WO2007066589A1 - 近赤外分光を用いた生活習慣病に関する検査・診断法および装置 - Google Patents
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Definitions
- 001 relates to equipment used for inspection and disconnection of external spectroscopy.
- indexing as a diagnostic target, there is a case indexing (advancement of individual health based on the discovery of the stage of the disease. Detection of the stage of the disease and careful management, work measures according to the health condition, health The purpose is to protect the individual's health, and the other purpose is to hold the group as a group. The results of the health diagnosis are evaluated collectively, and healthy children are analyzed. Take appropriate health management measures or labor measures.
- Urine disease, stroke, heart disease, hypertension, obesity, illness, uremia, etc. are collectively referred to as life, and if one of these conditions is observed, it is considered as life. Early detection and treatment are important because if one of these symptoms occurs, other symptoms often continue.
- the above-mentioned portion is quantitatively analyzed.
- a sample is injected into a cell, and an external spectroscope (eg,
- the outside line is subject to a very small number of substances, Therefore, it is possible to obtain physical information without damaging the sample.
- a method is disclosed to analyze milk or cells by analyzing the data obtained by using water molecules in the visible light and / or near infrared region to measure the milk in cows. It has been done. As another technique, it is disclosed in the form of patients with living bed symptoms in the Asia-Pacific region.
- the subject is to provide a simple and frequent method for inspecting and cutting life by using external spectroscopy.
- the method and device according to Ming irradiate the surrounding material of wavelength 4 to 5 or the animal material in the surrounding and detect its emitted light, transmitted light or transmitted light to obtain spectral data. It is characterized by quantitatively or qualitatively conducting a life-related test () by analyzing the degree of measurement or the specified length in the analysis data.
- an inspection / constitution regarding life is performed.
- the inspection / determination of life refers to urine disease, injury, liver injury, hypertension, illness, obesity, heart disease and stroke, or the degree of onset, or the onset of onset. If, it means that there is a small amount of information about height.
- blood fluid including
- other body, tissue, tissue exudate, or body part such as limbs.
- the spectral data of the wavelengths above 2 are selected from 817 921 95g 987 10 0 04 008 1018 028, and the number of Great Walls of 5 of each length within 1040.
- 2 is recommended for analysis and analysis using spectral data of the wavelengths above, and also for urinary non-urinary disease (, inflammatory diseases, gA, and other kidneys).
- the analysis data related to Ming is used in the above or in the above.
- the program of daily life related to Ming is to perform the inspection / disconnection using the analysis data created, updated or created.
- Ming it is possible to objectively and easily carry out inspections and decisions regarding life. Because of its speed, it is especially useful when a large number of animals need to be tested simultaneously.
- Ming for example: ⁇ It is possible to cut off the life by using traditional materials such as cleansing. As a result, it is also possible to inspect other parts of the body, such as the body and limbs, in the sample, without injuring the body.
- Fig. 6 is a graph showing Coomans Po obtained by S C analysis of the material diluted in the examination of a person outside urinary illness related to Ming.
- Inspecting with this equipment Adopting the method of (b) illuminating (a) the 4 to 25 O enclosure or the animal material in that enclosure, and (b) detecting its emitted, transmitted or transmitted emitted light. After obtaining the spect data by (c), the degree of the measurement or the specific length in the spect data is analyzed using the analysis data that was created, and the inspection and setting related to life are performed. There is an objective and easy way to make a decision about life in Japan. It is in the range of 4 to 25 or a part thereof (for example, 6 to O 2) of the wavelength for irradiating the material. After creating an analysis data of this length, it can be set as multiple walls containing the wavelengths required for inspection and measurement by this data.
- a gen lamp or the like can be used, but it is not particularly limited.
- the light emitted from the source is applied to the material directly or through a step such as a pipe. Therefore, it is possible to use a pre-spectroscopy method in which a spectroscope disperses the light before irradiating the sample, or a method that disperses the light in the irradiation.
- a pre-spectroscopy method in which a spectroscope disperses the light before irradiating the sample, or a method that disperses the light in the irradiation.
- the light from the source is decomposed in a predetermined manner to irradiate the sample with a series of wavelengths that are continuously changed. Then, the sample is irradiated with light that is decomposed at 2 in the range of 6 to O 2 and continuously changed at a wavelength of 2.
- the reflected light, the transmitted light, or the transmitted light of the light applied to the material is detected by detection, and raw absorption data is obtained.
- Raw raw spectral data Although it may be inspected and determined by an analysis data using the analysis data, data such as decomposing the pic in the obtained spectrum into element pics by a spectroscopic method or a method is used. It is preferable to use a computer to perform inspection and determination by analysis data. Examples of optical methods include binary and commutative methods, and examples of modal methods include commutative and network methods, but are not particularly limited.
- the spectral data acquired at the time of measurement is used as the analysis data 2 and the analysis data obtained based on the analysis data is used. You can also inspect and disconnect. For example, if a large number of people are to be inspected at the same time, the inspection part should be the analysis data. At this time, an analysis data will be created at the time of measurement.
- This method can create an analysis without teacher data. It can be applied to both
- 002 data can be created by analysis. For example, when predicting urinary illness, or liver damage as a test related to life, the data sequence containing the long spectrum obtained by the spectrum analysis is decomposed into suadins by a singular solution, and the Or, extract the principal component that summarizes (severe) (component analysis). This makes it possible to use the collinear (higher explanation) component for analysis. Then, apply the explanatory variable as the parameter and the objective variable as the parameter. This makes it possible to create an analysis data that estimates the degree of the measurement length or the spectrum of a specific length.
- PC P ncpa Componen Reg esson has been established as (Pa a eas qa es) (Sakiyuki, Akira Uda, Toshio Akai, Metox for Persons, Kodansha, 2002).
- Other examples include CS (Cassca eas qa es) and the quadrature method.
- CS Cassca eas qa es
- Quantitative analysis composition was used, but for qualitative analysis composition, class component analysis was performed.
- PC P ncpa Componen Ana ss) SC (so ndependen mode ngO Cass anaog) (k ea es eghbo s) etc.
- SC method a principal component analysis is performed for each of a plurality of groups), and a class component component data is created. Then, the unknown charge is compared with the component de of each class and assigned to the class of the main component de with the best match.
- spect vectors into classes based on classes such as SC method and knowledge.
- the clear program (sot) is used to create and update the analysis data, or to use the created analysis data to perform the inspection and disconnection on the life from the sample data of the sump. It is a thing.
- the Ming program should be provided as a computer-readable recording medium that records this. You can As the recording medium, magnetic storage such as a disk, a disk, a magnetic tape COCCWO
- optical bodies such as W
- electric storage bodies such as O
- magnetic bodies such as O, but are not limited to these.
- the wavelengths required for inspection and disconnection by the device are determined.
- the composition can be further refined by irradiating the sample with a plurality of walls determined by the above method.
- 817 921 95g 987 1004 008 008 1018 028 040 was determined to be an effective wavelength for inspection in the examination and determination of urinary diseases, so it was selected from Great Wall in the range of 5 of these lengths.
- 835 908 912 917 963 993 1002 008 1034 and 1040 060 were determined to be effective wavelengths for urine disease inspection and determination, so they were selected from the Great Walls in the range of 5 of these lengths.
- 2 Diabetes mellitus by analysis using long (up to 2-5 or 5-) spectrum data.
- 914 915 915 919 967 994 008 012 1214 14 018 024 1030 034 was determined to be an effective wavelength for the test for the determination of urinary disease outside (, inflammatory disease, gA, and other kidneys).
- urinary disease outside , inflammatory disease, gA, and other kidneys.
- 667 679 917 955 975 1005 083 1085 was determined to be an effective wavelength for inspection in the inspections and routines related to everyday use, it was selected from Great Walls in the range of 5 of these lengths. ⁇ 5 pieces or 5 ⁇ ) It is preferable to perform routine inspections by analysis using long spectral data. These In the analysis, the analysis data is based on the selected number of long-spectra data, or by adding the spectral data of other wavelengths. 003 shows a summary of the analysis steps described above and the steps of life by de. In the destep, for example, it is used for a patient sample in a normal life, and external spectroscopy is performed, and then the spectrum data obtained is processed.
- the analysis data is created by referring to the existing disconnection results. It is possible to evaluate the analysis data by using the analysis data created in this way to inspect / disconnect the sample, or to analyze the life inclusive of the data () used to generate the analysis data. it can. If the evaluation data can be obtained from the previously created analysis data, update the data and rebuild the data.
- An analysis data can be created by this method, and it is possible to inspect / judg about life by analyzing the spectrum of the food by the same method and analyzing the obtained data by data.
- the device can be configured by including (), (), () and (data and v) 4 elements. Below, I will explain in simple terms.
- the source has the ability to measure light from a light source such as a genlamp or the like (around 4 to 25 or its range) as a measurement target.
- a light source such as a genlamp or the like
- An example is a type, in which light is projected to () via a flexible light beam.
- a near-infrared spectroscope can be manufactured at low cost, which is a cost.
- the wavelength required for inspection / cutting by the data is determined.
- the composition can be further improved by irradiating the sample with a plurality of walls determined by the above method.
- the measurement system has an external spectrometer.
- External spectrographs generally illuminate the measurement with light and detect the emitted or transmitted light from these objects. Furthermore, the degree of incident light is determined for each detected light.
- the formula 003 includes front spectroscopy and back light.
- the spectrum is split before it is projected onto the measurement. , Detects light from the measured object and disperses it. It is also possible to use the equations for the position, front spectroscopy, and backshift.
- reflected light emission There are three emission methods: reflected light emission, transmitted light emission, and emitted light emission.
- the incident light and the incident light and transmitted light from the measured object are detected. Although the incident light and the human incident light enter, they are reflected by the object, and the light emitted to the outside of the object is detected again. It is also possible to use the following formulas: deviation of reflected light, transmission of transmitted light, and emission of reflected light.
- the optical device can be configured by a semiconductor device such as a CC (Cage Coordinated Device), but it is not limited to this, and another receiver may be used. .
- the optical device can also be configured with multiple stages.
- the memory for storing data such as data, spectrum data, program, analysis data, etc., and arithmetic processing based on these data and programs can be configured by the arithmetic processing unit. It can be realized with a C chip or the like. Therefore, it is easy to make the device into a belt shape. The data described above is also written in the C chip or the like.
- the analysis result in the data Physically, it displays the severity of life-related symptoms analyzed by the analysis data. For example, based on the class of qualitative data, urinary diseases, urine diseases, urine diseases, urine diseases, and normal persons are displayed. If the device is a strip type, it is preferable to use a rat spy for the results.
- the inspection / judgment about life is not limited to just a specific judgment as described above, but also includes a judgment about life such as the quantitative value of a medical condition or seriousness, the determination of the onset risk, etc. is there.
- a judgment about life such as the quantitative value of a medical condition or seriousness, the determination of the onset risk, etc. is there.
- I will explain the fact that it is possible to control life by using near-infrared spectroscopy, but it is not limited by the following.
- the spectrum of materials was measured by the following method. For normal people (No ma dono Se m) and urine disease, urinary disease, non-urinary disease, and hepatic people, Ps-diluted products were used as foods.
- the obtained spectra were analyzed by the S C method, and the urinary disease model was constructed.
- the known urinary diseases and the Ministry of Health and Welfare standards were followed.
- class 4 was defined as urinary disease and class was defined as normal.
- o ncuded ampes is the number of samples (spect number) used in the analysis, and number 3 of samples uses 3 data obtained by using 3 consecutive samples. It means that you have done it.
- Pep ocessng indicates the reason, and Mean cene indicates that the point of the putt is moved to the heart of the dataset. There are Goba and Loca for cope, but I chose oca. Ma xm. . Is the maximum to be parsed "..” (indicates the number of components and has been selected up to 3. paa ... is the best for creating the de of the analysis ....
- o 3 is the best
- Cass4 is the best ac o
- Pobab heshod is the threshold for judging that a class belongs
- Ca b on ans is a mathematical adjustment that relaxes T a ns indicates the conversion, and None indicates that the conversion is not performed.
- CS CS4 means Class 4 Class 4 respectively.
- CS 3 means that ac o (component) is used in the class, and the number after 3 indicates the ac o number used.
- Ac a means that the actual class is, and so on.
- P ed means that the class predicted using the analytical data obtained by the S C analysis of the present is is, and so on.
- Noma ch is a numerical value when it was not judged by both urine patient and healthy person. As shown in these results, it was found that the analysis data obtained by the S C analysis enables good discrimination of urine disease patients.
- a aC means that the actual class is, and so on.
- P C means that the class predicted using the analytical data obtained by S C analysis is, and so on.
- Noma ch is a numerical value when it is judged neither urine disease nor healthy person.
- Exc dedSampes is the result of predicting unknowns. As shown in 4, it was shown that urinary illness can be well controlled.
- the analysis data thus assembled is stored as a file, and this file is called for the unknown charge, and the analysis data is used to predict which class the unknown charge will be classified into. This makes it possible to diagnose urinary diseases easily and quickly.
- O nc ded ampes is the number of samples (spect number) used for the analysis, and the number of samples 3 3 is the data of 3 samples obtained by 3 consecutive samples.
- Pep ocessng indicates the reason, and Mean cene indicates that the point of the putt is moved to the heart of the dataset.
- Pobab heshod is Ca ba on ans indicates a mathematical adjustment that relaxes, and T ans O m indicates a transformation, and None indicates a transformation is not performed. Show.
- [0065] 4 is C analyzed by the SC analysis of the present embodiment. . m nsP. Indicates.
- 6 is the result of the class (ne cassDances)
- 7 is the result of the classification (MscassnnCa on). 6 1 11 0 C 0
- CS CS5 means Class Ni Class 5, respectively. Also, CS 3 means that ac o (component) is used in the class.
- A means that the actual class is, and so on.
- r means that the class predicted using the analysis data obtained by this S C analysis is, and so on.
- No ma ch is a numerical value when it is judged as neither a urine patient nor a healthy person. As shown in these results, it was found that the analysis data obtained by the sW A analysis could be used to discriminate between them.
- Ac aC means that the actual class is and so on.
- P edC means that the class predicted using the analytical data obtained by SC analysis is, and so on.
- Noma ch is a numerical value when it is judged neither urine disease nor healthy person.
- Exc dedSampes is the result of predicting an unknown sump. As shown in Fig. 8, it was shown that good disconnection was possible.
- 00705 indicates () in (), which was subjected to the above SC analysis. It is shown that the higher the value of (Dsc mng ngPowe) is, the longer the distance between the two classes is. That is, it is considered that the length of a particular peak is an effective wavelength between the healthy person and the urine patient.
- the analysis data assembled by 007 is stored as a file, and this file is called for the unknown charge, and the class into which the unknown charge is classified is predicted by the analysis data. This makes it possible to diagnose urinary diseases easily and quickly.
- the obtained spectra were used for the S C method, and the data for those who did not have urinary disease were constructed.
- class 6 was defined as a person without urinary disease and class as a normal person.
- sample number 36 means that 3 data obtained by 3 consecutive 3 samples were used.
- Pep ocessng shows the reason, and Mean cene shows that the point of the putt is moved to the heart of the dataset.
- Ma Ym m. . Is the maximum to be analyzed "" indicates the number of (components), and is selected up to 3.
- p ... is the best for creating the analysis data. .
- Pobab heshod indicates a threshold for judging that a person belongs to a certain class.
- Ca ba o ans indicates a mathematical adjustment that alleviates.
- T s indicates the conversion, and None indicates that the conversion is not performed.
- [0076] 6 is C analyzed by the S C analysis of the present embodiment. . m nsP. Indicates.
- the results of the class are shown in the following, and the results of the classification (Mscass Ca on) are shown in the following.
- CS CS6 means Class Ni Class 6, respectively. Also, CS (3) 5 means that ac o (ingredient) is used in class 5.
- Ac a means that the actual class is, and so on.
- P ed means that the class predicted using the analysis data obtained by the S C analysis of this implementation is, and so on.
- Noma ch is a numerical representation of the cases in which both non-urinary illness and healthy subjects were judged. As shown in these results, it was found that the analysis data obtained by the S C analysis could be used to discriminate between them.
- Ac aC means that the actual class is, and so on.
- P edC means that the class predicted using the analytical data obtained by S C analysis is, and so on.
- Noma ch is urinary
- the analysis data assembled as a result is stored as a file, and this file is called for unknown charges, and the analysis data predicts which class the unknown charges will be classified into. This makes it possible to easily and quickly disconnect people outside the urinary illness.
- the obtained spectra were analyzed by the S C method and the usual data were generated.
- the known G Gram Oxtransase
- GP Guardin Transmutase
- GP Gutan Transpease
- sample number 288 means that 3 data obtained by 3 consecutive 96 samples were used.
- Pep ocessng shows the reason, and Mean cene shows that the point of the putt is moved to the heart of the dataset.
- Ma xmum. . Indicates the maximum number of "! (components) to be analyzed and selected up to 3.
- p a F ". . Is the best way to create a parsed data.
- Ca ba on ans indicates a mathematical adjustment that relaxes
- T ans O m indicates a transformation
- mooh indicates smoothing.
- 008888 is C analyzed by the SC analysis of the present implementation. . mn. Indicates. In addition, 4 is the result of the class (ne cassDances) and 5 is the result of the classification (Mscass nCa on). In CS094, CS and CS2 mean Class 2 and Class 2, respectively. In addition, CS 35 means that ac o (ingredient) is used in the class.
- Ac a means that the actual class is, and so on.
- P e means that the class predicted using the analysis data obtained by the SCA analysis of this implementation is, and so on.
- Noma ch is a numerical value of the case where neither normal nor healthy person is judged. As shown in these results, it was found that normal subjects can be well distinguished by the analysis data obtained by S C analysis.
- the analysis data assembled as a result is stored as a file, and this file is called for the unknown charge, and the analysis data predicts which class the unknown charge will be classified into. This makes it possible to perform simple and fast routine operations.
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Abstract
本発明は、波長400nm~2500nmの範囲またはその一部範囲の波長光を被検者その他動物由来の検体試料に照射し、その反射光、透過光または透過反射光を検出して吸光度スペクトルデータを得た後、その中の測定全波長あるいは特定波長の吸光度を、予め作成した解析モデルを用いて解析することによって生活習慣病に関する検査・診断を行う方法および装置である。
Description
明 細 書
近赤外分光を用いた生活習慣病に関する検査 ·診断法および装置 技術分野
[0001] 本発明は、近赤外分光法により生活習慣病に関する検査 ·診断を行う方法、及び 同方法に使用する装置に関するものである。
背景技術
[0002] 現在、健康診断を行う場合には病院に行って血液検査などがされた後、即座に結 果は返ってこない。検査の技術は発展に伴い、迅速性に対する要求が高まりつつあ る。
[0003] 健康診断の目的として、ケースファインデイング (疾病の早期発見〉を基礎とした個 人の健康の保持'増進がある。疾病の早期発見と適切な管理、健康状態に応じた就 業上の措置、健康づくりなどを内容とし、個人の健康を守るという第一義的な目的で ある。また他にも、集団としての健康度の把握がある。健康診断の結果を集団的に評 価し、健康への影響因子を分析し、その集団別に応じた健康管理対策または労働衛 生的な対策を講ずる。
[0004] 糖尿病、脳卒中、心臓病、高血圧、肥満、高脂血症、および糖尿病性腎症などを 総称して生活習慣病と!/ 、、これらの症状のうち何れか一つの症状が認められると、 生活習慣病と判断される。これらのうち一つでも症状が出た場合は引き続いて他の 症状が出る場合が多 、ので、早期発見と治療が重要である。
[0005] ところで最近では、種々の分野で近赤外線を用いた成分分析が行われて 、る。例 えば、可視光及び Z又は近赤外線を試料に照射して、特定成分に吸収される波長 帯を検出することで、前記特定成分を定量分析することが行われている。
[0006] これは、例えば石英セル中に試料を注入し、これに近赤外分光器 (例えば、 -レコ 社製近赤外分光器 NIRSystem6500)を用いて、 400nm〜2500nmの波長範囲の可 視光及び Z又は近赤外線を照射して、その透過光、反射光、又は透過反射光を分 析することで行う。
[0007] 一般に、近赤外線は、物質の吸光係数が非常に小さく散乱を受け難ぐエネルギ
一の低い電磁波であるので、試料にダメージを与えることなく化学的'物理的情報を 得ることができる。
[0008] そのために、試料からの透過光等を検出して、試料の吸光度データを求めて、得ら れた吸光度データを多変量解析することで、直ちに試料の情報を得ることができ、例 えば生体分子の構造や機能の変化の過程を直接的にまたリアルタイムに捉えること ができる。
[0009] このような近赤外線分光法に関する従来技術として、下記の特許文献 1 · 2記載のも のが挙げられる。特許文献 1には、可視—近赤外線を用いて被検体力 情報を得る 方法、具体的には、未知の被検体が属する群を判別する方法、未知の被検体を同 定する方法、及び被検体における経時変化をリアルタイムでモニターする方法が開 示されている。
[0010] 特許文献 2には、可視光及び Z又は近赤外線領域における水分子の吸収バンドを 用いて、得られた吸光度データを多変量解析することで、牛乳または乳房中の体細 胞を測定して牛の乳房炎の診断を行う方法が開示されている。その他の従来技術と して、非特許文献 1には、生活習慣病の臨床症状およびアジア太平洋地域における 生活習慣病患者の現状にっ 、て開示されて 、る。
[0011] 非特千文献 1 : Cockram C¾. The epidemiology of diabetes mellitus in the Asia- Paciri c region. Hong Kong Med J. 2000, 6:43 - 52.
特許文献 1:特開 2002— 5827号公報 (第 1— 9頁、第 1図)
特許文献 2:国際公開 WO01Z75420号公報 (第 1— 5頁、第 1図)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0012] 前述のように、生活習慣病に関する検査 ·診断において、簡易、迅速かつ高精度な 検査 ·診断法が求められている。特に、大量の検体を一斉に検査する必要がある場 合などには、このような簡易迅速な検査法開発の要請が高い。
[0013] そこで、本発明は、近赤外線分光法を使用して、簡易、迅速かつ高精度に生活習 慣病に関する検査'診断を行うための新規な方法および装置を提供することをその 課題とする。
課題を解決するための手段
[0014] 本発明者は、上記の課題に鑑み鋭意研究を進めた結果、近赤外線分光法によつ て生活習慣病に関する検査 '診断が可能であること、特に、可視光一近赤外線 (VIS NIR)スペクトルの測定方法、および、得られたスペクトルデータの解析方法をェ 夫して解析モデルを作成することにより、当該解析モデルを用いた良好な検査 '診断 が可能であること、等を見出し、本発明を完成させるに至った。
[0015] 即ち、本発明に係る方法ならびに装置は、波長 400ηπ!〜 2500nmの範囲または その一部範囲の波長光を被検者その他動物由来の検体試料に照射し、その反射光 、透過光または透過反射光を検出して吸光度スペクトルデータを得た後、その中の 測定全波長あるいは特定波長の吸光度を、予め作成した解析モデルを用いて解析 することによって定量的または定性的に生活習慣病に関する検査'判定 (診断)を行 うことを特徴としている。
例えば、 PLS法などの回帰分析により作成した定量モデル、あるいは SIMCA法な どのクラス判別解析により作成した定性モデルを用いて、生活習慣病に関する検査' 判定を行う。ここで、生活習慣病に関する検査'判定とは、糖尿病、腎症等の腎機能 障害、肝機能障害、高血圧、高脂血症、肥満、心臓病および脳卒中のうち 1又は 2以 上の検査項目について、その罹患の有無もしくは程度、または発症の危険の有無も しくは高低に関する少なくとも 1つの検査 ·判定を行うことを意味する。
特に生活習慣病に関する複数の項目を検査 '判定する場合には、検体試料は、血 液 (血漿 ·血清を含む)、尿、その他の体液、組織、組織抽出液、または、耳、手足の 指先など生体の一部であることが好ましい。例えば、採取した血液または指先等の生 体の一部を検体として近赤外線分光法によりそのスペクトルデータを取得'解析する ことによって、複数の項目について簡易迅速に検査可能である。さらに、得られたス ベクトルデータをもとに生活習慣病以外の項目について同時に検査することとしても よい。
後述のように、糖尿病に関する検査 '判定において、 817nm、 921-959nm、 987-10 04nm、 1008-1018nm、 1028nm、および 1040nm内の各波長の ± 5nmの範囲の複 数の波長域力も選ばれる、 2以上の波長の吸光度スペクトルデータを用いた解析に
よって検査'判定を行うことは好ましぐ糖尿病性腎機能障害に関する検査'判定に おいて、 835nm、 908- 912nm、 917- 963nm、 993- 1002nm、 1008- 1034nm、 1040nm
、および 1060nm内の各波長の ± 5nmの範囲の複数の波長域から選ばれる、 2以上 の波長の吸光度スペクトルデータを用いた解析によって検査 ·判定を行うことは好ま しぐまた、糖尿病性腎機能障害以外の腎症 (腎硬化症、糸球体腎炎、 IgA腎症、お よびその他の腎症)に関する検査.判定において、 914-915nm、 919-967nm、 994η m、 1008nm、 1012- 1014nm、 1018nm、 1024nm、 1030nm、および 1034nm内の各 波長の士 5nmの範囲の複数の波長域力 選ばれる、 2以上の波長の吸光度スぺタト ルデータを用いた解析によって検査.判定を行うことは好ましい。さらに、肝機能異常 に関する検査 '判定において、 667-679nm、 917-955nm、 975-1005nm、および 1083 - 1085nm内の各波長の士 5nmの範囲の複数の波長域から選ばれる、 2以上の波長 の吸光度スペクトルデータを用いた解析によって検査'判定を行うことは好ましい。尚 、これらの検査 ·判定において、上記範囲以外の他の波長の吸光度スペクトルデータ を併用して解析を行ってもよ!ヽ。
本発明に係る解析モデルは、上記本発明の方法または装置において使用されるも のである。また、本発明に係る生活習慣病の検査 '診断用プログラムは、この解析モ デルの作成、更新、または作成した解析モデルを用いた検査'診断をコンピュータに 実行させるものである。
発明の効果
本発明によれば、客観的、簡易迅速かつ高精度に生活習慣病に関する検査 '診断 が可能である。簡易迅速であるため、大量の検体を一斉に検査する必要がある場合 などに特に有用である。
本発明によれば、たとえば血漿 ·血清など血液由来の試料を使用して、生活習慣病 の診断が可能である。そのほか、試料には、尿その他の体液、耳や手足の指先など 生体の一部を検体として、生体を傷つけることなく非侵襲的に検査することも可能で ある。
このように本発明によれば、血液、血清、血漿などといった疾病の部位 (局所)とは 直接関連のない検体を解析することにより、疾病の存在が明らかでない状態の中で、
生活習慣病に関する諸疾患の検査 '診断が可能である。また現在、人間ドックなどで の生活習慣病を中心とした諸疾患の検査においては、糖尿病は血糖値、肝疾患は
GOTや GPT、癌は腫瘍マーカー、自己免疫疾患は自己抗体といった具合に、既知 の物質に関する血液検査が行われている。これに対して、本発明は、近赤外線分光 法により検体のスペクトルデータを取得し解析することによって複数の項目について 簡易迅速に検査可能であり、また、現状はまだ見つ力つていない疾病に密接に関連 する物質の有無や変化についても検討が可能となり、生活習慣病に関する諸疾患、 さらに他の疾患のスクリーニング検査として極めて有用である。
図面の簡単な説明
[図 1]本発明における解析モデルの作成方法、および作成した解析モデルによる生 活習慣病の検査 '診断にっ 、て説明する図である。
[図 2]本発明の実施例に係る糖尿病検査にぉ 、て、 10倍希釈した各検体試料の SI MCA解析により得られた Coomans Plotを示すグラフである。
[図 3]本発明の実施例に係る糖尿病検査にぉ ヽて、 SIMCA解析を行った結果得ら れた、各波長 (横軸)における識別力(縦軸)を示すグラフである。
[図 4]本発明の実施例に係る糖尿病性腎症の検査において、 10倍希釈した各検体 試料の SIMCA解析により得られた Coomans Plotを示すグラフである。
[図 5]本発明の実施例に係る糖尿病性腎症の検査において、 SIMCA解析を行った 結果得られた、各波長 (横軸)における識別力(縦軸)を示すグラフである。
[図 6]本発明の実施例に係る糖尿病性腎機能障害以外の腎症患者の検査において
、 10倍希釈した各検体試料の SIMCA解析により得られた Coomans Plotを示すグラ フである。
[図 7]本発明の実施例に係る糖尿病性腎機能障害以外の腎症患者の検査において 、 SIMCA解析を行った結果得られた、各波長 (横軸)における識別力(縦軸)を示す グラフである。
[図 8]本発明の実施例に係る肝機能異常者の検査において、 10倍希釈した各検体 試料の SIMCA解析により得られた Coomans Plotを示すグラフである。
[図 9]本発明の実施例に係る肝機能異常者の検査において、 SIMCA解析を行った
結果得られた、各波長 (横軸)における識別力(縦軸)を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下では、本発明の実施の一形態として、生活習慣病に関する検査 ·診断を行う装 置 (以下、「本装置」という。)について、図面を参照しながら説明する。
[0019] 〔1〕本装置による VIS— NIRスペクトル測定とデータの解析方法
[1. 1] VIS— NIR ^ベクトル測定の概略
本装置による検査 ·診断は、本発明の方法を採用し、即ち、(a)波長 400ηπ!〜 250 Onmの範囲またはその一部範囲の波長光を被検者その他動物由来の検体試料に 照射し、(b)その反射光、透過光または透過反射光を検出して吸光度スペクトルデー タを得た後、(c)その中の測定全波長あるいは特定波長の吸光度を、予め作成した 解析モデルを用 Vヽて解析することによって生活習慣病に関する検査 ·判定を行う。
[0020] 本装置の第 1の特徴点は、客観的、簡易迅速かつ高精度に生活習慣病に関する 診断を行う点にある。検体試料に照射する波長の範囲は、 400ηπ!〜 2500nmの範 囲またはその一部の範囲(例えば 600〜: L lOOnm)である。この波長の範囲は、解析 モデルを作成した後、この解析モデルによる検査 ·判定に必要な波長光を含む、 1又 は複数の波長域として設定することができる。
[0021] 光源としては、ハロゲンランプ 'LED等を使用できるが、特に限定されるものではな い。光源力も発せられた光は、直接またはファイバープローブ等の投光手段を介して 検体試料に照射される。後述のように、試料に照射する前に分光器によって分光す る前分光方式を採用してもょ ヽし、照射後に分光する後分光方式を採用してもよ!、。 前分光方式の場合は、光源力 の光をプリズムで一度に同時に分光する方法と、回 折格子のスリット間隔を変化させることにより連続的に波長を変化させる方法とがある 。後者の方法の場合には、光源力もの光を所定の波長幅で分解することによって、連 続的に波長を変化させた連続波長光が試料に照射される。後述の実施例では、 600 〜: L lOOnmの範囲の波長光を波長分解能 2nmで分解し、波長を 2nmずつ連続的 に変化させた光を試料に照射して 、る。
[0022] 試料に照射された光の反射光、透過光または透過反射光が検出器により検出され 、生の吸光度スペクトルデータが得られる。生の吸光度スペクトルデータをそのまま使
用して解析モデルによる検査 ·判定を行ってもよいが、得られたスペクトル中のピーク を分光学的手法あるいは多変量解析手法により要素ピークに分解するなどのデータ 変換処理を行 ヽ、変換後の吸光度スペクトルデータを使用して解析モデルによる検 查'判定を行うことが好ましい。分光学的手法としては、例えば、 2次微分処理やフー リエ変換があり、多変量解析手法としてはウェブレット変換、ニューラルネットワーク法 等が例示される力 特に限定されるものではない。
[0023] [1. 2]データの解析方法 (解析モデルの作成)
本装置は、上述のようにして得られた吸光度スペクトルデータの中の特定波長(ま たは測定全波長)の吸光度を解析モデルで解析することによって、生活習慣病の検 查'診断を行う。つまり、最終的な検査 ·診断を行うには、解析モデルが予め作成され ていることを要する。もっとも、この解析モデルはスペクトル測定時にあわせて作成す ることとしてちよい。
[0024] すなわち、解析モデルは測定前に予め作成しておくことが望ましいが、測定時に取 得するスペクトルデータを解析モデル作成用と検査 '診断用とに 2分割し、解析モデ ル作成用データをもとに得られた解析モデルを使用して検査 '診断を行ってもょ 、。 例えば、大量の検体を一斉に検査する場合、検体試料の一部を解析モデル作成用 とする。この場合は、測定時に解析モデルを作成することになる。この手法では教師 データが無くても解析モデルを作成できる。定量および定性モデルの両方に対応可 能である。
[0025] 解析モデルは多変量解析によって作成可能である。例えば、生活習慣病に関する 検査として、糖尿病、腎症、肝機能障害を予測する場合、スぺ外ル測定により取得 した全波長の吸収スペクトルを格納するデータ行列を特異値分解によりスコアとロー デイングとに分解し、試料中の罹患の有無や程度 (症状の進行度または重症度)の 差異を要約する主成分を抽出する (主成分分析)。これにより、共線性(=説明変量 間の相関が高いこと)の少ない独立な成分を重回帰分析に使用できるようになる。そ して説明変量をスコア、目的変量を罹患の有無や程度とする重回帰分析を適用する 。これにより、測定全波長あるいは特定波長の吸収スペクトルから罹患の有無や程度 を推定する解析モデルを作成できる。これら一連の作業 (多変量解析)は主成分回
'J帚法 (PCR: Principal Component Regression)め i、iま PLS (Partial Least Squares) 回帰法として確立されている (参考文献:尾崎幸洋、宇田明史、赤井俊男「化学者の ための多変量解析ーケモメトリックス入門」、講談社、 2002年)。回帰分析法としてはこ のほかに CLS (Classical Least Squares)法、クロスバリデーシヨン法などが挙げられる
[0026] 上記方法は定量的解析モデル作成の場合であつたが、定性的解析モデルの作成 には、クラス判別用の主成分分析法(PCA: Principal Component Analysis)、 SIMC A法、soft independent modeling of class analogy)、 KNN法 (k nearest neighbors)等 の多変量解析を適用することができる。 SIMCA法は、複数のグループ (クラス)につ いてそれぞれ主成分分析を行い、各クラスの主成分モデルを作成する。そして、未知 試料が各クラスの主成分モデルに対して比べられ、その未知試料が一番適合する主 成分モデルのクラスに割り当てられる。また、 SIMCA法などのクラス判別解析は、パ ターン認識により吸収スペクトルや回帰ベクトルを各クラスに分類する方法ということ ができる。
[0027] 上記 SIMCA法や PLS法などの多変量解析を使用した解析モデルの作成は、自 作ソフトや市販の多変量解析ソフトを用いて行うことができる。また、生活習慣病の検 查'診断用プログラムとして使用目的に特ィ匕したソフトの作成により、迅速な解析が可 會 になる。
[0028] このような多変量解析ソフトを用いて組み立てられた解析モデルをファイルとして保 存しておき、未知試料の検査 ·診断時にこのファイルを呼び出し、未知試料に対して 解析モデルを用いた定量的または定性的な検査'診断を行う。これにより、簡易迅速 な生活習慣病の検査 ·診断が可能になる。なお解析モデルは、定量モデル、定性モ デルなど複数の解析モデルをファイルとして保存しておき、各モデルは適宜更新され ることが好ましい。
[0029] このように、本発明の検査 '診断用プログラム (解析ソフト)は、解析モデルの作成、 更新、あるいは、作成した解析モデルを用いてサンプルのスペクトルデータから生活 習慣病に関する検査 '診断をコンピュータに実行させるものである。本発明のプログ ラムは、これを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体として提供すること
ができる。このような記録媒体としては、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テ ープ等の磁気記憶媒体、 CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD -RAM, DVD— RW等の光学記憶媒体、 RAMや ROM等の電気記憶媒体、およ び MO等の磁気 Z光学記憶媒体を例示することができるが、これらに限定されるもの ではない。
解析モデルが作成されれば、当該解析モデルによる検査 ·診断に必要な波長光が 決定される。本装置は、こうして決定された 1又は複数の波長域を試料に照射する構 成とすることで装置構成をより単純ィ匕することができる。
尚、解析の結果、糖尿病に関する検査 '判定において、 817nm、 921-959nm、 987- 1004nm、 1008-1018nm、 1028nm、 1040nmが検査に有効な波長と判断されたので 、これら各波長の ± 5nmの範囲の複数の波長域力 選ばれる、 2以上 (好ましくは 2 〜15個もしくは 5〜: L0個程度)の波長の吸光度スペクトルデータを用いた解析によつ て糖尿病に関する検査を行うことは好ましい。また、糖尿病性腎機能障害に関する検 查 '判定において、 835nm、 908-912nm、 917-963nm、 993-1002nm、 1008-1034n m、 1040nm、 1060nmが検査に有効な波長と判断されたので、これら各波長の ± 5n mの範囲の複数の波長域力も選ばれる、 2以上 (好ましくは 2〜15個もしくは 5〜10 個程度)の波長の吸光度スペクトルデータを用いた解析によって糖尿病性腎機能障 害に関する検査を行うことは好ましい。さらに、糖尿病性腎機能障害以外の腎症 (腎 硬化症、糸球体腎炎、 IgA腎症、およびその他の腎症)に関する検査 ·判定において 、 914- 915nm、 919- 967nm、 994nm、 1008nm、 1012- 1014nm、 1018nm、 1024nm、 1030nm、 1034nmが検査に有効な波長と判断されたので、これら各波長の ± 5nmの 範囲の複数の波長域力も選ばれる、 2以上 (好ましくは 2〜15個もしくは 5〜: LO個程 度)の波長の吸光度スペクトルデータを用いた解析によって糖尿病性腎機能障害以 外の腎症に関する検査を行うことは好ましい。また、肝機能異常に関する検査'判定 において、 667-679nm、 917-955nm、 975-1005nm、 1083-1085nmが検査に有効な 波長と判断されたので、これら各波長の士 5nmの範囲の複数の波長域力 選ばれる 、 2以上 (好ましくは 2〜 15個もしくは 5〜: LO個程度)の波長の吸光度スペクトルデー タを用 Vヽた解析によって肝機能異常に関する検査を行うことは好ま ヽ。これらの検
查において、解析モデルは、選ばれた複数の波長の吸光度スペクトルデータをもと にして、あるいは更に他の波長の吸光度スペクトルデータをも追加して解析を行う。
[0031] 以上説明した解析モデル作成ステップ、および解析モデルによる生活習慣病の検 查'診断ステップをまとめたものが図 1に示される。解析モデル作成ステップでは、た とえば健常者血清と生活習慣病患者血清をサンプルに使用して近赤外分光測定、 続いて得られたスペクトルデータの前処理を行う。そして、既存の生活習慣病検査' 診断結果を参照しながら多変量解析を行い、解析モデルを作成する。こうして作成し た解析モデルを用いて未知サンプルの生活習慣病に関する検査 ·診断を行い、ある いは解析モデルの作成に使用したデータ (波長情報)を含めて生活習慣病の検査' 診断を行うことで、解析モデルを評価することができる。以前作成した解析モデルより も評価の高!ヽ解析モデルが得られれば、更新するなどして適宜モデルを再構築すれ ばよい。
後述の実施例では、 10倍程度に希釈した血清を検体試料に使用し、 1つの試料に つき 3回連続照射にて各々得られた 3つの吸光度データを使用して解析モデルを作 成した。このような方法で解析モデルを作成することができ、また、同様の方法で未知 試料のスペクトル測定を行 ヽ、得られた吸光度データを当該解析モデルにより解析 することで生活習慣病に関する検査'診断が可能である。
[0032] 〔2〕本装置の具体的構成
本装置の検査 ·診断システムの構成としては、 (0プローブ (投光部)、 GO分光'検出 部、(iii)データ解析部および (iv)結果表示部の 4つの要素を備えて構成することがで きる。以下では、各要素について説明する。
[0033] [2. 1]プローブ (投光手段)
プローブは、ハロゲンランプ 'LED等の光源からの光(波長 400nm〜2500nmの 全範囲またはその一部範囲)を測定対象である試料に導く機能を有する。例えばファ ィバープローブとし、柔軟な光ファイバ一を介して測定対象 (試料)に投光する構成 が挙げられる。一般に近赤外線分光器のプローブは安価に作製することができ、低 コストである。
[0034] なお、光源から発せられた光を直接測定対象である試料に投光する構成としてもよ
いが、その場合プローブは不要であり、光源が投光手段として機能する。
[0035] 前述のように、解析モデルが作成されれば、当該解析モデルによる検査 ·診断に必 要な波長光が決定される。本装置は、こうして決定された 1又は複数の波長域を試料 に照射する構成とすることで装置構成をより単純ィ匕することができる。
[0036] [2. 2]分光'検出部 (分光手段および検出手段)
本装置は、測定システムとして近赤外線分光器の構成を有する。近赤外線分光器 は一般に、光を測定対象物に照射し、この対象物からの反射光や透過光あるいは透 過反射光を検出部で検出する。さらに、検出された光について波長別に入射光に対 する吸光度が測定される。
[0037] 分光方式には前分光と後分光とがある。前分光は、測定対象物に投光する前に分 光する。後分光は、測定対象物からの光を検出し分光する。本装置の分光'検出部 は、前分光、後分光いずれの分光方式を採用するものであってもよい。
[0038] 検出方法には 3種類あり、反射光検出、透過光検出および透過反射光検出がある 。反射光検出および透過光検出は、それぞれ、測定対象物からの反射光と透過光と を検出器によって検出する。透過反射光検出は、入射光が測定対象物内に入射し た屈折光が物体内で反射し、再び物体外に放射された光を検出する。本装置の分 光 ·検出部は、反射光検出、透過光検出および透過反射光検出のいずれの検出方 式を採用するものであってもよい。
[0039] 分光 ·検出部内の検出器は、例えば半導体素子である CCD (Charge Coupled Devi ce)などによって構成することができる力 勿論これに限定されるものではなぐ他の 受光素子を使用してもよい。分光器についても公知の手段によって構成することがで きる。
[0040] [2. 3]データ解析部 (データ解析手段)
分光 ·検出部力 波長別の吸光度、即ち吸光度スペクトルデータが得られる。デー タ解析部は、この吸光度スペクトルデータをもとに、前述のように予め作成した解析モ デルを使用して、生活習慣病診断を行う。
[0041] 解析モデルは、定量モデル、定性モデルなど複数の解析モデルを用意しておき、 定量的評価を行うか、あるいは定性的評価を行うかに応じて、異なるものを使用して
ちょい。
[0042] データ解析部は、スペクトルデータ、多変量解析用プログラム、解析モデルなどの 各種データを記憶する記憶部と、これらのデータおよびプログラムに基づき演算処理 を行う演算処理部とによって構成することができ、例えば ICチップなどによって実現 可能である。したがって、本装置を携帯型とするため小型化することも容易である。上 記の解析モデルも、 ICチップなどの記憶部に書き込まれる。
[0043] [2. 4]結果表示部(表示手段)
結果表示部は、データ解析部における解析結果を表示する。具体的には、解析モ デルによる解析の結果得られた生活習慣病に関する罹患の有無や発症の危険性な どを表示する。例えば、定性モデルの場合は、そのクラス判別結果に基づき、「糖尿 病」「糖尿病の可能性高い」「糖尿病の可能性低い」「健常者」などといった表示を行う 。なお、本装置を携帯型とする場合は、結果表示部を液晶等のフラットディスプレイと することが好ましい。
[0044] 本装置は、以上のように、生活習慣病に関する検査 ·診断に用いることができる。こ こで生活習慣病に関する検査'診断とは、前述のように単に特定の生活習慣病力どう かの検査 ·診断に限らず、病状進行度もしくは重症度の定量的評価、発症リスクの評 価判定など、生活習慣病に関する種々の検査 '診断を含む意味である。
実施例
[0045] 以下、近赤外線分光法によって生活習慣病の検査 ·診断が可能であることを示す 本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例によって何ら限定されるもので はない。
[0046] [1. 1]吸収スペクトルの測定
本実施例では、以下の測定方法により、各試料の吸収スペクトルを測定した。
健常人の血清 (Normal donor serum)および糖尿病、糖尿病性腎機能障害、糖尿 病性腎機能障害以外の腎症、肝機能異常患者の血清について、それぞれ PBS緩衝 液で 10倍希釈したものを検体試料として使用した。
[0047] 各試料 lmLをポリスチレン製キュベットに入れ、近赤外線分光装置 (製品名「FQA
-NIRGUN (Japan Fantec Research Institute, Shizuoka, Japan)」)を使用して測定
を行った。具体的には、 600〜: LlOOnmの波長光を連続して 3回試料に照射し、各 反射光を検出することによって吸収スペクトルを測定した。波長分解能は 2nmである 。試料を透過する光路長は 10mmに設定した。
[0048] [1.2.1]吸収スペクトルの解析 (糖尿病)
本実施例では、得られた吸収スペクトルにつ 、て SIMCA法による多変量解析を行 い、糖尿病の解析モデルの作成を行った。なお、既知の糖尿病診断は、厚生省診断 基準に従って行った。また、 SIMCA法によるクラス分けにおいて、クラス 4を糖尿病、 クラス 1を健常者と定義した。
[0049] 本実施例にお!、て、解析モデルの作成には市販の多変量解析用ソフト(商品名「Pi rouette ver.3.01 (Informetrics社)」)を使用し、下記表 1に示されるアルゴリズムにより SIMCA解析を行った。 SIMCA解析によるモデル作成には健常人の血清(Normal donor serum) 78検体および糖尿病患者の血清 22検体の合計 100検体を用いた。そ して、 SIMCAモデル作成後、モデルに含まれていない、健常人の血清 11検体およ び糖尿病患者の血清 12検体が正しく診断されるかどうかで、生活習慣病診断への 有用性を検討した。
[0050] [表 1]
SIMCA
# of Included Samples: 300
# of Included X vars: 253
Class Varia le: Class
Pre procEEsing: Mssi门 _GS门 tsr
Sco e: Lxical
Maximum factors: 30
Optima! fectars: 30, 9
Pro threshold: 0.9500
Calita T ransfer: Nat 曰 nsbled
"Trs门 sf rms:
None 上記アルゴリズムについて簡単に説明すると、「# of Included Samples] ί 解析に 使用したサンプル数 (スペクトル数)であり、サンプル数 300は、 100サンプルをそれ ぞれ 3回連続照射にて各々得られた 3つの吸光度データを使用したことを意味する。
[0052] 「Preprocessing」は前処理を示し、「Mean- center」はデータセットの中心にプロットの 原点を移動したことを示す。「Scope」は Globalと Localがある力 Localを選択した。「Ma ximum factors」は、最大に解析する Factor (主成分)数を示し、 30まで選択した。「Op timal Factors」は解析の結果モデルを作成するのに最適だった Factor数を示し、「30 、 9」は Classl力 Factor30までが最適、 Class4が Factor9までが最適であることを示す 。「Probability threshold」はあるクラスに属するか判断する際の閾値を示す。「Calibra tion transferは装置間の違いを緩和させる数学的な調整を行うか否かを示す。「Tra nsformjは変換を示し、「None」は変換処理を行わなかったことを示す。
[0053] 図 2は、本実施例の SIMCA解析の結果得られた Coomans Plotを示す。また、下記 の表 2にはクラス距離(Interclass Distances)の結果を、表 3には分類ミス(Misclassific ation)の結果をそれぞれ示す。
表 2において、 CS 1、 CS4は、それぞれ、クラス 1、クラス 4を意味する(以下同じ)。 また、 CS 1 @ 10は、クラス 1で Factor (主成分)を 10個使用していることを意味し、以 下同様に、 @の後の数値は使用した Factor数を示す。
[0055] 表 3において、「Actuall」は実際のクラスが「1」であることを意味し、他も同様である 。また、「Predl」は本実施例の SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて予測 されたクラスが「1」であることを意味し、他も同様である。「No match」は糖尿病患者と 健常者のどちらにも判定されな力つた場合を数値ィ匕したものである。これらの結果に 示すように、 SIMCA解析により得られた解析モデルによって、糖尿病患者かどうかを 良好に判別できることがわ力つた。
[0056] 次に、本 SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて、モデルに含めなかった
未知試料が診断できるかどうかを検討した。その結果を下記の表 4に示す。
[表 4]
[0057] 表 4において、「Actu CSl」は実際のクラスカ^ 1」であることを意味し、他も同様であ る。また、「PredCSl」は本 SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて予測され たクラスが「1」であることを意味し、他も同様である。「No match」は糖尿病と健常者の どちらにも判定されなかった場合を数値化したものである。「Excluded samples」は未 知サンプルを予測した結果である。表 4に示すように、良好に未知検体の糖尿病診 断ができることが示された。
[0058] 図 3は、上記 SIMCA解析の結果得られた、各波長 (横軸)における識別力(縦軸) を示す。識別力(Discriminating Power)の値が高い波長ほど、当該波長が 2つのクラ ス間で異なっていることを示す。すなわち、識別力の高いシャープなピークの波長が 、健常者と糖尿病患者間の血清の判別に有効な波長の 1つと考えられる。したがって 、このような SIMCA解析により得られた波長に着目して判別を行うことによって、糖 尿病かどうかを簡易迅速かつ精度良く診断することが可能である。
[0059] こうして組み立てられた解析モデルをファイルとして保存しておき、未知試料の検査 •診断時にこのファイルを呼び出し、未知試料がどのクラスに分類されるかを解析モ デルで予測する。これにより、簡易迅速な糖尿病の検査 ·診断が可能になる。
[0060] [1. 2. 2]吸収スペクトルの解析 (糖尿病性腎症)
本実施例では、得られた吸収スペクトルにつ 、て SIMCA法による多変量解析を行 い、腎症の解析モデルの作成を行った。なお、既知の腎病診断は、厚生省診断基準 に従って行った。また、 SIMCA法によるクラス分けにおいて、クラス 5を腎症、クラス 1 を健常者と定義した。
[0061] 本実施例において、解析モデルの作成には市販の多変量解析用ソフト(商品名「Pi rouette ver.3.01 (Informetrics社)」)を使用し、下記表 5に示されるアルゴリズムにより SIMCA解析を行った。 SIMCA解析によるモデル作成には健常人の血清(Normal
donor serum) 78検体および腎症患者の血清 23検体の合計 101検体を用いた。そし て、 SIMCAモデル作成後、モデルに含まれていない、健常人の血清 11検体および 腎症患者の血清 7検体が正しく診断されるかどうかで、生活習慣病診断への有用性 を検討した。
[0062] [表 5]
SIMQA
# of Included Samples: 303
# uf Included X vans: 253
Class Variable: Class
Pre pra ceding: Mean-ce ntsr
Scops: Local
Maximum faGto rs: 30
Optimal factors: 30, 1 2
Praia threshold: 0.9500
Calib T ransfer: Not enabled
Transf rms:
No ne
[0063] 上記アルゴリズムにつ 、て簡単に説明すると、「 # of Included Samples]は、解析に 使用したサンプル数 (スペクトル数)であり、サンプル数 303は、 101サンプルを 3回 連続照射にて各々得られた 3つの吸光度データを使用したことを意味する。
[0064] 「Preprocessing」は前処理を示し、「Mean- center」はデータセットの中心にプロットの 原点を移動したことを示す。「Scope」は Globalと Localがある力 Localを選択した。「Ma ximum factors」は、最大に解析する Factor (主成分)数を示し、 30まで選択した。「Op timal Factors」は解析の結果モデルを作成するのに最適だった Factor数を示し、「30 、 12」は Classl力 Factor30までが最適、 Class5が Factorl2までが最適であることを示 す。「Probability threshold」はあるクラスに属するか判断する際の閾値を示す。「Calib ration transferは装置間の違いを緩和させる数学的な調整を行うか否かを示す。「Tr ansformjは変換を示し、「None」は変換処理を行わなかったことを示す。
[0065] 図 4は、本実施例の SIMCA解析の結果得られた Coomans Plotを示す。また、下記 の表 6にはクラス距離(Interclass Distances)の結果を、表 7には分類ミス(Misclassific ation)の結果をそれぞれ示す。
[表 6]
表 6において、 CS1、 CS5は、それぞれ、クラス 1、クラス 5を意味する。また、 CS1 @ 10は、クラス 1で Factor (主成分)を 10個使用して 、ることを意味する。
[0067] 表 7において、「Actuall」は実際のクラスが「1」であることを意味し、他も同様である 。また、「Predl」は本実施例の SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて予測 されたクラスが「1」であることを意味し、他も同様である。「No match」は糖尿病性腎症 患者と健常者のどちらにも判定されな力つた場合を数値ィ匕したものである。これらの 結果に示すように、 SIMCA解析により得られた解析モデルによって、腎症力どうかを 良好に判別できることがわ力つた。
[0068] 次に、本 SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて、モデルに含めなかった 未知試料を診断できるかどうかを検討した。その結果を下記の表 8に示す。
[表 8]
[0069] 表 8において、「Actu CSl」は実際のクラスカ^ 1」であることを意味し、他も同様であ る。また、「PredCSl」は本 SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて予測され たクラスが「1」であることを意味し、他も同様である。「No match」は糖尿病性腎症と健 常者のどちらにも判定されなかった場合を数値化したものである。「Excluded samples 」は未知サンプルを予測した結果である。表 8に示すように、良好に未知検体の腎症 診断ができることが示された。
[0070] 図 5は、上記 SIMCA解析の結果得られた、各波長 (横軸)における識別力(縦軸) を示す。識別力(Discriminating Power)の値が高い波長ほど、当該波長が 2つのクラ ス間で異なっていることを示す。すなわち、識別力の高いシャープなピークの波長が 、健常者と糖尿病性腎症患者間の血清の判別に有効な波長の 1つと考えられる。し たがって、このような SIMCA解析により得られた波長に着目して判別を行うことによ つて、糖尿病性腎症力どうかを簡易迅速かつ精度良く診断することが可能である。
[0071] こうして組み立てられた解析モデルをファイルとして保存しておき、未知試料の検査 •診断時にこのファイルを呼び出し、未知試料がどのクラスに分類されるかを解析モ デルで予測する。これにより、簡易迅速な糖尿病性腎症の検査 ·診断が可能になる。
[0072] [1. 2. 3]吸収スペクトルの解析 (糖尿病性腎機能障害以外の腎症患者)
本実施例では、得られた吸収スペクトルにつ 、て SIMCA法による多変量解析を行 い、糖尿病性腎機能障害以外の腎症患者の解析モデルの作成を行った。また、 SI MCA法によるクラス分けにおいて、クラス 6を糖尿病性腎機能障害以外の腎症患者 、クラス 1を健常者と定義した。
[0073] 本実施例にお!、て、解析モデルの作成には市販の多変量解析用ソフト(商品名「Pi rouette ver.3.01 (Informetrics社)」)を使用し、下記表 9に示されるアルゴリズムにより SIMCA解析を行った。 SIMCA解析によるモデル作成には健常人の血清(Normal donor serum) 79検体および糖尿病性腎機能障害以外の腎症患者の血清 23検体の 合計 102検体を用いた。そして、 SIMCAモデル作成後、モデルに含まれていない、 健常人の血清 10検体および糖尿病性腎機能障害以外の腎症患者血清 7検体が正 しく診断される力どうかで、生活習慣病診断への有用性を検討した。
[0074] [表 9]
SIMCA
# of Included Samples: 306
of Included X vars: 253
Class Varia le: Class
PrepracBEsing: Mssn— csntsr
SCQ[3B: Local
Maximum factors: 30
□ptimel factors; 30, 0
Proh threshold: 0.9500
Qalib T ransfer: Not enabled
丁 rsnsforrns:
None 上記アルゴリズムについて簡単に説明すると、「# of Included Samples」は、解析に 使用したサンプル数 (スペクトル数)であり、サンプル数 306は、 103サンプルを 3回 連続照射にて各々得られた 3つの吸光度データを使用したことを意味する。
[0075] 「Preprocessing」は前処理を示し、「Mean- center」はデータセットの中心にプロットの 原点を移動したことを示す。「Scope」は Globalと Localがある力 Localを選択した。「Ma ximum factors」は、最大に解析する Factor (主成分)数を示し、 30まで選択した。「Op timal Factors」は解析の結果モデルを作成するのに最適だった Factor数を示し、「30 、 10」は Classl力 Factor30までが最適、 Class6が FactorlOまでが最適であることを示 す。「Probability threshold」はあるクラスに属するか判断する際の閾値を示す。「Calib ration transferは装置間の違いを緩和させる数学的な調整を行うか否かを示す。「Tr ansformjは変換を示し、「None」は変換処理を行わなかったことを示す。
[0076] 図 6は、本実施例の SIMCA解析の結果得られた Coomans Plotを示す。また、下記 の表 10にはクラス距離(Interclass Distances)の結果を、表 11には分類ミス(Misclassi fication)の結果をそれぞれ示す。
[0077] 表 10において、 CS1、 CS6は、それぞれ、クラス 1、クラス 6を意味する。また、 CS1
@ 5は、クラス 1で Factor (主成分)を 5個使用して ヽることを意味する。
[0078] 表 11において、「Actuall」は実際のクラスが「1」であることを意味し、他も同様であ る。また、「Predl」は本実施例の SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて予 測されたクラスが「1」であることを意味し、他も同様である。「No match」は糖尿病性腎 機能障害以外の腎症患者と健常者のどちらにも判定されなかった場合を数値ィ匕した ものである。これらの結果に示すように、 SIMCA解析により得られた解析モデルによ つて、腎症患者力どうかを良好に判別できることがわ力つた。
[0079] 次に、本 SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて、モデルに含めなかった 未知試料を診断できるかどうかを検討した。その結果を下記の表 12に示す。
[表 12]
[0080] 表 12において、「Actu CSl」は実際のクラスカ^ 1」であることを意味し、他も同様で ある。また、「PredCSl」は本 SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて予測さ れたクラスが「1」であることを意味し、他も同様である。「No match」は糖尿病性腎機 能障害以外の腎症患者と健常者のどちらにも判定されなかった場合を数値ィ匕したも のである。「Excluded samples」は未知サンプルを予測した結果である。表 12に示す ように、良好に未知検体の糖尿病性腎機能障害以外の腎症患者診断ができることが 示された。
[0081] 図 7は、上記 SIMCA解析の結果得られた、各波長 (横軸)における識別力(縦軸) を示す。識別力の値が高い波長ほど、当該波長が 2つのクラス間で異なっていること を示す。すなわち、識別力(Discriminating Power)の高いシャープなピークの波長が 、健常者と糖尿病性腎機能障害以外の腎症患者間の血清の判別に有効な波長の 1
つと考えられる。したがって、このような SIMCA解析により得られた波長に着目して 判別を行うことによって、糖尿病性腎機能障害以外の腎症患者力どうかを簡易迅速 かつ精度良く診断することが可能である。
[0082] こうして組み立てられた解析モデルをファイルとして保存しておき、未知試料の検査 •診断時にこのファイルを呼び出し、未知試料がどのクラスに分類されるかを解析モ デルで予測する。これにより、簡易迅速な糖尿病性腎機能障害以外の腎症患者の検 查'診断が可能になる。
[0083] [1. 2. 4]吸収スペクトルの解析 (肝機能異常)
本実施例では、得られた吸収スペクトルにつ 、て SIMCA法による多変量解析を行 い、肝機能異常の解析モデルの作成を行った。なお、既知の肝機能異常診断は、 G OT (グルタミン酸ォキサ口酢酸トランスアミナーゼ)、 GPT (グルタミン酸ピルビン酸ト ランスアミナーゼ)、 γ -GTP ( γ -グルタミルトランスぺプチダーゼ)数値の異常など 厚生省診断基準に従って行った。また、 SIMCA法によるクラス分けにおいて、クラス 2を肝機能異常者、クラス 1を健常者と定義した。
[0084] 本実施例にお!、て、解析モデルの作成には市販の多変量解析用ソフト(商品名「Pi rouette ver.3.01 (Informetrics社)」)を使用し、下記表 13に示されるアルゴリズムによ り SIMCA解析を行った。 SIMCA解析によるモデル作成には健常人の血清(Normal donor serum) 74検体および肝機能異常者の血清 22検体の合計 96検体を用いた。 そして、 SIMCAモデル作成後、モデルに含まれていない、健常人の血清 15検体お よび肝機能異常者の血清 15検体が正しく診断されるかどうかで、肝機能異常診断へ の有用性を検討した。
[0085] [表 13]
SI C
# of Inc luded Samples: 2昍
# of Inc luded K vars: 253
C lass Variable: C bss
Prepro esiing:
Scope: Local
Maximu m factors:
Opt imal factors: IB,
Prab. thresho ld: D SDD
Calib Transfer: Not enabled
Transfor ms:
Smooth(255
SNV
[0086] 上記アルゴリズムにつ 、て簡単に説明すると、「 # of Included Samples]は、解析に 使用したサンプル数 (スペクトル数)であり、サンプル数 288は、 96サンプルを 3回連 続照射にて各々得られた 3つの吸光度データを使用したことを意味する。
[0087] 「Preprocessing」は前処理を示し、「Mean- center」はデータセットの中心にプロットの 原点を移動したことを示す。「Scope」は Globalと Localがある力 Localを選択した。「Ma ximum factors」は、最大に解析する Factor (主成分)数を示し、 30まで選択した。「Op timal Factors」は解析の結果モデルを作成するのに最適だった Factor数を示し、「20 、 20」は Classl力 Factor20までが最適、 Class2が Factor20までが最適であることを示 す。「Probability threshold」はあるクラスに属するか判断する際の閾値を示す。「Calib ration transferは装置間の違いを緩和させる数学的な調整を行うか否かを示す。「Tr ansformjは変換を示し、「Smooth」は平滑化をしたことを示す。平滑化の変換は Savitz ky-Golayの多項式フィルターの原理に基づき、中心データの点と片側の n個のポイン トを含むウィンドウ内の説明変数への回旋を行っており、 n=25を選択したことを示し ている。 SNVはばらつきを補正する方法である。まず、各サンプルの変数の標準偏 差と平均が計算される。次に各変数の値から平均値が引かれ、さらに標準偏差で割 つて補正される。
[0088] 図 8は、本実施例の SIMCA解析の結果得られた Coomans Plotを示す。また、下記 の表 14にはクラス距離(Interclass Distances)の結果を、表 15には分類ミス(Misclassi fication)の結果をそれぞれ示す。
[表 14]
表 14において、 CS1、 CS2は、それぞれ、クラス 1、クラス 2を意味する。また、 CS1 @ 5は、クラス 1で Factor (主成分)を 5個使用して ヽることを意味する。
[0090] 表 15において、「Actuall」は実際のクラスが「1」であることを意味し、他も同様であ る。また、「Predl」は本実施例の SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて予 測されたクラスが「1」であることを意味し、他も同様である。「No match」は肝機能異常 者と健常者のどちらにも判定されな力つた場合を数値ィ匕したものである。これらの結 果に示すように、 SIMCA解析により得られた解析モデルによって、肝機能異常者か どうかを良好に判別できることがわ力つた。
[0091] 次に、本 SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて、モデルに含めなかった 未知試料を診断できるかどうかを検討した。その結果を下記の表 16に示す。
[表 16]
[0092] 表 16において、「Actu CSl」は実際のクラスカ^ 1」であることを意味し、他も同様で ある。また、「PredCSl」は本 SIMCA解析により得られた解析モデルを用いて予測さ れたクラスが「1」であることを意味し、他も同様である。「No match」は肝機能異常者と 健常者のどちらにも判定されなカゝつた場合を数値ィ匕したものである。「Excluded sampl es」は未知サンプルを予測した結果である。表 16に示すように、良好に未知検体の 肝機能異常者診断ができることが示された。
[0093] 図 9は、上記 SIMCA解析の結果得られた、各波長 (横軸)における識別力(縦軸) を示す。識別力(Discriminating Power)の値が高い波長ほど、当該波長が 2つのクラ ス間で異なっていることを示す。すなわち、識別力の高いシャープなピークの波長が 、健常者と肝機能異常者間の血清の判別に有効な波長の 1つと考えられる。したが つて、このような SIMCA解析により得られた波長に着目して判別を行うことによって、 肝機能異常者かどうかを簡易迅速かつ精度良く診断することが可能である。
[0094] こうして組み立てられた解析モデルをファイルとして保存しておき、未知試料の検査 •診断時にこのファイルを呼び出し、未知試料がどのクラスに分類されるかを解析モ デルで予測する。これにより、簡易迅速な肝機能異常の検査'診断が可能になる。
[0095] 解析モデルによって予測された糖尿病、糖尿病性腎症、糖尿病性腎機能障害以 外の腎症患者、肝機能異常者の結果よりそれぞれの病気について良好に判断する ことができる。上記にあげた病気以外にも高脂血症、心臓病等の患者から上記の方 法と同様な判断を行い、それらの結果を総合的に判断することにより生活習慣病の 判断を行うことができる。
産業上の利用可能性
[0096] 以上のように、本発明は、生活習慣病力どうかを客観的に、簡易迅速かつ高精度 に検査'判定することができ、生活習慣病に関する検査'診断に広く利用できるもの である。
Claims
[1] 波長 400ηπ!〜 2500nmの範囲またはその一部範囲の波長光を被検者その他動 物由来の検体試料に照射し、その反射光、透過光または透過反射光を検出して吸 光度スペクトルデータを得た後、その中の測定全波長あるいは特定波長の吸光度を 、予め作成した解析モデルを用いて解析することによって定量的または定性的に生 活習慣病に関する検査'判定を行う方法。
[2] 糖尿病、腎機能障害、肝機能障害、高血圧、高脂血症、肥満、心臓病および脳卒 中のうち 1又は 2以上の項目について病気の診断や進行度の判定を行うことを特徴と する請求項 1記載の検査'判定方法。
[3] 前記検体試料が、血液 (血漿'血清を含む)、尿、その他の体液、組織、組織抽出 液、または、耳、手足の指先など生体の一部であることを特徴とする請求項 1又は 2 記載の検査'判定方法。
[4] 糖尿病に関する検査'判定において、 817nm、 921-959nm、 987-1004nm、 1008-1
018nm、 1028nm、および 1040nm内の各波長の ± 5nmの範囲の複数の波長域から 選ばれる、 2以上の波長の吸光度スペクトルデータを用いた解析によって検査 '判定 を行うことを特徴とする請求項 1〜3のいずれか 1項に記載の検査 ·判定方法。
[5] 糖尿病性腎機能障害に関する検査 '判定において、 835nm、 908-912nm、 917-96 3nm、 993- 1002nm、 1008- 1034nm、 1040nm、および 1060nm内の各波長の ± 5nm の範囲の複数の波長域力 選ばれる、 2以上の波長の吸光度スペクトルデータを用 いた解析によって検査 '判定を行うことを特徴とする請求項 1〜3のいずれ力 1項に記 載の検査'判定方法。
[6] 糖尿病性腎機能障害以外の腎症 (腎硬化症、糸球体腎炎、 IgA腎症、およびその 他の腎症)に関する検査.判定において、 914-915nm、 919-967nm、 994nm、 1008η m、 1012-1014nm、 1018nm、 1024nm、 1030nm、および 1034nm内の各波長の ± 5 nmの範囲の複数の波長域力 選ばれる、 2以上の波長の吸光度スペクトルデータを 用いた解析によって検査 '判定を行うことを特徴とする請求項 1〜3のいずれ力 1項に 記載の検査'判定方法。
[7] 肝機能異常に関する検査'判定において、 667-679nm、 917-955nm、 975-1005n
m、および 1083-1085nm内の各波長の士 5nmの範囲の複数の波長域から選ばれる
、 2以上の波長の吸光度スペクトルデータを用いた解析によって検査 '判定を行うこと を特徴とする請求項 1〜3のいずれか 1項に記載の検査.判定方法。
[8] 請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の方法に使用される解析モデル。
[9] 請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の方法に使用される解析モデルの作成、更新、 または作成した解析モデルを用いた検査'診断をコンピュータに実行させる、生活習 慣病の検査'診断用プログラム。
[10] 波長 400ηπ!〜 2500nmの範囲またはその一部範囲の波長光を被検者その他動 物由来の検体試料に照射する投光手段と、
投光前又は投光後に分光する分光手段、および、前記試料に照射された光の反 射光、透過光または透過反射光を検出する検出手段と、
検出により得られた吸光度スペクトルデータの中の測定全波長あるいは特定波長 の吸光度を、予め作成した解析モデルを用いて解析することによって定量的または 定性的に生活習慣病に関する検査 ·診断を行うデータ解析手段と、を備えたことを特 徴とする検査 ·診断装置。
[11] 糖尿病、腎機能障害、肝機能障害、高血圧、高脂血症、肥満、心臓病および脳卒 中のうち 1又は 2以上の項目について病気の診断や進行度の判定を行うことを特徴と する請求項 10記載の検査'診断装置。
[12] 前記検体試料が、血液 (血漿'血清を含む)、尿、その他の体液、組織、組織抽出 液、または、耳、手足の指先など生体の一部であることを特徴とする請求項 10又は 1
1記載の検査'診断装置。
[13] 糖尿病に関する検査 '判定において、 817nm、 921_959nm、 987_1004nm、 1008-1
018nm、 1028nm、および 1040nm内の各波長の ± 5nmの範囲の複数の波長域から 選ばれる、 2以上の波長の吸光度スペクトルデータを用いた解析によって検査 '判定 を行うことを特徴とする請求項 10〜 12のいずれか 1項に記載の検査 '診断装置。
[14] 糖尿病性腎機能障害に関する検査 ·判定において、 835nm、 908_912nm、 917-96
3nm、 993- 1002nm、 1008- 1034nm、 1040nm、および 1060nm内の各波長の ± 5nm の範囲の複数の波長域力 選ばれる、 2以上の波長の吸光度スペクトルデータを用
いた解析によって検査 '判定を行うことを特徴とする請求項 10〜 12のいずれ力 1項 に記載の検査 '診断装置。
[15] 糖尿病性腎機能障害以外の腎症 (腎硬化症、糸球体腎炎、 IgA腎症、およびその 他の腎症)に関する検査.判定において、 914-915nm、 919-967nm、 994nm、 1008η m、 1012-1014nm、 1018nm、 1024nm、 1030nm、および 1034nm内の各波長の ± 5 nmの範囲の複数の波長域力 選ばれる、 2以上の波長の吸光度スペクトルデータを 用いた解析によって検査 '判定を行うことを特徴とする請求項 10〜12のいずれか 1 項に記載の検査'診断装置。
[16] 肝機能異常に関する検査'判定において、 667-679nm、 917-955nm、 975-1005n m、および 1083-1085nm内の各波長の士 5nmの範囲の複数の波長域から選ばれる 、 2以上の波長の吸光度スペクトルデータを用いた解析によって検査 '判定を行うこと を特徴とする請求項 10〜 12のいずれ力 1項に記載の検査 '診断装置。
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