JP3109066B2

JP3109066B2 - 血流測定方法及び血流測定装置

Info

Publication number: JP3109066B2
Application number: JP06339594A
Authority: JP
Inventors: 義直永嶋; 通雄河合; 秀一赤崎; 哲朗神谷; 建夫斎藤
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 2000-11-13
Anticipated expiration: 2015-11-13
Also published as: JPH08182658A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、皮膚の血流状態をレー
ザードップラー方式によって測定する血流測定方法及び
その測定に使用する血流測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】皮膚の血流に関するデータは、皮膚組織
の代謝活性の状態、新陳代謝の状態、老化度、その他種
々の皮膚の性状に依存するため、皮膚の血流の測定は、
皮膚の健康状態を判断する上で重要である。そのため、
皮膚科の医師、化粧品関係のアドバイザー、医薬品又は
化粧品関係者等により血液の流速あるいは流量といった
血流に関するデータが測定されている。

【０００３】血流測定方法としては、皮膚に侵襲を与え
ず、血流量の瞬間値を連続的に測定できることから、レ
ーザードップラー方式による測定方法が広く行われてい
る。

【０００４】レーザードップラー方式による血流測定方
法は、レーザー光の単色性、可干渉性を利用し、レーザ
ー光が皮膚内の血球により散乱された場合に生じる、血
球の速度及び個数に応じた周波数及び振幅を、ヘテロダ
イン検波によって検出し血流信号に変換処理する方法で
ある。

【０００５】このレーザードップラー方式の血流測定を
行う場合に使用するセンサとしては、図７に示したセン
サ１ａのように、光源から皮膚表面にレーザー光を入射
させる送光用光ファイバー２と、皮膚からの散乱光を受
光する受光用光ファイバー３とが一対になったセンサ素
子４を、皮膚に対する接触面が円形又は楕円形のプロー
ブ支持部材５に埋め込んだものが主に知られている。

【０００６】しかし、図７に示したように単一のセンサ
素子４からなるセンサ１ａでは、直径１ｍｍ程度の狭い
部分の情報しか得られず、わずかな測定部位の位置ずれ
によっても測定値がばらつき、データの再現性に乏しい
という問題がある。そこで、図８に示したセンサ１ｂの
ように、光ファイバーを分岐させて一つのセンサ内に複
数のセンサ素子４ａ〜４ｇを設けることが提案されてい
る。この複数のセンサ素子４ａ〜４ｇで検出された測定
値は平均化されるので、個々のセンサ素子におけるばら
つきが相殺されて再現性の高い測定結果を得ることが可
能となる。

【０００７】また、このようなセンサ１ａ、１ｂを用い
て血流測定を行う場合に、個々の測定時の測定深度を調
整するため、皮膚に照射するレーザー光の出力を可変に
したり、センサ素子の皮膚接触面における送光用光ファ
イバー２と受光用光ファイバー３との間隔を調整するこ
とも提案されている（特開平５−１１１４６９号公
報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示したように光ファイバーを分岐させて複数のセンサ素
子４ａ〜４ｇを設けると、個々のセンサ素子におけるレ
ーザーパワーが低くなるので、皮膚表面の比較的浅い部
分の血流量しか測定できない。

【０００９】またこの場合、レーザー光の出力や、セン
サ素子の皮膚接触面における送光用光ファイバー２と受
光用光ファイバー３との間隔、即ち送光部と受光部の間
隔を変えることにより、測定深度を個別的に調整するこ
とはしていても、種々の測定深度の血流量を同時に測定
することはしていない。そのため、深さ方向の血流量分
布を知ることができず、皮膚組織の状態分析を正確に行
うことができないという問題がある。

【００１０】例えば、マッサージあるいは血行促進剤の
投与の前後に、従来のレーザードップラー方式による血
流測定とサーモグラフィーによる皮膚表面温度測定との
双方をそれぞれ行った場合に、血流測定による血流量は
上昇しているが、サーモグラフィーによる皮膚温度は降
下していたり、あるいは、血流測定による血流量は下降
しているが、サーモグラフィーによる皮膚温度は上昇し
ているという、一見矛盾したように見える結果が生じる
場合がある。このような結果は、血流測定の測定部位と
サーモグラフィーによる測定部位とが、一致していない
ことによるものである。即ち、一般に皮膚には、表皮面
に平行して、表皮面から毛細血管、細小血管（乳頭下層
血管叢）、細血管（細動脈網、細静脈網）、小血管（小
動脈網、小静脈網）の４層の微細血管網が存在してお
り、これらは、それぞれ異なる機能を有し、マッサージ
や血行促進剤の影響の現れ方も異なっている。そして、
血流測定では比較的浅い部位に位置する細小血管の血流
量を測定しており、サーモグラフィーでは細動脈周辺の
深い血管からの熱の伝播を主体とする皮膚表面温度を測
定している。このため、上述のような測定結果が得られ
ることとなる。

【００１１】したがって、血流測定においては、皮膚表
層の浅い部位から深い部位に至るまでの深度範囲の微細
血管網の血流状態を異なる深度ごとに同時に把握し、正
確なデータ解析ができるようにすることが望まれてい
た。

【００１２】本発明は以上のような従来技術の課題を解
決しようとするものであり、データの再現性を確保しつ
つ、皮膚表層の浅い部位から深い部位に至る深度範囲の
血流量をそれぞれの深度ごとに同時に記録できるように
することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、被検体に
レーザー光を入射させ、被検体内で散乱した光を受光し
て被検体の血流量を測定するレーザードップラー方式の
血流測定方法において、被検体にレーザを入射させる送
光部と、被検体からの散乱光を受光する受光部との距離
から測定深度を具体的に推定できること、さらに、送光
部から異なる距離にある複数の受光部で同時に受光し、
その送光部からの異なる距離ごとの血流量をそれぞれ求
め、同時に記録することにより、異なる測定深度ごとの
血流量を同時に記録できるので、上述の目的が達成でき
ることを見出し、本発明を完成させるに至った。

【００１４】即ち、本発明は、被検体にレーザー光を
入射させ、被検体内で散乱した光を受光して被検体の血
流量を測定するレーザードップラー方式の血流測定方法
において、被検体にレーザ光を入射させる少なくとも一
つの送光部に対し、受光部を、該送光部からの距離が異
なる複数の位置で、送光部からの距離ごとに複数設け、
各受光部で被検体からの散乱光を受光し、送光部からの
距離ごとに複数の受光部における受光光を合わせて当該
距離における血流量を測定し、それにより測定深度の異
なる血流量を同時に記録することを特徴とする非医療目
的の血流測定方法を提供する。

【００１５】また、この方法の好ましい態様として、被
検体に入射させるレーザーパワーを変化させ、異なるパ
ワーの入射レーザー光ごとに血流量を測定し、それによ
っても測定深度の異なる血流量を同時に記録する方法を
提供する。

【００１６】また、このような方法を実施する装置とし
て、レーザー光を発する光源部、光源部で発せられたレ
ーザー光を被検体に入射させ、被検体からの散乱光を受
光するセンサ部、センサ部からの信号を血流信号に変換
する信号処理手段、信号処理手段からの信号に基づいて
測定結果を表示する表示手段を有する血流測定装置にお
いて、センサ部が、被検体にレーザー光を入射させる少
なくとも一つの送光部と、被検体からの散乱光を受光す
る複数の受光部とを有し、かつそれら複数の受光部は、
送光部から互いに異なる複数の距離で、送光部からの距
離ごとに複数設けられ、送光部からの距離ごとに複数の
受光部での受光光を合わせ、送光部から当該距離にある
受光部の血流量が得られるようにしたことを特徴とする
血流測定装置を提供する。

【００１７】また、この装置の好ましい態様として、セ
ンサ部の前段に、被検体に入射させるレーザー光のパワ
ーを調整するレーザーパワー調整手段が設けられた装置
を提供する。

【００１８】

【作用】本発明によれば、送光部から被検体にレーザー
光を入射させ、被検体からの散乱光を受光部で受光して
レーザードップラー方式により血流測定を行うに際し、
送光部からの距離が異なる複数の位置を受光部とするの
で、異なる測定深度の血流量を同時に測定し、測定深度
ごとの血流量を同時に記録することが可能となる。

【００１９】この場合、送光部から異なる距離にある受
光部を、送光部からの距離ごとに複数設け、それら複数
の受光部での受光光を合わせて送光部からの当該距離に
おける受光部の血流量を求めることにより、測定部位の
位置ずれに影響されることなく、再現性の高い測定結果
を得ることが可能となる。

【００２０】また、本発明において、送光部から被検体
に入射させるレーザー光のパワーを変えると、それによ
っても血流測定の測定深度を変えることが可能となる。
そこで、送光部からの距離が異なる複数の受光部で受光
することに加えて、レーザー光のパワーを変えることに
より、広範囲の測定深度の血流量を同時に測定すること
が可能となる。

【００２１】したがって、本発明によれば、皮膚組織の
状態分析を正確に行うことが可能となる。例えば、比較
的浅い部位に位置する細小血管の血流量と比較的深い部
位に位置する細動脈周辺の血流量とをそれぞれ把握する
ことができ、血流量と皮膚温度との相関関係を合理的に
解析することが可能となる。よって、皮膚に塗布した化
粧料の有効性評価、マッサージの有効性評価、皮膚組織
の老化の評価等を行うことが可能となる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。

【００２３】図１は、本発明の方法を実施する装置例の
ブロック図（同図（ａ））及びそのセンサ部１０の底面
図（センサ部の被検体への接触面側からみた図）の説明
図（同図（ｂ））である。

【００２４】この装置は、基本的には、従来のレーザー
ドップラー方式の血流測定装置と同様に、レーザー光を
発する光源部１１、光源部１１からのレーザーパワーを
調整するレーザーパワー調整手段１２、レーザーパワー
調整手段１２で調整されたレーザー光を被検体に入射さ
せ、被検体からの散乱光を受光するセンサ部１０、光源
部１１と一体的に配され、センサ部１０からの光を血流
信号に変換する信号処理手段１３（１３ａ〜１３ｅ）、
信号処理手段１３（１３ａ〜１３ｅ）からの信号に基づ
いて測定結果を表示するＸＹレコーダ、ＣＲＴ等の表示
手段１４を有している。また、このセンサ部１０は、被
検体にレーザー光を送光する送光部１６と被検体からの
散乱光を受光する受光部１５（１５ａ〜１５ｅ）とを有
している。そしてこの送光部１６は、レーザーパワー調
整手段１２からのレーザ光を導光する送光用光ファイバ
ー２をプローブ支持部材５に固定し、その光ファイバー
の端面を露出させたものから構成されており、受光部１
５（１５ａ〜１５ｅ）は、皮膚からの散乱光を信号処理
手段１３（１３ａ〜１３ｅ）に導光する受光用光ファイ
バー３（３ａ〜３ｅ）をプローブ支持部材５に固定し、
その光ファイバーの端面を露出させたものから構成され
ている。

【００２５】しかし、この装置のセンサ部１０には、送
光部１６からの距離が互いに異なる複数の受光部１５ａ
〜１５ｅが設けられている点で大きく特徴づけられる。
また、これら複数の受光部１５ａ〜１５ｅは、それぞれ
送光部１６からの距離が等しい複数の受光部（添字(-1)
〜(-8)）からなっている。即ち、送光部１６を中心とす
る径の異なる複数の同心円の円弧上にそれぞれ複数の受
光部が設けられたマルチアレイセンサとなっている。

【００２６】送光部１６から互いに異なる距離にある受
光部１５ａ〜１５ｅで受光された散乱光は、それぞれ信
号処理手段１３ａ〜１３ｅに送られ、送光部から所定距
離にある受光部での血流量として表示手段１４から出力
されるようになっている。したがって、この装置によれ
ば、測定深度の異なる血流量を同時に記録することが可
能となる。

【００２７】ここで、送光部１６からの距離が互いに異
なる受光部１５ａ〜１５ｅでそれぞれ散乱光を受光する
ことにより、測定深度の異なる血流量を測定することが
できるのは、次のような原理に基づくものである。即
ち、図２に示したように、生体組織ｓの表面の点Ａを送
光部としてレーザー光を入射させると、この生体組織縦
断面内でのレーザー光の強度分布についての等強度分布
線は入射点Ａを中心とした半球状となる。これは、レー
ザー光の波長（ｎｍオーダー）に比して生体組織を構成
する細胞の大きさ（μｍオーダー）が大きいのでレーザ
ー光が散乱するためである。したがって、図２におい
て、点Ｅの強度は点Ｄの強度と等しいことになる。ま
た、点Ｅが、血流信号が得られる最大の深さである場合
に、点Ｄは血流信号が得られる組織表面での受光可能限
界点とる。よって、送光部を点Ａとし、受光部を点Ｂと
して血流測定を行う場合において、点Ｂで受光するとき
と同じ装置感度で血流信号を受光するときの受光可能限
界点Ｄと送光部Ａとの距離がＬ₀であるとき、点Ｂを受
光部とする血流測定の組織内の測定範囲は、ａ＋ｂ＝Ｌ
₀となる点Ｃの軌跡の半楕円体内であるということがで
きる。したがって、この場合の測定深度ｄは次式で表さ
れる。

【００２８】

【数１】（式中、ａは点Ａと点Ｃとの距離であり、ｂは点Ｃと点
Ｂとの距離であり、Ｌは点Ａと点Ｂとの距離である）よって、送光部と受光部との距離Ｌを小さくすることに
より測定深度を深くすることができ、逆に送光部と受光
部との距離Ｌを大きくすることにより測定深度を浅くす
ることができる。さらに、組織表面上で血流信号の受光
可能限界点Ｄと送光部Ａとの距離Ｌ₀を求めておくこと
により、上記の式に基づいて測定深度ｄの絶対値を推定
することが可能となる。

【００２９】また、図１に示したセンサ部１０において
は、上述のように送光部１６からの距離が互いに異なる
受光部１５ａ〜１５ｅが、それぞれ複数の受光部（添字
(-1)〜(-8)）からなっているが、この装置では、これら
送光部１６からの距離が同一である複数の受光部で受光
された光を合わせ、送光部からの距離ごとの血流信号と
して変換する。したがって、受光部の位置ずれによる血
流信号の再現性の低下を抑制できる。よって、送光部１
６からの距離が互いに異なる受光部での血流信号（即
ち、各測定深度の血流信号）が、それぞれ再現性高く得
られることとなる。

【００３０】このように送光部からの距離ごとに複数の
受光部を設けるための具体的構成としては、送光部から
の距離ごとに複数の受光用光ファイバー３ａ〜３ｅ（添
字(-1)〜(-8)）を使用し、それらをまとめて各信号処理
手段１３ａ〜１３ｅ内の受光器に入れればよい。なお、
同図においては、送光部からの距離ごとに受光用光ファ
イバーをそれぞれ８個（３ａ〜３ｅ各々につき添字(-1)
〜(-8)）使用した例を示したが、送光部からの距離ごと
に設ける受光部の数に特に制限はない。

【００３１】また、図１に示した装置においては、レー
ザーパワー調整手段１２により送光部１６に入射させる
レーザーパワーを調整することができるので、これによ
っても測定深度を変えることができ、測定深度の異なる
血流量を同時に記録することが可能となる。即ち、送光
部１６に入射させるレーザー光のパワーを大きくする程
測定深度を深くすることができる。

【００３２】ここで、レーザーパワー調整手段１２とし
ては、例えば、光ファイバー用のアッテネータ、光源部
の出力を直接増幅又は減少させるもの等を使用すること
ができ、特に、挿入損失の少ない半減衰器を好ましく使
用することができる。

【００３３】以上のように、この装置によれば、送光部
１６からの距離が異なる複数の受光部１５（１５ａ〜１
５ｅ）が設けられていること、及びレーザーパワー調整
手段１２により送光部に入射させるレーザー光のパワー
を変えられることから、種々の測定深度の血流量を同時
に記録することが可能となる。したがって、図３に示し
たような、レーザーパワーもしくは送光部と受光部との
距離Ｌと測定深度との関係を把握することが可能とな
る。また、年齢、性状等の異なる種々の被検体の測定深
度ごとの血流量をデータベースとして蓄積することによ
り、例えば図４に示したような測定深度と血流量と皮膚
の性状との関係を得ることができる。よって、このよう
なデータベースを蓄積後、新たに被検体の血流測定を測
定深度ごとに行い、蓄積データと比較解析することによ
り、容易に皮膚血流分布と老化度との関係を求め、皮膚
の老化度を評価することが可能となる。

【００３４】図５は、図１の装置を用いて送光部１６か
ら５．０ｍＷ〜０．２５ｍＷのヘリウム−ネオンレーザ
ー光を人第３指第１関節手掌部に照射し、受光部１５ａ
〜１５ｅ（送光部と送光部に最も近い受光部との間隔１
２５μｍ、各受光部間の間隔１２５μｍ）で受光するこ
とにより得た血流波形図である。この血流波形測定時に
は、上腕圧迫を所定時間行った。

【００３５】また、図６（ａ）は、上腕圧迫を行った場
合に、一般に観察される深部皮膚血流の波形図である。
同図のように、深部皮膚血流には、脈波が大きく認めら
れ（ｘ部分）、止血開放後に反応性充血が認められ（ｙ
部分）、振幅が大きいという特徴がある。また、図６
（ｂ）は、同様の場合に観察される浅部皮膚血流の波形
図であり、脈波がほとんど認められず（ｘ部分）、ノイ
ズの多い波形となるという特徴がある。

【００３６】図６を参照しつつ図５の結果を考察するこ
とにより、レーザーパワーが一定の場合には、送光部と
受光部との距離（ファイバー間隔）が狭くなるにしたが
ってより深い血流信号が観察されるのに対し、ファイバ
ー間隔が広くなるにしたがってより浅い血流信号が観察
されることがわかる。また、ファイバー間隔が一定の場
合には、レーザーパワーが高くなるにしたがってより深
い血流信号が観察されるのに対し、レーザーパワーが低
くなるにしたがってより浅い血流信号が観察されること
がわかる。

【００３７】以上、図１に示した実施例の装置を例とし
て本発明を詳細に説明したが、この他に本発明は種々の
態様をとることができる。例えば、図１に示した装置で
は、センサ部１０として、一つの送光部１６と、その送
光部１６を中心として径の異なる複数の同心円の円弧上
にそれぞれ複数設けられた受光部１５ａ(-1 〜-8) 〜１
５ｅ(-1 〜-8) とを有するマルチアレイセンサを示した
が、センサ部１０における送光部１６の個数は一つに限
られない。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、皮膚表層の浅い部位か
ら深い部位に至る広い深度範囲の血流量をそれぞれの深
度ごとに同時に記録することが可能となり、皮膚組織に
おける血流量の変化を正確に解析することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の装置のブロック図（同図（ａ））及び
そのセンサ部の底面図（同図（ｂ））である。

【図２】送光部と受光部との距離と測定深度との関係の
説明図である。

【図３】レーザーパワー、送光部と受光部との距離、及
び測定深度の関係図である。

【図４】測定深度と血流量と皮膚の性状との関係図であ
る。

【図５】測定深度ごとの血流波形図である。

【図６】一般的な深部皮膚血流の波形図（同図（ａ））
及び浅部皮膚血流の波形図（同図（ｂ））である。

【図７】従来のセンサの底面図である。

【図８】従来のセンサの底面図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂセンサ２送光用光ファイバー３受光用光ファイバー４センサ素子５プローブ支持部材１０センサ部１１光源部１２レーザーパワー調整手段１３信号処理手段１４表示手段１５ａ〜１５ｅ受光部１６送光部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神谷哲朗栃木県宇都宮市大和３−19−６ (72)発明者斎藤建夫石川県金沢市粟崎町２−７バイオメディカルサイエンス株式会社内 (56)参考文献特開平５−111469（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−59930（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/02 - 5/0295 A61B 8/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体にレーザー光を入射させ、被検体
内で散乱した光を受光して被検体の血流量を測定するレ
ーザードップラー方式の血流測定方法において、被検体
にレーザ光を入射させる少なくとも一つの送光部に対
し、受光部を、該送光部からの距離が異なる複数の位置
で、送光部からの距離ごとに複数設け、各受光部で被検
体からの散乱光を受光し、送光部からの距離ごとに複数
の受光部における受光光を合わせて当該距離における血
流量を測定し、それにより測定深度の異なる血流量を同
時に記録することを特徴とする非医療目的の血流測定方
法。
【請求項２】送光部と受光部との距離を小さくするこ
とにより、深い測定深度での血流量を測定する請求項１
記載の血流測定方法。
【請求項３】被検体に入射させるレーザー光のパワー
を変化させ、異なるパワーの入射レーザー光ごとに血流
量を測定する請求項１又は２記載の血流測定方法。
【請求項４】レーザー光を発する光源部、光源部で発
せられたレーザー光を被検体に入射させ、被検体からの
散乱光を受光するセンサ部、センサ部からの信号を血流
信号に変換する信号処理手段、信号処理手段からの信号
に基づいて測定結果を表示する表示手段を有する血流測
定装置において、センサ部が、被検体にレーザー光を入
射させる少なくとも一つの送光部と、被検体からの散乱
光を受光する複数の受光部とを有し、かつそれら複数の
受光部は、送光部から互いに異なる複数の距離で、送光
部からの距離ごとに複数設けられ、送光部からの距離ご
とに複数の受光部での受光光を合わせ、送光部から当該
距離にある受光部の血流量が得られるようにしたことを
特徴とする血流測定装置。
【請求項５】さらに、被検体に入射させるレーザー光
のパワーを調整するレーザーパワー調整手段が設けられ
ている請求項４記載の血流測定装置。
【請求項６】センサ部が、その被検体に対する接触面
の中央部に送光部を有し、その送光部を中心とする径の
異なる複数の同心円の円弧上にそれぞれ複数の受光部を
有するマルチアレイセンサである請求項４又は５記載の
血流測定装置。