JP2003508143A - ヘモグロビンを含む血液特性を測定する方法及び装置 - Google Patents

ヘモグロビンを含む血液特性を測定する方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、比を成す光ビームの透過と反射を用いて液状媒体中のヘモグロビンを含む血液特性の測定方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、赤血球の配光効果を用いて液体と血球との混合物を含む管内のヘモ
グロビンを含む血液特性（ＥＶＦ／ヘマトクリット）の非侵襲的測定方法及び当
該方法を実施する装置に関するものである。
【０００２】 （背景技術） ヘモグロビン測定用の種々の非侵襲的方法が知られている。これらの測定方法
は、赤血球（ＲＢＣs）の特定波長での光エネルギー吸収を利用するものである
。カリムらの米国特許５７５５２２６号明細書には、フォトプレチスモグラフィ
ー (ＰＰＧ)及びデータ処理を用いる、哺乳類血液中のヘマトクリットの非侵襲
的直接予測のための非侵襲的直接法及び装置が開示されている。しかしながら、
前記方法は、赤血球がエネルギーを吸収する能力のみを利用するだけであり、ま
た、前記方法は、予測ヘマトクリットの計算時に使用する式が極めて複雑である
。従って、前記方法は時間がかかる。しかも、前記方法では、血管中の赤血球の
配向性及び分布が考慮されていない。
【０００３】 また、ＷＯ９７／１５２２９号明細書には、血液中のヘモグロビン濃度を測定
する方法及び装置が開示されている。前記方法は、被検者の口に測定用先端部を
導入して被検者の唇の内側の粘膜の下の微小血管系中のヘモグロビンを検出する
のに使用される。これは、前記装置の測定用先端部は、口の中に入れる前に、何
らかの無菌シェルを備えていなければならないことを意味する。前記測定用先端
部の無菌性は、装置を測定前に加圧滅菌するか、前記方法の実施時に使い捨ての
プラスチック製先端部を使用しなければならないことを意味する。さらに、前記
方法は、ヘモグロビン濃度を測定するために光の反射を利用している。
【０００４】 従って、血球の配向性を考慮に入れ、より正確な検出値が得られる、ヘモグロ
ビンを検出する新しい方法が求められている。さらに、装置を測定前に無菌にす
る余計な工程や使い捨ての先端部を必要としない方法が望ましい。新しい方法は
また、血圧、例えば、拍動圧（最大血圧）の変動にあまり影響されない方法でも
あるべきである。
【０００５】 （発明の開示） 本発明は、第一の観点から見れば、透光管に含まれる液体と血球との混合物か
らヘモグロビンを含む血液特性を測定する新規な非侵襲的方法であって、 ａ)少なくとも一つの光ビームを前記透光管に対して向ける工程、 ｂ)前記透光管を透過した光ビームの光の強度を検出する工程、 ｃ)前記透光管から反射した光ビームの光の強度を検出する工程、 ｄ)前記透過光の検出強度と反射光の検出強度との比率又は前記反射光の検出
強度と透過光の検出強度との比率を演算する工程、及び ｅ)当該比率を分析して血液特性を決定する工程 を含んでなることを特徴とする非侵襲的測定方法を提供するものである。
【０００６】 本発明は、第二の観点から見れば、透光管に含まれる液体と血球との混合物か
らヘモグロビンを含む血液特性の測定装置であって、 i)前記透光管に対して光ビームを向ける少なくとも一つの光源と、 ii)前記透光管を透過した光ビームの光の強度を検出する第一検出器と、 iii)前記透光管から反射した光ビームの光の強度を検出する第二検出器と、 iv)前記第一検出器で検出された前記透過光の強度と前記第二検出器で検出さ
れた反射光の強度との比率、又は前記第二検出器で検出された反射光の強度と前
記第一検出器で検出された前記透過光の強度との比率を演算すると共に、前記比
率を分析してヘモグロビンを含む血液特性を決定するプロセッサと、 v)血液特性を記憶する記録手段と、 vi)血液特性を可視化する随意的視覚化手段とからなる、 ことを特徴とする装置を提供するものである。
【０００７】 好ましくは、前記プロセッサは、比率を所定の血液特性の濃度値に変換するよ
うに構成されている。
【０００８】 本発明は、第一の観点から見れば、透析装置（又は透析器）に於ける本発明の
第二の特徴に係る装置の利用を提供するものである。
【０００９】 本出願において、「血液特性」と言うときは、例えば、ヘモグロビン、全ヘモ
グロビン、赤血球、白血球、血小板、コレステロール、アルブミン、栓球、リン
パ球、薬物その他の物質などの血液成分の濃度、粘度、血圧、血流、血液量、血
球疾患、異常血球の発現、貧血、白血病又はリンパ腫などの血液の特性を意味す
る。
【００１０】 本出願において、「ヘモグロビン」と言うときは、オキシヘモグロビン、還元
ヘモグロビン、一酸化炭素ヘモグロビン、メトヘモグロビン及びスルフヘモグロ
ビンを意味する。
【００１１】 本出願において、「赤血球」と言うときは、ヘモグロビンを含む全溶解又は部
分溶解赤血球を意味する。
【００１２】 本出願において、「透光管」と言うときは、光を透過させる動物の血管、パイ
プ、チューブ又は管状物を意味する。パイプ、チューブ又は管状物は、非可撓性
材料であるアクリロニトリルブタジエンスチレン(ＡＢＳ)、ポリカーボネート又
はアクリルガラス(ポリメタクリル酸メチル；ＰＭＭＡ)或いは、可撓性材料であ
るポリ塩化ビニル(ＰＶＣ)、シリコンゴム、軟質ＰＶＣ（例えば、フタル酸ジオ
クチル、フタル酸ジエチヘキシル又はトリオクチルトリメリテートで可塑化した
ＰＶＣ）で製造しても良い。ＰＭＭＡが、最も好ましい非可撓性材料である。透
光管は輸液又は輸血を行う際に使用しても良い。材料の弾性は大幅に変え得る。
血管を含む動物は、哺乳類であり、最も好ましいのは、ヒトである。
【００１３】 本明細書において使用しているように、「光」は一般に、スペクトルの赤外、
可視及び紫外部を含む任意の波長での電磁放射線である。特に好ましいスペクト
ル部分は、可視及び近赤外波長など組織の透明度のある部分である。なお、本発
明においては、前記光は、非偏光又は偏光、コヒーレント光又はインコヒーレン
ト光であってもよく、また、照射は、定常光パルス、振幅変調光又は連続光であ
ってもよいことは言うまでもない。
【００１４】 本発明に係る方法及び装置において使用する光源は、例えば、発光ダイオード
（ＬＥＤ）、レーザーダイオード若しくはその結合物（垂直空洞形面発光レーザ
ー（ＶＣＳＥＬ）などである。よりコストの安いＬＥＤを使用するのが好ましい
。現代では、新しい強い光を放射するダイオードもあり、これらを本発明に係る
方法及び装置に使用しても良い。フラッシュランプ光源を本発明において使用す
ることも考えられる。光源は、単色光を放射できるもの、即ち、単色光分光器で
も良い。測定点及び／又は石英ハロゲンランプ若しくはタングステンランプに又
はそれから光をガイドする光ファイバーを光源として使用しても良い。光学用光
ファイバー及び／又は直接照射を使用しても良い。
【００１５】 本発明の方法を実施する際に使用するのに適した検出器は、フォトトランジス
タ、フォトダイオード、光電子増倍管、光電管、光検出器、光学電力計、増幅器
、ＣＣＤアレイなどである。
【００１６】 本発明方法の好ましい一実施態様によれば、前記透光管を透過した光ビームの
光の検出強度、前記透光管で反射された光ビームの光の検出強度、及び／又は前
記透過光の検出強度と前記反射光の検出強度の比率、又は前記反射光の検出強度
と前記透過光の検出強度の比率は、e）工程、即ち、血液特性を測定するため前
記比率を分析するユニットに、好ましくは、無線通信用モジュールを用いて無線
通信により送信される。無線通信は、ブルートゥース（Bluetooth, 登録商標）
規格準拠通信路を用いて行うのが好ましい。
【００１７】 本発明に係る方法は、２００nm〜２０００nm、好ましくは７７０nm〜９５０nm
、最も好ましくは、７７０、８００、８５０、９４０又は９５０nmの波長を使用
している。酸素飽和度の独立性により８００nmが好ましい。
【００１８】 本発明の方法における液体と血球の混合物は流動しているのが好ましいが、血
液バッグの液状媒体の場合のように静止していても良い。液体と血球の混合物は
血漿若しくは水又は透析液などの任意の他の液体を含んでいても良い。血漿は哺
乳類中にある又は哺乳類からのものが好ましい。液体は、血液の処理中又は処理
後に得られる血球を含む任意の他の流体であっても良い。
【００１９】 本発明に係る方法は、血液特性の測定が血流粘度と無関係であり、従って、血
圧と無関係であるという利点がある。これは反射光強度と透過光強度との比率に
よるものである。
【００２０】 さらに、本発明に係る方法は、家畜や人間などの哺乳類、好ましくは、人間に
対して行い得ることを特徴とする。
【００２１】 本発明に係る方法は、より大きな血管、好ましくは、静脈、細動脈又は動脈、
最も好ましくは、直径が０.１mm超の血管を含む人体の任意の部分又は人体全体
に対して行い得る。本発明の好ましい実施態様によれば、検出は、手首、足指又
は指に対して行われる。検出は、第三指節骨の指に対して行うのが好ましい。
【００２２】 本発明の方法は、好ましい実施態様によれば、透析装置（ダイアライザ）、セ
ルセイバーや透析モニターを含む体外装置、或いは血液バッグ装置（付帯設備を
含む）、屠殺場装置又は血液分別装置でのヘモグロビンを含む血液特性の測定に
使用しうる。この実施態様においては、透光管、好ましくは、チューブやパイプ
は、０.１mmを超える直径を有し得る。透析装置では、任意の形態の透析、好ま
しくは、血液透析に付されている流体中に存在するヘモグロビンがどの程度かを
見るのが望ましい。透析中、患者の血液量の変化に追随させるためヘモグロビン
濃度を測定するのが望ましい。血液バッグ構造及びアセンブリに関しては、本発
明の方法は、全血又はバフィコート、即ち、白血球の濃縮液を含み得る血液バッ
グに関連して使用される管状物、バッグ、フィルタ若しくは任意の構成要素に適
用できる。本発明方法は、輸血中の管状物に対して、同様に献血中の管状物に対
して使用しても良い。
【００２３】 屠殺場では、本発明の方法は、屠殺動物から血液を採取する場合、又は食品に
直接使用する全血を得るため若しくはアルブミン、免疫グロブリンなどの血液成
分を得るため血液を分別するため血液を更に処理する場合に有用である。本発明
方法は、血球を数える場合、即ち、赤血球及び白血球を数える過程でも有用であ
る。これは血球計数機、例えば、フロリダ州マイアミのコールター・ダイアグノ
スチックス社製コールター計数器などの装置で行っても良い。本発明方法は、血
液分析、血液型の決定、血液ガス分析と関連付けて使用しても良い。本発明方法
は、血液分別機で人の血液を分別する場合に使用しても良い。供血者から血漿を
得る場合に本発明方法を使用するのが望ましい。本発明方法は供血者からバッフ
ィコートを得る場合或いは、このバッフィコートを更に処理してインターフェロ
ン・アルファなどのサイトカインを生成させる場合にも有用である。例えば、塩
化アンモニウムでの赤血球溶解を含む一以上の工程後に、適当な媒体、例えば、
イーグルス・ミニマル・エッセンシャル媒質で培養中にウイルス、例えば、セン
ダイ・ウイルスに晒される白血球の精製中に赤血球の溶解がどの程度行われてい
るかを測定するのに有用である。 本発明に係る方法は、血管、チューブ又はパイプで行うのが好ましい。
【００２４】 本発明の好ましい実施態様においては、光ビームは赤血球に最小限の吸収が生
じる波長で透光管の測定領域にほぼ垂直に向けられる。
【００２５】 本発明の好ましい実施態様においては、前記透光管の異なる二カ所、反対側に
配置された二つの光源から少なくとも二本の光ビームが透光管に対して向けられ
、透光管からの反射光及び透光管を透過した透過光の測定が少なくとも二個の検
出器、好ましくは、二個の検出器だけで行なわれる。光ビームは透光管の反対側
から向けるのが好ましい。
【００２６】 本発明の好ましい実施態様においては、前記透光管の異なる二カ所、反対側に
配置された少なくとも二本の光ビームが測定対象物の片側に配設された二つの光
源(同じシェル、例えば、チップに組み込まれていても良い)から透光管に向けら
れる。これらの光源は、チップで同時に使用される場合、交互に点灯させても良
い。一方の光ビームが７７０nm〜９５０nmの波長を有し、他方の光ビームが４８
０nm〜５９０nmの波長を有していても良い。
【００２７】 また、本発明は、本発明に係る前記方法を実施する装置が得られる。本発明に
よれば、少なくとも一つの光源を有し、その光の波長が２００nm〜２０００nm、
好ましくは、７７０nm〜９５０nm、最も好ましくは、７７０、８００、８５０、
９４０又は９５０nmである装置が得られる。８００nmは近赤外領域にある。
【００２８】 本発明は、少なくとも一つの構成要素ii)、iii)、iv)若しくはv)が無線通信に
より、好ましくは、無線通信用モジュールにより相互に連絡されている装置を提
供するものである。前記無線通信用モジュールは少なくとも一つの送信器と少な
くとも一つの受信器で構成されている。装置は、前記三つの構成要素、即ち、i)
光源、ii)第一検出器及びiii)第二検出器間の無線通信用モジュール、iv)プロセ
ッサ、及び／又はiv)プロセッサとv)記録手段間の無線通信用モジュールを有し
ていても良い。無線通信はブルートゥース（Bluetooth, 登録商標）規格準拠通
信路を用いて行うのが好ましい。
【００２９】 本発明に係る方法及び装置を無線通信と組み合わせることにより、使用者にと
って使い勝手の良くし、本発明方法及び装置の利用を拡大することができる。無
線通信により、インターネットによる請求書発送、患者情報の再調査及び統計、
ソフトウェア・パッケージの更新及びサービスが見込まれる。モデムを介しての
注文により、ユーザは、セルラーホンを用いて行われているのと同様に、多数の
試験を行うために必要なコードを得ることができる。
【００３０】 無線通信規格ブルートゥース（Bluetooth, 登録商標）は、診療環境に無線装
置の機会を開き、ブルートゥース（Bluetooth, 登録商標）技術はケーブル無し
で壮図に通信する電子装置を可能にしている。送信器と受信器とからなるブルー
トゥース（Bluetooth, 登録商標）モジュールは、多くの用途に於けるケーブル
と置き換えることができる。図１７はコンピュータと血液特性検出器を含むシス
テムを示し、ブルートゥース（Bluetooth, 登録商標）技術を使用する場合、装
置間をケーブル接続する必要がない。
【００３１】 エリクソン（L M Ericsson）の開発したブルートゥース（Bluetooth, 登録商
標）技術は、ISMバンド２.４５GHｚを使用しても良く、また、無障害通信を確実
なものとする。システムは１６００hops/秒の緊急周波数ホッピングで動作する
。送信器の出力電力は小さく、最大距離１０ｍで動作するようにすることができ
る。しかし、本発明の装置に於ける無線通信構成部品間の距離は、１ｃｍから１
０００００００マイルの範囲で変え得る。
【００３２】 構成要素i)、ii)及びiii)は、例えば、後述のシンブルやカフスのような固有
の形態を形成しても良い。シンブル又はカフスは、信号を比率に処理する受信器
に信号を送信し得る送信器を組み込んでも良い。
【００３３】 本発明の好ましい実施態様においては、装置の光源は、透光管の測定領域に対
してほぼ垂直に配置され、赤血球に最小吸光度が生じる波長で光を放射すること
ができる。
【００３４】 本発明の装置においては、少なくとも一つの検出器は、透過光を受光でき光源
のほぼ反対側に配置され、少なくとも一つの他の検出器は反射光を受光でき、光
源に並べて配置される。
【００３５】 本発明に係る装置の好ましい実施態様においては、透過光を受光できる第一検
出器は、光源のほぼ反対側に配置され、反射光を受光できる第二検出器は光源に
並べて配置される。
【００３６】 本発明に係る試験装置は、その好ましい実施態様においては、指又は足指のヘ
モグロビンを含む血液特性の検出に使用されるシンブル又はハンドカフに属する
指頭形シェル又は手首バンド状シェルからなり、少なくとも一つの光源と検出器
がシンブル又はハンドカフ構造の一部として配設される。シンブル形の実施例は
、家畜の手足のヘモグロビンの検出にも有用である。
【００３７】 本発明の好ましい実施態様に係る試験装置は、指又は足指に装着される指頭形
シェルからなり、当該シェル内に光ビームを向けると共に光の強度を検出する光
源と検出器が配設されている。この実施例は、湾曲部（挟持部）を含むシェル内
に配置された少なくとも一つの光源と複数の検出器を有していても良く、これに
より前記光源と検出器は前記湾曲部（挟持部）に搭載され、従って前記シェルは
指又は足指を覆う指頭形構造の一部となる。
【００３８】 前記指頭形及び手首バンド形の実施例は、少なくとも一個の発光ダイオード（
ＬＥＤ）が一個の検出器と共に片側に配置され、他方側に一個の検出器が前記Ｌ
ＥＤにほぼ垂直に配置されていることを特徴とする。
【００３９】 これらの構成部品は、シェル内に収容され、当該シェルは ａ）前記構成部品、即ち、ダイオード及び検出器に近接し、好ましくは、これ
らの構成部品を強固に収容する第一部材、 ｂ）可撓性材料、好ましくは、高分子材料、最も好ましくはシリコン・ゴムか
らなる選択的第二部材を含む。前記第一部材は、好ましくは黒色プラスチック材
料、最も好ましくはエポキシ樹脂又はＰＭＭＡで構成されている。前記シェルは
工業的規模で成形しても良く、当業者に公知の方法による手作りでも良い。第二
部材を作るのにシリコン・ゴムを成形する場合、シリコン・ゴムに着色剤（染料
）を添加するのが好ましい。波長が短くなればなるほど、外光による問題が大き
くなるが、これは染料を材料に添加することにより最小限にすることができる。
染料は他の光源からの妨害を最小限度に抑制するため黒色であるのが好ましい。
シェルは所定位置に、例えば、指又は足指に固定しても良く、これにより第一及
び第二部材が共に保持されるが、両部材を相互に接着して連結するか、他の方法
で両部材を結合するのが好ましい。また、このシェルは、測定時に指又は足指を
置く内向きの湾曲部、内部締め付け部、好ましくはシェルの第一部材を形成する
。硬質及び可撓性部材は、例えば、指又は足指を部分的に又は全体を締め付ける
、湾曲部（挟持部）を備え、中央に穴を形成したキーホールを備えたリングを形
成しても良い。シェルは前記湾曲部若しくは締め付け部を包囲する任意の形状に
することができる。これにより指を挟むことができ、本発明の測定方法にとって
血管に近づき易くなる。指は適切な血管に接近するため部分的に締め付けるよう
にしても良い。この狭持は機械的手段によって若しくは手で押すだけで行うこと
ができる。クランプ装置、例えば、ゴムバンドとクランプリングからなるクラン
プ装置を用いて、シンブルを固定し測定対象物を狭持することもできる。
【００４０】 第一部材の可撓性材料は、天然ゴム又は任意の可撓性純重合体若しくは共重合
体を材料として作ることも可能である。可撓性材料は一以上の重合体を含んでい
ても良い。両部材の材料は、アレルギー誘発性物質を含まず、また、シンブルは
哺乳動物の皮膚にとって耐え得るものであるのが好ましい。シェルは被検体の指
又は足指を狭持し、従って、本発明に係る測定方法にとって血管への接近が容易
となる。血管は、動脈又は細動脈が好ましい。
【００４１】 本発明の好ましい実施態様に係る試験装置は、指又は足指に装着される指頭形
シェル又はハンドカフ状シェルからなり、当該シェル内に光ビームを向けると共
に光の強度を検出する光源と検出器が配設されている。本発明の好ましい実施態
様に係る試験装置は、それ自体が手首、足指又は指に適合するように形成されて
いても良い。
【００４２】 本発明の他の好ましい実施態様は、透光管の反対側に現れるようにしてある副
光源を有する装置である。
【００４３】 本発明の好ましい実施態様の一つである実施例、シンブルは、実施例３及び実
施例１０（縮尺２：１）及び１１に詳述するデザインにより具体化してある。こ
のシンブルの実施例においては、同じ側の光源と検出器間の距離は各構成部品の
中心を基にして０.４３〜３.５cm、好ましくは、０.８７〜１.７５cmで良い。図
１０では、この距離は構成部品１と２間の距離である。湾曲部の反対側に垂直に
現れる光源と検出器間の距離は、湾曲部に現れる各構成部品の縁から計って０.
３７〜３.０cm、好ましくは、０.７５〜１.５０cmである。図１０では、この距
離は構成部品１、３間の距離である。各構成部品は指又は足指を入れる湾曲部の
縁に固定されているのが好ましい。本発明の一実施例に係るシンブルは、硬質及
び可撓性部品が、例えば、指又は足指用湾曲部を備え、中央に穴を形成されたキ
ーホールを有する円形リングを形成していても良い。指又は足指を入れる（及び
包囲する）、中央にキーホールを形成する円筒は、高さが０.７２〜５.８cm、好
ましくは、１.４５〜２.９cmである。リング（円筒）は、直径が０.７７〜６.２
cm、好ましくは、１.５５〜３.１cmあれば良い。
【００４４】 血液特性を観測すべき透光管は、光源と検出器管の間隔の適当な選択によって
識別しても良い。この光学技術の理論分析及び実験的検証は、アイ・フリドリン
（I. Fridolin）、ケイ・ハンソン（K.Hansson）及びエル・ジ・リンドベルグ（
L.-G.Lindberg）により、医薬及び生態学の物理（スウェーデン国リンチェピン
グ大学生医学工学部 光学的非侵襲性血管イメージング技術Ｉ、II）に受理、発
表される二つの論文に紹介されている。その分析及び実験的検証を要約すると次
の通りである。
【００４５】 ヒト組織からの光反射は、光の波長、光源-検出器の間隔、光源及び検出器の
寸法及び開口、並びに血液及び組織の光学的性質など多くのパラメータに依存す
る。光源と検出器間の間隔は、5つの中心間距離、２，３，４，５，６mm間で変
化した。分析は、以前の結論、即ち、より深い組織からの測定信号への影響を増
加させるためには、より大きな光源ー検出器間の間隔を選ぶべきである、という
結論と一致した。
【００４６】 得られた数学的分析及び実証された実験結果は、次の通り要約できる。即ち、
より大きな間隔値では、最大光量子経路を成し、かつ、光検出器により検出され
る光量子は、間隔値の短い場合よりもより深い層からでる。これを図１４に示す
。図１４は、２種の異なる光源ー検出器間隔及び異なるＦＬ（α）（ＦＬ（０）
及びＦＬ（π/2））についての光量子移行の説明図である。ＦＬは血管の内面に
対するファイバー対位置である。血管の内面に対する光源及び検出器用ファイバ
ーの二つの位置を検討してある。角度（α）は異なる位置の特性を示すのに規定
してある。略語ＦＬ（０）は、光源と光検出器が平行に配置されていることを意
味し、ＦＬ（π/2））は光源と光検出器が血管に垂直に配置されていることを意
味する。モンテカルロ・シミュレーションにより、ヒト組織については近赤外領
域では光源と検出器間の間隔が約２mmであれば、光量子は検出前にほぼ２mm浸透
することが明らかとなった。
【００４７】 静脈としての血管は、前記技術及びプローブを用いて、固定ファイバー径（１
mm）と組み合わせて、次の三段階の血管レベルで測定しても良い。 ＊表層血管レベル（約１mm）。これは照射及び検出用ファイバー（２mm、前記
実験中）間の最小距離を設定するのに十分である。 ＊中間層血管レベル（約２mm）。照射及び検出用ファイバー間の最小距離は２
〜３mmが好ましい。 ＊深層血管レベル（約３mm）。照射及び検出用ファイバー間の距離は３mm超が
好ましい。
【００４８】 前記参考論文における前記要約研究結果は、静脈又は動脈の選択した血管床で
、血流、血液定数、血液の酸素飽和度などの血液特性及び生理的パラメータを測
定するのを可能にしている。手首（橈側を含む）又は腕の上部のような体のより
太い部分を測定すべき場合、Ｈｂを含む血液特性に関しては、ファイバー（光源
及び検出器）間の前記距離は６〜１２mmとすることができる。（上腕部のような
）体のより深い部分については、前記距離は１２〜３０mmとすることができる。
手首又は体のより深い部分で測定する場合、測定部位に圧力を加えるのが好まし
い。さらに、本発明に係る方法は、足首より下位（足背を含む）にある血管につ
いて測定する場合に、使用することができる。従って、本発明は、監視すべき測
定領域に応じて、目的とする血管への到達、従って、Ｈｂを含む血液特性の検出
を可能にする、詳述したように距離の異なる光源及び検出器を持つことができる
。光源と検出器間の距離は、前述のように測定領域に応じて１〜２０mmとするこ
とができる。
【００４９】 前記論文IIに記載されている組織における光分布についての理論的解法は、ど
のようにして反射モードでヘモグロビンを測定できるかを説明する根拠にするこ
とができる。式３２は一般解を与えるもので、式μa及びμｓは光学系数の影響
を示し、Ｈ及びＢ（又はＺ）は心拍中の血管径の拍動変化に及ぼす影響を示す。
光源はコードによって何らかの電源（オシレータでもバッテリーでも良い）に接
続されている。オシレータは増幅器及びＬＥＤドライバに接続しても良い。これ
らのドライバは、一以上のＬＥＤに接続しても良い。検出器、例えば、透過及び
反射用フォトダイオードは、少なくとも一つの電流／電圧変換器に接続されてい
るが、この変換器を更に増幅器に接続しても良い。次いで、信号はバンドパス・
フィルタに送られ、次いで、読出しユニットに接続されたμコントローラ又はア
ナログ出力器に送られるようにしてもよい。
【００５０】 本発明に係る装置は、好ましい実施態様に従って、少なくとも二つの光源を有
し、検出中、これらを測定対象物の二箇所の反対側に配置し出現するようにして
も良い。光源は相互に直接対向しないほうが好ましい、この位置決めは、本発明
の好ましい実施態様においては、シンブル構造の一部であっても良い。本発明に
係る装置は、複数の光源及び検出器を含む大きなマトリックスプローブ又は単独
プローブであっても良く、これらはリング、プレート、立方体又は球体の形状を
取り得る。
【００５１】 本発明に係る装置は、他の好ましい実施態様に従って、透析装置、好ましくは
、血液透析用透析装置に含めることもできる。
【００５２】 本発明に係る装置は、他の好ましい実施態様に従って、検出中、測定対象の同
じ側に配設された少なくとも二つの光源を持つこともできる。二つの光源を使用
する場合、これらは相互に交代できるのが好ましい。ＬＥＤは同じ電子チップに
あっても良い。
【００５３】 本発明に係る装置は、他の好ましい実施態様に従って、検出中、測定対象の同
じ側に配設された少なくとも二つの光源（一つの光源（好ましくは、ＬＥＤ）が
緑色を放射し、他方の光源（好ましくは、ＬＥＤ）が７７０nm〜９５０nmのＮＩ
Ｒ光を放射する）を持つことができる。二つの光源は透光管の同じ側に対して二
つの光ビームを照射する。緑色光は緑色波長領域、即ち、４８０nm〜５９０nm、
最も好ましくは約５００nmで放射される。
【００５４】 本発明に係る装置は、他の好ましい実施態様に従って、透光管の同じ側に、好
ましくは互いにほぼ平行にな、二条の光ビームを向ける二つの光源（第一の光源
は赤血球に比率較的吸収されない波長で光を放射し、第二の光源は赤血球に比率
較的吸収される波長の光を放射する）を持つことができる。
【００５５】 波長＜１５００nmの二条の光ビームを向けることにより、本発明方法はより良
い感度が得られる。この本発明の実施態様においては、一方の光ビームは長い波
長（好ましくは、ＮＩＲ（近赤外）光）を有し、他方の光ビームは短い波長（好
ましくは、２００nm〜５８０nmの範囲内、最も好ましくは緑色光）を有している
。他方の光源の緑色光を使用すると、緑色は赤血球によってひどく吸収されるの
で、有利である。
【００５６】 第一検出器によって検出された透過光の強度と第二検出器によって検出された
反射光の強度との比率を演算すると共に、ヘモグロビンを含む血圧特性を決定す
るため前記比率を解析するプロセッサは、コンピュータに含ませることができる
。更に、記録手段もコンピュータに含ませることができる。視覚化は任意の可視
化手段により行うことができるが、コンピュータ・ディスプレイ及び／又はプリ
ンタ装置を用いて行うのが好ましい。
【００５７】 測定中に得られたデータの処理は、容量又は流量の変動を補償するための一以
上の取得データの増幅の有無或いはＡＣ及び／又はＤＣの有無と共に反射／透過
、透過／反射の比率を含むことができる。また、特に、複数個の光源及び検出器
を含むマトリックスを用いる場合の最適測定点の調査し、信頼できる信号強度を
制御・確認し、アルゴリズム演算を行い、蓄積標準曲線に対してデータを評価し
、結果を患者のデータ及び適切な品質判定基準とともに表示（及び記憶する）す
るコンピュータ・プログラムもプロセッサに含めることができる。本発明方法を
用いた測定結果の出力は、随意的に接続された可視化手段を介して、接続プリン
タ装置でおこなうことができる。
【００５８】 本発明方法の性能に関しては、校正曲線を使用することができる。この校正曲
線は、コンピュータの一部であるプロセッサのメモリーに記憶され、光ビームを
当て反射及び透過を検出した場合に得られた、比率、反射／透過（％）（ＡＣＲ
／ＡＣＴ又はＤＣＲ／ＤＣＴと記しても良い）からヘモグロビン値（mmol/l）へ
の変換を容易に行えるようにしている。前記校正曲線は、本発明方法と並行して
、志願健常者及び患者から採取した血液試料をヘモク（Hemocue）装置若しくは
血液ガス分析器で分析して得ても良い。反射モードでの分光吸収曲線又は反射モ
ードでの記録曲線も本発明方法と共に使用することもできる。
【００５９】 当然に、反射及び透過信号を手動で処理し、ヘモグロビンを含む血液特性を決
定することもできる。その結果は手動で、例えば、結果を図表にプロットするこ
とにより可視化することもできる。校正曲線と結果の曲線との比率較を手作業で
行うこともできる。検出器で検出された信号は、更に次の方法を用いて解析する
のが好ましい。
【００６０】 ＰＰＧ信号は二つの部分、即ち、一定信号と当該一定信号に重畳された脈動信
号とで構成されているので、第一の最大及び最小点が計算される。最大点は、曲
線の始めから終わりまで時間枠（時間帯）を捜引することにより計算される。時
間枠（時間帯）の長さは、ＡＣ信号（パルス）の周波数に応じて、右と左に等し
く分割された、周期の約６０％に調節される。時間枠（時間帯）内のどの値も中
央の値よりも高くなければ、その値を最大点とする。その後、水平域形成曲線が
多くの最大点として記録されるのを避けるため、時間枠を時間長の半分跳躍によ
り移動させる。時間枠内のある値が中央の値を超えれば、時間枠を１ステップだ
け移動させる。これに対応する方法で、最小点が算出される。
【００６１】 各最小点についてＡＣ高さは、それぞれ中央点の左と右に最も近い最大点間に
ある最小点から最大点間の接続線への高さとして算出される。誤って検出された
最小又は最大点を生じさせ得る人為的な影響を排除するため、その後の９個のＡ
Ｃ高さのうち、中央の高さがＡＣ信号の代表値として選ばれる。次いで、ＤＣ信
号は、ＡＣ信号の基準となった最小点への全高＋ＡＣ信号として計算される。図
１８は前記手順の例を示す。前記本発明の要約におけるステップｄ）は、次の工
程、即ち、 Ｉ）透過及び／又は反射の検出値を持つ曲線上を、右と左に等分された、周期
のほぼ６０％の長さの時間枠で捜引する工程、 II)前記時間枠内の値が平均（中間）値よりも高いものがなければ、この値を
最大点として指定し、時間枠を当該時間枠の長さの半分飛躍移動させ、又は値が
中間値を超えていれば、時間枠を１ステップだけ移動させる工程、 III) 最大値の代わりに最小値についてII)と同様にして最小点を指定する工
程、 IV) 二つの最大点を含む接続線上の値から、両最大点間にある最小点の垂線
上の値を引いてＡＣ信号の高さを得る工程、 V）IV)の工程を少なくとも８回繰り返して、IV)で得た値を加算してその和を
観測数で除算してＡＣ平均値を得る工程、及び VI) 所望によりIV)の最小点の全高をステップV)のＡＣ信号平均値に加えてＤ
Ｃ信号を得る工程、 を含むのが好ましい。
【００６２】 前記ＡＣ信号及び任意に前記ＤＣ信号を得るコンピュータ・プログラムを用い
て前記工程を行うのが好ましい。前記コンピュータ・プログラムは、前記工程Ｉ
）〜VI）を遂行するデータ記憶媒体に記憶されているのが好ましい。前記データ
記憶媒体は、前記発明の開示の欄のIV)で規定したプロセッサ（若しくは中央演
算処理装置、ＣＰＵ）の一部、又はプロセッサに挿入して使用されるフロッピイ
・ディスクであるのが好ましい。プロセッサは、例えば、発明の開示の欄で述べ
たような本発明方法及び／又は前記工程Ｉ）〜VI）を遂行するコンピュータ・プ
ログラムを含んでいても良い。
【００６３】 本発明の他の実施態様は、例えば、発明の開示の欄で述べたような本発明方
法及び／又は前記工程Ｉ）〜VI）を遂行するデータ記憶媒体に記録されたコンピ
ュータ・プログラムである。
【００６４】 皮膚上で測定する場合、式は、光の吸収及び組織での光散乱により光が減衰す
ることを除いて同じと思われる。強度は、本発明、本発明方法及びその装置の使
用を種々の血流で実施することにより補償される。皮膚上での測定を行う場合、
これは大きな血管、例えば、第三指節骨の指上で行うのが好ましい。しかしなが
ら、血管は、周囲の血管（網細血管を含む）の血液量と大きく異なる血液量を含
む必要がある。本発明の方法及び装置は、動脈など大きな血管に代表されるよう
な主要な血液特性を測定するのに使用するのが好ましいことに留意すべきである
。これば、反射光と透過光間の比率をとって測定強度に対する血圧及び血流量の
影響を補償することにより行うことができる。本発明にかかる方法及び装置に使
用する効果は、血中ヘモグロビン値が一定であれば、個人又は体外装置での血液
特性の変化を測定するのにも使用できる。これを、本発明にかかる装置を用いて
行った実施例４に示す。従って、本発明方法を用いて、人体の病的変化及び血液
量の変化を追うことができる。
【００６５】 本発明の更なる特徴は、人体の血液中の全酸素の９７−９８％は血液中のヘモ
グロビン分子により運ばれているため、本発明の方法及び装置を酸素を検出する
のに非常に簡単に適用できることである。赤血球が溶血していない限りヘモグロ
ビンは通常赤血球に含まれているので、当然、赤血球自体を検出するのに本発明
方法を使用することができる。血液の粘度は血液中の赤血球の量に対応するので
、同様に、本発明方法は粘度の検出に使用することもできる。本発明の方法及び
装置はヘマトクリット値（Hct）を測定するのにも使用できる。ヘモグロビン（
単位血液当たりヘモグロビンのグラムである）とヘマトクリット（単位血液当た
り血球の量である）との差は、セル（細胞）の屈折率を決定するセル内のヘモグ
ロビンの濃度である。
【００６６】 診断には種々の血液定数が使用される。一部は互換性があり、これらの間には
一般に承認された関係がある。一般に承認された関係は次の通りである。 定数 意義 計算式 ＲＢＣ 単位血液あたりの赤血球数 ＥＰＣ 又は赤血球濃度 Ｈｂ 血液中のヘモグロビン濃度 Ｈｃｔ ヘマトクリット値又は赤血球 Ｈct＝RBCxMCV ＥＶＦ 赤血球体積含有率、全体積 に占める赤血球体積の割合 ＭＣＶ 赤血球体積 ＭＣＶ＝ＥＶＦ／ＲＢＣ 平均微粒子体積の省略形 ＭＣＨ 赤血球中のヘモグロビンの重量 ＭＣＨ＝Ｈｂ／ＲＢＣ 平均球状ヘモグロビンの省略形 ＭＣＨＣ 赤血球中のヘモグロビン濃度 ＭＣＨＣ＝Ｈｂ／ＥＶＦ 平均球状ヘモグロビン濃度の省略形
【００６７】 さらに、ヒトの血液は、固形成分と血漿からできている。固形血液成分には３
つの基本的な型、即ち、赤血球、白血球及び血小板がある。赤血球は、肺から体
の組織へ酸素を運ぶヘモグロビンを含む。通常ヘモグロビン濃度は、男性で１３
２−１６３ｇｒａｍ／ｌｉｔｒｅ、女性で１１６−１４８ｇｒａｍ／ｌｉｔｒｅ
の間で変化する。ヘマトクリット(Hct)は、通常男性で３９−４９％(ＥＶＦ ０
．３９−０．４９)の間で変化し、女性で３７−４４％(ＥＶＦ ０．３７−０．
４４)の間で変化する。白血球は、赤血球とほぼ同じ大きさであるが、ヘモグロ
ビンを含んでいない。健常者は、血液（人体は約５ｌｉｔｒｅの血液を含む）の
１立方ミリメータ当たり約５、０００、０００の赤血球を有しており、血液１立
方ミリメータ当たり約７、５００の白血球を有している。従って、健常者は、血
管系を循環する赤血球６７０個毎に約１個の白血球を有することになる。白血球
は、哺乳動物、好ましくはヒトの免疫系を担い、例えば、ある白血球は、侵入す
る病原体を飲み込む。
【００６８】 血小板に関しては、血小板は、前記固形血球成分のなかで最も小さく、通常は
直径が１μｍ未満である。血小板は、赤血球ほど多くないが、白血球よりは多い
。健常者は、総計約２兆の血管系を循環する赤血球１７個毎に約１個の血小板を
持っている。
【００６９】 要約すると、本発明に係る方法及び装置は、白血球及び／又は血小板の量を間
接的に測定する場合については、パラメータ間の公知の関係を用いて血管系の様
々の特性を測定するのに使用することができる。白血球については、係数は赤血
球の１／６７０であり、血小板については、係数は赤血球の１／１７である。従
って、本発明に係る前記方法及び装置での工程e及びivにおける血液特性は、そ
れぞれ、白血球及び／又は血小板をも含む。また、コレステロール及びアルブミ
ン濃度も、ＧＢ２３２９０１５号明細書に記載の方法とともに公知のヘモグロビ
ン濃度を用いることにより測定することができる。前記参考文献に記載の方法は
、血液成分濃度の非侵襲的測定に関するものである。
【００７０】 また、本発明に係る前記装置及び方法は、哺乳動物の不斉又は疾病、例えば赤
血球が不足する貧血の診断も可能にする。過食症患者はしばしば貧血に苦しんで
いる。本発明に係る前記方法及び装置は、血小板減少症など血小板疾患の間接的
測定の可能性を持っている。これは月経抑制や凝結の問題を示唆できる。さらに
、高レベルの白血球はウイルス感染を示唆している。白血球増加症及び白血球減
少症も考えられる徴候であり、間接的に検出することができる。また、食細胞系
及び免疫系の他の病気も検知可能である。新生児監視は、本発明のもう１つの適
用分野である。手術監視もまた、考えられる適用例である。前記装置は、安定し
た相互作用的な効果(皮膚の色、脂質その他)を補償するため、手術の開始時に「
ゼロレベル(zero-level)」に設定することができ、従って、ヘモグロビンを含む
血液特性の監視を容易に行うことができる。
【００７１】 さらに、本発明の方法及び装置は、採血に関連する危険(例えば、エイズ、Ａ
型、Ｂ型及びＣ型肝炎など)を生じることなく、患者の血液の正確な測定を可能
とする。注射針を用いての採血は、とりわけ多くの血液サンプルの採取を必要と
する個人にとって、痛みをともなう方法である。前記欠点は、本発明に係る方法
及び装置を用いることによりなくすことができる。さらに、本発明に係る方法及
び装置は、子供について測定にとりわけ適している。
【００７２】 本発明は、本発明に係る装置の透析装置に使用することにも関するものである
。
【００７３】 次の実施例は、本発明の実施態様を示すものであるが、本発明の範囲を限定す
るものではない。
【００７４】
【実施例１】 次の装置を用いて検出を行った。 内径３mmのアクリルガラス（ＰＭＭＡ）製管。 直径０.０９４mmの二本のファイバーケーブル。一本は光の送信用（光源）で
あり、他方は反射光の受光用（検出器）である。 相互に平行に配置された光学ファイバーを収容する二本の外径０.２１０mmの
ガラス管。 志願者からＰＭＭＡ製管により採取した全血。
【００７５】 図１は光反射検出用の作業形態を模式的に示す。図２は剪断速度の中間レベル
での赤血球の配向性を示す。図３は異なる吸収物質による血液中の光吸収を示す
。図４は赤血球による光散乱を示す。
【００７６】 この実験結果は、光がチューブ内の赤血球に当たると特定の方向に広がることを
示している。これは、赤血球が円筒内を動くと赤血球を種々の方向に配向させる
赤血球の形状、両凹面形円板形状によるものと思われる。これは、前述のように
二本の光学ファイバーを小さなカテーテルに置き、その内の一本のファイバーを
光源とし、他方を光検出器として動作させる光学技術により実証される。ファイ
バー対を円筒の断面を一表面から他方へ移動させる。
【００７７】 図５および図６は、実験結果の要約である。光の強度はアクリルガラス製チュ
ーブを流動する赤血球を透過したものである。実験設備は前記実施例と同じもの
である。
【００７８】 図５は二種の赤血球についての血液流量と透過光との相対的変化を示す。硬直
血球は、グルタルアルデヒドで処理して硬化した赤血球、即ち、流動により生じ
る応力により形状を変化する能力を失った赤血球である。
【００７９】 この結果から、赤血球の重要な性質の一つはその弾力性にあることが認められ
る。これは、流量の増加に伴う透過強度の低下により実証されるように、流量の
増加に伴う形状ー伸びー及び配向性の変化をもたらす。この弾力性のない（堅い
）赤血球は、透光率変化により測定されるように、流量による配向効果を殆ど又
は全く示さない。
【００８０】 図６は二種の赤血球についての血液流量と透過光強度の相対的変化を示す。球
状セルは、非等張緩衝液で処理した赤血球である。これはセルにその両凹面形円
板形状を失わせる。この結果、流量の増大と共に透過強度が低下することで示さ
れるように、流量の増加により密着性及び配向性が狭くなる。球形形状の赤血球
は流量の増加に伴い剪断応力が低下し、一様な透光変化のように流量によって殆
ど又は全く配向効果を示さなくなる。
【００８１】 従って、例えば、人体や動物の動脈や弾力性ある管若しくは弾力性のない管で
の流量の関数としての赤血球のセル配向性は、主としてその独特の両凹面形円板
形状及び弾力性によるものと結論付けることができる。
【００８２】
【実施例２】 第二の実験設備は、基本的に下記のもので構成される。三つの主要素がある。 ＊円筒状ディスク酸化器、これは血液リザーバとしても機能する。 ＊流量制御式ローラーポンプ（蠕動ポンプ） ＊光ファイバーを介して光源及び光検出器に接続された硬質流動モデル
【００８３】 実験設備を図７に示す。但し、透過と反射の双方を測定するが、図では一個の
光検出器は省いてある。波形ジェネレータはローラーポンプを制御し、このロー
ラーポンプは連続血液流を発生させる。圧力トランスデューサも血液流動回路の
一部である。血液温度は設備の周囲に温風を循環させて３７.０±０.１℃で一定
に維持した。
【００８４】 混合ガスをリザーバに入れ血液と混合した。ガス交換はディスク酸化器でシミ
ュレートし、混合ガスは窒素に酸素１９％及び二酸化炭素５.６％を混合してた
ものである。酸素飽和度は９８〜９９％に維持し、血液のガスパラメータ（ｐO
２、pＣＯ２及びｐＨ）は標準生理値からはずれないものと仮定した。
【００８５】 赤血球の溶血を最小限に抑制するため、層流貫流モデルを使用した。使用した
波長は、赤血球に光の最小吸収が起こるisobestic pointである８００nmである
。測定は、内径３.０mmのアクリルガラス製チューブで行った。
【００８６】 図８は比率 反射/透過（％）、即ち、ＡＣＲ/ＡＣＴの相対変化をｙ軸、ヘモ
グロビン濃度（mmol/l）をｘ軸とする図表である。反射/透過の比率は血液流量
に依存しないように思えるが、ヘモグロビンの濃度により変化するように思われ
る。光学的に記録されたヘモグロビン（Ｈb）信号は、Ｈb＝ＡＣＲ/ＡＣＴと記
してもよく、これは本発明の方法と並行して、ボランティアの健常者と臨床化学
研究所（Clinical Chemistry Laboratory）にあるヘモク組織、Hemocue apparat
us（エンジェルホルム、スエーデン）の患者からの抽出血液試料を分析すること
により確認されている。これにより、校正曲線を得た。この校正曲線はプロセッ
サのメモリーに格納させても良い。このメモリーは、光ビームを向け、次いで、
本発明方法により反射と透過を検出して得られる、ＡＣＲ/ＡＣＴからヘモグロ
ビン値（mmol/l）への変換を容易に行ない得るコンピュータの一部であるのが好
ましい。この曲線は所定の条件では線形となりうる。
【００８７】 図９は光の反射及び透過対ヘモグロビン濃度を示す。円形パイプ中の完全血球
に光を当てると、光の透過及び反射は赤血球濃度に従う。光の透過はヘモグロビ
ンの増加と共に減少し、光の反射はヘモグロビンの増加と共に増加する。
【００８８】
【実施例３】 図１０に示す本発明の一実施例であるシェルからなるシンブル形試験装置を用
いた。このシンブルは、 i）二個の光源：一個は型式１１０１０４、５４０、直径φ５mmの緑色発光ダ
イオード（ＬＥＤ）で、もう一個は型式ＳＦＨ５８５、８８０、直径φ４.８５m
mのＮＩＲ ＬＥＤで、これらは交換できる ii）二個の検出器、それぞれ型式ＳＤ １４２０−００２及びＣＦＤ１０のも
のである
【００８９】 シンブルは硬質材料からなる一つの硬質部と可撓性材料からなる一つの弾性部
を有し、硬質部はＰＭＭＡ又は他の同様なプラスチック材料で構成され、弾性部
は黒色染料（非導電性のセラミック顔料）を含むシリコンゴムで構成されている
。硬質部及び弾性部は、例えば、指又は足指用屈曲部を備え、中央に鍵穴状の穴
を形成する円形リングを構成する。硬質部及び弾性部は接合或いは他の手段で結
合させても良い。
【００９０】 シンブルを電源等に接続する方法は、これを図解的に示すブロック図により図
１１に示してある。図中の数字は次の意味を有している。 １： オシレータ ２： ＬＥＤドライバ λ１ ３： ＬＥＤドライバ λ２ ４： ＬＥＤ λ１又はλ２ ５： 反射光用フォトダイオード ６： 被検者 ７： 透過光用フォトダイオード ９： 電流/電圧変換器 １０： 電流/電圧変換器 １１： ローパス・フィルタ １２： ローパス・フィルタ １３： サンプル兼ホールド増幅器 １４： サンプル兼ホールド増幅器 １５： バンドパス・フィルタ １６： バンドパス・フィルタ １７： アナログ出力 １８： アナログ出力 １９： μ-コントローラ ２０： 読取ユニット
【００９１】 オシレータはサンプル兼ホールド増幅器、ＬＥＤドライバ λ１及びＬＥＤド
ライバ λ２に接続されている。これらのドライバは一個、本実施例では二個の
ＬＥＤと反射光検出用フォトダイオードに接続されている。透過光検出用フォト
ダイオードは少なくとも一つ、本実施例では二つの電流/電圧変換器に接続され
、当該電流/電圧変換器はサンプル兼ホールド増幅器に接続されている。次に、
信号はバンドパスフィルタを経てアナログ出力部若しくは読み出し装置に接続さ
れたμ-コントローラに送られる。
【００９２】
【実施例４】 本発明に係る装置を用いて測定を行った。相対応力を観測し、その結果を図１
３に示す。図１３の線図は反射拍動光強度対漸増的心臓収縮圧力を示す。拡張期
血圧は一定に維持した。これは、動脈のようなより大きな血管で表されるように
、ヘモグロビンを含む血液特性の中枢測定の例である。これは、反射及び透過光
の測定強度への血圧及び流量の影響を補償することによって達成される。この効
果は、血中ヘモグロビン値が一定であれば、個人若しくは体外系でのＨｂを含む
血液特性の変化を測定するのに使用しても良い。
【００９３】 他の測定は被検者手首（図１５参照）に留め付けた反射光のみを検出するプロ
ーブを用いて行った。プローブは橈骨動脈の上の手首に配置した。生理的食塩水
をプローブに近接した流動方向に注入した。動脈瘤針は、針を流動方向に向けて
手から橈骨動脈に１０cm挿入した。センサーと針の先端間の距離は約５cmであっ
た。生理食塩水は異なる量を１〜５秒間注入した。モニター深度を確認するため
ＰＰＧ信号を記録した。反射光の強度のみを記録し、信号の変化は血液の希釈効
果に一致した。結果、即ち、心拍に同期する拍動成分（ＡＣ）とゆっくり変化す
る成分（ＤＣ）との二成分からなるＰＰＧ信号を図１６に示す。同図において、
光反射は約５秒遅れて血液の希釈効果に対応するＡＣ及びＤＣ信号の双方に変化
を生じた。ＤＣ成分は循環系、例えば、血管運動、体温調節及び呼吸の種々の生
理的特性の全血量変化を反映する。
【００９４】 以上、本発明の種々の実施例について説明したが、当業者であれば軽度の変形
を行うことができ、これらも本発明の範囲に入ることは言うまでもない。本発明
の広がりと範囲は前記実施例に限定されるものではなく、請求の範囲及びその均
等物によってのみ規定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 光反射検出の作業形態を示す概略図
【図２】 剪断速度又は血液流量の中間又は高レベルでの赤血球の配向性を
示す図
【図３】 異なる吸収物質による血液中の光吸収を示す図
【図４】 赤血球による光散乱を示す図
【図５】 二種の赤血球の透過光対血液流量の相対的変化を示す図
【図６】 二種の赤血球の透過光強度対血液流量の相対的変化を示す図
【図７】 実施例（実施例２）の実験設備を示す図
【図８】 比率 反射/透過（％）、即ち、ＡＣＲ/ＡＣＴの相対変化をｙ軸
に、ヘモグロビン濃度（mol/l）をｘ軸として表した図
【図９】 反射及び透過対ヘモグロビン濃度を示す図
【図１０】 四つの異なる方向から見た、二つの光源を含むシンブル状シェ
ル構造（コードを示さず）を示す図、
【図１１】 シンブル（シェルは示さず、光源及びシェルのみを示す）の接
続方法を示す概略ブロック図、
【図１２】 他の実施例のシンブル（シェルは示さず、光源及びシェルのみ
を示す）の接続方法を示す概略ブロック図、
【図１３】 反射振動光対逓増最大血圧の強度を示す図
【図１４】 大きな間隔値の時、フォト検出器で検出された最大光量子経路
を形成する光量子は、小さな間隔値の時よりも深い層から出ることを示す図
【図１５】 被検者の橈骨動脈上の手首に配置され当該手首に結び付けられ
た、反射光を検出するプローブを示す図
【図１６】 図１５のプローブに近接して流動方向に生理食塩水を注入した
場合を示す図で、反射光の強度のみが記録され、信号の変化は血液の希釈効果に
対応する。
【図１７】 コンピュータ及び血液特性を含むシステムを示し、ブルートゥ
ース（Bluetooth, 登録商標）技術を使用する場合は両者間にケーブルは不要で
ある。
【図１８】 ＤＣ信号、ＡＣ信号、最小点及び最大点と共に、ＰＰＧ信号を
示す図
【符号の説明】
図１０中の数字は次の意味を有する。 １： 緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）及び近赤外ＬＥＤ ２： 検出器 ３： 検出器 ４： 硬質材料製第二部材 ５： 可撓性材料性第一部材 図１１中の数字は次の意味を有する。 １： オシレータ ２： ＬＥＤドライバ λ１ ３： ＬＥＤドライバ λ２ ４： ＬＥＤ λ１又はλ２ ５： 反射光用フォトダイオード ６： 被検者 ７： 透過光用フォトダイオード ９： 電流/電圧変換器 １０： 電流/電圧変換器 １１： ローパス・フィルタ １２： ローパス・フィルタ １３： サンプル兼ホールド増幅器 １４： サンプル兼ホールド増幅器 １５： バンドパス・フィルタ １６： バンドパス・フィルタ １７： アナログ出力 １８： アナログ出力 １９： μ−コントローラ ２０： 読取ユニット 図１２中の数字は次の意味を有する。 １： オシレータ ２： ＬＥＤドライバ ３： ＬＥＤ ４： 反射光用フォトダイオード ５： 透過光用フォトダイオード ６： 被検者 ７： 電流/電圧変換器 ８： 電流/電圧変換器 ９： ローパス・フィルタ １０： ローパス・フィルタ １１： サンプル兼ホールド増幅器 １２： サンプル兼ホールド増幅器 １３： バンドパス・フィルタ １４： バンドパス・フィルタ １５： アナログ出力 １６： アナログ出力 １７： μ−コントローラ １８： 読取ユニット
───────────────────────────────────────────────────── 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，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 マグヌス・ヴェグフォッシュ スウェーデン、エス−582 45リンチェピ ング、ヘガリッズガータン15番 Ｆターム(参考） 4C017 AA11 AB02 AB03 AC27 AC28 BC11 4C038 KK00 KL03 KL05 KL07 KM01 KX01

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透光管に含まれる液体と血球との混合物からヘモグロビンを
    含む血液特性の非侵襲的測定方法であって、 ａ)少なくとも一つの光ビームを前記透光管に向ける工程、 ｂ)前記透光管を透過した光ビームの光の強度を検出する工程、 ｃ)前記透光管から反射した光ビームの光の強度を検出する工程、 ｄ)前記透過光の検出強度と反射光の検出強度との比率又は前記反射光の検出
    強度と透過光の検出強度との比率を演算する工程、及び ｅ)当該比率を分析して血液特性を決定する工程 を含んでなることを特徴とする非侵襲的測定方法。
  2. 【請求項２】 前記透光管を透過した光ビームの光の検出強度、前記透光管
    から反射した光ビームの光の検出強度及び／又は前記透過光の検出強度と反射光
    の検出強度との比率又は前記反射光の検出強度と透過光の検出強度との比率を、
    好ましくは、無線通信用モジュールを用いて、前記e）工程を行う装置に無線接
    続により送信することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記無線通信を、ブルートゥース（Bluetooth, 登録商標）
    規格準拠通信路を用いて行う、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 赤血球により最小限の吸収が生じる波長で前記光ビームを前
    記透光管の測定領域にほぼ垂直に向ける、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 光の波長が２００nm〜２０００nm、好ましくは７７０nm〜９
    ５０nm、最も好ましくは、７７０、８００、８５０、９４０又は９５０nmである
    ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記透光管に対して二本の光ビームを向け、一方のビームが
    ７７０nm〜９５０nmの波長を有し、他方ビームが４８０nm〜５９０nmの波長を有
    することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 液体と血球の混合物が流動していることを特徴とする、請求
    項１〜６のいずれか一に記載の方法。
  8. 【請求項８】 液体と血球の混合物がプラズマからなることを特徴とする、
    請求項１〜７のいずれか一に記載の方法。
  9. 【請求項９】 測定を哺乳動物、好ましくは、人体対して行うことを特徴と
    する、請求項１〜８のいずれか一に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 直径＞０.１mmの血管、好ましくは、静脈、動脈又は細動
    脈に対して行う、請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 手首、足指若しくは指、好ましくは、第三節骨指に対して
    行う、請求項９又は１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 透析装置、血液バッグ装置、屠殺場装置又は血液分別装置
    で行う、請求項１〜８のいずれか一に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 チューブ又はパイプで行う、請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記透光管の反対側の二カ所に配置された二つの光源から
    光を照射し、管からの反射光及び管の透過光の測定を少なくとも二つの検出器、
    好ましくは、２個の検出器だけで行う、請求項１〜８のいずれか一に記載の方法
    。
  15. 【請求項１５】 工程ｄ）が Ｉ）透過及び／又は反射の検出値を持つ曲線上を、右と左に等分された、周期
    のほぼ６０％の長さの時間枠で捜引する工程、 II)前記時間枠内の値が中間値よりも高くなければ、その値を最大点として指
    定して時間枠を当該時間枠の長さの半分移動させ、若しくは、値が中間値を超え
    ていれば、時間枠を１ステップだけ移動させる工程、 III) 最大値の代わりに最小値についてII)と同様にして最小点を指定する工
    程、 IV) 二つの最大点を含む接続線上の値から、両最大点間にある最小点の垂線
    上の値を引いてＡＣ信号の高さを得る工程、 V） IV)の工程を少なくとも８回繰り返して、IV)で得た値を加算してその和
    を観測数で除算してＡＣ平均値を得る工程、及び VI) 所望によりIV)の最小点の全高をステップV)のＡＣ信号平均値に加えてＤ
    Ｃ信号を得る工程を含む、請求項１に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 透光管に含まれる液体と血球との混合物からヘモグロビン
    を含む血液特性の測定装置であって、 i)前記透光管に対して光ビームを向ける少なくとも一つの光源と、 ii)前記透光管を透過した光ビームの光の強度を検出する第一検出器と、 iii)前記透光管から反射した光ビームの光の強度を検出する第二検出器と、 iv)前記第一検出器で検出された前記透過光の強度と前記第二検出器で検出さ
    れた反射光の強度との比率、又は前記第二検出器で検出された反射光の強度と前
    記第一検出器で検出された前記透過光の強度との比率を演算すると共に、前記比
    率を分析してヘモグロビンを含む血液特性を決定するプロセッサと、 v)血液特性を記憶する記録手段と、 vi)血液特性を可視化する随意的視覚化手段とからなる、 ことを特徴とする装置。
  17. 【請求項１７】 構成要件ii)、iii)、iv)若しくはv)の少なくとも一つが無
    線通信、好ましくは、無線通信用モジュールを介して相互に連絡されている、請
    求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 無線通信用モジュールが少なくとも一つの送信器と少なく
    とも一つの受信器からなる、請求項１７に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記三つの構成要素、即ち、i)光源、ii)第一検出器及びi
    ii)第二検出器間の無線通信用モジュールと、iv)プロセッサ及び／又はiv)プロ
    セッサとv)記録手段間の無線通信用モジュールを設けてなる、請求項１７又は１
    ８に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 ブルートゥース（Bluetooth, 登録商標）規格準拠通信路
    を用いて無線通信を行う、請求項１７〜１９のいずれか一に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 光源が管の測定領域に対してほぼ垂直に配置され、赤血球
    に最小吸光度を生じさせる波長で光を放射する光源である、請求項１６に記載の
    装置。
  22. 【請求項２２】 光の波長が２００nm〜２０００nm、好ましくは７７０nm〜
    ９５０nm、最も好ましくは、７７０、８００、８５０、９４０又は９５０nmであ
    ることを特徴とする、請求項１６〜２１のいずれか一に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 二つの光源が、前記透光管の同じ側に、７７０nm〜９５０
    nmの波長を有する光ビームと、４８０nm〜５９０nmの波長を有する光ビームとの
    二本の光ビームを向けることを特徴とする、請求項１６〜２２のいずれか一に記
    載の装置。
  24. 【請求項２４】 第一検出器が光源のほぼ反対側に配置され、第二検出器が
    光源と並んで配置されていることを特徴とする、請求項１６〜２３のいずれか一
    に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 手首、指又は足指装着式試験装置の形態を有する、請求項
    １６〜２４のいずれか一に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 試験装置が、指又は足指に装着される指頭状シェルを含み
    、光源及び検出器が光ビームを放射すると共に光強度を検出するため前記シェル
    内に配設されていることを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 試験装置が、手首に装着される手錠状シェルを含み、光源
    及び検出器が光ビームを放射すると共に光強度を検出するため前記シェル内に配
    設されていることを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 少なくとも一つの光源と検出器が締付体を含むシェル内に
    配設され、前記光源と検出器が前記シェル内に位置し、前記シェルが指又は足指
    を覆う指頭デザインの一部であることを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 副光源を有し、光源が管の反対側に露出するようにしてな
    ることを特徴とする、請求項１６〜２８のいずれか一に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 前記プロセッサが比率を所定の血液特性の濃度値に変換す
    るようにしてなることを特徴とする、請求項１６〜２９のいずれか一に記載の装
    置。
  31. 【請求項３１】 前記プロセッサが、請求項１〜１４の方法及び／又は請求
    項１５の工程を行うコンピュータプログラムを含むことを特徴とする、請求項１
    ６〜３０のいずれか一に記載の装置。
  32. 【請求項３２】 請求項１〜１４のいずれか一に記載の方法又は請求項１〜
    １４のいずれか一に記載の方法及び請求項１５の工程を遂行するデータ記憶媒体
    に記憶されたコンピュータプログラム。
  33. 【請求項３３】 請求項１６〜３１のいずれか一に記載の装置の透析装置で
    の使用。
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