2014 Fiscal Year Annual Research Report
非侵襲光学的血糖計測法（パルス・グルコメトリ）の実用化のための先駆的開発研究
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26242044
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| Research Institution | Showa University |
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Principal Investigator |
山越 憲一 昭和大学, 医学部, 客員教授 (40014310)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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 立命館大学, 立命館グロ-バル・イノベ-ション研究機構, 研究員 (10735583)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 生体情報計測 / 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は，当初研究計画書で記載した次の2項目について研究開発を実施し，以下の成果を得た。
(1) グルコース吸光波長帯域における血糖計測の実験的検討と超高速分光測光システムによる妥当性検証
現有の超高速分光測光システムによる血糖値（BGL）予測におけるBGL吸光波長帯域を再検討し，実験用多波長指尖部PPG同時計測システムの基本仕様を決定した。第一段階として，その方式は光源としてレーザー（LD），光検出にはフォトダイオード（PD）を用い，光散乱強度計測には積分球式検出法（ISDと略す）を導入したシステムの有効性を検討した。予備実験として，本年度では組織内水分の吸収が極めて高いが，BGL吸収波長の1つである1600 nmのLDを用いたISD実験システムを試作し，指尖部脈波（PPG）計測の可能性について検討した。その結果，従来型の透過型光散乱計測法（CTD）では殆どPPG計測は不可能であったが，ISDでは高SN比で計測可能であることが示された。これは水分を含む高吸収体の生体組織におけるPPG計測が世界で初めて実験的に示された有意義な知見である。一方、上記の光計測実験と共に、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を考案した。本手法は今後の実験的BGL予測実験で利用して行く予定である。
(2) 最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
上記の実験的所見に基づき， BGL予測に最適な近接波長を（1550, 1600, 1650, 1702, 1749）nmの6波長と決定し，6つのLDs（半値幅；7nm以下）および1つのPDを用いた6-chパルス駆動レーザー計測システムの基本設計を行い，現在試作開発を進めているところである。
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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
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，製品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，現有機器・システム等を利用してこれまで蓄積してきた研究成果の再試験・再確認を行いながら，BGL吸光波長帯域を1550～1750 nmと決定し，その代表的波長であり且つ組織内水分による光吸収が極めて高い1600 nmでの指尖部光電容積脈波（PPG）計測法として，従来の透過型光散乱計測法から積分球式計測法を採用して，世界で初めてPPG計測に成功した成果は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を考案したことも大きな成果である。当然，本解析手法の妥当性については今後の実験的研究によって，更なる検討が必要と思われる。
更に，以上の研究所見に基づき，BGL予測に最適な近接波長を（1550, 1600, 1650, 1702, 1749）nmの6波長と決定し，6つの半導体レーザー（半値幅；7nm以下）と1つの光検出素子（フォトダイオード）を用いた6-chパルス駆動レーザー計測システムの基本設計を行い，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。
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| Strategy for Future Research Activity |
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27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，6-chレーザー計測システムを試作開発して行く予定であるが，当該波長域における半導体レーザー（LD）の取り扱いやコスト等を考えた場合，今後の方策として光源にはLED（1600nm前後をピーク波長とした市販品は極めて少ないが）の使用を視野に入れることも考えている。
更に，光検出法については前年度（平成26年度））で積分球式計測法を提案し，世界で初めて指尖部PPGの実測に成功したが，装置構成や簡便性を考慮しながら，積分球方式にこだわらずPPG計測が可能な光源ー光センサの相対的は位置関係についても検討して，実用に供し得る簡便な光散乱計測法を探索して行く予定である。
また，ヒトを対象とした実験を行う場合，現在は「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」承認の下，被験者への実験主旨の説明と同意を得て行っているが，今後は静脈採血を伴う実験も視野に置く側面が出てくる可能性もあり，医学研究者の協力を得ながら研究を推進して行く方策も講じる必要があると思われる。
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