JPS60198128A - 血流測定装置 - 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】 ｒｕ　ＩＩロ　／７）＃；ｉｒｒ　Ａ　＠　１本発明は
、２点間の血液の通過時間を直接的に測定し、血流速度
、血液の臓器通過時間等を高精度に把握し得る血流測定
装置に関するものである。

［発明の技術的前Ｉｔ］ 一般に、血流の速度あるいはそれに関連した値を計測し
ようとする場合には、ドプラ効果を利用した超音波ドプ
ラ血流計等が用いられている。超音波ドプラ血流計は、
血管に対して９０°以外のある角度を持って超音波ビー
ムを入射させその反射ビームまたは透過ビームを検出し
てドプラ効果による周波数変化をめ、この周波数変化よ
り算出した速度と上記角度とより血流の流速をめるもの
であり、いわば無侵襲で血流速度が計測できるため近年
注目されている。しかしながら、この場合、計測しよう
とする血管に対して超音波ビームを正しく入射させなけ
ればならず、その入射角度も正確にめなければ正゛確な
測定はできない。

このため、通常はいわゆる超音波診断装置を併用し、血
流を測定しようとする部位の近傍の超音波断層像を見な
がら血流速測定ビームの発射位置および角度を設定して
測定を行なうようにしている。

ところが、このようにしても体内の深部に存在する血管
や細い血管の位置に正しく測定ビームを向けたり、屈曲
した血管と測定ビームとの角度を正しくめたりすること
は容易ではない。したがって、この超音波ドプラ血流計
では、上記位置、角度の誤差に基づく測定誤差が大きく
、高精度の測定はほとんど不可能であった。

この超音波ドプラ血流計とおおむね同様の原理を用いた
ものにレーザドプラ血流計があるが、原理が類似してい
るため上述とほぼ同様の問題を抱えていた。

一方、これらドプラ効果を利用した手段の他に、主とし
て動物実験や特殊な手術の際に用いられる手段としてい
わゆる電磁流量計の原理を用いた電磁血Ｗｔ聞計がある
。これは、コイル、電極等からなる検出部を血管に直接
取着して電磁誘導により流速を検出測定するものである
が、電１１誘導による測定であるため、もともとＳ／Ｎ
比（信号対雑音比）がさほど良好とはいえず、その上、
血管に対する検出部の取着状態が測定感度に大きく影響
するとともに、周辺の′Ｒ気的装置の影響によりノイズ
を生じ易いという問題もあった。

さらに、これらいずれの手段においても、測定点の血流
に起因するドプラ効果あるいは電磁誘導といった現象を
利用して、間接的に血流速度をめているため、ある程度
以上の精度は望めない。

一方、血液の臓器通過時間を知ることは、臓器特に肝臓
の機能および障害状況を診断する場合などに極めて有効
であるが、この臓器通過時間を上述の各手段でめること
は不可能であった。

［発明の【］的］ 本発明の目的とするところは、簡単な構成で直接的な血
流測定を可能とし、高精度に血流を測定し得る血流測定
装置を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明においては、各一対の光源および光検出部を有し
、被検者の血管部に互いに離間して装着されて各々直接
または光学系を介して上記血管部を介在させた反射また
は透過光路を形成して、上記血管部の周囲１１織、血液
および血液中に投与された特定色素の吸光に応じた値を
検出し電気信号として出力する第１および第２の検出部
と、これら第１および第２の検出部の各出力を受け上記
特定色素による各検出値の変動開始タイミングをそれぞ
れ判定する手段と、この手段による上記両判定タイミン
グ間の時間差を計測し上記雨検出部間の通過時間を締定
する手段と、この手段により得られた締定結果を表示ま
たは記録する出力装置とを具備したことを特徴としてい
る。

［発明の実施例］ 第１図に本発明の一実施例の構成を示す。

第１図において、１および２はそれぞれ基本的に全く同
様の構成を有する第１および第２の検出器である。第１
の検出器１は、例えば各々特定色素の吸光波長域に対応
する発光波長域を有する半導体レーザ、発光ダイオード
等の狭帯域半導体光［１ａ、同様に検出波長域に上記特
定色素の吸光波長域を含む例えばシリコンフ第１・セル
等の′光検を用いた投光光学系１Ｃおよび光検出器１ｂ
からの光を導く光ファイバ等を用いた受光光学系１ｄで
構成されており、血管部に装着した状態で透光光学系１
Ｃの投光端と受光光学系１ｄの受光端との間に血ＩＢを
介在した透過光路を形成するようにする。

この第１の検出器１は、具体的には例えば第２図に示す
ように、受光光学系１ｄの受光端にに受光光束の方向を
１８０°偏向させるための偏向プリズムＰＰを設け、光
源１ａ、光検出器１ｂ、投光光学系１Ｃおよび受光光学
系１ｄを図示のようなコ字溝状の凹部１ｅを先端側部に
形成した容器１ｆ内に収容し、凹部１ｅに投光光学系１
Ｃの投光面と受光光学系１ｄの偏向プリズムＰＰの受光
面を互いに対峙するように臨ませて構成することができ
る。この場合、容器１ｆの先端凹部１ｅに血管Ｂを係合
させるだけで、容易に透過光路内に血管８を位置させる
ことができる。

そして、第２の検出器２は、光源２ａ、光検出上記第１
の検出部１の場合と全く同様に構成されており、血管部
に装着した状態で透光光学系２Ｇの投光端と受光光学系
２ｄの受光端との間に血管Ｂを介在した透過光路を形成
する。

これら第１および第２の検出器１，２の出力すなわち光
検出器１ｂ、２ｂの出力はこの場合光電流と呼ばれる電
流信号でありそれぞれ第１および第２のＩ／Ｖ変換（電
流−電圧変換）器３，４で電圧信号に変換される。なお
、多くの場合光検出器１ｂ、２ｂの光電流出力は、光が
透過した部分の吸光度に対して指数関数的な関係などの
ごとく該吸光度に比例的でない関係にあり、このような
場合にはこのＩ／Ｖ変換器３．４部分に対数変換機能を
付加するなどして、上記吸光度に比例的な関係にある出
力を得るようにする。例えば上述の場合、ｒ／Ｖ変換器
３．４として電流人カニ電圧出力型の対数増幅器を用い
れば簡単に実現できる。

このようにして得られた上記吸光度に比例的な関係にあ
るＩ／Ｖ変換器３，４出力はそれぞれ第１および第２の
直流分除去回路５．６に導かれて検出信号の直流分すな
わち非変動分が除去される。

これら直流分除去回路５．６は、例えばサンプルホール
ド回路で、ある時点のレベルをホールドしこのホールド
レベルと以後の入、力レベルとの差をとることにより変
動分をとりだす回路、あるいはローカットフィルタく低
減除去フィルタ）等を用いて構成する。さらに、第１お
よび第２の直流分除去回路５．６の出力はそれぞれ例え
ばアクティブフィルタを用いたバンドエリミネートフィ
ルタ（帯域除去フィルタ）などからなる第１および第２
の脈波除去回路７，８で脈波に相当する周波数成分が除
去されて第１および第２のＡ／Ｄ変換（アナログ−ディ
ジタル変換）器９，１０に与えられ、ディジタル信号に
変換されて演算処理装置１１に与えられる。

演算処理装置１１は、第１および第２のＡ／Ｄ変換器９
．１０の出力を受け１両出力の変動開始点ｔｌ、ｔ２す
なわち負方向への変化の場合には立下り点、正方向への
変化の場合には立上り点を検出し、両者間の時間差つま
り経過時間Ｔｐをめるとともに、予め別途に操作入力部
１２により入力設定しておいた測定点間隔りと上記時間
差Ｔｐより血流速度Ｖを算出する。そして演算処理装置
１１１１は痺定した血流速度Ｖの値および必要に応じて
上記測定点間隔り１時間Ｔｐ等の演算過程で用いた値を
表示器またはプリンタからなる出力装置１３に出力し表
示またはプリントアウトさせる。

なお、出力装置１３にデータを記録するためのデータレ
コーダ等を内蔵させたり、外部に接続したりしてもよい
。

なお、この場合上記特定色素としては肝臓の検査診断の
ための血類消失率（肝血流指数）測定や循環機能検査等
に用いられるインドサイアニングリーン（１ｎｄｏｃｙ
ａｎｉｎｅ　ｇｒｅｅｎ　〜以下ｒＩＣＧＪと略称する
）を用いるものとする。このＩＣＧは生体に対する副作
用かはどんとなく、しかも血液中における吸光測定の容
易な色素であり本測定に最適である。ＩＣＧを用いた場
合、血液のように蛋白を含む溶液中での最大吸収波長が
８０５ｎｍで肌ｈ　輪Ｈ曵興１９の晃個１３９３誹・１
．Ｔけ発光波長が８００ｎｍの半導体レーザあるいは８
ｏｏｎｍ近傍の狭い波長域で発光する発光ダイオードが
最適である。もちろん、このとき光検出器１ｂ、２ｂは
同波長域に対して充分な感度を有し、また光学系ＩＣ，
Ｉｄ、２ｃ、２ｄも同波長域についての減衰が少なくな
るように構成する。

次に、このような構成を用いた血流測定の具体的な操作
、作用について説明する。

ここでは、動物実験あるいは手術中における人体の血流
測定を行なう場合の例を考えている。

まず、被検体の血管Ｂの測定しようとする部分の２箇所
に第１および第２の検出器１．２をそれぞれ装着する。

このとき第１図に示したように第１の検出器１を上流側
に、第２の検出器２を下流側に配置する。そして、両検
出器１−２間の距離を測り操作入力部１２より演算処理
装置１１に測定点間１１ｉＤとして入り設定しておいて
測定を開始する。この状態で一被検体に上記特定色素で
あるＩＣＧを例えば静注（静脈注入）により投与する。

この静往後両検出器１，２の位置における最初の、ＩＣ
Ｇの到達タイミングをそれぞれ検出し、これらの時間差
と上記２点間の距離とに基づいて血流速度を測定するの
である。

この処理の中心となる演算処理装置１１は、例えばマイ
クロコンピュータ等を用いた構成によるソフトウェア処
理にて実現でき、第３図に示すフローチャートを参照し
てこの演算処理装置１１における処理の詳細を説明する
。

まず、第１および第２の検出器１．２の出力に基づく第
１および第２のＡ／Ｄ変換器９，１０の出力をそれぞれ
予め定めた一定時間間隔で取込み、メモリに各別に格納
する（Ｐｌ）。メモリに格納された第１の検出器１側の
一連のデータを読み出して時間の経過に伴う変動量すな
わち信号波形における傾斜の大きさを微分処理（具体的
には例えば一連のデータの時間的に隣接する各データ毎
あるいは適宜定めた一定データ数おきのデータ毎の差分
を逐次求めるなどすればよい）等によりめ、これを予め
設定した基準値と比較して入力信号の変動開始点ｔ１を
検出する（Ｐ２）。同様にして、メモリに格納された第
２の検出器２側の一連の入力データを読み出して時間の
経過に伴う変動量をやはり微分処理等によりめ、上記基
準値と比較して入力信号の変動開始点ｔ２を検出する〈
Ｐ３）。これら２つの変動開始点ｔ１．ｔ２より例えば
Ｔｐ　＝ｔ２−ｔｌ として両者間の経過時ＭＴｐをめる（Ｐ４）。

この経過時間Ｔｐと予め別途に入力設定された測定点間
隔りとに基づいて血流速度 ｖ＝Ｄ／Ｔｐ を算定する（Ｐ５）。以上により得られた血流速度Ｖお
よび必要ならば測定点゛間隔Ｄ、経過時間Ｔｐを出力装
置１３より出力させる（Ｐ６）。

このようにして、被検体の血流速度Ｖが容易にしかも極
めて正確に測定できる。

また、血液の臓器通過時間を測定する場合は、第１およ
び第２の検出器１，２をそれぞれ対象臓器へ流入する血
管および該対象臓器から流出する血管に装着して測定を
行なう。このような場合には、測定点間隔りは一般に不
明であり、また血流速度Ｖをめる必要もないから測定点
間隔りは入力しない。そして、上述と同様な測定処理に
より測定点間の経過時間Ｔ＋１を出力させればよい。

このように、血液の臓器通過１１８間も容易に測定する
ことができる。

そして、この場合検出器１．２の光源１ａ、２ａ、光検
出器１ｂ、２ｂに上述したような半導体素子を用い、光
学系１ｃ、ｌｄ、２ｃ、２ｄに光ファイバを用いること
によって、検出器１．２を小形・軽量化および高精度化
でき、その結果、血管に対する装着が容易に行なえ生体
に対する負担も比較的少なくできるので、動物実験のみ
ならず手術中等における測定も容易となる。

なお、本発明は上述し且つ図面に示す実施例にのみ限定
されることな（、その要旨を変更しない範囲内で種々変
形して実施することができる。

例えば、上述した実施例においては、演算処理装置１１
として、マイクロコンピュータ等を用いソフトウェアに
より処理する構成を用いるものと１．７−パ　リｎ種５
禽篩ｈＩＩ呑＾１ａ　ｉｌ　ｍ−ｒ−た１、％山不　八
−ドウエアによっても容易に実現できる。

ずなわち、Ａ／Ｄ変換器９，１０からの入力をそれぞれ
微分器に与えて微分をとり、微分された信号をそれぞれ
比較器により基準値と比較して変動開始点を検出し、第
１の検出器１側の変動開始点検出信号により計時装置を
起動し、第２の検出器２側の変動開始点検出信号により
計時装置の計時を終了させ、血液の臓器通過時間をめる
場合には計時結果をそのまま出力装置１３に与え、血流
速度をめる場合には上記計時結果を除算器に与え別途に
入力設定した測定点間隔りで除算して出力装置１３に与
えるようにすればよい。これをアナログ処理で行なう場
合には、もちろんＡ／Ｄ変換器９．１０は不要となる。

また、同実施例に示した直流分除去回路５，６、脈波除
去回路７．８等は変動開始点の検出を容易に且つ確実に
行なうために設けたもので、例えば上記特定色素として
ＩｃＧ等のように吸光変化の顕著な色素を用いたときに
は（被検体への投与による検出器１．２の検出信号変動
が大きいので）上記各部を適宜省略しても多くの場合実
用上問題な〈実施することができる。さらに、上記吸光
変化の大きな色素を用いた場合には吸光度に対する検出
信号の直線性はあまり重要でないので１．／Ｖ変換器３
．４等における対数補正等も不要になる。

もちろん、検出器１，２における光源１ａ、２ａに半導
体レーザや発光帯域の狭い発光ダイオード等を用いない
場合には、光源と血管の間および血管と光検出器の間の
少なくとも一方に通過帯域の狭いフィルタを介挿すれば
よい。もちろん、上記第１図に示した実施例において血
管Ｂと光検出器１ｂの間に上述同様のフィルタを設ける
ようにしてもよい。

さらに、検出器として第４図に示すように検出光路を反
射光路により形成するものを用いてもよい。

すなわち、第４図に示す検出器２１．２２はそれぞれ、
検出器１．２の光１１１ａ、２ａおよび光検出器１ｂ、
２ｂと同様の光源２１８．２２ａおよび光検出器２１ｂ
、２２ｂならびに光ファイバ等を用いた投光光学系２１
ｃ、２２ｃ、同様に光ファイバ等を用いた受光光学系２
１ｄ、２２ｄで構成され、血管Ｂにおける反射による吸
光特性を検出して特定色素の流入を検知し得るようにす
る。

この場合は反射光路で検出を行なうので、検出器２１．
２２は、必ずしも血管Ｂに直接当接する必要はなく、例
えば手首近傍や肘間接部近傍等の血管Ｂが体表近くに位
置している部位の通管部に体表面より当接して測定する
ことが可能である。したがって、この方式では手術中や
動物実験ばかりでなく、通常の臨床検査にも容易に利用
できる。

また、上述した各実施例のいずれにおいても投光および
受光光学系は必要に応じて設ければよく、光源および光
検出器として体温等により特性に影響を受けやすいもの
や大型のものを用いた場合には熱による影響を低減する
ためや検出器全体を小形化するために設けることが望ま
しいが、光源および光検出器として充分に小さなものを
用いた場合あるいは測定のため検出器を取付けるべき部
位が狭小でない場合（検出器全体の大型化が多少許容さ
れる場合）には投光および受光光学系は設けなくとも済
むことが多い。もちろん、投光および受光光学系を光フ
ァイバ、プリズム等の他、集光レンズや反射鏡を用いて
構成してもよい。

さらにまた、測定点間隔りの測定が必要な場合には、そ
れを容易にするために、いわゆる自在室３！１等のよう
に可撓性を有するスケールの一端に一方の検出器を固定
し、他方の検出器をこのスケールに移動自在に取着する
ようにしたり、一方の検出器に可撓性を有する巻尺状の
計測具を取着しこの計測具の計測部先端（引き出し端）
に他方の検出器を取着するようにしたりしてもよい。

なお、動脈のように脈流弁が大きい場合には、特定個所
の血流速度が時々刻々変動しているため、単純な２点間
の計測では充分な精度が得られないことがある。この傾
向は測定２点間の距離が類い場合に著しい。このような
場合に対処するには、簡単には、測定点間の距離を充分
に長くとって誤差の影響を小さくすればよい。また測定
点間の距離を充分に長くとれない場合、あるいはさらに
高精度を得たい場合には、測定区間の始点と終点の近傍
にそれぞれ微小間隔で多数（少なくとも数個）の検出部
を配設し、それぞれ多点計測を行なって各短区間の速度
分布をめ、その速度分布より両区間において速度状態（
位相）の等しい個所相互間の速度を得るようにすればよ
い。この第２の方式のためには多点計測用の複数組の検
出部を備えた検出器を特別に製作して用意することが望
ましい。　゛ また、出力の表示やプリン１−アラ］・の必要がなく単
に記録すればよい場合には出力装置としてデータレコー
ダのみを用いればよいことはいうまでもない。

血流速度がめられれば、それと血管径より血流量を簡単
に算定できる。この計算を演算処理装置１１等において
処理させるようにしてもよい。

［発明の効果］ 本発明によれば、簡単な構成で直接的な血流測定を可能
とし、高精度に血流を測定しくηる血流測定装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図は同実施例における検出器の具体的な構成の一例の
概略を示す模式図、第３図は同実施例における滴綽処理
装置の具体的な処理の一例を説明するためのフローチャ
ート、第４図は本発明の他の実施例における要部の構成
を模式的に示ず図である。 １．２．２１．２２・・・検出器、３．４・・・Ｉ／″
Ｖ（電流−電圧）変換器、５．６・・・直流分除去回路
、７．８・・・脈波除去回路、９，１０・・・Ａ、／Ｄ
＜アナ［］グーディジタル）変換器、１１・・・演算処
理装置、１２・・・操作入力部、１３・・・出力装Ｈ０
出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３Ｆｊ！ＪＩ 第４図 工

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 各一対の光源および光検出部を有し、被検者の血管部に
   互いに離間して装着されて各々直接または光学系を介し
   て上記血管部を介在させた反射または透過光路を形成し
   て、上記血管部の周囲組織、血液および血液中に投与さ
   れた特定色素の吸光に応じた値を検出し電気信号として
   出力する第１および第２の検出部と、これら第１および
   第２の検出部の各出力を受け上記特定色素による各検出
   値の変動開始タイミングをそれぞれ判定する手段と、こ
   の手段による上記両判定タイミング間の時間差を計測し
   上記雨検出部間の通過時間を算定する手段と、この手段
   により得られた算定結果を表示または記録する出力装置
   とを具備したことを特徴とする血流測定装置。