生体状態量測定装置
【課題】回路素子の特性値の経時的な変動によらずに常に正確な測定値を得る。
【解決手段】生体または該生体から採取された生体試料Ａから、生体の状態を示す情報を検出するとともに検出した情報を電流として出力する検出部２，３と、該検出部２，３からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路４と、該電流電圧変換回路４からの出力電圧Ｖｓｉｇを充電した後放電する積分キャパシタ５３と、該積分キャパシタ５３の充電時間および放電時間を計測するカウンタ５５とを有し、該カウンタ５５により計測された充電時間および放電時間をデジタル量に変換して出力する２重積分型のＡＤ変換回路５と、該ＡＤ変換回路５から出力されたデジタル量に基づいて生体の状態量を算出する情報処理部５５とを備える生体状態量測定装置１を提供する。
【解決手段】生体または該生体から採取された生体試料Ａから、生体の状態を示す情報を検出するとともに検出した情報を電流として出力する検出部２，３と、該検出部２，３からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路４と、該電流電圧変換回路４からの出力電圧Ｖｓｉｇを充電した後放電する積分キャパシタ５３と、該積分キャパシタ５３の充電時間および放電時間を計測するカウンタ５５とを有し、該カウンタ５５により計測された充電時間および放電時間をデジタル量に変換して出力する２重積分型のＡＤ変換回路５と、該ＡＤ変換回路５から出力されたデジタル量に基づいて生体の状態量を算出する情報処理部５５とを備える生体状態量測定装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体状態量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体内にインシュリンを注入する装置において、生体内のグルコースレベルを測定し、得られた測定値に応じてインシュリンの注入量を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。測定されたグルコースレベルのアナログ信号は、積分回路を備えたＡＤ変換器によってデジタル信号に変換されてから処理される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６８３８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、積分回路を構成するキャパシタや抵抗などの回路素子は、使用時間や環境などによって静電容量や抵抗値などの特性値が経時的に変化する。このときに、特許文献１の場合、積分回路の出力が回路素子の特性値の変化とともに変動してしまい、正確な測定値を得ることが難しいという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、回路素子の特性値の経時的な変動によらずに常に正確な測定値を得ることができる生体状態量測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、生体または該生体から採取された生体試料から、前記生体の状態を示す情報を検出するとともに検出した情報を電流として出力する検出部と、該検出部からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、該電流電圧変換回路からの出力電圧を所定の充電時間にわたって充電した後放電する積分キャパシタと、該積分キャパシタの放電時間を計測するカウンタとを有し、該カウンタにより計測された前記放電時間をデジタル量に変換して出力する２重積分型のＡＤ変換回路と、該ＡＤ変換回路から出力されたデジタル量に基づいて前記生体の状態量を算出する情報処理部とを備える生体状態量測定装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、検出部によって検出された生体の情報は、電流電圧変換回路（ＩＶ変換回路）によって電圧に変換された後、ＡＤ変換回路において積分キャパシタで積分された後に放電される。ここで、積分キャパシタの充電時間に対する放電時間の比は、ＩＶ変換回路からの出力電圧、すなわち、検出部から出力電流に依存する。したがって、情報処理部は、カウンタによって計測された充電時間および放電時間のデジタル量から生体の状態量を算出することができる。
【０００８】
この場合に、２重積分型のＡＤ変換回路においては積分キャパシタの充電および放電は共通の経路を介して行われるので、その経路内の回路素子の特性値が変化しても、電流電圧変換回路からの出力電圧が同一であれば、充電時間に対する放電時間の比は一定になる。すなわち、回路素子の特性値が経時的に変化してもその変化に依らずに、常に安定した状態量の測定値を得ることができる。
【０００９】
上記発明においては、前記電流電圧変換回路が、その出力電圧を偏移させる第１の基準電圧を有し、前記ＡＤ変換回路が、前記電流電圧変換回路からの前記出力電圧に対する、前記第１の基準電圧と異なる第２の基準電圧を有し、前記電流電圧変換回路が前記第１の基準電圧に対して負の電圧を出力する場合は、前記第１の基準電圧が前記第２の基準電圧より大きく設定され、前記電流電圧変換回路が前記第１の基準電圧に対して正の電圧を出力する場合は、前記第１の基準電圧が前記第２の基準電圧より小さく設定されていてもよい。
【００１０】
このようにすることで、検出部からの出力電流に、生体からの情報に起因した電流以外のオフセット電流が含まれる場合に、該オフセット電流によるＩＶ変換回路の出力電圧の絶対値の増加が抑えられる。その結果、積分キャパシタの放電時間が短縮されるので、カウンタによる放電時間の計測時間が短縮され、消費電力の増加を抑えることができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記検出部が、前記生体または前記生体試料に検出光を照明する照明光源と、前記生体または前記生体試料により反射された前記検出光の反射光、もしくは、前記生体または前記生体試料を透過した前記検出光の透過光を受光するフォトダイオードとを備えていてもよい。
このようにすることで、反射光または透過光の強度に基づいて、生体または生体試料に含まれる生体分子の濃度などの状態量を測定することができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記検出部が、前記生体または前記生体試料に接触させられ、前記生体または前記生体試料を流れる電流を検出する少なくとも２つの電極を備えていてもよい。
このようにすることで、生体または生体試料を流れる電流の大きさやその変化に基づいて、心拍などの状態量を測定することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記検出部が、前記生体または前記生体試料に、該生体または生体試料に担持させられた蛍光物質を励起する励起光を照明する励起光源と、前記蛍光物質からの蛍光を受光するフォトダイオードとを備えていてもよい。
このようにすることで、蛍光強度に基づいて、生体または生体試料に含まれる生体分子の濃度などの状態量を測定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回路素子の特性値の経時的な変動によらずに常に正確な測定値を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る生体状態量測定装置の全体構成図である。
【図２】図１の生体状態量測定装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る生体状態量測定装置の全体構成図である。
【図４】フォトダイオードのオフセット電流を説明するグラフである。
【図５】図１の生体状態量測定装置の構成においてフォトダイオードの出力電流にオフセット電流が存在する場合の積分キャパシタの動作を説明するタイミングチャートである。
【図６】図３の生体状態量測定装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】検出部の変形例として一対の電極を備えた構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の第１の実施形態に係る生体状態量測定装置１について、図１および図２を参照して説明する。
本実施形態に係る生体状態量測定装置１は、図１に示されるように、生体または該生体から採取された生体試料（以下、生体等という。）Ａに照明光Ｌを照射する発光ダイオード（ＬＥＤ、検出部、照明光源）２と、生体等Ａからの信号光Ｌ’を検出するフォトダイオード（ＰＤ、検出部）３と、該ＰＤ３からの信号電流Ｉｓｉｇを信号電圧Ｖｓｉｇに変換する電流電圧変換回路（ＩＶ変換回路）４と、該ＩＶ変換回路４からの信号電圧Ｖｓｉｇに基づいて生体の状態量を算出する２重積分型のＡＤ変換回路５とを備えている。
【００１７】
ＬＥＤ２は、生体等Ａとして、例えば、被験者から採取した血液や体液に照明光Ｌを照射する。あるいは、被験者の体内に存在する生体試料Ａに直接照明光Ｌを照射してもよい。
ＰＤ３は、照明光Ｌが生体等Ａを透過した透過光または生体等Ａで反射された反射光を信号光Ｌ’として受光する。ＰＤ３は、受光した信号光Ｌ’の光量に比例した大きさの信号電流Ｉｓｉｇを出力する。
【００１８】
ＰＤ３によって検出される信号光Ｌ’は、例えば、血液中のグルコース値、血液中の酸素飽和度、脈拍などの生体の状態量を示す情報を含んでいる。具体的には、血液で反射された信号光Ｌ’は、血液中のグルコース濃度や酸素飽和度に比例するので、信号光Ｌ’の強度から血液中のグルコース値や酸素飽和度を測定することができる。あるいは、指先を透過してきた信号光Ｌ’の強度は指先内の血管の収縮・拡張と動機して変化するので、信号光Ｌ’の時間変化から心拍数を測定することができる。
【００１９】
ＩＶ変換回路４は、電流電圧変換オペアンプ（以下、ＩＶオペアンプという。）４１と、該ＩＶオペアンプ４１の出力端子と反転入力端子（以下、−入力端子という。）との間に接続された変換抵抗４２とを備えている。ＰＤ３からの信号電流Ｉｓｉｇは、変換抵抗４２に流れ込む。ＩＶオペアンプ４１は、単電源で使用され、第１の基準電圧回路６１により生成された第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が非反転入力端子（以下、＋入力端子という。）に印加されている。本実施形態においては、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を１．２５Ｖとする。ＩＶ変換回路４は、ＰＤ３からの信号電流Ｉｓｉｇが入力されたときに、信号電圧Ｖｓｉｇ＝１．２５Ｖ−Ｉｓｉｇ×Ｒｉｖを出力する。ここで、Ｒｉｖは変換抵抗４２の抵抗値である。
【００２０】
ＡＤ変換回路５は、積分抵抗５１と、積分オペアンプ５２と、積分キャパシタ５３と、コンパレータ５４と、ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）５５とを備えている。
積分抵抗５１は、スイッチＳＷ２を介してＩＶオペアンプ４１の出力端子と接続され、ＩＶ変換回路４からの信号電圧Ｖｓｉｇが入力される。
積分オペアンプ５２は、ＩＶオペアンプ４１と同様に、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が＋入力端子に印加さている。
【００２１】
積分キャパシタ５３は、積分オペアンプ５２の−入力端子と出力端子との間に接続されている。積分キャパシタ５３は、スイッチＳＷ１をオン状態にすることで、初期状態における充電電圧Ｖｃが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１になる。次に、スイッチＳＷ１，ＳＷ３のオフ状態において、スイッチＳＷ２がオン状態になってＩＶ変換回路４から信号電圧Ｖｓｉｇが入力されたときに、信号電圧Ｖｓｉｇと第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１との差分電圧により、積分キャパシタ５３は積分オペアンプ５２により充電され、充電電圧Ｖｃが生成される。
【００２２】
次に、積分キャパシタ５３は、充電後にスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフ状態においてスイッチＳＷ３がオン状態にされることにより、充電した充電電圧Ｖｃを第２の基準電圧回路６２に放電する。本実施形態においては、第２の基準電圧回路６２が生成する第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２を３．０Ｖとする。その後、積分キャパシタ５３は、スイッチＳＷ１がオン状態にされることにより、充電電圧Ｖｃを第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１にリセットする。
【００２３】
コンパレータ５４は、ＩＶオペアンプ４１と同様に、＋入力端子に第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加されている。これにより、コンパレータ５４からの出力電圧Ｖｃｏｍｐは、積分オペアンプ５２から第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１より大きい積分電圧Ｖｃが出力されているとき、すなわち、積分キャパシタ５３の充電中および積分キャパシタ５３が放電してからその充電電圧Ｖｃが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１まで降下するまでの間はＬｏｗとなり、それ以外のときはＨｉｇｈとなる。
【００２４】
コンパレータ５４の後段には、ＮＯＴ回路７１が設けられている。コンパレータ５４の出力電圧ＶｃｏｍｐがＨｉｇｈのときにはＮＯＴ回路７１からＬｏｗのデジタル信号が出力される。一方、コンパレータ５４からの出力電圧ＶｃｏｍｐがＬｏｗのときにはＮＯＴ回路７１からＨｉｇｈのデジタル信号が出力される。ＮＯＴ回路７１の出力をＶｃｏｍｐｉｎｖとする。
【００２５】
ＭＣＵ５５は、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）、記憶装置、タイマおよびカウンタを内蔵し、また、入力部および出力部を有している。ＭＣＵは、処理手順を記録したプログラムが記憶装置に記憶されており、プログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、出力部からの信号の出力、カウンタによる時間の計測、入力部に入力された信号の演算などの後述する制御や処理を行う。
【００２６】
出力部は、充電出力端子（ｃｈａｒｇｅ）５５ａ、放電出力端子（ｄｉｃｈａｒｇｅ）５５ｂおよびリセット出力端子（ｒｅｓｅｔ）５５ｃを有している。入力部は、充電時間入力端子（ｃｏｕｎｔＮ１）５５ｄおよび放電時間入力端子（ｃｏｕｎｔＮ２）５５ｅを有している。充電出力端子５５ａはスイッチＳＷ２に、放電出力端子５５ｂはスイッチＳＷ３に、リセット出力端子５５ｃはスイッチＳＷ１に対して、オン状態にするオン指令信号を出力する。
【００２７】
また、充電出力端子５５ａは、オン指令信号を出力すると同時に、充電時間入力端子５５ｄに積分キャパシタ５３の充電時間を計測させる充電時間計測指令信号を出力する。これにより、カウンタは、クロックから一定周期で出力されるクロック信号の数をカウントすることにより、積分キャパシタ５３の充電時間カウント数Ｎ１を計測するようになっている。ここで、積分キャパシタ５３の充電時間は所定の値がＭＣＵ５５に予め設定されているが、積分キャパシタ５３が実際に充電された充電時間カウント数Ｎ１をカウントして演算に用いることにより、さらに正確に状態量を測定することができる。
【００２８】
放電用入力端子５５ｂは、オン指令信号を出力すると同時に、放電時間入力端子５５ｅに放電時間カウント数Ｎ２を計測させる放電時間計測指令信号を出力する。出力された放電時間計測指令信号は、放電時間入力端子５５ｅの前段に設けられたＡＮＤ回路７２により、ＮＯＴ回路７１からの出力電圧ＶｃｏｍｐｉｎｖがＨｉｇｈであれば、放電時間入力端子５５ｅに入力される。これにより、カウンタは、積分キャパシタ５３の放電が開始されてからその充電電圧Ｖｃが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１まで降下するまでの放電時間カウント数Ｎ２を計測するようになっている。
【００２９】
ＭＣＵ５５は、カウンタが計測した充電時間カウント数Ｎ１と放電時間カウント数Ｎ２とから、下式（１）により、ＩＶ変換回路４の信号電圧Ｖｓｉｇを算出する。
Ｖｓｉｇ ＝ （Ｖｒｅｆ２ − Ｖｒｅｆ１） × Ｎ２／Ｎ１ ・・・（１）
さらに、ＭＣＵ５５は、算出した信号電圧Ｖｓｉｇから、下式（２）により、ＰＤ３の信号電流Ｉｓｉｇを算出する。
Ｉｓｉｇ ＝ Ｖｓｉｇ／Ｒｉｖ ・・・（２）
【００３０】
ＭＣＵ５５は、例えば、記憶装置に記憶されたＰＤ３の信号電流Ｉｓｉｇの値と生体の状態量との関数に基づいて、式（２）より得られた信号電流Ｉｓｉｇから生体の状態量を算出し、算出した状態量を図示しない表示装置などに表示させる。
【００３１】
なお、式（１）は、以下のようにして導出される。
積分キャパシタ５３の充電時において、充電電圧Ｖｃ、印加電圧Ｖｓｉｇ、充電時間カウント数Ｎ１は下式（３）の関係にある。ここで、Ｒｉｎｔは積分抵抗５１の抵抗値、Ｃｉｎｔは積分キャパシタ５３の静電容量値、Ｔはクロックの周期である。
【００３２】
【数１】
【００３３】
一方、積分キャパシタ５３の放電時において、充電電圧Ｖｃ、印加電圧Ｖｒｅｆ２−Ｖｒｅｆ１、放電時間カウント数Ｎ２は下式（４）の関係にある。
【００３４】
【数２】
【００３５】
ここで、式（３）と式（４）の左辺は等しいことから、式（１）が導出される。
【００３６】
このように構成された生体状態量測定装置１の動作および作用について、図２のタイミングチャートを参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体状態量測定装置１は、ＬＥＤ２が発光していない、すなわち、生体の状態量を測定していない状態（ｔ＜ｔ０）においては、スイッチＳＷ１がオン状態であり積分キャパシタ５３の充電電圧Ｖｃがリセットされている。
【００３７】
生体状態量測定装置１は、ＬＥＤ２を発光させたときに（ｔ＝ｔ０）、スイッチＳＷ１をオフ状態にし、スイッチＳＷ２をオン状態し、ＰＤ３からの信号電圧Ｖｓｉｇを充電時間カウント数Ｎ１にわたって積分キャパシタ５３で積分し、充電時間カウント数Ｎ１を計測する（ｔ０≦ｔ≦ｔ０＋Ｎ１）。生体状態量測定装置１は、信号電圧Ｖｓｉｇを積分した後（ｔ＝ｔ０＋Ｎ１）、スイッチＳＷ３をオン状態にして積分キャパシタ５３から放電し、積分した信号電圧Ｖｓｉｇの放電時間カウント数Ｎ２を計測する（ｔ０＋Ｎ１≦ｔ≦ｔ０＋Ｎ１＋Ｎ２）。
【００３８】
充電時間カウント数Ｎ１と放電時間カウント数Ｎ２の比は、ＩＶ変換回路４からの信号電圧Ｖｓｉｇ、すなわち、ＰＤ３によって検出された生体等Ａから信号光Ｌ’の光量に正比例する。したがって、生体状態量測定装置１は、測定した充電時間カウント数Ｎ１と放電時間カウント数Ｎ２と既知の各回路素子の特性値とから、生体の状態量を算出することができる。また、信号電圧Ｖｓｉｇを時間で積分することにより、信号電圧Ｖｓｉｇに含まれるノイズが平滑化され、ノイズに由来する測定誤差を除去することができる。
【００３９】
この場合に、本実施形態によれば、式（１）および式（２）で示されるように、算出されるＰＤ３の信号電流Ｉｓｉｇの値は、積分抵抗５１の抵抗値Ｒｉｎｔおよび積分キャパシタ５３の静電容量値Ｃｉｎｔに依存しない。これは、２重積分型のＡＤ変換回路５においては、共通の積分キャパシタ５３および積分抵抗５１を用いて信号電圧Ｖｓｉｇを充電および放電している。したがって、抵抗値Ｒｉｎｔや静電容量値Ｃｉｎｔが変化しても、同一の時定数で充電および放電されるので、信号電圧Ｖｓｉｇに対して充電時間カウント数Ｎ１と放電時間カウント数Ｎ２の比の値は一意に決まるためである。これにより、使用時間や外界の環境などによって積分抵抗５１や積分キャパシタ５３の特性値が経時的に変化しても、常に正確な状態量の測定値を得ることができるという利点がある。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る生体状態量測定装置１について、図３〜図６を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態においては、上述した第１の実施形態と異なる点について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
本実施形態に係る生体状態量測定装置１は、図３に示されるように、積分オペアンプ５２とＩＶオペアンプ４１とに、互いに異なる基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ３が印加されている点において、第１の実施形態と異なる。
【００４２】
積分オペアンプ５３は、第１の実施形態と同様に、＋入力端子に第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加されている。
ＩＶオペアンプ４１は、＋入力端子に下式（５）で表される第３の基準電圧（第２の基準電圧）Ｖｒｅｆ３が印加されている。
Ｖｒｅｆ３ ＝Ｖｒｅｆ１ ＋ Ｒｉｖ×Ｉｏｆｆ・・・（５）
【００４３】
ここで、Ｉｏｆｆは、ＬＥＤ２からの照明光Ｌの一部が、生体等Ａに照射されずにＰＤ３に直接入射した直接光Ｌｄｉｒによって発生するＰＤ３からの出力電流（以下、オフセット電流Ｉｏｆｆという。）である。すなわち、ＰＤ３およびＬＥＤ２の配置などによってＰＤ３がＬＥＤ２からの直接光Ｌｄｉｒを検出してしまう状況にある場合、生体等Ａが存在しない条件でもＰＤ３から一定量のオフセット電流Ｉｏｆｆが出力されてしまう。このときに、図４に示されるように、ＰＤ３の全出力電流Ｉｓｕｍは、生体等Ａからの測定すべき信号光Ｌ’に起因する信号電流Ｉｓｉｇと、オフセット電流Ｉｏｆｆとの和になる。オフセット電流Ｉｏｆｆの値は、例えば、生体等Ａの照明対象がない条件でＬＥＤ２を発光させたときに測定されたＰＤ３の出力電流値を用いることができる。
【００４４】
第１の実施形態に係る生体状態量測定装置１の構成においてＰＤ３にオフセット電流Ｉｏｆｆが存在する場合、図５に破線で示されるように、生体等Ａを測定していない状態でもＬＥＤ２が点灯していればＩＶ変換回路４から出力されるオフセット電圧Ｖｏｆｆ＝Ｒｉｖ×Ｉｏｆｆにより積分キャパシタ５３の充電電圧Ｖｃが上昇する。その結果、生体等Ａを測定したときに、図５に実線で示されるように、積分キャパシタ５２の放電時間カウント数Ｎ２が、オフセット電圧Ｖｏｆｆによる充電電圧Ｖｃの上昇分（図５のｔｏｆｆ）だけ増大する。
【００４５】
このように、放電時間カウント数Ｎ２の計測時間が長くなることにより、消費電力が不要に大きくなってしまうという問題がある。また、オフセット電圧Ｖｏｆｆを考慮して積分キャパシタ５２および積分抵抗５１として特性値Ｃｉｎｔ，Ｒｉｎｔの大きなものを選択しなければならないため、ノイズが増大したり回路素子５１，５２の寸法が大きくなって装置１全体が大きくなるなどの問題がある。
【００４６】
これに対し、本実施形態に係る生体状態量測定装置１の構成によれば、ＩＶオペアンプ４１に第３の基準電圧Ｖｒｅｆ３を印加することにより、図６に示されるように、ＩＶ変換回路４からはオフセット電圧Ｖｏｆｆが除去された電圧が出力される。これにより、積分キャパシタ５３の放電時間カウント数Ｎ２を、状態量の測定に必要な信号電圧Ｖｓｉｇに相当する分だけにし、消費電力の増大を防ぐことができるという利点がある。
【００４７】
上述した第１および第２の実施形態においては、ＰＤ３とＩＶオペアンプ４１との接続を逆にして、信号電流Ｉｓｉｇを変換抵抗４２から引き込む向きにしてもよい。この場合、ＩＶ変換回路４からの信号電圧Ｖｓｉｇは、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ３に対して正になる。また、第２の実施形態において、基準電圧Ｖｒｅｆ３は、
Ｖｒｅｆ３ ＝ Ｖｒｅｆ１−Ｒｉｖ＊Ｉｏｆｆ・・・（５）’
となる。
【００４８】
また、第１および第２の実施形態においては、ＩＶオペアンプ４１を単電源で使用して基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ３を印加することとしたが、これに代えて、両電源で使用して、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ３のいずれかをゼロにしてもよい。
【００４９】
また、第１および第２の実施形態においては、ＬＥＤ２に代えて蛍光物質の励起光を照明する励起光源を備え、生体等Ａに予め担持させた蛍光物質からの蛍光をＰＤ３で検出してもよい。
このようにすることで、例えば、生体試料中の生体分子を蛍光物質により予め標識しておくことにより、生体の状態量として生体分子の濃度を測定することができる。
【００５０】
また、第１および第２の実施形態においては、検出部としてＬＥＤ２およびＰＤ３を用いることとしたが、これに代えて、２つ以上の電極を用いてもよい。例えば、図７に示されるように、正負の一対の電極８を生体等Ａに接触状態に配置し、電極８間に定電流回路８１により一定電流を流す。このときに発生した電極８間の電位を入力インピーダンスの低いバッファ８２が受ける。ここで、電極８間で発生する電位は、生体等Ａのインピーダンスにより変化する。バッファ８２からの出力は出力電圧ＶｓｉｇとしてＡＤ変換回路５に入力される。
このようにすることで、生体の状態量としてインピーダンスを測定することができる。
【００５１】
また、第１および第２の実施形態においては、生体の状態量として、アミノ酸濃度、胃腸ホルモン濃度、他のホルモン濃度、血液のｐＨ、血液中のグルコース濃度、組織間液中のグルコース濃度なども測定することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 生体状態量測定装置
２ 発光ダイオード（検出部、照明光源）
３ フォトダイオード（検出部）
４ 電流電圧変換回路
５ ＡＤ変換回路
８ 電極（検出部）
４１ 電流電圧変換オペアンプ
４２ 変換抵抗
５１ 積分抵抗
５２ 積分オペアンプ
５３ 積分キャパシタ
５４ コンパレータ
５５ マイクロコントロールユニット（カウンタ、情報処理部）
５５ａ〜５５ｃ 入力端子
５５ｄ，５５ｅ 出力端子
６１，６２，６３ 基準電圧回路
７１ ＮＯＴ回路
７２ ＡＮＤ回路
８１ 定電流回路
８２ バッファ
Ａ 生体または生体試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体状態量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体内にインシュリンを注入する装置において、生体内のグルコースレベルを測定し、得られた測定値に応じてインシュリンの注入量を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。測定されたグルコースレベルのアナログ信号は、積分回路を備えたＡＤ変換器によってデジタル信号に変換されてから処理される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６８３８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、積分回路を構成するキャパシタや抵抗などの回路素子は、使用時間や環境などによって静電容量や抵抗値などの特性値が経時的に変化する。このときに、特許文献１の場合、積分回路の出力が回路素子の特性値の変化とともに変動してしまい、正確な測定値を得ることが難しいという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、回路素子の特性値の経時的な変動によらずに常に正確な測定値を得ることができる生体状態量測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、生体または該生体から採取された生体試料から、前記生体の状態を示す情報を検出するとともに検出した情報を電流として出力する検出部と、該検出部からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、該電流電圧変換回路からの出力電圧を所定の充電時間にわたって充電した後放電する積分キャパシタと、該積分キャパシタの放電時間を計測するカウンタとを有し、該カウンタにより計測された前記放電時間をデジタル量に変換して出力する２重積分型のＡＤ変換回路と、該ＡＤ変換回路から出力されたデジタル量に基づいて前記生体の状態量を算出する情報処理部とを備える生体状態量測定装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、検出部によって検出された生体の情報は、電流電圧変換回路（ＩＶ変換回路）によって電圧に変換された後、ＡＤ変換回路において積分キャパシタで積分された後に放電される。ここで、積分キャパシタの充電時間に対する放電時間の比は、ＩＶ変換回路からの出力電圧、すなわち、検出部から出力電流に依存する。したがって、情報処理部は、カウンタによって計測された充電時間および放電時間のデジタル量から生体の状態量を算出することができる。
【０００８】
この場合に、２重積分型のＡＤ変換回路においては積分キャパシタの充電および放電は共通の経路を介して行われるので、その経路内の回路素子の特性値が変化しても、電流電圧変換回路からの出力電圧が同一であれば、充電時間に対する放電時間の比は一定になる。すなわち、回路素子の特性値が経時的に変化してもその変化に依らずに、常に安定した状態量の測定値を得ることができる。
【０００９】
上記発明においては、前記電流電圧変換回路が、その出力電圧を偏移させる第１の基準電圧を有し、前記ＡＤ変換回路が、前記電流電圧変換回路からの前記出力電圧に対する、前記第１の基準電圧と異なる第２の基準電圧を有し、前記電流電圧変換回路が前記第１の基準電圧に対して負の電圧を出力する場合は、前記第１の基準電圧が前記第２の基準電圧より大きく設定され、前記電流電圧変換回路が前記第１の基準電圧に対して正の電圧を出力する場合は、前記第１の基準電圧が前記第２の基準電圧より小さく設定されていてもよい。
【００１０】
このようにすることで、検出部からの出力電流に、生体からの情報に起因した電流以外のオフセット電流が含まれる場合に、該オフセット電流によるＩＶ変換回路の出力電圧の絶対値の増加が抑えられる。その結果、積分キャパシタの放電時間が短縮されるので、カウンタによる放電時間の計測時間が短縮され、消費電力の増加を抑えることができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記検出部が、前記生体または前記生体試料に検出光を照明する照明光源と、前記生体または前記生体試料により反射された前記検出光の反射光、もしくは、前記生体または前記生体試料を透過した前記検出光の透過光を受光するフォトダイオードとを備えていてもよい。
このようにすることで、反射光または透過光の強度に基づいて、生体または生体試料に含まれる生体分子の濃度などの状態量を測定することができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記検出部が、前記生体または前記生体試料に接触させられ、前記生体または前記生体試料を流れる電流を検出する少なくとも２つの電極を備えていてもよい。
このようにすることで、生体または生体試料を流れる電流の大きさやその変化に基づいて、心拍などの状態量を測定することができる。
【００１３】
また、上記発明においては、前記検出部が、前記生体または前記生体試料に、該生体または生体試料に担持させられた蛍光物質を励起する励起光を照明する励起光源と、前記蛍光物質からの蛍光を受光するフォトダイオードとを備えていてもよい。
このようにすることで、蛍光強度に基づいて、生体または生体試料に含まれる生体分子の濃度などの状態量を測定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回路素子の特性値の経時的な変動によらずに常に正確な測定値を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る生体状態量測定装置の全体構成図である。
【図２】図１の生体状態量測定装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る生体状態量測定装置の全体構成図である。
【図４】フォトダイオードのオフセット電流を説明するグラフである。
【図５】図１の生体状態量測定装置の構成においてフォトダイオードの出力電流にオフセット電流が存在する場合の積分キャパシタの動作を説明するタイミングチャートである。
【図６】図３の生体状態量測定装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】検出部の変形例として一対の電極を備えた構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の第１の実施形態に係る生体状態量測定装置１について、図１および図２を参照して説明する。
本実施形態に係る生体状態量測定装置１は、図１に示されるように、生体または該生体から採取された生体試料（以下、生体等という。）Ａに照明光Ｌを照射する発光ダイオード（ＬＥＤ、検出部、照明光源）２と、生体等Ａからの信号光Ｌ’を検出するフォトダイオード（ＰＤ、検出部）３と、該ＰＤ３からの信号電流Ｉｓｉｇを信号電圧Ｖｓｉｇに変換する電流電圧変換回路（ＩＶ変換回路）４と、該ＩＶ変換回路４からの信号電圧Ｖｓｉｇに基づいて生体の状態量を算出する２重積分型のＡＤ変換回路５とを備えている。
【００１７】
ＬＥＤ２は、生体等Ａとして、例えば、被験者から採取した血液や体液に照明光Ｌを照射する。あるいは、被験者の体内に存在する生体試料Ａに直接照明光Ｌを照射してもよい。
ＰＤ３は、照明光Ｌが生体等Ａを透過した透過光または生体等Ａで反射された反射光を信号光Ｌ’として受光する。ＰＤ３は、受光した信号光Ｌ’の光量に比例した大きさの信号電流Ｉｓｉｇを出力する。
【００１８】
ＰＤ３によって検出される信号光Ｌ’は、例えば、血液中のグルコース値、血液中の酸素飽和度、脈拍などの生体の状態量を示す情報を含んでいる。具体的には、血液で反射された信号光Ｌ’は、血液中のグルコース濃度や酸素飽和度に比例するので、信号光Ｌ’の強度から血液中のグルコース値や酸素飽和度を測定することができる。あるいは、指先を透過してきた信号光Ｌ’の強度は指先内の血管の収縮・拡張と動機して変化するので、信号光Ｌ’の時間変化から心拍数を測定することができる。
【００１９】
ＩＶ変換回路４は、電流電圧変換オペアンプ（以下、ＩＶオペアンプという。）４１と、該ＩＶオペアンプ４１の出力端子と反転入力端子（以下、−入力端子という。）との間に接続された変換抵抗４２とを備えている。ＰＤ３からの信号電流Ｉｓｉｇは、変換抵抗４２に流れ込む。ＩＶオペアンプ４１は、単電源で使用され、第１の基準電圧回路６１により生成された第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が非反転入力端子（以下、＋入力端子という。）に印加されている。本実施形態においては、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を１．２５Ｖとする。ＩＶ変換回路４は、ＰＤ３からの信号電流Ｉｓｉｇが入力されたときに、信号電圧Ｖｓｉｇ＝１．２５Ｖ−Ｉｓｉｇ×Ｒｉｖを出力する。ここで、Ｒｉｖは変換抵抗４２の抵抗値である。
【００２０】
ＡＤ変換回路５は、積分抵抗５１と、積分オペアンプ５２と、積分キャパシタ５３と、コンパレータ５４と、ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）５５とを備えている。
積分抵抗５１は、スイッチＳＷ２を介してＩＶオペアンプ４１の出力端子と接続され、ＩＶ変換回路４からの信号電圧Ｖｓｉｇが入力される。
積分オペアンプ５２は、ＩＶオペアンプ４１と同様に、第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が＋入力端子に印加さている。
【００２１】
積分キャパシタ５３は、積分オペアンプ５２の−入力端子と出力端子との間に接続されている。積分キャパシタ５３は、スイッチＳＷ１をオン状態にすることで、初期状態における充電電圧Ｖｃが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１になる。次に、スイッチＳＷ１，ＳＷ３のオフ状態において、スイッチＳＷ２がオン状態になってＩＶ変換回路４から信号電圧Ｖｓｉｇが入力されたときに、信号電圧Ｖｓｉｇと第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１との差分電圧により、積分キャパシタ５３は積分オペアンプ５２により充電され、充電電圧Ｖｃが生成される。
【００２２】
次に、積分キャパシタ５３は、充電後にスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフ状態においてスイッチＳＷ３がオン状態にされることにより、充電した充電電圧Ｖｃを第２の基準電圧回路６２に放電する。本実施形態においては、第２の基準電圧回路６２が生成する第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２を３．０Ｖとする。その後、積分キャパシタ５３は、スイッチＳＷ１がオン状態にされることにより、充電電圧Ｖｃを第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１にリセットする。
【００２３】
コンパレータ５４は、ＩＶオペアンプ４１と同様に、＋入力端子に第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加されている。これにより、コンパレータ５４からの出力電圧Ｖｃｏｍｐは、積分オペアンプ５２から第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１より大きい積分電圧Ｖｃが出力されているとき、すなわち、積分キャパシタ５３の充電中および積分キャパシタ５３が放電してからその充電電圧Ｖｃが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１まで降下するまでの間はＬｏｗとなり、それ以外のときはＨｉｇｈとなる。
【００２４】
コンパレータ５４の後段には、ＮＯＴ回路７１が設けられている。コンパレータ５４の出力電圧ＶｃｏｍｐがＨｉｇｈのときにはＮＯＴ回路７１からＬｏｗのデジタル信号が出力される。一方、コンパレータ５４からの出力電圧ＶｃｏｍｐがＬｏｗのときにはＮＯＴ回路７１からＨｉｇｈのデジタル信号が出力される。ＮＯＴ回路７１の出力をＶｃｏｍｐｉｎｖとする。
【００２５】
ＭＣＵ５５は、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）、記憶装置、タイマおよびカウンタを内蔵し、また、入力部および出力部を有している。ＭＣＵは、処理手順を記録したプログラムが記憶装置に記憶されており、プログラムをＣＰＵが読み出して実行することにより、出力部からの信号の出力、カウンタによる時間の計測、入力部に入力された信号の演算などの後述する制御や処理を行う。
【００２６】
出力部は、充電出力端子（ｃｈａｒｇｅ）５５ａ、放電出力端子（ｄｉｃｈａｒｇｅ）５５ｂおよびリセット出力端子（ｒｅｓｅｔ）５５ｃを有している。入力部は、充電時間入力端子（ｃｏｕｎｔＮ１）５５ｄおよび放電時間入力端子（ｃｏｕｎｔＮ２）５５ｅを有している。充電出力端子５５ａはスイッチＳＷ２に、放電出力端子５５ｂはスイッチＳＷ３に、リセット出力端子５５ｃはスイッチＳＷ１に対して、オン状態にするオン指令信号を出力する。
【００２７】
また、充電出力端子５５ａは、オン指令信号を出力すると同時に、充電時間入力端子５５ｄに積分キャパシタ５３の充電時間を計測させる充電時間計測指令信号を出力する。これにより、カウンタは、クロックから一定周期で出力されるクロック信号の数をカウントすることにより、積分キャパシタ５３の充電時間カウント数Ｎ１を計測するようになっている。ここで、積分キャパシタ５３の充電時間は所定の値がＭＣＵ５５に予め設定されているが、積分キャパシタ５３が実際に充電された充電時間カウント数Ｎ１をカウントして演算に用いることにより、さらに正確に状態量を測定することができる。
【００２８】
放電用入力端子５５ｂは、オン指令信号を出力すると同時に、放電時間入力端子５５ｅに放電時間カウント数Ｎ２を計測させる放電時間計測指令信号を出力する。出力された放電時間計測指令信号は、放電時間入力端子５５ｅの前段に設けられたＡＮＤ回路７２により、ＮＯＴ回路７１からの出力電圧ＶｃｏｍｐｉｎｖがＨｉｇｈであれば、放電時間入力端子５５ｅに入力される。これにより、カウンタは、積分キャパシタ５３の放電が開始されてからその充電電圧Ｖｃが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１まで降下するまでの放電時間カウント数Ｎ２を計測するようになっている。
【００２９】
ＭＣＵ５５は、カウンタが計測した充電時間カウント数Ｎ１と放電時間カウント数Ｎ２とから、下式（１）により、ＩＶ変換回路４の信号電圧Ｖｓｉｇを算出する。
Ｖｓｉｇ ＝ （Ｖｒｅｆ２ − Ｖｒｅｆ１） × Ｎ２／Ｎ１ ・・・（１）
さらに、ＭＣＵ５５は、算出した信号電圧Ｖｓｉｇから、下式（２）により、ＰＤ３の信号電流Ｉｓｉｇを算出する。
Ｉｓｉｇ ＝ Ｖｓｉｇ／Ｒｉｖ ・・・（２）
【００３０】
ＭＣＵ５５は、例えば、記憶装置に記憶されたＰＤ３の信号電流Ｉｓｉｇの値と生体の状態量との関数に基づいて、式（２）より得られた信号電流Ｉｓｉｇから生体の状態量を算出し、算出した状態量を図示しない表示装置などに表示させる。
【００３１】
なお、式（１）は、以下のようにして導出される。
積分キャパシタ５３の充電時において、充電電圧Ｖｃ、印加電圧Ｖｓｉｇ、充電時間カウント数Ｎ１は下式（３）の関係にある。ここで、Ｒｉｎｔは積分抵抗５１の抵抗値、Ｃｉｎｔは積分キャパシタ５３の静電容量値、Ｔはクロックの周期である。
【００３２】
【数１】
【００３３】
一方、積分キャパシタ５３の放電時において、充電電圧Ｖｃ、印加電圧Ｖｒｅｆ２−Ｖｒｅｆ１、放電時間カウント数Ｎ２は下式（４）の関係にある。
【００３４】
【数２】
【００３５】
ここで、式（３）と式（４）の左辺は等しいことから、式（１）が導出される。
【００３６】
このように構成された生体状態量測定装置１の動作および作用について、図２のタイミングチャートを参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生体状態量測定装置１は、ＬＥＤ２が発光していない、すなわち、生体の状態量を測定していない状態（ｔ＜ｔ０）においては、スイッチＳＷ１がオン状態であり積分キャパシタ５３の充電電圧Ｖｃがリセットされている。
【００３７】
生体状態量測定装置１は、ＬＥＤ２を発光させたときに（ｔ＝ｔ０）、スイッチＳＷ１をオフ状態にし、スイッチＳＷ２をオン状態し、ＰＤ３からの信号電圧Ｖｓｉｇを充電時間カウント数Ｎ１にわたって積分キャパシタ５３で積分し、充電時間カウント数Ｎ１を計測する（ｔ０≦ｔ≦ｔ０＋Ｎ１）。生体状態量測定装置１は、信号電圧Ｖｓｉｇを積分した後（ｔ＝ｔ０＋Ｎ１）、スイッチＳＷ３をオン状態にして積分キャパシタ５３から放電し、積分した信号電圧Ｖｓｉｇの放電時間カウント数Ｎ２を計測する（ｔ０＋Ｎ１≦ｔ≦ｔ０＋Ｎ１＋Ｎ２）。
【００３８】
充電時間カウント数Ｎ１と放電時間カウント数Ｎ２の比は、ＩＶ変換回路４からの信号電圧Ｖｓｉｇ、すなわち、ＰＤ３によって検出された生体等Ａから信号光Ｌ’の光量に正比例する。したがって、生体状態量測定装置１は、測定した充電時間カウント数Ｎ１と放電時間カウント数Ｎ２と既知の各回路素子の特性値とから、生体の状態量を算出することができる。また、信号電圧Ｖｓｉｇを時間で積分することにより、信号電圧Ｖｓｉｇに含まれるノイズが平滑化され、ノイズに由来する測定誤差を除去することができる。
【００３９】
この場合に、本実施形態によれば、式（１）および式（２）で示されるように、算出されるＰＤ３の信号電流Ｉｓｉｇの値は、積分抵抗５１の抵抗値Ｒｉｎｔおよび積分キャパシタ５３の静電容量値Ｃｉｎｔに依存しない。これは、２重積分型のＡＤ変換回路５においては、共通の積分キャパシタ５３および積分抵抗５１を用いて信号電圧Ｖｓｉｇを充電および放電している。したがって、抵抗値Ｒｉｎｔや静電容量値Ｃｉｎｔが変化しても、同一の時定数で充電および放電されるので、信号電圧Ｖｓｉｇに対して充電時間カウント数Ｎ１と放電時間カウント数Ｎ２の比の値は一意に決まるためである。これにより、使用時間や外界の環境などによって積分抵抗５１や積分キャパシタ５３の特性値が経時的に変化しても、常に正確な状態量の測定値を得ることができるという利点がある。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る生体状態量測定装置１について、図３〜図６を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態においては、上述した第１の実施形態と異なる点について主に説明し、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
本実施形態に係る生体状態量測定装置１は、図３に示されるように、積分オペアンプ５２とＩＶオペアンプ４１とに、互いに異なる基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ３が印加されている点において、第１の実施形態と異なる。
【００４２】
積分オペアンプ５３は、第１の実施形態と同様に、＋入力端子に第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加されている。
ＩＶオペアンプ４１は、＋入力端子に下式（５）で表される第３の基準電圧（第２の基準電圧）Ｖｒｅｆ３が印加されている。
Ｖｒｅｆ３ ＝Ｖｒｅｆ１ ＋ Ｒｉｖ×Ｉｏｆｆ・・・（５）
【００４３】
ここで、Ｉｏｆｆは、ＬＥＤ２からの照明光Ｌの一部が、生体等Ａに照射されずにＰＤ３に直接入射した直接光Ｌｄｉｒによって発生するＰＤ３からの出力電流（以下、オフセット電流Ｉｏｆｆという。）である。すなわち、ＰＤ３およびＬＥＤ２の配置などによってＰＤ３がＬＥＤ２からの直接光Ｌｄｉｒを検出してしまう状況にある場合、生体等Ａが存在しない条件でもＰＤ３から一定量のオフセット電流Ｉｏｆｆが出力されてしまう。このときに、図４に示されるように、ＰＤ３の全出力電流Ｉｓｕｍは、生体等Ａからの測定すべき信号光Ｌ’に起因する信号電流Ｉｓｉｇと、オフセット電流Ｉｏｆｆとの和になる。オフセット電流Ｉｏｆｆの値は、例えば、生体等Ａの照明対象がない条件でＬＥＤ２を発光させたときに測定されたＰＤ３の出力電流値を用いることができる。
【００４４】
第１の実施形態に係る生体状態量測定装置１の構成においてＰＤ３にオフセット電流Ｉｏｆｆが存在する場合、図５に破線で示されるように、生体等Ａを測定していない状態でもＬＥＤ２が点灯していればＩＶ変換回路４から出力されるオフセット電圧Ｖｏｆｆ＝Ｒｉｖ×Ｉｏｆｆにより積分キャパシタ５３の充電電圧Ｖｃが上昇する。その結果、生体等Ａを測定したときに、図５に実線で示されるように、積分キャパシタ５２の放電時間カウント数Ｎ２が、オフセット電圧Ｖｏｆｆによる充電電圧Ｖｃの上昇分（図５のｔｏｆｆ）だけ増大する。
【００４５】
このように、放電時間カウント数Ｎ２の計測時間が長くなることにより、消費電力が不要に大きくなってしまうという問題がある。また、オフセット電圧Ｖｏｆｆを考慮して積分キャパシタ５２および積分抵抗５１として特性値Ｃｉｎｔ，Ｒｉｎｔの大きなものを選択しなければならないため、ノイズが増大したり回路素子５１，５２の寸法が大きくなって装置１全体が大きくなるなどの問題がある。
【００４６】
これに対し、本実施形態に係る生体状態量測定装置１の構成によれば、ＩＶオペアンプ４１に第３の基準電圧Ｖｒｅｆ３を印加することにより、図６に示されるように、ＩＶ変換回路４からはオフセット電圧Ｖｏｆｆが除去された電圧が出力される。これにより、積分キャパシタ５３の放電時間カウント数Ｎ２を、状態量の測定に必要な信号電圧Ｖｓｉｇに相当する分だけにし、消費電力の増大を防ぐことができるという利点がある。
【００４７】
上述した第１および第２の実施形態においては、ＰＤ３とＩＶオペアンプ４１との接続を逆にして、信号電流Ｉｓｉｇを変換抵抗４２から引き込む向きにしてもよい。この場合、ＩＶ変換回路４からの信号電圧Ｖｓｉｇは、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ３に対して正になる。また、第２の実施形態において、基準電圧Ｖｒｅｆ３は、
Ｖｒｅｆ３ ＝ Ｖｒｅｆ１−Ｒｉｖ＊Ｉｏｆｆ・・・（５）’
となる。
【００４８】
また、第１および第２の実施形態においては、ＩＶオペアンプ４１を単電源で使用して基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ３を印加することとしたが、これに代えて、両電源で使用して、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ３のいずれかをゼロにしてもよい。
【００４９】
また、第１および第２の実施形態においては、ＬＥＤ２に代えて蛍光物質の励起光を照明する励起光源を備え、生体等Ａに予め担持させた蛍光物質からの蛍光をＰＤ３で検出してもよい。
このようにすることで、例えば、生体試料中の生体分子を蛍光物質により予め標識しておくことにより、生体の状態量として生体分子の濃度を測定することができる。
【００５０】
また、第１および第２の実施形態においては、検出部としてＬＥＤ２およびＰＤ３を用いることとしたが、これに代えて、２つ以上の電極を用いてもよい。例えば、図７に示されるように、正負の一対の電極８を生体等Ａに接触状態に配置し、電極８間に定電流回路８１により一定電流を流す。このときに発生した電極８間の電位を入力インピーダンスの低いバッファ８２が受ける。ここで、電極８間で発生する電位は、生体等Ａのインピーダンスにより変化する。バッファ８２からの出力は出力電圧ＶｓｉｇとしてＡＤ変換回路５に入力される。
このようにすることで、生体の状態量としてインピーダンスを測定することができる。
【００５１】
また、第１および第２の実施形態においては、生体の状態量として、アミノ酸濃度、胃腸ホルモン濃度、他のホルモン濃度、血液のｐＨ、血液中のグルコース濃度、組織間液中のグルコース濃度なども測定することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 生体状態量測定装置
２ 発光ダイオード（検出部、照明光源）
３ フォトダイオード（検出部）
４ 電流電圧変換回路
５ ＡＤ変換回路
８ 電極（検出部）
４１ 電流電圧変換オペアンプ
４２ 変換抵抗
５１ 積分抵抗
５２ 積分オペアンプ
５３ 積分キャパシタ
５４ コンパレータ
５５ マイクロコントロールユニット（カウンタ、情報処理部）
５５ａ〜５５ｃ 入力端子
５５ｄ，５５ｅ 出力端子
６１，６２，６３ 基準電圧回路
７１ ＮＯＴ回路
７２ ＡＮＤ回路
８１ 定電流回路
８２ バッファ
Ａ 生体または生体試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体または該生体から採取された生体試料から、前記生体の状態を示す情報を検出するとともに検出した情報を電流として出力する検出部と、
該検出部からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
該電流電圧変換回路からの出力電圧を充電した後放電する積分キャパシタと、該積分キャパシタの充電時間および放電時間を計測するカウンタとを有し、該カウンタにより計測された充電時間および放電時間をデジタル量に変換して出力する２重積分型のＡＤ変換回路と、
該ＡＤ変換回路から出力された前記デジタル量に基づいて前記生体の状態量を算出する情報処理部とを備える生体状態量測定装置。
【請求項２】
前記電流電圧変換回路が、その出力電圧を偏移させる第１の基準電圧を有し、
前記ＡＤ変換回路が、前記電流電圧変換回路からの前記出力電圧に対する、前記第１の基準電圧と異なる第２の基準電圧を有し、
前記電流電圧変換回路が前記第１の基準電圧に対して負の電圧を出力する場合は、前記第１の基準電圧が前記第２の基準電圧より大きく設定され、
前記電流電圧変換回路が前記第１の基準電圧に対して正の電圧を出力する場合は、前記第１の基準電圧が前記第２の基準電圧より小さく設定されている請求項１に記載の生体状態量測定装置。
【請求項３】
前記検出部が、
前記生体または前記生体試料に検出光を照明する照明光源と、
前記生体または前記生体試料により反射された前記検出光の反射光、もしくは、前記生体または前記生体試料を透過した前記検出光の透過光を受光するフォトダイオードとを備える請求項１に記載の生体状態量測定装置。
【請求項４】
前記検出部が、
前記生体または前記生体試料に接触させられ、該生体または生体試料を流れる電流を検出する少なくとも２つの電極を備える請求項１に記載の生体状態量測定装置。
【請求項５】
前記検出部が、
前記生体または前記生体試料に、該生体または生体試料に担持させられた蛍光物質を励起する励起光を照明する励起光源と、
前記蛍光物質からの蛍光を受光するフォトダイオードとを備える請求項１に記載の生体状態量測定装置。
【請求項１】
生体または該生体から採取された生体試料から、前記生体の状態を示す情報を検出するとともに検出した情報を電流として出力する検出部と、
該検出部からの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
該電流電圧変換回路からの出力電圧を充電した後放電する積分キャパシタと、該積分キャパシタの充電時間および放電時間を計測するカウンタとを有し、該カウンタにより計測された充電時間および放電時間をデジタル量に変換して出力する２重積分型のＡＤ変換回路と、
該ＡＤ変換回路から出力された前記デジタル量に基づいて前記生体の状態量を算出する情報処理部とを備える生体状態量測定装置。
【請求項２】
前記電流電圧変換回路が、その出力電圧を偏移させる第１の基準電圧を有し、
前記ＡＤ変換回路が、前記電流電圧変換回路からの前記出力電圧に対する、前記第１の基準電圧と異なる第２の基準電圧を有し、
前記電流電圧変換回路が前記第１の基準電圧に対して負の電圧を出力する場合は、前記第１の基準電圧が前記第２の基準電圧より大きく設定され、
前記電流電圧変換回路が前記第１の基準電圧に対して正の電圧を出力する場合は、前記第１の基準電圧が前記第２の基準電圧より小さく設定されている請求項１に記載の生体状態量測定装置。
【請求項３】
前記検出部が、
前記生体または前記生体試料に検出光を照明する照明光源と、
前記生体または前記生体試料により反射された前記検出光の反射光、もしくは、前記生体または前記生体試料を透過した前記検出光の透過光を受光するフォトダイオードとを備える請求項１に記載の生体状態量測定装置。
【請求項４】
前記検出部が、
前記生体または前記生体試料に接触させられ、該生体または生体試料を流れる電流を検出する少なくとも２つの電極を備える請求項１に記載の生体状態量測定装置。
【請求項５】
前記検出部が、
前記生体または前記生体試料に、該生体または生体試料に担持させられた蛍光物質を励起する励起光を照明する励起光源と、
前記蛍光物質からの蛍光を受光するフォトダイオードとを備える請求項１に記載の生体状態量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２００５４（Ｐ２０１２−２００５４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６１８１２（Ｐ２０１０−１６１８１２）
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]