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赤外ATR測定による非侵襲血糖測定の精度向上のための糖代謝機序解明の試み

研究課題

研究課題/領域番号 17K01403
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 医用システム
研究機関東北大学

研究代表者

木野 彩子  東北大学, 医工学研究科, 学術研究員 (30536082)

研究分担者 松浦 祐司  東北大学, 医工学研究科, 教授 (10241530)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード非侵襲血糖測定 / 中赤外ATR法 / 糖代謝機序 / 非侵襲血糖値測定 / 中赤外ATR / 生体赤外ATRスペクトル / 細胞内糖代謝 / 中空光ファイバ
研究成果の概要

摂食前後で変化するヒト体細胞間質液内の糖類濃度に体表面から中赤外ATR法によりアクセスし,実際の採血により得られる血糖値推移との関係を糖代謝過程と照合しながら精査することにより,非侵襲血糖値測定システムの精度向上を図った.
この結果,体表部赤外吸収スペクトルからの血糖値推定には,特に通常血糖時に顕著となる体細胞内に蓄積貯蔵された多糖グリコーゲンや脂質由来の吸収スペクトル重畳の除去が必須であることが確認された.重畳を含めた取得スペクトルのPLS解析により数箇所の波数帯域を選出し,これら吸収強度から代謝所要時間を遡って血糖値を推定する一次式を導出した.同時に測定部位の適合性についても知見を得た.

研究成果の学術的意義や社会的意義

糖尿病の治療においては日常的な血糖の測定管理が不可欠であり,現行の穿刺を伴う自己測定法には苦痛や感染症の危険性/消耗品のコスト等問題も多い.非侵襲測定への要望は非常に大きく,この実現に向け光吸収強度からの血糖予測精度の向上は必須である.Ⅱ型糖尿病は生活習慣病の延長線上に位置しており,増加の一途を辿る予備軍に対しても,未病/予防医学の観点からも気軽にアクセス可能な非侵襲血糖測定システムのもたらす社会的意義は絶大であると言える.
また学術的には糖,脂質,蛋白質など物質ごとの摂食後時間推移や末梢血管―体細胞間質液間の移送所要時間に関する知見が得られ,代謝機構の解明において大きく寄与した.

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 6件、 招待講演 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Accuracy Improvement of Blood Glucose Measurement System Using Quantum Cascade Lasers2019

    • 著者名/発表者名
      T. Koyama, S. Kino, Y. Matsuura
    • 雑誌名

      Optics and Photonics Journal

      巻: 9 号: 10 ページ: 155-164

    • DOI

      10.4236/opj.2019.910014

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 中赤外分光法による全血中のグルコース濃度計測2019

    • 著者名/発表者名
      木野彩子、小川貴大、曽山俊輔、松浦祐司
    • 雑誌名

      The Review of Laser Engineering

      巻: 47 ページ: 169-172

    • NAID

      130008074021

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Unsupervised calibration for noninvasive glucose-monitoring devices using mid-infrared spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Kasahara Ryosuke、Kino Saiko、Soyama Shunsuke、Matsuura Yuji
    • 雑誌名

      Journal of Innovative Optical Health Sciences

      巻: 11 号: 06 ページ: 1850038-1850038

    • DOI

      10.1142/s1793545818500384

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 中赤外光を用いた診断・ヘルスケアモニタリング2018

    • 著者名/発表者名
      松浦祐司、小山卓耶
    • 雑誌名

      光アライアンス

      巻: 29 ページ: 36-40

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 中空光ファイバを用いた中赤外分光システムによる非侵襲血糖値測定2018

    • 著者名/発表者名
      松浦祐司
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 87 ページ: 171-174

    • NAID

      130007715722

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Noninvasive glucose monitoring using mid-infrared absorption spectroscopy based on a few wavenumbers2017

    • 著者名/発表者名
      R. Kasahara, S. Kino, S. Soyama, Y. Matsuura
    • 雑誌名

      Biomed. Opt. Express

      巻: 9 号: 1 ページ: 289-302

    • DOI

      10.1364/boe.9.000289

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 中赤外光を用いたヘルスケア機器開発-非侵襲血糖測定システムの現状とこれから-2017

    • 著者名/発表者名
      松浦祐司
    • 雑誌名

      OplusE

      巻: 39 ページ: 1060-1064

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Non-invasive measurement of blood glucose by attenuated total reflection spectroscopy with fixed-wavelength quantum cascade lasers2019

    • 著者名/発表者名
      T. Koyama, S. Kino, Y. Matsuura
    • 学会等名
      Biomedical Imaging and Optical Sensing Conference (BISC) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 中赤外光による生体分光計測のための導波路型デバイスの検討2019

    • 著者名/発表者名
      菅原 崇弘, 木野 彩子, 松浦 祐司
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 波長掃引型パルス量子カスケードレーザを用いた血糖測定システムの精度改善に関する検討2019

    • 著者名/発表者名
      柴田 尚登, 木野 彩子, 杉山 厚志, 秋草 直大, 松浦 祐司
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 間質液を模擬した光学ファントムの中赤外分光分析2019

    • 著者名/発表者名
      伊達 政滋, Ine L. Jernelv, 木野 彩子, 松浦 祐司
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] CaF2導波路型センサデバイスを用いた生体分光計測2019

    • 著者名/発表者名
      菅原 崇弘, 木野 彩子, 松浦 祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第40回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 中赤外分光法による非侵襲血糖値測定-代謝物質の識別による精度向上の試み2019

    • 著者名/発表者名
      小山 卓耶, 木野 彩子, 松浦 祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第40回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 波長掃引パルス量子カスケードレーザを用いた中赤外分光システムによる血糖値測定2019

    • 著者名/発表者名
      柴田 尚登, 木野 彩子, 杉山 厚志, 秋草 直大, 松浦 祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第40回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 耳たぶ測定用中赤外ATR測定系の構築とインビボ測定2019

    • 著者名/発表者名
      菅原 慎太郎, 木野 彩子, 松浦 祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第40回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 中赤外光を用いた血糖測定のための間質液光学ファントムの検討とその分光分析2019

    • 著者名/発表者名
      伊達 政滋, 木野 彩子, 松浦 祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第40回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Non-invasive blood glucose measurement using fixed-wavelength quantum cascade lasers2019

    • 著者名/発表者名
      T. Koyama、S. Kino、Y. Matsuura
    • 学会等名
      SPIE Conference on Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications XIX
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-invasive blood glucose measurement using quantum cascade lasers2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsuura、T. Koyama
    • 学会等名
      SPIE Conference on Quantum Sensing and Nano Electronics and Photonics XVI
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 中赤外バイオセンシング用光導波路型デバイスの高感度化2019

    • 著者名/発表者名
      菅原崇弘、木野彩子、松浦祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第39回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 波長掃引量子カスケードレーザを用いた血糖測定システムの測定精度向上の検討2019

    • 著者名/発表者名
      柴田尚登、木野彩子、杉山厚志、秋草直大、松浦祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第39回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 耳たぶを対象とした中赤外分光法による血糖値測定2019

    • 著者名/発表者名
      曽山俊輔、木野彩子、松浦祐司
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第39回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子カスケードレーザを用いた非侵襲血糖値測定システム―プリズムへの光入射法改善による測定精度の向上―2019

    • 著者名/発表者名
      小山卓耶、木野彩子、松浦祐司
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 中赤外バイオセンシングに向けた導波路デバイスの検討2018

    • 著者名/発表者名
      菅原崇弘、木野彩子、松浦祐司
    • 学会等名
      2018年電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 赤外分光法による診断・ヘルスケアモニタリング ―非侵襲血糖値測定などー2018

    • 著者名/発表者名
      松浦祐司
    • 学会等名
      第48回日本口腔インプラント学会学術大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 固定波長量子カスケードレーザを用いた無侵襲血糖値測定2018

    • 著者名/発表者名
      小山卓耶、吉岡希利子、木野彩子、松浦祐司
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 耳たぶを対象とした中赤外ATR法による非侵襲血糖値測定2018

    • 著者名/発表者名
      曽山俊輔、木野彩子、松浦祐司
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 波長掃引型パルス量子カスケードレーザを用いた非侵襲血糖値測定2018

    • 著者名/発表者名
      柴田尚登、木野彩子、杉山厚志、秋草直大、松浦祐司
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 中赤外ATR分光法による血中中性脂肪の代謝モニタリングの試み2018

    • 著者名/発表者名
      小川貴大、木野彩子、松浦祐司
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Blood glucose measurement with multiple quantum cascade lasers using hollow optical fiber-based ATR spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshioka, S. Kino, Y. Matsuura
    • 学会等名
      SPIE Conference on Optical Fibers and Sensors for Medical Diagnostics and Treatment Applications XVIII
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Noninvasive measurement of blood glucose level using mid-infrared quantum cascade lasers2017

    • 著者名/発表者名
      K.Yoshioka, S. Kino, Y. Matsuura
    • 学会等名
      Biomedical Imaging and Optical Sensing Conference (BISC) 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-invasive measurement of blood glucose by using mid-infrared light2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Matsuura
    • 学会等名
      2017 International Advanced Laser Application Summit Forum
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 中赤外ATR分光法による全血の血糖値測定の試み2017

    • 著者名/発表者名
      小川 貴大, 木野 彩子, 松浦 祐司
    • 学会等名
      平成29年度電気関係学会東北支部連合大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 耳たぶを対象とした赤外ATR法による非侵襲血糖値測定2017

    • 著者名/発表者名
      曽山 俊輔, 木野 彩子, 松浦 祐司
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 中赤外ATR分光法による非侵襲血糖値測定2017

    • 著者名/発表者名
      松浦 祐司
    • 学会等名
      日本分析化学会第66年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子カスケードレーザを用いた無侵襲血糖値測定システムの開発2017

    • 著者名/発表者名
      吉岡 希利子, 木野 彩子, 松浦 祐司
    • 学会等名
      第38回日本レーザー医学会総会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [図書] 生体情報センシングとヘルスケアへの最新応用2017

    • 著者名/発表者名
      松浦祐司
    • 総ページ数
      12
    • 出版者
      技術情報協会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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