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近赤外多波長LEDを用いた試薬レス透析液廃液多成分連続モニタシステムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18H03514
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分90110:生体医工学関連
研究機関金沢大学

研究代表者

田中 志信  金沢大学, フロンティア工学系, 教授 (40242218)

研究分担者 小川 充洋  帝京大学, 理工学部, 教授 (30322085)
野川 雅道  公立小松大学, 保健医療学部, 准教授 (40292445)
五十嵐 朗  藍野大学, 医療保健学部, 教授 (10570632)
鈴木 郁斗  公立小松大学, 保健医療学部, 助教 (10880768)
畑中 由佳  藍野大学, 医療保健学部, 助教 (30622120)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
2021年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2018年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
キーワード近赤外分光法 / 血液浄化療法 / 適性透析 / 透析液廃液成分モニタ / 近赤外LED / 血液透析 / 透析液排液 / 透析終点 / 適正透析 / 近赤外多波長LED / 透析液廃液成分 / 試薬レスモニタ / 人工透析 / 透析液廃液 / 陰性吸光度
研究成果の概要

血液透析の効果は透析前後の採血によって決まるため透析終了まで確認できない。そこで本研究では最適な終点を透析中に推定可能とするため、光学式透析液廃液モニタを試作した。自作の透過反射型フローセルに、12種類の近赤外LEDを搭載した市販分光計を組み込み、尿素・尿酸・クレアチニンの3成分混合水溶液を対象に「総当たり法」の重回帰分析により尿素濃度の予測精度を検証した。その結果、妨害物質の濃度が一定の場合、10波長以下の少ない波長数で相関係数0.8以上の良好な結果が得られた。しかし妨害物質の濃度が異なる場合には予測精度が低下したため、今後LEDの光量を増やすなどの改良が必要と考えられた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題により、透析廃液中の尿素濃度を近赤外領域のLEDを用いて、それも10波長以下の少ない波長数で推定可能であることが示された。自作の透過反射型フロ―セルと市販の近赤外簡易スペクトルメータを組み合わせて構築したプロトシステムには改良の余地が多々あるものの、尿素以外の妨害物質(尿酸、クレアチニン)の濃度が一定の3成分水溶液をサンプルとした場合、実測濃度との相関係数が0.8以上の高精度で尿素濃度を推定可能であった。この結果は、廉価で簡易構造の光学式透析液廃液モニタ具現化の端緒を開くものであり、今後の透析治療の効率化、延いては血液浄化療法の理想形である「自宅透析」への貢献が期待できる。

報告書

(5件)
  • 2022 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] NIR spectroscopic determination of urine components in spot urine: preliminary investigation towards optical point-of-care test2019

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Ikuto、Ogawa Mitsuhiro、Seino Kimihiro、Nogawa Masamichi、Naito Hisashi、Yamakoshi Ken-ichi、Tanaka Shinobu
    • 雑誌名

      Medical & Biological Engineering & Computing

      巻: 58 号: 1 ページ: 67

    • DOI

      10.1007/s11517-019-02063-1

    • 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
  • [学会発表] Simulated analysis assuming a near-infrared LED light source for monitoring components in waste dialysate.2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Hatanaka, I. Suzuki, K. Sanai, M. Nogawa, Y. Nishikawa, H. Naito, A. Ikarashi, M. Ogawa, K. Yamakoshi, S. Tanaka
    • 学会等名
      The 44th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC'22)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 近赤外LEDを用いた透析液排液モニタシステムの開発2022

    • 著者名/発表者名
      佐内佳太,鈴木郁斗,内藤 尚,西川裕一,田中志信
    • 学会等名
      日本設計工学会2022年度春季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 近赤外LEDを用いた透析液排液成分のモニタリングに関する基礎的検討2022

    • 著者名/発表者名
      佐内佳太,鈴木郁斗,野川雅道,内藤尚,西川裕一,畑中由佳,五十嵐朗,小川充洋,山越憲一,田中志信
    • 学会等名
      第61回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Near-Infrared Spectroscopic Estimation of Urea Concentration for Determining Appropriate Duration of Hemodialysis Treatment2021

    • 著者名/発表者名
      I. Suzuki, Y. Hatanaka, K. Sanai, M. Nogawa, Y. Nishikawa, H. Naito, A. Ikarashi, M. Ogawa, K. Yamakoshi and S. Tanaka
    • 学会等名
      The 43rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC'21)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 透析液排液成分の光学的モニタリングに関する基礎的検討2021

    • 著者名/発表者名
      佐内佳太,鈴木郁斗,野川雅道,内藤尚,西川裕一,畑中由佳,五十嵐朗,小川充洋,山越憲一,田中志信
    • 学会等名
      第60回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Preliminary Experiments for Realizing NIR Spectroscopic Prediction System of Multi-Components in Waste Dialysate2020

    • 著者名/発表者名
      I. Suzuki, Y. Hatanaka, T. Tsuruda, M. Nogawa, H. Naito, A. Ikarashi, M. Ogawa, K. Yamakoshi, S. Tanaka
    • 学会等名
      42nd Annual International Conferences of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 近赤外光を用いた簡易光学式透析液排液成分モニタシステムの開発2020

    • 著者名/発表者名
      鶴田貴大,鈴木郁斗,野川雅道,内藤尚,畑中由佳,五十嵐朗,小川充洋,山越憲一,田中志信
    • 学会等名
      第59回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 透析液排液成分の光学式モニタリングシステムの開発 ―混合水溶液を用いた尿素濃度推定精度と至適波長組み合わせの検討―2020

    • 著者名/発表者名
      鶴田貴大,佐内佳太,鈴木郁斗,野川雅道,内藤尚,畑中由佳,五十嵐朗,小川充洋,山越憲一,田中志信
    • 学会等名
      令和2年度 日本生体医工学会 北陸支部大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] NIR spectroscopic prediction of urinary components for management of protein and salt intake2019

    • 著者名/発表者名
      Suzuki I.*, Seino K., Nogawa M., Naito H., Ogawa M., Yamakoshi K., and Tanaka S.
    • 学会等名
      41st Annual International Conference of the IEEE Engineering in medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 近赤外分光法を用いた光学式尿成分分析システムの開発 ―尿中成分のクレアチニン比推定の試み―2019

    • 著者名/発表者名
      鶴田 貴大, 鈴木 郁斗, 清野 公宏, 野川 雅道, 内藤 尚, 畑中 由佳, 五十嵐 朗, 小川 充洋, 山越 憲一, 高田 重男, 田中 志信
    • 学会等名
      第58回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 近赤外分光法による尿成分濃度推定と使用波長数削減の試み2019

    • 著者名/発表者名
      田中 志信, 鈴木 郁斗, 清野 公宏, 野川 雅道, 内藤 尚, 五十嵐 朗, 小川 充洋, 高田 重男, 山越 憲一
    • 学会等名
      日本分光学会近赤外分光部会 第14回シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 透析液排液成分の光学的濃度推定に関する基礎的検討2019

    • 著者名/発表者名
      鶴田貴大,鈴木郁斗,野川雅道,内藤尚,畑中由佳,五十嵐朗,小川充洋,山越憲一,田中志信
    • 学会等名
      令和元年度日本生体医工学会北陸支部大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] A reagent-less system for monitoring Urinary multi-components using near infrared spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      I. Suzuki, K. Seino, M. Nogawa, H. Naito, M. Ogawa, K. Yamakoshi, S. Tanaka
    • 学会等名
      40th Annual International Conference of The IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 近赤外分光法を用いた光学式尿成分分析システムの開発―総当たり解析による至適波長と組み合わせの選定―2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木郁斗,清野公宏,野川雅道,内藤尚,五十嵐朗,小川充洋,山越憲一,高田重男,田中志信
    • 学会等名
      第57回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 光学式簡易尿成分計測システムの開発ーLED光源化を目指した最適波長組合せの検討ー2018

    • 著者名/発表者名
      清野公宏,鈴木郁斗,野川雅道,五十嵐朗,内藤尚,小川充洋,山越憲一,高田重男,田中志信
    • 学会等名
      日本生体医工学会北陸支部大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 金沢大学理工研究域 人間適応制御研究室

    • URL

      http://biomed.w3.kanazawa-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] 金沢大学理工研究域 人間適応制御研究室

    • URL

      http://biomed.w3.kanazawa-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 金沢大学理工研究域 人間適応制御研究室

    • URL

      http://www.me.se.kanazawa-u.ac.jp/biomed/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 金沢大学理工研究域 人間適応制御研究室 研究紹介

    • URL

      http://www.me.se.kanazawa-u.ac.jp/biomed/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2024-01-30  

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