| 研究課題/領域番号 |
26242044
|
|---|
| 研究機関 | 昭和大学 |
|---|
研究代表者 |
山越 憲一 昭和大学, 医学部, 客員教授 (40014310)
|
|---|
| 研究分担者 |
清水 孝一 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (30125322)
山越 健弘 福岡工業大学, 情報工学部, 准教授 (70444205)
李 知炯 福岡工業大学, 情報工学部, 助教 (10735583)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
|
| キーワード | 生体光情報計測 / 非侵襲光学的血糖計測 / パルス・グルコメトリ / 近赤外生体センシング / レーザー計測システム / グルコース吸光波長帯域 / 多変量校正法 / 糖尿病 |
|---|
| 研究実績の概要 |
平成27年度は，研究計画書で記載した次の2項目について研究を実施し，以下の成果を得た。
(1) 適波長帯域の選定と高精度・高感度小型光計測システムの全体基本設計
血糖値（BGL）に吸光特性を持つ波長域は、組織内水分の吸光が著しく高く、従来の透過又は反射方式の光電容積信号（PPG）計測は殆んど不可能である。しかし、この波長域でのPPG計測は、本研究目標の達成に不可欠な重要課題である。本年度も積分球式光検出法（ISD）に関して、特に水の吸収が小さい波長域と大きい波長域を用い、従来の透過方式（TPD）とISDとの詳細な同時計測実験を行った。その結果、特に水の吸収が強い波長域において、TPDはPPG計測不能、ISDでは高SN比でPPG計測が可能であることが実証された。この成果は世界的にも初めてであり、学術誌PLOS ONE（10(12), e0143506, 2015）に公表した。更に、BGL吸光波長域の知見から選定された近接波長（1550, 1600, 1650, 1700, 1750 nm）、及び参照波長として1160 nmの6波長を用いたレーザー光計測実験プロトタイプの試作開発を行った。また、ISD方式の更なる簡便法、特にレーザーダイオード（LD）と光検出器の配置関係についても検討が進められた。
(2) ヒト手指を計測対象としたプロトタイプの設計・試作開発と性能評価
試作開発した 6-chレーザー光計測プロトタイプ用い、ISD方式でヒト指尖部での計測を実施した。自作した積分球の構造設計に依存し、全てのチャンネルでの安定計測までには至っていないが、現在、積分球の構造見直し、更に上述した簡便方式の両方を検討しながら、PPG の安定計測可能な方法を追求しているところである。
|
| 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
本研究の最終ゴールは小型簡便な方法で血糖値（BGL）を非侵襲計測する実用装置開発であり，本研究開発はその実用化への先駆的基盤構築を行い，実用開発の基礎資料を提供することを視野に研究計画を立案した。本年度の研究の前期～後期前半では，前年度までに得たレーザー光計測実験システムを用い、組織内水分による光吸収が小さい波長（血中アルコール(BAL)の吸収波長の一つである）と光吸収が非常に強い波長（本研究の対象成分BGLの吸収波長である1600 nm）を用い、TPDとISD方式で指尖部PPGの同時計測を行い、水の吸収の強い波長領域におけるISD方式の優位性を世界で初めて実証し、インパクトファクターの高い学術誌PLOS ONE（10(12), e0143506, 2015）に掲載されたことは、研究成果として極めて高く評価できると考えている。
一方，BGL予測に用いる吸光度解析において，光散乱体である生体組織に応用した修正Lambert-Beer則に基づいて，近接光波長導入による光散乱効果を除去した理論的解析手法に基づき、実際に1550, 1600, 1650, 1700, 1750 nm、及び参照波長として1160 nmの6波長半導体レーザー（半値幅；7nm以下）と1つの光検出器（PD）を用いたパルス駆動レーザー計測システムを試作開発したことも大きな成果である。
現在更に，ISD方式にこだわらず、光検出をさらに簡便化した方法、特にLDとPDの配置関係を工夫して、光散乱光を効率よく検出する技術開発も進行中であり、次年度に向けた実験的研究が推進できる状況である。
以上より，本研究はほぼ当初計画通りに順調に進展しており，相応の研究成果も達成していると言える。
|
| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方策は，基本的には当初研究計画通りに実施して，大きな変更は現時点では発生しないと考えている。但し，本研究の最も重要で本質的な課題は実用化を視野に置いた最も簡便な生体光センシング法の開発であり，平成28年度での実験研究では，研究実施計画書にも記載したように，試作開発した6-chレーザー計測システムを如何に小型簡便化するかという技術的課題を精査し、解決策を検討することも考えている。
また，ヒトを対象とした実験を行う場合，既に「北海道大学工学系ヒトを対象とする研究倫理審査委員会」の承認、更に平成27年度では「昭和大学医学部における人を対象とする研究等の倫理審査委員会」にも承認され、静脈採血を伴う実験も行える環境も整備され、医学研究者の協力を得ながら研究を推進して行く予定である。
|
