JP6949329B2 - 脳血流量の測定装置の作動方法及び測定装置 - Google Patents
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Description
・Takasuke Imai et al., “Measurement qf Cardiac Output by Pulse Dye DensitometryUsing Indocyanine Green”, Anesthesiology, Vol.87, No.4, (1997)
・Masaki Haruna et al., “Blood Volume Measurement at the Bedside UsingICG Pulse Spectrophotometry”, Anesthesiology, Vol.89, No.6, (1998)
・Takehiko Iijima et al., “Circulating Blood Volume Measured by Pulse Dye-Densitometry”,Anesthesiology,Vol.89, No.6, (1998)
・Takasuke Imai et al., “Measurement of Blood Concentration of IndogyanineGreen by Pulse Dye Densitometry Comparison with the Conventional SpectrophotometricMethod”, Journal of Clinical Monitoring and Computing, Vol.14, pp.477-484, (1998)
測定部20からは測定のためのプローブ21が延びており、プローブ21は被測定者の体の一部(例えば指若しくは鼻)に取り付けられる。なお、測定部20によるトレーサ絶対濃度の測定は、1回の脳血流量の測定毎に少なくとも1回行われる。
頭部H以外にトレーサを注入してから、トレーサ濃度の変化が頭部Hの静脈に現れない時間内(約10秒)であれば、Pv=0と考えることができるので、上式は
となる。両辺を積分すると
が成り立つ。従って、脳血流量Fは
として求められる。
ただし、(5)〜(7)式において、ΔOD1(T1)は波長λ1の検出光強度の時間的変化量、ΔOD2(T1)は波長λ2の検出光強度の変化量、ΔOD3(T1)は波長λ3の検出光強度の時間的変化量である。
所定の周期で得られた、時間的相対変化量ΔQ若しくは検出信号S1に関するデータ列をX(n)とする。但し、nは整数である。このデータ列X(n)に対し、n=0を時間中心として、例えば以下のフィルタ係数A(n)を各データに乗ずることによって、非巡回型の線形位相デジタルフィルタが実現される。
A(0)=0.8875
A(1)=A(−1)=0
A(2)=A(−2)=−0.075
A(3)=A(−3)=0
A(4)=A(−4)=−0.0675
A(5)=A(−5)=0
A(6)=A(−6)=−0.0613
A(7)=A(−7)=0
A(8)=A(−8)=−0.06
A(9)=A(−9)=0
A(10)=A(−10)=−0.05
A(11)=A(−11)=0
A(12)=A(−12)=−0.0363
A(13)=A(−13)=0
A(14)=A(−14)=−0.0338
A(15)=A(−15)=0
A(16)=A(−16)=−0.0313
A(17)=A(−17)=0
A(18)=A(−18)=−0.0288
このとき、上述したフィルタ係数A(n)を用いた場合のデジタルフィルタ特性は、次の(10)式によって記述される。
このように、デジタルフィルタは、データ列X(n)と対応する各係数との積和演算によって表される。そして、この(10)式の時間周波数fを、毎分での時間周波数F(単位は1/min)に変換すると、次の(11)式が求められる。
上述したデータ列X(n)においてn=0を時間中心とし、その前後の所定時間(例えば3秒間、5拍分)の間に得られたデータ列X(n)に対して、高次関数(例えば4次関数)を用いた最小2乗誤差カーブフィッティングを行う。そして、得られた高次関数の定数項を、n=0における平滑成分(所定周波数より小さい周波数成分)と見なす。すなわち、この平滑化された周波数成分を元のデータX(0)から差し引くことによって、相対変化量に含まれる周波数成分のうち所定周波数より小さい周波数成分を除去し、心拍に起因する脈波成分を分離・抽出することができる。
図5(a)及び図5(b)は、本フィルタ処理の概念を説明するための図である。このフィルタ処理では、例えば相対変化量ΔQの時間変化における極大値を求め、図5(a)に示されるように、この時間変化グラフG51の極大値P1を一定値と見なすことにより、相対変化量ΔQに含まれる所定周波数より小さい周波数成分を除去する。或いは、例えば相対変化量ΔQの時間変化における極小値を求め、図5(b)に示されるように、この時間変化グラフG51の極小値P2を一定値と見なすことにより、相対変化量ΔQに含まれる所定周波数より小さい周波数成分を除去する。このように、極大値P1及び/又は極小値P2を一定値に近づけることによって、心拍に起因する脈波成分を好適に抽出することができる。
続いて、上記実施形態の一変形例について説明する。図8は、本変形例に係る測定装置1Bの構成を概略的に示す図である。本変形例の測定装置1Bは、上記実施形態の測定部20に代えて、測定部30を備える。測定部30は、動脈血中の絶対ヘモグロビン濃度をトレーサの導入前に予め測定するための部分である。測定部30は、動脈血中の絶対ヘモグロビン濃度を、例えば被測定者から採血された血液を分析することにより測定する。
A:B(t)=Hb/(Hb_M):Pa(t)/TR_M
但し、Hb(g/dl)は測定部30により測定される動脈血中ヘモグロビン濃度であり、Hb_Mはヘモグロビン分子量(64500)であり、Pa(t)(mg/dl)は時間tでの絶対トレーサ濃度であり、TR_Mはトレーサの分子量(ICGの場合775)である。従って、絶対トレーサ濃度Pa(t)は
Pa(t)=B(t)・(Hb・TR_M)/(A・Hb_M)
として求められる。
Claims (20)
- 脳血流量を定量的に測定する装置の作動方法であって、
血管内に導入されたトレーサの吸収波長を含む測定光を頭部に照射する光照射ステップと、
前記頭部の内部を伝搬した前記測定光を検出し、前記測定光の光強度に応じた検出信号を生成する光検出ステップと、
前記検出信号に基づいて得られる、脳組織内における前記トレーサの濃度の時間的な相対変化量ΔQ、及び頭部の動脈内における前記トレーサの濃度Paの時間変化と、脳血流量との所定の関係に基づいて脳血流量を算出する演算ステップと、
を含み、
前記演算ステップにおいて、前記相対変化量ΔQの脈波成分の振幅の時間変化を用いて前記濃度Paの時間変化を算出する、脳血流量の測定装置の作動方法。 - 前記演算ステップにおいて、所定周波数より小さい周波数成分を除去するフィルタ処理を前記検出信号に対して行うことにより前記脈波成分を抽出する、請求項1に記載の脳血流量の測定装置の作動方法。
- 前記演算ステップにおいて、所定周波数より小さい周波数成分を除去するフィルタ処理を前記相対変化量ΔQに対して行うことにより前記脈波成分を抽出する、請求項1に記載の脳血流量の測定装置の作動方法。
- 前記所定周波数は10Hz以上100Hz以下である、請求項2または3に記載の脳血流量の測定装置の作動方法。
- 前記相対変化量ΔQのサンプリング周波数が10Hzより大きい、請求項1〜4のいずれか1項に記載の脳血流量の測定装置の作動方法。
- 前記演算ステップにおいて、前記脈波成分の振幅の時間変化と、或るタイミングにおける頭部の動脈内の前記トレーサの絶対濃度とに基づいて前記濃度Paの時間変化を算出する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の脳血流量の測定装置の作動方法。
- 頭部の動脈内の前記トレーサの絶対濃度を色素希釈法によって測定する、請求項6に記載の脳血流量の測定装置の作動方法。
- 採血された動脈血中の絶対ヘモグロビン濃度を前記トレーサが血管内に導入される前に予め測定するヘモグロビン測定ステップを更に含み、
前記光照射ステップにおいて、ヘモグロビンの吸収波長を含む前記測定光を前記頭部に照射し、
前記演算ステップにおいて、前記検出信号に基づいて脳組織内における相対ヘモグロビン濃度の時間変化を算出し、前記絶対ヘモグロビン濃度と、前記相対ヘモグロビン濃度の時間変化の脈波成分の振幅の時間変化と、前記相対変化量ΔQの脈波成分の振幅の時間変化とに基づいて前記濃度Paの時間変化を算出する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の脳血流量の測定装置の作動方法。 - 前記トレーサとしてインドシアニングリーンを用いる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の脳血流量の測定装置の作動方法。
- 前記トレーサの吸収波長は近赤外域に含まれる、請求項1〜9のいずれか1項に記載の脳血流量の測定装置の作動方法。
- 脳血流量を定量的に測定する装置であって、
血管内に導入されたトレーサの吸収波長を含む測定光を頭部に照射する光照射部と、
頭部の内部を伝搬した前記測定光を検出し、前記測定光の光強度に応じた検出信号を生成する光検出部と、
前記検出信号に基づいて得られる、脳組織内における前記トレーサの濃度の時間的な相対変化量ΔQ、及び頭部の動脈内における前記トレーサの濃度Paの時間変化と、脳血流量との所定の関係に基づいて脳血流量を算出する演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記相対変化量ΔQの脈波成分の振幅の時間変化を用いて前記濃度Paの時間変化を算出する、脳血流量の測定装置。 - 前記演算部は、所定周波数より小さい周波数成分を除去するフィルタ処理を前記検出信号に対して行うことにより前記脈波成分を抽出する、請求項11に記載の脳血流量の測定装置。
- 前記演算部は、所定周波数より小さい周波数成分を除去するフィルタ処理を前記相対変化量ΔQに対して行うことにより前記脈波成分を抽出する、請求項11に記載の脳血流量の測定装置。
- 前記所定周波数は10Hz以上100Hz以下である、請求項12または13に記載の脳血流量の測定装置。
- 前記相対変化量ΔQのサンプリング周波数が10Hzより大きい、請求項11〜14のいずれか1項に記載の脳血流量の測定装置。
- 前記演算部は、前記脈波成分の振幅の時間変化と、或るタイミングにおける頭部の動脈内の前記トレーサの絶対濃度とに基づいて前記濃度Paの時間変化を算出する、請求項11〜15のいずれか1項に記載の脳血流量の測定装置。
- 頭部の動脈内の前記トレーサの絶対濃度を色素希釈法によって測定する測定部を更に備える、請求項16に記載の脳血流量の測定装置。
- 動脈血中の絶対ヘモグロビン濃度を前記トレーサの導入前に予め測定する測定部を更に備え、
前記光照射部は、ヘモグロビンの吸収波長を含む前記測定光を前記頭部に照射し、
前記演算部は、前記検出信号に基づいて脳組織内における相対ヘモグロビン濃度の時間変化を算出し、前記絶対ヘモグロビン濃度と、前記相対ヘモグロビン濃度の時間変化の脈波成分の振幅の時間変化と、前記相対変化量ΔQの脈波成分の振幅の時間変化とに基づいて前記濃度Paの時間変化を算出する、請求項11〜15のいずれか1項に記載の脳血流量の測定装置。 - 前記トレーサはインドシアニングリーンである、請求項11〜18のいずれか1項に記載の脳血流量の測定装置。
- 前記トレーサの吸収波長は近赤外域に含まれる、請求項11〜19のいずれか1項に記載の脳血流量の測定装置。
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