JP2000131322A - Method and instrument for determining glucose concentration - Google Patents
Method and instrument for determining glucose concentrationInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、健康管理や疾病の
治療のため生体組織中のグルコース濃度、あるいは血
液、血清、血漿、細胞液、唾液、涙、汗、尿などの体液
中のグルコースの濃度を測定する定量方法及び定量装置
に関するものであり、特に、近赤外領域における分光分
析手法を用いて血液中のグルコース濃度(血糖値)を直
接的あるいは血糖値の代用特性となりうる生体組織や体
液成分中のグルコース濃度を測定する定量方法及び定量
装置に関するものである。[0001] The present invention relates to a glucose concentration in a living tissue or a glucose concentration in a body fluid such as blood, serum, plasma, cell fluid, saliva, tears, sweat, urine, etc. for health care and treatment of diseases. The present invention relates to a quantification method and a quantification apparatus for measuring a concentration, and particularly to a biological tissue or the like, which can directly or directly substitute a glucose concentration (blood glucose level) in blood using a spectroscopic analysis technique in a near infrared region. The present invention relates to a quantitative method and a quantitative device for measuring a glucose concentration in a body fluid component.
【0002】[0002]
【従来の技術】近赤外分光分析は、試料に特別な操作を
行う必要がなく、非破壊で迅速な計測ができることか
ら、近年、農業や食品、石油化学をはじめ様々な分野で
利用されるようになっている。2. Description of the Related Art Near-infrared spectroscopy is used in various fields including agriculture, food and petrochemicals in recent years, since it does not require any special operation on a sample and can perform nondestructive and quick measurement. It has become.
【0003】近赤外領域での分光分析は、中赤外領域に
おける分光分析と比較すると、一般に ・近赤外領域では水の吸収スペクトルが小さいので中赤
外領域では難しい水溶液系の分析が可能である ・生体を透過する能力が高い ・測定に際して特別な試料を調製する必要がない場合が
多い といった長所を有する反面、中赤外領域での分析が分子
の基準振動に由来する吸収をとらえるのに対して、近赤
外領域では分子振動の非調和性(anharmonicity)に起因
して観察される基準振動の倍音(overtone)または結合
音(combination)をとらえることになる上に、近赤外
領域での吸収は水素原子が関与するCH基、OH基、N
H基のような非調和性の大きい分子振動により生じるも
のであることから、 ・信号レベルが中赤外領域と比較して100分の1程度
と小さい ・CH基、OH基、NH基は生体において普遍的な存在
であり、この分子結合の信号をとらえることになるの
で、吸収ピークの帰属が明確でないことが多いいった短
所がある。この短所のために、近赤外領域での定量ある
いは定性分析を行う場合、中赤外における分析のように
ピーク位置やピーク高さによる分析手法では正確な分析
を行うことが難しい。[0003] Spectroscopic analysis in the near-infrared region is generally in comparison with spectroscopic analysis in the mid-infrared region.・ High ability to penetrate living organisms ・ It is often not necessary to prepare special samples for measurement, but on the other hand, analysis in the mid-infrared region captures absorption due to normal vibration of molecules. On the other hand, in the near-infrared region, overtones or combination sounds of the reference vibration observed due to the anharmonicity of molecular vibrations are captured, and the near-infrared region Absorption by a hydrogen atom involves CH group, OH group, N
Since it is generated by molecular vibration having a large anharmonicity such as the H group, the signal level is as small as about 1/100 as compared with the mid-infrared region. Has the disadvantage that the assignment of the absorption peak is often unclear because the signal of this molecular bond is captured. Due to this disadvantage, when performing quantitative or qualitative analysis in the near-infrared region, it is difficult to perform accurate analysis using an analysis method based on peak positions and peak heights as in the case of mid-infrared analysis.
【0004】この問題を解決するために、近年、測定ス
ペクトルを統計解析手法、たとえば、線形重回帰分析
(MLR)、主成分回帰分析、PLS回帰分析といった
多変量解析手法を用いて分析する手法、いわゆるケモメ
トリクスと呼ばれる手法が用いられている。この手法は
パーソナルコンピュータの発達とともに急速に普及して
きた分析手法であり、数値解析を利用した統計的手法に
より近赤外領域でのSN比の小さい吸収信号でも、実用
に供する定量・定性分析が可能となる。In order to solve this problem, in recent years, a method of analyzing a measured spectrum using a statistical analysis method, for example, a multivariate analysis method such as linear multiple regression analysis (MLR), principal component regression analysis, or PLS regression analysis, A technique called so-called chemometrics is used. This method is an analysis method that has spread rapidly with the development of personal computers. By using a statistical method based on numerical analysis, it is possible to carry out quantitative and qualitative analysis for practical use even with an absorption signal with a small SN ratio in the near infrared region. Becomes
【0005】この場合の分析手順は、他の光学測定手法
と同じく、多波長成分を含む光あるいは単色光を被測定
物に照射させ、その反射あるいは透過光を検出すること
により行う。多波長成分を含む光を照射する場合は被測
定物に到達する前か反射あるいは透過した後に分光操作
を行う必要がある。分光操作には中赤外分光分析と同じ
く、干渉フィルター、回折格子、フーリエ変換方式が用
いられる。波長の関数として得られた吸収信号(スペク
トル)は統計手法で処理して、定性、定量分析を行う。In this case, the analysis procedure is performed by irradiating the object to be measured with light containing a multi-wavelength component or monochromatic light, and detecting the reflected or transmitted light, as in other optical measurement techniques. When irradiating light containing a multi-wavelength component, it is necessary to perform a spectral operation before reaching the object to be measured or after being reflected or transmitted. As in the case of mid-infrared spectroscopy, an interference filter, a diffraction grating, and a Fourier transform method are used for the spectral operation. Absorption signals (spectrums) obtained as a function of wavelength are processed by statistical techniques to perform qualitative and quantitative analysis.
【0006】ここにおいて、一般的に近赤外分光分析を
行う際には、600nm以上1000nm未満の可視光
あるいは可視光よりの近赤外波長を用いて分析を行う場
合と、1000nm以上2500nm未満の中赤外領域
寄りの波長を用いて分析を行う場合に大きく2分するこ
とができる。これは、1000nm以下の検出にシリコ
ンフォトダイオードという優れた検出素子があること
と、近赤外領域で観察されるスペクトルが赤外領域で観
察される基準振動に由来する吸収スペクトルの倍音ある
いはその結合音のスペクトルであるため、中赤外寄りの
波長から可視よりの波長に移るにしたがって、吸光度が
対数的に小さくなって行くため、特に、1000nm付
近を境として信号大きさが桁違いに変化するためであ
る。Here, in general, near-infrared spectroscopy analysis is performed by using visible light of 600 nm or more and less than 1000 nm or near-infrared wavelength of visible light, or between 1000 nm and less than 2500 nm. When analysis is performed using a wavelength near the mid-infrared region, the analysis can be roughly divided into two. This is because there is an excellent detection element called a silicon photodiode for detection below 1000 nm, and the spectrum observed in the near-infrared region is a harmonic of the absorption spectrum derived from the reference vibration observed in the infrared region or a combination thereof. Because the spectrum is a sound spectrum, the absorbance decreases logarithmically as the wavelength shifts from a wavelength closer to the mid-infrared to a wavelength closer to the visible light. That's why.
【0007】1000nm以上の波長についての吸光度
が比較的大きいという特性は、物質の定量あるいは定性
に際し非常に有利なことである反面、透過性において劣
るという欠点を有する。つまり、1000nm未満の波
長で分析を行う場合は優れた透過性により被測定物の内
部まで光を透過させた分析が可能であるのに対して、1
000nm以上の波長で分析を行う場合は被測定物の特
性や光の強さにもよるが表面近傍にしか到達しないこと
が多く、従って反射光により測定するか、被測定物を薄
い肉厚の試料に調製し透過光により測定するのが一般的
である。The property that the absorbance at a wavelength of 1000 nm or more is relatively large is very advantageous for quantitative or qualitative determination of a substance, but has a drawback of poor transmittance. In other words, when the analysis is performed at a wavelength of less than 1000 nm, it is possible to perform an analysis in which light is transmitted to the inside of an object to be measured due to excellent transmittance, whereas
When the analysis is performed at a wavelength of 000 nm or more, it often reaches only near the surface, depending on the characteristics and light intensity of the object to be measured. Generally, it is prepared in a sample and measured by transmitted light.
【0008】いずれにしても、近赤外分光分析による物
質の定性あるいは定量についてどの波長を用いるかにつ
いては、被測定物の特性、目的とする定量物質のシグナ
ルの大きさ、光源の光の強さ、受光素子の特性などを考
慮して総合的に判断するものである。In any case, which wavelength is used for the qualitative or quantitative determination of a substance by near-infrared spectroscopy is determined by the characteristics of the measured object, the magnitude of the signal of the target quantitative substance, and the intensity of the light from the light source. The overall judgment is made in consideration of the characteristics of the light receiving element.
【0009】人間や哺乳動物などの生体組織や体液中の
グルコース成分を分析する場合には、分析に用いる部位
や分泌物の特性が非常に重要である。一般に生物の体は
複雑な組織で構成されており、上皮組織、骨や結合組織
からなる支持組織、筋組織、神経組織などで構成され
る。生体のグルコース分析で対象とするのは細胞内液、
間質液、血液、血清、血漿や唾液、涙、汗、尿などの体
液内に含まれる成分である。生体組織から直接グルコー
ス測定を行う場合は、組織によってグルコース成分の含
有量が異なるため、適切な部位を選択することが正確な
測定には欠かせない。特に、支持組織として存在する脂
肪組織や骨組織は体液成分の含有量が少なく、これらの
組織が多い部位は生体のグルコース成分分析には適さな
いのが一般的である。When analyzing glucose components in living tissues and body fluids such as humans and mammals, the characteristics of the sites and secretions used in the analysis are very important. In general, the body of an organism is composed of complex tissues, and is composed of epithelial tissues, supporting tissues composed of bones and connective tissues, muscle tissues, nerve tissues, and the like. The target for biological glucose analysis is intracellular fluid,
It is a component contained in body fluids such as interstitial fluid, blood, serum, plasma, saliva, tears, sweat, and urine. When measuring glucose directly from a living tissue, since the content of the glucose component differs depending on the tissue, selecting an appropriate site is indispensable for accurate measurement. In particular, fat tissue and bone tissue existing as supporting tissues have a low content of body fluid components, and a site containing many of these tissues is generally not suitable for analyzing glucose components in a living body.
【0010】生体組織を直接測定するのではなく、涙、
唾液、汗、尿などの分泌液や侵襲的に採取する血液、血
清、血漿、細胞液などのグルコース成分分析は生体を直
接測定する場合に比べて条件設定を厳密にできるので外
乱要因が小さくなる方向にある。Instead of directly measuring living tissue, tears,
Analyzes of secretions such as saliva, sweat, urine, and glucose components such as blood, serum, plasma, and cell fluid that are collected invasively can reduce the disturbance factor because conditions can be set more strictly than when directly measuring the living body In the direction.
【0011】このような背景をもとに、近赤外光を用い
た生体中のグルコース濃度の定量が近年非常に注目され
ている。採血を必要としない非侵襲的な定量が可能とな
るためであるが、その中で代表的なものとして以下のよ
うなものがある。On the basis of such a background, the quantification of the glucose concentration in a living body using near-infrared light has attracted much attention in recent years. This is because non-invasive quantification that does not require blood collection is possible. Among them, the following are typical examples.
【0012】米国特許第4,655,225号明細書:
非侵襲的な分光測定方法及び装置この米国特許には15
75,1765,2100,2270±15nmより選
択される少なくとも1波長と、グルコースの吸収が皆無
である、あるいは重要でない1000nmから2700
nmより選択される参照波長とからグルコースを定量す
る手法が開示されており、実施例において参照波長とし
て1100nmが選択されている。この参照波長110
0nmは第2倍音の吸収領域に属する波長であり、15
75,1765,2100,2270nmの属する第1
倍音あるいは基準振動の吸収領域に比較すると、信号の
大きさが1/100以下程度であり、このためにグルコ
ースの吸収が皆無である、あるいは重要でない参照波長
と言える。US Pat. No. 4,655,225:
Non-Invasive Spectroscopic Measurement Method and Apparatus
At least one wavelength selected from 75, 1765, 2100, 2270 ± 15 nm, and no absorption or no absorption of glucose from 1000 nm to 2700
A technique for quantifying glucose from a reference wavelength selected from nm is disclosed, and 1100 nm is selected as the reference wavelength in the examples. This reference wavelength 110
0 nm is a wavelength belonging to the absorption region of the second harmonic, and
75, 1765, 2100, 2270 nm
Compared with the overtone or reference vibration absorption region, the magnitude of the signal is about 1/100 or less. Therefore, it can be said that the reference wavelength has no or no glucose absorption.
【0013】逆にいえば、これは第2倍音あるいは第3
倍音といった高調波領域以外から参照波長を選択するこ
とが困難であることを示している。図1は夫々第1倍音
領域および第2倍音領域で測定した蒸留水とグルコー
ス、アルブミン、コレステロールの吸収スペクトルを示
しているが、分子結合の第1倍音やその結合音が存在す
る領域中にはグルコースによる吸収が皆無な波長は存在
せず、相対的に吸収の少ないところが存在するだけであ
る上に、前記の4波長においての吸収がグルコース成分
のみによる吸収であることはありえず、他の生体成分の
吸収が重畳していることを考えると、他の生体成分の寄
与を考慮せずにグルコース濃度を定量することは実用的
には不可能であると考える。Conversely, this is the second or third harmonic.
This indicates that it is difficult to select a reference wavelength from a region other than a harmonic region such as an overtone. FIG. 1 shows the absorption spectra of distilled water, glucose, albumin, and cholesterol measured in the first overtone region and the second overtone region, respectively. There is no wavelength where there is no absorption by glucose, and there is only a place where there is relatively little absorption.In addition, it is impossible that the absorption at the above four wavelengths is only due to the glucose component, and other biological Considering that the absorption of the components is superimposed, it is considered practically impossible to determine the glucose concentration without considering the contribution of other biological components.
【0014】米国特許第5,028,787号明細書:
血糖の非侵襲的測定 この米国特許には600nmから1100nmの範囲で
グルコースを定量する手法が示され、実施例には980
±Xnmとなる2波長を用いてグルコースを定量する例
が示されている。具体的には945nmと1015nm
(つまりX=35)を利用した手法が示されている。こ
こで重要な意味を持つ980nmは、水の第2倍音の吸
収ピークを示す波長であるので、この実施例では水の吸
収ピークを挟んで選択した2波長を利用してグルコース
の定量を実施していることになる。945nmと101
5nmの選択理由としてグルコース濃度と良い相関が得
られることが示されている。US Pat. No. 5,028,787:
Non-Invasive Measurement of Blood Sugar This U.S. Patent shows a technique for quantifying glucose in the range of 600 nm to 1100 nm;
An example in which glucose is quantified using two wavelengths of ± X nm is shown. Specifically, 945 nm and 1015 nm
(That is, X = 35) is shown. Since 980 nm, which has an important meaning here, is a wavelength indicating the absorption peak of the second harmonic of water, in this embodiment, glucose is quantified using two wavelengths selected with the absorption peak of water interposed. Will be. 945 nm and 101
It is shown that a good correlation with the glucose concentration is obtained as the reason for selecting 5 nm.
【0015】米国特許第5,070,874号明細書:
患者の人体中のグルコース濃度の非侵襲判定 この米国特許には血糖の非侵襲的測定に1660nm付
近の狭い範囲で波長を変化させて得たスペクトルのn次
導関数よりグルコースを定量する手法が開示されてい
る。具体的には1660nm付近で測定した吸光度lo
g1/Tの2次導関数を導き,多変量解析を用いてグル
コースの定量を行っている。1660nm付近にグルコ
ースに由来する特徴的な吸収が存在すると考察できる
が、このグルコースに由来する1660nmの吸収に着
目した定量分析は、我々の発明に開示したグルコースに
由来する吸収に着目する定量分析に比べ、測定精度がか
なり悪いと推定できる。その理由として、1700nm
で観察されるCH基の吸収はグルコースだけでなく他の
生体成分に普遍的に存在する分子結合である上に、17
00nm付近の領域にピークが集中しており、このため
にグルコース以外の生体成分のCH基由来の吸収とグル
コース由来の吸収とを分離することが難しいことがあげ
られる。また、ここでは他の生体成分の寄与を考慮する
ことについては開示されておらず、この点においてもグ
ルコース濃度の定量は難しい。US Pat. No. 5,070,874:
Non-invasive determination of glucose concentration in a patient's body This U.S. patent discloses a method for non-invasive measurement of blood glucose by quantifying glucose from the nth derivative of a spectrum obtained by changing the wavelength in a narrow range around 1660 nm. Have been. Specifically, the absorbance lo measured at around 1660 nm
The second derivative of g1 / T is derived, and glucose is quantified using multivariate analysis. It can be considered that there is a characteristic absorption derived from glucose around 1660 nm. However, the quantitative analysis focusing on the absorption at 1660 nm derived from glucose is a quantitative analysis focusing on the absorption derived from glucose disclosed in our invention. In comparison, it can be estimated that the measurement accuracy is considerably poor. The reason is 1700nm
The absorption of the CH group observed in the above is a molecular bond that is universally present not only in glucose but also in other biological components.
Peaks are concentrated in the region near 00 nm, which makes it difficult to separate absorption derived from the CH group and absorption derived from glucose of the biological component other than glucose. In addition, the publication does not disclose the contribution of other biological components, and it is difficult to quantify the glucose concentration in this regard.
【0016】米国特許第5,222,496号:近赤外
グルコースセンサ この米国特許には1600nm付近とその波長から60
nm以内の参照光によってグルコースを定量することが
開示されている。具体的には1630nmから1660
nmの範囲で選択された参照波長と1600nmのグル
コースによる吸収波長とからグルコースの定量を行う例
が示されている。1600nmから60nm以内の参照
波長を利用する理由としては、波長が近接する光同士は
屈折率などの光学的性質がほぼ同じであるから、外乱の
影響の小さい信号が得られるためとしている。また、グ
ルコースの吸収波長の選択理由としては米国特許第4,
655,225号明細書と同じく固体状態のグルコース
を測定したスペクトルのピークが1600nmに存在す
ることを示している。しかし、本従来例にあるような1
600nm付近においては、グルコース成分の吸収は吸
収ピークというよりブロードな吸収帯を形成しており、
場合によっては30nm以内より選択する参照光ではグ
ルコース信号が明確に分離しにくいと考えられる。ま
た、この従来例においても他の生体成分の寄与を考慮す
ることについては開示されておらず、この点においても
グルコース濃度の定量は難しい。US Pat. No. 5,222,496: Near Infrared Glucose Sensor This US Pat.
It is disclosed to quantify glucose with reference light within nm. Specifically, from 1630 nm to 1660
An example is shown in which glucose is quantified from a reference wavelength selected in the range of nm and the absorption wavelength of glucose at 1600 nm. The reason for using a reference wavelength within the range of 1600 nm to 60 nm is that light having similar wavelengths has almost the same optical properties such as a refractive index, so that a signal with little influence of disturbance can be obtained. Also, the reason for selecting the absorption wavelength of glucose is U.S. Pat.
It shows that the peak of the spectrum in which glucose in the solid state was measured was present at 1600 nm as in the case of Japanese Patent No. 655,225. However, as in the conventional example, 1
In the vicinity of 600 nm, the absorption of the glucose component forms a broad absorption band rather than an absorption peak,
In some cases, it is considered that the glucose signal is hard to be clearly separated by reference light selected from within 30 nm. Also, this prior art does not disclose the contribution of other biological components, and in this respect, it is difficult to quantify the glucose concentration.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来技
術は、おおむね参照光に対するグルコースの吸収で生体
中のグルコース濃度の定量を行おうというものである。
しかしながら、近赤外領域での吸収スペクトルは、上述
のようにOH基、NH基、CH基のような生体成分が基
本的に持っている分子によって生じること、またピーク
が不明瞭なブロード状態で吸収が観察されることから、
ある波長における吸収信号は程度の差はあるものの様々
な生体成分の吸収が重畳していると考えるべきである。
たとえば、NH基に由来する吸収領域は、グルコースの
OH基に由来するブロードな吸収領域の中に存在してい
るし、そのグルコースのOH基に由来する吸収も他の生
体成分の吸収に重畳して存在する。そのためグルコース
の定量はグルコース以外の生体成分の影響や温度、散
乱、光路長等の外乱成分の影響を考えなければ成立し得
ないといえる。As described above, the prior art generally determines the concentration of glucose in a living body by absorbing glucose with respect to reference light.
However, as described above, the absorption spectrum in the near-infrared region is generated by molecules that biological components basically have, such as OH group, NH group, and CH group. Because absorption is observed,
The absorption signal at a certain wavelength should be considered to be more or less superimposed with the absorption of various biological components.
For example, the absorption region derived from the NH group exists in the broad absorption region derived from the OH group of glucose, and the absorption derived from the OH group of glucose overlaps with the absorption of other biological components. Exists. Therefore, it can be said that quantification of glucose cannot be established without considering the effects of biological components other than glucose and the effects of disturbance components such as temperature, scattering, and optical path length.
【0018】本発明は、このような知見に基づき、生体
組織や体液のような刻々と変動する生体成分中のグルコ
ース濃度の定量に際して、上記のような外乱要因の考慮
を行うことで精度よくグルコース濃度の定量分析を行う
ことができる定量方法及びその装置を提供するものであ
る。According to the present invention, based on such knowledge, when quantifying the concentration of glucose in a biological component such as a biological tissue or a body fluid that changes every moment, the above-mentioned disturbance factors are taken into account to accurately determine the glucose concentration. It is an object of the present invention to provide a quantification method capable of performing quantitative analysis of a concentration and an apparatus therefor.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明にかかるグルコー
ス濃度の定量方法は、1300nmから1900nmの
近赤外領域における光の吸収を利用して生体組織中ある
いは体液中のグルコース濃度を定量するにあたり、15
30nmから1560nmの波長範囲、1580nmか
ら1640nmの波長範囲、1640nmから1720
nmの波長範囲、1720nmから1750nmの波長
範囲からなる4つの波長範囲からそれぞれ少なくとも1
波長あるいは1波長領領域を選択して、これらの少なく
とも4波長あるいは4波長領域を用いて得た吸収信号を
基にグルコースの定量を行うことに特徴を有している。SUMMARY OF THE INVENTION A method for quantifying glucose concentration according to the present invention is a method for quantifying glucose concentration in living tissue or body fluid by utilizing light absorption in the near infrared region from 1300 nm to 1900 nm. Fifteen
30 nm to 1560 nm wavelength range, 1580 nm to 1640 nm wavelength range, 1640 nm to 1720
at least one of each of four wavelength ranges consisting of a wavelength range of 1720 nm to 1750 nm.
It is characterized in that a wavelength or one wavelength region is selected and glucose is quantified based on an absorption signal obtained using at least four wavelengths or four wavelength regions.
【0020】また本発明に係るグルコース濃度の定量装
置は、近赤外光源と、近赤外光を検出する検出手段と、
前記近赤外光源から発する近赤外光を生体組織あるいは
体液に導入し、前記生体組織あるいは体液を透過あるい
は拡散反射あるいは散乱した近赤外光を前記検出手段に
誘導する誘導手段と、前記検出手段で得られる信号を演
算してグルコース濃度に変換する演算手段とからなり、
上記検出手段は、1530nmから1560nmの波長
範囲、1580nmから1640nmの波長範囲、16
40nmから1720nmの波長範囲、1720nmか
ら1750nmの波長範囲の4つの各波長範囲からそれ
ぞれ少なくとも1波長あるいは1波長領域を選択してな
る少なくとも4波長あるいは4波長領域より得られる吸
収信号を検出するものであることに特徴を有している。Further, the glucose concentration quantifying device according to the present invention comprises a near-infrared light source, a detecting means for detecting near-infrared light,
Inducing means for introducing near-infrared light emitted from the near-infrared light source into living tissue or body fluid, and guiding the near-infrared light transmitted, diffusely reflected or scattered through the living tissue or body fluid to the detecting means, Computing means for computing the signal obtained by the means and converting it to glucose concentration,
The detection means includes a wavelength range of 1530 nm to 1560 nm, a wavelength range of 1580 nm to 1640 nm,
Detects an absorption signal obtained from at least four wavelengths or four wavelength regions by selecting at least one wavelength or one wavelength region from each of four wavelength ranges of 40 nm to 1720 nm and 1720 nm to 1750 nm. There is a characteristic in that there is.
【0021】上記の近赤外光源には、1530nmから
1560nmの波長範囲、1580nmから1640n
mの波長範囲、1640nmから1720nmの波長範
囲、1720nmから1750nmの波長範囲の全部あ
るいはその1部を発光特性とするものを用いてもよく、
この場合、検出手段は少なくとも4つの中心波長の光に
分光された光を受光するものとしておくとよい。The near-infrared light source has a wavelength range of 1530 nm to 1560 nm and a wavelength range of 1580 nm to 1640 nm.
m, a wavelength range from 1640 nm to 1720 nm, a wavelength range from 1720 nm to 1750 nm, or a part of the wavelength range may have light emission characteristics.
In this case, it is preferable that the detection unit receives light that is split into light having at least four central wavelengths.
【0022】前述のように、生体組織あるいは体液中の
グルコース成分の定量を行うにあたっては、生体組織中
あるいは体液中における生体成分の状態およびそれに起
因する近赤外光の吸収変化を把握する必要がある。As described above, when quantifying the glucose component in a living tissue or body fluid, it is necessary to grasp the state of the biological component in the living tissue or body fluid and the change in absorption of near-infrared light caused by the state. is there.
【0023】生体中のグルコース定量を行うにあたって
の現象認識を以下に述べる。近赤外領域での吸収は主
に、CH基、OH基、NH基によるもので、その他にC
−N,C−O,C=O基あるいはSH,PH基が観測さ
れるが、生体中においてもOH,CH,NH基の吸収を
中心に考えればよい。もっとも毛髪に関してはSH基も
重要な意味を持ってくる。A description will now be given of the recognition of phenomena in the determination of glucose in a living body. Absorption in the near-infrared region is mainly due to CH, OH, and NH groups.
Although —N, CO, and C = O groups or SH and PH groups are observed, the absorption of OH, CH, and NH groups in a living body may be considered. However, for hair, the SH group also has an important meaning.
【0024】また、近赤外分光分析による物質の定性あ
るいは定量についてどの波長を用いるかについては、被
測定物の特性、目的とする定量物質のシグナルの大き
さ、光源の光の強さ、受光素子の特性などを考慮して総
合的に判断することになるが、グルコースの定量に際し
ては、生体に存在する蛋白質、脂質、水等の物質と比較
して特異的な吸収を有する波長の吸収信号を用いて行え
ばよいことは自明であり、前述した従来技術もその考え
に立脚しているが、発明者らは前記グルコースの特異的
な吸収を利用するとともに、グルコースの吸収スペクト
ルに重畳する外乱成分の影響を取り除くことなくして正
確なグルコース定量は不可能と考える。The wavelength used for the qualitative or quantitative determination of a substance by near-infrared spectroscopy is determined by the characteristics of the object to be measured, the signal intensity of the target quantitative substance, the light intensity of the light source, Judgment will be made comprehensively taking into account the characteristics of the device, but when quantifying glucose, the absorption signal at a wavelength that has specific absorption compared to substances such as proteins, lipids, and water present in the living body It is self-evident that the above-described prior art is also based on the idea.However, the present inventors utilize the specific absorption of glucose, and use the disturbance superimposed on the glucose absorption spectrum. Accurate glucose quantification would not be possible without removing the effects of the components.
【0025】そこでグルコースの特異的な吸収波長とし
て1580nmから1640nmの波長範囲から少なく
とも1波長あるいは1波長領域を選択し、重畳する外乱
成分の影響を取り除くための波長として1530nmか
ら1560nmの波長範囲、1640nmから1720
nmの波長範囲、1720nmから1750nmの波長
範囲から少なくとも1波長あるいは1波長領域をそれぞ
れ選択してなる少なくとも4波長あるいは4波長領域で
行うことの有効性を見い出した。すなわち、前記の少な
くとも4波長あるいは4波長領域を用いてグルコース濃
度を測定することで、生体中の外乱影響を考慮した正確
な定量が可能となる。Therefore, at least one wavelength or one wavelength region is selected from a wavelength range of 1580 nm to 1640 nm as a specific absorption wavelength of glucose, and a wavelength range of 1530 nm to 1560 nm, 1640 nm is used as a wavelength for removing the influence of a superimposed disturbance component. From 1720
It has been found that it is effective to perform at least four wavelengths or four wavelengths in which at least one wavelength or one wavelength is selected from the wavelength range of 1720 nm to 1750 nm. That is, by measuring the glucose concentration using at least the four wavelengths or the four wavelength region, accurate quantification in consideration of the influence of disturbance in the living body becomes possible.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】以下に本発明におけるグルコース
濃度の定量装置についてのべると、本発明のグルコース
濃度の定量装置は、近赤外光源と、近赤外光を検出する
検出手段と、前記近赤外光源から発する近赤外光を生体
組織あるいは体液に導入し、前記生体組織あるいは体液
を透過あるいは拡散反射あるいは散乱した近赤外光を前
記検出手段に誘導する誘導手段と、前記検出手段で得ら
れる信号を演算してグルコース濃度に変換する演算手段
からなる。ここで、上記近赤外光として、少なくとも1
530nmから1560nmの波長範囲、1580nm
から1640nmの波長範囲、1640nmから172
0nmの波長範囲、1720nmから1750nmの波
長範囲からそれぞれ少なくとも1波長あるいは1波長領
域を選択して、これら少なくとも4波長あるいは4波長
領域で測定を行う。そして、前記演算手段では、予め入
力されている検量式を用いて近赤外光の吸収信号を利用
してグルコースの定量を行う。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The apparatus for quantifying glucose concentration according to the present invention will now be described. The apparatus for quantifying glucose concentration according to the present invention comprises a near-infrared light source, a detecting means for detecting near-infrared light, Inducing means for introducing near-infrared light emitted from an infrared light source into living tissue or body fluid, and guiding the near-infrared light transmitted, diffusely reflected or scattered to the living tissue or body fluid to the detecting means, and the detecting means. It comprises a calculating means for calculating the obtained signal and converting it into a glucose concentration. Here, at least 1
530 nm to 1560 nm wavelength range, 1580 nm
To 1640 nm wavelength range, 1640 nm to 172
At least one wavelength or one wavelength region is respectively selected from the wavelength range of 0 nm and the wavelength range of 1720 nm to 1750 nm, and the measurement is performed in at least four wavelengths or four wavelength regions. Then, the arithmetic means quantifies glucose by using a near-infrared light absorption signal using a calibration equation input in advance.
【0027】近赤外光源としてはハロゲンランプが適し
ているが、本発明では比較的狭い波長範囲でグルコース
の定量が可能であること、また、少なくとも4点の波長
でグルコースの定量が可能であることから、発光ダイオ
ード(LED)も適している。第1倍音領域で利用でき
る発光ダイオードは現在の技術ではInP(インジウム
リン)系のものが適している。なお、発光ダイオードの
特性によっては分光手段を用いる必要のない場合も存在
する。特に、グルコース分子の吸収を測定する上記の波
長あるいは波長範囲では半値幅を比較的大きく設定でき
るために、干渉フィルター等の分光手段を不用とするこ
とができる。Although a halogen lamp is suitable as a near-infrared light source, in the present invention, glucose can be quantified in a relatively narrow wavelength range, and glucose can be quantified in at least four wavelengths. For this reason, light emitting diodes (LEDs) are also suitable. In the present technology, an InP (indium phosphide) -based light-emitting diode is suitable for the first overtone region. In some cases, depending on the characteristics of the light emitting diode, it is not necessary to use the spectral unit. In particular, since the half width can be set relatively large in the above-described wavelength or wavelength range in which the absorption of glucose molecules is measured, spectroscopic means such as an interference filter can be omitted.
【0028】分光手段が必要な場合、前述のように様々
な分光手段を用いることが可能であるが、比較的大きな
半値幅を設定する場合は干渉フィルターを利用すること
が適している。When spectral means is required, various spectral means can be used as described above. However, when a relatively large half-value width is set, it is suitable to use an interference filter.
【0029】誘導手段としては生体組織を非侵襲的に測
定してグルコース濃度を定量する場合は光フアイバーを
利用することが適している。特に、第1倍音領域で定量
を行う場合は、探さ方向への光の到達度合を光ファイバ
ー間隔で制御し、任意探さの皮下組織中のグルコース濃
度を定量する手法により測定精度を向上させることがで
きる。When the glucose concentration is determined by non-invasively measuring a living tissue as an inducing means, it is suitable to use an optical fiber. In particular, when quantification is performed in the first harmonic region, the degree of arrival of light in the search direction is controlled by the optical fiber interval, and the measurement accuracy can be improved by a method of quantifying the glucose concentration in the subcutaneous tissue at an arbitrary search. .
【0030】図2に誘導手段として好適に用いることが
できる光ファイバーバンドル4の一例を示す。複数本の
発光用光ファイバーと複数本の受光用光ファイバーとを
一端側において束ねており、この時、束ねた側におい
て、発光ファイバー1を6つの受光ファイバー2が取り
囲むかごめ格子状の配列となるようにしている。利用す
る光ファイバーは直径70μmから1000μmのもの
が適している。FIG. 2 shows an example of the optical fiber bundle 4 which can be suitably used as the guiding means. A plurality of light-emitting optical fibers and a plurality of light-receiving optical fibers are bundled on one end side, and at this time, the light-emitting fibers 1 are arranged in a cage-like lattice-like array surrounding six light-receiving fibers 2 on the bundled side. ing. An optical fiber to be used preferably has a diameter of 70 μm to 1000 μm.
【0031】この光ファイバーバンドルは、上記一端側
の端面を図3に示すように被測定物の表面にほぼ直角に
突き当てて使用する。ただし、透過する光路が特定でき
れば直角に限るものではない。This optical fiber bundle is used by abutting the end face on the one end side at a right angle to the surface of the object to be measured as shown in FIG. However, the angle is not limited to a right angle as long as the transmitted light path can be specified.
【0032】発光ファイバー1より被測定物に照射され
た光は隣接する受光ファイバー2への光路A、さらに離
れた受光ファイバー2への光路B、さらに離れた受光フ
ァイバー2への光路C等、様々な光路を通った光が受光
ファイバー2に入射される。いま、光路A、B、Cの光
路長を比較すると、本例では同一間隔で光ファイバーを
配置しているので、光路B,Cは光路Aのほぼ2倍,3
倍と考えてよい。光学的に不透明で散乱の多い生体等の
物質中の光の透過は厳密にはLambert−Beer
の法則には従わないが、透過光量は光路長に応じて急激
に減少し、光路長が2倍になると散乱状態によっては1
/10以下、3倍となるとさらにそれの1/10以下と
なる程度となる。そのため、受光ファイバー2に集光さ
れる透過光は基本的には隣接する発光ファイバー1から
の透過光の和と考えてよいこととなる。The light emitted from the light-emitting fiber 1 to the object to be measured is transmitted in various ways, such as an optical path A to an adjacent light-receiving fiber 2, an optical path B to a further distant light-receiving fiber 2, an optical path C to a further distant light-receiving fiber 2, and the like. The light passing through the appropriate optical path is incident on the light receiving fiber 2. Now, comparing the optical path lengths of the optical paths A, B, and C, in this example, since the optical fibers are arranged at the same interval, the optical paths B and C are almost twice as large as the optical path A and 3 times.
You can think of it as double. Strictly speaking, the transmission of light in a substance such as an organism which is optically opaque and scatters is Lambert-Beer.
Does not obey the law, but the amount of transmitted light sharply decreases in accordance with the optical path length.
When it is three times or less, it is further reduced to 1/10 or less. Therefore, the transmitted light focused on the light receiving fiber 2 can be basically considered to be the sum of the transmitted light from the adjacent light emitting fibers 1.
【0033】具体的な生体組織としては図4に示すよう
な人間の真皮イが上げられる。人間の真皮イは100μ
m程度の厚さの表皮ロと、多量の脂肪細胞からなる皮下
組織ハとに挟まれた1mm程度の厚さの組織である。こ
の真皮イ中の化学成分の分析には受発光間距離を250
〜750μmとしている光ファイバーの束を用いるのが
適している。皮膚組織中を透過する光の経路は組織の物
性や分析に用いる光の波長より異なるので、予め予備実
験や数値シミュレーションを行い、測定に用いる光ファ
イバーの受発光間距離や線径を決定することが好まし
い。得られた吸光信号は演算部での数値計算によってグ
ルコース濃度が算出される。A specific example of a living tissue is a human dermis as shown in FIG. Human dermis is 100μ
The tissue has a thickness of about 1 mm sandwiched between the epidermis b having a thickness of about m and a subcutaneous tissue C having a large amount of fat cells. For the analysis of the chemical components in the dermis, the distance between light receiving and emitting is 250.
It is suitable to use a bundle of optical fibers of up to 750 μm. Since the path of light passing through the skin tissue differs from the physical properties of the tissue and the wavelength of the light used for analysis, preliminary experiments and numerical simulations must be performed in advance to determine the distance between optical fibers used for measurement and the wire diameter. preferable. The glucose concentration of the obtained light absorption signal is calculated by numerical calculation in the calculation unit.
【0034】生体中のグルコース濃度の測定、特に生体
組織中のグルコース濃度の定量を正確に行うことは、生
体中でのグルコースの状態と外乱成分の影響を近赤外領
域での吸収信号として把握したソフトウェア、再現性の
高い正確な吸収スペクトルを測定可能にするハードウェ
ア、医学的見地にたった安定な測定部位の選定等、多く
の最適な要因を結びつけてはじめて可能となる。上記発
明は、近赤外光による生体中のグルコース濃度を非侵襲
的に計測するための優れた手法である。Accurate measurement of glucose concentration in a living body, particularly, quantification of glucose concentration in a living tissue, requires grasping the state of glucose in the living body and the influence of disturbance components as an absorption signal in the near infrared region. Software, hardware that enables accurate measurement of absorption spectra with high reproducibility, selection of stable measurement sites from a medical point of view, etc., can be achieved only by combining many optimal factors. The above invention is an excellent technique for noninvasively measuring glucose concentration in a living body by near-infrared light.
【0035】−実施例1− 本実施例における非侵襲的な血糖値の定量装置を図5に
示す。光源であるハロゲンランプ3から照射した近赤外
光を誘導手段である光ファイバーバンドル4に集光し
て、近赤外光を被測定物(人の前腕の皮膚組織)に導
き、被測定物の散乱光を光ファイバーバンドル4でフラ
ットフィールド型回折格子ユニット5に導く。回折格子
ユニット5で分光された近赤外光は、検出手段であるア
レイ型受光素子ユニット6の受光素子に照射され、受光
信号として計測される。演算ユニット7では受光信号よ
り血糖値を算出する。Example 1 FIG. 5 shows a noninvasive blood glucose level quantifying apparatus in this example. Near-infrared light emitted from a halogen lamp 3 as a light source is condensed on an optical fiber bundle 4 as a guiding means, and the near-infrared light is guided to an object to be measured (skin tissue of a human forearm). The scattered light is guided to the flat field type diffraction grating unit 5 by the optical fiber bundle 4. The near-infrared light split by the diffraction grating unit 5 is applied to a light receiving element of an array type light receiving element unit 6 which is a detecting means, and is measured as a light receiving signal. The arithmetic unit 7 calculates a blood sugar level from the received light signal.
【0036】本実施例で用いた光ファイバーバンドル4
は図2のように直径200μmの光ファイバーをかごめ
格子に配列(受発光間距離350μm)したもので、発
光ファイバー25本、受光ファイバー50本で構成され
ている。スペクトル測定は測定部10(前記バンドル端
部)を前腕皮膚面に垂直に突き立てて行った。なお、測
定部10はバネにより皮膚との接触圧470gf/m2
で一定となるように調節されている。The optical fiber bundle 4 used in this embodiment
As shown in FIG. 2, optical fibers having a diameter of 200 μm are arranged in a kagome lattice (distance between light receiving and emitting 350 μm), and are composed of 25 light emitting fibers and 50 light receiving fibers. The spectrum measurement was performed by vertically protruding the measurement unit 10 (the end of the bundle) to the skin surface of the forearm. The measuring unit 10 uses a spring to contact the skin with a pressure of 470 gf / m 2.
It is adjusted to be constant.
【0037】本実施例は非侵襲的に測定した人の前腕部
のスペクトルから血糖濃度を定量するものである。実験
は年齢25才の健康な男性ボランティアを用い、以下の
手順で実施した。In this embodiment, the blood glucose concentration is quantified from the spectrum of the human forearm measured noninvasively. The experiment was performed using healthy male volunteers aged 25 years according to the following procedure.
【0038】被験者は20分の安静の後、デンプン部分
加水分解物製剤 トレーランG(清水製薬製)を服用し
て75gに相当するブドウ糖を摂取する。血糖値の測定
は安静開始時から10分毎に採血式の簡易血糖計ノボア
シスト(ノボノルディスクファーマ製)を用い、指尖血
液により行った。この10分毎の血糖値データは補間を
行うことで2分毎の血糖値データとし、このデータを目
的変量として多変量解析を行う。After resting for 20 minutes, the subject takes 75 g of glucose by taking the partially hydrolyzed starch preparation Torayan G (manufactured by Shimizu Pharmaceutical Co., Ltd.). The blood glucose level was measured every ten minutes from the start of rest using fingertip blood using a simple blood glucose meter NovoAssist (manufactured by Novo Nordisk Pharma). The blood sugar level data every 10 minutes is interpolated to be blood sugar level data every 2 minutes, and a multivariate analysis is performed using this data as a target variable.
【0039】前腕のスペクトル測定は2分毎に3回ずつ
実験開始から終了まで104分間実施し計159スペク
トルを得た。なお、前腕皮膚組織におけるグルコース濃
度は血中グルコース濃度に対して個体差を有する時間遅
れが存在し、この被験者においては17分の時間遅れが
適切であった。The measurement of the spectrum of the forearm was performed three times every two minutes for 104 minutes from the start to the end of the experiment to obtain a total of 159 spectra. In addition, the glucose concentration in the forearm skin tissue had a time delay having an individual difference with respect to the blood glucose concentration, and a time delay of 17 minutes was appropriate for this subject.
【0040】検量線の作成は、前記血糖値データを目的
変量とし、その17分後に測定したスペクトルを説明変
量として、PLS回帰分析および重回帰分析を利用して
行った。本実測での被験者の血糖値は89mg/dlか
ら186mg/dlまで変動している。The calibration curve was prepared by using PLS regression analysis and multiple regression analysis with the blood glucose level data as the target variable and the spectrum measured 17 minutes later as the explanatory variable. The blood sugar level of the subject in this actual measurement varies from 89 mg / dl to 186 mg / dl.
【0041】実測された前腕皮膚組織の吸収スペクトル
を図6に、PLS回帰分析により得た回帰係数を図7に
示す。PLS回帰分析は1500nmから1760nm
の波長範囲で、クロスバリデーション手法を用いて行っ
た。この回帰係数の形状は1600nm付近にピークを
有しグルコースの吸収から血糖値を定量していることが
わかる。このPLS回帰分析で得られた結果は、主成分
数4の推定で、検量線作成の相関係数0.963、標準
誤差SEP8.9mg/dl、検量線検定の相関係数
0.957、標準誤差SEP9.6mg/dlであっ
た。FIG. 6 shows the actually measured absorption spectrum of the forearm skin tissue, and FIG. 7 shows the regression coefficients obtained by PLS regression analysis. PLS regression analysis from 1500 nm to 1760 nm
The cross-validation technique was used in the above wavelength range. It can be seen that the shape of this regression coefficient has a peak near 1600 nm and the blood glucose level is quantified from the absorption of glucose. The result obtained by this PLS regression analysis is the estimation of the number of principal components 4, and the correlation coefficient of the calibration curve is 0.963, the standard error SEP 8.9 mg / dl, the correlation coefficient of the calibration curve test is 0.957, the standard The error was 9.6 mg / dl of SEP.
【0042】また、同一データにおける1530nmか
ら1560nmの波長範囲、1580nmから1640
nmの波長範囲、1640nmから1720nmの波長
範囲、1720nmから1750nmの波長範囲の4波
長範囲より1545nm、1620nm、1705n
m、1735nmの4波長を用いてグルコース濃度の定
量を行った。この4波長は前記PLS回帰分析で得られ
た回帰係数の極大値、極小値に相当している。グルコー
ス濃度の推定には重回帰分析(MLR)を用いた。重回
帰分析を行って得られた結果を図8に示す。前記実験で
得られたこの4波長の重回帰分析で得られた結果は、検
量線作成の相関係数0.955、標準誤差SEP9.2m
g/dl、検量線検定の相関係数0.952、標準誤差
SEP9.5mg/dlであった。The same data has a wavelength range of 1530 nm to 1560 nm, and a wavelength range of 1580 nm to 1640 nm.
1545 nm, 1620 nm, 1705 n from the four wavelength ranges of the wavelength range of nm, the wavelength range of 1640 nm to 1720 nm, and the wavelength range of 1720 nm to 1750 nm.
The glucose concentration was quantified using four wavelengths, m and 1735 nm. These four wavelengths correspond to the maximum value and the minimum value of the regression coefficient obtained by the PLS regression analysis. Multiple regression analysis (MLR) was used to estimate the glucose concentration. FIG. 8 shows the results obtained by performing multiple regression analysis. The results obtained by the four-wavelength multiple regression analysis obtained in the above experiment show a correlation coefficient of 0.955 for preparing a calibration curve and a standard error of SEP 9.2 m.
g / dl, the correlation coefficient of the calibration curve test was 0.952, and the standard error was SEP 9.5 mg / dl.
【0043】−実施例2− 本実施例における生体中のグルコース濃度の定量装置は
図9に示すように、近赤外光源である発光ダイオード1
4から照射した近赤外光を干渉フィルター15により任
意の中心波長および半値幅に分光し、集光手段であるレ
ンズ12によって光ファイバーバンドル4の端面に集光
した光を被測定物に誘導し、被測定物の透過光を検出手
段であるフォトダイオード16により検出することで吸
収信号を測定し、演算手段によりグルコース濃度を算出
する。Example 2 The apparatus for quantifying glucose concentration in a living body in the present example is, as shown in FIG.
Near-infrared light irradiated from 4 is divided into an arbitrary center wavelength and a half-value width by an interference filter 15, and light condensed on an end face of the optical fiber bundle 4 by a lens 12 as a light condensing means is guided to an object to be measured. The absorption signal is measured by detecting the transmitted light of the object to be measured by the photodiode 16 as the detecting means, and the glucose concentration is calculated by the calculating means.
【0044】干渉フィルター15は図9に示すように円
盤の同心円上に4つ配置されており、モーター18で回
転させることにより干渉フィルターの特性に応じた中心
波長および半値幅が得られるようにしてある。検出した
吸収信号は吸光度に変換され、予め設定された検量線に
よりグルコース濃度が演算される。As shown in FIG. 9, four interference filters 15 are arranged on concentric circles of a disk. By rotating the motor 18 with a motor 18, a center wavelength and a half width corresponding to the characteristics of the interference filter can be obtained. is there. The detected absorption signal is converted into an absorbance, and the glucose concentration is calculated by a preset calibration curve.
【0045】前記4種類の干渉フィルター15には中心
波長1535nmで半値幅10nm、中心波長1620
nmで半値幅40m、中心波長1705nmで半値幅1
0nm、中心波長1735nmで半値幅10nmのもの
を用いた。これらの中心波長および半値幅の設定理由は
生体中グルコースに由来する信号をとらえるために実施
例1で得られた回帰係数のピーク形状を参考にした。The four types of interference filters 15 have a central wavelength of 1535 nm, a half width of 10 nm, and a central wavelength of 1620 nm.
The half width is 40 m at nm and the half width is 1 at the center wavelength of 1705 nm.
The one having a central wavelength of 1735 nm and a half width of 10 nm was used. The reason for setting these center wavelengths and half widths was based on the peak shape of the regression coefficient obtained in Example 1 in order to capture signals derived from glucose in the living body.
【0046】光ファイバーバンドル4の測定部10は被
測定物に垂直にあてて使用する。測定部10では光ファ
イバーの発光ファイバー1と受光ファイバー2がかごめ
格子状に並んでおり、発光ファイバー1より照射され、
生体組織中を透過した近赤外光を受光側ファイバー2で
受け、検出器16に導いている。発光、受光に用いた光
ファイバー径は200μmで、受光、発光ファイバーの
中心間距離は350μmである。発光ダイオードについ
ては中心波長の異なる複数の発光ダイオードを用いて光
源としてもかまわない。The measuring section 10 of the optical fiber bundle 4 is used by being vertically applied to an object to be measured. In the measuring section 10, the light-emitting fiber 1 and the light-receiving fiber 2 of the optical fiber are arranged in a kagome lattice, and are irradiated from the light-emitting fiber 1,
The near-infrared light transmitted through the living tissue is received by the light receiving fiber 2 and guided to the detector 16. The diameter of the optical fiber used for light emission and light reception is 200 μm, and the distance between the centers of the light reception and light emission fibers is 350 μm. As for the light emitting diode, a plurality of light emitting diodes having different center wavelengths may be used as a light source.
【0047】グルコース濃度を算出するための検量線
は、本発明の利用者あるいは複数の人間を被験者とし
て、他の標準手法より得られるグルコース濃度の真値と
本発明による吸光度の関係を統計解析手法により解析す
ることにより得られる。採血した血液を分析する標準手
法により得られたグルコース濃度と測定時にメモリされ
た信号を対比してデータ化し、演算手段に内蔵される解
析手段により検量線が作成される。本実施例のように数
点での吸収信号より個人対応の検量線作成する場合には
重回帰分析手法が適している。The calibration curve for calculating the glucose concentration is obtained by statistical analysis of the relationship between the true value of the glucose concentration obtained by another standard method and the absorbance according to the present invention using the user of the present invention or a plurality of persons as subjects. It is obtained by analyzing by The glucose concentration obtained by a standard method for analyzing the collected blood and the signal stored at the time of measurement are compared and converted into data, and a calibration curve is created by the analysis means built in the calculation means. A multiple regression analysis method is suitable for creating a calibration curve for individuals from absorption signals at several points as in this embodiment.
【0048】[0048]
【発明の効果】以上のように本発明においては、生体中
のグルコース濃度を近赤外領域におけるグルコースに由
来する吸収を測定する1580nmから1640nmの
波長範囲、前記グルコース信号に重畳する外乱影響を考
慮する1530nmから1560nm、1640nmか
ら1720nm、1720nmから1750nmの各波
長範囲より少なくとも1波長ずつ選択した少なくとも4
波長あるいは4波長領域よりグルコースの定量を行うよ
うにしていることから、グルコースによる吸収だけでな
く、外乱としての生体成分を考慮することが可能とな
り、測定精度を向上させることができる。As described above, in the present invention, the glucose concentration in the living body is taken into consideration in the wavelength range of 1580 nm to 1640 nm for measuring the absorption derived from glucose in the near infrared region, and the influence of disturbance superimposed on the glucose signal. At least 4 wavelengths selected from at least one wavelength range from 1530 nm to 1560 nm, 1640 nm to 1720 nm, and 1720 nm to 1750 nm.
Since glucose is quantified in the wavelength or four-wavelength region, not only absorption by glucose but also biological components as disturbance can be considered, and measurement accuracy can be improved.
【0049】また、上記波長領域を隣接した領域で選択
すれば比較的狭い波長領域の測定でのグルコース定量が
可能であり、このためにハロゲンランプのような広い波
長に発光特性を有する光源を使用しなくても発光ダイオ
ードのような比較的狭い波長に発光特性を有する素子で
のグルコース定量が可能である。If the above-mentioned wavelength region is selected in an adjacent region, glucose can be quantified by measuring in a relatively narrow wavelength region. For this reason, a light source such as a halogen lamp having emission characteristics in a wide wavelength range is used. Without this, it is possible to determine glucose in an element having a light emission characteristic at a relatively narrow wavelength such as a light emitting diode.
【図1】第1倍音領域における生体物質の吸収スペクト
ル図である。FIG. 1 is an absorption spectrum diagram of a biological material in a first overtone region.
【図2】本発明に用いる光ファイバーバンドルを示して
おり、(a)は概略図、(b)は測定部側の断面図である。FIGS. 2A and 2B show an optical fiber bundle used in the present invention, wherein FIG. 2A is a schematic diagram and FIG.
【図3】光ファイバーから生体組織へ照射された近赤外
光の光路の概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram of an optical path of near-infrared light emitted from a fiber to a living tissue.
【図4】人間の皮膚組織の概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of human skin tissue.
【図5】本発明における装置の一例の概略図である。FIG. 5 is a schematic view of an example of the device according to the present invention.
【図6】人の前腕より得られた吸収スペクトル図であ
る。FIG. 6 is an absorption spectrum diagram obtained from a human forearm.
【図7】人の前腕で得られた吸収スペクトルをPLS回
帰分析して得られたグルコース濃度定量のための回帰係
数を表わすグラフである。FIG. 7 is a graph showing regression coefficients for quantifying glucose concentration obtained by performing PLS regression analysis on an absorption spectrum obtained from a human forearm.
【図8】人の前腕で得られた4波長の吸収信号で定量し
たグルコース濃度の実測値と推定値とを示すグラフであ
る。FIG. 8 is a graph showing actual measured values and estimated values of glucose concentration quantified by four wavelength absorption signals obtained from a human forearm.
【図9】本発明における装置の他例の概略図である。FIG. 9 is a schematic view of another example of the device according to the present invention.
1 発光ファイバー 2 受光ファイバー 4 光ファイバーバンドル 5 回折格子ユニット 6 受光素子ユニット 7 演算ユニット 10 測定部 Reference Signs List 1 light emitting fiber 2 light receiving fiber 4 optical fiber bundle 5 diffraction grating unit 6 light receiving element unit 7 arithmetic unit 10 measuring unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 敬輔 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 陳 若正 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 2G045 AA13 AA16 AA25 CA25 CB03 CB07 CB11 CB12 DA31 FA25 FA29 GC10 GC11 JA07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Keisuke Shimizu 1048, Kazuma Kadoma, Kadoma, Osaka Pref.Matsushita Electric Works Co., Ltd. F term (reference) 2G045 AA13 AA16 AA25 CA25 CB03 CB07 CB11 CB12 DA31 FA25 FA29 GC10 GC11 JA07
Claims (3)
領域における光の吸収を利用して生体組織中あるいは体
液中のグルコース濃度を定量するにあたり、1530n
mから1560nmの波長範囲、1580nmから16
40nmの波長範囲、1640nmから1720nmの
波長範囲、1720nmから1750nmの波長範囲か
らなる4つの波長範囲からそれぞれ少なくとも1波長あ
るいは1波長領領域を選択して、これらの少なくとも4
波長あるいは4波長領域を用いて得た吸収信号を基にグ
ルコースの定量を行うことを特徴とするグルコース濃度
の定量方法。1. A method for determining glucose concentration in a living tissue or a body fluid by using light absorption in a near-infrared region from 1300 nm to 1900 nm, in which 1530 n
m to 1560 nm wavelength range, 1580 nm to 16
At least one wavelength or one wavelength region is selected from each of four wavelength ranges including a wavelength range of 40 nm, a wavelength range of 1640 nm to 1720 nm, and a wavelength range of 1720 nm to 1750 nm.
A method for quantifying glucose concentration, comprising quantifying glucose based on an absorption signal obtained using a wavelength or a four-wavelength region.
手段と、前記近赤外光源から発する近赤外光を生体組織
あるいは体液に導入し、前記生体組織あるいは体液を透
過あるいは拡散反射あるいは散乱した近赤外光を前記検
出手段に誘導する誘導手段と、前記検出手段で得られる
信号を演算してグルコース濃度に変換する演算手段とか
らなり、上記検出手段は、1530nmから1560n
mの波長範囲、1580nmから1640nmの波長範
囲、1640nmから1720nmの波長範囲、172
0nmから1750nmの波長範囲の4つの各波長範囲
からそれぞれ少なくとも1波長あるいは1波長領域を選
択してなる少なくとも4波長あるいは4波長領域より得
られる吸収信号を検出するものであることを特徴とする
グルコース濃度の定量装置。2. A near-infrared light source, detection means for detecting near-infrared light, and near-infrared light emitted from the near-infrared light source introduced into living tissue or body fluid, and transmitted or transmitted through the living tissue or body fluid. A guiding means for guiding the diffused or scattered near-infrared light to the detecting means, and a calculating means for calculating a signal obtained by the detecting means and converting the signal into a glucose concentration, wherein the detecting means is 1530 nm to 1560n.
m, 1580 nm to 1640 nm, 1640 1720 nm, 172
Glucose characterized in that at least one wavelength or one wavelength region is selected from each of four wavelength ranges from 0 nm to 1750 nm, and an absorption signal obtained from at least four wavelengths or four wavelength regions is detected. Concentration determination device.
0nmの波長範囲、1580nmから1640nmの波
長範囲、1640nmから1720nmの波長範囲、1
720nmから1750nmの波長範囲の全部あるいは
その1部を発光特性としており、検出手段は少なくとも
4つの中心波長の光に分光された光を受光するものであ
ることを特徴とする請求項2記載のグルコース濃度の定
量装置。3. The near-infrared light source has a wavelength of 1530 nm to 156 nm.
0 nm wavelength range, 1580 nm to 1640 nm wavelength range, 1640 nm to 1720 nm wavelength range, 1
3. The glucose according to claim 2, wherein the whole or a part of the wavelength range from 720 nm to 1750 nm has light emission characteristics, and the detection means receives light dispersed into light of at least four central wavelengths. Concentration determination device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10308817A JP2000131322A (en) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | Method and instrument for determining glucose concentration |
Applications Claiming Priority (1)
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JP10308817A JP2000131322A (en) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | Method and instrument for determining glucose concentration |
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---|---|
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ID=17985678
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10308817A Withdrawn JP2000131322A (en) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | Method and instrument for determining glucose concentration |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000131322A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7333841B2 (en) | 2001-11-15 | 2008-02-19 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Method and device for calculating a biological component density of a subject |
JP2010533055A (en) * | 2007-07-13 | 2010-10-21 | オール プロテクト,リミティド ライアビリティ カンパニー | Non-invasive spectroscopic measurement apparatus and method for specimen |
WO2017033809A1 (en) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 倉敷紡績株式会社 | Cell measurement method |
-
1998
- 1998-10-29 JP JP10308817A patent/JP2000131322A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017033809A1 (en) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 倉敷紡績株式会社 | Cell measurement method |
US10514334B2 (en) | 2015-08-26 | 2019-12-24 | Kurashiki Boseki Kabushiki Kaisha | Cell measurement method |
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