JP6734895B2 - 人体組織内のパラメータを測定するための測定システム - Google Patents

Description

本願発明は、脳および筋肉、または頭蓋内の血液体積および血液流量を測定するための測定システムおよび測定方法に関する。特に、本願発明は、脳および筋肉パラメータの非侵襲的測定に関する。

頭蓋の内容物は、非圧縮性脳成分、脳内血液体積（ＣＢＶ）および、脳脊髄液（ＣＳＦ）から成る。脳脊髄液の製造の減少、ＣＢＶの減少のような頭蓋内補償メカニズムが尽きた後に、空間を要求する処理は頭蓋内圧力の増加をもたらす。これらの状況は、モンロー−ケリー学説に由来する。５０ｍｍＨｇ以上の頭蓋内圧力（ＩＣＰ）の増加に関して、脳灌流圧力（ＣＰＰ）は、もはや維持不可能であり、脳領域への付加的なダメージが脳全体の虚血を生じさせる。それは、“Analysis of intracranial Pressure: Past, Present and Future”と題する、Ａ．Ｄｉｌｅｖａらによる、２０１３年２月６日発行のニューロサイエンティスト誌によって知られる。それによれば、ＣＰＰは、平均動脈圧力とＩＣＰとの間の差として識別可能である。頭蓋内圧力、ＩＣＰによって理解できるのは、定義として、テント上方の脳脊髄流圧、すなわち、側脳室内部、および、脳凹部全体にわたる、くも膜下内の圧力である。従来の観察によれば、ＩＣＰの上昇は、例えば、脳血液バリアの破壊、または、細胞内液蓄積のような細胞毒性脳浮腫、腫瘍、脳出血等の付加的空間の必要性、または、脳髄液流体、循環系またはそれぞれの吸収不良の場合に生じる、脳の膨張が原因である。

従来技術からわかるように、頭蓋骨内の頭蓋内圧力を測定する様々な方法があり、それらは、その内部から間接的に導出されるパラメータを測定する方法である。この目的のために、侵襲的方法が従来使用されてきた。それは、測定プローブが、頭蓋骨を通じて脳組織内部に進入するものである。しかし、侵襲的方法は、不所望な出血、方法の複雑さ、測定領域の局所限定等などの欠点を有する。

また、超音波およびドップラー効果を利用した非侵襲的測定方法が使用されている。それは、増加する頭蓋内圧力および拍動性の間の相関関係を利用する。しかし、拍動性の指標には、健康な人間でも非常にさまざまなものが存在する。他の方法では、流体力学および神経生理学の原理が、磁気共鳴画像の結果と組み合わされる。例えば、 “Noninvasive intra cranial compliance and pressure based on dynamic magnetic resonance imaging of blood flow and cerebrospinal flow”と題するＢ．ＲａｓｋｉｎらによるＮｅｕｒｏｓｕｒｇ．Ｆｏｃｕｓ、第１４巻にその例が説明されている。欧州特許第０９３３０６１号には、頭蓋内圧および外耳道内の圧力が頭蓋内圧力を決定するのに使用されることが説明されている。また、米国特許出願公開第２０１２／０１３６２４０号には、頸静脈の制御された締め付けが血液流出量の変化をもたらし、血液流出の圧力が測定され、それによって、頭蓋内圧が、締め付けと血流との間の関係から決定されることが説明されている。ここでは血液流出量を決定するために、例えば、近赤外線（ＮＩＲ）センサが使用される。また、脳のような器官の構成をモニターするために、特に、酸素化または非酸素化血液をモニターするために、または、脳内の酸素化または非酸素化血液の濃度を決定するために近赤外線範囲の吸収測定法が周知である。それは、例えば、米国特許第６，１９５，５７４号または米国特許第５，７０６，８２１号に記載されている。

比較可能な状況は、下肢または下腕筋肉のような筋膜にきつく配置された筋肉の傷および怪我に発見することができる。怪我の後、傷口内部の区画ごとに増加する圧力によって、筋肉を通じる血液の循環が圧力の増加によって減少するために筋肉が死ぬ非常に高いリスクが存在する。患者は、筋肉を損失し、または、生命の危険がある横紋筋融解症シンドロームを煩う。したがって、筋肉内部の圧力パラメータを決定し、かつ、モニターすることが所望される。

周知の方法において、複雑なアルゴリズムおよび複雑な測定装置構成が、人体組織内部の圧力パラメータを決定するために必要である。また、それらは、特定のパラメータに集中しており、耳のようなわずかな測定サイトに限定されている。したがって、人体組織のさまざまなパラメータを測定するためには、異なる測定装置が同時に、または、連続して使用されなければならない。加えて、周知の非侵襲的方法は、患者にとって、快適ではなく、危険である。

したがって、本願発明の目的は、人体組織のパラメータを単純かつ迅速に決定することが可能な測定システムおよび方法を与えることである。それは、少ないシステムコンポーネントを有し、好適には、同時に複数の異なるパラメータを測定することができ、患者にとって快適に適用することを可能にする。

この目的は、請求項１に記載の測定システムによって、および、請求項１４に記載の方法によって達成される。好適実施形態およびさらなる実施形態の例は、従属項に記載されている。

本願発明は、人体組織内のパラメータを測定するための測定システムを提案する。それは、人体組織の人体に適応可能な少なくともひとつの測定装置、光波を照射するための光学ユニット、光学ユニットと測定装置との間で、光波を伝達するための光学ガイドと、測定波長を解析するための解析ユニットとを有する。この光学ユニットは、好適には、異なる波長の光波を照射することができる。少なくともひとつの波長の光波が、人体組織の人体パラメータの吸収範囲内にある。光学ユニットから照射された光波は、測定装置によって、人体組織内部の光学的測定体積内に放射される。測定体積から、測定装置によって受信された測定波は解析ユニットに転送される。したがって、人体パラメータは、人体組織の測定体積内の波長の光吸収の決定によって決定可能である。

本願発明に従い、解析ユニットは、変換アルゴリズムを含む。それは、測定体積内で測定された人体パラメータの拍動性を、人体組織の圧力のパラメータに変換する。それによって、人体パラメータは、光波の吸収を決定することにより識別可能となる。

本願発明に従う測定システムにより、人体組織の異なる多数のパラメータを、本質的に周知である単純な吸収測定によって取得することができる。人体パラメータの識別用の吸収測定の測定結果は、解析ユニットによってさらに処理される。それにより、拍動性の特徴が決定される。確認された拍動性は、それぞれの特徴に従って変換アルゴリズムによって圧力パラメータに割り当てられる。その圧力パラメータは、人体組織の圧力を示す。したがって、人体組織の圧力パラメータは、付加的な圧力測定装置を使用することなく決定可能である。また、圧力の決定は、他の人体パラメータの決定と同時に実行可能である。

本願発明のある例において、測定システムは、少なくともひとつの濃度パラメータの決定のために設計されている。変換アルゴリズムは、この場合、測定体積内で測定された人体組織の濃度パラメータの拍動性を人体組織の圧力パラメータに変換する。測定システムによって好適に識別されるのは、測定体積内の酸素化ヘモグロビン濃度、非酸素化ヘモグロビン濃度および／またはヘモグロビン全体の濃度である。この測定された濃度の拍動性はその後人体組織内の圧力のパラメータに変換される。

本願発明のある実施形態において、測定システムは、脳の測定体積内の人体パラメータを決定するように設計される。変換アルゴリズムによって、頭蓋内圧力のパラメータは、脳測定体積内の人体パラメータの拍動性から決定される。

本願発明の他の実施形態において、測定システムは、筋肉の測定体積内の人体パラメータを決定するように設計される。変換アルゴリズムによって、筋肉の区分け圧力パラメータは、筋肉測定体積内の人体パラメータの拍動性から決定される。

本願発明は、さまざまな脳内パラメータが、モンロー−ケリー学説および拍動性の方法に従う教示の組み合わせから単純な方法で推定可能であるという驚くべき知見に基づくものである。特に、頭蓋内圧力、異なる脳構成物質の濃度、および、脳脊髄液の体積が識別可能である。また、代謝物および酵素もまた識別可能である。この知見は、さらに、他の器官にも応用可能である。特に、筋肉の圧力パラメータの決定のために変換アルゴリズムを開発するのに使用することも可能である。さらに、測定システムは、骨内のパラメータを決定するのに使用することも可能である。

本願発明が基礎とする事実および状況は、脳内の測定を例にしてさらに詳細に説明される。第１のアプローチでは、頭蓋が、非弾性であると仮定されている。流入流出血液量の差による頭蓋骨内の体積変化は、通常は１ｍｌの範囲内である。頭蓋内のすべての物質は非圧縮性であると仮定されている。また、脳の構成物質の体積増加、例えば、脳浮腫による組織体積増加は、他の構成物質の補償的減少、例えば、脳髄液または血液体積の減少によって補償されるだけである。これらの保存空間が尽きた後、頭蓋圧力の増加が存在する。ここで、脳のコンプライアンスについて触れると、頭蓋圧力と体積との関係は、この補償メカニズムに依存しているが、少なくともの個々に対して一定に近いままである。病理学的条件のもとで、脳の膨張、出血、腫瘍形成等などの質量効果がより関係するが、体積の増加によって、頭蓋圧力の上昇にいたる。圧力−体積曲線は、単一指数関数的であり、周知の方法で経験的に決定可能である。

一方、説明した病理学的条件は、血液流量の拍動性において効果を有する。増加する頭蓋圧力により、例えば、脳の膨張によって、心臓は頭蓋圧力に対向して頭蓋骨内部に血液を増やしてポンピングしなければならない。同時に、血管の制限により、血管内の血液の速度が増加する。血流のパルス波形は、頭蓋内の体積変化を誘導し、よって頭蓋内圧力およびコンプライアンスに影響を与える。

圧力−体積曲線によって、頭蓋内圧力が、血液パラメータの拍動性の振幅のそれぞれの変化から推定可能となる。特に、脳セグメント内のヘモグロビン含有量、および、頭蓋圧力は、圧力拍動性の振幅から識別可能である。上述した効果により、ＩＣＰ曲線構成およびＩＣＰ曲線の形態が変化する。

本願発明に従い、光学的測定方法によって、人体組織のさまざまな構成物質の濃度値の変化は、波形測定の形式で、または、組織液、酸素化ヘモグロビン、非酸素化ヘモグロビン、および、好適には、ヘモグロビン全体に対する信号の光学的測定によって、捕捉される。頭蓋圧力のような圧力パラメータの値の形態は、さまざまな構成物質の測定波形の形態から特定される。こうして得られた頭蓋圧力値の形態から、コンプライアンスおよび平均頭蓋内部圧力が決定される。

人体パラメータの拍動性は、パルス中のピークによって特徴づけられる。この点は、図面を参照してより詳細に説明される。一般に、振幅は、補償メカニズムが尽きるとすぐに、増加する頭蓋圧力とともに減少する。

血液流の拍動性および振幅の変化はそれぞれ、人体組織のパラメータの非侵襲的測定用の測定装置を有する本願発明に従う光学測定システムによって単純な方法で決定可能である。測定装置は、頭皮または筋肉上の皮膚のような器官に適用されるべきエミッタ検出器システムを有し、そのシステムは、さまざまな光の波長を照射しかつ検出するために与えられる。このような測定装置は、例えば、“Messvorrichtung zur Bestimmung zerebraler Parameter”と題する２０１２年１１月６日出願のスイス国特許第０２２６６／１２号に説明されている。この測定装置は、前頭部などの頭の表面のような、人体表面に測定装置を取り外し可能に取り付けるために、センサユニットおよびセンサパッドを具備する。この測定装置の特徴に関する情報は、人体組織、特に脳組織上で測定を実行する利点とともに、ここに本願発明の説明に組み込む。特にパラメータの光学的測定に関する情報が参照される。

また、この測定装置の助けとともに、頭蓋骨内部の体積が決定され、それによって、脳組織内の液の濃度およびヘモグロビンの濃度の絶対値が決定される。血液は、血液プラズマ（液、タンパク質等）および粒子成分からなり、その中に、ヘモグロビンを有する赤血球がある。赤血球の濃度は、ヘマトクリット値を決定し、それにより、血液内の液の質量濃度を決定する。脳血液体積は、血液体積に対する脳の質量の関係によって、かつ、脳内のヘモグロビン濃度に対するヘマトクリット値の関係によって、決定される。頭蓋骨体積は、白色および灰色の脳物質、血液体積および脳脊髄流体（脳脊髄液）からなる。筋肉の測定に対しても同様に応用可能である。筋肉の体積は、組織学的には、筋原繊維を有する筋肉細胞からなる。化学的には、これらは、約３／４の水分および１／４の固体材料を含む。固体成分は、約２０％のタンパク質、とりわけ、ミオシン、脂質、グリコーゲン、クレアチン等である。

測定システムは、体積測定値を決定することができる。それは、脳脊髄液体積、骨体積および皮膚体積のような、頭蓋体積および頭蓋外部から成る。

本願発明に従い、測定装置は、好適には、患者の同じ測定サイト上で各々の測定に関して配置される。その結果、各測定に関して、同じ光学体積セグメントが測定される。頭蓋外部または筋肉の場合には外部は、時間にわたって一定であることがわかる。測定システムによって測定される測定体積の濃度は、頭蓋全体、または、それぞれの筋肉を表す。特に、近赤外線分光（ＮＩＳＲ）法で測定システムによって特定される体積は、頭蓋全体またはそれぞれの筋肉をほぼ表している。したがって、測定システムによって、人体組織の光学的体積セグメントは、測定可能である。それから、脳全体または筋肉内の組織部分の組成が、推定可能である。放射された体積セグメント内の濃度変化は識別される。必要により、ＣＴ法のような周知の測定法を使って、体積全体が測定される。測定装置により決定された濃度測定を、体積値に変換することは、コンピュータのような解析装置を使って実行される。解析装置は、測定装置に接続されているか、または、それに対して測定値が与えられる。測定値は、測定装置によって受信された測定波のような光学信号として、または、電気信号として転送可能である。

本願発明に従う装置および方法によって、組織液の決定を実行するための、単純かつ、非侵襲的方法が可能になる。その際、波長が異なる複数の光波が、測定システムの光源から照射され、測定装置によって光学体積セグメント内部に入射される。好適には、この光波はいわゆるバイオ光学ウインドウのエッジに置かれる。少なくともひとつの波長が、液吸収範囲内に存在し、液濃度の決定に適しておりかつ特徴的である。さらなる波長によって、酸素化および非酸素化血液、および、組織材料が測定可能である。

一般に、異なる効果が、本願発明に従う測定システムおよび方法によって同時に測定可能である。脳と頭蓋骨との間の空間、またはそれぞれの変化が、ＮＩＲＳ測定に基づいて、経頭蓋測定を通じて識別可能である。圧力の増加に伴い、供給される血液体積の減少がその変化を通じて、または、上述した拍動性の振幅によって、測定される。複数の異なる波長の使用により、頭蓋骨のような人体組織の光学体積測定セグメントを本質的に同時に通過し、特定される。それに対して、その特徴的光学スペクトルは既知である。したがって、異なる吸収の重み付けが比較可能であれば、すなわち、吸収率と、測定すべき濃度の積が、測定すべき組織のすべての構成物質に対して、一桁内であることが有利である。したがって、代表的測定精度は、達成される。

実施形態において、光学測定システムは、人体組織の光学体積セグメントを測定するための測定装置を有する。その装置は、複数の異なる波長の光を有する光源によって供給される。好適には、光源は、少なくとも４つの異なる波長を有する光線を与える。少なくともひとつの波長は、液吸収の範囲内にある。残りの波長は、例えば脳構成物質のような他の組織構成物質に適用される。例えば、７５０ｎｍと１１００ｎｍとの間の波長が使用される。したがって、例えば、ヘモグロビン濃度および、白および灰色物質の濃度が、測定可能となる。筋肉の測定に関して、波長は好適には、タンパク質およびミオグロビンの吸収スペクトルに好適に適用される。例えば、タンパク質は、大きさに依存して、２００―３００ｎｍで光学的に測定可能な反応性を有する。また、異なる波長は、吸収係数と濃度との積が、測定すべきすべての構成物質に対して一桁内であるように、選択される。測定は、ＮＩＲＳ法に本質的に従って実行される。

測定システムは、さらに解析ユニットを有する。その内部で、例えば、数値演算が実行され、光学的測定値から線形方程式系によって、組織内の構成物質の濃度を決定する。方程式系に使用されるのは、例えば、既知の脳または筋肉圧力の圧力−体積曲線である。それは、測定値の通常の連続を通じて決定可能である。あるいは、平均曲線が基準として使用されてもよい。この曲線に沿った拍動性の変化から、目的のパラメータ、特に圧力が推定可能である。この目的のために、例えば、２つの異なる圧力、または、それぞれの体積値において、拍動性が決定され、これらの測定値を超えて、外挿可能である。

脳脊髄液濃度の増加または減少は、脳組織内のそれぞれの構成物質の濃度の決定から導出可能である。こうして、例えば、脳浮腫の増加または減少が決定可能である。

血液濃度の変化に反応する、少なくともひとつの波長によって、測定システムがこのパラメータの拍動性を測定することができる点がさらに有利である。この目的のために、上述した測定装置は、例えば、測定体積セグメント内で散乱または反射される光を識別する。検出された光線、すなわち、受信した測定波長の信号は、測定パラメータの対応する拍動性に変換される。好適には、この拍動性は、血液濃度の変化および、これらのデータから形成される平均値に反応する複数の異なる波長に基づいて決定される。不変条件とともに、複数のパルス波に対して平均化された拍動性の振幅が、ほぼ同じまま残る。振幅が変化すれば、圧力の変化を示す。

本願発明に従う測定システムは、上述したタイプの２つ以上の測定装置とともに使用することも可能である。それは、それぞれ、解析ユニットへ測定信号を分配する。測定装置は、頭蓋骨または筋肉の例えば反対側の領域に設けられてもよい。異なる脳領域が、複数の測定装置によって、例えば、異なる脳髄液含有量または組織の構成物質に関して、モニターされる。

測定システムは、マーカー装置も有する。それによって、インドシアニン・グリーン（ＩＣＧ）染料が好適に血液流内に導入可能である。測定システムは、ＩＣＧ染料ダイリューションモードにおいて使用される。それにより、組織内の血液体積が決定される。測定は、連続的に全ヘモグロビンのような測定パラメータと結合され、それによって、血液体積の変化が検出可能となる。

上述したタイプの非侵襲的測定装置の代わりに、本願発明の原理は、好適には、例えば、頭蓋カテーテル形式のような最小侵襲プローブである、従来のプローブを使って有利に実行可能である。所望のパラメータの識別は、プローブの受信測定信号によって、本願発明に従い実行可能である。

本願発明は、複数の実施形態を参照して与えられた。ひとつの実施形態の個々の技術的特徴は、説明した利点を有する他の実施形態と組み合わせて使用することももちろん可能である。本願発明に従う技術的特徴の記述は、したがって、それぞれの実施形態に限定されない。特に、頭蓋での測定の特徴は、筋肉または骨の測定に対して応用可能である。

本願発明の利点は、図面を参照して以下で与えられる。それは、説明のためのものであり、限定することを目的とするものではない。図面に開示された本願発明の特徴は、本願発明の開示範囲に属すると認識すべきである。

図１は、頭蓋圧力と頭蓋体積との圧力−体積曲線である。 図２は、頭蓋圧力のパラメータに対する異なる拍動性結果の相関関係の概略図である。 図３は、本願発明に従う測定システムの概略図である。

図１に示す圧力−体積曲線は、頭蓋内圧力と頭蓋内体積との関係である。圧力はトル（ｍｍＨｇ）により示され、体積は体積変化ΔＶの単位で示されている。約１０ｍｍＨｇまでの低い範囲の頭蓋圧力において、体積の増加は圧力の実質的増加に対して生じないことがわかる。このレンジでは、補償メカニズムが、圧力増加を生じさせることなく、体積変化を補償可能である。１０ｍｍＨｇと２０ｍｍＨｇとの間の通常範囲において、体積増加に従い、頭蓋内圧力が上昇し始める。病理学的圧力に対応する２０ｍｍＨｇの圧力から、非常にわずかな体積増加が、頭蓋内圧力の大きな増加を生じさせる。頭蓋内圧力と頭蓋内体積との間のこの相関は、上述した脳パラメータを決定するために本願発明に従う測定システムおよび方法に使用される。

この曲線に沿って、酸素化または非酸素化血液の値などの血液値の拍動性の変化または特徴を示す。拍動性および圧力−体積曲線の決定を通じて、頭蓋内圧力が推定可能である。

図２は、脳の検査に対して、頭蓋内圧力のパラメータの異なる拍動性結果の相関を略示した図である。縦軸は頭蓋内圧力トル（ｍｍＨｇ）である。カラム１に示すのは、頭蓋圧力の３つの異なる値におけるＩＣＰ測定曲線のパルスの形態である。カラム２に示すのは、酸素化ヘモグロビン濃度（Ｈｂｏｘｙ）のパルスである。カラム３に示すのは、非酸素化ヘモグロビン濃度（Ｈｂｄｅｏｘｙ）のパルスである。カラム４に示すのは、ヘモグロビン全体の濃度（Ｈｂｔｏｔ）のパルスである。それぞれの場合において、頭蓋内部に３つの異なる圧力値を有する。頭蓋内圧力のこれらの３つの異なる値はラインＡ、Ｂ、Ｃに分離される。ラインＡのパルスは、約１０ｍｍＨｇの頭蓋内圧力に対応する。ラインＢにおいては、約２０ｍｍＨｇの頭蓋内圧力に対応する。ラインＣにおいては、２０ｍｍＨｇを超える頭蓋内圧力に対応する。

頭蓋内圧力の拍動性は周知である、例えば、“Ｉｎｔｒａｃｒａｎｉａｌ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｔｒａｃｒａｎｉａｌ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ”と題する、２００８年発行のアメリカン・ジャーナル・オブ・クリティカル・ケアの１７：５４５−５５４に記載されている。カラム１のパルスの場合のように、通常の条件下において、ラインＡのパルスは３つのピークを有する。ピークＰ１_１Ａは、ほぼ一定の振幅を有する脈絡叢（振動波）の拍動性から生じる。ピークＰ２_１Ａは、第１の動脈ふれ（高い波）の後のリバウンドから生じ、形状および振幅が変化する。ピークＰ３_１Ａは、重拍性減衰（重複波）の後の静脈反応から生じる。カラム１において、ラインＢは、ラインＡと比較して増加したＩＣＰ値を有する、ＩＣＰパルスのパルス波形を示す。ピークＰ２_１Ｂは、はっきりと上昇しているが、ピークＰ１_１Ｂは、実質的に同じままである。カラム１において、ラインＣは、２０ｍｍＨｇを超える病理学的圧力範囲でのＩＣＰパルスのパルス形状を示す。パルス形状は、平坦となり、わずかなピークが形成される。本願発明と対照的に、上述した文献は、頭蓋内圧力のパルス波形のピークは、関連するファクタと医学的に無関係であると記述しており、患者の状態を決定するのに適切ではないと記載している。

酸素化ヘモグロビンおよび非酸素化ヘモグロビンの濃度ならびにヘモグロビン全体濃度のパルス波形は、ＮＩＲＳ測定を通じて図３に示す測定装置を使って決定された。通常条件下でのＨｂｏｘｙの濃度のパルス波形は、カラム１のラインＡに示されている。ピークＰ１_２Ａは動脈ふれの振幅を示し、ピークＰ２_２Ａはパルスの静脈成分の振幅を示す。動脈成分は、カラム２のラインＢから明らかなように、頭蓋内圧力の増加に伴いはっきりとピークＰ２_２Ｂが上昇する。カラム３のラインＡに示すのは、通常条件下でのＨｂｄｅｏｘｙの濃度のパルス波形である。ピークＰ１_３Ａは、動脈ふれの振幅を示す。パルスの動脈成分を見るのは困難であるが、静脈成分はピークＰ３_３Ａを有するパルス波形に強く影響を与えている。圧力上昇に伴い、静脈成分は、カラム３のラインＢからわかるように、ピークＰ３_３Ｂに示すように、パルス波形は減少する。通常圧力範囲内のヘモグロビン全濃度のパルス波形は、カラム４のラインＡから、明確なピークＰ１_４Ａ、Ｐ２_４Ａ、およびＰ３_４Ａを有する。圧力上昇により静脈成分は消え、動脈成分がピークＰ２_４Ｂにより明確となる。２０ｍｍＨｇ以上の病理学的圧力の範囲において、パルス形状は、ピークをもはや示さなくなるが、その代わり、パルスは、単一のピーク値の幅にわたるパルスによって識別される。

この測定結果は、測定装置によって吸収測定を通じて決定された、濃度のような人体パラメータの拍動性の形状は、再生可能であり、頭蓋内圧力の値にはっきり関係していることを示している。原則的に、例えば、酸素化ヘモグロビンのようなひとつの人体パラメータが、この目的のために十分である。しかし、例えば、Ｈｂｏｘｙ、Ｈｂｄｅｏｘｙ、Ｈｂｔｏｔのような複数の人体パラメータの使用が測定の精度を向上させる。測定システムの変換アルゴリズムは、この目的に対して、比較アルゴリズムを含む。それにより、測定した拍動性波形は、特定の圧力値に割り当てられる。この目的のために、頭蓋内圧力の波形用の基準曲線が利用される。これを超えると、個々の濃度の拍動性は、図１の圧力−体積曲線によって頭蓋内圧力に割り当てられる。また、個々の圧力のピークとの比較と組み合わせは、既存の圧力を決定するのに使用可能である。

本願発明の利点のひとつは、人体パラメータが、単純な方法で決定され、それ自身患者のモニターを助けるように使用可能であることである。圧力を決定するのに、付加的な測定ユニットを必ずしも使用する必要がない。

図３は、本願発明に従う、少なくともひとつの人体パラメータを測定するための測定システム１の概略図である。測定システムは、少なくともひとつの測定装置４、光照射光学ユニット３、および、解析ユニット２を有する。測定装置は、非侵襲的パッチとして設計されている。それは、脳または筋肉のような人体器官の人体組織の光学測定体積の上に、与えられる。さらに、光学ユニット３、測定装置４と、解析ユニット２との間には、光波を伝達するための光学ガイドが設けられている。光学ユニット３から照射された光波は、測定装置４によって脳内の光学測定体積内に放射される。測定装置４により脳から受信された測定波は解析ユニット２に転送される。光学ユニット３は異なる波長の複数の光波を、少なくともひとつの測定装置４に与える。好適には、少なくともひとつの波長が、液吸収の範囲内にある。また、各波長は、決定すべき人体パラメータのひとつの吸収に従って選択される。

異なる波長の少なくとも４つの光波が好適に与えられる。光学測定体積内の波長の異なる吸収の重み付けは、一桁内である。人体組織内の各構成物質の測定用に、この構成物質の吸収に対応する波長が好適に与えられる。好適に与えられるのは、人体組織の濃度を測定するための吸収に対応する波長である。もし必要ならば、非酸素化血液の濃度を特定するための吸収に対応するさらなる波長が与えられる。さらに、酸素化血液の濃度を測定するための吸収に対応する他の波長が与えられる。光波および測定すべきすべてのパラメータ用の測定波は、測定装置によって同時に使用されてもよい。

血液濃度の変化に関して、対応する波長において、システムは、測定値の拍動性を測定することができる。変化しない条件で、複数のパルス波にわたって平均化された拍動性の振幅は、ほぼ同じままでなければならない。もし振幅が変化すれば、これは、人体組織内の圧力の変化を示す。圧力の上昇または降下は、解析ユニット内の対応する相関関係によって、測定値から明確に決定される、組織液濃度の増加または減少は、人体組織内の構成物質の濃度の決定から検出される。浮腫の増加または減少はそれによって診断可能となる。血行動態、組織成分の濃度、浮腫の大きさおよび圧力は、好適には、測定システムを使って同時に決定される。

本願発明に従う測定システムの実施形態の一例が、脳の検査、頭蓋圧力の決定または、その変化として、上述された。当該測定装置および方法は、筋肉区画内の圧力またはその変化の決定のために筋肉組織の検査にも適している。

欧州特許第０９３３０６１号公報 米国特許出願公開第２０１２／０１３６２４０号明細書 米国特許第６，１９５，５７４号明細書 米国特許第５，７０６，８２１号明細書 スイス国特許第０２２６６／１２号公報

"Analysis of intracranial Pressure: Past, Present and Future"と題する、Ａ．Ｄｉｌｅｖａらによる、２０１３年２月６日発行のニューロサイエンティスト誌 "Noninvasive intra cranial compliance and pressure based on dynamic magnetic resonance imaging of blood flow and cerebrospinal flow"と題するＢ．ＲａｓｋｉｎらによるＮｅｕｒｏｓｕｒｇ．Ｆｏｃｕｓ、第１４巻 "Ｉｎｔｒａｃｒａｎｉａｌ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｔｒａｃｒａｎｉａｌ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ"と題する、２００８年発行のアメリカン・ジャーナル・オブ・クリティカル・ケアの１７：５４５−５５４

Claims (12)

1. 人体組織内の少なくともひとつのパラメータを測定するための測定システムであって、
   前記人体組織の光学体積セグメントを測定するための、前記人体組織に適用される少なくともひとつの測定装置と、
   光波を照射するための光学ユニットであって、波長が異なる少なくとも４つの光波を照射し、前記少なくとも４つの光波の少なくともひとつの波長は、前記人体組織内の前記少なくともひとつのパラメータの吸収の範囲内にある、ところの光学ユニットと、
   前記光学ユニットと前記測定装置との間にあって、波長が異なる前記少なくとも４つの光波を伝達するための少なくともひとつの光学ガイドと、
   測定波を解析するための解析ユニットと、
   を備え、
   前記光学ユニットによって照射された波長が異なる前記少なくとも４つの光波は、前記人体組織内の前記光学体積セグメント内に、前記少なくともひとつの測定装置によって放射され、前記少なくともひとつの測定装置によって前記光学体積セグメントから受信された前記人体組織の前記光学体積セグメントからの前記測定波が、前記解析ユニットへ転送可能であり、
   前記解析ユニットは、変換アルゴリズムを有し、
   前記変換アルゴリズムは、
   前記測定波を処理して前記測定波の形態を判定し、
   前記少なくともひとつのパラメータに対して予め測定された前記光波の吸収波長と強度を表す複数の波形と複数の体内圧力との間の対応関係、および前記予め測定された前記波形の各形態に基づいて、前記測定波の形態を前記予め測定された波形の形態に外挿することにより、体内圧力を抽出し、
   前記測定波の形態の違いに基づいて、抽出された前記体内圧力の変化を同定する
   ことを特徴とする測定システム。
2. 前記少なくともひとつのパラメータは、酸素化ヘモグロビンの濃度、非酸素化ヘモグロビンの濃度、および／または、ヘモグロビン全体の濃度である、請求項１に記載の測定システム。
3. 前記人体組織は、脳内の光学体積セグメント内の組織であり、前記体内圧力は、前記脳内の頭蓋内圧力である、請求項１または２に記載の測定システム。
4. 前記人体組織は、筋肉の光学体積セグメント内の組織であり、前記体内圧力は、前記筋肉の区画ごとの圧力である、請求項１または２に記載の測定システム。
5. 前記測定波の形態の違いは、前記測定波のピークの振幅の違いである、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の測定システム。
6. 前記測定波の形態の違いは、前記測定波のパルス幅の違いである、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の測定システム。
7. 前記少なくとも４つの光波の波長のうちのひとつは、前記人体組織内の観測すべきパラメータに従って選択される、請求項１から６のいずれか一項に記載の測定システム。
8. 前記人体組織の異なる構成物質に対して、構成物質の濃度の測定のために、前記構成物質のひとつにより吸収される波長が与えられ、前記人体組織の濃度の測定用に吸収される波長が与えられ、および／または、血液の濃度の測定用に吸収される波長が与えられる、請求項１に記載の測定システム。
9. 複数の照射された光波および複数の受信された測定波は、前記少なくともひとつの測定装置で同時に使用される、請求項１から８のいずれか一項に記載の測定システム。
10. 前記少なくともひとつの測定装置は、非侵襲測定装置として与えられる、請求項１から９のいずれか一項に記載の測定システム。
11. 前記解析ユニット内で実行されるのは、線形方程式系によって、組織液体積、血液の濃度、および／または、人体組織の濃度を同定する、数値解析法である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の測定システム。
12. 前記人体組織の血液流内に染料を導入するためのマーカー装置をさらに備え、前記測定システムは、前記血液流内の染料濃度を決定するためのモードを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の測定システム。

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