JPH04110751A - チトクロムオキシダーゼの測定方法及び測定装置 - Google Patents
チトクロムオキシダーゼの測定方法及び測定装置Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
クロムオキシダーゼ(cytaa3)の酸化還元状態を
無侵襲に測定する方法とその装置に関するものである。
は散乱・反射光を測定して、その吸光度の経時変化から
チトクロムオキシダーゼの酸化還元状態を測定する方法
が知られている(Adν、 Exp。
3−68 (1989)参照)。
による吸光度変化を受けにくい波長域(700〜780
n m )の特定波長と、受けやすい波長域(780
〜900nm)の特定波長での吸光度変化の測定を組み
合わせて、チトクロムオキシダーゼの酸化還元状態を演
算により計測している。
態による吸光度変化を受けにくい波長域においては、特
定の複数波長での吸光度の経時変化からヘモグロビンの
酸素動態を測定する方法をすでに提案している(特願昭
63−248833号参照)。
み合わせて用いる方法や、連続波長の光源と分光器を組
み合わせて所定の波長を得る方法等があるが、特に光源
として半導体レーザを用いる場合には、発振波長の制約
から所望の波長を選択できない場合がある。より具体的
に述べると、1nvivoで生体を計測をする場合には
、生体組織での減光度がかなり大きいため、光源出力を
ある程度強くする必要がある。しかし、現在の段階では
780nm以下の波長域で高出力の半導体レーザを入手
することは困難である。
以上の波長域、すなわちチトクロムオキシダーゼの酸化
還元状態変化に伴う吸光度変化が生じる近赤外領域にお
いてのみ吸光度の経時変化を測定することにより、選択
波長に制限を受けることなくチトクロムオキシダーゼの
酸化還元状態を計測することのできる方法と、そのため
の装置を提供すること目的とするものである。
光度変化とチトクロムオキシダーゼの酸化還元状態変化
に伴う吸光度変化がともに生ずる近赤外領域の光を用い
、その近赤外領域の2組の異なる波長群の光を生体組織
に照射して各波長での吸光度変化を測定する。各波長群
について吸光度変化が全てヘモグロビンの酸素化−脱酸
素化に依存すると仮定してヘモグロビン量変動を算出し
、これら2組の波長群のヘモグロビン量変動算出値の差
からチトクロムオキシダーゼの変動量を測定する。
度変化を測定する測定系と、各波長群について吸光度変
化が全てヘモグロビンの酸素化−脱酸素化に依存すると
仮定してヘモグロビン量変動を算出し、これら2組の波
長群のヘモグロビン量変動算出値の差からチトクロムオ
キシダーゼの変動量を算出する演算部とを備えている。
度変化が生じる波長においては、ヘモグロビンの酸素化
・脱酸素化によっても吸光度変化が生じるため、吸光度
変化はヘモグロビンの吸光度変化とチトクロムオキシダ
ーゼの吸光度変化との和になる。前述の引用文献及び特
許出願にも示されているように、ある波長における吸光
度変化は次の式・で表される。
+kn”Δ(cytaa3) −(1)この(1)式の
右辺第3項がないもの仮定した場合、つまり吸光度変化
は全てヘモグロビンの酸素化−脱酸素化状態の変化に伴
うものであると仮定した場合、酸素化型ヘモグロビン変
動Δ〔Hb02〕又は脱酸素化型ヘモグロビン変動Δ(
Hb)は前述の特許出願に述べられているように。
k、’ −ka’ )ΔAz+(k1’ −kz’ )
ΔA3)/K・・・・・・(2) Δ昨)= (−(k2−に3)ΔA工+(k、−に3)
ΔA2−(k、−に2)ΔA3)/K ・・・・・・
(3)として算出することができる。ここで、ΔA1゜
ΔA2.ΔA3は3波長λ1.λ2.λ3をそれぞれ生
体組織に直接照射して測定された吸光度変化、kl、
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、k□に2’、J’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=(kl−に3)(kz’ −
に、’ )−(kz−に3)(k1’ −kz’ )で
ある。
ロムオキシダーゼの変化分が誤差となるが、逆にこのこ
とを利用して選択波長の違いによるチトクロムオキシダ
ーゼの吸光係数の差からこれに依存するパラメータを算
出することができる。
度変化がないものとしである特定波長の組合せで求めた
酸素化型ヘモグロビン変化量Δ(I(bozl aと、
別の特定波長の組合せで求めた酸素化型ヘモグロビン変
化量Δ(HbO□〕bを算出し、それらのゲインを合わ
せた後に減算して得られる次式の新しいパラメータN
[cytaa3]はチトクロムオキシダーゼの酸化還元
状態変化に比例する量となる。
HbO2〕a−にΔ(HbO2) bラットの吸入ガス
の酸素濃度を変えた際の脳内酸素化型ヘモグロビンとチ
トクロムオキシダーゼの挙動を調べた実験によれば、チ
トクロムオキシダーゼは正常な状態ではほとんど酸化さ
れているが、吸気ガスの酸素濃度が減少して酸素化型ヘ
モグロビンが15%以下になると徐々に還元されはじめ
、オキシヘモグロビンが5%以下になると大幅に還元さ
れることがわかっている。
よれば、780nm以下の波長ではチトクロムオキシダ
ーゼの酸化還元状態変化に伴う吸光度変化はなく、ヘモ
グロビンの酸素化−脱酸素化に伴う吸光度変化のみが観
測され、780nmより長波長側においてはチトクロム
オキシダーゼの酸化還元状態変化に伴う吸光度変化と、
ヘモグロビンの酸素化−脱酸素化に伴う吸光度変化がと
もに観測される。
する例について説明する。
度変化を受ける波長(λ1.λ2.λ3)での吸光度変
化から算出した酸素化型ヘモグロビン変動量をΔ[Hb
O□〕123とし、やはりチトクロムオキシダーゼの酸
化還元状態変化に伴う吸光度変化を受ける他の波長(λ
、、λ5.λ6)での吸光度変化から算出した酸素化型
ヘモグロビン変動量をΔ(Hb02)4ssとする。
高い状態では、吸光度変化はヘモグロビンのみに依存す
ると考えてよく、Δ〔HbO2〕□、3とΔ(HbOz
)、siは同じ波形となる。ただし絶対値は異なる。こ
のとき各時刻での変化量Δ(HbO2)□2゜を横軸に
とり、Δ(HbOz)*ssを縦軸にとってプロットす
ると、第1図(A)のように直線となる。
(Hb02 〕x 23というパラメータN [cyt
aa3]を考えると、その波形は第1図(C)に示され
るようにフラットになり、0を示す。
還元され始めたとすると、Δ[HbOzlz3とΔ(H
bO□14SGとの間に傾きKの比例関係はなくなり1
例えば第1図(B)のようにずれてくる。
の値は、第1図(D)に示されるように、チトクロムオ
キシダーゼによる吸光度変化分のためにずれを生じてお
り、これがすなわちチトクロムオキシダーゼの酸化還元
状態を反映したパラメータとなる。
なくても、ヘモグロビンの算出法さえわかればチトクロ
ムオキシダーゼの酸化還元状態の変化をモニタすること
ができる。
、その式は(1)式から ΔAλn−kn”Δ(cytaa3)= knΔ[Hb
O2]+ kn’Δ[Hb) (n=1.2.3)と
なる。この式から酸素化型ヘモグロビンの変動量を解く
と、 Δ(HbO2)= (An、ΔAλn□+An2ΔAλ
n2+AnaΔAλn、)+BnΔ(cytaa、)と
いう形になる。左辺は実際の酸素化型ヘモグロビン変動
量、右辺第1項は見かけの酸素化型ヘモグロビン変動量
、右辺第2項はチトクロムオキシダーゼ吸光度変化によ
る酸素化型ヘモグロビン測定誤差である。左辺は波長選
択が違えば値が違ってくるが、実際は同じ変化量を示し
ているので、係数Kを乗じた後、辺々引き算をすればチ
トクロムオキシダーゼの変化量と吸光度変化量の項のみ
が残る。すなわち吸光度変化からチトクロムオキシダー
ゼ変化量を算出することができる。
光度変化とチトクロムオキシダーゼの酸化還元状態に伴
う吸光度変化がともに生ずる近赤外領域の2組の波長ペ
アを選択しているが、1組をチトクロムオキシダーゼの
酸化還元状態による吸光度変化がない波長域(700n
m〜780nm)にすればより顕著な差を認めることが
できる。
ザ光を発振するレーザダイオードであり、3個ずつの組
が2組設けられている。発振波長λ1〜λ6は780n
m以上に設定されている。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。翻動回路4はCPU6によって制御される。8は測
定対象としての生体組織であり、レーザダイオード2−
1〜2−6からのレーザビームが照射用光ガイド10に
よって生体組織8に導かれる。光ガイド1゜は例えば直
径5 m mの光ファイバ束である。12は検出器であ
る光電子増倍管であり、生体組織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。
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
。
御するとともに、各波長λ1〜λ、でのデータを取り込
み、経時吸光度変化量ΔA工〜ΔA6を算出する。算出
した経時吸光度変化量ΔA、〜ΔA6と予め測定されて
設定された吸光係数に、。
とから酸素化型ヘモグロビン量変動Δ〔HbO2〕1□
3とΔ[HbO□〕、5.を算出し、これをもとにして
パラメータ N [cytaa、 ] =Δ(HbOzl*ss −
KΔ[HbO2)12゜を算出する。したがって、CP
U6はヘモグロビン量変動算出値の差からチトクロムオ
キシダーゼの変動量を算出する演算部の機能を実現して
いる。
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34、測定値などを表示する液晶デイスプレィ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4oなどが接続されている。
る。
るまでのタイムチャートである。図には簡単のために、
3波長で測定を行なうように説明しているが、第2図の
実施例は6波長での測定であり、単にレーザダイオード
の数が増えるだけと考えればよい。
のレーザダイオード2−1〜2−3の駐動パルス、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。S
λ□は信号レベル、Dλ□はダークレベルである。■は
Sλ1Dλ□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。
う吸光度変化とチトクロムオキシダーゼの酸化還元状態
変化に伴う吸光度変化がともに生ずる近赤外領域におい
て、吸光度変化が全てヘモグロビンの酸素化−脱酸素化
に依存すると仮定して算出された2組の波長群のヘモグ
ロビン量変動算出値の差からチトクロムオキシダーゼの
酸化還元状態を測定するので、ヘモグロビンに比べて吸
光度変化の小さいチトクロムオキシダーゼの酸化還元状
態を光源波長の選択の制約を受けることなく、無侵襲に
測定することが可能になる。
装置の一実施例を示すブロック図、第3図は一実施例の
検出動作を示すタイムチャートである。 2−1〜2−6・・・・・・レーザダイオード、6・・
・・・・CPU、8・・・・・・生体組織、24・・・
・・・測定系。 第1図 特許出願人 株式会社島津製作所
Claims (2)
- (1)ヘモグロビンの酸素化−脱酸素化に伴う吸光度変
化とチトクロムオキシダーゼの酸化還元状態変化に伴う
吸光度変化がともに生ずる近赤外領域において、2組の
異なる波長群の光を生体組織に照射して各波長での吸光
度変化を測定し、各波長群について吸光度変化が全てヘ
モグロビンの酸素化−脱酸素化に依存すると仮定してヘ
モグロビン量変動を算出し、これら2組の波長群のヘモ
グロビン量変動算出値の差からチトクロムオキシダーゼ
の変動量を測定する測定方法。 - (2)ヘモグロビンの酸素化−脱酸素化に伴う吸光度変
化とチトクロムオキシダーゼの酸化還元状態変化に伴う
吸光度変化がともに生ずる近赤外領域において、2組の
異なる波長群の光を生体組織に順次照射して各波長での
吸光度変化を測定する測定系と、各波長群について吸光
度変化が全てヘモグロビンの酸素化−脱酸素化に依存す
ると仮定してヘモグロビン量変動を算出し、これら2組
の波長群のヘモグロビン量変動算出値の差からチトクロ
ムオキシダーゼの変動量を算出する演算部とを備えたチ
トクロムオキシダーゼ測定装置。
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JP23137890A JP2932644B2 (ja) | 1990-08-31 | 1990-08-31 | チトクロムオキシダーゼの測定方法及び測定装置 |
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Cited By (2)
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US5529065A (en) * | 1993-06-02 | 1996-06-25 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method for measuring scattering medium and apparatus for the same |
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1990
- 1990-08-31 JP JP23137890A patent/JP2932644B2/ja not_active Expired - Lifetime
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