パルスオキシメータ
【課題】4波長による測定により動脈血の酸素飽和度を求めることができると共に、５波長を用いることによって、色素希釈曲線の測定、ＣＯＨb測定、ＭetＨb測定などを高精度に行うことができる。
【解決手段】光源と受光手段とを備えると共に、受光手段で得られた波長毎の信号につき、それらの変動に基づいて減光度を求めると共に、異なる２波長についてそれらの比を求めるように構成された減光度比計算手段と、前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号に基づいて、動脈血と静脈血の酸素飽和度の差または動脈血と静脈血に関するパラメータの差からなる最適定数を求めるように構成した最適定数計算手段と、前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号および最適定数計算手段において算定した最適定数値を用いて、生体組織内の動脈血酸素飽和度ＳaＯ2または静脈血酸素飽和度ＳvＯ2を求めるように構成したＳpＯ2計算手段とを備えた構成からなる。
【解決手段】光源と受光手段とを備えると共に、受光手段で得られた波長毎の信号につき、それらの変動に基づいて減光度を求めると共に、異なる２波長についてそれらの比を求めるように構成された減光度比計算手段と、前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号に基づいて、動脈血と静脈血の酸素飽和度の差または動脈血と静脈血に関するパラメータの差からなる最適定数を求めるように構成した最適定数計算手段と、前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号および最適定数計算手段において算定した最適定数値を用いて、生体組織内の動脈血酸素飽和度ＳaＯ2または静脈血酸素飽和度ＳvＯ2を求めるように構成したＳpＯ2計算手段とを備えた構成からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈拍による動脈の血液量変動を利用することにより、連続的無侵襲的に動脈血の酸素飽和度を測定するパルスオキシメータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日において、パルスオキシメータは、その性能について多くの問題を抱えている。そこで、本出願人は、先に、５個の異なる波長の光をそれぞれ生体組織に照射して、５個の減光度変動分についてそれぞれ相互の比を少なくとも４個求め、動脈血酸素飽和度、静脈血酸素飽和度、動脈血と静脈血との変動分の比および組織項の４個を未知数として、血中の酸素飽和度を計算することにより、体動アーテファクトの影響を消去し、精度の高い動脈血の酸素飽和度を求めることができるパルスオキシメータを開発し、特許出願を行った（特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、前記特許文献１に記載のパルスオキシメータは、(1) ５個の異なる波長の光をそれぞれ生体組織に照射する発光部と、(2) 前記発光部から発せられ生体組織を透過または反射した光を受光して、それぞれ電気信号に変換する受光部と、(3) 前記受光部から出力される各波長の透過光または反射光の変動分に基づいて、それぞれ生体組織に対する減光度変動分を求める減光度変動分計算部と、(4) 前記減光度変動分計算部で得られた５個の減光度変動分について、それぞれ相互の比を少なくとも４個求める減光度変動分比計算部と、(5) 減光度変動分比計算部で得られる減光度変動分比に基づいて、動脈血酸素飽和度、静脈血酸素飽和度、動脈血と静脈血との変動分の比および組織項の４個を未知数とし、血中の酸素飽和度を計算する酸素飽和度計算部とを、備えた構成とすることにより、静脈血の変動および組織の変動の影響を消去して、精度の高い動脈血の酸素飽和度を求めることができるように構成したものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９５６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、本発明者等は、パルスオキシメータの動作に関する研究を行って、それらの問題を分析した結果、５波長を用いて測定し、これによって得られたデータを、理論式に入れて計算することにより、殆どの問題が解決することができることを確認した。
【０００６】
前記従来の５波長を用いる方式においては、未知数として次の4個を考えるものとする。
（１）Ｓa：動脈血の酸素飽和度
（２）Ｓv：静脈血の酸素飽和度
（３）Ｖ：動脈血と静脈血とのそれぞれの脈動振幅の比
（４）Ｅx2: 血液以外の組織による減光によって生じる項
【０００７】
この場合、用いる光の波長を、例えば次のように設定する。
λ１＝８０５ｎｍ，λ２＝８７０ｎｍ，λ３＝６６０ｎｍ，λ４＝７００ｎｍ，λ５＝７５０ｎｍ
【０００８】
これら５波長の光を、生体組織に照射した場合の透過光を、それぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５とする。それぞれの脈動から、減光度の変動分ΔＡ１，ΔＡ２，ΔＡ３，ΔＡ４，ΔＡ５を求めることができる。そして、２波長ずつを組にして、２つの減光度変動分の比を求めることができる。例えば、次のようになる。
【０００９】
Φ１２≡ΔＡ１／ΔＡ２
Φ３２≡ΔＡ３／ΔＡ２
Φ４２≡ΔＡ４／ΔＡ２
Φ５２≡ΔＡ５／ΔＡ２
理論によれば、これらは次式のようになる。
【００１０】
√(ＳaＥo1+(1-Ｓa)Ｅr1)(ＳaＥo1+(1-Ｓa)Ｅr1+Ｆ)+
√(ＳvＥo1+(1-Ｓv)Ｅr1)(ＳvＥo1+(1-Ｓv)Ｅr1+Ｆ)＊Ｖ+ＡlＥx2+Ｂ1
Φ１２≡----------------------------------------------------------------
√(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2)(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2+Ｆ)+
√(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2)(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2+Ｆ)＊Ｖ+Ｅx2
√(ＳaＥo3+(1-Ｓa)Ｅr3)(ＳaＥo3+(1-Ｓa)Ｅr3+Ｆ)+
√(ＳvＥo3+(1-Ｓv)Ｅr3)(ＳvＥo3+(1-Ｓv)Ｅr3+Ｆ)＊Ｖ+Ａ3Ｅx2+Ｂ3
Φ３２≡----------------------------------------------------------------
√(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2)(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2＋Ｆ)+
√(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2)(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2＋Ｆ)＊Ｖ+Ｅx2
√(ＳaＥo4+(1-Ｓa)Ｅr4)(ＳaＥo4+(1-Ｓa)Ｅr4+Ｆ)+
√(ＳvＥo4+(1-Ｓv)Ｅr4)(ＳvＥo4+(1-Ｓv)Ｅr4+Ｆ)＊Ｖ+Ａ4Ｅx2+Ｂ4
Φ４２≡----------------------------------------------------------------
√(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2)(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2+Ｆ)+
√(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2)(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2+Ｆ)＊Ｖ+Ｅx2
√(ＳaＥo5+(1-Ｓa)Ｅr5)(ＳaＥo5+(1-Ｓa)Ｅr5+Ｆ)+
√(ＳvＥo5+(1-Ｓv)Ｅr5)(ＳvＥo5+(1-Ｓv)Ｅr5+Ｆ)＊Ｖ+Ａ5Ｅx2+Ｂ5
Φ５２≡----------------------------------------------------------------
√(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2)(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2+Ｆ)+
√(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2)(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2+Ｆ)＊Ｖ+Ｅx2
【００１１】
前記式において、
Ｅoi：酸素化ヘモグロビンの吸光係数
Ｅri：脱酸素化ヘモグロビンの吸光係数
Ｆ：血液の散乱係数
Ａi,Ｂi：実測と理論式とが一致するように定めた定数
である。
【００１２】
ここで、α≡Ｓa−Ｓv とする。
この値αは、一般的に急変しない値である。そして、この値αを適当な方法で一度設定したら、その後しばらく使うことができる。従って、この値αを定数とみなすと、未知数は次の３個になる。
（１）Ｓa : 動脈血の酸素飽和度
（２）Ｖ：動脈血と静脈血とのそれぞれの脈動振幅の比
（３）Ｅx2: 血液以外の組織による減光によって生じる項
この結果、動脈血の酸素飽和度を求める場合、４波長あればよいことが確認された。
【００１３】
従って、本発明の目的は、５波長から１波長減らして、4波長による測定により動脈血の酸素飽和度を求めることができると共に、前記４波長に１波長加えて５波長を用いることによって、６波長を用いることが必須とされた色素希釈曲線の測定、ＣＯＨb測定、ＭetＨb測定などを高精度に行うことができるパルスオキシメータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するため、本発明に係る請求項１に記載のパルスオキシメータは、生体組織に対して複数の波長の光を照射するように構成された光源と、
生体組織透過光または反射光を受光してそれぞれの波長毎に透過光の時間的変化を記憶するように構成された受光手段と、
前記受光手段で得られた波長毎の信号につき、それらの変動に基づいて減光度を求めると共に、異なる２波長についてそれらの比を求めるように構成された減光度比計算手段と、
前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号に基づいて、動脈血と静脈血の酸素飽和度の差または動脈血と静脈血に関するパラメータの差からなる最適定数を求めるように構成した最適定数計算手段と、
前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号および最適定数計算手段において算定した最適定数値を用いて、生体組織内の動脈血酸素飽和度ＳaＯ2または静脈血酸素飽和度ＳvＯ2を求めるように構成したＳpＯ2計算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る請求項２に記載のパルスオキシメータは、前記最適定数計算手段が、受光手段で得られた信号に基づいて、動脈血酸素飽和度ＳaＯ2と静脈血酸素飽和度ＳvＯ2との差αからなる最適定数を求めるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る請求項３に記載のパルスオキシメータは、前記最適定数計算手段が、所定のタイミング指定区間の減光度比計算手段の信号を記憶して、仮のαを順次変更し、それぞれの仮のαを用いて仮のＳpＯ2を計算し、ばらつき計算手段によってそれぞれの仮のＳpＯ2のばらつきを計算し、ばらつきの最小となるαを最適αとして決定するように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る請求項４に記載のパルスオキシメータは、前記最適定数計算手段が、受光装置で得られた信号に基づいて、動脈血と静脈血とのそれぞれの減光率の差βからなる最適定数を求めるように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る請求項５に記載のパルスオキシメータは、前記最適定数計算手段が、所定のタイミング指定区間の減光度比計算手段の信号を記憶して、仮のβを順次変更し、それぞれの仮のβを用いて仮のＳpＯ2を計算し、ばらつき計算手段によってそれぞれの仮のＳpＯ2のばらつきを計算し、ばらつきの最小となるβを最適βとして決定するように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る請求項６に記載のパルスオキシメータは、前記ばらつき計算手段が、標準偏差によりばらつきの最小となる最適値を決定するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のパルスオキシメータによれば、従来の５波長から１波長減らして、4波長による測定により動脈血の酸素飽和度を適正に求めることができると共に、前記４波長に１波長加えて５波長を用いることによって、従来６波長を用いることが必須とされた色素希釈曲線の測定、ＣＯＨb測定、ＭetＨb測定などを高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明に係るパルスオキシメータの実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２２】
［１］装置構成の概要
図１は、本発明に係るパルスオキシメータの概略構成図を示すものである。すなわち、図１において、参照符号１０は光源を示し、それぞれ４個の異なる波長の光をそれぞれ生体組織に照射する４個の発光素子ＬED１〜ＬED４が設けられている。参照符号１２は前記光源１０から発せられる光を透過させる生体組織を示す。参照符号１４は受光手段を示し、前記生体組織１２を透過した光を受光する受光素子ＰＤとＡＤ変換器１６と記憶手段２０とから構成されている。そして、前記記憶手段２０は、前記受光素子ＰＤにおいて得られた透過光信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を各波長毎にそれぞれ記憶保持する透過光信号記憶器２０Ａ〜２０Ｄにより構成されている。
【００２３】
参照符号２２は減光度比計算手段を示し、前記受光手段１４において得られた各波長毎の信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のそれぞれについて、それらの変動に基づいて減光度の変動分（ΔＡｉ，ｉ＝１，２，３，４）を求めると共に、異なる２波長の信号についてそれらの比、すなわち減光度変動分の比Φｉｊ＝ΔＡｉ／ΔＡｊ（例えば、Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２，Φ３２＝ΔＡ３／ΔＡ２，Φ４２＝ΔＡ４／ΔＡ２）を計算する減光度比計算器２２Ａ〜２２Ｃにより構成されている。
【００２４】
参照符号２４は最適定数計算手段を示し、前記減光度比計算手段２２の各減光度比計算器２２Ａ〜２２Ｃで計算された減光度変動分の比に基づいて、動脈血と静脈血の酸素飽和度の差（α＝Ｓa−Ｓv）、あるいは動脈血と静脈血の減光率の差（β＝Ｅabｉ−Ｅvbｉ）の最適値すなわち最適定数を求める機能を有する。
【００２５】
参照符号２６はＳpＯ2 計算手段を示し、前記減光度比計算手段２２で計算された減光度変動分の比［Φｉｊ＝ΔＡｉ／ΔＡｊ］に基づいて、動脈血酸素飽和度［Ｓa］、動脈血と静脈血とそれぞれの脈動振幅の比［Ｖ］および血液以外の組織による減光によって生じる項［Ｅx2］の３個を未知数とし、血中の酸素飽和度［ＳpＯ2 ］を計算する機能を有する。
【００２６】
そして、参照符号２８はタイミング手段を示し、前記光源１０の各発光素子ＬED１〜ＬED４による発光タイミングや、前記受光手段１４における記憶手段２０の各透過光信号記憶器２０Ａ〜２０Ｄにおける透過光信号の記憶保持タイミングの制御を行うように構成される。
【００２７】
次に、前述したパルスオキシメータの装置構成による動脈血および静脈血の酸素飽和度の計算処理について説明する。
【００２８】
［２］受光手段１４における信号処理
光源１０の４個の発光素子ＬED１〜ＬED４を、それぞれタイミング手段２８の信号に基づいて、順次に異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４で発光させる。これにより、生体組織１２を透過した光を受光手段１４で受信して、発光素子ＬED１〜ＬED４の各波長に対応して、各透過光信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を、それぞれ所定のタイミングで記憶手段２０の各透過光信号記憶器２０Ａ〜２０Ｄに記憶保持する。なお、これらの透過光信号記憶器２０Ａ〜２０Ｄは、受光手段１４のＡＤ変換器１６の出力（デジタル値としてのデータ）の一定時間におけるデータを記憶する。
【００２９】
［３］減光度比計算手段２２における計算処理
本実施例において、減光度比計算手段２２は、前記受光手段１４において得られた各波長毎の信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のそれぞれについて、異なる２波長の信号についてそれらの比、すなわち減光率の比Φｉｊ＝ΔＡｉ／ΔＡｊ（例えば、Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２，Φ３２＝ΔＡ３／ΔＡ２，Φ４２＝ΔＡ４／ΔＡ２）を計算するように設定する。
【００３０】
次に、ＳpＯ2 計算手段について述べる。動脈血および静脈血の減光率は次のようである。
Ｅab１≡√(ＳaＥo１＋(1-Ｓa)Ｅr１)(ＳaＥo１＋(1-Ｓa)Ｅr１＋Ｆ)
Ｅab２≡√(ＳaＥo２＋(1-Ｓa)Ｅr２)(ＳaＥo２＋(1-Ｓa)Ｅr２＋Ｆ)
Ｅab３≡√(ＳaＥo３＋(1-Ｓa)Ｅr３)(ＳaＥo３＋(1-Ｓa)Ｅr３＋Ｆ)
Ｅab４≡√(ＳaＥo４＋(1-Ｓa)Ｅr４)(ＳaＥo４＋(1-Ｓa)Ｅr４＋Ｆ)
Ｅvb１≡√(ＳvＥo１＋(1-Ｓv)Ｅr１)(ＳvＥo１＋(1-Ｓv)Ｅr１＋Ｆ)
Ｅvb２≡√(ＳvＥo２＋(1-Ｓv)Ｅr２)(ＳvＥo２＋(1-Ｓv)Ｅr２＋Ｆ)
Ｅvb３≡√(ＳvＥo３＋(1-Ｓv)Ｅr３)(ＳvＥo３＋(1-Ｓv)Ｅr３＋Ｆ)
Ｅvb４≡√(ＳvＥo４＋(1-Ｓv)Ｅr４)(ＳvＥo４＋(1-Ｓv)Ｅr４＋Ｆ)
【００３１】
［４］次のように近似する。
Ｅab１＝Ａ１３Ｅab３＋Ｂ１３
Ｅab２＝Ａ２３Ｅab３＋Ｂ２３
Ｅab４＝Ａ４３Ｅab３＋Ｂ４３
Ｅvb１＝Ａ１３Ｅvb３＋Ｂ１３
Ｅvb２＝Ａ２３Ｅvb３＋Ｂ２３
Ｅvb４＝Ａ４３Ｅvb３＋Ｂ４３
【００３２】
ここで、Ｅvb３−Ｅab３≡βとする。このβは、前述したαと同様に、一般的に急変しない値である。従って、この値βを適当な方法で一度決定したら、その後しばらくは使用することができる。そこで、このβを前記式に代入すると、次式となる。
【００３３】
Ｅab１＝Ａ１３Ｅab３＋Ｂ１３
Ｅab２＝Ａ２３Ｅab３＋Ｂ２３
Ｅab４＝Ａ４３Ｅab３＋Ｂ４３
Ｅvb１＝Ａ１３（β＋Ｅab３）＋Ｂ１３
Ｅvb２＝Ａ２３（β＋Ｅab３）＋Ｂ２３
Ｅvb３＝β＋Ｅab３
Ｅvb４＝Ａ４３（β＋Ｅab３）＋Ｂ４３
【００３４】
このようにして、βを定数とすると、未知数は次の３個となる。
（１）Ｅab３：動脈血の減光率
（２）Ｖ：動脈血と静脈血とのそれぞれの脈動振幅の比
（３）Ｅx2：血液以外の組織による減光によって生じる項
【００３５】
［５］ＳpＯ2 計算手段２６においては、前記減光度比計算手段２２で計算された減光度変動分の比［Φｉｊ＝ΔＡｉ／ΔＡｊ］に基づいて、動脈血の減光率［Ｅab３］、動脈血と静脈血とそれぞれの脈動振幅の比［Ｖ］および血液以外の組織による減光によって生じる項［Ｅx2］の３個を未知数とし、血中の酸素飽和度［ＳpＯ2］を次の連立方程式により計算する。
【００３６】
Ａ１３Ｅab３+Ｂ１３+(Ａ１３(β+Ｅab３)+Ｂ１３)＊Ｖ+Ａ１Ｅx2+Ｂ１
Φ１２＝----------------------------------------------------------------
Ａ２３Ｅab３+Ｂ２３+(Ａ２３(β+Ｅab３)+Ｂ２３)＊Ｖ+Ｅx2
Ｅab３+(β+Ｅab３)＊Ｖ+Ａ３Ｅx2+Ｂ３
Φ３２＝-------------------------------------------------------
Ａ２３Ｅab３+Ｂ２３+(Ａ２３(β+Ｅab３)+Ｂ２３)＊Ｖ+Ｅx2
Ａ4３Ｅab３+Ｂ４３+(Ａ４３(β+Ｅab３)+Ｂ４３)＊Ｖ+Ａ４Ｅx2+Ｂ４
Φ４２＝----------------------------------------------------------------------
Ａ２３Ｅab３+Ｂ２３+(Ａ２３(β+Ｅab３)+Ｂ２３)＊Ｖ+Ｅx2
【００３７】
以上の連立方程式は、Ｅab３について解くことができる。そして、Ｅab３は次式によって動脈血の酸素飽和度Ｓaに変換することができる。
Ｅab３≡√(ＳaＥo３＋(1-Ｓa)Ｅr３)(ＳaＥo３＋(1-Ｓa)Ｅr３＋Ｆ)
【００３８】
［６］最適定数βを求める方法について
図２は、息こらえによって、動脈血酸素飽和度ＳaＯ2を一時的に低下させた場合の酸素飽和度ＳpＯ2を示すものである。この場合、それぞれ測定した透過光データＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を用いて、前述した４波長式ＳpＯ2を計算するに際して、それぞれ定数βを変えた結果を示す。すなわち、図２の（ａ）は定数β＝０.０２の結果であり、図２の（ｂ）は定数β＝０の結果であり、図２の（ｃ）は定数β＝−０.０２の結果である。これらの結果から、ＳpＯ2に重畳しているランダムなノイズが最小になるのが、定数βが最適βである場合である。
【００３９】
図３は、息こらえと共に、体動アーテファクトを加えた場合の酸素飽和度ＳpＯ2を示すものである。この場合も、前記と同様にして、それぞれ測定した透過光データＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を用いて、前述した４波長式ＳpＯ2を計算するに際して、それぞれ定数βを変えた結果を示す。すなわち、図３の（ａ）は定数β＝０.０１の結果であり、図３の（ｂ）は定数β＝０.０２の結果であり、図３の（ｃ）は定数β＝０.０３の結果である。これらの結果から、ＳpＯ2に重畳しているランダムなノイズが最小になるのが、定数βが最適βである場合である。
【００４０】
なお、これらの場合において、動脈血酸素飽和度ＳaＯ2が高いところでは、定数α値と定数β値とはほぼ一致する。
また、前記方法によれば、体動の有る場合と無い場合とでは、最適β値が異なっている。このような原因は、式中の定数の選定が未だ不十分であることによる。そこで、最適な定数の選定においては、体動無しにおいて求めた最適βが、体動が有る場合においても最適定数βとなる。
さらに、時間的に最適βが変化することが予想される。本来最適βの変動は急変でないから、通常は使用中の最適βの値を継続して使用することができる。そこで、本実施例においては、最適定数計算手段において、常に種々の定数βでＳpＯ2列を作ってみて、最適βを決定している。すなわち、ＳpＯ2計算手段は、常に最新の最適定数βを使用して計算をしている。この場合、最適βの決定に用いたタイミング区間と、ＳpＯ2計算手段が対象とするタイミング区間とが、食い違っていても、その影響は極めて少なくできることが確認されている。
【００４１】
［７］本発明の応用例
前述した本発明の実施例から、例えば測定対象の生体組織において、検出される脈波が低いことからパルスオキシメトリが不可能であるような場合において、生体組織に対して振動機構等を使用して強制的に体動を与えることにより、生体組織を透過して得られる透過光信号の減光度変動分にアーテファクトを生じさせて、それに含まれる動脈血の酸素飽和度を測定することが可能となる。
また、動脈血の酸素飽和度Ｓaと同時に、静脈血の酸素飽和度Ｓvについても測定することができる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において、多くの設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るパルスオキシメータの一実施例を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係るパルスオキシメータにより息こらえにより動脈血酸素飽和度ＳaＯ2を一時的に低下させた場合においてそれぞれ定数βを変えた場合に得られた酸素飽和度ＳpＯ2曲線図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係るパルスオキシメータにより息こらえと共に体動アーテファクトを加えた場合においてそれぞれ定数βを変えた場合に得られた酸素飽和度ＳpＯ2曲線図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 光源
１２ 生体組織
１４ 受光手段
１６ ＡＤ変換器
２０ 記憶手段
２０Ａ〜２０Ｄ 透過光信号記憶器
２２ 減光度比計算手段
２２Ａ〜２２Ｃ 減光度比計算器
２４ 最適定数計算手段
２６ ＳpＯ2計算手段
２８ タイミング手段
ＬED１〜ＬED４ 発光素子
ＰＤ 受光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈拍による動脈の血液量変動を利用することにより、連続的無侵襲的に動脈血の酸素飽和度を測定するパルスオキシメータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日において、パルスオキシメータは、その性能について多くの問題を抱えている。そこで、本出願人は、先に、５個の異なる波長の光をそれぞれ生体組織に照射して、５個の減光度変動分についてそれぞれ相互の比を少なくとも４個求め、動脈血酸素飽和度、静脈血酸素飽和度、動脈血と静脈血との変動分の比および組織項の４個を未知数として、血中の酸素飽和度を計算することにより、体動アーテファクトの影響を消去し、精度の高い動脈血の酸素飽和度を求めることができるパルスオキシメータを開発し、特許出願を行った（特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、前記特許文献１に記載のパルスオキシメータは、(1) ５個の異なる波長の光をそれぞれ生体組織に照射する発光部と、(2) 前記発光部から発せられ生体組織を透過または反射した光を受光して、それぞれ電気信号に変換する受光部と、(3) 前記受光部から出力される各波長の透過光または反射光の変動分に基づいて、それぞれ生体組織に対する減光度変動分を求める減光度変動分計算部と、(4) 前記減光度変動分計算部で得られた５個の減光度変動分について、それぞれ相互の比を少なくとも４個求める減光度変動分比計算部と、(5) 減光度変動分比計算部で得られる減光度変動分比に基づいて、動脈血酸素飽和度、静脈血酸素飽和度、動脈血と静脈血との変動分の比および組織項の４個を未知数とし、血中の酸素飽和度を計算する酸素飽和度計算部とを、備えた構成とすることにより、静脈血の変動および組織の変動の影響を消去して、精度の高い動脈血の酸素飽和度を求めることができるように構成したものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９５６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、本発明者等は、パルスオキシメータの動作に関する研究を行って、それらの問題を分析した結果、５波長を用いて測定し、これによって得られたデータを、理論式に入れて計算することにより、殆どの問題が解決することができることを確認した。
【０００６】
前記従来の５波長を用いる方式においては、未知数として次の4個を考えるものとする。
（１）Ｓa：動脈血の酸素飽和度
（２）Ｓv：静脈血の酸素飽和度
（３）Ｖ：動脈血と静脈血とのそれぞれの脈動振幅の比
（４）Ｅx2: 血液以外の組織による減光によって生じる項
【０００７】
この場合、用いる光の波長を、例えば次のように設定する。
λ１＝８０５ｎｍ，λ２＝８７０ｎｍ，λ３＝６６０ｎｍ，λ４＝７００ｎｍ，λ５＝７５０ｎｍ
【０００８】
これら５波長の光を、生体組織に照射した場合の透過光を、それぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５とする。それぞれの脈動から、減光度の変動分ΔＡ１，ΔＡ２，ΔＡ３，ΔＡ４，ΔＡ５を求めることができる。そして、２波長ずつを組にして、２つの減光度変動分の比を求めることができる。例えば、次のようになる。
【０００９】
Φ１２≡ΔＡ１／ΔＡ２
Φ３２≡ΔＡ３／ΔＡ２
Φ４２≡ΔＡ４／ΔＡ２
Φ５２≡ΔＡ５／ΔＡ２
理論によれば、これらは次式のようになる。
【００１０】
√(ＳaＥo1+(1-Ｓa)Ｅr1)(ＳaＥo1+(1-Ｓa)Ｅr1+Ｆ)+
√(ＳvＥo1+(1-Ｓv)Ｅr1)(ＳvＥo1+(1-Ｓv)Ｅr1+Ｆ)＊Ｖ+ＡlＥx2+Ｂ1
Φ１２≡----------------------------------------------------------------
√(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2)(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2+Ｆ)+
√(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2)(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2+Ｆ)＊Ｖ+Ｅx2
√(ＳaＥo3+(1-Ｓa)Ｅr3)(ＳaＥo3+(1-Ｓa)Ｅr3+Ｆ)+
√(ＳvＥo3+(1-Ｓv)Ｅr3)(ＳvＥo3+(1-Ｓv)Ｅr3+Ｆ)＊Ｖ+Ａ3Ｅx2+Ｂ3
Φ３２≡----------------------------------------------------------------
√(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2)(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2＋Ｆ)+
√(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2)(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2＋Ｆ)＊Ｖ+Ｅx2
√(ＳaＥo4+(1-Ｓa)Ｅr4)(ＳaＥo4+(1-Ｓa)Ｅr4+Ｆ)+
√(ＳvＥo4+(1-Ｓv)Ｅr4)(ＳvＥo4+(1-Ｓv)Ｅr4+Ｆ)＊Ｖ+Ａ4Ｅx2+Ｂ4
Φ４２≡----------------------------------------------------------------
√(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2)(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2+Ｆ)+
√(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2)(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2+Ｆ)＊Ｖ+Ｅx2
√(ＳaＥo5+(1-Ｓa)Ｅr5)(ＳaＥo5+(1-Ｓa)Ｅr5+Ｆ)+
√(ＳvＥo5+(1-Ｓv)Ｅr5)(ＳvＥo5+(1-Ｓv)Ｅr5+Ｆ)＊Ｖ+Ａ5Ｅx2+Ｂ5
Φ５２≡----------------------------------------------------------------
√(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2)(ＳaＥo2+(1-Ｓa)Ｅr2+Ｆ)+
√(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2)(ＳvＥo2+(1-Ｓv)Ｅr2+Ｆ)＊Ｖ+Ｅx2
【００１１】
前記式において、
Ｅoi：酸素化ヘモグロビンの吸光係数
Ｅri：脱酸素化ヘモグロビンの吸光係数
Ｆ：血液の散乱係数
Ａi,Ｂi：実測と理論式とが一致するように定めた定数
である。
【００１２】
ここで、α≡Ｓa−Ｓv とする。
この値αは、一般的に急変しない値である。そして、この値αを適当な方法で一度設定したら、その後しばらく使うことができる。従って、この値αを定数とみなすと、未知数は次の３個になる。
（１）Ｓa : 動脈血の酸素飽和度
（２）Ｖ：動脈血と静脈血とのそれぞれの脈動振幅の比
（３）Ｅx2: 血液以外の組織による減光によって生じる項
この結果、動脈血の酸素飽和度を求める場合、４波長あればよいことが確認された。
【００１３】
従って、本発明の目的は、５波長から１波長減らして、4波長による測定により動脈血の酸素飽和度を求めることができると共に、前記４波長に１波長加えて５波長を用いることによって、６波長を用いることが必須とされた色素希釈曲線の測定、ＣＯＨb測定、ＭetＨb測定などを高精度に行うことができるパルスオキシメータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するため、本発明に係る請求項１に記載のパルスオキシメータは、生体組織に対して複数の波長の光を照射するように構成された光源と、
生体組織透過光または反射光を受光してそれぞれの波長毎に透過光の時間的変化を記憶するように構成された受光手段と、
前記受光手段で得られた波長毎の信号につき、それらの変動に基づいて減光度を求めると共に、異なる２波長についてそれらの比を求めるように構成された減光度比計算手段と、
前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号に基づいて、動脈血と静脈血の酸素飽和度の差または動脈血と静脈血に関するパラメータの差からなる最適定数を求めるように構成した最適定数計算手段と、
前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号および最適定数計算手段において算定した最適定数値を用いて、生体組織内の動脈血酸素飽和度ＳaＯ2または静脈血酸素飽和度ＳvＯ2を求めるように構成したＳpＯ2計算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る請求項２に記載のパルスオキシメータは、前記最適定数計算手段が、受光手段で得られた信号に基づいて、動脈血酸素飽和度ＳaＯ2と静脈血酸素飽和度ＳvＯ2との差αからなる最適定数を求めるように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る請求項３に記載のパルスオキシメータは、前記最適定数計算手段が、所定のタイミング指定区間の減光度比計算手段の信号を記憶して、仮のαを順次変更し、それぞれの仮のαを用いて仮のＳpＯ2を計算し、ばらつき計算手段によってそれぞれの仮のＳpＯ2のばらつきを計算し、ばらつきの最小となるαを最適αとして決定するように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る請求項４に記載のパルスオキシメータは、前記最適定数計算手段が、受光装置で得られた信号に基づいて、動脈血と静脈血とのそれぞれの減光率の差βからなる最適定数を求めるように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る請求項５に記載のパルスオキシメータは、前記最適定数計算手段が、所定のタイミング指定区間の減光度比計算手段の信号を記憶して、仮のβを順次変更し、それぞれの仮のβを用いて仮のＳpＯ2を計算し、ばらつき計算手段によってそれぞれの仮のＳpＯ2のばらつきを計算し、ばらつきの最小となるβを最適βとして決定するように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る請求項６に記載のパルスオキシメータは、前記ばらつき計算手段が、標準偏差によりばらつきの最小となる最適値を決定するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のパルスオキシメータによれば、従来の５波長から１波長減らして、4波長による測定により動脈血の酸素飽和度を適正に求めることができると共に、前記４波長に１波長加えて５波長を用いることによって、従来６波長を用いることが必須とされた色素希釈曲線の測定、ＣＯＨb測定、ＭetＨb測定などを高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明に係るパルスオキシメータの実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２２】
［１］装置構成の概要
図１は、本発明に係るパルスオキシメータの概略構成図を示すものである。すなわち、図１において、参照符号１０は光源を示し、それぞれ４個の異なる波長の光をそれぞれ生体組織に照射する４個の発光素子ＬED１〜ＬED４が設けられている。参照符号１２は前記光源１０から発せられる光を透過させる生体組織を示す。参照符号１４は受光手段を示し、前記生体組織１２を透過した光を受光する受光素子ＰＤとＡＤ変換器１６と記憶手段２０とから構成されている。そして、前記記憶手段２０は、前記受光素子ＰＤにおいて得られた透過光信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を各波長毎にそれぞれ記憶保持する透過光信号記憶器２０Ａ〜２０Ｄにより構成されている。
【００２３】
参照符号２２は減光度比計算手段を示し、前記受光手段１４において得られた各波長毎の信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のそれぞれについて、それらの変動に基づいて減光度の変動分（ΔＡｉ，ｉ＝１，２，３，４）を求めると共に、異なる２波長の信号についてそれらの比、すなわち減光度変動分の比Φｉｊ＝ΔＡｉ／ΔＡｊ（例えば、Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２，Φ３２＝ΔＡ３／ΔＡ２，Φ４２＝ΔＡ４／ΔＡ２）を計算する減光度比計算器２２Ａ〜２２Ｃにより構成されている。
【００２４】
参照符号２４は最適定数計算手段を示し、前記減光度比計算手段２２の各減光度比計算器２２Ａ〜２２Ｃで計算された減光度変動分の比に基づいて、動脈血と静脈血の酸素飽和度の差（α＝Ｓa−Ｓv）、あるいは動脈血と静脈血の減光率の差（β＝Ｅabｉ−Ｅvbｉ）の最適値すなわち最適定数を求める機能を有する。
【００２５】
参照符号２６はＳpＯ2 計算手段を示し、前記減光度比計算手段２２で計算された減光度変動分の比［Φｉｊ＝ΔＡｉ／ΔＡｊ］に基づいて、動脈血酸素飽和度［Ｓa］、動脈血と静脈血とそれぞれの脈動振幅の比［Ｖ］および血液以外の組織による減光によって生じる項［Ｅx2］の３個を未知数とし、血中の酸素飽和度［ＳpＯ2 ］を計算する機能を有する。
【００２６】
そして、参照符号２８はタイミング手段を示し、前記光源１０の各発光素子ＬED１〜ＬED４による発光タイミングや、前記受光手段１４における記憶手段２０の各透過光信号記憶器２０Ａ〜２０Ｄにおける透過光信号の記憶保持タイミングの制御を行うように構成される。
【００２７】
次に、前述したパルスオキシメータの装置構成による動脈血および静脈血の酸素飽和度の計算処理について説明する。
【００２８】
［２］受光手段１４における信号処理
光源１０の４個の発光素子ＬED１〜ＬED４を、それぞれタイミング手段２８の信号に基づいて、順次に異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４で発光させる。これにより、生体組織１２を透過した光を受光手段１４で受信して、発光素子ＬED１〜ＬED４の各波長に対応して、各透過光信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を、それぞれ所定のタイミングで記憶手段２０の各透過光信号記憶器２０Ａ〜２０Ｄに記憶保持する。なお、これらの透過光信号記憶器２０Ａ〜２０Ｄは、受光手段１４のＡＤ変換器１６の出力（デジタル値としてのデータ）の一定時間におけるデータを記憶する。
【００２９】
［３］減光度比計算手段２２における計算処理
本実施例において、減光度比計算手段２２は、前記受光手段１４において得られた各波長毎の信号Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のそれぞれについて、異なる２波長の信号についてそれらの比、すなわち減光率の比Φｉｊ＝ΔＡｉ／ΔＡｊ（例えば、Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２，Φ３２＝ΔＡ３／ΔＡ２，Φ４２＝ΔＡ４／ΔＡ２）を計算するように設定する。
【００３０】
次に、ＳpＯ2 計算手段について述べる。動脈血および静脈血の減光率は次のようである。
Ｅab１≡√(ＳaＥo１＋(1-Ｓa)Ｅr１)(ＳaＥo１＋(1-Ｓa)Ｅr１＋Ｆ)
Ｅab２≡√(ＳaＥo２＋(1-Ｓa)Ｅr２)(ＳaＥo２＋(1-Ｓa)Ｅr２＋Ｆ)
Ｅab３≡√(ＳaＥo３＋(1-Ｓa)Ｅr３)(ＳaＥo３＋(1-Ｓa)Ｅr３＋Ｆ)
Ｅab４≡√(ＳaＥo４＋(1-Ｓa)Ｅr４)(ＳaＥo４＋(1-Ｓa)Ｅr４＋Ｆ)
Ｅvb１≡√(ＳvＥo１＋(1-Ｓv)Ｅr１)(ＳvＥo１＋(1-Ｓv)Ｅr１＋Ｆ)
Ｅvb２≡√(ＳvＥo２＋(1-Ｓv)Ｅr２)(ＳvＥo２＋(1-Ｓv)Ｅr２＋Ｆ)
Ｅvb３≡√(ＳvＥo３＋(1-Ｓv)Ｅr３)(ＳvＥo３＋(1-Ｓv)Ｅr３＋Ｆ)
Ｅvb４≡√(ＳvＥo４＋(1-Ｓv)Ｅr４)(ＳvＥo４＋(1-Ｓv)Ｅr４＋Ｆ)
【００３１】
［４］次のように近似する。
Ｅab１＝Ａ１３Ｅab３＋Ｂ１３
Ｅab２＝Ａ２３Ｅab３＋Ｂ２３
Ｅab４＝Ａ４３Ｅab３＋Ｂ４３
Ｅvb１＝Ａ１３Ｅvb３＋Ｂ１３
Ｅvb２＝Ａ２３Ｅvb３＋Ｂ２３
Ｅvb４＝Ａ４３Ｅvb３＋Ｂ４３
【００３２】
ここで、Ｅvb３−Ｅab３≡βとする。このβは、前述したαと同様に、一般的に急変しない値である。従って、この値βを適当な方法で一度決定したら、その後しばらくは使用することができる。そこで、このβを前記式に代入すると、次式となる。
【００３３】
Ｅab１＝Ａ１３Ｅab３＋Ｂ１３
Ｅab２＝Ａ２３Ｅab３＋Ｂ２３
Ｅab４＝Ａ４３Ｅab３＋Ｂ４３
Ｅvb１＝Ａ１３（β＋Ｅab３）＋Ｂ１３
Ｅvb２＝Ａ２３（β＋Ｅab３）＋Ｂ２３
Ｅvb３＝β＋Ｅab３
Ｅvb４＝Ａ４３（β＋Ｅab３）＋Ｂ４３
【００３４】
このようにして、βを定数とすると、未知数は次の３個となる。
（１）Ｅab３：動脈血の減光率
（２）Ｖ：動脈血と静脈血とのそれぞれの脈動振幅の比
（３）Ｅx2：血液以外の組織による減光によって生じる項
【００３５】
［５］ＳpＯ2 計算手段２６においては、前記減光度比計算手段２２で計算された減光度変動分の比［Φｉｊ＝ΔＡｉ／ΔＡｊ］に基づいて、動脈血の減光率［Ｅab３］、動脈血と静脈血とそれぞれの脈動振幅の比［Ｖ］および血液以外の組織による減光によって生じる項［Ｅx2］の３個を未知数とし、血中の酸素飽和度［ＳpＯ2］を次の連立方程式により計算する。
【００３６】
Ａ１３Ｅab３+Ｂ１３+(Ａ１３(β+Ｅab３)+Ｂ１３)＊Ｖ+Ａ１Ｅx2+Ｂ１
Φ１２＝----------------------------------------------------------------
Ａ２３Ｅab３+Ｂ２３+(Ａ２３(β+Ｅab３)+Ｂ２３)＊Ｖ+Ｅx2
Ｅab３+(β+Ｅab３)＊Ｖ+Ａ３Ｅx2+Ｂ３
Φ３２＝-------------------------------------------------------
Ａ２３Ｅab３+Ｂ２３+(Ａ２３(β+Ｅab３)+Ｂ２３)＊Ｖ+Ｅx2
Ａ4３Ｅab３+Ｂ４３+(Ａ４３(β+Ｅab３)+Ｂ４３)＊Ｖ+Ａ４Ｅx2+Ｂ４
Φ４２＝----------------------------------------------------------------------
Ａ２３Ｅab３+Ｂ２３+(Ａ２３(β+Ｅab３)+Ｂ２３)＊Ｖ+Ｅx2
【００３７】
以上の連立方程式は、Ｅab３について解くことができる。そして、Ｅab３は次式によって動脈血の酸素飽和度Ｓaに変換することができる。
Ｅab３≡√(ＳaＥo３＋(1-Ｓa)Ｅr３)(ＳaＥo３＋(1-Ｓa)Ｅr３＋Ｆ)
【００３８】
［６］最適定数βを求める方法について
図２は、息こらえによって、動脈血酸素飽和度ＳaＯ2を一時的に低下させた場合の酸素飽和度ＳpＯ2を示すものである。この場合、それぞれ測定した透過光データＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を用いて、前述した４波長式ＳpＯ2を計算するに際して、それぞれ定数βを変えた結果を示す。すなわち、図２の（ａ）は定数β＝０.０２の結果であり、図２の（ｂ）は定数β＝０の結果であり、図２の（ｃ）は定数β＝−０.０２の結果である。これらの結果から、ＳpＯ2に重畳しているランダムなノイズが最小になるのが、定数βが最適βである場合である。
【００３９】
図３は、息こらえと共に、体動アーテファクトを加えた場合の酸素飽和度ＳpＯ2を示すものである。この場合も、前記と同様にして、それぞれ測定した透過光データＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を用いて、前述した４波長式ＳpＯ2を計算するに際して、それぞれ定数βを変えた結果を示す。すなわち、図３の（ａ）は定数β＝０.０１の結果であり、図３の（ｂ）は定数β＝０.０２の結果であり、図３の（ｃ）は定数β＝０.０３の結果である。これらの結果から、ＳpＯ2に重畳しているランダムなノイズが最小になるのが、定数βが最適βである場合である。
【００４０】
なお、これらの場合において、動脈血酸素飽和度ＳaＯ2が高いところでは、定数α値と定数β値とはほぼ一致する。
また、前記方法によれば、体動の有る場合と無い場合とでは、最適β値が異なっている。このような原因は、式中の定数の選定が未だ不十分であることによる。そこで、最適な定数の選定においては、体動無しにおいて求めた最適βが、体動が有る場合においても最適定数βとなる。
さらに、時間的に最適βが変化することが予想される。本来最適βの変動は急変でないから、通常は使用中の最適βの値を継続して使用することができる。そこで、本実施例においては、最適定数計算手段において、常に種々の定数βでＳpＯ2列を作ってみて、最適βを決定している。すなわち、ＳpＯ2計算手段は、常に最新の最適定数βを使用して計算をしている。この場合、最適βの決定に用いたタイミング区間と、ＳpＯ2計算手段が対象とするタイミング区間とが、食い違っていても、その影響は極めて少なくできることが確認されている。
【００４１】
［７］本発明の応用例
前述した本発明の実施例から、例えば測定対象の生体組織において、検出される脈波が低いことからパルスオキシメトリが不可能であるような場合において、生体組織に対して振動機構等を使用して強制的に体動を与えることにより、生体組織を透過して得られる透過光信号の減光度変動分にアーテファクトを生じさせて、それに含まれる動脈血の酸素飽和度を測定することが可能となる。
また、動脈血の酸素飽和度Ｓaと同時に、静脈血の酸素飽和度Ｓvについても測定することができる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において、多くの設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るパルスオキシメータの一実施例を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係るパルスオキシメータにより息こらえにより動脈血酸素飽和度ＳaＯ2を一時的に低下させた場合においてそれぞれ定数βを変えた場合に得られた酸素飽和度ＳpＯ2曲線図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係るパルスオキシメータにより息こらえと共に体動アーテファクトを加えた場合においてそれぞれ定数βを変えた場合に得られた酸素飽和度ＳpＯ2曲線図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 光源
１２ 生体組織
１４ 受光手段
１６ ＡＤ変換器
２０ 記憶手段
２０Ａ〜２０Ｄ 透過光信号記憶器
２２ 減光度比計算手段
２２Ａ〜２２Ｃ 減光度比計算器
２４ 最適定数計算手段
２６ ＳpＯ2計算手段
２８ タイミング手段
ＬED１〜ＬED４ 発光素子
ＰＤ 受光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織に対して複数の波長の光を照射するように構成された光源と、
生体組織透過光または反射光を受光してそれぞれの波長毎に透過光の時間的変化を記憶するように構成された受光手段と、
前記受光手段で得られた波長毎の信号につき、それらの変動に基づいて減光度を求めると共に、異なる２波長についてそれらの比を求めるように構成された減光度比計算手段と、
前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号に基づいて、動脈血と静脈血の酸素飽和度の差または動脈血と静脈血に関するパラメータの差からなる最適定数を求めるように構成した最適定数計算手段と、
前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号および最適定数計算手段において算定した最適定数値を用いて、生体組織内の動脈血酸素飽和度ＳaＯ2または静脈血酸素飽和度ＳvＯ2を求めるように構成したＳpＯ2計算手段とを備えたことを特徴とするパルスオキシメータ。
【請求項２】
前記最適定数計算手段は、受光手段で得られた信号に基づいて、動脈血酸素飽和度ＳaＯ2と静脈血酸素飽和度ＳvＯ2との差αからなる最適定数を求めるように構成してなる請求項１記載のパルスオキシメータ。
【請求項３】
前記最適定数計算手段は、所定のタイミング指定区間の減光度比計算手段の信号を記憶して、仮のαを順次変更し、それぞれの仮のαを用いて仮のＳpＯ2を計算し、ばらつき計算手段によってそれぞれの仮のＳpＯ2のばらつきを計算し、ばらつきの最小となるαを最適αとして決定するように構成してなる請求項２記載のパルスオキシメータ。
【請求項４】
前記最適定数計算手段は、受光手段で得られた信号に基づいて、動脈血と静脈血とのそれぞれの減光率の差βからなる最適定数を求めるように構成してなる請求項１記載のパルスオキシメータ。
【請求項５】
前記最適定数計算手段は、所定のタイミング指定区間の減光度比計算手段の信号を記憶して、仮のβを順次変更し、それぞれの仮のβを用いて仮のＳpＯ2を計算し、ばらつき計算手段によってそれぞれの仮のＳpＯ2のばらつきを計算し、ばらつきの最小となるβを最適βとして決定するように構成してなる請求項４記載のパルスオキシメータ。
【請求項６】
前記ばらつき計算手段は、標準偏差によりばらつきの最小となる最適値を決定するように構成してなる請求項３または５記載のパルスオキシメータ。
【請求項１】
生体組織に対して複数の波長の光を照射するように構成された光源と、
生体組織透過光または反射光を受光してそれぞれの波長毎に透過光の時間的変化を記憶するように構成された受光手段と、
前記受光手段で得られた波長毎の信号につき、それらの変動に基づいて減光度を求めると共に、異なる２波長についてそれらの比を求めるように構成された減光度比計算手段と、
前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号に基づいて、動脈血と静脈血の酸素飽和度の差または動脈血と静脈血に関するパラメータの差からなる最適定数を求めるように構成した最適定数計算手段と、
前記受光手段ないし減光度比計算手段で得られた信号および最適定数計算手段において算定した最適定数値を用いて、生体組織内の動脈血酸素飽和度ＳaＯ2または静脈血酸素飽和度ＳvＯ2を求めるように構成したＳpＯ2計算手段とを備えたことを特徴とするパルスオキシメータ。
【請求項２】
前記最適定数計算手段は、受光手段で得られた信号に基づいて、動脈血酸素飽和度ＳaＯ2と静脈血酸素飽和度ＳvＯ2との差αからなる最適定数を求めるように構成してなる請求項１記載のパルスオキシメータ。
【請求項３】
前記最適定数計算手段は、所定のタイミング指定区間の減光度比計算手段の信号を記憶して、仮のαを順次変更し、それぞれの仮のαを用いて仮のＳpＯ2を計算し、ばらつき計算手段によってそれぞれの仮のＳpＯ2のばらつきを計算し、ばらつきの最小となるαを最適αとして決定するように構成してなる請求項２記載のパルスオキシメータ。
【請求項４】
前記最適定数計算手段は、受光手段で得られた信号に基づいて、動脈血と静脈血とのそれぞれの減光率の差βからなる最適定数を求めるように構成してなる請求項１記載のパルスオキシメータ。
【請求項５】
前記最適定数計算手段は、所定のタイミング指定区間の減光度比計算手段の信号を記憶して、仮のβを順次変更し、それぞれの仮のβを用いて仮のＳpＯ2を計算し、ばらつき計算手段によってそれぞれの仮のＳpＯ2のばらつきを計算し、ばらつきの最小となるβを最適βとして決定するように構成してなる請求項４記載のパルスオキシメータ。
【請求項６】
前記ばらつき計算手段は、標準偏差によりばらつきの最小となる最適値を決定するように構成してなる請求項３または５記載のパルスオキシメータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２９５９７３（Ｐ２００７−２９５９７３Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２４１１５（Ｐ２００６−１２４１１５）
【出願日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【出願人】（０００２３０９６２）日本光電工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【出願人】（０００２３０９６２）日本光電工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
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