(57)【要約】【課題】  計測者の熟練がなくとも、容易に非侵襲脂質計測が可能な装置及び方法を提供する。【解決手段】  生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で、所定の円周上の回転対称な複数の位置に光を照射する照射部と、生体から放出される光強度に基づいて生体内の複数の位置における光到達範囲を検出する光強度検出部と、光到達範囲に基づいて所定の光到達範囲パラメータを算出し、光到達範囲パラメータに基づいて生体内の脂質濃度を算出する制御部と、を有する。【選択図】  図１Ｂ
2020003411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で、所定の円周上の回転対称な複数の位置に光を照射する照射部と、
前記生体から放出される光強度に基づいて生体内の前記複数の位置の各々における光到達範囲を検出する光強度検出部と、
前記複数の位置の各々における光到達範囲に基づいて所定の光到達範囲パラメータを算出し、前記光到達範囲パラメータに基づいて生体内の脂質濃度を算出する制御部と、
を有することを特徴とする脂質計測装置。
【請求項２】
前記光強度検出部は、前記所定の円周のほぼ中心に配置された、アレイ状の素子であることを特徴とする請求項１に記載の脂質計測装置。
【請求項３】
前記光到達範囲パラメータは、前記複数の位置の各々における光到達範囲の面積に基づくことを特徴とする請求項１または２に記載の脂質計測装置。
【請求項４】
前記光到達範囲パラメータは、前記複数の位置の各々における光到達範囲における前記照射位置から前記光到達範囲の外周までの距離に基づくことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の脂質計測装置。
【請求項５】
前記光到達範囲パラメータは、前記複数の位置の各々における光到達範囲の体積に基づくことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の脂質計測装置。
【請求項６】
前記光到達範囲パラメータは、前記複数の位置の各々における光到達範囲における前記照射位置から前記光到達範囲の外周までの最大距離と最小距離の比又は差を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の脂質計測装置。
【請求項７】
前記光到達範囲は、血中の脂質平均粒子径に基づくことを特徴とする１から６のいずれかに記載の脂質計測装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記光到達範囲パラメータから散乱係数を算出した後、脂質濃度を算出することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の脂質計測装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記複数の位置の各々における光到達範囲の光到達距離を算出し、前記複数の位置の各々における光到達距離を平均化して平均光到達距離を算出し、前記平均光到達距離に基づいて前記光到達範囲パラメータを算出する、ことを特徴とする１から８のいずれかに記載の脂質計測装置。
【請求項１０】
生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で、所定の円周上に回転対称な複数の位置に光を照射する照射工程と、
前記生体から放出される光強度に基づいて生体内の前記複数の位置の各々における光到達範囲を検出する光強度検出工程と、
前記複数の位置の各々における光到達範囲に基づいて所定の光到達範囲パラメータを算出するパラメータ算出工程と、
前記光到達範囲パラメータに基づいて生体内の脂質濃度を算出する脂質濃度算出工程と、
を有することを特徴とする脂質計測方法。
【請求項１１】
生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で、所定の円周上の回転対称な複数の位置に光を照射する照射部と、
前記生体から放出される光強度に基づいて生体内の前記複数の位置の各々における光到達範囲を検出する光強度検出部と、前記光強度検出部により検出された前記複数の位置の各々における光到達範囲を送信する通信部とを有するユーザー装置に、通信可能に接続される脂質計測装置であって、
前記ユーザー装置から送信された前記複数の位置の各々における光到達範囲に基づいて所定の光到達範囲パラメータを算出し、前記光到達範囲パラメータに基づいて生体内の脂質濃度を算出する制御部、を有することを特徴とする脂質計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脂質計測装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
食後高脂血症は、動脈硬化のリスクファクターとして注目されている。非空腹時の中性脂肪濃度が高くなると、冠動脈疾患のイベント発症リスクが高くなることが報告されている。
【０００３】
食後高脂血症の診断は、食後6〜8時間の血中の脂質濃度変化を観測する必要がある。つまり、食後の高脂血状態を計測するためには、被験者を6〜8時間拘束し、複数回の採血が必要である。そのため、食後高脂血症の診断は臨床研究の域を出ず、食後高脂血症の診断を臨床現場で実施することは、現実的ではなかった。
【０００４】
このような課題を解決する手法が、特許文献１に開示されている。特許文献１の手法によれば、非侵襲脂質計測により、採血を無くすことができる。これにより医療機関のみならず家庭でも血中脂質を計測できるようになる。即時的なデータ取得を可能とすることで、時間的に連続した血中脂質を計測することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第2014/087825号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示すような非侵襲の脂質計測手法では、最適計測部位の決定に計測者の熟練を要し、計測誤差の要因となっていた。
【０００７】
また、生体を透過する光は、皮膚、筋肉、血液などの影響により、その光強度が減衰する。生体中の特定の物質濃度を検出するためには、測定対象物以外の影響を極力取り除くことが望ましい。
【０００８】
一方で、精度はS/N（signal/noise）比で表現されるように、測定対象物質のシグナル強度をより強く検出することで、測定精度向上も可能といえる。
【０００９】
特許文献１に示す計測手法は、１次元（ライン状）の検出であったが、静脈、筋、骨などにより光拡散が不均一であるため、計測時における測定機器の位置ズレや脱着などによる同一場所での計測が困難である。したがって、精度よく計測するためには、計測者の熟練が必要であった。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、計測者の熟練がなくとも、非侵襲脂質計測を可能とする装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の脂質計測装置は、生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で、所定の円周上の回転対称な複数の位置に光を照射する照射部と、生体から放出される光強度に基づいて生体内の複数の位置における光到達範囲を検出する光強度検出部と、  光到達範囲に基づいて所定の光到達範囲パラメータを算出し、光到達範囲パラメータに基づいて生体内の脂質濃度を算出する制御部と、を有する。
【００１２】
また、本発明の脂質計測方法は、生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で、所定の円周上に回転対称な複数の位置に光を照射する照射工程と、生体から放出される光強度に基づいて生体内の前記複数の位置における光到達範囲を検出する光強度検出工程と、光到達範囲に基づいて所定の光到達範囲パラメータを算出するパラメータ算出工程と、光到達範囲パラメータに基づいて生体内の脂質濃度を算出する脂質濃度算出工程と、を有する。
【００１３】
また、本発明の脂質計測装置は、生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で、所定の円周上の回転対称な複数の位置に光を照射する照射部と、生体から放出される光強度に基づいて生体内の複数の位置における光到達範囲を検出する光強度検出部と、光強度検出部により検出された光到達範囲を送信する通信部とを有するユーザー装置に、通信可能に接続される脂質計測装置であって、ユーザー装置から送信された光到達範囲に基づいて所定の光到達範囲パラメータを算出し、光到達範囲パラメータに基づいて生体内の脂質濃度を算出する制御部を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の脂質計測装置及び方法によれば、計測者の熟練がなくとも、非侵襲脂質計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】実施形態の脂質計測装置の構成を示す概略平面図である。
【図１Ｂ】実施形態の脂質計測装置の構成を示す概略正面図である。
【図２】血中脂質による光の散乱を示す図である。
【図３】実施形態の脂質計測装置の制御系の構成を示す図である。
【図４Ａ】光到達範囲を示す図である。
【図４Ｂ】光到達範囲を示す図である。
【図５Ａ】実際の撮像画像を示す図である。
【図５Ｂ】複数の凸レンズ状の光の広がりとなる理由を示す模式図である。
【図６】実施形態の脂質計測装置の作動方法のフローチャートである。
【図７】実施形態の脂質計測システムの構成を示す図である。
【図８】実施形態の脂質計測装置の制御系の構成を示す図である
【図９】光到達範囲を撮像した結果を示す図である。
【図１０Ａ】TG変化量の時間変化と光到達面積の時間変化を示す図である。
【図１０Ｂ】TG変化量の時間変化と光到達面積の時間変化を示す図である。
【図１０Ｃ】TG変化量の時間変化と光到達面積の時間変化を示す図である。
【図１１Ａ】TG変化量の時間変化と最小光到達距離の時間変化を示す図である。
【図１１Ｂ】TG変化量と最小光到達距離ｌ2の相関を示す図である。
【図１２Ａ】TG変化量の時間変化と光到達体積の時間変化を示す図である。
【図１２Ｂ】TG変化量と光到達体積の相関を示す図である。
【図１３】照射部にレーザー使用した図である。
【図１４Ａ】TG変化量の時間変化と流量の時間変化を示す図である。
【図１４Ｂ】TG変化量と流量の相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施形態である脂質計測装置及びその作動方法について、図を参照して詳細に説明をする。
【００１７】
図１Ａは、実施形態の脂質計測装置の構成を示す概略平面図である。図１Ｂは、実施形態の脂質計測装置の構成を示す概略正面図である。
【００１８】
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、実施形態の脂質計測装置１００は、生体の外から生体内に向けて生体の所定の部位に光を照射する複数の照射部１０１ａ〜１０１ｈと、生体から放出される光を受光して、光強度に基づいて生体内の光到達範囲Ｆを検出する光強度検出部１０２と、光強度検出部１０２により検出された光到達範囲Ｆに基づき光到達範囲パラメータを算出するパラメータ算出し、光到達範囲パラメータに基づき脂質濃度を算出する制御部１０３とを有する。
【００１９】
複数の照射部１０１ａ〜１０１ｈ（以下、総じて、照射部１０１と記載する場合もある）は、生体の所定の部位の生体外から生体内に向けて、所定の照射位置に光を照射するための光源を有する。実施形態の照射部１０１は、照射する光の波長を調整することができる。照射部１０１は、波長範囲を血漿の無機物によって光が吸収される波長範囲以外に調整できる。照射部１０１は、血液の細胞成分によって光が吸収される波長範囲以外に調整できる。ここで、血液の細胞成分とは、血中の赤血球、白血球及び血小板である。血漿の無機物とは、血中の水及び電解質である。
【００２０】
照射部１０１が照射する光の波長範囲は、血漿の無機物により光を吸収する波長範囲を考慮して約580nm〜約1400nm、及び、約1500nm〜約1860nmとするのが好ましい。さらに、照射部１０１が照射する光の波長範囲は、血液の細胞成分によって光が吸収される波長範囲を考慮して約580nm〜約1400nm、及び、約1500nm〜約1860nmとするのがより好ましい。
【００２１】
照射部１０１に用いられる波長範囲を上記範囲とすることにより、後述する光強度検出部１０２により検出される光において、血漿の無機物による光の吸収の影響、及び、血液の細胞成分により光の吸収の影響を抑制する。これにより、物質を特定するほどの吸収は存在せず、吸収による光エネルギー損失は無視できるほど小さくなる。そのため、血中の光は血中の脂質による散乱によって遠くまで伝搬し、体外へ放出される。
【００２２】
実施形態の照射部１０１は、光の連続的な照射や光のパルス状の照射等の光を照射する時間長さを任意に調整することができる。照射部１０１は、照射する光の強度または光の位相を任意に変調することができる。
【００２３】
照射部１０１は、波長が固定された光源を用いてもよい。照射部１０１は、波長が異なる複数の光源あるいは複数の波長の光を混合したものであってもよい。
【００２４】
実施形態の照射部１０１ａ〜１０１ｈは、光強度検出部１０２を中心部とした円周Ａ上に、回転対称に配置される。実施形態では照射部１０１の数を８としたがこれに限られない。照射部１０１の数は、２個以上が好ましく、４個以上とすることがより好ましい。また、照射部１０１の数を１個とし、２以上の回転対称位置に照射部１０１を移動して測定するなどでもよい。
【００２５】
光強度検出部１０２は、生体から生体外に放出される光を受光して、その光強度を検出し、生体内の光到達範囲Ｆを検出する。なお、以下では、照射部１０１ｈからの光について説明するが、照射部１０１ａ〜１０１ｇについても同様である。
【００２６】
図２は、血中脂質による光の散乱を示す図である。図２に示すように、照射部１０１ｈから、生体Ｄ表面の照射位置（図中のＥ）に照射された光（図中のＢ）は、リポ蛋白等の脂質が存在する深さに達したのち、生体Ｄ内の血液中の脂質（図中のＡ）によって反射する。さらに、照射された光は血中の脂質による光の散乱を経て、後方散乱光（図中のＣ）が生体から放出される。光強度検出部１０２は後方散乱光Ｃの光強度を検出する。
【００２７】
なお、図２では、照射部１０１の先端は生体Ｄに接触しているが、照射部１０１の先端は生体Ｄから所定の距離、離れていてもよい。また、光強度検出部１０２の受光部面も接触していてもよく、離れていてもよい。複数の照射部１０１ａ〜１０１ｈは、互い波長の異なる光源でもよい。複数の照射部１０１ａ〜１０１ｈを近接するように並べてもよい。
【００２８】
図２に示すように、照射部１０１ｈの照射位置Ｅから、所定レベルの光強度が得られる範囲（以下、光到達範囲Ｆとする）の外周までの距離を光到達距離ｌとする。
【００２９】
計測対象であるリポ蛋白は、アポ蛋白等に覆われた球状構造をしている。リポ蛋白は血中において固体のような状態で存在する。リポ蛋白は、光を反射する性質を有する。特に、粒子径や比重の大きいカイロミクロン（CM）やVLDL等は中性脂肪（TG）を多く含み、光をより散乱させ易い特性を有する。よって、光強度検出部１０２により検出される光強度には、リポ蛋白による光の散乱の影響が含まれる。
【００３０】
光強度検出部１０２は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary MOS）等のアレイ状の撮像素子であることが好ましい。光強度検出部１０２は、フォトダイオードなどでもよい。また、光強度検出部１０２は、受光素子をアレイ状に配置したものでもよく、同心円状に配置してもよい。受光素子数を少なくする場合には、受光素子を照射位置Ｅを中心に十字状、V字状に配置してもよく、直線上に配置し移動や回転をさせて計測してもよい。
【００３１】
また、図２では、光強度検出部１０２が、照射部１０１ａ〜１０１ｈが配置された円（図１ＢのＡ）のほぼ中心に配置されるが、これに限られず、各照射部１０１ａ〜ｈの光到達範囲Ｆの一部又は全部を検出できる位置であればよい。
【００３２】
次に、脂質計測装置１００の制御系の構成について説明する。図３は実施形態の脂質計測装置１００のブロック図である。システムバス１０９を介して、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０４、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０５、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０６、記憶部１０７、外部Ｉ／Ｆ（Interface）１０８、照射部１０２、及び、光強度検出部１０２が接続される。ＣＰＵ１０４とＲＯＭ１０５とＲＡＭ１０６とで制御部（コントローラー）１０３を構成する。
【００３３】
ＲＯＭ１０５は、ＣＰＵ１０４により実行されるプログラムや閾値を予め記憶する。
【００３４】
ＲＡＭ１０６は、ＣＰＵ１０４が実行するプログラムを展開するエリアと、プログラムによるデータ処理の作業領域となるワークエリアなどの様々なメモリエリア等を有する。
【００３５】
記憶部１０７は、予め用意された、静的パラメータ及び動的パラメータの適切な数値範囲のデータを記憶する。記憶部１０７は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）や、フラッシュメモリや、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の、不揮発性に記憶する内部メモリーでよい。
【００３６】
外部Ｉ／Ｆ１０８は、例えばクライアント端末（ＰＣ）などの外部装置と通信するためのインターフェースである。外部Ｉ／Ｆ１０８は、外部装置とデータ通信を行うインターフェースであれば良く、たとえば、外部装置にローカルに接続する機器（ＵＳＢメモリ等）であっても良いし、ネットワークを介して通信するためのネットワークインターフェイスであっても良い。
【００３７】
制御部１０３は、光強度検出部１０２により検出された光到達範囲Ｆに基づき、光到達範囲パラメータを算出する。
【００３８】
光到達範囲Ｆの検出は、２値化法を採用すればよい。光強度検出部１０２が検出した光強度を0〜255の256段階とし、光強度検出部１０２は、光強度のしきい値を254に設定し、255の場合の光到達範囲Ｆとする。
【００３９】
また、照射部１０１から光強度検出部１０２が遠くなるほうが、散乱の影響をよく反映するため、上記のしきい値に限定されず、値を下げてもよい。この場合、実際の計測においては外乱光の影響を受けやすくなるため、装置形状、遮光の程度、受光素子の感度により適時設定を行うことが好ましい。
【００４０】
また、光強度検出部１０２の受光部にフォトダイオード（PD）などの素子を用いる場合、AD値や電圧値を用いてもよく、計測に用いる測定範囲は、照射強度、受光素子の感度、遮光の程度により適時設定を行うことが好ましい。
【００４１】
本実施例では、暗室にて外乱光が無視できる状態で行った場合は、強度が１０程度のノイズが入り込むことから、強度１１以上の場合についても検討した。
【００４２】
図４Ａは、図２のＸ方向から見た、照射部１０１ａ〜１０ｈのいずれかからの光の生体表面の光到達範囲Ｆを示す図である。図に示すように、毛細管のみの場合には、照射光は照射位置Ｅを中心とし光到達距離ｌを半径とした円状に拡散し、光到達範囲Ｆは生体表面で円状となる。
【００４３】
制御部１０３は、光到達範囲パラメータとして、照射部１０１ａ〜１０ｈの光到達範囲Ｆ１０１ａ〜Ｆ１０１ｈ（以下、光到達範囲Ｆ１０１ａ〜Ｆ１０１ｈのいずれかを、光到達範囲Ｆと記載する場合もある。）における、各照射位置Ｅから光到達範囲の外周（外縁）までの距離（光到達距離ｌａ〜ｌｈとする）を算出する。
【００４４】
光強度検出部１０２は、照射部１０１ａ〜１０ｈの光到達範囲Ｆ１０１ａ〜Ｆ１０１ｈの全体を撮像する。ただし、光強度検出部１０２の配置に装置構成上の制限があり、画角が狭くなる場合もある。この場合、光強度検出部１０２の撮影画像としては、略凸レンズ状の光の広がり（図中のＡ）が同心円上に複数撮像される（図５Ａ）。図５Ｂは、図５Ａの複数の凸レンズ状の光の広がりとなる理由を示す模式図である。図に示すように、各照射部１０１ａ〜１０ｈからの光は円状に広がる（図中のＦ１０１ａ〜Ｆ１０１ｈ）。一方、光強度検出部１０２の撮像範囲が円状である（図中のＢ１０２）。このため、この撮像範囲Ｂ１０２により各照射部１０１ａ〜１０ｈの光到達範囲Ｆ１０１ａ〜Ｆ１０１ｈは外周が切り取られて撮像される。これにより、各照射部１０１ａ〜１０ｈの光到達範囲Ｆ１０１ａ〜Ｆ１０１ｈは凸レンズ状となって、光強度検出部１０２により撮像される。
【００４５】
この場合には、以下の手法で、光到達距離ｌａ〜ｌｈを算出する。まず、装置設計値から、光強度検出部１０２と照射部１０１ｇとの距離（図５Ｂ中のＡｇ）は、予め規定される。光強度検出部１０２と照射部１０１ｇとの距離（図５Ｂ中のＡｇ）から、撮像された画像の最長部（円弧の頂点）からの直線距離（図５Ｂ中のＢｇ）を引くことにより（すなわちＡｇ−Ｂｇ）、照射部１０１ｇの光到達距離ｌｇを求める。光到達距離ｌａ〜ｌｆ、ｌｈについても同様に求められる。なお、装置は、サイズが固定されているので撮影画像の端から円弧の頂点から求めた楕円としてもよいが、実際は同心円と仮定し輝度値から面積を算出する。
【００４６】
制御部１０３は、光到達距離ｌａ〜１ｈを平均化して平均光到達距離ｌｍを求めてもよい。これにより、計測値の正確性を向上させることができる。また、平均値から外れたものを除外したり、最大値、最小値を除外してもよい。また、光到達範囲パラメータとして、各光到達距離ｌａ〜１ｈの和をとることでもよい。光到達範囲パラメータは、光到達距離ｌａ〜１ｈに基づくことにより、計測値の正確性を向上させることができる。
【００４７】
また、制御部１０３は、光到達範囲パラメータとして、光到達範囲Ｆの面積（光到達面積Ｓとする）を算出する。なお、光到達面積Ｓは平均光到達距離ｌｍから算出してもよいし、各光到達距離ｌａ〜１ｈから各光到達面積Ｓａ〜Ｓｈを求め、それらを平均化することでもよい。光到達面積Ｓは、しきい値255の画素数から算出してもよい。計測誤差を平均化するため、光到達面積Ｓを光到達最大距離と光到達最小距離から楕円面積として算出してもよい。また、光到達範囲パラメータとして、各光到達面積Ｓａ〜Ｓｈの和をとることでもよく、光強度検出部１０２による撮影画像全体の輝度値を包括して到達面積Ｓとしても良い。光到達範囲パラメータは、光到達面積Ｓａ〜Ｓｈに基づくことにより、計測値の正確性を向上させることができる。
【００４８】
また、制御部１０３は、光到達範囲パラメータとして、光到達範囲Ｆの体積（光到達体積Ｖとする）を算出する。なお、光到達体積Ｖは、光到達体積V＝（4/3π×a×b×c）/2と、計算することもできる。
【００４９】
式中のa,b,cは、それぞれ球体の座標軸x,y,z方向のそれぞれが９０°に交わる半径である。また、光到達範囲に歪みがない場合は、a=b=cとなるため、図２では、ｌ=ｒであり、光到達体積Vは（4/3π×ｌ3）/2）となる。なお、光到達体積Ｖは平均光到達距離ｌｍから算出してもよいし、各光到達距離ｌａ〜１ｈから各光到達体積Ｖａ〜Ｖｈを求め、それらを平均化することでもよい。また、光到達範囲パラメータとして、各光到達体積Ｖａ〜Ｖｈの和をとることでもよく、光強度検出部１０２による撮影画像全体の輝度値を包括して到達体積Ｖとしても良い。光到達範囲パラメータは、光到達体積Ｖａ〜Ｖｈに基づくことにより、計測値の正確性を向上させることができる。
【００５０】
図２のように、各光到達範囲Ｆ１０１ａ〜Ｆ１０１ｈの一部同士が交わる場合には、各照射部１０１ａ〜１０１ｈを交互点灯させたり、光強度検出部１０２による画像全体の輝度値を到達範囲として推定しても良い。
【００５１】
したがって、光到達範囲パラメータは、光到達面積Ｓ、光到達距離ｌ、最小光到達距離ｌ2、光到達面積Ｓと最小光到達距離ｌ2、最大光到達距離ｌ1と最小光到達距離ｌ2の比又は差、光到達体積Ｖ、光到達体積Ｖと最小光到達距離ｌ2、もしくは、それらの組み合わせであってもよい。
【００５２】
制御部１０３は、算出された光到達範囲パラメータ（光到達距離ｌ、光到達面積Ｓ、光到達体積Ｖ等）に基づいて、血中の脂質濃度を算出する。
【００５３】
血中の脂質濃度の変化に伴い、照射光の拡散の面積が小さくなる。これは、血中の脂質粒子による光の散乱増加に伴い（すなわち、血中の脂質平均粒子径の増大に伴い）、光の到達範囲が低下するためであると判断できる。したがって、脂質濃度算出部１０４は、光到達範囲パラメータ（光到達距離ｌ若しくは光到達面積Ｓ）から、血中の脂質濃度を算出する。この手法は、特に毛細血管などの情報のみでも計測可能であることから、計測部位に依存しない。
【００５４】
脂質の平均粒子径とは、nm単位で表記される粒子径のことをいう。リポ蛋白の平均粒子径は、概ね、CM：80〜1000nm、VLDL：30〜80nm、LDL：18〜25nm、HDL：7.5〜10nmである。
【００５５】
ここでいう平均粒子径とは、以下の変化・条件を包括的に表現するものである。すなわち、リポ蛋白は４種類存在し、粒子の数の変化も散乱に影響する。また、４種類のリポ蛋白粒子数もわずかながら変動する。つまり、大粒子の数の増減で平均粒子径は変化し、小粒子の数の増減でも平均粒子径は変化する。したがって、大粒子が大型化（もしくは、小型化）しても平均粒子径は変化し、小粒子が大型化（もしくは、小型化）しても平均粒子径は変化する。
【００５６】
図１１Ｂに示すように、脂質濃度変化量と光到達面積Ｓの間には、相関係数-0.751という、良好な関係が得られていることから、少なくとも個人内変動においては、あらかじめ定めた相関係数から算出することができる。
【００５７】
また、制御部１０３は、光到達範囲パラメータから散乱係数を算出した後、脂質濃度を算出してもよい。臨床現場において、濃度と濁度とは同義で使われることがあり、本発明における濃度には濁度が含まれる。よって、制御部１０３は、その算出結果として、濃度のみならず単位量当たりの粒子数やホルマジン濁度あるいは散乱係数とすることができる。
【００５８】
図４Ｂは、図２のＸ方向から見た、生体表面の光到達範囲Ｆを示す図である。図に示すように、静脈を介した場合、各照射部１０１からの光は同心円状に拡散せず、光到達範囲Ｆは、生体表面で、最大光到達距離ｌ1と最小光到達距離ｌ2を有する歪みを生じた形状になる。ここで、制御部１０３は、最小光到達距離ｌ2から血中の脂質濃度を算出する。この手法は、静脈を介した場合に計測可能な手法である。
【００５９】
また、制御部１０３は、光到達面積Ｓと最小光到達距離ｌ2とから脂質濃度を算出してもよい。これにより、静脈を含む計測部位でも、静脈および毛細血管の情報を総合的に取得できる。
【００６０】
また、制御部１０３は、最大光到達距離ｌ1と最小光到達距離ｌ2の比又は差を取ることで、より静脈情報としての精度を高めてもよい。さらに、制御部１０３は、最大光到達距離ｌ1と最小光到達距離ｌ2から、光到達範囲Ｆの楕円率を求め、または、光到達範囲Ｆの楕円面積を求めることにより、静脈情報としての精度を高めてもよい。
【００６１】
以上のような構成を備える脂質計測装置１００において、予め設定されているプログラムに基づいて、脂質計測装置１００は脂質計測処理を実行する。図６は、実施形態の脂質計測処理のフローチャートである。
【００６２】
照射工程（Ｓ１０１）では、複数の照射部１０１ａ〜１０１ｈが、生体の照射位置に対して連続光を照射する。複数の照射部は、光強度検出位置を中心部とした円周上に、回転対称に配置される。すなわち、所定の円周上の回転対称な複数位置で、照射光を照射する。
【００６３】
光強度検出工程（Ｓ１０２）では、光強度検出部１０２が、照射位置周辺における生体から放出される光強度を検出し、この光強度に基づいて生体内の光到達範囲Ｆ１０１ａ〜Ｆ１０１ｈを検出する。光強度の検出は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary MOS）等のアレイ状の撮像素子を用いることが好ましい。光強度の検出は、フォトダイオードなどを用いてもよい。また、光強度検出部１０２は、受光素子をアレイ状に配置したものでもよく、同心円状に配置してもよい。受光素子数を少なくする場合には、受光素子を照射位置Ｅを中心に十字状、V字状に配置してもよく、直線上に配置し移動や回転をさせて計測してもよい。光強度検出工程で検出された光到達範囲Ｆ１０１ａ〜Ｆ１０１ｈは、パラメータ算出工程へと送られる。
【００６４】
パラメータ算出工程（Ｓ１０３）では、制御部１０３が、光到達範囲Ｆ１０１ａ〜Ｆ１０１ｈに基づき、所定の光到達範囲パラメータを算出する。光到達範囲パラメータは、光到達範囲Ｆの面積Ｓａ〜Ｓｈの平均値あるいは和、もしくは、光到達範囲Ｆの体積Ｖａ〜Ｖｈの平均値あるいは和、もしくは、光到達範囲Ｆにおける照射位置Ｅから光到達範囲Ｆの外周（外縁）までの距離ｌａ〜１ｈの平均値あるいは和でもよい。光到達範囲パラメータは、最小光到達距離ｌ2のみ、光到達面積Ｓと最小光到達距離ｌ2、光到達体積Ｖと最小光到達距離ｌ2もしくは、最大光到達距離ｌ1と最小光到達距離ｌ2の比又は差、もしくは、それらの組み合わせであってもよい。算出した光到達範囲パラメータは、脂質濃度算出工程へと送られる。
【００６５】
脂質濃度算出工程（Ｓ１０４）では、制御部１０３が、光到達範囲パラメータに基づいて、血中の脂質濃度を算出する。脂質濃度算出工程では、光到達範囲パラメータから散乱係数を算出した後、脂質濃度を算出してもよい。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態の脂質計測装置及び方法によれば、生体から放出される光強度の２次元情報を取得することで、計測者の熟練がなくとも、容易に非侵襲脂質計測が可能となる。
【００６７】
次に、他の実施形態の脂質計測装置について説明をする。なお、他の実施形態の脂質計測装置の構成は、上記実施形態の脂質計測装置の構成と共通する部分もあるため、相違する部分を主に説明する。
【００６８】
上記実施形態では、照射部１０１と光強度検出部１０２と制御部１０３とを一体として構成した例を示したが、これに限られず、照射部１０１と光強度検出部１０２をユーザー装置として構成し、制御部１０３を、ユーザー装置に接続したサーバー装置に設けたシステムとしてもよい。
【００６９】
図７は、実施形態の脂質計測システムの構成を示す図である。システムは、脂質計測装置２００と、アクセスポイント３００と、ユーザー装置４００とを有する。
【００７０】
脂質計測装置２００は、ユーザー装置４００から送信された光強度に基づいて所定の処理を行い、脂質濃度を算出するための装置であり、具体的には、パーソナルコンピュータや、装置の台数や送受信するデータ量によってはサーバー装置が適宜用いられる。
【００７１】
ユーザー装置４００は、ユーザーが所持する装置であり、単独の装置である場合もあり、スマートフォン、携帯電話、腕時計等に搭載される場合もある。また、照射部４０１、光強度検出部４０２、通信部４０４として、スマートフォンや携帯電話に備わるカメラや照明、通信機能等、を使用してもよい。
【００７２】
ユーザー装置４００は、光を照射する照射部４０１と光強度検出部４０２と通信部４０４とを有する。通信部４０４は、光強度検出部４０２で検出された光強度を送信する。照射部４０１と光強度検出部４０２の機能・動作については上述した。
【００７３】
脂質計測装置２００は、通信部２０８と制御部２０３とを有する。通信部２０８は、通信部４０４から送信された光強度をアクセスポイント３００を介して受信し、制御部２０３へ送信する。
【００７４】
次に、脂質計測装置２００の制御系の構成について説明する。図８は実施形態の脂質計測装置２００のブロック図である。システムバス２０９を介して、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０４、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０５、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０６、記憶部２０７、及び、通信部（外部Ｉ／Ｆ（Interface））２０８が接続される。ＣＰＵ２０４とＲＯＭ２０５とＲＡＭ２０６とで制御部（コントローラー）２０３を構成する。
【００７５】
ＲＯＭ２０５は、ＣＰＵ２０４により実行されるプログラムや閾値を予め記憶する。
【００７６】
ＲＡＭ２０６は、ＣＰＵ２０４が実行するプログラムを展開するエリアと、プログラムによるデータ処理の作業領域となるワークエリアなどの様々なメモリエリア等を有する。
【００７７】
記憶部２０７は、予め用意された、静的パラメータ及び動的パラメータの適切な数値範囲のデータを記憶する。記憶部２０７は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）や、フラッシュメモリや、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の、不揮発性に記憶する内部メモリーでよい。
【００７８】
通信部（外部Ｉ／Ｆ）２０８は、例えばクライアント端末（ＰＣ）などの外部装置と通信するためのインターフェースである。外部Ｉ／Ｆ２０８は、外部装置とデータ通信を行うインターフェースであれば良く、たとえば、外部装置にローカルに接続する機器（ＵＳＢメモリ等）であっても良いし、ネットワークを介して通信するためのネットワークインターフェイスであっても良い。制御部２０３の機能・動作については上述した。
【００７９】
なお、実施形態では、ユーザー装置４００から脂質計測装置２００へ、アクセスポイント３００を介して光強度を送信したが、これに限られず、ユーザー装置４００と脂質計測装置２００とが、アクセスポイントを介さずに直接接続し、有線通信や無線通信等の手段により光強度を送信してもよい。
【実施例】
【００８０】
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されない。
【００８１】
本実施例の脂質計測装置は、照射光が生体内の血中脂質に反射し、散乱して、生体から放出される光強度の２次元情報を取得することで、計測者の熟練がなくとも、非侵襲脂質計測を可能とする。
【００８２】
図５Ａは、本装置を使用し撮影した結果を示す図である。図５Ａに示すように、LED（照射部１０１ａ〜１０１ｈ）からの各照射光は、生体内で円状に光は拡散し、各照射光の拡散はレンズ状となって、光強度検出部１０２により撮像される。
【００８３】
図９は、生体の皮膚の同一部位で脂肪負荷後（血液濁度上昇後）に撮像した結果を示す図である。
【００８４】
図９では、図５Ａと同様に、LED（照射部１０１ａ〜１０２ｈ）からの照射光は、生体内で拡散し、各々レンズ状となるが、図５Ａと比較して、光の周辺への広がりが小さくなることがわかる。
【００８５】
これらの得られる情報から、以下の手法により脂質濃度の算出が可能となる。
（１）光の拡散の光到達面積Ｓから脂質濃度を算出する手法（手法１）
（２）静脈による光の拡散の光到達範囲Ｆの歪みから脂質濃度を算出する手法（手法２）
（３）光の拡散の光到達体積Ｖから脂質濃度を算出する手法（手法３）
【００８６】
以下に、上記各手法により脂質濃度を算出する方法について説明する。
【００８７】
（１）光の拡散の光到達面積Ｓから脂質濃度を算出する手法（手法１）
この手法は、静脈上以外の部分を分析することで毛細血管などの情報のみでも計測可能であることから、計測部位に依存しない。また、簡易的に光到達範囲あるいは光到達面積を光到達距離として分析してもよい。
【００８８】
図１０は、脂肪負荷試験による脂質濃度の変動と光到達面積Ｓを比較した図である。図１０Ａは、手首における脂肪負荷時におけるTG変化量の時間変化と光到達面積の時間変化をプロットしたものである。図１０Ｂは、前腕における脂肪負荷時におけるTG変化量の時間変化と光到達面積の時間変化をプロットしたものである。図１０Ａに見られるように、脂質濃度の増加に伴い、光到達面積Ｓが減少することが確認できる。これは、脂質粒子による散乱増加に伴い、光の拡散距離が低下したためと判断できる。TG変化量と光到達面積との間には相関度-0.691の相関があることがわかる。図１０Ｂは前腕部の計測データであり、TG変化量と光到達面積との間には相関度-0.751の相関があることがわかる。
図１０Ｃは、図１０Ａと図１０Ｂを重ねた図で、相関-0.691であることがわかる。
【００８９】
これらのことから、計測部位を詳細に決めなくても、同一のデータが簡便に得られることが確認できた。
【００９０】
（２）静脈による光の拡散の光到達範囲Ｆの歪みから脂質濃度を算出する手法（手法２）
静脈を介した場合、光は同心円状に拡散せず、光到達範囲Ｆは歪みを生じた形状になる。ここで、光入射地点から光到達点の最大光到達距離l1と最小光到達距離l2を比較した。
【００９１】
図１１は、最小光到達距離ｌ2と脂質濃度との間の関連性を示す図である。図１１Ａは、脂肪負荷時におけるTG変化量の時間変化と最小光到達距離ｌ2の時間変化をプロットしたものである。図１１Ｂは、図１１ＡのTG変化量と最小光到達距離ｌ2の相関を示したものである。図１１Ａに見られるように、脂質濃度の増加に伴い、最小光到達距離ｌ2が減少することが確認できる。これは、脂質粒子による散乱増加に伴い、光の拡散距離が低下したためと判断できる。図１１Ｂから、TG変化量と最初光到達距離ｌ2との間には相関度0.877の相関があることがわかる。
【００９２】
（３）光の拡散の光到達体積Ｖから脂質濃度を算出する手法（手法３）
この手法は、特に毛細血管などの情報のみでも計測可能であることから、計測部位に依存しない。
【００９３】
図１２は、脂肪負荷試験による脂質濃度の変動と光到達体積Ｖを比較した図である。図１２Ａは、脂肪負荷時におけるTG変化量の時間変化と光到達体積の時間変化をプロットしたものである。図１２Ｂは、図１２ＡのTG変化量と光到達体積の相関を示したものである。図１２Ａに見られるように、脂質濃度の増加に伴い、光到達体積Ｖが減少することが確認できる。これは、脂質粒子による散乱増加に伴い、光の拡散距離が低下したためと判断できる。図１２Ｂから、TG変化量と光到達体積Ｖとの間には相関度0.851の相関があることがわかる。
【００９４】
また、手法１と手法２を合わせ、静脈を含む計測部位でも、光到達面積Ｓを算出し、静脈および毛細血管の情報を総合的に取得することも可能である。
【００９５】
また、手法２においては最大光到達距離l1と最小光到達距離l2の比又は差を取ることで、より静脈情報としての精度を高めることが可能である。さらに、手法２においては最大光到達距離l1と最小光到達距離l2から楕円率を求め、または楕円面積より静脈情報としての精度を高めることが可能である。
【００９６】
また、静脈情報の正確性を高める場合は、照射部１０１による照射光の入射点を増やし、複数点からの情報により静脈位置を特定することも可能である。
【００９７】
図１３は、照射部１０１にレーザー使用し、レーザーを広範囲に照射し、レーザーのスペックルを計測することで、毛細血管（光到達深度１ｍｍ程度）の血流を計測したものである。
【００９８】
光の到達深度は、光源の光量を調節するなどでも良い。また、波長による光到達深度の調整でもよい。
【００９９】
図１４は、体温、脈などの影響を考慮し、計測時は同一姿勢で、安静状態で計測した結果を示す図である。
【０１００】
図１４Ａは、脂肪負荷時におけるTG変化量の時間変化と流量の時間変化をプロットしたものである。図１４Ｂは、図１４ＡのTG変化量と流量の相関を示したものである。図１４Ａに見られるように、脂質濃度の増加変化に伴い、流量が減少することが確認できる。図１４Ｂから、TG変化量と流量との間には相関度0.757の相関があることがわかる。この結果からも、静脈以外の血液情報から、脂質濃度を算出することが可能であることがわかった。
【０１０１】
参考文献に記載の方法などを使用した静脈情報と比較し、代謝情報をより正確に得ることができる。また、光源を接触した場合と、非接触の場合を比較することで、静脈のみの情報を得ることも可能となる。
【符号の説明】
【０１０２】
１００  脂質計測装置
１０１  照射部
１０２  光強度検出部
１０３  制御部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2020003411.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
2020003411.tif 000007
【図４Ｂ】
2020003411.tif 000008
【図５Ａ】
2020003411.tif 000009
【図５Ｂ】
2020003411.tif 000010
【図６】
2020003411.tif 000011
【図７】
2020003411.tif 000012
【図８】
2020003411.tif 000013
【図９】
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【図１０Ａ】
2020003411.tif 000015
【図１０Ｂ】
2020003411.tif 000016
【図１０Ｃ】
2020003411.tif 000017
【図１１Ａ】
2020003411.tif 000018
【図１１Ｂ】
2020003411.tif 000019
【図１２Ａ】
2020003411.tif 000020
【図１２Ｂ】
2020003411.tif 000021
【図１３】
2020003411.tif 000022
【図１４Ａ】
2020003411.tif 000023
【図１４Ｂ】
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