JP2822227B2 - 筋肉酸素代謝測定装置 - Google Patents
筋肉酸素代謝測定装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光を用いて筋肉の酸素代謝を無侵襲で計測す
る装置に関するものである。
る装置に関するものである。
（従来の技術） 生体の情報を得る方法として、一定運動負荷を与えた
ときの血圧、心拍数、心電図、酸素摂取量などをモニタ
することにより呼吸系や循環系の情報を得る装置が開発
されている。また、筋力を測定する装置も各種製品化さ
れている。
ときの血圧、心拍数、心電図、酸素摂取量などをモニタ
することにより呼吸系や循環系の情報を得る装置が開発
されている。また、筋力を測定する装置も各種製品化さ
れている。
しかしながら、筋肉の血液酸素代謝を直接測定する方
法及びそのための装置は開発されていない。
法及びそのための装置は開発されていない。
（発明が解決しようとする課題） 本発明者は先に近赤外領域の特定波長の光を用いて生
体血液中のヘモグロビン量の変動を直接測定する方法と
その装置を提案している（特願昭63−248833号）。
体血液中のヘモグロビン量の変動を直接測定する方法と
その装置を提案している（特願昭63−248833号）。
そこで、本発明は本発明者がすでに提案している方法
を用いて筋肉の血液酸素代謝を直接測定する装置を提供
することを目的とするものである。
を用いて筋肉の血液酸素代謝を直接測定する装置を提供
することを目的とするものである。
（課題を解決するための手段） 本発明の方法では、筋肉に一定の負荷を与え、近赤外
領域において異なる複数の波長の光を前記筋肉に直接照
射して各波長での吸光度変化を測定し、これらの吸光度
変化から酸素化型ヘモグロビン量変動、脱酸素化型ヘモ
グロビン量変動、全ヘモグロビン量変動の少なくとも１
つを求め、その変動から筋肉の酸素代謝を測定する。具
体的な例として説明すると、筋肉に一定の運動を負荷さ
せ、近赤外領域において異なる特定の３波長λ1,λ２及
びλ３を選択し、これらの波長光を前記筋肉に直接照射
して各波長についての吸光度変化ΔA1,ΔA2及びΔA3を
運動負荷の前後で測定し、これらの吸光度変化ΔA1,ΔA
2及びΔA3と、予め前記特定波長によって得られた吸光
係数k1,k2,k3,k1′,k2′,k3′とに基づいて、前記照射
光路中の酸素化型ヘモグロビン量変動Δ〔HbO2〕，脱酸
素化型ヘモグロビン量変動Δ〔Hb〕及び全ヘモグロビン
量変動Δ〔THb〕をそれぞれ Δ〔HbO2〕＝｛（k2′−k3′）ΔA1 −（k1′−k3′）ΔA2 ＋（k1′−k2′）ΔA3｝/K ……（１） Δ〔Hb〕＝｛（k2−k3）ΔA1 ＋（k1−k3）ΔA2− （k1−k2）ΔA3｝/K ……（２） Δ〔THb〕＝ ｛（k2′−k3′−k2＋k3）ΔA1 ＋（k1−k3−k1′＋k3′）ΔA2 ＋（k1′−k2′−k1＋k2）ΔA3｝/K ……（３） として、それらの値の少なくとも１つの運動負荷後の定
常状態への回復時間又は変化量から筋肉の酸素代謝を測
定する。ただし、k1,k2,k3はそれぞれ波長λ1,λ2,λ３
における酸素化型ヘモグロビンの吸光係数、k1′,k2′,
k3′はそれぞれ波長λ1,λ2,λ３における脱酸素化型ヘ
モグロビンの吸光係数、 Ｋ＝（k1−k3）（k2′−k3′）−（k2−k3）（k1′−
k3′）である。
領域において異なる複数の波長の光を前記筋肉に直接照
射して各波長での吸光度変化を測定し、これらの吸光度
変化から酸素化型ヘモグロビン量変動、脱酸素化型ヘモ
グロビン量変動、全ヘモグロビン量変動の少なくとも１
つを求め、その変動から筋肉の酸素代謝を測定する。具
体的な例として説明すると、筋肉に一定の運動を負荷さ
せ、近赤外領域において異なる特定の３波長λ1,λ２及
びλ３を選択し、これらの波長光を前記筋肉に直接照射
して各波長についての吸光度変化ΔA1,ΔA2及びΔA3を
運動負荷の前後で測定し、これらの吸光度変化ΔA1,ΔA
2及びΔA3と、予め前記特定波長によって得られた吸光
係数k1,k2,k3,k1′,k2′,k3′とに基づいて、前記照射
光路中の酸素化型ヘモグロビン量変動Δ〔HbO2〕，脱酸
素化型ヘモグロビン量変動Δ〔Hb〕及び全ヘモグロビン
量変動Δ〔THb〕をそれぞれ Δ〔HbO2〕＝｛（k2′−k3′）ΔA1 −（k1′−k3′）ΔA2 ＋（k1′−k2′）ΔA3｝/K ……（１） Δ〔Hb〕＝｛（k2−k3）ΔA1 ＋（k1−k3）ΔA2− （k1−k2）ΔA3｝/K ……（２） Δ〔THb〕＝ ｛（k2′−k3′−k2＋k3）ΔA1 ＋（k1−k3−k1′＋k3′）ΔA2 ＋（k1′−k2′−k1＋k2）ΔA3｝/K ……（３） として、それらの値の少なくとも１つの運動負荷後の定
常状態への回復時間又は変化量から筋肉の酸素代謝を測
定する。ただし、k1,k2,k3はそれぞれ波長λ1,λ2,λ３
における酸素化型ヘモグロビンの吸光係数、k1′,k2′,
k3′はそれぞれ波長λ1,λ2,λ３における脱酸素化型ヘ
モグロビンの吸光係数、 Ｋ＝（k1−k3）（k2′−k3′）−（k2−k3）（k1′−
k3′）である。
また、本発明の装置は、近赤外領域において異なる複
数の波長の光を筋肉に照射し、その透過光又は反射光の
強度を測定する測定系と、前記複数波長における透過光
又は反射光の強度から各波長での吸光度変化量を算出す
る吸光度変化量算出部と、吸光度変化量算出部からの吸
光度変化量に基づき酸素化型ヘモグロビン量変動、脱酸
素化型ヘモグロビン量変動、全ヘモグロビン量変動の少
なくとも１つを求め、運動負荷の前後でのそれらの変動
から筋肉の酸素代謝として回復時間又は回復までのそれ
らの変動量を求める手段とを備えている。具体的な例と
して説明すると、上記の近赤外領域の特定の３波長λ1,
λ2,λ３の光を時分割で筋肉に照射し、前記特定の３波
長における透過光又は反射光の強度を測定する測定系
と、前記筋肉の異なる時間における透過光又は反射光の
強度から前記特定の３波長での吸光度変化量ΔA1,ΔA2,
ΔA3を算出する吸光度変化量算出部と、予め測定された
吸光係数k1,k2,k3,k1′,k2′,k3′が設定される吸光係
数設定部と、吸光度変化量算出部からの吸光度変化量Δ
A1,ΔA2及びΔA3と吸光係数設定部からの吸光係数k1,
k2,k3,k1′,k2′,k3′とから上記（１）〜（３）式によ
り与えられる酸素化型ヘモグロビン量変動Δ〔HbO2〕，
脱酸素化型ヘモグロビン量変動Δ〔Hb〕及び全ヘモグロ
ビン量変動Δ〔THb〕の値の少なくとも１つの運動負荷
後の定常状態への回復時間又は変化量を算出する演算部
とを備えている。
数の波長の光を筋肉に照射し、その透過光又は反射光の
強度を測定する測定系と、前記複数波長における透過光
又は反射光の強度から各波長での吸光度変化量を算出す
る吸光度変化量算出部と、吸光度変化量算出部からの吸
光度変化量に基づき酸素化型ヘモグロビン量変動、脱酸
素化型ヘモグロビン量変動、全ヘモグロビン量変動の少
なくとも１つを求め、運動負荷の前後でのそれらの変動
から筋肉の酸素代謝として回復時間又は回復までのそれ
らの変動量を求める手段とを備えている。具体的な例と
して説明すると、上記の近赤外領域の特定の３波長λ1,
λ2,λ３の光を時分割で筋肉に照射し、前記特定の３波
長における透過光又は反射光の強度を測定する測定系
と、前記筋肉の異なる時間における透過光又は反射光の
強度から前記特定の３波長での吸光度変化量ΔA1,ΔA2,
ΔA3を算出する吸光度変化量算出部と、予め測定された
吸光係数k1,k2,k3,k1′,k2′,k3′が設定される吸光係
数設定部と、吸光度変化量算出部からの吸光度変化量Δ
A1,ΔA2及びΔA3と吸光係数設定部からの吸光係数k1,
k2,k3,k1′,k2′,k3′とから上記（１）〜（３）式によ
り与えられる酸素化型ヘモグロビン量変動Δ〔HbO2〕，
脱酸素化型ヘモグロビン量変動Δ〔Hb〕及び全ヘモグロ
ビン量変動Δ〔THb〕の値の少なくとも１つの運動負荷
後の定常状態への回復時間又は変化量を算出する演算部
とを備えている。
選択する３波長λ1,λ2,λ３は例えば700nm以上の長
波長領域で、得られる吸光度の差が大きく、かつ、散乱
などの波長依存性の少ない組み合わせが好ましい。
波長領域で、得られる吸光度の差が大きく、かつ、散乱
などの波長依存性の少ない組み合わせが好ましい。
測定装置における測定系には３波長の光を筋肉に直接
照射するために、それぞれの波長のレーザダイオードを
備えて順次発振させたり、分光光度計によって特定の３
波長を選択して使用する。また、光源から検出器までの
測定光路には測定対象である筋肉に直接光照射できるよ
うに、例えば光ファイバ束などを用いる。
照射するために、それぞれの波長のレーザダイオードを
備えて順次発振させたり、分光光度計によって特定の３
波長を選択して使用する。また、光源から検出器までの
測定光路には測定対象である筋肉に直接光照射できるよ
うに、例えば光ファイバ束などを用いる。
近赤外領域においては運動負荷を与えるとヘモグロビ
ンだけではなく筋肉中のミオグロビンもその酸素解離状
態によりスペクトルが変化する。筋肉酸素代謝計測にお
いては、特にヘモグロビンとミオグロビンを区別する必
要はなく、本発明ではヘモグロビンとミオグロビンを含
んでヘモグロビンと表現し、両者を含んだ測定値によっ
て筋肉酸素代謝を測定する。
ンだけではなく筋肉中のミオグロビンもその酸素解離状
態によりスペクトルが変化する。筋肉酸素代謝計測にお
いては、特にヘモグロビンとミオグロビンを区別する必
要はなく、本発明ではヘモグロビンとミオグロビンを含
んでヘモグロビンと表現し、両者を含んだ測定値によっ
て筋肉酸素代謝を測定する。
本発明の方法は、ヘモグロビン量の変動と吸光度変化
との間にランベルト−ベールの法則が成立する生理範囲
内で用いられる。すなわち、生体組織への特定波長λ1,
λ2,λ３による照射光路（光路長ｄ）中での酸素化型ヘ
モグロビン（HbO2）量変動をΔ〔HbO2〕、脱酸素化型ヘ
モグロビン（Hb）量変動をΔ〔Hb〕、全ヘモグロビン
（THb）量変動をΔ〔THb〕とし、波長λ1,λ2,λ３にお
ける酸素化型ヘモグロビンの吸光係数をそれぞれk1,k2,
k3、波長λ1,λ2,λ３における脱酸素化型ヘモグロビン
の吸光係数をそれぞれk1′,k2′,k3′とすると、各波長
λ1,λ2,λ３における経時吸光度変化量ΔA1,ΔA2,ΔA3
は ΔA1＝k1Δ〔HbO2〕＋k1′Δ〔Hb〕＋ΔS1……（４） ΔA2＝k2Δ〔HbO2〕＋k2′Δ〔Hb〕＋ΔS2……（５） ΔA3＝k1Δ〔HbO2〕＋k3′Δ〔Hb〕＋ΔS3……（６） として表わされる直線関係が成立する。ここで、ΔS1,
ΔS2,ΔS3はそれぞれ波長λ1,λ2,λ３における散乱光
強度変化分である。
との間にランベルト−ベールの法則が成立する生理範囲
内で用いられる。すなわち、生体組織への特定波長λ1,
λ2,λ３による照射光路（光路長ｄ）中での酸素化型ヘ
モグロビン（HbO2）量変動をΔ〔HbO2〕、脱酸素化型ヘ
モグロビン（Hb）量変動をΔ〔Hb〕、全ヘモグロビン
（THb）量変動をΔ〔THb〕とし、波長λ1,λ2,λ３にお
ける酸素化型ヘモグロビンの吸光係数をそれぞれk1,k2,
k3、波長λ1,λ2,λ３における脱酸素化型ヘモグロビン
の吸光係数をそれぞれk1′,k2′,k3′とすると、各波長
λ1,λ2,λ３における経時吸光度変化量ΔA1,ΔA2,ΔA3
は ΔA1＝k1Δ〔HbO2〕＋k1′Δ〔Hb〕＋ΔS1……（４） ΔA2＝k2Δ〔HbO2〕＋k2′Δ〔Hb〕＋ΔS2……（５） ΔA3＝k1Δ〔HbO2〕＋k3′Δ〔Hb〕＋ΔS3……（６） として表わされる直線関係が成立する。ここで、ΔS1,
ΔS2,ΔS3はそれぞれ波長λ1,λ2,λ３における散乱光
強度変化分である。
波長λ1,λ2,λ３を互いに比較的近い値に設定すれ
ば、ΔS1＝ΔS2＝ΔＳ＝ΔＳと近似することができる。
その結果、各変動量Δ〔HbO2〕，Δ〔Hb〕，Δ〔THb〕
は（１）〜（３）式により算出することができる。
ば、ΔS1＝ΔS2＝ΔＳ＝ΔＳと近似することができる。
その結果、各変動量Δ〔HbO2〕，Δ〔Hb〕，Δ〔THb〕
は（１）〜（３）式により算出することができる。
一方、筋肉に負荷を与えたとき血液量が変動すること
がわかった。血液量変動の状態をモデルとして第１図に
示す。時刻t0からt1までのｔ秒間運動を負荷させると、
血液量は運動負荷を与える前の定常状態からＰだけ減少
する。運動負荷を取り除くと血液量は徐々に回復する。
そこで、仮りに10％回復した時刻t2から90％回復したと
きの時刻t3までの時間Ｔを回復時間と仮定すれば、Ｔを
筋肉疲労の指標とすることができる。回復時間の筋肉疲
労の指標とする場合でも、10％から90％までの回復の時
間に限らず、他の区間をもって回復時間としてもよい。
がわかった。血液量変動の状態をモデルとして第１図に
示す。時刻t0からt1までのｔ秒間運動を負荷させると、
血液量は運動負荷を与える前の定常状態からＰだけ減少
する。運動負荷を取り除くと血液量は徐々に回復する。
そこで、仮りに10％回復した時刻t2から90％回復したと
きの時刻t3までの時間Ｔを回復時間と仮定すれば、Ｔを
筋肉疲労の指標とすることができる。回復時間の筋肉疲
労の指標とする場合でも、10％から90％までの回復の時
間に限らず、他の区間をもって回復時間としてもよい。
また、運動負荷による血液変化量Ｐをもって酸素代謝
や疲労度の指標とすることもできる。
や疲労度の指標とすることもできる。
（実施例） 第２図は一実施例の測定装置を表わす。
２−１〜２−３はそれぞれ特定の波長λ1,λ2,λ３の
レーザ光を発振するレーザダイオードであり、それぞれ
の出力は例えば30mWである。発振波長（λ1,λ2,λ３）
は700nm以上に設定することが好ましく、その組合わせ
は例えば（750nm,780nm,805nm）、（700nm,730nm,750n
m）などであるが、これらの波長に限定されず、近赤外
領域であれば任意に設定することができる。レーザダイ
オード２−１〜２−３は駆動回路４によって順次切り替
えて発振させられる。駆動回路４はCPU6によって制御さ
れる。８は測定対象としての筋肉であり、レーザダイオ
ード２−１〜２−３からのレーザビームが照射用光ガイ
ド10によって筋肉８に導かれる。光ガイド10は例えば直
径5mmの光ファイバ束である。12は検出器の光電子増倍
管であり、筋肉８による透過光又は反射光が検出用光ガ
イド14によって光電子増倍管12に導かれる。光ガイド14
も例えば直径が5mmの光ファイバ束である。
レーザ光を発振するレーザダイオードであり、それぞれ
の出力は例えば30mWである。発振波長（λ1,λ2,λ３）
は700nm以上に設定することが好ましく、その組合わせ
は例えば（750nm,780nm,805nm）、（700nm,730nm,750n
m）などであるが、これらの波長に限定されず、近赤外
領域であれば任意に設定することができる。レーザダイ
オード２−１〜２−３は駆動回路４によって順次切り替
えて発振させられる。駆動回路４はCPU6によって制御さ
れる。８は測定対象としての筋肉であり、レーザダイオ
ード２−１〜２−３からのレーザビームが照射用光ガイ
ド10によって筋肉８に導かれる。光ガイド10は例えば直
径5mmの光ファイバ束である。12は検出器の光電子増倍
管であり、筋肉８による透過光又は反射光が検出用光ガ
イド14によって光電子増倍管12に導かれる。光ガイド14
も例えば直径が5mmの光ファイバ束である。
16は光電子増倍管12の出力信号を増幅するプリアン
プ、18は増幅された信号をサンプルホールドするサンプ
ルホールド回路、20はサンプルホールド回路18の出力信
号を増幅する増幅器、22は増幅された信号電圧を周波数
に変換するV/F変換器であり、V/F変換器22の出力信号が
CPU6に入力されてカウントされる。
プ、18は増幅された信号をサンプルホールドするサンプ
ルホールド回路、20はサンプルホールド回路18の出力信
号を増幅する増幅器、22は増幅された信号電圧を周波数
に変換するV/F変換器であり、V/F変換器22の出力信号が
CPU6に入力されてカウントされる。
CPU6はレーザダイオード２−１〜２−３の発振を制御
するとともに、各波長λ1,λ2,λ３でのデータを取り込
み、経時吸光度変化量ΔA1,ΔA2,ΔA3を算出する。その
算出した経時吸光度変化量ΔA1,ΔA2,ΔA3と予め測定さ
れて設定された吸光係数k1,k2,k3,k1′,k2′,k3′とか
ら酸素化型ヘモグロビン量変動Δ〔HbO2〕、脱酸素化型
ヘモグロビン量変動Δ〔Hb〕及び全ヘモグロビン量変動
Δ〔THb〕を算出する。CPU6はまた、運動負荷の前後で
のこれらの値の変化から回復時間や変化量を算出する。
するとともに、各波長λ1,λ2,λ３でのデータを取り込
み、経時吸光度変化量ΔA1,ΔA2,ΔA3を算出する。その
算出した経時吸光度変化量ΔA1,ΔA2,ΔA3と予め測定さ
れて設定された吸光係数k1,k2,k3,k1′,k2′,k3′とか
ら酸素化型ヘモグロビン量変動Δ〔HbO2〕、脱酸素化型
ヘモグロビン量変動Δ〔Hb〕及び全ヘモグロビン量変動
Δ〔THb〕を算出する。CPU6はまた、運動負荷の前後で
のこれらの値の変化から回復時間や変化量を算出する。
CPU6は第３図に示されるように機能を果たしている。
26は吸光度変化量算出部であり、透過光又は反射光の強
度を入力し、ダーク補正をした後、対数値に変換し、異
なる時間における特定の３波長での吸光度変化量ΔA1,
ΔA2,ΔA3を算出する。28は予め測定された吸光係数k1,
k2,k3,k1′,k2′,k3′が設定される吸光係数設定部、30
は吸光度変化量算出部26からの吸光度変化量ΔA1,ΔA2,
ΔA3と吸光係数設定部28からの吸光係数k1,k2,k3,k1′,
k2′,k3′とから（１）〜（３）式により酸素化型ヘモ
グロビン量変動Δ〔HbO2〕、脱酸素化型ヘモグロビン量
変動Δ〔Hb〕及び全ヘモグロビン量変動Δ〔THb〕を算
出し、運動負荷の前後でのこれらの値の変化から回復時
間や変化量を算出する演算部である。
26は吸光度変化量算出部であり、透過光又は反射光の強
度を入力し、ダーク補正をした後、対数値に変換し、異
なる時間における特定の３波長での吸光度変化量ΔA1,
ΔA2,ΔA3を算出する。28は予め測定された吸光係数k1,
k2,k3,k1′,k2′,k3′が設定される吸光係数設定部、30
は吸光度変化量算出部26からの吸光度変化量ΔA1,ΔA2,
ΔA3と吸光係数設定部28からの吸光係数k1,k2,k3,k1′,
k2′,k3′とから（１）〜（３）式により酸素化型ヘモ
グロビン量変動Δ〔HbO2〕、脱酸素化型ヘモグロビン量
変動Δ〔Hb〕及び全ヘモグロビン量変動Δ〔THb〕を算
出し、運動負荷の前後でのこれらの値の変化から回復時
間や変化量を算出する演算部である。
測定系24は第２図で鎖線で囲まれた部分に該当する。
第２図においてCPU6には入出力部32を介して、この装
置を操作したり吸光係数を入力するためのキーボード3
4、測定値などを表示する液晶ディスプレイ36、測定結
果を出力するレコーダ38、異常を知らせる警報装置40な
どが接続されている。
置を操作したり吸光係数を入力するためのキーボード3
4、測定値などを表示する液晶ディスプレイ36、測定結
果を出力するレコーダ38、異常を知らせる警報装置40な
どが接続されている。
次に、本実施例の動作について説明する。
第４図はCPU6が測定値を取り込み、ダーク補正をする
までのタイムチャートである。A,B,Cはそれぞれ波長
λ1,λ2,λ３のレーザダイオード２−１〜２−３の駆動
パルス、Ｄは積分パルス、Ｅはサンプリングパルス、Ｆ
はリセットパルス、Ｇは光電子増倍管12の出力信号、Ｈ
は波長λ１のチャネルのサンプルホールド前の出力信号
である。他のチャネルについても同様の出力信号Ｈが得
られる。Ｓλ１は信号レベル、Ｄλ１はダークレベルで
ある。ＩはＳλ１−Ｄλ１であり、これによって真の信
号レベルを得ることができる。
までのタイムチャートである。A,B,Cはそれぞれ波長
λ1,λ2,λ３のレーザダイオード２−１〜２−３の駆動
パルス、Ｄは積分パルス、Ｅはサンプリングパルス、Ｆ
はリセットパルス、Ｇは光電子増倍管12の出力信号、Ｈ
は波長λ１のチャネルのサンプルホールド前の出力信号
である。他のチャネルについても同様の出力信号Ｈが得
られる。Ｓλ１は信号レベル、Ｄλ１はダークレベルで
ある。ＩはＳλ１−Ｄλ１であり、これによって真の信
号レベルを得ることができる。
第５図のフローチャートにしたがって動作を説明す
る。
る。
レーザダイオード２−１〜２−３をオフにするなど、
測定装置の初期設定を行ない（ステップS1）、光電子増
倍管12の負高圧値や出力パラメータなどの条件設定を行
なう（ステップS2）。
測定装置の初期設定を行ない（ステップS1）、光電子増
倍管12の負高圧値や出力パラメータなどの条件設定を行
なう（ステップS2）。
ダークレベルを検出するために、レーザダイオード２
−１〜２−３がオフの状態で各波長λ1,λ2,λ３のチャ
ネルについて所定の時間だけ検出値を積分する（ステッ
プS3〜S6）。これらの積分値Ｄλ1,Dλ2,Dλ３をダーク
レベルのデータとして読み込み、記憶する（ステップS
7）。これらのダークレベルＤλ1,Dλ2,Dλ３が設定値
よりも小さければ、信号レベルの測定に移行し、大きけ
ればアラームを点灯してダークレベルの測定から繰り返
す（ステップS8,S9）。
−１〜２−３がオフの状態で各波長λ1,λ2,λ３のチャ
ネルについて所定の時間だけ検出値を積分する（ステッ
プS3〜S6）。これらの積分値Ｄλ1,Dλ2,Dλ３をダーク
レベルのデータとして読み込み、記憶する（ステップS
7）。これらのダークレベルＤλ1,Dλ2,Dλ３が設定値
よりも小さければ、信号レベルの測定に移行し、大きけ
ればアラームを点灯してダークレベルの測定から繰り返
す（ステップS8,S9）。
信号の検出においては、レーザダイオード２−１〜２
−３をオンにして各波長λ1,λ2,λ３のチャネルについ
て所定の時間だけ検出値を積分する（ステップS10〜S1
3）。これらの積分値Ｓλ1,Sλ2,Sλ３を信号データと
して読み込み、記憶する（ステップS14）。これらの信
号Ｓλ1,Sλ2,Sλ３が設定範囲になければ、アラームを
点灯し、ステップS2に戻って負高圧値を変更してダーク
レベルから測定を繰り返す（ステップS15,S16,S17,S1
8）。
−３をオンにして各波長λ1,λ2,λ３のチャネルについ
て所定の時間だけ検出値を積分する（ステップS10〜S1
3）。これらの積分値Ｓλ1,Sλ2,Sλ３を信号データと
して読み込み、記憶する（ステップS14）。これらの信
号Ｓλ1,Sλ2,Sλ３が設定範囲になければ、アラームを
点灯し、ステップS2に戻って負高圧値を変更してダーク
レベルから測定を繰り返す（ステップS15,S16,S17,S1
8）。
信号Ｓλ1,Sλ2,Sλ３が設定範囲にあれば真の信号レ
ベルを出すために、Ｓλ１−Ｄλ1,Sλ２−Ｄλ2,Sλ３
−Ｄλ３を算出する（ステップS19）。算出された値を
対数値に変換し（ステップS20）、データとして記憶し
ておく（ステップS21）。
ベルを出すために、Ｓλ１−Ｄλ1,Sλ２−Ｄλ2,Sλ３
−Ｄλ３を算出する（ステップS19）。算出された値を
対数値に変換し（ステップS20）、データとして記憶し
ておく（ステップS21）。
その後、（１）〜（３）式により酸素化型ヘモグロビ
ン量変動Δ〔HbO2〕、脱酸素化型ヘモグロビン量変動Δ
〔Hb〕及び全ヘモグロビン量変動Δ〔THb〕を算出し、
運動負荷の前後でのこれらの値の変化から回復時間や変
化量を算出する（ステップS22）。算出された値が妥当
なものであれば、出力し（ステップS23,S25）、妥当で
なければアラームを点灯し、ステップS2に戻ってダーク
レベルの測定から繰り返す（ステップS23,S24）。
ン量変動Δ〔HbO2〕、脱酸素化型ヘモグロビン量変動Δ
〔Hb〕及び全ヘモグロビン量変動Δ〔THb〕を算出し、
運動負荷の前後でのこれらの値の変化から回復時間や変
化量を算出する（ステップS22）。算出された値が妥当
なものであれば、出力し（ステップS23,S25）、妥当で
なければアラームを点灯し、ステップS2に戻ってダーク
レベルの測定から繰り返す（ステップS23,S24）。
実施例の装置を用い、人が5kgの錘を持ち上げた場合
の上腕筋及び前腕筋における筋肉血液量の挙動の測定に
適用した例を第６図に示す。（Ａ）は上腕筋の測定結
果、（Ｂ）は前腕筋の測定結果である。図中でWORKと書
かれている位置が錘を持ち上げた時刻である。
の上腕筋及び前腕筋における筋肉血液量の挙動の測定に
適用した例を第６図に示す。（Ａ）は上腕筋の測定結
果、（Ｂ）は前腕筋の測定結果である。図中でWORKと書
かれている位置が錘を持ち上げた時刻である。
測定を行なう３波長として750nm,780nm,805nmを用い
る。ΔHbO2は酸素化型ヘモグロビンの変動量、ΔTHbは
全ヘモグロビン変動量、ΔＡは各波長での吸光度の変動
を表わしている。測定装置では第２図の光ガイド10の先
端にプローブを設け、そのプローブを前腕筋又は上腕筋
の片側に接触させ、光ガイド14の先端には受光用プロー
ブを設けて前腕筋又は上腕筋の他方の側に接触させて光
ガイド10からの光の透過光を測定する。
る。ΔHbO2は酸素化型ヘモグロビンの変動量、ΔTHbは
全ヘモグロビン変動量、ΔＡは各波長での吸光度の変動
を表わしている。測定装置では第２図の光ガイド10の先
端にプローブを設け、そのプローブを前腕筋又は上腕筋
の片側に接触させ、光ガイド14の先端には受光用プロー
ブを設けて前腕筋又は上腕筋の他方の側に接触させて光
ガイド10からの光の透過光を測定する。
第６図の結果によれば、（Ａ）に示されるように、上
腕では運動負荷により血液量が増加し、このため筋肉酸
素濃度（酸素化型ヘモグロビン量）が僅かに減少するに
とどまっている。一方、強い筋収縮を要する前腕では、
筋肉血液量が著しく減少し、酸素供給低下が組織酸素濃
度を低下させ、筋肉の疲労が認められる。
腕では運動負荷により血液量が増加し、このため筋肉酸
素濃度（酸素化型ヘモグロビン量）が僅かに減少するに
とどまっている。一方、強い筋収縮を要する前腕では、
筋肉血液量が著しく減少し、酸素供給低下が組織酸素濃
度を低下させ、筋肉の疲労が認められる。
（４）〜（６）式における散乱光強度によるバックグ
ラウンド補正項ΔS1,ΔS2,ΔS3に波長依存の係数をかけ
てａΔS1,bΔS2,cΔS3とすれば、さらに精度がよくな
る。
ラウンド補正項ΔS1,ΔS2,ΔS3に波長依存の係数をかけ
てａΔS1,bΔS2,cΔS3とすれば、さらに精度がよくな
る。
実施例ではCPU6がヘモグロビン量変動の演算だけでな
く、ダークレベル補正、対数変換も行なっているが、例
えば対数増幅器を用いて対数変換したデータをCPUに取
り込んで演算するようにしてもよい。
く、ダークレベル補正、対数変換も行なっているが、例
えば対数増幅器を用いて対数変換したデータをCPUに取
り込んで演算するようにしてもよい。
また、３波長を選択するために３種類のレーザダイオ
ードを用いているが、分光光度計を用いて３波長でのデ
ータを得るようにしてもよい。
ードを用いているが、分光光度計を用いて３波長でのデ
ータを得るようにしてもよい。
実施例では３波長で測定しているが、４波長以上を用
いてヘモグロビン各量の変動Δ〔HbO2〕，Δ〔Hb〕，Δ
〔THb〕を測定すればさらに精度を上げることができ
る。
いてヘモグロビン各量の変動Δ〔HbO2〕，Δ〔Hb〕，Δ
〔THb〕を測定すればさらに精度を上げることができ
る。
（発明の効果） 本発明では筋肉の酸素代謝を光学的に直接測定するこ
とができるので、運動能力や筋肉疲労度の個人差を明確
に数値化することができ、そのようなデータ量を増やす
ことにより、本発明をスポーツ医学へ適用することがで
きる。
とができるので、運動能力や筋肉疲労度の個人差を明確
に数値化することができ、そのようなデータ量を増やす
ことにより、本発明をスポーツ医学へ適用することがで
きる。
本発明はまた、例えば手術前と手術後や、医学的処置
の前後での筋肉疲労度を測定するために用いることもで
きるので、リハビリテーションの分野にも応用すること
ができる。
の前後での筋肉疲労度を測定するために用いることもで
きるので、リハビリテーションの分野にも応用すること
ができる。
第１図は本発明の測定原理をモデルとして示す図、第２
図は一実施例を示すブロック図、第３図は一実施例にお
けるCPUの機能を示すブロック図、第４図は一実施例の
検出動作を示すタイムチャート、第５図は一実施例の動
作を示すフローチャート、第６図は一実施例の装置を用
いた測定例を示す図である。 24……測定系、26……吸光度変化量算出部、28……吸光
係数設定部、30……演算部。
図は一実施例を示すブロック図、第３図は一実施例にお
けるCPUの機能を示すブロック図、第４図は一実施例の
検出動作を示すタイムチャート、第５図は一実施例の動
作を示すフローチャート、第６図は一実施例の装置を用
いた測定例を示す図である。 24……測定系、26……吸光度変化量算出部、28……吸光
係数設定部、30……演算部。
Claims (1)
- 【請求項１】近赤外領域において異なる複数の波長の光
を筋肉に照射し、その透過光又は反射光の強度を測定す
る測定系と、前記複数波長における透過光又は反射光の
強度から各波長での吸光度変化量を算出する吸光度変化
量算出部と、吸光度変化量算出部からの吸光度変化量に
基づき酸素化型ヘモグロビン量変動、脱酸素化型ヘモグ
ロビン量変動、全ヘモグロビン量変動の少なくとも１つ
を求め、運動負荷の前後でのそれらの変動から筋肉の酸
素代謝として回復時間又は回復までのそれらの変動量を
求める手段とを備えた筋肉酸素代謝測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25577389A JP2822227B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 筋肉酸素代謝測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25577389A JP2822227B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 筋肉酸素代謝測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03118035A JPH03118035A (ja) | 1991-05-20 |
| JP2822227B2 true JP2822227B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=17283425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25577389A Expired - Fee Related JP2822227B2 (ja) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | 筋肉酸素代謝測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2822227B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6078705B2 (ja) * | 2011-12-08 | 2017-02-15 | 株式会社イノフィス | 筋疲労評価装置、システム、方法、及びプログラム |
| JP2014016230A (ja) * | 2012-07-09 | 2014-01-30 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 生体その場観察における分光分析法 |
| US20150208968A1 (en) * | 2012-09-28 | 2015-07-30 | KONINKLIJKE PHILIPS N.V. a corporation | System and method for assessment of patient health based on recovery responses from oxygen desaturation |
| JP6323882B2 (ja) * | 2016-11-15 | 2018-05-16 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 生体その場観察における分光分析法 |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP25577389A patent/JP2822227B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03118035A (ja) | 1991-05-20 |
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Legal Events
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