JPH05161628A

JPH05161628A - 患者のグルコース濃度を非侵襲的に測定する方法

Info

Publication number: JPH05161628A
Application number: JP3324787A
Authority: JP
Inventors: H Barnes Russell; ラッセル・エイチ・バーンズ; W Brach Jimmy; ジミー・ダブリュ・ブラーシュ; David L Purdy; ディヴィッド・エル・パーディ; D Lokead William; ウィリアム・ディー・ロキード
Original assignee: Diasense Inc
Current assignee: Diasense Inc
Priority date: 1991-12-09
Filing date: 1991-12-09
Publication date: 1993-06-29

Abstract

(57)【要約】【構成】該患者の身体部分上に該源から放射光を入射
し、近赤外線の波長の制限された範囲によって該身体部
分上に入射された放射光の波長を変化させ、その結果該
身体部分から放射された生成放射光を感知し、前記の感
知した生成放射光の強度を波長の関数とする第１式を得
て、前記の制限された範囲の狭い範囲の波長に関する該
関数のｎ次導関数である第２式を得て、前記の狭い範囲
の波長の該第２式の拡大を作成し、該第２式の拡大の選
択されたポイントでの強度からグルコース濃度を測定す
る。【効果】患者から血液を取り出すことなく、患者のグ
ルコース濃度の正確な有効的な非侵襲的測定（実際に必
要とされる濃度が考慮されている）が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、糖尿病に罹患したと疑
われる患者の血液中のグルコースの測定、あるいはすで
に糖尿病に罹患した患者の治療または投薬の制御に関す
るものである。とくに本発明は、患者から血液を取り出
すことのない測定、すなわち非侵襲的（non-invasive）
方法および非侵襲的手段による測定に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術および課題】患者に対して非侵襲的にグル
コースを測定することが、非常に求められている。米国
において、糖尿病患者は約１０００万人いる。この内２
００万人は、I型糖尿病であり、この患者の膵臓はイン
シュリンを分泌しない。他の８００万人はII型糖尿病で
あり、この患者の膵臓は、十分にインシュリンを分泌す
ることができないか、または非常に遅れて分泌するもの
である。II型糖尿病のほとんどは、適切な食事およびウ
エイトコントロールによってコントロールすることがで
きる。いくつかのII型糖尿病と、すべてのI型糖尿病
は、１日に１回以上のインシュリン注射が必要である。
インシュリンは、血中のグルコースまたは糖類の身体の
利用をコントロールして、血中のグルコース濃度を適切
にするものである。従ってインシュリンは、もしグルコ
ース濃度が適切とならない場合、ケトーシス、昏睡、さ
らに死をもたらすであろう高血糖症（過剰グルコース）
を防ぐものである。また、グルコースの測定は、もし血
中のグルコースが低レベルに減少した場合、オレンジジ
ュースのようなグルコース含有液体を摂取しなければな
らない低血糖症に罹患した患者にとっても欠くことがで
きないものである。

【０００３】糖尿病における高血糖症は、心臓病、動脈
硬化、失明、心臓発作、高血圧、腎不全、若死を含む糖
尿病の長期間の影響の原因であると非常に疑われてい
る。高度の高血糖症は、同様の非常に悪い結果をもたら
す。通常の人において、血中グルコースレベルは、６０
〜１３０mg／dlで変化するものであるが（１００％を超
える分散）、糖尿病の場合、このレベルは、ときどき４
０〜５００mg／dlで変化し、これは高血糖症の場合では
１１５０％の分散である。低血糖症の場合、６０mg／dl
は、治療が必要であることを示し；グルコースは２０mg
／dlの危険なレベルに達することもある。グルコースレ
ベルのこれらの大きな変動は、病気の症状および合併症
を防ぐために避けなければならない。この変動を避ける
ために、糖尿病患者は、自分の血中グルコースレベルを
簡便にモニターし、続いてそのレベルをコントロールす
るために、食事によるカロリー摂取およびインシュリン
注入量を変更することができなくてはならない。有効な
コントロールのために、頻繁な血中グルコースのモニタ
リングが必要である。

【０００４】現在、血中グルコースレベルをモニタリン
グするために実用化され且つ信頼されている方法は、血
液をサンプリングする手段のみである。糖尿病患者は、
針で自分の表皮（通常は自分の指）を刺し、血液を１滴
取り出し、化学的に処理された紙のストリップ上に血液
を吸収させる。続いて患者は、グルコメーター（グルコ
ース濃度を読み取る分光光度計）にストリップをおいて
グルコースレベルを読み取る；あるいは患者は、色の度
合が決定されたチャートとストリップの色の変化とを比
較することができる。直接読み取る装置は、さらに正確
である。他の方法は、mg／dlを計算するオーム計である
グルコメーターを用いて、ストリップの電気抵抗を測定
する方法等がある。有効なコントロールのために、糖尿
病患者の何割かは、１日４回以上指に針を突き刺さなけ
ればならない。

【０００５】血液の取り出して分析しなくても済むこと
が望ましく、この目的を達成することが本発明の目的で
あり、本発明は、罹患したと疑われるまたはすでに罹患
している糖尿病患者のグルコース濃度の有効な非侵襲的
な測定を提供するものである。

【０００６】クラウス・ダーネ（Clause Dahne）および
ダニエル・クロス（Daniel Cross）の欧州特許公開0160
768号（１９８５年１１月１３日）は、グルコース濃度
の非侵襲的測定に関する従来技術の典型的なものであ
る。ダーネにおいて、１５７５、１７６５、２１００お
よび２２７０±１５ｎｍの選択された放射ビームは、患
者の身体部分上に衝突し、その部分を貫通する。入射し
た放射光の身体内部の反応により生じた放射光は、光学
的に分析され、定量的なグルコースの存在が分析され
る。分析される生じた放射光は、散乱した放射光または
透過した放射光であり、事実上、散乱した放射光の主画
分および身体部分に吸収された放射光を減じた入射放射
光である。

【０００７】ダーネの方法は、グルコース濃度を有効に
モニタリングするために要求される正確さが欠けている
という欠点がある。患者の有効なコントロールのため
に、グルコースが実用的にモニターされる濃度の範囲
は、４０〜５００mg／dlであるが、高血糖症または低血
糖症においては、さらに低い濃度となることがある。１
２０mg／dlよりも明らかに高い濃度は、糖尿病状態を示
し、食事またはインシュリンによる治療が必要である。
ダーネ法の実際上の実用において、測定されたグルコー
スの最高濃度は、１モル（１Ｍ）であり、測定されたグ
ルコースの最低濃度は、０.０５モルであった（１８
頁）。グルコースの化学式は、Ｃ₆Ｈ₁₂Ｏ₆である。グル
コースの１Ｍ溶液において、１l中には１８０.１６gの
グルコースがあり、あるいは１dl中には１８,０００mg
のグルコースがある。０.０５モルにおいて、１dl中に
は０.９gまたは９００mgのグルコースがある。これは、
有効なコントロールのために測定されるべきグルコース
濃度の範囲とかなり異なっており、また実際に人体と合
致する範囲とも異なる。ダーネの方法は、その試験に示
されるものよりも有効であるという事実はない。

【０００８】従って、本発明の目的は、従来の技術の欠
点を克服することであり、且つ患者のグルコース濃度の
正確な有効的な非侵襲的測定（このような測定において
実際に必要とされる濃度が考慮されている）を提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、分析が行われ
る波長の関数として、血中のグルコース濃度のすべての
表現、例えばグラフにおいて、正確に測定されるべき最
大濃度の測定は、他の化学種の存在によってしばしば不
明瞭となる認識から生まれたものである。本発明が完成
するときに理解されたことは、測定しなくてはならない
特定の種は、新しい関数を得ることにより強調され且つ
容易に測定することができ、この関係式の波長に対する
ｎ次導関数は、そのｎ次導関数の定義された範囲によ
り、波長の関数としてグルコース濃度を決定する。基準
となるゼロ点に対応するｎ次導関数の大きさを測定すれ
ば、既知の標本のｌｏｇ１／Ｔおよびこれらの既知の標
本に対応する適切な導関数の濃度を参照することによ
り、すなわち測定されるべき標本の既知の濃度の既知の
標本の内容が分かっている装置で計算することにより、
この大きさがグルコース濃度に転換される。

【００１０】Ｔ＝Ｉ₀／Ｉ（式中、Ｉ₀は患者の身体の部分上への入射放射光の強
度であり、Ｉは、その部分を通って透過したまたはその
部分により散乱して生じた放射光である）

【００１１】本発明の好適な実施において、グルコース
の濃度は、波長の関数として、ｌｏｇ１／Ｔの２次導関
数の最大または最小で、またはその付近で評価される
が、この関数に従った他のポイントも、本発明に従って
選択することができる。とくに、この評価は、“クロス
オーバー（crossover）”ポイントまたは範囲といわれ
る上記のポイントまたは範囲からはなれたポイントで得
ることができる。クロスオーバー範囲は、多くのスペク
トルの関数が交差する範囲である。評価は、この部分か
ら十分にはなれた簡便なポイントで得られ、標本の濃度
の信頼できる測定値が得られる。選択された評価ポイン
トまたは範囲は、最大または最小ポイントとするのが有
利である。なぜならば、このポイントでは、クロスオー
バーポイントからプラスにしろマイナスにしろ、濃度に
おいて最大の変位があるからである。また評価ポイント
は、既知のスペクトルと比較の基準として役立つ関数と
の間の関係式または関数に従う最大の相関係数の統計学
的測定を基に選択することができる。

【００１２】とくに、血中のグルコース濃度の非侵襲的
測定は、近赤外線源、光ファイバープローブ、検出器を
有するスペクトル解析器およびデータプロセッサを用い
て行われる。光ファイバープローブは、透過または散乱
モードのいずれかが使用される近赤外放射光のデュアル
コンダクターからなる。近赤外源からの放射光は、末端
が患者の身体の部分と接触しておかれているデュアルコ
ンダクターの一つを通って送られる。身体中に送られた
放射光は、ある種の存在の性質により散乱または特徴的
な吸収を受ける。散乱および吸収を受けた放射光の部分
は、身体から散乱して戻され、集められ、他の光ファイ
バーコンダクターによりスペクトル分析器／検出器シス
テムに戻るように送られる。身体に接触するようにして
おかれた光ファイバープローブの感知末端は、透過また
は散乱による測定が行われるように配置される。透過モ
ードにおいて、光ファイバープローブの放射光送り部末
端は、源からの近赤外放射光が、耳たぶ、舌、指の間の
ウエビング（webbing）または足指等の身体の部分を通
過することができるように配置され、その特徴的なスペ
クトルの吸収が測定される。近赤外源に連結した光ファ
イバーコンダクターからの放射光が、身体部分を通っ
て、スペクトル分析器／検出器への減ぜられた放射光を
伝達するもう一方の光ファイバーコンダクターへと通過
していくように、身体部分をデュアルファイバーの両末
端の間におくことにより、これは達成される。散乱モー
ドにおいて、二又に分かれた光ファイバープローブが使
用される。二又に分かれたプローブは、二つに分離され
た繊維の束からなり、一つの束は中央におかれ、もう一
方の束は中央の束の周囲に配置される（どのような形状
であってもよい）。血中グルコースを測定するために、
プローブの感知末端は、身体の外側表面と直接接触する
ようにおかれる。源に連結した繊維からの近赤外放射光
は、特徴的なスペクトルの吸収および散乱の両方を受け
る身体の部分を通って移動する。身体を通って吸収され
ながら何割か散乱した放射光は、その形態において光フ
ァイバーにより集められ、続いてスペクトル分析器／検
出器に送られる。

【００１３】このような適用のためのスペクトル分析器
は、プリズムまたは回折格子、一組みの光ファイバー、
走査干渉計、静止干渉計からなり、あるいはハダマード
変形分光計（Hadamard transform spectrometer）から
なることができる。ハダマード変形分光計は、ハマカー
（Hammaker）ら、バイブレーショナル・スペクトラ・ア
ンド・ストラクチャー（Vibrational Spectra and Stru
cture）、１５巻、１９８６年１１月、ジェー・アール
・デュリーク（J.R. Durig）、エルセビーレ・プレス
（Elseviere Press）、アムステルダム、オランダ編集
による文献に記載されている。分光計は、フェイトリー
（Fately）の米国特許第4,615,619号、同第4,750,834号
および同第4,799,795号に記載されている。スペクトル
分析器の用途は、身体を通過する近赤外放射光を、その
スペクトル成分に分散させ、血中グルコースの特徴的で
ある特別なスペクトル成分を識別し、測定することであ
る。グルコースによる特徴的な近赤外線の吸収は、血中
濃度に直接関係する。

【００１４】データプロセッサは、スペクトル分析器か
らの出力信号を受け取り、血中グルコース濃度を計算
し、選択された単位の血中グルコース濃度を与える表示
装置または記録装置に出力を形式化して表示するもので
ある。データプロセッサにおけるマイクロプロセッサ
は、データ処理を行い且つスペクトル分析器の操作を制
御するために使用される。

【００１５】本発明の実用的な有益さを試験し且つ示す
ために、近赤外線測定は、水中、および水中の異なるグ
ルコース濃度、血漿、全血および全血中の異なるグルコ
ース濃度、ヒト耳、ウサギ耳で行った。１４５０ｎｍで
の水吸収帯域の高振動側（higher-frequency side）で
生じる１６６０ｎｍ付近のグルコースの近赤外線帯域に
おける波長の関数として、放射光の吸収の式の２次導関
数は、正確な濃度が得られる有効なデータが得られるこ
とが分かった。本発明の実用において、その幅広い見地
において、測定は７００〜３０００ｎｍの波長範囲によ
って行われる。

【００１６】本発明をさらに理解するために、その構成
および操作方法の両方に関し、さらにその目的および有
利さとともに、以下の記載は、付随した図面をもとにし
て行う。図１は、本発明方法を行う場合の本発明の態様
を示すブロック図である。；図２は、グルコースの異な
る濃度の全血溶液の近赤外波長の関数として、標本を通
過する放射光の透過の逆数のｌｏｇ、すなわち標本の吸
収を示すグラフである；図３は、図２の波長の狭い範囲
を拡大した波長の関数として、図２に示した関数の二次
導関数を示すグラフである；図４は、図２および図３に
示されたグラフから得られたデータから、本発明の実用
において測定された全血のグルコースの濃度が、対応す
る既知の濃度に対してプロットされているグラフであ
る。図５は、血漿中の異なるグルコース濃度による波長
の関数として、標本を通過する放射光の透過の逆数のｌ
ｏｇの２次導関数の狭い範囲の波長を拡大したものを示
す図３と同様のグラフである；図６は、図５を基準にし
たデータから本発明の実用において測定された血漿のグ
ルコース濃度が、対応する既知の濃度に対してプロット
されている図４と同様のグラフである；図７は、グルコ
ースの異なる濃度の水溶液に関する波長の関数として、
標本を通過する放射光の透過の逆数のｌｏｇの単一ライ
ンを示すグラフである；図８は、波長の関数として、図
７に示される関数の２次導関数の狭い範囲の波長の拡大
を表す図３と同様のグラフである；図９は、図７および
図８を基準にしたデータから本発明の実用において測定
された血漿のグルコース濃度が、対応する既知の濃度に
対してプロットされている図４および図６と同様のグラ
フである；図１０は、ヒト被験者のグルコースの摂取の
後、波長の関数として、ヒト被験者の耳を通過する近赤
外線の放射光の逆数のｌｏｇを示すグラフである；図１
１は、グルコースの摂取後、時間間隔により、図１０に
おいてプロットされたセンサの応答を示す狭い範囲の波
長を拡大したグラフである；図１２は、グルコースの注
入後、異なる時間でプロットした曲線の一群のグラフで
あり、被験者の耳を通過する透過光の測定において、波
長の関数としてセンサの応答（ｌｏｇ１／Ｔ）の２次導
関数を示すものであり；図１０および図１１は、図１２
を基準にしたものである；および図１３は、波長の関数
として、固体グルコースに対する近赤外線の放射光反射
の逆数のｌｏｇを示すグラフである。

【００１７】図１は、患者のグルコース濃度の非侵襲的
測定のための装置１１を示すものである。この装置は近
赤外線放射光源１３、レンズシステム１５、デュアルコ
ンダクター光ファイバープローブ１７、第２レンズシス
テム１９、スペクトル分析器／検出器２１、データプロ
セッサおよびコントローラー２３、出力表示装置２５お
よび出力レコーダー２７を含有するものである。上記の
ように、源は、７００〜３０００ｎｍの範囲の放射光を
生成することができる。この出願に示されているデータ
は、パシフィック・サイエンティフィック社のパシフィ
ック・サイエンティフィック・インスツルメント・ディ
ビジョン（Pacificscientific instrument division）
社から得たモデル６２５０システム近赤外分光計を用い
て得たものである。このインスツルメント・ディビジョ
ンの住所は米国メリーランド州、シルバースプリング
（Silver Spring）、リンデン・レーン（Linden lan
e）、２４３１である。レンズシステム１５および１９
は、単一のレンズとして表している。実際の実用におい
て、これらは、焦点レンズを含むレンズと出口側のコリ
メーターとの適切な組み合わせである。光ファイバープ
ローブ１７は、患者の身体部分３１、例えば耳たぶまた
は手首に、放射光を伝達するための入力放射光コンダク
タ２９、および身体部分３１から生じた放射光を得るた
めの出力放射光コンダクタ３３を含有する。入力コンダ
クタ２９の出力末端および出力コンダクタ３３の入力ま
たは感知末端は、患者の身体部分３１の外側表面にしっ
かりと接触している。コンダクタ２９および３３のそれ
ぞれは、単一のコンダクタの記号により表現されている
が、各放射光コンダクタは、本発明の実際の実用におい
て、光ファイバーの束を包含する。

【００１８】源１３からの放射光は、レンズシステム１
５によりコンダクタ２９中に向かい、その出口で、身体
部分３１中に入射される。この入射放射光は、身体部分
３１内部に散乱放射光を生じさせ、その幾つかは、コン
ダクタ３３の末端およびコンダクタを通って移動し、レ
ンズシステム１９によりスペクトル分析器／検出器中に
向かう。図１は、散乱した放射光が分析される装置を開
示しているが、透過放射光の分析、すなわち後方に散乱
したり吸収された放射光を減じ、すべての前方に散乱し
た放射光を含む入射放射光の分析は、本発明の均等の範
囲内である。この場合において、コンダクタ２９および
３３の末端は、身体部分３１の表面と接触して並んでい
るものとは別に、身体部分３１の反対側上の外側表面、
例えば耳たぶの表面とその反対側表面とにそれぞれ接触
しているものであってもよい。この場合においてコンダ
クタ３３を通過する放射光は、血中の水分子、グルコー
ス分子および他の血中成分により散乱し且つ吸収された
放射光を減じた、源からの放射光が主なものである。さ
らに皮膚も散乱および吸収を与える。

【００１９】図１に示した装置によって、身体部分３１
から放射されて生じた戻ってきた散乱放射光は、出力コ
ンダクタ３３およびレンズシステム１９により、スペク
トル分析器／検出器２１へと移動し、ここでこの放射光
は、放射光強度の波長分配からなるスペクトルに展開さ
れる。この放射光は、光学検出器によりデータプロセッ
サ２３に伝達される電気的信号に転換される。スペクト
ルを生じさせるスペクトル分析器の作用は、各波長毎
に、データプロセッサが電気信号を生じさせるように
（電気信号の大きさは、各波長での放射光の強度に対応
する）、フィードバックチャンネル３５を経るデータプ
ロセッサの作用と調和する。このようにして、グルコー
ス濃度の特徴的な波長の関数として、生じた散乱放射光
の式またはスペクトルが作成される。この式は、出力デ
ィスプレー２５上に表れ、出力レコーダー２７に入る。
本発明に従って、その幅広い見地において、データプロ
セッサは、統計的多変数計算手順により選択された相関
ポイントで、式を決定する関数の狭い範囲の波長を拡大
したスペクトルの式のｎ次導関数を算出する。グルコー
ス濃度は、このポイントでの吸収の大きさ（すなわち透
過の逆数）、および計算して決定したこのポイントでの
濃度に対する吸収の関係から測定される。ここに開示し
たように、とくに本発明の実用において、２次導関数の
最大または最小ポイント、すなわち、その関数の最大ま
たは最小ポイント付近での濃度を計算することにより、
測定は簡略化される。この範囲においては、最小ポイン
トは透過が最大であるので好ましい。

【００２０】

【実施例】数多くの血液のサンプルは、出願人およびそ
の関係者から得た。糖尿病に罹患している人はいなかっ
た。このサンプルに、図２および図３に示されたmg／dl
の濃度のグルコースを与えた。各サンプルは、上記のよ
うにイエロー・スプリング・インスツルメント・グルコ
ースアナライザー（Yellow spring instrument glucose
analyzer）で分析された。近赤外測定は、パシフィッ
ク・サイエンティフィック・モデル・６２５０・リニア
・インフラレッド分光計（Pacific Scientific Model 6
250 linear infrared spectrometer）用いて行った。吸
収法を用いた。近赤外線の放射は、各サンプルを透過
し、図２に示したような式またはスペクトルが得られ
た。この図において、横軸にプロットされた波長の関数
として、ｌｏｇ１／Ｔが縦軸にプロットされている。

【００２１】Ｔ＝Ｉ／Ｉ₀ （式中、Ｉはサンプルを透過した放射光または透過の強
度であり、Ｉ₀はサンプルに入射した放射光の強度であ
る）

【００２２】ｌｏｇ１／Ｔ＝ｌｏｇＩ₀／Ｉ

【００２３】プロットは、制限された１１００〜１９０
０ｎｍの範囲内にある。図２は、測定された血中の異な
るグルコース濃度の曲線またはスペクトルの種類を示し
ている。各曲線には、濃度を示すためのラベルがあり、
番号８６、１３０、１７３、２１９、２５０、３６０は
mg／dlである。図２は、２つの変動のないポイントをも
ち、３７は最大、３９は最小である。範囲４０におい
て、１３００に近い最小から最大３７の間にクロスオー
バー部分がある。最大ポイント３７は、Ｉの数値が低い
ことに相当し、最小ポイントは、Ｉの数値が高いことに
相当する。最小ポイント３９は、様々な濃度での透過が
最大である振動数（すなわち波長）を決定する。

【００２４】この最大部分３９において、さらに分析を
行うことにより、グルコース濃度が容易に測定されるこ
とが分かった。２次導関数は、１６２０〜１７００ｎｍ
に相当するライン４１および４３の間の非常に狭い範囲
で算出され、この関数を非常に引き延ばし、拡大したも
のを作成した。そのグラフを図３に示す。ｌｏｇ１／Ｔ
の２次導関数は、波長の関数として、縦軸にプロットさ
れ、波長を横軸とした。示したように、拡大すると、各
濃度において一種類の曲線が生じる。これらの曲線の最
大ポイントは、約１６６０ｎｍである。図３は、２次導
関数の最大の４４の部分において、１６６０ｎｍで、曲
線間にかなりな幅があることを示している。この幅は、
グルコース濃度を測定するための便利な尺度となる。

【００２５】本発明の実用の信頼性を評価するために、
サンプルのグルコース濃度を従来の方法により測定し、
本発明の実用において測定された濃度と比較した。測定
された濃度は、約１６６０ｎｍの波長で、データプロセ
ッサにより得られた。図４において、既知の濃度は、１
０²mg／dlにおいて縦軸にプロットし、測定した濃度を
１０²mg／dlにおいて横軸にプロットした。得られたグ
ラフにおいて、４５°の直線は、実際の濃度と、本発明
の実用において測定された濃度とが正確に一致している
ことを示している。

【００２６】上記のように本発明の方法によって、糖尿
病患者に実際に起こり得る範囲のグルコース濃度が、正
確に測定され得る。実用において、図３に示されるよう
な式、あるいは透過ではなく散乱の同様な式は、図１に
示したような装置のデータプロセッサ２３のメモリーに
入る。糖尿病に罹患したと疑われる患者は、図１に開示
された非侵襲的試験にかけられる。波長の関数として、
得られたｌｏｇ１／Ｔの式の２次導関数は、患者のグル
コース濃度を測定するためのコンピューターのメモリの
式に対して評価される。これとは別に、患者の図２に相
当するグラフの狭い範囲は、患者の図３に相当するグラ
フに引き伸ばされ、最小ポイントでのｌｏｇ１／Ｔから
算出されることができる。

【００２７】図５は、ｌｏｇ１／Ｔの２次導関数が、血
漿中グルコースの様々な濃度、９８、１４５、１８９、
２１９、２７８、３２２mg／dlに対する波長の関数とし
てプロットされている。この場合においても、１６６０
ｎｍの部分の最大で、異なる濃度の曲線間でかなりの幅
が見られる。さらにこの場合において、図５から算出し
た濃度（横軸にプロット）と既知の濃度（縦軸にプロッ
ト）との間に緊密な相関関係があることを図６は示して
いる。濃度は、１０²mg／dlとして表示している。

【００２８】図７は、水中のいくつかのグルコース濃度
に関して、縦軸にプロットされた波長に対しｌｏｇ１／
Ｔが横軸にプロットされている。このグラフは、動物血
液の主成分は、水であるので重要である。図７と図２と
の類似性が著しい。図７は、約１４００ｎｍと１５００
ｎｍの間の最大５１を有し、約１９００ｎｍで鋭く上昇
している（５３）。これらの部分は、図２における最大
３７および鋭い上昇５７に対応する。

【００２９】図８において、図７の関数の波長の関数と
して、２次導関数が１６５０〜１６８０の範囲の波長に
おいてプロットされている。この範囲は、図８に示され
る関数の約１６８０ｎｍでの最小６１の付近である。異
なる濃度の曲線間の１６６５ｎｍ付近の幅が大きい。図
８において示される数字は、mg／dlである。

【００３０】図９は、既知の濃度と測定された濃度との
緊密な相関関係を示している。

【００３１】図１０は、被験者がグルコースを７５g摂
取した後、波長の関数として、グルコース濃度の被験者
の耳を通過した放射光の透過を、本発明の装置を用いて
実際に測定することにより得られたデータを基にしてい
るものである。図１０において、ｌｏｇ１／Ｔが縦軸
に、波長が横軸にプロットされている。図２、図７およ
び図１０間の類似性が著しい。

【００３２】図１１は、摂取されたグルコースが血中に
吸収されるときの時間の関数として、図１に示した装置
のセンサーの応答を示すものである。応答を縦軸にプロ
ットし、摂取後の時間（分）を横軸にプロットした。最
初に、応答の減少が見られる。続いて、応答は摂取後約
４０分で０.２０７〜０.２０８の間に徐々に増加してい
る。次に約５０分で徐々に僅かずつ減少し、さらに減少
に続いて増加している。図１２において、ｌｏｇ１／Ｔ
の波長の関数としての２次導関数が、グルコース濃度に
対してプロットされている。曲線の種類は、グルコース
の摂取後、異なる時間（分）での２次導関数の関数を表
している。

【００３３】曲線は１６７０〜１６９０ｎｍの間の狭い
範囲で拡大されている。摂取後の異なる時間（分）での
濃度に対応する曲線の種類をラベルした。図１３におい
て、ｌｏｇ１／Ｒは、固体グルコースに関する波長の関
数としてプロットされている。このデータは、グルコー
スから反射により散乱した放射光を測定することにより
得られた。図１３、図２、図７および図１０の類似性が
著しい。

【００３４】本発明の好適な実施態様および好適な実用
をここに開示したが、その多くの変更が可能である。本
発明は、従来技術の精神により必要とされる場合を除
き、限定されるべきものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を行う場合の本発明の態様を示すブ
ロック図である。

【図２】標本の吸収を示すグラフである。

【図３】図２に示した関数の二次導関数を示すグラフで
ある。

【図４】本発明の実用において測定された全血のグルコ
ースの濃度が、対応する既知の濃度に対してプロットさ
れているグラフである。

【図５】標本を通過する放射光の透過の逆数のｌｏｇの
２次導関数の狭い範囲の波長を拡大したものを示すグラ
フである。

【図６】本発明の実用において測定された血漿のグルコ
ース濃度が、対応する既知の濃度に対してプロットされ
ているグラである。

【図７】標本を通過する放射光の透過の逆数のｌｏｇの
単一ラインを示すグラフである。

【図８】図７に示される関数の２次導関数の狭い範囲の
波長の拡大を表すグラフである。

【図９】図７および図８を基準にしたデータから本発明
の実用において測定された血漿のグルコース濃度が、対
応する既知の濃度に対してプロットされているグラフで
ある。

【図１０】ヒト被験者の耳を通過する近赤外線の放射光
の逆数のｌｏｇを示すグラフである。

【図１１】グルコースの摂取後、時間間隔により、図１
０においてプロットされたセンサの応答を示す狭い範囲
の波長を拡大したグラフである。

【図１２】グルコースの注入後、異なる時間でのセンサ
の応答（ｌｏｇ１／Ｔ）の２次導関数を示すグラフであ
る。

【図１３】固体グルコースに対する近赤外線の放射光反
射の逆数のｌｏｇを示すグラフである。

【符号の説明】

１１本発明の装置１３近赤外線の放射光源１５，１９レンズシステム１７デュアルコンダクタ光ファイバープローブ２１スペクトル分析器／検出器２３データプロセッサおよびコントローラー２５出力表示装置２７出力記録装置２９入力放射光コンダクタ３３出力放射光コンダクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジミー・ダブリュ・ブラーシュアメリカ合衆国、オハイオ州、コロンバス、ラスティック・プレース 210 (72)発明者ディヴィッド・エル・パーディアメリカ合衆国、ペンシルベニア州、マリオン・センター、ボックス 121エー、アール・ディーナンバー２ (72)発明者ウィリアム・ディー・ロキードカナダ国、オンタリオ、トロント、クレストビュー・ロード 28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】近赤外線の波長の放射光源を有する装置
を用いて患者のグルコース濃度を非侵襲的に測定する方
法であって、該方法は、該患者の身体部分上に該源から
放射光を入射し、近赤外線の波長の制限された範囲によ
って該身体部分上に入射された放射光の波長を変化さ
せ、その結果該身体部分から放射された生成放射光を感
知し、前記の感知した生成放射光の強度を波長の関数と
する第１式を得て、この式が、該身体部分上への該入射
放射光に対して、該患者の該身体部分のグルコース含量
に応答する該生成放射光に対する該身体部分の最大の影
響部を示す範囲を定め、前記の制限された範囲の狭い範
囲の波長に関する該関数のｎ次導関数である第２式を得
て、前記の狭い範囲の波長の該第２式の拡大を作成し、
該第２式の拡大の選択されたポイントでの強度からグル
コース濃度を測定することを包含する、患者のグルコー
ス濃度を非侵襲的に測定する方法。
【請求項２】近赤外線の波長の放射光源を有する装置
を用いて患者のグルコース濃度を非侵襲的に測定する方
法であって、該方法は、該患者の身体部分上に、近赤外
線の波長の放射光を入射し、約１６６０ｎｍの波長付近
の狭い範囲の波長の入射する放射光の波長を変化させ、
その結果該身体部分から放射された生成放射光を感知
し、該放射光の波長の関数として、生成放射光の強度の
式を得て、拡大した約１６６０ｎｍ付近での狭い範囲に
おいて該式のｎ次導関数を評価し、１６６０ｎｍ付近の
波長（該源から該身体部分上に入射した放射光の影響が
最大である）での生成放射光の強度を測定してグルコー
スの濃度を測定することにより、該患者のグルコース濃
度を測定することを包含する、患者のグルコース濃度を
非侵襲的に測定する方法。
【請求項３】近赤外線の波長の放射光源を有する装置
を用いて患者のグルコース濃度を非侵襲的に測定する方
法であって、該方法は、該患者の身体部分上に、近赤外
線の波長の放射光を入射し、約１６６０ｎｍの波長付近
の波長の制限された範囲の該身体部分上に入射する放射
光の波長を変化させ、該身体部分から放射された生成放
射光を感知し、１６６０ｎｍの部分の変動のないポイン
トを有する衝突する放射光の波長の関数として、生成放
射光の強度の測定である式を得て、１６６０ｎｍの部分
付近の狭い範囲の波長の該式のｎ次導関数を得て、該ｎ
次導関数の変動のないポイントからグルコース濃度を測
定することを包含する、患者のグルコース濃度を非侵襲
的に測定する方法。
【請求項４】狭い範囲が約１６４０〜１６７０ｎｍで
ある、請求項１に記載の方法。
【請求項５】制限された範囲が約１１００〜１９００
ｎｍであり、狭い範囲が約１６４０〜１６７０ｎｍであ
る、請求項３に記載の方法。
【請求項６】狭い範囲が約１６４０〜１６７０ｎｍで
ある、請求項２に記載の方法。
【請求項７】ｎ次導関数が２次導関数である、請求項
３に記載の方法。
【請求項８】ｎ次導関数が２次導関数である、請求項
１に記載の方法。
【請求項９】患者のグルコース濃度の非侵襲的測定の
ための装置であって、該装置は、赤外線放射光源、該患
者の身体部分の外部表面に連結するのに適当な放射光の
第１光ファイバーコンダクタ、該源からの入射放射光と
しての放射光を該身体部分に該外部表面を通って伝達す
るための第１光ファイバーコンダクタを正確な位置にす
る手段、該入射放射光の衝突による該身体部分からの放
射された生成放射光を伝達するための、該患者の該身体
部分の外側表面に連結するのに適当な放射光の第２光フ
ァイバーコンダクタ、該第２光ファイバーコンダクタと
連結し、該放射光の波長の関数として、該生成放射光の
強度を決定する第１連続式を生成放射光から得るための
第１獲得手段、該第１獲得手段と連結し、放射光の波長
の関数として、第１式のｎ次導関数を決定する第２式を
第１式から得るための第２獲得手段、および該第２獲得
手段と連結し、該グルコース濃度を測定するために、該
身体部分からの生成放射光を該連続式によってデータ処
理するための手段を包含する患者のグルコース濃度の非
侵襲的測定のための装置。
【請求項１０】獲得手段が、波長の予め決定された範
囲における生成放射光を連続的にスキャニングするため
の手段および該スキャニング手段に応答し、式を得るた
めの手段を包含する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】獲得手段が、患者の身体部分から放射
された生成放射光のスペクトルを分析するためのスペク
トル分析器を包含し、さらに該スペクトル分析器と連結
し、波長の関数として、生成放射光の式を得るための手
段を包含する、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】近赤外線の波長の放射光源を有する装
置を用いて患者のグルコース濃度を非侵襲的に測定する
方法であって、該方法は、該患者の身体部分上に該源か
ら放射光を入射し、該身体部分上に入射される放射光の
波長を制限された範囲において変化させ、該身体部分か
ら放射された生成放射光を感知し、感知した生成放射光
から、波長の関数として、感知された放射光の強度の第
１式を得て、該第１式の範囲を定め（この式は、該身体
部分上への該入射放射光に対して、該患者の該身体部分
のグルコース含量に応答する該生成放射光に対する該身
体部分の最大の影響部を示す）、狭い範囲の波長に関す
る第１式のｎ次導関数である第２式を得て、前記の狭い
範囲の波長の選択されたポイントで、第２式の強度か
ら、グルコース濃度を測定することを包含する、患者の
グルコース濃度を非侵襲的に測定する方法。
【請求項１３】データ処理する手段が、第２式により
制御され、濃度が測定される、請求項９に記載の装置。