JPH02111344A - 反射型オキシメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は反射型オキシメータに関するものである。

従来の技術 第一波長の光を放射する第一発光素子と、第二波長の光
を放射する第二発光素子と、それら第一発光素子および
第二発光素子から生体の表面に向かって放射された光の
反射光を検出する受光素子とを備え、その受光素子によ
り検出された反射光に基づいて血液中の酸素飽和度を測
定する形式の反射型オキシメータが考えられている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記第一発光素子および第二発光素子は
、通常、−個づつ設けられるので、住体内の毛細血管が
存在する組織（所謂血管床）の組成が不均一である場合
、たとえば血管床に比較的太い動脈や静脈が存在する場
合には、受光素子にて検出される第一波長および第二波
長の反射光の信号強度への影響が大きく異なって酸素飽
和度の測定精度が大幅に損なわれる場合がある。このこ
とは、生体に装着されたハウジングの装着姿勢が傾いて
それに取り付けられた第一発光素子および第二発光素子
の一方と生体表面との間に隙間が生じた場合においても
同様である。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであって
、その目的とするところは、血管床の組成が不均一であ
ったり発光素子が設けられた部材の姿勢が傾いたりして
も酸素飽和度の測定にそれ程影響が及ぼされることのな
い反射型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 上記目的を達成するために、本発明は、第一波長の光を
放射する複数の第一発光素子と、第二波長の光を放射す
る複数の第二発光素子と、それら第一発光素子および第
二発光素子から生体の表面に向かって放射された光の反
射光を検出する受光素子とを備え、その受光素子により
検出された反射光に基づいて血液中の酸素飽和度を測定
する形式の反射型オキシメータであって、前記受光素子
を中心とする同一半径の円周上に、全周に亘って前記第
一発光素子および前記第二発光素子を交互に配設したこ
とを特徴とする。

作用および発明の効果 このように構成された反射型オキシメータによれば、複
数の第一発光素子および複数の第二発光素子が受光素子
を中心とする同一半径の円周上に全周に亘って交互に配
設されているので、たとえ、血管床の組成が不均一であ
ったり第一発光素子および第二発光素子が設けられたハ
ウジングが傾いたりしても、受光素子にて検出される第
一波長および第二波長の反射光の信号強度への影響を平
均化し得て、血液中の酸素飽和度を従来に比べて一層精
度良く安定的に測定することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて詳細に説
明する。

第２図において、ＩＯは有底円筒状を成すハウジングで
あり、その開口端が人体の体表面１１に対向する状態で
図示しないバンドにより腕等に取り付けられるようにな
っている。ハウジング１０の内部には、ダイヤフラム１
２を介して有底円筒状を成す可動部材１４がその開口端
が体表面１１に対向する状態で且つハウジング１０の開
口端からの突出し可能に取り付けられており、ハウジン
グ１０とダイヤフラム１２とによって圧力室１６が形成
されている。そして、流体供給源１８がら調圧弁１９を
経て圧力室１６内に圧力エア等の圧力流体が供給される
ことにより、可動部材１４が体表面１１に向って押圧さ
れるようになっている。

可動部材１４の底部内面には、第１図および第２図に示
すように、その中央部においてホトダイオードやホトト
ランジスタ等がら成る受光素子２０が設けられていると
ともに、その受光素子２゜を中心とする半径ｒの円周上
においてＬＥＤ等から成るたとえば８個づつの第一発光
素子２２および第二発光素子２４が所定間隔毎に全周に
亘って交互に設けられている。両発光素子２２．２４は
可動部材１４内に一体的に設けられた透明な樹脂２６に
より覆われているとともに、受光素子２゜と両発光素子
２２．２４との間には円筒状を成す遮光部材２８が設け
られており、この遮光部材２８によって、体表面１１が
ら受光素子２ｏに向う反射光が遮光される。第一発光素
子２２は、たとえば６６０ｍμ程度の波長の赤色光を発
光し、第二発光素子２４はたとえば８００ｍμ程度の波
長の赤外光を発光するものであるが、必ずしもこれらの
波長に限定されるものではなく、ヘモグロビンの吸光係
数と酸化ヘモグロビンの吸光係数とが大きく異なる波長
の光と、それら両級光係数が略同じとなる波長の光とを
発光するものであればよい。これら第一発光素子２２お
よび第二発光素子２４は一定時間づつ順番に所定の周波
数で発光させられるとともに、両発光素子２２．２４か
ら照射された光の反射光は共通の受光素子２０によりそ
れぞれ受光される。

受光素子２０は、その受光量に対応した大きさの電気信
号Ｓ■を増幅器３０を介してローパスフィルタ３２へ出
力する。ローパスフィルタ３２は、入力された電気信号
Ｓ■から脈波の周波数よりも高い周波数を有するノイズ
を除去し、そのノイズが除去された信号Ｓ■をデマルチ
プレクサ３４へ出力する。デマルチプレクサ３４は後述
の切換信号ＳＣにより第一発光素子２２および第二発光
素子２４の発光に同期して切り換えられることによリ、
赤色光による電気信号Ｓｖ、をサンプルホールド回路３
６およびＡ／Ｄ変換器３８を介して■１０ボート４０へ
逐次供給するとともに、赤外光による電気信号ＳＶ、Ｒ
をサンプルホールド回路４２およびＡ／Ｄ変換器４４を
介してＩ１０ポート４０へ逐次供給する。サンプルホー
ルド回路３６゜４２は、入力された電気信号Ｓ　ＶＲ、
Ｓ　ＶＩＲをＡ／Ｄ変換器３８．４４へ逐次出力する際
に、前回出力した電気信号Ｓ　ＶＲ、Ｓ　ＶＩＲについ
てのＡ／Ｄ変換器３８．４４における変換作動が終了す
るまで次に出力する電気信号ＳＶＲ，５ＶＩＩをそれぞ
れホールドするものである。

Ｉ１０ボート４０は、データバスラインを介してＣＰＵ
４６、ＲＯＭ４８、ＲＡＭ５０、表示器５２とそれぞれ
接続されている。ＣＰＵ４６は、ＲＡＭ５０の記憶機能
を利用しつつＲＯＭ４Ｂに予め記憶されたプログラムに
従って測定動作を実行し、Ｉ１０ボート４０から駆動回
路５４へ圧力信号ＳＰＤを出力することにより調圧弁１
９を制御して圧力室１６内の圧力を調節するとともに、
Ｉ１０ボート４０から駆動回路５６へ照射信号ＳＬＤを
出力して第一発光素子２２および第二発光素子２４を順
番に所定の周波数で一定時間づつ発光させる一方、それ
ら第一発光素子２２および第二発光素子２４の発光に同
期してデマルチプレクサ３４へ切換信号ＳＣを供給して
デマルチプレクサ３４を切り換えることにより、前記電
気信号Ｓ■８をサンプルホールド回路３６へ、前記電気
信号ＳＶ１．ｌをサンプルホールド回路４２へそれぞれ
振り分ける。また、ＣＰＵ４６は、予め記憶されたプロ
グラムから入力信号に基づいて動脈の血液中の酸素飽和
度Ｏ８１および静脈の血液中の酸素飽和度Ｏ３ｖを決定
するとともに動脈の血液体積比■Ｐ、および静脈の血液
体積比■Ｐｖを決定し、それら酸素飽和度ｏｓ、、ｏｓ
ｖおよび血液体積比ｖｐ、、ｖｐｖを表示器５２に表示
させる。なお、動脈の血液体積比ＶＰ、とは、被測定者
の酸素飽和度の測定に用いられている部分の血液を含む
全体積に対する動脈血液の体積の比率を表すものであり
、静脈の血液体積比■Ｐｖとは、前記全体積に対する静
脈血液の体積の比率を表すものである。

次に、以上のように構成された反射型オキシメータの作
動を第３図のフローチャートに従って説明する。

まず、ステップＳ１においては、圧力室１６内が予め定
められた一定圧まで昇圧されて可動部材１４が体表面１
１に押圧されることにより、体表面１１の下の血管床に
存在する毛細血管内の血液が押し出されて虚血状態とさ
れる。次に、ステップＳ２が実行されて、照射信号ＳＬ
Ｄが駆動回路５６へ出力されることにより、第一発光素
子２２からの赤色光と第二発光素子２４からの赤外光と
が所定の周波数の短幅パルス（たとえば約１０μｓｅｃ
　）で順番に照射される。これにより、虚血状態の血管
床からの反射光の強度を表す前記電気信号Ｓ　ＶＲ、Ｓ
　Ｖ　＋＊が逐次検出され、検出された電気信号Ｓｖ＋
　、５ＶＩＮに基づいて虚血状態での反射光強度■、お
よび■ｔ１１Ｉがそれぞれ決定される。

続くステップＳ３において圧力室１６内が排圧された後
、ステップＳ４が実行されることにより、非虚血状態（
虚血されていない通常の状態）において第一発光素子２
２からの赤色光と第二発光素子２４からの赤外光とが所
定の周波数で順番に照射される。この所定の周波数は、
反射光強度を示すデータポイント（電気信号Ｓ　ＶＲ、
Ｓ　Ｖ　ＩＲ）により動脈の脈動に同期した脈波形を高
い分解能にて得られるようにする周波数である。これに
より、非虚血状態の血管床からの反射光の強度を表す電
気信号ＳＶＲ，５ＶＩＲが逐次検出され、検出された電
気信号ＳＶ、ｌが表す１脈波形の上ピーク値■ｄｌｌ　
（心臓拡張期の反射光強度に対応）および下ピーク値Ｖ
ＳＲ（心臓収縮期の反射光強度に対応）が決定されると
ともに、電気信号ＳＶＩ、ｌが表す１脈波形の上ピーク
値Ｖｄ１Ｒおよび下ピーク値ＶＳＩＲが決定される。第
４図は、虚血状態および非虚血状態において検出される
電気信号ＳＶ＋＋、ＳＶ＋＋＋を示すグラフであって、
上記反射光強度Ｖ、、、　ＶＬＩＩｌｌ、上ピーク値■
。、Ｌ＋＊　、下ピーク値■。。

Ｖ　５ｌ１１を併せて示したものである。第４図におい
て、Δａは、動脈での光の吸収分を反映し且つ動脈の酸
素飽和度Ｏ３，を反映している一方、ΔＶは、静脈での
光の吸収分を反映し且つ静脈の酸素飽和度Ｏ３ｖを反映
している。

次にステップＳ５が実行されると、ステップＳ２および
Ｓ４にて決定された値に基づいて、■ｄｌＬｌ１％　Ｖ
４ｇ＋Ｖｓ真ｓ　Ｖｄ１ＲＶｓ＋ｍ　％　Ｌｌｌｌ　＋
Ｖ　３＋１１・ＶＬＲＶａｔ・Ｖｔ１ｌ＋Ｖｄ１ｌ・Ｖ
　Ｌ　（＠　　Ｖ　ｄＩＲ、ｖｔｌｌｌ　＋　Ｖｄ１Ｒ
、ＶＬＩＲＶ３＋１１　、Ｌｌｌ　＋Ｖ　３＋１１がそ
れぞれ算出されるとともに、下記の（１）乃至（５）の
比がそれぞれ算出される。ＶｄＲＬｌｌお（Ｖ、、−ｖ
、ｉ）／　（Ｖｏ千Ｖ−Ｒ）　　　　　　・・（１）（
Ｖｄｉｎ　　Ｖ３１Ｒ）　／　（Ｖｄｉｎ　＋ＶＳ１１
　）　　・・（２）（Ｖｔ＋＋　　Ｖｄ、ｌ）　／　（
Ｖｃ＋＋＋Ｖｄｉ＋）　　　　　　・・（３）（ＶＬＩ
Ｍ　　ＶｄｎＲ）　／　（ＶＬＩＩ　＋■＋＋＊　）　
　・・（４）（ＶＬＩＩ　　Ｖ３１１　）／　（Ｖｔ＋
＋＋　＋Ｖｓ＋＊　）　　・・（５）よびＶｄｔＲＶｓ
＋＊は脈波形の振幅を表すものであって前記Δａに相当
するとともに、Ｖｔｌ　　ＶｄｌおよびＶＬＩＩ　　Ｖ
ｔ１１は前記ΔＶに相当し、上記（１）および（２）の
比はΔａに対応し且つ上記（３）および（４）の比はΔ
■に対応する。そして、このように比をとることにより
、発光素子２２．２４の発光強度、受光素子２０の特性
、皮膚色素による光の吸収特性、および血管床での光の
散乱・吸収の光の波長による相違などに起因する測定へ
の影響が回避される。

続くステップＳ６においては、下記の（６）および（７
）の比が算出される。この比をとることにより血液量に
起因する測定への影響が回避される。

ステップＳ７においては、上記（６）に示す比と動脈の
酸素飽和度Ｏ８，との間の予め求められた関係からステ
ップＳ６にて算出された実際の比に基づいて実際の動脈
血液中の酸素飽和度Ｏ８１が決定されるとともに、上記
（７）に示す比と静脈の酸素飽和度Ｏ３ｖとの間の予め
求められた関係からステップＳ６にて算出された実際の
比に基づいて実際の静脈血液中の酸素飽和度Ｏ８ｖが決
定される。

次に、ステップＳ８が実行されることにより、動脈の血
液体積比ＶＰ、および静脈の血液体積比■Ｐｖが求めら
れる。ところで、波長８００ｍμの赤外光においては血
液中の酸素飽和度に拘わらず光の吸収率が一定であるこ
とが知られており、この波長８００ｍμの赤外光を用い
て検出された反射光強度の前記上ピーク値Ｖｄ１Ｒは、
心臓拡張期において毛細血管中の動脈血液量が零である
と仮定すると、静脈血だけに関連した値になると考えら
れる。そこで、上記（４）に示す比（ＶＬＩＩ　　Ｖｄ
Ｉ、ｌ）／（ＶｔＩＲ十■４１ＩＩ）と静脈の血液体積
比ＶＰ、との間の関係（第５図にその一例を示す）を予
め求めておき、その関係からステップＳ５において算出
された実際の比に基づいて実際の静脈の血液体積比ＶＰ
ｖが決定される。また、上記（５）に示す比（Ｖｔ□−
Ｖｓ＋ｍ　）　／　（ＶＬＩＩ　＋Ｖ３１Ｒ）止動脈お
よび静脈の血液体積比ｖｐ、ｖとの関係を予め求めてお
き、その関係からステップＳ５において算出された実際
の比に基づいて実際の動脈および静脈の血液体積比■Ｐ
、ｖを求め、この血液体積比ＶＰ、、から前記決定され
た静脈の血液体積比ＶＰｖを差し引くことにより動脈の
血液体積比■Ｐ、が決定されるのである。

次に、ステップＳ９が実行されて、ステップＳ７にて決
定された動脈の酸素飽和度Ｏ８，および静脈の酸素飽和
度Ｏ８ｖと、ステップＳ８にて決定された動脈の血液体
積比ＶＰ、および静脈の血液体積比ＶＰ、とが表示器５
２にそれぞれ表示され、その後ステップ３４以下が繰り
返し実行されることにより酸素飽和度および血液体積比
が連続的に決定され且つ表示されることとなる。

このように本実施例の反射型オキシメータによれば、受
光素子２０を中心とする同一半径の円周上に複数の第一
発光素子２２および複数の第二発光素子２４が全周に亘
って交互に設けられているので、受光素子２０にて検出
される反射光の信号強度が増大されるのに加えて、比較
的太い動脈や静脈の存在等に起因して血管床の組成が不
均一である場合や、可動部材１４の姿勢が傾いて樹脂２
６と体表面１１との間に隙間が生じた場合においても、
受光素子２０にて検出される赤色光および赤外光の反射
光の信号強度への影響を平均化し得て、血液中の酸素飽
和度を従来に比べて一層精度良く安定的に測定すること
ができる。

また、本実施例によれば、非虚血状態において検出され
る脈波状の電気信号ＳＶ＊、ＳＶＩ＋＋の上ピーク値■
。＋Ｖｄ１ｌ＋および下ピーク値■□、■３１１１と、
虚血状態において検出される反射光強度■、およびＶＬ
ＩＩＩとに基づいて、動脈血液中の酸素飽和度Ｏ３，た
けでなく静脈血液中の酸素飽和度Ｏ５ｖをも容易に測定
し得る利点がある。

また、本実施例によれば、酸素飽和度ＯＳ、。

Ｏ８ｖを測定するためにステップＳ２およびＳ４におい
て決定された値に基づいて血液体積比ＶＰ。

、ＶＰｖを求めることができるため、そのような血液体
積比あるいはそれに対応する値を求めるために別個にデ
ータを要しない利点がある。

なお、前述の実施例において、血液体積比■Ｐ１ＶＰ、
は測定されなくてもよいし、酸素飽和度はたとえば動脈
血液中の酸素飽和度Ｏ３，だけが測定されてもよい。

また、前述の実施例では、第一発光素子２２および第二
発光素子２４は一装置に交互に設けられているが、必ず
しもその必要はなく、たとえば二装置に交互に設けられ
ている場合においても本考案のある程度の効果を得るこ
とが可能である。

その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種
々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図の可動部材を体表面側から見た図である
。第２図は本発明が適用されたオキシメータの構成を示
す図である。第３図は第２図のオキシメータの作動を説
明するためのフローチャートである。第４図は虚血状態
および非虚血状態において検出される反射光の強度を示
すグラフである。第５図は第３図のフローチャートのス
テップＳ８において用いられる関係の一例を示す図であ
る。 ：体表面 ：受光素子 ：第一発光素子 ：第二発光素子 第１図 ２ム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第一波長の光を放射する複数の第一発光素子と、第二波
   長の光を放射する複数の第二発光素子と、該第一発光素
   子および該第二発光素子から生体の表面に向かって放射
   された光の反射光を検出する受光素子とを備え、該受光
   素子により検出された反射光に基づいて血液中の酸素飽
   和度を測定する形式の反射型オキシメータであって、 前記受光素子を中心とする同一半径の円周上に、全周に
   亘って前記第一発光素子および前記第二発光素子を交互
   に配設したことを特徴とする反射型オキシメータ。