KR20180118661A - 성분 측정 장치, 성분 측정 방법 및 성분 측정 프로그램 - Google Patents

성분 측정 장치, 성분 측정 방법 및 성분 측정 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명에 관한 성분 측정 장치는, 혈액 중의 피측정 성분과 시약의 정색 반응에 의해 정색한 색소 성분을 포함하는 혼합물의 광학적 특성에 기초하여 상기 혈액 중의 피측정 성분을 측정하는 성분 측정 장치이며, 산란광의 정보와, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 기초하여, 측정 파장에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도의 실측값을 보정한다.

Description

성분 측정 장치, 성분 측정 방법 및 성분 측정 프로그램
본 발명은, 성분 측정 장치, 성분 측정 방법 및 성분 측정 프로그램에 관한 것으로, 특히 혈액 중의 피측정 성분을 측정하는 성분 측정 장치, 성분 측정 방법 및 성분 측정 프로그램에 관한 것이다.
종래부터, 생화학 분야나 의료 분야에 있어서, 검체로서의 혈액(전혈) 중에 포함되는 목적 성분(피측정 성분이라고도 한다)을 측정하는 방법으로서, 혈액을 피측정 성분이 포함되는 부분과, 피측정 성분이 포함되지 않는 부분으로 분리하여, 피측정 성분의 양이나 농도를 측정하는 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 혈장 중의 글루코오스 농도(㎎/dL)를 측정하기 위해서, 필터 등을 사용하여, 혈액으로부터 혈장 성분을 분리하는 공정을 행하여, 혈장 중의 글루코오스 농도를 측정하는 방법이 있다.
그러나, 단시간에 혈액 중의 혈장 성분을 완전히 분리하는 것은 어렵고, 나아가 분리하기 위해서 사용되는 필터 등의 성능의 변동도 있기 때문에, 분리한 혈장 성분 중에 혈구 성분이 일부 포함되어 버릴 가능성이 있어, 정확한 글루코오스 농도를 측정하는 것이 어렵다. 이 외에, 예를 들어 특허문헌 1과 같이, 혈액을 용혈시키고 나서 글루코오스 농도를 측정하는 방법도 알려져 있지만, 상술한 혈장 분리와 마찬가지로, 용혈을 행하기 위해서는 시간이 걸리고, 나아가 용혈 후의 액체에 혈구 성분이 일부 남아 버릴 가능성이 있다.
이에 반해, 혈액으로부터 피측정 성분을 분리하지 않고, 나아가 혈액을 용혈시키지 않고, 혈액 중의 피측정 성분을 측정하는 하나의 방법으로서, 흡광 광도법을 사용한 전혈 측정이 알려져 있다. 이 방법에 의하면, 상술한 피측정 성분의 분리 공정이나 용혈 공정을 행하는 방법과 비교하여, 피측정 성분의 측정에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 단, 피측정 성분과 다른 별도의 성분이 혈액 중에 많이 포함되는 경우, 별도의 성분이 광흡수·광산란 등의 광학적 현상을 야기하고, 그 결과, 측정상의 외란 인자로서 작용하는 경우가 있다. 그래서, 피측정 성분의 측정 정밀도를 유지하기 위해, 이 외란 인자의 영향을 제거하는 것이 필요하며, 외란 인자의 영향을 제거하는 방법이 여러가지 제안되고 있다.
특허문헌 2에는, 측정 파장보다 장파장측의 장파장역의 실측값으로부터, 측정 파장에 있어서의 외란 인자의 영향량을 추정하고, 측정 파장에 있어서의 실측값을, 추정한 외란 인자의 영향량을 사용해서 보정한 후, 예측한 헤마토크리트값을 사용하여 측정 파장에 있어서의 실측값을 더 보정함으로써, 혈장 성분에 있어서의 글루코오스 농도를 측정하는 성분 측정 장치 및 성분 측정 방법이 개시되어 있다.
일본특허공고 평7-34758호 공보 국제공개 제2015/137074호
특허문헌 2에 기재되어 있는 성분 측정 장치 및 성분 측정 방법에 의하면, 혈액으로부터 피측정 성분으로서의 글루코오스를 포함하는 혈장 성분을 분리시키지 않고, 혈액으로부터 혈장 성분 중의 글루코오스 농도를 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 그러나, 혈액 중의 혈구 성분 등에 의한 광산란이나 혈액 중의 헤모글로빈에 의한 광흡수 등의 외란 인자의 영향량 추정의 정밀도에 대해서는, 가일층의 개선의 여지가 있다.
본 발명은, 혈액으로부터 소정의 피측정 성분을 분리시키지 않고, 소정의 피측정 성분을 고정밀도로 측정하는 것이 가능한 성분 측정 장치, 성분 측정 방법 및 성분 측정 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 제1 형태로서의 성분 측정 장치는, 혈액 중의 피측정 성분과 시약의 정색 반응에 의해 정색한 색소 성분을 포함하는 혼합물의 광학적 특성에 기초하여 상기 혈액 중의 피측정 성분을 측정하는 성분 측정 장치이며, 산란광의 정보와, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 기초하여, 측정 파장에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도의 실측값을 보정하는 것이다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서의 성분 측정 장치는, 상기 실측값을 제5 실측값으로 한 경우에, 상기 색소 성분의 흡광도 스펙트럼에 있어서의 피크 파장역의 반치전폭역에 대응하는 파장 범위에 속하는 상기 측정 파장보다 장파장역에 속하는 제1 파장 및 제2 파장 각각에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도인 제1 실측값 및 제2 실측값, 상기 반치전폭역에 대응하는 상기 파장 범위에 속하는 상기 측정 파장보다 단파장역에 속하는 제3 파장 및 제4 파장 각각에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도인 제3 실측값 및 제4 실측값, 그리고 상기 측정 파장에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도인 상기 제5 실측값을 취득하는 흡광도 취득부와, 상기 제5 실측값을, 상기 제1 실측값 내지 제4 실측값을 사용해서 보정하는 흡광도 보정부를 구비하고, 상기 제3 파장으로서, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 차가, 소정값 이하가 되는 파장을 사용함과 함께, 상기 제4 파장으로서, 상기 흡수 계수의 차가, 상기 소정값보다 커지는 파장을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서의 성분 측정 장치는, 상기 제3 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이, 소정의 역치 이상이 되는 파장을 사용함과 함께, 상기 제4 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이, 상기 소정의 역치 미만이 되는 파장을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서의 성분 측정 장치는, 상기 제3 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수와 산화 헤모글로빈의 흡수 계수가 똑같은 파장을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이 1이 되는 파장을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서, 상기 제3 파장은, 520㎚ 내지 550㎚의 범위 또는 565㎚ 내지 585㎚의 범위에 속하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서, 상기 제4 파장은, 550㎚보다 크고, 또한 565㎚ 미만인 범위에 속하거나, 또는 585㎚보다 크고, 또한 600㎚ 미만인 범위에 속하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서의 성분 측정 장치는, 상기 소정값을 제1 소정값으로 한 경우에, 상기 제1 파장으로서, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 차가, 제2 소정값 이하가 되는 파장을 사용함과 함께, 상기 제2 파장으로서, 상기 제2 소정값보다 커지는 파장을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서의 성분 측정 장치는, 상기 소정의 역치를 제1 역치로 한 경우에, 상기 제1 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이, 상기 제1 역치 이상, 또한 제2 역치 이하가 되는 파장을 사용함과 함께, 상기 제2 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이, 상기 제1 역치 미만이 되는 파장, 또는 상기 제2 역치보다 커지는 파장을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서의 성분 측정 장치는, 상기 제1 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수와 산화 헤모글로빈의 흡수 계수가 똑같은 파장을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서, 상기 제1 파장은, 790㎚ 내지 810㎚의 범위에 속하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서, 상기 제2 파장은, 상기 색소 성분의 흡광도가, 상기 측정 파장에 있어서의 상기 색소 성분의 흡광도의 10% 이하가 되는 파장에 속하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서, 상기 제2 파장은, 상기 색소 성분의 흡광도가, 상기 측정 파장에 있어서의 상기 색소 성분의 흡광도의 0%가 되는 파장인 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시 형태로서, 상기 측정 파장은, 600㎚ 이상, 또한 700㎚ 이하의 범위에 속하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 형태로서의 성분 측정 방법은, 혈액 중의 피측정 성분과 시약의 정색 반응에 의해 정색한 색소 성분을 포함하는 혼합물의 광학적 특성에 기초하여 상기 혈액 중의 피측정 성분을 측정하는 성분 측정 방법이며, 산란광의 정보와, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 기초하여, 측정 파장에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도의 실측값을 보정하는 것이다.
본 발명의 제3 형태로서의 성분 측정 프로그램은, 혈액 중의 피측정 성분과 시약의 정색 반응에 의해 정색한 색소 성분을 포함하는 혼합물의 광학적 특성에 기초하여 상기 혈액 중의 피측정 성분을 측정하기 위한 성분 측정 프로그램이며, 산란광의 정보와, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 기초하여, 측정 파장에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도의 실측값을 보정하는 것을, 성분 측정 장치에 실행시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 혈액으로부터 소정의 피측정 성분을 분리시키지 않고, 소정의 피측정 성분을 고정밀도로 측정하는 것이 가능한 성분 측정 장치, 성분 측정 방법 및 성분 측정 프로그램을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태로서의 성분 측정 장치에 성분 측정 팁이 장착된 성분 측정 장치 세트의 상면도이다.
도 2는 도 1의 I-I 단면도 중, 성분 측정 팁이 장착되어 있는 개소 근방의 확대 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 성분 측정 팁의 상면도이다.
도 4는 도 3의 II-II 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시하는 성분 측정 장치의 전기 블록도이다.
도 6은 도 5에 도시하는 연산부의 기능 블록도이다.
도 7은 6종의 혈액 검체 각각을 시약과 정색 반응시킴으로써 얻어지는 6종의 혼합물의 흡광도 스펙트럼을 도시하는 도면이다.
도 8은 7종의 혈액 검체 각각의 흡광도 스펙트럼을 도시하는 도면이다.
도 9는 환원 헤모글로빈의 흡수 계수 및 산화 헤모글로빈의 흡수 계수를 도시하는 도면이다.
도 10은 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율을 도시하는 도면이다.
도 11은 회귀 분석에 의해 추정되는 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도에 있어서, 장파장역의 점유율과 단파장역의 점유율을 나타내는 그래프이다.
도 12의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태로서의 성분 측정 방법으로부터 측정되는 흡광도와 참값의 오차를 나타내는 그래프이고, 도 12의 (b)는 비교예로서의 성분 측정 방법으로부터 측정되는 흡광도와 참값의 오차를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 형태로서의 성분 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 두 색소 성분의 흡광도 스펙트럼을 도시하는 도면이다.
도 15는 회귀 분석에 의해 추정되는 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도에 있어서, 장파장역의 점유율과 단파장역의 점유율을 나타내는 그래프이다.
도 16의 (a)는 본 발명의 일 실시 형태로서의 성분 측정 방법으로부터 측정되는 흡광도와 참값의 오차를 나타내는 그래프이고, 도 16의 (b)는 비교예로서의 성분 측정 방법으로부터 측정되는 흡광도와 참값의 오차를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 관한 성분 측정 장치, 성분 측정 방법 및 성분 측정 프로그램의 실시 형태에 대해서, 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 공통 부재에는, 동일한 부호를 부여하고 있다.
먼저, 본 발명에 관한 성분 측정 장치의 하나의 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 있어서의 성분 측정 장치(1)에 성분 측정 팁(2)이 장착된 성분 측정 장치 세트(100)를 도시하는 상면도이다. 도 2는 도 1의 I-I을 따른 단면 중, 성분 측정 팁(2)이 장착되어 있는 개소 근방의 확대 단면도이다.
성분 측정 장치 세트(100)는 성분 측정 장치(1)와, 성분 측정 팁(2)을 구비하고 있다. 본 실시 형태의 성분 측정 장치(1)는, 혈액 중의 피측정 성분으로서의 혈장 성분 중의 글루코오스의 농도(㎎/dL)를 측정 가능한 혈당값 측정 장치이다. 또한, 본 실시 형태의 성분 측정 팁(2)은, 성분 측정 장치(1)로서의 혈당값 측정 장치의 선단부에 장착 가능한 혈당값 측정 팁이다. 또한, 여기에서 말하는 「혈액」이란, 성분마다 분리되어 있지 않고, 모든 성분을 포함하는 전혈을 의미하는 것이다.
성분 측정 장치(1)는 수지 재료를 포함하는 하우징(10)과, 이 하우징(10)의 상면에 설치된 버튼군과, 하우징(10)의 상면에 설치된 액정 또는 LED(Light Emitting Diode의 약칭) 등으로 구성되는 표시부(11)와, 성분 측정 장치(1)에 장착된 상태의 성분 측정 팁(2)을 제거할 때 조작되는 제거 레버(12)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태의 버튼군은, 전원 버튼(13)과, 조작 버튼(14)에 의해 구성되어 있다.
하우징(10)은 상술한 버튼군 및 표시부(11)가 상면(도 1 참조)에 설치되어 있는, 상면에서 볼 때의 외형이 대략 직사각형인 본체부(10a)와, 본체부(10a)로부터 외측으로 돌출 설치되고, 상면(도 1 참조)에 제거 레버(12)가 설치된 팁 장착부(10b)를 구비하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 팁 장착부(10b)의 내부에는, 팁 장착부(10b)의 선단면에 형성된 선단 개구를 일단부로 하는 팁 장착 공간(S)이 구획되어 있다. 성분 측정 장치(1)에 대하여 성분 측정 팁(2)을 장착할 때는, 외측으로부터 선단 개구를 통해서 팁 장착 공간(S) 내에 성분 측정 팁(2)을 삽입하고, 성분 측정 팁(2)을 소정 위치까지 압입함으로써, 성분 측정 장치(1)의 팁 장착부(10b)가 성분 측정 팁(2)을 계지한 상태로 되어, 성분 측정 팁(2)을 성분 측정 장치(1)에 장착할 수 있다. 또한, 성분 측정 장치(1)에 의한 성분 측정 팁(2)의 계지는, 예를 들어 팁 장착부(10b) 내에 성분 측정 팁(2)의 일부와 걸림 결합 가능한 갈고리부를 설치하는 등, 각종 구성에 의해 실현 가능하다.
반대로, 성분 측정 장치(1)에 장착되어 있는 성분 측정 팁(2)을 성분 측정 장치(1)로부터 제거할 때는, 하우징(10)의 외부로부터 상술한 제거 레버(12)를 조작함으로써, 성분 측정 장치(1)의 팁 장착부(10b)에 의한 성분 측정 팁(2)의 계지 상태가 해제됨과 함께, 하우징(10) 내의 이젝트 핀(26)(도 2 참조)이 연동해서 이동하여, 성분 측정 팁(2)을 성분 측정 장치(1)로부터 제거할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 하우징(10)은, 상면에서 보면(도 1 참조) 대략 직사각형인 본체부(10a)와, 본체부(10a)로부터 외측으로 돌출 설치되어 있는 팁 장착부(10b)를 구비하는 구성이지만, 성분 측정 팁(2)을 장착 가능한 팁 장착부를 구비하는 것이면 되고, 본 실시 형태의 하우징(10)의 형상에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 본 실시 형태의 하우징(10)의 형상 외에, 유저에게 있어서 한손으로 파지하기 쉽게 하기 위한 형상을 다양하게 채용하는 것도 가능하다.
표시부(11)는, 성분 측정 장치(1)에 의해 측정된 피측정 성분의 정보를 표시하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 성분 측정 장치(1)로서의 혈당값 측정 장치에 의해 측정된 글루코오스 농도(㎎/dL)를 표시부(11)에 표시할 수 있다. 또한, 표시부(11)에는, 피측정 성분의 정보뿐만 아니라, 성분 측정 장치(1)의 측정 조건이나 유저에게 소정의 조작을 지시하는 지시 정보 등, 각종 정보를 표시할 수 있도록 해도 된다. 유저는, 표시부(11)에 표시된 내용을 확인하면서, 버튼군의 전원 버튼(13)이나 조작 버튼(14)을 조작할 수 있다.
이어서, 성분 측정 팁(2) 단체에 대해서 설명한다. 도 3은 성분 측정 팁(2)을 도시하는 상면도이다. 또한, 도 4는 도 3의 II-II를 따른 단면도이다. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 성분 측정 팁(2)은, 대략 직사각형 판상의 외형을 갖는 베이스 부재(21)와, 이 베이스 부재(21)에 유지되어 있는 시약으로서의 발색 시약(22)과, 베이스 부재(21)를 덮는 커버 부재(25)를 구비하고 있다.
베이스 부재(21)의 두께 방향의 일방측 외면에는 홈이 형성되어 있다. 베이스 부재(21)의 홈은, 커버 부재(25)에 덮임으로써, 두께 방향과 직교하는 방향으로 연장하는 중공부로 되고, 이 중공부가 성분 측정 팁(2)의 유로(23)를 구성하고 있다. 유로(23)의 일단부에는, 혈액을 외측으로부터 공급 가능한 공급부(24)가 형성되어 있다. 또한, 유로(23)의 내벽 중 베이스 부재(21)의 홈의 홈저부에는, 발색 시약(22)이 유지되어 있고, 외측으로부터 공급부(24)로 공급된 혈액은, 예를 들어 모세관 현상을 이용해서 유로(23)를 따라 이동하여, 발색 시약(22)이 유지되어 있는 유지 위치까지 도달하여, 발색 시약(22)과 접촉해서 정색 반응함으로써, 색소 성분이 발색한다.
또한, 본 실시 형태의 유로(23)는, 베이스 부재(21)와 커버 부재(25)에 의해 구획되는 중공부에 의해 구성되어 있지만, 유로는 이 구성에 한정되는 것이 아니다. 베이스 부재(21)의 두께 방향의 일방측 외면에 형성된 홈에 의해서만 유로를 형성해도 된다.
베이스 부재(21) 및 커버 부재(25)의 재질로서는, 광의 투과를 위해 투명성의 소재를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 환상 폴리올레핀(COP)이나 환상 올레핀 공중합체(COC), 폴리카르보네이트(PC) 등의 투명한 유기 수지 재료; 유리, 석영 등의 투명성 무기 재료;를 들 수 있다.
시약으로서의 발색 시약(22)은, 혈액 중의 피측정 성분과 반응하여, 피측정 성분의 혈중 농도에 따른 색에 정색하는 정색 반응을 야기하는 것이다. 본 실시 형태의 발색 시약(22)은, 유로(23)로서의 홈의 홈저부에 도포되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 발색 시약(22)은, 혈액 중의 피측정 성분으로서의 글루코오스와 반응하는 것이다. 본 실시 형태의 발색 시약(22)으로서는, 예를 들어 (i) 글루코오스옥시다아제(GOD)와 (ii) 퍼옥시다아제(POD)와 (iii) 1-(4-술포페닐)-2,3-디메틸-4-아미노-5-피라졸론과 (iv) N-에틸-N-(2-히드록시-3-술포프로필)-3,5-디메틸아닐린, 나트륨염, 1수화물(MAOS)과의 혼합 시약, 혹은 글루코오스 디히드로게나아제(GDH)와 테트라졸륨염 및 전자 메디에이터와의 혼합 시약 등을 들 수 있다. 또한, 인산 완충액과 같은 완충제가 포함되어 있어도 된다. 또한, 발색 시약(22)의 종류, 성분에 대해서는, 이들에 한정되는 것은 아니다.
단, 본 실시 형태의 발색 시약(22)으로서는, 혈액 중의 글루코오스와 발색 시약(22)의 정색 반응에 의해 정색하는 색소 성분의 흡광도 스펙트럼에 있어서의 피크 파장이, 혈구 중의 헤모글로빈의 광흡수 특성에 기인하는 피크 파장과는 다른 파장이 되는 것을 사용하고 있다. 본 실시 형태의 발색 시약(22)은, 혈액 중의 글루코오스와 발색 시약(22)의 정색 반응에 의해 정색하는 색소 성분의 흡광도 스펙트럼이 650㎚ 부근에 피크 파장을 갖는 것이지만, 피크 파장이 650㎚ 부근이 되는 것에 한정되는 것은 아니다. 이 상세는 후술한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 성분 측정 장치(1)에 의해 피측정 성분을 측정할 때는, 성분 측정 팁(2)을 팁 장착부(10b) 내에 장착한다. 그리고, 성분 측정 팁(2)의 일단부에 설치되어 있는 공급부(24)에 혈액을 공급하면, 혈액은, 예를 들어 모세관 현상에 의해 유로(23) 내를 이동하고, 유로(23)의 발색 시약(22)이 유지되어 있는 유지 위치까지 도달하고, 이 유지 위치에 있어서 발색 시약(22)과 반응한다. 소위 비색식 성분 측정 장치(1)는, 이 발색 시약(22)의 유지 위치를 향해서 광을 조사하고, 그 투과광량(또는 반사광량)을 검출하고, 혈중 농도에 따른 발색의 강도에 상관하는 검출 신호를 얻는다. 그리고, 성분 측정 장치(1)는, 미리 작성된 검량선을 참조함으로써, 피측정 성분을 측정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 성분 측정 장치(1)는, 혈액 중의 혈장 성분에 있어서의 글루코오스 농도(㎎/dL)를 측정하는 것이다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시하는 성분 측정 장치(1)의 전기 블록도이다. 또한, 도 5에는, 설명의 편의상, 성분 측정 장치(1)에 장착된 상태의 성분 측정 팁(2)의 단면(도 4와 동일 단면)을 함께 나타내고 있다. 또한, 도 5에서는, 성분 측정 팁(2)의 근방을 확대한 것을 좌측 상단에 별도로 나타내고 있다. 이하, 성분 측정 장치(1)의 가일층의 상세에 대해서 설명한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 성분 측정 장치(1)는, 상술한 하우징(10), 표시부(11), 제거 레버(12), 전원 버튼(13) 및 조작 버튼(14) 외에, 연산부(60)와, 메모리(62)와, 전원 회로(63)와, 측정 광학계(64)를 더 구비하고 있다.
연산부(60)는, MPU(Micro-Processing Unit) 또는 CPU(Central Processing Unit)로 구성되어 있고, 메모리(62) 등에 저장된 프로그램을 판독하여 실행함으로써, 각 부의 제어 동작을 실현 가능하다. 메모리(62)는, 휘발성 또는 불휘발성인 비일과성 기억 매체로 구성되고, 여기에서 나타내는 성분 측정 방법을 실행하기 위해서 필요한 각종 데이터(프로그램을 포함한다)를 판독 또는 기입 가능하다. 전원 회로(63)는, 전원 버튼(13)의 조작에 따라서, 연산부(60)를 포함하는 성분 측정 장치(1) 내의 각 부에 전력을 공급하거나, 또는 그 공급을 정지한다.
측정 광학계(64)는, 혈액과 시약으로서의 발색 시약(22)과의 정색 반응에 의해 정색한 색소 성분을 포함하는 혼합물 X의 광학적 특성을 취득 가능한 광학 시스템이다. 측정 광학계(64)는, 구체적으로는, 발광부(66)와, 발광 제어 회로(70)와, 수광부(72)와, 수광 제어 회로(74)를 구비하고 있다.
본 실시 형태의 발광부(66)는 5종류의 광원(67a, 67b, 67c, 67d 및 68)을 구비하고 있다. 광원(67a 내지 67d 및 68)은, 분광 방사 특성이 다른 광(예를 들어, 가시광, 적외광)을 방사한다. 이하, 설명의 편의상, 광원(67a)을 「제1 광원(67a)」, 광원(67b)을 「제2 광원(67b)」, 광원(67c)을 「제3 광원(67c)」, 광원(67d)을 「제4 광원(67d)」, 광원(68)을 「제5 광원(68)」이라고 기재한다.
제1 내지 제5 광원(67a, 67b, 67c, 67d 및 68)의 발광 파장은, 제1 내지 제5 파장 λ1, λ2, λ3, λ4 및 λ5를 포함하고, 발광 파장이 다른 광원이다. 복수 종류의 광원(67a 내지 67d 및 68)으로서는, LED 소자, 유기 EL(Electro-Luminescence의 약칭) 소자, 무기 EL 소자, LD(Laser Diode의 약칭) 소자를 포함하는 다양한 발광 소자를 적용할 수 있다.
도 2, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 수광부(72)는, 발광부(66)와 성분 측정 팁(2)을 사이에 두고 대향해서 배치된 하나의 수광 소자에 의해 구성되어 있다. 수광부(72)는, 발광부(66)의 제1 내지 제5 광원(67a 내지 67d 및 68)으로부터 성분 측정 팁(2)의 발색 시약(22)의 유지 위치에 조사되고, 성분 측정 팁(2)을 투과한 투과광을 수광한다. 수광부(72)로서는, PD(Photo Diode의 약칭) 소자, 포토 콘덕터(광 도전체), 포토 트랜지스터(Photo Transistor의 약칭)를 포함하는 다양한 광전 변환 소자를 적용할 수 있다.
발광 제어 회로(70)는, 제1 내지 제5 광원(67a 내지 67d 및 68) 각각에 구동 전력 신호를 공급함으로써, 제1 내지 제5 광원(67a 내지 67d 및 68)을 점등시키거나, 또는 소등시킨다. 수광 제어 회로(74)는, 수광부(72)로부터 출력된 아날로그 신호에 대하여, 대수 변환 및 A/D 변환을 실시함으로써 디지털 신호(이하, 검출 신호라고 한다)를 취득한다.
도 6은 도 5에 도시하는 연산부(60)의 기능 블록도이다. 연산부(60)는, 측정 광학계(64)에 의한 측정 동작을 지시하는 측정 지시부(76) 및 각종 데이터를 사용해서 피측정 성분의 농도를 측정하는 농도 측정부(77)의 각 기능을 실현한다.
농도 측정부(77)는, 흡광도 취득부(78)와, 흡광도 보정부(84)를 구비하고 있다.
도 6에서는, 메모리(62)에는, 측정 광학계(64)에 의해 측정된 제1 파장 λ1 내지 제5 파장 λ5 각각에 있어서의 혼합물 X의 흡광도인 제1 실측값 D1 내지 제5 실측값 D5의 실측값 데이터(85)와, 제1 파장 λ1 내지 제4 파장 λ4 각각에서의 혼합물 X의 흡광도에 상관하는 일군의 보정 계수를 포함하는 보정 계수 데이터(86)와, 제5 파장 λ5로 실측된 혼합물 X의 흡광도를 보정 계수 데이터(86)에 의해 보정해서 얻어지는 혼합물 X 중의 색소 성분의 흡광도와 각종 물리량(예를 들어, 글루코오스 농도)의 관계를 나타내는 검량선이나, 혼합물 X 중의 헤모글로빈의 흡광도와 헤마토크리트값의 관계를 나타내는 검량선 등의 검량선 데이터(90)가 저장되어 있다. 또한, 「헤마토크리트값」이란, 혈액 중의 혈구 성분의 혈액(전혈)에 대한 용적비를 백분율로 나타낸 것이다.
이하, 혈액 중의 피측정 성분으로서의 글루코오스와 발색 시약(22)의 정색 반응을, 글루코오스를 포함하는 혈장 성분을 혈액으로부터 분리하지 않고, 혈액(전혈)과 발색 시약(22)에 의해 행하고, 이 정색 반응에 의해 얻어진 혼합물 X 전체의 각종 파장에 있어서의 흡광도에 기초하여, 글루코오스와 발색 시약(22)의 정색 반응에 의해 정색한 색소 성분의 소정의 측정 파장에 있어서의 흡광도를 추정하는, 본 발명의 하나의 실시 형태로서의 성분 측정 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 도 7 및 도 8을 참조하면서, 혈액 중의 피측정 성분을, 혈액(전혈)을 사용한 흡광도 측정에 기초하여 추정하고자 할 때의 문제점에 대해서 언급한다. 또한, 이후의 실시예에서는, 발색 시약(22)으로서 글루코오스 디히드로게나아제(GDH)와 테트라졸륨염(WST-4) 및 전자 메디에이터와의 혼합 시약을 사용했다.
도 7은 헤마토크리트값 및 글루코오스 농도가 기지인 6종의 혈액 검체 각각을 발색 시약(22)과 정색 반응시킴으로써 얻어지는 6종의 혼합물 X의 흡광도 스펙트럼을 나타내고 있다. 이 6종의 혈액 검체를 제1 내지 제6 검체로 한다. 제1 검체는, 헤마토크리트값이 20%이고, 글루코오스 농도가 0㎎/dL(도 7 중에서는 「Ht20 bg0」이라고 표기)인 것이다. 제2 검체는, 헤마토크리트값이 20%이고, 글루코오스 농도가 100㎎/dL(도 7 중에서는 「Ht20 bg100」이라고 표기)인 것이다. 제3 검체는, 헤마토크리트값이 20%이고, 글루코오스 농도가 400㎎/dL(도 7 중에서는 「Ht20 bg400」이라고 표기)인 것이다. 제4 검체는, 헤마토크리트값이 40%이고, 글루코오스 농도가 0㎎/dL(도 7 중에서는 「Ht40 bg0」이라고 표기)인 것이다. 제5 검체는, 헤마토크리트값이 40%이고, 글루코오스 농도가 100㎎/dL(도 7 중에서는 「Ht40 bg100」이라고 표기)인 것이다. 제6 검체는, 헤마토크리트값이 40%이고, 글루코오스 농도가 400㎎/dL(도 7 중에서는 「Ht40 bg400」이라고 표기)인 것이다.
또한, 도 8은 헤마토크리트값 및 글루코오스 농도가 기지인 7종의 혈액 검체 각각의 흡광도 스펙트럼을 나타내고 있다. 이 7종의 혈액 검체를 제1 내지 제7 검체라 한다. 또한, 제1 내지 제6 검체는 도 7에 나타내는 제1 내지 제6 검체와 동일한 것이다. 제7 검체는 헤마토크리트값이 70%이고, 글루코오스 농도가 100㎎/dL이 것이다. 또한, 헤마토크리트값이 똑같은 혈액 검체의 흡광도 스펙트럼은 대략 일치하기 때문에, 도 8에서는 헤마토크리트값이 다른 3개의 곡선만을 나타내고 있다. 구체적으로는, 헤마토크리트값이 20%(도 8에서는 「Ht20」이라고 표기), 40%(도 8에서는 「Ht40」이라고 표기), 70%(도 8에서는 「Ht70」이라고 표기)의 3개의 곡선만을 나타내고 있다.
일반적으로, 흡광도의 측정 대상이 되는 색소 성분 이외의 성분이 시료 중에 포함될 때, 광학적 현상의 발생에 의해 색소 성분의 측정 결과에 영향을 주는 경우가 있다. 예를 들어, 혈액 중의 혈구 성분, 성분 측정 팁 표면, 또는 성분 측정 팁에 부착된 진애와 같은 미립자 등에 의한 「광산란」이나, 측정 대상이 되는 색소 성분과는 다른 색소 성분(구체적으로는, 헤모글로빈)에 의한 「광흡수」가 발생함으로써, 참인 값보다 큰 흡광도가 측정되는 경향이 있다.
구체적으로, 도 8에 나타내는 혈액 검체의 흡광도 스펙트럼은, 540㎚ 부근 및 570㎚ 부근을 중심으로 하는 두 피크를 갖는다. 이 두 피크는 주로, 적혈구 중의 산화 헤모글로빈의 광흡수에 기인하는 것이다. 또한, 도 8에 나타내는 혈액 검체의 흡광도 스펙트럼에서는, 600㎚ 이상의 파장역에 있어서, 파장이 길어짐에 따라서, 흡광도가 대략 직선상으로 완만하게 감소하고 있다. 이 대략 직선상의 부분은 주로, 혈구 성분이나 성분 측정 팁에 부착된 티끌이나 먼지와 같은 미립자 등의 광산란에 기인하는 것이다.
바꾸어 말하면, 600㎚ 부근보다 장파장측의 파장역에 있어서의 혈액 검체의 흡광도는, 혈구 성분 등에 의한 광산란의 영향이 지배적이다. 600㎚ 부근보다 단파장측의 파장역에 있어서의 혈액 검체의 흡광도는, 혈구 성분 등에 의한 광산란의 영향보다, 헤모글로빈에 의한 광흡수의 영향이 크다.
한편, 도 7에 나타내는 혼합물 X의 흡광도 스펙트럼에서는, 도 8에 나타내는 혈액의 흡광도 스펙트럼과 마찬가지로, 파장이 길어짐에 따라서 흡광도가 점차 작아지는 트렌드 곡선을 갖고 있다. 그러나, 도 7에 나타내는 혼합물 X의 흡광도 스펙트럼은, 도 8에 나타내는 곡선과 비교하여, 가시광의 파장역인 600㎚ 내지 700㎚근처에 걸쳐서 흡광도가 증가하고 있다. 이 600㎚ 내지 700㎚ 근처에 걸쳐서 증가하고 있는 흡광도는 주로, 혈액 중의 글루코오스와 발색 시약(22)의 정색 반응에 의해 정색하는 색소 성분의 흡광 특성에 기인하는 것이다.
이와 같이, 측정 대상이 되는 색소 성분 외에, 도 8에 나타내는 흡광 특성을 갖는 혈액을 포함하는 혼합물 X를 사용하여, 색소 성분 유래의 흡광도를 정확하게 측정하는 경우에는, 소정의 측정 파장(예를 들어 650㎚)에 있어서의 흡광도의 실측값으로부터, 혈구 성분 등에 의한 광산란이나 헤모글로빈에 의한 광흡수 등의 영향(노이즈)을 제거할 필요가 있다.
보다 구체적으로는, 측정 대상이 되는 색소 성분의 광흡수율이 높은 소정의 측정 파장(예를 들어 650㎚)에 있어서의, 혈구 성분 등에 의한 광산란이나 헤모글로빈에 의한 광흡수 등의 영향(노이즈)을 추정하여, 동 측정 파장에 있어서의 흡광도의 실측값을 보정하는 것이 필요해진다.
이하, 성분 측정 장치(1)에 의해 실행되는 성분 측정 방법의 상세에 대해서 설명한다.
성분 측정 장치(1)는, 혈액과 시약으로서의 발색 시약(22)과의 정색 반응에 의해 정색한 색소 성분을 포함하는 혼합물 X의 광학적 특성에 기초하여, 혈액 중의 피측정 성분을 측정하는 것이다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는, 혈액 중의 혈장 성분에 포함되는 글루코오스의 농도를 측정한다.
그리고, 성분 측정 장치(1)는, 혈액 중의 혈구 성분, 성분 측정 팁(2)의 표면, 또는 성분 측정 팁(2)에 부착된 진애와 같은 미립자에 의한 광학적 특성과, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 기초하여, 측정 파장에 있어서의 혼합물 X의 흡광도의 실측값을 보정함으로써, 혈액 중의 글루코오스 농도를 산출하는 것이다. 바꾸어 말하면, 성분 측정 장치(1)에 의한 성분 측정 방법은, 혈액 중의 혈구 성분, 성분 측정 팁(2)의 표면, 또는 성분 측정 팁(2)에 부착된 진애와 같은 미립자에 의한 산란광의 정보와, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 기초하여, 측정 파장에 있어서의 혼합물 X의 흡광도의 실측값을 보정하는 공정을 포함하는 것이다.
도 9는 환원 헤모글로빈(도 9에서는 「Hb」라고 표기)의 흡수 계수 및 산화 헤모글로빈(도 9에서는 「HbO2」라고 표기)의 흡수 계수를 나타내고 있다. 적혈구 중 헤모글로빈은 주로, 산소와 결합한 산화 헤모글로빈과, 산소 분압이 작은 장소에서 산소가 해리한 환원 헤모글로빈을 포함하고 있다. 산화 헤모글로빈은 환원 헤모글로빈이 폐를 통과해서 산소와 결합하여, 동맥을 통해서 체내에 산소를 운반하는 역할을 하는 것이며, 동맥혈 중에 많이 확인된다. 예를 들어, 손가락의 배로부터 혈액을 채취할 때는, 모세혈관의 혈액이 되기 때문에 이 산화 헤모글로빈의 양이 비교적 많다. 반대로, 환원 헤모글로빈은, 정맥혈 중에 많이 확인할 수 있는 것이다.
기존 기술로서는, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율은 전혀 고려 하지 않고, 예를 들어 헤마토크리트값을 이용하여, 측정 대상이 되는 색소 성분에 대응하는 측정 파장에서 얻어진 흡광도를 보정하는 것이 일반적이다. 그러나, 도 9에 도시하는 바와 같이, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수와, 산화 헤모글로빈의 흡수 계수와는 일치하고 있지 않고, 환원 헤모글로빈에 의한 흡수량과 산화 헤모글로빈에 의한 흡수량과는 파장에 따라 다른 것이다. 도 10에 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈 흡수 계수의 비율을 나타낸다. 예를 들어, 측정 대상이 되는 색소 성분의 흡광도를 측정하는 측정 파장이 650㎚일 때, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수는 약 0.9이고, 산화 헤모글로빈의 흡수 계수는 약 0.09이다. 즉, 산화 헤모글로빈의 흡수 계수는, 전체 헤모글로빈의 흡수 계수의 약 10%에 상당한다. 측정 대상이 되는 색소 성분에 유래하는 흡광도를 보다 정확하게 추정하기 위해서는, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율을 고려하는 것이 중요하다.
그 때문에, 성분 측정 장치(1)에서는, 혼합물 X에 포함되는 색소 성분의 흡광도를 측정하기 위한 측정 파장을 650㎚라 하고, 이 측정 파장에서 측정된 혼합물 X의 흡광도의 실측값으로부터, 혈구 성분 등의 광산란에 의한 영향이나, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율을 가미한 헤모글로빈의 광흡수에 의한 영향을 제거하는 보정을 행한다. 이에 의해, 혼합물 X에 포함되는 색소 성분의 흡광도를 추정하고, 이 추정된 흡광도와 글루코오스 농도의 관계를 나타내는 검량선을 사용해서 글루코오스 농도를 도출한다.
이하, 성분 측정 장치(1)에 의해 실행되는 성분 측정 방법의 가일층의 상세에 대해서 설명한다.
먼저, 본 실시 형태에서 사용하는 발색 시약(22)은, 혈액 중의 글루코오스와 정색 반응함으로써 정색하는 색소 성분의 흡광도가 600㎚ 부근에 피크를 갖는 것을 사용하고 있지만, 본 실시 형태에 있어서 색소 성분의 흡광도를 측정하는 측정 파장은 650㎚로 하고 있다.
측정 대상이 되는 색소 성분의 흡광도를 측정하기 위한 측정 파장은, 색소 성분의 광흡수율이 상대적으로 커지는 파장이며, 또한 헤모글로빈의 광흡수에 의한 영향이 비교적 작은 파장을 사용하면 된다. 구체적으로는, 측정 대상이 되는 색소 성분의 흡광도 스펙트럼에 있어서의 피크 파장역의 반치전폭역에 대응하고, 또한 전체 흡광도에 대한 헤모글로빈의 광흡수에 의한 흡광도의 비율이 비교적 작은 파장 범위 W3(도 7, 도 8 참조)에 속하는 파장으로 하면 된다. 또한, 「피크 파장역의 반치전폭역에 대응하는」 파장 범위란, 흡광도 스펙트럼에 있어서의 피크 파장역의 반치전폭역을 특정했을 때, 단파장측의 반값을 나타내는 파장으로부터, 장파장측의 반값을 나타내는 파장까지의 범위를 의미하고 있다. 본 실시 형태의 측정 대상이 되는 색소 성분의 흡광도 스펙트럼은, 600㎚ 부근이 피크 파장이 되고, 약 500㎚ 내지 약 700㎚이 반치전폭역에 대응하는 파장 범위가 되는 것이다. 또한, 전체 흡광도에 있어서의 헤모글로빈의 광흡수에 의한 영향은, 600㎚ 이상의 파장역에서 비교적 작아진다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서, 측정 대상이 되는 색소 성분의 흡광도 스펙트럼에 있어서의 피크 파장역의 반치전폭역에 대응하고, 또한 전체 흡광도에 대한 헤모글로빈의 광흡수에 의한 흡광도의 비율이 비교적 작은 파장 범위 W3은, 600㎚ 이상, 또한 700㎚ 이하이다. 그 때문에, 측정 파장으로서는, 본 실시 형태의 650㎚로 한정되는 것이 아니고, 600㎚ 내지 700㎚의 범위에 속하는 별도의 파장을 측정 파장이라 해도 된다. 또한, 색소 성분의 흡광도를 나타내는 시그널이 강하고, 전체 흡광도에 대한 헤모글로빈의 광흡수에 의한 흡광도의 비율이 매우 작은 파장 범위인 쪽이, 색소 성분 유래의 흡광도를 보다 정확하게 측정할 수 있기 때문에, 색소 성분의 흡광도 스펙트럼에 있어서의 피크 파장이 되는 600㎚ 부근보다 약간 장파장이 되는 650㎚ 부근을 측정 파장으로 하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 측정 파장을 630㎚ 내지 680㎚의 범위에 속하는 파장으로 하는 것이 바람직하고, 640㎚ 내지 670㎚의 범위에 속하는 파장으로 하는 것이 보다 바람직하고, 본 실시 형태와 같이 650㎚로 하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 색소 성분의 예로서는 테트라졸륨염이 바람직하고, 예를 들어 WST-4가 가장 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 색소 성분의 흡광도 스펙트럼에 있어서의 피크 파장역의 반치전폭역이 약 500㎚ 내지 약 700㎚가 되는 발색 시약(22)을 사용하고 있지만, 피크 파장역의 반치전폭역이 이 범위와 다른 발색 시약을 사용해도 된다. 단, 전술한 바와 같이, 헤모글로빈의 흡광 특성을 고려하여, 헤모글로빈의 광흡수에 의한 흡광도가 커지는 파장역(600㎚ 이하)과, 색소 성분의 흡광도 스펙트럼에 있어서의 측정 파장이 겹치지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이하, 본 실시 형태의 측정 파장인 650㎚에 있어서의 색소 성분의 흡광도를 추정하기 위한 방법에 대해서 설명한다. 성분 측정 장치(1)는, 측정 파장(650㎚)과는 다른 4개의 제1 파장 λ1 내지 제4 파장 λ4에 있어서의 혼합물 X의 흡광도를 각각 실측하고, 이 4개의 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4와, 미리 정한 보정 계수 데이터(86)를 사용하여, 측정 파장에 있어서의 혼합물 X의 흡광도의 제5 실측값 D5를 보정하고, 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도를 추정한다. 또한, 이하, 설명의 편의상, 측정 파장을 「제5 파장 λ5」라고 기재한다.
구체적으로, 성분 측정 장치(1)는, 상술한 4개의 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4로서, 측정 파장인 제5 파장 λ5보다 장파장측의 두 제1 파장 λ1 및 제2 파장 λ2 각각에 있어서의 혼합물 X의 흡광도의 두 제1 실측값 D1 및 제2 실측값 D2와, 측정 파장인 제5 파장 λ5보다 단파장측의 두 제3 파장 λ3 및 제4 파장 λ4 각각에 있어서의 혼합물 X의 흡광도의 두 제3 실측값 D3 및 제4 실측값 D4를 이용한다.
보다 구체적으로는, 상술한 4개의 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4로서, 측정 파장인 제5 파장 λ5보다 장파장측에서, 전체 흡광도에 있어서 혈구 성분 등의 광산란에 의한 영향이 지배적인 파장역에 속하는 두 제1 파장 λ1 및 제2 파장 λ2 각각에 있어서의 혼합물 X의 흡광도의 두 제1 실측값 D1 및 제2 실측값 D2와, 측정 파장인 제5 파장 λ5보다 단파장측에서, 전체 흡광도에 있어서 헤모글로빈의 광흡수에 의한 영향이 큰 파장역에 속하는 두 제3 파장 λ3 및 제4 파장 λ4 각각에 있어서의 혼합물 X의 흡광도의 두 제3 실측값 D3 및 제4 실측값 D4를 이용한다.
바꾸어 말하면, 성분 측정 장치(1)는, 상술한 제1 실측값 D1 및 제2 실측값 D2로서, 측정 대상인 색소 성분의 흡광도 스펙트럼에 있어서의 피크 파장역의 반치전폭역에 대응하는 파장 범위(본 실시 형태에서는 500 내지 700㎚)에 속하는 측정 파장보다 장파장역에 속하는, 예를 들어 파장 범위 W3보다 장파장측의 장파장역 W1에 속하는 제1 파장 λ1 및 제2 파장 λ2 각각에 있어서의 혼합물 X의 흡광도를 이용한다.
또한, 성분 측정 장치(1)는, 상술한 제3 실측값 D3 및 제4 실측값 D4로서, 측정 대상인 색소 성분의 흡광도 스펙트럼에 있어서의 피크 파장역의 반치전폭역에 대응하는 파장 범위(500 내지 700㎚)에 속하는 측정 파장보다 단파장역에 속하는, 예를 들어 파장 범위 W3보다 단파장측의 단파장역 W2에 속하는 제3 파장 λ3 및 제4 파장 λ4 각각에 있어서의 혼합물 X의 흡광도인 제3 실측값 D3 및 제4 실측값 D4를 이용한다.
성분 측정 장치(1)의 흡광도 취득부(78)는, 상술한 제1 실측값 D1 내지 제5 실측값 D5를 취득한다. 구체적으로는, 발광부(66)의 제1 내지 제5 광원(67a 내지 67d 및 68)으로부터, 제1 파장 λ1 내지 제5 파장 λ5 각각의 발광 파장을 포함하는 조사광이 혼합물 X에 대하여 조사된다. 그리고, 수광부(72)는 각각의 조사광 중 혼합물 X를 투과하는 투과광을 수광한다. 그리고, 연산부(60)는 조사광과 투과광의 관계로부터 각 파장에 있어서의 혼합물 X의 흡광도를 산출하고, 각 파장에 있어서의 혼합물 X의 흡광도인 제1 실측값 D1 내지 제5 실측값 D5를, 실측값 데이터(85)로서 메모리(62)에 저장한다. 성분 측정 장치(1)의 흡광도 취득부(78)는, 메모리(62)로부터 실측값 데이터(85)를 취득할 수 있다. 또한, 흡광도 취득부(78)이 제1 실측값 D1 내지 제5 실측값 D5를 취득하는 수단은, 상술한 것에 한정되는 것이 아니고, 각종 공지된 수단에 의해 취득하는 것이 가능하다.
그리고, 성분 측정 장치(1)의 흡광도 보정부(84)는, 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4를 사용해서 제5 실측값 D5를 보정하고, 측정 파장인 제5 파장 λ5(본 예에서는 650㎚)에 있어서의 색소 성분의 흡광도를 추정한다.
특히, 도 7 및 도 8에서 알 수 있듯이, 혈구 성분 등의 광산란이 지배적인 장파장역 W1에서는, 혼합물 X의 흡광도 스펙트럼이 대략 직선상이 되는 점에서, 제1 파장 λ1에 있어서의 흡광도인 제1 실측값 D1과, 제2 파장 λ2에 있어서의 흡광도인 제2 실측값 D2를 취득할 수 있으면, 제1 실측값 D1과 제2 실측값 D2 사이의 기울기를 구함으로써, 측정 파장인 제5 파장 λ5에 있어서의, 색소 성분의 흡광도 이외의 노이즈를 어느 정도 추정하는 것은 가능하다. 성분 측정 장치(1)는, 혈액 중의 혈구 성분 등에 의한 광학적 특성에 더하여, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율을 고려하여, 혈액 중의 글루코오스 농도를 도출하는 것이다. 그 때문에, 성분 측정 장치(1)에서는, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 의해 선택되는 두 파장(제3 파장 및 제4 파장)을 이용함으로써 보다 정밀도가 높은 보정을 행할 수 있다.
구체적으로는, 제3 파장 λ3으로서, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 차가, 제1 소정값 이하가 되는 파장을 사용함과 함께, 제4 파장 λ4로서, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 차가, 상술한 제1 소정값보다 커지는 파장을 사용한다. 보다 구체적으로는, 제3 파장 λ3으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율(도 10 참조)이, 소정의 역치로서의 제1 역치 이상이 되는 파장을 사용함과 함께, 제4 파장 λ4로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이 상술한 제1 역치 미만이 되는 파장을 사용하고 있다. 바꾸어 말하면, 제3 파장 λ3 및 제4 파장 λ4로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이, 제1 역치 이상이 되는 파장 및 제1 역치 미만이 되는 파장의 두 파장을 이용한다. 이에 의해, 상술한 흡광도 보정부(84)가, 제5 실측값 D5를, 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4를 사용해서 보정할 때 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율을 고려한, 보다 정밀도가 높은 보정을 행할 수 있다.
또한, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 의해 선택되는 두 파장으로서는, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 의한 헤모글로빈의 광흡수의 차가 큰 두 파장으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 제3 파장 λ3으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이 0.8 이상이 되는 파장, 즉 520㎚ 내지 550㎚의 범위에 속하는 파장, 또는 565㎚ 내지 585㎚의 범위에 속하는 파장을 이용한다. 또한, 제4 파장 λ4로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이 0.8 미만이 되는 파장 즉, 550㎚보다 크고, 또한 565㎚ 미만인 범위에 속하는 파장, 또는 585㎚보다 크고, 또한 600㎚ 미만인 범위에 속하는 파장을 이용하는 것이 바람직하다. 단, 제3 파장 λ3으로서는, 헤모글로빈 전체의 양이나 헤마토크리트값을 동시에 추정하는 것이 가능해지도록, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수와 산화 헤모글로빈의 흡수 계수가 똑같은 파장 즉, 본 실시 형태에서는 530㎚ 부근, 545㎚ 부근, 570㎚ 부근 또는 580㎚ 부근의 파장을 사용하는 것이 바람직하고, 또한 헤모글로빈 전체의 흡수 계수가 큰 540 내지 545㎚의 범위에서 선택되는 파장을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 제4 파장 λ4로서는, 550㎚보다 크고, 또한 565㎚ 미만인 범위 내에서도 흡수 계수의 차가 가장 커지는 560㎚ 부근, 또는 585㎚보다 크고, 또한 600㎚ 미만인 범위 내에서도 흡수 계수의 차가 가장 커지는 590㎚ 부근으로 하는 것이 보다 바람직하다.
이와 같이, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 의해 헤모글로빈 전체의 광흡수가 크게 변동하는 단파장역 W2에 있어서, 헤모글로빈 전체의 광흡수의 차가 커지는 제3 파장 λ3 및 제4 파장 λ4를 이용함으로써, 측정 파장인 제5 파장 λ5(본 실시 형태에서는 650㎚)에 있어서의, 색소 성분의 흡광도 이외의 노이즈를, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율도 가미해서 고정밀도로 추정할 수 있다. 그 때문에, 성분 측정 장치(1)에 의하면, 측정 파장인 제5 파장 λ5에 있어서의 색소 성분의 흡광도, 또한 피측정 성분의 측정(본 실시 형태에서는 글루코오스의 농도 측정)을 고정밀도로 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제3 파장 λ3 및 제4 파장 λ4만을, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율의 영향을 크게 고려한 파장으로 했지만, 제3 파장 λ3 및 제4 파장 λ4에 더하여, 제1 파장 λ1 및 제2 파장 λ2에 대해서도, 마찬가지 파장을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
구체적으로는, 혈구 성분 등의 광산란이 지배적인 장파장역 W1에 있어서의 제1 파장 λ1로서, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 차가, 제2 소정값 이하가 되는 파장을 사용함과 함께, 마찬가지로 장파장역 W1에 있어서의 제2 파장 λ2로서, 제2 소정값보다 커지는 파장을 사용한다. 보다 구체적으로, 제1 파장 λ1로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이, 상술한 제1 역치 이상이고, 또한 제2 역치 이하가 되는 파장을 사용함과 함께, 마찬가지로 장파장역 W1에 있어서의 제2 파장 λ2로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이 상술한 제1 역치 미만이 되는 파장, 또는 제2 역치보다 커지는 파장을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 역치란, 제1 역치보다 큰 다른 소정의 역치이다. 즉, 제1 파장 λ1 및 제2 파장 λ2로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이 다른 범위에 있는 두 파장을 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상술한 흡광도 보정부(84)가, 제5 실측값 D5를, 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4를 사용해서 보정할 때 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율을 한층 더 고려한 정밀도가 높은 보정을 행할 수 있다.
특히, 장파장역 W1에서는 혈구 성분 등의 광산란에 의한 영향이 지배적이지만, 헤모글로빈의 광흡수에 의한 영향도 피측정 성분의 측정 파장과 동일 정도 포함되기 때문에, 제1 파장 λ1 및 제2 파장 λ2로서, 헤모글로빈의 광흡수가, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 의해 비교적 크게 변화하는 두 파장을 이용하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 제1 파장 λ1로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이 0.8 이상 또한 1.5 이하가 되는 범위에 속하는 파장을 이용하는 것이 바람직하고, 790㎚ 내지 850㎚의 범위에 속하는 파장을 이용하는 것이 바람직하다. 단, 제1 파장 λ1로서는, 장파장역 W1에 있어서 헤모글로빈의 광흡수가 비교적 크게 나타나는, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수와 산화 헤모글로빈의 흡수 계수가 똑같은 파장 부근에서 선택하는 것이 특히 바람직하고, 본 실시 형태에서는 800 내지 810㎚의 범위에서 선택되는 파장을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제2 파장 λ2로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수와의 비율이 0.8보다 작아지는 파장, 또는 1.5보다 커지는 파장을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 파장에 의해 매질(여기서는 혈구)의 굴절률(산란 특성)이나 헤모글로빈의 광흡수도 변화하기 때문에, 제2 파장 λ2로서, 측정 파장에 가까운 파장을 이용하면, 측정 파장(본 실시 형태에서는 650㎚)에 있어서의 혈구 성분 등의 광산란이나 헤모글로빈의 광흡수에 의한 영향을 보다 정확하게 추정할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에서는 제1 파장 λ1보다 짧은 파장을 이용하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 본 실시 형태에서는, 제2 파장 λ2로서, 700㎚보다 크고, 또한 790㎚ 미만인 범위에 속하는 파장을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 제2 파장 λ2는, 장파장역 W1이고, 제2 파장 λ2에 있어서의 전체 흡광도에 포함되는 색소 성분의 흡광도가, 측정 파장에 있어서의 전체 흡광도에 포함되는 색소 성분의 흡광도의 10% 이하, 바람직하게는 6% 이하, 보다 바람직하게는 3% 이하, 더욱 바람직하게는 실질적으로 0%가 되는 파장으로 한다. 바꾸어 말하면, 색소 성분의 흡광도 스펙트럼의 피크 파장역의 장파장측의 하단 부분이 되는 파장 이상의 파장을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 이에 의해, 색소 성분의 광흡수의 영향을 배제하고, 장파장역 W1에 있어서의 혈구 성분 등의 광산란에 의한 영향이 지배적인 노이즈를 보다 정확하게 추정할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 제2 파장 λ2로서, 725㎚ 이상이고, 또한 790㎚ 미만인 범위에 속하는 파장을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 그리고, 제2 파장 λ2로서는, 측정 파장에 보다 가까운 파장이 가장 바람직한 점에서, 제2 파장 λ2로서, 색소 성분의 흡광도가 제로가 되는 파장 즉, 색소 성분의 흡광도 스펙트럼의 피크 파장역의 장파장측의 아래쪽 부분이 되는 파장을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 755㎚를 제2 파장 λ2로 하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 상술한 「전체 흡광도에 포함되는 색소 성분의 흡광도」의 「전체 흡광도」란, 혼합물 전체의 흡광도를 의미한다. 또한, 상술한 「전체 흡광도에 포함되는 색소 성분의 흡광도」의 「색소 성분의 흡광도」란, 혈액 중의 피측정 성분과 시약 중의 색소 성분이 정색 반응함으로써 발생하는 반응물의 흡광도, 즉, 혼합물에 있어서의 색소 성분 유래의 흡광도를 의미한다.
이상과 같이, 성분 측정 장치(1)는, 측정 파장에 있어서의 혼합물 X의 흡광도의 실측값인 제5 실측값 D5를, 제1 파장 λ1 내지 제4 파장 λ4 각각에 있어서의 혼합물 X의 흡광도의 실측값인 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4를 사용해서 보정하고, 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도를 추정할 수 있다.
이하, 성분 측정 장치(1)의 흡광도 보정부(84)에 의한 보정 방법에 대해서 설명한다.
상술한 바와 같이, 성분 측정 장치(1)의 메모리(62)에는, 측정 광학계(64)에 의해 측정된 제1 파장 λ1 내지 제5 파장 λ5 각각에 있어서의 혼합물 X의 흡광도인 제1 실측값 D1 내지 제5 실측값 D5의 실측값 데이터(85)와, 제1 파장 λ1 내지 제4 파장 λ4 각각에서의 혼합물 X의 흡광도에 상관하는 일군의 보정 계수 데이터(86)와, 제5 파장 λ5로 실측된 혼합물 X의 흡광도를 보정 계수 데이터(86)에 의해 보정해서 얻어지는 혼합물 X 중의 색소 성분의 흡광도와 각종 물리량과의 관계를 나타내는 검량선 데이터(90)가 저장되어 있다.
흡광도 보정부(84)는, 메모리(62)에 저장되어 있는 실측값 데이터(85) 및 보정 계수 데이터(86)에 기초하여, 측정 파장인 제5 파장 λ5에 있어서의 색소 성분의 흡광도를 도출한다.
여기서, 보정 계수 데이터(86)란, 이하의 [수학식 1]로 나타내는 식을 사용해서 미리 실시된 회귀 분석에 의해 도출된 것이다.
[수학식 1]
Figure pct00001
B(λ)란, 파장 λ에 있어서의, 색소 성분의 흡광도 이외의 노이즈를 의미하고 있어, 다종의 혈액 검체를 사용해서 상기 [수학식 1]로 나타내는 식에 의해 회귀 계산을 행하여, 계수 b0, b1, b2, b3 및 b4를 도출한다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는, 상술한 제1 내지 제4 파장 λ1 내지 λ4의 선정 기준에 기초하여, 제1 파장 λ1로서 810㎚, 제2 파장 λ2로서 750㎚, 제3 파장 λ3으로서 545㎚, 제4 파장 λ4로서 560㎚를 사용하고 있다. 또한, 다종의 혈액 검체는, 성분 조성이 다른 6개의 혈액 검체를 기초로 하여, 각각 헤마토크리트값이 10% 내지 70%의 범위로 조정된 혈액 검체를 준비하고, 조정한 혈액 검체의 흡광도 스펙트럼 측정을 행하고, 회귀 분석을 사용하여, 계수 b0, b1, b2, b3 및 b4를 도출하고 있다. 또한, 금회 행한 관측수는 전부 766회이다. 그리고, 도출된 이들의 계수 b0 내지 b4에 기초하여, 제1 파장 λ1 내지 제4 파장 λ4 각각에서의 혼합물 X의 흡광도에 상관하는 일군의 보정 계수를 도출한다. 이 보정 계수를 포함하는 보정 계수 데이터(86)를 사용함으로써, 545㎚, 560㎚, 750㎚, 810㎚의 혼합물 X의 흡광도의 실측값으로부터, 측정 파장인 650㎚의 혼합물 X의 흡광도의 실측값을 보정하고, 650㎚에 있어서의 색소 성분의 흡광도를 추정할 수 있다.
여기서, 상기 회귀 계산에 의해 얻어지는 계수 b0 내지 b4 각각은, 측정계에 고유의 값으로서 정하는 것이 가능하고, 헤마토크리트값에 의해 다른 것이 아니다. 따라서, 헤마토크리트값에 따라서는, 회귀 계산에 사용하는 B(λ1) 내지 B(λ4)의 수치(실측값)이 변동한다.
도 11은 상술한 회귀 계산에 있어서, 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도(노이즈)에 있어서의, 장파장역 W1의 실측값에 의한 영향도(도 11에서는 「W1」이라고 표기하고 있다)와, 단파장역 W2의 실측값에 의한 영향도(도 11에서는 「W2」라고 표기하고 있다)를 나타내는 그래프이다. 또한, 여기에서 말하는 「영향도」란, 데이터의 점유율을 의미하고 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 상술한 회귀 계산에 의해 얻어진 실측 데이터의 결과를 고찰하면, 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도(노이즈)를, 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4를 사용해서 추정할 때 장파장역 W1의 제1 파장 λ1 및 제2 파장 λ2에서의 제1 실측값 D1 및 제2 실측값 D2는, 헤마토크리트값이 10%에서 70%로 커짐에 따라서, 92%에서 90%로 영향도가 감소한다(도 11의 「W1」 참조). 그 반면에, 단파장역 W2의 제3 파장 λ3 및 제4 파장 λ4에서의 제3 실측값 D3 및 제4 실측값 D4는, 헤마토크리트값이 10%에서 70%로 커짐에 따라서, 8%에서 10%로 영향도가 증가한다(도 11의 「W2」 참조). 이와 같이, 헤마토크리트값에 따라서 사용하는 장파장역 W1과 단파장역 W2의 영향도가 변화함으로써, 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도(노이즈)를 보다 정확하게 추정할 수 있고, 결과로서 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도를 보다 정확하게 추정할 수 있다. 또한, 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4에 색소 성분의 흡수가 포함되는 경우에는, 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4에 보정 계산을 행하여, 색소 이외의 흡광도(노이즈)인 B(λ)를 산출할 필요가 있다.
또한, 성분 측정 장치(1)에서는, 제3 파장 λ3으로서, 헤모글로빈의 광흡수에 의한 영향이 압도적으로 큰 단파장역 W2에서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수와 산화 헤모글로빈의 흡수 계수가 똑같은 파장(도 9에서는 530㎚, 545㎚, 570㎚ 또는 580㎚)을 사용하는 경우, 이 제3 실측값 D3으로부터, 또는 이 제3 실측값 D3과 혈구 성분 등의 광산란에 의한 영향이 큰 장파장역 W1에서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수와 산화 헤모글로빈의 흡수 계수가 똑같은 파장(도 9에서는 800㎚)을 사용한 제1 실측값 D1을 이용하여, 헤마토크리트값을 도출하는 것이 가능하다. 또한, 헤마토크리트값은, 메모리(62)에 저장된 헤모글로빈의 흡광도와 헤마토크리트값의 검량선으로부터 도출 가능하다.
이어서, 상술한 성분 측정 장치(1)에 있어서, 혈액 중의 혈구 성분 등이나 먼지 등에 의한 산란광을 포함하는 광학적 특성과, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 기초해서 추정한, 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도 정밀도에 관한 검증 실험의 결과를 설명한다. 검체(n=6)는, 각 혈액을 헤마토크리트값이 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%로 되게 제조한 것을 사용했다.
도 12의 (a)는 상술한 제1 파장 λ1로서 810㎚, 제2 파장 λ2로서 750㎚, 제3 파장 λ3으로서 545㎚, 제4 파장 λ4로서 560㎚, 측정 파장인 제5 파장 λ5로서 650㎚를 사용한 경우에, 성분 측정 장치(1)의 상기 성분 측정 방법에 의해 도출되는 측정 파장에서의 색소 성분 이외의 흡광도와, 동일 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도 참값의 오차를 나타내는 그래프이다. 또한, 본 실시예에서는, 제2 파장 λ2에 있어서의 전체 흡광도에 포함되는 색소 성분의 흡광도는, 측정 파장에 있어서의 흡광도의 3%에 상당한다. 이에 반해 도 12의 (b)는 비교예로서, 상술한 제1 파장 λ1 내지 제4 파장 λ4 중 810㎚ 및 750㎚의 2개만을 사용해서 마찬가지 방법에 의해 도출된, 측정 파장(650㎚)에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도와, 동 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도 참값의 오차를 나타내는 그래프이다.
도 12의 (a)에 나타내는 오차는, 표준 오차의 2배가 0.0058인 데 반해, 도 12의 (b)에 나타내는 오차는, 표준 오차의 2배가 0.0109로, 도 12의 (a)에 나타내는 오차가, 도 12의 (b)에 나타내는 오차보다 작은 것을 알 수 있다. 즉, 본 실시 형태의 성분 측정 장치(1)에 의해 실행되는 상술한 성분 측정 방법에 의하면, 장파장역 W1의 두 파장(본 검증 실험에서는 810㎚ 및 750㎚)으로만 추정한 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도보다, 정밀도가 높은 흡광도를 추정할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 헤마토크리트 40%라 했을 때, 흡광도 오차 0.001은 혈당값으로 1[㎎/dL]의 오차에 상당한다. 이 성분 측정 방법을 사용한 성분 측정 장치(1)는, 헤마토크리트 10% 내지 70%이 폭넓은 헤마토크리트값의 혈액에 대하여, 혈당값 측정 오차를 저감시키는 것이 가능하게 된다.
마지막으로, 상술한 성분 측정 장치(1)의 성분 측정 방법에 대해서, 도 13을 참조하여 통합해서 설명한다. 도 13은 성분 측정 장치(1)에 의해 실행되는 성분 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
이 성분 측정 방법은, 제1 파장 λ1에 있어서의 혼합물 X의 흡광도인 제1 실측값 D1, 제2 파장 λ2에 있어서의 혼합물 X의 흡광도인 제2 실측값 D2, 제3 파장 λ3에 있어서의 혼합물 X의 흡광도인 제3 실측값 D3, 제4 파장 λ4에 있어서의 혼합물 X의 흡광도인 제4 실측값 D4 및 제5 파장 λ5에 있어서의 혼합물 X의 흡광도인 제5 실측값 D5를 취득하는 스텝 S1과, 제1 실측값 D1 내지 제5 실측값 D5의 적어도 하나를 이용해서 헤마토크리트값을 도출하는 스텝 S2와, 제5 실측값 D5를, 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4 및, 회귀 계산에 의해 얻어진 보정 계수를 사용해서 보정하고, 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도를 취득하는 스텝 S3과, 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도와 도출한 헤마토크리트값으로부터 혈액 중의 피측정 성분을 산출하는 스텝 S4를 포함하는 것이다.
스텝 S1에서는, 상술한 바와 같이, 측정 광학계(64)의 발광부(66) 및 수광부(72)를 사용하여, 제1 실측값 D1 내지 제5 실측값 D5를 취득한다. 본 실시 형태에서는, 스텝 S2에 있어서, 제3 실측값 D3에 기초하여, 또는 제3 실측값 D3 및 제1 실측값 D1에 기초하여, 헤마토크리트값을 도출한다. 구체적으로는, 스텝 S2에 있어서, 제3 실측값 D3으로부터 또는, 제3 실측값 D3 및 제1 실측값 D1로부터, 헤모글로빈의 흡광도를 추정하고, 헤마토크리트값을 도출한다. 또한, 제3 실측값 D3에, 또는 제3 실측값 D3 및 제1 실측값 D1에, 색소 성분의 흡수가 포함되는 경우에는, 각각 제3 실측값 D3에, 또는 제3 실측값 D3 및 제1 실측값 D1에, 색소 성분의 흡수분을 차감하는 보정 계산을 행하여 취득한 보정값으로부터, 헤마토크리트값을 도출한다. 본 실시 형태에서는, 헤마토크리트값을, 메모리(62)에 저장되어 있는 혼합물 X 중의 헤모글로빈의 흡광도와 헤마토크리트값의 관계를 나타내는 검량선으로부터 도출한다. 스텝 S3에서는, 실제로, 제5 실측값 D5를, 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4 및 회귀 계산에 의해 얻어진 보정 계수를 사용해서 보정하고, 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도를 추정하고, 취득한다. 마지막으로, 스텝 S4에서는, 취득한 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도와 도출한 헤마토크리트값으로부터, 글루코오스 농도와의 관계를 나타내는 검량선을 사용하여, 글루코오스 농도를 산출한다.
여기서, 상술한 발색 시약(22)과는 다른 별도의 발색 시약을 사용한 경우에 대해서 설명한다. 상술한 발색 시약(22)은, 글루코오스디히드로게나아제(GDH)와 테트라졸륨염(WST-4) 및 전자 메디에이터와의 혼합 시약이지만, 여기에서 설명하는 발색 시약은, 이하의 [화학식 1]로 나타나는 테트라졸륨염 A이다. 또한, 식 중 X=Na이다.
[화학식 1]
Figure pct00002
도 14는 글루코오스 농도가 300㎎/dL인 글루코오스수를 검체로 해서 사용한 경우의, 상술한 발색 시약(22)에 포함되는 색소 성분인 WST-4의 흡광도 스펙트럼(도 14에서는 「색소 성분 1」이라고 표기)과, 여기에서 설명하는 발색 시약에 포함되는 색소 성분인 테트라졸륨염 A의 흡광도 스펙트럼(도 14에서는 「색소 성분 2」라고 표기)을 도시하는 도면이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 테트라졸륨염 A의 흡광도 스펙트럼은, WST-4의 흡광도 스펙트럼과 비교하여, 보다 크고, 또한 보다 명료한 흡수 피크를 갖는다. 그 때문에, 테트라졸륨염 A를 포함하는 발색 시약의 흡수 피크를 이용하면, WST-4를 포함하는 발색 시약(22)의 흡수 피크를 이용하는 경우보다, 색소 성분의 흡광도를 나타내는 시그널을 검출하기 쉽게, 피측정 성분의 측정 오차를 저감할 수 있다. 또한, 테트라졸륨염 A의 피크 파장은, 650㎚ 부근이기 때문에, 상술한 예와 마찬가지로, 측정 파장인 제5 파장 λ5로서 650㎚를 이용할 수 있다. 단, 도 14에 도시한 바와 같이, 테트라졸륨염 A의 피크 파장역은, WST-4의 피크 파장역보다 장파장측으로 어긋나 있다. 그 때문에, 상술한 예에서 사용한 제2 파장 λ2와 동일한 파장을 이용하면, 테트라졸륨염 A의 광흡수에 의한 영향을 크게 받기 때문에, 피측정 성분의 측정 오차가 발생하기 쉬워진다.
그래서, 색소 성분으로서 테트라졸륨염 A를 포함하는 발색 시약을 사용하는 경우에는, 제2 파장 λ2로서, 발색 시약의 광흡수 영향을 받기 어려운 파장 범위에 속하는 파장을 이용한다. 구체적으로, 테트라졸륨염 A를 포함하는 발색 시약을 사용하는 경우의 제2 파장 λ2는, 장파장역 W1이고, 제2 파장 λ2에 있어서의 전체 흡광도에 포함되는 색소 성분의 흡광도가, 측정 파장에 있어서의 전체 흡광도에 포함되는 색소 성분의 흡광도의 10% 이하, 바람직하게는 6% 이하, 보다 바람직하게는 3% 이하, 더욱 바람직하게는 실질적으로 0%가 되는 파장으로 한다. 그 때문에, 본예에서는, 측정 파장을 650㎚로 한 경우, 790㎚ 이상의 파장을 이용하는 것이 바람직하고, 810㎚ 이상의 파장을 이용하는 것이 보다 바람직하고, 830㎚ 이상의 파장을 이용하는 것이 더욱 바람직하고, 920㎚ 이상의 파장을 이용하는 것이 특히 바람직하다.
단, 실제로 사용하는 LED 소자 등의 범용적인 광원의 특성을 고려하면, 950㎚ 이하의 파장인 것이 바람직하고, 940㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 제1 파장 λ1, 제3 파장 λ3, 제4 파장 λ4 및 제5 파장 λ5에 대해서는, 상술한 예에서 나타낸 파장 범위와 마찬가지인 파장 범위를 이용할 수 있다. 그리고, 제1 파장 λ1 내지 제5 파장 λ5를 사용하여, 상술한 예와 같은 성분 측정 방법을 실행하면, 혈액 중의 혈구 성분 등에 의한 광학적 특성과, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 따른 보정을 행할 수 있기 때문에, 정밀도가 높은 측정 결과를 얻을 수 있다.
여기서, 테트라졸륨염 A를 포함하는 발색 시약을 사용하는 것을 상정한 다음, 상술한 제1 파장 λ1 내지 제4 파장 λ4의 선정 기준에 기초하여, 제1 파장 λ1로서 810㎚, 제2 파장 λ2로서 900㎚, 제3 파장 λ3으로서 545㎚, 제4 파장 λ4로서 560㎚를 사용하여, 상술한 예에서 나타냈다 [수학식 1]의 식을 사용해서 회귀 분석을 실행했다. 또한, 회귀 분석의 방법은, 상술한 예에서 나타낸 것과 마찬가지이다.
도 15는 이 회귀 계산에 있어서, 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도(노이즈)에 있어서의, 장파장역 W1의 실측값에 의한 영향도(도 15에서는 「W1」이라 표기하고 있다)와, 단파장역 W2의 실측값에 의한 영향도(도 15에서는 「W2」라 표기하고 있다)를 나타내는 그래프이다. 또한, 여기에서 말하는 「영향도」란, 상기 마찬가지로, 데이터의 점유율을 의미하고 있다. 도 15에 도시한 바와 같이, 상술한 회귀 계산에 의해 얻어진 실측 데이터의 결과를 고찰하면, 상술한 예와 마찬가지 결과가 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도(노이즈)를 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4를 사용해서 추정할 때 장파장역 W1의 제1 파장 λ1 및 제2 파장 λ2에서의 제1 실측값 D1 및 제2 실측값 D2는, 헤마토크리트값이 10%에서 70%로 커짐에 따라서, 90%에서 88%로 영향도가 감소한다(도 15의 「W1」 참조). 그 반면에, 단파장역 W2의 제3 파장 λ3 및 제4 파장 λ4에서의 제3 실측값 D3 및 제4 실측값 D4는, 헤마토크리트값이 10%에서 70%로 커짐에 따라서, 10%에서 12%로 영향도가 증가한다(도 15의 「W2」 참조). 이와 같이, 헤마토크리트값에 따라서 사용하는 장파장역 W1과 단파장역 W2의 영향도가 변화함으로써, 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도(노이즈)를 보다 정확하게 추정할 수 있고, 결과로서 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도를 보다 정확하게 추정할 수 있다. 또한, 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4에 색소 성분의 흡수가 포함되는 경우에는, 제1 실측값 D1 내지 제4 실측값 D4에 보정 계산을 행하여, 색소 이외의 흡광도(노이즈)인 B(λ)를 산출할 필요가 있다.
이어서, 테트라졸륨염 A를 포함하는 발색 시약을 사용한 다음, 혈액 중의 혈구 성분 등에 의한 광학적 특성과, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 기초해서 추정한, 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도 정밀도에 관한 검증 실험의 결과를 설명한다. 검체(n=6)는, 각 혈액을 헤마토크리트값이 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%로 되게 조제한 것을 사용했다.
도 16의 (a)는 상술한 제1 파장 λ1로서 810㎚, 제2 파장 λ2로서 900㎚, 제3 파장 λ3으로서 545㎚, 제4 파장 λ4로서 560㎚, 측정 파장인 제5 파장 λ5로서 650㎚를 사용한 경우에, 성분 측정 장치(1)의 상기 성분 측정 방법에 의해 도출되는 측정 파장에서의 색소 성분 이외의 흡광도와, 동 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도 참값과의 오차를 나타내는 그래프이다. 또한, 본 예에서는, 제2 파장 λ2에 있어서의 전체 흡광도에 포함되는 색소 성분의 흡광도는, 측정 파장에 있어서의 전체 흡광도에 포함되는 흡광도의 1%에 상당한다. 이에 비해 도 16의 (b)는 비교예로서, 상술한 제1 파장 λ1 내지 제4 파장 λ4 중 810㎚ 및 900㎚의 2개만을 사용해서 마찬가지 방법에 의해 도출된, 측정 파장(650㎚)에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도와, 동 측정 파장에 있어서의 색소 성분 이외의 흡광도 참값과의 오차를 나타내는 그래프이다.
도 16의 (a)에 나타내는 오차는, 표준 오차의 2배가 0.0085인 데 비해, 도 16의 (b)에 나타내는 오차는, 표준 오차의 2배가 0.0140으로, 도 16의 (a)에 나타내는 오차가, 도 16의 (b)에 나타내는 오차보다 작은 것을 알 수 있다. 즉, 발색 시약의 종류에 관계없이, 성분 측정 장치(1)에 의해 실행되는 성분 측정 방법에 의하면, 장파장역 W1의 두 파장(본 검증 실험에서는 810㎚ 및 900㎚)만으로 추정한 측정 파장에 있어서의 색소 성분의 흡광도보다, 정밀도가 높은 흡광도를 추정할 수 있다. 또한, 본 예에 있어서는, 헤마토크리트 40%로 했을 때, 흡광도 오차 0.002는 혈당값으로 1[㎎/dL]의 오차에 상당한다. 이 성분 측정 방법을 사용한 성분 측정 장치(1)는, 헤마토크리트 10% 내지 70%의 폭넓은 헤마토크리트값의 혈액에 대하여, 혈당값 측정 오차를 저감시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 본 예에서 사용하는 제2 파장 λ2는 900㎚이고, 상술한 예에서 사용한 제2 파장 λ2인 750㎚보다 장파장측의 파장역에 속한다. 그 때문에, 테트라졸륨염 A를 포함하는 발색 시약을 사용하는 경우의 제2 파장 λ2의 값은, WST-4를 포함하는 발색 시약(22)을 사용하는 경우의 제2 파장 λ2의 값과 비교하여, 측정 파장인 650㎚로부터는 이격되게 된다. 그 때문에, 이 관점에서는, 측정 오차가 발생하기 쉬운 조건이 된다. 그러나, 도 14에 도시한 바와 같이, 테트라졸륨염 A는, WST-4보다 흡수 피크가 크기 때문에, 색소 성분의 흡광도를 나타내는 시그널을 보다 검출하기 쉽다. 이 시그널의 강도에 의해, 제2 파장 λ2가 측정 파장으로부터 멀어지는 것에 의한 측정 오차의 증가를 억제할 수 있다. 그 결과, 측정 파장으로부터 이격된 제2 파장 λ2를 이용해도, 피측정 성분의 측정 오차를 작게 할 수 있다.
본 발명에 관한 성분 측정 장치, 성분 측정 방법 및 성분 측정 프로그램은, 상술한 실시 형태의 구체적인 기재에 한정되는 것이 아니고, 특허 청구 범위의 기재한 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
상술한 실시 형태에서는, 피측정 성분으로서의 글루코오스의 측정으로서, 글루코오스 농도를 측정하고 있지만, 농도에 한정되는 것이 아니고, 별도의 물리량을 측정하는 것이어도 된다. 또한, 상술한 실시 형태에서는, 혈액 중의 피측정 성분으로서, 혈장 성분 중의 글루코오스를 예시하고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 혈액 중의 콜레스테롤을 피측정 성분으로 하는 것도 가능하다. 따라서, 성분 측정 장치는, 혈당값 측정 장치에 한정되는 것이 아니다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 발광부(66)로서, 복수 종류의 제1 내지 제5 광원(67a 내지 67d 및 68)을 예로 들어 설명했지만, 단일 광원과, 해당 광원의 전방에 배치된 복수 종류의 광학 필터(밴드패스형)를 조합해서 구성해도 된다. 혹은, 단일 광원과, 복수 종류의 수광부를 조합해서 구성해도 된다. 또한 더욱더, 상술한 실시 형태에서는, 성분 측정 팁(2)을 투과하는 투과광을 수광하는 수광부(72)로 하고 있지만, 성분 측정 팁(2)로부터 반사하는 반사광을 수광하는 수광부로 해도 된다.
본 발명은 성분 측정 장치, 성분 측정 방법 및 성분 측정 프로그램에 관한 것으로, 특히 혈액 중의 피측정 성분을 측정하는 성분 측정 장치, 성분 측정 방법 및 성분 측정 프로그램에 관한 것이다.
1 : 성분 측정 장치
2 : 성분 측정 팁
10 : 하우징
10a : 본체부
10b : 팁 장착부
11 : 표시부
12 : 제거 레버
13 : 전원 버튼
14 : 조작 버튼
21 : 베이스 부재
22 : 발색 시약(시약)
23 : 유로
24 : 공급부
25 : 커버 부재
26 :이젝트 핀
60 : 연산부
62 : 메모리
63 : 전원 회로
64 : 측정 광학계
66 : 발광부
67a 내지 67d : 제1 광원 내지 제4 광원
68 : 제5 광원
70 : 발광 제어 회로
72 : 수광부
74 : 수광 제어 회로
76 : 측정 지시부
77 : 농도 측정부
78 : 흡광도 취득부
84 : 흡광도 보정부
85 : 실측값 데이터
86 : 보정 계수 데이터
90 : 검량선 데이터
100 : 성분 측정 장치 세트
D1 내지 D5 : 제1 실측값 내지 제5 실측값
S : 팁 장착 공간
W1 : 장파장역
W2 : 단파장역
W3 : 반치전폭역에 대응하는 파장 범위
X : 혼합물
λ1 내지 λ5 : 제1 파장 내지 제5 파장

Claims (15)

  1. 혈액 중의 피측정 성분과 시약의 정색 반응에 의해 정색한 색소 성분을 포함하는 혼합물의 광학적 특성에 기초하여 상기 혈액 중의 피측정 성분을 측정하는 성분 측정 장치이며,
    산란광의 정보와, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 기초하여, 측정 파장에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도의 실측값을 보정하는 성분 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실측값을 제5 실측값으로 한 경우에,
    상기 색소 성분의 흡광도 스펙트럼에 있어서의 피크 파장역의 반치전폭역에 대응하는 파장 범위에 속하는 상기 측정 파장보다 장파장역에 속하는 제1 파장 및 제2 파장 각각에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도인 제1 실측값 및 제2 실측값, 상기 반치전폭역에 대응하는 상기 파장 범위에 속하는 상기 측정 파장보다 단파장역에 속하는 제3 파장 및 제4 파장 각각에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도인 제3 실측값 및 제4 실측값, 그리고 상기 측정 파장에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도인 상기 제5 실측값을 취득하는 흡광도 취득부와,
    상기 제5 실측값을, 상기 제1 실측값 내지 제4 실측값을 사용해서 보정하는 흡광도 보정부를 구비하고,
    상기 제3 파장으로서, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 차가, 소정값 이하가 되는 파장을 사용함과 함께, 상기 제4 파장으로서, 상기 흡수 계수의 차가, 상기 소정값보다 커지는 파장을 사용하는 성분 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이, 소정의 역치 이상이 되는 파장을 사용함과 함께, 상기 제4 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이, 상기 소정의 역치 미만이 되는 파장을 사용하는 성분 측정 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제3 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수와 산화 헤모글로빈의 흡수 계수가 똑같은 파장을 사용하는 성분 측정 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 파장은, 520㎚ 내지 550㎚의 범위 또는 565㎚ 내지 585㎚의 범위에 속하는 성분 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제4 파장은, 550㎚보다 크고 또한 565㎚ 미만인 범위에 속하거나, 또는 585㎚보다 크고 또한 600㎚ 미만인 범위에 속하는 성분 측정 장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정값을 제1 소정값으로 한 경우에,
    상기 제1 파장으로서, 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 차가, 제2 소정값 이하가 되는 파장을 사용함과 함께, 상기 제2 파장으로서, 상기 제2 소정값보다 커지는 파장을 사용하는 성분 측정 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 소정의 역치를 제1 역치로 한 경우에,
    상기 제1 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이, 상기 제1 역치 이상, 또한 제2 역치 이하가 되는 파장을 사용함과 함께, 상기 제2 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수에 대한 산화 헤모글로빈의 흡수 계수의 비율이, 상기 제1 역치 미만이 되는 파장, 또는 상기 제2 역치보다 커지는 파장을 사용하는 성분 측정 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 파장으로서, 환원 헤모글로빈의 흡수 계수와 산화 헤모글로빈의 흡수 계수가 똑같은 파장을 사용하는 성분 측정 장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 파장은, 790㎚ 내지 810㎚의 범위에 속하는 성분 측정 장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 파장은, 상기 색소 성분의 흡광도가, 상기 측정 파장에 있어서의 상기 색소 성분의 흡광도의 10% 이하가 되는 파장에 속하는 성분 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 파장은, 상기 색소 성분의 흡광도가, 상기 측정 파장에 있어서의 상기 색소 성분의 흡광도의 0%가 되는 파장인 성분 측정 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 파장은, 600㎚ 이상 700㎚ 이하의 범위에 속하는 성분 측정 장치.
  14. 혈액 중의 피측정 성분과 시약의 정색 반응에 의해 정색한 색소 성분을 포함하는 혼합물의 광학적 특성에 기초하여 상기 혈액 중의 피측정 성분을 측정하는 성분 측정 방법이며,
    산란광의 정보와, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 기초하여, 측정 파장에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도의 실측값을 보정하는 성분 측정 방법.
  15. 혈액 중의 피측정 성분과 시약의 정색 반응에 의해 정색한 색소 성분을 포함하는 혼합물의 광학적 특성에 기초하여 상기 혈액 중의 피측정 성분을 측정하기 위한 성분 측정 프로그램이며,
    산란광의 정보와, 적혈구 중의 환원 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율에 기초하여, 측정 파장에 있어서의 상기 혼합물의 흡광도의 실측값을 보정하는 것을, 성분 측정 장치에 실행시키는 성분 측정 프로그램.
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