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技術 被分析物濃度の生体監視のための計測システムおよび該計測システムにおける誤作動を検知するための方法

出願人 エフホフマン-ラロッシュアクチェンゲゼルシャフト
発明者 ヘルベルトヴィーダーミハエルマルクヴァント
出願日 2008年8月28日 (12年4ヶ月経過) 出願番号 2008-220404
公開日 2009年3月19日 (11年9ヶ月経過) 公開番号 2009-056311
状態 拒絶査定
技術分野 生体の呼吸・聴力・形態・血液特性等の測定
主要キーワード インジケータユニット 流れの関数 聴覚警告 通常流れ 作用電極端子 無線電信 ホームモニタリング 制御コマ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年3月19日)のものです。
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図面 (2)

課題

携帯用計測ステムを用いた生体計測信頼性を向上させるための方法を提供する。

解決手段

被分析物濃度生体監視のための計測システムであって、作用電極1、基準電極2および対極3を備える電極システムと、作用電極の電位と基準電極の電位との間における差異を特定の値に調整し、作用電極と対極との間に流れる電流を検知するためのポテンショスタット4であって、ポテンショスタットは作用電極に対して接続するための作用電極端子、基準電極に対して接続するための基準電極端子および対極に対して接続するための対極端子を有する。対極3の電位を監視し、電位が特定の基準範囲外にある場合には誤作動信号を生成する。

概要

背景

移植可能または挿入可能な電極システムは、たとえばグルコースまたは乳酸などの生理学上重要な被分析物患者体内において計測することを可能にする。体液試料を取り出して体外において分析する処理方法と比較した場合、このような生体計測は、特に計測された値を自動的かつ継続的に取得することが可能であることなどを含む、数多くの本質的な利点を奏するものである。

このような利点があるにも関わらず、被分析物濃度生体監視のための計測システムは、今日まで一般的に市場受け入れられておらず、特に医療専門家ではない人が病院外において血糖値またはその他の被分析物濃度を監視することが可能である「ホームモニタリング」などの携帯用品への応用などは実施されていない。これは、特に公知である携帯用計測システムを用いた場合、医学的応用にとって必要な精度および信頼性をもって一日に数回、被分析物濃度値を計測することが例外的なケースにおいてのみ可能であったという事実によるものである。

概要

携帯用計測システムを用いた生体計測の信頼性を向上させるための方法を提供する。被分析物濃度の生体監視のための計測システムであって、作用電極1、基準電極2および対極3を備える電極システムと、作用電極の電位と基準電極の電位との間における差異を特定の値に調整し、作用電極と対極との間に流れる電流を検知するためのポテンショスタット4であって、ポテンショスタットは作用電極に対して接続するための作用電極端子、基準電極に対して接続するための基準電極端子および対極に対して接続するための対極端子を有する。対極3の電位を監視し、電位が特定の基準範囲外にある場合には誤作動信号を生成する。

目的

基準電極2は、たとえば銀/塩化銀反応など、基準電極において生じる酸化還元反応によって定義される作用電極1のための基準電位を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

被分析物濃度生体監視のための計測ステムであって、作用電極(1)、基準電極(2)および対極(3)を備える電極システムと作用電極(1)の電位と基準電極(2)の電位との間における差異を特定の値に調整し、作用電極(1)と対極(3)との間に流れる電流を計測するためのポテンショスタット(4)であって、前記ポテンショスタット(4)は作用電極(1)に対して接続するための作用電極端子(15)、基準電極(2)に対して接続するための基準電極端子(19)および対極(3)に対して接続するための対極端子(16)を有するものにおいて、対極(3)の電位(UCE)を監視し、前記電位が特定の基準範囲外にある場合には誤作動信号を生成する評価ユニット(9)を備えることを特徴とする計測システム。

請求項2

基準範囲は、作用電極(1)と対極(3)との間において流れる電流の関数として特定されることを特徴とする、請求項1記載の計測システム。

請求項3

基準範囲は、対極(3)の電位(UCE)の前値の関数として特定されることを特徴とする、請求項1または2記載の計測システム。

請求項4

基準電極端子(19)と対極端子(16)とは、互いに対して安全レジスタ(24)によって接続されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の計測システム。

請求項5

対極(3)をポテンショスタット(4)の対極端子(19)から切り離すためのスイッチ(14)および/または作用電極(1)をポテンショスタット(4)の作用電極端子(15)から切り離すためのスイッチ(13)とを備えることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の計測システム。

請求項6

テストのために、テストレジスタ(12)と作用電極端子(15)をテストレジスタ(12)を介してポテンショスタット(4)の対極端子(3)に対して接続するための、テストレジスタ(12)に対して直列接続される少なくとも1つのスイッチ(13)とを備えることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の計測システム。

請求項7

テストのためにポテンショスタット(4)の対極端子(16)に対して公称電位(Ucntr)を供給するためのテストスイッチ(17)を備えることを特徴とする、請求項6記載の計測システム。

請求項8

計算された被分析物濃度値を表示するためのディスプレイ(22)を備え、評価ユニット(8)は前記ディスプレイ(22)と無線通信することによって、作用電極(1)と対極(3)との間における電圧(UCE)が基準値からしきい値を超えて外れた場合に生成される誤作動信号をディスプレイ(22)に対して伝達することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の計測システム。

請求項9

被分析物濃度の生体監視のための計測システムにおける誤作動を検知する方法であって、システムは、ポテンショスタット(4)と患者体内に配置されてポテンショスタットに対して接続される電極システムを備え、前記電極システムは、作用電極(1)、基準電極(2)および対極(3)を備えるものにおいて、前記方法が、作用電極(1)と対極(3)との間において流れ、その強度が計測される被分析物濃度と相互関連する電流を計測する工程を含み、対極(3)の電位(UCE)を監視して評価することによって計測システムの誤作動を検知することを特徴とする方法。

請求項10

計測システムをテストするために、対極(3)をポテンショスタット(4)から切り離し、これによって作用電極(1)に生じる電位(Upot)を計測し、しきい値に対する計測した電位(Upot)の偏位を検知し、前記偏位が特定のしきい値を超えた場合に誤作動の存在が導き出されることを特徴とする、請求項9記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、請求項1のプリアンブルにおいて定義される特徴を有する被分析物濃度生体監視のための計測ステムに関する。このような計測システムは、第1の部分として患者の体に移植または挿入されてこのような計測を実施するための電極システムを備える。前記電極システムは、作用電極基準電極および対極を備える。第2の部分として、この種の計測システムは、作用電極と基準電極との間における電位差を予め設定可能な値に設定し、作用電極と対極との間において流れる電流を検知するためのポテンショスタットを備える。計測される被分析物濃度は、前記電流の強度から導き出すことが可能である。

背景技術

0002

移植可能または挿入可能な電極システムは、たとえばグルコースまたは乳酸などの生理学上重要な被分析物を患者の体内において計測することを可能にする。体液試料を取り出して体外において分析する処理方法と比較した場合、このような生体計測は、特に計測された値を自動的かつ継続的に取得することが可能であることなどを含む、数多くの本質的な利点を奏するものである。

0003

このような利点があるにも関わらず、被分析物濃度の生体監視のための計測システムは、今日まで一般的に市場受け入れられておらず、特に医療専門家ではない人が病院外において血糖値またはその他の被分析物濃度を監視することが可能である「ホームモニタリング」などの携帯用品への応用などは実施されていない。これは、特に公知である携帯用計測システムを用いた場合、医学的応用にとって必要な精度および信頼性をもって一日に数回、被分析物濃度値を計測することが例外的なケースにおいてのみ可能であったという事実によるものである。

発明が解決しようとする課題

0004

本発明の目的は、携帯用計測システムを用いた生体計測の信頼性を向上させるための方法を示すことにある。

課題を解決するための手段

0005

叙上の目的は、請求項1に定義される特徴を有する計測システムによって達成される。本発明の有利であるさらなる展開は、従属請求項主題である。本発明は、さらに請求項9に定義される特徴を有する、計測システムにおける誤作動を検知するための方法によって達成される。

0006

本発明において、計測システムにおける誤作動を検知するために対極の電位が監視される。前記電位を用いて計測システムにおける誤作動の可能性を発見することが可能であり、評価ユニットによってすばやく作動信号が生成される。前記誤作動信号を用いて、たとえばユーザに対して警告信号によって誤作動を警告することが可能である。または誤作動信号をシステム内部において処理し、ユーザはこのような信号を間接的にのみ知らされるか、まったく知らされないようにしてもよい。たとえば、誤作動信号への反応として計測システムを一時的にスイッチOFFすることが可能である。さらに、誤作動信号に応じて誤作動が継続していた時間に得られた計測を信用性のない計測として分類することによって、継続していた計測システムの誤作動の間に得られたデータによって評価が誤ったものにならないようにする。

0007

本発明による計測システムにおいて、評価ユニットは、対極の電位が予め定められた基準範囲限界外にあると判断された場合に誤作動信号を生成する。好ましくは、対極の電位は、作用電極との関連において計測される。しかしながら、対極の電位を別の基準電位との関連において計測し、これに応じて基準範囲を特定することも可能である。

0008

対極の電位の基準範囲は、トラブルのない操作状況において対極の電位の基準電位または質量電位に対する期待値が存在する値の範囲を定義するものである。対極の電位の値のうちいかなるものが基準範囲外にある場合には、誤作動を指し示すものである。

0009

基準範囲は、特定の電極システムに対して固定的に定義され得る。基準範囲、すなわちその限界は、作用電極と対極との間において流れる電流の関数として定義されることが好ましい。その後、基準範囲の限界は、評価ユニットによって所定の数式に基づいて演算されるか予め記憶された表より得られることが可能である。対応するデータは、たとえば電極とともに供給され得、さらに計測感度に関する較正データをも含むものであり得る記憶媒体を介して評価ユニットが利用することが可能である。

0010

別の可能性において、基準範囲、より詳細にはその限界を作用電極と対極との間における電圧前値の関数として定義することも可能である。なぜならば、センサ付近における体内組織または体液における被分析物濃度は、生理学上比較的ゆっくりにしか変化しないため、作用電極と対極との間における電圧の急激な変化は、誤作動を指し示すからである。きわめて急激な変化は、特に接触不良の状況を伴うピーク電圧の形で表れ得る。

0011

ポテンショスタットの基準電極端子対極端子とは、互いに対して安全レジスタを介して接続されていてもよい。作用電極と対極との間における電位差の誤計測は、ポテンショスタットのオーバードライブと電極の破損につながる可能性がある。このような破損は、基準電極端子と対極端子との間における高抵抗レジスタによって防止することが可能である。前記安全レジスタは、少なくとも100Mohm、特に少なくとも1Gohmの抵抗を有することが好ましい。

0012

このような安全レジスタを用いる場合、対極と基準電極との各電位の間における電位差も同様に監視することが好ましい。発明者らは、計測システムにおける誤作動は、前記電位の評価によっても検知することが可能であることを見出した。たとえば、対極端子と基準電極端子との各電位の同一性は、基準電極の接触不良状況を指し示すものである。よって独立した重要性を有する本発明の別のアスペクトは、請求項1のプリアンブルにおいて定義される特徴を有する計測システムに関するものであって、ポテンショスタットの基準電極端子と対極端子とが互いに対して安全レジスタを介して接続されており、作動中においては評価ユニットが対極と基準電極との各電位の間における電位差を監視している。さらに対極の電位を監視することは有利であり、誤作動をより高い信頼性でもって検知することが可能になるものであるが、対極と基準電極との間における電位差を監視するだけで既にいくつかの誤作動を検知することが可能である。

0013

しかしながら、安全レジスタを用いることによってリーク電流を生じさせる可能性があるという不都合が生じる。ポテンショスタットのオーバードライブによる電極破損の危険性は、安全レジスタを用いずとも対極の電位を継続的に監視し、前記電位が特定の基準範囲外にあると判断された場合には計測システムをスイッチOFFすることによって避けることが可能である。

0014

本発明による計測システムは、セルフテストを実施することが可能なテストレジスタを備えることが好ましい。ポテンショスタットの作用電極端子テスト用のテストレジスタを介してポテンショスタットの対極端子に対して接続することによって、テストレジスタに対して公称電圧を供給し、テストレジスタを流れる電圧とポテンショスタットが正しく機能している時に得られた公称電圧とを比較することが可能になる。このようなセルフテストを実施するために、計測システムの作用電極、対極および基準電極は、ポテンショスタットの各端子に対して直列接続されているスイッチを操作することによって、ポテンショスタットから切り離されることが好ましい。

0015

テストレジスタを用いて実施されたセルフテストによって、対極の電位の評価とは別に計測システムの誤作動を検知することが可能であるということを鑑みると、このようなテストレジスタは、同様に独立した重要性を持つ本発明のアスペクトを構成するものである。よって、本発明は、さらに請求項1のプリアンブルにおいて定義される特徴を有する計測システムに関するものであって、前記システムは、テストのためのテストレジスタと前記テストレジスタに対して直列接続され、作用電極端子を対極端子に対して接続し、好ましくはテストレジスタを介して基準電極端子に対しても接続するための、少なくとも1つのスイッチとを備えることを特徴とするものである。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下に本発明のさらなる詳細および利点について、本発明の一実施形態と添付図面とを参照しつつ詳述する。

0017

計測システムの消耗要素を構成する第1の部分は、作用電極1、基準電極2および対極3を備える移植可能な電極システムからなる。これら電極1、2、3は、たとえばプラスティックホイルなどの共通のキャリアであって、たとえば皮下脂肪組織など患者の体内に挿入されるためのものの上に設けられることが好ましい。

0018

作用電極1は、被分析物の触媒的変換によって電荷担体を生成する酵素を含む酵素層担持することによって、計測される被分析物と相互関係がある、作用電極1と対極3との間において流れる電流が得られる。血糖値濃度を計測するためには、酵素としてたとえばブドウ糖酸化酵素を用いることが可能である。

0019

基準電極2は、たとえば銀/塩化銀反応など、基準電極において生じる酸化還元反応によって定義される作用電極1のための基準電位を提供するものである。

0020

電極1、2、3は、計測システムの第2の部分を構成するポテンショスタット4に対して接続されている。ポテンショスタット4は、作用電極1がスイッチ13を介して接続される作用電極端子15と、基準電極2がスイッチ25を介して接続される基準電極端子19と、対極3がスイッチ14を介して接続される対極端子16とを備える。

0021

作動中において、ポテンショスタット4は、作用電極1と基準電極2との電位を所定の値に調節することによって、基準電極2において電流がまったくまたはごくわずかにしか流れないようにする。ポテンショスタット4の電圧入力6に対して付与される所望の電位差は、Ucntrと定義される。

0022

作用電極1と基準電極2との間における電位を制御するために、基準電極2をポテンショスタット4における従動ステージ26の入力に対して接続される。従動ステージ26の出力は、インピーダンス変成器27の入力に対して供給され、その出力が対極3の電圧を供給する。

0023

図示される実施形態において、ポテンショスタット4は、さらに作用電極1を通って、すなわち対極3と作用電極1との間において流れる電流を検知し、電流・電圧変換器7と連携して計測された電流に対して比例する、ポテンショスタット4の電圧出力8から出力される電圧信号Uiを生成する。自身の1つの入力が電圧出力8に対して接続されている評価ユニット9は、前記電圧信号Uiを評価し、さらにこれに基づいて計測される被分析物濃度を決定する。

0024

図示される実施形態において、評価ユニット9は、同時にポテンショスタット4の制御ユニットとしても機能するプロセッサとして構成されている。前記制御および評価ユニット9は、被分析物濃度の決定を含む電圧信号Uiの完全な評価を実施することが可能である。図示された実施形態において、評価ユニット9によって実施されるのは、前評価またはデータ減少工程のみであって、後者はポテンショスタット4とともに患者の体内で担持されるものである。濃度値の最終的な評価および演算は、後に評価ユニット9とは無線通信し、計測された被分析物濃度を表示するためのディスプレイ22と制御コマンドを入力するための別の操作要素23とを備える別のユニット21によって後に実施される。

0025

図示される実施形態の特殊性は、対極3の電位をポテンショスタット4の電圧出力10を介して得ることができるということが分かる。図示される実施形態において作用電極1は質量に対して接続されているため、対極3において計測される電位は、作用電極1と対極3との間における電圧に相当するものである。

0026

作動中において、評価ユニット9はポテンショスタット4の電圧出力10を介して対極3の電位UCEを監視し、前記電位UCEが特定の基準範囲外になった場合、たとえば電位が基準値からしきい値を超えて偏位した場合、誤作動信号を生成する。誤作動信号は、ユーザに対してたとえば視覚または聴覚警告信号として伝達され得る。しかしながら、誤作動信号がシステムをスイッチOFFすることにより、結果として生じる破損を防止することも可能である。一時的な誤作動は、たとえば移植された電極1、2、3の環境における不適切液体交換によって生じ得るものであるが、特定の条件下においては患者の動作によって自動的に矯正され得るため、このような場合にはたとえば1ないし5分など、所定の時間が経過した後システムを自動的にスイッチOFFするように設定することが可能である。しかしながら、誤作動信号が生じた場合、当初は計測システムの作動を継続させ、単に誤作動信号の発生の後に得られた計測結果を信頼できないものとして分類することも可能である。この場合、対極3の電位UCEが基準範囲からこのしきい値分を超えて偏位した場合には計測システムをスイッチOFFするようにしきい値を特定し、評価ユニット9を設定することが望ましい。誤作動信号は、インジケータユニット22に対してたとえば無線電信で伝達され得る。

0027

トラブルのない操作中において期待される電位値は、たとえば電極面の寸法または作用電極1において電荷担体が生成されるための電気化学反応の条件など、使用されるセンサの種類に左右されるものである。所定の電極システムに対して基準範囲を予め設定することが可能である。このような基準範囲は、作用電極1と対極3との間における電流の流れの関数として定義されることが好ましい。このような場合、評価ユニット8が所定の数式を用いて任意の時点で計測された電流値に基づいて演算してもよいし、予め記憶された表から得ることも可能である。

0028

詳述した実施形態の場合においては、第1の基準範囲が作用電極1と対極3との間において流れる電流の関数として特定される。短期の一時的な障害をも検知するように設定するためには、さらに第2の基準範囲であって、その限界が作用電極1と対極3との間における電圧の前値の関数として定められるものを定義する。

0029

被分析物濃度が人体において比較的ゆっくり、一般的には数分または数時間という時間を経て変化するということを考えると、たとえば30秒以内に生じるような急激な変化もまた誤作動を指し示すものとして考えられる。対極3の電位の前値の関数である基準範囲によってこのような障害をより迅速に検知することが可能となる。最も簡単なケースにおいては、前値の特定の値または特定の数の前値の平均を基準値として用い、関連するしきい値を絶対値として特定した上で、基準範囲を定義し、その範疇においてたとえばしきい値を超えて基準値から偏位している電位値が基準範囲外にあることを定義することが可能である。

0030

人体内において被分析物濃度が変化する速度は、たとえばグルコースまたは乳酸などの各被分析物によって当然異なるものであるため、一般的な有効値を特定することが不可能である。しかしながら、少なくとも試行的に被分析物濃度のための適切な基準範囲は、通常、たとえば前値の関数であり得る、基準値のためのしきい値を決定し、特に不良条件として接触不良によって得られた電圧ピークを分類する場合には、この値を絶対値として特定することが可能である。

0031

一般的に、詳述された計測システムにおける誤作動は、電極1、2、3の接触不良、断線またはその他のポテンショスタット4の故障によって生じることがある。検知された誤作動の原因をより詳細に決定するために、図示された実施形態はセルフテストを実施するためのテストレジスタ12を備える。

0032

テストレジスタ12の一端は、スイッチ13、14、25に対して接続されている。スイッチ13、14を用いることにより、テストレジスタ12は、テストの目的のために作用電極端子15をポテンショスタット4の対極端子16に対して接続することが可能である。さらに、スイッチ25を介して基準電極端子19を対極端子16の電位に対して接続することが可能である。

0033

計測システムにおいてセルフテストを実施する場合、作用電極1、基準電極2および対極3は、それぞれスイッチ13、14、25を介してポテンショスタット4の各端子15、16、19から切り離される。公知の電圧、たとえば基準電極2と作用電極1との間における電位差の公称電圧Ucntrがスイッチ17を介して対極端子16に対して接続されると、システムは対極3と作用電極1との間において通常流れる電流に代えてテストレジスタ12を流れる電流を計測する。テストレジスタ12の抵抗が公知である場合、こうして計測された電流は、期待された電流と比較され得、かなりの偏位が存在する場合、ポテンショスタット4の誤作動を示すものとして考えることが可能である。

0034

作用電極1および対極3または基準電極2と対極3との間における不審な電位の結果として誤作動信号が生成された場合に前述のセルフテストが自動的に実施されるように評価ユニット9を設定することが好ましい。セルフテストの間にポテンショスタット4の誤作動が検知されると、このことがユーザに対してたとえば聴覚信号などのアラーム信号によって示されることにより、ポテンショスタット4を交換することが可能である。ポテンショスタット4の誤作動が検知されないと、誤作動は、それぞれ電極1、2、3またはこれらの移植環境によって生じたものであるとみなされ得る。移植環境は、患者のあらゆる動作に対して敏感に反応するため、こうして生じた誤作動は、多くの場合自然に解消され、よって電極システム1、2、3によって生じた誤作動が長時間に亘って継続する場合にのみ、ユーザに対して知らせる必要がある。

0035

テストレジスタ12によって実施されたセルフテストの間、ポテンショスタット4の誤作動が検知されない場合、詳述された計測システムは、スイッチ14を操作することによって対極3をポテンショスタット4の対極端子16から切り離し、作用電極1と基準電極2とをポテンショスタット4の各端子に対して連結した上で別のセルフテストを実施する。この場合、電極1、2、3を通る顕著な電流は発生しない。その結果、作用電極1における電位は、そこに生じる電気化学的処理によって変化し、新しい平衡に達する傾向がある。

0036

電流下にない状況において作用電極1に生じている電位は、開路電位と称され得る。作用電極1の電位Upotは、その電圧出力18としてポテンショスタット4によって出力され、同様に評価ユニット8において不整を検知するためのテストが実施される。開路電位が、しきい値を超えて公称値から偏位した場合、これは作用電極1および/またはポテンショスタット4の誤作動を指し示すものと考えられる。顕著に増加した値は、多くの場合、作用電極または基準電極の条件が変化したことに起因するものである。きわめて高い値は、接触問題を指し示すものである。

0037

ポテンショスタット4において、たとえば基準電極2または作用電極1の接触不良状態によるものであり得る作用電極1と基準電極2との間における電位差の計測不良は、ポテンショスタット4のオーバードライブおよび故障を生じさせ得、特に電極を破壊し得る。このことは、安全レジスタ24を介して基準電極端子19を対極端子16に対して接続することによって防止し得る。前記安全レジスタ24は、少なくとも100Mohm、好ましくは少なくとも1Gohmの抵抗値を有することが好ましい。

図面の簡単な説明

0038

本発明における計測システムの回路図を示すものである。

符号の説明

0039

1作用電極
2基準電極
3対極
4ポテンショスタット
7電流・電圧変換器
8 ポテンショスタットの信号出力
9評価ユニット
10 対極電圧のためのポテンショスタットの電圧出力
12テストレジスタ
13 スイッチ
14 スイッチ
15 ポテンショスタットの作用電極端子
16 ポテンショスタットの対極端子
17 スイッチ
18 ポテンショスタットの電圧出力
19 ポテンショスタットの基準電極端子
21ディスプレイ
22インジケータの表示手段
23 インジケータの操作要素
24 安全レジスタ
25 スイッチ
26従動ステージ
UCE 作用電極の電位
Upot 作用電極1と基準電極2との間における電位差
Ucntr 電位差Upotの公称値
Ui 作用電極と対極との間における電流に比例する電圧信号

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