JPH03118446A - 水分含量を有する生物学的物質の性質の分析方法 - Google Patents

水分含量を有する生物学的物質の性質の分析方法

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JPH03118446A
JPH03118446A JP2246937A JP24693790A JPH03118446A JP H03118446 A JPH03118446 A JP H03118446A JP 2246937 A JP2246937 A JP 2246937A JP 24693790 A JP24693790 A JP 24693790A JP H03118446 A JPH03118446 A JP H03118446A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は水分含量を有する生物学的物質の近赤外(NI
R)スペクトルを使用する動的条件の供物学的起源物質
試料の分析法に関する。この方法は関心のある性質金子
知できる0何故なら生物学的物質は1つの区画が関心の
ある性質を有する他の区画より比例的に大量又は少量の
水分を有する2つの区画全大別して含有できるからであ
る0動的条件の未知試料の分析は既知試料のN工Rスペ
クトル練習セットおよびこの練習セットで既知試料の関
心のある性質の個別量定法を使用して開発された数学的
技術の使用により達成される。
発明の背景 生体の水の存在は生命の公分母である0生体は含有する
水分量により区別しうる各区画にょジ仕切られる0生体
の浸透および逆浸透の過程はこの区画イt、V安定化す
るために働く。
組織又は血液のような、生物学的物質の各種区画の水以
外の成分の容積画分および%濃度の測定はしばしば生体
の安寧又は恒常性の測定に対し臨界的である0植物学、
医学、動物学又は獣医技術では、供物学的流体の循環又
は生体のある生物学的組織の存在は生命に対し必要であ
るので、これらの生物学的物質の診断は生体の恒常的条
件を評価するためにすぐnだ媒体を供する〇 動物の血液は生命に必須の栄養物を循環する。
血漿中を流れる赤血球は生体のすべての他の細胞に酸素
を運ぶ0ヘマトクリツト値は全血液の凝集赤血球の容積
画分である0ヘモグロビンは細胞に酸素全輸送する赤血
球の化学分子である。ヘモグロビンはヘモグロビン分子
の活性部位に結合しうる酸素又は他の化学物質が存在す
るか否かにょシ数個の形態を取シうる0血液が溶解赤血
球をほとんど、又は全く有しないことを条件として、全
血液中のヘマトクリツト値はヘモグロビンの濃度に対し
適当な直接的数学的相関を有することが分ったO 水は全血液中に遍在する。ヘモグロビンは赤血球に溶解
し、一方血漿は主として水である0シカしヘモグロビン
が溶解する、すなわち赤血球の水分量は血漿中の水分量
に比較して少ない〇生体の臨床分析は健康の状態又は変
化の監視に必要である。負傷、又は病気、又は他の有害
な生物学的状態の結果として、ヘマトクリット値又は生
体の細胞への酸素輸送に対し利用しうる赤血球のヘモグ
ロビン濃度は、生命全維持する臨界レベルの点までの健
康レベル以下までに減少できる。
又、各種タイプの貧血の分析は、特に救急室、手術室又
は新住児ユニットヲ含む集中治療ユニットのような重要
な治療設備において患者の治療を連続して成功させるの
に肝要である。外傷が少なく、まさに活力の満ちた、大
部分の供血者はヘマトクリット値検査を受け、これらの
提供血液が後の使用に対し適当なヘモグロビンレベルヲ
有スることを保証しなければならない。
患者Ω治療中の血液分析に対し数タイプの技術が知られ
ている0ヘモグロビン濃度は身体から回収さnた血液試
料の予備調整、すなわち化学的改変又は成分の分離を必
要とする長い、複雑な方法全使用して伝統的に測定され
る。伝統的方法は血液を破壊し、身体へ返還することは
できない。
ヘモグロビン測定に対する普通の1方法は(1)低張シ
ョック又は音波により赤血球を溶解し、(2)赤血球膜
全除去して透明溶液を調製し、(3)シアナイドイオン
試薬全添加して各種形のヘモグロビンを単一形のヘモグ
ロビン(例えば、シアノメットヘモグロビン)に標準化
し、又は転換し、および(4)分光光度計により分析し
て標準化試料のヘモグロビン濃度を得ることを含む。
ヘモグロビン濃度の定量に対する複雑な化学的処理のた
め、およびヘマトクリット値とヘモグロビン濃度間の既
知直接的相関のため、個別にヘマトクリット値を測定す
る方法が開発さnた〇ヘマトクリット値のもっとも普通
の測定方法は2種類に分類できる:特定直径を有する試
験管の遠心分離計測法および0Oulter計算法。
遠心分離は予め選択した遠心力および血液を2部分に分
離できる時間で、特定直径を有する管で、身体から回収
した血液を遠心分離することを含む。
重い部分は全血液の赤血球凝集体である。軽い部分は水
が主体を占める血漿である。遠心分離管内の赤血球容積
対血液試料の全容積比はヘマトクリツト値である。
C0ulter計算は赤血球の物理的計算および1つ1
つの細胞基準で各細胞の大きさから各容積を測定するこ
とによりヘマトクリット値を測定する。
所定数の血球の計数後、ヘマトクリット値は赤血球計算
数×血球の平均容積/供試血液試料にょシ測定される。
このような現今方法を考慮する場合理解できるように、
かなシの操作および実験室分析が、患者の体内より取シ
出した各個の血液試料に対し必要である。ヘマトクリッ
ト値又はヘモグロビン濃度の測定に対し血液試料全患者
から回収し、試料を分析するために予備調整全必要とす
る高価な固定測定器を使用して分析するため採血場所か
ら離れざるを得ない0 ヘマトクリット値又はヘモグロビン濃度に対し血液試料
全分光分析する努力が払われた0米国特許第4,243
.883号明細書は不連続近赤外波長を使用する血液流
の監視装置を記載する0米国特許第4,745,279
号明細書は全血液の流′t′Lヲ不連続波長で2光路N
IR分光分析法を記載する0米国特許第4,805.6
23号明細書は複数波長を使用して既知濃度の関係成分
と比較し、既知個性を有する稀薄成分濃度を測定するI
QIR分光方法および装置を記載する〇 約680〜2700 nmの電磁波照射の近赤外(N工
R)スペクトル範囲は各積形のヘモグロビンおよび水に
対し吸収ピーク全台む0従来の分光分析法に対する努力
は血液試料を通して近赤外光の拡散透過率又は反射率の
測定に集中し九〇しかし、試料の光散乱および正確な測
定を妨害する他の性質は測定した特定スペクトルに変化
を生じさせるO従って、高感度機器による測定法を使用
しても満足できない0さらに、全血液試料をもつとも良
く監視する近赤外スペクトルの特定波長の選択は、水お
よび各積形のヘモグロビンのこれらのN工Rスペクトル
における広いピークの変化のため簡単ではない0 選択した最良監視波長によっても尚、透過又は反射し几
近赤外放射光は採取血液による励起および検出間に要す
る有効光路の長さにより生ずる変動を処理しなけnばな
らない0こnは照射試料が血液の移動のためたえず変化
する場合、すなわちスペクトル分析に対し動的条件では
特に真実であるON工R分光分析を使用する従来の努力
は有効な光路の長さを決定する重要性を割引きし、又は
分光分析を完了する前に有効な光路の長1’(e−確定
する処理を必要としン’4 n前者の場合、正確な再現
性が困難であ夕、仮名の場合、複雑な方法論が使用さn
る0 必要なことは動的条件でN工R分光分析により生物学的
物質試料の性質を、迅速、安価、正確、精密に、反射又
は透過光の有効な光路の長さのよう表分光分析法の可変
性を考慮し、又はその場合機器測定はN工Rスペクトル
と交差する吸収波長の連続的測定又はその不連続波長で
使用する、正確に測定する方法であるO 発明の要約 本発明は水分を含有する生物学的起源物質の性質を生物
学的物質の近赤外分光分析により、−万では動的条件で
N工R分光機器測定による有用な技術を使用し、試料を
予備調整せずに性質を予知することを特徴とする、迅速
、安価かつ正確な方法を供する0この技術では光散乱効
果を最少にし、数学的回帰分析を使用して観測スペクト
ルを、分析する性質の予知に変換することに努めるO本
発明方法は生物学的物質試料の成分の化学的改変又は物
理的分離上回避する0本方法は試料の不適切な変化およ
び測定技術の機器の騒音により生ずる不正確さをも回避
するO 本発明方法は生物学的物質が本質的に2つの区画:1つ
の区画は分析する性質に関連し、又は性質を有する他の
区画とは比例的に異る水分量(多いか又は少ない)を有
する、から成ると考えうる原理に基づく。本発明は生物
学的物質の水分の容積又は重量画分又は濃度の確認は分
析する性質の計算に対する基準として供する原理にも基
づく。
本発明方法はさらに数試料の生物学的物質のN工Rスペ
クトル七組み合せた練習セットの確定および各試料の分
析する性質の個別量定は、これらの数学的比較上使用す
ることにょシ未知付加的試料の分析する性質の正確な予
知に対し数学的比較の根拠を供する〇 生物学的物質が全血液である場合、ヘマトクリット値又
はヘモグロビン濃度の予知は、全血液の統計的に十分な
数の試料の近赤外スペクトルを取シ、他の全血液の個個
の付加的未知試料に対し数学的比較用の練習セットとし
て確定することにょシ達成てれる0さらに、全血液の分
析する性質、例えば、ヘマトクリット値又はヘモグロビ
ン濃度は独自の既知技術:ヘモグロビンでは溶解および
化学的改変およびヘマトクリット値ではC!0ults
r計数又は遠心分離、を使用することにより個別に量定
される。
N工Rスペクトルの練習セットを確定し、練習セットの
各試料のヘマトクリツト値又はヘモグロビン濃度r個別
に量定すると、ヘマトクリット値又はヘモグロビンおよ
び水分含量間の相関性は、未知試料を予知する場合比較
源の確定に統計的に相関する0 練習セット′を確定する場合および未知試料の分析する
区画の性質を予知する場合、変動を最少化するために予
備処理技術を使用する0 1つの有用な予備処理技術は米国特許出願番号07/4
08.747号による優先権主張出願に基づいてヨーロ
ッパ特許公報      に開示される0この技術は単
一波長でスペクトル強度の複数の導関数を使用し、数学
的相関が未知試料の分析する画分の性質kiE確に予知
できるように、各種スペクトルに対する光散乱および他
の機器騒音の効果を最少にする練習セットスペクトルお
よび未知試料スペクトルの複数の導関数変換である0別
の、有用なタイプの予備処理技術は米国特許出願番号0
7/408,746号による優先権出願に基づくヨーロ
ッパ特許公報      に開示される0この技術は試
料採取技術および機器要因に基づく変動全最少化するた
めに、供物学的物質の水分富貴の吸収ピーク対別の吸収
測定点の比を適用する比予備処理技術である0これは正
確外数学的相関により未知試料の分析する両分の性質を
予知できる。
数学的1ill!l殉分析によりヘマトクリット値又は
ヘモグロビン濃度全測定する場合、約1150〜約11
90 nmの範囲のN工Rスペクトルに現れる水の吸収
ピークの使用では、この範囲の波長でシリコン検出器全
使用すると検出器効率が低下することは既知であるにも
拘らず、複数の導関数derivativθ変換予備処
理技術では正確かつ再現性のあるピークが得られること
が分った01150〜1190 nm範囲の水のこの吸
収ピークは酸素化状態又は脱酸素化状態のヘモグロビン
の吸収から大きく単離される0この範囲の水の吸収ピー
クは生物学的物質に遊離水、他の分子に対する結合水、
又は他の形として存在する水分子の対称的0−Hストレ
ッチ、0−Hベンディングモード、および非対称0−H
ストレンチの同時賜起による主な結果である。
1150〜1190 nm範囲の水の吸収ピークはヘモ
グロビンの吸収から大きく単離されるが、全部は単離さ
れない0実際に、全血液中のヘモグロビン成分の2つの
主要形、オキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビ
ン開音区別し、練習セットを確定し、未知試料のヘマト
クリツト値又はヘモグロビン濃度を予知する回帰分析に
対し個別の変数を添加することは本発明では好ましいO
生物学的物質試料に対し練習セットスペクトルデータの
収集は使用する計測器のタイプによるO本発明による練
習セットを確定するために、供物学的物質は生体から転
換し、返還する口完全に開示するために、静的条件を使
用するス4クトル分析データを収集する別の有用な方法
はそれぞれ米国特許出願番号07/408,747号又
は米国特許出願番号07/408,746号による優先
権主張に基づくヨーロッパ特許公報又はヨーロッパ特許
公報 に開示される0これらの場合、生物学的物質は生体から
回収できる0さらに生物学的物質は生体内で測定するこ
ともできる0しかし、練習セットスペクトルから分析す
る性質を個別に量定するために、生物学的物質試料は生
体から回収しなければならず、しばしは物質中の区画の
化学的改変又は物理的′分離のために生体に返還す、父
とができない。
!tA者に対する生物学的物質の迂回又は返還の一態様
は下記体外ループである。
分析するために未知試料スペクトルデータの収集は使用
する計測器のタイプによる0未知試料はスペクトル検出
又は測定に対し生体から迂回させ、生体に返還でき、又
は未知試料に生体内で分析できる◇患者に対する供物学
的物質の迂回および返還の一態様は下記体外ループであ
る〇 処理および計測器は練習セットの確定方法2よび未知試
料の分析方法によ)変化する0本発明では、先物学的流
体は分光分析する場合、移動する〇すなわち動的条件で
ある。
生物学的流体が全血液であり、ヘマトクリット値又はヘ
モグロビン濃度を断層する場合、返還前光wrを経て身
体から移動し、又は体内で移動する全血液は適当な拡散
透過検出法又は反射半検出法を使用して動的条件で分光
分析する。
適当な予備処理技術上使用するため、動的条件に2ける
先物学的物質の試料採取技術および有効光路の長さに基
づく変動は最少化する〇未知試料のNIRスペクトルは
連続又は不連続波長の計測から得られるロスベクトルを
得、適当な予備処理後、関心を有する性質は練習セント
スペクトルに対する数学的相関により予知できる〇未知
試料の全血液中のヘマトクリツト値又はへ( モグロビンa直を測定する場合、未知試料のN工Rスペ
クトルの観測および予備処理後、ヘマトクリット値又は
ヘモグロビン濃度に対し練習セットスペクトルデータと
未知試料のスペクトルを比較する数学的技術の適用によ
り未知試料のヘマトクリツト値又はヘモグロビン濃度を
予知できる〇本発明範囲の付加的認識に対し、発明の一
層詳細な記載を図面を引用して下記する〇 第1図は本発明方法の実施に有用な計測法の概要構成図
である。
第2図は未知試料の関心のある性質を数学的相関と比較
することにより予知するために、複数の導関数変換技術
を使用してスペク)/I/データの変動を数学的に最少
化し、既知試料と練習セントスペクトル間の数学的相関
を確定する方法の概略流れ図である〇 第3図は未知試料の関心のある性質を数学的相関と比較
することにより予知するために、比例化技術全使用して
スペクトルデータの変動を数学的に最少化し、既知試料
と練習セットスペクトル間の数学的相関を確定する方法
の概略流れ図である〇第4図は代表的光散乱変化および
他の機器の騒音変化の効果を示す動的条件で検出した代
表的全血液スペクトルの図表である。
第5図は代表的光散乱変化および他の機器の騒音変化の
効果を最少化するために複数の導関数変換を行なった後
の第4図と同じ全血液スペクトルの図表である〇 第6図はスペクトルデータを2次導関数予備処理し、ス
ペクトルデータの回帰分析をヘモグロビンに対し行なっ
た後ヘモグロビンに対する相関係数対波長の相関プロッ
トである。
第7図は比例化予備処理およびスペクトルデータの回帰
分析をヘモグロビンに対し行なった後ヘモグロビンに対
する二乗の相関係数対波長の相関図である。
第8図は先行技術方法により測定した実際のヘマトクリ
ツト値と比較した複数の導関数変換予備処理後のヘマト
クリツト値の予知の正確さを示す図表である。
第9図は先行技術方法により測定した実際のヘマトクリ
ツト値と比較した比例化予備処理後のヘマトクリット値
の予知の正確さを示す図表である。
第10図は複数の導関数変換技術を使用し、ヘモグロビ
ンの異る形に対し調整を行なって、スペクトルデータの
変動を数学的に最少化する、第2図と同様の、本発明の
別法の概略流れ図である。
第11図は比例化技術を使用し、全血液のヘモグロビン
の異る形に対し調整を行なって、スペクトルデータの変
動全数学的に最少化する、第2図と同様の、本発明の別
法の概略流れ図である〇第12図は先行技術方法にょシ
創定した実際のヘマトクリツト値と比較して、全血液に
存在するヘモグロビンの別の形に対し複数の導関数変換
予備処理および調整後のヘマトクリツト値の予知の正確
さを示す図表である〇 第13図は先行技術方法にょシ測定した実際のヘマトク
リツト値と比較して、全血液に存在するヘモグロビンの
異る形に対し比例化予備処理2よび調整後のヘマトクリ
ツト値の予知の正確さt示す図表である〇 第14図は本発明の体外血液ループの構成部分を示す概
略図である0 発明の態様 本発明の一態様は全血液のヘマトクリツト値の分析であ
る0本発明の別の態様は全血液のヘモグロビン濃度の分
析である口どの分析が好ましいかは場合による0しかし
一般に、ヘマトクリット値の測定は全血液のヘモグロビ
ン濃度と良く相関することが認められるoしかしシステ
ムに融通性があるので、分析すべき性質の1つ以上の別
個の量定方法は患者の状態の別の臨床診断に供するため
に使用できることteめるべきである0庄物学的物質の
分析する性質は本発明方法によりそれに対する数学的相
関を現すために、水分含量と正又は負のいくらかの相関
を有しなければならないことも認めるべきである0これ
は最少容積画分又は濃度の他の成分の存在を除外できな
い0例えば、全血液では、白血球、血小板、炭水化物性
リビドなとは得た数学的相関の正当性全無効化する程の
十分量で所望レベルの正確さで存在しない。しかし、下
記のように、全血液の酸素飽和の測定は一層高い正確さ
で関心のある性質の予知に対し、オキシヘモグロビンと
デオキシヘモグロビンを区別できる0 分光分析計測 第1図は最初に練習セットを確定し、その後1つ以上の
未知付加的試料の分析する区画の性質を予知するのに有
用な分光計測法の概略構成図であるO 第1図は全血液のような化物学的流体の近赤外スペクト
ル全書るために使用できる、利用しうる代表的計測法で
ちる0特に第1図は以前PacificScienti
fic  製造のモデル6250として既卸の、Mar
yland、5ilver SpringのN81Lr
工nfraredSystems製造のモデル6250
分光光度計である。
タングステンランプ100からの放射光に反射器101
およびレンズ102により入口スリット103上に集中
し、その後オーダ仕分はフィルター104を通した後凹
形ホログラフ格子105を照射して動的条件で光学的血
液ループ又は缶体の試料113上にタングステンランプ
100からの放射光を分散させる0格子105で波長の
分散が起こる0連結アセンブリ107により格子に連結
す゛るカムベアリング106’11転することにより、
格子を代表的には680〜1235 nmの所望波長範
囲を通して走査する。還択波長は出ロスリツ)108f
c通し、セル113全通して導かれ、それ全通して鏡1
09、絞シ111およびレンズ110および112によ
り方向Fに進行する0試料を通過後、残留放射光は検出
器114によりミ気信号に変換される〇 他のタイプの計測法も本発明方法に使用しうる0工ns
truments S+A、から入手しうるモデルHR
320のよう表モノクロメータは有用でおるo Ame
ricanHolOgraphから入手しうるOhem
specモデル100S又は工nstruments 
S、A、から入手しうるモデルJY620のようなポリ
クロマドメータは練習セット1ki定するために使用し
てスペクトルデータを集めることができる0 検出要素は市販品として入手しうる拡散透過検出装置又
は反射率装置を使用できる0モデル6250分光光度計
は拡散透過軍又は拡散反射率′fc検出するために配置
できる0費用、所望波長範囲などのような要因により、
検出器114はシリコン検出器、砒化ガリウム検出器、
硫化鉛検出器、インンウムガリウム砒化物検出器、セレ
ン検出器又はデラニウム検出器を使用できる。
どの検出器を還択しても、練習七ントスベクトルの確定
および未知試料スペクトルの測定に対し同じ検出要素’
(g)”Aして使用することが好ましい。
別法では、逆ビーム配置を使用するポリクロメータ分析
器は透過光又は反射光tそのスペクトル成分中に分散嘔
せるために使用でき、フォトダイオードの配列は産出ス
ペクトル平面に沿って異る位置で分散光を検出し又は測
定するために使用できる0 他のタイプの配列検出器はチャージ連結装置、チャージ
注入装置、シリコンターデットビデイコンなどである0
望ましくはポリクロメータ分析器は所望する分光分解と
両立し、光のバンド巾を規定する入口スリットを会むべ
きでおる0本発明に有用な市販品として入手しうる1フ
オトダイオ一ド配列は25μ巾および2.5鵡高さを有
する1024ダイオードから戊るRaticOn 、工
nc、から入手しうるモデル1024sフオトダイオー
ド配列でおる0このフォトダイオード配列はFr1n−
caton工nstrumentaから入手しうるモデ
ルST 120のような完全なスペクトル検出システム
に使用できる0 例えば、適当な検出器の直前で一連の不連続波長干渉フ
ィルターを通すことにより分光分析器として干渉フィル
ターケ使用することもできる・拡散光を分析するために
干渉計又は胸damard変換分光計を使用することも
できる0 上記検出要素は広バンド光源からのスペクトル検出に基
づり0シかし、NIR光の狭バンド源金使用する場合、
干渉フィルターを有するタングステンランプ、光放射ダ
イオード、又はレーデ−(単一同調性レーデ−又は固定
波長の複数レーザー)のような他の検出技術を使用でき
る。例えば、入力信号は時間(各波長の連続)又は波長
(複数波長の連続を使用する)で多重化でき、その後変
調し集めた信号を復調し、多重化を解き、光学的フィル
ターの必要なしに個個の波長信号を供する。
計測機器を選定しても、機器に連結したコンピュータを
使用してスペクトルデータを受は取シ、下記分析を行な
い、予知性質の値を記録又は読み取ることが好ましい。
上記モデル6250分光計のような分光器上使用する場
合、FlorlaのBOcauatonのIBMからの
「P8/ 2 Jモデル50コンピュータのようなパー
ソナルコンピュータの使用は好ましい。
動的条件のスペクトルデータ収集後の 複数導関数予備処理技術 第2図は米国特許出願番号077408,747号に開
示された複数導関数変換予備処理技術の予備処理に対し
使用する本発明方法の概略流れ図である0この予備処理
は試料および計測の変動全最少化するために使用する0
方法の回帰分析は未知試料の分析すべき区画の性質を予
測するために、第1区画の分析すべき性質と生物学的物
質の水分含量間の数学的相関の性質を確認する◎ヘマト
クリット値又はヘモグロビン濃度のような生物学的物質
の関心のある性質の測定に包含される処理工程の概略の
流れは2つの部分に広く分割できる:分析の練習相を含
む工程120〜128および未知試料の性質の予知を含
む工程129〜163゜ 練習又は検定展開相は血液ループを通して同一種の1つ
以上の動物から試料を迂回することにょ)、又は別の場
合生体の試料を観察することにょル一連の血液試料を観
測することから成る◎さらに関心のある性質の個別の量
定に対し、工程120の各関与動物から工程121で血
液を回収することにより試料を得る。
工程120および121の試料は2つの平行経路で分析
する〇 第1経路は工程122で関心のある性質の個別の量定か
ら成る0個別の量定は正確に行なわれることが重要であ
る・本発明方法の正確性は工程1220個別の量定の正
確さによる◇その理由は数学的相関の確認は関心のある
性質の個別の量定値に基づくからである〇 第2経路は赤外光を試料に照射し、工程123で各試料
に対し近赤外スペクトル金検出し、次に工程124でス
ペクトルの2次導関数を計算することから成る。近赤外
スペクトルの検出とは拡散透過又は反射スペクトルの測
定およびこのスペクトルの吸収スペクトルへの変換の双
方を含むと解すべきである□変換は検定目的に対し9気
のみを含有するセルのスペクトルを取って基準とする。
近赤外スペクトル1Near工nfrared Sys
temaモデル6250分光光度計で検出した場合、6
80〜1235 nmの近赤外スペクトルは700の個
個の吸収測定値から成る02次導関数変換予備処理工程
はいくつかの変換がスペクトルの端部で利用できないた
め総数で700より少ない測定値を計算する。現在マリ
ランド、シルバースプリングのNear Xnfrar
ed Systemsとして仰られるPaC1fiO8
cienti ficから商品として入手しうる「Ne
ar工nfrared 13pectral Anal
ysis Jのようなソフトゥエアを使用する場合、有
限差近似法を使用することにより近供導関数全計算でき
る0異る近似法は異る導関数スペクトルおよび異る変換
方程式を与えることができる0このようなソフトウェア
では、異る近似値は測定するスペクトルのセグメントお
よび測定するセグメント間の間隙により調整できる。異
る導関数近似値の使用は分析する性質の予測の正確さ又
は!密さに影響する回帰係数の異るセラトラ生ずる。従
って、意図する特別の分析に対し選択が最善であること
全溝めるために広汎なセグメントおよび間隙の評価を細
心に行なう。
工程124の2次導関数変換処理する練習試料セットに
対する予備処理スペクトルは線形回帰のような工程12
5の数学的回帰技術を使用することにより工程122の
個別量定中得た値と相関する。実際値に対し計算値の最
善相関を供する2次導関数値は一般に数学的相関に対し
選択てれた波長である〇 この回帰工程の産物の1つは工程126の相関プロット
である口これは最高相関が見出されるスペクトルの波長
を図示する0工程127の1150〜1190 nmの
水バンド範囲の最善変換波長は最適相関ピークを1認す
ることにより選択する0選択波長に相当する回帰係数は
何個の試料を分析し関心のある性質を予知するために以
後の適用に対し保存する(工程12B)。
第2図の工程129〜163は何個の未知試料のヘマト
クリツト値(第2図ではHOTと略す)又はヘモグロビ
ン(第2図ではHBと略す)濃度の予知手順ヲ示す。未
刈ヘマトクリツト値又はヘモグロビン濃度の血液試料、
工程129は、体外血液ループ又は生体の血液を観察し
て観測し、この試料の近赤外スペクトルは検出又は測定
、工程150、する〇 付加的未知試料の近赤外スペクトルは練習試料を検出し
、練習セットを調製するものと全く同じ機器で検出する
こともできるが、最良波長の2次導関数変換の計算に必
要なほんの6つの最少波長で吸収を供する一層簡単な機
器の使用も許容できるO 工程127で測定する最良波長に対する2次導関数の強
さは未知試料に対し計算される、工程1610次に練習
過程巾測定され、工程128で保存された、数学的相関
に含まれる回帰係数は予知ヘマトクリツト値又はヘモグ
ロビン@Kki、6ために、工程133、付加的個個の
禾知皿液試料162に対し得た2次誘導波長に適用する
O複数の導関数変換の予備処理技術は練合セント2よび
各未知試料の双方の各試料のそれぞれにばらつきを生ず
るスペクトルデータの変動【除くために供する口このば
らつきは他の点では練習セットスペクトルの検出の正確
さおよび未知試料の性質を予與するその能力全破壊する
0 近赤外スペクトルはN個の各波長から成る場合2次導関
数変換の計算によりスベクトル端部の特徴の損失の少な
いN個のスペクトル特徴が得られる0第2図では、この
よつな計算は工程124に示す0最良波長は第2図工程
125に示し、工程126で相関プロットで示し、工程
129で可能な最良回帰係数を測定するために使用し、
工程132で各未知試料に使用する工程127で選択し
た、回帰数学技術全使用して無数のN個の変換波長から
選択しなければならない。
任意の多数の回帰技術:例えば線形囲周、複数線形回帰
、段階的回帰、部分段歩二乗回帰、又は主成分回帰は比
スペクトル特徴と量定する性質の′#I童値間の軌上的
相関を展開するために使用できる。このような回帰技術
はDraper ancL Sm1th。
New xorks 1982およびGe’1adi 
and K、walski。
頁2よび19〜32頁、1986などの文献を引用する
ことにより利用しうる。
所定適用に対し最良波長全決定するために、回帰モデル
はすべての可能なN変換波長に対し計算される〇 各回帰モデルは許容した統計的尺度を便用して評価する
◇倒えは、1つの有用な尺度は何個の量定から得−だ実
際のヘマトクリツト値および第2図工程127に示した
回帰モデルから得た予知ヘマトクリット値から計算した
簡単な相関係数である。
第2図工程127に示すように水の吸収金倉む波長は最
高の相関を供することを可視的に示す相関プロットを作
図できる0ヘモグロビンに対する代表的相関プロットは
第6図として示す0高い相関および実際の波長の小変化
全測定するために得た相関感度の双方を考えることは重
要である〇動的条件のスペクトルデータ収集後の 比予備処理技術 第3図はここに記載し、米国特許出願番号077408
.746号明細書にも開示の比予備処理技術を予備処理
に対し使用する本発明方法の概略流れ図でおる0この予
備処理は試料および計測の変動を最少化するために使用
する0方法の回帰分析は未知試料の分析する性質を予知
するために、第1区画の分析する性質と生物学的物質の
水分含量間の数学的相関全盲する性質’kW認する。
ヘマトクリット値又はヘモグロビン濃度のような生物学
的物質の関心のある性質の測定に含まれる処理工程の概
略的流れは2部に広く分割することもできる二分析の練
習相全含む工程220〜228および未知試料の性質の
予知を含む工程229〜233゜ 練習又は検定展開相は血液ループを通して同一種の1つ
以上の動物の試料を迂回させ、又は別には生体の試料を
観測することにより一連の血液試料220を観測するこ
とから成る0さらに、関心のある性質の個別の量定に対
し、工程220で各関与動物から血液を回収、工程22
1、することにより試料を得る。
工程220および221の試料は2つの平行経路で分析
する。
第1紐路は関心のある性質の個別の量定、工程222、
から成る。個別の量定は正確に行なりことが重要である
。本発明方法の正確性は個別量定工程222の正確さに
よる。その理由は数学的相関の正当化が関心のある性質
の個別の量定僅に基づくからである。
第2経路は試料に赤外光を照射し、各試料に対し近赤外
スペクトルを検出し、工程223、次にスペクトルの2
波長のすべての可能な比を計算する、工程224、こと
から成る0 近赤外スペクトル’jiNear工nfrared S
ystemsモデル6250分光光度計により検出した
場合、680〜1235 nmの近赤外スペクトルは7
00の個個の吸収測定値から成る02つの波長のすべて
の可能な比を計算する予備処理工程は700・700又
は490,000比ペアに700点のスペクトル金膨脹
させる0近赤外スペクトルは広い、少しづつ変化する吸
収バンドから成るので、5デ一タ点毎に、すなわち14
0点のスペクトルヲ使用する比項目の計算によル全体的
計算要求に有意の減少、すなわち140・140又は1
9,600の比項目に減少し、同時に性能は変らない。
計算比から成る練習試料セットに対する予備処理スペク
トル、工程224、は線形回帰のような数学的回帰技術
、工程225、を使用することにより個別量定工程22
2中得た値と相関させる〇実際値に対し計算値の最高相
関を供するペアは一般に数学的相関で比に対し選択した
ペアの波長である0 この回帰工程から得たものの1つは相関地図、工程22
6、であり、これはもつとも有用な比ペアが見出される
スペクトルの範囲を図示する。最良の比ペア、工程22
7、は選択した実際の波長の小変化とは無関係の高相関
範囲ヲ硲認することにより選択する。違択比ペアに相当
する回帰係数は未刈分析体含量の個個の試料の分析に将
来適用するために保存する、工程228゜ 第3図の工程229〜233は各個未知試料のヘマトク
リツト値(第3図でHOTと略記)又はヘモグロビン(
第6図でHBと略記)濃度を子側するために行なう手順
を示す。未知ヘマトクリツト値又はヘモグロビン濃度の
血液試料は、工程229、動的条件で観測し、この試料
の近赤外スペクトルを検出又は測定する、工程230゜
付加的未刈試料の近赤外スペクトルは練習試料を測定し
、練習セットスペクトル全調製するものと全く同じ機器
で検出することもできるが、最良比ベアを形成するため
に選択した僅か2波長で吸収を供する一層簡単な機器を
使用することも許容される〇 工程227で測定した波長の選択ペアに対する吸収比の
読みは未知試料に対し計算する、工程2310次に練習
過程巾測定し、工程228で保存した、数学的相関に宮
まれる回帰係数は予測ヘマトクリツト値又はヘモグロビ
ン濃度を得るために、工程266、付加的個個の禾知皿
液試料に対し得た比に適用する、工程262゜ 比予備処理技術は練習セット2よび各未知試料の双方の
各種試料のそれぞれにおけるばらつき又は他の増加する
誤差によ)生ずるスペクトルデータの変動を除去するた
めに供する0このばらつきはそうでないと練習セットス
ペクトルの検出の正穆さおよび未刈試料の性質t:Fa
するその能力を破壊する。比で使用した選択最良ペアの
波長の両波長は同じ光路の長さを経験するので、散乱に
基づく有効な光路の長さの変動を最少化する〇近赤外ス
ペクトルがN各個の波長から成る場合、各ペアの波長の
すべての可能な比の計算はN@N新スペクトル特徴金供
する0第3図では、すべての可能な比のこれらの計算は
工程224に示すO波長の最良の可能な比ペアは、第3
図工程225に示し、工程226で相関地図に作図し、
工程228の最善の可能な回帰係数全測定するために使
用し、かつ工程261の各未刈試料について使用するた
めに工程227で選択した、回帰数学技術を使用して無
数の組み合せから選抜しなければならない0 任意の多数の回帰技術、例えば線形回帰、複数線形回帰
、段階的回帰、部分的最少二乗凹陥、又は主成分回帰は
比スペクトル特徴と量定する分析体の変数間に統計的相
関を展開するために使用できる。これらの回帰技術は上
記DraperおよびSm1th 、およびGe1aa
iおよびKOwalskiによる文献を引用することに
より複数の導関数変換に使用するために利用できる0所
定適用に対し最良比を決定するために、回帰モデルは波
長のすべての可能な比ペアに対し計算する。
各回帰モデルは受容した統計的尺度全使用して評価する
・例えば、1つの有用な尺度は第3図工程228に示す
ように、個別な定から得た実際のヘマトクリツト値およ
び回帰モデルから得た予知ヘマトクリツト値から計算し
た簡単な相関係数である。
第6図工程226に示すように波長比が最高相関を供す
ることt可視的に示す相関地図全作図できる。ヘモグロ
ビンに対する代表的相関地図は第7図として示す。実際
の波長の小変化を測定するために得た高い相関および相
関感匹の双方を考えることは重要である。最良の全体的
比は、高い相関を供し、相関地図の相応に広い範囲で起
こる波長のペアを選択することにより見出される〇分析
および確認 上記および第1図描写の分光分析機器の使用および、上
記および第2図および第3図描写の数学的方法の使用に
より、性質の個別の量定、試料のスペクトルおよび変動
を最少にする友めに適当な予備処理技術全使用して練習
セットを確定する場合、性質と水分間の数学的相関を進
展することができる限り、水分を含有する生物学的物質
の関心のある性質の分析ができる。
数学的相関又はモデルの測定は複数線形回帰方程式の1
次関数関係に基づく: BO+  B1(A4)  +  Ba(A4)  +
 ・・・ Bn(An) ! 0式中、Boは切片であ
り、Bnはnの個別変数に対する回帰係数であり、An
はnの個別変数であり、およびCは関心のある分析する
性質の値である。
方程式の解明は切片を含み、個別変数の値を供する回帰
係数の測定による。
1次関数関係は複雑さが少ない場合、方程式は多くの場
合線形回帰方程式として示される二Y=amx+b(式
中Yは関心のある分析する性質であり、mは線のスロー
プを示す回帰係数であジ、bは線の切片であり、および
Xは単一個別変数である)、数学的相関は単一個別変数
間の線形関係を得る友めに努力する。これは複数の導関
数変換の強さ又は2つの最良吸収ペアの比、および関心
のある測定する性質である。
酸素飽和効果を全血液の水分含量に対するヘマトクリッ
ト値又はヘモグロビン濃度の数学的相関を調整するため
に使用する場合、1次関数関係は一層複雑で;bり、1
つより多い個別変数を含む。
この場合、方程式は複数線形回帰方程式として示される
: C”’ B□ + 81(AIJ + 82(A4
J式中、Cはヘマトクリツト値又はヘモグロビン濃度で
ちゃ、Boは切片でおり、B1は酸素飽和チに対する回
帰係数であり、A1は酸素飽和チであり、B2は複数の
導関数変換又は比例化予備処理のいずれかにより測定し
九個側変数の回帰係数である。
数学的相関が確定すると、確認される。形成および性能
の正確性は再現性を確保する友めに再調査される。数学
的相関の正確性および精密性は選択したスペクトル特徴
の物理的解釈、又は第2図の工程122又は第3図の工
程222の個別量定により分析した付加的試料を使用し
、次に試料が未知であるかのように第2図の工程129
〜133又は第3図の工程229〜263にこれらの試
料を処理することにより確認することができる。次に統
計的方法は予知性質の値、工程166又は工程263、
および個別量定により測定した値、工程122又は工程
222、を比較し、再現性を確認する定めに使用できる
検定の標準誤差は練習セットスペクトルのモデルの形成
の正確さ、すなわち、練習セットの作成に使用したデー
タにより回帰分析を如(”Jにうまく行なえるかを測定
する。検定の標準誤差(sEC)は次の方程式から計算
できる: (式中、NTは練習試料数であり、nは使用回帰技術に
おける吸収項目数であり、CIは線形回帰中計算したi
の試料のヘマトクリツト値であり、C1は個別測定し几
1の試料のヘマトクリツト値である)。SECの小さい
程、−層正確なモデル数学的相関が形成した。
一層重要なことは、予知の標準誤差(sEp )は再現
性性能の保証、すなわち既知の受容した技術を使用して
個別量定により測定した性質に対する実際値により本発
明方法を使用して得た予知結果の正確さおよび精密さを
定量的に確認する試験、を測定し、分析する性質の予知
の正確さを定量的に表わすために信頼限界と関連して使
用できる。
数学的に、予知の標準誤差は次の方程式から計算できる
: (式中、Nは確認試料数であり、Ciは1の確認試料に
対する;個別の童足値であり、C1は工程161の数学
的相関を使用して得た1の確認試料に対する値である〕
、また、SEPの小さい程、予知は一層正確かつ精密で
ある。
偏りは予知値と実際値間の正確な相関線から解明した数
学方程式で供試データセット内のすべての点の偏差の程
度會抑1定する。定性的には、低度の偏りは起りつる誤
差を許容する練習セットスペクトルのロバストネスの存
在を示す。換言すれは、練習セット試料採取のロバスト
ネスは未知試料に対し試料採取で起こりうる変化を予期
させ、その効果を最少化する。
ヘモグロビンの酸素飽和に基づく個別変数第2図及び第
6図に描写した流れ図を引用して上記したように、回帰
分析は上記方程式に従って複数の変数を使用できる。
関心のある性質の予測を助ける1つの複数変数は全血液
のヘモグロビンの酸系チである。これはオキシおよびデ
オキシ形のヘモグロビンを区別する。オキシおよびデオ
キシヘモグロビンは1150〜1190nm範囲で異る
スペクトルを有し、両形のヘモグロビンの相対的寄与の
評価、又はこれらの相対的寄与に比例する値はヘマトク
リツト値又はヘモグロビン濃度の予知に対し展開する数
学的相関を調整できる。
第10図および第11図はそれぞれ第2図および第6図
と同様の概各流れ図を示す。第11図の引用番号420
〜463は第6図の引用番号220〜266と同じ工程
を示す。第10図および第11図は全血液の酸素飽和チ
を証明するために数学的相関および予知を調整する工程
を方法に加える。
第10図で分るように、酸素飽和又は酸素飽和に比例す
る値の測定、工程334、は線形(ロ)帰、工程625
、の遂行を助けるために加え、工程660は未知試料の
酸素飽和又はrIR索飽和に比例する値の測定を包含さ
せるために修正する。同様に、酸素飽和又は酸素飽和に
比例する値の測定、工程464、全線形回帰、工程42
5、の遂行を助けるために加え、工程460は未知試料
の酸素飽和又は酸素飽和に比例する値の測定を包含させ
るために修正する。これらの変更は個別の変数、酸素飽
和又は酸素飽和に比例する値の趣整を、他の個別変数、
最良波長又は最良比の複数の導関数変換スペクトル強度
に供する。
個別変数として酸素飽和チ又は酸素飽和に比例する値の
効果は酸素飽和多範囲で一貫して線状である。しかし、
酸素飽和チが100チに近づくと、この個別変数により
供される調整の大きさは個別量定自体の正確さのレベル
内で徐徐に小さくなる。
完全に酸素化した患者では、数学的相関の酸素飽和チ個
別変数の使用は任意である。完全ではない酸素化患者で
は、数学的相関の酸素飽和チ個別変数の使用は好ましい
。緊急状態では、患者が完全に酸素化しているか否がか
分るかどうが疑わしい。従って、ヘマトクリット値又は
ヘモグロビン濃度の分析に対しては、一般に数学的相関
の個別変数として酸素飽和チを含ませることは好lしい
分析する全血液のスペクトルとして同時にヘモグロビン
濃度の酸素飽和を測定する機器はコ−オキシメータ、パ
ルスオキシメータ又は当業者に既知の酸素飽和を測定す
る他の装置のような商品として入手しつる機器を含む。
コーオキシメトリは代表的には静的条件の酸素飽和の測
定を含む。しかし、米国特許第4,745,279号明
a豊に示されるような流動血液の酸素飽和の測定に進歩
した。
それぞれ第10図の334および630、第11図の4
64および460に示した回帰分析のために酸素飽和チ
に比例する値として2次個別変数の別の測定方法は2波
長の吸収比を使用することである。換言すれば、酸素飽
和チに比例する値は2波長の吸収比であり、この場合1
波長のオキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビン
に対する吸光係数比は第2波長比とは異る。望ましくは
、オキシおよびデオキシヘモグロビンの吸光係数が同じ
、インスベスト点、場合の波長の吸収に対し、オキシお
よびデオキシヘモグロビンの吸光係数が異る場合の波長
の吸収を使用する(例えば約680〜720 nmで)
予知対実際のヘマトクリツト値又はヘモグロビン濃度の
比較は酸素飽和チを個別変数として含む場合図式化でき
る。第12図は実際のヘマトクリツト値に対する予知ヘ
マトクリツト値のグラフを示す。第8図および第12図
の比較は複数の個別変数の数学的相関が一般に一層正確
である理由を示す。
回帰方程式に2次変数を包括することは1150〜11
9Qnmのスペクトルの吸収についてそれ以上の何らか
の酸素飽和効果を最少にするために供する。従って、個
別変数として酸素飽和を含む数学的相関の展開は、全血
液中の水分含量に対するその関係に基つく関心のある性
質を測定するために本発明方法に対する代替物以上にむ
しろ強化する。
体外血液ループ、動的条件 動的条件で生物学的流体の関心のある性質の分析の態様
は体外血液ループを使用する。この血液ループは全血液
の関心のある性質の変化の「真の時間」を監視する。
開胸手術のような手術中患者を治療する場合、血液ルー
プは血液の酸素に対し適当な循環を維持するために使用
する。第1図に記載するような装置を適応して、血液が
患者の身体から出て、患者の身体に戻る間に本発明方法
によりヘマトクリット値およびヘモグロビン濃度を分析
する。第14図は引用数字を使用して本発明の血液ルー
プのタイプを8図示し、−吉例に記載の試験に必要な他
の装置は引用文字により確認する。
第14図を引用すると、ループ500は項目113とし
て第1図にも見られる、分光計Sのセル510、配管一
般に520、およびパルプ一般に530を通して流れを
連結することにより形成する。ループ500は患者pに
開側に配置でき、又は手術環境で患者pに対し既に確立
したループに対しサブループを形成できる。
ループ500は相互に連絡した次の部品を含T!=患者
の血液容器(図示せず)とパルプ532間を連結する配
管521の迂回部分、パルプ532と貫流セル510曲
の配管522の迂回部分、セル510を通る流れとパル
プ534間の配管523の返還部分、パルプ534と5
36間の配管524の返還部分、パルプ536と患者p
の別の血液容器(図示せず)間の配管525の返還部分
およびパルプ532と536間の側管部分526゜配管
、一般に520およびパルプ、一般に530は患者の生
物学的流体と生物相容性であり、そこを通して流れる加
圧流体の使用に耐えつるだけの強さを有する材料から製
造しなければならない。
ループ500の漏れは患者pに対しては外傷でありうる
配管520に対し商品として入手しつる好ましい材料i
、l Norton Performance Pla
stics of Akron。
0hioから人手しつる「TYGON」ブランドのプラ
スチック管である。
市販品として入手しつる好ましいパルプは5alt L
ake C1ty 、 T]tanのAbott 8o
rensonResearchからの商品名「INTR
ALOK Jとして市販される三方コックタイプのパル
プである。
貫流セル510は分光光度計計測に使用する石英プレー
トガラスのような透明材料から製造し、近赤外光を照射
したセルの部分の生物学的流体の停滞を最少化するよう
に幾何学的に配置し、構成しなければならない。ガラス
吹き職人はセル510を作製することができ、これは−
層鋭角の曲率を有する外周に対立口を有する長円形であ
ることが好ましい。
ループ500は配管521および522を含む迂回部分
を通して患者pから矢印F1の方向に、および自己管5
23.524および525を通して患者に矢印の方向に
流れる生物学的流体を有する。
パルプ532および536の操作によりセル510を通
して流れる生物学的流体量を調整できる。十分な生物学
的流体がスペクトル検出中セル510を進して流れるこ
とが望ましい。しかし、セル510を完全に迂回するこ
とが望ましい場合、パルプ532および536は部分5
26全通してすべての流体が流れるように開放すること
ができる。
パルプ534は必要であり又は望ましい任意の個別の検
定をスペクトル照射の位置およびセル510における検
出に対しできるだけ近接したループで行ないつるように
セル510からの配管523に隣接する。
ループ500の使用は上記した任意の分光器と組み合せ
ることができる。しかし上記のパーソナルコンピュータ
のようなコンピュータを有するモデル6250分光器の
ような分光器の使用が好ましい。
さらに、スペクトルデータはCa1ifornia 。
IrvineのCardiorascular Dev
ices 、 Inc、が販売する体外血液ガスセンサ
ー(EBC)S )と協力して集めることができる。
スペクトルデータを監視する真の時間の使用および本発
明方法により得た数学的相関の使用により、ヘマトクリ
ット値又はヘモグロビン濃度はほとんど瞬間的に監視で
き、健康管理開業医は遅滞なく患者を治療することがで
きる。
体外ループ500は透析血液ループの部分として定常的
透析処理に使用して血液の水分含量および関心のある他
の性質を監視することができる。
体外ループ500の別の使用では肺機能の過当な成熟が
得られる壕で、必要の場合EcMoにより何日もの間血
液を酸素化する血液ループを形成するExtra Co
poreal Membrane Oxygenato
rs (ECMO)の使用を必要とする未熟児、新生児
の臨床的場合に使用できる。これは臨床的背景であり、
他の性質のうちヘモグロビン濃度およびヘマトクリット
値のような血液成分の連続的監視は肝要である。
さらに、FCMOにおけるループ50Gの使用は、既に
臨床的状態にある新生児から血液試料をこれらの分析に
対し採取する望ましくない要求を排除する。
下記例に記載の試験中、酸素化が操作期間中変化を始め
オキシヘモグロビンの濃度に何らかの変化が認められる
までに約15分かかることが分った。これらの試験でそ
の後約6〜4分が酸素化レベルの変化を完結δせるのに
必要であることも注目された。こうして、酸素化の変化
が始まり、酸素化が安定化するまでに約20分かかる。
税在の手術治療の監視は、患者から血液試料を回収し、
これらの試料を静的条件の分析に対し遠い位置に送付す
ることを含む。試料が分析される時間までに次の酸素変
化の段階が始まり、それによって血液試料をたえず回収
することが必要であり、静的条件で分析が反復される。
これは真のヘモグロビン濃度およびその酸素化状態を監
視する努力を遅延させる。
貫流セル510又はセル510による体外血液ガスセン
サーの使用により酸素化変化が開始されてから完了する
のに要する真の時間を監視し、同様にヘマトクリット値
、ヘモグロビン濃度および酸素飽和チのような関心のあ
る性質に対し患者の状態のモニターを真の時間に保持す
ることができる。
これらに、又はこれらにより限定されることなく、次側
は体外血液ループを使用し動的条件で全血液のヘマトク
リツト値およびヘモグロビン濃度全予知するために使用
する本発明方法を説明する。
例に対する試験手順 2つの別の場合に、大の多数の全血液スペクトルを第1
4図および直前に記載の部分のアセンブリヲ有する体外
血液ループで観察した。これらのスペクトルの収集中多
数の全血液試料はInstrumentation L
aboratoriesから入手しつるコ−オキシメー
タrI L 482J又はデンマーク、コペンハーゲン
のRadiometerから入手しつるrABL2J血
液ガス分析器の使用によりへ化グロビン濃度の個別量定
および遠心分離によるヘマトクリット値の個別量定に対
しこれらの犬から回収した。又、ブランク参考スペクト
ルは空気を満たしたセルを使用して得た。拡散透過光は
上記および第1図113に記載のセル510の流路に各
試料を通し友後集め友。
すべての測定値は犬の体温でとり、これは約±3 ’C
又はそれ以下の温度範囲でスペクトル収集中無作為に変
動する。
特に、体外血液ループは2つの何個の場合定着したニス
ベクトルセットAti約2才の11kgの雌のピーグル
犬を集めて使用し、スペクトルセットBri約4.5才
の11kgの雌のピーグル大を集めて使用した。試験中
いくつかの僅かな変化はあったが、試験には次の材料、
機器および供給材料により次のプロトコルを使用した。
試験に使用した材料および機器は第14図に概述し友引
用文字と同一で65、次のものであった:英国、ヨーク
シャー、ケイリーのFortec/Cyprane製造
の半開放麻酔システムに連結し、酸素のような各種純粋
ガスおよびコネチカット、ダンブリ−のUnion C
arbide 、 Linde Divisionが製
造し商標[MEDIBLEND Jガスとして販売され
る窒素中の5%酸素混合物に連結したカリホルニア、パ
ームスプリングのBird Corporation製
造の呼吸器R;カリホルニア、バレンシア、 Amer
ican Pharma−seal Company 
、 American Ho5pital 5uppl
ycorporatton販売の「モデルに20」の熱
水プランキットB; Minnesota Mining and Manu
facturing Conpanyが製造した「TH
INSULATB J (商標)ブランドの熱プランキ
ット; ウイスコンシン、ミルトンのBurdick Corp
ora−tion製造の、そこに連結した血圧変換器を
有する「BURDICK J CS 525 EKG−
血圧モニターM; Minesota Mining and Manuf
acturing Company製造のEKG Pr
egelled Electrodes + 2256
 ;ニューシャーシー、ラリトン、 Jelco La
bs、製造の商標[JELCOJとして販売逼れ、ポリ
テトラフルオロエチレンから製造しfc2〜1/e長さ
で14ゲージの排管; オハイオ、イエロースプリングのYe 110fSpr
ing Instruments Company 、
 Inc、製造のIYSl−400Jブランドモニター
として入手しつる、LED表示温度モニター、T、に連
結した針形温度計; オハイオ、アクロンのNorton Performa
ncePlastics 製造の1.587 mg、お
よび3,175mmの内径を有する「TYGON」(商
標)配管、一般に520、ウタ、ンルトレーク シティ
のAbbott8orenson Re5earch製
造の商標r INTRALOK Jとして販売さtしる
三方コツクツ(ルブ、一般に560;この試験に対しM
inesota Mining and Manufa
c−turing Company製造の石英−ブv−
に一カラスtpら製造した約1.6瓢光路の長さを有す
るセル510の流路、を含む血液ループ500; 第1図に引用記載した構造を有し、680〜1265皿
の波長範囲で操作するモデル6250Pacific 
5cientific Infrared Spect
rophoto−meter  、8  、; 7aリダ、ボカレートンのIBM Corporati
onから入手しうるIBM PS/2 Persona
l Computer、C,;西独のHeraen 5
epatech GmbH製造で、ミネソタ、ミネアポ
リスのAmertcan 5ctenttftc Pr
o−ductsが米国で分配するミクロピペット遠心機
MC,; マサチュセツツ、レキシントンのIstrumenta
−tion Loboratories製造のInst
rumentationLabOratOri88 r
 I L −482jコ−オキシメータ; Beckman Instruments *造の[B
ECKMAN GPRj冷凍遠心機、RC,; Minesota Mining and Manuf
acturing Company製造の「モデル60
0」電気外科ユニット、又はMinesota Min
ing and Manufacturing Com
pany力諷ら双方共入手しうるr 5COTCHPL
ATE J 1145分数プレートおよび導電rル「÷
1106」を使用するメスおよび分散プレートシステム
を有する、701Jダ、クリアクォータのConcep
t Incorpora−tedから入手しうる「モデ
A/990 Djの電気外科ユニット、の電気外科発電
機; テン−q −り、 :lペン/)−ビンのRadiom
eter製造で、オハイオ、ウェスト レークのRad
 i ometerAmerica Inc、が米国で
代理する、「ABL −2JBlood Gas An
alyser 、 BG 、 ;およびインジアナ、エ
ルクハートのMiles Laborato−ries
製造の [GLt]C08TIXJ (商標)として商
品として入手しつる多数の手で保持する血液滴下グルコ
ース細長試験紙。
試験に対し使用する薬品および外科供給材料は次の通り
である: イリノイ、ノース シカ−? 、 Abbott La
l:+0ratO−ries製造のUsp 、 1,0
0 Qauの注射用の乳酸塩リンデル液; イリノイ、ノース シカゴ、 Abbott Labo
ra−torieg m造のUsp、1000aLt袋
の0.9 % NaC2注射液; ウイスコンシン、マジソンのAnaquest g 造
の[l5OFLURANE−AERRANE j (商
標)の麻酔剤;イリノイ、ローズマウントのLyhho
med Inc。
から商品として入手しうる1000ユニツト/Itlの
[LYPHOMED jヘパリンナトリウム抗凝固剤;
ニューヨーク、ニューヨークのAyerst Labo
ra−tory Inc、からl” ACE 、 AV
ECOjの商業的に入手しつるアセプロマシン マレエ
ート、10η/a用蓋; カリホルニア、アルカシアのAnpro Corp、か
ら商品として入手しつる硫酸アトロビン注射剤、1/1
20グレーン; ミズリー、セントジョセフのBoehr ingerI
ngelheim Animal Care Inc、
 、 BiocentricDivisionから入手
しつる08P注射剤の「BIO−TAL Jチアミラル
ナトリウム; および各種通常利用しつる、および使用する補給材料例
えは縫合材料など。
試験方法は次の通りであった。ピーグル大に最初に鎮静
剤アセプロマシンの0.05■/ゆを、次にアトロピン
の0.025睨/kgを皮下注射することにより最初に
投与した。所望レベルに麻酔させるためにバルビッール
酸塩Bio−tat(4チ)を投与して麻酔させた0次
に気管挿管法により維持し、呼吸器、R2から純粋酸素
中のインフルラン混合物によジ維持した。
皮膚はカニユーレを配置するために後肢および頚の中間
面をそった。動物は始めの準備室から手術室に移した。
そった頚の部分で頚静脈を切断し、テフロンカニューレ
ヲ挿入し、2〜5R67ボンド/時間の割合で滴下する
乳酸塩リンゲル液を入れた滴下袋に連結した。半開放麻
酔システムを経て純粋酸素中の1〜2%のインフルレン
を連続的に送り麻酔を維持した。6つのEKG電極を適
当な診断位置で動物の胸に取り付け、Burdick 
cs 525 EKG−血圧モニター2M、にケーブル
により連結した。
[5COTCHPLATE J (商標)1145電気
外科プレート(第12図に示さず)を動物の背中の下に
置き、プレートと皮膚の間に導管ペースト(Get÷1
103 、 Minesota Mining and
 ManufacturingCompanyから入手
しつる)を入れた。電気外科メス(第12図に示さす)
を電気外科ユニット(ESU )発電機に取り付け、基
部の中間大腿で皮屑切開して大腿の動脈および#脈を露
出させ精密創見を行なツタ。14/7”−ジ(7) 「
TEFLON 」(商標)カニユーレをそれぞれ大腿の
動脈および静脈に挿入し、2〜0ビニル縫合糸によV適
当な位置で縛った。次に対何の大腿動脈を同様に露出し
、14?−ジカニューレを挿入し、同様に縫合してツ 保護した。この後者のカニーレはBurdick Co
rpo−ration血圧変換器、M、に連結し、約3
駐/時間で滴下する0、9%食塩溶液を入れた加圧袋に
水圧ラインを経て連結し、カニユーレの閉基を防止した
加熱水プランキット、HB、は「THIN8t)LAT
EJ(商標)プランキットe B、に動物の下部および
し 上部に置き、腸部分の中心体温を示すために対偶大腿動
脈の位置近くに針形温度計を挿入することにより測定し
て34.8℃の始めの体温に体温の保持を助けた。温度
計の表示は「ysx−400J温度表示モニターで示し
た。このモニターノ第2チャネルはセル510を通る血
液流の出口の配管部分523に挿入した針形温度計に連
結して体外ループ500の血液温度を監視し几、  f
’ TYC)ON J(開襟)配管は約30〜50cI
ILの長さに集めた。
1個の停止コックパルプ、532 、を配管521と5
22間のループの転換部分に置いた。第2停止コツクパ
ルプ、536.は配管524と525間のループの返還
部分に置いた。2個のパルプ。
532と536間に、小部分の配管526を連結して側
路を設は友。これは2個のパルプ、532および536
の操作により、セル510を通る流れから血液流を完全
に排除し、又はそこを通る流れの割合を調整することが
できる。
第6の停止コックパルプ、534は配管523と524
間の体外血液ループ500の返還部分に置き、遠心機、
MC,コ−オキシメータ、o、血液ガス分析器、B()
およびグルコース試験細長片を使用する各穏血液関連パ
ラメータの試験用試料を定期的に回収できる。セル51
0を通る流れは配管522の迂回部分と配管523の返
還部分の対立端部に連結し、モデル6250分光計内に
置いた。
始めにセル510および連結配管520にイリノイ、ノ
ースジカゴのAbbott Laboratories
 N造の0.9%NaCt溶液金満たしてセル510お
よび配管520から空気を除去し、動物への体外ループ
500の連結による注入空気の塞栓を回避し、水の既知
特徴をループ500および第1図に示す分光光度計シス
テムの適当な機能の参考として供しうるように水のスペ
クトルを記録する。貫流セル510はセルの中央部で約
6c1rLの長さおよび3.5 cIILの巾であり、
約1.51の環状開口部を有する11cIILに6cr
ILの寸法の輸送金属プレート上に取り付けた。プレー
トは室およびモデル6250分光計、S、の定めた位置
の通路に挿入した。室の被葎は閉じ、試験中偶然の開放
を予防するためにテープを貼った。
セル輸送機構のコンピュータ調整はPS/2パーソナル
コンピュータ、C2とモデル625 (In光計181
間の輸送ボードケーブルをはずすことにより停止した。
これはセル510の移動を防止するために行なった。
入射光を受ける分光計、S、の何らかの錯誤をさらに予
防するために、モデル6250分光計に導くループ50
0の配管522j?よび分光計から来る配管523はM
inssota Mining and Manufa
−cturing Companyから入手しつる黒色
ビニル電気テープで包んた。こうして配管自体は、セル
に入ると光の騒音源として作用する光のガイドとしての
作用から予防された。
次に、動物に商標名「LYPHOMED Jとして入手
しつる1、000ユニツト/成溶液から6800ユニツ
トのヘパリンナトリウムを注射し丸、ヘパリンは血液の
抗凝固剤として使用する。何故なら体外ループの血液は
r TEFLON j (商標ンカミューレ、パルプ5
30、配管520およびセル510の流路のような各種
材料と接触するからである。
次にセル中の空気による参考スペクトルをとり、保存す
る。次に、ループ500に塩水を満たし、すべての捕集
した気泡を確実に除去し、次いで患者pに連結した。
迂回部分配管522はどんな偽せの気泡もセル510か
も7ラツシユするようにセル510の入口に連結した。
次に、体外ループ500はパルプ532および536で
調整して動物の血液を貫流セル510を通して動物から
流し、動物に戻し、迂回部分パルプ532および返還部
分536間の、貫流セル510を通る血液流を排除する
、迂回路配管526を回避させる。
約10分セル510を通して血液を流した後、1縮注射
器に約11uの血液試料をパルプ534を通して回収し
、血液ガス分析し、コ−オキシメータにかけ、遠心分離
する。血液試料の回収後10秒以内に、64走査のスペ
クトルをパーソナルコンピュータを始動させて分光計に
よジ得た。これらのスペクトルを得るのに約24秒を要
した。
血液試料取扱いのプロトコルを厳格に固守することは錯
誤を最少化するために必要である。血液を回収するパル
プ534の操作により貫流セル510に存在する血液の
みを注射器に満たし、さらに動物に返還の方向に進行さ
せ、回収されなかった血液を回避しなければならない。
最初の173〜172Jの回収血液はパルプ534に再
注入して部分524および動物の方向に再注入血液を向
ける。この過程によりパルプ内の古い血液および/又は
空気が強制的に回収されることを助ける。注射器に回収
された次の1紅の血液は機器0.MCおよびBGによる
分析のため取り出す。さらに、注射器からの血液はでき
るだけ速く、1分以内に、試料に対する大気中の変化に
より影響を受けない正確な読みを得るためにすべての6
つの診断分析器0.BG、およびBGに注入する。
動物は100チの酸素呼吸であり、試料分析により確証
されるが、ガスは窒素中の5%酸素混合物に変えた。約
9分後、別の血液ガス分析をパルプ534を通して血液
試料を回収し、上記診断分析機器に配置した。
酸素チは642から507能Hgに低下したが、ヘモグ
ロビンの酸素飽和は99.5%で変化しなかった。酸素
飽和は酸素チが約100+mHg以下に低下する場合の
み有意に減少することが分った。
酸素飽和が安定化するまで酸素呼吸の変化の時間的遅れ
のため、次の血液ガス分析の試料採取は約22分後まで
行なわなかった。この分析にょジ53−3 m Hgの
PO2オよび93.8 %の02飽和であることが分っ
た。
ガスを5チ酸素に変更後26分に、血液ガス分析により
ロ8.6%の酸素飽和および27.8 ran Hgの
PO2であることが分った。各血液分析直後に、パーソ
ナルコンピュータキーボード、c、の始動により分光器
、s、により64スペクトルを記録した。
次に、2つの60m6注射器を使用して、100rnt
の血液を血液ループの返還部分のパルプ534からゆつ
くり回収した。生命を維持する血圧を保証するために、
血圧EKGモニター、M、全厳密に見守り、乳酸塩リン
ゲル溶液、L、の滴下流速金少なくとも1滴/秒に数分
間増加して始めの記録値、102102l58から有意
に低下り、[場合、血圧を戻し、又は維持した。
100此の回収血液はカリホルニア、パロアルトのBe
ckman Instrument 、 Inc、から
のカタログ÷349702として入手しつる「oH−3
,74を使用するJ BECKMAN GPRJ冷凍遠
心機で等容および等重量の2個の遠心管で10分300
0 RPMで遠心分離した。血漿上溌画分は各管からピ
ペットで除去し、遠心管の下部の密に詰まった赤血球は
約4℃で冷蔵庫に貯蔵した。
血漿は減少したヘマトクリット値およびヘモグロビン濃
度であるが、血漿容積を維持する丸めに同じバルブ53
4を通して動物に戻した。
100紅の血液を回収し、遠心分離し、血漿を再注入し
、赤血球を冷蔵庫に貯蔵する手順は数回反復し7’C,
毎回、血液ガス分析を行ない、これらの各手順前後にス
ペクトルをとった。ヘマトクリット値は各動物で異ジ、
例えばある動物では始めの約47%から約22チに低下
し、その点で冷蔵赤血球はループの返還部分のパルプを
通って動物に再注入してヘマトクリット値の始めのレベ
ルに増加させ、ヘモグロビン濃度を回復させる。スペク
トルはループに赤血球の再注入前、後にとり、練習セッ
トスペクトルに対し使用したスペクトルに寄与し、それ
により予備処理後数学的回帰技術はヘモグロビン濃度又
はヘマトクリット値および血液の水分含量間の数学的相
関を確定させる。
例1〜6 第2導関数予備処理技術 例  1 2つの試験を上記試験手順に従って行なった。
下記第1表はセットAおよびBとして試験を示し、分析
試料数は得たスペクトル数として示し、示すように変化
する。セットAの代表的試料グループは第4図に図示す
る。試料スペクトルは得たスペクトルデータの変動範囲
を示し、それに対し別に数学的相関の計算を行なった。
遠心機、MO,による遠心分離の使用により、両セット
に対し得たヘマトクリット値(HCT )は22チから
47チに変動する範囲として下記第1表に示す。同様に
、両セットのヘモグロビン濃度(HB)の範囲はIL4
82コ−オキシメータ。
0、で細胞を溶解することにより測定した。セットに対
する範囲は約8.0〜約16.69 / dJ C9/
dL )であった。最後に、両セットの酸素飽和多範囲
(o2 Sat、 )はコ−オキシメータ、0.を使用
して測定した。セットに対する範囲は61〜100チで
あった。谷セット内で、95eIbより多い酸素飽和を
有する何個の試料は分離し、それぞれサブセラ1−AI
およびB1に割り当て、はとんど完全に酸素化した状態
と酸素飽和がかなジ変動する状態の試料間で本発明方法
を区別する。
下記第1表はヘモグロビンに対するヘマトクリットの相
関を示し、これは観測スペクトルに対し両セットで0.
99より大きい相関を実証した。
拡散透過スペクトルの測定および吸収スペクトルに対す
るそのスペクトルの変換の双方を含む検出スペクトルに
ついて、ヘマトクリットおよびヘモグロビンの双方に対
し、それぞれ、2次誘導変換予備処理技術および比予備
処理技術を使用して第2図および第6図に記載の分析を
行なった。
総数で27の何個の検出スペクトルを本例の2セツトで
2匹の各犬で得たが、一般に練習セットおよび25試料
から無数の試料の個別量定する練習セットスペクトルデ
ータを現わすことができる。
95%より多い酸素飽和を有するセットAおよびBのス
ペクトルをA1およびB14Cそれぞれ分離する場合、
20のスペクトルを次側のいくつかに一緒に、又は開割
に使用し、練習セット’に形成し又は方法を確認した。
しかし、上記ヨーロッパ特計公報に開示し友ような、こ
れらの目的に対し他の出願の技術に適合性を有する出願
人の他のいくったの研究に基づいて、20スペクトルの
使用は一層ロバストな試料採取が好ましいとしても本発
明方法の適正さの証拠として十分であると思われる。
比較および予示目的に対し練習セットを確定する目的は
、各種時期において各種個体に存在しうる採取試料の差
の予示を試みることである。換言すれば、練習セットは
関心のある性質の測定に影響する各要因内の多数の変化
としてできるだけ広く含むべきである。
理想的には、練習セットは未知試料で遭遇しそうな価の
完全な範囲にわたジヘマトクリット値およびヘモグロビ
ン濃度のすべての異る種類の変化、および血液試料採取
に影響しそうな各種要因、例えは温度、液量、光散乱の
細目、他成分の存在、および患者の生理学的状態、内の
他種の変化を表わす試料を含む。
これらのセットでヘマトクリットおよびヘモグロビンに
このような変化があるにも拘らず、ヘマトクリットおよ
びヘモグロビン間の相関は全く正確で、両セットで0.
99以上の大きさでめることが分る。
練習セットAおよびBの双方を確定し、これらの各セッ
ト内のヘマトクリツトおよびヘモグロビン範囲を別個に
量定して、第2図に示す数学的分析を行なった。
最初に、2次導関数予備処理技術は上記パーソナルコン
ピュータにより、入手しうるならNearInfrar
ed Systemsからのモデル6250分光計によ
り、上記近赤外分光分析ソフトウェアプログラムを使用
してセットの組み合せに対し行ない、2次導関数を計算
し、線形回帰を行ない、最良波長を選択し、回帰係数を
保存する(工程124゜125.127,128および
161.第2図)。
他のソフトウェア、Re5earch Systems
 、 Inc、から入手しつる「VAX IDL In
teractive DataLanguage j 
(著作権1982〜1988)は回帰モデルに適用し、
性質を予知しく工程162および166、第2図)およ
びSEC、SEPおよび確認目的に対し偏りを計算する
ために使用した。これらの例では、得を近似化しfc2
次誘導スペクトルは20データポイントのセグメント又
は15.8nmの使用およびOデータポイントの隙間に
基づくものであった。こうして、2次導関数を計算する
目的に対し各ポイントはバンド間に隙間のない15.8
 nm巾のバンドであった。
セラ)Aに対するスペクトル群は第4図に示し、2次導
関数予備処理後第5図に示す、容易に分るように、基線
の偏シおよびスペクトル毎の他の変化により生ずる吸収
の変化を最少化し、試みた数学的相関は一層向上する。
2次導関数予備処理技術により、水の吸収ピーク範囲で
最良の相関を見出すためにすべての波長に対し変換吸収
値を計算する。
ヘモグロビンの分析に対し、27スペクトルを含むセッ
トAおよびBを組み合せる。予備処理技術として2次導
関数変換を使用して第2図に示す数学的分析を行ない、
複数相関係数CR) [1,991および標準検定誤差
(SEC) 0.39 g/ dLを有する8 92 
nlHの波長を得た。しかし、この波長Kuヘモグロビ
ンの広い吸収ピークが存在し、このピークは酸素飽和優
によるスペクトルの範囲内にある。さらに多角的練習セ
ットに必要な最少数に近いスペクトルのスペクトルセッ
トから選択し次波長の使用を除外できる。何故なら、−
層小さい練習セットは各種波長の相関の優先性を個別量
定により測定した実際値に変換できるからである。
広いヘモグロビン吸収の900 nm範囲の波長を除外
する別の理由はメトヘモグロビンのような、この範囲で
吸収する他の形のヘモグロビンによる干渉が起フうるこ
とである。
従って、各積形のヘモグロビンのスペクトルにより実質
的に影響を受ける範囲に存在しない波長を見出すために
、上記近赤外分光分析ソフトウェア又は上記[vAX 
IDL 、 Interactive Data La
ng−uage jを使用して相関プロットを得た。第
6図はこの相関プロットを示す。第6図で分るように、
890 nm範囲の相関は異例の鋭角的バンドであり、
ここでは選択波長の変化は有意に相関の程度を減少でき
る0反対に、1150〜1190nm範囲の相関は選択
波長の変化が相関程度を有意に減少しない一層広いバン
ドである。下記論議のように、この範囲内の波長を使用
する予知は許容しうる。
このプロットから、水分含量の広い吸収ピークに相当す
る1150〜119 Q nmの範囲では、1160〜
1175nm、特に1170mmの範囲内の波長の使用
が検定方程式の作成に対し許容しつる相関を有すること
が分った。数学的分析の結果は上記近赤外分光分析ソフ
トウェアおよび上記WAX IDLソフトウェアを使用
して本例の前部分記載と同じ方法で1170nmを使用
して計算し、R−0,9064および8−1.209/
dLを得た。
スロープは126.5、および切片は3,132であっ
た。こうしてこの場合、1個の個別変数を使用する1次
関数方程式: ヘモグロビン濃度−3,13+ 126.62*(波長
1170nmのスペクトル強度の2次導関数)であった
1150〜119Onm付近、特に925 nm範囲よ
ジ扛るかに吸収の少ない1160〜1175nmの水の
吸収ピークに集中させる几めに選択することにより、得
た相関関数は一層許容しつるように思われた。何故なら
相関は酸素飽和チの変化により生ずる誤差に対し一層抵
抗性があり、下記から分るように、sgpおよび偏りは
許容しつるからである。こうして、複数の導関数変換予
備処理技術を適用すると、全血液の水分含量の吸収に相
当する波長を使用する場合変動は最少化する。
例  2 約1170nmの相関モデルの性能を確認するために、
併せたセラ)A+Bを既知セットとして使用し、未知で
ある場合のセットASA1、BおよびB1を予知した。
近赤外分光分析ソフトウェアはセットAおよびBのモデ
ル組み合せの作成に使用し、VAX IDLソフトウェ
アは結果の計算に使用した。第■表は得た結果を示す。
第■表 2次導関数予備処理後1170nmでヘモグロビンに対
し組み合せセラ)AおよびBに対する何個のセットの予
測 AI      0.995      0.84  
  0.56A       O,9301,130,
038I      O,9930,720,57B 
      O,4561,31−0,07セツ1−A
IおよびB1と比較して、七ッl−Aおよび8間の差は
多様でめった。酸素飽和チを測定して95%より高い場
合、予知はセットA1およびB1を使用してうまく行な
えた。相関Rは分離セットA1およびB1について一湘
正確であり、SECは1.OfI/dLより少なかった
。しかし、セットA1に含まれなかった七ッl−Aの5
つのスペクトルおよびセラ)B1に含まれなかったセッ
トBの2つのスペクトルはRを下げ、SECを上げ、得
た予知は正確さが少なかったことを示す。さらに、−層
低い酸素飽和チのスペクトルが予知セットに含まれる場
合、−層反対の傾向を示し、各個に一層低い酸素飽和チ
スペクトルは高い酸素飽和チスペクトルより一貫して低
く予知されることを示す。
1170nm付近の波長のスペクトル強度で2次導関数
予備処理技術の使用はある場合動的条件で許容しつるか
、酸素砲和チが95%より大きい場合の条件下で許容性
は一層明白である。
例  6 例1記載の選択し7t1次関数方程式の性能の確認全予
知の標準誤差(SEP )および偏v全算定するために
行なった。各セットは既知として使用し、これらの他の
セットは未知であるものとして相互にセットを予知する
ために使用した。近赤外分光分析ソフトウェアおよびV
AX IDLソフトウェアは例1記載および例2の使用
と同様に使用し、結果を計算した。第■表は得た結果を
示す。
第■表で得た傾向と同じ傾向が第m表の結果に一層強く
現われた。別のB1に対し分離したセットA1の1つを
使用する予知および反対の場合の予知も計容しうる範囲
内で1次関数方程式の正確さを実証した。完全なセツ)
Bに対し完全なセットAi使用する予知および反対の場
合の予知も酸素飽和チのような別の個別変数を使用して
さらに可能な調整をしないと許容性は低かった。完全セ
ットに対し分離セット、例えばBを予知するためにA1
i使用する予知は、分離セツl−’に予知するために完
全セットを使用する、例えばB1を予知するためにAt
使用する場合と比較して、広い基盤の既知練習セットを
儒することの望ましさを実証した。練習セットの巾は各
種タイプのスペクトルのうちで適当にバランス化されね
はならない。
セツ)Bの8スペクトルのうち2スペタトルのみがセッ
トBlに存在しなかった。尚これら2つのスペクトルは
R、SEC、SEPおよび偏りに強く作用する程酸素飽
和−による差が太きかつ7′c、シかし、セットAの1
9スペクトルのうちセットA1に回らなかつfc5つは
予知の正確性に比較しつる程の不足を生じなかった。従
って、バランス化した変化の中で練習セットの組み立て
に大きな変化を計画することは正確な予知に対し一層良
い結果金供するであろう。
第■表の偏りの結果はセツ)AI、BlおよびAを既知
と考える場合、1次関数方程式の正確さを実証した。し
かし酸素飽和の低チを有するスペクトルを未知セットが
含む場合、各場合の予知の傾向は一層否定的でめり、関
心のある性質の予知が不十分であることを示す。
例  4 例1〜6に記載のものと同じ試験金側1〜6記載と同様
に近赤外分光分析ソフトウェアおよびVAX IDLソ
フトウェア全使用して計算した2次導関数変換予備処理
技術全使用してヘマトクリット値の分析を行なった。組
み合せセットAおよびBは各株形のへモクロビンの濃度
変化により正確さを失ないそうもない最″#波長、すな
わち1150〜1190 nml7)!囲で分析L7c
、 27(0各個スベクトルを有する組み合せセットに
より許容しつる結果を得た。
例1のヘモグロビンの場合におけるように、始めに数学
的分析により選択した波長は広いヘモグロビン吸収ピー
ク範囲のうちの892 nm付近(R−0,987、お
よびSEC−1,28% ) テ6ッた。従って、例1
の場合と同様に得た相関プロット?使用すると、115
0〜119(lnm範囲の波長の使用は許容しつる結果
を供することを測定した。1160〜1175nm間の
波長は1169nmを選択し、次の結果を得た:R−0
.899およびSEC−3,47%、 356.17の
スロープを有する、および切片I Q、19゜ 次に組み合せセットA+Bi既知セットとして使用し、
個個のセラ)AI、A、B1およびBはそこから予知し
て検定標準誤差を算定した。結果は第■表に示す。
第■表 2次導関数予備処理後1169 nmでヘマトクリット
値について組み合せセットに対し個個のセットの予測 A1     0.996       2.56  
 1.75A       O,9343,210,2
7B1     0.984       1,77 
  1.29B       O,4043,99−0
,64第■表で分るように、セラ)AIおよびB1はセ
ットAhよびBよジー層正確であつfc、小さいセット
A1およびB1からセットAおよびBへのそれぞれの場
合偏りの変化は一層否定的で、再度1次関数方程式から
正確に酸素飽和低チを有するスペクトルの予知が十分で
ない傾向を示す。
個個のセットA1、A、B1およびBfi既知既知ドツ
トて処理し、他のセット上未知セットとして処理して予
知の標準誤差および偏りを算定した。
撃 型 第四図に示す結果と比較して分るように、同−又は同様
の傾向はヘモグロビン濃度に対し得られたようにヘマト
クリット値に対しても得られることが分った。分離セッ
トA1およびB1は一層正確な予知を供したが、酸素飽
和チスペクトル変化の一層良好なバランスを有する大き
なセラl−Aは、許容しつる正確さでセラ)B1’i予
知した。セットBによる予知およびセラ)Bの予知によ
り2つの分離スペクトルはロバストネスの少ないスペク
トルを有する小さなセット上に有しつる結果を示すこと
が分った。
すべてのセットによる予知に対する偏りは分離セットA
1又はB1を予知する場合、完全セットA又はBを予知
する場合より一層明確であった。
角度スペクトルが酸素飽和低チを有する場合予知が不十
分であジうることを示す。
第8図はヘマトクリツト値に対する実際の個別量定値に
対するセットAの予知値の比較のグラフである。
例  5 全血液の動的条件で、分析試料が約95%酸素飽和以上
である場合のモデルに限定すると、−層良い結果が得ら
れることが分った。この条件は大多数の患者の診断環境
に存在するが、患者が95チより少ない酸素飽和を有し
つる場合が多くある。
ヒトでは患者の酸素分圧が約60mHgより低い場合は
環境にあることが知られる。
従って、任意の方法論として、患者の酸素飽和チは個別
変数として1次関数方程式に加え、検数線形回帰分析な
どは複数導関数変換予備処理の場合第10図に示すよう
に行なった。研究した2匹の動物については、酸素飽和
チは「IL−482Jコ−オキシメータを使用して各ス
ペクトルに対し測定した。データは複数の変数セットの
データを得るために1カラムのスペクトルデータの代り
に使用した1カラムのデータを含んだ。近赤外分光分析
ソフトウェアおよび■■IDLソフトウェアによジ例1
〜6に記載の方法で計算し、数学的結果を得′fc。
第■表はヘモグロビンに対する他の個個のセットを予測
するために、個個のセットを使用する場合に得た結果を
示す。この場合酸素飽和チを個別変数として数学的分析
に加えた。第■表はヘマトクリツト値に対する類似の結
果を示す。
完全セットA又はBを既知セットとして使用して、第■
表および第■表および第V表および第■表にそれぞれ示
す結果間で直接比較を行なった。
セットB1のセットAによる既に許容された予知以外の
すべての場合、第2個別変数として酸素飽和チを使用す
ると一層高い相関R1−層正確なSEC、−層的確かつ
正確zsEp、および一層正確な偏りが得られる。又分
離セラ)B1又はA1および完全セラ)B又はAの予知
間の偏りの変化に反映した予知の不十分さにはつきりし
なかった。
個別変数として酸素飽和チを含むことにより供される最
大の調整は、既知セット又は未知セットとして予知の極
限として予め見られる、セットBについて行なった。こ
うして酸素飽和チは、スペクトルに対し酸素飽和チが一
層変動する場合、予知の正確さおよび的確さに一層寄与
する。
酸素飽和チが95%より少ない既知の場合、又は未知の
場合に対し、2次個別変数として酸素飽和チを含む1次
関数方程式の使用によジもっとも有用な結果を得た。第
12図は例5で使用した方法および同じスペクトルに対
し使用した個別量定間の正確な高い分解能およびこの分
解能は第8図に示すものよジ正確であることを示す。
例  6 スペクトルのうち酸素飽和チの変化の効果をコ−オキシ
メータを使用せずにスペクトルから計算し友。700お
よび820 nmの波長の比は分析する時各試料に存在
した酸素飽和チに比例した。
初めに検出したスペクトルの比データは変換スペクトル
データの1カラムに置換してデータの複数変数セットを
得、近赤外分光分析ソフトウェアおよびVAX IDL
ソフトウェアは例1〜6記載の方法で計算して数学的結
果を得た。第1表は酸素飽和チに対する調整をここに記
載の比により測定した場合ヘモグロビンに対し得友結果
を示す。第■表はヘマトクリツトに対し得た類似の結果
を示す。
第1表と第■表および第■表と第■表に示す結果の比較
により、予知に使用したものと同じスペクトルデータか
らの波長の比を使用すると対比する予比に正確性および
精密性の得られることが分った。
例7〜10 比予備処理技術 例  7 比予備処理技術の使用により複数導関数予備処理技術の
使用に匹敵しつる結果を得た。第1表、例1に示すもの
と同じスペクトルおよびデータを使用して、第6図に描
いた比予備処理方法を、ここに記載の次のForjan
ソフトウェアプログラムを使用し、パーソナルコンピュ
ータにより、最善比を選択し、線形回帰を行ない、回帰
係数を保存するために使用し7’c(工程224 、2
25 、227および228.第3図)。例1に記載ノ
VAX IDLInteractive ・Data 
Lannageソフトウェアの手順は未知試料に対する
比予備処理を行ない、回帰モテルを適用し、性質を予知
しく工程231,232および233.第6図)、確認
目的に対しSEC。
bEPおよび偏りを計算するために使用した。
Fortanン7トウエアプログラム(ANSI Fo
rtan77に応じる)著作権、1989、Mines
otaMining and Manufacturi
ng CompanyREAL DATA < 200
 、500 ) 、 YVAL(200)。
TEMP (1500) REAL DOUT (,500、500) 、 N8
PEC。
NWAVB CHARACTER*3Q FILENWRITE (
6、100ン 100 FORMAT (’ ENTERTHE 5P
ECTRAL DATA FILENAME二 ′  
) READ (5、101) FILENlol FOR
MAT (A) OPEN (20、FILE−FILEN 、 5TA
TLIS−’ OLD’ 。
IFORM繻’ UNFORMATTED ’  、 
ERR= 9999 )READ (20) N5PE
C、NWAVBlowRITE (6、102) 102 FORMA’l’ (’ ENTER5PAC
ING BETWEEN 5PECTRALPOINT
8:  ’  ) 孔部D (5,*) N5KIP IF  (NWAVE/N8KIP  、GT、500
  )GOTO10Do 20  I −1、N8PE
C READ  (20)  (TEMP(J )、  、
]”1  、 NWAVB  )Do 20 J−0,
NWAVE/N5KIP−120DATA(I、J+1
) −T践P(N8KIP*、T+1 )CLO8E 
(20) wRITE (6、105) 103 FORMAT  (’ ENTERTHE P
ROPERTY DATA FILENM侶:′) 部AD  (5、1[11) FILENOPEN  
(20、FILE −FIIJN  、5TATUS 
−’ OLD ’ IFORM −’UNFORMATTED ’  、E
RR−9999)READ  (2[1)NSPFC Do 3 0  I −1、N5PEC30READ 
 (20)YVAL(I)cLO8E  (20) AVEY −YVAL  (1) 0 0 0 Do 40  I−2,N5PEC AvEY −AvEY + YVAL(I)AVBY 
−AVEY / N5PECYFACT −0,0 Do 50  I−1,N8PEC YFACT −YFACT + (YVAL(I)−A
VEY)*(YVAL(I)−AVgY  ) IF  (YFACT  、LT、1.0E−06)G
o To 9999ZCORR−0,0 Do 80  I−1,NWAvVN8KIPDo 8
0 J−1,NWAVE/N8KIPAVEX −0,
0 Do 6 0 K−1、NSPEC TEMP(K) −DATA(K、J)/(DATA(
K、I) + 1.0E−6)AVEX −AVEX 
+ TEMP(K)AVEX −AVEX / N8P
ECXFACT −0,0 ri’FACT −0,0 Do  70 K−1,N5PEC XFACT −XFACT + (TKMP(K)−A
VEX)*(TEMP(K)−AVEX) 70 XYFACT −XYFACT + (TEMP
(K)−AVEX)*(YVAL(K)−AVEY) 1F  (AB8(XFACT)、LT、IE−6)D
OUT(J、I)−〇、O IF  (ABSOJ’ACT)、GE、IE−6)I
DOUT(J、工) −(XYFACT/XFACT)
’+”(XYFACT /YFACT) IF (DOUT(J、I)、LE、ZCORR)Go
 To 80ZCORR−DOllT(J、I) ZXC’OL  −J ZYCOL  ロ エ ZAVEX  −AVEX ZXFACT  −XFACT ZXY 冨 XYFAC’T 3[]  C’0NTINUE WRITE (6、104) INT(1+(ZXCO
L−1)*NaKIP)。
INT(1+(ZYCOL−1)*N5KIPJ1[1
4FORMAT (/、   NUMERATORWA
VEIJNGTE(: ’I4゜ 1/、’  DENOMINATORWAVELENG
TH: ’ 、  l4)SL、opE唖 ZXY/Z
XFACTWRITE  (6,105)ZCORR,
5LOPE  。
AVEY−sLopg*zAvEx 105 FORMAT  (/、’  Co圧泗LAT
ION C0EFF、: ’IpHi:11.4  。
1/、’  5LOPE: ’ 、Elo、3./、’
  INTgRCEPT:’g10.3) WRITE  (6、106) 10(S  FORMAT   (’  ENTERT
HE  0UTPUT  FILE  NAME二  
′ )READ  (5,101)FILENOPEN
  (20、FILEにFILEN  、FORM =
’ IJNFOEtMAT’L”FJD ’  、  
8’rATtJ8−’ NB、’Vi’ )WRITE
  (20)NWAVE/1J8KIP  、NWAV
E/N5KIP。
o、o  、  o、。
Do 90  I−1、NWAVB/N5KIP90 
WRITE  (20)(DOUT(J、I)、J−1
、NWAVE /N5KIP) 9999  CLO8E  (20) TOP ND 水の吸収ピークおよび別の吸収測定点の範囲の最善相関
を見出すために、上記のように比予備処理技術により実
質的にありつる波長ペアを計算した。
ヘモグロビンの分析に対し、セットAおよびBを組み合
せ、27スペクトルを得た。比予備処理技術を使用し、
第6図に描く数学的分析を行ない、複数相関係数(R)
 0.996および検定標準誤差0−269 / aL
を有し、計算スロープ36.818および切片−37,
807’e有する843および1173nmの波長ペア
を得た。このペアはオキシおよびデオキシヘモグロビン
に対するイソスベスト点および水の広い吸収ピークの附
近にある。
しかし、本出願の何人かの出願人により提出された米国
特許出願番号07/408.746号に使用した比予備
処理技術の例と比較するために、820および1161
 nmの波長ペア全選択した。これらはR−0,983
、sEC−0,53g/ dLおよびスロープ40,3
47および切片−40,773のほとんど同じ結果であ
った。
820/1161ペアの波長の選択を確証するために、
相関地図を作成し、上記VAX IDL Inter−
active Data Languageン7トウエ
アを使用して第7図として図示した。
この地図から複数相関係数の二乗を使用して0.875
.0,90.0.925.0.95および鵞0.975
の等しい相関ラインを測定して、水分含量の広い吸収ピ
ークに相当する1150〜1190nmの範囲で広いプ
ラトーを有することが分った。
800〜850 nmの範囲も広いプラトーを示した。
これらの範囲内の波長のペアは許容しつる結果を供する
であろう。
こうして、この場合上記■■IDLソフトウェアの手順
および820対1161 nmの比を使用して単一個別
変数を使用する1次関数方程式は:へモグロビンー−4
0,773+ 40.347(吸収am−6/吸収11
61) でめった。
第X表はこの方程式を使用してヘモグロビン濃度に対し
組み合せセットA+Bに対する各セットAI、A、B1
およびBを予知するために適用して得た結果を示す。
第X表 820/116Inm比でヘモグロビンに対し組み合せ
セットに対する何個のセットの予知 AI       0.998      0.32 
  −IJ、16A       O,9920,39
0,00B1      0.994     ’  
 0.66   −0.22B       O,83
20,920,14第■表の結果と第X表の結果を比較
すると、比予備処理技術を使用して比較的さらに正確な
1次関数相関のあることが分った。しかし、第X表の研
究セットのうち、セットBは練習セットに対する限定数
のセット内で不均衡状態を創る酸素飽和低チのスペクト
ルの正確さに対し効果を示した。
練習スペクトルの変化の適当なバランスにより、たとえ
未知試料のスペクトルが全く異常であったとしても、1
次関数相関の形成に比予備処理技術を使用すると検定に
対し許容しつる結果が得られたであろう。
例7記載の選択し友1次関数方程式の性能の確認は予知
の標準誤差(SEP )および偏りを算定するために行
なった。各セットは既知として使用し、これらの他のセ
ットは未知であるかのように相互にセラトラ予知するた
めに使用した。第X表は得た結果を示す。
シ 結果は動的条件で呻乳動物の体外血液ループのヘモグロ
ビンの予知に対し1次関数方程式の正確さおよび精密さ
を示す。練習セットの形成に使用するものより小さいセ
ットで前記したようにセットBの分離スペクトルの効果
を認めると、もっとも的確な予知は分離したセットA1
およびB1から得られ、次いでセラ)Aの予報およびセ
ットAによる予知である。偏りの傾向は僅かに正の方向
であるが、すべてのセットは許容しつる偏りの範囲内で
予知した。
例  8 例7記載のものと同じ試験を例7記載と同じソフトウェ
アおよび手順を使用して計算した比予備処理技術を使用
しヘマトクリット値の分析を行なった。組み合せセット
AおよびBは各橋形のヘモグロビンの濃度の変化により
正確さを失ないそうもない最良波長ペア、すなわち11
50〜1190nmの範囲およびインスベスト点付近で
分析した。
27スペクトルを有する組み合せセットは許容しつる結
果を示した。
例7のへそグロビンの場合におけるように、数学的分析
により始めに選択し友波長ペアは855nmおよび11
61nm(R−0,993および8EC−0,934)
で、前者は広いヘモグロビン吸収ピークの範囲内であっ
た。従って例7に対するものと同じ方法で作成した相関
地図を使用すると、820/1161nmの同じ波長ペ
アの使用により許容しつる結果を得ることを測定した。
この波長ペアにより次の結果を得*:R−0,982お
よびSEC−1,54チ、スロープ112.74および
切片−113,62゜ 次に組み合せセラ)A+8を既知セットとして使用し、
何個のセットAI、A、B1およびBはそこから検定の
標準誤差を見積るために予知した。
結果は第刈表に示す。
第店表 820/1161nmで比予備処理後ヘマトクリツト値
に対し組み合せセットに対する何個のセットの予知 AI       0.998     0.93  
 −0.29A       O,9911,250,
15B1      0.987     1.94 
  −1.25B       O,8352,52−
0,35第刈表で分るように、セラ?AIおよびB1は
セラ)AおよびBより正確であった。セットAおよびB
に対する小さいセットA1およびB1の偏りの変化はそ
れぞれ一層明白であっり、シかしすべてが許容しつる範
囲内にあった。
何個(1)セラ)AI、A、B1およびBは既知セット
として処理し、他のセットは未知試料として処理して予
知の標準誤差および偏りを算定した。
#層表は得た結果を示す。
第X表に示す結果と比較すると分るように、ヘマトクリ
ット値に対しヘモグロビン濃度に対し得たものと同じ又
は同様の傾向を得た。分離セットA1およびB1は相互
に対し一層正確な予知を供したが、大きいセットAおよ
びBは許容しつる正確さを有する。セットBによる予知
およびセットBの予知により2つの分離スペクトルはロ
バストさの少ないスペクトルを有する小さいセットに有
しつる効果のあることが分った。しかし、この効果は2
次導関数変換予備処理技術に比し比予備処理技術の使用
では明らかではなかった。
すべてのセットによる予知に対する偏りは、完全セット
A又はBを予知する場合より分離セットA1又FiB1
を予知する場合−層否定的であυ、スペクトルが酸素飽
和低%を有する場合可能な過度の予知が起こりうること
を示す、しかし、すべてのセットの予知の偏りは許容し
つる。
第9図はヘマトクリツト(ikに対する実際の個別奮定
値に対しセラ)Aの予知の比較図である。
例  9 例5の試験の対位法として酸素飽和チを2次個別変数と
して使用し、一方単一個別変数の1次関数方程式により
一貫して許容しうる結果を得てはいるが比予備処理技術
を使用した。第11図は2次個別変数の使用に対し調整
するために変更した本発明方法を示す、VAX IDL
ソフトウェアにより計算し九820/116Inm比は
コ−オキシメータ測定により1次加算するために添加し
、次に力αIDLID上ウェアの複数線形回帰分析手順
により計算して数学的結果を得た。第就表およびXV表
はそれぞれヘモグロビンおよびヘマトクリットに対する
方程式にコ−オキシメータの酸素飽和チ測定値を包含し
た場合の結果を示す。
既知セットとして完全セットAおよびBi使用して、第
X表および第W表および第X1l1表および第x■表に
示す結果間で直接比較を行なった。すべての場合、2次
個別変数として酸素飽和チの使用により、単一比のペア
個別変数によυ11次関数方程を使用して得た許容しつ
る結果より、高い相関R1正確なSEC、正確かつ的確
なsEpおよび小さい偏りを得た。例1〜6で必要であ
ることが分ったものよpセットBに対し調整は少なかっ
たが、他のセットに対するよりセットBに対し2次個別
変数により一層多く調整された。こうして、酸素飽和チ
はスペクトルに対し酸素飽和チの変化がさらに多い場合
、予知の正確さおよび的確さに一層多く寄与する。
酸素飽和チが95%よジ低い場合の既知試料に対し、又
は未知試料に対し、2次個別変数として酸素飽和%を含
む1次関数方程式を使用するともつとも有用な結果が得
られた。@16図は例9における使用方法および同じス
ペクトルに対し使用する個別量定間の正確さおよび第9
図に示すものより解決が正確である方法の高い解決を示
す。
例10 スペクトルの間の酸素飽和チの変化の効果はコ−オキシ
メータを使用せずにスペクトルから計算した。700お
よび820 mmの波長の吸収の比は分析した時の各試
料に存在する酸素飽和チに比例した。■■IDLソフト
ウェアにより計算した820/116inm比は700
 / 82 Onm比により1次加算するために添加し
、次にVAX IDLソフトウェアの複数1次回帰分析
手順により計算して数学的結果を得た。第W表は酸素飽
和チに対する調整をここに記載の比により測定する場合
ヘモグロビンに対し得几結果を示す。
第■表と第w表および第潤表と第X■表に示す結果の比
較により予知に使用した場合同じスペクトルデータによ
る波長比の使用は全く匹敵でき、許容しうるものである
ことが分った。
本発明の態様は例を使用して記載した。しかし、発明の
範囲はこれに又はこれにょジ限定されないことは認めら
れるであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の計測法の概要構成図である。 第2図は複数の導関数変換技術を使用する既知試料と練
習セットスペクトル間の数学的相関の確定方法を示す。 第6図は比例化技術を使用する既知試料と練習セットス
ペクトル間の数学的相関の確定方法を示す。 第4図は動的条件で測定し几全血液スペクトルの吸収を
示す。 第5図は複数の導関数変換処理を行なっ次第4図に示す
ものと同じ全血液スペクトルの吸収を示す。 第6図はスペクトルデータの2次導関数予備処理および
回帰分析後のヘモグロビンに対する相関係数対波長の相
関プロットを示す。 第7図は比例化予備処理および回帰分析後のヘモグロビ
ンに対する二乗相関係数対波長の相関を示す。 第8図は従来法により測定し友ヘマトクリツト値に対し
複数導関数変換予備処理後の予知ヘマトクリツト値の正
確性を示す。 第9図は従来法により測定したヘマトクリット値に対し
比例化予備処理後の予知ヘマトクリツト値の正確さを示
す。 第10図は第2図に示す方法の別方法を示す。 第11図は第2因に示す方法の別方法を示す。 第12図は従来法により測定したヘマトクリット値に対
し複数導関数変換予備処理および調整後の予知ヘマトク
リツト値の正確さを示す。 第16図は従来法により測定したヘマトクリット値に対
し比例化予備処理および調整後の予知へマドク リ ッ ト値の正確さを示す。 第1 4図は体外ループの構成図である。

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)生物学的物質は分析する性質に関する第1区画お
    よび第1区画より比例的に多いか又は少ない水分量を有
    する第2区画を含む動的条件で水分含量を有する生物学
    的物質の性質の分析方法において、 (a)動的条件で生物学的物質の複数の試料を観測し、 (b)生物学的物質の複数の試料に近赤外光を照射し、 (c)各複数の試料の近赤外吸収スペクトルを検出し、 (d)各複数の試料の吸収スペクトルに比予備処理技術
    を適用し、 (e)各複数試料に対し分析する性質を個別定量し、 (f)複数試料の近赤外吸収スペクトルから練習セット
    を確定し、および (g)第1区画の分析する性質と生物学的物質の水分含
    量間の数学的相関性を統計的に確認し、上記比予備処理
    技術は練習セットの水分含量の近赤外波長吸収ピーク対
    練習セットの別の近赤外波長吸収測定点の比を適用する
    ことを特徴とする、上記生物学的物質の性質の分析方法
  2. (2)さらに次の工程: (h)動的条件で生物学的物質の未知試料を観測し、 (i)生物学的物質の未知試料に近赤外光を照射し、 (j)未知試料の近赤外スペクトルを検出し、 (k)未知試料のスペクトルに比予備処理技術を適用し
    、および (l)統計的確認工程(g)で得た数学的相関を利用す
    ることにより未知試料の分析する性質を予知する、を含
    む請求項1記載の方法。
  3. (3)統計的確認工程(g)は線形回帰分析、複数線形
    回帰分析、段階的回帰分析、又は部分最少二乗回帰分析
    を使用する、請求項1記載の方法。
  4. (4)統計的確認工程(g)の数学的相関は予備処理技
    術を受ける複数試料の吸収スペクトルの水の近赤外吸収
    ピークに関連する1次関数を含む、請求項4又は2記載
    の方法。
  5. (5)生物学的物質は全血液であり、分析する第1区画
    の性質は全血液のヘマトクリツト値又はヘモグロビン濃
    度である、請求項1又は2記載の方法。
  6. (6)生物学的物質は全血液であり、水の吸収ピークは
    約1150〜約1190nmの近赤外スペクトルで生じ
    、別の近赤外波長吸収測定点はオキシヘモグロビンおよ
    びデオキシヘモグロビンのイソスベスト点である、請求
    項1又は2記載の方法。
  7. (7)検出工程(c)および検出工程(j)は複数試料
    および未知試料の吸収スペクトルを、分光分析機器を通
    して流れる生物学的物質の動的条件で記録する分光分析
    機器を使用する、請求項2記載の方法。
  8. (8)分析する性質はヘマトクリツト値であり、数学的
    相関は次の方程式: Y=b+m(デオキシヘモグロビンおよびオキシヘモグ
    ロビンのイソスベスト点における吸収/水の吸収ピーク
    における吸収) (式中、Yはヘマトクリツト値であり、bは約−70〜
    約−128の範囲であり、およびmは約78〜約126
    の範囲である)を解く、請求項2記載の方法。
  9. (9)分析する性質はヘモグロビン濃度であり、数学的
    相関は次の方程式: Y=b+m(デオキシヘモグロビンおよびオキシヘモグ
    ロビンのイソスベスト点における吸収/水の吸収ピーク
    における吸収) (式中、Yはヘモグロビン濃度であり、bは約−23〜
    約−45の範囲であり、およびmは約26〜約44の範
    囲である)を解く、請求項2記載の方法。
  10. (10)さらに次の工程: (i)動的条件で生物学的物質の付加的試料を観測し、 (ii)各付加的試料に対し分析する性質を個別量定し
    、 (iii)付加的試料について工程(b)、(c)およ
    び(d)を実施し、 (iv)統計的確認工程(g)で得た数学的相関を利用
    することにより付加的試料の分析する性質を予知し、お
    よび (v)工程(2)の個別量定した性質に対し工程(4)
    の予知した性質を比較することにより数学的相関を確認
    する、を含む請求項1記載の方法。
  11. (11)少なくとも1生物の移動する生物学的流体の複
    数試料を観測し、生物学的流体は1区画が関心ある性質
    を有する他の区画より比例的に異る水分量を有する2区
    画を大別して含むことができ、各複数試料の近赤外スペ
    クトルの2つの最良吸収検出点を測定し、 各複数試料の分析する性質量を個別測定し、2つの最良
    吸収測定点の比を適用し、 分析する性質と生物学的流体の水分含量の数学的相関を
    確認し、および 未知試料の近赤外スペクトルに数学的相関を適用するこ
    とにより生物学的流体の未知試料を分析して未知試料の
    分析する性質を測定することを特徴とする、動的条件で
    水分含量を有する生物学的流体の分析方法。
  12. (12)全動物血液は分析する性質に関連する第1区画
    および第1区画より比例的に多いか又は少ない水分量を
    有する第2区画を含む、水分含量を有する全動物血液の
    性質の分析方法において、 (a)複数試料の全動物血液に近赤外光を照射し、(b
    )各複数試料の近赤外スペクトルを検出し、(c)各複
    数試料のスペクトルに予備処理技術を適用し、 (d)各複数試料に対し分析する性質を個別量定し、(
    e)各複数試料に対し全動物血液の酸素飽和%に比例す
    る値を個別量定し、 (f)複数試料の近赤外スペクトルから練習セットを確
    定し、および (g)第1区画の分析する性質と全動物血液の水分含量
    間の数学的相関性を統計的に確認することを特徴とする
    、上記全動物血液の性質の分析方法。
  13. (13)さらに次の工程: (h)未知試料の全動物血液に近赤外光を照射し、(i
    )未知試料の近赤外スペクトルを検出し、(j)未知試
    料のスペクトルに予備処理技術を適用し、 (k)未知試料の酸素飽和%に比例する値を測定し、(
    l)統計的確認工程(g)で得た数学的相関を利用する
    ことにより未知試料の分析する性質を予知するを含む、
    請求項12記載の方法。
  14. (14)統計的確認工程(g)は複数線形回帰分析、複
    数段階回帰分析、部分最小二乗回帰分析を使用し、およ
    び統計的確認工程(g)は分析に回帰変数として複数試
    料の個別量定した酸素飽和%を使用して数学的相関を測
    定する、請求項12記載の方法。
  15. (15)統計的確認工程(g)の数学的相関は予備処理
    技術を受ける複数試料の吸収スペクトルの水の近赤外吸
    収ピークおよび複数試料の酸素飽和%に関連する1次関
    数を含む、請求項12又は13記載の方法。
  16. (16)予備処理技術は複数試料の複数導関数を計算す
    ることにより練習セットの複数試料のスペクトルを変換
    することを含む、請求項12又は13記載の方法。
  17. (17)予備処理技術は練習セットの水分含量の近赤外
    波長吸収ピーク対スペクトルセット源の別の近赤外波長
    吸収測定点の比を適用することを含む、請求項12又は
    13記載の方法。
  18. (18)分析する第1区画の性質は全血液のヘマトクリ
    ツト値又はヘモグロビン濃度である、請求項12又は1
    3記載の方法。
  19. (19)水分含量は約1150〜約1190nmの近赤
    外スペクトルに吸収ピークを有し、生物学的流体はオキ
    シヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンのイソスベ
    スト点を有し、予備処理技術は水分含量吸収ピーク対イ
    ソスベスト点の比を適用することを含む、請求項12又
    は13記載の方法。
  20. (20)検出工程(b)および検出工程(i)は分光分
    析機器を通して流れる全動物血液の動的条件で、複数試
    料および未知試料の吸収スペクトルを記録する分光分析
    機器を使用する、請求項13記載の方法。
  21. (21)分析する性質はヘマトクリツト値であり、数学
    的相関は次の方程式: C=B_0+B_1(A_1)+B_2(A_2)(式
    中、Cはヘマトクリツト値であり、B_0は約−31〜
    約32の範囲であり、A_1は酸素飽和%に比例する値
    であり、B_1は酸素飽和%に対する回帰係数で、約−
    0.4〜約36の範囲であり、A_2は水の吸収ピーク
    の2次導関数変換で、約1160〜約1175nmの範
    囲であり、およびB_2は水の吸収ピークの2次導換数
    変換の回帰係数で、約439〜約496の範囲である)
    を解く、請求項13記載の方法。
  22. (22)分析する性質がヘモグロビン濃度であり、数学
    的相関は次の方程式: C=B_0+B_1(A_1)+B_2(A_2)(式
    中、Cはヘモグロビン濃度であり、B_0は約−11〜
    約11の範囲であり、A_1は酸素飽和%に比例する値
    であり、B_1は酸素飽和%に対する回帰係数で、約−
    0.08〜約13の範囲であり、A_2は水の吸収ピー
    クの2次導関数変換で、約1160〜約1175nmの
    範囲であり、およびB_2は水の吸収ピークの2次導関
    数変換の回帰係数で、約147〜約169の範囲である
    )を解く、請求項13記載の方法。
  23. (23)分析する性質はヘマトクリツト値であり、数学
    的相関は次の方程式: C=B_0+B_1(A_1)+B_2(A_2)(式
    中、Cはヘマトクリツト値であり、B_0は約−106
    〜約−134であり、A_1は酸素飽和%に比例する値
    であり、B_1は酸素飽和%に対する回帰係数で、約−
    15〜約0.1の範囲であり、A_2はデオキシヘモグ
    ロビンおよびオキシヘモグロビンのイソスベスト点にお
    ける吸収対水の吸収ピークにおける吸収の比であり、お
    よびB_2は水の吸収ピークの回帰係数で、約116〜
    約121の範囲である)を解く、請求項13記載の方法
  24. (24)分析する性質はヘモグロビン濃度であり、数学
    的相関は次の方程式: C=B_0+B_1(A_1)+B_2(A_2)(式
    中、Cはヘモグロビン濃度であり、B_0は約−46〜
    約−36の範囲であり、A_1は酸素飽和%に比例する
    値であり、B_1は酸素飽和%に対する回帰係数で、約
    −5〜約0.02の範囲であり、A_2はデオキシヘモ
    グロビンおよびオキシヘモグロビンのイソスベスト点に
    おける吸収対水の吸収ピークにおける吸収の比であり、
    およびB_2は水の吸収ピークの回帰係数で、約40〜
    約42の範囲である)を解く、請求項13記載の方法。
  25. (25)複数試料は供試生物学的種の少なくとも1つの
    既知生物のものである、請求項12又は13記載の方法
  26. (26)未知試料の酸素飽和%を測定するために、測定
    工程(k)はパルスオキシメータ、コ−オキシメータ又
    は1つの波長におけるオキシヘモグロビンおよびデオキ
    シヘモグロビンに対する吸光係数比が第2の波長におけ
    る比と異る2つの波長の吸収比を使用することを含む、
    請求項13記載の方法。
  27. (27)さらに次の工程: (i)動的条件で生物学的物質の付加的試料を観測し、 (ii)各付加的試料に対し分析する性質を個別量定し
    、 (iii)各付加的試料に対し全動物血液の酸素飽和%
    に比例する値を個別量定し、 (iv)付加的試料について工程(a)、(b)および
    (c)を実施し、 (v)統計的確認工程(g)で得た数学的相関を利用す
    ることにより付加的試料の分析する性質を予知し、およ
    び (vi)工程(2)で個別量定した性質に対し工程(5
    )で予知した性質を比較することにより統計的方法で数
    学的相関を確認するを含む、請求項12記載の方法。
  28. (28)少なくとも1生物の複数試料の全血液を観測し
    、全血液は1区画が関心ある性質を有する他の区画と比
    例的に異る水分量を有する2つの区画を大別して含むこ
    とができ、各複数試料の近赤外スペクトルの水分含量の
    吸収ピークを含む最良吸収検出点を測定し、各複数試料
    の分析する性質量および各複数試料の酸素飽和%に比例
    する値を個別測定し、分析する性質および全血液の水分
    含量の数学的相関を確認することを特徴とする、水分含
    量を有する全血液の分析方法。
  29. (29)未知試料の全血液を分析し、未知試料の近赤外
    スペクトルに数学的相関を適用することにより未知試料
    の分析する性質を測定することをさらに含む、請求項2
    8記載の方法。
  30. (30) (a)フローセルで終わる患者から出る迂回部分、フロ
    ーセルで始まる患者に戻す返還部分および迂回部分と返
    還部分間に側路部分を有する血液流ループを確定し、 (b)血液ループを通して全血液を流し、 (c)近赤外検出要素を使用して血液ループを通して流
    れる全血液の関心のある性質を監視し、(d)1次関数
    関係の相関方法を使用して関心のある性質の値を確認し
    、 この場合、1次関数関係は (i)少なくとも1生物の全血液の複数試料を観測し、
    全血液は1区画は関心のある性質を有する他の区画と比
    例的に異る水分量を有する2区画を大別して含むことが
    でき、 (ii)各複数試料の近赤外スペクトルの水分含量の吸
    収ピークを含む最良吸収検出点を測定し、(iii)各
    複数試料の分析する性質の量を個別測し、(iv)全血
    液の分析する性質および水分含量の数学的相関を確認す
    ることを含むことを特徴とする、生存患者の全血液の関
    心のある性質を患者の全血液の流れとほとんど同時に監
    視する方法。
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