JP2002219130A - 血管組織測定用光プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】照射光を血管組織自体に直接照射して散乱光を
受光することで血管組織構造を測定する血管組織測定用
光プローブを提供する。 【解決手段】レーザー光28を血管Ｂｃの組織構造に照射
し、得られる散乱光29を用いて血管Ｂｃの組織構造を測
定する血管組織測定用光プローブ１であって、血管Ｂｃ
内に挿入するカテーテル11と、レーザー光28,29を導波
する光導波路13と、光導波路13を介して伝送されるレー
ザー光28,29を偏角させる光偏角手段14と、を備え、光
導波路13及び光偏角手段14をカテーテル11内部に設置
し、光偏角手段14で偏角させたレーザー光28を血管Ｂｃ
自体の組織に直接照射して血管Ｂｃ内部より血管の組織
構造を測定することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、血管内に挿入して
血管自体の組織血流、血液酸素化度合い、組織構造を光
計測技術を用いて測定する血管組織測定用光プローブに
関する。

【０００２】

【従来の技術】外部より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。

【０００３】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。しか
し、この測定方法は、生体外部より測定するか、あるい
は皮膚や開腹後の内蔵等の組織血流や酸素飽和度等を測
定するものであったので、血管自体の組織を内部より測
定するものではない。

【０００４】そこで、経皮カテーテル法と前述の光計測
技術とを用いて血管の内部より組織血流、血液酸素化度
合いを測定する方法が提案され、実施されている。すな
わち、この血管内測定方法は、例えば、特殊な針で血管
を穿刺した後、細長い管状のカテーテルを血管内に挿入
すると共にカテーテル内に光導波路（例えば、光ファイ
バー）を挿入する。そして、光ファイバーを介して照射
光を伝送し、血管内に照射して得られる散乱光を用いて
血管内の組織血流、血液酸素化度合いを測定するもので
あり、従来よりレーザー血流計測器等の光生体計測器と
して知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、血管系の検
査（測定）では、血流の状態の把握も重要であるが、血
管組織自体の状態の把握も重要である。例えば、動脈硬
化は動脈壁の肥厚、硬化等の変化が長年に渡って障害を
引き起こすものである。そして、この動脈硬化は、血流
の状態の測定だけでは確実に把握できず、血管組織自体
を直接測定する必要がある。

【０００６】しかしながら、従来の経皮カテーテル法を
用いた光生体計測器は、レーザー血流計等の光プローブ
が血液の流れの方向と平行なので、照射されるレーザー
光が、ほぼ血液の流れる方向へ進むことになり、照射後
の散乱光から血管内の血流は測定できても、照射光を血
管組織自体に直接照射して散乱光を受光することができ
なかった。

【０００７】このように、照射光を血管組織自体に直接
照射して散乱光を受光する技術の開発が求められてい
る。従って、本発明は、照射光を血管組織自体に直接照
射して散乱光を受光することで血管組織構造を測定する
血管組織測定用光プローブを提供することを課題とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の血管組織測定用光プローブは、以下の手段
を採用した。すなわち、本発明の血管組織測定用光プロ
ーブは、レーザー光を血管の組織構造に照射し、得られ
る散乱光を用いて前記血管の組織構造を測定する血管組
織測定用光プローブであって、前記血管内に挿入するカ
テーテルと、前記レーザー光を導波する光導波路と、前
記光導波路を介して伝送されるレーザー光を偏角させる
光偏角手段と、を備え、前記光導波路及び前記光偏角手
段を前記カテーテル内部に設置し、前記光偏角手段で偏
角させた前記レーザー光を前記血管自体の組織に直接照
射して前記血管内部より前記血管の組織構造を測定する
ことを特徴とする。なお、カテーテルは、測定個所まで
移動して膨張し前記血管の内壁を付勢するバルーンを有
するバルーン付きのカテーテルであってもよい。

【０００９】この構成によれば、まず、特殊な針で血管
を穿刺した後、細長い管状のバルーン付きカテーテルを
血管内に挿入しバルーンを測定個所まで移送する。そし
て、カテーテル先端のバルーンを生理食塩水を入れるこ
とで膨らませ測定個所の血管壁に密着させる。次に、バ
ルーン付きカテーテルのシャフト内に光導波路（例え
ば、光ファイバー）を偏角手段と共に入れる。しかる
後、レーザー血流計等からレーザー光を光ファイバーに
入射すると、この光ファイバーより導波されたレーザー
光が偏角手段で血管組織に照射され、照射により得られ
る散乱光が前記光ファイバーに伝えられ、レーザー血流
計等の本体内の光受光素子で受光される。この受光され
た光は、光電変換後に演算処理されて組織血流パラメー
タ等が求められることで、血管内組織構造が測定され
る。なお、バルーン内部の材質は透明で薄くできている
ことが好ましい。また、安定測定のために、光ファイバ
ーと偏角手段はカテーテルのバルーンの内側に接着剤等
で固定してもよい。

【００１０】また、本発明の血管組織測定用光プローブ
において、前記光導波路は、前記血管自体の組織に直接
照射する照射光と、前記血管自体の組織に照射して得ら
れる散乱光と、を透過する構成のものである。この場
合、１本の光ファイバーを用いて前記照射光と前記散乱
光とを透過させる構成のものも例示できる。また、前記
照射光を送光する送光用光ファイバーと前記散乱光を受
光する受光用光ファイバーとを別体にして複数の光ファ
イバーを平行に設置する構成のものも例示できる。

【００１１】更に、前記透過光偏角手段は、反射板、あ
るいはプリズムが例示できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態にかか
る血管組織測定用光プローブを図１〜図３に基づき説明
する。なお、血管組織測定用光プローブ１は、図１に示
すレーザー血流計装置（光計測手段２、演算手段３、及
び出力手段４）のプローブとして用いられ、血管自体の
組織血流を直接測定するものである。

【００１３】［血管組織測定用光プローブの構成］ま
ず、本発明の血管組織測定用光プローブの構成を説明す
る。すなわち、本発明の血管組織測定用光プローブ１
（以下、光プローブ１という）は、レーザー光を血管Ｂ
ｃの組織構造に照射し、得られる散乱光を用いて血管Ｂ
ｃの組織構造を測定するものである。そして、光プロー
ブ１の構造は、バルーン１２が先端部に付いたカテーテ
ルシャフト１１（バルーン付きカテーテル）と、カテー
テルシャフト１１内に挿入される光導波路１３及び偏角
手段１４とから成る。

【００１４】カテーテルシャフト１１は、合成樹脂（例
えば、ポリエチレン）製の細い管形状に形成されてい
る。バルーン１２は、ほぼ透明の薄膜で形成され、筒形
状を有し、カテーテルシャフト１１に対しカテーテルシ
ャフト１１の先端部を除き、ほぼ全体を覆うように取り
付けられている。また、バルーン１２は、先端部のみが
カテーテルシャフト１１と固着しており、後端部側より
生理食塩水を封入することでバルーン１２先端部を膨ら
ませて血管壁に光プローブ１自体を密着させる構成にな
っている。そして、バルーン付きカテーテル１１，１２
は血管Ｂｃ内に挿入され、測定個所まで移動することが
可能である。

【００１５】光導波路１３は、レーザー血流計装置の光
計測手段２より発振されるレーザー光を導波すると共に
血管自体の組織に照射して得られる散乱光を導波する誘
電体であり、この実施の形態では石英系の光ファイバー
として説明する。この光ファイバー１３の外径はカテー
テルシャフト１１の内径より小さく形成され、光ファイ
バー１３はカテーテルシャフト１１に挿脱可能になって
いる（図２参照）。なお、この実施の形態では、血管自
体の組織に直接照射する照射光と、照射して得られる散
乱光と、を導波する１本の光導波路（光ファイバー）を
用いるものとして説明するが、照射光を送光する送光用
光ファイバーと散乱光を受光する受光用光ファイバーと
を別体にして複数の光ファイバーを平行に設置する構成
のものも例示できる。

【００１６】光偏角手段１４は、図３に示すように、光
ファイバー１３を介して伝送されるレーザー光（照射
光）２８を偏角させて血管自体の組織に照射すると共
に、照射して得られる散乱光（受光）２９を偏角させて
光ファイバー１３に伝える機能を有する。この実施の形
態では、光偏角手段１４を反射板１４として説明する
が、光偏角手段１４をプリズムとして光を偏角する構成
のものも例示できる。また、反射板１４は光ファイバー
１３の先端において所定の傾斜角を有して接着剤等で固
定されている。そして、反射板１４はカテーテルシャフ
ト１１に挿脱可能なように、反射板１４の外形はカテー
テルシャフト１１の内径より小さく形成されている。

【００１７】［レーザー血流計装置の構成］次に、レー
ザー血流計装置の構成を説明する。このレーザー血流計
装置は前述のように、光計測手段２、演算手段３、及び
出力手段４から構成される。そして、光計測手段２は、
レーザー光を出力する出力部２１，２２と、散乱光を検
出する検出部２３，２４とから構成される。

【００１８】出力部２１，２２は、特定波長のレーザー
光を発振する発光素子２１と、この発光素子２１に電源
を供給する駆動回路２２とから構成される。発光素子２
１は、例えば、狭い波長域の近赤外光であるレーザー光
を発振するレーザダイオード（Laser Diode）である。
レーザダイオード２１には、駆動回路２２より駆動電流
が供給されている。なお、レーザー光に近赤外光を用い
る理由は、血管Ｂｃ中での光の透過性が良く、血管Ｂｃ
組織を通過した照射光２８または散乱光（受光）２９の
検出が容易だからである。

【００１９】そして、レーザダイオード２１は、光ファ
イバー１３に導光する。光ファイバー１３より出力され
た照射光２８は、反射板１４で偏角され血管組織内の酸
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
通過して散乱する。散乱した光の一部は受光２９となり
反射板１４で偏角されて光ファイバー１３に導光する。
光ファイバー１３より出力された受光２９は、検出部２
３，２４で検出される。

【００２０】検出部２３，２４は、受光２９を所定の電
気信号に変換する光検出器２３と、信号を増幅するプリ
アンプ２４と、から構成される。そして、プリアンプ２
４で増幅された信号は、フィルタ２５を介して演算回路
（例えば、中央処理装置：ＣＰＵ３１）３に出力され
る。フィルタ２５は、検出部２３，２４から送られてく
る信号から、必要な信号のみを抽出してＳ／Ｎ比を上げ
る。なお、Ｓ／Ｎ比は必要な信号Ｓと不要な信号（雑
音）Ｎとの比である。

【００２１】そして、ＣＰＵ３１は入力された受光２９
の信号から血管自体の組織血流を演算する。また、ＣＰ
Ｕ３１は、前記出力部の駆動回路２２と接続し、駆動回
路２２を介してレーザダイオード２１が発振するレーザ
ー光を制御する。更に、ＣＰＵ３１は出力手段４と接続
する。

【００２２】出力手段４は、ＣＰＵ３１の演算結果をＣ
ＲＴ画面（あるいは液晶画面）に表示する表示器４１
と、前記演算結果を記録するレコーダ４２、を備えてい
る。

【００２３】［血管組織測定用光プローブを用いた測定
処理］次に、本発明の血管組織測定用光プローブを用い
た組織血流の測定処理を説明する。まず、特殊な針で血
管Ｂｃを穿刺した後、細長い管状のバルーン付きカテー
テル１１，１２を血管Ｂｃ内に挿入しバルーン１２を測
定個所まで移送する。そして、カテーテルシャフト１１
先端のバルーン１２を生理食塩水を入れることで膨らま
せ測定個所の血管壁に密着させる。

【００２４】次に、バルーン付きカテーテルのシャフト
１１内に光ファイバー１３を反射板１４と共に挿入す
る。しかる後、レーザー血流計装置からレーザー光を光
ファイバー１３に入射する。すると、この光ファイバー
１３より導波されたレーザー光が、図３に示すように、
反射板１４で偏角され血管組織に向かって照射される。
そして、この照射光２８は血管組織により散乱する。こ
の散乱により得られる散乱光（受光）２９は、反射板１
４により偏角されて光ファイバー１３に伝えられる。

【００２５】そして、光ファイバー１３に伝えられた散
乱光２９は、レーザー血流計装置の本体内の検出部で受
光される。この受光された光は、光電変換後にＣＰＵ３
１で演算処理されて組織血流パラメータ等が求められる
ことで、血管内組織構造（血管自体の組織血流等）が測
定される。この血管内組織構造の測定値は、表示器４１
で表示される。また、測定値はレコーダ４２に記録した
り、図示しないプリンタに出力する。

【００２６】なお、前記実施の形態では、１種類のレー
ザー光（一個のレーザダイオード）を用いて血管自体の
組織血流を測定するレーザー血流計装置の場合を説明し
たが、血管自体の血液酸素化度合い（酸素飽和度）を測
定する場合は、少なくとも２種類以上のレーザー光を照
射して、各々の散乱受光強度の関係から求める。

【００２７】次に、別の実施の形態として、酸素飽和度
を測定する装置について説明する。なお、この酸素飽和
度を測定する装置と前述のレーザー血流計装置とは、主
に光計測手段及び演算手段の構成が異なる。そこで、以
下の説明では、酸素飽和度を測定する装置の光計測手段
及び演算手段の構成を述べ、他の構成の詳細説明は省略
する。

【００２８】酸素飽和度を測定する装置の光計測手段
は、複数個（例えば、４個）のレーザダイオードを有し
ており、それぞれのレーザダイオードから互いに波長の
近い近赤外線の測定光を所定の強度で血管組織に対し光
ファイバー及び反射板を介して照射する。そして、これ
ら４個のレーザダイオードは、例えばタイミング回路等
の指示により時分割で時間をずらして駆動回路から電源
が供給されることで、光ファイバーに導光する。一方、
光検出部は、血管組織に照射されて散乱した散乱光を前
記タイミング回路等の指示により時分割で検出する。

【００２９】複数種のレーザー光を用いる理由は、照射
光の強度（強度情報）が血管組織による吸収のみでな
く、体液を含めた組織自体による散乱と吸収によって減
衰（変化）するからである。なお、照射光の強度（強度
情報）が、血管組織による吸収のみでなく、体液を含め
た組織自体による散乱と吸収によって減衰（変化）する
ことに関してはブーゲ−ランバート−ベールの法則(Bou
guer-Lambert-Beer law)等により周知であるので説明を
省略する。

【００３０】酸素飽和度を測定する装置の演算手段は、
検出された受光の強度差から得られる血管組織中の光吸
収量に基づき血管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
合いを演算する。

【００３１】

【発明の効果】以上本発明によれば、照射されるレーザ
ー光が偏角して血管組織自体へ進み、血管組織による散
乱により得られた受光が偏角して光導波路へ進むことに
なり、照射光を血管組織自体に直接照射して散乱光を受
光することができる。従って、照射光を血管組織自体に
直接照射して散乱光を受光することで血管組織構造を測
定する血管組織測定用光プローブ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血管組織測定用光
プローブを用いたレーザー血流計装置の構成ブロック図
である。

【図２】血管組織測定用光プローブの先端部拡大図であ
る。

【図３】血管組織測定用光プローブの先端部拡大図であ
り、照射されるレーザー光が偏角して血管組織自体へ進
み、血管組織による散乱により得られた受光が偏角して
光導波路へ進む状態の説明図である。

【符号の説明】

１ 血管組織測定用光プローブ（光プロー
ブ） ２ 光計測手段 ３ 演算手段 ４ 入出力手段 １１ カテーテルシャフト １２ バルーン １３ 光導波路（光ファイバー） １４ 光偏角手段（反射板） Ｂｃ 血管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤田 芳宏 東京都大田区蒲田４−14−４ 新建ビルオ メガウェーブ株式会社内 (72)発明者 山下 專助 兵庫県西宮市北六甲台３−10−４株式会社 ネオファーム内 (72)発明者 須田 登 兵庫県西宮市北六甲台３−10−４株式会社 ネオファーム内 Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB12 BB13 BB14 CC16 EE02 EE11 GG01 GG03 HH01 JJ12 JJ13 JJ17 KK01 MM01 MM10 PP04 4C038 KK01 KL05 KL07 KY03 KY04 KY06 4C167 AA09 BB29 BB47 BB61 BB62 CC08 EE11 GG02 GG26 HH30

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光を血管の組織構造に照射し、
   得られる散乱光を用いて前記血管の組織構造を測定する
   血管組織測定用光プローブであって、 前記血管内に挿入するカテーテルと、 前記レーザー光を導波する光導波路と、 前記光導波路を介して伝送されるレーザー光を偏角させ
   る光偏角手段と、を備え、 前記光導波路及び前記光偏角手段を前記カテーテル内部
   に設置し、 前記光偏角手段で偏角させた前記レーザー光を前記血管
   自体の組織に直接照射して前記血管内部より前記血管の
   組織構造を測定することを特徴とする血管組織測定用光
   プローブ。
2. 【請求項２】 前記光導波路は、前記血管自体の組織に
   直接照射する照射光と、前記血管自体の組織に照射して
   得られる散乱光と、を導波する請求項１記載の血管組織
   測定用光プローブ。
3. 【請求項３】 前記光偏角手段は、反射板あるいはプリ
   ズムである請求項１または２に記載の血管組織測定用光
   プローブ。
4. 【請求項４】 前記カテーテルは、前記カテーテルと共
   に測定個所まで移動し膨張して前記血管の内壁を付勢す
   るバルーンをその先端に有する請求項１〜３のいずれか
   に記載の血管組織測定用光プローブ。