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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022119863
(43)【公開日】2022-08-17
(54)【発明の名称】胎児の脳の酸素化を測定するためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
A61B 8/12 20060101AFI20220809BHJP
A61B 8/13 20060101ALI20220809BHJP
【ＦＩ】
A61B8/12
A61B8/13
【審査請求】有
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022082486
(22)【出願日】2022-05-19
(62)【分割の表示】P 2020094591の分割
【原出願日】2015-07-08
(31)【優先権主張番号】62/021,946
(32)【優先日】2014-07-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/168,081
(32)【優先日】2015-05-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】508152917
【氏名又は名称】ザ ボード オブ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティー オブ テキサス システム
(71)【出願人】
【識別番号】517008526
【氏名又は名称】ノンインベイシックス，インク．
(74)【代理人】
【識別番号】100082072
【弁理士】
【氏名又は名称】清原 義博
(72)【発明者】
【氏名】クーパー，トミー，ジー．
(72)【発明者】
【氏名】オルソン，ゲイル，エル．
(72)【発明者】
【氏名】サーデ，ジョージ
(72)【発明者】
【氏名】ペトロフ，アイリーン
(72)【発明者】
【氏名】ペトロフ，ユーリー
(72)【発明者】
【氏名】プロー，ドナルド，エス．
(72)【発明者】
【氏名】エセナリエフ，リナト
(57)【要約】 （修正有）
【課題】被験体の生理的パラメータを光音響的に判定し酸素化をモニタリングする医療装置を提供する。
【解決手段】光音響診断システム、装置、および方法が記載されている。システムは、コンソールユニットと手持ちプローブを含んでもよい。コンソールユニットは、制御装置、プロセッサ、フォトダイオードアレイ、音響処理サブシステム、および冷却サブシステムを含む。プローブは、フォトダイオードアレイから患者の組織まで光信号を方向づける。光信号は各々、対象の生理的パラメータに基づいて選択される様々な波長を有する。プローブはさらに、方向づけられた光信号に応答して生成された音響信号を受け取る音響トランスデューサを含む。プローブは、分娩中に子宮内の胎児の頭蓋に向けることができる指で握る作業端部を含んでもよい。プローブは、帝王切開の処置が必要かどうかを判断するために胎児の血液酸素化を正確に判定することができる。
【選択図】図３
【解決手段】光音響診断システム、装置、および方法が記載されている。システムは、コンソールユニットと手持ちプローブを含んでもよい。コンソールユニットは、制御装置、プロセッサ、フォトダイオードアレイ、音響処理サブシステム、および冷却サブシステムを含む。プローブは、フォトダイオードアレイから患者の組織まで光信号を方向づける。光信号は各々、対象の生理的パラメータに基づいて選択される様々な波長を有する。プローブはさらに、方向づけられた光信号に応答して生成された音響信号を受け取る音響トランスデューサを含む。プローブは、分娩中に子宮内の胎児の頭蓋に向けることができる指で握る作業端部を含んでもよい。プローブは、帝王切開の処置が必要かどうかを判断するために胎児の血液酸素化を正確に判定することができる。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
胎児の酸素化をモニタリングする方法であって、
光出力部と音響トランスデューサを含むセンサーを膣に挿入する工程、
センサーを、子宮頚部を通って子宮へ進める工程、および、
センサーを胎児の頭部の上に位置付ける工程を含み、
センサーの光出力部が胎児の頭部へ光を放射し、センサーの音響トランスデューサが放射された光に応じて生成される音圧を検知し、
センサーが、検知された音圧に応じて胎児の酸素化を判定する、方法。
光出力部と音響トランスデューサを含むセンサーを膣に挿入する工程、
センサーを、子宮頚部を通って子宮へ進める工程、および、
センサーを胎児の頭部の上に位置付ける工程を含み、
センサーの光出力部が胎児の頭部へ光を放射し、センサーの音響トランスデューサが放射された光に応じて生成される音圧を検知し、
センサーが、検知された音圧に応じて胎児の酸素化を判定する、方法。
【請求項2】
センサーはプローブヘッドを含み、
センサーを膣に挿入する工程は、センサーのプローブヘッドを膣に挿入する工程を含む、請求項１に記載の方法。
センサーを膣に挿入する工程は、センサーのプローブヘッドを膣に挿入する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
センサーは、胎児の判定された酸素化を表示するように構成された酸素化モニターと、プローブヘッドを酸素化モニターに接続するケーブルを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
酸素化モニターと少なくともケーブルの一部は、プローブヘッドが膣に挿入されると、子宮の外部に留まる、請求項１－３のいずれかに記載の方法。
【請求項5】
光出力部はプローブヘッド中に導波路を含み、
ケーブルは１つ以上の光ファイバーを含み、
酸素化モニターは、１つ以上の光ファイバーを通って導波路に連結された１つ以上のレーザーダイオードまたは発光ダイオードを含む、請求項１－４のいずれかに記載の方法。
ケーブルは１つ以上の光ファイバーを含み、
酸素化モニターは、１つ以上の光ファイバーを通って導波路に連結された１つ以上のレーザーダイオードまたは発光ダイオードを含む、請求項１－４のいずれかに記載の方法。
【請求項6】
センサーを膣に挿入する工程は、プローブヘッドをユーザーの２本の指の指先で把持する工程を含む、請求項１－５のいずれかに記載の方法。
【請求項7】
センサーを胎児の頭部の上に位置付ける工程は、光出力部と音響トランスデューサを胎児の上矢状静脈洞に面するように位置決めする工程を含む、請求項１－６のいずれかに記載の方法。
【請求項8】
センサーを胎児の頭部の上に位置付ける工程は、プローブヘッドから伸びる光出力部の先端部を胎児の頭部の皮膚に接触させる工程を含む、請求項１－７のいずれかに記載の方法。
【請求項9】
センサーの光出力部は、胎児の上矢状静脈洞へ光を放射し、放射された光に応じて生成される音圧は上矢状静脈洞によって生成され、および、センサーは上矢状静脈洞の酸素化を判定する、請求項１－８のいずれかに記載の方法。
【請求項10】
センサーを膣に挿入する工程は、分娩中にセンサーを膣に挿入する工程を含む、請求項１－９のいずれかに記載の方法。
【請求項11】
光出力部によって放射される光は、１μＪ－１ｍＪのエネルギーを有する、請求項１－１０のいずれかに記載の方法。
【請求項12】
光出力部によって放射される光は、６８５－７１５ｎｍ、７１５－７４５ｎｍ、７４５－７７５ｎｍ、７９０－８２０ｎｍ、または８４５－８７５ｎｍの２以上の範囲の波長を有する、請求項１－１１のいずれかに記載の方法。
【請求項13】
光出力部によって放射される光は、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、または８６０ｎｍの２以上の範囲の波長を有する、請求項１－１２のいずれかに記載の方法。
【請求項14】
胎児の判定された酸素化は胎児の静脈の酸素化を含む、請求項１－１３のいずれかに記載の方法。
【請求項15】
胎児の酸素化をモニタリングする方法であって、
子宮内の胎児の頭部の上に位置付けられたセンサーの光出力部から光を放射する工程、
センサーの音響トランスデューサで音圧を検知する工程であって、音圧が放射された光に応じて生成される、工程、
検知された音圧に応じて胎児の酸素化を判定する工程、および、
胎児の判定された酸素化を、センサーを用いてユーザーに表示する工程、を含む、方法。
子宮内の胎児の頭部の上に位置付けられたセンサーの光出力部から光を放射する工程、
センサーの音響トランスデューサで音圧を検知する工程であって、音圧が放射された光に応じて生成される、工程、
検知された音圧に応じて胎児の酸素化を判定する工程、および、
胎児の判定された酸素化を、センサーを用いてユーザーに表示する工程、を含む、方法。
【請求項16】
センサーは光出力部と音響トランスデューサを含むプローブヘッドを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
光出力部はプローブヘッドのハウジングから外に伸びる先端部を含む、請求項１５－１６に記載の方法。
【請求項18】
センサーは、胎児の判定された酸素化を表示するように構成された酸素化モニターと、プローブヘッドを酸素化モニターに接続するケーブルを含む、請求項１５－１７のいずれかに記載の方法。
【請求項19】
光出力部は、プローブヘッド内に導波路を含み、ケーブルは１以上の光ファイバーを含み、酸素化モニターは、１つ以上の光ファイバーを介して導波路に連結された１つ以上のレーザーダイオードまたは発光ダイオードを含む、請求項１５－１８のいずれかに記載の方法。
【請求項20】
光出力部と音響トランスデューサは胎児の上矢状静脈洞に面する、請求項１５－１９のいずれかに記載の方法。
【請求項21】
センサーの光出力部は胎児の上矢状静脈洞へ光を放射し、放射された光に応じて生成される音圧は、上矢状静脈洞中によって生成され、センサーは上矢状静脈洞中の酸素化を判定する、請求項１５－２０のいずれかに記載の方法。
【請求項22】
光出力部によって放射される光は、１μＪ－１ｍＪのエネルギーを有する、請求項１５－２１のいずれかに記載の方法。
【請求項23】
光出力部によって放射される光は、６８５－７１５ｎｍ、７１５－７４５ｎｍ、７４５－７７５ｎｍ、７９０－８２０ｎｍ、または８４５－８７５ｎｍの２以上の範囲の波長を有する、請求項１５－２２のいずれかに記載の方法。
【請求項24】
光出力部によって放射される光は、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、または８６０ｎｍの２以上の範囲の波長を有する、請求項１５－２３のいずれかに記載の方法。
【請求項25】
胎児の判定された酸素化は胎児の静脈の酸素化を含む、請求項１５－２４のいずれかに記載の方法。
【請求項26】
胎児の酸素化をモニタリングするためのシステムであって、
前記システムは、
プロセッサ、光源、およびディスプレイを含むモニター、
ケーブル、および
ユーザーの２本の指の指先で保持され、かつケーブルを介してモニターに連結されるように構成されるプローブヘッドを含み、
プローブヘッドは光出力部と音響トランスデューサを含み、
光源はプローブヘッドの光出力部を通って胎児に放射される光を生成するように構成され、
音響トランスデューサは放射された光に応じて生成される音圧を検知するように構成され、
プロセッサは検知された音圧に応じて胎児の酸素化を判定するように構成され、および、
ディスプレイは判定された酸素化を表示するように構成される、システム。
前記システムは、
プロセッサ、光源、およびディスプレイを含むモニター、
ケーブル、および
ユーザーの２本の指の指先で保持され、かつケーブルを介してモニターに連結されるように構成されるプローブヘッドを含み、
プローブヘッドは光出力部と音響トランスデューサを含み、
光源はプローブヘッドの光出力部を通って胎児に放射される光を生成するように構成され、
音響トランスデューサは放射された光に応じて生成される音圧を検知するように構成され、
プロセッサは検知された音圧に応じて胎児の酸素化を判定するように構成され、および、
ディスプレイは判定された酸素化を表示するように構成される、システム。
【請求項27】
光出力部はプローブヘッドのハウジングから外に伸びる先端部を含む、請求項２６に記載のシステム。
【請求項28】
モニターの光源は１つ以上のレーザーダイオードまたは発光ダイオードを含む、請求項２６または２７に記載のシステム。
【請求項29】
モニターの光源は１μＪ－１ｍＪのエネルギーを有する光を生成するように構成される、請求項２６－２８のいずれかに記載のシステム。
【請求項30】
モニターの光源は、６８５－７１５ｎｍ、７１５－７４５ｎｍ、７４５－７７５ｎｍ、７９０－８２０ｎｍ、または８４５－８７５ｎｍの２以上の範囲の波長を有する光を生成するように構成される、請求項２６－２９のいずれかに記載のシステム。
【請求項31】
モニターの光源は、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、または８６０ｎｍの２以上の範囲の波長を有する光を生成するように構成される、請求項２６－３０のいずれかに記載のシステム。
【請求項32】
ケーブルは、光源により生成される光をプローブヘッドの光出力部へ方向づけるように構成された１つ以上の光ファイバーを含む、請求項２６－３１のいずれかに記載のシステム。
【請求項33】
プロセッサは検知された音圧に応じて胎児の静脈の酸素化を判定するように構成される、請求項２６－３２のいずれかに記載のシステム。
【請求項34】
胎児の脳の酸素化プローブであって、
胎児の頭部に光を放射するように構成された光出力部と、放射された光に応じて生成される音圧を検知するように構成された音響トランスデューサとを含むプローブヘッド、および、
モニターに連結するためにプローブヘッドから伸びるケーブルを含む、
プローブ。
胎児の頭部に光を放射するように構成された光出力部と、放射された光に応じて生成される音圧を検知するように構成された音響トランスデューサとを含むプローブヘッド、および、
モニターに連結するためにプローブヘッドから伸びるケーブルを含む、
プローブ。
【請求項35】
プローブヘッドはユーザーの２本の指の指先で把持されるのに適している、請求項３５に記載のプローブ。
【請求項36】
プローブヘッドは円筒状である、請求項３４または３５のいずれかに記載のプローブ。
【請求項37】
光出力部は、プローブヘッドのハウジングから外に伸びる先端部を含む、請求項３４－３６に記載のプローブ。
【請求項38】
ハウジングはプローブヘッドの中心を囲む連続的な丸い溝を含む光導波路を含む、請求項３４－３７のいずれかに記載のプローブ。
【請求項39】
光出力部は１つ以上の光ファイバーを含む、請求項３４－３８のいずれかに記載のプローブ。
【請求項40】
音響トランスデューサは圧電トランスデューサを含む、請求項３４－３９のいずれかに記載のプローブ。
【請求項41】
プローブヘッドは、音響トランスデューサが位置付けられる内部空間を規定するハウジングを含み、光出力部がその内部空間を通る、請求項３４－４０のいずれかに記載のプローブ。
【請求項42】
プローブヘッドは音響トランスデューサのための増幅器をさらに含む、請求項３４－４１のいずれかに記載のプローブ。
【請求項43】
プローブヘッドは、電磁干渉から音響センサーと増幅器を保護する電磁シールドを含む、請求項３４－４２のいずれかに記載のプローブ。
【請求項44】
プローブヘッドは、プローブヘッド内の望ましくないリンギングを吸収するように構成された音響減衰器をさらに含む、請求項３４－４３のいずれかに記載のプローブ。
【請求項45】
光出力部は、モニター内の光源によって生成される光を向けるように構成される、請求項３４－４４のいずれかに記載のプローブ。
【請求項46】
プローブヘッドは１μＪ－１ｍＪのエネルギーを有する光を放射するように構成される、請求項３４－４５のいずれかに記載のプローブ。
【請求項47】
光出力部によって放射される光は、６８５－７１５ｎｍ、７１５－７４５ｎｍ、７４５－７７５ｎｍ、７９０－８２０ｎｍ、または８４５－８７５ｎｍの２以上の範囲の波長を有する、請求項３４－４６のいずれかに記載のプローブ。
【請求項48】
光出力部によって放射される光は、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、または８６０ｎｍの２以上の範囲の波長を有する、請求項３４－４７のいずれかに記載のプローブ。
【請求項49】
被験体の酸素化を光音響的に判定する方法であって、
第１の波長を有する第１の光を被験体の組織に放射する工程、
第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を組織に放射する工程、
第１と第２の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光を組織に放射する工程、
第１、第２、および第３の放射された光に応じて組織により生成される音圧を検知する工程、および、
検知された音圧に応じて酸素化を判定する工程を含む、方法。
第１の波長を有する第１の光を被験体の組織に放射する工程、
第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光を組織に放射する工程、
第１と第２の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光を組織に放射する工程、
第１、第２、および第３の放射された光に応じて組織により生成される音圧を検知する工程、および、
検知された音圧に応じて酸素化を判定する工程を含む、方法。
【請求項50】
第１の波長は７９０から８２０ｎｍまでの範囲である、請求項４９に記載の方法。
【請求項51】
第１の波長は８０５ｎｍである、請求項４９または５０に記載の方法。
【請求項52】
第２または第３の波長は、６８５ｎｍから７１５ｎｍ、７１５ｎｍから７４５ｎｍ、７４５ｎｍから７７５ｎｍ、または８４５ｎｍから８７５ｎｍの範囲である、請求項４９－５１のいずれかに記載の方法。
【請求項53】
第２または第３の波長は、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、または８６０ｎｍである、請求項４９－５２のいずれかに記載の方法。
【請求項54】
第１、第２、および第３の光は共通の光源から放射される、請求項４９－５３のいずれかに記載の方法。
【請求項55】
共通の光源は第１の波長を備えた第１の光、第２の波長を備えた第２の光、および第３の波長を備えた第３の光の放射を迅速に切り替えるように構成される、請求項４９－５４のいずれかに記載の方法。
【請求項56】
第１、第２、および第３の光は共通の光ファイバーから組織に放射される、請求項４９－５５のいずれかに記載の方法。
【請求項57】
第１の光、第２の光、または第３の光の１つ以上は、少なくとも０．５マイクロジュールのエネルギー準位を有する、請求項４９－５６のいずれかに記載の方法。
【請求項58】
検知された音圧に応じて酸素化を判定する工程は、第１の放射された光と第２の放射された光に応じて検知された音圧の第１の差、および第１の放射された光と第３の放射された光に応じて検知された音圧の第２の差に応答して酸素化を判定する工程を含む、請求項４９－５７のいずれかに記載の方法。
【請求項59】
酸素化を判定する工程は、第１の差に応じて判定された酸素化と、第２の差に応じて判定された酸素化の平均に応じて酸素化を判定する工程を含む、請求項４９－５８のいずれかに記載の方法。
【請求項60】
放射された第１、第２、または第３の光の１つ以上は少なくとも１５０ｎｓのパルス幅を有する、請求項４９－５９のいずれかに記載の方法。
【請求項61】
放射された第１、第２、または第３の光の１つ以上は１０～２０００Ｈｚの反復率を有する、請求項４９－６０のいずれかに記載の方法。
【請求項62】
第１の波長は、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの間の実質的に等しい吸収度を有する、請求項４９－６１のいずれかに記載の方法。
【請求項63】
第２と第３の波長はオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの間で吸収度の差がある、請求項４９－６２のいずれかに記載の方法。
【請求項64】
被験体の酸素化を光音響的に判定するシステムであって、
前記システムは、
第１の波長を有する第１の光、第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光、および第１と第２の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光を、組織に放射するように構成される光源、
第１の放射された光、第２の放射された光、および第３の放射された光に応じて、組織により生成される音圧を検知するように構成される音響トランスデューサ、および、
検知された音圧に応じて酸素化を判定するように構成されるプロセッサ、を含むシステム。
前記システムは、
第１の波長を有する第１の光、第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光、および第１と第２の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光を、組織に放射するように構成される光源、
第１の放射された光、第２の放射された光、および第３の放射された光に応じて、組織により生成される音圧を検知するように構成される音響トランスデューサ、および、
検知された音圧に応じて酸素化を判定するように構成されるプロセッサ、を含むシステム。
【請求項65】
光源はレーザーダイオードまたは発光ダイオードのアレイを含む、請求項６４に記載のシステム。
【請求項66】
レーザーダイオードまたは発光ダイオードのアレイは、第１の光を放射するように構成された第１のレーザーダイオード、第２の光を放射するように構成された第２のレーザーダイオード、および第３の光を放射するように構成された第３のレーザーダイオードを含む、請求項６４または６５のいずれかに記載のシステム。
【請求項67】
第１の波長は７９０から８２０ｎｍまでの範囲である、請求項６４－６６のいずれかに記載のシステム。
【請求項68】
第１の波長は８０５ｎｍである、請求項６４－６７のいずれかに記載のシステム。
【請求項69】
第２または第３の波長は、６８５ｎｍから７１５ｎｍ、７１５ｎｍから７４５ｎｍ、７４５ｎｍから７７５ｎｍ、または８４５ｎｍから８７５ｎｍの範囲である、請求項６４－６８のいずれかに記載のシステム。
【請求項70】
第２または第３の波長は、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、または８６０ｎｍである、請求項６４－６９のいずれかに記載のシステム。
【請求項71】
第１の波長を備えた第１の光、第２の波長を備えた第２の光、および第３の波長を備えた第３の光の放射の間に光源を迅速に切り替えるように構成された制御装置をさらに含む、請求項６４－７０のいずれかに記載のシステム。
【請求項72】
光源に連結された共通の光ファイバーをさらに含み、第１、第２、および第３の光は共通の光源から送信される、請求項６４－７１のいずれかに記載のシステム。
【請求項73】
第１の光、第２の光、または第３の光の１つ以上は、少なくとも０．５マイクロジュールのエネルギー準位を有する、請求項６４－７２のいずれかに記載のシステム。
【請求項74】
プロセッサは、第１の放射された光と第２の放射された光に応じて検知された音圧の第１の差と、第１の放射された光と第３の放射された光に応じて検知された音圧の第２の差に応答して、酸素化を判定するように構成される、請求項６４－７３のいずれかに記載のシステム。
【請求項75】
プロセッサは、第１の差に応じて判定された酸素化と第２の差に応じて判定された酸素化の平均に応答して酸素化を判定するように構成される、請求項６４－７４のいずれかに記載のシステム。
【請求項76】
光源は少なくとも１５０ｎｓのパルス幅を有する第１、第２、または第３の光を放射するように構成される、請求項６４－７５のいずれかに記載のシステム。
【請求項77】
光源は１０～２０００Ｈｚの反復率を有する第１、第２、または第３の光を放射するように構成される、請求項６４－７６のいずれかに記載のシステム。
【請求項78】
第１の波長は、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの間の実質的に等しい吸収度を有する、請求項６４－７７のいずれかに記載のシステム。
【請求項79】
第２と第３の波長はオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの間で吸収度の差がある、請求項６４－７８のいずれかに記載のシステム。
【請求項80】
判定された酸素化を表示するように構成されたディスプレイをさらに含む、請求項６４－７９のいずれかに記載のシステム。
【請求項81】
被験体の酸素化をモニタリングするための、デスクトップサイズのコンソールであって、
前記コンソールは、
被験体の組織に向けられた光パルスを放射するためのレーザーダイオードサブシステムであって、
第１の波長を有する第１の光パルスを放射するように構成される第１のレーザーダイオード、
第１のレーザーダイオードの温度を調節するために第１のレーザーダイオードに連結される第１の熱電冷却器、
第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光パルスを放射するように構成される第２のレーザーダイオード、
第２のレーザーダイオードの温度を調節するために第２のレーザーダイオードに連結される第２の熱電冷却器、
第１の冷却ファン、および、
第１と第２のレーザーダイオードの温度を調節するべく、第１の冷却ファン、第１の熱電冷却器、または第２の熱電冷却器の１つ以上を制御するために、第１の冷却ファン、第１の熱電冷却器、または第２の熱電冷却器の１つ以上に連結される少なくとも１つの制御装置、
を含む、レーザーダイオードサブシステム、ならびに、
放射された光パルスに応答して組織内で生成された音圧を測定するための音響センサーサブシステムを含み、
被験体の酸素化は受け取った音圧に応じて判定される、コンソール。
前記コンソールは、
被験体の組織に向けられた光パルスを放射するためのレーザーダイオードサブシステムであって、
第１の波長を有する第１の光パルスを放射するように構成される第１のレーザーダイオード、
第１のレーザーダイオードの温度を調節するために第１のレーザーダイオードに連結される第１の熱電冷却器、
第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光パルスを放射するように構成される第２のレーザーダイオード、
第２のレーザーダイオードの温度を調節するために第２のレーザーダイオードに連結される第２の熱電冷却器、
第１の冷却ファン、および、
第１と第２のレーザーダイオードの温度を調節するべく、第１の冷却ファン、第１の熱電冷却器、または第２の熱電冷却器の１つ以上を制御するために、第１の冷却ファン、第１の熱電冷却器、または第２の熱電冷却器の１つ以上に連結される少なくとも１つの制御装置、
を含む、レーザーダイオードサブシステム、ならびに、
放射された光パルスに応答して組織内で生成された音圧を測定するための音響センサーサブシステムを含み、
被験体の酸素化は受け取った音圧に応じて判定される、コンソール。
【請求項82】
レーザーダイオードサブシステムはさらに、第１と第２の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光パルスを放射するように構成される第３のレーザーダイオードと、第３のレーザーダイオードの温度を調節するために、第３のレーザーダイオードに連結される 第３の熱電冷却器を備え、
少なくとも１つの制御装置は、第３のレーザーダイオードの温度を調節するために、第３の熱電冷却器にさらに連結される、請求項８１に記載のコンソール。
少なくとも１つの制御装置は、第３のレーザーダイオードの温度を調節するために、第３の熱電冷却器にさらに連結される、請求項８１に記載のコンソール。
【請求項83】
レーザーダイオードサブシステムはさらに、第１のレーザーダイオードの温度を測定するための第１の温度センサー、第２のレーザーダイオードの温度を測定するための第２の温度センサー、および、第３のレーザーダイオードの温度を測定するための第３の温度センサーを含み、少なくとも１つの制御装置は、第１、第２、および第３の温度センサーによって測定される温度に応じて第１、第２、および第３のレーザーダイオードの温度を調節するように構成される、請求項８１または８２のいずれかに記載のコンソール。
【請求項84】
第１、第２、または、第３の波長は、６８５ｎｍ～７１５ｎｍ、７１５ｎｍ～７４５ｎｍ、７４５ｎｍ～７７５ｎｍ、７９０ｎｍ～８２０ｎｍ、または８４５ｎｍ～８７５ｎｍの範囲である、請求項８１－８３のいずれかに記載のコンソール。
【請求項85】
レーザーダイオードサブシステムは、第１のレーザーダイオードの温度を測定するための第１の温度センサーと、第２のレーザーダイオードの温度を測定するための第２の温度センサーとを含み、少なくとも１つの制御装置は、第１および第２の温度センサーによって測定される温度に応じて第１および第２のレーザーダイオードの温度を調節するように構成される、請求項８１－８４のいずれかに記載のコンソール。
【請求項86】
第１または第２の波長は、６８５ｎｍ～７１５ｎｍ、７１５ｎｍ～７４５ｎｍ、７４５ｎｍ～７７５ｎｍ、７９０ｎｍ～８２０ｎｍ、または８４５ｎｍ～８７５ｎｍの範囲である、請求項８１－８５のいずれかに記載のコンソール。
【請求項87】
レーザーダイオードサブシステムを制御するためにレーザーダイオードサブシステムに連結される、および、測定された音圧を受け取るために音響センサーサブシステムに連結されるプロセッサをさらに含む、請求項８１－８６のいずれかに記載のコンソール。
【請求項88】
プロセッサは測定された音圧に応じて被験体の酸素化を判定するように構成される、請求項８１－８７のいずれかに記載のコンソール。
【請求項89】
レーザーダイオードサブシステム、音響センサーサブシステム、およびプロセッサに連結された電源をさらに含む、請求項８１－８８のいずれかに記載のコンソール。
【請求項90】
判定された酸素化をユーザーに表示するためにプロセッサに連結されたディスプレイをさらに含む、請求項８１－８９のいずれかに記載のコンソール。
【請求項91】
ディスプレイはコンソールを操作するためのタッチスクリーンを含む、請求項８１－９０のいずれかに記載のコンソール。
【請求項92】
レーザーダイオードサブシステム、音響センサーサブシステム、およびプロセッサを囲むデスクトップサイズのハウジングをさらに含む、請求項８１－９１のいずれかに記載のコンソール。
【請求項93】
コンソールを冷やすために、プロセッサまたは音響センサーサブシステムの１つ以上に連結される、第２の冷却ファンをさらに含む、請求項８１－９２のいずれかに記載のコンソール。
【請求項94】
プロセッサは被験体の医療記録にアクセス可能である、請求項８１－９３のいずれかに記載のコンソール。
【請求項95】
レーザーダイオードサブシステムのための出力ポートと、音響センサーサブシステムのための入力ポートをさらに含む、請求項８１－９４のいずれかに記載のコンソール。
【請求項96】
出力ポートと入力ポートは、被験体の組織に１つ以上の光パルスを放射するとともに組織内で生成された音圧を受け取るために、センサモジュールまたは光音響プローブに連結されるように構成される、請求項８１－９５のいずれかに記載のコンソール。
【請求項97】
出力ポートと入力ポートは、１つ以上の光ファイバーを含むケーブルでセンサモジュールまたは光音響プローブに連結されるように構成される、請求項８１－９６のいずれかに記載のコンソール。
【請求項98】
被験体の酸素化をモニタリングする方法であって、
第１の波長を有する第１の光パルスを、第１のレーザーダイオードで生成する工程、
第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光パルスを、第２のレーザーダイオードで生成する工程、
第１と第２のレーザーダイオードの温度を、第１のレーザーダイオードに連結された第１の熱電冷却器、第２のレーザーダイオードに連結された第２の熱電冷却器、および第１の冷却ファンで調節する工程、
生成された第１と第２の光パルスを被験体の組織に方向づける工程、
方向づけられた第１と第２の光パルスに応じて組織で生成される音圧を測定する工程、および、
測定された音圧に応じて被験体の酸素化を判定する工程、
を含む、方法。
第１の波長を有する第１の光パルスを、第１のレーザーダイオードで生成する工程、
第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光パルスを、第２のレーザーダイオードで生成する工程、
第１と第２のレーザーダイオードの温度を、第１のレーザーダイオードに連結された第１の熱電冷却器、第２のレーザーダイオードに連結された第２の熱電冷却器、および第１の冷却ファンで調節する工程、
生成された第１と第２の光パルスを被験体の組織に方向づける工程、
方向づけられた第１と第２の光パルスに応じて組織で生成される音圧を測定する工程、および、
測定された音圧に応じて被験体の酸素化を判定する工程、
を含む、方法。
【請求項99】
第１と第２の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光パルスを、第３のレーザーダイオードで生成する工程、
第３のレーザーダイオードの温度を、第３のレーザーダイオードと第１の冷却ファンに連結された第３の熱電冷却器で調節する工程、および、
生成された第３の光パルスを被験体の組織に方向づける工程をさらに含み、
測定された音圧が、方向づけられた第１、第２、および第３の光パルスに応じて組織内で生成される、請求項９８に記載の方法。
第３のレーザーダイオードの温度を、第３のレーザーダイオードと第１の冷却ファンに連結された第３の熱電冷却器で調節する工程、および、
生成された第３の光パルスを被験体の組織に方向づける工程をさらに含み、
測定された音圧が、方向づけられた第１、第２、および第３の光パルスに応じて組織内で生成される、請求項９８に記載の方法。
【請求項100】
第１のレーザーダイオードの温度を測定する工程、第２のレーザーダイオードの温度を測定する工程、第３のレーザーダイオードの温度を測定する工程、および、測定された温度に応じて第１、第２、および第３のレーザーダイオードの温度を調節する工程をさらに含む、請求項９８または９９に記載の方法。
【請求項101】
第１、第２、または、第３の波長は、６８５ｎｍ～７１５ｎｍ、７１５ｎｍ～７４５ｎｍ、７４５ｎｍ～７７５ｎｍ、７９０ｎｍ～８２０ｎｍ、または８４５ｎｍ～８７５ｎｍの範囲である、請求項９８－１００に記載の方法。
【請求項102】
第１のレーザーダイオードの温度と第２のレーザーダイオードの温度を測定する工程、および、測定された温度に応じて第１および第２のレーザーダイオードの温度を調節する工程をさらに含む、請求項９８－１０１に記載の方法。
【請求項103】
第１または第２の波長は、６８５ｎｍ～７１５ｎｍ、７１５ｎｍ～７４５ｎｍ、７４５ｎｍ～７７５ｎｍ、７９０ｎｍ～８２０ｎｍ、または８４５ｎｍ～８７５ｎｍの範囲である、請求項９８－１０２に記載の方法。
【請求項104】
被験体の判定された酸素化を表示する工程をさらに含む、請求項９８－１０３に記載の方法。
【請求項105】
第１および第２のレーザーダイオードの温度を第２の冷却ファンで調節する工程をさらに含む、請求項９８－１０４に記載の方法。
【請求項106】
第２の冷却ファンは、第１のレーザーダイオード、第２のレーザーダイオード、および第１の冷却ファンを囲むハウジングで囲まれる、請求項９８－１０５に記載の方法。
【請求項107】
生成された第１と第２の光パルスを被験体の組織に方向づける工程は、第１と第２のフォトダイオードに連結されたセンサモジュールまたは光音響センサーの光導波路を用いて第１と第２の光パルスを方向づける工程を含む、請求項９８－１０６に記載の方法。
【請求項108】
音圧は、センサモジュールまたは光音響センサーの音響トランスデューサによって測定される、請求項９８－１０７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
＜相互参照＞
本出願は、２０１４年７月８日に出願され、「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｆｅｔａｌ Ｃｅｒｅｂｒａｌ Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ」と題する米国仮出願第６２／０２１，９４６号と、２０１５年５月２９日に出願され、「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｆｅｔａｌ Ｃｅｒｅｂｒａｌ Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ」と題する第６２／１６８，０８１号の利益を主張するものであり、当該文献は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１４年７月８日に出願され、「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｆｅｔａｌ Ｃｅｒｅｂｒａｌ Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ」と題する米国仮出願第６２／０２１，９４６号と、２０１５年５月２９日に出願され、「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｆｅｔａｌ Ｃｅｒｅｂｒａｌ Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ」と題する第６２／１６８，０８１号の利益を主張するものであり、当該文献は参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本出願の主題は以下の特許と特許出願の主題に関する：１９９８年１０月２７日に出願され、「Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ Ｔｉｓｓｕｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」と題された米国特許第６，３０９，３５２号、２００２年１２月２４日に出願され、「Ｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｂｌｏｏｄ Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ」と題された第６，４９８，９４２号、２００４年４月２０日に出願され、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ Ａｎａｌｙｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ」と題された第６，７２５，０７３号、２００４年６月１５日に出願され、「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｈｅｍｏｇｌｏｂｉｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｈｅｍａｔｏｃｒｉｔ」と題された第６，７５１，４９０号、２００８年９月３０日に発行され、「Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ Ｂｌｏｏｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｂｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｖｅｉｎｓ Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｔｏｎｇｕｅ」と題された第７，４３０，４４５号、２０１２年３月１３日に発行され、「Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ Ｇｌｕｃｏｓｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題された第８，１３５，４６０号、２０１３年１月８日に出願され、「Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ Ｂｌｏｏｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｂｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｖｅｉｎｓ Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｔｏｎｇｕｅ」と題された第８，３５２，００５号、および、２００７年４月１１日に出願され、「Ｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ」と題された米国特許出願第１２／１０１，８９１号、２０１２年６月２９日に出願され、「Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ， Ａｃｃｕｒａｔｅ Ｇｌｕｃｏｓｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ＯＣＴ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｔｉｓｓｕｅ Ｗａｒｍｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ」と題された第１３／５３８，６８７号。これらの文献の内容物は参照により本明細書に完全に組み込まれる。
【0003】
政府の支援を受けた研究の通知
本発明は国立衛生研究所（ＮＩＨ）によって与えられた認可／契約番号１Ｒ４３ＨＤ０７５５５１－０１の下で政府の支援を受けて行われた。政府は本発明の一定の権利を有する。
本発明は国立衛生研究所（ＮＩＨ）によって与えられた認可／契約番号１Ｒ４３ＨＤ０７５５５１－０１の下で政府の支援を受けて行われた。政府は本発明の一定の権利を有する。
【背景技術】
【0004】
分娩中の低酸素脳症は、死亡または重篤な神経学的合併症（例えば脳性麻痺）の危険因子を表す。現在、基本心拍数の変化と、胎児心拍数（ＦＨＲ）の変動およびＦＨＲ一過性徐脈のタイミングの変化を使用して、胎児窒息を間接的に評価する胎児心拍数（ＦＨＲ）モニター以外に、低酸素脳症を検知するために使用することができる市販のモニターはない。胎児心拍数のモニタリングは胎児の酸素化に関する重要な情報を提供するが、こうした情報は多少制限されており、脳性麻痺の危険に関する情報をあたえるものではない。結果として、多くの帝王切開が、分娩の所要時間を減らすことにより分娩時の胎児窒息のリスクを軽減するための防衛処置として行われる。不運なことに、防衛のための帝王切開は母体のリスクの増加を伴う。米国では、３３％を超える帝王切開率での母体死亡率は、３３％未満の帝王切開率での母体死亡率よりも２１％高い。
【0005】
ＦＨＲによって提供される情報が制限されることと帝王切開処置に関連するリスクを考慮すると、胎児の脳の酸素化（つまり、ヘモグロビン飽和）を測定するより直接的な方法があることが望ましいことが認識されよう。
【0006】
対象となる文献は以下を含む：米国特許第４，５３７，１９７号、第５，０８８，４９３号、第５，０９９，８４２号、第５，２２８，４４０号、第５，３４８，００２号、第５，３７７，６７３号、第５，８２３，９５２号、第５，８４０，０２３号、第５，９４１，８２１号、第６，０４９，７２８号、第６，３８１，４８０号、第６，５５３，２４２号、第６，５９４，５１５号、第６，４６３，３１１号、第６，４６６，８０６号、第６，４８４，０４４号、第６，５６７，６７８号、第６，７５１，４９０号、第６，８４６，２８８号、第７，１６４，９３８号、第７，３２２，９７２号、第７，５１５，９４８号、第７，７４７，３０１号、第７，９１６，２８３号、第８，１２１，６６３号、第８，２８０，４６９号、第８，３３２，００６号、第８，４２３，１１１号、第８，５０１，０９９号、第８，７８１，５４８号、第８，８５２，０９５号、第８，８６４，６６７号、第８，８８５，１５５号、および、第８，９３４，９５３号；米国特許出願公開第２００６／１００５３０号、第２００６／１８４０４２号、第２００７／０１５９９２号、第２００９／０６９６５２号、第２００９／１０８２０５号、第２０１０／０８１９０４号、第２０１１／２３９７６６号、第２０１３／１１２００１号、第２０１３／１９０５８９号、第２０１３／３２４８１５号、第２０１４／１４２４０４号、第２０１４／２７５９４３号、第２０１４／３４３３８４号、第２０１４／３７８８１１号、第２０１５／０５１４７３号、および第２０１５／０９９９７３号；ドイツ特許出願公開第Ｄｅ４４００６７４Ａ１号；ならびに、Ｐｅｔｒｏｖａらの「Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｃｅｒｅｂｒａｌ ｂｌｏｏｄ ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｏｖｉｎｅ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｓａｇｉｔｔａｌ ｓｉｎｕｓ ｗｉｔｈ ｎｏｖｅｌ ｍｕｌｔｉ－ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｙｓｔｅｍ」（２７ Ａｐｒｉｌ ２００９ ／ Ｖｏｌ． １７， Ｎｏ． ９ ／ ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ ７２８５）。
【発明の概要】
【0007】
本開示は一般に医療装置とその使用のための方法、とりわけ、光音響診断用の装置と方法に関する。１つ以上の生理的パラメータを光音響的に判定するシステム、装置、および方法が記載されている。典型的なシステムは、制御装置および／またはプロセッサ、フォトダイオードアレイ、音響処理サブシステム、ならびに冷却サブシステムを含む、便利なデスクトップサイズのコンソールユニットを含むことがある。該システムは、コンソールユニットに連結可能な手持ちプローブをさらに含むことがある。プローブは、コンソールユニットのフォトダイオードアレイから患者の組織まで光信号を方向づけることもある。各々が様々な波長を有する複数の光信号が組織に向けられてもよい。光の波長は対象の生理的パラメータに基づいて選択されることがある。プローブは、方向づけられた光信号に応答して生成された音響信号を受け取る音響トランスデューサをさらに含むことがある。プローブは様々な形状因子を有してもよい。例えば、プローブは、分娩中に子宮内の胎児の頭蓋に向けることができる指で握る作業端部を含むことがある。プローブは、帝王切開の処置が必要かどうかを判断するために胎児の血液酸素化を正確に判定することができ、それによって、分娩中に母親と子どもにとっての結果を改善するとともに、医療過誤の訴訟と保険金を減らすことができる。コンソールユニットは、胎児または他の標的組織の血液酸素化レベル（および／または他の生理的パラメータ）を示し、血液酸素化値または他の測定された生理的パラメータを記録・分析するために電子カルテなどの他のコンピューター化された医療システムと通信することができる。
【0008】
本開示の態様は、被験体の酸素化をモニタリングするための、デスクトップサイズのコンソールのような装置を提供する。コンソールは、被験体の組織に向けられた光パルスを放射するためのレーザーダイオードサブシステムと、放射された光パルスに応答して組織内で生成された音圧を測定するための音響センサーサブシステムを含んでもよい。レーザーダイオードサブシステムは、第１のレーザーダイオードドライバーを備える第１のレーザーダイオード、第１の熱電冷却器と第１の温度センサーを備えた第１の温度制御装置、第２のレーザーダイオード、第２の熱電冷却器と第２の温度センサーを備えた第２の温度制御装置、第１の冷却ファン、およびレーザー制御装置を含むことがある。第１のレーザーダイオードは第１の波長を有する第１の光パルスを放射するように構成されてもよい。第１の熱電冷却器は、第１の温度センサーによって検知され得る第１のレーザーダイオードの温度を調節するために、熱を加えるまたは取り除くべく第１のレーザーダイオードに連結されることもある。第２のレーザーダイオードは第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光パルスを放射するように構成されることがある。第２の熱電冷却器は、第２の温度センサーによって検知され得る第２のレーザーダイオードの温度を調節するために、熱を加えるまたは取り除くべく、第２のレーザーダイオードに連結されることもある。第１と第２の温度制御装置は、第１と第２のレーザーダイオードの温度を調節するべく、第１の冷却ファン、第１の熱電冷却器、および第２の熱電冷却器を制御するために、第１の冷却ファン、第１の熱電冷却器、および第２の熱電冷却器に連結されることもある。第１と第２の温度制御装置は、第１と第２のレーザーダイオードが所望の波長で一貫して光パルスを放射することができるように、第１と第２のレーザーダイオードを最適な温度範囲で維持するように構成されてもよい。被験体の酸素化は受け取った音圧に応じて判定されることがある。
【0009】
レーザーダイオードサブシステムはさらに、第３のレーザーダイオードと、第３の温度センサーおよび第３の熱電冷却器を備え得る第３の温度制御装置とを含むことがある。第３のレーザーダイオードは、第１と第２の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光パルスを放射するように構成されることがある。第３の熱電冷却器は、第３のレーザーダイオードの温度を調節するために、第３のレーザーダイオードに連結されることがある。第３の温度センサーは、第３のレーザーダイオードの温度を調節するために、第３の熱電冷却器にさらに連結されることがある。
【0010】
第１の温度制御装置は、第１の熱電冷却器と、第１のレーザーダイオードの温度を測定および制御するための第１の温度センサーとを含むことがある。第２の熱電制御装置は、第２の熱電冷却器と、第２のレーザーダイオードの温度を測定および制御するための第２の温度センサーとを含むことがある。同様に、第３の温度制御装置は、第３の熱電冷却器と、第３のレーザーダイオードの温度を測定および制御するための第３の温度センサーを含むことがある。第１、第２、および／または第３の温度制御装置は、それぞれ第１、第２、および第３の温度センサーによって測定される温度に応じて第１、第２、および／または第３のレーザーダイオードの温度を調節するように構成されてもよい。第１、第２、または、第３の波長は、６８５ｎｍ～７１５ｎｍ、７１５ｎｍ～７４５ｎｍ、７４５ｎｍ～７７５ｎｍ、７９０ｎｍ～８２０ｎｍ、または８４５ｎｍ～８７５ｎｍの範囲であってもよい。
【0011】
コンソールはさらに、レーザーダイオードサブシステムを制御するためにレーザーダイオードサブシステムに連結される、および、測定された音圧を受け取るために音響センサーサブシステムに連結されるプロセッサを含み得る。プロセッサは測定された音圧に応じて被験体の酸素化を判定するように構成されてもよい。コンソールは、レーザーダイオードサブシステム、音響センサーサブシステム、およびプロセッサに連結された電源をさらに含むことがある。コンソールは、判定された酸素化をユーザーに表示するためにプロセッサに連結されたディスプレイをさらに含むことがある。ディスプレイはコンソールを操作するためのタッチスクリーンを含むことがある。コンソールは、レーザーダイオードサブシステム、音響センサーサブシステム、およびプロセッサを囲むデスクトップサイズのハウジングを含むことがある。コンソールはさらに、コンソールを冷やすために、プロセッサまたは音響センサーサブシステムの１つ以上に連結され得る、第２の冷却ファンを含み得る。プロセッサは被験体の医療記録にアクセス可能であってもよい。
【0012】
コンソールはさらに、レーザーダイオードサブシステムのための出力ポートと、音響センサーサブシステムのための入力ポートを含むことがある。出力ポートと入力ポートは、被験体の組織に１つ以上の光パルスを放射するとともに組織内で生成された音圧を受け取るために、センサモジュールまたは光音響プローブに連結されるように構成されてもよい。出力ポートと入力ポートは、１つ以上の光ファイバーを含むケーブルでセンサモジュールまたは光音響プローブに連結されるように構成されることがある。
【0013】
本開示の態様はさらに、被験体の酸素化をモニタリングする方法を提供する。第１の波長を有する第１の光パルスは、第１のレーザーダイオードで生成され得る。第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光パルスは、第２のレーザーダイオードで生成され得る。第１と第２のレーザーダイオードの温度は、第１のレーザーダイオードに連結された第１の熱電冷却器、第２のレーザーダイオードに連結された第２の熱電冷却器、および／または、第１の冷却ファンで調節され得る。生成された第１と第２の光パルスは被験体の組織に方向づけられてもよい。方向づけられた第１と第２の光パルスに応じて組織で生成される音圧が測定され得る。被験体の酸素化は測定された音圧に応じて判定され得る。
【0014】
第１と第２の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光パルスは、第３のレーザーダイオードで生成されることがある。第３のレーザーダイオードの温度は、第３のレーザーダイオードと第１の冷却ファンに連結された第３の熱電冷却器で調節され得る。生成された第３の光パルスは被験体の組織に方向づけられてもよい。測定された音圧は、方向づけられた第１、第２、および第３の光パルスに応じて組織内で生成され得る。
【0015】
第１の温度制御装置は、第１のレーザーダイオードの温度を測定するための第１の温度センサーと、測定された温度に応じて第１のレーザーダイオードの温度を調節するべく熱を加えるまたは取り除くための第１の熱電冷却器とを含むことがある。第２の温度制御装置は、第２のレーザーダイオードの温度を測定するための第２の温度センサーと、測定された温度に応じて第２のレーザーダイオードの温度を調節するべく熱を加えるまたは取り除くための第２の熱電冷却器とを含むことがある。同様に、第３の温度制御装置は、第３のレーザーダイオードの温度を測定するための第３の温度センサーと、測定された温度に応じて第３のレーザーダイオードの温度を調節するべく熱を加えるまたは取り除くための第３の熱電冷却器を含むことがある。第１、第２、および第３の温度制御装置は、それぞれ第１、第２、および第３の温度センサーによって測定された温度に応じて第１、第２、および第３のレーザーダイオードの温度を調節するように構成され得る。第１、第２、または、第３の波長は、６８５ｎｍ～７１５ｎｍ、７１５ｎｍ～７４５ｎｍ、７４５ｎｍ～７７５ｎｍ、７９０ｎｍ～８２０ｎｍ、または８４５ｎｍ～８７５ｎｍの範囲であってもよい。
【0016】
被験体の判定された酸素化は表示されてもよい。第１、第２、および／または第３のレーザーダイオードの温度は第２の冷却ファンで調節されてもよい。第２の冷却ファンは、第１のレーザーダイオード、第２のレーザーダイオード、第３のレーザーダイオード、および／または、第１の冷却ファンを囲むハウジングで囲まれてもよい。生成された第１と第２の光パルスは、第１と第２のフォトダイオードに連結されたセンサモジュールまたは光音響センサーの光導波路を用いて第１と第２の光パルスを方向づけることによって、被験体の組織に向けられてもよい。音圧は、センサモジュールまたは光音響センサーの音響トランスデューサによって測定されることがある。
【0017】
本開示の態様はさらに被験体の酸素化を光音響的に判定する方法を提供する。第１の波長を有する第１の光は被験体の組織に放射され得る。第２の波長を有する第２の光は、組織に放射され得る。第２の波長は第１の波長とは異なることがある。第３の波長を有する第３の光は、組織に放射され得る。第３の波長は第１と第２の波長とは異なることがある。第１、第２、および第３の放射された光に応じて組織により生成される音圧が検知され得る。
【0018】
第１の波長は８００ｎｍまたは８０５ｎｍなど７９０から８２０ｎｍまでの範囲であり得る。第２または第３の波長は、６８５ｎｍから７１５ｎｍ、７１５ｎｍから７４５ｎｍ、７４５ｎｍから７７５ｎｍ、または８４５ｎｍから８７５ｎｍなどの範囲、例えば、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、または８６０ｎｍであり得る。
【0019】
第１、第２、および第３の光は共通の光源から放射され得る。共通の光源は第１の波長を備えた第１の光、第２の波長を備えた第２の光、および第３の波長を備えた第３の光の放射を迅速に切り替えるように構成され得る。例えば、共通の光源は、共通制御されたレーザーダイオードアレイまたは光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）であり得る。第１、第２、および第３の光は共通の光ファイバーから組織に放射され得る。
【0020】
第１の光、第２の光、または第３の光の１つ以上は、少なくとも０．５マイクロジュールのエネルギー準位を有し得る。放射された第１、第２、または第３の光の１つ以上は、少なくとも１００ｎｓのパルス幅を有し得る。放射された第１、第２、または第３の光の１つ以上は、１０～１０，０００Ｈｚの反復率があることがある。
【0021】
酸素化は、第１の放射された光と第２の放射された光に応じて検知された音圧の第１の差、および第１の放射された光と第３の放射された光に応じて検知された音圧の第２の差に応答して酸素化を判定することにより、検知された音圧に応じて判定され得る。酸素化は、第１の差に応じて判定された酸素化と、第２の差に応じて判定された酸素化の平均に応じて酸素化を判定することにより判定され得る。第１の波長は、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの間の実質的に等しい吸収度を有することがある。第２と第３の波長ではオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの間で吸収差があり得る。
【0022】
本開示の態様は被験体の酸素化を光音響的に判定するシステムも提供する。システムは光源、音響トランスデューサ、およびプロセッサをさらに含み得る。光源は、第１の波長を有する第１の光、第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光、および第１と第２の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光を、組織に放射するように構成され得る。音響トランスデューサは、第１の放射された光、第２の放射された光、および第３の放射された光に応じて、組織により生成される音圧を検知するように構成されてもよい。プロセッサは検知された音圧に応じて酸素化を判定するように構成され得る。
【0023】
光源はレーザーダイオードまたは発光ダイオードのアレイを含んでもよい。レーザーダイオードまたは発光ダイオードのアレイは、第１の光を放射するように構成された第１のレーザーダイオード、第２の光を放射するように構成された第２のレーザーダイオード、および第３の光を放射するように構成された第３のレーザーダイオードを含み得る。第１の波長は、８０５ｎｍなどの７９０から８２０ｎｍまでの範囲であり得る。第２または第３の波長は、６８５ｎｍから７１５ｎｍ、７１５ｎｍから７４５ｎｍ、７４５ｎｍから７７５ｎｍ、または８４５ｎｍから８７５ｎｍなどの範囲、例えば、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、または８６０ｎｍであり得る。
【0024】
システムは、第１の波長を備えた第１の光、第２の波長を備えた第２の光、および第３の波長を備えた第３の光の放射の間に光源を迅速に切り替えるように構成された制御装置をさらに含んでもよい。例えば、光源は、共通制御されたレーザーダイオードアレイまたは光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）であり得る。第１、第２、および第３の光は共通の光ファイバーから組織に放射され得る。
【0025】
第１の光、第２の光、または第３の光の１つ以上は、少なくとも０．５マイクロジュールのエネルギー準位を有し得る。放射された第１、第２、または第３の光の１つ以上は少なくとも１５０ｎｓのパルス幅を有し得る。放射された第１、第２、または第３の光の１つ以上は１０～２０００Ｈｚの反復率を有し得る。
【0026】
プロセッサは、第１の放射された光と第２の放射された光に応じて検知された音圧の第１の差と、第１の放射された光と第３の放射された光に応じて検知された音圧の第２の差に応答して、酸素化を判定するように構成されてもよい。プロセッサは、第１の差に応じて判定された酸素化と第２の差に応じて判定された酸素化の平均に応答して酸素化を判定するように構成されてもよい。第１の波長は、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの間の実質的に等しい吸収度を有することがある。第２と第３の波長ではオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの間で吸収差があり得る。システムは、判定された酸素化を表示するように構成されたディスプレイをさらに含み得る。
【0027】
本開示の態様は、胎児の静脈の酸素化などの胎児の酸素化をモニタリングする方法も提供し得る。センサーは膣に挿入され得る。センサーは光出力部と音響トランスデューサを含むことがある。センサーは子宮頚部を通って子宮へ進められてもよい。センサーは胎児の頭部の上に位置付けられてもよい。センサーの光出力部は、胎児の頭部へ光を放射することもあり、センサーの音響トランスデューサは、放射された光に応じて生成される音圧を検知し得る。センサーは、検知された音圧に応じて胎児の酸素化を判定し得る。
【0028】
センサーは膣に挿入され得るプローブヘッドを含むことがある。センサーは、胎児の判定された酸素化を表示するように構成された酸素化モニターと、プローブヘッドを酸素化モニターに接続するケーブルを含むことがある。プローブヘッドが膣に挿入されると、酸素化モニターと少なくともケーブルの一部は子宮の外部に留まることがある。光出力部はプローブヘッド中に導波路を含むことがある。ケーブルは１つ以上の光ファイバーを含んでもよく、酸素化モニターは、１つ以上の光ファイバーを通って導波路に連結された１つ以上のレーザーダイオードまたは発光ダイオードを含んでもよい。センサーを膣に挿入するために、プローブヘッドはユーザーの２本の指の指先で把持され得る。センサーは、光出力部と音響トランスデューサを胎児の上矢状静脈洞に面するように位置決めすることにより、胎児の頭部の上に位置付けられ得る。胎児の頭部の上にセンサーを位置決めするために、プローブヘッドから伸びる光出力部の先端部は、毛髪の吸収による光度の損失を少なくするべく髪を通すなどするために、胎児の頭部の皮膚に接触させてもよい。
【0029】
センサーの光出力部は、胎児の上矢状静脈洞へ光を放射してもよい。放射された光に応じて生成される音圧は、上矢状静脈洞によって生成され得る。センサーは上矢状静脈洞の酸素化を判定し得る。センサーは分娩中に膣／産道と子宮に挿入され得る。
【0030】
光出力部によって放射される光は、１μＪ－１ｍＪのエネルギーを有し得る。光出力部によって放射される光は、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、または８６０ｎｍの２以上の範囲の波長など、６８５－７１５ｎｍ、７１５－７４５ｎｍ、７４５－７７５ｎｍ、７９０－８２０ｎｍ、または８４５－８７５ｎｍの２以上の範囲の波長を有し得る。
【0031】
本開示の態様は、胎児の静脈の酸素化など、胎児の酸素化をモニタリングするさらなる方法も提供する。光は子宮内の胎児の頭部の上に位置付けられたセンサーの光出力部から放射され得る。音圧はセンサーの音響トランスデューサで検知され得る。音圧は放射された光に応じて生成され得る。胎児の酸素化は検知された音圧に応じて判定され得る。胎児の判定された酸素化は、センサーを用いてユーザーに表示され得る。
【0032】
センサーは、光出力部と音響トランスデューサを含むプローブヘッドを含み得る。光出力部はプローブヘッドのハウジングから外に伸びる先端部を含み得る。センサーは、胎児の判定された酸素化を表示するように構成された酸素化モニターと、プローブヘッドを酸素化モニターに接続するケーブルを含むことがある。光出力部は、プローブヘッド内に光ファイバーなどの導波路を含むことがある。ケーブルは１以上の光ファイバーおよび／またはケーブルを含むことがある。酸素化モニターは、１つ以上の光ファイバーおよび／または鏡もしくはレンズなどの他の光学部品を介して導波路に連結された１つ以上のレーザーダイオードまたは発光ダイオードを含み得る。ケーブルは、酸素化モニターにプローブヘッド内の音響トランスデューサを接続することがある。
【0033】
光出力部と音響トランスデューサは胎児の上矢状静脈洞に面するように位置決めされ得る。センサーの光出力部は胎児の上矢状静脈洞へ光を放射し得る。放射された光に応じて生成される音圧は、上矢状静脈洞中の血液によって生成され得る。センサーは上矢状静脈洞中の静脈血の酸素化を判定し得る。
【0034】
光出力部によって放射される光は、１μＪ－１ｍＪのエネルギーを有し得る。光出力部によって放射される光は、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、８００ｎｍ、８０５ｎｍ、または８６０ｎｍの２以上の範囲の波長など、６８５－７１５ｎｍ、７１５－７４５ｎｍ、７４５－７７５ｎｍ、７９０－８２０ｎｍ、または８４５－８７５ｎｍの２以上の範囲の波長を有し得る。
【0035】
本開示の態様は、胎児の静脈の大脳の酸素化など、胎児の酸素化をモニタリングするためのシステムも提供する。システムはモニター、ケーブル、およびプローブヘッドを含み得る。モニターはプロセッサ、光源、およびディスプレイを含み得る。プローブヘッドは、ユーザーの２本の指の指先で保持され、かつケーブルを介してモニターに連結されるように構成されてもよい。プローブヘッドは光出力部と音響トランスデューサを含み得る。光源はプローブヘッドの光出力部を通って胎児に放射される光を生成するように構成されてもよい。音響トランスデューサは放射された光に応じて生成される音圧を検知するように構成されてもよい。プロセッサは検知された音圧に応じて胎児の酸素化を判定するように構成されてもよい。ディスプレイは判定された酸素化を表示するように構成されてもよい。光出力部はプローブヘッドのハウジングから外に伸びる先端部を含み得る。
【0036】
モニターの光源は１つ以上のレーザーダイオードまたは発光ダイオードを含み得る。モニターの光源は１μＪ－１ｍＪのエネルギーを有する光を生成するように構成されてもよい。モニターの光源は、例えば、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、８００ｎｍ、または８６０ｎｍの２以上など、６８５－７１５ｎｍ、７１５－７４５ｎｍ、７４５－７７５ｎｍ、７９０－８２０ｎｍ、または８４５－８７５ｎｍの２以上の範囲の波長を有する光を生成するように構成されてもよい。ケーブルは、光源により生成される光をプローブヘッドの光出力部に方向づけるように構成された１つ以上の光ファイバーを含み得る。
【0037】
本開示の態様は胎児の脳の静脈の酸素化プローブも提供し得る。胎児の脳の静脈の酸素化プローブはプローブヘッドとケーブルを含み得る。プローブヘッドは、胎児の頭部に光を放射するように構成された光出力部と、放射された光に応じて生成される音圧を検知するように構成された音響トランスデューサとを含み得る。ケーブルはプローブヘッドからモニターまで伸びることがある。
【0038】
プローブヘッドはユーザーの２本の指の指先で把持されるのに適するものであってもよい。プローブヘッドは円柱状であり得る。光出力部は、プローブヘッドの中央部からなど、プローブヘッドのハウジングから外に伸びる先端部または出力部を含んでもよい。例えば、先端部または出力部は、光源に連結された光ファイバーの突出部を含み得る。光出力部は、プローブヘッドの中央部を囲む連続的な丸い溝を含む光導波路を含んでもよい。プローブヘッドは、音響トランスデューサが位置付けられる内部空間を規定するハウジングを含んでもよく、光出力部はその内部空間を通る。光出力部は１つ以上の光ファイバーを含んでもよい。音響トランスデューサは圧電トランスデューサを含み得る。プローブヘッドは音響トランスデューサのための増幅器をさらに含み得る。プローブヘッドは、電磁干渉から音響センサーと増幅器を保護する電磁シールドをさらに含み得る。プローブヘッドは、プローブヘッド内の望ましくないリンギングを吸収するように構成された音響減衰器をさらに含み得る。光出力部は、モニター内の光源によって生成される光を向ける（ｃｈａｎｎｅｌ）ように構成され得る。
【0039】
プローブヘッドは１μＪ－１ｍＪのエネルギーを有する光を放射するように構成され得る。例えば、光出力部によって放射される光は、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、８０５ｎｍ、または８６０ｎｍの２以上など、６８５－７１５ｎｍ、７１５－７４５ｎｍ、７４５－７７５ｎｍ、７９０－８２０ｎｍ、または８４５－８７５ｎｍの２以上の範囲の波長を有してもよい。
＜参照による組み込み＞
＜参照による組み込み＞
【0040】
本明細書で言及される出版物、特許、および特許出願はすべて、あたかも個々の出版物、特許、または特許出願が参照により組み込まれるように具体的かつ個別に指示される程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
本開示の新規な特徴は、とりわけ添付の請求項で説明される。本開示の特徴と利点についてのよりよい理解は、発明の原則が利用されている例示的な実施形態を説明する以下の詳細な記載と添付の図面とを参照することにより得られる。一致する参照番号は全図面で対応する部分を指定している。図面は必ずしも同一縮尺で描かれているわけではない。
【0042】
【図1】多くの実施形態に係る、１つ以上の生理的パラメータの光音響診断のためのシステムの概略図を示す。
【図3】多くの実施形態に係る、胎児の脳の酸素化を測定するためのシステムの実施形態の概略図である。
【図8】多くの実施形態に係る、胎児の検査中に胎児の脳の酸素化プローブを保持するために使用される第１の例となるグリップを例証する概略図である。
【図9】多くの実施形態に係る、胎児の検査中に胎児の脳の酸素化プローブを保持するために使用される第２の例となるグリップを例証する概略図である。
【図10A】多くの実施形態に係る、様々な波長で第１の赤ん坊の上矢状静脈洞（ＳＳＳ）から記録される光音響信号を描いたグラフである。
【図10B】多くの実施形態に係る、様々な波長で第２の赤ん坊のＳＳＳから記録された典型的な光音響信号を描いたグラフである。
【図11】ＡとＢは、多くの実施形態に係る光音響プローブの典型的な構造を例証する。
【図12】ＡとＢは、多くの実施形態に係る光音響プローブの別の典型的な構造を例証する。
【図13】Ａ、Ｂ、およびＣは、多くの実施形態に係る、胎児の脳の酸素化の測定手続中にユーザーによって把持されるプローブを例証する。
【図14】Ａ、Ｂ、およびＣは、多くの実施形態に係る、胎児の脳の酸素化の測定手続中にユーザーによって把持される別のプローブを例証する。
【図15】ＡとＢは、多くの実施形態に係る、胎児の脳の酸素化の測定手続中にユーザーによって把持されるまた別のプローブを例証する。
【図16】多くの実施形態に係る、１つ以上の生理的パラメータを光音響的に測定または検知する典型的な方法のフローチャートを示す。
【図17A】多くの実施形態によれば、光音響プローブの典型的な配置を例証する。
【図17B】多くの実施形態によれば、光音響プローブの典型的な配置を例証する。
【図17C】多くの実施形態によれば、光音響プローブの典型的な配置を例証する。
【図18A】多くの実施形態に係る晩期産中に胎児から記録された差分光音響信号を描いたグラフである。
【図18B】多くの実施形態に係る晩期産中に胎児から記録された差分光音響信号を描いたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0043】
上に記載されたように、脳の静脈血酸素化飽和のような胎児の脳の酸素化を測定する直接的な方法を有していることが望ましい。この目的に非常に適したシステムと方法が本明細書で開示されている。多くの実施形態では、胎児の脳の酸素化を測定するためのシステムは、分娩中に胎児の頭部に適用可能な胎児の脳の酸素化プローブを含む。プローブは、頭蓋と脳組織を通って上矢状静脈洞（ＳＳＳ）へと光を放射し、かつＳＳＳの照射によって引き起こされる音波を折り返し受け取るように構成された光音響プローブであり得る。血液酸素飽和度の判定は音波によって下すことができる。いくつかの実施形態では、プローブは胎児の頭部へ適用しやすいように産科医の指と指の間にフィットするように構成され、光を放射する導波管とＳＳＳから放射された音響信号を検知する音響センサーとを含む。
【0044】
以下の開示では、様々な具体的な実施形態が記載されている。こうした実施形態は開示された本発明の例証的に実施したものであり、代替的な実施形態が可能であることを理解されたい。上記のような実施形態はすべて、本開示の範囲内にあるよう意図されている。
【0045】
開いた大泉門を通って、または薄い頭蓋骨を通って晩期産中に胎児の脳の静脈血酸素飽和の正確な非侵襲的測定を行うために使用することができる脳の酸素化をモニタリングするためのシステムと方法が本明細書で開示されている。脳の静脈血酸素飽和度は、脳の酸素要求量を満たす脳血流と脳血液酸素含量の能力の評価を１つの数字で与える。以下に記載されるように、該システムと方法は上矢状静脈洞（ＳＳＳ）内の光音響測定を可能にする。こうした測定技術は、血管の直接的な探索を可能にする高コントラストと高解像度を提供する。脳の静脈の不飽和化は、脳酸素利用率が脳酸素要求量を満たすのに不十分である証拠を直接与えるものであることから、ＳＳＳ酸素化（ＳＳＳ（ＳＯ２））を減少させることにより低酸素脳症の早期警告を与えることができる。したがって、この技術を用いて胎児心拍数（ＦＨＲ）のモニタリングよりも迅速に胎児窒息を直接検知することができ、それにより脳性麻痺のリスクを減らすことができる。さらに、この技術はＦＨＲモニタリングよりも的確であり、胎児仮死の偽陽性の事象を減らし、防衛的な帝王切開を減らすよう促す。
【0046】
晩期産中に胎児生存度を評価するための以前研究されていた技術とは対照的に、分娩中の胎児のＳＳＳ（ＳＯ２）の光音響モニタリングには大きな利点がある。事実上すべての胎児において、いったん母体の子宮頚部が５ｃｍを越えて拡張すると大泉門を膣内診によって触知できるが、実質的にすべての胎児仮死（ＦＨＲモニタリングのみによって検知される）はその後に生じる。幼児では、大人とは異なり、矢状静脈洞は、頭蓋に介入することなく、または薄く重なる頭蓋骨を備えて頭皮の真下にあり、したがって、比較的低強度の光がよく浸透する。生成される超音波信号がＳＳＳからまっすぐに返ってくるため、ＳＳＳ中の実際のヘモグロビン飽和度を正確に判定することができる。静脈血酸素化検出のためのシステムと方法が記載されているが、こうしたシステムと方法は動脈または他の血液酸素化を検知するために等しく適用可能である。
【0047】
図１は、血液酸素化、例えば、分娩中の胎児の脳の酸素化（例えば、胎児のＳＳＳ（ＳＯ２））、または一般に外傷性脳損傷の患者のためなどの脳の酸素化のような生理的パラメータを光音響的に測定するためのシステム（１００）の概略図を示す。システム（１００）は、コンソール（１１０）と、ワイヤーまたはケーブル接続部（１４５）と動作可能に連結された患者インターフェース（１５０）を含み得る。コンソール（１１０）は、患者インターフェース（１５０）を介して患者のＰＡの胎児の脳の酸素化の測定値を提供するように構成された１つ以上のサブシステムまたは構成要素を含むコンソールを含み得る。コンソール（１１０）は、コンピュータボードまたはプロセッサ（１１５）、ユーザインタフェース（１２０）、電源サブシステム（１３０）、レーザーエミッターまたはダイオードサブシステム（１３５）、および音響センサーサブシステム（１４０）を含み得る。プロセッサ（１１５）は、サブシステムの操作を制御およびモニタリングするために、コンソール（１１０）の１つ以上のサブシステムまたは構成要素と通信してもよい。例えば、プロセッサは、１つ以上のユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートまたは１つ以上のサブシステムに接続するように構成された他のタイプのデータ転送ポートを含み得る。プロセッサ（１１５）は、スピーカーによってアラームまたはメッセージを出力するためのオーディオポートをさらに含み得る。電源サブシステム（１３０）は、プロセッサ、ユーザインタフェース、レーザーダイオードサブシステム、および音響センサーサブシステムのようなシステム（１１０）の１つ以上の構成要素に電力を供給するように構成され得る。電源サブシステム（１３０）は、外部のＡＣまたはＤＣ電源に接続するように構成されてもよく、外部電源を喪失した場合には非常用電源を供給するためのバッテリーを含み得る。
【0048】
システムを操作するように訓練された医療関係者のようなシステム（１００）のユーザーは、ユーザインタフェース（１２０）によってシステムと対話することができる。ユーザインタフェース（１２０）は、例えば、ユーザーから１つ以上の入力を受け取るように構成されたタッチスクリーンを備えたバックライト付きのＬＣＤなどのディスプレイ（１２５）を含み得る。ユーザインタフェース（１２０）は、オン／オフ・キーや、システムを「セーフ」モードに入れるように構成された停止スイッチなどのシステムの操作を制御するためのハードウェアコントロールを含み、レーザーダイオードはすべて切られる。
ユーザインタフェース（１２０）は、患者の特定、時間、温度などのようなデータに関する入力をさらに含んでもよい。プロセッサ（１１５）は、ユーザインタフェース（１２０）によってユーザー入力を受け取り、レーザーダイオードサブシステム（１３５）、音響センサーサブシステム（１４０）、および／または電源サブシステム（１３０）などの１つ以上のサブシステムへのユーザー入力に基づいて指示を送信することができる。プロセッサ（１１５）から受け取った指示に基づいて、レーザーダイオードサブシステム（１３５）は、患者インターフェース（１５０）を介して患者のＰＡの標的組織に向けられ得る光パルスを生成および放射してもよい。光パルスは光ファイバーケーブルおよび／またはマルチワイヤーシールドケーブルなどのケーブル接続部（１４５）によって患者インターフェース（１５０）へ伝えられる。例えば、光パルスは、上矢状静脈洞（ＳＳＳ）などの標的組織に接している患者インターフェース（１５０）の光ファイバーモジュールに送信可能である。光パルスは組織と骨を通って静脈血に到達し、光パルスの吸収は結果として音圧を生成することがある。患者インターフェース（１５０）は、標的組織からの音圧を検知するとともに、コンソール（１１０）に、例えば、ケーブル接続部（１４５）を介して音響センサーサブシステム（１４０）に音響信号を返信することができる。患者インターフェース（１５０）は、例えば、音圧を検知およびデジタル化するように構成された高速デジタイザを含むことがある。音響センサーサブシステム（１４０）は、測定された音圧信号を受信および／または少なくとも部分的に処理し、信号をデジタル化し、さらなる処置と分析のためにプロセッサ（１１５）に信号を送信することができる。プロセッサ（１１５）は、例えば、測定された音圧から静脈血酸素飽和度を計算し、ディスプレイ（１２５）によってユーザーに表示される測定の結果をユーザインタフェース（１２０）に送信することができる。ディスプレイ（１２５）は、酸素飽和値（例えば、静脈血酸素飽和値）または他の生理的パラメータを継続的に、例えば、毎分一度更新して表示するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、システム（１００）は、他の電子またはコンピューター化された医療管理システムと通信するために通信サブシステムをさらに含むことがある。例えば、測定された生理的パラメータデータは（電子カルテを作るために）保存およびアーカイブ化され、システム（１００）と通信している別のコンピューター化されたシステムを用いて分析されてもよい。
ユーザインタフェース（１２０）は、患者の特定、時間、温度などのようなデータに関する入力をさらに含んでもよい。プロセッサ（１１５）は、ユーザインタフェース（１２０）によってユーザー入力を受け取り、レーザーダイオードサブシステム（１３５）、音響センサーサブシステム（１４０）、および／または電源サブシステム（１３０）などの１つ以上のサブシステムへのユーザー入力に基づいて指示を送信することができる。プロセッサ（１１５）から受け取った指示に基づいて、レーザーダイオードサブシステム（１３５）は、患者インターフェース（１５０）を介して患者のＰＡの標的組織に向けられ得る光パルスを生成および放射してもよい。光パルスは光ファイバーケーブルおよび／またはマルチワイヤーシールドケーブルなどのケーブル接続部（１４５）によって患者インターフェース（１５０）へ伝えられる。例えば、光パルスは、上矢状静脈洞（ＳＳＳ）などの標的組織に接している患者インターフェース（１５０）の光ファイバーモジュールに送信可能である。光パルスは組織と骨を通って静脈血に到達し、光パルスの吸収は結果として音圧を生成することがある。患者インターフェース（１５０）は、標的組織からの音圧を検知するとともに、コンソール（１１０）に、例えば、ケーブル接続部（１４５）を介して音響センサーサブシステム（１４０）に音響信号を返信することができる。患者インターフェース（１５０）は、例えば、音圧を検知およびデジタル化するように構成された高速デジタイザを含むことがある。音響センサーサブシステム（１４０）は、測定された音圧信号を受信および／または少なくとも部分的に処理し、信号をデジタル化し、さらなる処置と分析のためにプロセッサ（１１５）に信号を送信することができる。プロセッサ（１１５）は、例えば、測定された音圧から静脈血酸素飽和度を計算し、ディスプレイ（１２５）によってユーザーに表示される測定の結果をユーザインタフェース（１２０）に送信することができる。ディスプレイ（１２５）は、酸素飽和値（例えば、静脈血酸素飽和値）または他の生理的パラメータを継続的に、例えば、毎分一度更新して表示するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、システム（１００）は、他の電子またはコンピューター化された医療管理システムと通信するために通信サブシステムをさらに含むことがある。例えば、測定された生理的パラメータデータは（電子カルテを作るために）保存およびアーカイブ化され、システム（１００）と通信している別のコンピューター化されたシステムを用いて分析されてもよい。
【0049】
システム（１００）は、輸送車両、前線の応急救護所、または集中治療室で利用可能な制限された空間を収容するためにコンパクトなサイズとなるように構成されてもよい。例えば、コンソール（１１０）はデスクトップサイズであってもよい。システム（１００）の構成要素は、光音響測定に一般に慣れていない可能性のある医療関係者にとって操作しやすいように人間工学的に設計されてもよい。システム（１００）のディスプレイ（１２５）は、ユーザーがアラームの原因を理解し、かつ適切な治療措置をとるのを促すために、システム（１００）の様々なアラームの状態を表示するとともに、システム（１００）の使用のためのユーザガイダンスを提供することができる。システム（１００）は位置を変えることなく、最大で約２４時間の連続モニタリングを可能にするように構成されてもよい。電力損失アラームは、モニタリング中に信号損失またはケーブルの断線をユーザーに警告するためにシステム（１００）で実行されることがある。システム（１００）は、最大で約１時間、システム（１００）の電池による使用をサポートすることができる、ユーザー選択可能な輸送モードを有するようにさらに構成されてもよい。輸送モードでは、システム（１００）は、低電力（例えば、動作モードの際よりも低い電力）で動作するように構成されてもよく、電力損失アラームは無効化されることもある。システム（１００）は、ユーザーが患者識別データを入力し、患者の医療記録にアクセスし、例えば、上に記載された通信サブシステムを介して、アーカイブ化および評価目的のためのモニタリング処理の間に集められた測定データをダウンロードすることができるようにさらに構成されてもよい。
【0050】
システム（１００）は様々な生理的パラメータをモニタリングするように構成されてもよい。多くの実施形態では、酸素飽和は測定される。例えば、約２０％から約１００％の範囲の静脈血酸素飽和度（本明細書でさらに記載されるように、オキシヘモグロビン÷総ヘモグロビン濃度［ＴＨｂ］として計算される）が測定されてもよい。システム（１００）は、例えば、約４０％から約９０％までの飽和範囲にわたっておよそ＋／－３％の精度を有することもある。
【0051】
音響センサーサブシステム（１４０）は、患者インターフェース（１５０）から音響信号を受け取ることがある。音響センサーサブシステム（１４０）は、受信信号に対する利得を与えるように構成された１つ以上の信号の増幅器を含み得る。利得は例えば５００ｋＨｚで約４０ｄＢの利得であってもよく、例えば、５０ｋＨｚ－３．５Ｍｈｚの－３ｄＢの帯域幅を有してもよい。音響センサーサブシステム（１４０）は、増幅器から増幅された音響信号をサンプリングし得る高速デジタイザを含んでもよい。このサンプリングは、例えば、２０ＭＨｚの最低率で行われてもよい。デジタイザはレーザーダイオードサブシステム（１３５）からトリガー信号を受け取り、音響信号の、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、または１０００サンプルなどのサンプルを保存してもよい。デジタイザは、波形の平均化のためにプロセッサ（１１５）にサンプルのブロックを転送することがある。しばしば、標的組織によって生成される音響信号は低レベルであり、数百もの繰り返しサイクルにわたる数値の平均化により背景ノイズから波形を抽出することができる。
【0052】
患者インターフェース（１５０）は、本明細書でさらに詳細に記載されるような脳酸素化プローブ（２０）のような光音響センサーアセンブリまたはセンサモジュールを含み得る。光音響センサーアセンブリは、標的組織に向けられた光パルスを放射するように構成された光出力部と、光パルスに応じて生成される音圧を測定するように構成された音響トランスデューサとを含むことができる。光出力部は光源から光を出力してもよい。光源は、例えば、１つ以上の波長で高い強度の光パルスを生成するように構成された発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイまたは高電力パルスレーザーダイオードアレーを含んでもよい。例えば、光出力部は光ファイバーケーブルによってコンソール（１１０）に接続可能である。光源は、コンソール（１１０）のレーザーダイオードサブシステム（１３５）を含んでもよい。音響トランスデューサは、マルチワイヤーシールドケーブルによってコンソールに接続される、例えば、圧電センサーを含むことができる。患者インターフェース（１５０）とコンソール（１１０）を接続するケーブル（１４５）は、コンソールにケーブルを取り外し可能なように連結するためのコネクターを含み得る。光源と音響トランスデューサは、ＳＳＳ全体で頭皮の表面などの患者の頭の一部の上に置くことができるプローブで支持されてもよい。プローブ（２０）は、ストラップシステムを用いて適所に保持されてもよく、該システムは用途間の掃除と消毒の必要を減らすまたはなくすために、使い捨ての単回使用のストラップを含み得る。
【0053】
図２は、図１のシステム（１００）のレーザーダイオードサブシステム（１３５）の概略図を示す。レーザーダイオードサブシステム（１３５）は、例えば、第１のレーザーエミッターまたはダイオード（１５２Ａ）、第２のレーザーエミッターまたはダイオード（１５２Ｂ）、および第３のレーザーエミッターまたはダイオード（１５２Ｃ）を含む、レーザーダイオードアレイを含んでもよい。レーザーダイオードサブシステム（１３５）は、システムのコンソール（１１０）のプロセッサ（１１５）と通信するレーザー制御処理装置（１５６）を含んでもよい。レーザー制御処理装置（１５６）は、コンソール（１１０）に提供される１つ以上のユーザー入力に基づいて、コンソールプロセッサ（１１５）からの指示を受け取ることができる。例えば、プロセッサ（１１５）は動作パラメータを設定およびモニタリングし、レーザーダイオードサブシステム（１３５）によって測定サイクルを開始・終了することができる。レーザーダイオードサブシステム（１３５）は、レーザー制御処理装置と通信しているレーザー監督プロセッサ（１５８）を含んでもよい。レーザー監督プロセッサ（１５８）は、ダイオード（１５２Ａ）、（１５２Ｂ）、および／または（１５２Ｃ）の温度が波長精度を維持するために実質的に一定であるか、または許容範囲内となるように、レーザーダイオード（１５２Ａ）、（１５２Ｂ）、および／または（１５２Ｃ）の動作をモニタリングしてもよい。例えば、許容可能な動作温度範囲は、１０°Ｃから４０°Ｃまでであってもよい。レーザー制御処理装置（１５６）とレーザー監督プロセッサ（１５８）は一緒になって、１つ以上のレーザードライバ（１５４）の動作を制御およびモニタリングすることができる。レーザー制御装置（１５４）は、レーザー制御処理装置（１５６）とレーザー監督プロセッサ（１５８）から支持を受け取り、受け取った指示に応じてレーザー制御装置（１５４）に連結されたレーザーエミッターまたはダイオード（１５８Ａ）、（１５２Ｂ）、および／または（１５２Ｃ）の動作を制御するように構成可能である。レーザー制御装置（１５４）は、対応するレーザーエミッター（１５２Ａ）、（１５２Ｂ）、および／または（１５２Ｃ）をそれぞれ冷ますために連結されるとともに構成された冷却器（１５２Ａ’）、（１５２Ｂ’）、および／または（１５２Ｃ’）などの１以上のレーザーエミッター冷却器の動作を制御するようにさらに構成可能である。レーザー制御装置（１５４）は、レーザーダイオード（１５２Ａ）、（１５２Ｂ）、および（１５２Ｃ）のためのレーザードライバと、それぞれの冷却器（１５２Ａ’）、（１５２Ｂ’）、および（１５２Ｃ’）とを含み得る。例えば、レーザーエミッター冷却器は、それぞれのレーザーダイオード（１５２Ａ）、（１５２Ｂ）、および／または（１５２Ｃ）の後ろに取り付けられた熱電冷却器（ＴＥＣ）および／または２つの温度センサー（第１と第２）を含んでもよい。温度センサーは、レーザーダイオード（１５２Ａ）、（１５２Ｂ）、および／または、（１５２Ｃ）の温度を測定するように構成可能であり、ＴＥＣは、測定された温度と望ましい温度範囲に依存して、熱を加えるまたは取り除くなどして、レーザーダイオード（１５２Ａ）、（１５２Ｂ）、および／または、（１５２Ｃ）を最適な動作温度範囲で保持するために、上記レーザーダイオードの温度を制御するように構成可能である。例えば、レーザーダイオード（１５２Ａ）、（１５２Ｂ）、および（１５２Ｃ）の波長は、約０．３ｎｍ／ｄｅｇＣの依存性を有することがある。レーザードライバは、レーザーダイオード（１５２Ａ）、（１５２Ｂ）、および（１５２Ｃ）を駆動するために、高いアンペア数の持続時間の短い電流パルスを生成するように構成されてもよい。レーザーエミッター（１５２Ａ）、（１５２Ｂ）、および／または、（１５２Ｃ）によって生成される光パルスは、ケーブル接続部（１４５）を介して、本明細書に記載されるような光音響センサーアセンブリまたはプローブを含み得る患者インターフェース（１５０）へ伝達可能である。
【0054】
レーザーダイオードサブシステム１３５は、レーザーダイオードサブシステム１３５の構成要素に方向づけられた、矢印１６２によって示される気流を提供するように構成された冷却ファン１６０をさらに含む。そのような冷却ファン１６０は、構成要素の温度制御を補助することができ、これは、光学部品の塵埃汚染を防ぐために閉塞されたレーザーキャビティ内に配置される。冷却ファン１６０は、制御エレクトロニクス上方で外部空気を循環させるように構成された第２のファンをさらに含み得る。レーザーキャビティは、金属板から構築されたレーザーダイオードサブシステム筐体で囲まれてもよい。レーザーダイオードサブシステム１３５の筐体は、例えば機械的ファスナーによって、コンソール１１０用の筐体へ確実に設置することができる。
【0055】
操作開始時において、レーザーダイオードサブシステム１３５は、レーザーダイオード１５２Ａ、１５２Ｂ、および／または１５２Ｃのための温度安定化時間を有し得る。温度安定化状態は、コンソール１１０のディスプレイ１２５上に表示することができる。レーザーダイオード１５２Ａ、１５２Ｂ、及び／又は１５２Ｃの動作中、レーザーエミッター冷却器１５２Ａ’、１５２Ｂ’及び／又は１５２Ｃ’によって生成される温度測定値を含む。レーザーダイオード１５２Ａ、１５２Ｂ及び／又は１５２Ｃの動作係数は、レーザーダイオード動作のフィードバック制御のために、レーザー制御プロセッサ１５６及び／又はレーザー監視プロセッサ１５８へ返信することが可能である。例えば、レーザーエミッター冷却器が、ＴＥＣと各レーザーダイオードに連結された温度センサーとを含む実施形態において、レーザー制御処理装置１５６は、温度センサーからの測定された温度を制御するために、ＴＥＣを通じて電流を駆動する指示を含むことができる。
【0056】
レーザーダイオードサブシステム１３５のレーザーエミッター１５２Ａ、１５２Ｂ及び／又は１５２Ｃは、それぞれ例えば約７６０ｎｍ、８００ｎｍおよび８６０ｎｍの見かけ中心波長を有するパルス・レーザー・ダイオードを含み得る。少数の例を挙げれば、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、８５０ｎｍ、９０５ｎｍ、９７０ｎｍ、９７５ｎｍ、１０６４ｎｍ、１１００ｎｍ、１２００ｎｍ、１２３０ｎｍおよび１４５０ｎｍのような他の波長も、考慮される。波長は、いくつか例を挙げれば、例えば水、脂肪、ヘモグロビン、オキシヘモグロビン、デオキシヘモグロビン、カルボキシヘモグロビン、還元ヘモグロビン、メトヘモグロビン、乳酸塩、ミオグロビン、コレステロール、身体色素、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）のような外因性の染料などの、該当するパラメータのピーク音響応答と対応させるために選択されてもよい。血液酸素化の測定は本明細書に議論される一方で、他の生理学的パラメータと濃度との相関（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）も考慮される。２つ以上の生理学的パラメータまたは濃度の同時的な測定は、米国特許公開第２００８／０２５５４３３号で述べられており、これは参照によって本明細書に組み込まれる。
【0057】
見かけ中心波長は、動作温度範囲にわたり、約＋／－１ｎｍ、０．９ｎｍ、０．８ｎｍ、０．７ｎｍ、０．６ｎｍ、０．５ｎｍ、０．４ｎｍ、０．３ｎｍ、０．２ｎｍまたは０．１ｎｍの安定性を有し得る。各レーザーダイオードの光出力のスペクトル幅（全幅の最大値の半分）は、ピーク出力の５０％で測定されたものとして、見かけ上、約２５ｎｍ、２０ｎｍ、１５ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍまたは１ｎｍであり得る。レーザーダイオード１５２Ａ、１５２Ｂ、及び／又は１５２Ｃはそれぞれ、約１５０ナノ秒（振幅の５０％での測定）のパルス幅、および約１０から約２０００Ｈｚの反復率、またはセッティングの約０．５％で、約３．３ｋＷのピーク出力（名目）を送出するように構成されたドライバーを含み得る。各光パルスは、見かけ上、約０．５ｍＪのエネルギー（３３００Ｗｘ１５０ナノ秒）を送出するように構成することができる。複数のレーザーダイオード１５２Ａ、１５２Ｂ、及び／又は１５２Ｃの出力部は、単一ファイバー内に一体に結合することができる。各光パルスについては、レーザーダイオードサブシステム１３５は、レーザーダイオードサブシステム１３５に連結されたデジタイザにトリガー信号を出力し、それによってデジタイザがサンプリングシーケンスを開始するように構成されてもよい。
【0058】
３つのレーザーダイオードのアレイが記載されるが、他の構成も考慮される。例えば、アレイは、２つのレーザーダイオードまたは４つ以上のレーザーダイオードを有し得る。異なる波長で光出力を生成するレーザーダイオードのアレイを選択的にまたは組み合わせて使用することで、レーザーサブシステム１３５は、複数の波長間でレーザー出力を高速に切り替えるための光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）を備え得る。
【0059】
図３は、分娩中に子宮ＵＴ内に存在する胎児ＦＥの大脳の酸素化（例えばＳＳＳ（ＳＯ２））を測定するために使用するシステム１００を示す。図３に示されるとともに、本明細書で前述され且つここで記載されるように、システム１００は一般に、光音響のモニターまたはコンソール１１０、およびモニターに接続される被処置者のインターフェースまたは脳の酸素化プローブ１５０を含む。モニターまたはコンソールの１１０は、フォトダイオードサブシステム１３５のような光源を含むことができ、この光源は、図３に示されるように、プローブ１５０の先端部から胎児の頭部内へ放射され得る近赤外線（ＮＩＲ）レーザー光線のような光を生成する。媒体中の光エネルギーの吸収に続いて、照射された媒体が熱膨張することができ、この場合、ＳＳＳ中の血液は、音響（例えば超音波）の圧力波の形で伝播する機械的応力を誘発する。これらの波は、最小限の散乱で脳組織を通過することができるとともに、プローブ内の音響センサーによって検知することができ、センサーは、波を、モニターまたはコンソール１１０及び／又は処理用のコンピュータに提供することが可能な電気信号に変換する。
【0060】
いくつかの実施形態において、本明細書に前述されると共にここで議論されるように、放射光は、約６００～１３００ｎｍのようなＮＩＲスペクトル範囲のローエンド、例えば７６０ｎｍ ８００ｎｍおよび８６０ｎｍである。そのような波長領域は、ＮＩＲ照射の深部貫通をもたらすことができ、それはヘモグロビン飽和の光音響モニタリングに十分である。モニタリングのために適用されるレーザーエネルギーの量は低く、且つ、患者の皮膚、または患者もしくは操作者の眼組織への熱的または機械的損傷を全く誘発することがない。何故ならば、レーザーフルエンスレベルが、眼組織に対する最大許容露光量（ＭＰＥ）よりかなり下にあるからである。いくつかの実施形態において、レーザーエネルギーは、約１μＪから１ｍＪの出力で送出される。
【0061】
オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンは、可視およびＮＩＲスペクトル範囲において、高吸収係数を有している。したがって、血液中で引き起こされ生成された光音響の圧力の振幅と空間的分布は両方とも、一般に、総ヘモグロビン濃度［ＴＨｂ］およびヘモグロビン飽和度（オキシヘモグロビン［ＴＨｂ］として算出）に依存する。開示された測定技術の高解像度により、大血管中における［ＴＨｂ］およびと飽和度の直接測定を可能にする。いくつかの実施形態において、飽和度は、次の４つの重要な波長を生成するためのＮｄ－ＹＡＧレーザーによって注入された光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）を使用して評価することができる：８００または８０５ｎｍ（オキシ－およびデオキシヘモグロビンが等しい吸収を有している等濃度点）と、７００、７３０および７６０ｎｍとであり、これらは、オキシ－及びデオキシヘモグロビンが、吸収において強い違いを示す波長である。いくつかの実施形態において、他の波長を選択するように、様々な分子の濃度が興味の対象となり得る。例えば、フォトダイオード１５２Ａ、１５２Ｂ、及び／又は１５２Ｃの１つが、光信号を８６０ｎｍで出力するように構成され、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）のような外因性の染料は、その波長で超低音響応答を示す一方で、約９００ｎｍにおいて、ピーク音響応答を示す。この差異は、高精度のＩＣＧモニタリングを提供し得る。
【0062】
音響信号は一般に、標的から直線的に帰還する。レーザー光音響の画像化技術は、光学的断層撮影法（高光学的コントラスト）と超音波診断（音波の最小限散乱）との長所を組み合わせたものであり、それにより、高コントラスト、高感度および高解像度を備えた非侵襲性の診断方法を生成する。光音響技術の高解像度、高感度および高コントラストは、優れた精度、特異性および感度で、［ＴＨｂ］と、酸素化および脱酸素化ヘモグロビンとのモニタリングを提供する。直線的に超音波信号が伝播することにより、光音響測定は、純粋な光学的技術とは、投射と反射の両方の光信号が組織を通過する際に散乱されるという点で、区別される。光音響の画像化は、数センチメートル程度の深度において、空間解像度≦０．５ｍｍで、光学上混濁し不透明である組織の構造を視覚化することができるとともに、光音響画像を再現することも可能になる。要約すると、光音響モニタリングの長所は、限定的ではなく、以下を含む：（１）非侵襲性、（２）正確な定量的測定、（３）連続的でリアルタイムのモニタリング、（４）高空間解像度、および（５）コンパクトな大きさ。
【0063】
図４－６は、図３に示されるシステム１０において使用することができる脳の酸素化プローブ２０の例を示す。患者インターフェース１５０は、プローブ２０を含んでもよい。プローブ２０は、光を放射し且つ音波を検出するように設計されるので、このプローブは、光音響プローブと呼ぶことができる。概略的には、プローブ２０は、ヘッド２２を含み、そこから、プローブ２０をシステム１００の残りの部分に接続する１以上のケーブル２４を伸ばしてもよい。
【0064】
ヘッド２２は、ポリアミド（例えばＰＡ２２００）、ポリカーボネート（例えばＰＣ－ＩＳＯ）またはアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（例えばＡＢＳ－Ｍ３０）のような、生物学的適合性を有する高分子材料で製作することができ、１以上の部品から構成することができる。ヘッド２２が１個以上の部品を含む場合、それらの部品は、ヘッド内部に空気または流体が進入するのを防ぐために、一体に密閉されることがある。図４－６から明白なように、ヘッド２２は、概略的に円筒状であるハウジング２６を含む。ハウジング２６の中央部分（縦軸方向に沿って）は、ハウジングの両端部より細くすることができる。特に、ハウジング２６は、各ハウジング端部から徐々に狭くなり、ハウジングの中央が最も狭くなる地点となっている。この構成のために、ハウジング２６は、図６により明確に見られるように、丸い砂時計形状を有し得る。この形状により、ハウジング２６の中央部を包囲する、連続的な丸い溝２８を形成することになる。いくつかの実施形態において、この溝２８は、およそ５～５０ｍｍの曲率半径を有する。以下に記載するように、この溝２８は、酸素化測定処理の間、ヘッド２２の把持を容易にすることができる。適用対象及び／又は使用者に適合させるために、ハウジング２６の大きさは変更し得るが、いくつかの実施形態において、ハウジングは、高さ（Ｈ）がおよそ５～３０ｍｍであり、ハウジングの端部は、直径（Ｄ）がおよそ８～２０ｍｍであり、ハウジングの中間部は、直径（ｄ）がおよそ３～１５ｍｍである（図６参照）。同様に図６において明示するように、ハウジング２６の端部の縁部は丸くすることができる。ヘッド２２は、可撓性または軟質な材料、あるいは、平滑な縁部を有する剛性材料で構成することができ、この材料は好ましくは、プローブ２０内に収容した電気部品の電気的遮蔽を与えるものである。
【0065】
図４および５に最も明確に示されるように、ハウジング２６のフロントエンド３０がプローブの作業端であり、これが、胎児の頭部と接続するように構成される。プローブ２０のこの端部において、ハウジング２６は、ハウジング内部へのアクセスを提供する円形開口部３２を含み得る。開口部３２を閉塞するカバー３６の背後に位置する内部電磁シールド３４は、この開口部３２を通じて可視であってもよい。光導波路３８の先端部は、ハウジング２６の縦軸と平行な方向に沿って、カバー３６の中心から伸びてもよい。これらの構成要素の性質および機能は、図７の断面視に関して以下に記載される。
【0066】
図４－６をさらに参照すると、ハウジング２６から伸びているのは、プローブヘッド２２から伸びるケーブル２４に対するストレインリリーフを提供するストレインリリーフ要素４０である。いくつかの実施形態において、ストレインリリーフ要素４０は、ハウジング２６と同じ材料で製作することができ、それと一体に形成されてもよい。図４－６に示されるように、ケーブル２４は電気ケーブル４２および光ケーブル４４を含むことがあり、それぞれ電気信号および光学信号を送信するために使用される。しかしながら、もし所望ならば、単一のケーブルに、これらのケーブル４２および４４を合体させることが可能であることが注目される。図６に最も明確に示されるように、ストレインリリーフ要素４０は、ハウジングの縦軸に対し概して垂直な方向に、ハウジング２６の後方端部４６から外へ伸びることができる。図５および６の比較から明白なように、ストレインリリーフ要素４０は、その高さ寸法（図６）より大きい幅寸法（図５）を有することができる。光ケーブル４４は可撓性を有し、かつ小径（例えば約１ｍｍの直径）であってもよく、それによって、ハウジングに合致するためにケーブルは湾曲することができる。
【0067】
ハウジング２６およびストレインリリーフ要素４０は、様々な方向に位置づけられる胎児頭部の大泉門上に、および産道内の深さの範囲にわたり、使用者がプローブを配置することを可能にするように構成することができる。例えば、プローブ２０は、胎児頭部と子宮頚部壁との間に適合するように、または子宮頚部の開口内の胎児の頭頂部上に定位するように、大きさが決められる。ストレインリリーフ要素は、ユーザーが測定用の適正位置にプローブを移動させることを可能にするため、ケーブル用の出口の角度が柔軟で調整可能なように構成されてもよい。
【0068】
図７は、図４－６に示される光音響プローブ２０の構築例を示すものである。図７に示されるように、プローブヘッド２２は、ハウジング２６およびストレインリリーフ４０を規定するために一体に連結される２つの部品材料から形成することができる。代わりに、ハウジング２６およびストレインリリーフ４０を含むプローブヘッド２２は、単一の一体的な１部品材料から形成されてもよい。特に、ヘッド２２は、ハウジング２６およびストレインリリーフ４０の一部を各々規定し、プローブの内部構成要素が存在する中空内部空間５４を密閉するように互いに結合されている、上面部５０および底面部５２を含むことができる。図７に示されるように、これらの構成要素は、電磁シールド３４、カバー３６、および上で参照した光導波路３８、並びに、音響センサー５６、スペーサ要素５８、プリント回路基盤（ＰＣＢ）６０、および音響の裏打材６２を含む。これら構成要素それぞれの目的は、以下に記載される。
【0069】
電磁シールド３４は、音響センサー５６およびＰＣＢ６０を含むプローブ２０の他の内部構成要素を囲む要素であり、電磁干渉からそれらを保護するシールドであり得る。このシールド３４は銅箔のような導電材料で製作されてよく、これがなければプローブ２０の適正動作を妨害するであろう電磁気ノイズからのシールドとして機能することができる。
【0070】
カバー３６は電磁シールド３４を絶縁することができ、その開口部３２を通じて空気や液体が通過するのを防ぐため、ハウジング２６の前方端部３０を密閉する。いくつかの実施形態において、カバー３６はポリメタクリル酸メチルのような透明な高分子材料で製作される。
【0071】
光導波路３８は、音響センサー５６によって検出することができるＳＳＳからの超音波を誘発するためのパルス化されたＮＩＲ光を、胎児の脳内の組織に送達するために使用することができる。光導波路３８は、単一の光ファイバーまたは複数の光ファイバーを含むことができる。後者の場合、光通信ケーブルでのように、光ファイバーは一体に結束することができ、または互いに空間的に分離することもできる。いくつかの実施形態において、光導波路３８は、１０～１５００μｍのコアと、およそ１２～２０００μｍの外径を有する単一の光ファイバーを含む。使用される光導波路３８の特性に拘わらず、導光路の先端部はカバー３６の外表面を越えて伸びる。この延伸は、胎児がかなりの量の毛を有する場合に、光導波路３８を頭皮と直に接触した状態に配置することを容易にすることができる。いくつかの実施形態において、先端部はカバー３６の外表面を越えておよそ１～３ｍｍ延びる。例えば、光導波路は、直径が約１ｍｍであり、頭皮と接触するために髪を通り抜けることができる繊維の「ブラシ」を形成するためにハウジングから突出する、複数の光ファイバーを含むことがあり、それによって、髪による吸収によって光強度の損失を低減する。光ファイバーは、図７に示されるように、ハウジングの底部中心を通って伸び、カバー３６の外表面を越えて約２ｍｍ延びることがある。複数の繊維が、繊維をＳＳＳ上に位置させることができるのと同じ方法で、中心対中心を合わせて一定間隔で配置され得る。繊維は好ましくは、標的組織との２４時間以内の連続的な接触に対し、快適であるように構成される。
【0072】
前述のように、音響センサー５６は胎児のＳＳＳによって生成される超音波を検知することができる。いくつかの実施形態において、音響センサー５６は、圧力、加速度、歪みまたは外力の変化を測定し、それらを電気信号に変換するために、圧電効果を使用する圧電トランスデューサを含む。このセンサー５６は、ポリアミドのような高分子材料で製作可能なスペーサ要素５８によって、電磁シールド３４から分離されてもよい。いくつかの実施形態において、スペーサ要素５８はおよそ０．００５～５ｍｍの厚さである。
【0073】
音響センサー５６によって生成される電気信号は、１つ以上の電線６４によって、ＰＣＢ６０へ送信される。ＰＣＢ６０は、センサー５６から受け取った信号を、さらなる電線６６に沿ってシステムのモニターやコンピュータへ信号を送信する前に増幅するプリアンプを含む。プリアンプは、約５００ｋＨｚにおいて約４０ｄＢの利得を提供し、約４０ｋＨｚから約１０ＭＨｚまでの範囲において約３ｄＢの帯域幅を有するように構成することができる。前記ＰＣＢは、音響センサー５６によって検知された音響信号をデジタル化するように構成されたデジタイザをさらに含み得る。例えばデジタイザは、本明細書に記載されるように、プローブに接続されたレーザーダイオードサブシステムからのトリガー信号に応答して、少なくとも約２０ＭＨｚでプリアンプからの音響信号をサンプリングするように構成することができる。前記デジタイザは、例えば、音響信号の約１０００のサンプルを保存し、光音響プローブに接続され、これの動作を制御するコンソールユニット１００のプロセッサへ、サンプルを波形加算平均するために、サンプルのブロックを転送することが可能である。
【0074】
音響裏打材６２は、音響センサー５６の背後に位置づけられる。これはセンサー５６（圧力波の広帯域検出用）のための裏打ち材を提供し、信号中における不要なリンギングを防ぎ、リンギング雑音から信号の一部を分離するために、センサーを通過する振動を吸収する。いくつかの実施形態において、減衰器６２は多くのエポキシを含む。
【0075】
図７に示されるように、プローブの内部構成要素が存在する中空の内部空間５４は、直径５４ｄが約８から約１０ｍｍの範囲であり、高さ５４ｈが約１０ｍｍである、実質的な円柱状であってもよい。
【0076】
プローブ２０は、たとえばハウジングの外面における溝やポケットなどの、使用間に清潔にしたり消毒したりすることが容易にはできない領域を縮小するように設計され得る。選択的にまたは組合せにおいて、プローブ２０は、使用間にプローブを清潔にし消毒する必要性を減少するため、ハウジング上に配置されるように構成された使い捨てのカバーを含んでもよい。プローブ２０は好ましくは、その構成要素が、滅菌用の消毒液中への浸漬に耐え得るように構成される。
【0077】
図１１Ａおよび１１Ｂは、本明細書に記載されているような、光音響プローブ２０の典型的な構成を示すものである。プローブ２０は、図１および２を参照して記載されるコンソール１１０のような、プローブの動作を制御するコンソールに接続されたケーブル束２４から伸びるヘッド２２を含み得る。ヘッド２２は、ハウジング２６、上面部５０、および、これと実質的に同形状の底面部５２を含むことができる。例えばハウジング２６は、実質的に円柱状形態を有することができ、例えば直径Ｄが約３０ｍｍから約４０ｍｍ範囲であり、高さＨが約１８ｍｍである。上面部５０および底面部５２は、実質的に同じ直径Ｄであり、実質的に互いに平行に配向された、実質的に円形であり得る。ハウジングは、ハウジングの中央部で、ハウジングの側部を連続的に周回して伸びる環状溝２８を含むことができる。溝２８は、ユーザーが酸素化測定のために底面部５２を標的組織に接触させて配置する間、ユーザーがプローブヘッド２２を把持することを容易にする、ハウジングの凹部状側面を形成することができる。
【0078】
図１２Ａおよび１２Ｂは、本明細書に記載されるような、光音響プローブ２０の異なる典型的な構成を示すものである。プローブ２０は、図１および２を参照して記載されるコンソール１１０のような、プローブの動作を制御するコンソールに接続されたケーブル束２４から伸びるヘッド２２を含み得る。ヘッド２２は、形状が異なる上面部５１および底面部５３を有するハウジング２７を含むことができる。例えば、底面部５３は、直径Ｄを有する実質的に円形の形状を含み。その一方で上面部５１は、底面部の直径Ｄ方向に伸びる先細り形状を含み得る。上面部の第１の端部５１ａが底面部５３と直接接続するように、上面部５１の平面が底面部５３の平面に対し、角度５５で配置されてもよい。ハウジングの最大高さＨは約２５ｍｍであり、底面部の直径Ｄは約３０ｍｍから約４０ｍｍまでであり得る。ハウジングは、ハウジングの側面部を連続的に周回して伸びる溝２９を含み得る。図１２Ｂに示されるように、上面部の第１の端部５１ａが底面部に接続する点で溝が終了するように、溝２９は、ハウジングの上面部５１と底面部５３との間の角度５５に対応するテーパを有し得る。溝２９は、ユーザーが酸素化測定のために底面部５３を標的組織に接触させて配置する間、ユーザーがプローブヘッド２２を把持することを容易にする、ハウジングの凹部状の背面および側面を形成することができる。ストレインリリーフ要素４０は、プローブヘッド２２に連結され、ケーブル２４上に配置されて歪み除去するように構成され、図示されるような流線形またはテーパ状の形状を有してもよい。
【0079】
図８および９は、胎児の大脳の酸素化測定手続中に、産科医によってプローブ２０を把持することを可能にする方法の２つの例を示すものである。両方の場合において、プローブのヘッド２２は、人差し指と中指の指先間に挟まれる。図に示すように、プローブヘッドハウジング２６の溝２８は、挟持を容易にする。プローブ２０のケーブル２４は、図８に示すように、手の内側に沿って走らせるか、あるいは、図９に示すように、手の外側に沿って走らせることができる。一旦、所望の把持とケーブルの経路設定が達成されたならば、図３に示すように、次いで産科医は自分の手を膣を通じて産道内へ挿入し、プローブヘッド２２のフロントエンドを胎児の頭部に接触させて配置する。その後、測定値が、プローブ２０を使用して取得され、大脳の酸素化を判定するために処理され得る。好ましくは、プローブヘッド２２は、胎児頭部の大泉門上に配置される。胎児は、頭を下に向けた任意の位置にいる（例えば、前方後頭位（ＯＡ）、前方左後頭位（ＬＯＡ）、前方右後頭位（ＲＯＡ）、左後頭横（ＬＯＴ）、右後頭横（ＲＯＴ）、後方後頭位（ＯＰ）、後方左後頭位（ＬＯＰ）、後方右後頭位（ＲＯＰ））。典型的なシナリオでは、胎児の頭部は、産道内へ約５０ｍｍ奥に位置することがあり、また子宮頚部は、約４～５ｃｍまで拡大されることがある。光音響プローブの挿入、位置決め、および測定の所要時間は、例えば約３０から約４５秒であり得る。
【0080】
プローブ２０は、超音波ゲルと共に使用してもよく、または、超音波ゲルなしの場合、プローブヘッドを胎児の頭皮に近接させた位置で使用してもよい。超音波ゲルなしで使用する場合、プローブヘッドを取り囲む環境中の水分が、適切な音響カップリングを提供し得る。
【0081】
図１３Ａ－１３Ｃは、胎児の大脳の酸素化測定処理中にユーザーが把持するプローブ２０の典型的な構成を示すものである。プローブ２０は、図１２Ａ－１２Ｂに示すような形状を有するプローブヘッド２２を含んでもよく、この場合、ハウジングの上面部５１および底面部５３は異なる。プローブヘッド２２は、ユーザーの人差し指と中指との間で、本明細書に記載するようなヘッドのハウジングの溝２９に指の遠位部を係合させて把持することができる。図１３Ｂおよび１３Ｃに示すように、ケーブル束２４は、手の内側に沿って走らせることができる。ヘッド２２は、ユーザーの指の遠位部内に容易に合致するように、コンパクトな大きさにされ得る。例えば、図１３Ａに示すように、ヘッド２２の先端部からストレインリリーフ要素４０の末端部までの長さ７０は、約４０ｍｍとされ得る。図１３Ｂに示すように、ヘッドのハウジングの底面部５３は、約１０ｍｍの厚さ７１を有し得る。図１３Ｃに示すように、ハウジングの底面部の直径Ｄは、約１８ｍｍから約２０ｍｍであり得る。
【0082】
図１４Ａ－１４Ｃは、胎児の脳の酸素化測定処理の間にユーザーが把握するプローブ２０の他の典型的な構成を示すものである。プローブ２０は、図１１Ａ－１１Ｂに示すような形状を有するプローブヘッド２２を含んでもよく、この場合、ハウジングの上面部５０および底面部５２は、実質的に同じ円形の形状を含む。プローブヘッド２２は、ユーザーの人差し指と中指との間で、本明細書に記載するようなヘッドのハウジングの溝２８に指の遠位部を係合させて把持することができる。図１４Ｂおよび１４Ｃに示すように、ケーブル束２４は手の内側に沿って走らせることができる。ヘッド２２は、ユーザーの指の遠位部内に容易に合致するようなコンパクトな大きさに成され得る。例えば、図１４Ａに示すように、ヘッド２２の先端部からストレインリリーフ要素４０の末端部までの長さ７２は、約２０ｍｍから約３０ｍｍとなされ得る。図１４Ｂに示すように、ヘッドのハウジングの底面部５２は、約１０ｍｍの厚さ７３を有し得る。図１４Ｃ示すように、ハウジングの底面部の直径Ｄは、約１８ｍｍから約２０ｍｍであり得る。
【0083】
図１５Ａおよび１５Ｂは、胎児の脳の酸素化測定処理の間にユーザーが把持するプローブ２０の、他の典型的な構成を示すものである。プローブ２０は、本明細書で記載するように、プローブヘッド２２およびストレインリリーフ要素４０を含んでもよく、ヘッド２２は、図１１Ｂおよび１２Ｂに示す溝２８または２９のような溝を有するハウジングを含み得る。本明細書に記載するように、ユーザーは、ヘッド２２を２本の指で把持してもよく、またはユーザーは、溝内に１本の指先を配置してもよい。図１５Ａに示すように、ユーザーの１本または２本の指にヘッドを確実に結合するため、指サック８０が、ヘッド２２に係合させる１本または２本指の上に配置されてもよい。指サック８０内に配置されるヘッド２２は、約４０ｍｍの高さ８１を有し、ハウジングの底面部が約２０ｍｍの直径Ｄを有する。ストレインリリーフ要素４０から伸びるケーブル２４の一部は指サック８０内に囲まれると共に、ケーブルの残りの部分は手の内側に沿って走るように構成され得る。代わりに、図１５Ｂに示すように、指グローブ８２が、プローブヘッド２２に係合するユーザーの１本または２本の指を覆うように配置される。指グローブは、ユーザーの手に指グローブを確実に結合するための、ユーザーの手首の周りに固定されるストラップを有してもよい。指グローブ８２または指サック８０の中への指の挿入、およびプローブヘッドの挿入を容易にするために、図１５Ｂに示すように、プローブヘッド２２は、ヘッドの先端部上に、先細りの「ブル・ノーズ」形状を含んでもよい。ストレインリリーフ４０は同様にケーブル２４に配置され、張力をさらに取り除くため、先細りのブル・ノーズ形状を含み得る。プローブのハウジングは、図示するようなブル・ノーズ形状を含んでもよく、代わりに、ブル・ノーズ形状を提供するためにアダプターがハウジング上に配置されｔもよい。図１５Ｂのブル・ノーズ形状のプローブヘッド２２は、約４０ｍｍの高さ８３、約２０ｍｍの底部直径Ｄ、および約３０ｍｍから約３５ｍｍの最大径８４を有し得る。
【0084】
図１７Ａ－１７Ｃは、プローブ２０のさらなる実施形態を示す。この実施形態において、プローブ２０は、ハウジング２６の中央部を囲む連続的な丸い溝２８を含むハウジング２６を含み得る。ハウジング２６はさらに、胎児のＳＳＳまたは泉門を触診するために自分の指を使用している間、ユーザーがプローブ２０を操作し位置決めするために自分の他の指を配置することが可能な指ポケット１１７を含み得る。指ポケット１１７はプローブ２０の一方の端部に配置されるが、光出力部および音響トランスデューサが、本明細書で前述されおよびここで記載するように、もう一方の端部上に配置されてもよい。ケーブル２４は、ハウジング２６（図１７Ｂ）から直線的に、または角度を有して（図１７Ｃ）、近位方向へ伸長してもよい。
【0085】
図１６は、１つ以上の生理学的パラメータを光音響的に判定する方法１６０のフローチャートを示す。
【0086】
ステップ１６００において、測定シーケンスが開始される。
【0087】
ステップ１６０５において、本明細書で前述し且つここで記載するように、第１の光パルス発生器、第２の光パルス発生器および第３の光パルス発生器の温度が管理される。例えば、温度は、光パルス発生器を動作用の最適温度範囲、例えば１０℃から４０℃に維持するために管理される。第１、第２および第３の光パルス発生器は、光出力振動数の安定性が、その温度に依存するレーザーダイオード（例えば前述のレーザーダイオード１５２Ａ、１５２Ｂ、及び／又は１５２Ｃ）を含み得る。ステップ１６０５は、第１、第２および第３の光パルス発生器の温度を連続的に測定するサブステップ；第１、第２および第３の光パルス発生器に冷却空気流（例えば冷却ファン１６０から）を導入するサブステップ；第１、第２および第３の光パルス発生器それぞれに接続され、第１、第２および第３の光パルス発生器から熱を排出するための第１、第２および第３の熱電冷却機（例えば前述の熱電冷却機１５２Ａ’、１５２Ｂ’及び／又は１５２Ｃ’）を起動させるサブステップ；および、第１、第２および第３の光パルス発生器を最適な動作温度範囲に維持するために、冷却空気流および熱電冷却機を調節するサブステップ、を含んでもよい。
【0088】
ステップ１６１０において、本明細書で前述し且つここで記載するように、第１の光パルス列が生成され、第１の光パルス列は、第１の波長を有する。
【0089】
ステップ１６２０において、本明細書で前述し且つここで記載するように、生成されるパルス列の各光パルスは、組織上に導かれる。生成される光パルスは、例えば前述の患者インターフェース１５０のような患者インタフェース装置及び／又は光音響プローブ１４を用いるなどして、対象とする組織上に導かれる。ステップ１６１０は、手持プローブ２０を提供するとともに、該プローブ２０を、前述した胎児の大泉門のような、検査される対象の組織と隣接するように位置づけるサブステップを含んでもよい。
【0090】
ステップ１６２２において、本明細書で前述し且つここで記載するように、組織からの音響応答を測定することができる。音響応答は、前述のような、胎児の上矢状静脈洞の音響応答を含み得る。前述のように、例えば、音響応答はプローブ２０の音響センサー５６、または患者インターフェース１５０の他の作動部によって捕捉され得る。
【0091】
ステップ１６２４において、本明細書で前述し且つここで記載するように、各光パルスからの音響応答は、増幅されデジタル化される。前述のように、例えば、音響センサー５６によって生成される電気信号は、プローブ２０のプリアンプで増幅され得る。あらかじめ増幅された信号は、コンソールユニット１００の音響サブシステム１４０によって受信され得る。その後、あらかじめ増幅された信号は、音響サブシステム１４０によってさらに増幅され、次いで、デジタイザでサンプリングされ得る。その後、サンプリングされた信号は、暗騒音からの波形を抽出するために波形平均化するため、コンソール１１０のプロセッサ１１５に転送され得る。
【0092】
ステップ１６２６において、本明細書で前述し且つここで記載するように、パルス列に対する音響応答波形は平均される。
【0093】
ステップ１６２８において、本明細書で前述し且つここで記載するように、血液分析物からの音響応答に対するウェーブレットの振幅を検出することができる。
【0094】
ステップ１６３０において、本明細書に記載されるように、第２の光パルス列が生成され、第２の光パルス列は、第１の波長とは異なる第２の波長を有し得る。
【0095】
ステップ１６３５において、ステップ１６２０から１６２８までのステップが、第２の波長に対して反復される。
【0096】
ステップ１６４０において、本明細書に記載するように、第３の光パルス列が生成され、第３の光パルス列は、第１、第２の波長とは異なる第３の波長を有し得る。
【0097】
ステップ１６４５において、ステップ１６２０からステップ１６２８までが、第２の波長のために繰り返される。本明細書で前述し且つここに記載するように、第１、第２および第３の波長は、互いに相違し、対象とする標的パラメータの吸収ピークおよび音響応答ピークと合致するように選択され得る。本明細書で前述し且つここに記載するように、典型的な波長は、いくつか例示すれば、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、８００ｎｍ、８０５ｎｍおよび８６０ｎｍを含む。例えば、第１の波長は、８００ｎｍまたは８０５ｎｍであり、これはオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンが等しい吸収を有する等濃度点である。また、第２および第３の波長は、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとが吸収において強い相異を示す波長、例えば７００ｎｍ、７３０ｎｍおよび７６０ｎｍである。
【0098】
ステップ１６５０において、生理的パラメータが、音響応答から判定され得る。コンソールユニット１００のプロセッサ１１５が、そのような判定をなすように構成され得る。例えば、血液酸素化またはＳＳＳ（ＳＯ２）のような、対象とする生理的パラメータは、光パルスの２つの異なる波長での音響応答を比較することにより、判定され得る。対象とする生理的パラメータのより正確でより信頼性の高い数値を提供するため、本明細書に記載するように、判定した生理的パラメータの２以上がともに平均され得る。
【0099】
ステップ１６５５において、本明細書で前述し且つここで記載するように、判定した生理的パラメータが、前述のようなコンソールユニット１００のディスプレイ１２５を用いるなどして、表示され得る。いくつかの実施形態において、平均化された生理的パラメータが表示される。
【0100】
ステップ１６６０において、判定した生理的パラメータが、記憶部に保存され得る。例えば、測定された生理学的パラメータは、コンソールユニット１００によって電子カルテ管理システムに電子的に送信され得る。
【0101】
ステップ１６７０において、ユーザーに、測定を継続するべきかどうかについて、質問し得る。ユーザーが測定の継続を望む場合、測定シーケンスがステップ１６００から再開され得る。ユーザーが測定の終了を希望する場合、測定シーケンスはステップ１６８０で停止する。さらなるステップが必要かどうかを判定することが判断されることがある。例えば、医師または他の医療専門家が、コンソールユニット１００によって表示された、測定された血液酸素化に基づいて、帝王切開の処置が必要かどうかの判定をなすことができる。選択的にまたは組合せにおいて、コンソールユニット１００は帝王切開または他の処置が必要かどうかについての推奨を、表示される測定された血液酸素化に基づいて示すように構成され得る。
【0102】
上記のステップは、多くの実施形態に従い、１以上の生理的パラメータを光音響的に判定する方法１６０を示すが、当業者は、本明細書で記載された教示に基づいて、多数の変更を認識するであろう。ステップは、異なる順序で完了されてもよい。ステップは、追加または削除がされてもよい。例えば、酸素化または他の対象とする生理的パラメータは、２またはそれ以下の少数の波長の光のパルス列を使用して判定されてもよい。ステップのうちの一部は、サブステップを含み得る。ステップの多くは、診断上の測定に有益な回数だけ、繰り返されてもよい。
【0103】
方法１６０の１つ以上のステップは、例えば、本明細書で前述し且つここに記載するような、１つ以上の、プロセッサ、制御装置または回路基板などの様々な回路類を用いて、本明細書に記載するように、実行され得る。そのような回路類は、方法１６０の１以上のステップを提供するようにプログラムされ、このプログラムは、コンピュータで読み取り可能なメモリ上に保存されるプログラム命令、または、例えばプログラマブルアレイロジックやフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイのような論理回路のプログラムされたステップを含み得る。
【0104】
本開示の様相は、酸素化を測定する方法も含む。そのような方法は、信号が良好な場合（つまり低バックグラウンドである場合）、酸素化を測定するためのに式の適用を含む。光信号の様々な波長で血液酸素化を判定する典型的な式は、下にリストされる。Ｒは、７６０および８００ｎｍ（Ｒ＝Ａ７６０／Ａ８００）における、光音響振幅の比率である。
【0105】
【数1】
【0106】
一般に、任意の波長に対し：
【0107】
【数2】
【0108】
例えば、信号の違いを生成するための、１．０を導入は、以下を生成する：
【0109】
【数3】
【0110】
および、差分信号Ｄ７６０＝Ａ７６０－Ａ８００は次の式によって表わされる：
【0111】
【数4】
【0112】
そして一般に、任意の波長に対し、下記方程式（式１）を適用する：
【0113】
【数5】
【0114】
そして、第３の波長（例えば８５０ｎｍ）は次式（式２）で、下記のように、Ａ８００を消去するために導入される：
【0115】
【数6】
【0116】
Ａ８００を消去するために、下記のように、式１を式２で割る。
【0117】
【数7】
【0118】
ＳＯ２に対する最後の上記式は、例えば毛髪または皮膚メラニン（胎児、新生児および成人の頭部および黒ずんだ皮膚などにおける）からの高いバックグラウンドを有する任意の（良好または不良）信号を使用して、酸素化を測定するために使用することができる。したがって、光信号の３つ以上の波長または光信号に対する２つ以上の波長のペアが、酸素化を光音響的に測定するために、高いバックグラウンドの状態でさえも、使用され得る。本明細書で前述し且つここで記載するように、上記の波長は単なる例示であり、他の波長も使用に対して想定されるものである。様々な化学式および方程式用の上記係数は、同様に単なる例であり、上記化学式および方程式用の他の係数も、使用に対して想定されるものである。
【0119】
実験データ
実験手順において、血行力学的に安定な新生児が、胎児の光音響的モニタリングをシミュレートするために、光音響的に測定された。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、３つの波長の間で高速に切り替えるようプログラムされたパーソナルコンピュータによって制御された：パルス・レーザー・ダイオードによって生成されるエネルギーと同様の、１５マイクロジュールのエネルギー準位における８００ｎｍ（等吸収点）、７６０ｎｍおよび７００ｎｍ、次いでＳＳＳ（ＳＯ２）が、２つの波長の組（７６０ｎｍと８００ｎｍ）および（７００ｎｍと８００ｎｍ）それぞれから計算され、その後、２つの計算値の平均が算出された。２つ以上の計算値の平均を採用することによって、血液酸素化のより正確な測定をなすことができる。
実験手順において、血行力学的に安定な新生児が、胎児の光音響的モニタリングをシミュレートするために、光音響的に測定された。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、３つの波長の間で高速に切り替えるようプログラムされたパーソナルコンピュータによって制御された：パルス・レーザー・ダイオードによって生成されるエネルギーと同様の、１５マイクロジュールのエネルギー準位における８００ｎｍ（等吸収点）、７６０ｎｍおよび７００ｎｍ、次いでＳＳＳ（ＳＯ２）が、２つの波長の組（７６０ｎｍと８００ｎｍ）および（７００ｎｍと８００ｎｍ）それぞれから計算され、その後、２つの計算値の平均が算出された。２つ以上の計算値の平均を採用することによって、血液酸素化のより正確な測定をなすことができる。
【0120】
２人の新生児のうちの最初（赤ん坊１：体重１，７９５ｇ；現在の体重２，８８５ｇ；在胎齢３２週）は、２つの時間間隔において、ＳＳＳ（ＳＯ２）が５８％および６９％であった。第２の新生児（赤ん坊２：体重３，０４０ｇ；在胎齢３９週）では、３つの時間間隔において、ＳＳＳ（ＳＯ２）が５５％、６０％および６２％であった。これらの測定値は、期待範囲、および、時間経過にわたる生理学的変化と一致している。図１０Ａおよび１０Ｂは、赤ん坊１および２に対するＳＳＳ（ＳＯ２）を計算した元データを示す。
【0121】
３つの異なる波長における測定値を得ることができる一方で、他の個数の波長で測定値を得ることができることに注意される。例えば、いくつかの実施形態において、測定値は、７６０ｎｍと８００ｎｍとにおいて取得することができる。さらに、本明細書に記載された光音響プローブは、光源が発生した光を９０°回転させる光導波路を含み、光はプローブから、０°（つまりプローブの先端から直線的）から９０°までの任意の角度で照射可能であることが注目される。使用される特定角度は、胎児の頭部位置および解剖学から見て、どの角度が胎児頭部および泉門への最も容易なアクセスを提供するかに依存し得る。
【0122】
異なる試験手順において、音響信号は後期分娩の間に胎児から測定された。音響応答は、７６０ｎｍ、８００ｎｍおよび８５０ｎｍで光信号を組織に向けることにより生成された。図１８Ａは、測定された差分信号を示し、８００ｎｍで得られた信号を、７６０ｎｍで得られた信号から差し引いたものである。図１８Ｂは、測定された差分信号を示し、８００ｎｍで得られた信号を、８５０ｎｍで得られた信号から差し引いたものである。各グラフ中で示される２つのピークは、皮膚からの音響応答と、上矢状静脈洞（ＳＳＳ）からの音響応答を表わす。ＳＳＳからのピークは、ＳＳＳにおける胎児の静脈の酸素化を判定するために使用されてもよい。
【0123】
本開示の好ましい実施形態が本明細書に示され記載される一方で、そのような実施形態は例示によってのみ提供されるものであることは、当業者にとって明白である。
本開示の範囲から外れることのない、多数の変更、変化および置換は、当業者が想到するものである。本明細書に記載された本開示の実施形態に対する様々な代替が、本開示の本発明を実施する際に使用されることは理解されるべきである。以下の請求項は本発明の範囲を定義するものであり、この請求項とその均等物の範囲内の方法および構造体がそれによって包含されるものであるということが意図されている。
本開示の範囲から外れることのない、多数の変更、変化および置換は、当業者が想到するものである。本明細書に記載された本開示の実施形態に対する様々な代替が、本開示の本発明を実施する際に使用されることは理解されるべきである。以下の請求項は本発明の範囲を定義するものであり、この請求項とその均等物の範囲内の方法および構造体がそれによって包含されるものであるということが意図されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図17C】
【図18A】
【図18B】
【手続補正書】
【提出日】2022-06-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被験体の酸素化を光音響的に判定するシステムであって、
前記システムは、
第１の波長を有する第１の光、第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光、および第１と第２の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光を、組織に放射するように構成される光源、
第１の放射された光、第２の放射された光、および第３の放射された光に応じて、組織により生成される第１の音圧の振幅、第２の音圧の振幅、および第３の音圧の振幅をそれぞれ検知するように構成される音響トランスデューサ、ならびに、
第１の振幅と第２の振幅の間の第１の差、および第１の振幅と第３の振幅の間の第２の差に基づいて、被験体の酸素化を判定するように構成されるプロセッサ、を含むシステム。
前記システムは、
第１の波長を有する第１の光、第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光、および第１と第２の波長とは異なる第３の波長を有する第３の光を、組織に放射するように構成される光源、
第１の放射された光、第２の放射された光、および第３の放射された光に応じて、組織により生成される第１の音圧の振幅、第２の音圧の振幅、および第３の音圧の振幅をそれぞれ検知するように構成される音響トランスデューサ、ならびに、
第１の振幅と第２の振幅の間の第１の差、および第１の振幅と第３の振幅の間の第２の差に基づいて、被験体の酸素化を判定するように構成されるプロセッサ、を含むシステム。
【請求項2】
光源はレーザーダイオードまたは発光ダイオードのアレイを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
レーザーダイオードまたは発光ダイオードのアレイは、第１の光を放射するように構成された第１のレーザーダイオード、第２の光を放射するように構成された第２のレーザーダイオード、および第３の光を放射するように構成された第３のレーザーダイオードを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
第１の波長は７９０から８２０ｎｍまでの範囲である、請求項１～３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項5】
第１の波長は８０５ｎｍである、請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
第２または第３の波長は、６８５ｎｍから７１５ｎｍ、７１５ｎｍから７４５ｎｍ、７４５ｎｍから７７５ｎｍ、または８４５ｎｍから８７５ｎｍの範囲である、請求項１～５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項7】
第２または第３の波長は、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、７６０ｎｍ、または８６０ｎｍである、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
第１の波長を備えた第１の光、第２の波長を備えた第２の光、および第３の波長を備えた第３の光の放射の間に光源を迅速に切り替えるように構成された制御装置をさらに含む、請求項１～７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項9】
光源に連結された共通の光ファイバーをさらに含み、第１、第２、および第３の光はそれを通して送信される、請求項１～８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項10】
第１の光、第２の光、または第３の光の１つ以上は、少なくとも０．５マイクロジュールのエネルギー準位を有する、請求項１～９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項11】
プロセッサは、第１の差に基づいて第１の酸素化レベルを判定すること、第２の差に基づいて第２の酸素化レベルを判定すること、および
第１の酸素化レベルと第２の酸素化レベルとの平均を判定することによって、酸素化を判定するように構成される、請求項１～１０のいずれか１項に記載のシステム。
第１の酸素化レベルと第２の酸素化レベルとの平均を判定することによって、酸素化を判定するように構成される、請求項１～１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項12】
光源は少なくとも１５０ｎｓのパルス幅を有する第１、第２、または第３の光を放射するように構成される、請求項１～１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項13】
光源は１０～２０００Ｈｚの反復率を有する第１、第２、または第３の光を放射するように構成される、請求項１～１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項14】
第１の波長は、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの間の実質的に等しい吸収度を有する、請求項１～１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項15】
第２と第３の波長はオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの間で吸収度の差がある、請求項１～１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項16】
判定された酸素化を表示するように構成されたディスプレイをさらに含む、請求項１～１５のいずれか１項に記載のシステム。
【外国語明細書】