(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘモグロビンの全濃度を測定するための方法において、
第一ヘモグロビン吸収波長での第二微分吸光度値と全ヘモグロビン濃度との間の関係を特徴付ける記憶ヘモグロビン濃度関連データを、ヘモグロビン酸化状態の関数として供給すること、
分析されている組織からの、第一ヘモグロビン吸収波長での第一の第二微分吸光度値を受信すること、
分析されている組織からの、第二ヘモグロビン吸収波長での第二の第二微分吸光度値を受信すること、
第一の及び第二の第二微分吸光度値に基づいて分析された組織のヘモグロビン酸化状態を決定すること、及び、
ヘモグロビンの全濃度を、ヘモグロビン濃度関連データ、第一の第二微分吸光度値及びヘモグロビン酸化状態の関数として決定すること、
を含む方法。
【請求項２】
第一のヘモグロビン吸収波長が７２０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ヘモグロビン酸化状態はオキシヘモグロビンであり、オキシヘモグロビン部分は、第二の第二微分吸光度値／第一の第二微分吸光度値の比を使用して計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第二のヘモグロビン吸収波長が６８０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第一の及び第二の第二微分吸光度値は、それぞれ６８０ｎｍから８００ｎｍまでの４つの波長で測定される吸光度値から計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ヘモグロビン酸化状態データの精度を、ヘモグロビンの全濃度を表すデータの関数として決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ヘモグロビン酸化状態データの不正確な及び／又は無効な測定値を表示する器械モニタが設けられるステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
一定の機能状態（例えば酸化ヘモグロビン又は StO2 の百分率、及び酸化チトクロム aa3 の百分率）を有する組織（ティシュー）発色団の量を測定するための分光測光器械及び方法が一般に知られており且つ例えば、Anderson等の米国特許第 5,879,294号に開示されている。この米国特許はそっくりそのまま参照によりここに組み込まれる。Anderson等の特許は特に、一定の率で決められた第二微分スペクトル値を使用する測定アルゴリズムを開示している。
【０００２】
Kuestnerの米国特許第 5,377,674号は、組織のヘモグロビンのような発色団の全濃度を測定するための分光測光器械と方法を開示している。その測定アルゴリズムは、ヘモグロビン吸収が起こる波長（被検成分波長) で測定された第二微分吸光度と、ヘモグロビンの吸収が起こらない波長領域（基準波長)(例えば、１７４０ｎｍの吸光度の第二微分／１３４６ｎｍの吸光度の第二微分）で測定された第二微分吸光度の単一項比率を使用する。
【０００３】
しかしながら、組織のヘモグロビンのような発色団の全濃度を測定するための改良された器械と方法の要求が連続して残っている。
【０００４】
【発明の概要】
組織のヘモグロビンのような発色団の全濃度を測定するための方法。その方法は、発色団吸収波長における第二の微分吸光度値と組織の発色団の濃度との間の関係を特徴づける記憶関係データを供給することを含む。分析されている組織から測定された第二微分吸光度値を表すデータが受信される。それから、発色団濃度を表すデータを、第二微分吸光度値と記憶関係データの関数として発生させることができる。本発明の一実施例では、測定された発色団濃度を用いて、発色団の機能状態（例えばヘモグロビンの酸化状態）の測定の精度を評価することができる。
【０００５】
【発明の詳細な記載】
本発明は、組織のヘモグロビンのような発色団の容積百分率を測定するために第二の微分吸光度値の単一項比と、単一項比で示されていない第二微分値（ヘモグロビン濃度に直接関係づける値）の両方の組み合わせを使用する器械と方法である。この方法により使用される波長は、全てヘモグロビン吸収が起こる領域内にある。ヘモグロビン吸収が起こらない領域で発生する「基準波長」のための必要条件はない。本発明の利点は、６８０ｎｍから８００ｎｍまでのスペクトル領域を使用してヘモグロビン濃度を測定できることである。この波長領域では、ヘモグロビンの酸化状態（％StO2)（すなわち特別な機能状態を有する発色団の部分）は、微分分光学を用いて全ヘモグロビン濃度測定をするときに考慮しなければならないファクタである。単一項微分比（これは％StO2 と共に変化する）と比率で示されない第二の微分項（これは％ StO2 及び全ヘモグロビン濃度と共に変化する）の両方の利用により、酸化ヘモグロビンの量と別にヘモグロビン濃度を区別する手段が得られる。比率で示されない第二の微分項( ここに記載された実施例では７２０ｎｍ）は比率で示した第二の微分項の分母にも使用される。ヘモグロビン酸化百分率と全ヘモグロビン濃度百分率の両方を、最小の波長特定吸光度測定と共に得ることができる（例えば、４個の波長が Anderson等の特許に開示された器械に使用される）。
【０００６】
１つの形態において、第二の微分値を計算するために使用される波長間隙（すなわち第二の微分計算で使用される隣合う吸光度波長の間の間隔）が４０ｎｍである。この間隙寸法では、酸化ヘモグロビンの百分率と組織の全ヘモグロビンの百分率（％ヘマトクリット）の両方を計算するために４つの波長しか用いられない。７２０ｎｍの第二微分吸光度ピーク（７６０ｎｍのデオキシヘモグロビン吸収帯）がパーセントヘマトクリットと第二の微分吸光度の間の関係を経験的に得るために用いられる。４０ｎｍ以外の第二の微分間隙寸法はヘマトクリットアルゴリズムを得るために使用することもできる。また、他のオキシヘモグロビン又はデオキシヘモグロビン吸光度最大値に対応する他の波長領域（例えば可視又は赤外線）を使用することもできよう。
【０００７】
ここに記載されたアルゴリズムにしたがってなされた全ヘモグロビン濃度測定は組織認識アルゴリズムと関連した器械により用いることができる。プローブが測定すべき組織上に適正に位置されてない場合には、％StO2又は他の測定パラメータの不正確な及び／又は無効な測定値を器械モニタにより表示することができる。プローブが適正に位置決めされかつ測定が正確であるかどうかを決定するために全ヘモグロビン濃度測定値を器械により用いることができる。例えば、パラメータ測定のいくつか又は全てと関連して、器械はここに述べたアルゴリズムを使用して全ヘモグロビン濃度を計算することができ、かつヘモグロビン濃度測定値が所定の最小レベルを表す場合にのみパラメータ測定値を正確な測定値として表示することができる。ヘモグロビン濃度測定値が所定のレベルより下である場合には、モニタはプローブが適正に位置決めされていないことを指示するデスプレイを発生できる。
【０００８】
本発明による全ヘモグロビン濃度測定値を、第二微分値と全ヘモグロビン濃度の間の関係を描く、今の第二微分分光学値と記憶データの関数として発生させることができる。下記の実施例では、記憶関係データが一組の線又は勾配（又は好ましい場合には曲線）を描くデータであり、その各々が一定の酸化状態のヘモグロビンと関連している。
【０００９】
全ヘモグロビン濃度測定中、適正に記憶された関係データを、測定されたヘモグロビン酸化状態に基づいて器械により選択することができる。このデータと今の第二微分分光学値から、全ヘモグロビン濃度を器械により計算できる。
【００１０】
記憶された第二微分／ヘモグロビン濃度関係データは次のようにして発生させることができる。図１はオキシヘモグロビン光学濃度の条件の範囲にあるウシの血液の測定された第二微分（４０ｎｍ間隙）スペクトルのグラフである。図示のスペクトル（例えばピーク高さ７２０ｎｍ）の形状変換は３つの主要ファクタ（％StO2、％ヘマトクリット及び光路長）の影響を受ける。図１に示した第二微分吸光度値の高さは直接ヘモグロビン濃度と共に変化しかつヘモグロビン酸化状態と逆比例して変化する。％ヘマトクリットを、一定の率で決められていない第二の微分の特徴を決定するために、％StO2と路長さの両方を定義する必要がある。
【００１１】
ヘマトクリット（ＨＣＴ）の多数のレベルで、血液の第二微分スペクトルの特徴が、図２に示されるように０％〜１００％範囲内で所定の（例えば５ｍｍ）プローブ間隔で多数の％StO2に関して記録されている。ヘマトクリットごとに、（第一ヘモグロビン吸収波長での）７２０ｎｍ第二微分ピークが図３に示されているように線形等式に適合されている。
【００１２】
％StO2の一定のレベルごとに、第二の微分７２０ｎｍの特徴が０％ヘマトクリットに外挿法を用いて％ヘマトクリットに関係づけられている。図４に示したように、この段階から、７２０ｎｍ第二微分と約２５％以下の複数のヘマトクリットにおけるヘマトクリットとの間に線形の関係があることは明らかである。
【００１３】
０％ヘマトクリットに線形外挿法及び２５％と１５％ヘマトクリットに経験的測定を用いて、（第一ヘモグロビン吸収波長での）７２０ｎｍ第二微分値（一定の％StO2の線）に対するヘマトクリットの感度を描く、関係データのルックアップ表を図５に示したように造ることができる。その勾配は、（第二ヘモグロビン吸収波長での）６８０ｎｍの第二微分（第二の第二微分吸光度値）対（第一ヘモグロビン吸収波長での）７２０ｎｍの第二微分（第一の第二微分吸光度値）の比率に機能的に関連している。図６と７は上記のアルゴリズムのために行われたいくつかの確認練習（試験）のグラフである。
【００１４】
関係データを発生させるために使用されたプローブ間隔以外のプローブ間隔でなされた測定を補償するために、プローブ間隔による路長さの相対変化に関連するプローブスケーリングファクタ（ＰＳＦ）を用いて、７２０ｎｍ第二微分値を調節する。
【００１５】
引き続き、上記の記憶された関係データを、全ヘモグロビン濃度測定中使用する。％StO2を（例えば慣用のアルゴリズムと６８０ｎｍの一定の率で決められた第二微分値を用いて）測定すると、対応する勾配値（Mso2又はhct勾配）がルックアップ表内に見いだされる。そのとき、予知されるヘマトクリット値は：
％Hct＝Mso2×D720／PSF
ここで、D720は40nm間隙を用いた720nm の第二微分であり、
PSFはプローブ間隔による相対路長さ変化である。
【００１６】
組織ヘマトクリットの濃度は一般に２５％より小さく、かつ常に１％〜１０％範囲内にある。ヘモグロビン濃度測定に基づいてプローブ位置を評価するときに、比較的高い測定精度はその範囲の下端近くで充分である。例えば、プローブが組織上にあるか又は組織から離れているかどうかを決定するためのしきい値は、測定されたヘモグロビン濃度１％の範囲内にあり得る。スペクトルの特徴対ヘマトクリット濃度（例えば図４の約２５％より小さい）の線形範囲はこの用途に使えるだけでよい。しかしながら、本発明により、非線形性を説明するためにアルゴリズムを再定義することにより、測定精度をヘマトクリットのいっそう大きな百分率に広げることができる。例えば、アルゴリズムは、多重勾配と第二微分変換（線形変換）からなる多重回帰アルゴリズムとして再定義することができよう。非線形等式の例は、
％Hct＝Mso2１×(D720/PSF)＋Mso2２×Log(D720/PSF)
又は
％Hct＝Mso2１×(D720/PSF)＋Mso2２×(D720/PSF)１／２＋Mso2３×(D720/PSF)１／３＋...
ここで、Mso2１、Mso2２、... は、ルックアップ表に記憶することができる非線形勾配値係数である。
【００１７】
プローブスケーリングファクタ（PSF）は、光学プローブが光学送信及び受信ファイバの間に可変な距離を有する状態で、好ましくは一定の散乱及び吸収特性を有する、発色団媒質の第二微分スペクトル測定値を集めることにより経験的に決定できる。そのとき、プローブ間隔ごとのスペクトル測定値は関心のある特別な波長で固定プローブ間隔スペクトル測定値のうちの１つに関連している（比率で示されている）。関心のあるプローブ間隔にある１つの第二微分スペクトル値に対する基準プローブ間隔の第二微分スペクトル値の比率は、プローブスケーリングファクタを表す。図８は、４つの異なるプローブ間隔で測定された第二微分スペクトルのグラフである。図８のデータを得るために使用される媒質は、１ミクロンポリスチレンミクロスフェアの2.5％水溶液であった。図９は、約７２５ｎｍ（図８の吸光度ピーク）の第二微分スペクトル値の比率から測定されたプローブスケーリングファクタを表す。次の等式は、図９のスペクトル情報からのプローブスケーリングファクタの計算例を表す。
【００１８】
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【００１９】
等式の分母は基準プローブ間隔（ヘモグロビン濃度アルゴリズムを造るために使用されるプローブ間隔）を表す。このプローブスケーリングファクタにより、アルゴリズムが経験的に造られる５ｍｍプローブ以外のプローブ設計でヘモグロビン濃度アルゴリズムを使用することができる。
【００２０】
本発明を好ましい実施例に関して述べたけれども、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱せずに形態と細部の変更をすることができることを認識しよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  測定されたウシの血液の第二微分吸光度値の一例を、オキシヘモグロビン光学濃度の条件の範囲にある波長の関数として示すグラフである。
【図２】  測定されたウシの血液の第二微分吸光度値データ点の一例を、４７％、２５％及び１５％のヘマトクリットレベルのヘモグロビン酸化状態の関数として示すグラフである。
【図３】  図２に示したデータ点に適合された線のグラフである。
【図４】  ウシの血液の第二微分吸光度値を、０％、２５％、５０％、７５％及び９９％のヘモグロビン酸化（すなわち機能）状態にある図３に示したデータから得られたヘマトクリット濃度の関数として示すグラフである。
【図５】  図４に示したデータから得られたデータのルックアップ表の一例であり且つヘモグロビン酸化状態とヘマトクリットレベルの間の関係を記載している。
【図６】  記載された発明を用いてなされたヘマトクリット測定値と、遠心力をかけたウイントローブ(Wintrobe)管を使用して全サンプル高さ（赤血球と血漿）に対する詰められた赤血球の高さを測定する参照方法との間の相互関係を示すデータのグラフである。
【図７】  ヘマトクリットレベルが一定のままである間にヘモグロビン酸化状態が変えられた記載の発明を用いてなされたヘマトクリット測定値の間の相互関係を示すテストデータのグラフである。
【図８】  測定された第二微分吸光度値データ点の一例を、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ及び２０ｍｍのプローブ送信対受信ファイバ間隔で波長の関数として示すグラフである。
【図９】  プローブスケーリングファクタ（ＰＳＦ）の一例を、図８に示されたデータから得られかつ５ｍｍの間隔に関係づけられたプローブ間隔の関数として示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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