１）生体情報の取得原理
ランベルト・ベールの法則(Lambert- Beer law)に従えば、ある濃度の溶液への入射光をIin、溶液を透過した光をIoutとすると以下の式が成り立つことが知られています。
-Log(Iout/Iin) ＝ 溶液の吸光係数（ε）ｘ 溶液の濃度（C） ｘ 距離（D）
すなわち、予め特定波長での溶液の吸光係数εが求まっていたとすると、Iin, Iout、Dを測定することで該当溶液の濃度Cを求めることができます。
ランベルト・ベールの法則を拡張して散乱のある媒体に適用したのが下記のモデファイド・ランベルト・ベール（modified Lambert-Beer Law）則です。
-Log(ΔIout/Iin) = ε ｘ ΔC ｘ D ＋ ΔS
ここでΔIoutは透過光量変化、ΔCは濃度変化、Dは平均光路長、ΔSは散乱による影響変化を意味します。
特定波長λの生体への入射光をIin（λ）、生体内で吸収と散乱を受けて生体外に戻ってきた光の変化量をΔIout(λ)、オキシヘモグロビン(OxyHb)）の吸光係数をεoxy(λ)、デオキシヘモグロビン（DeoxyHb）)の吸光係数をεdeoxy(λ)、OxyHbの濃度変化をΔCoxy、DeoxyHbの濃度変化をΔCdeoxyとすると以下の式が成り立つとして本装置は設計されています。
-Log(Δ Iout(λ)/Iin(λ)) ＝ (εoxy(λ) xΔ Coxy + εdeoxy(λ) xΔ Cdeoxy )ｘD + ΔS
この式から目的のOxyHbの濃度変化量ΔCoxy、DeoxyHbの濃度変化量ΔCdeoxyを求めます。
ここでΔCoxy、ΔCdeoxyと求める変数が２個あるので、本装置では下図に示す770nmと840nmの２波長の近赤外線吸光係数を使うことで求めています。
-Log( ΔIout(λ840)/Iin(λ840)) = (εoxy(λ840) x ΔCoxy + εdeoxy(λ840) x ΔCdeoxy)ｘD + ΔS
-Log( ΔIout(λ770)/Iin(λ770)) = (εoxy(λ770) x ΔCoxy + εdeoxy(λ770) x ΔCdeoxy)ｘD ＋ ΔS
実際には光路長Ｄが規定できないのでＤの積を付けたままを解としています。すなわち、DxΔCoxy、DxΔCdeoxyを解としています。
さらに、上記式より求まったD x ΔCoxy、D x ΔCdeoxyから
D x ΔCoxy + D x ΔCdexoy＝D x ΔCtotal
と計算してトータルヘモグロビン（ΔCtotalHb）の濃度変化量としています。
ヘモグロビン変化注1（DxΔCoxy、DxΔCdeoxy、DxΔCtotal）の単位としては、光路長が規定できないので光路長を含んだままのmM·cm（ミリモル·センチメートル）あるいはmM·mm（ミリモル·ミリメートル）が使われます。
| 注1: | 今後、DxΔCoxy、DxΔCdeoxy、DxΔCtotalのことをヘモグロビン変化（Hb Change）、正確な表現としてはみかけのヘモグロビン濃度変化光路長積（The product of change in the apparent Hb concentration and the optical pathlength）と呼ぶようにします。簡略可した記号表現としては、それぞれΔCoxy·L、ΔCdexoy·L、ΔCtotal·LあるいはΔCo·L、ΔCd·L、ΔC·Lを使います。 |
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