JP2015077336A - 生体用モニタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で生体Ｍから射出される微弱な光を受光することができ、さらに、その光の強度を精度良く検出して、生体Ｍの種々のモニタリングを正確に行う。
【解決手段】所定周波数で強度が変化する一次光Ｌ１を生体Ｍに照射する光源１０と、前記一次光Ｌ１を照射することによって生体Ｍの表面から外部に射出される二次光Ｌ２を受光して、当該二次光Ｌ２の強度を検出する受光部２０とを具備し、前記受光部２０が、前記所定周波数で強度が変化する光を分別して受光するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体の種々のモニタリングをする生体用モニタリング装置に関するものである。

生体用モニタリング装置は、例えば、経管カテーテルやｐＨメータ等の医療具を生体内に挿入する際に、これらの医療具の先端が、生体内における血管や胃等の適切な位置に到達しているかを確認するために用いられる。

生体内における医療具の位置を確認する方法としては、例えば、患者にＸ線を照射して体内を観察する方法があるが、この方法では、Ｘ線照射装置やレントゲン室等の大掛かりな設備が必要になるうえ、患者が被爆を受ける可能性がある。

そこで、特許文献１には、Ｘ線を用いることなく生体内における医療具の位置を検出するものが記載されている。具体的にこのものは、生体内で医療具の先端部に配置されて一次光を射出する光源と、一次光を射出することにより生体の表面から外部に射出される二次光を受光する受光部とを具備し、受光部により得られる前記二次光の強度に基づいて医療具の先端位置を検出するように構成されている。

特表２０１０−５２８８１８号公報

しかしながら、上述した構成では、生体から射出される二次光が非常に微弱であり、この二次光を受光する際に、例えば、外乱光や装置の温度斑等に起因する種々のノイズが大きく影響してしま。これにより、Ｓ／Ｎ比が大きく低下し、二次光の強度を精度良く検出することができない。仮に、上述した構成で二次光の強度を精度良く検出しようとするのであれば、種々のノイズの影響を除去すべく、例えば、二次光を暗室で受光したり、装置の温度を制御したりする必要が生じ、装置全体を簡易に構成することが困難になる。

上述した問題は、生体内における医療具の位置を確認する場合に限らず、生体から射出される光を受光して、その光の強度を検出することで生体の種々のモニタリングをする場合に共通した問題である。

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、簡易な構成で生体から射出される光を受光するとともに、その光の強度を精度良く検出し、生体の種々のモニタリングを資するための生体用モニタリング装置を提供することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る生体用モニタリング装置は、所定周波数で強度が変化する一次光を生体に照射する光源と、前記一次光を照射することによって生体の表面から外部に射出される二次光を受光して、当該二次光の強度を検出する受光部とを具備し、前記受光部が、前記所定周波数で強度が変化する光を分別して受光することを特徴とするものである。

このような生体用モニタリング装置であれば、一次光の強度が所定周波数で変化し、受光部がこの所定周波数で強度が変化する光を分別して受光するので、この受光部は、種々のノイズの影響を除去して高いＳ／Ｎ比で二次光を受光することができ、当該二次光の強度を精度良く検出することが可能になる。
また、受光部が高いＳ／Ｎ比で二次光を受光することができるので、仮に一次光の強度が微弱であり、これに伴い二次光の強度が微弱になったとしても、この二次光の強度を精度良く検出することが可能である。これにより、一次光を射出する光源に小型なものを用いることができ、さらに、微弱な二次光を受光するために暗室等の特別な設備を必要とすることもないので、装置構成を簡易にすることができ、ひいては、装置全体をコンパクト化することができる。

具体的実施態様としては、前記光源が、生体内に配置されて、前記一次光を生体内部に直接照射するものであり、前記受光部が、前記一次光の一部が生体を透過して当該生体の表面から外部に射出される前記二次光を受光するものが挙げられる。

生体の種々のモニタリングをするための二次光の具体例としては、前記一次光を生体に照射することによって生じる蛍光が挙げられる。

前記光源が、光ファイバの先端部に形成されているものであり、前記先端部に、当該先端部に到達した前記一次光を屈折又は反射させて、前記光ファイバの軸方向に対して所定角度傾いた方向に当該一次光を射出する加工部が設けられているものが好ましい。
これならば、光ファイバの先端部に設けられた加工部が、光ファイバの軸方向に対して所定角度傾いた方向に一次光を射出するので、この一次光の射出により生じる二次光を受光してその強度を検出することにより、前記所定角度及び前記強度に基づき、生体内における光源の位置を正確にモニタリングすることが可能になる。

加工部の具体的形状としては、先端に向かって径が小さくなる先細り形状をなしているものが挙げられる。

このように構成した本発明によれば、簡易な構成で生体から射出される微弱な光を受光することができ、さらに、その光の強度を精度良く検出して、生体の種々のモニタリングを正確に行うことができる。

第１実施形態の生体用モニタリング装置の構成を模式的に示す図。 同実施形態の光ファイバの先端部を模式的に示す拡大図。 第２実施形態の生体用モニタリング装置の構成を模式的に示す図。

＜第１実施形態＞
以下に本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る生体用モニタリング装置１００は、生体Ｍ内に挿入される、例えば径管カテーテル等の医療具Ｘの先端位置をモニタリングするために用いられるものである。

具体的にこの生体用モニタリング装置１００は、図１に示すように、一次光Ｌ１を生体Ｍに照射する光源１０と、一次光Ｌ１が照射されることによって、生体Ｍの表面から外部に射出される二次光Ｌ２を受光して、当該二次光Ｌ２の強度を検出する受光部２０と、受光部２０により検出された二次光Ｌ２の光強度信号に基づいて、生体Ｍ内における医療具Ｘの先端位置をモニタリングする情報処理装置３０とを具備するものである。

光源１０は、生体Ｍのモニタリングに用いられる一次光Ｌ１を射出するものであり、本実施形態では、生体Ｍ内に配置されて、医療具Ｘの先端近傍で一次光Ｌ１を射出するように構成されている。より具体的に、本実施形態の光源１０は、図１及び図２に示すように、医療具Ｘとともに生体Ｍ内に挿入される光ファイバ１１の先端部１１１に形成されている。

光ファイバ１１は、図１及び図２に示すように、コア１１ａ及びクラッド１１ｂからなるものであり、光ファイバ１１の後端部に接続されたＬＥＤや半導体レーザ等の発光体１２から発光された一次光Ｌ１が、当該光ファイバ１１の先端部１１１に到達して、この先端部１１１から射出されるように構成されている。

光ファイバ１１の先端部１１１には、図２に示すように、当該先端部１１１に到達した一次光Ｌ１を屈折又は反射させて、当該一次光Ｌ１を光ファイバ１１の軸方向に対して所定角度傾いた方向に射出する加工部１１２が形成されている。

この加工部１１２は、クラッド１１ｂをカットして加工されたものであり、先端に向かって径が小さくなる先細り形状をなしている。この形状は、一次光Ｌ１の射出される方向に基づいて、先端の拡がり角度θ及び当該加工部１１２の基端１１３から先端１１４までの長さ寸法Ｈがそれぞれ所定の値に設定された形状である。

本実施形態の加工部１１２は、一次光Ｌ１を光ファイバ１１の径方向、すなわち、光ファイバ１１の軸方向と垂直な方向に射出するように加工されており、具体的には、先端の拡がり角度θが７４．６度であり、長さ寸法Ｈが９８７．１μｍに設定されている。

上述した光源１０から射出される一次光Ｌ１は、所定周波数で強度が変化しながら生体Ｍに直接照射される。本実施形態では、この一次光Ｌ１は、所定の波長を有しており、より具体的には、７００〜９００ｎｍの近赤外線である。
なお、一次光Ｌ１の波長は上述の値に限られるものではなく、例えば、一次光Ｌ１を紫外線にしても良い。

ここで、前記一次光Ｌ１が生体Ｍに照射されると、その一部が生体Ｍを透過して、当該生体Ｍの表面から外部に向かって二次光Ｌ２が射出される。この二次光Ｌ２の強度は、微弱ながらも、一次光Ｌ１と等しい所定周波数で変化している。

受光部２０は、二次光Ｌ２を受光して、当該二次光Ｌ２の強度を検出するものであり、具体的には、二次光Ｌ２を受光する受光素子２１と、前記受光素子２１が出力する光強度信号に基づいて二次光Ｌ２の強度を検出する光強度検出部２２とを具備するものである。

より詳細には、この受光部２０は、前記所定周波数で強度が変化する光を分別して受光するように構成されており、本実施形態では、光強度検出部２２が、受光素子２１から出力された光強度信号に対して、前記所定周波数で強度が変化する信号を抽出するフィルタ回路を有している。このフィルタ回路は、本実施形態では、ロックインアンプを備えるものである。

なお、本実施形態の受光素子２１は、筐体２３の内部に設けられているものであり、この筐体２３は、生体Ｍの表面に接触又は近接して配置され、生体Ｍの表面に沿って移動できるように構成されている。

情報処理装置３０は、ＣＰＵ、内部メモリ、ＡＤコンバータ等を有した所謂コンピュータ回路であり、内部メモリの所定領域に格納したプログラムに従って動作することで情報処理を行い、受光部２０により検出された二次光Ｌ２の強度に基づいて、生体Ｍの種々のモニタリングをするものである。

本実施形態の情報処理装置３０は、生体Ｍ内における光源１０の位置、すなわち、医療具Ｘの先端位置をモニタリングするものであり、前記筐体２３を生体Ｍの表面に沿って移動させることにより、光強度検出部２２で検出される二次光Ｌ２の強度変化を解析して医療具Ｘの先端位置を検出するように構成されている。
より詳細には、この情報処理装置３０は、二次光Ｌ２の強度変化がピークを示す筐体２３の位置と、一次光Ｌ１が射出される方向とに基づいて、医療具Ｘの先端位置を検出する。
なお、情報処理装置３０は、種々のモニタリング結果を、例えば、図示しないディスプレイ等に表示するように構成されている。

このように構成された本実施形態に係る生体用モニタリング装置１００によれば、二次光Ｌ２の強度が、一次光Ｌ１と等しい所定周波数で変化し、受光部２０が、前記所定周波数で強度が変化する光を分別して受光するので、この受光部２０は、種々のノイズの影響を除去して高いＳ／Ｎ比で二次光Ｌ２を受光することができ、当該二次光Ｌ２の強度を精度良く検出することができる。
これにより、生体Ｍ内における医療具Ｘの先端位置のモニタリングや、その他の種々のモニタリングを正確に行うことができるようになる。

また、受光部２０が高いＳ／Ｎ比で二次光Ｌ２を受光することができるので、光源１０に低出力の小型なものを用いて、二次光Ｌ２の強度が微弱になったとしても、この二次光Ｌ２の強度を精度良く検出することが可能である。したがって、簡易な装置構成で二次光Ｌ２の強度を精度良く検出することができる。

また、一次光Ｌ１として、近赤外線を用いているので、Ｘ線を用いる場合のように、Ｘ線照射装置やレントゲン室等の大掛かりな設備が必要になることもなく装置全体をコンパクト化できるうえ、患者が被爆することもない。

さらに、光ファイバ１１の先端部１１１に設けられた加工部１１２が、一次光Ｌ１を光ファイバ１１の軸方向に垂直な方向に射出するので、受光部２０で受光する二次光Ｌ２の強度から光源１０の位置を簡易かつ正確に検出することができる。

＜第２実施形態＞
以下に本発明の第２実施形態について図３を参照して説明する。なお、第１実施形態で説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。

第２実施形態に係る生体用モニタリング装置１００は、生体Ｍの一部である、例えば手足の指等の血流をモニタリングするために用いられるものである。

第１実施形態の光源１０は生体Ｍ内に配置されるものであったが、第２実施形態の光源１０は、図３に示すように、生体Ｍ外に配置されて、生体Ｍに一次光Ｌ１を照射するものである。

一次光Ｌ１は、第１実施形態と同様に、所定周波数で強度が変化するとともに、所定の周波数を有しており、具体的には近赤外線である。より詳細には、この一次光Ｌ１は、所定の波長を有しており、第２実施形態では、血液中のヘモグロビンに光吸収される波長を有するものである。
この一次光Ｌ１を生体Ｍ外から生体Ｍに向けて照射することによって、血流がある場合は血管拍動による輝度変化が生じる。したがって、一次光Ｌ１の一部が血管及び血管周辺組織等で反射して生体Ｍの表面から射出される二次光Ｌ２は、血流の有無によって強度が変化することになる。

受光部２０は、図３に示すように、上述した二次光Ｌ２を受光する受光素子２１と、前記受光素子２１が出力する光強度信号に基づいて二次光Ｌ２の強度を検出する光強度検出部２２とを具備するものである。

光強度検出部２２は、前記所定周波数で強度が変化する光を分別して受光するように構成されており、具体的には、第１実施形態の光強度検出部２２と同様の構成を有するものである。

このように構成された第２実施形態に係る生体用モニタリング装置１００によれば、受光部２０が、種々のノイズの影響を除去して高いＳ／Ｎ比で二次光Ｌ２を受光することができ、当該二次光Ｌ２の強度を精度良く検出することができるので、生体Ｍ内を流れる血流（拍動）を正確にモニタリングすることが可能になる。
さらに、生体Ｍ外から生体Ｍに一次光Ｌ１を照射して、これにより生体Ｍの表面から射出される二次光Ｌ２を生体Ｍ外で受光する構成なので、生体Ｍを一切傷つけることなく非侵襲で血流をモニタリングすることができる。

なお、本発明は前記各実施形態に限られるものではない。

例えば、前記各実施形態では、受光部が、所定周波数で強度が変化する光を分別するように構成されていたが、さらに、所定波長を有する光を分別するように構成しても良い。これにより、受光部の構成が若干複雑にはなるものの、より高いＳ／Ｎ比で二次光を受光することができ、二次光の強度をより精度良く検出することが可能になる。

また、受光部が、一次光を生体に照射することによって生体から生じる蛍光を受光するように構成されていても良い。
このように構成することで、例えば、血液中の血糖値や酸素濃度等のより多様なデータをモニタリングすることができるようになる。
なお、上述した構成では、光源から一次光が射出されてから、受光部で蛍光を受光するまでに僅かに時間差が生じるが、受光部で所定周波数で強度が変化する光を分別することにより、前記時間差が影響することなく、二次光の強度を精度良く検出することができることが分かった。

その他、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・生体用モニタリング装置
Ｍ ・・・生体
Ｘ ・・・医療具
Ｌ１ ・・・一次光
Ｌ２ ・・・二次光
１０ ・・・光源
１１ ・・・光ファイバ
１１２・・・加工部
２０ ・・・受光部

Claims (5)

1. 所定周波数で強度が変化する一次光を生体に照射する光源と、
   前記一次光を照射することによって生体の表面から外部に射出される二次光を受光して、当該二次光の強度を検出する受光部とを具備し、
   前記受光部が、前記所定周波数で強度が変化する光を分別して受光することを特徴とする生体用モニタリング装置。
2. 前記光源が、生体内に配置されて、前記一次光を生体内部に直接照射するものであり、
   前記受光部が、前記一次光の一部が生体を透過して当該生体の表面から外部に射出される前記二次光を受光するものであることを特徴とする請求項１記載の生体用モニタリング装置。
3. 前記二次光が、前記一次光を生体に照射することによって生じる蛍光であることを特徴とする請求項１又は２記載の生体用モニタリング装置。
4. 前記光源が、光ファイバの先端部に形成されているものであり、
   前記先端部に、当該先端部に到達した前記一次光を屈折又は反射させて、前記光ファイバの軸方向に対して所定角度傾いた方向に当該一次光を射出する加工部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の生体用モニタリング装置。
5. 前記加工部が、先端に向かって径が小さくなる先細り形状をなしていることを特徴とする請求項４記載の生体用モニタリング装置。