2015 Fiscal Year Annual Research Report
近赤外領域の陰性吸光度を利用した試薬レス在宅尿成分分析システムの開発
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26282119
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
田中 志信 金沢大学, 機械工学系, 教授 (40242218)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 充洋 帝京大学, 理工学部, 講師 (30322085)
野川 雅道 金沢大学, 機械工学系, 助教 (40292445)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 尿成分計測 / 近赤外分光法 / 在宅ヘルスケア / 糖尿病 / 近赤外LED / 光路長可変セル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は健常成人男性11名から採取した尿にグルコースを所定量加えた「グルコース添加尿」121サンプル，及び糖尿病が疑われる男性1名から採取した随時尿（高尿糖随時尿）21サンプルに対してFT-IR装置によるスペクトル計測を行い，PLS法による尿中４成分（グルコース：Glu，尿素：Urea，塩化ナトリウム：NaCl，及びクレアチニン：Cr）の濃度推定精度を検証した．
今年度は更なる実使用場面に即した測定を想定して，糖尿病患者を含む成人62名から得た高尿糖随時尿を対象に上記4成分の濃度推定精度について検証した．具体的には尿沈渣等の影響で安定したスペクトル測定が困難であった11サンプルを除外した計51サンプルを解析対象とし，FT-IR装置により750-2500[nm]の波長範囲で溶媒（水）との差分吸光度：⊿Absを測定した．そして全波長における⊿Abs値（1050個）を潜在変数とし，従属変数はGlu, Urea, NaCl, Crの各濃度とし，PLS法による回帰分析を行なった．なお各成分の実測濃度は臨床検査センターに委託し測定した．
上記解析の結果，相関係数：γ及び平均予測誤差：SEP[mg/dl]はそれぞれGlu：0.981， 271.3，Urea：0.958， 124.7，NaCl：0.924，120.5 ，Cr：0.567，46.4となり，Glu, Urea, NaClは高精度（γ＞0.9）で濃度予測可能であることが明らかとなった．一方Crは予測精度が低く，解析波長域選定等による精度向上の必要性が認められた．
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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
上述したように不特定多数の高尿糖随時尿を用いた場合でも、尿中成分について光学的な方法により試薬レスで高精度（実測値との相関係数：γ＞0.9）で計測可能であることが確認されており、本研究課題は順調に進展していると言える。ただしクレアチニンについてはγ≒0.5と高精度とは言えず今後改善の必要がある。
一方、今年度購入した光路長可変セルについては、昨年度購入したピーク波長：2,200nmの近赤外マルチチップLEDとフォトダイオード（PD)を組込むためのアタッチメントと駆動回路が完成し、来年度実施予定の性能評価試験に向けて準備は整っている。
以上を鑑み「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は実用化に向けての最重要課題である「使用波長数の削減」を重点的に推進する。その方策としては、現状の使用波長数、具体的にはFT-IR分光計の波長範囲である750～2200nmの間の全ての波長数：1050個を現在使用しているが、対象成分の濃度増加に対して吸光度が増加する感度波長はもとより、逆に吸光度が減少する「陰性吸光度」を示す波長域にも着目し、使用するデータをこれらの波長域のみに絞り込むことで現状の１/3程度（波長数にして300個程度）にまずは絞り込む。
さらに選定された波長域から他成分の影響等も考慮したうえで10波長以下に絞り込み、尿中4成分について実測値との相関係数：γ＞0.7程度で推定可能な波長の組み合わせを見出す。なおその際の濃度推定モデル構築には重回帰分析法を用いることとする。
一方、上記で使用する各波長の半値幅はFT-IR分光器の波長分解能：1.67nmよりも小さく、波長プロファイルは非常に尖鋭な形である。一方、システム実用化に際しては近赤外LEDアレイの使用を想定しており、当該LEDは一般的にブロードなプロファイル、具体的には半値幅にして少なくとも数十nmの広がりを有している。
そこでこの様なブロードな発光特性をもつLEDを光源として用いた場合でも濃度推定可能かどうかを次のような方法で確認する。即ち、FT-IRで得られた透過光強度スペクトルに対して、上記で選定した波長を中心とする重み関数（例えば最大値：１のガウス関数）を乗ずることでLEDを光源とした模擬透過光スペクトルを得る。そしてこれを積分することでLED模擬透過光強度を算出し、そのデータを用いて重回帰分析を行う。
このようにしてマルチLEDシステム試作のための基礎的知見を得たうえで最終年度に臨む。
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| Causes of Carryover |
H26年度の研究計画変更に伴い、H27～H29年度の基金分：合計1,500千円（500千円×３）を前倒しして研究を進めた結果、平成26年度内の支出が1,000千円弱で収まったことに端を発し、その繰り越し分でH27年度は光路長可変セルを購入したものの、もともとH27年度に予定されていた基金分が次年度使用額として発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は「近赤外多波長LED」の試作費用に充てる予定である。
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Research Products
(6 results)
