JPH03173535A - グルコース無侵襲計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、グルコース（血糖値）の無侵襲的測定方法に
関する。

従来の技術 人間の血液は次の表に示すような成分からなる。

血糖は血しようおよび有形成分（赤血球、白血球。

血小板等）の水分中に一様に分布している。血液中の遊
離糖としてはグルコースの比率が極めて高くグルコース
に焦点を合わせて分析すれば他の糖はほとんど検出され
ない。グルコース（血糖値）の正常値は７６〜１１０岬
／ｄ１とされており、糖尿病の検査法の一つである負荷
試験ではぶどう糖を経口投与し血液中のグルコース濃度
の時間変動を測定している。第８図に負荷試験の際の血
液中のグルコース濃度の時間変動の例を示す。ａは正常
者、ｂは附糖能障害者、Ｃは耐尿病患者の場合を示す。

たソしぶどう糖７５．＠ｒ経口投与した場合である。

注射器等を用いて人体より血液を採取しその採血試料を
分析してグルコース（血糖値）を求める破壊的または侵
襲的グルコース測定法は公知で分析には従来よシ酵素電
極法、比色法等穏々の方法が実用化され多数の特許出願
も公開されている。

方弁破壊的ないしは無侵襲的方法としては皮膚を通して
体表面に拡散して来るグルコースの濃度を皮膚表面に押
しつけたセンサで測定する経皮的方法や生体組織中をレ
ーザ光を透過させて特定波長での吸光度を測定すること
によってグルコース濃度を求める方法が提案されている
。

発明が解決しようとする課題 採血試料を分析してグルコース濃度を求める侵襲的また
は破壊的な方法は患者に苦痛を与えるため論外である。

無侵襲的な測定法として、例えば特開昭６１−２５６４
１号公報「経皮グルコースセンサ」は皮膚加温機構を有
するセンサを人体の皮膚表面に押し付けて体内から皮膚
を通して拡散して来るグルコースの濃度を測定する方法
であるが、加温加圧することによって皮膚表面に跡形が
長く残ることがある上にこの方法では組織血管中を現在
循環しつつある血液を直接測定するわけではないので組
織中拡散のための時間遅れ、拡散中の変化等の問題を避
けることができなかった、また例えば米国特許４，１６
９，６７６号公報（血液中の代謝産物の測定方法）　「
Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｏｆ　
ｍｅｔａｂｏｌｉｃ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　１ｎｔｈｅ　
ｂｌｏｏｄ　Ｊ　では、炭酸ガスレーザ光を用い内部多
重全反射吸収スペクトル法（ＡＴＲ）法によって皮膚表
面部のグルコース濃度を求めている。

この方法ではレーザ光を用いるためにある程度、エネル
ギー強度の強い光を用いることができるが、測定波長は
１０μｍ近傍の水分を含んだ生体組織の吸収の非常に大
なる赤外領域にあって組織の限られた深さまで（約３０
μｍまでという報告もある）しか測定できないという問
題があった。

さらにまた特開昭８０−２３６６３１号公報「グルコー
スの測光検出方法とその装置」では、生体組織中も比較
的良く透過する近赤外領域の光を利用しているが、この
特許出願が測定に用いている波長では濃度と吸光度との
間の直線性が悪く実用上問題があった。

課題を解決するための手段 本発明は上述の問題点を解決するため、生体組織中での
吸収が大なる赤外領域を避け、生体組織中も比較的よく
透過する近赤外線を利用して毛細血管の存在する深さま
で測定光を透過させるとともに最適測定波長帯を選ぶこ
とによってグルコース濃度と吸光度との間に良好な直線
関係を得て実用的なグルコース無侵襲計測方法を可能と
したものである。

作　　　用 周知のごとく簡単な光学素子を用いれば、集光したシ光
路を任意の方向に向けることができる。

これによって測定したい部位に集中的に光を照射する。

照射された光は生体組織表面で一部は反射され、一部は
組織中で吸収される。残余が生体組織中を透過し再び組
織外へ出てくる。一般に水を含んだ生体組織では近赤外
領域における光の透過率は他の領域に比べてかなシ大き
く実測によれば約２ａ！厚みの組織で１０−５から１０
−３にも達する。

一方この領域においてよく用いられるＰｂＳ赤外線検出
素子の感度は８０　Ｖ　／Ｗ　−ｃｍ−２程度のものは
現在市販されておシ、容易に入手可能である。また１ｏ
−６ｖ程度の電圧も測定容易である。したがって生体組
織に何等の損傷を与えない程度のエネルギー量照射で生
体組織の透過光測定は容易に可能である。

水分を含んだ生体組織の分光吸収スペクトルを測定する
と、１．４〜１．５および１．９〜２μｍ付近に水によ
る吸収のピークが見られると同時に他の波長でも組織中
に含まれている物質の種類と濃度に関係した吸収のパタ
ーンが観測される、実験の結果、水溶液中のグルコース
による吸収波長帯としては、１６００〜１７５０ｎｍの
波長帯を用い、グルコースの吸収に関係のない基準波長
帯としては１２００〜１３００ｎｍを用いるのが実用上
望ましいことが判明した。

実施例 以下本発明の実施例について説明する。

実施例１ 実施した計測系の概念的なブロック図を第３図に示す。

ハロゲン電球よシなる光源１より発した光束は光学系３
を通シチョンパ３で規則的に断続された後、回折格子型
分光器４に入シ、この分光器４の射出スリットの直後に
置かれた試料６を透過してＰｂＳ赤外線検出器よりなる
センサ６に入射する。

チョッパ３に取り付けられたセンサ７によシチョッパ回
転数が検出され、得られた信号を参照信号としてセンサ
６の出力信号がロックインアンプ８により増幅されてコ
ンピュータ９によシ演算記録され、演算結果は必要に応
じて試料の分光透過特性、吸光度などの形で出力される
。

成人男性の指爪の１．２μｍ〜３．４μｍの近赤外領域
での分光吸収特性測定結果を第４図に示す。

縦軸に透過率の逆数の常用対数すなわち吸光度を、横軸
に波長をとって示しである。１．４〜１．５および１．
９〜２μｍ帯での水による吸収のピークが示されている
と同時に爪巾に含まれている成分物質による多数の吸収
ピークが見られる。

純水の分光吸収特性（試料透過距離０．５ｍｍ）を第５
図に、グルコース粉末試料（若干の水分を含む）の分光
吸収特性を第６図にそれぞれ示す。

希釈法により各種濃度のグルコース水溶液を調製し、こ
れらと水との分光吸光度差を測定した結果を第７図に示
す。１２００〜１３０Ｑｎｍの波長領域では吸光度差は
グルコースの濃度が変化してもほとんど変化せず、１６
００〜１７５０ｎｍの波長領域ではグルコース濃度とと
もに吸光度差が変化していく様子が明確に認められる。

１６０゜〜１７ｓｏｎｍｔ−測定波長領域とし、１２０
０〜１３００ｎｍを基準波長領域として吸光度差よシ演
算処理した数値と水溶液中のグルコース濃度との関係を
第１図において実線で示す。図の縦軸におけるＰＧはグ
ルコース水溶液の１６００〜１７５０ｎｍ範囲における
分光透過率の平均値を表わし、ＰＧＲは同じくグルコー
ス水溶液の基準波長１２０ｏ〜１３００ｎｍの場合を示
す。またＰｗは純水の１６００〜ｌ　７５０ｎｍ範囲に
おける分光透過率の平埼値を表わし、ＰｗＲは同じく純
水の基準波長１２ｏＯ〜１３００ｎｍの場合を示す。こ
のような演算処理を行った数値はグルコース濃度に対し
て直線性を示すことがわかる。この際の演算処理の方法
は公知であシ、基本原理としてＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅ
ｒ　の法則を用いている。なお、同図中点線で示した曲
線は測定波長領域を１５７６±１５ｎｍとした場合であ
る。

実施例２ 他の実施例について第２図を用いて詳細に説明する。

第２図において、光源３１よシ射出し、一部は直接に指
２３の爪と反対側（指腹部側）を照射し、他の一部は指
組織中を透過して指爪付近で焦点を結ぶように調整され
た凹面反射鏡２２によって反射された後、同じく指面を
照射し、指組織中を拡散しながら透過し指爪２４に達し
、これを透過して外部に出る。このように指組織中を透
過した光線の一部ハレンズ２６およびフィルタ２７を通
ってＰｂＳセンサ２９に達し、増幅器３１を経て演算装
置３３に信号が送られる。他の一部は同様にレンズ２６
およびフィルタ２８を通ってｐｂｓ　センサ３ｏに達し
、増幅器３２を経て演算装置３３に信号が送られる。フ
ィルタ２７および２８はそれぞれ前述のグルコース吸収
波長領域、基準波長領域に対応する波長帯の近赤外線を
透過する特性を有するものである。これによって指先端
部の毛細血管中の血液に含まれているグリコース濃度（
血糖値）が無侵襲的に測定される。

発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明は、１６００〜１
７５０ｍｍの帯域と１２００〜１３００ｎｍの帯域の近
赤外光を利用することによって、生体組織を透過させる
ことができ、かつ生体中に含まれているグルコースによ
る分光吸収特性がグルコース濃度と一定の関係にあるた
め、生体を破壊することなく無侵襲で生体内のグルコー
ス濃度を測定することができるという効果を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸光度よシの演算値とグルコース濃度との関係
を示す図、第２図は本発明によるグルコース無侵襲計測
装置の一実施例の概略構成図、第３図は本発明の一実施
例における計測系の概念的なブロック図、第４図は成人
爪の近赤外線領域における分光吸収特性の測定結果の一
例を示す図、第６図は実施例において使用した純水の分
光吸収特性を示す図、第６図は同じも近赤外領域でのグ
ルコースの分光吸収特性を示す図、第７図は種々の濃度
のグルコース水溶液と水との分光吸光度差第　１　図 ２１・・・・・・光源、２３・・・・・・指。 第 ２　図 ｚｌ−光源 ２２−−一凹面反射鏡 ？３−−−５ｍ 跨−−−指　へ ？ｉ２６−−−　し　〉　ス′ ？′１．ｉ−−−フィルタ δ、３Ｏ−ＰｂＳｔンサ ク゛ルコース壕度（嫂 ｙｔ、　　逓 ｆｔ、琴爪 ナヨッパ 回折格子型号九器 試　料 Ｐｂ３．ｔット線センサ ９−一一コンピュータ 第 ４ 図 ７．２ ４ ７．６ ８ ０ ２．２ ｚ、４ 波 長 Ｃｐｍ） 第 図 ２ ！４ １．６　　　　ｆδ 波長 ０ （ｐｍ） ？？ ？４ 第 図 彼 長 （ｐｍン Ｏ及 九 度 差 又

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 近赤外光を照射し、照射部位において生体組織を透過し
   てきた光エネルギーを測定し、生体組織中のグルコース
   に特有な吸収波長帯域の透過エネルギーとグルコースの
   吸収によらない波長帯域の透過エネルギーとの差異を演
   算処理することにより生体組織中のグルコース濃度を求
   める方法において、グルコースによる吸収波長帯域を１
   ６００〜１７５０ｎｍ、グルコースによらない基準波長
   帯域を１２００〜１３００ｎｍに設定するグルコース無
   侵襲計測方法。