されている反射光の強度値が閾値（ｔｈ）未満であるかどうかを判別する（ステップＳ２０３）。すなわち、血液中の糖分によって吸収された光ビームの量が予め設定した量を超えているかどうかを判別する。反射光の強度値が大きい場合には、血液中の糖分が低いことにもなるが、照射された光ビームが血管の位置から外れていることも考えられる。そこで、照射された光ビームが血管の位置であることを確認するために、実験的に求めた閾値を予め設定するのである。

反射光の強度値が閾値未満である場合には（ステップＳ２０３；ＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、その強度値を分析対象としてレジスタの分析記憶エリアにストアする（ステップＳ２０４）。また、変数ｒの値をインクリメントする（ステップＳ２０５）。

ステップＳ２０５の後、又は、ステップＳ２０３において反射光の強度値が閾値以上である場合には（ステップＳ２０３；ＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、変数ｋの値をインクリメントする（ステップＳ２０６）。次に、ＣＰＵ３０１は、インクリメントした変数ｋの値が記憶エリアの配列｛ｊ；ｋ｝のｋの上限値ｎを超えたかどうかを判別する（ステップＳ２０７）。

変数ｋの値が上限値ｎを超えない場合には（ステップＳ２０７；ＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ２０２に移行して、ステップＳ２０７までの処理を繰り返す。一方、変数ｋの値が上限値ｎを超えたときは（ステップＳ２０７；ＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、変数ｊの値をインクリメントする（ステップＳ２０８）。

次に、ＣＰＵ３０１は、インクリメントした変数ｊの値が記憶エリアの配列｛ｊ；ｋ｝のｊの上限値ｍを超えたかどうかを判別する（ステップＳ２０９）。変数ｊの値がｍを超えない場合には（ステップＳ２０９；ＮＯ）、ＣＰＵ３０１は、ステップＳ２０２に移行して、ステップＳ２０９までの処理を繰り返す。

一方、変数ｊの値がｍを超えたときは（ステップＳ２０９；ＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、ｒの値と光学ユニットの総数（ｎ×ｍ）との比率が一定の比率Ｐ未満であるかどうかを判別する（ステップＳ２１０）。

ｒの値と光学ユニットの総数との比率がＰ以上である場合には（ステップＳ２１０；ＮＯ）、血糖値測定の精度をあげるために、分析対象のサンプル数を絞り込む必要がある。この場合には、ＣＰＵ３０１は、閾値ｔｈの値をデクリメントし（ステップＳ２１１）、ステップＳ２０１に移行して、再びステップＳ２１０までの処理を繰り返す。例えば、Ｐの値を「０．１」、光学ユニットの総数を６１個とすると、ｒの値が「６」になるまで、閾値ｔｈの値をデクリメントして、ステップＳ２０１からステップＳ２１０までの処理を繰り返す。

ステップＳ２１０において、ｒの値と光学ユニットの総数との比率がＰ未満である場合には（ステップＳ２１０；ＹＥＳ）、ＣＰＵ３０１は、メインフローに戻る。

この後、ＣＰＵ３０１は、レジスタの分析記憶エリアに記憶した閾値未満の反射光の強度値の中で、最小の強度値を選択して、ＥＥＰＲＯＭ３０３に記憶されているプログラムに基づいて血糖値を算出する。具体的には、反射光の強度値と血糖値との対応テーブルを参照して血糖値を特定し、ＳＲＡＭ３０２に記憶するとともに表示部１３に表示する。

なお、第１の実施形態の変形例として、ＣＰＵ３０１は、記憶した複数の強度値の中で、最終的に設定した閾値（ｔｈ）未満の強度値の平均値に基づいて糖度のデータを算出するようにしてもよい。

さらに、ＣＰＵ３０１は、ＳＲＡＭ３０２に記憶した過去の所定期間（本実施形態においては、３０日の期間）の血糖値及びＥＥＰＲＯＭ３０３のプログラムに基づいてヘモグロビンＡ１Ｃを算出して表示部１３に表示する。

図７は、糖度測定装置１１の表示部１３に表示された較正モードの画面及び測定結果の画面を示す図である。図７（Ａ）は、表示部１３に表示された較正モードの画面である。図７（Ｂ）は、表示部１３に表示された測定結果の画面である。

図７（Ａ）に示すように、較正モードにおいて、糖度測定装置１１がアダプタ１８に装着されたことをＣＰＵ３０１が確認したときは、スタートボタンＳの押下を促すメッセージを表示する。

図７（Ｂ）に示すように、単一測定モードにおいて、測定結果が判明したときは、ＣＰＵ３０１は、血糖のデータである血糖値及びヘモグロビンＡ１Ｃを表示するとともに、その測定結果を保存するか否かを選択させるメッセージを表示する。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態における糖度測定装置１１の外観を示す平面図及び側面図である。この第２の実施形態における糖度測定装置１１は、図１、図２、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５、及び図６に示した第１の実施形態における糖度測定装置１１の構成とほとんど同じである。したがって、これらの図を適宜援用するとともに、第１の実施形態と異なる部分を中心に、第２の実施形態の糖度測定装置１１を説明する。

第２の実施形態における糖度測定装置１１のボタンのうちスタートボタン「Ｓ」１４ｄは、第１の実施形態におけるスタートボタン「Ｓ」１４ｄと同一の位置に設けられているが、モードボタン「Ｍ」１４ｅは、第１の実施形態と異なる位置に設けられている。また、第２の実施形態においては、モード変更ボタン「Ｕ」、「Ｄ」は設けられていない。第２の実施形態におけるモード切替は、モードボタンＭを押下することでサイクリックに行う。

第２の実施形態においては、較正モードで使用する特殊な光学フィルタが糖度測定装置１１に設けられている。この光学フィルタは、波長が約３５０ｎｍから７００ｎｍの可視光線は透過するが、波長が約９００ｎｍから２５００ｎｍの近赤外線は全反射する特性を有する。可視光線を透過し、かつ、近赤外線は全反射する光学フィルタとしては、例えば、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５等の高屈折率物質と、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２等の低屈折率物質とを透明基板上に交互に積層した誘電体多層板を採用する。

図８（Ａ）は、較正モードにおいて、糖度測定装置１１の背面すなわち表示部１３とは反対側の面に、可視光線を透過し、かつ、近赤外線は全反射する光学フィルタ４１が接している状態を示している。光学フィルタ４１は、断面が略「コの字」形状であり、ヒンジ４２によって糖度測定装置１１の本体１２に取り付けられている。ヒンジ４２は、２つの回転軸を有する。図８（Ａ）において、縦方向の矢印で示すｙ軸は、光学フィルタ４１を回転させてその接する面（背面又は表面）を切り替えるための主軸である。一方、横方向の矢印で示すｘ軸は、主軸によって１８０度回転した状態の光学フィルタ４１を、ヒンジ４２の中央部４２ａの機構によって回転するための副軸である。光学フィルタ４１の回転については後述する。

図８（Ａ）に示す状態では、表示部１３のメッセージに従って使用者がスタートボタンＳを押下したときは、糖度測定装置１１の背面において、発光素子からの近赤外線の光ビームは、光学フィルタ４１によって全反射されて受光素子に受光される。したがって、第１の実施形態においてアダプタ１８に装着した糖度測定装置１１の場合と同様に、ＣＰＵ３０１は、受光素子から得られる反射光の強度値を各光学ユニット（半導体回路を含む）の基準値としてＳＲＡＭ３０２に記憶することができる。

基準値を記憶した後、ＣＰＵ３０１は、表示部１３に較正処理が終了した旨、及び、操作によって光学フィルタ４１を移動させて、糖度測定装置１１の表面に接する状態にすることを促すメッセージを表示する。

図９は、光学フィルタ４１を糖度測定装置１１の背面から表面に切り替える様子を示す図である。図９（Ａ）は、糖度測定装置１１の本体１２の背面に光学フィルタ４１が接している状態、すなわち較正モードの状態である。図９（Ｂ）は、光学フィルタ４１をヒンジ４２の主軸を中心に回転している途中の状態である。図９（Ｃ）は、光学フィルタ４１を１８０度回転した状態である。主軸の回転はストッパによりこの位置で停止する。図９（Ｄ）は、光学フィルタ４１をヒンジ４２の副軸を中心に回転している途中の状態である。図９（Ｅ）は、光学フィルタ４１を副軸を中心に１８０度回転した状態である。副軸の回転はストッパによりこの位置で停止する。図９（Ｆ）は、図９（Ｅ）の状態から、ヒンジ４２の主軸を中心に回転された光学フィルタ４１が、糖度測定装置１１の本体１２の表面に接している状態、すなわち測定モードの状態である。

図８（Ｂ）は、単一測定モードにおける測定結果を糖度測定装置１１の表示部１３に表示した状態を示している。表示部１３の一部を覆っている光学フィルタ４１は、可視光線を透過するので、使用者は表示部１３の測定結果を容易に認識できる。

第２の実施形態においては、図４に示した通信部３１は、第１の実施形態における光信号ではなく、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線通信によって外部のパソコン等と通信する。したがって、「データ送信モード」においてスタートボタンＳがオンされたときは、ＣＰＵ３０１は、内部のレジスタに記憶している血糖値の情報を、パソコン等を通じて医療機関のサーバに送信することができる。さらに、「プログラム更新モード」においてスタートボタンＳがオンされたときは、ＣＰＵ３０１は、ＥＥＰＲＯＭ３０３に記憶している血糖値検出処理のプログラムを、パソコン等を通じて医療機関から送信されるプログラムによって更新することができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１０は、第３の実施形態における糖度測定装置２１の外観を示す平面図である。糖度測定装置２１は、デスクトップ型の糖度測定装置である。この第３の実施形態における糖度測定装置２１は、図１、図２、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５、及び図６に示した第１の実施形態における糖度測定装置１１の構成とほとんど同じである。したがって、これらの図を適宜援用するとともに、第１の実施形態と異なる部分を中心に、第３の実施形態の糖度測定装置２１を説明する。

図１０（Ａ）に示すように、糖度測定装置２１は、本体２２、表示部２３、４個のボタン２４、カバー２５を備えている。カバー２５は、ヒンジ（図示せず）によって開閉可能な状態で本体２２に取り付けられている。本体２２のフックスイッチ２６を押したときは、図１０（Ｂ）に示すように、カバー２５を開くことができる。また、糖度測定装置２１は、ケーブル２９によって外部の装置（図示せず）と接続することができる。

図１０（Ｂ）において、カバー２５を開いた状態の本体２２には、使用者が手の平や指等を接触して血糖値を測定するための検出部２７が設けられている。検出部２７の内部には、第１の実施形態と同様の、光学フィルタ、複数の光学ユニット（レンズ、発光素子、受光素子）及び半導体回路、その他、図４（Ａ）、（Ｂ）に示した回路が設けられている。

図１０（Ａ）に示す表示部２３には、較正モードにおいて、スタートボタンＳを押すことを促すメッセージが表示される。較正モードにおいては、カバー２５の内側に、図１０（Ｂ）に示す反射部材２８によって、測定モードで検出した反射光の強度を正規化するための、各光学ユニットの反射光の強度の基準値を取得することができる。図１０（Ｂ）に示す表示部２３には、第１の実施形態と同様に、血糖値及びヘモグロビンＡ１Ｃの測定結果が表示されている。

なお、上記第１の実施形態ないし第３の実施形態の変形例として、すべての光学ユニットが同一の波長の光ビームを発光する構成にしてもよい。

１レンズ
２発光素子
３受光素子
１１、２１糖度測定装置
３０制御部
４１光学フィルタ
３０１ＣＰＵ（演算回路）

Claims

血液の糖度のデータを測定する糖度測定装置であって、
透明なプラスチック板の一方の面に凸部を有し、他方の面が平坦な形状の複数のレンズが一体成型されたレンズ基板と、
前記レンズ基板の前記他方の面において、前記複数のレンズの各々に対応して形成され、糖度に応じて吸収率が高くなる特定の波長の光ビームを順次発光して対応するレンズを透過させる複数の発光素子と、
前記レンズ基板の前記他方の面において、前記複数のレンズの各々に対応して形成され、前記発光素子の外縁に近接する内縁によって前記発光素子を囲み、かつ、当該内縁と当該内縁の外側の外縁とによって画定される領域において、対応するレンズを透過して入射する前記波長の光を受光して、その光の強度値を示す電気信号を発生する複数の受光素子と、
光ビームを発光した発光素子を囲む受光素子から発生される電気信号で示される光の強度値を順次記憶し、記憶した複数の強度値に基づいて前記レンズ基板の前記一方の面に近接する対象の糖度のデータを算出する演算回路と、
を有することを特徴とする糖度測定装置。
前記演算回路は、記憶した複数の強度値の中で最も小さい強度値に基づいて糖度のデータを算出することを特徴とする請求項１に記載の糖度測定装置。
前記演算回路は、記憶した複数の強度値の中で予め設定された閾値未満の強度値の平均値に基づいて糖度のデータを算出することを特徴とする請求項１に記載の糖度測定装置。
操作に応じて較正モード又は測定モードを設定するボタン、及び、移動操作に応じて前記レンズ基板の前記一方の面に近接し、前記発光素子によって発光される前記波長の光ビームを反射する反射部材をさらに備え、前記演算回路は、前記較正モードにおいて、前記複数の発光素子から順次発光された光ビームに対して、前記反射部材による反射光を対応する受光素子が受光したときは、当該反射光の強度値を各レンズ、各発光素子及び各受光素子の基準値として記憶し、かつ、前記測定モードにおいて、前記記憶した光の強度値を前記基準値で正規化して糖度のデータを算出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の糖度測定装置。
前記反射部材は、可視光線を透過し、かつ、前記特定の波長の光ビームを反射する光学フィルタであることを特徴とする請求項４に記載の糖度測定装置。