JPH06506127A - 低酸素症を測定する時間及び周波数領域分光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 、を　る　び　。′ ４訂」Ｊ 吸収及び分散パラメータ双方に関する情報が、同質組織において、有用となり、 かつ位置測定の可能性によって、非同質組織に付随して生ずる様々な問題が改善 されるに従い連続光１！　（ＣＷ）方法による、分散媒体の吸収性成分の濃度の 定量化に対する従来の制限が解決される場合、明らかに新分野の研究の出現が可 能となる。

未熟児に対する低酸素症／阻血及び出血の影響はよく知られており、これらの症 状の早期発見の必要性は、超音波及び核磁気共鳴も用いた現在の研究から明らか である。新生児に対する他の方法、特に、心臓に適用される心肺側路及び他の外 科処置の間の脳の低酸素症の監視及び長びいた分娩での子宮の収縮によって影響 される産道での幼児の脳の低酸素症でさえもが、活発な酸化ヘモグロビンの濃度 を実時間で定量化する信頼できる方法に対しての他の必要性を示している。成人 の場合、多数の類似の適用方法が、実施されている０例えば最近移植された肝臓 、膵臓等の酸化の監視を含めて、心肺側路の外科的処置又はＡｌＣＤテスト（心 室の脱胚肉性振動）における脳の低酸症から、アルツハイマー−パーキンソン及 び多数の梗塞痴呆症（ＭＩＤ）のような長期の脳疾病における血液の流れの変化 又は血液の流れの不足の発見に及ぶ範囲でこれらの方法が適用されている。これ らの方法すべてが、ＩＩ出した組織に対して容易に適用され、かつ重要な読み取 りをすることが要求される充分なデータを数秒の短時間で収集することができる 装置に指令を与える１時間は、臨床診断及び判断の基本であることが多い、かく て、基準化処理等は測定後に行なわれるが、システム自体が、研究中に自動的に 基準化されるべきである。

酸化又は二酸化ヘモグロビンの信頼できる定量測定に対する必要性を反映した完 全に異なる分野の適用例は、こぎ動力（ｅｒｇｏｍｅｔｒｙｌ　、自転車動力の ような制限運動又はカテスト装置等で人体を運動させることにある。この場合、 収縮中の筋肉の運動にとって必要なのは、その上にのる皮膚に装置をしっかり取 り付けることである。この場合、運動以前の準備時間は最小であるべきであり、 運動中の筋肉層の安定二酸化状態及び運動に続く一時的な回復な記録が必要であ る１代表的な適用例は、国内の舟のこぎ手（ｎａｔｉｏｎａｌ　ｒｏｖｅｒ）、 トライアスロン（水泳、ランニング及びサイクリング）であり、同様に重要なの は、血管手術の後の筋肉の訓練及びリハビリテーション並びに長いヘッド療養、 老人病の萎縮又は宇宙旅行による筋肉の退化の研究である。

かくして、言うまでもなく、二酸化ヘモグロビン及びヘモグロビン濃度の迅速か つ再生可能な読み取りを行なう装置が非常に望ましい、しかし、実際上このよう な装置は高度の信号対騒音割合及び極めて強力な測定算法を必要とし、位置測定 の多少の可能性を有する。

脳の皮膚及び脚の大きい筋肉（バスタス／ラテラリ等（Ｖａｓｔｕｓ　Ｌａｔｅ ｒａｌｉｓ、　ｅｔｃ、ｌ）は比較的同質であるが、脳の内部層及び前腕の筋肉 は異質である。更に、病気の組織、梗塞箱、腫瘍の壊死部分は、それ自体特に興 味深い異質性を示し、しかも、もしこれらが隣接組織の測定に含まれているとす るならば、これにより誤まった吸収及び分散値が与えられることになる。かくて １組織内の光量子の伝播についての知識及び入力／出力結合の適切な配置が、高 精度の分光装置のため又は画像の構成のために適切なデータの集合の取得のため に必要とされる。

原則的に１時間分解式分光装置により、伝送又は反射光線による濃度及び輝度の 測定は、光量子の移動時間遅れ又は通路の長さの測定に変換される。これによっ て従来は可能ではなかった極めて分散度の高い組織の濃度変化定量化が可能とな る。このような装置の特徴及びその原理は１例えば本願の出願人による幾つかの 米国特許出願に開示されている。

只」ＬΩ３Ｊ１ 本発明は、前述の患者監視及び判断を行なうための内科／外科の必要条件を達成 するヘモグロビンの二酸化状態を映像化するためのシステムを提供するために１ 時間及び周波数領域の分光学技術の新規の組み合わせを用いる。

かくて１本発明の好適な実施例において、ヘモグロビンの定量化用の時分割、時 間分解式分光装置は、２種類の波長の間で光のパルスをファイバカブラを介して 交互に伝送するレーザを有している。検出器は、移動光線を受けいれ、増幅され て、次いでディスクリミネータに送信されてＴＴＬパルスを形成する信号を発す る０本装置は１時間−振幅変換器を用いて振幅信号を形成する。この信号は、次 いで周波数交番と同期され、２個の専用の複数通信路解析器に伝送され、この解 析器は出力信号を形成する。最後に、信号処理装置は出力信号を時間に関するパ ルス強度の終端傾斜の割合に変換する。この割合は、主体の組織のヘモグロビン の飽和に直接比例している。

本発明の別の好適な実施例において、主体の組織内のヘモグロビン濃度に対する 定量データを提供することができる周波数領域分光装置が提供される。この実施 例では、レーザ及び検出器が同様に用いられ、２種類の波長の電磁放射パスルを 交互に主体内に発生し、主体では、受信信号が増幅される０位相検出器は、伝送 パルスと検出された出力信号との間の移相を決定するために用いられる。パルス 交番と同期される電子スイッチは、交互の波長を分離し、これらを信号処理装置 に伝送する。信号処理装置は、位相信号の合計、差及び割合を表わす出力信号を 形成する。これらのデータは、ヘモグロビン飽和の数値に変換される。

本発明の更に別の実施例では、主体の組織を通じて光を伝送するために、交互に パルスを発生するレーザ及び検出器を同様に用いた周波数領域分光装置が開示さ れている。受信信号は同様に増幅され、次いで位相検出器に送信されるのと同様 に、２個の二重平衡ミキサに送信される。二重平衡ミキサもＯに設定され、９０ °分割器を介して送信される移相信号を受信する。各二重平衡ミキサの出力は、 同期回路に伝送される。同期回路は、二種類の波長の各々毎に信号の実部分及び 仮想部分をそれぞれ分離する０位相検出器号も、同期回路に送信される。

同期回路は、信号を各波長に対応するＤＣ部分に分離させる。最後に、信号処理 手段が設けられ、これにより検出信号の移相及び振幅を示す処理信号が得られる 。これらの処理信号は１次には、各波長での組織の変調指標を示す信号へと変換 することができる。

組織領域内でのヘモグロビンの濃度を測定する方法も開示されている。

図面の簡単な説明 第１図は、時間分割分光器の概略図である。

第２図は、周波数領域分光器の概略図である。

第３図は１時分割／位相変調分光器の概略図である。

ｔ　の　− パルスを発生するレーザダイオードの光源の有用性及び成人の頭のような大量の 組織が、５〜１０　ｎ５ｅｃ継続する光量子の移動を示すという知識によって、 かご形光電子増倍管のような一速度の遅い一検出装置が、特に後者は組織測定に よっては、最も適切な延長充血応答と共に得られるので極めて魅力あるものにな るという可能性が広がった。特に、電子なだれ形成のシリコンダイオードは、適 切な速度を有するが、感度領域が小さいので、多種の検出器及び適当な集光装置 に対する必要性は現在のところ、その適用を成人の脳等のような大量の組織に限 定している。これらの構成要素と簡単な光量子計数装置とによって、時間分解装 置が携帯使用のために実用化されている。事実上、現在有用な組織の分光光度計 は、パルス発生レーザダイオード及び改良された光量子計数技術の使用により、 時間領域分光器に容易に変更することができる。

組織研究のための簡単な携帯可能な時間領域装置の形状は、第１図の構成図に示 されており、ここでは、“かご形−光電子増倍検出器１０及びレーザダイオード 光源２０が用いられている。この装置は、より高度で小型の時間相関された単一 の光電子計数ｆＴｃｓＰｃｌ装置に対する必要性に役立つ、第１図に示すように １本装置の好適な実施例では、ハママツ（Ｈａｍａａａｔｓｕｌ　Ｐ　Ｌ　Ｐ　 −１０パルスレーザダイオード２２．２４は、ｌＯＭＨｚの反復周波数、７５４ ｎ■及び８１０ｎｍの波長で作動される。レーザダイオード２２．２４は１両方 のダイオードを駆動する５■Ｗバルサ１９に接続される１　００　ＭＨｚパルス 発生器１８によって駆動される。この実施例において、ファイバカブラ２８は、 光のパルスを主体５０内に導入する。

２個のレーザダイオード２２．２４からの光は、６０Ｈｚ振動ミラー２６によっ て電機的に時分割されるので、これらは交互にファイバカブラ２８を照らす、伝 送される光量子は、主体５０を介し検出器１０へ移動する。この形状を用いると 、延長充血感知式かご形光電子増倍検出器１０は、図示のように５Ｃ■より大な る入力／出力ファイバ分離部になる人間の脳の研究のために用いることができる 。計器の機能は、この検出器としては、ノナノ秒ＦＷＨＭ応答を示す、非画像形 成分光用のＲ９２８光電子増倍管ｌＯは、２００平方ミリミータの検出領域を設 けるために、額に直接結合することができる。他の実施例では、２０平方ミリメ ータの領域を有するファイバ光学カップリング（図示せず）を用いいることがで きる。

この場合、信号−騒音割合は明らかに減少するが、空間分解能は増加する。

光電子増倍管ｌＯの出力は、適切なロールオフを有する広帯域増幅器１２に直接 接続され、適当なパルス形状及び最適な信号−騒音割合を与える。高／低レベル ディスクリミネータ１３は増幅器１２から出力信号を受信し１時間／振幅変換器 （ＴＡＣ）１４に、　ＴＴＬパルスを与える０時間／振幅変換後に、２種類の波 長に対応する計数値が２個の複数通信路解析器（ＭＣＡ）３０．３２で、別々に 合計される。複数通信路解析器３０．３２の出力は、終端傾斜μ、λ１及びμａ 　Ｌｔを示す信号４０．４１を算出するために用いることができる。これらは、 除算段階で除算される。というのは、その割合が単にヘモグロビンの飽和度に変 換されるからである。パルスは、次いで、好ましくは充分な間隔の間、１０００ 本の複数通信路解析器４６に蓄積されるので、３０又は４０倍の強度に対して、 対数的傾斜が降下するように、最高で１０１の計数が集積される。２種類の波長 の傾斜に蓄積記憶された情報は、次いで、−組の割合を形成するために処理され 、対数は、好ましくは以下の式を用いて、飽和度を計算するために用いられる。

本発明によるこの実施例によって、特に、データに対する合致が拡散式によって 得られた時には１分散因子も計算することができる。もし５センチメートル以下 の入力／出力距離が所望される場合には、入力関数は１次には、実験曲線に適合 される拡散式に対する解答により重量される０本発明により構成される器具は、 携帯できるという魅力的な可能性を有し、飽和度の読み出しアルゴリズムは前記 式による吸光係数から容易に計算される。

延長充血感知光電子増倍管の助力により１本実施例装置は、数分で充分なデータ を蓄積することができるが、位相変調装置の速度に近づくことはない。

当業者にとっては、明らかなように、前記実施例による装置によって収集された データ及び得られた信号は、更に分析することができる。領域動力学的なフーリ エ変圧により５位相及び振幅の合成物が得られる。これは、全ての時間領域情報 及び双方にとって好都合な二重波長モードでの濃度測定に対する適切な情報とを 含んでいる。

本発明は、ヘモグロビン濃度を測定する新規の周波数領域装置も提供する０位相 変調装置は、人間の脳及び典型的な装置における光量子の移動パラメータの測定 に非常に適合している。複数周波数装置は、周波数／位相図表の研究及び組織の 位相変調画像形成のためのこの調査では、有用でありかつ貴重なものであること が判明した。臨床用装置のためには、簡単な位相変調装置を設計することが望ま しいとされている。しかし、このような設計は高い精度を必要とする。というの は、前述のように、光電検出器の周波数が２００關■２に限定され、多少程度の 移相及び数センチメートルの通路長さの変化の制限が特徴である場合には、装置 のかご形光電子増倍管の範囲内の周波数を用いることが便利だからである。か（ で、発振器の精度、励起信号の受信通信路内への漏れ、位相検出器の浮動及び用 いられる２種類の波長を示す通信路間の漏話は、全て後述するように本発明によ り容易に解決される問題点である。

周波数領域の研究のための簡単な装置を第２図に示す１本実施例では、パルス発 生器を使用するよりも、むしろ７６０及び８１６ｎ閣で、２個のレーザダイオー ドを駆動する２　００　ＭＨｚ高精度発振器１１８を使用し、その出力は１図示 するようにファイバ光学式カブラ２８内に時分割されて頭部５０に至る。この周 波数では、入力／出力分離は、所望のように１０〜５ｃ■の範囲で変えることが でき、第１図による時間領域装置の場合のように、光電陰極の感知領域（２００ 平方ミリメータ）からの全出力又は、ファイバ光学的カブラの小領域からの全出 力を用いることができる。前述の本願と併願の特許出願に記載されるように、２ ００　ＭＨｚ発振器から２０ＫＨｚ程度変位した発振器が通常は、使用されるが 、広帯域位相検出器の有用性によって、好都合なことに、２００　ＭＨｚ信号が 、Ｉ！！２図に示されるような広帯域位相検出器チップ１６０内で、直接、２種 類の光度に対応する時分割出力と結合される。これらの出力を復調させるために 、振動ミラー２６と同期された電子スイッチ１６２が用いられるので、２種類の 波長での位相遅れは、差の割合として、又は以下の式による飽和の適切な計算の ための合計として利用できる。

調最によれば、θ。は脳の組織のヘモグロビン遊離分散性質から測定することが できることが判明した。かくて、電子スイッチ１６２の３出力は、処理回路１６ ４゜１６６に送られ、これは合計及び差それぞれを形成する０位相出力も１回路 １６８で結合され、割合を形成する。論理装置、例えば、本願等に開示される集 積回路の選択及び構成は、当業者にはっては公知である。

ここで、項θ。は、単一周波数変調分光装置の適用を、（１−ｇ）μ、が、推測 的に見つももれ、且つ病気中、放射線療法等の治療中、あるいは動物の標本から 組織への転移の間に起こりつる変化がないと予測される組織に限定する。しかし 、この問題を克服する近似法を用いる２種類の方法がある。つまり、（ｉ）付加 的な第３の波長を用いること、及び（ｉ　ｉ）二重波長、二重周波数位相変調技 術を用いることである。第１の方法では、２組の波長の吸取係数の割合が、θ。

を解くために使用されるので、吸収係数の双方の割合は同一のヘモグロビン飽和 度Ｙと予測される。第２の方法では、二重波長尺λ び二重周波数、つまり２πｆ１．２πｆ２）μ、１Ｃ１μ、λ３Ｃの場合での移 相の測定によって、透過率幾何学からヘモグロビン飽和の情報が得られる。

かくて、ここに開示される本発明の好適な実施例は、時分割式の二重波長、二重 周波数測定を可能にする位相変調分光光度計を使用する。

尚、第２図を参照するに、２種類の波長が利用できる時分割式位相変調装置の構 成図が示される。この装置によって、２種類の波長の時分割のための振動ミラー ２６を用いて信号の適切な合計、差及び割合が与えられる。

この装置によって、２種類の波長のみが、必要とされ、且つ１個の位相検出器の みが、必要とされるので、発振器装置が簡単なものになる。差又は割合回路によ って通常モードのエラーを大巾に取り消すことができ、かくて簡単な装置により 、高性能が得られる。

第２図の装置からのデータ出力を処理する他の方法は、第３図に図示されており 、ここで検出器の出力は、２個の広帯域二重平衡ミキサ（ＤＢＭ）２７０．２７ ２内に通され、これは９０°位相分割器２７４に送られるので、信号の実（Ｒ） 及び仮想ＣＩ）部分が得られる。

二重平衡ミキサ２７０．２７２は、好ましくは変調周波数で作動する移相が図示 されるような、０に設定される残りの移相ψとみなされるならば１位相φは、そ のタンジェントが、実部分に対しての仮想となる角度であり、一方、振幅は、こ れらの数値の平方の合計の平方根である。かくて、本発明のこの実施例による分 光装置によって、変調指標が提供され、これは第３図に図示するように、狭帯Ｉ ＪＩＲ検出器２７６から得られる振幅十ＤＣ要素に対する振幅の商である。同期 検出器は、２種類の波長に対する位相及び橿幅値当りの移相をデコードするので 、移相の割合は、前記図表に示すように得られる。θの適切な間数、θの割合及 び振幅の正確な数値を得るため、比（割合）回路はＩ及びＲの項を除算し、角度 が計算される。この場合小角度の近似法が有効であり、比回路は、第２図に関し ての前記式に対し必要な如く、θλ寓／θＬ８を計算する。振幅関数の場合、こ れらの数値の合計の平方根が計算されて、振幅がめられ、合計及び除算回路は、 ２種類の波長での変調指標を計算する。

第１〜３図に関連した前記の本発明の実施例による分光装置の構成要素は、特に 重要である。レーザダイオード２２．２４に対する必要条件は、低電力、５■賃 のレーザダイオードは、組織の研究のために、適切な信号を提供するために、は ぼ１００％変調されなければならないことである０位相変調情報は、大量の組織 表面から得られる。第２の重要な特徴は、適切な電子構造及び同調パラメータを 必要とする水晶発振器の安定性である。性能値は、０．２１■／ｈｒ浮動し、位 相の騒音は０．１帯域幅で、０，９露ｌより小さい、信号の変化は、２３ｃ＋ｓ の通路長さで通常は１〜２ｃｍである。レーザダイオード２２．２４の波長は、 好ましくは酸化及び二酸化ヘモグロビン吸収スペクトル（約８００　ｎｓ）間の 交差部又は等吸収点の反対側にありかっ、信号の差は二酸化状態の変化を表わし 、一方、信号の合計は前述の所望量だけ存在するヘモグロビンの総量を示すよう に、用いられている。

データ表示は、コンピュータカップリングのように、本発明の装置の機能にとり 、かなり重要である。操作時間ＬＣＤ表示は、信号がＬＥＤ指示器と共に、位相 検出器の線形範囲内に確実にあり、信号の振幅が所定の限度に達していないこと を確実に示すために、好ましくは、監視用に用いられる。更に、波形飽和から操 作データを得るために、コンピュータカップリングが、必要に応じ得られる。

時間及び周波数領域研究によって測定された通路長さの変化も、適切な波長及び 適切な吸光係数を用いて簡単に濃度変化に変換することができる種々の公式が存 在する。生化学者は１組織濃度の測定を必要としているが。

生理学者は、一方の他方に対する飽和度の変化、ヘモグロビンの場合には１通富 、全体（酸化十三酸化）に対する酸化の飽和度変化に満足している。これらのア ルゴリズムは、一般的に、前述のように、一対の波長で測定された通路長さの割 合を含んでいる。しかし、当業者には明らかなように、他の吸収体も研究するこ とができる。

例えば、注射されたインドシアニン−グリーン（流れ指示器）又は脂肪、蛋白質 、水等のような自然に発生する吸収体が、本発明によって利用されるような光量 子移動技術によって研究される。

主体５０への装置の結合は、重要であり、これはプラスチック性の光線ガイド２ ８によって充分に果たされるが、成人の場合のように入力／出力分離が５〜１０ ｃ＋ｍを超えるならば、大領域の検出器が主体の皮膚と直接接触する、通富は２ 平方センチメートルの受容領域が望ましい、同様に１分光装置は、大表面領域か ら信号を受信することを必要とするが、この領域での像形成には１人間の頭の周 囲の多数の点からの約ｌｅａの信号に制限を設定することが、脳出血の平面的な 映像化には好ましい。

上記の位相変調装置の性能は、浮動、騒音及び他のパラメータの定量化と共に実 験的に測定されている０例えば、模式装置及び人間の頭部に適用されるようなレ ーザダイオードの光源及びかご形検出器の性能が注目されている。動物の標本は １時間分解及び位相変調の双方の装置の性能を定量化するための優れた装置を提 供するが、運動する人間の筋肉は、特に、現実に作動している装置の信号−騒音 割合の点から装置の機能性を確実にするために最適である。

この適用例は１時間及び周波数領域分光装置用の三種類の装置を提示している。

各装置は、ヘモグロビンの飽和度及び血液量を測定することができる。最も広範 囲の測定は、第１図に図示する装置によって行なわれる。というのは、光量子の 衰微の全体的時間形状゛が測定され、かつμ、とは独立して、測定は長時間でも 行なわれるからである。恐らく、器具使用の最も重要な特徴は、対数的傾斜、μ 、値が、長い時間、つまり５〜Ｉｏｎｓ読み出されている限り、光電子増倍管の 電圧による時間遅れの変化は一次的因子ではないとみなされることである。か（ て、この装置は長い通路長さ及び大きく離れた入力／出力が、利用できる成人の 頭に対して最適である。

第２図及び第３図の装置は、骨格の筋肉又は幼児にみられるように、より短かい 通路長さに適している。第３図の装置は、多数の周波数で利用でき、かつ適切に フーリエ変圧される場合には、パルス時間方法と同じ情報内容を有する広範囲の 情報を与える。しかし、特定の搬送周波数に限定されている時には、この方法は 、θ値の割合を介したヘモグロビンの飽和の定量化を保持し、更に変調指標を与 える。かくて、この装置は像形成、脳出血又はヘモグロビンの他の局部的な補充 部用に独特の特性を有することになる。この装置は、実際に１０又は多分それ以 上の因子により、第１の装置より相当速い。

第２図の装置は、飽和度の計算のために必要な移相の割合を得るために、少数の チップのみを必要とする最も簡単な装置である。この装置もかなり速く、恐ら（ 脳の記録には適当な５秒の時定数を有する。

第１図の装置は、光電子増倍管上の所定のダイオード電圧に対して一定であり、 そのわずかな変化に対し殆ど変化しないとみなされているそれ自体の器具の機能 を除けば、測定の必要性がないとみなされている。言うまでもなく、θの値の割 合は、受は容れられるものであり、かくて、測定エラーは、二次的な重要性を有 しているだけであるが、第２図及び第３図の装置は、θ値用の測定を必要とする 。当然ながら、特に、１００〜５００１１Ｈｚの領域での利用可能な電子回路の 迅速な開発によれば、前記装置を更に単純化することになる。現在のところ、時 分割レーザダイオードの波長の使用及び飽和値の移相の割合からの計算により、 単一波長の装置の場合より、浮動及びバックグラウンド信号は、極めて少なくな っている。明らかに、所望の数多くの波長が時分割によって得られる。

従って、本発明の好適実施例の目的は、脳組織の低酸素症の研究のために適切な データを得るために、何が必要とされているを示すことである。第１の要件は、 明らかに、適切な精度及び再生可能性を有する装置であり、そして、距離が約１ ｍ■又は対数的傾斜が０．００１（つまり、■での対応値）であることが必要で ある。絶対的な安定性は必須のものではない、しかし、飽和測定及び絶対濃度の ために、傾斜の差又は割合の測定は必要である。第２の主要な要件は、適切な信 号が発生される波長、つまり、ヘモグロビンの飽和又は濃度の変化が１通路長さ に重大な変化を与える波長を選択することである。容易な測定も必要なことであ る。動物の見本の場合、阻血及び低酸素症により、１００％の変化を容易に得る ことができるが、人間が主体の研究の場合、患者の安定状態で予測しつる最大の 飽和値は、４０％〜８０％の範囲である。“正常”な変化は、この１１５である ８〜ｌＯ％である。かくて、脳の研究の一酸素飽和“は極めて高水準の安定性及 び再生可能性及び安定した測定も必要とする。

本発明の実施例による分光装置は、変化する変調周波数での移相及び変調の測定 から、ヘモグロビンの飽和値を測定することができる。μ、１は、移相θの反射 率及び透過率の測定及び変調周波数ｆの関数としての検出信号Ｍの復調により識 別することができる。理論的考察によれば、ｆの傾斜に対するθ及びＭの大きさ が最小・ となる臨界位相及び変調周波数ｆ０　及びｆ、Ｍｌは、（１−ｇ）μ、又は光源 及び検出器の形体に拘らず、開数μ、たけであることがわかる。移相及び変調ス ペクトルから識別される臨界周波数の割合から、吸収係数の割合が以下のように 得られる。

この技術の感度は、脳の特徴であるように組織分散の増加及び最小の吸収値によ り、増加する。か（て、ｆ、、′瑞及びｆ、ＩＩは、微分周波数分解式分光装置 が組織の酸化状態を正確に定量化するために用いられるか否かを決定するための 、生理学的分散特性により媒体の実験的スペクトルから識別することができる。

本発明のある実施例について、詳細に述べたが、本発明は、決して、これらの実 施例に限定されるものではない０本明細書を参照すれば、当業者であれば、開示 された方法及び装置の多数の変更、変形を実現することができるだろう０例えば 、開示された回路に、又は本発明の精神の範囲内にあるその適用例に、ある変更 を加えることができる。従って１本発明の範囲を決定するために、添付の請求の 範囲を参照されたい。

国際調査報告

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．主体の組織領域のヘモグロビン濃度の定量化のための時分割、時間分解式分 光装置において、主体にパルスを伝送するための交番周波数ファイバカブラで交 互になる２種類の所定の波長で、電磁気的エネルギーのパルスを交互に伝送する ためのレーザ手段と、 組織領域内の移動の後に、パルスを受信し、光電子増倍管を有し、出力信号を形 成するための検出器と、 出力信号を増幅し、増幅信号を、ＴＴＬパルスを提供するためのディスクリミネ ータに送信するための増幅器と、 交互に伝送された波長の各々に対応する振幅信号を形成するための時間／振幅変 換器と、各波長に対応し、それそれ出力信号を形成する所定の複数通信路解析器 に振幅信号を送信するための交番周波数と同期する同期回路と、 出力信号を時間に対するパルス強度の終端傾斜の割合に変換するための信号処理 装置とからなってなっており、 これにより、前記割合は、主体の組織内のヘモグロビン飽和に直接、比例するこ とを特徴とする前記分光装置。
2. ２．前記レーザ手段が、パルス発生器と、電磁放射パルスを形成するためのバル サとからなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．前記パルス発生器は、約１００ＭＨｚで作動し、バルサは、約５ｍＷを発生 することを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の装置。
4. ４．前記所定の波長は、約７５４ｍｍ及び約８１０ｎｍであることを特徴とする 請求の範囲第１項に記載の装置。
5. ５．前記ファイバカブラ及び検出器が、５ｃｍ以上離れていることを特徴とする 、請求の範囲第１項に記載の装置。
6. ６．前記所定の波長が、振動ミラーよりなる機械的手段によって交互になること を特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
7. ７．前記終端傾斜が、データを形成するために、時間に関して記憶され、信号処 理装置が、以下の式、▲数式、化学式、表等があります▼ により飽和値を計算することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
8. ８．主体の組織内のヘモグロビン濃度を定量化する方法において、交番周波数で 交互になる２種類の所定の波長での電磁エネルギーの交互パルスを形成し、 主体にパルスを伝送し、 主体の組織内の移動後にパルスを検出して、出力信号を形成し、 ＴＴＬパルスを形成するために、出力信号を増幅処理し、 パルスを、交互に伝送された波長の各々に対応する振幅信号に変換し、 出力信号を形成する複数通信路解析器への振幅信号の送信を同期させ、そして 前記出力信号を、主体内のヘモグロビン濃度に直接比例する割合に処理する各段 階よりなることを特徴とする前記方法。
9. ９．前記処理された信号を、時間に関するデータとして記憶し以下の式、 ▲数式、化学式、表等があります▼ により、飽和値Ｙを計算する各段階を更に有することを特徴とする、請求の範囲 第８項に記載の方法。
10. １０．主体の組織領域内のヘモグロビン濃度を定量化するための周波数領域分光 装置において、主体に、パルスを伝送するための交番周波数ファイバカブラで、 交互になる２種類の所定の波長で、電磁エネルギーのパルスを交互に伝送するた めのレーザ手段と、 組織領域内の移動後に、パルスを受信し、光電子増倍管を有し、出力信号を形成 するための検出器と、 出力信号を増幅し、増幅信号を送信するための増幅器と、 伝送パルスと検出器の出力信号との間の移相を測定するための位相検出器と、 交互周波数と同期され、交番波長の各々に対応する位相信号を形成するための電 子スイッチと、位相信号の合計、差及び割合を示す出力信号を形成するため位相 信号を処理するための信号処理手段とからなっており、これにより、出力信号は 、ヘモグロビンの飽和値に変換されることを特徴とする前記装置。
11. １１．前記レーザ手段が、発振器と、電磁放射パルスを生成するための駆動装置 からなることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。
12. １２．前記発振器が、２００ＭＨｚで作動し、駆動装置が約５ｍＷを発生するこ とを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置。
13. １３．前記所定の波長が、約７５４ｍｍ及び約８１０ｎｍであることを特徴とす る請求の範囲第１０項に記載の装置。
14. １４．前記ファイバカブラ及び検出器が、５ｃｍ以上離れていることを特徴とす る請求の範囲第１０項に記載の装置。
15. １５．前記所定の波長が、振動ミラーよりなる機械的手段によって交互になるこ とを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。
16. １６．前記出力信号は以下の式 ▲数式、化学式、表等があります▼ により、飽和値に変換されることを特徴とする、請求の範囲第１０項に記載の装 置。
17. １７．主体の組織内のヘモグロビン濃度を定量化するための方法において、 交番周波数で交互になる２種類の所定の波長での電磁エネルギーのパルスを形成 し、 主体にパルスを伝送し、 主体の組織内の移動後にパルスを検出し、出力信号を形成し、 ＴＴＬパルスを形成するために、出力信号を増幅処理し、 伝送パルスと検出器の出力信号との間の移相を測定するために、出力信号を増幅 処理して、位相信号を形成し、 各波長に対応する位相信号を形成するために、波長が交替される周波数で位相信 号を同期切替えし、 位相信号を処理して、位相信号の合計、差及び割合を示す出力信号を形成し、か つ 出力信号をヘモグロビンの飽和値に変換する各段階よりなることを特徴とする前 記方法。
18. １８．以下の式、 ▲数式、化学式、表等があります▼ により、飽和値を計算する段階を更に有することを特徴とする請求の範囲第１７ 項に記載の方法。
19. １９．主体の組織領域内のヘモグロビン濃度の定量化のための周波数領域分光装 置において、 パルスを主体に伝送するための交番周波数ファイバカブラで交互になる２種類の 所定の波長で電磁エネルギーのパルスを交互に伝送するためのレーザ手段と、 組織領域内の移動後のパルスを受信し、光電子増倍管を有し、出力信号を形成す る検出器と、出力信号を増幅し、増幅信号を送信するための増幅器と、 所定の数値に設定され基準位相信号を形成しうる、基準位相信号を提供するため の直角位相基準信号手段と、 増幅器からの入力信号を受信し、実出力信号及び仮想出力信号が形成される第１ 及び第２の二重平衡ミキサと、 ２種類の波長の位相及び振幅値に対する移相を復号するための同期検出器と、 各波長に対応する増幅信号のＤＣ要素を示す信号を提供するための信号処理手段 と、 各波長に対する実出力信号及び仮想出力信号を同期分離するための信号処理手段 と、 移相及び振幅を示す処理信号を得るための信号処理手段とからなっており、 これにより、処理信号が、各波長での組織の変調指標を示す信号に変換されるこ とを特徴とする前記分光装置。