(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中赤外領域の波長の光を出射する光源と、
上記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収強度を測定するための全反射減衰プリズムと、
上記全反射減衰プリズムの出射光路中に配置され、コレステロールエステルの中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークをそれぞれ中心波長とした所定帯域を透過する複数のバンドパスフィルタと、
上記複数のバンドパスフィルタを順次、上記出射光路中に配置するように切換える駆動手段と、
上記全反射減衰プリズムから出射し、上記複数のバンドパスフィルタを透過した光から試料の吸収強度を検出する検出器と、
上記駆動手段によるバンドパスフィルタの切換えを制御するとともに、上記検出器で検出された吸収強度に基づいてコレステロールエステル濃度を算出する制御・データ処理手段と、
を備え、
アミド２及びベースラインを常時モニタし、試料の押しつけ強さの変化を補償することにより測定誤差を最小にすることを特徴とするコレステロール濃度測定装置。
【請求項２】
上記複数のバンドパスフィルタは、吸収強度の補正を行うベースラインと規格化のための基準位置として用いるそれぞれ所定波長を中心とした所定帯域を透過するフィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載のコレステロール濃度測定装置。
【請求項３】
上記全反射減衰プリズムの出射光路中に配置された第１の光路分割用の光学素子と、
上記第１の光路分割用の光学素子によって分割された一方の光路中に配置された第２の光路分割用の光学素子と、
上記第２の光路分割用の光学素子によって分割された２つの光路中にそれぞれ配置された吸収強度の補正を行うベースライン用フィルタおよび規格化用フィルタと、
を有することを特徴とする請求項１に記載のコレステロール濃度測定装置。
【請求項４】
上記駆動手段は、上記複数のバンドパスフィルタを高速で回転させ、上記検出器は、高速で回転するバンドパスフィルタを透過した光を交流信号として、順次、出力することを特徴とする請求項１に記載のコレステロール濃度測定装置。
【請求項５】
中赤外領域の波長の光を出射する光源と、
上記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収強度を測定する全反射減衰プリズムと、
コレステロールエステルの中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークを中心波長とした所定帯域を透過する第１のバンドパスフィルタと、
吸収強度の補正を行うための所定波長を中心とした所定帯域を透過する第２のバンドパスフィルタと、
上記全反射減衰プリズムから出射し、上記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光から試料の吸収強度を検出する検出器と、
上記検出器で検出された吸収強度に基づいてコレステロールエステル濃度を算出する制御・データ処理手段と、
を備え、
アミド２及びベースラインを常時モニタし、試料の押しつけ強さの変化を補償することにより測定誤差を最小にすることを特徴とするコレステロール濃度測定装置。
【請求項６】
上記第２のバンドパスフィルタは、ベースライン用フィルタおよび規格化用フィルタであることを特徴とする請求項５に記載のコレステロール濃度測定装置。
【請求項７】
上記第１及び第２のバンドパスフィルタは、回転可能に一体に保持された円板から構成され、
上記検出器は、上記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を、順次、受光する、
ことを特徴とする請求項５に記載のコレステロール濃度測定装置。
【請求項８】
上記検出器は、上記第１のバンドパスフィルタを透過した光を受光する第１の検出器と、上記第２のバンドパスフィルタを透過した光を受光する第２の検出器を有することを特徴とする請求項５に記載のコレステロール濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非侵襲で人体の皮膚のコレステロールエステル濃度を検出することにより、血液中の総コレステロール濃度を測定するコレステロール濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コレステロールはホルモンや細胞の構成物質として人体には必要不可欠な物質であるが、過剰のコレステロールは、動脈硬化や狭心症などの生活習慣病を招く危険因子の一つとして知られている。コレステロールの検査にあたっては、従来、患者から血液を採取し、酵素法等による専用の測定装置によって測定を行っていた。しかし、血液採取は人体に負担がかかることから、最近では、非侵襲でコレステロールを測定することが種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、生体に近赤外光と赤外光を照射し、生体から反射された近赤外光を検出し、この検出された近赤外光の吸光度に基づいて、赤外光の吸光度の規格化を行い、コレステロール等の生体内成分の濃度を検出する生体計測装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１７９５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に開示の生体計測装置では、非侵襲でコレステロール等の生体内成分の濃度を検出することが可能となる。しかしながら、コレステロール等の生体内成分を検出するにあたって、近赤外分光装置とＦＴＩＲ分光装置で測定することから、装置が大型化すると共に高価となってしまう。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、血液を採取することなく、安価で小型化できるコレステロール濃度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため第１の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、中赤外領域の波長の光を出射する光源と、上記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収強度を測定するための全反射減衰プリズムと、上記全反射減衰プリズムの出射光路中に配置され、コレステロールエステルの中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークをそれぞれ中心波長とした所定帯域を透過する複数のバンドパスフィルタと、上記複数のバンドパスフィルタを順次、上記出射光路中に配置するように切換える駆動手段と、上記全反射減衰プリズムから出射し、上記複数のバンドパスフィルタを透過した光から試料の吸収強度を検出する検出器と、上記駆動手段によるバンドパスフィルタの切換えを制御するとともに、上記検出器で検出された吸収強度に基づいてコレステロールエステル濃度を算出する制御・データ処理手段と、を備え、アミド２及びベースラインを常時モニタし、試料の押しつけ強さの変化を補償することにより測定誤差を最小にする。
【０００８】
第２の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第１の発明において、上記複数のバンドパスフィルタは、吸収強度の補正を行うベースラインと規格化のための基準位置として用いるそれぞれ所定波長を中心とした所定帯域を透過するフィルタを含む。
【０００９】
第３の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第１の発明において、上記全反射減衰プリズムの出射光路中に配置された第１の光路分割用の光学素子と、上記第１の光路分割用の光学素子によって分割された一方の光路中に配置された第２の光路分割用の光学素子と、上記第２の光路分割用の光学素子によって分割された２つの光路中にそれぞれ配置された吸収強度の補正を行うベースライン用フィルタおよび規格化用フィルタと、を有する。
【００１０】
第４の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第１の発明において、上記駆動手段は、上記複数のバンドパスフィルタを高速で回転させ、上記検出器は、高速で回転するバンドパスフィルタを透過した光を交流信号として、順次、出力する。
【００１１】
第５の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、赤外領域の波長の光を出射する光源と、上記光源から出射した光を用いて全反射減衰法により試料の吸収強度を測定する全反射減衰プリズムと、コレステロールエステルの中赤外領域における吸収スペクトルの所定のピークを中心波長とした所定帯域を透過する第１のバンドパスフィルタと、吸収強度の補正を行うための所定波長を中心とした所定帯域を透過する第２のバンドパスフィルタと、上記全反射減衰プリズムから出射し、上記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光から試料の吸収強度を検出する検出器と、上記検出器で検出された吸収強度に基づいてコレステロールエステル濃度を算出する制御・データ処理手段と、を備え、アミド２及びベースラインを常時モニタし、試料の押しつけ強さの変化を補償することにより測定誤差を最小にする。
【００１２】
第６の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第５の発明において、上記第２のバンドパスフィルタは、ベースライン用フィルタおよび規格化用フィルタである。
第７の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第５の発明において、上記第１及び第２のバンドパスフィルタは、回転可能に一体に保持された円板から構成され、上記検出器は、上記第１及び第２のバンドパスフィルタを透過した光を、順次、受光する。
第８の発明に係わるコレステロール濃度測定装置は、上記第５の発明において、上記検出器は、上記第１のバンドパスフィルタを透過した光を受光する第１の検出器と、上記第２のバンドパスフィルタを透過した光を受光する第２の検出器を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、バンドパスフィルタを透過した光を検出するようにしているので、血液を採取することなく、安価で小型化できるコレステロール濃度測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の全体の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の光学系の配置の概念図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の信号処理系の概念図である。
【図４】本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の光学系の一変形例の配置の概念図である。
【図５】本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の信号処理系の一変形例の概念図である。
【図６】本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置におけるバンドパスフィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図７】血液中総コレステロール値が高い人と標準値の人のＦＴＩＲスペクトルの一例である。
【図８】本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の動作を示すフローチャート図である。
【図９】本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置において、（ａ）血液中の総コレステロールと皮膚分光データとの相関、（ｂ）血液中のＬＤＬ値と皮膚分光データとの相関を示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置において、コレステロール濃度判定基準値の設定を行う画面を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置において、コレステロール濃度判定結果の表示を示す画面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に従って本発明を適用したコレステロール濃度測定装置を用いて好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の全体の構成を概略的に示すブロック図である。本実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置は、中赤外領域において試料を全反射減衰（attenuated total reflection：以下、「ＡＴＲ」と称す）分光法により測定する分光計１、分光計１に取り付けられた位置決め機構２、および分光計１から出力される信号を入力し、制御およびデータ処理を行う制御・データ処理部３から構成される。
【００１６】
分光計１は、光源４、チョッパ５、ＡＴＲ測定部６、バンドパスフィルタ部７、検出器８、信号処理部９を有する。光源４は、中赤外領域の電磁波（以下、中赤外光と呼ぶ）を発生する。チョッパ５は羽根を備え、この羽根はモータ（不図示）によって回転駆動され、光源４から出射された中赤外光を交互に透過・遮断する。
【００１７】
ＡＴＲ測定部６は、試料を密着させる屈折率の大きいプリズムを備える。本実施形態における試料としては、後述するように、コレステロール濃度の測定対象となる被験者の腕等である。腕等の皮膚をプリズム面に密着させた際に、入射角が臨界角よりも大きくなるようにし、プリズム内で全反射が起きるように設定する。全反射が生ずる時に、プリズムの界面で中赤外光が皮膚側に少しだけしみだす。この光をエヴァネッセント波という。皮膚の吸収のある領域では、吸収の強さに応じて、エヴァネッセント波が減衰するため、プリズム内での反射光のエネルギが減少する。この反射光における特定波長帯域の吸収率を測定することにより、皮膚の表面近くのコレステロールエステル濃度を測定することが可能となる。このコレステロールエステル濃度と特定波長帯域における吸収率については、図７を用いて後述する。
【００１８】
バンドパスフィルタ部７は、複数のフィルタが回転可能に保持された円板から構成され、ＡＴＲ測定部６を構成するプリズムからの出射光の内、特定波長帯域の光のみを透過させる。このフィルタの透過波長帯域については、図６を用いて後述する。検出器８は、光強度を測定するセンサであって、バンドパスフィルタ部７を透過した特定波長帯域の光の強度に応じて電気信号に変換する。信号処理部９は、検出器８から出力される信号を入力し、種々の信号処理を行い、制御・データ処理部３に出力する。
【００１９】
位置決め機構２は、被験者の腕等をＡＴＲ測定部６に密着させるための機構である。制御・データ処理部３は、制御・データ処理用ＰＣ３ａとデータ収納部３ｂとから構成され、本実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の全体制御を行い、信号処理部９から出力される信号を入力し、データ処理を行い、被験者のコレステロール濃度値を出力する。制御・データ処理３としては、例えばパーソナルコンピュータによって構成することができる。この場合、データ収納部３ｂとしては、パーソナルコンピュータの内蔵または外付けのハードディスク等の記憶媒体が、その機能を果たす。
【００２０】
図２は、分光計１の構成を概略的に示す図である。分光計１は、図１に示した光源４、チョッパ５、バンドパスフィルタ部７、検出器８に加えて、ＡＴＲプリズム１０、レンズ１１ａ〜１１ｄ、ミラー１２、フィルタ駆動部１５を有する。
【００２１】
光源４は、前述したように、中赤外光の発生源であり、ニクロム線光源、炭化ケイ素光源、セラミック光源、カンタル光源等を用いることができる。チョッパ５は、前述したように、光源４からの中赤外光を交互に透過・遮断するものであって、一定形状の開口が形成された羽根状であり、モータにより回転駆動され、光を連続的に交互に透過・遮断することにより、直流光を振動光波（交流光）に変換する。
【００２２】
ＡＴＲプリズム１０は、前述のＡＴＲ測定部６の構成部材である。ＡＴＲプリズム１０の材料としては、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等を用いることができる。チョッパ５とＡＴＲプリズム１０の間には、レンズ１１ａ、１１ｂが配置されており、これらのレンズにより第１の集光光学系１３が構成される。チョッパ５により変換された振動光波は、第１の集光光学系１３によりＡＴＲプリズム１０に入射される。
【００２３】
ＡＴＲプリズム１０と検出器８の間には、レンズ１１ｃ、１１ｄとミラー１２が配置されており、これらによって第２の集光光学系１４が構成される。レンズ１１ｃは、ＡＴＲプリズム１０から出射した振動波光を平行光にし、ミラー１２は平行光をバンドパスフィルタ部７に入射させる。
【００２４】
バンドパスフィルタ部７は、前述したように、複数のフィルタが回転可能に構成されている。すなわち、図２に示すように、円板の同一円周上に複数のバンドパスフィルタが設けられており、これらのバンドパスフィルタはそれぞれ異なる波長帯域の光を透過させる。バンドパスフィルタ部７はフィルタ駆動部１５によって回転可能であり、バンドパスフィルタ部７が回転すると、透過する振動光波の波長帯域が、順次、切り換わる。
【００２５】
バンドパスフィルタ部７と検出器８の間にはレンズ１１ｄが配置されており、バンドパスフィルタ部７を透過した振動波光を検出器８上に集光する。検出器８は、前述したように、光強度に応じた信号を出力するセンサであり、トリグリシンサルフェイト（ＴＧＳ）等のセンサを用い、チョッパ５によって形成された振動波光を検出する。
【００２６】
なお、分光計１におけるバンドパスフィルタ部７の配置は、その一例を示したものであり、本発明における構成はこの例にかぎられない。すなわち、バンドパスフィルタ部７は、光源４と検出器８の間の光路上にあればよく、その配置は、図示の例に限られない。また、レンズ１１ａ〜１１ｄ、ミラー１２の配置も一例であり、レンズの代わりに球面鏡やトロイダル鏡等、集光機能を有する光学素子であれば、これらの光学素子によって構成するようにしてもよい。また、バンドパスフィルタ部７をレンズ１１ｃの光路上に配置することにより、ミラー１２を省略するようにしてもよい。また、本実施形態では、チョッパ５は、羽根形状で構成しているが、円板に開口部を設け回転させる等、光源を振動光波に変換できるものであれば、羽根形状に限られない。
【００２７】
図３は、信号処理系を示す概念図である。フィルタ・羽根制御部１９は、チョッパ５およびバンドパスフィルタ部７のフィルタ駆動部１５に接続されており、チョッパ５とバンドパスフィルタ部７の回転を制御する。フィルタ・羽根制御部１９は、チョッパ５に対しては、１００回転／秒程度の速度で常時回転させ、またバンドパスフィルタ部７に対しては、後述するように８つの透過フィルタの各位置で測定期間中、回転を停止させ、各位置での測定が終了すると次の透過フィルタに切換える。なお、フィルタ・羽根制御部１９は、独立したハードウエアで構成してもよいが、パーソナルコンピュータ２０が兼用しても構わない。この場合、チョッパ５とバンドパスフィルタ部７のフィルタ駆動部１５は、パーソナルコンピュータ２０のプログラムに従って制御される。
【００２８】
光源４から出射された中赤外光は、チョッパ５によって振動波光に変換され、ＡＴＲプリズム１０によって被験者の腕等によって一部吸収された振動波光は、バンドパスフィルタ部７の透過フィルタによって特定波長帯域の光のみが透過する。検出器８は、バンドパスフィルタ部７を透過した振動波光を受光し、電気信号に変換する。検出器８の出力は、前置増幅器１６の入力に接続され、検出器８から出力される交流信号を増幅する。
【００２９】
前置増幅器１６の出力は、ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７の入力に接続され、ここで増幅され、かつ直流信号に変換される。ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７の出力は、Ａ／Ｄ変換回路１８の入力に接続され、Ａ／Ｄ変換回路１８は、ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７から出力された直流信号をデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換回路１８の出力は、パーソナルコンピュータ２０に出力される。このパーソナルコンピュータ２０は、本実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の全体を制御し、コレステロール濃度測定のためのデータを取得し、データ処理を行い、処理されたデータの表示を行う。
【００３０】
なお、本実施形態においては、光源４から出射される中赤外光をチョッパ５によって振動波光に変換することにより、検出器８に入射する光を振動波光にし、出力される信号を交流信号となるようにしている。これはこの波長領域使用する一般的な検出器の特性に従うものであると同時に、交流信号とすることにより、外乱光の影響や温度によるドリフトの影響を受けにくくする効果がある。しかし、直流で使用できる検知があれば、直流光であっても、外乱光やドリフト対策を施してチョッパ５を省略し、ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７を直流増幅器に置き換えてもよい。一方、検出器８の出力が小さく、ノイズの影響が大きい場合には、検出器８の出力にロックインアンプを接続し、チョッパ５の回転に同期する信号をロックインアンプに供給することにより、信号増幅を行うようにしてもよい。
【００３１】
次に、バンドパスフィルタ部７の各フィルタの透過波長帯域について、図６を用いて説明する。図６は透過スペクトルを示しており、横軸は波数（ｃｍ−１）、縦軸は透過率である。スペクトル中、それぞれの中心波数は、高波数側（図中左）より、ベースライン測定用の４５００ｃｍ−１（図中Ａ）、ＯＨ／ＮＨ測定用の３２８０ｃｍ−１（図中Ｂ）、脂肪測定用の２９８０ｃｍ−１（図中Ｃ）、コレステロールエステルピーク測定用の１７４２ｃｍ−１（図中Ｄ）、コレステロールエステル谷測定用の１７２４ｃｍ−１（図中Ｅ）、アミド２測定用の１５３９ｃｍ−１（図中Ｆ）、コレステロールエステルピーク測定用の１１７０ｃｍ−１（図中Ｇ２）、コレステロールエステル谷測定用の１１８０ｃｍ−１（図中Ｇ１）である。
【００３２】
次に、本実施形態におけるコレステロール測定について説明する。まず、本実施形態におけるコレステロール測定の原理について説明する。図７は、ＦＴＩＲ（フーリエ変換型赤外吸収スペクトル測定装置）を用いて測定した人の皮膚の赤外吸収スペクトルの一例を示す。横軸は波数（１／ｃｍ）であり、縦軸は吸収強度を任意単位で示す。
【００３３】
図７に示すグラフは、血液中のコレステロールが標準値の被験者３１と、コレステロールが標準より高い被験者３２の２例を示している。両被験者を比較すると、１７４０ｃｍ−１付近において、被験者３１にはピークが観測されないのに対して、コレステロール値の高い被験者３２はピークＤが現われている。その他、皮膚タンパク質のケラチンは、１６５０ｃｍ−１付近にアミド１の吸収帯よるピークと、１５４０ｃｍ−１付近にアミド２の吸収体によるピークＦを持っている。さらに、１６３０ｃｍ−１によるピークＨおよび３４００ｃｍ−１によるピークＢを持ち、この２つのピークは水による吸収帯である。
【００３４】
このように、ＦＴＩＲを用いて全体のスペクトルを測定することにより、上述の成分を判別が可能である。しかし、皮膚の赤外吸収スペクトルは多くの情報を含み、判別が容易ではなく、また装置が高価である。そこで、本実施形態においては、バンドパスフィルタ部７を用いて、コレステロール値の関係する波長帯域の吸収強度（透過度）を測定するようにしている。吸収強度の測定としては、ＡＴＲプリズム１０に被験者の腕が載っていない状態と腕が載っている状態との光強度の割合から求める。
【００３５】
また、コレステロール値の関係する波長帯域の吸収強度のみでは測定精度が十分ではないことから、ベースラインおよび規格化を行うための所定波長における吸収強度を用いて、吸収強度の補正を行うようにしている。吸収強度の補正としては、本実施形態においては、ベースライン測定用の４５００ｃｍ−１のフィルタを透過した信号強度から求められた吸光度をＢ０、規格化用として使用するアミド２測定用の１５３９ｃｍ−１のフィルタを透過した信号強度から求められた吸光度をＮ０とし、コレステロールエステル測定用の１７４２ｃｍ−１、１１７０ｃｍ−１、脂質測定用の２９８０ｃｍ−１、ＯＨ／ＮＨ測定用の３２８０ｃｍ−１、コレステロールエステル測定用の１７４２ｃｍ−１、１１７０ｃｍ−１の各フィルタを透過した信号強度から求めた吸光度をＳとすると、補正された各信号強度は、（Ｓ−Ｂ０）／（Ｎ０−Ｂ０）となる。本実施形態においては、この補正された信号強度を用いて、コレステロールエステル、脂質、ＯＨ／ＮＨを測定する。
【００３６】
次に、図１ないし図３に示した本実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置における測定方法について説明する。光源４から出射された中赤外光は、チョッパ５により振動波光に変換され、第１の集光光学系１３によりＡＴＲプリズム１０に入射される。ＡＴＲプリズム１０に入射した振動波光は、ＡＴＲプリズム１０内において全反射を繰り返しながら進み、この間、ＡＴＲプリズム１０の全反射面に密着した腕等の皮膚におけるエヴァセント光により、皮膚固有の吸収が起こる。すなわち、振動波光において被験者のコレステロール濃度に応じた吸収が生ずる。
【００３７】
ＡＴＲプリズム１０を出射した振動波光は、第２の集光光学系１４によって一旦、平行光にされ、バンドバスフィルタ部７によって所定の帯域の波長のみが透過される。バンドパスフィルタ部７は、フィルタ駆動部１５によって回転されており、図６を用いて説明した８つの帯域に対応するフィルタの各位置で一旦停止し、各帯域の振動波光が選択的に透過される。バンドパスフィルタ部７を透過した振動波光は、レンズ１１ｄによって検出器８上に集光され、電気信号に変換される。
【００３８】
検出器８によって変換された電気信号は交流信号であり、この交流信号は前置増幅１６によって増幅され、ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７によって直流信号に増幅された後、Ａ／Ｄ変換回路１８によってデジタルデータに変換される。前述したように、バンドパスフィルタ部７は、各フィルタの位置で一旦停止されるので、その際に、各帯域に対応するデジタルデータがＡ／Ｄ変換回路１８から出力され、このデジタルデータはパーソナルコンピュータ２０に取り込まれる。
【００３９】
各データとしては、ベースライン測定用の４５００ｃｍ−１、ＯＨ／ＮＨ測定用の３２８０ｃｍ−１、脂質測定用の２９８０ｃｍ−１、コレステロールエステルピーク測定用の１７４２ｃｍ−１、コレステロールエステル谷測定用の１７２４ｃｍ−１、アミド２測定用の１５３９ｃｍ−１、コレステロールエステルピーク測定用の１１７０ｃｍ−１、コレステロールエステル谷測定用の１１８０ｃｍ−１について、それぞれ得る。この得られたデータを用いて、前述したように、補正された各信号強度、（Ｓ−Ｂ０）／（Ｎ０−Ｂ０）を取得し、この補正された信号強度を用いて、コレステロールエステル、脂質、ＯＨ／ＮＨを算出する。
【００４０】
次に、本実施形態に係わるコレステロール濃度測定装置の全体動作を、図８に示すフローチャートを用いて説明する。図８（ａ）は、工場製造時における調整の動作を示すフローである。まず、採血・コレステロール値の計測を行う（Ｓ１）。ここでは、被験者から採血し、一般的に行われている手法によりコレステロール値の測定を行う。
【００４１】
続いて、皮膚の非侵襲コレステロールエステル値測定を行う（Ｓ２）。ここでは、本実施形態に係わるコレステロールエステル濃度測定装置を用いて、ステップＳ１における被験者について、ベースラインおよび規格化を行うための所定波長における吸収スペクトルでもって規格化した補正吸光度を求める。
【００４２】
続いて、主成分分析による検量線を作成する（Ｓ３）。ここでは、図９（ａ）に示すように、ステップＳ１において求めた被験者の血液中の総コレステロールと、ステップＳ２において求めた同一被験者の吸光度をプロットし、主成分分析による検量線を作成する。なお、図９（ａ）に示す例では、２本のラインが描かれているが、ライン３３はコレステロールエステルのＣ＝Ｏ振動に帰属される１７４２ｃｍ−１の吸収強度との相関を、またライン３４はＣ−Ｏ−Ｃ振動に帰属される１１７０ｃｍ−１の吸収強度との相関を示している。この相関関係式から検量線を求める。
【００４３】
また、ステップＳ２において求めた被験者の吸光度と、血液中のＬＤＬ値との間にも相関関係が認められる。そこで、ステップＳ１においてコレステロール値を求める際に併せてＬＤＬ値を求めておき、図９（ｂ）に示すように、血液中のＬＤＬ値と補正吸光度の相関関係から、ＬＤＬ値を求めるための検量線を作成してもよい。なお、汗をかいた被験者の場合、１６３０ｃｍ−１のピークが大きくなり、コレステロールエステルの吸収強度が見掛け上小さくなるので、検量線作成の際にはこのデータを削除する。汗をかいた被験者か否かは、ＯＨ／ＮＨ測定用の３２８０ｃｍ−１の吸収強度から判定できる。
【００４４】
ステップＳ３において、検量線を作成すると、次に、判定基準の作成を行う（Ｓ４）。本実施形態においては、図１１に示すように、コレステロール値を１７４２ｃｍ−１と１１７０ｃｍ−１においてそれぞれ１〜５の５段階で判定表示するようにしている。このための判定値を、図１０に示す画面において設定する。なお、図１０および図１１に示す画面においては、コレステロール値に加えて、脂肪値およびＯＨ／ＮＨ値についても検査結果の表示を行うようにしている。これは、ＯＨ／ＮＨ測定用の３２８０ｃｍ−１、および脂肪測定用の２９８０ｃｍ−１を用いて、コレステロール値を併せて簡単に求めることができるからである。
【００４５】
判定基準を作成すると、工場製造時の調整を終了する。なお、本実施形態においては、コレステロール値を１〜５の５段階評価で表示するようにしたが、これに限らず、検量線を用いて算出された血液中に含まれるコレステロール値を直接表示するようにしてもよい。この場合には、判定基準の作成を省略することができる。
【００４６】
次に、ユーザに対するコレステロール値測定の動作について、図８（ｂ）に示すフローチャートを用いて説明する。このフローは、マイクロコンピュータ２０内に記憶されているプログラムに従ってマイクロコンピュータ２０が制御する。
【００４７】
まず、皮膚の非侵襲コレステロールエステル値測定を行う（Ｓ１１）。ここでは、本実施形態におけるコレステロール濃度測定装置を用いて、ベースライン測定用の４５００ｃｍ−１、規格化するためのアミド２測定用の１５３９ｃｍ−１、およびコレステロールエステル測定用の１７４２ｃｍ−１、１１７０ｃｍ−１等を中心波数とするバンドパスフィルタ部７を透過した振動波光の検出器８からの信号出力に基づいて、コレステロールエステル値等を算出する。
【００４８】
コレステロールエステル値の測定を行うと、次に、総コレステロール値の計算と表示を行う（Ｓ１２）。ここでは、ステップＳ３において求めた検量線と、ステップＳ１１において求めたコレステロールエステル値に基づいて、総コレステロール値を求める。ここで求めた総コレステロール値に基づいて、図１１に示したような判定結果の表示を行う。なお、前述したように、コレステロール値自体を表示するようにしてもよい。コレステロール値の判定値を表示すると、コレステロール値判定のフローを終了する。
【００４９】
次に、本発明の一実施形態におけるコレステロール濃度測定装置のうちの分光計１の一変形例について、図４および図５を用いて説明する。この変形例は、分光計１における測定の安定性を向上させたものである。ＡＴＲプリズム１０に被験者の腕を押しつけて測定する場合、腕の押し付けの強さが変化すると、見掛け上、バンドパスフィルタ７の各フィルタの吸収強度が変化したことになる。本発明の一実施形態においては、信号の補正にあたって、ケラチンのアミド２（１５３９ｃｍ−１）と、ベース位置用（１８５０ｃｍ−１、４５００ｃｍ−１）の吸収強度を用いて補償（補正）していたが、この信号取得時と、コレステロールエステルの信号取得時の間に、腕の押し付けの強さが変化すると、正しく補正されない。
【００５０】
そこで、皮膚タンパク質・ケラチンのアミド２と、ベース位置用の吸収強度を常時モニタすることにより、コレステロールエステルの信号取得時と同時にこれらの信号を取得し、コレステロールエステル等の濃度測定値の補正を行うことができる。すなわち、本変形例によれば、腕の押し付け強さの補正を常時行うことができる。
【００５１】
図４は変形例の光学系の配置を概略的に示す図である。この変形例は、図２に示した分光計１と比較し、レンズ１１ｃとミラー１２の間にハーフミラー２１を配置し、このハーフミラー２１によって分割された光路中にダイクロイックミラー２２以下を配置している点が相違する。そこで、この相違点を中心に説明する。
【００５２】
ハーミラー２１の分割光路中にダイクロイックミラー２２が配置されている。このダイクロイックミラー２２は、ハーフミラー２１によって分割された振動波光を更に２つの光路に分割する。ダイクロイックミラー２２の反射光路上には、ベース用フィルタ２３、レンズ１１ｆ、および検出器２５が配置される。ベース用フィルタ２３はベースライン測定用の４５００ｃｍ−１を中心波数とする透過フィルタである。レンズ１１ｆは、ベース用フィルタ２３を透過した振動波光を検出器２５上に集光するためのレンズである。検出器２５は、検出器８と同様に、光強度を測定するセンサであって、ベース用フィルタ２３を透過した４５００ｃｍ−１を中心波数とする振動波光の強度に応じて電気信号に変換する。
【００５３】
ダイクロイックミラー２２の透過光路上には、規格化用フィルタ２４、レンズ１１ｅ、および検出器２６が配置される。規格化用フィルタ２４は規格化するためのアミド２測定用の１５３９ｃｍ−１を中心波数とする透過フィルタである。レンズ１１ｅは、規格化用フィルタ２４を透過した振動波光を検出器２６上に集光するためのレンズである。検出器２６は、検出器８、２５と同様に、光強度を測定するセンサであって、規格化用フィルタ２４を透過した１５３９ｃｍ−１を中心波数とする振動波光の強度に応じて電気信号に変換する。
【００５４】
このように、ＡＴＲプリズム１０、レンズ１１ｃを通過した振動波光は、ハーフミラー２１およびダイクロイックミラー２２によって、３つの光束に分割される。ハーフミラー２１を透過した振動波光は、バンドパスフィルタ部７によって８種類の透過フィルタを順次透過し、検出器８によって電気信号に変換される。また、ダイクロイックミラー２２によって反射された振動波光は、ベース用フィルタ２３によってベースライン測定用の４５００ｃｍ−１を中心波数とする光束が透過し、検出器２５によって電信信号に変換される。さらに、ダイクロイックミラー２２を透過した振動波光は、規格化用フィルタ２４によって規格化するためのアミド２測定用の１５３９ｃｍ−１を中心波数とする光束が透過し、検出器２６によって電信信号に変換される。
【００５５】
図５は変形例の信号系の配置を概略的に示す図である。この変形例は、図３に示した分光計１と比較し、ベース用フィルタ２３、検出器２５、前置増幅器１６ｘ、ＡＣ／ＤＣ増幅器回路１７ｘ、規格化用フィルタ２４、検出器２６、前置増幅器１６ｙ、ＡＣ／ＤＣ増幅器回路１７ｙが追加されただけである。
【００５６】
追加された前置増幅器１６ｘ、１６ｙは、前置増幅器１６と同様に、それぞれ接続されている検出器２５、２６から出力される交流信号を増幅する。前置増幅器１６ｘ、１６ｙにそれぞれ接続されたＡＣ／ＤＣ増幅回路１７ｘ、１７ｙは、ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７と同様に、交流信号を増幅し、かつ直流信号に変換する。ＡＣ／ＤＣ増幅回路１７、１７ｘ、１７ｙによって増幅され直流信号に変換された信号は、Ａ／Ｄ変換回路１８によってデジタルデータに変換され、パーソナルコンピュータ２０に出力される。
【００５７】
本発明の一実施形態の変形例における動作も、一実施形態と同様であるが、信号補正の仕方のみが異なる。すなわち、バンドパスフィルタ部７の８個のサンプル用フィルタを透過した振動波光は検出器８によって電気信号に変換され、またベース用フィルタ２３を透過した振動波光は検出器２５によって電気信号に変換され、また規格化用フィルタ２４を透過した振動波光は検出器２６によって電気信号に変換され、それぞれの前置増幅器１６、１６ｘ、１６ｙ、およびＡＣ／ＤＣ増幅回路１７、１７ｘ、１７ｙによって増幅、直流変換された後、Ａ／Ｄ変換回路１８によってデジタルデータに変換される。
【００５８】
測定にあたっては、被験者の腕等をＡＴＲプリズム１０に載せない状態で測定した参照強度と、腕等をＡＴＲプリズム１０に載せた状態で測定した透過光強度をそれぞれ測定し、それぞれの割合から吸光度を求める。バンドパスフィルタ部７を透過した振動波光に基づく吸光度をＳ、ベース用フィルタ２３を透過した振動波光に基づく吸光度をＢ０、規格化用フィルタ２４を倒壊した振動波光に基づく吸光度をＮ０とすると、補正されたコレステロールエステル等の信号強度は、（Ｓ−Ｂ０）／（Ｎ０−Ｂ０）となる。
【００５９】
なお、バンドパスフィルタ部７には、ベース用フィルタ２３と同一の中心波数（４５００ｃｍ−１）と、規格化用フィルタ２４と同一の中心波数（１５３９ｃｍ−１）のフィルタが配置されている。これらのフィルタは、一変形例に係わるコレステロール濃度測定装置の初期設定の際の校正作業において、両者が一致しているかを確認するために使用する。しかし、通常の測定時には使用しないことから、バンドパスフィルタ部７において、４５００ｃｍ−１と、１５３９ｃｍ−１の２つのフィルタを省略しても構わない。
【００６０】
このように、本発明の一実施形態の変形例においては、皮膚タンパク質のアミド２の吸収度とベースラインの吸収度を、常時モニタするための光学系および信号系を設けている。このため、皮膚のコレステロール濃度を測定する際に、腕が動き、ＡＴＲプリズム１０への押し付け強さが変化し、吸収強度が変化するような場合であっても、アミド２およびベースラインの吸収度によって全体を規格化し、腕の動きの影響を受けないようにしている。
【００６１】
なお、変形例では検出器が３個、必要になり、これに付随して光学系および信号系が複雑になると共に高価になってしまう。この点、本発明の一実施形態においては、検出器が１つであるため、光学系および信号系が簡単かつ安価とすることができる。しかし、前述したように、測定時に腕が動くと吸収強度の補正が十分できず、測定精度が低下してしまう。そこで、本発明の一実施形態における他の変形例として、バンドパスフィルタ部７を高速回転することによって、検出器が１個でも測定精度を維持するようにしてもよい。
【００６２】
この他の変形例では、バンドパスフィルタ部７のフィルタターレットを数Ｈｚ以上で高速回転させ、この回転と同期して信号を取得するようにする。バンドパスフィルタ部７の回転が、光を断続するチョッパの役割を果たし、このため、チョッパ５を省略することができる。また、高速に回転することから、コレステロールエステル測定用のフィルタ、ベースライン用フィルタ、規格化用フィルタ等を透過した時間差を無視できる程度の時間間隔で、それぞれのデータを取得できることから、腕が動くことによる誤差を最小限にすることができる。また、光学系も簡単になり、装置の小型化および低廉化を図ることができる。
【００６３】
以上説明したように、本発明の一実施形態や変形例においては、全反射減衰法（ＡＴＲ法）を用いて試料の吸収スペクトル強度を測定するにあたって、コレステロールエステルの中赤外領域における吸収スペクトルのピークを中心波長とする所定帯域を透過するバンドパスフィルタを透過した光を検知するようにしている。このため、血液を採取することなく、安価で小型化なコレステロール濃度測定装置を提供することができる。
【００６４】
なお、本発明の一実施形態においては、複数のフィルタを配置した円板を回転させたが、ＡＴＲプリズム１０の出射光路を必要な数に分割し、分割光路にそれぞれフィルタを配置することにより、回転円板を省略するようにしても構わない。また、チョッパ５によって振動波光に変換していたが、直流で十分精度を確保できるならば、チョッパを省略し、振動波光に変換することなく直流光のままで測定しても構わない。
【００６５】
本発明は、上述の一実施形態や変形例にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記一実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、一実施形態や変形例に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる一実施形態や変形例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・分光計、２・・・位置決め機構、３・・・制御・データ処理部、３ａ・・・制御・データ処理用ＰＣ、３ｂ・・・データ収納部、４・・・光源、５・・・チョッパ、６・・・ＡＴＲ測定部、７・・・バンドパスフィルタ部、８・・・検出器、９・・・信号処理部、１０・・・ＡＴＲプリズム、１１ａ〜１１ｄ・・・レンズ、１２・・・ミラー、１３・・・第１の集光光学系、１４・・・第２の集光光学系、１５・・・フィルタ駆動部、１６・・・前置増幅器、１６ｘ・・・前置増幅器、１６ｙ・・・前置増幅器、１７・・・ＡＣ／ＤＣ増幅回路、１７ｘ・・・ＡＣ／ＤＣ増幅回路、１７ｙ・・・ＡＣ／ＤＣ増幅回路、１８・・・Ａ／Ｄ変換回路、１９・・・フィルタ・羽根制御部、２０・・・パーソナルコンピュータ、２１・・・ハーフミラー、２２・・・ダイクロイックミラー、２３・・・ベース用フィルタ、２４・・・規格化用フィルタ、２５・・・検出器、２６・・・検出器、３１〜３４・・・被験者
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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