JP2004230000A

JP2004230000A - 血中吸光物質濃度測定装置

Info

Publication number: JP2004230000A
Application number: JP2003023990A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Takamura; 義明高村; Naoki Kobayashi; 小林　　直樹; Boku Takeda; 朴武田; Takashi Usuda; 孝史臼田
Original assignee: Nippon Koden Corp
Current assignee: Nippon Koden Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: DE102004005086B4; DE102004005086A1; JP4284674B2; US20040176670A1; US7257433B2

Abstract

【課題】パルスフォトメトリーによる測定において、精度良く血中吸光物質の濃度を測定する。
【解決手段】発光素子から発し、生体組織を透過した２波長の光は電気信号に変換され、処理されて各波長の透過光強度としてＣＰＵに至るようにされている。最初に、生体組織の代わりに減光度が既知のファントムを用いて各波長の入射光強度Ｉｉ１，Ｉｉ２を測定し、次に生体組織の透過光を測定する。ＣＰＵは、その透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２から、血液の脈動による各波長の減光度変化分ΔＡ１、ΔＡ２の相互の比Φ１２を求める。さらにＣＰＵは、生体の透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２と先に測定した入射光強度Ｉｉ１，Ｉｉ２に基づき直流減光度Ａｄｃ１、Ａｄｃ２を求める。そしてＣＰＵはこのＡｄｃ１、Ａｄｃ２と先に求めたΦ１２からヘモグロビン濃度を測定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルスオキシメータやパルス式色素希釈曲線測定装置のように、パルスフォトメトリーを原理とする血中吸光物質濃度測定装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルスフォトメトリーは、パルスオキシメータだけに留まらず、現在はパルス式色素希釈法としてインドシアニングリーン（ｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅｇｒｅｅｎ：ＩＣＧ）という色素を血中に投与して、その血中濃度を測定することにより、心拍出量、循環血液量、ＩＣＧの血漿消失率、クリアランスの測定を行なう装置も実用化されている（例えば、非特許文献１〜３参照）。また、一酸化炭素ヘモグロビンやメトヘモグロビンなどの異常ヘモグロビンの濃度測定や、ヘモグロビン濃度測定、血糖値測定などにも応用されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
例えば、２波長の光を用いて、ある物質の血液中の濃度を測定する場合、従来は血液の拍動により発生する２波長間の減光度変化分の比Φ１２を求めて、Φ１２と物質濃度の間に、ある一定の関係が有ることに基づいて、物質濃度を計算して求めていた（例えば、特許文献３参照）。すなわち、
Ｃ＝Ｆ（Φ１２）
Ｃ：物質の血中濃度
Ｆ：一定の関係を示す関数
で表される。一般に、ｎ種の波長の光を用いた場合、各波長相互の減光度変化分の比Φは最大でｎ−１個用いる。たとえば、３波長であれば、第１波長と第２波長間の減光度変化分の比Φ１２と、第１波長と第３波長間の減光度変化分の比Φ１３を用いて、
Ｃ＝Ｆ（Φ１２， Φ１３）
となる。
物質の血中濃度Ｃは、パルスオキシメータの場合、動脈血酸素飽和度ＳｐＯ２（ヘモグロビン濃度に対する酸化ヘモグロビン濃度の比Ｏ２Ｈｂ／Ｈｂ）であり、パルス式色素希釈曲線測定の場合、色素濃度Ｃｄとヘモグロビン濃度Ｈｂの比Ｃｄ／Ｈｂである。
【０００４】
しかし、このような測定方法によれば、減光度変化分比と物質濃度の間にはおおよそ一定の関係はあるものの、この関係には個体差があり、また同一個体であっても測定時点や測定部位によって変化し、測定誤差の原因になっている。例えば、パルスオキシメータでは、プローブを取付ける指を変えたり、手を上げ下げすることで、実際の動脈血酸素飽和度ＳｐＯ２は一定であっても、計算値が１％程度は変化する。この測定誤差の主な原因は、次のようなことが考えられる。
（１）血液が光散乱性物質であるために、散乱により発生する減光度は、血液の厚みに依存して変化する。
（２）血液を通る光と血液を通らない光が存在する。
【０００５】
【特許文献１】
特公平３−７７１３５号公報
【特許文献２】
特開平２００２−２２８５７９号公報
【特許文献３】
特公昭５３−２６４３７号公報
【特許文献４】
特許２６０８８２８号公報
【非特許文献１】
ＴａｋｅｈｉｋｏＩｉｊｉｍａ，ｅｔａｌ．Ｃａｒｄｉａｃｏｕｔｐｕｔａｎｄｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇｂｌｏｏｄｖｏｌｕｍｅａｎａｌｙｓｉｓｂｙｐｕｌｓｅｄｙｅ−ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙ．ＪＣｌｉｎＭｏｎｉｔ１９９７；１３：８１−８９
【非特許文献２】
ＴａｋａｓｕｋｅＩｍａｉ，ｅｔａｌ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｃａｒｄｉｃｏｕｔｐｕｔｂｙｐｕｌｓｅｄｙｅ−ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙｕｓｉｎｇｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅｇｒｅｅｎ．Ａｎｅｓｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ１９９７；８７：８１６−８２２
【非特許文献３】
ＴａｋａｓｕｋｅＩｍａｉ，ｅｔａｌ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｂｌｏｏｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｉｎｄｏｃｙａｎｉｎｅｇｒｅｅｎｂｙｐｕｌｓｅｄｙｅ−ｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｙ−Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃｍｅｔｈｏｄ．ＪＣｌｉｎＭｏｎｉｔ１９９８；１４：４７７−４８４
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のようにパルスフォトメトリーを用いて血中吸光物質濃度Ｃを求める場合、従来は、減光度変化分比Φのみを変数とする関数を用いていた。このため、散乱により発生する減光度が、血液の厚み（ここでは変化分でなく全体の厚み）に依存して変化することは考慮されず、また、血液を通る光と、血液を通らない光（血液以外の生体組織のみを通る光）が存在するので、血液を通らない光は考慮されず、このため誤差が生じていた。
本発明は、このような従来の欠点に鑑みなされたものであり、その目的は、パルスフォトメトリーによる測定において、精度良く血中吸光物質の濃度を測定することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、血中吸光物質の濃度Ｃを、関数Ｆを用いて計算する場合、血液全体の厚みおよび血液以外の生体組織の厚みに関する、減光度の直流成分すなわち直流減光度Ａｄｃを考慮し、関数Ｆの変数を、ΦおよびＡｄｃとした。したがって、濃度Ｃは次の関数Ｆにより表されるとした。
Ｃ＝Ｆ（Φ，Ａｄｃ）
ここで、ｎ波長の光で測定する場合は、Φは最大ｎ−１個、Ａｄｃは最大ｎ個が用いられる。例えば、３波長で測定する場合、関数Ｆは、各波長の直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２，Ａｄｃ３を用いて次のようになる。
Ｃ＝Ｆ（Φ１２，Φ１３，Ａｄｃ１，Ａｄｃ２，Ａｄｃ３）
直流減光度Ａｄｃは、入射光強度Ｉｉと透過光強度Ｉｔとを用いて次のように表される。
Ａｄｃ＝ｌｏｇ（Ｉｉ／Ｉｔ）＝ｌｏｇＩｉ −ｌｏｇＩｔ
ここで、Ｉｔは生体を透過した光の透過光強度であって連続的に測定できるが、入射光強度Ｉｉは予め測定して知っておく必要がある。Ｉｉを知る方法としては、本出願人の特許の特許文献４に記載した方法がある。これによれば、既知の光吸収特性を持つファントム（生体を模擬した試料）を挟み、これの透過光強度を測定することにより入射光強度を求めることができる。
【０００８】
６６０ｎｍ，８０５ｎｍ，９４０ｎｍなどの波長は、ヘモグロビンに光吸収があるが、水による光吸収は殆どないので、これらの波長の光を生体組織に照射したときの直流的な減光度は、測定部位の血液量と主に関係がある。また、ヘモグロビンの光吸収が少なく水の光吸収が大きい１３００ｎｍでは、直流減光度は主に生体組織の厚み（水分量）と主に関係がある。したがって、これらの波長における直流減光度を測定し、これらを計算式に変数として組み込むことにより、上記誤差要因（１）および（２）による誤差を補正し、血中吸光物質の濃度の測定精度を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明では、直流減光度と直流透過光強度（透過光強度の直流分）は一定の関係があることから、血中吸光物質の濃度Ｃを、直流透過光強度ＤＣを考慮し、変数を、ΦおよびＤＣとした関数Ｆ１により次の式で表されるとした。
Ｃ＝Ｆ１（ Φ，ＤＣ）
ここで、ｎ波長の光で測定する場合は、Φは最大ｎ−１個、ＤＣは最大ｎ個が用いられる。例えば、３波長で測定する場合、関数Ｆは、各波長の直流透過光強度ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３を用いて次のようになる。
Ｃ＝Ｆ１（ Φ１２，Φ１３，ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３）
このように、減光度変化分比Φと直流透過光強度ＤＣを変数とする関数を用いても、同様に、血中吸光物質の濃度の測定精度を向上させることができる。
【００１０】
そこで、請求項１に係る発明は、複数種の波長の光を発する光源を持ち、これらの光を生体組織に照射する光照射手段と、この光照射手段から発せられた各波長の光の生体組織への入射光強度を測定する入射光強度測定手段と、前記生体組織を透過した各波長の光を受光し、それぞれの透過光強度を測定する透過光強度測定手段と、この透過光強度測定手段が測定した透過光強度に基づいて、血液の厚み変化により発生する各波長の減光度変化分の相互の比を演算する第１の演算手段と、この第１の演算手段が求めた比と、前記入射光強度測定手段が測定した入射光強度と、前記透過光強度測定手段が測定した透過光強度とに基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求める第２の演算手段とを具備する。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の血中吸光物質濃度測定装置において、前記第２の演算手段は、各波長について、前記入射光強度測定手段が測定した入射光強度と、前記透過光強度測定手段が測定した透過光強度とに基づいて前記生体組織の直流減光度を演算して求め、この直流減光度と前記第１の演算手段が求めた比とに基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求めることを特徴ととする。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の血中吸光物質濃度測定装置において、前記第２の演算手段は、各波長の直流減光度の相互の比を求め、この比と前記第１の演算手段が求めた比とに基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求めることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、請求項１に記載の血中吸光物質濃度測定装置において、前記第２の演算手段は、各波長について、前記入射光強度測定手段が測定した入射光強度と、前記透過光強度測定手段が測定した透過光強度とに基づいて前記生体組織の直流透過光強度を演算して求め、この直流透過光強度と前記第１の演算手段が求めた比とに基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求めることを特徴ととする。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の血中吸光物質濃度測定装置において、前記第２の演算手段は、各波長の直流透過光強度の相互の比を求め、この比と前記第１の演算手段が求めた比とに基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求めることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の血中吸光物質濃度測定装置において、前記光照射手段は、前記光源が発光素子から成り、この発光素子に供給する電流または印加する電圧を制御する制御部を備え、前記第２の演算手段は前記制御部により制御された電流または電圧に応じて、測定した入射光強度を補正し、この補正した入射光強度を用いて演算することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか１に記載の血中吸光物質濃度測定装置において、前記入射光強度測定手段は、前記光照射手段と前記透過光強度測定手段との間の所定位置に、減光度が既知のファントムが配置された場合に、前記透過光強度測定手段により測定される各波長の透過光強度に基づいて入射光強度を演算して求めることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８に係る発明は、請求項７に記載の血中吸光物質濃度測定装置において、前記入射光強度測定手段は、前記ファントムが前記所定位置に配置されたか否かを検出するセンサを有し、前記ファントムが前記所定位置に配置されたことを前記センサにより検出されると、入射光強度を演算して求めることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９に係る発明は、ｎ種の波長の光を発する光源を持ち、これらの光を生体組織に照射する光照射手段と、この光照射手段から発せられたｎ種の波長の光の生体組織への入射光強度を測定する入射光強度測定手段と、前記生体組織を透過したｎ種の波長の光を受光し、それぞれの透過光強度を測定する透過光強度測定手段と、この透過光強度測定手段が測定した透過光強度に基づいて、血液の厚み変化により発生する各波長の減光度変化分の相互の比のうち最大でｎ−１個の比を演算する第１の演算手段と、この第１の演算手段が求めた最大でｎ−１個の比と、前記入射光強度測定手段が求めた入射光強度と、前記透過光強度測定手段が求めた透過光強度とに基づいて、各波長に対応する最大でｎ個の直流減光度を演算して求め、これらの演算結果に基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求める第２の演算手段とを具備する。
【００１９】
また、請求項１０に係る発明は、ｎ種の波長の光を発する光源を持ち、これらの光を生体組織に照射する光照射手段と、この光照射手段から発せられたｎ種の波長の光の生体組織への入射光強度を測定する入射光強度測定手段と、前記生体組織を透過したｎ種の波長の光を受光し、それぞれの透過光強度を測定する透過光強度測定手段と、この透過光強度測定手段が測定した透過光強度に基づいて、血液の厚み変化により発生する各波長の減光度変化分の相互の比のうち最大でｎ−１個の比を演算する第１の演算手段と、この第１の演算手段が求めた最大でｎ−１個の比と、前記入射光強度測定手段が求めた入射光強度と、前記透過光強度測定手段が求めた透過光強度とに基づいて、各波長に対応する最大でｎ個の直流透過光強度を演算して求め、これらの演算結果に基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求める第２の演算手段とを具備する。
【００２０】
また、請求項１１に係る発明は、請求項１乃至１１のいずれか１に記載の血中吸光物質濃度測定装置において、前記光源は、血液に光吸収がある波長の光および／または血液以外の生体組織に光吸収がある波長の光を発することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態：ヘモグロビン濃度測定装置］
次に、本発明の第１の実施の形態を説明する。この第１の実施の形態は、ヘモグロビン濃度測定装置である。
【００２２】
図２は、本実施の形態の装置の全体構成を示すブロック図である。発光部１は相異なる２つの波長の光を発生するＬＥＤ２，３とこれらを駆動する駆動回路４とから成る。ＬＥＤ２から発生する光の波長を第１の波長とし、ＬＥＤ３から発生する光の波長を第２の波長とする。本装置において、第１の波長は１３００ｎｍ、第２の波長は８０５ｎｍである。
【００２３】
受光部５は、ＬＥＤ２およびＬＥＤ３に対向して配置されたフォトダイオード６とこのフォトダイオード６の出力電流を電圧信号に変換する電流−電圧変換器７とアンプ８から成る。
【００２４】
マルチプレクサ９は、アンプ８から与えられる信号をフィルタ１０とフィルタ１１に振り分ける回路である。フィルタ１０とフィルタ１１は、各波長の透過光強度に対応する信号のノイズを除去する回路であり、これらの出力信号は、マルチプレクサ１２でそれぞれの出力のタイミングを制御されＡ／Ｄコンバータ１３に至るようにされている。Ａ／Ｄコンバータ１３はマルチプレクサ１２から与えられる信号をデジタル信号に変換する回路である。
【００２５】
ＣＰＵ１４は駆動回路４、マルチプレクサ９およびマルチプレクサ１２を制御すると共に、Ａ／Ｄコンバータ１３から与えられる信号に基づいて演算を行なう回路である。
【００２６】
メモリ１５は、ＣＰＵ１４が行なう処理のためのプログラムを格納されており、またＣＰＵ１４から与えられるデータを格納するものである。
【００２７】
表示部１６はＣＰＵ１４から与えられるデータを表示するものであり、入力部１７は複数のスイッチ（後述する校正スイッチおよび測定スイッチを含む）、複数のキーを備え、操作者の操作に応じた信号をＣＰＵ１４に出力するものである。
【００２８】
生体に装着される本装置のプローブは、ＬＥＤ２，３とフォトダイオード６を備え、これらのＬＥＤ２，３とフォトダイオード６の間で生体（例えば指先、耳朶など）３０を挟持するようになっている。
次に、本装置の動作を図１を参照して説明する。
【００２９】
＜ステップ１Ａ：プローブの入射光強度の測定（校正）＞
このステップ１Ａでは、生体への入射光強度を測定する。すなわち、プローブのＬＥＤ２，３から生体に照射される光の強度を求める。本例では、既知の光吸収特性を持つファントム３０Ａを用いてこの入射光強度を求める。ファントム３０Ａとしては、例えば、乳白色のアクリル板が好適である。
【００３０】
操作者は、まず、ファントム３０ＡをプローブのＬＥＤ２，３とフォトダイオード６の間の所定位置に配置し、本装置の入力部１７の校正スイッチを操作して入射光強度の測定開始をＣＰＵ１４に指示する。これによりＬＥＤ２，３はそれぞれの波長の光を発生し、それらの光は上記のファントム３０Ａを透過してフォトダイオード６に至り、電気信号にされる。この信号は、以後、電流−電圧変換器７、アンプ８、マルチプレクサ９、フィルタ１０、１１、マルチプレクサ１２およびＡ／Ｄコンバータ１３により処理されて、ＣＰＵ１４に至り、ここで各波長の透過光強度Ｉｔｃａｌ１、Ｉｔｃａｌ２としてメモリ１５に格納される。そしてＣＰＵ１４は、測定されたＩｔｃａｌ１、Ｉｔｃａｌ２を次式に代入して計算し、ファントム３０Ａに対する入射光強度Ｉｉｃａｌ１、Ｉｉｃａｌ２を求める。
Ｉｉｃａｌ１＝Ｉｔｃａｌ１×ｅｘｐ（Ａｆ１）（１）
Ｉｉｃａｌ２＝Ｉｔｃａｌ２×ｅｘｐ（Ａｆ２）（２）
【００３１】
式中、Ａｆ１、Ａｆ２はファントム３０Ａの各波長における既知の減光度であり、予めメモリ１５に格納されている。また、上記の計算結果もメモリ１５に格納される。計算結果のＩｉｃａｌ１、Ｉｉｃａｌ２は、メモリ１５内の所定のエリアに書き込まれ、前回測定された値Ｉｉｃａｌ１、Ｉｉｃａｌ２があればこれらを書き替えるようにされている。そして、後述のステップ３Ａにおける計算では、最新のＩｉｃａｌ１、Ｉｉｃａｌ２が用いられるようになっている。したがってこのステップ１は、入射光強度Ｉｉｃａｌを校正するステップである。
【００３２】
なお、入射光強度Ｉｉｃａｌの計算は、操作者がファントム３０Ａにプローブを取り付け、校正スイッチを押すことによって行なうようにしたが、プローブに光または機械的センサを設け、プローブをファントム３０Ａに取り付けると、そのセンサが感知し、これによってＣＰＵ１４は上記のような処理を開始して入射光強度Ｉｉｃａｌの計算を行なうようにしても良い。
【００３３】
また、ファントム３０Ａ自体が、プローブを収納しておくホルダーにされていて、このホルダーに上記のようなセンサを設け、プローブがそのホルダーに収納されると（もちろんファントム３０Ａの一部はＬＥＤ２，３とフォトダイオード６の間に挟持されるようになっている）、センサがその収納を感知し、これによってＣＰＵ１４は入射光強度Ｉｉｃａｌの計算を行なうようにしても良い。
【００３４】
ＬＥＤなどの発光素子は長期間使用すると発光強度が低下するし、プローブ表面の汚れなどによっても発光強度は変化するので、出荷時に決めたプローブの発光強度を継続して使うのは困難であり、測定の直前に入射光強度Ｉｉｃａｌを校正するのが良い。
【００３５】
＜ステップ２Ａ：脈波の測定と減光度変化分比Φの計算＞
次にステップ２Ａでは、プローブを生体３０に取り付け、血液の脈動による各波長の減光度変化分を測定し、それら相互の比Φを求める。
【００３６】
このステップは、操作者が入力部１７の測定スイッチを操作することにより開始する。このときＣＰＵ１４は、Ａ／Ｄコンバータ１３から与えられる透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２を示す信号に基づいて、各波長の減光度Ａ１，Ａ２の変化分ΔＡ１，ΔＡ２の比Φ１２を求める。すなわち、次式を計算し、その結果をメモリ１５に格納する。
Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２＝（ＡＣ１／ＤＣ１）／（ＡＣ２／ＤＣ２）（３）
【００３７】
ここで、ＤＣ１，ＤＣ２は、脈動する透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２のうちの直流分であって、直流透過光強度と称する。また、ＡＣ１，ＡＣ２は脈動する透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２のうちの交流分であって、交流透過光強度と称する。
【００３８】
この式（３）は次のようにして得られるものである。図３（ａ）に示すように生体は、動脈血、静脈血、血液以外の組織、の各層からなると考えることができる。生体に入射光強度Ｉｉの光を照射すると、透過光強度Ｉｔの光が測定される。このとき、生体による減光度Ａは、ランバート・ベールの法則に基づき、次式で表される。
Ａ＝ｌｏｇ（Ｉｉ／Ｉｔ）＝ｌｏｇＩｉ −ｌｏｇＩｔ（４）
【００３９】
次に、図３（ｂ）に示すように、動脈血の層の厚さが変化したとき、透過光強度は、変化分をΔＩｔとすると、Ｉｔ−ΔＩｔとなる。このとき、生体による減光度は、その変化分ΔＡが加えられ、次式で表される。
Ａ＋ΔＡ＝ｌｏｇ｛Ｉｉ／（Ｉｔ −ΔＩｔ）｝＝ｌｏｇＩｉ −ｌｏｇ（Ｉｔ−ΔＩｔ）（５）
【００４０】
式（４）と式（５）からＡを消去して、ΔＡを求めると、ΔＡは次のように入射光強度Ｉｉを用いない式で表される。
ΔＡ＝ｌｏｇＩｔ −ｌｏｇ（Ｉｔ−ΔＩｔ）＝ｌｏｇ｛Ｉｔ／（Ｉｔ −ΔＩｔ）｝（６）
この式（６）は、変形すれば、

となる。ここで（ΔＩｔ／Ｉｔ）は１よりかなり小さい値をとるので（生体の動脈血層の脈動による透過光強度Ｉｔの変化分ΔＩｔは、透過光強度Ｉｔに対し極めて小さいので）、式（７）は次の式で近似することができる。
ΔＡ＝ΔＩｔ／Ｉｔ（８）
したがって、Φ１２の定義式であるΦ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２と、式（８）より次式が得られる。
Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２＝（ΔＩｔ１／Ｉｔ１）／（ΔＩｔ２／Ｉｔ２）（９）
これによれば対数計算が不要となる。この式（９）は、透過光強度がＩｔ１，Ｉｔ２を基準にしてΔＩｔ１，ΔＩｔ２だけ変化した場合の式と考えられる。
【００４１】
一方、図４（ａ）に示すように、脈動する透過光強度Ｉｔのうちピーク値を直流透過光強度ＤＣとし、ピーク値とボトム値の差（最大の変化分）の値を交流透過光強度ＡＣとすると、この場合、透過光強度がＤＣを基準にしてＡＣだけ変化したと考えられるから、ΔＩｔ／Ｉｔ＝ＡＣ／ＤＣとなり、式（９）は次のようになる。
Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２＝（ＡＣ１／ＤＣ１）／（ＡＣ２／ＤＣ２）（３）
すなわち、上記の式（３）が得られる。
【００４２】
なお、ここでは、透過光強度のうちピーク値を直流透過光強度ＤＣとしたが、ＡＣはＤＣに対し極めて小さいので、図４（ｂ）に示すように、直流透過光強度ＤＣを、脈動する透過光強度Ｉｔのボトム値としても式（３）は成り立ち、また、図４（ｃ）に示すように、ピーク値とボトム値の平均値（ピーク値とボトム値の中間点の値）としても式（３）は成り立つ。
【００４３】
このように、直流透過光強度ＤＣは、ピーク値からボトム値の間のどこを採っても良いので、交流透過光強度の測定時点またはその周辺時点の透過光強度Ｉｔをそのまま使っても良い。
【００４４】
このステップにおいて、Φ１２の計算は、脈動する透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２の波の１つずつについて、すなわち心拍の一拍ずつについて行なう。
【００４５】
＜ステップ３Ａ：直流減光度の計算＞
次にステップ３Ａでは、各波長の直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２を求める。ここで、ＣＰＵ１４は、ステップ１Ａで求めた入射光強度Ｉｉｃａｌ１、Ｉｉｃａｌ２と、ステップ２Ａで求めた直流透過光強度ＤＣ１，ＤＣ２を次式に代入して、各波長の直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２を計算する。
Ａｄｃ１＝ｌｏｇ（Ｉｉｃａｌ１／ＤＣ１）＝ｌｏｇＩｉｃａｌ１ −ｌｏｇＤＣ１（１０）
Ａｄｃ２＝ｌｏｇ（Ｉｉｃａｌ２／ＤＣ２）＝ｌｏｇＩｉｃａｌ２ −ｌｏｇＤＣ２（１１）
【００４６】
本装置が、発光素子（ＬＥＤ２，３）に流す電流を変化させない回路構成を持つ場合は、ステップ１Ａで求めた入射光強度Ｉｉｃａｌ１、Ｉｉｃａｌ２をそのまま用いる。
【００４７】
しかし、本装置が、発光素子の電流を変化させて最適の透過光強度が得られるように調整する回路構成を持つ場合、ファントム３０Ａを用いて入射光強度測定を行なった時（校正時）の発光素子への電流値Ｃｃａｌ１，Ｃｃａｌ２と、生体の減光度測定を行なった時（測定時）の発光素子への電流値Ｃｍｅａｓ１，Ｃｍｅａｓ２が違うことがある。その場合ＣＰＵ１４は、入射光強度として、
ＩｉＡ１＝Ｉｃａｌ１ × Ｃｍｅａｓ１／Ｃｃａｌ１（１２）
ＩｉＡ２＝Ｉｃａｌ２ × Ｃｍｅａｓ２／Ｃｃａｌ２（１３）
のように、発光素子への通電電流に応じて補正した値ＩｉＡ１，ＩｉＡ２を用いる。
【００４８】
このステップにおいても、直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２の計算は、脈動する透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２の波の１つずつについて、すなわち心拍の一拍ずつについて行なう。
【００４９】
＜ステップ４Ａ：ヘモグロビン濃度の計算＞
次にステップ４Ａでは、ＣＰＵ１４は、ステップ２Ａで求めたΦ１２とステップ３Ａで求めた直流減光度Ａｄｃ１、Ａｄｃ２を変数とする次式を用いてヘモグロビン濃度Ｈｂｄｃを計算する。
Ｈｂｄｃ＝ａ１×Φ１２＋ｂ１＋ｃ１×Ａｄｃ２／Ａｄｃ１（１４）
【００５０】
この式（１４）の係数ａ１，ｂ１，ｃ１は、ある母集団（例えばある選択された１０人のデータ）において式（１４）を計算した結果のＨｂｄｃと、採血してシアンメトヘモグロビン法などによって測定した正確なヘモグロビン濃度Ｈｂｓの差が最小になるように最小二乗法で予め決めた値である。
【００５１】
ここで、本装置の効果を示すため、ヘモグロビン濃度を、脈波の減光度変化分比Φ１２だけを使って計算した場合と、本装置によってΦ１２とＡｄｃ１，Ａｄｃ２を使って計算した場合とを、それぞれ採血法によって求めた場合とを比較する。
Φ１２だけを使う場合、
Ｈｂｐ＝ａ２×Φ１２＋ｂ２（１５）
により計算する。この場合の係数ａ２，ｂ２も、上記母集団のデータにより上記と同様にして最小二乗法で予め決定されたものである。式（１５）を用いて計算したヘモグロビン濃度Ｈｂｐと、採血法により測定したヘモグロビン濃度Ｈｂｓとの相関を図５（ａ）に示す。
【００５２】
これに対し、直流減光度を使い、式（１４）により計算した本装置によるヘモグロビン濃度Ｈｂｄｃと、採血法により測定したヘモグロビン濃度Ｈｂｓとの相関を図５（ｂ）に示す。これらの図を比較すると分かるように、計算式に直流減光度を入れることによって、採血法との一致が改善される。
【００５３】
また、上記の式（１４）の代わりに、次式を用いても良い。
Ｈｂｄｃ＝ａ３×Φ１２＋ｂ３＋ｃ３×Ａｄｃ２＋ｄ３×Ａｄｃ１（１６）
この式の係数ａ３〜ｄ３も上記と同様にして予め決定しておく。
【００５４】
ところで、直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２と直流透過光強度ＤＣ１，ＤＣ２との間には逆相関の一定の関係があるので、直流減光度を用いて計算しなくとも、直流透過光強度をそのまま使って計算すれば同様の効果が得られる。この場合、直流透過光強度はプローブの入射光強度に比例するので、入射光強度Ｉｉｃａｌ１，Ｉｉｃａｌ２を、発光素子（ＬＥＤ２，３）の特定の通電電流値で規格化した状態で補正する必要が有る。補正した各波長の直流透過光強度Ｉｔｃｏｍｐ１，Ｉｔｃｏｍｐ２は次式により計算する。
Ｉｔｃｏｍｐ１＝ＤＣ１ ×（Ｉｉｃａｌ１／Ｉｓｔｄ１）×（Ｃｍｅａｓ１／Ｃｃａｌ１）（１７）
Ｉｔｃｏｍｐ２＝ＤＣ２ ×（Ｉｉｃａｌ２／Ｉｓｔｄ２）×（Ｃｍｅａｓ２／Ｃｃａｌ２）（１８）
ＤＣ１，ＤＣ２：測定した直流透過光強度
Ｉｉｃａｌ１，Ｉｉｃａｌ２：校正時に計算した入射光強度
Ｉｓｔｄ１，Ｉｓｔｄ２：標準とする入射光強度
Ｃｍｅａｓ１，Ｃｍｅａｓ２：生体を測定したときの発光素子の通電電流
Ｃｃａｌ１，Ｃｃａｌ２：入射光強度校正時の発光素子の通電電流
【００５５】
したがって上記の式（１４）、（１６）の代わりに、次式を用いても良い。
Ｈｂｄｃ＝ａ４×Φ１２＋ｂ４＋ｃ４× Ｉｔｃｏｍｐ１／Ｉｔｃｏｍｐ２（１９）
Ｈｂｄｃ＝ａ５×Φ１２＋ｂ５＋ｃ５× Ｉｔｃｏｍｐ１＋ｄ５×Ｉｔｃｏｍｐ２（２０）
ここで、式（１９）における係数ａ４〜ｃ４、式（２０）における係数ａ５〜ｄ５は、それぞれ上記式（１４）の係数の決定方法と同様の方法で、予め決定されるものである。
【００５６】
このステップにおいても、Ｈｂｄｃの計算は、脈動する透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２の波の１つづつについて、すなわち心拍の一拍づつについて行なう。そして、ＣＰＵ１４は、求めたＨｂｄｃをメモリ１５に格納すると共に、表示部１６に表示する。
【００５７】
本実施の形態の装置によれば、血液以外の生体組織に光吸収がある第１波長１３００ｎｍの直流減光度または直流透過光強度と、血液に光吸収がある第２波長８０５ｎｍ直流減光度または直流透過光強度を用いて計算したので、測定部位における血液と血液以外の組織からなる生体組織全体の厚さが考慮され、精度良くヘモグロビン濃度を測定することができる。
なお、本実施の形態において、第１の波長を赤色光（例えば６６０ｎｍ）、第２の波長を赤外光（例えば９４０ｎｍ）とし、酸化ヘモグロビン濃度を求めることで動脈血酸素飽和度測定に適用することができる。
【００５８】
［第２の実施の形態：一酸化炭素ヘモグロビン濃度測定装置］
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態は、一酸化炭素ヘモグロビン濃度測定装置である。
【００５９】
図６は、本実施の形態の装置の全体構成を示すブロック図である。発光部１００は相異なる３つの波長の光を発生するＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃとこれらを駆動する駆動回路４０とから成る。
【００６０】
ＬＥＤ２０ａから発生する光の波長を第１の波長とし、ＬＥＤ２０ｂから発生する光の波長を第２の波長とし、ＬＥＤ２０ｃから発生する光の波長を第３の波長とする。本装置において、第１の波長は９４０ｎｍ、第２の波長は６６０ｎｍ、第３の波長は６２０ｎｍである。
【００６１】
受光部５０は、ＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃに対向して配置されたフォトダイオード６０とこのフォトダイオード６０の出力電流を電圧信号に変換する電流−電圧変換器７０とアンプ８０から成る。
【００６２】
マルチプレクサ９０は、アンプ８０から与えられる信号を３個のフィルタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃに振り分ける回路である。フィルタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、各波長の透過光強度に対応する信号のノイズを除去する回路であり、これらの出力信号は、マルチプレクサ１２０でそれぞれの出力のタイミングを制御されＡ／Ｄコンバータ１３０に至るようにされている。Ａ／Ｄコンバータ１３０はマルチプレクサ１２０から与えられる信号をデジタル信号に変換する回路である。
【００６３】
ＣＰＵ１４０は駆動回路４０、マルチプレクサ９０およびマルチプレクサ１２０に制御信号を出力してそれらを制御すると共に、Ａ／Ｄコンバータ１３０から与えられる信号に基づいて演算を行なう回路である。
【００６４】
メモリ１５０は、ＣＰＵ１４０が行なう処理のためのプログラムを格納されており、またＣＰＵ１４０から与えられるデータを格納するものである。
【００６５】
表示部１６０はＣＰＵ１４０から与えられるデータを表示するものであり、入力部１７０は複数のスイッチ（後述する校正スイッチおよび測定スイッチを含む）、複数のキーを備え、操作者の操作に応じた信号をＣＰＵ１４０に出力するものである。本装置のプローブは、ＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃとフォトダイオード６０を備え、これらのＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃとフォトダイオード６０の間で生体３０を挟持するようになっている。
次に、本装置の動作を図７を参照して説明する。
【００６６】
＜ステップ１Ｂ：プローブの入射光強度の測定＞
このステップ１Ｂでは、生体３０への入射光強度を測定する。ここではプローブの３個のＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃからそれぞれ生体３０に照射される光の強度、すなわち生体３０への入射光強度を求める。上記の第１の実施の形態の装置におけるステップ１Ａと同様にして、操作者は、減光度が既知のファントム３０ＡをプローブのＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃとフォトダイオード６０との間の所定位置に配置し、次に校正スイッチを操作して入射光強度測定開始をＣＰＵ１４０に指示する。これによりＣＰＵ１４０は、ファントム３０Ａを透過した各波長の光強度Ｉｔｃａｌ１，Ｉｔｃａｌ２，Ｉｔｃａｌ３から次式を計算して、３波長の入射光強度Ｉｉｃａｌ１、Ｉｉｃａｌ２、Ｉｉｃａｌ３を求め、これらをメモリ１５０に格納する。
Ｉｉｃａｌ１＝Ｉｔｃａｌ１×ｅｘｐ（Ａｆ１）
Ｉｉｃａｌ２＝Ｉｔｃａｌ２×ｅｘｐ（Ａｆ２）
Ｉｉｃａｌ３＝Ｉｔｃａｌ２×ｅｘｐ（Ａｆ３）
ここで、Ａｆ１，Ａｆ２，Ａｆ３はファントム３０Ａの各波長の既知の減光度であり、予めメモリ１５０に格納されている。
【００６７】
＜ステップ２Ｂ：脈波の測定と減光度比Φの計算＞
次にステップ２Ｂでは、操作者は、プローブを生体３０に取り付け、測定スイッチを操作する。これによりＣＰＵ１４０は、生体３０の血液の脈動による各波長の減光度変化分を測定し、それらの相互の比Φを求める。
【００６８】
すなわちこのステップでは、ＣＰＵ１４０は上記第１の実施の形態におけるステップ２Ａと同様にして各波長の直流透過光強度と交流透過光強度を求め、これらを用いて各波長の減光度の変化分の相互の比を求めるのであるが、ここでは、３波長の光を用いるので、次の式を計算してΦ１２、Φ１３を求め、その結果をメモリ１５０に格納する。
Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２＝（ＡＣ１／ＤＣ１）／（ＡＣ２／ＤＣ２）（２１）
Φ１３＝ΔＡ１／ΔＡ３＝（ＡＣ１／ＤＣ１）／（ＡＣ３／ＤＣ３）（２２）
Φ１２：第１波長と第２波長の減光度Ａ１，Ａ２の変化分ΔＡ１， ΔＡ２の相互比
Φ１３：第１波長と第３波長の減光度Ａ１，Ａ３の変化分ΔＡ１， ΔＡ３の相互比
ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３：第１〜３波長の透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３における直流透過光強度
ＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３：第１〜３波長の透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３における交流透過光強度
【００６９】
このステップにおいて、Φ１２、Φ１３の計算は、脈動する透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｉ３の波の１つずつについて、すなわち心拍の一拍ずつについて行なう。
【００７０】
＜ステップ３Ｂ：直流減光度の計算＞
次にステップ３Ｂでは、各波長の直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２，Ａｄｃ３を求める。ここで、ＣＰＵ１４０は、ステップ１Ｂで求めた入射光強度Ｉｉｃａｌ１，Ｉｉｃａｌ２，Ｉｉｃａｌ３と、ステップ２Ｂで求めた直流透過光強度ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３を次式に代入して、各波長の直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２を求め、その結果をメモリ１５０に格納する。
Ａｄｃ１＝ｌｏｇ（Ｉｉｃａｌ１／ＤＣ１）＝ｌｏｇＩｉｃａｌ１ −ｌｏｇＤＣ１（２３）
Ａｄｃ２＝ｌｏｇ（Ｉｉｃａｌ２／ＤＣ２）＝ｌｏｇＩｉｃａｌ２ −ｌｏｇＤＣ２（２４）
Ａｄｃ３＝ｌｏｇ（Ｉｉｃａｌ３／ＤＣ３）＝ｌｏｇＩｉｃａｌ３ −ｌｏｇＤＣ３（２５）
【００７１】
本装置が、発光素子（ＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）に流す電流を変化させない回路構成を持つ場合は、上記のようにステップ１Ｂで求めた入射光強度Ｉｉｃａｌ１，Ｉｉｃａｌ２，Ｉｉｃａｌ３をそのまま用いる。
【００７２】
しかし、本装置が、発光素子の電流を変化させて最適の透過光強度が得られるように調整する回路構成を持つ場合、ファントム３０Ａを用いて入射光強度測定を行なった時（校正時）の発光素子への電流値Ｃｃａｌ１，Ｃｃａｌ２，Ｃｃａｌ３と生体の減光度測定を行なった時（測定時）の発光素子への電流値Ｃｍｅａｓ１，Ｃｍｅａｓ２，Ｃｍｅａｓ３が違うことがある。その場合入射光強度ＩｉＡ１，ＩｉＡ２は、
ＩｉＡ１＝Ｉｃａｌ１ × Ｃｍｅａｓ１／Ｃｃａｌ１（２６）
ＩｉＡ２＝Ｉｃａｌ２ × Ｃｍｅａｓ２／Ｃｃａｌ２（２７）
ＩｉＡ３＝Ｉｃａｌ３ × Ｃｍｅａｓ３／Ｃｃａｌ３（２８）
のように、発光素子への通電電流に応じて補正した値を用いる。
【００７３】
このステップにおいても、直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２，Ａｄｃ３の計算は、脈動する透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３の波の１つずつについて、すなわち心拍の一拍ずつについて行なう。
【００７４】
＜ステップ４Ｂ：一酸化炭素ヘモグロビン濃度の計算＞
次にステップ４Ｂでは、ＣＰＵ１４０は、ステップ２Ｂで求めたΦ１２、Φ１３とステップ３Ｂで求めた直流減光度Ａｄｃ１、Ａｄｃ２、Ａｄｃ３を変数とする次式を用いて一酸化炭素ヘモグロビン濃度ＣＯＨｂｄｃを計算する。

【００７５】
この式（２９）の係数ａ６〜ｅ６はある母集団（例えばある選択された１０人のデータ）において、式（２９）を計算した結果のＣＯＨｂｄｃと、採血して測定した正確な一酸化炭素ヘモグロビン値ＣＯＨｂｓの差が最小になるように最小二乗法で予め決めた値である。
【００７６】
ここで、本装置の効果を示すため、一酸化炭素ヘモグロビン濃度を、脈波の減光度変化分比Φ１２、Φ１３だけを使って計算した場合と、本装置により、Φ１２、Φ１３と直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２，Ａｄｃ３を使って計算した場合とを、それぞれ採血法によって求めた場合とを比較する。
【００７７】
Φ１２、Φ１３だけを使う場合、
ＣＯＨｂｐ＝ａ７×Φ１２＋ｂ７×Φ１３＋ｃ７（３０）
により計算する。この場合の係数ａ７，ｂ７，ｃ７も、上記母集団のデータを用いて上記と同様にして予め決定されたものである。式（３０）を用いて計算した一酸化炭素ヘモグロビン濃度ＣＯＨｂｐと、採血法により測定した一酸化炭素ヘモグロビン濃度ＣＯＨｂｓとの相関を図８（ａ）に示す。
【００７８】
これに対し、直流減光度を使い、式（２９）により計算した本装置による一酸化炭素ヘモグロビン濃度Ｃ０Ｈｂｄｃと、採血法により測定したＣＯＨｂｓとの相関を図８（ｂ）に示す。
【００７９】
これらの図を比較すると分かるように、計算式に直流減光度を入れることによって、採血法との一致が改善される。
【００８０】
また、上記の式（２９）の代わりに、次式を用いても良い。

この式の係数ａ８〜ｆ８も上記と同様にして予め決定しておく。
【００８１】
ところで、直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２，Ａｄｃ３と直流透過光強度ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３との間には逆相関の一定の関係があるので、減光度で計算しなくても、直流透過光強度をそのまま使って計算すれば同様の効果が得られる。この場合、直流透過光強度はプローブの入射光強度に比例するので、入射光強度を、発光素子（ＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の特定の通電電流値で規格化した状態で補正する必要が有る。補正した各波長の直流透過光強度Ｉｔｃｏｍｐ１，Ｉｔｃｏｍｐ２，Ｉｔｃｏｍｐ３は次式により計算する。
Ｉｔｃｏｍｐ１＝ＤＣ１ ×（Ｉｉｃａｌ１／Ｉｓｔｄ１）×（Ｃｍｅａｓ１／Ｃｃａｌ１）（３２）
Ｉｔｃｏｍｐ２＝ＤＣ２ ×（Ｉｉｃａｌ２／Ｉｓｔｄ２）×（Ｃｍｅａｓ２／Ｃｃａｌ２）（３３）
Ｉｔｃｏｍｐ３＝ＤＣ３ ×（Ｉｉｃａｌ３／Ｉｓｔｄ３）×（Ｃｍｅａｓ３／Ｃｃａｌ３）（３４）
ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３：測定した透過光強度
Ｉｉｃａｌ１，Ｉｉｃａｌ２，Ｉｉｃａｌ３：校正時に計算した入射光強度
Ｉｓｔｄ１，Ｉｓｔｄ２，Ｉｓｔｄ３：標準とする入射光強度
Ｃｍｅａｓ１，Ｃｍｅａｓ２，Ｃｍｅａｓ３：生体を測定したときの発光素子の通電電流
Ｃｃａｌ１，Ｃｃａｌ２，Ｃｃａｌ３：入射光強度校正時の発光素子の通電電流
【００８２】
したがって、上記の式（２９）、（３１）の代わりに、次式を用いても良い。
ＣＯＨｂｄｃ＝ａ９×Φ１２＋ｂ９×Φ１３＋ｃ９＋ｄ９×Ｉｔｃｏｍｐ１／Ｉｔｃｏｍｐ２＋ｅ９×Ｉｔｃｏｍｐ１／Ｉｔｃｏｍｐ３（３５）
ＣＯＨｂｄｃ＝ａ１０ ×Φ１２＋ｂ１０ ×Φ１３＋ｃ１０＋ｄ８ ×Ｉｔｃｏｍｐ１＋ｅ１０ ×Ｉｔｃｏｍｐ２＋ｆ１０ ×Ｉｔｃｏｍｐ３（３６）
式（３５）における係数ａ９〜ｅ９、式（３６）における係数ａ１０〜ｆ１０は、それぞれ上記と同様の母集団のデータを用いて、上記と同様にして予め決定されるものである。
【００８３】
このステップにおいても、ＣＯＨｂｄｃの計算は、脈動する透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３の波の１つずつについて、すなわち心拍の一拍ずつについて行なう。そして、ＣＰＵ１４０は、求めたＣＯＨｂｄｃをメモリ１５０に格納すると共に、表示部１６０に表示する。
【００８４】
本実施の形態の装置によれば、血液に光吸収がある第１波長９４０ｎｍ、第２波長６６０ｎｍおよび第３波長６２０ｎｍの直流減光度または直流透過光強度を用いて計算したので、測定部位の血液層全体の厚さが考慮され、精度良くヘモグロビン濃度を測定することができる。
【００８５】
［第３の実施の形態：色素濃度測定装置］
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。この第３の実施の形態は、色素濃度測定装置である。この装置は、第２の実施の形態と同様に３波長の光を用いるので、装置の構成ブロック図は図６と同じである。このため、本装置の構成ブロック図は省略し、以下の説明では図６を利用する。しかし、ＣＰＵ１４０が行なう処理のプログラムは、図９に示すように第２の実施の形態と異なる。また、第１の波長は９４０ｎｍ、第２の波長は６６０ｎｍ、第３の波長は８０５ｎｍである。以下、図９を参照して本装置の動作を説明する。
【００８６】
＜ステップ１Ｃ：プローブの入射光強度の測定（校正）＞
このステップ１Ｃでは、生体３０への入射光強度を測定する。上記の第２の実施の形態の装置におけるステップ１Ｂと同様にして、ファントム３０Ａを用い、３波長の入射光強度Ｉｉｃａｌ１、Ｉｉｃａｌ２、Ｉｉｃａｌ３を求め、これらをメモリ１５０に格納する。
【００８７】
＜ステップ２Ｃ：脈波の測定と減光度変化分比Φの計算＞
次にステップ２Ｃでは、操作者は、プローブを生体３０に装着した後、色素を注入する。色素として例えばインドシアニングリーンを用いる。そして、上記第２の実施の形態におけるステップ２Ｂと同様にして各波長の減光度の変化分の相互の比を求める。すなわち、次の式を計算してΦ１２、Φ１３を求め、その結果をメモリ１５０に格納する。
Φ１２＝ΔＡ１／ΔＡ２＝（ＡＣ１／ＤＣ１）／（ＡＣ２／ＤＣ２）（２１）
Φ１３＝ΔＡ１／ΔＡ３＝（ＡＣ１／ＤＣ１）／（ＡＣ３／ＤＣ３）（２２）
Φ１２：第１波長と第２波長の減光度Ａ１，Ａ２の変化分ΔＡ１， ΔＡ２の相互比
Φ１３：第１波長と第３波長の減光度Ａ１，Ａ３の変化分ΔＡ１， ΔＡ３の相互比
ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３：第１〜３波長の透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３における直流透過光強度
ＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３：第１〜３波長の透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３における交流透過光強度
【００８８】
このステップにおいて、Φ１２、Φ１３の計算は、脈動する透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｉ３の波の１つずつについて、すなわち心拍の一拍ずつについて行なう。
【００８９】
＜ステップ３Ｃ：直流減光度の計算＞
次にステップ３Ｃでは、各波長の直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２，Ａｄｃ３を求める。ここで、ＣＰＵ１４０は、第２の実施の形態のステップ３Ｂと同様にして、各波長の入射光強度Ｉｉｃａｌ１，Ｉｉｃａｌ２，Ｉｉｃａｌ３と、各波長の直流透過光強度ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３と次式により、各波長の直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２を求め、その結果をメモリ１５０に格納する。
Ａｄｃ１＝ｌｏｇ（Ｉｉｃａｌ１／ＤＣ１）＝ｌｏｇＩｉｃａｌ１ −ｌｏｇＤＣ１（２３）
Ａｄｃ２＝ｌｏｇ（Ｉｉｃａｌ２／ＤＣ２）＝ｌｏｇＩｉｃａｌ２ −ｌｏｇＤＣ２（２４）
Ａｄｃ３＝ｌｏｇ（Ｉｉｃａｌ３／ＤＣ３）＝ｌｏｇＩｉｃａｌ３ −ｌｏｇＤＣ３（２５）
【００９０】
本装置が、発光素子（ＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）に流す電流を変化させない回路構成を持つ場合、上記のようにステップ１Ｃで求めた入射光強度Ｉｉｃａｌ１，Ｉｉｃａｌ２，Ｉｉｃａｌ３をそのまま用いる。
【００９１】
しかし、本装置が、発光素子の電流を変化させて最適の透過光強度が得られるように調整する回路構成を持つ場合、ファントム３０Ａを用いて入射光強度測定を行なった時（校正時）の発光素子への電流値Ｃｃａｌ１，Ｃｃａｌ２，Ｃｃａｌ３と生体の減光度測定を行なった時（測定時）の発光素子への電流値Ｃｍｅａｓ１，Ｃｍｅａｓ２，Ｃｍｅａｓ３が違うことがある。その場合入射光強度ＩｉＡ１，ＩｉＡ２は、
ＩｉＡ１＝Ｉｃａｌ１ × Ｃｍｅａｓ１／Ｃｃａｌ１（２６）
ＩｉＡ２＝Ｉｃａｌ２ × Ｃｍｅａｓ２／Ｃｃａｌ２（２７）
ＩｉＡ３＝Ｉｃａｌ３ × Ｃｍｅａｓ３／Ｃｃａｌ３（２８）
のように、発光素子への通電電流に応じて補正した値を用いる。
【００９２】
このステップにおいても、直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２，Ａｄｃ３の計算は、脈動する透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３の波の１つずつについて、すなわち心拍の一拍ずつについて行なう。
【００９３】
＜ステップ４Ｃ：色素濃度の計算＞
次にステップ４Ｃでは、ＣＰＵ１４０は、上記ステップ２Ｃで求めたΦ１２、Φ１３と上記ステップ３Ｃで求めた直流減光度Ａｄｃ１、Ａｄｃ２、Ａｄｃ３を変数とする次式を用いて色素濃度Ｃｄを計算する。

【００９４】
この式（３７）の係数ａ１１〜ｅ１１はある母集団（例えばある選択された１０人のデータ）において、式（３７）を計算した結果であるＣｄｄｃと、採血して測定した正確なＣｄｓ値の差が最小になるように最小二乗法で予め決めた値である。
ここで、本装置の効果を示すため、色素濃度を、脈波の減光度変化分比Φ１２、Φ１３だけを使って計算した場合と、本装置によるΦ１２、Φ１３とＡｄｃ１，Ａｄｃ２，Ａｄｃ３を使って計算した場合とを、それぞれ採血法によって求めた場合とを比較する。
【００９５】
Φ１２、Φ１３だけを使う場合、
Ｃｄｐ＝ａ１２ ×Φ１２＋ｂ１２ ×Φ１３＋ｃ１２（３８）
により計算する。この場合の係数ａ１２，ｂ１２，ｃ１２も、上記母集団のデータを用いて上記と同様にして予め決定されたものである。式（３８）を用いて計算した色素濃度Ｃｄｐと、採血法により測定した色素濃度Ｃｄｓとの相関を図１０（ａ）に示す。これに対し、直流減光度を使い、式（３７）により計算した本装置による色素濃度Ｃｄｄｃと、採血法により測定した色素濃度Ｃｄｓとの相関を図１０（ｂ）に示す。
【００９６】
これらの図を比較すると分かるように、計算式に直流減光度を入れることによって、採血法との一致が改善される。
また、上記の式（３７）の代わりに、次式を用いても良い。

この式の係数ａ１３〜ｆ１３も上記と同様にして予め決定しておく。
【００９７】
ところで、直流減光度Ａｄｃ１，Ａｄｃ２，Ａｄｃ３と直流透過光強度ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３との間には逆相関の一定の関係があるので、減光度で計算しなくても、直流透過光強度をそのまま使っても同様の効果が得られる。この場合、直流透過光強度はプローブの入射光強度に比例するので、入射光強度を、発光素子（ＬＥＤ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の特定の通電電流値で規格化した状態で補正する必要が有る。補正した各波長の直流透過光強度Ｉｔｃｏｍｐは次式により計算する。
Ｉｔｃｏｍｐ１＝ＤＣ１ ×（Ｉｉｃａｌ１／Ｉｓｔｄ１）×（Ｃｍｅａｓ１／Ｃｃａｌ１）（４０）
Ｉｔｃｏｍｐ２＝ＤＣ２ ×（Ｉｉｃａｌ２／Ｉｓｔｄ２）×（Ｃｍｅａｓ２／Ｃｃａｌ２）（４１）
Ｉｔｃｏｍｐ３＝ＤＣ３ ×（Ｉｉｃａｌ３／Ｉｓｔｄ３）×（Ｃｍｅａｓ３／Ｃｃａｌ３）（４２）
ＤＣ１，ＤＣ２，ＤＣ３：測定した透過光強度
Ｉｉｃａｌ１，Ｉｉｃａｌ２，Ｉｉｃａｌ３：校正時に計算した入射光強度
Ｉｓｔｄ１，Ｉｓｔｄ２，Ｉｓｔｄ３：標準とする入射光強度
Ｃｍｅａｓ１，Ｃｍｅａｓ２，Ｃｍｅａｓ３：生体を測定したときの発光素子の通電電流
Ｃｃａｌ１，Ｃｃａｌ２，Ｃｃａｌ３：入射光強度校正時の発光素子の通電電流
【００９８】
したがって、上記の式（３７）、（３９）の代わりに、次式を用いても良い。

【００９９】
ここで、式（４３）における係数ａ１４〜ｅ１４、式（４４）における係数ａ１５〜ｆ１５は、それぞれ上記と同様の母集団のデータを用いて、上記と同様にして予め決定されるものである。
【０１００】
このステップにおいても、Ｃｄｄｃの計算は、脈動する透過光強度Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３の波の１つずつについて、すなわち心拍の一拍ずつについて行なう。そして、ＣＰＵ１４０は、求めたＣｄｄｃをメモリ１５０に格納すると共に、表示部１６０に表示する。
【０１０１】
本実施の形態の装置によれば、血液に光吸収がある第１波長９４０ｎｍ、第２波長８０５ｎｍおよび第３波長６６０ｎｍの直流減光度または直流透過光強度を用いて計算したので、測定部位の血液層全体の厚さが考慮され、精度良く色素濃度を測定することができる。
【０１０２】
なお、以上の説明においては、発光素子に流れる電流を制御して生体に照射する光強度を変える場合について説明したが、これは、発光素子に印加する電圧を制御して発光素子の光強度を変え、測定される入射光強度や直流透過光強度をその電圧値に応じて補正するようにしても良い。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれば、パルスフォトメトリーを原理とする血中吸光物質濃度測定において、精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態のヘモグロビン濃度測定装置の動作を説明するための図。
【図２】第１の実施の形態のヘモグロビン濃度測定装置のブロック構成図。
【図３】生体へ光を照射したときの入射光強度と透過光強度との関係を説明する図。
【図４】直流透過光強度を説明する図。
【図５】第１の実施の形態のヘモグロビン濃度測定装置の効果を説明する図。
【図６】第２の実施の形態の一酸化炭素ヘモグロビン濃度測定装置のブロック構成図。
【図７】第２の実施の形態の一酸化炭素ヘモグロビン濃度測定装置の動作を説明するための図。
【図８】第２の実施の形態の一酸化炭素ヘモグロビン濃度測定装置の効果を説明する図。
【図９】第３の実施の形態の色素濃度測定装置の動作を説明するための図。
【図１０】第３の実施の形態の色素濃度測定装置の効果を説明する図。
【符号の説明】
１、１００発光部
５、５０受光部
１４、１４０ＣＰＵ

Claims

複数種の波長の光を発する光源を持ち、これらの光を生体組織に照射する光照射手段と、
この光照射手段から発せられた各波長の光の生体組織への入射光強度を測定する入射光強度測定手段と、
前記生体組織を透過した各波長の光を受光し、それぞれの透過光強度を測定する透過光強度測定手段と、
この透過光強度測定手段が測定した透過光強度に基づいて、血液の厚み変化により発生する各波長の減光度変化分の相互の比を演算する第１の演算手段と、
この第１の演算手段が求めた比と、前記入射光強度測定手段が測定した入射光強度と、前記透過光強度測定手段が測定した透過光強度とに基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求める第２の演算手段と
を具備する血中吸光物質濃度測定装置。
前記第２の演算手段は、
各波長について、前記入射光強度測定手段が測定した入射光強度と、前記透過光強度測定手段が測定した透過光強度とに基づいて前記生体組織の直流減光度を演算して求め、この直流減光度と前記第１の演算手段が求めた比とに基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求めることを特徴ととする請求項１に記載の血中吸光物質濃度測定装置。
前記第２の演算手段は、各波長の直流減光度の相互の比を求め、この比と前記第１の演算手段が求めた比とに基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求めることを特徴とする請求項２に記載の血中吸光物質濃度測定装置。
前記第２の演算手段は、
各波長について、前記入射光強度測定手段が測定した入射光強度と、前記透過光強度測定手段が測定した透過光強度とに基づいて前記生体組織の直流透過光強度を演算して求め、この直流透過光強度と前記第１の演算手段が求めた比とに基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求めることを特徴ととする請求項１に記載の血中吸光物質濃度測定装置。
前記第２の演算手段は、各波長の直流透過光強度の相互の比を求め、この比と前記第１の演算手段が求めた比とに基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求めることを特徴とする請求項４に記載の血中吸光物質濃度測定装置。
前記光照射手段は、前記光源が発光素子から成り、この発光素子に供給する電流または印加する電圧を制御する制御部を備え、
前記第２の演算手段は前記制御部により制御された電流または電圧に応じて、測定した入射光強度を補正し、この補正した入射光強度を用いて演算することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の血中吸光物質濃度測定装置。
前記入射光強度測定手段は、前記光照射手段と前記透過光強度測定手段との間の所定位置に、減光度が既知のファントムが配置された場合に、前記透過光強度測定手段により測定される各波長の透過光強度に基づいて入射光強度を演算して求めることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の血中吸光物質濃度測定装置。
前記入射光強度測定手段は、前記ファントムが前記所定位置に配置されたか否かを検出するセンサを有し、前記ファントムが前記所定位置に配置されたことを前記センサにより検出されると、入射光強度を演算して求めることを特徴とする請求項７に記載の血中吸光物質濃度測定装置。
ｎ種の波長の光を発する光源を持ち、これらの光を生体組織に照射する光照射手段と、
この光照射手段から発せられたｎ種の波長の光の生体組織への入射光強度を測定する入射光強度測定手段と、
前記生体組織を透過したｎ種の波長の光を受光し、それぞれの透過光強度を測定する透過光強度測定手段と、
この透過光強度測定手段が測定した透過光強度に基づいて、血液の厚み変化により発生する各波長の減光度変化分の相互の比のうち最大でｎ−１個の比を演算する第１の演算手段と、
この第１の演算手段が求めた最大でｎ−１個の比と、前記入射光強度測定手段が求めた入射光強度と、前記透過光強度測定手段が求めた透過光強度とに基づいて、各波長に対応する最大でｎ個の直流減光度を演算して求め、これらの演算結果に基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求める第２の演算手段とを具備する血中吸光物質濃度測定装置。
ｎ種の波長の光を発する光源を持ち、これらの光を生体組織に照射する光照射手段と、
この光照射手段から発せられたｎ種の波長の光の生体組織への入射光強度を測定する入射光強度測定手段と、
前記生体組織を透過したｎ種の波長の光を受光し、それぞれの透過光強度を測定する透過光強度測定手段と、
この透過光強度測定手段が測定した透過光強度に基づいて、血液の厚み変化により発生する各波長の減光度変化分の相互の比のうち最大でｎ−１個の比を演算する第１の演算手段と、
この第１の演算手段が求めた最大でｎ−１個の比と、前記入射光強度測定手段が求めた入射光強度と、前記透過光強度測定手段が求めた透過光強度とに基づいて、各波長に対応する最大でｎ個の直流透過光強度を演算して求め、これらの演算結果に基づいて血液中の吸光物質濃度を演算して求める第２の演算手段とを具備する血中吸光物質濃度測定装置。
前記光源は、血液に光吸収がある波長の光および／または血液以外の生体組織に光吸収がある波長の光を発することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１に記載の血中吸光物質濃度測定装置。