JP6241853B2 - 非侵襲型生体脂質濃度計測器、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器、非侵襲による生体脂質濃度計測方法および非侵襲による生体脂質代謝機能検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、採血すること無く、いわゆる非侵襲により生体内における血中の脂質濃度および脂質代謝を医療機関のみならず家庭においても計測することのできる非侵襲型生体脂質濃度計測器、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器、非侵襲による生体脂質濃度計測方法および非侵襲による生体脂質代謝機能検査方法に関するものである。

近年、国民の医療費は高騰し、医療費の抑制は国あるいは国民に取って大きな課題である。その医療費の３分の１は生活習慣病に起因する疾患の治療費で占められる。これらの背景を基に、国民医療費の抑制、健康寿命の向上、ＱＯＬ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｌｉｆｅ）の向上が求められ、これらの実現のために特定健診が施行されるとともに、未病に対する考え方が普及してきた。

特に、特定健診のスクリーニング対象であるメタボリックシンドローム（代謝症候群）は、内臓脂肪肥満の蓄積を原因とするインスリン抵抗性から生ずる糖尿病、脂質異常症、高血圧を発症する事が知られており、この代謝症候群の早期発見が重症化予防やＱＯＬの向上、さらに国民医療費の抑制に繋がると期待されている。

このように、インスリン抵抗性が生活習慣病の早期発見に重要であるにも係らず、特定健診では腹囲径計測からインスリン抵抗性のリスクを予測するしか方法が無かった。

また近年、インスリン抵抗性と食後高脂血症に密接な関係があることが解り、食後高脂血症がインスリン抵抗性を引き起こしている可能性も指摘されており、代謝症候群の源流となる代謝異常と考えられる。従って、この食後高脂血症は、代謝症候群の初期段階（未病）を発見できるばかりでなく、動脈硬化のリスクファクターとして注目されており、例えば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といえるのである。

しかしながら、食後高脂血症の診断は、食後６時間〜１０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６〜１０時間程度拘束し、複数回の採血が必要であるため、臨床研究の域を出ず、臨床現場で実施することは現実的ではなかった。

また、国民の健康意識の高まりから、脂肪吸収抑制を特徴とする特定保健用食品などが普及し、食事による脂肪摂取に対する意識が高まっている。しかし、国民が血中の脂質を気にかけているにも関わらず、家庭で気軽に血中脂質を計測する健康管理機器は存在しない。なぜなら、採血そのものが医師法により規制されていること、また、仮に規制が無くても検査機器が高額で一般家庭で購入できる価格帯では無いこと、さらには、廃液処理、長時間にわたる分析時間等の問題点が挙げられる。

以上のような状況下において、これまでに提案されている血中成分の計測方法に関する発明は以下の通りである。

例えば、特開２００４−２５１６７３号公報では、近赤外領域や赤外領域の波長の光を音響光学可変振動フィルターにより出力して生体に照射し、被測定対象物を透過または反射した光を受光して得られた吸光スペクトルを解析・演算することにより被測定対象物の濃度を算出する装置に関する発明が提案されている（特許文献１）。つまり、この発明は、血中成分によって光が吸収される現象を利用し、照射される光量と、受光される光量との差等から光が吸収された量等を算出し、その算出結果から血中成分の濃度を算出するというものである。

また、特開２０１０−６６２８０号公報では、近赤外光源と、近赤外光を検出する検出手段と、前記近赤外光源から発する近赤外光を生体組織あるいは体液に導入し、前記生体組織あるいは体液を透過あるいは拡散反射した近赤外光を前記検出手段に誘導する誘導手段と、前記検出手段で得られる信号を基にグルコース濃度の回帰分析を行う演算手段とからなり、上記演算手段は、分子の第１倍音が観察できる波長領域で且つ水の吸収の影響が比較的小さい１４８０ｎｍから１８８０ｎｍの波長領域内におけるグルコース分子のＯＨ基由来の吸収を測定するための１５５０ｎｍから１６５０ｎｍの第１の波長域と、生体成分のＮＨ基由来の吸収を測定するための１４８０ｎｍから１５５０ｎｍの第２の波長域と、生体成分のＣＨ基由来の吸収を測定するための１６５０ｎｍから１８８０ｎｍの第３の波長域の少なくとも３つの隣接域内の各波長を連続的に測定して得られる連続スペクトル信号を説明変量、グルコース濃度を目的変量として回帰分析することでグルコースの定量を行うものであることを特徴とするグルコース濃度の定量装置に関する発明が提案されている（特許文献２）。つまり、この発明も特許文献１に記載の発明と同様、グルコースのＯＨ基、ＮＨ基およびＣＨ基によって光が吸収される現象を利用し、照射される光量と、受光される光量との差等から光が吸収された量等を算出し、その算出結果から血中成分の濃度を算出するというものである。

さらに、特開２００２−１６８７７５号公報では、 哺乳動物の血漿成分を測定するにあたり、哺乳動物の血液から血漿を分離し、分離した血漿について、近赤外分光光度計を用いて、波長４００−２５００ｎｍの可視および近赤外領域の吸光度を測定し、該吸光度の一次差分および二次差分を計算し、これら可視および近赤外領域の吸光度、吸光度の一次差分および二次差分を独立変数とし、当該独立変数の中から説明力の高い独立変数をそれぞれ２−１０個選抜し、当該説明力の高い独立変数の情報から、血漿中の中性脂肪濃度、無機リン濃度、カリウム濃度、乳酸脱水素酵素活性およびアルブミングロブリン比をそれぞれ予測し、該予測値に基づき測定を実現することを特徴とする、可視および近赤外領域のスペクトル情報による哺乳動物の血漿成分の迅速測定法に関する発明が記載されている（特許文献３）。つまり、この発明も特許文献１および特許文献２に記載の発明と同様、血漿が波長４００−２５００ｎｍの可視および近赤外領域の光を吸光する現象を利用し、照射される光量と、受光される光量との差等から血漿中の中性脂肪濃度等を算出するというものである。

特開２００４−２５１６７３号公報 特開２０１０−６６２８０号公報 特開２００２−１６８７７５号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載された発明においては、所定の血中成分により光が吸収される現象に基づいているため光の散乱を排除しなければならないが、これまでの研究で吸収による影響は、散乱の影響に比べて約１／１０とされており、つまり散乱の影響は吸収の影響の約１０倍であるため、散乱の影響を排除することは非常に困難であるという問題がある。また、散乱が一定であればその影響を除去する必要はなくなるが、実際に計測された光強度が吸収によるものなのか散乱によるものなのかの区別は難しく、光路長にも依存するため、さらに計測が困難となる。特に、非侵襲による計測の場合、細胞等の他の物質による吸収の影響もあり、上記各文献による非侵襲計測は現実的に不可能である。また、これらの発明に基づく装置は、大型となり、しかも高額であるため家庭で気軽に使用するには現実的ではない。さらに、照射位置と検出位置との距離を大きくすると、光路長を長くなり、吸収計測では光エネルギーは吸収されつくされ、体外に出てこないという問題もある。

また、特許文献１に記載された発明においては、脂質や糖等が光を吸収し易い光の波長範囲と、血液に含まれる水や電解質が光を吸収し易い光の波長範囲とが重なっており、重なった波長範囲の光を用いると、脂質や糖等による光の吸収の影響が水や電解質による光の吸収の影響によりかき消され、脂質や糖等に吸収される光量等を正確に計測できないという問題がある。

さらに、特許文献２に記載された発明においては、照射した光がグルコースのＣＨ基、ＯＨ基、ＮＨ基などの親水基に光が吸収される現象に基づき、前記グルコースの血中濃度を定量化するものであり、計測対象は限定されているという問題がある。つまり、血中脂質の濃度は計測できないということである。具体的には、血中の脂質は、疎水性が高いためリン脂質等に覆われた球状構造をしている。これは、血中のエステル型コレステロールやトリグリセライドが疎水性であるため、水に対する親和性が低く水に難溶性を示し、両親媒性のリン脂質覆われたミセルを形成して散乱体として存在しているためである。また、一般的な健康診断や病気の診断で測定される中性脂肪はトリグリセライドを指し、また総コレステロールはコレステロールとエステル型コレステロール、遊離型コレステロール等の総和をさすが、動脈硬化のリスクとしてはエステル型コレステロールが重要であると言われている。このように、計測対象として重要な脂質成分は、疎水性が高いためミセルの中心に存在し、またミセル表面で光を反射する性質を有しているため、吸収によりその物質の濃度を測定することは不可能である。また、特許文献２に記載された発明においては、濃度は得られた吸光度を回帰分析して算出するものであり、リアルタイムに計測できないとう問題もある。

さらにまた、特許文献３に記載された発明においては、採血をして、さらにはその血液から血漿を分離したものを計測する対象としており、非侵襲により計測するものではない。つまり、生体や他の血中成分等の外乱を除去された状態であれば、散乱の影響が除去された状態であるから中性脂肪濃度などを検出することができるのであり、本発明のような非侵襲により血中の中性脂肪濃度を検出する困難性については何ら解決されていない。

また、光の散乱を用いて血中成分を計測するものとして、動的光散乱法や静的光散乱法があるが、これらは血中成分の大きさを計測するものであり、濃度を算出するものではい。また、動的光散乱法は、ブラウン運動を計測し、粒子径分布を算出する手法であるため計測対象物は静置されていることが必要であり、血流などの動きがある状態では計測が困難である。計測時間は１サンプルあたり３０分〜１時間程度の計測時間が必要である。また、静的光散乱法は、単一成分で濃度が既知の場合に分子量を算出する方法であり、かつ動的光散乱より計測できる粒子より大きな粒子の計測を想定したものであって、分子の動きが無いという仮定で分析を行うものである。そのため、静的光散乱法においても、計測対象物は静置されている必要があり、血流がある状態での計測は困難である。

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、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ようになり、しかも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をすることにより食後高脂血症などの代謝異常の検査に応用することが可能な非侵襲型生体脂質濃度計測器、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器、非侵襲による生体脂質濃度計測方法および非侵襲による生体脂質代謝機能検査方法を提供することを目的としている。

本発明に係る非侵襲型生体脂質濃度計測器は、非侵襲により生体内における血中の脂質濃度を計測する非侵襲型生体脂質濃度計測器であって、生体外から生体内に向けて所定の光強度で光を照射する照射手段と、この照射手段による光の照射位置から所定間隔をあけて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手段と、この光強度検出手段により検出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する散乱係数算出手段と、この散乱係数算出手段により算出された光の散乱係数に基づき生体内における脂質濃度を算出する脂質濃度算出手段とを有する。

また、本発明に係る非侵襲による生体脂質濃度計測方法は、非侵襲により生体内における血中の脂質濃度を計測する非侵襲による生体脂質濃度計測方法であって、生体外から生体内に向けて所定の光強度で光を照射する照射工程と、この照射工程による光の照射位置から所定の間隔をあけ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、
この光強度検出工程により検出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する散乱係数算出工程と、この散乱係数算出工程により算出された光の散乱係数に基づき生体内における脂質濃度を算出する脂質濃度算出工程とを有する。

また、本発明の非侵襲型生体脂質濃度計測器または非侵襲による生体脂質濃度計測方法の一態様として、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、前記光強度検出手段または前記光強度検出工程では生体内の血中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ようにしてもよい。

さらに、本発明の非侵襲型生体脂質濃度計測器または非侵襲による生体脂質濃度計測方法の一態様として、前記散乱係数算出手段または前記散乱係数算出工程は、検出された光強度と、照射位置から光強度を検出する検出位置までの照射検出間距離との比に基づき生体内における光の散乱係数を算出するようにしてもよい。

また、本発明の非侵襲型生体脂質濃度計測器または非侵襲による生体脂質濃度計測方法の一態様として、前記散乱係数算出手段または前記散乱係数算出工程は、検出された光強度と、照射位置から光強度を検出する検出位置までの照射検出間距離との比に基づき生体内における光の散乱係数を算出するようにしてもよい

さらに、本発明の非侵襲型生体脂質濃度計測器または非侵襲による生体脂質濃度計測方法の一態様として、前記照射手段または前記照射工程により連続光を照射するとともに、前記散乱係数算出手段または前記散乱係数算出工程は、前記光強度検出手段または前記光強度検出工程により検出された光強度Ｒ（ρ）と前記照射検出間距離ρとを、下記式（１）および式（２）に代入することで散乱係数μ_ｓを算出するようにしてもよい。

ここで、μ_ａは吸収係数、μ_ｅｆｆは有効減衰係数（effective attenuation coefficient）、Ｓ_０は照射手段により照射された光の光強度である。

また、本発明の非侵襲型生体脂質濃度計測器または非侵襲による生体脂質濃度計測方法の一態様として、前記光強度検出手段または前記光強度検出工程において照射された光の照射位置を中心として各々異なる距離に配置された複数の前記検出位置における前記光強度を検出し、前記散乱係数算出手段または前記散乱係数算出工程は、各々の前記光強度検出手段または前記光強度検出工程により検出された前記光強度同士の比および／または前記光強度同士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ようにしてもよい。

さらに、本発明の非侵襲型生体脂質濃度計測器または非侵襲による生体脂質濃度計測方法の一態様として、前記照射手段または前記照射工程において生体外から生体内に向けて連続光を照射するとともに、前記光強度検出手段または前記光強度検出工程において照射された光の照射位置を中心として各々異なる距離に配置された第一検出位置および第二検出位置における前記光強度を検出し、前記散乱係数算出手段または前記散乱係数算出工程では、前記照射位置から前記第一検出位置までの第一照射検出間距離ρ_１と、前記照射位置から前記第二検出位置までの第二照射検出間距離ρ_２と、前記第一検出位置において検出された第一光強度Ｒ（ρ_１）と、前記第二検出位置において検出された第二光強度Ｒ（ρ_２）とを下記式（３）に代入することで散乱係数μ_ｓを算出するようにしてもよい。

また、本発明の非侵襲型生体脂質濃度計測器または非侵襲による生体脂質濃度計測方法の一態様として、前記照射手段または前記照射工程において生体外から生体内に向けてパルス状の光を照射するとともに、前記光強度検出手段または前記光強度検出工程において前記検出位置における所定の時間毎の前記光強度を検出し、前記散乱係数算出手段または前記散乱係数算出工程では、パルス状の光を照射した時から、検出された前記光強度が所定の強度に減衰するまでの時間の長さに基づき生体内における光の散乱係数を算出するようにしてもよい。

さらに、本発明の非侵襲型生体脂質濃度計測器または非侵襲による生体脂質濃度計測方法の一態様として、前記照射手段または前記照射工程において生体外から生体内に向けてパルス状の光を照射するとともに、前記光強度検出手段または前記光強度検出工程において前記検出位置における所定の時間毎の前記光強度を検出し、前記散乱係数算出手段または前記散乱係数算出工程では、パルス状の光を照射した時から、検出された前記光強度が最も強くなる時までの時間の長さに基づき生体内における光の散乱係数を算出するようにしてもよい。

また、本発明の非侵襲型生体脂質濃度計測器または非侵襲による生体脂質濃度計測方法の一態様として、前記照射手段または前記照射工程において照射する光の強度または光の位相を変調させた光を照射するとともに、前記光強度検出手段または前記光強度検出工程において前記検出位置における所定の時間毎の前記光強度を検出し、前記散乱係数算出手段または前記散乱係数算出工程では、検出された前記光強度の時間変化に基づき光密度波形を算出し、この光密度波形に基づき前記血液の散乱係数および吸収係数を算出するようにしてもよい。

また、本発明に係る非侵襲型生体脂質代謝機能計測器は、前記非侵襲型生体脂質濃度計測器により算出された散乱係数および／または脂質濃度の時間変化から生体脂質代謝機能を計測する。

さらに、本発明に係る非侵襲による生体脂質代謝機能検査方法は、前記非侵襲型生体脂質濃度計測器または前記非侵襲による生体脂質濃度計測方法により算出された散乱係数および／または脂質濃度の時間変化から生体脂質代謝機能を検査する。

本発明によれば、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ようになり、しかも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をすることにより食後高脂血症などの代謝異常の検査に応用することができる。

本発明に係る非侵襲型生体脂質濃度計測器および非侵襲型生体脂質代謝機能計測器の一実施形態を示す図である。 血液の光吸収スペクトルを示す図である。 本実施形態において検出される光が血中脂質による光の散乱情報を含むことを示す模式図である。 リポタンパクの構造を示す模式図である。 血液に光を照射した場合における粒子の濃度に応じた光の散乱による効果について示す上から見たイメージ図および横から見たイメージ図である。 本実施例１において従来法にてＡ氏の血中脂質濃度の時間変動を示すグラフである。 本実施例１において従来法にてＢ氏の血中脂質濃度の時間変動を示すグラフである。 本実施例１においてＨＰＬＣにてＡ氏のＣＭ／ＶＬＤＬ、ＬＤＬおよびＨＤＬ中のＴＧの濃度を計測した結果を示すグラフである。 本実施例１においてＨＰＬＣにてＢ氏のＣＭ／ＶＬＤＬ、ＬＤＬおよびＨＤＬ中のＴＧの濃度を計測した結果を示すグラフである。 本実施例１においてＨＰＬＣにてＡ氏のＣＭ／ＶＬＤＬ、ＬＤＬおよびＨＤＬ中のＴＣの濃度を計測した結果を示すグラフである。 本実施例１においてＨＰＬＣにてＢ氏のＣＭ／ＶＬＤＬ、ＬＤＬおよびＨＤＬ中のＴＣの濃度を計測した結果を示すグラフである。 本実施例２において分光光度計を用いた血液による光の吸収スペクトルを計測した結果を示すグラフである。 本実施例３において分光光度計を用いてサンプルａ、ｂ、ｃおよびｄの血液による光の吸収スペクトル計測した結果を示すグラフである。 本実施例３において分光光度計を用いてサンプルａ、ｂ、ｃおよびｄの血球による光の吸収スペクトル計測した結果を示すグラフである。 本実施例３において分光光度計を用いてサンプルａ、ｂ、ｃおよびｄの血清による光の吸収スペクトル計測した結果を示すグラフである。 本実施例３において血液、血球および血清の吸収スペクトルを重ねて表したグラフである。 本実施例４において検出位置で検出した光強度を時系列で表したグラフである。 本実施例４において検出位置で検出した光強度を時系列で表した対数グラフである。 本実施例４において検出した光強度が最も強くなる時間（ｐｅａｋ ｔｏｐ ｔｉｍｅ）を示すグラフである。 本実施例５においてＡ氏の各検出位置における検出した光強度の比を示すグラフである。 本実施例５においてＢ氏の各検出位置における検出した光強度の比を示すグラフである。 本実施例５において各検出位置における検出した光強度の比の値と、従来法であるＨＰＬＣにより測定したＣＭ／ＶＬＤＬにおけるＴＧ濃度との相関を示すグラフである。 本実施例５においてＡ氏の各検出位置における検出した光強度の差を示すグラフである。 本実施例５においてＢ氏の各検出位置における検出した光強度の差を示すグラフである。 本実施例６においてモンテカルロシミュレーションにより、照射検出間距離ρと検出される光子数についてシミュレーションした結果を示すグラフである。 本実施例６においてモンテカルロシミュレーションによる結果を式（１）に代入した結果を示すグラフである。 図２６に示すグラフの切片から吸収係数μ_ａを求めた結果を示すグラフである。 図２６に示すグラフの傾きから有効減衰係数μ_ｅｆｆを算出し式（８）に代入して散乱係数μ_ｓを算出した結果とその理論値とを示すグラフである。 本実施例６において模擬ファントムの散乱係数μ_ｓと実験からその模擬ファントムの散乱係数μ_ｓを式（１）および式（３）を用いて計算された結果を示すグラフである。 本実施例７において散乱係数μ_ｓに対する光強度比Ｒ（ρ_１）／Ｒ（ρ_２）の変化を計測した結果を示すグラフである。 本実施例７において散乱係数μ_ｓの理論値とられた値を式（３）により算出された散乱係数μ_ｓの計算値とを示すグラフである。 本実施例７において光強度検出結果に５パーセントのノイズを含めた際の散乱係数μ_ｓの理論値とられた値を式（３）により算出された散乱係数μ_ｓの計算値とを示すグラフである。 本実施例７において模擬ファントムの散乱係数μ_ｓと実験からその模擬ファントムの散乱係数μ_ｓを式（３）を用いて計算された結果を示すグラフである。

以下、本発明に係る非侵襲型生体脂質濃度計測器、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器、非侵襲による生体脂質濃度計測方法および非侵襲による生体脂質代謝機能検査方法の一実施形態について図面を用いて説明する。

本実施形態の非侵襲型生体脂質濃度計測器１は、図１に示すように、生体外から生体に向けて光を照射する照射手段２と、生体外の所定の検出位置３１における光強度を検出する光強度検出手段３と、この光強度検出手段により検出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μ_ｓを算出する散乱係数算出手段４と、この散乱係数算出手段４により算出された光の散乱係数μ_ｓに基づき生体内における脂質濃度を算出する脂質濃度算出手段５とを有している。つまり、本実施形態の非侵襲型生体脂質濃度計測器１は、採血不要の検査を実現するために、生体を透過しやすい光を用いて血中脂質の定量分析を行うものである。

以下、各構成について詳細に説明する。

照射手段２は、図１に示すように、生体外から生体に向けて、所定の照射位置２１に光を照射するものであり、光を照射するための光源２２を有している。前記光源２２は、照射する光の波長を自在に調整することができるようになっており、その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することができる。また、本実施形態における光源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することもできる。ここで、血液の細胞成分とは、血中の赤血球、白血球および血小板のことであり、血漿の無機物とは、血中の水および電解質のことである。

また、血漿の無機物により光を吸収する波長範囲とは、主に、血漿の無機物による光の吸収が強い範囲を示すものであり、図２に示すような範囲である。同様に、血液の細胞成分により光を吸収する波長範囲とは、主に、血液の細胞成分による光の吸収が強い範囲を示すものであり、図２に示すような範囲である。つまり、それら以外の波長範囲では、血漿の無機物による光の吸収や血液の細胞成分による光の吸収が起きているものと考えられるが、実験や生体計測レベルにおいて無視できる程度である。

つまり、光源２２として用いられる波長範囲は、図２に示すように、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以下および約１５００ｎｍ〜約１８６０ｎｍとするのが好ましく、さらに、血液の細胞成分によって光が吸収される波長範囲を考慮して約５８０ｎｍ〜約１４００ｎｍおよび約１５００ｎｍ〜約１８６０ｎｍとするのがより好ましい。

このように、光源２２として用いられる波長範囲を上記範囲とすことにより、後述する光強度検出手段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および血液の細胞成分により光の吸収の影響を抑制している。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、体外へ放出されようになる。

また、本実施形態の照射手段２は、後述する散乱係数算出手段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。

なお、照射手段２は、波長が固定された光源２２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。

光強度検出手段３は、光を受光してその光強度を検出するものであり、生体から生体外に放出される光を受光し、その光強度を検出できるようになっている。また、複数の光強度検出手段３を用いる場合は、照射位置２１を中心として各々異なる距離に設置される。本実施形態では、図１に示すように、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一光強度検出手段３１および第二光強度検出手段３２が順に並べられいる。

また、照射位置２１から検出位置３３までの距離を照射検出間距離ρとしており、本実施形態では、図１に示すように、照射位置２１から第一光強度検出手段３１による第一検出位置３３１までの距離を第一照射検出間距離ρ_１とし、照射位置２１から第二光強度検出手段３２による第二検出位置３３２までの距離を第二照射検出間距離ρ_２としている。

このように、光を生体に照射する照射位置２１と、生体から放出される光強度を検出する検出位置３３との間に所定の距離を設けることにより、図３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により反射して直接的に生体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光強度を検出するようになっている。また、照射位置２１と検出位置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。

また、計測対象である、「血中脂質」は、図４に示すように、アポタンパク等に覆われた球状構造をしており、リポタンパクと呼ばれている。また、脂質そのものも疎水性物質であり血液に溶けにくい物質である。そのため、血中脂質は血中において固体のような状態で存在しており、光を反射する性質を有し、特に、粒子径や比重の大きいカイロミクロン（ＣＭ）やＶＬＤＬ等は脂質を多く含み、かつ光をより散乱させ易い特性を有している。よって、光強度検出手段３により検出される光強度には、血中脂質による光の散乱の影響が含まれていると考えられる。

なお、複数の検出位置３３を設ける場合の配列は、照射位置２１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、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３３までの第一照射検出間距離ρ_１や第二照射検出間距離ρ_２、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、適宜選択されるものである。

散乱係数算出手段４は、光強度検出手段３により検出された光強度に基づき生体内における光の散乱係数μ_ｓを算出するものである。上述のとおり、光強度検出手段３により検出された光強度は、血中脂質による光の散乱の影響が含まれており、そのことから散乱係数μ_ｓを算出しようとするものである。なお、本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。以下、詳細に説明する。

本実施形態における散乱係数算出手段４は、図１に示すように、光強度／距離算出部４１、光強度比算出部４２、光強度差算出部４３、減衰時間算出部４４、最強時間算出部４５および光密度波形算出部４６の６つの算出部を有している。以下、各算出部について詳細に説明する。

光強度／距離算出部４１は、検出位置３３で検出された光強度と、照射位置２１から検出位置３３までの照射検出間距離ρとの比から散乱係数μ_ｓを算出するものである。つまり、照射した光が検出位置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μ_ｓを算出するものである。つまり、図５に示すように、血中に散乱を生じさせる粒子が無ければ照射した光は透過し、散乱は生じない（左から１つめの図）。一方、散乱粒子があり、散乱を生じた場合は、照射した光は反射し生体から放出される。このとき、粒子の濃度によって、照射位置２１から近い場所で弱い光が届く場合（左から２つめの図）、照射位置２１から遠い場所まで光が届く場合（左から３つめの図）、照射位置２１から近い場所で強い光が届く場合（左から４つめの図）と、濃度に応じた分布を示す。

よって、ここで検出される光強度には、上述のとおり、光が血中において粒子状に存在する脂質の濃度に依存して散乱している情報、および照射位置２１と検出位置３３との距離が遠くなるほど光強度が減衰する情報が含まれている。よって、光強度／距離算出部４１は、この光強度と、設定に応じて既知の値となる照射位置２１と検出位置３３との距離との比、いわゆる距離に対する減衰率を算出し、これを散乱係数μ_ｓとすることで、血中脂質の濃度に依存する散乱係数μ_ｓを得るようにしたものである。

本実施形態における光強度／距離算出部４１は、前記照射手段２により連続光を照射するとともに、第一光強度検出手段３１により検出された光強度Ｒ（ρ）と照射検出間距離ρ_１とを、下記式（１）および式（２）に代入することで散乱係数μ_ｓを算出するようになっている。

ここで、μ_ａは吸収係数、μ_ｅｆｆは有効減衰係数（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、Ｓ_０は照射手段２により照射された光の光強度である。

なお、上記式（１）および式（２）は以下のように導き出される。

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、照射位置２１から検出位置３３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（４）で表される。

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（５）で表される。

ここで、μ_ｓは散乱係数を表している。

また、μ_ｅｆｆは有効減衰係数であり、下記式（６）で表される。

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。

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（７）のように近似する事ができる。

ただし、

さらに、本発明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（８）のように近似する事ができる。

ただし、

以上の式（７）および式（８）を式（４）に代入すると、下記式（９）の近似式となる。

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（１０）のような関係を有する場合、式（９）は下記式（１１）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。

そして、上記式（１１）を対数表示させると、上記式（１）が導き出される。

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（１２）のような関係を有する場合、式（９）は下記式（１３）のように表される。

そして、上記式（１３）を対数表示させると、上記式（２）が導き出される。

なお、強度／距離算出部４１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。

また、強度／距離算出部４１は検出位置３３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３３を多数設置し、照射検出間距離ρに応じた連続的な光強度から散乱係数を導くこともできる。つまり、強度／距離算出部４１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３３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。

次に、光強度比算出部４２は、複数の光強度検出手段３により検出された光強度のそれぞれの比から散乱係数μ_ｓを算出するものである。基本的には光強度／距離算出部４１と同様であり、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μ_ｓを算出するものである。

本実施形態では、照射手段２により所定の光強度の連続光を照射し、照射位置２１から第一光強度検出手段３１による第一検出位置３３１までの第一照射検出間距離ρ_１と、照射位置２１から第二光強度検出手段３２による第二検出位置３３２までの第二照射検出間距離ρ_２と、第一光強度検出手段３１により検出された第一光強度Ｒ（ρ_１）と、第二光強度検出手段３２により検出された第二光強度Ｒ（ρ_２）とを下記式（３）に代入することで散乱係数μ_ｓを算出する。

なお、上記式（３）は、以下のように導き出される。

まず、上記式（１３）において、照射位置２１から異なる距離ρ_１、ρ_２離れた点における光強度Ｒ（ρ_１）および光強度Ｒ（ρ_２）を測定すれば、体内の光伝搬領域の散乱係数μ_ｓは、下記式（１４）の表される。

ここで、上記式（１４）を対数表示させると、下記式（１５）になる。

そして、上記式（１５）に上記式（８）を代入することにより、上記式（３）が導き出される。

このように、上記式（３）では、検出位置３３を少なくすることができるため、装置の大きさが小さく、そして安価に製造することがで、家庭用に適している。

なお、光強度比算出部４２は、本実施形態のように上記式（３）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、第一検出位置３３１，および第二検出位置３３２同士の間の距離に対する減衰率を算出し、その減衰率から散乱係数μ_ｓを算出するようにしてもよい。

また、上記式（３）を使用した装置は、家庭用に限定されるものではなく、医療用・臨床用であってもよい。

光強度差算出部４３は、複数の光強度検出手段３により検出された光強度の差から散乱係数μ_ｓを算出するものである。この散乱係数μ_ｓは、検出位置３３同士の間の距離に対応した２点間の差を算出し、その算出した値を散乱係数μ_ｓとしたものである。よって、光強度／距離算出部４１や光強度比算出部４２と同様、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μ_ｓを算出するものである。

本実施形態における光強度差算出部４３は、第一検出位置３３１および第二検出位置３３２における光強度Ｒ（ρ_１）および光強度Ｒ（ρ_２）を取得し、その差を算出し、散乱係数μ_ｓとしている。

次に、減衰時間算出部４４は、照射手段２によりパルス状の光を照射した時から、光強度検出手段３により検出された光強度が所定の強度に減衰するまでの時間の長さから散乱係数μ_ｓを算出するものである。つまり、パルス状に照射した光が、散乱により時間が進むにつれて減衰していく散乱現象に基づき散乱係数μ_ｓを算出するものである。

よって、ここで検出される光強度には、光が血中脂質の濃度に依存して散乱している情報、および照射した時から検出されるまでの時間が長くなるほど光強度が減衰する情報が含まれている。よって、減衰時間算出部４４は、その光強度の減衰から血中脂質の濃度に依存する散乱係数μ_ｓを得るようにしたものである。

本実施形態における減衰時間算出部４４は、照射位置２１とそれに隣接する検出位置３３における光強度を取得し、所定の光強度に減衰するまでの時間を算出し、その値を散乱係数μ_ｓとしている。

最強時間算出部４５は、照射手段２によりパルス状の光を照射した時から、光強度検出手段３により検出された光強度が最も強くなる時までの時間の長さから散乱係数μ_ｓを算出するものである。つまり、減衰時間算出部４１４と同様、パルス状に照射した光が、散乱により時間が進むにつれて減衰していく散乱現象に基づき散乱係数μ_ｓを算出するものである。

本実施形態では、上述のとおり、照射位置２１から検出位置３３までに所定の距離を有しており、その距離の間で散乱が起きている。そのため、光強度検出手段３により検出される光強度が最も強くなるまでのタイムラグがある。よって、最強時間算出部４５は、そのタイムラグを利用して血中脂質の濃度に依存する散乱係数μ_ｓを得るようにしたものである。

よって、本実施形態における最強時間算出部４５は、照射位置２１とそれに隣接する検出位置３３における光強度を取得し、光強度が最も強くなる時までの時間を算出し、その値を散乱係数μ_ｓとしている。

光密度波形算出部４６は、光密度波形より血液の散乱係数μ_ｓおよび吸収係数を算出するものである。光密度波形は、照射手段２により照射する光の強度または光の位相を変調させることで、その波形が変化する。この光密度波形の変化は、血液の濃度に依存しており、血液の散乱係数μ_ｓおよび吸収係数を算出することができる。

本実施形態における光密度波形算出部４６は、照射位置２１とそれに隣接する検出位置３１ａにおける光強度を取得し、その光密度波形の時間変化を算出し、その時間変化から血液の散乱係数μ_ｓおよび吸収係数を算出している。

なお、散乱係数算出手段４による散乱係数μ_ｓの算出方法は、上記の各算出によるものに限定されるものではなく、光強度に含まれる血中脂質の濃度情報を算出する方法から適宜選択されるものである。

脂質濃度算出手段５は、散乱係数算出手段４により算出された散乱係数μ_ｓに基づいて血中脂質の濃度を算出するものである。なお、後述の実施例５において説明するが、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ものである。本実施形態では、散乱係数μ_ｓと血中脂質濃度との関係について統計データを取り、散乱係数μ_ｓと、前記統計データとを比較することにより、実際の血中脂質濃度を算出するようになっている。

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計測した計測結果と、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。

若しくは、Ａ氏の血中脂質の濃度を他の血中脂質の濃度の測定方法等により測定した測定結果と、検出された光強度より得られた濃度の測定結果とを比較して、その比較により得られた濃度と、一般的な生体の場合の前記統計データにおける濃度との誤差を算出し、その誤差を修正するキャリブレーションすることで、Ａ氏個人の統計データを作成してもよい。

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。

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。

次に、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器１０の構成について説明する。非侵襲型生体脂質代謝機能計測器１０は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１により算出された散乱係数μ_ｓまたは脂質濃度、またはその両方を取得し、その時間変化から生体脂質代謝機能を計測するものである。本実施形態における非侵襲型生体脂質代謝機能計測器１０は、図１に示すように、非侵襲型生体脂質濃度計測器１に通信回線等を介して接続されており、非侵襲型生体脂質濃度計測器１により算出された散乱係数μ_ｓや脂質濃度を所定時間毎に取得する算出値取得手段１０１と、この算出値取得手段１０１により取得された散乱係数μ_ｓや脂質濃度の時間変化に応じて生体脂質機能を判断する生体脂質機能代謝判断手段１０２とを有する。

算出値取得手段１０１は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１に算出された散乱係数μ_ｓや脂質濃度を通信回線等を介して所定時間毎に取得するようになっている。取得する時間間隔は特に限定されるものではないが、検査対象に応じて数秒間隔から数十分間隔、あるいはそれ以上の時間間隔で調整できるようになっている。

なお、散乱係数μ_ｓや脂質濃度の取得は、通信回線を介したものに限定されるものではなく、非侵襲型生体脂質濃度計測器１により算出された脂質濃度値等を手入力により入力して取得するようにしてもよい。また、本実施形態では、非侵襲型生体脂質濃度計測器１と、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器１０とを別体として構成したが、これに限定されるものではなく、一体的に構成するようにしてもよく、いずれか一方の計測器が他の計測器の機能を有していてもよい。

生体脂質機能代謝判断部１０２は、算出値取得部１０１により取得された散乱係数μ_ｓや脂質濃度の時間変化から被験者の生体脂質代謝について判断する。例えば、散乱係数μ_ｓや脂質濃度が最大値になるまでの時間は、胃や小腸による脂質の消化・吸収を表しており、その時間の長さに応じて健康か否かを判断する。また、散乱係数μ_ｓや脂質濃度が空腹時と同じ値になるまでの時間から、肝臓による脂肪分解能力を判断する。さらに、脂質濃度であれば、これらの値に基づく危険度をより正確に判断する。最終的には、これらを総合的に判断し、健康状態の総合的な判断をする。

次に、本実施形態の非侵襲型生体脂質濃度計測器１および非侵襲型生体脂質代謝機能計測器１０を用いた非侵襲による生体脂質濃度計測方法および非侵襲による生体脂質代謝機能検査方法の作用について説明する。

まず、非侵襲型生体脂質濃度計測器１および非侵襲による生体脂質濃度計測方法の作用について散乱係数算出手段４の各算出部ごとに説明する。

「光強度／距離算出部４１１を用いた濃度計測」
本実施形態における照射工程は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１の照射手段２を用いて実行される。光強度／距離算出部４１を用いた濃度計測の場合、照射手段２は照射位置２１に対して所定の光強度Ｓ_０の連続光を体外から体内に向けて照射する。生体に照射する光を連続光とすることで、光強度検出手段３により検出される光強度が、時間による減衰の影響を含まれないようにしている。

また、本実施形態では、血漿の無機物によって光が吸収される波長範囲以外および血液の細胞成分によって光が吸収される波長範囲以外の光源による光を照射している。そのため、血中を通過する際に、血漿の無機物や血液の細胞成分により光が吸収されるのを抑制し、光強度検出手段３により検出される光強度に血中脂質による散乱の影響が残るようにしている。

本実施形態における光強度検出工程は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１の光強度検出手段３のを用いて実行される。本実施形態では、第一光強度検出手段３１が、第一検出位置３３１における光強度を検出する。検出した光強度は、散乱係数算出工程へと送られる。

本実施形態における散乱係数算出工程は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１における散乱係数算出手段４の光強度／距離算出部４１を用いて実行される。光強度／距離算出部４１では、上述のとおり、光強度検出工程により検出された光強度、光強度Ｒ（ρ）と前記照射検出間距離ρとを、下記式（１）および式（２）に代入することで散乱係数μ_ｓを算出を行う。算出した散乱係数μ_ｓは、脂質濃度算出工程へと送られる。

脂質濃度算出工程は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１における脂質濃度算出手段５を用いて実行される。脂質濃度算出手段５では、血中脂質濃度と散乱係数μ_ｓとが相関関係を有することに基づき、前記散乱係数μ_ｓに所定の係数をかけることで、血中脂質の濃度等を算出する。

つまり、本実施形態における散乱係数算出手段４および散乱係数算出工程は、光強度を得て所定の式に代入することで、即時的に散乱係数μ_ｓを取得することが可能である。また、脂質濃度算出手段５および脂質濃度算出工程では、その散乱係数μ_ｓに所定の係数をかけることで容易に血中脂質濃度または濁度等を算出することができる。よって、演算処理スピードが速くなり、リアルタイム計測が可能になる。

「光強度比算出部４２を用いた濃度計測」
照射工程では、光強度／距離算出部４１と同様に、照射手段２を用いて照射位置２１に対して連続光を照射する。

光強度検出工程では、第一光強度検出手段３１を用いて第一検出位置３３１における光強度を検出するとともに、第二光強度検出手段３２を用いて第二検出位置３３２の光強度を検出する。第一検出位置３３１および第二検出位置３３２で検出された光強度は、散乱係数算出工程へと送られる。

散乱係数算出工程では、散乱係数算出手段４の光強度比算出部４２、取得した第一検出位置３３１および第二検出位置３３２それぞれの光強度の比を算出し、その比から散乱係数μ_ｓを算出する。本実施形態では、照射位置２１から第一光強度検出手段３１による第一検出位置３３１までの第一照射検出間距離ρ_１と、照射位置２１から第二光強度検出手段３２による第二検出位置３３２までの第二照射検出間距離ρ_２と、第一光強度検出手段３１により検出された第一光強度Ｒ（ρ_１）と、第二光強度検出手段３２により検出された第二光強度Ｒ（ρ_２）とを下記式（３）に代入することで散乱係数μ_ｓを算出する。算出した散乱係数μ_ｓは、脂質濃度算出工程へと送られる。

脂質濃度算出工程は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１における脂質濃度算出手段５を用いて実行される。脂質濃度算出手段５では、前記散乱係数μ_ｓに所定の係数をかけることで、血中脂質の濃度等を算出する。

「光強度差算出部４３を用いた濃度計測」
照射工程では、光強度／距離算出部４１や光強度比算出部４２と同様に、照射手段２を用いて照射位置２１に対して連続光を照射し、光強度検出工程では、第一光強度検出手段３１を用いて第一検出位置３３１における光強度を検出するとともに、第二光強度検出手段３２を用いて第二検出位置３３２の光強度を検出する。第一検出位置３３１および第二検出位置３３２で検出された光強度は、散乱係数算出工程へと送られる。

散乱係数算出工程では、第一検出位置３３１における第一光強度と、第二検出位置３３２における第二光強度との差を算出し、それを散乱係数μ_ｓとする。算出した散乱係数μ_ｓは、脂質濃度算出工程へと送られる。

脂質濃度算出工程は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１における脂質濃度算出手段５を用いて実行される。脂質濃度算出手段５では、前記散乱係数μ_ｓに所定の係数をかけることで、血中脂質の濃度等を算出する。

「減衰時間算出部４４を用いた濃度計測」
照射工程では、照射手段２を用いて照射位置２１に対してパルス状の光を照射する。生体に照射する光をパルス状の光とすることで、光強度検出手段３により検出される光強度が時間による減衰の影響を含むようにしている。

光強度検出工程では、第一光強度検出手段３を用いて第一検出位置３３１の光強度を時間的に連続して検出する。そして、第一検出位置３３１で検出された光強度は所定時間毎に散乱係数算出工程へと送られる。

散乱係数算出工程では、減衰時間算出部４４が、第一検出位置３３１における所定時間毎の光強度を取得し、その光強度が所定の光強度以下に減衰したか否かを判別し、減衰したと判別した場合は、照射手段２によりパルス状の光を照射した時から、減衰したと判別するまでの時間の長さを算出し、これを散乱係数μ_ｓとする。算出した散乱係数μ_ｓは、脂質濃度算出工程へと送られる。

脂質濃度算出工程は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１における脂質濃度算出手段５を用いて実行される。脂質濃度算出手段５では、前記散乱係数μ_ｓを予め用意された統計データとを比較をして血中脂質の濃度等を算出する。

「最強時間算出部４５を用いた濃度計測」
照射工程では、減衰時間算出部４４と同様に、照射手段２を用いて照射位置２１に対してパルス状の光を照射する。光強度検出工程では、第一光強度検出手段３１を用いて第一検出位置３３１の光強度を時間的に連続して検出する。そして、第一検出位置３３１で検出された光強度は所定時間毎に散乱係数μ_ｓ算出工程へと送られる。

散乱係数算出工程では、最強時間算出部４５が、第一検出位置３３１における所定時間毎の光強度を取得し、その光強度が強い値か否かを判別し、最も強い値と判別した場合は、照射手段２によりパルス状の光を照射した時から、最も強い値が検出されたとする時間の長さを算出し、これを散乱係数μ_ｓとする。算出した散乱係数μ_ｓは、脂質濃度算出工程へと送られる。

脂質濃度算出工程は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１における脂質濃度算出手段５を用いて実行される。脂質濃度算出手段５では、前記散乱係数μ_ｓを予め用意された統計データとを比較をして血中脂質の濃度等を算出する。

「光密度波形算出部４６を用いた濃度計測」
照射工程では、照射手段２を用いて照射位置２１に対して照射する光の強度または光の位相を変調させた光を照射する。光強度検出工程では、第一光強度検出手段３１を用いて第一検出位置３３１の光強度を検出する。第一検出位置３３１で検出された光強度は所定時間毎に散乱係数算出工程へと送られる。

散乱係数算出工程では、光密度波形算出部４６が、第一検出位置３３１における所定時間毎の光強度を取得し、その光強度の時間変化に基づき光密度波形を算出するとともに、この光密度波形に基づき前記血液の散乱係数μ_ｓおよび吸収係数を算出する。算出した散乱係数μ_ｓは、脂質濃度算出工程へと送られる。

脂質濃度算出工程は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１における脂質濃度算出手段５を用いて実行される。脂質濃度算出手段５では、光密度波形算出部４１６により算出された散乱係数μ_ｓおよび吸収係数から、予め用意された統計データとを比較をして血中脂質の濃度等を算出する。

次に、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器１０および非侵襲型生体脂質代謝機能計測方法の作用について説明する。

まず、非侵襲型生体脂質代謝機能計測方法の算出値取得工程は、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器１０の算出値取得手段１０１を用いて実行される。算出値取得手段１０１は、非侵襲型生体脂質濃度計測器１にアクセスし、算出された散乱係数μ_ｓや脂質濃度を通信回線を介して所定時間毎に取得する。本実施形態では、散乱係数μ_ｓと脂質濃度とを両方取得し、生体脂質機能代謝判断工程に送る。

生体脂質機能代謝判断工程は、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器１０の生体脂質機能代謝判断手段１０２を用いて実行される。生体脂質機能代謝判断手段１０２は、取得した散乱係数μ_ｓおよび脂質濃度の時系列の変化を監視し、生体脂質代謝機能を示す所定の値を得る。本実施形態では、散乱係数μ_ｓおよび脂質濃度の最大値、最大値になるまでの時間、および最大値を経て空腹時の値に戻るまでの時間を得ている。

そして、各値が、予め用意された統計データとを比較をして正常値であれば正常値と判断し、正常値から外れるのであれば、生体脂質代謝機能に異常があると判断する。

例えば、散乱係数μ_ｓや脂質濃度の最大値が正常値内にある場合は、脂質の基礎代謝が正常であると判断し、正常値外にある場合は、異常であると判断する。同様に、散乱係数μ_ｓや脂質濃度が最大値になるまでの時間が正常値内にある場合は、胃や小腸による脂質の消化・吸収機能は正常であると判断し、正常値外にある場合は、胃や小腸による何等かの消化・吸収機能の異常があると判断する。また、散乱係数μ_ｓや脂質濃度が空腹時と同じ値になるまでの時間が正常値内にある場合は、肝臓による脂肪分解能力が正常であると判断し、正常値外である場合は、異常であると判断する。

臨床現場においては、これらの正常・異常を総合的に判断し、健康状態の総合的な判断が行われる。

以上のような本実施形態の非侵襲型生体脂質濃度計測器１、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器１０、非侵襲による生体脂質濃度計測方法および非侵襲による生体脂質代謝機能検査方法によれば、以下の効果を得ることができる。
１．光強度から生体内における散乱係数μ_ｓを求めることにより、非侵襲により血中脂質の濃度を得ることができる。
２．採血等の人を傷つける処置が必要なくなり、被験者への苦痛や負担を軽減することができる。
３．採血等の医療行為を必要としないため家庭でも血中脂質を計測することができる。
４．光強度から散乱係数μ_ｓや脂質濃度の算出過程が単純であるため、即時的なデータ取得が可能である。
５．時間的に連続した血中脂質やこの血中脂質に相関性の良い散乱係数μ_ｓを算出することが可能であるため、食後高脂血症などの代謝異常の検査に応用することができる。
６．生体に照射する光の波長範囲を血漿の無機物により吸収される光の波長範囲以外として、ノイズとなる吸収の影響を抑え、血中脂質濃度の計測精度を高めることができる。
７．血液の細胞成分により吸収される光の波長範囲も除外することで、赤血球等の細胞成分による吸収の影響も抑制され、より正確な血中脂質濃度を測定することができる。
８．血中脂質による光の散乱と血中脂質の濃度との関係を考慮することにより、様々な計算手法により散乱係数μ_ｓおよび脂質濃度を算出することができる。
９.脂質濃度算出手段５または脂質濃度算出工程では、臨床現場のニーズに応じて濃度（ｍｇ／ｄＬ）等の単位のみではなく、粒子数への換算やホルマジン濁度などへの換算も可能である。

＜実施例１＞脂質摂取による血中脂質の変動
（１）全血の変化
まず、被験者に脂質を摂取し後の血中脂質等の濃度が時間変化することを確かめた。被験者はＡ氏およびＢ氏であり、それぞれに脂質（オフトクリーム；上毛食品社）を摂取させた。

血中脂質の濃度計測は、脂質摂取前（０分）ならびに摂取後６０、１５０、１８０、２１０、２４０、２７０、３００、３３０および３６０分経過毎に採血して血液サンプルを採取し、その血液サンプルを自動分析装置Ｈ−７１７０（日立ハイテクノロジーズ社）に供して、総コレステロール（ＴＣ）、中性脂肪（ＴＧ）、ＨＤＬおよびＬＤＬの濃度を計測した。その結果を図６および図７に示す。これらの図において、横軸は被験者が脂質を摂取してからの時間、縦軸は総コレステロール（ＴＣ）、中性脂肪（ＴＧ）、ＨＤＬおよびＬＤＬの濃度である。

図６および図７に示すように、Ａ氏では６０分、Ｂ氏では１５０分経過後において中性脂肪（ＴＧ）の濃度が上昇した。一方、総コレステロール（ＴＣ）、ＨＤＬおよびＬＤＬの濃度は変化が少なかった。これらの結果より、脂質の摂取によって、血液中の中性脂肪（ＴＧ）濃度が支配的に上昇することが明らかになった。

（２）各リポタンパク中の変化
次に、中性脂肪（ＴＧ）の上昇に寄与している物質を特定するため、本実施例１（１）の血液サンプルを高速液体クロマトグラフィー (Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ：ＨＰＬＣ）に供して、カイロミクロン（ＣＭ）／ＶＬＤＬ、ＬＤＬおよびＨＤＬに分画し、ＣＭ／ＶＬＤＬ、ＬＤＬおよびＨＤＬ中の総コレステロール（ＴＣ）および中性脂肪（ＴＧ）の濃度を計測した。その結果を図８〜図１１に示す。これらの図において、横軸は被験者が脂質を摂取してからの時間、縦軸はＣＭ／ＶＬＤＬ、ＬＤＬおよびＨＤＬ中の中性脂肪（ＴＧ）濃度または総コレステロール（ＴＣ）である。また、「カイロミクロン（ＣＭ）／ＶＬＤＬの濃度」とは、カイロミクロン（ＣＭ）とＶＬＤＬとを合算した濃度である。

図８および図９に示すように、ＣＭ／ＶＬＤＬ中の中性脂肪（ＴＧ）濃度は脂肪摂取後、Ａ氏の場合は約２７０分まで、Ｂ氏の場合は約２１０分後までそれぞれ増加したのに対して、ＬＤＬおよびＨＤＬ中のＴＧ濃度は時間経過においては殆ど変化しなかった。また、図１０および図１１に示すように、ＣＭ／ＶＬＤＬ、ＬＤＬおよびＨＤＬ中の総コレステロール（ＴＣ）濃度は、いずれも時間経過においては殆ど変化しなかった。

これらの結果より、脂肪摂取による血中の中性脂肪（ＴＧ）濃度の上昇は、総コレステロール（ＴＣ）やＬＤＬおよびＨＤＬの中性脂肪（ＴＧ）に殆ど変化がないことを考慮すると、ＣＭ／ＶＬＤＬなどの大型リポタンパク質中のＴＧが増加したためであることが明らかになった。

＜実施例２＞波長の検討
次に、本実施例２では、非侵襲に光を体外から体内に向けて照射して、体外へと放射される光の光強度より散乱係数μ_ｓを求めるに当たり、ノイズとなる光の吸収する光の波長を検討した。検討には、被験者から血液を採取し、その全血を分光光度計に供して、波長３００〜３３００ｎｍの光に対する血液の吸光度を計測し、吸収スペクトルを得た。その結果を図１２に示す。この図において、横軸は光の波長、縦軸は吸光度である。

図１２に示すように、波長が約１４００〜１５００ｎｍおよび約１８６０ｎｍ以上においては、吸光度が上下に変動する。これは、その波長範囲における光は、血漿の無機物による吸収の影響が大きいためであると考えられる。つまり、この波長範囲の光を用いると、吸光度の変動の大きさから、照射した光に対する検出した光強度の減少が吸収によるものか、散乱によるものかが不明確になる。そのため、血中脂質の濃度を測定するために用いる光の波長は、血漿の無機物による光の吸収の影響が小さい波長である約１４００ｎｍ以下の範囲や約１５００〜１８６０ｎｍの範囲が好ましいことが明かになった。また、約５８０ｎｍ以下の範囲では、血液の細胞成分による光の吸収の影響が現れている。よって、血中脂質の濃度を測定するために用いる光の波長は、約５８０ｎｍ〜約１４００ｎｍ以下の範囲や約１５００〜１８６０ｎｍの範囲がより好ましいことが明かになった。

＜実施例３＞透過光の検討
次に、本実施例３では、非侵襲に光を体外から体内に向けて照射して、体外へと放射される光の光強度より散乱係数μ_ｓを求めることで血中脂質の濃度を計測すること、および透過光による計測の有効性について検討した。
（１）脂質濃度の変化に伴う血液、血球および血清の吸光度の変化
まず、Ａ氏について、実施例１（１）に記載の方法により、血液サンプルを得て血中脂質の濃度を計測した。その結果を以下の表１に示す。

ここで、表１に示した、中性脂肪（ＴＧ）濃度が３９０．１、４０８．４、５１８．２および４９９．６ｍｇ／ｄＬである血液サンプルを、それぞれサンプルａ、ｂ、ｃおよびｄとした。

続いて、サンプルａ、ｂ、ｃおよびｄを分光光度計に供して、波長３００〜１０００ｎｍの光に対する血液の吸光度を計測し、吸収スペクトルを得た。また、サンプルａ、ｂ、ｃおよびｄの血清および血球を得て、これらについても、同様の方法により吸収スペクトルを得た。その結果を図１３〜図１５に示す。これらの図において、横軸は光の波長、縦軸は吸光度である。

図１３および図１４に示すように、血液および血球の吸光度は、サンプルａ、ｂ、ｃおよびｄにおいて、ほとんど同じであった。これに対して、図１５に示すように、血清の吸光度はサンプルｃ＞ｄ＞ｂ＞ａの結果が得られた。すなわち、脂質濃度が変化しても血液および血球の吸光度は変化しないのに対して、血清の吸光度は脂質濃度の上昇に伴って上昇することが明らかになった。この結果から、脂質濃度が上昇すると、血清が濁ることが明らかになった。よって、血中脂質の濃度の変化は、この濁りを示す散乱係数μ_ｓを求めることで計測が可能になることがわかった。

（２）吸収スペクトルの検討
また、同様にＡ氏から血液を採取して、血液、血球および血清を得た。これらを分光光度計に供して、波長３００〜１０００ｎｍの光に対する血液の吸光度を計測し、吸収スペクトルを得た。なお、分光光度計の基本原理は、計測対象物に光を照射しその透過光を解析することで行うものである。血液、血球および血清の吸収スペクトルを重ねて表した結果を図１６に示す。

図１６に示すように、血清の吸光度は、血液および血球の吸光度と比較すると極めて小さかった。すなわち、血液の吸光度は血球の吸光度を反映しており、血清の吸光度を反映していないことが明らかになった。この結果から、脂質濃度の上昇に伴って生じる血清の濁りは、血液の透過光を検出することによっては確認しずらい、またはできないことが明らかになった。

＜実施例４＞時間分解計測法に基づく脂質濃度の測定
本実施例４では、本発明の非侵襲型生体脂質濃度計測器１を用い、照射した光が散乱により時間的に減衰していく散乱現象に基づき脂質濃度を計測可能か否かを確かめた。
（１）光が出尽くすまでの時間（波形の拡がり）の検討
被験者の手の甲の中央部の血管の上の皮膚に、照射位置２１を設定した。また、照射位置を設定したのと同じ血管の上の皮膚に、照射位置２１からの間隔を１０ｍｍとして検出位置３１を設定した。照射位置２１の光源２２には、Ｔｉ：Ｓｐｐｈｉｒｅレーザ Ｃｈａｍｅｌｅｏｎ Ｕｌｔｒａ ＩＩ（波長可変式、パルス幅：１４０ｆｓ ＦＷＨＭ、平均出力：４００ｍＷ、繰り返し周波数：８０ＭＨｚ；コヒレント社）を、検出位置３１の光強度検出手段３にはストリークカメラをそれぞれ用いた。

被験者に脂質を摂取させ、脂質摂取前および脂質摂取後に、照射位置２１に波長８５３ｎｍのパルス状の光を照射し、検出位置３１において検出した光強度を経時的に計測した。その結果を図１７および図１８に示す。これらの図において、横軸は被験者が脂質を摂取してからの時間、縦軸は光強度である。

図１７および図１８に示すように、脂肪摂取後は、脂肪摂取前と比較して、波形が拡がっている。すなわち、血中脂質濃度の増加に伴って、血液における光の散乱強度が増大している。この結果から、採血せずとも、体外から光を照射し、検出した光から散乱に影響する光強度を検出していることが示された。

（２）ｐｅａｋ ｔｏｐ ｔｉｍｅの検討
次に、散乱係数μ_ｓを求めるため、検出した光強度が最大となるまでの時間（ｐｅａｋ ｔｏｐ ｔｉｍｅ）について検討した。その結果を、図１９に示す。この図において、横軸は被験者が脂質を摂取してからの時間、縦軸は光強度である。

図１９に示すように、脂肪摂取後は、脂肪摂取前と比較して、検出した光強度が最大となるまでの時間（ｐｅａｋ ｔｏｐ ｔｉｍｅ）が増大していたことから、血液における光強度が増大したことが明らかになった。すなわち、血中脂質濃度の増加に伴って、血液における光の散乱が増大したものと考えられる。この結果から、採血せずとも、生体外から光を照射し、検出した光強度より血中脂質による散乱の影響を算出することにより、血中脂質濃度を測定できることが示された。

＜実施例５＞空間分解計測法に基づく脂質濃度の測定
次に、本実施例５では、本発明の非侵襲型生体脂質濃度計測器１を用い、照射した光が散乱により距離に応じて減衰していく散乱現象に基づき脂質濃度を計測可能か否かを確かめた。
（１）複数の検出位置３３における光強度の計測
被験者Ａ氏およびＢ氏の手の甲の中央部の血管の上の皮膚に、照射位置２１を設定した。また、照射位置２１を設定したのと同じ血管の上の皮膚に、照射位置２１からの間隔を１０ｍｍ、１５ｍｍおよび２０ｍｍとして、計３箇所の検出位置３３を設定した。照射位置２１の光源２２は、Ｔｉ：Ｓｐｐｈｉｒｅ（Ｔｉ：Ｓ）レーザ Ｃｈａｍｅｌｅｏｎ Ｕｌｔｒａ（自動波長掃引 フェムト秒レーザ；コヒレント社）を用い、検出位置３１の光強度検出手段３にはフェムトワットフォトレシーバー ＦＷＰＲ−２０−ＳＩ（フェムト社）を用いた。

被験者Ａ氏およびＢ氏に脂質（オフトクリーム；上毛食品社）を摂取させ、脂質摂取前（０分）ならびに摂取後６０、１５０、１８０、２１０、２４０、２７０、３００、３３０および３６０分経過毎に、照射位置２１に波長８００ｎｍ、８０９ｎｍ、８５０ｎｍおよび１０００ｎｍのレーザー光を照射し、各検出位置３１において検出した光強度を計測した。その結果を表２に示す。

この表２において、例えば、左欄１０００−１０は波長１０００ｍｍ、照射受光部間距離１０ｍｍを示しており、それぞれの条件においてＡ氏およびＢ氏の上記各受光部における光強度（フォトダイオードで検出された電圧ｍＶ）である。

（２）光強度の比に基づく散乱係数μ_ｓの算出
続いて、各検出位置３３において検出した光強度の比を算出し、散乱係数μ_ｓとした。この散乱係数μ_ｓの値は照射した光の血中脂質による散乱を示す指標である。散乱係数μ_ｓの値をグラフに表したものを図２０および図２１に示す。これらの図において、横軸は被験者が脂質を摂取してからの時間、縦軸は従来法であるＨＰＬＣにより計測されたＣＭ／ＶＬＤＬにおけるＴＧ濃度または各検出位置３３において検出した光強度の比から求めた散乱係数μ_ｓである。

図２０および図２１に示すように、散乱係数μ_ｓの値のグラフは、従来法であるＨＰＬＣにより測定したＣＭ／ＶＬＤＬにおける中性脂肪（ＴＧ）濃度のグラフと同様の形状であった。

また、散乱係数μ_ｓの値を横軸、ＨＰＬＣにより測定したＣＭ／ＶＬＤＬにおける中性脂肪（ＴＧ）濃度を縦軸として図２２を作成した。ここで、ダイヤ型のプロットは照射位置２１からの間隔が１０ｍｍにおける検出位置の光強度と、１５ｍｍにおける検出位置の光強度の比の値であり、四角型のプロットは、照射位置２１からの間隔が１０ｍｍにおける検出位置の光強度と、２０ｍｍにおける検出位置の光強度の比の値である。

この図２２に示すように、散乱係数μ_ｓの値とＨＰＬＣにより測定したＣＭ／ＶＬＤＬにおける中性脂肪（ＴＧ）濃度とは、相関することが明らかになった。すなわち、散乱係数μ_ｓの値が大きいほど、中性脂肪（ＴＧ）濃度が大きかったことから、検出された光強度が大きいほど、中性脂肪（ＴＧ）濃度が大きいという関係が成立することが明らかになった。この結果から、採血せずとも、生体外から光を照射し、検出した光強度より血中脂質による散乱の影響を算出することにより、血中脂質濃度を測定できることが示された。

また、このように、時間経過に従って連続的に中性脂肪の濃度変化を計測できれば、従来、困難とされてきた非侵襲による脂質代謝機能を計測する事が可能となり、動脈硬化のみならず肝機能評価の可能性も期待できる。

（３）光強度の差に基づく散乱係数μ_ｓの算出
また、各検出位置３３において検出した光強度の差を算出し、散乱係数μ_ｓとした。その散乱係数μ_ｓの値をグラフに表したものを図２３および図２４に示す。これらの図において、横軸は被験者が脂質を摂取してからの時間、縦軸は各検出位置３１において検出した光強度の差から求めた散乱係数μ_ｓである。また、ダイヤ型のプロットは照射位置２１からの間隔が１０ｍｍにおける検出位置の光強度と、１５ｍｍにおける検出位置の光強度の差の値であり、四角型のプロットは、照射位置２１からの間隔が１０ｍｍにおける検出位置の光強度と、２０ｍｍにおける検出位置の光強度の差の値であり、三角型のプロットは照射位置２１からの間隔が１５ｍｍにおける検出位置の光強度と、２０ｍｍにおける検出位置の光強度の差の値である。

図２３および図２４と図８および図９とを比較すると、差の値のグラフ（図２３および図２４）は、従来法であるＨＰＬＣにより測定したＣＭ／ＶＬＤＬにおける中性脂肪（ＴＧ）濃度のグラフ（図８および図９）と同様の形状であった。すなわち、差の値が大きいほど、中性脂肪（ＴＧ）濃度が大きかったことから、検出された光強度が大きいほど、中性脂肪（ＴＧ）濃度が大きいという関係が成立することが明らかになった。この結果から、採血せずとも、生体外から光を照射し、検出した光強度より血中脂質による散乱の影響を算出することにより、血中脂質濃度を測定できることが示された。

＜実施例６＞シミュレーションおよび実験による式（１）および式（２）の検討
本実施例６では、生体組織模擬ファントムを用いた実験および理想的な散乱現象をモンテカルロシミュレーションを用いて計算し、その値を用いて下記式（１）および下記式（２）について検討を行った。

（１）モンテカルロシミュレーションによる式（１）および式（２）の検討
まず、モンテカルロシミュレーションにより、照射検出間距離ρと検出される光子数についてシミュレーションを行った。シミュレーションの条件は、吸収係数が０．０１、照射する光子数が１０×１０^９個である。そして、散乱係数μ_ｓを０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５および５としてそれぞれ計算を行った。計算結果を図２５に示す。この図において、横軸は照射検出間距離ρ、縦軸は検出される光子数である。

図２５に示すように、照射検出間距離ρが遠くなるほど散乱により検出できる光子数が少なくなることがわかる。

次に、このモンテカルロシミュレーションによる結果を上記式（１）に代入した。その結果を図２６に示す。この図において、横軸は照射検出間距離ρ、縦軸は入射光に対する光の減衰度合いであり、本実施例６では入射光減衰率としている。

ここで、実際の計測においては、照射検出間距離は１ｃｍ以上必要になることが想定されるため、傾きおよび切片の計算範囲は、１ｃｍ〜３ｃｍで設定した。このとき、上記式（１）より、これらの値の傾きは有効減衰係数μ_ｅｆｆに相当し、切片は下記式（１６）に相当する。

すなわち、図２６に示す入射光減衰率のグラフの切片から吸収係数μ_ａが求まる。吸収係数μ_ａを求めた結果を図２７に示す。この図において、横軸は散乱係数μ_ｓ、縦軸は切片から求まった吸収係数μ_ａである。図２７に示すように、吸収係数μ_ａは計算条件とした理論値０．０１に対し０．００８に漸近する結果であり、数値的に近似した結果であった。

さらに、図２６に示す入射光減衰率のグラフの傾きから有効減衰係数μ_ｅｆｆを算出し、下記式（８）から散乱係数μ_ｓを算出した。

その結果を図２８に示す。この図において横軸が計算条件とした理論値であり、縦軸が上記式（８）に基づき算出された計算値である。

図２８に示すように、理論値と計算値はよく一致しており、理論値と計算値との直線近似では、その相関関数０．９９以上の一致を示した。

（２）生体組織模擬ファントムに基づく実験による式（１）および式（２）の検討
次に、イントラリピッドを用いて、散乱係数μ_ｓが既知の生体組織模擬ファントムを作成し、それに基づき実験を行った。具体的には、散乱係数μ_ｓを０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５および５の生体組織模擬ファントムを作成し、それら生体組織模擬ファントムに照射手段２により連続光を照射するとともに、光強度検出手段４により光強度を検出し、その検出した光強度を、本実施例（１）と同様に、式（１）および式（２）に代入することで、散乱係数μ_ｓを算出した。その結果を図２９に示す。この図において、横軸は生体組織模擬ファントムの散乱係数μ_ｓ、縦軸は、検出した光強度を式（１）および式（２）に代入したことによって算出された散乱係数μ_ｓである。

図２９に示すように、実験においても、理論値と実験値とはよく一致しており、理論値と実験値との直線近似では、その相関関数０．９２以上の一致を示した。よって、実験においても非常に高い精度で計測することができた。

以上の結果から、吸収係数μ_ａが未知の場合でも、式（１）および式（２）を用いることで、散乱係数μ_ｓを計測することが可能であることが示された。また、相関係数に見られるように、実際の生体測定においてノイズが多い場合であっても、複数点の計測により高精度で散乱係数を算出することが可能であることが確認できた。

＜実施例７＞シミュレーションおよび実験による式（３）の検討
本実施例７では、生体組織模擬ファントムを用いた実験および理想的な散乱現象をモンテカルロシミュレーションを用いた計算により下記式（３）について検討を行った。

（１）照射検出間距離の検討
上記式（３）より、散乱係数μ_ｓは、第一検出位置における光強度Ｒ（ρ_１）、Ｒ（ρ_２）の比が大きいほど、感度がよいことが予想される。そのためには、ρ_１、ρ_２の距離差が大きいほどよい。しかし、照射検出間距離ρが大きくなるほど光強度Ｒ（ρ）は指数関数的に小さくなり、計測における信号量 (ｓｉｇｎａｌ) と雑音量 (ｎｏｉｓｅ)との比であるＳＮ比は急速に大きくなり計測精度は劣化する。またρ_１、ρ_２の距離差が大きくなると、それぞれの地点における光強度の散乱体内部伝搬領域の共通部分が小さくなり、さらに計測精度が劣化する。そこで、良好な計測条件を求めるべく、実用範囲内でρ_１、ρ_２を変化させて、計測条件について検討を行った。

（２）生体組織模擬ファントムによる照射検出間距離ρの検討
まずは、イントラリピッドを用いて、散乱係数μ_ｓが既知の生体組織模擬ファントムを作成した。実験では、このイントラリピッドを用いて、散乱係数μ_ｓに対するＲ（ρ_１）／Ｒ（ρ_２）の変化を計測した。計測結果の代表例を図３０に示す。この図において横軸は散乱係数であり、縦軸は光強度である。また、ダイヤ型のプロットは照射位置２１からの間隔が１０ｍｍにおける検出位置の光強度と、１５ｍｍにおける検出位置の光強度の比の値であり、四角型のプロットは、照射位置２１からの間隔が１０ｍｍにおける検出位置の光強度と、２０ｍｍにおける検出位置の光強度の比の値であり、三角型のプロットは照射位置２１からの間隔が１０ｍｍにおける検出位置の光強度と、２５ｍｍにおける検出位置の光強度の比の値であり、バツ型のプロットは照射位置２１からの間隔が１０ｍｍにおける検出位置の光強度と、３０ｍｍにおける検出位置の光強度の比の値である。

ここで、（ρ_１）／Ｒ（ρ_２）の計測結果からμ_ｓを推定する較正曲線としては、安定した単調変化が望ましい。このような観点から図３０を見てみると、ρ_１＝１０ ｍｍ、ρ_２ ＝２０ｍｍの場合が最良であった。このような解析を通し、以後の当該生体組織模擬ファントムを用いた実験およびモンテカルロシミュレーションによるシミュレーションでは、ρ_１＝１０ ｍｍ、ρ_２ ＝２０ｍｍの位置を検出位置として実験を行った。

（３）モンテカルロシミュレーションによる式（３）の検討
式（３）の妥当性を検証するため、モンテカルロシミュレーションにて検証を行った。シミュレーション条件は、吸収係数μ_ａを０．０１、０．０５および０．１とした。そして、散乱係数μ_ｓを０．５、１、１．５、２、２．５、３、３．５および４としてそれぞれの組み合わせの計算を行った。また、照射検出間距離ρは、上述のとおり、ρ_１＝１０ ｍｍ、ρ_２ ＝２０ｍｍとした。そして、得られた値を上記式（３）に代入し、計算を行った。その計算結果を図３１に示す。この図において、横軸は、シミュレーション条件でもある理論的な散乱係数μ_ｓ、縦軸は式（３）を用いて計算された散乱係数μ_ｓである。

図３１に示すように、理論的な散乱係数μ_ｓと、式（３）を用いて計算された散乱係数μ_ｓとは、よく一致しており、理論値と計算値との直線近似では、傾きは１〜３パーセント程度の誤差範囲であり、相関係数はすべて０．９９以上という結果であった。

さらに検出される光強度に対してノイズ（±５パーセント）を加味した場合についても同様に理論的な散乱係数μ_ｓおよび式（３）を用いて計算された散乱係数μ_ｓについても検討を行った。計算結果を図３２に示す。この図において、横軸は、シミュレーション条件でもある理論的な散乱係数μ_ｓ、縦軸は式（３）を用いて計算された散乱係数μ_ｓである。

図３２に示すように、ノイズを加味した場合においても、理論値と計算値とはよく一致した。

（４）生体組織模擬ファントムに基づく実験による式（３）の検討
上記モンテカルロシミュレーションの結果を踏まえて、生体組織模擬ファントムを用いた実験により式（３）の検討をおこなった。計測結果を図３２に示す。横軸は、生体組織模擬ファントムの散乱係数μ_ｓ、縦軸は実験によって光強度を算出しその結果を式（３）を用いて計算された散乱係数μ_ｓである。

図３３に示すように、吸収係数が大きくなるにつれて、精度が低下している。しかし、通常の生体の吸収係数μ_ａは、０．０１／ｍｍ程度であり、この吸収係数μ_ａの場合においては、生体組織模擬ファントムの散乱係数μ_ｓと式（３）によって計算された散乱係数μ_ｓとはよく一致した。生体組織模擬ファントムの散乱係数μ_ｓと計算値との直線近似では、相関係数は０．９７という結果であった。

よって、通常の生体条件下において、式（３）を用いることにより散乱係数μ_ｓを算出できる事が証明された。

なお、本発明に係る非侵襲型生体脂質濃度計測器、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器、非侵襲による生体脂質濃度計測方法および非侵襲による生体脂質代謝機能検査方法は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

例えば、照射される光や受光する光以外の光を遮断するために照射手段２や光強度検出手段３は遮光性の覆いを被せたり、暗い中で測定するようにしてもよい。

また、本実施形態では、生体に対する非侵襲として記載したが、試験管等内の血液検査や血清検査を前記試験管に対して非侵襲的に計測するものにも応用可能である。これにより、血液検査前の血清情報（溶血、高ビリルビン、乳び等）における濁度計測等に用いることができる。

１ 非侵襲型生体脂質濃度計測器
２ 照射手段
３ 光強度検出手段
４ 散乱係数算出手段
５ 脂質濃度算出手段
１０ 非侵襲型生体脂質代謝機能計測器
２１ 照射位置
２２ 光源
３１ 第一光強度検出手段
３２ 第二光強度検出手段
３３ 検出位置
３３１ 第一検出位置
３３２ 第二検出位置
４１ 光強度／距離算出部
４２ 光強度比算出部
４３ 光強度差算出部
４４ 減衰時間算出部
４５ 最強時間算出部
４６ 光密度波形算出部
１０１ 算出値取得手段
１０２ 生体脂質機能代謝判断手段

Claims (12)

1. 非侵襲により生体内における血液中の脂質濃度を計測する非侵襲型生体脂質濃度計測器であって、
   生体外から生体内に向けて所定の光強度で光を照射する照射手段と、
   前記照射手段による光の照射位置から所定間隔をあけて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手段と、
   前記光強度検出手段により検出された前記光強度に基づき前記生体内における光の散乱係数を算出する散乱係数算出手段と、
   前記散乱係数算出手段により算出された前記生体内における光の散乱係数に基づき血液中の脂質濃度を算出する脂質濃度算出手段と、
   を有し、
   前記散乱係数算出手段は、前記生体の吸収係数が既知および未知のいずれの場合であっても、前記光強度検出手段により検出された前記光強度に基づいて、前記光の照射位置と前記光強度検出手段との距離に対する前記光強度の減衰から前記生体内における光の散乱係数を算出する、
   非侵襲型生体脂質濃度計測器。
2. 前記散乱係数算出手段は、前記生体の吸収係数が未知の場合、前記光強度検出手段により検出された前記光強度に基づいて、前記光の照射位置と前記光強度検出手段との距離に対する前記光強度の減衰度を線形化し、得られた直線の傾きから前記生体内における光の散乱係数を算出し、前記直線の切片から前記生体の吸収係数を算出する、
   請求項１に記載の非侵襲型生体脂質濃度計測器。
3. 前記光の照射位置と前記光強度検出手段との距離は、５.７７ｍｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の非侵襲型生体脂質濃度計測器。
4. 前記照射手段は、連続光を照射し、
   前記散乱係数算出手段は、前記光強度検出手段により検出された光強度Ｒ（ρ）と前記光の照射位置と前記光強度検出手段との距離ρとを、下記式（１）および式（２）に代入することで前記生体内における光の散乱係数μ_ｓ’を算出する、
   請求項１に記載の非侵襲型生体脂質濃度計測器。
   

   

   

   ここで、μ_ａは前記生体の吸収係数、μ_ｅｆｆは有効減衰係数（effective attenuation coefficient）、Ｓ_０は前記照射手段により照射された光の光強度である。
5. 前記照射手段は、連続光を照射し、
   前記散乱係数算出手段は、前記光強度検出手段により検出された光強度Ｒ（ρ）と前記光の照射位置と前記光強度検出手段との距離ρとを、下記式（１）および式（２）に代入することで前記生体内における光の散乱係数μ_ｓ’および前記生体の吸収係数μ_ａを算出する、
   請求項２に記載の非侵襲型生体脂質濃度計測器。
   

   

   

   ここで、μ _ａ は前記生体の吸収係数、μ_ｅｆｆは有効減衰係数（effective attenuation coefficient）、Ｓ_０は前記照射手段により照射された光の光強度である。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の非侵襲型生体脂質濃度計測器により算出された有効減衰係数の時間変化、散乱係数の時間変化および脂質濃度の時間変化からなる群から選択される１または２以上の時間変化から生体脂質代謝機能を計測する、非侵襲型生体脂質代謝機能計測器。
7. 非侵襲により生体内における血液中の脂質濃度を計測する非侵襲による生体脂質濃度計測方法であって、
   生体外から生体内に向けて所定の光強度で光を照射する照射工程と、
   前記照射工程における光の照射位置から所定の間隔をあけて前記生体から放出される光強度を光強度検出手段により検出する光強度検出工程と、
   前記光強度検出工程により検出された前記光強度に基づき前記生体内における光の散乱係数を算出する散乱係数算出工程と、
   前記散乱係数算出工程により算出された前記生体内における光の散乱係数に基づき血液中の脂質濃度を算出する脂質濃度算出工程と、
   を有し、
   前記散乱係数算出工程では、前記生体の吸収係数が既知および未知のいずれの場合であっても、前記光強度検出工程で検出された前記光強度に基づいて、前記光の照射位置と前記光強度検出手段との距離に対する前記光強度の減衰から前記生体内における光の散乱係数を算出する、
   非侵襲による生体脂質濃度計測方法。
8. 前記散乱係数算出工程では、前記生体の吸収係数が未知の場合、前記光強度検出工程で検出された前記光強度に基づいて、前記光の照射位置と前記光強度検出手段との距離に対する前記光強度の減衰度を線形化し、得られた直線の傾きから前記生体内における光の散乱係数を算出し、前記直線の切片から前記生体の吸収係数を算出する、
   請求項７に記載の非侵襲による生体脂質濃度計測方法。
9. 前記光の照射位置と前記光強度検出手段との距離は、５.７７ｍｍ以上である、請求項７または請求項８に記載の非侵襲による生体脂質濃度計測方法。
10. 前記照射工程では、生体外から生体内に向けて連続光を照射し、
    前記散乱係数算出工程では、前記光強度検出工程により検出された光強度Ｒ（ρ）と前記光の照射位置と前記光強度検出手段との距離ρとを、下記式（１）および式（２）に代入することで前記生体内における光の散乱係数μ_ｓ’を算出する、
    請求項７に記載の非侵襲による生体脂質濃度計測方法。
    

    

    

    ここで、μ_ａは前記生体の吸収係数、μ_ｅｆｆは有効減衰係数（effective attenuation coefficient）、Ｓ_０は前記照射工程において照射された光の光強度である。
11. 前記照射工程では、生体外から生体内に向けて連続光を照射し、
    前記散乱係数算出工程では、前記光強度検出工程において検出された光強度Ｒ（ρ）と前記光の照射位置と前記光強度検出手段との距離ρとを、下記式（１）および式（２）に代入することで前記生体内における光の散乱係数μ_ｓ’および前記生体の吸収係数μ_ａを算出する、
    請求項８に記載の非侵襲による生体脂質濃度計測方法。
    

    

    

    ここで、μ _ａ は前記生体の吸収係数、μ_ｅｆｆは有効減衰係数（effective attenuation coefficient）、Ｓ_０は前記照射手段により照射された光の光強度である。
12. 請求項７〜１１のいずれか一項に記載の非侵襲による生体脂質濃度計測方法により算出された有効減衰係数の時間変化、散乱係数の時間変化および脂質濃度の時間変化からなる群から選択される１または２以上の時間変化を取得し、生体脂質代謝機能を検査する、非侵襲による生体脂質代謝機能検査方法。

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