JP2002306458A - 血中吸光物質濃度測定装置および血中吸光物質濃度を演算するための補正関数決定方法 - Google Patents
血中吸光物質濃度測定装置および血中吸光物質濃度を演算するための補正関数決定方法Info
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Abstract
精度良く血中吸光物質濃度を測定すること。 【解決手段】 3波長光源1は、インジゴカルミンと、
酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンに吸光される
波長λ1 =620nm の光と、インジゴカルミンには吸光さ
れず酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンに吸光さ
れる2つの波長λ2 =870nm 、λ3 =730nm の光とを生
体に照射する。デジタルコンピュータ6は、生体組織2
を透過したこれらの光の強度I1,I2,I3の脈動に基づい
て、波長λ1の吸光度の変化分と、波長λ2 の吸光度の
変化分の比Φ12と、波長λ3 の吸光度の変化分と、波長
λ2 の吸光度の変化分の比Φ32とを求め、これらΦ12、
Φ32と、予め記憶した補正係数αにより補正関数Φ12−
α・ΔΦ32を求め、これから血中のインジゴカルミン濃
度を測定する。
Description
て、その生体からの光を受け、その強度から生体の吸光
度の脈動による変化分を求め、これにより血液中の吸光
物質濃度を求める吸光物質濃度測定装置に関する。
入し、その濃度を測定する場合、従来は2波長の光を用
いていた。その測定原理を簡単に説明すると、次のよう
になる。ΔA1、ΔA2を、波長λ1 、λ2 それぞれの生体
の減光度の脈動による変化分とし、Φ12を定義する。 Φ12=ΔA1/ΔA2 (1)
2 の光の強度I1,I2 とは次の関係にある。 ΔA1/ΔA2=ΔlnI1/ΔlnI2 (2−1) ここで、 ΔlnIi=ln{Ii /(Ii −ΔIi)} (2−2) (i=1,2) である。
実験によれば、次式が得られる(特開平8−10245
号公報、特開平9−192120号公報等参照)。 Φ12=ΔA1/ΔA2 =ΔlnI1/ΔlnI2 ={(Eh1Hb +Ed1Cd)(Eh1Hb+Ed1Cd +F) }1/2 /{(Eh2Hb +Ed2Cd)(Eh2Hb+Ed2Cd +F) }1/2 (3)
の酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンを合わせたヘモ
グロビンの吸光係数である。酸素飽和度をS 、波長λ1,
λ2の酸化ヘモグロビンの吸光係数をEo1 、Eo2 、同じ
く還元ヘモグロビンの吸光係数をEr1 、Er2 とすると、
Eh1,Eh2 は次式で表される。 Eh1=SEo1+(1−S)Er1 (4) Eh2=SEo2+(1−S)Er2 (5) また、(3)式において、 Hb;血液中のヘモグロビン濃度 Ed1,Ed2 ;波長λ1,λ2 の注入色素の吸光係数 Cd;血液中の注入色素濃度 F ;散乱係数 である。(3)式において、Eh1 、Eh2 は(4)式およ
び(5)式より酸素飽和度S がわかれば得られる(Eo1
、Eo2 、Er1 、Er2 は既知であるから)。ΔlnI1、Δl
nI2は測定によって求めることができ、F は既知であ
る。また、ヘモグロビン濃度Hbは予め測定しておく。し
たがって、(3)式は、未知数がS とCdの2つとなり、
次のように関数f0で表すことができる。 Cd=f0( Φ12、S ) (3a)
場合は、Cd=0 であるから、次のようになる。 Φ12=ΔA1/ΔA2 =ΔlnI1/ΔlnI2 ={(Eh1Hb )(Eh1Hb +F) }1/2 /{(Eh2Hb )(Eh2Hb +F) }1/2 (6)
(5)式より酸素飽和度S がわかれば得られる。ΔlnI
1、ΔlnI2は測定によって求めることができ、F は既知
である。また、ヘモグロビン濃度Hbは予め測定してお
く。したがって、色素を注入しない場合、(6)式の未
知数はS のみとなるので、Φ12を測定すれば、このとき
の酸素飽和度S0を求めることができる。
I1、ΔlnI2を連続測定し、Φ12を連続して求める。この
とき、酸素飽和度を一定と考えて、前回求めた酸素飽和
度S0を用いれば(3a)式より、注入色素濃度Cdを求め
ることができる。
法により、色素濃度Cdを連続測定するならば、酸素飽和
度S が変化した場合、色素濃度Cdに誤差が生じる。
変化による誤差を無くし、正確に色素濃度を測定するこ
とができるようにすることである。
明する。本発明では3波長λ1 、λ2 、λ3 の光を生体
に照射する。ここで、図1に示すように波長λ1 は、被
験者に注入する色素、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモ
グロビンのいずれにも吸光がある波長である。また図1
に示すように波長λ2 、λ3 は、互いに異なる波長であ
るが、いずれも注入色素には吸光は無く、酸化ヘモグロ
ビンおよび還元ヘモグロビンのいずれにも吸光がある波
長である。
酸素ガスの濃度を変化させてΦ12、Φ32を測定する。す
なわち操作者は、例えば最初は通常の酸素濃度(大気の
酸素濃度)とし、次に酸素濃度を100%にし、この状
態である期間経過後10%にし、この状態である期間経
過後、最初の酸素濃度に戻す操作を行い、この操作によ
り変化するΦ12、Φ32を測定する。ここで、Φ12、Φ32
の測定とは、生体から受ける3波長λ1 、λ2 、λ3 の
光(透過光または反射光)の強度I1,I2,I3を測定し、そ
の対数lnI1,lnI2,lnI3の脈動による変化分ΔlnI1、Δln
I2、ΔlnI3を求め、これらと次の式を用いた演算を行っ
てΦ12、Φ32を求めることである。 Φ12=ΔlnI1/ΔlnI2 (7) Φ32=ΔlnI3/ΔlnI2 (8) 図2は、Φ12、Φ32の測定結果の一例を示したものであ
る。この図において横軸は時間であり、αを決定するた
めのα決定期間と、このα決定期間後に、決定されたα
を用いてΦ12(補正)を求める測定期間が示されている
が、ここで得られるデータΦ12、Φ32は、α決定期間の
データである。この図に示すように、α決定期間のΦ1
2、Φ32は、酸素濃度が100%のときには大きい値を
とり、酸素濃度が10%のときには小さい値をとる。そ
して得られたデータ、 Φ12(10%: 色素注入前) ;色素注入前の吸入酸素が10
%のときのΦ12 Φ12(100%:色素注入前) ;色素注入前の吸入酸素が10
0%のときのΦ12 Φ32(10%: 色素注入前) ;色素注入前の吸入酸素が10
%のときのΦ32 Φ32(100%:色素注入前) ;色素注入前の吸入酸素が10
0%のときのΦ32 を次式に代入して、補正係数αを求める。
を連続測定する。図2の測定期間のΦ12、Φ32がこのと
きの測定結果の例である。そしてこの期間のΦ12、Φ32
と上記のαとを用いてΦ12を補正する。ここで補正値を
Φ12(補正)と記す。この補正には、次式が用いられ
る。 Φ12(補正)=Φ12−αΔΦ32 (10−1) これが補正関数である。
図2に示したように、測定開始直後のある時点をt =t1
とし、その時点のΦ32であるΦ32(t1)を基準とし、その
Φ32(t1)とその後の測定時点t =tnのΦ32(tn)との差で
ある。すなわち、ΔΦ32は次式により求められる。 ΔΦ32=Φ32(tn)−Φ32(t1) (10−2) (10−2)式を(10−1)式に代入した式におい
て、Φ12が連続的に補正され、Φ12(補正)が演算され
ることになる。図2の測定期間には、Φ12、Φ32の他、
このようにして求めたΦ12(補正)も示されている。
開始直後 t=t1からしばらくの間、酸素飽和度S は変化
していないので、Φ12、Φ32は t=t1のときの値が維持
されて変化していない。しかし、ある時点から例えば、
患者自身の容態が変化して酸素飽和度S が変化すると、
Φ12、Φ32は変化する。次に、患者に色素を注入する
と、その色素に対して吸光がある波長の光が関与するΦ
12は、酸素飽和度S の変化と共に色素の濃度も反映す
る。一方Φ32は色素に対して吸光がある波長の光は関与
していないので、色素濃度の影響は受けない。このた
め、色素注入後のΦ12、Φ32は図2のように互いに異な
る傾向の変化をする。
を受けた色素濃度を表わしており、Φ32は色素濃度の影
響を受けないで、酸素飽和度S の変化のみを表わしてい
る。そこで、時点 t=t1から t=tnの間の変化分である
ΔΦ32(tn)を求め、これに上記のαを掛けてα・ΔΦ32
(tn)を求める。すなわち、(10−2)式によりΔΦ32
(tn)を求める。そして、(10−2)式の、Φ12(tn)−
α・ΔΦ32(tn)を計算すると、酸素飽和度S のt =t1か
らt =tnの変化による影響分が消去されたΦ12(tn)、す
なわちΦ12(補正)の値を求めることができる。したが
って、酸素飽和度S が変化しても、その変化の影響を受
けないΦ12(補正)が得られる。
測定結果の他の例を示すものである。図2に示した例と
同様に、αを求めるためのα決定期間と、Φ12(補正)
を求める測定期間とがある。図2の例と異なるのは、患
者に酸素吸入を行わせたために、Φ12、Φ32が酸素飽和
度S の変化の影響を受けた点であり、また、Φ32(tn)が
Φ32(t1)よりも大である点である。このような場合に
も、図2の例と同様に、Φ12(補正)を求めることがで
きる。
らば、注入色素濃度を求めることができる理由を詳細に
説明する。
される。 Φ12=ΔA1/ΔA2 =ΔlnI1/ΔlnI2 ={(Eh1Hb +Ed1Cd)(Eh1Hb+Ed1Cd +F) }1/2 /{(Eh2Hb +Ed2Cd)(Eh2Hb+Ed2Cd +F) }1/2 (11)
から、Ed2 は0 であり、(11)式は次のように若干簡
単になる。 Φ12=ΔA1/ΔA2 =ΔlnI1/ΔlnI2 ={(Eh1Hb +Ed1Cd)(Eh1Hb+Ed1Cd +F) }1/2 /{(Eh2Hb )(Eh2Hb +F) }1/2 (12)
式からわかるように、酸素飽和度Sで決定される値であ
る。したがって、ヘモグロビン濃度Hbがわかっていれ
ば、CdはΦ12とS で決定される。すなわち、これらの関
係を関数f1として表せば次のようになる。 Cd=f1( Φ12、S) (12a)
共に注入色素に対して吸光は無いのでEd2,Ed3 はゼロで
あり、次式が成り立つ。 Φ32=ΔA3/ΔA2 =ΔlnI3/ΔlnI2 ={(Eh3Hb)(Eh3Hb+F) }1/2 /{(Eh2Hb )(Eh2Hb +F) }1/2 (13) この式中のEh2,Eh3 は、波長λ2 、λ3 それぞれについ
て、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンを合わせたヘ
モグロビン全体の吸光係数であり、そのときの血液の酸
素飽和度S で決定される。したがって、ヘモグロビン濃
度Hbがわかっていれば、S はΦ32を測定して求めること
できる。すなわち、これらの関係を関数f2として表せば
次のようになる。 S =f2( Φ32) (13a)
に、Φ32(tn) −Φ32(t1)であり、これにαをかけたも
のが、時点t=t1からt=tnの間の酸素飽和度S の変化分に
よりΦ12(tn)が受ける影響である。したがって、(10
−1)式のΦ12(補正)=Φ12(tn)−αΔΦ32を求めれ
ば、酸素飽和度S が変化してΦ12(tn)がその影響を受け
ても、酸素飽和度S をt=t1における値S1としたときのΦ
12(tn)に補正された値を求めることができる。
t1」における値Eh1(t1) 、Eh2(t1)で固定されており
(これにより酸素飽和度S は時点t=t1の酸素飽和度S1で
固定される)、色素濃度Cdは、「時点t=tn」における値
Cd(tn)である点である。すなわち時間は経過しても酸素
飽和度S の変化の影響を受けない点である。
るから、Φ12(補正)とCd(tn)は次の関係となる。 Cd(t) =f3( Φ12(補正)) (15)
るなら、(15)式の関係により、色素濃度Cd(t) を酸
素飽和度S の変化に影響されずに連続測定することがで
きる。なお、本出願人が、特開平8−10245号公
報、特開平8- 322822号公報、特開2000−0
83933号公報で開示しているように、血液以外の組
織が脈動することによる影響を考慮した組織項Exを
(7)式〜(15)式に考慮してもよい。
は、第1の血中吸光物質、第2の血中吸光物質および第
3の血中吸光物質を含む血液の少なくとも前記第1の血
中吸光物質の濃度を演算する血中吸光物質濃度測定装置
において、第1の波長の光と、第2の波長の光および第
3の波長の光を生体に照射する光源と、前記生体からの
各波長の光をそれぞれの強度に応じた信号に変換する受
光手段と、この受光手段の出力信号の脈動に基づき、前
記第1の波長の減光度の変化分と、前記第2の波長の減
光度の変化分の比である第1の比と、第3の波長の減光
度の変化分と第2の波長の減光度の変化分の比である第
2の比とを求める変化分検出手段と、前記第2の比の変
化分と前記第1の比に基づいて、前記第1の比を補正す
る補正手段と、この補正手段により補正された前記第1
の比に基づいて前記生体の血液中の前記第1の血中吸光
物質の濃度を演算する濃度演算手段と、を備えた構成と
した。
置において、前記補正手段は、前記第2の比の変化分と
前記第1の比に関する補正関数に基づいて前記第1の比
を補正することを特徴とする。
質、第2の血中吸光物質および第3の血中吸光物質を含
む血液の少なくとも前記第1の血中吸光物質の濃度を演
算する血中吸光物質濃度測定装置において、第1の波長
の光と、第2の波長の光および第3の波長の光を生体に
照射する光源と、前記生体からの各波長の光をそれぞれ
の強度に応じた信号を変換する受光手段と、この受光手
段の出力信号の脈動に基づき、前記第1の波長の減光度
の変化分と、前記第2の波長の減光度の変化分の比であ
る第1の比と、第3の波長の減光度の変化分と第2の波
長の減光度の変化分の比である第2の比とを求める変化
分検出手段と、補正関数を決定するか、前記第1の血中
吸光物質の濃度を測定するかのモードを指示するモード
切換手段と、前記モード切換手段が補正関数を決定する
モードを指示したときに動作し、前記生体が吸引する気
体の濃度が異なる場合のそれぞれの前記第1の比と前記
第2の比に基づいて、前記補正関数を求める補正関数決
定手段と、前記モード切換手段が前記第1の血中吸光物
質の濃度を測定するモードを指示したときに動作し、前
記補正関数決定手段により決定された補正関数を用いて
前記第1の比を補正する補正手段と、この補正手段によ
り補正された前記第1の比に基づいて前記生体の血液中
の前記第1の血中吸光物質の濃度を演算する濃度演算手
段と、を備えた構成とした。
求項3に記載の装置において、前記補正関数は、前記第
1の比から前記第2の比の変化分に所定の補正係数を掛
けたものを差し引いて前記第1の比を補正する関数であ
ることを特徴とする。
項4のうちいずれか1つに記載の装置において、前記第
1の波長の光は、前記第1の血中吸光物質、前記第2の
血中吸光物質および前記第3の血中吸光物質に吸光され
る光であり、前記第2および前記第3の波長の光は、前
記第1の血中吸光物質には吸光されず前記第2の血中吸
光物質および前記第3の血中吸光物質に吸光される光で
あること、を特徴とする。
項5のうちいずれか1つに記載の装置において、前記第
1の血中吸光物質は、体内に注入する色素であり、前記
第2の血中吸光物質は、酸化ヘモグロビンであり、前記
第3の血中吸光物質は、還元ヘモグロビンであり、前記
濃度演算手段における演算に用いる前記第2の比の変化
分は、前記色素を注入する前の前記第2の比を基準と
し、それに対する前記色素の注入後の前記第2の比の変
化分であることを特徴とする。
記載の血中吸光物質濃度測定装置において、前記色素は
インジゴカルミンであり、前記第1の波長は620nm
またはその近傍の波長であることを特徴とする。
記載の血中吸光物質濃度測定装置において、前記色素は
インドシアニングリーンであり、前記第1の波長は80
0nmまたはその近傍の波長であることを特徴とする。
吸光物質、第2の血中吸光物質および第3の血中吸光物
質を含む血液の少なくとも前記第1の血中吸光物質の濃
度を演算するための補正関数を決定する方法において、
第1の波長の光と、第2の波長の光および第3の波長の
光を生体に照射するステップと、前記生体からの各波長
の光をそれぞれの強度に応じた信号に変換するステップ
と、この変換された信号の脈動に基づき、前記第1の波
長の減光度の変化分と前記第2の波長の減光度の変化分
の比である第1の比と、第3の波長の減光度の変化分と
第2の波長の減光度の変化分の比である第2の比とを求
めるステップと、前記生体が吸引する気体の濃度が異な
る場合のそれぞれの前記第1の比と前記第2の比に基づ
いて、前記第1の血中吸光物質の濃度を求めるための補
正関数を決定するステップとを含む方法である。
方法において、前記補正関数は、前記第1の比から前記
第2の比の変化分に所定の補正係数を掛けたものを差し
引いて前記第1の比を補正する補正関数であることを特
徴とする。
請求項10に記載の方法において、前記第1の波長の光
は、前記第1の血中吸光物質、前記第2の血中吸光物質
および前記第3の血中吸光物質に吸光される光であり、
前記第2および前記第3の波長の光は、前記第1の血中
吸光物質には吸光されず前記第2の血中吸光物質および
前記第3の血中吸光物質に吸光される光であること、を
特徴とする。
求項11のうちいずれか1つに記載の補正関数決定方法
において、前記第1の血中吸光物質は、体内に注入する
色素であり、前記第2の血中吸光物質は、酸化ヘモグロ
ビンであり、前記第3の血中吸光物質は、還元ヘモグロ
ビンであり、前記第2の比の変化分は、前記色素を注入
する前の前記第2の比を基準とし、それに対する前記色
素の注入後の前記第2の比の変化分であることを特徴と
する。
載の方法において、前記色素はインジゴカルミンであ
り、前記第1の波長は620nmまたはその近傍の波長
であることを特徴とする。
載の方法において、前記色素は、インドシアニングリー
ンであり、前記第1の波長は800nmまたはその近傍
の波長であることを特徴とする。
示す。本装置は、被験者にインジゴカルミンを注入しそ
の血液中の濃度を連続測定する装置である。この装置に
おいて、3波長光源1は、異なる3波長λ1 =620nm 、
λ2 =870nm 、λ3 =730nm の光を発生し、生体組織2
に照射する光源であり、それぞれの光を発生するLED 、
およびそれらを駆動する駆動回路により構成されてい
る。
インジゴカルミンの吸光係数が際立って大きい波長であ
り、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンのいずれにも
吸光する波長である。また、波長λ2 =870nm 、λ3 =
730nm はいずれも、インジゴカルミンの吸光はないが、
酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンのいずれにも吸光
する波長である。
け、その光の強度に応じた電気信号に変換するもので、
フォトダイオードを備えている。受光部3の出力信号
は、増幅器4で増幅され、A/D変換器5でデジタル信
号に変換されてデジタルコンピュータ6に至るようにさ
れている。
の授受を行うI/Oポート7と、与えられたデータを演
算処理し、また各部の制御を行うCPU8と、このCP
U8が行う処理に必要なプログラムやデータが格納され
たROM9と、CPU8が行う処理の過程で用いられる
RAM10から成る。
6に各種の指示やデータを入力するものであり、表示部
12はデジタルコンピュータ6の処理結果を表示するも
のである。
6〜図8を参照して説明する。図6はこの動作の全体を
示したものである。本装置が動作開始となるとCPU8
は、補正関数決定モードか、色素濃度測定モードかを判
断する(ステップ101)。この判断は、キー入力部1
1から指示されるモードにより決定される。ここで、C
PU8は補正関数決定モードであると判断すれば補正関
数決定の処理を行い(ステップ102)、色素濃度測定
モードであると判断すれば色素濃度測定の処理を行い
(ステップ103)、動作を終了する。
説明する。最初に、補正関数決定処理について説明す
る。図7に示すように、まずCPU8は、データ取り込
み処理を行う(ステップ201)。この処理は、キー入
力部11から取り込み処理終了の指示があれば終了す
る。ここで、データは、3波長光源1から発生し、被験
者の生体組織2を透過した光の強度I1,I2,I3であって、
受光部3の出力信号から得られるデータである。
開始の指示を装置に与えてから、データ取り込み終了の
指示を与えるまでの間に、被験者に吸入させる酸素濃度
を変化させる。例えば酸素濃度を当初100%とし、次
に10%とする。この酸素濃度を変化させる際、変化の
前後それぞれにおいて、生体組織中の血液がそれぞれの
酸素濃度に対応する酸素飽和度に安定するまでの時間を
とることは必要である。
正係数αを求める(ステップ202)。すなわち、CP
U8は3波長の透過光の強度I1、I2、I3から、上記の
(7)式、(8)式に基づいて、酸素濃度が100%の
ときの色素注入前のΦ12とΦ32、すなわちΦ12(100%:色
素注入前) とΦ32(100%:色素注入前) と、酸素濃度が1
0%のときの色素注入前のΦ12とΦ32、すなわちΦ12(1
0%: 色素注入前) とΦ32(10%: 色素注入前) を求める。
そして、これらを上記の(9)式に代入して、αを計算
する。
度が100%のときの値か10%のときの値かは、測定
したΦ12、Φ32をそれぞれに設定した基準値と比較して
判断するようにしても良いし、操作者が被験者に吸入さ
せる酸素をそれぞれの濃度としているとき、またはその
濃度を変えたときにキー入力部11からその旨を指示
し、CPU8がその指示された時点を参照して判断する
ようにしても良い。さらに、吸入酸素濃度が100%の
ときのΦ12、Φ32の値、10%のときのΦ12、Φ32の値
は、それぞれある1つの時点の値でも良いし、それぞれ
の吸入酸素濃度のときの値の平均値をとっても良い。
すなわち, Φ12(補正)=Φ12−α・ΔΦ32 を決定し、この補正関数をRAM10に記憶すると共に
表示部12に表示する(ステップ203)。
ついて説明する。この処理において、補正関数は上記の
補正関数決定処理により、すでにRAM10に記憶され
ているものとする。
させることなく通常の酸素呼吸を行わせる。そして操作
者は、本装置を動作開始させ、ある時間経過した後、被
験者にインジゴカルミンを注入する。動作開始となる
と、図8に示すようにCPU8はデータI1,I2,I3の取り
込みを開始し(ステップ301)、次にデータI1,I2,I3
に基づいて、1回分の脈動のデータが得られる毎に、Φ
12=ΔlnI1/ΔlnI2、Φ32=ΔlnI3/ΔlnI2を求め、記
憶する(ステップ302)。次に、ステップ302で求
めたΦ32が測定開始してから最初のΦ32かを判断し(ス
テップ303)、最初であれば、その最初の脈動の終了
時点t=t1のΦ32であるΦ32(t1)と、式(13a)の関係
により、酸素飽和度S1を求め(ステップ304)、ステ
ップ302へ戻る。
テップ302で求めたΦ32が最初のデータでないと判断
すると、補正関数を用いた演算を行う(ステップ30
5)。すなわち、最新のΦ32と最初のΦ32との差ΔΦ32
をとり、これとステップ302で求めた最新のΦ12とを
補正関数に代入した演算を行い、Φ12(補正)を求め
る。
306)。すなわち、ステップ304で求めたS1と、ス
テップ305で求めたΦ12(補正)と、(15a)式を
用いて色素濃度Cd(tn)を求め、その結果を表示部12に
表示させる。次に、キー入力部11から測定終了の指示
があったかをチェックし(ステップ307)、測定終了
の指示がなければステップ302に戻り、以下の処理を
続け、測定終了の指示があれば本測定は終了する。この
測定によって、図9に示すような色素濃度図が得られ
る。なお、以上の説明は、本装置を色素濃度測定中に患
者に酸素吸入を行わせない場合に用いた例であり、例え
ば図2に示したように患者自身の容態変化により酸素飽
和度が不安定になってもその酸素飽和度の変化による影
響を受けないΦ12(補正)を求め、これにより色素濃度
を測定することができる。これに対し、色素濃度測定中
に患者に酸素吸入を行わせた場合であっても、本装置に
よれば、図3に示したように酸素飽和度の変化による影
響を受けないΦ12(補正)を求め、これにより色素濃度
を測定することができる。
毎にΦ12、Φ32を求め、ほぼリアルタイムで色素濃度Cd
を測定することができる。これに対し、まず、必要なデ
ータI1,I2,I3をすべて測定し、その後、それらのデータ
に基づいてΦ12−α・ΔΦ32およびCdを演算し、全体の
色素濃度図を求めるようにしても良い。なお、上記の例
では生体の透過光を測定する構成としたが、反射光を測
定する構成でも良い。
程や、色素濃度Cdを求めるまでの処理の過程では、式を
用いて計算によっても良いし、予め作成し記憶した表を
使っても良い。
測定する場合、補正関数は、色素濃度を測定する前に必
ず決定しそれを用いるようにしても良いし、一度補正関
数を決定したなら、以後それを用いるようにしても良
い。さらに前者の場合には、学習機能を備えさせ、頻度
の高い補正係数の補正関数を用いるようにしても良い
し、平均値をとってこれを用いるようにしても良い。あ
るいは、臨床的データから統計的に決定された補正係数
を用いた補正関数を装置に予め記憶させておいても良
い。
は被験者に吸入させる酸素の濃度を100%と10%と
したが、これは他の異なる2つの濃度でも良い。
を求めたが、所定の時間経過毎に求めても良い。
と、その補正関数を用いて色素濃度を測定する手段の両
方を備えた構成であるが、いずれか一方だけの手段を持
つ装置としても良い。この場合、いずれの装置の構成
も、図4に示したように、3波長光源1と、受光部2
と、増幅器3と、A/D変換器4と、デジタルコンピュ
ータ6と、キー入力部11と、表示部12とを備える
が、補正関数決定専用装置では、CPU8は図6のフロ
ーチャートの処理を行い、色素濃度専用測定装置では、
CPU8は図7のフローチャートの処理を行うように構
成されている。なお、色素濃度専用測定装置では補正関
数はキー入力部11によって設定できるようになってい
る。また、上記の両手段を備えた装置であっても、補正
関数はキー入力部11によっても設定できるようにして
も良い。
あるが、色素をインドシアニングリーンとした場合も同
様にして求めることができる。この場合は、波長λ1 =
620nm の代わりに、インドシアニングリーンに対し吸光
が大きい波長λ4 =800nm (図5参照)を用いると同様
にして、色素濃度が得られる。
める例であるが、被験者の体内で作られる血中吸光物質
であっても、同様にして、その濃度を酸素飽和度の影響
を受けないようにして測定できる。例えば一酸化炭素ヘ
モグロビンは、その吸光係数特性は図10に示すように
なっている。そこで、図10に示すように、3波長λ1
、λ2 、λ3 を選択すれば、Φ12、Φ32を測定し、Δ
Φ32を求め、予め決定した補正係数αと、(10−1)
式を用いて、すなわち、 Φ12(補正)=Φ12(tn)−α・ΔΦ32 により、Φ12(補正)を求めるならば、酸素飽和度の変
化に影響されずに、一酸化炭素ヘモグロビン濃度を求め
ることができる。
場合、被験者は救急で病院に運ばれた一酸化炭素中毒の
患者であることが多い。このような患者は、通常、病院
に着いたとき各種ヘモグロビン(酸化ヘモグロビン、還
元ヘモグロビン、一酸化炭素ヘモグロビン)濃度を測定
するために採血される。ΔΦ32を求めるための基準のΦ
32は、ほぼこの採血時のΦ32とするのが好ましい。な
お、補正関数の係数αは、例えば、採血によって各種ヘ
モグロビン濃度を実際に測定することにより決定しても
良いし、一酸化炭素ヘモグロビンが含まれていないとき
の被験者の測定データによっても良い。
もその影響を受けず、精度良く血中吸光物質の濃度を測
定することができる。
との関係を示す図。
化の一例を示す図。
化の他の例を示す図。
全体構成を示す図。
数との関係を示す図。
ローチャートを示す図。
ローチャートを示す図。
ローチャートを示す図。
用いる光の波長を示す図。
Claims (14)
- 【請求項1】 第1の血中吸光物質、第2の血中吸光物
質および第3の血中吸光物質を含む血液の少なくとも前
記第1の血中吸光物質の濃度を演算する血中吸光物質濃
度測定装置において、 第1の波長の光と、第2の波長の光および第3の波長の
光を生体に照射する光源と、 前記生体からの各波長の光をそれぞれの強度に応じた信
号に変換する受光手段と、 この受光手段の出力信号の脈動に基づき、前記第1の波
長の減光度の変化分と、前記第2の波長の減光度の変化
分の比である第1の比と、第3の波長の減光度の変化分
と第2の波長の減光度の変化分の比である第2の比とを
求める変化分検出手段と、 前記第2の比の変化分と前記第1の比に基づいて、前記
第1の比を補正する補正手段と、 この補正手段により補正された前記第1の比に基づいて
前記生体の血液中の前記第1の血中吸光物質の濃度を演
算する濃度演算手段と、 を備えた血中吸光物質濃度測定装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の血中吸光物質濃度測定装
置において、 前記補正手段は、前記第2の比の変化分と前記第1の比
に関する補正関数に基づいて前記第1の比を補正するこ
とを特徴とする血中吸光物質濃度測定装置。 - 【請求項3】 第1の血中吸光物質、第2の血中吸光物
質および第3の血中吸光物質を含む血液の少なくとも前
記第1の血中吸光物質の濃度を演算する血中吸光物質濃
度測定装置において、 第1の波長の光と、第2の波長の光および第3の波長の
光を生体に照射する光源と、 前記生体からの各波長の光をそれぞれの強度に応じた信
号を変換する受光手段と、 この受光手段の出力信号の脈動に基づき、前記第1の波
長の減光度の変化分と、前記第2の波長の減光度の変化
分の比である第1の比と、第3の波長の減光度の変化分
と第2の波長の減光度の変化分の比である第2の比とを
求める変化分検出手段と、 補正関数を決定するか、前記第1の血中吸光物質の濃度
を測定するかのモードを指示するモード切換手段と、 前記モード切換手段が補正関数を決定するモードを指示
したときに動作し、前記生体が吸引する気体の濃度が異
なる場合のそれぞれの前記第1の比と前記第2の比に基
づいて、前記補正関数を求める補正関数決定手段と、 前記モード切換手段が前記第1の血中吸光物質の濃度を
測定するモードを指示したときに動作し、前記補正関数
決定手段により決定された補正関数を用いて前記第1の
比を補正する補正手段と、 この補正手段により補正された前記第1の比に基づいて
前記生体の血液中の前記第1の血中吸光物質の濃度を演
算する濃度演算手段と、 を備えた血中吸光物質濃度測定装置。 - 【請求項4】 請求項2または請求項3に記載の血中吸
光物質濃度測定装置において、前記補正関数は、前記第
1の比から前記第2の比の変化分に所定の補正係数を掛
けたものを差し引いて前記第1の比を補正する関数であ
ることを特徴とする血中吸光物質濃度測定装置。 - 【請求項5】 請求項1乃至請求項4のうちいずれか1
つに記載の血中吸光物質濃度測定装置において、 前記第1の波長の光は、前記第1の血中吸光物質、前記
第2の血中吸光物質および前記第3の血中吸光物質に吸
光される光であり、 前記第2および前記第3の波長の光は、前記第1の血中
吸光物質には吸光されず前記第2の血中吸光物質および
前記第3の血中吸光物質に吸光される光であること、 を特徴とする血中吸光物質濃度測定装置。 - 【請求項6】 請求項1乃至請求項5のうちいずれか1
つに記載の血中吸光物質濃度測定装置において、 前記第1の血中吸光物質は、体内に注入する色素であ
り、 前記第2の血中吸光物質は、酸化ヘモグロビンであり、 前記第3の血中吸光物質は、還元ヘモグロビンであり、 前記濃度演算手段における演算に用いる前記第2の比の
変化分は、前記色素を注入する前の前記第2の比を基準
とし、それに対する前記色素の注入後の前記第2の比の
変化分であることを特徴とする血中吸光物質濃度測定装
置。 - 【請求項7】 請求項6に記載の血中吸光物質濃度測定
装置において、 前記色素はインジゴカルミンであり、 前記第1の波長は620nmまたはその近傍の波長であ
ることを特徴とする血中吸光物質濃度測定装置。 - 【請求項8】 請求項6に記載の血中吸光物質濃度測定
装置において、 前記色素はインドシアニングリーンであり、 前記第1の波長は800nmまたはその近傍の波長であ
ることを特徴とする血中吸光物質濃度測定装置。 - 【請求項9】 第1の血中吸光物質、第2の血中吸光物
質および第3の血中吸光物質を含む血液の少なくとも前
記第1の血中吸光物質の濃度を演算するための補正関数
を決定する方法において、 第1の波長の光と、第2の波長の光および第3の波長の
光を生体に照射するステップと、 前記生体からの各波長の光をそれぞれの強度に応じた信
号に変換するステップと、 この変換された信号の脈動に基づき、前記第1の波長の
減光度の変化分と前記第2の波長の減光度の変化分の比
である第1の比と、第3の波長の減光度の変化分と第2
の波長の減光度の変化分の比である第2の比とを求める
ステップと、 前記生体が吸引する気体の濃度が異なる場合のそれぞれ
の前記第1の比と前記第2の比に基づいて、前記第1の
血中吸光物質の濃度を求めるための補正関数を決定する
ステップとを含む血中吸光物質の濃度を求めるための補
正関数決定方法。 - 【請求項10】 請求項9記載の補正関数決定方法にお
いて、前記補正関数は、前記第1の比から前記第2の比
の変化分に所定の補正係数を掛けたものを差し引いて前
記第1の比を補正する補正関数であることを特徴とする
補正関数決定方法。 - 【請求項11】 請求項9または請求項10に記載の補
正関数決定方法において、 前記第1の波長の光は、前記第1の血中吸光物質、前記
第2の血中吸光物質および前記第3の血中吸光物質に吸
光される光であり、 前記第2および前記第3の波長の光は、前記第1の血中
吸光物質には吸光されず前記第2の血中吸光物質および
前記第3の血中吸光物質に吸光される光であること、 を特徴とする補正関数決定方法。 - 【請求項12】 請求項9乃至請求項11のうちいずれ
か1つに記載の補正関数決定方法において、 前記第1の血中吸光物質は、体内に注入する色素であ
り、 前記第2の血中吸光物質は、酸化ヘモグロビンであり、 前記第3の血中吸光物質は、還元ヘモグロビンであり、 前記第2の比の変化分は、前記色素を注入する前の前記
第2の比を基準とし、それに対する前記色素の注入後の
前記第2の比の変化分であることを特徴とする補正関数
決定方法。 - 【請求項13】 請求項12に記載の補正関数決定方法
において、 前記色素はインジゴカルミンであり、 前記第1の波長は620nmまたはその近傍の波長であ
ることを特徴とする補正関数決定方法。 - 【請求項14】 請求項12に記載の補正関数決定方法
において、 前記色素は、インドシアニングリーンであり、 前記第1の波長は800nmまたはその近傍の波長であ
ることを特徴とする補正関数決定方法。
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