JP7142298B2 - 成分濃度測定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、成分濃度測定方法および装置に関し、より具体的には、血液中のグルコースなどの成分濃度を非侵襲に測定する成分濃度測定方法および装置に関する。

医療の現場では、標準的な測定方法として、指尖や静脈から採血して血糖値（血液グルコース濃度）を測定する方法が行われている。一方、近年、マイクロ波誘電分光法や、共鳴光音響分光法により、間質液中のグルコース濃度を測定する技術が提案されている（非特許文献１，非特許文献２参照）。これらの、光学的に間質液中のグルコース濃度を測定する技術は、標準的な測定方法と比較して、非侵襲（無侵襲）であり被験者の負担が少ないという長所がある。

M. Nakamura et al., "A Noninvasive Blood Glucose Measurement by Microwave Dielectric Spectroscopy: Drift Correction Technique", IEEE/MTT-S International Microwave Biomedical Conference, pp. 85-87, 2018. Y. Tanaka et al., "In-vivo study on resonant photoacoustic spectroscopy using dual CW light wavelengths for non-invasive blood glucose monitoring", IEEE SENSORS, 2018.

しかしながら、上述した技術では、採血による標準的な測定方法と比較して、グルコース濃度の応答が遅れることが知られている。また、この応答遅れは、同じ部位を測定した場合でも、血液の灌流状態に依存して発生し、一様ではない。この応答遅れが把握されていない場合、上述した間質液中のグルコース濃度を測定する技術には、例えば、低血糖状態に至ったことを迅速に知ることができないという場合が発生する。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定における応答遅れを把握することを目的とする。

本発明に係る成分濃度測定方法は、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定による、被測定者の第１測定部位における糖分濃度Ｂｐ１の測定、第１測定部位における血流量Ｆｐ１の測定、被測定者の第１測定部位に隣接する第２測定部位における血流を抑制した状態で、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定による、第２測定部位における糖分濃度Ｂｐ２の測定、第２測定部位における血流量Ｆｐ２の測定、および被測定者より採取された血液の糖分濃度Ｂｒの測定を、食事の直後の第１時刻に実施する第１工程と、第１工程の後で、Ｂｐ１の測定、Ｆｐ１の測定、およびＢｒの測定を実施し、Ｂｐ１とＢｒとが等しくなる第２時刻を求める第２工程と、第１工程の後で、Ｂｐ２の測定、Ｆｐ２の測定、およびＢｒの測定を実施し、Ｂｐ２とＢｒとが等しくなる第３時刻を求める第３工程と、第１時刻から第２時刻までの第１時間Δ１、および測定時刻ｔにおける被測定者より採取された血液の糖分濃度Ｂｒ（ｔ）より、測定時刻ｔにおける誤差Ｂｇを、Ｂｐ１（ｔ＋Δ１）－Ｂｒ（ｔ）により求める第４工程と、第１測定部位で非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定で測定される糖分濃度に誤差Ｂｇを加算した値を血糖値の推定値とする第５工程とを備える。

上記成分濃度測定方法の一構成例において、Δ１、第１時刻から第３時刻までの第２時間Δ２、第２時刻で測定されたＦｐ１、および第３時刻で測定されたＦｐ２より、Δ１、Δ２とＦｐ１、Ｆｐ２との関係を求める第６工程と、第６工程で求めた関係より、被測定者の実際の血中糖分濃度に対する、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定の応答遅れを推定する第７工程とをさらに備える。

上記成分濃度測定方法の一構成例において、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定は、光学的な間質液中のグルコース濃度測定である。

上記成分濃度測定方法の一構成例において、光学的な間質液中のグルコース濃度測定は、マイクロ波誘電分光法によるグルコース濃度測定、または、共鳴光音響分光法によるグルコース濃度測定である。

また、本発明に係る成分濃度測定装置は、上記の成分濃度測定方法を実施するための成分濃度測定装置であって、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定を行う第１濃度測定部、第１濃度測定部に隣接配置されて血流量の測定を行う第１血流測定部を備える第１測定部と、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定を行う第２濃度測定部、第２濃度測定部に隣接配置されて血流量の測定を行う第２血流測定部を備え、第１測定部に隣接する第２測定部と、第２測定部で血流量の測定を行う箇所の血流を抑制する血流抑制機構とを備える。

上記成分濃度測定装置の一構成例において、血流抑制機構は、第１測定部より測定対象の側に突出して配置された第２測定部より構成されている。

上記成分濃度測定装置の一構成例において、血流抑制機構は、第２測定部で血流量の測定を行う箇所を圧迫する圧迫部から構成されている。

以上説明したように、本発明によれば、流を抑制した箇所と血流を抑制していない箇所との２箇所において、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定でグルコース濃度を測定するので、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定における応答遅れが把握できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る他の成分濃度測定装置の構成を示す構成図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る成分濃度測定方法を説明するためのフローチャートである。 図４は、血液中のグルコース濃度変化と、間質液中のグルコース濃度変化との間の関係を示す特性図である。 図５は、参照とする血糖値に対する、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定による血糖値の遅れ時間を説明する説明図である。 図６は、参照とする血糖値と、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定による血糖値との間の時間微分と、測定の経過時間との関係を示す特性図である。 図７は、遅れ時間と血流の関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態に係る成分濃度測定装置について図１，図２を参照して説明する。

この成分濃度測定装置は、第１測定部１０１、第２測定部１０２を備える。第１測定部１０１は、第１濃度測定部１０３、第１血流測定部１０４を備える。第２測定部１０２は、第２濃度測定部１０５、第２血流測定部１０６、記憶部１０７，および演算部１０８を備える。

第１濃度測定部１０３は、被測定者（測定対象）１５１の第１測定部位１５２において、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定を行う。第１血流測定部１０４は、第１濃度測定部１０３に隣接配置され、第１測定部位１５２において血流量の測定を行う。第２濃度測定部１０５は、被測定者１５１の第２測定部位１５３において、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定を行う。第２測定部位１５３は、第１測定部位１５２に隣接している。第２血流測定部１０６は、第２濃度測定部１０５に隣接配置され、第２測定部位１５３において血流量の測定を行う。各測定結果は、記憶部１０７に記憶される。また、演算部１０８が、上述した各測定の制御などの処理、および記憶部１０７に記憶された各測定結果を用いた、血糖値の推定、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定の応答遅れの推定などの演算を行う。

非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定は、光学的な間質液中のグルコース濃度測定である。光学的な間質液中のグルコース濃度測定は、例えば、マイクロ波誘電分光法によるグルコース濃度測定である。また、光学的な間質液中のグルコース濃度測定は、例えば、共鳴光音響分光法によるグルコース濃度測定である。

ここで、図１に示す成分濃度測定装置は、第１測定部１０１より被測定者１５１の側に突出して配置された第２測定部１０２により、第２測定部位１５３における血流を抑制する血流抑制機構を構成している。突出して配置された第２測定部１０２と、第１測定部１０１との段差は、数ｍｍ程度とすることができる。

また、図２に示す成分濃度測定装置は、第２測定部位１５３（第２測定部１０２で血流量の測定を行う箇所）を圧迫する圧迫部１０９を、血流抑制機構として備えている。圧迫部１０９は、例えば、図示していないが、空気袋、ポンプ、圧力センサから構成することができる。ポンプにより空気を供給することで空気袋を拡張させて第２測定部位１５３を圧迫する。供給している空気の圧力は、圧力センサにより測定され、圧力センサが測定している空気圧が設定されている値となるように、ポンプは空気を供給する。この圧迫を予め設定された時間継続することで、第２測定部位１５３の血管を圧迫して血流を抑制する。

第１測定部１０１、第２測定部１０２は、バンドなどにより、被測定者１５１の腕などに装着する。第１濃度測定部１０３と第１血流測定部１０４とは、近接しているので同一部位（第１測定部位１５２）を測定しているとみなすことができる。同様に、第２濃度測定部１０５と第２血流測定部１０６とは、近接しているので同一部位（第２測定部位１５３）を測定しているとみなすことができる。

上述した実施の形態に係る成分濃度測定装置は、以下に説明する、本発明に係る成分濃度測定方法を実施するための装置である。この成分濃度測定方法について、図３のフローチャートを参照して説明する。

まず、図３のステップＳ１０１で、食事の直後の第１時刻において、以下に示す各測定を実施する（第１工程）。第１濃度測定部１０３による第１測定部位１５２における糖分濃度Ｂｐ１の測定。第１血流測定部１０４による第１測定部位１５２における血流量Ｆｐ１の測定。前述した血流抑制機構で第２測定部位１５３における血流を抑制した状態で、第２濃度測定部１０５による第２測定部位１５３における糖分濃度Ｂｐ２の測定。前述した血流抑制機構で第２測定部位１５３における血流を抑制した状態で、第２血流測定部１０６による第２測定部位１５３における血流量Ｆｐ２の測定。および、被測定者１５１より採取された血液の糖分濃度Ｂｒの測定。

次に、予め決定している時間が経過したら（ステップＳ１０２のｙｅｓ）、ステップＳ１０３で、上述した測定を実施する。また、ステップＳ１０１～ステップＳ１０３を、Ｂｐ（Ｂｐ１，Ｂｐ２）とＢｒとが等しくなるまで実施する（ステップＳ１０４）。

Ｂｐ（Ｂｐ１，Ｂｐ２）とＢｒとが等しくなったら、等しくなった時刻を決定する（ステップＳ１０５）。まず、上述した測定（Ｂｐ１の測定、Ｆｐ１の測定、Ｂｒの測定）を繰り返し、Ｂｐ１とＢｒとが等しくなる第２時刻を求める（第２工程）。また、上述した測定（Ｂｐ２の測定、Ｆｐ２の測定、Ｂｒの測定）を繰り返し、Ｂｐ２とＢｒとが等しくなる第３時刻を求める（第３工程）。

次に、ステップＳ１０６で、第１時刻から第２時刻までの第１時間Δ１、および測定時刻ｔにおける被測定者１５１より採取された血液の糖分濃度Ｂｒ（ｔ）より、測定時刻ｔにおける誤差Ｂｇを、Ｂｐ１（ｔ＋Δ１）－Ｂｒ（ｔ）により求める（第４工程）。次に、ステップＳ１０７で、第１測定部位１５２で非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定で測定される糖分濃度に誤差Ｂｇを加算した値を血糖値（血液の糖分濃度）の推定値とする（第５工程）。

次に、ステップＳ１０８で、Δ１、第１時刻から第３時刻までの第２時間Δ２、第２時刻で測定されたＦｐ１、および第３時刻で測定されたＦｐ２より、Δ１、Δ２とＦｐ１、Ｆｐ２との関係を求める（第６工程）。次に、ステップＳ１０９で、求められた関係より、被測定者１５１の実際の血中糖分濃度に対する、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定の応答遅れを推定する（第７工程）。

以下、より詳細に説明する。図４に示すように、血液中のグルコース濃度変化が、間質液中のグルコース濃度変化に反映するまでには、数分程度の時間差がある。この時間差が、前述した間質液測定における応答遅れとなる。図５に示すように、参照とする血糖値（採取した血液より測定される血糖値）に対する、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定による血糖値の遅れ時間をΔとする。遅れ時間Δは、それぞれの血糖値の時間微分が同じになるときの時間差で定義する。時間微分と経過時間でグラフをとると、図６のようになる。図７は、遅れ時間と血流の関係を示した例であり、血流に応じて遅れ時間がどの程度変化するかの関係を示している。

前述したように、血流量Ｆｐ１，Ｆｐ２、糖分濃度Ｂｐ１，Ｂｐ２の測定を実施する。これらの測定を、被測定者の、複数の箇所で実施することもできる。灌流状態と血糖値の遅れの関係を知るために、食事直後に上述した測定を実施する。校正データ取得は、参照値として採血した静脈血あるいは指尖血の血糖値（糖分濃度）Ｂｒとの比較により行う。

食事後のＢｒの時間微分Ｄｂｒ、およびＢｐ１，Ｂｐ２の変化の時間微分Ｄｂｐ１，Ｄｂｐ２を用いる。時間微分は、例えば食後２０分、３０分における血糖値Ｂｐ１から次式のように与えられる。

［血糖値の時間微分］
Ｄｂｐ１＝（３０分後のＢｐ１－２０分後のＢｐ１）／５分。
Ｄｂｐ１＝（３０分後のＢｐ２－２０分後のＢｐ２）／５分。
Ｄｂｒ＝（３０分後の血糖値Ｂｒ－２０分後の血糖値）／５分。

Ｄｂｐ１とＤｂｒ１、およびＤｂｐ２とＤｂｒ１が等しくなるまで一定時間おきにＢｐ１、Ｂｐ２の測定を繰り替えし、Ｄｂｐ１およびＤｂｐ２を計算する。図６に示すように、Ｄｂｐ１（ｔ＋Δ１）＝Ｄｂｒ（ｔ）となる時間差をΔ１とし、同様に、Ｄｂｐ２（ｔ＋Δ２）＝Ｄｂｒ（ｔ）となる時間差を遅れ時間Δ２とすると、各々の測定箇所において血流Ｆに対する遅れ時間の影響を、図７に示すように得ることができる。

以上により校正が完了し、絶対誤差および遅れ時間が下記のように与えられる。

絶対誤差Ｂｇ＝Ｂｐ１（ｔ＋Δ１）－Ｂｒ（ｔ）
遅れ時間Δ１＝ｆ（Ｆｐ１（ｔ））・・・式（１）
遅れ時間Δ２＝ｆ（Ｆｐ２（ｔ））・・・式（２）
なお、Ｆｐ（ｔ）は測定時刻ｔにおける血流を示すものである。

例えば，ｆ（Ｆ（ｔ））＝α・Ｆｐ（ｔ）、α＝（Δ２－Δ１）／（Ｆｐ２－Ｆｐ１）とすることができる。

また、求められた絶対誤差を用い、推定血糖値Ｂ＝Ｂｐ１＋Ｂｇ・・・式（３）」のように推定血糖値を求めることができる。また、推定遅れ時間Δは、Ｆｐ１から図７の関係を参照することで求めることができる。

上述したように遅れ時間を推定することにより、例えば、推定される遅れ時間が大きい場合、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定に代わり、血液採取による血糖値の測定に変更することなどにより、血糖値の減少傾向の早期の発見につながる。また、誤差の大きさの推定により、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定により、どの程度、低血糖まで猶予があるのかを知ることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、血流を抑制した箇所と血流を抑制していない箇所との２箇所において、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定でグルコース濃度を測定するので、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定における応答遅れが把握できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…第１測定部、１０２…第２測定部、１０３…第１濃度測定部、１０４…第１血流測定部、１０５…第２濃度測定部、１０６…第２血流測定部、１０７…記憶部、１０８…演算部、１０９…圧迫部、１５１…被測定者（測定対象）、１５２…第１測定部位、１５３…第２測定部位。

Claims (7)

1. 非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定による、被測定者の第１測定部位における糖分濃度Ｂｐ１の測定、
   前記第１測定部位における血流量Ｆｐ１の測定、
   前記被測定者の前記第１測定部位に隣接する第２測定部位における血流を抑制した状態で、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定による、第２測定部位における糖分濃度Ｂｐ２の測定、
   前記第２測定部位における血流量Ｆｐ２の測定、
   および前記被測定者より採取された血液の糖分濃度Ｂｒの測定
   を、食事の直後の第１時刻に実施する第１工程と、
   前記第１工程の後で、Ｂｐ１の測定、Ｆｐ１の測定、およびＢｒの測定を実施し、Ｂｐ１とＢｒとが等しくなる第２時刻を求める第２工程と、
   前記第１工程の後で、Ｂｐ２の測定、Ｆｐ２の測定、およびＢｒの測定を実施し、Ｂｐ２とＢｒとが等しくなる第３時刻を求める第３工程と、
   前記第１時刻から前記第２時刻までの第１時間Δ１、および測定時刻ｔにおける前記被測定者より採取された血液の糖分濃度Ｂｒ（ｔ）より、測定時刻ｔにおける誤差Ｂｇを、Ｂｐ１（ｔ＋Δ１）－Ｂｒ（ｔ）により求める第４工程と、
   前記第１測定部位で非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定で測定される糖分濃度に誤差Ｂｇを加算した値を血糖値の推定値とする第５工程と
   を備える成分濃度測定方法。
2. 請求項１記載の成分濃度測定方法において、
   Δ１、前記第１時刻から前記第３時刻までの第２時間Δ２、前記第２時刻で測定されたＦｐ１、および前記第３時刻で測定されたＦｐ２より、Δ１、Δ２とＦｐ１、Ｆｐ２との関係を求める第６工程と、
   前記第６工程で求めた関係より、前記被測定者の実際の血中糖分濃度に対する、非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定の応答遅れを推定する第７工程と
   をさらに備えることを特徴とする成分濃度測定方法。
3. 請求項１または２記載の成分濃度測定方法において、
   非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定は、光学的な間質液中のグルコース濃度測定であることを特徴とする成分濃度測定方法。
4. 請求項３記載の成分濃度測定方法において、
   光学的な間質液中のグルコース濃度測定は、マイクロ波誘電分光法によるグルコース濃度測定、または、共鳴光音響分光法によるグルコース濃度測定であることを特徴とする成分濃度測定方法。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の成分濃度測定方法を実施するための成分濃度測定装置であって、
   非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定を行う第１濃度測定部、前記第１濃度測定部に隣接配置されて血流量の測定を行う第１血流測定部を備える第１測定部と、
   非侵襲な間質液中のグルコース濃度測定を行う第２濃度測定部、前記第２濃度測定部に隣接配置されて血流量の測定を行う第２血流測定部を備え、前記第１測定部に隣接する第２測定部と、
   前記第２測定部で血流量の測定を行う箇所の血流を抑制する血流抑制機構と
   を備えることを特徴とする成分濃度測定装置。
6. 請求項５記載の成分濃度測定装置において、
   前記血流抑制機構は、前記第１測定部より測定対象の側に突出して配置された前記第２測定部より構成されていることを特徴とする成分濃度測定装置。
7. 請求項５記載の成分濃度測定装置において、
   前記血流抑制機構は、前記第２測定部で血流量の測定を行う箇所を圧迫する圧迫部から構成されていることを特徴とする成分濃度測定装置。

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