レーザードップラー心拍出量計開発の基礎的研究

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本研究は、半導体レーザー血流計技術を応用した心拍出量の連続計測の可能なレーザードップラー心拍出量計の開発を目標とする。平成6年度は、レーザードップラー血流計測と心拍出量計測における信号の特性について理論的な解析を行った。レーザードップラー血流計測の基本原理は、血流中の赤血球にレーザー光を投射し、移動する赤血球によって周波数のドップラー偏位を受けた反射・散乱光の周波数を計測して偏位周波数から血流速度を求めるものである。半導体レーザーから発するマルチモードレーザー光ではモード干渉のため、波長が分散しドップラーシフトを受けた周波数と分離する必要がある。具体的には、n番目のレーザーモードが作る複素電磁界をE_<Rn>(t,r)=E^^〜E^0_<Rn>(t,r)exp(-jω^0_nt)また、血流によって変化する複素電磁界を時間tと位置rの関数v(t,r)として光検出器上の出力電流はi(t,r)=C{Σ^^N__<n=-N>|E^^〜^0_<Rn>(t,r)|^2+Σ^^N__<n=-N>|v^^〜_n(t,r)|^2+Σ^^N__<n=-N>(E^^〜^0_<Rn>(t,r)v^^〜^*_n(t,r)+E^^〜^*_<Rn>(t,r)v^^〜_n(t,r))}と表される。この出力電流信号のパワースペクトルP(ω)を使えば、血流速度分布f(v)がその特性関数のフーリエ逆変換によって次式のように直接求められる。f(v)=1/(2π)∫du・exp(-juv)Σ((ju)^k)/(k!) (√<π>)/(〈q^k〉)×(Г[(k/2)+1])/(Г[(k+1)/2]) (∫^∞_<-∞>|ω|^2P(ω)dω)/(∫^∞_<-∞>P(ω)dω)この理論式を用いて光検出器上に得られる出力信号と血流分布特性の関係を数値計算によって評価した。今後は、ファントムモデて心拍出量測定を評価するとともに、心不全の病態の精確な評価に利用できる実用装置の開発をめざす。