(57)【要約】【課題】採血なしで被験者に負担が少なく血糖値を正確に測定することが可能な，赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法を提供する．【解決手段】赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法において，光ファイバと多重反射プリズムを用いた測定法を提供するとともに，グルコースの吸収ピーク群が現れる９９０〜１１５０ｃｍ−１の波数範囲を含む吸収スペクトルを測定し，この波数範囲の吸収強度の積分値に基づいて血糖値を測定する．【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法において，
光ファイバと前記光ファイバに接続された多重反射プリズムを用いて血糖値を測定する方法．
【請求項２】
前記光ファイバが中空光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定方法．
【請求項３】
前記多重反射プリズムが硫化亜鉛で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の血糖値測定方法．
【請求項４】
赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法において，
グルコースの５つの異なる吸収ピークを包含する
９９０〜１１５０ｃｍ−１の波数範囲全体を含む吸収スペクトルを測定し
前記波数範囲の吸収強度の積分値に基づいて血糖値を測定する方法．
【請求項５】
赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法において，
１１４０〜１１７０ｃｍ−１の波数範囲に現れるグルコースの吸収ピークの強度，もしくは
吸収ピークの強度の積分値に基づいて血糖値を測定する方法．
【請求項６】
赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法において，
１１００〜１１４０ｃｍ−１の波数範囲に現れるグルコースの吸収ピークの強度，もしくは
吸収ピークの強度の積分値に基づいて血糖値を測定する方法．
【請求項７】
赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法において，
１０００〜９８０ｃｍ−１の波数範囲に現れるグルコースの吸収ピークの強度，もしくは
吸収ピークの強度の積分値に基づいて血糖値を測定する方法．
【請求項８】
前記血糖値測定方法において，量子カスケードレーザを光源として用いる請求項１〜７のいずれか一項に記載の血糖値測定方法．
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，血糖値測定方法に関するものであり，特に赤外分光法を用いて血液もしくは体液中のグルコースの吸収スペクトル測定を行い，その結果をもとに血糖値を測定する方法に関する．
【背景技術】
【０００２】
非侵襲に血糖値を測定する手法としては，おもに波長が８００〜１５００ｎｍ程度の近赤外光を用いた測定法の研究が進められてきた．この波長域の光は水に吸収されにくいために，人体の深くまで浸透することから，人体に光を照射して非侵襲で体内の状態を測定するのに適しているうえ，光通信に用いられる安価な半導体レーザや光検出器を利用したシステムの構築が可能で，血糖測定装置として製品化がなされたものも存在している．しかし，市場に普及するような決定的なものは実現されていない．この主な理由は，近赤外領域の血中糖分（グルコース）の吸収は非常に弱いため，その検出精度や再現性に問題があるためである．グルコースの分子振動に起因する吸収ピークの基本波は，波長が１０ミクロン程度の中赤外域に存在し，近赤外域に現れるのはその８〜１０倍音の振動であるために吸収は非常に微弱となってしまう．さらにこの領域には，水やヘモグロビン，たんぱく質といった生体を構成する物質の吸収ピークも多数存在しており，グルコースのみを検出することは極めて困難である．
【０００３】
そこで中赤外域に存在するグルコースの基本振動ピークを検出することにより，非侵襲で高精度に血糖値測定を行うシステムの提案もされてきた．これはおもにフーリエ赤外分光器と減衰全反射プリズム（以下ＡＴＲプリズムと呼ぶ）との組み合わせにより，体表から赤外光を照射し，体液もしくは血液中のグルコース濃度を測定するものである．
【特許文献１】特開２０１４−１８４７８公報
【特許文献２】再表２００６／０１１４８７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
中赤外域に存在するグルコース吸収ピーク強度に基づいて血糖値を測定する方法については，これまでは十分な測定精度は得られていない．この理由のひとつは．中赤外光は体組織のごく表面で吸収されてしまうため，検出されるグルコース吸収強度が小さく，グルコースの吸収ピーク群のうち，強度が大きく検出が比較的容易な波数１０８０ｃｍ−１もしくは１０３５ｃｍ−１付近の吸収ピークの強度に基づいて血糖値測定を行っていたためである．これらのピークは水溶液中のグルコース分子のＣ−Ｈ，もしくはＣ−ＯＨの元素間の結合エネルギーに起因するものであるが，体液中のリン酸や食物から取り込んだ成分に含まれるＣ−ＨやＣ−ＯＨの構造によっても上記の波数付近に吸収があらわれるため，これらが外乱となり測定精度が低下してしまう．
【０００５】
本発明は従来の赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法がもつ上記の問題点を解決するために考案されたものであり，非侵襲で血糖値を正確に測定することが可能なため，採血なしで被験者に負担の少ない診断を可能とする血糖値測定法を実現することを目的としている．
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために，赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法において，光ファイバとその光ファイバに接続された多重反射プリズムを用いて血糖値を測定する方法を提供する．
【０００７】
また，前記光ファイバが中空光ファイバであることを特徴とする血糖値測定方法であってもよい．
【０００８】
また前記多重反射プリズムが硫化亜鉛で構成されていることを特徴とする血糖値測定方法であってもよい．
【０００９】
また，赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法において，グルコースの５つの異なる吸収ピークを包含する９９０〜１１５０ｃｍ−１の波数範囲全体を含む吸収スペクトルを測定し，前記波数範囲の吸収強度の積分値に基づいて血糖値を測定する方法であってもよい．
【００１０】
また，赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法において，１１４０〜１１７０ｃｍ−１の波数範囲に現れるに現れるグルコースの吸収ピークの強度，もしくは吸収ピークの強度の積分値に基づいて血糖値を測定する方法であってもよい．
【００１１】
また，赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法において，１１００〜１１４０ｃｍ−１の波数範囲に現れるに現れるグルコースの吸収ピークの強度，もしくは吸収ピークの強度の積分値に基づいて血糖値を測定する方法であってもよい．
【００１２】
また，赤外分光法を用いた非侵襲血糖値測定方法において，１０００〜９８０ｃｍ−１の波数範囲に現れるに現れるグルコースの吸収ピークの強度，もしくは吸収ピークの強度の積分値に基づいて血糖値を測定する方法であってもよい．
【００１３】
また，前記のいずれかの血糖値測定方法において，量子カスケードレーザを光源として用いる血糖値測定方法であってもよい．
【発明の効果】
【００１４】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する．図１は，本発明の実施の形態の一例を示す血糖値測定装置の構成図である．フーリエ赤外分光器１から出射された凹面鏡２で集光されて光ファイバ３に導入される．光ファイバ３の先端には対象試料４に接触したＡＴＲプリズム５が取り付けられており，ＡＴＲプリズム５の透過光を光ファイバ６で受光しレンズ７および赤外検出器８からなる検出装置へ導かれる．
【００１５】
フーリエ赤外分光器１は波数８００〜５０００ｃｍ−１の広い領域を測定可能なものが望ましいが，特定の波数の光のみを発生するレーザー光源であってもよい．特に比較的小型で大きな出力が得られる量子カスケードレーザーは本測定装置の光源として好適である．その場合は，波数９９０〜１１５０ｃｍ−１の領域に現れるグルコースの吸収ピーク群のいずれか，もしくは複数のピークの波数に一致する波数と，バックグラウンドとして利用するグルコースの吸収に影響されない波数を含む複数の波数を発生する単一のレーザー装置もしくは，それぞれの波数を発生する複数のレーザー装置を用いることが望ましい．また，発振波長を変化させることが可能な波長可変赤外レーザーも本装置の光源として好適である．
【００１６】
光ファイバ３および６は，赤外光を低損失で伝送することが可能で，かつ柔軟な中空光ファイバであることが望ましい．またフーリエ赤外分光器などに利用されている広帯域光源は，微少な点に集光することが困難なため，中空光ファイバの直径は１ミリ以上であることが望ましい．
【００１７】
図２はＡＴＲプリズム５の拡大図である．このプリズムは直径２ミリの中空光ファイバに接続して使用することを想定した一例であり，台形状のプリズムの上底及び下底で合計９回反射が生じる．通常のＡＴＲプリズムにおける反射回数は１〜２回程度であるのに対して，反射回数を増加させることにより，プリズムに接触するサンプルの吸収をより高感度に検出することが可能であるため，反射回数は５回以上であることが望ましい．また，台形状のプリズムはサンプルへの接触面積を大きくとれるため，プリズムの押付圧力の変化による検出値の変動を小さく抑えることが可能である．そして，台形状プリズムを柔軟な光ファイバに接続することにより，口唇にはさんだ形での測定が可能となる．厚い角質層に覆われた皮膚とは異なり，口唇などの粘膜には，ごく薄い角質層しか存在しないため，体液もしくは血液中のグルコースをより高い感度で検出することが可能である．
【００１８】
またＡＴＲプリズム５の材料としては人体に対して毒性がなく，測定対象のグルコースの吸収帯である波数１０００ｃｍ−１付近で高い透過率を示すことが必要である．これらの条件を満たす材料としては，ダイアモンド，ゲルマニウム，シリコン，硫化亜鉛などが挙げられる．これらのうち，プリズムから光のしみ出しが大きく，より深部までの検出が可能な低屈折率な材料としては，ダイアモンドもしくは硫化亜鉛が好適だが，より低コストな硫化亜鉛がプリズム材料として望ましい．硫化亜鉛は赤外材料として一般的に利用されているセレン化亜鉛とは異なり，発がん性が無いことが示されており，無毒な染料（リトポン）として歯科材料にも利用されている．
【００１９】
図３は，濃度０〜１％のグルコースゲルを多重反射型ＡＴＲプリズムの上下底面に接触させて測定したグルコース水溶液ゲルの赤外吸収スペクトルである．なおこのスペクトルはグルコースの吸収ピーク群が存在する波数領域の両端である１１７５ｃｍ−１と９８０ｃｍ−１の２波数においてベース間補正をして得られたものである．図３にはグルコースの５つの吸収ピークが，波数１１５５，１１００，１０８０，１０３５，９９０ｃｍ−１付近に現れている．これらのうち，１０８０および１０３５ｃｍ−１のピークはグルコース分子を形成するＣ−ＯＨもしくはＣ−Ｈの元素間の結合エネルギーに起因するものであり，それ以外のピークは主に水水溶液中のグルコースが形成するピラノース環構造のＣ−Ｃ結合に起因するものである．どのピークも濃度が高くなるにつれ大きくなることが確認される．
【００２０】
図４はＡＴＲプリズム５の上下面を口唇に挟んだ状態で測定した，ヒト口唇粘膜の吸収スペクトルの一例である．３３００ｃｍ−１付近に水のＯーＨ結合，１１５０ｃｍ−１付近にたんぱく質に起因する複数の吸収ピークが現れている．また微弱ではあるが，１０００ｃｍ−１付近にグルコースの吸収ピーク群が見て取れる．
【００２１】
図５は図４に示したスペクトルの１０００ｃｍ−１付近のグルコースの吸収領域を拡大したものである．１０３５ｃｍ−１や１０８０ｃｍ−１付近の吸収ピークが観察されるが，図３の水溶液の吸収スペクトルほどは明確にピークが現れていない．これは，口唇粘膜に含まれるグルコース以外のリン酸やたんぱく質などの成分に起因する吸収ピークが重畳して現れているためと思われる．
【００２２】
図６はヒト経口ブドウ糖負荷試験を行った際に測定した吸収スペクトルのうち，血糖値が上昇した際の吸収スペクトルと空腹時（血糖値７２ｍｇ／ｄｌ）の吸収スペクトルの差分を計算したものである．吸収スペクトルの差分をとることにより，たんぱく質などの組織の吸収の影響が排除され，体液もしくは血液中のグルコース濃度増加分のみの影響が現れ，図３のグルコース水溶液と同様に５つの吸収ピークが見て取れる．またこれらのピーク強度は血糖値の上昇に応じて増大している．
【００２３】
図７はさまざまな血糖値において，図６と同様に差分スペクトルを測定した際の，１０３５ｃｍ−１のピーク強度と採血により測定した血糖値との相関図である．血糖値とピーク高さに相関はあるものの，相関係数Ｒ２は０．６程度とあまり良好な相関は得られていない．また１０８０ｃｍ−１のピーク強度に基づいて評価を行ったところほぼ同様の結果が得られた．これらのピークは水溶液中のグルコース分子のＣ−Ｈ，もしくはＣ−ＯＨの元素間の結合エネルギーに起因するものであるが，体液中のリン酸や食物から取り込んだ成分に含まれるＣ−ＨやＣ−ＯＨの構造によっても上記の波数付近に吸収があらわれるため，これらが外乱となり測定精度が低下してしまうためと考えられる．
【００２４】
これらのピーク強度の変動の大きさはピーク間には相関がないものと考えらえるため，その影響はグルコースの吸収ピーク群を含む波数範囲の積分値を利用することによって抑制することが可能である．図８はグルコースの吸収ピーク群を含む波数範囲を含む領域の積分値を求める方法を示した模式図である．スペクトル上の波数９８０ｃｍ−１から１１７０ｃｍ−１の２点でベースライン補正を行い，その結果得られる吸収スペクトルを積分している．図９は上記の積分値から得られる推定血糖値と採血により測定した血糖値との相関図である．相関係数Ｒ２で０．８２程度と良好な相関が得られている．
【００２５】
また体液中のリン酸や食物から取り込んだ成分に含まれるＣ−ＨやＣ−ＯＨの影響を受けない，波数１１５５，１１００，９９０ｃｍ−１付近のピーク強度もしくは面積に基づいて評価を行うことによっても，精度の高い測定が可能となる．図１０は１１５５ｃｍ−１付近の吸収ピーク強度の血糖値による変化を示したものであり，血糖値の上昇に応じて強度が増大している．図１１は波数１１５５ｃｍ−１付近のピーク面積をもとに推定した血糖値と採血により測定した血糖値との相関図であり，相関係数Ｒ２で０．７８程度と良好な相関が得られている．また他の１１００，９９０ｃｍ−１付近のピーク強度もしくは面積に基づいて推定した値においても，同様に採血により測定した血糖値と良好な相関が得られた．
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す血糖値測定装置の構成図である．
【図２】ＡＴＲプリズムの拡大図である．
【図３】濃度０〜１％のグルコースゲルをＡＴＲプリズムの上下底面に接触させて測定したグルコース水溶液ゲルの赤外吸収スペクトルである．
【図４】ＡＴＲプリズム５の上下面を口唇に挟んだ状態で測定した，ヒト口唇粘膜の吸収スペクトルの一例である．
【図５】図４に示した吸収スペクトルの波数１０００ｃｍ−１付近のグルコースの吸収領域の拡大図である．
【図６】ヒト経口ブドウ糖負荷試験を行った際に測定した吸収スペクトルのうち，血糖値が上昇した際の吸収スペクトルと空腹時（血糖値７２ｍｇ／ｄｌ）の吸収スペクトルの差分を計算したものである．
【図７】さまざまな血糖値において，図６と同様に差分スペクトルを測定した際の，波数１０３５ｃｍ−１のピーク強度と採血により測定した血糖値との相関図である．
【図８】グルコースの吸収ピーク群を含む波数範囲を含む領域の積分値を求める方法を示した模式図である．
【図９】グルコースの吸収ピーク群を含む波数範囲を含む領域の積分値から得られる推定血糖値と採血により測定した血糖値との相関図である．
【図１０】波数１１５５ｃｍ−１付近の吸収ピーク強度の血糖値による変化を示したグラフである．
【図１１】波数１１５５ｃｍ−１付近のピーク面積をもとに推定した血糖値と採血により測定した血糖値との相関図である．
【符号の説明】
【００２７】
１    フーリエ赤外分光器
２    凹面鏡
３    光ファイバ
４    被測定対象試料
５    ＡＴＲプリズム
６    光ファイバ
７    受光レンズ
８    赤外検出器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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