(57)【要約】    【課題】  生体細胞内の酸素化状態及び虚血度の指標を、ヘモグロビン分光法よりも正確に求めることができる細胞内酸素飽和度の測定装置及びその測定方法を提供すること。    【解決手段】生体組織（Ｔ）に光を照射する光源（２）と、その反射光又は透過光を受光する受光手段（３）と、受光手段（３）の出力光を分光する分光手段（４）と、分光された光を検出する検出手段（５）と、検出手段（５）からの出力信号を受信し、所定の処理を行う処理手段（６）とを備えた細胞内酸素飽和度の測定装置であって、光源（２）が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の細胞内グロビン蛋白の酸素化状態の吸光度と脱酸素化状態の吸光度とが異なる帯域の波長の光を照射し、生体組織（Ｔ）がヘモグロビン及びミオグロビン以外の細胞内グロビン蛋白を持つ生体細胞を含む場合、処理手段（６）が検出手段（５）からの出力信号を用いて生体細胞内の酸素化状態及び虚血度の指標（Ｘ）を求める。【選択図】    図１
2006239267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織に光を照射する光源と、
前記生体組織からの反射光又は透過光を受光する受光手段と、
該受光手段の出力光を分光する分光手段と、
分光された光を検出する検出手段と、
該検出手段からの出力信号を受信し、所定の処理を行う処理手段とを備え、
前記光源が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の細胞内グロビン蛋白の酸素化状態の吸光度と脱酸素化状態の吸光度とが異なる帯域の波長の光を照射し、
前記生体組織が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の前記細胞内グロビン蛋白を持つ生体細胞を含む場合、前記処理手段が、前記検出手段からの出力信号を用いて前記生体細胞内の酸素化状態及び虚血度の指標を求めること
を特徴とする細胞内酸素飽和度の測定装置。
【請求項２】
前記指標が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の前記細胞内グロビン蛋白の酸素化状態の濃度と脱酸素化状態の濃度との関数であることを特徴とする請求項１に記載の細胞内酸素飽和度の測定装置。
【請求項３】
前記細胞内グロビン蛋白が、ニューログロビン及びサイトグロビンであり、
前記指標が、
酸素化ニューログロビンの濃度及び酸素化サイトグロビンの濃度を加算して得られる第１の値を、
該第１の値と、脱酸素化ニューログロビンの濃度及び脱酸素化サイトグロビンの濃度を加算して得られる第２の値とを加算して得られる第３の値で、除算して得られる値であることを特徴とする請求項２に記載の細胞内酸素飽和度の測定装置。
【請求項４】
前記生体細胞が、チトクロームｂを有する場合、
前記指標が、
酸素化状態の濃度から酸化チトクロームｂの濃度を減算して得られる第１の値を、
該第１の値と、脱酸素化状態の濃度から還元チトクロームｂの濃度を減算して得られる第２の値とを加算して得られる第３の値で、除算して得られる値であることを特徴とする請求項２に記載の細胞内酸素飽和度の測定装置。
【請求項５】
前記光源が照射する光の波長が、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下、又は５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長であり、
分光された複数の波長を前記検出手段で検出することを特徴とする請求項１〜４の何れかの項に記載の細胞内酸素飽和度の測定装置。
【請求項６】
前記光源が照射する光の波長が、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長であり、
前記生体組織が、ヘモグロビンを持つ生体細胞を含む場合、
前記指標が、
前記第１の値から酸素化ヘモグロビンの濃度を減算して得られる第４の値を、
該第４の値と、前記第２の値から脱酸素化ヘモグロビンの濃度を減算して得られる第５の値とを加算して得られる第６の値で、除算して得られる値であることを特徴とする請求項３又は４に記載の細胞内酸素飽和度の測定装置。
【請求項７】
生体組織に光を照射する第１ステップと、
前記生体組織からの反射光又は透過光を受光する第２ステップと、
該第２ステップで受光した光を分光する第３ステップと、
分光された光を検出して出力する第４ステップと、
該第４ステップの出力信号を受信し、所定の処理を行う第５ステップとを含み、
前記第１ステップで照射される光が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の細胞内グロビン蛋白の酸素化状態の吸光度と脱酸素化状態の吸光度とが異なる帯域の波長の光であり、
前記生体組織が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の前記細胞内グロビン蛋白を持つ生体細胞を含む場合、前記第５ステップにおける前記所定の処理が、前記第４ステップの出力信号を用いて前記生体細胞内の酸素化状態及び虚血度の指標を求める処理であること
を特徴とする細胞内酸素飽和度の測定方法。
【請求項８】
前記指標が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の前記細胞内グロビン蛋白の酸素化状態の濃度と脱酸素化状態の濃度との関数であることを特徴とする請求項７に記載の細胞内酸素飽和度の測定方法。
【請求項９】
前記細胞内グロビン蛋白が、ニューログロビン及びサイトグロビンであり、
前記指標が、
酸素化ニューログロビンの濃度及び酸素化サイトグロビンの濃度を加算して得られる第１の値を、
該第１の値と、脱酸素化ニューログロビンの濃度及び脱酸素化サイトグロビンの濃度を加算して得られる第２の値とを加算して得られる第３の値で除算して得られる値であることを特徴とする請求項８に記載の細胞内酸素飽和度の測定方法。
【請求項１０】
前記生体細胞が、チトクロームｂを有する場合、
前記指標が、
酸素化状態の濃度から酸化チトクロームｂの濃度を減算して得られる第１の値を、
該第１の値と、脱酸素化状態の濃度から還元チトクロームｂの濃度を減算して得られる第２の値とを加算して得られる第３の値で、除算して得られる値であることを特徴とする請求項８に記載の細胞内酸素飽和度の測定方法。
【請求項１１】
前記光源が照射する光の波長が、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下、又は５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長であり、
分光された複数の波長を前記検出手段で検出することを特徴とする請求項７〜１０の何れかの項に記載の細胞内酸素飽和度の測定方法。
【請求項１２】
前記光源が照射する光の波長が、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長であり、
前記生体組織がヘモグロビンを持つ生体細胞を含む場合、
前記指標が、
前記第１の値から酸素化ヘモグロビンの濃度を減算して得られる第４の値を、
該第４の値と、前記第２の値から脱酸素化ヘモグロビンの濃度を減算して得られる第５の値とを加算して得られる第６の値で、除算して得られる値であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の細胞内酸素飽和度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞内酸素飽和度の測定装置およびその測定方法に関し、特にヘモグロビン及びミオグロビン以外の、ニューログロビン、サイトグロビンなどの光の吸収度を測定対象とする細胞内酸素飽和度の測定装置およびその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の酸素飽和度を光学的に測定する方法として、ヘモグロビンに対する分光測定法が知られている。この方法では、可視光や近赤外光などの光を生体に照射し、反射または透過によって生体から出射される光を分光し、その強度を測定する。図３に示したように、ヘモグロビンは酸素との結合の有無により光の吸収スペクトルが変化するので、反射光または透過光の強度測定によって、酸素を含む（以下、酸素化と記す）ヘモグロビン濃度と酸素を含まない（以下、脱酸素化と記す）ヘモグロビン濃度の比を求めることができる。図３では、横軸を光の波長として、ｏｘｙ及びｄｅｏｘｙは、それぞれ酸素化及び脱酸素化ヘモグロビンの吸光度を表している。酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルは、５４１ｎｍ、５７６ｎｍにピークを有し、脱酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルは、５５５ｎｍにピークを有している。尚、ヘモグロビン分光においては、上記した波長帯とは異なる８００ｎｍ前後の波長帯も使用される。
【０００３】
ヘモグロビン分光の応用として、例えば、近赤外光を用いて脳や筋肉等の深部組織を非侵襲的に測定することが挙げられる。また、可視光はヘモグロビンによる吸収が大きいので、測定領域は表層や露出組織に限定されるものの、局所的な測定に適するという利点を有している。図３に示したように、可視光領域（５００〜６００ｎｍ）は、酸素化ヘモグロビンによりその吸光度が最も特異的に変化する領域であるため、この波長帯域の光を使用する種々の可視酸素モニタが知られている（下記特許文献１〜３、下記非特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開昭６１−２７２０２９号公報
【特許文献２】特開平５−５２７３９号公報
【特許文献３】特開２００４−２６１３６４号公報
【非特許文献１】F. C. Delori, Appl. Opt. Vol.27 (1988) 1113-1125
【非特許文献２】R. D. Shonat, et. al. “Near-Simultaneous Hemoglobin Saturation and Oxygen Tension Maps in Mouse Brain Using an ATOF Microscope” Biophysical Journal Vol.73 (1997) 1223-1231
【非特許文献３】K. Tsukada, et. al. “Red blood cell velocity and oxygen tension measurement in cerebral microvessels by double-wavelength photoexcitation” J. Appl. Physiol. 96(2004) 1561-1568
【非特許文献４】K. J. Zuzak, et. al. “Noninvasive Determination of Spatially Resolved and Time-Resolved Tissue Perfusion in Humans During Nitric Oxide Inhibition and Inhalation by Use of a Visible-Reflectance Hyper spectral Imaging Technique” Circulation 2001; 104: 2906-2910
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ヘモグロビンは生理的条件では、赤血球の中にしか存在しないため、従来の方法では、赤血球以外の細胞の酸素飽和度を求めることはできなかった。即ち、ヘモグロビン分光法では血液酸素飽和度を計測することはできるが、組織の大部分を占める血管外組織の酸素飽和度に関する情報を得ることはできなかった。
【０００５】
また、赤血球の酸素運搬と組織の虚血度あるいは細胞の低酸素度とは、別の情報である。従って、赤血球の酸素運搬は、組織の虚血度あるいは細胞の低酸素度を正しく表さない場合がある。赤血球の酸素運搬と組織の酸素需要量がバランスしていると仮定して、赤血球の酸素運搬能力を反映するヘモグロビン分光法が用いられている。しかし、この仮定には以下の問題がある。
【０００６】
まず、赤血球の酸素量は、細胞の酸素受容能力が減少すれば、酸素が使用されないため高い状態が維持される。即ち、赤血球の酸素量が高くても細胞の酸素受容が低いというパラドックスが生じ得る。
【０００７】
次に、ヘモグロビン分光法は、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの量的な比を求めるものであり、赤血球数や、赤血球内のヘモグロビンの多寡を反映することができない。従って、例えば、貧血で赤血球が減少し組織が虚血に陥っても、測定された酸素飽和度は正常である場合もあり得る。
【０００８】
ヘモグロビン分光法ではこのように、測定値と実際の生体組織の状態との間に乖離が生じ得るために、細胞内の酸素飽和度を直接測定し、細胞及び組織の虚血度及び低酸素度を知る方法が要望されている。
【０００９】
また、角膜、網膜の視細胞層や中心窩などには血管が存在しないので、ヘモグロビン分光法では組織の酸素飽和度を得ることができない。さらに、糖尿病網膜症など血管が閉塞し、無血管野を形成する疾患では、組織や細胞の虚血度を知る必要性が高まっているにもかかわらず、ヘモグロビン分光法ではこの要望に対応することができない。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決すべく、ヘモグロビンの代わりにサイトグロビン、ニューログロビン、チトクロームｂに関する全体としての酸素飽和度を分光学的に測定する細胞内酸素飽和度の測定装置および測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【００１２】
即ち、本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定装置は、生体組織に光を照射する光源と、前記生体組織からの反射光又は透過光を受光する受光手段と、該受光手段の出力光を分光する分光手段と、分光された光を検出する検出手段と、該検出手段からの出力信号を受信し、所定の処理を行う処理手段とを備え、前記光源が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の細胞内グロビン蛋白の酸素化状態の吸光度と脱酸素化状態の吸光度とが異なる帯域の波長の光を照射し、前記生体組織が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の前記細胞内グロビン蛋白を持つ生体細胞を含む場合、前記処理手段が、前記検出手段からの出力信号を用いて前記生体細胞内の酸素化状態及び虚血度の指標を求める。
【００１３】
本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定装置において、前記指標が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の前記細胞内グロビン蛋白の酸素化状態の濃度と脱酸素化状態の濃度との関数であることができる。
【００１４】
また、本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定装置において、前記細胞内グロビン蛋白が、ニューログロビン及びサイトグロビンであり、前記指標が、酸素化ニューログロビンの濃度及び酸素化サイトグロビンの濃度を加算して得られる第１の値を、該第１の値と、脱酸素化ニューログロビンの濃度及び脱酸素化サイトグロビンの濃度を加算して得られる第２の値とを加算して得られる第３の値で、除算して得られる値であることができる。
【００１５】
また、本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定装置において、前記生体細胞が、チトクロームｂを有する場合、前記指標が、酸素化状態の濃度から酸化チトクロームｂの濃度を減算して得られる第１の値を、該第１の値と、脱酸素化状態の濃度から還元チトクロームｂの濃度を減算して得られる第２の値とを加算して得られる第３の値で、除算して得られる値であることができる。
【００１６】
また、本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定装置において、前記光源が照射する光の波長が、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下、又は５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長であり、分光された複数の波長を前記検出手段で検出することができる。
【００１７】
また、本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定装置において、前記光源が照射する光の波長が、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長であり、前記生体組織が、ヘモグロビンを持つ生体細胞を含む場合、前記指標が、前記第１の値から酸素化ヘモグロビンの濃度を減算して得られる第４の値を、該第４の値と、前記第２の値から脱酸素化ヘモグロビンの濃度を減算して得られる第５の値とを加算して得られる第６の値で、除算して得られる値であることができる。
【００１８】
本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定方法は、生体組織に光を照射する第１ステップと、前記生体組織からの反射光又は透過光を受光する第２ステップと、該第２ステップで受光した光を分光する第３ステップと、分光された光を検出して出力する第４ステップと、該第４ステップの出力信号を受信し、所定の処理を行う第５ステップとを含み、前記第１ステップで照射される光が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の細胞内グロビン蛋白の酸素化状態の吸光度と脱酸素化状態の吸光度とが異なる帯域の波長の光であり、前記生体組織が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の前記細胞内グロビン蛋白を持つ生体細胞を含む場合、前記第５ステップにおける前記所定の処理が、前記第４ステップの出力信号を用いて前記生体細胞内の酸素化状態及び虚血度の指標を求める処理である。
【００１９】
本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定方法において、前記指標が、ヘモグロビン及びミオグロビン以外の前記細胞内グロビン蛋白の酸素化状態の濃度と脱酸素化状態の濃度との関数であることができる。
【００２０】
また、本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定方法において、前記細胞内グロビン蛋白が、ニューログロビン及びサイトグロビンであり、前記指標が、酸素化ニューログロビンの濃度及び酸素化サイトグロビンの濃度を加算して得られる第１の値を、該第１の値と、脱酸素化ニューログロビンの濃度及び脱酸素化サイトグロビンの濃度を加算して得られる第２の値とを加算して得られる第３の値で除算して得られる値であることができる。
【００２１】
また、本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定方法において、前記生体細胞が、チトクロームｂを有する場合、前記指標が、酸素化状態の濃度から酸化チトクロームｂの濃度を減算して得られる第１の値を、該第１の値と、脱酸素化状態の濃度から還元チトクロームｂの濃度を減算して得られる第２の値とを加算して得られる第３の値で、除算して得られる値であることができる。
【００２２】
また、本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定方法において、前記光源が照射する光の波長が、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下、又は５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長であり、分光された複数の波長を前記検出手段で検出することができる。
【００２３】
また、本発明に係る細胞内酸素飽和度の測定方法において、前記光源が照射する光の波長が、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長であり、前記生体組織がヘモグロビンを持つ生体細胞を含む場合、前記指標が、前記第１の値から酸素化ヘモグロビンの濃度を減算して得られる第４の値を、該第４の値と、前記第２の値から脱酸素化ヘモグロビンの濃度を減算して得られる第５の値とを加算して得られる第６の値で、除算して得られる値であることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ヘモグロビンの代わりにサイトグロビン、ニューログロビン、チトクロームｂを測定対象とすることによって、生体組織の酸素飽和度を、非侵襲で、ヘモグロビン分光法よりも正確に求めることができる。
【００２５】
また、求められた酸素飽和度は、細胞の虚血度を表す精度の高い指標として使用することができる。様々な循環障害性疾患や虚血性疾患において、組織の虚血程度を知るためには、運搬役の赤血球の情報とその運搬の標的たる組織の細胞内の酸素情報は、ともに医学的・臨床的に重要であり、運搬役と標的の情報を併せて臨床判断に資するべきである。臨床医あるいは生物学研究者が知りたいのは、組織どの程度虚血であるかであって、組織の虚血の本質的な情報は神経細胞や上皮細胞など血管外の細胞虚血の程度にあるため、本発明は、循環器疾患意外にも幅広く適用することが可能である。
【００２６】
特に、血管が存在しないために、ヘモグロビン分光法では酸素状態を得ることができない生体組織（角膜など）における酸素飽和度の測定に有効である。
【００２７】
また、本発明は、網膜、内視領域（胃、喉頭、食道、腸などの消化官）、皮膚科領域、外科領域など広く生体組織における酸素飽和度の測定に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。
【００２９】
第１図は、本発明の実施の形態に係る細胞内酸素飽和度の測定装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示したように、本細胞内酸素飽和度の測定装置１は、測定対象の生体組織Ｔに所定の光を照射する光源２と、照射された光の生体組織Ｔによる反射光を受光する受光部３と、受光部３の出力光を分光する分光部４と、分光された光を検出する検出部５と、検出部５からの出力信号を受信し、所定の処理を行う処理部６と、処理部６の処理結果を表示する表示部７とを備えている。
【００３０】
ここで、光源３には、生体組織Ｔに応じて、例えばレーザー光、白色光、赤外光、近赤外光、紫外光、狭帯域光などの所定の波長帯域の光を出力する光源を使用する。受光部３には、生体組織に応じて、例えば眼底カメラ、内視鏡、生体顕微鏡、共焦点レーザー顕微鏡などを使用する。分光部４には、例えば音響光学フィルタ、半導体フィルタなどの外部からの制御によって通過させる波長帯域を変更可能な可変フィルタ、回折格子やプリズムを使用した分散型分光器、フーリエ分光法による干渉型分光器などを使用する。
【００３１】
検出部５には、使用する光源２の出力波長を検知可能な検出装置を使用する。例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサなどの２次元センサを使用することができる。処理部６は、検出部５の出力信号から、２次元のディジタルの画像データを生成し、表示部７に表示する。画像の各画素データは、生体組織Ｔの対応する位置における、生体組織Ｔによる光の吸収の度合いを表す。アナログ信号からディジタル信号へのＡ／Ｄ変換機能は、検出部５又は処理部６に持たせればよい。また、図１では、反射光を測定する構成を示しているが、光源２、受光部３及び生体組織Ｔの配置を、生体組織Ｔの透過光を測定するように配置してもよい。
【００３２】
上記したように、従来から、酸素運搬体であるグロビン蛋白として、赤血球中に存在するヘモグロビン及び筋肉中に存在するミオグロビンが知られている。これに対し、本発明では、最近発見された、細胞内に存在し酸素の運搬に関わるグロビン蛋白である、ニューログロビン及びサイトグロビン（以下、細胞内グロビン蛋白と記す）を測定対象とする。
【００３３】
酸素化ニューログロビン及び脱酸素化ニューログロビンの可視光から近赤外領域における吸光度は、ヘモグロビン及びミオグロビンの、対応する酸素化状態、脱酸素化状態及び波長領域における吸光度と顕著に異なる（国際特許出願ＷＯ０１６２９１３参照）。図２に、横軸を光の波長としてニューログロビンの吸収スペクトルの一例を示す。ｏｘｙ及びｄｅｏｘｙは、それぞれ酸素化及び脱酸素化ニューログロビンの吸収スペクトルを表している。酸素化ニューログロビンの吸収スペクトルｏｘｙは、約４１０ｎｍにピークを有し、脱酸素化ニューログロビンの吸収スペクトルｄｅｏｘｙは、約４２５ｎｍ、約５３０ｎｍ、約５６０ｎｍにピークを有している。図２と図３とを比較れば、ヘモグロビンの吸収スペクトルとニューログロビンの吸収スペクトルが顕著に異なることが分かる。
【００３４】
同様に、酸素化サイトグロビン及び脱酸素化サイトグロビンの吸光度も、対応する酸素化状態、脱酸素化状態のヘモグロビン及びミオグロビンの吸光度と顕著に異なる。但し、ニューログロビンとサイトグロビンとは、それぞれ酸素化状態及び脱酸素化状態において、可視光領域の吸光度がほぼ一致しているので、可視光領域の吸光度からは両者を区別することはできない。
【００３５】
また、細胞のミトコンドリアに存在し、電子運搬により細胞内呼吸に関わる蛋白質として、チトクロームが知られている。チトクロームには複数種類が存在するが、その中のチトクロームｂは、酸素化状態（酸化チトクロームｂ）及び脱酸素化状態（還元チトクロームｂ）における可視光の吸光度が、それぞれ酸素化ニューログロビン（又は酸素化サイトグロビン）及び脱酸素化ニューログロビン（又は脱酸素化サイトグロビン）の吸光度とほぼ一致する。
【００３６】
従って、本実施の形態では、細胞内グロビン蛋白（ニューログロビン、サイトグロビン）及びチトクロームｂを総体として測定対象とする。即ち、細胞組織に対して、上記したように所定の波長の光を光源２から照射し、細胞組織Ｔからの反射光又は透過光を受光部３で受光し、上記と同様の処理を行い、複数の分光された波長に対する２次元画像データを生成する。生成した複数の２次元データの各画素データと、使用した波長における、ニューログロビン、サイトグロビン、ヘモグロビン、ミオグロビン、チトクロームｂ、及びその他のチトクローム蛋白の、酸素化状態（あるいは酸化状態）及び脱酸素化状態（あるいは還元状態）の既知の吸光度とを用い、多変量解析などの公知の分光データの解析方法によって、ニューログロビン、サイトグロビン及びチトクロームｂの総体に関する含有率（濃度）を求め、これを細胞・組織の酸素量の状態を表す指標（以下、細胞内酸素飽和度と記す）とする。また各蛋白質の各状態における濃度を求めることもできる。多変量解析方法は、Beebe KR, Kowalski BR. “An introduction to multivariate calibration and analysis” Anal. Chem. 1987; 59: 1007A-1017Aなどにより公知であるので、説明を省略する。
【００３７】
ニューログロビン、サイトグロビン及びチトクロームｂの総体の測定に使用する波長は、酸素化状態及び脱酸素化状態の吸光度に顕著な差異が見られる３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長帯域、又は５００〜６００ｎｍの波長帯域中の、所定の波長を選択して使用する。例えば、分光部４に半導体フィルタを用い、これを外部から制御して波長λ＝５００〜６００ｎｍの範囲を、Δλ＝０．２５ｎｍの間隔で分光した光を測定する。
【００３８】
測定において使用する異なる波長の数は、分光データの処理方法に応じて決定すればよい。例えば、グロビン蛋白の酸素飽和度を多変量解析に掛ける場合、少なくとも３つの異なる波長の光を使用すればよい。特に、角膜などの血管が無くヘモグロビンを含まない生体組織を対象とするときには、測定に使用する異なる波長の数は、ヘモグロビンを含む場合よりも少なくてよい。
【００３９】
さらに、精度を向上するには、別の分光測定により他のチトクローム蛋白（チトクロームｃ、チトクロームｃ１、チトクロームａなど）の濃度を勘案することにより、より正確に細胞・組織の酸素量の状態を反映する指標とすることができる。具体的に示せば、以下のとおりである。
【００４０】
上記した測定によって、ニューログロビン、サイトグロビン及びチトクロームｂの総体としての濃度を求めることができ、酸素化及び脱酸素化ニューログロビンの濃度をそれぞれＮＧoxy及びＮＧde、酸素化及び脱酸素化サイトグロビンの濃度をそれぞれＣＧoxy及びＣＧde、酸化及び還元チトクロームｂの濃度をそれぞれＣＢoxy及びＣＢdeとすると、
ＮＧoxy＋ＣＧoxy＋ＣＢoxy＝Ｖ1  ・・（式１）
ＮＧde＋ＣＧde＋ＣＢde＝Ｖ2  ・・（式２）
である。ここで、Ｖ1、Ｖ2は総体としての酸素化状態の濃度、脱酸素化状態の濃度を表す。また、測定対象の生体組織にはヘモグロビンが含まれていない、若しくはヘモグロビンの吸光度を無視できる帯域の波長を使用することとする。
【００４１】
また、細胞内酸素飽和度Ｘを
Ｘ＝（ＮＧoxy＋ＣＧoxy）／（ＮＧoxy＋ＣＧoxy＋ＮＧde＋ＣＧde）  ・・（式３）
と定義すると、式１〜３から、
Ｘ＝（Ｖ1−ＣＢoxy）／（Ｖ1＋Ｖ2−ＣＢoxy−ＣＢde）    ・・（式４）
となる。従って、酸化及び還元チトクロームｂの濃度ＣＢoxy、ＣＢdeを別の方法で算出することができれば、細胞内酸素飽和度Ｘを決定することができる。
【００４２】
酸化及び還元チトクロームｂの濃度ＣＢoxy、ＣＢdeは、別の分光測定法を用い、測定対象である組織特有の各チトクローム濃度比を求め、これから算出することができる。
【００４３】
チトクロームｂと、チトクロームａ、チトクロームｃ、チトクロームｃ１との濃度比が、それぞれα、β、γと算出された場合、酸化及び還元チトクロームｂの濃度ＣＢoxy、ＣＢdeは、
ＣＢoxy＝α・ＣＡoxy＝β・ＣＣoxy＝γ・ＣＣ１oxy    ・・（式５）
ＣＢde＝α・ＣＡde＝β・ＣＣde＝γ・ＣＣ１de    ・・（式６）
で求めることができる。ここで、ＣＡoxy、ＣＣoxy、ＣＣ１oxyは、それぞれ酸化チトクロームａ、酸化チトクロームｃ、酸化チトクロームｃ１の濃度であり、ＣＡde、ＣＣde、ＣＣ１deは、それぞれ還元チトクロームａ、還元チトクロームｃ、還元チトクロームｃ１の濃度を表す。
【００４４】
式５、式６を式４に適用することによって、細胞内酸素飽和度Ｘを求めることができる。
【００４５】
一方、可視光（５００〜６００ｎｍ）を使用する場合、ヘモグロビンを含む生体組織においては、ヘモグロビンの吸光度を考慮する必要がある。まず波長分解能が十分に高い分光を行うことにより、ヘモグロビンの吸収の影響を除外することが可能である。一方、波長分解能が十分高くない場合においては、以下のようにして、より精度の高い細胞内酸素飽和度を求めることができる。具体的に示せば、次のとおりである。
【００４６】
即ち、酸素化及び脱酸素化ヘモグロビンの濃度をそれぞれＨＧoxy及びＨＧdeとすると、式１、式２と同様に、
ＮＧoxy＋ＣＧoxy＋ＣＢoxy＋ＨＧoxy＝Ｖ3  ・・（式７）
ＮＧde＋ＣＧde＋ＣＢde＋ＨＧde＝Ｖ4  ・・（式８）
である。ここで、Ｖ3、Ｖ4は総体としての酸素化状態の濃度、脱酸素化状態の濃度を表す。
【００４７】
細胞内酸素飽和度Ｘは、式３で表されるので、式１〜３、７、８から、
Ｘ＝(Ｖ3−ＣＢoxy−ＨＧoxy)／(Ｖ3＋Ｖ4−ＣＢoxy−ＣＢde−ＨＧoxy−ＨＧde)    ・・（式９）
となる。従って、酸化及び還元チトクロームｂの濃度ＣＢoxy、ＣＢde、及び酸素化及び脱酸素化ヘモグロビンの濃度ＨＧoxy、ＨＧdeを別の方法で算出することができれば、細胞内酸素飽和度Ｘを決定することができる。
【００４８】
ヘモグロビンが近赤外領域において特長的な吸光度を持つので、近赤外領域の波長の光を用いて分光学的にヘモグロビン濃度を求めることができる。また、酸化及び還元チトクロームｂの濃度ＣＢoxy、ＣＢdeを得る方法は上記したとおりである。よって、式９から細胞内酸素飽和度Ｘを求めることができる。
【００４９】
以上では、細胞内酸素飽和度Ｘを、式３、４、９のように、細胞内グロビン蛋白であるニューログロビン、サイトグロビン及びチトクロームｂの酸素化状態の吸光度を、酸素化状態の吸光度及び脱酸素化状態の吸光度の和で除した値とする場合を説明したが、酸素化状態の吸光度と脱酸素化状態の吸光度とを用いた種々の関数を細胞内酸素飽和度として使用することができる。例えば、酸素化状態の吸光度を脱酸素化状態の吸光度で除算した値を細胞内酸素飽和度としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係る細胞内酸素飽和度の測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】酸素化及び脱酸素化ニューログロビンの吸収スペクトルを示す図である。
【図３】酸素化及び脱酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    細胞内酸素飽和度の測定装置
２    光源
３    受光部
４    分光部
５    検出部
６    処理部
７    表示部
【図１】
2006239267.tif 000003
【図２】
2006239267.tif 000004
【図３】
2006239267.tif 000005