JP2021007783A - パルスオキシメータ - Google Patents

Abstract

【課題】測定結果に対するセンサの装着圧の影響を抑制する。【解決手段】パルスオキシメータ１は、第１光を発生する第１発光部１１と、該第１光とは異なる波長を有する第２光を発生する第２発光部１２と、第１光の生体からの第１戻り光及び第２光の生体からの第２戻り光各々を受光する受光部１３と、を備えるパルスオキシメータである。当該パルスオキシメータは、当該パルスオキシメータと生体との接触圧に係る信号を検出する接触圧検出手段１４と、第１戻り光及び第２戻り光各々に起因して受光部から出力される信号と、検出された接触圧に係る信号と、に基づいて酸素飽和度に係る情報を出力する出力手段１００と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、パルスオキシメータの技術分野に関する。

この種のパルスオキシメータとして、例えば常時装着を前提とした指輪型のパルスオキシメータであって、例えば検出可能な脈動成分が少ない場合又は低体温により血管が収縮して酸素飽和度の計測精度が低下する場合等に、動脈の脈動を大きくするように計測対象部位を押圧するパルスオキシメータが提案されている（特許文献１参照）。

或いは、互いに波長の異なる光に応じた２つの容積信号のうち、一方の容積信号の脈動成分とカフ圧とに基づいて血圧値を求めると共に、２つの容積信号各々の脈動成分から抽出された容積脈波信号より血液酸素飽和度を求めることによって、血圧と血液酸素飽和度を同時に連続して測定する装置が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００７−３３０７０８号公報 特開平６−６３０２４号公報

ところで、パルスオキシメータによる動脈酸素飽和度（以降、適宜“ＳｐＯ_２”と称する）測定では、パルスオキシメータを構成するセンサの装着圧が変化すると、ＳｐＯ_２の測定結果が変化する。

上記特許文献１に記載の技術では、例えば測定対象者の指がむくむ等により、指輪型のパルスオキシメータのセンサの装着圧が比較的高くなった場合、ＳｐＯ_２値を正しく測定できない可能性があるという技術的問題点がある。また、上記特許文献２に記載の技術では、ＳｐＯ_２測定についてセンサの装着圧が考慮されていないという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、センサの装着圧の影響を抑制することができるパルスオキシメータを提供することを課題とする。

本発明の第１のパルスオキシメータは、上記課題を解決するために、第１光を発生する第１発光部と、前記第１光とは異なる波長を有する第２光を発生する第２発光部と、前記第１光の生体からの第１戻り光及び前記第２光の前記生体からの第２戻り光各々を受光する受光部と、前記生体との接触圧に係る信号を検出する接触圧検出手段と、前記第１戻り光及び前記第２戻り光各々に起因して前記受光部から出力される信号と、前記検出された接触圧に係る信号と、に基づいて酸素飽和度に係る情報を出力する出力手段と、を備える。

本発明の第２のパルスオキシメータは、上記課題を解決するために、第１光を発生する第１発光部と、前記第１光とは異なる波長を有する第２光を発生する第２発光部と、前記第１光の生体からの第１戻り光及び前記第２光の前記生体からの第２戻り光各々を受光する受光部と、を備えるパルスオキシメータであって、当該パルスオキシメータと前記生体との接触圧に係る信号を検出する接触圧検出手段と、前記検出された接触圧に係る信号に応じて接触圧の調整に係る情報を出力する出力手段と、を備える。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

第１実施例に係るパルスオキシメータの概要を示す概略構成図である。 第１実施例に係る算出装置の要部を示すブロック図である。 受光手段から出力される信号の一例を、装着圧毎に示す図である。 装着圧と信号振幅との関係の一例を示す特性図である。 装着圧とＳｐＯ_２との関係の一例を示す特性図である。 第１実施例に係る増幅率の補正関数Ｆ（Δｐ）の一例を示す図である。 補正されない場合のＳｐＯ_２の測定結果と、補正された場合のＳｐＯ_２の測定結果との各々の一例を示す図である。 第１実施例に係る透過型のパルスオキシメータを構成する各素子の配置例を示す図である。 第１実施例に係る反射型のパルスオキシメータを構成する各素子の配置例を示す図である。 第１実施例の変形例に係るパルスオキシメータの概要を示す概略構成図である。 第２実施例に係るパルスオキシメータの概要を示す概略構成図である。 第２実施例の変形例に係るパルスオキシメータの概要を示す概略構成図である。

以下、本発明のパルスオキシメータに係る実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係るパルスオキシメータは、第１発光部、第２発光部及び受光部を備えて構成されている。第１発光部は、第１光を発生する。第２発光部は、第１光とは異なる波長を有する第２光を発生する。ここで、第１光及び第２光の一方の光の波長は、酸素化ヘモグロビンへの吸収が優位な波長であり、第１光及び第２光の他方の光の波長は、脱酸素化ヘモグロビンへの吸収が優位な波長であることが望ましいが、これに限定されるものではない。尚、本実施形態に係るパルスオキシメータは、３以上の発光部を備えていてよい。

受光部は、第１光の生体からの第１戻り光及び第２光の生体からの第２戻り光各々を受光する。ここで、「戻り光」は、生体により散乱又は反射された光に限らず、生体を透過した光も含む概念である。つまり、本実施形態に係るパルスオキシメータは、反射型のパルスオキシメータであってもよいし、透過型のパルスオキシメータであってもよい。尚、受光部は、例えば単一の受光素子により構成されていることに限らず、複数の受光素子により構成されていてよい。

接触圧検出手段は、パルスオキシメータと生体との接触圧に係る信号を検出する。ここで、「接触圧に係る信号」は、接触圧そのものの値を示す信号に限らず、例えば圧力センサ等のセンサの出力信号、接触圧を間接的に示す物理量又はパラメータを示す信号、等も含む概念である。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる出力手段は、第１戻り光及び第２戻り光各々に起因して受光部から出力される信号と、検出された接触圧に係る信号とに基づいて酸素飽和度に係る情報を出力する。ここで、「酸素飽和度に係る情報」は、酸素飽和度そのものの値を示す情報に限らず、例えば赤色光の戻り光と赤外光の戻り光との比を示す情報等、酸素飽和度を間接的に示す情報も含む概念である。

本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、パルスオキシメータは、動脈血に起因する、受光部の出力信号の脈動成分に基づいて酸素飽和度に係る情報を出力する。ここで、生体内で脈動する血管は動脈だけであり、毛細血管から染み出て血圧が０ｍｍＨｇとみなせる程度まで低下している静脈には脈動が生じない。しかしながら、現実には、動脈の脈動は生体組織中を伝播し、静脈を物理的に振動させる。この結果、受光部の出力信号の脈動成分には、静脈の情報も大なり小なり含まれることとなる。

パルスオキシメータの生体に対する接触圧が変化すると、生体内における動脈と静脈との物理的な距離が変化し、動脈の脈動が静脈に与える影響も変化する。つまり、接触圧が変化することにより、出力信号の脈動成分に対する静脈の影響も変化する。パルスオキシメータは接触圧を仮定した上で、正確な酸素飽和度が求められるように設計されることが多い。このため、接触圧によっては、出力信号の脈動成分に対する静脈の影響が大きく、誤った酸素飽和度が求められる可能性がある。

そこで、本実施形態では、出力手段により、第１戻り光及び第２戻り光各々に起因して受光部から出力される信号と、検出された接触圧に係る信号と、に基づいて酸素飽和度に係る情報が出力される。

具体的には例えば、出力手段は、検出された接触圧に係る信号に応じて、第１戻り光及び第２戻り光各々に起因して受光部から出力される信号を補正（例えば、信号振幅を増減）した上で、酸素飽和度に係る情報を出力する。或いは、出力手段は、第１戻り光及び第２戻り光各々に起因して受光部から出力される信号に基づいて求められた酸素飽和度に係る情報を、検出された接触圧に係る信号に応じて補正する。いずれにせよ、接触圧の影響のない又は殆どない酸素飽和度に係る情報が出力される。

以上の結果、本実施形態に係るパルスオキシメータによれば、接触圧の影響を抑制することができ、もって、信頼性の高い酸素飽和度に係る情報を出力することができる。

第１実施形態に係るパルスオキシメータの一態様では、出力手段は、第１戻り光に起因して受光部から出力される信号と、第２戻り光に起因して受光部から出力される信号と、の少なくとも一方に係る増幅率を、検出された接触圧に係る信号に基づいて変化させる。

例えば接触圧が高くなると、生体内における動脈と静脈との物理的な距離が短くなり、動脈の脈動が静脈に与える影響が大きくなる。すると、静脈の影響により、出力信号の脈動成分（信号振幅）が大きくなる。

出力手段が、上述の如く、検出された接触圧に係る信号に基づいて、第１戻り光に起因して受光部から出力される信号と、第２戻り光に起因して受光部から出力される信号と、の少なくとも一方に係る増幅率を変化させることにより、静脈の影響（即ち、接触圧の影響）を抑制又は除去することができる。

或いは、第１実施形態に係るパルスオキシメータの他の態様では、検出された接触圧に係る信号に応じて接触圧の調整に係る情報を出力する第２出力手段を更に備える。

この態様によれば、出力された接触圧の調整に係る情報に応じて、自動で又は手動で、パルスオキシメータの接触圧が調整されれば、接触圧の影響が抑制された酸素飽和度に係る情報を出力することができる。

尚、「接触圧の調整に係る情報」は、接触圧の調整値そのものを示す情報に限らず、例えば「接触圧が高い」、「接触圧が低い」等の間接的に接触圧の調整を促す情報や、接触圧の程度を直接的又は間接的に示す物理量又はパラメータ、等をも含む概念である。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係るパルスオキシメータは、第１発光部、第２発光部及び受光部を備えて構成されている。第１発光部は、第１光を発生する。第２発光部は、第１光とは異なる波長を有する第２光を発生する。受光部は、第１光の生体からの第１戻り光及び第２光の生体からの第２戻り光各々を受光する。

接触圧検出手段は、パルスオキシメータと生体との接触圧に係る信号を検出する。例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる出力手段は、検出された接触圧に係る信号に応じて接触圧の調整に係る情報を出力する。

出力された接触圧の調整に係る情報に応じて、自動で又は手動で、パルスオキシメータの接触圧が調整されれば、適切な接触圧で、酸素飽和度の測定が実施される。この結果、接触圧の影響が抑制された酸素飽和度を求めることができる。

第２実施形態に係るパルスオキシメータの一態様では、出力された接触圧の調整に係る情報に応じて、当該パルスオキシメータと生体との接触圧を調整する調整手段を更に備える。

この態様によれば、接触圧が自動的に調整されるので、実用上非常に有利である。

本発明のパルスオキシメータに係る実施例を、図面を参照して説明する。

＜第１実施例＞
本発明のパルスオキシメータに係る第１実施例について、図１乃至図７を参照して説明する。

図１において、パルスオキシメータ１は、発光手段１１と、発光手段１２と、例えばＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）である受光手段１３と、例えば圧力センサ等である装着圧検出手段１４と、受光手段１３から出力された信号及び装着圧検出手段１４から出力された信号を処理する算出手段１００と、を備えて構成されている。

発光手段１１は、例えば赤外線ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を備えて構成されており、酸素化ヘモグロビンへの吸収が優位な波長の第１光を発生する。他方、発光手段１２は、例えば赤色ＬＥＤを備えて構成されており、脱酸素化ヘモグロビンへの吸収が優位な波長の第２光を発生する。

第１光及び第２光は、人の指の血管（本発明に係る“生体”に相当）に照射される。受光手段１３は、血管を透過した第１光の第１透過光（本発明に係る“第１戻り光”に相当）及び第２光の第２透過光（本発明に係る“第２戻り光”に相当）を主に受光し、受光量に応じた信号を出力する。

ここで、ＳｐＯ_２は、第１透過光（即ち、酸素化ヘモグロビンへの吸収が優位な波長の光）に起因して受光手段１３から出力された信号と、第２透過光（即ち、脱酸素化ヘモグロビンへの吸収が優位な波長の光）に起因して受光手段１３から出力された信号と、の振幅比に基づいて求められる。

ところで、受光手段１３から出力される信号の振幅は、パルスオキシメータ１の装着圧の影響を受けることが本願発明者の研究により判明している。具体的には例えば、図３及び図４に示すように、パルスオキシメータの装着圧によって、受光手段１３から出力される信号の振幅が変化する。

尚、図３及び図４における「赤外光信号」及び「赤色光信号」は、夫々、「第１透過光に起因して受光手段１３から出力された信号」、及び「第２透過光に起因して受光手段１３から出力された信号」に対応する。

特に、パルスオキシメータ１の装着圧が高くなると、静脈血に起因して、脱酸素化ヘモグロビンへの吸収が優位な波長の第２光が生体に吸収される割合が増える。すると、該第２光（第２透過光）に起因して受光手段から出力される信号の振幅が、第１透過光に起因して受光手段１３から出力された信号の振幅に比べて低下しにくくなる（図４参照）。

この結果、第１透過光に起因して受光手段１３から出力された信号の振幅と、第２透過光に起因して受光手段１３から出力された信号の振幅との比が、相対的に小さくなる。このため、何らの対策も採らなければ、図５に示すように、パルスオキシメータ１の装着圧が高くなる程、ＳｐＯ_２の値が著しく低下する（つまり、誤ったＳｐＯ_２の値が出力される可能性がある）。

そこで本実施例では、静脈の影響を抑制するために、算出装置１００により、装着圧検出手段１４から出力された信号（本発明に係る“装着圧に係る信号”に相当）に応じて、受光手段１３から出力される第２透過光に起因する信号の増幅率が変更される。そして、算出装置１００により、増幅率が変更された第２透過光に起因する信号と、受光手段１３から出力される第１透過光に起因する信号と、の振幅比に基づいてＳｐＯ_２が求められる。

具体的には、図２において、算出装置１００は、装着圧補正手段１１０、増幅器１２０及び酸素飽和度出力手段１３０を備えて構成されている。

装着圧補正手段１１０は、装着圧検出手段１４から出力された装着圧に係る信号に応じて、増幅器１２０に係る増幅率の補正係数を決定する。

この補正係数は、例えば、装着圧検出手段１４から出力された装着圧に係る信号に基づく実際の装着圧と、予め定められた基準となる装着圧との差分Δｐと、該差分Δｐの関数Ｆ（Δｐ）とを用いて決定される。

このような関数Ｆ（Δｐ）は、基準となる装着圧における第１透過光に起因する信号と第２透過光に起因する信号との振幅比と、任意の装着圧における第１透過光に起因する信号と第２透過光に起因する信号との振幅比と、の比を複数個求め、該求められた複数の比についての近似曲線として求めればよい（図６参照）。

つまり、関数Ｆ（Δｐ）は、下記式のように表すことができる。

ここで、ＲＤ_ｓｔｄは、基準となる装着圧における第２透過光に起因する信号の振幅値であり、ＩＲ_ｓｔｄは、基準となる装着圧における第１透過光に起因する信号の振幅値であり、ＲＤは、任意の装着圧における第２透過光に起因する信号の振幅値であり、ＩＲは、任意の装着圧における第１透過光に起因する信号の振幅値である。

上記式を変形すれば、実際に出力された（即ち、任意の装着圧における）第１透過光に起因する信号と第２透過光に起因する信号との振幅比と、関数Ｆ（Δｐ）とを用いて、基準となる装着圧（言い換えれば、適切な装着圧）における第１透過光に起因する信号と第２透過光に起因する信号との振幅比を求めることができる（下記式参照）。

上記式に従えば、装着圧補正手段１１０は、装着圧検出手段１４から出力された装着圧に係る信号に基づいて求められたＦ（Δｐ）の値を、増幅器１２０に係る増幅率の補正係数として決定する。

増幅器１２０に係る増幅率が、装着圧補正手段１１０により決定された補正係数に応じて変更されることにより、第２透過光に起因する信号の振幅（上記式における“ＲＤ”に相当）が変更される。酸素飽和度出力手段１３０は、振幅が変更された第２透過光に起因する信号と、第１透過光に起因する信号と、に基づいてＳｐＯ_２を求める。

パルスオキシメータ１の装着圧について何らの対策も採らなければ、ＳｐＯ_２の測定結果は、例えば図７（ａ）に示すようになってしまう。しかるに本実施例では、上述の如く、パルスオキシメータ１の装着圧に応じて、第２透過光に起因する信号の増幅率が補正されるので、例えば図７（ｂ）に示すような測定結果が得られる。つまり、本実施例に係るパルスオキシメータ１によれば、装着圧の影響がない又は殆どない測定結果が得られる。

尚、発光手段１１及び発光手段１２は時間的に交互に駆動される（つまり、第１光と第２光とが時間的に交互に発生される）。そして、例えば算出装置１００には、発光手段１１の駆動期間に、受光手段１３から出力された信号を、直接、酸素飽和度出力手段１３０に入力し、発光手段１２の駆動期間に、受光手段１３から出力された信号を、増幅器１２０を介して、酸素飽和度出力手段１３０に入力する、スイッチング回路（図示せず）が設けられている。

パルスオキシメータ１を構成する、発光手段１１、発光手段１２、受光手段１３及び装着圧検出手段１４各々は、例えば図８（ａ）に示すように、指の背に、発光手段１１及び１２が配置され、指の腹に、受光手段１３及び装着圧検出手段１４が配置されてもよい。或いは、図８（ｂ）に示すように、指の背に、発光手段１１及び１２、並びに装着圧検出手段１４が配置され、指の腹に、受光手段１３が配置されてもよい。或いは、図８（ｃ）に示すように、指の背に、発光手段１１及び１２、並びに装着圧検出手段１４ａが配置され、指の腹に、受光手段１３及び装着圧検出手段１４ｂが配置されてもよい。

本実施例では、透過型のパルスオキシメータ１について説明したが、本発明は、反射型のパルスオキシメータにも適用可能である。この場合、発光手段１１及び１２、受光手段１３、並びに装着圧検出手段１４各々は、例えば図９（ａ）〜（ｃ）のいずれの配置も採ることができる。

本実施例に係る「発光手段１１」、「発光手段１２」、「受光手段１３」、「装着圧検出手段１４」及び「算出装置１００」は、夫々、本発明に係る「第１発光部」、「第２発光部」、「受光部」、「接触圧検出手段」及び「出力手段」の一例である。

尚、本実施例では、図２に示すように、第２透過光に起因する信号の増幅率が変更されているが、第２透過光に起因する信号ではなく、第１透過光に起因する信号の増幅率が変更されてもよいし、第１透過光に起因する信号及び第２透過光に起因する信号の両方の増幅率が変更されてもよい。

＜変形例＞
次に、第１実施例に係るパルスオキシメータの変形例について、図１０を参照して説明する。図１０は、第１実施例の変形例に係るパルスオキシメータの概要を示す概略構成図である。

図１０において、第１実施例の変形例に係るパルスオキシメータ２は、発光手段１１、発光手段１２、受光手段１３、装着圧検出手段１４及び算出装置１００に加えて、演算装置２１及び装着圧表示装置２２を備えて構成されている。

本発明に係る「第２出力手段」の一例としての、演算装置２１は、装着圧検出手段１４から出力された信号に基づいて、装着圧表示装置２２における表示に適した、装着圧の調整に係る情報を出力する。ここで特に、装着圧表示装置２２には、装着圧が所定の範囲内に誘導されるような表示がされる。

パルスオキシメータ２のユーザが、装着圧表示装置２２の表示を参照して、該パルスオキシメータ２の装着圧を調整すれば、ＳｐＯ_２の値を好適に測定することができる。

特に、装着圧が比較的高い場合には、例えば図７に示すように、補正量が比較的大きくなる。このため、上記のように構成すれば、補正に起因する誤差を抑制することができ、実用上非常に有利である。

＜第２実施例＞
本発明のパルスオキシメータに係る第２実施例について、図１１を参照して説明する。第２実施例では、パルスオキシメータの構成が一部異なる以外は、上述した第１実施例と同様である。よって、第２実施例について、第１実施例と重複する説明を省略すると共に、図面上における共通箇所には同一符号を付して示し、基本的に異なる点についてのみ、図１１を参照して説明する。

図１１において、第２実施例に係るパルスオキシメータ３は、発光手段１１、発光手段１２、受光手段１３、装着圧検出手段１４、演算装置２１、装着圧表示装置２２及び算出装置１００を備えて構成されている。

演算装置２１は、装着圧検出手段１４から出力された信号に基づいて、装着圧表示装置２２における表示に適した、装着圧の調整に係る情報を出力する。

パルスオキシメータ２のユーザが、装着圧表示装置２２の表示を参照して、該パルスオキシメータ２の装着圧が所定の値となるように調整すれば、第１実施例に記載したような受光手段１３から出力される信号の補正をすることなく、ＳｐＯ_２の値を好適に測定することができる。

＜変形例＞
次に、第２実施例に係るパルスオキシメータの変形例について、図１２を参照して説明する。図１２は、第２実施例の変形例に係るパルスオキシメータの概要を示す概略構成図である。

図１２において、第２実施例の変形例に係るパルスオキシメータ４は、発光手段１１、発光手段１２、受光手段１３、装着圧検出手段１４、演算装置２１及び算出装置１００に加えて、装着圧調整部２３を備えて構成されている。

装着圧調整部２３は、発光手段１１及び１２を支持する支持部材と、受光手段１３及び装着圧検出手段１４を支持する支持部材との間に設けられている。

演算装置２１は、装着圧が所定の値となるように、装着圧検出手段１４から出力された信号に応じて、装着圧調整部２３を制御する。このように構成すれば、ＳｐＯ_２の値を好適に測定することができる。

本変形例に係る「演算装置２１」及び「装着圧調整部２３」は、本発明に係る「調整手段」の一例である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うパルスオキシメータもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１、２、３、４…パルスオキシメータ、１１、１２…発光手段、１３…受光手段、１４、１４ａ、１４ｂ…装着圧検出手段、２１…演算装置、２２…装着圧表示装置、２３…装着圧調整部、１００…算出装置

Claims (1)

1. 第１光を発生する第１発光部と、
   前記第１光とは異なる波長を有する第２光を発生する第２発光部と、
   前記第１光の生体からの第１戻り光及び前記第２光の前記生体からの第２戻り光各々を受光する受光部と、
   前記生体との接触圧に係る信号を検出する接触圧検出手段と、
   前記第１戻り光及び前記第２戻り光各々に起因して前記受光部から出力される信号と、前記検出された接触圧に係る信号と、に基づいて酸素飽和度に係る情報を出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とするパルスオキシメータ。