JP2001041884A - 血液中成分濃度の測定装置 - Google Patents

血液中成分濃度の測定装置

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JP2001041884A
JP2001041884A JP21190999A JP21190999A JP2001041884A JP 2001041884 A JP2001041884 A JP 2001041884A JP 21190999 A JP21190999 A JP 21190999A JP 21190999 A JP21190999 A JP 21190999A JP 2001041884 A JP2001041884 A JP 2001041884A
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blood
light
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JP21190999A
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Katsuhiko Maruo
勝彦 丸尾
Fumio Kitagawa
文夫 北川
Masami Oka
雅美 岡
Keisuke Shimizu
敬輔 清水
Jiyakusei Chin
若正 陳
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 少量の血液(約1滴=約0.05ml)の採取
と簡単な取り扱いで測定を行うことができるものとす
る。 【解決手段】 波長が1000nm〜2500nmの近
赤外線の吸収を測定することで血液中成分濃度を測定す
る測定装置であり、試料である血液12中に近赤外光を
照射するとともに該近赤外光を受光する受発光部を有す
るセンシング部Pを備える。センシング部の受発光部の
近赤外線の受発光間隔は中心間距離0.1mm以上2m
m以下である。上記距離を満たす量の血液を受発光部に
置くだけで吸収スペクトルの測定を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、近赤外領域におけ
る光の吸収を利用して血液中の成分濃度を分光分析する
分析装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の血液中の化学成分の分光分析の例
としては、汎用のFT−(N)IRを利用して行う分析
方法がある。FT−(N)IRは光の干渉を利用した分
光分析方法で、血液分析に限らず広く利用されている。
【0003】FT−(N)IRによる血液の分析手法と
しては、中赤外領域ではATRプリズムを利用した分析
が一般的であるが、近赤外領域では透過あるいは拡散反
射した光が用いられる。
【0004】透過による血液分析は、装置性能にもよる
が、赤血球等の強い散乱の影響を受けるため、一般的に
行われる透過セルに血液試料を入れて分析する手法では
十分なS/Nを有するスペクトル信号を得られないこと
が多い。
【0005】そのため、血中成分の分析には予め血液中
の固形成分を分離した血清あるいは血漿を用いて行われ
ることが多い。
【0006】図10に血液のスペクトル測定を行う際に
用いられている試料ホルダー5と、該試料ホルダー5中
に充填した血液に対する近赤外線の受発光構成の従来例
を示す。図中1は反射粉末、2は水晶製の窓、3は受光
素子、4は試料の厚さ調整のための調整リングである。
【0007】なお、得られた近赤外スペクトルから血液
中の化学成分を分析するには、通常多変量解析を利用し
たケモメトリクス手法が用いられる。ケモメトリクス手
法は重回帰分析(MLR)、主成分回帰分析(PC
R)、ニューラルネット等の多変量解析を用いて作成し
た検量線で血液中の成分濃度を定量するもので、検量線
の作成は予め濃度が既知の化学成分を含む血液から得ら
れる近赤外スペクトルを複数の濃度水準で測定し、化学
成分の濃度を目的変量、得られた近赤外スペクトルを説
明変量として前記のような多変量解析により行う。
【0008】分光分析手法では計測を目的とする成分の
特徴的な吸収を利用して定量を行うために、目的とする
成分毎に検量線を作成すれば、1回のスペクトル測定で
多成分の濃度定量が可能である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
近赤外光による血液分析は、透過セルによる透過スペク
トル測定や容器に満たした試料の拡散反射スペクトル測
定により行うことから、血液試料の取り扱いが難しかっ
たり、多量の血液をサンプリングする必要があった。
【0010】また、赤血球の散乱等を避けるために薬品
や遠心分離装置等を用いて固形成分を分離しなくてはな
らなかった。
【0011】血液中の成分分析は、被測定者の負担を軽
減する観点から採血量は少ないほど望ましいし、血液を
介する感染症を予防するためにも血液の取り扱いが簡単
なものがよいことはいうまでもない。
【0012】本発明は、上記課題を解決するものであ
り、少量の血液(約1滴=約0.05ml)を採取するこ
とで血液中成分の濃度を簡単な取り扱いで測定すること
ができる血液中成分濃度の測定装置を提供する。
【0013】
【課題を解決するための手段】しかして本発明は、波長
が1000nm〜2500nmの近赤外線の吸収を測定
することで血液中成分濃度を測定する測定装置であっ
て、試料である血液中に近赤外光を照射するとともに該
近赤外光を受光する受発光部を有するセンシング部を備
え、該センシングはその受発光部の近赤外線の受発光間
隔が中心間距離0.1mm以上2mm以下となっている
ことに特徴を有している。
【0014】近赤外線の受発光間隔が中心間距離で0.
1mm以上2mm以下であるために、上記距離を満たす
血液量があれば吸収スペクトルの測定を行うことができ
る。
【0015】センシング部の受発光部は、中心間距離
0.1mm以上2mm以下の少なくとも2本の光ファイ
バで形成することが好ましく、さらには受光用光ファイ
バを中心とする円周上に少なくとも2本の発光用光ファ
イバを配置したり、受光用光ファイバを格子状に配列し
たものとするのが好ましい。
【0016】センシング部は、受発光部が位置する測定
面が上向きの平面として形成されて血液の滴下面となっ
ているものを好適に用いることができるが、受発光部が
位置する測定面に血液を溜める液溜め部を設けていても
よく、また、測定面に血液を吸着保持する保持手段、た
とえば織布あるいは不織布を配したものとしてもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】以下本発明を実施の形態の一例に
基づいて詳述すると、図1に示すように、ハロゲンラン
プからなる光源6と、光源6からの光を集束する集光レ
ンズ7と、集光レンズ7を通過した光を試料血液12に
照射するとともに試料血液12内を透過あるいは拡散反
射した光を受光するための光ファイババンドル8と、受
光後の光を分光する回折格子を収めた回折格子ユニット
9と、前記回折格子ユニット9で分光された光を検出す
るためのInGaAsアレイ型の受光素子ユニット1
0、受光素子ユニット10で得られた信号をもとにグル
コース濃度を演算する演算ユニット11とから構成され
る。なお、回折格子を利用した分散型の分光分析装置を
示したが、FT−(N)IRのような干渉型や音響光学
フィルタを用いた分光分析装置であってもよい。
【0018】上記の光ファイババンドル8は、一端のプ
ローブP側において投光用光ファイバと受光用光ファイ
バとを束ねたもので、上向きとされているプローブPの
先端の測定面13には、投光用光ファイバの光の出射端
15および受光用光ファイバの光の入射端14とが露出
している。
【0019】ここにおいて、プローブPの先端面におけ
る出射端15および入射端14の配置は、図2に示すよ
うに、複数の出射端15を同一円周上に配置するととも
にその中心に入射端14を位置させたものとして構成し
てあり、また出射端15と入射端14との中心間隔Lは
0.1mm以上2mm以下、望ましくは700μm±4
00μmの範囲内において一定としている。なお、ここ
では投光用光ファイバおよび受光用光ファイバとしてク
ラッド径が200μm、コア径が180μmのものを用
いて、上記中心間隔Lは350μmとしている。
【0020】この装置による血液中成分濃度の測定に際
しては、指を穿刺して得た血液12を測定面13に滴下
する。血液12は表面張力によって測定面13上で凸状
に保持される。この状態で出射端15から出射した光を
血液12に当てれば、血液12中を光が伝搬し、血液か
ら出射された一部の後方散乱光が入射端14から受光用
光ファイバを通って回折格子ユニット9で分光された
後、受光素子ユニット10によって受光信号として検出
され、受光信号は増幅及びAD変換の後、マイクロコン
ピュータからなる演算ユニット11に送られて、予め作
成していた検量線によって化学成分濃度を算出する。本
例により得られた血液12の近赤外スペクトルを図3に
示す。
【0021】検量線の作成は、濃度が既知の化学成分を
含む血液を複数の濃度水準で準備し、前記血液のスペク
トル測定を行い、既知濃度を目的変量、スペクトルを説
明変量として多変量解析手法を用いて行う。化学成分の
分析は目的とする成分毎に検量線を作成すれば、1回の
スペクトル測定で複数の化学成分の分析が可能である。
したがって、酵素等を利用した測定に比べ他成分の濃度
を短時間測定すること可能で、必要血液量も非常に少な
くてすむ。また、血液を保持する測定面13が平面であ
るために、測定後の血液の拭き取り等のメンテナンスも
容易である。
【0022】なお、入射端14を中心とした円周上に出
射端15を配置したものを示したが、出射端15と入射
端14との中心間隔Lが上記間隔に設定されていさえす
れば、上記配置に限定されるものではなく、また出射端
15および入射端14の数(光ファイバの本数)も限定さ
れるものではない。
【0023】図4はプローブPにおける光ファイバー
(出射端15と入射端14)の配置の他例を示すもの
で、ここでは受発光ファイバを格子状に配列すること
で、発光、受光の効率を高くして少ない光量でのスペク
トル測定が可能となるようにしている。また、受発光フ
ァイバを多く用いることができるので、スペクトル情報
の平均化がすすみ、ロバスト性及び再現性が向上する。
【0024】図5に示すものは、測定面13を平面とす
るのではなく、周囲より0.5mmほど低い凹部を中央
部に設けて該凹部の底面に受発光間隔が500μmであ
る出射端15及び入射端14を位置させたものとしてい
る。凹部を設けることで液溜め構造となるようにしたも
のであり、このために測定面13に滴下した血液12は
確実に受発光部分に溜められて保持される。この結果、
スペクトル測定のロバスト性及び再現性を向上させるこ
とができる。
【0025】出射端15と入射端14の中心間距離が
0.1〜2.0mmであれば、発光ファイバ及び受光フ
ァイバは平行である必要はなく、図6に示すように、角
度を持った配置となっていてもよい。また、受光ファイ
バを介して受光するのではなく、図7に示すように、プ
ローブPに配した受光素子16で直接受光してもよい。
この場合の受光素子16には、直径0.3mmでカット
オフ波長が2.1μmのInGaAs受光素子を好適に
用いることができる。
【0026】図8に示すように、測定面13に血液を吸
着保持する保持手段17を配してもよい。なお、保持手
段17はディスポーザブルなポリエステル製の不織布を
用いている。この場合、穿刺して得られた血液12を液
溜め部分に近づけるだけで、保持手段17により血液1
2は繊維を浸透して確実に受発光部分に満たされる。従
って測定時の操作性が向上するとともに、測定面13を
水平にする必要がなくなり、測定面の傾きに起因する誤
差の低減ができる。
【0027】保持手段17にはポリエステル製の不織布
のほか、レーヨン、ポリプロピレン等を用いてもよく、
また織布を用いてもよい。
【0028】上記の各例では、受光手段を中心に配して
周囲に発光手段を配置する構成としているが、これは逆
となっていてもよい。
【0029】なお、プローブPは図9に示すように、測
定面13を覆う遮光用の蓋20を備えたものとしておく
のが好ましい。また、開閉自在としている蓋20の内面
はつや消しの黒色塗装を施したものとしておくのがよ
い。周囲環境等の迷光を遮断することができるために、
より精度が高く、且つロバストな測定が可能となる。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明においては、センシ
ング部の受発光部の近赤外線の受発光間隔を中心間距離
0.1mm以上2mm以下としているために、上記距離
を満たす少量の血液(約1滴=約0.05ml)を採取
し、これをセンシング部の受発光部が位置する測定面に
載せるだけで、血液中成分の濃度を測定することができ
るものである。
【0031】また、センシング部の受発光部は、中心間
距離0.1mm以上2mm以下の少なくとも2本の光フ
ァイバで形成することで、センシング部の構造を簡単な
ものとすることができ、さらに受光用光ファイバを中心
とする円周上に少なくとも2本の発光用光ファイバを配
置したり、受光用光ファイバを格子状に配列することに
よって、受光量を高めて確実な測定を行うことができ
る。
【0032】センシング部は、受発光部が位置する測定
面が上向きの平面として形成されて血液の滴下面となっ
ているものが測定後の測定面からの血液除去(洗浄)に
有利であるが、受発光部が位置する測定面に血液を溜め
る液溜め部を設けた時には、血液が一定位置に確実に留
まるために測定についてのロバスト性及び再現性の点で
有利となる。
【0033】また、測定面に血液を吸着保持する保持手
段、たとえば織布あるいは不織布を配したならば、測定
面の傾きによる誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)
は概略構成図、(b)はプローブの断面図である。
【図2】同上のプローブの平面図である。
【図3】同上によって得られた近赤外スペクトル図であ
る。
【図4】他例のプローブの平面図である。
【図5】さらに他例のプローブを示しており、(a)は平
面図、(b)は断面図である。
【図6】別の例のプローブの断面図である。
【図7】さらに別の例のプローブの断面図である。
【図8】他例のプローブの平面図である。
【図9】蓋を設けたプローブの断面図である。
【図10】従来例の断面図である。
【符号の説明】
P プローブ 12 血液 13 測定面 14 入射端 15 出射端
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 雅美 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 清水 敬輔 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 陳 若正 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 2G045 AA13 BB12 CA25 FA01 FA25 GC10 HA14 2G059 AA01 BB13 CC16 DD13 EE01 EE02 GG01 HH01 HH06 JJ05 JJ17

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 波長が1000nm〜2500nmの近
    赤外線の吸収を測定することで血液中成分濃度を測定す
    る測定装置であって、試料である血液中に近赤外光を照
    射するとともに該近赤外光を受光する受発光部を有する
    センシング部を備えるとともに、該センシング部はその
    受発光部の近赤外線の受発光間隔が中心間距離0.1m
    m以上2mm以下となっていることを特徴とする血液中
    成分濃度の測定装置。
  2. 【請求項2】 センシング部の受発光部は、中心間距離
    0.1mm以上2mm以下の少なくとも2本の光ファイ
    バで形成されていることを特徴とする請求項1記載の血
    液中成分濃度の測定装置。
  3. 【請求項3】 受光用光ファイバを中心とする円周上に
    少なくとも2本の発光用光ファイバが配置されているこ
    とを特徴とする請求項2記載の血液中成分濃度の測定装
    置。
  4. 【請求項4】 受光用光ファイバが格子状に配列されて
    いることを特徴とする請求項2または3記載の血液中成
    分濃度の測定装置。
  5. 【請求項5】 センシング部は、受発光部が位置する測
    定面が上向きの平面として形成されていることを特徴と
    する請求項1〜4のいずれかに記載の血液中成分濃度の
    測定装置。
  6. 【請求項6】 センシング部は、受発光部が位置する測
    定面に血液を溜める液溜め部を備えていることを特徴と
    する請求項1〜4のいずれかに記載の血液中成分濃度の
    測定装置。
  7. 【請求項7】 測定面に血液を吸着保持する保持手段を
    配していることを特徴とする請求項5または6記載の血
    液中成分濃度の測定装置。
  8. 【請求項8】 保持手段は織布あるいは不織布であるこ
    とを特徴とする請求項7記載の血液中成分濃度の測定装
    置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1378744A1 (en) * 2002-07-03 2004-01-07 IWRX Pty Ltd. Sugar monitor
JP2005003383A (ja) * 2003-06-09 2005-01-06 Dkk Toa Corp 光学センサ
CN100406872C (zh) * 2002-11-04 2008-07-30 天津市先石光学技术有限公司 复合光谱测量方法及其光谱检测仪器

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Effective date: 20061003