JPH1119074A

JPH1119074A - 生体組織血液酸素化度合測定装置

Info

Publication number: JPH1119074A
Application number: JP17622097A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kajima; 進鹿嶋; Kentaro Mitsui; 顕太郎満井
Original assignee: OMEGA WAVE KK
Current assignee: OMEGA WAVE KK
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1999-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】生体組織内の血液の酸素化度合を容易に直接測
定できる生体組織血液酸素化度合測定装置を提供する。【解決手段】生体組織８に対し４種類以上の互いに波長
の近い近赤外線の測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄを所定の強度で
直接照射する測定光出力部１１〜１５，２，４，６と、
出力された測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄが生体組織８を通過し
た透過光または散乱光の強度を検出する検出部５，７，
１６と、出力された測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄと検出された
透過光または散乱光の強度から得られる生体組織８中の
全赤血球に対する光吸収量に基づき組織８中の全赤血球
数に対する酸素化赤血球数の割合である酸素化度合、ま
たは全ヘモグロビン量に対する酸素化ヘモグロビン量の
割合である酸素化度合を演算する酸素化度合演算部１７
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光計測技術を用い
て生体組織中の血液酸素化度合を測定する生体組織血液
酸素化度合測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】運動前および運動後の生体組織中の赤血
球（またはヘモグロビン）に近赤外領域の特定波長の光
を透過させると、運動前と運動後とでは赤外光吸収スペ
クトルが異なることは知られている。これは、運動前と
運動後とで酸素化赤血球の量と脱酸素化赤血球の量が変
動し、それが光吸収量の変化として表れるからである。

【０００３】そこで、生体組織中の赤血球に近赤外領域
の特定波長の光を透過させ、赤血球量の変動と光吸収量
の変化との関係を用いて、生体組織中の赤血球量の変動
を測定する方法および装置が提案されている。

【０００４】例えば、特開昭６３−３３６４２号公報の
定量方法には、被検体の状態変化の前後でおこる被検体
の吸光度の変化を複数の波長の光について測定し、被検
体内の変化量を測定する方法が開示されている。

【０００５】また、特開平３−１１８０３５号公報の測
定装置には、一定の運動を負荷させる前の筋肉と運動負
荷後の筋肉に３種類の波長の近赤外光（測定光）を直接
照射し、運動負荷前後で筋肉を透過した透過光を測定
し、各波長についての透過光の吸光度の変化から筋肉の
血液中の赤血球の量（増減）の変化を調べる装置が開示
されている。

【０００６】このように、従来の測定方法や測定装置
は、状態変化の前後での赤血球数の変化を調べるもので
あった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、測定開始時
からの変化だけを測定することから一歩進んで、生体組
織内の酸素化赤血球数（または酸素化ヘモグロビン量）
と脱酸素化赤血球数（または脱酸素化ヘモグロビン量）
の割合を示す血液酸素化度合を直接測定する技術の開発
が求められている。

【０００８】しかしながら、生体組織内を透過する透過
光の強度は、生体組織中の赤血球による吸収のみでな
く、生体組織自体による散乱と吸収によっても減衰す
る。そして、生体組織自体による散乱度と吸収度は組織
毎に異なり未知数である。

【０００９】従って、従来の技術では、各測定光毎の吸
収度合の時間変化から、酸素化赤血球、脱酸素化赤血球
の変動（増減）分を測定することはできても、血液酸素
化度合を直接測定することは非常に困難であった。

【００１０】本発明は、上記の事項に鑑みて改良を加え
たものであり、生体組織内の血液の酸素化度合を容易に
直接測定できる生体組織血液酸素化度合測定装置を提供
することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の生体組織血液酸素化度合測定装置は、４種
類以上の互いに波長の近い近赤外線の測定光を所定の強
度で生体組織に対し直接照射する測定光出力部と、前記
出力された測定光が前記生体組織を通過した透過光また
は散乱光の強度を検出する検出部と、前記出力された測
定光と前記検出された透過光または散乱光の強度差から
得られる前記生体組織中の光吸収量に基づき前記生体組
織中の全赤血球数に対する酸素化赤血球数の割合である
酸素化度合、または全ヘモグロビン量に対する酸素化ヘ
モグロビン量の割合である酸素化度合を演算する酸素化
度合演算部とを備えたことを特徴とする。

【００１２】以上の構成により、４種類以上の測定光お
よびそれぞれの透過光または散乱光の強度差から得られ
る前記生体組織中の光吸収量から、生体組織自体による
散乱と吸収によって生じる光吸収量を除去し、前記生体
組織中の赤血球酸素化度合を算出する。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態にかか
る生体組織血液酸素化度合測定装置を図面に基づき説明
する。なお、この装置は、生体組織内の酸素化赤血球数
（または酸素化ヘモグロビン量）と脱酸素化赤血球数
（または脱酸素化ヘモグロビン量）の割合を示す血液酸
素化度合を直接測定するものである。

【００１４】まず、本発明の生体組織血液酸素化度合測
定装置の構成を説明する。本発明の生体組織血液酸素化
度合測定装置１は、図１に示すように、生体組織（以
下、組織という）８に対し４種類以上の互いに波長の近
い近赤外線の測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄを所定の強度で直接
照射する測定光出力部１１〜１５，２，４，６と、出力
された測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄが組織８を通過した透過光
または散乱光の強度を検出する検出部５，７，１６と、
出力された測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄと検出された透過光ま
たは散乱光の強度から得られる組織８中の全赤血球数に
対する光吸収量に基づき組織８中の全赤血球数に対する
酸素化赤血球数の割合である酸素化度合、または全ヘモ
グロビン量に対する酸素化ヘモグロビン量の割合である
酸素化度合を演算する酸素化度合演算部１７とを備えて
いる。

【００１５】そして、この測定光出力部１１〜１５，
２，４、６は、光源１１，１２，１３，１４と、光合波
器１５と、光コネクタ２と、光ファイバー４と、プロー
ブ６とを備えている。

【００１６】この中で、光源１１，１２，１３，１４
は、４種類の波長が異なるが近接する４つの単光色を発
する発光素子と、光を効率よく光ファイバー等に導光す
るための集光器と、から構成されている。この発光素子
は、例えば、４種類の狭い波長域の近赤外光であるレー
ザー光（測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を発振するレーザダイ
オード（Laser Diode）である。また、光源１１，１
２，１３，１４は、光合波器１５と接続し、出力された
測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄは集光器にて集光されて光合波器
１５へ送られる。更に、光源１１，１２，１３，１４に
は、駆動回路１９より駆動電流が供給されている。

【００１７】なお、光源１１，１２，１３，１４に近赤
外光を用いる理由は、組織８中での光の透過性が良く、
組織８を通過した透過光または散乱光の検出が容易だか
らである。また、組織毎に異なって未知数であった吸収
度（吸収係数）と散乱度（散乱係数）が、後述するよう
に、狭い波長域ならば近赤外光の波長に対して直線的に
変化するからである。

【００１８】そして、この光合波器１５は、光源１１，
１２，１３，１４のそれぞれと接続するとともに、光コ
ネクタ２と接続し、集光された測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄを
光コネクタ２を介して１本、または複数本の光ファイバ
ー４に導光する。

【００１９】なお、各光源は、タイミング回路１８が指
定する時分割で時間をずらして供給される駆動回路１９
の駆動電流により発光され、光コネクタ２を介して光フ
ァイバー４に導光する。

【００２０】そして、このタイミング回路１８は、図２
（ａ）のパルス図に示すように、所定時間毎にパルスＰ
１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，…を刻んでいる。また、タイミ
ング回路１８は、駆動回路１９に対し、パルスＰ１の時
に測定光ａを発光させるように通知する（図２（ｂ）参
照）。同様に、タイミング回路１８は、駆動回路１９に
対し、パルスＰ２の時に測定光ｂを（図２（ｃ）参
照）、パルスＰ３の時に測定光ｃを（図２（ｄ）参
照）、パルスＰ４の時に測定光ｄを（図２（ｅ）参
照）、発光させるように通知する。

【００２１】なお、組織８に導光されて透過、散乱した
測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄは、タイミング回路１８が指定す
る時分割で時間をずらし、後述する光検出器７により検
出される。

【００２２】そして、この光コネクタ２は、光ファイバ
ー４と着脱自在に接続し、測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄが装置
本体１から光ファイバー４を介して外部（組織８）へ出
力するためのコネクタである。

【００２３】また、この光ファイバー４は、例えば石英
系の光ファイバーであり、一端が光コネクタ２と着脱自
在に接続し、他端がプローブ６と接続している。また、
光ファイバー４は、波長の異なる４種類の測定光ａ，
ｂ，ｃ，ｄをプローブ６を通して組織８に照射する。

【００２４】更に、このプローブ６は、組織８上のある
点に密着して配置され、光ファイバー４より照射された
測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄを組織８に出力する。そして、出
力された測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄは、組織８内の酸素化赤
血球（または酸素化ヘモグロビン）や脱酸素化赤血球
（または脱酸素化ヘモグロビン）やその他の体液を通過
して検出部３，５，７，１６により検出される。

【００２５】そして、この検出部３，５，７，１６は、
電気的コネクタ３と、電線５と、光検出器７と、光増幅
器（アンプ）１６とを備えている。この中で、光検出器
７は、例えば、フォトダイオードであり、組織８より測
定光（すなわち透過光）を受光し、受光した透過光の強
度を検出する装置であり、光ファイバー４の光照射点
（プローブ６の位置）から数ｃｍ程度離れた点に配設さ
れている。また、この光検出器７は、電線５と接続し、
検出した透過光の強度情報を電線５を介して装置本体１
に通知する。

【００２６】この電線５は、例えばシールド線であり、
一端が装置本体１側にある電気的コネクタ３と着脱自在
に接続し、他端が光検出器７と接続している。この電気
的コネクタ３は、電線５と着脱自在に接続し、また、こ
の電気的コネクタ３は、増幅器１６と接続している。

【００２７】この増幅器１６は、電気的コネクタ３と接
続し、電気的コネクタ３より導入された４種類の透過光
の強度情報を増幅する装置である。また、この増幅器１
６は酸素化度合演算部（演算処理回路）１７と接続して
いる。

【００２８】そして、この酸素化度合演算部１７は、タ
イミング回路１８と接続し、タイミング回路１８が指定
する時分割に基づいて、検出された透過光の強度情報を
識別し、識別した組織８中の全赤血球の酸素化度合を演
算する。

【００２９】次に、この演算処理回路１７の演算手順を
説明する。なお、光検出器７で受光される透過光の強度
（強度情報）は、組織８中の血液による吸収のみでな
く、体液を含めた組織８自体による散乱と吸収によって
減衰（変化）する。すなわち、これら組織８を透過して
きた測定光の強度は、ブーゲ−ランバート−ベールの法
則(Bouguer-Lambert-Beer law)によれば、組織８自体に
よる散乱と吸収によって、その通過距離に関して指数関
数的に減少する。

【００３０】従って、単波長の透過光の強度Ｉは、一般
的に数式(1) で表すことができる。Ｉ＝ηＩ₀exp（−α₁Ｖ₁Ｌ−α₂Ｖ₂Ｌ−μＬ） …数式(1) なお、数式(1) において、Ｉは光検出器７で検出された
透過光強度を示し、ηは光システムに関わる係数を示
し、Ｉ₀ は照射した測定光強度を示し、exp( )は指数関
数を意味する。

【００３１】また、α₁ は単位体積、単位光路長当たり
の酸素化赤血球の吸収係数を示し、Ｖ₁は酸素化赤血球
の体積を示し、α₂は単位体積、単位光路長当たりの脱
酸素化赤血球の吸収係数を示し、Ｖ₂ は脱酸素化赤血球
の体積を示し、μは単位長当たりの組織の、散乱係数と
吸収係数の和を示し、Ｌは光路長を示す。

【００３２】ところで、演算処理回路１７は、組織８中
の血液の酸素化度合（酸素化赤血球の体積Ｖ₁と脱酸素
化赤血球の体積Ｖ₂の比率）を求めるものである。そし
て、数式(1) において、酸素化赤血球の吸収係数α₁ 及
び脱酸素化赤血球の吸収係数α₂ は、図３の波長特性図
に示すように、分光光度計等で測定可能な数値である
が、散乱係数と吸収係数の和μは、未知数である。しか
しながら、散乱係数及び吸収係数の波長特性は、狭い波
長領域内（特に近赤外領域）では、直線性があることが
知られている。例えば、図４の波長特性図は、「Skin O
ptics論文の Fig.8(IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL
ENGINEERING. VOL.36. NO.12.DECEMBER 1989, P1152)」
を参照したものである。図４において、散乱係数及び吸
収係数は、実験データ（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）
の破線で示す狭い波長領域内では直線性を示している。

【００３３】そこで、この演算処理回路１７は、測定光
ａ，ｂ，ｃ，ｄの透過強度を示す数式を数式(1) に基づ
いて表すとともに、それら数式から未知数μを消去す
る。その際、乱係数及び吸収係数（未知数）が直線的な
特性を示すので、測定光ｂの散乱係数及び吸収係数の和
μを基準に、測定光ｂと測定光ａの波長差λ_a-b で測定
光ａの散乱係数及び吸収係数の和を示し、測定光ｂと測
定光ｃの波長差λ_c-b で測定光ｃの散乱係数及び吸収係
数の和を示し、測定光ｂと測定光ｄの波長差λ_d- _b で測
定光ｄの散乱係数及び吸収係数の和を示すことが可能に
なる。そして、数式間で、まず測定光ｂの散乱係数及び
吸収係数の和μを消去し、次にそれぞれの式に互いの波
長差を乗じて、測定光ａ，ｃ，ｄの散乱係数及び吸収係
数の和を消去する演算を行う。

【００３４】すなわち、数式(1) に基づき、光検出器７
で検出された４つの波長の透過光の強度Ｉ_a，Ｉ_b，
Ｉ_c，Ｉ_dは、以下の数式(2)、数式(3)、数式(4)、数式
(5)のように表すことができる。

【００３５】Ｉ_a＝ηＩ_a0exp［｛(−ρ_Oσ_a−ρ_Dσ_b−(μ−λ_a-b(Ｓ＋Ｕ))｝Ｌ］ …数式(2) Ｉ_b＝ηＩ_b0exp［｛(−ρ_Oσ_c−ρ_Dσ_d−μ｝Ｌ］ …数式(3) Ｉ_c＝ηＩ_c0exp［｛(−ρ_Oσ_e−ρ_Dσ_f−(μ−λ_c-b(Ｓ＋Ｕ))｝Ｌ］ …数式(4) Ｉ_d＝ηＩ_d0exp［｛(−ρ_Oσ_g−ρ_Dσ_h−(μ−λ_d-b(Ｓ＋Ｕ))｝Ｌ］ …数式(5) ここで、Ｉ_a0、Ｉ_b0、Ｉ_c0、Ｉ_d0はａ，ｂ，ｃ，ｄ各々
の光の測定光（照射光）強度を示し、ηは光システムに
関わる係数を示し、ρ₀ は酸素化赤血球の単位組織体積
当たりの数密度を示し、ρ_D は脱酸素化赤血球の単位組
織体積当たりの数密度を示し、ρ（＝ρ_O＋ρ_D）は赤血
球の単位組織体積当たりの数密度を示し、σ_a はＩ_a0光
波長での酸素化赤血球の吸収断面積を示し、σ_b はＩ_a0
光波長での脱酸素化赤血球の吸収断面積を示し、σ_c は
Ｉ_b0光波長での酸素化赤血球の吸収断面積を示し、σ_d
はＩ_b0光波長での脱酸素化赤血球の吸収断面積を示し、
σ _e はＩ_c0光波長での酸素化赤血球の吸収断面積を示
し、σ_f はＩ_c0光波長での脱酸素化赤血球の吸収断面積
を示し、σ_g はＩ_d0光波長での酸素化赤血球の吸収断面
積を示し、σ_h はＩ_d0光波長での脱酸素化赤血球の吸収
断面積を示し、Ｌは光路長を示す。また、μはＩ_b0光波
長での組織８の散乱係数と吸収係数の和を示し、λ_a-b
はＩ_a0光とＩ_b0光の波長差を示し、λ_c-b はＩ_c0光とＩ
_b0光の波長差を示し、λ_d-b はＩ_d0光とＩ_b0光の波長差
を示し、Ｓは組織の散乱係数の波長に対する傾きを示
し、Ｕは組織の吸収係数の波長に対する傾きを示す。

【００３６】そこで、この数式(2)から数式(5)のうち、
透過光の強度Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_c，Ｉ_dは、光検出器７で透過
光毎に検出される数値であり、測定光強度Ｉ_a0、Ｉ_b0、
Ｉ_c0、Ｉ_d0は光源１１〜１４により予め設定された数値
であり、吸収断面積σ_a〜σ_hは図３で示すように、分光
光度計等によって測定可能な数値であり、光路長Ｌもプ
ローブ６と光検出器７の位置から決定する数値である。

【００３７】次に、演算処理回路１７は、数式(2)から
数式(5)を用いて未知数である「μ」や「Ｓ」や「Ｕ」
を消去する演算を行う。すなわち、数式(2)から数式(5)
を対数に変換すると、下記に示す数式になる。

【００３８】 Δａ／Ｌ＝−ρ_Oσ_a−ρ_Dσ_b−(μ−λ_a-bＴ) …数式(6) Δｂ／Ｌ＝−ρ_Oσ_c−ρ_Dσ_d−μ …数式(7) Δｃ／Ｌ＝−ρ_Oσ_e−ρ_Dσ_f−(μ−λ_c-bＴ) …数式(8) Δｄ／Ｌ＝−ρ_Oσ_g−ρ_Dσ_h−(μ−λ_d-bＴ) …数式(9) なお、数式を簡単にするために、ＬＮ（Ｉ_a／ηＩ_a0）
＝Δａ、ＬＮ（Ｉ_b／ηＩ_b0）＝Δｂ、ＬＮ（Ｉ_c／ηＩ
_c0）＝Δｃ、ＬＮ（Ｉ_d／ηＩ_d0）＝Δｄと置き換え、
Ｓ＋Ｕ＝Ｔ（すなわち「Ｔ」は未知数）と置き換えた。

【００３９】そして、数式(8)と数式(6)により「μ」を
消去すると、（Δｃ−Δａ）／Ｌ＝ρ_O（σ_a−σ_e）＋ρ_D（σ_b−σ_f）＋λ_c-aＴ …数式(10) が得られる。ここで、λ_c-b−λ_a-b＝λ_c-aと置き換え
た。

【００４０】また、数式(7)と数式(9)より「μ」を消去
すると、（Δｄ−Δｂ）／Ｌ＝ρ_O（σ_c−σ_g）＋ρ_D（σ_d−σ_h）＋λ_d-bＴ …数式(11) が得られる。

【００４１】次に、演算処理回路１７は、数式(10)と数
式(11)を用いて未知数「Ｔ」の消去を行う。すなわち、
数式(10)にλ_d-bをかけ、数式(11)にλ_c-aをかけて減算
を行うと、（Δｃ−Δａ）λ_d-b／Ｌ−（Δｄ−Δｂ）λ_c-a／Ｌ＝ρ_O｛（σ_a−σ_e）λ_d-b−（σ_c−σ_g）λ_c-a｝＋ρ_D｛（σ_b−σ_f）λ_d-b− （σ_d−σ_h）λ_c-a｝＝ρ［Ｒ｛（σ_a−σ_e）λ_d-b−（σ_c−σ_g）λ_c-a｝＋（１−Ｒ）｛（σ_b−σ_f ）λ_d-b−（σ_d−σ_h）λ_c-a｝］ …数式(12) が得られる。ここで、Ｒは全赤血球数に対する酸素化赤
血球数の割合（酸素化度合）を示し、ρ_O＝Ｒρ、ρ_D＝
（１−Ｒ）ρと置き換えた。

【００４２】同様に、数式(6)と数式(7)により「μ」を
消去すると、（Δａ−Δｂ）／Ｌ＝ρ_O（σ_c−σ_a）＋ρ_D（σ_d−σ_b）＋λ_a-bＴ …数式(13) が得られる。ここで、λ_c-b−λ_c-a＝λ_a-bと置き換え
た。

【００４３】同様に、数式(7)と数式(8)により「μ」を
消去すると、（Δｂ−Δｃ）／Ｌ＝ρ_O（σ_e−σ_c）＋ρ_D（σ_f−σ_d）＋λ_c-bＴ …数式(14) が得られる。

【００４４】次に、演算処理回路１７は、数式(13)と数
式(14)を用いて未知数「Ｔ」の消去を行う。すなわち、
数式(13)にλ_c-bをかけ、数式(14)にλ_a-bをかけて減算
を行うと、（Δａ−Δｂ）λ_c-b／Ｌ−（Δｂ−Δｃ）λ_a-b／Ｌ＝ρ_O｛（σ_c−σ_a）λ_c-b−（σ_e−σ_c）λ_a-b｝＋ρ_D｛（σ_d−σ_b）λ_c-b＋（σ_f−σ_a）λ_a-b｝＝ρ［Ｒ｛（σ_c−σ_a）λ_c-b−（σ_e−σ_c）λ_a-b｝＋（１−Ｒ）｛（σ_d−σ_b ）λ_c-b＋（σ_f−σ_a）λ_a-b｝］ …数式(15) が得られる。

【００４５】以上の演算により未知数「μ」、「Ｓ」、
「Ｕ」が消去できる。次に、この数式(15)より赤血球の
単位組織体積あたりの数密度ρは、

【００４６】

【数１】

【００４７】で求められる。また、数式(12)より次式が
得られる。｛（Δｃ−Δａ）λ_d-b／Ｌ−（Δｄ−Δｂ）λ_c-a／Ｌ｝／ρ ＝Ｒ｛（σ_a−σ_e−σ_b＋σ_f）λ_d-b＋（σ_g−σ_c＋σ_d−σ_h）λ_c-a｝＋（σ_b −σ_f）λ_d-b＋（σ_h−σ_d）λ_c-a …数式(17) ここで、式を簡略するために、（Δａ−Δｂ）λ_c-b＝
Ａとし、（Δｂ−Δｃ）λ_a-b＝Ｂとし、（Δｃ−Δ
ａ）λ_d-b＝Ｃとし、（Δｂ−Δｄ）λ_c-a＝Ｄとし、
（σ_c−σ_a−σ_d＋σ_b）λ_c-b＝Ｅとし、（σ_e−σ_c−
σ_f＋σ_a）λ_a-b＝Ｆとし、（σ_a−σ_e−σ_b＋σ_f）λ
_d-b＝Ｇとし、（σ_g−σ_c＋σ_d−σ_h）λ_c-a＝Ｈとし、
（σ_d−σ_b）λ_c-b＝Ｊとし、（σ_f−σ_a）λ_a-b＝Ｋと
し、（σ_b−σ_f）λ_d-b＝Ｍとし、（σ_h−σ_d）λ_c-a＝
Ｎとすると、演算処理回路１７は、数式(16)と数式(17)
より、組織血液の酸素化度合Ｒを、Ｒ＝｛（Ａ＋Ｂ）（Ｍ＋Ｎ）−（Ｃ＋Ｄ）（Ｊ＋Ｋ）｝／｛（Ｃ＋Ｄ）（Ｅ＋Ｆ）−（Ｇ＋Ｈ）（Ａ＋Ｂ）｝ …数式(18) で求めることができる。

【００４８】また、演算処理回路１７は、赤血球の単位
組織体積あたりの数密度ρを、 ρ＝｛（Ａ＋Ｂ）／Ｌ｝／｛Ｒ（Ｅ＋Ｆ）＋Ｊ＋Ｋ｝ …数式(19) で求めることができる。

【００４９】次に、本発明の生体組織血液酸素化度合測
定装置の作用を説明する。なお、演算処理回路１７が演
算するに当たって必要とする所定の数値、例えば、測定
光の強度や、吸収断面積σ_a〜σ_hや、光路長Ｌは、予め
設定されているものとする。また、光ファイバー４は光
コネクタ２を介して装置本体に接続されているものと
し、電線５は電気的コネクタ３を介して装置本体に接続
されているものとする。

【００５０】本発明の生体組織血液酸素化度合測定装置
の使用者（以下、使用者という）は、光ファイバー４の
端部に設けられたプローブ６を測定対象の組織８上面に
密着配置する。また、使用者は、プローブ６の密着位置
から所定距離（例えば、５ｃｍ）離れた位置に、光検出
器７を密着配置する。

【００５１】次に、使用者は、装置本体１を起動させる
と、タイミング回路１７のパルス波のタイミングに基づ
き駆動回路１９より駆動電流が光源１１，１２，１３，
１４に時分割で供給される。すると、測定光ａ，ｂ，
ｃ，ｄが時分割で光合波器１５に出力され、順次光ファ
イバー４に導光される。

【００５２】導光された測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄは、プロ
ーブ６から組織８内に出力され、組織８内の血液を含む
体液を通過する際に散乱と吸収によって減衰する。次
に、光検出器７は、減衰した測定光ａ，ｂ，ｃ，ｄであ
る透過光を順次受光して透過光の強度を検出する。そし
て、光検出器７は、電線５及び電気的コネクタ３を介し
て、検出値を測定光毎に強度情報として増幅器１６に通
知する。

【００５３】すると、増幅器１６は、通知された測定光
毎の強度情報を増幅して演算処理回路１７に通知する。
すると、演算処理回路１７は、タイミング回路１７のパ
ルス波のタイミングに基づき、通知された測定光ａ，
ｂ，ｃ，ｄの強度情報を識別するとともに、所定の演算
手順に従って、組織８中の全赤血球に対する酸素化度合
Ｒや数密度ρを算出する。すなわち、演算処理回路１７
は、それぞれの透過光毎の強度情報と照射時の測定光強
度に基づき、組織８自体による散乱と吸収によって生じ
る光吸収量を除去し、組織８中の全赤血球に対する酸素
化度合Ｒや数密度ρを算出する。そして、算出された酸
素化度合Ｒや数密度ρは、演算処理回路１７から図示し
ない外部表示手段に出力されて表示される。

【００５４】上記実施の形態では、光源として、レーザ
ーダイオードを用いたが、光源はレーザーダイオードに
限定されるものではなく、近接する４つの単光色を発す
る発光素子であれば、気体、固定レーザー、発光ダイオ
ード等でもよい。

【００５５】また、上記実施の形態では、検出部に電気
的コネクタ３、電線５及びフォトダイオード７を用いて
説明したが、測定光出力部の光コネクタ２、光ファイバ
ー４及びプローブ６と同じ構成で、検出部を光コネクタ
３、光ファイバー５及び光ファイバー５の先端を加工し
た受光プローブ７のように構成してもよい。但し、検出
部を光コネクタ３、光ファイバー５及び受光プローブ７
で構成する場合、アンプ１６には光電気変換回路が含ま
れる。

【００５６】

【発明の効果】以上本発明によれば、４種類以上の測定
光およびそれぞれの透過光または散乱光の強度差から得
られる前記生体組織中の光吸収量から、生体組織自体に
よる散乱と吸収によって生じる光吸収量を除去し、前記
生体組織中の全赤血球に対する酸素化度合を算出するこ
とができる。

【００５７】従って、生体組織内の血液の酸素化度合を
容易に直接測定できる生体組織血液酸素化度合測定装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる生体組織血液酸
素化度合測定装置の構成ブロック図

【図２】タイミング回路のパルスの説明図

【図３】酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビン
の光吸収係数の波長特性図

【図４】散乱係数及び吸収係数の波長特性図

【符号の説明】

１装置本体２，３光コネクタ４，５光ファイバー６プローブ７光検出器８生体組織（組織）１１，１２，１３，１４光源（レーザダイオー
ド）１５光合波器１６増幅部（アンプ）１７演算処理回路１８タイミング回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４種類以上の互いに波長の近い近赤外線
の測定光を所定の強度で生体組織に対し直接照射する測
定光出力部と、前記出力された測定光が前記生体組織を通過した透過光
または散乱光の強度を検出する検出部と、前記出力された測定光と前記検出された透過光または散
乱光の強度差から得られる前記生体組織中の光吸収量に
基づき前記生体組織中の全赤血球数に対する酸素化赤血
球数の割合である酸素化度合、または全ヘモグロビン量
に対する酸素化ヘモグロビン量の割合である酸素化度合
を演算する酸素化度合演算部とを備えたことを特徴とす
る生体組織血液酸素化度合測定装置。