JPH05103775A

JPH05103775A - 代謝情報測定装置

Info

Publication number: JPH05103775A
Application number: JP3270999A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Kaneko; 守金子; Akio Nakada; 明雄中田; Seiji Kuramoto; 聖治倉本; Yasuhiko Omagari; 泰彦大曲; Yoshio Tashiro; 芳夫田代; Kazunari Nakamura; 一成中村; Koichi Umeyama; 広一梅山; Yoshinao Ooaki; 義直大明; Seiji Yamaguchi; 征治山口; Shuichi Takayama; 修一高山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-10-18
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1993-04-27

Abstract

(57)【要約】【目的】生体組織の代謝情報を正確に測定できる代謝情
報測定装置を提供することにある。【構成】プローブ４の先端に生体組織に対して検査光を
出射する照射用ファイバー７および検査光を受光する受
光用ファイバー８を有する先端部材９を設け、この先端
部材９を生体に密着させて前記生体組織を透過する検査
光を測定することにより生体組織の代謝情報を測定する
ものにおいて、前記プローブ４の先端部材９における生
体と密着される部分に超音波振動子１０を設け、生体に
対して超音波振動を加え、能動的に生体の代謝状態を変
化させるようにしたことにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光を用いて心臓や脳
等の生体組織や器官内の酸素飽和度すなわち酸素代謝等
の生体情報を測定するのに適した生体組織の代謝情報測
定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】赤色から近赤外領域の光は生体組織に対
しての高い透過性やヘモグロビン、ミオグロビン、チト
クローム酸化酵素などの生体の酸素代謝をつかさどる物
質への吸光性やその酸素結合情報に対応する吸光スペク
トルの変化といった特徴を持っている。

【０００３】このような特徴を利用して、ＵＳＰ４２２
３６８０，ＵＳＰ４２８１６４５に示されているよう
に、生体内の心臓や脳などの各種器官の酸素代謝を測定
する方法が知られている。これは、７００〜１３００ｎ
ｍの近赤外領域の光を生体内の器官や組織に照射し、前
記器官および組織深部より反射してきた反射光、あるい
は透過してきた光を検出して、波長間の光強度を比較演
算することで血液量、ヘモグロビンおよびチトクローム
の酸素化度を測定している。

【０００４】ここで、前記チトクロームとは、細胞のミ
トコンドリア内に存在する銅を持つ色素タンパク質（酸
化型Ｃｕ2+還元型Ｃｕ+ ）。通常８０％が酸化型である
が、虚血時、早期に還元型となる。このため、各波長の
吸収量からチトクロームの酸化還元状態を測定でき、組
織の酸素代謝の指標として使用される。

【０００５】心筋梗塞が起きた場合、最悪の場合は心筋
の壊死に至るが、早期や急性の場合には心筋の活動は停
止しているが、壊死に至らない場合がある。このような
場合にはＰＴＣＡやバイパスが有効である。これまで、
ＰＥＴを用いて心筋が生きているか、死んでいるかの診
断を行い、バイパス術の実施の判断を行っていたが、Ｐ
ＥＴ装置は、きわめて高価であり、あまり普及していな
い。

【０００６】心筋組織を測定する場合、実際には、下肢
大動脈からスコープを挿入し、図８に示すように、スコ
ープ１の先端部２を心筋組織３に押し当てながら冠状動
脈にあらかじめ配置されたバルーン等で所定期間閉塞さ
せて心筋の代謝変化を測定することで診断している。こ
のとき、心筋が死んでいると代謝変化はないことから、
心筋が生きているか、死んでいるかを診断できる。

【０００７】ところで、従来の代謝情報測定装置として
知られている特開昭５９−２３０５３３号公報は、光源
からの光を投光用ファイバを通じて生体組織に投光し、
生体組織からの反射光を複数の光ファイバ束を用いて受
光部へ伝送し、端面にそれぞれ設けた異なる波長フィル
タで分光した後、各波長別に反射光の強さを測定して対
象となる生体組織の情報を測定している。

【０００８】また、特公昭６１−１１６１４号公報は、
７００〜１３００ｎｍのスペクトル範囲内にある各種波
長の光を含む近赤外領域を所定のサイクルで交互に断続
的に生体組織に投光し、生体組織からの反射光を受光部
で受光し、各波長別に反射光の強さを測定して対象とな
る生体組織の情報を測定している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＵＳＰ４２
２３６８０，ＵＳＰ４２８１６４５の両特許において、
出願人は近赤外領域の光を用いて酸素代謝を計測する場
合では、その光の経路は比較的長くなければならないと
強調している。つまり、長い経路にまたがるというよう
にするということは対象とする組織に対し深部の代謝情
報を含むことができるからである。

【００１０】また、臓器の代謝を一方向から光を照射お
よび検出する（これを反射方式と呼ぶ）場合、前記目的
を達成するためには、光の照射部および検出部はそれぞ
れ数センチ程度離す必要があると述べている。“近赤外
生体計測法を用いた対外循環時の脳酸素代謝の監視”人
口臓器19(1)535-538(1990)では脳内の酸素代謝を測定す
るため照射部と検出部を３〜４ｃｍ離している。

【００１１】また、近年、光ファイバーバンドルを用い
て、胃、大腸はもちろんのこと血管内を画像で観察でき
る内視鏡が医学全般で利用されている。この内視鏡は対
外から見えない臓器を体腔内から直接観察することで疾
患の診断を正確かつ早期に行える特徴を持つ。

【００１２】さらに、内視鏡にはチャンネルという孔が
設けられており、対外よりチャンネルを通じて体内に生
検鉗子、電気メスなどの処置具が挿入可能で画像による
診断では分からない病変部の診断や治療等に用いられ
る。

【００１３】最近ではこのチャンネルを利用して酸素飽
和度を測定するための光ファイバープローブを挿入し
て、病変部の代謝情報を診断したり、または光プローブ
をＸ線透視下で直接挿入して臓器の酸素代謝を求める検
討が行われている。

【００１４】前記光プローブについては“光ファイバー
プローブを用いた医用反射光スペクトル分析装置”医用
電子と生体工学Vol.28No3(1990),特開昭５９−２３０５
３３に詳しい。

【００１５】ところで、前述のような光ファイバープロ
ーブは体腔内に挿入可能なように、そのプローブの挿入
部の外径は細く、そのため、光を照射する照射部と検出
する検出部が極めて近接して配置されており、また光速
に比べ十分に長い時間幅のパルス光を使っているため、
光が比較的長い経路をまたがらず組織表面を通過した光
を検出するようになっている。すなわち、このような方
法は組織の表面に限って代謝情報を測定するものであ
り、組織深部の代謝情報は組織の表皮や表皮表面につい
た体液や血液の影響を強く受け測定できなかった。

【００１６】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、生体組織の代謝情報
を正確に測定できる代謝情報測定装置を提供することに
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記目的を
達成するために、プローブの先端に生体組織に対して検
査光を出射する検査光出射部および検査光を受光する検
査光受光部とからなる代謝情報検出部を有し、この検出
部を生体に密着させて前記生体組織を透過する検査光を
測定することにより生体組織の代謝情報を測定するもの
において、前記プローブに検出部が密着される生体部分
に対して超音波振動等を加え、能動的に生体の代謝状態
を変化させる手段を設けたことにある。

【００１８】

【作用】プローブを体腔内に挿入し、検出部を生体組織
に当接した状態で超音波振動等を加えると、生体の代謝
状態が変化し、この代謝状態の変化により、生体組織の
情報を正確に測定できる。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の各実施例を図面に基づいて
説明する。

【００２０】図１〜図３は第１の実施例であり、図２は
生体組織の代謝情報測定装置の概略的構成を示す。４は
代謝情報検出用プローブで、操作部５と挿入部６とから
構成されている。

【００２１】前記挿入部６には図１に示すように、検査
光を出射する検査光出射部としての照射用ファイバー７
と検査光を受光する検査光受光部としての受光用ファイ
バー８が内装されている。

【００２２】挿入部６の先端部には検出部としての先端
部材９が固定され、この先端部材９の先端面は円錐台状
に形成されている。したがって、先端部材９の先端面に
は傾斜面９ａが形成され、前記照射用ファイバー７と受
光用ファイバー８の先端部は屈曲され、その照射窓７ａ
および受光窓８ａが前記傾斜面９ａに沿って設けられて
いる。

【００２３】前記先端部材９の先端中心部で、前記照射
窓７ａと受光窓８ａとの間には生体組織に能動的に生体
の代謝状態を変化させる手段としての超音波振動子１０
が固定され、この超音波振動子１０は挿入部６に内装さ
れたコード１１に接続されている。

【００２４】また、前記照射用ファイバー７は照射用光
源で、酸素代謝情報を含むチトクローム、ヘモグロビン
に吸収のある７００ｎｍ〜９５０ｎｍの近赤外光を発光
するレーザダイオードからなる光源１２に接続され、受
光用ファイバー８は受光された近赤外光により生体組織
の血液量、酸化、還元ヘモグロビン量および酸素代謝酵
素の変化を測定するスペクトル解析装置１３に接続され
ている。

【００２５】また、前記超音波振動子１０はコード１１
を介して駆動装置１４に接続され、光源１２，スペクト
ル解析装置１３および駆動装置１４は制御装置１５に接
続されているとともに、スペクトル解析装置１３は表示
装置１６に接続されている。

【００２６】このように構成された代謝情報検出用プロ
ーブ４によれば、プローブ４の挿入部６を生体の胸腔壁
等を貫通して体腔内に挿入し、挿入部６の先端部材９を
生体組織としての心筋１９の被測定部位に当接すると、
心筋１９は先端部材９によって圧迫された状態となる。

【００２７】この状態で、光源１２のレーザダイオード
からパルス光を発光すると、プローブ４の照射用ファイ
バー７によって導光され、照射窓７ａから被測定部位と
しての心筋１９に向かって照射する。照射された光は生
体組織内を拡散しながら進行し、生体組織の深部を通過
した反射光は受光窓８ａから受光用ファイバー８に受光
される。

【００２８】前記パルス光は、例えばこの波長は酸素代
謝情報を含むチトクローム、ヘモグロビンに吸収のある
７００ｎｍ〜９５０ｎｍの近赤外光であり、生体組織の
深部を通過した反射光を有効に捕らえることができ、こ
の反射光はスペクトル解析装置１３によって検出してそ
れぞれの波長の検出光を演算することにより、生体組織
の血液量、酸化、還元ヘモグロビン量および酸素代謝酵
素の変化を測定できる。

【００２９】この計測中に、駆動装置１４によって超音
波振動子１０を発振させると、心筋１９に超音波振動が
伝搬され、図３に示すように、超音波振動が当てられた
部分の血流が増加し、血液量（Hbo2+Hb)も増加する。こ
れによって生体組織内の酸素飽和度が上昇し、チトクロ
ーム酸化酵素の酸化型が増加する。このチトクロームの
変化により心筋１９の代謝状態が分かる。したがって、
測定したい部位の代謝情報を確実に変化でき、冠状動脈
を閉塞させる必要もないことから安全性が高い。なお、
第１の実施例においては、超音波振動子１０を設けた
が、マイクロ波発生用アンテナ、発熱素子、冷却素子を
用いてもよい。

【００３０】図４および図５は第２の実施例を示すもの
で、２０は内視鏡で、この挿入部２１には観察光学系２
２と超音波振動子２３が設けられている。２４は代謝情
報検出用プローブで、挿入部２５には第１の実施例と同
様に検査光を出射する検査光出射部としての照射用ファ
イバー７と検査光を受光する検査光受光部としての受光
用ファイバー８が内装されている。

【００３１】内視鏡２０の挿入部２１を食道２６の大動
脈狭窄部付近で固定し、超音波振動子２３を発振させて
心臓２７に向けて超音波振動を伝搬した状態で、プロー
ブ２４によってパルス光を発光すると、プローブ２４の
照射用ファイバー７によって導光され、被測定部位とし
ての心臓２７に向かって照射する。照射された光は生体
組織内を拡散しながら進行し、生体組織の深部を通過し
た反射光は受光用ファイバー８に受光される。したがっ
て、第１の実施例と同様に、生体組織の血液量、酸化、
還元ヘモグロビン量および酸素代謝酵素の変化を測定で
きる。

【００３２】図６および図７（ａ）（ｂ）は第３の実施
例を示すもので、２８は代謝情報検出用プローブで、挿
入部２９には第１の実施例と同様に検査光を出射する検
査光出射部としての照射用ファイバー７と検査光を受光
する検査光受光部としての受光用ファイバー８が内装さ
れている。

【００３３】前記挿入部２９の先端部には三角形に切欠
部３０が設けられており、この傾斜面３０ａに前記照射
用ファイバー７の照射面と受光面が設けられている。さ
らに、挿入部２９の軸心はチャンネル３１が設けられて
おり、前記切欠部３０の底部に開口している。

【００３４】このように構成された代謝情報検出プロー
ブ２８によれば、体腔内に挿入し、挿入部２９の先端部
を生体組織３２に当接することによって、被測定部位を
切欠部３０の形状に倣って圧迫させることができる。

【００３５】この状態で、チャンネル３１を介して血管
作動物質、還元剤、弛緩剤、緊張剤等の生体を生化学的
に変化させる薬剤を投与することにより、生体組織の血
液量、酸化、還元ヘモグロビン量および酸素代謝酵素の
変化を誘発させて計測することができ、より多くの生体
情報を得るこができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、プローブに、検出部が密着される生体部分に対して
能動的に生体の代謝状態を変化させる手段を設けること
により、検出部を生体組織に当接した状態で超音波振動
等を加えると、生体の代謝状態が変化し、この代謝状態
の変化により、生体組織の代謝情報を正確に測定できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例に係わる代謝情報測定
装置のプローブの使用状態の縦断側面図。

【図２】同実施例の代謝情報測定装置の概略的構成図。

【図３】同実施例の代謝状態の変化を示す図。

【図４】この発明の第２の実施例に係わる代謝情報測定
装置の使用状態の横断平面図。

【図５】同実施例の代謝情報測定装置の使用状態の縦断
側面図。

【図６】チャンネルを有した同じく代謝情報検出プロー
ブの斜視図。

【図７】（ａ）（ｂ）は同じく使用状態の縦断側面図。

【図８】心筋の一般的な測定状態を示す斜視図。

【符号の説明】

４…プローブ、６…挿入部、７…照射用ファイバー、８
…受光用ファイバー、９…先端部材、１０…超音波振動
子。

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【手続補正書】

【提出日】平成４年２月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】心筋梗塞が起きた場合、最悪の場合は心筋
の壊死に至るが、早期や急性の場合には心筋の活動は停
止しているが、壊死に至らない場合がある。このような
場合にはＰＴＣＡやバイパス術が有効である。これま
で、ＰＥＴを用いて心筋が生きているか、死んでいるか
の診断を行い、バイパス術の実施の判断を行っていた
が、ＰＥＴ装置は、きわめて高価であり、あまり普及し
ていない。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

フロントページの続き (72)発明者大曲泰彦東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者田代芳夫東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者中村一成東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者梅山広一東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者大明義直東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者山口征治東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者高山修一東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プローブの先端に生体組織に対して検査
光を出射する検査光出射部および検査光を受光する検査
光受光部とからなる代謝情報検出部を有し、この検出部
を生体に密着させて前記生体組織を透過する検査光を測
定することにより生体組織の代謝情報を測定する代謝情
報測定装置において、前記プローブに検出部が密着され
る生体部分に対して能動的に生体の代謝状態を変化させ
る手段を設けたことを特徴とする代謝情報測定装置。