JPH02191434A - 近赤外血糖値定量分析装置 - Google Patents

近赤外血糖値定量分析装置

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JPH02191434A
JPH02191434A JP1288593A JP28859389A JPH02191434A JP H02191434 A JPH02191434 A JP H02191434A JP 1288593 A JP1288593 A JP 1288593A JP 28859389 A JP28859389 A JP 28859389A JP H02191434 A JPH02191434 A JP H02191434A
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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） この発明は近赤外血糖値定量分析方法とその装置に関す
るものである。
（発明の背景） 血液の化学組成に関する情報は、人間および動物共にそ
の健康状態の評価に広く用いられている。
例えば、血液中の糖分含有鉛の分析によって、現時点に
おける代謝状態を知ることができる。各種の物質が標準
以上あるいは以下であるかを検出する血液分析によって
、ある種の病気および機１１障害の存在が直接示される
。
通常行われている血液化学決定方法は、先ず１個の血液
サンプル（例えば５−１０ａｅ）を採取し、これに対し
て１種類かそれ以上の標準的なテストを行うことによっ
てなされる。このようなタイプのテストは比較的６価に
つき、血液を採取する作業と化学テストの実行とにそれ
ぞれ一組の熟練した技術者を要する。さらに、血液テス
トの結果を得るのに、数時間あるいは時として数日が必
要である。
最近、多数の検体の血液スクリーニングを比較的速く行
う、代わりの技術（自己収納型測定装蒔）が開発された
。この装置では、−・般に、“フィンガーボーク″によ
る非常に少ない（約０．２！Ｍ）血液サンプルを使用す
る。この歩出の血液り”ンプルμ化学的に処理された容
器内に入れられ、そのｙ！測定装行内に挿入される。こ
のような測定装置では、通常、僅かの時間で個々の分析
（例えば面ｖ４値レベル）やまたは複数の分析を実行す
る。このような型の測定装置は、残念ながら非常に高価
であり、例えば数千ドルの範囲である。
第３の血液測定方法が、糖尿病患者における血糖値の決
定と言う特別の目的に対して適用される。
この技術もまた、フィンガーボーク（ｒｉｇｅｒ　ｐｏ
ｋｅ）による非常に少拳のサンプルを要し、このサンプ
ルは化学的に処理されたＳ器内に収容され、電池で作動
する携帯用の測定装置内に卵入される。−般に、これら
の測定装置では、単一の機能、例えば白糖の測定、のみ
を実行する。これら特別な目的の測定装置は比較的安価
（酋通、３００ドル以下である）であるけれども、使い
１♂での容器゛ステイク”の費用を考慮する必要がある
。糖尿病患者のあるものは白糖値の測定を一日に４回以
上行う必要があり、年間を通すとイの費用はかなりなも
のとなる。
現在の血糖値分析システムでは、分析を実行する以前に
検体から血液を抽出する必要がある。この血液抽出の要
求１ユこのテストの応用範１／１１をν１限する。即ち
、血糖値を知りたいと思う人間の多くは指を傷つけ、あ
るいは皮下注射針によって血液サンプルを採取すること
を嫌う。血液サンプルの採取に伴う嫌Ｊｌ！ｉ感あるい
は心配は、感染の可能性、不快Ｓ（苦痛）および患者が
持つ一般的な恐怖に基づいている。
従って、通常の血糖値テストと実質的に同じ正確性を有
ηる、非役人的な分析装置と分析方法が望まれる。さら
に、糖尿病患者に対して低コストのＪ）侵入的な血糖値
測定方法が必要である。
農業分野では、穀物、種油および他の成業製品の化学組
成を決定するために、近赤外定量分析方法が広く利用さ
れている。例えば、非常に細かく精製した種子および穀
物の表面から反射された近赤外エネルギーは、蛋白質と
水分含有鎖にｌＩｌする情報を提供する。近赤外定Ｒ分
′折に関する一般的な解説に関しては、１９７７年アメ
リカ穀物化学者協会年会における０バート　Ｄ　ローゼ
ンタール（Ｒｏｂｅｒｔ　Ｄ、　Ｒｏｓｅｎｔｈａｌ　
）の発表１近赤外定量分析入門」を参照せよ。１９８６
年日本食品工業学会のシンポジウムにおける０−ビ ンクールの発表「穀物および食製品に対する非破壊的近
赤外装置の特性」で討議されているように、壷ナンプル
を通過する透過光を利用することによって近赤外技術に
より完全な非破壊測定を実行することができる。透過光
を用いたこのアブローブはサンプルを微細にすりつぶす
必要性はないが、対向する２而へのアクセスが可能でな
い場合には適していない。
透過光によるこのアブ［１−チの１例が、米国特許用４
．６２１，６４３号（１９８６年、Ｎｅｔ、Ｊｒ。
等による）に示されており、これはパルス速度と動脈酸
素飽和量を決定するための光学的Ｍ累計に関している。
光エネルギーは身体の付属部、例えば指、を通過し、さ
らにこの付属部の、光源と１．１反対の側に置かれた検
出装置に達する。パルス速度および飽和酸素量は、ある
選択された波長の光における吸収係数から求められる。
近赤外の相互作用を利用した、近赤外定量分析に対する
別のアプローチが、身体の脂肪含有団を非役人的に測定
するために開発されている。このアプローチは、１９８
４年１２月のアメリカ臨床栄養学語用４０巻１１２３−
１２３０頁に記載の、コンウェイ（Ｊｏａｎ　Ｈ，Ｃｏ
ｎｗａｙ）等による論文［身体の成分推定のための新た
なアブ［１−チニ近赤外相互作用［に示されている。こ
の非侵入的技術では光エネルギーを腕の中に入れるため
の小さな光学プローブが二頭筋上に置かれる。自体全体
に対する体脂肪のパーセントは、光の侵入点に近接する
領域から帰還したエネルギーのスペクトル変化を測定す
ることによって決定される。
（発明の概要） この発明によれば、血糖値を測定−するための近赤外定
量分析装置は、患者の身体部位中に存在する血液中に近
赤外エネルギーを導入づ′る手段と、患者から出力する
近赤外エネルギーを検出する手段と、検出されたエネル
ギーに相当する信号を患者の血液中に存在する血糖量を
丞す読取り表示に変換する手段と、および導入手段およ
び検出手段を患者の身体部位に近接して位置さける手段
、とから構成されている。
この発明は、ざらに血糖値の近赤外定量分析方法を提供
し、この方法は、患者の身体部位における血液中に近赤
外エネルギーを導入し、患者から出ノ〕する近赤外エネ
ルギーを検出して信号を形成し、さらにこの信号を処理
して血液中の血糖量を示す第２の信号を得る、各過程を
含むものである。
この発明の方法のあるものは近赤外透過原理を利用して
おり、一方その他は近赤外相Ｕ作用を利用している。
この発明の一視点によれば、血糖値を測定するための近
赤外定量分析装置は、血管中に存在する血液中に近赤外
エネルギーを導入するための手段と、近赤外エネルギー
と血液の相互作用後の近赤外エネルギーを検出するため
の手段と、およびこの導入手段と検出手段を患者の血管
上に位置させる為の手段、とから構成される。
この発明の上記視点は、さらに、近赤外エネルギーが患
者の静脈または＃ｌｌ脈中に導入されて血糖と相互作用
し、患者から出力する近赤外エネルギーは検出器によっ
て検出され、電気信号として出力され、さらにこの出力
信号は血液中の血糖量を示す信号に処理される、方法に
関している。
この発明の上記視点は、さらに、患者の静脈または動脈
上に位置をマークし、近赤外分析装置の正確な位置決め
のためにその後この近赤外分析装置を上記マークに合わ
せるための手段と方法に関する。
この発明のもう一つの視点は、血液を含む身体部位を通
過した近赤外透過光によって血糖値を測定するための装
置に関し、この装置は、近赤外エネルギーを身体部位の
一側面に導入するための手段と、この身体部位の反対鋼
から出力する近赤外エネルギーを検出するための手段と
、および近赤外導入および検出手段を身体部位の対向す
る側面に位置させるための手段、とを含んでいる。
この発明の上配祝点は、さらに、近赤外透過光を介して
白糖を測定するための方法に関し、この方法は、血液を
含む身体部位の一側面に近・赤外エネルギーを導入し、
身体部位の反対鋼から出力する近赤外エネルギーを検出
し、さらに血糖の含有針を計算する、各過程を含んでい
る。
（実施例） この発明の１実施例では、白糖値を非侵略的に測定４゛
るために、動脈か静脈の何れかに近接した皮膚表面上に
光送信器および検出器を配置して、光の相ｎ作用原理を
利用している。あるいはまた、この発明では、血糖値を
非侵略的に測定するために血液が比較的均一に豊富な身
体の一部分を通過する透過光原理を利用している。
一般に、人間の身体における動脈および静脈は、ａｍの
可能性から守るために身体中に深く埋め込まれている。
しかしながら、身体の特定の場所では、血液を運搬する
これらの血管は皮膚表面に近接している。このことは特
に、静脈において多くみられる。このような場所の例と
して、旧の屈曲部、手首、手の裏側、および鼻柱がある
。血糖潤度は動脈および静脈の両者で比較的一定である
ので、その両者において効果的な測定が行える。しかし
ながら、一般に静脈のほうが皮膚表面に近接しているの
で、普通では静脈が非侵略的な測定のより良い候補とな
る。
指の先端は、近赤外光による血１測定を実行するために
特に適した場所である。ｆｌｌ［ｌ液供給は指の先端内
に広がっており、従って近赤外発光器または検出器の配
置における僅かのずれは測定結果にあまり大きな影響を
及ぼさない。
近赤外相互作用分析技術を用いたこの発明の１実施例に
よれば、興味ある１以上の波長に中心を持つバンド幅の
近赤外エネルギーが皮膚とこれにつながった組織を通り
抜は患者の血管中に達する。
そのエネルギーの一部分は検体の血管中から再出力し、
検出器によって検出される。検出器で発生した信号を増
幅した後、この増幅出力を、患者の血液中の糖分量を示
す出力信号に処理する。この出力信号は表示装置を駆動
して、血糖値の？４１党的な表示を行う。
近赤外透過分析技術を用いたこの発明の他の実ｆＩＩ例
によれば、興味ある１１ス上の波長に中心を持つバンド
幅の近赤外エネルギーは検体の血液を含む身体部分を伝
送される。この近赤外エネルギーは一般に近赤外値の反
対鋼で検体から出ツノし、検出器によって検出される。
検出器で発生した信号を増幅した後、この増幅信号は処
理されて、ＭＡＮの血液中の糖分量を示ず出力信号にな
る。
近赤外相互作用を利用した１実施例では、近赤外源、発
信器、検出器、増幅器、データ処ｔ！回路および読取り
手段を含む、この解析装置の仝休は、第１図に示すよう
に、軽量で手で持ち運びのできる装置内に納められてい
る。この装置の１室内に配置された赤外発光ダイオード
（ＩＲＥＤ）は、予め決められたｔ＆長の近赤外エネル
ギーを、例えば１首におけるはつきりした静脈に伝達す
るために、集光される。近赤外エネルギーは静脈血成分
と相互作用しさらに静脈から構成される装置の第２室内
に置かれた検出器は静脈に冶って発光器から距離＜１）
の位置に配置され、このエネルギーを集める。検出され
た信号は増幅されさらにデータ処理されて、血液中の糖
分ｍを示す信号にされる。この信号はその後、読取り装
置（好ましくはディジタル読取り装置）に導入され、技
術者によって５ａ録され、よたｌｊ医師あるいは！ぶ者
自身によって直接解析される。
米国特ム１第４．６３３．０８７号（ローピンタール）
に記載された光学ブＯ−ブとそれに関連した装置のよう
な、別の近赤外ＶＬｌｌが、近赤外相ｎ作用を血糖値の
定１′？ｉ測定に利用したこの方法を実施するために、
用いられる。
この実施例は、ニーデーが上述した相互作用装置を正確
に静脈に沿って位置させることが出来るように特に設け
られた位置決め装置を利用することができる。位置決め
装置は同じ場所で再測定が可能なように皮膚上に印を付
けることを可能にする。
第１図に示ず軽量で手で持ち運びのできる相互作用分析
装置１０は、装置１０の第１室３０内に位置する。予め
決められた興味あるバンド幅の近赤外エネルギーの少な
くとも１個の点光源を供給する１以上の手段を備えてい
る。この近赤外点光源手段は、この手段から発光した近
赤外エネルギーがレンズ１２によって窓１４を通り検体
の皮膚上に集光されるように、配置されている。近赤外
点光源手段は１または多数の赤外発光ダイオード（ＩＲ
ＥＤ）によって構成されている。第１図に示す実施例で
は２個のこのようなＩＲＥＤ１６が示されている。多数
のＩＲＥＤを用いた他の実施例では、３個、４個または
それ以上のＩＲＥＤを点光源手段として用いることが出
来る。
各ＩＲＥＤの面倒な特徴抽出および分類の代わりに、（
第１図に概略的に示す）狭帯域バンドパス光学フィルタ
を赤外発光ダイオードとレンズ１２ｆｆｉｌに設けるこ
とが出来る。この野実施例によれば、フィルタ２３を各
［ＲＥＤとレンズ１２間に位置さゼ、各ＩＲＥＤから出
射する近赤外放射をフィルタし、その結果狭いバンド幅
を有する予め決められた波長の近赤外光がフィルタとレ
ンズ１２を通過する。狭帯域バンドパス光フィルタの利
用によって、赤外発光ダイオードの中心波長に関係蔑く
特定の波長選択を行うことが出来る。測定はＩＲＥＤの
バンドの半値幅内で実行され、あるいはこれとは別に、
共通所有された米国特許第４゜２８６．３２７号に示さ
れているように、ＩＲＥＤのバンドの半値幅外で行われ
る。第５Ａ図および第５８図Ｉユ、フィルタ２３′と２
３″をそれぞれ光路上に挿入するための、その他の既知
の２例の配置方法を示している。第５Ａ図および第５Ｂ
図の光源は、それぞれ電球１７または１７′か、あるい
＆ｉ１つ以上のｆＲＥＤかの何れであっても良い。
第１図に概略的に示ず光学検出器２８は、ブース２０中
の第２室４０の底部４２内に配置されている。内壁２２
を検出器２８とレンズ１２間に配置して遮光マスクを構
成し、点光源手段および／またはレンズ１２からの近赤
外放射光が検出器２８上を直接照射するのを防止する。
近赤外光学検出器２８は、近赤外ｔｌｉｌ先割光出する
と電気信号を発生する。
光学検出器２８は、適当な電気的接続手段３３に・よっ
て電気信号増幅器３２の人力に接続されている。増幅器
３２はあまり高価でない集積口路（ＩＣ）信号増幅器で
あって良く、また近赤外エネルギーが検出器２８に！］
ち当たって発生した信号を増幅する。増幅器３２の出力
は、１ｉｌＪ即／データ処理器を含む表示駆動回路３４
を経由して読取り装置３６に信号を供与する。読取り装
置３６は患者の血液中に存在する糖分ｄを直接に表示す
るためのディジタル表示装置を備えていても良い。
第１図の実施例では、検出器２８からの所望の近赤外エ
ネルギー以外を全て遮蔽するための光学フィルタ２９を
備えている。フィルタ２９と窓１４は、検体の皮膚に直
接接触１ｙるように配置される。フィルタ２９の代わり
に光学的に透明な窓を用いてもよい。
すでに延べたように、第１図に示り゛実施例では、定ａ
分析のために近赤外相互作用原理を利用している。この
相互作用において、光源からの光は検出器にＪ５ける不
透明部材によって遮蔽され、患者と相互作用した光のみ
が検出される。
使用時において、解析装置１０は、その底面が検体の手
首にお１ノる突出した静脈上の皮膚に直接あたるような
位置に置かれる。この装置から発生した、選択された波
長の光は患者の静脈血と相互作用し、検出器２８によっ
て検出される。検出器２８は、上述したように処理され
る電気信号を発’Ｊ−＃る。
−１−ザーが送信および検出器用のフィルタ（またはウ
ィンドウ）を直接、手首にお【プる突出した静脈上に設
置する場合に、正確な測定が０１能である。第３図に示
す位置決め装置はこのｆ順を簡単にづるらのである。装
置５０１Ｊ　、例えばプラスティック材料で構成され、
第１図の解析装置１０の長ざＬに等しい仝艮Ｌ４ｉ−有
している。この装置に１．１２個の穴５１が設けられ、
これらは第１図の１４と２９に対して同様＜Ｔ関係を有
するように、中心線５２上で第１図の距Ｎｉｌに対応す
る距１ｌＩｌ１１だ１ノ離れて位置している。この穴５
１にＪ：って突出する静脈の観察を行うことができる。
この装置が手首上に設置され、静脈が各人５１の中心に
位置する場合、手首の切り月５３に（例えばフェルトベ
ンによって）印が付けられる。この位置決め装置はその
後取り外され、分析装置１０を代わりに１１１して装置
１０が静脈上に正確に配置されるようにする。
この発明の方法の他の実施例では、第４図に示すように
光学ファイバによる光プローブを利用している。このよ
うなプローブは、血糖値分析のための信号処理を行う、
例えば市販されている１”　ＲＥ　Ｂ　ＯＲ−７０走査
型スペクトル測定装置のような近赤外分析装置に接続さ
れる。プローブ６０は、突出した静脈上に設置され、所
望の波長の近赤外エネルギーを伝送する。この近赤外エ
ネルギーは血液成分と相〃作Ｉｎシ、さらに第１のプロ
ーブ６ｏから短い距［１れた静脈上に位置する第２のプ
ローブ６２によって集光される。解析装置と協同する検
出器は、１ｍ糖１ｆＪに関する定１ｕ的な情報を表すた
めに上述のように処理される電気信号を提供する。
我々は、血糖値の正確な定量的分析を、各種の波長で、
かつ相互作用と透過作用の両技術で行うことが可能であ
ることを発見した。第２Ａ図および第２Ｂ図に示す、現
特点での好ましい実施例では、近赤外光エネルギーは検
体の指を通り抜けて伝送され、その後光学的検出器によ
つ１検出される。上述の実施例で示したように、測定波
長を組み合わせて選択することにより、面糖の吸収を強
調しかつ例えば水、１脂肪および蛋白質などによる干ｐ
）吸収の影響を取り去ることができる。
第２Ａ図に示す実施例では、近赤外プローブ１００が検
体の指Ｆ上に設置され、さらに当該実施例では上部フラ
ンジ１１０中に配置された２個のＩＲＥＤ１１６からな
る近赤外光エネルギーの点光源を含んでいる。各［ＲＥ
ｌ）は狭帯域バンドパスフィルタ１２３と対になってお
り、不透明な光バッフル１１９によって遮光されている
。フランジ１１０の内面には、患者の指に対する位４合
わせの為の光学的に透明なウィンドウ１１４が（ｆＲに
設けられる。
下部７ランジ１１０はシャフト１１１によってＦ部ノラ
ンジ１２０にちょうつがい結合されており、スプリング
１１２はこのフランジを閉止の位置に保持するように作
用している。光学的検出器１２８が、下部７ランジ１２
０中で近赤外源１１６の反対鋼に配置されている。この
検出器は、光学的に透明な材料かまたは可視光をＩｆ除
し近赤外光のみを透過させる材料で形成された光学ウィ
ンドウ１２９の接方に配置される。フィンがストップ１
０３は、患者の指をプローブ１０ｏ内に正確に位置させ
、かつそれを維持する補助をする。各フランジには遮光
バリア１１３が設けられ、（第２Ａ図に点線で示ずよう
に）プローブ中に周囲の光が入り込むのを防止する。
この実施例では、Ｉ　ＲＥＤはパルス的に、即ノう順々
に励起され、その結果検出器１２８はどの時点でもＩ　
ＲＥＤの１個からの発光のみを受信リ−る。
このＩＲＥＤのパルス化技術は、ハ通に所有される米国
特許第４，２８６，３２７号に記載されており、参考文
献としてこの発明に協同している。
他の、同様な実施例では、同一の波長出ノＪを有する一
群のＪＲＥＤ　（Ｊ５よび付属の狭帯域光学的バンドパ
スフィルタ）をパルス化することもできる。
第２Ａ図に概略的に示すように、プローブ１００は処理
装置と電気的に接続されている。この処理装置ｔま、第
１図の実施例に関連して示したように、ａ準の近赤外分
析装置として′ｆｉ源、信号増幅、データ処理回路およ
び表示回路を準備している。
第２Ｂ図に他の実施例を示す。ここでは、プローブ１１
０は光学ウィンドウ１２９の背後に設置された１個以上
のＩ　ＲＥ　Ｄ　１１６を備えている。
指を通過した光は透明な材料で構成された採光孔１１２
Ａによって集められ、多重検出器１２８によって検出さ
れる。これらの検出器は不透明な尤バッフル１１９によ
ってｎいに遮光されている。
各検出器は狭帯域バンドパス光学フィルタ１２３と対を
なし、その結束そのフィルタの狭帯域波長範囲内の光の
みを検出するようにヒラＩ・アップされている。
近赤外点光源手段１１６は既知のバンド幅と中心周波数
出力を有する１個以上のＩＲＥＤで構成され、あるいは
上述したように興味ある波長のみを検出するために光路
内に狭帯域バンドパス光学フィルタを備えることも可能
である。透過分析では複数の波長を利用することができ
、これらの波長（よ連ＦＡ発光するように形成された検
数のＩＲＦＯによって発生ずる。その他のアプローチと
しては、第５Ａ図および第５Ｂ図に示すように光路上を
機械的に移！Ｉ）　する多数のバンドパスフィルタを右
ず６１個のｒＲＥＤを使用することを挙げることができ
る。第３のアプローチとしては、希望する多くの波長を
発光することが可能な単一または一群のＩＲＥＤを複数
の光学フィルタと共に利用することを挙げることができ
る。なおこの各フィルタは対応する検出器に接続されて
いる。２１４類、３種類あるいは４種類の狭帯域バンド
幅の発光を行う単一のＩＲＥＤは市販されている。
使用時では、検体の指をプローブ１００のフランジ１１
０間に押入する。近赤外光エネルギーは点光源手段によ
って発光し、指を透過しさらに光学検出Ｖ５１２８によ
って検出される。この検出器によって形成された電気信
号は、ライン１３０を介して制御Ｄ／処理装買１５０に
伝送され、信号はここで増幅され以下に示す適切なアル
ゴリズムに従ってデ・−タ処理される。血糖値は、デイ
ジタル表示装置を備えることが好ましい読取り装置上で
表示される。
血糖濃度の正確な測定は、以下に示す単一の角変ｘｎを
持った近赤外定ｍ的分析アルゴリズムを用いて実行する
ことができる： １次微分近似アルゴリズム Ｃ＝に□　＋に、　［ｌｏｏ　１／ｌｏ−１０（１１／
楠］２次微分近似アルゴリズム Ｃ＝Ｋｏ＋に１［＋０１１１１看＾２傘ｌｏｇ　１／Ｉ
Ｂ＋１（ＸＩ　１／ＩＣ］なおＣは通液中に存在する糖
分の濃瓜、Ｋｏは切片定数、Ｋ１は可変項の勾配、およ
び１０（＋１／１項は特定の波長にお番プる光学強ＩＪ
ｉ（０，０，）を示すものである。第６図には、−例と
して、検体の吸収カーブ全体が示されており、上述の各
アルゴリズムに対するｌｏｇ１／Ｉ　（０，Ｄ、）値が
プロットされている。第６図において、光エネルギーは
波長Ｂにおいて測定された成分に比例して吸収され、さ
らに波長Ｅにおいて測定された全物質に比例して吸収さ
れる。点１５０と１５２は第１微分中間点である。例え
ば波長Ｇと波長８間の距離は、ここでは２波長間の゛ギ
ャップ′″と称する。上述の各アルゴリズムでは、同一
の波長（約９８０ｎｍ）に中心を有する多数の波長対を
用いることができる。この分野の当業者ににれば、これ
らのアルゴリズムは適当なマイクロプロセッサ回路に的
単にプログラムされる。これらの単一可変項方程式の採
用によって、装置の補正が容易となり、その結果低コス
トの装置の製造が可能となるため、非常に望ましいもの
である。
切片定数Ｋ　と勾配定数に１は、既知のサンプルに対す
る直線回帰によって゛°標準器″（量産される装置と１
１１１様かまたは同一の部品を用いている）に対して先
ず決定される。即ち、十分に１！１立された技術である
、他の方法によって予め正確に分析された代表性のある
たくさんのサンプルに対して作られた装置によって光学
的読取りがなされ、さらにこの光学的読取りと予め測定
された血糖値を用いて、ディジタルコンピュータで回帰
アルゴリズムを用いて血糖含有間に対する回帰定数のｉ
ｔ　ｉｌを０う。各勾配に１と切片Ｋ。値は、その４１
Ｍ品化される分析装置中にプログラムされ、その結果製
品化された装置では、光学データの読取りによって白糖
値をＪ］粋することができる。
利用が可能な標準アルゴリズムの他の組は、多重回帰項
を利用したものである。このような項は個々のｔｏｏｌ
／［１か、または規格化された分母を待った、あるいは
持たない第１の、または第２の微分項の倍数である。こ
のような倍数項によってさらに正確性が増すが、しかし
その結果較正費用がＩＳ価となり、装置をより高価なも
のにする。
上述の米国特許第４，６３３，０７８号に示すように、
現在の血糖値測定の正確性を改善づるために、検体の数
多くの生理的係数に関するデータを、複数の波長におけ
る近赤外相ｎ２作用測定と共に用いることができる。
糖分による吸収を強調し可能な干渉吸収を取り除くため
の波長の組み合わせ選択は、」ンビュータによる検索に
よって実行される。適切な波長の組み合わせは、一般に
、血糖に敏感な少なくとも１個の波長と、血糖に敏感で
ない少なくとも１個の波長（基準波長）とを備えている
。次に示す各側は、波長検索の結束を示しているが、こ
れらは単に説明のためであって、限定的に解釈されるべ
きものではない。
例　　■ 第７図は、−り記で定義した第１微分近似アルゴリズム
を用いた検索結束による、相関係数対波長のデータを示
すものであり、さらに９８０±３５ｎｌの波長°対を用
いた場合、２個の波長における血糖と近赤外エネルギー
吸収との間に高い相ＩＩＩ関係が存在することを示して
いる。第７図は上述の１次微分近似アルゴリズムを使用
しており、ＧおよびＨは第６図に示すように、それぞれ
９４５　ｒ＋＋＊と１１０１５ｎに等しい。この例では
、従って、゛ギヤツブは７０ｎｉ（１０１５ｎｓ＋−９
４５ｎｍ＋）である。テストした勺ンプル数はこの場合
３０である。
１次微分近似アルゴリズムにおけるＫＯ値番ユ１９６．
９であり、Ｋ１値は４．８０２．６である。この場合、
標準幅差は１３．５４で、その相関は＋０．９４８であ
る。第７図の符号１５４は、°゛ギｔツブ′°７Ｑｎｍ
で平滑化係数（Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇｒａｃｔｏｒ）が４
１である波長（−１の候補の範囲を示している。“平滑
化″′とは、光学フィルタの半値幅においてｔ９られた
結果をシミュレートするために、走査型スペクトル装置
から得られたデータを修１■することである。“平滑化
″は、興味あるバンド幅の上下に等しい数の波長でデー
タを取り、その結果を平均化することを含んでいる。従
って、゛平滑化′°値４１では、興味あるバンド幅に加
えて、この興味あるバンド幅の２１長上と２０波長下に
お番）るデータが採取される。この発明の１実施例にお
ける１例では、約９８０ｎｏ＋より哲距離上下の、即ち
９８０　＋　ｘ　ｎｍで示される各２個の周波数で近赤
外エネルギーを供給するＩＲＥＤを用いている。Ｘの値
は、この２個の周波数がほぼ９８Ｑｎｍ上に中心を有す
る限り、あまり厳格なものではない。例えば、適ｖＪな
Ｘの数１ｉｒｉは１０から４０である。
九−１ 第８図は、上記１次微分規格化アルゴリズムの分子に対
する適切な波長がＣよぼ１０１３ｎｍ（叩ち９８００−
±３５ｎｓ＋）であることを示している。なおＫ　　＝
２９６．８、Ｋ１＝　　１７５．６、゛ギ↑／ノツプ　
Ｇ−）１　：　７０ｎ１１．波長Ｊ：９１５ｎｍ、ｉｔ
ギャップ”　Ｉ−Ｊ　：　２０ｎｍ＋、　ｅＡ準偏差＝
１２．２１および相関−−０，９５８（サンプル数３０
）である。
例　　■ 第９図は、分子に９８０±３５ｎｍの波長を用いたとき
、上記１次微分規格化アルゴリズムの分子に対して用い
る中心波長を提供り”る、多くの波長範＃Ｊ１１が存在
Ｍることを示している。なおＫ。。
Ｋ１．”ギャップ”Ｇ−Ｈ，”ギャップ”　Ｉ−Ｊ、椋
ｒ￥−偏差、相関およびサンプル数は第８図の例ｎと１
ｉｌＪ［じであり、さらに波長１−Ｉ　Ｌま１０１０１
３ｎある。
このような波長領域の例（ユ、６１０　ｎｍから６６０
ｎｒａ、９１０ｎｍから９８０　ｎｉｌ、および９９０
　ｎｍから１０８Ｏｎ−であることがわかる。
九−ヱエヱ 第１０図および第１１図は、上述した２次微分Ｍ格化ア
ルゴリズムで用いられる適切な中心波長を示している。
第１０図は、分子の適切４に中心周波数が約１０２０ｎ
ｎ＋であることを示す、相関係数と波長の関係をプロッ
トした図である。なお上記２微分規格化アルゴリズムに
おいて、Ｋ。＝２０５．８６５、Ｋ１＝３５６．４５７
、゛ギャップ”　Ａ−Ｂ−Ｃ：　５３ｎｍ、波長Ｅ：８
５０ｎｉ。
″ギＡ７ツブＤ−Ｅ−Ｆ：６８ｎｍおよび標準偏差＝２
０．４４　（４７サンプル）である。第１１図は、分母
の中心周波数的８５０ｎｍが適切ぐあることを示してい
る。なお、Ｋ、に、”ギヤノツプ゛′Ａ　−ｔ３−　Ｃ
１゛′ギセツプ”　Ｄ　−Ｅ−Ｆ　、標準偏差およびサ
ンプル数は第１０図の場合と同じであり、さらに波長Ｂ
は１１０２０ｎである。
第２Ａ図および第２Ｂ図に示した近赤外透過型の好まし
い実施例では、アルゴリズムを、パラメータとして指の
厚さを含むように変更することによって、その正確性を
さらに改善することができる。ランバートの法則に従え
ば、エネルギー吸収は対象物の厚さの２乗にほぼ比例す
る。検体の指の厚さは、第２Ａ図Ｊ５よび第２Ｆ３図に
示ケように、プローブ１００のフランジ間に設置された
ポテンショメータ１４０によって測定され、数１ｄ化さ
れる。データ処理回路と電気的に接続されたこの電位計
の出力は、指の厚さを示している。非線形ポテンショメ
ータはその出力のみでＴ２１ｅ１．：ｍも近く、その結
果別個の２乗８１枠ステツプは必要ない。
この発明は、好ましい幾つかの実施例について説明され
“ているが、これらに限定されるものではない。特許請
求の範囲内の変更は、この分野の当業者において容易で
ある。例えば、手首や指以外の身体の部分においてより
正確な測定を実行することができる。内液成分の濃度の
計算に用いられるアルゴリズムは、既知の近赤外分析技
術に従って、変更することができる。
４、図面１７）　ｒｍ　’ｌ　すＦＪ２　ｔｌｌ第１図
はこの発明に係る近赤外定ｍ　＋ｆｉｔ液分析装置の一
部概略正面図、第２Ａ図および第２Ｂ図は近赤外定量分
析装置の他の実施例の一部概略正面図、第３図は第１図
の装置に用いられる位置決め装置の正面図、第４図はこ
の発明の方法の１実施例の説明図、第５Ａ図および第５
Ｂ図は光路上にフィルタを抑大するための既知の２例の
配列法を示す図、第６図は１０（１（１／Ｉ）対波長プ
ロットを承り図、第７図は相関係数対波長のプロットに
よる波長検索方法を説明するための図、第８図および第
９図は第１微分方程式に対Ｊ”る相関係数対波長のプロ
ットを示１図、および第１０図と第１１図は第２微分方
程式に対する相関係数対波長のプロットを承り図である
。
１０・・・分析装置、１２・・・レンズ、１４・・・窓
、１６・・・発光ダイオード、２２・・・内壁、２３・
・・フィルタ、２８・・・検出器、３２・・・増幅器、
３４・・・表示装置駆動回路、３６・・・読取り装置、
５０・・・位置決め装置。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）患者の身体部分中に存在する血液中の血糖を非侵
    入的に測定するための装置であつて、（ａ）患者の身体
    部分中に存在する血液中に近赤外エネルギーを導入する
    ための手段と； （ｂ）身体部分から出力される近赤外エネルギーを検出
    して信号を発生するための近赤外検出器と；（ｃ）検出
    器によつて検出された近赤外エネルギーが上記身体部分
    の血糖値に相当するように近赤外導入手段と近赤外検出
    手段とを共に身体部分に近接して位置させるための手段
    と； （ｄ）検出器によつて形成された信号を処理して患者の
    血液中に存在する糖分量を示す第２の信号にするための
    手段； とからなることを特徴とする近赤外血糖値定量分析装置
    。
  2. （２）さらに、導入手段からの近赤外エネルギーが検出
    器上に直接つき当たることを防ぐための手段を備えるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の定量分析装置。
  3. （３）上記導入手段は近赤外エネルギー源と上記エネル
    ギーを身体部分中に伝送するための手段を備えることを
    特徴とする請求項２に記載の定量分析装置。
  4. （４）上記エネルギー源は少なくとも１個の赤外発光ダ
    イオードからなることを特徴とする請求項３に記載の近
    赤外定量分析装置。
  5. （５）上記伝送手段は上記エネルギーを身体部分上に集
    光するためのレンズからなることを特徴とする請求項３
    に記載の近赤外定量分析装置。
  6. （６）上記処理手段は、上記検出器によつて供給される
    信号を増幅するための増幅手段と、および検出器からの
    信号を第２の信号に変換するためのデータ処理手段とか
    らなることを特徴とする請求項２に記載の近赤外定量分
    析装置。
  7. （７）上記導入手段は近赤外源と、この近赤外源と上記
    身体部分間に配置され近赤外エネルギーを選択的に伝送
    するためのフィルタとを備えることを特徴とする請求項
    １に記載の近赤外定量分析装置。
  8. （８）上記フィルタは約６００から１１００ｎｍ間の近
    赤外エネルギーを選択的に透過するものである血糖値測
    定のための請求項７に記載の定量分析装置。
  9. （９）上記導入手段はほぼ９８０ｎｍにバンド幅中心を
    有するものである請求項１に記載の近赤外定量分析装置
    。
  10. （１０）上記位置決め手段は患者の血管上に上記装置の
    ための位置をマークする手段を備えることを特徴とする
    請求項１に記載の近赤外定量分析装置。
  11. （１１）上記位置決め手段は、導入手段によって発光し
    た近赤外エネルギーが上記身体部分を伝送し上記検出器
    によって検出されるように、上記導入手段を身体部分の
    一方の側に近接して配置しさらに上記検出手段を身体部
    分のほぼ反対鋼に近接して配置するための手段からなる
    ことを特徴とする請求項１に記載の定量分析装置。
  12. （１２）位置決め手段は導入手段と検出器を指の対向す
    る両面に位置させるものであることを特徴とする請求項
    １１に記載の近赤外定量分析装置。
  13. （１３）さらに、身体部分の厚さを測定しこの身体部分
    の厚さを示す信号を供給する為の手段を含むことを特徴
    とする請求項１２に記載の近赤外定量分析装置。
  14. （１４）上記信号を供給する手段は可変抵抗からなるこ
    とを特徴とする請求項１３に記載の近赤外定量分析装置
    。
  15. （１５）上記導入手段は少なくとも１個の赤外発光ダイ
    オードからなることを特徴とする請求項１１に記載の近
    赤外定量分析装置。
  16. （１６）上記導入手段は約９８０ｎｍ上に中心を有する
    バンド幅を提供することを特徴とする請求項１１に記載
    の定量分析装置。
  17. （１７）上記導入手段は近赤外源と、この近赤外源と上
    記身体部分間に配置され近赤外エネルギーを選択的に伝
    送するフィルタとを含むことを特徴とする請求項１１に
    記載の近赤外定量分析装置。
  18. （１８）上記フィルタは約６００ｎｍと約１１００ｎｍ
    間の近赤外エネルギーを選択的に伝送するものである、
    血糖値測定のための請求項１７に記載の近赤外定量分析
    装置。
  19. （１９）さらに、検出器と上記身体部分間に配置され、
    近赤外エネルギーを選択的に伝送する少なくとも１個の
    フィルタを含むことを特徴とする請求項１１に記載の近
    赤外定量分析装置。
  20. （２０）上記フィルタは約６００ｎｍと約１１００ｎｍ
    間の近赤外エネルギーを選択的に伝送するものである、
    血糖値測定の為の請求項１９に記載の近赤外定量分析装
    置。
  21. （２１）患者の血液中の血糖を定量的に分析するための
    非侵入的方法であって： （ａ）患者の身体部分中の血液中に近赤外エネルギーを
    導入し； （ｂ）患者から出力する近赤外エネルギーを検出しこの
    検出に基づいて信号を供給し；さらに（ｃ）患者の血液
    中に存在する糖分量を示す第２の信号を供給するために
    上記信号を処理する；各ステップからなることを特徴と
    する近赤外血糖値定量分析方法。
  22. （２２）導入ステップは上記身体部分中の血液中に約６
    ００ｎｍから１１００ｎｍの範囲の近赤外エネルギーを
    導入するステップからなることを特徴とする請求項２１
    に記載の血糖値定量分析方法。
  23. （２３）約９８０ｎｍ上に中心を有する近赤外エネルギ
    ーを上記身体部分の血液中に導入することを特徴とする
    請求項２１に記載の血糖値定量分析方法。
JP1288593A 1989-01-19 1989-11-06 近赤外血糖値定量分析装置 Granted JPH02191434A (ja)

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