JP2798450B2 - 生体計測装置 - Google Patents
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- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学的手法により生体内の酸素量に対する
情報を得る生体計測装置に関するものである。
情報を得る生体計測装置に関するものである。
生体は酸素とグルコースとを消費してエネルギー源で
あるアデノシン三りん酸（ATP）を生成して生きてい
る。このため、酸素やグルコースが体内でどのように分
布しているかを、非侵襲的に知ることは、生体の代謝状
態を診断する上で極めて重要である。そこで最近、得に
体内の酸素量を光学的に計測する試みがなされ、一部実
用化されている。上記試みは、酸素を体内の隅々まで運
ぶ担い手である赤血球中のヘモグロビンや、細胞内のミ
トコンドリア中でATPを生成する過程で重要な役割を果
たすチトクロームや、筋肉中に酸素を貯える役目をする
ミオグロビンなどの光学特性が、酸素を取り込んだ状態
と脱酸素状態とで異なることを利用したもので、特に光
吸収スペクトルの変化から計測する試みが最も多い。計
測の原理は特開昭57−115232に詳しく開示されているよ
うに、生体内に光を透過させ、対象とする酸素量指標物
質による吸収係数を求め、この値から上記指標物質に酸
素が取り込まれている割合、すなわち酸素飽和度を求め
る。酸素飽和度と酸素濃度との間には一定の関係がある
ことが知られているので、酸素濃度が求められ、酸素分
圧が計測できることになる。従来はほとんどが上記原理
によって酸素分圧を求めており、さらに最近では上記酸
素分圧の分布をイメージングする試みがなされている。
（例えば、プロシーディング・ナショナル・アカデミッ
ク・サイエンス・ユーエスエー（Rroc,Natl,Acad Sci,U
SA）85巻、4971−4975頁、1988年７月）。
あるアデノシン三りん酸（ATP）を生成して生きてい
る。このため、酸素やグルコースが体内でどのように分
布しているかを、非侵襲的に知ることは、生体の代謝状
態を診断する上で極めて重要である。そこで最近、得に
体内の酸素量を光学的に計測する試みがなされ、一部実
用化されている。上記試みは、酸素を体内の隅々まで運
ぶ担い手である赤血球中のヘモグロビンや、細胞内のミ
トコンドリア中でATPを生成する過程で重要な役割を果
たすチトクロームや、筋肉中に酸素を貯える役目をする
ミオグロビンなどの光学特性が、酸素を取り込んだ状態
と脱酸素状態とで異なることを利用したもので、特に光
吸収スペクトルの変化から計測する試みが最も多い。計
測の原理は特開昭57−115232に詳しく開示されているよ
うに、生体内に光を透過させ、対象とする酸素量指標物
質による吸収係数を求め、この値から上記指標物質に酸
素が取り込まれている割合、すなわち酸素飽和度を求め
る。酸素飽和度と酸素濃度との間には一定の関係がある
ことが知られているので、酸素濃度が求められ、酸素分
圧が計測できることになる。従来はほとんどが上記原理
によって酸素分圧を求めており、さらに最近では上記酸
素分圧の分布をイメージングする試みがなされている。
（例えば、プロシーディング・ナショナル・アカデミッ
ク・サイエンス・ユーエスエー（Rroc,Natl,Acad Sci,U
SA）85巻、4971−4975頁、1988年７月）。
しかし、上記酸素飽和度と酸素濃度との間の関係（こ
れを酸素の解離曲線と呼ぶ）は、実際には対象部位の酸
性度pHや温度Ｔによつて変化する。したがって、光の吸
収係数の値は、すなわち酸素飽和度だけのデータから酸
素分圧を正確に決定することはできず、正常および異常
の診断に支障を来す場合も考えられる。
れを酸素の解離曲線と呼ぶ）は、実際には対象部位の酸
性度pHや温度Ｔによつて変化する。したがって、光の吸
収係数の値は、すなわち酸素飽和度だけのデータから酸
素分圧を正確に決定することはできず、正常および異常
の診断に支障を来す場合も考えられる。
上記のように従来技術は、被検者の対象部位の酸性度
（pH値）、温度による解離曲線の変動については考慮し
ておらず、正確な酸素分圧を計測もしくはイメージング
できないという問題があった。
（pH値）、温度による解離曲線の変動については考慮し
ておらず、正確な酸素分圧を計測もしくはイメージング
できないという問題があった。
本発明の目的は、医学的にみて極めて重要な体内の酸
素分圧を正確に計測・イメージングできる生体計測装置
を得ることにある。
素分圧を正確に計測・イメージングできる生体計測装置
を得ることにある。
上記目的は、生体内に酸素量を光学的に計測する生体
計測装置に、核磁気共鳴特性の計測手段を具備させるこ
とによって達成される。すなわち、核磁気共鳴特性を画
像化する手段を具備し、上記核磁気共鳴特性から得られ
る温度、酸性度に関する情報と、光吸収スペクトルの変
化から酸素の有無を知る光学的手段で得られる酸素量に
関する情報とを、相互に演算して生体内の酸素分圧の分
布を画像化する。
計測装置に、核磁気共鳴特性の計測手段を具備させるこ
とによって達成される。すなわち、核磁気共鳴特性を画
像化する手段を具備し、上記核磁気共鳴特性から得られ
る温度、酸性度に関する情報と、光吸収スペクトルの変
化から酸素の有無を知る光学的手段で得られる酸素量に
関する情報とを、相互に演算して生体内の酸素分圧の分
布を画像化する。
まず、ヘモグロビンの光吸収スペクトルから酸素分圧
を計測する場合を考える。上記ヘモグロビンの光吸収ス
ペクトルは、第２図に示すように、酸素化した場合の曲
線31と脱酸素化した場合の曲線32とでは異なる。この差
を特定の波長の光を用いて抽出できれば、ヘモグロビン
の酸化度を求めることができる。生体は著しい光の散乱
体であるため、上記差を抽出することは極めて困難であ
るが、例えば第２図中で、酸素化、脱酸素化で吸収係数
が変わらない波長（これを等吸収点という）を参照波長
とし、２つの波長で計測することにより散乱の影響を除
くことができる。このようにして求めたヘモグロビンの
酸化率から、第３図に示すような酸素解離曲線を用いて
酸素濃度、したがって酸素分圧を求める。
を計測する場合を考える。上記ヘモグロビンの光吸収ス
ペクトルは、第２図に示すように、酸素化した場合の曲
線31と脱酸素化した場合の曲線32とでは異なる。この差
を特定の波長の光を用いて抽出できれば、ヘモグロビン
の酸化度を求めることができる。生体は著しい光の散乱
体であるため、上記差を抽出することは極めて困難であ
るが、例えば第２図中で、酸素化、脱酸素化で吸収係数
が変わらない波長（これを等吸収点という）を参照波長
とし、２つの波長で計測することにより散乱の影響を除
くことができる。このようにして求めたヘモグロビンの
酸化率から、第３図に示すような酸素解離曲線を用いて
酸素濃度、したがって酸素分圧を求める。
しかし、上記解離曲線は対象部位の酸性度pHや温度に
よって変動する。例えば、第３図はpHが変動したときの
例を示し、解離曲線41はpH＝7.4、曲線42はpH＝7.6、曲
線43はpH＝7.2の場合である。したがって、実際にはpH
と温度とが判っていないと、酸素分圧は決定できない。
よって変動する。例えば、第３図はpHが変動したときの
例を示し、解離曲線41はpH＝7.4、曲線42はpH＝7.6、曲
線43はpH＝7.2の場合である。したがって、実際にはpH
と温度とが判っていないと、酸素分圧は決定できない。
そこで、上記の光学的計測手法以外に、核磁気共鳴特
性を計測する手段を具備させると、pHについては、無機
りん酸中の31Pのケミカルシフトの計測から求めること
ができる。これは、pHと無機りん酸中の31Pのケミカル
シフトの間に、第４図に示す曲線51のような関係がある
ためである。第４図においてケミカルシフト量はクレア
チンりん酸のピークを基準としている。
性を計測する手段を具備させると、pHについては、無機
りん酸中の31Pのケミカルシフトの計測から求めること
ができる。これは、pHと無機りん酸中の31Pのケミカル
シフトの間に、第４図に示す曲線51のような関係がある
ためである。第４図においてケミカルシフト量はクレア
チンりん酸のピークを基準としている。
また、温度については1Hの共鳴の縦緩和時間T1を計測
することにより求められる。これは、生体各部位のT1が
温度の関数であることによる。上記のように核磁気共鳴
特性を計測する手段を具備することにより、高吸収の情
報を得ると同時に非侵襲的に同一部位のpHと温度が計測
でき、これから解離曲線が一義的に決まり、したがっ
て、対象部位の酸素分圧を正確に求めることができる。
31Pのケミカルシフト、1Hの縦緩和時間ともに断層イメ
ージングが可能なため、光吸収情報のイメージングを行
う場合は、これらのイメージを重ね合わせ各部位で補正
することにより、正確な酸素分圧分布を表示することが
できる。
することにより求められる。これは、生体各部位のT1が
温度の関数であることによる。上記のように核磁気共鳴
特性を計測する手段を具備することにより、高吸収の情
報を得ると同時に非侵襲的に同一部位のpHと温度が計測
でき、これから解離曲線が一義的に決まり、したがっ
て、対象部位の酸素分圧を正確に求めることができる。
31Pのケミカルシフト、1Hの縦緩和時間ともに断層イメ
ージングが可能なため、光吸収情報のイメージングを行
う場合は、これらのイメージを重ね合わせ各部位で補正
することにより、正確な酸素分圧分布を表示することが
できる。
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。第１
図は本発明による生体計測装置の一実施例を示す図であ
る。まず、光学的手法によりヘモグロビンの酸素飽和度
を計測し、イメージングする方法について説明する。光
源としては、生体による著しい散乱光の影響を除くため
に、パルス光源11を用いる。波長は酸素化ヘモグロビン
と脱酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが顕著に異な
る点を選ぶ。吸収以外の情報を除くために、通常、酸素
化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの吸収係数が
等しい波長のデータを参照にする。また、吸収係数を得
るために光路を同定する目的で、検出器側13では時間ゲ
ートをかけて出力光を計測する。生体内での光の散乱に
よる減衰は極めて大きく、例えば成人頭部ではおよそ百
億分の一に減衰する。このため、高感度の検出器を必要
とすると同時に、効率よく体内に光を入射させ、かつ、
効率よく透過光を取り出さねばならない。そこで、本実
施例では光ファイバ束17,18を頭部に密着した帽子状の
光学カプラー19に取りつけ、光の入射、信号取り出しを
効率よく行う。入力用ファイバ17、出力用ファイバ18と
も頭部周囲に複数本配置する。上記入力用ファイバの１
本にパルスレーザ光を送り込み、12でタイミングを制御
し、出力光を周囲に配置した出力用ファイバ全体のマル
チチャネル高速光検出器13で受信する。このとき、マル
チチャネル高速光検出器13では時間応答を計測し、必要
に応じて時間ゲートをかけて信号を取り込む。この動作
を入力用ファイバ17すべてにつき行うと、頭部内全域の
光吸収情報を得ることができ、データ収集部14、演算部
15を通して、吸収値の断層像として表示装置16に出力す
ることができる。
図は本発明による生体計測装置の一実施例を示す図であ
る。まず、光学的手法によりヘモグロビンの酸素飽和度
を計測し、イメージングする方法について説明する。光
源としては、生体による著しい散乱光の影響を除くため
に、パルス光源11を用いる。波長は酸素化ヘモグロビン
と脱酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルが顕著に異な
る点を選ぶ。吸収以外の情報を除くために、通常、酸素
化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの吸収係数が
等しい波長のデータを参照にする。また、吸収係数を得
るために光路を同定する目的で、検出器側13では時間ゲ
ートをかけて出力光を計測する。生体内での光の散乱に
よる減衰は極めて大きく、例えば成人頭部ではおよそ百
億分の一に減衰する。このため、高感度の検出器を必要
とすると同時に、効率よく体内に光を入射させ、かつ、
効率よく透過光を取り出さねばならない。そこで、本実
施例では光ファイバ束17,18を頭部に密着した帽子状の
光学カプラー19に取りつけ、光の入射、信号取り出しを
効率よく行う。入力用ファイバ17、出力用ファイバ18と
も頭部周囲に複数本配置する。上記入力用ファイバの１
本にパルスレーザ光を送り込み、12でタイミングを制御
し、出力光を周囲に配置した出力用ファイバ全体のマル
チチャネル高速光検出器13で受信する。このとき、マル
チチャネル高速光検出器13では時間応答を計測し、必要
に応じて時間ゲートをかけて信号を取り込む。この動作
を入力用ファイバ17すべてにつき行うと、頭部内全域の
光吸収情報を得ることができ、データ収集部14、演算部
15を通して、吸収値の断層像として表示装置16に出力す
ることができる。
上記のような光学的手法による計測から、ヘモグロビ
ンの酸素飽和度の分布を求めることができるが、酸素飽
和度の酸素分圧との関係を示す解離曲線がpHや温度によ
って動くため、臨床的に意味がある酸素分圧を正確に求
めることができない。そこで、光学的計測手段に核磁気
共鳴計測手段を第１図に示すように加える。図において
20は、被検体に静磁場を加えるためのコイル、21は画像
化に必要な傾斜磁場をかけるためのコイル、22は高周波
磁場パルスを印加し、かつ信号を取り出すためのプロー
ブである。核磁気共鳴から得られる情報として、まずプ
ロトン1Hの共鳴の緩和現象に着目する。上記緩和現象と
は、静磁場中におかれ熱平衡状態で一方向に磁場がそろ
っている状態において、共鳴周波数（ラーマー周波数）
ω０をもつ高周波磁場を印加すると、このエネルギーを
吸収しながら磁化は高周波磁場の方向に向いて行く。そ
の後、高周波磁場を切ると、エネルギーを放出しながら
磁化は元の静磁場のみ印加した状態に戻っていく。例え
ば、熱平衡状態でＺ軸方向に磁化が向いているときに、
磁化の向きを180゜回転させる周波数ω０の高周波磁場
を印加すると、磁化は−Ｚ方向を向き、その後時間とと
もにＺ方向の負成分は減少し、ついには熱平衡状態に戻
る。このとき磁化のＺ方向の成分の時間変化は、 で表される。ここで、時定数T1は縦緩和時間と呼ばれる
もので、 と表すことができる。（２）式において、 （h:プランク定数）、γはプロトン1Hの核磁気回転比、
ωはラーマー周波数、τＣ＝τC 0exp（Ea/kT）で、Eaは
分子運動の励起エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは
絶対温度。
ンの酸素飽和度の分布を求めることができるが、酸素飽
和度の酸素分圧との関係を示す解離曲線がpHや温度によ
って動くため、臨床的に意味がある酸素分圧を正確に求
めることができない。そこで、光学的計測手段に核磁気
共鳴計測手段を第１図に示すように加える。図において
20は、被検体に静磁場を加えるためのコイル、21は画像
化に必要な傾斜磁場をかけるためのコイル、22は高周波
磁場パルスを印加し、かつ信号を取り出すためのプロー
ブである。核磁気共鳴から得られる情報として、まずプ
ロトン1Hの共鳴の緩和現象に着目する。上記緩和現象と
は、静磁場中におかれ熱平衡状態で一方向に磁場がそろ
っている状態において、共鳴周波数（ラーマー周波数）
ω０をもつ高周波磁場を印加すると、このエネルギーを
吸収しながら磁化は高周波磁場の方向に向いて行く。そ
の後、高周波磁場を切ると、エネルギーを放出しながら
磁化は元の静磁場のみ印加した状態に戻っていく。例え
ば、熱平衡状態でＺ軸方向に磁化が向いているときに、
磁化の向きを180゜回転させる周波数ω０の高周波磁場
を印加すると、磁化は−Ｚ方向を向き、その後時間とと
もにＺ方向の負成分は減少し、ついには熱平衡状態に戻
る。このとき磁化のＺ方向の成分の時間変化は、 で表される。ここで、時定数T1は縦緩和時間と呼ばれる
もので、 と表すことができる。（２）式において、 （h:プランク定数）、γはプロトン1Hの核磁気回転比、
ωはラーマー周波数、τＣ＝τC 0exp（Ea/kT）で、Eaは
分子運動の励起エネルギー、ｋはボルツマン定数、Ｔは
絶対温度。
縦緩和時間T1は上記のようにτＣを通して温度の関数
になっているので、T1を計測することにより温度を見積
もることができる。静磁場強度が例えば0.15テスラのと
きの代表的な緩和時間は、脳の白質で300ms、灰白質で4
75msである。
になっているので、T1を計測することにより温度を見積
もることができる。静磁場強度が例えば0.15テスラのと
きの代表的な緩和時間は、脳の白質で300ms、灰白質で4
75msである。
このようなプロトンの核磁気共鳴の基本的なパラメー
タの１つであるT1は、プロトンの密度、横緩和時間T2と
ともに、画像化できることはすでに知られている。画像
化のための印加高周波磁場パルスシーケンスおよびその
パラメータを、シーケンス制御部23により変えて、高周
波受信器24、データ収集部14によりデータをとり連立方
程式を解くことによって、T1計算値像を得ることができ
る。ここで例えば、頭の中のT1の標準的な分布は判って
いるので、温度が異常に高いまたかは低い部分がある
と、T1計算値像に変化が生じ、標準値からのずれから温
度を推定することができる。これにより、局所的に温度
異常がある場合においても、光の吸収値像と相互に演
算、補正することにより、解離曲線から酸素分圧分布を
正確に求めることができる。
タの１つであるT1は、プロトンの密度、横緩和時間T2と
ともに、画像化できることはすでに知られている。画像
化のための印加高周波磁場パルスシーケンスおよびその
パラメータを、シーケンス制御部23により変えて、高周
波受信器24、データ収集部14によりデータをとり連立方
程式を解くことによって、T1計算値像を得ることができ
る。ここで例えば、頭の中のT1の標準的な分布は判って
いるので、温度が異常に高いまたかは低い部分がある
と、T1計算値像に変化が生じ、標準値からのずれから温
度を推定することができる。これにより、局所的に温度
異常がある場合においても、光の吸収値像と相互に演
算、補正することにより、解離曲線から酸素分圧分布を
正確に求めることができる。
上記は生体内の酸性度pHが一定である場合の実施例で
あるが、実際には上記pHの値も変動する可能性がある。
この影響についても、本実施例の構成を示す第１図のシ
ステムで補正することができる。この点につきつぎに説
明する。
あるが、実際には上記pHの値も変動する可能性がある。
この影響についても、本実施例の構成を示す第１図のシ
ステムで補正することができる。この点につきつぎに説
明する。
核磁気共鳴の他の重要な情報としてスペクトロスコピ
ーがある。これは生体内核種の共鳴周波数がその環境に
よって僅かにシフトする現象に基づいており、このシフ
トを化学シフトと呼ぶ。特に31Pのケミカルシフトは、
生体の代謝機能に深く係っており、また、比較的計測が
容易であることから、その挙動は詳しく調べられてい
る。例えば、無機りん酸中の31Pの共鳴周波数がpHによ
って変化することが知られている。
ーがある。これは生体内核種の共鳴周波数がその環境に
よって僅かにシフトする現象に基づいており、このシフ
トを化学シフトと呼ぶ。特に31Pのケミカルシフトは、
生体の代謝機能に深く係っており、また、比較的計測が
容易であることから、その挙動は詳しく調べられてい
る。例えば、無機りん酸中の31Pの共鳴周波数がpHによ
って変化することが知られている。
ケミカルシフトは、基本的には90゜パルス（磁化の方
向を90゜変える高周波磁場パルス）を、高周波送信器25
によりプローブ22に印加した後、上記プローブ22に現わ
れる信号FID（Free Induction Decay）のスペクトル解
析により求めることができる。対象部位を限定する局所
スペクトロスコピーは、傾斜磁場と周波数成分を限定し
た選択性パルスを組み合わせた選択励起技術（スライシ
ング技術）やサーフェスコイル技術などにより場所を限
定し、FIDを測定することにより可能になる。画像化の
ための技術も開発されており、例えば、スライシング技
術により断層面を選定（例えばＺ方向）し、傾斜磁場電
源26と傾斜磁場コイル21によりX,Y方向の時間磁場勾
配、空間磁場勾配を等間隔に変化させて複数回FID信号
を測定し、得られた３次元データをフーリエ変換するこ
とによりスペクトロスコピックイメージングが可能にな
る。したがって、31Pのケミカルシフトをイメージング
することにより、pHの分布を得ることができる。これに
より、局所的にpHの異常がある場合においても、光の吸
収値と相互に演算、補正することにより、解離曲線から
酸素分圧分布を正確に求めることができる。
向を90゜変える高周波磁場パルス）を、高周波送信器25
によりプローブ22に印加した後、上記プローブ22に現わ
れる信号FID（Free Induction Decay）のスペクトル解
析により求めることができる。対象部位を限定する局所
スペクトロスコピーは、傾斜磁場と周波数成分を限定し
た選択性パルスを組み合わせた選択励起技術（スライシ
ング技術）やサーフェスコイル技術などにより場所を限
定し、FIDを測定することにより可能になる。画像化の
ための技術も開発されており、例えば、スライシング技
術により断層面を選定（例えばＺ方向）し、傾斜磁場電
源26と傾斜磁場コイル21によりX,Y方向の時間磁場勾
配、空間磁場勾配を等間隔に変化させて複数回FID信号
を測定し、得られた３次元データをフーリエ変換するこ
とによりスペクトロスコピックイメージングが可能にな
る。したがって、31Pのケミカルシフトをイメージング
することにより、pHの分布を得ることができる。これに
より、局所的にpHの異常がある場合においても、光の吸
収値と相互に演算、補正することにより、解離曲線から
酸素分圧分布を正確に求めることができる。
本実施例では、赤血球もしくはヘモグロビンによる光
の吸収情報から、酸素分布を計測する例を示したが、散
乱光の中にもヘモグロビンの酸化率に関する情報が含ま
れていることが知られている。散乱光に関する情報は、
第１図に示すマルチチャネル高速光検出器で計測され
る、信号の時間応答を解析することにより得ることがで
きる。このようにして得られる散乱像から酸素分圧を計
測する場合でも、第１図のシステムで温度、pHの影響の
補正を行い、正確に酸素分圧を求めることが可能であ
る。
の吸収情報から、酸素分布を計測する例を示したが、散
乱光の中にもヘモグロビンの酸化率に関する情報が含ま
れていることが知られている。散乱光に関する情報は、
第１図に示すマルチチャネル高速光検出器で計測され
る、信号の時間応答を解析することにより得ることがで
きる。このようにして得られる散乱像から酸素分圧を計
測する場合でも、第１図のシステムで温度、pHの影響の
補正を行い、正確に酸素分圧を求めることが可能であ
る。
また、本実施例では、ヘモグロビンの光学的性質を通
して生体内の酸素量を計測しているが、筋肉中のミオグ
ロビン、細胞組織中チトクロームの光学的性質から酸素
量を計測する場合でも、これらの酸素解離曲線がやはり
温度やpHにより影響を受けるため同様である。
して生体内の酸素量を計測しているが、筋肉中のミオグ
ロビン、細胞組織中チトクロームの光学的性質から酸素
量を計測する場合でも、これらの酸素解離曲線がやはり
温度やpHにより影響を受けるため同様である。
上記のように本実施例では、同一断層面で光学的特性
や核磁気共鳴特性を計測し、相互に演算することによ
り、正確な酸素分圧分布をイメージングすることができ
る。また、本システムでは、必要に応じて、酸素分圧、
酸性度、温度のうち少なくとも２つ以上の分布を、同一
画面上に表示することができる。
や核磁気共鳴特性を計測し、相互に演算することによ
り、正確な酸素分圧分布をイメージングすることができ
る。また、本システムでは、必要に応じて、酸素分圧、
酸性度、温度のうち少なくとも２つ以上の分布を、同一
画面上に表示することができる。
第１図において、光ファイバ17,18、光学カプラ19
は、電源27、コイル20より発生する静磁場の均一性を極
力乱さず、また、逆に強磁場による光学特性の変化が極
力小さい材質で構成されている。また、必要に応じて、
強磁場による光ファイバ、光学カプラの光学的性質の変
化（磁気光学効果）については、その影響を補正、較正
する手段を付加することにより、計測の精度を保つこと
ができる。
は、電源27、コイル20より発生する静磁場の均一性を極
力乱さず、また、逆に強磁場による光学特性の変化が極
力小さい材質で構成されている。また、必要に応じて、
強磁場による光ファイバ、光学カプラの光学的性質の変
化（磁気光学効果）については、その影響を補正、較正
する手段を付加することにより、計測の精度を保つこと
ができる。
上記のように本発明による生体計測装置は、生体の光
学的特性から体内の酸素分布状態を画像化する生体計測
装置において、生体の核磁気共鳴特性を画像化する手段
を具備し、上記核磁気共鳴特性から得られる温度、酸性
度に関する情報と、光吸収スペクトルの変化から酸素の
有無を知る光学的手段で得られる酸素量に関する情報と
を相互に演算し、生体内の酸素分圧の分布を画像化する
ことにより、ヘモグロビンのや酸素解離曲線が温度や酸
性度pHによって変動し、光学的手法だけで酸素分圧を計
測し画像化することができないという従来の問題点を解
決したもので、医学的にみて極めて効果が大きく、酸素
分圧分布を非侵襲的に正確にイメージングできるため、
例えば脳内の酸素分圧低下による脳疾患を早期に検出
し、脳の機能低下や老化などの診断ができる。また、本
発明による生体計測装置は無侵襲であるため、上記疾患
の治療として、投薬の効果を継続的にみることができる
という、これまでの診断機器では不可能であった診断が
でき、高齢化社会に向けて大きな効果を有している。
学的特性から体内の酸素分布状態を画像化する生体計測
装置において、生体の核磁気共鳴特性を画像化する手段
を具備し、上記核磁気共鳴特性から得られる温度、酸性
度に関する情報と、光吸収スペクトルの変化から酸素の
有無を知る光学的手段で得られる酸素量に関する情報と
を相互に演算し、生体内の酸素分圧の分布を画像化する
ことにより、ヘモグロビンのや酸素解離曲線が温度や酸
性度pHによって変動し、光学的手法だけで酸素分圧を計
測し画像化することができないという従来の問題点を解
決したもので、医学的にみて極めて効果が大きく、酸素
分圧分布を非侵襲的に正確にイメージングできるため、
例えば脳内の酸素分圧低下による脳疾患を早期に検出
し、脳の機能低下や老化などの診断ができる。また、本
発明による生体計測装置は無侵襲であるため、上記疾患
の治療として、投薬の効果を継続的にみることができる
という、これまでの診断機器では不可能であった診断が
でき、高齢化社会に向けて大きな効果を有している。
第１図は本発明による生体計測装置の一実施例を示す
図、第２図は酸化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビン
の光吸収スペクトルを示す図、第３図はヘモグロビンの
酸素解離曲線を示す図、第４図は無機りん酸中における
31Pのケミカルシフトと酸性度pHとの関係を示す図であ
る。 11……パルス光源走査部 13……マルチチャネル高速高感度光検出器 15……光学データ磁気共鳴データの演算部 16……酸素分圧分布表示部 20……静磁場印加コイル 21……３軸方向傾斜磁場印加コイル 22……高周波磁場パルス印加および信号検出用コイル
図、第２図は酸化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビン
の光吸収スペクトルを示す図、第３図はヘモグロビンの
酸素解離曲線を示す図、第４図は無機りん酸中における
31Pのケミカルシフトと酸性度pHとの関係を示す図であ
る。 11……パルス光源走査部 13……マルチチャネル高速高感度光検出器 15……光学データ磁気共鳴データの演算部 16……酸素分圧分布表示部 20……静磁場印加コイル 21……３軸方向傾斜磁場印加コイル 22……高周波磁場パルス印加および信号検出用コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 一男 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 伊藤 嘉敏 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 三井 泰裕 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 永井 啓一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平２−290534（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−275329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−206655（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−195840（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−222030（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−85633（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−115232（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61B 5/00
Claims (8)
- 【請求項１】生体の光学的特性から、体内の酸素分布状
態を画像化する生体計測装置において、生体の核磁気共
鳴特性を画像化する手段を具備し、上記核磁気共鳴特性
から得られる温度、酸性度に関する情報と、光吸収スペ
クトルの変化から酸素の有無を知る光学的手段で得られ
る酸素量に関する情報とを相互に演算し、生体内の酸素
分圧の分布を画像化することを特徴とする生体計測装
置。 - 【請求項２】上記光学的手段は、赤血球もしくはヘモグ
ロビンの光学的性質に基づく、吸収または散乱の少なく
とも一方であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載した生体計測装置。 - 【請求項３】上記光学的手段は、チトクロームまたはミ
オグロビンの光学的性質に基づくものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載した生体計測装置。 - 【請求項４】上記核磁気共鳴特性は、生体内核種の核磁
気共鳴の緩和時間または核磁気共鳴周波数のケミカルシ
フトの、少なくとも一方であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載した生体計測装置。 - 【請求項５】上記生体内核種は、1H,31Pであることを特
徴とする特許請求の範囲第４項に記載した生体計測装
置。 - 【請求項６】上記光学的特性および核磁気共鳴特性は、
それらの分布を生体内の同一断層面で計測し、相互に演
算することにより、酸素分圧分布の断層像を得ることを
特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
かに記載した生体計測装置。 - 【請求項７】上記酸素分圧は、核磁気共鳴特性として得
られる温度、酸性度とともに、これらのうち少なくとも
２つ以上の分布の断層像を、同一画面に表示することを
特徴とする特許請求の範囲第６項に記載した生体計測装
置。 - 【請求項８】上記光学的手段は、その計測手段が核磁気
共鳴特性を計測する各種磁場を実質的に乱さず、また、
磁場の影響を実質的に受けないか、もしくは磁場の影響
を補正して用いるものであることを特徴とする特許請求
の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載した生体計
測装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1317781A JP2798450B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 生体計測装置 |
| US07/622,607 US5190039A (en) | 1989-12-08 | 1990-12-05 | Apparatus and method for monitoring body organs |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1317781A JP2798450B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 生体計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03178634A JPH03178634A (ja) | 1991-08-02 |
| JP2798450B2 true JP2798450B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=18091979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1317781A Expired - Fee Related JP2798450B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | 生体計測装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5353799A (en) * | 1991-01-22 | 1994-10-11 | Non Invasive Technology, Inc. | Examination of subjects using photon migration with high directionality techniques |
| JP3112025B2 (ja) * | 1990-10-26 | 2000-11-27 | 株式会社日立製作所 | 生体計測装置 |
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1989
- 1989-12-08 JP JP1317781A patent/JP2798450B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-12-05 US US07/622,607 patent/US5190039A/en not_active Expired - Fee Related
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