JP2010246578A - 血中コレステロールの検査方法および検査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】血管を含む生体を透過する検査光を検査部位に照射して第1画像を取得するステップ(a)と、ステップ(a)の後に、検査光を検査部位に照射して第2画像を取得するステップ(b)と、第1画像と第2画像を比較して、血中コレステロール量を判断するステップ(c)と、を備える。検査光は、波長が700〜1200nmの範囲から選ばれた近赤外光であることが好ましく、ステップ(c)における第1画像と第2画像の比較は、第1画像の輝度と第2画像の輝度を比較することが好ましい。
【選択図】図3
Description
動脈硬化の主たる危険因子として考えられるのが高コレステロール血症である。高コレステロール血症とは、一般に血液中の血清総コレステロール濃度が220mg/dL以上の状態を示す。コレステロール(Cholesterol)は水に溶けにくい性質を持つため、生体内では蛋白質と結びつき、リポ蛋白質を形成し移動する。血中コレステロールは大きく2つに分類され、低比重リポ蛋白コレステロール(Low Density Lipoprotein Cholesterol:LDL−C)と、高比重リポ蛋白コレステロール(High Density Lipoprotein Cholesterol:HDL−C)である。これらのうち、LDL−Cは動脈硬化症の発現と密接に関係することが知られている(例えば、非特許文献1,2)。
そこで本発明は、人間やその他の動物の血中コレステロールを非侵襲的に検査する方法および装置を提供することを目的とする。
本発明において、ステップ(c)における第1画像と第2画像の比較は、第1画像の輝度と第2画像の輝度を比較することにより行うことができる。輝度を比較することにより第1画像と第2画像の性状の差を把握するのが容易であるとともに、輝度は血管像をグレースケールの平均値にする等により容易に求めることができるからである。
本発明において、血管を圧迫した状態で第1画像、第2画像を取得することが好ましい。血管を圧迫することにより、血管像の性状の変化が顕著になるからである。
ラットを用いて行なった実験を説明する。実験概要は以下の通りである。
ラットの尾を圧迫し、尾の血液量に変化を与えながら、尾の背側から近赤外光を照射し、透過した光をCCD(Charge Coupled Device)カメラで撮影し、透過像を連続的に取得した。取得した近赤外画像から、輝度を求め、さらにその経時的な変化を求めた。
ここで、高コレステロールモデル(6例)と、正常モデル(7例)の血清中総コレステロール濃度を測定した結果を図2に示す。
血清中総コレステロール濃度(平均)は、高コレステロールモデルでは223.8±43.23mg/dLであり、正常モデルでは64.51±5.964mg/dLである。高コレステロール食を与えることで、高コレステロールモデルの血清中総コレステロール濃度は正常モデルに比べ約3.5倍となった。両モデル間においてt検定を行った結果、高コレステロールモデルの方が有意に大きいことが確認された。p値は0.01以下である。
以上の撮影装置10を用い、ラットRの尾Tの背側より近赤外光を照射し、透過した近赤外光をスリットの下部に設けたCCDカメラ2で受光して近赤外画像を取得する。ラットRの尾Tには、以下説明する条件で、カフ5により圧迫力を加える。
圧迫力による画像の変化を調査するために、圧迫力は、40、60、80、100mmHgと、さらに150mmHgの5段階とした。圧迫力を変えて次の実験を行う場合、前回の圧迫力による影響が出ないとされる15分間以上の間隔を設けた。
図3より、高コレステロールモデルの近赤外画像について、全圧迫力で実験開始時の0秒と圧迫開始時の60秒の画像に変化は見られない。また、圧迫力が40mmHgでは圧迫による近赤外画像の変化は見られない。しかし、圧迫力が60mmHg、80mmHg、100mmHgでは、圧迫開始時の60秒から120秒、240秒、360秒にかけて近赤外画像が、徐々に黒色に変化することが確認できる。その変化は圧迫力が増大するほど、より全体が黒色へと変化している。また、圧迫力解放時の360秒から解放直後の365秒では、近赤外画像が明るくなった。さらに、実験終了時の420秒では撮影開始時と、同様の画像が得られた。
また、圧迫力が150mmHgでは、他の圧迫力とは違い、圧迫中の近赤外画像の変化は確認できず、解放後に画像が黒色へと変化した、その変化は測定終了時で最も濃くなった。
図4に示すように、正常モデルの近赤外画像についても、高コレステロールモデルと同様の傾向を示した。
圧迫力が40mmHgの高コレステロールモデル5例分の輝度データを図5(a−1)に、圧迫力が40mmHgの通常モデル5例分の輝度データを図5(a−2)に示す。
0秒〜60秒間は、ラットRの尾Tにカフを巻きつけるだけで圧迫はしない状態(圧迫力0mmHg)である。60秒から360秒まではそれぞれの圧迫力で尾Tを圧迫している。360秒から420秒では圧迫力が解放(圧迫力0mmHg)されている。
図5(a−1)に示すように、高コレステロールモデルの場合、実験開始時(0秒)から圧迫直前(60秒)間の輝度の変化は見られなかった。圧迫力が40mmHgでは、圧迫直後から輝度は減少し始めた。輝度の変化は圧迫開始から約60秒で止まり、その後はほぼ一定の値を保っている。さらに圧迫力の解放後は輝度が回復した。
図5(a−2)に示すように、通常モデルの場合も高コレステロールモデルと同様の傾向を示す。ただし、圧迫直後からの輝度の減少は少ない。
圧迫力が60mmHgの高コレステロールモデル5例分の輝度データを図5(b−1)に、圧迫力が60mmHgの通常モデル5例分の輝度データを図5(b−2)に示す。
図5(b−1)に示すように、高コレステロールモデルの場合、40mmHgと同様に実験開始時(0秒)から圧迫直前(60秒)間の輝度の変化は見られなかった。圧迫力が40mmHgに比べ、60mmHgでは、圧迫直後からの輝度の変化が大きかった。輝度の変化は圧迫開始から約120秒で止まり、その後はほぼ一定の値を保っている。また、圧迫力の解放後は輝度が回復した。
図5(b−2)に示すように、通常モデルの場合も高コレステロールモデルと同様の傾向を示すが、やはり、圧迫後からの輝度の減少は少ない。
圧迫力が80mmHgの高コレステロールモデル5例分の輝度データを図5(c−1)に、また、通常モデル5例分の輝度データを図5(c−2)に示す。
図5(c−1)に示すように、高コレステロールモデルの場合、圧迫力が60mmHgと同様に圧迫前の輝度の変化は見られなかった。圧迫力が40mmHg、60mmHgに比べ、圧迫後の変化はさらに大きくなった。40mmHg、60mmHgとは対照的に、輝度の減少は圧迫力の解放直前まで続いた。圧迫力の解放後の輝度は、40mmHg、60mmHgと同様に回復した。
図5(c−2)に示すように、通常モデルの場合も高コレステロールモデルと同様の傾向を示すが、やはり、圧迫直後からの輝度の減少は少ない。
圧迫力が100mmHgの高コレステロールモデル5例分の輝度データを図6(d−1)に、また、通常モデル5例分の輝度データを図6(d−2)に示す。
図6(d−1)に示すように、高コレステロールモデルの場合、圧迫力が60mmHg、80mmHgと同様に圧迫前の輝度の変化は見られなかった。圧迫直後に輝度は減少し始め、輝度の変化は解放の直前まで続いた。圧迫力の解放後は、輝度は回復した。
図6(d−2)に示すように、通常モデルの場合も高コレステロールモデルと同様の傾向を示すが、圧迫直後からの輝度の減少は少ない。
圧迫力が150mmHgの高コレステロールモデル5例分の輝度データを図6(e−1)に、また、通常モデル5例分の輝度データを図6(e−2)に示す。
図6(e−1)、(e−2)に示すように、高コレステロールモデル、通常モデルの場合ともに、圧迫前は他の結果と同様に変化は見られない。しかし、圧迫中は他の圧迫力とは異なる変化を示す。
圧迫力が80mmHgと100mmHgにおいて輝度の変化量は、高コレステロールモデルの方が正常モデルに比べて、有意に大きい結果を示し、5%の有意差が得られた。この結果、輝度の変化量を求める場合、圧迫力を80mmHg又は100mmHgとするのが好ましいが、これはあくまでラットRに対する値であり、他の動物について好ましい圧迫力は各々実験的に確認することが必要である。
以上のことから、高コレステロールモデルにおいては、ラットRにコレステロールを与えることで赤血球の変形能が低下し、赤血球の一部では溶血が発症しているものと推測される。さらに高コレステロールモデルでは、図8に示すように、うっ血により血液中に赤血球から遊離したヘモグロビンと、赤血球が混在することから、血液中に含まれる赤血球の停滞する隙間に、溶血により遊離したヘモグロビンが浸入することで、全体のヘモグロビン量が増加したと推測される。その結果、ラットRの尾Tの圧迫前後における近赤外光の輝度の変化量は、高コレステロールモデルの方が正常モデルに比べ有意に増加したものと解される。このメカニズムは、実際に実験を行なったラットに限らず、動物に共通するものであるから、人間についても適用される。
近赤外画像の輝度変化によるコレステロール濃度の検査には、第1形態と第2形態の少なくとも2つの形態が考えられる。
<第1形態>
第1形態は、コレステロール濃度の増減を検査するものである。これには、生体の検査部分に所定の圧迫を加えながら得た近赤外画像(第1画像)の輝度変化量を取得しておく。このときの輝度変化量をBR1−1とする。時を異にして、同様の条件下で近赤外画像(第2画像)の輝度変化量を取得する。この輝度変化量をBR1−2とする。BR1−1とBR1−2を比較することにより、コレステロール濃度の増減を知ることができる。つまり、BR1−1<BR2−1であればコレステロール濃度が上がり、BR1−1>BR2−1であればコレステロール濃度が下がったことになる。
第2形態は、コレステロール濃度の絶対値を検査するものである。
第1形態と同様に輝度変化量を取得する。この輝度変化量をBR2−1とし、その後に取得される輝度変化量をBR2−2とする。
BR2−1、BR2−2を取得する際に、コレステロール濃度を別途測定する。この測定は、血液を採取して行うものであるが、測定方法は問われない。BR2−1に対応する測定されたコレステロール濃度をCD2−1、BR2−2に対応するコレステロール濃度をCD2−2とする。これら値より輝度変化量とコレステロール濃度との相関関係(式)を得る。相関式(1)は、求めるコレステロール濃度をyCDとし、得られる輝度変化量をxBRとすると、以下の通りである。
={(BR2−2)−(BR2−1)}/{(CD2−2)−(CD2−1)}…(1)
コレステロール検査装置20は、近赤外光を発光して血管BVを含む人の指(生体)Fに照射する光源21と、光源21から照射され指Fを透過する近赤外光(以下、透過光ということがある)を受光し、撮影するCCDカメラ22を備えている。光源21は、パーソナルコンピュータPCからなるコントローラ24の指示に従って発光が制御される。CCDカメラ22は、コントローラ24の指示に従って透過光を撮影して近赤外画像を取得する。コントローラ24は、取得された近赤外画像を取り込む。取り込んだ後の近赤外画像の処理については、後述する。
流量調整弁26、圧力計27および排気弁28はコントローラ24に接続されている。流量調整弁26は、コントローラ24の指示に従ってその開度が調整され、カフ23に流入するエア量を制御する。コントローラ24は、圧力計27からカフ23内の圧力値情報を取得する。また、排気弁28は、コントローラ24の指示に従ってその開度が調整され、コントローラ24は、カフ23から排気するエア量を制御する。
以上のように構成されているので、コントローラ24は、圧力計27から取得する圧力値情報に基づいて、流量調整弁26および排気弁28の開度を調整することにより、カフ23が血管BVを圧迫する力(カフ圧)が検査用の圧迫力に一致するように制御する。
図10は、第1形態を実行する場合のコントローラ24の構成例を示している。
コントローラ24は、カフ圧制御部24aと、検査処理部24bとから構成される。
カフ圧制御部24aは、前述したように、カフ圧が検査用の圧迫力に一致するように、圧力計27から取得する圧力値情報に基づいて、流量調整弁26および排気弁28の開度を調整する。カフ圧を印加する時間は適宜調整できる。例えば、上述した実験と同様の時間だけ印加できるが、十分に輝度変化が生じる範囲で、印加時間は極力短いことが検査時間の短縮にとって望ましい。
画像記憶部241は、CCDカメラ22で撮影された近赤外画像を取り込み、記憶する。近赤外画像の記憶の時間間隔は任意であり、たとえば前述した実験と同様に1秒間隔でもよいし、それ以上、以下の間隔にすることもできる。
輝度算出部242は、画像記憶部241に記憶された近赤外画像の輝度を算出する。具体的には、近赤外画像のグレースケール値の平均値を求め、これを当該画像の輝度とする。逐次記憶された近赤外画像について輝度を求めることにより、図5、図6に示す輝度の時間変化を認識できる。輝度算出部242は、輝度の時間変化に基づいて、輝度変化量を算出する。輝度変化量は、圧迫開始時の輝度と圧迫開始から所定時間経過後の輝度の差(または比)として求められる。圧迫開始時の輝度をBi、圧迫開始から所定時間経過後の輝度をBeとすると、輝度変化量BRはBe−Bi(またはBe/Bi)で与えられる。
例えば、利用者Aについて、今回新たに得られた輝度変化量が6回目とすると、前回(5回目)の輝度変化量が15であるから、今回の輝度変化量は前回に比べて減少している。これは、コレステロール濃度がこの2月で減ったことを意味する。この場合、例えば「前回測定時よりもコレステロールが減りました。このまま健康管理を怠らないように!」といったメッセージを、PCのディスプレイ上に表示させることができる。
また、利用者Bについては、前回の輝度変化量が35であるのに対して、今回の輝度変化量は50であるから、この2月でコレステロールが増えている。この場合、例えば「前回測定時よりもコレステロールがずいぶん増えています。食事を含め健康管理に注意しましょう!」といったメッセージを、PCのディスプレイ上に表示させることができる。
図12は、第2形態を実行する場合のコントローラ24の構成例を示している。なお、図10に示した第1形態と同様の構成部分には図10と同じ符号を付して、その説明を省略する。
コントローラ24は、カフ圧制御部24aと、検査処理部24cとから構成される。
検査処理部24cは、画像記憶部241、輝度算出部242およびコレステロール算出部245を備えている。
また、コレステロール算出部245は、利用者毎に算出されたコレステロール値を逐次記憶し、今回算出されたコレステロール値に加えて、記憶された過去のコレステロール値を表示させること、さらに第1形態と組み合せてコレステロール値の増減を表示させることもできる。
また、以上の実施形態では、輝度を求めて比較したが、圧迫力を加えた後に一定輝度に到達するまでの時間によりコレステロールを判断することもできる。また、輝度に代えて光度を求めることにより、コレステロールを判断することもできる。
また、以上では圧迫力を与えて輝度の変化を顕在化したが、指の静脈を撮影する場合には肘を曲げることによっても、輝度の変化を顕在化できる。また、運動する、冷却する、薬(アルコール)を飲む、食事するなどによって、輝度の変化を顕在化できる。
21…光源
22…カメラ
23…カフ
24…コントローラ
24a…カフ圧制御部、24b,24c…検査処理部
241…画像記憶部、242…輝度算出部、243…輝度記憶部、244…輝度比較部、
245…コレステロール算出部
25…ポンプ
26…流量調整弁
27…圧力計
28…排気弁
Claims (8)
- 血管を含む生体を透過する検査光を検査部位に照射して第1画像を取得するステップ(a)と、
前記ステップ(a)の後に、前記検査光を前記検査部位に照射して第2画像を取得するステップ(b)と、
前記第1画像と前記第2画像の比較に基づいて、血中コレステロール量を判断するステップ(c)と、
を備える血中コレステロールの検査方法。 - 前記検査光は、波長が700〜1200nmの範囲から選ばれる近赤外光である請求項1に記載の血中コレステロールの検査方法。
- 前記ステップ(c)における前記第1画像と前記第2画像の比較は、
前記第1画像の輝度と前記第2画像の輝度を比較する請求項1または2に記載の血中コレステロールの検査方法。 - 前記ステップ(a)において、前記血管を圧迫した状態で前記第1画像を取得し、
前記ステップ(b)において、前記血管を圧迫した状態で前記第2画像を取得する請求項1〜3に記載の血中コレステロールの検査方法。 - 血管を含む生体を透過する検査光を照射して得られる血管像を保持する血管像保持部と、
先行して取得された第1画像と、前記第1画像が取得された後に取得された第2画像との比較に基づいて、血中コレステロール量を判断するデータ処理部と、
を備える血中コレステロールの検査装置。 - 前記検査光は、波長が700〜1200nmの範囲から選ばれた近赤外光である請求項5に記載の血中コレステロールの検査装置。
- 前記データ処理部における前記第1画像と前記第2画像の比較は、
前記第1画像の輝度と前記第2画像の輝度を比較する請求項5または6に記載の血中コレステロールの検査装置。 - 前記血管像を得る際に前記血管を圧迫するカフを備える請求項5〜7のいずれかに記載の血中コレステロールの検査装置。
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