JP4872536B2 - Biological component concentration measurement method - Google Patents

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Description

本発明は、生体の皮膚組織表面に近赤外光を照射すると共に、皮膚組織からの拡散反射光を受光してスペクトル測定を行って近赤外分光分析手法にて生体成分の定性・定量分析を行う生体成分濃度測定方法に関するものである。   The present invention irradiates near-infrared light on the skin tissue surface of a living body, receives diffuse reflection light from the skin tissue, performs spectrum measurement, and performs qualitative and quantitative analysis of biological components by a near-infrared spectroscopic analysis method. It is related with the biological component density | concentration measuring method which performs.

生体組織に近赤外光を照射した際の生体組織内を拡散反射した光を受光して得たスペクトル信号から生体組織を定性・定量分析を行う近赤外分光法は、生体内の種々の情報を非侵襲的に、試薬なしに、その場で即時に得ることができることから多くの医療分野で注目されている。   Near-infrared spectroscopy, which performs qualitative and quantitative analysis of biological tissue from spectral signals obtained by receiving diffusely reflected light inside the biological tissue when irradiated with near-infrared light, Information is attracting attention in many medical fields because information can be obtained immediately on the spot, non-invasively and without reagents.

特に血糖測定に関しては、糖尿病患者の血糖値管理に関する要望だけでなく、近年、集中治療室で血糖値を適切な範囲に管理することで患者の死亡率が大幅に低下するという報告があることから、非侵襲連続の血糖値モニターが注目されている。   Especially regarding blood glucose measurement, not only is there a demand for blood glucose management in diabetics, but in recent years there has been a report that the mortality rate of patients will be significantly reduced by managing blood glucose within an appropriate range in the intensive care unit. Non-invasive continuous blood glucose monitoring has been attracting attention.

非侵襲的に血糖値を測定する技術手段の一つである近赤外分光法では、近赤外スペクトルのグルコース特異吸収波長において、吸光度はグルコース濃度増減により変化するので、その波長を含む生体組織からのスペクトルを測定し、そのスペクトル信号を多変量解析することによって生体内のグルコース濃度を検出する測定手法が特開平11−70101号公報や、特開2002一65645号公報、特開2006-87913号公報などに示されている。   In near-infrared spectroscopy, which is one of the technical means for non-invasively measuring blood glucose level, the absorbance changes at the glucose-specific absorption wavelength in the near-infrared spectrum due to the increase or decrease in glucose concentration. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-70101, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-165645, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-87913 measure the spectrum from the signal and detect the glucose concentration in the living body by multivariate analysis of the spectrum signal. It is shown in the gazette.

図1は上記特開2006-87913号公報に開示された非侵襲式の光学式血糖値測定システムを示すもので、ハロゲンランプ1から発光された近赤外光は熱遮蔽板2、ピンホール3、レンズ4、光ファイババンドル5を介して生体組織6に入射される。上記光ファイババンドル5は測定用光ファイバ7の一端とリファレンス用光ファイバ8の一端が接続され、測定用光ファイバ7の他端は測定用プローブ9に接続され、リファレンス用光ファイバ8の他端はリファレンス用プローブ10に接続されており、さらに測定プローブ9及びリファレンスプローブ10は光ファイバを介して測定側出射体11及びリファレンス側出射体12に接続されている。   FIG. 1 shows a non-invasive optical blood glucose level measuring system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-87913. Near infrared light emitted from a halogen lamp 1 is a heat shielding plate 2 and a pinhole 3. , And enters the living tissue 6 through the lens 4 and the optical fiber bundle 5. In the optical fiber bundle 5, one end of the measurement optical fiber 7 and one end of the reference optical fiber 8 are connected, the other end of the measurement optical fiber 7 is connected to the measurement probe 9, and the other end of the reference optical fiber 8. Is connected to the reference probe 10, and the measurement probe 9 and the reference probe 10 are connected to the measurement-side emitting body 11 and the reference-side emitting body 12 via optical fibers.

人体の前腕部などの生体組織6の表面に測定プローブ9の先端面を所定圧力で接触させて近赤外スペクトル測定を行う時、光源1から光ファイババンドル5に入射した近赤外光は、測定用光ファイバ7内を伝達し、図1(b)に示すような測定用プローブ9の先端から同心円周上に配置された12本の発光ファイバ20より生体組織6の表面に照射される。生体組織6に照射された測定光は、生体組織内で拡散反射した後に、拡散反射光の一部が測定プローブ9の先端中央に配置されている受光ファイバ19に受光される。受光された光はこの受光側光ファイバ19を介して測定側出射体11から出射され、レンズ13を通して回折格子14に入射して分光された後、受光素子15において検出される。受光素子15で検出された光信号はA/Dコンバーター16でAD変換された後、パーソナルコンピュータなどの演算装置17に人力される。血糖値はこのスペクトルデータを解析することによって算出される。   When the near-infrared spectrum measurement is performed by bringing the tip surface of the measurement probe 9 into contact with the surface of the living tissue 6 such as the forearm of the human body at a predetermined pressure, the near-infrared light incident on the optical fiber bundle 5 from the light source 1 is The light is transmitted through the measurement optical fiber 7 and irradiated from the tip of the measurement probe 9 as shown in FIG. 1B to the surface of the living tissue 6 from 12 light emitting fibers 20 arranged concentrically. The measurement light applied to the living tissue 6 is diffusely reflected in the living tissue, and then a part of the diffuse reflected light is received by the light receiving fiber 19 disposed at the center of the tip of the measurement probe 9. The received light is emitted from the measurement-side emitting body 11 through the light-receiving side optical fiber 19, is incident on the diffraction grating 14 through the lens 13, and is dispersed and then detected by the light-receiving element 15. The optical signal detected by the light receiving element 15 is AD converted by the A / D converter 16 and then manually operated by an arithmetic unit 17 such as a personal computer. The blood glucose level is calculated by analyzing the spectrum data.

リファレンス測定はセラミック板など基準板18で反射した光を測定してこれを基準光とするもので、リファレンス用プローブ10は上記想定プローブ9と同一の構成を備えており、光源1から光ファイババンドル5に入射した近赤外光はリファレンス用光ファイバ8を通して、リファレンス用プローブ10の先端から基準板18の表面に照射される。基準板18での反射光はリファレンス用プローブ10の先端に配置された受光光ファイバ19を介してリファレンス側出射体12から出射される。   In the reference measurement, light reflected by a reference plate 18 such as a ceramic plate is measured and used as reference light. The reference probe 10 has the same configuration as that of the assumed probe 9, and the optical fiber bundle from the light source 1 is used. 5 is irradiated from the tip of the reference probe 10 to the surface of the reference plate 18 through the reference optical fiber 8. The reflected light from the reference plate 18 is emitted from the reference-side emitter 12 via the light receiving optical fiber 19 disposed at the tip of the reference probe 10.

上記の測定側出射体11とレンズ13の間、及びこのリファレンス側出射体12とレンズ13の間にはそれぞれシャッター22が配置してあり、シャッター22の開閉によって測定側出射体11からの光とリファレンス側出射体12からの光のいずれか一方が選択的に通過して受光素子15に導かれる。   A shutter 22 is disposed between the measurement-side emitter 11 and the lens 13 and between the reference-side emitter 12 and the lens 13, and the light from the measurement-side emitter 11 is changed by opening and closing the shutter 22. One of the light from the reference-side emitter 12 is selectively passed and guided to the light receiving element 15.

なお、測定プローブ9とリファレンス用プローブ10の端面は上述のように円上に配置された12本の発光ファイバ20と中心に配置された1本の受光ファイバ19で構成されているのであるが、発光ファイバ20と受光ファイバ19の中心間距離Lは650μmとしてある。また、測定側出射体11とリフアレンス側出射体12の端面は図1(b)の右図のように出射ファイバ21(受光ファイバ19の他端)が中心に配置されている。   The end faces of the measurement probe 9 and the reference probe 10 are composed of 12 light emitting fibers 20 arranged on a circle and one light receiving fiber 19 arranged in the center as described above. The distance L between the centers of the light emitting fiber 20 and the light receiving fiber 19 is 650 μm. Further, the end faces of the measurement-side emitter 11 and the reference-side emitter 12 are arranged with the emission fiber 21 (the other end of the light receiving fiber 19) as the center as shown in the right figure of FIG.

近赤外分光法による定量・定性分析を行うにあたっては、通常、事前にデータ収集を行って得られたデータセットに対して多変量解析を行い、定量分析を行う場合は検量関数を作成し、目的とする成分濃度を算出する手法を用いることが-般的である。この時、ロバストな検量関数を得るには、可能な限り多様で幅広いデータを収集して上記データセットを作成することが良いとされているが、幅広いデータの収集に伴う時間・労力・コストの負担は大きな問題である。   When performing quantitative and qualitative analysis by near infrared spectroscopy, usually perform multivariate analysis on the data set obtained by collecting data in advance, and create a calibration function when performing quantitative analysis, It is common to use a method for calculating the target component concentration. At this time, in order to obtain a robust calibration function, it is said that it is good to collect the widest possible and wide range of data and create the above data set. However, the time, labor, and cost associated with the collection of a wide range of data are considered. The burden is a big problem.

一方、生体成分の定量分析、とりわけ血糖値測定については、信号となる対象成分の吸光度が非常に小さい。たとえば上記の従来例に示される装置でグルコース信号変化を測定した場合、臨床的に意味がある測定に必要とされる10mg/dlの濃度変化に対するグルコース信号の吸光度変化は100μAU程度であり、生体変化や測定の再現性に関連するノイズに比べて極端に小さい(SN比が悪い)ため、通常の近赤外分光法で行われる検量関数作成法をそのまま生体成分の定性・定量分析に用いても有用な検量関数を得ることは難しい。また、その検量関数についても被験者の個体差に起因するノイズを無くし、適応性を高めるため、個人毎に検量関数を作成することが多い。   On the other hand, for quantitative analysis of biological components, particularly blood glucose level measurement, the absorbance of the target component that is a signal is very small. For example, when the glucose signal change is measured by the apparatus shown in the above-mentioned conventional example, the change in absorbance of the glucose signal with respect to the concentration change of 10 mg / dl required for clinically meaningful measurement is about 100 μAU, and the biological change And the noise associated with measurement reproducibility is extremely small (poor signal-to-noise ratio), so the calibration function creation method used in normal near-infrared spectroscopy can be used directly for qualitative and quantitative analysis of biological components. It is difficult to obtain a useful calibration function. Also, the calibration function is often created for each individual in order to eliminate noise caused by individual differences among subjects and improve adaptability.

しかしながら、集中治療室(ICU)のような医療施設では、治療におけるモニタリングに先立って、その患者に対しスペクトル測定を行い、検量関数を準備することは実用上不可能である。   However, in a medical facility such as an intensive care unit (ICU), it is practically impossible to prepare a calibration function by performing spectrum measurement on the patient prior to monitoring in treatment.

これに対して、上記特開2006−87913号公報で示されたものは、事前のスペクトルデータ収集を行わずに検量関数を作成する手法であり、ここでは生体あるいはシミュレーション等から得られた複数の近赤外吸光度スペクトルと、この中から選択される基準吸光度スペクトルの間の差分である複数の差分吸光度スペクトルを求め、前記差分吸光度スペクトルの各々に予め測定した被験者の基準吸光度スペクトルを合成して複数の合成吸光度スペクトルを求め、得られた複数の合成吸光度スペクトル用いて多変量解析することで検量関数を作成している。   On the other hand, what is disclosed in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-87913 is a method of creating a calibration function without collecting spectrum data in advance, and here, a plurality of obtained from a living body or a simulation or the like. A plurality of differential absorbance spectra, which are differences between the near-infrared absorbance spectrum and a reference absorbance spectrum selected from these, are obtained, and a plurality of reference absorbance spectra of a subject measured in advance are combined with each of the difference absorbance spectra. A calibration function is created by obtaining a synthetic absorbance spectrum of the sample and performing multivariate analysis using the obtained plurality of synthesized absorbance spectra.

しかしながら、ここで示された検量関数作成手法のみの適用では、千差万別で固体差が大きい生体スペクトルすべてに対応することは難しい。図2は本発明に用いた基準スペクトルA(コンピュータシミュレーションで作成し、後述の水ピーク高さが1.10のもの)の一例と異なった被験者より実測した皮膚の吸収スペクトルB(水ピーク高さが1.4程度のもの)、吸収スペクトルC(水ピーク高さが1.1程度のもの)を示しているが、このように大きく傾向の異なるスペクトルが存在しており、このように皮膚スペクトルの傾向が異なる被験者の血糖値測定を同一の差分テーブルを用いて行った場合、基準スペクトルと大きく傾向の異なる被験者に対する測定精度が劣化してしまうという事例が存在する。
特開2006−87913号公報
However, by applying only the calibration function creation method shown here, it is difficult to deal with all the biological spectra with various differences in solids. FIG. 2 shows an absorption spectrum B (water peak height) of skin measured from a subject different from an example of the reference spectrum A (created by computer simulation and having a water peak height of 1.10 described later) used in the present invention. Is about 1.4), and the absorption spectrum C (water peak height is about 1.1) is shown, but there is a spectrum with such a large tendency, and thus the skin spectrum When blood glucose levels of subjects having different tendencies are measured using the same difference table, there is a case in which the measurement accuracy for subjects having greatly different tendencies from the reference spectrum deteriorates.
JP 2006-87913 A

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、個体差、皮膚状態、環境要因等に起因するスペクトル形状の傾向が異なる場合の血糖値測定に際して、その予測精度が低下するという欠点を解決した生体成分濃度測定方法を提供することを課題としている。   The present invention has been invented in view of the above-described conventional problems, and the accuracy of prediction is reduced when blood glucose levels are measured when the trends in spectrum shapes due to individual differences, skin conditions, environmental factors, and the like are different. It is an object of the present invention to provide a biological component concentration measurement method that solves the above-mentioned drawback.

上記課題を解決するため本発明は、差分テーブル作成用スペクトルを用いて差分テーブルのデータをあらかじめ作成し、基準スペクトルのデータに差分デーブルのデータを加算して得られたスペクトルデータセットを多変量解析して検量関数を求めて、該検量関数を用いて生体に近赤外光を照射して計測された吸光度スペクトルを解析することで生体成分の濃度を測定する生体成分濃度測定方法において、前記差分テーブル作成用スペクトルの特徴量と前記基準スペクトルの特徴量との比による補正を行って血糖値を算出することに特徴を有している。個体差、皮膚状態、環境要因等に起因するスペクトル形状の傾向が異なる場合も上記補正で対応することができて、精度良く生体成分濃度、特に血糖値を測定することができる。   In order to solve the above problems, the present invention provides a multivariate analysis of a spectrum data set obtained by previously creating a difference table data using a spectrum for creating a difference table and adding the difference table data to the reference spectrum data. In the biological component concentration measurement method, the calibration function is obtained, and the concentration of the biological component is measured by analyzing the absorbance spectrum measured by irradiating the living body with near infrared light using the calibration function. It is characterized in that the blood sugar level is calculated by performing correction based on the ratio between the characteristic amount of the table creation spectrum and the characteristic amount of the reference spectrum. Even when the tendency of the spectrum shape due to individual differences, skin conditions, environmental factors, and the like is different, it can be dealt with by the above correction, and the biological component concentration, particularly blood glucose level can be measured with high accuracy.

この補正は、前記差分テーブル作成用スペクトルの特徴量と前紀基準スペクトルの特徴量との比を用いて測定スペクトルを補正するものであってもよい。   In this correction, the measurement spectrum may be corrected using a ratio between the feature amount of the spectrum for creating the difference table and the feature amount of the pre-primary reference spectrum.

また、前記差分テーブルとして複数の差分テーブルを用意してこれら差分テーブルのうちの特徴量が計測された吸光度スペクトルに近似する差分テーブルを用いるようにしてもよい。   Further, a plurality of difference tables may be prepared as the difference table, and a difference table that approximates an absorbance spectrum in which the feature amount is measured among these difference tables may be used.

特徴量としては、生体成分の水成分の吸光度高さを好適に用いることができる。   As the feature amount, the absorbance height of the water component of the biological component can be suitably used.

また、差分テーブル作成用スペクトルを用いて差分テーブルのデータをあらかじめ作成し、基準スペクトルのデータに差分テーブルのデータを加算して得られたスペクトルデータセットを多変量解析して検量関数を求めて、該検量関数を用いて生体に近赤外光を照射して計測された吸光度スペクトルを解析することで生体成分の濃度を測定する生体成分濃度測定方法において、前記基準スペクトルの特徴量を考慮して前記差分テーブルのデータを補正して検量関数を作成するようにしてもよい。   Also, by creating the difference table data in advance using the spectrum for creating the difference table, the calibration function is obtained by performing multivariate analysis on the spectrum data set obtained by adding the difference table data to the reference spectrum data, In the biological component concentration measurement method for measuring the concentration of a biological component by analyzing the absorbance spectrum measured by irradiating the living body with near infrared light using the calibration function, the feature amount of the reference spectrum is considered. A calibration function may be created by correcting the data in the difference table.

この時の差分テーブルの補正は,生体の散乱係数、水分濃度、温度、たんぱく質濃度、脂質濃度、グルコース濃度のいずれかを変化させて行うとよい。   The correction of the difference table at this time may be performed by changing any of the scattering coefficient, moisture concentration, temperature, protein concentration, lipid concentration, and glucose concentration of the living body.

本発明においては、差分テーブル作成用スペクトルの特徴量と、前記基準スペクトルの特微量との比による補正手段を用いて血糖値の算出を行うために、個体差、皮膚状態、環境要因等に起因するスペクトル形状の傾向が異なる場合においても、精度良く生体成分濃度、特に血糖値を測定することができる。   In the present invention, because the blood glucose level is calculated using a correction means based on the ratio between the characteristic amount of the spectrum for creating the difference table and the characteristic amount of the reference spectrum, it is caused by individual differences, skin conditions, environmental factors, etc. Even when the spectrum shapes tend to be different, the biological component concentration, particularly the blood glucose level, can be accurately measured.

また、基準スペクトルの特微量を考慮して差分テーブルのデータを補正することにより検量関数を作成するものでは、個体差、皮膚状態、環境要因等に起因するスペクトル形状の傾向が異なる被験者においてもその予測精度を低下させることなく血糖値の測定が可能となる。また、簡易な補正手法であるため、個人毎の検量関数を作成するにあたり、モンテカルロシミュレーションのような高性能のコンピュータで長時間の演算を行う必要がなくなり、メモリに代表される記憶手段についても大きな容量を必要とせず、通常のパーソナルコンピュータでの利用も可能である。   In addition, in the case of creating a calibration function by correcting the difference table data in consideration of the characteristic amount of the reference spectrum, even in the case of subjects with different spectral shape trends due to individual differences, skin conditions, environmental factors, etc. The blood sugar level can be measured without reducing the prediction accuracy. In addition, since it is a simple correction method, it is not necessary to perform a long-time calculation with a high-performance computer such as Monte Carlo simulation when creating a calibration function for each individual, and the storage means represented by memory is also large. It does not require a capacity and can be used with a normal personal computer.

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、本発明における生体の被覆組織に関するスペクトル測定は、真皮層を標的とする。生体の皮膚組織は、大きく表皮、真皮、皮下組織の3層の組織で構成されている。表皮組織は角質層を含む組織で、組織内に毛細血管はあまり発達していない。皮下組織は主に脂肪組織で構成されている。従って、この2つの組織内に含まれる水溶性の生体成分濃度、特に、グルコース濃度と血中グルコース濃度(血糖値)との相関は低いと考えられる。一方、真皮組織は毛細血管が発達していることと、水溶性の高い生体成分濃度、特に、グルコースが組織内で高い浸透性を有することから組織内生体成分濃度、特に、グルコース濃度は間質液(ISF:Interstitial Fluid)と同様に血糖値に追随して変化すると考えられ、このために真皮組織を標的としたスペクトル測定を行えば、生体成分濃度、特に血糖値変動と相関するスペクトル信号の測定が可能となる。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings. In the present invention, spectrum measurement relating to a living tissue covers a dermis layer. The skin tissue of a living body is mainly composed of three layers of the epidermis, dermis, and subcutaneous tissue. The epidermal tissue is a tissue including the stratum corneum, and the capillaries are not so developed in the tissue. The subcutaneous tissue is mainly composed of adipose tissue. Therefore, it is considered that the correlation between the water-soluble biological component concentrations contained in the two tissues, particularly, the glucose concentration and the blood glucose concentration (blood glucose level) is low. On the other hand, the dermal tissue has developed capillary blood vessels and the concentration of biological components with high water solubility, especially glucose has high permeability in the tissue. As is the case with fluid (ISF: Interstitial Fluid), it is considered to change following blood glucose level. For this reason, if spectrum measurement targeting the dermal tissue is performed, the concentration of biological signals, especially the spectral signal correlated with blood glucose level fluctuation, Measurement is possible.

図1に示した中心間距離Lが0.65mmの光ファイバで構成される測定プローブは、この真皮層を標的とするために開発されたものであり、本発明においてもこの測定プローブを好適に用いることができる。検証実験時の皮膚スペクトル測定は、被験者の前腕に設置した測定プローブを荷重センサとステッピングモータを利用して上下させ、5分間間隔、一定圧力(470gf/cm2)で接触するように自動制御を行った。1回のスペクトルの測定に要する時間(プローブの接触時間)は約2分である。 The measuring probe composed of an optical fiber having a center-to-center distance L of 0.65 mm shown in FIG. 1 has been developed to target this dermis layer. In the present invention, this measuring probe is preferably used. Can be used. The skin spectrum during the verification experiment is automatically controlled so that the measurement probe placed on the forearm of the subject is moved up and down using a load sensor and a stepping motor, and contacted at a constant pressure (470 gf / cm 2 ) at intervals of 5 minutes. went. The time required for one spectrum measurement (probe contact time) is about 2 minutes.

なお、血中濃度と相関が期待される生体成分濃度としては、グルコース(血糖値)以外に尿酸値、コレステロール量、中性脂肪量、アルブミン量、グロブリン量、酸素飽和度、ヘモグロビン量などがある。   In addition to glucose (blood glucose level), biological component concentrations expected to correlate with blood concentration include uric acid levels, cholesterol levels, triglyceride levels, albumin levels, globulin levels, oxygen saturation levels, hemoglobin levels, etc. .

本発明においても図1に示す構成の測定装置を用いた。そしてここでは差分テーブル作成用スペクトルの特徴量と基準スペクトルの特徴量との比に基づく補正を行っているのであるが、スペクトルの特徴量としては近赤外吸収スペクトルの水ピーク高さを用いて、差分テーブルの作成に用いた基準スペクトルの水ピーク高さと、実験での検量関数作成に利用した基準スペクトルの水ピーク高さとの比を検証実験開始時に測定した較正血糖値からの差に乗ずる手法を用いた。   In the present invention, the measuring apparatus having the configuration shown in FIG. 1 was used. And here, the correction based on the ratio between the feature quantity of the spectrum for creating the difference table and the feature quantity of the reference spectrum is performed. As the feature quantity of the spectrum, the water peak height of the near infrared absorption spectrum is used. The method of multiplying the difference between the water peak height of the reference spectrum used to create the difference table and the water peak height of the reference spectrum used to create the calibration function in the experiment by the difference from the calibrated blood glucose level measured at the start of the verification experiment Was used.

測定に用いた近赤外光波長は1400〜1850nm、水ピーク高さは1450nmの水吸収ピークの吸光度から1650nmのべースラインの吸光度を引いた数値で、本実施例の差分テーブルの作成に用いたスペクトルの特徴量は1.10、基準スペクトルの特徴量は1.43であった。   The near-infrared light wavelength used for the measurement was 1400 to 1850 nm, and the water peak height was a numerical value obtained by subtracting the absorbance of the 1650 nm base line from the absorbance of the water absorption peak of 1450 nm, which was used to create the difference table of this example. The feature amount of the spectrum was 1.10, and the feature amount of the reference spectrum was 1.43.

血糖モニターのウォームアップ終了後に、採血により実測した血糖値を用い血糖モニターの較正を行った。採血と同時に測定した吸収スペクトルに後に述べる手法で得た差分テーブルを加算して仮想データセットを合成し、このデータセットから多変量解析(本実施例ではPLS回帰分析)を行って検量関数を作成する。この検量関数作成に用いた近赤外波長範囲は1520nmから1700nmで、PLSパラメータは8である。この後、近赤外スペクトルにより測定される血糖値は、この吸収スペクトルを同時に実施した採血による実測較正血糖値からの相対変化値として求めた。本実施例の検証は,近赤外光による測定血糖値と採血によって実測した血糖値とを比較することによって行った。測定は測定開始後3〜4時間実施した。   After the warm-up of the blood glucose monitor was completed, the blood glucose monitor was calibrated using the blood glucose level actually measured by blood collection. A virtual data set is synthesized by adding the difference table obtained by the technique described later to the absorption spectrum measured simultaneously with blood collection, and a calibration function is created by performing multivariate analysis (PLS regression analysis in this example) from this data set. To do. The near-infrared wavelength range used for creating the calibration function is 1520 nm to 1700 nm, and the PLS parameter is 8. Thereafter, the blood glucose level measured by the near-infrared spectrum was obtained as a relative change value from the actually calibrated blood glucose level obtained by blood collection that simultaneously performed this absorption spectrum. The verification of this example was performed by comparing the blood glucose level measured with near-infrared light and the blood glucose level actually measured by blood sampling. The measurement was carried out for 3 to 4 hours after the start of measurement.

精度検証結果を図3示す。測定血糖値の算出に用いた補正は、測定した吸光度スペクトルを検量関数に代入して得られる演算値と較正血糖値の差に、差分テーブルの作成に用いたスペクトル特徴量と基準スペクトル特徴量の比(つまり、1.10/1.43)を乗じた値に較正血糖値を加算することで行った。補正を行わない場合(従来例)と補正を行った本実施例の精度比較を予測標準誤差(SEP)で比較すると、従来例では29.5mg/dlに対し、実施側では22.9mg/dlとなり誤差が軽減されていることがわかる。   The accuracy verification result is shown in FIG. The correction used to calculate the measured blood glucose level is the difference between the calculated blood glucose level calculated by substituting the measured absorbance spectrum into the calibration function and the calibration blood glucose level. This was done by adding the calibrated blood glucose level to the value multiplied by the ratio (ie 1.10 / 1.43). Comparing the accuracy comparison between the case where correction is not performed (conventional example) and the present embodiment where correction is performed with the predicted standard error (SEP), the conventional example is 29.5 mg / dl, while the implementation side is 22.9 mg / dl. It can be seen that the error is reduced.

この補正によって精度向上がなされる理由は、差分テーブルの平均スペクトルに対する測定した吸収スペクトルの平均光路長の補正として理解することが可能である。つまり、吸収スペクトルの形状変化の主要因が、生体成分の光学特性変化に起因する平均光路長の変化であり、水ピーク高さに代表される特徴量が平均光路長変化の代用特性として利用できると解釈すれば、特徴量の比を補正に用いることの合理性が理解できる。   The reason why the accuracy is improved by this correction can be understood as correction of the average optical path length of the measured absorption spectrum with respect to the average spectrum of the difference table. That is, the main factor of the change in the shape of the absorption spectrum is a change in the average optical path length due to the change in the optical characteristics of the biological components, and a feature amount typified by the water peak height can be used as a substitute characteristic for the change in the average optical path length. Therefore, the rationality of using the feature ratio for correction can be understood.

なお、本実施例における差分テーブル作成は、光伝播シミュレーションとしてモンテカルロ法を採用して行った。モンテカルロ法は、コンピュータで発生させた0〜1の範囲の一様乱数に関して、目的事象の発生確率分布に基づく関数を使用し、目的事象を正確に再現することができる統計学的手法であり、光伝播を再現する場合は、媒体に入射する光を光子の集まりとみなして、光子1つ1つの媒体内での挙動を媒体の光学特性値(吸収係数、散乱係数、散乱位相関数、屈折率)に基づいて追跡する。その結果、全ての光子の挙動から統計的に光伝播を再現することができる。   In addition, the difference table creation in the present embodiment was performed by adopting the Monte Carlo method as the light propagation simulation. The Monte Carlo method is a statistical method that can accurately reproduce a target event using a function based on the probability distribution of the target event with respect to uniform random numbers in the range of 0 to 1 generated by a computer. When reproducing light propagation, the light incident on the medium is regarded as a collection of photons, and the behavior of each photon in the medium is determined based on the optical characteristic values of the medium (absorption coefficient, scattering coefficient, scattering phase function, refractive index). ) To track. As a result, light propagation can be statistically reproduced from the behavior of all photons.

モンテカルロ法に基づいて光伝播シミュレーションを実施する場合、表皮層,真皮層及び皮下組織層の各々の吸収係数、散乱係数、屈折率、非等方散乱パラメータなどの光学特性値が必要となる。シミュレーションに用いる変動要因としてグルコース、たんぱく質、脂質、水分及び温度の5種類の生体内パラメータと散乱係数を、生体内パラメータの日内変動がカバーされるように予め設定した範用内で変化させ、シミュレーションによる吸光度スペクトルの作成を各パラメータの最大値と最小値を組み合わせた64通り(2の6乗)繰り返すことで作成した。   When the light propagation simulation is performed based on the Monte Carlo method, optical characteristic values such as the absorption coefficient, scattering coefficient, refractive index, and anisotropic scattering parameter of the epidermis layer, the dermis layer, and the subcutaneous tissue layer are required. As a variation factor used in the simulation, glucose, protein, lipid, moisture, and temperature are changed in 5 parameters in the body and scattering coefficient within the preset range so that the daily variation of the in vivo parameter is covered. The absorbance spectrum was prepared by repeating 64 combinations (maximum of 2 6) combining the maximum and minimum values of each parameter.

このようにしてシミュレートして得た複数の吸光度スペクトルから、それらのシミュレーションスペクトルの平均スペクトルを減算することで複数の差分吸光度スペクトルを得たものが差分テーブルである。図8に差分テーブル作成に用いたシミュレーションスペクトルの一例を示す。このような数値シミュレーションにより得られる吸収スベクトルデータセットより検量関数を作成するメリット及びデメリットは以下のように考えられる。
(1)検量関数作成のための予備実験を必要としない。
(2)外乱因子及びその変化量を任意に設定できる。たとえば、変化量を等間隔に設定すれば、偶然の相関が起こる可能性が非常に低くなる。
(3)目的変量(グルコース濃度)が明確で、血糖値に対するISFの時間遅れのような不確定要素がない。
(4)設定する数種類の外乱要因で吸収スペクトルの変化を完全に表現することはできない。
(5)設定した外乱要因該のの外乱が生じた場合、作成した検量関数では対応できない。
(6)生体のような散乱系での光学シミュレーション技術が、まだ開発段階にある。
The difference table is obtained by subtracting the average spectrum of the simulation spectra from the plurality of absorbance spectra obtained by simulating in this way, thereby obtaining a plurality of differential absorbance spectra. FIG. 8 shows an example of a simulation spectrum used for creating the difference table. The merits and demerits of creating a calibration function from the absorption vector data set obtained by such numerical simulation are considered as follows.
(1) No preliminary experiment is required to create a calibration function.
(2) A disturbance factor and its change amount can be set arbitrarily. For example, if the amount of change is set at regular intervals, the possibility of accidental correlation is very low.
(3) The objective variable (glucose concentration) is clear and there are no uncertainties such as the time delay of the ISF with respect to the blood glucose level.
(4) The change of the absorption spectrum cannot be completely expressed by several kinds of disturbance factors to be set.
(5) The set disturbance factor When such a disturbance occurs, the created calibration function cannot handle it.
(6) Optical simulation technology in a scattering system such as a living body is still in the development stage.

差分テーブルの作成手法として数値シミュレーションを利用した手法を示したが、これに限るものではなく、実際に人間の皮膚を測定して得られた吸光度スペクトルからなるデータセットから得られた差分テーブルや,数値シミュレーションでなくイントラリッビッドに代表される擬似生体を測定して得られる差分テーブルを用いてもかまわない。   Although the method using numerical simulation was shown as a method for creating the difference table, it is not limited to this, and a difference table obtained from a data set consisting of absorbance spectra obtained by actually measuring human skin, Instead of numerical simulation, a difference table obtained by measuring a simulated living body represented by intra-ribbed may be used.

本実施例での測定血糖値の補正は、差分テーブル作成用スペクトルの特徴量と、前記基準スペクトルの特徴量との比を用いて測定スペクトルを補正することを除いて、実質的に実施例1と同じである。従って重複する説明は省略する。また、実施例1と同じ構成の装置を本実施例においても定量分析を実施するために用いることができる。   The correction of the measured blood glucose level in the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment except that the measurement spectrum is corrected using the ratio between the feature amount of the spectrum for creating the difference table and the feature amount of the reference spectrum. Is the same. Therefore, the overlapping description is omitted. In addition, an apparatus having the same configuration as that of the first embodiment can be used in this embodiment to perform quantitative analysis.

ここでの補正は、スペクトルの特徴量として近赤外吸収スペクトルの水ピーク高さを用い、測定スペクトルの各波長の吸光度と1650nmのべースラインの吸光度の差に、差分テーブルの作成に用いた各スペクトルの平均スペクトルと基準スペクトルの比(つまり、1.10/1.43)を乗じた値にべースラインの吸光度を加算し、吸収スペクトルを変換することで行った。   The correction here uses the water peak height of the near-infrared absorption spectrum as the feature amount of the spectrum, and the difference between the absorbance at each wavelength of the measurement spectrum and the absorbance at the base line of 1650 nm is used to create the difference table. The absorption spectrum was converted by adding the absorbance of the base line to the value obtained by multiplying the ratio of the average spectrum of the spectrum to the reference spectrum (that is, 1.10 / 1.43).

精度検証結果を図4に示す。また、補正を行わない場合(従来例)と補正を行った本実施例の精度比較を予測標準誤差(SEP)で比較すると、従来例では29.5mg/dlに対し、実施例では22.8mg/dlとなり誤差が軽減されていることがわかる。   The accuracy verification result is shown in FIG. Further, when the accuracy comparison of the case where correction is not performed (conventional example) and the present embodiment where correction is performed is compared with the predicted standard error (SEP), the conventional example is 29.5 mg / dl, whereas the embodiment is 22.8 mg. / Dl, which shows that the error is reduced.

本実施例の測定血糖値の補正では測定スペクトルを特徴量を変換する手法を用いたが、このスペクトルの変換を行わずに、実施例に用いた差分テーブルの各構成値に作成に用いたスペクトルと基準スペクトルの比(つまり,1.10/1.43)を乗じた値に構成血糖値を加算することで補正を行っても同様な効果を得ることができる。   In the correction of the measured blood glucose level of the present embodiment, a technique for converting the characteristic amount of the measurement spectrum is used, but the spectrum used for creating each component value of the difference table used in the embodiment without performing the conversion of the spectrum. The same effect can be obtained even if correction is performed by adding the constituent blood glucose level to the value obtained by multiplying the ratio of the reference spectrum (ie, 1.10 / 1.43).

本実施例の測定血糖値の補正は、差分テーブルとして予め用意した複数の差分テーブルのうちの一つを用いることを除けば実質的に実施例1及び実施例2と同じである。差分テーブルとして、実施例1及び2で用いたシミュレーションの平均スペクトルの水ピーク高さが1.10のもの(差分テーブルA)と、シミュレーションの平均スペクトルの水ピーク高さが1.40のもの(差分テーブルB)を2種類準備した。いずれの差分テーブルを用いるかの判断は、検量関数を作成するための標準スペクトルで行う。ここでは、水ピーク高さが1.3未満のものについては差分テーブルAを、水ピーク高さが1.3以上のものについては差分テーブルBを用いて血糖値測定を行った。   The correction of the measured blood sugar level in the present embodiment is substantially the same as in the first and second embodiments except that one of a plurality of difference tables prepared in advance as a difference table is used. As the difference table, the water peak height of the average spectrum of the simulation used in Examples 1 and 2 is 1.10 (difference table A), and the water peak height of the average spectrum of the simulation is 1.40 ( Two types of difference tables B) were prepared. The determination of which difference table to use is made with a standard spectrum for creating a calibration function. Here, blood glucose level measurement was performed using the difference table A for water peak heights of less than 1.3 and the difference table B for water peak heights of 1.3 or more.

測定した標準スペクトルの水ピーク高さが1.41だったので差分テーブルBを用いた場合の精度検証結果を図5に示す。また、スペクトルの特徴量として近赤外吸収スペクトルの水ピーク高さを用い、実施例2と同様に測定スペクトルを補正する手法を用いたが、他の実施例に示した手法で補正を行ってもかまわない。補正を行わない場合(従来例)と補正を行った本実施例の精度比較を予測標準誤差(SEP)で比較すると、従来例では25.0mg/dlに対し、実施例では10.7mg/dlとなり、誤差が軽減されていることがわかる。   Since the measured water peak height of the standard spectrum is 1.41, the accuracy verification result when the difference table B is used is shown in FIG. Moreover, the water peak height of the near-infrared absorption spectrum was used as the spectrum feature amount, and the method of correcting the measurement spectrum was used in the same manner as in Example 2. However, the correction was performed by the method shown in the other examples. It doesn't matter. Comparing the accuracy comparison between the case where correction is not performed (conventional example) and the present embodiment where correction is performed with the predicted standard error (SEP), the conventional example is 25.0 mg / dl, whereas the example is 10.7 mg / dl. It can be seen that the error is reduced.

本実施例では、複数の差分テーブルから利用する差分テーブルを選別する手法としてスペクトルの特徴量(本実施例では水ピーク高さ)に基準値を設ける手法を例示したが、これに限るものではない。たとえば、主成分分析のような判別分析を用い、標準スペクトルと差分テーブル作成に用いた平均スペクトルの形状を比較し、より近い方の差分テーブルを利用する手法を用いてもよい。判別分析以外にも、標準スペクトルと差分テーブル作成に用いた平均スペクトルの重心距離を比較して、より近い方の差分テーブルを利用したり、同様にマハラノビスの汎距離を比較し、より近い方の差分テーブルを利用したりする方法を用いてもかまわない。   In the present embodiment, a method of providing a reference value for a spectrum feature amount (water peak height in this embodiment) is exemplified as a method of selecting a difference table to be used from a plurality of difference tables, but the present invention is not limited to this. . For example, a discriminant analysis such as principal component analysis may be used to compare the shape of the standard spectrum and the average spectrum used for creating the difference table, and a method using the closer difference table may be used. In addition to discriminant analysis, compare the centroid distance of the standard spectrum and the average spectrum used to create the difference table, use the closer difference table, or compare the Mahalanobis generalized distance and A method of using a difference table may be used.

本実施例での測定血糖値の補正は、検量関数を作成する際に測定する基準スペクトルの形状に合わせて差分テーブルを作成することで行う。検証に用いた装置及びプロトコルは実施例1〜3と同じである。   The correction of the measured blood glucose level in the present embodiment is performed by creating a difference table in accordance with the shape of the reference spectrum measured when creating the calibration function. The apparatus and protocol used for verification are the same as those in the first to third embodiments.

従来、実測値やシミュレーション等で得た差分テーブルを作成したシミュレーションスペクトルの平均スペクトルは固定値であり、実測した基準スペクトルにこの差分テーブルの値を加算して検量関数を算出していたのに対して、本実施例では従来の差分テーブルの作成に用いたシミュレーションスペクトルの平均スペクトルを実測の基準スペクトルに簡易に近似させてから差分テーブルを算出している。このため、実測スペクトルの変化により近い差分テーブルが作成されるものであり、またモンテカルロシミュレーションなどの複雑なシミュレーション計算も行うことなく、より良い生体成分の濃度、特に血糖値を推定することができる。   Conventionally, the average spectrum of the simulation spectrum that created the difference table obtained by actual measurement or simulation is a fixed value, whereas the calibration function was calculated by adding the value of this difference table to the measured reference spectrum. In this embodiment, the difference table is calculated after the average spectrum of the simulation spectrum used to create the conventional difference table is simply approximated to the actually measured reference spectrum. For this reason, a difference table closer to the change in the measured spectrum is created, and a better biological component concentration, particularly a blood glucose level, can be estimated without performing complicated simulation calculations such as Monte Carlo simulation.

大きな流れは下記の通りである。
(1)実測の基準スペクトルを測定する。
(2)差分テーブル1を作成したシミュレーションスペクトルの平均スペクトルが、実測の基準スペクトルに類似するようにスペクトルを補正、算出する。
(3)2で算出したスペクトルを新たな差分テーブルの標準スペクトルとして、差分テーブル2を作成する。
(4)実測の基準スペクトルに差分テーブル2を加算して、検量関数作成用のスペクトル群を作成して、検量関数を作成する。
(5)以後、測定されたスペクトルから上記検量関数を用いて生体成分の濃度、特に血糖値を算出する。
The big flow is as follows.
(1) Measure the measured reference spectrum.
(2) The spectrum is corrected and calculated so that the average spectrum of the simulation spectrum that created the difference table 1 is similar to the actually measured reference spectrum.
(3) The difference table 2 is created using the spectrum calculated in 2 as the standard spectrum of a new difference table.
(4) The difference table 2 is added to the actually measured reference spectrum, a spectrum group for creating a calibration function is created, and a calibration function is created.
(5) Thereafter, the concentration of the biological component, particularly the blood glucose level, is calculated from the measured spectrum using the calibration function.

実施例を記す。まず、実測スペクトルの基準スペクトルを測定し、次に差分テーブルを作成したシミュレーションスペクトルの平均スペクトルが実測の基準スペクトルに類似するようにスペクトルを補正した。   Examples will be described. First, the reference spectrum of the actually measured spectrum was measured, and then the spectrum was corrected so that the average spectrum of the simulation spectrum that created the difference table was similar to the actually measured reference spectrum.

今回の実施例では、特に水ピーク高さを特徴量とし、実測した基準スペクトルと水ピーク高さが一致するように差分テーブルの基準スペクトルの補正を行った。この補正に際しては、事前に表皮、真皮、皮下組織に存在する生体成分(今回は、グルコース、水、脂肪、たんぱく質の4成分)と温度、散乱係数を加えた6つを生体成分要素として、この6つの成分の変動に対する差分スペクトルをもっておき、差分テーブルを作成したシミュレーションスペクトルの平均スペクトルに対して、この6つの成分の変動に対する差分スペクトルを加算、減算することで、差分テーブルの基準スペクトルが実測の基準スペクトルに近似するように補正、算出した。   In this example, the water peak height is used as a feature amount, and the reference spectrum of the difference table is corrected so that the actually measured reference spectrum matches the water peak height. In this correction, biological components (six components of glucose, water, fat, and protein) existing in the epidermis, dermis, and subcutaneous tissue, temperature, and scattering coefficient in advance are added as biological component elements. The difference spectrum for the fluctuation of the six components is set, and the difference spectrum for the fluctuation of the six components is added to and subtracted from the average spectrum of the simulation spectrum for which the difference table is created. Correction and calculation were performed so as to approximate the reference spectrum.

今回の実施例では、特徴量として用いた実測した基準スペクトルの水ピーク高さが1.40であり、従来から用いている水ピーク高さが1.10であったため、差分テーブル1を作成したシミュレーションスペクトルの平均スペクトルに、水の差分スペクトルを加算することで新たに作成する差分テーブル2の標準スペクトルの水ピーク高さが1.40になるように補正算出した。   In this example, since the water peak height of the actually measured reference spectrum used as the feature amount is 1.40, and the water peak height conventionally used is 1.10, the difference table 1 was created. Correction calculation was performed so that the water peak height of the standard spectrum of the difference table 2 newly created by adding the difference spectrum of water to the average spectrum of the simulation spectrum becomes 1.40.

次に差分テーブル2を作成する。新たに補正算出した標準スペクトルに、各々グルコースは±100mg/dl,温度は±6℃、その他の生体成分要素は±8%変化させた、各成分の差分スペタトルを各々加算して複数のスペクトルを作成した。今回作成した複数のスペクトルは、生体成分要素6成分(グルコース、水、脂肪、たんぱく質、温度、散乱係数)を各々上記の範囲で変動させて得た計64本のスペクトルである。これら複数のシミュレーションスペクトルから、作成した64本のスペクトルの平均スペクトルを各々差し引いて新たな差分テーブル2を作成した。   Next, the difference table 2 is created. To each newly calculated standard spectrum, glucose is ± 100 mg / dl, temperature is ± 6 ° C., and other biological component elements are changed by ± 8%. Created. The plurality of spectra created this time are a total of 64 spectra obtained by varying each of the six biological component elements (glucose, water, fat, protein, temperature, scattering coefficient) within the above ranges. A new difference table 2 was created by subtracting the average spectra of the created 64 spectra from the plurality of simulation spectra.

次にこの差分テーブル2を、実測の基準スペクトルに足し合わせて血糖値算出用の検量関数を作成するのに用いるスペクトル群を作成し、このスペクトル群から検量関数を算出した。そして、この検量関数を次から実測したスペクトルに乗じることで血糖値を算出した。   Next, a spectrum group used to create a calibration function for calculating a blood glucose level by adding the difference table 2 to an actually measured reference spectrum was created, and a calibration function was calculated from the spectrum group. Then, the blood glucose level was calculated by multiplying this calibration function by the spectrum actually measured from the next.

精度検証結果を図6に示す。補正を行わない場合(従来用いていた差分テーブルを用いて推定した値)と補正を行った本実施例の精度比較を予測標準誤差(SEP)で比較すると、従来例では37.9mg/dlに対し、実施例では14.3mg/dlとなり、誤差が軽減されていることがわかる。   The accuracy verification result is shown in FIG. Comparing the accuracy comparison of the present example with no correction (value estimated using the difference table used in the past) and the corrected example with the predicted standard error (SEP), the conventional example is 37.9 mg / dl. On the other hand, in the example, it is 14.3 mg / dl, which shows that the error is reduced.

また、次に述べるように、皮膚を構成している表皮、真皮、皮下組織の3層に分けて、差分テーブルの標準スペクトル及び差分テーブル用のスペクトルを算出しても良い。3層に分けて各々の光学特性値を算出することで、より精度良く標準スペクトル、差分テーブルを作成することができる。   Further, as described below, the standard spectrum of the difference table and the spectrum for the difference table may be calculated by dividing into three layers of the epidermis, dermis, and subcutaneous tissue constituting the skin. By calculating each optical characteristic value in three layers, a standard spectrum and a difference table can be created with higher accuracy.

以下に具体的に述べると、はじめに、基準スペクトルの形状に合わせて差分テーブル2を作成するための、皮膚内に存在する生体成分要素の割合に応じた吸光係数と散乱係数を作成した。すなわち、測定部位である皮膚の構造を、表皮、真皮、皮下組織の3つの層から構成されると定義し、皮膚内に存在する生体成分(今回は、グルコース、水、脂肪、たんぱく質の4成分)と温度、散乱係数を加えた6つを生体成分要素と定義し、上記3つの層毎に上記6つの生体成分要素が存在する割合によって各層の光学特性値(吸収係数、散乱係数)をモンテカルロシミュレーションによって算出した。つまり、表皮の吸収係数と散乱係数、真皮の吸収係数と散乱係数、皮下組織の吸収係数と散乱係数の合計6つの光学特性値を6つの生体成分要素の存在割合に応じて決定した。そしてこのような生体成分要素の存在割合と、6つの光学特性値の関係をあらかじめ算出したものを表としてメモリに保有した。   More specifically, first, an extinction coefficient and a scattering coefficient corresponding to the ratio of the biological component elements existing in the skin for creating the difference table 2 in accordance with the shape of the reference spectrum were created. That is, the structure of the skin, which is the measurement site, is defined as being composed of three layers of the epidermis, dermis, and subcutaneous tissue, and biological components present in the skin (this time, four components of glucose, water, fat, and protein) ), Temperature, and scattering coefficient are defined as biological component elements, and the optical property values (absorption coefficient, scattering coefficient) of each layer are determined according to the proportion of the six biological component elements present in each of the three layers. Calculated by simulation. That is, a total of six optical characteristic values of the absorption coefficient and scattering coefficient of the epidermis, the absorption coefficient and scattering coefficient of the dermis, and the absorption coefficient and scattering coefficient of the subcutaneous tissue were determined according to the existence ratio of the six biological component elements. Then, the pre-calculated relationship between the existence ratio of such biological component elements and the six optical characteristic values was stored in a memory as a table.

次に、上に定義した6つの光学特性値から吸光度スペクトルが算出できるように、皮膚構造3層の吸収係数、散乱係数値の合計6つの変数を説明変数、吸光度スペクトルを目的変数とした重回帰式を作成し、この重回帰式もメモリに保有した。   Next, in order to be able to calculate the absorbance spectrum from the six optical characteristic values defined above, multiple regressions with a total of six variables of the absorption coefficient and scattering coefficient value of the skin structure three layers as explanatory variables and the absorbance spectrum as the objective variable An equation was created and this multiple regression equation was also stored in memory.

この場合、グルコース、水などの6つの生体成分要素が皮膚内に存在する割合を任意に設定すれば、メモリ内に保有された表より皮膚組織内の吸収係数、散乱係数が決定され、それらを説明変数として重回帰式に代入することによって一意的に吸光度スペクトルを算出する。   In this case, if the ratio of the six biological component elements such as glucose and water is arbitrarily set in the skin, the absorption coefficient and scattering coefficient in the skin tissue are determined from the table held in the memory. An absorbance spectrum is uniquely calculated by substituting it into the multiple regression equation as an explanatory variable.

以上が皮膚構造毎に分けて吸光度スペクトルを算出する説明であり、この手法を用いて新たなる差分テーブルのための標準スペクトルを作成して差分テーブルを作成すれば、6つの生体成分要素が皮膚内に存在する割合を任意に設定できるために、様々な吸光度スペクトルを表皮、真皮、皮下組織に分割した吸収係数、散乱係数より算出できて、より精度良く標準スペクトルを基準スペクトルに近似させることができる。   The above is an explanation of calculating the absorbance spectrum separately for each skin structure. If a standard spectrum for a new difference table is created using this technique and a difference table is created, six biological component elements are contained in the skin. Can be set arbitrarily, so that various absorbance spectra can be calculated from the absorption coefficient and scattering coefficient divided into epidermis, dermis, and subcutaneous tissue, and the standard spectrum can be approximated to the reference spectrum more accurately. .

また、今回は特に水ピーク高さを特微量として実測の基準スペクトルに類似するように差分テーブル2の標準スペクトルを算出しているが、これに限るものではなく、他の成分、たとえば、脂肪ピーク高さも特徴量として用いて、実測した基準スペクトルと差分テーブル2の標準スペクトルをより近似させて、差分テーブルを作成しても良い。   In addition, this time, the standard spectrum of the difference table 2 is calculated so as to be similar to the actually measured reference spectrum with the water peak height as a special amount in particular, but the present invention is not limited to this, and other components such as fat peaks are calculated. The difference table may be created by further approximating the actually measured reference spectrum and the standard spectrum of the difference table 2 using the height as a feature amount.

また、実測の基準スペクトルと差分テーブル2の標準スペクトルが類似するように、特徴量を1つに絞らずに、6つの生体成分要素の存在割合を調節して、差分テーブルを作成しても良い。   Further, the difference table may be created by adjusting the existence ratio of the six biological component elements without limiting the feature amount to one so that the actually measured reference spectrum is similar to the standard spectrum of the difference table 2. .

更には、今回の実施例では差分テーブルの平均スペクトルにおいて、特微量として用いた水ピーク高さが1.10である差分テーブルを基として、実測の基準スペクトルの水ピーク高さである1.40に近似するように標準スペクトルを作成したが、これに限ったものではない。差分テーブルの平均スペクトルの水ピーク高さが1.40で作成された差分テーブルを基として用いても良いし、水ピーク高さが全く別の、例えば1.30で作成された差分テーブルを基として、標準スペクトルを近似作成しても良い。   Furthermore, in this embodiment, in the average spectrum of the difference table, 1.40 which is the water peak height of the actually measured reference spectrum based on the difference table where the water peak height used as the extra quantity is 1.10. Although a standard spectrum was created so as to approximate to, the present invention is not limited to this. The difference table may be used based on a difference table created with a water peak height of 1.40 in the average spectrum, or based on a difference table created with a completely different water peak height, for example, 1.30. As an alternative, a standard spectrum may be approximated.

また実施例3のように、差分テーブルを2つ有していても良い。つまり、平均スペクトルを2つ持っており、基準スペクトルから近い形状の平均スペクトルを判断して、上記のように、平均スペクトルを基準スペクトルに近似させても良い。   Further, as in the third embodiment, two difference tables may be provided. That is, two average spectra may be provided, an average spectrum having a shape close to the reference spectrum may be determined, and the average spectrum may be approximated to the reference spectrum as described above.

本実施例の測定血糖値の補正は、差分テーブル作成用スペクトルの特微量と、前記基準スペクトルの特徴量との比として、脂肪ピーク高さを用いることを除いて、実質的に実施例2の実施形態と同じである。従って重複する説明は省略する。また、実施例1と同じ構成の装置を本実施例において定量分析を実施するために用いることができる。   The correction of the measured blood glucose level of the present embodiment is substantially the same as that of the second embodiment except that the fat peak height is used as the ratio between the feature amount of the spectrum for creating the difference table and the feature amount of the reference spectrum. This is the same as the embodiment. Therefore, the overlapping description is omitted. In addition, an apparatus having the same configuration as that of the first embodiment can be used to perform quantitative analysis in this embodiment.

特微量としての脂肪ピーク高さは1725nmの脂肪吸収ピークの吸光度から1650nmのベースラインの吸光度を引いた数値とし、本実施例の差分テーブルに作成に用いた平均スペクトルの脂肪ピーク高さは0.135、基準スペクトルは0.147である。そして補正は、測定スペクトルの各波長の吸光度と1650nmのベースラインの吸光度の差に、差分テーブルに作成に用いた各スペクトルの平均スペクトルと基準スペクトルの脂肪ピーク高さの比(つまり、0.13/0.147)を乗じた値にベースラインの吸光度を加算して測定スペクトルを変換することで行った。   The fat peak height as the trace amount is a value obtained by subtracting the absorbance at the 1650 nm base line from the absorbance at the fat absorption peak at 1725 nm, and the fat peak height of the average spectrum used for preparation in the difference table of this example is 0. 135, the reference spectrum is 0.147. Then, the correction is based on the difference between the absorbance at each wavelength of the measured spectrum and the absorbance at the baseline of 1650 nm, and the ratio of the average spectrum of each spectrum used for creating the difference table to the fat peak height of the reference spectrum (ie, 0.13). /0.147) was added by adding the baseline absorbance to convert the measured spectrum.

精度検証結果を図7示す。また、補正を行わない場合(従来例)と補正を行った本実施例の精度比較を予測標準誤差(SEP)で比較すると、従来例では39.6mg/dlに対し、実施例では32.5mg/dlとなり誤差が軽減されていることがわかる。   The accuracy verification result is shown in FIG. In addition, when comparing the accuracy comparison of the case where correction is not performed (conventional example) and the present embodiment where correction is performed with the predicted standard error (SEP), the conventional example is 39.6 mg / dl, whereas the embodiment is 32.5 mg. / Dl, which shows that the error is reduced.

本実施例では差分テーブル作成用スペクトルの特徴量と、前記基準スペクトルの特徴量として脂肪ピーク高さを用いたが、特徴量としてはこれに限定されるものではなく、たとえば、図2に示した吸収スペクトルに見られるような1800nm付近の安定部分を特徴量と用いても良い。また実施例ではベースラインからの差として水や脂肪ピークを定義しているが、これも限定されるものではなく、他の波長の吸光度を用いて定義を行ってもかまわない。また、特徴量として吸収ペクトルの積分値(面積)や重心座標を用いてもかまわない。   In this embodiment, the feature amount of the spectrum for creating the difference table and the fat peak height are used as the feature amount of the reference spectrum. However, the feature amount is not limited to this, for example, as shown in FIG. A stable portion near 1800 nm as seen in the absorption spectrum may be used as the feature amount. In the examples, water and fat peaks are defined as differences from the baseline, but this is not limited, and the definition may be made using absorbance at other wavelengths. Further, an integral value (area) of the absorption spectrum or barycentric coordinates may be used as the feature amount.

本発明において用いる測定装置を示しており、(a)は全体構成の概略図、(b)はプローブ構成の概略図である。The measuring apparatus used in this invention is shown, (a) is the schematic of the whole structure, (b) is the schematic of a probe structure. 本発明で用いた差分テーブル作成に用いたシミュレーションスペクトルの平均スペクトルの一例と、測定スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows an example of the average spectrum of the simulation spectrum used for preparation of the difference table used by this invention, and a measurement spectrum. 本発明の実施例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the Example of this invention. 他の実施例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of another Example. 更に他の実施例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of other examples. 別の実施例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of another Example. 更に別の実施例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of another Example. 差分テーブル作成に用いたシミュレーションスペクトルの一例の説明図である。It is explanatory drawing of an example of the simulation spectrum used for difference table preparation.

Claims (6)

差分テーブル作成用スペクトルを用いて差分テーブルのデータをあらかじめ作成し、基準スペクトルのデータに差分デーブルのデータを加算して得られたスペクトルデータセットを多変量解析して検量関数を求めて、該検量関数を用いて生体に近赤外光を照射して計測された吸光度スペクトルを解析することで生体成分の濃度を測定する生体成分濃度測定方法において、前記差分テーブル作成用スペクトルの特徴量と前記基準スペクトルの特徴量との比による補正を行って血糖値を算出することを特徴とする生体濃度測定方法。   Create the difference table data in advance using the spectrum for the difference table creation, add the difference table data to the reference spectrum data, and perform multivariate analysis to obtain the calibration function. In the biological component concentration measurement method for measuring the concentration of the biological component by analyzing the absorbance spectrum measured by irradiating the biological body with near infrared light using a function, the feature amount of the spectrum for creating the difference table and the reference A biological concentration measurement method comprising calculating a blood glucose level by performing correction based on a ratio to a spectral feature amount. 前記差分テーブル作成用スペクトルの特徴量と前記基準スペクトルの特徴量との比を用いて測定スペクトルを補正することを特徴とする請求項1記載の生体成分濃度測定方法   The biological component concentration measurement method according to claim 1, wherein the measurement spectrum is corrected using a ratio between a feature quantity of the spectrum for creating the difference table and a feature quantity of the reference spectrum. 前記差分テーブルとして複数の差分テーブルを用意してこれら差分テーブルのうちの特徴量が計測された吸光度スペクトルに近似する差分テーブルを用いることを特徴とする請求項1また2記載の生体成分濃度測定方法。   The biological component concentration measurement method according to claim 1 or 2, wherein a plurality of difference tables are prepared as the difference table, and a difference table that approximates an absorbance spectrum in which a feature amount of the difference tables is measured is used. . 特徴量として生体成分の水成分の吸光度高さを用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の生体成分濃度測定方法。   The biological component concentration measurement method according to any one of claims 1 to 3, wherein the absorbance height of the water component of the biological component is used as the feature amount. 差分テーブル作成用スペクトルを用いて差分テーブルのデータをあらかじめ作成し、基準スペクトルのデータに差分テーブルのデータを加算して得られたスペクトルデータセットを多変量解析して検量関数を求めて、該検量関数を用いて生体に近赤外光を照射して計測された吸光度スペクトルを解析することで生体成分の濃度を測定する生体成分濃度測定方法において、前記基準スペクトルの特徴量を考慮して前記差分テーブルのデータを補正して検量関数を作成することを特徴とする生体成分濃度測定方法。   Create a difference table data in advance using the spectrum for creating the difference table, add the difference table data to the reference spectrum data, and perform multivariate analysis to obtain a calibration function. In a biological component concentration measurement method for measuring the concentration of a biological component by analyzing an absorbance spectrum measured by irradiating a living body with near infrared light using a function, the difference is calculated in consideration of a feature amount of the reference spectrum. A biological component concentration measuring method, wherein a calibration function is created by correcting data in a table. 前記差分テーブルの補正は、生体の散乱係数、水分濃度、温度、たんぱく質濃度、脂質濃度、グルコース濃度のいずれかを変化させて行うものであることを特徴とする請求項5記載の生体成分濃度測定方法。   6. The biological component concentration measurement according to claim 5, wherein the correction of the difference table is performed by changing any one of a scattering coefficient, moisture concentration, temperature, protein concentration, lipid concentration and glucose concentration of the living body. Method.
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