JPWO2017159799A1 - 生体組織情報測定器、及び生体組織情報測定方法 - Google Patents

Abstract

内視鏡手術中にあっても偏狭な部位における所望の生体組織の情報を取得することができる生体組織情報測定器および生体組織情報測定方法を提供すること。また、内視鏡手術だけでなく、生体組織に接触して行われるあらゆる手術や検査などの場面において、所望の生体組織情報を取得することができる生体組織情報測定器および生体組織情報測定方法を提供すること。
操作者が握持して操作するための把手部と、把手部の一端から延びる長尺状の挿入管と、挿入管の先端寄りに配置して生体組織に向けて近赤外光を照射する発光部と、生体組織に接触可能となるように挿入管の先端寄りに配置した受光部と、を備えるものである。

Description

本発明は、生体組織情報測定器及び生体組織情報測定方法に関し、特に、患部に直接当てて生体組織情報を測定する生体組織情報測定器及び生体組織情報測定方法に関する。

従来から、病変部の診断において、表層微細血管等の血管形状情報と血中ヘモグロビンの酸素飽和度との両方を把握する内視鏡システムが知られている。

また、このような内視鏡システムは、ガンなどの病変部の診断に用いられる表層微細血管等の血管形状情報と血中ヘモグロビンの酸素飽和度の両方を把握するために用いている（例えば、特許文献１参照）。

一方、近年の外科手術にあっては、患者への負担を軽減させるために開創部位をできるだけ少なくし、内視鏡を用いて患者の深部に存在する患部を切除したり縫合する内視鏡手術が多く行われることが一般的になりつつある。

特開２０１３−０１３６５６号公報

しかしながら、このような内視鏡手術にあっては、患部周辺の術野を直接目視しながらの開創手術では可能であった術野の情報収集が困難となり、現状における患部の血流量や活性度の情報を得ることができないという新たな問題が発生した。

したがって、このような内視鏡手術にあっても、偏狭な部位（患部付近）であっても、その部位の所望の生体組織情報（例えば、酸素飽和度、ヘモグロビンの量、又は血流量など）を取得しつつ手術を行うことが望ましい。

本発明は、上述のような課題を解決するために、内視鏡手術中にあっても偏狭な部位における所望の生体組織情報を取得することができる生体組織情報測定器および生体組織情報測定方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、内視鏡手術だけでなく、低侵襲手術、開胸・開腹手術、消化器、泌尿器、腎臓、腸管、肝臓、および膵臓など生体組織に接触して行われるあらゆる手術や検査などの場面において、所望の部位の生体組織の情報を取得することができる生体組織情報測定器および生体組織情報測定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る生体組織情報測定器は、上記目的を達成のため、操作者が握持して操作するための把手部と、把手部の一端から延びる長尺状の挿入管と、挿入管の先端寄りに配置して生体組織に向けて近赤外光を照射する発光部と、生体組織接触可能となるように挿入管の先端寄りに配置した受光部と、を備えるものである。

また、本発明に係る生体組織情報測定方法は、上記目的を達成のため、操作者が把手部を握持して操作するための把手工程と、把手部の一端から延びる長尺状の挿入管の先端寄りに配置して生体に向けて近赤外光を照射する発光工程と、生体に接触可能となるように挿入管の先端寄りに配置した受光工程とを含むものである。

本発明によれば、内視鏡手術中にあっても偏狭な部位における所望の生体組織の情報を取得することができる。

また、本発明によれば、内視鏡手術に限らず、生体組織に接触して行われるあらゆる手術や検査などの場面において、所望の生体組織の情報を取得することができる。

本発明の一実施の形態に係る生体組織情報測定器を示し、（Ａ）は生体組織情報測定器の正面図、（Ｂ）は生体組織情報測定器の発光部を含む要部の拡大断面図、（Ｃ）は生体組織情報測定器の受光部を含む要部の拡大断面図である。 本発明の一実施の形態に係る他の生体組織情報測定器を示し、（Ａ）は角度変更前の生体組織情報測定器の一部を省略した側面図、（Ｂ）は角度変更状態の生体組織情報測定器の一部を省略した側面図である。

次に、本発明に係る一実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、生体組織情報測定器１０は、操作者が握持して操作するための把手部１１と、把手部１１の一端から延びる長尺状の挿入管１２と、挿入管１２の先端寄りに配置して生体組織（例えば、人体患部）に向けて近赤外光を照射する発光部１３と、生体組織（例えば、人体患部）に接触可能となるように挿入管１２の先端寄りに配置した受光部１４と、を備える。

把手部１１は、比較的軽量で操作性の良い樹脂等の円筒等を適宜の長さとして用いている。なお、把手部１１の長さや太さは任意である。

挿入管１２は、例えば、直径が４ｍｍ、長さがＬのステンレスパイプ等の直管状の長管であり、その肉厚は、約０．５ｍｍとなっている。また、挿入管１２には、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）に示すように、発光部１３及び受光部１４を挿入管１２の内部に組み込むための穴１２ａ，１２ｂを形成している。挿入管１２の内部には、発光部１３と受光部１４とを組み込んだ状態で体液などが内部に入り込まないように、シリコンゴムやエポキシ樹脂等を充填することによって防水構造を確保している。

なお、挿入管１２の素材は特に限定されず、ステンレス製のほか、チタン合金、ＡＢＳ樹脂、デルリン、シリコン樹脂、フッ素樹脂、および塩化ビニール等でもよい。

本実施の形態において、発光部１３を挿入管１２の内部に組み込むための穴１２ａは、図１（Ｂ）に示すように、挿入管１２の径方向における発光部１３の幅Ｒ１よりもわずかに幅広な幅Ｗ１に形成している。したがって、詳細には図示しないが、穴１２ａは、挿入管１２の長さ方向における発光部１３の長さよりもわずかに縦長な長さに形成している。

また、受光部１４を挿入管１２の内部に組み込むための穴１２ｂは、平面視において略真円状であり、図１（Ｃ）に示すように、挿入管１２の径方向における受光部１３の直径Ｒ２よりもわずかに幅広な径Ｗ２に形成している。

なお、近赤外領域を含む近赤外光を照射する発光部１３と、この発光部１３よりも把手部１１に寄った受光部１４とは、所定の距離、例えば、中心間距離Ｄ≒１０ｍｍ（誤差等を含む）だけ離間して挿入管１２の先端寄りに配置している。

発光部１３には発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いており、受光部１４にはフォトダイオード（ＰＤ）、生体組織（例えば、人体患部）に近赤外光束を出射する。本実施の形態において、発光部１３は、７７０ｎｍ，８０５ｎｍ，８７０ｎｍの３波長の近赤外光を使用し、順次切り替えて照射する。

受光部１４は、生体組織（例えば、人体患部）に向けた出射した近赤外光束は生体を通過して、生体組織（例えば、人体患部）の状況に応じて反射した反射光束を受光する。受光した反射光束は、測定回路１６によって各波長の吸光比からベアーランバートの法則で酸素飽和度、ヘモグロビンの量、又は血流量などの生体組織情報が計算される。

本実施の形態において、光源制御回路１５に接続するための発光部１３（ＬＥＤ）や、測定回路１６に接続するための受光部１４（ＰＤ）の配線は、把手部１１より必要な長さだけ引出し、これら光源制御回路１５及び測定回路１６を含む測定装置本体（図示せず）に接続される。

なお、測定装置本体は、光源制御回路１５を制御するとともに、測定回路１６で測定した測定結果を制御回路１７の制御によって記憶回路１８や表示モニタ１９に出力するユニットである。

本実施の他の形態において、生体組織情報測定器１０は、受光部１４（ＰＤ）によって受光した反射光束に関する情報を測定回路１６に設けた受信部（図示せず）に無線送信する無線送信部（図示せず）をさらに備えることができる。ここで、無線送信部は把手部１１の内部に収容する構成とすることができる。
なお、無線送信部を把手部１１の内部に収容する構成とした場合には、光源制御回路１５、および制御回路１７も無線送信部と同様に把手部１１の内部に収容する構成とすることができる。また、無線送信部の電源を確保するための電源部は、把手部１１のいずれかの場所に備える構成とすることができる。

また、本実施の他の形態において、測定回路１６に設けた受信部では、受信した反射光束に関する情報に基づいて、各波長の吸光比からベアーランバートの法則で酸素飽和度、ヘモグロビンの量、又は血流量などの生体組織情報が計算される。

把手部１１の内部に収容された無線送信部は、受光部１４（ＰＤ）によって受光した反射光束に関する情報を測定回路１６に設けた受信部に無線送信する機能を有する。無線送信部が有する無線送信機能としては、例えば、無線送信可能なデバイスを用い、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の方式を採用することができる。

測定回路１６に設けた受信部は、把手部１１の内部に収容された無線送信部から無線送信された反射光束に関する情報を無線受信する機能を有する。測定回路１６に設けた受信部が有する無線受信機能としては、例えば、無線受信可能なデバイスを用い、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の方式を採用することができる。

無線送信部から反射光束に関する情報を無線送信する間隔は、特に限定されるものではないが、省力化の観点から、受光部１４（ＰＤ）によって受光した反射光束に関する複数の情報を例えば移動平均し、そのデータを所定の間隔（例えば、数秒に１回の間隔）で測定回路１６に設けた受信部に無線送信することが好ましい。

上述したように、無線送信部は、生体組織情報測定器１０の把手部１１の内部に収容する構成とすることができる。これによって、手術や検査などの場面において、生体組織情報測定器１０の操作がより円滑に行い易くなる。

ところで、発光部１３と受光部１４との中心間距離Ｄは、その離間距離によって測定できる生体組織の深さを変更することができる。本実施の形態の発光部１３と受光部１４とは、中心間距離Ｄの７０〜８０％の深さを測定することができるので、測定部位にふさわしい距離に設定することができる。したがって、上述した中心間距離Ｄ≒１０ｍｍとした場合、測定できる部分の深さは表面から７〜８ｍｍとなる。なお、発光部１３と受光部１４とは、プリント配線基板に実装して中心間距離Ｄを精度よく保ってもよいし、変更可能としてもよい。

実際の測定には、人体の内視鏡用に明けてある穴に挿入管１２を差し込み、内視鏡で部位を確認しながら、発光部１３および受光部１４を測定部位に接触させて密着させる。そして、所定時間（例えば、５秒後）に測定部位の酸素飽和度、ヘモグロビンの量、又は血流量などの生体組織での情報を測定回路１６で計算し、その計算結果を表示モニタ１９に表示することができる。

なお、内視鏡用に明けた生体の穴の内部は暗いので、受光部１４が測定部位に正確に当てられるように、必要に応じて発光部１３から別の光束を照射し、内視鏡を通じて確認することも可能である。この場合の発光部１３から照射される別の光束の波長は、可視光領域とするのが好ましい。

上述した基本構成において、本実施の形態に係る生体組織情報測定器１０は、操作者が握持して操作するための把手部１１と、把手部１１の一端から延びる長尺状の挿入管１２と、挿入管１２の先端寄りに配置して生体組織（例えば、人体患部）に向けて近赤外光を照射する発光部１３と、生体組織（例えば、人体患部）に接触可能となるように挿入管１２の先端寄りに配置した受光部１４と、を備える。

これによって、内視鏡手術中にあっても偏狭な部位における所望の部位の酸素飽和度、ヘモグロビンの量、又は血流量などの生体組織情報を取得することができる。
また、内視鏡手術に限らず、低侵襲手術、開胸・開腹手術、消化器、泌尿器、腎臓、腸管、肝臓、および膵臓など生体組織に接触して行われるあらゆる手術や検査などの場面において、所望の部位の酸素飽和度、ヘモグロビンの量、又は血流量などの生体組織の情報を取得することができる。

次に、本実施の形態に係る生体組織情報測定器１０を用いた患部の測定例を説明する。手術中に内視鏡などで、生体にあけた穴に挿入管１２を挿通して、患部に直接発光部１３および受光部１４を接触させ密着させることかできる。挿入管１２は、細長い形状で、発光部１３および受光部１４を生体の所望の手術部位、例えば、心臓の壁面筋肉、腸管の表面、肝臓の表面などに接触させ密着させることができる。

これにより、所望の部位の血液や組織が壊死していないか、活性は正常であるか否か等の情報を的確に把握することができ、手術を安全に的確に行う判断に資する情報を得ることが可能となる。

しかも、挿入管１２は、偏狭な部位に使用できる小さい発光部１３及び受光部１４を用いていることから、一体化するのが好ましい。

発光部１３と受光部１４とは同期しており、複数波長の信号を時分割して収集記録し、測定回路１６で各波長の吸光度合の比率Ｒ／ＩＲを求めて血液の酸素飽和度とヘモグロビンの量の相対値を計算し、記憶回路１８に記憶するとともに表示モニタ１９に表示する。なお、測定原理は近赤外線の生体内での吸光度合は組織に含まれるヘモグロビンの濃度に比例するという、ベアーランバートの法則で計算する。

このように、本実施の形態に係る生体組織情報測定器１０は、操作者が握持して操作するための把手部１１と、把手部１１の一端から延びる長尺状の挿入管１２と、挿入管１２の先端寄りに配置して人体患部に向けて近赤外光を照射する発光部１３と、人体患部に接触可能となるように挿入管１２の先端寄りに配置した受光部１４と、を備えることにより、手術中の必要に応じて内視鏡用に人体に設けた穴を利用して患部の現在の状況を容易に確認することができる。

また、上述したように、本実施の形態に係る発光部１３は、受光部１４を用いて患部に向けて複数の異なる波長（例えば、７７０ｎｍ，８０５ｎｍ，８７０ｎｍの３波長）の近赤外光を選択的に照射する測定用の光源として用いる。また、本実施の形態に係る発光部１３は、受光部１４と患部との位置合わせをするために患部付近に可視光領域の光を照射する位置合わせ用の光源としても用いることができる。これにより、少ない光源（一つの発光部１３）で、測定用と位置合わせ用との複数の光源としての機能を具備させることができる。

本発明に係る生体組織情報測定装置１０は、内視鏡手術に限らず、生体組織に接触して行われるあらゆる手術や検査などの場面において用いることができる。生体組織情報測定装置１０は、上述した基本構成の他に、正確に生体組織情報を取得する観点から、生体組織情報測定装置１０には他の構成を適宜追加して備えることもできる。

その一例として、図１に示されるように、生体組織情報測定装置１０の先端部には、Ｘ線不透過マーカー３１を備えることができる。これにより、挿入管１２を生体内に差し込んだ際に、Ｘ線透視下で生体組織情報測定装置１０の先端位置を確認することができ、より正確な生体組織情報の取得が可能となる。Ｘ線不透過マーカー３１としては、Ｘ線透視下で位置確認可能となるマーカーであれば特に限定されず、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、およびＩｒ等のＸ線不透過性の高い金属コイルから構成される。
なお、挿入管１２の素材がステンレス製であった場合において、ステンレスは、Ｘ線透視下でＸ線不透過の性質を有し、Ｘ線不透過マーカーとしての役割を果たすため、図１に示されるようなＸ線不透過マーカー３１を挿入管１２に別途設けなくともよい。

また、生体組織情報測定装置１０の発光部１３と受光部１４との間には、超音波マーカー３２を備えることができる。これにより、挿入管１２を生体内に差し込んだ際に、超音波診断装置を用いて生体の内部を観察することができ、より正確な生体組織情報の取得が可能となる。超音波マーカー３２としては、超音波診断装置で認識可能なマーカーであれば特に限定されず、例えば、セラミック、および金属材料等の超音波診断の認識性の高い材料から構成される。

ところで、上述した患部の一例としての心臓の壁面筋肉、腸管の表面、肝臓の表面は、その患部の位置によっては、受光部１４と必ずしも垂直ではない。したがって、挿入管１２の先端を屈曲させる関節構造を採用することも可能である。

図２は、本実施の形態に係る生体組織情報測定器１の先端部分の角度を変更可能とした例を示す。なお、上記実施の形態と同一の機能に関しては同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係る生体組織情報測定器２０は、操作者が握持して操作するための把手部２１と、把手部２１の一端から延びる長尺状の挿入管２２と、挿入管２２の先端寄りに配置して生体組織（例えば、人体患部）に向けて近赤外光を照射する発光部１３と、生体組織（例えば、人体患部）に接触可能となるように挿入管１２の先端寄りに配置した受光部１４と、を備える。

把手部２１には、平行移動操作（又は回動操作）可能なレバー２３を備える。レバー２３の形態は、特に限定されないが、例えば、ダイヤル部を回転させることで平行移動操作（又は回動操作）が可能となるダイヤル式の形態の他に、凸部を押圧することで平行移動操作（又は回動操作）が可能となるトリガー式の形態などが挙げられる。

レバー２３の基端側（把手部２１の内部側）には、例えばレバー２３の回動操作に連動して挿入管２２の内部を軸線方向に沿って進退動するリンクロッドの基端側を接続している。なお、リンクロッドは、挿入管２２の内部を軸線方向と平行に進退動してもよいし、揺動的に進退動してもよい。

一方、挿入管２２の先端寄りの先端部２２ａは、角度変更可能に分割されており、この先端部２２ａの内部に発光部１３及び受光部１４を設けている。先端部２２ａの内部にはリンクロッドの先端と接続したリンクカムを配置している。これにより、レバー２３の操作に連動してリンクロッドが進退動し、リンクカムの回動角度に応じて先端部２２ａの角度を変えることができる。なお、先端部２２ａの角度調整は、上述したリンク形式に限定されるものではない。

ところで、本発明の生体組織情報測定器１０は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した技術的範囲には、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々、設計変更した形態が含まれる。

例えば、生体組織情報測定器１０（２０）は、一対の発光部１３及び受光部１４で生体組織情報を測定するものとして説明したが、二対以上を配置してもよい。この場合、例えば、一方の発光部及び受光部による生体組織情報の測定位置と、他方の発光部及び受光部による生体組織情報の測定位置を、発光部及び受光部の距離の異なる対を用いることによって患部に対する深度を変えることができる。

また、生体組織情報測定器１０（２０）において、一対の発光部１３及び受光部１４を１つの最小単位として形成し、一対の発光・受光ユニットを生体組織情報測定器１０（２０）から着脱可能となるように、一対の発光・受光ユニットとして設計することができる。

上述した挿入管１２（２２）は、生体の内部に挿入または生体の表面に接触させて用いる器具であるため、その衛生面は厳重に確保する必要がある。挿入管１２（２２）は、使用前には滅菌処理を行い易くする観点から、把手部１１（２１）との境界部を着脱可能な構成とすることができる。また、挿入管１２（２２）は、使用後には把手部１１（２１）から着脱して使い捨てとすることもできる。

更に、挿入管１２（２２）の別の構成として、生体の内部または生体の表面との接触頻度が高い挿入管１２（２２）の一部分、すなわち挿入管１２（２２）の先端部に近い部分（具体的には、発光部１３と受光部１４とを含む挿入管１２（２２）の一部分）のみを、着脱可能な構成とすることもできる。これによって、挿入管１２（２２）本体から着脱された挿入管１２（２２）の一部分について、使用前には滅菌処理を行い易くし、使用後には使い捨てとすることもできる。

以上説明したように、本発明に係る生体組織情報測定器は、内視鏡手術中にあっても偏狭な部位における所望の生体組織の情報を取得することができるという効果を有し、患部に直接当てて生体組織の情報を測定する生体組織情報測定器全般に有用である。

また、本発明に係る生体組織情報測定器は、内視鏡手術に限らず、生体組織に接触して行われるあらゆる手術や検査などの場面において、所望の生体組織情報を取得することができるという効果を有し、生体組織に直接当てて生体組織情報を測定する生体組織情報測定器全般に有用である。

１０ 生体組織情報測定器
１１ 把手部
１２ 挿入管
１３ 発光部（ＬＥＤ）
１４ 受光部（ＰＤ）

Claims (7)

1. 操作者が握持して操作するための把手部と、
   前記把手部の一端から延びる長尺状の挿入管と、
   挿入管の先端寄りに配置して生体組織に向けて近赤外光を照射する発光部と、
   生体組織に接触可能となるように挿入管の先端寄りに配置した受光部と
   を備える、生体組織情報測定器。
2. 前記発光部は、
   前記受光部を用いた測定用として複数の異なる波長の近赤外光を選択的に照射する光源として用いるほか、前記受光部と患部との位置合わせ用の可視光領域の光を照射する光源として用いる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の生体組織情報測定器。
3. 前記挿入管は、
   前記把手部に設けた操作部からの操作に連動して前記受光部と前記発光部とが連動して変位するように屈曲可能である、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生体組織情報測定器。
4. 前記生体組織情報測定器は、
   前記受光部によって受光した反射光束に関する情報を測定回路に設けた受信部に無線送信する無線送信部とをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の生体組織情報測定器。
5. 前記無線送信部は、前記生体組織情報測定器の把手部の内部に収容される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の生体組織情報測定器。
6. 前記生体組織情報は、
   酸素飽和度、ヘモグロビンの量、又は血流量に関する情報である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の生体組織情報測定器。
7. 操作者が把手部を握持して操作するための把手工程と、
   前記把手部の一端から延びる長尺状の挿入管の先端寄りに配置して生体組織に向けて近赤外光を照射する発光工程と、生体組織に接触可能となるように挿入管の先端寄りに配置した受光工程と
   を含む、生体組織情報測定方法。

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