JPWO2017119130A1 - 非侵襲型生体脂質計測器及び非侵襲型生体脂質計測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば特許文献1には、近赤外領域や、赤外領域の波長の光を音響光学可変振動フィルタによって出力して生体に照射し、非測定対象物を透過または反射した光を受光して得られた吸光スペクトルを解析・演算することにより非測定対象物の濃度を算出する装置に関する発明が開示されている。
一方で特許文献2に開示の技術では、生体から放出された検出光のうち、実際に血中を透過した光と透過していない光を区別することができない。そのため、照射部からの光が確実に血中を透過するように、照射部及び検出部の位置合わせが必要であるという課題があった。更に、位置合わせしようとしても、皮膚の色や体質によっては必ずしも血管の位置を皮膚越しに確認できるわけではないため、位置合わせ自体にも困難性が存在した。
(1)生体内における血液中の脂質を計測する非侵襲型生体脂質計測器であって、
生体外から生体内に向けて所定の光強度で光を照射する照射部と、
照射部からの照射光が生体内での散乱を経て、前記生体から放出される光強度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光強度に基づき前記生体内における光の散乱係数を算出する散乱係数算出部と、
前記算出された散乱係数に基づき脂質濃度を算出する脂質濃度算出部と、を有し、
前記散乱係数算出部は、前記光強度検出部により検出された前記光強度が、前記生体内の血中を透過しているか否かを判別し、前記生体内の血中を透過したと判別された光の散乱係数を算出する、
非侵襲型生体脂質計測器。
(2)前記散乱係数算出部は、検出した複数の光強度に対し、予め設定した閾値以下の光強度を有する光を、生体内の血中を透過した光強度であると判別する、(1)に記載の非侵襲型生体脂質計測器。
(3)前記散乱係数算出部は、検出した複数の光強度を比較し、照射部と検出部との距離により規格化した光強度が小さいものを、生体内の血中を透過した光強度であると判別する、(1)に記載の非侵襲型生体脂質計測器。
(4)前記照射部及び/又は前記光強度検出部が複数配置される、(1)から(3)のいずれかに記載の非侵襲型生体脂質計測器。
(5)前記光強度検出部が複数配置されており、かつ、前記複数の光強度検出部において検出される光強度が略同一となるように光量をカットするフィルタを有する、(1)から(4)のいずれかに記載の非侵襲型生体脂質計測器。
(6)前記照射部が照射光を変調可能であり、前記散乱係数算出部は照射光の変調に応じ散乱係数を算出可能である、(1)から(5)のいずれかに記載の非侵襲型生体脂質計測器。
(7)生体内における血液中の脂質を計測する方法であって、
生体外から生体内に向けて所定の光強度で光を照射する照射ステップ、
前記照射ステップでの照射光が生体内での散乱を経て、前記生体から放出される光強度を検出する光強度検出ステップ、
前記光強度検出ステップにより検出された前記光強度に基づき前記生体内における光の散乱係数を算出する散乱係数算出ステップ、及び
前記算出された散乱係数に基づき脂質濃度を算出する脂質濃度算出ステップ、を有し、
前記散乱係数算出ステップは、前記光強度検出ステップにより検出された前記光強度が、前記生体内の血中を透過しているか否かを判別するステップを含み、該ステップにより前記生体内の血中を透過したと判別された光の散乱係数を算出する、
非侵襲型生体脂質を計測する方法。
また、照射部及び/又は光強度検出部を複数にすることで、検出できる光強度の数(照射部−検出部のライン)が増えることから、散乱係数の算出において直線形変換を用いる場合には、その精度を著しく向上させることができる。
一方で、検出できる光強度の数が増えることから、直線形変換を用いずとも、例えばカーブフィッティングを用いて散乱係数を算出できる。そのため、より複雑な解析ができる。
なお、本発明において血中とは、静脈、動脈にかぎらず、毛細血管をも含む血管中を意味するが、静脈や動脈等、毛細血管以外の比較的太い血管であることが好ましい。
即ち、光源として用いられる波長範囲は、血漿中の水により光が吸収される波長範囲を考慮して1400nm以下とするのが好ましく、さらに、ヘモグロビンによって光が吸収される波長範囲を考慮して580nm以上1400nm以下とするのがより好ましい。
特に、光源と生体との間に距離が存在する場合には、外部からの光を遮光する手段を備えることが好ましいが、このような手段を備えない場合であっても、照射部2を変調可能とすることで、光強度検出部3において、外部からの光と照射部2からの光とを区別して検出することができる。また、そのような場合、前記散乱係数算出部41は、照射光の変調に応じ散乱係数を算出可能であることが必要である。
一方で、生体から放出された検出光のうち、実際に血中を透過した光と透過していない光を区別しない場合には、正確な生体脂質濃度を取得できない場合がある。
散乱係数μS’の算出については、特許文献2(国際公開第2014/087825号)に記載の方法をそのまま適用することが可能である。
予め閾値を設定する方法としては、例えば、光源の光強度及び光源から検出器までの距離を一定とし、複数の照射部−光強度検出部(ラインともいう)で光強度を測定する。ここで、血中を透過した光は、散乱に加えて吸収も大きいことから、光の減衰が生じる。そのため、複数ラインで光強度を測定し、その強度を比較することで、血管の場所を特定することができ、加えて、特定の照射部−光強度検出部の距離における血中を透過した場合の光強度及び血中を透過しない場合の光強度を求めることができる。そして、血中を透過しない場合の光強度を100%とし、70%以下の光強度のものを、血中を透過した光強度であると判断してもよく、50%以下の光強度のものを、血中を透過した光強度であると判断してもよく、40%以下の光強度のものを、血中を透過した光強度であると判断してもよく、30%以下の光強度のものを、血中を透過した光強度であると判断してもよく、20%以下の光強度のものを、血中を透過した光強度であると判断してもよく、10%以下の光強度のものを、血中を透過した光強度であると判断してもよい。この数値は、要求される血中脂質濃度の正確性により、適宜決定できる。
なお、光強度の距離による減衰割合については、特許文献2に記載の方法などを参酌し、導くことができる。
また、この方法においても、上記記載したような血中を透過しない場合の光強度を100%とした減衰割合の閾値を設定し、判別に用いてもよい。その場合の具体的な閾値については、上述の閾値を援用できる。
この方法では、光強度の検出は、多く(のライン数)行うほど血中透過判別精度が向上する。数の制限は特段ないが、例えば光強度の検出は、5ライン以上であってもよく、10ライン以上であってもよく、15ライン以上であってもよい。
更に、要求される血中脂質濃度の正確性の程度にもよるが、血中を透過していない光強度の予測乃至は決定に関し、一般的に人体の血管が通っていない部分の吸光係数・散乱係数は知られていることから、吸光係数・散乱係数を用い、血中を透過していない光強度を算出することもできる。
また、これらの方法においても、上記記載したような血中を透過しない場合の光強度を100%とした減衰割合の閾値を設定し、判別に用いてもよい。その場合の具体的な閾値については、上述の閾値を援用できる。
若しくは、A氏の血中脂質の濃度を他の血中脂質の濃度の測定方法等により測定した測定結果と、検出された光強度より得られた濃度の測定結果とを比較して、その比較により得られた濃度と、一般的な生体の場合の前記統計データにおける濃度との誤差を算出し、その誤差を修正するキャリブレーションをすることで、A氏個人の統計データを作成してもよい。
また、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の概念も含まれる。よって、脂質濃度算出手段は、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とすることができる。
図3は、生体の血管及び非侵襲型生体脂質計測器の照射部及び光強度検出部の位置関係を示す上面模式図(a)、断面模式図(b)、上面模式図(c)、及び上面模式図(d)である。
図3(a)が開示する装置は、照射部12から光強度検出部13までの照射検出間距離比に基づいて散乱係数を算出するため、照射部12と複数の光強度検出部13が直線状に存在することを意図している。しかしながら、照射部12と光強度検出部13の設定によっては、図3(c)に示すように、血管11から外れた位置に光強度検出部13が配置される場合も考えられる。
また、皮膚の色や体質によっては必ずしも血管11の位置を皮膚越しに確認できるわけではないため、位置合わせ自体にも困難性が存在した。
更に、仮に位置合わせができたとしても、皮膚の深さ方向についてどの位置に血管11が存在するかを把握することは難しく、図3(b)のように照射部12から照射された光の散乱伝搬経路14が血中を通過すればよいが、光源における入射光の強さや角度によっては、散乱伝搬経路が血中を通過しない場合も考えられる。
本実施形態では、光強度検出部13で検出される検出光が生体内の血中を透過しているか否かを判別することから、上記のような問題点は解決される。
図4(a)では、光強度検出部13(例えば照射部12からの1本の直線上に存在する複数の光強度検出部13)が血管外に配置されても、照射部12から一定の距離において複数の光強度検出部13が扇形に配置されることで、血中を透過した散乱光を確実に検出することができる。光強度検出部13を扇形に配置する場合には、配置範囲は特段限定されないが、確実に血中を透過した検出光を得る観点から、扇形の中央に位置する光強度検出部13と照射部12とを結ぶ線より、両側に30度以上展開して配置することが好ましく、45度以上展開して配置してもよく、60度以上展開して配置してもよく、75度以上展開して配置してもよく、90度以上展開して配置してもよい。
また、図5(b)に示すように、照射部12が上下方向に列を作るように、複数並べて配置してもよい。
更に、図5(c)に示すように、照射部12を二次元アレイ状に複数配置することもできる。光射部12をアレイ状に配置する場合の照射部12が形成するアレイの形状、大きさは特段限定されず、一般的に矩形であるがこれに限定されない。また、大きさも特に限定されないが、例えばウエアラブルデバイスを想定する場合、最大長が1cm以上であってよく、最大長が3cm以上であってよく、最大長が5cm以上であってよく、最大長が10cm以上であってよい。
このような場合には、例えば光強度検出部13がアレイ状に配置されている場合、図7(a)に示すように、光強度検出部13により形成されるアレイに濃度勾配付き減光フィルタ15を配置することで、同一の検出器で測定可能な検出範囲内に検出光強度を収束させることができる。具体的には照射部12に近い箇所では多くの光をカットでき、遠い箇所では光のカット量が少ないフィルタを用いる。なお、濃度勾配付きフィルタの勾配については、予めフィルタなしで光強度を測定し、その後計算上にて割り戻すことで、適切な勾配を決定することができる。
本発明の実施形態における非侵襲型の生体脂質を計測する方法は、生体外から生体内に向けて所定の光強度で光を照射する照射ステップ、前記照射ステップでの照射光が生体内での散乱を経て、前記生体から放出される光強度を検出する光強度検出ステップ、前記光強度検出ステップにより検出された前記光強度に基づき前記生体内における光の散乱係数を算出する散乱係数算出ステップ、及び前記算出された散乱係数に基づき脂質濃度を算出する脂質濃度算出ステップを有し、前記散乱係数算出ステップは、前記光強度検出ステップにより検出された前記光強度が、前記生体内の血中を透過しているか否かを判別するステップを含み、該ステップにより前記生体内の血中を透過したと判断された光の散乱係数を算出する、非侵襲型生体脂質を計測する方法である。算出された散乱係数は、脂質濃度算出ステップにおいて、脂質濃度を算出するのに使用される。以下、順にステップを追って説明する。
また、照射部から照射する光は、波長範囲が、血漿の無機物により光が吸収される波長範囲を考慮して1400nm以下とするのが好ましく、さらに、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580nm〜1400nmとするのがより好ましい。
そして、脂質濃度算出ステップは、血中脂質濃度と散乱係数とが相関関係を有することに基づき、血中脂質の濃度等を算出するステップである。
なお、光の散乱係数を算出する方法は、特許文献2(国際公開第2014/087825号)に記載されているように複数種類存在し、どの手法を用いてもよい。
2 照射部
3 光強度検出部
4 演算部
41 散乱係数算出部
42 脂質濃度算出部
10、20 生体
11、21 血管
12、22 照射部
13、23 光強度検出部
14 検出散乱光の伝搬経路
15 濃度勾配付き減光フィルタ
16 集光手段
Claims (7)
- 生体内における血液中の脂質を計測する非侵襲型生体脂質計測器であって、
生体外から生体内に向けて所定の光強度で光を照射する照射部と、
前記照射部からの照射光が生体内での散乱を経て、生体から放出される光強度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光強度に基づき前記生体内における光の散乱係数を算出する散乱係数算出部と、
前記算出された散乱係数に基づき脂質濃度を算出する脂質濃度算出部と、を有し、
前記散乱係数算出部は、前記光強度検出部により検出された前記光強度が、前記生体内の血中を透過しているか否かを判別し、前記生体内の血中を透過したと判別された光の散乱係数を算出する、
非侵襲型生体脂質計測器。 - 前記散乱係数算出部は、検出した複数の光強度に対し、予め設定した閾値以下の光強度を有する光を、生体内の血中を透過した光強度であると判別する、請求項1に記載の非侵襲型生体脂質計測器。
- 前記散乱係数算出部は、検出した複数の光強度を比較し、照射部と検出部との距離により規格化した光強度が小さいものを、生体内の血中を透過した光強度であると判別する、請求項1に記載の非侵襲型生体脂質計測器。
- 前記照射部及び/又は前記光強度検出部が複数配置される、請求項1から3のいずれか1項に記載の非侵襲型生体脂質計測器。
- 前記光強度検出部が複数配置されており、かつ、前記複数の光強度検出部において検出される光強度が略同一となるように光量をカットするフィルタを有する、請求項1から4のいずれか1項に記載の非侵襲型生体脂質計測器。
- 前記照射部が照射光を変調可能であり、前記散乱係数算出部は照射光の変調に応じ散乱係数を算出可能である、請求項1から5のいずれか1項に記載の非侵襲型生体脂質計測器。
- 生体内における血液中の脂質を計測する方法であって、
生体外から生体内に向けて所定の光強度で光を照射する照射ステップ、
前記照射ステップでの照射光が生体内での散乱を経て、前記生体から放出される光強度を検出する光強度検出ステップ、
前記光強度検出ステップにより検出された前記光強度に基づき前記生体内における光の散乱係数を算出する散乱係数算出ステップ、及び
前記算出された散乱係数に基づき脂質濃度を算出する脂質濃度算出ステップ、を有し、
前記散乱係数算出ステップは、前記光強度検出ステップにより検出された前記光強度が、前記生体内の血中を透過しているか否かを判別するステップを含み、該ステップにより前記生体内の血中を透過したと判別された光の散乱係数を算出する、
非侵襲型生体脂質を計測する方法。
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