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。

为了实现使用光声光谱的无创血糖水平测量的小型化和提高灵敏度，我们开发了（1）一种使用光学麦克风的设备，该设备结构紧凑且能够抵抗电磁噪声的影响，因为它在信号线中使用光（ 2) 我们研究了一种新引入自适应噪声消除处理的系统，该系统使用可转换为 DSP 的自适应滤波器。虽然传统装置系统中葡萄糖的分数定量值为 5 g/dl，但我们确认光学麦克风的灵敏度比传统装置系统中使用的电容式麦克风高约 6 倍，并且我们证明了使用模拟 PA 现象的有限元方法作为严格评估谐振单元性能的方法进行数值分析的有效性，我们确认了 18 倍的改进。此外，基于通过数值模拟和使用体模的基础实验评估自适应噪声去除处理的有色噪声去除性能的结果，我们发现采用自适应噪声去除处理的设备系统具有50dB以上的动态范围，即经确认为生物仪器所必需的62dB。此外，由于照射光输出为8.3mW，小于人体最大允许照射量10mW，并且实现了上述装置系统的动态范围，因此可以使用相对较小的光源我可以想到一些光源小于 10 mW 的设备。因此，所提出的方法显示了缩小装置系统尺寸的可能性，并且认为有可能实现20至500mg/dl±10%的精度，这是简单的自我监测血糖所需的精度仪表。未来，我们计划制作体积更小的谐振单元原型，通过基础实验评估原型谐振单元的性能，然后针对葡萄糖水溶液进行分数定量实验。此外，我们计划与志愿者进行葡萄糖耐量实验，以阐明利用PAS进行无创血糖水平测量的可能性，并开拓临床应用前景。