JP2000131322A - グルコース濃度の定量方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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、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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【図４】人間の皮膚組織の概念図である。

【図５】本発明における装置の一例の概略図である。

【図６】人の前腕より得られた吸収スペクトル図であ
る。

【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。

【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。

【図９】本発明における装置の他例の概略図である。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、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。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 近赤外光源は、１５３０ｎｍから１５６
   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。