Breakthrough in non-invasive blood analysis using mid-infrared light

使用中红外光进行无创血液分析的突破

• 批准号: 20H00231
• 负责人: 松浦 祐司
• 金额: $ 28.29万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00231/
• 关键词: 赤外分光; 光音響分光; 光熱偏向分光; 血糖値測定; 光熱偏向分光分析; 光音響分光法; 非侵襲血糖値測定; 光熱偏向分光法; 赤外分光法; 光熱変換分光法; 量子カスケードレーザ

本研究は血糖，コレステロールなどの血中成分を，指や口唇でセンサ部を触れただけで，非侵襲で精密に分析を行う装置を開発することを目的とする．そのために高精度測定が期待される中赤外分光法を利用するが，中赤外光の体内への微小な侵入深さおよび微弱な光強度という問題点が大きな障壁となる．そこで，侵入深さが数ミクロンであった従来の減衰全反射（ATR）分光法に替えて，生体試料に垂直に光を入射し，光吸収により発生する熱または音響波を検出する新手法について検討する．この手法では光の侵入深さを20ミクロン程度と大きくとることができ，高感度化が期待される．熱検出には，熱による屈折率変化を近赤外プローブレーザ光で検出する光熱偏向法を用いるが，今年度においては従来，プローブ光を中赤外励起光の照射点で全反射するように配置していたが，この場合はアライメントずれによる影響が大きく，比較的大きいプリズムを必要とする．そこでプローブ光をプリズム表面に平行に入射する測定系を構築するとともに，小型のZnSプリズムを導入し，温度による屈折率変化が大きい，緑色光を導入することによって，良好な感度を得た．また，音波をとらえる光音響法においては，ヒトを対象とした測定を行い，採血による血糖値測定と同時に分光測定を行うことにより，血糖値の実測値と分光測定からの推定値との相関を撮ることを試みた．しかし，良好な相関関係は得られなかったため，血糖値が130mg/dlより高いか低いかの判別分析を行うことを試みた結果，推定的中率70%以上という良好な結果が得られた．

は blood sugar, this study コ レ ス テ ロ ー ル な ど の を blood components, refers to the や oral で セ ン サ department touch を れ た だ け で, noninvasive で precision に line analysis を う device を open 発 す る こ と を purpose と す る. そ の た め に high-precision measurement が expect さ れ る を outside red spectroscopic method in using す る が, the red outside light の body へ の tiny な into deep さ お よ び な weak light intensity と い う problem point が big き な barrier と な る. そ こ で, into deep さ が number ミ ク ロ ン で あ っ た 従 to の damping total reflection (ATR) spectrometry に for え て, living body sample に vertical に を incident し light, light absorption 収 に よ り 発 raw す thermal ま る た は sound wave を 検 out す る new gimmick に つ い て beg す 検 る. The <s:1> <s:1> technique で さを light tube intrusion depth さを20 <s:1> <s:1> ロ <s:1> degree と large <s:1> くとる とがで とがで とがで とがで ロ, high sensitivity が expectation される. Hot 検 に は, hot に よ る inflectional rate - the を nearly bare outside プ ロ ー ブ レ ー ザ light で 検 out す を る solar-thermal deflection method using い る が, our に お い て は 従, プ ロ ー ブ light red wound up の sunlight outside point in を で total reflection す る よ う に configuration し て い た が, こ の occasions は ア ラ イ メ ン ト ず れ に よ る が affected き く, For comparison, larger プリズムを プリズムを プリズムを is necessary とする. そ こ で プ ロ ー ブ light を プ リ ズ に ム surface parallel に incident す る measurement system を build す る と と も に, small の ZnS プ administered リ ズ ム を import し, temperature に よ る inflectional rate - the big が き い, green light を import す る こ と に よ っ て, good な sensitivity を た. ま た, sonic を と ら え る light stereo method に お い て は, ヒ ト を like と seaborne し た determination を い, blood に よ る numerical determination of blood sugar と に spectral measurement at the same time line を う こ と に よ り, blood sugar numerical の be measured numerical と spectral photometry か ら の presumption of numerical と の phase masato を pinch of る こ と を try み た. し か し, good な phase masato masato are は should ら れ な か っ た た め, blood sugar numerical が 130 mg/dl よ り high い か low い か の line discriminant analysis を う こ と を try み た as a result, the presumption of the rate more than 70% と い う な good results ら が れ た.

项目成果

超音波トランスデューサを用いた光音響分光法による生体成分イメージングの試

使用超声换能器使用光声光谱进行生物成分成像的试验

• 发表时间: 2022
• 作者: 田中望実;松浦祐司
• 通讯作者: 松浦祐司

Convolutional neural networks for classification and regression analysis of one-dimensional spectral data

用于一维光谱数据分类和回归分析的卷积神经网络

• 发表时间: 2020
• 期刊: arXiv
• 作者: Ine L. Jernelv;Dag Roar Hjelme;Yuji Matsuura,;Astrid Aksnes
• 通讯作者: Astrid Aksnes

超音波検出に基づく中赤外光音響分光法を用いたハイパースペクトルイメージングの試み

基于超声检测的中红外光声光谱高光谱成像尝试

• 发表时间: 2023
• 作者: 田中望実;木野彩子;松浦祐司
• 通讯作者: 松浦祐司

中赤外光イメージングのための反共振型中空マルチコアファイバ

用于中红外成像的反谐振空心多芯光纤

• 发表时间: 2020
• 期刊: レーザー研究
• 作者: 片桐崇史;松浦祐司
• 通讯作者: 松浦祐司

Mid-infrared photoacoustic spectroscopy using piezoelectric transducer

使用压电换能器的中红外光声光谱

• 发表时间: 2023
• 作者: R. Sasaki;S. Kino;Y. Matsuura
• 通讯作者: Y. Matsuura