(57)【要約】  ヒトまたは動物の患者の深部血管構造内の血液の酸素飽和度を非侵襲的に測定するための方法は、対象とする深部血管構造の近傍の患者の皮膚上に、光酸素濃度計装置の発光体要素および受光体要素を配置するステップを含み、前記要素の最適な配置が、光酸素濃度計装置から得られた体積変動記録トレースを、対象とする深部血管構造の知られた体積変動記録特性と照合させることにより達成され、発光体要素が、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍの波長と、約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長とで発光し、かつ酸素飽和度が、対象とする血管構造内の血液中のヘモグロビンにより、これらの２つの波長で吸収される光の比から求められる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒトまたは動物の患者の深部血管構造内の血液の酸素飽和度を非侵襲的に測定するための方法であって、対象とする前記深部血管構造の近傍の前記患者の皮膚上に、光酸素濃度計装置の発光体要素および受光体要素を配置するステップを含み、前記発光体要素および受光体要素の最適な配置が、前記光酸素濃度計装置から得られた体積変動記録トレースを、対象とする前記深部血管構造の知られた体積変動記録特性と照合させることにより達成され、前記発光体要素が、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍの波長および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長で発光し、かつ酸素飽和度が、対象とする前記血管構造内の血液中のヘモグロビンにより、これらの２つの波長で吸収される光の比から求められることを特徴とする方法。
【請求項２】
対象とする前記深部血管構造が、内頸静脈、上矢状静脈洞、横静脈洞、Ｓ状静脈洞、鎖骨下静脈、大腿静脈、腕頭静脈、下大静脈、上大静脈、右心房、右心室、肺動脈、左心房、左心室、頸動脈、椎骨動脈、鎖骨下動脈、腕頭動脈、大腿動脈、および大動脈から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
中心静脈血酸素飽和度を非侵襲的に測定するための請求項１に記載の方法。
【請求項４】
対象とする前記深部血管構造が、内頸静脈、鎖骨下静脈、大腿静脈、腕頭静脈、下大静脈、上大静脈、上矢状静脈洞、横静脈洞、Ｓ状静脈洞、および右心房から選択されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
対象とする前記深部血管構造が内頸静脈であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
混合静脈血酸素飽和度を非侵襲的に測定するための請求項１に記載の方法。
【請求項７】
対象とする前記深部血管構造が、右心室および肺動脈から選択されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
中心動脈の酸素飽和度を非侵襲的に測定するための請求項１に記載の方法。
【請求項９】
対象とする前記深部血管構造が、左心房、左心室、頸動脈、椎骨動脈、鎖骨下動脈、腕頭動脈、大腿動脈、および大動脈から選択されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記発光体要素により放出される光の前記２つの波長が、約１０５０ｎｍおよび約１０９０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記発光体要素および受光体要素が、約５ｍｍ〜約６０ｍｍの距離だけ離間される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記発光体要素および受光体要素が、約１０ｍｍ〜約２０ｍｍの距離だけ離間されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記発光体要素および受光体要素が、ヒトまたは動物の隣接する内頸静脈、および／またはＳ状静脈洞内の血液酸素飽和度を監視するために外耳道に挿入されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１４】
前記発光体要素を、配置される皮膚の表面の法線に対して約４５°の角度で前記受光体要素の方向に傾斜させることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
ヒトまたは動物の患者の深部血管構造内の血液の酸素飽和度を非侵襲的に測定するための方法であって、前記患者の外耳道内の内頸静脈および／またはＳ状静脈洞の近傍に、光酸素濃度計装置の発光体要素および受光体要素を配置するステップを含み、前記発光体要素および受光体要素の最適な配置が、前記光酸素濃度計装置から得られた体積変動記録トレースを、前記内頸静脈および／またはＳ状静脈洞の知られた体積変動記録特性と照合させることにより達成され、酸素飽和度が、前記内頸静脈および／またはＳ状静脈洞内の血液中のヘモグロビンにより異なる波長で吸収される光の比から求められることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記発光体要素が、約６００ｎｍ〜約１２００ｎｍの２つの波長で発光することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記発光体要素が、赤色光の波長と、赤外光の波長との両方で発光することを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記発光体要素が、約６２０ｎｍ〜約７５０ｎｍの波長および約７５０ｎｍ〜約１０００ｎｍの波長で発光することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記発光体要素が、約６４０ｎｍ〜６８０ｎｍの波長、および９００ｎｍと約９６０ｎｍの間の波長で発光することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記発光体要素が、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍの波長と、約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長とで発光することを特徴とする請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項２１】
ヒトまたは動物の患者の深部血管構造内の血液の酸素飽和度を非侵襲的に測定するための方法であって、前記患者の外耳道内の内頸静脈の近傍に、光酸素濃度計装置の発光体要素および受光体要素を配置するステップを含み、前記発光体要素および受光体要素の最適な位置が、前記光酸素濃度計装置から得られた体積変動記録トレースを、前記内頸静脈の知られた体積変動記録特性と照合させることにより達成され、前記発光体要素が、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍの波長および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長で発光し、かつ酸素飽和度が、前記内頸静脈内の血液中のヘモグロビンにより、これらの２つの波長で吸収される光の比から求められることを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記発光体要素により放出される光の前記２つの波長が、約１０５０ｎｍおよび約１０９０ｎｍであることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法で使用するための酸素測定装置。
【請求項２４】
中央処理装置と、ディスプレイと、ヒトまたは動物の皮膚に対して解放可能に適用するように適合された発光体要素および受光体要素とを備え、そのすべてが使用時に動作可能に接続される酸素測定装置であって、前記発光体要素が、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍの波長および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長との両方の光を放出するように装備され、また前記受光体要素が、前記光を検出するように適合されて、放出された光および受け取った光のレベルに関する情報が前記中央処理装置に送られ、前記中央処理装置が、放出された光および受け取った光のレベルに関する前記情報から導出された体積変動記録特性を、対象とする深部血管構造の知られた体積変動記録特性と照合して、対象とする前記深部血管構造の近傍における皮膚上で、前記発光体要素および受光体要素を使用する場合の最適な配置を保証することができ、前記中央処理装置がまた、前記ディスプレイ上で利用可能にできる、対象とする前記深部血管構造内の血液酸素飽和度の測定値を、放出された光および受け取った光のレベルに関する前記情報から導出することができることを特徴とする酸素測定装置。
【請求項２５】
対象とする前記深部血管構造の前記体積変動記録特性もまた、前記ディスプレイ上で利用可能にすることができることを特徴とする請求項２４に記載の酸素測定装置。
【請求項２６】
前記動作可能な接続が物理的なものであることを特徴とする請求項２４または２５に記載の酸素測定装置。
【請求項２７】
前記動作可能な接続が無線であることを特徴とする請求項２４または２５に記載の酸素測定装置。
【請求項２８】
前記発光体要素により放出される光の前記２つの波長が、約１０５０ｎｍおよび約１０９０ｎｍであることを特徴とする請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の酸素測定装置。
【請求項２９】
前記発光体要素および受光体要素が、前記ヒトまたは動物の外耳道内に配置され、前記ヒトまたは動物の隣接する内頸静脈、および／またはＳ状静脈洞内の血液酸素飽和度を監視するように適合されることを特徴とする請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の酸素測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素測定法により、深部血管構造内の血液の酸素飽和度を非侵襲的に測定する方法の改良に関し、詳細には、これに限らないが、（ａ）血液中のヘモグロビンによる光吸収を測定するために最適な波長を選択すること（例えば、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍ、および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍ）、（ｂ）酸素測定の発光体要素および受光体要素を患者の外耳道内に配置すること、（ｃ）発光体要素と受光体要素の間の距離を閾値レベルまで増加すること、（ｄ）受光体要素の角度に対して、発光要素を約４５°傾けることのうちの１つまたは複数のものを含む改良に関する。本発明はまた、深部血管構造内の血液の酸素飽和度を非侵襲的に測定する改良された方法で使用するように適合された装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
重病で不安定な患者においては、組織への酸素輸送の評価は極めて重要なものである。酸素輸送が不適切である場合、酸素輸送を最適化するために早期に介入することにより、多臓器不全および死を防止する可能性がある（非特許文献１による）。これらの介入には、静脈内液、変力物質（心収縮を刺激する）の投与、および血液の酸素化を改善するための人工呼吸のサポートが含まれる。
【０００３】
中心静脈または混合静脈血酸素飽和度は、血液を排出した体の部分への酸素輸送の適切さを表している。混合静脈血（右心室、ならびに肺動脈の中心および末梢部分の血液）は、全身への酸素輸送の適切さの最良の評価を提供する。しかし、中心静脈血（内頸静脈、鎖骨下静脈、大腿静脈、および腕頭静脈、下および上大静脈、ならびに右心房内の血液）は、全身への酸素輸送の適切さの代替として使用することができる（非特許文献２による）。
【０００４】
従来、静脈飽和度測定による酸素輸送の評価は、一般に、カテーテルを中心静脈または肺動脈内に配置し、血液をそこからとることにより行われる。とられた血液の酸素飽和度が、次いで、血液ガス装置で測定される。代替的には、光ファイバカテーテルを中心静脈または肺動脈内に配置することができ、次いで、酸素飽和度を光学的な方法で測定することができる。静脈内に光ファイバカテーテルを挿入し、酸素測定法により酸素飽和度を直接測定することを含むこのような手法は、Ｒｉｖｅｒｓに付与された特許文献１で論じられている。
【０００５】
カテーテルの挿入に熟練した医師が必要であること、血液ガス装置または光ファイバカテーテルの費用を含むこと、カテーテル挿入に関連する有害な症状（気胸、感染、出血、不整脈、および心タンポナーデ）を生ずるかなりの危険があること、最後に、カテーテルが挿入されるときに静脈血飽和度を取得するのに遅延が生ずることのため、これらの手法は共に深刻な限界を含んでいる。
【０００６】
以前に公開された国際特許公開第ＷＯ２００８／１３４８１３号（その開示の全体が参照により本明細書に含まれる）では、本発明者は、深部血管構造の上側の皮膚上に光酸素濃度計装置を配置することにより、血液酸素飽和度（中心静脈および混合静脈血酸素飽和度など）を直接測定するための非侵襲的方法を述べている。赤色および赤外光源を用いるパルス酸素測定法は、皮膚中の血管のヘモグロビン酸素飽和度を測定するための確立された技法である。デオキシヘモグロビン（Ｈｂ）は、赤色光帯域をより吸収しやすく、オキシヘモグロビンは、赤外光帯域をより吸収しやすい。以前の国際特許公開では、約６２０ｎｍ〜約７５０ｎｍの赤色光、および約７５０ｎｍ〜約１０００ｎｍの赤外光の好ましい波長が開示されている。パルス酸素測定法では、光は、まず組織を透過し、透過光または反射光の強度が、次いで、光検出器により測定される。パルス酸素濃度計は、各波長における吸光度のＡＣ（脈動性）成分を測定し、赤色光および赤外光のＡＣ成分量が求められるが、それは、血液中のオキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビン分子の濃度を示している。酸素化されたヘモグロビンの全体のヘモグロビンに対する比は、血液の酸素飽和度を示している。
【０００７】
特許文献２では、本発明者は、体積変動記録トレースを生成するために深部血管構造の脈動する性質を利用することにより、発光体要素および受光体要素を正確に配置して検出信号を最適化し、それにより、複数の位置から同時に超音波検査および測定をする必要性をなくすことが可能であることを示した。述べられた技法における体積変動記録法の個別性は、信号が対象とする血管構造から生じていることを識別し、かつ小血管および周囲の組織などの他の干渉する発色団から生じている信号をフィルタして除くために使用された。
【０００８】
本発明者らは、次に、深部血管構造からの酸素測定法による血液酸素飽和度測定の精度および信頼性における改良が、（ａ）血液中のヘモグロビンによる光吸収を測定するために最適な波長（例えば、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍ、および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍ）を選択すること、（ｂ）患者の外耳道内に酸素測定の発光体要素および受光体要素を配置すること、（ｃ）発光体要素と受光体要素の間の距離を閾値レベルまで増加すること、（ｄ）受光体要素の角度に対して、発光体要素を約４５°の角度で傾けることのうちの１つまたは複数のものを採用することにより可能であることを見出した。
【０００９】
４００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長範囲で血液の光学的特性を検査する場合、５００ｎｍを超える波長に対して散乱係数が減少するというＲｏｇｇａｎ他の開示（非特許文献３による）があるが、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍ、および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長で深部血管構造における血液の酸素測定を行い、それにより酸素飽和度レベルを求めることで改良された精度および信頼性が得られることを開示または示唆するものはない。
【００１０】
波長と皮膚の貫通深さのとの間の関係を評価する組織切除のために（４００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長範囲にわたって）医療用レーザを使用することに関する研究では、波長１０９０ｎｍで最大の皮膚貫通が達成されることが見出された。同様の結果は、（非特許文献４〜６により）骨、脳、および肝臓を含む他の生物学的組織に対しても示されている。しかし、深部血管構造における酸素飽和度を求めるために行われる血液酸素測定法の改良された精度および信頼性が、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍ、および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長を利用することにより得られることを開示する、または示すものは、これらの論文で提供されていない。
【００１１】
さらにＴｒｉｐｐに付与された特許文献３は、高性能航空機で飛行するパイロットおよび他の搭乗員の生理学的な状態を監視するために、外耳道に挿入するように意図された装置を開示しているが、その開示は、外耳道などの体腔表面における血管内の血液酸素飽和度を監視するように意図された装置に関する。しかし、Ｔｒｉｐｐは、外耳道中に酸素測定装置を挿入することにより、深部血管構造内の血液酸素飽和度を監視することが可能になることを示唆していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第５，６７３，６９４号
【特許文献２】国際特許公開第ＷＯ２００８／１３４８１３号
【特許文献３】米国特許第５，２１３，０９９号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｒｉｖｅｒｓ  Ｅ、Ｎｇｕｙｅｎ  Ｂ、Ｈａｖｓｔａｄ  Ｓ他、「Ｅａｒｌｙ  ｇｏａｌ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ  ｔｈｅｒａｐｙ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ｓｅｖｅｒｅ  ｓｅｐｓｉｓ  ａｎｄ  ｓｅｐｔｉｃ  ｓｈｏｃｋ」、Ｎ  Ｅｎｇｌ  Ｊ  Ｍｅｄ  ２００１、３４５巻、１３６８〜１３７７頁
【非特許文献２】Ｍａｒｘ  Ｇ、Ｒｅｉｎｈａｒｔ  Ｋ、「Ｖｅｎｏｕｓ  ｏｘｉｍｅｔｒｙ」、Ｃｕｒｒ  Ｏｐｉｎ  Ｃｒｉｔ  Ｃａｒｅ  ２００６、１２巻、２６３〜２６８頁
【非特許文献３】Ｒｏｇｇａｎ他、「Ｂｌｏｏｄ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｖｉｓ−ＩＲ」、Ｊ  Ｂｉｏｍｅｄ  Ｏｐｔ、１１巻、１９９９年…
【非特許文献４】Ａｌｅｘｅｙ  Ｎ、Ｂａｓｈｋａｔｏｖ  ＥＡＧ、Ｖｙａｃｈｅｓｌａｖ  Ｉ、Ｋｏｃｈｕｂｅｙ、Ｖａｌｅｒｙ  Ｖ、Ｔｕｃｈｉｎ、「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｈｕｍａｎ  ｃｒａｎｉａｌ  ｂｏｎｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｎｇｅ  ｆｒｏｍ  ８００  ｔｏ  ２０００ｎｍ」、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ｉｎ  Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ＶＩＩ、２００５年
【非特許文献５】Ｙａｒｏｓｌａｖｓｋｙ  ＡＮ、Ｓｃｈｕｌｚｅ  ＰＣ、Ｙａｒｏｓｌａｖｓｋｙ  ＩＶ、Ｓｃｈｏｂｅｒ  Ｒ、Ｕｌｒｉｃｈ  Ｆ、Ｓｃｈｗａｒｚｍａｉｅｒ  Ｈ．Ｊ、「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｓｅｌｅｃｔｅｄ  ｎａｔｉｖｅ  ａｎｄ  ｃｏａｇｕｌａｔｅｄ  ｈｕｍａｎ  ｂｒａｉｎ  ｔｉｓｓｕｅｓ  ｉｎ  ｖｉｔｒｏ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｖｉｓｉｂｌｅ  ａｎｄ  ｎｅａｒ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｎｇｅ」、Ｐｈｙｓ  Ｍｅｄ  Ｂｉｏｌ  ２００２、４７巻、２０５９〜２０７３頁
【非特許文献６】Ｒｉｔｚ  ＪＰ、Ｒｏｇｇａｎ  Ａ、Ｉｓｂｅｒｔ  Ｃ、Ｍｕｌｌｅｒ  Ｇ、Ｂｕｈｒ  ＨＪ、Ｇｅｒｍｅｒ  ＣＴ、「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｎａｔｉｖｅ  ａｎｄ  ｃｏａｇｕｌａｔｅｄ  ｐｏｒｃｉｎｅ  ｌｉｖｅｒ  ｔｉｓｓｕｅ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ４００  ａｎｄ  ２４００ｎｍ」、Ｌａｓｅｒｓ  Ｓｕｒｇ  Ｍｅｄ  ２００１、２９巻、２０５〜２１２頁
【非特許文献７】Ｋｅｌｌｅｒ  Ｃ、Ｂｒｉｍａｃｏｍｂｅ  Ｊ、Ａｇｒｏ  Ｆ、Ｍａｒｇｒｅｉｔｅｒ  Ｊ、「Ａ  ｐｉｌｏｔ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｐｈａｒｙｎｇｅａｌ  ｐｕｌｓｅ  ｏｘｉｍｅｔｒｙ  ｗｉｔｈ  ｔｈｅ  ｌａｒｙｎｇｅａｌ  ｍａｓｋ  ａｉｒｗａｙ：  ａ  ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｗｉｔｈ  ｆｉｎｇｅｒ  ｏｘｉｍｅｔｒｙ  ａｎｄ  ａｒｔｅｒｉａｌ  ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｉｎ  ｈｅａｌｔｈｙ  ａｎｅｓｔｈｅｔｉｚｅｄ  ｐａｔｉｅｎｔｓ」、Ａｎｅｓｔｈ  Ａｎａｌｇ  ２０００、９０巻、４４０〜４４４頁
【非特許文献８】Ｗｅｂｓｔｅｒ  ＪＧ、「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ｐｕｌｓｅ  ｏｘｉｍｅｔｅｒｓ」、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ：  Ｔａｙｌｏｒ  ａｎｄ  Ｆｒａｎｃｉｓ  ｇｒｏｕｐ、１９９７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、深部血管構造における酸素飽和度を測定する従来技術の方法に関連する問題を克服する、または少なくともある程度改善することができる。本発明の他の望ましい目的は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、ヒトまたは動物の患者の深部血管構造内の血液の酸素飽和度を非侵襲的に測定する方法が提供され、方法は、対象とする深部血管構造の近傍の患者の皮膚上に、光酸素濃度計装置の発光体要素および受光体要素を配置するステップを含み、前記要素の最適な配置が、酸素濃度計装置から得られた体積変動記録トレースを、対象とする深部血管構造の知られた体積変動記録特性と照合させることにより達成され、発光体要素は、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍの波長および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長で発光し、かつ酸素飽和度は、対象とする血管構造内の血液中のヘモグロビンにより、これらの２つの波長で吸収される光の比から求められる。
【００１６】
好ましい実施形態では、対象とする深部血管構造は、内頸静脈、上矢状静脈洞、横静脈洞、Ｓ状静脈洞、鎖骨下静脈、大腿静脈、腕頭静脈、下大静脈、上大静脈、右心房、右心室、肺動脈（末梢および中心部を共に含む）、左心房、左心室、頸動脈、椎骨動脈、鎖骨下動脈、腕頭動脈、大腿動脈、および大動脈から選択される。
【００１７】
一実施形態では、方法は、中心静脈血酸素飽和度の非侵襲的な測定のためのものである。この場合、対象とする深部血管構造は、内頸静脈、鎖骨下静脈、大腿静脈、腕頭静脈、下大静脈、上大静脈、上矢状静脈洞、横静脈洞、Ｓ状静脈洞、および右心房から選択されることが好ましい。
【００１８】
他の好ましい実施形態では、方法は、混合静脈血酸素飽和度の非侵襲的な測定のためのものである。この場合、対象とする深部血管構造は、右心室および肺動脈から選択されることが好ましい。
【００１９】
他の好ましい実施形態では、方法は、中心動脈酸素飽和度の非侵襲的な測定のためのものである。この場合、対象とする深部血管構造は、左心房、左心室、頸動脈、椎骨動脈、鎖骨下動脈、腕頭動脈、大腿動脈、および大動脈から選択されることが好ましい。
【００２０】
発光体により放出される光の２つの波長は、約１０５０ｎｍおよび約１０９０ｎｍであることが好ましい。
【００２１】
本発明の他の好ましい実施形態では、発光体要素および受光体要素は、約５ｍｍ〜約６０ｍｍの距離だけ離間される。好ましくは、発光体要素および受光体要素は、約１０ｍｍ〜約３０ｍｍの距離、より好ましくは、約１０ｍｍ〜約２０ｍｍの距離だけ離間される。
【００２２】
本発明の他の態様では、発光体要素および受光体要素は、ヒトまたは動物の隣接する内頸静脈、および／またはＳ状静脈洞内の血液酸素飽和度を監視するために、患者の外耳道中に挿入される。本発明のさらなる態様では、発光体要素を、配置される皮膚表面の法線に対して約４５°の角度で受光体要素の方向に傾斜させる。
【００２３】
本発明の他の態様では、ヒトまたは動物の患者の深部血管構造内の血液の酸素飽和度を非侵襲的に測定する方法が提供され、方法は、患者の外耳道内の内頸静脈および／またはＳ状静脈洞の近傍に、光酸素濃度計装置の発光体要素および受光体要素を配置するステップを含み、前記要素の最適な配置が、酸素濃度計装置から得られた体積変動記録トレースを、内頸静脈および／またはＳ状静脈洞の知られた体積変動記録特性と照合させることにより達成され、酸素飽和度は、内頸静脈および／またはＳ状静脈洞内の血液中のヘモグロビンにより異なる波長で吸収される光の比から求められる。例えば、発光体要素は、約６００ｎｍ〜約１２００ｎｍの２つの波長で発光することができる。２つを超える波長を使用することも考えられる。一実施形態では、発光体要素は、約６２０ｎｍ〜約７５０ｎｍおよび約７５０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約６４０ｎｍと６８０ｎｍの間および９００ｎｍと約９６０ｎｍの間などの赤色光波長と赤外光波長で共に発光する。他の実施形態では、発光体要素は、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍの波長および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長とで発光する。
【００２４】
本発明のさらに他の態様では、ヒトまたは動物の患者の深部血管構造内の血液の酸素飽和度を非侵襲的に測定する方法が提供され、方法は、患者の外耳道内の内頸静脈および／またはＳ状静脈洞の近傍に、光酸素濃度計装置の発光体要素および受光体要素を配置するステップを含み、前記要素の最適な配置が、酸素濃度計装置から得られた体積変動記録トレースを、内頸静脈および／またはＳ状静脈洞の知られた体積変動記録特性と照合させることにより達成され、発光体要素が、約１０４５ｎ〜約１０５５ｎｍの波長および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長で発光し、また酸素飽和度は、内頸静脈および／またはＳ状静脈洞内の血液中のヘモグロビンにより、これらの２つの波長で吸収される光の比から求められる。
【００２５】
本発明の他の実施形態によれば、上記で概要を述べた方法で使用するための酸素測定装置が提供される。
【００２６】
本発明の他の実施形態によれば、中央処理装置と、ディスプレイと、ヒトまたは動物の皮膚に対して解放可能に適用するように適合された発光体要素および受光体要素とを備え、そのすべてが使用時に動作可能に接続される酸素測定装置が提供され、発光体要素は、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍの波長および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長の両方で発光するように装備され、また受光体要素は、前記光を検出するように適合されて、放出された光および受け取った光のレベルに関する情報が前記中央処理装置へと送られ、前記中央処理装置は、放出された光および受け取った光のレベルに関する情報から導出された体積変動記録特性を、対象とする深部血管構造の知られた体積変動記録特性と照合させて、対象とする深部血管構造の近傍における皮膚上で、発光体要素および受光体要素を使用する場合の最適な位置を保証することができ、前記中央処理装置はまた、ディスプレイ上で利用可能にできる、対象とする深部血管構造内の血液酸素飽和度の測定値を、放出された光および受け取った光のレベルに関する情報から導出することができる。
【００２７】
対象とする深部血管構造の体積変動記録特性もまた、ディスプレイ上で利用できることが好ましい。
【００２８】
動作可能な接続は、物理的に、または無線で行うことができる。
【００２９】
発光体により放出される光の２つの波長は、約１０５０ｎｍおよび約１０９０ｎｍであることが好ましい。
【００３０】
本発明の他の好ましい態様では、発光体要素および受光体要素は、ヒトまたは動物の外耳道内に配置され、ヒトまたは動物の隣接する内頸静脈内の血液酸素飽和度を監視するように適合される。
【００３１】
本発明を、以下の非限定的な図を参照してさらに述べるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の装置の概略図である。
【図２】対象とする深部血管構造の近傍で患者の皮膚上に配置したときの本発明の装置の発光体要素および受光体要素の概略図である。
【図３】内頸静脈の近傍で患者の皮膚上に配置したときの本発明の装置の発光体要素および受光体要素の写真である。
【図４】２つの顕著な脈動性変化の割合、すなわち、心拍を表しているより速い脈動、および呼吸を表しているより遅い脈動を示している、内頸静脈を通過する光の透過記録から得られた体積変動記録トレースを示す図である。
【図５】強い統計的相関性（ｐ＝０．０００２）を示している、侵襲的な測定技法を用いて求めた中心静脈酸素飽和度（％）に対する、１０５３ｎｍにおけるヘモグロビンの吸光度の１０９０ｎｍにおける吸光度との比（すなわち、非侵襲的な測定に対する正規化された吸光度の比）をプロットした図である。
【図６】主要な骨格の特徴および大静脈を示しており、特に外耳道、Ｓ状静脈洞、および内頸静脈の間の近接性を示した、ヒトの頭部および首の側面からの解剖学的略図である。
【図７】外耳道がＳ状静脈洞および内頸静脈に近接していることを示すＣＴ（コンピュータ断層撮影）走査を示す図である。発光体は、外耳道中に配置され、受光体は皮膚の表面に配置される。光は、外耳道の２ｃｍ以内に存在するＳ状静脈洞を通過し、受光体により吸光度トレースが記録される。
【図８】１０５３ｎｍおよび１０９０ｎｍの波長を用いて記録した吸光度トレースの右Ｓ状静脈洞からの脈動性記録を示す図である。発光体および受光体は、Ｓ状静脈洞の上の皮膚上で約２ｃｍ離れて配置された（この解剖学的位置は、耳の直ぐ後ろにある頭蓋骨表面上の二腹点（ｄｉａｇａｓｔｒｉｃ  ｐｏｉｎｔ）を触診することにより決められた）。
【図９】１０５０ｎｍおよび１０９０ｎｍで監視された内頸静脈に対する典型的な脈動性トレース（時間に対する脈動信号（ａ．ｕ．））を示す図である。発光体および受光体は、静脈上の首の皮膚上に配置された。下側トレースにおける閉塞事象は、信号が内頸静脈から生じていることを示す。
【図１０】図１０（ａ）は、血液の２ｍｍ（星印）および３ｍｍ（三角印）の埋め込まれた層における平均経路長に対する、発光体要素および受光体要素の分離距離（ｍｍ）と経路長（ｍｍ）のグラフである。図１０（ｂ）は、発光体要素および受光体要素の分離距離（ｍｍ）に対する信号対雑音比（ｄＢ）のグラフであり、ソースと検出器の間の距離の増加に対して信号対雑音比が改善されて測定され、発光体が法線に対して９０°の角度（点印）である状況とは反対に、受光体の角度と比較した位置の皮膚表面の法線に対して、発光体が４５°（星印）の角度にあるとき、さらに改善されていることを示している。
【図１１】３つの血液サンプルに対して５０ｍｓの間隔で測定された、時間に対する電圧（透過光の強度）のグラフである。約４０００に戻る電圧は、血液サンプルが交換された時間点を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本明細書および添付された特許請求の範囲を通して、文脈がその他の形で要求しない限り、用語「含む／備える（comprise）」と、「含む／備える（comprises）」および「含む／備える（comprising）」などのその変化形とは、述べられた整数またはステップ、あるいは整数またはステップ群を含めるが、任意の他の整数またはステップ、あるいは整数またはステップ群を排除しないことを含意しているものと理解されよう。
【００３４】
本明細書におけるいずれの従来技術に対する参照も、その従来技術が、オーストラリアにおける共通の一般的知識の一部を形成することを認定する、または何らかの形で示唆するものではないこと、かつそのように解釈すべきではない。
【００３５】
本明細書に含まれる従来の特許文献、または技術的な公開物への参照は、このような従来の公開物の主題を、参照によりその全体を本明細書内に含めることを構成するように意図される。
【００３６】
本文書の理解に役立てるために、いくつかの重要な用語の定義を以下で提供する。
【００３７】
中心静脈血とは、中心に（末梢ではなく）位置する静脈内の（比較的非酸素化された）血液のことである。それは、内頸静脈、上矢状静脈洞、横静脈洞、Ｓ状静脈洞、鎖骨下静脈、大腿静脈、腕頭静脈、下大静脈、上大静脈、および右心房内の血液を含む。
【００３８】
混合静脈血とは、右心室、および再酸素化のために肺に戻りつつある肺動脈の中心および末梢部分内の（比較的非酸素化された）血液のことである。混合静脈血における酸素飽和度を監視することにより、酸素輸送の適切さの最良の評価が行われる。
【００３９】
中心動脈血とは、肺動脈（非酸素化された血液を運ぶ）以外の（末梢ではなく）中心に位置する動脈内の酸素化された血液のことである。それは、左心房、左心室、頸動脈、椎骨動脈、鎖骨下動脈、腕頭動脈、大腿動脈、および大動脈内の血液を含む。
【００４０】
深部血管構造とは、表在的に位置していない主要な血管（心腔を含む）のことである。すなわち、それらは、関係する患者のサイズ、種、および解剖学的構造に応じて、正常な患者の皮膚下で、概して少なくとも１ｃｍ、通常は少なくとも２ｃｍ、最も通常では、少なくとも３ｃｍ〜５ｃｍで最高約１０ｃｍに存在する。深部血管構造は、内頸静脈、鎖骨下静脈、大腿静脈、腕頭静脈、上矢状静脈洞、横静脈洞、Ｓ状静脈洞、下大静脈、上大静脈、右心房、右心室、肺動脈の中心および末梢部分、左心房、左心室、頸動脈、椎骨動脈、鎖骨下動脈、腕頭動脈、大腿動脈、ならびに大動脈を含む。
【００４１】
体積変動記録トレースとは、従来のパルス酸素測定法により得られた、血管、および他の血液を含む構造から生ずる脈動性の信号のことである。体積変動記録トレースは、脈動性サイクルを通して血液量および赤血球配向の変化、ならびに血管または血液を含む構造の他の物理的特性の変化を反映する。これらの因子は、酸素測定法による光の吸収の程度に影響を与える。特定の脈動性の血管構造に対する体積変動記録トレースの性質は、したがって、その構造を明確に区別する特徴である。
【００４２】
本発明は、概して、深部血管構造における血液酸素飽和度を測定するための方法および装置に関し、それは、対象とする血管構造を特定するために超音波を使用する必要がなく、また複数の位置で酸素測定を行う必要がない。これは、従来の酸素測定技法および装置を利用することにより達成されるが、対象とする構造の近傍の皮膚上に装置の発光体要素および受光体要素を最適に配置するために、取得された体積変動記録トレースを用いることもさらに含む。この手法を用いることにより、周囲の組織またはより小さい管に位置するものなど、他の発色団から得られた信号をフィルタして除くことも可能になる。しかし、重要なことは、本発明は、約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍの波長および約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍの波長の両方で、好ましくは約１０５０ｎｍおよび約１０９０ｎｍで、深部血管構造に位置する血液内のヘモグロビンの吸光度を検出することにより特徴付けられる。本発明者らは、これらの指定された波長範囲内の吸光度を検出することが、過去の酸素測定法で使用された波長に対していくつかの利点を生ずることを見出した。特に選択された波長範囲では、散乱が最小の状態で深部血管構造中に放出された光の最適な貫通が存在し、信号対雑音比の向上、および水などの、酸素化および非酸素化されたヘモグロビン以外の材料の吸光度に起因する干渉が低減される。
【００４３】
本発明の方法および装置は、いくつかの臨床的状況で有用である。まず、中心静脈血および混合静脈血の酸素飽和度を測定すること。これは、体全体の組織への酸素輸送の適切さを非侵襲的に評価することを可能にする。第２に、内頸静脈の血液飽和度を監視することにより、脳など、大静脈により排出される体の特定部分からの排出血液の酸素飽和度を測定すること。これは、体のその部位への酸素輸送の適切さを非侵襲的に評価することができる。さらなる適用は、中心動脈血の酸素飽和度を測定することである。これは、皮膚などの表在性の組織への血流が欠乏している可能性があり、信頼性のある信号が、従来のパルス酸素測定法で得ることができない状況において、動脈の酸素飽和度を監視することを可能にする。
【００４４】
したがって、本発明の方法および装置を用いて、ヒトまたは動物の患者の全身への酸素輸送の適切さを評価することが可能になるが、それは、例えば、重篤な病気または潜在的に不安定な患者を監視すること、外科的手技の前、その間、その後を監視すること、心拍停止の間、およびその後を監視すること、運動中に、あるいは心臓または呼吸の機能障害を検出する心臓負荷検査中に、無酸素閾値に達する作業量を記録するためにヒトまたは動物（馬、犬、牛、ラクダ、ロバなどを含む競技用または作業用動物など）の運動検査中に監視すること、ならびに運動選手および高高度の登山者、圧力を受けない、曲芸飛行または高性能航空機のパイロット、および低酸素環境に曝される他のものによる心機能を自己監視することにおいて重要なものとなろう。
【００４５】
本発明はまた、内頸静脈、ならびに／または上矢状静脈洞、横静脈洞、およびＳ状静脈洞の１つまたは両方で酸素飽和度を監視することにより、脳への酸素輸送の適切さを評価することを可能にする。この用途は、神経外科手技後の、大動脈、頸動脈、椎骨動脈、小脳動脈、および大脳動脈など、脳に供給する血管に対する手術または手技後の、何らかの形の急性脳障害など、脳への血流が不適切な可能性のある患者において示される。
【００４６】
中心静脈および混合静脈血酸素飽和度の測定に加えて、この経皮技法は、中心動脈血酸素飽和度を測定するために使用することができる。いくつかの臨床的状況では、末梢組織への低下した血流に起因して、表在的なパルス酸素測定トレースを取得することが困難である（非特許文献７による）。これらの状況は、低い心拍出量（心拍停止、ショックなど）、敗血症（血流の末梢遮断となる）、末梢血管の疾患、および低温環境に曝すことを含む。このような状況において、本発明を用いる中心動脈血酸素飽和度の測定は、患者管理に対する貴重な支援を提供することになる。この技法は、左心房、左心室、頸動脈、椎骨動脈、鎖骨下動脈、腕頭動脈、大腿動脈、および大動脈などの動脈血を含む中心の深部血管構造における血液酸素飽和度の測定を可能にする。
【００４７】
本発明の重要な特徴は、酸素測定技法により検出された対象とする血管構造の体積変動記録特性に対する依存性に関する。血管構造の脈動信号（または体積変動記録トレース）は、対象とする深部血管構造を通る血流の時間的変化を表す。深部血管構造を通る血流は、特有な特徴を有するので、体積変動記録トレースもまた、これらの特有な特徴を反映し、したがって、対象とする深部血管構造の知られた解剖学的位置の上のセンサおよび受信器の物理的位置を識別するように、信号を、対象とする特定の深部血管構造から生じていることを識別するために使用することができる（例えば、大静脈からの脈動性トレースは、Ａ波およびＶ波を共に示すことができる）。特定の深部血管構造からの体積変動記録トレースの特有な特徴は、したがって、組織中の小血管など、他の干渉する発色団から生ずる他の脈動信号をフィルタして除くためにも使用することができる。これらの他の干渉する脈動信号の寄与もまた、従来のパルス酸素測定法により評価することができる。呼吸に関連する血流における脈動性の変化は、静脈または動脈源から生ずる体積変動記録トレースを区別するのを助けるさらなる特性を提供する。呼吸に起因する低周波の脈動成分は、静脈系では、非常に顕著である。
【００４８】
過去においては可能ではないと考えられていた、深部血管構造における血液酸素飽和度を監視するために酸素測定法を使用可能にする本発明の他の態様は、皮膚および周囲の組織の小血管中の血液量と比較して、比較的高い光の吸収が得られる深部の大きな血管における比較的高い血液量に関する。この血液量の差は、周囲の組織の小血管など、干渉する発色団から生ずる信号を有効にフィルタして除くさらなる手段を提供する。
【００４９】
本発明は、非侵襲的な方法で、深部血管構造における血液酸素飽和度の測定を行うことができる。これによれば、血液を直接サンプリングする必要がないこと、また任意の形態の中心線、または他の探触子を、血管構造内もしくはそれに隣接して（血管構造の近傍にある胃腸管内になど）、患者内に挿入する必要がないことを意味する。実際に、本発明は、対象とする深部血管構造の上の患者の皮膚上に光酸素濃度計装置の発光体要素および受光体要素を配置することにより、簡便に行うことができる。
【００５０】
血液酸素飽和度を求めることのできる深部血管構造は、内頸静脈、鎖骨下静脈、大腿静脈、腕頭静脈、下大静脈、上大静脈、上矢状静脈洞、横静脈洞、Ｓ状静脈洞、および右心房などの中心静脈血を含むもの、右心室および肺動脈（中心および末梢部位）などの混合静脈血を含むもの、ならびに左心房、左心室、頸動脈、椎骨動脈、鎖骨下動脈、腕頭動脈、大腿動脈、および大動脈などの中心動脈血を含むものを含む。
【００５１】
右心室は、監視するのによく適しているいくつかの特性を有する。まず、それは脈動性の心腔であり、したがって、吸光度は、心拍周期と共に変化することになる。ピーク吸光度は、心拡張期（右心室が血液で満たされるときの心拍周期の点）中に生ずる。この特性は、表在性組織中の動脈血および静脈血による、また皮膚および筋肉などの非脈動性の発色団による吸光度をフィルタして除くための方法を提供する。第２に、心拡張期の最後において、右心室は光の大幅な吸収体である。すなわち、心拍周期のこの時点で、それは、約１００〜２００ｍｌの血液を含む。これは、覆っている組織（光がさらにそれを通過する）の血液量の少なくとも１０倍を超える。次いで、右心室の拡張期中の光の２つの波長の相対的な吸光度の比が使用されて、右心室中の血液の酸素飽和度を導出することができる。
【００５２】
本発明の他の実施形態では、光酸素濃度計装置の発光体要素および受光体要素は、ヒトまたは動物の患者の外耳道中に挿入されるが、外耳道では、図６および７で示されるように、内頸静脈およびＳ状静脈洞への近接性があり（それぞれ９ｍｍ以内に位置する）、そのそれぞれが、酸素飽和度を求めるために本発明の方法により有効に監視できる深部血管構造を構成する。外耳道内で本発明により監視を行うことから導くことのできるいくつかの可能な利点があり、それを次に示す。
【００５３】
発光体要素および受光体要素の可能な組合せは、受光体および発光体要素を共に外耳道に含む、または外耳道に発光体と、Ｓ状静脈洞を覆っている皮膚の表面上に位置する受光体とを含む、あるいはその逆も同様である（図７）。
【００５４】
外耳道内に位置する場合、頭部もしくは首、または他の体の動きにかかわらず、発光体／受光体要素は、内頸静脈またはＳ状静脈洞に対する固定された位置がより容易に保持される。これは信号対雑音比を改善する。これは、ヒトまたは動物の運動検査（例えば、ランニングまたはサイクリング、馬または犬の競技）などの状況では特にそうであり、その場合、耳栓内に組み込まれた装置が、体の運動中に体との安定した相互作用を維持する理想的な解決策を提供する。
外耳道中に位置する発光体／受光体要素は、周囲光を排除し、それにより、改善された信号対雑音比が得られる。
発光体／受光体要素を外耳道中に配置することは、この場所が、救急診療状況において、しばしば、他の監視装置、応急手当用品、および固定器具が取り付けられている体の領域である首および胸部から離れているので、重病の患者の看護ケアのために便利である。
両方の外耳道中に配置された発光体／受光体要素は、脳の左部分と右部分から生ずる血液の静脈酸素飽和度を比較する手段を提供し、それにより、脳の一方または他の側の異常を容易に検出することができる。この技法は、脳損傷、上昇した頭蓋内圧力、発作、出血またはてんかんを有する患者の監視で、または脳神経外科手技、脳動脈瘤のコイリング、心肺バイパスを受けている患者の監視で、かつクモ膜下出血後の脳動脈痙攣の危険のある患者の監視で有用となりうる。
【００５５】
本発明の方法を実施する場合、例えば、参照によりその開示の全体を本明細書に含める、Ｊ．Ｇ．  Ｗｅｂｓｔｅｒによる本「Ｐｕｌｓｅ  Ｏｘｉｍｅｔｒｙ」（非特許文献８）で開示されたものなど、変更した従来のパルス酸素測定装置を利用することも可能である。最適に動作させるために、いくつかの変更を行うことが好ましい。信号を最適化することのできる変更には、光源を提供するために、発光ダイオードではなくレーザを使用することを含み、発光センサと受光センサの間の距離を増加すること、信号が、対象とする深部血管構造から生じていることを識別するために体積変動記録トレースを使用すること、他の干渉する発色団から生ずる信号をフィルタして除くために体積変動記録トレースを使用すること、（表在性組織の小血管に対して）深部血管構造における比較的高い血液量から生ずる信号を使用して、干渉する発色団として働くおそれのある表在する小血管から生ずる信号をフィルタして除くこと、吸収信号を再較正して、従来の酸素化された血液ではなく非酸素化された血液の酸素測定精度を向上させること、および深部血管構造に達するために必要な光子の経路長を反映するように、光子の経路長の推定に使用する式を変更することを含む。
【００５６】
本発明者らは、本発明の方法により深部血管構造における酸素飽和度を最適に監視することは、発光体要素および受光体要素が、約５ｍｍ〜約６０ｍｍ、または約１０ｍｍ〜約３０ｍｍ、より好ましくは、約１０ｍｍ〜約２０ｍｍの距離だけ離間させたときに達成できることを見出した。本発明により、監視を行う場合、これらの距離範囲に含まれる発光体／受光体要素の位置はまた、信号対雑音比を増加させることに寄与することができ、したがって、より正確で、かつ反復可能な酸素飽和度の監視を行うことができる。
【００５７】
本発明の他の実施形態では、本発明者らは、信号対雑音比はまた、２つの要素が位置する皮膚表面の法線に対して、約４５°の角度で受光体要素の方向に発光体要素を傾斜させることにより改善できることを見出している。
【００５８】
図１で示すように、本発明で特に有用な装置（１）は、中央処理装置（２）と、ディスプレイ（５）（体積変動記録および／または酸素飽和度情報を何らかの方法で報告するためのもの）と、１０４５ｎｍ〜１０５５ｎｍおよび１０８５ｎｍ〜１０９５ｎｍの両方の波長範囲で光を放出し、かつ感知する、それぞれ発光体（３）要素および受光体（４）要素など、いくつかの基本的な構成要素を有する。ディスプレイ（５）は、例えば、酸素飽和度および体積変動記録トレースの紙走査を作成するプリンタ、ビデオ形式の画面（陰極線、プラズマ、液晶など）、または必要な情報の可聴出力も生成する装置の形をとることができる。当然であるが、使用時には、装置（１）の様々な構成要素は、ワイヤ（６）または光ファイバケーブルなどにより物理的に、あるいは従来の無線技術を用いて接続される。中央処理装置（２）は、発光体（３）要素および受光体（４）要素から、放出した光および受け取った光に関する情報を受け取るが、その情報から、対象とする深部血管構造の知られた体積変動記録特性と、監視される体の体積変動記録特性を照合させることができ、かつ例えば、さらに以下で言及するように、特定のクラスまたはグループの患者に対して、対象とする特定構造において臨床的に導出された酸素飽和度に関する関連性を利用することにより、中央処理装置（２）に送られた、放出された光および受け取った光に関する情報から、酸素飽和度を計算することができる。理想的なものに対して体積変動記録特性を照合させることにより、またディスプレイ（５）により、これに関して操作者フィードバックを与えることにより、操作者は、対象とする構造の近傍における発光体（３）要素および受光体（４）要素の最適な位置を保証することができる（その位置は、発光体／受光体要素と、対象とする構造内の血液との間で光の貫通を可能にする構造の部位の皮膚上にある）が、それを図２で概略的に示す。
【００５９】
一実施形態では、例えば、患者の右心室の上など、皮膚と接触して配置された付属具に対して１対の遠隔ソースから結合された光ファイバが、探触子光ビームを送達するために使用される（発光体）。付属具はまた、内部の組織および血液からの反射光を収集するために使用される第２の光ファイバを含む（検出器）。光ファイバは、好ましい方向に沿って、送達されるビームを送り、かつ反射光を選択的に収集するために、適切なコリメーション光学装置を備える。光ファイバは、送達およびサンプリング方向を、様々な患者の形態に適合するように変更して、それにより、様々な患者の種、胸部寸法、形状、骨構造、筋肉、および脂肪容積の要件を満たすことができるように、調整可能な取付具を有することが好ましい。反射光は、光検出器によりスペクトル的に解析され、電気信号へと変換される。最適な光送達および収集の幾何学的配置、光源、および光検出器のタイプは、最適な結果が得られるように調整することができる。対象とする血管構造以外のソースからの信号は、空間フィルタリング、数学的処理、およびコンピュータ解析アルゴリズムの組合せによって除かれる。
【００６０】
本発明では、２つの光の波長が使用される、すなわち、１つは、（低い方の波長が）約１０４５ｎｍ〜約１０５５ｎｍ（好ましくは約１０５０ｎｍ）の範囲であり、１つは、（高い方の波長が）約１０８５ｎｍ〜約１０９５ｎｍ（好ましくは約１０９０ｎｍ）の範囲である。これらの異なる波長における光は、血液中の酸素化された、かつ非酸素化されたヘモグロビンにより、異なる形で吸収される。まず、パルス酸素測定光が組織を通って送られ、次いで、透過（反射）光の強度が、光検出器により測定される。パルス酸素濃度計は、各波長における吸光度のＡＣ（脈動性）成分を測定し、また低および高波長のＡＣ成分量が測定されるが、それは、血液中のオキシヘモグロビン分子およびデオキシヘモグロビン分子の濃度を示している。これらの分子の比は、全体のヘモグロビン酸素飽和度を示している。
【００６１】
光の２つ以上の波長の吸光度の比は、特に心拡張期中の右心室の場合に血管構造内の血液の酸素飽和度を導出するために使用される。図４は、内頸静脈（ＩＪＶ）に特有な体積変動記録特性を示しており、それは、ＩＪＶから導出された信号と、他の血管構造から導出された信号との間を識別するために使用され、それにより、発光体要素および検出器要素を最適に位置決めすることができる。
【００６２】
深部血管構造内の血液酸素飽和度レベルを求めるために、本発明の方法でパルス酸素測定法を使用する場合、深部血管構造に対するパルス酸素測定法により求められた見かけ上の酸素飽和度と、分析的な方法により（例えば、血液酸素分析器の使用により）求められた血管中の実際の酸素飽和度との間の関係を求めるために、患者集団に対して臨床的な調査を行うことができる。この知識を考慮に入れると、装置を較正することができ、また特定の患者に対する特定の深部血管における酸素飽和度の正確な定量化を、非侵襲的に得ることができる。適切な較正を求めるためには、対象とする深部血管構造だけではなく患者の年齢、身長、体重、および／または全体的な医療状態も考慮に入れることが有用である。このように、利用する関係性は、同様の身長および状態の患者における対象とする構造で特有のものでありうる。
【００６３】
本発明は次に、以下の非限定的な諸実施例を参照してさらに述べるものとする。
【実施例１】
【００６４】
非侵襲的な酸素監視装置の臨床的治験
２２の同時測定を病院の集中治療室にいる１９人の重病患者に対し行った。すべての患者でカテーテルによる上大静脈への血管アクセスを行った。１１の測定では患者に人工呼吸を行い、他の１１の測定では患者は自発呼吸であった。
【００６５】
非侵襲的な測定を、（左または右の）内頸静脈（ＩＪＶ）（図３）のいずれかの側に受光体および発光体を配置することにより行った。２つの波長（１０５３および１０９０ｎｍ）で静脈を通る光の透過を記録した（図４）。次いで、血液を上大静脈から採取し、血液の酸素飽和度を同時酸素測定（ｃｏ−ｏｘｉｍｅｔｒｙ）（侵襲性の測定）を用いて測定した。
【００６６】
２つの波長（非侵襲性の測定）の正規化された比は、中心静脈酸素飽和度の侵襲性の測定に対して、有意に相関がある（ｐ＝０．０００２、Ｒ２＝０．５１）（図５）。
【００６７】
記録された光透過の脈動性の変化の割合および振幅は、第１に心拍（高周波パルス）により、また第２に呼吸（低周波パルス）により生成された力により、静脈を通る血液の脈動する性質を表している（図４）。
【実施例２】
【００６８】
１０５０ｎｍおよび１０９０ｎｍ波長の光を用いた酸素飽和度のレーザダイオードによる監視
最も標準的なパルス酸素濃度計は、６６０ｎｍおよび９４０ｎｍで発光ダイオードを使用する。より深い構造を正確に、かつ反復可能に調べるために、１０５０および１０９０ｎｍの波長を有するレーザダイオードがこの作業に用いられてきた。これらの波長は、酸素化血液と非酸素化血液の間の良好なレベルの識別を提供し、散乱を受けにくく、組織中により深く貫通し、かつ水分吸収の点でよくマッチしている。
【００６９】
２つのレーザ（ＯｐｔｏＴｅｃｈ  Ｐ／Ｌ）からの出力が、マルチモード光ファイバへと送られて、カプラ（Ｄｉａｍｏｎｄ  ＳＡ）により結合された。レーザ制御装置は、両方の波長を測定することができるように、１０ｋＨｚの周波数で２つのレーザの間を循環させることができる。ファイバ出力は平行化され、また発光電力は約１．８ｍＷ（クラス１）に制限される。一度に１つの波長を調べることのできる単一チャネルのロックイン増幅器にフォトダイオード検出器を接続した。
【００７０】
典型的な脈動信号が、図８の上側トレースで示されている。ソースおよび探触子を、超音波により位置を特定したＩＪＶの上に配置した。信号が、ＩＪＶから生じていることを確かめるために、圧力を加えて静脈を閉塞した（図８の下側トレース）。脈動振幅における他の変化は、呼吸のアーチファクト、および手持ち式ソースおよび検出器の意図しない動きに関連付けられる。
【実施例３】
【００７１】
発光体要素と受光体要素の最適な間隔および相対的な傾斜角を求めること
光子移動過程を理解するために、モンテカルロシミュレーションを行った。モンテカルロ法は、個々の光子が組織とランダムな相互作用を有するものとして扱う。多量の光子を放出することにより、全体的な結果を推定することができる。ここで使用されるアルゴリズムは、「ロシアンルーレット」重みスキームを用いる標準の方法に基づく。
【００７２】
ＩＪＶ構造は、血液層を覆う１０ｍｍの、その後に組織がさらに続く組織層として近似された。血液層の厚さは、パルスの影響をシミュレートするために２ｍｍ〜３ｍｍまで変化する。吸収（μｓ）、散乱（μａ）、および異方性（ｇ）を記述するために使用される定数がＴａｂｌｅ１（表１）で示される。値は、この波長範囲に適用可能な値の近似値として、Ｌｅｅ他から得られた（非特許文献７）。
【００７３】
【表１】
2013533774.tif 000003
【００７４】
シミュレーションによれば、光子により達する平均深さは、ソースと検出器の間の分離が増加するにつれて増加することが確認される。図１０（ａ）は、血液中の光子の平均経路長がまた、ソース−検出器間隔と共に増加するが、２０ｍｍを超える分離に対する場合では、水平域に達することを示している。水平域レベルは、血液層の厚さが増加するにつれて増加する。シミュレーションはまた、信号対雑音比（脈動信号と背景光レベルとの比として定義される）が、間隔の増加と共に増加することを示唆している。これは、図９（ｂ）のデータにより確かめられるが、その場合、レーザビーム（発光体）を検出器の方向に（表面の法線から４５°）傾斜させることにより、さらなる利点が得られた。
【実施例４】
【００７５】
血液酸素飽和度レベルに応じて異なる形で吸収されることの評価
選択された発光体波長が、血液酸素飽和度のレベルに応じて、異なる形で吸収が行われるかどうかを評価するために、試験管内（ｉｎ−ｖｉｔｒｏ）実験を行った。動脈（９５．５％）および静脈（４９．３％）血を患者から採取した（ヘモグロビン９０ｇ／Ｌ）。第３のサンプルは、静脈および動脈血サンプル（７４．４％）の一部を混合することにより得られた。３つのサンプルの酸素飽和度は、同時酸素濃度計（ｃｏ−ｏｘｉｍｅｔｅｒ）で評価し、２つの波長（１０９０ｎｍ／１０５３ｎｍ）における光透過の比は、血液をキュベットに入れることにより評価した。
【００７６】
【表２】
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【００７７】
１０９０ｎｍの波長を使用することは、酸素レベルの増加と共に透過が減少することを示しているが、１０５３ｎｍの透過は、酸素飽和度の変化にかかわらず比較的一定のままである。これらの結果から、これらの波長は、試験管内（ｉｎ−ｖｉｔｒｏ）システムで酸素飽和度を測定するために使用できることが確認される。
（参考文献）
【符号の説明】
【００７８】
１  装置
２  中央処理装置
３  発光体
４  受光体
５  ディスプレイ
６  ワイヤ
【図１】
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【図３】
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【図８】
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【図１１】
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【図２】
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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９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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