JPWO2020080409A1 - 粒子濃度計測装置、粒子濃度計測プログラム、及び、粒子濃度計測方法 - Google Patents

Abstract

時間周期性を有する照明光下で使用される粒子濃度計測装置であって、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部と、受光強度から振幅を求め、振幅から被検体内の粒子濃度を算出する制御部とを有する。

Description

この明細書に記載の実施形態は、計測部位による測定誤差を低減させることを可能にする粒子濃度計測装置、粒子濃度計測プログラム、及び、粒子濃度計測方法に関する。

従来の血中の非侵襲脂質計測は、受光距離の増加に伴う光の減衰から散乱係数を求め、脂質濃度に換算していた（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第2014/087825号公報

しかしながら、従来技術では、比較的均一性の高い位置で計測することが必要で、計測の最適位置を探さなくてはいけないという煩雑さがあった。

本発明は、最適計測部位検出の労力を削減することを目的とする。

本発明の粒子濃度計測装置は、時間周期性を有する照明光下で使用される粒子濃度計測装置であって、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部と、受光強度から振幅を求め、振幅から被検体内の粒子濃度を算出する制御部とを有する。

本発明の粒子濃度計測装置は、被検体へ時間周期性を有する光を照射する照射部と、照射部から所定の間隔で配置され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部と、受光強度から振幅を求め、振幅から前記被検体内の粒子濃度を算出する制御部とを有する。

本発明の粒子濃度計測装置は、時間周期性を有する照明光下で使用され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部を有するユーザ装置に、通信可能に接続した粒子濃度計測装置であって、ユーザ装置から送信された受光強度から振幅を求め、振幅から被検体内の粒子濃度を算出する制御部を有する。

本発明の粒子濃度計測装置は、被検体へ時間周期性を有する光を照射する照射部と、照射部から所定の間隔で配置され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部と、を有するユーザ装置に、通信可能に接続した粒子濃度計測装置であって、ユーザ装置から送信された受光強度から振幅を求め、振幅から被検体内の粒子濃度を算出する制御部を有する。

本発明の粒子濃度計測方法は、時間周期性を有する照明光下で実施される粒子濃度計測方法であって、被検体から放出される受光強度を検出し、受光強度から振幅を求め、振幅から被検体内の粒子濃度を算出する。

本発明の粒子濃度計測方法は、被検体へ時間周期性を有する光を照射し、照射部から所定の間隔で配置され、被検体から放出される受光強度を検出し、受光強度から振幅を求め、振幅から前記被検体内の粒子濃度を算出する。

本発明の粒子濃度計測プログラムは、時間周期性を有する照明光下で使用され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部を有するユーザ装置に、通信可能に接続した装置のコンピュータに、ユーザ装置から送信された受光強度から振幅を求め、振幅から被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させる。

本発明の粒子濃度計測プログラムは、被検体へ時間周期性を有する光を照射する照射部と、照射部から所定の間隔で配置され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部と、を有するユーザ装置に、通信可能に接続した装置のコンピュータに、ユーザ装置から送信された受光強度から振幅を求め、振幅から被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させる。

粒子濃度計測装置の概略図。 粒子濃度計測装置の制御系の構成図。 模擬実験の図。 模擬実験の結果を示す図。 深さ-輝度値を示す図。 皮膚層の受光強度の計測結果。 脂質濃度と光伝搬効率の相関を示す図。 脂質濃度と光伝搬効率の相関を示す図。 脂質濃度と光伝搬効率の相関を示す図。 脂質濃度と光伝搬効率の相関を示す図。 粒子濃度計測装置の概略図。 粒子濃度計測装置の制御系の構成図。 血管深さと脂質濃度が変動した時の血液と計測された散乱係数の相関。 実施形態の粒子濃度計測方法のフローチャートである。 実施形態の粒子濃度計測方法のフローチャートである。

以下に実施形態を図面を用いて説明する。なお、実施形態では粒子濃度計測装置として血中脂質濃度計測装置を例に挙げて説明をする。ただし、計測対象は血中脂質に限られず、生体内の任意の成分の粒子濃度を計測可能とするものである。

図１は、実施形態の粒子濃度計測装置１００の構成例を概略的に示す図である。図１に示すように粒子濃度計測装置１００は、遮光板１１、受光強度検出部１２、入射光強度検出部１３、及び、制御部１４を有する。

実施形態の遮光板１１は、黒いプラスチック製の板であり、被検体Ｃに対し、照射-遮光境界位置から受光点までの照明Ａからの周期性を有する照射光Ｂを遮光する。実施形態の遮光板１１の形状及び寸法は、楕円形である。遮光板１１の形状、寸法及び材質は、これに限られず、受光強度検出部１２周囲の所定範囲を遮光する機能を有すればよい。

照射-遮光境界位置から受光点までの照明Ａからの周期性を有する照射光Ｂを遮光することにより、光が皮膚層内である程度の距離を通った光を選別し、計測できる。これにより、SN比を上げることができる。なお、光に周期性を持たせるなどの工夫をすれば、微弱光かつ近接状態でも計測できる可能性自体はあるため、その場合には遮光板１１は必要ではない。

実施形態の受光強度検出部１２は、被検体Ｃ内から被検体Ｃ外に放出される光を受光する。実施形態の受光強度検出部１２は、フォトダイオードである。受光強度検出部１２は、フォトダイオードに限られず、CCDやCMOSでもよい。受光強度検出部１２は、波長を可視光以外に設定し、その波長を受光できるものでもよい。受光強度検出部１２は、遮光板１１のほぼ中心部に備わる。但し、受光強度検出部１２は、中心部に限られず、受光強度検出部１２の周囲に遮光される領域ができればよい。受光強度検出部１２は、制御部１４により制御される。受光強度検出部１２は、検知した光強度を制御部１４に送信する。

実施形態の入射光強度検出部１３は、被検体Ｃ外から被検体Ｃ内へ入射する光Ｂを受光する。実施形態の入射光強度検出部１３は、フォトダイオードである。入射光強度検出部１３は、フォトダイオードに限られず、CCDやCMOSでもよい。入射光強度検出部１３は、波長を可視光以外に設定し、その波長を受光できるものでもよい。実施形態の入射光強度検出部１３は、受光強度検出部１２から所定の距離を置いて、遮光板１１の周辺部に備わる。入射光強度検出部１３は、制御部１４により制御される。入射光強度検出部１３は、検知した光強度を制御部１４に送信する。

次に、粒子濃度計測装置１００の制御系の構成について説明する。図２は実施形態の粒子濃度計測装置１００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、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１４５、外部Ｉ／Ｆ（Interface）１４６、受光強度検出部１２、及び、入射光強度検出部１３が接続される。ＣＰＵ１４１とＲＯＭ１４３とＲＡＭ１４４とで制御部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。

ＨＤＤ１４５は、脂質濃度と光伝搬効率の相関を複数人で作成し検量線としたデータを記憶する。

図２に戻り、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ースであっても良い。

以上のような構成を備える粒子濃度計測装置１００において、予め設定されているプログラムに基づいて、粒子濃度計測装置１００は光伝搬計測ジョブを実行する。

実施形態では、周期性を有する光を発する光源Ａを被検体Ｃに接触させずに光伝搬を計測する。これにより、計測部位による測定誤差を低減させる。

従来の手法では、光を効率よく生体に入射するため、光源を密着させていた。また、従来の計測原理となる拡散近似を用いる場合には、光源が点光源あるいは点光源とみなせる光源であることが前提であることからも光源の密着が望ましかった。

しかしながら、従来の拡散近似に基づく計測原理では、実際の生体では均一系でないことから、測定部位による測定値の差があった。

さらに従来の脂質計測において、生体の窓と呼ばれる近赤外光を用い検証が進められる例が多い。これは、近赤外光が生体深部に到達しやすいためで、この性質を利用しようと試みているためである。

しかしながら、この従来手法の場合、生体深部に到達するがゆえに、複雑な生体組織の影響を受け、測定部位による計測誤差などの要因となっていた。これは、生体の一部に光を照射することが原因であると考えられる。

実施形態では、周期性を有する光源Ａとして、被検体の広範囲の光の照射（例えば、蛍光灯、LED、レーザー（拡散させたもの）、白熱灯、HID、ハロゲンランプ等の、粒子濃度計測装置１００にではなく、粒子濃度計測装置１００が設置される室内に別途備わる照明からの光を利用することで、複雑な生体組織の影響を軽減する。また、自然光（太陽光、月光等）による広範囲の照射）等の周期性を有さない光源でも、光の照射経路に周期的に開閉するシャッターなどの機構を設けることにより、遮光時間を調整し、照射光に周期性を持たせてもよい。

また、血液中の脂質などの上昇に伴い血液の濁度が上昇した場合、血液と周辺組織（皮膚層とする）の散乱係数の違いから、光は血液層に入りづらくなる。

なお、均一系の計測であっても、光は濁度が少なければ前方散乱が強くなるが、濁度が増すと相対的に後方散乱が強くなる傾向がある。

そして、皮膚層と血液層との２層系の場合、光源から生体の深部の層（血液層とする）において血液の濁度が上昇した場合、横方向への散乱が強くなる。そのため入射面から観測した場合、光の到達範囲は広くなり、入射光は効率よく遠方まで伝搬される。

ここでいう皮膚層とは、血液がほとんど存在しない広範に広がる層であり、言い換えると、怪我をしても出血しない層を示す。血管層とは静脈などの血液が集中している部位、または、毛細血管などを含む静脈周辺の広範に広がる層である。この２層では、血液の密度の違いから屈折率に差が生じ、界面で反射が起こる。言い換えると、深部で毛細血管と静脈が混在し、密度の違いが小さくなるにつれ、均一層として見做すことができる。また、皮膚層は、表皮、血液層とは真皮およびそれより深い層とも解釈できるが、本発明の定義は、計測機器で計測可能な光学特性に基づき、血液濁度計測の可否による判断に基づいている。

その証明として、図３に示す実験を行った。模擬血管には、濁度の異なる血液を注入した。この血液の濁度は、血中の中性脂肪濃度が異なっており、中性脂肪濃度の違いにより濁度が異なることはすでに知られた現象である。

この実験では、血管などの血液により濁度が変化する層（血液層）と、その影響を受けない皮膚層の２層が光の到達深度内にある場合では、血液層の濁度上昇により、皮膚層が光を伝搬させる光路となり、光を遠くへ伝搬させることが証明された（図４）。これは、深部側の濁度が上昇により、表面（界面）における反射において、拡散反射の乱れが大きくなることで、反射角が大きくなることに基づく現象と考えられる。

上述のように、生体における血液濁度変化による光伝搬効率を計測するためには、光照射深度は皮膚層をターゲットにすることが望ましく、皮膚層の厚みが３mm以下であることが望ましい。

図１３は、模擬生体を用いた、血管深さと脂質濃度が変動した時の血液と計測された散乱係数の相関であるが、血管が浅いと負の相関（光伝搬効率が高い）になる。深さ5mmでは周辺組織と血管が平均化されることで、均一系の拡散理論が適用されるため正相関を示し、3〜4mmでは、正と負の現象が混在していると考えられる。

なお、表皮が薄い場所に静脈などがある場合は、血管内に光が入り込むことで、血管内部で散乱し、結果として光路が長くなるため血液による吸収の効果が強くなるため、光の到達範囲は狭くなり、皮膚層計測と逆の相関を示すこととなる。この場合は、血液の吸収情報などを事前に得ることで、負相関を事前に予測することが可能であり、あらかじめ補正することで対処可能である。

皮膚層の光の伝搬効率の変化の情報を得るために、蛍光灯からの照明光として、図３に示す装置で受光強度の計測を行った。

なお、32Wの蛍光灯を計測地点から2ｍ離した場合の照射強度は、0.0025（mW/mm²）であり、ファントムで到達深度を計測すると1.5mmであった（図５）。実際の計測では、光路を往復することを考えると、その半分の0.75mmが有効な到達深度であると考えられる。

皮膚層の受光強度の計測結果を図６に示した。ここで観測される受光強度の周期は、蛍光灯の50Hzの周期である。図に示したように、空腹時（図中の0min）では受光強度の振幅（あるいは全振幅（両振幅ともいう））は、計測時間により異なり、TG上昇に伴い大きくなる（図中の120min、180min）。これは、血管などの血液層の濁度上昇に伴い、血液層に光が伝搬し難くなった結果、相対的に濁度が低い皮膚層で、光伝搬効率が高くなるという現象である。なお、「全振幅」は、一般的には波のpeak to peakの値であり、通常は振幅の２倍の値となる。また、「全振幅」は、「両振幅」ともいう。

これは、計測対象が皮膚層と血液層の２層と仮定し、浅い皮膚層の散乱係数の変化量が無視できる（血液密度が低いので血液層より変化が少ない）と仮定した場合、血液層で反射した光が、相対的に散乱係数が低い皮膚層を伝って行くと考えられる。

また、照明光を用いているため、計測される値は小さいが、生体深部に到達していないことや、図１の装置の周辺全てから光が伝搬されるため、皮膚近傍の組織の情報が平均化され受光部に伝わっていると考えられる。

さらに、周波数から蛍光灯の光を受光していると思われる。

つまり、血中の脂質濃度の上昇に伴い、皮膚層における伝搬効率が上昇したという結果になった。

なお、ここでいう脂質濃度とは、血中のカイロミクロン、VLDLなどの脂質粒子の平均粒子径や粒子数変化を指し、脂質の粒子濃度の変化が、血液の散乱係数を上昇させ、受光強度に影響を及ぼす現象と因果関係があるものを指す。

制御部１４は、受光強度検出部１２が検知した受光強度から、全振幅を算出する。実施形態では、受光強度から全振幅を算出しているが、受光強度から全振幅の半値である振幅を算出しても良い。

全振幅は下記式にて算出できる。
全振幅＝受光強度tp(mV)−受光強度tb(mV)

ここで、受光強度tp(mV)は、照明光の周期的な変化により生じる受光強度変化の、ピークトップの受光強度を示す。180minの受光強度変化においては図６のＡが相当する。受光強度tb(mV)は、周期的な受光強度変化のボトムの受光強度を示す。180minの受光強度変化においては図６のＢが相当する。したがって、180minの受光強度変化における全振幅は図６中のＣとなる。また、tpは受光強度変化がピークトップとなる時点を示す。tbは受光強度変化のボトムとなる時点を示す。tpとtbとの時間間隔は、照明光の周期的変化の半周期となる。

室内光を用いる場合などで、複数光源が存在する場合、光源の発光強度差などから、肩を持った波形となる場合もあるが、その場合においても、上記記載の通り、計測時におけるピークトップとピークボトムを採用すれば良い。

また、周期的な変化量の算出にあたり、平均値とピークトップの差、あるいは平均値とピークボトムの差、すなわち半値で分析しても良い。

制御部１４は、全振幅から、光伝搬効率を算出する。ここで、光伝搬効率は、ある照射強度の光が、ある受光点においてどの程度の強度であるかを示す値をいう。照射強度の具体的強度が不明であっても、照射強度が一定であった場合に受光強度が変動した場合、光伝搬効率は変化したと捉えることができる。実施形態では、全振幅から光伝搬効率を算出しているが、全振幅の半値である振幅から光伝搬効率を算出しても良い。

光伝搬効率は下記式にて算出できる。

（１）入射光強度がわかる場合（すなわち入射光強度検出部１３がある場合）。
光伝搬効率＝全振幅A／全振幅B＊100

全振幅Ａは受光強度の全振幅であり、次の式で算出できる。
全振幅Ａ＝受光強度tp(mV)−受光強度tb(mV)（受光強度検出部１２の受光強度）

全振幅Ｂは入射光強度の全振幅であり、次の式で算出できる。
全振幅Ｂ＝入射光強度tp(mV)−入射光強度tb(mV)（入射光強度検出部１３の受光強度）

ここで、tpは受光強度又は入射光強度がピークトップとなる時点を示す。tbは受光強度又は入射光強度のボトムとなる時点を示す。tpとtbとの時間間隔は、照明光の周期的変化の半周期となる。

（２）入射光強度が不明な場合（すなわち入射光強度検出部１３が無い場合）
光伝搬効率＝全振幅T1-全振幅T2

全振幅T1は計測時間T1（第１時点）における受光強度の全振幅であり、次の式で算出できる。
全振幅T1＝受光強度T1(tp)(mV)−受光強度T1(tb)(mV)（受光強度検出部１２の受光強度）

ここで、tpは、計測時間T1において、受光強度又は入射光強度がピークトップとなる時点を示す。tbは、計測時間T1において、受光強度又は入射光強度のボトムとなる時点を示す。

全振幅T2は計測時間T2（第２時点）における受光強度の全振幅であり、次の式で算出できる。
全振幅T2＝受光強度T2(tp)(mV)−受光強度T2(tb)(mV)（受光強度検出部１２の受光強度）

ここで、tpは、計測時間T2において、受光強度又は入射光強度がピークトップとなる時点を示す。tbは、計測時間T2において、受光強度又は入射光強度のボトムとなる時点を示す。

ここでいうT1,T2は、計測時点の時間である。T1,T2は、食前、食後など数分〜数時間の時間差がある計測時点の時間である。例えば、空腹時(T1)を起点にして、所定時間後(T2)に、どの程度変化したかを算出する。例えば、0分(T1)における全振幅が25a.u.で180分(T2)の全振幅が45a.u.とすると、光伝搬効率は、それらの差の20a.u.となる。

なお、照射強度と入射光強度は、厳密には、照射強度は皮膚表面での強度、入射光強度は、皮膚に入った後の強度を示すが、実体としては（計測上は）同一として扱うことができる。

また、光伝搬効率の算出に用いる受光強度は、周期性を持つ光源の場合、振幅の高さ、全振幅などでも良く、この場合は光伝搬効率を受光強度から求めることができ、他の連続光の影響を回避できるという副次的効果も得られる。

制御部１４は、光伝搬効率から脂質濃度を算出する。この算出法は、図７から１０に示すような、脂質濃度と光伝搬効率の相関を複数人で作成し、それを検量線としたデータをＨＤＤ１４５に保持し、制御部１４は、当該データから光伝搬効率又は光伝搬効率に対応する脂質濃度を算出する。

図７から図１０に、TG濃度と光伝搬効率の相関を示した。図７から図９が前腕部尺骨側の静脈近傍であり、図１０は手首やや下側である。両部位とも相関係数は0.75以上であり、強い相関が確認できた。

なお、本試験における被験者では静脈は目視ではっきり見えないため、静脈の深さは皮膚表面から少なくとも1mm以上の深さになると考えられる。

生体での実施例では、光の到達深度を浅く調整することで、相対的に皮膚層の光伝搬効率変化を計測したが、図４に示す模擬生体の計測結果から実用例では、照射強度を強くしても、皮膚層の光伝搬効率は計測可能である。

例えば、光伝搬効率計測は、指先などの血管が集まった部分でも計測可能である。

なお、実施形態では、受光強度検出部と制御部を一体の装置として構成したが、これに限られず、例えば、受光強度検出部として携帯端末（スマートフォン、タブレット、モバイルＰＣ）などのユーザ装置に備わるセンサ（ＣＭＯＳ等）を利用し、制御部をユーザ装置とネットワーク接続したサーバー装置等に設置してもよい。

実施形態の粒子濃度計測装置は、周期性を有する室内等の照明光下で使用され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部を有するユーザ装置に、通信可能に接続する。粒子濃度計測装置は、ユーザ装置から送信された受光強度から全振幅を求め、全振幅から光伝搬効率を求め、光伝搬効率から前記被検体内の粒子濃度を算出する制御部を有する。

ユーザ装置は、周期性を有する室内等の照明光被検体へ入射する入射光強度を検出する入射光強度検出部をさらに有し、制御部は、入射光強度から全振幅を求め、受光強度の全振幅及び入射光強度の全振幅から光伝搬効率を求め、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出することでもよい。

受光強度検出部は、被検体から放出される受光強度を、所定の時間間隔の第１時点及び第２時点で検出し、制御部は、第１時点の全振幅及び第２時点の全振幅から光伝搬効率を求め、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出することでもよい。

受光強度検出部の周囲に、被検体表面への光を遮光するための遮光部をさらに備えることでもよい。粒子濃度は、脂質濃度であってよい。なお、具体的な処理の内容については、上記実施形態の粒子濃度計測装置と同じであるため説明を省略する。

次に、実施形態の粒子濃度計測方法について説明する。図１４は、実施形態の粒子濃度計測方法のフローチャートである。

実施形態の粒子濃度計測方法は、周期性を有する照明光下で実施される粒子濃度計測方法である。受光強度検出部が、被検体から放出される受光強度を検出し（ＳＴＥＰ１０１）、制御部が、受光強度から全振幅を求め（ＳＴＥＰ１０２）、全振幅から光伝搬効率を求め（ＳＴＥＰ１０３）、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出する（ＳＴＥＰ１０４）。

粒子濃度計測装置が入射光強度検出部を有する場合には、入射光強度検出部が周期性を有する照明光被検体へ入射する入射光強度を検出し（ＳＴＥＰ１０５）、制御部が、入射光強度から全振幅を求め（ＳＴＥＰ１０６）、受光強度の全振幅及び入射光強度の全振幅から光伝搬効率を求め（ＳＴＥＰ１０３）、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出してもよい（ＳＴＥＰ１０４）。

受光強度検出部が、被検体から放出される受光強度を、所定の時間間隔の第１時点及び第２時点で検出し（ＳＴＥＰ１０７）、制御部が、第１時点及び第２時点の受光強度から第１時点の全振幅及び第２時点の全振幅を算出し（ＳＴＥＰ１０８）、第１時点の全振幅及び第２時点の全振幅から光伝搬効率を求め（ＳＴＥＰ１０３）、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出してもよい（ＳＴＥＰ１０４）。

また、受光強度検出部の周囲に、被検体表面への光を遮光するための遮光部をさらに備えてもよく、粒子濃度は、脂質濃度であってよい。なお、具体的な処理の内容については、上記実施形態の粒子濃度計測装置と同じであるため説明を省略する。

次に、実施形態の粒子濃度計測プログラムについて説明する。

装置は、周期性を有する照明光下で使用され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部を有するユーザ装置に、通信可能に接続する。

実施形態の粒子濃度計測プログラムは、装置のコンピュータに、ユーザ装置から送信された受光強度から全振幅を求め、全振幅から被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させる。

実施形態の粒子濃度計測プログラムは、装置のコンピュータに、ユーザ装置から送信された受光強度から全振幅を求め、全振幅から光伝搬効率を求め、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させる。

ユーザ装置が照明光若しくは自然光から被検体へ入射する入射光強度を検出する入射光強度検出部をさらに備える場合には、実施形態の粒子濃度計測プログラムは、装置のコンピュータに、入射光強度から全振幅を求め、受光強度の全振幅及び入射光強度の全振幅からから光伝搬効率を求め、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させてもよい。

実施形態の粒子濃度計測プログラムは、受光強度検出部に、被検体から放出される受光強度を、所定の時間間隔の第１時点及び第２時点で検出させ、装置のコンピュータに、第１時点及び第２時点の受光強度から第１時点の全振幅及び第２時点の全振幅を求め、第１時点の全振幅及び第２時点の全振幅から光伝搬効率を求め、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させてもよい。

受光強度検出部の周囲に、被検体表面への光を遮光するための遮光部をさらに備えてもよく、粒子濃度は、脂質濃度であってよい。なお、具体的な処理の内容については、上記実施形態と同じであるため説明を省略する。

図１１は、他の実施形態の粒子濃度計測装置２００の構成例を概略的に示す図である。なお、上記実施形態の粒子濃度計測装置１００と共通する構成と処理については説明を省略する。図１１に示すように粒子濃度計測装置２００は、遮光板２１、受光強度検出部２２、入射光強度検出部２３、制御部２４、照射部２５、及び、ミラー２６を有する。

実施形態の遮光板２１は、黒いプラスチック製の板であり、被検体に対し、照射-遮光境界位置から受光点までの照射光を遮光する。実施形態の遮光板２１の形状及び寸法は、楕円形である。遮光板２１の形状、寸法及び材質は、これに限られず、所定範囲を遮光する機能を有すればよい。

照射-遮光境界位置から受光点までの照射光を遮光することにより、光が皮膚層内である程度の距離を通った光を選別し、計測できる。これにより、SN比を上げることができる。なお、光に周期性を持たせるなどの工夫をすれば、微弱光かつ近接状態でも計測できる可能性自体はあるため、その場合には遮光板２１は必要ではない。

実施形態の受光強度検出部２２は、被検体内から被検体外に放出される光を受光する。実施形態の受光強度検出部２２は、フォトダイオードである。受光強度検出部２２は、フォトダイオードに限られず、CCDやCMOSでもよい。受光強度検出部２２は、波長を可視光以外に設定し、その波長を受光できるものでもよい。受光強度検出部２２は、遮光板２１の中心部に備わる。但し、受光強度検出部２２は、中心部に限られず、受光強度検出部２２の周囲に遮光される領域ができればよい。受光強度検出部２２は、制御部２４により制御される。受光強度検出部２２は、検知した光強度を制御部２４に送信する。

実施形態の入射光強度検出部２３は、照射部２５から照射される光を受光する。入射光強度検出部２３は、フォトダイオードである。入射光強度検出部２３は、フォトダイオードに限られず、CCDやCMOSでもよい。また、波長を可視光以外に設定し、その波長を受光できるものでもよい。入射光強度検出部２３は、複数の照射部２５の少なくとも１つに備わる。入射光強度検出部２３は、制御部２４により制御される。入射光強度検出部２３は、検知した光強度を制御部２４に送信する。

実施形態の照射部２５は、受光強度検出部１２から所定の距離を置いて、受光強度検出部２２をほぼ中心とした円周状に複数配列される。なお、照射部２５の配列はこれに限られず、広範囲に照射できればよい。照射部２５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。また、照明部２５は、周期的に開閉するシャッターなどの機構を設けることにより、遮光時間を調整し、照射光に周期性を持たせてもよい。照射部２５の照度は、制御部２５により制御される。照射強度を強くし、静脈をターゲットとしたり、静脈の位置情報を探すという使い方も可能である。

また、照射面積はLEDの表面積程度でも良いが、さらに広範囲である方が良い。

上述のように、生体における血液濁度変化による光伝搬効率を計測するためには、光照射深度は皮膚層をターゲットにすることが望ましい。したがって、照射部２５による到達深度を1ｍｍ程度とすることが好ましい。

そのため、皮膚層をターゲットとする場合、照射強度を調節した照射部２５を密着させても良い。

実施形態のミラー２６は、入射光強度検出部２３と照射部２５との間に備わる。ミラー２６は、入射光強度計測のための機構であり、入射光が電圧変化などで微妙に変化するため、正確性を確保するための機構である。

次に、粒子濃度計測装置２００の制御系の構成について説明する。図１２は実施形態の粒子濃度計測装置２００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、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２４５、外部Ｉ／Ｆ（Interface）２４６、受光強度検出部２２、入射光強度検出部２３、及び、照射部２５が接続される。ＣＰＵ２４１とＲＯＭ２４３とＲＡＭ２４４とで制御部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。

ＨＤＤ２４５は、脂質濃度と光伝搬効率若しくは光伝搬効率変化量の相関を複数人で作成し検量線としたデータを記憶する。

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ースであっても良い。

以上のような構成を備える粒子濃度計測装置２００において、予め設定されているプログラムに基づいて、粒子濃度計測装置２００は光伝搬計測ジョブを実行する。

照射部２５は、被検体表面へ向けて円周状に光を照射する。実施形態では、照明光若しくは自然光を利用したが、他の実施形態では、被検体への到達深度を1ｍｍ程度とした照射光を周囲から照射する。

制御部２４は、受光強度検出部２２が検知した光強度、及び、入射光強度検出部２３が検知した光強度から、光伝搬効率を算出する。光伝搬効率の算出法は実施形態と同じである。

制御部２４は、光伝搬効率から脂質濃度を算出する。脂質濃度の算出法は、実施形態と同じである。

なお、実施形態では、照射部と受光強度検出部と制御部を一体の装置として構成したが、これに限られず、例えば、照射部と受光強度検出部として携帯端末（スマートフォン、タブレット、ＰＣ）などのユーザ装置に備わる照明（ＬＥＤ等）等やセンサ（ＣＭＯＳ等）等を利用し、制御部を、ユーザ装置とネットワーク接続したサーバー装置等に設置してもよい。

実施形態の粒子濃度計測装置は、被検体へ光を照射する照射部と、照射部から所定の間隔で配置され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部と、を有するユーザ装置に、通信可能に接続する。粒子濃度計測装置は、ユーザ装置から送信された受光強度から光伝搬効率を求め、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出する制御部を有する。

ユーザ装置は、照射部から被検体へ入射する入射光強度を検出する入射光強度検出部をさらに有し、制御部は、入射光強度から全振幅を求め、受光強度の全振幅及び入射光強度の全振幅から光伝搬効率を求め、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出することでもよい。

受光強度検出部は、被検体から放出される受光強度を、所定の時間間隔の第１時点及び第２時点で検出し、制御部は、第１時点の全振幅及び第２時点の全振幅の差から光伝搬効率を求め、光伝搬効率から前記被検体内の粒子濃度を算出することでもよい。

受光強度検出部の周囲に、被検体表面への光を遮光するための遮光部をさらに備えることでもよい。粒子濃度は、脂質濃度であってよい。なお、具体的な処理の内容については、上記実施形態の粒子濃度計測装置と同じであるため説明を省略する。

次に、他の実施形態の粒子濃度計測方法について説明する。図１５は、他の実施形態の粒子濃度計測方法のフローチャートである。

他の実施形態の粒子濃度計測方法は、照射部が、所定の照射位置に被検体へ周期性を有する光を照射し（ＳＴＥＰ２０１）、受光強度検出部が、照射位置から所定の間隔の位置で、被検体から放出される受光強度を検出し（ＳＴＥＰ２０２）、制御部が、受光強度から全振幅を求め（ＳＴＥＰ２０３）、全振幅から光伝搬効率を求め（ＳＴＥＰ２０４）、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出する（ＳＴＥＰ２０５）。

粒子濃度計測装置が入射光強度検出部を有する場合には、入射光強度検出部が、照射位置から被検体へ入射する入射光強度を検出し（ＳＴＥＰ２０６）、制御部は、入射光強度から全振幅を求め（ＳＴＥＰ２０７）、受光強度の全振幅及び入射光強度の全振幅から光伝搬効率を求め（ＳＴＥＰ２０４）、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出してもよい（ＳＴＥＰ２０５）。

受光強度検出部が、被検体から放出される受光強度を、所定の時間間隔の第１時点及び第２時点で検出し（ＳＴＥＰ２０８）、制御部が、第１時点及び第２時点の受光強度から第１時点の全振幅受光強度及び第２時点の全振幅を算出し（ＳＴＥＰ２０９）、第１時点の全振幅及び第２時点の全振幅から光伝搬効率を求め（ＳＴＥＰ２０４）、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出してもよい（ＳＴＥＰ２０５）。

また、受光強度検出部の周囲に、被検体表面への光を遮光するための遮光部をさらに備えてもよく、粒子濃度は、脂質濃度であってよい。なお、具体的な処理の内容については、上記実施形態の粒子濃度計測装置と同じであるため説明を省略する。

次に、他の実施形態の粒子濃度計測プログラムについて説明する。

装置は、被検体へ光を照射する照射部と、前記照射部から所定の間隔で配置され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部と、を有するユーザ装置に、通信可能に接続する。

実施形態の粒子濃度計測プログラムは、装置のコンピュータに、ユーザ装置から送信された受光強度から全振幅を求め、全振幅から被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させる。

実施形態の粒子濃度計測プログラムは、装置のコンピュータに、ユーザ装置から送信された受光強度から全振幅を求め、全振幅から光伝搬効率を求め、光伝搬効率から前記被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させる。

ユーザ装置が照射部から被検体へ入射する入射光強度を検出する入射光強度検出部をさらに備える場合には、実施形態の粒子濃度計測プログラムは、装置のコンピュータに、入射光強度から全振幅を求め、受光強度の全振幅及び入射光強度の全振幅から光伝搬効率を求め、光伝搬効率から被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させてもよい。

実施形態の粒子濃度計測プログラムは、受光強度検出部に、被検体から放出される受光強度を、所定の時間間隔の第１時点及び第２時点で検出させ、装置のコンピュータに、第１時点及び第２時点の受光強度から第１時点の全振幅及び第２時点の全振幅を算出し、第１時点の全振幅及び第２時点の全振幅から光伝搬効率変化量を求め、光伝搬効率変化量から被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させてもよい。

受光強度検出部の周囲に、被検体表面への光を遮光するための遮光部をさらに備えてもよく、粒子濃度は、脂質濃度であってよい。なお、具体的な処理の内容については、上記実施形態と同じであるため説明を省略する。

以上、実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００：粒子濃度計測装置
１２：受光強度検出部
１３：入射光強度検出部
１４：制御部

Claims (22)

1. 時間周期性を有する照明光下で使用される粒子濃度計測装置であって、
   被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部と、
   前記受光強度から振幅を求め、前記振幅から前記被検体内の粒子濃度を算出する制御部と、
   を有することを特徴とする粒子濃度計測装置。
2. 前記制御部は、前記振幅から光伝搬効率を求め、前記光伝搬効率から前記被検体内の粒子濃度を算出することを特徴とする請求項１に記載の光伝搬計測装置。
3. 前記照明光から前記被検体へ入射する入射光強度を検出する入射光強度検出部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記入射光強度から振幅を求め、前記受光強度の振幅及び前記入射光強度の振幅から前記光伝搬効率を求める、ことを特徴とする請求項２に記載の粒子濃度計測装置。
4. 前記受光強度検出部は、
   被検体から放出される受光強度を、所定の時間間隔の第１時点及び第２時点で検出し、
   前記制御部は、
   前記第１時点の受光強度の振幅及び前記第２時点の受光強度の振幅から光伝搬効率を求める、ことを特徴とする請求項２に記載の粒子濃度計測装置。
5. 被検体へ時間周期性を有する光を照射する照射部と、
   前記照射部から所定の間隔で配置され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部と、
   前記受光強度から振幅を求め、前記振幅から前記被検体内の粒子濃度を算出する制御部と、
   を有することを特徴とする粒子濃度計測装置。
6. 前記制御部は、前記振幅から光伝搬効率を求め、前記光伝搬効率から前記被検体内の粒子濃度を算出することを特徴とする請求項５に記載の粒子濃度計測装置。
7. 前記照射部から被検体へ入射する入射光強度を検出する入射光強度検出部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記入射光強度から振幅を求め、前記受光強度の振幅及び前記入射光強度の振幅から前記光伝搬効率を求める、ことを特徴とする請求項６に記載の粒子濃度計測装置。
8. 前記受光強度検出部は、
   被検体から放出される受光強度を、所定の時間間隔の第１時点及び第２時点で検出し、
   前記制御部は、
   前記第１時点の受光強度の振幅及び前記第２時点の受光強度の振幅から光伝搬効率を求める、ことを特徴とする請求項６に記載の粒子濃度計測装置。
9. 時間周期性を有する照明光下で使用され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部を有するユーザ装置に、通信可能に接続した粒子濃度計測装置であって、
   前記ユーザ装置から送信された前記受光強度から振幅を求め、前記振幅から前記被検体内の粒子濃度を算出する制御部を有することを特徴とする粒子濃度計測装置。
10. 前記制御部は、前記振幅から光伝搬効率を求め、前記光伝搬効率から前記被検体内の粒子濃度を算出することを特徴とする請求項９に記載の粒子濃度計測装置。
11. 前記ユーザ装置は、前記照明光から前記被検体へ入射する入射光強度を検出する入射光強度検出部をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記入射光強度から振幅を求め、前記受光強度の振幅及び前記入射光強度の振幅から前記光伝搬効率を求める、ことを特徴とする請求項１０に記載の粒子濃度計測装置。
12. 前記受光強度検出部は、
    被検体から放出される受光強度を、所定の時間間隔の第１時点及び第２時点で検出し、
    前記制御部は、
    前記第１時点の受光強度の振幅及び前記第２時点の受光強度の振幅から光伝搬効率を求める、ことを特徴とする請求項１０に記載の粒子濃度計測装置。
13. 被検体へ時間周期性を有する光を照射する照射部と、前記照射部から所定の間隔で配置され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部と、を有するユーザ装置に、通信可能に接続した粒子濃度計測装置であって、
    前記ユーザ装置から送信された前記受光強度から振幅を求め、前記振幅から前記被検体内の粒子濃度を算出する制御部を有することを特徴とする粒子濃度計測装置。
14. 前記制御部は、前記振幅から光伝搬効率を求め、前記光伝搬効率から前記被検体内の粒子濃度を算出することを特徴とする請求項１３に記載の粒子濃度計測装置。
15. 前記ユーザ装置は、前記照射部から被検体へ入射する入射光強度を検出する入射光強度検出部をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記入射光強度から振幅を求め、前記受光強度の振幅及び前記入射光強度の振幅から前記光伝搬効率を求める、ことを特徴とする請求項１４に記載の粒子濃度計測装置。
16. 前記受光強度検出部は、
    被検体から放出される受光強度を、所定の時間間隔の第１時点及び第２時点で検出し、
    前記制御部は、
    前記第１時点の受光強度の振幅及び前記第２時点の受光強度の振幅から光伝搬効率を求める、ことを特徴とする請求項１４に記載の粒子濃度計測装置。
17. 前記受光強度検出部の周囲に、被検体表面への光を遮光するための遮光部をさらに備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の粒子濃度計測装置。
18. 前記粒子濃度は、脂質濃度であることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の粒子濃度計測装置。
19. 時間周期性を有する照明光下で実施される粒子濃度計測方法であって、
    被検体から放出される受光強度を検出し、
    前記受光強度から振幅を求め、前記振幅から前記被検体内の粒子濃度を算出する、ことを特徴とする粒子濃度計測方法。
20. 被検体へ時間周期性を有する光を照射し、
    前記照射位置から所定の間隔の位置での、被検体から放出される受光強度を検出し、
    前記受光強度から振幅を求め、前記振幅から前記被検体内の粒子濃度を算出する、ことを特徴とする粒子濃度計測方法。
21. 時間周期性を有する照明光下で使用され、被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部を有するユーザ装置に、通信可能に接続した装置のコンピュータに、
    前記ユーザ装置から送信された前記受光強度から振幅を求め、前記振幅から前記被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させる、粒子濃度計測プログラム。
22. 被検体へ時間周期性を有する光を照射する照射部と、前記照射部から所定の間隔で配置され、前記被検体から放出される受光強度を検出する受光強度検出部と、を有するユーザ装置に、通信可能に接続した装置のコンピュータに、
    前記ユーザ装置から送信された前記受光強度から振幅を求め、前記振幅から前記被検体内の粒子濃度を算出する処理を実行させる、粒子濃度計測プログラム。

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