JP5487478B2 - 生体試料測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、血糖値等の生体情報を測定する生体試料測定装置に関するものである。

従来の生体試料測定装置は、以下のような構成を備えていた。
すなわち、従来の生体試料測定装置は、少なくとも作用極と対極とを含む電極部上に試薬が設けられた生体試料測定センサが装着される装着部と、装着部に装着される生体試料測定センサの電極部に電圧を印加する電圧印加部と、生体試料測定センサの電極部に接続された増幅器と、増幅器に接続された判定部と、電圧印加部、増幅器および判定部を制御する制御部と、を備えていた。

そして、従来の生体試料測定装置では、生体試料測定センサに血液が点着されると、試薬と血液とが反応して、例えば、血液中に含まれる血糖値の値に応じて電極部から出力される出力電流を増幅器で増幅し、その出力電流値に応じて血糖値が表示される。
また、従来の生体試料測定装置では、その測定精度を維持管理するために、定期的に試薬部分に、予め血糖値等が分かっているコントロール液を点着し、コントロール液に対応する血糖値が正しく表示されるか否かを確認している。

よって、従来の生体試料測定装置では、増幅器からの出力結果に応じて、センサに点着された生体試料が血液なのかコントロール液なのかを判定部で判定し、この判定結果に基いて、増幅器の出力から血糖値を算出する算出式を選択し、選択された算出式に基づいて血糖値を算出している（例えば、特許文献１参照）。
つまり、従来の生体試料測定装置では、血液に対する試薬の反応状態とコントロール液に対する試薬の反応状態とが異なることを利用して、判定部によって試薬に点着されたものが血液かコントロール液かを判定し、この判定結果に基づいて血糖値を算出する。

特開２００１−１５３８３９号公報

しかしながら、上記従来の生体試料測定装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示された生体試料測定装置では、コントロール液を用いることにより、測定精度の維持管理を行うことができるというメリットがある。しかし、低温環境下では反応が鈍化してしまうため、信号が微小になり、コントロール液を全血と誤判別をしてしまう可能性があった。また、低濃度の生体試料測定時の応答電流値は、低温環境下における測定と同様に微小な応答電流しか得られないために誤った値を看過してしまうおそれがあった。

本発明の課題は、信号が微小になった際に正確な測定を可能にするための高精度な測定を可能にする生体試料測定装置を提供することにある。

第１の発明に係る生体試料測定装置は、装着部と、電圧印加部と、第１・第２の増幅器と、制御部と、を備えている。装着部には、少なくとも作用極と対極とを含む電極部上に設けられた試薬に反応する生体試料が点着される生体試料測定センサが装着される。電圧印加部は、装着部に装着される生体試料測定センサの電極部に電圧を少なくとも２回印加する。第１・第２の増幅器は、生体試料測定センサの電極部に選択的に接続され、電極部から出力された信号を増幅する。第１の増幅器は、第１の増幅度で信号を増幅する。第２の増幅器は、第１の増幅度よりも大きい第２の増幅度で信号を増幅する。制御部は、第１の増幅器または第２の増幅器を選択的に使用する。制御部は、測定開始時に作用極に接続されている第１の増幅器から出力された信号と、予め設定された閾値とを比較して、信号が閾値よりも小さい場合には、第２増幅器を選択する。

ここでは、血液等の生体試料が点着された生体試料測定センサを装着して電圧を印加し血糖値等の生体情報を測定する生体試料測定装置において、異なる増幅度を有する複数の増幅器（第１・第２の増幅器）を備えている。そして、制御部は、生体試料測定センサの電極部からの出力値を所定の閾値と比較して、その比較結果に応じて、異なる増幅度を有する増幅器から１つの増幅器を選択して使用する。

なお、上記信号とは、生体試料測定センサの電極部から出力された電流値、およびその電流を電圧変換した電圧値を含む。
これにより、例えば、低温環境下において閾値よりも出力信号の値が小さい場合には、増幅度の大きい方の第２の増幅器を選択して使用するように増幅器の切換え制御（レンジ切換え制御）を行うことで、より増幅された出力値を得ることができる。この結果、温度の大きく異なる環境下においても、適切な増幅度を有する増幅器を用いて増幅処理することができるため、従来よりも分解能を向上させて高精度な測定を実施することができる。

第２の発明に係る生体試料測定装置は、第１の発明に係る生体試料測定装置であって、制御部は、第１の増幅器または第２の増幅器から出力される出力結果に基づいて、生体試料の種別の判定を行う。
ここでは、例えば、センサに点着された生体試料が血液試料かコントロール液かを判別する際にも、生体試料測定センサから出力された出力信号の値に応じて適切な増幅度を有する増幅器を用いて増幅処理を行う。

ここで、上記生体試料の種別判定とは、例えば、血液試料とコントロール液との判別を含む。なお、コントロール液とは、生体試料測定装置の測定精度を維持するために、予め測定結果が分かっている試料を用いて測定結果を調整するために用いられるものである。
これにより、このような生体試料の種別判定を低温環境下において実施する場合でも、出力された信号の値に応じて、複数の増幅器の中から適切な増幅度を有する増幅器を選択して増幅処理することで、分解能を向上させて正確な種別判定を実施することができる。

第３の発明に係る生体試料測定装置は、第２の発明に係る生体試料測定装置であって、制御部は、出力結果を示すグラフにおける所定時間帯における傾きを検出して、生体試料測定センサに点着された生体試料が血液試料であるか、コントロール液であるかの判別を行う。
ここでは、上述した生体試料の種別判定において、血液試料とコントロール液との判別を行う。

ここで、血液試料とコントロール液とを比較した場合、生体試料測定センサの試薬と反応する速度に関して、コントロール液の方が血液試料よりも早いという特性がある。つまり、コントロール液の場合には、試薬とすぐに反応して出力電流は初期段階でピークとなる一方、血液試料の場合には、試薬と徐々に反応して所定時間経過後に出力電流値がピークを迎える。

本発明の生体試料測定装置では、このような血液試料とコントロール液との特性の違いを利用し、所定時間経過後の出力値を示すグラフの傾きを検出して種別判定を行う。
具体的には、出力値を示すグラフにおける所定時間経過後の時間帯の傾きがプラスの場合には血液試料と判定し、傾きがマイナスの場合にはコントロール液と判定する。
これにより、上述した増幅器の切換え制御と併せて実施することで、従来よりも分解能を向上させて高精度な種別判定を実施することができる。

第４の発明に係る生体試料測定装置は、第１の発明に係る生体試料測定装置であって、制御部は、第１の増幅器または第２の増幅器から出力される出力結果に基づいて、生体試料の濃度測定を行う。
ここでは、上述した増幅器の切換え制御を、生体試料の濃度測定（例えば、血糖値測定）に利用する。

これにより、生体試料測定センサから出力された信号の値が小さい場合には、大きな増幅度を有する増幅器を選択して増幅処理を行うことができる。この結果、低温環境下等においても、生体試料測定装置の分解能を向上させて高精度な血糖値等の測定を実施することができる。

本発明に係る生体試料測定装置によれば、低温環境下における測定時には、電極部からの出力信号が小さくなるため、第１・第２の増幅器のうち、増幅度の大きい第２の増幅器を選択して増幅した信号を出力することで、低温環境下における血糖値等の測定精度を従来よりも向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る生体試料測定装置の斜視図。 （ａ）は、図１の生体試料測定装置に用いる生体試料測定センサの分解斜視図。（ｂ）はその側断面図。（ｃ）はその平面図。 図１の生体試料測定装置の制御ブロック図。 図１の生体試料測定装置において印加される電圧パターンを示すグラフ。 図１の生体試料測定装置の常温環境下における動作波形図。 図５の動作波形図の比較図。 図１の生体試料測定装置の低温環境下における動作波形図。 図７の動作波形図の比較図。 （ａ）は、低温環境下において増幅度の小さい第１の増幅器（増幅器１４）を使用した際のコントロール液と血液試料との判別結果を示す比較図。（ｂ）は、低温環境下において増幅度の大きい第２の増幅器（増幅器１５）を使用した際のコントロール液と血液試料との判別結果を示す図。 （ａ）は、本発明の他の実施形態に係る生体試料測定装置において印加される電圧パターンと増幅処理された出力結果を示すグラフ。（ｂ）は、その出力結果を示すグラフ。 （ａ）は、図１の生体試料測定装置によってグルコース濃度を測定した際の低温環境下における再現性を示すグラフ。（ｂ）は、その再現性の比較結果を示す図。 （ａ）は、本発明のさらに他の実施形態に係る生体試料測定装置において印加される電圧パターンを示すグラフ。（ｂ）は、その出力結果を示すグラフ。 （ａ）は、本発明のさらに他の実施形態に係る生体試料測定装置において印加される電圧印加パターンを示すグラフ。（ｂ）は、その出力値を示すグラフ。（ｃ）は、閾値判定を行う際の説明図。 本発明のさらに他の実施形態に係る生体試料測定装置の制御ブロック図。 本発明のさらに他の実施形態に係る生体試料測定装置の制御ブロック図。 本発明のさらに他の実施形態に係る生体試料測定装置の制御ブロック図。 本発明のさらに他の実施形態に係る生体試料測定装置の制御ブロック図。 本発明のさらに他の実施形態に係る生体試料測定装置の制御ブロック図。 本発明のさらに他の実施形態に係る生体試料測定装置の制御ブロック図。

（実施形態１）
本発明の一実施形態に係る生体試料測定装置について、図１〜図９（ｂ）を用いて説明すれば以下の通りである。
［生体試料測定装置の構成］
本実施形態に係る生体試料測定装置は、図１に示すように、本体ケース１と、その表面に設けられた表示部２および操作用の操作ボタン３３と、本体ケース１の下端に設けられた生体試料測定センサ３の装着部４と、を備えている。

生体試料測定センサ３は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、基板５とスペーサ６とカバー７とを積層させて一体化されている。ここで、図２（ａ）は、生体試料測定センサ３の展開斜視図、図２（ｂ）は、生体試料測定センサ３を側面から見た場合の断面図、図２（ｃ）は、生体試料測定センサ３の平面図（ただし、カバー７がない状態を示す。）をそれぞれ示している。

基板５上には、電極部に含まれる対極８と作用極９とが設けられている。
対極８および作用極９上には、試薬１０が設けられている。
スペーサ６には、溝１１が形成されている。そして、溝１１と基板５とカバー７とによって、血液の供給路であるキャピラリが形成される。
生体試料測定センサ３に点着された血液（生体試料の一例）は、キャピラリを形成する溝１１内を毛細管現象によって進み、試薬１０の部分まで到達すると、試薬１０と血液中のグルコースとの間で反応が起きる。本実施形態の生体試料測定装置では、この反応値に基づいて血糖値等を求める。

基板５は、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、スペーサ６およびカバー７よりも長手方向において長く、基板５に設けられた対極８、作用極９の部分（それぞれ図２（ｃ）におけるＡ，Ｂの部分に相当）が露出するように形成されている。これは、本体ケース１の装着部４に対して、生体試料測定センサ３が装着された時に、生体試料測定センサ３と本体ケース１内の電気回路とを電気的に接続するためである。

カバー７には、キャピラリ内の毛細管現象を促すための空気孔７ａが設けられている。空気孔７ａは、図２（ｂ）に示すように、生体試料測定センサ３における試薬１０が載置された位置よりも奥側（図２では右側））に配置されていればよい。これは、キャピラリの先端側（図２では左側）に血液等（生体試料）が点着され、毛細管現象により試薬１０の位置まで血液（生体試料）をスムーズに導入するためである。

対極８は、図３の制御ブロックに示すように、電圧印加部１２に接続されている。また、作用極９には、電流電圧変換部１３が接続されている。そして、電流電圧変換部１３の出力側には、増幅器１４，１５が並列関係になるように接続されている。さらに、増幅器１４，１５は、それぞれスイッチ１６，１７を介して、Ａ／Ｄ変換部１８に接続されており、後述する制御部（制御部）２０によって選択された側において増幅処理を行う。

増幅器１４は、所定の増幅度（第１の増幅度）を用いて、電流電圧変換部１３から受信した信号（電圧値）を増幅して出力する。なお、増幅器１４に設定される増幅度は、例えば、×１（５ｋΩ）である。
増幅器１５は、増幅器１４に設定された増幅度（第１の増幅度）よりも大きい所定の増幅度（第２の増幅度）を用いて、電流電圧変換部１３から受信した信号（電圧値）を増幅して出力する。なお、増幅器１５に設定される増幅度は、例えば、×４（２０ｋΩ）である。

スイッチ１６，１７は、後述する制御部２０によってどちらか一方が選択され、増幅器１４または増幅器１５とＡ／Ｄ変換部１８とを接続することで、生体試料測定センサ３から取得した信号を増幅処理する際の増幅度を切り替える。なお、測定開始時点においては、スイッチ１６側がＯＮ状態となっており、増幅器１４とＡ／Ｄ変換部１８とを接続しているものとする。

なお、本実施形態の生体試料測定装置における電流電圧変換部１３から増幅器１４，１５、スイッチ１６，１７まではアナログ信号を処理するアナログ処理部である。
Ａ／Ｄ変換部１８は、スイッチ１６，１７を介して増幅器１４，１５において増幅処理された信号を入力するとともに、判定部（制御部）１９に接続されている。
判定部１９は、電圧印加部１２、増幅器１４，１５およびスイッチ１６，１７とともに、制御部２０によって制御されている。また、判定部１９は、閾値判定部２１と、試料判別部２２と、出力部（図示せず）と、を有している。さらに、判定部１９は、メモリ部２３と接続されている。

閾値判定部２１は、電流電圧変換部１３において電流値から電圧値に変換された後、増幅器１４または増幅器１５において増幅され、さらにＡ／Ｄ変換部１８においてデジタル信号に変換された出力信号と、所定の閾値とを比較して閾値判定を行う。
試料判別部２２は、閾値判定部２１における判定結果に応じて、制御部２０によって作用極９に選択的に接続された増幅器１４，１５の出力値に基づいて、生体試料測定センサ３に点着された生体試料の種別判定を行う。

出力部（図示せず）は、種別判定された生体試料の測定値（例えば、血糖値）を、表示部２に出力する。
メモリ部２３は、閾値データ保存メモリ２４、コントロール／血液判別データ保存メモリ２５、測定値保存メモリ２６、演算式保存メモリ２７等を有する。
閾値データ保存メモリ２４は、閾値判定部２１において用いられる閾値データを格納している。

コントロール／血液判別データ保存メモリ２５は、試料判別部２２において生体試料の種別判定を行うためのデータを保存する。
測定値保存メモリ２６は、図示しない出力部から表示部２に出力される値を保持する。
演算式保存メモリ２７は、血糖値等の生体試料の測定結果を算出するための演算式を保存する。

＜生体試料の種別判定＞
ここで、本実施形態の生体試料測定装置における生体試料の種別の判定について、図４および図５を用いて以下で説明する。
図４は、電圧印加部１２から対極８に加えられる電圧の印加パターンの一例を示している。

本実施形態では、測定開始直後の時間ｔ０−ｔ１間に所定電圧Ｖ１を印加し、その後、時間ｔ２−ｔ３間に所定電圧Ｖ２を印加する。ここで、上記所定電圧Ｖ１，Ｖ２としては、例えば、０．０５〜１Ｖ、好ましくは、０．１〜０．８Ｖ、より好ましくは、０．２〜０．５Ｖの範囲であることが好ましい。
なお、時間ｔ０−ｔ１間に印加される所定電圧Ｖ１は、血液試料と試薬との反応促進を補助するためにグルコース測定用電圧の印加前に印加されるプリ印加電圧である。時間ｔ２−ｔ３間に印加される所定電圧Ｖ２は、グルコース測定用の電圧である。

本実施形態では、大きさの異なる電圧（Ｖ１，Ｖ２）を２回に分けて印加している。このような印加パターンの電圧が対極８に印加されると、作用極９からの出力電流は電流電圧変換部１３において電圧に変換された後、増幅器１４または増幅器１５を経由して、Ａ／Ｄ変換部１８に入力される。そして、その入力電圧の大きさに応じて、Ａ／Ｄ変換部１８から図５に示す電圧値が出力される。

なお、Ａ／Ｄ変換の出力は、８ｂｉｔｓ〜１６ｂｉｔｓのデジタル値であって、各ビットは“１”または“０”となっている。図５のグラフでは、本実施形態による効果を分かり易くするために、そのデジタル値の時間的な変化をアナログ的に示している。
図５において、実線は、生体試料測定センサ３に血液試料を点着した際の出力であり、破線は、生体試料測定センサ３にコントロール液を点着した際の出力である。

ここでこのグラフに表れた特徴的な点は、図５に示すように、血液試料の場合は、時間軸ｃ−ｄ間の値が連続的に上昇しているのに対し、コントロール液の場合には、ｃ−ｄ間の値が連続的に下降している。このような挙動が表れる理由は、血液試料と試薬１０との反応は徐々に進行するのに対して、コントロール液と試薬１０との反応は初期段階において急激に起こり、所定時間経過した時間軸ｃ−ｄ間においては、徐々に衰退しているからである。

本実施形態の生体試料測定装置では、図５に示すグラフの時間軸ｃ−ｄ間における出力電圧値の変化を試料判別部２２において検出することで、コントロール／血液判別データ保存メモリ２５に保存された情報に基づいて、生体試料測定センサ３に点着されたものが、血液試料であるかコントロール液であるかを判定することができる。
そして、本実施形態では、この判定結果に基づいて、演算式保存メモリ２７からその判定結果に対応した演算式を選択し、その演算式により血糖値等の測定結果を算出し、最終的な測定結果を表示部２に表示させる。

＜増幅器１４，１５の切換え制御＞
ここで、本実施形態の生体試料測定装置における増幅器１４，１５の切換え制御について、以下で説明する。
本実施形態の生体試料測定装置では、以上のような生体試料の種別判定を実施する前に、測定初期状態において接続されている増幅器１４から出力された電圧値（図５参照）が、閾値判定部２１に設定された閾値（例えば、１２５ｍＶ）よりも大きいか小さいかによって、使用する増幅器１４，１５を選択する。ここで、図５に示すグラフの縦軸最大値Ｖｘは、例えば、２２．５ｍＶである。

具体的には、図５に示すポイントαにおける出力値と閾値（１２５ｍＶ）とを比較すると、ポイントαにおける出力値は閾値よりも小さい（図５のポイントαは図４のポイントαに対応。）。このため、制御部２０は、閾値判定部２１の判定結果を踏まえて、図３に示すスイッチ１６をＯＮ状態からＯＦＦ状態へと移行させるとともに、スイッチ１７を閉じてＯＦＦ状態からＯＮ状態へ移行させる。これにより、スイッチ１７が閉じられることにより、電流電圧変換部１３の出力が増幅器１５を経由して、Ａ／Ｄ変換部１８に接続される。すなわち、増幅器１４よりも大きい増幅度が設定された増幅器１５が選択された場合の特性が、図５に示すグラフである。

図５に示すグラフは、居住空間内（例えば、２５℃の場所）において、生体試料の各種測定を行った際の特性を示している。つまり、本実施形態では、このような室温環境下においても、生体試料測定センサ３からの出力値が所定の閾値よりも小さい場合には、出力値を増幅処理することで、より高精度な測定を実施することができる。
なお、図５に示すグラフの比較例として、図６に、同じ室温環境下における出力値（図中ポイントαにおける出力値）が所定の閾値（１２５ｍＶ）以下の場合でも、通常の増幅度が設定された増幅器１４を用いて増幅処理された結果を示している。ここで、図６に示すグラフの縦軸最大値Ｖｘは、例えば、５．６ｍＶである。この場合には、図５と同様の波形が表れるものの、測定レンジが、図５の０〜２２．５ｍＶに対して、図６では０〜５．６ｍＶと狭くなっている。よって、上述したように、室温環境下においても、出力値が小さい場合には増幅度の大きい増幅器１５を用いて増幅処理を行うことで、より精度の高い測定を実施することができる。

これに対して、図７のグラフは、５℃の低温環境下における測定結果を示している。ここで、図７に示すグラフの縦軸最大値Ｖｘは、例えば、０．７ｍＶである。図７と図５とを比較すれば容易に理解されるように、低温環境下（５℃）では出力値が小さくなっているが、時間軸ｃ−ｄ間における血液試料とコントロール液との特性は図５と同様に表れている。

しかしながら、５℃の低温環境下では、一般的に反応が遅くなり、それに伴って出力信号のレベルも低くなる傾向がある。このため、２５℃の場合（図５に示す）と同様の信号ではあるものの、５℃の場合（図７）の方が、コントロール液でも血液でも、ｔ０からの初期時間においては、立ち上がりが遅く、値が小さくなっている。
なお、低温環境下として５℃の条件を設定したのは、一般的な生体試料測定装置の測定範囲が５〜４５℃に設定されており、その下限値が５℃となっているためである。

すなわち、図７に示すグラフにおいても同様に、血液試料の場合は、時間軸ｃ−ｄ間の値が連続的に上昇しており、逆にコントロール液の場合には、時間軸ｃ−ｄ間の値が連続的に下降している。
次に、図８は、低温環境下において増幅度の小さい増幅器１４を使用して増幅処理された際の出力値を示すグラフである。ここで、図８に示すグラフの縦軸最大値Ｖｘは、例えば、０．７ｍＶである。低温環境下において測定する際には、室温環境下と同じ増幅器１４を使用して増幅処理された場合には、図８に示すように、時間軸ｃ−ｄ間において、血液およびコントロール液ともにスムーズに、上昇、下降するグラフにはなっておらず、ガタガタと上下する特性を示している。

すなわち、低温環境下における測定時には、作用極９からの出力電流が室温環境下よりも小さくなるため、通常の増幅度に設定された増幅器１４では、Ａ／Ｄ変換部１８に対して十分な入力レベルで出力することができない。このため、Ａ／Ｄ変換部１８の分解能の限界によって、図８に示すように、ガタガタとした波形となってしまう。この結果、図８に示すような出力では、試料判別部２２における種別判定を実施することができないとともに、適切な測定を実施することもできない。

そこで、本実施形態の生体試料測定装置では、このような低温環境下における測定においても、増幅器１４よりも大きい増幅度が設定された増幅器１５を選択して使用することで、図７に示すように、血液試料およびコントロール液の特性をより正確に検出することができる。よって、試料判別部２２において適切な種別判定を行うことができ、低温環境下における検出精度を従来よりも向上させることができる。

図９（ａ）および図９（ｂ）は、上述した増幅器１４，１５の切換え制御による検出精度について、低温環境下（５℃）における血液試料とコントロール液との判別結果について検証した結果を示している。
その結果、図９（ａ）に示すように、低温環境下において増幅度の小さい増幅器１４を使用した場合には、コントロール液を血液試料と誤って判定した回数が５回／１５００回発生し、血液試料をコントロール液と誤って判定した回数が１回／４０００回あったことが分かる。

一方、上述のように閾値判定の結果、使用する増幅器を増幅器１５を切り換えて使用した場合には、図９（ｂ）に示すように、コントロール液および血液試料ともに誤って判定された回数は０であったことが分かる。
以上の結果から判断しても、本実施形態の生体試料測定装置によれば、血液試料およびコントロール液ともに正確に判別することができるという効果は明らかであり、低温環境下等のセンサ出力値が小さい環境下においては特に有効であることが分かる。

（実施形態２）
本発明の他の実施形態に係る生体試料測定装置について、図１０（ａ）〜図１１（ｂ）を用いて説明すれば以下の通りである。
本実施形態の生体試料測定装置では、実施形態１において説明した増幅器１４，１５の切換え制御を、通常のグルコース濃度の測定に適用している。

なお、本実施形態では、低温環境下（５℃）において、グルコース測定時に印加する上記実施形態１と同様の電圧パターンを、電圧印加部１２から対極８に対して印加し、増幅器１４、増幅器１５を使用した場合の出力結果を比較している。また、本実施形態の生体試料測定装置は、上記実施形態１の生体試料測定装置と同じ構成を有しているものとし、同じ符号を付して説明する。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）の上段は、上記実施形態１と同じ電圧印加パターンを示すグラフであり、図１０（ａ）および図１０（ｂ）の下段は、増幅器１５、増幅器１４をそれぞれ使用して出力した結果（電流値）を示すグラフである。ここで、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すグラフの縦軸最大値Ｖｘは、例えば、０．７ｍＶである。
すなわち、本実施形態では、上記実施形態１と同様に、時間ｔ０−ｔ１間に電圧Ｖ１を印加し、時間ｔ２−ｔ３間に電圧Ｖ２を印加しており、印加時間内における１つ以上のポイントで得られた測定値を用いてグルコース濃度を測定している。ここで、上記所定電圧Ｖ１，Ｖ２としては、例えば、０．０５〜１Ｖ、好ましくは、０．１〜０．８Ｖ、より好ましくは、０．２〜０．５Ｖの範囲であることが好ましい。

本実施形態の生体試料測定装置では、図１０（ａ）の下段のグラフに示すように、増幅度の大きい増幅器１５を使用した場合には、時間ｔ０−ｔ１間、時間ｔ２−ｔ３間における出力結果とも、スムーズな曲線状となっている。これにより、出力結果に基づいて、グルコース濃度を正確に算出することができる。
一方、図１０（ｂ）の下段のグラフに示すように、増幅度の小さい増幅器１５を使用した場合には、時間ｔ０−ｔ１間、時間ｔ２−ｔ３間における出力結果とも、一部がガタガタしたグラフとなっている。このため、グルコース濃度を正確に算出することができない。

以上のように、所定の電圧印加パターンの電圧（Ｖ１，Ｖ２）を印加した結果、得られた出力結果が小さい場合には、測定開始時に接続されている増幅器１４を使用するとグルコース濃度を精度よく測定することができないおそれがある。このため、本実施形態の生体試料測定装置では、図１０（ａ）中のポイントα，βにおける出力値と所定の閾値とを比較して、初期状態で作用極９に接続された増幅器１４からの出力値が所定の閾値（ここでは、２５ｍV）以下であった場合には、増幅度の大きい増幅器１５を使用する。このとき、制御部２０はスイッチ１６をＯＦＦ状態へ移行させるとともに、スイッチ１７をＯＮ状態へ移行させるように切り換える（図３参照）。

これにより、作用極９からの出力結果は、増幅器１５によって増幅器１４よりも増幅度を高くして増幅処理され、図１０（ａ）の下側に示すグラフを得ることができる。この結果、低温環境下において生体試料測定センサ３からの出力値が小さい場合でも、増幅器１４，１５を段階的に切り換えて使用することで、分解能を向上させて、従来よりも高精度なグルコース測定を実施することができる。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、上述した増幅器１４，１５の切換え制御による再現性について、低温環境下（５℃）において、グルコース濃度の異なる血液試料を用いて検証した結果を示している。なお、使用した血液試料は、それぞれグルコース濃度、Ｈｃｔ値が、試料Ａ；４０ｍｇ／ｄｌ，４２％、試料Ｂ；８０ｍｇ／ｄｌ，４２％の２種類である。

その結果、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、低温環境下においても通常の通り、増幅度の小さい増幅器１４を使用した場合には、試料Ａでは再現性２８．５％、試料Ｂでは再現性８．２％と、非常にバラつきが大きいことが分かる。その理由としては、低温環境下において増幅器１４を使用した場合には、図８に示すように、出力値がガタガタとしたグラフとなってしまうため、正確な測定値を算出できないためであると考えられる。

一方、上述のように閾値判定の結果、増幅器１４および増幅器１５を切り換えて増幅度の大きい増幅器１５を使用した場合には、試料Ａでは再現性３．５％、試料Ｂでは再現性２．５％と、増幅器１４を用いた場合と比較してバラつきが非常に小さいことが分かる。
以上の結果から判断しても、本実施形態の生体試料測定装置によれば、グルコース濃度の増減に関わらず、正確で安定した測定結果を得られるという効果は明らかであり、低温環境下等のセンサ出力値が小さい測定時には特に有効であることが分かる。

（実施形態３）
本発明のさらに他の実施形態に係る生体試料測定装置について、図１２（ａ）および図１２（ｂ）を用いて説明すれば以下の通りである。
本実施形態の生体試料測定装置では、上記実施形態１，２で印加された電圧印加パターンとは異なる電圧を印加して、グルコース濃度に加えて、ヘマトクリット（Ｈｃｔ）の測定も実施する点で異なっている。

本実施形態では、図１２（ａ）に示すように、上記実施形態１，２と同様に、時間ｔ０−ｔ１間に測定前のプリ印加電圧Ｖ１を印加し、時間ｔ２−ｔ３間にグルコース測定用の電圧Ｖ２を印加し、時間ｔ３時点においてグルコース濃度を測定する。さらに、本実施形態では、上記電圧に加えて、時間ｔ４−ｔ５間において、Ｈｃｔ測定用の電圧Ｖ３を印加している。ここで、電圧Ｖ３としては、好ましくは、１〜１０Ｖの範囲であり、より好ましくは、１〜６．５Ｖの範囲であることが好ましい。

また、図１２（ａ）に示す期間ａにおけるＡ／Ｄ変換部１８のＭＡＸ出力は、図１２（ｂ）に示すように、例えば、出力電圧値で１００ｍＶ、Ａ時点におけるＡ／Ｄ変換部１８のＭＡＸ出力は、例えば、出力電圧値で２５ｍＶ、期間ｂにおけるＡ／Ｄ変換部１８のＭＡＸ出力は、例えば、出力電圧値で２６６．７ｍＶに設定されている場合において、期間ａにおける測定分解能は０．０１３２ｍＶ、Ａ時点における測定分解能は０．００３３ｍＶ、期間ｂにおける測定分解能は０．０１８ｍＶとなっている。つまり、これらの出力比は、Ａ：ａ：ｂ≒１：４：１１となっている。

なお、これらの出力電流値やそれに伴う測定分解能は、一例であり、ここで説明した値に限定されるものではない。また、出力比についても、Ａ：ａ：ｂ＝１：４：８でもよく、Ａ：ａ：ｂ＝１：３：１２などであってもよい。
本実施形態の生体試料測定装置では、図１２（ａ）に示す電圧印加パターンを採用し、増幅器１４からの出力値が所定の閾値よりも小さい場合には、増幅器１５に切り換えて使用することで、上述した実施形態２と同様に、グルコース濃度の測定を高精度に実施することができると同時に、Ｈｃｔも測定することができる。

（実施形態４）
本発明のさらに他の実施形態に係る生体試料測定装置について、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）を用いて説明すれば以下の通りである。
本実施形態の生体試料測定では、グルコース測定を開始する前段階として、血液試料の点着検知用の電圧印加パターンを追加している点で、上記各実施形態とは異なっている。なお、本発明では、本実施形態のような点着検知用の電圧印加パターンを用いて閾値判定を行う制御に限定されるものではなく、判定用の電圧印加パターンを用いて閾値判定を行うようにしてもよい。

すなわち、本実施形態では、図１３（ａ）に示すように、グルコース濃度の測定開始時点ｔ０より前の期間（ｔ−２）−（ｔ−１）間において、所定の電圧Ｖ４を印加している。ここで、電圧Ｖ４としては、例えば、０．０５〜１Ｖ、好ましくは、０．１〜０．８Ｖの範囲であることが好ましい。
この期間（ｔ−２）−（ｔ−１）における所定の電圧Ｖ４は、生体試料測定センサ３に血液試料が点着されたか否かを検知するために従来から印加されてきたものであり、本実施形態では、この試料検知用の印加電圧の出力結果を用いて、上述した増幅器１４，１５の切換え制御（レンジ切換え制御）を実施する。

具体的には、試料検知用の印加電圧Ｖ４の出力結果は、図１３（ｂ）に示すような曲線状の波形となる。ここで、図１３（ｂ）に示すグラフの縦軸最大値Ｖｘは、例えば、３０ｍVである。よって、本実施形態では、図１３（ｃ）に示すように、期間（ｔ−２）−（ｔ−１）間の中心位置における出力値Ｖｚ（本実施形態では、例えば、４．５ｍＶ）を、メモリ部２３に格納されている所定の閾値と比較して、増幅器１４，１５の切換え制御（レンジ切換え制御）を実施するか否かを判断する。

ここで、出力値Ｖｚ（本実施形態では、例えば、４．５ｍＶ）が、メモリ部２３に格納された所定の閾値よりも大きい場合には、出力値をさらに増幅する必要なしと判断して、増幅器１４との接続のまま維持される。一方、出力値Ｖｚが所定の閾値よりも小さい場合には、増幅器１４から増幅器１５へ接続を切り換えることで、増幅度の大きい出力が得られる。

これにより、グルコース濃度の測定が開始される前に印加される電圧を利用して閾値判定を行い、その結果に応じて増幅器１４，１５の切換え制御を実施することで、上述したように、低温環境下等の出力値の小さい環境においても、分解能を向上させて高精度な測定を実施することができるという効果を得ることができる。
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施形態では、閾値判定を行う判定部１９（閾値判定部２１）とスイッチ１６，１７のいずれか一方を選択する制御部２０とを別々の制御ブロックとして説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、閾値判定やスイッチ１６，１７の選択を含めて、１つの制御部において実施するような構成であってもよい。

あるいは、制御部内に形成される判定部等の制御ブロックにおいて閾値判定を実施するような構成であってもよい。
（Ｂ）
上記実施形態では、生体試料測定センサ３の作用極９から出力された電流値を、電流電圧変換部１３において電圧値に変換した後、増幅器１４，１５のいずれか一方で増幅処理を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、電圧値に変換することなく、電流値のまま増幅処理を行ってもよい。
（Ｃ）
上記実施形態では、生体試料測定センサ３の作用極９からの出力値の大きさに応じて、２つの増幅器１４，１５を選択的に使用して増幅処理を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、増幅処理を行う増幅器として、図１４に示すように、３つの増幅器１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃが設けられた生体試料測定装置１０１であってもよい。あるいは、増幅器が３つ以上設けられた生体試料測定装置であってもよい。
この場合には、生体試料測定センサからの出力の大きさに応じて、スイッチ１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃのＯＮ／ＯＦＦ状態を切り換えることで、例えば、増幅度を１倍、４倍、１２倍の３段階で増幅処理を実施することができる。

また、図１４の構成の制御ブロック図において、一定周期ごとに連続的に、増幅器１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃを切り換え、その切り換えた増幅器における出力値をメモリに格納・蓄積していくように制御してもよい。
この場合には、測定終了時に、その測定時の温度データ、初期の出力値データ等に基づいて、メモリに蓄積した出力値データの中から最適なものを選択し、正規のデータとして採用する。その後、補正などの演算を行い、測定値として表示部２に測定結果を表示することができる。

ここで、一定周期は、０．０１〜０．５秒の範囲であればよく、好ましくは０．０１〜０．１秒の範囲であることがより好ましい。また、増幅器が２つ設けられている場合でも、同様の処理を実施することができる。
（Ｄ）
上記実施形態では、閾値判定部２１における閾値判定を、Ａ／Ｄ変換部１８から受信した信号（デジタル電圧値）に基づいて実施する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、閾値判定の対象となる作用極９からの出力値としては、上記デジタル電圧値に限らず、電流電圧変換部１３において変換される前の電流値であってもよいし、Ａ／Ｄ変換部１８においてＡ／Ｄ変換される前のアナログ値であってもよい。
（Ｅ）
上記実施形態では、判定部１９内に形成された試料判別部２２において、血液試料とコントロール液との種別を判定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、上記以外の生体試料であっても、その生体試料特有の性質を検出することで、各生体試料の種別の判定を実施することができる。
（Ｆ）
上記実施形態では、血液試料とコントロール液との種別判定を、図５に示すグラフの時間軸ｃ−ｄ間における電圧値の変化に基づいて判定する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、以下の特許文献１の技術内容を活用することで、生体試料測定センサに点着された生体試料の種別判定を実施してもよい。
具体的には、電流を測定することによりサンプル中の分析対象物の濃度を定量するセンサシステムにおいて、測定した電流値と該電流値の時間微分値との比をサンプルの弁別パラメータとし、対象とする複数のサンプルの種類を弁別するための、弁別パラメータを独立変数とする弁別関数を定義する。そして、この弁別関数に、弁別パラメータの値を代入して得られる数値を弁別指標とし、この弁別指標に基づいてサンプルの種類、すなわち、血液かコントロール液かを弁別する。

このような弁別方法によっても、上記実施形態と同様に、血液試料とコントロール液との種別判定を実施することが可能である。
（Ｇ）
上記実施形態では、生体試料測定センサ３に対して、電圧印加部１２から所定の電圧を印加して測定を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１５に示すように、第１電圧印加部２１２ａと第２電圧印加部２１２ｂとを設けた生体試料測定装置２０１であってもよい。
この場合には、生体試料測定センサ３に第１電圧印加部２１２ａから電圧を印加し、生体試料測定センサ３の対極部となる端子に対して、第２電圧印加部２１２ｂから基準電圧を印加する。このとき、生体試料測定センサ３の両端にかかる電圧は、（第１電圧印加部２１２ａからの印加電圧−第２電圧印加部２１２ｂからの印加電圧）となる。そして、生体試料測定センサ３の両端に電圧を印加したときに流れた電流を、電流電圧変換部１３にて電圧に置き換える。さらに、Ａ／Ｄ変換部１８に適した電圧にするために、増幅器１４もしくは増幅器１５において電圧を増幅してＡ／Ｄ変換部１８に入力する。

（Ｈ）
上記実施形態では、生体試料測定センサ３の作用極９からの出力値の大きさに応じて、２つの増幅器１４，１５を選択的に使用して増幅処理を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、生体試料測定センサに複数の電極の組み合わせがある場合や、同時に複数の電極に電圧を印加したい場合には、図１６に示す生体試料測定装置３０１のように、同じ構成を有する第１・第２アナログ処理部を備えており、アナログ処理全体を切り替えるような構成であってもよい。

この場合には、スイッチ３１６ａとスイッチ３１６ｂをＯＮ状態とすることで、第１アナログ処理部から電圧を印加することができる。さらに、スイッチ３１６ｃとスイッチ３１６ｄをＯＮ状態とすることで、第２アナログ処理部から電圧を印加することができる。また、スイッチ３１６ｅとスイッチ３１６ｆのどちらかをＯＮ状態とすることで、第１アナログ処理部、もしくは第２アナログ処理部のどちらかの出力を、Ａ／Ｄ変換部１８に入力してＡ／Ｄ変換することができる。

なお、図１６に示す例では、各アナログ処理部内に増幅器が２つずつ設けられているが、１つずつであってもよい。この場合には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は不要となる。
また、上記実施形態および図１６に示す生体試料測定装置では、スイッチ３１６ａ，３１６ｂおよびスイッチ３１６ｃ，３１６ｄが、センサ３の接続電極８，９等に、それぞれ個別に接続されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、スイッチ３１６ａとスイッチ３１６ｃとが、同一の接続電極（例えば、接続電極９のみ）に接続されていてもよいし、同様に、スイッチ３１６ｂとスイッチ３１６ｄとが同一の接続電極（例えば、接続電極８のみ）に接続されていてもよい。
（Ｉ）
上記実施形態では、１つの電流電圧変換部１３を備えた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１７に示すように、２つの電流電圧変換部（第１・第２電流電圧変換部４１３ａ，４１３ｂ）を備えた生体試料測定装置４０１であってもよい。
この場合には、第１・第２電流電圧変換部４１３ａ，４１３ｂそれぞれに対して１つずつ増幅器１４，１５が設けられており、これらの構成によって、使用される増幅器を切り換えてもよい。

つまり、図１７に示す構成では、電流電圧変換部と増幅器とを一組として、その組が２つ（第１電流電圧変換部４１３ａと増幅器１４、第２電流電圧変換部４１３ｂと増幅器１５）に設けられている。よって、使用される増幅器１４，１５を切り換える際には、スイッチ１６とスイッチ４１６ａ、またはスイッチ１７とスイッチ４１６ｂとをそれぞれ同期して切り換えるように制御すればよい。

（Ｊ）
上記実施形態では、生体試料測定センサ３の作用極９からの出力値の大きさに応じて、２つの増幅器１４，１５を選択的に使用して増幅処理を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図１８に示すように、電流電圧変換部（第１・第２電流電圧変換部４１３ａ，４１３ｂ）、増幅器（増幅器１４，１５）、Ａ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ変換部５１８ａ，５１８ｂ）を２系列で備えた生体試料測定装置５０１であってもよい。

この場合には、２系列で配置された電流電圧変換部、増幅器、Ａ／Ｄ変換部によって、これら全体を切り換えることができる。さらに、各増幅器の後段にそれぞれＡ／Ｄ変換部が配置されているため、同時に２つの回路からデータを取得することができる。
（Ｋ）
上記実施形態では、生体試料測定センサ３の作用極９からの出力値の大きさに応じて、２つの増幅器１４，１５を選択的に使用して増幅処理を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１９に示すように、上述した第１アナログ処理部と第２アナログ処理部の後段に、それぞれＡ／Ｄ変換部６１８ａ，６１８ｂを備えた生体試料測定装置６０１であってもよい。
この場合には、Ａ／Ｄ変換部６１８ａ，６１８ｂまでの回路が２系列設けられているため、同時に、２箇所に電圧を印加し、かつ同時にＡ／Ｄ変換することができる。

なお、図１９に示す例では、各アナログ処理部内に２つずつ増幅器を有しているが、増幅器がそれぞれ１つずつ設けられている構成であってもよい。この場合には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、不要となる。
また、上述した他の実施形態（Ｈ）と同様に、生体試料測定センサ３へ印加する電圧の切替も必要となるため、アナログ処理部のセンサ側にも切替用のスイッチ３１６ａ〜３１６ｄが必要となる。

上記実施形態および図１９に示す構成では、スイッチ３１６ａ，３１６ｂ，３１６ｃ，３１６ｄがセンサ３の接続電極８，９等にそれぞれ個別に接続されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、スイッチ３１６ａとスイッチ３１６ｃとが同一の接続電極（例えば、接続電極９のみ）に接続されていてもよいし、同様に、スイッチ３１６ｂとスイッチ３１６ｄとが同一の接続電極（例えば、接続電極８のみ）に接続されていてもよい。

（Ｌ）
上記実施形態では、閾値判定や生体試料の種別判定、濃度測定等を判定部１９、増幅器の選択的な切換え制御を制御部２０において、それぞれ実施する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、これらの閾値判定、生体試料の種別判定、濃度測定等を、単体の機能ブロック内において処理するように構成されていてもよい。あるいは、３つ以上の機能ブロックにおいて、それぞれの処理を実施するように構成されていてもよい。

（Ｍ）
上記実施形態では、増幅度の異なる複数の増幅器（増幅器１４，１５等）を切り替えるタイミングとして、電圧印加開始時に切り替える例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、増幅度の異なる増幅器の切替えタイミングとして、基本的には、電圧印加中における任意のタイミングで切替えを実施してもよい。

本発明の生体試料測定装置は、低温環境下における測定時には、作用極からの出力信号が小さくなるため、第１・第２の増幅器のうち、増幅度の大きい第２の増幅器を選択して出力することで、低温環境下における血糖値等の測定精度を従来よりも向上させることができるという効果を奏することから、例えば、血糖値等の生体情報を測定する生体試料測定装置に対して広く適用可能である。

１ 本体ケース
２ 表示部
３ 生体試料測定センサ
４ 装着部
５ 基板
６ スペーサ
７ カバー
８ 対極
９ 作用極
１０ 試薬
１１ 溝
１２ 電圧印加部
１３ 電流電圧変換部
１４ 増幅器（第１の増幅器）
１５ 増幅器（第２の増幅器）
１６ スイッチ
１７ スイッチ
１８ Ａ／Ｄ変換部
１９ 判定部（制御部）
２０ 制御部（制御部）
２１ 閾値判定部
２２ 試料判別部
２３ メモリ部
２４ 閾値データ保存メモリ
２５ コントロール／血液判別データ保存メモリ
２６ 測定値保存メモリ
２７ 演算式保存メモリ
１０１ 生体試料測定装置
１１４ａ〜１１４ｃ 増幅器（第１・第２の増幅器）
１１６ａ〜１１６ｃ スイッチ
２０１ 生体試料測定装置
２１２ａ 第１電圧印加部
２１２ｂ 第２電圧印加部
３０１ 生体試料測定装置
３１６ａ〜３１６ｆ スイッチ
４０１ 生体試料測定装置
４１３ａ，４１３ｂ 電流電圧変換部
５０１ 生体試料測定装置
６０１ 生体試料測定装置

Claims (4)

1. 少なくとも作用極と対極とを含む電極部上に設けられた試薬に反応する生体試料が点着される生体試料測定センサが装着される装着部と、
   前記装着部に装着される前記生体試料測定センサの前記電極部に電圧を少なくとも２回印加する電圧印加部と、
   前記生体試料測定センサの前記電極部に選択的に接続され、前記電極部から出力された信号を、第１の増幅度で前記信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅度よりも大きい第２の増幅度で前記信号を増幅する第２の増幅器と、
   前記第１の増幅器または前記第２の増幅器を選択的に使用する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、測定開始時に前記作用極に接続されている前記第１の増幅器から出力された前記信号と、予め設定された閾値とを比較して、前記信号が前記閾値よりも小さい場合には、前記第２増幅器を選択する、
   生体試料測定装置。
2. 前記制御部は、前記第１の増幅器または第２の増幅器から出力される出力結果に基づいて、前記生体試料の種別の判定を行う、
   請求項１に記載の生体試料測定装置。
3. 前記制御部は、前記出力結果を示すグラフにおける所定時間帯における傾きを検出して、前記生体試料測定センサに点着された生体試料が血液試料であるか、コントロール液であるかの判別を行う、
   請求項２に記載の生体試料測定装置。
4. 前記制御部は、前記第１の増幅器または前記第２の増幅器から出力される出力結果に基づいて、前記生体試料の濃度測定を行う、
   請求項１に記載の生体試料測定装置。

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