生体モデル、このモデルを用いる擬似生体情報発生装置、及びこの装置を用いるパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ
【課題】光学的手段を利用している生体情報モニタ装置の使用技術の熟達度等を知ることができる、生体モデル、このモデルを用いる擬似生体情報発生装置、及びこの装置を用いるパルスオキシメータ対応型生体シミュレータを提供する。
【解決手段】指モデル２２では、パルスオキシメータのプローブ発光部１６からの照射光４４に同期しているが任意の特性を有する擬似透過光４６を発することができ、しかも、照射光４４があたかも生体の影響を受けつつこの生体を透過しているかの様に擬似透過光４６を発することができる。従って、任意の状態の生体を再現している状態で、パルスオキシメータに対応することができて、パルスオキシメータの使用技術の熟達度等を知ることができる。
【解決手段】指モデル２２では、パルスオキシメータのプローブ発光部１６からの照射光４４に同期しているが任意の特性を有する擬似透過光４６を発することができ、しかも、照射光４４があたかも生体の影響を受けつつこの生体を透過しているかの様に擬似透過光４６を発することができる。従って、任意の状態の生体を再現している状態で、パルスオキシメータに対応することができて、パルスオキシメータの使用技術の熟達度等を知ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的手段を利用した生体情報モニタ装置に対応する生体モデルと、生体組織を用いずに前記生体モデルを用いて動脈血酸素飽和度及び脈拍数を示す生体情報を発生する装置と、この装置を用いるパルスオキシメータ対応型生体シミュレータとに関するものである。パルスオキシメータとは、生体の重要な指標である動脈血酸素飽和度、脈拍数、及びその結果としての脈のリズムを測定する装置であり、生体シミュレータとは、生体に対する処置技術とこの処置時に用いる医療用具についての使用技術との熟達度を測る生体模擬人形である。以下、動脈血酸素飽和度をＳｐＯ２、生体組織を用いずに発生される生体情報を擬似生体情報と夫々称する。
【背景技術】
【０００２】
外傷時等の出血を伴う損傷時、心肺蘇生時、または心肺蘇生後の回復期等における救急医療の本質は、重要臓器、特に脳や心臓への酸素供給改善にある。これは、１）呼吸循環器系が正常に働く、２）呼吸循環器系によって循環される血液が適切な酸素レベルを有する、という二つの条件が満たされることである。従って、救急医療のための処置者は、呼吸循環の指標である呼吸、脈拍、血圧、心音、と同様に、血液中の酸素レベルを示すＳｐＯ２の推移に留意する必要がある。実際の心肺蘇生後の回復期においては、呼吸循環器系の機能レベルは目視、触診、及び聴音等によって、他方、ＳｐＯ２はパルスオキシメータによって夫々監視される。但し、一般的なパルスオキシメータは、ＳｐＯ２以外に脈拍数も測定可能である。
【０００３】
救急医療の訓練を目的とする生体シミュレータがこれまでに数多く開発されている。近年では、生体シミュレータ本体から種々の擬似生体情報を発生する高機能製品も市販される様になり想定される患者の容体に応じた処置の訓練にこれまで以上の効果を発揮するものと期待されている。この様な高機能の生体シミュレータは、呼吸循環の指標である呼吸、脈拍、血圧、及び心音の擬似生体情報を発生する。特に血圧については、市販の医療器具である水銀柱式血圧計を用いて、処置訓練者による実測が可能である。
【０００４】
しかし、血液中の酸素レベルを示すＳｐＯ２の擬似生体情報を発生する生体シミュレータは皆無であり、処置訓練者は市販のパルスオキシメータを用いてＳｐＯ２と脈拍数とを測定することができない。幾つかの生体シミュレータは、専用ディスプレイを用いて任意のＳｐＯ２を処置訓練者へ提示することができるが、これは当該システム内における仮想のＳｐＯ２である。即ち、生体シミュレータ外へ擬似生体情報を発生させることができないので、市販のパルスオキシメータに対応することができない（非特許文献１、２参照）。
【非特許文献１】レールダルメディカルジャパン株式会社：カタログ、ユニバーサルペイシェントシミュレータＳｉｍＭａｎシムマンｐ．３
【非特許文献２】アイ・エム・アイ株式会社：カタログ、米国ＭＥＴＩ社製 ＥｍｅｒｇｅｎｃｙＣａｒｅ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ
【０００５】
パルスオキシメータは、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとに対して光透過性の異なる二つの波長の光を生体組織へ入射させ、動脈血の拍動に伴う、その二つの波長の透過光の吸光度の脈波成分の比を検出する。パルスオキシメータは、この比とＳｐＯ２とを関係付ける関数を内蔵しており、この関数を用いてＳｐＯ２を算出する。また、ＳｐＯ２の算出過程で脈拍数も算出する。
【０００６】
パルスオキシメータは、プローブと装置本体とから構成されている。プローブは、発光部と受光部とを備えており、発光部は互いに波長の異なる光を発する二つの発光ダイオードを有しており、受光部はフォトダイオードを有している。装置本体は、上記二つの発光ダイオードを交互に発光させ、発光部と受光部との間に置かれている生体組織を透過する光を上記フォトダイオードで受光し、この受光した透過光を用いてＳｐＯ２と脈拍数とを算出する。
【０００７】
生体組織を用いずにパルスオキシメータへＳｐＯ２の擬似生体情報を伝える方法として、パルスオキシメータの較正試験用の「血液モデル」（特許文献１）と「検査用入力ジグの接合部インタフェース」（特許文献２）の中で紹介されている「検査装置」との応用が考えられる。
【特許文献１】特開平５−１３５号公報
【特許文献２】特開平２００１−２３１７７０号公報
【０００８】
前者の「血液モデル」は血液に近似した吸光特性を有するオレンジ色と赤色との混合染料であり、この染料を用いて着色されたアクリル樹脂の透過光を利用して、パルスオキシメータへＳｐＯ２の擬似生体情報を伝えることができる。また、この血液モデルを用いる較正試験装置は、パルスオキシメータの動作原理に基づく光を用いる伝達方法を実行するので、ブロープを含むパルスオキシメータの較正試験を行うことができる。
【０００９】
しかし、上記の「血液モデル」を用いて、パルスオキシメータへ伝達されるＳｐＯ２を変化させるためには、染料の混合比の異なる複数のモデルを用意する必要があり、伝達されるＳｐＯ２を連続的に変化させることはできない。
【００１０】
後者の「検査装置」は、プローブを介さずにパルスオキシメータ本体と電気的に接続されるので、そのパルスオキシメータ本体の出力信号と入力信号とを夫々検出、制御することができる。この様に「検査装置」は、パルスオキシメータ本体に対して直接に電気信号をやりとりすることができるので、伝達されるＳｐＯ２を連続的に変化させることができる。
【００１１】
しかし、上記の「検査装置」は、パルスオキシメータ本体との電気的接続を必要とするので、プローブを含むパルスオキシメータに手を加えずにＳｐＯ２の擬似生体情報を伝えることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の救急医療等のための訓練用生体シミュレータには、ＳｐＯ２の擬似生体情報を外部へ発生させることができず、市販のパルスオキシメータを用いて、生体機能回復の重要な指標であるＳｐＯ２と脈拍数とを測定することができない、という問題点があった。
【００１３】
更に、生体組織を用いずにパルスオキシメータへＳｐＯ２の擬似生体情報を伝える方法として、パルスオキシメータの較正・検査装置の応用が考えられるが、これらの装置には、プローブを含むパルスオキシメータへ手を加えずに、連続的に変化するＳｐＯ２の擬似生体情報をパルスオキシメータへ伝えることができない、という問題点があった。
【００１４】
本発明は、光学的手段を利用している生体情報モニタ装置に対応する生体モデルを得ることを目的としており、更に、この生体モデルを用いることで、プローブを含むパルスオキシメータへ手を加えずに、連続的に変化するＳｐＯ２と脈拍数との擬似生体情報をパルスオキシメータへ伝える装置を得ることを目的としており、更に、この装置を用いることで、市販のパルスオキシメータを使用して、生体機能回復の重要な指標であるＳｐＯ２と脈拍数とを測定することができる生体シミュレータを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に係る生体モデルでは、受光部が外界から受けた光を受光信号に変換し、発光部が発光信号に応答して外界へ光を発する。このため、受光信号に同期しているが任意の値である発光信号が発光部に供給されることによって、外界から受けた光に同期しているが任意の特性を有する光を発することができる。しかも、受光部と発光部とが互いに異なる方向を向いて外界に臨んでいるが、遮光物が内部に充填されているので、受光部で外界から受けた光が内部を透過して発光部近傍からそのまま発せられることはない。このため、外界から受けた光があたかも生体の影響を受けつつこの生体を透過しているかの様に光を発することができる。
【００１６】
請求項２に係る生体モデルでは、互いに波長の異なる第一及び第二の光を夫々発する第一及び第二の発光素子を発光部が含んでおり、第一及び第二の発光素子に第一及び第二の発光信号が夫々供給される。このため、互いに波長の異なる二つの光を選択的に発することができる。
【００１７】
請求項３に係る擬似生体情報発生装置では、制御部が、入力部から得た生体情報に対応し且つ生体モデルの受光部から得た受光信号に同期する発光信号を求め、この発光信号を生体モデルの発光部に供給する。このため、生体モデルが外界から受けた光に同期しているが任意の特性を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。
【００１８】
請求項４に係る擬似生体情報発生装置では、制御部が、ＳｐＯ２及び脈拍数を入力部から入力し、これらのＳｐＯ２に対応する強度と脈拍数に対応する周期と受光信号についての既知の継続時間に等しい継続時間とを有する発光信号を求め、この発光信号を生体モデルの発光部に供給する。このため、生体モデルが外界から受けた光に同期しているが任意の強度及び周期を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。
【００１９】
請求項５に係る擬似生体情報発生装置では、制御部が、受光信号が立ち上がり信号または立ち下がり信号であるか否かを判定し、受光信号が立ち上がり信号であればＳｐＯ２に対応する強度と脈拍数に対応する周期とを有する発光信号を求め、受光信号が立ち下がり信号であれば発光信号の値をゼロにする。このため、受光信号に同期する発光信号を求めるために受光信号の継続時間を予め知っておく必要がなく、受光信号の継続時間が変更されてもこの継続時間が変更された受光信号に同期する発光信号を自動的に求めることができる。
【００２０】
請求項６に係る擬似生体情報発生装置では、発光信号を求めるために制御部によって用いられる記憶部内の関数を制御部が更新することができる。このため、生体モデルの発光部から発する光の特性を変更することができる。
【００２１】
請求項７に係るパルスオキシメータ対応型生体シミュレータでは、環境・呼吸循環指標入力部が環境・呼吸循環指標を入力し、ＳｐＯ２・脈拍数算出部が環境・呼吸循環指標に対応するＳｐＯ２及び脈拍数を算出して擬似生体情報発生装置に供給する。このため、環境・呼吸循環指標に対応する強度及び周期を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る生体モデルでは、外界から受けた光に同期しているが任意の特性を有する光を発することができ、しかも、外界から受けた光があたかも生体の影響を受けつつこの生体を透過しているかの様に光を発することができる。従って、任意の状態の生体を再現している状態で、光学的手段を利用している生体情報モニタ装置に対応することができて、この生体情報モニタ装置の使用技術の熟達度等を知ることができる。
【００２３】
請求項２に係る生体モデルでは、互いに波長の異なる二つの光を選択的に発することができる。従って、この様な二つの光の発光及び受光を利用しているパルスオキシメータに対応することができて、パルスオキシメータの使用技術の熟達度等を知ることができる。
【００２４】
請求項３に係る擬似生体情報発生装置では、生体モデルが外界から受けた光に同期しているが任意の特性を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。従って、光学的手段を利用している生体情報モニタ装置に任意の擬似生体情報を供給することができて、この生体情報モニタ装置の使用技術の熟達度等を知ることができる。
【００２５】
請求項４に係る擬似生体情報発生装置では、生体モデルが外界から受けた光に同期しているが任意の強度及び周期を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。従って、パルスオキシメータに任意の擬似生体情報を供給することができて、パルスオキシメータの使用技術の熟達度等を知ることができる。
【００２６】
請求項５に係る擬似生体情報発生装置では、受光信号に同期する発光信号を求めるために受光信号の継続時間を予め知っておく必要がなく、受光信号の継続時間が変更されてもこの継続時間が変更された受光信号に同期する発光信号を自動的に求めることができる。従って、パルスオキシメータの大幅な仕様変更にも自動的に対応することができる。
【００２７】
請求項６に係る擬似生体情報発生装置では、生体モデルの発光部から発する光の特性を変更することができる。従って、特性の異なる種々の生体情報モニタ装置に擬似生体情報を供給することができて、特性の異なる種々の生体情報モニタ装置の使用技術の熟達度等を知ることができる。
【００２８】
請求項７に係るパルスオキシメータ対応型生体シミュレータでは、環境・呼吸循環指標に対応する強度及び周期を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。従って、パルスオキシメータの使用技術や救急医療処置の熟達度等を知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明による生体モデルと、このモデルを用いる擬似生体情報発生装置と、この装置を用いるパルスオキシメータ対応型生体シミュレータとについて、添付図面を参照しながら説明する。以下の説明では、生体モデルの一例として指モデルが採用されている。
【００３０】
図１は、擬似生体情報発生装置とこの装置を用いるパルスオキシメータ対応型生体シミュレータとの実施形態をパルスオキシメータと共に示すブロック図である。この図１は、１）擬似生体情報発生装置１０と、２）擬似生体情報発生装置１０を含むパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２と、３）パルスオキシメータ（パルスオキシメータ本体１４、プローブ発光部１６、及びプローブ受光部１８）との三つに分類される。擬似生体情報発生装置１０は、単体でつまりパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の環境・呼吸循環指標入力部４０及びＳｐＯ２・脈拍数算出部４２が接続されていない状態と、後述する様にパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の一部としてつまり環境・呼吸循環指標入力部４０及びＳｐＯ２・脈拍数算出部４２が接続されている状態との、何れでも動作することができる。図１による擬似生体情報発生装置１０の以下の説明では、この擬似生体情報発生装置１０が単体で動作する場合が説明されている。
【００３１】
図１に示されている様に、擬似生体情報発生装置１０は、制御部２０、記憶部１９、タイマ２１、指モデル２２、制御部２０と指モデル２２との間の信号をやりとりするインタフェース群、及び制御部２０と操作者との間のメッセージ・入力値をやりとりするインタフェース群から構成されている。制御部２０と指モデル２２との間の信号をやりとりするインタフェース群は、Ａ／Ｄ変換部３０、Ｄ／Ａ変換部３２、電流・電圧変換部２８、第一の発光素子駆動部３４ａ、及び第二の発光素子駆動部３４ｂで構成されており、制御部２０と操作者との間のメッセージ・入力値をやりとりするインタフェース群は、表示部３６と操作入力部３８とで構成されている。記憶部１９は、制御に必要な情報を記憶し、制御部との間でこの情報を相互にやりとりする。タイマ２１は、制御部２０へ現在時刻を出力する。Ａ／Ｄ変換部３０は一つの入力チャンネルを有しており、Ｄ／Ａ変換部３２は二つの出力チャンネルを有している。なお、タイマ２１は後述のサブルーチンＳＲ１またはＳＲ１ｂの開始時に初期化されるので、本明細書中における「時刻」とはタイマ２１が初期化された時点からの経過時間を意味する。
【００３２】
図２〜４は、生体モデルの一例である指モデル２２の実施形態の夫々平面図（爪側）、底面図（腹側）、及び断面図を示している。指モデル２２の外形及び質感は、生体の指に似せて作られている。しかし、その指の爪側に指モデル受光部２４（図２参照）が備えられており、指の腹側に指モデル発光部２６（図３参照）が備えられている。指モデル受光部２４は一つの受光素子５０で構成されており、指モデル発光部２６は互いに波長の異なる光を発する二つの発光素子（第一の発光素子６０ａと第二の発光素子６０ｂ）で構成されている。つまり、指モデル２２は、パルスオキシメータのプローブ発光部１６の発光面とは反対側の面と、プローブ受光部１８の受光面とは反対側の面とを、互いに貼り合わせたものと考えることもできる。指モデル発光部２６を構成する第一の発光素子６０ａと第二の発光素子６０ｂとの発する光の波長は、パルスオキシメータのプローブ発光部１６に備わっている二つの発光ダイオードの波長と夫々一致している。つまり、指モデル発光部２６とプローブ発光部１６とが夫々発する二種類の光は同じものである。また、図４に示されている様に、指モデル受光部２４内の受光素子５０は電流・電圧変換部２８への信号線及びグランド５４と接続されており、指モデル発光部２６内の第一の発光素子６０ａは第一の発光素子駆動部３４ａからの信号線及びグランド５６ａと接続されており、第二の発光素子６０ｂは第二の発光素子駆動部３４ｂからの信号線及びグランド５６ｂと接続されている。
【００３３】
図５は、指モデル２２の実施形態の使用状態を示している。指モデル２２は、生体の指と同様に、パルスオキシメータのブロープ発光部１６とプローブ受光部１８との間に挟まれて使用される。指モデル受光部２４は、プロープ発光部１６からの照射光４４を受光することができる様に指モデル２２上に配置されている。指モデル発光部２６も、その発する擬似透過光４６をプローブ受光部１８へ照射することができる様に指モデル２２上に配置されている。更に、パルスオキシメータのプローブ発光部１６からの照射光４４がプローブ受光部１８へ入射することを防ぐために、この照射光４４を透過させない遮光物５２が、指モデル２２内に充填されている（図４参照）。
【００３４】
次に、図１において、擬似生体情報発生装置１０の動作の概要を説明する。指モデル受光部２４は、プロープ発光部１６からの照射光４４を受光信号に変換し、この受光信号を電流・電圧変換部２８へ出力する。電流・電圧変換部２８は、この微弱な受光信号の電流値を適切な大きさの電圧値に変換し、この電圧値に変換された受光信号をＡ／Ｄ変換部３０へ出力する。Ａ／Ｄ変換部３０は、この受光信号をデジタル値に変換し、このデジタル化された受光信号を制御部２０へ出力する。制御部２０は、このデジタル化された受光信号を用いて、Ｄ／Ａ変換部３２の二つの出力チャンネルに発光信号を設定する時刻である同期時刻を決定し、また、操作入力部３８から入力されたＳｐＯ２及び脈拍数とタイマ２１から入力された現在時刻と記憶部１９内の情報とを用いて、これらの入力された値に対応する発光信号を算出する。同期時刻の決定方法と発光信号の算出方法とは後述する。
【００３５】
更に、制御部２０は、現在時刻を用いて、Ｄ／Ａ変換部３２の二つの出力チャンネルに発光信号を設定しない状態である後述のアイドリング制御を行った後、上記の同期時刻において、Ｄ／Ａ変換部３２の二つの出力チャンネルに発光信号を設定する。Ｄ／Ａ変換部３２は、これらの発光信号をアナログ値に変換して第一の発光素子駆動部３４ａと第二の発光素子駆動部３４ｂとへ出力する。第一の発光素子駆動部３４ａと第二の発光素子駆動部３４ｂとは、これらの発光信号の電圧値を適切な駆動レベルの電流値に変換し、これらの電流値に変換された発光信号を指モデル発光部２６へ出力する。指モデル発光部２６は、これらの発光信号に従って、パルスオキシメータのプローブ受光部１８へ擬似透過光４６を照射する。
【００３６】
次に、同期時刻の決定方法を説明する。説明に用いる記号を以下の様に定義する。
（本文内）
Ｌ１、Ｌ２：パルスオキシメータから発せられる互いに異なる波長を有する光
Ｔ１：光Ｌ１の発光時間
Ｔ２：一組の発光中における光Ｌ１と光Ｌ２との発光間隔
Ｔ３：光Ｌ２の発光時間
Ｔ４：各組同士の発光間隔
ＶＰ１：プロープ発光部１６から発せられる光Ｌ１の発光出力
ＶＰ２：プロープ発光部１６から発せられる光Ｌ２の発光出力
ＶＦ１：指モデル発光部２６から発せられる光Ｌ１用の発光信号の値
ＶＦ２：指モデル発光部２６から発せられる光Ｌ２用の発光信号の値
ＣＨ１：指モデル発光部２６から発せられる光Ｌ１用の発光信号を設定するＤ／Ａ変換部３２の出力チャンネル
ＣＨ２：指モデル発光部２６から発せられる光Ｌ２用の発光信号を設定するＤ／Ａ変換部３２の出力チャンネル
（フローチャート内のみ）
Δｔ：サブルーチンＳＲ１の制御ループの繰り返し周期
ｔ：現在時刻
Ｖ：Ａ／Ｄ変換部３０から入力される受光信号の値
Ｖｌ：一つ前のループにおける受光信号の値
Ｖｄ：ＶからＶｌを減算した値
Ｖｔ：受光信号の値Ｖが変化したか否かを判定する閾値
Ｆ：現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であるか否かを示すフラグ（０「ゼロ」：制御期間外、１：制御期間内）
Ｃ１：制御期間Ｔ１〜Ｔ３における指モデル発光部２６の発光動作を制御するカウンタ
Ｎ１：制御期間Ｔ１〜Ｔ３における発光時間Ｔ１での指モデル発光部２６の発光動作の停止時刻を決める値
Ｎ２：制御期間Ｔ１〜Ｔ３における発光間隔Ｔ２での指モデル発光部２６の発光動作の停止時刻を決める値
Ｎ３：制御期間Ｔ１〜Ｔ３における発光時間Ｔ３での指モデル発光部２６の発光動作の停止時刻を決める値
Ｔｉ：条件判定で用いられる変数値（Ｖｄ、Ｆ）が不定ではなくなることを待つ時間
【００３７】
前述の様に、パルスオキシメータのブロープ発光部１６は二つの発光ダイオードを備えており、これら二つの発光ダイオードは夫々互いに異なる波長を有する光Ｌ１、Ｌ２を発する。プローブ発光部１６は、これらの光Ｌ１、Ｌ２を同時でなく、図６の例に示されている様に、光Ｌ１、Ｌ２の各一回ずつの発光を一組として、一定の周期でこの一組の発光を繰り返す。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、夫々光Ｌ１の発光時間、一組の発光中における光Ｌ１と光Ｌ２との発光間隔、光Ｌ２の発光時間、各組同士の発光間隔である。特に、Ｔ１〜Ｔ３を制御期間、Ｔ４を休止期間と称する。また、ＶＰ１、ＶＰ２は、夫々プロープ発光部１６から発せられる光Ｌ１、Ｌ２の発光出力である。生体が測定対象である場合には、光Ｌ１、Ｌ２の透過光は、夫々の発光時刻とほぼ同時刻にブロープ受光部１８で受光される。従って、パルスオキシメータ本体１４は、プローブ発光部１６の発光時刻を用いて、光Ｌ１、Ｌ２の透過光の受光信号を識別することができる。
【００３８】
しかし、指モデル２２が測定対象である場合には、照射光４４は遮光物５２によって遮られる。従って、擬似生体情報発生装置１０は、光Ｌ１、Ｌ２があたかも生体内を透過しているかの様に指モデル２２を作動させる必要がある。前述の様に、指モデル発光部２２を構成する第一の発光素子６０ａと第二の発光素子６０ｂとの発する光は、夫々光Ｌ１、Ｌ２と同じである。更に、第一の発光素子６０ａは第一の発光素子駆動部３４ａを介して、また第二の発光素子６０ｂは第二の発光素子駆動部３４ｂを介して、Ｄ／Ａ変換部３２の別々の出力チャンネルに接続されているので、制御部２０は、Ｄ／Ａ変換部３２のこれら二つの出力チャンネルに発光信号を設定することによって、光Ｌ１、Ｌ２の発光出力を制御することができる。光Ｌ１、Ｌ２に対応するＤ／Ａ変換部３２の上記二つの出力チャンネルを、夫々ＣＨ１、ＣＨ２と称する。従って、制御部２０は、受光した光がＬ１の場合にはＤ／Ａ変換部３２のＣＨ１に、また受光した光がＬ２の場合にはＤ／Ａ変換部３２のＣＨ２に、夫々値を設定することによって、光Ｌ１、Ｌ２があたかも生体内を透過しているかの様に指モデル２２を作動させることができる。
【００３９】
以下に、発光制御サブルーチンＳＲ１のフローチャートである図７を用いて、同期時刻の決定方法を具体的に説明する。なお、光Ｌ１の発光時間Ｔ１、一組の発光中における光Ｌ１と光Ｌ２との発光間隔Ｔ２、光Ｌ２の発光時間Ｔ３、及び発光時間Ｔ１におけるプローブ発光部１６の照射光４４が光Ｌ１であることを既知とする。更に、図７に示されているサブルーチンＳＲ１の制御ループの繰り返し周期Δｔは、Ｔ２よりも短いことを前提とする。
【００４０】
まず、Ｆ、Ｃ１をゼロで初期化し、Ｖｔ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｔｉに下記の様に数値を設定し、Ａ／Ｄ変換部３０、Ｄ／Ａ変換部３２、タイマ２１を初期化する（Ｓ１）。Ｆは、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であるか否かを示すフラグであり、Ｃ１は、制御期間Ｔ１〜Ｔ３における指モデル発光部２６の発光動作を制御するカウンタである。ＶｔはＡ／Ｄ変換部３０から入力された受光信号の値Ｖが変化したか否かを判定する閾値であり、この閾値はゼロよりも大きくかつブロープ発光部１６の発光出力ＶＰ１、ＶＰ２に対応する受光信号のうちの小さい方の値よりも小さく設定される。但し、その範囲内でノイズの影響等を考慮して適切な値を選択する。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は制御期間Ｔ１〜Ｔ３における指モデル発光部２６の各発光動作の停止時刻を決める値であり、数式１〜３を用いて得られる。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は夫々Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に対応する。
【００４１】
（数1）
Ｎ１＝Ｔ１／Δｔ
（数2）
Ｎ２＝（Ｔ１＋Ｔ２）／Δｔ
（数3）
Ｎ３＝（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）／Δｔ
【００４２】
Ｔｉは、条件判定で用いられる変数値（Ｖｄ、Ｆ）が不定ではなくなることを待つ時間、つまり、既述のアイドリング制御が行われる時間であり、具体的には、数式４の様に設定される。
（数4）
Ｔｉ＞Ｔ３＋Ｔ４
なお、Ｔｉ秒後に変数値（Ｖｄ、Ｆ）は必ず定まり、しかも、時間（Ｔ３＋Ｔ４）は一般に数ミリ秒と極めて短くて擬似生体情報発生装置１０が正しい値を出力しない時間は最初の数ミリ秒間だけであるので、アイドリング制御が行われなくても、パルスオキシメータが実用上は正常に反応する。従って、アイドリング制御のための後述のステップＳ２５はなくてもよい。しかし、後述する様に、アイドリング制御を行えば、擬似生体情報発生装置１０は最初から正しい値を出力し、万全を期すことができる。以下の説明では、上記の様にＴｉを設定し、アイドリング制御を含む方法について述べる。また、上記Ｆ、Ｃ１、Ｖｔ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｔｉについては、それらが使用される後述の各ステップにおいて、再度詳述する。
【００４３】
次に、制御ループへ入る前に、表示部３６を用いて操作者に”制御停止の判断”の入力を指示し（Ｓ２）、制御ループ内で、操作入力部３８から操作者による”制御停止の判断”を入力する（Ｓ３）。前記ステップＳ２において、制御ループ外で操作者に入力を指示する理由は、制御ループ内で操作者の指示を必要とするステップが一つしかないからである。そして、前記ステップＳ３での操作者による入力結果を用いて、操作者の判断を判定する（Ｓ４）。この判断が”制御停止”であれば（ＹＥＳ）、制御ループを抜けてこのサブルーチンＳＲ１から呼び出しルーチンヘ戻る。一方、この判断が”制御停止”ではなければ（ＮＯ）、デジタル化されて値がＶである受光信号をＡ／Ｄ変換部３０から入力する（Ｓ５）。
【００４４】
前記ステップＳ５で入力されて値がＶである受光信号は、指モデル受光部２４を構成する一つの受光素子５０から得られた信号であり、この時点では、この受光信号が光Ｌ１、Ｌ２の何れに対応する信号であるのかを未だ識別できない。しかし、制御期間Ｔ１〜Ｔ３の始まりを検出することができれば、発光時間Ｔ１におけるプローブ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１であることが既知であり、制御期間Ｔ１〜Ｔ３内でのプローブ発光部１６の発光動作は光Ｌ１、Ｌ２の順であるので、同期時刻を決定することができる。そこで、後続のステップＳ６〜Ｓ９で、受光信号が立ち上がり信号であるか否かを判定し、立ち上がり信号であれば、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であることを示すフラグＦを設定する。
【００４５】
まず、受光信号が立ち上がり信号であるか否かを判定する前処理として、前記ステップＳ５で得られた受光信号の値Ｖから前回のループにおける受光信号の値Ｖｌを減算し、その差を受光信号の値の変化分Ｖｄとして求め（Ｓ６）、その次に、次回のループのために、受光信号の値ＶをＶｌへ設定する（Ｓ７）。前記ステップＳ６において、１回目のループでは、Ｖｌの値が未定であるので、Ｖｄの値は不定になるが、後述するアイドリング制御のために、発光制御つまり擬似生体情報発生装置１０の出力は影響されない。
【００４６】
そして、前記ステップＳ６で得られた受光信号の値の変化分Ｖｄが前記ステップＳ１で設定された閾値Ｖｔよりも大きいか否かを判定する（Ｓ８）。受光信号の値の変化分Ｖｄが閾値Ｖｔよりも大きければ（ＹＥＳ）、この時の受光信号が立ち上がり信号であると判定して、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であることを示すフラグＦに１を設定する（Ｓ９）。また、受光信号の値の変化分Ｖｄが閾値Ｖｔ以下であれば（ＮＯ）、この時の受光信号が立ち上がり信号ではないと判定して、フラグＦに何も設定せずにステップＳ１０へ移る。
【００４７】
前記ステップＳ９において、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であることを示すフラグＦに１を設定する際に、光Ｌ２によって引き起こされると考えられる二つの問題がある。一つの問題は、光Ｌ２の立ち上がり信号を受光した場合にも、Ｆに１が常に設定されることであり、他の一つの問題は、初めての立ち上がり信号が光Ｌ２であった場合には、Ｔ３の開始時点で初めてフラグＦに１が設定されるので、現在時刻が実際にはＴ３の開始時点であるにも拘らずＴ１の開始時点であると認識され、正しい制御期間からずれた期間にＶＦ１、ＶＦ２の値が設定されることである。しかし、前者の問題については、制御期間Ｔ１〜Ｔ３内でＦに１が再び設定されるだけであり、光Ｌ２の立ち上がり信号によるステップＳ９での動作結果は常に無視されて発光制御つまり擬似生体情報発生装置１０の出力には影響しない。
【００４８】
後者の問題についても、実際の動作においては、フラグＦへの誤設定は２回目以降の制御期間Ｔ１〜Ｔ３で生じない。これは、Ｔ４（数ミリ秒）が発光動作における休止期間であって制御期間の時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）（数百マイクロ秒）に比べて一般的に十分に長いので、光Ｌ１による立ち上がり信号が常に正しく検出されるからである。つまり、初めての立ち上がり信号が光Ｌ２であった場合には、フラグＦは最初の制御期間Ｔ１〜Ｔ３を正確には示さない。しかし、休止期間Ｔ４が十分に長いので、誤設定されたフラグＦは発光時間Ｔ３の最後（後述のステップＳ２４）でゼロに設定される。この結果、２回目の立ち上がり信号以降つまり初めての光Ｌ１による立ち上がり信号以降において、フラグＦは制御期間Ｔ１〜Ｔ３を正確に示す。また、初めての立ち上がり信号が光Ｌ２であったことによる誤設定は、後述するアイドリング制御のために、発光制御つまり擬似生体情報発生装置１０の出力に影響を与えない。従って、上記二つの問題は結果的に影響がない。
【００４９】
次に、フラグＦを用いて、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であるか否かによって以降の制御を分岐させる（Ｓ１０）。フラグＦが１であれば（ＹＥＳ）、現在時刻は制御期間Ｔ１〜Ｔ３内である。そこで、後述するステップＳ１１〜Ｓ２６において、各発光動作の停止時刻に対応する前記Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３の値を用いて光Ｌ１、Ｌ２の発光制御を逐次的に行う。また、フラグＦがゼロであれば（ＮＯ）、現在時刻は休止期間Ｔ４内であるので、光Ｌ１、Ｌ２の発光制御を行わず、制御ループの始まりである前記ステップＳ３へ戻る。
【００５０】
前記ステップＳ１０による分岐の結果、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であれば、まずタイマ２１から現在時刻ｔを入力する（Ｓ１１）。この現在時刻ｔは、後述する発光信号の値（ＶＦ１、ＶＦ２）の算出、及びアイドリング制御に利用される。その次に、カウンタＣ１と前記ステップＳ１で設定された値Ｎ１とを用いて、現在時刻が発光時間Ｔ１内であるか否かを判定する（Ｓ１２）。カウンタＣ１がＮ１よりも小さければ（ＹＥＳ）、現在時刻は発光時間Ｔ１内である。そこで、発光時間Ｔ１内におけるプローブ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１であることが既知であるので、指モデル発光部２６から発する光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１を算出し（Ｓ１３）、光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２にゼロを設定する（Ｓ１４）。更に、カウンタＣ１に１を加算し（Ｓ１５）、次のステップへ移る。前記ステップＳ１３における光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１の算出方法は後述する。
【００５１】
次に、前記ステップＳ１１で得られた現在時刻ｔと前記ステップＳ１で設定された値Ｔｉとを用いて、前記ステップＳ８、Ｓ１０における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｆが不定ではなくなることを待つ時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２５）。現在時刻ｔがＴｉよりも大きければ（ＹＥＳ）、現在時刻ｔにおいて、前記ステップＳ８、Ｓ１０における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｆが不定ではなくなっており、アイドリング制御が完了している。そこで、ＶＦ１の値をＤ／Ａ変換部３２のチャンネルＣＨ１へ設定し、またＶＦ２の値をＤ／Ａ変換部３２のチャンネルＣＨ２へ設定する（Ｓ２６）。また、前記ステップＳ２５において、現在時刻ｔがＴｉ以下であれば（ＮＯ）、前記ステップＳ８、Ｓ１０における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｆが依然として不定のままである可能性があり、アイドリング制御が継続される。つまり、前記ステップＳ２６のＤ／Ａ変換部３２への値の設定を行わず、制御ループの始まりである前記ステップＳ３へ戻る。
【００５２】
一方、前記ステップＳ１２において、カウンタＣ１がＮ１以上であれば（ＮＯ）、現在時刻は、発光間隔Ｔ２内、発光時間Ｔ３内、または制御期間後の何れかであり、カウンタＣ１と前記ステップＳ１で設定された値Ｎ２とを用いて、現在時刻が発行間隔Ｔ２内であるか否かを再び判定する（Ｓ１６）。カウンタＣ１がＮ２よりも小さければ（ＹＥＳ）、現在時刻は発行間隔Ｔ２内である。そこで、光Ｌ１、Ｌ２ともに受光していないので、光Ｌ１と光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ１、ＶＦ２にゼロを設定する（Ｓ１７）。更に、カウンタＣ１に１を加算し（Ｓ１８）、前記ステップＳ２５へ移る。
【００５３】
また、前記ステップＳ１６において、カウンタＣ１がＮ２以上であれば（ＮＯ）、現在時刻は、発光時間Ｔ３内か制御期間後との何れかであり、カウンタＣ１と前記ステップＳ１で設定された値Ｎ３とを用いて、現在時刻が発行時間Ｔ３内であるか否かを再び判定する（Ｓ１９）。カウンタＣ１がＮ３より小さければ（ＹＥＳ）、現在時刻は発光時間Ｔ３内である。そこで、発光時間Ｔ１におけるブロープ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１であることから、残る次の発光時間Ｔ３における光はＬ２であるので、指モデル発光部２６から発する光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２を算出し（Ｓ２０）、光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１にゼロを設定する（Ｓ２１）。前記ステップＳ２０における光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２の算出方法は後述する。更に、カウンタＣ１に１を加算し（Ｓ２２）、前記ステップＳ２５へ移る。
【００５４】
また、前記ステップＳ１９において、カウンタＣ１がＮ３以上であれば（ＮＯ）、現在時刻が制御期間後であり、光Ｌ１、Ｌ２ともに受光していないので、光Ｌ１と光Ｌ２との発光信号の値ＶＦ１、ＶＦ２にゼロを設定する（Ｓ２３）。更に、カウンタＣ１とフラグＦとにゼロを設定し（Ｓ２４）、前記ステップＳ２５へ移る。前記ステップＳ２４において、カウンタＣ１がゼロになるので、ＶＦ１、ＶＦ２の次回の設定のための初期化が行われ、またフラグＦがゼロになるので、次のループから次回の光Ｌ１の立ち上がり信号までの間は、ステップＳ１１〜Ｓ２６による発光制御は行われず指モデル発光部２６は休止状態になる。
【００５５】
ところで、以上の同期時刻の決定方法はプローブ発光部１６の照射光４４の受光信号が立ち上がり信号であるか否かのみを判定しているが、以上の方法とは別に、受光信号が立ち上がり信号または立ち下がり信号であるか否かを判定する同期時刻の決定方法もある。この方法は、上述の方法における「Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を既知とする」という前提条件を必要としないので、パルスオキシメータの大幅な仕様変更にも自動的に対応することができる。
【００５６】
そこで、以下に、受光信号が立ち上がり信号または立ち下がり信号であるか否かを判定する同期時刻の決定方法を説明する。説明に用いる記号を以下の様に定義する。
（本文内）
Ｔｗ：現在の立ち上がり信号と前回の立ち上がり信号との間隔（以下、「現在及び前回の立ち上がり信号の間隔」と記す）
Ｔｗｌ：前回の立ち上がり信号と前々回の立ち上がり信号との間隔（以下、「前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔」と記す）
Ｔｕ：前回の立ち上がり信号の検出時刻
Ｔｉｂ：条件判定で用いられる変数値（Ｖｄ、Ｔｗ、Ｔｗｌ）が不定ではなくなることを待つ時間
但し、以下に説明する別の発光制御サブルーチンＳＲ１ｂ及びそのフローチャートである図８内で用いられている記号Δｔ、ｔ、Ｖ、Ｖｌ、Ｖｄ、Ｖｔは、前述の発光制御サブルーチンＳＲ１及びそのフローチャートである図７内の記号と同じ意味を有している。
【００５７】
具体的な説明の前に、この同期時刻の決定方法の概要を説明する。以下に述べるこの方法は、プローブ発光部１６の照射光４４の時間に関する既知の値（Ｔ１〜Ｔ３）を用いずに、照射光４４の受光信号のみを利用してブロープ発光部１６の動作を認識する方法である。まず、照射光４４の受光信号が立ち上がり信号と立ち下がり信号との何れであるのかを判定する前に、受光信号の値が変化したか否かを判定する。変化していない場合は、制御部２０は発光信号の値（ＶＦ１、ＶＦ２）を設定する必要がない。変化した場合は、制御部２０は、立ち上がり信号によって発光時間Ｔ１、Ｔ３の開始時刻を決定し、また立ち下がり信号によってそれらの終了時刻を決定する。
【００５８】
発光時間Ｔ１、Ｔ３の開始時刻については、照射光４４が光Ｌ１、光Ｌ２の何れであるのかを識別する必要がある。そのために、まず現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗを算出する。Ｔｗには（Ｔ１＋Ｔ２）または（Ｔ３＋Ｔ４）の二通りがあり、（Ｔ１＋Ｔ２）及び（Ｔ３＋Ｔ４）の後の時間は夫々発光時間Ｔ３及びＴ１である。次に、現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗと前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌとの大小を比較する。ここで、Ｔ１≒Ｔ３（共に発光時間）とＴ２≪Ｔ４（Ｔ４は休止期間）とから、（Ｔ１＋Ｔ２）≪（Ｔ３＋Ｔ４）であり、更に、（Ｔ１＋Ｔ２）と（Ｔ３＋Ｔ４）とは交互に検出される。従って、Ｔｗ＞Ｔｗｌの場合は、Ｔｗ=（Ｔ３＋Ｔ４）から現在時刻は発光時間Ｔ１内であるので、プローブ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１である。逆に、Ｔｗ＜Ｔｗｌの場合は、Ｔｗ=（Ｔ１＋Ｔ２）から現在時刻は発光時間Ｔ３内であるので、プローブ発光部１６の照射光４４は光Ｌ２である。従って、制御部２０は、適切に受光信号を識別することができ、受光した光がＬ１の場合には、ＶＦ１とＶＦ２とに夫々発光信号の値とゼロとを設定し、受光した光がＬ２の場合には、ＶＦ１とＶＦ２とに夫々ゼロと発光信号の値とを設定する。
【００５９】
発光時間Ｔ１、Ｔ３の終了時刻については、照射光４４が光Ｌ１、光Ｌ２の何れであるのかを識別する必要はなく、制御部２０は、単に、立ち下がり信号を検出した際にＶＦ１及びＶＦ２に共にゼロを設定すればよい。
【００６０】
以下に、上述の発光制御サブルーチンＳＲ１とは別の発光制御サブルーチンＳＲ１ｂのフローチャートである図８を用いて、プローブ発光部１６の照射光４４の受光信号が立ち上がり信号または立ち下がり信号であるか否かを判定する同期時刻の決定方法を具体的に説明する。なお、受光信号が立ち上がり信号であるか否かのみを判定するサブルーチンＳＲ１の方法と同様に、発光時間Ｔ１におけるプローブ発光部１６の照射光４４が光Ｌ１であることを既知とする。更に、図８に示されているサブルーチンＳＲ１ｂの制御ループの繰り返し周期Δｔは、Ｔ２よりも短いことを前提とする。
【００６１】
まず、Ｖｔ、Ｔｉｂに下記の様に数値を設定し、Ａ／Ｄ変換部３０、Ｄ／Ａ変換部３２、タイマ２１を初期化する（Ｓ９７）。Ｖｔは、Ａ／Ｄ変換部３０から入力された受光信号の値Ｖが変化したか否かを判定する閾値であり、サブルーチンＳＲ１の方法と同様に設定される。また、Ｔｉｂは、サブルーチンＳＲ１の方法におけるＴｉと同様に条件判定で用いられる変数値（Ｖｄ、Ｔｗ、Ｔｗｌ）が不定ではなくなることを待つ時間、つまり、既述のアイドリング制御が行われる時間であり、具体的には、数式５の様に設定される。
（数5）
Ｔｉｂ＞Ｔ１＋Ｔ２＋２（Ｔ３＋Ｔ４）
【００６２】
なお、Ｔｉｂ秒後に変数値（Ｖｄ、Ｔｗ、Ｔｗｌ）は必ず定まり、しかも、時間Ｔ１＋Ｔ２＋２（Ｔ３＋Ｔ４）は一般に十数ミリ秒と極めて短くて擬似生体情報発生装置１０が正しい値を出力しない時間は最初の十数ミリ秒間だけであるので、アイドリング制御が行われなくても、パルスオキシメータが実用上は正常に反応する。従って、アイドリング制御のための後述のステップＳ１１６はなくてもよい。しかし、後述する様に、アイドリング制御を行えば、擬似生体情報発生装置１０は最初から正しい値を出力し、万全を期すことができる。以下の説明では、上記の様にＴｉｂを設定し、アイドリング制御を含む方法について述べる。また、上記Ｖｔ、Ｔｉｂについては、それらが使用される後述の各ステップにおいて、再度詳述する。
【００６３】
次に、制御ループへ入る前に、表示部３６を用いて操作者に”制御停止の判断”の入力を指示し（Ｓ９８）、制御ループ内で、操作入力部３８から操作者による”制御停止の判断”を入力する（Ｓ９９）。前記ステップＳ９８において、制御ループ外で操作者に入力を指示する理由は、制御ループ内で操作者の指示を必要とするステップが一つしかないからである。そして、前記ステップＳ９９での操作者による入力結果を用いて、操作者の判断を判定する（Ｓ１００）。この判断が”制御停止”であれば（ＹＥＳ）、制御ループを抜けてこのサブルーチンＳＲ１ｂから呼び出しルーチンヘ戻る。一方、この判断が”制御停止”ではなければ（ＮＯ）、デジタル化されて値がＶである受光信号をＡ／Ｄ変換部３０から入力する（Ｓ１０１）。
【００６４】
前記ステップＳ１０１で入力されて値がＶである受光信号は、指モデル受光部２４を構成する一つの受光素子５０から得られた信号であり、この時点では、この受光信号が光Ｌ１、Ｌ２の何れに対応する信号であるのかを未だ識別できない。そこで、まず、後続のステップＳ１０２〜Ｓ１０４で、受光信号の値が変化したか否かを判定する。変化した場合は、後述のステップＳ１０６で、受光信号が立ち上がり信号であるか立ち下がり信号であるかを判定し、更に、受光信号が立ち上がり信号であれば、後述のステップＳ１０７〜Ｓ１０９で、現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗを算出し、この間隔Ｔｗを前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌと比較することによって、同期時刻を決定する。
【００６５】
まず、受光信号の値が変化したか否かを判定する前処理として、前記ステップＳ１０１で得られた受光信号の値Ｖから前回のループにおける受光信号の値Ｖｌを減算し、その差を受光信号の値の変化分Ｖｄとして求め（Ｓ１０２）、その次に、次回のループのために、受光信号の値ＶをＶｌへ設定する（Ｓ１０３）。前記ステップＳ１０２において、１回目のループでは、Ｖｌの値が未定であるので、Ｖｄの値は不定になるが、後述するアイドリング制御のために、発光制御つまり擬似生体情報発生装置１０の出力は影響されない。
【００６６】
そして、前記ステップＳ１０２で得られた受光信号の値における変化分の絶対値｜Ｖｄ｜が前記ステップＳ９７で設定された閾値Ｖｔよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１０４）。受光信号の値における変化分の絶対値｜Ｖｄ｜が閾値Ｖｔよりも大きければ（ＹＥＳ）、受光信号の値が変化したと判定して、次のステップＳ１０５へ移る。また、受光信号の変化分の絶対値｜Ｖｄ｜が閾値Ｖｔ以下であれば（ＮＯ）、受光信号の値が変化していないと判定して、光Ｌ１、Ｌ２の発光制御を行わず、制御ループの始まりである前記ステップＳ９９へ戻る。
【００６７】
前記ステップＳ１０４による分岐の結果、受光信号の値が変化した場合は、まず、タイマ２１から現在時刻ｔを入力する（Ｓ１０５）。この現在時刻ｔは、後述する現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗの算出、発光信号の値（ＶＦ１、ＶＦ２）の算出、及びアイドリング制御に利用される。その次に、受光信号の値の変化がこの受光信号の立ち上がりによるのか立ち下がりによるのかを、夫々Ｖｄの値がゼロよりも大きいか否かによって判定する（Ｓ１０６）。Ｖｄの値がゼロよりも大きければ（ＹＥＳ）、受光信号は立ち上がり信号であり、後述するステップＳ１０７へ移る。また、Ｖｄの値がゼロ以下であれば（ＮＯ、但し前記ステップＳ１０４の判定において、Ｖｔはゼロよりも大きく、この時点でＶｄ＝０は除外されているので、実際上はＶｄ＜０のみが成り立つ）、受光信号は立ち下がり信号であり、光Ｌ１、Ｌ２の何れをも受光していないので、光Ｌ１と光Ｌ２との発光信号の値ＶＦ１、ＶＦ２にゼロを設定し（Ｓ１１５）、アイドリング制御のための後述のステップＳ１１６へ移る。
【００６８】
前記ステップＳ１０６による分岐の結果、受光信号が立ち上がり信号であれば、前記ステップＳ１０５で得られた現在時刻ｔから前回の立ち上がり信号の検出時刻Ｔｕを減算し、その差を現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗとして求め（Ｓ１０７）、その次に、次回のＴｗ算出のために、現在時刻ｔをＴｕへ設定する（Ｓ１０８）。前記ステップＳ１０７において、初めてのＴｗ算出では、Ｔｕの値が未定であるので、Ｔｗの値は不定になるが、後述するアイドリング制御のために、発光制御つまり擬似生体情報発生装置１０の出力は影響されない。
【００６９】
そして、現在時刻が発光時間Ｔ１内であるのかＴ３内であるのかを判定するために、前記ステップＳ１０７で得られた現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗが前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１０９）。現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗが前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌよりも大きければ（ＹＥＳ）、現在時刻は発光時間Ｔ１内である。そこで、発光時間Ｔ１内におけるプローブ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１であることが既知であるので、指モデル発光部２６から発する光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１を算出し（Ｓ１１０）、光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２にゼロを設定する（Ｓ１１１）。更に、次回の間隔Ｔｗの判定のために、現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗを前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌへ設定し（Ｓ１１２）、アイドリング制御のための後述のステップＳ１１６へ移る。前記ステップＳ１１０における光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１の算出方法は後述する。
【００７０】
次に、前記ステップＳ１０５で得られた現在時刻ｔと前記ステップＳ９７で設定された値Ｔｉｂとを用いて、前記ステップＳ１０４、Ｓ１０６、及びＳ１０９における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｔｗ及びＴｗｌが不定ではなくなることを待つ時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１１６）。現在時刻ｔがＴｉｂよりも大きければ（ＹＥＳ）、現在時刻ｔにおいて、前記ステップＳ１０４、Ｓ１０６、及びＳ１０９における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｔｗ、及びＴｗｌが不定ではなくなっており、アイドリング制御が完了している。そこで、ＶＦ１の値をＤ／Ａ変換部３２のチャンネルＣＨ１へ設定し、またＶＦ２の値をＤ／Ａ変換部３２のチャンネルＣＨ２へ設定する（Ｓ１１７）。また、前記ステップＳ１１６において、現在時刻ｔがＴｉｂ以下であれば（ＮＯ）、前記ステップＳ１０４、Ｓ１０６、及びＳ１０９における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｔｗ、及びＴｗｌが依然として不定のままである可能性があり、アイドリング制御が継続される。つまり、前記ステップＳ１１７のＤ／Ａ変換部３２への値の設定を行わず、制御ループの始まりである前記ステップＳ９９へ戻る。
【００７１】
一方、前記ステップＳ１０９において、現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗが前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌ以下であれば（ＮＯ、但し実際上はＴｗ＝Ｔｗｌとなる場合はあり得ず、Ｔｗ＜Ｔｗｌのみ成り立つ）、現在時刻は発光時間Ｔ３内である。そこで、発光時間Ｔ１におけるブロープ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１であることから、残る次の発光時間Ｔ３における光はＬ２であるので、指モデル発光部２６から発する光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２を算出し（Ｓ１１３）、光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１にゼロを設定する（Ｓ１１４）。更に、前記ステップＳ１１２へ移り、次回のＴｗの判定のために、現在及び前回の立ち上がり信号の間隔ＴｗをＴｗｌへ設定した後、アイドリング制御のための前記ステップＳ１１６へ移る。前記ステップＳ１１３における光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２の算出方法は後述する。
【００７２】
なお、以後の説明中で同期時刻の決定が必要な個所では、上記二つの同期時刻の決定方法のうちで前者の発光制御サブルーチンＳＲ１のみを用いて説明しているが、その部分を後者の発光制御サブルーチンＳＲ１ｂに置き換えることが当然に可能である。つまり、発光制御サブルーチンＳＲ１ｂを用いる場合には、サブルーチンＳＲ１を呼び出す後述のサブルーチンＳＲ２、ＳＲ３、及びＳＲ４のフローチャート中のサブルーチンＳＲ１をサブルーチンＳＲ１ｂに置き換えればよい。
【００７３】
次に、発光信号の値の算出方法を説明する。説明に用いる記号を以下の様に定義する。
（本文内）
ＶＢ１：生体を対象とする場合のプロープ受光部１８での光Ｌ１の受光出力
ＶＢ２：生体を対象とする場合のプロープ受光部１８での光Ｌ２の受光出力
ΔＶｂ１：ＶＢ１のＡＣ成分
Ｖｂ１：ＶＢ１のＤＣ成分
ΔＶｂ２：ＶＢ２のＡＣ成分
Ｖｂ２：ＶＢ２のＤＣ成分
φ：生体を透過する光Ｌ１、Ｌ２の吸光度の脈波成分の比
ΔＶｆ１：ＶＦ１のＡＣ成分
Ｖｆ１：ＶＦ１のＤＣ成分
ΔＶｆ２：ＶＦ２のＡＣ成分
Ｖｆ２：ＶＦ２のＤＣ成分
ｆ（）：パルスオキシメータに内蔵されており、φを変数、ＳｐＯ２を値とする関数（数式７）
Ｐｒ：操作入力部３８から入力される脈拍数
（フローチャート内のみ）
ｇ（）：擬似生体情報発生装置１０の記憶部１９に記憶されており、ＳｐＯ２を変数、φを値とする関数（数式８）
ΔＶｆ１ｃ：パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ１のＡＣ成分
Ｖｆ１ｃ：パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ１のＤＣ成分
ΔＶｆ２ｃ：パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ２のＡＣ成分
Ｖｆ２ｃ：パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ２のＤＣ成分
ΔＶｆ１ｖ：操作入力部３８から入力されたＳｐＯ２に対応するφを満たす発光信号ＶＦ１のＡＣ成分
ｋ：Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃから算出される定数値（数式１０）
【００７４】
パルスオキシメータの測定対象が生体であれば、プローブ受光部１８における光Ｌ１の受光出力ＶＢ１の波形と光Ｌ２の受光出力ＶＢ２の波形とは、夫々図９、１０の例の様になる。ΔＶｂ１、Ｖｂ１、ΔＶｂ２、Ｖｂ２は夫々、ＶＢ１のＡＣ成分、ＶＢ１のＤＣ成分、ＶＢ２のＡＣ成分、ＶＢ２のＤＣ成分である。実際の受光出力波形は、プローブ発光部１６の発光出力波形である図６中のパルスが複数個並ぶ離散的な波形であるが、図９、１０は各パルスの包絡線を示しており、しかもその表示されている時間範囲が図６の時間範囲よりも長いので、図９、１０には生体の動脈血による脈波が表されている。
【００７５】
ところで、パルスオキシメータは、その動作に際して、まず、生体を透過する光Ｌ１、Ｌ２の吸光度の脈波成分の比φを数式６の様に求める。
（数6）
φ＝（ΔＶｂ１／Ｖｂ１）／（ΔＶｂ２／Ｖｂ２）
【００７６】
更に、パルスオキシメータは、数式７に示す様な、φを変数としＳｐＯ２を値とする関数ｆ（）を内蔵しており、この関数ｆ（）を用いてＳｐＯ２を算出する。図１１は、パルスオキシメータが内蔵する関数ｆ（）の一例を示している。
（数7）
ＳｐＯ２＝ｆ（φ）
【００７７】
擬似生体情報発生装置１０の制御部２０は、上述のパルスオキシメータにおけるＳｐＯ２の算出手順を逆に辿り、まず操作入力部３８から入力されるＳｐＯ２を用いてφを算出し、次に数式６の関係を用いて、このφを満たす光Ｌ１の発光信号ＶＦ１のＡＣ成分ΔＶｆ１、ＤＣ成分Ｖｆ１、及び光Ｌ２の発光信号ＶＦ２のＡＣ成分ΔＶｆ２、ＤＣ成分Ｖｆ２という四つの値を決定する。更に、これらの発光信号ＶＦ１、ＶＦ２のＡＣ・ＤＣ成分（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）と操作入力部３８から入力される脈拍数Ｐｒとタイマ２１から入力される現在時刻とを用いて、光Ｌ１、Ｌ２に対応する発光信号ＶＦ１、ＶＦ２を算出する。
【００７８】
以下に、発光信号算出サブルーチンＳＲ２のフローチャートである図１２を用いて、発光信号の算出方法を具体的に説明する。但し、パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ１、ＶＦ２のＡＣ・ＤＣ成分（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）の一組が既知であるとし、この一組を（ΔＶｆ１ｃ、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ）とする。また、制御部２０は、数式８に示す様な関数ｆ（）の逆関数ｇ（）を記憶部１９に記憶しているものとする。但し、関数ｆ（）はパルスオキシメータの機種に依存する関数であり、その逆関数ｇ（）もパルスオキシメータの機種毎に異なる。従って、この逆関数ｇ（）の算出方法は後述する。
（数8）
φ＝ｇ（ＳｐＯ２）
【００７９】
まず、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃに数値を設定する（Ｓ３１）。このステップＳ３１では、パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ１のＡＣ成分ΔＶｆ１には数値が設定されないが、後に発光制御サブルーチンＳＲ１を呼び出す後述のステップＳ３７の前のステップＳ３６において、ΔＶｆ１の数値が求められて設定される。次に、表示部３６を用いて操作者にＳｐＯ２と脈拍数Ｐｒとの入力を指示し（Ｓ３２）、操作入力部３８からＳｐＯ２と脈拍数Ｐｒとを入力する（Ｓ３３）。脈拍数Ｐｒは、後述する様にサブルーチンＳＲ１内で使用される。
【００８０】
制御部２０は、記憶部１９に記憶されている逆関数ｇ（）を用いて、前記ステップＳ３３で得られたＳｐＯ２に対応する光Ｌ１、Ｌ２についての吸光度の脈波成分の比φを算出する（Ｓ３４）。前記ステップＳ３４で得られたφとこれを満たす発光信号ＶＦ１、ＶＦ２のＡＣ・ＤＣ成分（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）とは、数式６と同様に、数式９の関係を持つべきである。
（数9）
φ＝（ΔＶｆ１／Ｖｆ１）／（ΔＶｆ２／Ｖｆ２）
【００８１】
従って、数式９によってφが指定される場合には、右辺の（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）のうちの一つを変数として変化させて、この式を満たさせる。（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）のうちのＤＣ成分であるＶｆ１、Ｖｆ２は、本来的に変化の少ない静脈血や動脈血以外の組織による吸光度成分と関係しており、定数値としても差し支えない。従って、ＡＣ成分であるΔＶｆ１、ΔＶｆ２の何れかを変化させてφを満たせばよいが、以下の説明では、数式９の分子にあってφと正比例の関係にあるΔＶｆ１を変数として採用し、ΔＶｆ２を定数値とする。
【００８２】
そこで、まず、前記ステップＳ３１で設定されたＶｆ１ｃ、ΔＶＦ２ｃ、Ｖｆ２ｃを用いて、数式９の右辺の定数部分の値ｋを数式１０に示されている様に算出する（Ｓ３５）。更に、前記ステップＳ３４で得られたφを前記ステップＳ３５で得られたｋで除算することによって、数式９を満たす発光信号ＶＦ１のＡＣ成分ΔＶｆ１ｖを得る（Ｓ３６）。
（数10）
ｋ＝Ｖｆ２ｃ／（Ｖｆ１ｃ・ΔＶｆ２ｃ）
【００８３】
次に、前記ステップＳ３１で設定されたＶｆｌｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ、前記ステップＳ３３で得られたＰｒ、及び前記ステップＳ３６で得られたΔＶｆ１ｖを引数として、発光制御サブルーチンＳＲ１を呼び出す（Ｓ３７）。このステップＳ３７において、図７に示したサブルーチンＳＲ１へ制御が移る。そして、サブルーチンＳＲ１内の前記ステップＳ１３において数式１１に示されている様に発光信号ＶＦ１を算出し、また前記ステップＳ２０において数式１２に示されている様に発光信号ＶＦ２を算出する。数式１１、１２中の現在時刻ｔは、前記ステップＳ１１において、タイマ２１から制御部２０へ既に入力されている。
（数11）
ＶＦ１＝ΔＶｆ１ｖ・ｓｉｎ（２π（Ｐｒ／６０）ｔ）＋Ｖｆｌｃ
（数12）
ＶＦ２＝ΔＶｆ２ｃ・ｓｉｎ（２π（Ｐｒ／６０）ｔ）＋Ｖｆ２ｃ
【００８４】
なお、サブルーチンＳＲ１の代わりにサブルーチンＳＲ１ｂを用いる場合には、同様にして、図８に示したサブルーチンＳＲ１ｂへ制御が移る。そして、サブルーチンＳＲ１ｂ内の前記ステップＳ１１０において数式１１に示されている様に発光信号ＶＦ１を算出し、また前記ステップＳ１１３において数式１２に示されている様に発光信号ＶＦ２を算出する。数式１１、１２中の現在時刻ｔは、前記ステップＳ１０５において、タイマ２１から制御部２０へ既に入力されている。
【００８５】
数式１１、１２は、正弦関数を用いて、動脈血による脈波を擬似的に表現しており、更にその周期（６０／Ｐｒ）を用いて、脈拍数を制御している。数式１１、１２で算出される発光信号ＶＦ１、ＶＦ２のＡＣ・ＤＣ成分は前記ステップＳ３１で設定された定数（Ｖｆｌｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ）とこれらの定数及び前記ステップＳ３４で得られたφを満たす様に前記ステップＳ３６で求められた変数（ΔＶｆ１ｖ）とであるので、これらのＡＣ・ＤＣ成分は前記ステップＳ３４で得られたφを当然に満たしている。その結果、操作入力部３８から入力されるＳｐＯ２と脈拍数Ｐｒとを反映した擬似透過光４６が、パルスオキシメータのプローブ受光部１８へ照射され、パルスオキシメータ本体１４は、指モデル２２があたかも生体の指であるかの様に反応して、ＳｐＯ２と脈拍数とを表示する。最後に、制御が、前記ステップＳ３７のサブルーチンＳＲ１からこのサブルーチンＳＲ２ヘ戻り、更にこのサブルーチンＳＲ２から呼び出しルーチンヘ戻る。
【００８６】
次に、関数ｆ（）の逆関数ｇ（）を説明する。説明に用いる記号を以下の様に定義する。
（本文内）
Ｎｓ：ＳｐＯ２のサンプリング数
（フローチャート内のみ）
Ｃ２：パルスオキシメータが表示するＳｐＯ２をサンプリングする際に、その回数を制御するカウンタ
ε：パルスオキシメータが正常に反応するφの範囲を求める際に、φを増減させる微少値
Δφ：ＳｐＯ２のサンプリング時に変化させるφの刻み幅
ＳｐＯ２ｓ：ＳｐＯ２のサンプリング値
φｓ：ＳｐＯ２ｓに対応するφ
ｈ（）：ＳｐＯ２ｓを変数、φｓを値とする回帰曲線
【００８７】
前述の様に、逆関数ｇ（）はパルスオキシメータの機種毎に異なるので、これを算出する必要がある。逆に言えば、逆関数ｇ（）を算出することによって、同様な原理で動作するが機種の異なるパルスオキシメータに擬似生体情報発生装置１０を対応させることができる。逆関数ｇ（）を算出するためには、まず、発光信号ＶＦ１、ＶＦ２のＡＣ・ＤＣ成分（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）の既知の一組（ΔＶｆ１ｃ、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ）を用いて、パルスオキシメータが正常に反応するφの範囲を求める。次に、操作入力部３８からサンプリング数Ｎｓを入力し、上記の範囲内においてφを変化させ、パルスオキシメータが表示するＳｐＯ２をＮｓ個サンプリングする。最後に、最小二乗法を用いて、φとＳｐＯ２とのＮｓ個の組から回帰曲線を算出し、これを新たな逆関数ｇ（）として、記憶部１９に記憶されている古い逆関数ｇ（）と置き換える。
【００８８】
以下に、逆関数ｇ（）算出用サブルーチンＳＲ３のフローチャートの前半を示す図１３と後半を示す図１４とを用いて、逆関数ｇ（）の算出法を具体的に説明する。まず、Ｃ２をゼロで初期化し、ΔＶｆ１ｃ、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ、ε、Ｐｒに数値を設定する（Ｓ４１）。Ｃ２は、ＳｐＯ２をサンプリングする際に、その回数を制御するカウンタであり、εは、パルスオキシメータが正常に反応するφの範囲を求める際に、φを増減させる微少値である。εが小さい値であるほどφの範囲の精度が向上するが、作業の繰り返し回数が増えるので、精度と回数との釣り合いを考慮して適切な値を選択する。脈拍数Ｐｒは、数式１１、１２から明らかな様に、指モデル発光部２６から発せられる光Ｌ１、Ｌ２の発光信号ＶＦ１、ＶＦ２の周期を制御するだけで強度は制御しないので、逆関数ｇ（）の算出結果には影響を与えないが、数式１１、１２のために必要であるので、パルスオキシメータが想定している一般的な生体の脈拍数の範囲内で設定する。
【００８９】
次に、以下のステップのうちの三つのステップ（Ｓ４５、Ｓ５３、Ｓ６４）でΔＶｆ１ｖを算出するが、その際に必要となる定数ｋの値を、上述の数式１０を用いて予め算出しておく（Ｓ４２）。そして、フローチャートの前半で、φを増減させて、パルスオキシメータが正常に反応するφの最小値φｍｉｎと最大値φｍａｘとを求める。そのために、まず、始点となるφｃを、前記ステップＳ４１で設定されたΔＶｆ１ｃ、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃを用いて、数式１３によって得る（Ｓ４３）。
（数13）
φｃ＝（ΔＶｆ１ｃ／Ｖｆ１ｃ）／（ΔＶｆ２ｃ／Ｖｆ２ｃ）
【００９０】
次に、前記ステップＳ４３で得られたφｃから微少値εを減算して、この減算結果をφｍｉｎとする（Ｓ４４）。更に、このステップＳ４４で得られたφｍｉｎを前記ステップＳ４２で得られたｋで除算して、ΔＶｆ１ｖを得る（Ｓ４５）。なお、２回目以降のループにおいて、このステップＳ４５で用いられるφｍｉｎは、繰り返しループの途中で再設定される。次に、前記ステップＳ４１で設定されたＶｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ、Ｐｒと、前記ステップＳ４５で得られたΔＶｆ１ｖとを引数として、発光制御サブルーチンＳＲ１を呼び出す（Ｓ４６）。このステップＳ４６で呼び出されるサブルーチンＳＲ１の制御によって、パルスオキシメータのプロープ受光部１８へ擬似透過光４６が照射されて、パルスオキシメータが反応する。その後、前記ステップＳ４６のサブルーチンＳＲ１からこのサブルーチンＳＲ３へ制御が戻る。
【００９１】
そこで、表示部３６を用いて操作者に”パルスオキシメータの反応結果”の入力を指示し（Ｓ４７）、操作入力部３８からこの”パルスオキシメータの反応結果”を入力する（Ｓ４８）。そして、このステップＳ４８の入力結果を用いて、パルスオキシメータが正常に反応したか否かを判定する（Ｓ４９）。パルスオキシメータが正常に反応すれば（ＹＥＳ）、φの最小値がφｍｉｎよりも小さい可能性があるので、φｍｉｎからεを減算し、これを新たなφｍｉｎとして（Ｓ５０）、前記ステップＳ４５へ戻る。パルスオキシメータが正常に反応しなければ（ＮＯ）、φｍｉｎはφの最小値よりもεだけ小さいので、φｍｉｎにεを加算し、これをφｍｉｎとして確定する（Ｓ５１）。なお、既述の様にΔＶｆ１ｃ、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃはパルスオキシメータが正常に反応する場合の値であるので、数式１３の始点φｃではパルスオキシメータは必ず反応する。
【００９２】
次に、前記ステップＳ４４〜Ｓ５１と同様な手順で、最大値φｍａｘを求める。まず、前記ステップＳ４３で得られたφｃに微少値εを加算して、この加算結果をφｍａｘとする（Ｓ５２）。更に、このステップＳ５２で得られたφｍａｘを前記ステップＳ４２で得られたｋで除算して、ΔＶｆ１ｖを得る（Ｓ５３）。なお、２回目以降のループにおいて、このステップＳ５３で用いられるφｍａｘは、繰り返しループの途中で再設定される。
【００９３】
次に、前記ステップＳ４１で設定されたＶｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ、Ｐｒと、前記ステップＳ５３で得られたΔＶｆ１ｖとを引数として、発光制御サブルーチンＳＲ１を呼び出す（Ｓ５４）。このステップＳ５４で呼び出されたサブルーチンＳＲ１の制御によって、パルスオキシメータのプローブ受光部１８へ擬似透過光４６が照射されて、パルスオキシメータが反応する。その後、前記ステップＳ５４のサブルーチンＳＲ１からこのサブルーチンＳＲ３ヘ制御が戻る。
【００９４】
そこで、表示部３６を用いて操作者に”パルスオキシメータの反応結果“の入力を指示し（Ｓ５５）、操作入力部３８からこの”パルスオキシメータの反応結果”を入力する（Ｓ５６）。そして、このステップＳ５６の入力結果を用いて、パルスオキシメータが正常に反応したか否かを判定する（Ｓ５７）。パルスオキシメータが正常に反応すれば（ＹＥＳ）、φの最大値がφｍａｘよりも大きい可能性があるので、φｍａｘにεを加算し、これを新たなφｍａｘとして（Ｓ５８）、前記ステップＳ５３へ戻る。パルスオキシメータが正常に反応しなければ（ＮＯ）、φｍａｘはφの最大値よりもεだけ大きいので、φｍａｘからεを減算し、これをφｍａｘとして確定する（Ｓ５９）。
【００９５】
次に、フローチャートの後半で、パルスオキシメータが正常に反応する範囲内において、パルスオキシメータが表示するＳｐＯ２をサンプリングし、逆関数ｇ（）を表す回帰曲線を求める。まず、表示部３６を用いて操作者にサンプリング数Ｎｓの入力を指示し（Ｓ６０）、操作入力部３８からＮｓを入力する（Ｓ６１）。そして、前記ステップＳ５１で得られたφｍｉｎ、前記ステップＳ５９で得られたφｍａｘ、前記ステップＳ６１で得られたＮｓを用いて、数式１４に示されている様に、サンプリング時に変化させるφの刻み幅Δφを求める（Ｓ６２）。
（数14）
Δφ＝（φｍａｘ−φｍｉｎ）／Ｎｓ
【００９６】
次に、前記ステップＳ４１で設定されたＣ２、前記ステップＳ５１で得られたφｍｉｎ、前記ステップＳ６２で得られたΔφを用いて、数式１５に示されている様に、サンプリング対象となるφｓを求める（Ｓ６３）。更に、このステップＳ６３で得られたφｓを前記ステップＳ４２で得られたｋで除算して、ΔＶｆ１ｖを得る（Ｓ６４）。
（数15）
φｓ＝Δφ・Ｃ２＋φｍｉｎ
【００９７】
次に、前記ステップＳ４１で設定されたＶｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ、Ｐｒと、前記ステップＳ６４で得られたΔＶｆ１ｖとを引数として、発光制御サブルーチンＳＲ１を呼び出す（Ｓ６５）。このステップＳ６５で呼び出されたサブルーチンＳＲ１の制御により、パルスオキシメータのプロープ受光部１８へ擬似透過光４６が照射されて、パルスオキシメータが反応する。その後、前記ステップＳ６５のサブルーチンＳＲ１からこのサブルーチンＳＲ３ヘ制御が戻る。そこで、表示部３６を用いて操作者にパルスオキシメータの表示値ＳｐＯ２ｓの入力を指示し（Ｓ６６）、操作入力部３８からＳｐＯ２ｓを入力する（Ｓ６７）。そして、この時のφｓとＳｐＯ２ｓとの組（φｓ、ＳｐＯ２ｓ）を記憶部１９に記憶する（Ｓ６８）。
【００９８】
次に、カウンタＣ２と前記ステップＳ６１で得られたサンプリング数Ｎｓとを用いて、サンプリングが終了したか否かを判定する（Ｓ６９）。Ｃ２がＮｓよりも小さければ（ＹＥＳ）、サンプリングは終了していないので、Ｃ２に１を加算して（Ｓ７０）、前記ステップＳ６３へ戻る。Ｃ２がＮｓ以上であれば（ＮＯ）、サンプリングは終了したので、最小２乗法を用いて、これまでにサンプリングしたＮｓ組の（φｓ、ＳｐＯ２ｓ）からＳｐＯ２ｓを変数、φｓを値とする回帰曲線ｈ（）を算出する（Ｓ７１）。
【００９９】
このステップＳ７１で得られる回帰曲線ｈ（）は、図１５の例に示されている様に、図１１に示した関数ｆ（）の逆関数であり、この回帰曲線ｈ（）を新たな逆関数ｇ（）として記憶部１９に記憶する（Ｓ７２）。最後に前記ステップＳ７２の後、本サブルーチンＳＲ３から呼び出しルーチンヘ制御が戻る。
【０１００】
擬似生体情報発生装置１０は、通常では、記憶部１９に記憶している逆関数ｇ（）を用いて、発光信号算出サブルーチンＳＲ２を実行する。しかし、対象とするパルスオキシメータの機種が変更された場合や、何らかの外乱によってパルスオキシメータのＳｐＯ２が正しく表示されなくなった場合には、逆関数ｇ（）算出用サブルーチンＳＲ３を実行して逆関数ｇ（）を再算出し、記憶部１９に記憶されている古い逆関数ｇ（）を新たな逆関数ｇ（）と置き換える必要がある。
【０１０１】
この置き換え手順を、メインルーチンＭＲのフローチャートである図１６を用いて説明する。まず、表示部３６を用いて操作者に”逆関数ｇ（）再算出実行の判断”の入力を指示し（Ｓ８１）、操作入力部３８から”逆関数ｇ（）再算出実行の判断”を入力する（Ｓ８２）。そして、このステップＳ８２の操作者による入力結果を用いて、操作者の判断を判定する（Ｓ８３）。この判断が”再算出実行”であれば（ＹＥＳ）、サブルーチンＳＲ３を呼び出して（Ｓ８４）、逆関数ｇ（）を再算出し、記憶部１９に記憶されている古い逆関数ｇ（）を新たな逆関数ｇ（）と置き換える。
【０１０２】
そして、前記ステップＳ８４で呼び出されたサブルーチンＳＲ３からこのメインルーチンヘ制御が戻った後、更にサブルーチンＳＲ２を呼び出す（Ｓ８５）。このステップＳ８５で呼び出されたサブルーチンＳＲ２において、発光信号が算出され、更にパルスオキシメータのプローブ受光部１８へ擬似透過光４６が照射される。そして、前記ステップＳ８５で呼び出されたサブルーチンＳＲ２からこのメインルーチンヘ制御が戻った後、総ての処理が終了する。前記ステップＳ８３の判断が”再算出実行”でなければ（ＮＯ）、サブルーチンＳＲ３は呼び出されず、前記ステップＳ８５へ移り、サブルーチンＳＲ２が直接に呼び出される。この場合は、記憶部１９に記憶されている逆関数ｇ（）が継続して使用される。
【０１０３】
次に、パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２について説明する。パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２は、図１に示されている様に、人体モデル３９、環境・呼吸循環指標入力部４０、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２、及び擬似生体情報発生装置１０から構成されている。人体モデル３９、環境・呼吸循環指標入力部４０、及びＳｐＯ２・脈拍数算出部４２は公知の技術である。人体モデル３９及び環境・呼吸循環指標入力部４０は、例えば、公知の生体シミュレータ（非特許文献３参照）に使用されている技術である。具体的には、人体モデル３９は、外形及び質感を人間の全身または半身に似せて作られた模型であり、合成樹脂等を用いて成形されている。また、環境・呼吸循環指標入力部４０は、気圧、気温等の環境指標と呼吸量、心拍数、血圧、血流量等の呼吸循環指標とを、キーボード、スイッチ、及びセンサ等の各種入力装置から入力して信号に変換し、環境・呼吸循環指標として出力する装置である。
【０１０４】
一方、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２は、例えば、既述の生体シミュレータ（非特許文献１、２参照）に使用されている技術である（但し、脈拍数算出部は非特許文献３の生体シミュレータも有している）。具体的には、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２は、生体の呼吸や循環等を模擬する生理学モデルを内蔵しており、環境・呼吸循環指標を入力して、これに応じたＳｐＯ２及び脈拍数を出力する。なお、環境・呼吸循環指標入力部４０、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２及び擬似生体情報発生装置１０は、人体モデル３９の内部と外部との何れに配置されていてもよい。但し、図１では、人体モデル３９の内部に環境・呼吸循環指標入力部４０が配置されており、人体モデル３９の外部にＳｐＯ２・脈拍数算出部４２と擬似生体情報発生装置１０とが配置されている。一方、擬似生体情報発生装置１０の指モデル２２は、当然に人体モデル３９の指部分に配置されるべきである。
【非特許文献３】株式会社高研：カタログ、蘇生訓練用生体シミュレータ ＫＯＫＥＮ ＲＥＳＩＭ「レシム」
【０１０５】
図１７は、パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２において人体モデル３９の内部に環境・呼吸循環指標入力部４０、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２、及び擬似生体情報発生装置１０の総てを配置した場合の使用状態をパルスオキシメータと共に示す模式図である。但し、図１及び図１７に示されているパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の制御方法は互いに同じである。この図１７を用いて、パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の動作の概要を説明する。まず、救急医療の訓練に際して、環境・呼吸循環指標入力部４０に、何らかの値、通常は正常値からずれた値、の環境・呼吸循環指標が入力される。環境・呼吸循環指標入力部４０はこの環境・呼吸循環指標をＳｐＯ２・脈拍数算出部４２へ出力する。ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２は、その内部に備える生理学モデルを用いてこの環境・呼吸循環指標に対応するＳｐＯ２・脈拍数を算出して、このＳｐＯ２・脈拍数を擬似生体情報発生装置１０へ出力する。擬似生体情報発生装置１０は、その指モデル２２を用いて、パルスオキシメータのプローブ８０へＳｐＯ２・脈拍数に対応する擬似透過光４６を照射する。その結果、パルスオキシメータ本体１４は、環境・呼吸循環指標入力部４０に入力された環境・呼吸循環指標に対応するＳｐＯ２・脈拍数を表示する。
【０１０６】
環境・呼吸循環指標入力部４０に入力された環境・呼吸循環指標が上述の様に通常は正常値からずれた値であるので、パルスオキシメータ本体１４に表示されるＳｐＯ２・脈拍数も正常値からずれた値である。生体においてこの様にＳｐＯ２・脈拍数が正常値からずれていれば、この生体に対する処置者は、例えば、気圧を高めるために生体を高圧室に収容したり、血圧を高めるために生体に昇圧薬を投与したりする。これらに対応して、処置訓練者は、気圧を高める必要があると判断すれば環境・呼吸循環指標入力部４０に当初に入力された気圧よりも高い気圧を入力し直したり、血圧を高める必要があると判断すれば環境・呼吸循環指標入力部４０に当初に入力された血圧よりも高い血圧を入力し直したりする。パルスオキシメータ本体１４に表示されるＳｐＯ２・脈拍数が、これらの入力によって、正常値に近づけば処置訓練者の判断が正しかったことになり、正常値に近づかなければ処置訓練者の判断が正しくなかったことになる。また、パルスオキシメータ本体１４についての処置訓練者の使用技術の熟達度等を知ることもできる。
【０１０７】
上述の様に擬似生体情報発生装置１０がパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の構成要素の一つとして用いられる場合には、この擬似生体情報発生装置１０は操作入力部３８のみならずＳｐＯ２・脈拍数算出部４２からもＳｐＯ２及び脈拍数を入力することができる。擬似生体情報発生装置１０がＳｐＯ２・脈拍数算出部４２からＳｐＯ２及び脈拍数を入力する場合、図１２に示されている発光信号算出サブルーチンＳＲ２は、図１８に示されている様に、操作入力部３８の代わりにＳｐＯ２・脈拍数算出部４２からＳｐＯ２及び脈拍数を入力する発光信号算出サブルーチンＳＲ４に置き換えられる。サブルーチンＳＲ４のフローチャートである図１８は、サブルーチンＳＲ２のフローチャートである図１２からステップＳ３２、Ｓ３３を除き、その代わりにその位置に、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２からＳｐＯ２・脈拍数を入力するステップＳ９２を置いた構成である。
【０１０８】
なお、以上の実施形態では生体モデルの一例としての指モデルに本発明が適用されているが、本発明はその他の生体モデル例えば耳モデルにも適用することができ、この耳モデルでは生体の耳たぶを透過する光に対応する擬似透過光が発せられる。また、生体モデルとしての指モデル２２、擬似生体情報発生装置１０、及びパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の総てが、生体情報モニタ装置としてのパルスオキシメータに対応していて、互いに波長の異なる光Ｌ１、Ｌ２を発するが、単一波長の光で作動する生体情報モニタ装置があれば、指モデル２２の発光素子６０ｂとＤ／Ａ変換部３２の出力チャンネルＣＨ２と発光素子駆動部３４ｂとを省略し、発光制御サブルーチンＳＲ１を発光信号ＶＦ１にのみ対応させること等によって、この様な生体情報モニタ装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】擬似生体情報発生装置とこの装置を用いるパルスオキシメータ対応型生体シミュレータとの実施形態をパルスオキシメータと共に示すブロック図である。
【図２】指モデルの実施形態の平面図である。
【図３】指モデルの実施形態の底面図である。
【図４】指モデルの実施形態を示しており図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】指モデルの実施形態の使用状態図である。
【図６】プローブ発光部の発光出力波形の例を示す図である。
【図７】発光制御サブルーチンＳＲ１のフローチャートである。
【図８】発光制御サブルーチンＳＲ１ｂのフローチャートである。
【図９】生体が測定対象である場合のブロープ受光部での光Ｌ１の受光出力波形の例を示す図である。
【図１０】生体が測定対象である場合のブロープ受光部での光Ｌ２の受光出力波形の例を示す図である。
【図１１】パルスオキシメータが内蔵する関数ｆ（）の例を示す図である。
【図１２】発光信号算出サブルーチンＳＲ２のフローチャートである。
【図１３】関数ｇ（）算出サブルーチンＳＲ３の前半のフローチャートである。
【図１４】関数ｇ（）算出サブルーチンＳＲ３の後半のフローチャートである。
【図１５】ＳｐＯ２ｓを変数、φｓを値とする回帰曲線ｈ（）の例を示す図である。
【図１６】メインルーチンＭＲのフローチャートである。
【図１７】パルスオキシメータ対応型生体シミュレータにおいて人体モデルの内部にＳｐＯ２・脈拍数算出部及び擬似生体情報発生装置が配置されている場合の使用状態をパルスオキシメータと共に示す模式図である。
【図１８】パルスオキシメータ対応型生体シミュレータにおいて擬似生体情報発生装置を用いる場合の発光信号算出サブルーチンＳＲ４のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１０】
１０ 擬似生体情報発生装置
１２ パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ
１４ パルスオキシメータ本体
１６ プロープ発光部
１８ プローブ受光部
１９ 記憶部
２０ 制御部
２１ タイマ
２２ 指モデル
２４ 指モデル受光部
２６ 指モデル発光部
２８ 電流・電圧変換部
３０ Ａ／Ｄ変換部
３２ Ｄ／Ａ変換部
３４ａ 第一の発光素子駆動部
３４ｂ 第二の発光素子駆動部
３６ 表示部
３８ 操作入力部
３９ 人体モデル
４０ 環境・呼吸循環指標入力部
４２ ＳｐＯ２・脈拍数算出部
４４ 照射光
４６ 擬似透過光
５０ 受光素子
５２ 遮光物
５４ 電流・電圧変換部への信号線及びグランド
５６ａ 第一の発光素子駆動部からの信号線及びグランド
５６ｂ 第二の発光素子駆動部からの信号線及びグランド
６０ａ 第一の発光素子
６０ｂ 第二の発光素子
８０ プローブ
８２ パルスオキシメータ本体とプローブとの間の信号線及びグランド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的手段を利用した生体情報モニタ装置に対応する生体モデルと、生体組織を用いずに前記生体モデルを用いて動脈血酸素飽和度及び脈拍数を示す生体情報を発生する装置と、この装置を用いるパルスオキシメータ対応型生体シミュレータとに関するものである。パルスオキシメータとは、生体の重要な指標である動脈血酸素飽和度、脈拍数、及びその結果としての脈のリズムを測定する装置であり、生体シミュレータとは、生体に対する処置技術とこの処置時に用いる医療用具についての使用技術との熟達度を測る生体模擬人形である。以下、動脈血酸素飽和度をＳｐＯ２、生体組織を用いずに発生される生体情報を擬似生体情報と夫々称する。
【背景技術】
【０００２】
外傷時等の出血を伴う損傷時、心肺蘇生時、または心肺蘇生後の回復期等における救急医療の本質は、重要臓器、特に脳や心臓への酸素供給改善にある。これは、１）呼吸循環器系が正常に働く、２）呼吸循環器系によって循環される血液が適切な酸素レベルを有する、という二つの条件が満たされることである。従って、救急医療のための処置者は、呼吸循環の指標である呼吸、脈拍、血圧、心音、と同様に、血液中の酸素レベルを示すＳｐＯ２の推移に留意する必要がある。実際の心肺蘇生後の回復期においては、呼吸循環器系の機能レベルは目視、触診、及び聴音等によって、他方、ＳｐＯ２はパルスオキシメータによって夫々監視される。但し、一般的なパルスオキシメータは、ＳｐＯ２以外に脈拍数も測定可能である。
【０００３】
救急医療の訓練を目的とする生体シミュレータがこれまでに数多く開発されている。近年では、生体シミュレータ本体から種々の擬似生体情報を発生する高機能製品も市販される様になり想定される患者の容体に応じた処置の訓練にこれまで以上の効果を発揮するものと期待されている。この様な高機能の生体シミュレータは、呼吸循環の指標である呼吸、脈拍、血圧、及び心音の擬似生体情報を発生する。特に血圧については、市販の医療器具である水銀柱式血圧計を用いて、処置訓練者による実測が可能である。
【０００４】
しかし、血液中の酸素レベルを示すＳｐＯ２の擬似生体情報を発生する生体シミュレータは皆無であり、処置訓練者は市販のパルスオキシメータを用いてＳｐＯ２と脈拍数とを測定することができない。幾つかの生体シミュレータは、専用ディスプレイを用いて任意のＳｐＯ２を処置訓練者へ提示することができるが、これは当該システム内における仮想のＳｐＯ２である。即ち、生体シミュレータ外へ擬似生体情報を発生させることができないので、市販のパルスオキシメータに対応することができない（非特許文献１、２参照）。
【非特許文献１】レールダルメディカルジャパン株式会社：カタログ、ユニバーサルペイシェントシミュレータＳｉｍＭａｎシムマンｐ．３
【非特許文献２】アイ・エム・アイ株式会社：カタログ、米国ＭＥＴＩ社製 ＥｍｅｒｇｅｎｃｙＣａｒｅ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ
【０００５】
パルスオキシメータは、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとに対して光透過性の異なる二つの波長の光を生体組織へ入射させ、動脈血の拍動に伴う、その二つの波長の透過光の吸光度の脈波成分の比を検出する。パルスオキシメータは、この比とＳｐＯ２とを関係付ける関数を内蔵しており、この関数を用いてＳｐＯ２を算出する。また、ＳｐＯ２の算出過程で脈拍数も算出する。
【０００６】
パルスオキシメータは、プローブと装置本体とから構成されている。プローブは、発光部と受光部とを備えており、発光部は互いに波長の異なる光を発する二つの発光ダイオードを有しており、受光部はフォトダイオードを有している。装置本体は、上記二つの発光ダイオードを交互に発光させ、発光部と受光部との間に置かれている生体組織を透過する光を上記フォトダイオードで受光し、この受光した透過光を用いてＳｐＯ２と脈拍数とを算出する。
【０００７】
生体組織を用いずにパルスオキシメータへＳｐＯ２の擬似生体情報を伝える方法として、パルスオキシメータの較正試験用の「血液モデル」（特許文献１）と「検査用入力ジグの接合部インタフェース」（特許文献２）の中で紹介されている「検査装置」との応用が考えられる。
【特許文献１】特開平５−１３５号公報
【特許文献２】特開平２００１−２３１７７０号公報
【０００８】
前者の「血液モデル」は血液に近似した吸光特性を有するオレンジ色と赤色との混合染料であり、この染料を用いて着色されたアクリル樹脂の透過光を利用して、パルスオキシメータへＳｐＯ２の擬似生体情報を伝えることができる。また、この血液モデルを用いる較正試験装置は、パルスオキシメータの動作原理に基づく光を用いる伝達方法を実行するので、ブロープを含むパルスオキシメータの較正試験を行うことができる。
【０００９】
しかし、上記の「血液モデル」を用いて、パルスオキシメータへ伝達されるＳｐＯ２を変化させるためには、染料の混合比の異なる複数のモデルを用意する必要があり、伝達されるＳｐＯ２を連続的に変化させることはできない。
【００１０】
後者の「検査装置」は、プローブを介さずにパルスオキシメータ本体と電気的に接続されるので、そのパルスオキシメータ本体の出力信号と入力信号とを夫々検出、制御することができる。この様に「検査装置」は、パルスオキシメータ本体に対して直接に電気信号をやりとりすることができるので、伝達されるＳｐＯ２を連続的に変化させることができる。
【００１１】
しかし、上記の「検査装置」は、パルスオキシメータ本体との電気的接続を必要とするので、プローブを含むパルスオキシメータに手を加えずにＳｐＯ２の擬似生体情報を伝えることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の救急医療等のための訓練用生体シミュレータには、ＳｐＯ２の擬似生体情報を外部へ発生させることができず、市販のパルスオキシメータを用いて、生体機能回復の重要な指標であるＳｐＯ２と脈拍数とを測定することができない、という問題点があった。
【００１３】
更に、生体組織を用いずにパルスオキシメータへＳｐＯ２の擬似生体情報を伝える方法として、パルスオキシメータの較正・検査装置の応用が考えられるが、これらの装置には、プローブを含むパルスオキシメータへ手を加えずに、連続的に変化するＳｐＯ２の擬似生体情報をパルスオキシメータへ伝えることができない、という問題点があった。
【００１４】
本発明は、光学的手段を利用している生体情報モニタ装置に対応する生体モデルを得ることを目的としており、更に、この生体モデルを用いることで、プローブを含むパルスオキシメータへ手を加えずに、連続的に変化するＳｐＯ２と脈拍数との擬似生体情報をパルスオキシメータへ伝える装置を得ることを目的としており、更に、この装置を用いることで、市販のパルスオキシメータを使用して、生体機能回復の重要な指標であるＳｐＯ２と脈拍数とを測定することができる生体シミュレータを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に係る生体モデルでは、受光部が外界から受けた光を受光信号に変換し、発光部が発光信号に応答して外界へ光を発する。このため、受光信号に同期しているが任意の値である発光信号が発光部に供給されることによって、外界から受けた光に同期しているが任意の特性を有する光を発することができる。しかも、受光部と発光部とが互いに異なる方向を向いて外界に臨んでいるが、遮光物が内部に充填されているので、受光部で外界から受けた光が内部を透過して発光部近傍からそのまま発せられることはない。このため、外界から受けた光があたかも生体の影響を受けつつこの生体を透過しているかの様に光を発することができる。
【００１６】
請求項２に係る生体モデルでは、互いに波長の異なる第一及び第二の光を夫々発する第一及び第二の発光素子を発光部が含んでおり、第一及び第二の発光素子に第一及び第二の発光信号が夫々供給される。このため、互いに波長の異なる二つの光を選択的に発することができる。
【００１７】
請求項３に係る擬似生体情報発生装置では、制御部が、入力部から得た生体情報に対応し且つ生体モデルの受光部から得た受光信号に同期する発光信号を求め、この発光信号を生体モデルの発光部に供給する。このため、生体モデルが外界から受けた光に同期しているが任意の特性を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。
【００１８】
請求項４に係る擬似生体情報発生装置では、制御部が、ＳｐＯ２及び脈拍数を入力部から入力し、これらのＳｐＯ２に対応する強度と脈拍数に対応する周期と受光信号についての既知の継続時間に等しい継続時間とを有する発光信号を求め、この発光信号を生体モデルの発光部に供給する。このため、生体モデルが外界から受けた光に同期しているが任意の強度及び周期を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。
【００１９】
請求項５に係る擬似生体情報発生装置では、制御部が、受光信号が立ち上がり信号または立ち下がり信号であるか否かを判定し、受光信号が立ち上がり信号であればＳｐＯ２に対応する強度と脈拍数に対応する周期とを有する発光信号を求め、受光信号が立ち下がり信号であれば発光信号の値をゼロにする。このため、受光信号に同期する発光信号を求めるために受光信号の継続時間を予め知っておく必要がなく、受光信号の継続時間が変更されてもこの継続時間が変更された受光信号に同期する発光信号を自動的に求めることができる。
【００２０】
請求項６に係る擬似生体情報発生装置では、発光信号を求めるために制御部によって用いられる記憶部内の関数を制御部が更新することができる。このため、生体モデルの発光部から発する光の特性を変更することができる。
【００２１】
請求項７に係るパルスオキシメータ対応型生体シミュレータでは、環境・呼吸循環指標入力部が環境・呼吸循環指標を入力し、ＳｐＯ２・脈拍数算出部が環境・呼吸循環指標に対応するＳｐＯ２及び脈拍数を算出して擬似生体情報発生装置に供給する。このため、環境・呼吸循環指標に対応する強度及び周期を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る生体モデルでは、外界から受けた光に同期しているが任意の特性を有する光を発することができ、しかも、外界から受けた光があたかも生体の影響を受けつつこの生体を透過しているかの様に光を発することができる。従って、任意の状態の生体を再現している状態で、光学的手段を利用している生体情報モニタ装置に対応することができて、この生体情報モニタ装置の使用技術の熟達度等を知ることができる。
【００２３】
請求項２に係る生体モデルでは、互いに波長の異なる二つの光を選択的に発することができる。従って、この様な二つの光の発光及び受光を利用しているパルスオキシメータに対応することができて、パルスオキシメータの使用技術の熟達度等を知ることができる。
【００２４】
請求項３に係る擬似生体情報発生装置では、生体モデルが外界から受けた光に同期しているが任意の特性を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。従って、光学的手段を利用している生体情報モニタ装置に任意の擬似生体情報を供給することができて、この生体情報モニタ装置の使用技術の熟達度等を知ることができる。
【００２５】
請求項４に係る擬似生体情報発生装置では、生体モデルが外界から受けた光に同期しているが任意の強度及び周期を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。従って、パルスオキシメータに任意の擬似生体情報を供給することができて、パルスオキシメータの使用技術の熟達度等を知ることができる。
【００２６】
請求項５に係る擬似生体情報発生装置では、受光信号に同期する発光信号を求めるために受光信号の継続時間を予め知っておく必要がなく、受光信号の継続時間が変更されてもこの継続時間が変更された受光信号に同期する発光信号を自動的に求めることができる。従って、パルスオキシメータの大幅な仕様変更にも自動的に対応することができる。
【００２７】
請求項６に係る擬似生体情報発生装置では、生体モデルの発光部から発する光の特性を変更することができる。従って、特性の異なる種々の生体情報モニタ装置に擬似生体情報を供給することができて、特性の異なる種々の生体情報モニタ装置の使用技術の熟達度等を知ることができる。
【００２８】
請求項７に係るパルスオキシメータ対応型生体シミュレータでは、環境・呼吸循環指標に対応する強度及び周期を有する光を生体モデルの発光部から発することができる。従って、パルスオキシメータの使用技術や救急医療処置の熟達度等を知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明による生体モデルと、このモデルを用いる擬似生体情報発生装置と、この装置を用いるパルスオキシメータ対応型生体シミュレータとについて、添付図面を参照しながら説明する。以下の説明では、生体モデルの一例として指モデルが採用されている。
【００３０】
図１は、擬似生体情報発生装置とこの装置を用いるパルスオキシメータ対応型生体シミュレータとの実施形態をパルスオキシメータと共に示すブロック図である。この図１は、１）擬似生体情報発生装置１０と、２）擬似生体情報発生装置１０を含むパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２と、３）パルスオキシメータ（パルスオキシメータ本体１４、プローブ発光部１６、及びプローブ受光部１８）との三つに分類される。擬似生体情報発生装置１０は、単体でつまりパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の環境・呼吸循環指標入力部４０及びＳｐＯ２・脈拍数算出部４２が接続されていない状態と、後述する様にパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の一部としてつまり環境・呼吸循環指標入力部４０及びＳｐＯ２・脈拍数算出部４２が接続されている状態との、何れでも動作することができる。図１による擬似生体情報発生装置１０の以下の説明では、この擬似生体情報発生装置１０が単体で動作する場合が説明されている。
【００３１】
図１に示されている様に、擬似生体情報発生装置１０は、制御部２０、記憶部１９、タイマ２１、指モデル２２、制御部２０と指モデル２２との間の信号をやりとりするインタフェース群、及び制御部２０と操作者との間のメッセージ・入力値をやりとりするインタフェース群から構成されている。制御部２０と指モデル２２との間の信号をやりとりするインタフェース群は、Ａ／Ｄ変換部３０、Ｄ／Ａ変換部３２、電流・電圧変換部２８、第一の発光素子駆動部３４ａ、及び第二の発光素子駆動部３４ｂで構成されており、制御部２０と操作者との間のメッセージ・入力値をやりとりするインタフェース群は、表示部３６と操作入力部３８とで構成されている。記憶部１９は、制御に必要な情報を記憶し、制御部との間でこの情報を相互にやりとりする。タイマ２１は、制御部２０へ現在時刻を出力する。Ａ／Ｄ変換部３０は一つの入力チャンネルを有しており、Ｄ／Ａ変換部３２は二つの出力チャンネルを有している。なお、タイマ２１は後述のサブルーチンＳＲ１またはＳＲ１ｂの開始時に初期化されるので、本明細書中における「時刻」とはタイマ２１が初期化された時点からの経過時間を意味する。
【００３２】
図２〜４は、生体モデルの一例である指モデル２２の実施形態の夫々平面図（爪側）、底面図（腹側）、及び断面図を示している。指モデル２２の外形及び質感は、生体の指に似せて作られている。しかし、その指の爪側に指モデル受光部２４（図２参照）が備えられており、指の腹側に指モデル発光部２６（図３参照）が備えられている。指モデル受光部２４は一つの受光素子５０で構成されており、指モデル発光部２６は互いに波長の異なる光を発する二つの発光素子（第一の発光素子６０ａと第二の発光素子６０ｂ）で構成されている。つまり、指モデル２２は、パルスオキシメータのプローブ発光部１６の発光面とは反対側の面と、プローブ受光部１８の受光面とは反対側の面とを、互いに貼り合わせたものと考えることもできる。指モデル発光部２６を構成する第一の発光素子６０ａと第二の発光素子６０ｂとの発する光の波長は、パルスオキシメータのプローブ発光部１６に備わっている二つの発光ダイオードの波長と夫々一致している。つまり、指モデル発光部２６とプローブ発光部１６とが夫々発する二種類の光は同じものである。また、図４に示されている様に、指モデル受光部２４内の受光素子５０は電流・電圧変換部２８への信号線及びグランド５４と接続されており、指モデル発光部２６内の第一の発光素子６０ａは第一の発光素子駆動部３４ａからの信号線及びグランド５６ａと接続されており、第二の発光素子６０ｂは第二の発光素子駆動部３４ｂからの信号線及びグランド５６ｂと接続されている。
【００３３】
図５は、指モデル２２の実施形態の使用状態を示している。指モデル２２は、生体の指と同様に、パルスオキシメータのブロープ発光部１６とプローブ受光部１８との間に挟まれて使用される。指モデル受光部２４は、プロープ発光部１６からの照射光４４を受光することができる様に指モデル２２上に配置されている。指モデル発光部２６も、その発する擬似透過光４６をプローブ受光部１８へ照射することができる様に指モデル２２上に配置されている。更に、パルスオキシメータのプローブ発光部１６からの照射光４４がプローブ受光部１８へ入射することを防ぐために、この照射光４４を透過させない遮光物５２が、指モデル２２内に充填されている（図４参照）。
【００３４】
次に、図１において、擬似生体情報発生装置１０の動作の概要を説明する。指モデル受光部２４は、プロープ発光部１６からの照射光４４を受光信号に変換し、この受光信号を電流・電圧変換部２８へ出力する。電流・電圧変換部２８は、この微弱な受光信号の電流値を適切な大きさの電圧値に変換し、この電圧値に変換された受光信号をＡ／Ｄ変換部３０へ出力する。Ａ／Ｄ変換部３０は、この受光信号をデジタル値に変換し、このデジタル化された受光信号を制御部２０へ出力する。制御部２０は、このデジタル化された受光信号を用いて、Ｄ／Ａ変換部３２の二つの出力チャンネルに発光信号を設定する時刻である同期時刻を決定し、また、操作入力部３８から入力されたＳｐＯ２及び脈拍数とタイマ２１から入力された現在時刻と記憶部１９内の情報とを用いて、これらの入力された値に対応する発光信号を算出する。同期時刻の決定方法と発光信号の算出方法とは後述する。
【００３５】
更に、制御部２０は、現在時刻を用いて、Ｄ／Ａ変換部３２の二つの出力チャンネルに発光信号を設定しない状態である後述のアイドリング制御を行った後、上記の同期時刻において、Ｄ／Ａ変換部３２の二つの出力チャンネルに発光信号を設定する。Ｄ／Ａ変換部３２は、これらの発光信号をアナログ値に変換して第一の発光素子駆動部３４ａと第二の発光素子駆動部３４ｂとへ出力する。第一の発光素子駆動部３４ａと第二の発光素子駆動部３４ｂとは、これらの発光信号の電圧値を適切な駆動レベルの電流値に変換し、これらの電流値に変換された発光信号を指モデル発光部２６へ出力する。指モデル発光部２６は、これらの発光信号に従って、パルスオキシメータのプローブ受光部１８へ擬似透過光４６を照射する。
【００３６】
次に、同期時刻の決定方法を説明する。説明に用いる記号を以下の様に定義する。
（本文内）
Ｌ１、Ｌ２：パルスオキシメータから発せられる互いに異なる波長を有する光
Ｔ１：光Ｌ１の発光時間
Ｔ２：一組の発光中における光Ｌ１と光Ｌ２との発光間隔
Ｔ３：光Ｌ２の発光時間
Ｔ４：各組同士の発光間隔
ＶＰ１：プロープ発光部１６から発せられる光Ｌ１の発光出力
ＶＰ２：プロープ発光部１６から発せられる光Ｌ２の発光出力
ＶＦ１：指モデル発光部２６から発せられる光Ｌ１用の発光信号の値
ＶＦ２：指モデル発光部２６から発せられる光Ｌ２用の発光信号の値
ＣＨ１：指モデル発光部２６から発せられる光Ｌ１用の発光信号を設定するＤ／Ａ変換部３２の出力チャンネル
ＣＨ２：指モデル発光部２６から発せられる光Ｌ２用の発光信号を設定するＤ／Ａ変換部３２の出力チャンネル
（フローチャート内のみ）
Δｔ：サブルーチンＳＲ１の制御ループの繰り返し周期
ｔ：現在時刻
Ｖ：Ａ／Ｄ変換部３０から入力される受光信号の値
Ｖｌ：一つ前のループにおける受光信号の値
Ｖｄ：ＶからＶｌを減算した値
Ｖｔ：受光信号の値Ｖが変化したか否かを判定する閾値
Ｆ：現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であるか否かを示すフラグ（０「ゼロ」：制御期間外、１：制御期間内）
Ｃ１：制御期間Ｔ１〜Ｔ３における指モデル発光部２６の発光動作を制御するカウンタ
Ｎ１：制御期間Ｔ１〜Ｔ３における発光時間Ｔ１での指モデル発光部２６の発光動作の停止時刻を決める値
Ｎ２：制御期間Ｔ１〜Ｔ３における発光間隔Ｔ２での指モデル発光部２６の発光動作の停止時刻を決める値
Ｎ３：制御期間Ｔ１〜Ｔ３における発光時間Ｔ３での指モデル発光部２６の発光動作の停止時刻を決める値
Ｔｉ：条件判定で用いられる変数値（Ｖｄ、Ｆ）が不定ではなくなることを待つ時間
【００３７】
前述の様に、パルスオキシメータのブロープ発光部１６は二つの発光ダイオードを備えており、これら二つの発光ダイオードは夫々互いに異なる波長を有する光Ｌ１、Ｌ２を発する。プローブ発光部１６は、これらの光Ｌ１、Ｌ２を同時でなく、図６の例に示されている様に、光Ｌ１、Ｌ２の各一回ずつの発光を一組として、一定の周期でこの一組の発光を繰り返す。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、夫々光Ｌ１の発光時間、一組の発光中における光Ｌ１と光Ｌ２との発光間隔、光Ｌ２の発光時間、各組同士の発光間隔である。特に、Ｔ１〜Ｔ３を制御期間、Ｔ４を休止期間と称する。また、ＶＰ１、ＶＰ２は、夫々プロープ発光部１６から発せられる光Ｌ１、Ｌ２の発光出力である。生体が測定対象である場合には、光Ｌ１、Ｌ２の透過光は、夫々の発光時刻とほぼ同時刻にブロープ受光部１８で受光される。従って、パルスオキシメータ本体１４は、プローブ発光部１６の発光時刻を用いて、光Ｌ１、Ｌ２の透過光の受光信号を識別することができる。
【００３８】
しかし、指モデル２２が測定対象である場合には、照射光４４は遮光物５２によって遮られる。従って、擬似生体情報発生装置１０は、光Ｌ１、Ｌ２があたかも生体内を透過しているかの様に指モデル２２を作動させる必要がある。前述の様に、指モデル発光部２２を構成する第一の発光素子６０ａと第二の発光素子６０ｂとの発する光は、夫々光Ｌ１、Ｌ２と同じである。更に、第一の発光素子６０ａは第一の発光素子駆動部３４ａを介して、また第二の発光素子６０ｂは第二の発光素子駆動部３４ｂを介して、Ｄ／Ａ変換部３２の別々の出力チャンネルに接続されているので、制御部２０は、Ｄ／Ａ変換部３２のこれら二つの出力チャンネルに発光信号を設定することによって、光Ｌ１、Ｌ２の発光出力を制御することができる。光Ｌ１、Ｌ２に対応するＤ／Ａ変換部３２の上記二つの出力チャンネルを、夫々ＣＨ１、ＣＨ２と称する。従って、制御部２０は、受光した光がＬ１の場合にはＤ／Ａ変換部３２のＣＨ１に、また受光した光がＬ２の場合にはＤ／Ａ変換部３２のＣＨ２に、夫々値を設定することによって、光Ｌ１、Ｌ２があたかも生体内を透過しているかの様に指モデル２２を作動させることができる。
【００３９】
以下に、発光制御サブルーチンＳＲ１のフローチャートである図７を用いて、同期時刻の決定方法を具体的に説明する。なお、光Ｌ１の発光時間Ｔ１、一組の発光中における光Ｌ１と光Ｌ２との発光間隔Ｔ２、光Ｌ２の発光時間Ｔ３、及び発光時間Ｔ１におけるプローブ発光部１６の照射光４４が光Ｌ１であることを既知とする。更に、図７に示されているサブルーチンＳＲ１の制御ループの繰り返し周期Δｔは、Ｔ２よりも短いことを前提とする。
【００４０】
まず、Ｆ、Ｃ１をゼロで初期化し、Ｖｔ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｔｉに下記の様に数値を設定し、Ａ／Ｄ変換部３０、Ｄ／Ａ変換部３２、タイマ２１を初期化する（Ｓ１）。Ｆは、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であるか否かを示すフラグであり、Ｃ１は、制御期間Ｔ１〜Ｔ３における指モデル発光部２６の発光動作を制御するカウンタである。ＶｔはＡ／Ｄ変換部３０から入力された受光信号の値Ｖが変化したか否かを判定する閾値であり、この閾値はゼロよりも大きくかつブロープ発光部１６の発光出力ＶＰ１、ＶＰ２に対応する受光信号のうちの小さい方の値よりも小さく設定される。但し、その範囲内でノイズの影響等を考慮して適切な値を選択する。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は制御期間Ｔ１〜Ｔ３における指モデル発光部２６の各発光動作の停止時刻を決める値であり、数式１〜３を用いて得られる。Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は夫々Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に対応する。
【００４１】
（数1）
Ｎ１＝Ｔ１／Δｔ
（数2）
Ｎ２＝（Ｔ１＋Ｔ２）／Δｔ
（数3）
Ｎ３＝（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）／Δｔ
【００４２】
Ｔｉは、条件判定で用いられる変数値（Ｖｄ、Ｆ）が不定ではなくなることを待つ時間、つまり、既述のアイドリング制御が行われる時間であり、具体的には、数式４の様に設定される。
（数4）
Ｔｉ＞Ｔ３＋Ｔ４
なお、Ｔｉ秒後に変数値（Ｖｄ、Ｆ）は必ず定まり、しかも、時間（Ｔ３＋Ｔ４）は一般に数ミリ秒と極めて短くて擬似生体情報発生装置１０が正しい値を出力しない時間は最初の数ミリ秒間だけであるので、アイドリング制御が行われなくても、パルスオキシメータが実用上は正常に反応する。従って、アイドリング制御のための後述のステップＳ２５はなくてもよい。しかし、後述する様に、アイドリング制御を行えば、擬似生体情報発生装置１０は最初から正しい値を出力し、万全を期すことができる。以下の説明では、上記の様にＴｉを設定し、アイドリング制御を含む方法について述べる。また、上記Ｆ、Ｃ１、Ｖｔ、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｔｉについては、それらが使用される後述の各ステップにおいて、再度詳述する。
【００４３】
次に、制御ループへ入る前に、表示部３６を用いて操作者に”制御停止の判断”の入力を指示し（Ｓ２）、制御ループ内で、操作入力部３８から操作者による”制御停止の判断”を入力する（Ｓ３）。前記ステップＳ２において、制御ループ外で操作者に入力を指示する理由は、制御ループ内で操作者の指示を必要とするステップが一つしかないからである。そして、前記ステップＳ３での操作者による入力結果を用いて、操作者の判断を判定する（Ｓ４）。この判断が”制御停止”であれば（ＹＥＳ）、制御ループを抜けてこのサブルーチンＳＲ１から呼び出しルーチンヘ戻る。一方、この判断が”制御停止”ではなければ（ＮＯ）、デジタル化されて値がＶである受光信号をＡ／Ｄ変換部３０から入力する（Ｓ５）。
【００４４】
前記ステップＳ５で入力されて値がＶである受光信号は、指モデル受光部２４を構成する一つの受光素子５０から得られた信号であり、この時点では、この受光信号が光Ｌ１、Ｌ２の何れに対応する信号であるのかを未だ識別できない。しかし、制御期間Ｔ１〜Ｔ３の始まりを検出することができれば、発光時間Ｔ１におけるプローブ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１であることが既知であり、制御期間Ｔ１〜Ｔ３内でのプローブ発光部１６の発光動作は光Ｌ１、Ｌ２の順であるので、同期時刻を決定することができる。そこで、後続のステップＳ６〜Ｓ９で、受光信号が立ち上がり信号であるか否かを判定し、立ち上がり信号であれば、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であることを示すフラグＦを設定する。
【００４５】
まず、受光信号が立ち上がり信号であるか否かを判定する前処理として、前記ステップＳ５で得られた受光信号の値Ｖから前回のループにおける受光信号の値Ｖｌを減算し、その差を受光信号の値の変化分Ｖｄとして求め（Ｓ６）、その次に、次回のループのために、受光信号の値ＶをＶｌへ設定する（Ｓ７）。前記ステップＳ６において、１回目のループでは、Ｖｌの値が未定であるので、Ｖｄの値は不定になるが、後述するアイドリング制御のために、発光制御つまり擬似生体情報発生装置１０の出力は影響されない。
【００４６】
そして、前記ステップＳ６で得られた受光信号の値の変化分Ｖｄが前記ステップＳ１で設定された閾値Ｖｔよりも大きいか否かを判定する（Ｓ８）。受光信号の値の変化分Ｖｄが閾値Ｖｔよりも大きければ（ＹＥＳ）、この時の受光信号が立ち上がり信号であると判定して、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であることを示すフラグＦに１を設定する（Ｓ９）。また、受光信号の値の変化分Ｖｄが閾値Ｖｔ以下であれば（ＮＯ）、この時の受光信号が立ち上がり信号ではないと判定して、フラグＦに何も設定せずにステップＳ１０へ移る。
【００４７】
前記ステップＳ９において、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であることを示すフラグＦに１を設定する際に、光Ｌ２によって引き起こされると考えられる二つの問題がある。一つの問題は、光Ｌ２の立ち上がり信号を受光した場合にも、Ｆに１が常に設定されることであり、他の一つの問題は、初めての立ち上がり信号が光Ｌ２であった場合には、Ｔ３の開始時点で初めてフラグＦに１が設定されるので、現在時刻が実際にはＴ３の開始時点であるにも拘らずＴ１の開始時点であると認識され、正しい制御期間からずれた期間にＶＦ１、ＶＦ２の値が設定されることである。しかし、前者の問題については、制御期間Ｔ１〜Ｔ３内でＦに１が再び設定されるだけであり、光Ｌ２の立ち上がり信号によるステップＳ９での動作結果は常に無視されて発光制御つまり擬似生体情報発生装置１０の出力には影響しない。
【００４８】
後者の問題についても、実際の動作においては、フラグＦへの誤設定は２回目以降の制御期間Ｔ１〜Ｔ３で生じない。これは、Ｔ４（数ミリ秒）が発光動作における休止期間であって制御期間の時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）（数百マイクロ秒）に比べて一般的に十分に長いので、光Ｌ１による立ち上がり信号が常に正しく検出されるからである。つまり、初めての立ち上がり信号が光Ｌ２であった場合には、フラグＦは最初の制御期間Ｔ１〜Ｔ３を正確には示さない。しかし、休止期間Ｔ４が十分に長いので、誤設定されたフラグＦは発光時間Ｔ３の最後（後述のステップＳ２４）でゼロに設定される。この結果、２回目の立ち上がり信号以降つまり初めての光Ｌ１による立ち上がり信号以降において、フラグＦは制御期間Ｔ１〜Ｔ３を正確に示す。また、初めての立ち上がり信号が光Ｌ２であったことによる誤設定は、後述するアイドリング制御のために、発光制御つまり擬似生体情報発生装置１０の出力に影響を与えない。従って、上記二つの問題は結果的に影響がない。
【００４９】
次に、フラグＦを用いて、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であるか否かによって以降の制御を分岐させる（Ｓ１０）。フラグＦが１であれば（ＹＥＳ）、現在時刻は制御期間Ｔ１〜Ｔ３内である。そこで、後述するステップＳ１１〜Ｓ２６において、各発光動作の停止時刻に対応する前記Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３の値を用いて光Ｌ１、Ｌ２の発光制御を逐次的に行う。また、フラグＦがゼロであれば（ＮＯ）、現在時刻は休止期間Ｔ４内であるので、光Ｌ１、Ｌ２の発光制御を行わず、制御ループの始まりである前記ステップＳ３へ戻る。
【００５０】
前記ステップＳ１０による分岐の結果、現在時刻が制御期間Ｔ１〜Ｔ３内であれば、まずタイマ２１から現在時刻ｔを入力する（Ｓ１１）。この現在時刻ｔは、後述する発光信号の値（ＶＦ１、ＶＦ２）の算出、及びアイドリング制御に利用される。その次に、カウンタＣ１と前記ステップＳ１で設定された値Ｎ１とを用いて、現在時刻が発光時間Ｔ１内であるか否かを判定する（Ｓ１２）。カウンタＣ１がＮ１よりも小さければ（ＹＥＳ）、現在時刻は発光時間Ｔ１内である。そこで、発光時間Ｔ１内におけるプローブ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１であることが既知であるので、指モデル発光部２６から発する光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１を算出し（Ｓ１３）、光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２にゼロを設定する（Ｓ１４）。更に、カウンタＣ１に１を加算し（Ｓ１５）、次のステップへ移る。前記ステップＳ１３における光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１の算出方法は後述する。
【００５１】
次に、前記ステップＳ１１で得られた現在時刻ｔと前記ステップＳ１で設定された値Ｔｉとを用いて、前記ステップＳ８、Ｓ１０における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｆが不定ではなくなることを待つ時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２５）。現在時刻ｔがＴｉよりも大きければ（ＹＥＳ）、現在時刻ｔにおいて、前記ステップＳ８、Ｓ１０における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｆが不定ではなくなっており、アイドリング制御が完了している。そこで、ＶＦ１の値をＤ／Ａ変換部３２のチャンネルＣＨ１へ設定し、またＶＦ２の値をＤ／Ａ変換部３２のチャンネルＣＨ２へ設定する（Ｓ２６）。また、前記ステップＳ２５において、現在時刻ｔがＴｉ以下であれば（ＮＯ）、前記ステップＳ８、Ｓ１０における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｆが依然として不定のままである可能性があり、アイドリング制御が継続される。つまり、前記ステップＳ２６のＤ／Ａ変換部３２への値の設定を行わず、制御ループの始まりである前記ステップＳ３へ戻る。
【００５２】
一方、前記ステップＳ１２において、カウンタＣ１がＮ１以上であれば（ＮＯ）、現在時刻は、発光間隔Ｔ２内、発光時間Ｔ３内、または制御期間後の何れかであり、カウンタＣ１と前記ステップＳ１で設定された値Ｎ２とを用いて、現在時刻が発行間隔Ｔ２内であるか否かを再び判定する（Ｓ１６）。カウンタＣ１がＮ２よりも小さければ（ＹＥＳ）、現在時刻は発行間隔Ｔ２内である。そこで、光Ｌ１、Ｌ２ともに受光していないので、光Ｌ１と光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ１、ＶＦ２にゼロを設定する（Ｓ１７）。更に、カウンタＣ１に１を加算し（Ｓ１８）、前記ステップＳ２５へ移る。
【００５３】
また、前記ステップＳ１６において、カウンタＣ１がＮ２以上であれば（ＮＯ）、現在時刻は、発光時間Ｔ３内か制御期間後との何れかであり、カウンタＣ１と前記ステップＳ１で設定された値Ｎ３とを用いて、現在時刻が発行時間Ｔ３内であるか否かを再び判定する（Ｓ１９）。カウンタＣ１がＮ３より小さければ（ＹＥＳ）、現在時刻は発光時間Ｔ３内である。そこで、発光時間Ｔ１におけるブロープ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１であることから、残る次の発光時間Ｔ３における光はＬ２であるので、指モデル発光部２６から発する光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２を算出し（Ｓ２０）、光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１にゼロを設定する（Ｓ２１）。前記ステップＳ２０における光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２の算出方法は後述する。更に、カウンタＣ１に１を加算し（Ｓ２２）、前記ステップＳ２５へ移る。
【００５４】
また、前記ステップＳ１９において、カウンタＣ１がＮ３以上であれば（ＮＯ）、現在時刻が制御期間後であり、光Ｌ１、Ｌ２ともに受光していないので、光Ｌ１と光Ｌ２との発光信号の値ＶＦ１、ＶＦ２にゼロを設定する（Ｓ２３）。更に、カウンタＣ１とフラグＦとにゼロを設定し（Ｓ２４）、前記ステップＳ２５へ移る。前記ステップＳ２４において、カウンタＣ１がゼロになるので、ＶＦ１、ＶＦ２の次回の設定のための初期化が行われ、またフラグＦがゼロになるので、次のループから次回の光Ｌ１の立ち上がり信号までの間は、ステップＳ１１〜Ｓ２６による発光制御は行われず指モデル発光部２６は休止状態になる。
【００５５】
ところで、以上の同期時刻の決定方法はプローブ発光部１６の照射光４４の受光信号が立ち上がり信号であるか否かのみを判定しているが、以上の方法とは別に、受光信号が立ち上がり信号または立ち下がり信号であるか否かを判定する同期時刻の決定方法もある。この方法は、上述の方法における「Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を既知とする」という前提条件を必要としないので、パルスオキシメータの大幅な仕様変更にも自動的に対応することができる。
【００５６】
そこで、以下に、受光信号が立ち上がり信号または立ち下がり信号であるか否かを判定する同期時刻の決定方法を説明する。説明に用いる記号を以下の様に定義する。
（本文内）
Ｔｗ：現在の立ち上がり信号と前回の立ち上がり信号との間隔（以下、「現在及び前回の立ち上がり信号の間隔」と記す）
Ｔｗｌ：前回の立ち上がり信号と前々回の立ち上がり信号との間隔（以下、「前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔」と記す）
Ｔｕ：前回の立ち上がり信号の検出時刻
Ｔｉｂ：条件判定で用いられる変数値（Ｖｄ、Ｔｗ、Ｔｗｌ）が不定ではなくなることを待つ時間
但し、以下に説明する別の発光制御サブルーチンＳＲ１ｂ及びそのフローチャートである図８内で用いられている記号Δｔ、ｔ、Ｖ、Ｖｌ、Ｖｄ、Ｖｔは、前述の発光制御サブルーチンＳＲ１及びそのフローチャートである図７内の記号と同じ意味を有している。
【００５７】
具体的な説明の前に、この同期時刻の決定方法の概要を説明する。以下に述べるこの方法は、プローブ発光部１６の照射光４４の時間に関する既知の値（Ｔ１〜Ｔ３）を用いずに、照射光４４の受光信号のみを利用してブロープ発光部１６の動作を認識する方法である。まず、照射光４４の受光信号が立ち上がり信号と立ち下がり信号との何れであるのかを判定する前に、受光信号の値が変化したか否かを判定する。変化していない場合は、制御部２０は発光信号の値（ＶＦ１、ＶＦ２）を設定する必要がない。変化した場合は、制御部２０は、立ち上がり信号によって発光時間Ｔ１、Ｔ３の開始時刻を決定し、また立ち下がり信号によってそれらの終了時刻を決定する。
【００５８】
発光時間Ｔ１、Ｔ３の開始時刻については、照射光４４が光Ｌ１、光Ｌ２の何れであるのかを識別する必要がある。そのために、まず現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗを算出する。Ｔｗには（Ｔ１＋Ｔ２）または（Ｔ３＋Ｔ４）の二通りがあり、（Ｔ１＋Ｔ２）及び（Ｔ３＋Ｔ４）の後の時間は夫々発光時間Ｔ３及びＴ１である。次に、現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗと前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌとの大小を比較する。ここで、Ｔ１≒Ｔ３（共に発光時間）とＴ２≪Ｔ４（Ｔ４は休止期間）とから、（Ｔ１＋Ｔ２）≪（Ｔ３＋Ｔ４）であり、更に、（Ｔ１＋Ｔ２）と（Ｔ３＋Ｔ４）とは交互に検出される。従って、Ｔｗ＞Ｔｗｌの場合は、Ｔｗ=（Ｔ３＋Ｔ４）から現在時刻は発光時間Ｔ１内であるので、プローブ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１である。逆に、Ｔｗ＜Ｔｗｌの場合は、Ｔｗ=（Ｔ１＋Ｔ２）から現在時刻は発光時間Ｔ３内であるので、プローブ発光部１６の照射光４４は光Ｌ２である。従って、制御部２０は、適切に受光信号を識別することができ、受光した光がＬ１の場合には、ＶＦ１とＶＦ２とに夫々発光信号の値とゼロとを設定し、受光した光がＬ２の場合には、ＶＦ１とＶＦ２とに夫々ゼロと発光信号の値とを設定する。
【００５９】
発光時間Ｔ１、Ｔ３の終了時刻については、照射光４４が光Ｌ１、光Ｌ２の何れであるのかを識別する必要はなく、制御部２０は、単に、立ち下がり信号を検出した際にＶＦ１及びＶＦ２に共にゼロを設定すればよい。
【００６０】
以下に、上述の発光制御サブルーチンＳＲ１とは別の発光制御サブルーチンＳＲ１ｂのフローチャートである図８を用いて、プローブ発光部１６の照射光４４の受光信号が立ち上がり信号または立ち下がり信号であるか否かを判定する同期時刻の決定方法を具体的に説明する。なお、受光信号が立ち上がり信号であるか否かのみを判定するサブルーチンＳＲ１の方法と同様に、発光時間Ｔ１におけるプローブ発光部１６の照射光４４が光Ｌ１であることを既知とする。更に、図８に示されているサブルーチンＳＲ１ｂの制御ループの繰り返し周期Δｔは、Ｔ２よりも短いことを前提とする。
【００６１】
まず、Ｖｔ、Ｔｉｂに下記の様に数値を設定し、Ａ／Ｄ変換部３０、Ｄ／Ａ変換部３２、タイマ２１を初期化する（Ｓ９７）。Ｖｔは、Ａ／Ｄ変換部３０から入力された受光信号の値Ｖが変化したか否かを判定する閾値であり、サブルーチンＳＲ１の方法と同様に設定される。また、Ｔｉｂは、サブルーチンＳＲ１の方法におけるＴｉと同様に条件判定で用いられる変数値（Ｖｄ、Ｔｗ、Ｔｗｌ）が不定ではなくなることを待つ時間、つまり、既述のアイドリング制御が行われる時間であり、具体的には、数式５の様に設定される。
（数5）
Ｔｉｂ＞Ｔ１＋Ｔ２＋２（Ｔ３＋Ｔ４）
【００６２】
なお、Ｔｉｂ秒後に変数値（Ｖｄ、Ｔｗ、Ｔｗｌ）は必ず定まり、しかも、時間Ｔ１＋Ｔ２＋２（Ｔ３＋Ｔ４）は一般に十数ミリ秒と極めて短くて擬似生体情報発生装置１０が正しい値を出力しない時間は最初の十数ミリ秒間だけであるので、アイドリング制御が行われなくても、パルスオキシメータが実用上は正常に反応する。従って、アイドリング制御のための後述のステップＳ１１６はなくてもよい。しかし、後述する様に、アイドリング制御を行えば、擬似生体情報発生装置１０は最初から正しい値を出力し、万全を期すことができる。以下の説明では、上記の様にＴｉｂを設定し、アイドリング制御を含む方法について述べる。また、上記Ｖｔ、Ｔｉｂについては、それらが使用される後述の各ステップにおいて、再度詳述する。
【００６３】
次に、制御ループへ入る前に、表示部３６を用いて操作者に”制御停止の判断”の入力を指示し（Ｓ９８）、制御ループ内で、操作入力部３８から操作者による”制御停止の判断”を入力する（Ｓ９９）。前記ステップＳ９８において、制御ループ外で操作者に入力を指示する理由は、制御ループ内で操作者の指示を必要とするステップが一つしかないからである。そして、前記ステップＳ９９での操作者による入力結果を用いて、操作者の判断を判定する（Ｓ１００）。この判断が”制御停止”であれば（ＹＥＳ）、制御ループを抜けてこのサブルーチンＳＲ１ｂから呼び出しルーチンヘ戻る。一方、この判断が”制御停止”ではなければ（ＮＯ）、デジタル化されて値がＶである受光信号をＡ／Ｄ変換部３０から入力する（Ｓ１０１）。
【００６４】
前記ステップＳ１０１で入力されて値がＶである受光信号は、指モデル受光部２４を構成する一つの受光素子５０から得られた信号であり、この時点では、この受光信号が光Ｌ１、Ｌ２の何れに対応する信号であるのかを未だ識別できない。そこで、まず、後続のステップＳ１０２〜Ｓ１０４で、受光信号の値が変化したか否かを判定する。変化した場合は、後述のステップＳ１０６で、受光信号が立ち上がり信号であるか立ち下がり信号であるかを判定し、更に、受光信号が立ち上がり信号であれば、後述のステップＳ１０７〜Ｓ１０９で、現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗを算出し、この間隔Ｔｗを前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌと比較することによって、同期時刻を決定する。
【００６５】
まず、受光信号の値が変化したか否かを判定する前処理として、前記ステップＳ１０１で得られた受光信号の値Ｖから前回のループにおける受光信号の値Ｖｌを減算し、その差を受光信号の値の変化分Ｖｄとして求め（Ｓ１０２）、その次に、次回のループのために、受光信号の値ＶをＶｌへ設定する（Ｓ１０３）。前記ステップＳ１０２において、１回目のループでは、Ｖｌの値が未定であるので、Ｖｄの値は不定になるが、後述するアイドリング制御のために、発光制御つまり擬似生体情報発生装置１０の出力は影響されない。
【００６６】
そして、前記ステップＳ１０２で得られた受光信号の値における変化分の絶対値｜Ｖｄ｜が前記ステップＳ９７で設定された閾値Ｖｔよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１０４）。受光信号の値における変化分の絶対値｜Ｖｄ｜が閾値Ｖｔよりも大きければ（ＹＥＳ）、受光信号の値が変化したと判定して、次のステップＳ１０５へ移る。また、受光信号の変化分の絶対値｜Ｖｄ｜が閾値Ｖｔ以下であれば（ＮＯ）、受光信号の値が変化していないと判定して、光Ｌ１、Ｌ２の発光制御を行わず、制御ループの始まりである前記ステップＳ９９へ戻る。
【００６７】
前記ステップＳ１０４による分岐の結果、受光信号の値が変化した場合は、まず、タイマ２１から現在時刻ｔを入力する（Ｓ１０５）。この現在時刻ｔは、後述する現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗの算出、発光信号の値（ＶＦ１、ＶＦ２）の算出、及びアイドリング制御に利用される。その次に、受光信号の値の変化がこの受光信号の立ち上がりによるのか立ち下がりによるのかを、夫々Ｖｄの値がゼロよりも大きいか否かによって判定する（Ｓ１０６）。Ｖｄの値がゼロよりも大きければ（ＹＥＳ）、受光信号は立ち上がり信号であり、後述するステップＳ１０７へ移る。また、Ｖｄの値がゼロ以下であれば（ＮＯ、但し前記ステップＳ１０４の判定において、Ｖｔはゼロよりも大きく、この時点でＶｄ＝０は除外されているので、実際上はＶｄ＜０のみが成り立つ）、受光信号は立ち下がり信号であり、光Ｌ１、Ｌ２の何れをも受光していないので、光Ｌ１と光Ｌ２との発光信号の値ＶＦ１、ＶＦ２にゼロを設定し（Ｓ１１５）、アイドリング制御のための後述のステップＳ１１６へ移る。
【００６８】
前記ステップＳ１０６による分岐の結果、受光信号が立ち上がり信号であれば、前記ステップＳ１０５で得られた現在時刻ｔから前回の立ち上がり信号の検出時刻Ｔｕを減算し、その差を現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗとして求め（Ｓ１０７）、その次に、次回のＴｗ算出のために、現在時刻ｔをＴｕへ設定する（Ｓ１０８）。前記ステップＳ１０７において、初めてのＴｗ算出では、Ｔｕの値が未定であるので、Ｔｗの値は不定になるが、後述するアイドリング制御のために、発光制御つまり擬似生体情報発生装置１０の出力は影響されない。
【００６９】
そして、現在時刻が発光時間Ｔ１内であるのかＴ３内であるのかを判定するために、前記ステップＳ１０７で得られた現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗが前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１０９）。現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗが前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌよりも大きければ（ＹＥＳ）、現在時刻は発光時間Ｔ１内である。そこで、発光時間Ｔ１内におけるプローブ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１であることが既知であるので、指モデル発光部２６から発する光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１を算出し（Ｓ１１０）、光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２にゼロを設定する（Ｓ１１１）。更に、次回の間隔Ｔｗの判定のために、現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗを前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌへ設定し（Ｓ１１２）、アイドリング制御のための後述のステップＳ１１６へ移る。前記ステップＳ１１０における光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１の算出方法は後述する。
【００７０】
次に、前記ステップＳ１０５で得られた現在時刻ｔと前記ステップＳ９７で設定された値Ｔｉｂとを用いて、前記ステップＳ１０４、Ｓ１０６、及びＳ１０９における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｔｗ及びＴｗｌが不定ではなくなることを待つ時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１１６）。現在時刻ｔがＴｉｂよりも大きければ（ＹＥＳ）、現在時刻ｔにおいて、前記ステップＳ１０４、Ｓ１０６、及びＳ１０９における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｔｗ、及びＴｗｌが不定ではなくなっており、アイドリング制御が完了している。そこで、ＶＦ１の値をＤ／Ａ変換部３２のチャンネルＣＨ１へ設定し、またＶＦ２の値をＤ／Ａ変換部３２のチャンネルＣＨ２へ設定する（Ｓ１１７）。また、前記ステップＳ１１６において、現在時刻ｔがＴｉｂ以下であれば（ＮＯ）、前記ステップＳ１０４、Ｓ１０６、及びＳ１０９における条件判定の変数値Ｖｄ、Ｔｗ、及びＴｗｌが依然として不定のままである可能性があり、アイドリング制御が継続される。つまり、前記ステップＳ１１７のＤ／Ａ変換部３２への値の設定を行わず、制御ループの始まりである前記ステップＳ９９へ戻る。
【００７１】
一方、前記ステップＳ１０９において、現在及び前回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗが前回及び前々回の立ち上がり信号の間隔Ｔｗｌ以下であれば（ＮＯ、但し実際上はＴｗ＝Ｔｗｌとなる場合はあり得ず、Ｔｗ＜Ｔｗｌのみ成り立つ）、現在時刻は発光時間Ｔ３内である。そこで、発光時間Ｔ１におけるブロープ発光部１６の照射光４４は光Ｌ１であることから、残る次の発光時間Ｔ３における光はＬ２であるので、指モデル発光部２６から発する光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２を算出し（Ｓ１１３）、光Ｌ１の発光信号の値ＶＦ１にゼロを設定する（Ｓ１１４）。更に、前記ステップＳ１１２へ移り、次回のＴｗの判定のために、現在及び前回の立ち上がり信号の間隔ＴｗをＴｗｌへ設定した後、アイドリング制御のための前記ステップＳ１１６へ移る。前記ステップＳ１１３における光Ｌ２の発光信号の値ＶＦ２の算出方法は後述する。
【００７２】
なお、以後の説明中で同期時刻の決定が必要な個所では、上記二つの同期時刻の決定方法のうちで前者の発光制御サブルーチンＳＲ１のみを用いて説明しているが、その部分を後者の発光制御サブルーチンＳＲ１ｂに置き換えることが当然に可能である。つまり、発光制御サブルーチンＳＲ１ｂを用いる場合には、サブルーチンＳＲ１を呼び出す後述のサブルーチンＳＲ２、ＳＲ３、及びＳＲ４のフローチャート中のサブルーチンＳＲ１をサブルーチンＳＲ１ｂに置き換えればよい。
【００７３】
次に、発光信号の値の算出方法を説明する。説明に用いる記号を以下の様に定義する。
（本文内）
ＶＢ１：生体を対象とする場合のプロープ受光部１８での光Ｌ１の受光出力
ＶＢ２：生体を対象とする場合のプロープ受光部１８での光Ｌ２の受光出力
ΔＶｂ１：ＶＢ１のＡＣ成分
Ｖｂ１：ＶＢ１のＤＣ成分
ΔＶｂ２：ＶＢ２のＡＣ成分
Ｖｂ２：ＶＢ２のＤＣ成分
φ：生体を透過する光Ｌ１、Ｌ２の吸光度の脈波成分の比
ΔＶｆ１：ＶＦ１のＡＣ成分
Ｖｆ１：ＶＦ１のＤＣ成分
ΔＶｆ２：ＶＦ２のＡＣ成分
Ｖｆ２：ＶＦ２のＤＣ成分
ｆ（）：パルスオキシメータに内蔵されており、φを変数、ＳｐＯ２を値とする関数（数式７）
Ｐｒ：操作入力部３８から入力される脈拍数
（フローチャート内のみ）
ｇ（）：擬似生体情報発生装置１０の記憶部１９に記憶されており、ＳｐＯ２を変数、φを値とする関数（数式８）
ΔＶｆ１ｃ：パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ１のＡＣ成分
Ｖｆ１ｃ：パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ１のＤＣ成分
ΔＶｆ２ｃ：パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ２のＡＣ成分
Ｖｆ２ｃ：パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ２のＤＣ成分
ΔＶｆ１ｖ：操作入力部３８から入力されたＳｐＯ２に対応するφを満たす発光信号ＶＦ１のＡＣ成分
ｋ：Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃから算出される定数値（数式１０）
【００７４】
パルスオキシメータの測定対象が生体であれば、プローブ受光部１８における光Ｌ１の受光出力ＶＢ１の波形と光Ｌ２の受光出力ＶＢ２の波形とは、夫々図９、１０の例の様になる。ΔＶｂ１、Ｖｂ１、ΔＶｂ２、Ｖｂ２は夫々、ＶＢ１のＡＣ成分、ＶＢ１のＤＣ成分、ＶＢ２のＡＣ成分、ＶＢ２のＤＣ成分である。実際の受光出力波形は、プローブ発光部１６の発光出力波形である図６中のパルスが複数個並ぶ離散的な波形であるが、図９、１０は各パルスの包絡線を示しており、しかもその表示されている時間範囲が図６の時間範囲よりも長いので、図９、１０には生体の動脈血による脈波が表されている。
【００７５】
ところで、パルスオキシメータは、その動作に際して、まず、生体を透過する光Ｌ１、Ｌ２の吸光度の脈波成分の比φを数式６の様に求める。
（数6）
φ＝（ΔＶｂ１／Ｖｂ１）／（ΔＶｂ２／Ｖｂ２）
【００７６】
更に、パルスオキシメータは、数式７に示す様な、φを変数としＳｐＯ２を値とする関数ｆ（）を内蔵しており、この関数ｆ（）を用いてＳｐＯ２を算出する。図１１は、パルスオキシメータが内蔵する関数ｆ（）の一例を示している。
（数7）
ＳｐＯ２＝ｆ（φ）
【００７７】
擬似生体情報発生装置１０の制御部２０は、上述のパルスオキシメータにおけるＳｐＯ２の算出手順を逆に辿り、まず操作入力部３８から入力されるＳｐＯ２を用いてφを算出し、次に数式６の関係を用いて、このφを満たす光Ｌ１の発光信号ＶＦ１のＡＣ成分ΔＶｆ１、ＤＣ成分Ｖｆ１、及び光Ｌ２の発光信号ＶＦ２のＡＣ成分ΔＶｆ２、ＤＣ成分Ｖｆ２という四つの値を決定する。更に、これらの発光信号ＶＦ１、ＶＦ２のＡＣ・ＤＣ成分（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）と操作入力部３８から入力される脈拍数Ｐｒとタイマ２１から入力される現在時刻とを用いて、光Ｌ１、Ｌ２に対応する発光信号ＶＦ１、ＶＦ２を算出する。
【００７８】
以下に、発光信号算出サブルーチンＳＲ２のフローチャートである図１２を用いて、発光信号の算出方法を具体的に説明する。但し、パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ１、ＶＦ２のＡＣ・ＤＣ成分（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）の一組が既知であるとし、この一組を（ΔＶｆ１ｃ、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ）とする。また、制御部２０は、数式８に示す様な関数ｆ（）の逆関数ｇ（）を記憶部１９に記憶しているものとする。但し、関数ｆ（）はパルスオキシメータの機種に依存する関数であり、その逆関数ｇ（）もパルスオキシメータの機種毎に異なる。従って、この逆関数ｇ（）の算出方法は後述する。
（数8）
φ＝ｇ（ＳｐＯ２）
【００７９】
まず、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃに数値を設定する（Ｓ３１）。このステップＳ３１では、パルスオキシメータが正常に反応する場合の発光信号ＶＦ１のＡＣ成分ΔＶｆ１には数値が設定されないが、後に発光制御サブルーチンＳＲ１を呼び出す後述のステップＳ３７の前のステップＳ３６において、ΔＶｆ１の数値が求められて設定される。次に、表示部３６を用いて操作者にＳｐＯ２と脈拍数Ｐｒとの入力を指示し（Ｓ３２）、操作入力部３８からＳｐＯ２と脈拍数Ｐｒとを入力する（Ｓ３３）。脈拍数Ｐｒは、後述する様にサブルーチンＳＲ１内で使用される。
【００８０】
制御部２０は、記憶部１９に記憶されている逆関数ｇ（）を用いて、前記ステップＳ３３で得られたＳｐＯ２に対応する光Ｌ１、Ｌ２についての吸光度の脈波成分の比φを算出する（Ｓ３４）。前記ステップＳ３４で得られたφとこれを満たす発光信号ＶＦ１、ＶＦ２のＡＣ・ＤＣ成分（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）とは、数式６と同様に、数式９の関係を持つべきである。
（数9）
φ＝（ΔＶｆ１／Ｖｆ１）／（ΔＶｆ２／Ｖｆ２）
【００８１】
従って、数式９によってφが指定される場合には、右辺の（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）のうちの一つを変数として変化させて、この式を満たさせる。（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）のうちのＤＣ成分であるＶｆ１、Ｖｆ２は、本来的に変化の少ない静脈血や動脈血以外の組織による吸光度成分と関係しており、定数値としても差し支えない。従って、ＡＣ成分であるΔＶｆ１、ΔＶｆ２の何れかを変化させてφを満たせばよいが、以下の説明では、数式９の分子にあってφと正比例の関係にあるΔＶｆ１を変数として採用し、ΔＶｆ２を定数値とする。
【００８２】
そこで、まず、前記ステップＳ３１で設定されたＶｆ１ｃ、ΔＶＦ２ｃ、Ｖｆ２ｃを用いて、数式９の右辺の定数部分の値ｋを数式１０に示されている様に算出する（Ｓ３５）。更に、前記ステップＳ３４で得られたφを前記ステップＳ３５で得られたｋで除算することによって、数式９を満たす発光信号ＶＦ１のＡＣ成分ΔＶｆ１ｖを得る（Ｓ３６）。
（数10）
ｋ＝Ｖｆ２ｃ／（Ｖｆ１ｃ・ΔＶｆ２ｃ）
【００８３】
次に、前記ステップＳ３１で設定されたＶｆｌｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ、前記ステップＳ３３で得られたＰｒ、及び前記ステップＳ３６で得られたΔＶｆ１ｖを引数として、発光制御サブルーチンＳＲ１を呼び出す（Ｓ３７）。このステップＳ３７において、図７に示したサブルーチンＳＲ１へ制御が移る。そして、サブルーチンＳＲ１内の前記ステップＳ１３において数式１１に示されている様に発光信号ＶＦ１を算出し、また前記ステップＳ２０において数式１２に示されている様に発光信号ＶＦ２を算出する。数式１１、１２中の現在時刻ｔは、前記ステップＳ１１において、タイマ２１から制御部２０へ既に入力されている。
（数11）
ＶＦ１＝ΔＶｆ１ｖ・ｓｉｎ（２π（Ｐｒ／６０）ｔ）＋Ｖｆｌｃ
（数12）
ＶＦ２＝ΔＶｆ２ｃ・ｓｉｎ（２π（Ｐｒ／６０）ｔ）＋Ｖｆ２ｃ
【００８４】
なお、サブルーチンＳＲ１の代わりにサブルーチンＳＲ１ｂを用いる場合には、同様にして、図８に示したサブルーチンＳＲ１ｂへ制御が移る。そして、サブルーチンＳＲ１ｂ内の前記ステップＳ１１０において数式１１に示されている様に発光信号ＶＦ１を算出し、また前記ステップＳ１１３において数式１２に示されている様に発光信号ＶＦ２を算出する。数式１１、１２中の現在時刻ｔは、前記ステップＳ１０５において、タイマ２１から制御部２０へ既に入力されている。
【００８５】
数式１１、１２は、正弦関数を用いて、動脈血による脈波を擬似的に表現しており、更にその周期（６０／Ｐｒ）を用いて、脈拍数を制御している。数式１１、１２で算出される発光信号ＶＦ１、ＶＦ２のＡＣ・ＤＣ成分は前記ステップＳ３１で設定された定数（Ｖｆｌｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ）とこれらの定数及び前記ステップＳ３４で得られたφを満たす様に前記ステップＳ３６で求められた変数（ΔＶｆ１ｖ）とであるので、これらのＡＣ・ＤＣ成分は前記ステップＳ３４で得られたφを当然に満たしている。その結果、操作入力部３８から入力されるＳｐＯ２と脈拍数Ｐｒとを反映した擬似透過光４６が、パルスオキシメータのプローブ受光部１８へ照射され、パルスオキシメータ本体１４は、指モデル２２があたかも生体の指であるかの様に反応して、ＳｐＯ２と脈拍数とを表示する。最後に、制御が、前記ステップＳ３７のサブルーチンＳＲ１からこのサブルーチンＳＲ２ヘ戻り、更にこのサブルーチンＳＲ２から呼び出しルーチンヘ戻る。
【００８６】
次に、関数ｆ（）の逆関数ｇ（）を説明する。説明に用いる記号を以下の様に定義する。
（本文内）
Ｎｓ：ＳｐＯ２のサンプリング数
（フローチャート内のみ）
Ｃ２：パルスオキシメータが表示するＳｐＯ２をサンプリングする際に、その回数を制御するカウンタ
ε：パルスオキシメータが正常に反応するφの範囲を求める際に、φを増減させる微少値
Δφ：ＳｐＯ２のサンプリング時に変化させるφの刻み幅
ＳｐＯ２ｓ：ＳｐＯ２のサンプリング値
φｓ：ＳｐＯ２ｓに対応するφ
ｈ（）：ＳｐＯ２ｓを変数、φｓを値とする回帰曲線
【００８７】
前述の様に、逆関数ｇ（）はパルスオキシメータの機種毎に異なるので、これを算出する必要がある。逆に言えば、逆関数ｇ（）を算出することによって、同様な原理で動作するが機種の異なるパルスオキシメータに擬似生体情報発生装置１０を対応させることができる。逆関数ｇ（）を算出するためには、まず、発光信号ＶＦ１、ＶＦ２のＡＣ・ＤＣ成分（ΔＶｆ１、Ｖｆ１、ΔＶｆ２、Ｖｆ２）の既知の一組（ΔＶｆ１ｃ、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ）を用いて、パルスオキシメータが正常に反応するφの範囲を求める。次に、操作入力部３８からサンプリング数Ｎｓを入力し、上記の範囲内においてφを変化させ、パルスオキシメータが表示するＳｐＯ２をＮｓ個サンプリングする。最後に、最小二乗法を用いて、φとＳｐＯ２とのＮｓ個の組から回帰曲線を算出し、これを新たな逆関数ｇ（）として、記憶部１９に記憶されている古い逆関数ｇ（）と置き換える。
【００８８】
以下に、逆関数ｇ（）算出用サブルーチンＳＲ３のフローチャートの前半を示す図１３と後半を示す図１４とを用いて、逆関数ｇ（）の算出法を具体的に説明する。まず、Ｃ２をゼロで初期化し、ΔＶｆ１ｃ、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ、ε、Ｐｒに数値を設定する（Ｓ４１）。Ｃ２は、ＳｐＯ２をサンプリングする際に、その回数を制御するカウンタであり、εは、パルスオキシメータが正常に反応するφの範囲を求める際に、φを増減させる微少値である。εが小さい値であるほどφの範囲の精度が向上するが、作業の繰り返し回数が増えるので、精度と回数との釣り合いを考慮して適切な値を選択する。脈拍数Ｐｒは、数式１１、１２から明らかな様に、指モデル発光部２６から発せられる光Ｌ１、Ｌ２の発光信号ＶＦ１、ＶＦ２の周期を制御するだけで強度は制御しないので、逆関数ｇ（）の算出結果には影響を与えないが、数式１１、１２のために必要であるので、パルスオキシメータが想定している一般的な生体の脈拍数の範囲内で設定する。
【００８９】
次に、以下のステップのうちの三つのステップ（Ｓ４５、Ｓ５３、Ｓ６４）でΔＶｆ１ｖを算出するが、その際に必要となる定数ｋの値を、上述の数式１０を用いて予め算出しておく（Ｓ４２）。そして、フローチャートの前半で、φを増減させて、パルスオキシメータが正常に反応するφの最小値φｍｉｎと最大値φｍａｘとを求める。そのために、まず、始点となるφｃを、前記ステップＳ４１で設定されたΔＶｆ１ｃ、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃを用いて、数式１３によって得る（Ｓ４３）。
（数13）
φｃ＝（ΔＶｆ１ｃ／Ｖｆ１ｃ）／（ΔＶｆ２ｃ／Ｖｆ２ｃ）
【００９０】
次に、前記ステップＳ４３で得られたφｃから微少値εを減算して、この減算結果をφｍｉｎとする（Ｓ４４）。更に、このステップＳ４４で得られたφｍｉｎを前記ステップＳ４２で得られたｋで除算して、ΔＶｆ１ｖを得る（Ｓ４５）。なお、２回目以降のループにおいて、このステップＳ４５で用いられるφｍｉｎは、繰り返しループの途中で再設定される。次に、前記ステップＳ４１で設定されたＶｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ、Ｐｒと、前記ステップＳ４５で得られたΔＶｆ１ｖとを引数として、発光制御サブルーチンＳＲ１を呼び出す（Ｓ４６）。このステップＳ４６で呼び出されるサブルーチンＳＲ１の制御によって、パルスオキシメータのプロープ受光部１８へ擬似透過光４６が照射されて、パルスオキシメータが反応する。その後、前記ステップＳ４６のサブルーチンＳＲ１からこのサブルーチンＳＲ３へ制御が戻る。
【００９１】
そこで、表示部３６を用いて操作者に”パルスオキシメータの反応結果”の入力を指示し（Ｓ４７）、操作入力部３８からこの”パルスオキシメータの反応結果”を入力する（Ｓ４８）。そして、このステップＳ４８の入力結果を用いて、パルスオキシメータが正常に反応したか否かを判定する（Ｓ４９）。パルスオキシメータが正常に反応すれば（ＹＥＳ）、φの最小値がφｍｉｎよりも小さい可能性があるので、φｍｉｎからεを減算し、これを新たなφｍｉｎとして（Ｓ５０）、前記ステップＳ４５へ戻る。パルスオキシメータが正常に反応しなければ（ＮＯ）、φｍｉｎはφの最小値よりもεだけ小さいので、φｍｉｎにεを加算し、これをφｍｉｎとして確定する（Ｓ５１）。なお、既述の様にΔＶｆ１ｃ、Ｖｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃはパルスオキシメータが正常に反応する場合の値であるので、数式１３の始点φｃではパルスオキシメータは必ず反応する。
【００９２】
次に、前記ステップＳ４４〜Ｓ５１と同様な手順で、最大値φｍａｘを求める。まず、前記ステップＳ４３で得られたφｃに微少値εを加算して、この加算結果をφｍａｘとする（Ｓ５２）。更に、このステップＳ５２で得られたφｍａｘを前記ステップＳ４２で得られたｋで除算して、ΔＶｆ１ｖを得る（Ｓ５３）。なお、２回目以降のループにおいて、このステップＳ５３で用いられるφｍａｘは、繰り返しループの途中で再設定される。
【００９３】
次に、前記ステップＳ４１で設定されたＶｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ、Ｐｒと、前記ステップＳ５３で得られたΔＶｆ１ｖとを引数として、発光制御サブルーチンＳＲ１を呼び出す（Ｓ５４）。このステップＳ５４で呼び出されたサブルーチンＳＲ１の制御によって、パルスオキシメータのプローブ受光部１８へ擬似透過光４６が照射されて、パルスオキシメータが反応する。その後、前記ステップＳ５４のサブルーチンＳＲ１からこのサブルーチンＳＲ３ヘ制御が戻る。
【００９４】
そこで、表示部３６を用いて操作者に”パルスオキシメータの反応結果“の入力を指示し（Ｓ５５）、操作入力部３８からこの”パルスオキシメータの反応結果”を入力する（Ｓ５６）。そして、このステップＳ５６の入力結果を用いて、パルスオキシメータが正常に反応したか否かを判定する（Ｓ５７）。パルスオキシメータが正常に反応すれば（ＹＥＳ）、φの最大値がφｍａｘよりも大きい可能性があるので、φｍａｘにεを加算し、これを新たなφｍａｘとして（Ｓ５８）、前記ステップＳ５３へ戻る。パルスオキシメータが正常に反応しなければ（ＮＯ）、φｍａｘはφの最大値よりもεだけ大きいので、φｍａｘからεを減算し、これをφｍａｘとして確定する（Ｓ５９）。
【００９５】
次に、フローチャートの後半で、パルスオキシメータが正常に反応する範囲内において、パルスオキシメータが表示するＳｐＯ２をサンプリングし、逆関数ｇ（）を表す回帰曲線を求める。まず、表示部３６を用いて操作者にサンプリング数Ｎｓの入力を指示し（Ｓ６０）、操作入力部３８からＮｓを入力する（Ｓ６１）。そして、前記ステップＳ５１で得られたφｍｉｎ、前記ステップＳ５９で得られたφｍａｘ、前記ステップＳ６１で得られたＮｓを用いて、数式１４に示されている様に、サンプリング時に変化させるφの刻み幅Δφを求める（Ｓ６２）。
（数14）
Δφ＝（φｍａｘ−φｍｉｎ）／Ｎｓ
【００９６】
次に、前記ステップＳ４１で設定されたＣ２、前記ステップＳ５１で得られたφｍｉｎ、前記ステップＳ６２で得られたΔφを用いて、数式１５に示されている様に、サンプリング対象となるφｓを求める（Ｓ６３）。更に、このステップＳ６３で得られたφｓを前記ステップＳ４２で得られたｋで除算して、ΔＶｆ１ｖを得る（Ｓ６４）。
（数15）
φｓ＝Δφ・Ｃ２＋φｍｉｎ
【００９７】
次に、前記ステップＳ４１で設定されたＶｆ１ｃ、ΔＶｆ２ｃ、Ｖｆ２ｃ、Ｐｒと、前記ステップＳ６４で得られたΔＶｆ１ｖとを引数として、発光制御サブルーチンＳＲ１を呼び出す（Ｓ６５）。このステップＳ６５で呼び出されたサブルーチンＳＲ１の制御により、パルスオキシメータのプロープ受光部１８へ擬似透過光４６が照射されて、パルスオキシメータが反応する。その後、前記ステップＳ６５のサブルーチンＳＲ１からこのサブルーチンＳＲ３ヘ制御が戻る。そこで、表示部３６を用いて操作者にパルスオキシメータの表示値ＳｐＯ２ｓの入力を指示し（Ｓ６６）、操作入力部３８からＳｐＯ２ｓを入力する（Ｓ６７）。そして、この時のφｓとＳｐＯ２ｓとの組（φｓ、ＳｐＯ２ｓ）を記憶部１９に記憶する（Ｓ６８）。
【００９８】
次に、カウンタＣ２と前記ステップＳ６１で得られたサンプリング数Ｎｓとを用いて、サンプリングが終了したか否かを判定する（Ｓ６９）。Ｃ２がＮｓよりも小さければ（ＹＥＳ）、サンプリングは終了していないので、Ｃ２に１を加算して（Ｓ７０）、前記ステップＳ６３へ戻る。Ｃ２がＮｓ以上であれば（ＮＯ）、サンプリングは終了したので、最小２乗法を用いて、これまでにサンプリングしたＮｓ組の（φｓ、ＳｐＯ２ｓ）からＳｐＯ２ｓを変数、φｓを値とする回帰曲線ｈ（）を算出する（Ｓ７１）。
【００９９】
このステップＳ７１で得られる回帰曲線ｈ（）は、図１５の例に示されている様に、図１１に示した関数ｆ（）の逆関数であり、この回帰曲線ｈ（）を新たな逆関数ｇ（）として記憶部１９に記憶する（Ｓ７２）。最後に前記ステップＳ７２の後、本サブルーチンＳＲ３から呼び出しルーチンヘ制御が戻る。
【０１００】
擬似生体情報発生装置１０は、通常では、記憶部１９に記憶している逆関数ｇ（）を用いて、発光信号算出サブルーチンＳＲ２を実行する。しかし、対象とするパルスオキシメータの機種が変更された場合や、何らかの外乱によってパルスオキシメータのＳｐＯ２が正しく表示されなくなった場合には、逆関数ｇ（）算出用サブルーチンＳＲ３を実行して逆関数ｇ（）を再算出し、記憶部１９に記憶されている古い逆関数ｇ（）を新たな逆関数ｇ（）と置き換える必要がある。
【０１０１】
この置き換え手順を、メインルーチンＭＲのフローチャートである図１６を用いて説明する。まず、表示部３６を用いて操作者に”逆関数ｇ（）再算出実行の判断”の入力を指示し（Ｓ８１）、操作入力部３８から”逆関数ｇ（）再算出実行の判断”を入力する（Ｓ８２）。そして、このステップＳ８２の操作者による入力結果を用いて、操作者の判断を判定する（Ｓ８３）。この判断が”再算出実行”であれば（ＹＥＳ）、サブルーチンＳＲ３を呼び出して（Ｓ８４）、逆関数ｇ（）を再算出し、記憶部１９に記憶されている古い逆関数ｇ（）を新たな逆関数ｇ（）と置き換える。
【０１０２】
そして、前記ステップＳ８４で呼び出されたサブルーチンＳＲ３からこのメインルーチンヘ制御が戻った後、更にサブルーチンＳＲ２を呼び出す（Ｓ８５）。このステップＳ８５で呼び出されたサブルーチンＳＲ２において、発光信号が算出され、更にパルスオキシメータのプローブ受光部１８へ擬似透過光４６が照射される。そして、前記ステップＳ８５で呼び出されたサブルーチンＳＲ２からこのメインルーチンヘ制御が戻った後、総ての処理が終了する。前記ステップＳ８３の判断が”再算出実行”でなければ（ＮＯ）、サブルーチンＳＲ３は呼び出されず、前記ステップＳ８５へ移り、サブルーチンＳＲ２が直接に呼び出される。この場合は、記憶部１９に記憶されている逆関数ｇ（）が継続して使用される。
【０１０３】
次に、パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２について説明する。パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２は、図１に示されている様に、人体モデル３９、環境・呼吸循環指標入力部４０、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２、及び擬似生体情報発生装置１０から構成されている。人体モデル３９、環境・呼吸循環指標入力部４０、及びＳｐＯ２・脈拍数算出部４２は公知の技術である。人体モデル３９及び環境・呼吸循環指標入力部４０は、例えば、公知の生体シミュレータ（非特許文献３参照）に使用されている技術である。具体的には、人体モデル３９は、外形及び質感を人間の全身または半身に似せて作られた模型であり、合成樹脂等を用いて成形されている。また、環境・呼吸循環指標入力部４０は、気圧、気温等の環境指標と呼吸量、心拍数、血圧、血流量等の呼吸循環指標とを、キーボード、スイッチ、及びセンサ等の各種入力装置から入力して信号に変換し、環境・呼吸循環指標として出力する装置である。
【０１０４】
一方、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２は、例えば、既述の生体シミュレータ（非特許文献１、２参照）に使用されている技術である（但し、脈拍数算出部は非特許文献３の生体シミュレータも有している）。具体的には、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２は、生体の呼吸や循環等を模擬する生理学モデルを内蔵しており、環境・呼吸循環指標を入力して、これに応じたＳｐＯ２及び脈拍数を出力する。なお、環境・呼吸循環指標入力部４０、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２及び擬似生体情報発生装置１０は、人体モデル３９の内部と外部との何れに配置されていてもよい。但し、図１では、人体モデル３９の内部に環境・呼吸循環指標入力部４０が配置されており、人体モデル３９の外部にＳｐＯ２・脈拍数算出部４２と擬似生体情報発生装置１０とが配置されている。一方、擬似生体情報発生装置１０の指モデル２２は、当然に人体モデル３９の指部分に配置されるべきである。
【非特許文献３】株式会社高研：カタログ、蘇生訓練用生体シミュレータ ＫＯＫＥＮ ＲＥＳＩＭ「レシム」
【０１０５】
図１７は、パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２において人体モデル３９の内部に環境・呼吸循環指標入力部４０、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２、及び擬似生体情報発生装置１０の総てを配置した場合の使用状態をパルスオキシメータと共に示す模式図である。但し、図１及び図１７に示されているパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の制御方法は互いに同じである。この図１７を用いて、パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の動作の概要を説明する。まず、救急医療の訓練に際して、環境・呼吸循環指標入力部４０に、何らかの値、通常は正常値からずれた値、の環境・呼吸循環指標が入力される。環境・呼吸循環指標入力部４０はこの環境・呼吸循環指標をＳｐＯ２・脈拍数算出部４２へ出力する。ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２は、その内部に備える生理学モデルを用いてこの環境・呼吸循環指標に対応するＳｐＯ２・脈拍数を算出して、このＳｐＯ２・脈拍数を擬似生体情報発生装置１０へ出力する。擬似生体情報発生装置１０は、その指モデル２２を用いて、パルスオキシメータのプローブ８０へＳｐＯ２・脈拍数に対応する擬似透過光４６を照射する。その結果、パルスオキシメータ本体１４は、環境・呼吸循環指標入力部４０に入力された環境・呼吸循環指標に対応するＳｐＯ２・脈拍数を表示する。
【０１０６】
環境・呼吸循環指標入力部４０に入力された環境・呼吸循環指標が上述の様に通常は正常値からずれた値であるので、パルスオキシメータ本体１４に表示されるＳｐＯ２・脈拍数も正常値からずれた値である。生体においてこの様にＳｐＯ２・脈拍数が正常値からずれていれば、この生体に対する処置者は、例えば、気圧を高めるために生体を高圧室に収容したり、血圧を高めるために生体に昇圧薬を投与したりする。これらに対応して、処置訓練者は、気圧を高める必要があると判断すれば環境・呼吸循環指標入力部４０に当初に入力された気圧よりも高い気圧を入力し直したり、血圧を高める必要があると判断すれば環境・呼吸循環指標入力部４０に当初に入力された血圧よりも高い血圧を入力し直したりする。パルスオキシメータ本体１４に表示されるＳｐＯ２・脈拍数が、これらの入力によって、正常値に近づけば処置訓練者の判断が正しかったことになり、正常値に近づかなければ処置訓練者の判断が正しくなかったことになる。また、パルスオキシメータ本体１４についての処置訓練者の使用技術の熟達度等を知ることもできる。
【０１０７】
上述の様に擬似生体情報発生装置１０がパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の構成要素の一つとして用いられる場合には、この擬似生体情報発生装置１０は操作入力部３８のみならずＳｐＯ２・脈拍数算出部４２からもＳｐＯ２及び脈拍数を入力することができる。擬似生体情報発生装置１０がＳｐＯ２・脈拍数算出部４２からＳｐＯ２及び脈拍数を入力する場合、図１２に示されている発光信号算出サブルーチンＳＲ２は、図１８に示されている様に、操作入力部３８の代わりにＳｐＯ２・脈拍数算出部４２からＳｐＯ２及び脈拍数を入力する発光信号算出サブルーチンＳＲ４に置き換えられる。サブルーチンＳＲ４のフローチャートである図１８は、サブルーチンＳＲ２のフローチャートである図１２からステップＳ３２、Ｓ３３を除き、その代わりにその位置に、ＳｐＯ２・脈拍数算出部４２からＳｐＯ２・脈拍数を入力するステップＳ９２を置いた構成である。
【０１０８】
なお、以上の実施形態では生体モデルの一例としての指モデルに本発明が適用されているが、本発明はその他の生体モデル例えば耳モデルにも適用することができ、この耳モデルでは生体の耳たぶを透過する光に対応する擬似透過光が発せられる。また、生体モデルとしての指モデル２２、擬似生体情報発生装置１０、及びパルスオキシメータ対応型生体シミュレータ１２の総てが、生体情報モニタ装置としてのパルスオキシメータに対応していて、互いに波長の異なる光Ｌ１、Ｌ２を発するが、単一波長の光で作動する生体情報モニタ装置があれば、指モデル２２の発光素子６０ｂとＤ／Ａ変換部３２の出力チャンネルＣＨ２と発光素子駆動部３４ｂとを省略し、発光制御サブルーチンＳＲ１を発光信号ＶＦ１にのみ対応させること等によって、この様な生体情報モニタ装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】擬似生体情報発生装置とこの装置を用いるパルスオキシメータ対応型生体シミュレータとの実施形態をパルスオキシメータと共に示すブロック図である。
【図２】指モデルの実施形態の平面図である。
【図３】指モデルの実施形態の底面図である。
【図４】指モデルの実施形態を示しており図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】指モデルの実施形態の使用状態図である。
【図６】プローブ発光部の発光出力波形の例を示す図である。
【図７】発光制御サブルーチンＳＲ１のフローチャートである。
【図８】発光制御サブルーチンＳＲ１ｂのフローチャートである。
【図９】生体が測定対象である場合のブロープ受光部での光Ｌ１の受光出力波形の例を示す図である。
【図１０】生体が測定対象である場合のブロープ受光部での光Ｌ２の受光出力波形の例を示す図である。
【図１１】パルスオキシメータが内蔵する関数ｆ（）の例を示す図である。
【図１２】発光信号算出サブルーチンＳＲ２のフローチャートである。
【図１３】関数ｇ（）算出サブルーチンＳＲ３の前半のフローチャートである。
【図１４】関数ｇ（）算出サブルーチンＳＲ３の後半のフローチャートである。
【図１５】ＳｐＯ２ｓを変数、φｓを値とする回帰曲線ｈ（）の例を示す図である。
【図１６】メインルーチンＭＲのフローチャートである。
【図１７】パルスオキシメータ対応型生体シミュレータにおいて人体モデルの内部にＳｐＯ２・脈拍数算出部及び擬似生体情報発生装置が配置されている場合の使用状態をパルスオキシメータと共に示す模式図である。
【図１８】パルスオキシメータ対応型生体シミュレータにおいて擬似生体情報発生装置を用いる場合の発光信号算出サブルーチンＳＲ４のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１０】
１０ 擬似生体情報発生装置
１２ パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ
１４ パルスオキシメータ本体
１６ プロープ発光部
１８ プローブ受光部
１９ 記憶部
２０ 制御部
２１ タイマ
２２ 指モデル
２４ 指モデル受光部
２６ 指モデル発光部
２８ 電流・電圧変換部
３０ Ａ／Ｄ変換部
３２ Ｄ／Ａ変換部
３４ａ 第一の発光素子駆動部
３４ｂ 第二の発光素子駆動部
３６ 表示部
３８ 操作入力部
３９ 人体モデル
４０ 環境・呼吸循環指標入力部
４２ ＳｐＯ２・脈拍数算出部
４４ 照射光
４６ 擬似透過光
５０ 受光素子
５２ 遮光物
５４ 電流・電圧変換部への信号線及びグランド
５６ａ 第一の発光素子駆動部からの信号線及びグランド
５６ｂ 第二の発光素子駆動部からの信号線及びグランド
６０ａ 第一の発光素子
６０ｂ 第二の発光素子
８０ プローブ
８２ パルスオキシメータ本体とプローブとの間の信号線及びグランド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に充填されている遮光物と、
外界に臨んでおり、前記外界から受けた光を受光信号に変換する受光部と、
この受光部とは異なる方向を向いて前記外界に臨んでおり、発光信号に応答して前記外界へ光を発する発光部と
を具備する、生体モデル。
【請求項２】
互いに波長の異なる第一及び第二の光を夫々発する第一及び第二の発光素子を前記発光部が含んでおり、
前記第一及び第二の発光素子に第一及び第二の前記発光信号が夫々供給される、請求項１に記載の生体モデル。
【請求項３】
請求項１に記載の生体モデルと、
生体情報を入力する入力部と、
この入力部から得た前記生体情報に対応し且つ前記受光部から得た前記受光信号に同期する前記発光信号を求め、この発光信号を前記発光部に供給する、制御部と、
前記生体情報に対応する前記発光信号を求めるために前記制御部によって用いられる関数を記憶する記憶部と
を具備する、擬似生体情報発生装置。
【請求項４】
前記生体情報としてのＳｐＯ２及び脈拍数を前記制御部が前記入力部から入力し、
前記受光部から得た前記受光信号が立ち上がり信号であるか否かを前記制御部が判定し、
この判定において前記受光信号が立ち上がり信号であれば、前記制御部が、前記ＳｐＯ２に対応する強度と前記脈拍数に対応する周期と前記受光信号についての既知の継続時間に等しい継続時間とを有する前記発光信号を求め、
前記制御部が前記発光信号を前記発光部に供給する、請求項３に記載の擬似生体情報発生装置。
【請求項５】
前記生体情報としてのＳｐＯ２及び脈拍数を前記制御部が前記入力部から入力し、
前記受光部から得た前記受光信号が立ち上がり信号または立ち下がり信号であるか否かを前記制御部が判定し、
この判定において前記受光信号が立ち上がり信号であれば、前記制御部が、前記ＳｐＯ２に対応する強度と前記脈拍数に対応する周期とを有する前記発光信号を求め、
前記判定において前記受光信号が立ち下がり信号であれば、前記制御部が、前記発光信号の値をゼロに設定し、
前記制御部が前記発光信号を前記発光部に供給する、請求項３に記載の擬似生体情報発生装置。
【請求項６】
前記制御部が前記記憶部内の前記関数を更新することができる、請求項３に記載の擬似生体情報発生装置。
【請求項７】
請求項３に記載の擬似生体情報発生装置と、
環境・呼吸循環指標を入力する環境・呼吸循環指標入力部と、
この環境・呼吸循環指標入力部から前記環境・呼吸循環指標を得て、この環境・呼吸循環指標に対応するＳｐＯ２及び脈拍数を算出し、このＳｐＯ２及び脈拍数を前記生体情報として前記擬似生体情報発生装置に供給する、ＳｐＯ２・脈拍数算出部と
を具備する、パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ。
【請求項１】
内部に充填されている遮光物と、
外界に臨んでおり、前記外界から受けた光を受光信号に変換する受光部と、
この受光部とは異なる方向を向いて前記外界に臨んでおり、発光信号に応答して前記外界へ光を発する発光部と
を具備する、生体モデル。
【請求項２】
互いに波長の異なる第一及び第二の光を夫々発する第一及び第二の発光素子を前記発光部が含んでおり、
前記第一及び第二の発光素子に第一及び第二の前記発光信号が夫々供給される、請求項１に記載の生体モデル。
【請求項３】
請求項１に記載の生体モデルと、
生体情報を入力する入力部と、
この入力部から得た前記生体情報に対応し且つ前記受光部から得た前記受光信号に同期する前記発光信号を求め、この発光信号を前記発光部に供給する、制御部と、
前記生体情報に対応する前記発光信号を求めるために前記制御部によって用いられる関数を記憶する記憶部と
を具備する、擬似生体情報発生装置。
【請求項４】
前記生体情報としてのＳｐＯ２及び脈拍数を前記制御部が前記入力部から入力し、
前記受光部から得た前記受光信号が立ち上がり信号であるか否かを前記制御部が判定し、
この判定において前記受光信号が立ち上がり信号であれば、前記制御部が、前記ＳｐＯ２に対応する強度と前記脈拍数に対応する周期と前記受光信号についての既知の継続時間に等しい継続時間とを有する前記発光信号を求め、
前記制御部が前記発光信号を前記発光部に供給する、請求項３に記載の擬似生体情報発生装置。
【請求項５】
前記生体情報としてのＳｐＯ２及び脈拍数を前記制御部が前記入力部から入力し、
前記受光部から得た前記受光信号が立ち上がり信号または立ち下がり信号であるか否かを前記制御部が判定し、
この判定において前記受光信号が立ち上がり信号であれば、前記制御部が、前記ＳｐＯ２に対応する強度と前記脈拍数に対応する周期とを有する前記発光信号を求め、
前記判定において前記受光信号が立ち下がり信号であれば、前記制御部が、前記発光信号の値をゼロに設定し、
前記制御部が前記発光信号を前記発光部に供給する、請求項３に記載の擬似生体情報発生装置。
【請求項６】
前記制御部が前記記憶部内の前記関数を更新することができる、請求項３に記載の擬似生体情報発生装置。
【請求項７】
請求項３に記載の擬似生体情報発生装置と、
環境・呼吸循環指標を入力する環境・呼吸循環指標入力部と、
この環境・呼吸循環指標入力部から前記環境・呼吸循環指標を得て、この環境・呼吸循環指標に対応するＳｐＯ２及び脈拍数を算出し、このＳｐＯ２及び脈拍数を前記生体情報として前記擬似生体情報発生装置に供給する、ＳｐＯ２・脈拍数算出部と
を具備する、パルスオキシメータ対応型生体シミュレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
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【図１３】
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【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−７２２６７（Ｐ２００９−７２２６７Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４２１２３（Ｐ２００７−２４２１２３）
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【出願人】（５９１０７１１０４）株式会社高研 (38)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【出願人】（５９１０７１１０４）株式会社高研 (38)
【Ｆターム（参考）】
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