JPH10325794A - Method and device for determining glucose concentration - Google Patents

Method and device for determining glucose concentration

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JPH10325794A
JPH10325794A JP7736298A JP7736298A JPH10325794A JP H10325794 A JPH10325794 A JP H10325794A JP 7736298 A JP7736298 A JP 7736298A JP 7736298 A JP7736298 A JP 7736298A JP H10325794 A JPH10325794 A JP H10325794A
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glucose
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Katsuhiko Maruo
勝彦 丸尾
Masami Oka
雅美 岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately determine glucose concentration, by determining the amount of glucose based on a measurement result in three wavelength regions for measuring the absorption originating from the OH group of glucose molecule and the absorption originating from CH group. SOLUTION: For example, a light-emitting diode 1 emits near infrared rays that allows the first harmonic of a molecule to be observed, has a small influence of water absorption, and has wavelength characteristics for covering a wavelength region of 1,480-1,880 nm. An interference filter 2 disperses the near infrared rays into a wavelength region of 1,550-1,650 nm for measuring absorption originating from the OH group of glucose molecule, a wavelength region of 1,480-1,550 nm for measuring absorption originating from the NH group of an organism constituent, and a wavelength region of 1,650-1,880 nm for measuring absorption originating from the CH group. Then, light is condensed onto the end face of an optical fiber 4 by a lens 3 and is guided to an object to be measured, transmission light or diffusion reflection light is detected by a photodiode 5, an absorption signal is measured, and glucose concentration is measured based on the light with three central wavelengths.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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 for measuring a concentration, and particularly to a quantification method for a glucose concentration using a spectroscopic analysis technique in a near infrared region.

【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。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。
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. Compared to the spectroscopic analysis in the mid-infrared region, the spectroscopic analysis in the near-infrared region generally has a small absorption spectrum of water in the near-infrared region, which makes it possible to analyze aqueous solutions that are difficult 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. In the near-infrared region, it is possible to capture harmonics or combined tones of the reference vibration observed due to the inharmonicity of molecular vibrations,
The absorption in the near infrared region is caused by the participation of a hydrogen atom in a CH group, OH
Signal level is as low as about 1/100 compared to the mid-infrared region. Is a universal entity in living organisms, and it 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.

【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。
In order to solve this problem, recently, a method of analyzing a measured spectrum using a statistical analysis technique, for example, a multivariate analysis technique 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

【0004】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。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
1575,1765,2100,2270±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27
00nm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1
100nmは第2倍音の吸収領域に属する波長であり、
1575,1765,2100,2270nm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。
[0004] Against this background, the quantification of glucose concentration in living organisms 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. U.S. Pat. No. 4,655,225: Non-invasive spectroscopic method and apparatus This patent discloses at least one wavelength selected from 1575, 1765, 2100, 2270 ± 15 nm and no absorption of glucose. Some or insignificant from 1000 nm to 27
A technique for quantifying glucose from a reference wavelength selected from 00 nm is disclosed, and 1100 nm is selected as the reference wavelength in the examples. This reference wavelength 1
100 nm is a wavelength belonging to an absorption region of the second harmonic,
Compared with the first overtone or reference vibration absorption region to which 1575, 1765, 2100, and 2270 nm belong, the signal magnitude is about 1/100 or less, and therefore, there is no glucose absorption or an insignificant reference. It can be called wavelength.

【0005】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及び図2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固
体(粉体)状態のグルコース、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。
さらに、1575,1765,2100,2270nm
の波長選択の理由として、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前記の4波長に存在すること
を示しているが、体液に溶解した水溶液状態でのグルコ
ースの吸収ピークが固体状態のままで存在するというこ
とに関しては有りえないと考えるべきである。グルコー
スのようなOH基を多く含む分子は後述するように水中
では水分子による水素結合の影響を受けて、吸収スペク
トルのピークがシフトすると考えられ、このために前記
の4波長の内、グルコースのOH基に関連する157
5,2100nmの2波長の吸収ピークが水溶液中では
波長シフトのために正確な測定が困難となっていると考
えるのが自然である。
[0005] 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. 1 and 2 show the absorption spectra of distilled water and solid (powder) glucose, albumin, and cholesterol measured in the first overtone region and the second overtone region, respectively.
In the region where the overtones and their combined sounds exist, there is no wavelength where there is no absorption by glucose, and there is only a place where there is relatively little absorption. Given that the absorption of other biological components is superimposed, it is practically impossible to determine the glucose concentration without considering the contribution of other biological components. Think there is.
Further, 1575, 1765, 2100, 2270 nm
As a reason for the selection of the wavelength, it is shown that the peak of the spectrum obtained by measuring solid-state glucose exists at the above four wavelengths, but the absorption peak of glucose in an aqueous solution dissolved in a body fluid remains in the solid state. We should consider it impossible to exist. It is considered that a molecule containing a large number of OH groups, such as glucose, is affected by hydrogen bonds due to water molecules in water, as described later, so that the peak of the absorption spectrum is shifted. 157 related to OH group
It is natural to consider that absorption peaks at two wavelengths of 5,2100 nm make accurate measurement difficult in an aqueous solution due to wavelength shift.

【0006】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。
[0006] 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.

【0007】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。詳細は後述するが、我々が
行った実験においても第1倍音領域での2次微分スペク
トルをPLS解析して得た回帰係数が1660nm付近
にピークを有している。しかし、1660nm付近の特
徴的な吸収はグルコースのCH基に由来するもので、こ
のグルコースのCH基に由来する1660nmの吸収に
着目した定量分析は、グルコースのOH基に由来する吸
収に着目する定量分析に比べて測定精度がかなり悪いと
いう結果が出ている。CH基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、その吸収は
図1から明らかなように1700nm付近の領域にピー
クが集中して観察され、グルコース以外の生体成分のC
H基由来の吸収とグルコースのCH基由来の吸収とを分
離することが難しい上に、そもそもグルコースのCH基
由来の吸収が他の生体成分に比べて小さいからと思われ
る。しかし、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。
[0007] 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. As will be described in detail later, in the experiment conducted by us, the regression coefficient obtained by PLS analysis of the second derivative spectrum in the first harmonic region has a peak near 1660 nm. However, the characteristic absorption around 1660 nm is derived from the CH group of glucose, and the quantitative analysis focusing on the absorption at 1660 nm derived from the CH group of glucose is a quantitative analysis focusing on the absorption derived from the OH group of glucose. The result is that the measurement accuracy is much worse than the analysis. The CH group is a molecular bond ubiquitously present not only in glucose but also in other biological components, and its absorption is observed with a peak concentrated in a region around 1700 nm as is apparent from FIG. C
This is probably because it is difficult to separate the absorption derived from the H group from the absorption derived from the CH group of glucose, and the absorption derived from the CH group of glucose is smaller than other biological components in the first place. However, it does not disclose the contribution of other biological components, and it is difficult to quantify the glucose concentration in this respect as well.

【0008】米国特許第5,222,496号:近赤外
グルコースセンサ この米国特許にはグルコースのOH基に由来する吸収ピ
ークがある1600nm付近とその波長から60nm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1660nm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4,65
5,225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160
0nm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. No. 5,222,496 quantifies glucose by using a reference light within 1600 nm having an absorption peak derived from the OH group of glucose and within 60 nm from the wavelength. It is disclosed. Specifically, an example is shown in which glucose is quantified from a reference wavelength selected in the range of 1630 nm to 1660 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. In addition, US Pat.
As in the specification of US Pat. No. 5,225, it shows that a peak of a spectrum obtained by measuring solid-state glucose exists at 1600 nm. However, as in the conventional example, 160
In the vicinity of 0 nm, the absorption of the glucose component forms a broad absorption band rather than an absorption peak, and in some cases, it is considered that the glucose signal is hard to be clearly separated by reference light selected from within 30 nm. In addition, this prior art does not disclose the contribution of other biological components, and in this respect, it is difficult to quantify the glucose concentration.

【0009】[0009]

【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。生体中の溶解したグルコースの状態と近
赤外スペクトルを関連づけて現象を理解するとともに、
大きな外乱要因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。
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. Understanding the phenomenon by relating the state of dissolved glucose in the living body to the near infrared spectrum,
It is necessary to understand the influence of protein components and fat components in living tissues or body fluids that cause a large disturbance in connection with the near-infrared spectrum.

【0010】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 which changes every moment, the above-described 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.

【0011】[0011]

【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、グルコース分子のOH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NH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CH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。
The method of quantifying glucose concentration according to the present invention is a method of quantifying glucose concentration in living tissue or body fluid using light absorption in the near-infrared region. A first wavelength range for measuring the absorption of the biological component derived from the OH group, a second wavelength range for measuring the absorption of the biological component derived from the NH group, and measuring the absorption of the biological component derived from the CH group. It is characterized in that glucose is quantified based on the measurement results in at least three wavelength ranges of the third wavelength range.

【0012】ここにおける上記3の波長域は生体水分に
由来する水分子の吸収の影響が比較的小さい範囲に設定
することが生体水分の影響を排除する点で好ましく、ま
た上記3つの波長域は、相互に隣接した波長域とするこ
とが光源や検出手段の構成の点で好ましい。上記3つの
波長域は、分子の第1倍音が観察できる波長領域で且つ
水の吸収の影響が比較的小さい1480nmから188
0nmの波長領域内で選択する場合、グルコース分子の
OH基由来の吸収を測定するための第1の波長域を15
50nmから1650nm、生体成分のNH基由来の吸
収を測定するための波長域を1480nmから1550
nm、CH基由来の吸収を測定するための波長域を16
50nmから1880nmとするとよく、分子の第2倍
音が観察できる波長領域で且つ水の吸収の影響が比較的
小さい1000nmから1300nmの波長領域内で選
択する場合は、グルコース分子のOH基由来の吸収を測
定するための波長域を1050nmから1130nm、
生体成分のNH基由来の吸収を測定するための波長域を
1000nmから1050nm、CH基由来の吸収を測
定するための波長域を1130nmから1300nmと
するとよい。
The above three wavelength ranges are preferably set to a range where the influence of absorption of water molecules derived from living body water is relatively small in order to eliminate the influence of living body water. It is preferable that the wavelength ranges be adjacent to each other in terms of the configuration of the light source and the detecting means. The three wavelength ranges are wavelength ranges in which the first overtone of the molecule can be observed, and the influence of water absorption is relatively small from 1480 nm to 188 nm.
When selecting within the 0 nm wavelength range, the first wavelength range for measuring the absorption derived from the OH group of the glucose molecule is 15 nm.
The wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component is from 1480 nm to 1550 nm.
nm, the wavelength range for measuring the absorption derived from the CH group is 16
It is good to be 50 nm to 1880 nm, and when it is selected in the wavelength range of 1000 nm to 1300 nm where the second harmonic of the molecule can be observed and the influence of water absorption is relatively small, the absorption derived from the OH group of the glucose molecule is selected. The wavelength range for measurement is from 1050 nm to 1130 nm,
The wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component may be from 1000 nm to 1050 nm, and the wavelength range for measuring the absorption derived from the CH group may be from 1130 nm to 1300 nm.

【0013】そして定量にあたっては、選択した3つの
隣接域内の各波長を連続的に測定して得られるスペクト
ル信号を多変量解析することによりグルコースの定量を
行う。前記3波長域の各々から少なくとも1波長を選択
するほか、所定の範囲の波長帯を選択してグルコース濃
度の定量を行ってもよい。この時、上記波長あるいは波
長帯のうちの少なくとも1つは、複数試料の定量分析で
測定した連続スペクトルを主成分回帰分析あるいはPL
S回帰分析して得た回帰係数がとる正または負のピーク
周辺の波長とすると、好適な結果を得ることができる。
In the quantification, glucose is quantified by multivariate analysis of a spectrum signal obtained by continuously measuring each wavelength in the selected three adjacent bands. In addition to selecting at least one wavelength from each of the three wavelength ranges, a predetermined range of wavelength bands may be selected to determine the glucose concentration. At this time, at least one of the above wavelengths or wavelength bands is obtained by converting a continuous spectrum measured by quantitative analysis of a plurality of samples into a principal component regression analysis or a PL spectrum.
If the wavelength is around the positive or negative peak of the regression coefficient obtained by the S regression analysis, a favorable result can be obtained.

【0014】第1の波長域から1600±40nmの波
長帯または該波長帯内の少なくとも1波長を用い、第2
の波長域から1530±20nmの波長帯または該波長
帯内の少なくとも1波長を用い、第3の波長域から16
85±20nmまたは1715±20nmまたは174
0±20nmのいずれか一つの波長帯または該波長帯内
の少なくとも1波長を用いることも、好適な結果を得る
ことができるものとなる。
A wavelength band of 1600 ± 40 nm from the first wavelength band or at least one wavelength within the wavelength band is used,
A wavelength band of 1530 ± 20 nm or at least one wavelength within the wavelength band from the third wavelength range.
85 ± 20 nm or 1715 ± 20 nm or 174
Use of any one of the wavelength bands of 0 ± 20 nm or at least one wavelength within the wavelength band can also provide suitable results.

【0015】生体組織中あるいは体液中のグルコース濃
度の測定に際しては、上記3つの波長域より選択した所
定の半値幅を有する少なくとも3つの中心波長の光を基
にグルコース濃度の定量を行うとよい。この場合の半値
幅は、複数試料の分析で測定した連続スペクトルを主成
分回帰分析あるいはPLS回帰分析を行い、前記分析手
法により算出された各波長に対する回帰係数がとるピー
ク値の70%程度以下の値を示す波長幅を用いるのが好
ましい。また、少なくとも1波長の中心波長を1560
nmから1640nmの範囲内に設定するとともに半値
幅を60nm以下とすることも好ましい。
When measuring the glucose concentration in a living tissue or a body fluid, it is preferable to determine the glucose concentration based on light of at least three central wavelengths having a predetermined half-width selected from the above three wavelength ranges. In this case, the half-value width is about 70% or less of the peak value obtained by performing a principal component regression analysis or a PLS regression analysis on the continuous spectrum measured in the analysis of a plurality of samples and obtaining a regression coefficient for each wavelength calculated by the above analysis method. It is preferable to use a wavelength width indicating a value. In addition, the center wavelength of at least one wavelength is set to 1560.
It is also preferable that the width is set within a range from nm to 1640 nm and the half width is set to 60 nm or less.

【0016】3つの波長域の測定結果として得られた吸
収信号あるいは吸収信号を吸光度や透過度に変換した値
から近赤外領域内の波長で差あるいは商をとる前処理を
行ったデータを基に定量を行うようにしてもよく、この
場合の前処理としては、複数の試料の分析で測定した連
続スペクトルを主成分回帰分析あるいはPLS回帰分析
して算出された複数の主成分因子に対する回帰係数同士
の交点付近の波長での差あるいは商をとると好ましい結
果を得ることができ、更に前処理のための波長として、
第1倍音領域では1550±10nmあるいは1650
±10nmから選択した波長、第2倍音領域では106
0±10nmあるいは1130±10nmから選択した
波長を用いるとよい。
[0016] Based on data obtained by performing pre-processing of obtaining a difference or a quotient at a wavelength in the near infrared region from an absorption signal obtained as a result of measurement in three wavelength ranges or a value obtained by converting the absorption signal into an absorbance or a transmittance. The pre-processing in this case may include a regression coefficient for a plurality of principal component factors calculated by performing a principal component regression analysis or a PLS regression analysis on a continuous spectrum measured by analyzing a plurality of samples. A favorable result can be obtained by taking a difference or a quotient at a wavelength near the intersection of the two, and further as a wavelength for pretreatment,
1550 ± 10 nm or 1650 in the first overtone region
Wavelength selected from ± 10 nm, 106 in second harmonic region
It is preferable to use a wavelength selected from 0 ± 10 nm or 1130 ± 10 nm.

【0017】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
ための波長域と、生体成分のCH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。
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, and a near-infrared light emitted from the near-infrared light source introduced into a living tissue or body fluid. Then, a guiding hand for guiding the near-infrared light transmitted or diffusely reflected by the living tissue or body fluid to the detecting means, and a calculating hand for calculating a signal obtained by the detecting means and converting the signal into a glucose concentration. The detection means measures the wavelength range for measuring the absorption derived from the OH group of the glucose molecule, the wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component, and the absorption derived from the CH group of the biological component. It is characterized in that it detects near-infrared light in at least three wavelength ranges of the wavelength range.

【0018】近赤外光源には、グルコース分子のOH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NH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CH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つの波長域をカバーする発光特性を
有するとともに、各波長域に分光する分光手段を備えた
ものを用いても、あるいはグルコース分子のOH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N
H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CH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つの波長域内に発光特性を有する複数の
光源からなるものを用いてもよい。
The near-infrared light source has a first wavelength range for measuring absorption derived from OH groups of glucose molecules, a second wavelength range for measuring absorption derived from NH groups of biological components,
It has a light-emitting characteristic covering at least three wavelength ranges of the third wavelength range for measuring absorption derived from the CH group of the biological component, and even if a device equipped with spectral means for spectrally separating each wavelength range is used, Alternatively, a first wavelength range for measuring the absorption derived from the OH group of the glucose molecule,
A plurality of light sources having emission characteristics in at least three wavelength ranges of a second wavelength range for measuring absorption derived from H groups and a third wavelength range for measuring absorption derived from CH groups of biological components. May be used.

【0019】[0019]

【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
−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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As described above, when quantifying a glucose component in a living tissue or a body fluid, the state of the biological component in the living tissue or the body fluid and a change in absorption of near-infrared light caused by the state are determined. Need to figure out. The phenomenon recognition in performing glucose quantification in a living body will be described below. The absorption in the near infrared region is mainly due to CH
Group, OH group, and NH group.
-O, C = O group or SH, PH group is observed,
Even in a living body, the absorption of OH, CH, and NH groups may be considered. However, for hair, the SH group also has an important meaning.

【0020】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、グルコース(C6 126 )の分子
構造および固体状態で計測したグルコース吸収スペクト
ルから考えて、その特異的な吸収信号としてグルコース
のOH基に由来する吸収を捉えることが最善と考える。
固体状態でのグルコースのOH基由来の吸収ピークは、
図1に示すように第1倍音領域(1350〜1880n
m)では1525nから1640mm付近のブロードな
ピークとして存在し、第2倍音領域(900〜1350
nm)では図2に示すように1000nmから1140
nm付近のブロードなピークとして存在している。この
領域で観察できるグルコースのOH基の吸収が水のOH
基のピーク(第1倍音では1450nm、第2倍音では
980nm)に比べて長波長側に存在するのは、固体状
態でのOH基の分子振動状態と水溶液中でのOH基の分
子振動状態とが異なるためで、特に水溶液中では水分子
の非常に大きな水素結合の影響を受ける。水溶液中にお
いてグルコースのOH基に由来する吸収は分子間の相互
作用変化と水分子による水素結合の影響を受けてシフト
していると考えるべきである。
The wavelength to be 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, 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, considering the molecular structure of glucose (C 6 H 12 O 6 ) and the glucose absorption spectrum measured in the solid state, It is considered best to capture the absorption originating from the OH group of glucose as the specific absorption signal.
The absorption peak derived from the OH group of glucose in the solid state is
As shown in FIG. 1, the first overtone region (1350 to 1880n)
m), it exists as a broad peak from 1525n to around 1640 mm, and the second overtone region (900 to 1350
nm) from 1000 nm to 1140 as shown in FIG.
It exists as a broad peak around nm. The absorption of glucose OH groups that can be observed in this region
Compared to the peak of the group (1450 nm for the first harmonic and 980 nm for the second harmonic), the molecular vibration state of the OH group in the solid state and the molecular vibration state of the OH group in the aqueous solution are present on the longer wavelength side. Is affected by the very large hydrogen bonds of water molecules, especially in aqueous solutions. It should be considered that the absorption derived from the OH group of glucose in an aqueous solution is shifted due to the change in interaction between molecules and the effect of hydrogen bonding by water molecules.

【0021】水溶液中においてグルコースのOH基に由
来する吸収スペクトルが、固体状態の時のように153
0nmから1600nm付近にピークを持たず、シフト
により平坦な吸収となるということは、グルコースのO
H基に着目した定量方法が近赤外領域での定量分析に通
常用いている微分操作(1次微分、2次微分)によるデ
ータの前処理が適していない可能性があることを意味す
る。つまり、1530nmから1600mm付近にもグ
ルコースのOH基に由来する吸収は存在するが、波長に
対する変化としては小さいため、微分操作つまり波長に
対する変化量を求める操作ではその吸収信号をとらえる
ことが難しいためである。
In an aqueous solution, the absorption spectrum derived from the OH group of glucose is 153 as in the solid state.
The fact that there is no peak around 0 nm to 1600 nm and the absorption becomes flat due to the shift means that glucose
This means that the data pre-processing by the differential operation (first-order differentiation, second-order differentiation) usually used for the quantitative analysis in the near-infrared region in the quantification method focusing on the H group may not be suitable. In other words, although absorption originating from the OH group of glucose exists around 1530 nm to 1600 mm, the change with respect to wavelength is small, so that it is difficult to capture the absorption signal by the differential operation, that is, the operation of obtaining the amount of change with respect to wavelength. is there.

【0022】体液あるいは生体スペクトルの特徴とし
て、 ・近赤外領域における生体中の微量物質の吸収スペクト
ルは水の大きな吸収に隠れているが、その吸収に重畳し
て確実に存在している。このことはPLS回帰分析で得
られる回帰係数あるいは主成分に特徴的に現れている ・近赤外領域で観察される吸収は主にCH,OH,NH
基であるので、水溶液中では水素結合の影響を受ける。
影響の大きさは分子の特性に応じて異なり、グルコース
のように低分子でOH基を多く持つものは大きな影響を
受けるが、アルブミンのような高分子タンパクヘの影響
は比較的小さい ということがいえる。
The characteristics of a body fluid or a biological spectrum are as follows: The absorption spectrum of a trace substance in a living body in the near-infrared region is hidden by a large absorption of water, but is surely present by being superimposed on the absorption. This is characteristically shown in the regression coefficient or principal component obtained by PLS regression analysis. The absorption observed in the near infrared region is mainly CH, OH, and NH.
Since it is a group, it is affected by hydrogen bonding in aqueous solution.
The magnitude of the effect differs depending on the characteristics of the molecule.Those with a low molecular weight and many OH groups, such as glucose, are greatly affected, but the effects on high-molecular-weight proteins such as albumin are relatively small. .

【0023】従って、生体中でのグルコース定量のため
には、生体中の他の成分のスペクトルが重畳したスペク
トル情報(測定した通常の生体成分スペクトル)より、
グルコースの吸収が他の生体成分と異なった挙動を示す
特異吸収帯を見い出すことが重要であることがわかる。
また、その特異吸収帯においても他の生体成分(以下外
乱成分と呼ぶ)の信号が重畳されているので、外乱成分
の寄与分を取り除くための情報を得ることが信頼性の高
い計測手法を確立するために重要であると考える。
Therefore, in order to determine glucose in the living body, the spectrum information (measured normal biological component spectrum) on which the spectrum of the other component in the living body is superimposed is obtained.
It turns out that it is important to find a specific absorption band in which glucose absorption behaves differently from other biological components.
In addition, since signals of other biological components (hereinafter referred to as “disturbance components”) are also superimposed on the specific absorption band, a reliable measurement method has been established to obtain information for removing the contribution of the disturbance components. Think it is important to.

【0024】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第1倍音および第2倍音で行った。
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A−(グルコースーアルブミン−水変動系 第1
倍音) 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添加して試料とするとともに、試料中の
グルコース濃度が30mg/dl,93mg/dl,1
55mg/dl,280mg/dl,530mg/d
l,1030mg/dlの6水準、アルブミン濃度が
2.24g/dl,2.84g/dl,3.44g/d
l,4.64g/dl,5.84g/dlの5水準の計
6×5=30種類の組合せから、15種類の組合せをピ
ックアップして試料を作成した。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。
In order to consider the influence of disturbance components, an experiment was conducted on a system in which the three components of glucose, albumin, and water in bovine serum were artificially fluctuated at the first and second harmonics.
That is, a quantitative experiment of glucose concentration was performed using albumin as a disturbance component. -Experiment A- (Glucose-albumin-water fluctuation system No. 1
5 ml of an aqueous solution in which glucose was dissolved in distilled water and 15 ml of an aqueous solution in which albumin was dissolved in distilled water were added to 80 ml of bovine serum to prepare a sample, and the glucose concentration in the sample was 30 mg / dl, 93 mg. / Dl, 1
55mg / dl, 280mg / dl, 530mg / d
1, 1030 mg / dl, albumin concentration 2.24 g / dl, 2.84 g / dl, 3.44 g / d
Samples were prepared by picking 15 combinations out of a total of 6 × 5 = 30 combinations of 5 levels of 1, 4.64 g / dl and 5.84 g / dl. As can be seen from the preparation method, the sample is adjusted so that only three components, glucose, albumin, and water, fluctuate.

【0025】この実験では、グルコースとアルブミンの
両方の濃度変動が存在するため、単純にグルコースと水
あるいはアルブミンと水の関係だけではグルコースの定
量ができない。スペクトル測定及び回帰分析は1mm厚
のガラス製セルに試料を入れ、ニコレー社製マグナ85
0を用い、加算平均128回、レゾルーション16、検
出器DTGS KBr、白色光光源の条件で行った。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、分光分析機(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市販の多変量解析ソフトウェ
アを用いてPLS回帰分析で行った。PLS回帰分析に
用いた波長範囲は、第1倍音の高調波が観察される12
50nmから1800nmである。
In this experiment, the concentration of both glucose and albumin fluctuates, so that the quantification of glucose cannot be determined simply by the relationship between glucose and water or albumin and water. For spectrum measurement and regression analysis, a sample was placed in a glass cell having a thickness of 1 mm.
Using 0, the averaging was performed 128 times, under the conditions of a resolution of 16, a detector DTGS KBr, and a white light source. Prior to the measurement of the spectrum of the sample, the measurement of the reference signal is performed by converting the absorption signal measured by the reference signal stored in the memory of the spectrometer (FT-IR) into the absorbance and obtaining the spectrum data obtained by multivariate analysis on the market. PLS regression analysis was performed using software. In the wavelength range used for the PLS regression analysis, the harmonic of the first harmonic is observed.
It is 50 nm to 1800 nm.

【0026】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、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
Aでのグルコース定量の結果は主成分数7での推定で、
検量線作成の相関係数0.996、標準誤差SEP2
8.1mg/dl、検量線検定の相関係数0.992、
標準誤差SEP38.1mg/dlであった。
The reason that albumin was selected as a disturbance component is that it is thought that in addition to being the most common protein component present in blood, information for estimating the characteristics of the protein component constituting the living body can be obtained. is there. The result of the glucose quantification in Experiment A is an estimation based on the number of principal components 7,
Correlation coefficient 0.996 for standard curve creation, standard error SEP2
8.1 mg / dl, calibration curve test correlation coefficient 0.992,
Standard error was SEP 38.1 mg / dl.

【0027】図3に第7主成分までを利用した回帰係数
を示す。図1に示した各単体成分のスペクトルと比較し
て、アルブミン分子のNH基に由来する15l0nm付
近の負のピーク、グルコース分子のOH基に由来する1
580nm付近の正のピーク、アルブミン分子のCH基
に由来する1700nm付近の負のピークからグルコー
ス濃度の定量が行われている様子がうかがえる。
FIG. 3 shows a regression coefficient using the seventh principal component. Compared to the spectrum of each single component shown in FIG. 1, a negative peak around 1510 nm derived from the NH group of the albumin molecule, 1 peak derived from the OH group of the glucose molecule,
From the positive peak around 580 nm and the negative peak around 1700 nm derived from the CH group of the albumin molecule, it can be seen that the glucose concentration is being quantified.

【0028】この実験結果のグルコース分子のOH基に
由来する1580nm付近の正のピークの存在は、水溶
液中におけるグルコースのOH基スペクトルは固体での
スペクトルがシフトしたブロードな吸収をもつことに一
見矛盾した結論に思える。しかしながら、同一スペクト
ルデータを2次微分処理して解析を行った図4の結果を
見ると、1580nm付近より1550nmから157
0mmにかけて回帰係数の大きなピークが観察され、吸
収が1580nmにあるならば当然そこに観察されるべ
き吸収ピークがシフトしていることになる。このことか
らもグルコースの1580nm付近の吸収はピークがシ
フトした比較的平坦な吸収特性を示していると考えら
れ、上記の結果と矛盾しない解釈が成立する。
The existence of a positive peak near 1580 nm derived from the OH group of the glucose molecule in the experimental results seemingly contradicts that the OH group spectrum of glucose in an aqueous solution has a broad absorption spectrum shifted from that of a solid. Seems like a conclusion. However, looking at the results of FIG. 4 in which the same spectrum data was subjected to second-order differentiation processing and analysis, it can be seen that from about 1580 nm to 157 nm to 157 nm.
A peak with a large regression coefficient is observed at 0 mm, and if the absorption is at 1580 nm, the absorption peak to be observed there is naturally shifted. From this, it is considered that the absorption around 1580 nm of glucose shows a relatively flat absorption characteristic with a shifted peak, and an interpretation consistent with the above results is established.

【0029】微分処理を行わない吸収スペクトルの解析
で1580nmにピークを有する回帰係数が算出される
理由は、この付近のグルコースのOH基由来の吸収がブ
ロードで隣接するNH基由来の吸収とCH基由来の吸収
との影響を受けているためである。つまり両者の影響を
一番受けにくい波長が1580nm付近に存在すると解
釈できる。
The reason why the regression coefficient having a peak at 1580 nm is calculated in the analysis of the absorption spectrum without performing the differentiation process is that the absorption from the OH group of glucose in this vicinity is broad and the absorption from the adjacent NH group and the CH group are close to each other. This is because it is affected by absorption from the origin. In other words, it can be interpreted that the wavelength that is least affected by the two exists near 1580 nm.

【0030】−実験B−(グルコース−アルブミン−水
変動系 第2倍音) 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添加して試料とするとともに試料中のグ
ルコース濃度が35mg/dl,136mg/dl,2
20mg/dl,412mg/dl,750mg/dl
の5水準、アルブミン濃度が2.6g/dl,3.0g
/dl,3.3g/dl,4.0g/dl、5.4g/
dlの5水準の計5×5=25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。なお、
検出器は液体窒素で冷却して測定した。また、PLS回
帰分析は17点の移動平均により平滑化した吸収スペク
トルに対して行った。PLS回帰分析に用いた波長範囲
は、第2倍音の高調波が観察される900nmから13
50nmである。
-Experiment B- (Glucose-albumin-water fluctuation system 2nd harmonic) 5 ml of an aqueous solution in which glucose was dissolved in distilled water and 15 ml of an aqueous solution in which albumin was dissolved in distilled water were added to 80 ml of bovine serum. And the glucose concentration in the sample was 35 mg / dl, 136 mg / dl, 2
20mg / dl, 412mg / dl, 750mg / dl
5 levels, albumin concentration of 2.6 g / dl, 3.0 g
/ Dl, 3.3 g / dl, 4.0 g / dl, 5.4 g /
dl = 5 levels = 5 × 5 = 25 combinations, 13
Samples were prepared by picking up combinations of the types. In addition,
The detector was cooled with liquid nitrogen and measured. PLS regression analysis was performed on the absorption spectrum smoothed by a moving average of 17 points. The wavelength range used for the PLS regression analysis was from 900 nm where the second harmonic was observed to 13 nm.
50 nm.

【0031】実験Bでのグルコース定量の結果は主成分
数7での推定で、検量線作成の相関係数0.981、標
準誤差SEP53.1mg/dl、検量線検定の相関係
数0.959、標準誤差SEP77.2mg/dlであ
った。図5に第7主成分までを利用した回帰係数を示
す。図2に示した3成分各単体のスペクトルと比較し
て、アルブミン分子のNH基に由来する1020nm付
近の負のピーク、グルコース分子のOH基に由来する1
070nmから1120nm付近の正のピーク、アルブ
ミン分子のCH基に由来する1150nm付近の負のピ
ークからグルコース濃度の定量が行われている様子がう
かがえる。つまり、第2倍音領域での結果は第1倍音領
域で得られた結果と相似性の強い結果となっている。
The results of the glucose quantification in Experiment B are estimated based on the number of principal components 7, and the correlation coefficient is 0.981 for the preparation of a calibration curve, the standard error is 53.1 mg / dl for SEP, and the correlation coefficient is 0.959 for the calibration curve test. And the standard error was SEP 77.2 mg / dl. FIG. 5 shows a regression coefficient using up to the seventh principal component. As compared with the spectrum of each of the three components shown in FIG. 2, a negative peak around 1020 nm derived from the NH group of the albumin molecule, and 1 representing the OH group derived from the glucose molecule.
From the positive peak around 070 nm to 1120 nm and the negative peak around 1150 nm derived from the CH group of the albumin molecule, it can be seen that the glucose concentration is being quantified. That is, the result in the second overtone region has a similarity to the result obtained in the first overtone region.

【0032】第1倍音および第2倍音領域での外乱変動
を付与した上記の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、外乱成分とグルコース吸収スペ
クトル、特にグルコースのOH基由来の吸収スペクトル
の関係から求めることが信頼性が高く、精度のよい計測
手法を確立できることがわかる。定量分析に利用するグ
ルコースの特異吸収帯としては前述のように水のOH基
の吸収とは異なった位置に出現するグルコースのOH基
の吸収が有効であり、外乱の把握として生体成分に多く
含まれるNH基、CH基の吸収を把握すればよいわけで
ある。
From the results of the above-described glucose quantification experiment with disturbance fluctuations in the first and second overtone regions, the glucose concentration in the living body was found to be due to the disturbance component and the glucose absorption spectrum, especially the absorption spectrum derived from the OH group of glucose. It can be seen from the relationship that the measurement is highly reliable and a highly accurate measurement method can be established. As the specific absorption band of glucose used for quantitative analysis, absorption of glucose OH groups appearing at a position different from that of water OH groups is effective as described above. It is only necessary to grasp the absorption of the NH group and CH group.

【0033】また、各高調波領域から水のOH基に起因
する大きな吸収の部分を除いた領域で、NH基、OH基
(グルコースの)、CH基の吸収を含む波長域を設定す
るにあたっては、第1倍音領域では1480nmから1
880nmの範囲において、OH基由来の吸収範囲は1
550nmから1650nm、NH基由来の吸収範囲は
1480nmから1550nm、CH基由来の吸収範囲
は1650nmから1880nmとするのがよく、第2
倍音領域では1000nmから1300nmの範囲にお
いて、OH基由来の吸収範囲は1050nmから113
0nm、NH基由来の吸収範囲は1000nmから10
50nm、CH基由来の吸収範囲は1130nmから1
300nmとすればよい。
In setting a wavelength range including absorption of NH group, OH group (of glucose), and CH group in a region excluding a portion of large absorption caused by OH group of water from each harmonic region. , 1480 nm to 1 in the first overtone region
In the range of 880 nm, the absorption range derived from the OH group is 1
The absorption range from 550 nm to 1650 nm, from the NH group is preferably from 1480 nm to 1550 nm, and the absorption range from the CH group is from 1650 nm to 1880 nm.
In the overtone region, in the range of 1000 nm to 1300 nm, the absorption range derived from the OH group is 1050 nm to 113 nm.
0 nm, absorption range derived from NH group is 1000 nm to 10 nm
50 nm, absorption range derived from CH group is 1130 nm to 1
The thickness may be 300 nm.

【0034】生体成分以外の外乱要因の1つとして生体
あるいは測定試料の温度変化がある。温度変化について
は人間が恒温動物であるから適切な環境下で測定を行え
ば大きな問題とならないが、温度をグルコース濃度定量
のための説明変数とすることもできる。また、生体組織
あるいは体液において温度変化を最も受けるのは水分子
であることから水分子の吸収の影響が小さい領域で定量
することにより温度変化の影響を小さくすることができ
る。
One of the disturbance factors other than the biological component is a temperature change of the living body or the measurement sample. Temperature change does not pose a major problem if measurement is performed in an appropriate environment because humans are constant temperature animals, but temperature can also be used as an explanatory variable for quantifying glucose concentration. Further, since water molecules are most affected by temperature changes in living tissues or body fluids, the effects of temperature changes can be reduced by quantification in a region where the influence of water molecule absorption is small.

【0035】定量分析には各高調波の領域ごとに解析を
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、フーリエ変換方式などを用いることができる。
For the quantitative analysis, it is better to perform the analysis for each harmonic region. However, if the fluctuation using the maximum and minimum values at the wavelength to be used is normalized, the analysis can be performed for a plurality of harmonic regions. A straddling absorption signal can also be used in the same row. The glucose concentration can be quantified by irradiating the measurement object with light containing a multi-wavelength component or monochromatic light, and detecting the reflected light or transmitted light.In this case, the glucose concentration can be measured before reaching the measurement object. It is necessary to perform a spectral operation after the light is reflected or transmitted, and for this spectral operation, an interference filter, a diffraction grating, a Fourier transform method, or the like can be used.

【0036】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、前述のように本発明のグルコ
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
るもので、上記検出手段はグルコース分子の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と、生体成分のCH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ことに特徴を有するもの
で、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。
The glucose concentration quantifying device of the present invention will be described below. As described above, the glucose concentration quantifying device of the present invention comprises a near-infrared light source, a detecting means for detecting near-infrared light, Introducing near-infrared light emitted from an infrared light source into a living tissue or body fluid, guiding the near-infrared light transmitted or diffusely reflected through the living tissue or body fluid to the detecting means, And a calculating means for converting a signal to be converted into a glucose concentration, wherein the detecting means measures a wavelength range for measuring absorption derived from OH groups of glucose molecules and an absorption derived from NH groups of biological components. It is characterized by detecting near-infrared light in at least three wavelength ranges of a wavelength range for measurement and a wavelength range for measuring absorption derived from a CH component of a biological component. Performing determination of glucose using the absorption signal of the near-infrared light by using a calibration formula which are input in advance.

【0037】近赤外光源としては、前述したところから
明らかなように比較的狭い波長の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、発光ダイオ
ード(LED)が適している。第1,第2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系のも
のがあり、第3倍音領域ではGaAsあるいはGaAl
As系発光ダイオードがある。また第1,第2倍音領域
で利用できる受光素子はInGaAsP系のものがあ
り、第3倍音領域ではシリコン受光素子がある。
As is apparent from the above description, the near-infrared light source is capable of quantifying glucose in a relatively narrow wavelength range, and in some cases, is capable of quantifying glucose at several wavelengths. For this reason, light emitting diodes (LEDs) are suitable. The light emitting diodes that can be used in the first and second overtone regions include InP-based light emitting diodes in the current technology, and GaAs or GaAl in the third overtone region.
There are As-based light emitting diodes. Light-receiving elements that can be used in the first and second overtone regions include InGaAsP-based light-receiving elements, and silicon light-receiving elements in the third overtone area.

【0038】また、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OH基由来の吸収を測定する範囲では半値
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。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、一般的には干渉フィルターを用いるとよ
い。
Further, depending on the characteristics of the light emitting diode, there is a case where it is not necessary to use the spectral means. In particular, since the half width can be set relatively large in a range where the absorption derived from the OH group of the glucose molecule is measured, a spectral means such as an interference filter can be omitted. When spectroscopic means is required, various spectroscopic means can be used as described above, but generally, an interference filter is preferably used.

【0039】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。
As the inducing means, it is suitable to use an optical fiber when non-invasively measuring a living tissue to determine the glucose concentration. 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. .

【0040】光ファイバー間隔を簡単に制御する方法と
して任意径の光ファイバーを接触させて得られる中心間
距離により、つまり受発光に用いる光ファイバー径の変
化で設定できるようにする手法がある。このような光フ
ァイバーを利用しての分析は、受発光ファイバー8,9
の束を図15のように被測定物の表面にはぼ直角につき
当てて行う。なお、透過する光路が特定できれば直角に
限るものではない。
As a simple method of controlling the optical fiber interval, there is a method of setting the distance by the center-to-center distance obtained by bringing an optical fiber of an arbitrary diameter into contact, that is, by changing the diameter of the optical fiber used for receiving and emitting light. The analysis using such an optical fiber is performed by the light receiving and emitting fibers 8 and 9.
15 is applied to the surface of the object to be measured at a right angle as shown in FIG. Note that the angle is not limited to a right angle as long as the transmitted light path can be specified.

【0041】発光ファイバー8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9への光路A、さらに離
れた受光ファイバー9への光路B、さらに離れた受光フ
ァイバー9への光路C等、様々な光路を通った光が受光
ファイバー9に入射される。いま、光路A、B、Cの光
路長を比較すると、同一径の光ファイバーを受発光に用
いたならば光路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倍になると散乱状悪によっては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9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8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 8 to the object to be measured is transmitted to the optical path A to the adjacent light receiving fiber 9, the optical path B to the light receiving fiber 9 farther away, and the optical path C to the light receiving fiber 9 farther away. The light that has passed through the optical path enters the light receiving fiber 9. Now, comparing the optical path lengths of the optical paths A, B, and C, if the optical fibers having the same diameter are used for light receiving and emitting, the optical paths B, C can be considered to be almost twice or three times the optical path A. Although the transmission of light in a substance such as a living body that is optically opaque and scattered does not strictly follow Lambert-Beer's law, the amount of transmitted light rapidly decreases according to the optical path length, and the optical path length is doubled. Becomes 1/10 depending on the scattering condition
In the following, if it is tripled, it will be about 1/10 or less of that. Therefore, the transmitted light focused on the light receiving fiber 9 can be basically considered to be the sum of the transmitted light from the adjacent light emitting fibers 8.

【0042】また、光ファイバーは1本の光ファイバー
だけでなく複数の光ファイバーを束ねることにより受発
光操作が容易になることは周知の事実で、上述の発光フ
ァイバー8と受光ファイバー9とを測定側において束ね
るとともに、測定側とは反対側の端部を発光ファイバー
8同士及び受光ファイバ9ー同士で束ねて分岐させるこ
とで計測に都合の良いファイバーバンドルを作製でき
る。利用する光ファイバーは直径が数μmから数千μm
(数mm)のものを用いることができ、特に直径70μ
mから1000μmの光ファイバーの利用が適してい
る。利用する光ファイバーは細いファイバーを被覆して
任意の線径としたものを用いるようにしても良い。
It is well known that the operation of receiving and emitting light is facilitated by bundling not only one optical fiber but also a plurality of optical fibers, and the above-mentioned light emitting fiber 8 and light receiving fiber 9 are bundled on the measurement side. At the same time, by bundling and branching the ends opposite to the measurement side between the light emitting fibers 8 and the light receiving fibers 9, a fiber bundle convenient for measurement can be manufactured. The optical fiber used has a diameter of several μm to several thousand μm.
(Several mm) can be used.
The use of optical fibers of m to 1000 μm is suitable. The optical fiber to be used may be a thin fiber coated with an arbitrary wire diameter.

【0043】具体的な生体組織としては図16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100
μm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ファイバーの
中心間距離を250〜1000μmに調節した光ファイ
バーの束を用いるのが適している。例えば受発光距離
(中心間距離)が500μmの光ファイバーバンドルを
用いて分光分析を行うことで、真皮イ中のグルコース成
分の分析が可能である。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により異なるの
で、予め予備実験や数値シミュレーションを行い、測定
に用いる受発光距離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。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。
As a specific living tissue, there is a human dermis as shown in FIG. Human dermis is 100
The tissue has a thickness of about 1 mm sandwiched between the epidermis b having a thickness of about μm and a subcutaneous tissue C composed of a large amount of fat cells.
For the analysis of the chemical components in the dermis, it is suitable to use a bundle of optical fibers in which the distance between the centers of the light receiving and emitting fibers is adjusted to 250 to 1000 μm. For example, by performing spectroscopic analysis using an optical fiber bundle having a light receiving / emitting distance (center-to-center distance) of 500 μm, it is possible to analyze the glucose component in the dermis. Since the path of the light transmitted through the skin tissue varies depending on the physical properties of the tissue and the wavelength of the light used for analysis, it is preferable to perform preliminary experiments and numerical simulations in advance to determine the light receiving / emitting distance used for measurement. The glucose concentration of the obtained light absorption signal is calculated by numerical calculation in the calculation unit. Measurement of glucose concentration in the living body, in particular, accurate determination of glucose concentration in the living tissue, is a software that grasps the state of glucose in the living body and the influence of disturbance components as an absorption signal in the near infrared region, It becomes possible only by combining many optimal factors, such as hardware that enables measurement of an accurate absorption spectrum with high reproducibility and selection of a stable measurement site from a medical point of view.

【0044】[0044]

【実施例】【Example】

−実施例1− 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、15l0から1880nm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グル
コース、アルブミン、水の3成分変動系の実験と同一
で、牛血清80m1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39mg/dl,93mg/d
l,155mg/dl,280mg/dl,530mg
/dl,1030mg/dlの6水準、アルブミン濃度
が2.24g/dl,2.84g/dl,3.44g/
dl,4.64g/dl,5.84g/dlの5水準の
計6×5=30種類の組合せから、15種類の組合せを
ピックアップし試料を作成した。
-Example 1-In this example, glucose in bovine serum was quantitatively analyzed as a biological component, and the absorption region derived from NH, OH, and CH groups from 1510 to 1880 nm was measured and analyzed as a continuous spectrum. Was done. The bovine serum sample was the same as the above-described experiment of the three-component variation system of glucose, albumin, and water. For 80 ml of bovine serum, 5 ml of an aqueous solution in which glucose was dissolved in distilled water and an aqueous solution in which albumin was dissolved in distilled water were used. A sample was prepared by adding 15 ml. The sample has a glucose concentration of 39 mg / dl and 93 mg / d in the sample.
1,155mg / dl, 280mg / dl, 530mg
/ Dl, 6 levels of 1030 mg / dl and albumin concentrations of 2.24 g / dl, 2.84 g / dl, 3.44 g /
From the total of 6 × 5 = 30 combinations of 5 levels of dl, 4.64 g / dl and 5.84 g / dl, 15 combinations were picked up to prepare samples.

【0045】スペクトル測定は1mm厚のガラス製セル
に試料を入れ、ニコレー社製マグナ850を用いて加算
平均128回、レゾルーション16、検出器DTGS
KBr、白色光源の条件で測定し、吸光度に変換したス
ペクトルデータは市販の多変量解析ソフトウェアを用い
てグルコース濃度を目的変量、吸光スペクトルを説明変
量としたPLS回帰分析を行った。前述のようにPLS
回帰分析に用いた波長範囲は、15l0nmから188
0nmである。
For the spectrum measurement, a sample was placed in a glass cell having a thickness of 1 mm, and the averaging was performed 128 times using a Magna 850 manufactured by Nicolet, resolution 16, detector DTGS.
The spectrum data measured under the conditions of KBr and a white light source and converted into absorbance was subjected to PLS regression analysis using a commercially available multivariate analysis software with a glucose concentration as a target variable and an absorption spectrum as an explanatory variable. PLS as described above
The wavelength range used for regression analysis was 1510 nm to 188
0 nm.

【0046】実験でのグルコース定量の結果は主成分数
6での推定で、検量線作成の相関係数0.996、標準
誤差SEP27.8mg/dl、検量線検定の相関係数
0.996、標準誤差SEP27.8mg/dlであっ
た。 −実施例2− 本実施例における実験系は実施例1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。
The results of the glucose quantification in the experiment were estimated based on the number of principal components of 6, and a correlation coefficient of 0.996 for preparing a calibration curve, a standard error of 27.8 mg / dl for SEP, a correlation coefficient of 0.996 for a calibration curve test, Standard error SEP was 27.8 mg / dl. -Example 2-The experimental system in this example is the same as that in Example 1, except that glucose, albumin, and water in the bovine serum sample were varied. The software used for the multivariate analysis is the same as in the first embodiment.

【0047】本実施例では1510,1540,159
0,1655,1700nmの5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0.980、標準誤差SEP
62.5mg/dl、検量線検定の相関係数0.97
5、標準誤差SEP68.0mg/dlであった。
In this embodiment, 1510, 1540, 159
Linear multiple regression analysis (MLR) was performed using the absorbance at 5 wavelengths of 0, 1655 and 1700 nm as explanatory variables and glucose concentration as the target variable. The results of the glucose quantification in the experiment were as follows: the correlation coefficient of the calibration curve was 0.980, and the standard error was SEP.
62.5 mg / dl, calibration coefficient 0.97
5. The standard error was SEP 68.0 mg / dl.

【0048】15l0,1590,1700nm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、1540,1655nm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。 −実施例3− 本実施例における実験系は実施例1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。
The wavelengths of 150, 1590, and 1700 nm were selected as the wavelengths showing the peak values of the regression coefficients shown in FIG. 3, and the wavelengths of 1540 and 1655 nm were selected as the intersections of the regression coefficients of a plurality of principal component factors. -Example 3-The experimental system in this example is the same as that in Example 1, except that glucose, albumin, and water in the bovine serum sample were varied. The software used for the multivariate analysis is the same as in the first embodiment.

【0049】本実施例では15l0,1590,170
0nmの3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。グ
ルコース定量の結果は、検量線作成の相関係数0.97
8、標準誤差SEP65.8mg/dl、検量線検定の
相関係数0.975、標準誤差SEP69.0mg/d
lであった。
In this embodiment, 150, 1590, 170
Linear multiple regression analysis (MLR) was performed using the absorbance at three wavelengths of 0 nm as an explanatory variable and glucose concentration as a target variable. The result of the glucose quantification was a correlation coefficient of 0.97 for preparing a calibration curve.
8, standard error SEP 65.8 mg / dl, correlation coefficient of calibration curve test 0.975, standard error SEP 69.0 mg / d
l.

【0050】15l0,1590,1700nm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
て選択した。 −実施例4− 本実施例における実験系は実施例1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。
The wavelengths of 150, 1590 and 1700 nm were selected as the wavelengths showing the peak values of the regression coefficients shown in FIG. Example 4 The experimental system in this example is the same as that in Example 1, except that three components of glucose, albumin, and water in the bovine serum sample were varied. The software used for the multivariate analysis is the same as in the first embodiment.

【0051】本実施例では1525,1590,169
0nmの3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
0.983、標準誤差SEP57.0mg/dl、検量
線検定の相関係数0.981、標準誤差SEP60.1
mg/dlであった。
In this embodiment, 1525, 1590, 169
Linear multiple regression analysis (MLR) was performed using the absorbance at three wavelengths of 0 nm as an explanatory variable and glucose concentration as a target variable. The results of the glucose quantification in the experiment were as follows: a correlation coefficient of 0.983 for the preparation of a calibration curve, a standard error of 57.0 mg / dl, a correlation coefficient of the calibration curve test of 0.981, and a standard error of SEP60.1.
mg / dl.

【0052】1590nm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、1525と1690nm
の波長はそれぞれのピークより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。 −実施例5− 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、1480から1850mm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35mg/dl,85mg/dl,
140mg/dl,220mg/dl,270mg/d
l,415mg/dl,5l0mg/dl,800mg
/dl,985mg/dl,1500mg/dlの10
水準、アルブミン濃度が2.2g/dl,2.3g/d
l,2.4g/dl,2.5g/dl,2.8g/d
l,3.4g/dl,4.5g/dl,5.4g/dl
の8水準、コレステロール濃度が55mg/dl,63
mg/dl,70mg/dl,75mg/dl,83m
g/dl,100mg/dl,135mg/dl,20
5mg/dl,350mg/dlの9水準、中性脂肪濃
度が10mg/dl,15mg/dl,20mg/d
l,70mg/dl,133mg/dl,250mg/
dl,480mg/dlの7水準となるように45種類
の組合せをピックアップし試料を作成した。
The wavelength of 1590 nm is selected by selecting the wavelengths showing the peak values of the regression coefficients shown in FIG.
Was selected as the wavelength on the absorption side derived from the OH group from each peak. As described above, in the case of an absorption peak derived from an NH group or a CH group, a quantitative property may be improved by selecting a wavelength slightly shifted from the absorption derived from an OH group. -Example 5-In this example, glucose in bovine serum was quantitatively analyzed as a biological component, and the absorption region derived from NH, OH, and CH groups from 1480 to 1850 mm was measured and analyzed as a continuous spectrum. Was done. Glucose was quantified by changing five components of glucose, albumin, cholesterol, neutral fat and water in the bovine serum sample. The sample had a glucose concentration of 35 mg / dl, 85 mg / dl,
140mg / dl, 220mg / dl, 270mg / d
1,415mg / dl, 5l0mg / dl, 800mg
/ Dl, 985mg / dl, 1500mg / dl of 10
Level, albumin concentration 2.2g / dl, 2.3g / d
1, 2.4 g / dl, 2.5 g / dl, 2.8 g / d
1, 3.4 g / dl, 4.5 g / dl, 5.4 g / dl
8 levels, cholesterol concentration is 55mg / dl, 63
mg / dl, 70mg / dl, 75mg / dl, 83m
g / dl, 100 mg / dl, 135 mg / dl, 20
9 levels of 5 mg / dl and 350 mg / dl, neutral fat concentration of 10 mg / dl, 15 mg / dl, 20 mg / d
1, 70 mg / dl, 133 mg / dl, 250 mg /
Samples were prepared by picking up 45 kinds of combinations so as to obtain seven levels of dl and 480 mg / dl.

【0053】スペクトル測定は1mm厚のガラス製セル
に試料を入れ、ニコレー社製マグナ850を用いて加算
平均128回、レゾルーション16、検出器DTGS
KBr、白色光源の条件で測定し、吸光度に変換したス
ペクトルデータは市販の多変量解析ソフトウェアを用い
グルコース濃度を目的変量、吸光スペクトルを説明変量
としたPLS回帰分析を行った。前述のようにPLS回
帰分析に用いた波長範囲は、1480nmから1850
nmである。
For the spectrum measurement, a sample was placed in a glass cell having a thickness of 1 mm, and the average was averaged 128 times using a Magna 850 manufactured by Nicolet, resolution 16, detector DTGS.
The spectrum data measured under conditions of KBr and a white light source and converted into absorbance was subjected to PLS regression analysis using glucose concentration as a target variable and absorption spectrum as an explanatory variable using commercially available multivariate analysis software. As described above, the wavelength range used for the PLS regression analysis was 1480 nm to 1850 nm.
nm.

【0054】実験でのグルコース定量の結果は主成分数
7での推定で、検量線作成の相関係数0.992、標準
誤差SEP48.7mg/dl、検量線検定の相関係数
0.991、標準誤差SEP5l.1mg/dlであっ
た。 −実施例6− 本実施例における実験系は実施例5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5と同じである。
The results of the glucose quantification in the experiment were estimated based on the number of principal components of 7, and the correlation coefficient of the calibration curve was 0.992, the standard error SEP was 48.7 mg / dl, the correlation coefficient of the calibration curve test was 0.991, Standard error SEP51. It was 1 mg / dl. -Example 6-The experimental system in this example is the same as that in Example 5, except that five components of glucose, albumin, cholesterol, neutral fat and water in the bovine serum sample were varied. The software used for the multivariate analysis is the same as in the fifth embodiment.

【0055】本実施例では1520,1540,158
0,1645,1685,1715,1740nmの7
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0.98
9、標準誤差SEP55.6mg/dl、検量線検定の
相関係数0.988、標準誤差SEP57.8mg/d
lであった。
In this embodiment, 1520, 1540, 158
0, 1645, 1685, 1715, 1740 nm
Linear multiple regression analysis (MLR) was performed using the absorbance of wavelength as an explanatory variable and glucose concentration as an objective variable. The result of the glucose quantification in the experiment was the correlation coefficient 0.98
9, standard error SEP 55.6 mg / dl, correlation coefficient 0.988 for calibration curve test, standard error SEP 57.8 mg / d
l.

【0056】1520,1580,1685,171
5,1740nmの波長の選択は1250nmから18
50nmの範囲をPLS回帰分析を行って得られた図6
に示す回帰係数のピーク値を示す波長として、154
0,1645nm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。 −実施例7− 本実施例における実験系は実施例5と同一で、牛血清試
料のグルコース、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5と同じである。
1520, 1580, 1685, 171
The selection of the wavelength of 5,1740 nm is from 1250 nm to 18
FIG. 6 obtained by performing PLS regression analysis on a range of 50 nm.
154 as the wavelength indicating the peak value of the regression coefficient
The wavelength of 0,1645 nm was selected as the point of intersection of the regression coefficients due to a plurality of principal component factors. -Example 7-The experimental system in this example is the same as that in Example 5, except that the five components of glucose, albumin, cholesterol, neutral fat and water in the bovine serum sample were varied. The software used for the multivariate analysis is the same as in the fifth embodiment.

【0057】本実施例では1520,1580,168
5nmの3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
0.983、標準誤差SEP68.0mg/dl、検量
線検定の相関係数0.983、標準誤差SEP69.2
mg/dlであった。
In this embodiment, 1520, 1580, 168
Linear multiple regression analysis (MLR) was performed using the absorbance at three wavelengths of 5 nm as an explanatory variable and the glucose concentration as a target variable. The results of the glucose quantification in the experiment were as follows: a correlation coefficient of 0.983, a standard error of SEP 68.0 mg / dl, a correlation coefficient of a calibration curve test of 0.983, and a standard error of SEP 69.2.
mg / dl.

【0058】1520,1580,1685nmの波長
の選択は実施例6により得られた図6に示す回帰係数の
ピーク値を示す波長として選択した。 −実施例8− 本実施例における実験系は実施例5と同一で、牛血清試
料のグルコース、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5と同じである。
The wavelengths of 1520, 1580 and 1685 nm were selected as the wavelengths showing the peak values of the regression coefficients shown in FIG. -Example 8-The experimental system in this example is the same as that in Example 5, except that the five components of glucose, albumin, cholesterol, neutral fat, and water in the bovine serum sample were varied. The software used for the multivariate analysis is the same as in the fifth embodiment.

【0059】本実施例では1525,1580,168
0nmの3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SEP60.0mg/dl、検量
線検定の相関係数0.987、標準誤差SEP61.0
mg/dlであった。
In this embodiment, 1525, 1580, 168
Linear multiple regression analysis (MLR) was performed using the absorbance at three wavelengths of 0 nm as an explanatory variable and glucose concentration as a target variable. The results of the glucose determination in the experiment were as follows: a correlation coefficient of 0.987 for preparing a calibration curve, a standard error SEP of 60.0 mg / dl, a correlation coefficient of a calibration curve test of 0.987, and a standard error of SEP 61.0.
mg / dl.

【0060】1590nmの波長の選択は実施例6によ
り得られた図6に示す回帰係数のピーク値を示す波長、
1525nmと1690mmの波長はそれぞれのピーク
よりOH基由来の吸収側の波長として選択した。 −実施例9− 本実施例における実験系は実施例5と同一で、牛血清試
料のグルコース、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5と同じである。
The wavelength of 1590 nm is selected by selecting the wavelength indicating the peak value of the regression coefficient shown in FIG.
The wavelengths of 1525 nm and 1690 mm were selected as the wavelengths on the absorption side derived from OH groups from the respective peaks. -Example 9-The experimental system in this example is the same as that in Example 5, except that the five components of glucose, albumin, cholesterol, neutral fat, and water in the bovine serum sample were varied. The software used for the multivariate analysis is the same as in the fifth embodiment.

【0061】本実施例では15l0nmから1820n
m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たデータをsavitzky−
Golayの微分手法を用いて2次微分処理を行い解析
を行った。解析は2次微分値を説明変量、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6での推定で、検量線
作成の相関係数0.986、標準誤差SEP63.5m
g/dl、検量線検定の相関係数0.983、標準誤差
SEP69.0mg/dlであった。
In this embodiment, 1510 nm to 1820 n
The data obtained by measuring the absorption region derived from the NH group, OH group, and CH group up to m as a continuous spectrum is savitzky-
The analysis was performed by performing a second-order differentiation process using Golay's differentiation method. For analysis, PLS regression analysis was performed using the second derivative as an explanatory variable and glucose concentration as a target variable. The result of the glucose quantification in the experiment is the estimation based on the number of principal components 6, and the correlation coefficient of the calibration curve is 0.986, and the standard error is SEP63.5 m.
g / dl, the correlation coefficient of the calibration curve test was 0.983, and the standard error was SEP 69.0 mg / dl.

【0062】−実施例10− 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、1000から1300nm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グル
コース、アルブミン、水の3成分変動系の実験と同一
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添加して試料を作成した。試料は試
料中のグルコース濃度が35mg/dl,136mg/
dl,220mg/dl,412mg/dl,750m
g/dlの5水準、アルブミン濃度が2.6g/dl,
3.0g/dl,3.3g/dl,4.0g/dl,
5.4g/dlの5水準の計5×5=25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。
Example 10 In this example, glucose in bovine serum was quantitatively analyzed as a biological component, and the absorption region derived from NH, OH, and CH groups from 1000 to 1300 nm was defined as a continuous spectrum. Measured and analyzed. The bovine serum sample is the same as the above-described experiment of the three-component variation system of glucose, albumin, and water. For 80 ml of bovine serum, 5 ml of an aqueous solution obtained by dissolving glucose in distilled water and an aqueous solution obtained by dissolving albumin in distilled water are used. A sample was prepared by adding 15 ml. The sample had a glucose concentration of 35 mg / dl, 136 mg /
dl, 220mg / dl, 412mg / dl, 750m
g / dl, albumin concentration of 2.6 g / dl,
3.0 g / dl, 3.3 g / dl, 4.0 g / dl,
Thirteen combinations were picked up from five combinations of 5 levels of 5.4 g / dl and 5 × 5 = 25 combinations to prepare samples.

【0063】スペクトル測定は1mm厚のガラス製セル
に試料を入れ、ニコレー社製マグナ850を用いて加算
平均128回、レゾルーション16、検出器MCT/
A、白色光源の条件で測定し、吸光度に変換したスペク
トルデータは市販の多変量解析ソフトウェアを用いグル
コース濃度を目的変量、吸光スペクトルを説明変量とし
たPLS回帰分析を行った。
For spectrum measurement, a sample was placed in a glass cell having a thickness of 1 mm, and the average was measured 128 times using a Magna 850 manufactured by Nicolet, resolution 16, detector MCT /
A. The spectrum data measured under the condition of a white light source and converted into the absorbance was subjected to PLS regression analysis using a commercially available multivariate analysis software with the glucose concentration as the target variable and the absorption spectrum as the explanatory variable.

【0064】前述のようにPLS回帰分析に用いた波長
範囲は、1000nmから1300nmである。実験で
のグルコース定量の結果は主成分数6での推定で、検量
線作成の相関係数0.980、標準誤差SEP54.2
mg/dl、検量線検定の相関係数0.962、標準誤
差SEP74.8mg/dlであった。
As described above, the wavelength range used for the PLS regression analysis is from 1000 nm to 1300 nm. The result of the glucose quantification in the experiment is an estimation based on the number of principal components 6, and the correlation coefficient for preparing a calibration curve is 0.980, and the standard error is SEP54.2.
mg / dl, the correlation coefficient of the calibration curve test was 0.962, and the standard error was SEP 74.8 mg / dl.

【0065】−実施例11− 本実施例における実験系は実施例5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5と同じである。本実施
例では測定した各波長の吸光度と1540nmにおける
吸光度の差をとることで、スペクトルデータの前処理を
行った。解析に用いた波長範囲は、1480nmから1
880nmである。
Example 11 The experimental system in this example is the same as that in Example 5, except that the five components of glucose, albumin, cholesterol, neutral fat and water in the bovine serum sample were varied. The software used for the multivariate analysis is the same as in the fifth embodiment. In this example, preprocessing of spectral data was performed by taking the difference between the measured absorbance at each wavelength and the absorbance at 1540 nm. The wavelength range used for the analysis was 1480 nm to 1
880 nm.

【0066】前処理を行った各波長データを説明変量、
グルコース濃度を目的変量とし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8での推
定で、検量線作成の相関係数0.997、標準誤差SE
P28.9mg/dl、検量線検定の相関係数0.99
6、標準誤差SEP31.9mg/dlであった。
Each wavelength data subjected to the preprocessing is described as an explanatory variable,
PLS regression analysis was performed using glucose concentration as a target variable. The result of the glucose quantification in the experiment is the estimation based on the number of principal components of 8, and the correlation coefficient of the calibration curve is 0.997, and the standard error is SE.
P28.9 mg / dl, correlation coefficient 0.99 for calibration curve test
6, standard error SEP was 31.9 mg / dl.

【0067】1540nmの波長を選択した理由は、図
6に示すように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。 −実施例12− 本実施例における実験系は実施例10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5と同じである。
The reason why the wavelength of 1540 nm was selected was that it was selected as the intersection of the regression coefficients of a plurality of principal component factors as shown in FIG. -Example 12-The experimental system in this example is the same as that in Example 10, except that three components of glucose, albumin, and water in the bovine serum sample were varied. The software used for the multivariate analysis is the same as in the fifth embodiment.

【0068】本実施例では測定した各波長の吸光度と1
060nmにおける吸光度の差をとることで、スペクト
ルデータの前処理を行った。解析に用いた波長範囲は、
1000nmから1300nmである。前処理を行った
各波長データを説明変量、グルコース濃度を目的変量と
しPLS回帰分析を行った。
In this embodiment, the measured absorbance at each wavelength is 1
Preprocessing of the spectral data was performed by taking the difference in absorbance at 060 nm. The wavelength range used for the analysis is
It is from 1000 nm to 1300 nm. PLS regression analysis was performed using the wavelength data subjected to the preprocessing as an explanatory variable and glucose concentration as a target variable.

【0069】実験でのグルコース定量の結果は主成分数
6での推定で、検量線作成の相関係数0.978、標準
誤差SEP56.8mg/dl、検量線検定の相関係数
0.961、標準誤差SEP76.1mg/dlであっ
た。1540nmの波長を選択した理由は、図6に示す
ように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。
The results of the glucose quantification in the experiment were estimated based on the number of principal components of 6, and the correlation coefficient of the calibration curve was 0.978, the standard error SEP was 56.8 mg / dl, the correlation coefficient of the calibration curve test was 0.961, The standard error was 76.1 mg / dl. The reason why the wavelength of 1540 nm was selected was that it was selected as an intersection where regression coefficients of a plurality of principal component factors intersect as shown in FIG.

【0070】−実施例13− 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7に示すように、近赤外光源である発光手段(発光ダ
イオード1)から照射した近赤外光を干渉フィルター2
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3によって光ファイバー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5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し
た。
Embodiment 13 As shown in FIG. 7, the apparatus for quantifying glucose concentration in a living body in this embodiment interferes with near-infrared light emitted from a light-emitting means (light-emitting diode 1) as a near-infrared light source. Filter 2
, And the light condensed on the end face of the optical fiber 4 by the lens 3 as a light condensing means is guided to an object to be measured, and the transmitted light of the object to be measured is a photodiode as a detecting means. 5, the absorption signal was measured, and the calculating means calculated the glucose concentration.

【0071】干渉フィルターは円盤の同心円上に3つ配
置されており、モータ6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。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。発光ダイ
オードには中心波長が1600nmで半値幅160nm
のInGaAsP系の素子を用いた。前記3種類の干渉
フィルターには中心波長1530nmで半値幅10n
m、中心波長1585nmで半値幅60nm、中心波長
1680nmで半値幅10nmのものを用いた。前記中
心波長1585nmで半値幅60nmの干渉フィルター
の中心波長および半値幅の設定理由はグルコースのOH
基に由来する信号をとらえるために実施例5で得られた
回帰係数のOH基由来のピークを参考にした。実施例5
の回帰係数の部分拡大を図8に示す。主成分7における
回帰係数はおおよそ1580nmにおいて極大値をと
り、この極大値の70%の値をとるのが1555nmお
よび1615nmである。そこで中心波長を1555n
mと1615nmの中点である1585mmで半値幅を
60nmに設定した。この手法で中心波長および半値幅
を設定した近赤外光を照射することで、1点の測定を行
うだけで多数の点を計測するのと同等の計測ができるこ
とになる。
The three interference filters are arranged on concentric circles of the disk, and a center wavelength and a half width corresponding to the characteristics of the interference filter can be obtained by rotating the interference filters by the motor 6. The detected absorption signal is converted into an absorbance, and the glucose concentration is calculated based on a preset calibration curve. The light emitting diode has a center wavelength of 1600 nm and a half width of 160 nm.
Was used. The three types of interference filters have a center wavelength of 1530 nm and a half width of 10 n.
m, a half-width of 60 nm at a center wavelength of 1585 nm, and a half-width of 10 nm at a center wavelength of 1680 nm were used. The reason for setting the center wavelength and the half width of the interference filter having the center wavelength of 1585 nm and the half width of 60 nm is OH of glucose.
In order to capture a signal derived from the group, the peak derived from the OH group of the regression coefficient obtained in Example 5 was referred to. Example 5
FIG. 8 shows a partial enlargement of the regression coefficient. The regression coefficient of the principal component 7 has a maximum value at about 1580 nm, and 1555 nm and 1615 nm take 70% of the maximum value. Therefore, the center wavelength is 1555n
The half width was set to 60 nm at 1585 mm, which is the midpoint between m and 1615 nm. By irradiating near-infrared light with a center wavelength and a half-value width set by this method, it is possible to perform measurement equivalent to measuring a large number of points by measuring only one point.

【0072】光ファイバーの照射端7は被測定物に垂直
にあてて使用する。照射端7では光ファイバーの発光側
8と受光側9が交互に並んでおり、発光側ファイバー8
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9でうけ、検出器5に導いている。発光、受
光に用いた光ファイバー径は500μmで、受光、発光
ファイバーの中心間距離も500μmである。
The irradiating end 7 of the optical fiber is used perpendicularly to the object to be measured. At the irradiation end 7, the light emitting side 8 and the light receiving side 9 of the optical fiber are alternately arranged.
Near-infrared light that has been irradiated and transmitted through the living tissue is received by the light-receiving fiber 9 and guided to the detector 5. The diameter of the optical fiber used for light emission and light reception is 500 μm, and the distance between the centers of the light reception and light emission fibers is also 500 μm.

【0073】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。本発明の利用者本人より検量線
を作成する場合はグルコース負荷試験を用い、グルコー
ス含有物を飲食後、一定時間間隔で採血と本発明による
信号測定を行うようにしてもよいし、生活中において血
糖値が安定する時間を選んで信号測定を行うようにして
もよい。
The calibration curve for calculating the glucose concentration is obtained by statistically analyzing 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 When preparing a calibration curve from the user of the present invention, using a glucose tolerance test, after eating and drinking a glucose-containing substance, blood sampling and signal measurement according to the present invention may be performed at regular time intervals, or during life. The signal measurement may be performed by selecting a time when the blood glucose level is stabilized.

【0074】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 glucose concentration obtained by the standard method for analyzing the collected blood and the signal stored at the time of measurement are compared to form data, and a calibration curve is created by the analyzing means built in the calculating 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.

【0075】−実施例14− 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
実施例13と同じ図7に示す構成を有する。相異点は3
種類の干渉フィルターの中心波長および半値幅で、中心
波長1520nmで半値幅10nm、中心波長1580
nmで半値幅40nm、中心波長1685nmで半値幅
10nmのものを用いた。前記中心波長1580nmで
半値幅40nmの干渉フィルターの中心波長および半値
幅の設定理由は実施例5で得られた回帰係数のピーク波
長を参考にした。実施例5の主成分7における回帰係数
はおおよそ1520,1580,1685nmにおいて
極大値をとり各ピークの幅の大ささで干渉フィルターの
半値幅を設定した。回帰係数がピークをとる波長を選択
することで、1520mmや1685nmのように比較
的急峻なピークでも10nm程度の半値幅を用いれば安
定した値を計測できる。また1680nmに関してはピ
ークがブロードなので半値幅を40nmと広く設定し
た。
Embodiment 14 The apparatus for quantifying the concentration of glucose in a living body in this embodiment has the same configuration as that of Embodiment 13 shown in FIG. The difference is 3
The center wavelength and the half-value width of the interference filters are 1520 nm, the half-value width is 10 nm, and the center wavelength is 1580.
A half-width of 40 nm, a half-width of 1085 nm and a center wavelength of 1,865 nm was used. The reason for setting the center wavelength and the half width of the interference filter having the center wavelength of 1580 nm and the half width of 40 nm was based on the peak wavelength of the regression coefficient obtained in Example 5. The regression coefficient of the main component 7 in Example 5 had a maximum value at about 1520, 1580, and 1685 nm, and the half width of the interference filter was set based on the width of each peak. By selecting a wavelength at which the regression coefficient has a peak, a stable value can be measured even for a relatively steep peak such as 1520 mm or 1685 nm by using a half width of about 10 nm. Since the peak is broad at 1680 nm, the half width was set to be as wide as 40 nm.

【0076】この手法で中心波長および半値幅を設定し
た近赤外光を照射することで、1点の測定を行うだけで
多数の点を計測するのと同等の計測ができることにな
る。 −実施例15− 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3つの発光手段
(半導体レーザー)1から照射した近赤外光を凹面鏡1
0によって光ファイバー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5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が算出される。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。
By irradiating near-infrared light having a center wavelength and a half-value width set by this method, it is possible to perform measurement equivalent to measuring a large number of points by measuring only one point. -Example 15-As shown in Fig. 9, the apparatus for quantifying glucose concentration in a living body in the present example is configured such that three infrared light sources (semiconductor lasers) 1 serving as near-infrared light sources emit near-infrared light into a concave mirror 1.
0, the light condensed on the end face of the optical fiber 4 is guided to the object to be measured, and the transmitted signal of the object to be measured is detected by the photodiode 5 which is a detecting means to measure an absorption signal.
The computing means calculates the glucose concentration. The detected absorption signal is converted into an absorbance, and the glucose concentration is calculated based on a preset calibration curve.

【0077】半導体レーザーには中心波長が1530n
mで半値幅10nmのInGaAsP系の素子、中心波
長1585nmで半値幅30nmの素子、中心波長16
80nmで半値幅10nmの素子を用いた。前記半導体
レーザーの半値幅については素子自体の特性として前記
半値幅のものを用いても良いし、発光ダイオードの照射
面に干渉フィルターを設置し、任意の半値幅に調節して
もよい。光ファイバーについては実施例13と同じであ
る。
The semiconductor laser has a center wavelength of 1530 n.
m, an InGaAsP-based device having a half-value width of 10 nm, a device having a center wavelength of 1,585 nm, a device having a half-value width of 30 nm, and a center wavelength of 16
A device having a half width at half maximum of 10 nm was used. As the half-width of the semiconductor laser, the half-width may be used as a characteristic of the element itself, or an interference filter may be provided on an irradiation surface of the light-emitting diode to adjust the half-width to an arbitrary value. The optical fiber is the same as in the thirteenth embodiment.

【0078】−実施例16− 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10に示すように、ハロゲンランプである発光手段
1、発光手段1からの光を被験者の身体のある部分(た
とえば前腕の皮膚組織)Bに導くとともに拡散透過光を
フラットフィールド型回折格子20に導く光ファイバー
4、回折格子20で分光操作がなされた光をアレイ型フ
ォトダイオード5で受光して吸収信号を測定し、演算手
段CPUにより血糖値を算出する。演算ユニットCPU
は吸収信号を吸光度に変換した後、予め設定した検量線
を使用して被験者のグルコース濃度を計算する。図10
中の21は反射ミラー、22は回折格子20と光ファイ
バー4との間に配置したスリット、23はA/D変換器
である。
Embodiment 16 As shown in FIG. 10, the apparatus for quantifying the concentration of glucose in a living body according to the present embodiment emits light from a light emitting means 1 which is a halogen lamp and a part of the body of a subject ( For example, the optical fiber 4 for guiding the diffused transmitted light to the flat field type diffraction grating 20 while the light is guided to the forearm skin tissue B and the light subjected to the spectral operation by the diffraction grating 20 is received by the array type photodiode 5 to measure the absorption signal. The blood glucose level is calculated by the calculating means CPU. Arithmetic unit CPU
Converts the absorption signal into an absorbance and calculates the glucose concentration of the subject using a preset calibration curve. FIG.
Reference numeral 21 denotes a reflection mirror, 22 denotes a slit disposed between the diffraction grating 20 and the optical fiber 4, and 23 denotes an A / D converter.

【0079】ここで用いた光ファイバー4は、図11に
示すように、各発光側ファイバー8のまわりを六角形パ
ターンの各コーナーに位置する受光側ファイバー9で囲
んでいるもので、これら6本の受光側ファイバー9と1
本の発光側ファイバー8とからなる組において、X軸方
向に隣接する組で1本の受光側ファイバー9が共有さ
れ、Y軸方向に隣接する組で2本の受光側ファイバー9
が共有されるようにしてある。また、各組において、発
光側ファイバー8と受光側ファイバー9との中心間距離
Lは0.5mmに設定(各直径は200ミクロン)して
いる。被験者の皮層の真皮層からのスペクトル情報を選
択的に抽出する場合、中心間距離Lは0.1〜2mm、
特に0.2〜1mmの範囲に設定することが好ましい。
光ファイバー4の照射端7は被験者の前腕の皮層表面に
対して垂直に押し当てられる。光ファイバーバンドル4
を所定の圧力で皮膚表面に押し当てるため圧力ゲージや
固定具を使用することが好ましい。1350nmから1
850nmの波長範囲における前腕皮膚組織の吸収スペ
クトルの一例を図12に示す。
As shown in FIG. 11, the optical fibers 4 used here are such that each light emitting side fiber 8 is surrounded by light receiving side fibers 9 located at each corner of a hexagonal pattern. Receiving fiber 9 and 1
In the set composed of the two light-emitting fibers 8, one light-receiving fiber 9 is shared by a pair adjacent in the X-axis direction, and two light-receiving fibers 9 are shared by a pair adjacent in the Y-axis direction.
Is shared. In each set, the center distance L between the light emitting fiber 8 and the light receiving fiber 9 is set to 0.5 mm (each diameter is 200 microns). When selectively extracting spectral information from the dermis of the subject's cortex, the center-to-center distance L is 0.1 to 2 mm,
In particular, it is preferable to set the thickness in the range of 0.2 to 1 mm.
The irradiation end 7 of the optical fiber 4 is pressed perpendicularly to the skin surface of the forearm of the subject. Optical fiber bundle 4
It is preferable to use a pressure gauge or a fixture to press the skin against the skin surface at a predetermined pressure. 1 from 1350nm
FIG. 12 shows an example of an absorption spectrum of forearm skin tissue in a wavelength range of 850 nm.

【0080】上記装置を用いて被験者の血液中のグルコ
ース濃度を定量した。年齢30才の健康な男性の被験者
に対し、30分間の安静の後,デンプン部分加水分解物
製剤トレーランG(清水製薬製)を服用させて75gに
相当するブドウ糖を摂取させた。そして血糖値の測定を
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。また、前腕のスペクトル測定を採血後5分
毎に4回実施した。(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
遅れが存在するが、この被験者においては5分の時間遅
れが適切であった。)採血による血糖値測定は安静開始
後90分まで、前腕のスペクトル測定は最終の採血後5
分まで実施した。検量線の作成は前記実測血糖値を目的
変量とし、その5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89〜134mg/
dlの範囲で変動している。
The glucose concentration in the subject's blood was determined using the above apparatus. A 30-year-old healthy male subject was rested for 30 minutes, then taken with a partially hydrolyzed starch preparation, Torayan G (manufactured by Shimizu Pharmaceutical Co., Ltd.), and ingested glucose equivalent to 75 g. Then, the blood glucose level was measured every ten minutes from the start of rest using fingertip blood using a simple blood glucose meter Novo Assist (manufactured by Novo Nordisk Pharma). The forearm spectrum was measured four times every 5 minutes after blood collection. (The glucose concentration in the forearm skin tissue has a time delay having individual differences with respect to the blood glucose concentration, but a time delay of 5 minutes was appropriate in this subject.) Blood glucose measurement by blood sampling started resting Until 90 minutes later, the spectral measurement of the forearm was 5
Minutes. The calibration curve was prepared using PLS regression analysis and multiple regression analysis with the measured blood glucose value as the target variable and the spectrum measured 5 minutes later as the explanatory variable. The blood sugar level of the subject in this actual measurement was 89 to 134 mg /
dl.

【0081】PLS回帰分析により得た回帰係数を図1
3に示す。PLS回帰分析にあたっては、クロスバリデ
ーション法を使用して第1倍音の高調波が観察される1
350nm〜1850nmの波長範囲でグルコース濃度
を目的変量、吸光度を説明変量として行った。この回帰
係数の形状は、1600nm付近にピークを有する前実
施例に示した血清系での実験で得られた回帰係数(図
3,図6)と類似な形状を示し、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
析の結果は,主成分数7の推定で、検量線作成の相関係
数は0.993、標準誤差SEPは1.9mg/dl、
検量線検定の相関係数は0.988、標準誤差SEPは
2.6mg/dlであった。
FIG. 1 shows the regression coefficients obtained by the PLS regression analysis.
3 is shown. In the PLS regression analysis, the first harmonic is observed using the cross-validation method.
In the wavelength range of 350 nm to 1850 nm, glucose concentration was used as a target variable, and absorbance was used as an explanatory variable. The shape of this regression coefficient is similar to the regression coefficient (FIGS. 3 and 6) obtained in the experiment using the serum system shown in the previous example and having a peak near 1600 nm. It can be seen that is determined. The result of this PLS regression analysis is an estimation of the number of principal components 7, and the correlation coefficient for creating a calibration curve is 0.993, the standard error SEP is 1.9 mg / dl,
The correlation coefficient of the calibration curve test was 0.988, and the standard error SEP was 2.6 mg / dl.

【0082】同一データにおける1550nm、164
0nm、1690nmの3波長を用いてクロスバリデー
ション手法による重回帰分析を行って得られた検量線に
実測データをあてはめた結果を図14に示す。この3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0.957、標準誤差SEP4.8mg/dl、検量
線検定の相関係数0.949、標準誤差SEP53mg
/dlであった。
1550 nm, 164 in the same data
FIG. 14 shows a result obtained by applying measured data to a calibration curve obtained by performing multiple regression analysis by a cross-validation method using three wavelengths of 0 nm and 1690 nm. The results obtained by the three-wavelength multiple regression analysis were as follows: a correlation coefficient of 0.957 for preparing a calibration curve, a standard error of SEP 4.8 mg / dl, a correlation coefficient of a calibration curve test of 0.949, and a standard error of SEP 53 mg.
/ Dl.

【0083】[0083]

【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分子
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と、生体
成分のCH基由来の吸収を測定するための波長域との少
なくとも3つ波長域での測定結果よりグルコースの定量
を行うものであり、グルコースによる特異吸収としても
っとも適切と思われるOH基由来の吸収を用いる上に、
外乱としての生体成分を考慮したものとなっていること
から、グルコース濃度の定量の精度を大きく向上させる
ことができるものである。
As described above, in the present invention, the concentration of glucose in a living body is measured in a wavelength range for measuring the absorption of glucose molecules derived from OH groups in the near-infrared region, and the absorption of biological components derived from NH groups is determined. And a quantitative range of glucose from the measurement results in at least three wavelength ranges of a wavelength range for measuring the absorption derived from the CH group of the biological component, and a specific absorption by glucose. In addition to using the most appropriate absorption from the OH group,
Since the biological components as disturbances are taken into account, the accuracy of the quantification of the glucose concentration can be greatly improved.

【0084】そして上記3の波長域を生体水分に由来す
る水分子の吸収の影響が比較的小さい範囲に設定するこ
とで、生体水分の影響の排除が容易となり、また上記3
つの波長域は、相互に隣接した波長域とすることが、広
い波長範囲の光を発する光源を必要としなくなる上に、
検出手段の検出感度を揃えることができることになるた
めに、定量が容易となる。
By setting the above three wavelength ranges to a range where the influence of water molecules derived from living body water is relatively small, it is easy to eliminate the influence of living body water.
The two wavelength ranges are mutually adjacent wavelength ranges, eliminating the need for a light source that emits light in a wide wavelength range.
Since the detection sensitivities of the detection means can be made uniform, quantification becomes easy.

【0085】ここで、上記3つの波長域は、分子の第1
倍音が観察できる波長領域で且つ水の吸収の影響が比較
的小さい1480nmから1880nmの波長領域内で
選択する場合、グルコース分子のOH基由来の吸収を測
定するための第1の波長域を1550nmから1650
nm、生体成分のNH基由来の吸収を測定するための波
長域を1480nmから1550nm、CH基由来の吸
収を測定するための波長域を1640nmから1880
nmとすると良好な定量結果を得ることができ、また分
子の第2倍音が観察できる波長領域で且つ水の吸収の影
響が比較的小さい1000nmから1300nmの波長
領域内で選択する場合は、グルコース分子のOH基由来
の吸収を測定するための波長域を1050nmから11
30nm、生体成分のNH基由来の吸収を測定するため
の波長域を1000nmから1050nm、CH基由来
の吸収を測定するための波長域を1130nmから13
00nmとすると良好な結果を得ることができる。
Here, the above three wavelength ranges correspond to the first wavelength of the molecule.
When selecting in the wavelength range where overtones can be observed and the influence of water absorption is relatively small from 1480 nm to 1880 nm, the first wavelength range for measuring absorption derived from the OH group of glucose molecule is 1550 nm. 1650
nm, the wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component is from 1480 nm to 1550 nm, and the wavelength range for measuring the absorption derived from the CH group is from 1640 nm to 1880.
If the wavelength is selected from the range of 1000 nm to 1300 nm in which the second harmonic of the molecule can be observed and the influence of water absorption is relatively small, a glucose molecule can be obtained. The wavelength range for measuring the absorption derived from the OH group of
30 nm, the wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component is from 1000 nm to 1050 nm, and the wavelength range for measuring the absorption derived from the CH group is from 1130 nm to 13 nm.
Good results can be obtained when the thickness is set to 00 nm.

【0086】定量にあたっては、選択した3つの隣接域
内の各波長を連続的に測定して得られるスペクトル信号
を多変量解析することによりグルコースの定量を行うよ
うにしてもよい。また、前記3波長域の各々から少なく
とも1波長を選択するほか、所定の範囲の波長帯を選択
してグルコース濃度の定量を行ってもよい。この時、上
記波長あるいは波長帯のうちの少なくとも1つは、複数
試料の定量分析で測定した連続スペクトルを主成分回帰
分析あるいはPLS回帰分析して得た回帰係数がとる正
または負のピーク周辺の波長とすると、好適な結果を得
ることができる。
In quantification, glucose may be quantified by multivariate analysis of spectral signals obtained by continuously measuring each wavelength in the three selected adjacent regions. Further, in addition to selecting at least one wavelength from each of the three wavelength ranges, a predetermined range of wavelength bands may be selected to determine the glucose concentration. At this time, at least one of the above-mentioned wavelengths or wavelength bands has a positive or negative peak around a regression coefficient obtained by principal component regression analysis or PLS regression analysis of a continuous spectrum measured by quantitative analysis of a plurality of samples. As for the wavelength, a favorable result can be obtained.

【0087】第1の波長域から1600±40nmの波
長帯または該波長帯内の少なくとも1波長を用い、第2
の波長域から1530±20nmの波長帯または該波長
帯内の少なくとも1波長を用い、第3の波長域から16
85±20nmまたは1715±20nmまたは174
0±20nmのいずれか一つの波長帯または該波長帯内
の少なくとも1波長を用いても、良好な定量結果を得る
ことができ 生体組織中あるいは体液中のグルコース濃
度の測定に際しては、上記3つの波長域より選択した所
定の半値幅を有する少なくとも3つの中心波長の光を基
にグルコース濃度の定量を行うとよい。光源として入手
の容易なものを用いることができる。
Using a wavelength band of 1600 ± 40 nm from the first wavelength band or at least one wavelength within the wavelength band, the second
A wavelength band of 1530 ± 20 nm or at least one wavelength within the wavelength band from the third wavelength range.
85 ± 20 nm or 1715 ± 20 nm or 174
A good quantitative result can be obtained by using any one of the wavelength bands of 0 ± 20 nm or at least one wavelength within the wavelength band. In the measurement of glucose concentration in a biological tissue or a body fluid, the above three It is preferable to determine the glucose concentration based on light of at least three central wavelengths having a predetermined half width selected from the wavelength range. An easily available light source can be used.

【0088】この場合の半値幅は、複数試料の分析で測
定した連続スペクトルを主成分回帰分析あるいはPLS
回帰分析し、前記分析手法により算出された各波長に対
する回帰係数がとるピーク値の70%程度以下の値を示
す波長幅を用いると、さらに良好な結果を得ることがで
き、さらに少なくとも1波長の中心波長を1560nm
から1640nmの範囲内に設定するとともに半値幅を
60nm以下とするとよい。
In this case, the half value width is obtained by analyzing a continuous spectrum measured in the analysis of a plurality of samples by principal component regression analysis or PLS.
If a regression analysis is performed and a wavelength width showing a value of about 70% or less of a peak value taken by a regression coefficient for each wavelength calculated by the analysis method is used, a better result can be obtained, and at least one wavelength can be obtained. Center wavelength 1560nm
And the half width is set to 60 nm or less.

【0089】3つの波長域の測定結果として得られた吸
収信号あるいは吸収信号を吸光度や透過度に変換した値
から近赤外領域内の波長で差あるいは商をとる前処理を
行ったデータを基に定量を行うようにしてもよく、この
場合の前処理としては、複数の試料の分析で測定した連
続スペクトルを主成分回帰分析あるいはPLS回帰分析
して算出された複数の主成分因子に対する回帰係数同士
の交点付近の波長での差あるいは商をとるとよい。更に
前処理のための波長として、第1倍音領域では1550
±10nmあるいは1650±10nmから選択した波
長、第2倍音領域では1060±10nmあるいは11
30±10nmから選択した波長を用いるとよい。
Based on data obtained by performing a pre-process of obtaining a difference or a quotient at a wavelength in the near-infrared region from an absorption signal obtained as a result of measurement in three wavelength ranges or a value obtained by converting the absorption signal into an absorbance or a transmittance. The preprocessing in this case may include a regression coefficient for a plurality of principal component factors calculated by performing a principal component regression analysis or a PLS regression analysis on a continuous spectrum measured by analyzing a plurality of samples. The difference or quotient at the wavelength near the intersection of the two may be obtained. Further, as a wavelength for preprocessing, 1550 is used in the first harmonic region.
Wavelength selected from ± 10 nm or 1650 ± 10 nm, and 1060 ± 10 nm or 11 in the second harmonic region
It is preferable to use a wavelength selected from 30 ± 10 nm.

【0090】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
ための波長域と、生体成分のCH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、高い精度でのグルコース濃
度の定量を容易に行うことができる。
The apparatus for quantitatively determining glucose concentration according to the present invention comprises a near-infrared light source, a detecting means for detecting near-infrared light, and a device for introducing near-infrared light emitted from the near-infrared light source into living tissue or body fluid. Then, a guiding hand for guiding the near-infrared light transmitted or diffusely reflected by the living tissue or body fluid to the detecting means, and a calculating hand for calculating a signal obtained by the detecting means and converting the signal into a glucose concentration. The detection means measures the wavelength range for measuring the absorption derived from the OH group of the glucose molecule, the wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component, and the absorption derived from the CH group of the biological component. Since it detects near-infrared light in at least three wavelength ranges, the quantification of glucose concentration with high accuracy can be easily performed.

【0091】上記近赤外光源には、グルコース分子のO
H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NH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CH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つの波長域をカバーする発光特
性を有するとともに、各波長域に分光する分光手段を備
えたものを用いても、あるいはグルコース分子のOH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NH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CH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つの波長域内に発光特性を有する複
数の光源からなるものを用いてもよい。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となる。
The near-infrared light source includes glucose molecules O
A first wavelength range for measuring the absorption derived from the H group, a second wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component, and a second wavelength range for measuring the absorption derived from the CH group of the biological component. Third
It has a light emission characteristic covering at least three wavelength ranges of the above wavelength range, and may also be provided with a spectroscopic means for splitting light into each wavelength range, or for measuring absorption derived from OH group of glucose molecule. A first wavelength range, and a second wavelength range for measuring absorption derived from the NH group of the biological component,
A light source having a plurality of light sources having emission characteristics in at least three wavelength ranges of a third wavelength range for measuring absorption derived from a CH group of a biological component may be used. Without using a light source having a light emission characteristic at a wide wavelength such as a halogen lamp, it is possible to determine glucose using an element having a light emission characteristic at a relatively narrow wavelength such as a light emitting diode.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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】第2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. 2 is an absorption spectrum diagram of a biological substance in a second overtone region.

【図3】第1倍音領域でグルコース、アルブミン、水の
3成分を変動させた実験系での回帰係数の説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a regression coefficient in an experimental system in which three components of glucose, albumin, and water are varied in a first harmonic region.

【図4】第1倍音領域でグルコース、アルブミン、水の
3成分を変動させた実験系での2次微分の回帰係数の説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a regression coefficient of a second derivative in an experimental system in which three components of glucose, albumin, and water are changed in a first harmonic region.

【図5】第2倍音領域でグルコース、アルブミン、水の
3成分を変動させた実験系での回帰係数の説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of regression coefficients in an experimental system in which three components of glucose, albumin, and water are varied in a second overtone region.

【図6】第1倍音領域でグルコース、アルブミン、コレ
ステロール、中性脂肪、水の5成分を変動させた実験系
での回帰係数の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of regression coefficients in an experimental system in which five components of glucose, albumin, cholesterol, neutral fat, and water are varied in the first overtone region.

【図7】本発明に係る装置の一例の概略図である。FIG. 7 is a schematic view of an example of the device according to the present invention.

【図8】図6の回帰係数の部分拡大図である。8 is a partially enlarged view of the regression coefficient of FIG.

【図9】本発明に係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.

【図10】本発明に係る装置の更に他例の概略図であ
る。
FIG. 10 is a schematic view of still another example of the device according to the present invention.

【図11】同上の光ファイバーの断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of the above optical fiber.

【図12】皮膚組織の吸収スペクトルの一例の説明図で
ある。
FIG. 12 is an explanatory diagram of an example of an absorption spectrum of skin tissue.

【図13】PLS回帰分析で得られた回帰係数の説明図
である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of regression coefficients obtained by PLS regression analysis.

【図14】重回帰分析の検量線と実測データとの説明図
である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a calibration curve of multiple regression analysis and actually measured data.

【図15】光ファイバーから生体組織へ照射された近赤
外光の光路の槻念図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating the optical path of near-infrared light emitted from a fiber to living tissue.

【図16】人間の皮膚組織の概念図である。FIG. 16 is a conceptual diagram of human skin tissue.

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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、グルコース分子のOH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NH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CH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。
1. A method for quantifying glucose concentration in living tissue or body fluid using light absorption in the near-infrared region, comprising a first wavelength range for measuring absorption of glucose molecules derived from OH groups. Based on measurement results in at least three wavelength ranges of a second wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component and a third wavelength range for measuring the absorption derived from the CH group of the biological component. A method for quantifying glucose concentration, characterized in that glucose is quantified by performing the method.
【請求項2】 上記3つの波長域は生体水分に由来する
水分子の吸収の影響が比較的小さい範囲に設定している
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。
2. The method for quantifying glucose concentration according to claim 1, wherein the three wavelength ranges are set within a range in which the influence of absorption of water molecules derived from living body water is relatively small.
【請求項3】 上記3つの波長域は、相互に隣接した波
長域とす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。
3. The method according to claim 1, wherein the three wavelength ranges are adjacent to each other.
【請求項4】 上記3つの波長域は、分子の第1倍音が
観察できる波長領域で且つ水の吸収の影響が比較的小さ
い1480nmから1880nmの波長領域内で選択す
るとともに、グルコース分子のOH基由来の吸収を測定
するための第1の波長域を1550nmから1650n
m、生体成分のNH基由来の吸収を測定するための波長
域を1480nmから1550nm、CH基由来の吸収
を測定するための波長域を1650nmから1880n
mとしていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか
に記載のグルコース濃度の定量方法。
4. The three wavelength ranges are selected within a wavelength range in which the first overtone of the molecule can be observed and within a wavelength range from 1480 nm to 1880 nm where the influence of water absorption is relatively small, and the OH group of the glucose molecule is selected. The first wavelength range for measuring the absorption originating from 1550 nm to 1650 n
m, the wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component is from 1480 nm to 1550 nm, and the wavelength range for measuring the absorption derived from the CH group is from 1650 nm to 1880 n.
The method for quantifying glucose concentration according to any one of claims 1 to 3, wherein m is defined as m.
【請求項5】 上記3つの波長域は、分子の第2倍音が
観察できる波長領域で且つ水の吸収の影響が比較的小さ
い1000nmから1300nmの波長領域内で選択す
るとともに、グルコース分子のOH基由来の吸収を測定
するための波長域を1050nmから1130nm、生
体成分のNH基由来の吸収を測定するための波長域を1
000nmから1050nm、CH基由来の吸収を測定
するための波長域を1130nmから1300nmとし
ていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
のグルコース濃度の定量方法。
5. The three wavelength ranges are selected within a wavelength range where the second overtone of the molecule can be observed and within a wavelength range of 1000 nm to 1300 nm where the influence of water absorption is relatively small, and the OH group of the glucose molecule is selected. The wavelength range for measuring the absorption originating from 1050 nm to 1130 nm, and the wavelength range for measuring the absorption originating from the NH group of the biological component is 1
The method for quantifying glucose concentration according to any one of claims 1 to 3, wherein the wavelength range for measuring absorption derived from a CH group is from 000 nm to 1050 nm and from 1130 nm to 1300 nm.
【請求項6】 選択した3つの隣接域内の各波長を連続
的に測定して得られるスペクトル信号を多変量解析する
ことによりグルコースの定量を行うことを特徴とする請
求項1〜5のいずれかに記載のグルコース濃度の定量方
法。
6. The quantitative determination of glucose by multivariate analysis of a spectrum signal obtained by continuously measuring each wavelength in the selected three adjacent bands. 4. The method for quantifying a glucose concentration according to 1.
【請求項7】 前記3波長域の各々から少なくとも1波
長あるいは1波長帯を選択してグルコース濃度の定量を
行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の
グルコース濃度の定量方法。
7. The method for quantifying glucose concentration according to claim 1, wherein the quantification of glucose concentration is performed by selecting at least one wavelength or one wavelength band from each of the three wavelength regions. .
【請求項8】 上記波長あるいは波長帯のうちの少なく
とも1波長は、複数試料の定量分析で測定した連続スペ
クトルを主成分回帰分析あるいはPLS回帰分析して得
た回帰係数がとる正または負のピーク周辺の波長とする
ことを特徴とする請求項7記載のグルコース濃度の定量
方法。
8. A positive or negative peak of a regression coefficient obtained by principal component regression analysis or PLS regression analysis of a continuous spectrum measured by quantitative analysis of a plurality of samples, at least one of the wavelengths or wavelength bands. The method for quantifying glucose concentration according to claim 7, wherein the wavelength is a peripheral wavelength.
【請求項9】 第1の波長域から1600±40nmの
波長帯または該波長帯内の少なくとも1波長を用い、第
2の波長域から1530±20nmの波長帯または該波
長帯内の少なくとも1波長を用い、第3の波長域から1
685±20nmまたは1715±20nmまたは17
40±20nmのいずれか一つの波長帯または該波長帯
内の少なくとも1波長を用いることを特徴とする請求項
4記載のグルコース濃度の定量方法。
9. A wavelength band of 1600 ± 40 nm from the first wavelength band or at least one wavelength within the wavelength band, and a wavelength band of 1530 ± 20 nm or at least one wavelength within the wavelength band from the second wavelength band. From the third wavelength range.
685 ± 20 nm or 1715 ± 20 nm or 17
5. The method for quantifying glucose concentration according to claim 4, wherein any one wavelength band of 40 ± 20 nm or at least one wavelength within the wavelength band is used.
【請求項10】 生体組織中あるいは体液中のグルコー
ス濃度の測定に際して、上記3つの波長域より選択した
所定の半値幅を有する少なくとも3つの中心波長の光を
基にグルコース濃度の定量を行うことを特徴とする請求
項1〜5のいずれかの項に記載のグルコース濃度の定量
方法。
10. A method for measuring glucose concentration in a living tissue or a body fluid, wherein the glucose concentration is determined based on light of at least three central wavelengths having a predetermined half-width selected from the three wavelength ranges. The method for quantifying a glucose concentration according to any one of claims 1 to 5, which is characterized in that:
【請求項11】 複数試料の分析で測定した連続スペク
トルを主成分回帰分析あるいはPLS回帰分析し、前記
分析手法により算出された各波長に対する回帰係数がと
るピーク値の70%程度以下の値を示す波長幅を半値幅
とすることを特徴とする請求項10記載のグルコース濃
度の定量方法。
11. A continuous spectrum measured by analyzing a plurality of samples is subjected to principal component regression analysis or PLS regression analysis, and shows a value of about 70% or less of a peak value obtained by a regression coefficient for each wavelength calculated by the analysis method. The method for quantifying glucose concentration according to claim 10, wherein the wavelength width is a half width.
【請求項12】 少なくとも1波長の中心波長を156
0nmから1640nmの範囲内に設定するとともに半
値幅を60nm以下とすることを特徴とする請求項10
記載のグルコース濃度の定量方法。
12. The central wavelength of at least one wavelength is 156.
11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the half-value width is set within a range of 0 nm to 1640 nm and the half width is set to 60 nm or less.
A method for quantifying glucose concentration according to the above.
【請求項13】 3つの波長域の測定結果として得られ
た吸収信号あるいは吸収信号を吸光度や透過度に変換し
た値から近赤外領域内の波長で差あるいは商をとる前処
理を行ったデータを基に定量を行うことを特徴とする請
求項1〜12のいずれかの項に記載のグルコース濃度の
定量方法。
13. A pre-processed data which takes a difference or a quotient at a wavelength in a near-infrared region from an absorption signal obtained as a measurement result in three wavelength ranges or a value obtained by converting the absorption signal into an absorbance or a transmittance. The method for quantifying glucose concentration according to any one of claims 1 to 12, wherein the quantification is performed based on:
【請求項14】 前処理として、複数の試料の分析で測
定した連続スペクトルを主成分回帰分析あるいはPLS
回帰分析して算出された複数の主成分因子に対する回帰
係数同士の交点付近の波長での差あるいは商をとること
を特徴とする請求項13記載のグルコース濃度の定量方
法。
14. As preprocessing, a continuous spectrum measured by analyzing a plurality of samples is subjected to principal component regression analysis or PLS.
14. The method according to claim 13, wherein a difference or a quotient at a wavelength near an intersection between regression coefficients for a plurality of principal component factors calculated by regression analysis is calculated.
【請求項15】 前処理のための波長として、第1倍音
領域では1550±10nmあるいは1650±10n
mから選択した波長、第2倍音領域では1060±10
nmあるいは1130±10nmから選択した波長を用
いることを特徴とする請求項13記載のグルコース濃度
の定量方法。
15. The wavelength for preprocessing is 1550 ± 10 nm or 1650 ± 10n in the first harmonic region.
m, 1060 ± 10 in the second overtone region
14. The method for determining a glucose concentration according to claim 13, wherein a wavelength selected from nm or 1130 ± 10 nm is used.
【請求項16】 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と、生体成分のCH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。
16. A near-infrared light source, detecting means for detecting near-infrared light, and introducing near-infrared light emitted from the near-infrared light source into living tissue or body fluid to transmit or pass through the living tissue or body fluid. A guiding means for guiding the diffused and reflected 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 comprises OH of glucose molecules. At least three wavelength ranges of a wavelength range for measuring the absorption derived from the group, a wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component, and a wavelength range for measuring the absorption derived from the CH group of the biological component. An apparatus for detecting glucose concentration, which detects near-infrared light in a region.
【請求項17】 近赤外光源は、グルコース分子のOH
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NH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CH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つの波長域をカバーする発光特
性を有するとともに、各波長域に分光する分光手段を備
えていることを特徴とする請求項16記載のグルコース
濃度の定量装置。
17. The near-infrared light source is OH of glucose molecule.
A first wavelength range for measuring the absorption derived from the group, a second wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component, and a second wavelength range for measuring the absorption derived from the CH group of the biological component. 3
17. The apparatus for quantifying glucose concentration according to claim 16, wherein said apparatus has a light emission characteristic covering at least three wavelength ranges of said wavelength range, and further comprises spectral means for spectrally separating each wavelength range.
【請求項18】 近赤外光源は、グルコース分子のOH
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NH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CH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つの波長域内に発光特性を有す
る複数の光源からなることを特徴とする請求項16記載
のグルコース濃度の定量装置。
18. The near-infrared light source is OH of glucose molecule.
A first wavelength range for measuring the absorption derived from the group, a second wavelength range for measuring the absorption derived from the NH group of the biological component, and a second wavelength range for measuring the absorption derived from the CH group of the biological component. 3
The glucose concentration quantifying device according to claim 16, comprising a plurality of light sources having emission characteristics in at least three wavelength ranges of the wavelength range.
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