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2018 年度 実施状況報告書

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
キーワード非侵襲血糖測定 / 中赤外ATR
研究実績の概要

摂食の前後で変化する間質液内の糖類の濃度に体の外からアクセスし,実際の採血により測定した血糖値推移との関係を観測することにより,非侵襲な血糖値測定システムの実現を目指した.体表部の間質液内の糖類濃度の決定には赤外分光ATR法を用いている.また測定対象部位としては装具によりプリズムの押付圧力を一定に保ちつつ,連続測定も可能な耳たぶを選択した.プリズムの材料や形状と並行して赤外光の照射/受光角度の最適化を行うことで高いS/N比を実現し,間質液中で0.1%前後という低濃度のグルコース由来の赤外吸収ピークを,重畳する数多くの物質から識別することに成功した.
識別した糖類由来の吸収強度から推定される間質液中の糖濃度と,採血による血糖値との間には一部まだ乖離があり,特に摂食前の空腹時と食後3-4時間ほどの時点で,血糖値は低いのに対して大きな赤外吸収を示す場合が多いことが分かった.これを既知の糖代謝機序と照らし合わせ,間質液中に常に含まれる糖代謝中間生成物質やタンパク質,脂質等の赤外吸収スペクトルと比較検討を行ったところ,食前ではグルコースをエネルギー源として組織細胞内に備蓄する際に形成される多糖類グリコーゲンが,食後3-4時間では食事由来の脂質濃度がそれぞれ最大値を示し,間質液の光吸収の大きさおよびスペクトル形状に多大な影響を与えていることが分かった.これらの影響を除去して初めて,間質液中の糖濃度から正しい血糖値が推定できるといえる.
また,体表部から得られた間質液のスペクトルに対して多変量解析を行ったところ,各々の糖代謝中間物質が最大となる食後時間や,糖類以外の物質由来のスペクトルの時間変化に関して知見が得られ,これらは上述の推論を裏付ける結果となった.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画に対して,目標としていた取得サンプル数にはわずかに届いていないものの,代謝機序解明に伴う間質液スペクトルの解析手法構築に関しては開始時の推論を裏付ける複数の結果が得られ,予想以上に進展しているといえる.

今後の研究の推進方策

健常者/糖尿病罹患者ともに取得サンプル数を増やすとともに,システムの実用化に向けこれまでに構築されたスペクトルの解析方法が適用可能な範囲を正確に判断する.また,代謝解析モデル構築のなかで得られた情報をもとに,糖以外の物質に対する非侵襲モニタリング方法に関しても検討を進める.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [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

  • [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 ページ: 1850038~1850038

    • DOI

      10.1142/S1793545818500384

    • 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

  • [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
    • 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
    • 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
  • [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
  • [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
  • [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
  • [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
  • [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
    • 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
  • [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
  • [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
  • [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

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公開日: 2019-12-27  

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