酸素運搬の循環時間測定方法および装置
【課題】 生体の各種臓器に対する酸素運搬能力（酸素伝播時間）を検出するための指標となる生体パラメータとしての血流の循環時間を、血中酸素濃度の変化として、生体に対し無侵襲にして、簡便かつ連続的に測定することができ、しかも低コストに製造することができる酸素運搬の循環時間測定方法および装置を提供する。
【解決手段】 センサ（Ｓ1 、Ｓ2 、…Ｓn ）を用いて生体から抽出した動脈血の吸光度信号に基づいて酸素飽和度（Φ、ＳｐＯ2 ）の変化を算出する装置において、生体への吸気酸素量を変化させると共にその変化させた時点を基準点とし、該基準点から動脈血の酸素飽和度（Φ、ＳｐＯ2 ）が変化する時点までの時間を測定する。
【解決手段】 センサ（Ｓ1 、Ｓ2 、…Ｓn ）を用いて生体から抽出した動脈血の吸光度信号に基づいて酸素飽和度（Φ、ＳｐＯ2 ）の変化を算出する装置において、生体への吸気酸素量を変化させると共にその変化させた時点を基準点とし、該基準点から動脈血の酸素飽和度（Φ、ＳｐＯ2 ）が変化する時点までの時間を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の各種臓器に対する酸素運搬能力（酸素伝播時間）の指標となる血液の酸素運搬の循環時間を、血中酸素濃度の変化として捕え、生体に対し無侵襲に測定することができる酸素運搬の循環時間測定方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、心拍出量は、生体の各種臓器に対する酸素運搬能力の指標として、重要なパラメータである。この心拍出量の測定は、カテーテルを心臓まで挿入して、熱希釈法で測定する方法が一般的に知られている。この熱希釈法は、生体に冷水を注入するため、生体に対する侵襲が甚だしく、しかも高価となる難点がある。
【０００３】
そこで、低侵襲的な測定方法として、パルス式色素希釈法、インピーダンス法、経食道超音波ドプラー法、ＣＯ2 Ｆick 法等が実用化されている。しかしながら、前記パルス式色素希釈法は、色素の血管内投与が必要であり、連続測定ができない難点がある。また、前記インピーダンス法は、被験者の体に種々の電極や輸液ラインが繋がっているような状況では、精度が悪くなる難点がある。さらに、前記経食道超音波ドプラー法は、食道プローブを挿入するので、麻酔下でしか測定できない難点がある。そして、前記ＣＯ2 Ｆick法は、挿管患者でのみ測定可能であり、心拍出量が変化しているときには精度が悪くなる難点がある。
【０００４】
従来、生体の静脈内に色素を注入して心拍出量を測定する心拍出量計が提案されている（特許文献１参照）。すなわち、この特許文献１に記載される心拍出量計は、生体の一部の静脈に一定量の色素を注入し、前記生体の他の一部の動脈に到達した前記色素を検出して、前記色素の注入終了時から到達した前記色素の検出を開始するまでの時間Ｔa （平均循環時間）と、検出した色素濃度が最高となるまでの時間Ｔp とを求めて、心拍出量を測定するように構成したものである。
【０００５】
また、高齢者において、動脈硬化性心血管疾患が脂肪の大きな原因となることから、潜在性動脈硬化症を検出する方法として、下肢上肢血圧指数（足首／上腕血圧指数）を測定することにより、全身の心血管系の健康状態を迅速かつ容易に検査し得るので、死亡率や罹患率を低減するために特別な治療を要する個人を同定するのに役立つことが知られている。
【０００６】
そして、前記下肢上肢血圧指数を測定する装置として、全身の動脈硬化度を評価することができる指標として知られている脈波伝播速度関連情報を測定することにより、下肢上肢血圧指数が正常値であっても、その値が全身に動脈硬化が進んでいるためであるかを判断することができるように構成した下肢上肢血圧指数測定装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
さらに、従来において、動脈血と静脈血が混在した生体組織中の血液の酸素飽和度は、これにより酸素摂取率の概略値が分かり、また酸素消費量を求めるための重要な値であることから、生体組織中の血液の酸素飽和度を測定する酸素飽和度測定装置が提案されている。
【０００８】
そして、前記酸素飽和度測定装置として、(1) 波長が異なる複数種の光を生体組織に照射する光源部と、(2) この光源部からの光を前記生体組織を介して受取り電気信号に変換する受光部と、(3) この受光部の出力信号に基づき各波長について前記生体組織による吸光度を求める吸光度検出手段と、(4) この吸光度検出手段が求めた各波長の吸光度において、動脈血の脈動による吸光度差よりも大きい吸光度差が生じる各波長に共通の２時点を設定する２時点設定手段と、(5) 前記吸光度検出手段が求めた各波長の吸光度における、前記２時点設定手段が設定した２時点の吸光度差に基づいて、前記生体組織中の血液の酸素飽和度を求める酸素飽和度検出手段を設けることにより、センサの取り付け部位が限定されることなく、また測定誤差が大きくなるなどの問題点を解消できるように構成した酸素飽和度測定装置が提案されている（特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】特許第３０２８１５２号公報
【特許文献２】特許第３１４０００７号公報
【特許文献３】特開２０００−１０７１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかるに、前記特許文献１に開示される、色素希釈法により測定することができる血流の平均循環時間（例えば、静脈に色素を投与してから、耳朶に付けたセンサで前記色素を検出し得る状態に到達までの時間）は、図１２の（ａ）および（ｂ）に示すように、心拍出量と良く相関するパラメータであることが知られている。すなわち、図１２の（ａ）は、平均循環時間（sec ）と心係数（ｌ/min /ｍ2 ）の関係を示したものであり、また図１２の（ｂ）は、身長（M ）で補正した平均循環時間（sec/M ）と心係数（ｌ/min /ｍ2 ）の関係を示したものである。これらの関係から、平均循環時間が心係数と比例することが明らかである。従って、前記血流の平均循環時間は、心拍出量と同様に血流の循環の指標としてのパラメータとすることができる。なお、循環時間と心拍出量とはディメンションの相違する別のパラメータであるが、良く相関するため、血流の循環時間が簡単に無侵襲かつ低コストで連続的に測定できるようになれば、循環モニタとして医療上において心拍出量に代わる有用なパラメータとなることが期待できる。
【００１１】
また、前述した血流の循環時間の測定は、心拍出量だけでなく、血流の末梢循環の指標にもなる。例えば、心臓手術後に末梢血管が収縮している被験者において、鼻翼と指先にセンサを設けて従来の色素希釈法によりＩＣＧ（Ｉndocyanine Ｇreen）の到達時間を同時に測定した場合、図１３の（ａ）および（ｂ）に示すような結果が得られる。すなわち、図１３の（ａ）によれば、色素を右心に投与してから鼻翼に到達するまでの平均循環時間は約３０秒であり、また図１３の（ｂ）によれば、指先に到達するまでの平均循環時間は約１６０秒である。このように、指先までの循環時間は大動脈から指先まで到達する時間が支配的であり、末梢血管収縮時には非常に時間が掛かることがある。従って、動脈硬化などで血管が閉塞していくと、血流が減少し、その循環時間は遅延することが明らかである。しかしながら、このような循環時間を測定するために、血管内に色素を投与するという従来の測定方法では、生体組織への侵襲が必要であり、また連続的な測定はできないという難点がある。
【００１２】
そこで、本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、吸気酸素濃度ＦｉＯ2 などで吸気酸素量を変化させたときには、動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 は変化する。この動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 は、現在一般的にパルスオキシメータにより簡便に測定することができる。そこで、前記吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を入力として、出力を動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 とすれば、これら入出力の関係には正の相関が認められる。すなわち、高い吸気酸素濃度ＦｉＯ2 では高い動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 となり、低い吸気酸素濃度ＦｉＯ2 では低い動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 となる。例えば、入力として、ステップ状の信号（吸気酸素濃度ＦｉＯ2 による）を与えれば、出力には、ある遅れ時間を持った応答信号（動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 による）が得られる。この遅れ時間を測定すれば、酸素吸入→肺→心臓→大動脈→末梢測定部位の間の酸素の伝播時間である循環時間を測定することができることを突き止めた。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、生体の各種臓器に対する酸素運搬能力（酸素伝播時間）を検出するための指標となる生体パラメータとしての血流の循環時間を、血中酸素濃度の変化として、生体に対し無侵襲にして、簡便かつ連続的に測定することができ、しかも低コストに製造することができる酸素運搬の循環時間測定方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するため、本発明に係る請求項１に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、センサを用いて生体から抽出した動脈血の吸光度信号に基づいて酸素飽和度の変化を算出する装置において、
生体への吸気酸素量を変化させると共にその変化させた時点を基準点とし、該基準点から動脈血の酸素飽和度が変化する時点までの時間を測定することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る請求項２に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、前記生体の吸気酸素量の変化を、深呼吸および／または息こらえにより発生させることを特徴とする
【００１６】
本発明に係る請求項３に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、前記生体の吸気酸素量の変化を、吸入酸素ガスの濃度変化により発生させることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る請求項４に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、前記センサにより検出測定された動脈血の吸光度に基づく酸素飽和度の変化を、パルスオキシメータを使用して、生体の各部位に装着したセンサにより検出測定される吸光度に基づく減光度比Φないし酸素飽和度血ＳｐＯ2 として算出することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る請求項５に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、前記センサが異なる複数の部位に装着された複数のセンサであり、異なる複数の部位における酸素運搬の循環時間を測定することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る請求項６に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、前記複数のセンサにより、複数の部位間の循環時間の差を求めることを特徴とする
【００２０】
本発明に係る請求項７に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記複数のセンサにより測定された減光度比Φないし酸素飽和度血ＳｐＯ2 の相互相関係数が最大となる時間を求めることにより循環時間の差を求めることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る請求項８に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、生体の各部位に装着して動脈血の吸光度をそれぞれ検出測定するためのセンサと、
前記センサにより検出測定された動脈血の吸光度に基づいて酸素飽和度の変化を算出する酸素飽和度演算手段と、
生体の吸気酸素濃度を変化させた時点を検出する第１の検出手段と、
前記酸素飽和度演算手段により得られる動脈血の酸素飽和度の変化において、前記第１の検出手段による検出時点から、動脈血の酸素飽和度が変化する時点までの時間を測定する循環時間測定手段とを、備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る請求項９に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記第１の検出手段としてフローセンサを使用し、吸気酸素濃度を変化させた時点の検出を前記フローセンサにより呼吸流量または換気量の変化に対応するように設定したことを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る請求項１０に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記第１の検出手段として酸素ボンベからの酸素吸気を制御する開閉弁を使用し、吸気酸素濃度を変化させた時点の検出を前記開閉弁の切り替え操作に対応するように設定したことを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る請求項１１に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記酸素飽和度演算手段として、パルスオキシメータを使用することを特徴とする
【００２５】
本発明に係る請求項１２に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記センサを異なる複数の部位に装着する複数のセンサで構成し、異なる複数の部位における酸素運搬の循環時間を測定するように設定したことを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る請求項１３に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記複数のセンサにより複数の部位間の循環時間の差を求めるように設定したことを特徴とする。
【００２７】
本発明に係る請求項１４に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記複数のセンサにより測定された減光度比Φないし酸素飽和度血ＳｐＯ2 の相互相関係数が最大となる時間を求めることにより循環時間の差を求めるように設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る請求項１に記載の酸素運搬の循環時間測定方法によれば、簡単な構成により、生体の各種臓器に対する酸素運搬能力（酸素伝播時間）を検出するための指標となる酸素運搬の循環時間を、血中酸素濃度の変化として、生体に対し無侵襲にして、簡便かつ連続的に測定することができる。
【００２９】
本発明に係る請求項２ないし４に記載の酸素運搬の循環時間測定方法によれば、生体の吸気酸素濃度の変化を簡便に行い、循環時間を測定するための減光度比Φないし酸素飽和度ＳｐＯ2 の算出を容易かつ適正に達成することができる。
【００３０】
本発明に係る請求項５ないし７に記載の酸素運搬の循環時間測定方法によれば、生体の複数の部位に装着した複数のセンサにより求めた血中酸素濃度により各部位までの酸素運搬状況を把握することができる。例えば、左右の下肢の血流の循環時間を測定して、片側の血流の循環時間が長ければ、血流が減少していることを検出することができる。このことから、血栓やアテロームの発生により四肢の血流が悪くなっている場合も、前記循環時間により検出することができる。
【００３１】
本発明に係る請求項８に記載の酸素運搬の循環時間測定装置によれば、簡単な構成により、生体の各種臓器に対する酸素運搬能力（酸素伝播時間）を検出するための指標となる生体パラメータとしての血流の循環時間を、血中酸素濃度の変化として、生体に対し無侵襲にして、簡便かつ連続的に測定することができる装置を、低コストに製造することができる。
【００３２】
本発明に係る請求項９ないし１１に記載の酸素運搬の循環時間測定装置によれば、生体の吸気酸素濃度を変化させた時点を検出する第１の検出手段を簡便に設定することができると共に、循環時間を測定するための減光度比Φないし酸素飽和度ＳｐＯ2 の算出を容易化することができる。
【００３３】
本発明に係る請求項１２ないし１４に記載の酸素運搬の循環時間測定装置によれば、生体の複数の部位に装着した複数のセンサにより求めた血中酸素濃度により各部位までの酸素運搬状況を容易に把握できるように構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法および装置の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００３５】
（１）システム構成の概要
図１は、本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法を実施する装置としてのシステム構成の概略を示すものである。すなわち、図１において、参照符号１０はは生体Ｂody の複数の所定部位における動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 を測定するためのパルスオキシメータを示し、このパルスオキシメータ１０に接続される吸光度検出センサを備え、生体Ｂody の鼻翼Ｎose に設けた第１のセンサ１２と、手の指先Ｆinger に設けた第２のセンサ１４と、足の指先Ｆoot に設けた第３のセンサ１６とが設けられている。また、生体Ｂody の口Ｍouthには、酸素供給手段としての酸素ボンベ２０が設けられている。
【００３６】
なお、動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の測定に際し、センサはそれぞれ発光部と受光部とを設け、その間に生体の測定部位を挟むように構成され、発光部には、発光波長が６６０ｎｍと９４０ｎｍの２つの発光ダイオードが用いられ、これらは交互に発光するように設定され、また受光部にはホトダイオードが用いられる。このようにして、前記センサの発光部から出て、生体の測定部位を通して受光部に到達した光の強度は、ホトダイオードによって電流に変換され、パルスオキシメータにおいて、さらに電圧に変換されて、それぞれの波長の透過光信号に分離される。そして、これら２つの透過光信号から吸光度の脈波形成分を取り出し、それらの振幅の比すなわち減光度比Φを算出し、酸素飽和度に換算することによって、動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 が得られる。
【００３７】
そこで、前記図１に示すシステム構成において、パルスオキシメータ１０により生体Ｂody の各部位における動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 を測定するに際し、例えば酸素ボンベ２０により酸素を吸気させて吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を変化させた場合、生体Ｂody の各部位に設けた第１〜第３のセンサ１２、１４、１６によってそれぞれ検出測定される減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の時間的変化は、図２に示すようになる。すなわち、図２から明らかなように、生体Ｂody に対して吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を変化させた時点から、それぞれの測定部位における動脈血の酸素飽和度が立上り変化する時点までの時間すなわち血流により酸素が運搬される循環時間を検出することができる。この場合、鼻翼Ｎose 、手の指先Ｆinger 、足の指先Ｆoot の順番で動脈血酸素飽和度の立上り変化が現れる。特に頭部は、手や足などの抹消血管が収縮して血流が減っている状況でも、血流が維持されるため、鼻翼Ｎose （頭部）における循環時間は心拍出量と良く相関する。また、前記吸気酸素濃度ＦｉＯ2 の変化に際しては、吸気酸素濃度をステップ状に変化させることにより、連続的な循環時間の検出を行うことができる（図３参照）。
【実施例１】
【００３８】
図４は、本発明に係る血流による酸素運搬の循環時間測定方法の一実施例としての循環時間測定装置を示す系統図である。すなわち、図４においては、被験者の右足指Ｆoot-Ｒ、左足指Ｆoot-Ｌ、および左手指Ｆing-Ｌからなる各測定部位に対して、それぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn と、減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn とがそれぞれ接続され、さらに前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn を介して、循環時間測定部３０および表示部（記録部）３２とがそれぞれ接続された構成からなる。
【００３９】
このように構成された本実施例の循環時間測定装置においては、図５に示すように、被験者の前記各測定部位にそれぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn を装着し（ＳＴＥＰ−１１）、前記各測定部位における動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 を前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定する（ＳＴＥＰ−１２）。そこで、被験者の吸気酸素量を、深呼吸ないし息こらえにより変化させ（ＳＴＥＰ−１３）、前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定される動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の波形より部位間の循環時間差を前記循環時間測定部３０において計算することができる（ＳＴＥＰ−１４）。なお、このようにして測定された循環時間差は、前記表示部（記録部）３２において、適宜表示ないし記録する。
【００４０】
前記本実施例の循環時間測定装置において、被験者が深呼吸を５回行った後、所要の無呼吸状態を保った場合における、被験者の右足指Ｆoot-Ｒと左足指Ｆoot-Ｌとについての動脈血の減光度比Φの測定結果は、図６の（ａ）に示す通りである。そこで、被験者の右足大腿部を１２０ｍｍＨｇの圧力で圧迫した場合の前記と同様の測定結果は、図６の（ｂ）に示す通りとなった。このような測定結果により、最大値を示す時間の差を循環時間差とした時に、右足に対する循環時間に遅れ（２９秒）を生じることから、右足の血管についての異常を検出することができる。また、別の方法として、２つの部位間で測定したΦまたはＳｐＯ2 の相互相関係数を計算し、相互相関係数が最大となる時間を循環時間差とすることもできる。図６の（ｂ）の２つの波形の相互相関係数を図６の（ｃ）に示す。
【実施例２】
【００４１】
図７は、本発明に係る血流による酸素運搬の循環時間測定方法の別の実施例としての循環時間測定装置を示す系統図である。すなわち、図７においては、被験者の額Ｂrow 、手指Ｆing 、および足指Ｆoot からなる各測定部位に対して、それぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn と、減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn とがそれぞれ接続され、さらに前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn を介して、循環時間測定部３０および表示部（記録部）３２とがそれぞれ接続された構成からなる。さらに、本実施例においては、被験者の口Ｍouthに対して、フローセンサ２２を設けて、深呼吸や息こらえに際しての呼吸流量や換気量を測定するように構成する。
【００４２】
このように構成された本実施例の循環時間測定装置においては、図８に示すように、被験者の前記各測定部位にそれぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn を装着し（ＳＴＥＰ−２１）、前記各測定部位における動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 を前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定する（ＳＴＥＰ−２２）。そこで、被験者の吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を、深呼吸ないし息こらえにより変化させると共に、この場合における被験者の呼吸流量ないし換気量をフローセンサ２２により測定する（ＳＴＥＰ−２３）。そして、この吸気酸素量を変化させた時点を検出すると共に、前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定される動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の変化、特に立上り変化する時点までの時間、すなわち酸素運搬の循環時間を前記循環時間測定部３０において測定することについて、解析時間の設定を行う（ＳＴＥＰ−２４）と共に、この設定された解析時間の範囲内に前記循環時間の測定を行う（ＳＴＥＰ−２５、ＳＴＥＰ−２６）。なお、このようにして測定された循環時間は、前記表示部（記録部）３２において、適宜表示ないし記録する。
【００４３】
従って、本実施例の循環時間測定装置において、それぞれ測定される循環時間は、呼吸流量ないし換気量と各測定部位における動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 との相互相関係数を測定することができ、相互相関係数が最大となる時間を循環時間とすることができる。しかも、得られる循環時間は、心拍出量と相関する中心循環の指標となる。
【実施例３】
【００４４】
図９は、本発明に係る血流による酸素運搬の循環時間測定方法のさらに別の実施例としての循環時間測定装置を示す系統図である。すなわち、図９においては、被験者の額Ｂrow 、手指Ｆing 、および足指Ｆoot からなる各測定部位に対して、それぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn と、減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn とがそれぞれ接続され、さらに前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn を介して、循環時間測定部３０および表示部（記録部）３２とがそれぞれ接続された構成からなる。さらに、本実施例においては、被験者の口Ｍouthに対して、酸素ボンベ２０からの酸素ガスＯ2 と空気Ａirとの混合比を調製し得る切替弁２４を設けると共に、その時の吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を検出する吸気酸素濃度センサ２６を設けた構成からなる。
【００４５】
このように構成された本実施例の循環時間測定装置においては、図１０に示すように、被験者の前記各測定部位にそれぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn を装着し（ＳＴＥＰ−３１）、前記各測定部位における動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 を前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定する（ＳＴＥＰ−３２）。そこで、前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn における測定間隔を設定する（ＳＴＥＰ−３３）。そして、予め設定した測定間隔での定時測定時間を判定して（ＳＴＥＰ−３４）、被験者の吸気に合わせて前記切替弁２４を切り替え操作して、１呼吸だけ１００％の酸素を吸入させて、吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を変化させる（ＳＴＥＰ−３５）。そして、この吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を変化させた時点を検出すると共に、前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定される動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の変化、特に立上り変化する時点までの時間、すなわち酸素運搬の循環時間を前記循環時間測定部３０において測定する（ＳＴＥＰ−３６）と共に、この予め設定された測定時間の範囲内に前記循環時間の測定を行う（ＳＴＥＰ−３７）。なお、このようにして測定された循環時間は、前記表示部（記録部）３２において、適宜表示ないし記録する。
【００４６】
従って、本実施例の循環時間測定装置において、被験者の吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を変化させた場合の各測定部位における動脈血の減光度比Φと、循環時間との相関は、図１１の（ａ）に示す通りである。また、図１１の（ｂ）は、循環時間の測定をより明確にするため、動脈血の減光度比Φについて、所定の閾値に対する差分値を算出して、循環時間との相関を示したものである。また、本実施例の循環時間測定装置においては、被験者の吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を、通常の空気吸入に際し、５分に１回の割合で、１００％酸素ガスＯ2 を約１０秒程度でパルス状に切り替えて変化させることにより、５分間隔の循環時間についての間欠測定を行うことができる。この場合、切替弁２４の切り替えは自動または手動により行うことが可能である。また、間欠測定を行うことにより、患者に対する呼吸管理を複雑にすることなく、循環時間の測定を行うことができる。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法および装置のシステム構成例を示す概略説明図である。
【図２】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法および装置において、吸気酸素濃度ＦｉＯ2 の変化に伴う生体組織の各部位における動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の変化特性を示す波形説明図である。
【図３】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法および装置において、ステップ状に入力される吸気酸素濃度ＦｉＯ2 の変化に対し、動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の出力変化特性を示す波形説明図である。
【図４】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法を実施する装置の一実施例を示す系統説明図である。
【図５】図４に示す循環時間測定装置において、本発明に係る酸素運搬の循環時間測定を行うための操作プログラムを示すフローチャート図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図４に示す循環時間測定装置により、深呼吸および息こらえによって生体組織の各部位において測定される減光度比Φの時間的変化を示す特性線図、（ｃ）は（ｂ）の２つの波形の相互相関係数を示す特性線図である。
【図７】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法を実施する装置の別の実施例を示す系統説明図である。
【図８】図７に示す循環時間測定装置において、本発明に係る酸素運搬の循環時間測定を行うための操作プログラムを示すフローチャート図である。
【図９】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法を実施する装置のさらに別の実施例を示す系統説明図である。
【図１０】図９に示す循環時間測定装置において、本発明に係る酸素運搬の循環時間測定を行うための操作プログラムを示すフローチャート図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図９に示す循環時間測定装置により、酸素吸入によって生体組織の各部位において測定される減光度比Φの時間的変化を示す特性線図である。
【図１２】従来の色素希釈法により測定された心係数と平均循環時間との関係を示すもので、（ａ）は男女についてそれぞれの関係を示す特性線図、（ｂ）は心係数と身長により補正した平均循環時間との関係を示す特性線図である。
【図１３】従来の色素希釈法により測定されたＩＣＧ（Ｉndocyanine Ｇreen）の到達時間の関係を示すもので、（ａ）は鼻翼での測定結果を示す特性線図、（ｂ）は指先での測定結果を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ パルスオキシメータ
１２ 第１のセンサ
１４ 第２のセンサ
１６ 第３のセンサ
２０ 酸素ボンベ
Ｓ1 、Ｓ2 、…Ｓn 吸光度検出センサ
Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn 測定部
２２ フローセンサ
２４ 切替弁
２６ 吸気酸素濃度センサ
３０ 循環時間測定部
３２ 表示部（記録部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体の各種臓器に対する酸素運搬能力（酸素伝播時間）の指標となる血液の酸素運搬の循環時間を、血中酸素濃度の変化として捕え、生体に対し無侵襲に測定することができる酸素運搬の循環時間測定方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、心拍出量は、生体の各種臓器に対する酸素運搬能力の指標として、重要なパラメータである。この心拍出量の測定は、カテーテルを心臓まで挿入して、熱希釈法で測定する方法が一般的に知られている。この熱希釈法は、生体に冷水を注入するため、生体に対する侵襲が甚だしく、しかも高価となる難点がある。
【０００３】
そこで、低侵襲的な測定方法として、パルス式色素希釈法、インピーダンス法、経食道超音波ドプラー法、ＣＯ2 Ｆick 法等が実用化されている。しかしながら、前記パルス式色素希釈法は、色素の血管内投与が必要であり、連続測定ができない難点がある。また、前記インピーダンス法は、被験者の体に種々の電極や輸液ラインが繋がっているような状況では、精度が悪くなる難点がある。さらに、前記経食道超音波ドプラー法は、食道プローブを挿入するので、麻酔下でしか測定できない難点がある。そして、前記ＣＯ2 Ｆick法は、挿管患者でのみ測定可能であり、心拍出量が変化しているときには精度が悪くなる難点がある。
【０００４】
従来、生体の静脈内に色素を注入して心拍出量を測定する心拍出量計が提案されている（特許文献１参照）。すなわち、この特許文献１に記載される心拍出量計は、生体の一部の静脈に一定量の色素を注入し、前記生体の他の一部の動脈に到達した前記色素を検出して、前記色素の注入終了時から到達した前記色素の検出を開始するまでの時間Ｔa （平均循環時間）と、検出した色素濃度が最高となるまでの時間Ｔp とを求めて、心拍出量を測定するように構成したものである。
【０００５】
また、高齢者において、動脈硬化性心血管疾患が脂肪の大きな原因となることから、潜在性動脈硬化症を検出する方法として、下肢上肢血圧指数（足首／上腕血圧指数）を測定することにより、全身の心血管系の健康状態を迅速かつ容易に検査し得るので、死亡率や罹患率を低減するために特別な治療を要する個人を同定するのに役立つことが知られている。
【０００６】
そして、前記下肢上肢血圧指数を測定する装置として、全身の動脈硬化度を評価することができる指標として知られている脈波伝播速度関連情報を測定することにより、下肢上肢血圧指数が正常値であっても、その値が全身に動脈硬化が進んでいるためであるかを判断することができるように構成した下肢上肢血圧指数測定装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
さらに、従来において、動脈血と静脈血が混在した生体組織中の血液の酸素飽和度は、これにより酸素摂取率の概略値が分かり、また酸素消費量を求めるための重要な値であることから、生体組織中の血液の酸素飽和度を測定する酸素飽和度測定装置が提案されている。
【０００８】
そして、前記酸素飽和度測定装置として、(1) 波長が異なる複数種の光を生体組織に照射する光源部と、(2) この光源部からの光を前記生体組織を介して受取り電気信号に変換する受光部と、(3) この受光部の出力信号に基づき各波長について前記生体組織による吸光度を求める吸光度検出手段と、(4) この吸光度検出手段が求めた各波長の吸光度において、動脈血の脈動による吸光度差よりも大きい吸光度差が生じる各波長に共通の２時点を設定する２時点設定手段と、(5) 前記吸光度検出手段が求めた各波長の吸光度における、前記２時点設定手段が設定した２時点の吸光度差に基づいて、前記生体組織中の血液の酸素飽和度を求める酸素飽和度検出手段を設けることにより、センサの取り付け部位が限定されることなく、また測定誤差が大きくなるなどの問題点を解消できるように構成した酸素飽和度測定装置が提案されている（特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】特許第３０２８１５２号公報
【特許文献２】特許第３１４０００７号公報
【特許文献３】特開２０００−１０７１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかるに、前記特許文献１に開示される、色素希釈法により測定することができる血流の平均循環時間（例えば、静脈に色素を投与してから、耳朶に付けたセンサで前記色素を検出し得る状態に到達までの時間）は、図１２の（ａ）および（ｂ）に示すように、心拍出量と良く相関するパラメータであることが知られている。すなわち、図１２の（ａ）は、平均循環時間（sec ）と心係数（ｌ/min /ｍ2 ）の関係を示したものであり、また図１２の（ｂ）は、身長（M ）で補正した平均循環時間（sec/M ）と心係数（ｌ/min /ｍ2 ）の関係を示したものである。これらの関係から、平均循環時間が心係数と比例することが明らかである。従って、前記血流の平均循環時間は、心拍出量と同様に血流の循環の指標としてのパラメータとすることができる。なお、循環時間と心拍出量とはディメンションの相違する別のパラメータであるが、良く相関するため、血流の循環時間が簡単に無侵襲かつ低コストで連続的に測定できるようになれば、循環モニタとして医療上において心拍出量に代わる有用なパラメータとなることが期待できる。
【００１１】
また、前述した血流の循環時間の測定は、心拍出量だけでなく、血流の末梢循環の指標にもなる。例えば、心臓手術後に末梢血管が収縮している被験者において、鼻翼と指先にセンサを設けて従来の色素希釈法によりＩＣＧ（Ｉndocyanine Ｇreen）の到達時間を同時に測定した場合、図１３の（ａ）および（ｂ）に示すような結果が得られる。すなわち、図１３の（ａ）によれば、色素を右心に投与してから鼻翼に到達するまでの平均循環時間は約３０秒であり、また図１３の（ｂ）によれば、指先に到達するまでの平均循環時間は約１６０秒である。このように、指先までの循環時間は大動脈から指先まで到達する時間が支配的であり、末梢血管収縮時には非常に時間が掛かることがある。従って、動脈硬化などで血管が閉塞していくと、血流が減少し、その循環時間は遅延することが明らかである。しかしながら、このような循環時間を測定するために、血管内に色素を投与するという従来の測定方法では、生体組織への侵襲が必要であり、また連続的な測定はできないという難点がある。
【００１２】
そこで、本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、吸気酸素濃度ＦｉＯ2 などで吸気酸素量を変化させたときには、動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 は変化する。この動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 は、現在一般的にパルスオキシメータにより簡便に測定することができる。そこで、前記吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を入力として、出力を動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 とすれば、これら入出力の関係には正の相関が認められる。すなわち、高い吸気酸素濃度ＦｉＯ2 では高い動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 となり、低い吸気酸素濃度ＦｉＯ2 では低い動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 となる。例えば、入力として、ステップ状の信号（吸気酸素濃度ＦｉＯ2 による）を与えれば、出力には、ある遅れ時間を持った応答信号（動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 による）が得られる。この遅れ時間を測定すれば、酸素吸入→肺→心臓→大動脈→末梢測定部位の間の酸素の伝播時間である循環時間を測定することができることを突き止めた。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、生体の各種臓器に対する酸素運搬能力（酸素伝播時間）を検出するための指標となる生体パラメータとしての血流の循環時間を、血中酸素濃度の変化として、生体に対し無侵襲にして、簡便かつ連続的に測定することができ、しかも低コストに製造することができる酸素運搬の循環時間測定方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するため、本発明に係る請求項１に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、センサを用いて生体から抽出した動脈血の吸光度信号に基づいて酸素飽和度の変化を算出する装置において、
生体への吸気酸素量を変化させると共にその変化させた時点を基準点とし、該基準点から動脈血の酸素飽和度が変化する時点までの時間を測定することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る請求項２に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、前記生体の吸気酸素量の変化を、深呼吸および／または息こらえにより発生させることを特徴とする
【００１６】
本発明に係る請求項３に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、前記生体の吸気酸素量の変化を、吸入酸素ガスの濃度変化により発生させることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る請求項４に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、前記センサにより検出測定された動脈血の吸光度に基づく酸素飽和度の変化を、パルスオキシメータを使用して、生体の各部位に装着したセンサにより検出測定される吸光度に基づく減光度比Φないし酸素飽和度血ＳｐＯ2 として算出することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る請求項５に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、前記センサが異なる複数の部位に装着された複数のセンサであり、異なる複数の部位における酸素運搬の循環時間を測定することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る請求項６に記載の酸素運搬の循環時間測定方法は、前記複数のセンサにより、複数の部位間の循環時間の差を求めることを特徴とする
【００２０】
本発明に係る請求項７に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記複数のセンサにより測定された減光度比Φないし酸素飽和度血ＳｐＯ2 の相互相関係数が最大となる時間を求めることにより循環時間の差を求めることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る請求項８に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、生体の各部位に装着して動脈血の吸光度をそれぞれ検出測定するためのセンサと、
前記センサにより検出測定された動脈血の吸光度に基づいて酸素飽和度の変化を算出する酸素飽和度演算手段と、
生体の吸気酸素濃度を変化させた時点を検出する第１の検出手段と、
前記酸素飽和度演算手段により得られる動脈血の酸素飽和度の変化において、前記第１の検出手段による検出時点から、動脈血の酸素飽和度が変化する時点までの時間を測定する循環時間測定手段とを、備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る請求項９に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記第１の検出手段としてフローセンサを使用し、吸気酸素濃度を変化させた時点の検出を前記フローセンサにより呼吸流量または換気量の変化に対応するように設定したことを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る請求項１０に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記第１の検出手段として酸素ボンベからの酸素吸気を制御する開閉弁を使用し、吸気酸素濃度を変化させた時点の検出を前記開閉弁の切り替え操作に対応するように設定したことを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る請求項１１に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記酸素飽和度演算手段として、パルスオキシメータを使用することを特徴とする
【００２５】
本発明に係る請求項１２に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記センサを異なる複数の部位に装着する複数のセンサで構成し、異なる複数の部位における酸素運搬の循環時間を測定するように設定したことを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る請求項１３に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記複数のセンサにより複数の部位間の循環時間の差を求めるように設定したことを特徴とする。
【００２７】
本発明に係る請求項１４に記載の酸素運搬の循環時間測定装置は、前記複数のセンサにより測定された減光度比Φないし酸素飽和度血ＳｐＯ2 の相互相関係数が最大となる時間を求めることにより循環時間の差を求めるように設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る請求項１に記載の酸素運搬の循環時間測定方法によれば、簡単な構成により、生体の各種臓器に対する酸素運搬能力（酸素伝播時間）を検出するための指標となる酸素運搬の循環時間を、血中酸素濃度の変化として、生体に対し無侵襲にして、簡便かつ連続的に測定することができる。
【００２９】
本発明に係る請求項２ないし４に記載の酸素運搬の循環時間測定方法によれば、生体の吸気酸素濃度の変化を簡便に行い、循環時間を測定するための減光度比Φないし酸素飽和度ＳｐＯ2 の算出を容易かつ適正に達成することができる。
【００３０】
本発明に係る請求項５ないし７に記載の酸素運搬の循環時間測定方法によれば、生体の複数の部位に装着した複数のセンサにより求めた血中酸素濃度により各部位までの酸素運搬状況を把握することができる。例えば、左右の下肢の血流の循環時間を測定して、片側の血流の循環時間が長ければ、血流が減少していることを検出することができる。このことから、血栓やアテロームの発生により四肢の血流が悪くなっている場合も、前記循環時間により検出することができる。
【００３１】
本発明に係る請求項８に記載の酸素運搬の循環時間測定装置によれば、簡単な構成により、生体の各種臓器に対する酸素運搬能力（酸素伝播時間）を検出するための指標となる生体パラメータとしての血流の循環時間を、血中酸素濃度の変化として、生体に対し無侵襲にして、簡便かつ連続的に測定することができる装置を、低コストに製造することができる。
【００３２】
本発明に係る請求項９ないし１１に記載の酸素運搬の循環時間測定装置によれば、生体の吸気酸素濃度を変化させた時点を検出する第１の検出手段を簡便に設定することができると共に、循環時間を測定するための減光度比Φないし酸素飽和度ＳｐＯ2 の算出を容易化することができる。
【００３３】
本発明に係る請求項１２ないし１４に記載の酸素運搬の循環時間測定装置によれば、生体の複数の部位に装着した複数のセンサにより求めた血中酸素濃度により各部位までの酸素運搬状況を容易に把握できるように構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法および装置の実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００３５】
（１）システム構成の概要
図１は、本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法を実施する装置としてのシステム構成の概略を示すものである。すなわち、図１において、参照符号１０はは生体Ｂody の複数の所定部位における動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 を測定するためのパルスオキシメータを示し、このパルスオキシメータ１０に接続される吸光度検出センサを備え、生体Ｂody の鼻翼Ｎose に設けた第１のセンサ１２と、手の指先Ｆinger に設けた第２のセンサ１４と、足の指先Ｆoot に設けた第３のセンサ１６とが設けられている。また、生体Ｂody の口Ｍouthには、酸素供給手段としての酸素ボンベ２０が設けられている。
【００３６】
なお、動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の測定に際し、センサはそれぞれ発光部と受光部とを設け、その間に生体の測定部位を挟むように構成され、発光部には、発光波長が６６０ｎｍと９４０ｎｍの２つの発光ダイオードが用いられ、これらは交互に発光するように設定され、また受光部にはホトダイオードが用いられる。このようにして、前記センサの発光部から出て、生体の測定部位を通して受光部に到達した光の強度は、ホトダイオードによって電流に変換され、パルスオキシメータにおいて、さらに電圧に変換されて、それぞれの波長の透過光信号に分離される。そして、これら２つの透過光信号から吸光度の脈波形成分を取り出し、それらの振幅の比すなわち減光度比Φを算出し、酸素飽和度に換算することによって、動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 が得られる。
【００３７】
そこで、前記図１に示すシステム構成において、パルスオキシメータ１０により生体Ｂody の各部位における動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 を測定するに際し、例えば酸素ボンベ２０により酸素を吸気させて吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を変化させた場合、生体Ｂody の各部位に設けた第１〜第３のセンサ１２、１４、１６によってそれぞれ検出測定される減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の時間的変化は、図２に示すようになる。すなわち、図２から明らかなように、生体Ｂody に対して吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を変化させた時点から、それぞれの測定部位における動脈血の酸素飽和度が立上り変化する時点までの時間すなわち血流により酸素が運搬される循環時間を検出することができる。この場合、鼻翼Ｎose 、手の指先Ｆinger 、足の指先Ｆoot の順番で動脈血酸素飽和度の立上り変化が現れる。特に頭部は、手や足などの抹消血管が収縮して血流が減っている状況でも、血流が維持されるため、鼻翼Ｎose （頭部）における循環時間は心拍出量と良く相関する。また、前記吸気酸素濃度ＦｉＯ2 の変化に際しては、吸気酸素濃度をステップ状に変化させることにより、連続的な循環時間の検出を行うことができる（図３参照）。
【実施例１】
【００３８】
図４は、本発明に係る血流による酸素運搬の循環時間測定方法の一実施例としての循環時間測定装置を示す系統図である。すなわち、図４においては、被験者の右足指Ｆoot-Ｒ、左足指Ｆoot-Ｌ、および左手指Ｆing-Ｌからなる各測定部位に対して、それぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn と、減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn とがそれぞれ接続され、さらに前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn を介して、循環時間測定部３０および表示部（記録部）３２とがそれぞれ接続された構成からなる。
【００３９】
このように構成された本実施例の循環時間測定装置においては、図５に示すように、被験者の前記各測定部位にそれぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn を装着し（ＳＴＥＰ−１１）、前記各測定部位における動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 を前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定する（ＳＴＥＰ−１２）。そこで、被験者の吸気酸素量を、深呼吸ないし息こらえにより変化させ（ＳＴＥＰ−１３）、前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定される動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の波形より部位間の循環時間差を前記循環時間測定部３０において計算することができる（ＳＴＥＰ−１４）。なお、このようにして測定された循環時間差は、前記表示部（記録部）３２において、適宜表示ないし記録する。
【００４０】
前記本実施例の循環時間測定装置において、被験者が深呼吸を５回行った後、所要の無呼吸状態を保った場合における、被験者の右足指Ｆoot-Ｒと左足指Ｆoot-Ｌとについての動脈血の減光度比Φの測定結果は、図６の（ａ）に示す通りである。そこで、被験者の右足大腿部を１２０ｍｍＨｇの圧力で圧迫した場合の前記と同様の測定結果は、図６の（ｂ）に示す通りとなった。このような測定結果により、最大値を示す時間の差を循環時間差とした時に、右足に対する循環時間に遅れ（２９秒）を生じることから、右足の血管についての異常を検出することができる。また、別の方法として、２つの部位間で測定したΦまたはＳｐＯ2 の相互相関係数を計算し、相互相関係数が最大となる時間を循環時間差とすることもできる。図６の（ｂ）の２つの波形の相互相関係数を図６の（ｃ）に示す。
【実施例２】
【００４１】
図７は、本発明に係る血流による酸素運搬の循環時間測定方法の別の実施例としての循環時間測定装置を示す系統図である。すなわち、図７においては、被験者の額Ｂrow 、手指Ｆing 、および足指Ｆoot からなる各測定部位に対して、それぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn と、減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn とがそれぞれ接続され、さらに前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn を介して、循環時間測定部３０および表示部（記録部）３２とがそれぞれ接続された構成からなる。さらに、本実施例においては、被験者の口Ｍouthに対して、フローセンサ２２を設けて、深呼吸や息こらえに際しての呼吸流量や換気量を測定するように構成する。
【００４２】
このように構成された本実施例の循環時間測定装置においては、図８に示すように、被験者の前記各測定部位にそれぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn を装着し（ＳＴＥＰ−２１）、前記各測定部位における動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 を前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定する（ＳＴＥＰ−２２）。そこで、被験者の吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を、深呼吸ないし息こらえにより変化させると共に、この場合における被験者の呼吸流量ないし換気量をフローセンサ２２により測定する（ＳＴＥＰ−２３）。そして、この吸気酸素量を変化させた時点を検出すると共に、前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定される動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の変化、特に立上り変化する時点までの時間、すなわち酸素運搬の循環時間を前記循環時間測定部３０において測定することについて、解析時間の設定を行う（ＳＴＥＰ−２４）と共に、この設定された解析時間の範囲内に前記循環時間の測定を行う（ＳＴＥＰ−２５、ＳＴＥＰ−２６）。なお、このようにして測定された循環時間は、前記表示部（記録部）３２において、適宜表示ないし記録する。
【００４３】
従って、本実施例の循環時間測定装置において、それぞれ測定される循環時間は、呼吸流量ないし換気量と各測定部位における動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 との相互相関係数を測定することができ、相互相関係数が最大となる時間を循環時間とすることができる。しかも、得られる循環時間は、心拍出量と相関する中心循環の指標となる。
【実施例３】
【００４４】
図９は、本発明に係る血流による酸素運搬の循環時間測定方法のさらに別の実施例としての循環時間測定装置を示す系統図である。すなわち、図９においては、被験者の額Ｂrow 、手指Ｆing 、および足指Ｆoot からなる各測定部位に対して、それぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn と、減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn とがそれぞれ接続され、さらに前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn を介して、循環時間測定部３０および表示部（記録部）３２とがそれぞれ接続された構成からなる。さらに、本実施例においては、被験者の口Ｍouthに対して、酸素ボンベ２０からの酸素ガスＯ2 と空気Ａirとの混合比を調製し得る切替弁２４を設けると共に、その時の吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を検出する吸気酸素濃度センサ２６を設けた構成からなる。
【００４５】
このように構成された本実施例の循環時間測定装置においては、図１０に示すように、被験者の前記各測定部位にそれぞれ吸光度検出センサＳ1 、Ｓ2 、…Ｓn を装着し（ＳＴＥＰ−３１）、前記各測定部位における動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 を前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定する（ＳＴＥＰ−３２）。そこで、前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn における測定間隔を設定する（ＳＴＥＰ−３３）。そして、予め設定した測定間隔での定時測定時間を判定して（ＳＴＥＰ−３４）、被験者の吸気に合わせて前記切替弁２４を切り替え操作して、１呼吸だけ１００％の酸素を吸入させて、吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を変化させる（ＳＴＥＰ−３５）。そして、この吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を変化させた時点を検出すると共に、前記各測定部Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn により測定される動脈血の減光度比Φないし動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の変化、特に立上り変化する時点までの時間、すなわち酸素運搬の循環時間を前記循環時間測定部３０において測定する（ＳＴＥＰ−３６）と共に、この予め設定された測定時間の範囲内に前記循環時間の測定を行う（ＳＴＥＰ−３７）。なお、このようにして測定された循環時間は、前記表示部（記録部）３２において、適宜表示ないし記録する。
【００４６】
従って、本実施例の循環時間測定装置において、被験者の吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を変化させた場合の各測定部位における動脈血の減光度比Φと、循環時間との相関は、図１１の（ａ）に示す通りである。また、図１１の（ｂ）は、循環時間の測定をより明確にするため、動脈血の減光度比Φについて、所定の閾値に対する差分値を算出して、循環時間との相関を示したものである。また、本実施例の循環時間測定装置においては、被験者の吸気酸素濃度ＦｉＯ2 を、通常の空気吸入に際し、５分に１回の割合で、１００％酸素ガスＯ2 を約１０秒程度でパルス状に切り替えて変化させることにより、５分間隔の循環時間についての間欠測定を行うことができる。この場合、切替弁２４の切り替えは自動または手動により行うことが可能である。また、間欠測定を行うことにより、患者に対する呼吸管理を複雑にすることなく、循環時間の測定を行うことができる。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法および装置のシステム構成例を示す概略説明図である。
【図２】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法および装置において、吸気酸素濃度ＦｉＯ2 の変化に伴う生体組織の各部位における動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の変化特性を示す波形説明図である。
【図３】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法および装置において、ステップ状に入力される吸気酸素濃度ＦｉＯ2 の変化に対し、動脈血酸素飽和度ＳｐＯ2 の出力変化特性を示す波形説明図である。
【図４】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法を実施する装置の一実施例を示す系統説明図である。
【図５】図４に示す循環時間測定装置において、本発明に係る酸素運搬の循環時間測定を行うための操作プログラムを示すフローチャート図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図４に示す循環時間測定装置により、深呼吸および息こらえによって生体組織の各部位において測定される減光度比Φの時間的変化を示す特性線図、（ｃ）は（ｂ）の２つの波形の相互相関係数を示す特性線図である。
【図７】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法を実施する装置の別の実施例を示す系統説明図である。
【図８】図７に示す循環時間測定装置において、本発明に係る酸素運搬の循環時間測定を行うための操作プログラムを示すフローチャート図である。
【図９】本発明に係る酸素運搬の循環時間測定方法を実施する装置のさらに別の実施例を示す系統説明図である。
【図１０】図９に示す循環時間測定装置において、本発明に係る酸素運搬の循環時間測定を行うための操作プログラムを示すフローチャート図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図９に示す循環時間測定装置により、酸素吸入によって生体組織の各部位において測定される減光度比Φの時間的変化を示す特性線図である。
【図１２】従来の色素希釈法により測定された心係数と平均循環時間との関係を示すもので、（ａ）は男女についてそれぞれの関係を示す特性線図、（ｂ）は心係数と身長により補正した平均循環時間との関係を示す特性線図である。
【図１３】従来の色素希釈法により測定されたＩＣＧ（Ｉndocyanine Ｇreen）の到達時間の関係を示すもので、（ａ）は鼻翼での測定結果を示す特性線図、（ｂ）は指先での測定結果を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ パルスオキシメータ
１２ 第１のセンサ
１４ 第２のセンサ
１６ 第３のセンサ
２０ 酸素ボンベ
Ｓ1 、Ｓ2 、…Ｓn 吸光度検出センサ
Ｍ1 、Ｍ2 、…Ｍn 測定部
２２ フローセンサ
２４ 切替弁
２６ 吸気酸素濃度センサ
３０ 循環時間測定部
３２ 表示部（記録部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサを用いて生体から抽出した動脈血の吸光度信号に基づいて酸素飽和度の変化を算出する装置において、
生体への吸気酸素量を変化させると共にその変化させた時点を基準点とし、該基準点から動脈血の酸素飽和度が変化する時点までの時間を測定することを特徴とする酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項２】
前記生体の吸気酸素量の変化は、深呼吸および／または息こらえにより発生させることを特徴とする請求項１記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項３】
前記生体の吸気酸素量の変化は、吸入酸素ガスの濃度変化により発生させることを特徴とする請求項１記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項４】
前記センサにより検出測定された動脈血の吸光度に基づく酸素飽和度の変化は、パルスオキシメータを使用して、生体の各部位に装着したセンサにより検出測定される吸光度に基づく減光度比Φないし酸素飽和度ＳｐＯ2 として算出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項５】
前記センサが異なる複数の部位に装着された複数のセンサであり、異なる複数の部位における酸素運搬の循環時間を測定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項６】
前記複数のセンサにより、複数の部位間の循環時間の差を求めることを特徴とする請求項５記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項７】
前記複数のセンサにより測定された減光度比Φないし酸素飽和度ＳｐＯ2 の相互相関係数が最大となる時間を求めることにより循環時間の差を求めることを特徴とする請求項６記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項８】
生体の所定部位に装着して動脈血の吸光度をそれぞれ検出測定するためのセンサと、
前記センサにより検出測定された動脈血の吸光度に基づいて酸素飽和度の変化を算出する酸素飽和度演算手段と、
生体の吸気酸素量を変化させた時点を検出する第１の検出手段と、
前記酸素飽和度演算手段により得られる動脈血の酸素飽和度の変化において、前記第１の検出手段による検出時点から、動脈血の酸素飽和度が変化する時点までの時間を測定する循環時間測定手段とを、備えることを特徴とする酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項９】
前記第１の検出手段としてフローセンサを使用し、吸気酸素量を変化させた時点の検出を前記フローセンサにより呼吸流量または換気量の変化に対応するように設定したことを特徴とする請求項８記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項１０】
前記第１の検出手段として酸素ボンベからの酸素吸気を制御する開閉弁を使用し、吸気酸素濃度を変化させた時点の検出を前記開閉弁の切り替え操作に対応するように設定したことを特徴とする請求項８記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項１１】
前記酸素飽和度演算手段は、パルスオキシメータを使用することを特徴とする請求項８記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項１２】
前記センサを異なる複数の部位に装着する複数のセンサで構成し、異なる複数の部位における酸素運搬の循環時間を測定するように設定したことを特徴とする請求項８ないし１１のいずれかに記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項１３】
前記複数のセンサにより複数の部位間の循環時間の差を求めるように設定したことを特徴とする請求項１２記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項１４】
前記複数のセンサにより測定された減光度比Φないし酸素飽和度ＳｐＯ2 の相互相関係数が最大となる時間を求めることにより循環時間の差を求めることを特徴とする請求項１３記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項１】
センサを用いて生体から抽出した動脈血の吸光度信号に基づいて酸素飽和度の変化を算出する装置において、
生体への吸気酸素量を変化させると共にその変化させた時点を基準点とし、該基準点から動脈血の酸素飽和度が変化する時点までの時間を測定することを特徴とする酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項２】
前記生体の吸気酸素量の変化は、深呼吸および／または息こらえにより発生させることを特徴とする請求項１記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項３】
前記生体の吸気酸素量の変化は、吸入酸素ガスの濃度変化により発生させることを特徴とする請求項１記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項４】
前記センサにより検出測定された動脈血の吸光度に基づく酸素飽和度の変化は、パルスオキシメータを使用して、生体の各部位に装着したセンサにより検出測定される吸光度に基づく減光度比Φないし酸素飽和度ＳｐＯ2 として算出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項５】
前記センサが異なる複数の部位に装着された複数のセンサであり、異なる複数の部位における酸素運搬の循環時間を測定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項６】
前記複数のセンサにより、複数の部位間の循環時間の差を求めることを特徴とする請求項５記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項７】
前記複数のセンサにより測定された減光度比Φないし酸素飽和度ＳｐＯ2 の相互相関係数が最大となる時間を求めることにより循環時間の差を求めることを特徴とする請求項６記載の酸素運搬の循環時間測定方法。
【請求項８】
生体の所定部位に装着して動脈血の吸光度をそれぞれ検出測定するためのセンサと、
前記センサにより検出測定された動脈血の吸光度に基づいて酸素飽和度の変化を算出する酸素飽和度演算手段と、
生体の吸気酸素量を変化させた時点を検出する第１の検出手段と、
前記酸素飽和度演算手段により得られる動脈血の酸素飽和度の変化において、前記第１の検出手段による検出時点から、動脈血の酸素飽和度が変化する時点までの時間を測定する循環時間測定手段とを、備えることを特徴とする酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項９】
前記第１の検出手段としてフローセンサを使用し、吸気酸素量を変化させた時点の検出を前記フローセンサにより呼吸流量または換気量の変化に対応するように設定したことを特徴とする請求項８記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項１０】
前記第１の検出手段として酸素ボンベからの酸素吸気を制御する開閉弁を使用し、吸気酸素濃度を変化させた時点の検出を前記開閉弁の切り替え操作に対応するように設定したことを特徴とする請求項８記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項１１】
前記酸素飽和度演算手段は、パルスオキシメータを使用することを特徴とする請求項８記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項１２】
前記センサを異なる複数の部位に装着する複数のセンサで構成し、異なる複数の部位における酸素運搬の循環時間を測定するように設定したことを特徴とする請求項８ないし１１のいずれかに記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項１３】
前記複数のセンサにより複数の部位間の循環時間の差を求めるように設定したことを特徴とする請求項１２記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【請求項１４】
前記複数のセンサにより測定された減光度比Φないし酸素飽和度ＳｐＯ2 の相互相関係数が最大となる時間を求めることにより循環時間の差を求めることを特徴とする請求項１３記載の酸素運搬の循環時間測定装置。
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図３】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１】
【図２】
【図３】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２３１０１２（Ｐ２００６−２３１０１２Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９７０８０（Ｐ２００５−９７０８０）
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００２３０９６２）日本光電工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００２３０９６２）日本光電工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
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