JP2010233908A - Pulse oximeter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動脈や静脈などの血流のある生体組織に赤色光と赤外光とを照射し、透過または反射した光を利用して、2つの波長の吸光特性の差から血中酸素飽和度を非観血的に測定するパルスオキシメータに関し、特に脈動が小さく、信号の交流成分が小さい低灌流の場合の精度の向上に関する。 The present invention irradiates a living tissue with blood flow such as an artery or a vein with red light and infrared light, and utilizes transmitted or reflected light to saturate blood oxygen from the difference in absorption characteristics of two wavelengths. The present invention relates to a pulse oximeter that measures the degree of blood noninvasively, and particularly relates to an improvement in accuracy in the case of low perfusion with small pulsation and small alternating current component of a signal.
前記のようなパルスオキシメータでは、前記赤色光および赤外光を被験者の指などに交互に照射して、その透過光または反射光をシリコンフォトダイオードなどの受光素子で光電変換し、得られた入射光強度に応じた電流出力を、オペアンプを用いた電流電圧変換回路を用いて電圧信号として取出している。その後、前記電圧信号は更に増幅回路によって増幅され、アナログ/デジタル変換回路によってデジタル信号に変換されて演算装置に入力され、前記2つの波長の吸光特性の差から前記血中酸素飽和度が計算される。 The pulse oximeter as described above was obtained by alternately irradiating the subject's finger with the red light and infrared light, and photoelectrically converting the transmitted light or reflected light with a light receiving element such as a silicon photodiode. A current output corresponding to the incident light intensity is extracted as a voltage signal using a current-voltage conversion circuit using an operational amplifier. Thereafter, the voltage signal is further amplified by an amplification circuit, converted into a digital signal by an analog / digital conversion circuit and input to a computing device, and the blood oxygen saturation is calculated from the difference between the absorption characteristics of the two wavelengths. The
具体的には、前記赤色光および赤外光のデータは血管の脈動に従って大きさが変化する。ある時間の中で、赤色光の変化した交流成分(脈波信号)をRAC、赤外光の変化した交流成分(脈波信号)をIRAC、赤色光の変化していない直流成分をRDC、赤外光の変化していない直流成分をIRDCとすると、赤色光と赤外光との変化割合の比Pは以下の式で表される。 Specifically, the size of the red light and infrared light data changes according to the pulsation of the blood vessel. Within a certain period of time, the AC component (pulse wave signal) in which the red light is changed is R AC , the AC component (pulse wave signal) in which the infrared light is changed is IR AC , and the DC component in which the red light is not changed is R If DC and the direct current component in which infrared light is not changed are IR DC , the ratio P of the change ratio between red light and infrared light is expressed by the following equation.
P=(RAC/RDC)/(IRAC/IRDC) ・・・(1)
この比Pは、赤色光と赤外光との透過光または反射光の脈波振幅比から求まるが、前記赤色光および赤外光を発生する光源(LED)の発光量が異なる場合、各脈波振幅は前記透過光または反射光の絶対レベルの影響を受けるので、この影響を除くために、前記直流成分RDC,IRDCで前記交流成分RAC,IRACを正規化している。
P = (R AC / R DC ) / (IR AC / IR DC ) (1)
This ratio P is obtained from the pulse wave amplitude ratio of transmitted light or reflected light of red light and infrared light. When the light emission amounts of the light sources (LEDs) that generate the red light and the infrared light are different from each other, Since the wave amplitude is affected by the absolute level of the transmitted light or reflected light, the AC components R AC and IR AC are normalized by the DC components R DC and IR DC in order to eliminate this effect.
そして、前記比Pは、使用している光源の波長や半値幅等の特性によって異なり、その比Pと、採血式オキシメータによって予め測定された前記血中酸素飽和度(SpO2値)との関係を表すテーブルを利用することによって、その瞬間のSpO2値を求めることができ、その瞬時のSpO2値に、たとえば移動平均などの処理を施すことによって、パルスオキシメータで表示するSpO2値を得ることができる。 Then, the ratio P is, depends on the characteristics such as the wavelength and the half value width of the light source in use, of its ratio P, premeasured the blood oxygen saturation by blood type oximeter and (SpO 2 value) by using a table representing the relationship, the moment of SpO 2 value can be obtained, the SpO 2 value of the instantaneous, by performing processing such as moving averages for example, SpO 2 values displayed by the pulse oximeter Can be obtained.
このとき、特許文献1では、前記赤色光および赤外光の各光源の発光時のA/Dカウント値から、その前後に測定した非発光時のA/Dカウント値を減算し、これを1回の発光時のデータとしている。こうして非発光時のカウント値を減算することで、定常的に入射している外光成分や、回路のオフセット成分を除去し、発光による純粋な信号成分のみを取出すことになっている。
At this time, in
このようなパルスオキシメータにおいて、光源から生体に光を照射し、透過または反射して得られる信号は、上述のように生体組織内の血管の脈動によって大きさが変動する。しかしながら、その変動分、すなわち前記交流成分RAC,IRACの、非変動分、すなわち前記直流成分RDC,IRDCに対する割合は、抹消血管の状態の個人差や、周囲の寒暖の状態による血管収縮状態の違い等によって変化し、大きい場合は40%近くあるが、小さい場合には0.5%以下になることもある。 In such a pulse oximeter, a signal obtained by irradiating a living body with light from a light source and transmitting or reflecting the light fluctuates depending on the pulsation of a blood vessel in the living tissue as described above. However, the ratio of the fluctuation component, that is, the alternating current components R AC and IR AC to the non-variation component, that is, the direct current components R DC and IR DC , is a blood vessel due to individual differences in the state of peripheral blood vessels and the surrounding cold and warm conditions. It varies depending on the difference in the contraction state, etc., and when it is large, it is close to 40%, but when it is small, it may be 0.5% or less.
上述の特許文献1では、上述のように外光成分や回路のオフセット成分については除去できるが、このような微小な交流成分RAC,IRACを良好なS/Nで測定できないという問題がある。すなわち、前記成分以外にも、空間や基板を介して伝播するノイズが前記成分RAC,IRAC;RDC,IRDCに侵入する。このノイズは、定常的に略一定レベルでランダムに発生しており、振幅レベルの大きい直流成分RDC,IRDCと、振幅レベルの小さい交流成分RAC,IRACとに略同じレベルで侵入する。したがって、前記振幅レベルの小さい交流成分RAC,IRACでは、前記ノイズによって振幅レベルが大きくばらつき(S/Nが大きく低下し)、結果的に計算されるSpO2値にばらつきが生じる。
In the above-mentioned
そこで、このような交流成分RAC,IRACのばらつきを抑える目的で、サンプリングの期間を長くして、その間の平均値を求めることで、前記ランダムノイズの影響を抑えることが考えられる。しかしながら、そうなると、パルスオキシメータにおけるパルス発光の期間が長くなり、前記血管を透かして見せる程の大光量の光が生体に照射され続けることになる。したがって、熱による悪影響が発生する可能性があり、前記非観血的、すなわち非侵襲であるという該パルスオキシメータの利点を大きく損なうことになる。また、前記サンプリング期間を長くすると、光源の消費電力が大きくなり、特に夜間や移動中の状態を測定可能な携帯タイプのパルスオキシメータでは、動作可能時間が短くなったり、バッテリの大型化を招くという問題もある。 Therefore, in order to suppress such variations in the AC components R AC and IR AC , it can be considered that the influence of the random noise is suppressed by increasing the sampling period and obtaining an average value therebetween. However, when this happens, the pulse emission period in the pulse oximeter becomes longer, and the living body is continuously irradiated with a light having a large amount of light that can be seen through the blood vessels. Therefore, adverse effects due to heat may occur, and the advantage of the pulse oximeter that is non-invasive, that is, non-invasive is greatly impaired. In addition, if the sampling period is lengthened, the power consumption of the light source increases, and in particular, in a portable type pulse oximeter that can measure the state at night or while moving, the operable time is shortened and the battery is increased in size. There is also a problem.
本発明の目的は、光源の発光エネルギーの増大を招くことなく、ランダムノイズに対するS/Nを向上し、精度良く測定することができるパルスオキシメータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a pulse oximeter capable of improving the S / N against random noise and accurately measuring without increasing the light emission energy of the light source.
本発明のパルスオキシメータは、血流のある生体組織に、第1および第2の波長の光を照射し、前記生体組織を透過または反射した光の受光光量の比に基づいて血中酸素飽和度を演算するようにしたパルスオキシメータにおいて、前記第1および第2の波長の光をそれぞれ発生する第1および第2の光源と、前記第1および第2の光源を駆動する発光制御部と、前記生体組織を透過または反射した前記第1および第2の波長の光を受光する受光素子と、前記受光素子での前記受光光量の比に基づいて前記血中酸素飽和度を演算する演算処理部とを備え、前記演算処理部は、前記第1および第2の波長での受光光量として、前記透過または反射光の変動成分(AC)と非変動成分(DC)とを順次測定した測定値の比を用い、前記発光制御部は、前記第1の波長での変動成分(AC)の検出期間および非変動成分(DC)の検出期間、ならびに前記第2の波長での変動成分(AC)の検出期間および非変動成分(DC)の検出期間を予め定める周期毎に順次繰返し、前記変動成分(AC)の検出期間は、前記非変動成分(DC)の検出期間に比べて、前記予め定める周期当りの発光エネルギーを大きくすることを特徴とする。 The pulse oximeter of the present invention irradiates biological tissue with blood flow with light of the first and second wavelengths, and saturates blood oxygen based on the ratio of the amount of received light transmitted or reflected by the biological tissue. In the pulse oximeter that calculates the degree, first and second light sources that respectively generate light of the first and second wavelengths, and a light emission control unit that drives the first and second light sources, A calculation process for calculating the blood oxygen saturation based on a ratio of a light receiving element that receives or reflects light of the first and second wavelengths transmitted or reflected through the living tissue and a ratio of the amount of light received by the light receiving element A measurement value obtained by sequentially measuring the fluctuation component (AC) and non-fluctuation component (DC) of the transmitted or reflected light as the amount of received light at the first and second wavelengths. The light emission control unit uses the ratio of The fluctuation component (AC) detection period and non-fluctuation component (DC) detection period at the first wavelength, and the fluctuation component (AC) detection period and non-fluctuation component (DC) at the second wavelength. The detection period is sequentially repeated every predetermined period, and the emission period per predetermined period is larger in the detection period of the fluctuation component (AC) than in the detection period of the non-fluctuation component (DC). And
上記の構成によれば、生体における赤色光と赤外光との2つの波長の吸光特性の差(脈波振幅成分の比)を利用して血中酸素飽和度を非観血的に測定するパルスオキシメータにおいて、前記2つの波長の光をそれぞれ発生する第1および第2の光源の発光レベルの差による影響を打ち消すために、受光素子での前記受光光量の比に基づいて前記血中酸素飽和度を演算する演算処理部が、前記第1および第2の波長での受光光量として、前記透過または反射光の変動成分(脈波振幅成分(AC))と非変動成分(DC)とを順次測定した測定値の比を用いて、前記変動成分(AC)を前記非変動成分(DC)で正規化する。このため、前記第1および第2の光源を駆動する発光制御部は、前記第1の波長での変動成分(AC)の検出期間および非変動成分(DC)の検出期間、ならびに前記第2の波長での変動成分(AC)の検出期間および非変動成分(DC)の検出期間を予め定める周期毎に順次繰返し行う。このとき本発明では、前記発光制御部は、前記変動成分(AC)の検出期間は、前記非変動成分(DC)の検出期間に比べて、前記予め定める周期当りの発光エネルギーを大きくする。 According to said structure, blood oxygen saturation is measured noninvasively using the difference (ratio of a pulse-wave amplitude component) of the light absorption characteristic of two wavelengths of red light and infrared light in a biological body. In the pulse oximeter, in order to cancel the influence of the difference between the light emission levels of the first and second light sources that respectively generate the two wavelengths of light, the blood oxygen is based on the ratio of the amount of light received by the light receiving element. A calculation processing unit that calculates a saturation degree uses a variation component (pulse wave amplitude component (AC)) and non-variation component (DC) of the transmitted or reflected light as the amount of received light at the first and second wavelengths. The fluctuation component (AC) is normalized with the non-fluctuation component (DC) using the ratio of the measured values measured sequentially. For this reason, the light emission control unit that drives the first and second light sources includes a detection period of a fluctuation component (AC) and a detection period of a non-fluctuation component (DC) at the first wavelength, and the second light source. The fluctuation component (AC) detection period and the non-fluctuation component (DC) detection period at the wavelength are sequentially repeated at predetermined intervals. In this case, in the present invention, the light emission control unit increases the light emission energy per the predetermined period in the detection period of the fluctuation component (AC) as compared with the detection period of the non-fluctuation component (DC).
したがって、空間や基板を介して伝播し、定常的に略一定レベルでランダムに発生しているノイズが、前記変動成分(AC)と非変動成分(DC)とに同じレベルで侵入しても、相対的に大きな振幅が得られ、元々S/Nの良好な非変動成分(DC)については、予め定める周期当りの発光エネルギーの低下でS/Nが低下するが、相対的に小さな振幅しか得られず、元々S/Nの悪い変動成分(AC)については、前記発光エネルギーの増加で著しくS/Nを向上することができる。これによって、トータルの発光エネルギーは一定のままとして、該発光エネルギーの増加による悪影響を招くことなく、脈動が小さく、脈波振幅成分(AC)が小さい測定条件の悪い低灌流の被験者についても、精度良く血中酸素飽和度の測定を行うことができる。 Therefore, even if noise that propagates through space or the substrate and is generated randomly at a constant and constant level enters the fluctuation component (AC) and the non-fluctuation component (DC) at the same level, A relatively large amplitude is obtained, and for a non-variable component (DC) having an originally good S / N, the S / N is reduced by a decrease in the emission energy per predetermined period, but only a relatively small amplitude is obtained. However, for the fluctuation component (AC) originally having a poor S / N, the S / N can be remarkably improved by the increase in the emission energy. As a result, the total luminescence energy remains constant, and even if the perfusion subject has low pulsation and the pulsation amplitude component (AC) is low and the measurement conditions are low, without causing adverse effects due to the increase in luminescence energy, The blood oxygen saturation can be measured well.
また、本発明のパルスオキシメータでは、前記発光制御部は、前記変動成分(AC)の検出期間を、前記非変動成分(DC)の検出期間に比べて長くすることで、前記予め定める周期当りの発光エネルギーを大きくし、前記変動成分のS/Nを改善することを特徴とする。 In the pulse oximeter according to the present invention, the light emission control unit makes the detection period of the fluctuation component (AC) longer than the detection period of the non-fluctuation component (DC), so The emission energy is increased to improve the S / N of the fluctuation component.
上記の構成によれば、発光に伴う時間平均電流を増やさずに、前記変動成分(AC)の検出期間のサンプル数を増加して、或いは積分時間を長くして、該変動成分(AC)のS/Nを向上することができる。 According to the above configuration, the number of samples in the detection period of the fluctuation component (AC) is increased or the integration time is lengthened without increasing the time average current associated with light emission, and the fluctuation component (AC) is increased. S / N can be improved.
好ましくは、前記受光素子および該受光素子で得られた光電変換電流を電流電圧変換するアンプの応答時定数を、前記変動成分(AC)および非変動成分(DC)の検出期間からそれぞれ減算した値の比が、略10倍程度であることを特徴とする。 Preferably, values obtained by subtracting the response time constants of the light receiving element and the amplifier for converting the photoelectric conversion current obtained by the light receiving element from the detection periods of the fluctuation component (AC) and the non-fluctuation component (DC), respectively. The ratio is approximately 10 times.
上記の構成によれば、前記非変動成分(DC)のS/Nの劣化を抑えつつ、変動成分(AC)のS/Nを高めることができる。 According to said structure, S / N of a fluctuation | variation component (AC) can be raised, suppressing deterioration of S / N of the said non-fluctuation component (DC).
また、本発明のパルスオキシメータでは、前記発光制御部は、前記変動成分(AC)の検出期間における発光光量を、前記非変動成分(DC)の検出期間における発光光量に比べて大きくすることで、前記予め定める周期当りの発光エネルギーを大きくし、前記変動成分のS/Nを改善することを特徴とする。 In the pulse oximeter of the present invention, the light emission control unit increases the light emission amount in the detection period of the fluctuation component (AC) as compared with the light emission quantity in the detection period of the non-fluctuation component (DC). The light emission energy per predetermined period is increased to improve the S / N of the fluctuation component.
上記の構成によれば、発光に伴う時間平均電流を増やさずに、前記変動成分(AC)の検出期間における発光光量を増大し、前記変動成分(AC)自体のS/Nを向上することができる。 According to the above configuration, it is possible to increase the amount of emitted light during the detection period of the fluctuation component (AC) without increasing the time average current associated with light emission, thereby improving the S / N of the fluctuation component (AC) itself. it can.
さらにまた、本発明のパルスオキシメータでは、前記発光制御部は、前記変動成分の検出期間を、前記非変動成分の検出期間に比べて長くすること、および前記変動成分の検出期間における発光光量を、前記非変動成分の検出期間における発光光量に比べて大きくすることで、前記予め定める周期当りの発光エネルギーを大きくし、前記変動成分のS/Nを改善することを特徴とする。 Furthermore, in the pulse oximeter of the present invention, the light emission control unit makes the detection period of the fluctuation component longer than the detection period of the non-fluctuation component, and the amount of emitted light in the detection period of the fluctuation component. By increasing the amount of emitted light in comparison with the non-variable component detection period, the light emission energy per predetermined period is increased, and the S / N of the varying component is improved.
上記の構成によれば、発光に伴う時間平均電流を増やさずに、前記変動成分(AC)の検出期間のサンプル数を増加して、或いは積分時間を長くして、さらに発光光量を増大して、該変動成分(AC)のS/Nを向上することができる。 According to the above configuration, the number of samples in the detection period of the fluctuation component (AC) is increased or the integration time is increased without increasing the time average current associated with light emission, and the amount of emitted light is further increased. , The S / N of the fluctuation component (AC) can be improved.
本発明のパルスオキシメータは、以上のように、生体における赤色光と赤外光との2つの波長の吸光特性の差(脈波振幅成分の比)を利用して血中酸素飽和度を非観血的に測定するパルスオキシメータにおいて、前記2つの波長の光をそれぞれ発生する第1および第2の光源の発光レベルの差による影響を打ち消すために、前記2つの波長の光それぞれに対して、変動成分(脈波振幅成分(AC))と非変動成分(DC)とを順次測定して、前記変動成分(AC)を前記非変動成分(DC)で正規化するにあたって、変動成分(AC)の検出期間は、非変動成分(DC)の検出期間に比べて、発光エネルギーを大きくする。 As described above, the pulse oximeter of the present invention uses the difference between the absorption characteristics of two wavelengths of red light and infrared light in the living body (ratio of pulse wave amplitude components) to reduce blood oxygen saturation. In a pulse oximeter for invasively measuring, in order to counteract the influence of the difference in the light emission levels of the first and second light sources that respectively generate the light of the two wavelengths, When the fluctuation component (pulse wave amplitude component (AC)) and the non-fluctuation component (DC) are sequentially measured and the fluctuation component (AC) is normalized by the non-fluctuation component (DC), the fluctuation component (AC ) In the detection period is larger than the detection period of the non-variable component (DC).
それゆえ、トータルの発光エネルギーは一定のままとして、該発光エネルギーの増加による悪影響を招くことなく、変動成分(AC)のS/Nを向上し、脈動が小さく、脈波振幅成分(AC)が小さい測定条件の悪い低灌流の被験者についても、精度良く血中酸素飽和度の測定を行うことができる。 Therefore, the total light emission energy remains constant, and the S / N of the fluctuation component (AC) is improved without causing adverse effects due to the increase of the light emission energy, the pulsation is small, and the pulse wave amplitude component (AC) is reduced. Even for low-perfusion subjects with small measurement conditions, blood oxygen saturation can be accurately measured.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の一形態に係るパルスオキシメータ10の電気的構成を示すブロック図である。このパルスオキシメータ10では、駆動回路1が、第1の波長である赤色光Rを発する第1の光源である発光素子2aと、第2の波長である赤外光IRを発する第2の光源である発光素子2bとを交互に点灯させ、それらから発せられた光R,IRが指先などの生体3に入射し、一部が吸光された後、残りの透過光が受光素子4で検出される。シリコンフォトダイオードなどから成る前記受光素子4は、前記透過光を光電変換し、電流出力で電流電圧変換回路5に入力する。なお、本実施の形態では、2つの発光素子2a,2bが交互に点灯され、受光素子4が時間分割で共用されるけれども、各発光素子2a,2bに個別の受光素子が設けられる場合は、そのような時間分割による使用は行われなくてよい。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a
前記電流電圧変換回路5は、アンプ51に帰還抵抗R1を備えて成り、所定の基準電圧Vref1(図1ではGNDレベル)を基準として、前記受光素子4において発生した電流を電圧に変換するとともに増幅して、次段の増幅回路6に与える。増幅回路6は、アンプ61に入力抵抗R2および帰還抵抗R3を備えて成り、所定の基準電圧Vref2(図1ではGNDレベル)を基準として、前記電流電圧変換回路5からの電圧出力を増幅し、CPUおよびその周辺回路などを備えて構成される演算処理部7のアナログ/デジタル変換回路71に与える。
The current-
演算処理部7では、前記アナログ/デジタル変換回路71は、増幅回路6で増幅されたアナログ信号を予め定めるサンプリング周期でデジタル信号に変換し、演算部72に与える。演算部72では、入力されたサンプリングデータを積算部721で積算し、その積算値を平均値演算部722においてサンプル数で除算することで、前記交流成分RAC,IRACおよび直流成分RDC,IRDCとなる平均値を求め、その平均値から、SpO2計算部723が、前記式1に従って前記比Pを求め、その比Pから予め格納しているテーブルを参照して、前記動脈血酸素飽和度(SpO2値)を読出す。その読出されたSpO2値は、図示しない表示装置や外部のデータ記録装置などへ出力される。
In the arithmetic processing unit 7, the analog /
一方、この演算処理部7では、タイミング制御部73によって前記アナログ/デジタル変換回路71のサンプリングタイミングが規定されるとともに、デジタル/アナログ変換回路74を介して前記駆動回路1が制御される。したがって、これらタイミング制御部73およびデジタル/アナログ変換回路74ならびに前記駆動回路1は、前記第1および第2の光源である発光素子2a,2bを駆動する発光制御部として機能する。駆動回路1は、FET4個のブリッジなどから成り、相互に逆並列に接続される発光素子2a,2bの端子間に、電圧を印加しないときは発光素子2a,2bは消灯し、一方の極性の電圧を印加したときは発光素子2aのみが、その印加電圧に対応した輝度で点灯し、他方の極性の電圧を印加したときは発光素子2bのみが、その印加電圧に対応した輝度で点灯する。このため、デジタル/アナログ変換回路74はアナログ電圧を出力して、前記FETのゲートに与えるようになっている。なお、初期設定時などで、被験者の指の太さなどに対応して前記アナログ電圧が調整されることで、発光素子2a,2bの光量調整が行われる。
On the other hand, in the arithmetic processing unit 7, the
上述のパルスオキシメータ10は、図2(a)で示すような発光素子2a,2bの点灯期間において、図2(b)で示すように、増幅回路6の出力をアナログ/デジタル変換回路71で離散サンプリングを行い、そのサンプリング値を、積算部721で積算し、その積算値を平均値演算部722においてサンプル数で除算することで、前記交流成分RAC,IRACおよび直流成分RDC,IRDCとなる平均値を求めている。これに対して、図3で示すような回路を用いることで、演算処理部7’の構成を簡素化することができる。
In the
図3は、本発明の実施の他の形態に係るパルスオキシメータ20の電気的構成を示すブロック図である。このパルスオキシメータ20は、前述のパルスオキシメータ10に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。また、図3では、増幅回路6より前段側の構成は省略している。注目すべきは、このパルスオキシメータ20では、前記増幅回路6と演算処理部7’との間に、2重積分回路8が設けられていることである。
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of a
この2重積分回路8において、前記増幅回路6からの出力は、スイッチSW1から入力抵抗R4を介してアンプ81に入力される。このアンプ81の入出力端間には積分コンデンサC1が設けられ、その出力はコンパレータ82で監視され、このコンパレータ82の出力は前記演算処理部7’のカウンタ75にストップ信号として入力される。前記積分コンデンサC1の蓄積電荷は、放電抵抗R5からスイッチSW2を介して放電可能となっている。一方、前記演算処理部7’内では、前記タイミング制御部73が発光素子2a,2bを点灯させると、その点灯期間は、スイッチSW1を導通させて、図2(c)で示すように、前記増幅回路6からの出力で積分コンデンサC1を充電してゆく。前記点灯期間が終了すると、タイミング制御部73は、スイッチSW1を遮断させ、代わってスイッチSW2を導通させるとともに、前記カウンタ75にスタート信号を入力して、図2(c)で示すような積分コンデンサC1の蓄積電荷の放電時間をカウントさせる。前記蓄積電荷が0となると、コンパレータ82の出力が反転し、前記のようにカウンタ75にストップ信号が入力され、カウント動作が停止する。こうして、積分コンデンサC1の蓄積電荷から、前記増幅回路6の出力の平均値を求めることができる。このためカウンタ75の出力は、演算部72’となる前記SpO2計算部723に直接入力される。
In the
図4は、上述のように構成されるパルスオキシメータ10,20の動作を説明するための波形図である。図4(a)は従来の動作を示し、図4(b)は本実施の形態の動作を示す。前記交流成分RAC,IRACおよび直流成分RDC,IRDCを求めるにあたって、従来の発光制御部では、たとえばこの図4(a)で示すように、赤色光Rの直流成分RDCの検出期間R−DCと、赤色光Rの交流成分RACの検出期間R−ACと、赤外光IRの直流成分IRDCの検出期間IR−DCと、赤外光IRの直流成分IRDCの検出期間IR−DCとが、予め定める周期T毎に順次行われ、その周期T内で、前記発光素子2a,2bは、一定期間T1だけパルス点灯される。なお、上記の検出順序は一例であり、同じ頻度で周期的に繰返されるのであれば、他の順であってもよい。
FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the
これに対して、注目すべきは、本実施の形態の発光制御部では、図4(b)で示すように、同じ周期T毎に、同じ順で検出が行われるものの、図4(a)の期間T1に対して、直流成分RDC,IRDCの検出期間R−DC,IR−DCは、時間αだけ短縮され、代わりに交流成分RAC,IRACの検出期間R−AC,IR−ACは、前記時間αだけ延長されることである。したがって、発光素子2a,2bの点灯時の電流を同じAとすると、従来の平均発光電流I1は、
I1=A×T1/T ・・・(2)
であり、本実施の形態の平均発光電流I2は、
I2=(A×(T1−α)+A×(T1+α))/2T=A×T1/T・・・(3)
となり、
I2=I1 ・・・(4)
である。
On the other hand, it should be noted that, in the light emission control unit of the present embodiment, detection is performed in the same order at the same period T as shown in FIG. 4B, but FIG. , The detection periods R-DC and IR-DC of the direct current components R DC and IR DC are shortened by the time α. Instead, the detection periods R-AC and IR− of the AC components R AC and IR AC are reduced. AC is extended by the time α. Therefore, if the current during lighting of the
I1 = A × T1 / T (2)
The average light emission current I2 of the present embodiment is
I2 = (A × (T1−α) + A × (T1 + α)) / 2T = A × T1 / T (3)
And
I2 = I1 (4)
It is.
これによって、図1で示すパルスオキシメータ10では、前記図2(b)で示すサンプリング回数が増加し、図3で示すパルスオキシメータ10では、前記図2(c)で示す積分時間が増加する。たとえば、前記周期Tは6.6msecであり、前記期間T1は400μsecであり、前記時間αは250μsecである(図2では、理解し易くするために、期間T1の割合を実際よりもかなり大きく示している。)。したがって、直流成分RDC,IRDCの検出期間R−DC,IR−DCは150μsecとなり、交流成分RAC,IRACの検出期間R−AC,IR−ACは650μsecとなる。
Thereby, in the
ここで、前記電流電圧変換回路5は、パルス状の信号に対しては応答時定数が発生する。また直流成分RDC,IRDCや交流成分RAC,IRACが微少である場合は、増幅回路6でのゲインが高く設定されて応答速度が落ちるため、図2(b)で示すように、その立上がりが遅く、サンプリング開始までの時間として例えばT2=100μsec程度を要する。したがって、実質的な検出期間T1’は、直流成分RDC,IRDCで50μsec、交流成分RAC,IRACで550μsecとなる。この550μsecの検出期間T1’内で、たとえば前記アナログ/デジタル変換回路71は6μsec毎にサンプリングを行い、したがって、約90回もサンプリングを行うことができる。これに対して、従来のT1=400μsecの場合、実質的な検出期間T1’は300μsecとなり、サンプリング回数は50回程度となる。
Here, the current-
したがって、交流成分RAC,IRACの検出期間R−AC,IR−ACでのS/Nは、従来に比べて、
S/N={(T1+α−T2)/(T1−T2)}1/2 ・・・(5)
倍となる。たとえば、αを(T1−T2)の0.5倍に設定すると、交流成分RAC,IRACの検出期間R−AC,IR−ACは1.5倍となり、S/Nは約1.2倍(=√1.5)改善することができる。反面、直流成分RDC,IRDCのS/Nは低下するが、SpO2値測定のばらつきが通常問題となるのは、交流成分RAC,IRACが直流成分RDC,IRDCの1%以下の場合であり、交流成分RAC,IRACのS/N改善の寄与率がかなり大きく、SpO2値測定の精度向上に寄与することができる。
Therefore, the S / N in the detection periods R-AC and IR-AC of the AC components R AC and IR AC is compared to the conventional case.
S / N = {(T1 + α-T2) / (T1-T2)} 1/2 (5)
Doubled. For example, setting the α to 0.5 times the (T1-T2), the alternating current component R AC, IR AC detection period R-AC, IR-AC becomes 1.5 times, S / N is about 1.2 Double (= √1.5) improvement. On the other hand, the direct current component R DC, although the S / N ratio of the IR DC decreases, the variation in SpO 2 measurement is normally problem, the alternating current component R AC, IR AC DC component R DC, 1% of IR DC a case in the following, the alternating current component R AC, is quite large contribution of IR AC of S / N improvement can contribute to improve the accuracy of SpO 2 measurement.
図5は、前記SpO2値の測定動作を説明するためのフローチャートである。ステップS0では、タイミング制御部73内で、パルス発光の周期T,T1が設定される。ステップS1では、タイミング制御部73からデジタル/アナログ変換回路74およびアナログ/デジタル変換回路71へ、先ず赤色LEDフラグがH、直流成分フラグがHに設定され、ステップS2で赤色LEDが点灯されて赤色光Rによる後述する測定動作が行われ、ステップS3でその測定結果が赤色光Rの直流成分RDCとして前記SpO2計算部723に格納される。その後、ステップS4でT−T1の期間だけ非発光(非検出)期間となり、前記赤色LEDフラグおよび直流成分フラグが共にリセット(不定)され、赤色LEDが消灯される。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the measurement operation of the SpO 2 value. In step S 0, pulse emission periods T and
続いて、ステップS11〜S14では前記ステップS1〜4と同様に、ステップS11で赤色LEDフラグが引続きH、直流成分フラグが切り替わってLに設定され、ステップS12で同様に赤色LEDが点灯されて赤色光Rによる測定動作が行われ、ステップS13でその測定結果が赤色光Rの交流成分RACとして前記SpO2計算部723に格納される。その後、ステップS14でT−T1の期間だけ非発光(非検出)期間となり、前記赤色LEDフラグおよび直流成分フラグが共にリセット(不定)され、赤色LEDが消灯される。 Subsequently, in steps S11 to S14, as in steps S1 to S4, the red LED flag is continuously set to H and the DC component flag is switched to L in step S11, and the red LED is similarly turned on and red in step S12. It is performed measurement operation by the optical R, the measurement result in step S13 is stored in the SpO 2 calculation section 723 as an AC component R AC of the red light R. Thereafter, in step S14, a non-emission (non-detection) period is set for the period T-T1, both the red LED flag and the DC component flag are reset (undefined), and the red LED is turned off.
代わって、ステップS21〜S24では前記ステップS1〜4と同様に、ステップS21で赤色LEDフラグが切り替わってLに、直流成分フラグもHに設定され、ステップS22で赤外LEDが点灯されて赤外光IRによる測定動作が行われ、ステップS33でその測定結果が赤外光IRの直流成分IRDCとして前記SpO2計算部723に格納される。その後、ステップS24でT−T1の期間だけ非発光(非検出)期間となり、前記赤色LEDフラグおよび直流成分フラグが共にリセット(不定)され、赤外LEDが消灯される。 Instead, in steps S21 to S24, as in steps S1 to S4, the red LED flag is switched to L in step S21, the DC component flag is also set to H, and the infrared LED is turned on in step S22. A measurement operation using the light IR is performed, and the measurement result is stored in the SpO 2 calculation unit 723 as a direct current component IR DC of the infrared light IR in step S33. Thereafter, in step S24, a non-emission (non-detection) period is entered for the period T-T1, both the red LED flag and the DC component flag are reset (undefined), and the infrared LED is turned off.
続いて、ステップS31〜S34では前記ステップS11〜14と同様に、ステップS31で赤色LEDフラグが引続きL、直流成分フラグが切り替わってLに設定され、ステップS32で同様に赤外LEDが点灯されて赤外光IRによる測定動作が行われ、ステップS33でその測定結果が赤外光IRの交流成分RACとして前記SpO2計算部723に格納される。その後、ステップS34でT−T1の期間だけ非発光(非検出)期間となり、前記赤色LEDフラグおよび直流成分フラグが共にリセット(不定)され、赤色LEDが消灯される。 Subsequently, in steps S31 to S34, as in steps S11 to 14, the red LED flag continues to be L and the DC component flag is switched to L in step S31, and the infrared LED is similarly turned on in step S32. It is performed measurement operation by infrared light IR, the measurement result in the step S33 is stored in the SpO 2 calculation section 723 as an AC component R AC of the infrared light IR. Thereafter, in step S34, a non-emission (non-detection) period is entered for the period T-T1, both the red LED flag and the DC component flag are reset (undefined), and the red LED is turned off.
前記ステップS34でのリセット動作の開始とともに、ステップS41では、前記SpO2計算部723は、前記交流成分RAC,IRACおよび直流成分RDC,IRDCから、前記式1に従い比Pを演算し、ステップS42で前記テーブルから対応するSpO2値を読出す。
Along with the start of the reset operation in step S34, in step S41, the SpO 2 calculation unit 723 calculates the ratio P from the AC components R AC , IR AC and DC components R DC , IR DC according to the
図6は、前記ステップS2,S12,S22,S32における測定動作を詳しく説明するためのフローチャートである。この動作は、図1で示す離散サンプリングのパルスオキシメータ10に対応している。ステップS51では、前記検出期間R−AC,IR−ACおよび検出期間R−DC,IR−DCとなる前記発光素子2a,2bの発光時間が、交流成分RAC,IRACおよび直流成分RDC,IRDC毎に、前記T1+αおよびT1−αにそれぞれ設定されるとともに、アナログ/デジタル変換回路71でのサンプル数が、前記T1−T2+αおよびT1−T2−αのサンプリング時間に応じて設定され、さらにデジタル/アナログ変換回路74を経て出力する発光素子2a,2bの発光輝度、すなわち駆動電流値も設定される。
FIG. 6 is a flowchart for explaining in detail the measurement operation in steps S2, S12, S22, and S32. This operation corresponds to the discrete
ステップS52では、前記赤色LEDフラグおよび直流成分フラグに応じて、赤色LEDまたは赤外LEDのいずれかが点灯され、その発光時間のカウント動作が開始される。続いてステップS53では、受光素子4による生体3の透過光のサンプリングがアナログ/デジタル変換回路71で行われ、前記積算部721に格納される。ステップS54では、サンプル数を表す変数Kに1が加算されて更新され、ステップS55では、その変数Kが前記ステップS51で設定された値となったか否かが判断され、設定数だけサンプルが得られていないときには前記ステップS53に戻ってサンプリングを繰返し、設定数のサンプルが得られるとステップS56に移る。
In step S52, either the red LED or the infrared LED is turned on according to the red LED flag and the DC component flag, and the counting operation of the light emission time is started. Subsequently, in step S <b> 53, sampling of light transmitted through the living
ステップS56では、前記ステップS52で開始した発光時間カウンタのカウント値が前記ステップS51で設定された値となるまで待機し、その設定値となるとステップS57でLEDが消灯される。ステップS58では得られた総てのサンプリング値が前記積算部721で積算され、さらにその積算値を平均値演算部722においてサンプル数で除算することで、前記交流成分RAC,IRACおよび直流成分RDC,IRDCとなる平均値が求められ、前記ステップS41での比Pの演算が可能となる。
In step S56, the process waits until the count value of the light emission time counter started in step S52 reaches the value set in step S51, and when that value is reached, the LED is turned off in step S57. In step S58, all the obtained sampling values are integrated by the integrating
このように本実施の形態のパルスオキシメータ10,20は、生体3における赤色光Rと赤外光IRとの2つの波長の吸光特性の差(脈波振幅成分の比)を利用してSpO2値を非観血的に測定するパルスオキシメータにおいて、前記2つの波長の光をそれぞれ発生する発光素子2a,2bの発光レベルの差による影響を打ち消すために透過光の交流成分RAC,IRACおよび直流成分RDC,IRDCを順次周期的に測定するにあたって、標準的な検出期間T1に対して、時間αだけ、直流成分RDC,IRDCの検出期間R−DC,IR−DCを短縮する一方、交流成分RAC,IRACの検出期間R−AC,IR−ACを延長する。
As described above, the
したがって、空間や基板を介して伝播し、定常的に略一定レベルでランダムに発生しているノイズが、前記交流成分RAC,IRACと直流成分RDC,IRDCとに同じレベルで侵入しても、直流成分RDC,IRDCについてはノイズに対して大きな振幅が得られるためS/Nは非常に良く、前記発光エネルギーを低下させても若干のS/N低下であるのに対して、交流成分RAC,IRACについては、生体特性によって直流成分RDC,IRDCと比べて振幅が小さく、条件によっては1/100以下になる場合がありS/Nが問題となる。これに対して、前記のように発光エネルギーを増加することで、S/Nを向上することができる。これによって、トータルの発光エネルギー(前記平均発光電流I2)は一定のまま(従来の平均発光電流I1と等しく)として、該発光エネルギーの増加による悪影響を招くことなく、脈動が小さく、交流成分RAC,IRACが小さい測定条件の悪い低灌流の被験者についても、精度良くSpO2値の測定を行うことができる。 Therefore, the noise that propagates through the space and the substrate and is randomly generated at a constant and constant level enters the AC components R AC and IR AC and the DC components R DC and IR DC at the same level. However, with respect to the direct current components R DC and IR DC , a large amplitude is obtained with respect to noise, so the S / N is very good, whereas even if the emission energy is reduced, the S / N is slightly reduced. The AC components R AC and IR AC have smaller amplitudes than the DC components R DC and IR DC depending on biological characteristics, and may be 1/100 or less depending on the conditions, and S / N becomes a problem. On the other hand, S / N can be improved by increasing the light emission energy as described above. As a result, the total light emission energy (the average light emission current I2) remains constant (equal to the conventional average light emission current I1), and the pulsation is small without causing an adverse effect due to the increase in the light emission energy, and the AC component R AC can be performed on even the subject of poor hypoperfusion of measurement conditions IR AC is small, the measurement of high accuracy SpO 2 value.
また、前記受光素子4および該受光素子4で得られた光電変換電流を電流電圧変換するアンプ51の応答時定数T2を前記交流成分RAC,IRACおよび直流成分RDC,IRDCの検出期間T1からそれぞれ減算した値T1’の比{(T1−T2+α)/(T1−T2−α)}を、上述のように略10倍程度と設定することで、前記のように直流成分RDC,IRDCのS/Nの劣化を抑えつつ、交流成分RAC,IRACのS/Nを高めることができ、前記交流成分RAC,IRACと直流成分RDC,IRDCとの振幅比RAC/RDC,IRAC/IRDが生体特性によって1/100程度以下のように低信号であっても測定性能を改善することできる。
Further, the response time constant T2 of the light receiving element 4 and the
さらにまた、前記図1および図2(b)で示す離散サンプリングの場合には、サンプリング周期は一定で、かつトータルのサンプリング数も一定であるので、アナログ/デジタル変換回路71等のCPUの信号処理速度に変化はなく、CPUの消費電力が増加することもない。また、処理も離散サンプリングの平均化回数を増減するだけ、あるいは連続サンプリングの積分時間を増減するだけであるので、プログラムを複雑化することなくS/Nを向上させることができる。
Furthermore, in the case of the discrete sampling shown in FIG. 1 and FIG. 2B, the sampling cycle is constant and the total number of samplings is also constant, so that the signal processing of the CPU such as the analog /
(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の他の形態に係るパルスオキシメータにおける動作を説明するための波形図である。本実施の形態のパルスオキシメータには、前述のパルスオキシメータ10,20の構成を用いることができ、デジタル/アナログ変換回路74から駆動回路1による発光素子2a,2bの駆動方法が異なるだけである。注目すべきは、本実施の形態では、前述の図4(a)と同様に、直流成分RDC,IRDCの検出期間R−DC,IR−DCと交流成分RAC,IRACの検出期間R−AC,IR−ACとが前記標準の期間T1で等しいのに対して、前記発光素子2a,2bの直流成分RDC,IRDCの検出期間R−DC,IR−DCでの駆動電流A1を前記図4(a)および図4(b)の標準値AよりΔAだけ低下させ、代わって交流成分RAC,IRACの検出期間R−AC,IR−ACでの駆動電流A2を前記標準値AよりΔAだけ増加させることである。前記標準値Aは、回路の消費電流や、生体3への影響などを考慮して、適宜設定される。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a waveform diagram for explaining an operation in a pulse oximeter according to another embodiment of the present invention. The pulse oximeter of the present embodiment can use the configuration of the
このように前記交流成分RAC,IRACの検出期間R−AC,IR−ACにおける単位周期T当りの発光エネルギーを大きくするにあたって、前記発光光量の増大によって、前記交流成分RAC,IRAC自体のS/Nを向上することができる。 Thus the alternating current component R AC, IR AC detection period R-AC, when increasing the emission energy per unit cycle T in IR-AC, by an increase of the light emission amount, the AC component R AC, IR AC itself S / N can be improved.
ここで、S/Nの改善率は、ノイズが例えば1mVrmsに対して直流成分RDC,IRDCが例えば1Vというように1000倍程度と充分大きい場合には直流成分RDC,IRDCの信号低下による影響は無視でき、交流成分RAC,IRACでのS/Nの変化が支配的となる。例えば、図7でのΔA=A/2とすれば、単純に光量は1.5倍となるため、S/Nも1.5倍に改善される。 Here, when the noise is sufficiently large, such as about 1000 times, such as the DC component R DC , IR DC is 1 V, for example, with respect to 1 mVrms, the S / N improvement rate is a decrease in signal of the DC component R DC , IR DC . The influence by is negligible, and the S / N change in the AC components R AC and IR AC becomes dominant. For example, if ΔA = A / 2 in FIG. 7, the amount of light simply becomes 1.5 times, so the S / N is also improved by 1.5 times.
なお、検出期間R−AC,R−DCで同一の発光電流かつ、検出期間IR−AC,IR−DCで同一の発光電流であれば式6となり、前記比Pでの交流成分RAC,IRACを直流成分RDC,IRDCで正規化する方法に問題はない。しかし、図7のように検出期間R−AC,R−DC,IR−AC,IR−DCで発光電流が異なる場合、式7,8のように測定器起動時の校正によって発光量を測定しておき、式9のように前記比Pの演算の際に補正をかける必要がある。
If the light emission current is the same in the detection periods R-AC and R-DC and the light emission current is the same in the detection periods IR-AC and IR-DC,
R−ACの発光量/R−DCの発光量
=IR−ACの発光量/IR−DCの発光量 ・・・(6)
K1=Rの電流振幅A2での発光量/Rの電流振幅A1での発光量 ・・・(7)
K2=IRの電流振幅A2での発光量/IRの電流振幅A1での発光量・・・(8)
P={(RAC/RDC)/(IRAC/IRDC)}×{K2/K1} …(9)
R-AC emission amount / R-DC emission amount = IR-AC emission amount / IR-DC emission amount (6)
Light emission amount at current amplitude A2 of K1 = R / Light emission amount at current amplitude A1 of R (7)
K2 = light emission amount at IR current amplitude A2 / light emission amount at IR current amplitude A1 (8)
P = {(R AC / R DC ) / (IR AC / IR DC )} × {K2 / K1} (9)
(実施の形態3)
図8は、本発明の実施のさらに他の形態に係るパルスオキシメータにおける動作を説明するための波形図である。本実施の形態のパルスオキシメータは、実施の形態2と同様、前述のパルスオキシメータ10,20の構成を用いることができ、デジタル/アナログ変換回路74から駆動回路1による発光素子2a,2bの駆動方法が異なるだけである。注目すべきは、本実施の形態では、直流成分RDC,IRDCの発光量低減によるS/N低下が小さいことに鑑みて、実施の形態1で検出期間R−DC,IR−DCは時間αだけ短縮していたのに代わって、検出期間R−DC,IR−DCでの発光電流をΔA’だけ低減させたA’とすることである。発光エネルギーに関しては、検出期間R−DC,IR−DC,R−AC,IR−ACトータルでの平均発光電流を前記従来の平均発光電流(式2)と等しくする。
(Embodiment 3)
FIG. 8 is a waveform diagram for explaining an operation in a pulse oximeter according to still another embodiment of the present invention. As in the second embodiment, the pulse oximeter of the present embodiment can use the configuration of the
すなわち、
ΔA’=(検出期間R−AC,IR−ACでのエネルギー増分)/T1
=A×α/T1 ・・・(10)
であり、したがって、
A’=A−ΔA’=A(1−α/T1) ・・・(11)
となる。
That is,
ΔA ′ = (energy increment in detection period R-AC, IR-AC) / T1
= A × α / T1 (10)
And therefore
A ′ = A−ΔA ′ = A (1−α / T1) (11)
It becomes.
S/Nの改善率は、実施の形態2での説明と同様で、直流成分RDC,IRDCの信号低下による影響は無視でき、交流成分RAC,IRACでのS/Nの変化が支配的となる。つまり、S/N改善率は従来比で式5と等しくなる。
The improvement rate of the S / N is the same as that described in the second embodiment, and the influence of the signal drop of the direct current components R DC and IR DC can be ignored, and the change of the S / N in the alternating current components R AC and IR AC Become dominant. That is, the S / N improvement rate is equal to
(実施の形態4)
図9は、本発明の実施の他の形態に係るパルスオキシメータにおける動作を説明するための波形図である。本実施の形態のパルスオキシメータにも、前述のパルスオキシメータ10,20の構成を用いることができ、デジタル/アナログ変換回路74から駆動回路1による発光素子2a,2bの駆動方法が異なるだけである。注目すべきは、本実施の形態では、前記交流成分RAC,IRACの検出期間R−AC,IR−ACにおける単位周期T当りの発光エネルギーを大きくするにあたって、前述の図4(b)で示すパルス幅の調整と、図7で示す発光光量の増大とを併用することである。したがって、直流成分RDC,IRDCの減分−ΔA’および交流成分RAC,IRACの増分ΔAを小さくすることができ、駆動回路1の負担を小さくすることができる。
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a waveform diagram for explaining an operation in a pulse oximeter according to another embodiment of the present invention. The pulse oximeter of this embodiment can also use the configuration of the
すなわち、前述の図4(b)と同様に、前記交流成分RAC,IRACの検出期間R−AC,IR−ACをそれぞれαだけ増加、前記直流成分RDC,IRDCの検出期間R−DC,IR−DCをそれぞれαだけ減少させるものとする。さらに、標準値Aに対して、直流成分RDC,IRDCの減分をΔA''および交流成分RAC,IRACの増分をΔA'''とすると、検出期間R−DCまたはIR−DCでの発光電流A''は、
A''=(T1−α)/T×(A−ΔA'') ・・・(12)
となり、検出期間R−ACまたはIR−ACでの発光電流A'''は、
A'''=(T1+α)/T×(A+ΔA''') ・・・(13)
となる。
That is, as in FIG. 4B, the detection periods R-AC and IR-AC of the AC components R AC and IR AC are increased by α, respectively, and the detection periods R− of the DC components R DC and IR DC are increased. It is assumed that DC and IR-DC are decreased by α, respectively. Furthermore, when the decrement of the direct current components R DC and IR DC is ΔA ″ and the increment of the alternating current components R AC and IR AC is ΔA ′ ″ with respect to the standard value A, the detection period R-DC or IR-DC The light emission current A '' at
A ″ = (T1−α) / T × (A−ΔA ″) (12)
The light emission current A ′ ″ in the detection period R-AC or IR-AC is
A ′ ″ = (T1 + α) / T × (A + ΔA ′ ″) (13)
It becomes.
そして、発光エネルギーに関しては、検出期間R−DC,IR−DC,R−AC,IR−ACトータルでの平均発光電流を前記従来の平均発光電流である式2と等しくする。つまり、
{(T1−α)/T×(A−ΔA'')+(T1+α)/T×(A+ΔA''')}/2
=A×T1/T ・・・(14)
整理すれば、
ΔA''−ΔA'''=(ΔA''+ΔA''')×α/T1 ・・・(15)
であり、(ΔA''+ΔA''')×α/T1>0であるから、ΔA''>ΔA'''となるような振幅に設定する必要がある。
With respect to the light emission energy, the average light emission current in the detection periods R-DC, IR-DC, R-AC, and IR-AC is made equal to Equation 2 which is the conventional average light emission current. That means
{(T1-α) / T × (A−ΔA ″) + (T1 + α) / T × (A + ΔA ′ ″)} / 2
= A × T1 / T (14)
If you organize,
ΔA ″ −ΔA ′ ″ = (ΔA ″ + ΔA ′ ″) × α / T1 (15)
Since (ΔA ″ + ΔA ′ ″) × α / T1> 0, it is necessary to set the amplitude to satisfy ΔA ″> ΔA ″ ′.
S/Nに関しては、パルス幅αによる改善の式5と、増加した振幅比=(A+ΔA'')/Aより、
S/N={(A+ΔA'')/A}×{(T1+α−T2)/(T1−T2)}1/2
・・・(16)
となる。
Regarding S / N, from
S / N = {(A + ΔA '') / A} × {(T1 + α-T2) / (T1-T2)} 1/2
... (16)
It becomes.
10,20 パルスオキシメータ
1 駆動回路
2a 赤色の発光素子
2b 赤外の発光素子
3 生体
4 受光素子
5 電流電圧変換回路
51,61,81 アンプ
6 増幅回路
7,7’ 演算処理部
71 アナログ/デジタル変換回路
72,72’ 演算部
721 積算部
722 平均値演算部
723 SpO2計算部
73 タイミング制御部
74 デジタル/アナログ変換回路
75 カウンタ
8 2重積分回路
82 コンパレータ
C1 積分コンデンサ
R1,R3 帰還抵抗
R2,R4 入力抵抗
R5 放電抵抗
SW1,SW2 スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1および第2の波長の光をそれぞれ発生する第1および第2の光源と、
前記第1および第2の光源を駆動する発光制御部と、
前記生体組織を透過または反射した前記第1および第2の波長の光を受光する受光素子と、
前記受光素子での前記受光光量の比に基づいて前記血中酸素飽和度を演算する演算処理部とを備え、
前記演算処理部は、前記第1および第2の波長での受光光量として、前記透過または反射光の変動成分と非変動成分とを順次測定した測定値の比を用い、
前記発光制御部は、前記第1の波長での変動成分の検出期間および非変動成分の検出期間、ならびに前記第2の波長での変動成分の検出期間および非変動成分の検出期間を予め定める周期毎に順次繰返し、前記変動成分の検出期間は、前記非変動成分の検出期間に比べて、前記予め定める周期当りの発光エネルギーを大きくすることを特徴とするパルスオキシメータ。 A pulse that irradiates a living tissue with blood flow with light of the first and second wavelengths and calculates blood oxygen saturation based on the ratio of the amount of received light transmitted or reflected by the living tissue. In the oximeter,
First and second light sources that respectively generate light of the first and second wavelengths;
A light emission controller for driving the first and second light sources;
A light receiving element that receives light of the first and second wavelengths transmitted or reflected by the biological tissue;
An arithmetic processing unit that calculates the blood oxygen saturation based on the ratio of the amount of received light at the light receiving element;
The arithmetic processing unit uses a ratio of measured values obtained by sequentially measuring the fluctuation component and the non-fluctuation component of the transmitted or reflected light as the received light amount at the first and second wavelengths,
The light emission control unit has a predetermined period for detecting a fluctuation component and a non-fluctuation component in a first wavelength, and for detecting a fluctuation component and a non-fluctuation component in a second wavelength. The pulse oximeter is repeatedly repeated each time, and the emission energy per predetermined period is increased in the detection period of the fluctuation component in comparison with the detection period of the non-fluctuation component.
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