CN112040867A - 脂质浓度测量装置和用于其的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种通过非侵入性脂质测量来减少脂质浓度测量中的个体差异的装置。本发明包括：辐射单元，所述辐射单元将预定光强度的光辐射到生物体上；光强度检测单元，所述光强度检测单元定位在距所述辐射单元预定距离处并且检测从所述生物体发出的所述光强度；以及控制单元，所述控制单元基于所述光强度计算血流湍流强度并且根据所述湍流强度计算脂质浓度。

Description

脂质浓度测量装置和用于其的方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量血液中脂质的浓度的装置和用于其的方法。
背景技术
已经注意到餐后高脂血症是动脉硬化的风险因子。为了诊断餐后高脂血症，有必要在餐后观察血液中脂质浓度的变化6至8小时。也就是说，为了测量餐后高脂血症的状态，有必要使受试者处于束缚下6至8小时并且多次收集血液。因此，餐后高脂血症的诊断尚未脱离临床研究，并且临床诊断餐后高脂血症是不切实际的。
专利文献1公开了一种通过消除血液采集而允许不仅在医疗机构中而且还在家中进行血液中脂质测量的方法。允许瞬时数据获取允许了时间上连续的血液中脂质测量。
引用列表
专利文献
专利文献1：国际公布号2014/087825
发明内容
技术问题
然而，在专利文献1中所述的方法中，在对多个人执行测量的情况中的个体差异在一些情况下导致了不同的测量值，这是数据共享和参考值设置中的问题。
做出本发明是为了解决现有技术的问题，并且本发明的一个目的是提供一种用于减少脂质浓度测量中的个体差异的装置和用于其的方法。
问题的解决方案
根据本发明的一种脂质浓度测量装置包括：光辐射器，所述光辐射器将具有预定光强度的光辐射到生物体；光强度检测器，所述光强度检测器定位在距所述光辐射器预定距离处并且检测从所述生物体发出的光的光强度；以及控制单元，所述控制单元基于所述光强度计算血流中的湍流流动强度并且基于所述湍流流动强度计算脂质浓度。
根据本发明的一种脂质浓度测量装置包括：光辐射器，所述光辐射器将具有预定光强度的光辐射到生物体；光强度检测器，所述光强度检测器在距所述光辐射器预定间隔处布置、与所述光辐射器连续地布置、或布置在所述光辐射器的前面，并且检测从所述生物体发出的光的光强度；以及控制单元，所述控制单元基于所述光强度计算所述生物体中的光散射系数，基于所述散射系数计算血流中的湍流流动强度，并且基于所述湍流流动强度计算脂质浓度。
根据本发明的一种脂质浓度测量装置是可通信地连接到第一装置的脂质浓度测量装置，所述第一装置包括：光辐射器，所述光辐射器将具有预定光强度的光辐射到生物体；光强度检测器，所述光强度检测器定位在距所述光辐射器预定距离处并且检测从所述生物体发出的光的光强度；以及通信器，所述通信器传输由所述光强度检测器检测到的所述光强度，并且所述脂质浓度测量装置包括控制单元，所述控制单元基于从所述第一装置传输的所述光强度计算血流中的湍流流动强度并且基于所述湍流流动强度计算脂质浓度。
根据本发明的一种脂质浓度测量装置是可通信地连接到第一装置的脂质浓度测量装置，所述第一装置包括：光辐射器，所述光辐射器将具有预定光强度的光辐射到生物体；光强度检测器，所述光强度检测器在距所述光辐射器预定间隔处布置、与所述光辐射器连续地布置、或布置在所述光辐射器的前面，并且检测从所述生物体发出的光的光强度；以及通信器，所述通信器传输所述光强度，并且所述脂质浓度测量装置包括控制单元，所述控制单元基于从所述第一装置传输的所述光强度计算所述生物体中的光散射系数，基于所述散射系数计算血流中的湍流流动强度，并且基于所述湍流流动强度计算脂质浓度。
根据本发明的一种脂质浓度测量方法包括：将具有预定光强度的光辐射到生物体的光辐射步骤；检测从定位在距所述光辐射步骤中的所述光辐射到的位置预定距离处的所述生物体发出的光的光强度的光强度检测步骤；基于所述光强度计算血流中的湍流流动强度的湍流流动强度计算步骤，以及基于所述湍流流动强度计算脂质浓度的脂质浓度计算步骤。
根据本发明的一种脂质浓度测量方法包括：将具有预定光强度的光辐射到生物体的光辐射步骤；检测从所述生物体发出并且在距在所述光辐射步骤中所述光辐射到的位置预定间隔处、与所述位置连续处或在所述位置的前面测量的光的光强度的光强度检测步骤；基于所述光强度计算所述生物体中的光散射系数的散射系数计算步骤；基于所述散射系数计算血流中的湍流流动强度的湍流流动强度计算步骤；以及基于所述湍流流动强度计算脂质浓度的脂质浓度计算步骤。
发明的有益效果
根据本发明的脂质浓度测量装置和用于其的方法允许减小脂质浓度测量中的个体差异。
附图说明
图1示出了从光辐射器通过生物体到达光接收器的光路中所包含的皮肤、血液和肌肉。
图2示出了人与人之间所测量的个体差异。
图3示出了血液散射系数的时变的测量结果。
图4示出了对脂质负荷测试中的非侵入性脂质连续监测的频率分析的结果。
图5示出了湍流流动强度的时变的测量结果。
图6示出了湍流流动强度与脂质浓度之间的相关性。
图7示出了在脂质负荷测试中脂质粒子对TG变化的依赖性。
图8示出了在脂质负荷试验中脂质粒子对TG变化的依赖性。
图9示出了根据第一实施方式的脂质浓度测量装置的配置。
图10示出了血液中脂质粒子散射光。
图11示出了一个示例，其中在该实施方式中将光强度检测器设置为使得面向光辐射器。
图12示出了一个示例，其中在该实施方式中将光强度检测器设置为使得面向光辐射器。
图13示出了根据该实施方式的脂质浓度测量装置的控制***的配置。
图14示出了根据第二实施方式的脂质浓度测量装置的配置。
图15示出了散射系数μs’的变化量和脂蛋白平均粒子直径的变化量。
图16示出了根据该实施方式的脂质浓度测量装置的控制***的配置。
图17示出了根据第三实施方式的脂质浓度测量装置的配置。
图18示出了根据第四实施方式的脂质浓度测量装置的配置。
图19是根据一个实施方式的脂质浓度测量方法的流程图。
图20是根据另一实施方式的脂质浓度测量方法的流程图。
具体实施方式
将描述根据一个实施方式的脂质浓度测量装置和用于其的方法的测量原理。
使用光的测量结果包含有关如图1所示从光辐射器通过生物体到达光接收器的光路中所包含的皮肤、血液、肌肉以及所有其他身体部分的信息。为了仅获得来自血液的信息，有必要去除来自皮肤和肌肉的信息。
图2示出了人与人之间所测量的个体差异。在实际的非侵入性测量中，为0.1(a.u.)的散射强度差异对应于为约150mg/dL的TG(甘油三酸酯)换算浓度差异。当前测量结果之间的比较显示，图2中的B人和C人之间的TG换算浓度差异为至少400mg/dL。然而，血液采集后的分析结果实际上显示出的TG换算浓度差异仅为约20mg/dL。
然后，本发明人专注于血液在实际生物体内保持流动的事实，并试图基于血液运动来仅提取血液信息。
图3示出了血液散射系数的时变的测量结果。不同乳糜微粒(chylomicron)浓度(其极大地影响光量)下散射系数(沿竖直轴线的强度)的时变的比较表明乳糜微粒浓度越高，则散射系数的振幅越大，如图3所示。
通过使用HPLC方法来测定图3中的乳糜微粒浓度。在现有技术中将固定时间范围内的散射系数的平均值用于分析，在该实施方式中将散射系数的时变用于分析。因此，为了进行比较，将固定时间范围内的平均值示出作为基准，并且将固定时段内的散射系数变化示出为基准的振幅。
图4示出了使用对脂质负荷测试中非侵入性脂质连续监测(六小时测量)的结果执行的快速傅里叶变换(FFT)进行的频率分析的结果，以定位基准振幅的原因。
如图4所示，在脂质负荷测试中未发现频率特征。即，图3中所示的基准的振幅可被认为是随机噪声。
也就是说，在散射测量中，未检测到与生物体相关的周期性变化，例如作为代表性示例的心跳和呼吸。这样的原因是在两个或更多个点处进行测量允许消除与血液相关的周期性变化。
此外，在血流测量中观察到了，通常被被称为血管舒缩(vasomotion)的在0.1Hz至0.2Hz范围内的长周期的血流波动，而在散射测量中未观察到血管舒缩。同样在这方面，取消了与生物体相关的周期性变化。
在一次光接收器观察中可以观察到图4所示的频率特征。
因此据信图3所示的振幅是因血流的随机变化引起的振幅。在这种假设下，本发明人专注于湍流血流。
据信，流经身体的血液的雷诺数为约2000，并且该血流通常为层流。也就是说，可以将身体中的血流视为稳定的、有组织的血流。另一方面，在餐后血液中脂质浓度增加的状态下出现了血液中脂质粒子的平均直径增加的现象，使得包含在血液中的包括脂质等在内的物质的密度增加。
由于雷诺数随着流体中物质密度的增加而增加，因此据信餐后的血流具有大的雷诺数，并且血流的状态从层流流动变为湍流流动。据说当雷诺数变得大于2300时层流流动变为湍流流动，并且血流的状态可能从层流流动变为湍流流动，并且反之亦然。
已知的是，当血流从层流流动变为湍流流动时，血细胞和其他血液组分随着分担率(share rate)的增加而变形。推测脂蛋白的形状也随机地变化。也就是说，在光散射测量中，以测量的光强度的波动(湍流)的形式测量由于湍流流动引起的脂蛋白粒子的形状变化。
图3示出了脂质负荷测试的结果，并且可以确定，基准的振幅的最大值与最小值之间的宽度随着乳糜微粒的量的增加而增大。据信这样的原因是，血液中大粒子(例如乳糜微粒粒子)数量的增加使血管中湍流流动的强度增大了。说明书中所使用的湍流流动强度是指由于测量下物质的移动或运动所导致的所接收光强度的时间波动。
血管中血流的湍流流动强度I可以如下确定：非侵入性脂质测量中取样区段τ中散射系数的变化σS由以下表达式确定。
[数值表达式1]
Figure BDA0002739509180000061
S：在测量区段τ中测量的散射系数
Figure BDA0002739509180000063
：测量区段τ中的散射系数的平均值
湍流流动强度I由以下表达式确定。
[数值表达式2]
Figure BDA0002739509180000062
图5示出了在脂质负荷测试中湍流流动强度I，也就是说，血流的湍流时变，的测量结果。如图5所示，在血液采集后A、B和C人的TG浓度彼此接近持续50分钟至100分钟的时段。因此确定，已经成功地在50分钟至100分钟的区段中测量了湍流流动强度I，而没有个体差异。
即使在简单的单点光接收中，也可以测量湍流流动强度I。在简单的单点光接收中，通过以下表达式计算湍流流动强度I。在简单的单点光接收中，优选地将光发射器与光接收器之间的距离设置为大约1.5cm至2.0cm的值。
单点测量允许观察图4所示的频率特征，由此频率特征的变化还允许得出湍流流动强度I。
此外当通过使用脉冲光的时间分辨率测量确定浊度时，可以仅在一个点处执行光接收测量。在这种情况下，光接收器所采用的取样率比光源所采用的周期更为重要。例如，即使当无线地获取数据时，只要取样率为至少250次/秒，就可以测量血液浊度的变化。
[数值表达式3]
Figure BDA0002739509180000071
T：测量时段
x：所测量的光强度
Figure BDA0002739509180000072
：所测量的光强度的平均值
θ：时段
X：湍流流动强度I
在实际测量中，仅需测量基准的振幅(测量值的湍流)，而无需区分湍流流动和层流流动。
图6示出了湍流流动强度与脂质浓度之间的相关性。图6示出了代表湍流流动强度与脂质浓度之间的相关性的相关系数是为0.81的令人满意的值，并且脂质浓度的增加增大了血液湍流流动强度。
图7和图8示出了脂质负荷测试中脂质粒子对TG浓度变化的依赖性。HDL和LDL的TG浓度完全没有变化，如图7所示。另一方面，CM和VLDL中的TG浓度变化，如图8所示。因此可以确定，餐后TG浓度的变化是CM和VLDL中TG浓度的变化。
也就是说，可以测量餐后的TG、CM和VLDL。
为了进一步改善与湍流流动强度的相关性，还可以通过使用关于血压、脉动、血液量和其他因素的信息来提高相关性的准确度。
作为用于评估在固定时段内接收的光强度的变化的方法，可以使用诸如变异系数等的评估指标。
接下来，将参照附图详细描述作为实施方式的脂质浓度测量装置和用于其的方法。
图9示出了根据第一实施方式的脂质浓度测量装置的配置。
脂质浓度测量装置11包括光辐射器12、光强度检测器13和控制单元14，如图9所示。
光辐射器12包括光源122，所述光源用于将辐射光从活体外部的某一点朝向活体内部辐射到预定的辐射位置121。本实施方式中的光源122可以调节辐射光的波长。光源122可以以某种方式调节波长范围，使得波长范围不落入光被血浆的无机物质吸收的波长范围内。光源122可以以某一方式执行调节，使得波长范围不落入光被血液的细胞组分吸收的波长范围内。本文所用的血液的细胞组分是血液中的红血细胞、白血细胞和血小板。血浆的无机物质是血液中的水和电解质。光源122是例如荧光灯、LED、激光器、白炽灯、HID或卤素灯。可以通过控制单元14或单独提供的控制电路来控制来自光源122的光的照度。
该实施方式中的光辐射器12可以根据稍后将描述的用于计算湍流流动强度的方法来任意地调整光辐射(例如连续光辐射或脉冲光辐射)的时长。光辐射器12可以任意地调制所辐射的光的强度或相位。
光强度检测器13接收从活体朝向活体外的空间发射的辐射光，并检测该辐射光的光强度。光强度检测器13可以是光电二极管、CCD、CMOS器件或任何其他光接收元件。
在用光辐射活体的辐射位置121与检测从活体中的血液发出的光(图10中的E)的强度的检测位置131之间设置预定距离ρ，如图10所示。如此设置的预定距离ρ抑制了从活体直接发出的光(图10中的B)的影响，该光是从活体的表面和所述表面附近的散射体反射的辐射光(图10中的A)。辐射光到达存在脂质(例如脂蛋白)的深度，然后从血液中的脂质(图10中的D)反射。
在辐射光被脂质反射地散射之后，检测从活体发出的所得反向散射光(图10中的C)的光强度。增大辐射位置121与检测位置131之间的距离ρ增大了光路长度。因此，光与脂质之间的碰撞次数增加，使得检测到的光极大地受到散射影响。增大距离ρ使得容易捕获到小并且因此以相关技术难以检测到的散射的影响。
作为测量靶标的脂蛋白具有覆盖有载脂蛋白和其他物质的球形结构。脂蛋白在血液中以类固体状态的形式存在。脂蛋白按粒子直径的降序分类为CM、VLDL、LDL和HDL。脂蛋白的特征在于其反射光。具体地，乳糜微粒(CM)、VLDL和其他具有大粒子直径和比重的物质含有大量的甘油三酸酯(TG)，并且特征在于它们更可能散射光。因此，由光强度检测器13检测到的光强度受到由脂蛋白散射的光的影响。
如图11和图12所示，光强度检测器13可以被设置为使得面向光辐射器12。可以采用该布置在厚度不是相对较厚并且光容易通过身体部分(例如耳垂和指尖)的位置处执行测量。光辐射器和光接收器(光强度检测器)可与(图12)或可不与(图11)被检测对象接触。
图13是根据该实施方式的脂质浓度测量装置11的框图。CPU(中央处理单元)141、ROM(只读存储器)143、RAM(随机存取存储器)144、存储装置145、外部I/F(接口)146、光辐射器12和光强度检测器13经由***总线142彼此连接。CPU 141、ROM 143和RAM 144形成控制单元(控制器)14。
ROM 143预先存储由CPU 141执行的程序和由CPU 141使用的阈值。
RAM 144具有开发由CPU 141执行的程序的区域、各种存储器区域(例如程序处理数据的工作区域)，以及其他区域。
存储装置145存储诸如感测和计算的光强度的数据。存储装置145可以是以非易失性方式存储信息的内部存储器，例如HDD(硬盘驱动器)、闪存和SSD(固态驱动器)。
外部I/F 146是用于与外部装置(例如客户终端(PC))进行通信的接口。外部I/F146仅需要是执行与外部设备的数据通信的接口，并且可以例如是本地地连接至外部装置的仪器(例如USB存储器)或用于经由网络进行通信的网络接口。
控制单元14基于由光强度检测器13检测到的光强度来计算血流中的湍流流动强度。在该实施方式中，通过简单的单点光接收来执行光学测量。在简单的单点光接收中，湍流流动强度I通过以下数值表达式4计算。在简单的单点光接收中，优选地将光辐射器与光接收器之间的距离ρ设置为大致大于或等于1.5cm但小于或等于2cm的值。
当通过使用脉冲光的时间分辨率测量确定浊度时，也可以执行单点测量。在这种情况下，光接收器所采用的取样率比光源所采用的周期更为重要。例如，即使当无线地获取数据时，只要取样率为至少250次/秒，就可以测量血液浊度的变化。
[数值表达式4]
Figure BDA0002739509180000101
T：测量时段
x：所测量的光强度
Figure BDA0002739509180000102
：所测量的光强度的平均值
θ：时段
X：湍流流动强度I
控制单元14基于计算的湍流流动强度I来计算血液中脂质浓度。
图6示出了湍流流动强度与脂质浓度之间的相关性。图6示出湍流流动强度I(沿图6的竖直轴线的CV％)与脂质浓度(沿图6的水平轴线的ΔTG mg/dL)相关。图6示出了相关系数是为0.81的令人满意的值，并且脂质浓度的增加增大了血液湍流流动强度。因此可以基于湍流流动强度I来计算脂质浓度。在图6中，使用线性逼近，并且可以适当地使用任何其他逼近方法，例如曲线逼近。
为了进一步改善与湍流流动强度的相关性，还可以通过使用关于血压、脉动、血液量和其他因素的信息来提高相关性的准确度。
在该实施方式中，预先收集例如如图6所示的关于湍流流动强度I与血液中脂蛋白浓度的变化量之间的关系的统计数据(或校准曲线)，并且将所收集的数据存储在存储装置145中。然后将测量的湍流流动强度I与存储的统计数据进行比较，或者使用校准曲线来计算脂质浓度的变化量。统计数据可以存储在例如ROM 143中。
可以在临床中以相同的含义使用浓度和浊度，并且本实施方式中的浓度还包括浊度的概念。因此，由脂质浓度计算器5执行的计算的结果不仅可以是浓度，还可以是每单位量的粒子数、福尔马肼浊度或脂质粒子平均直径的变化量。
统计数据的格式不限于特定格式。例如，统计数据可以按照性别、身高、体重、BMI或任何其他因素进行分类，并且可以通过使用表格、图表、函数或任何其他工具进行计算。
图14示出了根据第二实施方式的血液中脂质浓度测量装置的配置。根据该第二实施方式的脂质浓度测量装置的配置具有与根据第一实施方式的脂质浓度测量装置的配置共同的部分，因此将主要描述不同的部分。
脂质浓度测量装置21包括光辐射器22、光强度检测器23和控制单元24，如图14所示。
光辐射器22的配置、作用和功能与第一实施方式中的光辐射器12的配置、作用和功能相同。
光强度检测器23接收从活体朝向活体外的空间发射的辐射光，并检测该辐射光的光强度。在使用多个光强度检测器23的情况下，将光强度检测器23分别放置在距作为粗略中心的放射位置221不同的距离处。在本实施方式中，如图14所示，第一光强度检测器231和第二光强度检测器232顺序地线性布置在处于距辐射位置221预定间隔处的同一表面上。光强度检测器23可以各自是CCD、CMOS器件或任何其他光接收元件。
在本实施方式中，将从辐射位置221到第一光强度检测器231执行检测的第一检测位置2331的距离称为第一辐射检测距离ρ1，并且将从辐射位置221到第二光强度检测器232执行检测的第二检测位置2332的距离称为第二辐射检测距离ρ2，如图14所示。
在设置有多个检测位置233的情况下，光强度检测器23不必线性地布置，只要它们分别布置在距作为粗略中心的辐射位置221不同距离处即可，并且可以适当选择环状布置、波浪形布置、之字形布置或任何其他布置。从辐射位置221到检测位置231的第一辐射检测距离ρ1、第二辐射检测距离ρ2，以及在检测位置2331与2332之间的间隙不必各自限定为固定值，而是可以替代地各自不断变化。
与第一实施方式中一样，光强度检测器23可以被设置为使得面向光辐射器22。
接下来，将描述根据该实施方式的脂质浓度测量装置21的控制***的配置。图16是根据实施方式的脂质浓度测量装置21的框图。CPU(中央处理单元)241、ROM(只读存储器)243、RAM(随机存取存储器)244、存储装置245、外部I/F(接口)246、光辐射器22和光强度检测器23经由***总线242彼此连接。CPU 241、ROM 243和RAM 244形成控制单元(控制器)24。
ROM 243预先存储由CPU 241执行的程序和由CPU 241使用的阈值。
RAM 244具有开发由CPU 241执行的程序的区域、各种存储器区域(例如程序处理数据的工作区域)，以及其他区域。
存储装置245存储例如感测和计算的光强度的数据。存储装置245可以是以非易失性方式存储信息的内部存储器，例如HDD(硬盘驱动器)、闪存和SSD(固态驱动器)。
外部I/F 246是用于与外部装置(例如客户终端(PC))进行通信的接口。外部I/F246仅需要是执行与外部设备的数据通信的接口，并且可以例如是本地地连接至外部装置的仪器(例如USB存储器)或用于经由网络进行通信的网络接口。
控制单元24基于由光强度检测器23检测到的光强度，来计算活体(包括血液、皮肤、肌肉和其他身体部分，以下相同)中的散射系数μs'。
该实施方式中的散射系数μs'不受典型的散射过程的数字化效率限制，并且考虑到散射现象而在固定条件下包括散射的数字化影响。
散射系数计算器24包括两个计算器、光强度比计算器241和光强度差计算器242，如图14所示。
控制单元24基于由多个光强度检测器23检测到的光强度之间的各个比率来计算散射系数μs'。控制单元24基于散射现象来计算散射系数μs'，在所述散射现象中，随着到检测位置233的距离的增加，辐射光由于散射而衰减。
在该实施方式中，光辐射器22辐射具有预定光强度的连续光，并且基于由第一光强度检测器231检测到的光强度R(ρ1)和由第二光强度检测器232检测到的光强度R(ρ2)之间的比率来计算散射系数μs'。
(方程式1)
μs'＝R(ρ1)/R(ρ2)
控制单元24基于由多个光强度检测器23检测到的光强度之间的差来计算散射系数μs'。如在光强度比计算中一样，基于散射现象来计算散射系数μs'，在所述散射现象中，随着到检测位置233的距离增加，辐射光由于散射而衰减。
控制单元24基于在第一检测位置2331中的光强度R(ρ1)与在第二检测位置2332中的光强度R(ρ2)之间的差来计算散射系数μs'。
(方程式2)
μs'＝R(ρ1)-R(ρ2)
控制单元24计算散射系数μs'所根据的方法不限于上述计算方法中的每一种。
控制单元24基于计算的散射系数μs'来计算血流中的湍流流动强度I。
血管中血流的湍流流动强度I可以如下确定：非侵入性脂质测量中取样区段τ中散射系数μs'的变化σS由以下表达式确定。
[数值表达式5]
Figure BDA0002739509180000131
S：在测量区段τ中测量的散射系数
Figure BDA0002739509180000133
：测量区段τ中的散射系数的平均值
湍流流动强度I由以下表达式确定。
[数值表达式6]
Figure BDA0002739509180000132
控制单元24基于计算的湍流流动强度I来计算血液中脂质浓度。上面已经描述了用于计算脂质浓度的方法。
在该实施方式中，预先收集关于湍流流动强度I与血液中脂蛋白浓度的变化量之间的关系的统计数据(或校准曲线)，并且将所收集的数据存储在存储装置245中。控制单元24将测量的湍流流动强度I与所存储的统计数据进行比较，或者使用校准曲线来计算脂质浓度的变化量。统计数据可以存储在例如ROM 243中。
在上述湍流流动强度I的计算中，当脂质粒子平均直径的变化量大于或等于80nm时，可以计算湍流流动强度。可以确定的是，如图15所示，当血液中脂质粒子平均直径的变化量大于或等于80nm时，散射系数μs'增大。因此，当脂质粒子直径的变化量大于或等于80nm时，优选地测量湍流流动的变化。
图15中的脂质粒子平均直径(沿图15中的竖直轴线的粒子直径)的基线为约70nm。粒子直径是作为血浆内散射组分的蛋白质、脂质和其他物质的总粒子直径，并且是饥饿时的粒子平均直径。
在0分钟的时间处加载脂质，并且在加载后90分钟处观察到了DLS的测量值和由脂质测量仪测量的值分别增加。观察到变化时的粒子直径为约150nm，并且可以从对应于80nm的点观察到脂质粒子平均直径的变化量。
控制单元24基于计算的散射系数μs'的变化量来计算血液中脂蛋白粒子平均直径的变化量。
在该实施方式中，预先收集关于散射系数μs'的变化量与脂蛋白粒子平均直径的变化量之间的关系的统计数据，并将所收集的数据存储在存储装置245中。控制单元24将散射系数μs'的变化量与存储的统计数据进行比较，以计算脂蛋白粒子平均直径的实际变化量。
例如，基于散射系数的变化量创建用于计算血液中脂质粒子平均直径的变化量的校准曲线，并将所述校准曲线存储在存储装置245中。控制单元24使用校准曲线来基于在血液中悬浮之前的散射系数与在所述悬浮之后的散射系数之间的差(Δμs')计算增加的粒子平均直径(Δ粒径)。
统计数据的格式不限于特定格式。例如，统计数据可以按照性别、身高、体重、BMI或任何其他因素进行分类，并且可以通过使用表格、图表、函数或任何其他工具进行计算。
本文所使用的脂蛋白粒子平均直径是以nm为单位表示的粒子直径。脂蛋白粒子平均直径在CM情况下大致在80nm至1000nm的范围内，在VLDL情况下大致在30nm至80nm的范围内，在LDL情况下大致在18nm至25nm的范围内，在HDL的情况下大致在7.5nm至10nm的范围内。
本文所使用的粒子平均直径共同表示以下变化和条件：也就是说，脂蛋白分为四种类型，并且脂蛋白粒子数目的变化也影响散射。四种类型的脂蛋白粒子的数量也略有不同。也就是说，大粒子数目的增加或减少改变了粒子平均直径，并且小粒子数目的增加或减少也改变了粒子平均直径。因此，大粒子的大小的增大(或减小)改变了粒子平均直径，并且小粒子的大小的增大(或减小)也改变了粒子平均直径。
控制单元24基于散射系数μs'的变化量来计算脂质粒子平均直径的变化量。当脂质粒子平均直径的变化量大于或等于80nm时，控制单元24计算湍流流动强度I。
下面将描述作为第三实施方式的脂质浓度测量装置。根据第三实施方式的脂质浓度测量装置的配置具有与根据第一实施方式的脂质浓度测量装置的配置共同的部分，因此将主要描述不同的部分。
在上述第一实施方式中，已经通过举例但非必要的方式提出了其中光辐射器12、光强度检测器13和控制单元14彼此集成的配置。可以将光辐射器32、光强度检测器33和控制单元34配置为***，在所述***中辐射光的光辐射器32和光强度检测器33被配置为用户装置并且控制单元34是作为脂质浓度测量装置。
图17示出了根据第三实施方式的脂质浓度测量装置的配置。
根据该实施方式的血液中脂质浓度测量***300由测量光强度的用户装置310和基于光强度计算脂质浓度的血液中脂质浓度测量装置320形成。用户装置310和血液中脂质浓度测量装置320通过无线或有线通信网络N彼此连接。
血液中脂质浓度测量装置320是基于从用户装置310发送的光强度执行预定处理以计算脂质浓度的装置。具体地，血液中脂质浓度测量装置320取决于所需装置的数量和要发送和接收的数据的量，视情况而定由个人计算机或服务器装置形成。
用户装置310是由用户携带的装置，并且在一些情况下是独立装置，或者在其他情况下被并入移动电话、手表或任何其他产品中。
用户装置310包括辐射光的光辐射器32、光强度检测器33和通信器310a。通信器310a发送由光强度检测器33检测到的光强度。光辐射器32和光强度检测器33的作用和功能与第一实施方式中的那些相同。
脂质浓度测量装置320包括通信器320a和控制单元34。通信器320a接收通过有线或无线网络N从通信器310a发送的光强度，并将接收到的光强度传输至控制单元34。控制单元34的动作和功能与第一实施方式中的控制单元14的动作和功能相同。
在本实施方式中，将光强度通过网络N(但不是必要的)从用户设备310传输到血液中脂质浓度测量装置320，并且用户装置310和血液中脂质浓度测量装置320可以不通过网络N直接彼此连接并且可以通过有线或无线通信或任何其他手段来传输光强度。
下面将描述作为第四实施方式的脂质浓度测量装置。根据第四实施方式的脂质浓度测量装置的配置具有与根据第二实施方式的脂质浓度测量装置的配置共同的部分，因此将主要描述不同的部分。
在上述第二实施方式中，已经通过举例但非必要的方式提出了其中光辐射器22、光强度检测器23和控制单元24彼此集成的配置。可以将光辐射器42、光强度检测器43和控制单元44配置为***，在所述***中辐射光的光辐射器42和光强度检测器43被配置为用户装置，并且控制单元44被配置为脂质浓度测量装置。
图18示出了根据第四实施方式的脂质浓度测量***的配置。
根据本实施方式的血液中脂质浓度测量***400由测量光强度的用户装置410和基于光强度计算脂质浓度的血液中脂质浓度测量装置420形成。用户装置410和血液中脂质浓度测量装置420通过无线或有线通信网络N彼此连接。
血液中脂质浓度测量装置420是基于从用户装置410发送的光强度执行预定处理以计算脂质浓度的装置。具体地，血液中脂质浓度测量装置420取决于所需装置的数量和要发送和接收的数据的量，视情况而定由个人计算机或服务器装置形成。
用户装置410是由用户携带的装置，并且在一些情况下是独立装置，或者在其他情况下被并入移动电话、手表或任何其他产品中。
用户设备410包括辐射光的光发射器42、光强度检测器43和通信器410a。通信器410a发送由光强度检测器43检测到的光强度。光辐射器42和光强度检测器43的作用和功能与第二实施方式中的那些相同。
脂质浓度测量装置420包括通信器420a和控制单元44。通信器420a接收通过有线或无线网络N从通信器410a发送的光强度，并将接收到的光强度传输至控制单元44。控制单元44的动作和功能与第二实施方式中的控制单元24的动作和功能相同。
在本实施方式中，将光强度通过网络N(但不是必要的)从用户设备410传输到血液中脂质浓度测量装置420，并且用户装置410和血液中脂质浓度测量装置420可以不通过网络N直接彼此连接并且可以通过有线或无线通信或任何其他手段来传输光强度。
接下来将描述根据一个实施方式的脂质浓度测量方法。图19是根据该实施方式的脂质浓度测量方法的流程图。将通过使用根据第一实施方式的脂质浓度测量装置的配置来描述根据该实施方式的脂质浓度测量方法，但是该装置的配置不限于此。
根据第一实施方式的脂质浓度测量装置11基于预先设置的程序执行以下脂质浓度测量。
在光辐射步骤(S501)中，使用光辐射器12将连续光辐射到辐射位置121。
在光强度检测步骤(S502)中，使用光强度检测器13来检测检测位置131中的光强度。将在检测位置131中检测到的光强度发送到湍流流动强度计算步骤。
在湍流流动强度计算步骤(S503)中，基于在光强度检测步骤中检测到的光强度来计算血流中的湍流流动强度I。上面已经描述了用于计算湍流流动强度I的方法。
在脂质浓度计算步骤(S504)中，基于湍流流动强度I来计算血液中脂质浓度。上面已经描述了用于计算脂质浓度的方法。替代地，可以基于散射系数的变化量来计算活体中脂质粒子的平均直径的变化量，并且当脂质粒子平均直径的变化量大于或等于80nm时，可以计算湍流流动强度。
接下来将描述根据另一实施方式的脂质浓度测量方法。图20是根据该另一实施方式的脂质浓度测量方法的流程图。将通过使用根据第二实施方式的脂质浓度测量装置的配置来描述根据该另一实施方式的脂质浓度测量方法，但是该装置的配置不限于此。
根据第二实施方式的脂质浓度测量装置21基于预先设置的程序执行以下脂质浓度测量。
在光辐射步骤(S601)中，使用光辐射器22将连续光辐射到辐射位置221。
在光强度检测步骤(S602)中，使用第一光强度检测器231来检测第一检测位置2331中的光强度，并且使用第二光强度检测器232来检测第二检测位置2332中的光强度。将在第一检测位置2331中检测到的光强度和在第二检测位置2332中检测到的光强度发送到散射系数计算步骤。
在设置有多个检测位置231的情况下，光强度检测器23不必线性地布置，只要它们分别布置在距作为粗略中心的辐射位置221不同距离处即可，并且可以适当选择环状布置、波浪形布置、之字形布置或任何其他布置。从辐射位置221到检测位置231的第一辐射检测距离ρ1、第二辐射检测距离ρ2，以及在检测位置2331与2332之间的间隙不必各自限定为固定值，而是可以替代地各自不断变化。
在散射系数计算步骤(S603)中，计算第一检测位置2331与第二检测位置2332之间的光强度差或光强度比，并且基于该光强度差或光强度比来计算散射系数μs'。将计算的散射系数μs'发送到湍流流动强度计算步骤。
在湍流流动强度计算步骤(S604)中，基于在散射系数计算步骤中计算的散射系数μs'来计算血流中的湍流流动强度I。上面已经描述了用于计算湍流流动强度I的方法。
在脂质浓度计算步骤(S605)中，基于湍流流动强度I来计算血液中脂质浓度。上面已经描述了用于计算脂质浓度的方法。替代地，可以基于散射系数的变化量来计算活体中脂质粒子的平均直径的变化量，并且当脂质粒子平均直径的变化量大于或等于80nm时，可以计算湍流流动强度。
如上所述，根据所述实施方式中的任何一个的脂质浓度测量装置和用于其的方法，血流的湍流的测量可以扩大使用所述装置和所述方法的应用范围并减少脂质浓度测量中的个体差异。
附图标记列表
11：脂质浓度测量装置
12：光辐射器
13：光强度检测器
14：湍流流动强度计算器
15：血脂浓度计算器

Claims (13)

1.一种脂质浓度测量装置，所述脂质浓度测量装置包括：
光辐射器，所述光辐射器将具有预定光强度的光辐射到生物体；
光强度检测器，所述光强度检测器定位在距所述光辐射器预定距离处并且检测从所述生物体发出的光的光强度；以及
控制单元，所述控制单元基于所述光强度计算血流中的湍流流动强度并且基于所述湍流流动强度计算脂质浓度。
2.根据权利要求1所述的脂质浓度测量装置，其中所述光辐射器与所述光强度检测器之间的距离大于或等于1.5cm但小于或等于2.0cm。
3.根据权利要求1或2所述的脂质浓度测量装置，其中所述控制单元通过使用以下数值表达式7来计算所述湍流流动强度，
[数值表达式7]
Figure FDA0002739509170000011
其中T代表测量时段，x代表测量的光强度，
Figure FDA0002739509170000012
代表测量的光强度的平均值，θ代表时段，并且X代表湍流流动强度I。
4.根据权利要求1或2所述的脂质浓度测量装置，其中所述脂质是CM或VLDL。
5.一种脂质浓度测量装置，所述脂质浓度测量装置包括：
光辐射器，所述光辐射器将具有预定光强度的光辐射到生物体；
光强度检测器，所述光强度检测器在距所述光辐射器预定间隔处布置、与所述光辐射器连续地布置、或布置在所述光辐射器的前面，并且检测从所述生物体发出的光的光强度；以及
控制单元，所述控制单元基于所述光强度计算所述生物体中的光散射系数，基于所述散射系数计算血流中的湍流流动强度，并且基于所述湍流流动强度计算脂质浓度。
6.根据权利要求5所述的脂质浓度测量装置，其中所述辐射位置和检测所述光强度的检测位置被提供为使得彼此隔开预定的辐射检测距离，并且所述光强度检测器检测由血液中脂质散射的反向散射光的光强度。
7.根据权利要求5或6所述的脂质浓度测量装置，其中
所述光辐射器是输出连续光的光源，所述光源辐射所述光，并且分别放置在距作为粗略中心的辐射位置不同距离处的多个所述光强度检测器检测相应检测位置中的光强度，并且
所述控制单元基于由所述光强度检测器中的各个光强度检测器检测到的所述光强度中的各个光强度之间的比率或差来计算所述生物体中的光散射系数。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的脂质浓度测量装置，其中所述控制单元通过使用以下数值表达式8来计算所述散射系数μs'的变化σS，并且通过使用以下数值表达式9来基于所述变化σS计算所述湍流流动强度，
[数值表达式8]
Figure FDA0002739509170000021
其中S表示在测量区段τ中测量的散射系数，
Figure FDA0002739509170000022
表示所述测量区段τ中的所述散射系数的平均值，并且σS表示变化。
[数值表达式9]
Figure FDA0002739509170000023
其中σS表示变化，
Figure FDA0002739509170000024
表示所述测量区段τ中的所述散射系数的所述平均值，并且I表示所述湍流流动强度。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的脂质浓度测量装置，其中所述控制单元
基于所述散射系数的变化量来计算所述生物体中的脂质粒子平均直径的变化量，并且
当所述脂质粒子平均直径的所述变化量大于或等于80nm时计算所述湍流流动强度。
10.一种与第一装置可通信地连接的脂质浓度测量装置，所述第一装置包括光辐射器，所述光辐射器将具有预定光强度的光辐射到生物体；光强度检测器，所述光强度检测器定位在距所述光辐射器预定距离处并且检测从所述生物体发出的光的光强度；以及通信器，所述通信器传输由所述光强度检测器检测到的所述光强度，所述脂质浓度测量装置包括：
控制单元，所述控制单元基于从所述第一装置传输的所述光强度计算血流中的湍流流动强度并且基于所述湍流流动强度计算脂质浓度。
11.一种与第一装置可通信地连接的脂质浓度测量装置，所述第一装置包括光辐射器，所述光辐射器将具有预定光强度的光辐射到生物体；光强度检测器，所述光强度检测器在距所述光辐射器预定间隔处布置、与所述光辐射器连续地布置、或布置在所述光辐射器的前面，并且检测从所述生物体发出的光的光强度；以及通信器，所述通信器传输所述光强度，所述脂质浓度测量装置包括：
控制单元，所述控制单元基于从所述第一装置传输的所述光强度计算所述生物体中的光散射系数，基于所述散射系数计算血流中的湍流流动强度，并且基于所述湍流流动强度计算脂质浓度。
12.一种脂质浓度测量方法，所述脂质浓度测量方法包括：
将具有预定光强度的光辐射到生物体的光辐射步骤；
检测从定位在距所述光辐射步骤中的所述光辐射到的位置预定距离处的所述生物体发出的光的光强度的光强度检测步骤；
基于所述光强度计算血流中的湍流流动强度的湍流流动强度计算步骤，以及
基于所述湍流流动强度计算脂质浓度的脂质浓度计算步骤。
13.一种脂质浓度测量方法，所述脂质浓度测量方法包括：
将具有预定光强度的光辐射到生物体的光辐射步骤；
检测从所述生物体发出并且在距在所述光辐射步骤中所述光辐射到的位置预定间隔处、与所述位置连续处或在所述位置的前面测量的光的光强度的光强检测步骤；
基于所述光强度计算所述生物体中的光散射系数的散射系数计算步骤；
基于所述散射系数计算血流中的湍流流动强度的湍流流动强度计算步骤；以及
基于所述湍流流动强度计算脂质浓度的脂质浓度计算步骤。
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