JPH0415046A - 血液循環動態の測定方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は血液循環動態の測定方法、特に赤血球内のヘモ
グロビンの酸素飽和度などの定性的な情報を含んだ生体
の血液循環動態を測定する血液循環動態の測定方法に関
するものである。

［従来の技術］ 従来より、赤血球中のヘモグロビンの酸素飽和度を測定
する装置として、パルスオキシメータが知られている。

パルスオキシメータでは、動脈血の拍動に伴う透過吸光
度の変化を信号源として、光学的な処理により赤血球中
のヘモグロビンの酸素飽和度を測定する。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、従来のパルスオキシメータでは、動脈血の拍
動に伴う透過吸光度の変化を信号源としているため、被
検者がショック状態にある場合などでは抹消血管が収縮
し、拍動をとらえられなくなり測定不能となる問題があ
る。

一方、脈動部のみの吸光変化をとらえるのではなく、測
定部から返ってくる光を全体として捉え、光強度の全変
化で解析処理すると、血液中のヘモグロビンだけでなく
組織内の吸光色素の影響を取り込んでしまうことになる
。

そこで、本発明の課題は、以上の問題に鑑み、光拡散体
が介在する測定対象においても、光拡散体の奥にある血
管組織内の赤血球中のヘモグロビンに由来する吸光特性
を測定する方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては、波長
が異なる複数の可干渉光を生体に照射し、生体から得ら
れる散乱光の内、血流に相当する周波数成分を持つ散乱
光を抽出し、その他の周波数成分の強度を比較すること
により、赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和度を測定す
る構成を採用した。

［作　用１ 本発明方法によれば、赤血球が流れている点に着目し、
流れに依って変調された光信号成分を選択する。この流
れは拍動である必要はないので、静脈においても測定が
可能となる。

赤血球中ヘモグロビンの分光的な吸光特性を測定するに
は、複数波長のレーザ光を用いて、測定領域内の血管部
分の赤血球からの信号を複数波長に対して抽出すること
によって、２波長の分光特性から赤血球中ヘモグロビン
の酸素飽和度を測定することができる。また吸光量の定
量と血流速とから血液量を推定することもできる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の詳細な説明
する。

測定対象として第１図のような静止組ｍｌの下層に、血
管組織がある場合を考える。

骨や脂肪組織のような静止組織１の下層に血管組織があ
る系に、静止組織の表面から、レーザ光源ＬＳから近赤
外領域の可干渉光を照射すると、良好な散乱体である生
体組織中では光束は一様に拡散されながら静止組織１を
透過し、血管組織２を図示のように照明する。

血液成分の中で散乱に寄与する成分は、その個体数が最
も多い赤血球と考えられ、吸光特性も赤血球中のヘモグ
ロビンが担っていると考えられる。

組織内で拡散された光は組！ｌｉｌ内で反射されて出射
する光や組織２まで達して出射してくる光に大別できる
。

レーザ光源Ｌ　Ｓなどにより発せられる可干渉性の光で
照明した場合には、組織１．２から反射されてきた光は
依然として干渉性を有しているため、組織各点からの反
射光の相互干渉によりスペックルが形成されるが組織２
から反射されてきた光は動いている赤血球からの反射光
であるため時間的に明滅するスペックルとなる。

またこのスペックルの明滅状態は反射光を生成した組織
の散乱特性にも依存する。この時間的に変動する動的な
スペックルを光ファイバーで受光するか、直接結像光学
系で光電検知器Ｌ　Ｄに人力する。

この光ＴＸ４Ｓ知器ＬＤから電気信号として得られる動
的スペックル信号の時間変動成分のスペクトルを解析す
ることで血流速およびヘモグロビン酸素飽和度を求める
ことができる。このように、組織中の血液流の情報を含
む信号のみを弁別して抽出することで１分光測定を行な
うところに本発明の特徴がある。

次に本発明による測定方法の詳細を第１図に基づき説明
する。

第１図において、レーザ光源ＬＳによる波長尤の入射光
１口の組織内での散乱過程は複雑であるのでモデルとし
て入射光の内１０口が組織１を、１０が組織２を照らす
と考える。それぞれの組織からの散乱光は、散乱係数が
α、βであるとき、αＩＯＢ、β１０と表わされる。

このとき、血流にともなうゆらぎの成分を持つている散
乱光はβ１０の成分でこの内の直流分がβ１ｎ（１−γ
）である、これらの散乱光成分に対して、光電検知器Ｌ
Ｄの全受光光量に対するゆらぎ成分の強度を赤血球成分
の吸光度Ａと定義すると、吸光度Ａは、 ａｌ、Ｂ　　＋β　ｉ　　ｏ　　（１−ｙ）　　＋ｙ　
β　ｌ。

γ　β　η　Ｉ。

α　（１−η）　■　ｏ　＋β　η　Ｉ。

となる。

いま、静止拡散体の散乱状況は波長によらないとすると 静止拡散体が無い（ａ＝０）のとき　　Ａ＝γとなり、
Ａは波長に依存しないことになるが、静止拡散体がある
（α≠０）の場合には ａ（１−η）　＋β　η と成る。このとき静止拡散体の反射強度が強いと、刀（
１，βくａと考えられて。

Ａ＝γηβ／ａ βが波長に依存するとき、Ａは赤血球のヘモグロビンに
由来する吸収特性を反映した量となる。吸光度Ａを２つ
の波長に対して求め、その比を求めると、 吸光度比 Φ＝△　（え）／Ａ（え°　）二β／β。

から以下のようにして酸素飽和度を算出することができ
る。

ここで、酸素飽和度ＳはＨｂ　Ｏ２の割合であるので、 Ｎｏ　：　ＨｂＯ□の濃度 Ｎｒ：Ｈｂの濃度 Ｎｔ：全ヘモグロビンの濃度 （＝Ｎｏ＋Ｎｒ：ｏは酸化ｒは還元を示すとするとき Ｓ　＝　Ｎ　ｏ　／　Ｎ　ｔ　Ｅ　ｎ　。

と表わせる。このときｎ　ｒ　Ｅ　Ｎ　ｒ　／　Ｎ　ｔ
とすると、２つの波長え、λ°で照明するとき、赤血球
からの散乱光は ｌ　（え）＝ｉ０（ｎｏβ０＋ｎｒＢｒ）ｉ　（え°　
）＝ｉ０（ｎｏβ’　　ｏ＋ｎｒＢ　ｒ）さらに、波長
え°が等吸収点（ｊｓｏｂｅｓｔｉｃ　ｐｏｉｎｔであ
ると、β　０＝β°　ｒ三〇　となり、Ｘ　（え）／１
０＝ｓβｏ　＋　ｆｌ　−Ｓ　）βｒ−βｉ　（え゛　
）　／　ｉ　０　＝β。

の関係が得られる。

したがって、２波長の吸光度比は、 Φ＝Ａ（え）／Ａ（え’　　）＝　［ＳＢｏ＋　（１−
５）βｒ］／β゛ となる。

ここでＳ二０のとき、Φ＝Φ０＝βｒ／β。

Ｓ＝１のとき、Φ＝Φ１：β０／β゛ となるので、 任意の酸素飽和度では Φ＝ＳΦｌ＋（１−５）Φ０ となるので、ａ１素飽和度は Ｓ（Φ−Φ０）／（Φｌ−Φ０） で算出できる。

すなわち酸素飽和度Ｓは、Φ１およびΦ０が赤血球の分
光特性から決定できるので、任意の吸光度比Φに対して
上式から求めることができる。

以上水したように、静止拡散体を介してヘモグロビンの
酸素飽和度を求めるには、赤血球の運動に起因するゆら
ぎの強度を知る必要がある。静止拡散体からの強い背景
光を含む反射光の中から血流にともなう変動信号を抽出
する方法としては、フーリエ解析や相関解析などの周波
数解析法が適する。

また、組織からの反射光信号の自己相関解析により、ゆ
らぎ成分を抽出することもできる。

第２図は、第１図のように反射光信号の自己相関関数を
例示したものである。時間Ｏの相関値の変化分はゆらぎ
の強度の２乗に相当する。この相関値からゆらぎ成分を
求めることで赤血球中のヘモグロビンに関する吸光度値
を計算することができる。

同様にフーリエ周波数解析を行なうか、または適切な周
波数フィルタを電気的に作動させることで、検出された
反射光信号から特定の周波数成分を抽出することにより
ゆらぎ成分を抽出する方法も適用できる。

以上のように、本発明によれば、血流の周波数特性より
も充分高周波特性をもった組織からの反射光信号の周波
数特性のうちゆらぎ成分に着目して、静止拡散体からの
信号から、血流に相当する信号をＳ／Ｎよく弁別して計
測することにより赤血球のもつ吸光特性を検出し、これ
に基づいて高精度にヘモグロビンの酸素飽和度を特定す
ることができる。

本発明によれば、上記のように血流に応じた反射光信号
のゆらぎ成分に関する情報を用いるため、ヘモグロビン
の酸素飽和度と同時に血流に関する情報も併せて求める
ことができ、また、適切な換算式にもとづいて血液流量
の評価もできるという利点がある。

なお、第１図は反射型の配置を採った場合であるが透過
型でも同様の測定処理により測定が可能であるのはいう
までもない。

［発明の効果１ 以上から明らかなように、本発明によれば、波長が異な
る複数の可干渉光を生体に照射し、生体から得られる散
乱光の内、血流に相当する周波数成分を持つ散乱光を抽
出し、その他の周波数成分の強度を比較することにより
、赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和度を測定する構成
を採用しているので、血液循環動悪弊以外の情報の影響
にかかわらず、正確に血液循環動態に関する情報を入手
できる優れた血液循環動態の測定方法を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の概要を示した説明図、第２図は散
乱光の自己相関解析を示した線図である。 １−・・静止組！２・・・血管組織 ＬＳ・・・レーザ光源 ＬＤ・・・光電検出器 東１度片埋）、〒、４きＯｎ虐 第１図 ロ！脂閏蛸朽１：Σカ、（乱惜′２ワ゛ワの１　’７　
Ｓ’２のＪａｔ　２．ｒ、＋Ｊぐ、Ｐａつ第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）波長が異なる複数の可干渉光を生体に照射し、生体
   から得られる散乱光の内、血流に相当する周波数成分を
   持つ散乱光を抽出し、その他の周波数成分の強度を比較
   することにより、赤血球内のヘモグロビンの酸素飽和度
   を測定することを特徴とする血液循環動態の測定方法。 ２）血流に相当する周波数成分を持つ散乱光として動的
   スペックル信号を抽出することを特徴とする請求項第１
   項に記載の血液循環動態の測定方法。 ３）前記動的スペックル信号に対して、所定の周波数解
   析結果から血流速度を得、一方、異なる波長の可干渉光
   による散乱光強度から血液流量を得て、これらの血流速
   度および血液流量データから赤血球内のヘモグロビンの
   酸素飽和度を測定することを特徴とする請求項第１項ま
   たは第２項に記載の血液循環動態の測定方法。 ４）静止拡散体となる生体組織の光透過性に応じた入射
   光として近赤外波長の可干渉光を使用することを特徴と
   する請求項第１項から第３項までのいずれか１項に記載
   の血液循環動態の測定方法。