JPWO2019208718A1 - 脂質濃度計測装置及びその方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 非侵襲脂質計測により、脂質濃度計測の個人差を低減する装置を提供する。【解決手段】 生体に所定の光強度で光を照射する照射部と、照射部から所定の距離に位置し、生体から放出される光強度を検出する光強度検出部と、光強度に基づき血流の乱流強度を算出し、乱流強度から脂質濃度を算出する制御部と、を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、血液中の脂質濃度を計測する装置及びその方法に関する。
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。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。
特許文献１には、採血を無くすこと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方法が開示されている。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。
国際公開第2014/087825号公報
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、複数の人を測定した場合の個人差により計測値が異なる場合があり、これがデータの共有や基準値の設定において課題となっている。
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされた発明であって、脂質濃度計測の個人差を低減する装置及びその方法を提供するものである。
本発明の脂質濃度計測装置は、生体に所定の光強度で光を照射する照射部と、照射部から所定の距離に位置し、生体から放出される光強度を検出する光強度検出部と、光強度に基づき血流の乱流強度を算出し、乱流強度から脂質濃度を算出する制御部とを有する。
また、本発明の脂質濃度計測装置は、生体に所定の光強度で光を照射する照射部と、照射部から所定間隔をあけて、あるいは、連続的に配置されて、あるいは、対面に配置されて、生体から放出される光強度を検出する光強度検出部と、光強度に基づき生体内における光の散乱係数を算出し、散乱係数に基づき血流の乱流強度を算出し、乱流強度から脂質濃度を算出する制御部とを有する。
また、本発明の脂質濃度計測装置は、生体に所定の光強度で光を照射する照射部と、照射部から所定の距離に位置し、生体から放出される光強度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強度を送信する通信部とを有する第１装置に、通信可能に接続される脂質濃度計測装置であって、第１装置から送信された光強度に基づき血流の乱流強度を算出し、乱流強度から脂質濃度を算出する制御部を有する。
また、本発明の脂質濃度計測装置は、生体に所定の光強度で光を照射する照射部と、照射部から所定間隔をあけて、あるいは、連続的に配置されて、あるいは、対面に配置されて、生体から放出される光強度を検出する光強度検出部と、光強度を送信する通信部とを有する第１装置に、通信可能に接続される脂質濃度計測装置であって、第１装置から送信された光強度に基づき生体内における光の散乱係数を算出し、散乱係数に基づき血流の乱流強度を算出し、乱流強度から脂質濃度を算出する制御部を有する。
また、本発明の脂質濃度計測方法は、生体に所定の光強度で光を照射する照射工程と、照射工程による光の照射位置から所定の距離の位置の生体から放出される光強度を検出する光強度検出工程と、光強度に基づき血流の乱流強度を算出する乱流強度算出工程と、乱流強度から脂質濃度を算出する脂質濃度算出工程とを有する。
また、本発明の脂質濃度計測方法は、生体に所定の光強度で光を照射する照射工程と、照射工程による光の照射位置から所定間隔をあけて、あるいは、連続的に配置されて、あるいは、対面に配置されて、生体から放出される光強度を検出する光強度検出工程と、光強度に基づき生体内における光の散乱係数を算出する散乱係数算出工程と、散乱係数に基づき血流の乱流強度を算出する乱流強度算出工程と、乱流強度から脂質濃度を算出する脂質濃度算出工程とを有する。
本発明の脂質濃度計測装置及びその方法によれば、脂質濃度計測の個人差を低減することが可能となる。
照射部から生体を通した受光部までの光の経路に含まれる、皮膚、血液、及び、筋肉を示す図。 ヒトの個人差を計測した図。 血液の散乱係数の時間変化を測定した結果を示す図。 脂肪負荷試験における非侵襲脂質連続モニタの周波数分析を行った結果を示す図。 乱流強度の時間変化を測定した結果を示す図。 乱流強度と脂質濃度の相関を示す図。 脂肪負荷試験における、TG変化の粒子依存性を示す図。 脂肪負荷試験における、TG変化の粒子依存性を示す図。 第１実施形態の脂質濃度計測装置の構成を示す図。 血中脂質による光の散乱を示す図。 実施形態の光強度検出部が照射部の対面に配置された例を示す図。 実施形態の光強度検出部が照射部の対面に配置された例を示す図。 実施形態の脂質濃度計測装置の制御系の構成を示す図。 第２実施形態の脂質濃度計測装置の構成を示す図。 散乱係数μs’の変化量とリポ蛋白の平均粒子径の変化量を示す図。 実施形態の脂質濃度計測装置の制御系の構成を示す図。 第３実施形態の脂質濃度計測装置の構成を示す図。 第４実施形態の脂質濃度計測装置の構成を示す図。 実施形態の脂質濃度計測方法のフローチャート。 他の実施形態の脂質濃度計測方法のフローチャート。
実施形態の脂質濃度計測装置及びその方法の測定原理を説明する。
図１に示すように、光を用いた計測結果は、照射部から生体を通した受光部までの光の経路に含まれる、皮膚、血液、及び、筋肉等のすべての情報を含む。血液からの情報のみを得るためには、皮膚や筋肉からの情報を取り除く必要がある。
図２は、ヒトの個人差を計測した図である。実際の非侵襲計測では、散乱強度の0.1（a.u.）の差は、TG（triglyceride）換算濃度で約150mg/dLの差に相当する。現状の計測結果を比較するならば、図２のB氏とC氏では400mg/dL以上、TG換算濃度が異なることになる。しかしながら、採血後の分析結果から実際は、TG換算濃度の20mg/dL程度の違いでしかない。
そこで、本発明者は、実際の生体における血液は常に流動していることに着目し、血液の動きから血液情報のみを取り出すことを試みた。
図３は、血液の散乱係数の時間変化を測定した結果を示す図である。図３からわかるように、光学的に影響が大きいカイロミクロン濃度が異なるときの散乱係数（縦軸のintensity）の時間変化を比較した場合には、カイロミクロン濃度が高いほど、散乱係数の振幅が大きくなる。
なお、図３のカイロミクロン濃度はHPLC法により求めた。また、先行技術では、散乱係数の一定時間範囲の平均値を用いて分析しているが、実施形態では散乱係数の時間変化を用いることから、比較対象のため一定時間範囲の平均値をベースとして表記し、散乱係数の一定時間の変動をベースの振幅と表記している。
図４は、ベースの振幅の原因を探るために、脂肪負荷試験における非侵襲脂質連続モニタ（６時間計測）の結果を、高速フーリエ変換（FFT）を用いて周波数分析を行った結果を示す図である。
図４に示すように、脂肪負荷試験においては、周波数特性は確認されなかった。つまり、図３に見られるベースの振幅はランダムなノイズであるともいえる。
すなわち、散乱計測おいては、心拍や呼吸をはじめとする生体のもつ周期的変動は検出されない。これは２点以上計測することで、血液のもつ周期的変動がキャンセルされるためであると考えられる。
さらに、血流計測においては、通常バソモーションと呼ばれる0.1〜0.2Hzの長周期の血流ゆらぎが観測されるが、散乱計測においては観測されない。このことからも生体の持つ周期的な変化はキャンセルされていることがわかる。
なお、図４に記載の周波数特性は、受光部が１点の場合に観測することができる。
そのため、図３で見られる振幅は、血流のランダムな変化による振幅であると考えられる。そこで、本発明者が注目したのが血流の乱流である。
体内を流れる血液のレイノルズ数は2000程度といわれており、通常、血流は層流となる。すなわち、体内の血流は、安定した、整然とした血流であると捉えることができる。一方、食後に血液中の脂質の濃度が高くなる状態では、血中の脂質の平均粒子径が増大する現象が生じるため、血液中に含まれる脂質等を含めた物質の密度は高くなる。
レイノルズ数は、流体中の物質の密度上昇により高くなるため、食後状態の血流はレイノルズ数が高くなり、層流から乱流へ状態が変化すると考えられる。なお、レイノルズ数は、2300を超えると、層流から乱流になるといわれており、血流は、層流と乱流という流れの状態変化が起こりやすい。
血液の流れが層流から乱流に変化した場合には、血球等は、ズリ速度の上昇に伴い、変形することが知られている。リポタンパクも同様にその形状がランダム変化することが想定される。つまり、光の散乱計測においては、この乱流によるリポタンパク粒子の形状の変化が、光強度の計測値のゆらぎ（乱れ）として計測される。
図３は、脂肪負荷試験の結果であり、カイロミクロンの上昇に伴い、ベースの振幅の上下幅が増大していることが確認できる。これは、血中にカイロミクロンのような大きな粒子が増えることで、血管内で乱流が大きくなっているためと考えられる。この明細書でいう乱流強度とは、測定対象物質の移動や動きによる受光強度の時間的揺らぎを指す。
血管内の血流の乱流強度Iは、次のように求めることができる。まず、非侵襲資質計測時におけるサンプリング区間τにおける散乱係数の変動σSは、次式で求まる。
Figure 2019208718
乱流強度Iは、次式で求まる。
Figure 2019208718
図５は、脂肪負荷試験において乱流強度I、すなわち血流の乱れの時間変化を測定した結果を示す図である。図に示すようにＡ、Ｂ、Ｃ氏の採血後のTG濃度は50〜100分で近似していた。よって、50〜100分の区間において、乱流強度Iを個人差なく計測できていることが確認できた。
また、乱流強度Iは、単純な１点のみの受光でも計測することができる。１点のみの受光の場合には、乱流強度Ｉの算出式は以下のようになる。なお、１点のみの受光の場合には、照射-受光部間距離は、1.5〜2.0cm付近とすることが好ましい。
なお、１点計測では図４に記載の周波数特性の観測が可能であることから、周波数特性の変化から、乱流強度Ｉを導き出すことも可能である。
また、パルス光を用いた時間分解計測により濁度を求める場合も1点のみの受光の計測が可能となる。この場合、光源側の周期よりも、受光部のサンプリングレートが重要となる。例えば、無線でデータを取得する場合であっても、1秒間に250回以上のサンプリングレートがあれば、血液の濁度変化を計測することが可能である。
Figure 2019208718
なお、実際の計測においては、乱流もしくは層流を区別しなくとも、ベースの振幅（計測値の乱れ）が計測できれば良い。
図６は、乱流強度と脂質濃度の相関を示す図である。乱流強度と脂質濃度との相関係数は0.81と良好な相関があり、脂質濃度の増加が血液の乱流強度の上昇をもたらすことがわかる。
図７、８は、脂肪負荷試験における、TG濃度変化の粒子依存性を示す図である。図７に示すように、HDL、LDLのTG濃度は全く変化しない。一方、図８に示すように、CM、VLDLのTG濃度は変化する。よって、食後のTG濃度変化はCM、VLDLのTG濃度変化であることが確認できる。
すなわち、食後TG、CM、及び、VLDLの計測を可能とした。
また、乱流強度の相関をさらに向上させるために、血圧や脈動、血液量情報などを用いて、精度を向上させることも可能である。
また、一定時間における受光強度の変動を評価する方法として、変動係数などの評価指標を用いてもよい。
次に、実施形態である脂質濃度計測装置及びその方法について、図を参照して詳細に説明をする。
図９は、第１実施形態の脂質濃度計測装置の構成を示す図である。
図９に示すように、実施形態の脂質濃度計測装置１１は、照射部１２と、光強度検出部１３と、制御部１４と、を有する。
照射部１２は、生体外から生体内に向けて、所定の照射位置１２１に照射光を照射するための光源１２２を有する。本実施形態の光源１２２は、照射光の波長を調整することができる。光源１２２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。光源１２２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。光源１２２は、例えば、蛍光灯、LED、レーザー、白熱灯、HID、ハロゲンランプ等である。光源１２２の照度は、制御部４により制御されてもよいし、別途制御回路を設けてもよい。
また、実施形態の照射部１２は、後述する乱流強度の算出方法に応じて、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１２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。
光強度検出部１３は、生体から生体外に放出される照射光を受光して、光強度を検出する。光強度検出部１３はフォトダイオードや、CCDや、CMOS等の受光素子であればよい。
図１０に示すように、光を生体に照射する照射位置１２１と、生体中の血液（図中のＥ）から放出される光強度を検出する検出位置１３１との間に所定の距離ρを設ける。所定の距離ρを設けることにより、照射した光（図中のＡ）が生体表面及び表面近傍の散乱体により反射して直接的に生体から放出される光（図中のＢ）の影響を抑制する。照射した光が、リポ蛋白等の脂質が存在する深さに達したのち、血液中の脂質（図中のＤ）によって光が反射する。
脂質による光の反射による散乱を経て、生体から放出される後方散乱光（図中のＣ）による光強度を検出する。また、照射位置１２１と検出位置１３１との距離ρを長くすることで、光路長は長くなる。このため、脂質との衝突回数が増え、検出される光は散乱の影響を多く受ける。距離ρを長くすることにより、これまでは弱く、検出しにくかった散乱の影響が捉えやすくなる。
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有する。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、粒子径の大きい順に、CM、VLDL、LDL、及び、HDLに分類される。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１３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。
また、図１１及び図１２に示すように、光強度検出部１３は、照射部１２の対面に配置されてもよい。耳たぶや指先など、比較的厚みがなく、光が貫通しやすい場所を測定する場合には、このような配置もできる。照射部及び受光部（光強度検出部）は非検体に接触してもよいし（図１２）、接触しなくてもよい（図１１）。
図１３は実施形態の脂質濃度計測装置１１のブロック図である。システムバス１４２を介して、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１４３、ＲＡＭ（Random Access Memory）１４４、記憶部１４５、外部Ｉ／Ｆ（Interface）１４６、照射部１２、及び、光強度検出部１３が接続される。ＣＰＵ１４１とＲＯＭ１４３とＲＡＭ１４４とで制御部（コントローラー）１４を構成する。
ＲＯＭ１４３は、ＣＰＵ１４１により実行されるプログラムや閾値を予め記憶する。
ＲＡＭ１４４は、ＣＰＵ１４１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。
記憶部１４５は、検知・算出された光強度等のデータを記憶する。記憶部１４５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。
外部Ｉ／Ｆ１４６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／Ｆ１４６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１４は、光強度検出部１３により検出された光強度に基づき血流の乱流強度を算出する。実施形態では、光学計測において、単純な１点のみの受光で観測する。１点のみの受光の場合には、乱流強度Iの算出式は以下の数式４となる。なお、１点のみの受光の場合には、照射-受光部間距離ρは、1.5cm以上2cm以下付近とすることが好ましい。
また、パルス光を用いた時間分解計測により濁度を求める場合も1点計測が可能となる。この場合、光源側の周期より、受光部のサンプリングレートが重要となる。例えば無線でデータを取得する場合であっても、1秒間に250回以上のサンプリングレートがあれば、血液の濁度変化を計測することが可能である。
Figure 2019208718
制御部１４は、算出された乱流強度Ｉから、血中の脂質濃度を算出する。
図６は、乱流強度と脂質濃度の相関を示す図である。図６に示すように乱流強度Ｉ（図６の縦軸のCV％）と脂質濃度（図６の横軸のΔTGmg/dL）とは相関があることがわかる。相関係数が0.81と良好な結果が得られており、脂質濃度の増加が血液の乱流強度の上昇をもたらすことがわかる。したがって、乱流強度Ｉに基づいて脂質濃度を算出することが可能である。なお、図６では線形近似としているが、曲線近似等、他の近似手法を適宜使用してもよい。
また、乱流強度の相関をさらに向上させるために、血圧や脈動、血液量情報などを用いて、精度を向上させることも可能である。
実施形態では、図６に示すような、乱流強度Iとリポ蛋白の血液中の濃度の変化量の関係についてあらかじめ統計データ（もしくは検量線等）を取り、記憶部１４５に記憶し、測定された乱流強度Iと、記憶された統計データとを比較することにより、もしくは、検量線を用いて、脂質の濃度の変化量を算出する。なお、統計データについては、ＲＯＭ１４３等に記憶されてもよい。
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、本実施形態における濃度には濁度の概念も含まれる。よって、脂質濃度算出部５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、あるいは脂質の平均粒子系変化量とすることができる。
なお、統計データの形式は特に限定されるものではなく、例えば、性別、身長、体重、ＢＭＩ等で分類していてもよく、表やグラフ、関数式等を用いて算出してもよい。
図１４は、第２実施形態の血中脂質濃度計測装置の構成を示す図である。なお、第２実施形態の脂質濃度計測装置の構成は、第１実施形態の脂質濃度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。
図１４に示すように、脂質濃度計測装置２１は、照射部２２と、光強度検出部２３と、制御部２４と、を有する。
照射部２２の構成・動作・機能については第１実施形態の照射部１２と同様である。
光強度検出部２３は、生体から生体外に放出される照射光を受光して、光強度を検出する。複数の光強度検出部２３を用いる場合には、光強度検出部２３は、照射位置２２１を略中心として各々異なる距離に設置される。図１４に示すように、本実施形態では、照射位置２２１から所定の間隔で同一面上でかつ直線状に、第１の光強度検出部２３１及び第２の光強度検出部２３２が順に並べられる。光強度検出部２３はＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の受光素子であってもよい。
図１４に示すように、本実施形態では、照射位置２２１から第１の光強度検出部２３１による第１の検出位置２３３１までの距離を第１の照射検出間距離ρ1とし、照射位置２１から第２の光強度検出部２３２による第２の検出位置２３３２までの距離を第２の照射検出間距離ρ2とする。
なお、複数の検出位置２３１を設ける場合の配列は、照射位置２２１を略中心として各々異なる距離に配置されるのであれば直線状に限定されるものではなく、円状、波状、ジグザグ状など、適宜選択することができる。また、照射位置２２１から検出位置２３１までの第１の照射検出間距離ρ1や第２の照射検出間距離ρ2、検出位置２３３１、２３３２同士の間隔は、一定の間隔に限定されるものではなく、連続的でもよい。
また、第１実施形態と同様に、光強度検出部２３は、照射部２２の対面に配置されてもよい。
次に、実施形態の脂質濃度計測装置２１の制御系の構成について説明する。図１６は、実施形態の脂質濃度計測装置２１のブロック図である。システムバス２４２を介して、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２４１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２４３、ＲＡＭ（Random Access Memory）２４４、記憶部２４５、外部Ｉ／Ｆ（Interface）２４６、照射部２２、及び、光強度検出部２３が接続される。ＣＰＵ２４１とＲＯＭ２４３とＲＡＭ２４４とで制御部（コントローラー）２４を構成する。
ＲＯＭ２４３は、ＣＰＵ２４１により実行されるプログラムや閾値を予め記憶する。
ＲＡＭ２４４は、ＣＰＵ２４１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。
記憶部２４５は、検知・算出された光強度等のデータを記憶する。記憶部２４５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。
外部Ｉ／Ｆ２４６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／Ｆ２４６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２４は、光強度検出部２３により検出された光強度に基づき生体（血液、皮膚、筋肉等を含む。以下同じ。）内における散乱係数μs’を算出する。
なお、実施形態における散乱係数μs’は、一般的な散乱過程の効率を数値化したものに限定されるものではなく、散乱現象を考慮して散乱の影響を一定の条件下で数値化したものも含む。
図１４に示すように、実施形態における散乱係数算出部２４は、光強度比算出部２４１、光強度差算出部２４２の２つの算出部を有する。
制御部２４は、複数の光強度検出部２３により検出された光強度の各々の比から散乱係数μs’を算出する。制御部２４は、照射した光が、検出位置２３３までの距離を遠くするにつれて散乱により減衰していく散乱現象に基づき散乱係数μs’を算出する。
実施形態では、照射部２２により所定の光強度の連続光を照射し、第１の光強度検出部２３１により検出された光強度Ｒ（ρ1）と、第２の光強度検出部２３２により検出された光強度Ｒ（ρ2）との比から、散乱係数μs’を算出する。
（数式１）
μs’＝R(ρ1) / R(ρ2)
制御部２４は、複数の光強度検出部２３により検出された光強度の差から散乱係数μs’を算出する。光強度比算出と同様、照射した光が、検出位置２３３までの距離を遠くするにつれて散乱により減衰していく散乱現象に基づき散乱係数μs’を算出する。
制御部２４は、第１の検出位置２３３１及び第２の検出位置２３３２における光強度Ｒ（ρ1）と光強度Ｒ（ρ2）との差から散乱係数μs’を算出する。
（数式２）
μs’＝R(ρ1) - R(ρ2)
なお、制御部２４による散乱係数μs’の算出方法は、上記の各算出によるものに限定されない。
制御部２４は、算出された散乱係数μs’から、血流の乱流強度Ｉを算出する。
血管内の血流の乱流強度Iは、次のように求めることができる。まず、非侵襲脂質計測時におけるサンプリング区間τにおける散乱係数μs’の変動σSは、次式で求まる。
Figure 2019208718
乱流強度Iは、次式で求まる。
Figure 2019208718
制御部２４は、算出された乱流強度Ｉから、血中の脂質濃度を算出する。脂質濃度の算出法については上述した。
実施形態では、乱流強度Iとリポ蛋白の血液中の濃度の変化量の関係についてあらかじめ統計データ（もしくは、検量線）を取り、記憶部２４５に記憶する。制御部２４は、測定された乱流強度Iと、記憶された統計データとを比較することにより、もしくは、検量線を用いて、脂質の濃度の変化量を算出する。なお、統計データについては、ＲＯＭ２４３等に記憶されてもよい。
上記乱流強度Ｉの算出に際し、脂質の平均粒子径の変化量が80nm以上の場合には、乱流強度を算出することでもよい。図１５に示すように、散乱係数μs’は血液中の脂質の平均粒子径の変化量が80nm以上変化したときに散乱係数の増加が確認できる。よって、脂質の粒子径の変化量が80nm以上の場合に、乱流変化を計測するのが好ましい。
なお、図１５における脂質の平均粒子径（図中の右縦軸の粒子径）のベースラインは、約70nmである。この粒子径は、血漿中の散乱成分となるタンパクや脂質などを包括した粒子径であり、空腹時の平均粒子径となる。
時間0分の時に脂肪を負荷しており、負荷後90分でDLSと脂質計測器のそれぞれの測定値の上昇が見られる。変化が見られる粒子径は約150nmであり、脂質の平均粒子径の変化量でいえば80nmから変化を観測できる。
制御部２４は、算出された散乱係数μs’の変化量に基づいて血液中のリポ蛋白の平均粒子径の変化量を算出する。
実施形態では、散乱係数μs’ の変化量とリポ蛋白の平均粒子径の変化量の関係についてあらかじめ統計データを取り、記憶部２４５に記憶し、制御部２４は、散乱係数μs’の変化量と、この統計データとを比較することにより、実際のリポ蛋白の平均粒子径の変化量を算出する。
例えば、散乱係数の変化量から血中の脂質の平均粒子径の変化量を算出するための検量線を作成し、記憶部２４５に記憶する。制御部２４は、この検量線を用いて、血液が懸濁する前と懸濁後の散乱係数の差の値（Δμs’）から、増加した平均値粒子径（Δ粒子径）を算出する。
なお、統計データの形式は特に限定されるものではなく、例えば、性別、身長、体重、ＢＭＩ等で分類していてもよく、表やグラフ、関数式等を用いて算出してもよい。
ここで、リポ蛋白の平均粒子径とは、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。
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。
制御部２４は、散乱係数のμs’の変化量に基づき、脂質の平均粒子径の変化量を算出する。制御部２４は、脂質の平均粒子径の変化量が80nm以上の場合には、乱流強度Ｉを算出する。
以下、第３実施形態である脂質濃度計測装置について説明をする。なお、第３実施形態の脂質濃度計測装置の構成は、第１実施形態の脂質濃度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。
上記第１実施形態では、照射部１２と光強度検出部１３と制御部１４とを一体として構成した例を示したが、これに限られず、光を照射する照射部３２と光強度検出部３３とをユーザー装置として構成し、制御部３４を脂質濃度計測装置として構成したシステムとしてもよい。
図１７は、第３実施形態の脂質濃度計測装置の構成を示す図である。
実施形態の血中脂質濃度計測システム３００は、光強度を測定するユーザー装置３１０と、当該光強度から脂質濃度を算出する血中脂質濃度計測装置３２０から構成される。ユーザー装置３１０と血中脂質濃度計測装置３２０は、無線又は有線通信網Ｎを介してネットワーク接続される。
血中脂質濃度計測装置３２０は、ユーザー装置３１０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。
ユーザー装置３１０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、携帯電話、腕時計等に搭載される場合もある。
ユーザー装置３１０は、光を照射する照射部３２と光強度検出部３３と通信部３１０ａとを有する。通信部３１０ａは、光強度検出部３３で検出された光強度を送信する。照射部３２と光強度検出部３３の動作・機能については第１実施形態と同様である。
脂質濃度計測装置３２０は、通信部３２０ａと制御部３４とを有する。通信部３２０ａは、通信部３１０ａから送信された光強度を有線又は無線ネットワークＮを介して受信し、制御部３４へ送信する。制御部３４の動作・機能については第１実施形態の制御部１４と同様である。
なお、本実施形態では、ユーザー装置３１０から血中脂質濃度計測装置３２０へ、ネットワークＮ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３１０と血中脂質濃度計測装置３２０とが、ネットワークＮ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。
以下、第４実施形態である脂質濃度計測装置について説明をする。なお、第４実施形態の脂質濃度計測装置の構成は、第２実施形態の脂質濃度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。
上記第２実施形態では、照射部２２と光強度検出部２３と制御部２４とを一体として構成した例を示したが、これに限られず、光を照射する照射部４２と光強度検出部４３とをユーザー装置として構成し、制御部４４を脂質濃度計測装置として構成したシステムとしてもよい。
図１８は、第４実施形態の脂質濃度計測システムの構成を示す図である。
本実施形態の血中脂質濃度計測システム４００は、光強度を測定するユーザー装置４１０と、当該光強度から脂質濃度を算出する血中脂質濃度計測装置４２０から構成される。ユーザー装置４１０と血中脂質濃度計測装置４２０は、無線又は有線通信網Ｎを介してネットワーク接続される。
血中脂質濃度計測装置４２０は、ユーザー装置４１０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。
ユーザー装置４１０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、携帯電話、腕時計等に搭載される場合もある。
ユーザー装置４１０は、光を照射する照射部４２と光強度検出部４３と通信部４１０ａとを有する。通信部４１０ａは、光強度検出部４３で検出された光強度を送信する。照射部４２と光強度検出部４３の動作・機能については第２実施形態と同様である。
脂質濃度計測装置４２０は、通信部４２０ａと制御部４４とを有する。通信部４２０ａは、通信部４１０ａから送信された光強度を有線又は無線ネットワークＮを介して受信し、制御部４４へ送信する。制御部４４の動作・機能については第２実施形態と制御部２４と同様である。
なお、本実施形態では、ユーザー装置４１０から血中脂質濃度計測装置４２０へ、ネットワークＮ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４１０と血中脂質濃度計測装置４２０とが、ネットワークＮ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。
次に、実施形態の脂質濃度計測方法について説明する。図１９は、実施形態の脂質濃度計測方法のフローチャートである。なお、第１実施形態の脂質濃度計測装置の構成を用いて実施形態の脂質濃度計測方法を説明するが、装置構成はこれに限られない。
第１実施形態の脂質濃度計測装置１１において、予め設定されているプログラムに基づいて、脂質濃度計測装置１１は、以下の脂質濃度計測処理を実行する。
照射工程（Ｓ５０１）では、照射部１２を用いて照射位置１２１に対して連続光を照射する。
光強度検出工程（Ｓ５０２）では、光強度検出部１３１を用いて検出位置１３３１における光強度を検出する。検出位置１３３１で検出された光強度は、乱流強度算出工程へと送られる。
乱流強度算出工程（Ｓ５０３）では、光強度検出工程で検出された光強度から、血流の乱流強度Ｉを算出する。乱流強度Iの算出法については上述した。
脂質濃度算出工程（Ｓ５０４）では、乱流強度Iから、血中の脂質濃度を算出する。脂質濃度の算出法については上述した。また、散乱係数の変化量に基づき生体内における脂質の平均粒子径の変化量を算出し、脂質の平均粒子径の変化量が80nm以上である場合に、乱流強度を算出することでもよい。
次に、他の実施形態の脂質濃度計測方法について説明する。図２０は、他の実施形態の脂質濃度計測方法のフローチャートである。なお、第２実施形態の脂質濃度計測装置の構成を用いて他の実施形態の脂質濃度計測方法を説明するが、装置構成はこれに限られない。
第２実施形態の脂質濃度計測装置２１において、予め設定されているプログラムに基づいて、脂質濃度計測装置２１は、以下の脂質濃度計測処理を実行する。
照射工程（Ｓ６０１）では、照射部２２を用いて照射位置２２１に対して連続光を照射する。
光強度検出工程（Ｓ６０２）では、第１の光強度検出部２３１を用いて第１の検出位置２３３１における光強度を検出するとともに、第２の光強度検出部２３２を用いて第２の検出位置２３３２の光強度を検出する。第１の検出位置２３３１及び第２の検出位置２３３２で検出された光強度は、散乱係数算出工程へと送られる。
なお、複数の検出位置２３１を設ける場合の配列は、照射位置２２１を略中心として各々異なる距離に配置されるのであれば直線状に限定されるものではなく、円状、波状、ジグザグ状など、適宜選択することができる。また、照射位置２２１から検出位置２３１までの第１の照射検出間距離ρ1や第２の照射検出間距離ρ2、検出位置２３３１、２３３２同士の間隔は、一定の間隔に限定されるものではなく、連続的でもよい。
散乱係数算出工程（Ｓ６０３）では、第１の検出位置２３３１における光強度と、第２の検出位置２３３２における光強度との光強度差若しくは光強度比を算出し、当該光強度差若しくは光強度比に基づいて散乱係数μs’を算出する。算出した散乱係数μs’は、乱流強度算出工程へ送られる。
乱流強度算出工程（Ｓ６０４）では、散乱係数算出工程で算出された散乱係数μs’から、血流の乱流強度Ｉを算出する。乱流強度Iの算出法については上述した。
脂質濃度算出工程（Ｓ６０５）では、乱流強度Iから、血中の脂質濃度を算出する。脂質濃度の算出法については上述した。また、散乱係数の変化量に基づき生体内における脂質の平均粒子径の変化量を算出し、脂質の平均粒子径の変化量が80nm以上である場合に、乱流強度を算出することでもよい。
以上説明したように、実施形態の脂質濃度計測装置及びその方法によれば、血流の乱れを測定することにより、使用用途が拡大するとともに、脂質濃度測定の個人差を軽減することが可能となる。
１１ 脂質濃度計測装置
１２ 照射部
１３ 光強度検出部
１４ 乱流強度算出部
１５ 脂質濃度算出部

Claims (13)

  1. 生体に所定の光強度で光を照射する照射部と、
    前記照射部から所定の距離に位置し、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、
    前記光強度に基づき血流の乱流強度を算出し、
    前記乱流強度から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濃度計測装置。
  2. 前記照射部と前記光強度検出部の距離は、1.5cm以上2.0cm以下であることを特徴とする請求項１に記載の脂質濃度計測装置。
  3. 前記制御部は、前記乱流強度を下記数式７により算出することを特徴とする請求項１または２に記載の脂質濃度計測装置。
    Figure 2019208718
  4. 前記脂質は、CM、または、VLDLであることを特徴とする請求項１または２に記載の脂質濃度計測装置。
  5. 生体に所定の光強度で光を照射する照射部と、
    前記照射部から所定間隔をあけて、あるいは、連続的に配置されて、あるいは、対面に配置されて、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、
    前記光強度に基づき生体内における光の散乱係数を算出し、
    前記散乱係数に基づき血流の乱流強度を算出し、
    前記乱流強度から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濃度計測装置。
  6. 前記照射位置と前記光強度を検出する検出位置とが所定の照射検出間距離を隔てて設けられており、前記光強度検出部が血液内の脂質により散乱された後方散乱光による光強度を検出することを特徴とする請求項５に記載の脂質濃度計測装置。
  7. 前記照射部が連続光を発する光源であり、前記光源から光を照射するとともに、その照射位置を略中心として各々異なる距離に設置された複数の前記光強度検出部により各々の検出位置における光強度を検出し、
    前記制御部は、各々の前記光強度検出部により検出された前記各々の光強度の比、又は、前記各々の光強度の差、に基づいて生体内における光の散乱係数を算出することを特徴とする請求項５または６に記載の脂質濃度計測装置。
  8. 前記制御部は、前記散乱係数μs’の変動σSを下記数式８により算出し、当該変動σSから、前記乱流強度を下記数式９により算出することを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の脂質濃度計測装置。
    Figure 2019208718
    Figure 2019208718
  9. 前記制御部は、
    前記散乱係数の変化量に基づき生体内における脂質の平均粒子径の変化量を算出し、
    前記脂質の平均粒子径の変化量が80nm以上である場合に、前記乱流強度を算出する、ことを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の脂質濃度計測装置。
  10. 生体に所定の光強度で光を照射する照射部と、前記照射部から所定の距離に位置し、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光強度を送信する通信部とを有する第１装置に、通信可能に接続される脂質濃度計測装置であって、
    前記第１装置から送信された前記光強度に基づき血流の乱流強度を算出し、
    前記乱流強度から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濃度計測装置。
  11. 生体に所定の光強度で光を照射する照射部と、前記照射部から所定間隔をあけて、あるいは、連続的に配置されて、あるいは、対面に配置されて、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、前記光強度を送信する通信部とを有する第１装置に、通信可能に接続される脂質濃度計測装置であって、
    前記第１装置から送信された前記光強度に基づき生体内における光の散乱係数を算出し、
    前記散乱係数に基づき血流の乱流強度を算出し、
    前記乱流強度から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濃度計測装置。
  12. 生体に所定の光強度で光を照射する照射工程と、
    前記照射工程による光の照射位置から所定の距離の位置の前記生体から放出される光強度を検出する光強度検出工程と、
    前記光強度に基づき血流の乱流強度を算出する乱流強度算出工程と、
    前記乱流強度から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濃度計測方法。
  13. 生体に所定の光強度で光を照射する照射工程と、
    前記照射工程による光の照射位置から所定間隔をあけて、あるいは、連続的に配置されて、あるいは、対面に配置されて、前記生体から放出される光強度を検出する光強度検出工程と、
    前記光強度に基づき生体内における光の散乱係数を算出する散乱係数算出工程と、
    前記散乱係数に基づき血流の乱流強度を算出する乱流強度算出工程と、
    前記乱流強度から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濃度計測方法。
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