JPH07501000A - 歩行可能なクリアランス機能モニター - Google Patents

歩行可能なクリアランス機能モニター

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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】 歩行可能なりリアランス機能モニター (技術分野) 本発明は、内蔵機能を監視することに関する。例えば腎臓または肝臓の如き内蔵 のじの機能は、体液からの物質の排除である。このようなりリアランス(浄化; clearance)臓器の性能は、一定状態を維持することが予期される物質 の体液中の蓄積について分析することにより、あるいは例えば体液から標識物質 の臓器によるクリアランスを監視することによって決定することができる。
腎臓は、体液から物質を除去する1つのこのようなりリアランス臓器である。
内科、産科および様々な外科的条件の合併症としての急性腎不全(acuter enal failurc; rARFJ)は、重大な健康問題を示す。現在、 ARPに苦しむ患者は、約50%の生存率を有する。腎不全の発病率は未定義の ままであり、その防止および処置に対して明確な方法はない。早期の段階の腎不 全患者は、−切の症状を示さず、不快感を感じることがない。診断は、腎臓が1 種以上の予期レベルの物質を保持するがどうかを判定するため体液を分析するこ とによって行うことができる。
(背景技術) ARPを有する患者における腎臓の悪化の急激さの故に、腎不全の発症に続く患 者の臨床的状態は、種として患者のそれ以前の健康状態および腎不全に至る発作 の性質により決定される。、腎臓の還流不全(hypoperfusion)は 、しばしば外傷、手術、出血あるいは脱水の背景におけるARPに至る発作と見 做される。このような背景における心肺機能の連続的がっ正確な監視が長い開用 いられ、急性患者の通常の循環状態の回復には役立ったが、これまでは腎臓機能 の評価は尿排泄の測定および血漿クレアチニン・レベルの決定の如き比較的精練 されない手段により行われている。このような標準的方法は、急性患者における 腎臓機能の監視のためには不充分である。
腎臓は還流不全の発生後にはかなり完全に回復し得るが、過渡的な虚血または毒 素で生じる細胞破壊は数日あるいは数週間も尿の生成を抑制しる。腎臓機能を測 定する現在の方法は、時間的分解能が劣り、発見されないか発見が遅れた腎不全 はかなりの死亡率となる。現在では、腎臓機能の連続的かつ略々リアルタイムの 監視のための信頼し得る方法がない。
腎臓機能は、従来は、尿または血清、あるいはその両方における物質レベルを測 定することにより決定される。いずれの技法も、定量的であり得るが、他の理由 以上に、これらが患者から多(の試料を必要としかつ試料の分析が時間を要しコ ストが嵩む故に、監視のために広く用いられるには至らなかった。
腎臓機能は、一般に、尿または血清中のクレアチニンのレベルを決定することに より分析される(Carrie等のr1980.Am、Jou r、Med、第 69巻、177ページr fJ、Shemesh等のr1985.Kidney Int、、第28巻、839ページffJ、Walser等のr1988.Ki dney Ink、第34巻、412ベージfrJ、Pr1ce等のr1972 ゜Urology1第107巻、339ページfry)。しかし、血清のクレア チニンまたはクレアチニン浄化の測定は、糸球体の濾過率の正確な測定は行うこ とができない。
クリアランス率の決定に対する1つの正確ではあるが技術的に難しい試みにおい ては、物質の血漿レベルが安定する平衡状態(血漿試料の分析により決定される )に達するまで連続的な静脈内注入により物質が患者に注入され、この時注入率 は尿における損失率と等しい(Ea r I e等のr1948.Proc、S oc。
Exp、Biol、Med、第62巻、262ページ「f」)。
別の試みにおいては、1回の静脈内注入後の血漿からの標識物質の損失率の分析 から糸球体の濾過率が計算される。平衡期間の後、数時間の期間にわたる標識物 質のクリアランスが一連の血液試料に残る標識レベルの測定により決定され、注 入物質は放射性標識を付すことができ、放射性標識量が試料において検出するこ とができ(Sapirstein等のr1955.Am、Jour、Physi ol、第181巻、330ページf’rJ 、Chan t I e r等のr 1972゜Arch、Dis、Child、第47巻、613ページf fJ  ) 、あるいは一連の血液試料の各々に残る物質量が、血漿からの物質の抽出後 にガス・クロマトグラフィによって決定することができる(H,−U、5chu lz、1990゜米国特許第4.908,202号)。内因的に生じる物質イヌ リンは、GFR決定法のための理想的な濾過マーカであり、これは「金字塔」を 維持してきた。イヌリンは、供給が限られ測定が難しい故に、別の物質が日常的 用途のため、特に、”Cr−EDTA、”Tc−DTPAおよび1211−ナト リウム・イオサラメート(1−sodium iothalamate)が選択 された。
腎臓機能を測定するための外部モニターが提案されたが、色々な理由から広く使 用されるには至らなかった。提案された試みにおいては、放射性標識物質が患者 に投与され、血液または尿中の標識物質からの放射線を受けるように、放射線検 出器が配置される。外部モニターは、監視される患者の頭部に隣接しかつ胸部に 配置されて検出器を血液流に近づけ、あるいは腎臓または膀胱に隣接して配置さ れて検出器を尿付近に置(。提案された装置は高価であり、患者の運動は監視中 は拘束され、患者は監視中は不快であり得、一般に背景ノイズが測定の精度およ び信頼性を制約する。
1つのこのような試みにおいて、B l au f ox等のr1967、Jo ur。
Nu c 1. Me d、第8巻、77〜85ページ」は、頭蓋骨の頬骨部に 当てられた外部カウンタを用いて125■−ヒバレート(125I−hippu rate)のクリアランスを測定することを記載しており、校正値監視のため2 つの血液試料を必要とする。この方法は、装置が使用される間患者が不動の姿勢 をとる必要がなく、監視中のある程度の患者の運動をもたらす手段として、モニ ターおよびレコーダを含むヘルメットの開発が示唆されている。
Rossing等のr1978,5cand、Jour、CI in、Lab。
Invest、第38巻、23〜28ページ」およびCa5ey等のr1986 ゜Nucl、Med、Comn、第7巻、811〜818ページ」は、患者の胸 部に置かれた外部検出器を用いて腎臓機能の測定手段として血液からの””T  c −DTPAのクリアランスを決定することを記載している。これらの試みに おいては、外部の変化率定数を血漿のクリアランスに変換するため1つの血漿試 料が用いられる。背景のノイズ対信号比はやや高い故に、GFRで表わされる腎 臓機能を、約30乃至60分より長い間隔でデータ値の勾配をとることにより決 定することができる。
Bak等のr1982、Proc、III World Congressof  Nuclear Medicine and Biology、ParisJ  (1982年、609〜13ページ)は、99′″DTPAのクリアランスを 腎臓機能の測定値として分析するため、CdTc検出器を膝の下方10cmで脚 部後部に配置することを記載している。
別の試みにおいては、JungeSのドイツ国特許第3.245.778号は、 腎臓により除去される放射性標識物質の量を測定するため、1個ずつ各腎臓に集 束され3個目は膀胱上に債かれた3個の検出器を備えたガンマ線カメラを用いる ことを記載している。
(発明の概要) 物質の不足を決定するため規定された組織屋内の物質の存在を検出するように配 置された外部モニターを用いて、主体の人体から、主体の人体の一部からの物質 のクリアランスが連続的に正確に監視できることを発見した。
例えば、患者に検出可能な濾過マーカを投与し、次いである時間的間隔で規定さ れた組織屋内の細胞外の液体中の濾過マーカの存在を検出することにより、患者 における糸球体の濾過率を監視することができる。この濾過マーカは、正常な腎 臓により体液を除いた物質である。例えば、放射性標識物質を濾過マーカとして 用いることができ、また組成量は、例えば、患者の上腕部の如き体部の一部を包 囲するように、標識物質の存在を示すものとして検出器により検出されるエネル ギに対して少な(とも不透過であるコリメータを配置することにより規定するこ とができ、また規定された組成量内の標識物質の存在は、包囲された体内の細胞 外液体における前記の如き標識物質からの検出されるエネルギに対してのみ実質 的に応答するように、検出器を配置することにより検出することができる。
本発明のモニターは、軽量かつコンパクトであり、患者により容易に身につけら れ、患者は本発明によるクリアランス機能の監視中に自由に動き回ることができ る。このように、本発明は、歩行可能な患者ならびに寝たきりの患者におけるク リアランス機能の略々リアルタイムな連続的監視を提供する。
一般に、本発明は一特質において、規定された組成量内における如き検出可能な 物質にのみ実質的に応答するように検出器を設定点することを含む、細胞外の体 液から検出可能な物質の欠乏を決定することによりクリアランス機能を監視する ための方法を特徴とする。
望ましい実施態様において、この検出器は、特に検出可能な物質からの放出エネ ルギに応答する。ある望ましい実施態様においては、検出可能な物質は放射性を 有し、検出器は放射線検出器であり、あるいは検出可能物質は蛍光せいであり、 検出器は光検出器を含む。放射線検出器は、例えば、Nal、CaF、CaIま たはBaF検出器の如きシンチレータでよ(、あるいは検出器は、例えば、Cd Te検出器の如き非発光性検出器でよ(、あるいはまた検出される特定の放射線 に対して適当である固体、気体あるいは液体タイプの放射線検出器でよい。
望ましい実施態様においては、特に検出可能な放射エネルギに対して実質的に不 透過であるバリアが、規定された組成量を少なくとも部分的に定義し、これから 特に検出可能な放射エネルギが到達して検出器により検出することができる。
ある実施態様においては、前記バリアは、特に検出可能な放射エネルギが検出器 に達するために取り得るある範囲の方向を定義する開口を含み、ある実施態様に おいては、バリアは体部を包囲するバリアを含む。
ある望ましい実施態様においては、検出可能な物質は、例えば、血管内の物質に 対して注入される。特定の血管内の場所における注入に続いて、標識物質は血液 中に徐々に更に均等に分散された状態となり、血管内の空間から血管外の空間へ 通過し始める。また、標識物質を運ぶ液体がクリアランス臓器あるいはクリアラ ンス臓器系に到達すると、この物質のクリアランスが開始する。最初の注入より ある時間後、この物質の濃度は血管内および血管外の液体中で平衡状態に達する 。本文においては、血管内および血管外の空間は共に細胞外空間と呼ばれ、細胎 外空間内の液体は共に本文では細胞外空間と呼ばれる。例えば糸球体の濾過率を 決定するため有効である@′″’Tc−DTPAの如き物質の場合は、大人の上 腕部の細胞外空間内の物質の平衡は、約15乃至20分の時間を要する。平衡に 一旦達すると、物質の細胞外液体濃度、従って標識物質の濃さは、クリアランス 機能の率に依存する率に落ち着(。
おそらくは、この物質は放射性標識物質であり、また放射線検出器は、四肢の1 つに隣接してかつ四肢の一部を包囲する実質的に放射線不透過バリア内部に配置 され、その結果包囲された体部内の実質的に標識物質のみからの放射線が検出器 に到達するようにする。
望ましい実施態様においては、この標識物質は、腎臓機能を決定するため、例え ば、”−Tc−DTPA、”Cr−EDTA、1′I−イソサラメート、および 125■−ヒプレートの如き、クリアランス機能が監視されるべき臓器によって のみ実質的に浄化される放射性標識物質を含み、放射線不透過バリアは、鉛ある いは鉛を含む組成から作られ、少なくとも一部において、例えば上腕部の如き四 肢の一部の如き体部の周囲に円筒状筐体を形成するように構成され、体部の柔軟 な組織が堅(押圧されて、監視期間中に包囲された空間における略々一定の細胞 外液体量を確保する。
ある望ましい実施態様においては、前記検出器は、クリアランス機能の測定値を 計算して表示するための信号処理および表示手段、更に望ましくは、ある間隔で 測定値を再計算して表示を更新するための手段が設けられる。この信号処理手段 は、略々リアルタイムにクリアランス機能の測定を報告することができる、即ち 、短い時間間隔で、例えば7分程度でクリアランス機能の測定値を更新すること ができ、あるいは信号処理手段は、サンプリング情報を連続的に、あるいは以降 の検索および分析のためサンプリング間隔で記憶することができる。信号処理手 段は、サンプリング間隔、例えば、放射線の検出のためのカウント間隔を選択す る手段を含み、望ましくはサンプリング間隔の持続時間は予め設定できるか、あ るいは監視期間の過程にわたって変更することができ、また更に望ましくは、必 要に応じて、所要の統計的な拘束限度内のクリアランス率の計算を行うように増 加することができる。
ある実施態様においては、本装置は複数の検出器を含み、検出器は異なる検出可 能な物質を検出し、あるいは1つの検出可能物質の検出の反復試料を提供するよ うにすることができる。
別の特質において、本発明は、体液中の標識物質における標識に感応する検出器 と、検出器により標識が検出できる方向を略々規定する開口として用いられる第 1のバリアとを含む、人間におけるクリアランス機能を監視するための装置を特 徴とする。望ましい実施態様においては、検出器が実質的に包囲された体部内の 標識にのみ感応するように、第2のバリアが、人体の一部を包囲するようになっ ている。
コリメータは、包囲された体部の外部からの信号が検出器により検出されること を実質的に阻止し、信号が検出器により検出できる包囲された体部内の細胞外空 間の体積を定義する。
望ましい実施態様においては、監視装置は更に、電源と、検出器に応答する信号 処理手段と、この信号処理手段に応答してクリアランス率に関する測定を表示す る手段とを含む。
望ましい実施態様においては、検出器はテルル化カドミウム検出器またはヨウ化 ナトリウム検出器であり、コリメータは、半円筒形状の成形プラスチックから作 られた支持部と、略々円筒状の放射線不透過シールドを形成するため人体の一部 に巻付けることができるビニル線から作られた可撓性シートとを含む。
ある望ましい実施例においては、信号処理手段は、望ましくは所要の信頼性レベ ルを達成するようにプログラムされ、選択された時間間隔、典型的には60秒に わたり検出器からデータを収集して標識の測定を得、連続的な標識の測定レベル の比較に基いてクリアランス率を計算し、誤差を評価するマイクロプロセッサを 含む。臓器機能は、誤差の評価によるm1n−Iの単位を持つ比率定数として表 示されることが望ましく、連続的な標識測定が行われ、表示が2乃至5分の間隔 で更新される。望ましい電源は、安全性を提供するに充分に低い電圧を有する交 換可能なバッテリであり、数時間の動作を付勢することができる。
別の特質においては、本発明は、m i n−’ (1/分)の単位における比 率定数としてクリアランス機能を表わす方法を特徴とする。正規化されないGF Rは、クリアランス率定数(r2=0.8049.P<0.05)はどの関連付 けは行わない、、り例えば、99“Tc−DTPAクリアランスによる本発明に より決定される如き腎臓機能に対するリアランス率定数は、人体の表面域に対し て正規化される糸球体の濾過率と同等に関連付けを行い、このため、評価された 人体の表面域に基(潜在的に不正確な計算を行う必要を避けながら、腎臓機能の 正確な決定を行うものである。
本発明は、手術、薬液の点滴、臓器移植、早期の糖尿病検出、心不全、および敗 血症のショックを含む、種々の設定においてクリアランス機能を監視するため使 用することができる。
標識物質の初期の注入が一旦行われる、本発明による装置が患者に装着されると 、患者が歩行できる場合でもクリアランス機能を連続的に監視することができ、 かつ厳密な医学的監視がな(ても監視を実施することができる。
(図面の簡単な説明) 図1は、患者の上腕部の所定位置における装置を示す本発明のクリアランス機能 モニターの斜視図、 図2は、種々の構成要素の位遣を示す図1の装置の断面図、図3は、図2におけ る破線の円内の部分の拡大を示す図1の装置の断面図、図4は、本発明によるク リアランス機能モニターの電気的回路のブロック図、 図5は、本発明によるクリアランス機能モニターのマイクロプロセッサを示すフ ロー図である。
(実施例) 一般に、本発明によるクリアランス機能モニターは、人体表面に配置可能であり 、あるいは体腔内に非侵入的に配置可能であり、組織に隣接して検出可能物質の 存在を検出することができる検出器を含み、また内部で検出可能物質を検出する ことができる組織体積を定義する手段を含んでいる。この検出器は、検出可能物 質から放出するエネルギに感応し、組織体積を定義する前記手段は、エネルギが 検出器の感応部分に向けて通過し得る方向を制限する開口を形成する、放射線に 対して実質的に不透過であるバリアを含む。例えば、この検出器は放射線検出器 でよく、検出可能物質は放射性を呈するものでよく、バリアは、検出器を全体的 に包囲しかつ検出可能放射線を通過させる開口を有するコリメータを含むことが できる。検出器の感応部分に関する前記開口の形状および大きさは、一般に検出 可能な放射線が検出器に達し得る空間の形状および大きさを決定する。この開口 により検出器に達する全ての放射線が検出可能物質からの無反射経路を通るわけ ではないが、一般に、反射される放射線が多い場合よりも反射放射線が少ない場 合の方が検出器においてより高いエネルギを持つことが予期し得ることが判るで あろう。また、組織を透過する放射線の容量は、とりわけ特定の放射線の初期エ ネルギおよび種類に依存し、また特定の放射線に対する組織の不透過度に依存す ることも判るであろう。このため、検出可能放射線が検出器に達し得る空間の大 きさに対する更に別の制約(即ち、定義された組織体積に対する更に別の制約) は、例えば、検出器に達する放射線を選択された閾値エネルギ・レベル以下に( あるいは、以上に)排除する弁別器を用いることにより提供することができる。
これらの試みの効果は、散乱される放射線を検出から実質的に除くことである。
組織体積を定義するための手段は、先に述べた如き装置の代替あるいは追加とし て、試料採取される定義された組織体積を含む被検体の一部を少な(とも部分的 に包囲するための、放射線に対して実質的に不透過であるI(リアを含む。放射 性物質および放射線検出器の場合は、バリアを包囲するこの体部は、被検体の四 肢の一部の周囲に略々円筒形状に固定することができる可撓性に富む鉛組成の如 き放射線不透過シートでよく、検出器はこの包囲バリア内部に配置することがで きる(あるいは、検出器の感応部に放射線を通すためバリアの開口を設けること ができる)。
本発明の一実施例、即ち、患者の細胞外液体から放射性標識物質のクリアランス 率を測定するためのモニターについて、例示として以下に述べる。
体部を包囲するバリアに加えて開口を形成するコリメータを備える形式の本発明 による外部モニターが、図1において斜視図で、図2において断面図で、また図 3において更に詳細な断面図で、例えば、患者の上腕部の所定位置に示される。
本装置は、一般に、全体的に10で示される計装ハウジング内に支持された検出 器計装部と、全体的に30で示される、患者上腕部の略々円筒状部分4oの周囲 に巻付けられこれを包囲する可撓性に富む袖口部とを含む。全体的に12で示さ れるディジタル・ディスプレイと、全体的に14で示され、オン/オフ・スイッ チ13とマイクロコンピュータ・リセット・スイッチ15とを含む制御コンソー ルとが、計装ハウジング10の外面上の容易に接近し得る場所に取付けられる。
次に図2において、検出器および関連する電源および計装部が、略々半円筒状の 成形されたプラスチック製の支持部20に取付けられる。支持部20の内部に固 定されたアルミニウム・シートの箱2は、放射線検出器4と、前置増幅器6およ び弁別器8を含むある関連する信号処理デバイスとを含む。箱2は、約1cmx 2cmx5cmの大きさを持ち、厚さが約2mmの鉛の検出器遮蔽層3で内張す されている。検出器4は、その感応部5が内側(即ち、略々腕部40の中心)に 向けて箱2に取付けられる。検出器4は、検出可能放射線に対して実質的に不透 過であるように充分に厚い鉛層からなる略々円筒状のコリメータ3により遮蔽さ れ、検出器遮蔽層3の内壁部7が開口して検出器の感応部5に隣接して直径が約 16mmの円形開口9を形成し、他の壁部は閉鎖されている。検出器遮蔽層3の 形態は、先に述べた如き開口を形成する開口9により検出器に達する放射線のみ に実質的に検出器が感応し得ることを保証する。
マイクロコンピュータ22および電源24もまた支持部20の内部に収容されて おり、それらの間、およびコンソール14とディスプレイ12との電気的接続が 、弾性発泡体26により支持部20の内部に詰め込まれ固定されている。
体部を包囲するバリアは、2枚のビニル線シート32.33により形成され、半 円筒状支持部20の外表面を覆い、半円筒部の円弧の縁部34を越えて延長して 袖口部(cu f f)30のスカート36.38を形成する。
袖口部30は、例えば図2および図3に示される如く所定位置に配置される時、 置されることが望ましい。コリメータは、箱2を内張すする検出器遮蔽層3にお 置する供給源から、即ち、患者の腕部の更に上部または下部から包囲された空間 の直径に対する袖口部の望ましい長さは、先に述べたように、開口の形状および 大きさに依存する。例えば、袖口部は、散乱放射線が袖口部の端部を越えて検出 可能物質(あるいは、他の供給源)から検出器シールドにおける開口をほとんど 通過し得ないように、充分に長くなければならない。一方、非常に長い袖口部は 不必要に扱いにくくなり得る。
次に図4において、放射線検出器4からのデータ出力信号が前置増幅器6および 弁別器8を通ってマイクロコンピュータ22に至る。マイクロコンピュータ22 は、以下に更に詳細に述べるように、情報処理のために記録レジスタをリセット するため、オン/オフ・スイッチ13およびリセット・スイッチ15が設けられ たバッテリ電源24により給電される。マイクロコンピュータは、クリアランス 率の如きデータ分析の結果の連続的な表示のため、ディジタル・ディスプレイ装 置12に接続される。
図5は、マイクロプロセッサの論理回路のフロー図を示している。マイクロコン ピュータは、以下に更に詳細に述べるように、クリアランス機能を計算するため 単一コンパートメント・モデルを使用する。収集時間(51)は所要の収集間隔 となるように設定することができるが、更に望ましくは、収集モード(5o)が 所要の信頼レベルに設定されて、収集時間(51)は、データが充分に所要の信 頼性間隔を満たすように調整される。マイクロコンピュータは、統計値を評価す ること(53)によりデータの適合性についてカウント数を監視し、次いで収集 時間を必要に応じて調整する。次に、マイクロコンピュータが、統計値の評価に 基いて収集期間(54)を開始して、無駄時間およびアイソトープの減衰を補正 する(55)。最初以降のデータ収集期間の終了の後、マイクロコンピュータは 、勾配の信頼性を計算して評価し、誤差を計算しく56)、信頼度によりクリア ランス率を表示する(57)。次に、マイクロコンピュータは、次のデータ収集 期間を開始しく58)、勾配の計算を行い(59)、勾配の信頼度を再評価して 誤差を計算しく60)、新たなりリアランス率を信頼度により表示する(57) 。マイクロコンピュータは、動作してる限りこの論理サイクルを連続的に実行し て、細胞外液体中に残る標識のレベルが実質的に受入れ得る較正を行うに充分な だけ高い限り、スライドする時間ウィンドウにおいてクリアランス率を報告する 。
使用法:腎臓機能モニタ一 本発明による方法は、人体あるいは人体の一部から、また特に細胞外体液からの 物質のクリアランスを連続的に監視するために使用することができ、このため、 広範囲の設定においてクリアランス臓器または臓器系の性能を連続的に監視する ために使用することができる。
クリアランス機能の監視のため、性能が監視されるべき特定の臓器により常時浄 化される標識物質を患者に血管内に注入することにより、監視セツションを開始 することができる。本発明による監視装置は、例えば、患者上腕部の部分を袖口 部内に包囲することにより、患者に対して固定される。電源が一旦投入されると 、検出器および信号プロセッサが、包囲された組織空間内から検出器に達するデ ータを集めて分析し始める。注入後のある期間、典型的には15乃至20分以下 の後、標識物−は細胞外空間内で平衡され、その後、(検出器に達する信号にお ける逓増減衰により記録される如き)標識物質の不足が、クリアランス率の測定 値を提供する。マイクロプロセッサがどのようにセットアツプされるかに従って 、クリアランス率は、数分毎に再計算することができ、クリアランス機能の略々 リアルタイムの監視を行う。
標識物質が浄化されるに伴い、信号は最終的に、クリアランス率の統計的に受入 れ得る計算を行うには低すぎるレベルにまで下落する。この時、新たな監視セツ ションが、投与量の標識物質を患者に再び注入することにより開始することがで き、細胞外空間中の添加された物質の平衡化のため時間を置く。更に延長される 監視が表示されるならば、このように連続的な監視セツションを多数回開始する ことができ、数日の期間にわたり臓器機能の略々連続的な監視を行う。
本発明による使用のための望ましい標識は放射性物質であり、対応する検出器は 放射線検出器である。例えば腎臓機能を監視するために、腎臓により特に生成さ れる標識物質、例えば90°Tc−DTPAが選択され、対応する検出器は、例 えばテルル化カドミウムまたはヨウ化ナトリウム検出器の如きシンチレーション ・カウント装置である。
寒揮例の詳細な記述 本発明による検出放射線により放射性標識の注入物質のクリアランスが測定され た腎臓機能モニターの事例の更に詳細な記述は以下のとおりである。本装置の性 能は、標準的な技法を用いて得られる結果との比較により試験された。
検出器:データの収集 データ収集は、合計32にのRAMを備えたバッテリ駆動されるポケット・サイ ズの軽量データ記録装M(米国マサチューセッツ州、N、Falmouthの0 nset Computer社のTattletaleモデルV)を用いて行わ れた。この検出器は、前置増幅器および低レベルの弁別器に接続された、直径1 5mmX厚さ2mmのテルル化カドミウム(cd−Te)検出器(米国マサチュ ーセッツ州、Wa t e r t ownのRadiation Monit oringDevices)であった。検出器、前置増幅器および弁別器は、1 cmX2cmX5cmのアルミニウム箱に収容された。この検出器は、厚さが3 mmの鉛シールドに包囲され、検出器の前面に直径16mmの円形開口を持つ円 筒状の容器を形成する。袖口部は、半円筒形状を有する成形プラスチック上に構 成された。
検出器を含むアルミニウム箱は、検出器の感応部が円筒の内部に面するこのプラ スチック製骨格の中心に固定された。プラスチック半円筒部の外面は、厚さ3m mの略々矩形状の鉛ビニル・シートにより覆われた。このシートの長さは、患者 の腕の周囲に巻付けることができるスカートを形成する半円筒体の円弧より数c mだけ長(なりでおり、その結果患者の上腕部に配置される時、血圧計のカフス に似た構造を呈する。患者の腕の周囲に一旦巻付けられると、袖口部は遮蔽され た円筒を形成して検出器を患者の皮膚に隣接して保持し、検出器を内部に保持す る。
ソフトウェア データ記録装置の動作のための基本的ソフトウェアは、カウント時間およびカウ ント期間の間隔の個々の設定を行う。このような構成においては、カウント間隔 は59秒に固定され、1分の繰返間隔内でマイクロプロセッサによるデータ処理 に1秒を許容する。この分析ソフトウェアは、以下に更に詳細に述べるように、 単一コンパートメント・モデルに基くものである。
処理のプロトコル 全ての被検体は、実施の1日前に血清クレアチニンの決定が行われた。通常の食 事は変更されなかった。処置施設に到着後、直ちに体重および身長が測定された 。腎臓機能の試験の開始に先立ち、静脈カニユーレが各腕に挿入された。一方の カニユーレが放射性アイソトープの注入のため用いられ、他のカニユーレは血液 試料の収集のため使用された。腎臓のシンチグラフィ検査が行われる直前に、歩 行可能腎臓モニターが患者の腕周囲に巻付けられて固定され、検出器が注入の反 対側の腕の外側に三角筋の挿入レベルで配置された。この計器は、両面プラスチ ック接着剤テープ(3M社、米国ミネソタ州SL、Paul)を用いて皮膚に固 定された。被検体は、検査の終りまで静かな部屋に仰向けの状態のままにされた 。
腎臓シンチグラフィ 処置施設に到着と同時に、汎用発振器を持ちコンピュータにリンクされた大きな 視野のカメラ(米国ウィスコンシン州Mi1waukeeのGeneralEl ectric社、Gem1 n i 700)を用いて各患者において標準的な 腎臓走査が行われた。””Tc−DTPA (0,15mC1/体重Kg)の静 脈内の粒状注入後に、多数のディジタルおよびアナログの逐次イメージが32分 の時間にわたり得られた。自らの腎臓を持つ患者においては、これらのイメージ は、腎臓のレベルを中心とするカメラによる後方投射から得られた。腎臓移植組 織を持つ患者の場合は、イメージは、骨盤のレベルを中心とするカメラによる前 方投射から得られた。注入後に、2分間にわたる3秒のアナログ・イメージを得 ることにより腎臓血液流の半定量的評価(、semiquantitative evaluation)が行われた。この後に、腎皮質および収集系からのトレ ーサのクリアランスを評価するため、2.5.10,15および20分の時点で 静的アナログ・イメージ(500,000カウント)が続いた。コンピュータに よる取得は、アナログ・イメージと同時に行われた。検査の放射性血管造影法位 相のコンピュータ取得は、32フレームに対してフレーム当たり30秒の速度で 行われた。GFRの局部的な取得は、背景を差引いた後の2分の静止イメージに おける各腎臓の相対的摂取を測定することにより得られた。
糸球体の濾過率 糸球体濾過率は、一定注入法および尿の調時された収集により測定された1、s I−イオサラメート(米国テキサス州FriendswoodのIso−Tex Diagnostic社:glofil−125)のクリアランスから計算され た。検査前の30分間、被検体は5mgのKl水溶液を口径投与された。予備的 粗粒注入(5乃至20uCi)の後、1′I−イオサラメート(0,3uCi/ ml塩水)の連続的な注入が、1.500cpm/mlの血漿に近い平衡レベル を達成するために合計6時間にわたり0.05uCi/分の速度で小型ポンプ( 米国マサチューセッツ州Harvard、Mini−infuser 400: Bard Med System Division、North Readi ng、MA)により与えられた。被検体は、この期間中は食事を許されなかった が、少なくとも1m//分の排尿を維持するため充分な水を飲むように督励され た0125■−イオサラメートの予備的投与量は、体重の20%(細胞外液)に 等しい空間分布を考察することにより決定された。以降の注入のための投与量は 、被検体の年齢、体重および性別を考慮して、血清クレアチニン・レベルから評 価されたクレアチニンのクリアランスから計算された。このような試みにより、 腎臓による1151−イオサラメートの排出率および注入率が、連続的な注入の 90分後に平衡に達する。この平衡期間後に、更に合計2乃至4時間に対して3 0分毎にヘパリン化血液試料(5m1にIOUヘパリンを加えた)が得られた。
また、この期間中、幾つかの尿試料がアクティブ・ボイディング(active  v。
iding)により得られた。
目的溶液中、および血漿および尿試料中の1251−イオサラメートの活性は、 先に述べた如き節介型ガンマ・シンチレーション・カウンタにおいて決定された 。
血漿試料は、99−Tc−DTPAについては直ちに、また125■−イオサラ メートについては(””T cの完全な減衰を許容するため)3日後にカウント された。
実際に、糸球体の濾過率の全ての測定は、血管的注入速度および血漿レベル(血 漿法)から行われた。平衡期間の後、125■−イオサラメートの血漿レベルは 、2人の患者を除き全ての患者における平均値の5%以内であった。これら2人 の患者における糸球体濾過率は、尿排泄速度(排尿法)および血漿活性から決定 された。しかし、本方法は、おそらくは尿の収集における大きなばらつきにより 、2つの方法の最も大きなばらつきを呈した。全ての計算は、人体表面積に対し て標準化された。
装置のカウント特性 装置の固有のカウント特性を決定するため、30乃至40のuCi活性を含む9 9°Tc04−のソースが、24時間にわたりカウントされた。カウント効率は 0゜2%に設定され、活性ソースは検出器の前方に置かれた。カウントがソース の物理的減衰に対して補正されなかった時、カウント速度は9g”Tcに対して 予期される物理的な半減期で減少した。時間と活性の関係カーブは非常に滑らか で、カウント非常ににおけるばらつきはほとんどなかった。色々な間隔における この減衰に対する速度定数の計算が、妥当に正確な速度定数を得るために必要な 最小監視時間がカウント時間に依存することを示した。例えば、計器が10秒毎 に9秒のカウント時間だけカウントに設定された時、正確な速度定数を得るため の最小記録時間は約2分であり、60秒毎に59秒のカウント時間に設定された 時は、正確な速度定数を得る時間は約20秒であった。
検出器の位置決め GFRの測定のための本発明によるモニターの使用における基本的な前提の1つ は、検出器によりプローブされる空間の体積および特性が検査中比較的一定の状 態を維持することである。例えば、この空間の体積における急激な変化は、物質 のクリアランスとは独立的なカウント速度における急激な変化に反映され得る。
細胞外空間に対する血管内空間の寄与が人体の場所と共に変化し、またある部位 (前胸部)においては、心拍サイクルと共に変化する故に、カウント速度の特性 は、人体の種々の部分に置かれる検出器により決定された。カウント速度におけ る大きくかつ急激な変化は、前胸部に置かれた検出器の場合に現れた。検出器を 肝臓上に置くと、それほど極端な変化は現れず、特に患者が座っている時、それ 自体が実質的な標識の変化レベルを含む膀胱が付近にある場合は、このため検出 された活性に寄与する。腕は時間的に最も一定の活性記録をもたらし、袖口部が 略々上腕部に償かれる時に、外部信号からの実質的な隔離が可能であった。更に 、多量の血液試料収集法において通常予期されることとは対照的に、規定量の細 胞外液を含む規定量の組織空間内の標識に検出器が感応する本発明により決定さ れる如き時間的な活性の低下は、単一コンパートメントからの物質のクリアラン スを提示する。
腎臓機能の監視 腎臓機能の監視のための本発明の値を決定するため、血清クレアチニンが≧2m g/diであるARPの危険のある2人の患者が、血管造影措置前、造影措置中 およびその後に監視された。1人の患者においては、類似の速度定数により示さ れる如く検査中トレーサのクリアランスにおける変化が観察されず、検査後48 時間でも患者の尿排出および血清クレアチニンのいずれにおいても変化が観察さ れなかった。2人目の患者は、クリアランス率における著しい降下を呈し、血管 造影中に始まりその後少な(とも12時間継続した。本発明により測定される如 き速度定数は、この患者においては、2.85X10−’/分乃至0.2X10 づ7分まで減少し、この患者における血清クレアチニンは連続する12時間にわ たって2.4から2.8mg/dlまで増加した。
9s″Tc−DTPAのクリアランス率もまた、強力な介護装置における患者に おいて監視された。初期の腎臓機能は3.5X10−’/分(3,5X10−3 min−’)(正常値:5,5X10−’/分、6.5 X 10−3m i  n−’) (Q速度定数により示される如(中程度に減少したが、これもまた比 較的一定であった。5時間後、平均血圧が97mmHgから適当な療法を必要と する57mmHgへ急激に低下した。血圧の急速な正常化にも拘わらず、尿は移 出における減少が生じ、最初は2時間後に判った。しかし、本発明によるモニタ ーは、略々低血圧時あるいはその直後における腎臓機能の変化を検出し、尿排出 における低下により測定される如き腎不全を予測した。
本発明はまた、無尿症患者における腎臓機能の回復を監視するためにも用いられ た。活動は比較的一定であり、速度定数および尿排出は検査の始めにはゼロに近 かった。しかし、2時間後に、速度定数が増加し始めて、12時間後には1゜8 X10−’/分の値に達した。この速度定数における増加は、ある遅れにより、 15時間後の約300m1/時間の最大値に達した尿排出の増加が続いた。
このように、本発明によるクリアランス機能モニターは、腎臓機能における略々 リアルタイムの変化を検出することができ、他の利用可能な試験よりも早く腎臓 機能の変化の表示を生じた。更に、本発明による方法は、細胞外空間からの糸球 体濾過剤のクリアランスに対する速度定数を直接的に測定し、GFHの直接的な 測定を行い、通常は血清クレアチニンと尿排出からGFRを決定することと関連 する不確実性を排除する。
速度定数の直接的な決定 これまでは、”Cr−EDTAまたは””Tc−DTPAの如き糸球体濾過剤の 単未注入後のGFHの評価は、数時間の期間にわたり多くの血液試料を得ること により行われた。このデータの分析は、2コンパートメント・モデルを考慮する もので、血管空間と間質空間の両方からのトレーサのクリアランスを含む。単一 コンパートメント・モデルもまた代替法として用いられたが、この場合は、GF Rの評価は血管空間と間質空間におけるトレーサの平衡後に得られる血液試料か ら行われる。これらのモデルに対する系の等式は、一定の係数(即ち、速度定数 λ)を持つ線形コンパートメント系を考慮する。血管内空間と同質空間が1つの コンパートメント、即ち、細胞外空間であると見なされる単一コンパートメント 系からのクリアランスにおいては、系の式は下記の如くである。即ち、但し、q =コンパートメント・サイズ λ。、=コンパートメント1から外側(コンパートメントO)への転送速度定数 t=時間 ■=入力関数 瞬間的入力(1回の注入)の場合は、 r (t)冨0 また、解は下記の如くである。即ち、 6、=9゜θ−10゛1 この式をq一体積(ml)およびt=1分として解くと、Q+=GFRである。
このように、糸球体の濾過剤の1回の注入後のGFHの値がコンパートメント・ サイズ(qo)および速度定数λ。、に依存することが明らかである。異なるコ ンパートメント・サイズによるGFRにおけるばらつきを避けるため、GFR値 は通常は人体の表面積に従って補正される、即ち換言すれば、qoは標準的なq 値へ低減される。従って、このような条件下では、GFRは速度定数λ。1にの み依存する。
このように、細胞外空間からの「理想的な」糸球体濾過剤のクリアランスに対す る速度定数の評価は、GFRの直接的な測定を表わす。この概念は、腎臓機能を 測定して監視するため本発明による方法の使用に対する基本的原理を構成する。
””Tcのソースが袖口部の中心に配置され、システムがベンチに置かれる理想 的な実験条件下では、速度定数の正確な測定を得るための最短時間は2分以下で あり得る。しかし、患者の場合は、「生物学的」ノイズならびに「計器の」ノイ ズおよびシステムの式によるデータのばらつきは、主として患者の身体における 検出器の場所に依存する。例えば、検出器が前胸部領域に設置される時は、おそ らくは体積における変化のみならず患者が動き回る時の検出器に関する心室の位 置における変化にもよるデータの大きなばらつきが生じる。更に、前胸部におい ては記録される活動の大半が血管空間ないで生じる故に、システムを最もよく記 述する式は、単一コンパートメント・システムではな(2コンパートメント・シ ステムと対応する。本発明によるモニターは、5分以下の間隔における速度定数 の測定を許容するに充分な「生物学的」ノイズを低減することができ、略々リア ルタイム条件に近づき、ARPの危険のある患者において本発明を用いて行われ る予備的検査が、腎臓機能における略々即時の変化を他のパラメータが異常にな る数時間前に正確に検出することができる。
腎臓機能を監視する計器の使用における1つの相対的な制約は、例えば、出血、 急激な注入あるいは大量の退役の喪失の如き細胞外空間の速度における急激な変 化が速度定数の測定に影響を及ぼすことである。このような状況においては、測 定は、患者の心臓血管状態が安定した後に−■新たな安定状態に達してから測定 を再開することができる。
本発明とシンチレーション・カメラの同時の使用は、全腎臓機能の絶対的測定の みならず、各腎臓から全GFRへの寄与をも生じ得る。
他の実施例 他の実施例は、以降の請求の範囲内に含まれる。
例えば、物質は、クリアランス機能を行い、あるいは検出可能物質を代謝する種 々の臓器、例えば、肝臓、腎臓、甲状腺、頭脳あるいは骨のいずれかによるクリ アランスに対して特定のものであり得る。
検出可能物質は、被検体に投与されるものである必要はなく、例えば、量が被検 体の状態を表わす自然に生じる検出可能物質でもよく、あるいはまた、例えば毒 素の如き自然に生じない検出可能物質でもよい。この物質は、本文に詳細に述べ たように、放射線検出器により検出可能な放射性物質である必要はない。この物 質は、例えば光り検出器により検出し得る蛍光物質でもよく、このような検出手 段が放射線励起源を含み得、また定義される組織体積は、例えば、耳たぶまたは 指先の如き、蛍光を励起して発光する検出可能量を通す体部を含み得る。自然に 生じる検出可能な物質の一例は、その固有の蛍光により検出することができる腎 臓機能の決定のため有効なりレアチニンである。例えば、ベンゼンは、固有の蛍 光により検出可能である毒素である。この物質は、有機化合物である必要はなく 、あるクリアランス機能について、例えば金、ヨウ素、あるいはタリウムが有効 であり得る。
検出器により試料採取される組織体積は、先に述べたように、色々な手段の1つ または組合わせにより、例えば検出可能物質から検出器の感応部分に対する放射 線の通過のための開口を提供するコリメータ(または他のバリア)の使用により 、あるいは身体の一部をコリメータ(または他のバリア)の内部に包囲すること により、あるいはある上限値より高いか下限値より低いエネルギを有する信号を 排除する弁別機を用いることにより、あるいはまた内部で検出可能な信号が検出 される組織体積をそれ自体制限する身体の解剖的特性を研究することによって、 定義することができる。後者の事例として、耳道内部で耳道内の血管床に接近し て配置される検出器は、特に蛍光に基く検出のために、試料採取組織空間を少な くともそれ自体部分的に制限するものであり得る。
身体の一部を包囲することにより組織体積を定義することを助けるため袖口部が 用いられる場合は、四肢あるいはその先端に袖口部を取付けることは、種々の理 由から身体の体部に取付けることよりも望ましい。例えば、四肢の比較的低い血 管内容物は、心臓の如き臓器におけるように血液量の大きな変化を受けないため 、平衡状態後の更に直線的勾配を提供し、四肢における種々の体液で充填した体 腔は、患者が運動する時にあまり位置が変化しない。他の考慮は患者も同様であ り、例えば、腕、特に上腕部は、上脚部が腎臓および膀胱にあまりにも近く、こ れら臓器において通過した標識物質からの散乱放射線あるいは直接放射線からの 遮蔽を難しくするため、上脚部よりも腎臓機能の監視のために選好され、下脚部 は、腎臓および膀胱からより離れているが、骨肉量が小さい故に、また下脚部が 特に定義された組織空間内の体液量を変化させてクリアランスの正確な決定を妨 げる故にそれほど選好されない。
1つの物質、あるいは複数の物質は、異なる放射線エネルギによって検出するこ とができ、例えば、2種以上の濾過マーカを2つの異なる放出エネルギを持つ標 識物質を用いて放射線標識を付すことができ、また1つの臓器の2つ以上のパラ メータ、あるいは2つ以上の臓器の機能を同時に監視することができる。例えば 、1つの標識を付した物質は、GFHの判定のため有効であるものとし、他は腎 臓の還流率を決定する際に有効なものとすることができ、弁別できるように異な る標識を用いてこれら2つのマーカを同時に監視することで、ネフロン(nep hron)・レベルにおける腎機能についての情報を提供する。あるいは、除去 されることが予期されない標識物質を、除去されると予期される標識物質と同時 に監視して結果を比較することができ、除去しない物質に対するカーブの勾配閑 静t1審報告 国際調査報告

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.被検体の身体の一部から検出可能物質の消耗を測定する方法において、前記 検出可能物質が定義された組織体積内にある時、実質的にかかる検出可能物質に のみ応答するように該検出可能物質に応答し得る検出器を配置し、前記検出可能 物質に対する前記検出器の応答を測定すること、を含む方法。
  2. 2.被検体におけるクリアランス機能を測定する方法において、前記検出可能物 質が定義された組織体積内にある時、実質的にかかる検出可能物質にのみ応答す るように該検出可能物質に応答し得る検出器を配置し、前記検出可能物質に対す る前記検出器の応答を測定することを含み、これにより、前記検出可能物質の量 の変化が前記クリアランス機能を表わすようにする 方法。
  3. 3.前記検出可能物質からの放射を検出することにより該物質を検出可能である 請求の範囲第1項または第2項に記載の方法。
  4. 4.全体的に検出可能物質が放射性を有し、前記検出器が放射線検出器を含む請 求の範囲第3項記載の方法。
  5. 5.前記検出可能物質が蛍光物質であり、前記検出器が光検出器を含む請求の範 囲第3項記載の方法。
  6. 6.前記標識物質が標識を付される請求の範囲第1項または第2項に記載の方法 。
  7. 7.前記標識を付した物質が放射性標識を付され、前記検出器が放射線検出器を 含む請求の範囲第5項記載の方法。
  8. 8.前記放射線検出器がシンチレータを含む請求の範囲第4項または第7項に記 載の方法。
  9. 9.前記放射線検出器がNaI放射線検出器を含む請求の範囲第8項記載の方法 。
  10. 10.前記放射線検出器がCdTe放射線検出器を含む請求の範囲第4項または 第7項に記載の方法。
  11. 11.前記検出可能物質が定義された組織体積内にある時、実質的にかかる検出 可能物質にのみ応答するように、前記検出器を配置する前記ステップが、前記検 出器を前記放射線に対して実質的に不透過であるバリア内に包囲することを含み 、該バリアが、前記放射線が前記検出器の感応部分に通過する開口を有する請求 の範囲第3項記載の方法。
  12. 12.前記検出可能物質が定義された組織体積内にある時、実質的にかかる検出 可能物質にのみ応答するように、前記検出器を配置する前記ステップが、前記検 出器を前記放射線に対して実質的に不透過であるバリア内に包囲することを含み 、前記検出可能物質が前記バリア内にある時、かかる検出可能物質のからの前記 放射線が前記検出器の感応部分に通過し得るように前記検出器を配置する請求の 範囲第3項記載の方法。
  13. 13.前記検出可能物質が被検体内に注入される請求の範囲第1項または第2項 に記載の方法。
  14. 14.被検体からの検出可能物質の消耗を監視する装置において、前記検出可能 物質からの放射線に応答し得る検出器と、前記放射線に対して実質的に不透過で あり、前記被検体の身体の一部を包囲するためのバリアとを備え、 前記検出器および前記バリアが、前記検出可能物質が前記バリア内にある時、か かる検出可能物質からの放射線が前記検出器の感応部分に通過し得るように用い られる 装置。
  15. 15.被検体におけるクリアランス機能を決定して表示する方法において、前記 被検体における細胞外空間における検出可能物質の平衡状態の確立を許容するに 充分な時間を与え、 前記被検体における定義された組織体積内の細胞外液中の検出可能物質の最初の 測定を得ること、 前記定義された組織体積中の前記細胞外液における検出可能物質の2回目の測定 を得ること、 時間間隔にわたり前記測定の勾配を決定すること、を含む方法。
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