2021 Fiscal Year Annual Research Report
Breakthrough in non-invasive blood analysis using mid-infrared light
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20H00231
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松浦 祐司 東北大学, 医工学研究科, 教授 (10241530)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片桐 崇史 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (90415125)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 赤外分光法 / 光熱変換分光法 / 光音響分光法 / 量子カスケードレーザ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に構築した外部共振器型波長可変QCLを光源として用いた光熱偏向分光システムを用いて，のべ20名程度の被験者に対して食事前後の３～４時間程度にわたり，指先および手首のスペクトル測定を行った．それと同時に10回程度の血糖値測定を行い，スペクトルと関連付けて保存した．得られた結果に対して多変量解析法のひとつであるPLR回帰分析を行い，血糖値とスペクトルの相関について調べたが，十分に高い相関係数が得られなかった．そこで検討した結果，この原因はプリズム表面に付着する皮脂の影響や，レーザパワーの変動にあることがわかり，皮脂のふき取りの徹底やレーザパワー変動の補正を行ったところ相関係数が上昇した．
また，波長可変QCLを用いた光音響分光システムを用いて指や手首などの生体サンプルの測定を行ったが，再現性に問題が現れる結果となった．繰り返し実験を行い検討した結果，この原因は体表から発生する水蒸気が原因であることがわかり，測定前にガスセル内を乾燥窒素ガスでブローしたり，綿棒などでガスセル表面を丁寧に拭き取ることにより，再現性が向上することが判明した．さらにトランスデューサを用いて，超音波領域の光音響波を検出するシステムを構築した．超音波は生体内をわずかな減衰で伝搬するため，トランスデューサをサンプル側面に直接押し付けて音響波の検出を行った．ジェル状のサンプルについて測定を行った結果，QCLの変調周波数を500 kHz程度とすることで得られる信号のSN比が向上することがわかり，指を対象とした測定でもスペクトルを取得することに成功した．どちらの場合でも得られる信号強度はサンプルの吸収係数に対して負の相関を持つことがわかり，このメカニズムの解明には理論的な検討が必要であることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度に構築した光熱偏向分光システムおよび光音響分光システムを用いて生体測定を行い，生体構成物質の解析に十分なスペクトルが得られたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
生体測定のサンプル数をより充実させ，血糖値やコレステロール値との相関が得られるような条件を求めるとともに，再現性や安定性など装置の改善も並行して行う．
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