マルチディテクタ無侵襲組織反射光オキシメータシステムの開発研究 -臓器内ヘモグロビン量及び酸素飽和度の三次元マッピングへの応用-

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08408038
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 高谷 節雄 山形大学, 工学部, 教授 (40154786)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野川 雅道 山形大学, 工学部, 助手 (40292445) ; 渡邊 隆夫 山形大学, 医学部, 助教授 (60138922) ; 島崎 靖久 山形大学, 医学部, 教授 (60116043) ; 宮本 嘉巳 山形大学, 工学部, 教授 (30001689)
• Keywords: 反射型パルスオキシメータ / ヘモグロビン酸素飽和度 / ヘモグロビン量 / ホトダイオード / 発光ダイオード / 多層組織モデル / 光子拡散理論 / 人工心臓

Research Abstract

本年度は、1)反射型パルスオキシメータの生体計測への応用、2)血液酸素飽和度計測用センサの開発、及び3) 組織モデルでの酸素飽和度計測システムの開発を中心に研究を進めた。
1) 反射型パルスオキシメータは、730と880nm波長のLEDチップをホトダイオードと同平面上に、半径7mmの距離に8個等間隔に配置して作成した。チップ表面はクリアーなエポキシ樹脂でカバーし、表面は研磨して作成した。正常被験者30名で反射光信号のレベルを測定した結果、前頭部及び胸部での反射光電子脈波は指先のそれと比較して、30%、10%に減衰した。しかし、反射型センサで測定不可能な被験者は存在しなかった。続いて、循環不全患者にてセンサの評価を試みた。結果、循環器系疾患患者でも前頭部や胸部で反射光パルスが計測可能なことが確認され、反射型センサの有用性が示唆された。
2) 人工心臓の流量制御への応用を前提に、全血の反射光を測定しヘモグロビン量と酸素飽和度が推測可能なセンサの設計・評価を行った。光源としては、730、830nmLEDチップをホトダイオードより約2mmの距離に配置し、ヘモグロビン量は830nmの反射光値で、酸素飽和度は730と830nmの反射光値の比を直線近似して求めた。牛血を使用した実験で、830nmでの反射光値はヘモグロビン量と相関を示したが、酸素飽和度の変化により影響を受けた。730と830nmの反射光値の比は酸素飽和度と直線関係を示し(R^2=0.9899,SD=2.61%)、ヘモグロビン又はヘマトクリット値の変動(30-52%)による影響は見られなかった。
3) 2)の結果を組織モデルに応用し、同じ波長を使用し、複数(46個)のホトダイオードを光源から1mm間隔で1-5cmの距離に配置し、組織深部の影響による反射光の変化を定量化する目的で、センサの作成、実験的多層組織モデルと理論的モデルの構築を開始した。

Research Products

• [Publications] Nogawa M,Kaiwa T,Takatani S: "A novel hybrid reflectance pulse oximeter sensor with improved linearity and general applicability to various portions of the body" Proceedings of the 20^<th> Annual Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 20・4. 1858-1861 (1998)
• [Publications] 海和、高谷他: "磁気浮上型遠心ポンプ内における光学的手法による血液ヘマトクリット測定" 人工臓器. 21・1. 173-177 (1999)
• [Publications] Kaiwa T,Takatani S et al: "Measurement of blood hematocritinside the magnetically suspended centrifugal pump using an optical technique" Artificial Organs. in press. (1999)
• [Publications] 海和、高谷他: "血中酸素飽和度及びヘマトクリット測定用ハイブリッド型反射光センサの開発" 第38回日本ME学会論文集. 印刷中. (1999)
• [Publications] 野川、高谷他: "臨床応用を目指した反射型パルスオキシメトリの多層モデルの影響" 第38回日本ME学会論文集. 印刷中. (1999)
• [Publications] 富田、高谷他: "反射型光電子脈波による循環動態計測" 第38回日本ME学会論文集. 印刷中. (1999)