JP3893509B2 - 生体パラメータ計測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、腎機能、肝機能、呼吸循環機能を測定する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
腎機能の検査すなわち糸球体濾過量の検査には、放射線を利用した核医学検査と、クレアチニンクリアランス検査などがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
核医学検査は、被爆を考慮する必要があり、また、特別な施設が必要であり、ICU等のベッドサイドでの使用ができないという欠点がある。一方、クレアチニンクリアランス検査は、測定に長時間(2〜4時間)を要し、腎不全患者への負担が大きく、尿量値に計算式が依存するため正確性に欠けるという欠点がある。
【0004】
また、腎機能は、心拍出量や循環血液量などの循環動態に影響されるので、両方を同時に測定することが望ましいが、従来はこのような同時測定を適切に行うことができる装置はなかった。また、被験者の血液中に色素を注入し、その濃度図を測定することによって循環動態機能の測定を行っているものもあるが、腎機能と共に測定しているものはない。またこのような測定に従来用いられている色素には、安全性や取扱いに難点があった。
【0005】
本発明はこのような欠点に鑑みなされたもので、その目的は簡単で短時間に、さらに安全かつ高精度に腎機能、肝機能、呼吸循環機能を測定することができるようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る装置は、複数の光波長を持つ光源と、前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部とを有し、前記光源は3つの光波長を持ち、前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度を検出する第1検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインドシアニングリーン濃度図および酸素飽和度を検出する第2検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる第1選択手段を備える。
【0007】
請求項2に係る装置は、複数の光波長を持つ光源と、前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、を有し、前記光源は3つの光波長を持ち、前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度を検出する第1検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインドシアニングリーン濃度図および酸素飽和度を検出する第2検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて一酸化炭素ヘモグロビン濃度および酸素飽和度を検出する第3検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる第2選択手段を備えることを特徴とする。
【0008】
請求項3に係る装置は、複数の光波長を持つ光源と、前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、を有し、前記光源は4つの光波長を持ち、前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度と共に、インドシアニングリーン濃度図を検出することを特徴とする。
【0009】
請求項4に係る装置は、請求項3に係る装置において、前記パラメータ検出部は、インジゴカルミン濃度図とインドシアニングリーン濃度図の両方から生体パラメータを求めることを特徴とする。
【0010】
請求項5に係る装置は、請求項4に係る装置において、前記生体パラメータが肝クリアランスと腎クリアランスを含むことを特徴とする。
【0011】
請求項6に係る装置は、請求項4に係る装置において、前記生体パラメータは循環血液量と細胞間質液量などの体液量を含むことを特徴とする。
【0012】
請求項7に係る装置は、複数の光波長を持つ光源と、前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、を有し、前記光源は4つの光波長を持ち、前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度と共に、インドシアニングリーン濃度図を検出する第1検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて一酸化炭素ヘモグロビン濃度および酸素飽和度を検出する第2検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる選択手段を備えることを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の参考例となる装置の原理を説明する。
【0023】
生体組織の血液中にインジゴカルミン(以下IDGと称する)を注入し、3つの波長の光をその生体組織に照射する。そして、その生体組織を透過した各波長についての光の強度に応じた信号I1,I2,I3を測定すると、その減光度A1,A2,A3は、血液の脈動により変動する。その変化分ΔA1,ΔA2,ΔA3を測定し、これらの相互の比を求める。これらの比を、Φ12=ΔA1/ΔA2、Φ13=ΔA1/ΔA3とすると、シャスターの理論および実験から次式が成り立つ。
【0024】
(1)式、(2)式において、RHbは還元ヘモグロビン濃度、O2Hbは酸化ヘモグロビン濃度、CdはIDG濃度、Hbはヘモグロビン濃度を示す。Eoi(i=1,2,3)は酸化ヘモグロビンの吸光係数、Eri(i=1,2,3)は還元ヘモグロビンの吸光係数、Edi(i=1,2,3)はIDGの吸光係数、Fは散乱係数を示し、i=1,2,3は光波長λ1,λ2,λ3を示す。
【0025】
この場合、前記Eoi,Eri,Edi,Fはそれぞれ既知の値であるから、Φ12=ΔA1/ΔA2、Φ13=ΔA1/ΔA3を測定し、これらを前記(1)式、(2)式に代入して連立方程式を解けば、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、IDGの3つの血中物質の濃度比を求める事ができる。
【0026】
例えば、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、IDGの3つの濃度O2Hb、RHb、Cdの比を1:n:mとすると、
【0027】
O2Hb=1/(1+n+m)、RHb=n/(1+n+m)、Cd=m/(1+n+m)
であるから、(1)式、(2)式の連立方程式の未知数はn,mの2つとすることができる。したがって、n,mを求めることにより、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、IDGの3つの血中物質の濃度比を求めることができる。
【0028】
また、ヘモグロビン濃度Hbが分かれば、Cd/Hb=m/(1+n)より、IDGの絶対濃度Cdを計算することができる。
【0029】
図1は、本発明の参考例である生体パラメータ計測装置の構成を示すブロック図である。図1において光源1、2、3は発光素子から成り、これら光源1、2、3は、駆動回路4により駆動され、それぞれ異なる波長λ1,λ2,λ3の光を発生するように構成されている。ここでλ1=620nm, λ2=660nm, λ3=940nmである。光源1、2、3からの光は、生体組織5を透過して、受光素子6で受光され、ここで電気信号に変換される。そして、これらの変換された信号は、増幅器7で増幅され、マルチプレクサ8によりそれぞれの光波長に対応したフィルタ9、10、11に振り分けられるように構成されている。
【0030】
フィルタ9,10,11にそれぞれ振り分けられた各波長の信号は、高周波成分を除去された後、A/D変換器12でデジタル信号に変換され、対数計算回路14、減光度変化分の比Φを演算するΦ計算回路15およびIDG濃度図を計算する物質濃度計算回路16に順次入力されるようになっている。
【0031】
タイミング制御回路13は、駆動回路4、マルチプレクサ8、A/D変換器12の各部に対して必要なタイミング信号を送出し、それらの動作のタイミングを制御するように構成されている。
【0032】
Hb入力回路19は、外部から設定された血中ヘモグロビン濃度を記憶する回路であり、物質濃度計算回路16が計算を行う際に必要に応じてその内容が用いられる。
【0033】
生体パラメータ計算回路17は、物質濃度計算回路16が求めたIDG濃度図に基づいて、心拍出量CO,循環血液量V1,細胞間質液量V2,定常分布容積Vdss,***の速度定数kel,クリアランスCLtotを計算する回路である。
【0034】
ここで、一般に、色素濃度図からこれらのパラメータCO,V1,V2,Vdss,kel,CLtotの求め方を説明する。心拍出量COは、図2に示す色素濃度図の初循環の面積Dから求めることができる。すなわち、注入色素量をCとすると、
の関係があるからこれらを計算して求める。
【0035】
他のパラメータは次のようにして求める。図3に片対数で表した色素濃度図を示す。この曲線から分布容積とクリアランスを計算する事ができる。この濃度図は、図3に示すように、2つの外挿線で表現する事が可能である。これは、血液中の色素分布容積が2つのコンパートメントで表現できる事を示している。この2つの容積を血管内と細胞間質液として、循環血液量と細胞間質液量を計算する事が可能である。
【0036】
2コンパートメントモデルを、図4に示す。ここで、V1は中心コンパートメントの容積、V2は末梢コンパートメントの容積、k12、k21、kel、はそれぞれ速度定数、C1は中心コンパートメントの色素濃度、C2は末梢コンパートメントの色素濃度である。
【0037】
測定した色素濃度図を中心コンパートメントの色素濃度として、たとえば色素濃度図Cd(t)を最小二乗法などを使い2−exponentialの次式のように表現する。
この時、以下の計算式が成り立つ。
Doseは、投与色素量であり、CLtotはクリアランスである。これらの式により各動態パラメータが得られる。ここで、V1を循環血液量とし、V2を細胞間質液量とする。
【0038】
本参考例では色素はIDG である。したがって、生体パラメータ計算回路17は、物質濃度計算回路16が求めたIDG 濃度図と、上記の(4)式〜(11)式に基づいて、心拍出量CO, 循環血液量V1, 細胞間質液量V2, 定常分布容積Vdss, ***の速度定数kel,クリアランスCLtot を計算する回路である。IDG は主に腎臓により***されるので、上記計算式により得られたIDG のkel やCLtot は、主に腎臓の糸球体瀘過量や腎臓血流量の指標となる。
【0039】
Dose入力回路18は、外部から設定されたIDG投与量を記憶する回路であり、生体パラメータ計算回路17が計算を行う際に必要に応じてその内容が用いられる。
【0040】
本装置において、物質濃度計算回路16およびHb入力回路19が濃度図検出手段を構成し、生体パラメータ計算回路17およびDose入力回路18がパラメータ検出部を構成する。
【0041】
次に、このように構成された装置の動作を説明する。本装置が動作開始となると、光源1、2、3により発生した各波長の光は、生体組織5を透過する。受光素子6は、その光の強度に応じて電気的信号に変換する。これらの信号は、増幅器7、フィルタ9、10、11およびA/D変換器12を経て対数計算回路14に至る。対数計算回路14では、A/D変換器12の出力であって光の強度I1,I2,I3に応じた信号からlnI1,lnI2,lnI3を計算して求める。次に、Φ計算回路15は、Φ12=ΔlnI1/ΔlnI2、Φ13=ΔlnI1/ΔlnI3を計算して求める。
【0042】
物質濃度計算回路16は、Φ計算回路15が求めたΦ12、Φ13と、既述の連立方程式(1)式、(2)式に基づく式から酸素飽和度SpO2とIDG濃度図Cd(t)を求める。なお、酸素飽和度SpO2は、酸化ヘモグロビン濃度O2Hb、還元ヘモグロビン濃度RHbの比から求める。ここで求めた酸素飽和度SpO2および濃度図Cd(t)は図示せぬ表示器および記録器により表示、記録される。
【0043】
一方、生体パラメータ計算回路17は、物質濃度計算回路16が求めたIDG濃度図Cd(t)に基づいて、心拍出量CO,循環血液量V1,細胞間質液量V2,定常分布容積Vdss,***の速度定数kel,クリアランスCLtotを計算する。これらは図示せぬ表示器、記録器により表示、記録される。
【0044】
本参考例では、3波長の光を用いており、IDG 濃度図を求める際、酸素飽和度も考慮した式を用いている。このため酸素飽和度による影響が除かれ、正確にIDG 濃度図を求めることができる。なお、100%ガスを被験者に吸入させるのを前提として測定するならば、酸素飽和度を1と見做すことができ、物質濃度計算回路16は、上記の連立方程式のいずれか1つの式でIDG 濃度図を求めることができる。
【0045】
本参考例によれば、IDG は主に腎臓によって***されるので、腎機能の測定を正確に行うことができる。さらに本参考例では、***の速度定数kel,クリアランスCLtot 等の腎機能パラメータの他、心拍出量COや循環血液量V1等の循環機能パラメータも同時に得ることができる。
【0046】
本参考例において、波長λ1が橙または赤橙、波長λ2が赤、波長λ3が赤外であれば良く、波長λ1のピークが610−630nmであり、波長λ3のピークが790−990nmであれば好適な測定結果が得られる。
【0047】
次に本発明の第1の実施の形態について説明する。この装置の構成を図5に示す。本実施の形態では、光源1A、2A、3Aそれぞれが発する光の波長λ1,λ2,λ3は、λ1=620nm, λ2=805nm, λ3=940nmである。さらに、本実施の形態のΦ計算回路15Aは、Φ13=ΔlnI1/ ΔlnI3、Φ23=ΔlnI2/ ΔlnI3を計算して求める回路である。
【0048】
また、本実施の形態では、投与された色素がIDGか、インドシアニングリーン(以下ICG)かを判断する判断回路21を備えている。図6の吸光係数の特性によると、IDGが投与されれば、λ1(620nm)の透過光に最大の光吸収変化が発生し、ICGが投与されれば、λ3(805nm)の透過光に最大の光吸収変化が発生する。判断回路21は、Φの値により色素の種類を判断している。すなわち、図7に示すように、Φ13、Φ23に対し適当なしきい値を設定し、それぞれのしきい値とΦ13、Φ23を比較していずれの色素が投与されたかを判別するようになっている。
【0049】
また、本実施の形態における物質濃度計算回路16Aは、判断回路21の判断結果に応じた連立方程式に基づく式を計算しその色素濃度図Cd(t)とSpO2を求める回路である。この場合、連立方程式は次式で表されるが、吸光係数Edi(i=1,2,3)は、IDGかICGかによって異なる。
【0050】
他の構成は既述の参考例と同じであり、図5では同じ番号を付している。本実施の形態において、物質濃度計算回路16Aの機能のうち、IDG 濃度図CdD(t)と酸素飽和度SpO2を求める機能が第1検出手段に相当し、ICG 濃度図CdC(t)と酸素飽和度SpO2を求める機能が第2検出手段に相当し、判断回路21が第1選択手段を構成する。
【0051】
本実施の形態によれば、IDGが投与されると、判断回路21は、Φ計算回路15Aが求めたΦ13、Φ23を参照してIDGが投与されたと判断し、その旨を物質濃度計算回路16Aに出力する。物質濃度計算回路16Aは、IDGの吸光係数が用いられた(12)式、(13)式の連立方程式に基づく式を計算しSpO2およびIDG濃度図CdD(t)を求める。これらSpO2およびCdD(t)は、図示せぬ表示器、記録器に表示、記録される。生体パラメータ計算回路17は、物質濃度計算回路16Aが求めたIDG濃度図CdD(t)に基づいて、心拍出量CO,循環血液量V1,細胞間質液量V2,定常分布容積Vdss,***の速度定数kel,クリアランスCLtotを計算する。これらは図示せぬ表示器、記録器に表示、記録される。
【0052】
一方、ICGが投与されると、判断回路21は、Φ計算回路15Aが求めたΦ13、Φ23を参照し、ICGが投与されたと判断し、その旨を物質濃度計算回路16Aに出力する。物質濃度計算回路16Aは、ICGの吸光係数が用いられた(12)式、(13)式の連立方程式に基づく式を計算しSpO2およびICG濃度図CdC(t)を求める。以下、IDG投与の場合と同じ処理が各部で行われる。
【0053】
本実施の形態は、3つの波長の光を用いた装置であって、IDG,ICGのいずれの色素が投与されてもそれらの色素濃度図と動脈血酸素飽和度の測定を行うことができる。ただし、IDGとICGの両方を血液中に投与しないという条件は必要である。
【0054】
本実施の形態では、判別回路21を用いて、投与された色素がIDGであるかICGであるかを自動的に判別したが、これはキー入力手段等を用い、操作者の操作によって行うようにしても良い。
【0055】
次に第2の実施の形態を説明する。第1の実施の形態のように、3波長の光を用いた装置においては、色素を投与しない条件下において、一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbを測定する事も可能である。3波長を用いて一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbを測定する発明は出願人が特願平11−339605号に示したとおりである。本実施の形態は、3波長で動脈血酸素飽和度SpO2、IDG 濃度CdD 、ICG 濃度CdC 、一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbが測定できる装置である。ただし、IDG 、ICG 、一酸化炭素ヘモグロビンは、同時に血液中に存在する事は無いことを前提としている。
【0056】
図8に示すように、本装置の構成は、光源1A、2A、3Aから発生した光が、生体組織5を透過して受光素子6で電気信号に変換され、この信号がマルチプレクサ8、フィルタ9、10、11を経てA/D変換器12でデジタル信号に変換されるまでは第1の実施の形態と同じであるが、この信号の処理はデジタルコンピュータのデータ処理装置30によって行うようにしている。さらに、本装置は入力装置22を備え、これにより操作者が、データ処理装置30に対し、IDG 濃度CdD 、ICG 濃度CdC 、一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbのうち、いずれの測定を行うかを指示する。
【0057】
図9のフローチャートに基づいて、本装置の動作を説明する。電源オンとなると(ステップ101)、透過光を計測する(ステップ102)。すなわち、光源1A、2A、3Aから発生し、生体組織5を透過した光は、受光素子6で電気信号に変換される。この信号は、増幅器7で増幅され、マルチプレクサ8、フィルタ9、10、11を経てA/D変換器12でデジタル信号I1,I2,I3とされる。データ処理装置30は、これらの信号を所定時間、連続測定し、対数lnI1、lnI2、ln3に変換し、記憶する。
【0058】
次に、ステップ102で求めた対数値に基づいてΦ計算を行う(ステップ103)。すなわち、各脈動毎にlnI1、lnI2、ln3の変化分ΔlnIl、ΔlnI2、ΔlnI3を求め、Φ13=ΔlnI1/ΔlnI3、Φ23=ΔlnI2/ΔlnI3を計算する。
【0059】
次に、データ処理装置30は、入力装置22から与えられた指示が、色素濃度計算の指示かを判断し(ステップ104)、色素濃度測定の場合はSpO2とその指示する色素濃度を計算する(ステップ105)。このステップにおいて指示手段20がIDGCの濃度CdDの測定を指示している場合は、(12)式、(13)式のEdをIDGの吸光係数とする連立方程式に基づく計算を行って酸素飽和度SpO2とIDG濃度図CdD(t)を求める。
【0060】
与えられている指示がICG濃度CdCの測定である場合は、(12)式、(13)式のEdをICGの吸光係数とする連立方程式に基づく計算を行って酸素飽和度SpO2とICG濃度図CdC(t)を求める。この計算で用いられるヘモグロビン濃度は、入力装置22から予め与えられている。求めたSpO2とCdC(t)は図示せぬ表示器、記録器により表示、記録される。
【0061】
次にデータ処理装置30は、求めたCdD(t)またはCdC(t)を用いて心拍出量CO,循環血液量V1,細胞間質液量V2,定常分布容積Vdss,***の速度定数kel,クリアランスCLtotを計算する(ステップ106)。この計算で用いられる各色素の投与量Vdoseは、入力装置22から予め与えられている。求めた各値は図示せぬ表示器、記録器により表示、記録される。
【0062】
一方、一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbの測定が指示されている場合は、次の連立方程式に基づく計算を行ってSpO2とCOHbを求める(ステップ107)。
ここで、Ecoは一酸化炭素ヘモグロビンの吸光係数である。
【0063】
こうして求められたSpO2とCOHbは図示せぬ表示器、記録器により表示、記録される。本実施の形態において、データ処理装置30の機能のうち、IDG濃度図CdD(t)と酸素飽和度SpO2を求める機能が第1検出手段に相当し、ICG濃度図CdC(t)と酸素飽和度SpO2を求める機能が第2検出手段に相当し、一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbと酸素飽和度SpO2を求める機能が第3検出手段に相当し、入力装置22が第2選択手段を構成する。
【0064】
なお、入力装置22からの指示の代わりに、データ処理装置30がΦの変化のパターンに基づいて、いずれの色素濃度図であるかを自動的に判定し、色素濃度測定の計算を実行するようにしても良い。図10にフローチャートを示す。この場合には、判断ステップ200のみが図9で説明した装置と異なる。
【0065】
また、上記の3波長での測定において、色素濃度測定及び一酸化炭素ヘモグロビン濃度測定を行わない場合、データ処理装置30は、以下の計算式に基づいてSpO2を求めるならば、測定精度の向上を図ることができる。
【0066】
ここで、EXは動脈血液以外の組織の脈動により発生する光吸収を示す変数であり、未知数であり、波長依存性が無い。Φ12=ΔA1/ΔA2、Φ13=ΔA1/ΔA3を測定し、前記式に代入して連立方程式を解けば、SpO2測定にとって誤差成分であるEXを消去し、酸化ヘモグロビンO2Hb、還元ヘモグロビンRHbの濃度比SpO2をより正確に求める事ができる。そして、注入色素が無い場合には、このようにしてEXを求め、注入色素がある場合にはこのEXを使って、EXと色素濃度を含む連立方程式に基づいて注入色素濃度を求めるならば、より正確に色素濃度を求めることができる。
【0067】
次に第3の実施の形態を説明する。この装置は、図11に示すように、4波長の光を生体組織5に照射して得られる透過光強度の信号を処理する事によって、血液中に投与されたIDG とICG それぞれの濃度を同時に測定する装置である。光源41、42、43、44は、駆動回路54により駆動され、それぞれ波長λ1=620nm ,λ2=660nm ,λ3=805nm ,λ4=940nm の光を発生するものである。光源41、42、43、44からの光は、生体組織5を透過して、受光素子56で受光され、電気信号に変換され、これらの変換された信号は、増幅器57で増幅され、マルチプレクサ58によりそれぞれの光波長に対応したフィルタ59、60、61、62に振り分けられるように構成されている。
【0068】
フィルタ59,60,61,62に振り分けられた信号は、高周波成分を除去された後、A/D変換器52でデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、デジタルコンピュータから構成されるデータ処理装置70により処理されるようになっている。データ処理装置70はまた、駆動回路54、マルチプレクサ58、A/D変換器52の各部を制御するように構成されている。
【0069】
データ処理装置70には入力装置23が接続されており、これにより血中ヘモグロビン濃度と色素投与量が予め入力されている。
【0070】
次にこのように構成された装置の動作を図12のフローチャートを参照して説明する。操作者はまず被験者の血液中にIDGとICGを投与する。本装置は、電源オンとなると(ステップ301)、透過光を計測する(ステップ302)。すなわち、光源41、42、43、44から発生し、生体組織5を透過した光は、受光素子56で電気信号に変換される。この信号は、増幅器57で増幅され、マルチプレクサ58、フィルタ59、60、61、62を経てA/D変換器52でデジタル信号I1,I2,I3,I4とされる。この信号は所定時間、連続測定され、データ処理装置70は、与えられる信号を対数lnI1、lnI2、lnI3、lnI4に変換し、その所定時間分を記憶する。
【0071】
次に、データ処理装置70は、ステップ302で求めたデータに基づいてΦ計算を行う(ステップ303)。すなわち、各脈動毎にlnI1、lnI2、lnI3、lnI4の変化分ΔlnI1、ΔlnI2、ΔlnI3、ΔlnI4を求め、Φ12=ΔlnI1/ΔlnI2、Φ13=ΔlnI1/ΔlnI3、Φ14=ΔlnI1/ΔlnI4を計算する。
【0072】
次に、データ処理装置70は、所定の計算を行い酸素飽和度SpO2,IDG濃度図CdD(t),ICG濃度図CdC(t)を求める(ステップ304)。すなわちデータ処理装置70は、次の連立方程式に基づく計算を行う。
【0073】
前記式において、RHbは還元ヘモグロビン濃度、O2Hbは酸化ヘモグロビン濃度、CdDはIDG濃度、CdCはICG濃度を示す。Eoi(i=1,2,3,4)は酸化ヘモグロビンの吸光係数、Eri(i=1,2,3,4)は還元ヘモグロビンの吸光係数、Eddi(i=1,2,3,4)はIDGの吸光係数、Edci(i=1,2,3,4)はIDGの吸光係数、Fは散乱係数を示し、i=1,2,3,4は光波長λ1,λ2,λ3,λ4を示す。この場合、前記Eoi,Eri,Eddi,Edci,Fはそれぞれ既知の値であるから、Φ12=ΔA1/ΔA2、Φ13=ΔA1/ΔA3、Φ14=ΔA1/ΔA4を測定し、これらの値を代入して連立方程式を解けば、酸化ヘモグロビンO2Hb、還元ヘモグロビンRHb、IDG、ICGの4つの物質の血中濃度比を求める事ができる。
【0074】
データ処理装置70は、求めた濃度比と、予め与えられているヘモグロビン濃度Hbの値から、IDGとICGそれぞれの絶対濃度CdD,CdCを計算し、それぞれの濃度図CdD(t),CdC(t)を求める。
【0075】
次に、データ処理装置70は、求めた色素濃度図CdD(t),CdC(t)を用いて、それぞれについて心拍出量CO,循環血液量V1,細胞間質液量V2,定常分布容積Vdss,***の速度定数kel,クリアランスCLtotを計算する(ステップ305)。これらは図示せぬ表示器、記録器により表示、記録される。
【0076】
IDGとICGを同時に投与して測定した場合、同じ循環の中でのIDGのkelidgとCLtotidgとICGのkelicgとCLtoticgを同時に得る事が可能となる。IDGは主に腎臓で***されるが、肝臓による***も一部確認されている。従って、速度定数kelidgは腎臓への***の速度定数kelidgrと肝臓への***の速度定数kelidghとの和と考える事ができる。
kelidg=kelidgr+kelidgh (a)
一方ICGは肝臓によってのみ***される。従って、ICGのkelicg、IDGのkelidgによって、より正確な腎臓の***能を計算する事が可能となる。たとえば、ICGの肝臓への***の速度定数とIDGの肝臓への***の速度定数を下式のような一定の関係で表現する。
kelidgh=K*kelicg (b)
この式は一次式でなくても良い。式(a)と式(b)より、IDGの腎臓への***の速度定数kelidgrは、
kelidgr=kelidg−K*kelicg (c)
として計算可能となる。
【0077】
そこで、データ処理装置70は、ステップ305で求めたkelidgとkelicgを用いて、さらに式(c)を計算してIDGの腎臓への***の速度定数kelidgrを求めるようにしても良い。また、このようにして求めたkelidgrから、クリアランスCLtotidgrを求めるようにしても良い。
【0078】
本実施の形態において、第1波長λ1のピークが橙〜赤橙、第2波長λ2のピークが赤、第3波長λ3のピークが790−810nm、第4波長λ4のピークが810nmより長波長の赤外であれば良く、第1波長λ1のピークが610−630nmであれば好適な測定結果が得られる。
【0079】
本発明のように4つの波長を使用すれば、IDGとICGの色素濃度図を1回の注射で同時に測定する事が可能となり、IDGから計算できる生体情報と、ICGから計算できる生体パラメータを1回の注射および装置操作で一度に短時間で得る事が可能となる。また、kelidgとkelicgのように、同一の時間において得られた生体パラメータを使いさらに計算を行えば、kelidgrのように、さらに別の生体パラメータを得る事も可能となる。
【0080】
さらに上記のように4波長を用いた装置によれば、上記3波長を用いた装置で色素を投与しない条件下において一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbを測定したのと同様に、動脈血酸素飽和度と一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbを同時に測定可能となる。したがって、前記3波長と同様に、選択手段を設けることにより、色素を注入した場合の色素濃度図と酸素飽和度の検出か、色素を注入しない場合の一酸化ヘモグロビン濃度と酸素飽和度の検出かを選択して動作させることも可能である。
【0081】
上記の各実施の形態において、Φから、O2Hb、RHb、CdD、CdC等の濃度比を求める方法は、計算ではなく、予め計算によりまたは実験結果に基づいて作成されたテーブルを参照して求める方法であってもよい。
【0082】
また、上記の各実施の形態では、生体組織の透過光に基づいて測定を行ったが、これは生体組織の反射光に基づいて測定を行う構成としても良い。
【0083】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単で短時間に、さらに安全かつ高精度に腎機能、肝機能、呼吸循環機能を測定することができる。したがって、本発明の装置は泌尿器科等で日常的な検査に使用することができる。また、使用する色素IDGはヨードの含有がないため安全性にすぐれ、かつ安価であり、アンプルで供給できるので取扱いが容易である。また、本発明の装置によれば、心拍出量や循環血液量等、体液管理の重要パラメータを低侵襲かつ短時間で測定することができる。このため、循環器疾患の治療経過のモニタリングにきわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例装置の全体構成を示す図。
【図2】 色素濃度図から心拍出量を求める方法を説明するための図。
【図3】 色素濃度図から種々のパラメータを求める方法を説明するための図。
【図4】 色素濃度図から種々のパラメータを求める方法を説明するための図。
【図5】 本発明の第1の実施の形態の全体構成を示す図。
【図6】 IDG とICG の吸光特性を示す図。
【図7】 IDG,ICG のいずれが投与されたかを判断するために用いられるΦのパターンを示す図。
【図8】 本発明の第2の実施の形態の全体構成を示す図。
【図9】 図8に示した装置の動作を説明するための図。
【図10】 第2の実施の形態の変形例を説明するための図。
【図11】 本発明の第3の実施の形態の全体構成を示す図。
【図12】 図11に示した装置の動作を説明するための図。
Claims (7)
- 複数の光波長を持つ光源と、
前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、
前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、
この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、
を有し、
前記光源は3つの光波長を持ち、
前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度を検出する第1検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインドシアニングリーン濃度図および酸素飽和度を検出する第2検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる第1選択手段を備えることを特徴とする生体パラメータ計測装置。 - 複数の光波長を持つ光源と、
前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、
前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、
この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、
を有し、
前記光源は3つの光波長を持ち、
前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度を検出する第1検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインドシアニングリーン濃度図および酸素飽和度を検出する第2検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて一酸化炭素ヘモグロビン濃度および酸素飽和度を検出する第3検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる第2選択手段を備えることを特徴とする生体パラメータ計測装置。 - 複数の光波長を持つ光源と、
前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、
前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、
この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、
を有し、
前記光源は4つの光波長を持ち、
前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度と共に、インドシアニングリーン濃度図を検出することを特徴とする生体パラメータ計測装置。 - 前記パラメータ検出部は、インジゴカルミン濃度図とインドシアニングリーン濃度図の両方から生体パラメータを求めることを特徴とする請求項3に記載の生体パラメータ計測装置。
- 前記生体パラメータが肝クリアランスと腎クリアランスを含むことを特徴とする請求項4に記載の生体パラメータ計測装置。
- 前記生体パラメータは循環血液量と細胞間質液量などの体液量を含むことを特徴とする請求項4に記載の生体パラメータ計測装置。
- 複数の光波長を持つ光源と、
前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、
前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、
この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、
を有し、
前記光源は4つの光波長を持ち、
前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度と共に、インドシアニングリーン濃度図を検出する第1検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて一酸化炭素ヘモグロビン濃度および酸素飽和度を検出する第2検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる選択手段を備えることを特徴とする生体パラメータ計測装置。
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