JPH08332182A - ビリルビン濃度判定システム及び判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 皮膚内に侵入することなく素早くモニターで
き、十分に正確で、取り扱いが簡単で、比較的に外因に
影響されることなく、十分な信頼性のあるビリルビン濃
度判定システム及び判定方法を提供する。 【解決手段】 本発明のビリルビンのモニター装置（ビ
リルビン濃度判定システム）は、幼児の動脈システムへ
向けられた２種類の波長の光放射(10,12) を用いてい
る。この装置は、動脈システムから好ましく反射即ち後
方散乱した光を受信する光検出器(18)と、２種類の波長
の各々に関して光検出器からの信号のＡＣ成分のピーク
ピーク値に基づいて比を計算する信号処理回路(16,20)
を有する。一方の波長は、幼児の血液中のビリルビンに
より吸収され、他方の波長は、ビリルビンの濃度に影響
されることなく、また、一方の波長よりも実質的に少な
く吸収される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、幼児の血流中のビ
リルビンのレベルを測定するための皮膚内に侵入するこ
とのないモニター装置であるビリルビン濃度判定システ
ムに係わり、特に、幼児の動脈血流に浸透するように幼
児の皮膚に向けられる所定の長さの波長の光源を用いる
ビリルビン濃度判定システムに関する。本発明により、
幼児の血流からの光の反射である後方散乱が検出・測定
され、幼児の動脈システムのビリルビンのレベルが判定
される。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】高ビリ
ルビン血症は、幼児の血液中のビリルビンとして知られ
ている毒性分子のレベルが上がる症状に代表される新生
幼児の症状である。このような症状の最近のための治療
は、特定の好ましい波長を有する光放射を幼児の皮膚上
に向けて行う光学的治療を通して行われている。一般に
は、このような光学的治療は、幼児の上方に配置された
複数の蛍光灯のバンクにより光を幼児の皮膚に向けて下
方に放射することにより施される。しかし、最近では、
ファイバーオプティックス織りパッドが使用され、この
パッドは、光源から適当な波長の放射を受け取り、幼児
の近くに配置される。このファイバーオプティックスパ
ッドからの光が外側に放射され、幼児上に衝突する。こ
れらの両者の場合、オペレータが幼児の血液中のビリル
ビンのレベルを最新のベースで知ることが有用であり、
これにより、オペレータは、治療を施すのに必要な光放
射の強さと長さに関して、施すべき光学的治療の量を知
ることができる。従って、幼児のビリルビンのレベルを
連続的に確かめてオペレータに最新の幼児の状態をモニ
ターして知らせることが望まれている。

【０００３】幼児の血液中のビリルビンのレベルを測定
するのには、３つの技術がある。第１のものは、幼児の
皮膚の黄色を視覚的に測定するもので、オペレータが、
皮膚を視覚的に認知してビリルビンのレベルを判断して
主観的に判定する。この方法は、明らかに、粗くスクー
ニングする場合には良好であるが、実際には、ビリルビ
ンの測定をすることはできず、施される光学的治療の量
でオペレータをガイドするのには十分正確でない。第２
の方法は、最も良く使用されており、幼児から実際に血
液を抜き取って化学的な分光測光手段により血清ビリル
ビン分析を行う方法である。この方法は、確かにより正
確であるが、１日に数回も幼児から血液サンプルを抜き
取る必要があり、それが欠点となっている。最も知られ
ている幼児から血液を抜き取る方法は、「かかと刺し(h
eel stick)」の手段によるものであり、この場合、幼児
のかかと内に針を突き刺して血液を抜き取っている。こ
の第２の方法は、痛みと精神的苦痛である相当の外傷を
幼児に与えることになる。更に、両親にとっては、かか
と刺しを行うのは精神的に苦痛であるため、この第２の
方法が自宅で用いられる可能性は少ない。更に、血液サ
ンプルを各読み取りのために採取し且つ評価用の装置に
運ぶ必要があるため、連続的にモニターすることができ
ない。

【０００４】第３の方法として、最近使用されている皮
膚内に侵入しない技術があり、この１つが、ミノルタの
米国特許第 4,267,844号明細書に示されている。この明
細書に開示されたものは、幼児に白色光をフラッシング
し、後方散乱した光の青緑成分を集め、選ばれた波長に
おける後方散乱の強さを使って幼児の血液中のビリルビ
ンのレベルを計算するようにしたものである。しかしな
がら、この米国特許明細書に開示された技術は、皮膚を
通るビリルビン（ＴｃＢ）を測定するものであり、この
測定の際に、幾つかの内在的な誤差を生じる。特に、こ
れらの誤差は、皮膚の色素、カロチン、皮膚の厚み、及
び他の青緑色の吸収要素からのバイアスにより生じる以
外に、計器間、計器内部、オペレータ間、オペレータ自
身及び対象物自身の変動でも生じる。更に、このシステ
ムは、血液の血清ビリルビンではなくＴｃＢを測定して
いるため、その測定結果は、光学的治療用の光源それ自
身により人為的に影響される。このため、光学的治療が
施される場所により、正確な結果を得るために血清ビリ
ルビン分析が必要となる場合がある。この場合には、上
述した第２の方法を用いる必要があり、外傷を伴う。

【０００５】従って、本発明は、幼児のビリルビンのレ
ベルの判定を皮膚内に侵入することなく素早くモニター
でき、十分に正確で、取り扱いが簡単で、比較的に外因
に影響されることなく、十分な信頼性のあるビリルビン
濃度判定システム及び判定方法を提供することを目的と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、幼児患
者の血液中のビリルビン濃度の測定値を素早く且つ皮膚
内に侵入することなく得るために、システムと方法が使
用される。本発明によるシステムと方法は、その中を動
脈血が流れる幼児の一部の皮膚を通って送られる光の反
射率を利用したものであり、幼児の動脈血管から反射即
ち後方散乱する光を検出するようにしたものである。光
放射は、２種類の波長により行われ、その一方の波長
は、ビリルビンの吸収範囲内のもので、患者の血流中の
ビリルビン濃度により影響を受ける。他方の波長は、ビ
リルビンにより影響を受けることなく、即ち、ビリルリ
ンにより吸収されることはない。しかしながら、両方の
波長は、（酸化還元された）ヘモグロビンにより等しく
吸収される。従って、第１波長は、約４５４ナノメート
ルであり、一方、第２波長は、約５４０ナノメートルで
ある。それぞれの場合、高エネルギーで且つ選ばれた波
長の光放射が、幼児の血流を通るように向けられ、検出
器が、幼児の動脈血流から反射即ち後方散乱した光を受
信してその光を表す信号を生成する。代わりとして、選
択された波長での光放射が、幼児の血流を通過して送ら
れ、さらに、血流からの反射率ではなく吸収そのものが
測定される。

【０００７】検出器は、このようにして２つの信号を生
成するが、これらの信号は、相対的に小さいＡＣ成分と
相対的に大きいＤＣ成分を含んでいる。このＤＣ成分
は、皮膚の色素、皮膚の厚み、患者と装置のカップリン
グ、及び他の青緑色光の吸収即ち反射するパラメータか
ら構成される変化しない要素を表している。ＡＣ成分
は、動脈血を表し、且つ、心臓サイクルの動脈血の振動
と共に時間的に変化する。検出器からの信号は、その
後、処理され、２種類の異なる波長で反射する光のピー
クピークＡＣ信号の比が生成され、この比が、幼児の血
液中のビリルビンの濃度パーセントを示している。好適
な信号処理において、光検出器からの信号が、検出器か
らのピーク信号の値が判定され保持されるように、リセ
ット可能なピーク保持回路を介して処理される。これら
のピーク信号は、その後、デジタル化され、さらに、こ
れらのデジタル値は、データ処理に使用される。これら
のデジタル化された信号は、マイクロプロセッサに送ら
れ、このマイクロプロセッサでは、これらのデジタル化
データがさらに処理される。マイクロプロセッサにおい
て、検出器からの信号のピークを表すデジタル信号は、
両方のＬＥＤの波長のためのサイン波により表される波
形に形成される。

【０００８】ピークピーク測定は、デジタルデータを用
いてなされ、さらに、各波のピークピーク波形の値が分
けられ、ビリルビン吸収波長を表すピークピーク信号の
値が非吸収波長からの信号を表すピークピーク値により
除算される。比が、この後、各波長におけるピークピー
ク値の単なる除算により得られ、この結果得られた値
は、幼児の動脈血中のビリルビンの濃度と正比例する。
この比は、線形方程式により処理され、幼児の血液中の
ビリルビンの濃度パーセントの実際の値が得られ、この
値は、直ちに表示されるか又はある期間経過後に示され
る。このようにして、本発明のシステム及び方法によれ
ば、幼児の血液のビリルビン濃度のための値を素早く得
て表示することができるので、幼児に施す光学治療の量
を決定でき、さらに、全工程で皮膚内に侵入することが
ないので、患者に不快感を与えることがない。さらに、
光放射の経路の差異及び皮膚の相違等に影響を受けない
ため、工程が正確であり、これは、このような誤差を生
じさせるような多くの要因を比を用いることにより除去
したからである。本発明による特徴及び他の改良点が、
以下の好適な実施形態の説明により、より良く理解でき
るであろう。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１には、本発明によるビリルビ
ンのモニター装置が示されている。更に、この図１に
は、幼児の皮膚１４上に向かって光放射を行う青色ＬＥ
Ｄ１０と緑色ＬＥＤ１２が示されている。上述したよう
に、青色ＬＥＤ１０は、ビリルビンにより吸収される波
長を有し、この波長は、約４５４ナノメートルが好まし
い。この波長の値は最適値であり、実際の波長は、この
値から幾らかずれてもよく、この最適値から±１０ナノ
メートル、即ち、４４４から４６４ナノメートルの範囲
でもよい。緑色ＬＥＤ１２は、ビリルビンにより吸収さ
れず且つ動脈血流の他の拍動する要素により影響を受け
ないような波長を有する。緑色ＬＥＤ１２の波長は、約
５４０ナノメートルが好ましいが、この５４０ナノメー
トルの値から±４０ナノメートル、即ち、５００から５
８０ナノメートルの範囲でもよい。この緑色ＬＥＤ１２
の波長の許容範囲は、青色ＬＥＤ１０の４５４ナノメー
トルの波長より広い。この４５４ナノメートルの波長
は、ビリルビンによる吸収が比較的狭いバンド幅である
ため、より正確である必要があるからである。緑色ＬＥ
Ｄ１２における５４０ナノメートルの波長は、この波長
が（酸化還元された）ヘモグロビンにより、４５４ナノ
メートルの波長でビリルビンが吸収されるのと同様に、
吸収されるため重要である。

【００１０】この緑色ＬＥＤ１２における５４０ナノメ
ートルの波長は、動脈血中のビリルビンにより基本的に
吸収されることがないため選ばれたものであるが、この
選ばれた波長は、４５４ナノメートルの波長の光放射の
吸収速度よりも十分に遅い速度で吸収される可能性のあ
る波長であることに注意すべきである。このようなより
少なく吸収される放射のための波長は、勿論、放射が吸
収されることがない５４０ナノメートルであり、この５
４０ナノメートルの場合には、得られた信号が、後述す
るように、ビリルビンによりある程度吸収される光放射
の場合よりも、処理が容易であるためである。電磁エネ
ルギー源としては、最も便利で現在容易に利用できるＬ
ＥＤの電源が使用できる。本発明を実施するに際して他
の電磁エネルギー源も利用可能である。図１に示すよう
に、ＬＥＤ１０，１２ＨＡ、従来のドライバーにより駆
動される。この場合、好ましくは、正確なシーケンスで
各ＬＥＤを間欠的に駆動させる調時パルス波の形態であ
ることが好ましい。即ち、デユーティーサイクルは、交
互のＬＥＤ作動時間である。ＬＥＤ１０，１２を作動さ
せるために使用される調時パルスは、青色から青緑色の
領域では幼児の皮膚を光が浸透し難くなるため、高エネ
ルギーであることが好ましい。従って、相当な高エネル
ギーが、短時間に必要である。必要な電流は、５マイク
ロセカンド当たり約１０アンペアの範囲である。即ち、
ＬＥＤは、約０．１％のデユーティーサイクルを持つ。

【００１１】タイミングは、マイクロプロセッサ１６及
び全デユーティーサイクル中に作動されるＬＥＤに関し
て検出回路に警報を出すのに使用されるタイミングシー
ケンスにより制御される。フォトダイオードのような光
検出器１８が、幼児の皮膚１４に沿ってＬＥＤ１０，１
２の近傍に配置される。この光検出器１８が、幼児の動
脈システムから反射即ち後方散乱した光を受信する。こ
の光検出器１８により受信された光の強さは、幼児の動
脈システムにより吸収されて減衰している。この反射し
光検出器１８により受信される光は、幼児の動脈システ
ム中のビリルビン及び緑色ＬＥＤからの光の吸収により
更に減衰する。従って、光検出器１８は、ＬＥＤ１０，
１２の両者の波長のために幼児の動脈システムから反射
した光に対応する信号を発生させる。図２に、幼児の動
脈システムから後方反射する光から幼児のビリルビンの
レベル値を得るために使用される信号処理のブロック図
を示す。ここで、光検出器１８からの信号は、ＬＥＤ１
０，１２の各々に関して分離されており、さらに、この
信号トレーンは、信号検査回路２０（図１参照）へ供給
される。この信号検査回路２０では、光検出器１８から
の波形のピークが検出されその値が保持されるピーク保
持回路２２により信号が処理される。

【００１２】ピーク保持回路２２により得られた信号の
ピーク値は、その後、デジタイザ２４によりデジタル化
され、これらの値は、マイクロプロセッサ１６に伝送さ
れる。マイクロプロセッサ１６で、これらの値は、テー
ブル内に格納され、幼児内のビリルビンの濃度を判定す
るために使用される。信号のデジタル変換は、プロセッ
サがピーク保持回路２２からの信号のピーク値を保持し
ているため、従来のＡ／Ｄコンバータにより容易に実行
される。この情報は、信号を十分に有用なデータを持つ
デジタル値に変換するために十分に早い速度でサンプリ
ングされる。好ましいサンプリング速度は、幼児の心臓
の拍動の速度の少なくとも約４倍の早さであることが好
ましい。典型的なサンプリング速度は約２０から２５ヘ
ルツのオーダーである。従って、ピークピーク値が、図
示されたマイクロプロセッサ１６内のブロック２６で、
両方のＬＥＤに対してデジタルデータから得られ、さら
に、ピークピーク値が判定され、保持される。除算回路
２８で４５４ナノメートルの信号のピークピーク値を５
４０ナノメートルの信号のピークピーク値により除算す
ることにより、ＡＣ信号の比が計算される。この結果え
られた除算の計算値は、患者の血液中のビリルビンの濃
度に正比例し、簡単な線形方程式により実際の値に変換
される。最終的に、この値は、ディスプレイ３０に送ら
れ、これにより、この値が幼児に付き添っている人に知
らされる。

【００１３】図３には、好適な信号処理の方法を実行す
る際に発生し処理された種々の波形が示されている。こ
れらの波形のユニットは、横軸と縦軸により示されてい
るが、波形の数値は重要ではなく、波形の形が、本発明
を実施する際に存在する信号を表示するために使用され
る。図３は、これらの波形の特定の値を示すために意図
されたものではない。図３は、ＬＥＤの一方及び検出器
の波形を示したものであり、両方のＬＥＤが類似した特
性を持っていれば、曲線のセットも類似したものとなる
ことが理解できる。しかし、その一方は、幼児の動脈流
中のビリルビンによる４５４ナノメートルの範囲の波長
における光の吸収から生じた追加情報を有する。図３に
示すように、曲線Ａは、ＬＥＤへの駆動信号を示してお
り、各ＬＥＤをオン・オフするための個々の時間ベース
に基づいてＬＥＤの各々を作動させるパルスとなってい
る。曲線Ｂは、幼児の皮膚から後方散乱した光放射を示
しており、幼児から後方散乱した光からの出力信号にお
いて光検出器１８と典型的な損失が見出されたときに、
急激に下降する。図２において、曲線Ｄは、ピーク保持
回路２２からの出力を示している。ここで、ピーク保持
回路２２は、光検出器１８からのピーク信号を検出し、
後の信号処理に使用するためにそのピーク信号を特定の
値に保持するためのものである。このピーク保持回路２
２は、光検出器１８からそのようなピーク信号を得て保
持するために、連続的にリセットされる。

【００１４】図４には、マイクロプロセッサ１６に送ら
れるデジタルデータの曲線が示されている。この曲線
は、オフセットされた大きなＤＣ成分と非常に小さなＡ
Ｃ成分を有するほぼサインカーブの形態をとっている。
なお、この図４は、ＬＥＤ１０，１２の両方から後方散
乱する光放射の典型例を示している。ただし、この図４
では、データの一方の波形のみが示されている。上述し
たように、このデジタルのデータは、このようにしてＬ
ＥＤの各々のピークピーク値を測定するのに容易に使用
され、これらのピークピーク値の比が分割回路を使用し
て得られる。簡単な線形方程式を使用して、この比が幼
児のビリルビンのレベルを示す値に変換される。以上、
本発明を一つの実施形態に基づいて説明した。しかしな
がら、本発明は、この実施形態に限定されることなく、
種々の変形や改良が可能であり、これらは全て特許請求
の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるビリルビンのモニターシステム
を示す概要図である。

【図２】 ビリルビンの濃度を判定するための本発明に
よる信号処理を示すブロック図である。

【図３】 本発明を実施するために用いられた信号処理
回路で得られた典型的な波形を示す図である。

【図４】 本発明を実施する際にマイクロプロセッサに
より使用されたデジタルデータの例における波形を示す
図である。

【符号の説明】

１０ 青色ＬＥＤ １２ 緑色ＬＥＤ １４ 皮膚 １６ マイクロプロセッサ ２０ 信号検査回路 ３０ ディスプレイ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 患者の動脈血中のビリルビン濃度を判定
   するシステムであって、このシステムが、 (a) 患者の動脈血中のビリルビンにより吸収される既知
   の第１波長の光を発生させる第１光源と、 (b) この第１光源の吸収速度よりも十分に小さい速度で
   動脈血中のビリルビンにより吸収される既知の第２波長
   の光を発生させる第２光源と、 (c) 患者の動脈システムに光放射が到達するように上記
   第１及び第２光源を配置して患者の皮膚にそれらから発
   生した光を向ける光源配置手段と、 (d) 患者の皮膚の近傍に配置され、患者の動脈システム
   中で吸収されることにより減衰した上記第１及び第２光
   源からの光を受信し且つこの減衰した光を表す電気信号
   を生成する光検出手段と、及び (e) この光検出手段からの信号を受信する信号処理手段
   であって、この信号処理手段が、患者の動脈システム中
   のビリルビン濃度を示す出力信号を生成する信号処理手
   段と、 を有することを特徴とするビリルビン濃度判定システ
   ム。
2. 【請求項２】 上記光検出手段から受信される光は、患
   者の動脈システムから後方散乱されたものである請求項
   １記載のビリルビン濃度判定システム。
3. 【請求項３】 上記第１波長の光は、約４４４から約４
   ６４ナノメートルの範囲の波長を有する請求項１記載の
   ビリルビン濃度判定システム。
4. 【請求項４】 上記第２波長の光は、約５００から約５
   ８０ナノメートルの範囲の波長を有する請求項１記載の
   ビリルビン濃度判定システム。
5. 【請求項５】 上記第１波長の光は、約４５４ナノメー
   トルの波長であり、上記第２波長の光は、約５４０ナノ
   メートルの波長である請求項１記載のビリルビン濃度判
   定システム。
6. 【請求項６】 上記光検出器からの上記信号が、上記光
   源の各々から受信した光を示すパスルを有しており、さ
   らに、上記信号処理手段が、これらのパスルをサンプリ
   ングしてそのピーク値を保持する請求項１記載のビリル
   ビン濃度判定システム。
7. 【請求項７】 上記信号処理手段が、上記光検出器から
   の上記パスルのピーク値を表すパルスをデジタル化する
   請求項６記載のビリルビン濃度判定システム。
8. 【請求項８】 上記信号処理手段が、上記ピークパルス
   のデジタル表示を受信し、上記光源の各々から後方散乱
   した光のこのようなパルスのピークピーク値を得るマイ
   クロプロセッサを更に有する請求項７記載のビリルビン
   濃度判定システム。
9. 【請求項９】 上記マイクロプロセッサは、上記のピー
   クピーク値を除算して患者の動脈血流中のビリルビン濃
   度を示す比を求める手段を有する請求項８記載のビリル
   ビン濃度判定システム。
10. 【請求項１０】 幼児の動脈血中のビリルビン濃度を判
    定する方法であって、この方法が、 (a) ビリルビンにより吸収される第１波長の光を幼児上
    に向けて幼児の血流に到達させる工程と、 (b) ビリルビンにより吸収されない第２波長の光を幼児
    上に向けて幼児の血流に到達させる工程と、 (c) 上記第１及び第２波長の各々の光から生じ幼児の血
    流により減衰した光を検出し、さらに、そのような各々
    の波長のための減衰した光の強さを表す電気信号を生成
    する工程と、及び (d) 上記工程(c) により生成された電気信号を処理し、
    幼児の血流中のビリルビン濃度を判定する工程と、 を有することを特徴とするビリルビン濃度判定方法。