(57)【要約】【課題】  光ファイバを備えたカテーテルを利用するシステムであって、新たな侵襲を起こすことなく、リアルタイムで正確なＩＣＧの反射強度のモニタを行い、血流速度，循環血液量または肝機能排泄能のデータを得ることができる、小型で簡便なインドシアニングリーン定量カテーテルシステムを提供する。【解決手段】  光ファイバカテーテル１８の先端部は光コネクタ１に接続され、２つの光ファイバ端はそれぞれ受光光学系と光源光学系に接続されている。ダイクロイックミラー２０，２１によって酸素飽和度などの光源と検出部に光結合されている。光源１２より送られた８０８ｎｍの１波長のレーザ光はカテーテル先端部付近で投与したＩＧＣで吸収され検出器５で検出され制御部７によって反射強度が測定される。この反射強度に基づき血流速度，循環血液量などのデータが算出されモニタ８に表示される。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを備えたカテーテルシステムにおいて、
単波長の１つの測定光を発生する光源装置と、
前記光源装置からの単波長の光を前記光ファイバに導く入力光学系と、
光信号を検出し電気信号に変換する光検出器と、
前記光ファイバより照射される反射光を前記光検出器に導く出力光学系と、
前記光検出器で検出した反射光を受けてインドシアニングリーンの濃度変化を演算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果から血流速度，循環血液量または肝臓の色素排泄能を算出する血流速度，循環血液量または肝排泄機能算出手段とを備え、
生体組織中の血中インドシアニングリーンを所定位置から注入しカテーテル先端部で検出する血中インドシアニングリーンを、同時に測定する血中酸素飽和度に影響を与えることなくリアルタイムで定量することにより、血流速度，循環血液量または肝排泄機能のデータを得ることを特徴とするインドシアニングリーン定量カテーテルシステム。
【請求項２】
前記光源装置は８０８ｎｍ付近の１波長を出力する半導体レーザ，スーパールミネッセントダイオード，またはＬＥＤ装置よりなることを特徴とする請求項１記載のインドシアニングリーン定量カテーテルシステム。
【請求項３】
前記入力光学系に所定の波長領域のみを通過させるダイクロイックミラーを挿入し、前記８０８ｎｍ付近の波長領域とは異なる波長領域を発する酸素飽和度測定用光源装置を配置し、
前記出力光学系に前記所定の波長領域のみを反射するダイクロイックミラーを挿入し、前記８０８ｎｍ付近の反射光とは異なる波長領域の光を受信する酸素飽和度測定用検出器を配置したことを特徴とする請求項２記載のインドシアニングリーン定量カテーテルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集中医療、救急医療でのモニタ，体内水分量感連測定，肝機能検査に用いることができるインドシアニングリーンを定量するカテーテルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
血中投与されたインドシアニングリーン（以下「ＩＣＧ」という）は血管外に漏れ出ることなく、唯一肝臓から体外に排出される。この性質を利用して血流速度，循環血液量，肝臓の排泄能の生体情報を得ることができる。
血流速度は、血流の上流に既知量のＩＣＧを急速投与し、その下流における血中濃度の変化を連続的に数十秒間測定することによって得られる色素希釈曲線より、その血管の血流速度を測定できる。この測定を、すべての血流が集まる心臓の前後で行えば、単位時間あたりに心臓を通過する血液の量，すなわち心拍出量を測定できる。心拍出量は心臓機能の重要な指標であり、重症患者の治療に極めて有用である。
【０００３】
循環血液量は、血液の中を循環する血液の量を適正に管理する目的で用いられ、重症患者にとって極めて有用である。血液の不足は、循環器機能を虚脱させ、血液の過剰は肺，肝，脳など重要な臓器の鬱血となる。既知量のＩＣＧを静脈投与した後、数分間の血中濃度の減衰曲線を測定し、投与直後の血中濃度を推定することによって循環血液量を求めることができる。
肝臓の色素排泄能は、投与したＩＣＧの血中濃度の減少の程度を１０分間程度測定することにより、肝臓が色素を排泄する能力を測ることで、得られる。血液が肝臓を通過するとＩＣＧは、完全に除去されると仮定することができるので、このことより単位時間あたりの肝血流量を求めることができる。
【０００４】
このような特徴から肝機能検査（血漿消失率，血中停滞率および肝血流測定），肝疾患の診断，予後治癒の判定や循環機能検査（心拍出量，平均循環時間または異常血流量の測定），心臓血管系疾患の診断に用いられている。
ＩＣＧを生体組織内に注入し、定量することにより、肝機能検査，循環機能検査，生体所定領域内の水分量関連値（肺水分量）の測定が行われる。
ＩＣＧの色素は体内で肝臓の働きにより消失させられるものであるので、肝臓の働きが良好であれば、血液中から早く消え、良好でない場合には遅くまで残る。そのため、上述したようにＩＣＧを注射してから一定時間後の血液中の濃度を測定することにより肝臓の働きを知る目安になる。なおＩＣＧを点滴して測定する方法も存在する。
【０００５】
血中ＩＣＧを定量する方法として、採血し、血球を分離させた後に、通常の方法で行っている。従来のＩＣＧを定量する方法，システムは例えば特許文献１，２および３により提案されている。
特許文献１はＩＣＧを０．５μｇ／ｍｌ添加した血清を測定サンプルとして試験管に収容し、励起光照射手段により７９０ｎｍのパルスレーザで照射し、発生した蛍光を蛍光検出装置に導き蛍光寿命を求めて解析装置により解析し表示装置に表示するものであり、８００ｎｍ〜９００ｎｍの蛍光スペクトルを用いるものである。
これは、従来の方法に比較して簡便かつ短時間にリポ蛋白の構成比を精度良く検査できるという特徴を有する。
【０００６】
また、特許文献２は、複数の光波長（例えば６２０ｎｍ，８０５ｎｍ，９４０ｎｍの３波長）の光源を使用してＩＣＧの濃度を検出するものである。この装置は、各波長について光強度に応じた信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を測定し、その変化分ΔＩ１，ΔＩ２，ΔＩ３を測定し、これらの相互の比を求めることにより酸化ヘモグロビン，還元ヘモグロビンおよびＩＤＧ（インジゴカルミン）の３つの血中物質の濃度比を得ることができる。そして減光度比よりＩＤＧ濃度図および酸素飽和度を検出し，さらに減光度比よりＩＣＧ濃度および酸素飽和度を検出することができる。
この装置は腎機能，肝機能および呼吸循環機能を測定するため上記生体パラメータを３波長の光を用いて検出するためのものである。また、生体組織５に対し上記３つの波長を照射し、その透過光を受光素子で受光し電気信号に変換する構成であるが、生体組織５は例えば、指先または耳朶などで測定するもので、光ファイバを備えたカテーテルを組織内に導入して測定するものではない。
【０００７】
さらに特許文献３は、８０８ｎｍのレーザ光を用い、ＩＣＧで腫瘍細胞を破壊することを目的としたものである。すなわち、光力学的および免疫的療法を組み合わせることによって即時に腫瘍細胞破壊を引き起こすと同時に、残留するまたは転移腫瘍細胞の増殖に対して自己免疫防御系を刺激するようような方法で新生物の処理を改善するものである。
【０００８】
上記ＩＣＧを利用して生体組織のＩＣＧ濃度を測定するものは、特許文献１，２については生体組織内に光ファイバーを備えたカテーテルを導入して行うシステムではない。また、特許文献１は８００ｎｍ〜９００ｎｍの蛍光スペクトルを用いており、特許文献２は少なくとも３つの波長を用いており、特許文献３は、８０８ｎｍのレーザー光と、正常な細胞組織をほとんど破壊することなく容易に透過できる波長を有するレーザー光を用いるもので、各特許文献とも複数の光源を用いている。したがって、各特許文献ともシステムが高価であるという問題がある。
【０００９】
直接、生体組織外部に発光ダイオード，受光センサを取り付けてＩＣＧを測定する装置として特許文献４（生体内水分量関連値測定装置）が開示されている。
これは、指先や耳朶などから経皮的にＩＣＧを測定する方法であり、重症患者の場合、末梢血流が低下するため、正確な計測が困難になるものである。
【００１０】
また、光ファイバーを備えたカテーテルを生体組織内に導入し、第１測定波長，第２測定波長および基準波長の３つの波長を用いて、中心静脈酸素飽和度及び注射されたＩＣＧの局所濃度を測定するものが提案されている（特許文献５）。このシステムによれば、中心静脈酸素飽和度およびＩＣＧの局所濃度が、相互に影響することなく同時に連続して測定できる。
しかしながら、特許文献５のシステムは特許文献２などと同様、第１測定波長と基準波長または第２測定波長と基準波長の２つの測定波長を用いて測定するものであり、システムに用いる光源装置の規模が大きく測定装置の回路構成も複雑になるという問題がある。
【特許文献１】特開平１１−１０８９２４号公報
【特許文献２】特開２００１−３２１３６２号公報
【特許文献３】特表平１１−５０３１５３号公報
【特許文献４】特開２００３−１３５４３３
【特許文献５】特開２００４−１１３７９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みたもので、その目的は血中酸素飽和度を測定する光ファイバを備えたカテーテルを利用するシステムであって、新たな侵襲を起こすことなく、リアルタイムで正確なＩＣＧの反射光強度測定を行い、血流速度，循環血液量または肝排泄機能のデータを得ることができる、小型で簡便なインドシアニングリーン定量カテーテルシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために本発明の請求項１は、光ファイバを備えたカテーテルシステムにおいて、単波長の１つの測定光を発生する光源装置と、前記光源装置からの単波長の光を前記光ファイバに導く入力光学系と、光信号を検出し電気信号に変換する光検出器と、前記光ファイバより照射される反射光を前記光検出器に導く出力光学系と、前記光検出器で検出した反射光を受けてＩＣＧの濃度変化を演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果から血流速度，循環血液量または肝排泄機能を算出する血流速度，循環血液量または肝排泄機能算出手段とを備え、生体組織中の血管内へＩＣＧを所定位置から注射しカテーテル先端部で検出する血中ＩＣＧを、同時に測定する血中酸素飽和度に影響を与えることなくリアルタイムで定量することにより、血流速度，循環血液量または肝排泄機能のデータを得ることを特徴とする。
本発明の請求項２は、請求項１記載の発明において前記光源装置は８０８ｎｍ付近の１波長を出力する半導体レーザ，スーパールミネッセントダイオード，またはＬＥＤ装置よりなることを特徴とする。
本発明の請求項３は、請求項２記載の発明において前記入力光学系に所定の波長領域のみを通過させるダイクロイックミラーを挿入し、前記８０８ｎｍ付近の波長領域とは異なる波長領域を発する酸素飽和度測定用光源装置を配置し、前記出力光学系に前記所定の波長領域のみを反射するダイクロイックミラーを挿入し、前記８０８ｎｍ付近の反射光とは異なる波長領域の光を受信する酸素飽和度測定用検出器を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成によれば、ＩＣＧの吸収ピーク波長である８０８ｎｍ付近の１波長の反射光強度測定を行うことにより、小型で簡便なシステムを実現でき、かつ新たなる侵襲を起こすことなく、リアルタイムで正確なＩＣＧのモニタができ，血中酸素飽和度に影響を与えることなく測定すると同時に血流速度，循環血液量または肝排泄機能のデータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面等を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は、本発明によるインドシアニングリーン定量カテーテルシステムの概略を示すブロック図である。
制御部７は操作卓１０からの指示に基づき光源制御部１１に対し光源起動の制御信号を送る。光源制御部１１は半導体レーザの光源１２を起動させる。レーザ光は８０８ｎｍの１波長のみの測定光であり、集光レンズ１３，バンドパスフィルタ１４を通過し反射鏡１５，１６で反射され集光レンズ１７により光ファイバ端に導かれる。光ファイバ端から入射した８０８ｎｍ（ＩＣＧの吸収ピーク波長）のレーザ光は光ファイバカテーテル１８の先端に伝達される。
光ファイバカテーテル１８の先端部から照射されたレーザ光は、血中の血球成分などにより散乱・反射され、他方の光ファイバに入射し、他方の光ファイバ端から射出し、集光レンズ２，バンドパスフィルタ３を通過し、さらに集光レンズ４を介してフォトマルチプライヤやフォトダイオード等の光検出器５に入射する。そして、光ファイバカテーテル１８の先端部付近にＩＣＧが存在すると、散乱・反射光強度はＩＣＧ濃度に依存して変化する。
この実施形態における光源側の反射鏡１５，１６は光ファイバカテーテルの光コネクタ１の入射側と射出側の間隔が小さいため用いているが、光源１２に小型の半導体レーザ等を用いれば、省略することが可能である。また、半導体レーザは単色光であるため、光源側にバンドパスフィルタ１４は不要となる。
【００１５】
光検出器５は検出器制御部６ｂから起動信号およびタイミング信号を受けることにより反射光が受信可能になる。光検出器５で検出した反射光（所定の波長領域）は電気信号に変換され検出器用増幅器６ａで増幅される。
制御部７は、制御プログラムに基づきＣＰＵなどの演算素子によって光源制御や測定動作を行うとともに受信した増幅器６ａの出力をＡ／Ｄ変換して反射光強度を得、所定の式によりＩＣＧの濃度変化を演算する。さらに血流速度，循環血液量，肝臓の排泄能の算出を行う。これら算出したデータはモニタ８上に表示される。
モニタ８にはこの他に測定動作のためのメニュー画面が表示される。メニュー画面では光源の出力，波長領域などのスペックが表示され、操作卓１０により光源１２の発光出力を調整することができる。
記録計９は時間とともに血中のＩＣＧなどによる反射強度変化が刻まれる。
なお、図示しないが、このカテーテルには注射用細管やバルーン膨脹用パイプ等を付属させることが可能である。
【００１６】
図２は、本発明によるインドシアニングリーン定量カテーテルシステムの実施の形態を示す概略ブロック図で、図１の構成に酸素飽和度測定の測定用光源と検出器が並設されたものである。
光源光学系の反射鏡１５をダイクロイックミラー２０に置き換え、ダイクロイックミラー２０の背後に酸素飽和度の測定用の光を受けるための光学系が配置されている。
また、受光光学系の集光レンズ２とバンドパスフィルタ３の間にダイクロイックミラー２１を挿入し、ダイクロイックミラー２１の前方に酸素飽和度の検出器へ導く光学系が配置されている。
酸素飽和度を測定する場合は、図示しない酸素飽和度の光源を起動し、酸素飽和度を測定するための光をダイクロイックミラー２０より半導体レーザ用の光学系に挿入し光ファイバカテーテル１８に導く。そして、他方の光ファイバから戻ってきた反射光をダイクロイックミラー２１で取り出し酸素飽和度の検出器に導き、図示しない測定回路で酸素飽和度を測定する。酸素飽和度の測定回路の制御機能は、制御部７を兼用させることが可能であり、またモニタ８，記録系９を用いることができる。
また、ダイクロイックミラー２０，２１に、適当な波長特性のダイクロイックミラーを利用することで、ＩＣＧと酸素飽和度測定の測定部を入れ替えることもできる。この実施形態における光源側の反射鏡１６は光ファイバカテーテルの光コネクタ１の入射側と射出側の間隔が小さいため用いているが、光源１２に小型の半導体レーザ等を用いれば、省略することが可能である。また、半導体レーザは単色光であるため、光源側にバンドパスフィルタ等は不要となる。
【００１７】
図３は、ＩＣＧの濃度演算，血流速度などを算出する測定手順を示すフローチャートである。
光ファイバカテーテルを血管内の所定の位置に留置する（ステップ（以下「Ｓ」という）００１）。次に、光ファイバカテーテル端部のコネクタを測定装置のコネクタに接続する（Ｓ００２）。８０８ｎｍのレーザ光を起動し、その反射光を光検出器５で検知し、その光出力は制御部７の制御の下に記録計９に出力される。この光出力をモニタし（Ｓ００３）、光出力が安定したか否かを判定することとなる（Ｓ００４）。
図４にＸ−Ｙ記録計に刻まれた出力波形の一例が示されている。当初ノイズが刻まれ、所定時間後に出力が安定する。出力が安定したことを確認した後、一定量のＩＣＧを所定の位置から血管に投与する（Ｓ００５）。
【００１８】
引き続き、制御部７は光出力変化を記録計９に記録させる（Ｓ００６）。また、内部に経過時間対応の反射強度のデータを蓄積する。反射強度が最大になった時点から予め設定してある時間経過すると、濃度変化演算部７ａはＩＣＧの濃度変化の演算を行う（Ｓ００７）。さらに濃度変化に基づき血流速度，循環血液量および肝排泄能算出部７ｂは、要求に応じて血流速度，循環血液量および肝排泄を算出する（Ｓ００８）。
以下に制御部７の血流速度，循環血液量および肝排泄能算出部７ｂで行われる演算内容を説明する。
（血流速度Ｖの算出方法）
血流の上流より一定量のＩＣＧ（投与量Ｃicg ）を急速投与し、その下流における時間−濃度曲線を記録し、そのエリアアンダザカーブの面積Ｓより血流速度を演算する。
Ｖ＝Ｋv ×Ｃicg ／Ｓ      ・・・（１）
上記（１）式を用いて血流速度を求めることができる。
（循環血液量Ｍの算出方法）
単回投与されたＩＣＧは肝臓から排泄され指数関数的に血中濃度が低下する。時間−血液濃度曲線を指数で表記し、減衰直線よりｔ＝０における濃度Ｃ0 を推定し、投与量Ｃicg との比率からその時の循環血液量を演算する。
Ｍ＝Ｋ m ×Ｃicg ／Ｃ0     ・・・（２）
ただし、Ｋm ：装置による定数
上記（２）式を用いて循環血液量を求めることができる。
【００１９】
（肝臓の色素排泄能の算出方法）
肝臓を通過した血液からＩＣＧは１００％除去されると仮定して血中濃度半減期τは肝臓の色素排泄能力の指標になる。また循環血液量と排泄定数Ｋとの積は、時間あたりの肝血流量を表す。
Ｄ＝Ｋd ×τ              ・・・（３）
ただし、Ｋd ：装置による定数
上記（３）式を用いて肝臓の色素排泄能を求めることができる。
【００２０】
図４は、所定量のＩＣＧを注入したときの血液中の濃度変化の１例を示すグラフである。これはウサギの実験例であり、ＩＣＧ  ５ｍｇｉｖ，照射波長Ｅx ８００ｎｍ，測定波長Ｅm ８００ｎｍである。レコーダの横軸は２０mm／min ，縦軸は１０mV／div である。
投与直後に反射光出力は低下するが、時間の経過とともにＩＣＧの量が減少し徐々に反射光出力が元のレベルへ戻る状態が示されている。
【００２１】
図５は、カテーテルの構造の一例を示す図である。
カテーテルは光ファイバを挿入する部分，サンプリングポートおよび液体または薬剤投与ポートを持っている。光ファイバの端部にはコネクタが取り付けられており、信号処理回路を有する測定装置に接続される。
図６は、本発明によるカテーテルシステムによる測定例を示す図である。
上腕部根元からカテーテルを挿入し心臓の所定の静脈部分に先端部が達している。本発明によれば、酸素飽和度の測定に影響を与えることなく、ＩＧＣの吸収ピーク波長である８０８ｎｍの１波長の反射光強度測定を行い、血流速度，循環血液量や肝排泄能のデータを得ることができる小型で簡便なシステムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
臨床検査や薬剤モニタするために生体組織中に導入して血中酸素飽和度の測定と同時に血中ＩＣＧを定量測定できるカテーテルシステムである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明によるインドシアニングリーン定量カテーテルシステムの概略を示すブロック図である。
【図２】本発明によるインドシアニングリーン定量カテーテルシステムの実施の形態を示す概略ブロック図で、図１の構成に酸素飽和度測定の測定用光源と検出器が並設されたものである。
【図３】ＩＣＧの濃度演算，血流速度などを算出する測定手順を示すフローチャートである。
【図４】所定量のＩＣＧを注入したときの血液中の濃度変化を示すグラフである。
【図５】カテーテルの構造の一例を示す図である。
【図６】本発明によるカテーテルシステムによる測定例を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  光コネクタ
２，４，１３，１７  集光レンズ
３，１４  バンドパスフィルタ
５  検出器（フォトダイオードなど）
６  検出器用増幅器・検出器制御部
７  制御部
８  モニタ
９  記録計（Ｘ−Ｙプロッタ）
１０  操作卓
１１  光源制御部
１２  光源（半導体レーザ，スーパールミネッセントダイオード，ＬＥＤ，キセノンランプなど）
１５，１６  反射鏡  
１８  光ファイバカテーテル
２０，２１  ダイクロックミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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