JP2019170963A - 皮膚血流測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 迅速且つ簡便に、再現性良く皮膚血流を評価できる皮膚血流測定装置を提供する。【解決手段】 皮膚血流測定装置は、皮膚に近赤外光を照射する発光部と、皮膚からの光を検出する受光部と、を有するセンサ部と、前記センサ部を所定の押圧力で皮膚に接触させるための押圧力制御部と、を備え、前記発光部と前記受光部とが、前記受光部による検出信号に基づいて真皮の毛細血管床の局所酸素飽和濃度を測定し得るように互いに離間して配設されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、近赤外線を用いた皮膚血流測定装置に関するものである。

下肢の血行状態を評価するための指標値の一つに、皮膚灌流圧（以下、ＳＰＰと記す）がある。ＳＰＰの値に基づいて、血行障害の有無や程度が概ね下記のように評価される。

ＳＰＰ＜３０ｍｍＨｇ： 重症虚血肢、血行再建が必要
ＳＰＰ≦４０ｍｍＨｇ： 潰瘍治癒はおそらく可能
８０≦ＳＰＰ≦９０ ： 正常

診察者指装着型オキシメータ"トッカーレ（KN-15）、［ｏｎｌｉｎｅ］、株式会社アステム、［平成３０年３月２２日検索］、インターネット、http://www.astem-jp.com/product/medical/toccare.html

ＳＰＰによる血行状態の評価は、下肢に加圧用のカフを巻き、加圧で駆血された状態から圧力を減らしながら血流量を測定して、再び灌流し始めた時のカフ圧（ＳＰＰ）を取得し、このＳＰＰを指標値として血行状態を評価するというものである。また、ＳＰＰの測定には、通常３０分〜６０分程の長時間を要するため、虚血状態の患者には負担が大きいという問題がある。

また、非特許文献１の診察者指装着型オキシメータは、指装着型のプローブを患者の皮膚に押し当てて局所酸素飽和濃度を測定し、得られた局所酸素飽和濃度を指標値として皮膚血流を評価するものであるため、測定者の押圧加減によって、測定値に大きなばらつきが生じ、皮膚血流の評価を再現性良く行うことができないという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するべく創案されたものであり、その目的は、迅速且つ簡便に、再現性良く皮膚血流を評価できる皮膚血流測定装置を提供することにある。

本発明の一実施形態における皮膚血流測定装置は、皮膚に近赤外光を照射する発光部と、皮膚からの光を検出する受光部と、を有するセンサ部と、前記センサ部を所定の押圧力で皮膚に接触させるための押圧力制御部と、を備え、前記発光部と前記受光部とが、前記受光部による検出信号に基づいて真皮の毛細血管床の局所酸素飽和濃度を測定し得るように互いに離間して配設されていることを特徴とする。
真皮とは、表皮と皮下組織の間の乳頭層と真皮網状層から構成される皮膚の層である。
毛細血管床とは、毛細血管とその周囲にある組織によって構成される領域である。

また、本発明の一実施形態において、前記押圧力制御部は、前記押圧力を調節するための調節機構を有することが好ましい。

本発明の一実施形態において、前記発光部の中心位置と前記受光部の中心位置との離間距離が０．８〜５ｍｍの範囲から選定されることが好ましい。

本発明の一実施形態において、前記離間距離は２ｍｍであってもよい

本発明によれば、センサ部を所定の押圧力で皮膚に圧接させて、真皮の毛細血管床の局所酸素飽和濃度を測定することができるので、迅速且つ簡便に、再現性良く皮膚血流を評価できる。

一実施形態に係る皮膚血流測定装置の機能ブロック図である。 図１に示す皮膚血流測定装置が備えるプローブユニットの断面図である。 図１に示す皮膚血流測定装置による検査方法の説明図である。 図１に示す皮膚血流測定装置による検査方法の説明図である。 図１に示す皮膚血流測定装置による検査方法の説明図である。

以下、一実施形態に係る皮膚血流測定装置を図面に基づいて説明する。図１に示すように、一実施形態に係る皮膚血流測定装置１は、プローブユニット２と、プローブユニット２からの検出信号に基づいて測定処理を行う処理ユニット３と、を有する。

プローブユニット２は、センサ部２３と、センサ部２３の先端２３ａを所定の押圧力で皮膚Ｓに接触させるための押圧力制御部２４と、を備えている。センサ部２３と押圧力制御部２４とが一体化された構成とすることにより、安定した圧力測定値を得ることができる。センサ部２３は、皮膚Ｓに近赤外光を照射する発光部２１と、皮膚Ｓからの光を検出する受光部２２と、を先端２３ａに備えている。

発光部２１は、３つのＬＥＤ（light emitting diode）２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃで構成される。この例では、ＬＥＤ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの発振波長は、近赤外線の吸収スペクトルの特性において、酸素ヘモグロビンと脱酸素ヘモグロビンの吸光度が略一致する８０５ｎｍと、それより小さい７７０ｎｍ及びそれより大きい８７０ｎｍに設定される。

受光部２２は、ＰＤ（photodiode）で構成される。受光部２２は、皮膚Ｓからの各波長の戻り光を検出し、波長毎の受光信号を処理ユニット３に出力する。

発光部２１と受光部２２とは、受光部２２による検出信号に基づいて真皮の毛細血管床の局所酸素飽和濃度（以下、ｒＳＯ2と略す）を測定し得るように、互いに離間して配設されている。具体的には、発光部２１の中心位置Ｐ１と受光部２２の中心位置Ｐ２との離間距離Ｌは、０．８〜５ｍｍの範囲から選定され、より好ましくは、２ｍｍに選定される。離間距離Ｌを、０．８〜５ｍｍの範囲から選定することにより、皮膚Ｓの表面（表皮）から通常約０．６〜３ｍｍの深さ領域にある毛細血管床のｒＳＯ2を高精度に測定することが可能となる。離間距離Ｌを２ｍｍに選定することにより、皮膚Ｓの表面から約１．４ｍｍの深さの毛細血管床のｒＳＯ2を高精度に測定することが可能となる。離間距離Ｌが０．８ｍｍより短い場合には、皮膚Ｓの表面から通常約０．６ｍｍ未満の浅い領域にある表皮又は真皮の上層部までしか測定範囲に含まれない可能性が高くなり、毛細血管床のｒＳＯ2を正確に測定することができない。離間距離Ｌが５ｍｍより長い場合には、測定範囲が毛細血管床よりも深部に存在する皮下組織や筋肉まで拡大し、毛細血管床のｒＳＯ2を正確に測定することができない。

処理ユニット３は、プローブユニット２のＬＥＤ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを駆動制御するＬＥＤ駆動部３１、プローブユニット２の受光部２２による検出信号を増幅するアンプ部３２、増幅後の検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部３３、Ａ／Ｄ変換後の検出信号に基づいて真皮の毛細血管床のｒＳＯ2を算出する演算処理部３４、算出されたｒＳＯ2を表示する表示部３５、算出されたｒＳＯ2のデータを記録するメモリ部３６、ＰＣ（personal computer）など外部装置にデータを出力するためのデータ出力部３７、等、によって構成されている。

演算処理部３４は、皮膚血流測定装置１の電気的要素を統括制御する。演算処理部３４は、ＬＥＤ駆動部３１を制御して、ＬＥＤ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを個別に強度変調しつつ発光させる。そして、演算処理部３４は、ＬＥＤ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの発光信号及び受光部２２による検出信号に基づき、ベアーランバートの法則を用いて真皮の毛細血管床のｒＳＯ2をリアルタイムで演算し、その値を表示部３５に表示するとともにメモリ部３６に記憶する。また、この例では、演算処理部３４は、酸素ヘモグロビンと脱酸素ヘモグロビンの吸光度が略一致する８０５ｎｍの吸光度を、ヘモグロビンインデックス（以下、ＨｂＩと記す）として表示部３５に表示するとともにメモリ部３６に記憶する。

図２に示すように、プローブユニット２は、外筒４１と内筒４２とを有する。外筒４１と内筒４２は、軸方向（矢印Ａの方向）に相対移動可能である。外筒４１は、外径が約１０ｍｍの細長い円筒状の部材である。内筒４２は、外筒４１よりも更に細く長い円筒状の部材であり、外筒４１の両端から軸方向に突出している。外筒４１及び内筒４２は、ＡＢＳ樹脂やアルミニウムなど比較的軽量且つ高強度の材質でできており、プローブユニット２の手軽な操作性と耐久性とを両立させている。

内筒４２の先端部（図示左端部）には、センサハウジング４３が固定されている。センサハウジング４３は、外筒４１と外径が等しい円筒状の部材であり、外筒４１と同軸に配置されている。センサハウジング４３は、外筒４１と同じ材質でできている。センサ部２３は、センサハウジング４３の先端部４３ａの中央に設けられた凹部に挿入して取り付けられている。センサ部２３の周囲には遮光部材４７が設けられている。遮光部材４７は、測定時にセンサ部２３への外光の入射を遮断するための部材であるため、比較的高い遮光性が得られるならば材質は問わないが、測定時に患者の皮膚Ｓに直に接触する部分であるため、柔軟性と弾力性とを兼ね備えた材質でできていることが好ましい。この種の材質の例として、ブチルゴムを挙げることができる。

内筒４２には、信号ケーブル４４が挿通されている。内筒４２と信号ケーブル４４は互いに固定されている。信号ケーブル４４の一端４４ａからは複数のリード線４４Ｌが引き出されている。各リード線４４Ｌは、センサ部２３を構成する発光部２１及び受光部２２の所定の端子に接続されている。信号ケーブル４４の他端側は、処理ユニット３の入力端子に接続されている。

内筒４２の基端部（図示右端部）には、カラー４５が設けられている。カラー４５は、外筒４１と外径が等しい円筒状の部材である。カラー４５と内筒４２とは相対移動可能である。カラー４５には、径方向に貫通したねじ孔４５ａが設けられており、ねじ孔４５ａにはねじ４６が螺着している。このねじ４６を締めることにより、ねじ４６の先端が内筒４２に圧接し、内筒４２とカラー４５とが互いに固定される。カラー４５を内筒４２に固定されていることで、内筒４２に対する外筒４１の抜けが防止される。

外筒４１とセンサハウジング４３との間には、押圧力制御部２４が設けられている。押圧力制御部２４は、外筒４１とセンサハウジング４３との間にばね力を生じさせるコイルばね２５と、測定時におけるばね力を調節する調節機構２６、とを有する。

コイルばね２５は、内筒４２の外側に装着されている。コイルばね２５の一端２５ａは、センサハウジング４３の基端部４３ｂに設けられた環状の凹部４３ｃの底面に当接している。コイルばね２５の他端２５ｂは、外筒４１の先端部４１ａに設けられた環状の凹部４１ｂに挿入され、調節機構２６に当接している。

調節機構２６は、外筒４１の凹部４１ｂ内に外筒４１の長手方向に移動可能に設けられた位置可変部材２７と、位置可変部材２７をその移動範囲における任意の位置で外筒４１に固定するための固定機構２８と、を有して構成される。位置可変部材２７には、コイルばね２５の他端２５ｂが当接している。位置可変部材２７は、内筒４２と外筒４１との間に同軸的に設けられた円筒状の部材であり、内筒４２及び外筒４１の双方に対して相対移動可能である。固定機構２８は、外筒４１の外周面４１ｃから凹部４１ｂに連通するねじ挿通孔４１ｄと、ねじ挿通孔４１ｄに挿通されたねじ２９と、とを有する。位置可変部材２７は、ねじ２９により外筒４１に固定される。

この調節機構２６によれば、位置可変部材２７に螺着したねじ２９を取り外し、位置可変部材２７を外筒４１の長手方向に移動させた後、再度ねじ２９を螺着することにより、位置可変部材２７の位置を調整できる。コイルばね２５の他端２５ｂが位置可変部材２７に当接しているため、位置可変部材２７の位置を調節することにより、コイルばね２５のばね力すなわち、センサ部２３と皮膚Ｓとの接触圧（押圧力）が調整される。なお、所定の押圧力とは、毛細血管（動脈端）を閉塞しない程度の押圧力であって、測定部位や被験者の測定部位における虚血状態に応じて適宜選定すればよい。調節機構２６によるばね力の調整可能範囲は、例えば当該押圧力が３２ｍｍＨｇを越えない範囲であることが好ましく、３０ｍｍＨｇ以下であることがより好ましい。当該押圧力が３０ｍｍＨｇ以下であれば、柔らかい組織で構成される真皮内の毛細血管をさほど変形させないため、測定部位の毛細血管に血流阻害を生じさせることなく、ｒＳＯ2を正確に測定可能である。

次に、上記のように構成された皮膚血流測定装置１による測定方法について説明する。
処理ユニット３を稼働させた後、測定者は、プローブユニット２の外筒４１をペンを持つように保持し、図３Ａに示すように、プローブユニット２の先端（すなわちセンサ部２３の先端２３ａ）を患者の下肢の皮膚Ｓに隙間なく接触させる。この時点で、センサ部２３への外光の入射が遮光部材４７により遮光される。その後、測定者は、図３Ｂに示すように、プローブユニット２の外筒４１をコイルばね２５のばね力に抗して皮膚Ｓ側に押していく。これにより、センサハウジング４３と外筒４１との間でコイルばね２５が圧縮され、そのばね力により、プローブユニット２の先端が接触している部分の皮膚Ｓが押圧される。測定者は、図３Ｃに示すように、外筒４１の先端部４１ａがセンサハウジング４３の基端部４３ｂに当接した時点で、外筒４１を皮膚Ｓ側に押す動作を止める。そして、数秒乃至５秒間その状態を維持する。その間に、発光部２１による近赤外光の発光及び受光部２２による受光が実行され、受光部２２による検出信号に基づいて処理ユニット３により真皮の毛細血管床のｒＳＯ2が測定される。ｒＳＯ2の測定値はリアルタイムで表示部３５に表示されるとともに、メモリ部３６に記憶される。

このように、本実施形態の皮膚血流測定装置１によれば、測定者がプローブユニット２を手に持ち、プローブユニット２の先端を患者の下肢の皮膚Ｓに数秒乃至５秒間押し付けるという迅速且つ簡便な操作により、真皮の毛細血管床のｒＳＯ2を測定することができる。また、コイルばね２５による適正な押圧力でセンサ部２３を皮膚Ｓに接触させることができるので、センサ部２３による押圧力が強すぎることによる血流阻害及び押圧力不足による測定不良が生じ難い。これにより、真皮の毛細血管床のｒＳＯ2を再現性良く測定することができる。測定者は、正常組織のｒＳＯ2の値は６０％〜８０％、虚血肢に於けるｒＳＯ2の値は５０％以下という知見と、皮膚血流測定装置１の表示部３５に表示されたｒＳＯ2の測定値とに基づき、測定部位が即虚血ぎみであるか否かを正確に評価し得る。

また、本実施形態の皮膚血流測定装置１によれば、測定部位などに応じてセンサ部２３による押圧力を調節できるので、測定部位などによらず常に高精度に、真皮の毛細血管床のｒＳＯ2を測定することができる。

また、本実施形態の皮膚血流測定装置１によれば、発光部２１の中心位置Ｐ１と受光部２２の中心位置Ｐ２との離間距離Ｌを、０．８〜５ｍｍの範囲から選定することにより、皮膚Ｓの表面から約０．６〜３ｍｍの深さ領域のｒＳＯ2を高精度に測定し、局所の皮膚血流を正確に評価することができる。

また、本実施形態の皮膚血流測定装置１によれば、発光部２１の中心位置Ｐ１と受光部２２の中心位置Ｐ２との離間距離Ｌを、２ｍｍに選定することにより、皮膚Ｓの表面から約１．４ｍｍの深さ領域（所謂真皮部位）のｒＳＯ2を高精度に測定し、局所の皮膚血流を正確に評価することができる。

また、本実施形態の皮膚血流測定装置１によれば、プローブユニット２の皮膚Ｓに接触する部分の外径が約１０ｍｍであり、一箇所当りの測定時間が数秒程度であるので、複数の局所部位の真皮の毛細血管床のｒＳＯ2を次々と迅速に測定することができる。例えば、潰瘍の周囲の複数の局所部位のｒＳＯ2を迅速に測定することができ、それらの測定結果に基づいて切除範囲などを迅速且つ正確に特定することが可能となる。

また、本実施形態の皮膚血流測定装置１によれば、ｒＳＯ2と同時にＨｂＩを測定することができるので、ＨｂＩの測定値により得られる血流量情報を加味して局所の皮膚血流を正確に評価することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態では、発光部２１の中心位置Ｐ１と受光部２２の中心位置Ｐ２との離間距離Ｌを固定値としたが、真皮の毛細血管床のｒＳＯ2を測定し得る範囲において、離間距離Ｌを変更可能としてもよい。この構成によれば、真皮の毛細血管床の深さが測定部位によって異なる場合でも、離間距離Ｌを変更することで、各測定部位におけるｒＳＯ2の測定が可能となる。

また、上記実施形態では、押圧力制御部２４がコイルばね２５を備え、皮膚Ｓに対するセンサ部２３の押圧力が、コイルばね２５のばね力によって所定の押圧力に制御される構成としたが、コイルばね２５の代わりに、その他の板ばねやゴムなどその他の弾性部材を用いてもよい。また、オイルダンパ又はエアダンパにより所定の押圧力を得るように構成してもよい。

また、上記実施形態では、ｒＳＯ2と同時にＨｂＩを測定しているが、ＨｂＩの測定は必須ではない。

また、上記実施形態では、調節機構２６のみによりコイルばね２５のばね力を調整しているが、内筒４２に対するカラー４５の固定位置を変えることによってもコイルばね２５のばね力を調整することも可能である。

また、上記実施形態では、センサ部２３が発光部２１及び受光部２２を１つずつ備えているが、例えば１つの発光部に対し２以上の受光部を備えてもよい。この場合、発光部と各受光部との中心間距離が各受光部による検出信号に基づいて真皮の毛細血管床の局所酸素飽和濃度を測定し得るように選定される。

また、上記実施形態では、発光部２１を３つのＬＥＤ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃで構成したが、２つ或いは４つ以上のＬＥＤで構成することも可能である。また、発光部２１にレーザ光源を使用することも可能である。

１ 皮膚血流測定装置
２ プローブユニット
３ 処理ユニット
２１ 発光部
２２ 受光部
２３ センサ部
２４ 押圧力制御部
２６ 調節機構
Ｌ 離間距離
Ｐ１ 中心位置
Ｐ２ 中心位置
Ｓ 皮膚

Claims (4)

1. 皮膚に近赤外光を照射する発光部と、皮膚からの光を検出する受光部と、を有するセンサ部と、
   前記センサ部を所定の押圧力で皮膚に接触させるための押圧力制御部と、を備え、
   前記発光部と前記受光部とが、前記受光部による検出信号に基づいて真皮の毛細血管床の局所酸素飽和濃度を測定し得るように互いに離間して配設されていることを特徴とする皮膚血流測定装置。
2. 前記押圧力制御部は、前記押圧力を調節するための調節機構を有することを特徴とする請求項１記載の皮膚血流測定装置。
3. 前記発光部の中心位置と前記受光部の中心位置との離間距離が０．８〜５ｍｍの範囲から選定されることを特徴とする請求項１又は２記載の皮膚血流測定装置。
4. 前記離間距離が２ｍｍであることを特徴とする請求項３記載の皮膚血流測定装置。

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