JP3753650B2

JP3753650B2 - 血流測定装置

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Publication number: JP3753650B2
Application number: JP2001348445A
Authority: JP
Inventors: 郁夫小西; 貞夫竹内; 幸夫老川; 鐘壽大西; 健一磯部; 隆日下
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: JP2003144401A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体内の血流を測定する装置に関し、特に動脈内あるいは静脈内の血流や血流分布の測定に適した血流測定装置であり、生体診断の分野、医用分野、脳血流測定分野に適用することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体診断の分野、医用分野、脳血流測定分野において、脳内の血流の他、生体内の臓器や組織を流れる血流を測定する方法が提案されている。このような、血流を測定する方法として、例えば、超音波ドップラーやレーザードップラーやＰＥＴ（ポジトロン・エミッション・トモグラフィー）を用いた測定方法が知られている。超音波ドップラー及びレーザードップラーは、超音波やレーザー光のドップラー効果を用いた血流測定方法であり、また、ＰＥＴは陽電子放出核種を用いて、その放射線量から血流を測定する方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
超音波ドップラーやレーザードップラーを用いた血流測定方法は、生体の測定部位に制限があるという問題がある。例えば、脳内の血流を測定する場合には、超音波ドップラーやレーザードップラーでは、頭蓋骨のために脳内血管からのドップラー信号を検出することができないため、脳内の血流を測定することができない。
【０００４】
また、ＰＥＴは短寿命の放射性同位元素を生体内に投与するため、放射線物質が生体に与える影響があるため、繰り返しの測定ができないという問題や、新生児等の生体弱者に対する適用は好ましくないという問題がある。ＰＥＴは繰り返し測定に不向きであるため、治療前、治療中、及び治療後の各段階の測定による血流の比較診断への適用に不向きである。
【０００５】
一方、光を用いて生体の酸素代謝量を測定するものが提案されているが、この場合には、血管だけでなく組織全体の酸素代謝量を測定するため、特定の臓器や部位における血流や血流量を測定することは難しい。特に、脳内の血流量を測定する装置や、動脈内の血流を測定する装置は知られていない。脳血流を近赤外光を用いて測定する場合、吸収が大きく透過光強度を実測することが事実上困難であるため、測定部位の表面に取り付けられた光源と検出器を用いて反射してくる拡散散乱光を測定する。この測定では、組織等の他の吸収の影響により血流による吸収の零点が不明である点、拡散特性のため吸収が線形でない点が問題となり、血液量の絶対値を求めることができない。
【０００６】
そのため、通常は相対変化量を算出している。絶対量を求めるものとして、近似的な方法として、測定対象が均一な媒体であると仮定し、光源と検出器との間の距離を変えて測定する方法があるが、毛髪などがある部位は毛髪による影響のため検出器の感度が設置状況によって異なり、この方法をとることができない。また均一な媒体を仮定し、検出信号の時間変化を観察することによって、絶対値を求める時間分解法があるが、時間分解測定を行う機器が特殊であり装置が高価となるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、生体内の血流量や血流分布等の血流を簡易に測定することができる装置を提供することを目的とし、さらに、動脈や静脈の血流量を測定することができる装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、生体に対して光を照射し、生体より放出される複数波長の光を検出する測定方法を適用し、生体の測定部位を流れる特定成分を測定することによって、生体中の測定部位によらず非侵襲で生体に対する影響が少ない血流測定を行う。また、脈波成分を検出することによって動脈内あるいは静脈内の血流量を区別して測定する。
【０００９】
そこで、本発明の血流測定装置は、生体に対して光を照射する光源、生体より放出される複数波長の光を検出する送受光器を含む光測定手段と、複数波長の光強度変化から血液内に含まれる特定成分の経時変化を求める経時変化測定手段と、特定成分の経時変化及び特定成分の血液中の比率から血流を算出する血流演算手段を備えた構成とする。
【００１０】
生体を透過した光のスペクトルは、生体内に含まれる成分によって異なる特性となる。光測定手段は、この生体内に含まれる特徴的な波長成分を複数検出し、経時変化測定手段は、光測定手段で検出した複数の波長成分や、この波長成分を演算して求めることができる血液内の特定成分の経時変化を求める。血流演算手段は、血液中に含まれる特定成分の経時変化が安定したときの成分量と特定成分が血液中に含まれる比率から血液量を求める。また、脈波成分の比率を用いることによって、血流の動脈成分や静脈成分を算出する。
【００１１】
本発明の血流測定装置は、光を用いた測定であるため、生体中の測定部位によらず血流測定を非侵襲で行うことができ、また、生体に対して影響を与えることなく測定することができる。また、本発明の血流測定装置は、脳内血流測定に限らず任意の測定部位に適用することができる。血流測定は、血流量の測定及び血流分布の測定を含み、動脈成分や組織内成分を含む静脈成分とを峻別して算出する。
本発明の血流測定装置は、血流測定に用いる特定成分として、生体内に注入された光造影剤を用いる第１の態様、及び生体内のヘモグロビンを用いる第２の態様とすることができる。
【００１２】
本発明の血流測定装置の第１の態様は、生体内に注入された光造影剤を特定成分として測定する態様である。この第１の態様では、生体の血管内に光造影剤を注入し、光造影剤の吸収特性の特徴的な波長を照射して光測定を行うことによって、生体内を移動する光造影剤の経時変化を測定する。光造影剤は注入後、動脈及び静脈を経て生体内を循環する。この循環に伴って、光造影剤の濃度は、零から始まって脈動しながら変動する。経時変化の初期段階では動脈成分が大きく、時間と共に静脈成分が増す。時間経過と共に光造影剤が生体内でほぼ均一となると、光造影剤の濃度及び脈波成分比率ほぼ一定となる。
【００１３】
血流演算手段は、経時変化測定手段で求めた光造影剤の波長成分から光造影剤量を算出し、血液中の光造影剤量と血液量との比率から血流を算出する。血液中の光造影剤量と血液量との比率は、血液サンプリングで求めることができる。もしくは、あらかじめ較正されたＩＣＧメータ等の手段で測定できる。
【００１４】
本発明の血流測定装置の第２の態様は、生体内のヘモグロビン（オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン）を特定成分として測定する態様である。この第２の態様では、ヘモグロビン（オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン）の吸収特性の特徴的な波長を照射して光測定を行うことによって、生体内のヘモグロビンの経時変化を測定し、経時変化に基づいて血流を測定する。経時変化測定手段で測定するヘモグロビンの吸光度変化量は、血液中のヘモグロビンの他に生体組織にも依存しているため、得られるヘモグロビン量には生体組織による影響が含まれる。光造影剤の吸光度は零点を定めることができるため、光造影剤の吸光度とヘモグロビンの吸光度との比率を用いてヘモグロビンの成分量を光造影剤に換算することによって、補正したヘモグロビンの成分量を求めることができる。
【００１５】
ヘモグロビンの成分量が何らかの手段で変化前後における値が分かっているときは、光造影剤を用いずとも同様の較正を行うことができる。その手段としては、血液サンプリング、パルスオキシメータなどの方法が考えられる。
血流演算手段は、第１の態様と同様に、経時変化測定手段で求めた補正したヘモグロビンの成分量からヘモグロビン量を算出し、血液中の光造影剤量との時間変化から血流を算出する。なお、第２の態様では、光造影剤の吸光度とヘモグロビンの吸光度との比率、及び血液中の光造影剤量と血液量との比率は、変化が少ないとし、予め求めておいた値を用いることができる。
【００１６】
また、本発明の血流測定装置の血流演算手段は、経時変化測定手段によって特定成分の脈波成分比率を求め、この脈波成分比率に基づいて血流の動脈成分及び／又は静脈成分を算出する。光造影剤が生体内を循環し安定した後には、光造影剤の脈波成分比率は動脈成分と静脈成分に対応すると推定されるため、求めた血液量を脈波成分比率に応じて比例配分することで血流量の動脈成分及び／又は静脈成分を算出することができる。
【００１７】
光造影剤が血流中に一様に融けているとすると、ヘモグロビンの脈波成分比率と光造影剤の脈波成分比率はほぼ一致するため、ヘモグロビンに代えて光造影剤の脈波成分比率を用いることができる。また、ヘモグロビンの脈波成分比率及び光造影剤の脈波成分比率は、測定対象の生体の状況が安定している場合は変化が少ないと考えられるため、光造影剤を注入して得た脈波成分比率を用いることで、光造影剤を注入することなくヘモグロビンのみの測定によって血流量測定を行うことができる。なお、脈波成分と直流成分は同一の検出器で測定を行っているが、別の検出器を用いることも可能である。
また、本発明の血流測定装置は、生体の種々の臓器の血流測定に適用することができ、脳内の血流測定にも用いることができる。この脳内の血流測定では、送受光器の少なくとも一組を頭部に装着する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
はじめに、図１〜図６を用いて生体内に注入された光造影剤を特定成分として測定する第１の態様について説明する。
図１は生体内における吸収を説明するための概略図である。生体に光を照射し反射してくる散乱拡散光の吸収特性は、生体内の各部分によって異なる。例えば、動脈部分及び静脈部分は、含まれるデオキシヘモグロビンやオキシヘモグロビンの比率に応じて異なる吸収を示し、動脈部分の一部は脈拍と同期して一定の割合で脈動する。また、組織部分での吸収はわずかである。
【００１９】
また、生体内に光造影剤を注入すると、光造影剤は動脈及び静脈を経て生体内を循環する。この光造影剤の吸光度変化を測定すると、動脈、静脈、組織の各部分による吸光度は、図２に示すような異なる時間変化を示す。図２（ａ）は動脈による吸光度変化を示し、図２（ｂ）は静脈による吸光度変化を示し、図２（ｃ）は組織による吸光度変化を示している。
【００２０】
動脈内の一定比率成分は脈波成分として検出され、静脈内及び組織内の成分は脈波成分以外の成分として検出される。測定部位において、光造影剤を注入した直後では光造影剤は、主に動脈内にあって静脈内あるいは組織内では観察されない。光造影剤は、時間の経過と共に静脈に移行し、さらに十分な時間が経過すると動脈及び静脈に均一に分散する。この時点では、脈波成分Ａと脈波成分以外の成分Ｂ，Ｃ（なお、Ｂは動脈の直流成分であり、Ｃは動脈の直流成分を表している）との比率はほぼ一定となる。
【００２１】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、動脈，静脈，及び組織における光造影剤の吸光度変化を注入直後と一定時間経過後とで示している。動脈における光造影剤の吸光度は、光造影剤を注入した直後においては直流分Ｂｓに対して振幅Ａｓで脈動しながら増加し、一定時間後においては一定値Ｂｃを挟んで所定幅Ａｃで変動する。図２（ａ）において、Ａｓ及びＢｓはそれぞれ注入直後における脈波成分と動脈の直流成分を示し、Ａｃ及びＢｃはそれぞれ一定時間経過後における脈波成分と動脈の直流成分を示している。なお、添え字ｓは注入直後（start，スタート）を表し、添え字ｓは一定値に安定（constant，一定）した時点を表している。
【００２２】
一方、静脈における吸光度は、光造影剤を注入した直後においてはほとんど変化せず、一定時間後においては一定値Ｃとなる。図２（ｂ）において、Ｃは一定時間経過後における静脈の直流成分を示している。また、組織においては、注入直後及び一定時間後の何れにおいても光造影剤による吸収はない（図２（ｃ））。
【００２３】
ここで、図３は光造影剤を生体に静脈内に注入した後に、実際に観察される光造影剤の吸光度変化を示している。光造影剤による吸光度変化は、図２に示すように動脈と静脈を区別して観察することはできず、図３に示すように、吸光度は動脈と静脈との両方を含んだものを観察することになる。
しかしながら、図２（ｂ）に示すように、光造影剤の注入直後においては静脈中に含まれる成分はわずかであり無視することができるため、光造影剤の注入直後では、図３に示す吸光度は主に動脈における変化を示している。
【００２４】
また、変動成分は動脈の脈動によってのみ変調されるため、変動分を求めることによって動脈内の脈波成分Ａを求めることができる。なお、動脈内及び静脈内の直流成分Ｂ，Ｃは区別して観察することはできず一括して観察される。
動脈内の脈波成分Ａと直流成分Ｂとの比率をα（＝Ａ／Ｂ）とすると、注入直後では脈波成分Ａｓと直流成分Ｂｓをそれぞれ求めることができるため、動脈に対する脈波成分の比率α（＝Ａｓ／Ｂｓ）を求めることができる。
【００２５】
一方、一定時間後における動脈内の直流成分Ｂを求めることはできないが、光造影剤の注入直後と一定時間後とでは比率αは変化がないとすることができるため、一定時間後における脈波成分Ａｃと直流成分Ｂｃとの比率も、注入直後の脈波成分Ａｓと直流成分Ｂｓを用いて求めた比率αで表すことができる。
また、一定時間後で測定される光造影剤の吸光度の内、直流分は動脈内の直流成分Ｂｃと静脈内の直流成分Ｃの両方の寄与分（Ｂｃ＋Ｃ）であり、変動分は脈波成分Ａｃである。この内、動脈内の直流成分Ｂｃは、比率αと脈波成分Ａｃとから（Ａｃ／α）によって求めることができる。さらに、静脈内の直流成分Ｃは、両方の寄与分（Ｂｃ＋Ｃ）から動脈内の直流成分Ｂｃを差し引くことによって求めることができる。
【００２６】
ここで、求めた静脈内の直流成分Ｃ（＝（Ｂｃ＋Ｃ）−Ｂｃ）＝（Ｂｃ＋Ｃ）−（Ａｃ／α））と脈波成分Ａｃとの比率をとることによって、静脈に対する脈波成分の比率β（＝Ａｓ／Ｃ）を求めることができる。
上記で求める動脈成分の比率α及び静脈成分の比率βは、光造影剤に基づく比率であるが、ヘモグロビンにおいても同様に使用することができる。
【００２７】
そこで、光造影剤の吸光度によって求めた動脈成分の比率αと静脈成分の比率βを、ヘモグロビン成分の吸光度から求めた脈波成分Ａに対して適用することによって、動脈成分Ｂ（＝Ａ／α）、及び静脈成分Ｃ（＝Ａ／β）を求めることができる。また、組織成分等の動脈成分及び静脈成分以外の成分についても、測定で得られる両方の寄与分から動脈成分Ｂと静脈成分Ｃを差し引くことで、（両寄与分−動脈成分Ｂ−静脈成分Ｃ）によって求めることができる。
【００２８】
さらに、静脈血をサンプリングして、静脈血中の光造影剤とヘモグロビン（オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビン）との関係を求めておき、この関係を用いることによって、光造影剤の測定結果からヘモグロビンの絶対量を求めることができる。
【００２９】
図３は本発明の第１の態様による血流測定を説明するための概要図である。第１の態様では、生体の静脈内に光造影剤を注入し、光造影剤の吸収特性の特徴的な波長を照射して光測定することによって、生体内を移動する光造影剤の経時変化を測定する。なお、図３において、破線は光造影剤の吸光度変化の包絡線を示している。また、経時変化測定手段３による測定サンプリング間隔は脈波成分の脈動周波数と比較して十分に短ければよく、例えば、１ヘルツ以上の周波数とすることができる。
【００３０】
光造影剤としては、例えばＩＣＧ（インドシアニングリーン）を用いることができる。以下、光造影剤としてＩＣＧを用いた例について説明する。なお、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）は肝臓機能の評価色素として長年使用されてきており、その安全性が高いことで知られている。また、近赤外での吸収ピークが８０５ｎｍ付近であり、ヘモグロビンとの吸収と独立性が高く、分離して測定することができる。更に、その色素は血中で分子量の大きい蛋白（アルブミン）と結合するため、血中から組織への移行が少ない。そのため、血流分布の測定に適している。
【００３１】
ＩＣＧの吸光度変化において包絡線の時間変化を観察し、ＩＣＧの吸光度変化が一定と見なせる時点の吸光度Ｉicgを求め、この吸光度ＩicgからＩＣＧ量Ｐicgを演算によって算出する。一方、注入したＩＣＧが生体内で均一となった後、静脈血をサンプリングして、ＩＣＧ量と血液量との比率Ｋ１（＝ＩＣＧ量／血液量）を求めておく。求めたＩＣＧ量Ｐicgと比率Ｋ１から、Ｐicg／比率Ｋ１の演算によって血液量Ｑを算出する。
【００３２】
算出した血液量Ｑは、動脈成分と静脈成分及び組織成分とを含むものである。この内、脈波成分Ａと動脈の直流成分Ｂと静脈の直流成分Ｃとの関係は、前記したように、動脈に対する脈波成分の比率α（＝Ａ／Ｂ）及び静脈に対する脈波成分の比率β（＝Ａ／Ｃ）で表すことができるため、比率α及び比率βを用いることによって血液量Ｑを動脈成分と静脈成分に分けることができる。
【００３３】
動脈成分は血流量（動脈量）Ｑaを表し、Ｑa＝Ｑ×（β／（α＋β））で求めることができる。また、静脈成分は静脈量Ｑvを表し、Ｑv＝Ｑ×（α／（α＋β））で求めることができる。ＩＣＧ量は変化が零から始まり、零点が補償されているため、算出した血液量Ｑ及び血流量（動脈量）Ｑa，静脈量Ｑvは絶対量として求めることができる。
【００３４】
図４は本発明の第１の態様の血流測定の構成を説明するための概要構成図である。血流測定装置１は、生体に対して光を照射する光源、生体より放出される複数波長の光を検出する送受光器を含む光測定手段２、複数波長の光強度変化から血液内に含まれる特定成分の経時変化を求める経時変化測定手段３、特定成分の経時変化及び特定成分の血液中の比率から血流を算出する血流演算手段４を備える。
【００３５】
生体１０は、心肺機能１１によって動脈１２ａ及び静脈１３ａを介して血流が循環し、また測定部位１４には動脈１２ｂ及び静脈１３ｂによって循環している。光測定手段２は測定部位１４の位置に光源及び検出器を設置することによって測定部位の血流を測定する。ＩＣＧ等の光造影剤は、ＩＣＧ静注手段５によって静脈１３ａを通して生体内に注入することができる。また、血流中の光造影剤と血液量との比率は血液サンプリング手段６によって採決し分析することで求めることができる。
以下、第１の態様による血流測定の動作例を、図４の概要構成図及び図５のフローチャートを用いて説明する。なお、図５にはフローチャートの対応する各工程をＳに続く番号で示している。
【００３６】
光測定手段２の光源及び検出器を測定部位に取り付けた後、ＩＣＧ等の光造影剤を静脈に注入する（ステップＳ１）。経時変化測定手段３は、光測定手段２によって測定部位から検出した光強度を入力し、ＩＣＧの吸収波長の波長成分を測定し、ＩＣＧの吸光度変化を求める。生体内のヘモグロビンや注入したＩＣＧの各成分は、その成分が吸収する波長特性が異なることを利用して、各成分に特徴的な波長成分を求めることによって各成分を分離して検出することができる。例えば、オキシヘモグロビン，デオキシヘモグロビン，ＩＣＧは、それぞれの特徴的なスペクトル分布から、８２８ｎｍ，７７６ｎｍ，８０４ｎｍの波長の光強度を測定することによって、各成分を分離して求めることができる。図６は、オキシヘモグロビン，デオキシヘモグロビン，ＩＣＧの波長に対する吸光係数を示している。なお、上記した波長の値は一例にすぎず他の波長値とすることもできる。図３は、このようにして求めたＩＣＧの吸光度変化例を示している。（ステップＳ２）。
【００３７】
図３に示すＩＣＧの吸光度変化において、ＩＣＧの吸光度変化は測定部位におけるＩＣＧの濃度に対応しており、脈拍と同期して変化する。注入時のＩＣＧの濃度は零であるため零点を定めることができる。注入直後ではＩＣＧは主に動脈内にあるため、主に脈拍と同期して変化する脈波成分Ａのみが観察され、時間の経過と共にＩＣＧが静脈に移行すると、脈波成分Ａｓに加えて脈波成分以外の成分Ｂｓが観察される。ＩＣＧを注入した直後の脈波成分以外の成分Ｂｓは動脈の直流成分である。求めた脈波成分Ａｓと動脈の直流成分Ｂｓを用いて、動脈成分に対する脈波成分の比率α（＝Ａｓ／Ｂｓ）を求める（ステップＳ３）。
【００３８】
さらに十分な時間が経過すると、動脈及び静脈に均一に分散し、脈波成分Ａと脈波成分以外の成分Ｂ及びＣとはほぼ一定比率となる。包絡線の変化が減少して脈波変動が安定した時点で（ステップＳ４）、安定時における脈波成分Ａｃと脈波成分以外の成分（Ｂ＋Ｃ）とを求め（ステップＳ５）、安定時の脈波成分Ａｃと比率αから安定時の動脈の直流成分Ｂｃ（＝Ａｃ／α）を求める（ステップＳ６）。また、脈波成分以外の成分（Ｂ＋Ｃ）（動脈と静脈の総直流成分を表している）から、前記工程で求めた安定時の動脈の直流成分Ｂｃを差し引くことによって、安定時の静脈の直流成分Ｃｃを算出する（ステップＳ７）。
安定時の脈波成分Ａｃと前記工程で求めた安定時の静脈の直流成分Ｃｃとを用いて、静脈成分に対する脈波成分の比率β（＝Ａｃ／Ｃｃ）を求める（ステップＳ８）。
【００３９】
次に、ＩＣＧの吸光度ＩicgからＩＣＧ量Ｐicgを算出する。このＩＣＧ量Ｐicgの算出は、ＩＣＧの吸光度Ｉicgと他の波長における吸光度Ｉ（例えば、オキシヘモグロビンやデオキシヘモグロビンの吸光度）と各成分にかかる係数とからなる２波長あるいは３波長の連立方程式を解くことで求めることができる（ステップＳ９）。
【００４０】
ステップＳ９で求めたＩＣＧ量Ｐicgを用いて生体の血液量を求めるには、生体内におけるＩＣＧ量と血液量との関係を知る必要がある。そこで、ＩＣＧが動脈及び静脈に均一に分散した後、血液をサンプリングして分析し、ＩＣＧ量と血液量の比率Ｋ１（＝ＩＣＧ量／血液量）を求め（ステップＳ１０）、ステップＳ９で求めたＩＣＧ量とステップＳ１０で求めた比率Ｋ１を用いて、血液量Ｑを算出する。血液量Ｑは、Ｑ＝Ｐicg／Ｋ１で求めることができる（ステップＳ１１）。
【００４１】
血液量Ｑは、動脈量Ｑaと静脈量及び組織内の血液量Ｑv（以下、静脈量と組織内の血液量を合わせた血液量を静脈量Ｑvとして表す）を合わせた量である。この血液量ＱとステップＳ３，８で求めた比率α，βとを用いることによって、動脈量Ｑaと静脈量Ｑvを求めることができる。
【００４２】
動脈量Ｑaは、血液量Ｑの内で総直流成分（Ｂ＋Ｃ）中に対する動脈の直流成分Ｂに対応するため、Ｑa＝Ｑ×（Ｂ／（Ｂ＋Ｃ））で表すことができ、Ｂ及びＣを比率α，βで表すと、動脈量Ｑaは（Ｑ×（β／（α＋β））で表すことができる（ステップＳ１２）。
【００４３】
また、同様に、静脈量Ｑvは、血液量Ｑの内で総直流成分（Ｂ＋Ｃ）中に対する静脈の直流成分Ｃに対応するため、Ｑv＝Ｑ×（Ｃ／（Ｂ＋Ｃ））で表すことができ、Ｂ及びＣを比率α，βで表すと、静脈量Ｑvは（Ｑ×（α／（α＋β））で表すことができる（ステップＳ１３）。
【００４４】
次に、図７〜図９を用いて生体内に注入された光造影剤を特定成分として測定する第２の態様について説明する。
図７は本発明の第２の態様による血流測定を説明するための概要図である。第２の態様は、ヘモグロビン（オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビン）の経時変化を測定し、第１の態様で求めた比率α及び比率βを利用することによって、その都度生体への光造影剤の静注を行うことなく血流を測定する態様である。
【００４５】
図７はヘモグロビン（オキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビン）の吸光度変化を示している。ヘモグロビンの吸光度変化において、動脈内にあるヘモグロビン成分は、動脈の脈動によって一定比率で変調され脈波成分Ａとして観察される。脈波成分以外の成分Ｂ，Ｃに対する脈波成分Ａの比率は、光造影剤の測定で求めた比率α，βを適用することができる。しかしながら、生体の吸収層や散乱体による影響によってヘモグロビンが零のときの吸収が不明なため、吸光度変化から得られる吸光度Ｉhをそのまま使用することができない。
【００４６】
そこで、予め求めておいた光造影剤の吸光度とヘモグロビンの吸光度との比率Ｋ２（＝光造影剤の吸光度／ヘモグロビンの吸光度）を用いて吸光度Ｉhを補正し、光造影剤に換算した補正吸光度Ｉh2（＝Ｉh×Ｋ２）を求め、この補正吸光度Ｉh2を用いてヘモグロビン量を算出し、補正ヘモグロビン量Ｐh2を得る。この補正ヘモグロビン量Ｐh2は零点が校正された量であって、第１の態様で求めたＩＣＧ量Ｐicgに対応する。血液量Ｑの算出は第１の態様と同様に、この算出した補正ヘモグロビン量Ｐh2と比率Ｋ１から補正ヘモグロビン量Ｐh2／比率Ｋ１の演算によって得ることができる。
【００４７】
また、血流量（動脈量）及び静脈量についても、第１の態様と同様に光造影剤によって求めた比率α，βを用いて、血流量（動脈量）ＱaはＱ×（β／（α＋β））で求めることができ、静脈量ＱvはＱ×（α／（α＋β））で求めることができる。
補正ヘモグロビン量はＩＣＧ量に換算しているため、補正ヘモグロビン量の零点は補償されている。したがって、算出した血液量Ｑ及び血流量（動脈量）Ｑa，静脈量Ｑvを絶対量として求めることができる。
【００４８】
図８は本発明の第２の態様の血流測定の構成を説明するための概要構成図である。血流測定装置１は、生体に対して光を照射する光源、生体より放出される複数波長の光を検出する送受光器を含む光測定手段２、複数波長の光強度変化から血液内に含まれる特定成分の経時変化を求める経時変化測定手段３、特定成分の経時変化及び特定成分の血液中の比率から血流を算出する血流演算手段４、脈波成分比率Ｋ１や血液中比率Ｋ２を記憶する記憶手段７を備える。
【００４９】
脈波成分の比率α，β及び血液中比率Ｋ１は、第１の態様で示したように、光造影剤を静注して得られる光造影剤の吸光度や、血液サンプリングによって得た値を用いることができる。また、吸光度比率Ｋ２は、光造影剤の吸光度とヘモグロビンの吸光度を予め求めておいた値から算出する他、記憶手段７に記憶させておいた比率を利用することもできる。
【００５０】
生体１０は、第１の態様と同様に心肺機能１１によって動脈１２ａ及び静脈１３ａを介して血流が循環し、また測定部位１４は動脈１２ｂ及び静脈１３ｂによって循環している。光測定手段２は測定部位１４の位置に光源及び検出器を設置することによって測定部位の血流を測定する。
以下、第２の態様による血流測定の動作例を、図８の概要構成図及び図９のフローチャートを用いて説明する。なお、図８にはフローチャートの対応する各工程をＳに続く番号で示している。
【００５１】
記憶手段７に、動脈に対する脈波成分比率α、静脈に対する脈波成分比率βと血液中比率Ｋ１を記憶しておく。脈波成分比率α，βは、前記ステップＳ２〜ステップＳ８によって求め、この比率を、光造影剤を静注し吸光度変化が安定した状態での比率として記憶しておく（ステップＳ２１）。また、血液中比率Ｋ１は安定した状態における光造影剤量（ＩＣＧ量）と血液量の比率Ｋ１（＝光造影剤量（ＩＣＧ量）／血液量）であって、光造影剤を用いて血流測定を行ったときの値を流用することができる。同じ生体で、測定間隔が個体変化に比べて十分に短ければ、これらの比率α，β，Ｋ１はほぼ変化せず、そのまま使用しても十分な測定結果が得られる（ステップＳ２２）。
【００５２】
また、光造影剤の吸光度とヘモグロビンの吸光度を求め、この比率Ｋ２（＝光造影剤吸光度／ヘモグロビン吸光度）を求め記憶手段７に記憶する。この比率Ｋ２についても、測定間隔が個体変化に比べて十分に短ければ、この比率Ｋ２はほぼ変化せず、そのまま使用しても十分な測定結果が得られるため、従前に使用した値を用いることもできる（ステップＳ２３）。
【００５３】
光測定手段２の光源及び検出器を測定部位に取り付け、経時変化測定手段３によって、測定部位から検出した光強度を用いてヘモグロビンの吸収波長の波長成分を測定し、ヘモグロビンの吸光度変化を求める。生体内のヘモグロビン成分（オキシヘモグロビン成分、デオキシヘモグロビン成分）は、その成分が吸収する波長特性が異なることを利用して、各成分に特徴的な波長成分を求めることによって各成分を分離して検出する。例えば、オキシヘモグロビン，デオキシヘモグロビンは、それぞれ、８２８ｎｍ，７７６ｎｍの光強度を測定することによって各成分を分離して求める。図７は、このようにして求めたヘモグロビンの吸光度変化例を示している（ステップＳ２４）。
【００５４】
図７に示すヘモグロビンの吸光度変化において、ヘモグロビンの吸光度変化は測定部位におけるヘモグロビンの濃度に対応しており、脈拍と同期して変化する。このヘモグロビンによる脈波成分の比率α，βは、動脈あるいは静脈の直流成分に対する脈波成分の比率に対応しており、第１の態様における光造影剤（ＩＣＧ）で求めた比率Ｋ１と同様の比率となる。
【００５５】
脈波変動が安定した時点で（ステップＳ２５）、ヘモグロビンの吸光度Ｉhを求める（ステップＳ２６）。このヘモグロビンの吸光度Ｉhは非直線性があり、吸光度変化から得られる吸光度Ｉhをそのまま使用することができない。そこで、予め求めておいた光造影剤の吸光度とヘモグロビンの吸光度との比率Ｋ２（＝光造影剤の吸光度／ヘモグロビンの吸光度）を用いて吸光度Ｉhを補正し、光造影剤に換算した補正吸光度Ｉh2（＝Ｉh×Ｋ２）を求める（ステップＳ２７）。
【００５６】
この補正吸光度Ｉh2を用いてヘモグロビン量を算出し、補正ヘモグロビン量Ｐh2を得る。この補正ヘモグロビン量Ｐh2の算出は、オキシヘモグロビンの吸光度及びデオキシヘモグロビンの吸光度と各成分にかかる係数との２波長の連立方程式、あるいは他の波長成分を加えた３波長の連立方程式を解くことで求めることができる。
【００５７】
この補正ヘモグロビン量Ｐh2は非直線性が補正され零点が校正された量であって、第１の態様で求めたＩＣＧ量Ｐicgに対応する（ステップＳ２８）。血液量Ｑの算出は第１の態様と同様に、この算出した補正ヘモグロビン量Ｐh2と比率Ｋ２から補正ヘモグロビン量Ｐh2／比率Ｋ１の演算によって得ることができる（ステップＳ２９）。
【００５８】
ステップＳ２８で求めた補正ヘモグロビン量Ｐh2を用いて生体の血液量を求めるには、血液サンプリングで得た光造影剤量と血液量の比率Ｋ１（＝ＩＣＧ量／血液量）を記憶手段から読み出し、ステップＳ２８で求めた補正ヘモグロビン量Ｐh2と読み出した比率Ｋ１を用いて、血液量Ｑを算出する。血液量Ｑは、Ｑ＝Ｐh2／Ｋ１で求めることができる（ステップＳ２９）。
【００５９】
血液量Ｑは、動脈量Ｑaと静脈量及び組織内の血液量Ｑv（以下、静脈量と組織内の血液量を合わせた血液量を静脈量Ｑvとして表す）を合わせた量である。この血液量Ｑと記憶手段７に記憶する比率ａ，βを用いることによって、動脈量Ｑaと静脈量Ｑvを求めることができる。動脈量ＱaはＱa＝Ｑ×（β／（α＋β））によって表すことができ、また、静脈量ＱvはＱv＝Ｑ×（α／（α＋β））によって表すことができる（ステップＳ３０，３１）。
【００６０】
次に、経時変化測定における多波長成分測定について説明する。図１０は、経時変化測定における多波長成分測定の一例を説明するための図である。
発光装置２１及び受光装置２２は複数の波長を検出する。ＩＣＧ等の光造影剤と、オキシヘモグロビン及び又はデオキシヘモグロビンを測定する場合には、２波長あるいは３波長（λ１，λ２，λ３）のデータ（Ｄ１（unk），Ｄ２（unk），Ｄ３（unk））を検出する。測定に用いる波長は、ＩＣＧ等の光造影剤、オキシヘモグロビン及び又はデオキシヘモグロビンを特徴的に表す波長とする。
【００６１】
ＩＣＧの変化量を求める場合には、例えば、２波長の場合には、ＩＣＧを特徴的に表す波長λ１と他の成分を特徴的に表す波長λ２（例えば、オキシヘモグロビンを特徴的に表す波長）の測定データＤ１，Ｄ２と、ＩＣＧに係る係数ｋ１（ICG），ｋ２（ICG）、及びオキシヘモグロビンに係る係数ｋ１（oxyＨb），ｋ２（oxyＨb）の連立方程式により求める。
【００６２】
ΔＩＣＧ＝ｋ１（ICG）・Ｄ１＋ｋ２（ICG）・Ｄ２
ΔoxyＨb＝ｋ１（oxyＨb）・Ｄ１＋ｋ２（oxyＨb）・Ｄ２
また、３波長の場合には、上記に加えてデオキシヘモグロビンを特徴的に表す波長λ３で測定して得た、測定データＤ１，Ｄ２，Ｄ３と、ＩＣＧに係る係数ｋ１（ICG），ｋ２（ICG），ｋ３（ICG）、オキシヘモグロビンに係る係数ｋ１（oxyＨb），ｋ２（oxyＨb），ｋ３（oxyＨb）、及びデオキシヘモグロビンに係る係数ｋ１（deoxyＨb），ｋ２（deoxyＨb），ｋ３（deoxyＨb）の連立方程式により求める。
【００６３】
ΔＩＣＧ＝ｋ１（ICG）・Ｄ１＋ｋ２（ICG）・Ｄ２＋ｋ３（ICG）・Ｄ３
ΔoxyＨb＝ｋ１（oxyＨb）・Ｄ１＋ｋ２（oxyＨb）・Ｄ２＋ｋ３（oxyＨb）・Ｄ３
ΔdeoxyＨb＝ｋ１（deoxyＨb）・Ｄ１＋ｋ２（deoxyＨb）・Ｄ２＋ｋ３（deoxyＨb）・Ｄ３
本発明の血流測定装置は、脳内の血流や血流分布の測定に限らず、体内の臓器などの他の部位に適用することができる。また、測定により得られた血流や血流分布、動脈成分やその分布、動脈成分以外の静脈成分や組織内成分やその分布について、表示することができる。
【００６４】
なお、上記実施の形態では、光造影剤としてＩＣＧを用いているが、これに限らず他の光造影剤を用いることができる。他の光造影剤を用いる場合には、光測定でにおいて該光造影剤に特徴的な波長を用いて測定を行う。
また、脈波成分と直流成分は同一の検出器で測定することも、別の検出器で測定することもできる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の本発明の血流測定装置によれば、生体内の血流量や血流分布等の血流を簡易に測定することができ、動脈や静脈の血流量を測定することもできる。また、生体中の測定部位によらない血流測定を非侵襲で行うことができ、放射線障害等の生体に対する影響が少ない血流測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】生体内における吸収を説明するための概略図である。
【図２】動脈，静脈，及び組織における光造影剤の吸光度変化を説明するための概略図である。
【図３】本発明の第１の態様による血流測定を説明するための概要図である。
【図４】本発明の第１の態様の血流測定の構成を説明するための概要構成図である。
【図５】本発明の第１の態様による血流測定の動作例を説明するためのフローチャートである。
【図６】オキシヘモグロビン，デオキシヘモグロビン，ＩＣＧの波長に対する吸光係数を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の態様による血流測定を説明するための概要図である。
【図８】本発明の第２の態様の血流測定の構成を説明するための概要構成図である。
【図９】本発明の第２の態様による血流測定の動作例を説明するためのフローチャートである。
【図１０】経時変化測定における多波長成分測定を説明するための図である。
【符号の説明】
１…血流測定装置、２…光測定手段、３…経時変化測定手段、４…血流演算手段、５…ＩＣＧ静注手段、６…サンプリング手段、７…記憶手段、１０…生体、１１…心肺機能，１２ａ，１２ｂ…動脈、１３ａ，１３ｂ…静脈、１４…測定部位、２１…発光装置、２２…受光装置。

Claims

生体に対して光を照射する光源、生体より放出される複数波長の光を検出する送受光器を含む光測定手段と、
複数波長の光強度変化から血液内に含まれる特定成分の経時変化を求める経時変化測定手段と、
前記特定成分の経時変化及び特定成分の血液中の比率から血流を算出する血流演算手段を備える、血流測定装置。
前記特定成分は生体内に注入された光造影剤であり、
前記複数波長は少なくとも光造影剤の吸収特性の特徴的な波長を含み、
前記血流演算手段は前記経時変化測定手段で求めた光造影剤の波長成分量、及び血液中の光造影剤量と血液量との比率から血流を算出する、請求項１記載の血流測定装置。
前記特定成分はヘモグロビンであり、
前記複数波長は少なくともオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの吸収特性の特徴的な波長を含み、
前記血流演算手段は前記経時変化測定手段で求めたヘモグロビンの成分量を光造影剤に換算し、当該換算量と血液中の光造影剤量との時間変化から血流を算出する、請求項１又は２記載の血流測定装置。
前記ヘモグロビンの吸収量の換算は、予め求めておいた光造影剤とヘモグロビンの吸光度の比率に基づいて行う、請求項３記載の血流測定装置。
前記血流演算手段は、前記経時変化測定手段で求めた特定成分の脈波成分比率に基づいて血流の動脈成分及び／又は静脈成分を算出する、請求項１乃至４のいずれかに記載の血流測定装置。