JP2005532867A - 非侵襲性医療装置の較正技法 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】血液或は体液の取り外し無しで較正が実行される場合に、ポイント・オブ・ケアで医療装置を較正する非侵襲的な方法の要望がある。この発明は第１非侵襲性センサを較正するアプローチに向けられ、測定される組織が何等かの方法で変調されてその第１光学的センサによって測定されるパラメータの値を変更するように為す。第２センサは、これもまたその変調に伴って変化する別のパラメータを検出する。第２センサは絶対的に較正される。第１及び第２パラメータの間に既知の関係がある場合、較正は第１センサ用に誘導され得る。そうした技法は、とりわけ、グルコース、血液ガス、血液電解質、並びに、血液ｐＨを含む広範な種類の生理学的パラメータを監視する非侵襲性センサの較正に適用できる。

Description

本発明は全般的に医療装置に関し、より詳細には非侵襲性装置を較正する技法に関する。

光学的な分光学技法は医療界における広範な用途で開発されてきた。例えばパルス酸素測定器及びカプノグラフィ測定器は病院において、手術室及び術後ＩＣＵで広く使用されている。これらの技法は、歴史的には吸収をベースとした分光学的技法に基づくものであり、通常は救命環境におけるトレンドモニターとして使用されている。このような環境では、患者の生命パラメータが大きな生理的変化を受けているかどうかを素早く判定することが求められている。この動作環境では、救命状況にある患者のリアルタイムでの看護時点又はポイント・オブ・ケア(point of care)のデータに対する臨床上の必要性から、これらの機器の精密さ及び正確さの要求性能がある程度において緩和されていることは許容できるものであった。

パルスオキシメトリー測定器及びカプノグラフィ測定器はどちらも、外皮または組織を突き通して測定する必要がなく、個々の患者に対して測定器を個別に較正するための患者からの血液または血清試料を必要としないという点で、非侵襲的であるというレッテルを貼ることができる。これらの測定器は、通常、大きな患者母集団での臨床試験結果から求められた、予め選択されたグローバルな較正係数を持っている。臨床試験結果は、患者の年齢、性別、人種などの変数等にわたっての統計的な平均値を表している。

しかし、命にかかわる状況にある患者に対して迅速且つ正確なデータが求められる、緊急救命室、救命ＩＣＵ、及び外傷センター等の領域に使用するための非侵襲的測定器の要望が医学界において増大している。これらの環境において必要なこうした測定の１つは、血液及び／或は組織のｐＨレベルであり、それは遊離水素イオン濃度の評価基準である。これは、細胞内物質代謝の重要な評価基準である。ヒトの身体内の生物学的プロセスは標準機能のために狭い範囲のｐＨを必要とし、ｐＨがこの範囲から著しく変化すると命にかかわる虞がある。

ｐＨの他にも、血液ガス（Ｏ_２及びＣＯ_２）、血液電解質、並びに、グルコース等の他の血液化学パラメータも救命救急処置の間測定し監視するべき典型である。これらの測定を行う技法は、５０年近くも病院の検査室に整えられてきた。患者の血液から採取した血液試料でこれらの測定を行った後、血液試料は検査室に送られて分析される。これらの検査室で測定は一般に電気化学的センサで行われる。

非侵襲的光学技術の近年の進歩は、救命監視及び処置を行うために、これらの測定の幾つかを、充分な精密さと正確さを伴ってポイント・オブ・ケアで行うことができるポテンシャルを持っている。使用の容易性のためそして正確性要件に合致するため、これら非侵襲性光学装置がポイント・オブ・ケアで個々別々の患者一人一人に個別較正されことが望ましい。較正技法は個人個人の身体化学や組織性質を補償すべきであり、コラーゲン、エラスチン、並びに、皮膚色等の事柄を含み、それらの全ては皮膚及び組織の光学的特性に影響する。理想的には、これら光学的センサに対する較正技法は、その実行において、迅速であり、正確であり、そして容易であることである。

先の議論を考慮して、較正が血液或は体液の取り出し無しで実行されるポイント・オブ・ケアで医療装置を較正する必要性がある。そうした技法は救命患者管理中に広範な種類の共通して監視される生理学的パラメータに適用され得る。

一般に、本発明は第１の非侵襲性センサを較正するアプローチに関し、測定される組織が何等かの方法で変調されて、その第１センサによって測定されるパラメータの値を変更するように為す。第２のセンサは、これもまたその変調に伴って変化する別のパラメータを検出する。この第２センサは絶対的に較正される。第１及び第２パラメータの間には既知の関係があるため、較正は第１センサに対して誘導され得る。

本発明の一実施例は、生きている組織内の第１生理学的パラメータの値を決定するための非侵襲性センサを較正する方法に向けられている。この方法は、組織内におけるその第１生理学的パラメータと第２生理学的パラメータとの各第１値を非侵襲的に測定することを含む。既知の関係がそれら第１及び第２生理学的パラメータの間に存在する。組織は作用を受けると、それら第１及び第２生理学的パラメータを変化させる。次いで、組織における第１生理学的パラメータ及び第２生理学的パラメータの各第２値が測定される。第２生理学的パラメータの第１及び第２値の各測定は絶対的に較正される。次いで、較正済みの値が、第１及び第２生理学的パラメータの双方の第１及び第２値から第１生理学的パラメータの第１及び第２値の内の少なくとも１つに対して決定される。

本発明の別の実施例は組織内における第１生理学的パラメータの値を決定するためのシステムに向けられている。このシステムは、組織内における第１生理学的パラメータの第１及び第２値を非侵襲的に測定する第１測定手段を含むと共に、組織内における第２生理学的パラメータの第１及び第２値を非侵襲的に測定する第２測定手段を含む。既知の関係がそれら第１及び第２生理学的パラメータの間に存在する。第２測定手段は絶対的に較正される。またこのシステムは、第１及び第２生理学的パラメータを変化させために身体に作用する手段と、第１及び第２生理学的パラメータの双方の第１及び第２値から第１生理学的パラメータの第１及び第２値の内の少なくとも１つに対する較正済みの値を決定する手段とを含む。

本発明の別の実施例は、組織内における第１生理学的パラメータの値を決定する装置に向けられている。この装置は、組織の第１生理学的パラメータを測定する、未較正の第１非侵襲性センサと、組織の第２生理学的パラメータを測定する較正済みの第２非侵襲性センサとを含む。プロセッサは第１及び第２非侵襲性センサの各々からの第１及び第２信号を受信するように結合されている。このプロセッサは、組織の特性が第１及び第２信号の間で変調された場合、第１及び第２非侵襲性センサの各々からの第１及び第２信号から第１生理学的パラメータに対する点傾斜較正を計算する。

本発明の上述の開示は各例示的実施例或は本発明の各具現化例を記載すべく意図されていない。以下に続く図面や詳細な説明はより詳細にこうした実施例を例証する。

本発明は、添付図面と関連しての本発明の様々な実施例の以下の詳細な説明を考慮してより完全に理解され得る。

本発明は様々な変更例及び代替例の形態に馴染みやすく、その細目は図中に例示的に示され、そして詳細に説明される。しかしながら理解して頂きたいことは、この発明を記載された特定の実施例に限定する意図がないことである。逆に、特許請求の範囲で規定された発明の精神及び範囲内に入る全ての変更例、均等物、並びに、代替例を包含することが意図されている。

本発明は医療装置に適用可能であると共に、ポイント・オブ・ケアでの非侵襲性医療装置の較正に特に有用であると考えられる。

本発明の一実施例に従えば、一組の較正係数は、少なくとも第１生理学的パラメータ（Ｐ１）及び第２生理学的パラメータの間の既知の化学的関係を用いて決定され、それら生理学的パラメータＰ１及びＰ２は非侵襲的に測定可能である。例えば、Ｐ１及びＰ２は直接測定される光学的スペクトルと関連され得る。またこの技術は、生理学的パラメータＰ１及びＰ２の間の平衡プロセスに関与し得る第３生理学的パラメータ（Ｐ３）に適応できる。測定可能な信号Ｓは下記の式１によって特徴付けられ得る。即ち、測定可能な信号Ｓは３つの生理学的パラメータＰ１，Ｐ２，Ｐ３の関数である。この依存性が与えられれば、そうしたシステムを正確に較正するために３つの独立データ点を必要し得る。しかしながら、線形システム用に１点傾斜(a point-slope)較正技法としてしばしば呼称されるものの使用に先行して、２点較正を実行することが医療測定器等においては普通である。
Ｓ＝Ｓ（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３） （１）

一実施例において本発明は、生理学的パラメータＰ１，Ｐ２，Ｐ３の間の既知の関係を用いることにで、２つのステップのみでの上記の式１によってその依存性が支配される測定可能な信号Ｓを有する医療装置を較正する技法に向けられている。この技法は、Ｐｎが第ｎ番目の生理学的パラメータであり且つ用途は必要とされている測定数を低減すべく数々の生理学的パラメータ間の関係を作成し得ることである場合、下記の式２の形態の測定可能な信号Ｓ’を有するより複雑な生理学的システムを含むべく拡張され得る。先の場合、それらパラメータ間の関係が何等識別されないのであれば、ｎ個の測定が必要とされ得る。
Ｓ’＝Ｓ’（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３---，Ｐｎ） （２）

非侵襲性医療装置を較正するプロトコル１００の実施例におけるステップのリストが図１Ａに示されている。この特定の実施例は、第２パラメータＰ２の較正済み測定を用いて、１つの生理学的パラメータＰ１を測定すべく使用される装置を較正するためのプロトコルに向けられている。上記の式１に挙げられたタイプの既知の関係は第１及び第２パラメータの間に第３パラメータＰ３を介して存在する。この特定の場合、第３パラメータは刺激が患者に付与される際に変化しないままである。

プロトコル１００は、既知の化学的平衡／化学量論の式が対象の生理学的パラメータ間で知られる際に量的結果を生み出し得る。測定ステップ１０２において、第１生理学的パラメータは、当該第１生理学的パラメータに対して事前較正された非侵襲性装置によって測定される。この第１非侵襲性装置は、光学的、電気化学的、音響的、磁気共鳴的、生化学的、或は、浸透性的な補助等の任意のタイプの非侵襲性様式を用いて第１生理学的パラメータを測定し得る。

測定ステップ１０４は第２生理学的パラメータの第１値を決定し、測定１０４が精密であるが未較正の結果を報告する非侵襲性装置によって行われる。第１装置のように、第２生理学的パラメータを測定するために用いられる装置は、光学的、電気化学的、音響的、磁気共鳴的、生化学的、或は、浸透性的な補助等の任意の適切な非侵襲性様式を使用し得る。本発明の一実施例において、これら２つの測定装置は同一機械的構造内に収容され得る。第１及び第２生理学的パラメータの測定は略同時に且つ略同一物理的箇所で行われ得る。

プロトコル・ステップ１０６において、刺激が患者に付与され、その刺激が第１及び第２生理学的パラメータの双方を変える。本発明の一実施例において、プロトコル・ステップ１０６における刺激は患者に非侵襲的に付与される。その刺激は、測定１０２及び１０４が行われた所と同一の物理的箇所に付与され得る。

所望の生理学的パラメータに影響する任意の適切な刺激が使用され得る。患者に付与される刺激は全身的な変化或は局所的な変化であり得ることを理解して頂くことが重要である。全身的な変化は患者の身体の大きな部分或は略全てに付与されるものであり、予想して頂けるように例えば１つ或はそれ以上の薬剤の付与によるものである。

局所的な刺激は、実質的に検査又は分析の箇所のみにおける患者身体に付与される。例えば、局所化された圧力、局所化された誘導温度変化（加熱及び／或は冷却）、有向超音波エネルギー、或は、その類等の付与が生理学的パラメータの局所的な変化となり得る。

プロトコル・ステップ１０８において、第１生理学的パラメータの第２測定が較正済み非侵襲性装置によって記録される。プロトコル・ステップ１１０において、第２生理学的パラメータの第２値が精密であるが未較正の非侵襲性装置によって測定される。

測定ステップ１０８及び１１０はステップ１０６での刺激付与後に略同時に為され得るか、或は、刺激が依然として付与されている間に為され得る。加えて、測定ステップ１０８及び１１０はステップ１０４及び１０６で行われた測定と略同一物理的箇所で為され得る。

プロトコル・ステップ１１２では、第１及び第２生理学的パラメータの間の既知の関係が用いられて、それら第１及び第２生理学的パラメータ間の化学的平衡に関与し得る他の任意の生理学的パラメータに対する依存性を削減する。第３生理学的パラメータはステップ１０６での患者に付与される刺激によって実質的に変化しない。

第１及び第２生理学的パラメータの間の既知の関係は他の１つの生理学的パラメータ、即ち第３生理学的パラメータに影響を与える場合、その第３生理学的パラメータは第１及び第２生理学的パラメータの第１及び第２測定を用いて削減され得る。もし既知の関係が付加的な生理学的パラメータに影響を与えれば、第１及び第２生理学的パラメータの付加的な測定が付与刺激の種々のレベルで為され得て、そして付加的な測定が用いられて付加的な生理学的パラメータを削減する。

第２生理学的パラメータに対する較正係数はプロトコル・ステップ１１４で計算される。第１及び第２生理学的パラメータの間の関係が第３生理学的パラメータのみを含む例の場合、２つの較正済みデータ点を用いることができて、第２生理学的パラメータ用の非侵襲性装置に対する較正係数を計算する。

第１生理学的パラメータ及び／或は第２生理学的パラメータは、数分或はそれより長い間にわたっての身体における長期の生理学的変化に伴って、相対的に時間依存せずにゆっくりと変動し得る。第１及び第２生理学的パラメータは時間的変動をも為し得る。例えば血液ガス及びｐＨレベルは血流の脈動的な性質に依存する脈動特性を有し得る。他方、脈動する動脈血の圧力変動から絶縁されている組織床の生理学的パラメータは脈動特性を有することがより少なそうであり、経時的にドリフトする特性を帯びることがより多そうである。

上記の式２を参照して記載されたタイプの複雑な式を介して、他のパラメータと関連されている生理学的パラメータＰ１を測定するためのセンサを較正するプロトコル１２０の別の実施例は図１Ｂに図示されている。信号Ｓ’はｎ個のパラメータと関連されているが、ｎ個全てのパラメータは患者への刺激の付与によって必ずしも変化しない。患者への刺激の付与で、変化しないか、或は、その変化が著しくないそれらパラメータは分析において定数として処理され得る。従って、Ｎを刺激付与で変化するパラメータの数とした場合、Ｎ組の測定を行う必要がある。

プロトコル１２０は、ステップ１０２で較正済みセンサを用いて第１生理学的パラメータの測定と共に開始する。次いで、第２生理学的パラメータと付加的な生理学的パラメータの第１値がステップ１２４で測定される。第２生理学的パラメータは、そのセンサがプロトコルにおいて較正されるパラメータであり、未較正であるが精密なセンサを用いて測定される。付加的なパラメータは、未較正であるが精密なセンサを用いてか、較正済みセンサを用いてか、或は、未較正であるが精密なセンサ及び較正済みセンサの組み合わせを用いて測定され得る。

刺激はステップ１２６で患者に付与されて、測定された生理学的パラメータの値は変化する。ステップ１２８で、較正済みセンサを用いて第１生理学的パラメータの次の値が測定される。ステップ１３０で、第２パラメータ及び付加的パラメータの次の値が測定される。

ステップ１３２で、測定が充分な数だけ為されたか否かが決定される。各パラメータに対して為された測定数は測定されるパラメータ数、即ちＮと少なくとも同等であるべきである。パラメータに対する各測定は付与刺激の種々のレベルで為されて、そのパラメータは異なる値を帯びる。もし実行された測定数が不充分であると決定されれば、プロトコルはステップ１２６に戻り、刺激が新しいレベルで付与されて、その測定されたパラメータは新しい値を採用する。プロトコルは、種々のレベルの刺激での種々のパラメータの測定を、そうした測定の数がＮに到達するまで蓄積すべく継続する。

ひとたび充分な数の測定が為されたと決定されたならば、種々の測定の間での既知の関係がステップ１３４で用いられて、刺激の下、著しく変化しない任意のパラメータに対する任意の依存性を削減する。これは較正係数が、精密であるが未較正のセンサを用いて測定された生理学的パラメータに対して計算されることを許容する。

図２は、非侵襲性光学的ｐＨセンサを較正すべくプロトコル２００の実施例の各種ステップを示す。プロトコル２００は、下記の式３で与えられる生理学的パラメータ間の関係を利用する際に量的結果を生み出し得るものであり、同式中、ｐＨは水素イオン濃度[Ｈ^＋]の負の対数、ｐＫは平衡定数の対数、[ＣＯ_２]は二酸化炭素濃度、そして、[ＨＣＯ_３]は炭酸水素塩イオン濃度である。
ｐＨ＝−ｌｏｇ（[Ｈ^＋]）＝ｐＫ−ｌｏｇ（[ＣＯ_２]／[ＨＣＯ_３]） （３）

標準生理学的状態の下、ヒト血液のｐＨは７．４ｐＨ単位付近に維持されている。しかしながら、もしこのｐＨが６．８以下に降下したり（酸）、或は、７．８以上まで上昇すると（アルカリ）、その状態が生命を脅かすことがあり得る。幸いにも、ヒト血液のｐＨはそうした大きな逸脱に抗して緩和される。例えば、水素イオンＨ^＋の適量が標準代謝プロセス中に血液に付加されと、その血液のｐＨは大きな揺動に抗して「緩和」される。その理由は、そのｐＨがＣＯ_２対炭酸水素塩イオンの比にのみに依存して（ｐＫは温度変化しなければ一定を維持する）、これら状態の下、ＣＯ_２レベルは炭酸水素塩レベルにおける殆ど取るに足らない変化に伴って僅かに上昇するからである。炭酸水素塩における変化は、標準炭酸水素塩レベルが非常大きくて典型的には２３〜２５ミリ当量／リットルの範囲内であるので微々たるものである。プロトコル２００はこの生理学的状況を利用して、以下に略述される非侵襲性光学的ｐＨセンサの較正手続きを簡素化する。従って、炭酸水素塩レベルにおける変化は、ｐＨの局所的な変化の下、略一定であると見られる。それ故に、２つのみの生理学的パラメータＣＯ_２及びｐＨが測定され、それで各パラメータに対して２つのみ測定が必要とされる。

測定ステップ２０２において、ＣＯ_２濃度の第１値が較正済み非侵襲性装置によって測定される。本発明の一実施例においてＣＯ_２濃度は、ガス状形態で発生する組織のＣＯ_２の分圧（一般にはｐＣＯ_２と称される）を測定することによって間接的に測定され得る。溶解されたＣＯ_２とＣＯ_２分圧、即ちｐＣＯ_２との間の関係は下記の式４によって与えられる。
溶解された合計二酸化炭素＝溶解度係数^＊ｐＣＯ_２ （４）
組織のＣＯ_２濃度を非侵襲的に測定するためのアプローチは、近赤外線吸光度測定等の光学的方法をむ。特に光学的アプローチを用いて組織のＣＯ_２含有量を測定する方法は、引用することでここに合体させる、Edward J. Anderson et al.を発明者とする“Noninvasive Detection of A Physiologic Parameter Within A Body Tissue of A Patient”と題された下記の特許文献１に議論されている。
米国特許出願第１０／１６２，０２８号

ステップ２０４において、生理学的パラメータｐＨの第１値が測定され、その測定が精密であるが未較正の結果を報告する非侵襲性ｐＨ測定装置によって行われる。非侵襲的にｐＨを測定する１つのアプローチはＮＡＤＨの蛍光の測定に基づき、その蛍光効率は局所ｐＨに依存する。このアプローチは、引用することでここに合体させる、本願と同日付で出願されたVictor Kimball, Steven Furlong, and Irvin Pierskalla (Altera Law Group Docket#1535.2US01)を発明者とする“Non-invasive Measurement of pH”と題された下記の特許文献２に議論されている。
米国出願第１０／１９５００４号

本発明の一実施例において、ＣＯ_２及びｐＨ測定装置は同一の機械的構造内に収容され得て、それら測定が略同時に且つ略同一物理的箇所で行われ得る。

プロトコル・ステップ２０６で、刺激が患者に付与され、その刺激がＣＯ_２及びｐＨ生理学的パラメータの双方を変化させる。本発明の一実施例において、プロトコル・ステップ２０６における患者に対する刺激は非侵襲的に付与され、その刺激は測定２０２及び２０４が行われた箇所と同一の物理的箇所に付与される。

所望の生理学的パラメータに影響する任意の適切な刺激が使用され得る。その刺激はパラメータに直接的或は間接的に影響し得る。間接的影響は、例えば、検査すべき組織への血流を停止することによって或は検査すべき組織の代謝を変えることによって生じ得る。直接的効果の一例は、例えばグルコース或は電解質等の測定されるべき生理学的パラメータの内の１つの量を注入することである。生理学的パラメータにおける全身的な変化は、例えば、代謝に影響する薬剤の投与後に予想され得て、身体代謝における誘導された変化は、測定場所で測定され得る患者のＣＯ_２及び／或はｐＨ値における全身的変化となる。

局所化された圧力の付与、局所化された誘導温度変化（加熱及び／或は冷却）、有向超音波エネルギー、或は、その類等の局所刺激も生理学的パラメータにおける変化を作り出し得る。加えて、薬剤が投与され得て、組織内に吸収されるＤＭＳＯ溶液を介して局部的に付与されることによってそれは局所的な効果となる。

ステップ２０６での刺激の付与に続いて、生理学的パラメータＣＯ_２の第２測定がステップ２０８で較正済みの非侵襲性装置によって記録される。測定はステップ２１０でも行われて、生理学的パラメータｐＨの第２値を精密であるが未較正の非侵襲性装置によって記録する。本発明の一実施例において測定ステップ２０８及び２１０は、プロトコル・ステップ２０６での刺激後に略同時に、そして測定ステップ２０４及び２０６と略同一の物理的箇所で行われ得る。ステップ２０８及び２１０における測定は、刺激が付与される間或は刺激の付与が終わった後に行われ得る。

ステップ２１２で、以下の式３で付与される生理学的パラメータＣＯ_２及びｐＨの間の既知の関係が炭酸水素塩イオン濃度[ＨＣＯ_３]に対する依存性を削減すべく使用され、炭酸水素塩イオン濃度はプロトコル・ステップ２０６における患者への刺激によって実質的に変化しない。これについて以下に更に記載される。

プロトコル・ステップ２１４で２つ或はそれ以上の較正済みデータ点が使用されて、非侵襲性ｐＨ装置に対する較正係数を計算する。

プロトコル２００に従って、非侵襲性ｐＨ装置を較正するために有用である１つの代数学的アプローチは以下に略述される。略記表記が利用されて、以下の計算を軽減する。ｐＨ及びＣＯ_２濃度の間の既知の関係が下記の式３で与えられることを思い出して、
ｐＨ＝ｐＫ−ｌｏｇ（[ＣＯ_２]／[ＨＣＯ_３]） （３）
或は、ｐＨ＝−ｌｏｇ[Ｈ^＋]及びｐＫ＝ｌｏｇ（Ｋ）を利用して、式（３）は以下の如くに書き改められ得る。
−ｌｏｇ[Ｈ^＋]＝ｌｏｇ（Ｋ）−ｌｏｇ（[ＣＯ_２]／[ＨＣＯ_３]） （４）
対数依存性を削減すると、以下の如くの式５を提供する。
−[Ｈ^＋]＝（Ｋ）−[ＣＯ_２]／[ＨＣＯ_３] （５）
ここで、以下の略記表記を利用する。
Ｈ_ｎ＝水素(Hydrogen)イオン濃度[Ｈ^＋]の第ｎ番目の測定
Ｃ_ｎ＝二酸化炭素(Carbon dioxide)濃度[ＣＯ_２]の第ｎ番目の測定
Ｂ_ｎ＝炭酸水素塩(Bicarbonate)イオン濃度[ＨＣＯ_３]の第ｎ番目の測定
測定ステップ２０２及び２０４の各結果を相関する結果を以下の如くに書くことができる。
−Ｈ_１＝Ｋ−（Ｃ_１／Ｂ_１） （６）
同様に、プロトコル・ステップ２０６での患者への刺激付与後、ステップ２０８及び２１０での各測定を相関する結果は以下を提供する。
−Ｈ_２＝Ｋ−（Ｃ_２／Ｂ_１） （７）
ここで、ｐＫは一定を維持、即ちＫ_１＝Ｋ_２と、炭酸水素塩レベルは刺激によって実質的に無変化を維持、即ちＢ_１＝Ｂ_２と云う事実を利用する。これが与えられれば、式７から式６を引き算することによって炭酸水素濃度を解くことができて、以下を提供する。
Ｂ_１＝（Ｃ_２−Ｃ_１）／（Ｈ_２−Ｈ_１） （８）
式８は本発明の重要な局面を強調する。測定ステップ２０４及び２１０で利用された精密であるが未較正の非侵襲性ｐＨ測定装置は、正確な差ｐＨデータ（Ｈ_２−Ｈ_１）を提供し、それによって下記の式８によって与えられる炭酸水素塩レベルに対する正確な値を与える。炭酸水素塩レベルに対する正確な結果は式６及び７に置換しなおされる。
−Ｈ_１＝Ｋ−（Ｃ_１／Ｂ_１） （６）
−Ｈ_２＝Ｋ−（Ｃ_２／Ｂ_１） （７）
それ故に、式６及び７の右辺における全ての項は今正確に知られており、ｐＨ測定装置の２点較正はこれらの結果から直接的に計算可能である。

理解して頂けるように、図１Ａ、図１Ｂ、並びに、図２を参照して先に記載されたプロトコルは較正に従う特性保証にも使用され得る。説明のため、ｐＨセンサに関する図２を参照して先に記載された特定例を考察する。ｐＨセンサがひとたび較正されたならば、例えば多数分或は数時間等の延長された期間にわたってそれは使用され得て、一定の間隔でｐＨの測定を行う。センサが較正から逸脱してドリフトしていないかを保証すべく周期的な特性保証検査を実行することが有用である。これは、ｐＨ及びＣＯ_２の測定を行った後に刺激を患者に付与して、その刺激下でのｐＨ及びＣＯ_２の各レベルを再測定することによって為され得る。ｐＨセンサに対する較正係数は再計算されて、現行使用中のものと比較される。もしそうした新しく計算された較正係数が現行係数の許容誤差範囲内であれば、現行係数の使用が継続するか、或は、係数が新しい係数で自動的に更新され得る。もし新しく計算された較正係数がその許容誤差範囲外であれば、係数はその新しい値で典型的には更新される。ユーザにも係数が変更された旨が知らせられ得る。

非侵襲性生理学的監視装置３００の１つの特定実施例が図３Ａに概略的に示されている。プロセッサ／コントローラ・モジュール３０２は、様々なサブシステム及び中央処理ユニットを含み得て、タイミング、配送、経路指定、並びに、監視装置３００に対する信号の事後処理を制御する。インターフェース３０４は、コントローラ・モジュール３０２を患者インターフェース・モジュール３１０内に収容され得る第１非侵襲性生理学的センサ３１２と接続させる。この第１非侵襲性センサは、限定されるわけではないが、光学的、電気化学的、音響的、磁気共鳴的、生化学的、或は、浸透性的な補助を含む任意のタイプの非侵襲性センサに基づき得る。光学的センサの場合、インターフェース３０４は光学的インターフェースであり、光ファイバ導波路、光ファイバ束、或は、集光レンズ若しくは集光レンズ群等の分離されたばらの光学的構成要素を含み得る。患者インターフェース・モジュール３１０は、迷光、流体流出、並びに、その類等の欲せざる外部の影響からの保護を提供し得る。第１非侵襲性生理学的センサ３１２は患者の組織表面３１８と直接的に物理的な接触を為している。組織は臓器組織、上皮組織、皮膚、或は、非侵襲的に検査される任意のタイプの組織であり得る。

相互接続装置３０６はコントローラ・モジュール３０２を、これもまた患者インターフェース・モジュール３１０内に収容され得る光学的刺激変換器３１４と接続する。この刺激変換３１４は、患者に付与される刺激が局所的な刺激ある場合には患者インターフェース・モジュール３１０内に有益には入れられるが、付与される刺激が全身的である場合にも入れられ得る。

インターフェース３０８はコントロール・モジュール３０２を、これもまた患者インターフェース・モジュール３１０内に収容され得る第２非侵襲性生理学的センサ３１６と接続する。この構成において、刺激変換器３１４及び非侵襲性センサ３１２，３１６は充分に密接して取り付けられ得て、組織３１８の同一箇所が刺激され且つ測定されるように為す。第２非侵襲性センサ３１６が光学的センサである場合、インターフェース３０８は典型的には光学的インターフェースである。

インターフェース・モジュール３１０のぴったりと寄せた末端図の一例が図３Ｂに概略的に表され、非侵襲性生理学的センサ３１２ｂ及び３１６ｂと刺激変換器３１４ｂを示している。インターフェース・モジュール３１０のぴったりと寄せた末端図の別の例が図３Ｃに概略的に表され、非侵襲性生理学的センサ３１２ｃ及び３１６ｃの刺激変換器３１４ｃに対する相対的位置を示している。理解して頂けるように他の構成が図３Ａ乃至図３Ｃに図示されたものに加えて使用され得る。第１生理学的センサ及び刺激変換器の間の間隔は、第２生理学的センサ及び刺激変換器の間の距離と同一であり得る。そうした場合、第１センサによって検査される組織は第２センサによって検査される組織と同一の刺激の大きさを有益には受ける。

インターフェース・モジュール３１０の別の実施例は図３Ｄに概略的に図示され、その面の大きな部分３１４ｄが刺激変換器を表している。生理学的センサ３１２ｄ及び３１６ｄはその刺激変換器３１４ｄによって取り囲まれている。そうした実施例は、第１生理学的パラメータ用に検査される場所に付与される刺激のレベルが第２生理学的パラメータ用に検査される場所に付与されるものと同様であることを有益には確保する。

図４は本発明の別の実施例を概略的に示す。図３Ａに示されたものと同一である要素は同一参照番号が付されている。この実施例において、刺激変換器４１４は患者インターフェース・モジュール３１０内に一体化されず、外部コントローラ・ユニット４２０はメインのコントローラ／プロセッサ・ユニット３０２から分離したスタンド・アローン型ユニットである。この実施例において、刺激変換器４１４はその装置が較正されていなければ患者から除去され得るか、或はその場に放置され得る。刺激変換器は、その装置が使用中の間、臨時的な特性保証検査用にも使用され得る。また刺激変換器４１４は、圧力、温度、音響、或は、適切な刺激技法等のその他によって患者の組織３１８を刺激する代替装置によって置き換えられ得る。

光学的ベースの非侵襲性生理学的監視装置５００の特定の実施例が図５に示されている。この実施例は、食道等の腔内の検査を実行するために特に有用であり得る。プロセッサ／コントローラ・モジュール５０２は、電気光学的サブシステム及び中央処理ユニットを含み得て、タイミング、経路指定、並びに、監視装置５００用の信号の事後処理を制御する。光学的インターフェース５０４はコントローラ・モジュール５０２を、患者インターフェース・モジュール５１０内に収容され得る第１非侵襲性生理学的センサ５１２と接続する。この光学的インターフェース５０４は、光ファイバ導波路、光ファイバ束、或は、集光レンズ若しくは集光レンズ群等の分離されたばらの光学的構成要素であり得る。患者インターフェース・モジュール５１０は、迷光、流体流出、並びに、その類等の欲せざる外部の影響からの保護を提供し得る。第１非侵襲性光学的生理学的センサ５１２は患者の組織表面５１８と直接的に物理的な接触を為している。相互接続装置５０６はコントローラ・モジュール５０２を、これもまた患者インターフェース・モジュール５１０内に収容され得る刺激変換器５１４と接続する。光学的インターフェース５０８はコントローラ・モジュール５０２を、これもまた患者インターフェース・モジュール５１０内に収容され得る第２非侵襲性光学的生理学的センサ５１６と接続する。この構成において、刺激変換器５１４及び非侵襲性光学的センサ５１２，５１６は充分に密接して取り付けられ得て、略同一物理的箇所で組織を刺激して組織反応を測定する。

膨張可能嚢５２０は患者インターフェース・モジュール５１０内に組み入れられ得て、センサが身体上の凹部或は穴内に挿入される場合に適用される。この実施例は、患者の上皮組織表面５１８ｂの背面５１８ｂから圧力を付与することが望ましい場合の適用例に有益であり、測定中のセンサの滑りを機械的に確保するか、或は、較正プロセスにおける補助のための追加圧力刺激を付与するかの何れかとなる。他の患者インターフェース幾何形状及び代替的なセンサの構成は上記の特許文献１に記載されている。

本発明は先に記載された数々の特定例に限定されると考えるべきではなく、むしろ特許請求の範囲に相当詳細に記載された発明の全ての局面を包含するものと理解して頂きたい。様々な変更及び等価プロセスは、本発明が適用され得る数々の構造と共に、本明細書を読むことで本発明の分野における当業者には容易に明白となるであろう。数々の請求項はそうした変更及び装置を包含することが意図されている。

例えば、ｐＨ及びＣＯ_２を測定するセンサを含む患者モニタは、Ｏ_２浸潤、Ｏ_２、ヘマトクリット、或は、その類等の他の生理学的パラメータを測定する他のセンサと組み合わせ可能である。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明に従った、生理学的センサを非侵襲的に較正するプロトコルの種々の実施例の各種ステップを図示する。 図２は、本発明に従った、光学的ｐＨ生理学的センサを非侵襲的に較正するプロトコルの一実施例の各種ステップを図示する。 図３Ａ乃至図３Ｄは、本発明に従った、生理学的センサを非侵襲的に較正すべく生理学的センサ変調の各種実施例を概略的に図示する。 図４は、本発明に従った、生理学的センサを非侵襲的に較正するための生理学的センサ・モジュールの別の実施例を概略的に図示する。 図５は、本発明に従った、身体腔或は孔内の原位置に置かれた光学的生理学的センサを非侵襲的に較正するための生理学的センサ・モジュールの一実施例を概略的に図示する。

符号の説明

３００ 非侵襲性声楽的監視装置
３０２ プロセッサ／コントローラ・モジュール
３０４ インターフェース
３０６ 相互接続装置
３１０ 患者インターフェース・モジュール
３１２，３１６ 非侵襲性生理学的センサ
３１４ 光学的刺激変換器
３１８ 組織表面
４１４ 刺激変換器
４２０ 外部コントローラ・ユニット
５００ 非侵襲性生理学的監視装置
５０２ コントローラ・モジュール
５０４，５０８ 光学的インターフェース
５０６ 相互接続装置
５１０ 患者インターフェース・モジュール
５１２，５１６ 非侵襲性生理学的センサ
５２０ 膨張可能嚢

Claims (44)

1. 組織における第１生理学的パラメータ用の非侵襲性センサを較正する方法であって、
   （ａ）前記組織における前記第１生理学的パラメータと第２生理学的パラメータとの各第１値を非侵襲的に測定する段階であり、既知の関係が前記第１及び前記第２生理学的パラメータの間に存在することからなる段階と、
   （ｂ）前記第１及び第２生理学的パラメータを変化させるように前記組織に作用する段階と、
   （ｃ）前記組織における前記第１生理学的パラメータ及び前記第２生理学的パラメータの各第２値を非侵襲的に測定する段階であり、前記第２生理学的パラメータの前記第１及び第２値の測定が絶対的に較正されることから成る段階と、
   （ｄ）前記第１及び第２生理学的パラメータの双方の前記第１及び第２値から前記第１生理学的パラメータの前記第１及び第２値の内の少なくとも１つに対する較正済みの値を決定する段階と、
   の諸段階を含む方法。
2. 前記第１生理学的パラメータの前記第１及び第２値を非侵襲的に測定することが、前記組織から受け取った光を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２生理学的パラメータの前記第１及び第２値を非侵襲的に測定することが、前記組織から受け取った光を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１及び第２生理学的パラメータに対する各値が前記組織の同一領域において測定される、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１生理学的パラメータの前記第１値を非侵襲的に測定することが、前記組織を励起光で励起して結果としての蛍光信号を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記組織に作用することが全身的な刺激を前記組織に付与することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記組織に作用することが、前記第１及び第２生理学的パラメータが非侵襲的に測定される場合、前記組織の一領域に局所化された該組織に刺激を付与することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記組織に作用することが試験されている組織を有する患者に薬剤を投与することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記組織に全身的な刺激を付与することが、前記組織の代謝率を変化することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記組織に作用することが、前記第１及び第２生理学的パラメータが測定される場合、前記組織の一領域に圧力を付与することを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記身体に作用することが、前記第１及び第２生理学的パラメータが測定される場合、前記身体の一領域の温度を変化することを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１生理学的パラメータ及び前記第２生理学的パラメータの前記の各第２値を非侵襲的に測定することが、前記第１生理学的パラメータ及び前記第２生理学的パラメータの前記の各第２値を同時に測定することを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記第１生理学的パラメータがｐＨである、請求項１に記載の方法。
14. 前記ｐＨを測定することが、測定される前記組織の前記領域におけるＮＡＤＨの蛍光測定を為すことを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第２生理学的パラメータがＣＯ_２の濃度である、請求項１３に記載の方法。
16. 前記第１及び第２生理学的パラメータの間の前記既知の関係が第３生理学的パラメータを含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記第３生理学的パラメータが前記身体への前記作用によって実質的に影響されない、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第１生理学的パラメータの前記第１及び第２値の内の少なくとも１つに対する前記較正済みの値を決定することが、ｉ）前記第２生理学的パラメータの前記第１及び第２値の間の差を、ｉｉ）前記第１生理学的パラメータの前記第１及び第２値の間の差で割った比から前記第３生理学的パラメータの値を決定することを含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記第１生理学的パラメータの前記第１及び第２値の内の少なくとも１つに対する前記較正済みの値を決定することが、前記第３生理学的パラメータの前記値と前記第２生理学的パラメータの少なくとも前記較正済み第１或は第２値とを用いて、前記較正済みの値を計算することを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１及び第２生理学的パラメータの間の前記既知の関係が、ｐＨが前記第１生理学的パラメータであり且つ[ＣＯ_２]が前記第２生理学的パラメータである場合、
    ｐＨ＝ｐＫ−ｌｏｇ（[ＣＯ_２]／[ＨＣＯ_３]）である、請求項１に記載の方法。
21. 前記既知の関係がＮ個の生理学的パラメータに関し、該Ｎ個の生理学的パラメータが、前記第１及び第２生理学的パラメータを変化させるように前記組織に作用するに及んで且つ前記組織に作用することから生ずる種々のレベルの刺激で前記Ｎ個の生理学的パラメータの各々のＮ個の測定を行うようにＮ−１回だけ前記組織に作用するに及んで変化する、請求項１に記載の方法。
22. 前記組織に作用しながら該組織における前記第１生理学的パラメータ及び前記第２生理学的パラメータの前記の各第２値を非侵襲的に測定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
23. 前記組織が上皮組織である、請求項１に記載の方法。
24. 前記組織が、皮膚組織、筋肉組織、並びに、臓器組織から選択される、請求項１に記載の方法。
25. 前記組織の前記第１生理学的パラメータの連続的な非侵襲的測定を実行することと、前記第１及び第２生理学的パラメータの双方の前記第１及び第２値から前記第１生理学的パラメータの各絶対較正済みの値を決定することとを更に含む、請求項１に記載の方法。
26. 前記連続的な非侵襲的測定の実行後に前記段階（ａ）乃至（ｃ）を反復し、前記第１生理学的パラメータを非侵襲的に測定するための測定器の較正が変更されたか否かを決定することを更に含む、請求項２５に記載の方法。
27. 組織内の第１生理学的パラメータの値を決定するシステムであって、
    前記組織内における前記第１生理学的パラメータの第１及び第２値を非侵襲的に測定する第１測定手段と、
    前記組織内における第２生理学的パラメータの第１及び第２値を非侵襲的に測定する第２測定手段であり、既知の関係が前記第１及び第２生理学的パラメータの間に存在し、絶対的に較正される第２測定手段と、
    前記第１及び第２生理学的パラメータを変化させるように身体に作用する手段と、
    前記第１及び第２生理学的パラメータの双方の前記第１及び第２値から前記第１生理学的パラメータの前記第１及び第２値の内の少なくとも１つに対する較正済みの値を決定する手段と、
    を含むシステム。
28. 組織内における第１生理学的パラメータの値を決定する装置であって、
    前記組織の前記第１生理学的パラメータを測定する未較正の第１非侵襲性センサと、
    前記組織の第２生理学的パラメータを測定する較正済みの第２非侵襲性センサと、
    前記第１及び第２非侵襲性センサの各々から第１及び第２信号を受信すべく、且つ、前記組織の特性が前記第１及び第２信号の間で変調される場合、前記第１及び第２非侵襲性センサの各々からの前記第１及び第２信号から前記第１生理学的パラメータに対する較正済みの値を計算すべく結合されたプロセッサと、
    を含む装置。
29. 前記第１非侵襲性センサが光学的なセンサである、請求項２８に記載の装置。
30. 前記第２非侵襲性センサが光学的なセンサである、請求項２８に記載の装置。
31. 前記第１非侵襲性センサがｐＨセンサである、請求項２８に記載の装置。
32. 前記第２非侵襲性センサが較正済み非侵襲性ＣＯ_２センサである、請求項２８に記載の装置。
33. 前記ｐＨセンサが３００ｎｍから４００ｎｍの波長範囲内の励起光を発する、請求項３３に記載の装置。
34. 前記ｐＨセンサが４００ｎｍから６００ｎｍの波長範囲内で前記組織から発せられる光を検出する、請求項３３に記載の装置。
35. 前記ｐＨセンサが前記組織内のＮＡＤＨからの蛍光を検出する、請求項３３に記載の装置。
36. 前記第１及び第２非侵襲性センサを収容すべく患者インターフェース・モジュールを更に含む、請求項２８に記載の装置。
37. 前記第１及び第２生理学的パラメータが測定される場合、前記組織の前記領域で該組織の特性を変調すべく変調器を更に含む、請求項２８に記載の装置。
38. 前記変調器が、前記第１及び第２生理学的パラメータが測定される場合、前記組織の前記領域に圧力を付与すべく拡張部材を含む、請求項３７に記載の装置。
39. 前記変調器が、前記第１及び第２生理学的パラメータが測定される場合、前記組織の前記領域の温度を変更すべく熱的応答部材を含む、請求項３７に記載の装置。
40. 前記第１及び第２非侵襲性センサと前記変調器とが収容される患者インターフェース・モジュールを更に含む、請求項３７に記載の装置。
41. 前記変調器が前記患者インターフェース・モジュールから取り出し可能であり、前記第１及び第２非侵襲性センサが、その変調器が前記患者インターフェース・モジュールから取り除かれた後に前記第１及び第２生理学的パラメータに対する各測定を実行することが可能とされている、請求項４０に記載の装置。
42. 前記プロセッサが、前記第１及び第２非侵襲性センサ各々からの前記第１及び第２信号から前記第１生理学的パラメータに対する較正定数を計算する、請求項２８に記載の装置。
43. 前記プロセッサが、前記第１非侵襲性センサから受信した測定信号と前記較正定数とから前記第１生理学的パラメータに対する較正済みの値を提供する、請求項４２に記載の装置。
44. 前記プロセッサが、前記組織への刺激の付与前そしてその後に、前記第１及び第２生理学的パラメータを測定することによって前記較正定数に対する検査を実行する、請求項４３に記載の装置。

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