Objective determination of capillary refill time by OLED-on-CMOS technology: a prospective observational proof of principle clinically study

世界中の病院やクリニックにおいて、医師や看護師は、患者の微細な血管を血液が適切に流れているかを確認するために、シンプルで古くから伝わる手法に頼っています。彼らは、皮膚が白くなるまで指で押し付け、その後、指を離して色が戻るまでの速さを観察します。「毛細血管再充満時間（キャピラリー・リフィル・タイム）」として知られるこの瞬間は、細胞一つひとつに酸素を届ける微小循環、すなわち微細な血管ネットワークの状態を知るための、素早い窓口となります。もし色の戻りが遅い場合、それは体が酸素を届けるのに苦労しているサインであり、ショック状態や感染症の警告信号となり得ます。しかし、その重要性にもかかわらず、この検査には根本的な欠陥があります。それは、完全に人間の目とストップウォッチに依存しているという点です。検者の指による圧力は変わりやすく、部屋の照明も変化し、色の戻りのタイミングも個人の判断に委ねられます。こうした小さな不一致により、同じ患者に対しても医師によって結果が異なってしまうことがあり、精密な医療判断を下す上で信頼性に欠ける要因となります。

この問題を解決するため、ドイツのドレスデンにいる研究チームは、完璧な一貫性を持ってこの検査を実行できる機械の開発に着手しました。彼らは、特殊なスクリーンと高感度センサーを組み合わせた小型の手持ち型デバイスを開発し、それが光源であると同時に、皮膚を観察する「目」としても機能するようにしました。研究者たちは、大学病院の一般病棟にいる20人の患者に対してこの新しいツールをテストしました。デバイスを各人の胸の中央に押し当て、人間である医師と同じように正確に、かつ推測を排除して、皮膚に血液が充満する時間を測定できるかどうかを確認することを目的としました。結果は良好で、このデバイスは標準的な人間による手法と非常に近い数値を記録しましたが、人間には到底不可能なレベルの精度を実現しました。

このデバイス自体は、現代工学の驚異であり、「OLED-on-CMOS」と呼ばれる技術に基づいて構築されています。簡単に言えば、研究者たちはカメラとしても機能する小さなスクリーンを作り出したのです。デバイスを皮膚に押し当てると、スクリーンが白い光を放ち、懐中電灯のようにその領域を照らします。同時に、同じ表面が皮膚から跳ね返ってくる光を検知します。これにより、機械は皮膚がどの程度白くなったか、そしてピンク色の血色がどれほど速く戻ったかを正確に捉えることができ、病院の部屋の照明の変化に左右されることもありません。また、内蔵されたセンサーがデバイスが押されている強さを測定し、皮膚を白くさせるのに十分な強さでありつつ、損傷を与えない程度の圧力であることを保証します。機械は一定の特定の圧力を維持するように待ち、5秒間保持した後、圧力を解除した瞬間に内部の時計を自動的にスタートさせます。そして、皮膚の色が正常に戻った瞬間に時計を止め、1秒の端数まで正確に時間を記録します。

研究の中で、研究者たちは、医師が自身の指を患者の胸に押し当て、ストップウォッチで色の戻りを計測するという伝統的な手法と、この新しいデジタルデバイスによる読み取り値を比較しました。彼らは、全員がASA I（身体状態が良好で関連する既往歴がない状態）に分類される20人の患者に対してこれらのテストを実施しました。結果は極めて一貫していました。標準的な手法を用いた医師による皮膚の色の戻りの平均時間は1.5秒でした。一方、同じ人々に対して同じタスクを行ったデジタルデバイスは、平均1.2秒を記録しました。20人中13人の患者において、機械は人間である医師よりもわずかに速い再充満時間を測定しました。研究者らは、この小さな差は、機械が圧力を解除した瞬間にタイマーを開始したのに対し、人間の医師は指を物理的に離してからカウントを開始しなければならないため、測定に極めて微細で目に見えない遅延が生じたために起こったものと考えています。

重要なことに、この研究は、デバイスが安全であり、患者の状態を変化させないことを確認しました。研究者はテストの前後で患者の心拍数、血圧、体温をモニタリングしましたが、これらのバイタルサインに変化は見られませんでした。デバイスは皮膚の刺激や赤みも引き起こさず、短時間の接触と圧力が、繰り返しの使用に十分なほど穏やかであったことを証明しました。また、この研究は、機械がいかにして人間による手法に付きまとう変数を排除するかを浮き彫りにしました。人間による測定中には部屋の照明がわずかに変化していましたが、デバイスは独自の一定で変化しない光を提供しました。機械による圧力は厳格に制御されていましたが、人間の指は疲労や習慣によって強く押したり弱く押したりすることがあります。これらの要因を標準化することで、デバイスは微小循環がどの程度良好に機能しているかについて、真の意味での客観的な読み取りを提供します。

研究者たちは、これが実世界の環境でテクノロジーが機能することを示すための第一歩であり、概念実証（プルーフ・オブ・コンセプト）であることを認めています。現在、デバイスはケーブルを介してノートパソコンに接続されており、患者の病室内で自由に動かすことには制限があります。また、異なる肌のタイプや体の異なる部位においてどのように機能するかを確認するためには、さらなる研究が必要であるとチームは述べています。しかし、核心となる発見は明白です。それは、主観的で人間に依存する検査を、客観的で機械が読み取り可能な測定へと変えることが可能であるということです。この新しいアプローチは、体の最も小さな血管のモニタリングが、心拍数のチェックと同じくらい信頼できるものになる未来を示唆しており、医師に対して、人間のエラーという不確実性を排除した、より明確で一貫した患者の健康状態のイメージを提供することを目指しています。