(57)【要約】【課題】肺などの気道内に挿入して，局所的な気道内ガスを分析することが可能な気道内ガス分析装置を提供する．【解決手段】赤外光源１と近赤外レーザー光源２は，ビームスプリッタ３で合波され中空光ファイバ４に入射する．中空光ファイバ４はカテーテル５を介してその先端が肺の内部へ挿入される．ファイバの先端にはガスセル６が取り付けられ，その内部にはガス導入孔８を介して測定対象となるガスが流入する．ガスセル６の末端の反射鏡９によって反射された光は，波長選択性ビームスプリッタ１０によって赤外光と近赤外光に弁別され，赤外光検出器１１およびラマン分光器１２によって検出される．赤外検出器１１では，赤外吸収分光法により主に二酸化炭素の濃度を分析し，ラマン分光器１２では，ラマン分光法により主に酸素の濃度を分析することが可能であり，これにより肺内部の局所的な気道内ガスを分析することが可能である．【選択図】図１
2016036431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射鏡を備えた微少ガスセルと，ガスセルへの励起光およびガスセルからの戻り光を伝送するための光ファイバと，
前記励起光を発生する光源と，前記微少ガスセルからの戻り光を検出して分析する光分析装置により
構成されていることを特徴とする気道内ガス分析装置，
【請求項２】
前記微少ガスセルの長さが１センチメートル以下であることを特徴とする請求項１に記載の気道内ガス分析装置．
【請求項３】
前記微少ガスセルに測定対象となるガスを流入させるための孔が複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の気道内ガス分析装置．
【請求項４】
前記光ファイバが中空光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の気道内ガス分析装置．
【請求項５】
前記ガスセルおよび前記光ファイバの直径が２ミリメートル以下であることを特徴とする請求項１に記載の気道内ガス分析装置．
【請求項６】
前記励起光が可視もしくは近赤外光であって，前記微少ガスセル内の酸素のラマン散乱光を検出することにより，気道内の酸素濃度を測定することを特徴とする請求項１に記載の気道内ガス分析装置．
【請求項７】
前記励起光が赤外光であって，前記微少ガスセル内の二酸化炭素の赤外吸収を検出することにより，気道内の二酸化炭素濃度を測定することを特徴とする請求項１に記載の気道内ガス分析装置．
【請求項８】
可視光もしくは近赤外光源，および赤外光源の２つの光源を備え，前記光ファイバがこれら２つの光源を伝送可能な光ファイバであって，前記微少ガスセル内の酸素のラマン散乱光および二酸化炭素の赤外吸収をともに検出することにより，気道内の酸素濃度および二酸化炭素濃度を測定することを特徴とする請求項１に記載の気道内ガス分析装置．
【請求項９】
前記光ファイバが中空光ファイバであることを特徴とする請求項８に記載の気道内ガス分析装置．
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，気道内ガス分析装置に関するものであり，特に内視鏡もしくはカテーテルを介して気道内に挿入し，気道内の局所的な酸素および二酸化炭素の濃度を測定するための気道内ガス分析装置に関する．
【背景技術】
【０００２】
呼気中の酸素および二酸化炭素濃度は，肺機能モニタリングのための重要な要素であり，通常は口腔内からサンプリングした呼気を電気的もしくは光学的なセンサにより測定する．特にリアルタイムでこれらの濃度をモニタリングすると，呼吸に応じて各ガスの濃度変化を観察することができ，肺をはじめとする呼吸器官の機能を詳細に知ることが可能で，疾病診断における重要な指標となる．また，酸素濃度と二酸化炭素濃度は対象的に変化することから，これらのデータを相補的に処理することにより，一方のみの成分を指標とした際よりもさらに高い精度で呼吸機能の診断が可能となる．
【０００３】
さらに気管支内視鏡を用いて，気道内に局所的に存在するの酸素および二酸化炭素の濃度を測定すれば，肺などの呼吸器官において機能不全となっている部位を特定することが可能である．特に気管支内視鏡下での処置などにおいては，これらのガス濃度をリアルタイムでモニタすることにより，適切な処置を短時間で行うことが可能となり，患者への負担も大きく軽減される．
【特許文献１】特開２００９−２８４９５６公報
【特許文献２】特開２００２−３４５７８１公報
【特許文献３】特開平６−２４２００２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし気管支内視鏡下での呼気計測は，内視鏡に挿入したカテーテルに接続したマイクロポンプなどで微少量の局所的な呼気を収集し，それを体外に配置した分析装置により測定を行うのが通常である．これは，各種の電気的および光学的なガスセンサは比較的大型であり内視鏡の先端に配置することは困難であるとともに，センサの構造上，体内での安全性を保つことが難しいためである．カテーテルを用いた呼気サンプリングは比較的微少量のガス計測も可能であるが，カテーテル吸引時にタイムラグが生じるため，カテーテル先端位置におけるリアルタイムなモニタリングを行うことは困難である．
【０００５】
カテーテルの先端に微少なガスセルを配置し，光学的にガス濃度を分析すれば，気道内における局所的なガス濃度計測が可能となると思われる．二酸化炭素濃度は一般的に赤外光に対する吸収が大きいため，二酸化炭素分子の吸収帯に合わせた赤外光を照射した際の吸光度を測定することにより測定が可能である．一方，赤外不活性である酸素は赤外吸収法で測定することは不可能であり，近赤外光もしくは可視光を励起光とするラマン散乱分光法による検出が適している．しかし，一般的な石英ガラス光ファイバは二酸化炭素の吸収帯である４ミクロン付近の光に対して不透明であり，カテーテル先端に配置したガスセルまで光を導くことはできない．また，ラマン散乱分光に用いられる近赤外光に対しては，石英ガラスファイバは透明であるものの石英ガラスから強力なラマンノイズが発生するため，これを除去するための光学フィルタをファイバ先端に配置する必要があり，微少径のカテーテル先端にこれを配置することは難しい．
【０００６】
本発明は従来の気道内ガス分析装置がもつ上記の問題点を解決するために考案されたものであり，内視鏡もしくはカテーテルを介して気道内に挿入し，気道内の局所的な酸素および二酸化炭素の濃度を測定するための気道内ガス分析装置を実現することを目的としている．
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために，反射鏡を備えた微少ガスセルと，ガスセルへの励起光およびガスセルからの戻り光を伝送するための光ファイバと，前記励起光を発生する光源と，前記微少ガスセルからの戻り光を検出して分析する光分析装置により構成されていることを特徴とする気道内ガス分析装置を提供する．
【０００８】
また，前記微少ガスセルの長さが１センチメートル以下であることを特徴とするものであってもよい．
【０００９】
また，前記微少ガスセルに測定対象となるガスを流入させるための孔が複数設けられていることを特徴とするものであってもよい．
【００１０】
また，前記光ファイバが中空光ファイバであることを特徴とするものであってもよい．
【００１１】
また，前記ガスセルおよび前記光ファイバの直径が２ミリメートル以下であることを特徴とするものであってもよい．
【００１２】
また，前記励起光が可視もしくは近赤外光であって，前記微少ガスセル内の酸素のラマン散乱光を検出することにより，気道内の酸素濃度を測定することを特徴とするものであってもよい．
【００１３】
また，前記励起光が赤外光であって，前記微少ガスセル内の二酸化炭素の赤外吸収を検出することにより，気道内の二酸化炭素濃度を測定することを特徴とするものであってもよい．
【００１４】
また，可視光もしくは近赤外光源，および赤外光源の２つの光源を備え，前記光ファイバがこれら２つの光源を伝送可能な光ファイバであって，前記微少ガスセル内の酸素のラマン散乱光および二酸化炭素の赤外吸収をともに検出することにより，気道内の酸素濃度および二酸化炭素濃度を測定することを特徴とするものであってもよい．
【発明の効果】
【００１５】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する．図１は，本発明の実施の形態の一例を示す気道内ガス分析装置の構成図である．赤外光源１からの光は，近赤外レーザ光源２からの光とビームスプリッタ３で合波されて光ファイバ４へ入射する．光ファイバ４はカテーテル５に挿入された状態で気道内へとその先端が導かれる．光ファイバ４の先端には微少ガスセル６が取り付けられ，ガスセル内と光ファイバはファイバ先端に取り付けられた封止窓７によって仕切られているため，微少ガスセル６の内部に存在するガスの濃度が測定される．なお微少ガスセル６には内部にガスが流入できるように複数の穿孔８が設けられている．微少ガスセル６の先端には反射鏡９が取り付けられ，ここで反射された光は光ファイバ４へ戻り光として再入射する．この戻り光はビームスプリッタ３で反射されたのち，波長選択性ビームスプリッタ１０により，赤外検出器１１およびラマン分光器１２へと導かれる．
【００１６】
赤外光源１は中赤外波長領域において広範なパワースペクトルを有する熱光源が好適である．その場合は，赤外検出器１１は二酸化炭素の吸収ピークである波長4.2ミクロン付近のみを抽出する光学フィルタを取り付けたもの，もしくは赤外波長域のスペクトルを測定可能な分光器であってもよい．また赤外光源１として，波長4.2ミクロン付近で発振する量子カスケードレーザなどのレーザ光源を用いれば，強い光パワーが得られるために高いＳＮ比での二酸化炭素濃度測定が可能となる．近赤外レーザ光源２は波長780ナノメートル付近で発振する半導体レーザ光源が好適であり，ラマン分光器１２との組み合わせにより酸素濃度の測定が可能となる．またラマン分光器の代わりに，酸素のラマンスペクトル波長のみを抽出する光学フィルタと通常の光検出器を組み合わせたものを用いると，より簡易な測定系を構成することが可能となる．
【００１７】
光ファイバ４は，二酸化炭素濃度を測定するための中赤外光と酸素濃度を測定するための近赤外光を低損失に伝送可能であるとともに，近赤外レーザ光を入射した際にラマンノイズを極力発生しないものであることが望ましい．中空光ファイバはこれらの条件をみたすために本発明の光ファイバ４として好適である．その場合，中空光ファイバは直径１ミリ以下で高い可とう性を有しているものが好ましく，ガラスキャピラリチューブの内面に銀薄膜が形成されている中空光ファイバが適している．また中空光ファイバの内面には，中赤外光および近赤外光の両方に対して低損失性が得られるような誘電体コーティングが施されているものがさらに好適である．
【００１８】
図２は微少ガスセルの外観図の一例である．光ファイバ４に微少ガスセル６が取り付けられ，ガスセル内部へは穿孔８からガスが流入する．内部への流入コンダクタンスを高めるために，ガスセル６に十分な機械的強度が保たれる範囲で，穿孔の口径はできるだけ大きく，数はできるだけ多いことが望ましい．穿孔のかわりにガスセル６が網目構造を有していてもよい．また反射鏡９は中赤外光と近赤外光の両方に対して高い反射率を有することが望ましく，ファイバへの再入射効率を向上させるために凹面鏡構造を有していてもよい．また，微少ガスセル６の長さはガスを十分な感度で検出可能な範囲内でできるだけ小さいことが望ましく，１センチメートル以下であれば気道内部の局所的なガス濃度を検出することができる．また微少ガスセルの外径は内視鏡やカテーテルに挿入可能なように2ミリメートル以下であることが望ましい．
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態を示す気道内ガス分析装置の構成図およびガス分析装置先端の拡大断面図である．
【図２】本発明の気道内ガス分析装置のガスセルの外観図である．
【符号の説明】
【００２０】
１    赤外光源
２    近赤外レーザー光源
３    ビームスプリッタ
４    光ファイバ
５    カテーテル
６    ガスセル
７    ファイバ封止窓
８    ガス導入孔
９    反射鏡
１０  波長選択性ビームスプリッタ
１１  赤外光検出器
１２  ラマン分光器
【図１】
2016036431.tif 000003
【図２】
2016036431.tif 000004