JP2588670B2 - 血液の少なくとも一種の気体の飽和度、特に酸素飽和度を測定する装置 - Google Patents
血液の少なくとも一種の気体の飽和度、特に酸素飽和度を測定する装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、生物体にある血液の
少なくとも一種の気体の飽和度、特に酸素飽和度を測定
する装置に関する。この装置は、酸素飽和度に加えて、
あるいは可能であればこの飽和度の外に血液の他の飽和
度、例えば一酸化炭素の飽和度を測定するためにも構成
されている。その場合、この装置は非侵入性の測定を可
能にする必要がある。ここで、「非侵入性」という用語
は測定が血管の中に導入された何んらかの装置を用いる
ことなく、センサ手段を用いて行われ、このセンサ手段
が生きた人間の体あるいはまた動物の体の完全に外にあ
り、そこで測定が行われることを意味する。飽和度を測
定する装置を使用する場合、大抵動脈の血液の飽和度を
測定する。
少なくとも一種の気体の飽和度、特に酸素飽和度を測定
する装置に関する。この装置は、酸素飽和度に加えて、
あるいは可能であればこの飽和度の外に血液の他の飽和
度、例えば一酸化炭素の飽和度を測定するためにも構成
されている。その場合、この装置は非侵入性の測定を可
能にする必要がある。ここで、「非侵入性」という用語
は測定が血管の中に導入された何んらかの装置を用いる
ことなく、センサ手段を用いて行われ、このセンサ手段
が生きた人間の体あるいはまた動物の体の完全に外にあ
り、そこで測定が行われることを意味する。飽和度を測
定する装置を使用する場合、大抵動脈の血液の飽和度を
測定する。
【０００２】
【従来の技術】殊に血液の赤血球にあるヘモグロビン
は、種々の気体、例えば酸素や一酸化炭素のような気体
と結合して、これ等を運び、再び排出する。血液は、特
にオキソヘモグロビン、つまり結合した酸素を有するヘ
モグロビン、デオキソヘモグロビン、つまり酸素のない
ヘモグロビンおよび一酸化ヘモグロビンを含む。飽和度
とは、当該気体を含むヘモグロビンの濃度あるいは成分
に対する目安を与える値と理解される。例えば、特に測
定すべき酸素の飽和度は、オキソヘモグロビンの濃度
と、このオキソヘモグロビンおよびデオキソヘモグロビ
ンの和と比、あるいは全体のヘモグロビン濃度に対する
目安を与える。酸素飽和度の目安としては、しばしば前
記の比をパーセントで示す値に等しい飽和度で指定され
る。
は、種々の気体、例えば酸素や一酸化炭素のような気体
と結合して、これ等を運び、再び排出する。血液は、特
にオキソヘモグロビン、つまり結合した酸素を有するヘ
モグロビン、デオキソヘモグロビン、つまり酸素のない
ヘモグロビンおよび一酸化ヘモグロビンを含む。飽和度
とは、当該気体を含むヘモグロビンの濃度あるいは成分
に対する目安を与える値と理解される。例えば、特に測
定すべき酸素の飽和度は、オキソヘモグロビンの濃度
と、このオキソヘモグロビンおよびデオキソヘモグロビ
ンの和と比、あるいは全体のヘモグロビン濃度に対する
目安を与える。酸素飽和度の目安としては、しばしば前
記の比をパーセントで示す値に等しい飽和度で指定され
る。
【０００３】血液の酸素濃度あるいは他の気体成分を測
定するためには、体の中、特に血管の中に入射させた光
が散乱することが重要である。血漿とこの血漿に含まれ
る赤血球およびそれ以外の血液細胞は異なった屈折率を
有するので、光ビームが例えば赤血球によって形成され
る血液細胞中に入りそこから出ると、通常屈折によって
偏向する。更に、この光は反射と回折によっても偏向す
る。全ての偏向プロセスの全体を散乱と表現する。血管
に入射した光ビームは、少なくとも何回か血液中で散乱
して、血管から出てゆく。光が赤血球を通過すると、一
部の光が吸収される。
定するためには、体の中、特に血管の中に入射させた光
が散乱することが重要である。血漿とこの血漿に含まれ
る赤血球およびそれ以外の血液細胞は異なった屈折率を
有するので、光ビームが例えば赤血球によって形成され
る血液細胞中に入りそこから出ると、通常屈折によって
偏向する。更に、この光は反射と回折によっても偏向す
る。全ての偏向プロセスの全体を散乱と表現する。血管
に入射した光ビームは、少なくとも何回か血液中で散乱
して、血管から出てゆく。光が赤血球を通過すると、一
部の光が吸収される。
【０００４】光を利用して酸素の飽和度を測定する場合
には、結合酸素を含むヘモグロビン、つまりオキソヘモ
グロビンと、酸素を含くまないヘモグロビン、つまりデ
オキソヘモグロビンが異なった色、およびそれに応じて
異なった光吸収スペクトルを有すると言う事実を利用し
ている。両方のヘモグロビンのタイプの吸収係数を同じ
グラフ中に光の波長に関連してグラフ表示すると、両方
の曲線が所謂等吸収点、例えば以下で等吸収波長と呼
ぶ、約 805 nm になる波長で交差する。
には、結合酸素を含むヘモグロビン、つまりオキソヘモ
グロビンと、酸素を含くまないヘモグロビン、つまりデ
オキソヘモグロビンが異なった色、およびそれに応じて
異なった光吸収スペクトルを有すると言う事実を利用し
ている。両方のヘモグロビンのタイプの吸収係数を同じ
グラフ中に光の波長に関連してグラフ表示すると、両方
の曲線が所謂等吸収点、例えば以下で等吸収波長と呼
ぶ、約 805 nm になる波長で交差する。
【０００５】血液の気体飽和度、特にその酸素飽和度を
非侵入性測定する装置は、例えば文献 "A new noninvas
ive backscattering oximeter", T. M. Donahoe and R.
L.Longini, Proceedings of the Seventh Annual Conf
erence of the IEEE/Engi-neering in Medicine and Bi
ology Society, 1985, Chicago, USA, 第１巻、第144
〜 147頁、米国特許第 4 890 619号明細書および英国特
許第 2 228 314号明細書により公知である。これ等の装
置には、センサ手段、センサ手段の少なくとも光ビーム
形成領域で光を検査すべき体に入射させるための光入射
手段、および体のセンサ手段の少なくとも光受信領域で
散乱する光を受信し、少なくとも一個の光半導体で光強
度を測定するための光受信手段とがある。こら等の公知
の装置には、更に光半導体によって検出した光強度から
酸素飽和度と場合によっては他の量を測定するための電
子回路手段がある。
非侵入性測定する装置は、例えば文献 "A new noninvas
ive backscattering oximeter", T. M. Donahoe and R.
L.Longini, Proceedings of the Seventh Annual Conf
erence of the IEEE/Engi-neering in Medicine and Bi
ology Society, 1985, Chicago, USA, 第１巻、第144
〜 147頁、米国特許第 4 890 619号明細書および英国特
許第 2 228 314号明細書により公知である。これ等の装
置には、センサ手段、センサ手段の少なくとも光ビーム
形成領域で光を検査すべき体に入射させるための光入射
手段、および体のセンサ手段の少なくとも光受信領域で
散乱する光を受信し、少なくとも一個の光半導体で光強
度を測定するための光受信手段とがある。こら等の公知
の装置には、更に光半導体によって検出した光強度から
酸素飽和度と場合によっては他の量を測定するための電
子回路手段がある。
【０００６】上に引用した Donahoe等の文献により公知
の装置には、二つの同一なセンサがある。これ等のセン
サの何れも二つの光ダイオードを保有し、両方のダイオ
ードは二つの異なる波長を有する光を発生する光源を形
成し、測定時に調べる体に接するセンサの面に共通の光
ビーム形成領域を規定し、これ等のダイオードによって
発生した光が体に入射する。更に、どのセンサにもそれ
ぞれ一個のフォトトランジスタで構成される光受信器を
備えた光受信手段がある。二つのフォトトランジスタ
は、平面図でセンサが体に接する面に二つの光ダイオー
ドを通る直線の異なる間隔に位置し、体から反射して戻
る光が当該フォトトランジスタに達するそれぞれ一つの
光受信領域を規定する。測定を実行する場合、動脈の血
液の酸素飽和度を測定するために設けた一方のセンサは
このセンサ中にある加熱コイルで加熱される。他方のセ
ンサは加熱されなくて、組織の酸素飽和度を測定する。
の装置には、二つの同一なセンサがある。これ等のセン
サの何れも二つの光ダイオードを保有し、両方のダイオ
ードは二つの異なる波長を有する光を発生する光源を形
成し、測定時に調べる体に接するセンサの面に共通の光
ビーム形成領域を規定し、これ等のダイオードによって
発生した光が体に入射する。更に、どのセンサにもそれ
ぞれ一個のフォトトランジスタで構成される光受信器を
備えた光受信手段がある。二つのフォトトランジスタ
は、平面図でセンサが体に接する面に二つの光ダイオー
ドを通る直線の異なる間隔に位置し、体から反射して戻
る光が当該フォトトランジスタに達するそれぞれ一つの
光受信領域を規定する。測定を実行する場合、動脈の血
液の酸素飽和度を測定するために設けた一方のセンサは
このセンサ中にある加熱コイルで加熱される。他方のセ
ンサは加熱されなくて、組織の酸素飽和度を測定する。
【０００７】既に引用した米国特許第 4 890 619号明細
書により公知の装置には、同じように形成された二つの
センサがある。これ等のセンサの何れも１個のフォトダ
イオードで形成された１個の光受信器と、この受信器を
取り囲むリング線上に配設された４個または６個の光ダ
イオードを保有する。各センサの光ダイオードは異なる
二つの波長を有する光を発生する光源を形成し、共通の
リング状の光ビーム形成領域を規定し、この光ビーム形
成領域では光がセンサから出射する。当該センサの光ダ
イオードによって規定されるリング状の光ビーム形成領
域の光受信領域の間隔は、光受信領域の平均半径にほぼ
等しい。これ等のセンサには、一部超音波で組織を温め
る超音波源もある。米国特許第 4 890 619号明細書によ
り公知のこれ等の装置によって、両方のセサンの配置に
応じて、体を通過し、一方のセンサから他方のセンサに
達する透過光あるいは反射散乱光を用いて酸素飽和度を
測定できる。前記の光は体から同じセンサに逆散乱さ
れ、このセンサから光を出射する。
書により公知の装置には、同じように形成された二つの
センサがある。これ等のセンサの何れも１個のフォトダ
イオードで形成された１個の光受信器と、この受信器を
取り囲むリング線上に配設された４個または６個の光ダ
イオードを保有する。各センサの光ダイオードは異なる
二つの波長を有する光を発生する光源を形成し、共通の
リング状の光ビーム形成領域を規定し、この光ビーム形
成領域では光がセンサから出射する。当該センサの光ダ
イオードによって規定されるリング状の光ビーム形成領
域の光受信領域の間隔は、光受信領域の平均半径にほぼ
等しい。これ等のセンサには、一部超音波で組織を温め
る超音波源もある。米国特許第 4 890 619号明細書によ
り公知のこれ等の装置によって、両方のセサンの配置に
応じて、体を通過し、一方のセンサから他方のセンサに
達する透過光あるいは反射散乱光を用いて酸素飽和度を
測定できる。前記の光は体から同じセンサに逆散乱さ
れ、このセンサから光を出射する。
【０００８】既に引用した英国特許第 2 228 314号明細
書には、特に脳に存在する血液の酸素飽和度を測定する
ために形成された装置が開示されている。装置の光出射
手段には、多数のレーザーダイオードがある。これ等の
ダイオードは酸素飽和度を測定するため異なった波長の
光を発生する。どのレーザーダイオードも光導体の入口
端部に連結し、この導体の出口端部は検査する患者の頭
の表面にある。この装置の光受信手段には、患者の頭の
表面にある入口端部を有する多数の光導体がある。主に
説明されている装置では、光受信手段の光導体は全て同
じ光検出器に通じている。更に、光受信手段の各光導体
に対して独立した一個の光検出器を設けること、および
装置の電子回路手段に付属する電算機が測定時に種々の
光検出器によって検出された光強度を加算することも開
示されている。光出射手段に属する光導体の複数の出口
端部と、光受信手段に属する光導体の複数の入口端部と
は、検査すへき人物の頭の半分にわたってほぼ一様に配
分されている。それ故、この装置には多数の光出射領域
と光受信領域がある。その場合、光出射領域と光受信領
域は上から垂直に見た平面図で頭の周囲に沿って交互に
配列している。その外、隣の光出射領域の間や、隣の光
受信領域の間にも比較的大きな中間スペースがある。こ
の装置を使用する場合、光が順次種々の光出射領域で頭
蓋骨を通過して脳に出射される。この脳で散乱して頭蓋
骨を通って頭から出射する光は、この時種々の光受信領
域で捕捉される。例えば、頭の「赤道」にある光出射位
置で光を頭に向けて出射すると、どの光受信位置でも散
乱された光が捕捉される。この光は当該光受信部の位置
に応じて逆散乱されか、横にに散乱されるか、あるいは
前方に散乱される。
書には、特に脳に存在する血液の酸素飽和度を測定する
ために形成された装置が開示されている。装置の光出射
手段には、多数のレーザーダイオードがある。これ等の
ダイオードは酸素飽和度を測定するため異なった波長の
光を発生する。どのレーザーダイオードも光導体の入口
端部に連結し、この導体の出口端部は検査する患者の頭
の表面にある。この装置の光受信手段には、患者の頭の
表面にある入口端部を有する多数の光導体がある。主に
説明されている装置では、光受信手段の光導体は全て同
じ光検出器に通じている。更に、光受信手段の各光導体
に対して独立した一個の光検出器を設けること、および
装置の電子回路手段に付属する電算機が測定時に種々の
光検出器によって検出された光強度を加算することも開
示されている。光出射手段に属する光導体の複数の出口
端部と、光受信手段に属する光導体の複数の入口端部と
は、検査すへき人物の頭の半分にわたってほぼ一様に配
分されている。それ故、この装置には多数の光出射領域
と光受信領域がある。その場合、光出射領域と光受信領
域は上から垂直に見た平面図で頭の周囲に沿って交互に
配列している。その外、隣の光出射領域の間や、隣の光
受信領域の間にも比較的大きな中間スペースがある。こ
の装置を使用する場合、光が順次種々の光出射領域で頭
蓋骨を通過して脳に出射される。この脳で散乱して頭蓋
骨を通って頭から出射する光は、この時種々の光受信領
域で捕捉される。例えば、頭の「赤道」にある光出射位
置で光を頭に向けて出射すると、どの光受信位置でも散
乱された光が捕捉される。この光は当該光受信部の位置
に応じて逆散乱されか、横にに散乱されるか、あるいは
前方に散乱される。
【０００９】上に説明したこれ等全ての装置を用いて測
定する場合、赤血球から散乱された光だけでなく、死ん
だ皮膚細胞、組織、髪の濾胞、汗腺、神経等から散乱さ
れた光も光受信器ないしは各光受信器に達する。最後に
述べたヘモグロビンから散乱しない光は、測定すべき酸
素の飽和度に関する情報を何も与えず、測定精度を悪化
させる。それ故、動脈の酸素飽和度を正確に測定するに
は、光受信器に到達し、酸素飽和度の測定に使用される
光のできる限り多くの成分が赤血球から散乱される必要
がある。既に上で説明したように、赤血球から散乱し、
光受信領域を経由して光受信器に達する光の強度は、逆
散乱光で測定する場合、体の表面に沿って計った光受信
領域から、光が体に出射される光出射領域との間の間隔
に依存する。同様に既に述べたように、この間隔の所望
値は、調べる人の個人的な解剖学的な特性、測定のため
に選んだ体の部位および時間的な変化が加わる調べる人
のその時の生理状態に依存する。それ故、引用した種々
の刊行物により公知のこれ等の装置には、逆散乱光で測
定する場合、達成可能な精度が測定毎に変わり、時とし
てかなりな測定誤差が生じるという難点がある。
定する場合、赤血球から散乱された光だけでなく、死ん
だ皮膚細胞、組織、髪の濾胞、汗腺、神経等から散乱さ
れた光も光受信器ないしは各光受信器に達する。最後に
述べたヘモグロビンから散乱しない光は、測定すべき酸
素の飽和度に関する情報を何も与えず、測定精度を悪化
させる。それ故、動脈の酸素飽和度を正確に測定するに
は、光受信器に到達し、酸素飽和度の測定に使用される
光のできる限り多くの成分が赤血球から散乱される必要
がある。既に上で説明したように、赤血球から散乱し、
光受信領域を経由して光受信器に達する光の強度は、逆
散乱光で測定する場合、体の表面に沿って計った光受信
領域から、光が体に出射される光出射領域との間の間隔
に依存する。同様に既に述べたように、この間隔の所望
値は、調べる人の個人的な解剖学的な特性、測定のため
に選んだ体の部位および時間的な変化が加わる調べる人
のその時の生理状態に依存する。それ故、引用した種々
の刊行物により公知のこれ等の装置には、逆散乱光で測
定する場合、達成可能な精度が測定毎に変わり、時とし
てかなりな測定誤差が生じるという難点がある。
【００１０】米国特許第 4 890 619号明細書により公知
の透過光で測定する装置を使用すると、逆散乱光で測定
する場合と多少似た難点の外に、特に耳たぼあるいは指
のような薄い体の部分のみしか測定を行うことができな
いと言う難点もある。更に、透過光を使用する測定は、
長期間の連続監視に対して適性が比較的悪い。何故な
ら、例えば調べる人の動きがしばしば測定誤差の原因に
なるからである。同様なことは、英国特許第 2 228 314
号明細書の装置を用いた測定でも当てはまる。これ等の
装置を使用する場合、光が頭蓋骨を二度通過するので、
測定可能な光強度は更に非常に弱くなり、このことが測
定精度を更に悪くする。
の透過光で測定する装置を使用すると、逆散乱光で測定
する場合と多少似た難点の外に、特に耳たぼあるいは指
のような薄い体の部分のみしか測定を行うことができな
いと言う難点もある。更に、透過光を使用する測定は、
長期間の連続監視に対して適性が比較的悪い。何故な
ら、例えば調べる人の動きがしばしば測定誤差の原因に
なるからである。同様なことは、英国特許第 2 228 314
号明細書の装置を用いた測定でも当てはまる。これ等の
装置を使用する場合、光が頭蓋骨を二度通過するので、
測定可能な光強度は更に非常に弱くなり、このことが測
定精度を更に悪くする。
【００１１】これ等の公知の装置で種々の光ダイオード
あるいはレーザーダイオードのビーム強度、あるいは光
半導体の感度は時間の経過により変化すると、測定精度
も同様に影響を受ける。その場合、特に種々の波長のビ
ーム強度が変わるとか、あるいは光半導体のスペクトル
感度が変わると測定精度に影響する。
あるいはレーザーダイオードのビーム強度、あるいは光
半導体の感度は時間の経過により変化すると、測定精度
も同様に影響を受ける。その場合、特に種々の波長のビ
ーム強度が変わるとか、あるいは光半導体のスペクトル
感度が変わると測定精度に影響する。
【００１２】説明したように、Donahoe 等の引用文献に
よる装置のセンサは加熱コイルを装備している。これに
よって、皮膚が熱伝導で昇温するため、血行を更に良く
することができる。動脈と小動脈を含む皮膚の領域、即
ち真皮が熱伝導によって皮膚表面から昇温されると、皮
膚には外から内に向けて温度降下が生じる。この昇温が
主に熱伝導で行われる場合には、動脈と小動脈を含む皮
膚の領域を、皮膚の部分に有害な過加熱をもたらさない
で、動脈の酸素飽和度を測定するのに最適な温度に昇温
することは、困難で、実際上不可能である。
よる装置のセンサは加熱コイルを装備している。これに
よって、皮膚が熱伝導で昇温するため、血行を更に良く
することができる。動脈と小動脈を含む皮膚の領域、即
ち真皮が熱伝導によって皮膚表面から昇温されると、皮
膚には外から内に向けて温度降下が生じる。この昇温が
主に熱伝導で行われる場合には、動脈と小動脈を含む皮
膚の領域を、皮膚の部分に有害な過加熱をもたらさない
で、動脈の酸素飽和度を測定するのに最適な温度に昇温
することは、困難で、実際上不可能である。
【００１３】超音波源を装備している米国特許第 4 890
619号明細書による公知のこれ等のセンサでは、センサ
ケースの内部に配設された超音波源と検査する患者の皮
膚表面との間に相当大きな中空空間がある。この空間に
はゼリー状で多少流動性のあるポリエチレングリコール
の充填剤、あるいは水が満たしてある。このことは測定
過程を複雑し、水を使用する場合、この水を運ぶために
使用されるポンプが必要になる。皮膚に当てた超音波は
この皮膚に完全に一様に吸収されないので、主に熱伝導
で行われる昇温と同じように、主に超音波を皮膚に当て
ることによって行われる昇温が、同様に不均一である他
の温度分布に導く。
619号明細書による公知のこれ等のセンサでは、センサ
ケースの内部に配設された超音波源と検査する患者の皮
膚表面との間に相当大きな中空空間がある。この空間に
はゼリー状で多少流動性のあるポリエチレングリコール
の充填剤、あるいは水が満たしてある。このことは測定
過程を複雑し、水を使用する場合、この水を運ぶために
使用されるポンプが必要になる。皮膚に当てた超音波は
この皮膚に完全に一様に吸収されないので、主に熱伝導
で行われる昇温と同じように、主に超音波を皮膚に当て
ることによって行われる昇温が、同様に不均一である他
の温度分布に導く。
【００１４】生体の組織および／または器官の酸素飽和
度は血液の酸素飽和度にのみ依存するのでなく、血液の
流れ強度、つまり血行にも依存している。それ故、酸素
飽和度を測定する場合、同時に血液の流れの強さを測定
することが望ましい。しかし、酸素飽和度を測定するた
めに使用されるこれ等の公知の装置を用いて、血液の流
れを測定できないか、あるいはせいぜい僅かな精度でし
か測定できない。
度は血液の酸素飽和度にのみ依存するのでなく、血液の
流れ強度、つまり血行にも依存している。それ故、酸素
飽和度を測定する場合、同時に血液の流れの強さを測定
することが望ましい。しかし、酸素飽和度を測定するた
めに使用されるこれ等の公知の装置を用いて、血液の流
れを測定できないか、あるいはせいぜい僅かな精度でし
か測定できない。
【００１５】酸素飽和度を測定する場合に似ている問題
は、他の飽和度を測定する場合でも、例えば血液の一酸
化炭素の飽和度の飽和度の測定時にも生じる。
は、他の飽和度を測定する場合でも、例えば血液の一酸
化炭素の飽和度の飽和度の測定時にも生じる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】それ故、この発明の課
題は、公知の装置の上記難点を除去した血液の少なくと
も一つの気体飽和度、特にその酸素飽和度を測定する装
置を提供することにある。その場合、特に測定時に調べ
る生体の体の個々の解剖学的な特性に無関係に、測定の
ために選んだ体の部位に無関係に、しかも生理学的な状
態変化に無関係にできる限り大きな測定精度を得るよう
に努力する必要がある。
題は、公知の装置の上記難点を除去した血液の少なくと
も一つの気体飽和度、特にその酸素飽和度を測定する装
置を提供することにある。その場合、特に測定時に調べ
る生体の体の個々の解剖学的な特性に無関係に、測定の
ために選んだ体の部位に無関係に、しかも生理学的な状
態変化に無関係にできる限り大きな測定精度を得るよう
に努力する必要がある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、センサ２３，１２３が光入射領域３５，１３５
から種々の間隔にある光受信領域４５，２４５を有し、
体１のこの光受信領域で逆反射した光が光受信手段２７
に達し、その場合、光受信手段が各光受信領域４５，２
４５に対してこの領域で光受信手段に達する光の光強度
を求めるように構成され、光受信手段２７に接続する切
換手段９１が、種々の波長に対して求めた光強度から少
なくとも一つの気体の飽和度を求めるためにあり、体１
に接するためにあるセンサ２３，１２３と、種々の波長
を有する光を少なくとも一つの光出射領域３５でセンサ
２３，１２３から体に入射する光入射手段２７と、光受
信手段２９とを備え、生きた体１の中にある血液の少な
くとも一種の気体の飽和度、特に酸素飽和度を測定する
装置の場合、切換手段９１が判定基準に基づき光受信領
域４５，２４５から使用範囲を選択し、選択した利用範
囲でのみ光受信手段２９に達する光が前記気体の飽和度
を求めるために利用されるように構成されていることに
よって解決されている。
により、センサ２３，１２３が光入射領域３５，１３５
から種々の間隔にある光受信領域４５，２４５を有し、
体１のこの光受信領域で逆反射した光が光受信手段２７
に達し、その場合、光受信手段が各光受信領域４５，２
４５に対してこの領域で光受信手段に達する光の光強度
を求めるように構成され、光受信手段２７に接続する切
換手段９１が、種々の波長に対して求めた光強度から少
なくとも一つの気体の飽和度を求めるためにあり、体１
に接するためにあるセンサ２３，１２３と、種々の波長
を有する光を少なくとも一つの光出射領域３５でセンサ
２３，１２３から体に入射する光入射手段２７と、光受
信手段２９とを備え、生きた体１の中にある血液の少な
くとも一種の気体の飽和度、特に酸素飽和度を測定する
装置の場合、切換手段９１が判定基準に基づき光受信領
域４５，２４５から使用範囲を選択し、選択した利用範
囲でのみ光受信手段２９に達する光が前記気体の飽和度
を求めるために利用されるように構成されていることに
よって解決されている。
【００１８】他の有利な構成は、特許請求の範囲の従属
請求項に記載されている。
請求項に記載されている。
【００１９】
【作用】ある飽和度、特に酸素飽和度を測定するために
望ましい脈拍の周期で周期的に変わる散乱光の散乱が、
主として中位や深い真皮中にある動脈で行われる。これ
に反して、散乱過程で専ら動脈の上部にある皮膚層で散
乱する散乱光の強度は大体時間的に一定であったり、ス
トカステックに変わる強度の散乱光はバックグランド散
乱や生理的な雑音の作用と見なされる。皮膚の表面から
出た散乱光の強度、成分および方向は種々の皮膚層の厚
さ、組織と吸収特性、ヘマトクリット値および血行に依
存する。ヘマトクリット値は赤血球の体積と全血液の体
積の比を表す。ヘマトクリット値に関して、この値が通
常パーセントで与えられ、大抵の場合、約 42 ％になる
が、 20 ％から 60 ％の間で変わることが知られてい
る。
望ましい脈拍の周期で周期的に変わる散乱光の散乱が、
主として中位や深い真皮中にある動脈で行われる。これ
に反して、散乱過程で専ら動脈の上部にある皮膚層で散
乱する散乱光の強度は大体時間的に一定であったり、ス
トカステックに変わる強度の散乱光はバックグランド散
乱や生理的な雑音の作用と見なされる。皮膚の表面から
出た散乱光の強度、成分および方向は種々の皮膚層の厚
さ、組織と吸収特性、ヘマトクリット値および血行に依
存する。ヘマトクリット値は赤血球の体積と全血液の体
積の比を表す。ヘマトクリット値に関して、この値が通
常パーセントで与えられ、大抵の場合、約 42 ％になる
が、 20 ％から 60 ％の間で変わることが知られてい
る。
【００２０】皮膚で行われる散乱は、細い束にされ、点
状の光出射位置で皮膚に入射する光ビームの束に対して
モデル計算と実験的に研究された。モデル計算では、異
なる散乱・吸収特性を有する４つの層に皮膚を分割し
た。その場合、各層は表皮角質層、胚被層、真皮の外部
層あるいは動脈があり、真皮の中位の層や深い層が付属
している。モデル計算では、種々のモデルが使用され
た。比較的簡単なモデルでは、どの層も平面で、しかも
面のどの点で一つの散乱ビーム強度が付属する一つの数
学関数で表した。現実に近い複雑なモデルでは、４つの
層を連続体と見なし、散乱を光子の拡散によって表し計
算した。両方のモデル計算と実験的な研究は皮膚から反
射した一定の散乱光と時間的にストカステックに変わる
散乱光の強度は光の出射領域で最大値を有し、皮膚表面
に沿って計った光ビーム入射領域から光受信領域までの
距離と共に減少することを示している。強度の変化を距
離の関数にして示したグラフは、この場合大体ガウス分
布を示すベル型曲線の形状になる。更に、真皮の中位の
層や深い層で散乱した光の強度と、この強度と全体の散
乱光の強度の比とが光ビーム入射領域から光受信領域ま
での距離と共に増加し、その後再び減少することも判っ
た。真皮の中位の層や深い層で散乱した光の強度と、こ
の強度と全体の散乱光の強度の比とが光ビーム入射領域
からある間隔のところで最大になる。
状の光出射位置で皮膚に入射する光ビームの束に対して
モデル計算と実験的に研究された。モデル計算では、異
なる散乱・吸収特性を有する４つの層に皮膚を分割し
た。その場合、各層は表皮角質層、胚被層、真皮の外部
層あるいは動脈があり、真皮の中位の層や深い層が付属
している。モデル計算では、種々のモデルが使用され
た。比較的簡単なモデルでは、どの層も平面で、しかも
面のどの点で一つの散乱ビーム強度が付属する一つの数
学関数で表した。現実に近い複雑なモデルでは、４つの
層を連続体と見なし、散乱を光子の拡散によって表し計
算した。両方のモデル計算と実験的な研究は皮膚から反
射した一定の散乱光と時間的にストカステックに変わる
散乱光の強度は光の出射領域で最大値を有し、皮膚表面
に沿って計った光ビーム入射領域から光受信領域までの
距離と共に減少することを示している。強度の変化を距
離の関数にして示したグラフは、この場合大体ガウス分
布を示すベル型曲線の形状になる。更に、真皮の中位の
層や深い層で散乱した光の強度と、この強度と全体の散
乱光の強度の比とが光ビーム入射領域から光受信領域ま
での距離と共に増加し、その後再び減少することも判っ
た。真皮の中位の層や深い層で散乱した光の強度と、こ
の強度と全体の散乱光の強度の比とが光ビーム入射領域
からある間隔のところで最大になる。
【００２１】その外、これ等の研究は真皮の中間層や深
い層で散乱した光の強度の上記最大値の間隔が層の厚
さ、動脈の深さ、種々の層の散乱・吸収特性およびヘマ
トクリット値に依存していることを示している。散乱と
吸収は血行、つまり調べている体の部分にある血液の体
積に依存しているので、最大値の位置は血行にも依存す
る。種々の皮膚層の厚さ、散乱と吸収特性およびヘマト
クリット値は個人に応じて異なり、測定のために選択し
た体の部位に依存し、一部は時間的に変わるので、前記
最大値が生じる間隔も異なる。
い層で散乱した光の強度の上記最大値の間隔が層の厚
さ、動脈の深さ、種々の層の散乱・吸収特性およびヘマ
トクリット値に依存していることを示している。散乱と
吸収は血行、つまり調べている体の部分にある血液の体
積に依存しているので、最大値の位置は血行にも依存す
る。種々の皮膚層の厚さ、散乱と吸収特性およびヘマト
クリット値は個人に応じて異なり、測定のために選択し
た体の部位に依存し、一部は時間的に変わるので、前記
最大値が生じる間隔も異なる。
【００２２】この発明によれば、それ故、この装置には
光強度を別々に測定できる多数の受光領域を有するセン
サがある。光受信領域は生体に接するためにあるセンサ
の面での平面図で見て、しかも測定時にセンサが接する
体の表面に沿って計って、センサの光入射領域から種々
の間隔を有する。
光強度を別々に測定できる多数の受光領域を有するセン
サがある。光受信領域は生体に接するためにあるセンサ
の面での平面図で見て、しかも測定時にセンサが接する
体の表面に沿って計って、センサの光入射領域から種々
の間隔を有する。
【００２３】この発明による装置には、更に測定時に所
定に選択判別基準に基づき少なくなくとも一つの所望の
光受信領域を評価領域として選択する回路手段、つまり
電子回路手段がある。例えばマイクロプロセッサを有す
る回路手段は、例えば脈拍を求め、動脈の血液のヘモグ
ロビンの飽和度、例えば酸素飽和度を求めるために脈拍
の周期で周期的に変わる散乱光の部分を使用するために
構成されている。この回路手段は、例えば飽和度をその
光受信領域で測定した光強度から求めることができる。
その光受信領域では、心臓の鼓動の周期で変わる光強度
のストロークとそれによる振幅も使用する波長の一つに
対して最大になるか、あるいは前記振幅と前記波長を有
する全散乱光の強度の比が最大になる。
定に選択判別基準に基づき少なくなくとも一つの所望の
光受信領域を評価領域として選択する回路手段、つまり
電子回路手段がある。例えばマイクロプロセッサを有す
る回路手段は、例えば脈拍を求め、動脈の血液のヘモグ
ロビンの飽和度、例えば酸素飽和度を求めるために脈拍
の周期で周期的に変わる散乱光の部分を使用するために
構成されている。この回路手段は、例えば飽和度をその
光受信領域で測定した光強度から求めることができる。
その光受信領域では、心臓の鼓動の周期で変わる光強度
のストロークとそれによる振幅も使用する波長の一つに
対して最大になるか、あるいは前記振幅と前記波長を有
する全散乱光の強度の比が最大になる。
【００２４】
【実施例】次に、図面に示す実施例に基づき、この発明
の内容を説明する。図１には、患者の体１に付属する皮
膚３の一片が示してある。この皮膚は血管のない表皮５
と血管のある真皮６で構成されている。表皮５は、少な
くとも二つの層、つまり表皮角質層と胚芽層に分割され
る。これ等のうち死んでいる細胞からなる表皮角質層は
体１の表面を形成している。真皮６の外部ないしは上部
の層は微小循環を可能にする最小の血管、つまり小動脈
９，小静脈１０および毛細管ループ１１を有する。小動
脈９と小静脈１０は真皮６の中間層や深い層にある大き
な動脈１３と静脈１４に繋がっている。更に、真皮は動
静脈の吻合１５も有し、この吻合は一本の小動脈と一本
の小静脈の間を制御可能な接続部を形成し、血行を制御
するために使用され、しかも開いた状態で当該小動脈な
いしは小静脈に繋がる毛細血管を橋渡する。
の内容を説明する。図１には、患者の体１に付属する皮
膚３の一片が示してある。この皮膚は血管のない表皮５
と血管のある真皮６で構成されている。表皮５は、少な
くとも二つの層、つまり表皮角質層と胚芽層に分割され
る。これ等のうち死んでいる細胞からなる表皮角質層は
体１の表面を形成している。真皮６の外部ないしは上部
の層は微小循環を可能にする最小の血管、つまり小動脈
９，小静脈１０および毛細管ループ１１を有する。小動
脈９と小静脈１０は真皮６の中間層や深い層にある大き
な動脈１３と静脈１４に繋がっている。更に、真皮は動
静脈の吻合１５も有し、この吻合は一本の小動脈と一本
の小静脈の間を制御可能な接続部を形成し、血行を制御
するために使用され、しかも開いた状態で当該小動脈な
いしは小静脈に繋がる毛細血管を橋渡する。
【００２５】図１には、全体に符号２１を付けた、血液
の少なくとも一種の気体の飽和度、つまり少なくとも血
液の酸素飽和度を測定する装置も示してある。この装置
２１には、だた一個のセンサを有するセンサ手段があ
る。このセンサは使用時に皮膚３の表面に接触する。こ
のセンサは多数の異なった体の部位に選択的に配設でき
る。センサ２３は、図示していない固定手段、少なくと
も一枚の接着テープ等で皮膚３に脱着可能に固定でき
る。
の少なくとも一種の気体の飽和度、つまり少なくとも血
液の酸素飽和度を測定する装置も示してある。この装置
２１には、だた一個のセンサを有するセンサ手段があ
る。このセンサは使用時に皮膚３の表面に接触する。こ
のセンサは多数の異なった体の部位に選択的に配設でき
る。センサ２３は、図示していない固定手段、少なくと
も一枚の接着テープ等で皮膚３に脱着可能に固定でき
る。
【００２６】図２に別々に示す、ほぼ形の決まったセン
サ２３は、例えばほぼ長方形であって、角を丸めた移行
部分のあるケース２５を有する。例えば合成樹脂製のケ
ース２５は測定時に皮膚３に対向する面を開放し、そこ
に平らな平面を決めるリング状のケース縁部２５ａを有
する。残りの面では、ケースは全面的に閉じている。
サ２３は、例えばほぼ長方形であって、角を丸めた移行
部分のあるケース２５を有する。例えば合成樹脂製のケ
ース２５は測定時に皮膚３に対向する面を開放し、そこ
に平らな平面を決めるリング状のケース縁部２５ａを有
する。残りの面では、ケースは全面的に閉じている。
【００２７】ケースの中には、光出射手段２７と光受信
手段２９が配設されている。光出射手段２７には、複
数、つまり三個の光源３１がある。これ等の光源は半導
体ダイオード、つまり「通常の」光を発生する光ダイオ
ードあるいは少なくとも一部空間および時間的にコヒー
レントな光を発生するレーザーダイオードによって形成
されている。三つの半導体ダイオードの何れも、測定時
に皮膚３に対向する照明位置を有し、使用時には光ビー
ム束を発生する。このビーム束の開口あるいは半値幅に
相当する角度は、例えば高々約 10 °で、その直径はダ
イオードの照明位置で、例えば高々あるいは約 0.2 mm
である。三つの光源３１、あるいはダイオードの各々
は、少なくとも近似的に単色で、例えばコヒーレントな
光をパルス状に発生する。しかし、三つの光源３１は各
々別な波長を有する異なった三つの光を発生するように
構成されている。これ等の三つの光源３１を以下では第
一、第二および第三の光源と呼ぶ。その場合、この番号
付けは、例えば図２に上から下に数える順序に一致して
もよいが、必ずしもそうである必要はない。第一光源は
等吸収の波長の近くにある、例えば約 800〜 830 nm に
なる波長の光を発生する。他の二つの光源は、等吸収の
波長から少なくとも 100 nm 異なった、つまりこの等吸
収の波長より短い波長の光を発生する。第二光源は、好
ましくは波長が約620 nm 〜 750 nm の範囲にある光を
発生し、この範囲では、オキソヘモグロビンとデオキソ
ヘモグロビンの吸収係数が互いに強く異なる。第二光源
は、例えば約 660 nm の波長を有する光を発生する。第
三の光源は、その時、波長が約 500nm 〜 600 nm の範
囲にある光を発生する。この範囲では、オキソヘモグロ
ビンもデオキソヘモグロビンも比較的大きい吸収が生じ
る。第三の光源から発生した光の波長は、例えば約 575
nm である。
手段２９が配設されている。光出射手段２７には、複
数、つまり三個の光源３１がある。これ等の光源は半導
体ダイオード、つまり「通常の」光を発生する光ダイオ
ードあるいは少なくとも一部空間および時間的にコヒー
レントな光を発生するレーザーダイオードによって形成
されている。三つの半導体ダイオードの何れも、測定時
に皮膚３に対向する照明位置を有し、使用時には光ビー
ム束を発生する。このビーム束の開口あるいは半値幅に
相当する角度は、例えば高々約 10 °で、その直径はダ
イオードの照明位置で、例えば高々あるいは約 0.2 mm
である。三つの光源３１、あるいはダイオードの各々
は、少なくとも近似的に単色で、例えばコヒーレントな
光をパルス状に発生する。しかし、三つの光源３１は各
々別な波長を有する異なった三つの光を発生するように
構成されている。これ等の三つの光源３１を以下では第
一、第二および第三の光源と呼ぶ。その場合、この番号
付けは、例えば図２に上から下に数える順序に一致して
もよいが、必ずしもそうである必要はない。第一光源は
等吸収の波長の近くにある、例えば約 800〜 830 nm に
なる波長の光を発生する。他の二つの光源は、等吸収の
波長から少なくとも 100 nm 異なった、つまりこの等吸
収の波長より短い波長の光を発生する。第二光源は、好
ましくは波長が約620 nm 〜 750 nm の範囲にある光を
発生し、この範囲では、オキソヘモグロビンとデオキソ
ヘモグロビンの吸収係数が互いに強く異なる。第二光源
は、例えば約 660 nm の波長を有する光を発生する。第
三の光源は、その時、波長が約 500nm 〜 600 nm の範
囲にある光を発生する。この範囲では、オキソヘモグロ
ビンもデオキソヘモグロビンも比較的大きい吸収が生じ
る。第三の光源から発生した光の波長は、例えば約 575
nm である。
【００２８】三つの光源３１ないしは半導体ダイオード
は、それぞれ独立した一個の素子で構成され、直線にで
きる限り近く配設されているので、互いに対になって少
なくとも近くで接している。更に、光源３１が例えば一
般的に四角形、つまり長方形の台形を有し、その場合、
長い辺がケース２５の長手方向に直角な直線３７に直交
してい延びている。光出射手段２７には、光案内手段３
３もある。この手段は全ての光源３１に共通で、後で詳
しく説明する板状の本体で構成されている。光案内手段
３３は光源３１に対向し、この光源に接する平坦な光入
射面と光出射面を有する。この光出射面は少なくとも大
体、つまり正確にケース２５の縁部２５ａで出来る面に
ある。三つの光源３１は前記光出射面の平面図でそれぞ
れ一個の光入射箇所３４を決める。この箇所では、使用
時に当該光源から発生した光がセンサから出射し、例え
ば小さな円形で殆ど点状の領域となる。三つの光出射箇
所３４は、ほぼ長方形状の光入射領域３５を規定する被
覆線によって取り囲まれている。前記平面図で三つの半
導体ダイオード３２によって規定される光入射箇所３４
の中心点は直線３７の上にある。真ん中の光入射箇所３
４の中心点は全体の光入射領域３５の中心点でもある。
直線３７に沿って計った光源３１の寸法と、互いに隣接
する光入射箇所３４の中心点の間隔とは、好ましくは高
々２ mm で、例えば約１ mm 〜 1.5 mm になる。直線３
７に沿って計った光入射領域３５の大きさはそれに応じ
て高々６ mm で、好ましくは長くても 5 mm になる。直
線３７に対して直角方向に計った光入射領域３５の大き
さは、高々２ mm 、好ましくは高々 1 mm で、例えば
0.5 mm 以下である。
は、それぞれ独立した一個の素子で構成され、直線にで
きる限り近く配設されているので、互いに対になって少
なくとも近くで接している。更に、光源３１が例えば一
般的に四角形、つまり長方形の台形を有し、その場合、
長い辺がケース２５の長手方向に直角な直線３７に直交
してい延びている。光出射手段２７には、光案内手段３
３もある。この手段は全ての光源３１に共通で、後で詳
しく説明する板状の本体で構成されている。光案内手段
３３は光源３１に対向し、この光源に接する平坦な光入
射面と光出射面を有する。この光出射面は少なくとも大
体、つまり正確にケース２５の縁部２５ａで出来る面に
ある。三つの光源３１は前記光出射面の平面図でそれぞ
れ一個の光入射箇所３４を決める。この箇所では、使用
時に当該光源から発生した光がセンサから出射し、例え
ば小さな円形で殆ど点状の領域となる。三つの光出射箇
所３４は、ほぼ長方形状の光入射領域３５を規定する被
覆線によって取り囲まれている。前記平面図で三つの半
導体ダイオード３２によって規定される光入射箇所３４
の中心点は直線３７の上にある。真ん中の光入射箇所３
４の中心点は全体の光入射領域３５の中心点でもある。
直線３７に沿って計った光源３１の寸法と、互いに隣接
する光入射箇所３４の中心点の間隔とは、好ましくは高
々２ mm で、例えば約１ mm 〜 1.5 mm になる。直線３
７に沿って計った光入射領域３５の大きさはそれに応じ
て高々６ mm で、好ましくは長くても 5 mm になる。直
線３７に対して直角方向に計った光入射領域３５の大き
さは、高々２ mm 、好ましくは高々 1 mm で、例えば
0.5 mm 以下である。
【００２９】光受信手段２９は、直線状に並べた複数
の、つまり最低３個で、好ましくは少なくとも５個、例
えば約 20 個までの光受信器４１を有する。その場合、
この実施例では、７個の光受信器が示してある。これ等
の光受信器は、独立して同一の構成の光半導体、つまり
シリコンフォトダイオードで構成されている。光受信手
段２９には、光案内手段４３が装備されている。この光
案内手段は全ての光受信器４３に対して共通で、板状の
本体で構成されている。この本体は各光受信器に対して
この受信器に付属する一個の多重光導体と非結像用のコ
リメータを形成している。光案内手段４３は、少なくと
も大体、そしてほぼ正確にケース２５の縁部２５ａによ
って形成される面の中にある平坦な光入射面と、光受信
器４１の光入射面に対向し、この面に接する平坦な光出
射面とを有する。
の、つまり最低３個で、好ましくは少なくとも５個、例
えば約 20 個までの光受信器４１を有する。その場合、
この実施例では、７個の光受信器が示してある。これ等
の光受信器は、独立して同一の構成の光半導体、つまり
シリコンフォトダイオードで構成されている。光受信手
段２９には、光案内手段４３が装備されている。この光
案内手段は全ての光受信器４３に対して共通で、板状の
本体で構成されている。この本体は各光受信器に対して
この受信器に付属する一個の多重光導体と非結像用のコ
リメータを形成している。光案内手段４３は、少なくと
も大体、そしてほぼ正確にケース２５の縁部２５ａによ
って形成される面の中にある平坦な光入射面と、光受信
器４１の光入射面に対向し、この面に接する平坦な光出
射面とを有する。
【００３０】光受信器４１はこれ等の受信器によって形
成される列に沿って少なくとも近似的に隙間なく並べて
配設されている。各光受信器４１は平面図で測定時に本
体に接するセンサの面、つまり光案内手段４３の光入射
面に光導入窓４４を保有する。この窓では、光が光案内
手段４３を通過して当該光受信器に達するので、この光
受信器はこの光の強度を測定できる。光導入窓４４は、
光受信器４１の配置に応じて、直線の列を形成し、直線
状の中心線４７の上にある中心点を有する。この中心線
４７はケース２５の長手方向に平行に、しかも直線３７
に対して直角に真ん中の光出射箇所３４と全光入射領域
３５の中心点を通過して延びる。光導入窓４４は、例え
ば一般に四角形、つまり長方形の輪郭を有し、長辺が直
線３７に平行である。その外、互いに対にして隣接する
光受信器の光導入窓４４は少なくとも隙間なく続いてい
る。しかし、ケースと光受信器４１の光導入側の構成に
応じて、互いに対に隣接する光導入窓４４の間には、出
射した光が光受信器に達することのない小さいな中間ス
ペース、即ち面部分があってもよい。しかし、光受信器
の列の長手方向に計った光導入窓４４の大きさは、隣接
する光導入窓４４の中間点の間隔の半分、好ましくは少
なくとも３分の２以上であるべきである。光導入窓４４
の各々は、光受信窓４５として使用され、使用時に本体
１に逆反射され、再びセンサに達する光の強度を独立に
測定できる。
成される列に沿って少なくとも近似的に隙間なく並べて
配設されている。各光受信器４１は平面図で測定時に本
体に接するセンサの面、つまり光案内手段４３の光入射
面に光導入窓４４を保有する。この窓では、光が光案内
手段４３を通過して当該光受信器に達するので、この光
受信器はこの光の強度を測定できる。光導入窓４４は、
光受信器４１の配置に応じて、直線の列を形成し、直線
状の中心線４７の上にある中心点を有する。この中心線
４７はケース２５の長手方向に平行に、しかも直線３７
に対して直角に真ん中の光出射箇所３４と全光入射領域
３５の中心点を通過して延びる。光導入窓４４は、例え
ば一般に四角形、つまり長方形の輪郭を有し、長辺が直
線３７に平行である。その外、互いに対にして隣接する
光受信器の光導入窓４４は少なくとも隙間なく続いてい
る。しかし、ケースと光受信器４１の光導入側の構成に
応じて、互いに対に隣接する光導入窓４４の間には、出
射した光が光受信器に達することのない小さいな中間ス
ペース、即ち面部分があってもよい。しかし、光受信器
の列の長手方向に計った光導入窓４４の大きさは、隣接
する光導入窓４４の中間点の間隔の半分、好ましくは少
なくとも３分の２以上であるべきである。光導入窓４４
の各々は、光受信窓４５として使用され、使用時に本体
１に逆反射され、再びセンサに達する光の強度を独立に
測定できる。
【００３１】種々の光導入窓４４とこれ等の窓と同じ光
受信領域４５は、光入射箇所３４、これ等の領域を含む
光入射領域３５と光入射箇所３４の中心点を通過する直
線の間で異なる間隔を有する。注目されるのは、これ等
の間隔が光入射箇所３４でセンサ２３から出射する光ビ
ーム束の中心軸に垂直で、光入射箇所３４，光入射領域
３５および光受信領域４５が載っている平面に平行に測
定される。光入射領域３５に最も近いところにある光導
入窓４４あるいは光受信領域４５の中心点と直線３７お
よび光入射領域３５の中心点との間隔、好ましく少なく
とも４ mm,好ましく高々 10 mmで、例えば約 7 mm にな
る。直線４７に平行に計った光受信器４１と光導入窓４
４の寸法および隣接する光導入窓４４ないしは光受信領
域４５の中心点の間隔が好ましくは高々３ mm で、例え
ば 1.5 mm 〜 2.5 mm である。光出射箇所３４から最も
遠く離れた光導入窓４４ないしは光受信領域４５の中心
点と直線３７と光出射領域３５の中心点との間隔は、好
ましくは少なくとも 15 mmで、例えば 18 〜 30 mmにな
る。直線３７に平行に計った各々の光導入窓４４の寸
法、つまり長さは、同じ方向に計った光入射領域３５，
三つの光入射箇所３５によって形成される列の寸法に好
ましくはほぼ等しく、あるいは少なくとも等しい。
受信領域４５は、光入射箇所３４、これ等の領域を含む
光入射領域３５と光入射箇所３４の中心点を通過する直
線の間で異なる間隔を有する。注目されるのは、これ等
の間隔が光入射箇所３４でセンサ２３から出射する光ビ
ーム束の中心軸に垂直で、光入射箇所３４，光入射領域
３５および光受信領域４５が載っている平面に平行に測
定される。光入射領域３５に最も近いところにある光導
入窓４４あるいは光受信領域４５の中心点と直線３７お
よび光入射領域３５の中心点との間隔、好ましく少なく
とも４ mm,好ましく高々 10 mmで、例えば約 7 mm にな
る。直線４７に平行に計った光受信器４１と光導入窓４
４の寸法および隣接する光導入窓４４ないしは光受信領
域４５の中心点の間隔が好ましくは高々３ mm で、例え
ば 1.5 mm 〜 2.5 mm である。光出射箇所３４から最も
遠く離れた光導入窓４４ないしは光受信領域４５の中心
点と直線３７と光出射領域３５の中心点との間隔は、好
ましくは少なくとも 15 mmで、例えば 18 〜 30 mmにな
る。直線３７に平行に計った各々の光導入窓４４の寸
法、つまり長さは、同じ方向に計った光入射領域３５，
三つの光入射箇所３５によって形成される列の寸法に好
ましくはほぼ等しく、あるいは少なくとも等しい。
【００３２】光案内手段３３と３４を形成する二つの板
状本体は、図２に示す平面図で、光源３１のグループあ
るいは光受信器４１のグループとほぼ同じあるいは正確
に同じ輪郭と輪郭寸法を有する。更に、光案内手段３３
と３４は、その異なった輪郭と輪郭寸法を別にすれば、
同じまたは似たように形成される。
状本体は、図２に示す平面図で、光源３１のグループあ
るいは光受信器４１のグループとほぼ同じあるいは正確
に同じ輪郭と輪郭寸法を有する。更に、光案内手段３３
と３４は、その異なった輪郭と輪郭寸法を別にすれば、
同じまたは似たように形成される。
【００３３】光案内手段の一部を示す図３に基づき光案
内手段の構成を説明する。光案内手段は、互いに平行で
直線４７に直交し、長方形の輪郭を有する多数の平坦な
ディスク５１を保有する。ディスク５１の広い横側にあ
るディスクの平面に符号５１ａを付ける。直線４７に沿
って連続するディスク５１は円板の対の互いに対向する
面５１ａの間に配設された層５３によって互いに固定さ
れている。ディスク５１は全ての縁部分で、円板の平面
に直角な平坦な縁面を有する。ディスク５１はガラスの
ように透明で、発生する三種の光に対してできる限り透
明で、例えば鉱物性のガラスで構成されている。
内手段の構成を説明する。光案内手段は、互いに平行で
直線４７に直交し、長方形の輪郭を有する多数の平坦な
ディスク５１を保有する。ディスク５１の広い横側にあ
るディスクの平面に符号５１ａを付ける。直線４７に沿
って連続するディスク５１は円板の対の互いに対向する
面５１ａの間に配設された層５３によって互いに固定さ
れている。ディスク５１は全ての縁部分で、円板の平面
に直角な平坦な縁面を有する。ディスク５１はガラスの
ように透明で、発生する三種の光に対してできる限り透
明で、例えば鉱物性のガラスで構成されている。
【００３４】光源３１に対向する光案内手段３３のディ
スク５１の平坦な端面は光案内手段の光入射面を形成す
る。光源３１とは反対の光案内手段３３のディスク５１
の平坦な端面はその光出射面を形成する。光出射面は光
入射箇所３４と光入射領域３５を含む。これに対して、
光源３１から発生した光ビーム束の直径は直線４７に平
行に計った光案内手段３３の寸法より相当小さいので、
光案内手段に付属するディスク５１の一部のみ、あるい
は光案内手段３３のただ１個のディスク５１のみを光が
通過することが判る。光受信器４１とは反対の光案内手
段４３のディスクの端面は光入射面、光入射窓４４と光
受信領域４５を形成する。光受信器４１に対向する光案
内手段４３のディスクの端面は光出射面を形成する。
スク５１の平坦な端面は光案内手段の光入射面を形成す
る。光源３１とは反対の光案内手段３３のディスク５１
の平坦な端面はその光出射面を形成する。光出射面は光
入射箇所３４と光入射領域３５を含む。これに対して、
光源３１から発生した光ビーム束の直径は直線４７に平
行に計った光案内手段３３の寸法より相当小さいので、
光案内手段に付属するディスク５１の一部のみ、あるい
は光案内手段３３のただ１個のディスク５１のみを光が
通過することが判る。光受信器４１とは反対の光案内手
段４３のディスクの端面は光入射面、光入射窓４４と光
受信領域４５を形成する。光受信器４１に対向する光案
内手段４３のディスクの端面は光出射面を形成する。
【００３５】層５３は少なくとも一部接着剤から成る材
料で形成されている。この接着剤は多少光透過性が良
く、ディスク５１を形成するガラスの屈折率ように小い
さい屈折率を有する。この接着剤は、例えば一方の成分
がエポキシ樹脂である２成分接着剤で形成されている。
光案内手段４３では、場合によって異なる光導入窓４４
の間の境界を形成する層５３が光透過性の母材を形成す
るエポキシ樹脂中に分散された光を強く吸収する粒子も
含む。必要な場合には、光案内手段３３と４３の全ての
層５３がそのような粒子を含んでもよい。このことは層
５３の光の吸収を高め、この層を多少不透明にする。更
に、場合によっては、光案内手段３３，４３のディスク
の列の互いに反対の端部にあるディスク５１の面５１ａ
と、光案内手段３３，４３の光入射面および光出射面に
対して直交するディスク５１の端面５１ｂにも、層５３
と同じ材料で構成された被覆があってもよい。しかし、
ディスクの最後に述べた端面に、鏡面仕上げをした蒸着
金属層から成る被覆を付けることもできる。その外、光
案内手段３３，４３は電気的に絶縁されている。
料で形成されている。この接着剤は多少光透過性が良
く、ディスク５１を形成するガラスの屈折率ように小い
さい屈折率を有する。この接着剤は、例えば一方の成分
がエポキシ樹脂である２成分接着剤で形成されている。
光案内手段４３では、場合によって異なる光導入窓４４
の間の境界を形成する層５３が光透過性の母材を形成す
るエポキシ樹脂中に分散された光を強く吸収する粒子も
含む。必要な場合には、光案内手段３３と４３の全ての
層５３がそのような粒子を含んでもよい。このことは層
５３の光の吸収を高め、この層を多少不透明にする。更
に、場合によっては、光案内手段３３，４３のディスク
の列の互いに反対の端部にあるディスク５１の面５１ａ
と、光案内手段３３，４３の光入射面および光出射面に
対して直交するディスク５１の端面５１ｂにも、層５３
と同じ材料で構成された被覆があってもよい。しかし、
ディスクの最後に述べた端面に、鏡面仕上げをした蒸着
金属層から成る被覆を付けることもできる。その外、光
案内手段３３，４３は電気的に絶縁されている。
【００３６】直線４７に平行に計った各ディスク５１の
厚さは、同じ方向に計った各光導入窓４４や光受信領域
４５の寸法よりも十分小さい。更に、各ディスク５１の
厚さは光案内手段の光入射および光出射面に垂直に計っ
た光案内手段の高さに比べてはるかに小さい。ディスク
５１の厚さは、例えば約 0.15 mm〜 0.25 mmになる。デ
ィスクと全光案内手段の高さは、約 1 mm 〜 2 mm にな
る。層５３の厚さは、ディスク５１の厚さの好ましくは
高々 30 ％で、例えばおおよそ、あるいは高々20 ％に
なる。
厚さは、同じ方向に計った各光導入窓４４や光受信領域
４５の寸法よりも十分小さい。更に、各ディスク５１の
厚さは光案内手段の光入射および光出射面に垂直に計っ
た光案内手段の高さに比べてはるかに小さい。ディスク
５１の厚さは、例えば約 0.15 mm〜 0.25 mmになる。デ
ィスクと全光案内手段の高さは、約 1 mm 〜 2 mm にな
る。層５３の厚さは、ディスク５１の厚さの好ましくは
高々 30 ％で、例えばおおよそ、あるいは高々20 ％に
なる。
【００３７】光案内手段３３あるいは４３の光入射面を
通ってディスク５１に達して光はディスクの内部からそ
の面５１ａの一つに当たり、この面が当該ディスク５１
と層５３の間の光学境界面を形成すると、この光は、境
界面とこの面に出射した光の間の角度に応じて、全反射
あるいは一部のみが反射する。その場合、前記角度が図
３で符号αとして記入されている角度限界値に等しい
か、あるいは小さい場合に、全反射が生じる。前記角度
限界値はディスクを形成するガラスの屈折率と層５３を
形成する材料の屈折率の比によって決まり、例えば、そ
の値が高々 45 °あるいは高々 30 °あるいは高々 20
°になるように設定できる。光案内手段３３や４３の中
心面とは、以下では平坦な光入射面や光出射面に対して
垂直であって、直線４７を通り抜ける平面である。前記
中心面に平行にディスク５１に入射し、面５１ａに対し
て高々角度限界値αである角度をなす光は、殆ど減衰す
ることなくこのディスクを通過する。これに反して、前
記中心面に平行に伝播し、面５１ａとαより大きい角度
をなす光は、多少強く減衰する。つまり、ディスク５１
は層５３と協働して光導体を形成し、更に、少なくとも
前記中心面に平行に向いた光に対して、ビーム束、即ち
非結像コリメーションを及ぼす。このコリメーションに
より、そのような光のみが減衰することなく光案内手段
を通過して到達し、その方向は 2αの角度範囲にある。
これに反して、直線４７に直角な、つまりディスク５１
に平行な伝播方向を有する光は、皮膚表面に直角な直線
で大きな角度をなす場合にも、光案内手段を実際上減衰
することなく通過する。その場合、この光の光案内手段
は大きな通過断面を有する。これに対して、コリメート
する作用は、光案内手段３３が光源３１の前にある場
合、余り重要でないことに注意すべきである。何故な
ら、光源３１はいずれにしても殆ど平行な光ビームの光
ビーム束を発生するからである。
通ってディスク５１に達して光はディスクの内部からそ
の面５１ａの一つに当たり、この面が当該ディスク５１
と層５３の間の光学境界面を形成すると、この光は、境
界面とこの面に出射した光の間の角度に応じて、全反射
あるいは一部のみが反射する。その場合、前記角度が図
３で符号αとして記入されている角度限界値に等しい
か、あるいは小さい場合に、全反射が生じる。前記角度
限界値はディスクを形成するガラスの屈折率と層５３を
形成する材料の屈折率の比によって決まり、例えば、そ
の値が高々 45 °あるいは高々 30 °あるいは高々 20
°になるように設定できる。光案内手段３３や４３の中
心面とは、以下では平坦な光入射面や光出射面に対して
垂直であって、直線４７を通り抜ける平面である。前記
中心面に平行にディスク５１に入射し、面５１ａに対し
て高々角度限界値αである角度をなす光は、殆ど減衰す
ることなくこのディスクを通過する。これに反して、前
記中心面に平行に伝播し、面５１ａとαより大きい角度
をなす光は、多少強く減衰する。つまり、ディスク５１
は層５３と協働して光導体を形成し、更に、少なくとも
前記中心面に平行に向いた光に対して、ビーム束、即ち
非結像コリメーションを及ぼす。このコリメーションに
より、そのような光のみが減衰することなく光案内手段
を通過して到達し、その方向は 2αの角度範囲にある。
これに反して、直線４７に直角な、つまりディスク５１
に平行な伝播方向を有する光は、皮膚表面に直角な直線
で大きな角度をなす場合にも、光案内手段を実際上減衰
することなく通過する。その場合、この光の光案内手段
は大きな通過断面を有する。これに対して、コリメート
する作用は、光案内手段３３が光源３１の前にある場
合、余り重要でないことに注意すべきである。何故な
ら、光源３１はいずれにしても殆ど平行な光ビームの光
ビーム束を発生するからである。
【００３８】光案内手段３３と４３を製造するため、例
えばガラス製のディスクを接着してブロックを造る。こ
のブロックは平面図で図２に示す光出射手段２７ないし
は光受信手段２９の形状と寸法および、図１から判る仕
上がり光案内手段の高さの数倍になる高さを有する。こ
れ等のブロックから、光案内手段のための高さを有する
板状本体が切り出される。
えばガラス製のディスクを接着してブロックを造る。こ
のブロックは平面図で図２に示す光出射手段２７ないし
は光受信手段２９の形状と寸法および、図１から判る仕
上がり光案内手段の高さの数倍になる高さを有する。こ
れ等のブロックから、光案内手段のための高さを有する
板状本体が切り出される。
【００３９】ケース２５には、光入射領域３５と光導入
窓４４および光受信領域４５と反対の光源３１および光
受信器４１の面に、図４に示す独立した超音波源６１が
ある。この超音波源は長方形の板状の一個の圧電素子６
２と互いに反対向きのこの素子の二つの面に配設された
電極６３，６４で構成されている。圧電素子６２は図２
に示す光受信領域に直角な突起に全面で光入射領域３５
と光受信領域４５の上に突き出ている。電極６３，６４
の少なくとも１個、つまり例えば光源３１と光受信器４
１と反対の圧電素子２１の面にある電極６３は、素子６
２と同じように長方形で、この素子を完全に覆ってい
る。光源３１と光受信器４１に対向する圧電素子６２の
面にあり、図４にもある電極６４は長い波状ないしは蛇
行状のテープで形成されている。このテープは素子６２
の大部分を覆うが、同時に温度検出器として使用できる
電気抵抗体を形成し、両端に接続端子６４ａを設けてい
る。電極６３は素子６２と同じで長方形であり、この素
子を完全に覆うが、同様に波状ないしは蛇行状で温度検
出器として使用される。
窓４４および光受信領域４５と反対の光源３１および光
受信器４１の面に、図４に示す独立した超音波源６１が
ある。この超音波源は長方形の板状の一個の圧電素子６
２と互いに反対向きのこの素子の二つの面に配設された
電極６３，６４で構成されている。圧電素子６２は図２
に示す光受信領域に直角な突起に全面で光入射領域３５
と光受信領域４５の上に突き出ている。電極６３，６４
の少なくとも１個、つまり例えば光源３１と光受信器４
１と反対の圧電素子２１の面にある電極６３は、素子６
２と同じように長方形で、この素子を完全に覆ってい
る。光源３１と光受信器４１に対向する圧電素子６２の
面にあり、図４にもある電極６４は長い波状ないしは蛇
行状のテープで形成されている。このテープは素子６２
の大部分を覆うが、同時に温度検出器として使用できる
電気抵抗体を形成し、両端に接続端子６４ａを設けてい
る。電極６３は素子６２と同じで長方形であり、この素
子を完全に覆うが、同様に波状ないしは蛇行状で温度検
出器として使用される。
【００４０】更に、使用時に超音波源６１から発生した
超音波を体１の皮膚３に送るため超音波伝達手段もあ
る。この超音波伝達手段には、固定された超音波伝達・
加熱ヘッド６７がある。このヘッドはケース内に鋳造さ
れた樹脂によって経営され、超音波源６１を全面的に取
り囲み、この超音波源、光入射手段と光受信手段の種々
の部分と共に、ケース内にある中空スペースを完全にし
かも隙間のないように満たしたコンパクトで固定された
ブロックを形成し、ケース２５の縁部２５ａで規定され
る平面まで延びている。センサ２３は、それ故、体１に
接触するためにある側に、ケースの縁部２５ａ，光案内
手段３３，４３および超音波伝達・加熱ヘッド６７によ
って形成される平坦で、研磨され、しかもコンパクト
な、つまり切欠のない仕切および／または接触面６９を
有する。この面６９は全ての光入射領域３４および全て
の光導入窓４４あるいは光受信領域４５を備えた光入射
領域３５を有し、完全に取り囲んでいる。センサ２３を
使用する前に、体に接するためにある仕切および／また
は接触面６９の上に、この面を覆い、しかも薄い、例え
ば厚さが 0.001 mm 〜 0.01 mmで、図示していないゼリ
ー状、つまり半固体／半液体状で、ポリエチレングリコ
ールで構成され、測定するために使用する光を透過する
超音波伝達層が付けてある。超音波伝達・加熱ヘッド６
７，光入射手段２７，光受信手段２９および超音波源６
１によって形成される前記ブロックは、ゼリー状の超音
波伝達層と一緒に超音波源６１の超音波抵抗を皮膚３の
超音波抵抗に良好に整合させることができる。その結
果、超音波源６１で発生した超音波は少なくとも数回の
反射で体１の皮膚３に伝達できる。超音波伝達・加熱ヘ
ッド６７は、更に超音波源から超音波として発生するエ
ネルギの一部を吸収し、熱に変換するように構成されて
いる。こうして、超音波伝達・加熱ヘッド６７は使用時
に例えば 37 ℃〜 43 ℃の範囲にある制御可能な温度に
昇温される。
超音波を体１の皮膚３に送るため超音波伝達手段もあ
る。この超音波伝達手段には、固定された超音波伝達・
加熱ヘッド６７がある。このヘッドはケース内に鋳造さ
れた樹脂によって経営され、超音波源６１を全面的に取
り囲み、この超音波源、光入射手段と光受信手段の種々
の部分と共に、ケース内にある中空スペースを完全にし
かも隙間のないように満たしたコンパクトで固定された
ブロックを形成し、ケース２５の縁部２５ａで規定され
る平面まで延びている。センサ２３は、それ故、体１に
接触するためにある側に、ケースの縁部２５ａ，光案内
手段３３，４３および超音波伝達・加熱ヘッド６７によ
って形成される平坦で、研磨され、しかもコンパクト
な、つまり切欠のない仕切および／または接触面６９を
有する。この面６９は全ての光入射領域３４および全て
の光導入窓４４あるいは光受信領域４５を備えた光入射
領域３５を有し、完全に取り囲んでいる。センサ２３を
使用する前に、体に接するためにある仕切および／また
は接触面６９の上に、この面を覆い、しかも薄い、例え
ば厚さが 0.001 mm 〜 0.01 mmで、図示していないゼリ
ー状、つまり半固体／半液体状で、ポリエチレングリコ
ールで構成され、測定するために使用する光を透過する
超音波伝達層が付けてある。超音波伝達・加熱ヘッド６
７，光入射手段２７，光受信手段２９および超音波源６
１によって形成される前記ブロックは、ゼリー状の超音
波伝達層と一緒に超音波源６１の超音波抵抗を皮膚３の
超音波抵抗に良好に整合させることができる。その結
果、超音波源６１で発生した超音波は少なくとも数回の
反射で体１の皮膚３に伝達できる。超音波伝達・加熱ヘ
ッド６７は、更に超音波源から超音波として発生するエ
ネルギの一部を吸収し、熱に変換するように構成されて
いる。こうして、超音波伝達・加熱ヘッド６７は使用時
に例えば 37 ℃〜 43 ℃の範囲にある制御可能な温度に
昇温される。
【００４１】光源３１，光受信器４１およびセンサ２３
の電極６３，６４は可撓性ケーブルを介して検査する人
から間隔を隔てて配置された測定装置７３に電気接続し
ている。この測定装置は、ケース７５を有する装置で構
成され、そのところおよび／またはその中に表示装置７
６と手動で操作できる開閉調節機構７７が固定されてい
る。
の電極６３，６４は可撓性ケーブルを介して検査する人
から間隔を隔てて配置された測定装置７３に電気接続し
ている。この測定装置は、ケース７５を有する装置で構
成され、そのところおよび／またはその中に表示装置７
６と手動で操作できる開閉調節機構７７が固定されてい
る。
【００４２】装置２１は図１および図５に独立に示す校
正光分配器８１を有する。校正光分配器８１には、サポ
ート８２がある。このサポートは、例えばケース７５の
周囲から手の届くようにケース７５の天井に固定されて
いる。このサポート８２は、センサ２３が測定に利用さ
れない場合、校正のため一定の位置でサポート８２のそ
ばを通り過ぎるように配設され、しかも例えばこのサポ
ートにある窪み８２ａに装着され、場合によって図示し
ていない何らかの固定手段、止め部材に脱着可能に固定
される。
正光分配器８１を有する。校正光分配器８１には、サポ
ート８２がある。このサポートは、例えばケース７５の
周囲から手の届くようにケース７５の天井に固定されて
いる。このサポート８２は、センサ２３が測定に利用さ
れない場合、校正のため一定の位置でサポート８２のそ
ばを通り過ぎるように配設され、しかも例えばこのサポ
ートにある窪み８２ａに装着され、場合によって図示し
ていない何らかの固定手段、止め部材に脱着可能に固定
される。
【００４３】校正光分配器８１には、光分配手段８３が
設けてあり、校正時にセンサ２３の種々の光源から発生
し、光出射箇所でセンサから放出される光を所定の方法
で種々の光導入窓４４または光受信領域４５に配分し、
これ等の領域で光受信器４１に導入される。光配分手段
８３には、例えばセンサ２３に付属する各光入射箇所３
４に対して校正時にこの光入射箇所に対向する光結合素
子８５，センサ２３に付属する各光受信領域４５に対し
て校正時にこの光受信領域に対向する光結合素子８６、
および図５に一部のみ示すそれぞれ一本のガラス繊維を
有する多数の光導体８７がある。各光導体８７は光結合
素子８５に連結する端部８７ａと、光結合素子８６に連
結する端部８７ｂとを有する。光結合素子８５，８６は
それぞれ一個の透明な、例えばガラスのように透明な本
体を有し、この本体は例えば樹脂で形成され、一群の光
導体の端部８７ａあるいは８７ｂに溶着されている。各
光結合素子８５は少なくとも一つの光導体８７、好まし
くは多数の光導体を介して各光結合素子８６に接続して
いる。その場合、光結合素子８５，８６の全ての対が同
じ数の光導体を介して互いに連結していると有利であ
る。
設けてあり、校正時にセンサ２３の種々の光源から発生
し、光出射箇所でセンサから放出される光を所定の方法
で種々の光導入窓４４または光受信領域４５に配分し、
これ等の領域で光受信器４１に導入される。光配分手段
８３には、例えばセンサ２３に付属する各光入射箇所３
４に対して校正時にこの光入射箇所に対向する光結合素
子８５，センサ２３に付属する各光受信領域４５に対し
て校正時にこの光受信領域に対向する光結合素子８６、
および図５に一部のみ示すそれぞれ一本のガラス繊維を
有する多数の光導体８７がある。各光導体８７は光結合
素子８５に連結する端部８７ａと、光結合素子８６に連
結する端部８７ｂとを有する。光結合素子８５，８６は
それぞれ一個の透明な、例えばガラスのように透明な本
体を有し、この本体は例えば樹脂で形成され、一群の光
導体の端部８７ａあるいは８７ｂに溶着されている。各
光結合素子８５は少なくとも一つの光導体８７、好まし
くは多数の光導体を介して各光結合素子８６に接続して
いる。その場合、光結合素子８５，８６の全ての対が同
じ数の光導体を介して互いに連結していると有利であ
る。
【００４４】測定装置７３のケース７５には、ブロック
図を図６に示す電子回路手段９１が設けてある。この電
子回路手段９１には、例えばクロック発生器９２と評価
・制御装置９３がある。この評価・制御装置は少なくと
も部分的にクロック発生器に接続するマイクロプロセッ
サで構成されている。光源用の電源装置９４には、ゥロ
ック発生器９２と評価・制御装置９３に接続する入力端
と、ケーブル７１を介してセンサ２３の光源３１に連結
する出力端とがある。センサ２３の光受信器４１はケー
ブル７１を介して回路手段９１に付属する処理・デジタ
ル化装置９５の入力端に接続している。この処理・デジ
タル化装置には、更にクロック発生器９２に接続する入
力端と評価・制御装置９３に接続する出力端がある。超
音波発生源９６には、少なくとも評価・制御装置９３に
接続する入力端と、ケーブル７１を介して電極６３と電
極６４の接続端子６４ａに接続する出力端とがある。温
度検出器として使用される電極６４の前記接続端子６４
ａと他方の端子６４ｂは、更に評価・制御装置９３に接
続する温度測定装置に接続している。手で操作できる切
換および／または調節機構７７は、開閉装置として使用
され、電源装置９８に接続している。この源源装置は回
路手段の残りの装置に電力を供給する。残りの評価・制
御装置９３は少なくとも一部評価・制御装置９３に接続
している。更に、評価・制御装置９３に接続する音響発
生器９９もある。
図を図６に示す電子回路手段９１が設けてある。この電
子回路手段９１には、例えばクロック発生器９２と評価
・制御装置９３がある。この評価・制御装置は少なくと
も部分的にクロック発生器に接続するマイクロプロセッ
サで構成されている。光源用の電源装置９４には、ゥロ
ック発生器９２と評価・制御装置９３に接続する入力端
と、ケーブル７１を介してセンサ２３の光源３１に連結
する出力端とがある。センサ２３の光受信器４１はケー
ブル７１を介して回路手段９１に付属する処理・デジタ
ル化装置９５の入力端に接続している。この処理・デジ
タル化装置には、更にクロック発生器９２に接続する入
力端と評価・制御装置９３に接続する出力端がある。超
音波発生源９６には、少なくとも評価・制御装置９３に
接続する入力端と、ケーブル７１を介して電極６３と電
極６４の接続端子６４ａに接続する出力端とがある。温
度検出器として使用される電極６４の前記接続端子６４
ａと他方の端子６４ｂは、更に評価・制御装置９３に接
続する温度測定装置に接続している。手で操作できる切
換および／または調節機構７７は、開閉装置として使用
され、電源装置９８に接続している。この源源装置は回
路手段の残りの装置に電力を供給する。残りの評価・制
御装置９３は少なくとも一部評価・制御装置９３に接続
している。更に、評価・制御装置９３に接続する音響発
生器９９もある。
【００４５】今度は、装置２１の動作を説明する。ここ
ではこの装置は校正されていて、図１のセンサ２３が体
１の表面に接し、しかも接着テープあるいは他の方法で
体に取外可能に固定されていると仮定する。センサ２３
と皮膚の表面の間には、既に説明したゼリー状のポリエ
チレングリコール製の薄い超音波層と空気を含まない中
間スペースがある。
ではこの装置は校正されていて、図１のセンサ２３が体
１の表面に接し、しかも接着テープあるいは他の方法で
体に取外可能に固定されていると仮定する。センサ２３
と皮膚の表面の間には、既に説明したゼリー状のポリエ
チレングリコール製の薄い超音波層と空気を含まない中
間スペースがある。
【００４６】測定装置７３を動作させると、評価・制御
装置９３は光源の電源９４が三つの光源３１に時間的に
互いにずらしたパルス列を導入するように光源の電源９
４を制御する。従って、三つの光源３１は周期的に光パ
ルスを発生する。このパルス列の周波数は脈拍の周波数
より相当大きく、少なくとも 100 Hz になり、例えばl
kHz 〜 5 kHzになる。その場合、個々の光パルスは周期
あるいはサイクル器官の３分の１より小さい期間を有
し、各時点で単一の波長の光のみが発生するように時間
的に分布している。発生した光パルスは、光案内手段３
３を経由して光出射箇所３４でセンサ２３から体１の皮
膚３に入射する。
装置９３は光源の電源９４が三つの光源３１に時間的に
互いにずらしたパルス列を導入するように光源の電源９
４を制御する。従って、三つの光源３１は周期的に光パ
ルスを発生する。このパルス列の周波数は脈拍の周波数
より相当大きく、少なくとも 100 Hz になり、例えばl
kHz 〜 5 kHzになる。その場合、個々の光パルスは周期
あるいはサイクル器官の３分の１より小さい期間を有
し、各時点で単一の波長の光のみが発生するように時間
的に分布している。発生した光パルスは、光案内手段３
３を経由して光出射箇所３４でセンサ２３から体１の皮
膚３に入射する。
【００４７】中位、あるいは深い表皮にある動脈１３を
流れる血液の流れは、明白に脈動している。その場合、
パルス化はもちろん心臓の鼓動あるいは脈拍の周期で行
われる。これに反して、血液の流れは外部あるいは上部
の皮膚にある小動脈９中で高々僅かにパルス化され、毛
細管のループ１１，小静脈１０および静脈１４中で実際
には一様である。皮膚３に入射し、指定した波長を有す
る光は皮膚６の中位および／または深い層まで、そして
特にこの中にある血管に進入する。冒頭に説明したよう
に、この光は血液中で赤血球や他の血液細胞を貫通し、
その場合、多重散乱によって、つまり取り分け屈折過程
によって偏向する。赤血球は光の一部を吸収する。その
場合、吸収は光の波長と赤血球のヘモグロビンが酸素を
含むか否かに依存する。赤血球によって偏向した光の一
部は、皮膚３の表面に反射し、光導入窓４４あるいは光
受信領域４５のところで光案内手段に入り、この手段を
通過して光受信器４１に達する。
流れる血液の流れは、明白に脈動している。その場合、
パルス化はもちろん心臓の鼓動あるいは脈拍の周期で行
われる。これに反して、血液の流れは外部あるいは上部
の皮膚にある小動脈９中で高々僅かにパルス化され、毛
細管のループ１１，小静脈１０および静脈１４中で実際
には一様である。皮膚３に入射し、指定した波長を有す
る光は皮膚６の中位および／または深い層まで、そして
特にこの中にある血管に進入する。冒頭に説明したよう
に、この光は血液中で赤血球や他の血液細胞を貫通し、
その場合、多重散乱によって、つまり取り分け屈折過程
によって偏向する。赤血球は光の一部を吸収する。その
場合、吸収は光の波長と赤血球のヘモグロビンが酸素を
含むか否かに依存する。赤血球によって偏向した光の一
部は、皮膚３の表面に反射し、光導入窓４４あるいは光
受信領域４５のところで光案内手段に入り、この手段を
通過して光受信器４１に達する。
【００４８】皮膚の中位あるいは深い層にある動脈１３
を脈動的に流れる血液によって散乱する光の強度は、脈
拍あるいは心臓の周波数の周期で脈動している。これ
は、三種全ての光に対するものである。つまり、全ての
三種の波長を有する光の場合である。冒頭で既に説明し
たように、皮膚３に入射した光は少なくとも一つの動脈
１３を脈動的に流れる血液によってのみ散乱されるので
はない。この光は、つまり既に表皮で、特に死んだ細胞
から成る表皮角質層で散乱する。皮膚６では組織、髪の
濾胞、汗腺、神経、小動脈を流れる僅かに脈動する血
液、および実際には殆ど脈動しない、毛細血管のループ
１１，小静脈１０と静脈１４を流れる血液が入射した光
の散乱をもたらす。それ故、強度が脈動していない散乱
光も、光導入窓４４あるいは光受信領域４５に往き、光
受信器４１に達する。
を脈動的に流れる血液によって散乱する光の強度は、脈
拍あるいは心臓の周波数の周期で脈動している。これ
は、三種全ての光に対するものである。つまり、全ての
三種の波長を有する光の場合である。冒頭で既に説明し
たように、皮膚３に入射した光は少なくとも一つの動脈
１３を脈動的に流れる血液によってのみ散乱されるので
はない。この光は、つまり既に表皮で、特に死んだ細胞
から成る表皮角質層で散乱する。皮膚６では組織、髪の
濾胞、汗腺、神経、小動脈を流れる僅かに脈動する血
液、および実際には殆ど脈動しない、毛細血管のループ
１１，小静脈１０と静脈１４を流れる血液が入射した光
の散乱をもたらす。それ故、強度が脈動していない散乱
光も、光導入窓４４あるいは光受信領域４５に往き、光
受信器４１に達する。
【００４９】光受信器４１はこの中に達した光パルスを
電気信号、つまり電圧パルスに変換する。このパルスの
高さは受信器に達した光の強度の目安を与える。光受信
器によって発生する電気信号、即ち電圧パルスは、処理
・デジタル化装置９５に導入される。この装置は、光パ
ルス毎に電気信号を発生し、この信号はデジタル形で光
強度の目安を与える。処理・デジタル化装置９５によっ
て発生した信号は、次いで評価・制御装置９３に導入さ
れる。
電気信号、つまり電圧パルスに変換する。このパルスの
高さは受信器に達した光の強度の目安を与える。光受信
器によって発生する電気信号、即ち電圧パルスは、処理
・デジタル化装置９５に導入される。この装置は、光パ
ルス毎に電気信号を発生し、この信号はデジタル形で光
強度の目安を与える。処理・デジタル化装置９５によっ
て発生した信号は、次いで評価・制御装置９３に導入さ
れる。
【００５０】光受信器４１に達した光はパスル化してい
ない、つまり時間的に一定の成分、脈拍あるいは心臓の
鼓動の周期で周期的に変わる成分、および通常生理学的
な雑音と見なせる、不規則な、即ち多かれ少かれ確率的
で周期的でない成分を含む。酸素の飽和量および他の興
味のある量を求めるためには、三つの異なる波長を揺す
る光の脈拍ないしは心臓の鼓動の周期でパルス化された
成分を使用する。各光受信器で受信された光パルスをそ
の時間的な入射に基づき三つの波長に対応させるため、
評価・制御装置９３が構成されている。この装置９３
は、更に使用時に処理・デジタル化装置９５と協働して
パルス周期およびパスル周波数を求め、デジタル的に動
作する累積フィルターの機能を実行するように構成され
ている。この累積フィルターに対して、前記装置９３は
例えば各パルス周期を多数の同じ長さの時間間隔に分割
する。この場合、時間間隔に分割することは、少なくと
も雑音によって影響される強度の最大値で主にトリガさ
れる。更に、この装置９３には記憶器がある。この記憶
器の中では各光受信器のために前記間隔の各々に記憶セ
ルが付属している。測定値は所定数の連続パルス周期の
間に各光受信器４１に対して別々に記憶セルに記憶さ
れ、各パルス周期で積算、つまり加算される。
ない、つまり時間的に一定の成分、脈拍あるいは心臓の
鼓動の周期で周期的に変わる成分、および通常生理学的
な雑音と見なせる、不規則な、即ち多かれ少かれ確率的
で周期的でない成分を含む。酸素の飽和量および他の興
味のある量を求めるためには、三つの異なる波長を揺す
る光の脈拍ないしは心臓の鼓動の周期でパルス化された
成分を使用する。各光受信器で受信された光パルスをそ
の時間的な入射に基づき三つの波長に対応させるため、
評価・制御装置９３が構成されている。この装置９３
は、更に使用時に処理・デジタル化装置９５と協働して
パルス周期およびパスル周波数を求め、デジタル的に動
作する累積フィルターの機能を実行するように構成され
ている。この累積フィルターに対して、前記装置９３は
例えば各パルス周期を多数の同じ長さの時間間隔に分割
する。この場合、時間間隔に分割することは、少なくと
も雑音によって影響される強度の最大値で主にトリガさ
れる。更に、この装置９３には記憶器がある。この記憶
器の中では各光受信器のために前記間隔の各々に記憶セ
ルが付属している。測定値は所定数の連続パルス周期の
間に各光受信器４１に対して別々に記憶セルに記憶さ
れ、各パルス周期で積算、つまり加算される。
【００５１】各測定時の一定時間内で周期的に変わる光
強度の成分は、同じ値を有し、その時間間隔内で生じた
雑音信号はその都度確率論的に変わるので、周期的に変
わる信号の値と雑音信号の値の比は累積処理によって拡
大する。この累積処理は、雑音成分および所望の測定精
度に応じて、例えば約５〜 100回の脈拍の間で行われ
る。
強度の成分は、同じ値を有し、その時間間隔内で生じた
雑音信号はその都度確率論的に変わるので、周期的に変
わる信号の値と雑音信号の値の比は累積処理によって拡
大する。この累積処理は、雑音成分および所望の測定精
度に応じて、例えば約５〜 100回の脈拍の間で行われ
る。
【００５２】この累積過程が所定数の周期の間行われる
と、各光受信器４３に対して記憶された値は三つの階段
曲線になる。これ等の階段曲線の各々は、三つの波長の
うちの一つを有する光の一周期の間にわたって延びる強
度の時間経過を表す。更に、評価・制御装置９３はこれ
等の階段曲線の各々に対して周期的に変わる、累積され
た光強度のストローク、つまり階段曲線で表される累積
光強度の最大値と最小値の差を求める。ｎ回の累積処理
を行うと、前記の差は光強度の周期的に変わる成分の 2
ｎ倍の振幅に等しく、光強度の周期的に変わる成分の振
幅に対する目安を与える。
と、各光受信器４３に対して記憶された値は三つの階段
曲線になる。これ等の階段曲線の各々は、三つの波長の
うちの一つを有する光の一周期の間にわたって延びる強
度の時間経過を表す。更に、評価・制御装置９３はこれ
等の階段曲線の各々に対して周期的に変わる、累積され
た光強度のストローク、つまり階段曲線で表される累積
光強度の最大値と最小値の差を求める。ｎ回の累積処理
を行うと、前記の差は光強度の周期的に変わる成分の 2
ｎ倍の振幅に等しく、光強度の周期的に変わる成分の振
幅に対する目安を与える。
【００５３】評価・制御装置９３は波長が 800〜 830 n
m の光および波長が約 660 nm の光のストロークあるい
は振幅から酸素飽和度を求める。この発明による装置に
よって酸素飽和度を求めることを説明するため、皮膚で
行われる散乱と吸収過程と、測定過程の詳細を詳しく説
明する。光源３１から発生し、光案内手段３３を通過し
た光ビーク束は、センサを出るとき、皮膚の表面にほぼ
垂直なビーム中心軸を有する。この光案内手段３３は、
光源３１から発生する光を少なくとも皮膚の内部で行わ
れる散乱過程なしに表皮５あるいは真皮６に付属する皮
膚領域に達し、これ等の皮膚領域が光受信領域４５の一
つの前で皮膚表面に直角な視角内にあることを少なくと
も大いに保証する。これに対して、図１を参照して、以
下のことも注意する必要がある。つまり、この図には皮
膚３が光源３１から光受信器４１までの間隔に比べて非
常に誇張した厚さで示してある。光源３１と皮膚３の間
に配設された光案内手段３３は光源３１に対して皮膚３
を電気的に絶縁し、幾分は熱的にも絶縁する。従って、
皮膚は光ダイオードから発生する熱によって損傷を受け
ない。
m の光および波長が約 660 nm の光のストロークあるい
は振幅から酸素飽和度を求める。この発明による装置に
よって酸素飽和度を求めることを説明するため、皮膚で
行われる散乱と吸収過程と、測定過程の詳細を詳しく説
明する。光源３１から発生し、光案内手段３３を通過し
た光ビーク束は、センサを出るとき、皮膚の表面にほぼ
垂直なビーム中心軸を有する。この光案内手段３３は、
光源３１から発生する光を少なくとも皮膚の内部で行わ
れる散乱過程なしに表皮５あるいは真皮６に付属する皮
膚領域に達し、これ等の皮膚領域が光受信領域４５の一
つの前で皮膚表面に直角な視角内にあることを少なくと
も大いに保証する。これに対して、図１を参照して、以
下のことも注意する必要がある。つまり、この図には皮
膚３が光源３１から光受信器４１までの間隔に比べて非
常に誇張した厚さで示してある。光源３１と皮膚３の間
に配設された光案内手段３３は光源３１に対して皮膚３
を電気的に絶縁し、幾分は熱的にも絶縁する。従って、
皮膚は光ダイオードから発生する熱によって損傷を受け
ない。
【００５４】冒頭に説明したように、皮膚の中位の層や
深い層で少なくとも１本の動脈１３をパルス状に流れる
血液によって散乱され、再び皮膚から放射される光の強
度は、光出射領域３５からある間隔で最大値を有する。
この間隔は、種々の皮膚の層の厚さと構造、動脈１３の
深さ、およびヘマトクリット値のような、解剖学的な特
性や、検査する人物の個性および選択した測定箇所に依
存する。その外、この間隔は、既に述べたヘマトクリッ
ト値や血行のような時間的に変わる量にも依存する。そ
の場合、血行は取り分け動脈１３の壁にある筋肉繊維や
吻合によって影響される。
深い層で少なくとも１本の動脈１３をパルス状に流れる
血液によって散乱され、再び皮膚から放射される光の強
度は、光出射領域３５からある間隔で最大値を有する。
この間隔は、種々の皮膚の層の厚さと構造、動脈１３の
深さ、およびヘマトクリット値のような、解剖学的な特
性や、検査する人物の個性および選択した測定箇所に依
存する。その外、この間隔は、既に述べたヘマトクリッ
ト値や血行のような時間的に変わる量にも依存する。そ
の場合、血行は取り分け動脈１３の壁にある筋肉繊維や
吻合によって影響される。
【００５５】皮膚の表面に逆散乱する光は、皮膚から種
々の方向に出射する。光受信器４１の前に配設され、光
導入窓４４と光受信領域４５を形成する光案内手段４３
は、方向が図１の断面に平行な散乱光のうち、皮膚表面
に垂直な直線に対してある角度を形成するものを光受信
器に到達させる。この角度は選択した角度の限界値αに
大抵等しい、つまり例えば高々 20 °である。それ故、
光案内手段４３は取り分け皮膚３の比較的深い層で散乱
した光が光受信器に到達することに寄与する。更に、光
案内手段４３は光受信器４１に対して皮膚３を電気的
に、しかも熱的にも幾分絶縁する。
々の方向に出射する。光受信器４１の前に配設され、光
導入窓４４と光受信領域４５を形成する光案内手段４３
は、方向が図１の断面に平行な散乱光のうち、皮膚表面
に垂直な直線に対してある角度を形成するものを光受信
器に到達させる。この角度は選択した角度の限界値αに
大抵等しい、つまり例えば高々 20 °である。それ故、
光案内手段４３は取り分け皮膚３の比較的深い層で散乱
した光が光受信器に到達することに寄与する。更に、光
案内手段４３は光受信器４１に対して皮膚３を電気的
に、しかも熱的にも幾分絶縁する。
【００５６】評価・制御装置９３のマイクロプロセッサ
は、光強度が所定の選択判定基準を満たす光受信器を突
き止めるように構成されていて、しかもプログラムされ
ている。このマイクロプロセッサは、例えば 800〜 830
nm の光の周期的に変わる成分の振幅が等吸収波長の近
くにある波長で最大値を有する光受信器を決定する。こ
のマイクロプロセッサは前記光受信器によって測定さ
れ、電気信号によって表され、脈拍周期でパルス化され
た光を評価して、酸素飽和度を求める。このマイクロプ
ロセッサは、当該光受信器の前にある光導入窓４４，な
いしはこの光導入窓と同じ光受信領域４５を利用範囲と
して選択し、酸素飽和度を測定するため、この領域でセ
ンサに達して光のみを利用する。
は、光強度が所定の選択判定基準を満たす光受信器を突
き止めるように構成されていて、しかもプログラムされ
ている。このマイクロプロセッサは、例えば 800〜 830
nm の光の周期的に変わる成分の振幅が等吸収波長の近
くにある波長で最大値を有する光受信器を決定する。こ
のマイクロプロセッサは前記光受信器によって測定さ
れ、電気信号によって表され、脈拍周期でパルス化され
た光を評価して、酸素飽和度を求める。このマイクロプ
ロセッサは、当該光受信器の前にある光導入窓４４，な
いしはこの光導入窓と同じ光受信領域４５を利用範囲と
して選択し、酸素飽和度を測定するため、この領域でセ
ンサに達して光のみを利用する。
【００５７】しかし、この代わりに、ほぼ等吸収の波長
を有する光全体の前記振幅と最大値あるいは平均値ない
しは最小値の間の比が最大値を有する光受信器の信号が
酸素飽和度の測定のために評価される。通常、これ等の
全ての選択判定基準はただ一つの光受信器で満たされる
ことを述べておく。
を有する光全体の前記振幅と最大値あるいは平均値ない
しは最小値の間の比が最大値を有する光受信器の信号が
酸素飽和度の測定のために評価される。通常、これ等の
全ての選択判定基準はただ一つの光受信器で満たされる
ことを述べておく。
【００５８】状況によっては、最も望ましい光受信箇所
が隣接する二つの光導入窓４４ないしは光受信領域４５
の間のほぼ中央にある。その結果、二つの光導入窓４４
に対して予め定めた選択判定基準が等しく良好に満たさ
れる。二つ以上、例えば三つの光導入窓４４でほぼ最適
な測定条件となることがあるかもしれない。マイクロプ
ロセッサは、そのような場合、光の各タイプに対して、
即ち波長に対して、二つまたはそれ以上の光受信器によ
って測定される光強度を加算し、酸素飽和度を測定する
ために利用するように構成され、しかもプログラムされ
る。このことは、酸素飽和度を測定するため、利用範囲
が選択されるか、あるいは決定され、この範囲が二つま
たは、場合によっては、直線４７に沿って連続するもっ
と多くの光導入窓４４ないしは光受信領域４５を含むこ
とを意味する。飽和度を測定するためにセンサに達した
光を利用する利用範囲の大きさは、言わば電子的に可変
できる。しかし、その場合、光導入窓の一部を通過して
センサに達した光のみが酸素飽和度の測定のために利用
され、光導入窓４４の全てを通過してセンサに達した光
は利用されない。
が隣接する二つの光導入窓４４ないしは光受信領域４５
の間のほぼ中央にある。その結果、二つの光導入窓４４
に対して予め定めた選択判定基準が等しく良好に満たさ
れる。二つ以上、例えば三つの光導入窓４４でほぼ最適
な測定条件となることがあるかもしれない。マイクロプ
ロセッサは、そのような場合、光の各タイプに対して、
即ち波長に対して、二つまたはそれ以上の光受信器によ
って測定される光強度を加算し、酸素飽和度を測定する
ために利用するように構成され、しかもプログラムされ
る。このことは、酸素飽和度を測定するため、利用範囲
が選択されるか、あるいは決定され、この範囲が二つま
たは、場合によっては、直線４７に沿って連続するもっ
と多くの光導入窓４４ないしは光受信領域４５を含むこ
とを意味する。飽和度を測定するためにセンサに達した
光を利用する利用範囲の大きさは、言わば電子的に可変
できる。しかし、その場合、光導入窓の一部を通過して
センサに達した光のみが酸素飽和度の測定のために利用
され、光導入窓４４の全てを通過してセンサに達した光
は利用されない。
【００５９】光案内手段３３，４３によって得られる望
ましくない散乱光の消去と、説明した方法で行われる少
なくとも一つの望ましい光受信器４１と、この光受信器
に付属する少なくとも一つの望ましい光受信領域の選択
によって、全ての測定で、脈拍あるいは心臓の鼓動の周
期で時間的に周期的に変わり、動脈の血液によって散乱
される光が選択された光受信器に達することが達成され
る。このことは、再び高い測定精度を保証する。
ましくない散乱光の消去と、説明した方法で行われる少
なくとも一つの望ましい光受信器４１と、この光受信器
に付属する少なくとも一つの望ましい光受信領域の選択
によって、全ての測定で、脈拍あるいは心臓の鼓動の周
期で時間的に周期的に変わり、動脈の血液によって散乱
される光が選択された光受信器に達することが達成され
る。このことは、再び高い測定精度を保証する。
【００６０】超音波源６１は測定期間中、および場合に
よっては、本来の測定の前にパルス状の超音波を発生す
る。超音波の一部は超音波伝達・加熱ヘッド６７によっ
て吸収され、熱に変換される。熱に変換されたエネルギ
成分は、超音波伝達・加熱ヘッド６７に超音波の形にし
て導入された全エネルギの主に約 30 ％〜 70 ％にな
る。熱に変換されたエネルギは超音波伝達・加熱ヘッド
６７を既に指定した温度に昇温する。この温度は通常皮
膚の表面の温度以上である。超音波伝達・加熱ヘッド６
７の温度は、温度検出器としても使用される電極６４に
よって温度測定装置９７と協働して測定される。この温
度測定装置は、評価・制御装置９３のマイクロプロセッ
サに温度の値を表すデジタル信号を導入する。評価・制
御装置９３は測定した温度が所定の目標値に維持される
ように、超音波発生器９６を制御する。温度の制御は、
例えば発生した超音波パルスのパルス幅を制御すること
によって行われる。
よっては、本来の測定の前にパルス状の超音波を発生す
る。超音波の一部は超音波伝達・加熱ヘッド６７によっ
て吸収され、熱に変換される。熱に変換されたエネルギ
成分は、超音波伝達・加熱ヘッド６７に超音波の形にし
て導入された全エネルギの主に約 30 ％〜 70 ％にな
る。熱に変換されたエネルギは超音波伝達・加熱ヘッド
６７を既に指定した温度に昇温する。この温度は通常皮
膚の表面の温度以上である。超音波伝達・加熱ヘッド６
７の温度は、温度検出器としても使用される電極６４に
よって温度測定装置９７と協働して測定される。この温
度測定装置は、評価・制御装置９３のマイクロプロセッ
サに温度の値を表すデジタル信号を導入する。評価・制
御装置９３は測定した温度が所定の目標値に維持される
ように、超音波発生器９６を制御する。温度の制御は、
例えば発生した超音波パルスのパルス幅を制御すること
によって行われる。
【００６１】加熱された超音波伝達・加熱ヘッド６７は
皮膚３に熱伝導で熱を供給する。更に、超音波も皮膚に
送り、その中に吸収される。この吸収は取り分け血行の
よい生きた細胞に含まれる皮膚の層の中で行われる。従
って、超音波によって皮膚の内部層を直接加熱できる。
この場合、熱伝導や超音波伝達も一部光源、光受信器お
よび光案内手段を介して行われる。その外、光源および
光受信器中で電気エネルギから生じる熱も同じように皮
膚の昇温に寄与する。熱伝導によっておよび皮膚の内部
で吸収された超音波によって皮膚を連続的に加熱するこ
とは、酸素飽和度を測定するために利用する皮膚の領域
を、血行を増進する比較的高い、かなり一様な温度に加
熱することを可能にし、皮膚の何らかの領域を過加熱に
よって損傷させない。超音波伝達・加熱ヘッド６７とこ
の中に埋め込んだ部材で構成されるブロックがケースの
縁部２５ａで定まる面まで延びているので、センサと皮
膚の間に挿入されたポリエチレングリコール製の前記薄
い層の外で測定するため、そのような層あるいは超音波
伝送に使用される半固体でいくらか液状ないしは液体の
材料を中空スペースのどこかに入れることはない。セン
サ２３を使用することは、それ故、非常に簡単で、特に
冒頭に述べた米国特許第 4 890 619号明細書により公知
のセンサを使用することより簡単である。
皮膚３に熱伝導で熱を供給する。更に、超音波も皮膚に
送り、その中に吸収される。この吸収は取り分け血行の
よい生きた細胞に含まれる皮膚の層の中で行われる。従
って、超音波によって皮膚の内部層を直接加熱できる。
この場合、熱伝導や超音波伝達も一部光源、光受信器お
よび光案内手段を介して行われる。その外、光源および
光受信器中で電気エネルギから生じる熱も同じように皮
膚の昇温に寄与する。熱伝導によっておよび皮膚の内部
で吸収された超音波によって皮膚を連続的に加熱するこ
とは、酸素飽和度を測定するために利用する皮膚の領域
を、血行を増進する比較的高い、かなり一様な温度に加
熱することを可能にし、皮膚の何らかの領域を過加熱に
よって損傷させない。超音波伝達・加熱ヘッド６７とこ
の中に埋め込んだ部材で構成されるブロックがケースの
縁部２５ａで定まる面まで延びているので、センサと皮
膚の間に挿入されたポリエチレングリコール製の前記薄
い層の外で測定するため、そのような層あるいは超音波
伝送に使用される半固体でいくらか液状ないしは液体の
材料を中空スペースのどこかに入れることはない。セン
サ２３を使用することは、それ故、非常に簡単で、特に
冒頭に述べた米国特許第 4 890 619号明細書により公知
のセンサを使用することより簡単である。
【００６２】第三のタイプの光、つまり第三光源３１か
ら発生し、約 575 nm になる波長を有する光は、酸素を
溶かした、酸素を含む、および一酸化炭素を含むヘモグ
ロビンによってかなり強く吸収される。更に、酸素を溶
かしたおよび酸素を含むヘモグロビンの光吸収係数はこ
の波長ではかなり同じ値を有する。それ故、脈拍の周期
で時間的に周期的に変わる第三タイプの光の強度の振幅
と、この第三タイプの光の全散乱光の強度の最大値ある
いは平均値あるいは最小値との比は、ヘモグロビンの飽
和度に全く無関係で、光の侵入した皮膚の部分に存在す
る血液の容積の大きさに対する目安を与える。評価・制
御装置９３は、前記の比を求めるために形成されてい
る。場合によっては、この装置９３は前記比から、モデ
ル計算によって求めた公式および／または表にして記憶
した値の対応関係や構成に基づき、血液の容積と検出し
た皮膚部分の全体の容積の比に対する絶対値を求める。
血液の容積に対する目安を与える量を求めることは、皮
膚を昇温したり、しなかったりして選択的に行われる。
ら発生し、約 575 nm になる波長を有する光は、酸素を
溶かした、酸素を含む、および一酸化炭素を含むヘモグ
ロビンによってかなり強く吸収される。更に、酸素を溶
かしたおよび酸素を含むヘモグロビンの光吸収係数はこ
の波長ではかなり同じ値を有する。それ故、脈拍の周期
で時間的に周期的に変わる第三タイプの光の強度の振幅
と、この第三タイプの光の全散乱光の強度の最大値ある
いは平均値あるいは最小値との比は、ヘモグロビンの飽
和度に全く無関係で、光の侵入した皮膚の部分に存在す
る血液の容積の大きさに対する目安を与える。評価・制
御装置９３は、前記の比を求めるために形成されてい
る。場合によっては、この装置９３は前記比から、モデ
ル計算によって求めた公式および／または表にして記憶
した値の対応関係や構成に基づき、血液の容積と検出し
た皮膚部分の全体の容積の比に対する絶対値を求める。
血液の容積に対する目安を与える量を求めることは、皮
膚を昇温したり、しなかったりして選択的に行われる。
【００６３】その外、第三のタイプの光のうちから、酸
素飽和度を測定するために選択された評価猟奇を通過し
てセンサに達した光のみを評価すると有利である。表示
装置７６は記号ＳＡで示す酸素飽和度の値、記号Ｐで示
すパルス周波数および記号ＢＶを付けた血液の容積の目
安を与える値を表示する。
素飽和度を測定するために選択された評価猟奇を通過し
てセンサに達した光のみを評価すると有利である。表示
装置７６は記号ＳＡで示す酸素飽和度の値、記号Ｐで示
すパルス周波数および記号ＢＶを付けた血液の容積の目
安を与える値を表示する。
【００６４】切換・設定機構７７によって、酸素飽和
度、および、場合によっては、他の測定量に対する少な
くとも上限値あるいは下限値を入力することができる。
そのような限界値を越えたことは、表示装置７６によっ
て光学的におよび／または音響警報器９９にって音響的
に信号化される。
度、および、場合によっては、他の測定量に対する少な
くとも上限値あるいは下限値を入力することができる。
そのような限界値を越えたことは、表示装置７６によっ
て光学的におよび／または音響警報器９９にって音響的
に信号化される。
【００６５】装置２１は製造メーカーによって出荷前に
校正される。しかし、状況によっては、三つの光源から
発生する光パルスあるいは種々の波長の光受信器の感度
が変わることもある。この場合、感度とは光受信器から
発生した電圧パルスの高さと光受信器に達した光パルス
の強度の比である。
校正される。しかし、状況によっては、三つの光源から
発生する光パルスあるいは種々の波長の光受信器の感度
が変わることもある。この場合、感度とは光受信器から
発生した電圧パルスの高さと光受信器に達した光パルス
の強度の比である。
【００６６】センサ２３を測定に利用しない場合、この
センサを校正・光配分器８１のサポート８２の窪み８２
ａに一時的に保持することができる。光出射箇所３５と
センサ２３の光受信領域４５は、校正・光配分器８１の
光連結部材８５あるいは８６に対向していて、例えばこ
の配分器に接している。そこで、使用者は切換および／
または設定機構７７の少なくとも一つを手動で操作して
電子回路手段を校正モードにする。このモードでは、三
つの光源のそれぞれが少なくとも一個の光パルスを発生
するように、評価・制御装置９３が光源の電源装置９４
を制御する。光出射箇所３４でセンサから出射された光
の一部は、校正・光配分器８１によってセンサの種々の
光導入窓４４あるいは光受信領域４５に配分され、そこ
で光受信器４１に導入される。各光受信器は三種の光タ
イプのそれぞれに対して一つ電圧パルスを発生する。こ
のパルスの高さ、つまり電圧値やマイクロプロセッサに
よってその値から誘導された値は、校正値として評価・
制御装置９３に付属する記憶器の記憶セルに次の校正ま
で保管される。校正後には、切換・設定機構７７の少な
くとも一つを手動操作して、あるいはセンサ２３をサポ
ート８２から離すことによって操作される切換機構によ
って、この装置を通常の使用モードにする。この使用モ
ードでは、新たに求めて記憶された校正値が測定された
光強度値の利用するために援用される。この種の校正に
よって、装置２１を長時間使用しても未だ正確な測定結
果が得られることを保証する。
センサを校正・光配分器８１のサポート８２の窪み８２
ａに一時的に保持することができる。光出射箇所３５と
センサ２３の光受信領域４５は、校正・光配分器８１の
光連結部材８５あるいは８６に対向していて、例えばこ
の配分器に接している。そこで、使用者は切換および／
または設定機構７７の少なくとも一つを手動で操作して
電子回路手段を校正モードにする。このモードでは、三
つの光源のそれぞれが少なくとも一個の光パルスを発生
するように、評価・制御装置９３が光源の電源装置９４
を制御する。光出射箇所３４でセンサから出射された光
の一部は、校正・光配分器８１によってセンサの種々の
光導入窓４４あるいは光受信領域４５に配分され、そこ
で光受信器４１に導入される。各光受信器は三種の光タ
イプのそれぞれに対して一つ電圧パルスを発生する。こ
のパルスの高さ、つまり電圧値やマイクロプロセッサに
よってその値から誘導された値は、校正値として評価・
制御装置９３に付属する記憶器の記憶セルに次の校正ま
で保管される。校正後には、切換・設定機構７７の少な
くとも一つを手動操作して、あるいはセンサ２３をサポ
ート８２から離すことによって操作される切換機構によ
って、この装置を通常の使用モードにする。この使用モ
ードでは、新たに求めて記憶された校正値が測定された
光強度値の利用するために援用される。この種の校正に
よって、装置２１を長時間使用しても未だ正確な測定結
果が得られることを保証する。
【００６７】図７にある装置１２１には、センサ２３の
一部に相当するセンサ１２３および測定装置７３の一部
に相当する測定装置１７３がある。以下では、特に言及
することがない限り、両方の装置は同じように構成され
ていて、同じ部品には同じ参照符号を付ける。しかし、
装置１２１には、装置２１の光出射手段２７とは異なる
構成の光出射手段１２７がある。この光出射手段１２７
には、必要な種々のタイプの光を発生するため、測定装
置１７３のケース７５のセンサ１２３の外に配設された
少なくとも一つの光源１３１がある。光出射手段１２７
は、例えば光出射手段と同じように、それぞれ一個の半
導体ダイオードで構成される多数の光源を有する。これ
等の光源のそれぞれが他の波長の光を発生する。光源１
３１が、使用時に種々の波長を有する、つまり広いスペ
クトルの光を発生する場合、光出射手段は更に少なくと
も一つの干渉フィルタを有する。このフィルタは発生し
た光スペクトルから、各タイプの光に対して正確に所望
の波長を有する光を濾波し、通過させる。
一部に相当するセンサ１２３および測定装置７３の一部
に相当する測定装置１７３がある。以下では、特に言及
することがない限り、両方の装置は同じように構成され
ていて、同じ部品には同じ参照符号を付ける。しかし、
装置１２１には、装置２１の光出射手段２７とは異なる
構成の光出射手段１２７がある。この光出射手段１２７
には、必要な種々のタイプの光を発生するため、測定装
置１７３のケース７５のセンサ１２３の外に配設された
少なくとも一つの光源１３１がある。光出射手段１２７
は、例えば光出射手段と同じように、それぞれ一個の半
導体ダイオードで構成される多数の光源を有する。これ
等の光源のそれぞれが他の波長の光を発生する。光源１
３１が、使用時に種々の波長を有する、つまり広いスペ
クトルの光を発生する場合、光出射手段は更に少なくと
も一つの干渉フィルタを有する。このフィルタは発生し
た光スペクトルから、各タイプの光に対して正確に所望
の波長を有する光を濾波し、通過させる。
【００６８】測定装置１７３には、更に少なくとも一個
の光源から発生した光を集め、ケース７５の中および／
またはそこに保持されている長い可撓性の光案内手段１
３３の一端を通すために、光コレクター１３２もある。
この光案内手段は少なくとも一本のガラス繊維を有す
る。光案内手段１３３の他端はセンサ１２３に連結して
いる。このセンサには、例えば測定時に体１に接する面
に溝があり、この溝には光案内手段１３３の他端と金属
反射体１３４が配設されている。この反射体は体１に接
するセンサ面に対して 45 °傾き、光案内手段１３３の
端部に対向する反射面１３４ａを有する。光案内手段１
３３は、反射体１３４と共に図８に示す光出射領域１３
５を決める。この領域では、光がセンサ１２３より出射
し、体１に入る。センサに固定された光案内手段１３３
の一端と反射体１３４の間にある中間スペースには、例
えば透光性材料１３６が満たしてある。光コレクター１
３２，光案内手段１３３，反射体１３４および前記材料
１３６は一緒になって光伝達手段を形成する。この光伝
達手段によって少なくとも一つの光源１３１から発生す
る光を光出射領域１３５に運ぶことができる。
の光源から発生した光を集め、ケース７５の中および／
またはそこに保持されている長い可撓性の光案内手段１
３３の一端を通すために、光コレクター１３２もある。
この光案内手段は少なくとも一本のガラス繊維を有す
る。光案内手段１３３の他端はセンサ１２３に連結して
いる。このセンサには、例えば測定時に体１に接する面
に溝があり、この溝には光案内手段１３３の他端と金属
反射体１３４が配設されている。この反射体は体１に接
するセンサ面に対して 45 °傾き、光案内手段１３３の
端部に対向する反射面１３４ａを有する。光案内手段１
３３は、反射体１３４と共に図８に示す光出射領域１３
５を決める。この領域では、光がセンサ１２３より出射
し、体１に入る。センサに固定された光案内手段１３３
の一端と反射体１３４の間にある中間スペースには、例
えば透光性材料１３６が満たしてある。光コレクター１
３２，光案内手段１３３，反射体１３４および前記材料
１３６は一緒になって光伝達手段を形成する。この光伝
達手段によって少なくとも一つの光源１３１から発生す
る光を光出射領域１３５に運ぶことができる。
【００６９】装置１２１を使用する場合、発生する全て
のタイプの光はセンサ１２３から光出射領域１３５の同
じ光出射箇所で、つまり同じ面を通過して順次出射す
る。光出射領域１３５は、測定時に体１に接するセンサ
の面の平面図で例えば円形で、この平面図で、全ての方
向に非常に小さい、好ましくは高々２ mm 、あるいは例
えば高々１ mm ないしは単に 0.5 mm になる伸びを有す
る。その外、光案内手段１３３は光案内手段３３と同じ
ように光ビームを多少平行に指向させ、コリメートする
作用を有する。
のタイプの光はセンサ１２３から光出射領域１３５の同
じ光出射箇所で、つまり同じ面を通過して順次出射す
る。光出射領域１３５は、測定時に体１に接するセンサ
の面の平面図で例えば円形で、この平面図で、全ての方
向に非常に小さい、好ましくは高々２ mm 、あるいは例
えば高々１ mm ないしは単に 0.5 mm になる伸びを有す
る。その外、光案内手段１３３は光案内手段３３と同じ
ように光ビームを多少平行に指向させ、コリメートする
作用を有する。
【００７０】デイスクリート光半導体で構成されている
装置２１と１２１の光受信器４１は、図９に模式的に示
し、符号２４０を付けた集積回路に置き換えることがで
きる。この集積回路２４０は、各々が一個の光受信器２
４１を形成する一列の光半導体、つまりフォトダイオー
ドを保有する。この集積回路２４０に含まれるセンサ
は、例えば図９に示していない光案内手段４３も保有し
ている。この案内手段は装置２１と１２１と同じように
配設されている。各光受信器２４１は、測定時に調べる
体に接するセンサの面で光導入窓２４４を決める。光導
入窓２４４は、例えば正方形あるいは長方形で、狭い中
間スペースで分離されている。集積回路２４０は、場合
によっては、比較的多数の、例えば少なくとも 100個の
フォトダイオードを有する。この集積回路に接続する電
子回路手段のマイクロプロセッサは、それ故、例えば長
手方向に連続的に並べた一群の光受信器２４１によって
測定された光強度をそれぞれ累積的にフィルターする前
または後で加算し、これ等の群の各々が一つの光受信領
域２４５に付属するように構成されている。その場合、
全ての光受信領域２４５は同じ数の光導入窓２４４を含
む。集積回路２４０に含まれるセンサを利用する場合、
先ず光強度を各光受信領域２４５で別々に測定する。次
いで、装置２１の場合と同じように、例えば光受信領域
２４５の一つを利用範囲として選び、その範囲で光を酸
素飽和度を求めるためにセンサに達した光を利用する。
しかし、場合によっては、マイクロプロセッサは酸素飽
和度を求めるために二つまたはそれ以上の群の光受信器
によって測定された光強度も加算し、光を利用する利用
範囲の大きさも測定時に、光受信器４１に対して既に説
明したのと同じように可変できる。
装置２１と１２１の光受信器４１は、図９に模式的に示
し、符号２４０を付けた集積回路に置き換えることがで
きる。この集積回路２４０は、各々が一個の光受信器２
４１を形成する一列の光半導体、つまりフォトダイオー
ドを保有する。この集積回路２４０に含まれるセンサ
は、例えば図９に示していない光案内手段４３も保有し
ている。この案内手段は装置２１と１２１と同じように
配設されている。各光受信器２４１は、測定時に調べる
体に接するセンサの面で光導入窓２４４を決める。光導
入窓２４４は、例えば正方形あるいは長方形で、狭い中
間スペースで分離されている。集積回路２４０は、場合
によっては、比較的多数の、例えば少なくとも 100個の
フォトダイオードを有する。この集積回路に接続する電
子回路手段のマイクロプロセッサは、それ故、例えば長
手方向に連続的に並べた一群の光受信器２４１によって
測定された光強度をそれぞれ累積的にフィルターする前
または後で加算し、これ等の群の各々が一つの光受信領
域２４５に付属するように構成されている。その場合、
全ての光受信領域２４５は同じ数の光導入窓２４４を含
む。集積回路２４０に含まれるセンサを利用する場合、
先ず光強度を各光受信領域２４５で別々に測定する。次
いで、装置２１の場合と同じように、例えば光受信領域
２４５の一つを利用範囲として選び、その範囲で光を酸
素飽和度を求めるためにセンサに達した光を利用する。
しかし、場合によっては、マイクロプロセッサは酸素飽
和度を求めるために二つまたはそれ以上の群の光受信器
によって測定された光強度も加算し、光を利用する利用
範囲の大きさも測定時に、光受信器４１に対して既に説
明したのと同じように可変できる。
【００７１】これ等の装置は、他の方法で構成したり、
変更してもよい。これ等の装置は、例えば、血液の一酸
化炭素も測定して表示できるように構成してもよい。一
酸化炭素の飽和度は、例えば第三と第二のタイプの光の
間の強度比から求めることができる。場合によっては、
一酸化炭素の飽和度を求めるために、第一、第二および
第三のタイプの光よりも短い波長の第四のタイプの光の
光パスルも発生させ、測定してもよい。その場合、一酸
化炭素の飽和度は、酸素の飽和度を求めるために利用し
た光と同じ利用範囲でセンサに達した光の強度を利用し
て測定できる。測定した一酸化炭素の飽和度の値は、例
えばパーセントで表示される。
変更してもよい。これ等の装置は、例えば、血液の一酸
化炭素も測定して表示できるように構成してもよい。一
酸化炭素の飽和度は、例えば第三と第二のタイプの光の
間の強度比から求めることができる。場合によっては、
一酸化炭素の飽和度を求めるために、第一、第二および
第三のタイプの光よりも短い波長の第四のタイプの光の
光パスルも発生させ、測定してもよい。その場合、一酸
化炭素の飽和度は、酸素の飽和度を求めるために利用し
た光と同じ利用範囲でセンサに達した光の強度を利用し
て測定できる。測定した一酸化炭素の飽和度の値は、例
えばパーセントで表示される。
【００７２】しかし、使用時に異なった波長を有するた
だ二つの光が調べる患者の体に入射する可能性もある。
更に、光源が、特に光源がセンサの外に配設されている
場合、既に説明した発光ダイオードあるいはレーザーダ
イオードの代わりに、他種のレーザー源で形成すること
もできる。
だ二つの光が調べる患者の体に入射する可能性もある。
更に、光源が、特に光源がセンサの外に配設されている
場合、既に説明した発光ダイオードあるいはレーザーダ
イオードの代わりに、他種のレーザー源で形成すること
もできる。
【００７３】光案内手段３３，４３は、平坦なガラスデ
ィスクの代わりに、短い、隣接配設され、相互に接着さ
れた、あるいは他の方法で固定された光導体として働く
ガラス繊維の部分の束を有する光案内手段に置き換える
ことができる。このような光案内手段は、繊維の軸に対
して回転対称なコリメーションを与える。更に、光案内
手段３３は光案内手段４３と一緒に関連した板状のただ
一個のディスクあるいはガラス繊維を有する本体によっ
て構成されている。
ィスクの代わりに、短い、隣接配設され、相互に接着さ
れた、あるいは他の方法で固定された光導体として働く
ガラス繊維の部分の束を有する光案内手段に置き換える
ことができる。このような光案内手段は、繊維の軸に対
して回転対称なコリメーションを与える。更に、光案内
手段３３は光案内手段４３と一緒に関連した板状のただ
一個のディスクあるいはガラス繊維を有する本体によっ
て構成されている。
【００７４】更に、光源３１の前にある光案内手段３３
をただ一つの、例えば板状のガラス片で形成してもよ
い。光案内手段３１のこのような構成では、ガラス片の
端面を鏡面仕上げしたり、端面を取り囲む超音波伝達・
加熱体６７を不透明な樹脂で形成すると有利である。
をただ一つの、例えば板状のガラス片で形成してもよ
い。光案内手段３１のこのような構成では、ガラス片の
端面を鏡面仕上げしたり、端面を取り囲む超音波伝達・
加熱体６７を不透明な樹脂で形成すると有利である。
【００７５】光受信手段に、場合によっては、二つまた
は三つあるいはそれ以上の列の隣接配置された光受信器
を装備してもよい。光受信手段に属する光案内手段は、
図３の光受信器の列の一つに対して配置し、皮膚表面に
直交する光導体として使用されるディスクあるいは皮膚
表面に直交するガラス繊維を有する。他の光受信器に付
属する光案内手段は、これに反して、図１の部分面に平
行な皮膚表面の断面あるいは投影面と直線４７で 90 °
異なる角度を形成し、皮膚表面から左に、つまり光源に
向けて反対に傾いている。全部で三列の光受信器がある
場合、例えば、ディスクあるいは繊維が直線４７となす
角度は図１の断面に平行な断面あるいは投影面で一方の
列で 90 °に、他方の列で約 25 °〜 45 °に、そして
最後の列で約 50 °〜 70 °になる。場合によっては、
図１に相当する断面で皮膚の表面から右に傾いたディス
クあるいは繊維を有する光案内素子が付属している一列
の光受信器を設けてもよい。その場合、直線４７となす
角度が少なくとも 60 °になる。光受信手段に属する光
案内手段が、直線４７および皮膚表面に対して異なった
角度を形成するディスクあるいは繊維を有する場合に
は、酸素飽和度を測定するため、少なくとも一つの光受
信領域の利用範囲を選択するように評価・制御装置９３
を構成できる。この領域では、光出射領域の間隔と、光
案内手段の主透過方向、つまり光導体が皮膚の表面およ
び直線４７となす角度も最適である。
は三つあるいはそれ以上の列の隣接配置された光受信器
を装備してもよい。光受信手段に属する光案内手段は、
図３の光受信器の列の一つに対して配置し、皮膚表面に
直交する光導体として使用されるディスクあるいは皮膚
表面に直交するガラス繊維を有する。他の光受信器に付
属する光案内手段は、これに反して、図１の部分面に平
行な皮膚表面の断面あるいは投影面と直線４７で 90 °
異なる角度を形成し、皮膚表面から左に、つまり光源に
向けて反対に傾いている。全部で三列の光受信器がある
場合、例えば、ディスクあるいは繊維が直線４７となす
角度は図１の断面に平行な断面あるいは投影面で一方の
列で 90 °に、他方の列で約 25 °〜 45 °に、そして
最後の列で約 50 °〜 70 °になる。場合によっては、
図１に相当する断面で皮膚の表面から右に傾いたディス
クあるいは繊維を有する光案内素子が付属している一列
の光受信器を設けてもよい。その場合、直線４７となす
角度が少なくとも 60 °になる。光受信手段に属する光
案内手段が、直線４７および皮膚表面に対して異なった
角度を形成するディスクあるいは繊維を有する場合に
は、酸素飽和度を測定するため、少なくとも一つの光受
信領域の利用範囲を選択するように評価・制御装置９３
を構成できる。この領域では、光出射領域の間隔と、光
案内手段の主透過方向、つまり光導体が皮膚の表面およ
び直線４７となす角度も最適である。
【００７６】場合によっては、装置２１で光案内手段３
３および／または装置２１，１２１で光案内手段４３を
省くこともできる。光受信器と光受信領域は、図２ある
いは図８に相当する皮膚の表面に直角な投影面で光出射
領域の中心に対して同心状に曲げ、全てが同じ中心角に
わたって延びる円環セクターの形状を有する。更に、光
出射領域の両面の図２または図８に相当する平面図でこ
の領域に関して鏡面対称に配設された光受信領域と光受
信器を設ける可能性もある。
３および／または装置２１，１２１で光案内手段４３を
省くこともできる。光受信器と光受信領域は、図２ある
いは図８に相当する皮膚の表面に直角な投影面で光出射
領域の中心に対して同心状に曲げ、全てが同じ中心角に
わたって延びる円環セクターの形状を有する。更に、光
出射領域の両面の図２または図８に相当する平面図でこ
の領域に関して鏡面対称に配設された光受信領域と光受
信器を設ける可能性もある。
【００７７】更に、光受信器をケース７５のセンサの外
に装着し、可撓性の光導体を介して光導入窓あるいはセ
ンサの光受信器に接続させることもできる。場合によっ
ては、更にだだ一個の光受信器を設け、この受信器が制
御可能な光学的減衰器あるいはスイッチ装置を介して交
互に異なった光導入窓あるいは光受信領域に光学的に連
結できる。
に装着し、可撓性の光導体を介して光導入窓あるいはセ
ンサの光受信器に接続させることもできる。場合によっ
ては、更にだだ一個の光受信器を設け、この受信器が制
御可能な光学的減衰器あるいはスイッチ装置を介して交
互に異なった光導入窓あるいは光受信領域に光学的に連
結できる。
【００７８】更に、場合によっては、測定時に体１に接
するセンサの接触面が平坦な代わりに断面で僅かに凹状
の曲げて構成することもできる。その場合、曲率半径は
例えば少なくともあるいは約 50 cmになる。このこと
は、調べる患者の体の凸状の平面にセンサが良好に接触
することを可能にする。光導入窓および光受信領域を形
成する列は、測定時に調べる体に接するセンサの面の平
面図で必ず直線である。場合によっては、このセンサが
僅かに曲げることのできるものであるため、測定時に調
べる体に接する側あるいは面が体の表面に適合する。
するセンサの接触面が平坦な代わりに断面で僅かに凹状
の曲げて構成することもできる。その場合、曲率半径は
例えば少なくともあるいは約 50 cmになる。このこと
は、調べる患者の体の凸状の平面にセンサが良好に接触
することを可能にする。光導入窓および光受信領域を形
成する列は、測定時に調べる体に接するセンサの面の平
面図で必ず直線である。場合によっては、このセンサが
僅かに曲げることのできるものであるため、測定時に調
べる体に接する側あるいは面が体の表面に適合する。
【００７９】場合によっては、超音波源６１を省略でき
る。校正・光分配器は、光出射手段からこの部材に対し
て出射する光を光導入窓およびセンサの光受信領域に配
分するため、光導体の代わりに、少なくとも一つの光反
射体および／または光散乱部材を有してもよい。光散乱
部材が、例えばガラス母材の本体を有し、この母材の中
に、他のガラスあるいはそれ以外の材料から成り、光散
乱を与える多数の微粒子を分散されいてもよい。
る。校正・光分配器は、光出射手段からこの部材に対し
て出射する光を光導入窓およびセンサの光受信領域に配
分するため、光導体の代わりに、少なくとも一つの光反
射体および／または光散乱部材を有してもよい。光散乱
部材が、例えばガラス母材の本体を有し、この母材の中
に、他のガラスあるいはそれ以外の材料から成り、光散
乱を与える多数の微粒子を分散されいてもよい。
【００８０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による装
置によって、測定時に検査する人体の解剖学的な個人特
性に無関係に、測定のために選択された体の部位に無関
係に、しかも生理的な状態変化に無関係にできる限り大
きな測定精度を得ることのできる血液の少なくとも一つ
の気体飽和度、特に酸素飽和度を測定できる。
置によって、測定時に検査する人体の解剖学的な個人特
性に無関係に、測定のために選択された体の部位に無関
係に、しかも生理的な状態変化に無関係にできる限り大
きな測定精度を得ることのできる血液の少なくとも一つ
の気体飽和度、特に酸素飽和度を測定できる。
【図１】生体の皮膚の一片の模式的な縮尺でない断面
と、断面で示す皮膚に接しているセンサとこのセンサに
接続し、模式的に示す測定装置とを用いて酸素飽和度を
測定する装置である。
と、断面で示す皮膚に接しているセンサとこのセンサに
接続し、模式的に示す測定装置とを用いて酸素飽和度を
測定する装置である。
【図２】図１に示すセンサの平面図である。
【図３】図１と図２に示すセンサより相当大きな縮尺で
センサの中にある光案内手段の切り出し部分の斜視図面
である。
センサの中にある光案内手段の切り出し部分の斜視図面
である。
【図４】図１でセンサ内にある圧電素子の下端にある電
極の平面図である。
極の平面図である。
【図５】装置の校正・光分配器のセンサに対向させるた
めにある面の簡単な平面図である。
めにある面の簡単な平面図である。
【図６】図１に示す装置のブロック回路図である。
【図７】装置の変形種を示す図１に相当する図面であ
る。
る。
【図８】第７図に示す装置のセンサの平面図である。
【図９】光受信器として使用される多数の光ダイオード
を備えた集積回路の平面図である。
を備えた集積回路の平面図である。
１ 体 ２３，１２３ センサ ２７ 光出射手段 ２９ 光受信手段 ３１，１３１ 光源 ３３，１３３ 光案内手段 ３５，１３５ 光出射領域 ４１，１４１ 光受信器 ４３ 光案内手段 ４４，２４４ 光導入窓 ４５，２４５ 光受信領域 ４７ 中心線 ５１ ディスク ６１ 超音波源 ６４ 電極 ６７ 超音波伝達体 ６９ 接触面 ８１ 校正・光配分器 ９１ 切換手段 １３２，１３３，１３４，１３６ 光伝達手段
Claims (17)
- 【請求項１】 センサ（２３，１２３）が光入射領域
（３５，１３５）から種々の間隔にある光受信領域（４
５，２４５）を有し、体（１）のこの光受信領域で逆反
射した光が光受信手段（２７）に達し、その場合、光受
信手段が各光受信領域（４５，２４５）に対してこの領
域で光受信手段に達する光の光強度を求めるように構成
され、光受信手段（２７）に接続する切換手段（９１）
が、種々の波長に対して求めた光強度から少なくとも一
つの気体の飽和度を求めるためにあり、体（１）に接す
るためにあるセンサ（２３，１２３）と、種々の波長を
有する光を少なくとも一つの光出射領域（３５）でセン
サ（２３，１２３）から体に入射する光入射手段（２
７）と、光受信手段（２９）とを備え、生きた体（１）
の中にある血液の少なくとも一種の気体の飽和度、特に
酸素飽和度を測定する装置において、切換手段（９１）
が判定基準に基づき光受信領域（４５，２４５）から使
用範囲を選択し、選択した利用範囲でのみ光受信手段
（２９）に達する光が前記気体の飽和度を求めるために
利用されるように構成されていることを特徴する装置。 - 【請求項２】 体（１）を流れる血液の脈拍で時間的な
周期で変化する受信した光の成分を気体の飽和度の測定
に利用し、利用範囲が受信領域（４５，２４５）を含ん
でこの利用範囲を決定するように、切換手段（９１）を
構成し、受信領域では、複数の波長の一つを有する光の
前記成分の強度の振幅あるいはこの振幅と当該光受信領
域（４５，２４５）で受信され、前記波長を有する全て
の光の強度の最大値あるいは平均値あるいは最小値との
比が最大となることを特徴とする請求項１に記載の装
置。 - 【請求項３】 光受信手段（２９）は光受信器に達した
光の強度を個別に測定する多数の光受信器を有し、各光
受信領域（４５，２４５）には一個の光受信器（４１，
２４１）が付属し、切換手段（９１）は利用範囲に少な
くとも一個で高々一部の光受信器（４１，２４１）が付
属するように構成され、その場合、光受信器（４１，２
４１）は主に光半導体で構成されていることを特徴とす
る請求項１または２に記載の装置。 - 【請求項４】 センサ（２３，１２３）は少なくとも三
つ、好ましくは少なくとも五つの光受信領域（４５，２
４５）を有し、これ等の光受信領域は光出射領域（３
５，２３５）から異なった間隔にあることを特徴とする
請求項１〜３の何れか１項に記載の装置。 - 【請求項５】 光受信領域（４５，２４５）は体（１）
に接するセンサ（２３，１２３）の平面上で直線状の列
を形成し、各光受信領域（４５，２４５）は光が光受信
手段（２９）に達する少なくとも一つの光導入窓（４
４，２４４）を有し、列の長手方向に計った各光導入窓
（４４，２４４）の伸びは中心点と隣の光導入窓（４
４，２４４）の間隔の半分、好ましくは３分の２より大
きいことを特徴とする請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 光受信領域（４５，２４５）の列の長手
方向に平行に計った光出射領域（３５，１３５）の伸び
は、高々２ mm ，好ましくは高々１ mm であり、前記長
手方向に直交する方向に計った光出射領域（３５，１３
５）の伸びは、好ましくは高々６ mm であることを特徴
とする請求項５に記載の装置。 - 【請求項７】 光出射手段（２７）は異なった波長を有
するタイプの光を発生するためにセンサ（２３）中に配
設された光源（３１）を有し、この光源（３１）は好ま
しくは半導体ダイオードで構成されていることを特徴と
する請求項１〜６の何れか１項に記載の装置。 - 【請求項８】 光出射手段（１２７）は異なった波長の
光を発生するため、センサ（１２３）の外に配設された
少なくとも一つの光源（１３１）を有し、この光源は種
々の波長を有する種類の光を順次光出射領域（１３５）
の同じ表面を経由してセンサ（１２３）から出射するよ
うに光伝達手段（１３２，１３３，１３４，１３６）を
介してセンサ（１２３）に接続していることを特徴とす
る請求項１〜６の何れか１項に記載の装置。 - 【請求項９】 光出射手段（２７，１２７）は光源（３
１，１３１）と光出射領域（３５）の間に配設された光
案内手段（３３，１３３）を有することを特徴とする請
求項７または８に記載の装置。 - 【請求項１０】 光受信手段（２９）は光受信領域（４
５，２４５）と光受信器（４１，２４１）の間に配設さ
れた光案内手段（４３）を有することを特徴とする請求
項１〜９の何れか１項に記載の装置。 - 【請求項１１】 光出射領域（３５，１３５）と光受信
領域（４５，２４５）の中心点は一本の中心線（４７）
上にあり、この直線が体（１）に接するためにあるセン
サ（２３，１２３）の平面で直線であり、光案内手段
（３３，４３）はセンサ（２３，１２３）内に配設され
た平坦なディスク（５１）で形成される光導体を有し、
この光導体は前記平面図で中心線（４７）に対して直交
していることを特徴とする請求項９または１０に記載の
装置。 - 【請求項１２】 切換手段（９１）は、パルス周期の期
間を多数の時間間隔に分割し、多くのパルス周期の間
で、光受信手段（２７）によって種々の時間間隔の間に
受信した種々の波長の光の強度を別々に積算するように
構成されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れ
か１項に記載の装置。 - 【請求項１３】 センサは、超音波源（６１）から発生
した超音波を生きた体（１）に運ぶために少なくとも一
個の超音波源（６１）と超音波伝達手段を有し、超音波
伝達手段は生きた体（１）に接するためにある接触面
（６９）を形成し、光出射領域（３５，１３５）と全て
の光受信領域（４５，２４５）を少なくとも大体取り囲
む超音波伝達本体（６７）を有することを特徴とする請
求項１〜１２の何れか１項に記載の装置。 - 【請求項１４】 超音波伝達本体（６７）は、超音波に
して導入されたエネルギの 30 ％〜 70 ％を熱に変換
し、少なくとも一部熱伝導で生きた体（１）に送るよう
に構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の
装置。 - 【請求項１５】 超音波源（６１）は超音波を発生させ
るために使用される電極（６４）を有し、この電極は温
度検出器としても使用される電気抵抗によって形成され
ていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の
装置。 - 【請求項１６】 装置を校正するため、光出射領域（３
５，１３５）と光受信領域（４５，２４５）に対向する
校正・光配分器（８１）を設け、この校正・光配分器は
光出射手段（２７，１２７）によって光出射領域（３
５，１３５）で導入された光を種々の光受信領域（４
５，２４５）に配分し、そこで光受信手段（２９）に導
入するように構成されていることを特徴とする請求項１
〜１５の何れか１項に記載の装置。 - 【請求項１７】 光出射手段（２７，１２７）は、それ
ぞれが異なる波長を有する単色の少なくとも三種の光を
発生させるように構成され、これ等の光のタイプの一つ
が 500 nm 〜 600 nm の波長を有し、生きた体（１）の
一部に存在する血液の体積の目安を与える量を求めるた
めに使用されることを特徴とする請求項１〜１６の何れ
か１項に記載の装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH02372/91-6 | 1991-08-12 | ||
| CH237291 | 1991-08-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05192316A JPH05192316A (ja) | 1993-08-03 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP (1) | JP2588670B2 (ja) |
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| DE (1) | DE59202684D1 (ja) |
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