JP6276195B2 - 血液中のヘモグロビン濃度を非侵襲的に測定するための方法、集成装置、センサ、及びコンピュータ・プログラム製品 - Google Patents
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Description
μa ×μs ’
=(σa ×σs /Very 2)×Hct×Hct×(1−Hct)×(1.4−Hct)
=Ccell×Hct×Hct×(1−Hct)×(1.4−Hct) :(式1)
によって表され、ここで、Ccellは1つの血球の吸収効率及び散乱効率を記述する。ヘマトクリットと積μa ×μs ’との間のこの関係が図2に表されている。ここで、積μa ×μs ’は上記の中間変数として用いられ、該中間変数を介してヘモグロビン濃度を決定することができる。中間変数は、それ自身内に血液に閉じ込められているヘモグロビンのスペクトル吸収のシグネチャーを有する第1部分(σa 又はμa )と、RBC懸濁液中の赤血球の密度を示す第2部分[Hct×Hct×(1−Hct)×(1.4−Hct)]とを持つ。これにより、測定された吸収量は、組織による全光減衰量の中の散乱の寄与分を考慮に入れている。
I=I0 ×exp(−αx) :(式2)
によって記述され、ここで、I0 は入射光強度であり、またαは組織層についての実効減衰係数である。いわゆる拡散近似を用いて光輸送方程式を解くことによって、実効減衰係数
α2 =3×μa ×(μa +μs ’) :(式3)
が得られる。
α2 =3×μa ×μs ’ :(式4)
によって簡単に近似することができる。
α2 =3×μa ×μs ’〜[log(I/I0 )]2 /x2
〜[log(I/I0 )]2 :(式5)
であり、ここで、μa は吸収係数であり、またμs ’は全血液中での散乱係数である。すなわち、組織層の実効減衰係数は、log(FLTi )、すなわち、組織を通った全光透過量の割合の対数に比例する。log(I/I0 )と中間変数μa ×μs ’との間のこの関係が、図3に例示されている。
μs ’≒σs =3.28×π×a2 ×z0.37×(m−1)2.09=定数×λ-0.37
について、公知のミー(Mie )理論近似(R.Graaffの論文「Tissue Optics Applied to Reflectance Pulse Oximetry 」、Groningen :University of Groningen 、1993年、188頁、ISBN90−9006681−0)を用いることによって、基準波長λREF における散乱効率に対応するように変換することができる。この結果、第2の変換係数G(λ)=(λ/λREF )0.37が生じる。従って、μa ×μs ’についての全変換係数はF(λ)×G(λ)である。換言すると、基準波長λREF における変数μa ×μs ’は、F(λ)×G(λ)と波長λにおける変数μa ×μs ’とを乗算したものに等しい。
<μa ×μs ’> = f1 (log(FLT(λi )),[log(FLT(λi )]2 ,HbXj ,φi ); i=1・・・N :(式6)
が得られる。ここで、fは線形回帰によって得ることのできる較正関数であり、またFLTは光透過率であり、またHbXjはヘモグロビン画分を表し、またφi は、皮膚の色のような様々な組織の影響を補償するために必要とされる波長λにおける潜在的な他の独立パラメータを表す。
dAi LB =g(dAk invivo ,Pk )
のように表すことができ、ここで、dAi LB は波長iにおける仮想のランベルト−ベール・モデル信号であり、dAk invivo は波長k(k=1...M、ここで、Mは波長の数である)における測定されたインビボ信号であり、gは組織内での光子の光路長を統計的に記述する変換関数であり、またPk は被検体の組織の吸収及び散乱特性を示す1つ以上の組織属性変数を表す。ランベルト−ベール・モデルに従った差分吸収信号は、4つの異なるヘモグロビン種HbXj (デオキシヘモグロビン、オキシヘモグロビン、一酸化炭素ヘモグロビン、及びメトヘモグロビン)について且つ8つの波長について、次式のように書くことができる。
c×(HbXj )=(εij T εij)-1(εij T )×(dAi LB )、
ここで、εij T は消散マトリクスεijの転置であり、i=1...M、及びj=1...4であり、この場合、M>4は波長の数である。最後に、定数cは、濃度画分の総和が100%になるように決定される。
dAi LB =f2 (dAk invivo ,HbXj ,Pk )
と書くことができ、該式において、付加的なパラメータPk は交絡(confounding) 組織効果を表現し、またf2 は較正関数である(また、kは波長kを表す)。回帰モデルは正規化LB光路長に対して作成され、従って、信号dALBは総ヘモグロビンTHbを直接与えることができる。事実、この実施形態は、測定された信号、ヘモグロビン濃度画分及び可能な組織パラメータを当該モデルの独立変数として用いて、THbの直接回帰モデル
THb=f3 (dAk invivo ,HbXj ,Pk )
に等価なものと見なすことができ、ここでf3 は較正関数である。
THb=f4 (log(FLTk ),dAk invivo ,HbXj ,Pk )
の独立変数として用いることができ、ここで、f4 は較正関数である。この実施形態では、独立変数は線形形式又は二次形式であってよく、また交差項も含むことができる。このように、組織の光透過を示すモデル変数として、組織を通った全光透過量の割合の対数を表す変数(log(FLT))と、組織を通った脈動(pulsating)光透過量を表す変数(dAinvivo)との両方を含むことができる。
102 指
104 光検出器
111 計算モデル
116 ユーザー・インターフェース
Claims (16)
- 血液中のヘモグロビン濃度を非侵襲的に測定するための方法であって、
計算モデルを設定する段階であって、該計算モデルが、総ヘモグロビン濃度を示す第1の変数と、組織を通る光透過量を示す第2の変数及びオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、一酸化炭素ヘモグロビン及びメトヘモグロビンの濃度百分率を示す第3の変数を含む一組の変数との間の関係を表している、当該段階と、
被検体からインビボ測定信号を取得する段階と、
前記インビボ測定信号に基づいて、前記第2及び第3の変数についてのインビボ値を決定する段階と、
前記第2及び第3の変数の前記インビボ値並びに前記計算モデルに基づいて前記第1の変数を求める段階と、
を有する方法。 - 前記計算モデルを設定する前記段階において、前記計算モデルは、全血キュベット領域に適用可能な中間変数と前記第1の変数との間の第1の関係を含むと共に、前記中間変数と前記第2及び第3の変数との間の第2の関係を含んでいる、請求項1記載の方法。
- 前記計算モデルを設定する前記段階において、前記中間変数は、単位体積当りの吸収係数μa と単位体積当りの等価散乱係数μs ’との積を表している、請求項2記載の方法。
- 前記計算モデルを設定する前記段階において、前記第1の変数は総ヘモグロビン及びヘマトクリットの内の一方である、請求項1記載の方法。
- 前記計算モデルを設定する前記段階において、前記第2の変数は、前記組織を通る全光透過量を示す変数の対数を表している変数を含んでいる、請求項1記載の方法。
- 前記計算モデルを設定する前記段階において、前記第2の変数は、前記組織を通る脈動光透過量を示す変数を含んでいる、請求項1記載の方法。
- 前記取得する段階は、約1100nm以下の波長においてインビボ測定信号を取得する段階を含んでいる、請求項1記載の方法。
- 血液中のヘモグロビン濃度を非侵襲的に測定するための集成装置であって、
総ヘモグロビン濃度を示す第1の変数と、組織を通る光透過量を示す第2の変数及びオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、一酸化炭素ヘモグロビン及びメトヘモグロビンの濃度百分率を示す第3の変数を含む一組の変数との間の関係を表す計算モデルと、
被検体から得られたインビボ測定信号に基づいて、前記第2及び第3の変数についてのインビボ値を決定するように構成された第1の計算ユニットと、
前記第2及び第3の変数の前記インビボ値並びに前記計算モデルに基づいて前記第1の変数を求めるように構成された第2の計算ユニットと、
を有する集成装置。 - 前記計算モデルは、全血キュベット領域に適用可能な中間変数と前記第1の変数との間の第1の関係を含むと共に、前記中間変数と前記第2及び第3の変数との間の第2の関係を含んでいる、請求項8記載の集成装置。
- 前記中間変数は、単位体積当りの吸収係数μa と単位体積当りの等価散乱係数μs ’との積を表している、請求項9記載の集成装置。
- 前記第1の変数は総ヘモグロビン及びヘマトクリットの内の一方である、請求項8記載の集成装置。
- 前記第2の変数は、前記組織を通る全光透過量を示す変数の対数を表している変数を含んでいる、請求項8記載の集成装置。
- 前記第2の変数は、前記組織を通る脈動光透過量を示す変数を含んでいる、請求項8記載の集成装置。
- 前記インビボ測定信号は、約1100nm以下の波長におけるインビボ測定信号である、請求項8記載の集成装置。
- 血液中のヘモグロビン濃度を決定することを意図した集成装置ための、被検体に取付け可能であるセンサであって、
約1100nm以下の複数の測定波長で被検体の組織を通る輻射線を放出するように構成されたエミッタ・ユニットと、
前記複数の波長の前記輻射線を受け取って、前記複数の測定波長に対応する複数のインビボ測定信号を生成するように構成された少なくとも1つの光検出器を有する検出器ユニットと、を有しており、
ここで、当該センサは、ヘモグロビン濃度を決定するために用いるべき計算モデルを識別する識別子を記憶するメモリを有し、前記計算モデルが、総ヘモグロビン濃度を示す第1の変数と、組織を通る光透過量を示す第2の変数及びオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、一酸化炭素ヘモグロビン及びメトヘモグロビンの濃度百分率を示す第3の変数を含む一組の変数との間の関係を表していること、
を特徴とするセンサ。 - 血液中のヘモグロビン濃度を非侵襲的に測定するためのコンピュータ・プログラム製品であって、
計算モデルを受け取るように構成された第1のプログラム製品部分であって、該計算モデルが、総ヘモグロビン濃度を示す第1の変数と、組織を通る光透過量を示す第2の変数及びオキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、一酸化炭素ヘモグロビン及びメトヘモグロビンの濃度百分率を示す第3の変数を含む一組の変数との間の関係を表している、当該第1のプログラム製品部分と、
被検体から得られたインビボ測定信号に基づいて、前記第2及び第3の変数についてのインビボ値を決定するように構成された第2のプログラム製品部分と、
前記第2及び第3の変数の前記インビボ値並びに前記計算モデルに基づいて前記第1の変数を求めるように構成された第3のプログラム製品部分と、
を有するコンピュータ・プログラム製品。
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