(57)【要約】【課題】  分析結果の信頼性を向上し得る分析装置を提案する。【解決手段】  分析装置６は、予測部７３、抽出部７４及び濃度検出部７５を備える。予測部７３は、血液又は間質液で生じるラマン散乱光の波数ごとの強度分布を示すラマンスペクトルにおける所定の波数のピークに含まれる検出対象の物質由来の第１強度と、ピークに含まれ検出対象の物質が属する代謝経路と同じ代謝経路に属する他の物質由来の第２強度とのうち、第２強度を予測する。抽出部７４は、予測部７３で予測される第２強度に基づいて、所定の波数のピークに含まれる第１強度を抽出する。濃度検出部７５は、抽出部７４で抽出される強度に基づいて、検出対象の物質の濃度を検出する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液又は間質液で生じるラマン散乱光の波数ごとの強度分布を示すラマンスペクトルにおける所定の波数のピークに含まれる検出対象の物質由来の第１強度と、前記ピークに含まれ前記検出対象の物質が属する代謝経路と同じ代謝経路に属する他の物質由来の第２強度とのうち、前記第２強度を予測する予測部と、
前記予測部で予測される前記第２強度に基づいて、前記所定の波数のピークに含まれる前記第１強度を抽出する抽出部と、
前記抽出部で抽出される強度に基づいて、前記検出対象の物質の濃度を検出する濃度検出部と、
を備えることを特徴とする分析装置。
【請求項２】
前記予測部は、前記所定の波数とは異なる波数のピークの強度から前記他の物質の濃度を検出し、検出した濃度に基づいて前記第２強度を予測する
ことを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
前記抽出部は、前記第２強度が所定の閾値未満である場合には、前記第１強度が含まれる前記所定の波数のピークにおける強度を抽出する
ことを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項４】
前記代謝経路は、解糖系である
ことを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項５】
前記検出対象の物質は、グルコースであり、
前記他の物質は、乳酸である
ことを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項６】
前記乳酸の濃度に応じて、糖尿病の発症の危険度を通知する通知部
を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分析装置に関し、例えば、血液や間質液に含まれる成分を分析する場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
血液中の成分を分析する分析装置として、下記特許文献１の分析装置が提案されている。下記特許文献１の分析装置は、眼球の角膜に対して可視光から近赤外領域までの単一波長の励起光ビームを照射し、その角膜で生じるラマン散乱光の波長ごとの強度分布を示すラマンスペクトルに基づいて血液成分を分析する。
【０００３】
下記特許文献１によれば、励起波長をシフト波数に変換して420〜1500ｃｍ-1又は2850〜3000ｃｍ-1、好ましくは420〜450ｃｍ-1，460〜550ｃｍ-1，750〜800ｃｍ-1，850〜940ｃｍ-1，1000〜1090ｃｍ-1，1090〜1170ｃｍ-1，1200〜1300ｃｍ-1，1300〜1390ｃｍ-1，1400〜1500ｃｍ-1又は2850〜3000ｃｍ-1にあるピークの強度からグルコースの濃度が定量可能と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１２２０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、健常人であっても例えば糖尿病などの疾患の前段階にある人や、糖尿病などの疾患を発症している人には、血液中の乳酸の濃度が増加する傾向にあることが分かった。このため、上記のシフト波数のピークには乳酸由来の強度が含まれ、その強度が高くなっている場合が懸念される。この場合、シフト波数のピークの強度からグルコース濃度を求めると、実際のグルコース濃度との誤差が大きくなり、この結果、分析結果の信頼性が欠けてしまうことになる。
【０００６】
ところで、グルコースと乳酸とは解糖系という同じ代謝経路に属している。一般的に、代謝経路が同じであれば、その代謝経路に属する複数の物質に対応するスペクトル波形それぞれの一部が重なり易い傾向がある。従って、複数の物質にそれぞれ対応するスペクトル波形が混在するラマンスペクトルでは、検出対象の物質に対応するスペクトル波形に特有となる波数のピークに、検出対象の物質由来の強度の他に、他の物質由来の強度が少なからず含まれ得る。このため、ラマンスペクトルにおける所定の波数のピークの強度からその物質の濃度を求めると、実際の濃度との誤差が大きくなる場合がある。この場合、上記グルコースの場合と同様に、分析結果の信頼性が欠けてしまうことが懸念される。
【０００７】
そこで、本発明は、分析結果の信頼性を向上し得る分析装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明の分析装置は、血液又は間質液で生じるラマン散乱光の波数ごとの強度分布を示すラマンスペクトルにおける所定の波数のピークに含まれる検出対象の物質由来の第１強度と、前記ピークに含まれ前記検出対象の物質が属する代謝経路と同じ代謝経路に属する他の物質由来の第２強度とのうち、前記第２強度を予測する予測部と、前記予測部で予測される前記第２強度に基づいて、前記所定の波数のピークに含まれる前記第１強度を抽出する抽出部と、前記抽出部で抽出される強度に基づいて、前記検出対象の物質の濃度を検出する濃度検出部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この分析装置によれば、所定の波数のピークに含まれている他の物質由来の第２強度が未知であっても、その未知の第２強度を予測し、当該ピークの強度から第２強度を除くようにして検出対象の物質由来の第１強度を抽出することができる。このため、検出対象の物質由来の第１強度から直接的に濃度を検出することができる。従って、所定の波数のピークに含まれる他の物質由来の強度が高い場合であっても、検出対象の物質の濃度を実際の濃度に近似させることができる。こうして、本発明の分析装置は、分析結果の信頼性を向上させることができる。
【００１０】
なお、前記予測部は、前記所定の波数とは異なる波数のピークの強度から前記他の物質の濃度を検出し、検出した濃度に基づいて前記第２強度を予測することが好ましい。
【００１１】
このようにすれば、血液又は間質液において他の物質の濃度が変動し易い場合であっても、その濃度を反映した状態で、未知となる他の物質由来の第２強度を予測することができる。
【００１２】
また、前記抽出部は、前記第２強度が所定の閾値未満である場合には、前記第１強度が含まれる前記所定の波数のピークにおける強度を抽出することが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、所定の波数のピークの強度を単に抽出するだけであっても、他の物質由来の第２強度が誤差として影響を及ぼす程度が小さくなる。従って、第２強度が誤差として影響を及ぼす程度が小さい場合であっても一律に、所定の波数のピークの強度から他の物質由来の第２強度を除くようにして検出対象の物質由来の第１強度を抽出する場合に比べて、抽出部の処理負荷を低減することができる。
【００１４】
また、前記代謝経路は、解糖系であることが好ましい。
【００１５】
解糖系に属するどの物質を検出対象としても、その検出対象の物質由来の第１強度とともに未知として含まれる他の物質の第２強度を予測し、当該ピークの強度から第２強度を除くようにして検出対象の物質由来の第１強度を抽出し得る。このため、解糖系に属する様々な物質の濃度を実際の濃度に近似する状態で検出することができる。従って、糖代謝異常の発見や治療などの指標として信頼性の高い情報を与えることができる。
【００１６】
また、前記検出対象の物質は、グルコースであり、前記他の物質は、乳酸であることが好ましい。
【００１７】
検出対象の物質がグルコースであり、他の物質が乳酸である場合、血液又は間質液中の乳酸の濃度が高くても、実際の濃度に近似するグルコースの濃度を検出することができる。従って、糖尿病などの疾患の発見や治療などの指標として信頼性の高い情報を与えることができる。
【００１８】
また、前記乳酸の濃度に応じて、糖尿病の発症の危険度を通知する通知部を更に備えることが好ましい。
【００１９】
上記のように、糖尿病の前段階にある人の血液では乳酸の濃度が増加する傾向がある。従って、乳酸の濃度に応じて糖尿病の発症の危険度を通知することで、糖尿病の予防を促し得る。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明によれば、分析結果の信頼性を向上させ得る分析装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】分析システムの構成を示す図である。
【図２】分析装置の構成を示す図である。
【図３】乳酸検量線を例示する図である。
【図４】分析方法を示すフローチャートである。
【図５】他の分析システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る分析装置を実施するための実施形態及びその変形例が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態及びその変形例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができる。
【００２３】
＜分析システムの構成＞
図１は、分析システムの構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の分析システム１は、励起光の照射によって試料ＳＰＬで生じるラマン散乱光に基づいて、試料ＳＰＬに含まれる物質の濃度などを分析する。この分析システム１は、光源２、照射部３、ラマン光伝搬部４、分光器５及び分析装置６を主な構成要素として備える。なお、試料ＳＰＬは、本実施形態では、人から採取された血液又は間質液とされる。
【００２４】
光源２は、励起光を出射する光源とされる。励起光の照射によって試料ＳＰＬで生じるラマン散乱光は微弱になり易いことから、光源２は強度の高い励起光を出射する光源とされることが好ましい。また、励起光の波長を基準として試料ＳＰＬに含まれる物質の濃度などが演算されることから、光源２は単波長の励起光を出射する光源とされることが好ましい。このような光源２として、例えば固体レーザが挙げられる。なお、励起光の波長は、例えば、５１４ｎｍ、５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、６７０ｎｍ、７８５ｎｍから選択される単一の波長とされる。
【００２５】
照射部３は、光源２から出射される励起光を試料ＳＰＬに照射させるよう構成される。例えば、照射部３は、光源２から出射される励起光を試料ＳＰＬに向けて反射させるミラーと、そのミラーで反射される励起光を試料ＳＰＬに集光する集光レンズとで構成し得る。
【００２６】
ラマン光伝搬部４は、試料ＳＰＬで生じるラマン散乱光を分光器５に伝搬させるよう構成される。例えば、ラマン光伝搬部４は、試料ＳＰＬで生じるラマン散乱光をコリメートするコリメートレンズと、そのコリメートレンズでコリメートされるラマン散乱光を分光器５に集光する集光レンズとで構成し得る。
【００２７】
なお、試料ＳＰＬに励起光が照射された場合、励起光と試料ＳＰＬとの相互作用によって、試料ＳＰＬでは励起光の波長と異なる波長のラマン散乱光が生じるとともに、当該励起光の波長と同じ波長のレイリー散乱光が生じる。ラマン光伝搬部４は、このレイリー散乱光を除去するフィルタ４１を有している。図１に示す例では、フィルタ４１はコリメートレンズと集光レンズとの間に配置される。
【００２８】
分光器５は、回析格子５１及び光検出器５２を有する。回析格子５１は、試料ＳＰＬからラマン光伝搬部４を介して供給される光を波長ごとに分け、光検出器５２の受光面に導く光学素子である。
【００２９】
光検出器５２は、１次元又は２次元に配置される複数の受光素子を受光面内に有する。この光検出器５２は、受光面内の受光素子に露光される各波長の光の強さに比例した電荷を蓄え、当該光の波長ごとの強度分布を示すデータを分析装置６に出力する。本実施形態では、ラマン光伝搬部４のフィルタ４１によってレイリー散乱光が除去されるので、光検出器５２の受光面にはラマン散乱光が入射する。従って、光検出器５２に出力されるデータは、ラマン散乱光の波長ごとの強度分布を示している。なお、光検出器５２の具体例としては、フォトダイオード、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などが挙げられる。
【００３０】
分析装置６は、分光器５の光検出器５２から与えられるデータに基づいて試料ＳＰＬに含まれる成分の濃度などを演算するとともに、必要に応じて演算した成分の濃度などを通知するよう構成される。
【００３１】
＜分析装置の構成＞
次に、分析装置６を詳細に説明する。図２は、本実施形態における分析装置の構成の概略を示す図である。図２に示すように、分析装置６は、入力部６１、記憶部６２、表示部６３及び制御部６４を構成要素として有する。
【００３２】
入力部６１は、ユーザの操作に応じた命令や設定値などの各種の情報を入力可能なハードウェアにより構成される。入力部６１の具体例としては、マウス、キーボード、可搬型の半導体メモリのコネクタ、ネットワーク通信やシリアル通信を経由して情報を授受する通信インターフェイスなどが挙げられる。なお、半導体メモリとしては、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＣＦ（Compact Flash）メモリなどが挙げられる。
【００３３】
記憶部６２は、入力部６１又は制御部６４から与えられるデータを記憶し、当該記憶したデータを読み出し得るハードウェアにより構成される。記憶部６２の具体例としては、ＨＤ（Hard Disk）に代表される磁気ディスクもしくは半導体メモリ又は光ディスクなどが挙げられる。
【００３４】
この記憶部６２には、各種のプログラムを格納する第１格納領域と、入力部６１から入力される設定データなどの各種のデータを格納する第２格納領域と、当該プログラムやデータを展開する展開領域とが含まれる。本実施形態の第１格納領域には、血液又は間質液の成分を分析する処理を実行するための分析プログラムが記憶される。
【００３５】
表示部６３は、制御部６４から与えられるデータに示される情報を表示するハードウェアにより構成される。表示部６３の具体例としては、液晶ディスプレイ、ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ又はプラズマディスプレイなどが挙げられる。
【００３６】
制御部６４は、記憶部６２の第１格納領域に記憶されるプログラムや、当該記憶部６２の第２格納領域に記憶されるデータに基づいて分析装置６の制御を司るハードウェアにより構成される。制御部６４の具体例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read On Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を有するチップ部品などが挙げられる。
【００３７】
この制御部６４は、記憶部６２の第１格納領域に記憶される分析プログラムを読み出した場合、その読み出した分析プログラムを記憶部６２の展開領域に展開する。この場合、制御部６４は、スペクトル取得部７１、換算部７２、予測部７３、抽出部７４、濃度検出部７５及び通知部７６として機能し、血液又は間質液に含まれる成分を分析する分析処理を実行する。
【００３８】
スペクトル取得部７１は、光源２から発する励起光の強度などの設定値を適宜調整して光源２を駆動し、所定の配置領域に配置される血液又は間質液に励起光を照射させる。またスペクトル取得部７１は、励起光の照射により血液又は間質液から生じるラマン散乱光の波長ごとの強度分布を示すラマンスペクトルのデータを分光器５から取得する。
【００３９】
換算部７２は、スペクトル取得部７１で取得されたデータに基づいて、ラマンスペクトルの波長を、ラマンシフト量と呼ばれる波数に換算する。具体的には、ラマンスペクトルにおける各波長は、単位長さに含まれる波の数である波数に変換され、変換された各波数は、光源２から発する励起光の波数との差であるラマンシフト量に変換される。この結果、例えば縦軸を強度とし横軸を波長とするラマンスペクトルが、縦軸を強度とし横軸をラマンシフト量とするラマンスペクトルになる。
【００４０】
なお、物質はその構造に応じた特有の振動エネルギーを持つことが知られており、ラマンシフト量は物質の構造を反映して特有の波形となる。このため、ラマンスペクトルには、試料ＳＰＬである血液又は間質液に存在する複数の物質それぞれに対応するスペクトル波形が混在している。
【００４１】
予測部７３は、ラマンスペクトルにおける所定の波数のピークに含まれる検出対象の物質由来の第１強度と、そのピークに含まれ検出対象の物質が属する代謝経路と同じ代謝経路に属する他の物質由来の第２強度とのうち、第２強度を予測する。代謝経路は、細胞のなかで連鎖的に生じる化学反応である。この代謝経路には、出発物質、最終産物、及び、出発産物と最終産物の間で生成される複数の中間物質が属する。
【００４２】
本実施形態では、代表的な代謝経路の１つである解糖系の出発物質であるグルコースが検出対象の物質とされる。また、グルコースと同じ解糖系における嫌気的条件下での最終産物である乳酸が予測対象の他の物質とされる。
【００４３】
上記のように、ラマンスペクトルには血液又は間質液に存在する複数の物質それぞれに対応するスペクトル波形が混在している。従って、換算部７２で換算されるラマンスペクトルには、グルコースに対応するグルコーススペクトル波形と、そのグルコースと同じ解糖系に属する乳酸に対応する乳酸スペクトル波形とが混在する。
【００４４】
グルコーススペクトル波形は複数のピークを有しており、それらピークはそれぞれ異なる波数に特有に現れる。このグルコーススペクトル波形において、９０４ｃｍ−１の波数に特有に現れるピークは、９０４ｃｍ−１の波数以外の他の波数に特有に現れるピークに比べてよりグルコースの濃度に反映した値になり易い。一方、乳酸スペクトル波形も複数のピークを有し、それらピークはそれぞれ９０４ｃｍ−１の波数以外の波数に特有に現れる。
【００４５】
しかし、乳酸スペクトル波形の大部分は、グルコーススペクトル波形に埋もれるように重なっている。このため、グルコーススペクトル波形と乳酸スペクトル波形とが混在するラマンスペクトルにおいて９０４ｃｍ−１の波数に現れるピークでは、グルコース由来の第１強度と、そのグルコースと同じ解糖系に属する乳酸由来の第２強度とが含まれることになる。また、この第１強度及び第２強度は、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１の波数にあるピークの強度からは直接的に把握できず、未知である。
【００４６】
本実施形態の予測部７３では、この９０４ｃｍ−１の波数に含まれる乳酸由来の第２強度が予測される。例えば、記憶部６２の第２格納領域には、入力部６１から入力される乳酸検量線のデータが格納される。この乳酸検量線は、図３に示すように、乳酸スペクトル波形において特有のピークが現れる複数の波数ごとに、乳酸の強度と濃度（ｍｇ／ｄｌ）との関係を示すものである。複数の波数は、具体的には、８２６ｃｍ−１、１０４６ｃｍ−１、１０８２ｃｍ−１、１１３０ｃｍ−１、１４１８ｃｍ−１、１４５８ｃｍ−１、１７３０ｃｍ−１及び２９４０ｃｍ−１である。これら波数に現れるピークのうち、８２６ｃｍ−１の波数に現れるピークは、乳酸スペクトル波形以外の他のスペクトル波形と重ならず、孤立した状態で現れる。
【００４７】
予測部７３は、この８２６ｃｍ−１の波数に現れる乳酸スペクトル波形に特有のピークの強度を認識し、記憶部６２に記憶される乳酸検量線のデータを用いて、認識したピークの強度に対応する乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）を検出する。
【００４８】
また予測部７３は、乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）を検出すると、その乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）に基づいて、乳酸スペクトル波形に特有の各ピークそれぞれの強度を多変量解析法により予測する。具体的には、乳酸検量線に基づいて上記の波数ごとに一次式が立てられる。例えば、乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）をＸとし、乳酸の強度をＹとした場合、８２６ｃｍ-1に現れる乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）と強度とは下記（１）式で表され、１０４６ｃｍ-1に現れる乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）と強度とは下記（２）式で表される。また、１０８２ｃｍ-1に現れる乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）と強度とは下記（３）式で表され、１１３０ｃｍ-1に現れる乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）と強度とは下記（４）式で表され、１４１８ｃｍ-1に現れる乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）と強度とは下記（５）式で表される。さらに、１４５８ｃｍ-1に現れる乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）と強度とは下記（６）式で表され、１７３０ｃｍ-1に現れる乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）と強度とは下記（７）式で表され、２９４０ｃｍ-1に現れる乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）と強度とは下記（８）式で表される。
【００４９】
Ｘ=Ｙ/1.7736・・・（１）
Ｘ=Ｙ/0.6198・・・（２）
Ｘ=Ｙ/0.5364・・・（３）
Ｘ=Ｙ/0.3448・・・（４）
Ｘ=Ｙ/0.5057・・・（５）
Ｘ=Ｙ/1.098 ・・・（６）
Ｘ=Ｙ/0.6747・・・（７） 
Ｘ=Ｙ/0.7464・・・（８）
【００５０】
次に、上記（１）式〜（８）式が下記（９）式の多変量解析式に代入され、上記（１）式〜（８）式の右辺と対応する係数c1〜c8とを乗算した和が予め検出した乳酸の濃度（ｍｇ／ｄｌ）に最も近似するように、係数c1〜c8が求められる。これにより、乳酸スペクトル波形に特有の各ピークそれぞれの強度Ｙが算出し得る。
【００５１】
Ｘ=c1×Ｙ/1.7736＋c2×Ｙ/0.6198＋c3×Ｙ/0.5364＋c4×Ｙ/0.3448＋c5×Ｙ/0.5057＋c6×Ｙ/1.098＋c7×Ｙ/0.6747＋c8×Ｙ/0.7464・・・（９）
【００５２】
予測部７３は、乳酸スペクトル波形に特有の各ピークそれぞれの強度を算出すると、それぞれのピークとの距離が最小になる乳酸スペクトル波形を生成する。この乳酸スペクトル波形が生成されることで、グルコーススペクトル波形と乳酸スペクトル波形とが混在するラマンスペクトルにおいて９０４ｃｍ-1の波数のピークに含まれる乳酸由来の第２強度が得られる。
【００５３】
このように本実施形態の予測部７３は、他のスペクトル波形と重ならずに孤立して現れる乳酸スペクトル波形に特有のピークの強度に基づいて乳酸の濃度を検出し、検出した乳酸の濃度に基づいて乳酸由来の第２強度を予測し得る。
【００５４】
なお、予測部７３は、上記のように生成した乳酸スペクトル波形を表示部６３の表示画面に表示させ、その乳酸スペクトル波形を、入力部６１から入力される係数c1〜c8に応じて変形させるようにしてもよい。このようにすれば、予測部７３は、入力部６１からの入力に応じて変形される乳酸スペクトル波形をリアルタイムで表示画面に見させながら、乳酸スペクトル波形に特有の各ピークに近似する乳酸スペクトル波形を決定させ得る。
【００５５】
抽出部７４は、予測部７３で予測される乳酸由来の第２強度に基づいて、ラマンスペクトルにおいて所定の波数のピークに含まれるグルコース由来の第１強度を抽出する。例えば、ここでは図示しないが、図３に示した乳酸検量線のデータと同様に、グルコーススペクトル波形において特有のピークが現れる複数の波数ごとに、グルコースの強度と濃度との関係を示すグルコース検量線のデータが記憶部６２に格納される。なお、グルコース検量線のデータは、入力部６１から入力され、記憶部６２の第２格納領域に格納される。
【００５６】
抽出部７４は、記憶部６２からグルコース検量線のデータを読み出し、そのグルコース検量線を用いて、予測部７３と同様にしてグルコーススペクトル波形を生成する。そして抽出部７４は、生成したグルコーススペクトル波形の強度から、予測部７３で生成された乳酸スペクトル波形の強度を波数ごとに減算し、新たなグルコーススペクトル波形を生成する。なお、新たなグルコーススペクトル波形の９０４ｃｍ−１に現れるピークの強度は、検出対象の物質由来の第１強度とおおむね一致する。
【００５７】
このように本実施形態の抽出部７４は、ラマンスペクトルに基づいてグルコーススペクトル波形を生成し、そのグルコーススペクトル波形から、予測部７３で生成される乳酸スペクトル波形を波数ごとに減算することで、グルコース由来の第１強度を抽出し得る。
【００５８】
なお、抽出部７４は、予測部７３で予測される乳酸由来の第２強度と所定の閾値とを比較し、その第２強度が所定の閾値未満である場合には、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１のピークの強度を抽出するようにしてもよい。例えば、抽出部７４は、予測部７３で生成される乳酸スペクトル波形から９０４ｃｍ−１の波数における強度を乳酸由来の第２強度として認識する。この第２強度が所定の閾値未満である場合、第２強度が誤差として影響を及ぼす程度が小さいことになる。この場合、抽出部７４は、グルコーススペクトル波形を生成せずに、換算部７２で換算されるラマンスペクトルを取得する。そして抽出部７４は、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１のピークの強度を抽出する。このように抽出部７４は、予測部７３で予測される乳酸由来の第２強度と所定の閾値との比較結果に応じて抽出処理を変更し得る。
【００５９】
濃度検出部７５は、抽出部７４で抽出される強度に基づいて、グルコースの濃度を検出する。本実施形態の場合、濃度検出部７５は、抽出部７４で新たに生成されるグルコーススペクトル波形のうち９０４ｃｍ−１に現れるピークの強度を検出する。そして濃度検出部７５は、グルコース検量線を用いて、検出した強度に対応するグルコース濃度を検出する。
【００６０】
なお、上記のように抽出部７４がラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１のピークの強度を抽出した場合、濃度検出部７５は、グルコース検量線を用いて、その強度に対応するグルコース濃度を検出する。
【００６１】
このように本実施形態の濃度検出部７５は、抽出部７４で抽出される強度に基づいて、グルコースの濃度を検出し得る。
【００６２】
通知部７６は、乳酸の濃度に応じて、糖尿病の発症の危険度を通知する。例えば、乳酸の濃度の正常範囲と、正常範囲の上限よりも大きい濃度閾値とを示す設定データが記憶部６２に格納される。なお、乳酸の濃度の正常範囲及び濃度閾値のデータは、入力部６１から入力され、記憶部６２の第２格納領域に格納される。
【００６３】
通知部７６は、予測部７３で検出される乳酸の濃度を認識するとともに、第２格納領域から読み出したデータに示される正常範囲及び濃度閾値をそれぞれ認識する。
【００６４】
そして通知部７６は、予測部７３で検出される乳酸の濃度が正常範囲内にある場合には、糖尿病の発症の危険度が低危険度である旨を所定の表示形式で表示部６３の表示画面に表示させる。また通知部７６は、予測部７３で検出される乳酸の濃度が正常範囲の上限よりも大きく濃度閾値未満の範囲内にある場合には、糖尿病の発症の危険度が中危険度である旨を所定の表示形式で表示部６３の表示画面に表示させる。また通知部７６は、予測部７３で検出される乳酸の濃度が濃度閾値以上である場合には、糖尿病の発症の危険度が高危険度である旨を所定の表示形式で表示部６３の表示画面に表示させる。
【００６５】
このように本実施形態の通知部７６は、乳酸の濃度に応じて、糖尿病の発症の危険度を通知し得る。
【００６６】
なお、予測部７３で検出される乳酸の濃度、予測部７３で生成される乳酸スペクトル波形、抽出部７４で補正されるグルコースの強度及び抽出部７４で生成されるグルコーススペクトル波形の少なくとも１つが、糖尿病の発症の危険度とともに表示されてもよい。また、糖尿病の発症の危険度、予測部７３で検出される乳酸の濃度及び抽出部７４で補正されるグルコースの強度の少なくとも１つが、表示に加えて、又は、表示に代えて、音声出力されてもよい。
【００６７】
＜分析方法＞
次に、上記の分析装置６による分析方法について説明する。本実施形態の分析方法は、記憶部６２の展開領域に分析プログラムを展開した制御部６４によって実行される。図４は、分析方法を示すフローチャートである。
【００６８】
図４に示すように、制御部６４は、例えば入力部６１から成分分析の実行命令が与えられた時点を契機として分析プログラムを記憶部６２の展開領域に展開することで分析処理を開始し、スペクトル取得ステップＳＰ１に進む。
【００６９】
スペクトル取得ステップＳＰ１において、制御部６４は、光源２から出射する励起光の強度などを適宜調整して光源２を駆動し、血液又は間質液に励起光を照射させる。そしてスペクトル取得部７１は、励起光の照射により血液又は間質液から生じるラマン散乱光の波長ごとの強度分布を示すラマンスペクトルのデータを分光器５から取得した後、波数換算ステップＳＰ２に進む。
【００７０】
波数換算ステップＳＰ２において、制御部６４は、スペクトル取得ステップＳＰ１で取得したラマンスペクトルの波長をラマンシフト量と呼ばれる波数に換算し、予測ステップＳＰ３に進む。
【００７１】
予測ステップＳＰ３において、制御部６４は、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１の波数のピークに含まれるグルコース由来の第１強度と、そのピークに含まれる乳酸強度由来の第２強度とのうち、第２強度を予測する。例えば上記のように、制御部６４は、他のスペクトル波形と重ならずに孤立して現れる乳酸スペクトル波形に特有のピークの強度に基づいて乳酸の濃度を検出する。そして制御部６４は、乳酸の濃度に基づいて、乳酸スペクトル波形に特有となる複数のピークそれぞれの強度を多変量解析により検出する。その後、制御部６４は、それぞれのピークとの距離が最小になる乳酸スペクトル波形を生成することで乳酸強度由来の第２強度を予測し、抽出ステップＳＰ４に進む。
【００７２】
抽出ステップＳＰ４において、制御部６４は、予測ステップＳＰ３で予測される乳酸強度由来の第２強度に基づいて、ラマンスペクトルにおいて９０４ｃｍ−１の波数のピークに含まれるグルコース由来の第１強度を抽出する。例えば上記のように、制御部６４は、グルコース検量線を用いて、乳酸スペクトル波形を生成する場合と同様の演算処理を実行し、グルコーススペクトル波形を生成する。そして制御部６４は、グルコーススペクトル波形の強度から乳酸スペクトル波形の強度を波数ごとに減算して、新たなグルコーススペクトル波形を生成する。制御部６４は、この新たなグルコーススペクトル波形を生成することで、ラマンスペクトルにおいて９０４ｃｍ−１の波数のピークに含まれるグルコース由来の第１強度を抽出し、濃度検出ステップＳＰ５に進む。
【００７３】
濃度検出ステップＳＰ５において、制御部６４は、抽出ステップＳＰ４で抽出される強度に基づいて、グルコースの濃度を検出する。例えば上記のように、制御部６４は、抽出ステップＳＰ４で生成される新たなグルコーススペクトル波形のうち９０４ｃｍ−１の波数に現れるピークの強度を認識する。そして制御部６４は、グルコース検量線を用いて、認識したピークの強度に対応するグルコースの濃度を検出し、通知ステップＳＰ６に進む。
【００７４】
通知ステップＳＰ６において、制御部６４は、乳酸の濃度に応じて、糖尿病の発症の危険度を通知する。例えば上記のように、制御部６４は、予測ステップＳＰ３で検出される乳酸の濃度を認識する。そして制御部６４は、認識した乳酸の濃度と記憶部６２に予め記憶される正常範囲及び濃度閾値とに基づいて糖尿病の発症の危険度を検出し、その危険度を通知した後、分析処理を終了する。
【００７５】
なお、抽出ステップＳＰ４において、制御部６４は、予測ステップＳＰ３で予測される乳酸由来の第２強度と所定の閾値とを比較し、その第２強度が所定の閾値未満である場合には、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１のピークの強度を抽出してもよい。この場合、濃度検出ステップＳＰ５において、制御部６４は、グルコース検量線を用いて、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１のピークの強度に対応するグルコースの濃度を検出する。
【００７６】
以上のように、本実施形態の分析装置６は、予測部７３、抽出部７４及び濃度検出部７５を備える。予測部７３は、血液又は間質液で生じるラマン散乱光の波数ごとの強度分布を示すラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１の波数のピークに含まれるグルコース由来の第１強度と、そのピークに含まれる乳酸由来の第２強度とのうち、第２強度を予測する。抽出部７４は、予測部７３で予測される乳酸由来の第２強度に基づいて、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１の波数のピークに含まれるグルコース由来の第１強度を抽出する。濃度検出部７５は、抽出部７４で抽出される強度に基づいて、グルコースの濃度を検出する。
【００７７】
この分析装置６によれば、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１の波数のピークに含まれている乳酸由来の第２強度が未知であっても、その未知の第２強度を予測し、当該ピークの強度から第２強度を除くようにしてグルコース由来の第１強度を抽出できる。このため、グルコース由来の第１強度から直接的に濃度を検出することができる。従って、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１の波数のピークに含まれている乳酸由来の第２強度が高い場合であっても、グルコースの濃度を実際の濃度に近似させることができる。こうして、本実施形態の分析装置６は、分析結果の信頼性を向上させることができる。
【００７８】
また、本実施形態の予測部７３は、９０４ｃｍ−１の波数とは異なる８２６−１の波数に他のスペクトルと重ならずに孤立して現れる乳酸スペクトル波形に特有のピークの強度から乳酸の濃度を検出し、検出した濃度に基づいて乳酸由来の第２強度を予測している。
【００７９】
従って、血液又は間質液において他の物質の濃度が変動し易い場合であっても、その濃度を反映した状態で、未知となる乳酸由来の第２強度を予測することができる。
【００８０】
また、本実施形態の抽出部７４は、上記のように、乳酸由来の第２強度が所定の閾値未満である場合には、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１の波数のピークの強度を抽出するように構成し得る。
【００８１】
このようにすれば、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ−１の波数のピークの強度を単に抽出するだけであっても、乳酸由来の第２強度が誤差として影響を及ぼす程度が小さくなる。従って、第２強度が誤差として影響を及ぼす程度が小さい場合であっても一律に、９０４ｃｍ−１のピークの強度から乳酸由来の第２強度を除くようにしてグルコース由来の第１強度を抽出する場合に比べて、抽出部７４の処理負荷を低減することができる。
【００８２】
また、本実施形態の場合、乳酸の濃度に応じて、糖尿病の発症の危険度を通知する通知部７６が備えられている。
【００８３】
上記のように、糖尿病の前段階にある人の血液では乳酸の濃度が増加する傾向がある。従って、乳酸の濃度に応じて糖尿病の発症の危険度を通知することで、糖尿病の予防を促し得る。
【００８４】
上記実施形態は、本発明の一例であり、本発明の趣旨を逸脱することなく変形することができる。
【００８５】
例えば、上記実施形態では、予測部７３が、ラマンスペクトルに基づいて乳酸スペクトル波形を生成することで、そのラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ-1の波数に含まれる乳酸由来の第２強度を予測したが、他の方法により予測してもよい。例えば、ラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ-1の波数に現れるピークの強度として互いに異なる複数の既知の値を用意し、それら値ごとに実測される乳酸由来の第２強度をデータベースとして記憶部６２に保持させておく。このようにすれば、予測部７３は、換算部７２で換算されるラマンスペクトルにおける９０４ｃｍ-1の波数に現れるピークの強度を検出し、データベースを参照することで乳酸由来の第２強度を検出し得る。
【００８６】
また、上記実施形態では、予測部７３で予測される乳酸の強度の波数が９０４ｃｍ-1とされた。しかしながら、この波数は、グルコーススペクトル波形に特有のピークが現れる波数であれば、９０４ｃｍ−１の波数以外であってもよい。ただし、上記のように、グルコーススペクトル波形において、９０４ｃｍ−１の波数に特有に現れるピークは、９０４ｃｍ−１の波数以外の他の波数に特有に現れるピークに比べてよりグルコースの濃度に反映した値になり易い。従って、予測部７３で予測される乳酸の強度の波数９０４ｃｍ−１とされることが好ましい。
【００８７】
また、上記実施形態では、乳酸の濃度に応じて糖尿病の発症の危険度を通知する通知部７６が備えられたが、この通知部７６は省略されていてもよい。通知部７６が省略される場合、上記の通知ステップＳＰ６も省略される。
【００８８】
また、上記実施形態では、検出対象の物質として、解糖系の出発物質であるグルコースが適用された。また、検出対象の物質と同じ代謝経路に属する他の物質として、解糖系の最終産物である乳酸が適用された。しかしながら、解糖系に属していれば、検出対象の物質としてグルコース以外の物質が適用されてもよく、他の物質として乳酸以外の物質が適用されてもよい。グルコース及び乳酸以外の物質が適用されても、上記実施形態で説明した場合と同様の処理を実行することで、ラマンスペクトルにおける所定の波数に現れ検出対象の物質に対応するスペクトル波形に特有のピークに含まれている他の物質由来の第２強度を予測し得る。また、予測した第２強度に基づいて、ラマンスペクトルにおける所定の波数に現れるピークに含まれる検出対象の物質由来の第１強度を抽出し、検出対象の濃度を検出し得る。このため、解糖系に属する様々な物質の濃度を実際の濃度に近似する状態で検出し得る。従って、糖代謝異常の発見や治療などの指標として信頼性の高い情報を与えることができる。
【００８９】
さらに、検出対象の物質と他の物質とが同じ代謝経路に属していれば、解糖系以外の代謝経路が適用されてもよい。例えば、β酸化又は脂質合成系などの脂肪代謝経路が適用された場合、上記のように脂肪代謝経路に属する様々な物質の濃度を実際の濃度に近似する状態で検出し得る。従って、高脂血症等の脂質代謝異常の発見や治療などの指標として信頼性の高い情報を与えることができる。また、尿素回路又はアミノ酸分解系などのタンパク質代謝経路が適用された場合、上記のようにタンパク質代謝経路に属する様々な物質の濃度を実際の濃度に近似する状態で検出し得る。従って、腎不全、尿毒症、痛風等のタンパク質代謝異常の発見や治療などの指標として信頼性の高い情報を与えることができる。
【００９０】
なお、代謝異常の依存度の高い物質を検出対象の物質とした場合に、その代謝異常に応じて血液又は間質液中の濃度が変動し、その変動に応じて、検出対象の物質に対応するスペクトル波形に特有のピークで増減する第２強度を有する物質が他の物質とされることが有用と考えられる。
【００９１】
また、上記実施形態では、励起光が照射される試料ＳＰＬとして人から採取された血液が採用された。しかしながら、励起光が照射される試料ＳＰＬは人体に流れる血液とされていても良い。人体に流れる血液を試料ＳＰＬとする場合、例えば、制御部６４が、照射部３の光学系を制御して人体に対するレーザの深度を変えながら、当該深度で得られる血液成分の有無などに応じて、人体内の血管に焦点を合わせるようにすれば良い。また、人の血液が試料ＳＰＬとされたが、例えば、動物など人以外の生体にも適用可能である。
【００９２】
また、上記実施形態では、試料ＳＰＬに対して単一の波長の励起光が試料ＳＰＬに照射された。しかしながら、図５に例示するように、互いに異なる波長の第１のレーザ光と第２のレーザ光とが試料ＳＰＬに照射されても良い。図５の分析システム１００では、例えば１０６４ｎｍのパルスレーザ光であるポンプ光を出射する第１の光源２１と、例えば１１００ｎｍのパルスレーザ光であるストークス光を出射する第２の光源２２とが設けられる。第１の光源２１から出射されるポンプ光は、光遅延器３１を通してダイクロイックミラーＤＭに至る。光遅延器３１は、例えば光路長を変更して、ポンプ光の照射タイミングをストークス光に合わせるものである。第２の光源２２から出射されるストークス光は、ミラーＭを介してダイクロイックミラーＤＭに至る。ダイクロイックミラーＤＭではポンプ光とストークス光とが重畳され、その重畳されたポンプ光とストークス光とは集光され試料ＳＰＬに照射される。この照射によって試料ＳＰＬでは、ポンプ光の波長と異なりストークス光の波長とも異なる波長のＣＡＲＳ（Coherent Anti-Stokes Raman Scattering）光が生じる。試料ＳＰＬで生じたＣＡＲＳ光は、ラマン光伝搬部４の光学フィルタ４２を透過して分光器５に至る。光学フィルタ４２は、ＣＡＲＳ光以外の迷光をカットするフィルタとされる。分光器５に至ったＣＡＲＳ光は、回析格子５１で波長ごとに分けられ、当該ＣＡＲＳ光の波長ごとの強度分布を示すラマンスペクトルのデータが分光器５から出力される。このラマンスペクトルにおける各波長は、単位長さに含まれる波の数である波数に換算部７２で変換される。但し、ラマンシフト量に換算されなくても良い。
【００９３】
以上まとめると本発明の分析装置６は、以下のとおりとなる。すなわち、分析装置６は、予測部７３、抽出部７４及び濃度検出部７５を備える。予測部７３は、血液又は間質液で生じるラマン散乱光の波数ごとの強度分布を示すラマンスペクトルにおける所定の波数のピークに含まれる検出対象の物質由来の第１強度と、そのピークに含まれ検出対象の物質が属する代謝経路と同じ代謝経路に属する他の物質由来の第２強度とのうち、第２強度を予測する。抽出部７４は、予測部７３で予測される第２強度に基づいて、ラマンスペクトルにおける所定の波数のピークに含まれる第１強度を抽出する。濃度検出部７５は、抽出部７４で抽出される強度に基づいて、検出対象の物質の濃度を検出する。
【００９４】
このような分析装置６によれば、所定の波数のピークに含まれている他の物質由来の第２強度が未知であっても、その未知の第２強度を予測して第２強度がピークの強度から除かれるように検出対象の物質由来の第１強度を抽出することができる。このため、他の物質由来の強度が高い場合には、検出対象の物質由来の第１強度から直接的に濃度を検出することができる。従って、所定の波数のピークに含まれる他の物質由来の強度が高い場合であっても、検出対象の物質の濃度を実際の濃度に近似させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、医療産業などで利用可能性がある。
【符号の説明】
【００９６】
１・・・分析システム、２・・・光源、３・・・照射部、４・・・ラマン光伝搬部、５・・・分光器、６・・・分析装置、６１・・・入力部、６２・・・記憶部、６３・・・表示部、６４・・・制御部、７１・・・スペクトル取得部、７２・・・換算部、７３・・・予測部、７４・・・抽出部、７５・・・濃度検出部、７６・・・通知部、ＳＰＬ・・・試料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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