JP5459876B2 - 血液サンプルの少なくとも１つのパラメータを測定するための測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、血液サンプルの少なくとも１つのパラメータを測定するための測定装置に関し、これは、その内部に前記血液サンプルと接触させることが可能な少なくとも１つの発光（luminescence）−光センサ素子が設けられた貫流（flow-through）測定セルと、前記発光−光センサ素子を励起する少なくとも１つの光源と、前記発光−光センサ素子から放射された発光放射光を受ける少なくとも１つの光検出器とを備え、前記光源と前記光検出器とが、前記貫流測定セルの反対側に配置されている。

欧州特許第０，１７５，３５２号 Ｂ１から、サンプル媒体のパラメータを迅速に測定するための方法と装置が知られている。前記装置は、複数のパラメータを同時に測定するのに適した気体及び流体用の貫流測定セルを備え、この貫流セルの透明な（透過性）発光センサ層が前記サンプルと接触する。測定される変数は、酸素濃度と温度であり、測定される発光放射光はそれぞれ６５０ｎｍ、７２０ｎｍの波長を有し、他方、励起放射光はより短い波長を有する。励起はＬＥＤによって行われ、放射光検出は光ダイオードによって行われ、これら素子は、互いに前記貫流測定セルの反対側になるように配設されている。前記発光センサ層は検出器の側に設けられているので、この発光層に向かう励起放射光はサンプル媒体を通過しなければならない。このことは、血液などの吸収性流体の場合、励起放射光が測定対象媒体によって顕著に減衰されることから不利である。

欧州特許第１，１３０，３８２号 Ｂ１から、更に、流体サンプル中の多数の検体の測定のための光センサが知られており、ここでは複数の光センサが流体サンプルと接触する。この構成は、励起放射光を提供する複数の光源と、これらセンサによる光の相互作用を測定するための複数の検出器とを有し、更に、測定された光相互作用から流体サンプル中の各検体の濃度を評価するプロセッサを備えている。他の目的の中で、前記センサは、Ｏ_２濃度と温度の同時測定と共に、血中のグルコースを測定するために使用される。

更に、両方の光コンポーネント（光源と検出器）が、貫流測定セルの一つの同じ側において貫流測定セルのセンサ層に接触し、測定セルのパーツが透過性（透明）で測定放射光及び励起放射光に対する光ガイドとして作用する測定構成（欧州特許第１，１０６，９８７号 Ｂ１）も知られている。

国際公開第２００２／０５９５８５号 Ａ２から、気体、例えば、呼吸空気、の酸素含有量測定するための測定構成が知られている。この測定装置は、その内部に、気体流と接触する発光光素子が配設された貫流測定セルを有する。二種類の反射ジオメトリが可能な測定ジオメトリとして記載されており、ここでは、励起放射光のための放射源と発光放射光を受ける検出器とが貫流測定セルの同じ側に配置されている。更に、発光光センサ素子が貫流測定セルの検出器側に配置された透過光ジオメトリも記載されている。

欧州特許第０，１７５，３５２号 欧州特許第１，１３０，３８２号 欧州特許第１，１０６，９８７号 国際公開第２００２／０５９５８５号

本発明の課題は、血液サンプルの少なくとも１つのパラメータの測定のための測定装置における信号の質の改善を達成し、同時に、その測定装置を製造が容易で低コストなものとして構成することにある。

この課題は、本発明によれば、少なくとも１つの発光光センサ素子を、前記光源に面する前記貫流測定セルの励起側に配置し、前記光源が６００ｎｍ未満、たとえば、４２５ｎｍの波長の励起放射光を放出するように構成し、更に、前記発光光センサ素子の発光放射光が６００ｎｍ以上の波長にあるように構成し、それによって、前記励起放射光が前記発光放射光よりも前記血液サンプルによって大きく吸収されることによって達成される。

本発明は、例えば、図５のグラフに図示されているように、血液による放射光吸収が波長に大きく依存するものであるという事実を利用するものである。前記グラフは、含酸素血液（実線）と脱酸素血液（破線）とについて、波長λの関数としての吸収率μ_ａを示している。このグラフは、Faber et al．の「血液の酸素飽和依存吸収及び拡散」Physical Review Letters, 2004から取られたものであり、含酸素血液と脱酸素血液との吸収挙動の違いを扱っている。このグラフから例えば、約４２５ｎｍの波長範囲の励起放射光λ_ａが約７８０ｎｍの波長範囲で光センサによって放出される発光放射光λ_Lよりも、血液に遥かに強力に吸収されることが判る。図示の例において、励起光は、発光光に対して１００倍、減衰される。本発明が提案するように発光光センサ素子を貫流測定セルの励起側に配置することによって、血液サンプルが、励起放射光に対してフィルタとして作用し、センサ素子によって放出される発光放射光が、光検出器への到達において優先される。

本発明に拠れば、前記光センサ素子は、前記貫流測定セルの励起側でこの貫流測定セルの軸心に沿って直線列状に配置され、各センサ素子には、光源と、前記貫流測定セルの反対側には光検出器と、が割り当てられて配置される。

例えば、欧州特許第０，１７５，３５２号 Ｂ１に示されている従来技術と比較した本発明の更なる利点は、前記貫流測定セルを、２つの部分から成る測定スリーブに取替え可能に挿入することが可能であり、その励起部は、前記光源（好ましくはＬＥＤ）を、前記励起電子装置と共に含み、その測定部は、前記光検出器（好ましくは、光ダイオード）を、前記測定電子装置とともに含む。これにより、光源と検出器とが空間的に分離した回路に配置されることになり、個々のコンポーネント間の電子干渉が回避される。前記血液サンプルは、６００ｎｍ以上の波長に対してのみ十分な透過性を有し、前記励起放射光は、それよりも短い波長、例えば、４２５ｎｍ、を有する。

本発明の有利な実施例において、前記貫流測定セルの励起側は、前記発光光センサの領域にミラー層を有し、これは前記励起放射光に対しては透過性であるが、前記発光放射光は反射する。このミラー層によって、前記光源の方向に放出される発光放射光の放射光成分が光検出器に向けて方向が変えられ、それによって正味の信号が強化される。

位相測定の場合、少なくとも１つの参照光源が前記測定セルの励起側に配置され、その参照放射光は前記貫流測定セルを通過して反対側に位置する光検出器に入る。

以下、本発明を、添付の図面を参照しながらより詳細に説明する。
血液サンプルの少なくとも１つのパラメータの測定用の測定装置の第１変形例の概略的な縦断面図である。 測定装置の第２変形例の図１に準じた断面図である。 図１及び図２の測定装置の詳細を示す図である。 図１及び図２の測定装置の詳細を示す図である。 ２００ｎｍ〜１，０００ｎｍの範囲の波長λにおける血液サンプルの吸収を示すグラフである。

図１に図示の血液サンプルの少なくとも１つのパラメータの測定のための測定装置は、貫流測定セル１を有し、このセルの内部には、例えば、三つの発光光センサ素子ＳＴ（温度），ＳＯ（酸素），ＳＧ（グルコース）、が配設されており、測定プロセス中に血液サンプルと接触する。前記貫流測定セル１は、２つの部分から成る測定スリーブ２内に取替え可能に配設され（挿入、又は、はめ込み式に位置決め）、このスリーブ２の励起部３には、個々のセンサ素子に割り当てられた光源４と、励起電子装置（ここでは詳細には図示されていない）を有した励起フィルタ１２ａから１２ｃと、が含まれ、他方、前記測定スリーブ２の測定部５には、光検出器６と測定フィルタ１３ａ〜１３ｃとが測定電子装置（ここでは詳細には図示されていない）と共に含まれている。前記光源４と光検出器６とはそれぞれ貫流測定セル１の反対側７，８（励起側７と測定側８）に配置されている。

前記発光光センサ素子ＳＴ，ＳＯ及びＳＧは、前記貫流測定セル１の前記光源４に面する励起側７に位置しているので、センサ素子から発生する発光放射光Ｌと励起放射光Ａの一部とが血液サンプルを通過する。励起放射光は、それよりも長い波長を有する発光放射光と比べて、血液中の吸収によって大幅に減衰される。従って、前記サンプルが測定に対して有利な作用を有するフィルタリング作用を提供し、それによって信号の質を改善する。

前記発光光センサ素子ＳＴ，ＳＯ及びＳＧは、好ましくは、前記貫流測定セルの軸心１’に沿って直線列状に配置され、各センサ素子に光源４が割り当てられ、前記貫流測定セル１の反対側の測定側８には光検出器６が配置される。

図１に図示の測定装置は、例えば、減衰時間測定、即ち、測定対象量の測定を提供する発光光センサ素子の励起が終了した後の発光強度の減衰時間の測定、のために使用可能である。

図１に図示の場合、貫流測定セル１の励起側７は、発光光センサ素子ＳＴ，ＳＯ，ＳＧの領域に、ミラー層９を設けることができる。このミラー層の作用が図３及び図４に示されている。励起放射光Ａが発光光センサ素子ＳＴ，ＳＱ又はＳＧに当たると全ての方向に放射光Ｌを発生する。前記ミラー層無しの場合（図３を参照）、光源に向けて放出される放射光の部分は測定信号に対してなんら貢献しない。

これに対して、６００ｎｍ未満の波長を有する放射光に対して透過性で、６００ｎｍ以上の波長を有する放射光を反射するミラー層を使用した場合（図４を参照）は、発光放射光Ｌの一部が追加的に検出器へと反射されて測定信号を増補する。

図２に図示の測定装置は、例えば、位相測定のために使用することができ、その場合、測定信号を参照するための参照信号を得る必要がある。本発明に拠れば、少なくとも１つの参照光源１０および／又は１１が、貫流測定セル１の励起側７に設けられ、その参照放射光Ｒ_１，Ｒ_２が貫流測定セル１を通過して反対側の測定側８に配置された光検出器６によって検出される。例えば、６２０ｎｍの範囲の参照放射光Ｒ_１を有する第１参照光源１０と、７８０ｎｍの範囲の参照放射光Ｒ_２を有する第２参照光源１１とを設けることができ、好ましくは、これらの両方が前記２つの部分から成る測定スリーブ２の励起側３に配置される。前記貫流測定セル１の励起側７の前記ミラー層９には、開口部１４が設けられ、これらを通して前記参照放射光が貫流測定セル１に入ることができる。

図１において、図２においても同様に、前記光源４と発光光センサ素子ＳＴ，ＳＯ，ＳＧとの間に励起フィルタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃが設けられ、更に、前記光源４も共通のフィルタ層１２’に埋設することが可能である。前記光検出器６の入口側には測定フィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが設けられている。

前記光源４のＬＥＤは、例えば、６００ｎｍ未満、例えば４２５ｎｍ、の波長の励起放射光を放出するものとし、他方、前記発光光センサ素子ＳＴ，ＳＯ，ＳＧの発光放射光は、６００ｎｍ以上、例えば、７８０ｎｍに近い波長範囲にあるものとすることができる。

以上をまとめると、本発明の測定装置の利点は以下の通りである。
＊ 光学構造が非常に単純である。
＊ 貫流測定セル１と測定スリーブ２とがフラット（平ら）な構造である。
＊ 光検出器を大型のものにすることが可能であるため信号強度が大きい。
＊ 測定スリーブ２の励起部３と測定部５とが空間的に分離されているので電気クロストーク（相互干渉）が無い（信号バックグランド（雑音）が最小）。
＊ サンプル（血液サンプル又はすすぎ用流体）の同定が信号強度を測定することによって行われる。
＊ 血液サンプル（ヘモグロビン含有量と酸素含有量）の同時光分析測定。
＊ 動脈ｐＯ_２の並行測定。

Claims (14)

1. 血液サンプルの少なくとも１つのパラメータを測定するための測定装置であって、
   前記血液サンプルと接触させることが可能な少なくとも１つの発光−光センサ素子（ＳＴ，ＳＯ，ＳＧ）が内部に設けられた貫流測定セル（１）と、前記発光−光センサ素子を励起する少なくとも１つの光源（４）と、前記発光−光センサ素子から放出された発光放射光を受ける少なくとも１つの光検出器（６）と、を備え、前記光源（４）と前記光検出器（６）とが、互いに前記貫流測定セル（１）の反対側（７）（８）になるように配置されているものにおいて、
   前記少なくとも１つの発光−光センサ素子（ＳＴ，ＳＯ，ＳＧ）は、前記貫流測定セル（１）の前記光源（４）に面する励起側（７）に配置され、前記光源（４）は、６００ｎｍ未満の励起波長の励起放射光を放出し、そして、前記発光−光センサ素子（ＳＴ，ＳＯ，ＳＧ）の発光放射光は、６００ｎｍ以上の波長範囲であり、これにより、前記励起放射光は、前記発光放射光よりも前記血液サンプルによって大きく吸収される測定装置。
2. 前記光源（４）の励起波長は、４２５ｎｍである、請求項１に記載の測定装置。
3. 複数の発光−光センサ素子（ＳＴ，ＳＯ，ＳＧ）が、前記貫流測定セル（１）の前記励起側（７）に配置され、各センサ素子（ＳＴ，ＳＯ，ＳＧ）には、光源（４）と、前記貫流測定セル（１）の反対側の測定側（８）に光検出器（６）と、が割り当てられて配置されている、請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記複数の発光−光センサ素子（ＳＴ，ＳＯ，ＳＧ）は、前記貫流測定セル（１）の前記励起側（７）において、前記貫流測定セルの軸心（１’）に沿って直線列状に配置される、請求項３に記載の測定装置。
5. 前記貫流測定セル（１）は、２つの部分から成る測定スリーブ（２）内に取替え可能に挿入可能であり、前記スリーブ（２）の励起部（３）に前記光源（４）と、励起電子装置とが含まれ、前記スリーブ（２）の測定部（５）に光検出器（６）と、測定電子装置とが含まれている、請求項１から４のいずれか一項に記載の測定装置。
6. 前記光源（４）はＬＥＤである、請求項５に記載の測定装置。
7. 前記光検出器（６）は光ダイオードである、請求項５又は６に記載の測定装置。
8. 前記貫流測定セル（１）の前記励起側（７）の、前記発光−光センサ素子（ＳＴ，ＳＯ，ＳＧ）の領域に、ミラー層（９）が備えられ、この層は、前記励起放射光に対しては透過性で、前記発光放射光は反射する、請求項１から７のいずれか一項に記載の測定装置。
9. 前記貫流測定セル（１）の前記励起側（７）に、少なくとも１つの参照光源（１０，１１）が設けられ、その参照放射光は前記貫流測定セル（１）を通過して前記反対側の測定側（８）の前記光検出器（６）に到達する、請求項１から８のいずれか一項に記載の測定装置。
10. 前記少なくとも１つの参照光源は、６２０ｎｍの参照放射光を有する第１参照光源（１０）と７８０ｎｍの参照放射光を有する第２参照光源（１１）とである、請求項９に記載の測定装置。
11. 前記６２０ｎｍの参照放射光を有する第１参照光源（１０）と前記７８０ｎｍの参照放射光を有する第２参照光源（１１）とは、前記２つの部分から成る測定スリーブ（２）の前記励起側（３）に位置している、請求項１０に記載の測定装置。
12. 前記光源（４）と前記発光−光センサ素子（ＳＴ，ＳＯ，ＳＧ）との間に励起フィルタ（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）が設けられるか、若しくは、前記光源（４）はフィルタ層（１２’）に埋設されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の測定装置。
13. 測定フィルタ（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）が、前記光検出器（６）の入口側に設けられている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の測定装置。
14. 前記貫流測定セル（１）は、少なくとも１つのＯ_２センサ（ＳＯ）と、一つのグルコースセンサ（ＳＧ）と一つの温度センサ（ＳＴ）とを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の測定装置。

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