WO2001024701A1 - Stethoscope - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a stethoscope as a tool for a physician at a treatment site.
- NIRS near-infrared spectroscopy
- An oximeter is widely used as an application. Recently, functional image to explore using the cerebral circulation blood flow change with brain function brain function noninvasively is noted, 0 15 positron tomography using labeled water (PET) Ya Dokishi one ⁇ «mode It is widely used as a magnetic resonance image (BOLD_fMRI) using the susceptibility effect of globin (de0Xy-hemog10bin). Hemoglobin information can be obtained even by using near-infrared light, so it is hard to say that the development of a functional imaging method (called optical CT) using near-infrared light is still well established.
- PET labeled water
- BOLD_fMRI magnetic resonance image
- a large-scale device such as the PET and MRI described above, where the subject is sent to the place where the device is installed.
- a small device that is installed on a bedside or ambulance, such as an electrocardiogram, EEG, or oximeter, or that is portable and used while moving to the place where the subject exists.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a simple, constantly portable stethoscope capable of performing accurate diagnosis.
- a probe unit that applies non-invasive near-infrared rays to an affected area
- a control device that searches for changes in cerebral circulating blood flow based on data from this probe unit, and a cerebral circulating blood flow
- a sound source device for converting a change amount of the sound into a sound pulse. Auscultation is performed based on the sound pulse from the sound source device, and a change in function is diagnosed.
- a “functional stethoscope” that noninvasively irradiates near-infrared rays to an affected area, for example, searches for changes in cerebral circulation blood flow, and discriminates the changes as pulse modulation of sound to examine changes in brain function.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a stethoscope showing an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a block diagram of a stethoscope showing an embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a configuration diagram of an irradiation / reception fiber of a probe section of a stethoscope showing an embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a diagram showing an example of activities associated with higher brain activities.
- the stethoscope according to the present invention is characterized by the fact that the near-infrared allows the total saturation of hemoglobin (t-Hb) or the mouth saturation of oxygen in the mouth (r SO z ) [regio na loxygen
- the basic target is a stethoscope that can confirm local activation associated with brain function on a bedside.
- Near-infrared spectroscopy is a technique based on the fact that living tissues exhibit more specific light absorption than their constituents.
- the wavelength range of 690 nm, which is hardly affected by water molecules or C—H bonds, and 880 nm are particularly effective, and light in this range (near-infrared range) is effective.
- Certain substances present in living organisms have a large change in light absorption depending on the degree of oxygenation, which can be used to quantify oxygenation.
- the representatives are hemoglobin, myoglobin and cytochromaa3. Theoretically, each substance Although accurate analysis is possible, the present invention basically targets hemoglobin and does not require accurate quantification. That is also a feature of the present invention.
- the actual absorptivity of light is retrieved by sensing the reflection of the illuminated light, but the absorption depends on the total amount of hemoglobin t-Hb and the degree of oxygenation of the hemoglobin (saturationatrate) in the target tissue. Therefore, it is not possible to judge which is changing by the absorption at one wavelength. Therefore, we at least use two different wavelengths to search for the absorptance and estimate each one. In fact, using three wavelengths makes it easier to calculate a more accurate value, but using two wavelengths is sufficient and using two wavelengths is often more convenient. In the following embodiments, an example of a calculation formula when three wavelengths are used is described.
- brain function Functional localization exists in the brain. In other words, certain parts of the brain are used for certain functions. Various metabolic changes (eg, increased blood flow, increased glucose consumption) occur in this “specific part of the brain used”. The metabolic changes associated with specific activities that occur in specific parts of the brain are collectively referred to as “activate (actiVation)”.
- Fig. 4 shows an example of activation associated with higher brain activity.
- DLPF dorsolateralpreironta 1 oxygen saturation of hemoglobin of a change in the (r SO z) in the near infrared spectrum Toro Sukopi.
- r S 0 z increases.
- the arrows (start, stop) in the case where between is undergoing problems, the actual r S0 2 changes are vertically with a slight delay.
- the use of the stethoscope of the present invention makes it possible to determine such activation while listening to it on a bedside.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a stethoscope showing an embodiment of the present invention
- FIG. 2 is a block diagram of the stethoscope
- FIG. 3 is a configuration of an irradiation / reception fiber as a probe portion of the stethoscope.
- 1 1 is the irradiation as a probe part ⁇
- the irradiation fiber 1 is arranged in the center and the reception fiber is arranged in the periphery.
- a semiconductor laser single light source 22 irradiates the affected area with three wavelengths of 760, 800, and 830 nm, and the controller 21 outputs the reflected information change, and the sound source device The doctor listens for a change in the frequency of the sound at a constant pitch '26 at the receiver — 32.
- this is changed and displayed as a change in the frequency at which a specific sound is emitted.
- it is like converting an "amplitude modulated" signal to a "frequency modulated” signal. That is,
- the sound source device 26 generates a sound having a constant pitch-roundness (pitch-roundness) instead of the sound used in the conventional oximeter, etc.
- pitch-roundness a constant pitch-roundness
- _H change of b or r S0 2 is auscultation physician converted to changes in [firingrate as in (firing rate) of neur 0 n (neurons)] that frequency ( ⁇ reqency).
- the stethoscope of the present invention is a useful always-on portable device that can be first obtained by doctors and medical personnel since a classic stethoscope.
- the importance of the present invention is significant given the role of classical stethoscopes that convey only sound information in medicine and the fact that they are still the most important diagnostic tools. is there.
- the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
- it is possible to provide a simple always-portable stethoscope capable of accurate diagnosis.
- Industrial applicability INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for the field of medical stethoscopes, is easily portable, and can be applied as a functional stethoscope capable of confirming local activation associated with brain functions with a bedside.
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Description
明 細 書 聴診器 技術分野
本発明は、 治療現場での医師の道具としての聴診器 関するものである。 背景技術
近赤外線を用いて生体のへモグ口ビンに関する情報を獲得できることは良く知 られている 〔一般に、 近赤外線スぺク トロスコピ一 （N I RS) と総称されるこ とが多い〕 。
その応用として広く用いられているものにォキシメータ一などがある。 近年、 脳機能に伴う脳循環血流変化を利用して脳機能を非侵襲的に探る機能画像が注目 され、 015でラベルされた水を用いる陽電子断層法 （PET) ゃデォキシ一^ «モ グロビン （d e 0 X y— h e mo g 1 0 b i n) の磁化率効果を利用した磁気共 鳴画像 （BOLD_ f MR I ) 等として広く用いられている。 近赤外線を利用し てもヘモグロビン情報が獲得できることから、 近赤外線を用いた機能画像法 （光 CTと呼ばれている） の開発も試みられている力 いまだ確立されたものとは言 い難い。
診断装置 ·器具は大きく分けて三つのカテゴリ一に分類できる。 つまり、
( 1 ) 上記した PET、 MR Iのように大掛かりな装置であり、 被験者がその 装置の設置場所に出向 1/、て検査を受ける装置
(2) 心電図、 脳波、 ォキシメーターのようにべッドサイ ド、 救急車などに設 置される、 もしくは携帯型で被験者の存在する場所に移動させながら用いる小型
( 3 ) 聴診器のように医療に携わるものが常に携帯して用いる器具
である。 発明の開示
しかしながら、 現在まで、 上記 （ 3 ) のカテゴリーに入る有用な器具は従来の 聴診器のみであった。 一方、 上記近赤外線の応用としては、 上記 （2 ) のカテゴ リーではォキシメーターなどとして確立したものがあり、 光 C Tの発想も、 上記 ( 1 ) もしくは上記 （ 2 ) のカテゴリ一に属するものである。
本発明は、 上記状況に鑑みて、 簡便な常時携帯型で的確な診断が可能な聴診器 を提供することを目的とする。
本発明は、 上記目的を達成するために、
〔 1〕 聴診器において、 近赤外線を非侵襲的に患部にあてるプローブ部と、 こ のプローブ部からのデータに基づいて、 脳循環血流の変化を探る制御装置と、 前 記脳循環血流の変化量を音のパルスに変換する音源装置とを備え、 前記音源装置 からの音のパルスに基づいて聴診し、 機能の変化を診察するようにしたもので ある。
〔2〕 上記 〔 1〕 記載の聴診器において、 前記近赤外線の波長は 2波長である ことを特徴とする。
〔 3〕 上記 〔 1〕 記載の聴診器において、 前記近赤外線の波長は 3波長である ことを特徴とする。
〔 4〕 上記 〔 3〕 記載の聴診器において、 前記近赤外線の波長は 7 6 0 . 8 0 0及び 8 3 0 n mであることを特徴とする。
〔 5〕 上記 〔 1〕 記載の聴診器において、 前記脳循環血流の変化は、 トータル •ヘモグロビン （ t 一 H b ) もしくはヘモグロビンの酸素飽和度 （r S O z ) の 変化によることを特徴とする。
本発明によれば、 近赤外線を非侵襲的に患部にあて、 例えば脳循環血流変化を 探り、 その変化量を音のパルス変調として聞き分けることで脳機能の変化を診察 する 「機能聴診器」 を提供することができる。
より具体的には、 半導体レーザー光源からス = 7 6 0 , 8 0 0， 8 3 0 n mの 3波長を患部に照射し、 反射情報変化分をピッチ、 音量の一定した音の周波数変 化として医師が聴診する。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の実施例を示す聴診器の概略構成図である。
第 2図は、 本発明の実施例を示す聴診器のプロック図である。
第 3図は、 本発明の実施例を示す聴診器のプローブ部の照射 ·受光ファィバー の構成図である。
第 4図は、 高次の脳活動に伴う陚活の例を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の聴診器は、 近赤外線により トータル 'ヘモグロビン （ t— H b) もし くはへモグ口ビンの酸素飽和度 （r SOz ) 〔 r e g i o na l o x y g e n
(02 ) s a t u r a t i o n) の変化を探り、 その変化を音情報として与える ものである。 また、 通常の聴診器と合体させることも可能であり、 「力、しこい聴 診器： s ma r t s t e t h o s c o p e」 としての応用も考えられる。 基本的な対象は、 脳機能に伴う局所の賦活をべッドサイ ドで確認できる聴診器
「機能聴診器 （ f un c t i o n a l s t e t h o s c o p e ) 」 であるが、 t一 Hb、 r S02 の変化の検索が役立つすべての医学での応用が対象となる。 また、 古典的聴診器が 「音」 を対象としただけの器具であるにも拘わらず、 医師 達が長年の間に数多くの応用を見つけ出してきたように、 古典的聴診器同様に持 ち運べる器具である発明の用途は現段階では考えつかない分野までも発展する可 能性を秘めている。
近赤外線スぺク トロスコピーは、 生体組織がその構成物質により特異的な光吸 収率を示すことに基づいた技法である。 ヒ ト生体組織での応用では水分子、 もし くは C— H結合の影響を殆ど受けない波長領域、 690 nm力、ら 880 nmが特 に有効であり、 この領域 （近赤外線領域） の光は生体において数センチの深さま で到達することができる。 頭骸骨に囲まれた頭部 （脳） においても同様である。 生体に存在するある種の物質はその酸素化の程度によって光の吸収率が大きく変 化し、 それを利用して酸素化の定量を行うことが可能となる。 その代表がへモグ ロビン （h emo g l o b i n) 、 ミオグロビン （my o g l o b i n ) とチト クローム ( c y t o c h r o m a a 3 ) である。 理論的にはそれぞれの物質の
正確な解析が可能ではあるが、 本発明では、 基本的にヘモグロビンを対象とし、 かつ、 正確な定量性を求めない。 それがまた、 本発明の特徴ともなる。
以下、 本発明においては、 ヘモグロビンだけを対象とした場合について説明す る。
実際の光の吸収率は照射した光の反射を感知することで検索されるが、 その吸 収率は対象とした組織のヘモグロビン総量 t -H bとヘモグロビンの酸素化度 （ s a t u r a t i o n r a t e) によって変わる。 従って、 一つの波長での吸 収率ではどちらが変化しているのかは判断できない。 そこで、 少なくとも、 二つ の違った波長を用いてその吸収率を探り、 それぞれを概算する。 実際のところ 3 波長用いた方がより正確な値を計算しやすくなるわけであるが、 2波長でも十分 であり、 2波長の方がむしろ都合が良いことも多々ある。 以下の実施例において は、 3波長を用いた場合の計算式の一例を挙げて説明している。
本発明による、 1つの重要な応用例として、 「脳機能」 の判定が挙げられる。 脳には機能局在が存在する。 つまり、 ある特定の機能には、 特定の脳の部分が使 われるということである。 この 「使われた脳の特定部位」 には様々な代謝変化 （ 例えば、 血流が上昇するとか、 ブドウ糖消費が上昇するとか） が起こる。 この脳 の特定部位に起こる、 特異的活動に伴う代謝変化を総称して 「賦活 （a c t i V a t i o n ) と呼ぶ。
第 4図に高次の脳活動に伴う賦活の例を示す。 これは図形課題を施行している ひとの前頭葉側の一部 （DLPF : d o r s o l a t e r a l p r e i r o n t a 1 ) のヘモグロビンの酸素飽和度 （r SOz ) の変化を近赤外線スぺク トロ スコピーで捉えたものである。 脳の特定部位がその活動によって賦活され、 r S 0 z が上昇することが分かる。 図の矢印 （ s t a r t, s t o p ) の間が課題を 施行している場合で、 実際の r S02 の変化は多少の遅れをもって上下している。 本発明の聴診器を用いることによってこのような賦活をべッ ドサイ ドで聞きな がら判定することが可能となる。
つまり、 2波長もしくは 3波長の近赤外線を脳に照射し、 その反射を感知する ことにより、 その吸収率を概算する。 その正確な定量性は求めない。 そして、 そ の概略の吸収率を音源装置により音声に変えて聴診器で診断する。
以下、 具体例について説明する。
ここで、 用いるものはヘモグロビン総量の変化率で、 一般に、
Δ t -H b= 1. 6厶 A78。 — 5. 8ΔΑ8οο +4. 2厶 Α83。 （三波長を用 いた場合、 他の方法も存在する） などの近似式から得ることができる。
r SOz も同様にして、 A r SOz = (-3. 0 ΔΑ800 + 3. 0 ΔΑ 830 ) / ( 1. 6厶 Α78。 一 2. 8 ΔΑ80。 十 1, 2厶 Α83。 ） などの近似式から得る ことができる。 ここで、 添字 （ s u b s c r i p t ) は近赤外線の波長 （ n m) を表す。 トータル 'ヘモグロビン （ t _H b ) とヘモグロビンの酸素飽和度 （ r S02 ) のどちらを対象とするかは、 切換スィッチで切り換えられるようにする。 第 1図は本発明の実施例を示す聴診器の概略構成図、 第 2図はその聴診器のブ 口ック図、 第 3図はその聴診器のプローブ部としての照射 ·受光フアイバーの構 成図である。
これらの図において、 1 1はプローブ部としての照射♦受光ファイバ一、 12, 1 3は光増幅器、 1 5はリード線、 2 1は制御装置、 2 2は半導体レーザー光源、 2 3は較正制御装置、 2 は光検出器、 25はデータ処理装置 （ I C)、 2 6は 音源装置であり、 27は切換スィッチであり、 この切換スィッチ 27により、 対 象としてのトータル 'ヘモグロビン （ t _H b) もしくはヘモグロビンの酸素飽 和度 （r SOz ) との切り換えを行う。 この図において、 電源は省略されている。 3 1は音源装置 2 6に接続されるリード線、 32は医師が聴診するレシーバーで ある。
なお、 第 3図に示す聴診器のプローブ部としての照射 ·受光ファイバ一におい て、 例えば、 中央部に照射ファイバ一が配置され、 その周辺部に受光ファイバー が配置されるようになっている。
これを用いた診断方法としては、 半導体レーザ一光源 22から、 ス = 76 0, 800, 830 nmの 3波長を患部に照射し、 制御装置 2 1でその反射情報変化 分を出力し、 音源装置 26でピッチ '音量の一定した音の周波数変化をレシーバ —32から医師が聴診する。
その音源装置 26における具体的作用について説明する。
第 4図では r S02 の信号変化をグラフ表示している。 本発明においては、 こ
の変化 〔 （実際は切換スィツチで選択された t一 H bか r SOz かのどちらか） を通常の聴診器の膜型とベル型の変換と同様〕 を音で示す。
ところで、 音によって計測値の上下を示す方法は、
①音量を上げる。
②音のピッチを上げる。
のが、 一般的であるが、 上記は両方とも分かりにくい。
そこで、 本発明では、 これをある特定の音が鳴る周波数の変化と変えて表示す る。 言い換えれば、 「振幅変調」 の信号を 「周波数変調」 の信号に変換するよう なものである。 つまり、
ヒッ ヒッ ヒッ ヒッ
ヒッ ヒ，' ヒッ ヒッ ヒ ッ ヒ ッ ヒ ツ
の違いで後者が高い値を示していることを理解する方法である。
このように、 医療関係者の心理的分解能を考慮して、 音源装置 26からは従来 のォキシメーター等で用いられているような音ではなく、 ピッチ · ラウンドネス (p i t c h - r o u n d n e s s ) の一定した音 〔生理学におけるァクション ♦ポテンシャル （a c t i o n p o t e n t i a l ) のような音〕 を出し、 t
_H bもしくは r S02 の変化は 〔 n e u r 0 n (神経単位） の f i r i n g r a t e (発火頻度） のように〕 その周波数 （ ί r e q e n c y ) の変化へ転換 して医師が聴診する。
このように、 本発明の聴診器は、 古典的聴診器以来、 医師、 医療関係者が初め て手にすることのできる、 有用な常時携帯型器具である。 音情報だけを伝える古 典的聴診器が果たした医学における役割と、 その聴診器が現在でも最も重要な診 断学の器具である事実とを考慮したとき、 本発明の重要性は著大である。
なお、 本発明は上記実施例に限定されるものではなく、 本発明の趣旨に基づい て種々の変形が可能であり、 これらを本発明の範囲から排除するものではない。 以上、 詳細に説明したように、 本発明によれば、 簡便な常時携帯型の的確な診 断が可能な聴診器を提供することができる。 産業上の利用可能性
本発明は医療用の聴診装置の分野に好適であり、 携帯が容易で、 脳機能に伴う 局所の賦活をべッドサイ ドで確認できる機能聴診器として応用可能である。
Claims
1.
( a ) 近赤外線を非侵壟的に患部にあてるプローブ部と、
(b) 該プローブ部からのデータに基づいて、 B 循環血流の変化を探る制御装置 と、
( c ) 前記脳循環血流の変化量を音のパルスに変換する音源装置とを備え、
(d) 前記音源装置からの音のパルスに基づいて聴診し、 脳機能の変化を診察す ることを特徴とする聴診器。
2. 請求項 1記載の聴診器において、 前記近赤外線の波長は 2波長であることを 特徴とする聴診器。
3. 請求項 1記載の聴診器において、 前記近赤外線の波長は 3波長であることを 特徴とする聴診器。
4. 請求項 3記載の聴診器において、 前記近赤外線の波長は 760、 800及び 830 nmであることを特徴とする聴診器。
5. 請求項 1記載の聴診器において、 前記脳循環血流の変化は、 トータル ·へモ グロビン （ t一 H b) もしくはヘモグロビンの酸素飽和度 （ r S Oz ) の変化に よることを特徴とする聴診器。
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