Development of a optical microphone using photoacoustic spectroscopyfor non-invasive glucose measurement

利用光声光谱法开发用于无创血糖测量的光学麦克风

基本信息

批准号：
18500373
负责人：
WADAMORI Naoki
金额：
$ 2.65万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

光音響分光法を応用した非侵襲血糖値測定の小型化、高感度化を目指し、(1)小型かつ信号ラインに光を使用するため電磁波雑音の影響に強いとされる光マイクロホンを用いた装置系、(2)DSP化可能な適応フィルタを応用した適応雑音除去処理を新たに導入した装置系について検討した。従来の装置系においてグルコースの分別定量値が5g/dlであったのに対し、従来装置系で用いていたコンデンサマイクロホンに比べ光マイクロホンの感度が約6倍向上することを確認し、様々な条件における共鳴型セルの性能を厳密に評価する方法として、PA現象を模擬した有限要素法による数値解析の妥当性を示し、デッドボリュームを削減した共鳴型セルの検出感度は直管形セルに比べ約18倍向上することを確認した。さらに、適応雑音除去処理による有色雑音除去性能を数値シミュレーションおよびファントムを用いた基礎実験により評価した結果から、適応雑音除去処理を導入した装置系は、生体計測において必要な装置系のダイナミックレンジ50dB以上である62dBであることを確認した。なおかつ、照射光出力が人体に対する最大許容露光量10mW以下の8.3mWで、前述した装置系のダイナミックレンジを実現していることから、光源10mW以下の比較的小型な光源装置を用いることが可能であることが考えられる。したがって、提案手法による装置系の小型化の可能性が示され、簡易な血糖自己測定器として必要な精度である20~500mg/dl±10%を達成可能であると考えられる。今後、小容積化を図った共鳴型セルを試作し、基礎実験による試作した共鳴型セルの性能評価を行った後、グルコース水溶液を対象とした分別定量実験を行う予定である。さらに、ボランティアによる糖負荷実験を実施し、PASによる非侵襲血糖値測定の可能性を明らかにし、臨床応用の目処をつける予定である。

我们已经研究了（1）使用光学麦克风的设备系统，该设备系统被认为对电磁噪声的影响具有抗性，因为它们使用光作为信号线，以及（2）新引入了使用DSP启用DSP自适应自适应过滤器的设备系统。 We confirmed that, while the fractional quantification of glucose was 5g/dl in the conventional device system, the sensitivity of the optical microphone is approximately 6 times higher than that of the condenser microphone used in conventional device systems, and demonstrated the validity of numerical analysis using the finite element method, which simulates the PA phenomenon, as a method for rigorously evaluating the performance of resonance cells under various conditions, and confirmed that the死亡量减小的共振细胞的检测敏感性比直管细胞高约18倍。此外，从使用数值模拟的自适应降噪处理评估的结果和使用Phantoms的基本实验的评估结果，可以证实，引入了自适应去除噪声处理的设备系统为62 dB，是50 dB或更多的生物学测量设备系统动态系统的范围。此外，由于受照射的光输出为8.3 mW，人体的最大允许曝光量为10 mW或以下，实现了上述设备系统的动态范围，因此可以使用具有10 MW或更少光源的相对较小的光源设备。因此，可以使用所提出的方法降低设备系统的大小，并且据信它可以达到20至500 mg/dl±10％，这对于简单的血糖自我测量设备是必不可少的。将来，我们计划产生一个具有较小体积的共振细胞，评估基本实验产生的谐振细胞的性能，然后使用葡萄糖水溶液进行单独的定量实验。此外，我们计划由志愿者进行葡萄糖加载实验，以阐明使用PAS进行非侵入性血糖测量的可能性，并为临床应用设定目标。