JP2010000160A - パルスオキシメトリおよびパルスオキシメータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光素子により複数個の異なる波長の光をそれぞれ生体組織に照射し、前記生体組織を透過または反射した光を受光素子により受光してそれぞれ電気信号に変換し、前記受光素子により得られる電気信号の時系列データを時間的に区分し、区分された時系列データについて異なる2波長間の回帰直線の傾斜値をそれぞれ算出し、算出された傾斜値にもとづいてSaO2を計算し、所定時間区分毎のSaO2のヒストグラムに基づいてSaO2の最頻値を求めることによって、体動の影響を消去した動脈血の酸素飽和度を求めることを特徴とするパルスオキシメトリ。
【選択図】図2
Description
(1)複数の波長により組織透過光を連続測定する。
(2)測定される組織透過光の脈動の山と谷とを判定し、それぞれの透過光をL+ΔL,
Lとする。
(3)ΔA≡log[(L+ΔL)/L]≒ΔL/Lを求める。
(4)Φij≡ΔAi/ΔAjを求める。
(5)ΦijはSaO2とほぼ1対1で対応するので、これをSaO2に換算する。
(1)大きな時間遅れを生じるので、例えばSaO2が低下し始めたことを見出すのが遅れる。
(2)SaO2の変化が平滑化されるので、例えばSaO2が激しく低下した場合にも、どの程度であったかが不明である。
また、患者の体動が非常に激しい場合、測定される透過光の脈動波形の山谷の判定に基づく従来のパルスオキシメトリ手法では、十分な測定結果が得られないことが判明した。
図1は、本発明に係るパルスオキシメトリを実施するパルスオキシメータとしての装置構成を示す概略説明図である。すなわち、図1において、参照符号10は発光部を示し、それぞれ5個の異なる波長の光をそれぞれ生体組織に照射する5個の発光素子LED1〜LED5が設けられている。参照符号12は前記発光部10から発せられる光によって照射される生体組織を示す。参照符号14は受光部を示し、前記生体組織12を透過した光を受光する受光素子PDと、電流電圧変換器16と、AD変換器18とから構成されている。
<1> Li あるいは logLi について、低周波成分を除去する。
<2> Φi2を、2データ間の相関に基づいて選別する。
<3> ヒストグラムに平滑化を加える。
次に、前述したパルスオキシメータの装置構成による動脈血の酸素飽和度の計算処理操作、すなわち本発明に係るパルスオキシメトリについて、前記パルスオキシメータの作用と共に説明する。
まず、発光部10の5個の発光素子LED1〜LED5を、それぞれタイミング器22の信号に基づいて、順次交互に異なる波長λ1,λ2,λ3,λ4,λ5で発光させる。これにより、生体組織12を透過した光を受光部14で受信して、発光素子LED1〜LED5の各波長に対応して、各透過光信号L1,L2,L3,L4,L5を、それぞれ所定のタイミングで記憶部20の各透過光信号一時記憶器20A〜20Eに記憶保持する。(図1参照)。
血中の酸素飽和度(SpO2)の計算は、例えば5波長の透過光について得られる減光度変動分(ΔAi)に基づき、これら減光度変動分の比(Φij:i,jは波長)を用いて、次式により求められる。
なお、透過光の脈動を構成する要素は、動脈血(a)、静脈血(v)および血液以外の組織すなわち純組織(t)である。
=[√Eai(Eai+F)+√Evi(Evi+F)*V+Exi]
/[√Eaj(Eaj+F)+√Evj(Evj+F)*V+Exj]
但し、
ΔAi≡log[(Li+ΔLi)/Li]≒ΔLi/Li
Eai≡SaEoi+(1―Sa)Eri
Evi≡SvEoi+(1―Sv)Eri
V≡ΔDv/ΔDa
Exi≡ZtiΔDt/(HbΔDa)≡AiEx2+Bi
従って、上記式において、未知数はSa、Sv、V、Ex2の4個である。
/{nΣLj(t)2 −[ΣLj(t)]2 }
前記式に基づいて、それぞれ5波長(λ1〜λ5)の組織透過光についての回帰直線の傾斜値(Φ12、Φ32、Φ42、Φ52)に関する4元連立方程式を立て、それらの解としてSaを求める計算を行う(図2参照)。
前述した本発明に係るパルスオキシメトリに基づいて,被験者による実測データについて動脈血酸素飽和度(SaO2)を計算した例を、従来のパルスオキシメトリによる場合と比較し、それぞれの測定結果を示すグラフと共に説明する。
<1> 空気呼吸。
<2> 息こらえによってSaO2を低下。
<3> 再び空気呼吸。
<4> 酸素呼吸によってSaO2を上昇。
なお、この体動する手とは反対の手にも、同様の発光部および受光部を装着し、こちらは静止を保って、これを参照データとした。
<1> 透過光信号Liを対数変換してlogLiとした。
<2> logLiの低周波成分を除去した。具体的には、0.1秒毎のlogLi平均値をlogLiから差し引いた。
<3> 0.2秒毎に、logLi (i=1,3,4,5) とlogL2との回帰直線の傾斜Φi2を求めた。
<4> 0.2秒毎に、logLi (i=1,3,4,5) とlogL2との相関係数Ri2を求め、R12*R32*R42*R52=PRを求めた。
<5> PR<0.9の場合のΦi2を削除した。
<6> 残ったΦi2を連立方程式に基づいてSaO2に換算した。これを5wSallと名付ける。
<7> 5wSallを5秒毎に時間区分し、各5秒区間のヒストグラムを求めた。
<8> ヒストグラムについて平滑化を行った。なお、図6は、このようなヒストグラムの表示例を示すものである。
<9> 5wSall のヒストグラムに基づいて最頻値を決定した。
<10> その結果をSpO2として出力した。すなわち、図7は、体動側について求めたSpO2の変化を示すものである。
12 生体組織
14 受光部
16 電流電圧変換器
18 AD変換器
20 記憶部
20A〜20E 透過光信号一時記憶器
22 タイミング器
30 計算部
32 透過光信号の区分記憶部
32A〜32E 区分記憶回路
34 回帰直線の傾斜値計算部
34a〜34d 傾斜値計算回路
36 第1計算回路
38 第2計算回路
LED1〜LED5 発光素子
PD 受光素子
Claims (5)
- 発光素子により複数個の異なる波長の光をそれぞれ生体組織に照射し、
前記生体組織を透過または反射した光を受光素子により受光してそれぞれ電気信号に変換し、
前記受光素子により得られる電気信号の時系列データを時間的に区分し、
区分された時系列データについて異なる2波長間の回帰直線の傾斜値をそれぞれ算出し、
算出された傾斜値に基づいてSaO2を計算し、
所定時間区分毎のSaO2のヒストグラムに基づいてSaO2の最頻値を求めることによって、体動の影響を消去した動脈血の酸素飽和度を求めることを特徴とするパルスオキシメトリ。 - 前記受光素子により得られる電気信号の時系列データをフイルタに通して低周波成分を遮断し、この電気信号の時系列データを時間的に区分して、以降の処理を行うことを特徴とする請求項1記載のパルスオキシメトリ。
- 前記区分された時系列データについて異なる2波長間の相関をそれぞれ算出し、相関が一定以下の場合の前記2波長間の回帰直線の傾斜値(Φi2)を削除することを特徴とする請求項1または2記載のパルスオキシメトリ。
- SaO2のヒストグラムに平滑化処理を加え、これに基づいてSaO2の最頻値を求め、以降の処理を行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のパルスオキシメトリ。
- 複数個の異なる波長の光を生体組織に照射する発光部と、
前記発光部から発せられ生体組織を透過または反射した光を受光して、電気信号に変換する受光部と、
前記受光部から変換出力される各波長の透過光または反射光の電気信号からなる時系列データを一定時間毎に区分する処理装置と、
区分された時間毎の前記時系列データについて異なる2波長間の回帰直線の傾斜値をそれぞれ算出する傾斜値演算装置と、
前記算出された傾斜値に基づいてSaO2を計算する計算装置と、
所定時間区分毎のSaO2のヒストグラムに基づいてSaO2の最頻値を求める最頻値演算装置と、を備え、体動の影響を消去した動脈血の酸素飽和度を求めるように構成することを特徴とするパルスオキシメータ。
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