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公開番号2024035423
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-14
出願番号2022139865
出願日2022-09-02
発明の名称計測装置、計測方法及びプログラム
出願人学校法人明治大学
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01N 21/359 20140101AFI20240307BHJP(測定;試験)
要約【課題】近赤外分光法によって酸素飽和度と拡散相関分光法によって血流量とを計測できる計測装置、計測方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】計測装置は、第1光源が発生する第1光と第2光源が発生する第2光とが切り替えて入力され、第1光と第2光とを生体に照射する送光プローブと、送光プローブから離間して設置され生体に照射された第1光に対して生体からの第1受光第1光を受光し、生体に照射された第2光に対して生体からの第1受光第2光を受光する第1受光プローブと、送光プローブ及び第1受光プローブから離間して設置され、生体に照射された第1光に対して生体からの第2受光第1光を受光し、生体に照射された第2光に対して生体からの第2受光第2光を受光する第2受光プローブと、第1受光第1光、第1受光第2光、第2受光第1光及び第1受光第2光の各々に基づいて光量を検出する第2検出部とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１波長を有する第１光を発生する第１光源と、
第１波長とは異なる第２波長を有する第２光を発生する第２光源と、
前記第１光源が発生する前記第１光と前記第２光源が発生する前記第２光とが切り替えて入力され、前記第１光と前記第２光とを生体に照射する送光プローブと、
前記送光プローブから離間して設置され、前記生体に前記第１光が照射された場合に前記生体からの光である第１受光第１光を受光し、前記生体に前記第２光が照射された場合に前記生体からの光である第１受光第２光を受光する第１受光プローブと、
前記送光プローブ及び前記第１受光プローブから離間して設置され、前記生体に前記第１光が照射された場合に前記生体からの光である第２受光第１光を受光し、前記生体に前記第２光が照射された場合に前記生体からの光である第２受光第２光を受光する第２受光プローブと、
前記第１受光プローブが受光した第１受光第１光に基づいて第１受光第１光量を検出し、第１受光第２光に基づいて第１受光第２光量を検出する第１検出部と、
前記第２受光プローブが受光した第２受光第１光に基づいて第２受光第１光量を検出し、第１受光第２光に基づいて第２受光第２光量を検出する第２検出部と
を備える、計測装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記第１検出部が検出した前記第１受光第１光量及び前記第１受光第２光量と、前記第２検出部が検出した前記第２受光第１光量及び前記第２受光第２光量とに基づいて酸素飽和度と血流速度とを導出し、導出した前記酸素飽和度と前記血流速度とに基づいて組織酸素代謝率を導出する導出部
をさらに備える、請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記導出部は、前記第１受光第１光量及び前記第２受光第１光量の時間変化からそれぞれ第１受光第１光自己相関関数及び第２受光第１光自己相関関数を導出し、導出した前記第１受光第１光自己相関関数及び前記第２受光第１光自己相関関数に基づいてそれぞれ第１受光第１光血流速度及び第２受光第１光血流速度を導出し、前記第１受光第２光量及び前記第２受光第２光量の時間変化からそれぞれ第１受光第２光自己相関関数及び第２受光第２光自己相関関数を導出し、導出した前記第１受光第２光自己相関関数及び前記第２受光第２光自己相関関数に基づいてそれぞれ第１受光第２光血流速度及び第２受光第２光血流速度を導出する、請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記導出部は、拡散相関方程式において、前記第１波長を使用して前記第１受光第１光血流速度及び前記第２受光第１光血流速度を導出し、前記第２波長を使用して前記第１受光第２光血流速度及び前記第２受光第２光血流速度を導出する、請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
前記導出部は、前記第１受光第１光量、前記第２受光第１光量、前記第１受光第２光量及び前記第２受光第２光量に基づいて前記第１波長及び前記第２波長での相対吸収係数を導出し、導出した相対吸収係数に基づいて酸素飽和度を導出する、請求項２に記載の計測装置。
【請求項６】
前記導出部は、前記送光プローブと前記第１受光プローブとの間の距離と、前記送光プローブと前記第２受光プローブとの間の距離に基づいて前記酸素飽和度を導出する、請求項５に記載の計測装置。
【請求項７】
前記導出部は、前記酸素飽和度に基づいて組織酸素飽和度を導出し、前記血流速度と前記組織酸素飽和度とに基づいて組織酸素代謝率を導出する、請求項２に記載の計測装置。
【請求項８】
前記生体が筋収縮または筋弛緩した場合に発生する信号を検出する信号検出部
を更に備え、
前記第１検出部は、前記信号検出部が検出した前記信号に基づいて前記第１受光第１光量と前記第１受光第２光量とを検出し、
前記第２検出部は、前記信号検出部が検出した前記信号に基づいて前記第２受光第１光量と前記第２受光第２光量とを検出する、請求項１に記載の計測装置。
【請求項９】
前記送光プローブに前記第１光源が発生する前記第１光と前記第２光源が発生する前記第２光とを切り替えて入力する制御部
を更に備える、請求項１に記載の計測装置。
【請求項１０】
第１波長を有する第１光を発生する第１光源と、第１波長とは異なる第２波長を有する第２光を発生する第２光源と、前記第１光源が発生する前記第１光と前記第２光源が発生する前記第２光とが切り替えて入力され、前記第１光と前記第２光とを生体に照射する送光プローブと、前記送光プローブから離間して設置され、前記生体に前記第１光が照射された場合に前記生体からの光である第１受光第１光を受光し、前記生体に前記第２光が照射された場合に前記生体からの光である第１受光第２光を受光する第１受光プローブと、前記送光プローブ及び前記第１受光プローブから離間して設置され、前記生体に前記第１光が照射された場合に前記生体からの光である第２受光第１光を受光し、前記生体に前記第２光が照射された場合に前記生体からの光である第２受光第２光を受光する第２受光プローブと、前記第１受光プローブが受光した第１受光第１光に基づいて第１受光第１光量を検出し、第１受光第２光に基づいて第１受光第２光量を検出する第１検出部と、前記第２受光プローブが受光した第２受光第１光に基づいて第２受光第１光量を検出し、第１受光第２光に基づいて第２受光第２光量を検出する第２検出部とを備える、計測装置が実行する計測方法であって、
前記第１検出部が検出した前記第１受光第１光量及び前記第１受光第２光量と、前記第２検出部が検出した前記第２受光第１光量及び前記第２受光第２光量とに基づいて酸素飽和度と血流速度とを導出し、
導出した前記酸素飽和度と前記血流速度とに基づいて組織酸素代謝率を導出する、計測方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置、計測方法及びプログラムに関する。
続きを表示（約 5,100 文字）【背景技術】
【０００２】
生体の非侵襲的な光計測技術として、近赤外分光法（Ｎｅａｒ－ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＮＩＲＳ）と、拡散相関分光法（ｄｉｆｆｕｓｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＤＣＳ）とが知られている。
近赤外分光法は、近赤外線の吸収される程度がヘモグロビンの酸素化状態によって変化することを利用して、酸素飽和度の測定に用いられる。
拡散相関分光法は、赤血球の移動に伴う近赤外線の拡散現象を利用して、血流速度の測定に用いられる。
【０００３】
近赤外分光法で計測される酸素飽和度と拡散相関分光法で計測される血流量とを同時に計測し、情報を組み合わせると、局所組織における酸素代謝率が分かる。
浅層組織の影響などを補正して人体や果物等の深層組織の光の吸収度合いを正確に測定可能な技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、光学的測定装置は、１つの発光ダイオードと２つのフォトダイオードを備えたプローブを有する。発光ダイオードからの光のうち組織の浅層及び深層を通過した光が一方のフォトダイオードで受光され、組織の浅層及び深層を通過した光であり一方のフォトダイオードでの検出光とは深層の通過距離の異なる光が他方のフォトダイオードで受光される。制御部が、各フォトダイオードで受光した光の光強度に基づいて光が伝搬する媒体中の伝搬定数を算出する。入力された組織の脂肪厚に対応する演算式を選択して、脂肪厚及び空間的傾きに基づき演算式により筋組織の光の吸収係数を求める。求めた光の吸収係数に基づいて、ヘモグロビン濃度や酸素飽和度を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５０６２６９８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、従来の深部組織の血流量、酸素飽和度、酸素代謝率を測定する技術では、近赤外分光法による計測装置と拡散相関分光法による計測装置とを別々に用意する必要があるため、装置は巨大かつ高額になり、被験者が運動中に計測する動的計測には向いていなかった。
本発明は、前述した問題を解決すべくなされたもので、近赤外分光法で計測される酸素飽和度と拡散相関分光法で計測される血流量とを計測できる計測装置、計測方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態は、第１波長を有する第１光を発生する第１光源と、第１波長とは異なる第２波長を有する第２光を発生する第２光源と、前記第１光源１０１が発生する前記第１光と前記第２光源１０２が発生する前記第２光とが切り替えて入力され、前記第１光と前記第２光とを生体に照射する送光プローブと、前記送光プローブから離間して設置され、前記生体に前記第１光が照射された場合に前記生体からの光である第１受光第１光を受光し、前記生体に前記第２光が照射された場合に前記生体からの光である第１受光第２光を受光する第１受光プローブと、前記送光プローブ及び前記第１受光プローブから離間して設置され、前記生体に前記第１光が照射された場合に前記生体からの光である第２受光第１光を受光し、前記生体に前記第２光が照射された場合に前記生体からの光である第２受光第２光を受光する第２受光プローブと、前記第１受光プローブが受光した第１受光第１光に基づいて第１受光第１光量を検出し、第１受光第２光に基づいて第１受光第２光量を検出する第１検出部と、前記第２受光プローブが受光した第２受光第１光に基づいて第２受光第１光量を検出し、第１受光第２光に基づいて第２受光第２光量を検出する第２検出部とを備える、計測装置である。
本発明の一実施形態は、前述の計測装置において、前記第１検出部が検出した前記第１受光第１光量及び前記第１受光第２光量と、前記第２検出部が検出した前記第２受光第１光量及び前記第２受光第２光量とに基づいて酸素飽和度と血流速度とを導出し、導出した前記酸素飽和度と前記血流速度とに基づいて組織酸素代謝率を導出する導出部をさらに備える。
本発明の一実施形態は、前述の計測装置において、前記導出部は、前記第１受光第１光量及び前記第２受光第１光量の時間変化からそれぞれ第１受光第１光自己相関関数及び第２受光第１光自己相関関数を導出し、導出した前記第１受光第１光自己相関関数及び前記第２受光第１光自己相関関数に基づいてそれぞれ第１受光第１光血流速度及び第２受光第１光血流速度を導出し、前記第１受光第２光量及び前記第２受光第２光量の時間変化からそれぞれ第１受光第２光自己相関関数及び第２受光第２光自己相関関数を導出し、導出した前記第１受光第２光自己相関関数及び前記第２受光第２光自己相関関数に基づいてそれぞれ第１受光第２光血流速度及び第２受光第２光血流速度を導出する。
本発明の一実施形態は、前述の計測装置において、前記導出部は、拡散相関方程式において、前記第１波長を使用して前記第１受光第１光血流速度及び前記第２受光第１光血流速度を導出し、前記第２波長を使用して前記第１受光第２光血流速度及び前記第２受光第２光血流速度を導出する。
本発明の一実施形態は、前述の計測装置において、前記導出部は、前記第１受光第１光量、前記第２受光第１光量、前記第１受光第２光量及び前記第２受光第２光量に基づいて前記第１波長及び前記第２波長での相対吸収係数を導出し、導出した相対吸収係数に基づいて酸素飽和度を導出する。
本発明の一実施形態は、前述の計測装置において、前記導出部は、前記送光プローブと前記第１受光プローブとの間の距離と、前記送光プローブと前記第２受光プローブとの間の距離に基づいて前記酸素飽和度を導出する。
本発明の一実施形態は、前述の計測装置において、前記導出部は、前記酸素飽和度に基づいて組織酸素飽和度を導出し、前記血流速度と前記組織酸素飽和度とに基づいて組織酸素代謝率を導出する。
本発明の一実施形態は、前述の計測装置において、前記生体が筋収縮または筋弛緩した場合に発生する信号を検出する信号検出部を更に備え、前記第１検出部は、前記信号検出部が検出した前記信号に基づいて前記第１受光第１光量と前記第１受光第２光量とを検出し、前記第２検出部は、前記信号検出部が検出した前記信号に基づいて前記第２受光第１光量と前記第２受光第２光量とを検出する。
本発明の一実施形態は、前述の計測装置において、前記送光プローブに前記第１光源１０１が発生する前記第１光と前記第２光源１０２が発生する前記第２光とを切り替えて入力する制御部を更に備える。
【０００７】
本発明の一実施形態は、第１波長を有する第１光を発生する第１光源と、第１波長とは異なる第２波長を有する第２光を発生する第２光源と、前記第１光源１０１が発生する前記第１光と前記第２光源１０２が発生する前記第２光とが切り替えて入力され、前記第１光と前記第２光とを生体に照射する送光プローブと、前記送光プローブから離間して設置され、前記生体に前記第１光が照射された場合に前記生体からの光である第１受光第１光を受光し、前記生体に前記第２光が照射された場合に前記生体からの光である第１受光第２光を受光する第１受光プローブと、前記送光プローブ及び前記第１受光プローブから離間して設置され、前記生体に前記第１光が照射された場合に前記生体からの光である第２受光第１光を受光し、前記生体に前記第２光が照射された場合に前記生体からの光である第２受光第２光を受光する第２受光プローブと、前記第１受光プローブが受光した第１受光第１光に基づいて第１受光第１光量を検出し、第１受光第２光に基づいて第１受光第２光量を検出する第１検出部と、前記第２受光プローブが受光した第２受光第１光に基づいて第２受光第１光量を検出し、第１受光第２光に基づいて第２受光第２光量を検出する第２検出部とを備える、計測装置が実行する計測方法であって、前記第１検出部が検出した前記第１受光第１光量及び前記第１受光第２光量と、前記第２検出部が検出した前記第２受光第１光量及び前記第２受光第２光量とに基づいて酸素飽和度と血流速度とを導出し、導出した前記酸素飽和度と前記血流速度とに基づいて組織酸素代謝率を導出する、計測方法である。
【０００８】
本発明の一実施形態は、第１波長を有する第１光を発生する第１光源と、第１波長とは異なる第２波長を有する第２光を発生する第２光源と、前記第１光源１０１が発生する前記第１光と前記第２光源１０２が発生する前記第２光とが切り替えて入力され、前記第１光と前記第２光とを生体に照射する送光プローブと、前記送光プローブから離間して設置され、前記生体に前記第１光が照射された場合に前記生体からの光である第１受光第１光を受光し、前記生体に前記第２光が照射された場合に前記生体からの光である第１受光第２光を受光する第１受光プローブと、前記送光プローブ及び前記第１受光プローブから離間して設置され、前記生体に前記第１光が照射された場合に前記生体からの光である第２受光第１光を受光し、前記生体に前記第２光が照射された場合に前記生体からの光である第２受光第２光を受光する第２受光プローブと、前記第１受光プローブが受光した第１受光第１光に基づいて第１受光第１光量を検出し、第１受光第２光に基づいて第１受光第２光量を検出する第１検出部と、前記第２受光プローブが受光した第２受光第１光に基づいて第２受光第１光量を検出し、第１受光第２光に基づいて第２受光第２光量を検出する第２検出部とを備える、計測装置のコンピュータに、前記第１検出部が検出した前記第１受光第１光量及び前記第１受光第２光量と、前記第２検出部が検出した前記第２受光第１光量及び前記第２受光第２光量とに基づいて酸素飽和度と血流速度とを導出させ、導出させた前記酸素飽和度と前記血流速度とに基づいて組織酸素代謝率を導出させる、プログラムである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、近赤外分光法で計測される酸素飽和度と拡散相関分光法で計測される血流量とを計測できる計測装置、計測方法及びプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態に係る計測装置１００の一例を示す図である。
本実施形態に係る計測装置１００の動作の一例を示す図である。
本実施形態に係る計測装置１００の動作の一例を示すフロー図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの一例を示す図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの動作の一例を説明するための図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの動作の一例を説明するための図である。
空間分解分光法を説明するための図である。
波長と吸収係数との関係の一例を示す図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの動作の一例を示すフロー図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの解析タイミングの一例を示す図である。
筋の収縮と弛緩とを説明するための図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの解析タイミングの一例を示す図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの計測結果の比較の一例を示す図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの計測結果の一例を示す図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの計測結果の一例を示す図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの計測結果の一例を示す図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの計測結果の一例を示す図である。
実施形態の変形例に係る計測装置１００ａの計測結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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