JPH11178813A - 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】 外乱要因を考慮して精度よくグルコース濃度
の定量分析を行う。 【解決手段】 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の定量を行
う。近赤外光として８００〜１１００ｎｍの波長範囲の
ものを用いる。また、グルコース分子のＣＨ基由来の吸
収を測定するための第１の波長域と、生体成分のＯＨ基
由来の吸収を測定するための第２の波長域と、生体成分
のＮＨ基由来の吸収を測定するための第３の波長域の少
なくとも３つの波長域における測定結果に基づいてグル
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その装置
に関するものであり、特に、近赤外領域における分光分
析手法を用いるグルコース濃度の定量方法及びその装置
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。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に起因して観察される基
準振動の倍音または結合音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、ＮＨ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】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。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。この場合、採血を必要
としない非侵襲的な定量が可能となる。

【０００４】本発明においては、１１００ｎｍ以下の近
赤外光を利用して生体中のグルコース濃度を測定するの
であるが、この波長域の近赤外光を用いてグルコース濃
度を定量するものとして、米国特許第５，０２８，７８
７号明細書に示されたものがある。ここでは６００ｎｍ
から１１００ｎｍの範囲でグルコースを定量する手法が
示されており、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１０１５ｎｍ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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】つまり参照光に対する
グルコース分子による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が、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、グルコースのＯＨ基やＣ
Ｈ基に由来する吸収領域は、他の生体成分による吸収に
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。大
きな外乱成分となる生体組織あるいは体液中の蛋白成分
や脂肪成分の影響を近赤外スペクトルと関連づけて理解
しなくてはならない。

【０００６】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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】しかして本発明に係るグ
ルコース濃度の定量方法は、近赤外領域における光の吸
収を利用した生体組織中あるいは体液中のグルコース濃
度の定量方法であり、近赤外光として８００〜１１００
ｎｍの波長範囲のものを用いるとともに、グルコース分
子のＣＨ基由来の吸収を測定するための第１の波長域
と、生体成分のＯＨ基由来の吸収を測定するための第２
の波長域と、生体成分のＮＨ基由来の吸収を測定するた
めの第３の波長域の少なくとも３つの波長域における測
定結果に基づいてグルコースの定量を行うことに特徴を
有している。

【０００８】上記の第１の波長域として９００ｎｍから
９４５ｎｍの波長帯を、第２の波長域として９４０ｎｍ
から１００５ｎｍの波長帯を、第３の波長域として１０
００ｎｍから１０５５ｎｍの波長帯を用いることが好ま
しく、殊に第１の波長域全域もしくは第１の波長域から
少なくとも１波長を用い、第２波長域全域もしくは第２
の波長域から少なくとも２波長を用い、第３の波長域か
ら少なくとも１波長を用いることが好ましい。

【０００９】また、第１の波長域として９２５±２０ｎ
ｍの波長帯を、第２の波長域として９５５±１５ｎｍと
９８０±１５ｎｍの２つの波長帯のうちの少なくとも一
つを、第３の波長域として１０２５±３０ｎｍの波長帯
を用いるとともに、第１の波長域全域もしくは第１の波
長域から少なくとも１波長を用い、第２の波長域の２つ
の波長帯のうちの少なくとも一方もしくは両波長帯から
夫々少なくとも１波長を用い、第３の波長域全域もしく
は第３の波長域から少なくとも１波長を用いるものとし
てもよい。

【００１０】そして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シリコンフ
ォトダイオードからなる検出手段と、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した近
赤外光を前記検出手段に誘導する誘導手投と、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
る演算手投とからなり、上記検出手段はグルコース分子
のＣＨ基由来の吸収を測定するための波長域と、生体成
分のＯＨ基由来の吸収を測定するための波長域と、生体
成分のＮＨ基由来の吸収を測定するための波長域の少な
くとも３つの波長域の近赤外光を検出するものであるこ
とに特徴を有している。

【００１１】

【発明の実施の形態】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。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
−０，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。

【００１２】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、近赤外領域に受光特性を有する受光
素子を考えると、価格、安定性、感度に優れたシリコン
（Ｓｉ）受光素子を用いることが製品の高性能化及び低
価格化につながるが、シリコン受光素子を検出器として
用いる場合、１１００ｎｍが受光限界となる。従って、
第２倍音領域の一部と第３倍音領域が受光範囲となる。

【００１３】ここにおいて、実際にシリコン受光素子を
用いた分光分析を行うと、第３倍音領域のみからＯＨ
基、ＣＨ基、ＮＨ基の各吸収波長あるいは波長帯を選択
するよりも、吸収シグナルとしてのＳＮ比の高い第２倍
音領域に属する信号と第３倍音領域に属する信号とを組
み合わせる方が精度よい定量ができることがわかった。
この場合、９５０ｎｍから１１００ｎｍの第２倍音領域
に属する波長のシグナルと９５０ｎｍ以下の第３倍音領
域に属する波長シグナルを組み合わせる訳であるが、特
に第２倍音領域に属する波長あるいは波長帯として生体
成分分子のＮＨ基由来の吸収を示す１０００ｎｍから１
０５５ｎｍの波長域と、生体成分分子のＯＨ基由来の吸
収を示す９４０ｎｍから１００５ｎｍの波長域とを用
い、第３倍音領域に属する波長あるいは波長帯としてグ
ルコース分子のＣＨ基由来の吸収を示す９００ｎｍから
９４５ｎｍの波長域を用いることで精度よい定量分析が
できることがわかった。

【００１４】さらに前記波長では生体成分分子のＯＨ基
由来の吸収を示す９４０ｎｍから１００５ｎｍの波長領
域から少なくとも２波長あるいは１波長帯を選択する必
要があり、前記波長あるいは波長帯の選択は、９５５±
１５ｎｍおよび９８０±１５ｎｍの両波長帯のうちの一
方もしくは両波長帯から夫々少なくとも１波長を選択し
た少なくとも２波長とするのが好ましい。これは分析を
行う生体成分の−ＯＨ分子の状態を見るために必要な波
長であり、生体成分中の水分子が他の生体成分との相互
作用、たとえば溶解や水素結合の状態を見ることで、生
体水分中に溶解している生体成分の情報を推定するので
ある。また、生体成分分子のＮＨ基由来の吸収を示す波
長はグルコース以外の生体成分の情報が得られ、ＮＨ基
由来の吸収を示す波長としては１０２５±３０ｎｍの波
長帯またはこの帯域より選択した少なくともｌ波長が適
しており、ＣＨ基由来の吸収を示す波長はグルコースを
含む生体成分の情報が得られ、ＣＨ基由来の吸収を示す
波長としては９２５±２０ｎｍの波長帯またはこの帯域
より選択した少なくともｌ波長が適している。

【００１５】外乱成分の影響を考察するために牛血清中
のグルコース、アルブミン、水の３成分を人為的に変動
させた系での実験をシリコン受光素子を利用し７００ｎ
ｍから１１００ｎｍの波長範囲で行った。つまり、アル
ブミンを外乱成分としてグルコース濃度の定量実験を行
った。 −実験−（グルコース−アルブミン−水変動系） 牛血清８０ｍｌに対してグルコースを蒸留水に溶解させ
た水溶液を５ｍｌ、アルブミンを蒸留水に溶解させた水
溶液をｌ５ｍｌ添加し試料を作成した。試料は試料中の
グルコース濃度が３０ｍｇ／ｄｌ、８０ｍｇ／ｄｌ，１
３０ｍｇ／ｄｌ、２３０ｍｇ／ｄｌ、４３０ｍｇ／ｄ
ｌ，８３０ｍｇ／ｄｌの６水準であり、アルブミン濃度
が２．２ｇ／ｄｌ、２．８ｇ／ｄｌ，３．４ｇ／ｄｌ、
４．６ｇ／ｄｌ，５．８ｇ／ｄｌの５水準であり、グル
コース濃度６水準×アルブミン濃度５水準＝３０種類の
組合せから、１３種類の組合せをピックアップし試料を
作成した。試料はその調製方法からもわかるように、グ
ルコースとアルブミンと水の３成分のみが変動するよう
に調整されている。スペクトル測定は１ｃｍ厚のガラス
製セルに試料を入れ、ニコレー（Ｎｉｃｏｌｅｔ）製マ
グナ８５０（Ｍａｇｎａ８５０）のＦＴ−ＩＲを用い、
加算平均１２８回、レゾルーション１６、検出器Ｓｉ、
白色光源の条件で行った。なお、１試料につき５回ずつ
スペクトル測定を行ったので、１３試料×５回測定＝６
５のスペクトルデータが得られた。リファレンス信号の
測定は試料のスペクトル測定に先立ち行い、ＦＴ−ＩＲ
内のメモリに保存されたリファレンス信号で測定した吸
収信号を吸光度に変換して得たスペクトルデータを多変
量解析ソフトウェアＵｎｓｃｒａｍｂｌｅｒ６．１（Ｃ
ａｍｏ社Ｎｏｒｗａｙ）を用いＰＬＳ回帰分析を行っ
た。ＰＬＳ回帰分析に用いた波長範囲は９００ｎｍから
１１００ｎｍである。

【００１６】外乱成分としてアルブミンを選択した理由
は、血液中に存在するもっとも一般的なタンパク成分で
あることに加えて、生体を構成するタンパク成分の特性
を推定する情報が得られると考えられるからである。実
験でのグルコース定量の結果は主成分数５での推定で、
検量線作成（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）の相関係数０．
９９０であった。

【００１７】図２に第５主成分までを利用した回帰係数
を示す。アルブミン分子のＮＨ基に由来する１０２０ｎ
ｍ付近の負のピーク、グルコース分子のＣＨ基に由来す
る９３５ｎｍ付近の正のピーク、水分子のＯＨ基に由来
する９５５ｎｍ付近の負のピークと９８０ｎｍ付近の正
のピークからグルコース濃度が定量が行われている様子
をうかがうことができる。

【００１８】また、７００ｎｍから１１００ｎｍの波長
領域での外乱変動を付与したグルコース定量実験結果よ
り、生体中でのグルコース濃度は、外乱成分が水に溶解
することにより生じる水のＯＨ基由来の吸収スペクトル
の変化に着目することが信頼性が高く、精度のよい計測
手法を確立するために重要であることがわかった。定量
分析に利用する水のＯＨ基の吸収スペクトル変化は９４
０ｎｍから１００５ｎｍの波長領域から選択する少なく
とも２波長あるいは１波長帯を利用する必要があり、前
記波長あるいは波長帯の選択は、９５５±１５ｎｍおよ
び９８０±１５ｎｍの両波長帯よりそれぞれ少なくとも
ｌ波長選択した少なくとも２波長あるいは少なくとも１
波長帯であれば良好な測定精度が得られる。また、外乱
の把握として生体成分に多く含まれるＮＨ基が、グルコ
ースの把握のためにＣＨ基の吸収を把握する必要があ
る。すなわち、生体組織あるいは体液中のグルコース濃
度の定量にはＮＨ基、ＯＨ基、ＣＨ基の吸収を含む波長
領域で行う必要がある。

【００１９】定量分析には各波長域毎に解析を行うよう
にする方が良いが、利用する波長での最大、最小値を利
用した変動の規格化を行えば複数の高調波領域にまたが
る吸収信号も同列に利用できる。また多波長成分を含む
光あるいは単色光を被測定物に照射し、その反射光ある
いは透過光を検出することによってグルコース濃度の定
量を行うことができるが、この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
あり、この分光操作には、干渉フィルター、回折格子、
フーリエ変換方式の分光分析装置（ＦＴ−ＩＲ）などを
用いることができる。

【００２０】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、図１はその実施の形態の一例
を示しており、１５０Ｗのハロゲンランプからなる光源
ｌ、該光源ｌからの光を皮膚組織に伝えるとともに皮膚
組織の透過光をフラットフィールド型回折格子を収めた
回折格子ユニット２に伝える光ファイババンドル４，回
折格子ユニット２で分光された光を受光するアレイ型受
光素子ユニット５，前記受光素子ユニット５からの信号
をもとに数値解析を行いグルコース濃度の定量を行う演
算ユニット６から構成される。図中３はスリット、７は
レンズ、８は反射鏡、９はＡ／Ｄ変換部、１０は上記光
ファイババンドル４において発光側と受光側の両光ファ
イバが並んで、あるいは対向して配設された測定部であ
る。

【００２１】前記受光素子ユニット５は常温での受光感
度域が０．４〜１．１μｍのＳｉ受光素子を直線状に２
５６素子並べたものとして形成されたアレイ型フォトダ
イオードで、受光信号はＡ／Ｄ変換ボード９で１６ビッ
ト精度でＡＤ変換され、パーソナルコンピュータからな
る演算ユニット６で記録される。前記演算ユニット６で
行われるグルコース濃度定量は０．８μｍ〜１．１μｍ
の近赤外領域に属する吸光スペクトルを利用して行われ
る。検量式は予め本実施例の分析装置を用いた実験より
得られ、複数の被験者の皮膚組織から測定した吸光スペ
クトルを説明変量とし、実測した真皮細胞液中のグルコ
ース濃度を目的変量としてＰＬＳ回帰分析することによ
り求めている。近赤外光の光源１としては本発明は比較
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、場合によっては数点の波長でグルコースの定量が
可能であることから、ハロゲンランプや発光ダイオード
（ＬＥＤ）が適している。

【００２２】なお、光源１として発光ダイオードを用い
る場合、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。本発明が属するような
近赤外光での吸収の測定では、半値幅を比較的大きく設
定できるからであり、干渉フィルター等の分光手段を用
いる必要のない発光ダイオードを作製することは比較的
容易である。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のがよ
い。

【００２３】本発明により非侵襲的に生体のグルコース
濃度の定量を行う場合の測定部位は、０．５〜２ｃｍ程
度の光路長が設定できる部位、たとえば耳朶、指、唇等
の生体組織１１を透過により測定することが適してい
る。また、拡散反射を利用した測定では体表面の多くの
部位での測定が可能である。拡散反射を利用した測定で
は受発光プローブ間隔を少なくとも０．５ｃｍ以上、好
ましくは１ｃｍ程度離して計測を行う。

【００２４】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。

【００２５】

【実施例】−実施例１−（波長領域限定ＳＧＡ） 本実施例は生体成分として牛血清中のグルコースの定量
分析を行ったもので、８００ｎｍから１１００ｎｍまで
のＮＨ基、ＯＨ基、ＣＨ基由来の吸収領域を連続スペク
トルとして測定し解析を行った。牛血清試料は前述の実
験で開示したグルコース、アルブミン、水の３成分変動
系のものと同じで、牛血清８０ｍｌに対してグルコース
を蒸留水に溶解させた水溶液を５ｍｌ、アルブミンを蒸
留水に溶解させた水溶液を１５ｍｌ添加し試料を作成し
た。試料は試料中のグルコース濃度が３０ｍｇ／ｄｌ、
８０ｍｇ／ｄｌ、１３０ｍｇ／ｄｌ、２３０ｍｇ／ｄ
ｌ、４３０ｍｇ／ｄｌ、８３０ｍｇ／ｄｌの６水準であ
り、アルブミン濃度が２．２ｇ／ｄｌ，２．８ｇ／ｄ
ｌ、３．４ｇ／ｄｌ、４．６ｇ／ｄｌ，５．８ｇ／ｄｌ
の５水準であり、グルコース濃度６水準×アルブミン濃
度５水準＝３０種類の組合せから、１３種類の組合せを
ピックアップし試料を作成した。スペクトル測定は１ｃ
ｍ厚のガラス製セルに試料を入れ、ニコレー（Ｎｉｃｏ
ｌｅｔ）製マグナ８５０（Ｍａｇｎａ８５０）のＦＴ−
ＩＲを用い、加算平均１２８回、レゾルーションｌ６、
検出器Ｓｉ、白色光源の条件で行った。なお、１試料に
つき５回ずつスペクトル測定を行ったので、１３試料×
５回測定＝６５のスペクトルデータが得られた。測定し
吸光度に変換したスペクトルデータは多変量解析ソフト
ウェアＵｎｓｃｒａｍｂｌｅｒ６．１（Ｃａｍｏ社Ｎｏ
ｒｗａｙ）を用い、９００ｎｍから１０４５ｎｍの吸光
スペクトルを説明変量、グルコース濃度を目的変量とし
たＰＬＳ回帰分析を行った。実験でのグルコース定量の
結果は主成分数５での推定で、検量線作成の相関係数
０．９９１、標準誤差ＳＥＰ３３．０ｍｇ／ｄｌ、検量
線検定の相関係数０．９９０、標準誤差ＳＥＰ３５．９
ｍｇ／ｄｌであった。

【００２６】−実施例２−（４波長ＳＧＡ） 本実施例における実験系は実施例ｌと同一で、牛血清試
料中のグルコース、アルブミン、水の３成分を変動させ
たものである。多変量解析に用いたソフトウェアも実施
例ｌと同じである。本実施例では９３５，９５６，９７
０，１０４５ｎｍの４波長の吸光度を説明変量、グルコ
ース濃度を目的変量とした線形重回帰分析（ＭＬＲ）を
行った。実験でのグルコース定量の結果は、検量線作成
の相関係数０．９８７、標準誤差ＳＥＰ４１．０ｍｇ／
ｄｌ、検量線検定の相関係数０．９８５、標準誤差ＳＥ
Ｐ４４．６ｍｇ／ｄｌであった。９３５，９５６ｎｍの
波長の選択は図３に示す回帰係数のピーク値を示す波長
として、９７０，１０４５ｎｍの波長は複数の主成分因
子による回帰係数が交わる交点として選択した。

【００２７】−実施例３−（４波長ＳＧＡ） 本実施例における実験系は実施例ｌと同一で、牛血清試
料中のグルコース、アルブミン、水の３成分を変動させ
たものである。多変量解析に用いたソフトウェアも実施
例１と同じである。本実施例では９４５，９５６，９８
０，１０２０ｎｍの４波長の吸光度を説明変量、グルコ
ース濃度を目的変量とした線形重回帰分析（ＭＬＲ）を
行った。実験でのグルコース定量の結果は、検量線作成
の相関係数０．９８６、標準誤差ＳＥＰ４３．１ｍｇ／
ｄｌ、検量線検定の相関係数０．９８２、標準誤差ＳＥ
Ｐ４８．８ｍｇ／ｄｌであった。９５６，９８０，１０
２０ｎｍの波長の選択は図３に示す回帰係数のピーク値
を示す波長として、９４５ｎｍの波長は複数の主成分因
子による回帰係数が交わる交点として選択した。

【００２８】−実施例４−（波長領域限定ＳＧＡＣＴ） 本実施例は生体成分として牛血清中のグルコースの定量
分析を行ったもので、８００ｎｍから１１００ｎｍまで
のＮＨ基、ＯＨ基、ＣＨ基由来の吸収領域を連続スペク
トルとして測定し解析を行った。牛血清試料中のグルコ
ース、アルブミン、コレステロール、中性脂肪、水の５
成分を変動させてグルコースの定量を行った。試料は試
料中のグルコース濃度が３０ｍｇ／ｄｌ、１３０ｍｇ／
ｄｌ，２３０ｍｇ／ｄｌ、４３０ｍｇ／ｄｌ，８３０ｍ
ｇ／ｄｌの５水準、アルブミン濃度が１．８ｇ／ｄｌ，
２．４ｇ／ｄｌ，３．０ｇ／ｄｌ、４．２ｇ／ｄｌの４
水準、コレステロール濃度が５０ｍｇ／ｄｌ、１３０ｍ
ｇ／ｄｌ，２１０ｍｇ／ｄｌ、３７０ｍｇ／ｄｌの４水
準、中性脂肪濃度が１２ｍｇ／ｄｌ，１３０ｍｇ／ｄ
ｌ，２４０ｍｇ／ｄｌ、４７０ｍｇ／ｄｌの４水準とな
るように、１５種類の組合せをピックアップし試料を作
成した。

【００２９】スペクトル測定は１ｃｍ厚のガラス製セル
に試料を入れ、ニコレー（Ｎｉｃｏｌｅｔ）製マグナ８
５０（Ｍａｇｎａ８５０）のＦＴ−ＩＲを用い、加算平
均１２８回、レゾルーションｌ６、検出器Ｓｉ、白色光
源の条件で行った。なお、ｌ試料につき５回ずつスペク
トル測定を行ったので、１５試料×５回測定＝７５のス
ペクトルデータが得られた。測定し吸光度に変換したス
ペクトルデータは多変量解析ソフトウェアＵｎｓｃｒａ
ｍｂｌｅｒ６．１（Ｃａｍｏ社Ｎｏｒｗａｙ）を用い、
９００ｎｍから１１００ｎｍの吸光スペクトルを説明変
量、グルコース濃度を目的変量としたＰＬＳ回帰分析を
行った。実験でのグルコース定量の結果は主成分数５で
の推定で、検量線作成の相関係数０．９９０、標準誤差
ＳＥＰ３５．６ｍｇ／ｄｌ、検量線検定の相関係数０．
９８８、標準誤差ＳＥＰ３８．７ｍｇ／ｄｌであった。

【００３０】−実施例５−（波長領域限定ＳＧＡＣＴ） 本実施例における実験系は実施例４と同一で、牛血清試
料中のグルコース、アルブミン、コレステロール、中性
脂肪、水の５成分を変動させたものである。多変量解析
に用いたソフトウェアも実施例４と同じである。本実施
例では９００ｎｍから１０５０ｎｍの吸光スペクトルを
説明変量、グルコース濃度を目的変量としたＰＬＳ回帰
分析を行った。実験でのグルコース定量の結果は主成分
数５での推定で、検量線作成の相関係数０．９９１、標
準誤差ＳＥＰ３３．１ｍｇ／ｄｌ、検量線検定相関係数
０．９９０、標準誤差ＳＥＰ３５．３ｍｇ／ｄｌであっ
た。

【００３１】−実施例６−（多波長ＳＧＡＣＴ） 本実施例における実験系は実施例４と同一で、牛血清試
料中のグルコース、アルブミン、コレステロール、中性
脂肪、水の５成分を変動させたものである。多変量解析
に用いたソフトウェアも実施例４と同じである。本実施
例では９０７，９３０，９５６，９８０，１０２０，１
０５０ｎｍの６波長の吸光度を説明変量、グルコース濃
度を目的変量とした線形重回帰分析（ＭＬＲ）を行っ
た。実験でのグルコース定量の結果は、検量線作成の相
関係数０．９９２、標準誤差ＳＥＰ３２．２ｍｇ／ｄ
ｌ、検量線検定の相関係数０．９９０、標準誤差ＳＥＰ
３５．８ｍｇ／ｄｌであった。９３０，９５６，９８
０，１０２０ｎｍの波長の選択は図４に示す回帰係数の
ピーク値を示す波長として、９０７，１０５０ｎｍの波
長は複数の主成分因子による回帰係数が交わる交点とし
て選択した。

【００３２】−実施例７−（４波長ＳＧＡＣＴ） 本実施例における実験系は実施例４と同一で、牛血清試
料中のグルコース、アルブミン、コレステロール、中性
脂肪、水の５成分を変動させたものである。多変量解析
に用いたソフトウェアも実施例４と同じである。本実施
例では９３８，９５６，９８０，１０００ｎｍの４波長
の吸光度を説明変量、グルコース濃度を目的変量とした
線形重回帰分析（ＭＬＲ）を行った。実験でのグルコー
ス定量の結果は、検量線作成の相関係数０．９４２、標
準誤差ＳＥＰ８３．３ｍｇ／ｄｌ、検量線検定の相関係
数０．９３５、標準誤差ＳＥＰ８８．３ｍｇ／ｄｌであ
った。９５６，９８０ｎｍの波長の選択は図４に示す回
帰係数のピーク値を示す波長として、１０００ｎｍの波
長は複数の主成分因子による回帰係数が交わる交点とし
て、９３８ｎｍの波長はピークよりＯＨ基由来の吸収側
の波長として選択した。このようにＮＨ基、ＣＨ基由来
の吸収ピークについてはＯＨ基由来の吸収に少しずれた
波長を選択する方が定量性が向上する場合もある。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明においては、８００
〜１１００ｎｍの近赤外光を用いて定量を行うために、
価格、安定性、感度に優れたシリコン受光素子を検知手
段として用いることができるものであり、比較的狭い波
長領域の測定となることもあって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
ス定量が可能となることもあって、製品の高性能化及び
低価格化の点で有利なものとなっており、しかもグルコ
ース分子のＣＨ基由来の吸収を測定するための第１の波
長域と、生体成分のＯＨ基由来の吸収を測定するための
第２の波長域と、生体成分のＮＨ基由来の吸収を測定す
るための第３の波長域の少なくとも３つの波長域におけ
る測定結果に基づいてグルコースの定量を行うことか
ら、外乱としての生体成分を考慮した定量を行うことが
できる。

【００３４】そして、上記の第１の波長域として９００
ｎｍから９４５ｎｍの波長帯を、第２の波長域として９
４０ｎｍから１００５ｎｍの波長帯を、第３の波長域と
して１０００ｎｍから１０５５ｎｍの波長帯を用いるこ
とで、良好な結果を得ることができ、特に第１の波長域
全域もしくは第１の波長域から少なくとも１波長を用
い、第２の波長域全域もしくは第２の波長域から少なく
とも２波長を用い、第３の波長域から少なくとも１波長
を用いることで、さらに良好な結果を得ることができ
る。

【００３５】また、第１の波長域として９２５±２０ｎ
ｍの波長帯を、第２の波長域として９５５±１５ｎｍと
９８０±１５ｎｍの２つの波長帯のうちの少なくとも一
つを、第３の波長域として１０２５±３０ｎｍの波長帯
を用いるとともに、第１の波長域全域もしくは第１の波
長域から少なくとも１波長を用い、第２の波長域の２つ
の波長帯のうちの少なくとも一方もしくは両波長帯から
夫々少なくとも１波長を用い、第３の波長域全域もしく
は第３の波長域から少なくとも１波長を用いるものとし
ても、良好な結果を得ることができる。

【００３６】そして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シリコンフ
ォトダイオードからなる検出手段と、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した近
赤外光を前記検出手段に誘導する誘導手投と、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
る演算手投とからなり、上記検出手段はグルコース分子
のＣＨ基由来の吸収を測定するための波長域と、生体成
分のＯＨ基由来の吸収を測定するための波長域と、生体
成分のＮＨ基由来の吸収を測定するための波長域の少な
くとも３つの波長域の近赤外光を検出するものであるた
めに、製品の高性能化及び低価格化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の説明図である。

【図２】吸収スペクトルと回帰係数との説明図である。

【図３】吸収スペクトルと回帰係数との説明図である。

【図４】吸収スペクトルと回帰係数との説明図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 近赤外領域における光の吸収を利用した
   生体組織中あるいは体液中のグルコース濃度の定量方法
   であり、近赤外光として８００〜１１００ｎｍの波長範
   囲のものを用いるとともに、グルコース分子のＣＨ基由
   来の吸収を測定するための第１の波長域と、生体成分の
   ＯＨ基由来の吸収を測定するための第２の波長域と、生
   体成分のＮＨ基由来の吸収を測定するための第３の波長
   域の少なくとも３つの波長域における測定結果に基づい
   て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】 第１の波長域として９００ｎｍから９４
   ５ｎｍの波長帯を、第２の波長域として９４０ｎｍから
   １００５ｎｍの波長帯を、第３の波長域として１０００
   ｎｍから１０５５ｎｍの波長帯を用いることを特徴とす
   る請求項１に記載のグルコース濃度の定量方法。
3. 【請求項３】 第１の波長域全域もしくは第１の波長域
   から少なくとも１波長を用い、第２波長域全域もしくは
   第２の波長域から少なくとも２波長を用い、第３の波長
   域から少なくとも１波長を用い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方法。
4. 【請求項４】 第１の波長域として９２５±２０ｎｍの
   波長帯を、第２の波長域として９５５±１５ｎｍと９８
   ０±１５ｎｍの少なくとも一方の波長帯を、第３の波長
   域として１０２５±３０ｎｍの波長帯を用いるととも
   に、第１の波長域全域もしくは第１の波長域から少なく
   とも１波長を用い、第２の波長域の２つの波長帯のうち
   の少なくとも一方もしくは両波長帯から夫々少なくとも
   １波長を用い、第３の波長域全域もしくは第３の波長域
   から少なくとも１波長を用いることを特徴とする請求項
   １記載のグルコース濃度の定量方法。
5. 【請求項５】 近赤外光源と、近赤外光を検出するシリ
   コンフォトダイオードからなる検出手段と、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
   した近赤外光を前記検出手段に誘導する誘導手投と、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
   変換する演算手投とからなり、上記検出手段はグルコー
   ス分子のＣＨ基由来の吸収を測定するための波長域と、
   生体成分のＯＨ基由来の吸収を測定するための波長域
   と、生体成分のＮＨ基由来の吸収を測定するための波長
   域の少なくとも３つの波長域の近赤外光を検出するもの
   であることを特徴とするグルコース濃度の定量装置。