Development of a optical microphone using photoacoustic spectroscopyfor non-invasive glucose measurement

• Project/Area Number: 18500373
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Medical systems
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: WADAMORI Naoki Nagaoka University of Technology, 工学部, 助手 (60303179)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ISHIHARA Yasutoshi 長岡技術科学大学, 工学部, 准教授 (00377219)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥4,140,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2008: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2007: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2006: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 光音響分光法 / 非侵襲血糖値測定 / 糖尿病 / 生体計測 / 医用システム / 検査・診断システム / 生体情報・計測 / 適応フィルタ

Research Abstract

光音響分光法を応用した非侵襲血糖値測定の小型化、高感度化を目指し、(1)小型かつ信号ラインに光を使用するため電磁波雑音の影響に強いとされる光マイクロホンを用いた装置系、(2)DSP化可能な適応フィルタを応用した適応雑音除去処理を新たに導入した装置系について検討した。従来の装置系においてグルコースの分別定量値が5g/dlであったのに対し、従来装置系で用いていたコンデンサマイクロホンに比べ光マイクロホンの感度が約6倍向上することを確認し、様々な条件における共鳴型セルの性能を厳密に評価する方法として、PA現象を模擬した有限要素法による数値解析の妥当性を示し、デッドボリュームを削減した共鳴型セルの検出感度は直管形セルに比べ約18倍向上することを確認した。さらに、適応雑音除去処理による有色雑音除去性能を数値シミュレーションおよびファントムを用いた基礎実験により評価した結果から、適応雑音除去処理を導入した装置系は、生体計測において必要な装置系のダイナミックレンジ50dB以上である62dBであることを確認した。なおかつ、照射光出力が人体に対する最大許容露光量10mW以下の8.3mWで、前述した装置系のダイナミックレンジを実現していることから、光源10mW以下の比較的小型な光源装置を用いることが可能であることが考えられる。したがって、提案手法による装置系の小型化の可能性が示され、簡易な血糖自己測定器として必要な精度である20~500mg/dl±10%を達成可能であると考えられる。
今後、小容積化を図った共鳴型セルを試作し、基礎実験による試作した共鳴型セルの性能評価を行った後、グルコース水溶液を対象とした分別定量実験を行う予定である。さらに、ボランティアによる糖負荷実験を実施し、PASによる非侵襲血糖値測定の可能性を明らかにし、臨床応用の目処をつける予定である。

Research Products

• [Journal Article] FEM連成解析に基づく生体用光音響セルの設計手法 (2009)
  • Author(s): 和田森直, 石原康利
  • Journal Title: 医学・生物学サーモロジー 28 Pages: 39-46
  • NAID: 10024782873
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 有限要素法解析に基づく経皮的PA信号検出器の高感度化に関する検討 (2008)
  • Author(s): 和田森直, 石原康利
  • Journal Title: 生体医工学 46 Pages: 238-245
  • NAID: 110006793196
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 有限要素法解析に基づく経皮的PA信号検出器の高感度化に関する検討 (2008)
  • Author(s): 和田森 直
  • Journal Title: 生体医工学 46 Pages: 238-245
  • NAID: 110006793196
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] FEM 連成解析に基づく生体用光音響セルの設計手法 (2008)
  • Author(s): 和田森 直
  • Journal Title: 医学・生物学サーモロジー 28 Pages: 39-46
  • NAID: 10024782873
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 光音響分光法を利用した生体情報計測システムへの適応フィルタの適用の検討 (2006)
  • Author(s): 和田森直, 松田甚一, 石原康利
  • Journal Title: 設計工学 41 Pages: 44-51
  • NAID: 10018790583
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 光音響分光法を利用した生体情報計測システムへの適応フィルタの適用 (2006)
  • Author(s): 和田森 直
  • Journal Title: 設計工学 41・12 Pages: 44-51
• [Journal Article] 適応フィルタを用いたPASによる生体情報計測の試み (2006)
  • Author(s): 和田森 直
  • Journal Title: 第45回日本生体医工学会大会論文集 44・Suppl.1 Pages: 702-702
• [Journal Article] 光音響分光法による生体計測装置の小型化に向けた検討 (2006)
  • Author(s): 伊藤 純
  • Journal Title: 平成18年度電子情報通信学会信越支部大会論文集 Pages: 92-92
• [Journal Article] 光音響分光法による血中グルコース濃度検出装置の小型化に関する検討 (2006)
  • Author(s): 伊藤 純
  • Journal Title: 平成18年度電子情報通信学会信越支部大会論文集 Pages: 97-97
• [Presentation] Photoacoustic depth profiling of a skin model for non-invasive glucose measurement (2008)
  • Author(s): Naoki Wadamori
  • Organizer: 30th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Place of Presentation: Vancouver, British Columbia, Canada
  • Year and Date: 2008-08-24
• [Presentation] 光マイクロホンを用いた光音響信号検出器に関する基礎検討 (2008)
  • Author(s): 和田森直
  • Organizer: 第47回生体医工学会大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2008-05-08
• [Presentation] 光マイクを用いた光音響信号の高感度検出に関する検討 (2007)
  • Author(s): 篠原亮
  • Organizer: 電子情報通信学会信越支部大会
  • Place of Presentation: 長野
  • Year and Date: 2007-09-29
• [Presentation] 光マイクを用いた光音響信号の高感度検出に関する検討 (2007)
  • Author(s): 篠原 亮
  • Organizer: 電子情報通信学会信越支部大会
  • Place of Presentation: 長野高専
  • Year and Date: 2007-09-29
• [Presentation] 生体等価モデルにおける光音響信号特性の数値的検討 (2007)
  • Author(s): 和田森直
  • Organizer: 生体医工学シンポジウム2007
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2007-09-21
• [Presentation] 生体等価モデルにおける光音響信号特性の数値的検討 (2007)
  • Author(s): 和田森 直
  • Organizer: 生体医工学シンポジウム2007
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2007-09-21
• [Presentation] 数値解析モデルにおける光熱変換信号の発生・伝搬機序の基礎検討 (2007)
  • Author(s): 和田森直
  • Organizer: 第24回日本サーモロジ-学会大会
  • Place of Presentation: 文京
  • Year and Date: 2007-08-31
• [Presentation] 数値解析モデルにおける光熱変換信号の発生・伝搬機序の基礎検討 (2007)
  • Author(s): 和田森 直
  • Organizer: 第24回日本サーモロジー学会大会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2007-08-31
• [Presentation] 生体等価モデルにおける光音響信号特性の数値的検討 (2007)
  • Author(s): 和田森直
  • Organizer: 第46回生体医工学学会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2007-04-26
• [Presentation] 生体等価モデルにおける光音響信号特性の数値的検討 (2007)
  • Author(s): 和田森 直
  • Organizer: 第46回生体医工学学会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2007-04-26
• [Presentation] 光音響分光法による生体計測装置の小型化に向けた検討 (2006)
  • Author(s): 伊藤純
  • Organizer: 平成18年度電子情報通信学会信越支部大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2006-09-30
• [Presentation] 光音響分光法による血中グルコース濃度検出装置の小型化に関する検討 (2006)
  • Author(s): 伊藤純
  • Organizer: 平成18年度電子情報通信学会信越支部大会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2006-09-30
• [Presentation] 適応フィルタを用いたPASによる生体情報計測の試み (2006)
  • Author(s): 和田森直
  • Organizer: 第45回日本生体医工学会大会
  • Place of Presentation: 博多
  • Year and Date: 2006-05-17
• [Remarks]
  • URL: http://ishihara.nagaokaut.ac.jp/research/paper.html