(57)【要約】【課題】皮膚への密着固定が容易な光学的経皮酸素センサ及びこれを用いた経皮酸素濃度測定装置を提供する。【解決手段】血液中から生体組織を経て拡散する酸素を皮膚表面で測定する光学的経皮酸素センサ１１は、ガス不透過性の透明な樹脂フィルム１３と、励起状態下で発光し酸素濃度に応じて発光強度を変化させる色素化合物１７を含有する透明なポリマ体１５とを備え、樹脂フィルム１３の一方の表面にポリマ体１５が固着され、その表面におけるポリマ体１５の周囲に粘着剤１９が塗布されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液中から生体組織を経て拡散する酸素を皮膚表面で測定する光学的経皮酸素センサであって、
ガス不透過性の透明な樹脂フィルムと、
励起状態下で発光し酸素濃度に応じて発光強度を変化させる色素化合物を含有する透明なポリマ体と、
を備え、前記樹脂フィルムの一方の表面に前記ポリマ体が固着され、前記表面における前記ポリマ体の周囲に粘着剤が塗布されていることを特徴とする光学的経皮酸素センサ。
【請求項２】
前記ポリマ体がフィルム形状である、請求項１に記載の光学的経皮酸素センサ。
【請求項３】
前記ポリマ体が前記樹脂フィルムよりも酸素透過度が高い樹脂材料から形成されている、請求項２に記載の光学的経皮酸素センサ。
【請求項４】
前記色素化合物が白金（ＩＩ）−オクタエチルポルフィリン、白金（ＩＩ）−テトラキスカルボキシフェニルポルフィリン又は白金（ＩＩ）−テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリンである、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光学的経皮酸素センサ。
【請求項５】
前記色素化合物が励起状態でリン光を発するリン光化合物であり、前記ポリマ体が、励起状態下で蛍光を発する蛍光化合物をさらに含有する、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光学的経皮酸素センサ。
【請求項６】
前記蛍光化合物がクマリンである、請求項５に記載の光学的経皮酸素センサ。
【請求項７】
前記樹脂フィルムが延伸高密度ポリエチレンから形成されている、請求項１から請求項６の何れか一項に記載の光学的経皮酸素センサ。
【請求項８】
患者の皮膚に貼り付けられる請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光学的経皮酸素センサと、
前記光学的経皮酸素センサに励起光を照射する励起光源と、
前記励起光源によって照射された前記光学的経皮酸素センサからの発光強度を測定する発光強度測定器と、
を備え、前記発光強度測定器によって測定された発光強度に基づいて、血管中の酸素の濃度が求められることを特徴とする経皮酸素濃度測定装置。
【請求項９】
前記色素化合物が励起状態でリン光を発するリン光化合物であり、前記光学的経皮酸素センサの前記ポリマ体が、励起状態下で蛍光を発する蛍光化合物をさらに含有し、前記発光強度測定器がリン光の強度と同時に蛍光の強度も測定し、測定された蛍光の強度に対するリン光の強度の比に基づいて、血管中の酸素濃度が求められる、請求項８に記載の経皮酸素濃度測定装置。
【請求項１０】
前記発光強度測定器が分光計及び光計測プローブによって構成されており、前記光計測プローブを通して前記励起光源から前記光学的経皮酸素センサに励起光を照射し、前記光計測プローブを通して、前記光学的経皮酸素センサから発せられた蛍光及びリン光を前記分光計に導く、請求項９に記載の経皮酸素濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液中から生体組織を経て拡散する酸素を皮膚表面で測定する光学的経皮酸素センサ及びこれを用いた経皮酸素濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液中の酸素濃度は、患者の健康状態を判断する重要な指標の一つとなる。血液中の酸素濃度を測定する方法の一つとして、患者から血液を採取して酸素濃度を測定する方法があるが、連続的に測定することができず、また、患者に採血の苦痛を伴う。この問題を解決するために、血液中の酸素や二酸化炭素が毛細血管から皮膚組織を経て拡散されることを利用して経皮的に血液中の酸素濃度を測定する様々なタイプの経皮酸素センサが提案されている。
【０００３】
このような経皮酸素センサの一つとして、特許文献１は、皮膚に付着させて電気化学的にガス分圧を測定する経皮ガス分圧測定器用センサを提案している。特許文献１に記載のようなタイプの電気化学的経皮酸素センサでは、皮膚に当接するガス透過性のメンブレンと電極との間に電解液が充満されており、皮膚から発散されメンブレンを透過した酸素を電解液に溶け込ませ、溶け込んだ酸素による電極での電解還元により発生した電流を検出して酸素の分圧を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２３９３６号公報
【特許文献１】特開平５−２９６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このように電極と電解液を使用するタイプの電気化学的経皮酸素センサは、構造上小型化が困難であるという問題や電気分解により測定の過程で酸素を消費してしまうという問題がある。
【０００６】
このため、近年、光励起物質の発光強度が光励起物質と酸素との消光反応により変化することを利用して酸素分圧を測定するタイプの光学的経皮酸素センサが注目されている。例えば、特許文献２は、透明板に蛍光物質を塗布して形成した蛍光層を基体の前面に着脱自在に取り付けた経皮酸素センサを提案している。特許文献２に記載の経皮酸素センサは、蛍光物質を塗布した側を皮膚へ向けて装着され、透明板側から蛍光物質に励起光を照射したときの蛍光強度が、酸素と蛍光物質との消光反応により変化することを利用して、酸素分圧を測定する。
【０００７】
しかしながら、基体や透明板が硬いために、経皮酸素センサを皮膚に密着して固定することが難しく、皮膚から拡散される酸素が外部に漏れ出てしまい、正確に酸素分圧を測定できない恐れがある。
【０００８】
よって、本発明の目的は、従来技術に存する課題を解決して、皮膚への密着固定が容易な光学的経皮酸素センサ及びこれを用いた経皮酸素濃度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的に鑑み、本発明は、第１の態様として、血液中から生体組織を経て拡散する酸素を皮膚表面で測定する光学的経皮酸素センサであって、ガス不透過性の透明な樹脂フィルムと、励起状態下で発光し酸素濃度に応じて発光強度を変化させる色素化合物を含有する透明なポリマ体とを備え、前記樹脂フィルムの一方の表面に前記ポリマ体が固着され、前記表面における前記ポリマ体の周囲に粘着剤が塗布されているようにした光学的経皮酸素センサを提供する。
【００１０】
上記光学的経皮酸素センサでは、皮膚表面の形状に追従することが容易な透明樹脂フィルム上に、色素化合物を含有するポリマ体が固着されており、ポリマ体が固着された側の樹脂フィルムの面に粘着剤が塗布されているので、ポリマ体を皮膚側へ向けた状態で皮膚表面に密着して樹脂フィルムを貼り付けることができる。また、樹脂フィルムがガス不透過性であるので、樹脂フィルムが皮膚に密着した状態では皮膚から拡散される酸素が外部に漏れだすこととが防止され、皮膚と樹脂フィルムとの間の空間中の酸素分圧が血管中の酸素分圧と平衡状態になる。したがって、血管中の酸素と平衡状態になった皮膚と樹脂フィルムとの間の空間内に存在する酸素による消光反応が起きて、励起光が色素化合物に照射されたときの色素化合物の発光強度（例えばリン光の強度）が血管中の酸素分圧に応じて変化し、発光強度に基づいて血管中の酸素分圧を正確に測定することが可能となる。
【００１１】
上記光学的経皮酸素センサでは、前記ポリマ体がフィルム形状であることが好ましい。ポリマ体がフィルム形状であれば、経皮酸素センサを皮膚に貼り付けたときの違和感が軽減される。
【００１２】
また、前記ポリマ体が前記樹脂フィルムよりも酸素透過度が高い樹脂材料から形成されていることが好ましい。ポリマ体の酸素透過度が高ければ、ポリマ体に含有される色素化合物が酸素による消光反応を起こしやすくなり、酸素分圧の検出感度が向上する。
【００１３】
一つの実施形態では、前記色素化合物が白金（ＩＩ）−オクタエチルポルフィリン、白金（ＩＩ）−テトラキスカルボキシフェニルポルフィリン又は白金（ＩＩ）−テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリンである。
【００１４】
さらに、前記色素化合物が励起状態でリン光を発するリン光化合物であり、前記ポリマ体が、励起状態下で蛍光を発する蛍光化合物をさらに含有することが好ましい。蛍光化合物の蛍光強度は酸素の消光作用の影響を受けにくく、酸素濃度によりほとんど変化しないことから、蛍光化合物からの蛍光強度とリン光化合物からのリン光強度との比を測定することにより、測定光学系の影響を受けることなく、正確な酸素分圧の測定が可能となる。
【００１５】
前記蛍光化合物は、例えばクマリンとすることができる。
【００１６】
また、前記樹脂フィルムは、延伸高密度ポリエチレンから形成することができる。
【００１７】
また、本発明は、第２の態様として、患者の皮膚に貼り付けられる上記経皮酸素センサと、前記経皮酸素センサに励起光を照射する励起光源と、前記励起光源によって照射された前記光学的経皮酸素センサからの発光強度を測定する発光強度測定器とを備え、前記発光強度測定器によって測定された発光強度に基づいて、血管中の酸素の濃度が求められる経皮酸素濃度測定装置を提供する。
【００１８】
前記色素化合物が励起状態でリン光を発するリン光化合物であり、前記光学的経皮酸素センサの前記ポリマ体が、励起状態下で蛍光を発する蛍光化合物をさらに含有し、前記発光強度測定器がリン光と同時に蛍光も測定し、前記経皮酸素濃度測定装置が、測定された蛍光の強度に対するリン光の強度の比に基づいて、血管中の酸素濃度が求められることが好ましい。
【００１９】
さらに、前記発光強度測定器が分光計及び光計測プローブによって構成されており、前記光計測プローブを通して前記励起光源から前記光学的経皮酸素センサに励起光を照射し、前記光計測プローブを通して、前記光学的経皮酸素センサから発せられた蛍光及びリン光を前記分光計に導くようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光学的経皮酸素センサ及びこれを用いた経皮酸素濃度測定装置によれば、光学的経皮酸素センサを皮膚に密着して貼り付けることが容易で、血管中の酸素分圧又は酸素濃度を正確に測定することが可能となる。また、光学的経皮酸素センサを皮膚に貼り付けている間も皮膚への違和感が少なく、患者の負担も少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による光学的経皮酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【図２】図１に示されている光学的経皮酸素センサを備える経皮酸素濃度測定装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】本発明による光学的経皮酸素センサの原理を示す説明図である。
【図４】酸素分圧と光学的経皮酸素センサから発せられるリン光強度との相関関係を示すグラフである。
【図５】光学的経皮酸素センサのＳｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒプロットを示すグラフである。
【図６】酸素分圧と光学的経皮酸素センサからのリン光の強度に対する蛍光の強度の比との相関関係を示すグラフである。
【図７】図２に示されている経皮酸素濃度測定装置の光学的経皮酸素センサからの発光のスペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明による光学的経皮酸素センサ及びこれを用いた経皮酸素濃度測定装置の実施の形態を説明する。
【００２３】
最初に、図１を参照して、光学的経皮酸素センサ（以下、単に経皮酸素センサと記載する。）１１の全体構成を説明する。経皮酸素センサ１１は、樹脂フィルム１３と、ポリマ体１５とを備え、ポリマ体１５が、励起状態下で発光する測定用色素化合物１７を含有している。
【００２４】
樹脂フィルム１３は、ガス不透過性で且つ励起光を透過できる透明な樹脂フィルムであり、特に酸素不透過性であることが好ましい。樹脂フィルム１３は、例えば、延伸高密度ポリエチレンやポリビニールフルオライド、ポリエチレンテレフタレート、延伸高密度ポリエチレンなどから形成することができる。樹脂フィルム１３の厚さは、ガス不透過性を確保できれば材質に応じて適宜の厚さとすることができるが、体表の形状に追従しやすくするべく柔軟性を確保するために薄いことが好ましい。また、樹脂フィルム１３の形状は皮膚に貼り付けることができれば適宜に選択することができる。
【００２５】
ポリマ体１５は、樹脂フィルム１３の一方の表面に固着されており、その表面における少なくともポリマ体１５の周囲には粘着剤１９が塗布されている。このように樹脂フィルム１３の表面に粘着剤１９を塗布することによって、ポリマ体１５を患者の皮膚へ向けた状態で樹脂フィルム１３を患者の皮膚に貼り付けることが可能となる。樹脂フィルム１３へのポリマ体１５の固着は適宜の方法で行うことができ、例えば、接着剤（図示せず）を用いてポリマ体１５を樹脂フィルム１３の表面に固着させることができる。
【００２６】
ポリマ体１５は、酸素透過性を有し且つ励起光を透過できる透明な樹脂材料から形成されており、少なくとも樹脂フィルム１３よりも酸素透過度が高い樹脂材料から形成されていることが好ましい。ポリマ体１５は、例えば、ポリスチレン、低密度ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレートなどから形成することができる。ポリマ体１５は、測定用色素化合物１７を担持する機能を果たすものであり、ポリマ体１５の材質は、測定用色素化合物１７の発光強度が酸素分圧比２０％付近で大きく変化するように測定用色素化合物１７の種類に合せて選択されることが好ましい。ポリマ体１５は、任意の形状とすることができるが、皮膚に貼り付けたときの違和感を軽減させるために、図１に示されているように、フィルム形状とすることが好ましい。
【００２７】
ポリマ体１５に含有される測定用色素化合物１７は、励起光を照射されて光励起状態になると発光し周囲の酸素濃度に応じて発光強度を変化させる酸素応答性の発光化合物であり、特に励起状態になったときにリン光を発するリン光化合物であることが好ましい。測定用色素化合物１７としては、ポルフィリン及びポルフィリン類縁体を用いることができ、特に、リン光の量子収率が高く、リン光寿命が長くて酸素による消光作用の影響を受けやすいことから白金（ＩＩ）−オクタエチルポルフィリン（Ｐｔ−ＯＥＰ）、白金（ＩＩ）−テトラキスカルボキシフェニルポルフィリン（Ｐｔ−ＴＣＰＰ）、又は白金（ＩＩ）−テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリン（Ｐｔ−ＴＦＰＰ）が好ましい。
【００２８】
ポリマ体１５は、補正用色素化合物２１として、励起光を照射されて光励起状態になったときに蛍光を発する蛍光化合物をさらに含有していてもよい。補正用色素化合物２１は、特に限定されるものではなく、クマリン類、フルオレセイン類、ローダミン類、シアニン類、ピレン類などの蛍光化合物から、励起波長と蛍光波長とに基づいて選択され得る。使用される測定用色素化合物１７からの発光と異なる波長の蛍光を発する蛍光化合物を使用することが好ましい。例えば、測定用色素化合物１７として白金（ＩＩ）−オクタエチルポルフィリン、白金（ＩＩ）−テトラキスカルボキシフェニルポルフィリン、又は白金（ＩＩ）−テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリンを用い、波長４０５ｎｎｍの青色の励起光を発する励起光源を用いる場合、測定用色素化合物１７から発せられるリン光の極大発光波長は６５０ｎｍ付近で赤色となることから、青色など赤色以外の蛍光を発する蛍光化合物を補正用色素化合物２１として使用することが好ましい。
【００２９】
次に、図２を参照して、図１に示される経皮酸素センサ１１を用いて測定した経皮酸素分圧から血管中の酸素濃度を測定するための経皮酸素濃度測定装置３１の全体構成を説明する。経皮酸素濃度測定装置３１は、図１に示されている経皮酸素センサ１１と、励起光源３３と、発光強度測定器３５と、演算装置３７とを備え、粘着剤を塗布された樹脂フィルム１３の面を患者の皮膚側へ向けて患者の皮膚３９に貼り付けられた経皮酸素センサ１１からの発光の強度に基づいて、酸素分圧を測定し、血管中の酸素濃度を求める。
【００３０】
励起光源３３は、経皮酸素センサ１１の測定用色素化合物１７を励起状態にさせる波長の励起光を発し、経皮酸素センサ１１に照射する。励起光源３３としては、市販されるＬＥＤ光源を使用することができる。色素化合物１７として、白金（ＩＩ）−オクタエチルポルフィリン、白金（ＩＩ）−テトラキスカルボキシフェニルポルフィリン、又は白金（ＩＩ）−テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリンを用いる場合、励起光源３３として、例えば発光波長４０５ｎｍのＬＥＤ光源を用いることができる。
【００３１】
発光強度測定器３５は、励起光源３３から経皮酸素センサ１１に励起光を照射したときに経皮酸素センサ１１の測定用色素化合物１７から発せられる光の強度から酸素分圧又は酸素濃度を測定し、測定された酸素分圧又は酸素濃度に基づいてさらに血管中の酸素濃度を求める。図１に示されている実施形態では、発光強度測定器３５は、光計測プローブ４１と、分光計４３とによって構成されており、経皮酸素センサ１１からのリン光強度を測定できるようになっている。経皮酸素センサ１１のポリマ体１５に補正用色素化合物２１が含まれているときには、発光強度測定器３５は、測定用色素化合物１７からのリン光と共に補正用色素化合物２１からの蛍光も測定する。光計測プローブ４１は、励起光源３３からの励起光を通す光源用ファイバ４１ａと反射光を通すための測定用ファイバ４１ｂとを備えており、励起光源３３からの励起光を光源用ファイバ４１ａを通して経皮酸素センサ１１に照射し、経皮酸素センサ１１からの発光を測定用ファイバ４１ｂを通して分光計４３に導くことができる。分光計４３は、光計測プローブ４１を通して導かれた測定光のスペクトル分析を行い、測定用色素化合物１７からのリン光に相当する波長付近の極大ピーク波長の強度をリン光強度として測定する。また、経皮酸素センサ１１のポリマ体１５に補正用色素化合物２１が含まれているときには、分光計４３は、リン光強度と共に、補正用色素化合物２１からの蛍光に相当する波長付近の極大ピーク波長の強度を蛍光強度として測定する。
【００３２】
なお、本実施形態では、経皮酸素センサ１１の測定用色素化合物１７からリン光が生じる場合を説明しているが、測定用色素化合物１７からリン光以外の光が発せられる場合でも、励起光や蛍光に相当する波長以外の極大波長ピークの発光強度を測定すればよい。
【００３３】
演算装置３７は、発光強度測定装置３５によって測定された測定用色素化合物１７からの発光の強度から酸素分圧を求め、求められた酸素分圧から血管中の酸素濃度を推測する。経皮酸素センサ１１のポリマ体１５に補正用色素化合物２１が含まれている場合には、演算装置３７は、測定用色素化合物１７からの発光の強度と補正用色素化合物２１からの発光の強度との比から、酸素分圧を求め、血管中の酸素濃度を推測する。本実施形態では、演算装置３７は、測定用色素化合物１７からのリン光の強度と補正用色素化合物２１からの蛍光の強度との比から、酸素分圧を求め、求められた酸素分圧から血管中の酸素濃度を推測する。
【００３４】
ここで、図３を参照して、本発明の経皮酸素濃度測定測定装置３１の測定原理を説明する。基底状態にある測定用色素化合物１７や補正用色素化合物２１が励起光によって光励起されると、励起一重項状態に遷移する。励起一重項状態の測定用色素化合物１７や補正用色素化合物２１は、熱の放出による無放射遷移又は光の放出による放射遷移で基底状態に戻り、この放射遷移の際に放出される光が蛍光であり、その寿命は１０−７〜１０−１０秒と、非常に短い。一般的に励起一重項状態の色素化合物は酸素分子と反応しないため、消光されない場合が多い。また、励起一重項状態にある色素化合物の一部は系間交差により励起三重項状態となり、励起三重項状態から基底状態へ放射遷移するときに放出される光がリン光である。このときの放射遷移は禁制遷移であるため、その確率は低く、リン光寿命は１０−５〜１０秒と、蛍光寿命よりも長い。励起三重項状態の色素化合物から酸素分子へはエネルギ移動が起こりやすいため、リン光は酸素分子との反応（消光反応）により容易に消光され、リン光強度は酸素分子の存在により減少する。このときのリン光強度は以下のＳｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒの式（１）に従うことが知られている。
Ｉ０／Ｉ＝１＋ＫＳＶ［Ｏ２］                  （１）
ここで、Ｉ０とＩはそれぞれ酸素非存在時と酸素存在時におけるリン光強度、ＫＳＶはＳｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒ定数、［Ｏ２］は酸素濃度である。したがって、リン光強度を測定することによって酸素濃度すなわち大気圧下での酸素分圧を求めることができる。一方、血管中の酸素は、毛細血管の血液中から皮膚組織を含む生体組織を経て体外へ拡散する。したがって、皮膚表面で生体組織を経て拡散する酸素の濃度すなわち大気圧下での酸素分圧を測定すれば、血管壁の酸素透過率や生体組織による酸素消費を考慮して、測定した酸素濃度又は酸素分圧から血管中の酸素濃度が求められる。
【００３５】
本発明による経皮酸素センサ１１を利用した経皮酸素濃度測定装置３１では、患者の皮膚に経皮酸素センサ１１を貼り付けて酸素濃度すなわち大気圧下での酸素分圧を測定するとき、ガス不透過性の樹脂フィルム１３と皮膚表面との間の空間では酸素分圧が毛細血管中の酸素分圧と平衡に達することを利用して、大気圧と等しくなっている樹脂フィルム１３と皮膚表面との間の空間における酸素分圧を経皮酸素センサ１１からのリン光の強度から上記原理に従って測定し、測定された酸素分圧から血管中の酸素濃度を求める。
【００３６】
次に、酸素濃度測定装置３１を用いた経皮酸素分圧及び血管中の酸素濃度の測定手順を説明する。以下、ガス不透過性の透明樹脂フィルム１３として延伸ポリエチレンフィルムを、ポリマ体１５としてポリ酢酸ビニルを、測定用色素化合物１７として白金（ＩＩ）−テトラキスカルボキシフェニルポルフィリン（Ｐｔ−ＴＣＰＰ）を、補正用色素化合物２１としてクマリンを採用した経皮酸素センサ１１と、波長４０５ｎｍの励起光を生ずる励起光源３３とを備える酸素濃度測定装置３１を用いた実施例を参照して説明する。なお、測定用色素化合物１７及び補正用色素化合物２１を含有するポリマー体１５のフィルムは、メタノールに溶解した５．７×１０−４ｍｏｌ／ＬのＰｔ−ＴＣＰＰ８μＬと５．９×１０−４ｍｏｌ／Ｌのクマリン３μＬをポリ酢酸ビニルの重量濃度１０％のアセトン溶液６０μＬに混合したものを１０μＬずつポリプロピレンフィルム上に滴下し、乾燥させたものをポリプロピレンフィルムから剥がすことにより作製した。
【００３７】
まず、測定に先立ち、酸素分圧を変えながら、発光強度測定器３５を用いて経皮酸素センサ１１から発せられるリン光の強度を測定し、酸素分圧と経皮酸素センサ１１から発せられるリン光の強度との相関関係を予め求めておく。
【００３８】
図４は、本実施例の経皮酸素センサ１１について、波長４０５ｎｍの励起光を用いたときの酸素分圧とリン光強度との相関関係を示すグラフである。また、図５は、図４の結果に基づいたＳｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒプロットを示すグラフである。さらに、図６は、経皮酸素センサ１１について、波長４０５ｎｍの励起光を用いたときの酸素分圧とリン光強度に対する蛍光強度との相関関係を示すグラフである。測定は、サンプルチャンバ内に経皮酸素センサ１１を配置して、サンプルチャンバ内の酸素分圧を変化させ、励起光源３３（ＬＥＤ光源）から経皮酸素センサ１１に波長４０５ｎｍ励起光を照射したときの経皮酸素センサ１１からの反射光を光計測プローブ４１を用いて分光計４３に導き、測定用色素化合物１７からのリン光に相当する波長付近における極大ピーク波長の強度と補正用色素化合物２１からの蛍光に相当する波長付近における極大ピーク波長の強度を求めることにより行った。図５から、Ｓｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒプロット曲線に沿った相関関係を有しており、経皮酸素センサ１１が酸素を消光剤として反応していることが分かる。
【００３９】
測定の際には、最初に、粘着剤１９が塗布され且つポリマ体１５が固着された樹脂フィルム１３の面を患者の皮膚３９側へ向けて経皮酸素センサ１１を患者の皮膚３９へ貼り付ける。このとき、経皮酸素センサ１１を貼り付けた部分の皮膚を加温して所定温度に到達させることが好ましい。測定用色素化合物１７及び補正用色素化合物２１が含有されるポリマ体１５はガス不透過性の樹脂フィルム１３に固着されており、樹脂フィルム１３は患者の体表面の形状に容易に追従して変形し、皮膚に密着して貼り付けられる。したがって、ガス不透過性の樹脂フィルム１３と皮膚との間に密閉された空間を形成することができ、当該空間中の酸素分圧が血管中の酸素分圧と平衡状態になる。
【００４０】
次に、励起光源３３から光計測プローブ４１の光源用ファイバ４１ａを通して励起光を経皮酸素センサ１１のポリマ体１５に照射し、ポリマ体１５からの光（以下、反射光と記載する。）を発光強度測定装置３５の光計測プローブ４１の測定用ファイバ４１ｂを通して発光強度測定装置３５の分光計４３に導く。励起光により励起状態になった測定用色素化合物１７はリン光を発し、励起光により励起状態になった補正用色素化合物２１からは蛍光を発する。したがって、反射光中には、励起光の反射成分とポリマ体１５中の測定用色素１７からのリン光と補正用色素化合物２１からの蛍光とが含まれる。
【００４１】
分光計４３は、反射光のスペクトル分析を行い、測定用色素化合物１７からのリン光に相当する波長付近の極大ピーク波長の強度をリン光強度として測定すると共に、補正用色素化合物２１からの蛍光に相当する波長付近の極大ピーク波長の強度を蛍光強度として測定する。
【００４２】
図７は、実施例の経皮酸素センサ１１を使用し且つ波長４０５ｎｍの励起光を用いたときの経皮酸素センサ１１からの発光スペクトルを示すグラフである。図７中矢印Ａで示されているピークは励起光の波長、矢印Ｂで示されているピークは補正用色素化合物２１からの蛍光の波長、矢印Ｃで示されているピークは測定用色素化合物１７からのリン光の波長であり、矢印Ｂで示されているピークの波長の強度が蛍光強度として、矢印Ｃで示されているピークの波長の強度がリン光強度として測定される。
【００４３】
次に、演算装置３７は、予め求められている、酸素分圧と経皮酸素センサ１１から発せられるリン光の強度との相関関係（図４参照）又はＳｔｅｒｎ−Ｖｏｌｍｅｒプロット曲線（図５参照）を用いて、発光強度測定装置３５の分光計４３によって測定されたリン光強度から酸素分圧を求め、求められた酸素分圧から血管中の酸素濃度を推定する。
【００４４】
演算装置３７は、図６に示されている、酸素分圧と経皮酸素センサからのリン光の強度に対する蛍光の強度の比との相関関係を用いて、発光強度測定装置３５の分光計４３によって測定された蛍光強度とリン光強度の比から酸素分圧を求め、求められた酸素分圧から血管中の酸素濃度を推定してもよい。発光強度測定装置３５によって測定されるリン光強度は、励起光の照射角度などによって変化する励起光の強度や光計測プローブ４１の向きなどによって変化するリン光の検出効率の影響を受ける。リン光強度が酸素の存在の影響を受けるのに対して蛍光強度は酸素の存在の影響をほとんど受けないことを利用して、リン光強度と同じように測定条件の影響を受ける蛍光強度によりリン光強度を補正し、酸素分圧と経皮酸素センサからのリン光の強度に対する蛍光の強度の比に基づいて酸素分圧を求めることにより、上述した励起光の強度やリン光の検出効率などの影響を抑制し、より正確な酸素分圧を求めることが可能となる。
【００４５】
経皮酸素センサ１１では、測定に利用される測定用色素化合物１７や補正用色素化合物２１を含有するポリマ体１５が樹脂フィルム１３に固着され、固着されている樹脂フィルム１３の面におけるポリマ体１５の周囲に粘着剤が塗布されている。したがって、経皮酸素センサ１１によれば、樹脂フィルム１３は体表の形状に追従して柔軟に変形し、皮膚に密着固定されると共に、皮膚と樹脂フィルム１３との間に血管の酸素分圧と平衡させるための密閉された空間を形成することができる。また、経皮酸素センサ１１を用いた経皮酸素濃度測定装置３１によれば、経皮酸素センサ１１を用いて血管中の酸素分圧と相関する皮膚表面の酸素分圧を光学的に測定でき、皮膚表面の酸素分圧から血管中の酸素濃度を求めることができるので、血管中の血液を採取することなく、血管中の酸素濃度を測定することができる。
【００４６】
以上、図示されている実施形態を参照して、本発明による経皮酸素センサ１１及びこれを用いた経皮酸素濃度測定装置３１を説明したが、本発明は図示されている実施形態に限定されるものではない。例えば、図示されている実施形態では、スペクトル分析によりリン光強度を測定しているが、励起光の波長が測定用色素化合物からのリン光の波長と大きく異なるように励起光源が選択されていれば、波長による色の差を利用して、反射光をＣＣＤカメラ等で撮影し、画像解析で反射光の色の変化を検出して視覚的にリン光強度を測定することも可能である。図示されている実施形態と同様に、波長４０５ｎｍの励起光を用い、経皮酸素センサ１１の測定用色素化合物１７として白金（ＩＩ）−テトラキスカルボキシフェニルポルフィリンを用いる場合、励起光は青色となり、測定用色素化合物１７からのリン光は赤色となるので、画像解析などによりリン光強度を視覚的に測定することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１１    光学的経皮酸素センサ
１３    樹脂フィルム
１５    ポリマ体
１７    測定用色素化合物
１９    粘着剤
２１    補正用色素化合物
３１    経皮酸素濃度測定装置
３３    励起光源
３５    発光強度測定装置
４１    光計測プローブ
４３    分光計
【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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