(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光波長を持つ光源と、
前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、
前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、
この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、
を有し、
前記光源は３つの光波長を持ち、
前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度を検出する第１検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインドシアニングリーン濃度図および酸素飽和度を検出する第２検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる第１選択手段を備えることを特徴とする生体パラメータ計測装置。
【請求項２】
複数の光波長を持つ光源と、
前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、
前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、
この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、
を有し、
前記光源は３つの光波長を持ち、
前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度を検出する第１検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインドシアニングリーン濃度図および酸素飽和度を検出する第２検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて一酸化炭素ヘモグロビン濃度および酸素飽和度を検出する第３検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる第２選択手段を備えることを特徴とする生体パラメータ計測装置。
【請求項３】
複数の光波長を持つ光源と、
前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、
前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、
この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、
を有し、
前記光源は４つの光波長を持ち、
前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度と共に、インドシアニングリーン濃度図を検出することを特徴とする生体パラメータ計測装置。
【請求項４】
前記パラメータ検出部は、インジゴカルミン濃度図とインドシアニングリーン濃度図の両方から生体パラメータを求めることを特徴とする請求項３に記載の生体パラメータ計測装置。
【請求項５】
前記生体パラメータが肝クリアランスと腎クリアランスを含むことを特徴とする請求項４に記載の生体パラメータ計測装置。
【請求項６】
前記生体パラメータは循環血液量と細胞間質液量などの体液量を含むことを特徴とする請求項４に記載の生体パラメータ計測装置。
【請求項７】
複数の光波長を持つ光源と、
前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、
前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、
この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、
を有し、
前記光源は４つの光波長を持ち、
前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度と共に、インドシアニングリーン濃度図を検出する第１検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて一酸化炭素ヘモグロビン濃度および酸素飽和度を検出する第２検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる選択手段を備えることを特徴とする生体パラメータ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腎機能、肝機能、呼吸循環機能を測定する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
腎機能の検査すなわち糸球体濾過量の検査には、放射線を利用した核医学検査と、クレアチニンクリアランス検査などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
核医学検査は、被爆を考慮する必要があり、また、特別な施設が必要であり、ＩＣＵ等のベッドサイドでの使用ができないという欠点がある。一方、クレアチニンクリアランス検査は、測定に長時間（２〜４時間）を要し、腎不全患者への負担が大きく、尿量値に計算式が依存するため正確性に欠けるという欠点がある。
【０００４】
また、腎機能は、心拍出量や循環血液量などの循環動態に影響されるので、両方を同時に測定することが望ましいが、従来はこのような同時測定を適切に行うことができる装置はなかった。また、被験者の血液中に色素を注入し、その濃度図を測定することによって循環動態機能の測定を行っているものもあるが、腎機能と共に測定しているものはない。またこのような測定に従来用いられている色素には、安全性や取扱いに難点があった。
【０００５】
本発明はこのような欠点に鑑みなされたもので、その目的は簡単で短時間に、さらに安全かつ高精度に腎機能、肝機能、呼吸循環機能を測定することができるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る装置は、複数の光波長を持つ光源と、前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部とを有し、前記光源は３つの光波長を持ち、前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度を検出する第１検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインドシアニングリーン濃度図および酸素飽和度を検出する第２検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる第１選択手段を備える。
【０００７】
請求項２に係る装置は、複数の光波長を持つ光源と、前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、を有し、前記光源は３つの光波長を持ち、前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度を検出する第１検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインドシアニングリーン濃度図および酸素飽和度を検出する第２検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて一酸化炭素ヘモグロビン濃度および酸素飽和度を検出する第３検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる第２選択手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る装置は、複数の光波長を持つ光源と、前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、を有し、前記光源は４つの光波長を持ち、前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度と共に、インドシアニングリーン濃度図を検出することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る装置は、請求項３に係る装置において、前記パラメータ検出部は、インジゴカルミン濃度図とインドシアニングリーン濃度図の両方から生体パラメータを求めることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る装置は、請求項４に係る装置において、前記生体パラメータが肝クリアランスと腎クリアランスを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る装置は、請求項４に係る装置において、前記生体パラメータは循環血液量と細胞間質液量などの体液量を含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る装置は、複数の光波長を持つ光源と、前記光源から発せられた生体組織を透過または反射した光を受光してその光の強度に応じた信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号から血液の脈動に起因して発生する各波長の減光度の変化分を求めこれら変化分の各波長間における比を演算する減光度比演算手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて血液中のインジゴカルミン濃度図を少なくとも検出する濃度図検出手段と、この濃度図検出手段が検出したインジゴカルミン濃度図のデータに基づいて生体パラメータを求めるパラメータ検出部と、を有し、前記光源は４つの光波長を持ち、前記濃度図検出手段は、前記減光度比演算手段からの出力に基づいてインジゴカルミン濃度図および酸素飽和度と共に、インドシアニングリーン濃度図を検出する第１検出手段と、前記減光度比演算手段からの出力に基づいて一酸化炭素ヘモグロビン濃度および酸素飽和度を検出する第２検出手段と、これらのいずれか一つを選択し動作させる選択手段を備えることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の参考例となる装置の原理を説明する。
【００２３】
生体組織の血液中にインジゴカルミン（以下ＩＤＧと称する）を注入し、３つの波長の光をその生体組織に照射する。そして、その生体組織を透過した各波長についての光の強度に応じた信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を測定すると、その減光度Ａ１，Ａ２，Ａ３は、血液の脈動により変動する。その変化分ΔＡ１，ΔＡ２，ΔＡ３を測定し、これらの相互の比を求める。これらの比を、Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２、Φ１３＝ΔＡ１／ΔＡ３とすると、シャスターの理論および実験から次式が成り立つ。
0003893509.tif 000002
【００２４】
（１）式、（２）式において、ＲＨｂは還元ヘモグロビン濃度、Ｏ２Ｈｂは酸化ヘモグロビン濃度、ＣｄはＩＤＧ濃度、Ｈｂはヘモグロビン濃度を示す。Ｅｏｉ（ｉ＝１，２，３）は酸化ヘモグロビンの吸光係数、Ｅｒｉ（ｉ＝１，２，３）は還元ヘモグロビンの吸光係数、Ｅｄｉ（ｉ＝１，２，３）はＩＤＧの吸光係数、Ｆは散乱係数を示し、ｉ＝１，２，３は光波長λ１，λ２，λ３を示す。
【００２５】
この場合、前記Ｅｏｉ，Ｅｒｉ，Ｅｄｉ，Ｆはそれぞれ既知の値であるから、Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２、Φ１３＝ΔＡ１／ΔＡ３を測定し、これらを前記（１）式、（２）式に代入して連立方程式を解けば、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、ＩＤＧの３つの血中物質の濃度比を求める事ができる。
【００２６】
例えば、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、ＩＤＧの３つの濃度Ｏ２Ｈｂ、ＲＨｂ、Ｃｄの比を１：ｎ：ｍとすると、
【００２７】
Ｏ２Ｈｂ＝１／（１＋ｎ＋ｍ）、ＲＨｂ＝ｎ／（１＋ｎ＋ｍ）、Ｃｄ＝ｍ／（１＋ｎ＋ｍ）
であるから、（１）式、（２）式の連立方程式の未知数はｎ，ｍの２つとすることができる。したがって、ｎ，ｍを求めることにより、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、ＩＤＧの３つの血中物質の濃度比を求めることができる。
【００２８】
また、ヘモグロビン濃度Ｈｂが分かれば、Ｃｄ／Ｈｂ＝ｍ／（１＋ｎ）より、ＩＤＧの絶対濃度Ｃｄを計算することができる。
【００２９】
図１は、本発明の参考例である生体パラメータ計測装置の構成を示すブロック図である。図１において光源１、２、３は発光素子から成り、これら光源１、２、３は、駆動回路４により駆動され、それぞれ異なる波長λ１，λ２，λ３の光を発生するように構成されている。ここでλ１=620nm, λ２=660nm, λ３=940nmである。光源１、２、３からの光は、生体組織５を透過して、受光素子６で受光され、ここで電気信号に変換される。そして、これらの変換された信号は、増幅器７で増幅され、マルチプレクサ８によりそれぞれの光波長に対応したフィルタ９、１０、１１に振り分けられるように構成されている。
【００３０】
フィルタ９，１０，１１にそれぞれ振り分けられた各波長の信号は、高周波成分を除去された後、Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル信号に変換され、対数計算回路１４、減光度変化分の比Φを演算するΦ計算回路１５およびＩＤＧ濃度図を計算する物質濃度計算回路１６に順次入力されるようになっている。
【００３１】
タイミング制御回路１３は、駆動回路４、マルチプレクサ８、Ａ／Ｄ変換器１２の各部に対して必要なタイミング信号を送出し、それらの動作のタイミングを制御するように構成されている。
【００３２】
Ｈｂ入力回路１９は、外部から設定された血中ヘモグロビン濃度を記憶する回路であり、物質濃度計算回路１６が計算を行う際に必要に応じてその内容が用いられる。
【００３３】
生体パラメータ計算回路１７は、物質濃度計算回路１６が求めたＩＤＧ濃度図に基づいて、心拍出量ＣＯ，循環血液量Ｖ１，細胞間質液量Ｖ２，定常分布容積Ｖｄｓｓ，排泄の速度定数ｋｅｌ，クリアランスＣＬｔｏｔを計算する回路である。
【００３４】
ここで、一般に、色素濃度図からこれらのパラメータＣＯ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖｄｓｓ，ｋｅｌ，ＣＬｔｏｔの求め方を説明する。心拍出量ＣＯは、図２に示す色素濃度図の初循環の面積Ｄから求めることができる。すなわち、注入色素量をＣとすると、
0003893509.tif 000003
の関係があるからこれらを計算して求める。
【００３５】
他のパラメータは次のようにして求める。図３に片対数で表した色素濃度図を示す。この曲線から分布容積とクリアランスを計算する事ができる。この濃度図は、図３に示すように、２つの外挿線で表現する事が可能である。これは、血液中の色素分布容積が２つのコンパートメントで表現できる事を示している。この２つの容積を血管内と細胞間質液として、循環血液量と細胞間質液量を計算する事が可能である。
【００３６】
２コンパートメントモデルを、図４に示す。ここで、Ｖ１は中心コンパートメントの容積、Ｖ２は末梢コンパートメントの容積、ｋ１２、ｋ２１、ｋｅｌ、はそれぞれ速度定数、Ｃ１は中心コンパートメントの色素濃度、Ｃ２は末梢コンパートメントの色素濃度である。
【００３７】
測定した色素濃度図を中心コンパートメントの色素濃度として、たとえば色素濃度図Ｃｄ（ｔ）を最小二乗法などを使い２−ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌの次式のように表現する。
0003893509.tif 000004
この時、以下の計算式が成り立つ。
0003893509.tif 000005
0003893509.tif 000006
Ｄｏｓｅは、投与色素量であり、ＣＬｔｏｔはクリアランスである。これらの式により各動態パラメータが得られる。ここで、Ｖ１を循環血液量とし、Ｖ２を細胞間質液量とする。
【００３８】
本参考例では色素はIDG である。したがって、生体パラメータ計算回路１７は、物質濃度計算回路１６が求めたIDG 濃度図と、上記の（４）式〜（１１）式に基づいて、心拍出量CO, 循環血液量V1, 細胞間質液量V2, 定常分布容積Vdss, 排泄の速度定数kel,クリアランスCLtot を計算する回路である。IDG は主に腎臓により排泄されるので、上記計算式により得られたIDG のkel やCLtot は、主に腎臓の糸球体瀘過量や腎臓血流量の指標となる。
【００３９】
Ｄｏｓｅ入力回路１８は、外部から設定されたＩＤＧ投与量を記憶する回路であり、生体パラメータ計算回路１７が計算を行う際に必要に応じてその内容が用いられる。
【００４０】
本装置において、物質濃度計算回路１６およびＨｂ入力回路１９が濃度図検出手段を構成し、生体パラメータ計算回路１７およびＤｏｓｅ入力回路１８がパラメータ検出部を構成する。
【００４１】
次に、このように構成された装置の動作を説明する。本装置が動作開始となると、光源１、２、３により発生した各波長の光は、生体組織５を透過する。受光素子６は、その光の強度に応じて電気的信号に変換する。これらの信号は、増幅器７、フィルタ９、１０、１１およびＡ／Ｄ変換器１２を経て対数計算回路１４に至る。対数計算回路１４では、Ａ／Ｄ変換器１２の出力であって光の強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に応じた信号からｌｎＩ１，ｌｎＩ２，ｌｎＩ３を計算して求める。次に、Φ計算回路１５は、Φ１２＝ΔｌｎＩ１／ΔｌｎＩ２、Φ１３＝ΔｌｎＩ１／ΔｌｎＩ３を計算して求める。
【００４２】
物質濃度計算回路１６は、Φ計算回路１５が求めたΦ１２、Φ１３と、既述の連立方程式（１）式、（２）式に基づく式から酸素飽和度ＳｐＯ２とＩＤＧ濃度図Ｃｄ（ｔ）を求める。なお、酸素飽和度ＳｐＯ２は、酸化ヘモグロビン濃度Ｏ２Ｈｂ、還元ヘモグロビン濃度ＲＨｂの比から求める。ここで求めた酸素飽和度ＳｐＯ２および濃度図Ｃｄ（ｔ）は図示せぬ表示器および記録器により表示、記録される。
【００４３】
一方、生体パラメータ計算回路１７は、物質濃度計算回路１６が求めたＩＤＧ濃度図Ｃｄ（ｔ）に基づいて、心拍出量ＣＯ，循環血液量Ｖ１，細胞間質液量Ｖ２，定常分布容積Ｖｄｓｓ，排泄の速度定数ｋｅｌ，クリアランスＣＬｔｏｔを計算する。これらは図示せぬ表示器、記録器により表示、記録される。
【００４４】
本参考例では、３波長の光を用いており、IDG 濃度図を求める際、酸素飽和度も考慮した式を用いている。このため酸素飽和度による影響が除かれ、正確にIDG 濃度図を求めることができる。なお、１００％ガスを被験者に吸入させるのを前提として測定するならば、酸素飽和度を１と見做すことができ、物質濃度計算回路１６は、上記の連立方程式のいずれか１つの式でIDG 濃度図を求めることができる。
【００４５】
本参考例によれば、IDG は主に腎臓によって排泄されるので、腎機能の測定を正確に行うことができる。さらに本参考例では、排泄の速度定数kel,クリアランスCLtot 等の腎機能パラメータの他、心拍出量COや循環血液量V1等の循環機能パラメータも同時に得ることができる。
【００４６】
本参考例において、波長λ１が橙または赤橙、波長λ２が赤、波長λ３が赤外であれば良く、波長λ１のピークが６１０−６３０nmであり、波長λ３のピークが７９０−９９０nmであれば好適な測定結果が得られる。
【００４７】
次に本発明の第１の実施の形態について説明する。この装置の構成を図５に示す。本実施の形態では、光源１Ａ、２Ａ、３Ａそれぞれが発する光の波長λ１，λ２，λ３は、λ１=620nm, λ２=805nm, λ３=940nmである。さらに、本実施の形態のΦ計算回路１５Ａは、Φ13＝ΔlnI1/ ΔlnI3、Φ23＝ΔlnI2/ ΔlnI3を計算して求める回路である。
【００４８】
また、本実施の形態では、投与された色素がＩＤＧか、インドシアニングリーン（以下ＩＣＧ）かを判断する判断回路２１を備えている。図６の吸光係数の特性によると、ＩＤＧが投与されれば、λ１（６２０ｎｍ）の透過光に最大の光吸収変化が発生し、ＩＣＧが投与されれば、λ３（８０５ｎｍ）の透過光に最大の光吸収変化が発生する。判断回路２１は、Φの値により色素の種類を判断している。すなわち、図７に示すように、Φ１３、Φ２３に対し適当なしきい値を設定し、それぞれのしきい値とΦ１３、Φ２３を比較していずれの色素が投与されたかを判別するようになっている。
【００４９】
また、本実施の形態における物質濃度計算回路１６Ａは、判断回路２１の判断結果に応じた連立方程式に基づく式を計算しその色素濃度図Ｃｄ（ｔ）とＳｐＯ２を求める回路である。この場合、連立方程式は次式で表されるが、吸光係数Ｅｄｉ（ｉ＝１，２，３）は、ＩＤＧかＩＣＧかによって異なる。
0003893509.tif 000007
【００５０】
他の構成は既述の参考例と同じであり、図５では同じ番号を付している。本実施の形態において、物質濃度計算回路１６Ａの機能のうち、IDG 濃度図CdD(t)と酸素飽和度SpO2を求める機能が第１検出手段に相当し、ICG 濃度図CdC(t)と酸素飽和度SpO2を求める機能が第２検出手段に相当し、判断回路２１が第１選択手段を構成する。
【００５１】
本実施の形態によれば、ＩＤＧが投与されると、判断回路２１は、Φ計算回路１５Ａが求めたΦ１３、Φ２３を参照してＩＤＧが投与されたと判断し、その旨を物質濃度計算回路１６Ａに出力する。物質濃度計算回路１６Ａは、ＩＤＧの吸光係数が用いられた（１２）式、（１３）式の連立方程式に基づく式を計算しＳｐＯ２およびＩＤＧ濃度図ＣｄＤ（ｔ）を求める。これらＳｐＯ２およびＣｄＤ（ｔ）は、図示せぬ表示器、記録器に表示、記録される。生体パラメータ計算回路１７は、物質濃度計算回路１６Ａが求めたＩＤＧ濃度図ＣｄＤ（ｔ）に基づいて、心拍出量ＣＯ，循環血液量Ｖ１，細胞間質液量Ｖ２，定常分布容積Ｖｄｓｓ，排泄の速度定数ｋｅｌ，クリアランスＣＬｔｏｔを計算する。これらは図示せぬ表示器、記録器に表示、記録される。
【００５２】
一方、ＩＣＧが投与されると、判断回路２１は、Φ計算回路１５Ａが求めたΦ１３、Φ２３を参照し、ＩＣＧが投与されたと判断し、その旨を物質濃度計算回路１６Ａに出力する。物質濃度計算回路１６Ａは、ＩＣＧの吸光係数が用いられた（１２）式、（１３）式の連立方程式に基づく式を計算しＳｐＯ２およびＩＣＧ濃度図ＣｄＣ（ｔ）を求める。以下、ＩＤＧ投与の場合と同じ処理が各部で行われる。
【００５３】
本実施の形態は、３つの波長の光を用いた装置であって、ＩＤＧ，ＩＣＧのいずれの色素が投与されてもそれらの色素濃度図と動脈血酸素飽和度の測定を行うことができる。ただし、ＩＤＧとＩＣＧの両方を血液中に投与しないという条件は必要である。
【００５４】
本実施の形態では、判別回路２１を用いて、投与された色素がＩＤＧであるかＩＣＧであるかを自動的に判別したが、これはキー入力手段等を用い、操作者の操作によって行うようにしても良い。
【００５５】
次に第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態のように、３波長の光を用いた装置においては、色素を投与しない条件下において、一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbを測定する事も可能である。３波長を用いて一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbを測定する発明は出願人が特願平１１−３３９６０５号に示したとおりである。本実施の形態は、３波長で動脈血酸素飽和度SpO2、IDG 濃度CdD 、ICG 濃度CdC 、一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbが測定できる装置である。ただし、IDG 、ICG 、一酸化炭素ヘモグロビンは、同時に血液中に存在する事は無いことを前提としている。
【００５６】
図８に示すように、本装置の構成は、光源１Ａ、２Ａ、３Ａから発生した光が、生体組織５を透過して受光素子６で電気信号に変換され、この信号がマルチプレクサ８、フィルタ９、１０、１１を経てＡ／Ｄ変換器１２でデジタル信号に変換されるまでは第１の実施の形態と同じであるが、この信号の処理はデジタルコンピュータのデータ処理装置３０によって行うようにしている。さらに、本装置は入力装置２２を備え、これにより操作者が、データ処理装置３０に対し、IDG 濃度CdD 、ICG 濃度CdC 、一酸化炭素ヘモグロビン濃度COHbのうち、いずれの測定を行うかを指示する。
【００５７】
図９のフローチャートに基づいて、本装置の動作を説明する。電源オンとなると（ステップ１０１）、透過光を計測する（ステップ１０２）。すなわち、光源１Ａ、２Ａ、３Ａから発生し、生体組織５を透過した光は、受光素子６で電気信号に変換される。この信号は、増幅器７で増幅され、マルチプレクサ８、フィルタ９、１０、１１を経てＡ／Ｄ変換器１２でデジタル信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３とされる。データ処理装置３０は、これらの信号を所定時間、連続測定し、対数ｌｎＩ１、ｌｎＩ２、ｌｎ３に変換し、記憶する。
【００５８】
次に、ステップ１０２で求めた対数値に基づいてΦ計算を行う（ステップ１０３）。すなわち、各脈動毎にｌｎＩ１、ｌｎＩ２、ｌｎ３の変化分ΔｌｎＩｌ、ΔｌｎＩ２、ΔｌｎＩ３を求め、Φ１３＝ΔｌｎＩ１／ΔｌｎＩ３、Φ２３＝ΔｌｎＩ２／ΔｌｎＩ３を計算する。
【００５９】
次に、データ処理装置３０は、入力装置２２から与えられた指示が、色素濃度計算の指示かを判断し（ステップ１０４）、色素濃度測定の場合はＳｐＯ２とその指示する色素濃度を計算する（ステップ１０５）。このステップにおいて指示手段２０がＩＤＧＣの濃度ＣｄＤの測定を指示している場合は、（１２）式、（１３）式のＥｄをＩＤＧの吸光係数とする連立方程式に基づく計算を行って酸素飽和度ＳｐＯ２とＩＤＧ濃度図ＣｄＤ（ｔ）を求める。
【００６０】
与えられている指示がＩＣＧ濃度ＣｄＣの測定である場合は、（１２）式、（１３）式のＥｄをＩＣＧの吸光係数とする連立方程式に基づく計算を行って酸素飽和度ＳｐＯ２とＩＣＧ濃度図ＣｄＣ（ｔ）を求める。この計算で用いられるヘモグロビン濃度は、入力装置２２から予め与えられている。求めたＳｐＯ２とＣｄＣ（ｔ）は図示せぬ表示器、記録器により表示、記録される。
【００６１】
次にデータ処理装置３０は、求めたＣｄＤ（ｔ）またはＣｄＣ（ｔ）を用いて心拍出量ＣＯ，循環血液量Ｖ１，細胞間質液量Ｖ２，定常分布容積Ｖｄｓｓ，排泄の速度定数ｋｅｌ，クリアランスＣＬｔｏｔを計算する（ステップ１０６）。この計算で用いられる各色素の投与量Ｖｄｏｓｅは、入力装置２２から予め与えられている。求めた各値は図示せぬ表示器、記録器により表示、記録される。
【００６２】
一方、一酸化炭素ヘモグロビン濃度ＣＯＨｂの測定が指示されている場合は、次の連立方程式に基づく計算を行ってＳｐＯ２とＣＯＨｂを求める（ステップ１０７）。
0003893509.tif 000008
ここで、Ｅｃｏは一酸化炭素ヘモグロビンの吸光係数である。
【００６３】
こうして求められたＳｐＯ２とＣＯＨｂは図示せぬ表示器、記録器により表示、記録される。本実施の形態において、データ処理装置３０の機能のうち、ＩＤＧ濃度図ＣｄＤ（ｔ）と酸素飽和度ＳｐＯ２を求める機能が第１検出手段に相当し、ＩＣＧ濃度図ＣｄＣ（ｔ）と酸素飽和度ＳｐＯ２を求める機能が第２検出手段に相当し、一酸化炭素ヘモグロビン濃度ＣＯＨｂと酸素飽和度ＳｐＯ２を求める機能が第３検出手段に相当し、入力装置２２が第２選択手段を構成する。
【００６４】
なお、入力装置２２からの指示の代わりに、データ処理装置３０がΦの変化のパターンに基づいて、いずれの色素濃度図であるかを自動的に判定し、色素濃度測定の計算を実行するようにしても良い。図１０にフローチャートを示す。この場合には、判断ステップ２００のみが図９で説明した装置と異なる。
【００６５】
また、上記の３波長での測定において、色素濃度測定及び一酸化炭素ヘモグロビン濃度測定を行わない場合、データ処理装置３０は、以下の計算式に基づいてＳｐＯ２を求めるならば、測定精度の向上を図ることができる。
0003893509.tif 000009
【００６６】
ここで、ＥＸは動脈血液以外の組織の脈動により発生する光吸収を示す変数であり、未知数であり、波長依存性が無い。Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２、Φ１３＝ΔＡ１／ΔＡ３を測定し、前記式に代入して連立方程式を解けば、ＳｐＯ２測定にとって誤差成分であるＥＸを消去し、酸化ヘモグロビンＯ２Ｈｂ、還元ヘモグロビンＲＨｂの濃度比ＳｐＯ２をより正確に求める事ができる。そして、注入色素が無い場合には、このようにしてＥＸを求め、注入色素がある場合にはこのＥＸを使って、ＥＸと色素濃度を含む連立方程式に基づいて注入色素濃度を求めるならば、より正確に色素濃度を求めることができる。
【００６７】
次に第３の実施の形態を説明する。この装置は、図１１に示すように、４波長の光を生体組織５に照射して得られる透過光強度の信号を処理する事によって、血液中に投与されたIDG とICG それぞれの濃度を同時に測定する装置である。光源４１、４２、４３、４４は、駆動回路５４により駆動され、それぞれ波長λ1=620nm ，λ2=660nm ，λ3=805nm ，λ4=940nm の光を発生するものである。光源４１、４２、４３、４４からの光は、生体組織５を透過して、受光素子５６で受光され、電気信号に変換され、これらの変換された信号は、増幅器５７で増幅され、マルチプレクサ５８によりそれぞれの光波長に対応したフィルタ５９、６０、６１、６２に振り分けられるように構成されている。
【００６８】
フィルタ５９，６０，６１，６２に振り分けられた信号は、高周波成分を除去された後、Ａ／Ｄ変換器５２でデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、デジタルコンピュータから構成されるデータ処理装置７０により処理されるようになっている。データ処理装置７０はまた、駆動回路５４、マルチプレクサ５８、Ａ／Ｄ変換器５２の各部を制御するように構成されている。
【００６９】
データ処理装置７０には入力装置２３が接続されており、これにより血中ヘモグロビン濃度と色素投与量が予め入力されている。
【００７０】
次にこのように構成された装置の動作を図１２のフローチャートを参照して説明する。操作者はまず被験者の血液中にＩＤＧとＩＣＧを投与する。本装置は、電源オンとなると（ステップ３０１）、透過光を計測する（ステップ３０２）。すなわち、光源４１、４２、４３、４４から発生し、生体組織５を透過した光は、受光素子５６で電気信号に変換される。この信号は、増幅器５７で増幅され、マルチプレクサ５８、フィルタ５９、６０、６１、６２を経てＡ／Ｄ変換器５２でデジタル信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とされる。この信号は所定時間、連続測定され、データ処理装置７０は、与えられる信号を対数ｌｎＩ１、ｌｎＩ２、ｌｎＩ３、ｌｎＩ４に変換し、その所定時間分を記憶する。
【００７１】
次に、データ処理装置７０は、ステップ３０２で求めたデータに基づいてΦ計算を行う（ステップ３０３）。すなわち、各脈動毎にｌｎＩ１、ｌｎＩ２、ｌｎＩ３、ｌｎＩ４の変化分ΔｌｎＩ１、ΔｌｎＩ２、ΔｌｎＩ３、ΔｌｎＩ４を求め、Φ１２＝ΔｌｎＩ１／ΔｌｎＩ２、Φ１３＝ΔｌｎＩ１／ΔｌｎＩ３、Φ１４＝ΔｌｎＩ１／ΔｌｎＩ４を計算する。
【００７２】
次に、データ処理装置７０は、所定の計算を行い酸素飽和度ＳｐＯ２，ＩＤＧ濃度図ＣｄＤ（ｔ），ＩＣＧ濃度図ＣｄＣ（ｔ）を求める（ステップ３０４）。すなわちデータ処理装置７０は、次の連立方程式に基づく計算を行う。
0003893509.tif 000010
【００７３】
前記式において、ＲＨｂは還元ヘモグロビン濃度、Ｏ２Ｈｂは酸化ヘモグロビン濃度、ＣｄＤはＩＤＧ濃度、ＣｄＣはＩＣＧ濃度を示す。Ｅｏｉ（ｉ＝１，２，３，４）は酸化ヘモグロビンの吸光係数、Ｅｒｉ（ｉ＝１，２，３，４）は還元ヘモグロビンの吸光係数、Ｅｄｄｉ（ｉ＝１，２，３，４）はＩＤＧの吸光係数、Ｅｄｃｉ（ｉ＝１，２，３，４）はＩＤＧの吸光係数、Ｆは散乱係数を示し、ｉ＝１，２，３，４は光波長λ１，λ２，λ３，λ４を示す。この場合、前記Ｅｏｉ，Ｅｒｉ，Ｅｄｄｉ，Ｅｄｃｉ，Ｆはそれぞれ既知の値であるから、Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２、Φ１３＝ΔＡ１／ΔＡ３、Φ１４＝ΔＡ１／ΔＡ４を測定し、これらの値を代入して連立方程式を解けば、酸化ヘモグロビンＯ２Ｈｂ、還元ヘモグロビンＲＨｂ、ＩＤＧ、ＩＣＧの４つの物質の血中濃度比を求める事ができる。
【００７４】
データ処理装置７０は、求めた濃度比と、予め与えられているヘモグロビン濃度Ｈｂの値から、ＩＤＧとＩＣＧそれぞれの絶対濃度ＣｄＤ，ＣｄＣを計算し、それぞれの濃度図ＣｄＤ（ｔ），ＣｄＣ（ｔ）を求める。
【００７５】
次に、データ処理装置７０は、求めた色素濃度図ＣｄＤ（ｔ），ＣｄＣ（ｔ）を用いて、それぞれについて心拍出量ＣＯ，循環血液量Ｖ１，細胞間質液量Ｖ２，定常分布容積Ｖｄｓｓ，排泄の速度定数ｋｅｌ，クリアランスＣＬｔｏｔを計算する（ステップ３０５）。これらは図示せぬ表示器、記録器により表示、記録される。
【００７６】
ＩＤＧとＩＣＧを同時に投与して測定した場合、同じ循環の中でのＩＤＧのｋｅｌｉｄｇとＣＬｔｏｔｉｄｇとＩＣＧのｋｅｌｉｃｇとＣＬｔｏｔｉｃｇを同時に得る事が可能となる。ＩＤＧは主に腎臓で排泄されるが、肝臓による排泄も一部確認されている。従って、速度定数ｋｅｌｉｄｇは腎臓への排泄の速度定数ｋｅｌｉｄｇｒと肝臓への排泄の速度定数ｋｅｌｉｄｇｈとの和と考える事ができる。
ｋｅｌｉｄｇ＝ｋｅｌｉｄｇｒ＋ｋｅｌｉｄｇｈ        （ａ）
一方ＩＣＧは肝臓によってのみ排泄される。従って、ＩＣＧのｋｅｌｉｃｇ、ＩＤＧのｋｅｌｉｄｇによって、より正確な腎臓の排泄能を計算する事が可能となる。たとえば、ＩＣＧの肝臓への排泄の速度定数とＩＤＧの肝臓への排泄の速度定数を下式のような一定の関係で表現する。
ｋｅｌｉｄｇｈ＝Ｋ＊ｋｅｌｉｃｇ                （ｂ）
この式は一次式でなくても良い。式（ａ）と式（ｂ）より、ＩＤＧの腎臓への排泄の速度定数ｋｅｌｉｄｇｒは、
ｋｅｌｉｄｇｒ＝ｋｅｌｉｄｇ−Ｋ＊ｋｅｌｉｃｇ      （ｃ）
として計算可能となる。
【００７７】
そこで、データ処理装置７０は、ステップ３０５で求めたｋｅｌｉｄｇとｋｅｌｉｃｇを用いて、さらに式（ｃ）を計算してＩＤＧの腎臓への排泄の速度定数ｋｅｌｉｄｇｒを求めるようにしても良い。また、このようにして求めたｋｅｌｉｄｇｒから、クリアランスＣＬｔｏｔｉｄｇｒを求めるようにしても良い。
【００７８】
本実施の形態において、第１波長λ１のピークが橙〜赤橙、第２波長λ２のピークが赤、第３波長λ３のピークが７９０−８１０ｎｍ、第４波長λ４のピークが８１０ｎｍより長波長の赤外であれば良く、第１波長λ１のピークが６１０−６３０ｎｍであれば好適な測定結果が得られる。
【００７９】
本発明のように４つの波長を使用すれば、ＩＤＧとＩＣＧの色素濃度図を１回の注射で同時に測定する事が可能となり、ＩＤＧから計算できる生体情報と、ＩＣＧから計算できる生体パラメータを１回の注射および装置操作で一度に短時間で得る事が可能となる。また、ｋｅｌｉｄｇとｋｅｌｉｃｇのように、同一の時間において得られた生体パラメータを使いさらに計算を行えば、ｋｅｌｉｄｇｒのように、さらに別の生体パラメータを得る事も可能となる。
【００８０】
さらに上記のように４波長を用いた装置によれば、上記３波長を用いた装置で色素を投与しない条件下において一酸化炭素ヘモグロビン濃度ＣＯＨｂを測定したのと同様に、動脈血酸素飽和度と一酸化炭素ヘモグロビン濃度ＣＯＨｂを同時に測定可能となる。したがって、前記３波長と同様に、選択手段を設けることにより、色素を注入した場合の色素濃度図と酸素飽和度の検出か、色素を注入しない場合の一酸化ヘモグロビン濃度と酸素飽和度の検出かを選択して動作させることも可能である。
【００８１】
上記の各実施の形態において、Φから、Ｏ２Ｈｂ、ＲＨｂ、ＣｄＤ、ＣｄＣ等の濃度比を求める方法は、計算ではなく、予め計算によりまたは実験結果に基づいて作成されたテーブルを参照して求める方法であってもよい。
【００８２】
また、上記の各実施の形態では、生体組織の透過光に基づいて測定を行ったが、これは生体組織の反射光に基づいて測定を行う構成としても良い。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単で短時間に、さらに安全かつ高精度に腎機能、肝機能、呼吸循環機能を測定することができる。したがって、本発明の装置は泌尿器科等で日常的な検査に使用することができる。また、使用する色素ＩＤＧはヨードの含有がないため安全性にすぐれ、かつ安価であり、アンプルで供給できるので取扱いが容易である。また、本発明の装置によれば、心拍出量や循環血液量等、体液管理の重要パラメータを低侵襲かつ短時間で測定することができる。このため、循環器疾患の治療経過のモニタリングにきわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例装置の全体構成を示す図。
【図２】  色素濃度図から心拍出量を求める方法を説明するための図。
【図３】  色素濃度図から種々のパラメータを求める方法を説明するための図。
【図４】  色素濃度図から種々のパラメータを求める方法を説明するための図。
【図５】  本発明の第１の実施の形態の全体構成を示す図。
【図６】  IDG とICG の吸光特性を示す図。
【図７】  IDG,ICG のいずれが投与されたかを判断するために用いられるΦのパターンを示す図。
【図８】  本発明の第２の実施の形態の全体構成を示す図。
【図９】  図８に示した装置の動作を説明するための図。
【図１０】  第２の実施の形態の変形例を説明するための図。
【図１１】  本発明の第３の実施の形態の全体構成を示す図。
【図１２】  図１１に示した装置の動作を説明するための図。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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