(57)【要約】  オキシメータプローブは、測定値のために絶対報告モードおよび相対報告モードになるようにユーザ設定可能である。絶対および相対モードの測定値は、絶対酸素飽和度、相対酸素飽和度、絶対ヘモグロビン含有量、相対ヘモグロビン含有量、絶対血液量、相対血液量を含む。個々の患者の相対もしくは絶対ヘモグロビン含有量または相対もしくは絶対血液量を判断および報告するための相対モードならびに絶対モードは、皮膚などの組織において、血流には影響するが、酸素飽和度には影響しない、投与されるエピネフリンなどの薬物の有効性を判断する場合に有益である。オキシメータプローブは、これらの相対モードにおいて、投与された薬物の有効性を、相対的なヘモグロビン含有量もしくは相対的な血液量の低下または上昇の報告値として示す。
2019516444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の標的組織にプローブ先端を接触させることと、
第１の時間にオキシメータプローブの源構造から前記標的組織に第１の光を透過することと、
前記標的組織から反射された第１の反射光を前記オキシメータプローブの複数の検出器構造によって検出することと、
前記検出器構造によって検出された前記第１の反射光の第１の反射率データを前記検出器構造によって生成することと、
前記反射率データを複数のシミュレート反射率曲線に適合させることと、
前記第１の反射率データの、前記複数のシミュレート反射率曲線への適合から、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を判断することとを備え、各シミュレート反射率曲線は、オキシメータパラメータの値に関連付けられ、さらに、
前記シミュレート反射率曲線のうち、前記第１の反射率データに対して最良に適合する１つ以上の曲線について、少なくとも第１のオキシメータパラメータを判断することと、
前記第１のオキシメータパラメータに基づいて第１のオキシメータ測定値の第１の値を判断することと、
前記第１のオキシメータ測定値の前記第１の値を前記メモリに格納することと、
第２の時間に前記オキシメータプローブの前記源構造から前記標的組織に第２の光を透過することと、
前記標的組織から反射された第２の反射光を前記オキシメータプローブの前記複数の検出器構造によって検出することと、
前記検出器構造によって検出された前記第２の反射光について第２の反射率データを前記検出器構造によって生成することと、
前記第２の反射率データを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、
前記第２の反射率データの、前記複数のシミュレート反射率曲線への適合から、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を判断することと、
前記シミュレート反射率曲線のうち、前記第２の反射率データに対して最良に適合する１つ以上の曲線について、少なくとも第２のオキシメータパラメータを判断することと、
前記第２の吸収係数に基づいて第２のオキシメータ測定値の第２の値を判断することと、
前記メモリから前記第１の値を検索することと、
前記第１の値と前記第２の値との間の百分率差を判断することと、
前記オキシメータプローブのディスプレイ上に前記百分率差を表示することとを備える、方法。
【請求項２】
前記第１のオキシメータ測定値は第１の酸素飽和度であり、前記第２のオキシメータ測定値は第２の酸素飽和度値である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記百分率差は数値として表示される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の値を前記ディスプレイ上に表示することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記百分率の差が増加したことを示すために、前記ディスプレイ上に矢印を下向きに表示することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
矢印は赤色である、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記百分率差が減少したことを示すために、前記ディスプレイ上に矢印を上向きに表示することを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記矢印は緑色である、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
エピネフリンを前記標的組織に導入することと、
前記ディスプレイ上に表示される百分率値の変化を介して前記標的組織中のエピネフリンの効果を判断することとを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
オキシメータ装置を含み、前記オキシメータ装置は、前記装置の遠位端上に源構造および検出器構造を含むプローブ先端と、前記プローブ先端に近接するディスプレイとを含み、
前記オキシメータ装置は、第１の酸素飽和度値、第２の酸素飽和度値、および前記第１の酸素飽和度値と前記第２の酸素飽和度値との間の相対酸素飽和度値を計算し、前記第１の酸素飽和度値と前記第２の酸素飽和度値との間の前記相対酸素飽和度値を表示し、前記オキシメータ装置は特に、
第１の期間において、前記オキシメータプローブの光源から、測定されるべき第１の組織に、光を透過し、
前記第１の期間において前記透過光に応答して前記第１の組織によって反射された光を前記オキシメータプローブの検出器で受光し、
第２の期間において、前記オキシメータプローブの前記光源から測定すべき第２の組織に光を透過するよう構成され、前記第２の期間は前記第１の期間の後であり、前記オキシメータ装置はさらに、
前記第２の期間における前記透過光に応答して前記第２の組織によって反射される光を前記オキシメータプローブの前記検出器で受光し、
前記第１の組織について前記第１の酸素飽和度値を判断し、
前記第２の組織について前記第２の酸素飽和度値を判断し、
前記第１の酸素飽和度値と前記第２の酸素飽和度値との間の相対酸素飽和度値を計算し、
前記相対酸素飽和度値を前記ディスプレイに表示するよう構成される、システム。
【請求項１１】
前記第１の組織および前記第２の組織は同じ位置にある、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の組織および前記第２の組織は異なる位置にある、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記相対酸素飽和度値は、前記第２の期間後、および前記第２の酸素飽和度値の判断後まで、表示に利用することはできない、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記相対酸素飽和度値は、前記第１の酸素飽和度値と前記第２の酸素飽和度値との間の差である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
前記相対酸素飽和度値は、前記第１の酸素飽和度値と前記第２の酸素飽和度値との間の比である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１６】
前記相対酸素飽和度値は、記号で前記ディスプレイに表示され、前記第２の酸素飽和度値が、前記第１の酸素飽和度値より上であること、前記第１の酸素飽和度値より下であること、または前記第１の酸素飽和度値と等しいことを示す、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１７】
前記相対酸素飽和度値は第１の相対酸素飽和度値であり、前記オキシメータ装置は、特に、
第３の期間において、前記オキシメータプローブの前記光源から測定すべき第３の組織に光を透過するよう構成され、前記第３の期間は前記第２の期間の後であり、前記オキシメータ装置はさらに、
前記第３の期間における前記透過光に応答して前記第３の組織によって反射される光を前記オキシメータプローブの前記検出器で受光し、
前記第３の組織について第３の酸素飽和度値を判断し、
前記第３の酸素飽和度値と前記第２の酸素飽和度値との間の第２の相対酸素飽和度値を計算し、
前記第２の相対酸素飽和度値を前記ディスプレイに表示するよう構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
前記相対酸素飽和度値は第１の相対酸素飽和度値であり、前記オキシメータ装置は特に、
第３の期間において、前記オキシメータプローブの前記光源から測定すべき第３の組織に光を透過するよう構成され、前記第２の期間は前記第２の期間の後であり、前記オキシメータ装置はさらに、
前記第３の期間における前記透過光に応答して前記第３の組織によって反射される光を前記オキシメータプローブの前記検出器で受光し、
前記第３の組織について第３の酸素飽和度値を判断し、
前記第３の酸素飽和度値と前記第１の酸素飽和度値との間の第２の相対酸素飽和度値を計算し、
前記第２の相対酸素飽和度値を前記ディスプレイに表示するよう構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
前記相対酸素飽和度値は第１の相対酸素飽和度値であり、前記オキシメータ装置は特に、
ユーザからの前記オキシメータの第１の動作モードのための第１の指示、またはユーザからの前記オキシメータの第２の動作モードのための第２の指示を受信し、
第３の期間において、前記オキシメータプローブの前記光源から測定すべき第３の組織に光を透過するよう構成され、前記第２の期間は前記第２の期間の後であり、前記オキシメータ装置はさらに、
前記第３の期間における前記透過光に応答して前記第３の組織によって反射される光を前記オキシメータプローブの前記検出器で受光し、
前記第３の組織について第３の酸素飽和度値を判断し、
前記第１の動作モードでは前記第３の酸素飽和度値と前記第２の酸素飽和度値との間の第２の相対酸素飽和度値を計算し、前記第２の動作モードでは前記第３の酸素飽和度値と前記第１の酸素飽和度値との間の第３の相対酸素飽和度値を計算し、
前記第１の動作モードでは前記第２の相対酸素飽和度値を前記ディスプレイに表示し、前記第２の動作モードでは前記第３の相対酸素飽和度値を前記ディスプレイに表示するよう構成される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２の相対酸素飽和度値または前記第３の相対酸素飽和度値のみが一度に前記ディスプレイ上に表示される、請求項１９に記載のシステム。
【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２２日に出願された米国特許出願第６２／３２６，６３０号、第６２／３２６，６４４号、第６２／３２６，６７３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ともに、ここに引用により援用される。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
本発明は一般に組織における酸素レベルを監視する光学システムに関する。より具体的には、本発明は、光学プローブのセンサヘッド上に源および検出器を含み、組織の酸素飽和度を判断するためにローカルに記憶されるシミュレート反射率曲線を使用するオキシメータなどの光学プローブに関する。
【０００３】
オキシメータは、様々な目的のために、ヒトおよび生体における組織の酸素飽和度を測定するために使用される医療装置である。例えば、オキシメータは、病院および他の医療施設での医療および診断目的（例えば、手術、患者モニタリング、または低酸素症などの、救急車または他の移動モニタリング）；スポーツ競技場でのスポーツおよび運動目的（例えば、プロスポーツ選手のモニタリング）；個人によるまたは自宅での個人のモニタリング（例えば、一般的な健康状態のモニタリング、またはマラソンのための人の訓練）；および獣医療目的（例えば、動物モニタリング）で使用される。
【０００４】
パルスオキシメータおよび組織オキシメータは、異なる原理で作動する２つのタイプ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パルスを必要とする。パルスオキシメータは、典型的には、脈動する動脈血による光の吸光度を測定する。対照的に、組織オキシメータは、機能するためにパルスを必要とせず、血液供給源から切り離された組織弁の酸素飽和度測定を行うために使用することができる。
【０００５】
一例として、ヒトの組織は、様々な光吸収分子を含む。そのような発色団には、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、メラニン、水、脂質、およびシトクロムが含まれる。酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビンおよびメラニンは、可視および近赤外スペクトル範囲の大部分について、組織における最も支配的な発色団である。光の吸収は、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンの場合、特定の波長の光で、著しく異なる。組織オキシメータは、これらの光吸収差を利用することにより、ヒト組織内の酸素レベルを測定することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
既存のオキシメータの成功にもかかわらず、例えば、測定精度を向上させること、測定時間を短縮すること、コストを下げること、サイズ、重量、または形状因子を低減させること、消費電力を削減すること、およびその他の理由で、ならびにこれらの測定値の任意の組合せによって、オキシメータを改善することが継続的に望まれている。
【０００７】
特に、領域および局所レベルの両方で患者の酸素化状態を評価することは、それが患者の局所的な組織健康状態の指標であるので、重要である。したがって、オキシメータは、患者の組織の酸素化状態が不安定であると疑われる場合がある手術および回復の間のような臨床設定においてしばしば使用される。例えば、手術中、オキシメータは様々な理想的でない状況下で正確な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、絶対精度が重要ではなく、動向データだけが十分である術後組織モニタリングには十分であったが、組織が生存可能かまたは除去される必要があるかを判断するためにスポット検査を使用できる手術中には正確さが必要である。
【０００８】
したがって、改善された組織オキシメータプローブおよびこれらのプローブ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】
【０００９】
この発明の概要
オキシメータプローブは、比較的多数のシミュレート反射率曲線を利用して、検査中の組織の光学特性を迅速に判断する。組織の光学特性により、組織の酸素化ヘモグロビン濃度および脱酸素化ヘモグロビン濃度を組織の酸素飽和度とならんでさらに判断することが可能になる。
【００１０】
一実施形態では、オキシメータプローブは、脈拍または心拍を必要とせずに酸素飽和度を測定することができる。本発明のオキシメータプローブは、成形術を含む多くの医療分野および外科領域に適用可能である。オキシメータプローブは、脈動がない組織の酸素飽和度測定を行うことができる。そのような組織は、身体から分離されているかもしれず（例えば組織片）、身体の別の場所に移植されることになる。本発明の態様は、パルスオキシメータにも適用可能である。オキシメータプローブとは対照的に、パルスオキシメータは機能するために脈動を必要とする。パルスオキシメータは、典型的には、脈動する動脈血による光の吸収を測定する。
【００１１】
一実施態様では、酸素飽和度測定値のような酸素化測定値の相対値が判断され表示され、オキシメータプローブの使用により、エピネフリンまたは他の薬物のような、経時的な酸素飽和度に影響を与える投与薬物の有効性を判断することができる。
【００１２】
一実施態様では、ある方法は、患者の標的組織にプローブ先端を接触させることと、第１の時間にオキシメータプローブの源構造から標的組織に第１の光を透過することと、標的組織から反射された第１の反射光をオキシメータプローブの複数の検出器構造によって検出することと、検出器構造によって検出された第１の反射光の第１の反射率データを検出器構造によって生成することと、反射率データを複数のシミュレート反射率曲線に適合させることと、第１の反射率データの、複数のシミュレート反射率曲線への適合から、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を判断することとを備え、各シミュレート反射率曲線は、吸収係数の値に関連付けられ、前記方法はさらに、シミュレート反射率曲線のうち、第１の反射率データに対して最良に適合する１つ以上の曲線について、少なくとも第１の吸収係数を判断することと、第１の吸収係数に基づいて第１の酸素飽和度の第１の値を判断することと、第１の酸素飽和度の第１の値をメモリに格納することとを備える。
【００１３】
本方法は、第２の時間にオキシメータプローブの源構造から標的組織に第２の光を透過することと、標的組織から反射された第２の反射光をオキシメータプローブの複数の検出器構造によって検出することと、検出器構造によって検出された第２の反射光について第２の反射率データを検出器構造によって生成することと、第２の反射率データを複数のシミュレート反射率曲線に適合させることと、第２の反射率データの、複数のシミュレート反射率曲線への適合から、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を判断することと、シミュレート反射率曲線のうち、第２の反射率データに対して最良に適合する１つ以上の曲線について、少なくとも第２の吸収係数を判断することと、第２の吸収係数に基づいて第２の酸素飽和度の第２の値を判断することとを備える。
【００１４】
本方法は、メモリから第１の値を検索することと、第１の値と第２の値との間の百分率差を判断することと、オキシメータプローブのディスプレイ上に百分率差を表示することとを備える。
【００１５】
ある実施形態では、あるシステムは、オキシメータ装置を含み、オキシメータ装置は、オキシメータ装置の遠位端上に源構造および検出器構造を含むプローブ先端と、プローブ先端に近接するディスプレイとを含み、オキシメータ装置は、第１の酸素飽和度値、第２の酸素飽和度値、および第１の酸素飽和度値と第２の酸素飽和度値との間の相対酸素飽和度値を計算し、第１の酸素飽和度値と第２の酸素飽和度値との間の相対酸素飽和度値を表示し、オキシメータ装置は特に、第１の期間において、オキシメータプローブの光源から、測定されるべき第１の組織に、光を透過し、第１の期間において透過光に応答して第１の組織によって反射された光をオキシメータプローブの検出器で受光し、第２の期間において、オキシメータプローブの光源から測定すべき第２の組織に光を透過するよう構成され、第２の期間は第１の期間の後であり、オキシメータ装置はさらに、第２の期間における透過光に応答して第２の組織によって反射される光をオキシメータプローブの検出器で受光し、第１の組織について第１の酸素飽和度値を判断し、第２の組織について第２の酸素飽和度値を判断し、第１の酸素飽和度値と第２の酸素飽和度値との間の相対酸素飽和度値を計算し、相対酸素飽和度値をディスプレイに表示するよう構成される。
【００１６】
オキシメータプローブを備えるシステムであって、オキシメータプローブは、ハンドヘルドのハウジングと、ハンドヘルドのハウジングに収容されるプロセッサと、ハンドヘルドの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、プロセッサを制御するための第１のコードを記憶するメモリと、ハンドヘルドの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、ハンドヘルドのハウジング内に収容され、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バッテリとを含む。
【００１７】
このコードは、プロセッサによって実行可能な命令を含み、その命令は、第１の時間にオキシメータプローブの源構造を制御して第１の光を患者の標的組織に照射することと、標的組織から反射された第１の反射光の、オキシメータプローブの複数の検出器構造による検出を制御することと、検出器構造によって検出された第１の反射光について検出器構造によって生成される第１の反射率データを検出器構造から受信することと、反射率データを複数のシミュレート反射率曲線に適合させることと、第１の反射率データの、複数のシミュレート反射率曲線への適合から、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を判断することとのためのものであり、各シミュレート反射率曲線は、吸収係数の値に関連付けられ、命令はさらに、シミュレート反射率曲線のうち、第１の反射率データに対して最良に適合する１つ以上の曲線について、少なくとも第１の吸収係数を判断することと、第１の吸収係数に基づいて第１の酸素飽和度の第１の値を判断することと、第１の酸素飽和度の第１の値をメモリに格納することとのためのものである。
【００１８】
このコードは、プロセッサによって実行可能な命令を含み、その命令は、第２の時間にオキシメータプローブの源構造を制御して標的組織に第２の光を照射することと、標的組織から反射された第２の反射光をオキシメータプローブの複数の検出器構造によって検出することと、検出器構造によって検出された第２の反射光について第２の反射率データを検出器構造によって生成することと、第２の反射率データを複数のシミュレート反射率曲線に適合させることと、第２の反射率データの、複数のシミュレート反射率曲線への適合から、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を判断することと、シミュレート反射率曲線のうち、第２の反射率データに対して最良に適合する１つ以上の曲線について、少なくとも第２の吸収係数を判断することと、第２の吸収係数に基づいて第２の酸素飽和度の第２の値を判断することとのためのものである。
【００１９】
このコードは、プロセッサによって実行可能な命令を含み、その命令は、メモリから第１の値を検索することと、第１の値と第２の値との間の百分率差を判断することと、オキシメータプローブのディスプレイ上に百分率差を表示することを制御することとのためのものである。
【００２０】
一実施態様では、ある方法は、患者の標的組織にプローブ先端を接触させることと、第１の時間にオキシメータプローブの源構造から標的組織に第１の光を透過することと、標的組織から反射された第１の反射光をオキシメータプローブの複数の検出器構造によって検出することと、検出器構造によって検出された第１の反射光の第１の反射率データを検出器構造によって生成することと、反射率データを複数のシミュレート反射率曲線に適合させることと、第１の反射率データの、複数のシミュレート反射率曲線への適合から、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を判断することとを備え、各シミュレート反射率曲線は、吸収係数の値に関連付けられ、方法はさらに、シミュレート反射率曲線のうち、第１の反射率データに対して最良に適合する１つ以上の曲線について、少なくとも第１の吸収係数を判断することと、第１の吸収係数に基づいて第１の組織測定値の第１の値を判断することと、組織測定値の第１の値をメモリに格納することとを備える。
【００２１】
本方法は、第２の時間にオキシメータプローブの源構造から標的組織に第２の光を透過することと、標的組織から反射された第２の反射光をオキシメータプローブの複数の検出器構造によって検出することと、検出器構造によって検出された第２の反射光について第２の反射率データを検出器構造によって生成することと、第２の反射率データを複数のシミュレート反射率曲線に適合させることと、第２の反射率データの、複数のシミュレート反射率曲線への適合から、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を判断することと、シミュレート反射率曲線のうち、第２の反射率データに対して最良に適合する１つ以上の曲線について、少なくとも第２の吸収係数を判断することと、第２の吸収係数に基づいて第２の組織測定値の第２の値を判断することとを備える。
【００２２】
本方法は、メモリから第１の値を検索することと、第１の組織測定値と第２の組織測定値との間の百分率差を判断することと、オキシメータプローブのディスプレイ上に第１の組織測定値と第２の組織測定値との間の百分率差を表示することとを備える。
【００２３】
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】
【００２４】
【図１】オキシメータプローブの実施形態を示す。
【図２】実施形態におけるプローブ先端の端面図を示す。
【図３】実施形態におけるオキシメータプローブのブロック図である。
【図４Ａ】ディスプレイが酸素飽和度の値および総ヘモグロビンの値を表示するように適合された実施形態におけるオキシメータプローブの上面図を示す。
【図４Ｂ】ディスプレイが酸素飽和度の値および血液量の値を表示するように適合された実施形態におけるオキシメータプローブの上面図を示す。
【図４Ｃ】ディスプレイが２つの時点の間の相対酸素飽和度の値を表示するように適合された実施形態におけるオキシメータプローブ１０１の上面図を示す。
【図４Ｄ】ディスプレイが２つの時点の間の相対酸素飽和度の値を表示するように適合された実施形態におけるオキシメータプローブ１０１の上面図を示す。
【図４Ｅ】ディスプレイが絶対酸素飽和度の値および相対酸素飽和度の値を表示するオキシメータプローブ１０１の上面図を示す。
【図４Ｆ】組織の相対酸素飽和度の値を判断し、その値をディスプレイ上に表示する方法のフロー図を示す。
【図４Ｇ】組織の相対酸素飽和度の値を判断し、その値をディスプレイ上に表示する方法のフロー図を示す。
【図４Ｈ】ディスプレイが相対酸素飽和度の値を表示し、さらに、相対酸素飽和度の増減を示す矢印を表示するオキシメータプローブ１０１の上面図を示す。
【図４Ｉ】ディスプレイが相対酸素飽和度の値を表示し、さらに、相対酸素飽和度の増減を示す矢印を表示するオキシメータプローブ１０１の上面図を示す。
【図４Ｊ】ユーザが酸素飽和度の第１の値を入力または選択し、プローブが酸素飽和度の後者の第２の値を判断する、組織の相対酸素飽和度の値を判断するための方法のフロー図を示す。
【図４Ｋ】ある実施形態においてオキシメータプローブによって組織（例えば、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を示す。
【図５】ある実施形態においてオキシメータによって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６】ある実施形態においてオキシメータによって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７】プローブ先端の源構造および検出器構造の構成のような、源構造および検出器構造の特定の構成に関するものであってもよい、反射率曲線の例示的なグラフを示す。
【図８】組織における酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、メラニン、および水についての、任意の単位の吸収係数μa対光の波長のグラフを示す。
【図９】実施形態においてオキシメータプローブのメモリに記憶されるシミュレート反射率曲線の組織の均質モデルのデータベースの表を示す。
【図１０】実施形態においてオキシメータプローブのメモリに記憶されるシミュレート反射率曲線の組織の層状モデルのデータベースの表を示す。
【図１１Ａ】データベースの各行が、シミュレートされた源構造から照射されシミュレートされた検出器構造によって検出される４つの波長の光についての４つのシミュレート反射率曲線についてのものである、組織の層状モデルのためのデータベースの表を示す。
【図１１Ｂ】データベースの各行が、シミュレートされた源構造から照射されシミュレートされた検出器構造によって検出される４つの波長の光についての４つのシミュレート反射率曲線についてのものである、組織の層状モデルのためのデータベースの表を示す。
【図１２Ａ】オキシメータプローブ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、オキシメータプローブによって組織（例えば、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１２Ｂ】オキシメータプローブ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、オキシメータプローブによって組織（例えば、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１３】オキシメータプローブによって組織の光学特性を判断する別の方法のフロー図を示す。
【図１４】選択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方法のフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
発明の詳細な記載
図１は、実施形態におけるオキシメータプローブ１０１を示す。オキシメータプローブ１０１は、術中および術後などの組織オキシメトリ測定を行うように構成される。オキシメータプローブ１０１は、プローブユニット１０５、および感知アーム１１１の端部に配置されてもよいプローブ先端１１０（センサヘッドとも呼ばれる）を含むハンドヘルドデバイスであってもよい。オキシメータプローブ１０１は、近赤外光などの光をプローブ先端１１０から組織に照射し、プローブ先端で組織から反射した光を収集することによって、組織の酸素飽和度を測定するように構成される。
【００２６】
オキシメータプローブ１０１は、オキシメータプローブによって行われた酸素飽和度測定をユーザに通知するディスプレイ１１５または他の通知装置を含む。プローブ先端１１０は、ハンドヘルドデバイスであるオキシメータプローブ１０１と共に使用するように構成されていると説明されているが、プローブ先端１１０は、ベースユニットに結合するケーブル装置の端部にプローブ先端があるモジュール式オキシメータプローブなどの他のオキシメータプローブとともに用いることもできる。ケーブル装置は、１人の患者に使用するように構成された使い捨て装置であってもよく、ベースユニットは、繰り返し使用するように構成された装置であってもよい。そのようなモジュール式オキシメータプローブは、当業者には十分に理解されており、これ以上説明しない。
【００２７】
図２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（例えば、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。
【００２８】
各源構造１２０は、光（例えば、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。
【００２９】
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（例えば、４つの光ファイバ）を含む。
【００３０】
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（例えば、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。
【００３１】
一実現例では、最短の源−検出器距離はほぼ等しい。例えば、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（例えば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（例えば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（例えば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（例えば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（例えば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（例えば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（例えば最長の源−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。
【００３２】
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。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
実施形態では、オキシメータプローブが照射するように構成された光の各波長（例えば、可視スペクトルにおける赤色光、赤外光、または可視光および赤外光の両方などの、２つ、３つ、４つまたはそれ以上の波長の光）ごとに、オキシメータプローブは、少なくとも、約１．５ミリメートル未満、約１．６ミリメートル未満、約１．７ミリメートル未満、約１．８ミリメートル未満、約１．９ミリメートル未満、または約２．０ミリメートル未満である２つの源−検出器距離、および約２．５ミリメートルより大きく、約４ミリメートル未満、約４．１ミリメートル未満、約４．２ミリメートル未満、約４．３ミリメートル未満、約４．４ミリメートル未満、約４．５ミリメートル未満、約４．６ミリメートル未満、約４．７ミリメートル未満、約４．８ミリメートル未満、約４．９５ミリメートル未満、または約５ミリメートル未満である２つの源−検出器距離を含む。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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様々な位置に配置して、（上に示したような）所望の距離を与えることができる。例えば、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。
【００３８】
以下の特許出願は、様々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、２０１７年４月２０日に出願された第１５／４９３，１３２号，第１５／４９３，１１１号，第１５／４９３，１２１号、２０１７年４月２１日に出願された第１５／４９４，４４４号、２０１７年４月２４日に出願された第１５／４９５，１９４号，第１５／４９５，２０５号、および第１５／４９５，２１２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。
【００３９】
図３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（例えば、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（例えば、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。例えば、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。
【００４０】
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（例えば、ＲＡＭ）、不揮発性メモリ１１７ｂ（例えば、ディスクまたはフラッシュ）などの様々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。
【００４１】
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。ある実現例ではオキシメータプローブは廃棄可能である。
【００４２】
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。例えば、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。
【００４３】
図４Ａおよび図４Ｂは、実施形態におけるオキシメータプローブ１０１の上面図を示す。上面図は、ディスプレイ１１５がオキシメータプローブの頂部のプローブユニット１０５に配置されるのを示す。ディスプレイは、オキシメータプローブに関する情報およびプローブによって行われる測定についての測定情報の１つ以上を表示するように適合される。
【００４４】
一実施形態では、ディスプレイは、オキシメータプローブによって測定される組織の酸素飽和度２００の値（「酸素飽和度値」）を表示するように適合される。ディスプレイは、百分率値としての酸素飽和度、１つ以上の色（例えば、ディスプレイがカラーディスプレイである場合）のある数の棒を有する棒グラフ、または他の表示可能な情報を表示することができる。
【００４５】
ディスプレイは、例えばリセットからオキシメータプローブが動作していた期間の値２０５を表示するように構成することもできる。オキシメータプローブのリセットは、プローブ内の電池が変えられたとき、先に未使用であった電池（新しい電池）の組の最初の電力上昇から、ハードパワーダウンからの電力上昇から、ソフトパワーダウン（例：冬眠モード）からの電力上昇から、または他のリセットイベントで、生じ得る。
【００４６】
ディスプレイは、血液量ごとの総ヘモグロビンの値２２５を表示する（図４Ａ）か、または血液量の値（例えば、プローブされた組織の体積当たりの血液の百分率、図４Ｂ）を表示することができる。オキシメータプローブによる総ヘモグロビンおよび血液量の測定を以下に記載する。ある実施形態では、メラニンの表示値は、ヘモグロビン濃度を表す値（例えば、指標値）であり、組織体積におけるヘモグロビン濃度がサンプリングされ、その値は、無単位の値であってもよい。
【００４７】
図４Ｃは、ディスプレイが組織の相対酸素飽和度の値を表示するように適合された実施形態におけるオキシメータプローブ１０１の上面図を示す。相対酸素飽和度の値は、第１の時間に判断された酸素飽和度の第１の値および第１の時間後の第２の時間に判断された酸素飽和度の第２の値についての百分率差として表示することができる。
【００４８】
一実施形態では、オキシメータプローブは、絶対Ｓｔ０２および相対Ｓｔ０２の値、総ヘモグロビンおよび相対Ｓｔ０２の値、血液量および相対ヘモグロビンの値などの、情報の他の組み合わせを表示することができる。図４Ｅは、ディスプレイが絶対酸素飽和度および相対酸素飽和度の値を表示するオキシメータプローブ１０１の上面図を示す。
【００４９】
図４Ｆ〜図４Ｇは、組織の相対酸素飽和度の値を判断し、その値をディスプレイ上に表示する方法のフロー図を示す。このフロー図は、１つの実施形態を表している。ステップは、実施形態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。
【００５０】
４００で、入力装置（例えば、オキシメータプローブのボタン１１９または第２のボタンのようなボタン、オキシメータプローブのロッカースイッチ、または他の入力装置）が活性化される。入力装置は、ユーザによって起動することができる。入力装置を活性化させると、オキシメータプローブは「相対」動作モードにされ、オキシメータプローブは組織の相対酸素飽和度の値を判断することができる。ボタンを比較的速く２回押して（例えば、「ダブルクリック」）活性化させることによって、オキシメータプローブを相対モードにセットしてもよい。入力装置の第２の活性化（例えば、その後のボタンのダブルクリック）または別の入力装置（例えば、第３のボタン）の活性化は、オキシメータ装置を「絶対」モードにし、オキシメータプローブは、組織の絶対酸素飽和度の値を判断できる。
【００５１】
４０５で、オキシメータプローブ１０１は、第１の期間で、源構造の１つから組織内に光（例えば、近赤外光）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４１０）、組織の反射率データを生成する（ステップ４１５）。ステップ４０５、４１０、および４１５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。
【００５２】
４２０において、オキシメータプローブ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。メモリに格納され、反射率データに適合されるデータベースは、以下に記載されるデータベース９００、データベース１０００、またはデータベース１１００であり得る。その後、ステップ４２５において、オキシメータプローブは、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（例えば、データベース９００またはデータベース１０００の場合ではμaおよびμ's、またはデータベース１１００の場合ではメラニン含有量、酸素飽和度の第１の値、血液量および散乱）を求める。例えば、オキシメータプローブがデータベース９００または１０００からμaおよびμ'sを判断する場合、オキシメータプローブは、その後、吸収係数（μa）を用いて酸素飽和度の第１の値を判断することができる。μaからの酸素飽和度の値の判断は以下に記載される。
【００５３】
ステップ４３０において、オキシメータプローブの入力装置（例えば、記載された入力装置のいずれかまたは他の入力装置）が活性化される。入力装置を活性化させると、酸素飽和度値がオキシメータプローブのメモリ（例えば、メモリ１１７、プロセッサのバッファメモリ、または他のメモリ）に格納される。第１の値のタイムスタンプも格納できる。
【００５４】
４３５で、オキシメータプローブ１０１は、第１の期間後の第２の期間に、源構造の１つから組織（例えば２つの乳房または１つの乳房の対側乳房組織などのような、患者の異なる位置の異なる組織であり得る）内に光（例えば、近赤外光）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４４０）、組織についての反射率データを生成する（ステップ４４５）。ステップ４３５、４４０、および４４５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。
【００５５】
４５０において、オキシメータプローブ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。メモリに格納され、反射率データに適合されるデータベースは、以下に記載されるデータベース９００、データベース１０００、またはデータベース１１００であり得る。その後、ステップ４５５において、オキシメータプローブは、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（例えば、データベース９００またはデータベース１０００の場合ではμaおよびμ's、またはデータベース１１００の場合ではメラニン含有量の第２の値、酸素飽和度の第２の値、血液量の第２の値および散乱の第２の値）を求める。例えば、オキシメータプローブがデータベース９００または１０００からμaおよびμ'sを判断する場合、オキシメータプローブは、その後、吸収係数（μa）を用いて酸素飽和度の第２の値を判断することができる。
【００５６】
ステップ４６０において、プロセッサは、酸素飽和度の第１の値と第２の値との間の差（例えば、百分率差）（例えば、相対酸素飽和度）を計算する。ステップ４６５で、酸素飽和度の差または百分率差がディスプレイに表示される。相対的な酸素飽和度値は、第２の期間後、および第２の酸素飽和度値の判断後まで、表示に利用することはできない。一実施形態では、相対酸素飽和度値は、記号でディスプレイに表示され、第２の酸素飽和度値が第１の酸素飽和度値より上であること（例えば、上向き矢印を表示）、第１の酸素飽和度値より下であること（例えば、下向き矢印を表示）、または第１の酸素飽和度値と等しいこと（例えば、ダッシュまたは他の記号を表示）を示す。記号インジケータが表示されているときは、酸素飽和度の数値は表示されなくてもよい。酸素飽和度の数値が表示されているときに記号インジケータが表示されてもよい。
【００５７】
酸素飽和度の後続値（第３、第４、第５およびそれ以上）を計算するために、ステップ４３５〜４６５を継続的な態様で繰り返すことができる。これにより、オキシメータプローブは、第１の時間での酸素飽和度の値に対する、後の時間での酸素飽和度における継続的な変化を判断および表示する。相対モードに対する出入りは、酸素飽和度の第１の値をリセットすることができる。
【００５８】
図４Ｆ〜図４Ｇに示す方法のステップは、第１の時間における第１の組織測定、（第１の期間の後の）第２の時間における第２の組織測定、（第２の期間の後の）第３の時間における第３の組織測定、またはそれより後の時間における、より多くの組織測定など、複数の組織測定のために繰り返され得る。計算および表示された相対酸素飽和度値は、第１および第２の組織測定値（例えば、第１の相対酸素飽和度）、第２および第３の組織測定値（例えば、第２の相対酸素飽和度値）、または第１および第３の組織測定値（例えば、第３相対酸素飽和度）についてであり得る。第１、第２および第３の組織測定値は、２つの同じ組織位置、２つの異なる組織位置、または３つの異なる組織位置についてのものであり得る。第１、第２または第３の相対酸素飽和度値（例えば、第１、第２および第３の動作モード）の表示は、ユーザにより、ユーザ入力（例えば、ボタン１１９、タッチスクリーン、または他のもの）の操作を介して選択され得る。
【００５９】
３つの動作モードのうちの２つ以上は、同時に動作され得、第１および第２の相対酸素飽和度値が同時に表示され（例えば、第３の相対酸素飽和度値は表示されない）、第２および第３の相対酸素飽和度が同時に表示され（例えば、第１の相対酸素飽和度値は表示されない）、第１および第３の相対酸素飽和度値が同時に表示される（例えば、第２の相対酸素飽和度値は表示されない）。
【００６０】
一実施形態では、酸素飽和度値の百分率差（例えば、相対酸素飽和度値）が閾値量よりも大きいかもしくは小さい場合、または酸素飽和度の絶対値が閾値量よりも大きいかもしくは小さい場合に、通知を提供するように適合されてもよい。閾値量は、ディスプレイに表示される表示量から選択される、またはオキシメータプローブに有線もしくは無線で入力される、ユーザによってオキシメータプローブに入力される量とすることができる。この量は、図４Ｊのステップ４７０で入力される値とすることができる。百分率差が閾値を上回るかまたは下回る場合、表示される酸素飽和度値は、上向き矢印、下向き矢印、点滅表示、着色された表示値（例えば、赤色または緑色）、点灯した赤色ＬＥＤ、点灯した緑色ＬＥＤ、ディスプレイ上の点灯した赤い画素の組（例えば、赤色または緑色）、または他の表示などの１つ以上の追加の表示とともに表示されてもよい。オキシメータプローブは、酸素飽和度の百分率値が閾値を上回るかまたは下回る場合に、１つ以上の音（例えば、トーンまたはクリック）を発してもよく、または触覚フィードバック（例えば、振動）を提供してもよい。いくつかの実施形態では、百分率の差が閾値を下回る（例えば、酸素飽和度が低下する）が、閾値を超えない（例えば、酸素飽和度が増加しない）場合に、これらの追加の通知の１つ以上が表示される。
【００６１】
オキシメータプローブは、酸素飽和度の百分率差（例えば、相対酸素飽和度）が閾値量よりも大きいかもしくは小さい場合、または酸素飽和度の絶対値が閾値量よりも絶対量だけ上もしくは下（例えば、閾値＋オフセット値、および閾値−オフセット値）である場合に、酸素飽和度値の百分率差を表示するように適合させることができる。閾値の上下のオフセットは、閾値＋閾値の２パーセントおよび閾値−閾値の２パーセント、閾値＋閾値の５パーセントおよび閾値−閾値の５パーセント、閾値＋閾値の１パーセントおよび閾値−閾値の５パーセント、閾値＋閾値の５パーセントおよび閾値−閾値の２パーセント、または他の値のように、等しくても不等であってもよい。閾値の上下の上下絶対百分率は、ユーザによって、ディスプレイに表示された表示量から選択されて、オキシメータプローブに入力されるか、またはオキシメータプローブに有線もしくは無線で入力され得る。百分率の差が閾値＋もしくは−絶対値オフセットより上または下である場合、表示される酸素飽和度値は、上向き矢印、下向き矢印、点滅表示、着色された表示値（例えば、赤色または緑色）、点灯した赤色ＬＥＤ、点灯した緑色ＬＥＤ、ディスプレイ上の点灯した赤い画素の組（例えば、赤色または緑色）、または他の表示などの１つ以上の追加の表示とともに表示されてもよい。オキシメータプローブは、酸素飽和度の百分率値が閾値を上回るかまたは下回る場合に、１つ以上の音（例えば、トーンまたはクリック）を発してもよく、または触覚フィードバック（例えば、振動）を提供してもよい。いくつかの実施形態では、百分率の差が閾値を下回る（例えば、酸素飽和度が低下する）が、閾値を超えない（例えば、酸素飽和度が増加しない）場合に、これらの追加の通知の１つ以上が表示される。いくつかの実施形態では、百分率の差が閾値を下回る（例えば、酸素飽和度が低下する）が、閾値を超えない（例えば、酸素飽和度が増加しない）場合に、これらの追加の通知の１つ以上が表示される。
【００６２】
一実施形態では、酸素飽和度の第１の値と第２の値との間の百分率差ではなく、酸素飽和度の第１の値と第２の値との間の差を表示するように適合される。オキシメータプローブは、相対酸素飽和度が増加または減少したことを示す様々なインジケータのうちの１つ以上で百分率差または計算された差異を表示することができる。例えば、減少した相対酸素飽和度の値は、下向きの矢印（図４Ｈ）で、着色されたインジケータ（例えば、ディスプレイ上の赤い点またはプローブ１０５における赤色ＬＥＤのような点灯された赤色の照明要素）とともに表示することができる。例えば、増加した相対酸素飽和度の値は、上向きの矢印（図４Ｉ）で、着色されたインジケータ（例えば、ディスプレイ上の緑の点またはプローブ１０５における緑色ＬＥＤのような点灯された緑色の照明要素）とともに表示することができる。相対酸素飽和度の値は、値が減少する場合には第１の色（例えば赤色）で表示され、値が増加する場合には第２の色（例えば緑色）で表示され得る。オキシメータプローブは、百分率差の値または計算された差の値が減少する場合、その値を例えば点滅として表示することができる。オキシメータプローブは、例えば、これらの値が減少する場合、１つ以上のノイズを発するように適合させることができる。オキシメータプローブは、これらの値が減少する場合、触覚フィードバック（例えば、振動）を提供するように適合させることができる。相対酸素飽和度が下限閾値を下回って減少するか、上限閾値を超えて増加するか、またはそれら両方である場合、これらの追加のインジケータ（例えば、矢印、照射光、点滅表示、色、音、触覚フィードバック、または他のインジケータで表示された値）を発することができる。
【００６３】
相対的な動作モードは、酸素飽和度（相対酸素飽和度）の値における相対的変化の知識が、医療処置を開始するか、進行させるか、または停止すべきかを判断するのに役立つ、多数の医療処置に有用であり得る。例えば、組織内の血流を減少させるためには、エピネフリン注入または他の薬物を患者に投与して（例えば、局所的に組織に投与して）組織内の血流を減少させ得る。エピネフリンを投与する前に、または他の薬物を患者に投与後比較的短い時間で、組織のヘモグロビン含有量または血液量の基線値を判断することができる（例えば、ステップ４０５〜４２５で、ヘモグロビン含有量または血液量の第１の値を、例えば以下に説明するデータベース１１００を使用して判断する）。
【００６４】
その後、更新された相対的なヘモグロビン値または血液量値の継続中の表示に基づいて（例えば、ステップ４３５〜４２５で、例えば、データベース１１００を使用してヘモグロビン含有量または血液量の第２の値を判断する）、開業医は、エピネフリン投与が、血流を減少させることに成功したかどうか、組織内の血流をさらに減少させるために、より多くのエピネフリンを患者に投与する必要があるかどうか、または処置を停止すべきかどうか、判断することができる。すなわち、オキシメータプローブは更新された相対的なヘモグロビン値または血液量値を表示するので、開業医は、組織に作用する投薬を「観察」することができる。
【００６５】
図４Ｊは、組織の相対酸素飽和度の値を判断し、その値をディスプレイ上に表示する方法のフロー図を示す。このフロー図は、１つの実施形態を表している。ステップは、実施形態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。
【００６６】
４７０において、オキシメータは、ユーザ入力または他の装置からの入力などの入力を介して酸素飽和度の第１の値を受信する。ユーザ入力は、１回以上のボタンの押下またはタッチスクリーンなどの他の入力装置を介して入力されてもよい。酸素飽和度の第１の値は、オキシメータプローブとの有線または無線接続を介してオキシメータプローブに入力されてもよい。いくつかの実施形態では、オキシメータプローブは、例えばボタン押下または他の入力によって、ユーザが選択できる酸素飽和度の第１の値の範囲を表示することができる。
【００６７】
４７１で、オキシメータプローブ１０１は、光源構造の１つから組織内に光（例えば、近赤外光）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４７２）、組織についての反射率データを生成する（ステップ４７３）。ステップ４７１、４７２、および４７３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。
【００６８】
４７４において、オキシメータプローブ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。メモリに格納され、反射率データに適合されるデータベースは、以下に記載されるデータベース９００、データベース１０００、またはデータベース１１００であり得る。その後、ステップ４７５において、オキシメータプローブは、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（例えば、データベース９００またはデータベース１０００の場合ではμaおよびμ's、またはデータベース１１００の場合ではメラニン含有量の第２の値、酸素飽和度の第２の値、血液量の第２の値および散乱の第２の値）を求める。例えば、オキシメータプローブがデータベース９００または１０００からμaおよびμ'sを判断する場合、オキシメータプローブは、その後、吸収係数（μa）を用いて酸素飽和度の第２の値を判断することができる。
【００６９】
ステップ４６０において、プロセッサは、酸素飽和度の第１の値と第２の値との間の差（例えば、百分率差）を計算する。ステップ４７７で、酸素飽和度値の百分率差がディスプレイに表示される。
【００７０】
酸素飽和度の後続値（第３、第４、第５およびそれ以上）を計算するために、ステップ４７１〜４７７を継続的な態様で繰り返すことができる。これにより、オキシメータプローブは、第１の時間での酸素飽和度の値に対する、後の時間での酸素飽和度における継続的な変化を判断および表示する。相対モードに対する出入りは、酸素飽和度の第１の値をリセットすることができる。
【００７１】
組織分析図４Ｋは、ある実施形態においてオキシメータプローブ１０１によって組織（例：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。オキシメータプローブは、オキシメータプローブによって測定される様々な組織パラメータを補正するために組織について判断されたメラニン含有量を使用する。このフロー図は、１つの実施形態を表している。ステップは、実施形態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。
【００７２】
４８０において、メラニン読取部が、組織に光学的に結合する（例えば、接触する）。メラニン読取部は、光をステップ４８２で組織に照射し、光が組織を透過した後、または組織から反射した後、ステップ４８４で光を検出するように適合されたオプトエレクトロニクス装置である。ステップ４８６において、メラニン読取部によって検出された光は、電気信号に変換され、ステップ４８８で、組織のメラニン含有量を判断するために装置によって使用される。メラニン読取部は、ステップ４９０で読取部のディスプレイ上または有線もしくは無線出力を介してメラニン含有量の値を出力することができる。
【００７３】
実施形態では、４９２において、メラニン含有量に関する情報（例えば、数値）がオキシメータプローブ１０１に入力される。情報は、ユーザ（例えば、人間のユーザ）を介して、またはメラニン読取部とオキシメータプローブとの間の有線もしくは無線通信を介してオキシメータプローブに入力することができる。
【００７４】
第１の実施形態では、４９４で、オキシメータプローブは、メラニン含有量に関する情報を使用して、プローブによって生成される１つ以上の測定値を調整する。一実施形態では、オキシメータプローブは、組織の酸素飽和度の値を判断する。オキシメータプローブは、その後、メラニン含有量に関する情報を用いて酸素飽和度の値を調整する。オキシメータプローブは、１つ以上の算術演算、数学的関数、またはその両方を介して酸素飽和度の値を調整することができる。例えば、メラニン含有量に関する情報は、酸素飽和度の値を調整するためのオフセット（例えば、加法オフセット）、スケールファクタ、またはその両方として使用することができる。
【００７５】
代替的実施形態では、４９４で、オキシメータプローブは、オキシメータプローブにより照射され検出される光のいくつかの波長（例えば、４つの光の波長）について、組織についての吸収係数μa、低減された散乱係数μs’またはそれらの両方を判断する。その後、オキシメータプローブは、メラニン含有量に関する情報を使用して、光の各波長について、判断された吸収（μa）値を調整する。オキシメータプローブは、１つ以上の算術演算、数学的関数、またはその両方を介して吸収係数（μa）値を調整することができる。例えば、メラニン含有量に関する情報は、吸収（μa）値を調整するためのオフセット（例えば、加法オフセット）、スケールファクタ、またはその両方として使用することができる。その後、オキシメータプローブは、吸収（μa）値を使用して、組織の酸素飽和度の値を判断する。吸収（μa）および低減された散乱（μs’）の判断については以下に記載する。
【００７６】
別の実施形態では、４９４において、オキシメータプローブは、検出器構造によって生成される反射率データに１つ以上のメラニン補正関数を適用する。メラニン補正関数は、メラニン含有量に関する情報に基づく。反射率データは、検出器構造によって生成された後オキシメータプローブの１つ以上の電子構成要素によってデジタル化されるアナログ反射率データ、またはデジタル化された反射率データであり得る。メラニン補正関数は、アナログ反射率データまたはデジタル化された反射率データに適用することができる。メラニン補正関数は、反射率データに適用される１つ以上の数学的演算を含む。スケールファクタは、オキシメータプローブに入力されるメラニン含有量に関する情報に基づいて、オキシメータプローブによって判断される。反射率データは、オキシメータプローブによって照射される光の各波長ごとにメラニン含有量について調整することができる。
【００７７】
ある実施形態では、メラニン補正関数は、（例えば、スケールファクタを有する）１つ以上の較正関数と組み合わされた結合関数（例えば、スケールファクタを有する）とすることができる。較正関数は、製造の結果として生じる差異、検出器構造の温度ドリフトの結果として生じる差異、または他の考慮事項など、様々な要因に基づいて検出器応答を補正するためのスケールファクタを含むことができる。反射率データがオキシメータプローブによって調整された後、プローブは、測定される組織内の血液の酸素飽和度を判断することができる。
【００７８】
図５は、実施形態におけるオキシメータプローブ１０１によって組織の光学特性を判断するための方法のフロー図を示す。オキシメータプローブは、オキシメータプローブによって測定される様々な組織パラメータを補正するために組織のメラニン含有量に関する情報を使用する。このフロー図は、１つの実施形態を表している。ステップは、実施形態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。
【００７９】
５００において、組織の色をいくつかの色サンプル（時には色見本と呼ばれる）の２つ以上の色サンプルと比較して、色サンプルの１つの色が組織の色とほぼ一致するかどうかを判定する。色の比較に使用される各色サンプルは、メラニン含有量の値と関連付けられる。色サンプルのメラニン含有量を識別する情報（例えば、数値）は、色サンプル上に位置することができる。
【００８０】
組織の色と色サンプルの色との比較は、ミシガン州グランドラピッズのX-Rite, Incorporatedの色比較ツールの１つ以上のような色比較ツールによって行うことができる。実施形態では、比較は、患者または医療提供者のような人間によって視覚的に実行され得る。一実施態様では、オキシメータプローブは、組織のメラニン含有量の値を判断するように適合され、それは、プローブのディスプレイ上に表示することができる。オキシメータプローブの一実施形態は、組織のメラニン含有量を判断するために、可視光またはＩＲなどの１つ以上の波長の光を照射するように適合される。
【００８１】
５０５において、比較に続いて、比較に基づいて組織のメラニン含有量の値が判断される。
【００８２】
代替的実施形態では、メラニン含有量の値は、メラニン含有量値の有限範囲に基づく含有量の推定値から判断される。メラニン含有量の範囲内の値の数は、２つ以上の値を含むことができる。例えば、メラニン含有量の範囲内の値の数は、２つ（例えば明るい色の組織に対しては１、暗い色の組織に対しては２）、３つ（例えば、明るい色は１、中間色は２、暗い色は３）、４つ，５つ，６つ，７つ，８つ，９つ，１０個またはそれ以上の値を含むことができる。メラニン含有量の値の推定は、患者または医療提供者によって提供され得る。
【００８３】
５１０において、メラニン含有量に関する情報をオキシメータプローブに入力することができる。ステップ５１０は、オキシメータプローブがメラニン含有量の値を判断する方法ではスキップすることができる。ボタン１１９は、メラニン含有量に関する情報が入力され得るデータ入力モードにオキシメータプローブをセットするために、予め定められた回数だけ活性化させることができる。その後、メラニン含有量の情報は、ボタンのさらなる活性化により、プローブとの有線通信、プローブとの無線通信、ディスプレイがタッチインタフェースディスプレイであればディスプレイを介して、音声インタフェース（例えば、プローブ内のマイクロフォンおよび音声認識ソフトウェア）、または他の入力技術によって、プローブに入力され得る。
【００８４】
５１５で、オキシメータプローブは、メラニン含有量に関する情報を使用して、オキシメータプローブによって実行される１つ以上の測定または計算を調整するように適合される。例えば、オキシメータプローブは、この情報を使用して、組織の酸素飽和度を調整し、吸収（μa）を調整し、低減された散乱（μs’）を調整し、検出器によって生成される値を調整し、またはこれらの調整の組み合わせの１つ以上を調整し得る。これらの調整の各々は、ステップ４３５に関してさらに上で説明される。
【００８５】
図６は、ある実施形態においてオキシメータプローブ１０１によって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。オキシメータプローブは、プローブによって測定される様々な組織パラメータを補正するために組織について判断されたメラニン含有量を使用する。このフロー図は、１つの実施形態を表している。ステップは、実施形態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。
【００８６】
６００において、組織の１つ以上の対側測定がオキシメータプローブによって行われる。対側測定は、測定すべき標的組織（例えば、組織健康が判断されるべき乳房組織）上でオキシメータプローブを用いて測定する前に、健康な組織の一部（例えば、健康な乳房組織）上でオキシメータプローブを用いて行われる。組織の対側測定は、オキシメータプローブによって照射される光の各波長について行うことができる。
【００８７】
６０５において、検出器構造によって生成された反射率データは、オキシメータプローブの電子要素によってデジタル化され、メモリに記憶される。反射率データは、その後の組織測定のための比較の基礎を提供する。例えば、対側測定値は対側組織のメラニン含有量の基線測定値を提供し、基線測定値をプロセッサが使用してオキシメータプローブの種々の測定値を補正することができる。
【００８８】
６１０において、測定されるべき標的組織のオキシメトリ測定がオキシメータプローブによって行われる。
【００８９】
実施形態では、６１５において、プロセッサは、オキシメトリ測定を使用して標的組織の酸素飽和度値を生成する。その後、プロセッサは、対側組織について６０５で記憶された、記憶された反射率データを取り出し、取り出された値を用いて酸素飽和度値を調整する。すなわち、プロセッサは、健康な対側組織のメラニン含有量についての基線測定値を使用して、標的組織の酸素飽和度値を調整する。
【００９０】
別の実施形態では、６１５において、プロセッサは、標的組織のオキシメトリ測定値から吸収μa、低減された散乱係数μs’、またはその両方を判断する。その後、プロセッサは、対側組織について６０５で記憶された反射率データを取り出し、取り出した値を使用してμa、μs、またはその両方を調整する。次に、プロセッサは、調整されたμa値を用いて、標的組織の酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、または他の値を計算する。すなわち、プロセッサは、健康な対側組織のメラニン含有量の基線測定値を使用して、標的組織のμaを調整する。
【００９１】
６１５では、別の代替的な実施態様では、プロセッサは、対側組織について６０５で記憶された、記憶された反射率データを取り出し、取り出された値を使用して、標的組織について検出器構造によって生成される反射率データを調整する。反射率データにプロセッサによって適用される調整は、単純なオフセット（例えば、加算オフセット）、スケールファクタ（例えば、乗算オフセット）、関数による補正、他の補正、またはこれらの調整のいずれかの任意の組み合わせとすることができる。すなわち、プロセッサは、健康な組織のメラニン含有量の基線測定値を用いて、検出器構造によって生成される値を調整して、標的組織の反射率データを調整する。
【００９２】
記憶されたシミュレート反射率曲線。ある実施形態によれば、メモリ１１７は、後でメモリに記憶するためにコンピュータによって生成され得るいくつかのモンテカルロシミュレーション反射率曲線３１５（「シミュレート反射率曲線」）を記憶する。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された源構造からシミュレートされた組織内へと照射され、シミュレートされた組織から１つ以上のシミュレートされた検出器構造に反射される光（例えば近赤外線）のシミュレーションを表す。シミュレート反射率曲線３１５は、図２に関して上述したように、源−検出器距離を有するプローブ先端１１０の源構造１２０ａ〜１２０ｂおよび検出器構造１２５ａ〜１２５ｈの構成のような、シミュレートされた源構造およびシミュレートされた検出器構造の特定の構成に対するものである。
【００９３】
したがって、シミュレート反射率曲線３１５は、オキシメータプローブ１０１の源構造から照射され、オキシメータプローブ１０１の検出器構造によって収集される光をモデル化する。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特定の濃度に関する特定の組織吸収値および組織散乱値などの固有の実際の組織状態を表す。例えば、シミュレート反射率曲線は、様々なメラニン含有量、様々な酸素化ヘモグロビン濃度、様々な脱酸素化ヘモグロビン濃度、様々の水の濃度、水の濃度の静的値、脂肪の様々な濃度、脂肪の濃度の静的値、または様々な吸収（μa）値および低減された散乱（μs’）値のために使用される。
【００９４】
メモリ１１７に記憶されるシミュレート反射率曲線の数は、相対的に大きくてもよく、オキシメータプローブ１０１によって生存能力について分析される実際の組織に存在し得る光学特性および組織特性のすべてではないにしてもほとんどすべての実際的な組み合わせを表し得る。メモリ１１７は、モンテカルロシミュレーション反射率曲線を格納するものとして本明細書では説明されているが、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たシミュレート反射率曲線を記憶してもよい。
【００９５】
図７は、プローブ先端１１０の源構造および検出器構造の構成のような、源構造１２０および検出器構造１２５の特定の構成に関するものであってもよい、反射率曲線の例示的なグラフを示す。グラフの水平軸は、源構造１２０と検出器構造１２５との間の距離（すなわち、源−検出器距離）を表す。源構造１２０と検出器構造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源構造１２０および検出器構造１２５についてのシミュレーションである場合、シミュレート反射率曲線におけるデータ点間の横方向の間隔は相対的に均一である。このような均一な間隔は、図７のシミュレート反射率曲線に見ることができる。グラフの垂直軸は、組織から反射し、検出器構造１２５によって検出される光のシミュレートされた反射率を表す。シミュレート反射率曲線によって示されるように、検出器構造１２５に到達する反射光は、源構造と検出器構造との間の距離によって変化し、より小さな源−検出器距離で検出される反射光は、より大きな源−検出器距離で検出される反射光よりも大きい。
【００９６】
図８は、いくつかの重要な組織発色団、すなわち酸素化ヘモグロビンを含有する血液、脱酸素化ヘモグロビンを含有する血液、メラニン、および水についての、吸収係数μa対光の波長のグラフを示す。ある実施形態では、シミュレート反射率曲線を生成するために使用されるモンテカルロシミュレーションは、組織内に存在し得る１つ以上の選択発色団の関数である。発色団はメラニン、酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビン、水、脂質、シトクロムまたは他の発色団を、任意の組み合わせで含むことができる。酸素化ヘモグロビン、脱酸素化ヘモグロビンおよびメラニンは、可視および近赤外スペクトル範囲の大部分について、組織における最も支配的な発色団である。
【００９７】
一実施形態によれば、メモリ１１７は、シミュレート反射率曲線３１５の各々について選択された数のデータ点を記憶し、シミュレート反射率曲線の全体は記憶しないかもしれない。シミュレート反射率曲線３１５の各々について記憶されるデータ点の数は、源−検出器対の数と一致してもよい。例えば、プローブ先端１１０が２つの源構造１２０ａおよび１２０ｂならびに８個の検出器構造１２５ａ〜１２５ｈを含む場合は、オキシメータプローブ１０１は１６個の源−検出器の対を含み、メモリ１１７はしたがって源構造１２０ａまたは１２０ｂによって照射される光の各波長の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る。実施形態では、記憶されたデータ点は、表１において示されるものなどのようなプローブ先端１１０の特定の源−検出器距離についてのものである。
【００９８】
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１６×５８５０であり得、各源構造１２０によって生成および照射され各検出器構造１２５によって測定され得る曲線ごとに１６個の点が記憶され得、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、各源構造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、例えば、３９個の散乱係数μs'値および１５０個の吸収係数μa値のマトリクスに由来する。他の実施形態では、より多くかまたはより少ない数のシミュレート反射率曲線が、メモリにおいて記憶される。例えば、メモリに記憶されるシミュレート反射率曲線の数は、約１００本の曲線から、約２５０，０００本の曲線、約４００，０００本の曲線、またはそれ以上の範囲に及ぶことができる。
【００９９】
低減された散乱係数μs'値の範囲はセンチメートルにつき５：５：２４からかもしれない。μa値の範囲はセンチメートルにつき０．０１：０．０１：１．５からかもしれない。上述の範囲は例の範囲であり、源−検出器の対の数、各源構造によって生成され照射される波長の数、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。
【０１００】
図９は、実施形態においてオキシメータプローブのメモリに記憶されるシミュレート反射率曲線３１５のデータベース９００を示す。このデータベースは、組織の均質モデル用である。データベース内の各行は、２つのシミュレートされた源構造（例えば、源構造１２０ａ〜１２０ｂ）からシミュレートされた組織に照射され、シミュレートされた組織からの反射後に８つのシミュレートされた検出器構造（例えば、検出器構造１２５ａ〜１２５ｈ）によって検出されるシミュレートされた光についてモンテカルロシミュレーションから生成されるシミュレート反射率曲線を示す。データベースのためにシミュレート反射率曲線を生成するために使用されるモンテカルロシミュレーションは、均質な組織モデル用である。均質組織モデルのためのシミュレートされた組織は、組織表面から表皮、真皮および皮下組織を通して均質な光学特性を有する。つまり、表皮、真皮および皮下の光学特性は、モンテカルロシミュレーションでは同じである。データベースにおいて、シミュレート反射率曲線の各々は、吸収（μa）値および低減された散乱（μs’）値と関連付けられる。データベース内のシミュレート反射率曲線の各々は、他の発色団の値と関連付けることができる。
【０１０１】
シミュレート反射率曲線のデータベースは、シミュレートされた反射率の実際の値（例えば、浮動小数点値）を含むことができ、またはシミュレートされた反射率の実際の値に対する索引付けされた値（例えば、２進値）を含むことができる。図９に示すように、データベースは、シミュレートされた反射率の実際の値に対する索引付けされた値（例えば、２進値）を含む。データベースは、例えばエントリの精度に依存する様々な長さのバイナリワードを含むことができる。バイナリワードは、２ビット長、４ビット長、８ビット長、１６ビット長、３２ビット長、または他の長さとすることができる。
【０１０２】
一実施態様では、１つ以上の数学的変換が、シミュレート反射率曲線の値をデータベースに入力する前に、シミュレート反射率曲線に適用される。数学的変換は、検出器構造によって生成された反射率データのシミュレート反射率曲線への適合を改善することができる。例えば、シミュレート反射率曲線に対数関数を適用して、検出器構造によって生成された測定データのシミュレート反射率曲線への適合を改善することができる。
【０１０３】
オキシメトリ測定が行われると、照射された光の各波長に対する反射率データが検出器構造によって検出され、データベース９００のシミュレート反射率曲線に個別に適合される。シミュレート反射率曲線に適合した照射光の各波長の反射率データについて、オキシメータプローブは吸収μa、低減された散乱μs’またはこれらの値の両方を判断する。例えば、第１の波長の光に対する第１の反射率データのセットをシミュレート反射率曲線に適合させて、吸収μaおよび低減された散乱μs’の１つ以上（例えば、組織パラメータの第１の組）を判断する。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。
【０１０４】
その後、第２の波長の光に対する第２の反射率データのセットをデータベース９００のシミュレート反射率曲線に適合させて、第２の波長について吸収μaおよび低減された散乱μs’の１つ以上（例えば、組織パラメータの第２の組）を判断する。その後、第３の波長の光に対する第３の反射率データのセットをデータベース９００のシミュレート反射率曲線に適合させて、吸収μaおよび低減された散乱μs’の１つ以上（例えば、組織パラメータの第３の組）を判断する。その後、第４の波長の光に対する第４の反射率データのセットをデータベース９００のシミュレート反射率曲線に適合させて、第４の波長について、吸収μaおよび低減された散乱μs’の１つ以上（例えば、組織パラメータの第４の組）を判断する。
【０１０５】
４組の組織パラメータをオキシメータプローブによって一緒に使用して、酸素化ヘモグロビン濃度、脱酸素化ヘモグロビン濃度、メラニン含有量、または他のパラメータなど、組織の様々な値を判断することができる。
【０１０６】
図１０は、実施形態においてオキシメータプローブのメモリに記憶されるシミュレート反射率曲線のデータベース１０００を示す。データベースは、組織の層状モデル（例えば、層状の皮膚）のためのものである。シミュレート反射率曲線を生成したモンテカルロシミュレーションは、シミュレーションのために層状組織モデルを使用する。層状組織は、２つ以上の層を含むことができる。一実施形態では、層状組織は２つの組織層を含む。２つの組織層は、異なる吸収μa、低減された散乱μs’、またはこれらの特性の両方のような、異なる光学特性を有する。
【０１０７】
一実施態様では、第１のシミュレートされた組織層は表皮用であり、第２のシミュレートされた組織層は真皮用である。モンテカルロシミュレーションで使用される表皮の厚さは、約４０ミクロン〜約１４０ミクロンの範囲であり得る。例えば、表皮の厚さは、４０ミクロン、５０ミクロン、６０ミクロン、７０ミクロン、８０ミクロン、９０ミクロン、１００ミクロン、１１０ミクロン、１２０ミクロン、１３０ミクロン、１４０ミクロンまたは他の厚さであり得る。モンテカルロシミュレーションで使用される真皮の厚さは、１ミリメートル未満から事実上無限の厚さまでの範囲、例えば１２ミリメートル以上であり得る。
【０１０８】
シミュレート反射率曲線が真皮のために生成されるとき、表皮の１つ以上の光学特性は変動され得る。例えば、シミュレート反射率曲線が真皮のために生成されるとき、メラニン含有量は表皮について変動され得る。代替的に、シミュレート反射率曲線が真皮のために生成されるとき、μaは表皮について変動され得る。
【０１０９】
一実施形態では、データベース１０００は、表皮と真皮との組み合わせによって反射される光についてのシミュレート反射率曲線を含む。
【０１１０】
オキシメータプローブによって測定される実際の組織について、源構造によって照射され検出器構造によって検出される光の各波長についての反射率データは、プロセッサによって一度に１つずつシミュレート反射率曲線に適合される。データベース内のシミュレート反射率曲線の１つ以上への適合に基づいて、オキシメータプローブは、実組織の一方または両方の層について、吸収μaおよび低減された散乱μs’の一方または両方を判断する。一方の層について判断された吸収（μa）値から、オキシメータプローブは組織の酸素化濃度および脱酸素化ヘモグロビン濃度を判断する。
【０１１１】
図１１Ａ〜図１１Ｂは、実施形態においてオキシメータプローブのメモリに記憶されるシミュレート反射率曲線のデータベース１１１０を示す。データベースは組織の層状モデル用である。データベースの各行は、シミュレートされた源構造から照射され、シミュレートされた検出器構造によって検出される４つの波長の光の各々に対するシミュレート反射率曲線を含む。４つのシミュレート反射率曲線の各行は、各シミュレート反射率曲線について１６の値を含む。より具体的には、各行は、源構造１２０ａ〜１２０ｂおよび検出器構造１２５ａ〜１２５ｈの１６個の源−検出器距離のために１６個の値を含む。合計で、各行は、２つのシミュレートされた源構造から照射され、８つのシミュレートされた検出器構造によって検出される４つの波長の光に対する４つのシミュレート反射率曲線について６４個の値を含む。
【０１１２】
より多くのまたはより少ない波長が源構造から照射される場合、データベース１１１０の組織の層状モデルは、１行当たりより多くのまたはより少ないシミュレート反射率曲線を含むことができる。データベース１１１０は、例えば、１つまたは３つ以上の源構造がプローブ先端に含まれるか、より多くのまたはより少ない検出器構造がプローブ先端に含まれるか、またはその両方である場合、シミュレート反射率曲線の各々について、１６個より多くまたはより少ない値を含むことができる。
【０１１３】
データベース１１１０の各行についての４つのシミュレート反射率曲線の各々は、メラニン含有量、血液量、散乱、および酸素飽和度（組織の総ヘモグロビンに対する酸素化ヘモグロビンの割合）を含む４つの組織パラメータに関連付けられる。より多数または少数の組織パラメータをデータベース１１１０に含めることができる。
【０１１４】
オキシメータプローブによって測定されるべき組織について検出器構造１２５ａ〜１２５ｈによって生成される検出器値の組が、プロセッサによって行の１つ以上に適合されると、オキシメータプローブは、それによって、メラニン含有量、血液量、散乱、および酸素飽和度などの組織パラメータのうちの１つ以上を、任意の組み合わせで、判断する。一実施形態では、オキシメータプローブは、組織の酸素飽和度を判断し、ディスプレイ上に酸素飽和度の値を表示するように適合される。
【０１１５】
上で簡単に説明したように、データベース１１１０は、層状組織モデルのシミュレート反射率曲線３１５を含む。シミュレートされた組織の層は、表皮、真皮、皮下組織、またはこれらの層の１つ以上の任意の組み合わせを含むことができる。これらの層は、細網真皮および表層神経叢のような皮膚形態のより高い分解能を含むことができる。シミュレート反射率曲線を生成するモンテカルロシミュレーションは、組織層に含まれる様々な発色団について組織をシミュレートすることができる。例えば、モンテカルロシミュレーションは、様々なメラニン含有量を有する表皮のための組織モデルを使用することができるが、血液を含む表皮のための組織モデルを使用しないかもしれない。モンテカルロシミュレーションは、様々な血液量および様々な酸素飽和度を有する真皮層のための組織モデルを使用することができる。ある実施形態では、モンテカルロシミュレーションは、メラニンを含む真皮のための組織モデルを使用しない。同様に、モンテカルロシミュレーションは、様々な血液量および様々な酸素飽和度を有する脂肪組織の組織モデルを使用することができる。ある実施形態では、モンテカルロシミュレーションは、メラニンを有する脂肪組織のための組織モデルを使用しない。組織層の組織モデルは、他の組織発色団の濃度が比較的典型的な生理学的値である水および脂肪のような、他の組織発色団についての濃度を含むことができる。
【０１１６】
一実施態様では、シミュレート反射率曲線を生成するためにモンテカルロシミュレーションが使用する様々な発色団濃度は、実際の組織に存在する実際の生理学的値の相対的に大きくかつ相対的に正確な範囲に亘る。実際の生理学的値の範囲に含まれる値の数は、組織オキシメータ測定の様々なパラメータのバランスをとるために変更することができる。例えば、シミュレートされた組織における発色団の濃度の範囲に使用される値の数は、相対的に高くまたは低くあり得、オキシメータプローブによって行われる測定の精度に影響を与え得る。一実施形態では、シミュレートされた表皮組織における光吸収についてメラニン含有量の範囲のためにモンテカルロシミュレーションで３５５の値が使用される。一実施形態では、シミュレートされた真皮組織における光吸収についてメラニン含有量の範囲のためにモンテカルロシミュレーションで８６の値が使用される。シミュレートされた表皮組織およびシミュレートされた真皮組織の両方における散乱については、モンテカルロシミュレーションで６５の値が使用される。他の実施態様では、これらの値の数は異なる。
【０１１７】
組織分析図１２Ａ〜図１２Ｂは、オキシメータプローブ１０１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３１５を使用する、オキシメータプローブによる組織（例えば皮膚）の光学特性を判断するための方法のフロー図である。光学特性は、組織の吸収係数μaおよび低減された散乱係数μs’を含み得る。組織の吸収係数μaを組織の酸素飽和度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つの実施形態を表している。ステップは、実施形態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。
【０１１８】
１２００において、オキシメータプローブ１０１は、源構造１２０ａなどの源構造１２０の１つから組織内に光（例えば近赤外光）を発する。オキシメータプローブは一般に、源構造から発光されているときに組織と接触している。照射光が組織から反射した後、ステップ１２０５において検出器構造１２５がこの光の一部を検出し、ステップ１２１０において組織の反射率データ点を生成する。ステップ１２００、１２０５、および１２１０は、光の複数の波長（例えば赤色光、近赤外光、またはその両方）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返され得る。１つの波長の反射率データ点は、例えば組織オキシメトリプローブ１１５が１６個の源−検出器距離を有する場合、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。
【０１１９】
１２１５において、反射率データ点（例えば生反射率データ点）が源−検出器の対のゲインに対して補正される。源−検出器の対の校正の間、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。
【０１２０】
１２２０において、プロセッサ１１６は、（例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。メモリに格納され、反射率データに適合されるデータベースは、データベース９００、データベース１０００、またはデータベース１１００であることができる。１つの特定の実施形態では、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１２２０に利用される。例えば、３９個の散乱係数μs’値および１５０個の吸収係数μa値を与えられるデータベース９００の場合、シミュレート反射率曲線の粗グリッドは、プロセッサ１１６によって、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μs’値および８個おきの吸収係数μaを取ることによって、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，μs’）coarseである。データベース１０００の場合、粗グリッドは、各層の吸収、および低減された散乱をカバーする。データベース１０００のための方法に関する以下の各ステップは、各層のμa、およびμs’について調整される。データベース１１００の場合、粗グリッドは、メラニン含有量、酸素飽和度、血液量、および散乱をカバーする。データベース１１００のための方法の以下の各ステップは、μa、およびμs’の代わりにメラニン含有量、酸素飽和度、血液量、および散乱について調整される。
【０１２１】
１２２５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。
【０１２２】
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は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１２３０において微細グリッド内で近傍の吸収係数μa値および散乱係数μs’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。具体的には、プロセッサ１１６が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こと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μs’および吸収係数μaの位置はすべて、反射率データについての散乱係数μs’および吸収係数μaをさらに求めるために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μs’値が求められる。ステップ１２４０において、ピークにおける吸収係数μaおよび散乱係数μs’値の重み付け平均（例えばセントロイド計算）がオキシメータプローブによって利用され、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μs’値が求められ得る。
【０１２３】
重み付け平均についての吸収係数μaおよび散乱係数μs’値の重みは、閾値から微細グリッド誤差を引いたものとしてプロセッサ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で選択されるため、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（例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μs’および吸収係数μa（すなわち（μa，μs’）fine）が提供される。様々な非線形最小二乗法の１つ以上を用いて適合して吸収係数μaの真の最小誤差ピークを求めるなど、他の方法もオキシメータプローブによって利用され得る。
【０１２４】
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、各対数を源−検出器距離（例えばセンチメートルで表わされる）の平方根で割る。源−検出器距離の平方根で割られた対数値は、上述のステップ（例えばステップ１２１５、１２２０、１２２５、および１２３０）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。
【０１２５】
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１２Ａ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はより低い。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、これは典型的にはプロセッサによるさらなる演算を必要とする。
【０１２６】
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１２Ｂは、１つの実施形態による、微細グリッドにおいて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方法のフロー図である。このフロー図は、１つの実施形態を表している。ステップは、実施形態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。
【０１２７】
ステップ１２２５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，μs’）coarseを求めた後、ステップ１２５０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１６×５８５０の（μa，μs’）データベース）内の（μa，μs’）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，μs’）と示される。その後、ステップ１２５５において、プロセッサ１１６は、ｅｒｒminと称される、ｅｒｒ（μa，μs’）内の最小誤差値を探す。プロセッサ１１６は次に、ステップ１２６０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，μs’）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１２６５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の吸収係数μaおよび散乱係数μs’の補間結果である。
【０１２８】
組織の反射率データ点の吸収係数μaおよび散乱係数μs’を求めるための図１２Ａおよび図１２Ｂに関して上記に説明された方法は、源構造１２０の各々によって生成される波長（例えば３つまたは４つの波長）の各々ごとに繰返され得る。
【０１２９】
酸素飽和度判定。第１の具体化によると、プロセッサ１１６は、各源構造１２０によって生成される光の３つまたは４つの波長について（上述のように）求められる吸収係数μa（例えば３つまたは４つの吸収係数μa）を利用することによって、オキシメータプローブ１０１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度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、可能性のある総ヘモグロビン、メラニン、および酸素飽和度値の範囲を仮定し、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。
【０１３０】
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純検体信号（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、系内の他のスペクトル成分に直交するスペクトルの部分と定義される。例えば、酸素化ヘモグロビンおよび脱酸素化ヘモグロビンも含む系における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を各波長において予め決定された吸収係数で乗算することによって、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除算さ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。
【０１３１】
オキシメータプローブ１０１の実施形態によると、反射率データは３０ヘルツで検出器構造１２５によって生成され、酸素飽和度値は約３へルツで計算される。求められた酸素飽和度値（例えば少なくとも３つの酸素飽和度値）の移動平均がディスプレイ１１５上に表示され得るが、それは１ヘルツの更新速度を有するかもしれない。
【０１３２】
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。
【０１３３】
比較的小さい源−検出器距離について検出器構造１２５によって検出される反射率は、低減された散乱係数μs’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、μs’＝μs（１−ｇ）であり、１／μs’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＜＜μs’である場合は一部偏向角度のみを含む。
【０１３４】
対照的に、比較的大きい源−検出器距離について検出器構造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、
【０１３５】
【数１】
2019516444.tif 000004
【０１３６】
と定義され、これはμaおよびμs’の両方の関数である。
したがって、相対的に小さい源−検出器距離（例えば図２のＳ１−Ｄ４およびＳ２−Ｄ８）ならびに相対的に大きい源−検出器距離（例えば図２のＳ１−Ｄ８およびＳ２−Ｄ４）における反射率を測定することによって、μaおよびμs’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。
【０１３７】
データ収集最適化のための反復適合。図１３は、オキシメータプローブ１０１による組織の光学特性を判断する別の方法のフロー図を示す。このフロー図は、１つの実施形態を表している。ステップは、実施形態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。
【０１３８】
１３００において、オキシメータプローブ１０１は、源構造１２０ａなどの源構造１２０の１つから組織内に光（例えば近赤外光）を発する。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１３０５）、組織についての反射率データを生成する（ステップ１３１０）。ステップ１３００，１３０５、および１３１０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。１３１５において、オキシメータプローブ１０１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。メモリに格納され、反射率データに適合されるデータベースは、データベース９００、データベース１０００、またはデータベース１１００であり得る。その後、ステップ１３２０において、オキシメータプローブ１０１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（例えば、データベース９００またはデータベース１０００の場合ではμaおよびμs’、またはデータベース１１００の場合ではメラニン含有量、酸素飽和度、血液量および散乱）を求める。
【０１３９】
１３２５において、オキシメータプローブ１０１は、ステップ１３２０で求めた光学特性（例えば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、すべての源−検出器の対（例えば、対１：源構造１２０ａおよび検出器構造１２５ａ、対２：源構造１２０ａおよび検出器構造１２５ｂ、対３：源構造１２０ａおよび検出器構造１２５ｃ、対４：源構造１２０ａおよび検出器構造１２５ｄ、対５：源構造１２０ａおよび検出器構造１２５ｅ、対６：源構造１２０ａおよび検出器構造１２５ｆ、対７：源構造１２０ａおよび検出器構造１２５ｇ、対８：源構造１２０ａおよび検出器構造１２５ｈ、対９：源構造１２０ｂおよび検出器構造１２５ａ、対１０：源構造１２０ｂおよび検出器構造１２５ｂ．．．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。
【０１４０】
１３３０において、オキシメータプローブ１０１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源−検出器距離（例えば図２のＳ１−Ｄ４およびＳ２−Ｄ８）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源−検出器距離の２倍よりも長い場合は、最短の源−検出器距離を有する源−検出器の対の検出器構造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）。例えば、ステップ１３１５〜１３３０は、源構造１２０ａが検出器構造１２５ｄの源として作用している状態で検出器構造１２５ｅからの反射率データを使用せずに、かつ、源構造１２０ｂが検出器構造１２５ｈの源として作用している状態で検出器構造１２５ｈ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１３３５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、オキシメータプローブ１０１によって例えばディスプレイ１１５上で報告される。
【０１４１】
源構造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、非拡散反射されるか、またはほぼ非拡散反射される（例えば、拡散反射要素を有することができる）。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。
【０１４２】
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、減少する量の反射を受ける。したがって、相対的に短い源−検出器距離（例えば、図２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（例えば、図２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（例えば、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（例えば、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。
【０１４３】
図１４は、選択検出器構造１２５によって生成される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つの実施形態を表している。ステップは、実施形態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。
【０１４４】
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。メモリに格納され、反射率データに適合されるデータベースは、データベース９００、データベース１０００、またはデータベース１１００であり得る。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（例えば、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。例えば、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）。
【０１４５】
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、様々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。
【０１４６】
代替的実施形態によれば、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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
さらなる実施形態によれば、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等しくまたはおおよそ等しく適合に寄与することを可能にする。
【０１４９】
反射率データを多数のモンテカルロシミュレーション反射率曲線に一致させるために記載された方法は、オキシメータプローブによってプロービングされる実際の組織の光学特性の比較的迅速かつ正確な判断を可能にする。組織の光学特性を判断する速度は、術後プローブと比較して術中プローブの設計において重要な考慮事項である。さらに、記載されたモンテカルロ法は、堅牢な較正方法を可能にし、それは、次いで、相対的な光学特性と比較して絶対的な光学特性の生成を可能にする。相対光学特性とは対照的に絶対光学特性を報告することは、術後オキシメータプローブと比較して術中オキシメータプローブにとって比較的重要である。
【０１５０】
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良に利用および実践することができるであろう。発明の範囲は以下の請求項によって定義される。
【図１】
2019516444.tif 000005
【図２】
2019516444.tif 000006
【図３】
2019516444.tif 000007
【図４Ａ】
2019516444.tif 000008
【図４Ｂ】
2019516444.tif 000009
【図４Ｃ】
2019516444.tif 000010
【図４Ｄ】
2019516444.tif 000011
【図４Ｅ】
2019516444.tif 000012
【図４Ｆ】
2019516444.tif 000013
【図４Ｇ】
2019516444.tif 000014
【図４Ｈ】
2019516444.tif 000015
【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図４Ｋ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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