特許 6894088 散乱体濃度計測装置及びその方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6894088

(24)【登録日】2021年6月7日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】散乱体濃度計測装置及びその方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/1455 20060101AFI20210621BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20210621BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/1455ZDM

   G01N21/17 610

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-568564(P2018-568564)

(86)(22)【出願日】2018年2月14日

(86)【国際出願番号】JP2018005072

(87)【国際公開番号】WO2018151150

(87)【国際公開日】20180823

【審査請求日】2020年8月14日

(31)【優先権主張番号】特願2017-25311(P2017-25311)

(32)【優先日】2017年2月14日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】515045662

【氏名又は名称】メディカルフォトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087398

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 勝文

(74)【代理人】

【識別番号】100126147

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 成年

(72)【発明者】

【氏名】飯永 一也

【審査官】 樋口 祐介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０７０８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０８７８２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００４−５１７３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０４１０７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０９９５９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ５／０６−５／２２

Ａ６１Ｂ１０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生体外から生体内に向けて、第１の照射強度で第１の波長の光を照射する第１の照射部と、
生体外から生体内に向けて、第２の照射強度で第２の波長の光を照射する第２の照射部と、
前記第１の照射部による光の照射位置から第１の距離をあけた第１の検出位置における、前記生体から放出された前記第１の波長の光の第１の受光強度を検出する第１の光強度検出部と、
前記第２の照射部による光の照射位置から第２の距離をあけた第２の検出位置における、前記生体から放出された前記第２の波長の光の第２の受光強度を検出する第２の光強度検出部と、
前記第２の受光強度に基づき吸収係数を算出し、
前記第１の受光強度と前記吸収係数に基づき生体内における光の散乱係数を算出し、
当該算出された光の散乱係数に基づき生体内における散乱体濃度を算出する、制御部と、
を有する散乱体濃度計測装置。

【請求項2】

前記第２の照射部による光の照射位置から第３の距離をあけた第３の検出位置における、前記生体から放出された前記第２の波長の光の第３の受光強度を検出する第３の光強度検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記第２の受光強度及び第３の受光強度に基づき前記吸収係数を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の散乱体濃度計測装置。

【請求項3】

前記第１の波長は、750nm以上1600nm以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の散乱体濃度計測装置。

【請求項4】

前記第２の波長は、350nm以上750nm以下, 又は、1600nm以上2000nm以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の散乱体濃度計測装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記第１の受光強度Ｒ（ρ）と前記第１の距離ρと前記吸収係数μａを、下記式（１）及び式（２）に代入して散乱係数μ_ｓを算出する請求項１から４のいずれかに記載の散乱体濃度計測装置。

【数14】

【数15】

【請求項6】

前記制御部は、前記第２の波長における吸収係数と前記第１の波長における吸収係数の換算係数により、前記第２の波長における吸収係数を、前記第１の波長における吸収係数に換算する、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の散乱体濃度計測装置。

【請求項7】

生体外から生体内に向けて第１の照射強度で、第１の波長の光を照射する工程と、
生体外から生体内に向けて第２の照射強度で、第２の波長の光を照射する工程と、
前記第１の波長の光の照射位置から第１の距離をあけた第１の検出位置における、前記生体から放出された前記第１の波長の光の第１の受光強度を検出する工程と、
前記第２の波長の光の照射位置から第２の距離をあけた第２の検出位置における、前記生体から放出された前記第２の波長の光の第２の受光強度を検出する工程と、
前記第２の受光強度に基づき吸収係数を算出する工程と、
前記第１の受光強度と前記吸収係数に基づき生体内における光の散乱係数を算出する工程と、
当該算出された光の散乱係数に基づき生体内における散乱体濃度を算出する工程と、
を有する散乱体濃度計測方法。

【請求項8】

生体外から生体内に向けて第１の照射強度で、第１の波長の光を照射する第１の照射部と、生体外から生体内に向けて第２の照射強度で、第２の波長の光を照射する第２の照射部と、前記第１の照射部による光の照射位置から第１の距離をあけた第１の検出位置における、前記生体から放出された前記第１の波長の光の第１の受光強度を検出する第１の光強度検出部と、前記第２の照射部による光の照射位置から第２の距離をあけた第２の検出位置における、前記生体から放出された前記第２の波長の光の第２の受光強度を検出する第２の光強度検出部と、を有するユーザー装置に、通信可能に接続される散乱体濃度計測装置であって、
前記第２の受光強度に基づき吸収係数を算出し、前記第１の受光強度と前記吸収係数に基づき生体内における光の散乱係数を算出し、当該算出された光の散乱係数に基づき生体内における散乱体濃度を算出する制御部を有する散乱体濃度計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、散乱体濃度計測器及びその方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第2014/087825号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された発明では、吸収係数および散乱係数の2変数が未知であっても、それぞれの値を正確に計測する。しかしながら、特許文献１の記載の計算式は、吸収係数と散乱係数が等しいか、散乱係数が吸収係数より大きいときに最大の効果を得ることができる。そのため、吸収散乱複合体のうち吸収が大きくなるような状態や箇所では、散乱係数を計測することが難しい場合もある。

【0006】

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、吸収散乱複合体において、散乱係数を精度よく計測することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の散乱体濃度計測装置は、生体外から生体内に向けて、第１の照射強度で第１の波長の光を照射する第１の照射部と、生体外から生体内に向けて第２の照射強度で第２の波長の光を照射する第２の照射部と、第１の照射部による光の照射位置から第１の距離をあけた第１の検出位置における、生体から放出された第１の波長の光の第１の受光強度を検出する第１の光強度検出部と、第２の照射部による光の照射位置から第２の距離をあけた第２の検出位置における、生体から放出された第２の波長の光の第２の受光強度を検出する第２の光強度検出部と、第２の受光強度に基づき吸収係数を算出し、第１の受光強度と吸収係数に基づき生体内における光の散乱係数を算出し、当該算出された光の散乱係数に基づき生体内における散乱体濃度を算出する制御部と、を有する。

【0008】

また、本発明の散乱体濃度計測方法は、生体外から生体内に向けて第１の照射強度で、第１の波長の光を照射する工程と、生体外から生体内に向けて第２の照射強度で、第２の波長の光を照射する工程と、第１の波長の光の照射位置から第１の距離をあけた第１の検出位置における、生体から放出された第１の波長の光の第１の受光強度を検出する工程と、第２の波長の光の照射位置から第２の距離をあけた第２の検出位置における、生体から放出された第２の波長の光の第２の受光強度を検出する工程と、第２の受光強度から吸収係数を算出する工程と、第１の受光強度と吸収係数に基づき生体内における光の散乱係数を算出する工程と、算出された光の散乱係数に基づき生体内における散乱体濃度を算出する工程とを有する。

【0009】

また、本発明の散乱体濃度計測装置は、生体外から生体内に向けて第１の照射強度で、第１の波長の光を照射する第１の照射部と、生体外から生体内に向けて第２の照射強度で、第２の波長の光を照射する第２の照射部と、第１の照射部による光の照射位置から第１の距離をあけた第１の検出位置における、生体から放出された第１の波長の光の第１の受光強度を検出する第１の光強度検出部と、第２の照射部による光の照射位置から第２の距離をあけた第２の検出位置における、生体から放出された第２の波長の光の第２の受光強度を検出する第２の光強度検出部と、を有するユーザー装置に、通信可能に接続される散乱体濃度計測装置であって、第２の受光強度から吸収係数を算出し、第１の受光強度と吸収係数に基づき生体内における光の散乱係数を算出し、算出された光の散乱係数に基づき生体内における散乱体濃度を算出する制御部を有する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、吸収散乱複合体において、散乱係数を精度よく計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態の散乱体濃度計測装置を示す図である。

【図2】血中脂質による光の散乱を示す図である。

【図3】実施形態の散乱体濃度計測装置のブロック図である。

【図4】モンテカルロシミュレーションの結果を示す図である。

【図5】式（１）で求めた吸収係数と理論上の吸収係数の相関を示す図である。

【図6】式（１）で求めた吸収係数と理論上の吸収係数の相関を示す図である。

【図7】実施形態の散乱体濃度計測のフローチャートである。

【図8】実施形態の散乱体濃度計測システムを示す図である。

【図9】実施形態の散乱体濃度計測装置のブロック図である。

【図10】式（１）をプロットした図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施形態の散乱体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。また、本実施形態では、散乱体の例として、血中脂質を検出する場合について主に説明するが、これに限られず、散乱体一般についても適用可能である。

【0013】

図１は、実施形態の散乱体濃度計測装置の構成を示す図である。

【0014】

図１に示すように、実施形態の散乱体濃度計測装置１は、生体Ｅの所定の照射位置Ａから生体Ｅの内部に向けて光を照射する第１の照射部２１及び第２の照射部２２と、生体Ｅの所定の検出位置Ｂにおける光強度を検出する第１の光強度検出部３１及び第２の光強度検出部と、所定の検出位置Ｃにおける光強度を検出する第３の光強度検出部３３と、第１の光強度検出部３１により検出された光強度を、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３により検出された光強度を用いて補正し、補正された光強度基づき生体内における光の散乱係数μ_ｓを算出し、算出された光の散乱係数μ_ｓに基づき生体内における散乱体（脂質）濃度を算出する制御部４とを有する。

【0015】

第１の照射部２１及び第２の照射部２２は、生体外から生体に向けて、所定の照射位置Ａに光を照射する。第１の照射部２１及び第２の照射部２２は、相異なる波長の光を照射する。第１の照射部２１及び第２の照射部２２は、光を照射するための光源を有し、照射する光の波長を自在に調整することができる。実施形態では、第１の照射部２１は散乱係数の計測を目的とし、第２の照射部２２は吸収係数の計測を目的とする。

【0016】

実施形態では、第１の照射部２１及び第２の照射部２２と、２つの照射部としているが、例えば、照射部に白色光を用い、光強度検出部側で可視光フィルターなどにより分光をすれば照射部を１つとするができる。また、照射部が白色LEDのような複数波長の発光体の複合体の場合には、その中で複数波長を交互点灯させるなどにより、照射部を１つとすることができる。

【0017】

第１の照射部２１及び第２の照射部２２は、後述する制御部４による散乱係数μ_ｓ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、かつ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。

【0018】

第１の照射部２１及び第２の照射部２２は、波長が固定された光源を用いてもよく、複数の波長の光を混合したものであってもよい。第１の照射部２１及び第２の照射部２２は白色光などの広範囲のスぺクトルを有する光源でもよく、その場合、受光部で特定波長を検出するようにしても良い。

【0019】

第１の光強度検出部３１、第２の光強度検出部３２、及び第３の光強度検出部３３は、光を受光してその受光強度を検出する。第１の光強度検出部３１は、第１の照射部２１が照射した光が血中脂質により散乱し、生体から生体外に放出される光を、検出位置Ｂで受光し、その受光強度を検出する。第２の光強度検出部３２は、第２の照射部２２が照射した光が血中脂質により散乱し、生体から生体外に放出される光を、検出位置Ｂで受光し、その受光強度を検出する。第３の光強度検出部３３は、第２の照射部２２が照射した光が血中脂質により散乱し、生体から生体外に放出される光を、検出位置Ｃで受光し、その受光強度を検出する。

【0020】

実施形態では、図１に示すように、第１の照射部２１から所定の間隔ρ_１で同一面上でかつ直線状に第１の光強度検出部３１が並べられている。また、第２の照射部２２から所定の間隔ρ_１、ρ_２で同一面上でかつ直線状に第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３が順に並べられている。

【0021】

図１に示すように、第１の照射部２１の照射位置Ａから第１の光強度検出部３１１の検出位置Ｂまでの距離を第１の照射検出間距離ρ_１とし、第２の照射部２２の照射位置Ａから第２の光強度検出部３１までの距離を第２の照射検出間距離ρ_１とし、第２の照射部２２の照射位置Ａから第３の光強度検出部３３までの距離を第３の照射検出間距離ρ_２とする。

【0022】

このように、光を生体に照射する第１の照射部２１及び第２の照射部２２と、生体から放出される受光強度を検出する第１の光強度検出部３１、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３との間に所定の距離を設けることにより、図２に示すように、照射した光が生体表面および表面近傍の散乱体Ｄにより反射して直接的に生体Ｅから放出される光の影響を抑制し、血液や脂質が存在する深さに達したのち、血中脂質によって光が反射することによる散乱を経て生体から放出される後方散乱光による受光強度を検出する。また、第１の照射部２１及び第２の照射部２２と第１の光強度検出部３１、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３との距離を長くすることで、光路長は長くなるため、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を捉えやすくしている。

【0023】

複数の光強度検出部を設ける場合の配列は、第１の照射部２１及び第２の照射部２２を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、ジグザグ状などでもよい。また、第１及び第２の照射検出間距離ρ_１や第３の照射検出間距離ρ_２は、一定の間隔でなくともよい。また、実施形態では、また、第１の照射検出間距離と第２の照射検出間距離をρ_１としたが、異なっていてもよい。第１の光強度検出部３１、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３は、フォトダイオードやＣＣＤやＣＭＯＳ等の受光素子であってもよい。

【0024】

次に、散乱体濃度計測装置１の制御系の構成について説明する。図３は実施形態の散乱体濃度計測装置１のブロック図である。システムバス１０９を介して、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０４、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０５、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０６、記憶部１０７、外部Ｉ／Ｆ（Interface）１０８、第１の照射部２１、第２の照射部２２、第１の光強度検出部３１、第２の光強度検出部３２、及び、第３の光強度検出部３３が接続される。ＣＰＵ１０４とＲＯＭ１０５とＲＡＭ１０６とで制御部（コントローラー）４を構成する。

【0025】

ＲＯＭ１０５は、ＣＰＵ１０４により実行されるプログラムや閾値を予め記憶する。

【0026】

ＲＡＭ１０６は、ＣＰＵ１０４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。

【0027】

記憶部１０７は、予め用意された散乱係数μｓと散乱体血中脂質濃度との統計データを記憶する。記憶部１０７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。

【0028】

外部Ｉ／Ｆ１０８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／Ｆ１０８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。

【0029】

制御部４は、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３により検出された受光強度から、傾きを求め吸収係数を算出する。吸収係数の算出法は、以下の通りである。ここでは、例えば、下記式１を用いる場合について示す。

【0030】

下記式１は、y = -ax + bと同義である。そこで、yはR（ρ）、ρ、及び、S_０が分かれば算出でき、得られたyをρに対しプロットすれば、図１０に示すプロットとなる。なお、R（ρ）は受光強度（光強度）であり、ρは入射?受光部間距離であり、S_０は、入射光強度である。プロットの傾きが有効減衰係数μ_effなので、有効減衰係数μ_effを右の項に代入すると吸収係数μ_aが求まる。実施形態では、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３で得られた光強度を図１０に示すようにプロットして一次関数に近似させ、当該一次関数の傾きからμeffを求め、これを式（１）に代入して吸収係数μaを求める。

【0031】

なお、実施形態では、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３により検出された受光強度から、吸収係数を算出しているが、例えば、吸収係数を事前に測定することにより図１０に示す検量線等の吸収係数の統計データを取得し、当該吸収係数の統計データをＲＯＭ１０５や記憶部１０７に等に格納しておき、当該検量線データと第２の光強度検出部３２の受光強度から、吸収係数を算出することもできる。この場合には、光強度検出部を第２の光強度検出部３２の１つとすることもできる。

【0032】

制御部４は、第１の光強度検出部３１により検出された受光強度と、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３により検出された受光強度から算出された吸収係数とに基づき生体内における光の散乱係数μ_ｓを算出する。なお、実施形態における散乱係数μ_ｓ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ものである。

【0033】

実施形態の制御部４は、第１の照射部２１により連続光を照射するとともに、第１の光強度検出手段３１により検出された受光強度Ｒ（ρ）と照射検出間距離ρとを、下記式（１）「数１」および式（２）「数２」に代入することで散乱係数μ_ｓを算出する。

【0034】

【数1】

【0035】

【数2】

【0036】

ここで、μ_ａは吸収係数、μ_ｅｆｆは有効減衰係数（Effective Attenuation Coefficient）、Ｓ_０は照射部により照射された光の光強度である。

【0037】

なお、上記式（１）および式（２）は以下のように導き出される。

【0038】

まず、図１に示すように、生体外から生体内に向けて所定の光強度Ｓ_０を有する光を連続光として照射するとともに、第１の照射部２１の照射位置Ａから第１の光強度検出部３１の検出位置Ｂまでの距離を照射検出間距離ρとすると、その後方散乱光によって生体外に放射される光の分布は、以下の式（３）で表される。

【0039】

【数3】

【0040】

ここで、ｚ_０は光源の深さ、つまり散乱が開始する深さであって、下記式（４）で表される。

【0041】

【数4】

【0042】

ここで、μ_ｓは散乱係数を表している。

【0043】

また、μ_ｅｆｆは有効減衰係数であり、下記式（５）で表される。

【0044】

【数5】

【0045】

ここで、Ｄは拡散係数、μ_ａは吸収係数をそれぞれ表している。

【0046】

また、皮膚表面や表面近傍の血管での散乱を想定すると、照射検出間距離ρと光源の深さｚ_０との関係は下記式（６）のように近似する事ができる。

【0047】

【数6】

【0048】

さらに、本実施形態における計測対象は、上述のとおり血中の脂質であり、血中脂質による散乱は吸収よりも大きいと考えられる。そのため、有効減衰係数μ_ｅｆｆは下記式（７）のように近似する事ができる。

【0049】

【数7】

【0050】

以上の式（６）および式（７）を式（３）に代入すると、下記式（８）の近似式となる。

【0051】

【数8】

【0052】

ここで、照射検出間距離ρと有効減衰係数μ_ｅｆｆとに関して、下記式（９）のような関係を有する場合、式（８）は下記式（１０）のように表される。ここでμ_ｅｆｆ＝５．７７ｍｍ（μ_ｓ＝１／ｍｍ、μ_ａ＝０．０１／ｍｍ）とする。

【0053】

【数9】

【0054】

【数10】

【0055】

そして、上記式（１０）を対数表示させると、上記式（１）が導き出される。

【0056】

また、照射検出間距離ρと有効減衰係数μ_ｅｆｆとに関して、下記式（１１）のような関係を有する場合、式（８）は下記式（１２）のように表される。

【0057】

【数11】

【0058】

【数12】

【0059】

そして、上記式（１２）を対数表示させると、上記式（２）が導き出される。

【0060】

なお、制御部４における散乱係数算出は、本実施形態のように上記式（１）および式（２）によるものに限定されるものではなく、適宜選択されるものであり、例えば、検出された受光強度Ｒ（ρ）と散乱係数μ_ｓとが単純に比例しているものとしてもよい。

【0061】

また、制御部４における散乱係数算出は、第１の光強度検出部３１の検出位置Ａが一点のものに限定されるものではない。実際の計測に置いては、多くの計測ノイズが発生することが想定される。そのような場合は、検出位置を多数設置し、照射検出間距離ρに応じた連続的な受光強度から散乱係数を導くこともできる。つまり、制御部４における散乱係数算出において、計測点が少数である各計測データのノイズが相対的に大きくなる場合、検出位置を増やすことで、実測で想定されるノイズの影響を軽減させることが可能である。

【0062】

上記式（１）においては、計測した光の減衰度を線形近似し、切片から吸収係数、傾きから散乱係数を導き出す計算式として、生体の散乱計測などに応用が期待されている。

【0063】

しかしながら、上記式（１）の導出においては、拡散方程式の展開の過程で、散乱係数μs’>>吸収係数μaという仮定を設定しているが、具体的な計算条件とはいいがたい。（なお、「>>」は、非常に大であることを示す記号である。）

【0064】

例えば、モンテカルロシミュレーションの結果では、図４に示した通り、吸収係数の増加に伴い式（１）で導かれた散乱係数は、増加するという傾向が得られた。また、式（１）で散乱係数を算出する工程で、理論値の吸収係数を代入した場合は、目標値である散乱係数1.5を導き出すことが分かった。

【0065】

すなわち、上記式（１）においては、切片から吸収係数を算出する工程に改良の余地があると考えられる。

【0066】

図５では、上記式（１）で求めた吸収係数と理論上の吸収係数の相関であるが、相関係数はr²=0.99以上であり、申し分のない相関であるが、傾きを持っていることがわかる。

【0067】

一見すると、この傾きを代入することで補正が可能に見えるが、異なる散乱係数で同様の分析を行うと、傾きに違いがみられる。

【0068】

すなわち、散乱係数が既知でなければ、一定水準以上の吸収を持つ吸収散乱複合体の散乱係数を導出することは困難である。

【0069】

これらの課題は、上記式（１）の導出における、散乱係数μs’>>吸収係数μaという条件において、この関係の具体性が不明瞭であるため生じたものである。

【0070】

ここで吸収係数μa>>散乱係数μs’という仮定を置くと、式（１）で計測される傾きの有効減衰係数μeffは、吸収係数μaに相当することとなる。すなわち以下の式である。

【0071】

【数13】

【0072】

つまり未知物質であっても、波長により散乱係数μs’>>吸収係数μaと、吸収係数μa>>散乱係数μs’が混在する吸収散乱複合体は、それぞれに特徴的な波長域を用いることができれば、1回の計測で、計算により2つの未知数すなわち、散乱係数と吸収係数の絶対値を精度良く導き出すことができる。

【0073】

なお、生体における吸収散乱同時分析を行うためには、散乱係数μs’>>吸収係数μaの領域の照射光の波長は750nm以上1600nm以下が望ましく、吸収係数μa>>散乱係数μs’の領域の照射光の波長は、350nm以上750nm以下, 又は、1600nm以上2000nm以下が望ましい。

【0074】

波長350nm以上750nm以下は、ヘモグロビンやタンパクなどの成分依存が多く、波長1600nm以上2000nm以下は水の吸収を対象としている。水の吸収を活用する場合は、900nm以上の波長でもよい。これは、水の吸収が広範囲に分布しているため、測定対象により計測精度向上のための散乱係数と吸収係数の強度バランスが異なるためである。

【0075】

精度向上のために、吸収係数は短波長領域と長波長領域の２種を用いてもよい。

【0076】

方法としては、まず吸収係数μａ＞＞散乱係数μｓ’の領域の照射光の波長範囲にて吸収係数μａを求め、散乱係数μｓ’＞＞吸収係数μａの領域の照射光の波長範囲で、式（１）に実測の吸収係数μａを代入する。

【0077】

しかしながら、吸収係数μａ＞＞散乱係数μｓ’の領域と、散乱係数μｓ’＞＞吸収係数μａの領域では波長が異なるため、実測の吸収係数μａをそのまま用いることはできない。

【0078】

そこで、例えば、吸収係数μ_ａ８００と吸収係数μ_ａ６５０の換算係数を用いることで、吸収係数μａ＞＞散乱係数μｓ’の領域の吸収係数μａから、散乱係数μｓ’＞＞吸収係数μａの領域における吸収係数μａを求め、式（１）から散乱係数μｓ’を求めることが可能となる。また、有効減衰係数μ_{ｅｆｆ６５０}＝２μ_ａ６５０となる。有効減衰係数μ_{ｅｆｆ６５０}の値から、散乱係数を計測するための吸収係数μ_ａを以下のように計算式を選択することで、散乱係数の絶対値を算出することが可能となる。

【0079】

μ_ａ６５０＞０．５のとき （計算式ａ） μ_ａ８００＝Ａ・μ_ａ６５０
０．５≧μ_ａ６５０≧０．１のとき （計算式ｂ） μ_ａ８００＝Ｂ・μ_ａ６５０
μ_ａ６５０＜０．１のとき （計算式ｃ） μ_ａ８００＝Ｃ・μ_ａ６５０
Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれの補正係数である。また、それぞれの係数は、計算式であってもよく、対数やべき乗を含んでもよく、三角関数やπ、粒子の体積補正などを含んでもよく、さらには任意の波長の吸収、散乱、減衰などでもよい。また、波長は測定対象や装置構成などにより適時組み合わせを変えてもよい。換算係数は、ＲＯＭ１０５や記憶部１０７に格納されればよい。

【0080】

図６に、ファントム計測における吸収係数の補正の結果を示す。９５０ｎｍにおける水の吸収による補正係数を乗じた結果、吸収係数を正確に算出できることが確認できた。

【0081】

制御部４は、散乱係数μ_ａに基づいて血中脂質の濃度を算出する。散乱係数μ_ｓと脂質濃度とは相関があり、散乱係数μ_ｓの値に基づいて脂質濃度を算出することができる。実施形態では、散乱係数μ_ｓと散乱体濃度との関係についてあらかじめ統計データを取り、ＲＯＭ１０５や記憶部１０７に等に格納して、算出された散乱係数μ_ｓと、格納された統計データとを比較することにより、実際の散乱体濃度を算出する。

【0082】

例えば、特定の生体Ａ氏の血中脂質濃度を計測対象とする場合は、Ａ氏の血中脂質濃度を採血などの他の血中脂質濃度計測方法等により事前に計測した計測結果をＲＯＭ１０５や記憶部１０７に格納して、この計測結果と算出された散乱係数μ_ｓとを比較して、Ａ氏個人の統計データを作成して、濃度を算出できるようにすることができる。

【0083】

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事前に測定した測定結果をＲＯＭ１０５や記憶部１０７等に格納して、この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上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することで、Ａ氏個人の統計データを作成してもよい。

【0084】

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等で分類されていてもよく、表やグラフ、関数式等を用いて算出できるようにしてもよい。

【0085】

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。

【0086】

次に、本実施形態の散乱体濃度計測方法について説明する。図７は、実施形態の散乱体濃度計測のフローチャートである。

【0087】

照射工程（Ｓ１０１）では、第１の照射部２１及び第２の照射部２２が、生体の照射位置に対して第１の波長の第１の照射光及び第２の波長の第２の照射光を照射する。

【0088】

第１の波長は、750nm以上1600nm以下であってよく、第２の波長は、350nm以上750nm以下, 又は、1600nm以上2000nm以下であってよい。

【0089】

光強度検出工程（Ｓ１０２）では、第１の光強度検出部３１、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３が、生体から放出される相異なる波長の第１の照射光及び第２の照射光を各々受光して、各々光強度を検出する。光強度検出工程で検出された光強度は、吸収係数算出工程へと送られる。

【0090】

吸収係数算出工程（Ｓ１０３）では、制御部４は、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３により検出された受光強度から、傾きを求め、吸収係数を算出する。なお、光強度検出部を第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３の２つとした場合の吸収係数の算出法、及び、光強度検出部を第２の光強度検出部３２の１つとした場合の吸収係数の算出法については上述した。

【0091】

散乱係数算出工程（Ｓ１０４）では、制御部４は、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の照射光の光強度と、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３により検出された受光強度から算出された吸収係数と、に基づき生体内における光の散乱係数μｓを算出する。散乱係数μ_ｓの算出法については上述した。

【0092】

散乱体濃度算出工程（Ｓ１０５）では、制御部４は、散乱係数μ_ｓに基づいて、血中の散乱体濃度を算出する。なお、血中の散乱体濃度の算出法については、上述した。散乱体濃度算出工程では、散乱係数を算出した後、脂質濃度（散乱体濃度）を算出してもよい。

【0093】

以上説明したように、本実施形態の散乱体濃度計測装置及び方法によれば、生体から放出される光強度分布を取得することで、散乱体濃度の算出が可能となる。

【0094】

次に、本発明の他の実施形態の散乱体濃度計測装置について説明をする。なお、本発明の他の実施形態の散乱体濃度計測装置の構成は、上記実施形態の散乱体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。

【0095】

上記実施形態では、第１の照射部２１及び第２の照射部２２と、第１の光強度検出部３１、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３と、制御部４とを一体として構成した例を示したが、これに限られず、第１の照射部２１及び第２の照射部２２と、第１の光強度検出部３１、第２の光強度検出部３２及び第３の光強度検出部３３をユーザー装置として構成し、制御部４を、ユーザー装置に接続したサーバー装置に設けたシステムとしてもよい。

【0096】

図８は、実施形態の散乱体濃度計測システムの構成を示す図である。システムは、散乱体濃度計測装置２００と、アクセスポイント３００と、ユーザー装置４００とを有する。

【0097】

散乱体濃度計測装置２００は、ユーザー装置４００から送信された光強度に基づいて所定の処理を行い、散乱体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。

【0098】

ユーザー装置４００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、スマートフォン、携帯電話、腕時計等に搭載される場合もある。また、第１の照射部４２１と、第２の照射部４２２と、第１の光強度検出部４３１と、第２の光強度検出部４３２と、第３の光強度検出部４３３と、通信部４０４として、スマートフォンや携帯電話に備わるカメラや照明、通信機能等を使用してもよい。

【0099】

ユーザー装置４００は、光を照射する第１の照射部４２１と、第２の照射部４２２と、第１の光強度検出部４３１と、第２の光強度検出部４３２と、第３の光強度検出部４３３と、通信部４０４とを有する。通信部４０４は、第１の光強度検出部４３１、第２の光強度検出部４３２、及び、第３の光検出部４３３とで各々検出された光強度を送信する。第１の照射部４２１と、第２の照射部４２２と、第１の光強度検出部４３１と、第２の光強度検出部４３２と、第３の光強度検出部４３３の構成や機能・動作は、上述した第１の照射部２１と、第２の照射部２２と、第１の光強度検出部３１と、第２の光強度検出部３２と、第３の光強度検出部３３と各々同様である。

【0100】

散乱体濃度計測装置２００は、通信部２０４と制御部２０３とを有する。通信部２０４は、通信部４０４から送信された光強度をアクセスポイント３００を介して受信し、制御部２０３へ送信する。

【0101】

散乱体濃度計測装置２００は、通信部２０４と制御部２０３とを有する。通信部２０４は、通信部４０４から送信された光強度をアクセスポイント３００を介して受信し、制御部２０３へ送信する。制御部２０３の機能・動作は、上述した制御部１０３と同様である。

【0102】

次に、散乱体濃度計測装置２００の制御系の構成について説明する。図９は、実施形態の散乱体濃度計測装置２００のブロック図である。システムバス２０９を介して、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０４、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０５、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０６、記憶部２０７、及び、通信部（外部Ｉ／Ｆ（Interface））２０８が接続される。ＣＰＵ２０４とＲＯＭ２０５とＲＡＭ２０６とで制御部（コントローラー）２０３を構成する。

【0103】

ＲＯＭ２０５は、ＣＰＵ２０４により実行されるプログラムや閾値を予め記憶する。

【0104】

ＲＡＭ２０６は、ＣＰＵ２０４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。

【0105】

記憶部２０７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２０７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。

【0106】

通信部（外部Ｉ／Ｆ）２０８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／Ｆ２０８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。

【0107】

なお、本実施形態では、ユーザー装置４００から散乱体計測装置２００へ、アクセスポイント３００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４００と散乱体計測装置２００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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】