JP2000051185A - 光学的血糖値非破壊測定装置 - Google Patents

光学的血糖値非破壊測定装置

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JP2000051185A
JP2000051185A JP11225120A JP22512099A JP2000051185A JP 2000051185 A JP2000051185 A JP 2000051185A JP 11225120 A JP11225120 A JP 11225120A JP 22512099 A JP22512099 A JP 22512099A JP 2000051185 A JP2000051185 A JP 2000051185A
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light
human body
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glucose concentration
glucose level
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JP11225120A
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English (en)
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Mikio Kimura
美紀夫 木村
Mitsuhiko Noda
光彦 野田
Nobuaki Kuzutani
信明 葛谷
Yasunari Kanazawa
康徳 金澤
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 採血を伴わない完全な非破壊型で従来の血糖
値測定で使用されていない波長を使用できる血糖値測定
装置を提供する。 【解決手段】 波長0.21〜0.33μmの紫外光のうちの少
なくとも1つの波長の光を人体の一部を収容したハウジ
ング6に照射し、人体を透過した光の透過率を検出部8
で検出して、検出した透過率に基づいて人体のグルコー
ス濃度を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、ヒト血液中のグル
コース濃度(血糖値)を光学的手段によって短時間で非
破壊的に測定し、主に糖尿病患者に対して使用される光
学的血糖値非破壊測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】糖尿病は、血液中及び細胞外液、組織液
中のグルコース濃度が慢性的に上昇する病気である。正
常な人体では血液中に溶存するグルコース濃度は60〜12
0 mg/dl程度であり、140 mg/dl以上ある場合を糖尿病
と称している。糖尿病はその原因に対する完全な治療法
はなく、血糖値が上昇すれば、血糖値を低下させるホル
モンであるインリュリンを投与して血糖値を適正なレベ
ルに維持させている。血糖値の測定方法としては、採血
法(浸襲法)と無採血法(非浸襲法)の2種類がある。
採血法は、採血した血液を通常はグルコース酸化酵素法
により、簡便法としては、試薬と反応させ、その反応色
から比色を用いて血糖値を求める方法が最も普遍的に行
われている。
【0003】採血法は、糖尿病の患者に少なくとも年間
に数百回を越す採血(通常は数百から千回以上)を一生
を通じて課すことになり、苦痛を伴うだけでなく特に若
年者や高齢者には過度の負担を強いて危険を招くことが
ある。従って無採血酸化法を使用することが望ましく、
その一手段として、0.6 〜1.1 μmの近赤外エネルギー
を人体に照射し、透過させて、透過時のエネルギー吸収
が血糖値に比例することを利用して、無採血で血糖値を
測定する方法が提案されている(特開平2−191434号公
報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術におい
ては、0.6 〜1.1 μmの近赤外線のうちの一波長を人体
に照射し透過させて、その透過光に基づいて人体内の血
糖値を測定しているが、使用する光の波長によっては、
人体を透過する際の透過率や人体内の吸光性物質による
透過光強度への影響、使用する波長の人体に対する悪影
響等の理由から、前記波長域以外の波長の透過光が使用
できれば、より幅広い血糖値測定が可能になる。従って
本発明の目的は従来人体内の血糖値測定用として汎用さ
れている波長域以外の波長を使用することにより、特定
波長では満足できる測定ができない場合の代替測定装置
を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、波長0.21〜0.
33μmの紫外光のうちの少なくとも1つの波長の光を人
体に照射する手段と、この光照射手段により照射され人
体を透過した光を検出して光変換する手段と、この光変
換された検出信号に基づきその人体中のグルコース濃度
を求める情報処理手段とを備えることを特徴とする光学
的血糖値非破壊測定装置である。
【0006】以下本発明を詳細に説明する。血液は可視
光領域に幾つもの吸収帯がある。これは血液中の赤血球
と水の吸収である。しかし近赤外光や紫外光では赤血球
の吸収の影響が少なく、糖や水の吸収帯のみが見られ
る。従ってその吸収帯の吸収強度(吸光度)を測定する
ことにより、体内のグルコース濃度を測定することが可
能である。つまり0.8 〜2μm特に1.4 〜1.8 μmの波
長領域の光は、血液中に溶存するグルコース濃度によっ
て吸光度が変化する。その変化量は血中グルコース濃度
(血糖値)100 mg/dlの変化に対して0.1 %程度であ
る。
【0007】本発明は、従来の透過光によるグルコース
濃度(血糖値)測定で使用された0.6 〜1.1 μmの近赤
外線の代わりに波長0.21〜0.33μmの紫外光のうちの少
なくとも1つの波長の光を使用する。本発明の波長範囲
における透過光の透過率は従来技術における0.6 〜1.1
μmの近赤外線より小さいが、微小なグルコース濃度変
化に応じて透過度が比例的に変化するため、従来技術と
同様にして透過光測定によりグルコース濃度を算出する
ことができる。従って何らかの理由により従来技術の波
長範囲の光が使用できない場合等に本発明は特に効果的
である。
【0008】このグルコース濃度は、例えば前記透過光
の強度を、これを人体を透過する際の吸光度に変換した
値より求められる理論上のグルコース濃度に対応する値
に変換して求められる。又予め、実験等により各測定波
長における透過光強度とグルコース濃度との対応チャー
トを作成し用意しておき、これに基づいて透過光強度を
グルコース濃度に変換しても良い。又吸光度はグルコー
スが溶存している液体(例えば血液)の温度によっても
変化する。これは温度増加に伴い分子の振動が激しくな
るためで、その変化量は液温1°の変化に対して約0.1
%である。本発明装置により前記波長の光を照射する人
体の箇所は、光の入射点から出射点までの距離が短くな
るように、つまり比較的薄肉の部分、例えば指先や耳朶
が適切である。耳朶には太い血管はないが、より細い血
管による十分な血流が保たれており、耳朶内にある組織
でも十分測定は可能である。
【0009】物質の吸光スペクトルはフラクタルである
可能性が強い。透過光によるグルコース濃度測定は2n
高調波で行うことが望ましい。表1は高調波次数と波長
範囲の関係を示すもので、この表から明らかなように、
2 次高調波の波長範囲は1.67〜2.63μmの近赤外領
域、23 次高調波の波長範囲は0.83〜1.32μmの近赤外
領域、24 次高調波の波長範囲は0.42〜0.66μmの可視
領域、25 次高調波の波長範囲は0.21〜0.33μmの紫外
領域である。従来は23 次高調波である近赤外領域の0.
82〜1.32μmの光を使用しているが、本発明では25
高調波である紫外領域の0.21〜0.33μmの光を使用して
グルコース濃度を測定する。
【0010】
【表1】
【0011】人体に光を照射し、透過光により吸光スペ
クトルを測定する場合、被検体の長さ(透過光路長)の
違いを補正する必要がある。一般に下記の式(1)に示す
ように、ある波長の吸光度をリファレンスとした比吸光
度に変換することによって光路長の違いを補正すること
ができる。
【0012】 ABSnorml (λT)=ABS(λT)/ABS(λR) (1) (ここで、ABS(λT)は測定波長λTの吸光度、A
BS(λR)はリファレンス波長の吸光度、ABS
norml (λT)は測定波長λTの比吸光度である)。こ
の場合、2波長λ1、λ2におけるΔOD(Optical De
nsity)値は次の式(2)により定義される。
【0013】 ΔOD=ABSnorml (λ1)−ABSnorml (λ2) (2)
【0014】本発明に従って0.21〜0.33μmの範囲の光
を使用してグルコース濃度測定を行う場合は、グルコー
ス以外の特定吸光がある場合にはその吸光ピークを避け
てリファレンス波長を例えば0.30μmに決定する。そし
て測定する例えば4波長を、0.21〜0.33μmの範囲で0.
23、0.25、0.27及び0.29μmと決定し、この4波長とリ
ファレンス波長間の比吸光度の差を測定する。これらの
比吸光度の差吸光度を積分することにより、血液中のグ
ルコース濃度を算出できる。このように本発明装置によ
ると血液あるいはその代用体液(口腔粘液や皮膚組織液
等)を採取することなく、外部から非破壊的に体内のグ
ルコース濃度を簡単に測定でき、人体に対する浸襲もな
い。
【0015】又本発明装置の応用を検討する際の重要な
ポイントとして、連続的な血糖測定が可能になるという
利点がある。即ち、血糖値の変動を時系列変化として捉
えることによって、糖尿病患者に対して、適切なインシ
ュリン投与を医師の指示に基づいて行うことができるよ
うになる。本発明装置の判断部として、このような判断
機能を組み込めば今まで医師あるいは患者によって主観
的に判断されていたインシュリンの投与量、投与時間な
どを装置により患者に知らせることが可能になる。又マ
イクロマシンによるインシュリン投与と組み合わせるこ
とによる人工脾臓的展開も期待される。
【0016】
【発明の実施の形態】図面に基づいて本発明の光学的血
糖値非破壊測定装置の実施形態を説明する。図1は、該
装置の第1実施形態を示す概念図である。図1に示すよ
うに波長0.21〜0.33μmの紫外光のうちの少なくとも1
波長の光を人体に照射する手段101 、光照射照射101 に
より照射され人体を透過した光を検出して光電変換する
手段103 、光電変換された信号に基づきその人体内のグ
ルコース濃度を求める手段105 とを備える。光照射手段
101 は、例えば光源1、光源1からの光を分光して前記
紫外光のうちの少なくとも1波長の光を人体に照射する
ためのグレーディング107 及びミラー109 を備える。光
電変換手段103 は、例えば人体を透過した光を集める集
光部(積分球)111 及び集光された光を検出する検出部
113 を備える。グルコース濃度を求める手段105 は、例
えば光照射手段101 、光電変換手段103 等を制御し、検
出データを格納して所定の演算処理を施す演算処理によ
って構成される。
【0017】図2は、本発明の光学的血糖値非破壊測定
装置の第2実施形態を示す概念図である。図2は、干渉
フィルタによる前分光方式による装置で、ハロゲン等の
光源部1、光源部1が発する光のうち所定の波長を透過
させる回転干渉フィルタ部2、回転干渉フィルタ2から
の光を導くための投光用ファイバ5、耳朶、指等の測定
対象物を固定し、この測定対象物に対し投光用ファイバ
5によって導かれた光を照射するための測定用ハウジン
グ部6、該測定用ハウジング部6において測定対象物を
透過した光を導くための受光用ファイバ7、受光用ファ
イバ7によって導かれた光を検出し電気信号に変換する
受光素子などから成る検出部8、検出部8の出力を増幅
する増幅部9、及び増幅部の出力に基づき血糖値を算出
する演算部10から構成される。回転干渉フィルタ2は、
上述した測定に適した異なる4波長の光のみをそれぞれ
透過する4枚の干渉フィルタ3を有する回転干渉フィル
タ及びこれを回転させるモータ4を備え、これにより光
源部1からの光は、それぞれのフィルタ3によって最大
4種の波長の単色光に分光される。又フィルタ3は一定
の周波数で回転するため、チョッパ機能も有する。
【0018】図3は、本発明の光学的血糖値非破壊測定
装置の第3実施形態を示す概念図である。図3は、干渉
フィルタによる後分光方式による装置で、該装置は図2
の前分光方式による装置の改良であり、同一部材には同
一符号を付してその説明を省略する。これは受光素子の
前に回転干渉フィルタ部2を設置したタイプで、基本的
な機能は図2のものと同じである。
【0019】図4は、本発明の光学的血糖値非破壊測定
装置の第4実施形態を示す概念図である。図4は、分光
方式を採らず、それぞれ異なる波長の測定光を出力する
4つの半導体レーザ21を光源に用いたもので、他は図2
と同じ構成を有する。
【0020】次に本発明の光学的血糖値非破壊測定装置
による血糖値測定の実施例を記載するが、該実施例は本
発明を限定するものではない。
【0021】実施例1 インビトロによる測定として、異なる人体から採取した
4種の血漿をそれぞれ厚さ10mmのセルに入れ、透過光路
長を10mmと一定にして、0.27〜0.28μmの波長域で透過
吸光度を求め、積分することにより各血漿のグルコース
濃度を算出したところ、それぞれ95、115 、170 及び28
0 mg/dlであった。なお同一の4人かち採取した血漿の
グルコース濃度をグルコース酸化酵素法により測定した
ところ、順に100 、128 、158 及び260 mg/dlであり、
4種の血漿とも透過光測定によるグルコース濃度とグル
コース酸化酵素法によるグルコース濃度は互いに近似し
ていた。
【0022】
【発明の効果】本発明は、波長0.21〜0.33μmの紫外光
のうちの少なくとも1つの波長の光を人体に照射する手
段と、この光照射手段により照射され人体を透過した光
を検出して光変換する手段と、この光変換された検出信
号に基づきその人体中のグルコース濃度を求める情報処
理手段とを備えることを特徴とする光学的血糖値非破壊
測定装置(請求項1)である。本発明装置は、0.21〜0.
33μmという従来技術ではグルコース濃度測定用として
使用されていなかった波長を使用するため、従来の0.6
〜1.1 μmという波長を使用するグルコース濃度測定で
生じ得る欠点、例えば人体内の特定波長の吸光帯を有す
る不純物による吸光阻害や使用する波長の人体に対する
悪影響等を、使用波長を従来の波長域から本発明の波長
域である0.21〜0.33μmとすることにより解消できる。
【0023】更に2以上の波長を使用し、そのうちの1
つの波長による検出信号を参照することにより、他の測
定波長の光が人体を透過する際の光路長の影響を排除す
ると(請求項2)、光路長の長短によるグルコース濃度
算出に関する誤差がなくなり高い精度で濃度測定ができ
る。グルコース濃度算出法としては、差吸光度から求め
るもの(請求項3)や吸光度の二次積分値から求めるも
の(請求項4)等があり、いずれの方法でも比較的高い
精度でグルコース濃度測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学的血糖値非破壊測定装置の第1実
施形態を示す概念図。
【図2】同じく第2実施形態を示す概念図。
【図3】同じく第3実施形態を示す概念図。
【図4】同じく第4実施形態を示す概念図。
【符号の説明】
1 光源 2 回転干渉フィルタ部 3 干渉フィルタ 4 モータ 5 投光用ファイバ 6 測定用ハウジング部 7 受光用ファイバ 8 検出部 9 増幅部 10 演算部 21 半導体レーザ 101 照射手段 103 光電変換手段 105 グルコース濃度測定手段 107 グレーディング 109 ミラー
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年8月13日(1999.8.1
3)
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 波長0.21〜0.33μmの紫外光のうちの少
    なくとも1つの波長の光を人体に照射する手段と、この
    光照射手段により照射され人体を透過した光を検出して
    光変換する手段と、この光変換された検出信号に基づき
    その人体中のグルコース濃度を求める情報処理手段とを
    備えることを特徴とする光学的血糖値非破壊測定装置。
  2. 【請求項2】 前記光照射手段が、波長0.21〜0.33μm
    の紫外光のうちの少なくとも2つの波長の光を人体に照
    射するものであり、前記情報処理手段は、そのうちの1
    つの波長による検出信号を参照して、他の測定波長の光
    が人体を透過する際の光路長の影響を排除するものであ
    る請求項1に記載の光学的血糖値非破壊測定装置。
  3. 【請求項3】 前記情報処理手段が、前記検出信号に基
    づき、差吸光度から求められるグルコース濃度に対応す
    る値としてグルコース濃度を求めるものである請求項1
    に記載の光学的血糖値非破壊測定装置。
  4. 【請求項4】 前記情報処理手段が、前記検出信号に基
    づき、吸光度の二次積分値から求められるグルコース濃
    度に対応する値としてグルコース濃度を求めるものであ
    る請求項1に記載の光学的血糖値非破壊測定装置。
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