WO2019123559A1 - 脂質計測装置及びその方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a lipid measuring device and a method thereof.
  • Postprandial hyperlipidemia is noted as a risk factor for arteriosclerosis. Higher non-fasting triglyceride levels have been reported to increase the risk of developing coronary artery disease events.
  • Patent Document 1 discloses a method for solving such a problem. According to the method of Patent Document 1, blood collection can be eliminated by non-invasive lipid measurement. This makes it possible to measure blood lipids not only at medical institutions but also at home. By enabling instantaneous data acquisition, it becomes possible to measure blood lipids that are continuous in time.
  • the present invention has been made to solve such conventional problems, and an object thereof is to provide an apparatus and method capable of specifying a suitable site for lipid measurement.
  • the lipid measuring device comprises: an irradiating unit which irradiates light at a predetermined light intensity to a predetermined site of the living body from outside the living body into the living body, and a predetermined interval from the irradiation position of light by the irradiating unit.
  • an irradiating unit which irradiates light at a predetermined light intensity to a predetermined site of the living body from outside the living body into the living body, and a predetermined interval from the irradiation position of light by the irradiating unit.
  • static parameters of light in the living body are calculated.
  • the controller has a controller which calculates and calculates a dynamic parameter based on a time change of the static parameter, and determines a region of a living body suitable for lipid measurement from the static parameter and the dynamic parameter.
  • an irradiation unit for irradiating light at a predetermined light intensity to a predetermined site of the living body from outside the living body from inside the living body, and a predetermined interval from the irradiation position of light by the irradiation unit A computer of the lipid measurement apparatus having at least one light intensity detection unit disposed continuously or continuously to detect the light intensity emitted from the living body, the light intensity detected by the light intensity detection unit Based on the process of calculating static parameters of light in the living body, the process of calculating dynamic parameters based on the time change of the static parameters, and the static parameters and the dynamic parameters, the part of the living body suitable for lipid measurement And a process of determining.
  • an irradiating unit for irradiating light at a predetermined light intensity to a predetermined site of the living body from outside the living body from inside the living body, and a predetermined interval from the irradiation position of light by the irradiating unit
  • a lipid measuring device connected to a user device having at least one light intensity detection unit that detects light intensity emitted from a living body, and is disposed by the light intensity detection unit; Based on the measured light intensity, static parameters of light in the living body are calculated, dynamic parameters are calculated based on time change of static parameters, and from the static parameters and dynamic parameters, a part of the living body suitable for lipid measurement Control unit to determine the
  • lipid measurement device and method of the present invention it is possible to specify a suitable site for lipid measurement.
  • composition of a lipid measuring device of an embodiment It is a figure showing composition of a lipid measuring device of an embodiment. It is a figure which shows scattering of the light by blood lipid. It is a figure which shows scattering of the light by blood lipid. It is a figure showing composition of a control system of a lipid measuring device of an embodiment. It is a flow chart of lipid measurement processing of an embodiment. It is a figure showing composition of a lipid measuring system of an embodiment. It is a figure showing composition of a control system of a lipid measuring device of an embodiment. It is a flow chart of lipid measurement processing of an embodiment. It is a figure which shows the result of a fat loading test. It is a figure which shows the optical path in light measurement.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a lipid measuring device according to an embodiment.
  • the lipid measurement device 1 includes an irradiation unit 2, a light intensity detection unit 3, a control unit 4, and a notification unit 5.
  • the irradiation unit 2 includes a light source 22 for irradiating light at a predetermined irradiation position 21 from the outside of the predetermined area of the living body toward the inside of the living body.
  • the light source 22 can adjust the wavelength of the light to be emitted.
  • the light source 22 can adjust the wavelength range out of the wavelength range in which light is absorbed by plasma minerals.
  • the light source 22 can be adjusted outside the wavelength range in which light is absorbed by cellular components of blood.
  • the cellular components of blood are red blood cells, white blood cells and platelets in blood. Plasma minerals are water and electrolytes in blood.
  • the wavelength range of the light source 22 is preferably about 1400 nm or less, and about 1500 nm to about 1860 nm, in consideration of the wavelength range in which light is absorbed by plasma minerals. Furthermore, the wavelength range of the light source 22 is more preferably about 580 nm to about 1400 nm and about 1500 nm to about 1860 nm in consideration of the wavelength range in which light is absorbed by cellular components of blood.
  • the wavelength range used for the light source 22 By setting the wavelength range used for the light source 22 to the above range, in the light detected by the light intensity detection unit 3 described later, the absorption of light by the influence of light absorption by the inorganic substance of plasma and the cell component of blood Reduce the impact of As a result, there is no absorption sufficient to identify the substance, and the light energy loss due to absorption is negligible. Therefore, the light in the blood is transmitted to a distance by scattering by blood lipids and is released outside the body.
  • the irradiation unit 2 has an arbitrary time length for irradiating light such as continuous irradiation of light or pulse-like irradiation of light according to the calculation method of the scattering coefficient ⁇ s ′ by the control unit 4 described later. Can be adjusted.
  • the irradiation unit 2 can arbitrarily modulate the intensity of the light to be irradiated or the phase of the light.
  • the irradiation unit 2 may use a light source 22 whose wavelength is fixed.
  • the irradiation part 2 may be a mixture of light sources of different wavelengths or light of multiple wavelengths.
  • the irradiation part 2 is a fluorescent lamp, LED, a laser, an incandescent lamp, HID, a halogen lamp etc., for example.
  • the illuminance of the irradiation unit 2 may be controlled by the control unit 4 or a separate control circuit may be provided.
  • the light intensity detection unit 3 receives light emitted from the living body to the outside of the living body and detects the light intensity. When a plurality of light intensity detection units 3 are used, the light intensity detection units 3 are installed at different distances with the irradiation position 21 as the approximate center. As shown in FIG. 1, in the embodiment, the first light intensity detection unit 31 and the second light intensity detection unit 32 are sequentially arranged in a straight line on the same plane at predetermined intervals from the irradiation position 21.
  • the light intensity detection unit 3 may be a photodiode, a CCD, or a CMOS.
  • the distance between the irradiation position 21 and the first detection position 331 by the first light intensity detection unit 31 is a first irradiation detection distance ⁇ 1.
  • the distance to the second detection position 332 by the light intensity detection unit 32 is defined as a second irradiation detection distance ⁇ 2.
  • a predetermined distance ⁇ is provided between an irradiation position 21 for irradiating light to a living body and a detection position 31 for detecting the light intensity emitted from blood (E in the drawing) in the living body.
  • a predetermined distance ⁇ it is possible to suppress the influence of light emitted from the living body (B in the figure) directly reflected by the irradiated light (A in the figure) reflected by the scatterer on the surface of the living body and in the vicinity of the surface. Do. After the irradiated light reaches a depth where lipids such as lipoproteins are present, the light is reflected by lipids in the blood (D in the figure).
  • the light intensity of the backscattered light (C in the figure) emitted from the living body is detected through the reflection of light reflected by the lipid. Further, by increasing the distance ⁇ between the irradiation position 21 and the detection position 31, the optical path length becomes long. For this reason, the number of collisions with lipids increases, and the light to be detected is largely affected by scattering. By increasing the distance ⁇ , it is easy to catch the influence of scattering which has been weak and difficult to detect.
  • a configuration may be employed in which a living body (E in the figure) is sandwiched between the irradiation unit 2 and the light intensity detection unit 3 and the light intensity detection unit 3 detects light from the irradiation unit 2.
  • Lipoprotein to be measured has a globular structure covered with apoprotein or the like. Lipoproteins exist in a solid like state in blood. Lipoproteins have the property of reflecting light. In particular, chylomicrons (CM) and VLDL, which have large particle diameters and specific gravities, contain a large amount of neutral fat (TG), and have the property of more easily scattering light. Therefore, the light intensity detected by the light intensity detection unit 3 includes the influence of light scattering by lipoproteins.
  • CM chylomicrons
  • VLDL which have large particle diameters and specific gravities, contain a large amount of neutral fat (TG), and have the property of more easily scattering light. Therefore, the light intensity detected by the light intensity detection unit 3 includes the influence of light scattering by lipoproteins.
  • the arrangement in the case of providing a plurality of detection positions 31 is not limited to linear as long as they are arranged at different distances with the irradiation position 21 as the approximate center, and may be circular, wavy, zigzag, etc. It can be selected appropriately. Further, the first irradiation detection distance ⁇ 1 and the second irradiation detection distance 22 from the irradiation position 21 to the detection position 31 and the distance between the detection positions 331 and 332 are not limited to fixed intervals, and It may be continuous.
  • FIG. 4 is a block diagram of the lipid measuring device 1 of the embodiment.
  • the detection unit 3 and the notification unit 5 are connected.
  • the CPU 41, the ROM 43 and the RAM 44 constitute a control unit (controller) 4.
  • the ROM 43 stores in advance a program executed by the CPU 41 and a threshold.
  • the RAM 44 has an area for developing a program to be executed by the CPU 41 and various memory areas such as a work area serving as a work area for data processing by the program.
  • the storage unit 45 stores data of appropriate numerical ranges of static parameters and dynamic parameters prepared in advance.
  • the storage unit 45 may be a non-volatile internal memory such as a hard disk drive (HDD), a flash memory, or a solid state drive (SSD).
  • HDD hard disk drive
  • flash memory flash memory
  • SSD solid state drive
  • the external I / F 46 is an interface for communicating with an external device such as a client terminal (PC), for example.
  • the external I / F 46 may be any interface that performs data communication with an external device, and may be, for example, a device (such as a USB memory) locally connected to the external device, or a network for communicating via a network It may be an interface.
  • the control unit 4 calculates static parameters in the living body based on the light intensity detected by the light intensity detection unit 3.
  • the light intensity detected by the light intensity detector 3 includes the influence of light scattering by lipoproteins. From that, the scattering coefficient ⁇ s ' is calculated.
  • the static parameters in the embodiment are not limited to those that quantify the efficiency of the general scattering process, but may be those that digitize the influence of scattering under certain conditions in consideration of the scattering phenomenon. Including. The details will be described below.
  • control unit 4 in the embodiment calculates the light intensity ratio or the light intensity difference.
  • the control unit 4 calculates the scattering coefficient ⁇ s ′ from the ratio of the light intensities of the plurality of positions detected by the light intensity detection unit 3.
  • the control unit 4 calculates a scattering coefficient ⁇ s ′ based on a scattering phenomenon in which the irradiated light is attenuated by scattering as the distance to the detection position 33 increases.
  • the irradiation unit 2 irradiates continuous light of a predetermined light intensity, and the control unit 4 controls the first light intensity R ( ⁇ 1) detected by the first light intensity detection unit 31 and the second light intensity detection unit
  • the scattering coefficient ⁇ s ' is calculated from the ratio to the second light intensity R ( ⁇ 2) detected by S. 32 (Equation 1).
  • the control unit 4 calculates the scattering coefficient ⁇ s ′ from the difference in light intensity at the plurality of positions detected by the light intensity detection unit 3.
  • the control unit 4 calculates a scattering coefficient ⁇ s ′ based on a scattering phenomenon in which the irradiated light is attenuated by scattering as the distance to the detection position 33 increases.
  • the control unit 4 calculates the scattering coefficient ⁇ s ' from the difference between the light intensity R ( ⁇ 1) and the light intensity R ( ⁇ 2) at the first detection position 331 and the second detection position 332 (Equation 2).
  • ⁇ s ' R ( ⁇ 1) -R ( ⁇ 2)
  • control unit 4 calculates the scattering coefficient ⁇ s ′ by the control unit 4 .
  • the control unit 4 analyzes using standard deviation, Brownian motion, autocorrelation function, frequency analysis, speckle, Doppler shift, Reynolds number, blood flow, blood volume, pulsation width, etc. , Calculate dynamic parameters, which are indicators for measuring the movement of blood. Dynamic parameters are indicators of blood movement.
  • the control unit 4 may set the measurement time of the light intensity to 20 seconds or less, and calculate the dynamic parameter from the change amount of the light intensity in the measurement time.
  • the skin layer is a part of a living body suitable for lipid measurement.
  • a pulsation parameter is not seen, and a dynamic parameter without periodicity is information indicating the position of the vein (at least depending on the vein information), and the vein is a part of the living body suitable for lipid measurement. It can be said.
  • the sampling rate of the light receiving unit is preferably 10 msec or less, and the resolution is preferably 16 bits or more.
  • the variation coefficient CV of the scattering coefficient ⁇ s' is included.
  • the control unit 4 calculates the variation coefficient CV of the scattering coefficient ⁇ s ′ from the temporal change of the calculated scattering coefficient ⁇ s ′.
  • the variation coefficient CV can be calculated, for example, by the following equation 1.
  • the time for measuring the scattering coefficient ⁇ s' is 1 msec or more and 30 sec or less, preferably 5 msec or more and 25 sec or less, and more preferably 10 msec or more and 20 sec or less. (Note that "sec” is an abbreviation for "second")
  • the control unit 4 calculates static parameters and dynamic parameters, and determines a site suitable for lipid measurement from the static parameters and dynamic parameters.
  • blood to be measured flows in blood vessels.
  • dynamic parameters are calculated by measuring for a fixed time per analysis, and static parameters indicating all scattering included in the light path are calculated, and from these two parameters, the lipid measurement in each individual is optimum. Determine the part.
  • acquisition of static parameters and dynamic parameters is not limited to that via a communication line, and may be manually input.
  • the storage unit 45 stores data of an appropriate numerical range of static parameters and dynamic parameters prepared in advance.
  • the control unit 4 compares the data stored in the storage unit 45 with the calculated static parameters and dynamic parameters to determine whether or not the region is suitable for lipid measurement.
  • control unit 4 has a scattering coefficient ⁇ s ′ of 0.4 to 0.53 and a variation coefficient CV of 0.1% to 5.0%, preferably a scattering coefficient ⁇ s ′ of 0.41 to 0.51 and a variation coefficient CV Is 0.2% or more and 1.5% or less, more preferably 0.42 or more and 0.46 or less, and when the coefficient of variation CV is 0.5% or more and 1.0% or less, it is a site suitable for lipid measurement. judge.
  • the basis of this numerical range will be described in the examples.
  • the method using the variation coefficient CV is excellent as a simple method because the apparatus configuration is simple and the calculation is simple.
  • the static parameter is the scattering coefficient
  • the dynamic parameter is the variation coefficient of the scattering coefficient.
  • the static parameter is an average value of blood flow in a fixed time (hereinafter, “average value of blood flow in fixed time”
  • the dynamic parameter is the coefficient of variation of the mean value of blood flow in a certain period of time (hereinafter referred to as "the coefficient of variation of the mean value of blood flow in a certain period of time" It can also be called “coefficient”.
  • the control unit 4 calculates a static parameter (average value of blood flow) in the living body based on the light intensity detected by the light intensity detection unit 3.
  • a static parameter average value of blood flow
  • only one light receiving unit may be used, and a distance between incident and light receiving units may be zero.
  • the control unit 4 of the embodiment calculates the average value of the blood flow based on the light intensity detected by the light intensity detection unit 3.
  • the blood flow rate may be measured using Doppler shift or speckle.
  • the measurement principle is the same as that of a general laser blood flow meter, and it measures the phase difference of the light receiving component that occurs when the scattering material moves under light irradiation (the URL of an example of the measurement principle is as follows) Http://www.omegawave.co.jp/products/flo/principle.shtml). And the time change such as this phase difference becomes the blood flow volume.
  • a value obtained by averaging the blood flow volume in a specific time range (that is, the average value of the blood flow volume) is used as a static parameter.
  • the control unit 4 calculates a dynamic parameter (coefficient of variation of blood volume), which is an index for measuring the movement of blood, from the static parameter (average value of blood flow volume).
  • One of the dynamic parameters includes the coefficient of variation of blood flow at a fixed time.
  • the control unit 4 calculates the variation coefficient of the blood flow rate from the time change of the calculated average value of the blood volume.
  • the variation coefficient of the blood volume can be calculated, for example, by the following equation 2.
  • the time for measuring the blood flow is preferably 0.5 sec or more and 10 sec or less, and more preferably 1 sec or more and 5 sec or less.
  • the control unit 4 calculates static parameters and dynamic parameters, and determines a site suitable for lipid measurement from the static parameters and dynamic parameters.
  • the storage unit 45 stores data of an appropriate numerical range of static parameters and dynamic parameters prepared in advance.
  • the control unit 4 compares the data stored in the storage unit 45 with the calculated static parameters and dynamic parameters to determine whether or not the region is suitable for lipid measurement.
  • the average value of the blood flow is 3.1 mL / min or more and 21.0 mL / min or less, and the variation coefficient of the blood flow is 5% or more and 50% or less, preferably, the average value of the blood flow is 5.1 mL / min or more and 15.0 mL / min or less, and the coefficient of variation of blood flow is 15% or more and 40% or less, more preferably, the average value of blood flow is 5.1 mL / min or more and 13.0 mL / min or less, When the coefficient of variation of blood flow is 10% or more and 30% or less, it is determined that the region is suitable for lipid measurement. (Note that "min” is an abbreviation of "minute”.) The basis of this numerical range will be described in the examples.
  • the notification unit 5 of the embodiment is a buzzer, a vibrator, a lamp or the like.
  • the control unit 4 determines that the region is suitable for lipid measurement, the control unit 4 causes the notification unit 5 to sound a buzzer, vibrate, or turn on a lamp. This notifies the user that the site is suitable for lipid measurement.
  • FIG. 5 is a flowchart of the lipid measurement process of the embodiment.
  • the irradiation unit 2 irradiates the irradiation position 21 with continuous light (step 101).
  • the first light intensity detection unit 31 detects the light intensity at the first detection position 331, and the second light intensity detection unit 32 detects the light intensity at the second detection position 332 (step 102).
  • the control unit 4 calculates a light intensity difference or light intensity ratio between the first light intensity at the first detection position 331 and the second light intensity at the second detection position 332, and the light intensity difference or the light intensity difference.
  • Static parameters scattering coefficient ⁇ s '
  • the control unit 4 calculates a static parameter (average value of blood flow) from the light intensity at the first detection position 331 or the light intensity at the second detection position 332.
  • the control unit 4 calculates a dynamic parameter which is an index of blood flow from the time change of the static parameter (step 104).
  • the control unit 4 may set the measurement time of the light intensity to 20 seconds or less, and calculate the dynamic parameter from the change amount of the light intensity in the measurement time.
  • the control unit 4 determines that the predetermined part of the living body irradiated with the light is a part suitable for lipid measurement based on the static parameter and the dynamic parameter (step 105). For example, the control unit 4 compares the data of the appropriate numerical range of the static parameters and dynamic parameters prepared in advance stored in the storage unit 45 with the calculated static parameters and dynamic parameters, It is determined whether or not the part is suitable for measurement.
  • the control unit 4 determines that the scattering coefficient ⁇ s' is 0.4 to 0.53 and the variation coefficient CV is 0.1% to 5.0%.
  • the scattering coefficient ⁇ s ′ is 0.41 or more and 0.51 or less
  • the variation coefficient CV is 0.2% or more and 1.5% or less
  • the scattering coefficient ⁇ s ′ is 0.42 or more and 0.46 or less
  • the variation coefficient CV When it is 0.5% or more and 1.0% or less, it is determined that the site is suitable for lipid measurement.
  • the control unit 4 determines that the average value of blood flow is 3.1 mL / min or more and 21.0 mL / min or less, and The variation coefficient of blood flow is 5% to 50%, preferably, the average value of blood flow is 5.1 mL / min to 15.0 mL / min, and the variation coefficient of blood flow is 15% to 40%, More preferably, it is a site suitable for lipid measurement when the mean value of blood flow is 5.1 mL / min or more and 13.0 mL / min or less and the coefficient of variation of blood flow is 10% or more and 30% or less judge.
  • control unit 4 determines that the region is suitable for lipid measurement, the control unit 4 controls the notification unit 5 to sound a buzzer, vibrate or light the lamp (step 106).
  • the lipid measuring device and operation method of the present embodiment it is possible to determine whether or not the region is appropriate for lipid measurement based on static parameters and dynamic parameters.
  • lipid measuring device according to another embodiment.
  • the structure of the lipid measuring device of other embodiment has a part in common with the structure of the lipid measuring device of the said embodiment, it mainly demonstrates a different part.
  • the irradiation part 2 and light intensity detection part which irradiate light It is good also as a system which constituted 3 and a notice part 5 as a user apparatus, and provided control part 4 in a server apparatus connected to a user apparatus.
  • FIG. 1 A system configuration diagram of the embodiment is shown in FIG.
  • the system includes a lipid measurement device 200, an access point 300, and a user device 400.
  • the user device 400 includes an irradiation unit 42, a light intensity detection unit 43, a control unit 44, a notification unit 45, and a communication unit (external I / F) 46.
  • the configurations and functions of the irradiation unit 42, the light intensity detection unit 43, and the notification unit 45 are the same as those in the above embodiment, and thus the description thereof is omitted.
  • the lipid measurement device 200 communicably connects to the user device 400 via the access point 300 or the like.
  • the control unit 24 of the lipid measurement device 200 calculates static parameters and dynamic parameters from the light intensity transmitted from the user device 400, and determines a portion suitable for lipid measurement.
  • description is abbreviate
  • the lipid measuring device 200 of the embodiment is, for example, a server device.
  • the configuration of the control system of the lipid measurement device 200 of the embodiment will be described.
  • FIG. 7 is a block diagram of the lipid measuring device 200 according to the embodiment.
  • a CPU 202, a read only memory (ROM) 203, a random access memory (RAM) 204, a communication unit (external I / F) 205, and a storage unit 23 are connected via a system bus 208.
  • the control unit 24 is configured by the CPU 202, the ROM 203, and the RAM 204.
  • the ROM 203 stores in advance a program executed by the CPU 202 and a threshold.
  • various memory areas such as an area for expanding a program to be executed by the CPU 202 and a work area serving as a work area for data processing by the program are dynamically formed.
  • the storage unit 23 stores data of suitable numerical ranges of static parameters and dynamic parameters prepared in advance.
  • the storage unit 23 may be any device that stores data in a nonvolatile manner, and is an internal storage such as a solid state drive (SSD) or a hard disc drive (HDD).
  • SSD solid state drive
  • HDD hard disc drive
  • the data is stored in the storage unit 23, the data may be stored in the RAM 204.
  • the control unit 24 calculates static parameters and dynamic parameters from the light intensities detected by the plurality of light intensity detection units 43. The control unit 24 determines whether or not the region is appropriate for lipid measurement from static parameters and dynamic parameters.
  • a communication unit (external I / F) 205 is an interface for communicating with an external device.
  • the communication unit (external I / F) 205 may be an interface that performs data communication with an external device.
  • the communication unit (external I / F) 205 may be a device (such as a USB memory) locally connected to an external device, or may be a network interface for communicating via a network.
  • the data communication method may be Wi-Fi (registered trademark) communication or USB communication.
  • the lipid measuring device 200 executes a lipid measuring process based on a preset program.
  • FIG. 8 is a flowchart of the lipid measurement process.
  • the irradiation unit 4 of the user device 400 irradiates the irradiation position with continuous light (step 201).
  • the first light intensity detection unit 41 of the user device 400 detects the light intensity at the first detection position, and the second light intensity detection unit 42 detects the light intensity at the second detection position (step 202) .
  • the control unit 24 of the lipid measurement device 200 calculates a light intensity difference or light intensity ratio between the first light intensity at the first detection position and the second light intensity at the second detection position, and the light intensity A static parameter (scattering coefficient ⁇ s') is calculated based on the difference or the light intensity ratio.
  • the control unit 24 calculates a static parameter (average value of blood flow) from the light intensity at the first detection position or the light intensity at the second detection position. (Step 203).
  • the control unit 24 of the lipid measurement device 200 calculates a dynamic parameter serving as an indicator of blood flow from the time change of the static parameter (step 204).
  • the control unit 4 may set the measurement time of the light intensity to 20 seconds or less, and calculate the dynamic parameter from the change amount of the light intensity in the measurement time.
  • the control unit 24 of the lipid measurement device 200 determines that the predetermined part of the living body irradiated with light is a part suitable for lipid measurement based on the static parameter (and the dynamic parameter) (step 205). 24 compares the data of the appropriate numerical range of static parameters and dynamic parameters prepared in advance with the calculated static parameters and dynamic parameters, and determines whether it is a site suitable for lipid measurement or not judge.
  • the control unit 24 has a scattering coefficient ⁇ s' of 0.4 to 0.53 and a variation coefficient CV of 0.1% to 5.0%.
  • the scattering coefficient ⁇ s ′ is 0.41 or more and 0.51 or less
  • the variation coefficient CV is 0.2% or more and 1.5% or less
  • the scattering coefficient ⁇ s ′ is 0.42 or more and 0.46 or less
  • the variation coefficient CV When it is 0.5% or more and 1.0% or less, it is determined that the site is suitable for lipid measurement.
  • the control unit 24 determines that the average value of blood flow is 3.1 mL / min or more and 21.0 mL / min or less, and The variation coefficient of blood flow is 5% to 50%, preferably, the average value of blood flow is 5.1 mL / min to 15.0 mL / min, and the variation coefficient of blood flow is 15% to 40%, More preferably, it is a site suitable for lipid measurement when the mean value of blood flow is 5.1 mL / min or more and 13.0 mL / min or less and the coefficient of variation of blood flow is 10% or more and 30% or less judge.
  • control unit 24 of the lipid measurement device 200 determines that the region is suitable for lipid measurement, the control unit 24 controls the notification unit 45 of the user device 400 to sound a buzzer, vibrate, or turn on a lamp. (Step 206).
  • the light measurement includes all information such as skin color, skin and muscle contained in the skin layer, blood layer and muscle layer of the light path. Therefore, it is affected by the depth of the blood layer and the blood volume due to the thickness of the blood vessel. ( Figure 10)
  • non-invasive lipid measurement since blood containing lipids is to be measured, the present inventors examined a method for efficiently extracting information on blood. In order to obtain blood information, it is also conceivable to measure blood absorption. However, in this case, by using the absorption wavelength of hemoglobin or the like, there is a concern about using a different wavelength from that of lipid measurement and the increase in size of the device accompanying it, and in this embodiment, a different method is used.
  • static parameters including the effects of all the factors that cause light attenuation of the skin layer, blood layer, and muscle layer included in the optical path, and dynamic parameters indicating blood information
  • the static parameters are instantaneous measurement data and do not consider the time axis.
  • the coefficient of variation CV was 1.5% or more and sometimes about 30% at the wrist.
  • the coefficient of variation CV was 1.5% or less.
  • the coefficient of variation CV was 1.5% or less, but the scattering coefficient was low and detection of lipid fluctuation was difficult.
  • the fasting scattering coefficient ⁇ s ' is also the same. If the value of the scattering coefficient ⁇ s' is too low, it does not contain the blood necessary for blood measurement, and if it is too large, the lipid efficiently due to the influence of blood cells and skin color. I can not measure. It is assumed that the influence of the scattering coefficient is disturbed at ⁇ a >> ⁇ s ′, because the light attenuation depends on two parameters of ⁇ s ′ and ⁇ a, as shown in Equation 3. Therefore, ⁇ a may be measured by another method or the like.
  • the range of the scattering coefficient ⁇ s 'and the variation coefficient CV capable of measuring the lipid concentration change is the range of the scattering coefficient ⁇ s' of 0.4 to 0.53 and the variation coefficient CV of 0.1% to 5.0% (see “ ⁇ in FIG. Region, and preferably has a scattering coefficient ⁇ s ′ of 0.41 or more and 0.51 or less, and a variation coefficient CV of 0.2% or more and 1.5% or less (a region indicated by “o” in FIG. 11). More preferably, the scattering coefficient ⁇ s ′ is in the range of 0.42 or more and 0.46 or less, and the variation coefficient CV is in the range of 0.5% or more and 1.0% or less (region indicated by “ ⁇ ” in FIG. 11).
  • the range is about 95%, and in general applications, this range may be expanded, or in medical applications, the accuracy may be further improved.
  • FIG. 12 the result of having measured the site
  • FIG. 12 it is possible to find out a part suitable for lipid measurement by measuring a part where the scattering coefficient ⁇ s ′ and the variation coefficient CV approximate to each other.
  • CV measurement is also assumed to depend on the performance of the apparatus, such as detection sensitivity, sampling rate, bit depth, etc., it is desirable to obtain an optimal CV value for each specification of the apparatus.
  • the range of the mean value of blood flow and the variation coefficient of blood flow that can measure changes in lipid concentration is 3.1 mL / min or more and 21.0 mL / min or less, and the variation coefficient of blood flow is 5% or more
  • the range is 50% or less (region indicated by “ ⁇ ” in FIG. 13), and preferably, the average value of blood flow is 5.1 mL / min or more and 15.0 mL / min or less, and the coefficient of variation of blood flow is 15 % Or more and 40% or less (area indicated by “o” in FIG.
  • the average value of blood flow is 5.1 mL / min or more and 13.0 mL / min or less, and the coefficient of variation of blood flow Is a range of 10% or more and 30% or less (a region indicated by “ ⁇ ” in FIG. 13).
  • These measurement conditions can be determined by measuring for about 10 seconds, and can be notified by a signal such as buzzer sounding, vibrating or lighting a lamp on the apparatus side.
  • the above techniques can also be used to locate veins and arteries.
  • the light source may be not only the LED or LD but also sunlight or room light.
  • the measurement site may be shielded from light, irradiation with an optical fiber or the like, or a pinhole may be opened in the light shielding portion. Also in this case, the position of the vein or artery can be estimated from the light attenuation.

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Abstract

【課題】　脂質計測の好適な部位を特定することが可能な装置及び方法を提供する。 【解決手段】　生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で光を照射する照射部と、照射部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、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に基づき、生体内における静的パラメータを算出し、静的パラメータの時間変化に基づき血液の動きの指標である動的パラメータを算出し、静的パラメータ及び動的パラメータから、脂質計測に適した生体の部位を判定する制御部と、を有する。

Description

脂質計測装置及びその方法
　本発明は、脂質計測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。非空腹時の中性脂肪濃度が高くなると、冠動脈疾患のイベント発症リスクが高くなることが報告されている。
　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。
　このような課題を解決する手法が、特許文献１に開示されている。特許文献１の手法によれば、非侵襲脂質計測により、採血を無くすことができる。これ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ようになる。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
　光の散乱係数から脂質濃度を算出する手法では、計測部位により脂質の変動が計測しやすい部位と計測しにくい部位が存在することがある。さらに、その部位は個人によっても違いがある。そのため、何度か計測する中で、その人にあった計測部位を探し出すという作業が必要であった。これは、皮膚の色や血液層に深さ、また血管の太さなど、個人ごとに条件が異なることに他ならない。
　本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、脂質計測の好適な部位を特定することが可能な装置及び方法を提供することである。
　本発明の脂質計測装置は、生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で光を照射する照射部と、照射部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、生体から放出される光強度を検出する１以上の光強度検出部と、光強度検出部により検出された光強度に基づき、生体内における光の静的パラメータを算出し、静的パラメータの時間変化に基づき動的パラメータを算出し、静的パラメータ及び動的パラメータから、脂質計測に適した生体の部位を判定する制御部とを有する。
　また、本発明の脂質計測方法は、生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で光を照射する照射部と、照射部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、生体から放出される光強度を検出する１以上の光強度検出部と、を有する脂質計測装置のコンピュータが、光強度検出部により検出された光強度に基づき、生体内における光の静的パラメータ算出する処理と、静的パラメータの時間変化に基づき動的パラメータを算出する処理と、静的パラメータ及び動的パラメータから、脂質計測に適した生体の部位を判定する処理とを行う。
　また、本発明の脂質計測装置は、生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で光を照射する照射部と、照射部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、生体から放出される光強度を検出する１以上の光強度検出部と、を有するユーザ装置に接続した脂質計測装置であって、光強度検出部により検出された光強度に基づき、生体内における光の静的パラメータ算出し、静的パラメータの時間変化に基づき動的パラメータを算出し、静的パラメータ及び動的パラメータから、脂質計測に適した生体の部位を判定する制御部を有する。
　本発明の脂質計測装置及び方法によれば、脂質計測の好適な部位を特定することが可能となる。
実施形態の脂質計測装置の構成を示す図である。 血中脂質による光の散乱を示す図である。 血中脂質による光の散乱を示す図である。 実施形態の脂質計測装置の制御系の構成を示す図である。 実施形態の脂質計測処理のフローチャートである。 実施形態の脂質計測システムの構成を示す図である。 実施形態の脂質計測装置の制御系の構成を示す図である。 実施形態の脂質計測処理のフローチャートである。 脂肪負荷試験の結果を示す図である。 光計測における光路を示す図である。 散乱係数μs’及び変動係数CVの好適範囲の図である。 右手と左手で条件に合致する部位を計測した結果を示す図である。 血流量の平均値及び血流量の変動係数の好適範囲の図である。
　以下、実施形態である脂質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１は、実施形態の脂質計測装置の構成を示す図である。
　図１に示すように、実施形態の脂質計測装置１は、照射部２と、光強度検出部３と、制御部４と、通知部５を有する。
　照射部２は、生体の所定の部位の生体外から生体内に向けて、所定の照射位置２１に光を照射するための光源２２を有する。光源２２は、照射する光の波長を調整することができる。光源２２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２２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２２の波長範囲は、血漿の無機物により光を吸収する波長範囲を考慮して約1400nm以下、及び、約1500nm～約1860nmとするのが好ましい。さらに、光源２２の波長範囲は、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約580nm～約1400nm、及び、約1500nm～約1860nmとするのがより好ましい。
　光源２２に用いられる波長範囲を、上記範囲とすることにより、後述する光強度検出部３により検出される光において、血漿の無機物による光の吸収の影響、及び、血液の細胞成分により光の吸収の影響を抑制する。これにより、物質を特定するほどの吸収は存在せず、吸収による光エネルギー損失は無視できるほど小さくなる。そのため、血中の光は血中の脂質による散乱によって遠くまで伝搬し、体外へ放出される。
　実施形態の照射部２は、後述する制御部４による散乱係数μs’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２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。
　照射部２は、波長が固定された光源２２を用いてもよい。照射部２は、波長が異なる複数の光源あるいは複数の波長の光を混合したものであってもよい。照射部２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。照射部２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。
　光強度検出部３は、生体から生体外に放出される光を受光して、その光強度を検出する。複数の光強度検出部３を用いる場合には、光強度検出部３は、照射位置２１を略中心として各々異なる距離に設置される。図１に示すように、実施形態では、照射位置２１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３１及び第２の光強度検出部３２が順に並べられる。光強度検出部３は、フォトダイオードやCCDやCMOSでよい。
　図１に示すように、実施形態では、照射位置２１から第１の光強度検出部３１による第１の検出位置３３１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３２による第２の検出位置３３２までの距離を第２の照射検出間距離ρ2とする。
　図２に示すように、光を生体に照射する照射位置２１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３１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２１と検出位置３１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。
　また、図３に示すように、照射部２と光強度検出部３とで生体（図中のＥ）を挟み込み、照射部２からの光を光強度検出部３が検出する配置でもよい。
　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している。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、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３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。
　なお、複数の検出位置３１を設ける場合の配列は、照射位置２１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２１から検出位置３１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３３１、３３２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。
　次に、脂質計測装置１の制御系の構成について説明する。図４は実施形態の脂質計測装置１のブロック図である。システムバス４２を介して、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１、ＲＯＭ（Read Only Memory）４３、ＲＡＭ（Random Access Memory）４４、記憶部４５、外部Ｉ／Ｆ（Interface）４６、照射部２、光強度検出部３、及び、通知部５が接続される。ＣＰＵ４１とＲＯＭ４３とＲＡＭ４４とで制御部（コントローラー）４を構成する。
　ＲＯＭ４３は、ＣＰＵ４１により実行されるプログラムや閾値を予め記憶する。
　ＲＡＭ４４は、ＣＰＵ４１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４５は、予め用意された、静的パラメータ及び動的パラメータの適切な数値範囲のデータを記憶する。記憶部４５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／Ｆ４６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／Ｆ４６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４は、光強度検出部３により検出された光強度に基づき生体内における静的パラメータを算出する。上述のとおり、光強度検出部３により検出された光強度は、リポ蛋白による光の散乱の影響が含まれる。そのことから散乱係数μs’を算出する。なお、実施形態における静的パラメータは、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。以下、詳細に説明する。
　図１に示すように、実施形態における制御部４は、光強度比又は光強度差を算出する。
　制御部４は、光強度検出部３により検出された複数位置の光強度の比から散乱係数μs’を算出する。制御部４は、照射した光が、検出位置３３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。
　照射部２により所定の光強度の連続光を照射し、制御部４は、第１の光強度検出部３１により検出された第１の光強度Ｒ（ρ1）と、第２の光強度検出部３２により検出された第２の光強度Ｒ（ρ2）との比から、散乱係数μs’を算出する（数式１）。
（数式１）
　μs’＝R(ρ1) / R(ρ2)
　制御部４は、光強度検出部３により検出された複数位置の光強度の差から散乱係数μs’を算出する。制御部４は、照射した光が、検出位置３３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４は、第１の検出位置３３１及び第２の検出位置３３２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）。
（数式２）
　μs’＝R(ρ1) - R(ρ2)
　なお、制御部４による散乱係数μs’の算出方法は、上記の各算出法によるものに限定されない。
　制御部４は、標準偏差や、ブラウン運動や、自己相関関数や、周波数解析や、スペックルや、ドップラーシフトや、レイノルズ数や、血流量や、血液量や、脈動幅などを用いて分析し、血液の動きを計測する指標である動的パラメータを算出する。動的パラメータは、血液の動きの指標である。制御部４は、光強度の計測時間を20sec以下とし、この計測時間内における光強度の変化量から、動的パラメータを算出してもよい。
　従来は、計測対象部位を計測するにあたり、時間による計測値の変動量には着目せず、平均化させた値を採用していた。しかしながら、血液計測において静脈などの血液が豊富な部位や密集している部位を計測した方が、血液情報が多く含まれるため、ノイズ要因が少なくなる。非侵襲計測において、入射した光が静脈を透過したかどうかを判断するには血流により得られる情報を取得することが望ましい。
　しかしながら、脈など、心拍による周期性を計測する場合、動脈が望ましいとされる。そのため、静脈を計測対象とする場合の位置決めは、一定時間内における、血流による受光強度の時間変化のばらつきを計測することが望ましい。
　すなわち、拍動の周期（0.5～2.0Hz程度）が観測される場合は、皮膚層は、脂質計測に適した生体の部位であるといえる。一方、拍動の周期が見られず、周期性のない動的パラメータが静脈の位置を示す（少なくとも静脈情報に依存している）情報となり、静脈は、脂質計測に適した生体の部位であるといえる。
　なお、上記情報を区別するためには、受光部のサンプリングレートは、10msec以下が望ましく、分解能は16bit以上が望ましい。
　動的パラメータの一つとして、散乱係数μs’の変動係数CVが含まれる。制御部４は、算出された散乱係数μs’の時間変化から、散乱係数μs’の変動係数CVを算出する。変動係数CVについては、例えば、以下の数式１により算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　変動係数CVを算出するために、散乱係数μs’を計測する時間としては、１msec以上30sec以下、好ましくは、5msec以上25sec以下、さらに好ましくは10msec以上20sec以下とするのがよい。（なお、「sec」は「秒」の略である）
　制御部４は、静的パラメータ及び動的パラメータを算出して、静的パラメータ及び動的パラメータから脂質計測に適した部位を判定する。
　計測対象となる血液は、皮膚組織などと異なり、血管内を流動している。実施形態では、分析に当たり一定時間計測することで、動的パラメータを算出し、さらに光路に含まれるすべての散乱を示す静的パラメータを算出し、これら２つのパラメータから、各個人における脂質計測の最適部位を判定する。
　また、静的パラメータ及び動的パラメータの取得は、通信回線を介したものに限定されるものではなく、手入力してもよい。
　実施形態の記憶部４５は、予め用意された静的パラメータ及び動的パラメータの適切な数値範囲のデータを記憶する。制御部４は、当該記憶部４５の記憶されたデータと、算出された静的パラメータ及び動的パラメータを比較して、脂質計測に適した部位であるか否かを判別する。
　ここで、制御部４は、散乱係数μs’が0.4以上0.53以下、かつ、変動係数CVが、0.1%以上5.0%以下、好ましくは、散乱係数μs’が0.41以上0.51以下、かつ、変動係数CVが、0.2%以上1.5%以下、さらに好ましくは、散乱係数μs’が0.42以上0.46以下、かつ、変動係数CVが、0.5%以上1.0%以下である場合に、脂質計測に適した部位であると判定する。この数値範囲の根拠については、実施例で説明する。変動係数CVを用いる方法は、装置構成が簡便となり、計算もシンプルであることから、簡易的な手法として優れている。
　上記では、静的パラメータを散乱係数とし、動的パラメータを散乱係数の変動係数としたが、静的パラメータを、一定時間における血流量の平均値（以下、「一定時間における血流量の平均値」を「血流量の平均値」ともいう）とし、動的パラメータを一定時間における血流量の平均値の変動係数（以下、「一定時間における血流量の平均値の変動係数」を「血流量の変動係数」ともいう）とすることもできる。
　制御部４は、光強度検出部３により検出された光強度に基づき生体内における静的パラメータ（血流量の平均値）を算出する。なお、血液量を検出する場合には、受光部が１個でも可であり、入射～受光部間距離０でも可である。
　実施形態の制御部４は、光強度検出部３により検出された光強度に基づき、血流量の平均値を算出する。血流量は、ドップラーシフトやスペックルを用いて測定しても構わない。測定原理は、一般のレーザー血流計と同様であり、光照射下において散乱物質が移動することに生じる受光成分の位相差を計測するものである（測定原理の一例のURLは、次の通りである。http://www.omegawave.co.jp/products/flo/principle.shtml）。そして、この位相差などの時間変化が血流量となる。実施形態では、この血流量をある特定の時間範囲で平均した値（すなわち、血流量の平均値）を静的パラメータとしている。
　制御部４は、静的パラメーター（血流量の平均値）から、血液の動きを計測する指標である動的パラメータ（血液量の変動係数）を算出する。
　動的パラメータの一つとして、一定時間における血流量の変動係数が含まれる。制御部４は、算出された血液量の平均値の時間変化から、血流量の変動係数を算出する。血液量の変動係数については、例えば、以下の数式２により算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　血流量の変動係数を算出するために、血流量を計測する時間としては、0.5sec以上10sec以下、好ましくは、1sec以上5sec以下とするのがよい。
　制御部４は、静的パラメータ及び動的パラメータを算出して、静的パラメータ及び動的パラメータから脂質計測に適した部位を判定する。
　実施形態の記憶部４５は、予め用意された静的パラメータ及び動的パラメータの適切な数値範囲のデータを記憶する。制御部４は、当該記憶部４５の記憶されたデータと、算出された静的パラメータ及び動的パラメータを比較して、脂質計測に適した部位であるか否かを判別する。
　ここで、制御部４は、血流量の平均値が3.1mL/min以上21.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、5%以上50%以下、好ましくは、血流量の平均値が5.1mL/min以上15.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、15%以上40%以下、さらに好ましくは、血流量の平均値が5.1mL/min以上13.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、10%以上30%以下である場合に、脂質計測に適した部位であると判定する。（なお、「min」は「分」の略である。）この数値範囲の根拠については、実施例で説明する。
　実施形態の通知部５は、ブザー、バイブレータ、ランプ等である。制御部４が脂質計測に適した部位であると判別した場合に、制御部４は、通知部５にブザーを鳴らす、振動させる、又は、ランプを点灯させる。これにより、脂質計測に適した部位であることをユーザに通知する。
　以上のような構成を備える脂質計測装置１において、予め設定されているプログラムに基づいて、脂質計測装置１は脂質計測処理を実行する。図５は、実施形態の脂質計測処理のフローチャートである。
　照射部２が照射位置２１に連続光を照射する（ステップ１０１）。
　第１の光強度検出部３１が第１の検出位置３３１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３２が第２の検出位置３３２の光強度を検出する（ステップ１０２）。
　制御部４は、第１の検出位置３３１における第１の光強度と、第２の検出位置３３２における第２の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静的パラメータ（散乱係数μs’）を算出する。もしくは、制御部４は第１の検出位置３３１における光強度、もしくは、第２の検出位置３３２の光強度から静的パラメータ（血流量の平均値）を算出する。（ステップ１０３）。
　制御部４は、静的パラメータの時間変化から血液流動の指標となる動的パラメータを算出する（ステップ１０４）。制御部４は、光強度の計測時間を20sec以下とし、この計測時間内における光強度の変化量から、動的パラメータを算出してもよい。
　制御部４は、静的パラメータ及び動的パラメータに基づいて、光を照射した生体の所定の部位は脂質計測に適した部位と判定する（ステップ１０５）。例えば、制御部４は、記憶部４５に記憶された予め用意された静的パラメータ及び動的パラメータの適切な数値範囲のデータと、算出された静的パラメータ及び動的パラメータを比較して、脂質計測に適した部位であるか否かを判定する。
　静的パラメータが散乱係数μs’であり、動的パラメータが変動係数CVの場合には、制御部４は、散乱係数μs’が0.4以上0.53以下、かつ、変動係数CVが、0.1%以上5.0%以下、好ましくは、散乱係数μs’が0.41以上0.51以下、かつ、変動係数CVが、0.2%以上1.5%以下、さらに好ましくは、散乱係数μs’が0.42以上0.46以下、かつ、変動係数CVが、0.5%以上1.0%以下である場合に、脂質計測に適した部位であると判定する。
　静的パラメータが血流量の平均値であり、動的パラメータが血流量の変動係数の場合には、制御部４は、血流量の平均値が3.1mL/min以上21.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、5%以上50%以下、好ましくは、血流量の平均値が5.1mL/min以上15.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、15%以上40%以下、さらに好ましくは、血流量の平均値が5.1mL/min以上13.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、10%以上30%以下である場合に、脂質計測に適した部位であると判定する。
　制御部４は、脂質計測に適した部位であると判別された場合に、通知部５に、ブザーを鳴らす、振動させる、又は、ランプを点灯させる制御を行う（ステップ１０６）。
　以上説明したように、本実施形態の脂質計測装置及び作動方法によれば、静的パラメータ及び動的パラメータに基づいて、脂質計測に適切な部位か否かを判定することが可能となる。
　次に、他の実施形態の脂質計測装置について説明をする。なお、他の実施形態の脂質計測装置の構成は、上記実施形態の脂質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。
　上記実施形態では、照射部２と光強度検出部３と制御部４と通知部５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２と光強度検出部３と通知部５をユーザ装置として構成し、制御部４を、ユーザ装置に接続したサーバ装置に設けたシステムとしてもよい。
　実施形態のシステム構成図を図６に示す。システムは、脂質計測装置２００と、アクセスポイント３００と、ユーザ装置４００を有する。
　ユーザ装置４００は、照射部４２と光強度検出部４３と制御部４４と通知部４５と通信部（外部Ｉ/Ｆ）４６を有する。なお、照射部４２と光強度検出部４３と通知部４５の構成と機能は上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。
　実施形態の脂質計測装置２００は、ユーザ装置４００に、アクセスポイント３００等を介して通信可能に接続する。脂質計測装置２００の制御部２４は、ユーザ装置４００から送信された、光強度から静的パラメータ及び動的パラメータを算出し、脂質計測に適した部位を判別する。なお、制御部２４の具体的な処理の内容については、実施形態の脂質計測装置１００と同様であるため説明を省略する。
　実施形態の脂質計測装置２００は、例えば、サーバ装置である。実施形態の脂質計測装置２００の制御系の構成について説明する。図７は実施形態の脂質計測装置２００のブロック図である。システムバス２０８を介して、ＣＰＵ２０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０４、通信部（外部Ｉ／Ｆ（Interface））２０５、及び、記憶部２３が接続される。ＣＰＵ２０２とＲＯＭ２０３とＲＡＭ２０４とで制御部２４を構成する。
　ＲＯＭ２０３には、ＣＰＵ２０２により実行されるプログラムや閾値を予め記憶する。
　ＲＡＭ２０４には、ＣＰＵ２０２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を動的に形成する。
　記憶部２３は、予め用意された静的パラメータ及び動的パラメータの適切な数値範囲のデータを記憶する。記憶部２３は、不揮発性に記憶する装置であればよく、ＳＳＤ（Solid State Drive）やＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の内部ストレージである。
　なお、実施形態では、データを記憶部２３に記憶することとしたが、ＲＡＭ２０４に記憶することでもよい。
　制御部２４は、複数の光強度検出部４３により検出された光強度から静的パラメータと動的パラメータを算出する。制御部２４は、静的パラメータと動的パラメータから脂質計測に適切な部位か否かを判定する。
　通信部（外部Ｉ／Ｆ）２０５は、外部装置と通信するためのインターフェースである。通信部（外部Ｉ／Ｆ）２０５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い。例えば、通信部（外部Ｉ／Ｆ）２０５は、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。さらに、データ通信方式は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）通信やＵＳＢ通信でもよい。
　以上のような構成を備える脂質計測装置２００において、予め設定されているプログラムに基づいて、脂質計測装置２００は脂質計測処理を実行する。
　図８は、脂質計測処理のフローチャートである。
　ユーザ装置４００の照射部４が照射位置に連続光を照射する（ステップ２０１）。
　ユーザ装置４００の第１の光強度検出部４１が第１の検出位置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４２が第２の検出位置の光強度を検出する（ステップ２０２）。
　脂質計測装置２００の制御部２４は、第１の検出位置における第１の光強度と、第２の検出位置における第２の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静的パラメータ（散乱係数μs’）を算出する。もしくは、制御部２４は第１の検出位置における光強度、もしくは、第２の検出位置の光強度から静的パラメータ（血流量の平均値）を算出する。（ステップ２０３）。
　脂質計測装置２００の制御部２４は、静的パラメータの時間変化から血液流動の指標となる動的パラメータを算出する（ステップ２０４）。制御部４は、光強度の計測時間を20sec以下とし、この計測時間内における光強度の変化量から、動的パラメータを算出してもよい。
　脂質計測装置２００の制御部２４は、静的パラメータ（及び動的パラメータに基づいて、光を照射した生体の所定の部位は脂質計測に適した部位と判定する（ステップ２０５）。例えば、制御部２４は、予め用意された静的パラメータ及び動的パラメータの適切な数値範囲のデータと、算出された静的パラメータ及び動的パラメータを比較して、脂質計測に適した部位であるか否かを判定する。
　静的パラメータが散乱係数μs’であり、動的パラメータが変動係数CVの場合には、制御部２４は、散乱係数μs’が0.4以上0.53以下、かつ、変動係数CVが、0.1%以上5.0%以下、好ましくは、散乱係数μs’が0.41以上0.51以下、かつ、変動係数CVが、0.2%以上1.5%以下、さらに好ましくは、散乱係数μs’が0.42以上0.46以下、かつ、変動係数CVが、0.5%以上1.0%以下である場合に、脂質計測に適した部位であると判定する。
　静的パラメータが血流量の平均値であり、動的パラメータが血流量の変動係数の場合には、制御部２４は、血流量の平均値が3.1mL/min以上21.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、5%以上50%以下、好ましくは、血流量の平均値が5.1mL/min以上15.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、15%以上40%以下、さらに好ましくは、血流量の平均値が5.1mL/min以上13.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、10%以上30%以下である場合に、脂質計測に適した部位であると判定する。
　脂質計測装置２００の制御部２４は、脂質計測に適した部位であると判別された場合に、ユーザ装置４００の通知部４５に、ブザーを鳴らす、振動させる、又は、ランプを点灯させる制御を行う（ステップ２０６）。
　以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されない。
　非侵襲脂質計測において、同一の個人を計測しても、脂質濃度変化量を計測できる部位と計測できない部位がある。
　例えば、脂肪負荷試験の結果であるが、個人レベルでも前腕尺側静脈では計測できるが手首では、脂質濃度の変動を計測することができない。（図９）
　また、毛細血管が比較的多い、上腕三頭筋を計測した結果においても、脂質濃度変化を確認できる被験者と、脂質濃度変化を計測できない被験者が存在する。つまり、個人内でも部位による差があり、さらに個人差が存在する。
　これらの差が存在する原因として、光計測では光路の皮膚層、血液層、及び、筋肉層に含まれる皮膚の色、皮膚や筋肉などの情報をすべて含むためである。そのため、血液層の深さや、血管の太さによる血液量の影響などを受けてしまう。（図１０）
　非侵襲脂質計測においては、脂質が含まれている血液を計測対象としているため、本発明者らは、血液の情報を効率よく取り出す方法を検討した。血液の情報を得るためには、血液の吸収を計測することも考えられる。しかしながら、その場合、ヘモグロビンの吸収波長などを用いることで、脂質計測と異なる波長を用いる点や、それに伴う装置の大型化を懸念し、本実施例では異なる手法を用いることとした。
　本発明者らが着目したのは、血液の動きである。皮膚や筋肉の散乱は、10～20sec程度の短時間では大きく変化しないという結果が得られている。少なくとも、安静時計測においては、その前提が成り立つことは容易に想像できる。
　この10～20sec程度の間に動きがあるのは、血流である。例えば手首と上腕尺側静脈の、空腹時における散乱係数μs’は同じくらいの値であるが、上腕尺側静脈では脂質変動を計測できるが、手首では脂質変動を計測することはできない。（図９）
　本実施例では、図１０のように光路に含まれる皮膚層、血液層、及び、筋肉層の光減衰の要因となる物質すべての影響を含んだ静的パラメータと血液の情報を示す動的パラメータを組み合わせることで、最適計測部位の検出を試みた。なお、静的パラメータとは瞬間的な計測データであり、時間軸を考慮していない。
　そこで、血流の指標として、10秒間計測した際の散乱係数μs’の変動係数CVを比較すると、手首では変動係数CVは1.5％以上で時には30％程度のこともあった。一方、上腕尺骨側静脈では、変動係数CVは、1.5％以下であった。
　また、前腕で静脈以外の部位で計測した場合では、変動係数CVは1.5％以下であったが散乱係数が低く、脂質変動の検出は困難であった。
　上記の結果から、光路に含まれる血液の量が重要であるが、最適量が存在する。変動係数CVが1.5％を超える場合、脂質計測においては血液量が過剰であり、血流による動的散乱の影響により、相対的に脂質濃度による散乱が検出しづらくなっていると考えられる。
　一方、変動係数CVが低すぎると血流が検出できていないので、計測は難しくなる。
　空腹時における散乱係数μs’も同様で、散乱係数μs’の値が低すぎると血液計測に必要な血液を含んでおらず、また大きすぎると、血球や皮膚の色の影響で脂質を効率よく計測できない。これは、式３で示したように、光の減衰はμs’とμaの2パラメータに依存しているため、μa>>μs’では、散乱係数の影響に支障をきたすことが想定される。そのため、別手法などによりμaを計測してもよい。
　そこで、被験者3名で試験を行い、散乱係数μs’および変動係数CVの範囲を検証した。(図１１)
　その結果、以下の条件を同時に満たす計測部位であれば、脂質濃度変化を計測できることを見出した。脂質濃度変化を計測できる散乱係数μs’および変動係数CVの範囲は、散乱係数μs’が0.4以上0.53以下、かつ、変動係数CVが、0.1%以上5.0%以下の範囲（図１１中の「△」で示す領域）であり、好ましくは、散乱係数μs’が0.41以上0.51以下、かつ、変動係数CVが、0.2%以上1.5%以下の範囲（図１１中の「○」で示す領域）であり、さらに好ましくは、散乱係数μs’が0.42以上0.46以下、かつ、変動係数CVが、0.5%以上1.0%以下の範囲（図１１中の「◎」で示す領域）である。
　上記条件では、約95％が含まれる範囲であり、一般用途ではこの範囲を広げたり、あるいは医療用途では狭めるなどし、より精度を高めることも可能である。
　また、右手と左手で任意で上記条件に合致する部位を計測した結果が図１２である。図１２に示したように、散乱係数μs’と変動係数CVが近似する部位を計測することで、脂質計測に適した部位を見つけ出すことができる。なお、CV計測は検出感度、サンプリングレート、bit深さなど、装置の性能に依存することも想定されるため、装置のスペックごとに最適なCV値を求めることが望ましい。
　同様に、レーザー血流計を用いた例を、図１３に示す。脂質濃度変化を計測できる血流量の平均値及び血流量の変動係数の範囲は、血流量の平均値が3.1mL/min以上21.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、5%以上50%以下の範囲（図１３中の「△」で示す領域）であり、好ましくは、血流量の平均値が5.1mL/min以上15.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、15%以上40%以下の範囲（図１３中の「○」で示す領域）であり、さらに好ましくは、血流量の平均値が5.1mL/min以上13.0mL/min以下、かつ、血流量の変動係数が、10%以上30%以下の範囲（図１３中の「◎」で示す領域）である。
　ただし、原理の異なる手法や精度の異なる装置を用いた場合は、異なる数値設定が必要となる。
　これらの計測条件は、10sec程度計測することで判断可能であり、装置側でブザーを鳴らす、振動させる、ランプを点灯させるなどのシグナルで知らせることができる。
　また、計測条件を求めるために10secが必要というものではなく、ヒトが認知するまでの時間を考慮したものであって、装置側では、0.1～1.0sec程度で装置側で判定させ、被計測者が3～10sec程度、値が安定するのを確認してもよい。
　上記技術は、静脈や動脈の位置を探索することにも利用可能である。
　また受光部を、受光素子をアレイ状やCCDカメラ、CMOSカメラなどにすることで、二次元情報を取得し、上記条件１，２に記載の最適位置をプログラムで自動検出することも可能である。
　本技術では、光照射強度の受光部位の相対的な光減衰から計測可能であることから、装置構成として、光源はLEDやLDのみならず、太陽光や室内光であってもよい。この場合、計測部位を遮光し、光ファイバー等での照射や、遮光部にピンホールをあけるなどしてもよい。この場合も、光の減衰から静脈や動脈の位置を推定できる。
　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。
１　脂質計測装置
２　照射部
３　光強度検出部
４　制御部
５　通知部

Claims (17)

  1. 　生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で光を照射する照射部と、
    　前記照射部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、前記生体から放出される１以上の位置の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、生体内における静的パラメータを算出し、
    　前記静的パラメータの時間変化に基づき、血液の動きの指標である動的パラメータを算出し、
    　前記静的パラメータ及び前記動的パラメータから、脂質計測に適した生体の部位を判定する、制御部と、
    を、有する脂質計測装置。
  2. 　前記脂質計測に適した生体の部位は、静脈、あるいは、毛細血管が存在する表層部である皮膚層、である請求項１に記載の脂質計測装置。
  3. 　前記制御部は、
    　前記光強度の計測時間を20sec以下とし、当該計測時間内における前記光強度の変化量から、前記動的パラメータを算出する、請求項１または２に記載の脂質計測装置。
  4. 　前記静的パラメータは、散乱係数であり、
    　前記制御部は、
    　前記光強度検出部により検出された複数位置の光強度の比、又は、複数位置の光強度の差、に基づいて生体内における光の散乱係数を算出する請求項１から３のいずれかに記載の脂質計測装置。
  5. 　前記動的パラメータは、変動係数であり、
    　前記制御部は、
    　前記散乱係数の所定の時間の変化から前記変動係数を算出する請求項４に記載の脂質計測装置。
  6. 　前記制御部は、
    　前記散乱係数が0.40以上0.53以下、かつ、前記変動係数が0.1%以上5.0%以下の場合に、前記脂質計測に適した生体の部位と判定する請求項５に記載の脂質計測装置。
  7. 　前記制御部は、
    　前記散乱係数が0.41以上0.51以下、かつ、前記変動係数が0.2%以上1.5%以下の場合に、前記脂質計測に適した生体の部位と判定する請求項５に記載の脂質計測装置。
  8. 　前記制御部は、
    　前記散乱係数が0.42以上0.46以下、かつ、前記変動係数が0.5%以上1.0%以下の場合に、前記脂質計測に適した生体の部位と判定する請求項５に記載の脂質計測装置。
  9. 　前記所定の時間は、10msec以上20sec以下である請求項５から８のいずれかに記載の脂質計測装置。
  10. 　前記静的パラメータは、血流量の平均値であり、
    　前記制御部は、
    　前記光強度検出部により検出された光強度に基づいて生体内における血流量の平均値を算出する請求項１から３のいずれかに記載の脂質計測装置。
  11. 　前記動的パラメータは、血流量の変動係数であり、
    　前記制御部は、
    　前記血流量の平均値の時間変化から前記血流量の変動係数を算出する請求項１０に記載の脂質計測装置。
  12. 　前記制御部は、
    　前記血流量の平均値が3.1mL/min以上21.0mL/min以下、かつ、前記血流量の変動係数が5%以上50%以下の場合に、前記脂質計測に適した生体の部位と判定する請求項１１に記載の脂質計測装置。
  13. 　前記制御部は、
    　前記血流量の平均値が5.1mL/min以上15.0mL/min以下、かつ、前記血流量の変動係数が15%以上40%以下の場合に、前記脂質計測に適した生体の部位と判定する請求項１１に記載の脂質計測装置。
  14. 　前記制御部は、
    　前記血流量の平均値が5.1mL/min以上13.0mL/min以下、かつ、前記血流量の変動係数が10%以上30%以下の場合に、前記脂質計測に適した生体の部位と判定する請求項１１に記載の脂質計測装置。
  15. 　前記動的パラメータは、標準偏差や、ブラウン運動や、自己相関関数や、周波数解析や、スペックルや、ドップラーシフトや、レイノルズ数や、血流量や、血液量や、脈動幅を用いて分析した、血液の動きを計測する指標である請求項１から３のいずれかに記載の脂質計測装置。
  16. 　生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で光を照射する照射部と、前記照射部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、前記生体から放出される１以上の位置の光強度を検出する光強度検出部と、を有する脂質計測装置のコンピュータが、
    　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、生体内における静的パラメータを算出する処理と、
    　前記静的パラメータの時間変化に基づき、血液の動きの指標である動的パラメータを算出する処理と、
    　前記静的パラメータ及び前記動的パラメータから、脂質計測に適した生体の部位を判定する処理と、
    を行う脂質計測方法。
  17. 　生体外から生体内に向けて、生体の所定の部位に所定の光強度で光を照射する照射部と、
    　前記照射部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、前記生体から放出される１以上の位置の光強度を検出する光強度検出部と、を有するユーザ装置に接続した脂質計測装置であって、
    　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、生体内における静的パラメータを算出し、
    　前記静的パラメータの時間変化に基づき、血液の動きの指標である動的パラメータを算出し、
    　前記静的パラメータ及び前記動的パラメータから、脂質計測に適した生体の部位を判定する、制御部を有する脂質計測装置。
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