(57)【要約】【課題】被験者への負担を軽減し、酸素運搬量ＤＯ２を測定する装置を提供する。【解決手段】酸素運搬量測定装置は、生体の血管内に所定量の色素を注入し、生体組織の透過光量または反射光量の脈動の連続測定に基づくパルス色素デンシトメトリー方式を応用する。複数の異なる波長の光を発する発光部１と、光源の光１が生体２６に透過した透過光量または反射した反射光量を検出する受光部５を有する。受光部５の出力信号から各波長の減光度変化分を求め、さらに各波長の減光度変化分比を求める。そのうち、酸素飽和度に相関する減光度変化分比からは酸素飽和度を演算する。また色素を血液中に注入した後、その色素の血液中の濃度に相関する減光度変化分比からはその経時的変化から初循環曲線を求め、その初循環曲線から初循環面積を求める。これら求めた酸素飽和度、注入された色素投与量および初循環面積に基づいて、酸素運搬量ＤＯ２　を演算する。【選択図】　図３
2004081421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の血管内に所定量の色素を注入し、生体組織の透過光量または反射光量の脈動の連続測定に基づいて、酸素運搬量を測定する酸素運搬量測定装置において、
複数の異なる波長の光を発する発光部と、
前記発光部の光が生体に透過した透過光量または反射した反射光量を検出する受光部と、
前記受光部の出力に基づいて脈動により発生する各波長の減光度の変化分を求める減光度変化分測定手段と、
前記減光度変化分測定手段により求められた各波長の減光度変化分の比を求める減光度変化分比測定手段と、
前記減光度変化分比測定手段により測定された減光度変化分比に基づいて血中酸素飽和度を演算する酸素飽和度演算手段と、
前記色素が血液中に注入された後、前記減光度変化分比測定手段により測定された減光度変化分比に基づいて前記色素の濃度に関連する初循環曲線を求め、その初循環曲線から初循環面積を求める初循環面積演算手段と、
前記酸素飽和度演算手段により演算された前記血中酸素飽和度、注入された前記色素の色素投与量および前記初循環面積演算手段により演算された前記初循環面積に基づいて、酸素運搬量を演算する酸素運搬量演算手段と
を具備することを特徴とする酸素運搬量測定装置。
【請求項２】
前記減光度変化分比測定手段により測定される前記減光度変化分比には、血中酸素飽和度と相関を有する減光度変化分比と、前記色素の血中濃度と相関を有する減光度変化分比を含むことを特徴とする請求項１に記載の酸素運搬量測定装置。
【請求項３】
前記酸素運搬量演算手段により酸素運搬量を求める演算はヘモグロビン濃度の値に依拠しないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の酸素運搬量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、血管中に色素を注入し、末梢組織に複数の異なる波長の光を照射して検出される透過光量または反射光量を分析することにより、血液循環等に関する分析を行うパルス色素デンシトメトリー方式（ＰＤＤ：Ｐｕｌｓｅ　ｄｙｅ　ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙ）を用いた装置に係り、特に酸素運搬量（ＤＯ２　：Ｄｅｌｉｖｅｒｙ　ｏｆ　ｏｘｙｇｅｎ）　を測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療においては、血液循環に関する生体情報、とりわけ酸素に関する血中酸素飽和度ＳｐＯ２　、酸素運搬量ＤＯ２　は重要である。
本出願人は、血中酸素飽和度ＳｐＯ２　を測定するパルスオキシメータについて、従来より数多くの発明を提案し続けている（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、心臓から全身の生体組織にどの程度の酸素を供給しているかを示す酸素運搬量ＤＯ２　も、同様に重要な生体情報である。酸素運搬量ＤＯ２　は次の式により求めることができる。
ＤＯ２　［ｍＬ／ｍｉｎ］＝ＣａＯ２　［ｍＬ／ｄＬ］　×ＣＯ　［Ｌ／ｍｉｎ］　×　１０　　　　（式１）
ここで、ＣａＯ２　：動脈血酸素含量　［ｍＬ／ｄＬ］
ＣＯ　　：心拍出量　［Ｌ／ｍｉｎ］
また、動脈血酸素含有量ＣａＯ２　は次の式により表すことができる。
ＣａＯ２［ｍＬ／ｄＬ］＝ＳａＯ２［％］×Ｈｂ［ｇ／ｄＬ］×１．３４＋ＰａＯ２　［Ｔｏｒｒ］×　０．０３　（式２）
ここで、ＳａＯ２　：動脈血酸素飽和度　［％］
Ｈｂ　　：ヘモグロビン濃度［ｇ／ｄＬ］
ＰａＯ２　：動脈血酸素分圧　［Ｔｏｒｒ　］
よって、式１、２より、
ＤＯ２　＝（ＳａＯ２　×Ｈｂ×　１．３４　＋ＰａＯ２　×　０．００３）×ＣＯ×１０　（式３）
式３において、動脈血酸素飽和度ＳａＯ２　、ヘモグロビン濃度Ｈｂ、動脈血酸素分圧ＰａＯ２　、心拍出量ＣＯの各値を代入することにより、酸素運搬量ＤＯ２　を得ることができる。
この酸素運搬量ＤＯ２　をリアルタイムで測定することを提案しているものとして、米国特許第６２３４９６３号（Ｂ１）明細書（特許文献２）、特表２００１−５０５８０８号公報（特許文献３）がある。
【０００４】
また一方で、本出願人は、パルス色素デンシトメトリー方式（ＰＤＤ：Ｐｕｌｓｅ　ｄｙｅ　ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙ）を用いて循環血液量（心拍出量）を求める装置について、例えば特許第３２７５１５９号において提案している（特許文献４）。
【０００５】
［特許文献１］
特公昭５３−２６４３７号公報　（全般）
［特許文献２］
米国特許第６２３４９６３号（Ｂ１）明細書　（コラム６、１−８行；コラム１９、１４−５９）
［特許文献３］
特表２００１−５０５８０８号公報　（１２ページ、２３−２８行；３５ページ１６行−３６ページ２０行）
［特許文献４］
特許第３２７５１５９号公報　（全般）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、酸素運搬量ＤＯ２　の測定については、被験者への負担がより少なく簡易な測定の改良が求められている。
しかし、特許文献２、特許文献３に示されるような従来の装置を用いた測定では、末梢動脈内にカテーテルを体内に挿入し留置して連続的に心拍出量ＣＯを測定していた。そのため、被験者に侵襲的な測定を強いてしまい、多大な負担をかけていた（特許文献２：コラム６、１−８行、特許文献３：１２ページ、２３−２８行）。
本発明は、上記した従来技術の欠点を解決するものであり、その目的は、本出願人が提案しているパルス色素デンシトメトリー方式を応用して、より低侵襲的で被験者に負担の少ない酸素運搬量ＤＯ２　の測定を行うことができる装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明は、生体の血管内に所定量の色素を注入し、生体組織の透過光量または反射光量の脈動の連続測定に基づいて、酸素運搬量を測定する酸素運搬量測定装置において、
複数の異なる波長の光を発する発光部と、
前記発光部の光が生体に透過した透過光量または反射した反射光量を検出する受光部と、
前記受光部の出力に基づいて脈動により発生する各波長の減光度の変化分を求める減光度変化分測定手段と、
前記減光度変化分測定手段により求められた各波長の減光度変化分の比を求める減光度変化分比測定手段と、
前記減光度変化分比測定手段により測定された減光度変化分比に基づいて血中酸素飽和度を演算する酸素飽和度演算手段と、
前記色素が血液中に注入された後、前記減光度変化分比測定手段により測定された減光度変化分比に基づいて前記色素の濃度に関連する初循環曲線を求め、その初循環曲線から初循環面積を求める初循環面積演算手段と、
前記酸素飽和度演算手段により演算された前記血中酸素飽和度、注入された前記色素の色素投与量および前記初循環面積演算手段により演算された前記初循環面積に基づいて、酸素運搬量を演算する酸素運搬量演算手段と
を具備することを特徴とする（請求項１）。
この構成により、患者への負担を軽減しつつ、血中酸素飽和度と、心拍出量に相関のある色素投与量および初循環面積とに基づいて、酸素運搬量を測定する。
【０００８】
さらに本発明に係る酸素運搬量測定装置において、前記減光度変化分比測定手段により測定される前記減光度変化分比には、血中酸素飽和度と相関を有する減光度変化分比と、前記色素の血中濃度と相関を有する減光度変化分比を含むことを特徴とする（請求項２）。
この構成により、酸素飽和度と相関を有する減光度変化分比を用いて酸素飽和度演算手段により血中酸素飽和度が測定され、色素の血中濃度と相関を有する減光度変化分比を用いて初循環面積手段により初循環面積を求めるられる。
【０００９】
さらに、前記酸素運搬量演算手段により酸素運搬量を求める演算はヘモグロビン濃度の値に依拠しないことを特徴とする（請求項３）。
この構成により、ヘモグロビン濃度の情報がなくとも酸素運搬量演算手段により酸素運搬量が演算される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
パルス色素デンシトメトリー方式を応用した本発明の実施の形態を提案するにあたり、まず本発明の原理を説明する。
光源に採用する異なる３つの波長について説明する。各波長の選定基準は、第１波長は色素の光吸収が最大となる波長であり、第２波長は色素および動脈血酸素飽和度による影響が少ない波長であり、第３波長は動脈血酸素飽和度の変化に対する感度が高い波長である。
そこで、光源には、例えば、
第１波長（λ１）として８０５［ｎｍ］、
第２波長（λ２）として９４０［ｎｍ］、
第３波長（λ３）として６６０［ｎｍ］　を用い、
色素としては例えばインドシアニングリーン（ＩＣＧ）を用いるとする。
【００１１】
耳朶や指等の末梢組織に特定波長の光を照射すると、血液、注入された色素、その他の組織により吸光されるため、その末梢組織を透過または反射する光量は減少する。血液の脈動により、透過または反射した光量も脈動する。
第ｎ波長の光を生体組織に照射し、透過または反射した光量をＩｎ、血液の脈動により変化する光量をΔＩｎとすれば、脈動する血液成分に対する減光度の変化分ΔＡｎは、次式で定義される（ｎは、波長番号）。
ΔＡｎ＝ｌｏｇ［Ｉｎ／（Ｉｎ−ΔＩｎ）］　　　　　　　　　（式４）
異なる波長、例えば第１波長と第２波長の減光度の変化分ΔＡの比をとることにより減光度変化分比Φ１２が次式のように定義される。
Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（式５）
ここで、血液の脈動による血液層の厚みの変化分をΔＤとし、循環する血液に色素を注入したときの脈動する減光度変化分ΔＡｎをＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則より、次式で表すことができる。
ΔＡｎ＝（Ｅｈｎ×Ｈｂ＋Ｅｄｎ×Ｃｄ）×ΔＤ　　　　　　　（式６）
ここで、Ｅｈｎ：第ｎ波長のヘモグロビンの吸光係数
Ｈｂ　：血液中のヘモグロビン濃度
Ｅｄｎ：第ｎ波長の色素の吸光係数
Ｃｄ　：血中の色素濃度
ΔＤ　：血液層の厚みの変化
よって、式６は式５により、次のように表すことができる。
Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２
＝（Ｅｈ１　×Ｈｂ＋Ｅｄ１　×Ｃｄ）／（Ｅｈ２　×Ｈｂ＋Ｅｄ２　×Ｃｄ）（式７）
【００１２】
さらに式７を変形すれば、
Ｃｄ／Ｈｂ＝（Ｅｈ１　−Φ１２×Ｅｈ２　）／（Φ１２×Ｅｄ２　−Ｅｄ１　）（式８）
ここで、Ｃｄ／Ｈｂ＝Ｒと定義すれば、
Ｃｄ／Ｈｂ＝Ｒ＝（Ｅｈ１　−Φ１２×Ｅｈ２　）／（Φ１２×Ｅｄ２　−Ｅｄ１　）（式９）
である。
【００１３】
酸素運搬量ＤＯ２　を求める式３においては、血液中のほとんどの酸素はヘモグロビンに結合しているため、血中に溶存する酸素量はごくわずかであり、無視できる。したがって、式３は次のように表すことができる。
2004081421.tif 000003
【００１４】
また、パルス色素デンシトメトリー方式を用いた心拍出量の測定においては、初循環の色素希釈曲線の面積をＳ、色素注入量をＩとすれば、心拍出量ＣＯは次のように表すことができる。なお積分期間は後述する初循環期間である。
【数１】
2004081421.tif 000004
【００１５】
よって、式１１のＣＯを式１０に代入することで、次の式が得られる。
【数２】
2004081421.tif 000005
ここで、Ｈｂは色素希釈曲線（色素濃度図）を測定する１分間程度の間は一定値と考えることができ、定数として扱えるので、式１２のＨｂが約分でき、次の式を得ることができる。
【数３】
2004081421.tif 000006
【００１６】
一方、酸素飽和度ＳｐＯ２　は、第２波長９４０［ｎｍ］と第３波長６６０［ｎｍ］を用いて測定した減光度変化分比Φ３２との相関があり、この相関から酸素飽和度ＳｐＯ２　を求めることができる。この相関を表す関数をｆとすれば、
ＳｐＯ２　＝ｆ（Φ３２）　　　　　　　　　　　　　　（式１４）
と表される。
【００１７】
よって、式１４のＳｐＯ２　を式１２のＳａＯ２　として代入すれば、次の式が得られる。
【数４】
2004081421.tif 000007
なお、Ｒ＝（Ｅｈ１　−Φ１２×Ｅｈ２　）　／（　Φ１２×Ｅｄ２　−Ｅｄ１）　（式９）
である。
この式１５より酸素運搬量ＤＯ２　を測定することができる。
ここで、Ｅｈ１　、Ｅｈ２　、Ｅｄ１　、Ｅｄ２　は既知である。Ｉは色素を注入する際予めわかっている。Φ１２、Φ３２は装置により減光度変化分比として測定されるものである。ＲすなわちＣｄ／Ｈｂは色素の初循環の値を採用する。
【数５】
2004081421.tif 000008
の積分範囲は初循環期間であり、
【数６】
2004081421.tif 000009
はＣｄ／Ｈｂの初循環曲線で囲まれる面積（初循環面積）である。
Ｒの初循環面積を用いて酸素運搬量ＤＯ２　を演算する場合には、ヘモグロビン濃度Ｈｂは演算上約分されるために測定する必要はない。そのため、ヘモグロビン濃度を測定するための採血を被験者に強いるという負担をなくすことができる。
さらには、パルス色素デンシトメトリー方式により色素が注入されるという比較的軽い負担によって、従来の心拍出量ＣＯを測定するためのカテーテルの体内への挿入、留置という被験者への多大な負担をなくすことができるのである。
【００１８】
なお、ここでの原理説明では、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ法則で説明したが、これに限られず、シャスターの理論など他の法則、理論に基づく演算にも適用することができる。
また、本原理は、インドシアニングリーンなどの色素、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンにより吸光されるという特性を有する波長の光を複数用いて、減光度比を演算し、酸素運搬量ＤＯ２　を演算する際、Ｈｂの測定を必ずしも必要としない点で特徴があり、他の計算式にも適用可能である。
【００１９】
【実施例】
［第１の実施例］
上記の原理を用いた第１の実施例を図面を参照しながら説明する。
図１は発明の実施例の全体構成を示すブロック図である。
発光部１は異なる３つの波長の光を発するＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃとこれらを駆動する駆動回路４からなる。ＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃの波長は例えば、それぞれ、第１波長（λ１）として８０５［ｎｍ］、第２波長（λ２）として９４０［ｎｍ］、第３波長（λ３）として６６０［ｎｍ］を用いることができる。
【００２０】
受光部５は、各ＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃに対向して配置されたフォトダイオード６とこのフォトダイオード６の出力電流を電圧信号に変換する電流−電圧変換器７とアンプ８からなる。これにより、生体組織を透過した透過光量を検出する。
なお、受光部５は発光部１と同じ側に配置させ、生体組織から反射した反射光量を検出するようにしてもよい。
【００２１】
マルチプレクサ９はアンプ８から与えられる信号を波長ごとにフィルタ１０ａ、１０ｂ、１０ｃに振り分ける回路である。マルチプレクサ１２はフィルタ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの出力をＡ／Ｄコンバーター１３に順次与える回路である。Ａ／Ｄコンバーター１３はマルチプレクサ１２から与えられるアナログ信号をデジタル信号に変換する回路である。
【００２２】
ＣＰＵ１４（処理部）は駆動回路４、マルチプレクサ９およびマルチプレクサ１２に制御信号を出力してそれらを制御するとともに、Ａ／Ｄコンバーター１３から与えられる信号等に基づいて演算を行い、酸素運搬量ＤＯ２　を求める回路である。
なお、ＣＰＵ１４（処理部）は検出される信号から酸素飽和度ＳｐＯ２　や血中色素濃度、循環血液量ＢＶ（体内を循環する血液の全体量）、心拍出量ＣＯを求めるようにしてもよい。
【００２３】
メモリ１５はＲＯＭ、ＲＡＭ等からなり、検出された信号から式１５により酸素運搬量ＤＯ２　を演算するプログラムが格納され、ＣＰＵ１４から与えられるデータを記憶する。ＣＰＵ１４はメモリ１５に格納されたプログラムを実行する。なお、メモリ１５には、検出される信号から酸素飽和度ＳｐＯ２　や血中色素濃度、循環血液量ＢＶ、心拍出量ＣＯを演算するプログラムを格納させ、ＣＰＵ１４で演算させるようにしてもよい。
【００２４】
表示部２２ＡはＣＰＵ１４から与えられるデータを表示するものであり、入力部２２Ｂはスイッチ、キー等からなり、それぞれは操作者の操作に応じた信号をＣＰＵ１４に入力するものである。
操作者は、被験者への色素の注入量を入力部２２Ｂから入力するようにすることができる。被験者への色素の注入量がデフォールト値として決められており、それに合わせて色素を注入して測定を行うのであれば、注入量の入力は必要ない。
【００２５】
図２に本実施例の装置の使用状態を示す。被験者の耳朶２６には本装置のプローブ２０が装着されている。このプローブ２０はクリップ２０Ａを有し、このクリップ２０Ａの対向する挟持部の一方に図１に示したＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃが設けられ、他方に図１に示したフォトダイオード６が設けられている。
図１に示すようにＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃから発せられた光は耳朶２６を透過してフォトダイオード６に至るようにされている。ＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃとフォトダイオード６は図２に示すようにリード線２１を介して装置本体２２と接続されている。装置本体２２には上述の表示部２２Ａ、入力部２２Ｂが設けられている。
なお、プローブ２０の装着部位は、耳朶２６の代わりに他の末梢組織、例えば指であってもよい。
【００２６】
次に本装置の動作を説明する、本装置の電源がオンになると、ＣＰＵ１４は駆動回路４、マルチプレクサ９、１２にそれぞれ制御信号を出力する。駆動回路４はＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃを所定時間ごとに順次連続的に点灯させる。ＬＥＤ２ａ、２ｂ、２ｃの各波長はそれぞれ、第１波長、第２波長、第３波長に対応する。
マルチプレクサ９は、ＬＥＤ２ａが点灯している間にアンプ８の出力をフィルタ１０ａに供給するように動作し、ＬＥＤ２ｂが点灯している間にアンプ８の出力をフィルタ１０ｂ　に供給するように動作し、ＬＥＤ２ｃが点灯している間にアンプ８の出力をフィルタ１０ｂ　に供給するように動作する。
フィルタ１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって波長λ１、λ２、λ３それぞれの光量に関する信号からノイズが除去され、マルチプレクサ１２によって順次Ａ／Ｄコンバーター１３に供給され、Ａ／Ｄコンバーター１３によってデジタル化されＣＰＵ１４に至る。本装置は、パルスフォトメトリー方式を応用したパルス色素デンシトメトリー方式の測定装置である。
【００２７】
以下、図３の処理のフローチャートのステップの順に説明する。
まず、本装置の電源をオンし、本装置の入力部２２Ｂから、被験者に注入する色素投与量Ｉを入力し（ステップ１−１）、ＣＰＵ１４に認識させる。なお、色素投与量Ｉとしてデフォールト値が設定されている場合に、そのデフォールト値の量を投与するのであれば、デフォールト値をＣＰＵ１４に認識させる。
駆動回路４により発光部１を駆動させ、生体組織（耳朶）２６の透過光をフォトダイオード６による検出からＣＰＵ１４による演算まで一連の処理を開始する。ＣＰＵ１４は血液循環の拍動により変動する各波長（λｎ）の透過光量Ｉｎ、Ｉｎ−ΔＩｎを測定し、ＣＰＵ１４において減光度変化分ΔＡｎ、減光度変化分比Φを演算していく。そして、式１４に示すように第２波長と第３波長の減光度変化分比から酸素飽和度ＳｐＯ２　（＝ｆ（Φ３２）　）を求める（ステップ１−２）。
【００２８】
医療従事者（医師）は、図２に示すように、シリンジ２３からチューブ２４、ニードル２５を介して被験者の例えば前腕正中静脈に、色素（指示薬）としてインドシアニングリーン（ＩＣＧ：Ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ　ｇｒｅｅｎ　）を注入する（ステップ１−３）。なお、色素注入後、再度の色素注入の必要がなければ、ニードル２５を静脈から抜くことで、被験者はニードルの侵襲から解放される。
【００２９】
色素注入後は式９に示す、
Ｒ＝Ｃｄ／Ｈｂ＝（Ｅｈ１　−Φ１２×Ｅｈ２　）／（Φ１２×Ｅｄ２　−Ｅｄ１　）
のΦ１２に脈拍毎に測定される値を代入し、図４に示されるようなＲの経時的変化曲線を求める（ステップ１−４）。ＣＰＵ１４はこのようにして求めたＲの色素希釈曲線のデータをメモリ１５に記憶する。
次に、初循環色素曲線を求める（ステップ１−５）。
Ｒの初循環色素曲線を求めるには、まずＲ−ｔ曲線（Ｒの色素希釈曲線）の最初のピーク値から所定の割合降下した２点、例えば８０％、４０％降下した２点を求める。そして、この２点間のデータから回帰により指数関数的減衰曲線を求める。Ｒ値がゼロからピーク値を経てそのピーク値の８０％となるまでのＲ−ｔ曲線と、上記のようにして求めた指数関数的減衰曲線から初循環色素曲線（図４参照）を形成する。
なお、指数関数的減衰曲線を求めるために用いるデータは、ピーク値の８０％、４０％間のデータに限られなくともよい。指数関数的に減衰していると認められる曲線部分から指数関数を求めるために用いるデータを選択してもよい。このステップ１−５の処理は、メモリ１５に記憶されたＲの経時的データをＣＰＵ１４に読み出し、ＣＰＵ１４で演算することにより行われる。指数関数に関するデータはメモリ１５に記憶される。
【００３０】
次に、メモリ１５に記憶されたＲについてのデータ、指数関数に関するデータを用いてＣＰＵ１４の演算により、Ｒの初循環面積ＳＲ１　を求める（ステップ１−６）。
Ｒ値がゼロからピーク値を経てそのピーク値の８０％となる（時間Ｔｂ１　）までのＲ−ｔ曲線の面積ＳＲ１−１　は、脈拍毎に求められるＲ（式９）とそのＲが演算された脈拍期間の積の和により求める。
ピーク値から８０％以降の求めた指数関数曲線の面積ＳＲ１−２　は次のように求める。すなわち、指数関数が
Ｒ＝Ａ１　×ｅｘｐ　（−Ｂ１　（ｔ−Ｔｂ１　））　　　　　（式１６）
で表されるとすれば、面積ＳＲ１−２　は、式１６を
【数７】
2004081421.tif 000010
まで積分したＡ１／Ｂ１で表すことができる。
このようにして求めたＳＲ１−１　とＳＲ１−２　の和がＲの初循環面積である。
【００３１】
次に、メモリ１５に記憶されてたデータを用いてＣＰＵ１４の処理により酸素運搬量ＤＯ２　を求める（ステップ１−７）。
すなわち、式１５に、ステップ１−１で入力された色素投与量Ｉ、ステップ１−２で求めた酸素飽和度値ＳｐＯ２　（＝ｆ（Φ３２））、ステップ１−６で求めたＲの初循環面積ＳＲ１　を
【数８】
2004081421.tif 000011
に代入し、酸素運搬量ＤＯ２　を求める。
このように、採血法によってヘモグロビン濃度を測定することなく、酸素運搬量ＤＯ２　を求めることができ、被験者の負担軽減、迅速な測定が図られる。
なお、酸素飽和度値ＳｐＯ２　（　＝ｆ（Φ３２））は色素初循環期間の短期間ではほとんど変化しないと扱っても妥当であるので、色素注入直前の酸素飽和度値ＳｐＯ２　の値を式１５の演算に用いている。
【００３２】
求められた酸素運搬量ＤＯ２　の値は、表示部２２Ａに表示される。
なお、酸素運搬量ＤＯ２　を求めるにあたって動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　は色素注入直前の値が用いられるが、特にこれに限られず、脈拍毎に動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　を求めるようにしておき、初循環期間中のいずれかの時点での動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　あるいは初循環期間中の平均動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　を用いてもよい。
また、連続的に測定される動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　は常時表示部２２Ａに表示させるようにしてもよい。
【００３３】
［第２の実施例］
次に第２の実施例を示す。ここでは、仮のヘモグロビン濃度Ｈｂの値が設定される点で第１の実施例と異なるが、基本的な装置の構成、考え方は第１の実施例と同じである。図５の処理のフローチャートのステップの順に説明する。
【００３４】
本装置の電源をオンし、本装置の入力部２２Ｂから、被験者に注入する色素投与量Ｉを入力し（ステップ２−１）、ＣＰＵ１４に認識させる。なお、色素投与量Ｉとしてデフォールト値が設定されている場合に、そのデフォールト値の量を投与するのであれば、デフォールト値をＣＰＵ１４に認識させる。
次に、仮のヘモグロビン濃度Ｈｂの値を設定する（ステップ２−２）。この仮の値は、入力部２２Ｂから入力するようにしてもよく、予めメモリ１５に設定されていてもよい。仮の値はヘモグロビン濃度の平均的な値（例えば１４．０［ｇ／ｄＬ］）を設定するとよい。
【００３５】
駆動回路４により発光部１を駆動させ、生体組織（耳朶）２６の透過光をフォトダイオード６による検出からＣＰＵ１４による演算まで一連の処理を開始する。ＣＰＵ１４は血液循環の拍動により変動する各波長（λｎ）の透過光量Ｉｎ、Ｉｎ−ΔＩｎを測定し、ＣＰＵ１４において減光度変化分ΔＡｎ、減光度変化分比Φを演算していく。そして、式１４に示すように第２波長と第３波長の減光度変化分比から酸素飽和度ＳｐＯ２　（＝ｆ（Φ３２））を求める（ステップ２−３）。
【００３６】
医療従事者（医師）は、図２に示すように、シリンジ２３からチューブ２４、ニードル２５を介して被験者の例えば前腕正中静脈に、色素（指示薬）としてインドシアニングリーン（ＩＣＧ：Ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ　ｇｒｅｅｎ　）を注入する（ステップ２−４）。
【００３７】
色素注入後は仮の色素希釈曲線を求める（ステップ２−５）。
式９を変形すれば、
Ｃｄ＝Ｈｂ×（Ｅｈ１　−Φ１２×Ｅｈ２　）／（Φ１２×Ｅｄ２　−Ｅｄ１　）（式１７）
であり、Ｈｂには設定された仮のヘモグロビン濃度の値を代入し、Φ１２に脈拍毎に測定される値を代入し、図６に示されるような仮の色素希釈曲線を求める（ステップ２−５）。ＣＰＵ１４はこのようにして求めた色素希釈曲線のデータをメモリ１５に記憶する。
【００３８】
次に、仮の初循環色素曲線を求める（ステップ２−６）。
仮の初循環色素曲線を求める方法は、第１の実施例と同様である。まずＣｄ−ｔ曲線（色素希釈曲線）の最初のピーク値から所定の割合降下した２点、例えば８０％、４０％降下した２点を求める。そして、この２点間のデータから回帰により指数関数的減衰曲線を求める。Ｃｄ値がゼロからピーク値を経てそのピーク値の８０％となるまでのＣｄ−ｔ曲線と、上記のようにして求めた指数関数的減衰曲線から初循環色素曲線（図６参照）を形成する。
なお、指数関数的減衰曲線を求めるために用いるデータは、ピーク値の８０％、４０％間のデータに限られなくともよい。指数関数的に減衰していると認められる曲線部分から指数関数を求めるために用いるデータを選択してもよい。このステップ２−６の処理は、メモリ１５に記憶された色素希釈曲線のデータをＣＰＵ１４に読み出し、ＣＰＵ１４で演算することにより行われる。指数関数に関するデータはメモリ１５に記憶される。
【００３９】
次に、メモリ１５に記憶された色素希釈曲線のデータ、指数関数に関するデータを用いてＣＰＵ１４の演算により、仮の初循環面積ＳＣｄ２　を求める（ステップ２−７）。
Ｃｄ値がゼロからピーク値を経てそのピーク値の８０％となる（時間Ｔｂ２　）までのＣｄ−ｔ曲線の面積ＳＣｄ２−１　は、脈拍毎に求められるＣｄ値（式１７）とそのＣｄ値が演算された脈拍期間の積の和により求める。
ピーク値から８０％以降の求めた指数関数曲線の面積ＳＣｄ２−２　は次のように求める。すなわち、指数関数が
Ｃｄ＝Ａ２　×ｅｘｐ　（−Ｂ２　（ｔ−Ｔｂ２　））　　　　　（式１８）
で表されるとすれば、面積ＳＣｄ２−２　は、式１８を
【数９】
2004081421.tif 000012
まで積分したＡ２　／Ｂ２　で表すことができる。
このようにして求めたＳＣｄ２−１　とＳＣｄ２−２　の和が初循環面積である。初循環面積のデータはメモリ１５に記憶される。
【００４０】
次にステップ２−７で求めた仮の初循環面積ＳＣｄ２　から仮の心拍出量ＣＯを計算する（ステップ２−８）。
すなわち、式１１において、ステップ２−１で入力した色素投与量Ｉを代入し、ステップ２−７で求めた仮の初循環面積を代入することで、心拍出量ＣＯを求めることができる。色素投与量Ｉおよび仮の初循環面積ＳＣｄ２　はメモリ１５から読み出し、ＣＰＵ１４で演算される。
【００４１】
次に、メモリ１５に記憶されたデータを用いてＣＰＵ１４の処理により酸素運搬量ＤＯ２　を求める（ステップ２−９）。
すなわち、式１２において、ステップ２−３で求めた酸素飽和度値ＳｐＯ２　（　＝ｆ（Φ３２））をＳａＯ２　に代入し、ステップ２−２で設定された仮のヘモグロビン濃度Ｈｂの値をＨｂに代入し、ステップ２−８で求めた初循環面積ＳＣｄ２　を
【数１０】
2004081421.tif 000013
に代入し、酸素運搬量ＤＯ２　を求める。
このように、第２の実施例においても、採血法によってヘモグロビン濃度を測定することなく、酸素運搬量ＤＯ２　を求めることができ、被験者の負担軽減、迅速な測定が図られる。
なお、ここでも第１の実施例と同様に、酸素飽和度値ＳｐＯ２　（＝ｆ（Φ３２））は色素初循環期間の短期間ではほとんど変化しないと扱っても妥当であるので、色素注入直前の酸素飽和度値ＳｐＯ２　の値を式１２の演算に用いている。
また、仮のヘモグロビン濃度Ｈｂの値が設定されたが、式１２においてＨｂが約分されるために、仮のヘモグロビン濃度Ｈｂの値に関わりなく、結果として得られる酸素運搬量ＤＯ２　の値は正しく演算される。
【００４２】
求められた酸素運搬量ＤＯ２　の値は、表示部２２Ａに表示される。
また、第１の実施例と同様に、動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　については、脈拍毎に動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　を求めるようにしておき、初循環期間中のいずれかの時点での動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　あるいは初循環期間中の平均動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　を用いて酸素運搬量ＤＯ２　を求めてもよい。
また、連続的に測定される動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　は常時表示部２２Ａに表示させるようにしてもよい。
【００４３】
［第３の実施例］
次に第３の実施例を示す。ここでは、採血法により実際に測定されたヘモグロビン濃度Ｈｂの値が入力される点で第２の実施例と異なり、基本的な装置の構成、考え方は第１、２の実施例と同じである。図７の処理のフローチャートのステップの順に説明する。
【００４４】
本装置の電源をオンし、本装置の入力部２２Ｂから、被験者に注入する色素投与量Ｉを入力し（ステップ３−１）、ＣＰＵ１４に認識させる。なお、色素投与量Ｉとしてデフォールト値が設定されている場合に、そのデフォールト値の量を投与するのであれば、デフォールト値をＣＰＵ１４に認識させる。
次に、採血法により実際に測定されたヘモグロビン濃度Ｈｂの値を入力する（ステップ３−２）。この値は入力部２２Ｂから入力される。
【００４５】
駆動回路４により発光部１を駆動させ、生体組織（耳朶）２６の透過光をフォトダイオード６による検出からＣＰＵ１４による演算まで一連の処理を開始する。ＣＰＵ１４は血液循環の拍動により変動する各波長（λｎ）の透過光量Ｉｎ、Ｉｎ−ΔＩｎを測定し、ＣＰＵ１４において減光度変化分ΔＡｎ、減光度変化分比Φを演算していく。そして、式１４に示すように第２波長と第３波長の減光度変化分比から酸素飽和度ＳｐＯ２　（＝ｆ（Φ３２）　）を求める（ステップ３−３）。
【００４６】
医療従事者（医師）は、図２に示すように、シリンジ２３からチューブ２４、ニードル２５を介して被験者の例えば前腕正中静脈に、色素（指示薬）としてインドシアニングリーン（ＩＣＧ：Ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅ　ｇｒｅｅｎ　）を注入する（ステップ３−４）。
【００４７】
色素注入後は仮の色素希釈曲線を求める（ステップ３−５）。
式９を変形した、
Ｃｄ＝Ｈｂ×（Ｅｈ１　−Φ１２×Ｅｈ２　）／（Φ１２×Ｅｄ２　−Ｅｄ１　）（式１７）
において、Ｈｂには採血法により測定されたヘモグロビン濃度の値を代入し、Φ１２に脈拍毎に測定される値を代入し、図８に示されるような色素希釈曲線を求める（ステップ３−５）。ＣＰＵ１４はこのようにして求めた色素希釈曲線のデータをメモリ１５に記憶する。
【００４８】
次に、初循環色素曲線を求める（ステップ３−６）。
初循環色素曲線を求める方法は、第２の実施例と同様に、Ｃｄ−ｔ曲線（色素希釈曲線）の最初のピーク値から所定の割合降下した２点、例えば８０％、４０％降下した２点を求め、この２点間のデータから回帰により指数関数的減衰曲線を求める。Ｃｄ値がゼロからピーク値を経てそのピーク値の８０％となるまでのＣｄ−ｔ曲線と、上記のようにして求めた指数関数的減衰曲線から初循環色素曲線（図８参照）を形成する。
なお、指数関数的減衰曲線を求めるために用いるデータは、ピーク値の８０％、４０％間のデータに限られなくともよい。指数関数的に減衰していると認められる曲線部分から指数関数を求めるために用いるデータを選択してもよい。このステップ３−６の処理は、メモリ１５に記憶された色素希釈曲線のデータをＣＰＵ１４に読み出し、ＣＰＵ１４で演算することにより行われる。指数関数に関するデータはメモリ１５に記憶される。
【００４９】
次に、メモリ１５に記憶された色素希釈曲線のデータ、指数関数に関するデータを用いてＣＰＵ１４の演算により、初循環面積ＳＣｄ３　を求める（ステップ３−７）。
Ｃｄ値がゼロからピーク値を経てそのピーク値の８０％となる（時間Ｔｂ３　）までのＣｄ−ｔ曲線の面積ＳＣｄ３−１　は、脈拍毎に求められるＣｄ値（式１７）とそのＣｄ値が演算された脈拍期間の積の和により求める。
ピーク値から８０％以降の求めた指数関数曲線の面積ＳＣｄ３−２　は次のように求める。すなわち、指数関数が
Ｃｄ＝Ａ３　×ｅｘｐ　（−Ｂ３　（ｔ−Ｔｂ３　））　　　　　（式１９）
で表されるとすれば、面積ＳＣｄ３−２　は、式１９を
【数１１】
2004081421.tif 000014
まで積分したＡ３　／Ｂ３　で表すことができる。
このようにして求めたＳＣｄ３−１　とＳＣｄ３−２　の和が初循環面積である。初循環面積のデータはメモリ１５に記憶される。
【００５０】
次にステップ３−７で求めた初循環面積ＳＣｄ３　から心拍出量ＣＯを計算する（ステップ３−８）。
すなわち、式１１において、ステップ３−１で入力した色素投与量Ｉを代入し、ステップ３−７で求めた初循環面積を代入することで、心拍出量ＣＯを求めることができる。色素投与量Ｉおよび初循環面積ＳＣｄ３　はメモリ１５から読み出し、ＣＰＵ１４で演算される。
【００５１】
次に、メモリ１５に記憶されたデータを用いてＣＰＵ１４の処理により酸素運搬量ＤＯ２　を求める（ステップ３−９）。
すなわち、式１２において、ステップ３−３で求めた酸素飽和度値ＳｐＯ２　（　＝ｆ（Φ３２））をＳａＯ２　に代入し、ステップ３−２で入力されたヘモグロビン濃度Ｈｂの値をＨｂに代入し、ステップ３−８で求めた初循環面積ＳＣｄ３　を
【数１２】
2004081421.tif 000015
に代入し、酸素運搬量ＤＯ２　を求める。
なお、ここでも第１、２の実施例と同様に、酸素飽和度値ＳｐＯ２　（＝ｆ（Φ３２））は色素初循環期間の短期間ではほとんど変化しないと扱っても妥当であるので、色素注入直前の酸素飽和度値ＳｐＯ２　の値を式１２の演算に用いている。
また、ヘモグロビン濃度Ｈｂとして採血法により実際に測定した値を演算に用いたので、酸素運搬量ＤＯ２　の他、心拍出量ＣＯの値も測定値として認めることができる。
【００５２】
求められた酸素運搬量ＤＯ２　の値は、表示部２２Ａに表示される。
また、第１、２の実施例と同様に、動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　については、脈拍毎に動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　を求めるようにしておき、初循環期間中のいずれかの時点での動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　あるいは初循環期間中の平均動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　を用いて酸素運搬量ＤＯ２　を求めてもよい。
また、連続的に測定される動脈酸素飽和度ＳｐＯ２　は常時表示部２２Ａに表示させるようにしてもよい。
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明の酸素運搬量測定装置によれば、パルス色素デンシトメトリー方式（ＰＤＤ：Ｐｕｌｓｅ　ｄｙｅ　ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙ）を応用することにより、被験者への負担を軽減して、酸素運搬量ＤＯ２　を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例の装置の使用状態を示す図。
【図３】本発明の第１の実施例の動作を示すフローチャート。
【図４】本発明の第１の実施例の装置により測定されるＲの経時的変化を示す図。
【図５】本発明の第２の実施例の動作を示すフローチャート。
【図６】本発明の第２の実施例の装置により測定される仮の色素希釈曲線を示す図。
【図７】本発明の第３の実施例の動作を示すフローチャート。
【図８】本発明の第３の実施例の装置により測定される色素希釈曲線を示す図。
【符号の説明】
１　発光部
２ａ、２ｂ、２ｃ　ＬＥＤ
４　駆動回路
５　受光部
６　フォトダイオード
７　電流−電圧変換器
８　アンプ
９　マルチプレクサ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ　フィルター
１２　マルチプレクサ
１３　Ａ／Ｄコンバーター
１４　ＣＰＵ
１５　メモリ
２０　プローブ
２０Ａ　クリップ
２２Ａ　表示部
２２Ｂ　入力部
２３　シリンジ
２４　チューブ
２５　ニードル
２６　耳朶
【図１】
2004081421.tif 000016
【図２】
2004081421.tif 000017
【図３】
2004081421.tif 000018
【図４】
2004081421.tif 000019
【図５】
2004081421.tif 000020
【図６】
2004081421.tif 000021
【図７】
2004081421.tif 000022
【図８】
2004081421.tif 000023