(57)【要約】  オキシメータプローブは、プローブユニットまたはベースユニットと、プローブ先端とを含み、プローブ先端は、組織内の異なる組織深さで組織酸素飽和度を測定するために、個々にまたは異なる組み合わせでアクセス可能ないくつかの源および検出器を有する。オキシメータプローブのプロセッサは、検出器に結合されるマルチプレクサを制御して、マルチプレクサを介して検出器から測定情報を選択的に収集する。オキシメータプローブは、特定の源および検出器を選択して、プロセッサによって測定情報を収集するために、オキシメータプローブ上の１つ以上の入力装置を介してユーザがプログラム可能である。
2019516443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドヘルドのオキシメータハウジングを提供することと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジングに収容されるプロセッサを提供することと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容され、前記プロセッサに電子的に結合されるメモリを提供することと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジングの外部からアクセス可能であり、前記プロセッサに電子的に結合されるディスプレイを提供することと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容されるバッテリを提供することと、
前記バッテリに、前記プロセッサ、前記メモリ、および前記ディスプレイに対して電力を供給させることと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に少なくとも部分的に収容されるプローブ先端を提供することと、
前記プローブ先端の面上に第１の源構造を設けることと、
前記第１のプローブ先端の面上に複数の検出器構造を設けることと、
前記源構造に、第１の波長を有する第１の光および第２の波長を有する第２の光を、測定されるべき組織内に照射させることととを備え、前記第１の波長は前記第２の波長よりも短く、さらに、
閾値距離よりも前記源構造体に近い検出器構造体による前記第１の光の検出を可能にすることと、
前記プロセッサによって、前記検出された第１の光に基づいて、閾値距離よりも前記源構造に近い検出器構造によって生成される第１の検出器応答を、前記メモリに記憶される複数のシミュレート反射率曲線に適合させることと、
前記プロセッサによって、前記第１の検出器応答に対する前記シミュレート反射率曲線のうちの１つ以上の最良適合曲線に基づいて、第１の測定情報を判断することと、
前記閾値距離よりも前記源構造体から遠い検出器構造体による前記第２の光の検出を可能にすることと、
前記プロセッサによって、前記検出された第２の光に基づいて、前記閾値距離よりも前記源構造から遠い検出器構造によって生成される第２の検出器応答を、前記メモリに記憶される前記複数のシミュレート反射率曲線に適合させることと、
前記プロセッサによって、前記第２の検出器応答に対する前記シミュレート反射率曲線のうちの１つ以上の最良適合曲線に基づいて、第２の測定情報を判断することと、
前記プロセッサを介して、前記閾値距離よりも前記源構造から遠い前記検出器構造によって検出される前記第２の光に基づいて、前記測定されるべき組織の第２の組織について第２の測定情報を判断することとを備え、
前記第１の組織は、前記測定されるべき組織の表面より下の第１の深さであり、前記第２の組織は、前記測定されるべき組織の表面より下の第２の深さであり、前記第１の深さは、前記第２の深さよりも小さい、方法。
【請求項２】
前記第１の測定情報は第１の酸素測定情報であり、前記第２の情報は第２の酸素測定情報である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容され、前記プロセッサに結合されるマルチプレクサを提供することと、
前記マルチプレクサに、前記閾値距離よりも前記源構造に近い検出器構造から信号を前記プロセッサに経路付けるさせることとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記マルチプレクサに、前記閾値距離よりも前記源構造から遠い検出器構造から信号を前記プロセッサに経路付けないようにさせることを備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記検出器構造は前記第１の源構造から平均距離を有し、前記閾値距離は前記平均距離である、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
ハンドヘルドのオキシメータハウジングと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジングに収容されるプロセッサと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容され、前記プロセッサに電子的に結合され、複数のシミュレート反射率曲線を記憶するメモリと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジングの外部からアクセス可能であり、前記プロセッサに電子的に結合されるディスプレイと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容されるバッテリとを備え、前記バッテリは前記プロセッサ、前記メモリ、および前記ディスプレイに結合され、前記プロセッサ、前記メモリ、および前記ディスプレイに電力を供給し、さらに、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に少なくとも部分的に収容されるプローブ先端と、
前記プローブ先端の面上の第１の源構造と、
前記第１のプローブ先端の面上の複数の検出器構造とを備え、
前記プロセッサは、
閾値距離よりも前記源構造体に近い検出器構造体による第１の光の検出を可能にすることと、
前記プロセッサによって、前記検出された第１の光に基づいて、閾値距離よりも前記源構造に近い検出器構造によって生成される第１の検出器応答を、前記メモリに記憶される前記複数のシミュレート反射率曲線に適合させることと、
前記プロセッサによって、前記第１の検出器応答に対する前記シミュレート反射率曲線のうちの１つ以上の最良適合曲線に基づいて、第１の測定情報を判断することと、
前記閾値距離よりも前記源構造体から遠い検出器構造体による第２の光の検出を可能にすることと、
前記プロセッサによって、前記検出された第２の光に基づいて、前記閾値距離よりも前記源構造から遠い検出器構造によって生成される第２の検出器応答を、前記メモリに記憶される前記複数のシミュレート反射率曲線に適合させることと、
前記プロセッサによって、前記第２の検出器応答に対する前記シミュレート反射率曲線のうちの１つ以上の最良適合曲線に基づいて、第２の測定情報を判断することと、
前記プロセッサを介して、前記閾値距離よりも前記源構造から遠い前記検出器構造によって検出される前記第２の光に基づいて、前記測定されるべき組織の第２の組織について第２の測定情報を判断することとのために適合され、
前記第１の組織は、前記測定されるべき組織の表面より下の第１の深さであり、前記第２の組織は、前記測定されるべき組織の表面より下の第２の深さであり、前記第１の深さは、前記第２の深さよりも小さい、装置。
【請求項７】
前記第１の測定情報は第１の酸素測定情報であり、前記第２の情報は第２の酸素測定情報である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容され、前記プロセッサに結合されるマルチプレクサを備え、前記プロセッサは、前記マルチプレクサに、前記閾値距離よりも前記源構造に近い検出器構造から信号を前記プロセッサに経路付けるさせることに対して適合される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記マルチプレクサに、前記閾値距離よりも前記源構造から遠い検出器構造から信号を前記プロセッサに経路付けないようにさせることに対して適合される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記検出器構造は前記第１の源構造から平均距離を有し、前記閾値距離は前記平均距離である、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
ハンドヘルドのオキシメータハウジングを提供することと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジングに収容されるプロセッサを提供することと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容され、前記プロセッサに電子的に結合されるメモリを提供することとを備え、前記メモリは、シミュレート反射率曲線を記憶し、さらに、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジングの外部からアクセス可能であり、前記プロセッサに電子的に結合されるディスプレイを提供することと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容されるバッテリを提供することと、
前記バッテリに、前記プロセッサ、前記メモリ、および前記ディスプレイに対して電力を供給させることと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に少なくとも部分的に収容されるプローブ先端を提供することと、
前記プローブ先端の面上に源構造を設けることと、
前記第１のプローブ先端の面上に複数の検出器構造を設けることと、
前記源構造に、測定されるべき組織内に光を照射させることと、
前記検出器構造に、前記測定されるべき組織からの反射に続いて光を検出させることと、
前記検出器構造に、前記検出器構造によって検出された光から反射率測定値を生成させることと、
前記プロセッサに、前記反射率測定値の第１の部分を前記シミュレート反射率曲線に適合させることとを備え、前記反射率データの第１の部分は、閾値距離よりも前記源構造に近い検出器構造の第１の部分によって生成され、さらに、
前記プロセッサに、前記反射率測定値の第２の部分を前記シミュレート反射率曲線に適合させることを備え、前記反射率データの前記第２の部分は、前記検出器構造の前記第１の部分、および前記検出器構造の第１のさらなる検出器構造によって生成され、前記検出器構造の前記第１のさらなる検出器構造は、前記閾値距離よりも前記源構造から遠く、さらに、
前記プロセッサに、前記反射率測定値の前記第１の部分の適合が前記反射率測定値の前記第２の部分の適合よりもより近い適合であるかどうかを判断させることと、
前記反射率データの前記第１の部分の適合が前記反射率測定値の前記第２の部分よりも近い適合である場合、前記プロセッサに、前記反射率データの前記第１の部分を使用して前記組織の第１の光学特性を判断させ、前記ディスプレイ上に前記第１の光学特性を表示することと、
前記プロセッサに、前記反射率測定値の第３の部分を前記シミュレート反射率曲線に適合させることとを備え、前記反射率データの前記第３の部分は、前記検出器構造の前記第１の部分、前記検出器構造の前記第１のさらなる検出器構造、および前記検出器構造の第２のさらなる検出器構造によって生成され、前記検出器構造の前記第２のさらなる検出器構造は、前記源構造から閾値距離を通り過ぎて、前記検出器構造の前記第１のさらなる検出器構造よりも遠くにあり、さらに、
前記プロセッサに、前記反射率測定値の前記第２の部分の適合が前記反射率測定値の前記第３の部分の適合よりもより近い適合であるかどうかを判断させることと、
前記反射率データの前記第２の部分の適合が前記反射率測定値の前記第３の部分よりも近い適合である場合、前記プロセッサに、前記反射率データの前記第２の部分を使用して前記組織の第２の光学特性を判断させ、前記ディスプレイ上に前記第２の光学特性を表示することと、
前記反射率データの前記第３の部分の適合が前記反射率測定値の前記第２の部分よりも近い適合である場合、前記プロセッサに、前記反射率データの前記第３の部分を使用して前記組織の第３の光学特性を判断させ、前記ディスプレイ上に前記第３の光学特性を表示することとを備える、方法。
【請求項１２】
前記閾値距離は、前記源構造からの前記検出器構造の平均距離である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記反射率データの前記第２の部分を前記シミュレート反射率曲線に適合させる前に、前記プロセッサに、前記検出器構造の前記第１のさらなる検出器構造によって生成される前記反射率データに重み付け係数を適用させることを備え、前記重み付け係数によって重み付けされた前記反射率データは、前記シミュレート反射率曲線に対する前記反射率データの前記第２の部分の適合への影響が低減される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記反射率データの前記第３の部分を前記シミュレート反射率曲線に適合させる前に、前記プロセッサに、前記検出器構造の前記第２のさらなる検出器構造によって生成される前記反射率データに重み付け係数を適用させることを備え、前記重み付け係数によって重み付けされた前記反射率データは、前記シミュレート反射率曲線に対する前記反射率データの前記第２の部分の適合への影響が低減される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記検出器構造の前記第１のさらなる検出器構造によって生成される前記反射率データに対する信号対ノイズ比が、閾値信号対ノイズ比よりも低い場合、前記反射率データの前記第２の部分を前記シミュレート反射率曲線に適合させる前に、前記プロセッサに、前記検出器構造の前記第１のさらなる検出器構造によって生成される前記反射率データに重み付け係数を適用させ、前記検出器構造の前記第１のさらなる検出器構造によって生成される前記反射率データが、前記検出器構造の前記第１の部分によって生成される前記反射率データと実質的に等しく前記適合に寄与するようにすることを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記検出器構造の前記第２のさらなる検出器構造によって生成される前記反射率データに対する信号対ノイズ比が、閾値信号対ノイズ比よりも低い場合、前記反射率データの前記第３の部分を前記シミュレート反射率曲線に適合させる前に、前記プロセッサに、前記検出器構造の前記第２のさらなる検出器構造によって生成される前記反射率データに重み付け係数を適用させ、前記検出器構造の前記第２のさらなる検出器構造によって生成される前記反射率データが、前記検出器構造の前記第１の部分によって生成される前記反射率データと実質的に等しく前記適合に寄与するようにすることを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記閾値距離は、前記源構造からの前記検出器構造の平均距離である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
ハンドヘルドのオキシメータハウジングを提供することと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジングに収容されるプロセッサを提供することと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容され、前記プロセッサに電子的に結合されるメモリを提供することと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジングの外部からアクセス可能であり、前記プロセッサに電子的に結合されるディスプレイを提供することと、
前記ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容されるバッテリを提供することと、
前記バッテリに、前記プロセッサ、前記メモリ、および前記ディスプレイに対して電力を供給させることと、
第１の配列を有する第１の源構造と第１の複数の検出器構造とを含む第１のプローブ先端を提供することと、
前記第１のプローブ先端を前記ハンドヘルドのオキシメータハウジングに結合することと、
第２の配列を有する第２の源構造と第２の複数の検出器構造とを含む第２のプローブ先端を提供することとを備え、前記第１の配列と前記第２の配列とは異なる配列であり、さらに、
前記第１のプローブ先端の前記第２のプローブ先端との置き換えを、前記第２のプローブ先端を前記ハンドヘルドのオキシメータハウジングに結合することによって行って、前記第１の配列を前記第２の配列に変更することを備える、方法。
【請求項１９】
前記第１の源構造および前記第１の複数の検出器構造を前記第１のプローブ先端の第１の面上に設けることと、
前記第２の源構造および前記第２の複数の検出器構造を前記第２のプローブ先端の第２の面上に設けることとを備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１および第２の複数の検出器構造は、検出器構造の数が異なる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のプローブ先端は第２の源構造を含み、前記第２の検出器は第２の源構造を含まない、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
記載
関連出願への相互参照
この出願は、２０１６年４月２０日に出願された米国特許出願第６２／３２５，４０３号、第６２／３２５，４１６号、第６２／３２５，４１３号、２０１６年４月２１日に出願された米国特許出願第６２／３２５，９１９号、２０１６年４月２２日に出願された第６２／３２６，６３０号、第６２／３２６，６４４号、第６２／３２６，６７３号、２０１６年７月１８日に出願された第６２／３６３，５６２号の利益を主張する。これらの出願は、これらの出願に引用されている他のすべての参考文献と共に、ここに引用により援用される。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
本発明は、異なる組織深さをプロービングするためにユーザが選択できる源−検出器間隔を有する源および検出器を含むか、異なる組織深さをプロービングするためにユーザが選択できる波長の光（可視光、ＩＲ、またはその両方）を照射する源を有するか、またはその両方である、コンパクトでハンドヘルドのオキシメータプローブなどのような、オキシメータプローブに関する。
【０００３】
オキシメータは、さまざまな目的でヒトおよび生体内の組織酸素飽和度を測定するために用いられる医療機器である。たとえば、オキシメータは、病院および他の医療施設において医療および診断目的で（たとえば手術のための手術室、患者監視のための術後室、またはたとえば低酸素症について監視する救急車もしくは他の移動型監視）、競技場においてスポーツおよび運動目的で（たとえばプロのスポーツ選手監視）、個人の私的なまたは自宅での監視に（たとえば局所的組織の健康状態、領域的組織の健康状態、全体的な健康監視、またはマラソンのための人のトレーニング）、ならびに獣医用途で（たとえば動物監視）用いられる。
【０００４】
特に、領域および局所レベルの両方で患者の組織酸素飽和度を評価することは、それが患者の局所的および領域的な組織健康状態の指標であり、一般的な健康の指標となり得るので、重要である。ゆえに、オキシメータは、患者の組織酸素化状態が不安定であると疑われ得る手術中および回復期などの臨床設定で用いられることが多い。たとえば、手術中、オキシメータはさまざまな理想的でない状況下で正確な組織酸素飽和度測定を迅速に果たすことが可能でなければならない。既存のオキシメータは、絶対精度がそれほど重要でなくトレンドデータのみで十分である手術後の組織監視には十分であるが、組織が生存可能であるかまたは除去する必要があるかを判断するために抜取検査が用いられ得る手術中は精度が求められる。
【０００５】
パルスオキシメータおよび組織オキシメータは、異なる原理で動作する２種類のオキシメータである。パルスオキシメータは機能するために脈拍が必要である。パルスオキシメータは典型的に、脈動動脈血によって吸光度を測定する。これに対して、組織オキシメータは機能するために脈拍は不要であり、血液供給から切離された組織弁の組織酸素飽和度測定を行うために用いられ得る。
【０００６】
ヒト組織は、一例として、さまざまな光吸収分子を含む。そのような発色団は、酸素化および脱酸素化ヘモグロビン、メラニン、水、脂質、ならびにシトクロムを含む。酸素化および脱酸素化ヘモグロビンは、可視および近赤外スペクトル範囲のほとんどについて組織内の最も優勢な発色団である。光吸収は、光の一定の波長において酸素化および脱酸素化ヘモグロビンについて大きく異なる。組織オキシメータは、これらの光吸収の差を利用することによって、ヒト組織内の酸素レベルを測定し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
既存のオキシメータの成功にもかかわらず、既存のオキシメータの成功にもかかわらず、たとえば、特定の組織深さを分析するために選択可能な源−検出器距離を有するか、異なる組織深さをプロービングするためにユーザが選択できる波長の光（可視光、ＩＲ、またはその両方）を照射するか、またはその両方であるオキシメータを提供することによって、オキシメータを改善する要求が続いている。したがって、改善された組織オキシメトリ装置およびこれらの装置を使用して測定を行う方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の概要
オキシメータプローブが、組織の特定の組織深さを分析するために提供され、オキシメータプローブは、ユーザ選択可能な源−検出器距離を有するか、異なる組織深さをプロービングするためにユーザが選択できる波長の光（可視光、ＩＲ、またはその両方）を照射するか、またはその両方である。オキシメータプローブは、自己完結型光学素子（源および検出器）、コンピュータ処理、ディスプレイ、および自己完結型使用のための電源（バッテリ）を有する。
【０００９】
選択可能な組織深さ分析により、ユーザは、オキシメータを使用しながら変動され得る特定の組織深さの酸素濃度測定を行うことができる。たとえば、オキシメータは、乳房組織のような組織を再建するために使用されている組織弁上でオキシメータ測定を行うように設定することができ、組織弁が取り付けられる、組織弁の下の組織のオキシメータ測定を行うように用いることができる。これにより、ユーザは、組織弁が患者に再付着するように生き残れるよう、組織弁が健康で再建に使用できるかどうか、および組織弁が接続されている組織が適切に健康であるかどうかを判断できる。
【００１０】
ある実現例では、ある方法は、ハンドヘルドのオキシメータハウジングを提供することと、ハンドヘルドのオキシメータハウジングに収容されるプロセッサを提供することと、ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容され、プロセッサに電子的に結合されるメモリを提供することと、ハンドヘルドのオキシメータハウジングの外部からアクセス可能であり、プロセッサに電子的に結合されるディスプレイを提供することと、ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容されるバッテリを提供することと、バッテリに、プロセッサ、メモリ、およびディスプレイに対して電力を供給させることとを備える。
【００１１】
プローブ先端が設けられ、プローブ先端は、プローブ先端の面上に第１の源構造と、第１のプローブ先端の面上に複数の検出器構造とを含む。この方法は、源構造に、第１の波長を有する第１の光および第２の波長を有する第２の光を、測定されるべき組織内に照射させることを備え、第１の波長は第２の波長よりも短い。
【００１２】
この方法は、閾値距離よりも源構造体に近い検出器構造体による第１の光の検出を可能にすることと、プロセッサを介して、閾値距離よりも源構造に近い検出器構造によって検出される第１の光に基づいて、測定されるべき組織の第１の組織について第１の測定情報を判断することとを備える。
【００１３】
この方法は、閾値距離よりも源構造体から遠い検出器構造体による第２の光の検出を可能にすることと、プロセッサを介して、閾値距離よりも源構造から遠い検出器構造によって検出される第２の光に基づいて、測定されるべき組織の第２の組織について第２の測定情報を判断することとを備える。第１の組織は、測定されるべき組織の表面より下の第１の深さであり、第２の組織は、測定されるべき組織の表面より下の第２の深さであり、第１の深さは、第２の深さよりも小さい。
【００１４】
ある実現例では、オキシメータプローブは、ハンドヘルドのオキシメータハウジングと、ハンドヘルドのオキシメータハウジングに収容されるプロセッサと、ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容され、プロセッサに電子的に結合されるメモリと、ハンドヘルドのオキシメータハウジングの外部からアクセス可能であり、プロセッサに電子的に結合されるディスプレイと、ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容されるバッテリとを備え、バッテリはプロセッサ、メモリ、およびディスプレイに結合され、プロセッサ、メモリ、およびディスプレイに電力を供給する。
【００１５】
オキシメータプローブは、ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に少なくとも部分的に収容されるプローブ先端を備える。プローブ先端は、プローブ先端の面上の第１の源構造と、第１のプローブ先端の面上の複数の検出器構造とを備える。プロセッサは、源構造に、第１の波長を有する第１の光および第２の波長を有する第２の光を、測定されるべき組織内に照射させることに対して適合される。第１の波長は第２の波長よりも短い。
【００１６】
プロセッサは、閾値距離よりも源構造体に近い検出器構造体による第１の光の検出を可能にすることと、閾値距離よりも源構造に近い検出器構造によって検出される第１の光に基づいて、測定されるべき組織の第１の組織について第１の測定情報を判断することとのために適合される。プロセッサは、閾値距離よりも源構造体から遠い検出器構造体による第２の光の検出を可能にすることと、閾値距離よりも源構造から遠い検出器構造によって検出される第２の光に基づいて、測定されるべき組織の第２の組織について第２の測定情報を判断することとのために適合される。第１の組織は、測定されるべき組織の表面より下の第１の深さであり、第２の組織は、測定されるべき組織の表面より下の第２の深さであり、第１の深さは、第２の深さよりも小さい。
【００１７】
ある実現例では、ある方法は、ハンドヘルドのオキシメータハウジングを提供することと、ハンドヘルドのオキシメータハウジングに収容されるプロセッサを提供することと、ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容され、プロセッサに電子的に結合されるメモリを提供することとを備え、メモリは、シミュレート反射率曲線を記憶し、方法はさらに、ハンドヘルドのオキシメータハウジングの外部からアクセス可能であり、プロセッサに電子的に結合されるディスプレイを提供することと、ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容されるバッテリを提供することと、バッテリに、プロセッサ、メモリ、およびディスプレイに対して電力を供給させることとを備える。
【００１８】
ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に少なくとも部分的に収容されるプローブ先端が設けられる。この方法は、プローブ先端の面上に源構造を設けることと、第１のプローブ先端の面上に複数の検出器構造を設けることとを備える。
【００１９】
この方法は、源構造に、測定されるべき組織内に光を照射させることと、検出器構造に、測定されるべき組織からの反射に続いて光を検出させることと、検出器構造に、検出器構造によって検出された光から反射率測定値を生成させることとを備える。
【００２０】
プロセッサは、反射率測定値の第１の部分をシミュレート反射率曲線に適合させ、反射率データの第１の部分は、閾値距離よりも源構造に近い検出器構造の第１の部分によって生成される。
【００２１】
プロセッサは、反射率測定値の第２の部分をシミュレート反射率曲線に適合させ、反射率データの第２の部分は、検出器構造の第１の部分、および検出器構造の第１のさらなる検出器構造によって生成される。検出器構造のうちの第１のさらなる検出器構造は、閾値距離よりも源構造から遠い。
【００２２】
プロセッサは、反射率測定値の第１の部分の適合が反射率測定値の第２の部分の適合よりもより近い適合であるかどうかを判断する。反射率データの第１の部分の適合が反射率測定値の第２の部分よりも近い適合である場合、プロセッサは、反射率データの第１の部分を使用して組織の第１の光学特性を判断し、ディスプレイ上に第１の光学特性を表示する。
【００２３】
プロセッサは、反射率測定値の第３の部分をシミュレート反射率曲線に適合させる。反射率データの第３の部分は、検出器構造の第１の部分、検出器構造の第１のさらなる検出器構造、および検出器構造の第２のさらなる検出器構造によって生成される。検出器構造の第２のさらなる検出器構造は、源構造から閾値距離を通り過ぎて、検出器構造の第１のさらなる検出器構造よりも遠くにある。
【００２４】
プロセッサは、反射率測定値の第２の部分の適合が反射率測定値の第３の部分の適合よりもより近い適合であるかどうかを判断する。反射率データの第２の部分の適合が反射率測定値の第３の部分よりも近い適合である場合、プロセッサは、反射率データの第２の部分を使用して組織の第２の光学特性を判断し、ディスプレイ上に第２の光学特性を表示する。
【００２５】
反射率データの第３の部分の適合が反射率測定値の第２の部分よりも近い適合である場合、プロセッサは、反射率データの第３の部分を使用して組織の第３の光学特性を判断し、ディスプレイ上に第３の光学特性を表示する。
【００２６】
ある実現例では、ある方法は、ハンドヘルドのオキシメータハウジングを提供することと、ハンドヘルドのオキシメータハウジングに収容されるプロセッサを提供することと、ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容され、プロセッサに電子的に結合されるメモリを提供することと、ハンドヘルドのオキシメータハウジングの外部からアクセス可能であり、プロセッサに電子的に結合されるディスプレイを提供することと、ハンドヘルドのオキシメータハウジング内に収容されるバッテリを提供することと、バッテリに、プロセッサ、メモリ、およびディスプレイに対して電力を供給させることとを備える。
【００２７】
第１の配列を有する第１の源構造と第１の複数の検出器構造とを含む第１のプローブ先端が提供される。この方法は、第１のプローブ先端をハンドヘルドのオキシメータハウジングに結合することを備える。第２の配列を有する第２の源構造と第２の複数の検出器構造とを含む第２のプローブ先端が提供される。第１および第２の配列は異なる配列である。この方法は、第１のプローブ先端の第２のプローブ先端との置き換えを、第２のプローブ先端をハンドヘルドのオキシメータハウジングに結合することによって行って、第１の配列を第２の配列に変更することを備える。
【００２８】
本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を考慮することにより明らかになるであろう。図面において、同様の参照記号は図面全体にわたって同様の特徴を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】オキシメータプローブと、いくつかの組織深さをプロービングするための照射された放射と検出された放射とを示す。
【図１Ｂ】実現例におけるプローブ先端の端面図を示す。
【図１Ｃ】実現例におけるオキシメータプローブ１０１のブロック図を示す。
【図２】オキシメータプローブによって分析することができるさまざまな組織深さの図を示す。
【図３】単一の検出器および検出器の組み合わせを用いたオキシメータプローブによってプロービングされる組織の異なる組織深さの別の図を示す。
【図４】実現例におけるオキシメータプローブのブロック図である。
【図５】２つの源Ｓ１およびＳ２と８つの検出器Ｄ１〜Ｄ８とを円形の構成で含むプローブ先端のプローブ面を示す。
【図６】プローブ先端がプローブユニットから取り外し可能であり、プローブユニットが異なるプローブ先端で置き換えられ得るオキシメータプローブを示す。
【図７】ベースユニットと、プローブ先端を含む取り外し可能なケーブルとを含む組織オキシメータを示す。
【図８】２つの異なる源−検出器間隔を有する２つの異なるプローブ先端のブロック図を示す。
【図９】検出器構造のうちの選択されたものによって生成された反射率データを重み付けする方法のフロー図を示す。
【図１０】複数のモンテカルロシミュレーション反射率曲線の例示的なグラフである。
【図１１Ａ】組織オキシメトリ装置が光学特性を判断するために反射率データおよびシミュレート反射率曲線を使用する、組織オキシメトリ装置による組織（たとえば、実際の組織）の光学特性を判断するための方法のフロー図である。
【図１１Ｂ】１つの実現例に従って、微細グリッドにおいて反射率データ点に最もよくあてはまる特定のシミュレート反射率曲線を見つける方法のフロー図である。
【図１２】組織オキシメトリ装置によって実際の組織の光学特性および組織特性を判断する別の方法のフロー図である。
【図１３】選択検出器によって生成された反射率データを重み付けする方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
発明の詳細な記載
本発明は、一般に、組織酸素を測定するための無線ハンドヘルド式オキシメータプローブに関する。 オキシメータプローブは、組織の異なる組織深さから組織酸素飽和度を測定するために様々にアクセスすることができる源および複数の検出器を有する。
【００３１】
図１Ａは、ハンドヘルドのオキシメータプローブ１０１を示す。 このオキシメータプローブは、標的組織の組織酸素飽和度測定を行うために使用される。 ある実現例では、オキシメータプローブは組織オキシメータであるが、他の実現例では、オキシメータプローブはパルスオキシメータであってもよい。オキシメータプローブ１０１は２つの部分、すなわちプローブユニット１０５とプローブ先端１１０とを有する。
【００３２】
ハンドヘルドのオキシメータプローブは、スポット測定、医院、スポーツイベント（個人的および職業的スポーツ用途など）、自宅、退職者コミュニティ、ホスピスケア、最初の対応者（たとえば、医療補助員、救急医療技術者、救急車での処置、消防士など）、術前ケア、術後ケア、小児ケア、老人ケア、医療リハビリセンター、獣医学的使用および他の使用などのための手術のための無菌環境など、さまざまな環境で使用できる。使用環境は、無菌から、概ね衛生的で清浄な環境（たとえば、病院内の非無菌回復室、医院、その他の医療機関、家庭用およびその他の環境）、および典型的には衛生的ではない、泥、塵、砂および埃っぽい環境、雪（スキー場、スキーパトロール、登山など）、雨、氷、身体に近い水域（水泳プール、海岸、ボートなど）のような環境にまで及び得る。
【００３３】
オキシメータプローブは、ディスプレイ１１５（たとえば、ＬＣＤディスプレイ）およびボタン１２０を有する。ボタンが押されると、光がプローブ先端で測定対象組織内に照射され、標的組織からの反射光がプローブ先端で受光される。透過および受光された光は、オキシメータプローブによって処理され、組織の組織酸素飽和度を判断する。受光された光から、プローブは、その組織について、測定された組織酸素飽和度を判断する。測定された組織酸素飽和度の指標（たとえば、数値）がディスプレイ上に表示される。
【００３４】
オキシメータプローブは人間工学的に形状化され、ユーザの手に快適にフィットする。使用中、プローブは、ユーザの手の中でユーザの親指と他の指との間で保持される。プローブ先端の面（図示せず）がユーザとは反対方向を向き、測定対象の標的組織の方を向いているとき、ディスプレイはユーザの目の方に向いている。
【００３５】
一実現例では、光１４５がプローブ先端の源から標的組織内に透過され、光１５０が反射されてプローブ先端に戻され、光は１つ以上の検出器によって検出される。検出器は、源からの距離が増大する位置に配置される。検出器によって検出される光は、源からの検出器の距離が増加するにつれて増加する組織内の深さから反射されて戻る。
【００３６】
プローブユニットは、異なる組織深さでの組織酸素飽和度を判断するために、検出器の１つまたは検出器の組み合わせから反射光についての測定情報を収集することができる。
【００３７】
図１Ｂは、実現例におけるプローブ先端１１０の端面図を示す。プローブ先端１１０は、組織酸素濃度測定が行われるべき組織（たとえば、患者の皮膚）に接触するように構成される。プローブ先端１１０は、第１および第２の源構造１２０ａおよび１２０ｂ（概して源構造１２０）と、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７および第８の検出器構造１２５ａ〜１２５ｈ（概して検出器構造１２５）とを含む。代替的実現例では、オキシメータプローブは、より多くのもしくはより少ない源構造を含むか、より多くのもしくはより少ない検出器構造を含むか、またはその両方を含む。
【００３８】
各源構造１２０は、光（たとえば、赤外光）を照射するように適合され、照射される光を生成する４つの光源のような、１つ以上の光源を含む。各光源は、１つ以上の波長の光を照射することができる。各光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、量子ドットＬＥＤ（ＱＭＬＥＤ）、または他のタイプの光源を含むことができる。
【００３９】
各源構造は、光源をプローブ先端の面１２７に光学的に結合する１つ以上の光ファイバを含むことができる。一実現例では、各源構造は４つのＬＥＤを含み、４つのＬＥＤをプローブ先端の面に光学的に結合する単一の光ファイバを含む。代替的実現例では、各源構造は、ＬＥＤをプローブ先端の面に光学的に結合する２つ以上の光ファイバ（たとえば、４つの光ファイバ）を含む。
【００４０】
各検出器構造は、１つ以上の検出器を含む。一実現例では、各検出器構造は、源構造から照射され、組織から反射された光を検出するように適合された単一の検出器を含む。検出器は、光検出器、光抵抗器、または他のタイプの検出器とすることができる。検出器構造は、２つ以上の（たとえば、８つの）固有の源−検出器距離が形成されるように、源構造に対して配置される。
【００４１】
一実現例では、最短の源−検出器距離はほぼ等しい。たとえば、源構造１２０ａと検出器構造１２５ｄとの間の最短の源−検出器距離（Ｓ１−Ｄ４）と、源構造１２０ｂと検出器構造１２５ａとの間の最短の源−検出器距離（Ｓ２−Ｄ８）とは、ほぼ等しい。源構造１２０ａと検出器構造１２５ｅとの間の次に長い源−検出器距離（たとえばＳ１−Ｄ４およびＳ２−Ｄ８の各々より長い）（Ｓ１−Ｄ５）と、源構造１２０ｂと検出器構造１２５ａとの間の次に長い源−検出器距離（Ｓ２−Ｄ１）とは、ほぼ等しい。源構造１２０ａと検出器構造１２５ｃとの間の次に長い源−検出器距離（たとえばＳ１−Ｄ５およびＳ２−Ｄ１の各々より長い）（Ｓ１−Ｄ３）と、源構造１２０ｂと検出器構造１２５ｇとの間の次に長い源−検出器距離（Ｓ２−Ｄ７）とは、ほぼ等しい。源構造１２０ａと検出器構造１２５ｆとの間の次に長い源−検出器距離（たとえばＳ１−Ｄ３およびＳ２−Ｄ７の各々より長い）（Ｓ１−Ｄ６）と、源構造１２０ｂと検出器構造１２５ｂとの間の次に長い源−検出器距離（Ｓ２−Ｄ２）とは、ほぼ等しい。源構造１２０ａと検出器構造１２５ｃとの間の次に長い源−検出器距離（たとえばＳ１−Ｄ６およびＳ２−Ｄ２の各々より長い）（Ｓ１−Ｄ２）と、源構造１２０ｂと検出器構造１２５ｆとの間の次に長い源−検出器距離（Ｓ２−Ｄ６）とは、ほぼ等しい。源構造１２０ａと検出器構造１２５ｇとの間の次に長い源−検出器距離（たとえばＳ１−Ｄ２およびＳ２−Ｄ６の各々より長い）（Ｓ１−Ｄ７）と、源構造１２０ｂと検出器構造１２５ｃとの間の次に長い源−検出器距離（Ｓ２−Ｄ３）とは、ほぼ等しい。源構造１２０ａと検出器構造１２５ａとの間の次に長い源−検出器距離（たとえばＳ１−Ｄ７およびＳ２−Ｄ３の各々より長い）（Ｓ１−Ｄ１）と、源構造１２０ｂと検出器構造１２５ｅとの間の次に長い源−検出器距離（Ｓ２−Ｄ５）とは、ほぼ等しい。源構造１２０ａと検出器構造１２５ｈｃとの間の次に長い源−検出器距離（たとえば最長の源−検出器距離、Ｓ１−Ｄ１およびＳ２−Ｄ５の各々より長い）（Ｓ１−Ｄ８）と、源構造１２０ｂと検出器構造１２５ｄとの間の次に長い源−検出器距離（Ｓ２−Ｄ４）とは、ほぼ等しい。他の実現例では、源−検出器距離は、すべて固有であるか、またはほぼ等しい８つ未満の距離を有することができる。
【００４２】
以下の表１は、ある実現例による８つの固有の源−検出器距離を示す。最も近い源−検出器距離間の増加は約０．４ミリメートルである。
【００４３】
【表１】
2019516443.tif 000003
【００４４】
一実現例では、検出器構造１２５ａおよび１２５ｅは、源１２０ａと１２０ｂとを接続する直線上にある点の周りに対称的に配置される。検出器構造１２５ｂおよび１２５ｆは、その点の周りに対称的に配置される。検出器構造１２５ｃおよび１２５ｇは、その点の周りに対称的に配置される。検出器構造１２５ｄおよび１２５ｈは、その点の周りに対称的に配置される。この点は、源構造１２０ａと１２０ｂとの間においてその接続線上の中心に置くことができる。
【００４５】
源−検出器距離対検出器構造１２５によって検出された反射率のプロットにより、データ点がｘ軸に沿って十分に離間している反射率曲線を提供することができる。源構造１２０ａと１２０ｂと検出器構造１２５との間の距離のこれらの間隔は、データの冗長性を低減し、相対的に正確な反射率曲線の生成に至り得る。
【００４６】
一実現例では、源構造および検出器構造をプローブ表面上のさまざまな位置に配置して、（上に示したような）所望の距離を与えることができる。たとえば、２つの源が線を形成し、この線の上下に等しい数の検出器が存在する。検出器の位置（線の上）は、２つの源の線上の選択された点について、別の検出器（線の下）と点対称になる。一例として、選択された点は、２つの源間の中間であってもよいが、必ずしもそうである必要はない。他の実現例では、この位置決めは、円形、楕円形、卵形、無作為、三角形、矩形、四角形、または他の形状などの形状に基づいて配置することができる。
【００４７】
以下の特許出願は、さまざまなオキシメータ装置および酸素測定動作を記載しており、以下の特許出願における議論は、本願に記載された本発明の局面と任意の組み合わせで組み合わせることができる。以下の特許出願、すなわち２０１５年１１月１７日に出願された特許出願第１４／９４４，１３９号、２０１３年５月３日に出願された第１３／８８７，１３０号、２０１６年５月２４日に出願された第１５／１６３，５６５号、２０１３年５月３日に出願された１３／８８７，２２０号、２０１６年７月１９日に出願された第１５／２１４，３５５号、２０１３年５月３日に出願された第１３／８８７，２１３号、２０１５年１２月２１日に出願された第１４／９７７，５７８号、２０１３年６月７日に出願された第１３／８８７，１７８号、２０１６年７月２６日に出願された第１５／２２０，３５４号、２０１３年８月１２日に出願された第１３／９６５，１５６号、２０１６年１１月２２日に出願された第１５／３５９，５７０号、２０１３年５月３日に出願された第１３／８８７，１５２号、２０１６年４月１６日に出願された第２９／５６１，７４９号、２０１２年５月３日に出願された第６１／６４２，３８９号，第６１／６４２，３９３号，第６１／６４２，３９５号，第６１／６４２，３９９号、２０１２年８月１０日に出願された第６１／６８２，１４６号は、これらの出願において引用されるすべての参照文献とともにここに引用により援用される。
【００４８】
図１Ｃは、実現例におけるオキシメータプローブ１０１のブロック図を示す。オキシメータプローブ１０１は、ディスプレイ１１５、プロセッサ１１６、メモリ１１７、スピーカ１１８、１つ以上のユーザ選択デバイス１１９（たとえば、１つ以上のボタン、スイッチ、ディスプレイ１１５に関連するタッチ入力デバイス）、源構造の組１２０、検出器構造の組１２５、および電源（たとえば、バッテリ）１２７を含む。前述の挙げられた構成要素は、オキシメータプローブ１０１のシステムバスアーキテクチャであってもよいバス１２８を介して一緒に接続されてもよい。この図は、各構成要素に接続する１つのバスを示しているが、このバス接続は、これらの構成要素またはオキシメータプローブ１０１に含まれる他の構成要素を接続するのに役立つ任意の相互接続方式の例である。たとえば、スピーカ１１８は、ポートを介してサブシステムに接続されてもよく、またはプロセッサ１１６への内部直接接続を有してもよい。さらに、記載された構成要素は、実現例ではオキシメータプローブ１０１の可動ハウジング（図１参照）に収容される。
【００４９】
プロセッサ１１６は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、マルチコアプロセッサ、または他のプロセッサタイプを含むことができる。メモリ１１７は、揮発性メモリ１１７ａ（たとえば、ＲＡＭ）、不揮発性メモリ１１７ｂ（たとえば、ディスクまたはフラッシュ）などのさまざまなメモリを含むことができる。オキシメータプローブ１０１の異なる実現例は、任意の組み合わせまたは構成において、任意の数の列挙された構成要素を含むことができ、図示されていない他の構成要素も含むことができる。
【００５０】
電源１２７は、使い捨て電池のようなバッテリとすることができる。使い捨て電池は、蓄積された電荷が消費された後に廃棄される。いくつかの使い捨て電池化学技術は、アルカリ、亜鉛炭素、または酸化銀を含む。バッテリは、ハンドヘルドの装置の使用を数時間の間可能にするのに十分な蓄積電荷を有する。
【００５１】
他の実現例では、バッテリは再充電可能であり、バッテリは、蓄積された電荷が消費された後、複数回充電され得る。いくつかの充電式電池化学技術は、ニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）、リチウムイオン（Ｌｉイオン）および亜鉛空気を含む。たとえば、ハンドヘルドのユニットに接続するコードを備えたＡＣアダプタを介して、バッテリを充電することができる。ハンドヘルドのユニット内の回路系は、再充電回路（図示せず）を含むことができる。充電式電池化学のバッテリは、使い捨て電池として使用されてもよく、バッテリは再充電されずに使用後廃棄される。
【００５２】
図２は、実現例において、１つの源Ｓと、４つの検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４とを含むプローブ先端の図を示す。検出器は、源から増大する一定の距離（Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３＜Ｒ４）で配置される。Ｒ１に位置する検出器Ｄ１は、源に最も近く、組織表面から第１の組織深さまで延びる第１の組織層内で反射する光を検出する。Ｒ２に位置する検出器Ｄ２は、第１の組織深さから第２の組織深さまで延びる第２の組織層内で反射する光を検出する。第２の組織深さは、第１の組織深さよりも組織表面から深い。Ｒ３に位置する検出器Ｄ３は、第２の組織深さから第３の組織深さまで延びる第３の組織層内で反射する光を検出する。第３の組織深さは、第２の組織深さよりも組織表面から深い。Ｒ４に位置する検出器Ｄ４は、第３の組織深さから第４の組織深さまで伸びる第４の組織層内で反射する光を検出し、第４の組織深さは、第３の組織深さよりも組織表面から深い。オキシメータプローブは、これらの検出器の１つ以上から収集された測定情報を使用して、組織深さの１つ以上について組織酸素飽和度を判断する。
【００５３】
図２は、プローブ先端が各組織層について単一の検出器を含むことを示しているが、プローブ先端は、各組織層について、２つの検出器、３つの検出器、４つの検出器、５つの検出器、６つの検出器、７つの検出器、８つの検出器、９つの検出器、１０の検出器、またはより多くの検出器を含み得る。プローブ先端は、２つの源、３つの源、４つの源、５つの源、６つの源、７つの源、８つの源、９つの源、１０個の源、またはそれ以上の源などの複数の源を含むこともできる。源および検出器の配置は、８つの固有の源−検出器距離があり、各源−検出器距離は少なくとも１回繰返される、図１Ｂの構成とすることができる。
【００５４】
図３は、単一の検出器または複数の検出器の組み合わせから収集された測定情報に関し、オキシメータプローブによって分析され得る複数の異なる組織深さを示す。たとえば、検出器Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４から測定情報を収集することによって、それぞれ第１、第２、第３、および第４の組織層について組織酸素飽和度を判断することができる。組織酸素飽和度は、検出器Ｄ１−Ｄ２；Ｄ２−Ｄ３；Ｄ３−Ｄ４；およびＤ１−Ｄ４の組み合わせから測定値を収集することによって、それぞれ第５、第６、第７および第８の組織層についても判断することができる。
【００５５】
プローブ先端は、さまざまな組織深さについて組織酸素飽和度を判断するために、２つ以上の源と、４つより多いかまたは４つ未満の検出器とを含み得ることが理解されよう。また、源−検出器距離の２つ以上が同じであってもよいことも理解されよう。たとえば、較正目的、または収集されたデータの自己チェックのために、冗長な源−検出器距離を使用することができる。
【００５６】
一実現例では、オキシメータプローブは、空間分解分光法を使用して、異なる組織深さについて組織酸素飽和度情報を求める。具体的には、オキシメータプローブは、光源および検出器についての記憶された源−検出器距離、反射光について検出器の１つ以上から収集される測定情報、および組織酸素飽和度情報を計算するための空間分解分光法を使用する。
【００５７】
図４は、実現例におけるオキシメータプローブのブロック図である。オキシメータプローブのプローブユニットは、プロセッサと、プロセッサに電子的に結合されたマルチプレクサとを含む。プローブ先端は、源Ｓおよび検出器Ｄ１〜Ｄ４を含む。プローブユニットは、検出器とプロセッサとの間の電子経路内にアナログ／デジタル変換器（図示せず）も含む。プローブ先端は、図１Ｂに示され、上で説明された、２つの源および８つの検出器の構成など、より多くの源およびより多くのまたはより少ない検出器を含むことができる。
【００５８】
プロセッサは、検出器の１つ以上によって検出された反射光の測定情報を選択的に収集するようにマルチプレクサを制御する。プロセッサは、測定情報を使用して、組織の組織深さの１つ以上について組織酸素飽和度を判断する。
【００５９】
２つ以上の源を含む実現例では、それらの源は、１つの源が光を照射するように活性化されるか、２つの源が光を照射するように活性化されるか、３つの源が光を照射するように活性化されるか、またはそれより多い数の源が光を照射するように活性化されるように、プロセッサによって制御され得る。プロセッサは、組織が異なる深さでプロービングされるように光を照射する源の１つ以上について検出器の１つ以上からのデータ収集を可能にし、それによって、図２から図３に関して上記したように、異なる組織深さでの酸素飽和度を判断することができる。
【００６０】
図５は、実現例において２つの源Ｓ１およびＳ２と８つの検出器Ｄ１〜Ｄ８とを含むプローブ先端のプローブ面を示す。源および検出器は、円形の構成で配置される。プローブ面は、より多くのまたはより少ない源およびより多くのまたはより少ない検出器を含むことができる。プロセッサは、マルチプレクサを制御して、源の一方または両方から照射された光について検出器の１つ以上からプロセッサに測定情報を送信させる。代替的実現例では、源および検出器は、台形、長方形、正方形、三角形、線形、任意、卵形、楕円形、これらの形状の１つもしくは複数の組み合わせ、または他の形状などの、他の構成で配置される。源および検出器は、曲面のような非平面構成に配置することもでき、曲面の湾曲は、頸部、頭部、膝、肘、足、または他の身体部分のような身体部分の形状を補足して、源および検出器を湾曲した形状に一致させることができる。
【００６１】
図６は、プローブ先端６０５がプローブユニット６１０から取り外し可能であるオキシメータプローブ６０１を示す。プローブ先端６０５を取り外して、異なるプローブ先端６１５で置き換えることができ、それら２つのプローブ先端は異なる源−検出器間隔を有する。たとえば、第１のプローブ先端は、図１Ｂに示すプローブ先端の源および検出器の構成を有することができ、第２のプローブ先端は、図５に示すプローブ先端の源および検出器の構成を有することができる。２つの異なるプローブ先端は、異なる組織深さについて組織酸素飽和度を判断するために、形成されたオキシメータプローブとして、プローブユニットと共に使用することができる。一実現例では、異なるプローブ先端は、異なる数の源、異なる数の検出器、または異なる数の源および異なる数の検出器の両方を有する。
【００６２】
図７は、ベースユニット７０５と取り外し可能なケーブル７１２とを含む組織オキシメータ７０１を示しており、ケーブルはケーブルの端部に取り付けられたプローブ先端７１０を含む。プローブ先端は、１つ以上の源および１つ以上の検出器を含む。１つ以上の源および１つ以上の検出器は、複数の異なる源−検出器距離によって分離される。光を照射する源と光を検出する検出器との間の源−検出器距離は、組織の表面下の異なる組織深さで組織をプロービングするために様々に設定することができる。ベースユニットは、たとえば、源のうちの１つ以上が光を送るように構成され、検出器の１つ以上が反射後の光を検出するように構成されるように、ユーザによって構成することができる。
【００６３】
ベースユニットは、光を照射するための１つ以上の光源を選択するためのユーザ入力を受信し、光を検出するために検出器の１つ以上を選択するためのユーザ入力を受信するための、１つ以上のユーザインタフェースを含む。ユーザ入力を受信するように構成されたベースユニットの１つ以上のユーザインタフェースは、ボタン、タッチインタフェースディスプレイ、ダイヤル、スイッチ、または他のインタフェースを含むことができる。ベースユニットは、光を照射するための１つ以上の光源および光を検出するための１つ以上の検出器を選択するために、接続されたコンピューティングデバイスから情報を受信するように適合された１つ以上の通信ポートを含み得る。
【００６４】
一実現例では、ケーブルおよびプローブ先端はベースユニットから取り外し可能であり、異なるケーブルおよびプローブ先端で置き換えることができる。２つの異なるケーブルの２つの異なるプローブ先端は、異なる組織深さをプロービングするために、１つ以上の源と１つ以上の検出器との間に、１つ以上の異なる源−検出器距離を有する。
【００６５】
図８は、２つの異なる源−検出器間隔を有する２つの異なるプローブ先端のブロック図を示す。プローブ先端は、１つの源と４つの検出器とを含む。組織の異なる組織深さが組織オキシメータによってプロービングされるように、プローブ先端を切り換えることができる。たとえば、第１のプローブ先端を有するオキシメータプローブは、相対的に浅い組織深さおよび深い組織深さをプロービングすることができ、第２のプローブ先端を有するオキシメータプローブは、相対的に深い組織深さおよび中間の組織深さをプロービングすることができる。プローブ先端は、２つ以上の源と、より少ないまたはより多くの検出器とを含むことができることが理解されよう。一実現例では、各プローブ先端は、１つ以上の源と１つ以上の検出器との配置を円形配置で有する。
【００６６】
一実現例では、光源の少なくとも１つと検出器の少なくとも１つとの間の距離は、約２００マイクロメートル以下、たとえば１５０マイクロメートル以下、１００マイクロメートル以下、７５マイクロメートル以下、または他の距離である。源のうち、検出器の１つから２００マイクロメートル以下に位置決めされる少なくとも１つは、可視光、赤外光、またはその両方を照射する。可視スペクトルで照射される光は、青色と赤色もしくは５８０ナノメートル未満の波長を有する光の間の波長、またはその両方、たとえば緑色光、橙色光、黄色光、もしくは青色光と赤色光との間波長間に波長を有する他の色の光を含むことができる。
【００６７】
相対的に短い波長（たとえば、青色光と赤色光との間の波長）の光を、プローブの先端から、表皮のような組織の薄い最上部の層（たとえば、２０マイクロメートルから約１５０マイクロメートルまたはそれ未満）をプロービングするために送ってもよい。これらの相対的に短い波長の光は、真皮中に深く浸透しないか、または真皮に浸透しないため、真皮からの、これらのより短い波長の光からの測定情報は、表皮からの測定情報に有意に寄与しない。したがって、メラニンのような表皮中の発色団をオキシメータプローブによってプロービングすることができ、真皮中の発色団は表皮中のメラニンについての測定に寄与しないことがあり得る。
【００６８】
約２０マイクロメートルより深く、約５０マイクロメートルより深く、約７５マイクロメートルより深く、約１００マイクロメートルより深く、約１２５マイクロメートルより深く、または約１５０マイクロメートルより深く（たとえば、真皮、皮下脂肪、またはその両方の中へのような、表皮の組織深さよりも深く）など、組織の相対的に深いところまでプロービングするために、相対的により長い波長を有する光を選択することができる。
【００６９】
一実現例では、実質的にすべての波長の光（たとえば、可視光、ＩＲ、またはその両方）についての測定情報が、源から組織内に送られ、検出器によって検出される。各波長について検出器によって生成された反射率データの分析を、反射率データをシミュレート反射率曲線に適合させることなどによって行って、測定値（たとえば、吸収係数、低減された散乱係数、メラニン濃度、酸素飽和度、血液量、これら測定値の任意の組み合わせ、または他の測定値）を判断することができる。その後、プロセッサは、測定された値、反射率データ、または他の情報を使用して、さまざまな組織深さにおけるさまざまな組織層について測定された値を判断することができる。たとえば、プロセッサは、真皮における発色団の測定値からは実質的に独立した、表皮についての１つ以上の測定値（たとえば、吸収係数、低減された散乱係数、メラニン濃度、酸素飽和度、血液量、これら測定値の任意の組み合わせ、または他の測定値）を判断できる。反射率データをシミュレート反射率曲線に適合させることについては、以下でさらに説明する。
【００７０】
プロセッサは、表皮中の発色団についての測定値からは実質的に独立した、真皮についての１つ以上の測定値（たとえば、酸素飽和値）を判断することもできる。
【００７１】
実現例では、選択波長（たとえば、青と赤との間のような相対的に短い波長、もしくは赤、ＩＲ、またはそれらの両方などの相対的に長い波長）を源から送り、検出器のうち選択されたもの（たとえば、２０個の検出器のうちの検出器２〜５および１１〜２０を選択するか、２０個の検出器のうちの検出器１および６〜８を選択するか、２０個の検出器のうちの検出器９〜１３を選択するか、または他の数の検出器を選択する）で検出して、表皮または真皮などの組織をプロービングし、表皮についての測定情報は、真皮についての測定情報とは実質的に無関係であり、真皮についての測定情報は、表皮についての測定情報、またはこれらの組織層のより微細なグラデーションとは実質的に独立している。たとえば、表皮をプロービングするために、青色と赤色との間の可視光の相対的に短い波長を、源から送り、源に相対的に近い検出器（たとえば、源に１００マイクロメートルまたはそれより近い）によって検出することができる。
【００７２】
たとえば、乳房再建のために組織弁置換手術に使用される埋め込まれた皮膚組織弁などの真皮またはそれより深くをプロービングするために、相対的により長い波長の光（たとえば、赤色、赤外線、またはその両方）を、源から送り、源から相対的に遠い検出器（たとえば、源から１００マイクロメートル以上遠くにある）によって検出することができる。オキシメータプローブは、選択波長（たとえば、短波長または長波長）および選択検出器（たとえば、源に１００マイクロメートルより近いもの、または源から１００マイクロメートルより遠いもの）の組み合わせの選択についての入力を受けるようにされ、選択された組み合わせは、表皮または真皮のような組織の異なる組織層をプロービングするためにプローブによって使用される。オキシメータプローブは、ユーザがプロービングのためにまたは実質的に自動的に選択した選択組織深さに基づいて、これらの波長および検出器の選択を行うように適合される。
【００７３】
ある実現例では、１つ以上の源は、第１のスペクトル範囲であり第２のスペクトル範囲ではない波長の光を照射するために、または第２のスペクトル範囲であり第１のスペクトル範囲ではない光を照射するために、適合させることができ、第１および第２のスペクトル範囲は重ならなくてもよい。第１のスペクトル範囲は、青色光と赤色光との間の波長など、可視範囲の光を含むことができる。第２のスペクトル範囲は、赤色光、赤外光、またはその両方を含むことができる。
【００７４】
データ重み付け検出器構造。源構造１２０からの増大した距離に位置する検出器構造１２５は、組織から、低減された量の反射を受ける。したがって、相対的に短い源−検出器距離（たとえば、図１ＢのＳ１−Ｄ４およびＳ２−Ｄ８）を有する検出器構造１２５によって生成された反射率データは、相対的に長い源−検出器距離（たとえば、図１ＢのＳ１−Ｄ８およびＳ２−Ｄ４）を有する検出器構造によって生成される反射率データと比較して、本来、より高い信号を示す傾向がある。したがって、適合アルゴリズムは、シミュレート反射率曲線を、相対的に長い源−検出器距離（たとえば、平均距離より大きい源−検出器距離）を有する検出器構造によって生成される反射率データよりも密に、相対的に短い源−検出器距離（たとえば、源構造と検出器構造との間の平均距離以下の源−検出器距離）を有する検出器構造１２５によって生成される反射率データに対して、優先的に適合させてもよい。反射率データから光学特性を相対的に正確に判断するためには、この距離に比例するスキューは望ましくないかもしれず、以下で説明するように反射率データを重み付けすることによって補正されてもよい。
【００７５】
図９は、選択検出器構造１２５によって生成された反射率データを重み付けする方法のフロー図を示す。このフロー図は、１つの実現例を表している。ステップは、実現例の範囲から逸脱することなく、フロー図に対して追加、削除、または結合することができる。
【００７６】
１４００において、オキシメータプローブ１０１は、源構造１２０ａのような源構造の１つから組織内に光を照射する。照射された光が組織から反射した後、検出器構造１２５は光を検出し（ステップ１４０５）、組織についての反射率データを生成する（ステップ１４１０）。ステップ１４００，１４０５、および１４１０は、複数の波長の光について、および源構造１２０ｂなどの１つ以上の他の源構造について繰り返されてもよい。１４１５において、オキシメータプローブ１０１は、反射率データの第１の部分を、シミュレート反射率曲線３１５に適合させる。反射率データの第１の部分は、源構造から閾値距離未満である検出器構造の第１の部分によって生成される。閾値距離は、源構造と検出器構造との間の平均距離（たとえば、おおよそミッドレンジ距離）であってもよい。１４２０において、反射率データの第２の部分についての反射率データが、シミュレート反射率曲線に適合される。反射率データの第２の部分は、検出器構造の第１の部分、および閾値距離と比較して源から次に大きい源−検出器距離にある別の検出器構造によって生成される。たとえば、検出器構造の第１の部分が検出器構造１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅおよび１２５ｆを含む場合、次に大きい源−検出器距離にある検出器構造は検出器構造１２５ｇである（表１参照）。
【００７７】
１４２５で、ステップ１４１５で生成された適合をステップ１４２０で生成された適合と比較して、ステップ１４２０で生成された適合が１４１５で生成された適合より良いかどうかを判断する。当業者には理解されるように、曲線へのデータの適合の「近さ」は、さまざまなパラメータに基づいて定量化可能であり、適合の近さは、曲線へのより近い適合を有するデータを判断するべく、直接比較可能である。さらに理解されるように、より近い適合は、しばしば、より良い適合またはより緊密な適合とも言われる。ステップ１４２０で生成された適合がステップ１４１５で生成された適合よりも良い場合、源から次に増加された源−検出器距離に配置されるさらなる検出器構造（考慮される例によれば、源構造１２５ｃ）を含む検出器構造によって生成される反射率データを用いてステップ１４２０および１４２５が繰り返される。代替的に、ステップ１４２０で生成された適合がステップ１４１５で生成された適合よりも良くない場合には、閾値距離よりも大きい源−検出器距離に配置された検出器構造１２５関する反射率データは、適合には用いられない。その後、オキシメータプローブ１０１は、ステップ１４１５または（ステップ１４１５で判断された適合よりも良い場合には）ステップ１４２０において生成された適合を用いて、組織の光学特性および酸素飽和度を判断する（ステップ１４３０）。その後、酸素飽和度は、ステップ１４３５で、オキシメータプローブ１０１によって、ディスプレイ１１５などにおいて、報告される。
【００７８】
代替的実現例によれば、ステップ１４２０で生成された適合がステップ１４１５で生成された適合よりも良くない場合、反射率データは、閾値距離よりも大きい源−検出器距離を有する検出器構造について、重み付け係数により重み付けされ、この重み付けされた反射率データが適合に及ぼす影響が低減されるようにする。適合で使用されない反射率データは、ゼロの重みを有すると考えられてもよく、当該の組織層の下の組織からの反射率と関連付けられてもよい。当該の組織層の下の組織からの反射は、この特定の反射率を示す反射率曲線において特徴的なよじれを示すと言われる。
【００７９】
シミュレート反射率曲線に反射率データを適合させる曲線適合アルゴリズムは、反射率データの不確実性の量および反射率データの絶対位置を考慮に入れ得ることに留意されたい。反射率データの不確実性は、検出器構造の１つによる反射率データの生成からのノイズ量に対応し、このノイズ量は、反射率データの大きさの平方根としてスケーリングすることができる。
【００８０】
さらなる実現例によれば、オキシメータプローブ１０１は、反射率データの測定に関連するノイズの量に基づいて反射率データを反復的に重み付けする。具体的には、相対的に大きな源−検出器距離を有する検出器構造によって生成される反射率データは、一般に、相対的に短い源−検出器距離を有する検出器構造によって生成される反射率データと比較して、より低い信号対ノイズ比を有する。相対的に大きい源−検出器距離を有する検出器構造によって生成される反射率データを重み付けすることにより、このデータが他の反射率データと実質的に等しく適合に寄与することを可能にする。
【００８１】
記憶された、シミュレートされた反射率曲線。具体的な実施形態によると、メモリは多数のモンテカルロシミュレートされた反射率曲線３１５（「シミュレート反射率曲線」）を記憶し、これはコンピュータによって生成され、その後メモリに記憶され得る。シミュレート反射率曲線３１５の各々は、１つ以上のシミュレート光源からシミュレート組織内に発せられてシミュレート組織から１つ以上のシミュレート検出器内に反射される光（たとえば近赤外光）のシミュレーションを表わす。シミュレート反射率曲線３１５は、組織オキシメトリプローブ１２７の光源１２０および検出器１２５の構成などの、シミュレート光源およびシミュレート検出器の具体的な構成についてのものである。したがって、シミュレート反射率曲線３１５は、組織オキシメトリ装置１００によって発光および集光される光をモデル化する。
【００８２】
さらに、シミュレート反射率曲線３１５の各々は、組織発色団の特定の濃度および組織散乱体の密度に関連する具体的な組織吸収および組織散乱値などの、一意の実際の組織状態を表わす。メモリ１１７に記憶されるシミュレート反射率曲線の数は比較的大きくてもよく、組織オキシメトリ装置１００によって生存率を分析される実際の組織内に存在し得る光学特性と組織特性との実際的な組合せのすべてではないがほぼすべてを表わし得る。メモリ１１７はモンテカルロシミュレート反射率曲線を記憶するとしてここに説明されるが、メモリ１１７は、拡散近似を使用するなど、モンテカルロ法以外の方法によって生成されるシミュレート反射率曲線を記憶してもよい。
【００８３】
図１０は反射率曲線の例のグラフであり、これは、組織オキシメトリプローブ１２７の光源および検出器の構成のうちの１つなどの、光源１２０および検出器１２５の具体的な構成についてのものであり得る。グラフの横軸は、光源１２０と検出器１２５との間の距離（すなわち光源−検出器距離）を表わす。光源１２０と検出器１２５との間の距離が適切に選択され、シミュレート反射率曲線が光源１２０および検出器１２５についてのシミュレーションである場合は、シミュレート反射率曲線におけるデータ点同士の間の横方向の間隔は比較的均一になる。そのような比較的均一の間隔は、図４のシミュレート反射率曲線に見ることができる。グラフの縦軸は、組織から反射して検出器１２５によって検出される光のシミュレート反射率を表わす。シミュレート反射率曲線によって示されるように、検出器１２５に達する反射率は、光源１２０と検出器１２５との間の距離によって変化する。
【００８４】
一具体化によると、メモリ１１７はシミュレート反射率曲線３１５ごとに選択された数の点を記憶し、シミュレート反射率曲線の全体を記憶しない場合がある。シミュレート反射率曲線３１５ごとに記憶される点の数は、光源−検出器の対の数と一致し得る。たとえば、組織オキシメトリプローブ１１５が２つの光源１２０ａおよび１２０ｃならびに８個の検出器１２５ａ〜１２５ｈを含む場合は、組織オキシメトリプローブ１００は１６個の光源−検出器の対を含み、メモリ１１７はしたがってシミュレート反射率曲線ごとに１６個の選択データ点を記憶し得、記憶されたデータ点は具体的な光源−検出器距離（すなわち光源と検出器との間の距離）についてのものである。
【００８５】
したがって、メモリ１１７に記憶されるシミュレート反射率曲線データベースのサイズは１６×３×５８５０であり得、各光源１２０によって生成され発せられ得る３つの異なる波長について１６個の点が曲線ごとに記憶され、光学特性範囲にわたって合計５８５０本の曲線がある。代替的に、メモリ１１７に記憶されるシミュレート反射率曲線データベースのサイズは１６×４×５８５０であり得、各光源によって生成され発せられ得る４つの異なる波長について１６個の点が曲線ごとに記憶され、光学特性範囲にわたって合計５８５０本の曲線がある。５８５０本の曲線は、たとえば、３９個の吸収係数μ's値および１５０個の吸収係数μa値のマトリクスに由来する。μ's値の範囲は５：５：２４センチメートル-1からかもしれない（μ'sはｇの値に依存する）。μa値の範囲は０．０１：０．０１：１．５センチメートル-1からかもしれない。上述の範囲は例の範囲であり、光源−検出器の対の数、各光源によって生成される波長の数、およびシミュレート反射率曲線の数はより小さくても大きくてもよいことが理解されるであろう。
【００８６】
組織分析
図１１Ａは、組織オキシメトリ装置１００によって組織（たとえば実際の組織）の光学特性を求めるための方法のフロー図であり、組織オキシメトリ装置は反射率データおよびシミュレート反射率曲線３１５を用いて光学特性を求める。光学特性は、組織の吸収係数μaおよび散乱係数μsを含み得る。組織の吸収係数μaおよび散乱係数μsを組織の酸素飽和値に変換するためのさらなる方法は、以下により詳細に説明される。このフロー図は１つの例の実施形態を表わす。実施形態の範囲から逸脱することなく、フロー図にステップを追加、削除、または組合わせることができる。
【００８７】
５００において、組織オキシメトリ装置１００は、光源１２０ａなどの光源１２０の１つから組織内に光（たとえば近赤外光）を発する。組織オキシメトリ装置は一般に、光源から発光されているときに組織と接触している。放射光が組織から反射した後、ステップ５０５において検出器１２５がこの光の一部を検出し、ステップ５１０において組織の反射率データ点を生成する。ステップ５００、５０５、および５１０は、光の複数の波長（たとえば赤色光、近赤外光、またはその両方）について、および光源１２０ｃなどの１つ以上の他の光源について繰返され得る。単一波長についての反射率データ点は、たとえば組織オキシメトリプローブ１１５が１６個の光源−検出器距離を提供する場合、１６個の反射率データ点を含むかもしれない。反射率データ点は、反射率データ点のＮベクトルと称されることもある。
【００８８】
５１５において、反射率データ点（たとえば生反射率データ点）が光源−検出器の対のゲインに対して補正される。光源−検出器の対の校正の間、光源−検出器の対についてゲイン補正が生成され、メモリ１１７に記憶される。ゲイン補正の生成については、以下でさらに詳細に説明する。
【００８９】
５２０において、プロセッサ１１６は、（たとえば残差二乗和計算を介して）反射率データ点をシミュレート反射率曲線３１５に適合させて、反射率データ点に最良適合する（すなわち最低適合誤差を有する）特定の反射率データ曲線を求める。１つの特定の具体化によると、シミュレート反射率曲線のデータベースの「粗（coarse）」グリッドであるシミュレート反射率曲線の比較的小さいセットが選択されて適合ステップ５２０に利用される。たとえば、３９個の散乱係数μ's値および１５０個の吸収係数μa値と仮定すると、シミュレート反射率曲線の粗グリッドは、粗グリッド内の合計４０本のシミュレート反射率曲線について５個おきの散乱係数μ's値および８個おきの吸収係数μaを取ることによって、プロセッサ１１６によって求められるかもしれない。上述の具体値は例の実施形態についてのものであり、他のサイズの粗グリッドもプロセッサ１１６によって利用されるかもしれないことが理解されるであろう。反射率データ点を粗グリッドに適合させることによる結果は、最良適合するシミュレート反射率曲線の粗グリッド内の座標（μa，μ's）coarseである。
【００９０】
５２５において、最低適合誤差を有する粗グリッドからの特定のシミュレート反射率曲線がプロセッサ１１６によって利用されてシミュレート反射率曲線の「微細（fine）」グリッドが定義され、微細グリッド内のシミュレート反射率曲線は、最低適合誤差を有する粗グリッドからのシミュレート反射率曲線の周りにある。
【００９１】
すなわち、微細グリッドは規定サイズであり、粗グリッドからの最低誤差シミュレート反射率曲線が微細グリッドの中心を規定する。微細グリッドは粗グリッドと同数のシミュレート反射率曲線を有してもよいし、またはより多いもしくはより少ないシミュレート反射率曲線を有してもよい。微細グリッドは、ステップ５３０において微細グリッド内の近傍の吸収係数μa値および散乱係数μ's値のピーク表面アレイを求めるのに十分な数の点を提供するために実質的に微細である。具体的には、粗グリッドからの最低誤差値に加えて特定のオフセットを利用するプロセッサ１１６によって閾値が設定され得る。閾値未満の誤差を有する微細グリッド上の散乱係数μ'sおよび吸収係数μaの位置はすべて、ピーク表面アレイを求める際に用いるために識別され得、反射率データについての散乱係数μ'sおよび吸収係数μaがさらに求められる。具体的には、ピークについて誤差適合がなされ、ピークにおける吸収係数μaおよび散乱係数μ's値が求められる。ステップ５４０において、ピークにおける吸収係数μaおよび散乱係数μ's値の重み付け平均（たとえばセントロイド計算）が組織オキシメトリ装置によって利用され、組織の反射率データ点についての吸収係数μaおよび散乱係数μ's値が求められ得る。
【００９２】
重み付け平均についての吸収係数μaおよび散乱係数μ's値の重みは、閾値マイナス微細グリッド誤差としてプロセッサ１１６によって求められ得る。微細グリッド上の点は閾値未満の誤差を用いて選択されるため、これによって正の重みが与えられる。重み付け平均の重み付け計算（たとえばセントロイド計算）によって、組織の反射率データ点についての予想される散乱係数μ'sおよび吸収係数μa（すなわち（μa，μ's）fine）が提供される。さまざまな非線形最小二乗法の１つ以上を用いて適合して散乱係数μ'sの真の最小誤差ピークを求めるなど、他の方法も組織オキシメトリ装置によって利用され得る。
【００９３】
一具体化によると、プロセッサ１１６は反射率データ点およびシミュレート反射率曲線の対数を計算し、各対数を光源−検出器距離（たとえばセンチメートルで表わされる）の平方根で割る。光源−検出器距離の平方根で割られる対数値は、上述のステップ（たとえばステップ５１５、５２０、５２５、および５３０）において反射率データ点およびシミュレート反射率曲線についてプロセッサ１１６によって利用されて、シミュレート反射率曲線に対する反射率データ点の適合が改善され得る。
【００９４】
別の具体化によると、オフセットは実質的にゼロに設定され、これによって粗グリッド最小と微細グリッド最小との差のオフセットが有効に与えられる。図１１Ａに関して上記に説明された方法は粗グリッドからの最小適合誤差に依拠するため、微細グリッド上の真の最小誤差は典型的により低い。理想的には、閾値は微細グリッド上の最低誤差から求められ、これは典型的にプロセッサによるさらなる演算を必要とする。
【００９５】
以下は、一具体化に係る微細グリッド内の反射率データ点に最良適合する特定のシミュレート反射率曲線を見つけるためのさらなる詳細な説明である。図１１Ｂは、一具体化に係る微細グリッド内の反射率データ点に最良適合する特定のシミュレート反射率曲線を見つけるための方法のフロー図である。このフロー図は１つの例の実施形態を表わす。実施形態の範囲から逸脱することなく、フロー図にステップを追加、削除、または組合わせることができる。
【００９６】
ステップ５２５において反射率データ点に最良適合する粗グリッドから特定のシミュレート反射率曲線（μa，μ's）coarseを求めた後、ステップ５５０において、プロセッサ１１６はシミュレート反射率曲線の完全シミュレート反射率曲線データベース（すなわち１６×３×５８５０の（μa，μ's）データベース）内の（μa，μ's）coarseの周りの領域内の誤差表面を演算する。誤差表面はｅｒｒ（μa，μ's）と示される。その後、ステップ５５５において、プロセッサ１１６は、ｅｒｒminと称される、ｅｒｒ（μa，μ's）内の最小誤差値を探す。プロセッサ１１６は次に、ステップ５６０において、ピーク表面がゼロよりも大きい場合はｐｋｓｕｒｆ（μa，μ's）＝ｋ＋ｅｒｒmin−ｅｒｒ（μa，μ's）によって示される、またはピーク表面がゼロ以下である場合はｐｋｓｕｒｆ（μa，μ's）＝ｋ＋ｅｒｒmin−ｅｒｒ（μa，μ's）＝０によって示されるｅｒｒ（μa，μ's）からのピーク表面アレイを生成する。当該式において、ｋは、約１０個の要素のゼロよりも大きい幅を有するｅｒｒ（μa，μ's）の最小点におけるピークから選択される。ステップ５６５において、ｐｋｓｕｒｆ（μa，μ's）のピークの質量中心（すなわちセントロイド計算）は、点の高さを重みとして用いる。質量中心の位置は、組織の反射率データ点についての吸収係数μaおよび散乱係数μ'sの補間結果である。
【００９７】
組織の反射率データ点についての吸収係数μaおよび散乱係数μ'sを求めるための図５Ａおよび図５Ｂに関して上記に説明された方法は、光源１２０の各々によって生成される波長（たとえば３個または４個の波長）の各々ごとに繰返され得る。
【００９８】
酸素飽和度判定
第１の具体化によると、プロセッサ１１６は、各光源１２０によって生成される光の３個または４個の波長について（上述のように）求められる吸収係数μa（たとえば３個または４個の吸収係数μa）を利用することによって、組織オキシメトリ装置１００によってプローブされる組織の酸素飽和度を求める。第１の具体化によると、酸素飽和度に対する吸収係数μaの最良適合を見つけるための酸素飽和値のルックアップテーブルが生成される。ルックアップテーブルは、可能性のある全体のヘモグロビン、メラニン、および酸素飽和値の範囲を仮定し、これらのシナリオごとにμaを計算することによって生成され得る。そして、単位ベクトルのノルム（norm）で分割して、システム誤差を減少させて曲線の相対形状にのみ依存することによって、吸収係数μa点が単位ベクトルに変換される。そして、単位ベクトルがルックアップテーブルと比較されて最良適合が見つけられ、これによって酸素飽和度が与えられる。
【００９９】
第２の具体化によると、プロセッサ１１６は、脱酸素化ヘモグロビンおよび酸素化ヘモグロビンのネットアナライト信号（net analyte signal：ＮＡＳ）を計算することによって組織の酸素飽和度を求める。ＮＡＳは、システム内の他のスペクトル構成要素に直交するスペクトルの部分と定義される。たとえば、脱酸素化ヘモグロビンのＮＡＳは、酸素化ヘモグロビンスペクトルおよびメラニンスペクトルに直交するスペクトルの部分である。そして、ベクトルがそれぞれのＮＡＳを掛け、二乗されたＮＡＳのノルムで割ることによって、脱酸素化および酸素化ヘモグロビンの濃度が計算され得る。そして、酸素飽和度が、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの合計で割られる酸素化ヘモグロビンの濃度として容易に計算される。LorberによるAnal. Chem. 58:1167-1172(1986)が引用により本明細書中に援用され、組織の酸素飽和度を求めるための第２の具体化のさらなる詳細な理解のための枠組みを提供する。
【０１００】
組織オキシメトリ装置１００の一実施形態によると、反射率データは３０ヘルツで検出器１２５によって生成され、酸素飽和値は約３へルツで計算される。求められた酸素飽和値（たとえば少なくとも３つの酸素飽和値）の移動平均が、１ヘルツの更新速度を有するかもしれないディスプレイ１１２上に表示され得る。
【０１０１】
光学特性
上記に簡単に説明されたように、メモリ１１７に記憶される各シミュレート反射率曲線３１５は、組織の一意の光学特性を表わす。より具体的には、所与の波長についてのシミュレート反射率曲線の一意の形状は組織の光学特性の一意の値、すなわち、散乱係数（μs）、吸収係数（μa）、組織の異方性（ｇ）、および組織の屈折率を表わし、それらから組織の特性が判断されてもよい。
【０１０２】
比較的小さい光源−検出器距離について検出器１２５によって検出される反射率は、低減された散乱係数μ'sに主に依存する。低減された散乱係数は、散乱係数μsおよび組織の異方性ｇを組込んだ「集合（lumped）」特性であり、μ's＝μs（１−ｇ）であり、１／μ'sのサイズの多くのステップのランダムウォークの光子の拡散を記述するために用いられ、各ステップは等方散乱を含む。そのような記述は、多くの小さいステップ１／μsを用いる光子移動の記述と同等であり、これらのステップの各々は、吸収事象の前に多くの散乱事象がある場合、すなわちμa＜＜μ'sである場合は一部偏向角度のみを含む。
【０１０３】
対照的に、比較的大きい光源−検出器距離について検出器１２５によって検出される反射率は、有効吸収係数μeffに主に依存し、これは
【０１０４】
【数１】
2019516443.tif 000004
【０１０５】
と定義され、これはμaおよびμ'sの両方の関数である。
したがって、比較的小さい光源−検出器距離（たとえば光源１２０ａと検出器１２５ｅとの間のＤ１および光源１２０ｃと検出器１２５ａとの間のＤ９）ならびに比較的大きい光源−検出器距離（たとえば光源１２０ａと検出器１２５ａとの間のＤ５および光源１２０ｃと検出器１２５ｅとの間Ｄ１０）における反射率を測定することによって、μaおよびμ'sの両方を互いに独立して求めることができる。組織の光学特性は次に、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビン濃度の計算のための十分な情報、およびしたがって組織の酸素飽和度を提供し得る。
【０１０６】
データ収集最適化のための反復適合。図１２は、組織オキシメトリ装置１００によって組織の光学特性を求めるための別の方法のフロー図である。このフロー図は１つの例の実施形態を表わす。実施形態の範囲から逸脱することなく、フロー図にステップを追加、削除、または組合わせることができる。
【０１０７】
６００において、組織オキシメトリ装置１００は、光源１２０ａなどの光源の１つから組織内に光（たとえば近赤外光）を発する。放射光が組織から反射した後、検出器１２５がステップ６０５において光を検出し、ステップ６１０において組織の反射率データ点を生成する。ステップ６００、６０５、および６１０は、光の複数の波長について、および光源１２０ｃなどの１つ以上の他の光源について繰返され得る。６１５において、組織オキシメトリ装置１００は反射率データをシミュレート反射率曲線３１５に適合させ、反射率データが最良適合を有するシミュレート反射率曲線を求める。その後、ステップ６２０において、組織オキシメトリ装置１００は、反射率データに最良適合するシミュレート反射率曲線の光学特性に基づいて、組織の光学特性（たとえばμaおよびμ's）を求める。
【０１０８】
６２５において、組織オキシメトリ装置１００は、ステップ６２０で求めた光学特性（たとえばｍｆｐ＝１／（μa＋μ's））から組織内の光の平均自由工程を求める。具体的には、平均自由工程は、すべての光源−検出器の対（たとえば、対１：光源１２０ａ−検出器１２５ｅ、対２：光源１２０ａ−検出器１２５ｆ、対３：光源１２０ａ−検出器１２５ｇ、対４：光源１２０ａ−検出器１２５ｈ、対５：光源１２０ａ−検出器１２５ａ、対６：光源１２０ａ−検出器１２５ｂ、対７：光源１２０ａ−検出器１２５ｃ、対８：光源１２０ａ−検出器１２５ｄ、…対９：光源１２０ｃ−検出器１２５ｅ、対１０：光源１２０ｂ−検出器１２５ｆ…など）についての反射率データを含む累積反射率曲線から得られる光学特性から求められ得る。
【０１０９】
６３０において、組織オキシメトリ装置１００は、組織の所与の領域について計算した平均自由工程が最短の光源−検出器距離（たとえば光源１２０ａと検出器１２５ｅとの間のＤ１、および光源１２０ｃと検出器１２５ａとの間のＤ９）の２倍よりも長いか否かを判断する。平均自由工程が最短の光源−検出器距離の２倍よりも長い場合は、最短の光源−検出器距離を有する光源−検出器の対（たとえば、対１：光源１２０ａ−検出器１２５ｅおよび対９：光源１２０ｃ−検出器１２５ａ）の検出器から収集される反射率データを利用することなく、収集された反射率データはシミュレート反射率曲線に再適合される（すなわち再分析される）。たとえば、ステップ６１５〜６３０は、光源１２０ａが検出器１２５ｅの光源として作用している状態で検出器１２５ｅからの反射率データを使用せずに、かつ、光源１２０ｃが検出器１２５ａの光源として作用している状態で検出器１２５ａからの反射率データを使用せずに繰返される。平均自由工程を計算し、１つ以上の光源−検出器の対についての反射率データを捨てる処理は、適合に対する反射率データに寄与する光源−検出器の対のうち、計算された平均自由工程の半分よりも短い光源−検出器距離を有する対がなくなるまで繰返され得る。その後、ステップ６３５において、最良適合するシミュレート反射率曲線から酸素飽和度が求められ、組織オキシメトリ装置１１０によってたとえばディスプレイ１１２上に報告される。
【０１１０】
光源１２０の１つから組織内に発せされ、平均自由工程の半分未満だけ進む光は、実質的に非拡散反射される。この光の再発光距離は、組織位相関数および局所組織構成に大きく依存する。したがって、この光の反射率データを使用すると、複数の散乱事象を経験した光の反射率データと比較して、光学特性および組織特性の判定の精度が低下する傾向がある。
【０１１１】
データ重み付け。光源１２０から増大した距離に位置決めされる検出器１２５は、組織から受ける反射率の量が低下する。したがって、比較的短い光源−検出器距離（たとえばＤ１）を有する検出器１２５によって生成される反射率データは、比較的長い光源−検出器距離（たとえばＤ５およびＤ１０）を有する検出器によって生成される反射率データと比較して、本質的により低いノイズを示す傾向がある。したがって、適合アルゴリズムは、シミュレート反射率曲線を、比較的長い光源−検出器距離（たとえば光源と検出器との間の平均距離よりも大きい光源−検出器距離）を有する検出器によって生成される反射率データよりも緊密に、比較的短い光源−検出器距離（たとえば平均距離以下の光源−検出器距離）を有する検出器１２５によって生成される反射率データに優先的に適合させ得る。反射率データから光学特性を比較的正確に求めるためには、この距離に比例したスキューは望ましくない場合があり、すぐ下に説明されるように反射率データを重み付けすることによって補正され得る。
【０１１２】
図１３は、選択された検出器１２５によって生成される反射率データを重み付けするための方法のフロー図である。このフロー図は１つの例の実施形態を表わす。実施形態の範囲から逸脱することなく、フロー図にステップを追加、削除、または組合わせることができる。
【０１１３】
７００において、組織オキシメトリ装置１００は、光源１２０ａなどの光源の１つから組織内に光を発する。放射光が組織から反射した後、検出器１２５はステップ７０５において光を検出し、ステップ７１０において組織の反射率データ点を生成する。ステップ７００、７０５、および７１０は、光の複数の波長について、および光源１２０ｃなどの１つ以上の他の光源について繰返され得る。７１５において、組織オキシメトリ装置１００は反射率データの第１の部分をシミュレート反射率曲線に適合させる。反射率データの第１の部分は、光源から閾値距離未満にある検出器の第１の部分によって生成される。閾値距離は、光源と検出器との間の平均距離（たとえばほぼ中間の距離）であってもよい。７２０において、反射率データの第２の部分についての反射率データが、シミュレート反射率曲線に適合される。反射率データの第２の部分は、検出器の第１の部分と、閾値距離と比較して２番目に大きい光源からの光源−検出器距離にある別の検出器によって生成される。たとえば、検出器の第１の部分が検出器１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅ、および１２５ｆを含む場合は、２番目に大きい光源−検出器距離にある検出器は検出器１２５ｇである（たとえば検出器１２５ｃよりも光源１２０ａに近い、図２Ａおよび図２Ｂ参照）。
【０１１４】
７２５において、ステップ７１５で生成された適合がステップ７２０で生成された適合と比較され、ステップ７２０で生成された適合がステップ７１５で生成された適合よりも良好であるか否かが判断される。当業者によって理解されるように、曲線に対するデータの適合の「接近」はさまざまなパラメータに基づいて定量化可能であり、適合の接近は、曲線に対するより近い適合（より近い適合）を有するデータを求めることに直接相当する。さらに理解されるように、より近い適合はより良好な適合またはより緊密な適合とも称される。ステップ７２０で生成された適合がステップ７１５で生成された適合よりも良好である場合は、次に大きい光源からの光源−検出器距離に位置決めされる付加的な検出器（考察中の例によると検出器１２５ｃ）を含む検出器によって生成される反射率データを用いて、ステップ７２０および７２５が繰返される。代替的に、ステップ７２０で生成された適合がステップ７１５で生成された適合よりも良好でない場合は、閾値距離よりも大きい検出器−光源距離に位置決めされる検出器１２５についての反射率データは適合に用いられない。その後、ステップ７３０において、組織オキシメトリ装置１００は７１５または（ステップ７１５で求められた適合よりも良好である場合は）ステップ７２０で生成された適合を用いて、組織の光学特性および酸素飽和度を求める。その後、ステップ７３５において、酸素飽和度が組織オキシメトリ装置１１０によってたとえばディスプレイ１１２上に報告される。
【０１１５】
代替実施形態によると、ステップ７２０で生成された適合がステップ７１５で生成された適合よりも良好でない場合は、反射率データは、閾値距離よりも大きい光源−検出器距離を有する検出器についての重み係数によって重み付けされ、これによって、重み付けされた反射率データの適合への影響が減少する。適合に用いられない反射率データはゼロの重みを有していると考えることができ、対象の組織層の下の組織からの反射率と関連付けられ得る。対象の組織層の下の組織からの反射率は、この特定の反射率を示す反射率曲線における特徴的な歪み（kink）を示すといわれている。
【０１１６】
なお、反射率データをシミュレート反射率曲線に適合させる曲線適合アルゴリズムは、反射率データの不確実性の量および反射率データの絶対位置を考慮し得る。反射率データにおける不確実性は、検出器の１つによる反射率データの生成からのノイズ量に対応し、ノイズ量は、反射率データの大きさの平方根としてスケール変更し得る。
【０１１７】
さらなる実施形態によると、組織オキシメトリ装置１００は、反射率データの測定と関連付けられるノイズ量に基づいて、反射率データを反復的に重み付けする。具体的には、比較的大きい光源−検出器距離を有する検出器によって生成される反射率データは、一般に、比較的短い光源−検出器距離を有する光検出器によって生成される反射率データと比較して信号雑音比が大きい。比較的大きい光源−検出器距離を有する検出器によって生成される反射率データを重み付けすることによって、このデータが他の反射率データと等しく適合に寄与することを可能にする。
【０１１８】
発明の本説明は例示および説明の目的で提示された。これは、網羅的であること、または発明を説明された厳密な形態に限定することを意図しておらず、上記の教示に鑑みて多くの修正および変形が可能である。実施形態は、発明の原理およびその実際的な用途を最もよく説明するために選択および説明された。この説明によって、当業者は、発明を特定の使用に好適であるようにさまざま実施形態で、さまざま修正を加えて最適に利用および実践することができるであろう。様々な記載された実現例の要素は任意の組合せによって組合わせることができる。発明の範囲は以下の請求項によって定義される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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