JPH10234737A - 代謝情報測定用プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 拍動している心臓の心筋代謝情報測定を、操
作性良く確実に行うことができる代謝情報測定用プロー
ブを提供する。 【解決手段】 制御装置１に着脱自在であってユニバー
サルコード１７と先端部１８を有して構成されており、
上記制御装置１の照射手段２から発せられる近赤外光を
先端部１８まで導く照射用ファイバ１１と、この照射用
ファイバ１１により照射されて心筋の内部を透過した散
乱光を上記先端部１８から入射して制御装置１の受光手
段４まで導く受光用ファイバ１５と、上記先端部１８を
心筋に対して接触させる際に術者の指先に装着すること
により該先端部１８を保持するためのベルト状をなす保
持手段１９とを備えた代謝情報測定用プローブ１０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、代謝情報測定用プ
ローブ、より詳しくは、近赤外光を照射して測定対象の
内部を透過した散乱光を検出する代謝情報測定用プロー
ブに関する。

【０００２】

【従来の技術】近赤外光を照射して測定対象の内部を透
過した散乱光を検出する代謝情報測定用プローブは、従
来より種々のものが提案されていて、例えば心臓の心筋
の代謝測定を行う際に用いられている。

【０００３】このような代謝情報測定用プローブの一例
として、例えば特開平７−３８０号公報には、可撓性の
挿入部と、この挿入部先端より前方に光を出射する出射
端面が該挿入部先端面に設けられた出射手段と、この出
射手段から出射された光による観察体の光学情報を受光
する受光端面が前記挿入部先端面に設けられた受光手段
とを備え、前記出射端面及び前記受光端面が互いに反対
方向に、外方に向けて傾斜している酸素代謝測定装置が
記載されている。

【０００４】また、例えば脳組織等の体内器官の機能を
診断する際に、体内器官内の酸素量が十分なものであっ
て適切に利用されているか否かは、基本的かつ重要なパ
ラメータとなる。

【０００５】このような体内器官の酸素量を早期にかつ
容易に診断するために、チトクロームやヘモグロビンな
どを吸光度測定することにより代謝情報を取得する手段
が従来より開発されていて、例えば米国特許４２８１６
４５号にその詳しい原理や構成などが説明されており、
また、この米国特許４２８１６４５号に記載された内容
を簡単に説明したものとしては特開昭６３−２７７０３
８号公報が一例として挙げられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平７−３８０号公報に記載されたような形状のプロー
ブにより心外膜側から代謝測定を行う場合には、プロー
ブを心筋に対してほぼ垂直状態にして接触させる必要が
あるが、拍動している心臓に対して一定時間、ほぼ垂直
状態に接触させていることは難しく、プローブが心筋か
ら離れてしまったり、あるいは、プローブが傾いてしま
ったりすることが少なくなかった。

【０００７】また、プローブ先端部の照射端面および受
光端面は、互いに略反対方向を向くように設けられてい
るために、心外膜側からプローブを心筋に接触させた場
合には蛍光灯などの外乱光が心筋により反射されて、そ
の反射光が受光端面から入射してノイズが大きくなって
しまうことがあった。

【０００８】このようにして、従来の代謝情報測定用プ
ローブを用いて、測定対象として拍動している心臓の心
筋の代謝測定を心外膜側から行う場合には、操作性が良
いとはいえず、代謝情報が得られなかったり、得られた
としても信頼性が低くなってしまうことがあった。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、変動する測定対象について、操作性良く確実に測
定を行うことができる代謝情報測定用プローブを提供す
ることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明による代謝情報測定用プローブは、光
源から発せられる近赤外光を当該プローブの先端部に配
設された照射端面から照射して測定対象まで導く照射光
導光手段と、この照射光導光手段により照射されて上記
測定対象の内部を透過した散乱光を当該プローブの先端
部に配設された受光端面から入射して検出手段まで導く
散乱光導光手段と、上記照射光導光手段の照射端面およ
び上記散乱光導光手段の受光端面を上記測定対象に対し
て接触させる際に当該プローブの先端部を保持するため
の保持手段とを備えたものである。

【００１１】また、第２の発明による代謝情報測定用プ
ローブは、上記第１の発明による代謝情報測定用プロー
ブにおいて、上記保持手段がバンド状をなして構成され
ているものである。

【００１２】さらに、第３の発明による代謝情報測定用
プローブは、上記第１または第２の発明による代謝情報
測定用プローブにおいて、上記保持手段が突起状をなし
て構成されているものである。

【００１３】従って、第１の発明による代謝情報測定用
プローブは、照射光導光手段の照射端面および散乱光導
光手段の受光端面を測定対象に対して接触させる際に、
保持手段により当該プローブの先端部を保持し、照射光
導光手段が光源から発せられる近赤外光を当該プローブ
の先端部に配設された照射端面から照射して測定対象ま
で導き、散乱光導光手段がこの照射光導光手段により照
射されて上記測定対象の内部を透過した散乱光を当該プ
ローブの先端部に配設された受光端面から入射して検出
手段まで導く。

【００１４】また、第２の発明による代謝情報測定用プ
ローブは、術者が指先にバンド状をなす保持手段を装着
して使用する。

【００１５】さらに、第３の発明による代謝情報測定用
プローブは、術者が指により突起状をなす保持手段を摘
んで使用する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１から図５は本発明の第１の実
施形態を示したものであり、図１は代謝情報測定装置の
全体的な構成を示すブロック図、図２はプローブの先端
部を示す縦断面図、図３はプローブの先端部を示す横断
面図、図４は術者の指先に保持手段を装着して先端部を
心筋に接触させた状態を示す斜視図およびその拡大斜視
図、図５は術者の指先に保持手段を装着して先端部を心
筋に接触させた状態を示す断面図である。

【００１７】この代謝情報測定装置は、図１に示すよう
に、制御装置１と、この制御装置１に着脱自在に接続さ
れている代謝情報測定用プローブ（以下、プローブとい
う）１０とを有して構成されている。

【００１８】上記制御装置１は、波長が異なる複数の図
示しない光源（例えば半導体レーザー、ＬＥＤなど）を
有する照射手段２と、測定対象たる心筋に照射される照
射光強度を測定して電気信号に変換する検出手段（例え
ばＰＭＴ、ＰＤなど）を有する参照光受光手段３と、心
筋深部に至り透過してきた散乱光強度を測定して電気信
号に変換する検出手段（例えばＰＭＴ、ＰＤなど）を有
する受光手段４と、上記照射手段２を制御するとともに
これに同期して上記参照光受光手段３と受光手段４によ
り変換された電気信号から心筋の代謝情報を演算処理す
る制御手段５とを有して構成されている。

【００１９】上記プローブ１０は、上記照射手段２から
の光を導通する照射光導光手段たる照射用ファイバ１１
と、この照射用ファイバ１１の一端部に取り付けられた
着脱自在の照射用コネクタ１２と、上記参照光受光手段
３へ参照光を導通する参照用ファイバ１３と、この参照
用ファイバ１３の一端部に取り付けられた着脱自在の参
照用コネクタ１４と、受光した散乱光を上記受光手段４
へ導通する散乱光導光手段たる受光用ファイバ１５と、
この受光用ファイバ１５の一端部に取り付けられた着脱
自在の受光用コネクタ１６と、上記照射用ファイバ１
１，参照用ファイバ１３，受光用ファイバ１５を結束し
て覆っている伸張可能かつ細径なフレキシブルチューブ
により構成されたユニバーサルコード１７と、このユニ
バーサルコード１７の先端側に設けられた保持手段１９
を有する先端部１８とを有して構成されている。

【００２０】次に、図２，図３を参照して上記先端部１
８について説明する。

【００２１】この先端部１８は、上記照射用ファイバ１
１の出射端が光学的に接続されていてその光の出射方向
を直角方向に変換するプリズム等で構成されるとともに
上記参照用ファイバ１３の入射端が接続されている照射
端面２５と、上記受光用ファイバ１５の入射端が光学的
に接続されていて同様に光の入射方向を直角方向に変換
するプリズム等で構成される受光端面２６とを有して構
成されている。

【００２２】さらにこの先端部１８には、心筋接触面側
である照射端面２５と受光端面２６が設けられている側
とは反対側に、術者の指先に装着して使用するためのベ
ルト状（輪状）をなす保持手段１９が設けられている。
この保持手段１９のベルトの長さ（輪の円周の長さ）
は、指に装着可能な長さであって、かつ指先から外れな
い程度の長さであることが望ましい。

【００２３】続いて、このような実施形態の作用を説明
する。

【００２４】制御装置１を操作することにより、制御手
段５の制御に基づいて照射手段２から４つの異なる波長
のパルス光が順次照射される。これらの波長は、酸素代
謝情報に関係するチトクローム、ヘモグロビン等に吸収
のある７００〜９５０ｎｍの４波長の近赤外光である。

【００２５】これらの照射光は、照射用コネクタ１２を
介して照射用ファイバ１１に入射し、この照射用ファイ
バ１１により導光されて、先端部１８に到達する。そし
て、先端部１８の照射端面２５を介して、心筋に順次照
射される。

【００２６】この心筋に照射された照射光の内の、心筋
表面もしくは心筋表面から浅い部分からの反射光は、上
記照射端面２５および参照用ファイバ１３を介して参照
光受光手段３により受光され、照射光強度として検出さ
れる。

【００２７】一方、心筋に照射された照射光は、組織に
よる光散乱のために、心筋組織内を拡散しながら透過す
る。この散乱光の一部は、照射端面２５から約５ｍｍ〜
約１ｃｍ程度離れた受光端面２６を介して入射し、受光
用ファイバ１５と受光用コネクタ１６を介して受光手段
４により受光されて、散乱光強度として検出される。従
って、心筋組織の深部を透過した散乱光強度を捕らえる
ことができる。

【００２８】こうして、それぞれ異なる４つの波長の照
射光を順次検出して、それぞれの波長の照射光強度と散
乱光強度を制御手段５で相互に演算処理することによ
り、ヘモグロビン、チトクロームの酸素飽和度を求める
ことができる。この求められた結果は、制御装置１に設
けられている図示しない表示部に表示される。

【００２９】なお、上記従来の技術で述べたように、チ
トクロームやヘモグロビンなどの吸光度測定による代謝
情報取得の原理や手段などは、米国特許４２８１６４５
号に詳しい説明が、また特開昭６３−２７７０３８号公
報に簡単な説明が記載されている。

【００３０】すなわち、これらに記載の手段では、血液
中の酸素運搬媒体であるヘモグロビンと、酸素還元反応
を行う細胞中のチトクロームａ，ａ3 とによる近赤外光
の吸収スペクトルに基づいて、測定対象の酸素量を測定
するようになっている。

【００３１】より詳しくは、酸素と結合したヘモグロビ
ン（ＨｂＯ2 ）と酸素の取り除かれたヘモグロビン（Ｈ
ｂ）とは、７００〜１３００ｎｍ程度の波長の近赤外光
による吸収スペクトルが異なり、同様に、酸化されたチ
トクロームａ，ａ3 （ＣｙＯ2 ）と還元されたチトクロ
ームａ，ａ3 （Ｃｙ）とは吸収スペクトルが異なる。こ
れを利用して、測定対象に例えば４種類の異なる波長
（一例として、７７５ｎｍ，８００ｎｍ，８２５ｎｍ，
８５０ｍｎ）の近赤外光を時分割して照射し、該測定対
象を透過した光を検出して所定の演算処理を施すこと
で、上記４つの未知数、すなわち、酸素と結合したヘモ
グロビン（ＨｂＯ2 ）、酸素の取り除かれたヘモグロビ
ン（Ｈｂ）、酸化されたチトクロームａ，ａ3 （ＣｙＯ
2 ）、還元されたチトクロームａ，ａ3 （Ｃｙ）の各濃
度変化量を算出し、これらに基づいて測定対象の酸素量
の変化を測定するようになっている。

【００３２】次に、使用方法の一例として、心筋の代謝
情報測定を行う場合、つまり、心筋Viability（心筋生
死判別）評価法を行う場合について、図４，図５を参照
して説明する。

【００３３】例えばＣＡＢＧ（冠動脈バイパス術）など
の外科的治療を行う場合には、図４に示すように患者の
開胸を行って、心臓を直接処置することができるような
状態にする。

【００３４】そして術者の指先に上記保持手段１９を装
着し、心筋Viability（心筋生死判別）評価を行う領域
の心筋表面に図４，図５に示すようにプローブ１０の先
端部１８を接触させて、照射手段２から上述したような
異なる４波長の近赤外光を順次照射する。このときに、
制御装置１の上記図示しない表示部において、チトクロ
ームやヘモグロビンなどの代謝に関するデータが安定し
て得られていることを確認する。

【００３５】その後、図示しないペースメーカーなどに
より現状の心拍数よりも速い心拍数にペーシングを行
い、心臓に負荷を、つまり代謝変化を与える。こうして
一定期間だけ代謝変化を与えた後に、ペーシングを終了
させる。

【００３６】上述した一連の手順において、代謝変化を
伴うチトクロームやヘモグロビンなどのパラメータの相
対的変化を上記表示部により観察する。

【００３７】チトクロームが代謝変化に伴って変化した
場合にはViability有り（心筋生存）と判断され、一
方、チトクロームが代謝変化にも関わらず変化しない場
合にはViability無し（心筋壊死）と判断される。

【００３８】以上の手順を心筋の位置を変えながら順次
行って、心筋の生存範囲あるいは壊死範囲を確定し、こ
れらの情報に基づいて必要な治療を行う。

【００３９】なお、上述では照射端面２５と受光端面２
６をプリズムにより構成して心筋への光の照射および心
筋からの散乱光の受光を行うように構成したが、これに
限るものではなく、例えば照射用ファイバ１１、参照用
ファイバ１３および受光用ファイバ１５を先端部１８の
内部でそれぞれ曲折することにより、これらのファイバ
の端面から、照射光を心筋に直接照射するとともに、参
照光および散乱光を直接受光するように構成しても良
い。

【００４０】このような第１の実施形態によれば、プロ
ーブの先端部に保持手段を設けたために、該先端部を、
拍動している心臓の心筋から離れることなく追従させる
ことができ、確実に代謝情報を測定することができる。

【００４１】そして、先端部を心筋に接触して使用する
ことができるために、所望の領域（局所領域）の心筋代
謝情報を測定することが可能になる。

【００４２】図６から図９は本発明の第２の実施形態を
示したものであり、図６はプローブの先端部を示す斜視
図、図７はプローブの先端部を示す縦断面図、図８はプ
ローブの先端部を示す横断面図、図９は術者の指先によ
り保持手段を摘んで先端部を心筋に接触させた状態を示
す断面図である。

【００４３】この第２の実施形態において、上述の第１
の実施形態と同様である部分については同一の符号を付
して説明を省略し、主として異なる点についてのみ説明
する。

【００４４】この第２の実施形態は、先端部１８に設け
た保持手段の形状を異なる構成とし、さらに照射端面２
５および受光端面２６の配置を変更したものである。

【００４５】すなわち、本実施形態の保持手段３０は、
図６，図７，図８に示すように、先端部１８の心筋接触
面側である照射端面２５と受光端面２６が設けられてい
る側とは反対側に、術者が指で摘んで使用するための、
先端頭部を有する柱状突起でなる保持手段３０が設けら
れている。

【００４６】また、この先端部１８に設けられた照射端
面２５と受光端面２６は、前方から見た場合に、互いに
反対方向に傾斜するように設けられている。つまり、照
射端面２５をその光の出射方向が上記受光端面２６から
やや遠ざかるように外側に向けて、また、受光端面２６
を光の入射方向が上記照射端面２５からやや遠ざかるよ
うに外側に向けて、それぞれ配設している。

【００４７】次に、このような第２の実施形態の代謝情
報測定装置の作用は、上述の第１の実施形態とほぼ同様
であるが、心筋の代謝情報測定を行う際に、図９に示す
ように、術者が保持手段３０を指で摘んで、先端部１８
を心筋に接触させるようになっている。

【００４８】また、照射端面２５から照射された光は、
より円に近い弧状の散乱経路を描いて受光端面２６に到
達する。

【００４９】このような第２の実施形態によれば、上述
の第１の実施形態とほぼ同様の効果を奏するとともに、
保持手段が指で摘むタイプのものであるために、指先に
装着する必要がなく、保持動作が容易である。

【００５０】また、照射端面と受光端面を互いに反対方
向に傾斜して配設したために、心筋内を透過する散乱光
の光学的経路がより長くなり、照射端面と受光端面をよ
り近接させて配置することが可能となって、プローブ先
端部の小型化を図ることが可能となる。

【００５１】図１０から図１４は本発明の第３の実施形
態を示したものであり、図１０はプローブの先端部を示
す斜視図、図１１はプローブの先端部を示す底面図、図
１２はプローブの先端部を示す縦断面図、図１３はプロ
ーブの先端部を示す横断面図、図１４はプローブの先端
部を心筋に接触させた状態を示す断面図である。

【００５２】この第３の実施形態において、上述の第
１，第２の実施形態と同様である部分については同一の
符号を付して説明を省略し、主として異なる点について
のみ説明する。

【００５３】本実施形態のプローブ１０の先端部１８
は、上述の第１の実施形態と同様の保持手段１９を有す
るとともに、照射端面２５と受光端面２６を上述の第２
の実施形態と同様に配置し、さらに、その心筋接触面に
外乱光を遮断するための遮光手段３５を設けたものであ
る。

【００５４】この遮光手段３５は、先端部１８の心筋接
触面に、照射端面２５および受光端面２６を囲む外周壁
状の凸部として設けられている。なお、この遮光手段３
５の高さとしては、先端部１８を心筋に接触させた場合
に、該遮光手段３５が心筋に食い込むとともに、かつ、
照射端面２５および受光端面２６も心筋に接触するよう
な高さであることが望ましい（図１４参照）。

【００５５】次に、このような第３の実施形態の代謝情
報測定装置の作用は上述の第１，第２の実施形態とほぼ
同様であるが、先端部１８を心筋に接触させると、図１
４に示すように、照射端面２５と受光端面２６が心筋に
接触するとともに、遮光手段３５も心筋を凹状に押圧し
た状態で接触する。

【００５６】このような状態においては、照射端面２５
および受光端面２６を囲む周壁状の凸部をなす遮光手段
３５の作用により、先端部１８の心筋接触面に蛍光灯な
どの外乱光が入射することはない。

【００５７】このような第３の実施形態によれば、上述
の第１，第２の実施形態とほぼ同様の効果を奏するとと
もに、先端部の心筋接触面に遮光手段を設けたことによ
り、外乱光の影響を受けることなく、精度良く心筋の代
謝情報を測定することができる。

【００５８】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々の変形や応用が可能であることは勿論であ
る。

【００５９】［付記］以上詳述したような本発明の上記
実施形態によれば、以下のごとき構成を得ることができ
る。

【００６０】（１） 光源から発せられる近赤外光を当
該プローブの先端部に配設された照射端面から照射して
測定対象まで導く照射光導光手段と、この照射光導光手
段により照射されて上記測定対象の内部を透過した散乱
光を当該プローブの先端部に配設された受光端面から入
射して検出手段まで導く散乱光導光手段と、上記照射光
導光手段の照射端面および上記散乱光導光手段の受光端
面を上記測定対象に対して接触させる際に当該プローブ
の先端部を保持するための保持手段と、を具備したこと
を特徴とする代謝情報測定用プローブ。

【００６１】（２） 上記保持手段は、バンド状をなし
て構成されていることを特徴とする付記（１）に記載の
代謝情報測定用プローブ。

【００６２】（３） 上記保持手段は、突起状をなして
構成されていることを特徴とする付記（１）に記載の代
謝情報測定用プローブ。

【００６３】（４） 当該プローブの先端部に、上記照
射光導光手段の照射端面および上記散乱光導光手段の受
光端面を外乱光から遮光するための遮光手段を設けたこ
とを特徴とする付記（１）に記載の代謝情報測定用プロ
ーブ。

【００６４】これによれば、外乱光の影響を受けること
なく、精度良く測定を行うことができる。

【００６５】（５） 上記照射光導光手段の照射端面と
上記散乱光導光手段の受光端面は、互いに離反する方向
を向くようにやや傾斜して配設されていることを特徴と
する付記（１）、付記（２）、付記（３）、または付記
（４）に記載の代謝情報測定用プローブ。

【００６６】これによれば、測定対象を透過する散乱光
の光学的経路がより長くなり、照射端面と受光端面をよ
り近接させて配置することが可能となるために、先端部
の小型化を図ることが可能となる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の代謝情報測
定用プローブによれば、変動する測定対象について、操
作性良く確実に測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の代謝情報測定装置の
全体的な構成を示すブロック図。

【図２】上記第１の実施形態のプローブの先端部を示す
縦断面図。

【図３】上記第１の実施形態のプローブの先端部を示す
横断面図。

【図４】上記第１の実施形態において、術者の指先に保
持手段を装着して先端部を心筋に接触させた状態を示す
斜視図およびその拡大斜視図。

【図５】上記第１の実施形態において、術者の指先に保
持手段を装着して先端部を心筋に接触させた状態を示す
断面図。

【図６】本発明の第２の実施形態のプローブの先端部を
示す斜視図。

【図７】上記第２の実施形態のプローブの先端部を示す
縦断面図。

【図８】上記第２の実施形態のプローブの先端部を示す
横断面図。

【図９】上記第２の実施形態において、術者の指先によ
り保持手段を摘んで先端部を心筋に接触させた状態を示
す断面図。

【図１０】本発明の第３の実施形態のプローブの先端部
を示す斜視図。

【図１１】上記第３の実施形態のプローブの先端部を示
す底面図。

【図１２】上記第３の実施形態のプローブの先端部を示
す縦断面図。

【図１３】上記第３の実施形態のプローブの先端部を示
す横断面図。

【図１４】上記第３の実施形態のプローブの先端部を心
筋に接触させた状態を示す断面図。

【符号の説明】

１…制御装置 ２…照射手段（光源） ３…参照光受光手段 ４…受光手段（検出手段） ５…制御手段 １０…代謝情報測定用プローブ １１…照射用ファイバ（照射光導光手段） １５…受光用ファイバ（散乱光導光手段） １８…先端部 １９，３０…保持手段 ２５…照射端面 ２６…受光端面 ３５…遮光手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から発せられる近赤外光を当該プロ
   ーブの先端部に配設された照射端面から照射して測定対
   象まで導く照射光導光手段と、 この照射光導光手段により照射されて上記測定対象の内
   部を透過した散乱光を当該プローブの先端部に配設され
   た受光端面から入射して検出手段まで導く散乱光導光手
   段と、 上記照射光導光手段の照射端面および上記散乱光導光手
   段の受光端面を上記測定対象に対して接触させる際に当
   該プローブの先端部を保持するための保持手段と、 を具備したことを特徴とする代謝情報測定用プローブ。
2. 【請求項２】 上記保持手段は、バンド状をなして構成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の代謝情報
   測定用プローブ。
3. 【請求項３】 上記保持手段は、突起状をなして構成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の代謝情報測
   定用プローブ。