JPH09117437A

JPH09117437A - 無侵襲生化学センサ

Info

Publication number: JPH09117437A
Application number: JP28015195A
Authority: JP
Inventors: Toshiko Fujii; 稔子藤井; Yuji Miyahara; 裕二宮原; Osamu Ozawa; 理小沢; Tsuyoshi Sonehara; 剛志曽根原; Masao Kan; 正男管; Yutaka Masuzawa; 裕鱒沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1997-05-06

Abstract

(57)【要約】【解決手段】生体表面を吸引するための容器及びポンプ
を設け、容器内に発光素子，受光素子を固定した。【効果】皮膚表面の血管にうっ血が起こり、生体内の光
路中の血液量が増加するためＳＮ良く血液による光吸収
を測定することができる。生体の測定対象部が光に対し
て固定され、生体の動きによる誤差無く測定を行うこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は生体計測装置に係
り、特に血液中の生化学成分濃度等を無侵襲で測定する
生体計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の血液中の成分分析については、例
えば、生体計測とセンサ，戸川達男著（１９８６年）第
３７１頁から第４０３頁において述べられている。ここ
では可視光もしくは近赤外光による血液酸素飽和度及び
ビリルビン濃度の経皮計測について述べられている。測
定部位をカフによって圧迫し、虚血状態にして組織のみ
の光吸収を求め、光吸収によって測定値を補正するオキ
シメータや、皮膚に一定圧が加わった状態で光源が発光
する構成をもつビリルビン計測装置等の非侵襲計測法
や、穿刺型，カテーテル型のセンサを血管内に留置して
血液ガスやグルコース濃度を連続測定する方法について
述べられている。

【０００３】また臨床用自動分析，小澤恭一著（１９８
５年）、第５０頁から第５４頁では、体外に採取した血
液を分析するための自動分析計について述べられてい
る。この装置は一般的に化学の分野で用いられている比
色法を血液分析用に最適化し自動化したものである。ま
た特開昭60−236631号公報では、生体表面に光を照射
し、その反射光を測定することによって血液中のグルコ
ース濃度を測定する装置に関して述べられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の技術は、採血も
しくは血管中へのセンサ埋め込み等の、人体の侵襲を伴
う手法と、経皮的な侵襲を伴わない手法に分けられる。
前者の侵襲を伴う手法は、実際に病院等で使用されてい
る手法の大半を占めているが、患者の苦痛を伴うという
問題があり、低侵襲、もしくは非侵襲の分析手法の開発
が望まれている。一方それらのニーズに答えて後者の非
侵襲な分析法が考案され、幾つかは実用化されている。
しかし測定対象は血液酸素飽和度やビリルビン濃度の計
測等主に生体透過性がよく、対象に特異的な強い吸収を
もつ可視光を用いたものであった。グルコースやその他
の生化学成分に関しては、可視光領域に特異的な吸収が
無く、近赤外領域での特異的吸収が報告されているが、
吸収が微弱で検出が困難であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、生体表面に光を照射してその反射光を検出する装置
で、生体表面を吸引するための容器及びポンプを設け、
かつ容器中にに発光素子，受光素子を固定したものであ
る。

【０００６】上記手段は以下のように作用する。容器及
びポンプは、生体表面を吸引し、容器に固定された光照
射装置及び受光素子に対して生体表面の測定対象部位を
固定する。また生体表面を吸引することで、皮膚血管が
うっ血し、光が照射される面積あたりの血液量が増加
し、Ｓ／Ｎよく血液情報を測定することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第一の実施例であ
る無侵襲生化学センサの基本構成図である。センサ部１
は、半導体レーザ２と集光用レンズ３、及びフォトダイ
オード４，スリット５及びそれらを生体表面に固定する
ための治具６から構成されている。

【０００８】治具６は筒状の形態であり、一端は開口し
ており生体表面７に密着し、もう一端はスリット５やレ
ーザ２，フォトダイオード４等を固定するための支持体
８が設置されている。支持体８には、空間９を陰圧にす
るためのポンプ１０に通じる空気口１１が設けられてい
る。

【０００９】治具６を生体表面７に密着させた後、生体
表面７と支持体８の間に構成される空間９は、ポンプ１
０によって陰圧に保持され、生体表面７が治具６中に吸
引され、レーザ２及びフォトダイオード４に対して生体
表面の測定対象部を固定することができる。測定対象部
の固定が終了した後、電流源１２を駆動させ、レーザ２
の出力を開始する。

【００１０】レーザ２から出力された光は、レンズ３に
より平行光束とされ、生体中に照射される。照射された
光は、一部は生体表面の角質層や表皮１３で反射，散
乱，吸収される。一方、表皮１３を透過し、真皮１４に
到達した光は、一部は組織によって散乱，吸収，反射さ
れ、一部は皮膚血管内の血液に到達し吸収，反射され
る。スリット５はこの真皮からの反射光を、角質層，表
皮からの反射光から選択的にフォトダイオード４に受光
させるため設置されている。フォトダイオード４によっ
て検出された光はアンプ１５，ＡＤ変換器１６をへて演
算部１７にデジタル信号として入力される。

【００１１】図２は非吸引時（ａ）と吸引時（ｂ）の皮
膚血管のモデルである。皮下組織から真皮１４内に入っ
た動脈は真皮内で分枝して皮膚血管１８となる。皮膚血
管１８は、真皮の上層へ上行した後、反転して再び集合
し皮下組織へつらなる。生体表面の吸引時ではこの皮膚
血管の反転部１９にうっ血が生じると考えられる。従っ
て図２（ａ）に示すように非吸引時の真皮内の光路２０
中の血液量よりも、同図（ｂ）のように吸引時の真皮内
の光路２０中の血液量が多くなり、ＳＮ良く血液の光吸
収を測定することができる。

【００１２】図３は本発明の第二の実施例の無侵襲グル
コースセンサの構成図である。図１で示した基本構成の
他に圧力センサ２１，制御部２２を設け、圧力センサ２
１によって空間９の内圧を測定し、制御部２２によって
ポンプ１０の吸引力を制御する。

【００１３】また半導体センサ２には、グルコースの吸
収がある波長１.５６３，２.０７６及び２.２７２μｍ
のいずれかの光を出力する近赤外ＧａＡｌＡｓレーザを
用い、フォトダイオード４にはＩｎＧａＡｓを用いた。

【００１４】治具６を生体表面に密着させ、支持体８表
面に設置された圧力センサ２１の出力が第一の設定値ｐ
になるようポンプ１０によって、生体を吸引し、吸引状
態を一定に保持する。このとき第一回目の光の生体への
照射を行い、生体の光吸収ｓを測定する。次に更にポン
プ１０によって圧力センサ２１の出力が第二の設定値ｑ
（ｐ＞ｑ）になるまで生体の吸引を行い、吸引状態を一
定に保持する。このとき第二回目の光の生体への照射を
行い、生体の光吸収ｔを測定する。圧力センサの出力が
ｑの状態では、出力がｐの状態に比較して、皮膚血管の
うっ血状態が進み、光路中の血液量が多くなっている。
血液量の増加に比較して、皮膚組織の変動はほとんど無
いと考えられるため、出力ｑのときの光吸収ｔと出力ｐ
のときの光吸収ｓの差ｒ（＝ｔ−ｓ）を演算部１６によ
って算出することで、皮膚組織による吸収を除去し、吸
引状態の変化によって変動した血液量の光吸収のみを抽
出することができる。半導体レーザ２が出力する光は血
液中のグルコースによって吸収されるため、上記の測定
によって血液中のグルコースの濃度変動を知ることがで
きる。

【００１５】図４は本発明の第三の実施例の構成図であ
る。第一の実施例の発光素子，受光素子の支持体８に生
体表面が密着するまでポンプ１０によって吸引し、発光
素子及び受光素子からの生体の距離を一定に規定し、再
現性良く測定が行える。

【００１６】図５は本発明の第四の実施例の構成図であ
る。本実施例は、生体７をポンプ１０によって吸引し、
支持体８の凹部分に密着するまで陥入させ、支持体８に
固定した半導体レーザ２から光を出力させ、生体を透過
した光をフォトダイオード４によって検出する構成とな
っている。

【００１７】図６は本発明の効果を表わしたグラフであ
る。図６は本発明の第二の実施例によってヒト血液中の
グルコース濃度を無侵襲で計測した結果である。横軸に
は、従来の採血によって測定したグルコース濃度、縦軸
には本実施例で測定した信号ｒを示した。本図によれ
ば、信号ｒと血液中のグルコース濃度との相関はｒ＝
０.９であり、ｒの変動によって血液中のグルコース濃
度を無侵襲で測定できることがわかった。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、血液中のグルコース濃
度を無侵襲で感度良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例のセンサを示す説明図。

【図２】本発明の第一の実施例で血管組織モデルを示す
模式図。

【図３】本発明の第二の実施例のセンサを示す説明図。

【図４】本発明の第三の実施例のセンサを示す説明図。

【図５】本発明の第四の実施例のセンサを示す説明図。

【図６】本発明の効果を表わす説明図。

【符号の説明】

１…センサ部、２…半導体レーザ、３…集光用レンズ、
４…フォトダイオード、５…スリット、６…治具、７…
生体表面、８…支持体、９…空間、１０…ポンプ、１１
…空気口、１２…電流源、１３…表皮、１４…真皮、１
５…アンプ、１６…ＡＤ変換器、１７…演算部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者曽根原剛志東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者管正男東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者鱒沢裕東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を生体の表面に入射させ、前記生体から
の拡散，透過，反射光を検出することによって前記生体
中の情報を計測するセンサにおいて、開口部を有する容
器と、前記容器の開口部を生体表面に密着させることに
よって生じる前記容器中の空間を陰圧に保つための機構
と、前記容器中の開口部に密着した生体表面に光を照射
するよう前記容器内部に固定された発光素子と、生体表
面及び内部から拡散，透過，反射される光を検出するた
めに前記容器内部に固定された受光素子を備えたことを
特徴とする無侵襲生化学センサ。
【請求項２】光を生体表面に入射させ、前記生体からの
拡散，透過，反射光を検出することによって生体中の情
報を計測するセンサにおいて、開口部を有する容器と、
前記容器の開口部を生体表面に密着させることによって
生じる前記容器中の空間を陰圧に保つための機構と、前
記容器中の開口部に密着した生体表面に光を照射するよ
う前記容器内部に固定された発光素子と、生体表面及び
内部から拡散，透過，反射される光を検出するために前
記容器内部に固定された受光素子と、前記容器内部の空
気圧もしくは生体表面が前記容器内に吸引される圧力を
制御するための圧力センサを前記容器内部に備えたこと
を特徴とする無侵襲生化学センサ。
【請求項３】請求項１または２に記載の容器内に、吸引
した生体表面を密着させるための支持体を設け、発光素
子及び受光素子に対して生体表面の測定部位を固定する
無侵襲生化学センサ。
【請求項４】生体表面を吸引する圧力の制御によって、
生体内光路中の血液量を増減させることで、生体組織の
影響を除去し、血液のみによる光吸収を抽出する測定方
式を有する請求項２に記載の無侵襲生化学センサ。
【請求項５】生体表面と受光素子の間にスリットを設け
た請求項１または２に記載の無侵襲生化学センサ。
【請求項６】０.６μｍ〜２.５μｍの少なくとも一波長
の近赤外光を生体表面に照射する請求項１または２に記
載の無侵襲生化学センサ。
【請求項７】請求項１または２に記載の発光素子及び受
光素子は、半導体レーザ及びフォトダイオードである無
侵襲生化学センサ。