WO2018123296A1 - 生体モニタ装置及び尿の分析方法 - Google Patents

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WO2018123296A1
WO2018123296A1 PCT/JP2017/040682 JP2017040682W WO2018123296A1 WO 2018123296 A1 WO2018123296 A1 WO 2018123296A1 JP 2017040682 W JP2017040682 W JP 2017040682W WO 2018123296 A1 WO2018123296 A1 WO 2018123296A1
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WO
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detection
urine
detection target
detection element
qcm
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PCT/JP2017/040682
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服部　将志
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太陽誘電株式会社
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    • G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content

Definitions

  • the present invention relates to a biological monitor device and a urine analysis method.
  • Health management devices that can analyze urine that can be mounted on a Western-style toilet installed in a toilet and support an individual's health check have been proposed (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3). .)
  • This health management device is provided with urine collection means and is configured to analyze the collected urine.
  • an object of the present invention is to provide a living body monitor device and a urine analysis method capable of easily determining a health management state related to diabetes.
  • a living body monitor apparatus includes a first detection element, a second detection element, a third detection element, and a determination unit.
  • the first detection element detects moisture from the detection target.
  • the second detection element detects ammonia from the detection target.
  • the third detection element detects a ketone body from the detection target.
  • the determination unit determines whether the detection target is a ketone body based on the detection results of the first, second, and third detection elements. It is determined whether the urine contains urine.
  • the detection target is urine containing ketone bodies, and whether early detection of diabetes, diabetes status and blood glucose control can be appropriately managed. It is possible to easily manage physical condition such as. *
  • the first and second detection elements can determine whether the detection target is urinated urine.
  • the detection target is urine adhering to the toilet.
  • moisture is detected by the first detection element and ammonia is detected by the second detection element, it can be determined that the detection target is a volatile component of urinated urine.
  • the detection target is a gas molecule of moisture other than urine.
  • moisture is detected by the first detection element and ammonia is detected by the second detection element, it is possible to determine that the detection target is a gas molecule of the urinated liquid urine.
  • ketone bodies are produced and excreted in urine Is done. Therefore, by detecting urine containing a ketone body, it is assumed that the urine is human urine with the possibility of diabetes, leading to early detection of diabetes.
  • the determination unit may determine whether moisture is included in the detection target based on a detection result of the first detection element. This makes it possible to determine whether the detection target is urine and water other than urine.
  • the determination unit determines that the detection target contains moisture based on the detection result of the first detection element, does the detection target include ammonia based on the detection result of the second detection element? It may be determined whether or not. This makes it possible to determine whether the detection target is urinated urine or water other than urine.
  • the detection target When the determination unit determines that ammonia is included in the detection target based on the detection result of the second detection element, the detection target includes a ketone body based on the detection result of the third detection element. It may be determined whether or not. This makes it possible to determine whether the detection target is urine containing a ketone body or urine not containing a ketone body.
  • At least one of the first detection element, the second detection element, and the third detection element may include a vibrator and an adsorption film provided on the vibrator.
  • a QCM QuadratzartCrystal Microbalance
  • the first detection element may include a first vibrator and a first adsorption film that adsorbs the gas molecules of the water made of polyvinyl alcohol provided on the first vibrator.
  • a QCM sensor element can be used as the first detection element, and moisture can be detected using the first adsorption film made of polyvinyl alcohol.
  • the second detection element has a second vibrator and a second vibrator that adsorbs the ammonia gas molecules made of an organic material having a hydroxyl group or a phosphate group as a sensitive group provided on the second vibrator. You may have the adsorption film.
  • a QCM sensor element can be used as the second detection element, and ammonia can be detected using the second adsorption film made of an organic material having a hydroxyl group or a phosphate group as a functional group.
  • an organic material having a hydroxyl group or a phosphate group as a functional group for example, ditetradecyl phosphate can be used. *
  • the third detection element is configured to adsorb gas molecules of the ketone body formed using a third vibrator, a vinylidene fluoride resin provided on the third vibrator and trifluoroethylene. You may have 3 adsorption films.
  • a QCM sensor element can be used as the third detection element, and acetone, which is a ketone body, is detected by using the third adsorption film formed using vinylidene fluoride resin and trifluoroethylene. be able to.
  • a method for analyzing urine detects a ketone body, ammonia and moisture from a detection target, and the detection target is urine containing a ketone body based on the detection result. Analyze whether there is.
  • the detection target may be analyzed as urine having a high possibility of containing urine sugar.
  • the detection target is a human urine gas molecule having a high possibility of diabetes, and that urine is likely to contain urine sugar.
  • FIG. 1 It is a figure showing composition of a living body monitor system using a living body monitor device concerning an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the structure of the biological monitor apparatus shown in FIG. It is a flowchart which shows the detection method of the biological monitor apparatus shown in FIG. It is a figure which shows the adsorption
  • FIG. 1 shows a configuration of a biological monitor system using a biological monitor device.
  • FIG. 2 shows the configuration of the biological monitor device.
  • the biological monitor device 100 is configured to be attachable to the back of a toilet seat of a Western-style toilet, for example.
  • the biological monitor device 100 detects moisture, ammonia, and ketone bodies from the detection target, and determines whether or not the detection target is urine containing the ketone body based on these detection results.
  • the analysis result generated based on the determination result can be confirmed by the user on a display device such as a portable device described later.
  • the analysis result is configured to be associated with the detection date and time so that it can be stored in time series, and the user can manage his / her physical condition by checking the time series analysis result on the display device. *
  • the biological monitor system includes a biological monitor device 100 and a portable device 200 as a display device having a display unit 201 for a result detected by the biological monitor device 100.
  • the portable device 200 and the biological monitor device 100 can wirelessly transmit signals using a communication module. *
  • the biological monitor device 100 includes a substrate (not shown), a first QCM sensor element (hereinafter referred to as a first QCM) 101 as a first detection element, and a second A second QCM sensor element (hereinafter referred to as a second QCM) 102 as a detection element; a third QCM sensor element (hereinafter referred to as a third QCM) 103 as a third detection element; 1 frequency counter circuit 111, second frequency counter circuit 112, third frequency counter circuit 113, information processing unit 120, temperature / humidity sensor 130, power supply circuit 140, communication module 150, lithium ion A polymer secondary battery 160, a charging circuit 170, a charging dedicated USB terminal 180, and a power switch (power SW) 190 are provided.
  • a first QCM sensor element hereinafter referred to as a first QCM
  • a second QCM sensor element hereinafter referred to as a second QCM
  • a third QCM sensor element hereinafter referred to as a third QCM
  • Each of the three QCMs 101 to 103 has a configuration including a crystal resonator as a resonator and an adsorption film that adsorbs a specific gas provided on the crystal resonator.
  • the basic structure is the same, only different. Since the resonance frequency of the crystal unit decreases in proportion to the weight of the gas adsorbed to the adsorption film, the amount of change in the resonance frequency is measured for each crystal unit, and based on this measurement result, moisture, ammonia It is possible to detect whether or not a ketone body is contained.
  • a crystal resonator having a resonance frequency of 9 MHz is used as the detection element, but the present invention is not limited to this.
  • ceramic resonators, surface acoustic wave elements, cantilevers, diaphragms, etc. can be used in addition to quartz resonators, and physical changes such as weight increase and expansion stress increase due to gas adsorption of the adsorption film are detected and converted to electrical signals. Applicable if possible.
  • the first QCM 101 (second QCM 102, third QCM 103) includes a first crystal resonator 13 (second crystal resonator 23, third crystal resonator 33) and electrodes 11 (21, 31).
  • the first adsorption film 12 (second adsorption film 22, third adsorption film 32), lead land 16A (26A, 36A), lead land 16B (26B, 36B), and lead 14A (24A, 34A), leads 14B (24B, 34B), pin terminals 19A (29A, 39A), and pin terminals 19B (29B, 39B).
  • the quartz oscillator 13 (23, 33) is an AT-cut quartz plate. *
  • the electrodes 11 (21, 31) are formed on both surfaces of the crystal resonator 13 (23, 33), respectively, and the adsorption film 12 (22, 32) is formed on one surface of the crystal resonator 13 (23, 33). Formed on the electrode 11 (21, 31).
  • the lead land 16A (26A, 36A) is integrally formed with the electrode 11 (21, 31) formed on one surface, and the lead land 16B (26B, 36B) is formed on the other surface. , 31). *
  • Lead 14A (24A , 34A) and the leads 14B (24B, 34B) are made of a metal spring material and are arranged in parallel to each other.
  • One end of the lead 14A (24A, 34A) is electrically connected to the electrode 11 (21, 31) formed on one surface via the lead land 16A (26A, 36A), and the other end is connected to the pin terminal 19A ( 29A, 39A).
  • One end of the lead 14B (24B, 34B) is electrically connected to the electrode 11 (21, 31) formed on the other surface via the lead land 16B (26B, 36B), and the other end is pin terminal 19B (29B). , 39B).
  • the pin terminal 19A (29A, 39A) and the pin terminal 19B (29B, 39B) are supported by the terminal block 18 (28, 38) provided on the substrate, and the crystal unit is supported by the terminal block 18 (28, 38). 13 (23, 33) is supported in a freely oscillating manner. *
  • the pin terminals 19A (29A, 39A) and 19B (29B, 39B) of the QCM 101 (102, 103) are connected to an oscillation circuit (not shown), and a drive voltage is applied to the QCM 101 (102, 103).
  • a drive voltage is applied to the QCM 101 (102, 103)
  • the crystal resonator 13 (23, 33) vibrates at a specific resonance frequency (9 MHz in this example).
  • the mass of the adsorption film 12 (22, 32) is changed by adsorbing the gas, and the oscillation frequency of the crystal resonator 13 (23, 33) is lowered according to the amount of adsorption.
  • the first QCM 101, the second QCM 102, and the third QCM 103 are connected to the first frequency counter circuit 111, the second frequency counter circuit 112, and the third frequency counter circuit, respectively.
  • the first frequency counter circuit 111 (second frequency counter circuit 112, third frequency counter circuit 113) detects the resonance frequency of the first QCM 101 (second QCM 102, third QCM 103).
  • Each frequency counter circuit 111 to 113 outputs an electrical signal of the detected resonance frequency to the information processing unit 120.
  • the first QCM 101 detects moisture
  • the second QCM 102 detects ammonia
  • the third QCM 103 detects a ketone body.
  • the adsorption films 12, 22, and 32 formed on the respective QCMs 101 to 103 are made of different materials and different in adsorption characteristics. Details of the adsorption film will be described later. *
  • the temperature / humidity sensor 130 detects the temperature and humidity of the atmosphere in which the biological monitor device 100 is placed. Depending on the type of the adsorption film, the resonance frequency detected by the change in the temperature or humidity of the atmosphere varies greatly. In this embodiment, based on the temperature detected by the temperature / humidity sensor 130, the resonance frequency detected by each of the QCMs 101 to 103 is corrected so as to cancel the change in the resonance frequency due to temperature. Resonance frequency change data according to temperature is stored in advance in the storage unit 124 of the information processing unit 120 described later for each adsorption film. *
  • the resonance frequency detected by each of the QCMs 101 to 103 is corrected so as to cancel the change in the resonance frequency due to humidity.
  • Resonance frequency change data corresponding to humidity is stored in advance in the storage unit 124 of the information processing unit 120 described later for each adsorption film.
  • the resonance frequency is corrected using humidity detected when urine or water other than urine is not put into the toilet.
  • the first adsorption film 12 of the first QCM 101 is a detection element having a characteristic of adsorbing moisture, adsorbs moisture in the air other than urine, and the resonance frequency changes depending on humidity in the air. Therefore, even if the toilet is not used and urination is not performed, there is a possibility that moisture is detected by the humidity in the air. Therefore, in this embodiment, the resonance frequency detected by the first QCM is corrected so as to cancel the change in resonance frequency due to humidity detected when urine or water other than urine is not put into the toilet.
  • the resonance frequency is corrected using the humidity detected when urine or water other than urine is put into the toilet.
  • the temperature / humidity sensor 130 for example, a digital temperature / humidity sensor (model number: SHT21) manufactured by Sensirion Co., Ltd. can be used. *
  • the resonance frequency change detected by each QCM is corrected based on the temperature and humidity detected by the temperature / humidity sensor 130, and is detected by the determination unit 122 described later from the corrected resonance frequency change. It is determined whether the subject contains moisture, ammonia, or a ketone body.
  • the power supply circuit 140 generates required output power from the input power.
  • the communication module 150 is used for wireless connection between the biological monitor device 100 and the portable device 220.
  • the biological monitor device 100 is configured to be operable with a battery, for example, a lithium ion polymer secondary battery 160.
  • the biological monitor device 100 includes a charging circuit 170 for charging the lithium ion polymer secondary battery 160 and a USB terminal 180 dedicated for charging.
  • the biological monitor device 100 is provided with a power switch (power supply SW) 190 that turns the biological monitor device 100 on and off.
  • BLUETOOTH registered trademark
  • BLUETOOTH registered trademark
  • the information processing unit 120 includes an input unit 121, a determination unit 122, a grant unit 123, a storage unit 124, and an output unit 125. *
  • the input unit 120 includes an electrical signal having a resonance frequency of the first QCM 101 detected by the first frequency counter circuit 111, the second frequency counter circuit 112, and the third frequency counter circuit 113, and the second QCM 102.
  • the electrical signal having the resonance frequency, the electrical signal having the resonance frequency of the third QCM 103, and the temperature and humidity information detected by the temperature / humidity sensor 130 are input.
  • the determination unit 122 determines whether the detection target includes a ketone body, whether it includes ammonia, It is determined whether or not it contains moisture. The determination unit 122 determines whether the detection target is urine containing a ketone body.
  • the determination unit 122 corrects the resonance frequency change of each of the QCMs 101 to 103 based on the input temperature and humidity. It is determined from the corrected resonance frequency change of the first QCM whether moisture is contained in the detection target. Further, it is determined from the corrected resonance frequency change of the second QCM whether ammonia is contained in the detection target. Further, it is determined from the corrected resonance frequency change of the third QCM whether or not a ketone body is included in the detection target. *
  • the assigning unit 123 generates an analysis result based on the determination result of the determination unit 122 and assigns the analysis result to the detection target.
  • Analytical results show that urine gas containing ketone bodies is a urine gas molecule that does not contain ketone bodies, is highly likely to be gas molecules other than urine, but is not water containing urine, is highly likely to be gas molecules of water other than urine It is either a molecule.
  • the providing unit 123 gives the analysis result that the detection target is a gas molecule of urine that does not contain a ketone body, the possibility that the subject is diabetic is low, or the user already knows that the subject has diabetes. For example, the analysis result that the blood glucose control is in an appropriate state is also given to the detection target. In addition, when the providing unit 123 gives the analysis result that the detection target is a gas molecule of urine containing a ketone body, it is already known that the user is likely to be diabetic or the user is diabetic. If so, the analysis result that there is a possibility that blood glucose control is not properly performed is also given to the detection target. *
  • the storage unit 124 stores the detection date and time, the resonance frequency change of each of the QCMs 101 to 103 input to the input unit 121 and the analysis result applied by the applying unit 123 in association with each other, and stores these data in time series.
  • the output unit 125 receives the analysis result signal including the detection date and time stored in the storage unit 124, the resonance frequency change of each of the QCMs 101 to 103 input to the input unit 121, and the analysis result applied by the applying unit 123. Output to.
  • the analysis result signal is transmitted to the mobile device 200 as a display device via the communication module 150, and the analysis result or the like is displayed on the display unit 201 of the mobile device 200.
  • the information processing unit 120 and the communication module 150 can transmit and receive signals, and the portable device 200 and the information processing unit 120 can transmit and receive signals through the communication module 150. In this way, the analysis result is configured to be confirmed by the user on the display unit 201 of the mobile device 200.
  • FIG. 5 is a diagram showing the adsorption characteristics of each adsorption film.
  • the first adsorption film 12 formed on the first QCM 101 is an adsorption film having a characteristic of selectively adsorbing moisture gas molecules in particular.
  • a water-soluble organic film is suitable, and for example, polyvinyl alcohol can be used.
  • the second adsorption film 22 formed on the second QCM 102 is an adsorption film having a characteristic of selectively adsorbing ammonia gas molecules in particular.
  • An organic film having a functional group having a large interaction with ammonia is suitable for the second adsorption film 22.
  • ammonia can be detected using an adsorption film made of an organic material having a hydroxyl group or a phosphate group as a functional group.
  • an organic material having a hydroxyl group or a phosphate group as a functional group for example, ditetradecyl phosphate can be used.
  • the third adsorption film 32 formed on the third QCM 103 is an adsorption film having a characteristic of selectively adsorbing gas molecules of a ketone body in particular.
  • a highly polar organic film is suitable for the third adsorption film 32.
  • the third adsorption film 32 is formed of a material containing a fluororesin.
  • the third adsorption film 32 of the present embodiment is formed using a vinylidene fluoride resin (polyvinylidene fluoride; hereinafter referred to as PVDF) and trifluoroethylene (hereinafter referred to as TrFE) as a fluororesin.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • TrFE trifluoroethylene
  • a copolymer Specifically, PVDF and TrFE are blended so that the blending weight ratio is 8: 2, and a copolymerized powder is dissolved in methyl ketone to prepare a solution. This solution is spin-coated. After coating on the electrode 31 formed on one surface of the crystal unit 33, the solvent is volatilized in a drying furnace to form the third adsorption film 32.
  • TrFE trifluoroethylene
  • PVDF has a high dielectric property because a fluorine atom can freely rotate in a linear structure in which CF 2 and CH 2 are alternately bonded.
  • TrFE the adsorption film 32 can be easily formed. That is, PVDF has a very high degree of crystallinity, so it is difficult to dissolve in a solvent, and even if dissolved, it easily precipitates and is difficult to handle.
  • copolymerization with TrFE can suppress crystallization and facilitate film formation.
  • tetrafluoroethylene resin polytetrafluoroethylene
  • tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer resin perfluoroalkoxyalkane
  • tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin perfluoroethylene propene copolymer
  • Ethylene tetrafluoride-ethylene copolymer resin ethylene-tetrafluoroethylene copolymer
  • ethylene trifluoride-ethylene copolymer resin ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer
  • tetrafluoroethylene / perfluorodioxysol A resin selected from a copolymer resin (tetrafluoroethylene-perfluorodioxole copolymer) and a vinyl fluoride resin (polyvinyl fluoride) can be used.
  • FIG. 4 is a diagram showing the adsorption characteristics of various gases of the QCMs 101 to 103 on which the adsorption films 12, 22, and 32 having a surface area of 0.2 cm 2 and a film thickness of 1 ⁇ m are formed.
  • This characteristic evaluation was performed using a QCM measuring device (model number: THQ-100P) manufactured by Tama Device Co., Ltd. As gases, acetone, aqueous ammonia (10%), and moisture (humidity 80%) were used.
  • the QCMs 101 to 103 are arranged in the QCM device, one type of gas is introduced into the QCM device one by one, and it is applied to the gas detection element at a constant flow rate, here 300 sccm, and the maximum resonance frequency change at that time is plotted.
  • the adsorption characteristics of the adsorption films 12, 22, and 32 were evaluated.
  • the first adsorption film 12 of the first QCM 101 particularly adsorbs ammonia water and moisture well
  • the second adsorption film 22 of the second QCM 102 particularly adsorbs gas molecules of ammonia water.
  • the third adsorption film 32 of the third QCM 103 selectively adsorbs acetone gas molecules.
  • the second adsorption film 22 used for the second QCM and the third adsorption film 32 used for the third QCM are low in moisture adsorbability and highly accurate without being affected by the humidity environment. Detection is possible. *
  • the adsorption film of each QCM is made different, and based on the detection results of these QCMs, whether the detection target contains water, whether it contains ammonia, or whether it contains acetone, which is a ketone body. Can be determined. Based on the determination result, the detection target is not urine and water other than urine, but the possibility of gas molecules is high, the possibility of gas molecules of water other than urine is high, and acetone-free urine gas It is possible to analyze whether the molecule is a urine gas molecule containing acetone. A specific analysis method will be described below. *
  • FIG. 3 shows an analysis method using the biological monitor device 100 described above.
  • Table 1 shows the relationship between the combination pattern of the detection result of each QCM and the determination. *
  • the determination unit 122 determines that moisture is included in the detection target when the corrected resonance frequency change of the first QCM 101 is 250 Hz or more, and the corrected resonance frequency change is detected. When the frequency is less than 250 Hz, it is determined that the detection target does not contain moisture.
  • the determination unit 122 determines that ammonia is included in the detection target when the corrected resonance frequency change of the second QCM 102 is 100 Hz or more, and the detection target is determined when the corrected resonance frequency change is less than 100 Hz. Is determined not to contain ammonia. *
  • the determination unit 122 determines that acetone, which is a ketone body, is included in the detection target when the resonance frequency change after correction of the third QCM is 100 Hz or more, and the correction of the resonance frequency after correction is less than 100 Hz. In this case, it is determined that acetone, which is a ketone body, is not included in the detection target.
  • the detection target is urine gas molecules containing acetone, and human urine or blood glucose control with high possibility of diabetes is appropriately managed. Analyzed to be urine gas molecules likely to be urine of non-diabetic patients.
  • the detection target is a urine gas molecule not containing acetone, Analyzed to be gas molecules in human urine with a low probability of diabetes, or in urine of diabetics whose glycemic control is appropriately controlled.
  • the detection target is not urine or moisture other than urine but gas molecules. Analyzed as likely.
  • the detection target is not urine or moisture other than urine but the gas molecule Analyzed as likely.
  • pattern 5 which is a result of no detection in any of the adsorbed films, it is analyzed that the detection target is not urine and water other than urine but the possibility of gas molecules is high.
  • the detection target is urine and the gas molecules of which are not moisture other than urine. Analyzed as likely.
  • pattern 7 which is a result of detection by the first adsorption film 12 and the third adsorption film 32 and no detection by the second adsorption film 22, there is a high possibility that the detection target is a gas molecule of moisture other than urine. It is determined.
  • pattern 8 which is a result detected by the first adsorption film 12 and not detected by the second adsorption film 22 and the third adsorption film 32, there is a high possibility that the detection target is a gas molecule of moisture other than urine. Is analyzed. *
  • the biological monitor device 100 when gas molecules to be detected flow, the first QCM 101, the second QCM 102, and the third QCM 103 adsorb the gas molecules.
  • the first frequency counter circuit 111, the second frequency counter circuit 112, and the third frequency counter circuit 113 detect the resonance frequencies of the first QCM 101, the second QCM 102, and the third QCM 103, respectively.
  • Each frequency counter circuit 111 to 113 outputs an electrical signal of the detected resonance frequency to the information processing unit 120.
  • the input unit 120 includes a resonance frequency of the first QCM 101, a resonance frequency of the second QCM 102, a resonance frequency of the second QCM 102 detected by the first frequency counter circuit 111, the second frequency counter circuit 112, and the third frequency counter circuit 113, respectively. 3 and the temperature and humidity detected by the temperature / humidity sensor 130 are input. *
  • the determination unit 122 corrects the electrical signals of the resonance frequencies of the QCMs 101 to 103 input to the input unit 120 based on the temperature and humidity information. Next, the determination unit 122 determines whether or not the corrected resonant frequency change of the first QCM 101 is 250 Hz or more, that is, whether or not the detection target contains moisture (S101). When the determination unit 122 determines No in S ⁇ b> 101, the application unit 123 provides an analysis result indicating that there is a high possibility of gas molecules although it is not water containing urine, and the analysis ends. *
  • the process proceeds to S102.
  • S102 it is determined whether or not the corrected resonance frequency change of the second QCM 102 is 100 Hz or more, that is, whether or not the detection target contains ammonia. If the determination unit 122 determines No in S102, the applying unit 123 adds an analysis result that is a gas molecule of moisture other than urine to the detection target, and the analysis ends.
  • the process proceeds to S103.
  • S103 it is determined whether or not the corrected resonance frequency of the third QCM 103 is 100 Hz or more, that is, whether or not acetone is included. If the determination unit 122 determines No in S103, the grant unit 123 analyzes that the urine gas molecule does not contain acetone and has a low possibility of diabetes, or that blood glucose control is in an appropriate state. Is added to the detection target, and the analysis ends.
  • the grant unit 123 detects an analysis result indicating that it is a urine gas molecule containing acetone and possibly having diabetes, or that blood glucose control is not in an appropriate state. It is given to the subject and the analysis ends.
  • urine containing acetone as a detection target using the first detection element for detecting moisture, the second detection element for detecting ammonia, and the third detection element for detecting acetone It can be determined whether it is a gas molecule.
  • the detection target is a urine gas molecule containing acetone
  • the detection target is likely to be a urine gas molecule of a diabetic human, and the urine is likely to contain urine sugar. Is analyzed. Based on the analysis result, early detection of diabetes is possible, and it can be confirmed whether or not the blood glucose control of the diabetic patient is appropriately managed, and can be used for physical condition management.
  • the detection target is a urine gas molecule that does not contain acetone
  • the user is less likely to have diabetes, or blood glucose control is performed for a user who is already known to have diabetes. It is analyzed that it is properly managed and can be used for physical condition management.
  • the health management state related to diabetes is determined by analyzing urine gas molecules, it is not necessary to collect urine, and it is not necessary to provide a urine collecting means and a washing mechanism for washing the urine. Analysis can be performed easily.
  • QCM is used as a detection element to detect gas molecules of acetone, ammonia, and moisture, but other ketone bodies may be detected instead of acetone.
  • the analysis result is configured to be visible by a display device provided separately from the biological monitor device 100, and the display unit notifies the user of the analysis result by image display.
  • a display unit (notification unit) may be provided in the biological monitor device 100 so that the analysis result is displayed.
  • a lamp or a speaker may be provided, or notification may be performed by lighting of the lamp or sound from the speaker.
  • These notification units perform notification based on the detection result given to the detection target by the grant unit 123.
  • each notification means such as a lamp, a speaker, a display unit of a display device such as a portable device arranged outside the biological monitor device, and a display unit provided in the biological monitor device may be provided alone or in plural. You may combine. *
  • the lamp for example, when acetone is detected in a state where urination is detected (both ammonia and moisture are detected), a red lamp is lit and no acetone is detected. In this case, the green lamp is turned on. The lighting of the red lamp indicates a warning that there is a possibility of diabetes, and the lighting of the green lamp indicates that the possibility of diabetes is low.
  • the user can confirm the analysis result of urine in real time by using a display unit, a speaker, a lamp, or the like provided in a portable device or a living body monitor device, which can be used for early detection of diabetes and physical condition management.
  • the detection element As for the place where the detection element is installed, it can be installed in any place where the volatile components of urine can be detected in the toilet and where urine is not directly applied. It can also be provided on a wall or the like.
  • the resonance frequency detected from the first QCM 101 that adsorbs moisture in the air is corrected based on the humidity detected by the temperature / humidity sensor, and is detected from the corrected resonance frequency.
  • the present invention is not limited to this.
  • the time-dependent change of the resonance frequency detected from the first QCM 101 is monitored, and it is assumed that the time when the resonance frequency suddenly increases is the time when urine or water other than urine is put into the toilet. It is good also as determination of whether moisture is contained in.

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Abstract

【課題】糖尿に関する健康管理状態を簡易的に判定することが可能な生体モニタ装置及び尿の分析方法を提供すること。【解決手段】生体モニタ装置１００は、検出対象から水分を検出する第１の検出素子１０１と、前記検出対象からアンモニアを検出する第２の検出素子１０２と、前記検出対象からケトン体を検出する第３の検出素子１０３と、前記第１、前記第２及び前記第３の各検出素子の検出結果を基に、前記検出対象がケトン体を含む尿のにおいであるか否かを判定する判定部１２２を具備する。

Description

生体モニタ装置及び尿の分析方法
本発明は、生体モニタ装置及び尿の分析方法に関する。
トイレ内に設置された洋式便器に装着可能な尿の分析を行い、個人の健康チェックを支援することができる健康管理装置が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。この健康管理装置では、採尿手段が設けられており、採取した尿の分析を行うよう構成される。
特開平７－２０９２８９号公報 特開平１０－２６７９２５号公報 特開２０００－３１０６３１号公報
上述の健康管理装置では、尿そのものを分析するため、採尿手段を設ける必要があり、この採尿手段を洗浄する洗浄機構を設ける等、大掛かりな構成が必要であった。　
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、糖尿に関する健康管理状態を簡易的に判定することが可能な生体モニタ装置及び尿の分析方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る生体モニタ装置は、第１の検出素子と、第２の検出素子と、第３の検出素子と、判定部とを具備する。　上記第１の検出素子は、検出対象から水分を検出する。　上記第２の検出素子は、上記検出対象からアンモニアを検出する。　上記第３の検出素子は、上記検出対象からケトン体を検出する　上記判定部は、上記第１、上記第２及び上記第３の各検出素子の検出結果を基に、上記検出対象がケトン体を含む尿であるか否かを判定する。　
本発明のこのような構成によれば、検出対象がケトン体を含む尿であるか否かを判定することができ、糖尿病の早期発見、糖尿病の状態や血糖コントロールが適切に管理できているかどうか等の体調の管理を簡便に行うことができる。　
すなわち、第１及び第２の検出素子により、検出対象が排尿された尿か否かを判定することができる。　
第１の検出素子により水分が検出されず、第２の検出素子によりアンモニアが検出された場合、例えば検出対象はトイレに付着した尿のにおいと判断することができる。一方、第１の検出素子により水分が検出され、第２の検出素子によりアンモニアが検出された場合、検出対象は排尿された尿の揮発成分であると判断できる。　
また、第１の検出素子により水分が検出され、第２の検出素子によりアンモニアが検出されない場合、検出対象は尿以外の水分の気体分子であると判断することができる。一方、第１の検出素子で水分が検出され、第２の検出素子によりアンモニアが検出された場合、検出対象は排尿された液体の尿の気体分子と判断することができる。　
このように第１及び第２の検出素子により、検出対象が排尿された尿か否かを判定することができる。これにより、排尿された尿由来のものでないものを誤って検出する誤検出の発生を少なくすることができ、精度の高い検出が行える。　
そして、排尿された尿にケトン体が含まれているか否かを検出することにより、糖尿病の早期発見、体調管理を簡便に行うことが可能となる。　ここで、アセトン、アセト酢酸、ヒドロキシ酪酸は、脂肪が分解されてエネルギー源として利用される際に生成され、総称してケトン体と呼ばれる。糖尿病等でインスリンの不足等の理由によって、糖質が十分あるにもかかわらず、糖質をエネルギー源として適切に利用できずに脂肪をエネルギー源として利用すると、ケトン体が生成され、尿に排出される。したがって、ケトン体を含む尿を検出することにより、その尿は糖尿病の可能性があるヒトの尿であると推測され、糖尿病の早期発見につながる。また、糖尿病であってもうまく血糖コントロールできていれば、ケトン体は正常時よりも多く尿中にでることはない。したがって、既に糖尿病であるとわかっているヒトにおいては、尿中のケトン体の検出の有無により、血糖コントロールが適切に管理できているか否かを判断することができ、体調管理に役立てることができる。　
上記判定部は、上記第１の検出素子の検出結果を基に上記検出対象に水分が含まれるか否かを判定してもよい。　これにより、検出対象が、尿及び尿以外の水分であるかどうかを判断することができる。　
上記判定部は、上記第１の検出素子の検出結果を基に上記検出対象に水分が含まれると判定すると、上記第２の検出素子の検出結果を基に上記検出対象にアンモニアが含まれるか否かを判定してもよい。　これにより、検出対象が、排尿されている尿、又は、尿以外の水分のどちらであるかを判断することができる。　
上記判定部は、上記第２の検出素子の検出結果を基に上記検出対象にアンモニアが含まれると判定すると、上記第３の検出素子の検出結果を基に上記検出対象にケトン体が含まるか否かを判定してもよい。　これにより、検出対象が、ケトン体を含む尿、又は、ケトン体を含まない尿のどちらであるかを判断することができる。　
上記判定部による判定結果を基に、上記検出対象に分析結果を付与する付与部を更に具備してもよい。　
上記第１の検出素子、上記第２の検出素子、上記第３の検出素子のうち少なくとも１つの検出素子は、振動子と、上記振動子上に設けられた吸着膜を有してもよい。　このように検出素子としてＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサ素子を用いてもよい。　
上記第１の検出素子は、第１の振動子と、上記第１の振動子上に設けられたポリビニルアルコールからなる上記水分の気体分子を吸着する第１の吸着膜を有してもよい。　このように、第１の検出素子として、ＱＣＭセンサ素子を用いることができ、ポリビニルアルコールからなる第１の吸着膜を用いて水分を検出することができる。　
上記第２の検出素子は、第２の振動子と、上記第２の振動子上に設けられた水酸基又はリン酸基を感応基としてもつ有機材料からなる上記アンモニアの気体分子を吸着する第２の吸着膜を有してもよい。　このように、第２の検出素子として、ＱＣＭセンサ素子を用いることができ、水酸基又はリン酸基を官能基としてもつ有機材料からなる第２の吸着膜を用いてアンモニアを検出することができる。水酸基又はリン酸基を官能基としてもつ有機材料としては、例えばジテトラデシルリン酸等を用いることができる。　
上記第３の検出素子は、第３の振動子と、上記第３の振動子上に設けられたフッ化ビニリデン樹脂とトリフルオロエチレンを用いて形成された上記ケトン体の気体分子を吸着する第３の吸着膜を有してもよい。　このように、第３の検出素子として、ＱＣＭセンサ素子を用いることができ、フッ化ビニリデン樹脂とトリフルオロエチレンを用いて形成された第３の吸着膜を用いてケトン体であるアセトンを検出することができる。　
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る尿の分析方法は、検出対象から、ケトン体、アンモニア及び水分を検出し、上記検出結果を基に上記検出対象がケトン体を含む尿であるか否かを分析する。　
上記検出対象がケトン体を含む尿の気体分子であると分析すると、上記検出対象が尿糖を含む可能性が高い尿であると分析してもよい。　このように、尿からケトン体を検出することにより、検出対象が糖尿病の可能性の高いヒトの尿の気体分子であり、尿は尿糖を含む可能性が高いと分析することができる。
以上述べたように、本発明によれば、検出対象がケトン体を含む尿か否かを簡易的に判定することができる生体モニタ装置及び尿の分析方法を得ることができる。
本発明の実施形態に係る生体モニタ装置を用いた生体モニタシステムの構成を示す図である。 図１に示す生体モニタ装置の構成を示す図である。 図１に示す生体モニタ装置の検出方法を示すフローチャートである。 図１に示す生体モニタ装置に設けられる各検出素子の吸着特性を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、生体モニタ装置を用いた生体モニタシステムの構成を示す。図２は生体モニタ装置の構成を示す。生体モニタ装置１００は、例えば洋式トイレの便座の裏に装着可能に構成される。　生体モニタ装置１００は、検出対象から水分、アンモニア、ケトン体を検出し、これらの検出結果に基づいて、検出対象がケトン体を含む尿か否かを判定する。判定結果を基に生成される分析結果は後述する携帯機器といった表示装置にてユーザにより確認可能となっている。また、分析結果は検出日時と対応づけられて時系列に記憶可能に構成され、ユーザは時系列の分析結果を表示装置で確認することにより体調管理することが可能となっている。　
生体モニタシステムは、生体モニタ装置１００と、生体モニタ装置１００で検出された結果を表示部２０１を有する表示装置としての携帯機器２００とを具備する。携帯機器２００と生体モニタ装置１００とは通信モジュールを用いて信号の無線送信が可能となっている。　
[生体モニタ装置の構成]　生体モニタ装置１００は、基板（図示せず）と、第１の検出素子としての第１のＱＣＭセンサ素子（以下、第１のＱＣＭと称す）１０１と、第２の検出素子としての第２のＱＣＭセンサ素子（以下、第２のＱＣＭと称す）１０２と、第３の検出素子としての第３のＱＣＭセンサ素子（以下、第３のＱＣＭと称す）１０３と、第１の周波数カウンタ回路１１１と、第２の周波数カウンタ回路１１２と、第３の周波数カウンタ回路１１３と、情報処理部１２０と、温湿度センサ１３０と、電源回路１４０と、通信モジュール１５０と、リチウムイオンポリマー２次電池１６０と、充電回路１７０と、充電専用ＵＳＢ端子１８０と、電源スイッチ（電源ＳＷ）１９０とを具備する。　
３つのＱＣＭ１０１～１０３は、いずれも振動子としての水晶振動子と、該水晶振動子上に設けられた特定のガスを吸着する吸着膜を備えた構成を有しており、吸着膜の種類が異なるのみで基本構造は同じである。水晶振動子の共振周波数は吸着膜に吸着したガスの重量に比例して減少するので、水晶振動子毎に共振周波数の変化量を計測し、この計測結果を基に、検出対象に水分、アンモニア、ケトン体が含まれているか否かを検出することができる。　
本実施形態においては、検出素子に共振周波数が９ＭＨｚの水晶振動子を用いるが、これに限定されない。例えば、水晶振動子以外にセラミック振動子、表面弾性波素子、カンチレバー、ダイヤフラムなどを用いることもでき、吸着膜のガス吸着による重量増加、膨張応力増加等の物理変化を検出し、電気信号に変換できるものであれば適用できる。　
第１のＱＣＭ１０１（第２のＱＣＭ１０２、第３のＱＣＭ１０３）は、第１の水晶振動子１３（第２の水晶振動子２３、第３の水晶振動子３３）と、電極１１（２１、３１）と、第１の吸着膜１２（第２の吸着膜２２、第３の吸着膜３２）と、リードランド１６Ａ（２６Ａ、３６Ａ）と、リードランド１６Ｂ（２６Ｂ、３６Ｂ）と、リード１４Ａ（２４Ａ、３４Ａ）と、リード１４Ｂ（２４Ｂ、３４Ｂ）と、ピン端子１９Ａ（２９Ａ、３９Ａ）と、ピン端子１９Ｂ（２９Ｂ、３９Ｂ）とを有する。水晶振動子１３（２３、３３）は、ＡＴカットの水晶板である。　
電極１１（２１、３１）は、水晶振動子１３（２３、３３）の両面にそれぞれ形成され、吸着膜１２（２２、３２）は水晶振動子１３（２３、３３）の一方の面に形成された電極１１（２１、３１）上に形成される。リードランド１６Ａ（２６Ａ、３６Ａ）は一方の面に形成された電極１１（２１、３１）と一体形成されてなり、リードランド１６Ｂ（２６Ｂ、３６Ｂ）は他方の面に形成された電極１１（２１、３１）と一体形成されてなる。　
リード１４Ａ（２４Ａ
、３４Ａ）及びリード１４Ｂ（２４Ｂ、３４Ｂ）は金属バネ材からなり、互いに平行に配置される。　リード１４Ａ（２４Ａ、３４Ａ）は、一端がリードランド１６Ａ（２６Ａ、３６Ａ）を介して一方の面に形成された電極１１（２１、３１）と電気的に接続し、他端がピン端子１９Ａ（２９Ａ、３９Ａ）に接続する。リード１４Ｂ（２４Ｂ、３４Ｂ）は一端がリードランド１６Ｂ（２６Ｂ、３６Ｂ）を介して他方の面に形成された電極１１（２１、３１）と電気的に接続し、他端がピン端子１９Ｂ（２９Ｂ、３９Ｂ）に接続する。　
ピン端子１９Ａ（２９Ａ、３９Ａ）と、ピン端子１９Ｂ（２９Ｂ、３９Ｂ）は、基板上に設けられた端子台１８（２８、３８）に支持され、端子台１８（２８、３８）によって水晶振動子１３（２３、３３）は振動自在に支持される。　
ＱＣＭ１０１（１０２、１０３）のピン端子１９Ａ（２９Ａ、３９Ａ）及び１９Ｂ（２９Ｂ、３９Ｂ）は図示しない発振回路に接続され、ＱＣＭ１０１（１０２、１０３）に駆動電圧が印加される。ＱＣＭ１０１（１０２、１０３）は、駆動電圧が印加されると、水晶振動子１３（２３、３３）は固有の共振周波数（本例では９ＭＨｚ）で振動する。　
そして、吸着膜１２（２２、３２）がガスを吸着することにより質量が変化し、その吸着量に応じて水晶振動子１３（２３、３３）の発振周波数は低下する。第１のＱＣＭ１０１、第２のＱＣＭ１０２、第３のＱＣＭ１０３は、それぞれ第１の周波数カウンタ回路１１１、第２の周波数カウンタ回路１１２、第３の周波数カウンタ回路に接続される。第１の周波数カウンタ回路１１１（第２の周波数カウンタ回路１１２、第３の周波数カウンタ回路１１３）は、第１のＱＣＭ１０１（第２のＱＣＭ１０２、第３のＱＣＭ１０３）の共振周波数を検出する。各周波数カウンタ回路１１１～１１３からは、検出された共振周波数の電気信号が情報処理部１２０に出力される。　
第１のＱＣＭ１０１は水分を検出し、第２のＱＣＭ１０２はアンモニアを検出し、第３のＱＣＭ１０３はケトン体を検出する。各ＱＣＭ１０１～１０３それぞれに形成される吸着膜１２、２２、３２は、材料が異なり、吸着特性が異なる。吸着膜の詳細については後述する。　
温湿度センサ１３０は、生体モニタ装置１００が載置される雰囲気の温度、湿度を検出するものである。吸着膜の種類によっては、雰囲気の温度又は湿度の変化により検出される共振周波数が大きく変動する。　本実施形態においては、温湿度センサ１３０により検出された温度を基に、各ＱＣＭ１０１～１０３それぞれで検出された共振周波数は、温度による共振周波数変化をキャンセルするように補正される。温度に応じた共振周波数変化のデータは吸着膜毎に予め後述する情報処理部１２０の記憶部１２４に記憶されている。　
また、温湿度センサ１３０により検出された湿度を基に、各ＱＣＭ１０１～１０３それぞれで検出される共振周波数は、湿度による共振周波数変化をキャンセルするように補正される。湿度に応じた共振周波数変化のデータは吸着膜毎に予め後述する情報処理部１２０の記憶部１２４に記憶されている。　
第１のＱＣＭ１０１においては、尿又は尿以外の水分がトイレに投入される状態でないときに検出された湿度を用いて共振周波数を補正する。第１のＱＣＭ１０１の第１の吸着膜１２は、水分を吸着する特性を有する検出素子であり、尿以外にも空気中の水分を吸着し、空気中の湿度によっても共振周波数が変化する。したがって、トイレが使われず排尿がなされていない状態であっても、空気中の湿度によって水分を検出する可能性がある。そこで本実施形態においては、尿又は尿以外の水分がトイレに投入される状態でないときに検出された湿度による共振周波数変化をキャンセルするように、第１のＱＣＭで検出された共振周波数を補正することにより、空気中の湿度に影響されることなく、尿又は尿以外の水分がトイレに投入されたか否かを判定することができる。尚、尿又は尿以外の水分がトイレに投入されている状態であるか否かは、温湿度センサ１３０から検出される湿度変化の経時変化をモニタすることにより判断可能である。温湿度センサ１３０により検出された湿度が、急激に変化した場合は尿又は尿以外の水分がトイレに投入されている状態であると判断され、急激な湿度変化が生じる前の段階の湿度に基づいて共振周波数変化の補正を行うことができる。　
第２のＱＣＭ１０２及び第３のＱＣＭ１０３においては、尿又は尿以外の水分がトイレに投入されたときに検出された湿度を用いて共振周波数を補正する。　
温湿度センサ１３０には、例えばセンシリオン社製のデジタル温湿度センサ（型番：ＳＨＴ２１）を用いることができる。　
本実施形態では、各ＱＣＭで検出された共振周波数変化は、温湿度センサ１３０により検出された温度及び湿度を基に補正され、その補正後の共振周波数変化から後述する判定部１２２にて、検出対象が水分、アンモニア、或いはケトン体を含むか否かが判定される。　
電源回路１４０は、入力電力から必要とされる出力電力を生成する。通信モジュール１５０は、生体モニタ装置１００と携帯機器２２０との無線接続に用いられる。生体モニタ装置１００は電池、例えばリチウムイオンポリマー二次電池１６０で作動可能に構成される。生体モニタ装置１００は、リチウムイオンポリマー二次電池１６０の充電を行うための充電回路１７０及び充電専用ＵＳＢ端子１８０を備えている。また、生体モニタ装置１００には、生体モニタ装置１００の電源のオン、オフを行う電源スイッチ（電源ＳＷ）１９０が設けられている。通信モジュール１５０には、例えばBLUETOOTH（登録商標）等を用いることができる。　
情報処理部１２０は、入力部１２１と、判定部１２２と、付与部１２３と、記憶部１２４と、出力部１２５とを有する。　
入力部１２０には、第１の周波数カウンタ回路１１１、第２の周波数カウンタ回路１１２、第３の周波数カウンタ回路１１３それぞれで検出された第１のＱＣＭ１０１の共振周波数の電気信号、第２のＱＣＭ１０２の共振周波数の電気信号、第３のＱＣＭ１０３の共振周波数の電気信号、及び、温湿度センサ１３０で検出された温度及び湿度情報が入力される。　
判定部１２２は、入力部１２０に入力された各ＱＣＭ１０１～１０３の共振周波数の電気信号及び温度、湿度の情報を基に、検出対象がケトン体を含むか否か、アンモニアを含むか否か、水分を含むか否かを判定する。判定部１２２により、検出対象がケトン体を含む尿であるか否かが判定される。　
判定部１２２は、入力された温度、湿度を基に、各ＱＣＭ１０１～１０３の共振周波数変化を補正する。この補正された第１のＱＣＭの共振周波数変化から検出対象に水分が含まれているか否かを判定する。また、補正された第２のＱＣＭの共振周波数変化から検出対象にアンモニアが含まれているか否かを判定する。また、補正された第３のＱＣＭの共振周波数変化から検出対象にケトン体が含まれているか否かを判定する。　
付与部１２３は、判定部１２２の判定結果に基づいて分析結果を生成し、検出対象に対し分析結果を付与する。分析結果は、尿を含む水分でないものの気体分子の可能性が高い、尿以外の水分の気体分子の可能性が高い、ケトン体を含まない尿の気体分子である、ケトン体を含む尿の気体分子である、のいずれかである。　
付与部１２３は、検出対象にケトン体を含まない尿の気体分子であるという分析結果を付与する場合は、糖尿病である可能性が低い、或いは、ユーザが既に糖尿病であるとわかっているのであれば、血糖コントロールが適切な状態である、という分析結果も合わせて、その検出対象に付与する。　また、付与部１２３は、検出対象にケトン体を含む尿の気体分子であるという分析結果を付与する場合は、ユーザが糖尿病である可能性が高い、或いは、ユーザが糖尿病であることが既にわかっているのであれば、適切に血糖コントロールできていない可能性があるという分析結果も合わせて、その検出対象に付与する。　
ここで、糖尿病等でインスリンの不足等の理由によって、糖質が十分あるにもかかわらず、糖質をエネルギー源として適切に利用できずに脂肪をエネルギー源として利用すると、ケトン体が生成され、尿に排出される。正常な尿中にもケトン体は存在するが、ごく僅かな量である。詳細については後述するが、第３のＱＣＭ１０３の検出結果がある一定量以上であった場合、ケトン体が含まれると判定され、ある一定量を満たさない場合、ケトン体は含まれていないと判定される。また、糖尿病であっても適切に血糖コントロールできていれば、ケトン体が正常時よりも多く尿中にでることはなく、ケトン体の検出により、血糖コントロールが適切になされているか否かを判断することができる。　
このように、尿中にケトン体が含まれているか否かを検出することにより、糖尿病の早期発見が可能となり、また既に糖尿病であるとわかっているユーザにとっては、糖尿病の状態又は血糖コントロールが適切になされているか否かの指標となり、体調管理に役立てることができる。　
記憶部１２４は、検出日時と、入力部１２１に入力された各ＱＣＭ１０１～１０３の共振周波数変化、付与部１２３により付与された分析結果を対応づけて記憶し、これらデータを時系列に記憶する。　
出力部１２５は、記憶部１２４により記憶された検出日時、入力部１２１に入力された各ＱＣＭ１０１～１０３の共振周波数変化、付与部１２３により付与された分析結果が含まれる分析結果信号を通信モジュール１５０に出力する。　分析結果信号は、通信モジュール１５０を介して、表示装置としての携帯機器２００に送信され、携帯機器２００の表示部２０１に分析結果等が表示される。また、情報処理部１２０と通信モジュール１５０は信号の送受信が可能となっており、携帯機器２００と情報処理部１２０とは通信モジュール１５０を介して信号の送受信が可能である。このように、分析結果を携帯機器２００の表示部２０１でユーザにより確認可能に構成される。　
[吸着膜の構成及び特性]　次に、上述の各ＱＣＭに形成される吸着膜について説明する。図５は、各吸着膜の吸着特性を示す図である。　
第１のＱＣＭ１０１に形成される第１の吸着膜１２は、特に水分の気体分子を選択的に吸着する特性を有する吸着膜である。第１の吸着膜１２には、水溶性の有機膜が適しており、例えばポリビニルアルコールを用いることができる。　
第２のＱＣＭ１０２に形成される第２の吸着膜２２は、特にアンモニアの気体分子を選択的に吸着する特性を有する吸着膜である。第２の吸着膜２２には、アンモニアとの相互作用の大きい官能基を有する有機膜が適する。例えば水酸基又はリン酸基を官能基としてもつ有機材料からなる吸着膜を用いてアンモニアを検出することができる。水酸基又はリン酸基を官能基としてもつ有機材料としては、例えばジテトラデシルリン酸等を用いることができる。　
第３のＱＣＭ１０３に形成される第３の吸着膜３２は、特にケトン体の気体分子を選択的に吸着する特性を有する吸着膜である。第３の吸着膜３２には、極性の高い有機膜が適しており、例えば第３の吸着膜３２はフッ素樹脂を含む材料から形成される。　
本実施形態の第３の吸着膜３２は、フッ素樹脂としてのフッ化ビニリデン樹脂（ポリビニリデンフルオライド。以下、ＰＶＤＦと称す。）とトリフルオロエチレン（以下、ＴｒＦＥと称す。）を用いて形成される共重合体からなる。具体的には、ＰＶＤＦとＴｒＦＥとを、その配合重量比が８：２の割合となるように配合して共重合化した紛体をメチルケトンで溶解して溶液を作製し、この溶液をスピンコートで水晶振動子３３の一方の面に形成された電極３１上に塗布した後、乾燥炉で溶剤を揮発させて第３の吸着膜３２を成膜している。　
ＰＶＤＦは、ＣＦ２と
ＣＨ２が交互に結合した直鎖上構造でフッ素原子が自由に回転できることで高い誘電特性を含む。ＴｒＦＥを用いることにより、吸着膜３２の成膜が容易となる。すなわち、ＰＶＤＦは、非常に結晶化度が高いため溶剤に溶解しづらく、溶解しても容易に析出してしまい、取り扱いにくい。しかし、ＴｒＦＥと共重合させることで結晶化を抑えることができ、成膜が容易となる。　
フッ素樹脂としては、次のものを用いることができる。　例えば、四フッ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）、四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（パーフルオロアルコキシアルカン）、四フッ化エチレン－六フッ化プロピレン共重合樹脂（パーフルオロエチレンプロペンコポリマー）、四フッ化エチレン－エチレン共重合樹脂（エチレン－テトラフルオロエチレンコポリマー）、三フッ化塩化エチレン－エチレン共重合樹脂（エチレン－クロロトリフルオロエチレンコポリマー）、四フッ化エチレン・パーフルオロジオキシソール共重合樹脂（テトラフルオロエチレン－パーフルオロジオキソールコポリマー）、及びフッ化ビニル樹脂（ポリビニルフルオライド）から選択される樹脂を用いることができる。　
図４は、表面積０．２ｃｍ２、１μｍの膜厚に成膜された吸着膜１２、２２、３２がそれぞれ形成されたＱＣＭ１０１～１０３の、各種ガスの吸着特性を示す図である。この特性評価は、（株）多摩デバイス社製のＱＣＭ測定器（型番：ＴＨＱ－１００Ｐ）を用いて行った。ガスとして、アセトン、アンモニア水（１０％）、水分（湿度８０％）を用いた。ＱＣＭ装置の中にＱＣＭ１０１～１０３を配置し、ＱＣＭ装置内にガスを１種類ずつ導入して、一定流速、ここでは３００ｓｃｃｍの流速でガス検出素子にあて、その際の最大共振周波数変化をプロットし、吸着膜１２、２２、３２の吸着特性を評価した。　
図４に示すように、第１のＱＣＭ１０１の第１の吸着膜１２は特にアンモニア水及び水分をよく吸着し、第２のＱＣＭ１０２の第２の吸着膜２２は特にアンモニア水の気体分子を吸着する。第３のＱＣＭ１０３の第３の吸着膜３２は、アセトンの気体分子を選択的に吸着する。図４に示すように、第２のＱＣＭに用いる第２の吸着膜２２及び第３のＱＣＭに用いる第３の吸着膜３２は、水分に対する吸着性が低く、湿度環境にあまり影響されない精度の高い検出が可能である。　
このように各ＱＣＭの吸着膜を異ならせ、これらのＱＣＭの検出結果を基に、検出対象が、水分を含むか否か、アンモニアを含むか否か、ケトン体であるアセトンを含むか否かを判定することができる。そして、この判定結果に基づいて、検出対象が、尿及び尿以外の水分ではないものの気体分子の可能性が高い、尿以外の水分の気体分子の可能性が高い、アセトンを含まない尿の気体分子である、アセトンを含む尿の気体分子である、のいずれであるかを分析することができる。以下に、具体的な分析方法について説明する。　
［分析方法］　図３は上述の生体モニタ装置１００を用いた分析方法を示す。表１は、各ＱＣＭの検出結果の組み合わせパターンと判定との関係を示す。　
本実施形態の生体モニタ装置１００において、判定部１２２は、第１のＱＣＭ１０１の補正後の共振周波数変化が２５０Ｈｚ以上の場合、検出対象に水分が含まれると判定し、補正後の共振周波数変化が２５０Ｈｚに満たない場合、検出対象に水分が含まれないと判定する。　
また、判定部１２２は、第２のＱＣＭ１０２の補正後の共振周波数変化が１００Ｈｚ以上の場合、検出対象にアンモニアが含まれると判定し、補正後の共振周波数変化が１００Ｈｚに満たない場合、検出対象にアンモニアが含まれないと判定する。　
また、判定部１２２は、第３のＱＣＭの補正後の共振周波数変化が１００Ｈｚ以上の場合、検出対象にケトン体であるアセトンが含まれると判定し、補正後の共振周波数変化が１００Ｈｚに満たない場合、検出対象にケトン体であるアセトンが含まれないと判定する。　
表１を用いて、各ＱＣＭの検出結果の組み合わせのパターンと判定との関係を説明する。表１において、第１の吸着膜１２では水分、第２の吸着膜２２ではアンモニア、第３の吸着膜３２ではアセトンが検出され、○は検出あり、×は検出なしを示す。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
いずれの吸着膜においても検出ありの結果であるパターン１では、検出対象が、アセトンが含まれた尿の気体分子であり、糖尿病の可能性の高いヒトの尿、又は、血糖コントロールが適切に管理されていない糖尿病患者の尿である可能性が高い尿の気体分子であると分析される。　第１の吸着膜１２及び第２の吸着膜２２で検出あり、第３の吸着膜３２で検出なしの結果であるパターン２では、検出対象が、アセトンが含まれない尿の気体分子であり、糖尿病の可能性の低いヒトの尿、又は、血糖コントロールが適切に管理されている糖尿病患者の尿の気体分子であると分析される。　
第１の吸着膜１２及び第２の吸着膜２２で検出なし、第３の吸着膜３２で検出ありの結果であるパターン３では、検出対象が、尿及び尿以外の水分ではないものの気体分子の可能性が高いと分析される。　第１の吸着膜１２及び第３の吸着膜３２で検出なし、第２の吸着膜２２で検出ありの結果であるパターン４では、検出対象が、尿及び尿以外の水分ではないものの気体分子の可能性が高いと分析される。　いずれの吸着膜においても検出なしの結果であるパターン５では、検出対象が、尿及び尿以外の水分ではないものの気体分子の可能性が高いと分析する。　第１の吸着膜１２で検出なし、第２の吸着膜２２及び第３の吸着膜３２で検出ありの結果であるパターン６では、検出対象が、尿及び尿以外の水分ではないものの気体分子の可能性が高いと分析される。　
第１の吸着膜１２及び第３の吸着膜３２で検出あり、第２の吸着膜２２で検出なしの結果であるパターン７では、検出対象が、尿以外の水分の気体分子の可能性が高いと判定される。第１の吸着膜１２で検出あり、第２の吸着膜２２及び第３の吸着膜３２で検出なしの結果であるパターン８では、検出対象が、尿以外の水分の気体分子の可能性が高いと分析される。　
次に上述の生体モニタ装置１００を用いた尿の分析方法について図３を用いて説明する。　生体モニタ装置１００は、検出対象の気体分子が流れると、第１のＱＣＭ１０１、第２のＱＣＭ１０２、第３のＱＣＭ１０３により気体分子が吸着される。第１の周波数カウンタ回路１１１、第２の周波数カウンタ回路１１２、第３の周波数カウンタ回路１１３により、第１のＱＣＭ１０１、第２のＱＣＭ１０２、第３のＱＣＭ１０３それぞれの共振周波数が検出される。各周波数カウンタ回路１１１～１１３からは、検出された共振周波数の電気信号が情報処理部１２０に出力される。　
入力部１２０に、第１の周波数カウンタ回路１１１、第２の周波数カウンタ回路１１２、第３の周波数カウンタ回路１１３それぞれで検出された第１のＱＣＭ１０１の共振周波数、第２のＱＣＭ１０２の共振周波数、第３のＱＣＭ１０３の共振周波数、及び、温湿度センサ１３０で検出された温度、湿度が入力される。　
判定部１２２により、入力部１２０に入力された各ＱＣＭ１０１～１０３の共振周波数の電気信号は、温度、湿度の情報を基に補正される。　次に、判定部１２２により、第１のＱＣＭ１０１の補正後の共振周波数変化が２５０Ｈｚ以上であるか否か、すなわち検出対象が水分を含むか否かが判定される（Ｓ１０１）。判定部１２２により、Ｓ１０１でＮｏと判定されると、付与部１２３により、尿を含む水分でないものの気体分子の可能性が高いという分析結果が検出対象に付与され、分析が終了する。　
判定部１２２により、Ｓ１０１でＹｅｓと判定されると、Ｓ１０２に進む。Ｓ１０２で、第２のＱＣＭ１０２の補正後の共振周波数変化が１００Ｈｚ以上であるか否か、すなわち検出対象がアンモニアを含むか否かが判定される。　判定部１２２によりＳ１０２でＮｏと判定されると、付与部１２３により、尿でない水分の気体分子であるという分析結果が検出対象に付与され、分析が終了する。　
判定部１２２により、Ｓ１０２でＹｅｓと判定されると、Ｓ１０３に進む。Ｓ１０３で、第３のＱＣＭ１０３の補正後の共振周波数変化が１００Ｈｚ以上であるか否か、すなわちアセトンを含むか否かが判定される。　判定部１２２により、Ｓ１０３でＮｏと判定されると、付与部１２３により、アセトンを含まない尿の気体分子であり糖尿病の可能性が低い、又は、血糖コントロールが適切な状態である、という分析結果が検出対象に付与され、分析が終了する。　
判定部１２２により、Ｓ１０３でＹｅｓと判定されると、付与部１２３により、アセトンを含む尿の気体分子であり糖尿病の可能性がある、又は、血糖コントロールが適切な状態でない、という分析結果が検出対象に付与され、分析が終了する。　
以上のように本実施形態においては、水分を検出する第１の検出素子、アンモニアを検出する第２の検出素子、アセトンを検出する第３の検出素子を用いて、検出対象がアセトンを含む尿の気体分子であるか否かを判定することができる。　これにより、検出対象が、アセトンを含む尿の気体分子であると判定された場合、検出対象が糖尿病のヒトの尿の気体分子の可能性が高く、その尿は尿糖を含む可能性が高いと分析される。この分析結果を基に、糖尿病の早期発見が可能となり、また糖尿病患者の血糖コントロールが適切に管理されているどうかを確認することができ体調管理に用いることができる。また、検出対象が、アセトンを含まない尿の気体分子であると判定された場合、ユーザが糖尿病である可能性は少ない、又は、既に糖尿病であるとわかっているユーザに対しては血糖コントロールが適切に管理されていると分析され、体調管理に用いることができる。　
また、本実施形態においては、尿の気体分子を分析することにより糖尿に関する健康管理状態を判定するので、採尿する必要がなく、採尿手段及びこれを洗浄する洗浄機構等を設けなくてもよく、容易に分析を行うことができる。　
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。　例えば、上述の実施形態においては、検出素子としてＱＣＭを用いてアセトン、アンモニア、水分の気体分子を検出したが、アセトンに代えて他のケトン体を検出するようにしてもよい。　
また、上述の実施形態においては、生体モニタ装置１００とは別に設けている表示装置により分析結果が視認可能に構成され、また、表示部が、画像表示によってユーザへの分析結果の報知を行う報知手段となっているが、これに限定されない。　例えば、生体モニタ装置１００に表示部（報知部）を設け分析結果が表示されるようにしてもよい。　
また、表示部による報知の他の形態の報知手段として、ランプ、スピーカを設けてもよく、ランプの点灯、スピーカからの音声で報知を行ってもよい。これら報知部は、付与部１２３により検出対象に付与された検出結果に基づいて報知を行う。尚、ランプ、スピーカ、生体モニタ装置外に配置された携帯機器等の表示装置の表示部、生体モニタ装置に設けられた表示部等の各報知手段は、それぞれ単独で設けてもよいし、複数組み合わせてもよい。　
ランプの点灯による報知では、例えば、排尿が検出された状態（アンモニア及び水分の双方が検出された状態）でアセトンの検出があった場合には赤色のランプが点灯され、アセトンの検出がなかった場合
には緑色のランプが点灯されるように構成する。赤色のランプの点灯は糖尿病の可能性があるという警告を示すものであり、緑色のランプの点灯は糖尿病の可能性は低いことを示すというよう構成することができる。　
また、音声による報知では、排尿が検出された状態（アンモニア及び水分の双方が検出された状態）でアセトンの検出があった場合には、スピーカから「糖尿病の可能性があります。」又は「血糖コントロールがうまくいっていません。」と音声が流れ、アセトンの検出がなかった場合には「糖尿病の可能性は低いです。」又は「血糖コントロールがうまくいっています。」と音声が流れるように構成することができる。　
このように、ユーザは、携帯機器や生体モニタ装置に設けられる表示部、スピーカやランプ等により尿の分析結果をリアルタイムに確認することができ、糖尿病の早期発見、体調管理に役立てることができる。　
また、検出素子を設置する場所に関しては、トイレ内で尿の揮発成分を検知でき、かつ直接尿がかからない場所であればどの場所に設置してもよく、便座や蓋の他、便器から離れた壁等に設けることもできる。　また、上述の実施形態においては、空気中の水分を吸着する第１のＱＣＭ１０１から検出される共振周波数を、温湿度センサにより検出される湿度を基に補正し、この補正された共振周波数から検出対象に水分が含まれているか否かを判定していたが、これに限定されない。例えば、第１のＱＣＭ１０１から検出される共振周波数の経時変化をモニタし、急激に共振周波数が大きくなった時が尿又は尿以外の水分がトイレに投入された時であるとし、これを検出対象に水分が含まれているか否かの判定としてもよい。
１２　第１の吸着膜　１３　第１の振動子　２２　第２の吸着膜　２３　第２の振動子　３２　第３の吸着膜　３３　第３の振動子　１００　生体モニタ装置　１０１　第１の検出素子（第１のＱＣＭ）　１０２　第２の検出素子（第２のＱＣＭ）　１０３　第３の検出素子（第３のＱＣＭ）　１２２　判定部

Claims (11)

  1. 検出対象から水分を検出する第１の検出素子と、　前記検出対象からアンモニアを検出する第２の検出素子と、　前記検出対象からケトン体を検出する第３の検出素子と、　前記第１、前記第２及び前記第３の各検出素子の検出結果を基に、前記検出対象がケトン体を含む尿であるか否かを判定する判定部　を具備する生体モニタ装置。
  2. 請求項１に記載の生体モニタ装置であって　前記判定部は、前記第１の検出素子の検出結果を基に前記検出対象に水分が含まれるか否かを判定する　生体モニタ装置。
  3. 請求項２に記載の生体モニタ装置であって、　前記判定部は、前記第１の検出素子の検出結果を基に前記検出対象に水分が含まれると判定すると、前記第２の検出素子の検出結果を基に前記検出対象にアンモニアが含まれるか否かを判定する　生体モニタ装置。
  4. 請求項３に記載の生体モニタ装置であって、　前記判定部は、前記第２の検出素子の検出結果を基に前記検出対象にアンモニアが含まれると判定すると、前記第３の検出素子の検出結果を基に前記検出対象にケトン体が含まるか否かを判定する　生体モニタ装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体モニタ装置であって、　前記判定部による判定結果を基に、前記検出対象に分析結果を付与する付与部を更に具備する生体モニタ装置。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の生体モニタ装置であって、　前記第１の検出素子、前記第２の検出素子、前記第３の検出素子のうち少なくとも１つの検出素子は、振動子と、前記振動子上に設けられた吸着膜を有する　生体モニタ装置。
  7. 請求項６に記載の生体モニタ装置であって、　前記第１の検出素子は、第１の振動子と、前記第１の振動子上に設けられたポリビニルアルコールからなる前記水分の気体分子を吸着する第１の吸着膜を有する　生体モニタ装置。
  8. 請求項６又は７に記載の生体モニタ装置であって、　前記第２の検出素子は、第２の振動子と、前記第２の振動子上に設けられた水酸基又はリン酸基を感応基としてもつ有機材料からなる前記アンモニアの気体分子を吸着する第２の吸着膜を有する　生体モニタ装置。
  9. 請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の生体モニタ装置であって、　前記第３の検出素子は、第３の振動子と、前記第３の振動子上に設けられたフッ化ビニリデン樹脂とトリフルオロエチレンを用いて形成された前記ケトン体の気体分子を吸着する第３の吸着膜を有する　生体モニタ装置。
  10. 検出対象から、水分、アンモニア及びケトン体を検出し、　前記検出結果を基に前記検出対象がケトン体を含む尿であるか否かを分析する　尿の分析方法。
  11. 請求項１０に記載の尿の分析方法であって、　前記検出対象がケトン体を含む尿であると分析すると、前記検出対象が尿糖を含む可能性が高い尿であると分析する　尿の分析方法。
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