JPWO2010131697A1 - 血管内壁分析装置及び血管内壁分析方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明に係る血管内壁分析装置の一実施形態の構成を示す図である。図1に示すように、血管内壁分析装置1は、本発明に係る血管内壁分析方法の一実施形態への適用が可能な分析装置であり、光源10、分光器20、光照射部30、受光部40、及び、分析部50を備える。また、光源10と分光器20との間、分光器20と光照射部30との間は、それぞれ光ファイバ15、25により接続される。受光部40と分析部50の間は電気的に接続され、また、分析部50と分光器20の間も電気的に接続される。本実施形態に係る血管内壁分析装置1では、光源10、分光器20、及び光照射部30が、測定部位に対して血管外から測定光を照射する照射手段を構成している。そして、受光部40及び分析部50が、測定部位からの光を検出する検出手段を構成している。分析部50は、検出手段において検出された光に基づいて、測定部位の構成成分を分析する分析手段、及び分析手段による分析結果を表示する表示手段として機能する。
(測定例1)
測定対象物を豚肉として測定対象物に近赤外光を照射した場合の透過光の減衰を、モンテカルロシミュレーションにより計算した結果を図5に示す。具体的には、摂氏38度の条件下において6mm厚の豚肉に対して波長1550nm及び1640nmの近赤外光を照射して、吸収係数及び散乱係数を測定した。そして、この結果からこれらの近赤外光を豚肉に照射したときの透過光の減衰をモンテカルロシミュレーションにより計算した。なお、測定対象物の豚肉を6mm厚とした理由は、人体の食道と頚動脈の外側の表皮との光路中に存在する血管壁を含む筋肉層に相当する厚さが6mm程度であるからである。シミュレーションの結果、透過光の減衰は、波長1550nmの光の場合は−42dBであり、波長1640nmの光の場合は−28dBであった。
測定例1のシミュレーション結果を確認する目的から、実際の豚肉に対して近赤外光を照射した場合の透過光の減衰を測定した。この結果を図6に示す。測定条件は、測定例1と同様であり、摂氏38度の条件下において6mm厚の豚肉に対して直径が1mmの近赤外光(平行光)を照射する一方、豚肉に対する近赤外光の照射面とは反対側の面にコア径が400μmのマルチモードファイバを配置して透過光を受光する。その強度から減衰を求めた。近赤外光としては波長1550nm及び1640nmの2種類の波長の光を照射した。この結果、測定例1で求めたシミュレーション結果と同等に光が減衰することが確認された。
上述の測定例1、2では、豚肉の筋肉層を用いて筋肉を透過する光の強度を測定した。測定例3、4では、豚肉の脂肪層を用いて脂肪を透過する光の強度を測定した。
測定例3のシミュレーション結果を確認する目的から、実際のラードに対して近赤外光を照射した場合の透過光の減衰を測定した。この結果を図7に示す。測定条件は、測定例3と同様であり、摂氏38度の条件下において40mm厚のラードに対して直径が1mmの近赤外光(平行光、波長1550nm)を照射し、ラードに対する近赤外光の照射面とは反対側の面にコア径が400μmのマルチモードファイバを配置して透過光を受光する。その強度から減衰を求めた。この結果、測定例3で求めたシミュレーション結果と同等に光が減衰することが確認された。
血管内壁分析装置1の光照射部30を食道E内に配置し、受光部40を頚部表皮に配置した場合を想定し、頚部表皮から食道Eの内壁までの頚部構造を模擬したシミュレーションモデルを構築した。そして、食道内壁から測定光を入射した場合に、頚動脈Cを透過して頚部表皮に出力される光の強度をシミュレーションした。具体的なシミュレーションモデルは図8に示す。図8に示すように、光源P1を食道内壁(図示下部)に配置するとともに受光部P2が頚部表皮(図示上部)を配置するとする。そして食道内壁から頚部表皮に向けて厚さ3mmの筋肉からなる食道壁M1、厚さ26mmの脂肪層A1、厚さ1mmの筋肉M2、厚さ10mmの脂肪層A2を順次積層し、食道内壁と頚部表皮との距離が40mmとなるようにし、光源P1と受光部P2とは、食道内壁及び頚部表皮に対して垂直な方向において、脂肪層A1中に設けられた頚動脈を模した血液層C1を挟んで対向するように配置した。血液層C1は直径が5mmの円形状であり、周囲を厚さ1mmの筋肉からなる血管壁M3により覆われることとした。このとき、光源P1側の食道壁M1と脂肪層A1の界面と、血管壁M3と脂肪層A1の界面との距離が15mm、受光部P2側の血管壁M3と脂肪層A1との界面と、受光部P2との距離が15mmとなるようにした。また受光部P2の直径は2mmとした。
測定例5に示したシミュレーションモデルと同様のシミュレーションモデルを用いて、表皮から入射した光が多重散乱を繰り返して再び表皮に戻る構成における光の強度のシミュレーションにより算出した。図10に示すシミュレーションモデルは、図8に示すシミュレーションモデルと同じであるが、図8では血液層C1が紙面に対して直交する方向に延びている状態を示したものであるのに対して、図10では血液層C1が紙面内で延びている場合を示すものである。そして、図10に示すシミュレーションモデルでは、光源P1及び受光部P2の両者が頚部表皮側(図示上部)に配置され、両者が血液層C1に沿って30mm離間した位置とされている点が測定例5と相違する。このシミュレーションモデルを用いて、光源P1から波長780nmの光を血液層C1に向けて照射した場合では、直径2mmの受光部P2において受光される光の強度を吸収係数及び散乱係数を用いてシミュレーションした結果、受光される光の減衰は−87dBであった。したがって、本実施形態に係る血管内壁分析装置1を用いて近赤外光を頚部表皮側から頚動脈Cに対して照射して表皮側で受光した場合に、測定に十分な強度で透過光を計測することが可能であることを示す結果がシミュレーションにより得られた。
血栓に対して近赤外光を照射した場合の吸収スペクトルを測定し、血液の吸収スペクトルと比較した結果を図12に示す。具体的には、血栓及び血液のそれぞれに対して1400〜2700nmの測定波長範囲の近赤外光を照射して吸収スペクトルを測定し、1400〜1800nm及び1900〜2700nmの測定波長範囲それぞれにおいて吸収スペクトルの波長による二次微分を求め、これらの結果を比較した。なお、図12において、領域(A)は、1400〜1800nmの測定波長範囲における吸収スペクトルの、波長による二次微分を示し、領域(B)は、1900〜2700nmの測定波長範囲における吸収スペクトルの、波長による二次微分を示す。図12に示すように、上記測定波長範囲それぞれにおける血栓の吸収スペクトル(二次微分)では、血液との識別に有効であると考えられる特徴的なピーク(1514、1574、1626、1691、1740、1972、2055、2166、2290、2465、2544nm等)が複数あることが確認された。
上述のように、本実施形態に係る血管内壁分析装置1、2によれば、頚動脈Cの内壁の付着物の構成成分の分析を行うことができる。なお、血管内壁分析装置1、2による分析結果は、他の測定装置による測定結果と組み合わせることにより、頚動脈プラークの状態をより正確に把握することができる。例えば、本実施形態に係る血管内壁分析装置1、2では、頚動脈Cの内壁に付着したプラークの構成成分を分析することは可能であるが、プラークの形状を正確に測定することは困難である。したがって、例えば、体外からの超音波エコー診断と組み合わせることにより、超音波エコー診断によるプラークの形状の測定結果と、血管内壁分析装置1、2によるプラークの構成成分の分析結果と、に基づいて、当該プラークの疾患誘発性等をより正確に評価することが可能になる。
Claims (13)
- 血管内の測定部位に対して、少なくとも、780nm〜2750nmの測定波長範囲に含まれる光成分を照射する照射手段であって、前記血管から所定距離だけ離間した位置に設置される光照射部と、前記光照射部を介して前記測定部位に照射されるべき光成分を供給する光源と、を含む照射手段と、
前記測定部位からの光成分を検出する検出手段であって、前記血管から所定距離だけ離間するとともに前記測定部位からの光成分が到達する位置に設置される光入射部と、前記光入射部を介して取り込まれた光成分を検出する受光部を含む検出手段と、
前記検出手段において検出された光成分の強度情報に基づいて、前記測定部位の構成成分を分析する分析手段と、を備え
前記照射手段及び前記検出手段の何れか一方は、前記測定波長範囲に含まれるとともに前記測定波長範囲よりも狭い検出波長範囲内の光成分を、前記光源から出力された光成分から分離する分光器を含み、該分光器は、前記光源と前記光照射部との間の光路上、及び、前記光入射部と前記検出手段との間の光路上の何れか一方に配置されることを特徴とする血管内壁分析装置。 - 請求項1記載の血管内壁分析装置において、
前記照射手段の光出射部及び前記検出手段の光入射部のうちのいずれか一方は、頚部表皮に配置され、他方は食道内に配置される。 - 請求項1記載の血管内壁分析装置において、
前記照射手段の光出射部及び前記検出手段の光入射部のいずれも、頚部表皮に配置される。 - 請求項1記載の血管内壁分析装置において、
前記照射手段の光出射部及び前記検出手段の光入射部のいずれも、食道内に配置される。 - 請求項1〜4の何れか一項記載の血管内壁分析装置において、
前記分析手段は、波長1400〜1850nm又は波長1900〜2700nmに含まれる検出波長範囲において、前記検出手段において検出された前記測定部位からの光成分の強度情報の、波長による二次微分を計算し、その結果に基づいて前記測定部位の構成成分を分析する。 - 請求項1〜5の何れか一項記載の血管内壁分析装置において、
前記検出手段は、波長1514、1574、1626、1691、1740、1972、2055、2166、2290、2465、2544nmからなる波長群から選ばれた1以上の波長をそれぞれ中心とした前後15 nm の検出波長範囲に含まれる光成分を検出し、
前記分析手段は、前記測定部位の構成成分分析として、前記血管中の血栓の有無を分析する。 - 請求項1〜5の何れか一項記載の血管内壁分析装置において、
前記検出手段は、波長1696、1717、2272、2629nmからなる波長群から選ばれた1以上の波長をそれぞれ中心とした前後15 nm の検出波長範囲に含まれる光成分を検出し、
前記分析手段は、前記測定部位の構成成分分析として、前記血管中の粥腫の有無を分析する。 - 請求項1〜5の何れか一項記載の血管内壁分析装置において、
前記検出手段は、波長1690、2294、2372nmからなる波長群から選ばれた1以上の波長をそれぞれ中心とした前後15 nm の検出波長範囲に含まれる光成分を検出し、
前記分析手段は、前記測定部位の構成成分分析として、前記血管中の脂質コアの有無を分析する。 - 請求項1〜8の何れか一項記載の血管内壁分析装置は、
前記分析手段における分析結果を表示する表示手段をさらに備える。 - 血管内における測定部位の構成成分分析への、請求項1〜9の何れか一項記載の血管内壁分析装置の使用。
- 請求項1〜9の何れか一項記載の血管内壁分析装置を利用し、血管内における測定部位の構成成分を分析する血管内壁分析方法であって、
前記測定部位の近傍に位置するよう光出射端を血管内に挿入し、
前記測定部位からの光成分が到達する、前記血管内の所定位置に、光入射端を設置し、
前記光出射端を介して前記測定部位に、少なくとも、780nm〜2713nmの波長範囲に含まれる光成分を照射し、
前記光入射端を介して入射した、前記測定部位からの光成分を検出し、
前記検出された光成分の強度情報から、前記測定部位の構成成分を特定するための分析用データを生成する血管内壁分析方法。 - 請求項11記載の血管内壁分析方法は、
分析用データとして、波長1400〜1850nm又は波長1900〜2700nmに含まれる検出波長範囲において、検出された前記測定部位からの光成分の強度情報の、波長による二次微分を計算し、その結果に基づいて前記測定部位の構成成分を分析する。 - 請求項11又は12記載の血管内壁分析方法は、
前記血管の二次元断層画像に対して前記測定部位の構成成分に関連する画像情報を重畳し、得られた二次元画像をモニタ上に表示する。
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