JP2003502632A - 全ヘモグロビン濃度測定 - Google Patents

全ヘモグロビン濃度測定

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Abstract

(57)【要約】 組織のヘモグロビンの酸化状態を測定する形式の分光測光器械を操作するための方法。この方法は、ヘモグロビン吸収波長の第二微分吸光度値と組織のヘモグロビン濃度との間の関係をヘモグロビン酸化状態の関数として特徴づける記憶ヘモグロビン濃度関係データの使用を含む。分析されている組織の第二微分吸光度値を表すデータが受信される。組織のヘモグロビン酸化状態が第二微分吸光度値の関数として決定される。それから、組織のヘモグロビン濃度がヘモグロビン濃度関係データ、第二微分吸光度値及びヘモグロビン酸化状態の関数として決定される。ヘモグロビン酸化状態の精度をヘモグロビン濃度値の関数として決定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
一定の機能状態（例えば酸化ヘモグロビン又は StO2 の百分率、及び酸化チト
クロム aa3 の百分率）を有する組織（ティシュー）発色団の量を測定するため
の分光測光器械及び方法が一般に知られており且つ例えば、Anderson等の米国特
許第 5,879,294号に開示されている。この米国特許はそっくりそのまま参照によ
りここに組み込まれる。Anderson等の特許は特に、一定の率で決められた第二微
分スペクトル値を使用する測定アルゴリズムを開示している。
【０００２】 Kuestnerの米国特許第 5,377,674号は、組織のヘモグロビンのような発色団の
全濃度を測定するための分光測光器械と方法を開示している。その測定アルゴリ
ズムは、ヘモグロビン吸収が起こる波長（被検成分波長) で測定された第二微分
吸光度と、ヘモグロビンの吸収が起こらない波長領域（基準波長)(例えば、１７
４０ｎｍの吸光度の第二微分／１３４６ｎｍの吸光度の第二微分）で測定された
第二微分吸光度の単一項比率を使用する。
【０００３】 しかしながら、組織のヘモグロビンのような発色団の全濃度を測定するための
改良された器械と方法の要求が連続して残っている。
【０００４】
【発明の概要】
組織のヘモグロビンのような発色団の全濃度を測定するための方法。その方法
は、発色団吸収波長における第二の微分吸光度値と組織の発色団の濃度との間の
関係を特徴づける記憶関係データを供給することを含む。分析されている組織か
ら測定された第二微分吸光度値を表すデータが受信される。それから、発色団濃
度を表すデータを、第二微分吸光度値と記憶関係データの関数として発生させる
ことができる。本発明の一実施例では、測定された発色団濃度を用いて、発色団
の機能状態（例えばヘモグロビンの酸化状態）の測定の精度を評価することがで
きる。
【０００５】
【発明の詳細な記載】
本発明は、組織のヘモグロビンのような発色団の容積百分率を測定するために
第二の微分吸光度値の単一項比と、単一項比で示されていない第二微分値（ヘモ
グロビン濃度に直接関係づける値）の両方の組み合わせを使用する器械と方法で
ある。この方法により使用される波長は、全てヘモグロビン吸収が起こる領域内
にある。ヘモグロビン吸収が起こらない領域で発生する「基準波長」のための必
要条件はない。本発明の利点は、６８０ｎｍから８００ｎｍまでのスペクトル領
域を使用してヘモグロビン濃度を測定できることである。この波長領域では、ヘ
モグロビンの酸化状態（％StO2)（すなわち特別な機能状態を有する発色団の部
分）は、微分分光学を用いて全ヘモグロビン濃度測定をするときに考慮しなけれ
ばならないファクタである。単一項微分比（これは％StO2 と共に変化する）と
比率で示されない第二の微分項（これは％ StO2 及び全ヘモグロビン濃度と共に
変化する）の両方の利用により、酸化ヘモグロビンの量と別にヘモグロビン濃度
を区別する手段が得られる。比率で示されない第二の微分項( ここに記載された
実施例では７２０ｎｍ）は比率で示した第二の微分項の分母にも使用される。ヘ
モグロビン酸化百分率と全ヘモグロビン濃度百分率の両方を、最小の波長特定吸
光度測定と共に得ることができる（例えば、４個の波長が Anderson等の特許に
開示された器械に使用される）。
【０００６】 １つの形態において、第二の微分値を計算するために使用される波長間隙（す
なわち第二の微分計算で使用される隣合う吸光度波長の間の間隔）が４０ｎｍで
ある。この間隙寸法では、酸化ヘモグロビンの百分率と組織の全ヘモグロビンの
百分率（％ヘマトクリット）の両方を計算するために４つの波長しか用いられな
い。７２０ｎｍの第二微分吸光度ピーク（７６０ｎｍのデオキシヘモグロビン吸
収帯）がパーセントヘマトクリットと第二の微分吸光度の間の関係を経験的に得
るために用いられる。４０ｎｍ以外の第二の微分間隙寸法はヘマトクリットアル
ゴリズムを得るために使用することもできる。また、他のオキシヘモグロビン又
はデオキシヘモグロビン吸光度最大値に対応する他の波長領域（例えば可視又は
赤外線）を使用することもできよう。
【０００７】 ここに記載されたアルゴリズムにしたがってなされた全ヘモグロビン濃度測定
は組織認識アルゴリズムと関連した器械により用いることができる。プローブが
測定すべき組織上に適正に位置されてない場合には、％StO2又は他の測定パラメ
ータの不正確な及び／又は無効な測定値を器械モニタにより表示することができ
る。プローブが適正に位置決めされかつ測定が正確であるかどうかを決定するた
めに全ヘモグロビン濃度測定値を器械により用いることができる。例えば、パラ
メータ測定のいくつか又は全てと関連して、器械はここに述べたアルゴリズムを
使用して全ヘモグロビン濃度を計算することができ、かつヘモグロビン濃度測定
値が所定の最小レベルを表す場合にのみパラメータ測定値を正確な測定値として
表示することができる。ヘモグロビン濃度測定値が所定のレベルより下である場
合には、モニタはプローブが適正に位置決めされていないことを指示するデスプ
レイを発生できる。
【０００８】 本発明による全ヘモグロビン濃度測定値を、第二微分値と全ヘモグロビン濃度
の間の関係を描く、今の第二微分分光学値と記憶データの関数として発生させる
ことができる。下記の実施例では、記憶関係データが一組の線又は勾配（又は好
ましい場合には曲線）を描くデータであり、その各々が一定の酸化状態のヘモグ
ロビンと関連している。
【０００９】 全ヘモグロビン濃度測定中、適正に記憶された関係データを、測定されたヘモ
グロビン酸化状態に基づいて器械により選択することができる。このデータと今
の第二微分分光学値から、全ヘモグロビン濃度を器械により計算できる。
【００１０】 記憶された第二微分／ヘモグロビン濃度関係データは次のようにして発生させ
ることができる。図１はオキシヘモグロビン光学濃度の条件の範囲にあるウシの
血液の測定された第二微分（４０ｎｍ間隙）スペクトルのグラフである。図示の
スペクトル（例えばピーク高さ７２０ｎｍ）の形状変換は３つの主要ファクタ（
％StO2、％ヘマトクリット及び光路長）の影響を受ける。図１に示した第二微分
吸光度値の高さは直接ヘモグロビン濃度と共に変化しかつヘモグロビン酸化状態
と逆比例して変化する。％ヘマトクリットを、一定の率で決められていない第二
の微分の特徴を決定するために、％StO2と路長さの両方を定義する必要がある。
【００１１】 ヘマトクリット（ＨＣＴ）の多数のレベルで、血液の第二微分スペクトルの特
徴が、図２に示されるように０％〜１００％範囲内で所定の（例えば５ｍｍ）プ
ローブ間隔で多数の％StO2に関して記録されている。ヘマトクリットごとに、７
２０ｎｍ第二微分ピークが図３に示されているように線形等式に適合されている
。
【００１２】 ％StO2の一定のレベルごとに、第二の微分７２０ｎｍの特徴が０％ヘマトクリ
ットに外挿法を用いて％ヘマトクリットに関係づけられている。図４に示したよ
うに、この段階から、７２０ｎｍ第二微分と約２５％以下の複数のヘマトクリッ
トにおけるヘマトクリットとの間に線形の関係があることは明らかである。
【００１３】 ０％ヘマトクリットに線形外挿法及び２５％と１５％ヘマトクリットに経験的
測定を用いて、７２０ｎｍ第二微分値（一定の％StO2の線）に対するヘマトクリ
ットの感度を描く、関係データのルックアップ表を図５に示したように造ること
ができる。その勾配は６８０ｎｍの第二微分対７２０ｎｍの第二微分の比率に機
能的に関連している。図６と７は上記のアルゴリズムのために行われたいくつか
の確認練習（試験）のグラフである。
【００１４】 関係データを発生させるために使用されたプローブ間隔以外のプローブ間隔で
なされた測定を補償するために、プローブ間隔による路長さの相対変化に関連す
るプローブスケーリングファクタ（ＰＳＦ）を用いて、７２０ｎｍ第二微分値を
調節する。
【００１５】 引き続き、上記の記憶された関係データを、全ヘモグロビン濃度測定中使用す
る。％StO2を（例えば慣用のアルゴリズムと６８０ｎｍの一定の率で決められた
第二微分値を用いて）測定すると、対応する勾配値（Mso2又はhct勾配）がルッ
クアップ表内に見いだされる。そのとき、予知されるヘマトクリット値は： ％Hct＝Mso2×D720／PSF ここで、D720は40nm間隙を用いた720nm の第二微分であり、 PSFはプローブ間隔による相対路長さ変化である。
【００１６】 組織ヘマトクリットの濃度は一般に２５％より小さく、かつ常に１％〜１０％
範囲内にある。ヘモグロビン濃度測定に基づいてプローブ位置を評価するときに
、比較的高い測定精度はその範囲の下端近くで充分である。例えば、プローブが
組織上にあるか又は組織から離れているかどうかを決定するためのしきい値は、
測定されたヘモグロビン濃度１％の範囲内にあり得る。スペクトルの特徴対ヘマ
トクリット濃度（例えば図４の約２５％より小さい）の線形範囲はこの用途に使
えるだけでよい。しかしながら、本発明により、非線形性を説明するためにアル
ゴリズムを再定義することにより、測定精度をヘマトクリットのいっそう大きな
百分率に広げることができる。例えば、アルゴリズムは、多重勾配と第二微分変
換（線形変換）からなる多重回帰アルゴリズムとして再定義することができよう
。非線形等式の例は、 ％Hct＝Mso2１×(D720/PSF)＋Mso2２×Log(D720/PSF) 又は ％Hct＝Mso2１×(D720/PSF)＋Mso2２×(D720/PSF)１／２＋Mso2３×(
D720/PSF)１／３＋... ここで、Mso2１、Mso2２、... は、ルックアップ表に記憶することができる非線
形勾配値係数である。
【００１７】 プローブスケーリングファクタ（PSF）は、光学プローブが光学送信及び受信
ファイバの間に可変な距離を有する状態で、好ましくは一定の散乱及び吸収特性
を有する、発色団媒質の第二微分スペクトル測定値を集めることにより経験的に
決定できる。そのとき、プローブ間隔ごとのスペクトル測定値は関心のある特別
な波長で固定プローブ間隔スペクトル測定値のうちの１つに関連している（比率
で示されている）。関心のあるプローブ間隔にある１つの第二微分スペクトル値
に対する基準プローブ間隔の第二微分スペクトル値の比率は、プローブスケーリ
ングファクタを表す。図８は、４つの異なるプローブ間隔で測定された第二微分
スペクトルのグラフである。図８のデータを得るために使用される媒質は、１ミ
クロンポリスチレンミクロスフェアの2.5％水溶液であった。図９は、約７２５
ｎｍ（図８の吸光度ピーク）の第二微分スペクトル値の比率から測定されたプロ
ーブスケーリングファクタを表す。次の等式は、図９のスペクトル情報からのプ
ローブスケーリングファクタの計算例を表す。
【００１８】 ＰＳＦ（２０ｍｍプローブ)＝７２５ｎｍ第二微分値（２０ｍｍプローブ） ７２５ｎｍ第二微分値（５ｍｍプローブ）
【００１９】 等式の分母は基準プローブ間隔（ヘモグロビン濃度アルゴリズムを造るために
使用されるプローブ間隔）を表す。このプローブスケーリングファクタにより、
アルゴリズムが経験的に造られる５ｍｍプローブ以外のプローブ設計でヘモグロ
ビン濃度アルゴリズムを使用することができる。
【００２０】 本発明を好ましい実施例に関して述べたけれども、当業者であれば、本発明の
精神と範囲から逸脱せずに形態と細部の変更をすることができることを認識しよ
う。
【図面の簡単な説明】
【図１】 測定されたウシの血液の第二微分吸光度値の一例を、オキシヘモグロビン光学
濃度の条件の範囲にある波長の関数として示すグラフである。
【図２】 測定されたウシの血液の第二微分吸光度値データ点の一例を、４７％、２５％
及び１５％のヘマトクリットレベルのヘモグロビン酸化状態の関数として示すグ
ラフである。
【図３】 図２に示したデータ点に適合された線のグラフである。
【図４】 ウシの血液の第二微分吸光度値を、０％、２５％、５０％、７５％及び９９％
のヘモグロビン酸化（すなわち機能）状態にある図３に示したデータから得られ
たヘマトクリット濃度の関数として示すグラフである。
【図５】 図４に示したデータから得られたデータのルックアップ表の一例であり且つヘ
モグロビン酸化状態とヘマトクリットレベルの間の関係を記載している。
【図６】 記載された発明を用いてなされたヘマトクリット測定値と、遠心力をかけたウ
イントローブ(Wintrobe)管を使用して全サンプル高さ（赤血球と血漿）に対する
詰められた赤血球の高さを測定する参照方法との間の相互関係を示すデータのグ
ラフである。
【図７】 ヘマトクリットレベルが一定のままである間にヘモグロビン酸化状態が変えら
れた記載の発明を用いてなされたヘマトクリット測定値の間の相互関係を示すテ
ストデータのグラフである。
【図８】 測定された第二微分吸光度値データ点の一例を、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ
及び２０ｍｍのプローブ送信対受信ファイバ間隔で波長の関数として示すグラフ
である。
【図９】 プローブスケーリングファクタ（ＰＳＦ）の一例を、図８に示されたデータか
ら得られかつ５ｍｍの間隔に関係づけられたプローブ間隔の関数として示すグラ
フである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ， ＺＷ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 組織の発色団の全濃度を測定するための方法において、 発色団吸収波長の第二微分吸光度値と発色団の全濃度との間の関係を特徴づけ
    る記憶関係データを供給し、 発色団吸収波長の第二微分吸光度値を受信し、そして 発色団の全濃度を表すデータを、記憶関係データと第二微分吸光度値の関数と
    して発生させることを含む方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、 前記記憶関係データを供給することは、組織の発色団の吸光度値と全濃度との
    間の関係を特徴づける一定の機能状態部分の線又は曲線を表す記憶データを供給
    することを含んでおり、 さらに前記方法は、測定されている発色団の機能状態部分の値を表す機能状態
    値データを受信することを含み、及び 発色団の全濃度を表すデータを発生させることは、発色団の全濃度を表すデー
    タを、受信した機能状態値及び第二微分吸光度値と関連した発色団の一定の機能
    状態部分の線又は曲線の関数として発生させることを含むことを特徴とする方法
    。
  3. 【請求項３】 組織の全ヘモグロビン濃度を測定するための請求項２に記載
    の方法において、 記憶関係データを供給することは、一定の％StO2の線を表すデータを供給する
    ことを含み、 機能状態値データを受信することは、組織の％StO2を表すデータを受信するこ
    とを含み、及び ヘモグロビンの全濃度を表すデータを発生させることは、受信した％StO2値及
    び第二微分吸光度値と関連した一定の％StO2の線又は曲線の関数としてデータを
    発生させることを含む ことを特徴とする前記方法。
  4. 【請求項４】 分光測光器械の測定値は全て発色団吸収波長にあることを特
    徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 機能状態値の精度を、請求項２のいずれかの方法により発生
    された全濃度値を表すデータの関数として決定すること。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の決定の関数として不正確な機能状態を指示
    するデスプレイを与えること。
  7. 【請求項７】 請求項１に係る発色団の全濃度を表すデータを発生させるた
    めの分光測光器械。
  8. 【請求項８】 組織のヘモグロビンの酸化状態を測定する形式の分光測光器
    械を操作するための方法において、 ヘモグロビン吸収波長の第二微分吸光度値と組織のヘモグロビン濃度との間の
    関係を特徴づける記憶ヘモグロビン濃度関係データを、ヘモグロビン酸化状態の
    関数として供給し、 分析されている組織の第二微分吸光度値を表すデータを受信し、 組織のヘモグロビン酸化状態を決定し、 組織のヘモグロビン濃度を、ヘモグロビン濃度関係データ、第二微分吸光度値
    及びヘモグロビン酸化状態の関数として決定し、そして ヘモグロビン酸化状態決定の精度を、ヘモグロビン濃度値の関数として決定す
    る ことを含む方法。
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