JP2000074829A - グルコースセンサー - Google Patents
グルコースセンサーInfo
- Publication number
- JP2000074829A JP2000074829A JP24873298A JP24873298A JP2000074829A JP 2000074829 A JP2000074829 A JP 2000074829A JP 24873298 A JP24873298 A JP 24873298A JP 24873298 A JP24873298 A JP 24873298A JP 2000074829 A JP2000074829 A JP 2000074829A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glucose
- light
- temperature
- blood
- wavelength
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】血液を採取することなく、生体に非接触で血中
のグルコース濃度を精度よく測定する。 【解決手段】グルコースの吸収波長帯にある波長λ1の
光と、グルコースの吸収波長帯の外にある波長λ2の光
および光照射部位の血流量を測定するために赤外波長帯
にある波長λ3の光とを生体に照射するための光放出手
段1、2、3と、生体から透過または反射した前記3つ
の波長の光の強度を検出する検出手段20、21、22
と、前記λ1とλ2の光強度の比を求る演算手段8と、
生体温度を測定するための検出手段23と、この検出手
段から上記光照射部位の温度を算出し上記グルコース量
の温度補正をする演算手段と、前記λ3の光から上記光
照射部位の血流量を算出する演算手段と、前記温度補正
したグルコース量と上記血流量から上記光照射部位の血
中グルコース濃度を算出する演算手段8と、を備えるグ
ルコースセンサである。
のグルコース濃度を精度よく測定する。 【解決手段】グルコースの吸収波長帯にある波長λ1の
光と、グルコースの吸収波長帯の外にある波長λ2の光
および光照射部位の血流量を測定するために赤外波長帯
にある波長λ3の光とを生体に照射するための光放出手
段1、2、3と、生体から透過または反射した前記3つ
の波長の光の強度を検出する検出手段20、21、22
と、前記λ1とλ2の光強度の比を求る演算手段8と、
生体温度を測定するための検出手段23と、この検出手
段から上記光照射部位の温度を算出し上記グルコース量
の温度補正をする演算手段と、前記λ3の光から上記光
照射部位の血流量を算出する演算手段と、前記温度補正
したグルコース量と上記血流量から上記光照射部位の血
中グルコース濃度を算出する演算手段8と、を備えるグ
ルコースセンサである。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は人体などの生体の血
液中のグルコース濃度を検出するセンサ装置に関するも
のである。
液中のグルコース濃度を検出するセンサ装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】血液中のグルコース濃度を測定するため
に、これまではグルコース測定の都度、皮膚を傷つけて
血液を抽出してグルコース濃度を測定していた。すなわ
ち、体に傷をつけることによって得られた血液をセンサ
ー先端部に接触させ、毛細管作用によって約3〜5μl
の血液をセンサー内部に吸引することにより測定してい
た。センサー中には、グルコースの酸化反応を触媒する
酵素としてグルコースオキシダーゼ、酸素反応系と電極
間の電子伝達を担う電子伝動体としてフェリシアンイオ
ンが含まれている。血液中のグルコースは、グルコース
オキシダーゼによって酸化され、式1のようにグルコー
ス量に比例したフェロシアンイオンが生成する。次に、
式2のように生成したフェロシアンイオンを電極で酸化
し、その酸化電流値からグルコース濃度を算出してい
る。
に、これまではグルコース測定の都度、皮膚を傷つけて
血液を抽出してグルコース濃度を測定していた。すなわ
ち、体に傷をつけることによって得られた血液をセンサ
ー先端部に接触させ、毛細管作用によって約3〜5μl
の血液をセンサー内部に吸引することにより測定してい
た。センサー中には、グルコースの酸化反応を触媒する
酵素としてグルコースオキシダーゼ、酸素反応系と電極
間の電子伝達を担う電子伝動体としてフェリシアンイオ
ンが含まれている。血液中のグルコースは、グルコース
オキシダーゼによって酸化され、式1のようにグルコー
ス量に比例したフェロシアンイオンが生成する。次に、
式2のように生成したフェロシアンイオンを電極で酸化
し、その酸化電流値からグルコース濃度を算出してい
る。
【0003】 グルコース + フェリシアンイオン → グルコン酸 + フェロシアンイオン (1) フェロシアンイオン → フェリシアンイオン + 電子 (2) センサー部分は1回毎の使い捨てとなるが、この種のグ
ルコースセンサーは、広く用いられている。
ルコースセンサーは、広く用いられている。
【0004】一方レーザを使用したグルコース濃度測定
が、文献Fresenius J. Anal. Chem.(1996) 354:306-310
に記載されている。すなわち、2つの高出力レーザから
放出されるレーザ光をグルコース溶液サンプルに入射さ
せ、この2つの透過光をそれぞれ別の光検出器で電圧に
変換する。この2つの電圧の位相を変化させて足し算を
した値でグルコース量を求めている。また、第3のレー
ザを使用しこのレーザから放出されるレーザ光を、上記
グルコース溶液サンプルに入射させ、透過光を第3の光
検出器で電圧に変換する。この電圧値からサンプル温度
を推定すると書かれている。
が、文献Fresenius J. Anal. Chem.(1996) 354:306-310
に記載されている。すなわち、2つの高出力レーザから
放出されるレーザ光をグルコース溶液サンプルに入射さ
せ、この2つの透過光をそれぞれ別の光検出器で電圧に
変換する。この2つの電圧の位相を変化させて足し算を
した値でグルコース量を求めている。また、第3のレー
ザを使用しこのレーザから放出されるレーザ光を、上記
グルコース溶液サンプルに入射させ、透過光を第3の光
検出器で電圧に変換する。この電圧値からサンプル温度
を推定すると書かれている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のグ
ルコースセンサーでは、人の血液を得るためにどうして
も人体の一部分を傷つけて採取することがやむをえない
こととなっていた。従って、頻繁に測定を必要としてい
る患者には肉体的および精神的に大きな苦痛となってい
た。また、傷口からの感染の危険性にも注意を払う必要
があった。また、これまでもレーザを用いたグルコース
濃度計は提案されているが測定精度が低く、高価である
などの理由で血中グルコース濃度計としては一般には普
及しなかった。
ルコースセンサーでは、人の血液を得るためにどうして
も人体の一部分を傷つけて採取することがやむをえない
こととなっていた。従って、頻繁に測定を必要としてい
る患者には肉体的および精神的に大きな苦痛となってい
た。また、傷口からの感染の危険性にも注意を払う必要
があった。また、これまでもレーザを用いたグルコース
濃度計は提案されているが測定精度が低く、高価である
などの理由で血中グルコース濃度計としては一般には普
及しなかった。
【0006】本発明は上記のような問題を解決し、非侵
傷でグルコース濃度を測定できるようにすることを目的
とするものである。特に、時間の経過とともに変化する
グルコース濃度を精確に測定でき、しかも、簡易でリア
ルタイムに繰り返し使用できるグルコースセンサーを提
供することを目的としている。
傷でグルコース濃度を測定できるようにすることを目的
とするものである。特に、時間の経過とともに変化する
グルコース濃度を精確に測定でき、しかも、簡易でリア
ルタイムに繰り返し使用できるグルコースセンサーを提
供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、グルコースの
吸収波長帯にある波長λ1の光と、グルコースの吸収波
長帯の外にある波長λ2の光および光照射部位の血流量
を測定するために赤外波長帯にある波長λ3の光とを生
体に照射するための光放出手段と、生体から透過または
反射した前記3つの波長の光の強度を検出する検出手段
と、前記λ1とλ2の光強度の比を求め、この比からグ
ルコース量を求める演算手段と、生体温度を測定するた
めの検出手段と、この生体温度から上記グルコース量の
温度補正をする演算手段と、前記λ3の光から上記光照
射部位の血流量を算出する演算手段と、前記温度補正し
たグルコース量と上記血流量から上記光照射部位の血中
グルコース濃度を算出する演算手段と、を備えるグルコ
ースセンサーである。本発明によれば、血液を採取する
ことなく血中グルコース濃度を測定することができるの
で、被検者の負担が少なくてすみ、またリアルタイムの
測定が可能となり、時間とともに変化するグルコース濃
度を測定することが出来る。またグルコースの吸収波長
帯にある波長λ1の光と、グルコースの吸収波長帯の外
にある波長λ2の強度比からグルコース量を求め、かつ
温度補正を行うので、測定装置や環境条件の変動による
影響を受けにくくなり、正確な測定が可能となる。
吸収波長帯にある波長λ1の光と、グルコースの吸収波
長帯の外にある波長λ2の光および光照射部位の血流量
を測定するために赤外波長帯にある波長λ3の光とを生
体に照射するための光放出手段と、生体から透過または
反射した前記3つの波長の光の強度を検出する検出手段
と、前記λ1とλ2の光強度の比を求め、この比からグ
ルコース量を求める演算手段と、生体温度を測定するた
めの検出手段と、この生体温度から上記グルコース量の
温度補正をする演算手段と、前記λ3の光から上記光照
射部位の血流量を算出する演算手段と、前記温度補正し
たグルコース量と上記血流量から上記光照射部位の血中
グルコース濃度を算出する演算手段と、を備えるグルコ
ースセンサーである。本発明によれば、血液を採取する
ことなく血中グルコース濃度を測定することができるの
で、被検者の負担が少なくてすみ、またリアルタイムの
測定が可能となり、時間とともに変化するグルコース濃
度を測定することが出来る。またグルコースの吸収波長
帯にある波長λ1の光と、グルコースの吸収波長帯の外
にある波長λ2の強度比からグルコース量を求め、かつ
温度補正を行うので、測定装置や環境条件の変動による
影響を受けにくくなり、正確な測定が可能となる。
【0008】また前記光放出手段の波長がそれぞれλ1
=1.5〜1.6μm、λ2=1.3〜1.4μm、λ
3=0.80〜0.85μmの範囲内にあることが望ま
しい。これらの波長を用いることにより、精度の高い測
定が可能となる。
=1.5〜1.6μm、λ2=1.3〜1.4μm、λ
3=0.80〜0.85μmの範囲内にあることが望ま
しい。これらの波長を用いることにより、精度の高い測
定が可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1に本発明によるグルコースセ
ンサーを示す。これは人体の耳たぶ4の微細血管中を流
れる血中グルコース濃度を測定するものである。第1半
導体レーザ1の出射光の波長はグルコースの吸収波長帯
にある1.55μmであり、耳たぶ4を透過して第1フ
ォトディテクタ20で受光される。第2半導体レーザ2
の出射光の波長はグルコースの吸収波長帯の外にある
1.33μmであり、耳たぶ4を透過して第2フォトデ
ィテクタ21で受光される。第3半導体レーザ22は血
流量を測定するためのもので、その出射光の波長は0.
83μmであり、耳たぶ4を透過して第3フォトディテ
クタ22で受光される。血流量はドップラー効果を利用
して測定するため、ヘモグロビンから反射した光ができ
るだけ減衰しないように生体組織内への透過性が良い赤
外光を利用する。
ンサーを示す。これは人体の耳たぶ4の微細血管中を流
れる血中グルコース濃度を測定するものである。第1半
導体レーザ1の出射光の波長はグルコースの吸収波長帯
にある1.55μmであり、耳たぶ4を透過して第1フ
ォトディテクタ20で受光される。第2半導体レーザ2
の出射光の波長はグルコースの吸収波長帯の外にある
1.33μmであり、耳たぶ4を透過して第2フォトデ
ィテクタ21で受光される。第3半導体レーザ22は血
流量を測定するためのもので、その出射光の波長は0.
83μmであり、耳たぶ4を透過して第3フォトディテ
クタ22で受光される。血流量はドップラー効果を利用
して測定するため、ヘモグロビンから反射した光ができ
るだけ減衰しないように生体組織内への透過性が良い赤
外光を利用する。
【0010】上記レーザの照射部位の生体温度は、照射
部位からの熱放射光を赤外線輻射温度計である第4フォ
トディテクタ23で受光することにより測定する。IC
スイッチ19により照射部位の温度測定と、照射部位の
血流量測定を切り替えて行う。本発明の実施の形態で
は、それぞれの光強度を検出するフォトディテクタから
のそれぞれの信号をロックインアンプ6に導く。半導体
レーザをドライブする回路5と、ロックインアンプ6
で、各半導体レーザから出射された光がフォトディテク
タに到達するまでに受ける外乱によるノイズを低減して
いる。ここでは、10kHzで変調をかけている。ロッ
クインアンプ6で直流となったフォトディテクタアナロ
グ電圧14は制御信号13に同期してA/Dコンバータ
7に送られデジタル信号となる。デジタル信号10はA
/Dコンバータ開始信号11と同期して演算制御回路8
に送られる。演算制御回路では第1フォトディテクタ2
0、第2フォトディテクタ21、第3フォトディテクタ
22および第4フォトディテクタ23の出力信号の絶対
値に基づいて計算を行う。
部位からの熱放射光を赤外線輻射温度計である第4フォ
トディテクタ23で受光することにより測定する。IC
スイッチ19により照射部位の温度測定と、照射部位の
血流量測定を切り替えて行う。本発明の実施の形態で
は、それぞれの光強度を検出するフォトディテクタから
のそれぞれの信号をロックインアンプ6に導く。半導体
レーザをドライブする回路5と、ロックインアンプ6
で、各半導体レーザから出射された光がフォトディテク
タに到達するまでに受ける外乱によるノイズを低減して
いる。ここでは、10kHzで変調をかけている。ロッ
クインアンプ6で直流となったフォトディテクタアナロ
グ電圧14は制御信号13に同期してA/Dコンバータ
7に送られデジタル信号となる。デジタル信号10はA
/Dコンバータ開始信号11と同期して演算制御回路8
に送られる。演算制御回路では第1フォトディテクタ2
0、第2フォトディテクタ21、第3フォトディテクタ
22および第4フォトディテクタ23の出力信号の絶対
値に基づいて計算を行う。
【0011】測定を開始するには、まず前記半導体レー
ザから前記フォトダイオードの間に何も挿入しない状態
で、あらかじめ定められたレべルに保つ校正動作を行
う。具体的には前記フォトディテクタの出力電圧値と、
EEPROM15に書き込まれている前記フォトディテ
クタの初期設定値とを比べて、差異がある場合には制御
信号18を使って半導体レーザダイオードドライブ回路
5の半導体ドライブ電流を変えることにより前記フォト
ディテクタの電圧値とEEPROM15の設定値の初期
値を常に一定の値にしてから測定を行う。
ザから前記フォトダイオードの間に何も挿入しない状態
で、あらかじめ定められたレべルに保つ校正動作を行
う。具体的には前記フォトディテクタの出力電圧値と、
EEPROM15に書き込まれている前記フォトディテ
クタの初期設定値とを比べて、差異がある場合には制御
信号18を使って半導体レーザダイオードドライブ回路
5の半導体ドライブ電流を変えることにより前記フォト
ディテクタの電圧値とEEPROM15の設定値の初期
値を常に一定の値にしてから測定を行う。
【0012】測定は前記半導体レーザ部分と前記フォト
ディテクタ部分とで人体の耳たぶ4を挟むように設置
し、その時の各フォトディテクタ出力値を演算すること
により、耳たぶ4のグルコース濃度を算出する。演算制
御回路8ではEEPROMにあらかじめ書き込まれたグ
ルコース濃度値とフォトディテクタ出力値の関係、およ
びグルコース溶液温度とフォトディテクタ出力値の関係
を用いて演算を行い、グルコース量を算出する。図2に
グルコース濃度と第1フォトディテクタ20の出力の関
係をグルコース溶液を容器に入れた状態で測定した例と
して示す。また図3にグルコース溶液温度と第1フォト
ディテクタ20の出力の関係の例を示す。図3ではグル
コース溶液温度が高くなるほど分子の伸縮運動が盛んに
なるため、光の吸収が小さくなり、グルコース溶液温度
が高くなるとフォトディテクタの出力が大きくなる。温
度補正を第4フォトディテクタ23から求めた温度で行
い、そしてこのグルコース量を第3フォトディテクタ2
2から算出した血流量で除算して、その結果をデジタル
信号16を通じて表示回路9に表示する。
ディテクタ部分とで人体の耳たぶ4を挟むように設置
し、その時の各フォトディテクタ出力値を演算すること
により、耳たぶ4のグルコース濃度を算出する。演算制
御回路8ではEEPROMにあらかじめ書き込まれたグ
ルコース濃度値とフォトディテクタ出力値の関係、およ
びグルコース溶液温度とフォトディテクタ出力値の関係
を用いて演算を行い、グルコース量を算出する。図2に
グルコース濃度と第1フォトディテクタ20の出力の関
係をグルコース溶液を容器に入れた状態で測定した例と
して示す。また図3にグルコース溶液温度と第1フォト
ディテクタ20の出力の関係の例を示す。図3ではグル
コース溶液温度が高くなるほど分子の伸縮運動が盛んに
なるため、光の吸収が小さくなり、グルコース溶液温度
が高くなるとフォトディテクタの出力が大きくなる。温
度補正を第4フォトディテクタ23から求めた温度で行
い、そしてこのグルコース量を第3フォトディテクタ2
2から算出した血流量で除算して、その結果をデジタル
信号16を通じて表示回路9に表示する。
【0013】演算の手順を以下に示す。人体からの熱放
射の強度を第4フォトダイオード23から電圧値として
取り込む。EEPROM15内のデータと比較し、上記
人体の測定部位の温度を算出し、温度と第1フォトダイ
オード出力の補正係数kを図3から求める。第3半導体
レーザ3の出射光は耳たぶ4を透過して第3フォトディ
テクタ22で受光し、その出力値を取り込む。EEPR
OM15内のデータと前記出力値とを比較し血流量Vを
算出する。第1半導体レーザ1の出射光は耳たぶ4を透
過して第1フォトディテクタ20で受光し、その出力値
をV1とする。第2半導体レーザ2の出射光は耳たぶ4
を透過してフォトディテクタ2で受光し、その出力値を
V2とする。上記半導体照射部位の温度補正を行ったグ
ルコース量Xは次式で求まる。
射の強度を第4フォトダイオード23から電圧値として
取り込む。EEPROM15内のデータと比較し、上記
人体の測定部位の温度を算出し、温度と第1フォトダイ
オード出力の補正係数kを図3から求める。第3半導体
レーザ3の出射光は耳たぶ4を透過して第3フォトディ
テクタ22で受光し、その出力値を取り込む。EEPR
OM15内のデータと前記出力値とを比較し血流量Vを
算出する。第1半導体レーザ1の出射光は耳たぶ4を透
過して第1フォトディテクタ20で受光し、その出力値
をV1とする。第2半導体レーザ2の出射光は耳たぶ4
を透過してフォトディテクタ2で受光し、その出力値を
V2とする。上記半導体照射部位の温度補正を行ったグ
ルコース量Xは次式で求まる。
【0014】X=k・(1−V1/V2) 前記照射部位のグルコース量Xを前記血流量Vで除算す
ることにより血中グルコース濃度が求まる。このグルコ
ース濃度値を表示回路9で表示する。本実施の形態では
生体部位を透過した光を測定しているが、反射した光を
測定することも可能である。
ることにより血中グルコース濃度が求まる。このグルコ
ース濃度値を表示回路9で表示する。本実施の形態では
生体部位を透過した光を測定しているが、反射した光を
測定することも可能である。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のグルコー
スセンサーによれば、体内の血液を取り出すことなく、
非侵傷で血中グルコース濃度を正確に、また、比較的安
価な装置で計ることが実用化できるようになった。従っ
て、これまでの測定毎に体内の血液を取り出す方法に比
べ、苦痛を軽減できるようになった。また、連続モニタ
が可能となったため、正確な糖尿病管理が可能となる。
スセンサーによれば、体内の血液を取り出すことなく、
非侵傷で血中グルコース濃度を正確に、また、比較的安
価な装置で計ることが実用化できるようになった。従っ
て、これまでの測定毎に体内の血液を取り出す方法に比
べ、苦痛を軽減できるようになった。また、連続モニタ
が可能となったため、正確な糖尿病管理が可能となる。
【図1】本発明に係る全体の構成図である。
【図2】グルコース濃度とフォトディテクタ出力との関
係の1例をを示すグラフである。
係の1例をを示すグラフである。
【図3】グルコース溶液温度とフォトディテクタ出力と
の関係の1例を示すグラフである。
の関係の1例を示すグラフである。
1、 2、3 ・・半導体レーザ 4 ・・耳たぶ 5 ・・半導体レーザのドライブ回路 6 ・・ロックインアンプ回路 7 ・・A/Dコンバータ 8 ・・演算制御回路 9 ・・表示回路 10 ・・デジタル信号 11 ・・A/Dコンバータ開始信号 12、13、17、18 ・・制御信号 14 ・・フォトディテクタアナログ出力 15 ・・EEPROM 16 ・・デジタル信号 19 ・・ICスイッチ 20、21、22、23 ・・フォトディテクタ
Claims (2)
- 【請求項1】グルコースの吸収波長帯にある波長λ1の
光と、グルコースの吸収波長帯の外にある波長λ2の
光、および光照射部位の血流量を測定するために赤外波
長帯にある波長λ3の光とを生体に照射するための光放
出手段と、生体から透過または反射した前記3つの波長
の光の強度を検出する検出手段と、前記λ1とλ2の光
強度の比を求め、この比からグルコース量を求める演算
手段と、生体温度を測定するための検出手段と、該生体
温度から上記グルコース量の温度補正をする演算手段
と、前記λ3の光から上記光照射部位の血流量を算出す
る演算手段と、前記温度補正したグルコース量と上記血
流量から上記光照射部位の血中グルコース濃度を算出す
る演算手段と、を備えたことを特徴とするグルコースセ
ンサー。 - 【請求項2】前記光放出手段の波長がそれぞれλ1=
1.5〜1.6μm、λ2=1.3〜1.4μm、λ3
=0.80〜0.85μmの範囲内に設定したことを特
徴とする請求項1に記載のグルコースセンサー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24873298A JP2000074829A (ja) | 1998-09-02 | 1998-09-02 | グルコースセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24873298A JP2000074829A (ja) | 1998-09-02 | 1998-09-02 | グルコースセンサー |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000074829A true JP2000074829A (ja) | 2000-03-14 |
Family
ID=17182541
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24873298A Pending JP2000074829A (ja) | 1998-09-02 | 1998-09-02 | グルコースセンサー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000074829A (ja) |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004038388A1 (fr) * | 2002-09-29 | 2004-05-06 | Tianjin Sunshine Optics Technologies Co., Ltd. | Procede de detection optique de separation d'informations de surface et de profondeur |
US6954661B2 (en) | 2003-06-23 | 2005-10-11 | Hitachi, Ltd. | Blood sugar level measuring apparatus |
EP1629766A1 (en) * | 2004-08-25 | 2006-03-01 | Hitachi, Ltd. | Blood sugar level measuring apparatus |
US7120478B2 (en) | 2003-07-11 | 2006-10-10 | Hitachi, Ltd. | Blood sugar level measuring apparatus |
US7156810B2 (en) | 2003-10-08 | 2007-01-02 | Hitachi, Ltd. | Blood sugar level measuring method and apparatus |
US7215983B2 (en) | 2004-06-30 | 2007-05-08 | Hitachi, Ltd. | Blood sugar level measuring apparatus |
US7251517B2 (en) | 2004-06-30 | 2007-07-31 | Hitachi, Ltd. | Blood sugar level measuring apparatus |
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