JPH09501073A - 分光光度計による大脳酸素濃度測定用機器及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 血液成分のような内部の生理的パラメーターを分光光度計で決定するための方法と装置において、選ばれた波長の電磁波の発生源（１３２）は第１の位置に配置され且つ少なくとも２つのディテクター（１２８，１３０）はこの発生源から特定異なった距離に置かれ、この距雛は両方のディテクターが骨、組織のような周辺層（１１４，１４２，２１４，２４２，３１４，３４２）のみならず、そのような周辺層を越えて配置された内部の組織（１４０，２４０，３４０）を横切ったエネルギーを受け取るように選ばれ、且つ１つのそのようなディテクター（１３０）は選ばれた内部組織の小量のみを横切ったエネルギーを受け取り、一方他のもの（１２８）はこのような組織の実質的により多くを横切ったエネルギーを受け取り、これにより２つのディテクターからのデータの比較分析により、選ばれた内部組織のみを常に特徴づける情報を与える。大脳の酸素濃度測定においてディテクターとレシーバーは額に取付けられ、このときの発生源から２つのディテクターへの特定の距離は夫々約３０粍と４０粍である。

Description

【発明の詳細な説明】 分光光度計による大脳酸素濃度測定用機器及び方法 発明の分野 本発明は一般に生物電子医療検査装置に関し、より詳細には分光光度計の原理 で作動し特に可視及び近赤外線領域において電磁エネルギーを使用するタイプの 装置に関する。更に詳細に云えば本発明は脳特に人間の脳から、患者の額の上に 置かれた電気、光学的センサーによって、大脳のヘモグロビンの酸素飽和度をこ のようにして決定するための臨床上の検査データーを得るために用いられる前述 の種類の装置に関する。 背景 我々の以前の米国特許No.５．１３９．０２５及び同じ譲受人に譲渡された引 続いての米国特許No.５．２１７．０１３において、色々なセンサーの構成及び 構造が分光光度計の臨床検査装置に使用するために開示され、特にミシガン州ト ロイ所在のソマネテイック社によって開発された大脳の酸素飽和度モニターが開 示されており、このモニターはこのようなセンサーに取付けられた電気光学的構 成要素を用いて選ばれた波長の光エネルギーを放射し、且つこれを額の後に置か れた脳の組織を通して表皮層と額の頭蓋骨の下の骨を通す透過率によって投射し 、且つある予め定められた距離だけ光を導入した点から横に間隔をあいたある位 置において、結果として生ずる光のエネルギーを探知するものである。最初のこ のような特許においては比較的硬い“ハード”なセンサーの構成が開示され、こ のセンサーは 原則的に一般に平らな又は非常に軟かい弾力性のある表面と媒体上で使用するの に適しており、一方第２のこのような特許ではフレキシブルな弾力性のあるセン サーが開示され、このセンサーは色々なカーブした表面で使用されるのに適し、 例えば人間の額のようなものに手で順応させられる。 上に示されたように、光源とそのようなセンサーに用いられるディテクターの 間の横の距離は相当に重要である。何故ならば実際上のこのような距離は審問す る光のスペクトルが、十分な、結果生ずる光がセンサーによって探知できて、処 理と分析を可能とする程度迄少なくとも下にある生理的組織を通す深さを決定し 、この分析は分析を求められている内部組織の状態、条件、又は其の他のこのよ うな特質についての重要なデータを生ずるものであるからである。従来の特許も 又少なくとも何等かの方法でこの原理又は効果を参照していた。 例えばF.Jobsisは彼の以前の米国特許No.４．２２３．６８０においてこれを 参照している。もっとも彼はこの根底にある原理又は合理的なものを、（本発明 人はそうであるとは思わないが）審問する光のスペトルが表皮と頭蓋骨とその直 接下に横たわって直線の途に沿った脳の灰白質を横切るが、小量の光は脳の白質 によってもう１つのこのような途に沿って急に反射され、この小量の光は光源に 戻る方向を向くがその殆んどは直角に反射されて、光源から特定の距離離れた頭 蓋骨と表皮を通って頭の外に戻って通過すると云う確信に帰してはいるが、事実 Jobsisは彼の特許の中の１個以上のものにおいて、このような場合には凡て、４ ．２５センチメーターの絶対的な最小の分離の距 離が存在し、この距離は若しも灰白質が審問スペクトルによって横切られるなら ば認められなければならず、この距離が斯くしてこのような装置凡ての操作をコ ントロールすることを断固として断言している。 示されたように、本発明者が今述べられた意見には賛成しない。これと反対に 、他の要因及び原理が含まれており、脳を通る選ばれたスペクトルの光のエネル ギーの伝達は本質的に高度に分散させ且つ部分的に吸収する媒体を通る伝達の特 性を示し、この媒体を通して本質的に無数の無作意に変化する途が起り、この途 は凡て一般的に、アーチ型にカーブした理論的な平均の光の途を画定し、且つ最 も簡単な場合には光源と何等かの与えられた探知場所の間の本質的に円形の弧で あって、光源の点から横に間隔をおいた何等かの与えられた点に従った途の長さ の関数として光の強度がエクスポーネンシャルに減少する弧を画定することを示 した。 更に本発明者は、光エネルギー源から互いに異なった距離に置かれた２つの異 なったディテクター又はディテクターグループを用いる利点を以前に開示してい るが、この場合１個のディテクターは近いディテクターで他のものは遠いディテ クターであると考えられるので、夫々によって発生された光学的反応データは比 較して分析されることができ、遠いディテクターによって発生されたデータに対 する効果は（このディテクターは目標物の中により深く貫通した光をサンプルす る）、皮膚、骨及び関連する骨格の組織及び血管質等に帰せられる光学的反応デ ータを、実際上これから除去するように調整されることができ、 これにより内部組織（即ち脳）のみの特性を効果的に記述するデータを生み出す ものである。しかし大抵は、近いディテクターは色々な理由から光源に非常に近 接して置かれるべきであると以前は考えられていた。この見解は前述のJobsisの 特許にも影響され、少なくともこの中のあるものは同じセンサーの中で近いディ テクターと遠いディテクターの両方の使用を示している。尤もこうすることに対 する特定の理由はあまり良く考えられておらず又はこれらの特許の中に明らかに 説明されてはいないが。 発明の概要 本発明は非常に重要な光源とレシーバーの位置の面と大脳の酸素飽和度を決定 するのに含まれる分光光度計が用いられる特定領域即ち皮膚と他の隣接する皮膚 の層を含む人間の額の領域における人間の解剖上の変化と、頭蓋骨の厚さ及び額 の外形における変化、即ち組織と生物学的物質（例えば脈管構造、うつ血された 血液の量、他の液体、メンブラン等）の性質と存在と共に範囲、性質及びカーブ の関係位置の変化の総合的な評価を考慮した相対的な分離を再評価する。尚生物 学的物質とは負傷、外傷等を含む何等かの及び凡ての可能な条件の下で額の領域 の皮膚と頭蓋骨の直接下にあるものである。これらのベースで本発明は、前述の 考慮に最も良く適合させるために患者と機械を連結するインターフェースとして 役立つ特定の新らしいセンサー用の光源とレシーバーの位置を与えるものである 。 特定の且つ好ましい実施例において、本発明は分光光度計タイプの装置によっ て利用可能とされた完全に非侵襲性の且つ無 害の処置の使用によって相対的に画定されたこのような組織（即ち局部ベース） の内部の容積の中で人間の脳の検査と人間の脳の組織の有力な条件の状態の決定 に使用するための改良された方法論とセンサー構成要素の外形とを与えるもので ある。 より詳細に云えば本発明は上記に参照した大脳の分光光度計センサーに対する 方法論と装置における新しい改良を与え、これにより結果生ずる光学的反応デー タは純粋の固有の脳の組織をあらわすことを保証され、即ち上記の皮膚、頭蓋骨 等の脳の外側に配置された構造と物質を通る審問光のスペクトルの通過から生ず る効果なしに純粋の固有の脳の組織をあらわしている。より広い意味において本 発明の基礎となる新しい概念は、本発明に関しこれを記述する前述の及びあとに 続く両方のコメントを考慮するときに心に留めておかなければならないように、 脳以外の解剖学的領域にも応用できるものである。 従って本発明によって与えられる新らしい方法と機器の１つの特徴は次の通り である。選ばれた波長の光が対象物の外側の発光源位置から対象物の中に導入さ れ、且つ第１と第２の光の探知位置は、外側の周辺上で互いに間隔をあけ且つ発 光源位置からも等しくないが好ましくは比較できる且つ大巾に不釣合ではない第 １と第２の距離だけ間隔をあけた位置に選ばれる。こうすることによって、１つ のこのような途は接近され検査される特定の内部領域を含む全体の内部領域を一 般的に規定するものとして考えられ、一方他の途は一般にそのような領域の中に 位置するが、しかしそのような特定の内部領域を含まない第２の内部領域を規定 するものとして考えられる（実際に含まれる 特定の探知位置において受け入れられるある少いパーセンテージの光量子は、疑 いもなくそのような特定の領域の中のある量の組織を実際に横切っており、夫々 の平均の光の途は対応するディテクター位置で受けいれられる支配的な数の光量 子の理想化された途を単に現わしていると云う事実にも拘らず）。特に最後に述 べられた（其の他の）このような途は、当該第２の内部領域が検査される内部の 対象物又は本体と外側表面の間に配置された横たわる組織の全体の厚さのみなら ず、その先に即ち当該特定の内部の容積の中に配置された生理的物質の少くとも 小部分を含むように選ばれる。光源において導入され、このような両方の位置に おいて探知される光をあらわす信号を生ずるものから発生する第１と第２の探知 位置におけるこの時の探知光によって、このようにして生み出された信号は、内 部の容積と外側の周辺表面との間に置かれた組織と生理学的物質に帰せられる効 果は実質的になしに、特定の領域又は容積の組織のみを特に特徴づける光学的反 応データを得るように処理される。 より特定の意味において本発明は人間の解剖学的寸法と形状における公知の変 化と外傷センター手術室等において遭遇される凡ての又は最も可能性のある条件 を実質的に与えるディテクターと光源のために特定の距離と位置のパラメーター が与えられている示された分光光度計タイプの臨床検査装置に対する方法論と装 置を与え、一方所望の内部の組織の容積のみを代表し、目標物の周辺に近く又は 周辺の境界を形成する上に横たわる組織と物質を代表しないデーターを一貫して 与えている。１つの特定の好ましい実施例において、特定の光源のディテクター の 分離距離と形状が前述の大脳の酸素濃度計と直接関連する装置に与えられている 。 図面の簡単な説明 第１図は本発明の好ましい実施例に含まれる一般的な環境と構造を示す絵であ らわした図である。 第２図はこれらの応用に以前に用いられたものを代表する典型的なセンサーの 前面図である。 第３図は理想的な高度の分散媒体の周辺上の色々なセンサーの位置へ光源から のびる平均の光の途の分布を一般的に示す絵であらわした平面図である。 第４図は本願発明に従ったセンサーの拡大された前面立面図である。 第５図は人間の頭をあらわし、且つ本発明のある面を示す第１の光源ディテク ターの位置の配設をあらわす第１の絵であらわした断面図である。 第６図は人間の頭をあらわし、且つ本発明のある面を示す第２の光源−ディテ クターの位置の配設をあらわす第２の絵であらわした断面図である。 第７図は人間の頭をあらわし、且つ本発明のある面を示す第３の光源−ディテ クターの位置の配設をあらわす第３の絵であらわした断面図である。 好ましい実施例の説明 第１図を参照すると、本発明を実施するための例示的なシステム１０は目的物 １２を含み、この目的物はこの好ましい実施においては人間であって、その額１ ４の上には、所望の検査の 波長を与える電気の光源と、患者の額と脳の部分を通過した後の結果生ずる光を 探知する色々なレシーバーを含むセンサー１６が配置されている。センサー１６ を作動させる対応する電気信号分光光度計装置１８によって供給されてこれに連 結され、この装置は好ましい実施例においては前述の大脳の酸素濃度計として構 成されており、１９９３年１月２１日提出の共に係爭中の米国特許申請No.０８ ／００６．７０５に記述されたものであって、より特定した意味においてはミシ ガン州トロイのSomanetics社によって開発されたモデル３１００大脳酸素濃度計 によって例示されるものである。明らかなように、装置１８は本質的に適当にプ ログラムされたマイクロコンピューター又はモニター又は見られるデイスプレー ２２を有するパソコン２０を含み、ここでは電気ケーブル２４がセンサーから装 置２０に伸び、この装置２０は目的物１２から予め定められた距離に配置された 小型の増巾器２６を含み、強化された処理能力のための探知信号強度と理想的な 安全性に対する考慮を共に与えるものである。 センサー１６の例示的な以前の形式は第２図に示されているが、ここでは数字 １１６で示されている。基本的にこの装置は１９９１年６月６日提出の共に係爭 中の特許申請No.７１１．４５２に例示され記載されたものと本質的に同じであ ると考えられ、この特許申請No.７１１．４５２は本質的に以前の特許No.５．１ ３９．０２５に従って作動し、これらは両方とも本申請の譲受人に譲渡されてい る。従ってセサンサー１１６は光源１２８と、第１又は近くのディテクター１３ ０と、第２の又は遠いデ ィテクター１３２とを含み、これら凡ては好ましくは十分にフレキシブルで軽く 手でおさえることによって夫々の特定の患者の実際の額の形に容易に順応する便 利な本体１３４の中に取付けられる。第２図の実施例に示された近い方のディテ クター１３０は実際上センサー１２８に非常に近くに置かれ、且つ前述の共に係 争中の特許申請No.７１１．４５２に従って、この分離のための最適の距離は約 ８ミリメーターの範囲にあると記述されていることが認められる。この構成にお いて、遠いディテクター１３２は光源１２８から好ましくは約２３ミリメーター として記載されている。 前に注目されたように、第３図は一般的な絵であらわされた意味において周辺 ４２の中に配置された高度に分散させる媒体４０の中に導入された光源３８から の光の色々な平均の光の途３６の分布を示す。この図の中に一般的に画かれたよ うに、夫々の平均の光の途３６はアーチ型であって、一般的に理想的に例示する 意味みおいて円型の部分であり更に一般的に云えば技術文書の中ではバナナ型又 はカヌー型として記載されている。従って周辺４２に沿って異なった位置にある レシーバー４４，４４′は異なって位置され且つ異なってカーブした平均の光の 途３６，３６′に沿って導入された光スペクトルを受取り且つ夫々のこのような 途は実際上異なった領域を画定している（周辺４２の内側にＡ，Ａ′が指定され 、領域Ａは領域Ａ′の全体の中にあるが、そこから区別できる）。３次元の対象 物の場合には平均の光の途３６′，３６″は実際上互いに隣接するようなアーチ 型部分のフアミリーを形成し、領域Ａ，Ａ′は実際上アー チ型でやや球状の、卵型の側面をもつ内部の容積を形成する。 センサーの置き方はこれらと光源３８の間に配置された対応してより長い平均の 光の途を有し、他の次第により大きいこのような内部領域と対応する容積を規定 する。 今第５，６，７図を参照すると、第３図に示された実例への類似はより明らか であり且つその意義はより容易に認められるであろう。より詳しく云えばこれら の３つの図面は夫々額１４を通過する平面に沿ってとられた単純化された人間の 頭部の断面を示す。夫々の場合に、異なったサイズ、額の領域における丸味の程 度又は循環性及び皮膚、頭蓋骨及び下に横たわる組織の異なった厚さを含めて色 々な人間の集団に無作為に起るある種の変化が絵であらわした概略の意味で示さ れ、これらの変化は夫々第５，６，７図の図番１４２，２４２，３４２で示され た不規則なアーチ型の壁の厚さによってひとまとめにあらわされ且つここでは周 辺の壁（脳又は類似の状態の器官の場合）又は重なった組織構造（其の他の内部 の器官の場合）として集合的に参照されている。斯くしてこれらの図面において は単一の領域として簡単にすぎて示されているが、しかし実際には複数の複雑な 生物学上の構造が、上記の諸点に述べたように表わされている。 より詳細に云えば第５図に示された頭１１２（典型的な場合をあらわしている ）はやや広く丸められた額１１４と名目的な厚さの「周辺の壁」１４２を有して いる。額の領域に使用された電気光学センサー２１６によって、１組の円型の平 均光の途 １３６′と１３６″が生み出され、この途は、前に議論された一般に対応する第 ３図の途３６′と３６″と類似している。この結果最初の内部領域Ａー１は光源 １３８と近いディテクター１４４の間に生み出され、第２のこのような領域Ａ′ ー１は同様に光源と遠いディテクター１４４′との間に生み出される。見られる ように、近い領域Ａー１は適度の量の内部組織（脳）を含み、これは図番１４０ で示され、領域Ａ′ー１程多くない。 第６，７図を考えると、第６図の頭２１２は、より平らな額２１４をもつ第５ 図に示された頭蓋骨の頭よりも大きく且つより広く丸味を帯びていることが認め られよう。他方第７図の頭蓋骨はより鋭くカーブした額の領域３１４をもち、６ 図に示された対応する例よりも小さく且つより長円形である。 これに加えて、第７図に示されたセンサー４１６は、第５図及び第６図に示さ れたセンサー２１６と３１４よりもやや細長い。この結果より短い第６図の平均 の光の途２３６′は実際には全く脳組織２４０には全く入らず、より長い平均の 光の途２３６′ですら殆んど脳組織には入らない。従って近いディテクター２４ ４でためされた容積Ａー２は全く周辺の壁２４２の中に配置され、且つ本当にデ ィテクター２４４′によってためされたより大きな容積Ａ′ー２ですら脳組織２ ４０よりもむしろ主として周辺の壁の成分から成る。基本的にやや反対の状態が 第７図に示され、この中では平均の光の途３３６′，３３６″は両方とも実質的 に脳の組織２４０の中に伸び、サンプルされた容積Ａー３，Ａ′ー３は両方とも 特に容積Ａ′ー３は相当な量の脳組織３４０を含む。 以前の米国特許５．１３９．０２５と１９９３年１月２２日申請の共に係争中 の申請No.０８／００６．７０５により詳細参照される、センサーの電気光学デ ィテクターからの出力信号の好ましい処理において、近いディテクターからの出 力信号によって規定される小さい内部領域の中の組織の特徴は、実際上遠くのデ ィテタターからの出力によって規定されるより大きな内部の容積の特徴から減じ られ、ここで周辺の壁を十分に越えて配置された、特に周辺の壁又は重なった組 織の構造が本質的に厚さが同じであるところの特定の内部容積と、そのような両 方のディテクターの直接隣接する領域の特徴のある組織の特徴であるデータを結 果として生み出すこれは又本発明の範囲の中で重要な考えである。即ち、色々な 人間の民族性、寸法、頭蓋骨の厚さ、年令、血管構造等の間で実際に遭遇される 特定の解剖学的構造における広い変化を以って、周辺壁又は重なった組織構造に おける変化は患者毎のみならず同じ患者においてすら勿論起り得るものである。 又上に示されたように額の曲り方等の程度とタイプにおける相当な相違も当然期 待される。 従ってこのような相違はより詳細に考えられ且つ更に調査されるとき、最終的 には、たとえば上に述べられた大脳の酸素濃度計に用いられた時、本件について 予め考えられたことに相当程度反対であると云う事実にもかかわらず、特に脳の 組織の分光光度計による検査の場合、近くのディテクターが光源よりは、“遠い ”ディテクターに近く位置される方が適当であると云うことが明らかとなる。即 ち最終的に得られた結果生じたデータが実際上周辺の、表皮の又は間にはさまれ た解剖学上の物質又 は構造よりもむしろ主として又は専ら内部の脳組織を特徴づけることを確かめ唯 一つの方法は、サンプルされた２つの内部の容積の中の小さい方（即ち近くのレ シーバーの出力から出て来るもの）は、世界中からの人々に遭遇される凡ての予 期される解剖学上の変化を通して周辺の壁又は境界を構成する少なくとも皮膚、 頭蓋骨等の全体の厚さを含み且つ更に加えて、このようにしてサンプルされた２ つの容積の中の小さい方の内部の脳組織の少なくとも最低の量（且つ好ましくは 相当の量）を含むことを確かめることである。 実際に本願発明は、より小さいそのような内部の容積が他のそのような容積に 関して比較的に大きい即ち他のそのような容積と殆んど同じ大きさであることが のぞましいことを認めているので、両方の平均の光の途は互いに比較的近くにあ る。 こうすることによって、近いディテクターと遠いディテクター両方において受 取られた光量子によって横切られた中間にはさまれた隣接する生物構造（即ち、 周辺の壁又は重なった組織構造）の厚さと組成は同じであるか又は実質的に同じ であり、上に述べたようにこのことは正確な結果を達成するのに重要な要素であ ることがより見込のあることとなる。 同時に遠いディテクターが近いディテクターから十分な距離に置かれて、その ディテクターによって相当に異なった内部の容積がサンプルされ、相違が意味あ る程にはっきりした内部容積をあらわし且つ特徴づけ、且つここで脳そのものの 中によく位置された内部組織のみを確実にあらわすことを保証することも又重要 である。にも拘らず、光源によって与えられた選ばれ た検査の波長は、還元された且つ酸素で処理されるヘモグロビンによる選択的な 吸収が正確に知られており、且つ結果生ずる光を発生させるために用いられる動 力の量は安全で比較的低いレベルに維持されなければならないことを心に留める と、どちらかのそのようなディテクターが光源から遠くに置かれる程、信頼でき る且つ意味のある処理をさせるのに十分な結果の光エネルギーを探知することは より困難であることが認められなければならない。 前述のこと凡てを心に留めて研究とテストの結果、人間の脳の検査のためには 、特に大脳の酸素の決定のためには、近いディテクターは光源から少なくとも約 ２０ー２５ミリメーター離れて位置されるべきであり且つ好ましくはそれにより やや遠く即ち約３０ミリメーター離れて位置されるべきであると云う最終結論に 導かれた。同時に遠いディテクターは近いディテクターから少なくとも約５から １０ミリメーター離れて位置されて、区別し得る且つ異なった内部組織の容積が 実際上第２のそのようなディテクターによってサンプリングされ、一方相当の探 知信号強度が存在することを保証すべきである。斯くして好ましいそのような位 置のある範囲が潜在的に存在するが、最も好ましいこのような配設の特定の例は 近いディテクター光源から３０ミリメーター離れた点におき、遠いディテクター を更に１０ミリメーター越えた点、即ち光源から４０ミリメーターの点に置いて いる（この点が市販で入手でき経済的に可能な構成要素で実際問題として役に立 つ最大のそのような距離と現在考えられている）。この関係は第４図に示され、 この中では拡大され たセンサー２１６が示され、このセンサーは、近いディテクターが明らかに光源 １２８にずっと近い第２図に示された関係が真実であるよりも、その光源２２８ から明らかに更にずっと離れている点にその近いディテクター２３０をもってい る。実際に第４図のセンサー２１６の中の近いディテクター２３０は第２図に示 された以前のセンサー１１６の遠いディテクターの位置に類似の点に位置するが 、一方本発明によるセンサー２１６の遠いディテクター２３２は実際に、以前の センサー１１６の遠いディテクター１３２よりも、その対応する光源から更に離 れて配置されている。 前述の特定の要素とそれらの対応する重要性にかんがみて、現在の発明の最も 好ましい実施例は、遠いディテクターによる光量子の受取りの適当な量をふやす ために、近くの位置に用いたものよりも遠い位置に対してはより大きいディテク ター（感光性半導体素子）を利用している。勿論市販で入手可能な構成要素の中 で、コストの変動があるにも拘らず、少くともある数の入手可能ないろいろの寸 法のフオトディテクター（感光性半導体素子）があるが、ところが以前のセンサ ーは近く及び遠いディテクター両方に対して７．５平方粍の有効表面領域を有す るフオトダイオードの使用によって作られていたが、本発明においては遠いディ テクターは好ましくは以前この場所に用いられたものの本質的に２倍の寸法のも の即ち１５平方粍のフオトダイオードの素子の使用によって作られている。 本発明によって与えられる重要な利点は以前の開示を考慮することにより当業 者には明らかであり且つ評価されるものと信 ずる。且つ表面的に類似のものがこれに帰するにも拘らず公知のものによって取 扱われたものから特に異なっている根底にある概念は進んだものであることにも う一度注目されるべきである。前述の詳細な説明は単に本発明のある実例の好ま しい実施例の説明であって、数多くの変更、修正補正が、付帯する請求項の中に 規定された本発明のより広い面と根底にある概念から逸脱することなく行われ、 請求項は同等品の原理を含めた特許法の確立された原理に従って解釈されるもの と了解される。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９４年１２月２０日 【補正内容】 請求の範囲 １． 一般に対象物の内部の領域と外側の周辺の間に配置された特定して不確定 の厚さの周辺の末端を有し、生命のあるテストの対象物の内側の特定の内側領域 の中に位置する生理学的物質を、光のレスポンスによって非侵入性に検査する方 法において、 当該周辺の末端の外側の光源位置から当該対象物の中に選ばれた波長の光を導 入することと、 互いに間隔をあけ且つ当該光源から等しくない第１の距離と第２の距離だけ間 隔をあけた点に当該外側の周辺上で少なくとも第１と第２の光の探知位置を選び 、ここで当該光源と当該第１の探知位置の間に伸びる第１の平均の光の途と、当 該第１の平均の光の途の長さより違った長さで、光源と当該第２の探知位置の間 に伸びる第２の平均の光の途を規定することと、 当該第２の途が当該特定の内部領域を含む主たる内部領域を一般に規定するよ うに選び、当該第１の光の途は一般に当該主たる内部領域の中に位置されるが、 実質的に当該特定の内部領域からは別個の第２の内部領域を規定するように選び 、特に第１の途を予め予め定められた典型的なそのような周辺の末端に加えて、 少なくともそれを越える当該生理学的物質の少ない部分の全体の厚さを含むよう に特に選ぶことと、 更に当該第１と第２の探知位置において当該導入された光から主ずる光を探知 し、そのような探知された光を代表する信号をお発生し且つ当該第２の内部容積 に帰せられる効果は実質的 になしに特定の内部領域の中で当該生理学的物質の選ばれた特性を特に特徴づけ る光学的応答データーを得るように当該信号を処理することの諸段階を含むこと を特徴とする方法。 ２． 請求項１の方法において、当該生理学的物質は高度に分散し且つ部分的に 吸収する媒体を含み、且つ当該平均の光の途はアーチ型のカーブより成ることを 特徴とする方法。 ３． 請求項１の方法は、当該第２の光の途が一般に予め定められた内部の脳の 領域を横切るよう選ぶことを含むことを特徴とする方法。 ４． 請求項１の方法において、当該第１の探知位置を選ぶ当該段階は、当該光 源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約２０粍以下ではない位置 にディテクターを置くことから成ることを特徴とする方法。 ５． 請求項１の方法において、当該第２の探知位置を選ぶ当該段階は、当該光 源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約３０粍以下ではない位置 にディテクターを置くことから成ることを特徴とする方法。 ６． 請求項５の方法において、当該第１の探知位置を選ぶ当該段階は、当該光 源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約２０粍以下ではない位置 にディテクターを置くことを含むことを特徴とする方法。 ７． 請求項１の方法において、当該第１の探知位置を選ぶ当該段階は、当該光 源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約２５粍から３０粍にディ テクターを置くことを含むことを特徴とする方法。 ８． 請求項１の方法において、当該第２の探知位置を選ぶ当該段階は、当該光 源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約３０粍から４０粍にディ テクターを置くことを含むことを特徴とする方法。 ９． 請求項８の方法において、当該第１の探知位置を選ぶ当該段階は、当該光 源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約２５粍から３０粍にディ テクターを置くことを含むことを特徴とする方法。 １０． 選ばれた有機質の体と物質の内部構造を評価する方法であって、調査媒 体として、当該体と物質と重なった組織構造の両方の内部部分を通って電磁エネ ルギーを通過させることにより電磁エネルギーが用いられ、且つ当該内部構造の 組成、状態及び／又は生理機能を特徴づける量的なデータが生み出され、且つ 光源と少なくとも２つのレシーバーが選ばれた波長の電磁エネルギーを選ばれ た体又は物質の中に入れて通し、第２の位置よりも少なくとも当該光源にややよ り近く配置された第１の位置を含む少なくとも２つの別個の互いに間隔をあけた 外部の位置においてこのようなエネルギーを受けとるために用いられ、且つこの ようにして受けとられた結果のエネルギーは特徴を示す応答データーの値を得る のに適している方法において、その改良点は、 当該位置の１つとして、そこで受け取られる当該エネルギーとその対応するデ ータの値が内部構造の当該特定領域を主として特徴づける点を用い、且つ当該位 置の他のものとして、そこ で受け取られるエネルギーとその対応するデータの値が重なっている組織構造と 、当該重なった構造の内側に位置する当該内部構造の少なくとも最低量の両方を 特徴づける点を用い、これによって当該体又は物質の中の当該特定領域における 内部構造を一般に固有のベースで特徴づけることを保証し、当該重なった組織構 造に帰せられる特徴とは独立した量的な応答データの評価が得られることを含む ことを特徴とする改良点。 １１． 請求項１０の改良点において、光源と少なくとも２つのレシーバーを用 いる当該段階は、当該光源とレシーバーが互いに計測された距離に配置された単 一のセンサー部材上に当該光源とレシーバーを物質的に有することによって行わ れることを特徴とする改良点。 １２． 請求項１０による改良点において、当該体と物質は夫々人間の頭と脳で あり、且つ当該第１の位置においてエネルギーを受け取る当該段階は、当該エネ ルギーが当該頭と脳の中に導入されるもう１つのそのような点から少なくとも約 ２０粍の額上の位置に両方の当該レシーバーを配置することを含むことを特徴と する改良点。 １３． 請求項１０による改良点において、当該体と物質は夫々人間の頭と脳で あり、且つ当該第１の位置においてエネルギーを受け取る当該段階は、当該頭と 脳の中に当該エネルギーが導入されるもう１つのそのような点から、額の上で約 ２５粍から３０粍に位置する点に少なくとも１つの当該レシーバーを配置するこ とを含むことを特徴とする改良点。 １４． 請求項１３による改良点において、光源と少なくとも ２つのレシーバーを用いる当該段階は、当該光源とレシーバーが互いから計測さ れた距離に配置された単一のセンサー部材上に物理的に当該光源とレシーバーを 有することによって行われることを特徴とする改良点。 １５． 人体の境界の内側にある内部組織を専ら代表する別個の有機体からの光 学的応答データを得るための装置は、 当該人体の上の選ばれた領域に光学的に連結された関係に置かれるのに適し、 且つそのような体を通って当該光源から当該レシーバーに選ばれた波長の光を通 すよう適合された光源と、少なくとも２つのレシーバーを含む少なくとも１つの 光学センサーと、 当該光源とレシーバーを予め定められた場所の関係に保ち、一方当該体の当該 選ばれた領域に光学的に結合させる手段と、 当該光源に関して第１位置において、当該光源からのこのような光を受け取る ための第１のレシーバーと、当該第１の位置よりも当該光源から少なくともやや 遠く離れて位置する第２の位置においてそのような光を受け取る第２のレシーバ ーとを含み、当該選ばれた波長で相関された夫々のそのような位置に対するデー タ値を代表する対応する信号を生み出すためには、当該第１と第２の位置は両方 とも夫々によって受けとられた光が、当該境界とある量の当該内部組織の実質的 に類似の部分を横切るように位置されるが、当該第２の位置はそこで受け取られ た光が、第１の位置で受け取られた光よりも当該内部組織をより多く横切るよう に位置されている当該少なくとも２つのレシーバーと、及び 結果生じたデータの値が当該内部組織の固有の特性を代表し、且つ当該光の当 該境界を通過することに帰せられる要因から生ずる光学的効果を含まないように 、１つの位置で受け取られた光を、他のこのような位置で受け取られた対応する 光の関数として特徴づける当該信号を受け取り且つこれからデータ値を生み出す 手段であって、当該第１のレシーバーは当該光源の位置から約２０粍よりも近く ない位置に置かれている当該手段とを組合わせて含むことを特徴とする装置。 １６． 人体の境界の内側にある内部組織を専ら代表する別個の有機体からの光 学的応答データを得るための装置は、 当該人体の上の選ばれた領域に光学的に連結された関係に置かれるの適し、且 つそのような体を通って当該光源から当該レシーバーに選ばれた波長の光を通す よう適合された光源と、少なくとも２つのレシーバーを含む少なくとも１つの光 学センサーと、 当該光源に関して第１の位置において当該光源からのこのような光を受け取る ための第１のレシーバーと、当該第１の位置よりも当該光源から少なくともやや 遠く離れて位置する第２の位置においてそのような光を受け取る第２のレシーバ ーとを含み、当該選ばれた波長で相関された夫々のそのような位置に対するデー タ値を代表する対応する信号を生み出すためには、当該第１と第２の位置は両方 とも夫々によって受け取られた光が、当該境界と、ある量の内部組織の実質的に 類似の部分を横切るように位置されるが、当該第２の位置はそこで受け取られた 光が、第１の位置で受け取られた光よりも当該内部組織をより多 く横切るように位置されている、当該少なくとも２つのレシーバーと、及び 結果生じたデータの値が当該内部組織の固有の特性を代表し、且つ当該光の当 該境界を通過することに帰せられる要因から生じる光学的効果を含まないように 、１つの位置で受け取られた光を、他のこのような位置で受け取られた対応する 光の関数として特徴づける当該信号を受け取り、且つこれからデータ値を生み出 す手段であって、当該第２のレシーバーは当該光源の位置から約３０粍から４０ 粍の位置におかれている、当該手段とを組合わせて含むことを特徴とする装置。 １７． 請求項１６による装置において、当該第１のレシーバーは当該光源の位 置から約２０粍よりも近くない位置に置かれていることを特徴とする装置。 １８． 生体内の分光測定によって脳組織の非侵襲性の臨床の患者の検査を行う 方法であって、選ばれた波長の電磁エネルギーが第１の位置において頭皮と頭蓋 骨を通して脳の中に導入され、そのようなエネルギーの結果の量は頭皮と頭蓋骨 を通して戻されて透過した後予め定められた数の第２の位置において受け入れら れる方法において、単に脳の組織のみを特徴づける結果のデータを得ることにお ける改良点は、 受け取られた結果のエネルギーが当該第１の位置から当該第２の位置の１つに 通過する時、頭皮と頭蓋骨と少なくとも当該脳組織の最低量を横切っている当該 第２の位置の中の１つの概略の位置を決定することと、 受けとられた結果のエネルギーが頭皮と頭蓋骨と、当該少な くとも最低量の脳組織よりも大きい当該脳組織の量とを横切っている当該第２の 位置のもう１つの概略位置を決定することと、 当該１つ及び当該他の第２の位置において受け取られた当該結果のエネルギー の量を計ることと、 一般に当該少なくとも脳組織の最低量と脳組織の当該より大きな量との間の相 違を特徴づける結果のデータが得られるように１つのデータを他のものに対比す ることによって、当該１つの場所と当該他の場所で受け取られた結果のエネルギ ーの当該計量を調整することを含むことを特徴とする改良点。 １９． 請求項１８に規定された方法の改良点において、当該第２の位置の位置 決定の当該段階は、頭蓋骨の予め定められた領域における頭蓋骨の厚さと頭蓋骨 の曲りの代表的な計測を用いることを含むことを特徴とする方法の改良点。 ２０． 請求項１９に規定された方法の改良点において、頭蓋骨の当該予め定め られた領域とは額であることを特徴とする方法の改良点。 ２１． 請求項２０に規定された方法の改良点において、当該１つの第２の位置 と当該他の第２の位置は、何れかが当該第１の位置に対するよりは、互いにより 近く隣接するように決定されることを特徴とする方法の改良点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 請求の範囲 １． 一般に対象物の内部の領域と外側の周辺の間に配置された特定して不確定 の厚さの周辺の末端を有し、生命のあるテストの対象物の内側の特定の内側領域 の中に位置する生理学的物質を、光のレスポンスによって非侵入性に検査する方 法において、 当該周辺の末端の外側の光源位置から当該対象物の中に選ばれた波長の光を導 入することと、 互いに間隔をあけ且つ当該光源から等しくない第１の距離と第２の距離だけ間 隔をあけた点に当該外側の周辺上で少なくとも第１と第２の光の探知位置を選び 、ここで当該光源と当該第１の探知位置の間に伸びる第１の平均の光の途と、当 該第１の平均の光の途の長さより違った長さで、光源と当該第２の探知位置の間 に伸びる第２の平均の光の途を規定することと、 当該第２の途は当該特定の内部領域を含む主たる内部領域を一般に示すように 選ばれ、当該第１の光の途は一般に当該主たる内部領域の中に位置されるが、実 質的に当該特定の内部領域からは別個の第２の内部領域を示すように選ばれ、当 該第１の途は当該第２の内部領域が当該周辺末端に加えて少なくともそれを越え て当該生理学的物質の少ない部分の全体の厚さを含むように特に選ばれており、 更に当該第１と第２の探知位置において当該導入された光から生ずる光を探知 し、そのような探知された光を代表する信号を発生し且つ当該第２の内部容積に 帰せられる効果は実質的に なしに特定の内部領域の中で当該生理学的物質の選ばれた特性を特に特徴づける 光学的応答データーを得るように当該信号を処理することの諸段階を含むことを 特徴とする方法。 ２． 請求項１の方法において、当該生理学的物質は高度に分散し且つ部分的に 吸収する媒体を含み、且つ当該平均の光の途はアーチ型のカーブより成ることを 特徴とする方法。 ３． 請求項１の方法において、当該第２の光の途は一般に予め定められた内部 の脳の領域を横切るよう選ばれていることを特徴とする方法。 ４． 請求項１の方法において、当該第１の探知位置を選ぶ当該段階は、当該光 源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約２０粍以下ではない位置 にディテクターを置くことから成ることを特徴とする方法。 ５． 請求項１の方法において、当該第２の探知位置を選ぶ当該段階は、当該光 源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約３０粍以下ではない位置 にディテクターを置くことから成ることを特徴とする方法。 ６． 請求項５の方法において、当該第１の探知位置を選ぶ当該段階は、当該光 源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約２０粍以下ではない位置 にディテクターを置くことを含むことを特徴とする方法。 ７． 請求項１の方法において、当該第１の探知位置を選ぶ当該段階は、当該光 源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約２０粍から３０粍にディ テクターを置くことを含むことを特徴とする方法。 ８． 請求項１の方法において、当該第２の探知位置を選ぶ（当該段階は、当該 光源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約３０粍から４０粍にデ ィテクターを置くことを含むことを特徴とする方法。 ９． 請求項８の方法において、当該第１の探知位置を選ぶ当該段階は、当該光 源から当該対象物の中に当該光が導入される場所から約２５粍から３０粍にディ テクターを置くことを含むことを特徴とする方法。 １０． 選ばれた有機の本体と物質の内部構造を評価する方法であって、調査媒 体として、当該本体と物質と重なった組織構造の両方の内部部分を通って電磁エ ネルギーを通過させ、そのようなエネルギーから当該内部構造の特定の領域の組 成、状態及び／又は生理機能を特徴づける量的なデータを生み出すことにって電 磁エネルギーが用いられ、且つ光源と少なくとも２つのレシーバーが選ばれた波 長の電磁エネルギーを選ばれた体又は物質の中に入れて通し、第２の位置よりも 少なくとも当該光源にややより近く配置された第１の位置を含む少なくとも２つ の別個の互いに間隔をあけた外部の位置においてこのようなエネルギーを受ける ために用いられ、且つこのようにして受けとられた結果のエネルギーは特徴を示 す応答データの値を得るのに適している方法において、その改良点は、 当該位置の１つとして、そこで受け取られる当該エネルギーとその対応するデ ータの値が内部構造の当該特定領域を主として特徴づける点を用い、且つ当該位 置の他のものとして、そこで受け取られるエネルギーとその対応データの値が重 なってい る組織構造と、当該重なった構造の内側に位置する当該内部構造の少なくとも最 低量の両方を特徴づける点を用い、これによって当該体又は物質の中の当該特定 領域における内部構造を一般に固有のベースで特徴づけることを保証し、当該重 なった組織構造に帰せられる特徴とは独立した量的な応答データの評価が得られ ることを含むことを特徴とする改良点。 １１． 請求項１０の改良点において、光源と少なくとも２つのレシーバーを用 いる当該段階は、当該光源とレシーバーが互いに計測された距離に配置された単 一のセンサー部材上に当該光源とレシーバーを物質的に有することによって行わ れるこ特徴とする改良点。 １２． 請求項１０による改良点において、当該体と物質は夫々人間の頭と脳で あり、且つ当該第１の位置においてエネルギーを受け取る当該段階は、当該エネ ルギーが当該頭と脳の中に導入されるもう１つのそのような点から少なくとも約 ２０粍の額上の位置に少なくとも１つの当該レシーバーを配置することを含むこ とを特徴とする改良点。 １３． 請求項１０による改良点において、当該体と物質は夫々人間の頭と脳で あり、且つ当該第１の位置においてエネルギーを受け取る当該段階は、当該頭と 脳の中に当該エネルギーが導入されるもう１つのそのような点から、額の上で約 ２５粍から３０粍に位置する点に少なくとも１つの当該レシーバーを配置するこ とを含むことを特徴とする改良点。 １４． 請求項１３による改良点において、光源と少なくとも２つのレシーバー を用いる当該段階は、当該光源とレシーバー が互いから計測された距離に配置された単一のセンサー部材上に物理的に当該光 源とレシーバーを有することによって行われることを特徴とする改良点。 １５． 人体の境界の内側にある内部組織を専ら代表する別個の有機体からの光 学的応答データを得るための装置は、 当該人体の上の選ばれた領域に光学的に連結された関係に置かれるのに適し、 且つそのような体を通って当該光源から当該レシーバーに選ばれた波長の光を通 すよう適合された光源と少なくとも２つのレシーバーを含む少なくとも１つの光 学センサーと、 当該光源とレシーバーを予め定められた場所の関係に保ち一方当該体の当該選 ばれた領域に光学的に結合させる手段と、 当該光源に関して第１の位置において当該体の部分を通過した結果の光を受取 る手段と、当該第１の位置よりも当該光源から少なくともやや遠く離れて位置す る第２の位置においてそのような光を受け取るための手段とを含み、当該選ばれ た波長で相関された夫々のそのような位置に対するデータ値を代表する信号を生 み出すために当該第１と第２の位置は両方とも夫々によって受けとられた光が当 該境界とある量の当該内部組織の実質的に類似の部分を横切るように位置される が、当該第２の位置はそこに受け取られた光が第１の位置で受け取られた光より も当該内部組織をより多く横切るように位置されている。当該少なくとも２つの レシーバーと、及び 結果生じたデータの値が当該内部組織の固有の特性を代表し、且つ当該光の当 該境界を通過することに帰せられる要因から生 ずる光学的効果を含まないように、１つの位置で受け取られた光を他のこのよう な位置で受け取られた対応する光の関数として特徴づける当該信号を受け取り且 つこれからデータ値を生み出す手段とを組合わせて含むことを特徴とする装置。 １６． 請求項１５による装置において、当該第１のレシーバーは当該光源の位 置から約２０粍よりも近くない位置に置かれていることを特徴とする装置。 １７． 請求項１５による装置において、当該第２のレシーバーは当該光源の位 置から約３０粍から４０粍の位置に置かれていることを特徴とする装置。 １８． 請求項１７による装置において、当該第１のレシーバーは当該光源の位 置から約２０粍よりも近くない位置に置かれていることを特徴とする装置。 １９． 生体内の分光測定法によって脳組織の非侵襲性の臨床の患者の検査を行 う方法であって、選ばれた波長の電磁エネルギーが第１の位置において頭皮と頭 蓋骨を通して脳の中に導入され、そのようなエネルギーの結果の量は頭皮と頭蓋 骨を通して戻されて透過した後予め定められた数の第２の位置において受け入れ られる方法において、単に脳の組織のみを特徴づける結果のデータを得ることに おける改良点は、 受けとらてた結果のエネルギーが当該第１の位置から当該第２の位置の１つに 通過する時、頭皮と頭蓋骨と少なくとも当該脳組織の最低量を横切っている当該 第２の位置の中の１つの概略の位置を決定することと、 受けとられた結果のエネルギーが頭皮と頭蓋骨と、当該少な くとも最低量の脳組織よりも大きい当該脳組織の量とを横切っている当該第２の 位置のもう１つの概略位置を決定することと、 当該１つ及び当該他の第２の位置において受け取られた当該結果のエネルギー の量を計ることと、 一般に当該少なくとも脳組織の最低量と脳組織の当該より大きな量との間の相 違を特徴づける結果のデータが得られるように１つのデータを他のものに対比す ることによって、当該１つの場所と当該他の場所で受け取られた結果のエネルギ ーの当該計量を調製することとを含むことを特徴とする改良点。 ２０． 請求項１９に規定された方法の改良点において、当該第２の位置の位置 決定の当該段階は、頭蓋骨の予め定められた領域における頭蓋骨の厚さと頭蓋骨 の曲りの代表的な計測を用いることを含むことを特徴とする方法の改良点。 ２１． 請求項２０に規定された方法の改良点において、頭蓋骨の当該予め定め られた領域とは額であることを特徴とする方法の改良点。 ２２． 請求項２１に規定された方法の改良点において、当該１つの第２の位置 と当該他の第２の位置は、何れかが当該第１の位置に対するよりは、互いにより 近く隣接するように決定されることを特徴とする方法の改良点。