JP2010536469A - 皮膚貫通検出システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 現存するランセットのほとんどのものは皮膚貫通の検出又は貫通深さの検知といった検知機能を実行することができない。貫通深さを制御することができれば苦痛は効果的に処置することができ、また薬品放出の所望の深さが得られたか否かを確認することができる。
【解決手段】 皮膚を貫通する侵入要素と、皮膚の表面に接触するダミ−電極と、侵入要素に配置された少なくとも１つの貫通電極と、ホイ−トスト−ンブリッジ回路とからなり、ダミ−電極と貫通電極とにまたがる抵抗がホイ−トスト−ンブリッジ回路の抵抗脚の１つを構成し、そして侵入要素の皮膚貫通をホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基づいて検出する。
【選択図】図１０

Description

発明の詳細な説明

本発明は、皮膚貫通を検出するためのシステム及び方法一般に関するものである。

皮膚貫通は、種々の生医学の応用において共通の処置である。特に皮膚貫通の即時の検出及び／又は高度の正確さが望まれる最小限度の侵入薬品の放出（顕微針を通して）において共通の処置である。正確な深さまで再現可能に皮膚を貫通させることができれば薬品を皮膚の所望の層に放出することができる。このことは皮膚貫通式薬品放出（即ち、皮膚を横断して皮膚内に薬品を放出する）における今日の技術の状態である。

皮膚貫通の正確な制御を必要とする別の応用には、身体間隙流体の抽出、例えば血液の成分分析のための血液採取がある。血液採取は指先又は前腕のような身体部位を突き刺して少量の血液を得ることを含む。血液量はランセットにより形成される傷に直接関係する。血液試験の技術はできるだけ少量の血液で正確な試験を行うことを必要とするが故に貫通深さを正確に制御する必要がある。これはまた受ける外傷に直接的に関係することだからである。貫通が深ければそれだけ外傷は大きく苦痛が伴う。

ランセットは、小さな先の尖った針であって、身体部位を突き刺して試験用の少量の血液取得のため又は血液採取一般に使用される。ステンレス鋼のランセットが現在使用されているが、これは強度がありまた維持管理が容易だからである。典型的な製造方法としては、ステンレス鋼のワイヤを適正な長さに切断し、次いで所望の鋭利さまで研磨する。このように切断され研磨されたワイヤは次いで安全な包装と取扱いのためプラスチックの要素を射出成型する型に挿入する。この先行技術に関してはいくつかの固有の課題が存在する。

発明が解決しようとする課題

ステンレス鋼のランセットは張りがあって硬い。そのため操作又は廃棄中に負傷する危険がある。これらランセットは使用後に破壊されることになっているので感染の危険もある。ステンレス鋼は非常に高い溶解温度（１４，２０°Ｃ）を有し、これが病院にとって使用済みランセットの焼却行程を非常に不都合なものとしている。ランセットは使用後には機能不可となるようにする必要がある。これら生物災害性の使い捨て物件の焼却又は再生に関して緊急な解決策が必要とされている。

現在のところ、血液採取の手法はステンレス鋼のランセットを使用して身体部位を突き刺し、そしてプラスチックの試験片のような試験媒体を使用して血液試料を採取する行為を含む。もしランセットを、身体部位を突き刺すこととは別に、血液試料を採取又は保存しそして／又はこれを試験手段に近い位置へ搬送するように使用することができれば好都合である。しかしながら高い強度と固さを有するステンレス鋼はその特徴をランセットにおいて統合することに関してポリマ−と比して適当ではない。

これに代わるものとして、ランセットはプラスチックで作ることもできる。しかしながら、プラスチックランセットは単に突き刺すための中実の先端又は血液を搬送するための通路で構成されている。このようなプラスチックランセットに関連してもなお未解決の課題がある。搬送通路を有するほとんどのプラスチックランセットは身体の流体抽出に関して体内にある。これがまた外傷経験を増大させる。

現存のランセットは、ほとんど皮膚貫通の検出又は貫通深さの検出という検出機能がない。貫通深さを制御することができれば苦痛を効果的に処理することができを、また薬品放出のための所望の深さを認知することができる。

一方、ランセットに貫通深さの測定手段を設けるといういくつかの提案が最近なされている。しかしながらほとんどは貫通深さを皮膚の絶対電気特性を測定することから引き出しており、これが測定と器具の校正の相互関係を含む。このことは皮膚貫通式薬品放出にとって不正確かつ非実用的である。

皮膚の電気的特性は、環境及び生理学上の要素により変化し、個人差及び身体部位の差も大きい。上記提案のほとんどのものは単にこれら特性の絶対値を直接的に測定するだけであって、使用前の非実用的な多くの前例の相互関係を必要としている。例えば、ＵＳ２００２／００４２５９４「貫通深さ検出センサを有する軸を備えた貫通装置及び方法」及びＵＳ２００２／００１０４１４「薬品放出の増進及び診断資料の採取」は生理学上及び環境上の要素による皮膚インピ−ダンスの広範囲の変化に対応していない。

ＷＯ２００４／０８０３０６「皮膚組織を貫通するためのシステム及び方法」は湿度による皮膚インピ−ダンスの変化を緩和するように多数の基準電極で測定した絶対値を平均化することでこの問題に対応を試みているが、これは実際の使用に先立って実行さるべき多くの相互関係事項に依存するという点で難点がある。
以上の理由から、上記した課題の少なくとも１つに対応する皮膚貫通深さを検出し測定するためのシステム及び方法を提供する必要がある。

課題を解決するための手段

要するに本発明は、皮膚を貫通する侵入要素と、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極と、前記侵入要素に配置された少なくとも１つの貫通電極と、ホイ−トスト−ンブリッジ回路とからなり、前記ダミ−電極と前記貫通電極とにまたがる抵抗が前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の抵抗脚の１つを構成し、そして前記侵入要素の皮膚貫通が前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路のからの示差出力電圧に基いて検出されることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記皮膚の表面に接触する第１の一対の基準電極からなり、前記第１の一対の基準電極にまたがる抵抗が接地に関して前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の反射脚を構成することを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記基準電極の１つがダミ−電極であることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、各々が前記皮膚の表面に接触する第２及び第３の一対の基準電極からなり、前記夫々の抵抗が第２及び第３の一対の基準電極にまたがる夫々の抵抗が前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の残りの抵抗脚を構成することを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素には複数の貫通電極が配置されることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記ダミ−電極と前記各貫通電極にまたがる抵抗が前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の抵抗脚の１つにまたがって多重送信され、前記侵入要素の侵入深さが前記ダミ−電極と前記各貫通電極にまたがる夫々の抵抗に関して前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路が発生する示差出力電圧に基いて検出されることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素が切開装置に配置された顕微針からなり、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極は前記切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素切開装置に配置されており、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極と前記第１の一対の基準電極は前期切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素が切開装置に配置されており、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極と前記第１、第２及び第３の一対の基準電極は前期切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素中空又は中実の顕微針からなることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素が導電性顕微針からなることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素が非導電性顕微針からなることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素がプラスチック顕微針からなることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記システムが前記侵入要素の皮膚貫通を前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基いて表示する手段からなることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記システムが前記侵入要素の皮膚貫通深さを前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基いて表示する手段からなることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、前記基準及び／又はダミ−電極は前記切開装置の先端開口の周囲に配置されることを特徴とする皮膚貫通検出システムを提供するものである。

更に本発明は、少なくとも１つの貫通電極が配置された侵入要素で皮膚を貫通するステップと、ダミ−電極と前記皮膚の表面を接触させるステップと、前記ダミ−電極と貫通電極にまたがる抵抗をホイ−トスト−ンブリッジ回路の抵抗脚の１つとして使用するステップと、前記侵入要素の皮膚貫通を前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基いてに検出するステップとからなることを特徴とする皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記皮膚の表面に第１の一対の基準電極を接触させるステップと、前記第１の一対の基準電極にまたがる抵抗を、接地に関して前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の反射抵抗脚として使用するステップとから成ることを特徴とする皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記基準電極の１つがダミ−電極であることを特徴とする膚貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記皮膚の表面に第２及び第３の一対の基準電極を接触させるステップと、前記皮膚の表面に第２及び第３の一対の基準電極を接触させるステップと、前記第２及び第３の一対の基準電極に夫々またがる抵抗を前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の残りの反射抵抗脚として夫々使用するステップとからなることを特徴とする皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素には複数の貫通電極が配置されることを特徴とする皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記ダミ−電極と前記各貫通電極にまたがる抵抗が前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路前の抵抗脚の１つにまたがって多重送信され、前記侵入要素の皮膚貫通深さが、ダミ−電極と記各貫通電極にまたがる夫々の抵抗に関して前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路が発生する示差出力電圧に基いて検出されることを特徴とする皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素が切開装置に配置された顕微針からなり、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極は前記切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素が切開装置に配置された顕微針からなり、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極と前記第１の一対の抵抗電極は前記切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素が切開装置に配置された顕微針からなり、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極と前記第１、第２及び第３の一対の抵抗電極は前記切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素が中空又は中実の顕微針からなることを特徴とする皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素が伝導顕微針からなることを特徴とする記載の皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素が非導電性顕微針からなることを特徴とする皮膚の貫通検出方法を提供するものである。

更に本発明は、前記侵入要素がプラスチック顕微針からなることを特徴とする皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に前記方法が、侵入要素の貫通を前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電に基いて表示するステップからなることを特徴とする皮膚貫通検出方法を提供するものである。

更に前記方法が、前記侵入要素の貫通深さを前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基づいて表示するステップからなることを特徴とする皮膚検出方法を提供するものである。

発明の効果

本発明は、皮膚を貫通する侵入要素と、皮膚の表面に接触するダミ−電極と、侵入要素に配置された少なくとも１つの貫通電極と、ホイ−トスト−ンブリッジ回路とからなり、ダミ−電極と貫通電極とにまたがる抵抗がホイ−トスト−ンブリッジ回路の抵抗脚の１つを構成し、そして侵入要素の皮膚貫通がホイ−トスト−ンブリッジ回路のからの示差出力電圧に基づいて検出されるようにしたので、上記の課題を適切に解決する効果がある。また本発明は、少なくとも１つの貫通電極を配置した侵入要素で皮膚を貫通してダミ−電極と皮膚の表面を接触させ、ダミ−電極とホイ−トスト−ンブリッジ回路の抵抗脚の１つとしての貫通電極にまたがる抵抗を使用し、侵入要素の皮膚貫通をホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基づいて検出するようにしたので、上記の課題を適切に解決する効果がある。

本発明の実施例は、一例として図面との関連において記載された以下の説明からこの技術分野で通常の技術を有する者にとって容易に理解され、明確となるであろう。
図面は本発明の実施例に係り、図１は皮膚インピ−ダンスを表す回路図を示すものである。 は皮膚インピ−ダンスを単純化して表す回路図を示すものである。 は皮膚インピ−ダンスを本発明の実施例に則して表す回路図を示すものである。 は皮膚インピ−ダンスを本発明の実施例に則して単純化して表す回路図を示すものである。 は皮膚インピ−ダンスを本発明の実施例に則して直流測定のために単純化して表す回路図を示すものである。 は皮膚インピ−ダンスを本発明の実施例に則して電極が皮膚に挿入された時の直流測定のために単純化して表す回路図を示すものである。 は本発明の一実施例に則したシステムのホイ−トストンブリッジ回路を示すものである。 は本発明の一実施例に則して皮膚との関係において配置された電極の断面図を示すものである。 は本発明の一実施例に則して修正されたホイ−トストンブリッジ回路を示すものである。 は図９の発明の実施例に則して修正されたホイ−トストンブリッジ回路を単純化して示すものである。 は本発明の一実施例に則して修正された別のホイ−トストンブリッジ回路を示すものである。 は本発明の一実施例に則したプラスチック製の中空顕微針の拡大図を示すものである。 は本発明の一実施例に則したプラスチック製の中空顕微針の別の拡大図を示すものである。 は本発明の一実施例に則して配列された顕微針の拡大図を示すものである。 は本発明の一実施例に則した侵入要素の正面図を示すものである。 は本発明の一実施例に則した図１５の侵入要素の断面図を示すものである。 は本発明の一実施例に則して皮膚との関係において配置された電極の断面図を示すものである。 は一例としての実施例に則して皮膚貫通を検出するための方法を表すフロ−チヤ−トを示すものである。

１２４，３２４，８２４，１７２４： 皮膚
８２２，１５２２，１７２２： 侵入要素
３１２，３１４： 電極
３０８： 検出器
８１２，１５１２，１７１２： ダミ−電極
８１４，１５１４： 貫通電極
８０５，８０７，８０９，１５０７，１５０５，１７０７： 基準電極
１２０６： 顕微針
１２０４： 先端
１２０２： 側口
１５００： 切開装置
１５４０： 接触面

記載した実施例は規定の薬品を身体内に放出するために侵入要素の皮膚貫通深さを正確に制御することを目的とする。正確な皮膚貫通を必要とする多くの実例がある。皮膚は我々の身体の最大の器官である。皮膚は我々の身体を敵対する環境から隔離する保護壁として作用する。皮膚はまた身体が良好に機能するように体温維持の役目もする。身体は外界から皮膚を通して知覚情報を収集する。身体はまた皮膚を通して病気からの免疫を取得する。

皮膚には３つの層がある。即ち、表皮、真皮及び皮下組織である。表皮は約０．０５ｍｍ から１．５０ｍｍの厚さを有する外部皮膚層である。表皮は抗原を提供する細胞（ＡＰＣｓ）を含むためにワクチン放出のための好ましい標的であり、また免疫能力がある（即ち、抗原の採取後、ランゲルハンス細胞が排水リンパ節へ移動する）。しかしながら、このような表皮を介する皮膚貫通又は表皮による予防接種戦略は主としてワクチンを所望の層に正確に放出できるかどうかに依存する。このことは表皮の厚さ故に、表皮による予防接種において大きな挑戦が残されている。

一番外側の部分層、即ち、角質層は身体を保護するために効果的な隔離層を形成する死んだ平らな皮膚細胞でできている。しかしながら、皮膚貫通式薬品放出の目的として薬品を皮膚内に効果的に搬送するために角質層を破ることが肝要である。これが表皮予防接種に大きな挑戦を提起する。

真皮は厚さが平均して０．３ｍｍから３．０ｍｍであり、２つの部分層、即ち、乳頭状の部分層と網状の部分層を含む。乳頭状真皮は表皮に隣接して高度の血管網状組織を含む。これは真皮（非常にわずかの毛細血管を含む）を活力ある滋養をもって支持するためであり、また毛細血管の血流を増減させることで身体の温度を調節するためである。乳頭状真皮はまた知覚末端神経を含む。これは身体組織の循環を必要とする薬品放出のための好ましい放出部位である。

皮下組織は脂肪の層であり比較的大きな血液槽と神経を収容する結合組織である。この層は皮膚自体と体温度調節のために重要である。この層の大きさは身体全般において異なり、また個人差がある。

表皮層（即ち、角質層の下の第２の層）へのワクチンの放出はより効き目があり少量でよいことが調査で判明している。今のところ、この層に満足の行く再現性と正確さをもってワクチン放出を保証できるシステムはない。

皮膚貫通式薬品放出は２０年以上認められてきたが、いまだに小さな分子サイズ（即ち、＜１，０００ド−ルトン）の薬品に限定されている。放出の応用をより広く薬品に拡大するための種々の貫通支援手段がある。これは化学的及び電気的（イオン泳動法、電気浸透法、超音波泳動法、等）手段を含む。角質層を破ることにより皮膚貫通薬品放出を高めるための効果的な最小限度侵入手段として顕微針が顕著である。注目に値する成功例がこれまで報告されてきたが、この小さな針による皮膚貫通の首尾一貫性と再現性の故に顕微針の広い普及との関係において未だ基本的な問題がある。

身体の流体抽出又は血液検査については、ほとんどの場合針又はランセットが身体に挿入される。失敗のない抽出を確保するためにこのような侵入要素が必要以上に挿入されるので不必要な外傷を生ずる。更に、市場のランセット切開装置のほとんどは切開部位への視覚的接近を提供するものではない。使用者はこの装置をその部位から取り外さないと皮膚貫通が十分かどうか知ることができない。本発明の実施例は手直しして刻一刻の皮膚貫通を検出又は測定することができる。

皮膚（即ち、角質層、表皮及び真皮）のインピ−ダンスは電気的分析のための蓄電器と抵抗器からなる等価回路図で表すことができる。図１に示す回路図は、人の皮膚１２４がＲＣ（即ち、抵抗器−蓄電器）回路網を形成することを示しており、同図においてＲ_１１０２とＣ_１１０４は表皮及び真皮１１７に起因する結合したインピ−ダンスである。Ｒ_２１０６とＣ_２１０８は角質層１１６に起因するインピ−ダンスである。図１に示すＲ_１１０２、Ｒ_２１０６、Ｃ_１１０４及びＣ_２１０８は図２に示すようにＲ_Ｐ２０２とＣ_Ｐ２０４として更に単純化することができる。注目すべきことは、特に角質層のインピ−ダンスが皮膚インピ−ダンス全般を支配することである。

本発明の実施例はインピ−ダンス測定により侵入要素の皮膚貫通と貫通深さを正確に検出して薬品を正確な深さで放出できるようにする。

本発明の一実施例においては、中空の顕微針が血液採取のため皮膚を貫通するランセットとして使用される。このランセットは一つ又はこれ以上の貫通電極が組み込まれて皮膚貫通の検出と測定が可能である。

図３に示す本発明の実施例において使用される皮膚インピ−ダンスのモデルは人の皮膚３２４（例えば、角質層３１６、表皮３１４及び真皮３２０）を示し、電極３１２と電極３１４との間にＲＣ回路網を形成している。電極３１２と電極３１４にまたがって検出器３０８により測定される抵抗貫通う抵抗Ｒ_ＰＥＮである。表皮３１８と角質層３１６に夫々沿う横抵抗Ｒ_{ＥＰＩ−ＬＡＴＥＲＡＬ}３４２及びＲ_{ＳＣ−ＬＡＴＥＲＡＬ}３４６はこのモデルの抵抗及び蓄電要素以外のものと比較して非常に高いものとして知られている。これとは対照的に容量Ｃ_{ＥＦＩ−ＬＡＴＥＲＡＬ}３４４及びＣ_{ＳＣ−ＬＡＴＥＲＡＬ}３４８は比較的低いものとして知られている。そのため表皮３１８と角質層３１６に夫々沿った横インピ−ダンスは無視することができ、図４に示すように単純化することができる。直流測定においては、蓄電要素は等価回路が抵抗要素のみで構成できるように無視することができる。更なる単純化が図５に示されている。

皮膚の貫通においては、電極３１４により示される侵入要素が角質層３１６を突き通して表皮３１８に入る。しかし未だ表皮３１８を突き通してはいない。角質層３１６の抵抗は支配的であるので、Ｒ_ＰＥＮは著しく減少する。図６は電極３１４が角質層３１６を突き通して表皮３１８に入るときの等価回路を示すものである。貫通抵抗Ｒ_ＰＥＮの測定は角質層３１６から表皮３１８と真皮３２０への貫通の表示として使用することができる。

図７は貫通を測定するために使用されるホイ−トスト−ンブリッジ回路を組み込んだ測定回路の実施例を示す。この回路は３つの整合された基準抵抗Ｒ_１７０２、Ｒ_２７０４、Ｒ_３７０６から成る。第４の抵抗は貫通電極の貫通を測定するために使用される貫通抵抗Ｒ_ＰＥＮ７０８である。貫通深さ０において基準抵抗Ｒ_３７０６が貫通抵抗Ｒ_ＰＥＮ７０８と等しい整合抵抗を有し、このときこのブリッジ回路の点Ｖ_１７３０とＶ_２７３２における電位差が０である場合を考えてみよう。皮膚貫通により貫通抵抗Ｒ_ＰＥＮ７０８が変化すると、ブリッジ回路は非平衡状態となり、点Ｖ_１７３０とＶ_２７３２との間の電位差は０ではなくなる。この電位差が皮膚貫通を示すものであり、この電圧信号が外部回路に組み込まれて更に増幅され処理される。

しかしながら、貫通抵抗Ｒ_ＰＥＮ７０８が貫通深さ０で基準抵抗Ｒ_３７０６の値の０になっていない場合、Ｖ_１７３０とＶ_２７３２によりオフセット誤差電圧が生じ、皮膚貫通の検出を間違ったものとしてしまう。このような状況は起こり得る。皮膚抵抗は人によって、部位によって異なり、また環境及び生理的要因により変動するからである。このオフセット誤差電圧を補正し、次いでこれを貫通深さと対照して補正することで誤差の補償行為をすることは実用的でない。このような作業は正規の校正の努力を必要とするからである。

一例としての実施例において皮膚貫通の変動に対応するために、貫通部位に近接した基準部位で測定された基準抵抗が測定中の「制御」として使用される。この基準抵抗は貫通部位に近接した基準部位で取るのが好ましいために、基準抵抗と貫通抵抗との間で測定される抵抗の変動は無効とする。貫通抵抗もまたその変化が絶対的でなく相対的となるように基準抵抗に合わせて正常化することができる。これは一例としての実施例において、更に修正したホイ−トスト−ンブリッジ回路に組み込むことができる。

図８は基準部位８２６、貫通部位８２８及び皮膚８２４の相互関係の実例を示すものである。貫通部位８２８において、貫通抵抗Ｒ_ＰＥＮ８０８がダミ−電極８１２と貫通電極８１４との間で測定される。同様の方法で基準部位８２６において、基準抵抗Ｒ_ＲＥＦ３０６が基準電極８０５と基準電極８０７との間で測定される。ダミ−電極８１２は通常皮膚８２４上に配置され、そして貫通電極８１４は貫通部位８２８で貫通の測定を目的として皮膚８２４を貫通するのであるが、基準電極８０５と基準電極８０７は通常皮膚の基準部位８２６に配置される。これはもっぱら皮膚基準抵抗Ｒ_ＲＥＦ８０６のみを測定することを目的とする。基準電極８０５と基準電極８０７との間の横方向距離はダミ−電極８１２と貫通電極８１４との間の横方向距離に等しいことが好ましい。

図９は一例としての実施例において基準抵抗Ｒ_ＲＥＦ８０６を如何にして修正したホイ−トスト−ンブリッジ回路に組み込むかを示すものである。基準抵抗Ｒ_ＲＥＦ８０６は図７の固定抵抗Ｒ_３８０８の代わりに使用することができる。貫通深さ０においては、皮膚８２４上のＲ_ＲＥＦ８０６に近接して測定されるＲ_ＰＥＮ８０８は、Ｖ_１８３０とＶ_２８３２との間の電位差が無視可能の０ボルトとなるように、およそＲ_ＰＥＮ８０６に等しい。オフセット誤差電圧は最少限度となりＶ_１８３０とＶ_２８３２との間の電位差は皮膚貫通を直接的に表示する。この実施例は皮膚抵抗の変動を有利に解決する。

図１０に示す修正したホイ−トスト−ンブリッジ回路の更なる実施例において、この回路は更に単純化することができる。ダミ−電極８１２と相隣る基準電極８０７は同じ電位であるからこの２つの電極はダミ−電極８１２と基準電極８０７の二重の機能を有する単一電極（即ち、ダミ−付き基準電極８１１）として組み込むことができる。

図１１に示す別の実施例においては、基準抵抗の無効効果を採用することにより、整合された基準抵抗Ｒ_１，Ｒ_２及びＲ_３（図７に示す）は全体的に貫通部位に最も近い領域の基準部位で取られた他の基準抵抗Ｒ_ＲＥＦ１８０２、Ｒ_ＲＥＦ２８０４及びＲ_ＲＥＦ３８０６をもって置き替えられる。この実施例は抵抗Ｒ_１Ｒ_２及びＲ_３の安定への依存をすべて排除し、むしろ皮膚抵抗に依存している。このような配列にする理由はＲ_１．Ｒ_２及びＲ_３における抵抗の変動が間違った測定を生じる可能性があるからである。基準抵抗Ｒ_１，Ｒ_２及びＲ_３の選択は期待する皮膚抵抗に値が匹敵するのが好ましい。これはＲ_１，Ｒ_２及びＲ_３の抵抗の誤変動が測定にとって悪影響を最小限度にとどめるためである。最悪の場合、抵抗Ｒ_１，Ｒ_２及びＲ_３が大きいと、小率の変動でも測定に大きな影響を及ぼす。貫通部位に近い領域の他の基準部位で取った基準抵抗Ｒ_ＲＥＦ１８０２，Ｒ_ＲＥＦ２８０４及びＲ_ＲＥＦ３８０６を採用することにより、この排除効果はこの実施例において最大となり、そして測定誤差は最小となる。

侵入要素の実施例は単一の顕微針又は整列した顕微針で作ることができる。これら顕微針は個体（ル−メン無し）とすることができ、又は中空とすることができる（少なくとも流体搬送のためのル−メンを有する）。侵入要素は先端から離れて放出口をそなえた中空とすることができる。これにより先端をより鋭くすることができ、また貫通中に穴が詰まらないようにすることができる。ル−メンを備えた典型的な側口顕微針が図１２，１３及び１４に示されている。図１２は中空のプラスチック顕微針の先端１２０４と側口１２０２の拡大図である。図１３は別の角度から見た先端１２０４と２つの側口１２０２の拡大図である。図１４は整列した３本の不伝導（プラスチック）顕微針１２０６を示すものである。

侵入要素と共に使用するために、伝導ワイヤがル−メンに完全に挿入される。このワイヤは一部が側口から外部に露出する。側口からのワイヤ先端の露出が貫通電極を形成する。貫通電極と先端との間の距離は先端に対する側口の上方エッジの距離により決定される。侵入要素は複式ル−メンと複式ワイヤを備え、ワイヤは挿入されて皮膚貫通を測定の目的で複式貫通電極を形成することは技術者の理解するところであろう。

次に図９における実施例のシステム実施を図１５及び１６を参照して説明する。これは侵入要素１５２２と実施回路１５３４を切開装置１５００に組み込む。皮膚を貫通するための貫通電極１５１４は侵入要素１５２２上に配置される。基準電極１５０７、基準電極１５０５及びダミ−電極１５１２は切開装置１５００の接触面１５４０上に近接して配置される。基準電極１５０５と基準電極１５０７との間で測定される基準抵抗が実施回路１５３４に組み込まれたホイ−トスト−ンブリッジ回路を１つの脚を形成する。同様にして、ダミ−電極１５１２と貫通電極１５１４との間で測定される貫通抵抗が接地に関してホイ−トスト−ンブリッジ回路の反射脚を構成する。図１５及び１６に示す実施が図９に示す実施例に限定されるものでなく、図１０及び１１に示す実施例を実施するための基本となることは技術者の理解するところであろう。
例えば、ダミ−電極１５１２は図１０に示す同電位の基準電極１５０５に結合することができる。また、侵入要素１５２２は複式貫通電極１５１４を有して、図１７を参照して以下に説明する実施例を実施することができる。

図１７の実施例は侵入要素１７２２の貫通深さが如何に好都合かつ正確に測定されるかを示すものである。貫通部位１７８は皮膚貫通が行われる場所である。この要素はダミ−電極１７１２とこの要素１７２２上の１つ以上の伝導貫通電極１７４２、１７４４び１７４６から成る。ダミ−電極１７１２は通常貫通部位１７２８において皮膚１７２４に接触して配置され、そして貫通電極１７４２，１７４４及び１７４６は通常侵入要素１７２２上に置かれて、その各々は貫通部位１７２８にてダミ−電極１７１２と共に個々の抵抗ル−プＲ_ＰＥＮ１１７４１，Ｒ_ＰＥＮ２１７４３及びＲ_ＰＥＮ３１７４５を形成する。貫通電極１７４２、１７４４及び１７４６は各抵抗ル−プＲ_ＰＥＮ１１７４１，Ｒ_ＰＥＮ２１７４３及びＲ_ＰＥＮ３１７４５にとって独特であるが、貫通部位１７２８における唯１つのダミ−電極１７１２は抵抗測定のために必要となる。なぜなら図１７に示すように貫通電極１７４２，１７４４及び１７４６は並列に接続されて一端がダミ−電極１７１２で終結し他端が侵入要素を介して皮膚上にあるからである。図１７はまた貫通電極１７４２，１７４４及び１７４６の配列を侵入要素（例えば、顕微針）上で一例として示している。抵抗ル−プＲ_ＰＥＮ１１７４１，Ｒ_ＰＥＮ２１７４３及びＲ_ＰＥＮ３１７４５は更なる処理のために外部測定回路に供給される。各抵抗ル−プＲ_ＰＥＮ１１７４１，Ｒ_ＰＥＮ２１７４３及びＲ_ＰＲＮ３１７４５は抵抗測定のための対応する独自外部回路を有することができる。しかしながら、抵抗ル−プＲ_ＰＥＮ１１７４１，Ｒ_ＰＥＮ１１７４１，Ｒ_ＰＥＮ２１７４３及びＲ_ＰＥＮ３１７４５を単一外部回路に多重送信すれば単一の測定システムへの組み込みが可能となり、要素の数や回路レイアウト等を最小とすることができることは技術者にとって明白であろう。

図１７において、貫通電極１７４２，１７４４及び１７４６の先端が角質層１７１６を越えて表皮１７１８に達すると、抵抗ル−プＲ_ＰＥＮ１１７４１，Ｒ_ＰＥＮ２１７４３及びＲ_ＰＥＮ３１７４５は測定不可能な指数（例えば、無限大）から測定可能な指数に下がる。この低下特性は貫通電極１７４２，１７４４及び１７４６が表皮を貫通することを示す。貫通電極１７４２，１７４４及び１７４６が相互に所定の間隔で配置されると、侵入要素１７４５の貫通深さは抵抗ループＲ_ＰＥＮ１１７４１，Ｒ_ＰＥＮ２１７４３及びＲ_ＰＥＮ３１７４５のうちのどれが測定可能な抵抗指数まで低下したかを検出することで決定される。この測定可能な抵抗指数の減衰の検出結果が実施回路に統合されることは技術者にとって明白であろう。このような実施例における侵入要素は複式貫通電極１７４２，１７４４及び１７４６を容易に組み込むために非導電性であることが好ましいことも技術者にとって明白であろう。一方、単一の貫通電極１７４２については、侵入要素は導電性でも非導電性性でもよい。

別の実施例において、皮膚の貫通深さを表示する表示装置も無機的／有機的発光ダイオ−ド（ＬＥＤ）又は液晶装置（ＬＣＤ）に基く表示パネルを使用した実施回路に組み込むことができる。皮膚貫通及びその深さの表示は有益である。使用者が時として間通部位の目視がにぶるようなことがあるからである。このような表示は使用者が切開装置を貫通位置から外さなくとも貫通結果を知らせることができる。

抵抗変化が検出できるのにこの変化が皮膚を貫通する貫通電極を有効に示さないという事例があることは技術者の知るところであろう。一例としての実施例においては、この実施回路はそのような不正確な表示を回避するように設計されている。これは図７，９，１５及び１６に示す実施例に対する修正を参照して説明する。この場合、Ｖ_１８３０及びＶ_２８３２は夫々正と負の入力で実施増幅器７３４に接続されている。実施増幅器７３４は正と負の入力との間に正の電圧差がある時にのみ電圧出力を発生するように設計されている。

切開装置１５００が皮膚に接触するまでは、いずれの電極も皮膚８２４とは接触していない。したがって、基準抵抗Ｒ_ＲＥＦ８０６は無限値にある。同様に、貫通抵抗Ｒ_ＰＥＮ８０８もその段階で無限値である。Ｒ_ＲＥＦ８０６とＲ_ＰＥＮ８０８の両者が無限大でありＶ_１８３０とＶ_２８３２の差電圧が均等であるためこのブリッジ回路に不均衡はない。接地に関して実施増幅器７３４での出力は概略０である。

切開装置１５００が皮膚８２４に接触すると、貫通電極１５１４を除くすべての電極（即ち、基準電極１５０５／１５０７及びダミ−電極１５１２）は皮膚に接触する。基準抵抗Ｒ_ＲＥＦ８０６はこのとき基準電極１５０５と基準電極１５０７との間で測定可能である。これに対して、貫通抵抗Ｒ_ＰＥＮ８０８は不変のままである。このように、この差電圧のためにブリッジ回路には電圧不均衡があるが、Ｖ_１８３０とＶ_２８３２が負の電圧差を発生するために実施増幅器７３４にはいかなる電圧出力もない。

侵入要素１５２２に配置された侵入電極１５１４が皮膚８２４に接触すると、貫通抵抗Ｒ_ＰＥＮ８０８は基準抵抗Ｒ_ＲＥＦ８０６の抵抗まで低下する。貫通抵抗Ｒ_ＰＥＮ８０８と基準抵抗Ｒ_ＲＥＦ８０６が均等になると、これはブリッジ回路を均衡状態に振りもどす。このように、実施増幅器７３４の電圧出力は接地に関しては０にもどる。

侵入要素に配置された侵入電極１５１４が皮膚８２４に更に侵入すると、貫通抵抗Ｒ_ＰＥＮ８０８は更に低下して基準抵抗Ｒ_ＲＥＦ８０６より低くなる。この電極が更に皮膚の層に侵入するのであるから実施増幅器７３４の正と負の入力との間で夫々正の電圧差が発生する。実施増幅器７３４の接地に関する電圧出力はその結果正の値に振れて「本当」の皮膚侵入を表示する。

以上説明した論議は図７，９，１５及び１６に示す実施例に限定されるものではなく、本書で論じた別の実施例の実施にも適用できることは技術者の理解するところであろう。

図１８は一例としての実施例に基く皮膚貫通検出方法を図示するフロ−チャ−ト１８００である。ステップ１８０２において、皮膚は侵入要素により貫通される。この場合少なくとも１つ侵入電極が侵入要素に配置されている。ステップ１８０４において、ダミ−電極と皮膚の表面が接触する。ステップ１８０６において、ダミ−電極とホイ−トスト−ンブリッジ回路の抵抗脚の１つとしての貫通電極にまたがって抵抗が加えられる。ステップ１８０８において、侵入要素の皮膚侵入がホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基いて検出される。

本発明の実施例は顕微針又はランセットのような侵入要素により皮膚貫通中の皮膚特性の変化を検出することを目的とする。更に，記載した実施例のいくつかはポリマ−ランセットに容易かつ好都合に組み込むことができる。

インピ−ダンス、キャパシタンス又は皮膚上の２つの電極間の電気抵抗といった電気的特性は電極の１つが皮膚に挿入された時の特性と比較して異なる。測定回路を組み込むことにより、電気的特性、例えば、電気抵抗の相対的変化を測定することができる。絶対的変化でなく相対的変化が測定できるのは皮膚インピ−ダンスの絶対値が身体上、環境上及び生理学上の要因により変化するからである。このため、これら実施例は圧倒的な校正や対比を必要せずしていかなる身体において使用することができる。

貫通深さをより正確に制御するためには、例えば、種々の貫通電極を侵入要素の先端に沿って所定の位置に配置して測定点を形成することである。値の変化の検出は、特定の電極が内部皮膚の各層に接触することで侵入要素の貫通深さを提供することを意味する。

検出回路を利用することにより、これら実施例は挿入動作を制御する種々の手段を提供することで皮膚深さを決定するための正確かつ信頼性のある手段を提供することができる。他の実施との組み合わせにより、読みの中断部を表示するようにして使用をより直観的とすることができ好都合である。

この提案システムは記載した種々の実施例を組み合わせて単一の切開装置に組み込むことができ、統合されたワン・ステップ血液試験装置とすることができる。例えば、この切開装置は皮膚貫通深さを自動検出し、一方で、皮膚の貫通／深さを表示装置ＬＣＤ／ＬＥＤで表示し、また血液試料の採集後に資料分析を行う搭載試験回路を備えることを特徴とする。この切開装置はまた正確な量の薬品を特定の皮膚深さまで放出し、かつその放出過程を表示することができる。

特定の実施例をもって示した本発明に関して種々の変形及び／又は修正が可能であるが、それは広範囲にわたって説明した発明の精神又は範囲に属するものであることは技術者の理解するところであろう。それ故、本実施例はすべての点で例証のものであり限定的なものではない。

Claims (31)

1. 皮膚を貫通する侵入要素と、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極と、前記侵入要素に配置された少なくとも１つの貫通電極と、ホイ−トスト−ンブリッジ回路とからなり、前記ダミ−電極と前記貫通電極とにまたがる抵抗が前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の抵抗脚の１つを構成し、そして前記侵入要素の皮膚貫通が前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路のからの示差出力電圧に基いて検出されることを特徴とする皮膚貫通検出システム。
2. 前記システムは、更に前記皮膚の表面に接触する第１の一対の基準電極からなり、前記第１の一対の基準電極にまたがる抵抗が接地に関して前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の反射脚を構成することを特徴とする請求項１に記載の皮膚貫通検出システム。
3. 前記基準電極の１つがダミ−電極であることを特徴とする請求項２に記載の皮膚貫通検出システム。
4. 更に各々が前記皮膚の表面に接触する第２及び第３の一対の基準電極からなり、前記夫々の抵抗が第２及び第３の一対の基準電極にまたがる夫々の抵抗が前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の残りの抵抗脚を構成することを特徴とする請求項２又は３に記載の皮膚貫通検出システム。
5. 前記侵入要素には複数の貫通電極が配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出システム。
6. 前記ダミ−電極と前記各貫通電極にまたがる抵抗が前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の抵抗脚の１つにまたがって多重送信され、前記侵入要素の侵入深さが前記ダミ−電極と前記各貫通電極にまたがる夫々の抵抗に関して前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路が発生する示差出力電圧に基いて検出されることを特徴とする請求項５に記載の皮膚貫通検出システム。
7. 前記侵入要素は切開装置に配置された顕微針からなり、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極は前記切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出システム。
8. 前記侵入要素は切開装置に配置されており、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極と前記第１の一対の基準電極は前期切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする請求項２に記載の皮膚貫通検出システム。
9. 前記侵入要素は切開装置に配置されており、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極と前記第１、第２及び第３の一対の基準電極は前期切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする請求項４に記載の皮膚貫通検出システム。
10. 前記侵入要素は中空又は中実の顕微針からなることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出システム。
11. 前記侵入要素は導電性顕微針からなることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出システム。
12. 前記侵入要素は非導電性顕微針からなることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出システム。
13. 前記侵入要素はプラスチック顕微針からなることを特徴とする請求項１２に記載の皮膚貫通検出システム。
14. 前記システムは、更に前記侵入要素の皮膚貫通を前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基いて表示する手段からなることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出システム。
15. 前記システムは、更に前記侵入要素の皮膚貫通深さを前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基いて表示する手段からなることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出システム。
16. 前記システムにおいて、前記基準及び／又はダミ−電極は前記切開装置の先端開口の周囲に配置されることを特徴とする請求項７、請求項８及び請求項９のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出システム。
17. 少なくとも１つの貫通電極が配置された侵入要素で皮膚を貫通させるステップと、ダミ−電極と前記皮膚の表面を接触させるステップと、前記ダミ−電極とホイ−トスト−ンブリッジ回路の抵抗脚の１つとしての貫通電極にまたがる抵抗を使用するステップと、前記侵入要素の皮膚貫通を前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基いてに検出するステップとからなることを特徴とする皮膚貫通検出方法。
18. 更に前記皮膚の表面に第１の一対の基準電極を接触させるステップと、前記第１の一対の基準電極にまたがる抵抗を、接地に関して前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の反射抵抗脚として使用すステップとから成ることを特徴とする請求項１７に記載の皮膚貫通検出方法。
19. 前記基準電極の１つはダミ−電極であることを特徴とする請求項１８に記載の皮膚貫通検出方法。
20. 更に前記皮膚の表面に第２及び第３の一対の基準電極を接触させるステップと、前記皮膚の表面に第２及び第３の一対の基準電極を接触させるステップと、前記第２及び第３の一対の基準電極にまたがる各抵抗を前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路の残りの反射抵抗脚として夫々使用するステップとから成ることを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の皮膚貫通検出方法。
21. 前記侵入要素には複数の貫通電極が配置されることを特徴とする請求項１７から請求項２０のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出方法。
22. 前記ダミ−電極と前記各貫通電極にまたがる抵抗が前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路前の抵抗脚の１つにまたがって多重送信され、前記侵入要素の皮膚貫通深さが、ダミ−電極と前記各貫通電極にまたがる夫々の抵抗に関して前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路が発生する示差出力電圧に基いて検出されることを特徴とする請求項２１に記載の皮膚貫通検出方法。
23. 前記侵入要素は切開装置に配置された顕微針からなり、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極は前記切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする請求項１７から請求項２２のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出方法。
24. 前記侵入要素は切開装置に配置された顕微針からなり、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極と前記第１の一対の抵抗電極は前記切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする請求項１８に記載の皮膚貫通検出方法。
25. 前記侵入要素は切開装置に配置された顕微針からなり、前記皮膚の表面に接触するダミ−電極と前記第１、第２及び第３の一対の抵抗電極は前記切開装置の皮膚接触面に配置されることを特徴とする請求項２０に記載の皮膚貫通検出方法。
26. 前記侵入要素は中空又は中実の顕微針からなることを特徴とする請求項１７から請求項２５のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出方法。
27. 前記侵入要素は導電性顕微針からなることを特徴とする請求項１７から請求項２６のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出方法。
28. 前記侵入要素は非導電性顕微針からなることを特徴とする請求項１７から請求項２６のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出方法。
29. 前記侵入要素はプラスチック顕微針からなることを特徴とする請求項２８に記載の皮膚貫通検出方法。
30. 前記方法は、更に前記侵入要素の貫通を前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基いて表示するステップからなることを特徴とする請求項１７から請求項２９のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出方法。
31. 前記方法は、更に前記侵入要素の貫通深さを前記ホイ−トスト−ンブリッジ回路からの示差出力電圧に基いて表示するステップからなることを特徴とする請求項１７から請求項３０のいずれか１項に記載の皮膚貫通検出方法。

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