JP3790030B2 - 反射型光電脈波検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体に装着されて、その表皮下の末梢血管から得られる生体情報たとえば酸素飽和度あるいはヘマトクリット値などの情報を含む光電脈波を検出する反射型光電脈波検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体の表皮下の末梢血管から得られる生体情報を検出するために生体に装着されて、その生体表皮の所定部位に複数種類の波長の光を照射し、表皮下の生体組織中で乱反射され、その所定部位から射出される後方散乱光すなわち光電脈波を検出する反射型光電脈波検出装置が知られている。たとえば、酸素飽和度測定に用いられる反射型光電脈波検出装置では、発光素子として酸化ヘモグロビンと無酸素化ヘモグロビンの吸光係数が大きく異なる波長の赤色光を発光する発光素子と、酸化ヘモグロビンと無酸素化ヘモグロビンの吸光係数が略同じとなる波長の赤外光を発光する発光素子の２種類の発光素子が用いられ、生体の体表面下の真皮または皮下組織中の末梢血管からの散乱光を含む光電脈波に基づいて酸素飽和度が算出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生体に対して照射される光が生体中で散乱を受けて体表面から射出される光電脈波が、体表面からどのくらいの深度での散乱光を主として含むかは、表皮下への浸透深さに起因し、その浸透深さは照射される光の波長および光の強度によって異なっている。そのため、異なる複数種類の波長の光が生体に対して照射され、その生体中での散乱光が受光素子に受光された場合には、ハウジング内において複数種類の発光素子と受光素子との間の距離が略等しいと、それぞれ異なる深度の情報を反映している場合があり、測定の精度が得られない場合があった。また、表皮および真皮の厚さは、性別、年齢或いは個人によって差があり、また生体の部位によっても異なる。さらに、体表面下のどのくらいの深度での散乱光が受光素子により主として受光されるかは、発光素子と受光素子の位置関係によっても異なってくる。そのため最適な深度での散乱光により生体情報を測定していない場合もあった。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることにより、測定精度のよい反射型光電脈波検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための第１の手段】
かかる目的を達成するための第１発明の要旨とするところは、ハウジングと、該ハウジングに収容されて生体の表皮に向かって複数種類の波長の光を照射する複数種類の発光素子と、該ハウジング内において遮光壁を介して該発光素子から所定距離離れた位置に収容され、該複数種類の発光素子からの光が該生体表皮下で散乱を受けて体表面から射出される複数種類の波長の光を受光する受光素子とを備え、該複数種類の波長の射出光に基づいて生体情報を得るための光電脈波をそれぞれ検出する反射型光電脈波検出装置であって、（ａ）前記複数種類の発光素子に順次駆動電流を供給し、且つ該発光素子のそれぞれの発光強度を調節することが可能な発光素子駆動回路と、（ｂ）前記受光素子により検出された射出光の交流成分と直流成分の比を前記波長毎にそれぞれ算出する交直成分比算出手段と、（ｃ）前記受光素子により検出された射出光から前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と前記発光素子駆動回路によって駆動される発光素子の発光強度との関係を波長毎に求め、その関係から、前記波長毎にそれぞれ最適発光強度を決定する最適発光強度決定手段と、（ｄ）前記光電脈波の検出に先立って、該最適発光強度決定手段により決定された最適発光強度で前記発光素子駆動回路に前記複数種類の発光素子をそれぞれ発光させる最適発光強度調節手段とを、含むことにある。
【０００６】
【第１発明の効果】
このようにすれば、発光素子駆動回路により、それぞれの波長の光を発光する発光素子の発光強度が調節させられてその発光素子が発光させられ、発光強度の変化によって、生体中の異なる深度で散乱を受けた射出光が受光素子により検出される。受光された射出光は、交直成分比算出手段において交流成分と直流成分の比が算出され、最適発光強度決定手段において、その交流成分と直流成分の比の発光強度に対する変化曲線に基づいて最適発光強度が決定され、生体情報を測定するために光電脈波が検出される状態では、最適発光強度調節手段により発光素子が最適発光強度で発光させられる。交流成分と直流成分の比の発光強度に対する変化曲線は、散乱光が散乱される深度における末梢血管の密度に関連して変化する。従って、その変化曲線に基づいて発光素子の発光強度を決定することにより、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【０００７】
【課題を解決するための第２の手段】
また、前記目的を達成するための第２発明の要旨とするところは、生体の表皮に向かって複数種類の波長の光を照射する複数種類の発光素子と、該発光素子から所定距離離れた位置に収容され、該複数種類の発光素子からの光が該生体表皮下で散乱を受けて体表面から射出される複数種類の波長の射出光を受光する受光素子とを備え、該複数種類の波長の光に基づいて生体情報を得るための光電脈波をそれぞれ検出する反射型光電脈波検出装置であって、（ａ）前記複数種類の発光素子と受光素子とが相互間に遮光壁が介在させられた状態で収容され、且つ複数種類の波長毎に設けられた複数の発光素子が、前記受光素子との間の距離が漸次異なるようにそれぞれ設られたハウジングと、（ｂ）該ハウジング内にそれぞれ複数設けられた複数種類の発光素子の中から波長毎に発光させるべき発光素子を選択的に発光させることが可能な発光素子駆動回路と、（ｃ）前記受光素子により検出された射出光の交流成分と直流成分の比を前記波長毎にそれぞれ算出する交直成分比算出手段と、（ｄ）前記受光素子により検出された射出光から前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と前記発光素子駆動回路により選択される発光素子の前記受光素子との距離との関係を波長毎に求め、その関係から、前記波長毎にそれぞれ最適発光素子を決定する最適発光素子決定手段と、（ｅ）前記光電脈波の検出に先立って、前記最適発光素子決定手段により波長毎に決定された最適発光素子を前記発光素子駆動回路に発光させる最適発光素子選択手段とを、含むことにある。
【０００８】
【第２発明の効果】
このようにすれば、発光素子駆動回路により、受光素子との間の距離が漸次異なるようにそれぞれ複数設けられた複数種類の発光素子が順次発光させられると、受光素子と発光素子との距離がそれぞれ異なることにより生体中の異なる深度で散乱された射出光が受光素子により受光される。受光された射出光は、交直成分比算出手段において交流成分と直流成分の比が算出され、最適発光素子決定手段において、その交流成分と直流成分の比の、発光素子と受光素子との距離に対する変化曲線に基づいて最適発光素子が決定される。生体情報を測定するために光電脈波が検出される状態では、最適発光素子選択手段により選択された最適発光素子が発光させられる。交流成分と直流成分の比の、発光素子と受光素子との距離に対する変化曲線は、散乱光が散乱される深度における末梢血管の密度に関連して変化する。従って、その変化曲線に基づいて受光素子との間の距離が最適となる発光素子を決定することにより、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【０００９】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、上記第１発明の最適発光強度決定手段は、前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比の、前記発光素子駆動回路によって変化させられた発光素子の発光強度に対する増加率を示す曲線すなわち上記交流成分と直流成分の比と、上記発光強度との関係の変化曲線を発光強度について微分した一次微分曲線を求め、その一次微分曲線の最大値を示す発光強度よりも強い発光強度の範囲において、増加率が一定値以下となる発光強度に基づいて最適発光強度を決定するものである。このようにすれば、前記一次微分曲線の最大値は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示し、その一次微分曲線の増加率が一定値以下となる点は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が十分濃くなった深度での散乱であることを示しているので、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【００１０】
また、好適には、上記第１発明の最適発光強度決定手段は、前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と、前記発光素子駆動回路によって変化させられた発光素子の発光強度との関係の変化曲線を求め、その変化曲線の変曲点に基づいて最適発光強度を決定するものである。このようにすれば、変化曲線の変曲点は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示しているので、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【００１１】
また、好適には、上記第２発明の最適発光素子決定手段は、前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比の、前記発光素子駆動回路によって選択させられた発光素子と受光素子との距離に対する増加率を示す曲線すなわち上記交流成分と直流成分の比と、上記発光素子と受光素子間の距離との関係の変化曲線を発光素子と受光素子との距離について微分した一次微分曲線を求め、その一次微分曲線の最大値を示す発光素子よりも発光素子と受光素子との距離が遠い範囲において、増加率が基準値以下となる発光素子と受光素子との距離に基づいて最適発光素子を決定するものである。このようにすれば、前記一次微分曲線の最大値は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示し、その一次微分曲線の増加率が基準値以下となる点は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が十分濃くなった深度での散乱であることを示しているので、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【００１２】
また、好適には、上記第２発明の最適発光素子決定手段は、前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と、前記発光素子駆動回路によって選択させられた発光素子の受光素子との距離との関係の変化曲線を求め、その変化曲線の変曲点に基づいて最適発光素子を決定するものである。このようにすれば、変化曲線の変曲点は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示しているので、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【００１３】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の第１発明についての一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、反射型光電脈波検出装置である反射型プロ−ブ１０を備えた反射型オキシメ−タすなわち酸素飽和度測定装置の構成を示している。図１において、反射型プロ−ブ１０は、たとえば生体の末梢血管の密度が比較的高い額、指等の体表面１２に密着した状態で装着される。この反射型プロ−ブ１０は、比較的浅い有底円筒状のハウジング１４と、体表面下で散乱を受けて発光素子側へ出てくる後方散乱光を検知するためにそのハウジング１４の底部内面の中央部に設けられ、ホトダイオ−ド或いはホトトランジスタ等から成る受光素子１６と、ハウジング１４の底部内面の受光素子１６を中心とする同一半径ｒの円周上において所定間隔毎に交互に設けられたＬＥＤ等からなる複数個（本実施例では８個）の第１発光素子１８および第２発光素子２０と、ハウジング１４内に一体的に設けられ受光素子１６および発光素子１８、２０を保護するためにそれを覆う透明樹脂２２と、ハウジング１４内において受光素子１６と発光素子１８、２０との間に設けられ、発光素子１８、２０から照射された光の体表面１２から受光素子１６へ向かう反射光を遮光する円環状の遮光壁２４とを備えて構成されている。
【００１５】
また、ハウジング１４にはそのハウジング１４の外周面および底部外面を覆うようにキャップ状のゴム部材５８が一体的に設けられている。このゴム部材５８は、たとえばクロロプレンゴム等を原料としてスポンジ状に構成されており、好適な断熱性を備えている。そして、このゴム部材５８のハウジング１４外周側に位置する部分が両面粘着シ−ト６０を介して体表面１２に固着されることにより、ハウジング１４の開口端面および遮光壁２４の先端面が体表面１２に密着する状態でプロ−ブ１０が体表面１２に装着されている。なお、図１において、両面粘着シ−ト６０は便宜上実際より大幅に厚く描かれている。
【００１６】
上記第１発光素子１８は、酸素飽和度によりヘモグロビンの吸光係数が影響される第１波長λ1 たとえば６６０ｎｍ程度の波長の赤色光を発光し、第２発光素子２０は、酸素飽和度によりヘモグロビンの吸光係数が影響されない第２波長λ2 たとえば９１０ｎｍ程度の波長の赤外光を発光するものである。なお、上記第１波長λ1 および第２波長λ2 は、必ずしもこれらの波長に限定されるものではなく、酸素化ヘモグロビンの吸光係数と無酸素化ヘモグロビンの吸光係数とが大きく異なる波長と、それら両吸光係数が略同じとなる波長に設定される。
【００１７】
上記第１発光素子１８および第２発光素子２０は、光源として機能するものであって、発光素子駆動回路３０により数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定時間幅づつ交互に駆動されることによりそれぞれ発光させられる。この発光素子駆動回路３０は、上記第１発光素子１８および第２発光素子２０へ供給する駆動電流すなわちそれら第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光強度を、後述の演算制御回路４２からの指令に基づいて調節する機能を備えている。それら第１発光素子１８および第２発光素子２０から体表面１２直下の生体組織（血管床）へ向かって第１波長λ1 の光および第２波長λ2 の光が交互に照射されると、生体組織の毛細血管内血液に含まれる血球などにより散乱を受けた後方散乱光が反射光として体表面１２から射出されるので、その後方散乱光すなわち生体組織（血管床）内からの反射光が共通の光センサとして機能する受光素子１６によりそれぞれ受光され、第１波長λ1 の散乱光を示す第１光信号ＳＶR および第２波長λ2 の散乱光を示す第２光信号ＳＶIRが出力されるようになっている。これら第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRは、図２に例示するように直流（ＤＣ）成分と、心拍数に同期して変動する交流（ＡＣ）成分とを含んでいる。
【００１８】
発光強度Ｅ1 、Ｅ2 すなわち生体の体表面１２に照射される光の強度が異なると、その照射された光の生体中への浸透深度が異なり、弱い光が照射されると比較的体表面１２に近い（浅い）深度までしか浸透しないが、強い光が照射されると比較的体表面１２から遠い（深い）部位まで浸透して散乱される。発光素子駆動回路３０により変化させられる第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 の範囲は、個体差や反射型プロ−ブ１０が装着される部位により表皮および真皮の厚さが異なっても、照射される光が毛細血管が多く存在する真皮あるいは皮下組織で主として散乱されることとなる発光強度を十分に含む範囲となるように、予め実験的に決定される。
【００１９】
上記受光素子１６は、第１波長λ1 の後方散乱光を示す第１光信号ＳＶR と第２波長λ2 の後方散乱光を示す第２光信号ＳＶIRとを含む光信号ＳＶを増幅器３２を介してローパスフィルタ３４へ出力する。ローパスフィルタ３４は入力された光信号ＳＶから脈波の周波数よりも高い周波数を有するノイズを除去し、そのノイズが除去された光信号ＳＶをデマルチプレクサ３６へ出力する。なお、上記第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRは、体表面１２の下の血管床における血液容積の脈動に対応して周期的に変化する光信号であるので、所謂容積脈波信号あるいは光電脈波信号ともいう。
【００２０】
デマルチプレクサ３６は後述の切換信号ＳＣにより第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光に同期して切り換えられることにより、第１波長λ1 の赤色光である第１光信号ＳＶR をサンプルホールド回路３８およびＡ／Ｄ変換器４０を介して演算制御回路４２内のＩ／Ｏポート４４へ逐次供給するとともに、第２波長λ2 の赤外光である第２光信号ＳＶIRをサンプルホールド回路４６およびＡ／Ｄ変換器４８を介してＩ／Ｏポート４４へ逐次供給する。サンプルホールド回路３８、４６は、入力された光信号ＳＶR 、ＳＶIRをＡ／Ｄ変換器４０、４８へ逐次出力する際に、前回出力した光信号ＳＶR 、ＳＶIRについてのＡ／Ｄ変換器４０、４８における変換作動が終了するまで次に出力する各光信号ＳＶR 、ＳＶIRをそれぞれ保持するためのものである。
【００２１】
上記Ｉ／Ｏポート４４は、データバスラインを介してＣＰＵ５０、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５４、表示器５６とそれぞれ接続されている。ＣＰＵ５０は、ＲＡＭ５４の記憶機能を利用しつつＲＯＭ５２に予め記憶されたプログラムに従って第１発光素子１８および第２発光素子２０の最適発光強度決定動作および酸素飽和度測定測定動作を実行する。すなわち、演算制御装置４２は、図示しない起動釦が操作された場合には、まず以下の動作により第１発光素子１８の最適発光強度ＡＥ1 および第２発光素子２０の最適発光強度ＡＥ2 を決定する。
【００２２】
演算制御装置４２は、Ｉ／Ｏポート４４から発光素子駆動回路３０へ駆動指令信号ＳＬＤを出力することにより、第１発光素子１８および第２発光素子２０を数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定時間幅づつ交互に発光させ、さらに脈波の交流成分および直流成分を算出するため、脈拍の１拍分あるいは数拍分として予め設定される時間Ｔ0 毎に、発光素子駆動回路３０から第１発光素子１８および第２発光素子２０へ出力される電流を漸次増加させ、第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 を漸次変化させる。また、それら第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光に同期して切換信号ＳＣを出力してデマルチプレクサ３６を切り換えることにより、第１光信号ＳＶR をサンプルホールド回路３８へ、第２光信号ＳＶIRをサンプルホールド回路４６へそれぞれ振り分ける。
【００２３】
また、演算制御装置４２により、発光強度の変化の影響を受けた第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRから、予め記憶されたプログラムに従って、第１発光素子１８の最適発光強度ＡＥ1 および第２発光素子２０の最適発光強度ＡＥ2 が決定される。
【００２４】
続いて、以下の酸素飽和度測定動作が実行される。すなわち、Ｉ／Ｏポ−ト４４から発光素子駆動回路３０に駆動指令信号ＳＬＤが出力されることにより、発光素子駆動回路３０から第１発光素子１８および第２発光素子２０へ最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 を発光するための電流が出力され、第１発光素子１８および第２発光素子２０が数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定時間幅づつ交互に発光させられる。受光素子１６により受光される光信号ＳＶは最適発光強度決定動作の場合と同様にしてＩ／Ｏポート４４へ入力される。
【００２５】
ＣＰＵ５０は、予め記憶されたプログラムに従って前記第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRがそれぞれ表す光電脈波形に基づいて末梢血管を流れる血液中の酸素飽和度ＳａＯ2 を決定し且つその決定した酸素飽和度ＳａＯ2 を表示器５６に表示させる。
【００２６】
図３は、上記演算制御装置４２の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図３において発光強度変化手段６２は、発光素子駆動回路３０に駆動指令信号ＳＬＤを出力することにより、発光素子駆動回路３０から第１発光素子１８および第２発光素子２０に出力される電流を漸次変化させ、第１発光素子１８の発光強度Ｅ1 および第２発光素子２０の発光強度Ｅ2 を変化させつつ、それら第１発光素子１８および第２発光素子２０を数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定時間幅づつ交互に発光させる。
【００２７】
周波数解析手段６４は、高速フ−リエ変換法を利用した周波数解析を予め設定された所定の区間に施すことにより、受光素子１６から出力された第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRから、その所定区間毎の第１光信号ＳＶR の交流成分ＡＣR および直流成分ＤＣR と第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣIRおよび直流成分ＤＣIRとをそれぞれ逐次決定する。上記交流成分ＡＣR およびＡＣIRは、生体の脈拍数ＰＲ（１／分）すなわち脈拍周波数ＰＦ(Hz)に相当する周波数成分の信号電力（ワット）として得られ、上記直流成分ＤＣR およびＤＣIRは、直流に相当する周波数成分の信号電力（ワット）として得られる。図４には、上記周波数解析によってえられた第１光信号ＳＶR 或いは第２光信号ＳＶIRの周波数スペクトルの例が示されている。
【００２８】
交直成分比算出手段６６は、受光素子１６により検出された射出光の交流成分ＡＣR 、ＡＣIRと直流成分ＤＣR 、ＤＣIRの比を波長λ1 、λ2 毎にそれぞれ算出する。すなわち、上記周波数解析手段６４により決定された第１光信号ＳＶR の交流成分ＡＣR および直流成分ＤＣR と第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣIRおよび直流成分ＤＣIRとから、その第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）と、第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）とをそれぞれ算出する。ところで、末梢血管は表皮にはほとんど存在せず、その下層の真皮およびさらにその下層にある皮下組織に集中している。入射した光が真皮あるいは皮下組織で主として散乱されることにより、受光素子１６に受光される散乱光が末梢血管の血液成分の影響を受ける場合は、散乱光の強度は末梢血管の脈動に対応して変化するため、光信号ＳＶR 、ＳＶIRは交流成分の割合が相対的に大きくなる。
【００２９】
最適発光強度決定手段６７は、交直成分比算出手段６６により算出された２つの波長λ1 、λ2 の射出光の交流成分ＡＣR 、ＡＣIRと直流成分ＤＣR 、ＤＣIRの比と発光素子駆動回路３０によって駆動される発光素子１８、２０の発光強度との関係を波長毎にそれぞれ求め、その関係から、波長毎にそれぞれ最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 を決定する。すなわち、交直成分比算出手段６６により逐次算出された第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）から、図５に示すように交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）を縦軸とし、発光強度Ｅ1 を横軸とする二次元座標系において描かれる曲線Ｃ1 を酸素飽和度ＳａＯ2 の測定に先立って求め、その曲線Ｃ1 の変曲点ｉ1 に基づいて最適発光強度ＡＥ1 を決定する。たとえば、変曲点ｉ1 を示す発光強度より予め設定された一定量ａだけ強い発光強度を最適発光強度ＡＥ1 として決定する。さらに、同様にして、第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）から曲線Ｃ2 を求め、その曲線Ｃ2 の変曲点ｉ2 に基づいて最適発光強度ＡＥ2 を決定する。たとえば、変曲点ｉ2 を示す発光強度より予め設定された一定量ａだけ強い発光強度を最適発光強度ＡＥ2 として決定する。
【００３０】
変曲点ｉ1 、ｉ2 は、受光素子１６により受光される散乱光が、末梢血管の密度が急に濃くなる深度での散乱によるものであることを示し、一定量ａは、その深度よりもさらに少し深い深度である末梢血管の密度がほぼ一定となる深度での散乱光を受光するために予め実験的に求められるものである。
【００３１】
最適発光強度調節手段６８は、酸素飽和度ＳａＯ2 を得るための光電脈波の検出に先立って、最適発光強度決定手段６７により決定された最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 となるように前記発光素子駆動回路３０に第１発光素子１８および第２発光素子２０をそれぞれ発光させ、その発光強度を保持させる。酸素飽和度算出手段６９では、最適発光強度調節手段６８により最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 で第１発光素子１８および第２発光素子２０がそれぞれ発光させられている状態で、第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）と第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）との比Ｒ〔＝（ＡＣR ／ＤＣR ）／（ＡＣIR／ＤＣIR）〕を逐次算出し、たとえば図６に示す予め記憶された関係から、実際の比Ｒに基づいて酸素飽和度ＳａＯ2 を一拍あるいは数拍毎に逐次算出し、表示器５６に表示させる。
【００３２】
図７は、前記演算制御回路４２の制御作動の最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 を決定する動作の要部を説明するフロ−チャ−トである。図７において、ＳＡ１では、図示しない起動ボタンが操作されることによって、測定の起動操作が行われたか否かが判断される。このＳＡ１の判断が否定された場合には待機させられるが、肯定された場合には図示しない初期処理ステップにおいて、種々のカウンタやレジスタがクリアされた後、ＳＡ２において、発光素子駆動回路３０を介して第１発光素子１８に入力される電流および第２発光素子２０に入力される電流がそれぞれ初期値に決定される。次いで、ＳＡ３において第１発光素子１８および第２発光素子２０が、数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定期間幅づつ交互に発光させられ、続くＳＡ４では、第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRが読み込まれる。
【００３３】
続くＳＡ５では、タイマカウンタＣＴの内容に「１」が加算された後、ＳＡ６において、タイマカウンタＣＴの内容が予め設定された判断基準時間Ｔ0 以上となったか否かが判断される。この判断基準時間Ｔ0 は、光信号ＳＶの交流成分および直流成分を算出するために脈拍の一拍分あるいは数拍分に設定されている。
【００３４】
当初は上記ＳＡ６の判断が否定されるので、ＳＡ３以下が繰り返し実行されることにより第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRが連続的に読み込まれる。そして、それら第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRが連続的に読み込まれるうちにＳＡ６の判断が肯定されると、前記周波数解析手段６４に対応するＳＡ７において、上記の単位区間内の第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRに対して周波数解析処理がそれぞれ実行されることにより、第１光信号ＳＶR の交流成分ＡＣR （信号電力値）および直流成分ＤＣR （信号電力値）と、第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣIR（信号電力値）および直流成分ＤＣIR（信号電力値）とが抽出される。
【００３５】
次いで、前記交直成分比算出手段６６に対応するＳＡ８では、上記ＳＡ７において抽出された第１光信号ＳＶR の交流成分ＡＣR および直流成分ＤＣR から、その第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）が算出されるとともに、ＳＡ７において抽出された第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣIRおよび直流成分ＤＣIRから、その第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）が算出される。
【００３６】
続く発光強度変化手段６２に対応するＳＡ９では、第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 を変化させるため、発光素子駆動回路３０に駆動指令信号ＳＬＤを出力することにより、第１発光素子１８および第２発光素子２０に入力される電流を一定量だけ増加させる。続くＳＡ１０では、第１発光素子１８および第２発光素子２０に入力される電流が予め設定された最適発光強度決定動作の終了電流となったか否が判断される。なお、ＳＡ９において増加される一定量の電流は、電流の変化によって変化する発光強度Ｅ1 、Ｅ2 と、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）との関係を示す点をプロットして得られる曲線Ｃ1 、Ｃ2 において、変曲点ｉ1 、ｉ2 を判断するのに十分な点間隔が得られるように設定され、ＳＡ１０の終了電流も、変曲点ｉ1 、ｉ2 が得られる、すなわち照射された光が末梢血管の密度が急に濃くなる深度まで浸透する発光強度となるように十分高く設定されている。
【００３７】
このＳＡ１０の判断が否定されるうちは、上記の曲線Ｃ1 、Ｃ2 が変曲点ｉ1 、ｉ2 を得るのに十分な測定点が得られていないので、ＳＡ３以降が繰り返されるが、肯定された場合には、続くＳＡ１１において、図５に示すような曲線Ｃ1 が第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）に基づいて描かれ、曲線Ｃ2 が第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）に基づいて描かれ、その曲線Ｃ1 、Ｃ2 の変曲点ｉ1 、ｉ2 がそれぞれ求められる。
【００３８】
続くＳＡ１２では、ＳＡ１１で求められた変曲点ｉ1 、ｉ2 を示す発光強度から所定量ａだけ強い発光強度を最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 として決定する。従って、本実施例では、ＳＡ１１およびＳＡ１２が最適発光強度決定手段６７に対応している。
【００３９】
上述のように本実施例によれば、発光素子駆動回路３０により、第１波長λ1 の光を発光する第１発光素子１８および第２波長λ2 の光を発光する第２発光素子２０の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 が漸次変化させられて、それら第１発光素子１８および第２発光素子２０が発光させられ、発光強度Ｅ1 、Ｅ2 の変化によって、生体中の異なる深度で散乱を受けた射出光が受光素子１６により検出される。受光された散乱光は、交直成分比算出手段６６において交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）が算出され、最適発光強度決定手段６７において、その交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 に対する変化曲線Ｃ1 、Ｃ2 の変曲点ｉ1 、ｉ2 に基づいて最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 が決定される。酸素飽和度ＳａＯ2 を測定するために光電脈波が検出される状態では、最適発光強度調節手段６８により第１発光素子１８が最適発光強度ＡＥ1 で発光させられ、第２発光素子２０が最適発光強度ＡＥ2 で発光させられて光電脈波が検出される。上記変化曲線Ｃ1 、Ｃ2 は、散乱光が散乱される深度における末梢血管の密度に関連して変化し、変曲点ｉ1 、ｉ2 は２点とも散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示している。従って、生体に照射される２つの波長の光の散乱光が散乱される深度を最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型プロ−ブ１０の測定精度が向上する。
【００４０】
次に、第２発明についての一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、上記実施例と同一の構成を有する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
図８は、反射型光電脈波検出装置である反射型プロ−ブ７０を備えた反射型オキシメ−タすなわち酸素飽和度測定装置の構成を示している。反射型プロ−ブ７０は、前述の実施例の反射型プロ−ブ１０と同様に、たとえば生体の末梢血管の密度が比較的高い額、指等の体表面１２に密着した状態で装着される。反射型プロ−ブ７０は、比較的浅い有底角柱状のハウジング７２と、そのハウジング７２の底部内面に設けられる前述の実施例と同様の第１発光素子１８、第２発光素子２０および受光素子１６と、ハウジング７２内に一体的に設けられ受光素子１６および発光素子１８、２０を保護するためにそれを覆う透明樹脂７４と、発光素子１８、２０からの照射光の一部、照射された光の体表面１２から受光素子１６へ向かう反射光、および照射された光の生体中で散乱され受光素子１６へ向かう散乱光の一部を遮光するためハウジング７２内に設けられる遮光壁７６とを備えて構成されている。
【００４２】
図９は、反射型プロ−ブ７０を体表面１２に対向する側から見た図である。図９において、受光素子１６はハウジング７２の底部内面の長手方向の一端部に固設され、複数個の第１発光素子１８および第２発光素子２０はそれぞれ受光素子１６からの距離が漸次増加するように反射型プロ−ブ７０の長手方向に等間隔で固設されている。遮光壁７６は、受光素子１６とそれに最も近い第１発光素子１８および第２発光素子２０との間、および一組の発光素子１８、２０と他の一組の発光素子１８、２０の間毎に設けられている。なお、本実施例では、第１発光素子１８および第２発光素子２０は、作図の便宜上それぞれ６個備えられているが、ハウジング７２の底部内面に収容できる範囲で、さらに多くの発光素子１８、２０が用いられてもよいし、６個よりも少ない数であってもよい。
【００４３】
図８に戻って、図示しない測定起動ボタンが起動されることにより、第１発光素子１８および第２発光素子２０は、発光素子駆動回路７８により駆動されることにより発光させられる。この発光素子駆動回路７８は、それぞれ複数設けられた第１発光素子１８および第２発光素子の中から波長λ1 、λ2 毎に発光させるべき発光素子１８、２０を選択的に発光させる機能を備えている。すなわち、発光素子駆動回路７８は、演算制御回路４２からの駆動指令信号ＳＬＤにより、先ず第１発光素子１８を受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へと順に、連続的に一定時間Ｔ1 づつ発光させ、続いて第２発光素子２０を受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へと順に連続的に一定時間Ｔ1 づつ発光させる。ここでの一定時間Ｔ1 は、脈波の交流成分および直流成分を算出するための時間であり、前述の実施例の時間Ｔ0 と同様に脈拍の一拍分あるいは数拍分に設定される。
【００４４】
それら第１発光素子１８および第２発光素子２０が発光させられると、生体組織（血管床）内からの散乱光が受光素子１６により受光され、第１波長λ1 の散乱光を示す第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRが出力される。第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRとを含む光信号ＳＶは、増幅器３２、ロ−パスフィルタ３４、デマルチプレクサ３６、サンプルホ−ルド回路３８、４６、Ａ／Ｄ変換器４０、４８を介して演算制御回路４２内のＩ／Ｏポ−ト４４へ逐次供給される。
【００４５】
ここで、遮光壁７６と発光素子１８、２０との距離および発光素子１８、２０から受光素子１６までの距離と、受光素子１６により受光される散乱光の散乱深度との関係について説明する。図１０は、図９のＡ−Ａ線の断面図である。なお、図１０の反射型プロ−ブ７０は透明樹脂７４を省略して示してある。図１０において、交点Ｐ1 は、受光素子１６に最も近い側に配置されている第１発光素子１８から発光された光のうちで、体表面１２から最も近い部位すなわち最も浅い部位で散乱されて、受光素子１６により受光される場合の散乱深度を示している。同様に交点Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 、Ｐ5 、Ｐ6 も、それぞれの第１発光素子１８から発光させられた光が体表面１２から最も浅い部位で散乱されて、受光素子１６により受光される場合の散乱される深度を示している。
【００４６】
すなわち、受光素子１６に最も近い距離に配置された発光素子１８、２０により発光された光の散乱光を受光素子１６が受光する場合は、体表面１２に近い（浅い）部位からの散乱光を多く受光するのに対し、受光素子１６から最も遠い距離に配置された発光素子１８、２０により発光された光の散乱光を受光素子１６が受光する場合は、体表面１２に近い部位で散乱させられた散乱光は遮光壁７６により遮光されるため受光されない。そのため、体表面１２から比較的遠い（深い）部位で散乱された散乱光が相対的に多く受光されることになる。
【００４７】
受光素子１６に受光される光が、体表面１２からどの程度の深度以下からの散乱光であるかは、受光素子１６と発光素子１８、２０との距離、発光素子１８、２０と遮光壁７６との距離あるいは受光素子１６と遮光壁７６との距離、および遮光壁７６の高さすなわち発光素子１８、２０と体表面１２との距離によって決定される。これらの受光素子１６と発光素子１８、２０との距離、発光素子１８、２０と遮光壁７６との距離あるいは受光素子１６と遮光壁７６との距離、および遮光壁７６の高さは、散乱光が体表面１２下の末梢血管床からの散乱光が十分に検出できるように、たとえば最浅検出深度が０．３ｍｍから２．０ｍｍまでの範囲で変化するように予め実験的に求められる。
【００４８】
それぞれ受光素子１６から異なる距離において発光させられた第１波長λ1 の光および第２波長λ2 の光の生体中からの散乱光を示す第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRがＩ／Ｏポ−ト４４へ出力されると、演算制御装置４２において、予め記憶されたプログラムに従って、第１発光素子１８および第２発光素子２０の最適発光素子がそれぞれ決定される。
【００４９】
続いて、発光素子駆動回路７８へ駆動指令信号ＳＬＤを出力して最適発光素子として決定された第１発光素子１８および同じく最適発光素子として決定された第２発光素子２０を数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定時間幅づつ交互に発光させることにより、最適な深度での散乱光に基づいて酸素飽和度が連続的に決定され、且つその決定した酸素飽和度ＳａＯ2 を表示器５６に表示させる。
【００５０】
図１１は、上記演算制御装置４２の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図１１において発光素子選択手段８０は発光素子駆動回路７８に駆動指令信号ＳＬＤを出力し、発光素子駆動回路７８は、その駆動指令信号ＳＬＤに基づいて、第１発光素子１８を受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へ順に連続的に一定時間Ｔ1 づつ発光させ、次いで第２発光素子２０を受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へ順に連続的に一定時間Ｔ1 づつ発光させる。なお、受光素子１６と発光素子１８、２０との間の距離が遠くなるにつれて、受光素子１６に受光される光量は減少するので、受光素子１６から遠くなるほど発光強度が強くなるように設定されてもよい。
【００５１】
受光素子１６により散乱光が受光されることにより、受光素子１６から出力された第１光信号ＳＶR 、第２光信号ＳＶIRは、前述の実施例と同様に、周波数解析手段６４において、交流成分ＡＣR 、ＡＣIRおよび直流成分ＤＣR 、ＤＣIRが決定され、交直成分比算出手段６６において、第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）と、第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）が算出される。
【００５２】
最適発光素子決定手段８２は、交直成分比算出手段６６により算出された交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）と発光素子駆動回路７８により選択される発光素子１８、２０の受光素子１６との距離との関係を波長λ1 、λ2 毎に求め、その関係から、波長λ1 、λ2 毎にそれぞれ最適発光素子を決定する。すなわち、最適発光素子決定手段８２では、図１２（ａ）に示されているように、交直成分比算出手段６６により逐次算出された第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）あるいは第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）の、発光素子１８、２０と受光素子１６との間の距離に対する増加率を示す曲線Ｃ3 が予め算出され、その曲線Ｃ3 の最大値を示す発光素子１８、２０と受光素子１６との距離よりも受光素子１６との距離が遠い範囲において、増加率が予め定められた基準値Ｂとなる発光素子１８、２０と受光素子１６との距離Ｄを求め、増加率が基準値Ｂ以下となる範囲で受光素子１６との距離が距離Ｄに最も近い発光素子１８、２０を最適発光素子としてそれぞれ決定する。
【００５３】
上記基準値Ｂは、照射された光が散乱される深度が、末梢血管の密度がほぼ一定となる深度であることを判断するために比較的低い値として予め実験的に決定される。なお、図１２（ｂ）は、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）と、発光素子１８、２０と受光素子１６との距離との関係を示す曲線であり、図１２（ａ）は図１２（ｂ）の曲線を発光素子１８、２０と受光素子１６との距離について微分した一次微分曲線としても求められる。
【００５４】
最適発光素子選択手段８３は、酸素飽和度ＳａＯ2 の検出のための光電脈波の採取に先立って、最適発光素子決定手段８２において最適発光素子が決定された後に、発光素子駆動回路７８に駆動指令信号ＳＬＤを出力することにより、連続的に数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定期間幅づつその最適発光素子として決定された第１発光素子１８および第２発光素子２０を発光させる。酸素飽和度算出手段６９は、最適発光素子選択手段８３により第１発光素子１８および第２発光素子２０の最適発光素子が発光させられている状態で、交直成分比算出手段６６において算出される第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）と第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）との比Ｒ〔＝（ＡＣR ／ＤＣR ）／（ＡＣIR／ＤＣIR）〕に基づいて、たとえば図６に示す予め記憶された関係から、実際の比Ｒに基づいて酸素飽和度ＳａＯ2 を逐次算出し、表示器５６に表示させる。
【００５５】
図１３は、本実施例の演算制御回路４２の制御作動のうち、最適発光素子を決定する動作の要部を説明するフロ−チャ−トである。ＳＢ１では、ＳＡ１と同様に、起動操作がされたか否かが判断され、この判断が否定された場合には待機させられるが、肯定された場合には、ＳＡ１と同様の初期処理が実行された後、続くＳＢ２において、演算制御回路４２からの発光素子駆動回路７８へ駆動指令信号ＳＬＤが出力されることにより、受光素子１６に最も近い側の第１発光素子１８が一定時間Ｔ1 だけ連続的に発光させられ、ＳＢ３において、第１光信号ＳＶR が読み込まれる。
【００５６】
続くＳＢ４では、ＳＢ２において発光させられた第１発光素子１８が、受光素子１６から最も遠い側の第１発光素子１８であったか否かが判断される。当初は、この判断が否定されるので、ＳＢ５において発光させられる第１発光素子１８が切換られた後にＳＢ２以降が繰り返される。すなわち、ＳＢ５において、次回発光させられる第１発光素子１８が、前回ＳＢ２において発光させられた第１発光素子１８より一つ受光素子１６から遠い側に配置されている第１発光素子１８に設定された後に、ＳＢ２以降が繰り返される。
【００５７】
しかし、このＳＢ４の判断が肯定された場合には、すべての第１発光素子１８が発光させられたこととなるので、続くＳＢ６からＳＢ９において、ＳＢ２からＳＢ５までと同様の動作が、第２発光素子２０について行われる。すなわち、ＳＢ６において、受光素子１６に最も近い側の第２発光素子２０が一定時間Ｔ1 発光させられ、ＳＢ７において、第２光信号ＳＶIRが読み込まれる。そして、続くＳＢ８において、ＳＢ６における第２発光素子２０の位置が受光素子１６から最も遠い側の第２発光素子２０であるかが判断され、このＳＢ８の判断が否定された場合には、ＳＢ９において発光させられる素子が受光素子１６から一つ遠い側へ切り換えられ、ＳＢ６以降が繰り返される。本実施例では、ＳＢ２、ＳＢ４、ＳＢ５、ＳＢ６、ＳＢ８、ＳＢ９が発光素子選択手段８０に対応している。
【００５８】
しかし、このＳＢ８の判断が肯定された場合には、すべての第２発光素子２０が発光させられたこととなるので、続く周波数解析手段６４に対応するＳＢ１０において、ＳＡ７と同様にして、それぞれの発光素子１８、２０毎に、第１光信号ＳＶR の交流成分ＡＣR および直流成分ＤＣR と、第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣIRおよび直流成分ＤＣIRとが抽出される。続く交直成分比算出手段６６に対応するＳＢ１１では、ＳＡ８と同様にして第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）および第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）が算出される。
【００５９】
続くＳＢ１２では、図１２（ａ）に示すように、ＳＢ１１において算出された第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）の第１発光素子１８と受光素子１６との間の距離に対する増加率を示す曲線、および第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）の第２発光素子２０と受光素子１６との間の距離に対する増加率を示す曲線がそれぞれ算出され、続くＳＢ１３において、そのそれぞれ算出された増加率曲線において、最大値を示す発光素子１８、２０と受光素子１６との距離よりも受光素子１６との距離が遠い範囲で、増加率が基準値Ｂとなる発光素子１８、２０と受光素子１６との距離Ｄをそれぞれ決定する。
【００６０】
続くＳＢ１４では、ＳＢ１３においてそれぞれ決定された距離Ｄに基づいて、第１発光素子１８の最適発光素子および第２発光素子２０の最適発光素子を決定する。たとえば、増加率が基準値Ｂ以下となる範囲で受光素子１６との距離が距離Ｄに最も近い発光素子１８、２０を最適発光素子としてそれぞれ決定する。従って、本実施例では、ＳＢ１２、ＳＢ１３、ＳＢ１４が最適発光素子決定手段８２に対応している。
【００６１】
上述のように、本実施例によれば、発光素子駆動回路７８により、受光素子１６との間の距離が漸次異なるようにそれぞれ複数設けられた２種類の発光素子１８、２０が順次発光させられると、受光素子１６と発光素子１８、２０との距離がそれぞれ異なることにより、生体中の異なる深度で散乱された射出光が受光素子１６により受光される。受光された射出光は、交直成分比算出手段６６において交流成分ＡＣR 、ＡＣIRと直流成分ＤＣR 、ＤＣIRの比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）が算出され、最適発光素子決定手段８２において、その交流成分と直流成分の比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）の、発光素子１８、２０と受光素子１６との距離に対する変化曲線の一次微分曲線である、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）の、発光素子１８、２０と受光素子１６との距離に対する増加率を示す曲線を求め、その一次微分曲線の最大値を示す発光素子１８、２０と受光素子１６との距離よりも受光素子１６との距離が遠い範囲で、増加率が基準値Ｂ以下となる発光素子１８、２０と受光素子１６との距離に基づいて最適発光素子が決定されていた。
【００６２】
従って、前記一次微分曲線の最大値は、発光素子１８、２０から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示し、その一次微分曲線の増加率が基準値以下となる点は、発光素子１８、２０から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が十分に濃くなった深度での散乱であることを示しているので、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される２種類の波長の光の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型プロ−ブ１０の測定精度が向上する。
【００６３】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００６４】
たとえば、前述の第１発明に対する図１の実施例において、最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 を求める場合に、発光強度Ｅ1 、Ｅ2 と交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）との関係曲線Ｃ1 、Ｃ2 を算出し、その曲線Ｃ1 、Ｃ2 の変曲点ｉ1 、ｉ2 に基づいて最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 がそれぞれ決定されていたが、第２発明に対する実施例で最適発光素子が決定されたと同様に、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）と発光強度Ｅ1 、Ｅ2 との関係の変化曲線の一次微分曲線すなわち交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 に対する増加率を示す曲線に基づいて最適発光強度がそれぞれ決定されてもよい。
【００６５】
また、前述の第２発明に対する図８の実施例において、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）の、発光素子１８、２０と受光素子１６との距離に対する増加率を示す曲線Ｃ3 に基づいて最適発光素子がそれぞれ決定されていたが、第１発明に対する実施例で最適発光強度が決定されたと同様に、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）と、発光素子１８、２０と受光素子１６との距離との関係曲線を算出し、その曲線の変曲点に基づいて最適発光素子がそれぞれ決定されてもよい。
【００６６】
また、前述の第１発明に対する図１の実施例において、最適発光強度決定手段６８では、変曲点ｉ1 、ｉ2 を示す発光強度Ｅ1 、Ｅ2 より一定量ａだけ強い発光強度を最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 として決定していたが、変曲点ｉ1 、ｉ2 を示す発光強度Ｅ1 、Ｅ2 が最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 として決定されてもよい。
【００６７】
また、前述の２つの実施例では、反射型プロ−ブ１０、７０が酸素飽和度測定に用いられていたが、ヘマトクリット値を測定するヘマトクリット値測定装置に用いられてもよい。
【００６８】
また、前述の２つの実施例では、２種類の発光素子１８、２０から発光された光の散乱光が、共通の受光素子１６により受光されていたが、単一の波長のみを受光する受光素子がそれぞれの波長に対応して設けられてもよい。この場合は、第１発光素子１８および第２発光素子２０は交互に発光させられる必要はなく、同時に発光させられてもよい。
【００６９】
また、前述の第２発明に対する図８の実施例では、演算制御回路４２からの駆動指令信号ＳＬＤを受けた発光素子駆動回路７８により、第１発光素子１８が受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へと順に発光させられ、さらに第２発光素子２０が受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へと順に発光させられていたが、発光素子１８、２０の受光素子１６との距離と交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）が明確であれば、その他の順で発光させられてもよい。
【００７０】
また、前述の第２発明に対する図８の実施例において、反射型プロ−ブ７０には、受光素子１６からの距離が漸次異なるように、長手状に第１発光素子１８および第２発光素子２０が配置されていたが、受光素子１６を中心として、同心円状に複数の遮光壁が設けられ、その複数設けられた遮光壁と遮光壁との間に、発光素子１８、２０が環状に設けられることにより、受光素子１６からの距離が漸次異なるように配置されてもよい。
【００７１】
また、前述の第２発明に対する図８の実施例では、一組の発光素子１８、２０毎に遮光壁７６が配置されていたが、受光素子１６と、受光素子１６と最も近い発光素子１８、２０との間に比較的大きい遮光壁８４が設けられることによって、受光素子１６に受光される散乱光の散乱深度が変化させられるものであってもよく、たとえば、図１４に示すような反射型プロ−ブ８６が用いられてもよい。図１４は、反射型プロ−ブ８６の図９のＡ−Ａ線と同様の線での断面図を示している。この反射型プロ−ブ８６の場合は、前述の実施例の反射型プロ−ブ７０と同様の検出範囲を得ようとすると、プロ−ブ８６全体は大きくなるが、遮光壁８４が一つで済むので、プロ−ブ８６の構造が簡単となる利点がある。また、この場合、受光素子１６から最も遠い側の発光素子１８、２０からの光の散乱光が、最も体表面１２から浅い部位からの散乱光を含んでいる。
【００７２】
その他、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１発明の一実施例である反射型プロ−ブを備えた酸素飽和度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】受光素子により検出される光電脈波信号の周期的な変動を例示する図である。
【図３】図１の実施例の演算制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【図４】図３の周波数解析手段において解析された第１光信号ＳＶR 或いは第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣR 或いはＡＣIRおよび直流成分ＤＣR 或いはＤＣIRを示す図である。
【図５】図３の最適発光強度決定手段において求められる発光強度と交直成分比との関係曲線を示す図である。
【図６】図３の酸素飽和度算出手段において用いられる関係を示す図である。
【図７】図１の実施例の演算制御装置の制御作動のうち最適発光強度を決定する動作の要部を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第２発明の一実施例である反射型プロ−ブを備えた酸素飽和度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図８の反射型プロ−ブを生体の体表面に対向する側から見た図である。
【図１０】図８の実施例の第１発光素子と受光素子との距離と、受光素子により受光される射出光の散乱深度との関係を示す図である。
【図１１】図８の実施例の演算制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【図１２】図１１の最適発光素子決定手段において求められる交直成分比の、発光素子と受光素子との距離に対する増加率を示す図である。
【図１３】図８の実施例の演算制御装置の制御作動のうち最適発光素子を決定する動作の要部を説明するフローチャートである。
【図１４】第２発明の他の実施例である反射型プロ−ブの、図９のＡ−Ａ線と同様の線での断面図を示す図である。
【符号の説明】
１０、７０、８６：反射型プロ−ブ（反射型光電脈波検出装置）
１６：受光素子
１８：第１発光素子
２０：第２発光素子
２４、７６、８４：遮光壁
３０、７８：発光素子駆動回路
６２：発光強度変化手段
６６：交直成分比算出手段
６７：最適発光強度決定手段
６８：最適発光強度調節手段
８０：発光素子選択手段
８２：最適発光素子決定手段
８３：最適発光素子選択手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体に装着されて、その表皮下の末梢血管から得られる生体情報たとえば酸素飽和度あるいはヘマトクリット値などの情報を含む光電脈波を検出する反射型光電脈波検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体の表皮下の末梢血管から得られる生体情報を検出するために生体に装着されて、その生体表皮の所定部位に複数種類の波長の光を照射し、表皮下の生体組織中で乱反射され、その所定部位から射出される後方散乱光すなわち光電脈波を検出する反射型光電脈波検出装置が知られている。たとえば、酸素飽和度測定に用いられる反射型光電脈波検出装置では、発光素子として酸化ヘモグロビンと無酸素化ヘモグロビンの吸光係数が大きく異なる波長の赤色光を発光する発光素子と、酸化ヘモグロビンと無酸素化ヘモグロビンの吸光係数が略同じとなる波長の赤外光を発光する発光素子の２種類の発光素子が用いられ、生体の体表面下の真皮または皮下組織中の末梢血管からの散乱光を含む光電脈波に基づいて酸素飽和度が算出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生体に対して照射される光が生体中で散乱を受けて体表面から射出される光電脈波が、体表面からどのくらいの深度での散乱光を主として含むかは、表皮下への浸透深さに起因し、その浸透深さは照射される光の波長および光の強度によって異なっている。そのため、異なる複数種類の波長の光が生体に対して照射され、その生体中での散乱光が受光素子に受光された場合には、ハウジング内において複数種類の発光素子と受光素子との間の距離が略等しいと、それぞれ異なる深度の情報を反映している場合があり、測定の精度が得られない場合があった。また、表皮および真皮の厚さは、性別、年齢或いは個人によって差があり、また生体の部位によっても異なる。さらに、体表面下のどのくらいの深度での散乱光が受光素子により主として受光されるかは、発光素子と受光素子の位置関係によっても異なってくる。そのため最適な深度での散乱光により生体情報を測定していない場合もあった。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであって、その目的とするところは、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることにより、測定精度のよい反射型光電脈波検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための第１の手段】
かかる目的を達成するための第１発明の要旨とするところは、ハウジングと、該ハウジングに収容されて生体の表皮に向かって複数種類の波長の光を照射する複数種類の発光素子と、該ハウジング内において遮光壁を介して該発光素子から所定距離離れた位置に収容され、該複数種類の発光素子からの光が該生体表皮下で散乱を受けて体表面から射出される複数種類の波長の光を受光する受光素子とを備え、該複数種類の波長の射出光に基づいて生体情報を得るための光電脈波をそれぞれ検出する反射型光電脈波検出装置であって、（ａ）前記複数種類の発光素子に順次駆動電流を供給し、且つ該発光素子のそれぞれの発光強度を調節することが可能な発光素子駆動回路と、（ｂ）前記受光素子により検出された射出光の交流成分と直流成分の比を前記波長毎にそれぞれ算出する交直成分比算出手段と、（ｃ）前記受光素子により検出された射出光から前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と前記発光素子駆動回路によって駆動される発光素子の発光強度との関係を波長毎に求め、その関係から、前記波長毎にそれぞれ最適発光強度を決定する最適発光強度決定手段と、（ｄ）前記光電脈波の検出に先立って、該最適発光強度決定手段により決定された最適発光強度で前記発光素子駆動回路に前記複数種類の発光素子をそれぞれ発光させる最適発光強度調節手段とを、含むことにある。
【０００６】
【第１発明の効果】
このようにすれば、発光素子駆動回路により、それぞれの波長の光を発光する発光素子の発光強度が調節させられてその発光素子が発光させられ、発光強度の変化によって、生体中の異なる深度で散乱を受けた射出光が受光素子により検出される。受光された射出光は、交直成分比算出手段において交流成分と直流成分の比が算出され、最適発光強度決定手段において、その交流成分と直流成分の比の発光強度に対する変化曲線に基づいて最適発光強度が決定され、生体情報を測定するために光電脈波が検出される状態では、最適発光強度調節手段により発光素子が最適発光強度で発光させられる。交流成分と直流成分の比の発光強度に対する変化曲線は、散乱光が散乱される深度における末梢血管の密度に関連して変化する。従って、その変化曲線に基づいて発光素子の発光強度を決定することにより、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【０００７】
【課題を解決するための第２の手段】
また、前記目的を達成するための第２発明の要旨とするところは、生体の表皮に向かって複数種類の波長の光を照射する複数種類の発光素子と、該発光素子から所定距離離れた位置に収容され、該複数種類の発光素子からの光が該生体表皮下で散乱を受けて体表面から射出される複数種類の波長の射出光を受光する受光素子とを備え、該複数種類の波長の光に基づいて生体情報を得るための光電脈波をそれぞれ検出する反射型光電脈波検出装置であって、（ａ）前記複数種類の発光素子と受光素子とが相互間に遮光壁が介在させられた状態で収容され、且つ複数種類の波長毎に設けられた複数の発光素子が、前記受光素子との間の距離が漸次異なるようにそれぞれ設られたハウジングと、（ｂ）該ハウジング内にそれぞれ複数設けられた複数種類の発光素子の中から波長毎に発光させるべき発光素子を選択的に発光させることが可能な発光素子駆動回路と、（ｃ）前記受光素子により検出された射出光の交流成分と直流成分の比を前記波長毎にそれぞれ算出する交直成分比算出手段と、（ｄ）前記受光素子により検出された射出光から前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と前記発光素子駆動回路により選択される発光素子の前記受光素子との距離との関係を波長毎に求め、その関係から、前記波長毎にそれぞれ最適発光素子を決定する最適発光素子決定手段と、（ｅ）前記光電脈波の検出に先立って、前記最適発光素子決定手段により波長毎に決定された最適発光素子を前記発光素子駆動回路に発光させる最適発光素子選択手段とを、含むことにある。
【０００８】
【第２発明の効果】
このようにすれば、発光素子駆動回路により、受光素子との間の距離が漸次異なるようにそれぞれ複数設けられた複数種類の発光素子が順次発光させられると、受光素子と発光素子との距離がそれぞれ異なることにより生体中の異なる深度で散乱された射出光が受光素子により受光される。受光された射出光は、交直成分比算出手段において交流成分と直流成分の比が算出され、最適発光素子決定手段において、その交流成分と直流成分の比の、発光素子と受光素子との距離に対する変化曲線に基づいて最適発光素子が決定される。生体情報を測定するために光電脈波が検出される状態では、最適発光素子選択手段により選択された最適発光素子が発光させられる。交流成分と直流成分の比の、発光素子と受光素子との距離に対する変化曲線は、散乱光が散乱される深度における末梢血管の密度に関連して変化する。従って、その変化曲線に基づいて受光素子との間の距離が最適となる発光素子を決定することにより、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【０００９】
【発明の他の態様】
ここで、好適には、上記第１発明の最適発光強度決定手段は、前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比の、前記発光素子駆動回路によって変化させられた発光素子の発光強度に対する増加率を示す曲線すなわち上記交流成分と直流成分の比と、上記発光強度との関係の変化曲線を発光強度について微分した一次微分曲線を求め、その一次微分曲線の最大値を示す発光強度よりも強い発光強度の範囲において、増加率が一定値以下となる発光強度に基づいて最適発光強度を決定するものである。このようにすれば、前記一次微分曲線の最大値は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示し、その一次微分曲線の増加率が一定値以下となる点は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が十分濃くなった深度での散乱であることを示しているので、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【００１０】
また、好適には、上記第１発明の最適発光強度決定手段は、前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と、前記発光素子駆動回路によって変化させられた発光素子の発光強度との関係の変化曲線を求め、その変化曲線の変曲点に基づいて最適発光強度を決定するものである。このようにすれば、変化曲線の変曲点は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示しているので、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【００１１】
また、好適には、上記第２発明の最適発光素子決定手段は、前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比の、前記発光素子駆動回路によって選択させられた発光素子と受光素子との距離に対する増加率を示す曲線すなわち上記交流成分と直流成分の比と、上記発光素子と受光素子間の距離との関係の変化曲線を発光素子と受光素子との距離について微分した一次微分曲線を求め、その一次微分曲線の最大値を示す発光素子よりも発光素子と受光素子との距離が遠い範囲において、増加率が基準値以下となる発光素子と受光素子との距離に基づいて最適発光素子を決定するものである。このようにすれば、前記一次微分曲線の最大値は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示し、その一次微分曲線の増加率が基準値以下となる点は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が十分濃くなった深度での散乱であることを示しているので、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【００１２】
また、好適には、上記第２発明の最適発光素子決定手段は、前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と、前記発光素子駆動回路によって選択させられた発光素子の受光素子との距離との関係の変化曲線を求め、その変化曲線の変曲点に基づいて最適発光素子を決定するものである。このようにすれば、変化曲線の変曲点は、発光素子から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示しているので、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される複数種類の波長の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型光電脈波検出装置の測定精度が向上する。
【００１３】
【発明の好適な実施の形態】
以下、本発明の第１発明についての一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、反射型光電脈波検出装置である反射型プロ−ブ１０を備えた反射型オキシメ−タすなわち酸素飽和度測定装置の構成を示している。図１において、反射型プロ−ブ１０は、たとえば生体の末梢血管の密度が比較的高い額、指等の体表面１２に密着した状態で装着される。この反射型プロ−ブ１０は、比較的浅い有底円筒状のハウジング１４と、体表面下で散乱を受けて発光素子側へ出てくる後方散乱光を検知するためにそのハウジング１４の底部内面の中央部に設けられ、ホトダイオ−ド或いはホトトランジスタ等から成る受光素子１６と、ハウジング１４の底部内面の受光素子１６を中心とする同一半径ｒの円周上において所定間隔毎に交互に設けられたＬＥＤ等からなる複数個（本実施例では８個）の第１発光素子１８および第２発光素子２０と、ハウジング１４内に一体的に設けられ受光素子１６および発光素子１８、２０を保護するためにそれを覆う透明樹脂２２と、ハウジング１４内において受光素子１６と発光素子１８、２０との間に設けられ、発光素子１８、２０から照射された光の体表面１２から受光素子１６へ向かう反射光を遮光する円環状の遮光壁２４とを備えて構成されている。
【００１５】
また、ハウジング１４にはそのハウジング１４の外周面および底部外面を覆うようにキャップ状のゴム部材５８が一体的に設けられている。このゴム部材５８は、たとえばクロロプレンゴム等を原料としてスポンジ状に構成されており、好適な断熱性を備えている。そして、このゴム部材５８のハウジング１４外周側に位置する部分が両面粘着シ−ト６０を介して体表面１２に固着されることにより、ハウジング１４の開口端面および遮光壁２４の先端面が体表面１２に密着する状態でプロ−ブ１０が体表面１２に装着されている。なお、図１において、両面粘着シ−ト６０は便宜上実際より大幅に厚く描かれている。
【００１６】
上記第１発光素子１８は、酸素飽和度によりヘモグロビンの吸光係数が影響される第１波長λ1 たとえば６６０ｎｍ程度の波長の赤色光を発光し、第２発光素子２０は、酸素飽和度によりヘモグロビンの吸光係数が影響されない第２波長λ2 たとえば９１０ｎｍ程度の波長の赤外光を発光するものである。なお、上記第１波長λ1 および第２波長λ2 は、必ずしもこれらの波長に限定されるものではなく、酸素化ヘモグロビンの吸光係数と無酸素化ヘモグロビンの吸光係数とが大きく異なる波長と、それら両吸光係数が略同じとなる波長に設定される。
【００１７】
上記第１発光素子１８および第２発光素子２０は、光源として機能するものであって、発光素子駆動回路３０により数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定時間幅づつ交互に駆動されることによりそれぞれ発光させられる。この発光素子駆動回路３０は、上記第１発光素子１８および第２発光素子２０へ供給する駆動電流すなわちそれら第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光強度を、後述の演算制御回路４２からの指令に基づいて調節する機能を備えている。それら第１発光素子１８および第２発光素子２０から体表面１２直下の生体組織（血管床）へ向かって第１波長λ1 の光および第２波長λ2 の光が交互に照射されると、生体組織の毛細血管内血液に含まれる血球などにより散乱を受けた後方散乱光が反射光として体表面１２から射出されるので、その後方散乱光すなわち生体組織（血管床）内からの反射光が共通の光センサとして機能する受光素子１６によりそれぞれ受光され、第１波長λ1 の散乱光を示す第１光信号ＳＶR および第２波長λ2 の散乱光を示す第２光信号ＳＶIRが出力されるようになっている。これら第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRは、図２に例示するように直流（ＤＣ）成分と、心拍数に同期して変動する交流（ＡＣ）成分とを含んでいる。
【００１８】
発光強度Ｅ1 、Ｅ2 すなわち生体の体表面１２に照射される光の強度が異なると、その照射された光の生体中への浸透深度が異なり、弱い光が照射されると比較的体表面１２に近い（浅い）深度までしか浸透しないが、強い光が照射されると比較的体表面１２から遠い（深い）部位まで浸透して散乱される。発光素子駆動回路３０により変化させられる第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 の範囲は、個体差や反射型プロ−ブ１０が装着される部位により表皮および真皮の厚さが異なっても、照射される光が毛細血管が多く存在する真皮あるいは皮下組織で主として散乱されることとなる発光強度を十分に含む範囲となるように、予め実験的に決定される。
【００１９】
上記受光素子１６は、第１波長λ1 の後方散乱光を示す第１光信号ＳＶR と第２波長λ2 の後方散乱光を示す第２光信号ＳＶIRとを含む光信号ＳＶを増幅器３２を介してローパスフィルタ３４へ出力する。ローパスフィルタ３４は入力された光信号ＳＶから脈波の周波数よりも高い周波数を有するノイズを除去し、そのノイズが除去された光信号ＳＶをデマルチプレクサ３６へ出力する。なお、上記第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRは、体表面１２の下の血管床における血液容積の脈動に対応して周期的に変化する光信号であるので、所謂容積脈波信号あるいは光電脈波信号ともいう。
【００２０】
デマルチプレクサ３６は後述の切換信号ＳＣにより第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光に同期して切り換えられることにより、第１波長λ1 の赤色光である第１光信号ＳＶR をサンプルホールド回路３８およびＡ／Ｄ変換器４０を介して演算制御回路４２内のＩ／Ｏポート４４へ逐次供給するとともに、第２波長λ2 の赤外光である第２光信号ＳＶIRをサンプルホールド回路４６およびＡ／Ｄ変換器４８を介してＩ／Ｏポート４４へ逐次供給する。サンプルホールド回路３８、４６は、入力された光信号ＳＶR 、ＳＶIRをＡ／Ｄ変換器４０、４８へ逐次出力する際に、前回出力した光信号ＳＶR 、ＳＶIRについてのＡ／Ｄ変換器４０、４８における変換作動が終了するまで次に出力する各光信号ＳＶR 、ＳＶIRをそれぞれ保持するためのものである。
【００２１】
上記Ｉ／Ｏポート４４は、データバスラインを介してＣＰＵ５０、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５４、表示器５６とそれぞれ接続されている。ＣＰＵ５０は、ＲＡＭ５４の記憶機能を利用しつつＲＯＭ５２に予め記憶されたプログラムに従って第１発光素子１８および第２発光素子２０の最適発光強度決定動作および酸素飽和度測定測定動作を実行する。すなわち、演算制御装置４２は、図示しない起動釦が操作された場合には、まず以下の動作により第１発光素子１８の最適発光強度ＡＥ1 および第２発光素子２０の最適発光強度ＡＥ2 を決定する。
【００２２】
演算制御装置４２は、Ｉ／Ｏポート４４から発光素子駆動回路３０へ駆動指令信号ＳＬＤを出力することにより、第１発光素子１８および第２発光素子２０を数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定時間幅づつ交互に発光させ、さらに脈波の交流成分および直流成分を算出するため、脈拍の１拍分あるいは数拍分として予め設定される時間Ｔ0 毎に、発光素子駆動回路３０から第１発光素子１８および第２発光素子２０へ出力される電流を漸次増加させ、第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 を漸次変化させる。また、それら第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光に同期して切換信号ＳＣを出力してデマルチプレクサ３６を切り換えることにより、第１光信号ＳＶR をサンプルホールド回路３８へ、第２光信号ＳＶIRをサンプルホールド回路４６へそれぞれ振り分ける。
【００２３】
また、演算制御装置４２により、発光強度の変化の影響を受けた第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRから、予め記憶されたプログラムに従って、第１発光素子１８の最適発光強度ＡＥ1 および第２発光素子２０の最適発光強度ＡＥ2 が決定される。
【００２４】
続いて、以下の酸素飽和度測定動作が実行される。すなわち、Ｉ／Ｏポ−ト４４から発光素子駆動回路３０に駆動指令信号ＳＬＤが出力されることにより、発光素子駆動回路３０から第１発光素子１８および第２発光素子２０へ最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 を発光するための電流が出力され、第１発光素子１８および第２発光素子２０が数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定時間幅づつ交互に発光させられる。受光素子１６により受光される光信号ＳＶは最適発光強度決定動作の場合と同様にしてＩ／Ｏポート４４へ入力される。
【００２５】
ＣＰＵ５０は、予め記憶されたプログラムに従って前記第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRがそれぞれ表す光電脈波形に基づいて末梢血管を流れる血液中の酸素飽和度ＳａＯ2 を決定し且つその決定した酸素飽和度ＳａＯ2 を表示器５６に表示させる。
【００２６】
図３は、上記演算制御装置４２の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図３において発光強度変化手段６２は、発光素子駆動回路３０に駆動指令信号ＳＬＤを出力することにより、発光素子駆動回路３０から第１発光素子１８および第２発光素子２０に出力される電流を漸次変化させ、第１発光素子１８の発光強度Ｅ1 および第２発光素子２０の発光強度Ｅ2 を変化させつつ、それら第１発光素子１８および第２発光素子２０を数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定時間幅づつ交互に発光させる。
【００２７】
周波数解析手段６４は、高速フ−リエ変換法を利用した周波数解析を予め設定された所定の区間に施すことにより、受光素子１６から出力された第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRから、その所定区間毎の第１光信号ＳＶR の交流成分ＡＣR および直流成分ＤＣR と第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣIRおよび直流成分ＤＣIRとをそれぞれ逐次決定する。上記交流成分ＡＣR およびＡＣIRは、生体の脈拍数ＰＲ（１／分）すなわち脈拍周波数ＰＦ(Hz)に相当する周波数成分の信号電力（ワット）として得られ、上記直流成分ＤＣR およびＤＣIRは、直流に相当する周波数成分の信号電力（ワット）として得られる。図４には、上記周波数解析によってえられた第１光信号ＳＶR 或いは第２光信号ＳＶIRの周波数スペクトルの例が示されている。
【００２８】
交直成分比算出手段６６は、受光素子１６により検出された射出光の交流成分ＡＣR 、ＡＣIRと直流成分ＤＣR 、ＤＣIRの比を波長λ1 、λ2 毎にそれぞれ算出する。すなわち、上記周波数解析手段６４により決定された第１光信号ＳＶR の交流成分ＡＣR および直流成分ＤＣR と第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣIRおよび直流成分ＤＣIRとから、その第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）と、第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）とをそれぞれ算出する。ところで、末梢血管は表皮にはほとんど存在せず、その下層の真皮およびさらにその下層にある皮下組織に集中している。入射した光が真皮あるいは皮下組織で主として散乱されることにより、受光素子１６に受光される散乱光が末梢血管の血液成分の影響を受ける場合は、散乱光の強度は末梢血管の脈動に対応して変化するため、光信号ＳＶR 、ＳＶIRは交流成分の割合が相対的に大きくなる。
【００２９】
最適発光強度決定手段６７は、交直成分比算出手段６６により算出された２つの波長λ1 、λ2 の射出光の交流成分ＡＣR 、ＡＣIRと直流成分ＤＣR 、ＤＣIRの比と発光素子駆動回路３０によって駆動される発光素子１８、２０の発光強度との関係を波長毎にそれぞれ求め、その関係から、波長毎にそれぞれ最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 を決定する。すなわち、交直成分比算出手段６６により逐次算出された第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）から、図５に示すように交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）を縦軸とし、発光強度Ｅ1 を横軸とする二次元座標系において描かれる曲線Ｃ1 を酸素飽和度ＳａＯ2 の測定に先立って求め、その曲線Ｃ1 の変曲点ｉ1 に基づいて最適発光強度ＡＥ1 を決定する。たとえば、変曲点ｉ1 を示す発光強度より予め設定された一定量ａだけ強い発光強度を最適発光強度ＡＥ1 として決定する。さらに、同様にして、第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）から曲線Ｃ2 を求め、その曲線Ｃ2 の変曲点ｉ2 に基づいて最適発光強度ＡＥ2 を決定する。たとえば、変曲点ｉ2 を示す発光強度より予め設定された一定量ａだけ強い発光強度を最適発光強度ＡＥ2 として決定する。
【００３０】
変曲点ｉ1 、ｉ2 は、受光素子１６により受光される散乱光が、末梢血管の密度が急に濃くなる深度での散乱によるものであることを示し、一定量ａは、その深度よりもさらに少し深い深度である末梢血管の密度がほぼ一定となる深度での散乱光を受光するために予め実験的に求められるものである。
【００３１】
最適発光強度調節手段６８は、酸素飽和度ＳａＯ2 を得るための光電脈波の検出に先立って、最適発光強度決定手段６７により決定された最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 となるように前記発光素子駆動回路３０に第１発光素子１８および第２発光素子２０をそれぞれ発光させ、その発光強度を保持させる。酸素飽和度算出手段６９では、最適発光強度調節手段６８により最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 で第１発光素子１８および第２発光素子２０がそれぞれ発光させられている状態で、第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）と第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）との比Ｒ〔＝（ＡＣR ／ＤＣR ）／（ＡＣIR／ＤＣIR）〕を逐次算出し、たとえば図６に示す予め記憶された関係から、実際の比Ｒに基づいて酸素飽和度ＳａＯ2 を一拍あるいは数拍毎に逐次算出し、表示器５６に表示させる。
【００３２】
図７は、前記演算制御回路４２の制御作動の最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 を決定する動作の要部を説明するフロ−チャ−トである。図７において、ＳＡ１では、図示しない起動ボタンが操作されることによって、測定の起動操作が行われたか否かが判断される。このＳＡ１の判断が否定された場合には待機させられるが、肯定された場合には図示しない初期処理ステップにおいて、種々のカウンタやレジスタがクリアされた後、ＳＡ２において、発光素子駆動回路３０を介して第１発光素子１８に入力される電流および第２発光素子２０に入力される電流がそれぞれ初期値に決定される。次いで、ＳＡ３において第１発光素子１８および第２発光素子２０が、数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定期間幅づつ交互に発光させられ、続くＳＡ４では、第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRが読み込まれる。
【００３３】
続くＳＡ５では、タイマカウンタＣＴの内容に「１」が加算された後、ＳＡ６において、タイマカウンタＣＴの内容が予め設定された判断基準時間Ｔ0 以上となったか否かが判断される。この判断基準時間Ｔ0 は、光信号ＳＶの交流成分および直流成分を算出するために脈拍の一拍分あるいは数拍分に設定されている。
【００３４】
当初は上記ＳＡ６の判断が否定されるので、ＳＡ３以下が繰り返し実行されることにより第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRが連続的に読み込まれる。そして、それら第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRが連続的に読み込まれるうちにＳＡ６の判断が肯定されると、前記周波数解析手段６４に対応するＳＡ７において、上記の単位区間内の第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRに対して周波数解析処理がそれぞれ実行されることにより、第１光信号ＳＶR の交流成分ＡＣR （信号電力値）および直流成分ＤＣR （信号電力値）と、第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣIR（信号電力値）および直流成分ＤＣIR（信号電力値）とが抽出される。
【００３５】
次いで、前記交直成分比算出手段６６に対応するＳＡ８では、上記ＳＡ７において抽出された第１光信号ＳＶR の交流成分ＡＣR および直流成分ＤＣR から、その第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）が算出されるとともに、ＳＡ７において抽出された第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣIRおよび直流成分ＤＣIRから、その第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）が算出される。
【００３６】
続く発光強度変化手段６２に対応するＳＡ９では、第１発光素子１８および第２発光素子２０の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 を変化させるため、発光素子駆動回路３０に駆動指令信号ＳＬＤを出力することにより、第１発光素子１８および第２発光素子２０に入力される電流を一定量だけ増加させる。続くＳＡ１０では、第１発光素子１８および第２発光素子２０に入力される電流が予め設定された最適発光強度決定動作の終了電流となったか否が判断される。なお、ＳＡ９において増加される一定量の電流は、電流の変化によって変化する発光強度Ｅ1 、Ｅ2 と、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）との関係を示す点をプロットして得られる曲線Ｃ1 、Ｃ2 において、変曲点ｉ1 、ｉ2 を判断するのに十分な点間隔が得られるように設定され、ＳＡ１０の終了電流も、変曲点ｉ1 、ｉ2 が得られる、すなわち照射された光が末梢血管の密度が急に濃くなる深度まで浸透する発光強度となるように十分高く設定されている。
【００３７】
このＳＡ１０の判断が否定されるうちは、上記の曲線Ｃ1 、Ｃ2 が変曲点ｉ1 、ｉ2 を得るのに十分な測定点が得られていないので、ＳＡ３以降が繰り返されるが、肯定された場合には、続くＳＡ１１において、図５に示すような曲線Ｃ1 が第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）に基づいて描かれ、曲線Ｃ2 が第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）に基づいて描かれ、その曲線Ｃ1 、Ｃ2 の変曲点ｉ1 、ｉ2 がそれぞれ求められる。
【００３８】
続くＳＡ１２では、ＳＡ１１で求められた変曲点ｉ1 、ｉ2 を示す発光強度から所定量ａだけ強い発光強度を最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 として決定する。従って、本実施例では、ＳＡ１１およびＳＡ１２が最適発光強度決定手段６７に対応している。
【００３９】
上述のように本実施例によれば、発光素子駆動回路３０により、第１波長λ1 の光を発光する第１発光素子１８および第２波長λ2 の光を発光する第２発光素子２０の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 が漸次変化させられて、それら第１発光素子１８および第２発光素子２０が発光させられ、発光強度Ｅ1 、Ｅ2 の変化によって、生体中の異なる深度で散乱を受けた射出光が受光素子１６により検出される。受光された散乱光は、交直成分比算出手段６６において交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）が算出され、最適発光強度決定手段６７において、その交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 に対する変化曲線Ｃ1 、Ｃ2 の変曲点ｉ1 、ｉ2 に基づいて最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 が決定される。酸素飽和度ＳａＯ2 を測定するために光電脈波が検出される状態では、最適発光強度調節手段６８により第１発光素子１８が最適発光強度ＡＥ1 で発光させられ、第２発光素子２０が最適発光強度ＡＥ2 で発光させられて光電脈波が検出される。上記変化曲線Ｃ1 、Ｃ2 は、散乱光が散乱される深度における末梢血管の密度に関連して変化し、変曲点ｉ1 、ｉ2 は２点とも散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示している。従って、生体に照射される２つの波長の光の散乱光が散乱される深度を最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型プロ−ブ１０の測定精度が向上する。
【００４０】
次に、第２発明についての一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、上記実施例と同一の構成を有する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
図８は、反射型光電脈波検出装置である反射型プロ−ブ７０を備えた反射型オキシメ−タすなわち酸素飽和度測定装置の構成を示している。反射型プロ−ブ７０は、前述の実施例の反射型プロ−ブ１０と同様に、たとえば生体の末梢血管の密度が比較的高い額、指等の体表面１２に密着した状態で装着される。反射型プロ−ブ７０は、比較的浅い有底角柱状のハウジング７２と、そのハウジング７２の底部内面に設けられる前述の実施例と同様の第１発光素子１８、第２発光素子２０および受光素子１６と、ハウジング７２内に一体的に設けられ受光素子１６および発光素子１８、２０を保護するためにそれを覆う透明樹脂７４と、発光素子１８、２０からの照射光の一部、照射された光の体表面１２から受光素子１６へ向かう反射光、および照射された光の生体中で散乱され受光素子１６へ向かう散乱光の一部を遮光するためハウジング７２内に設けられる遮光壁７６とを備えて構成されている。
【００４２】
図９は、反射型プロ−ブ７０を体表面１２に対向する側から見た図である。図９において、受光素子１６はハウジング７２の底部内面の長手方向の一端部に固設され、複数個の第１発光素子１８および第２発光素子２０はそれぞれ受光素子１６からの距離が漸次増加するように反射型プロ−ブ７０の長手方向に等間隔で固設されている。遮光壁７６は、受光素子１６とそれに最も近い第１発光素子１８および第２発光素子２０との間、および一組の発光素子１８、２０と他の一組の発光素子１８、２０の間毎に設けられている。なお、本実施例では、第１発光素子１８および第２発光素子２０は、作図の便宜上それぞれ６個備えられているが、ハウジング７２の底部内面に収容できる範囲で、さらに多くの発光素子１８、２０が用いられてもよいし、６個よりも少ない数であってもよい。
【００４３】
図８に戻って、図示しない測定起動ボタンが起動されることにより、第１発光素子１８および第２発光素子２０は、発光素子駆動回路７８により駆動されることにより発光させられる。この発光素子駆動回路７８は、それぞれ複数設けられた第１発光素子１８および第２発光素子の中から波長λ1 、λ2 毎に発光させるべき発光素子１８、２０を選択的に発光させる機能を備えている。すなわち、発光素子駆動回路７８は、演算制御回路４２からの駆動指令信号ＳＬＤにより、先ず第１発光素子１８を受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へと順に、連続的に一定時間Ｔ1 づつ発光させ、続いて第２発光素子２０を受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へと順に連続的に一定時間Ｔ1 づつ発光させる。ここでの一定時間Ｔ1 は、脈波の交流成分および直流成分を算出するための時間であり、前述の実施例の時間Ｔ0 と同様に脈拍の一拍分あるいは数拍分に設定される。
【００４４】
それら第１発光素子１８および第２発光素子２０が発光させられると、生体組織（血管床）内からの散乱光が受光素子１６により受光され、第１波長λ1 の散乱光を示す第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRが出力される。第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRとを含む光信号ＳＶは、増幅器３２、ロ−パスフィルタ３４、デマルチプレクサ３６、サンプルホ−ルド回路３８、４６、Ａ／Ｄ変換器４０、４８を介して演算制御回路４２内のＩ／Ｏポ−ト４４へ逐次供給される。
【００４５】
ここで、遮光壁７６と発光素子１８、２０との距離および発光素子１８、２０から受光素子１６までの距離と、受光素子１６により受光される散乱光の散乱深度との関係について説明する。図１０は、図９のＡ−Ａ線の断面図である。なお、図１０の反射型プロ−ブ７０は透明樹脂７４を省略して示してある。図１０において、交点Ｐ1 は、受光素子１６に最も近い側に配置されている第１発光素子１８から発光された光のうちで、体表面１２から最も近い部位すなわち最も浅い部位で散乱されて、受光素子１６により受光される場合の散乱深度を示している。同様に交点Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 、Ｐ5 、Ｐ6 も、それぞれの第１発光素子１８から発光させられた光が体表面１２から最も浅い部位で散乱されて、受光素子１６により受光される場合の散乱される深度を示している。
【００４６】
すなわち、受光素子１６に最も近い距離に配置された発光素子１８、２０により発光された光の散乱光を受光素子１６が受光する場合は、体表面１２に近い（浅い）部位からの散乱光を多く受光するのに対し、受光素子１６から最も遠い距離に配置された発光素子１８、２０により発光された光の散乱光を受光素子１６が受光する場合は、体表面１２に近い部位で散乱させられた散乱光は遮光壁７６により遮光されるため受光されない。そのため、体表面１２から比較的遠い（深い）部位で散乱された散乱光が相対的に多く受光されることになる。
【００４７】
受光素子１６に受光される光が、体表面１２からどの程度の深度以下からの散乱光であるかは、受光素子１６と発光素子１８、２０との距離、発光素子１８、２０と遮光壁７６との距離あるいは受光素子１６と遮光壁７６との距離、および遮光壁７６の高さすなわち発光素子１８、２０と体表面１２との距離によって決定される。これらの受光素子１６と発光素子１８、２０との距離、発光素子１８、２０と遮光壁７６との距離あるいは受光素子１６と遮光壁７６との距離、および遮光壁７６の高さは、散乱光が体表面１２下の末梢血管床からの散乱光が十分に検出できるように、たとえば最浅検出深度が０．３ｍｍから２．０ｍｍまでの範囲で変化するように予め実験的に求められる。
【００４８】
それぞれ受光素子１６から異なる距離において発光させられた第１波長λ1 の光および第２波長λ2 の光の生体中からの散乱光を示す第１光信号ＳＶR および第２光信号ＳＶIRがＩ／Ｏポ−ト４４へ出力されると、演算制御装置４２において、予め記憶されたプログラムに従って、第１発光素子１８および第２発光素子２０の最適発光素子がそれぞれ決定される。
【００４９】
続いて、発光素子駆動回路７８へ駆動指令信号ＳＬＤを出力して最適発光素子として決定された第１発光素子１８および同じく最適発光素子として決定された第２発光素子２０を数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定時間幅づつ交互に発光させることにより、最適な深度での散乱光に基づいて酸素飽和度が連続的に決定され、且つその決定した酸素飽和度ＳａＯ2 を表示器５６に表示させる。
【００５０】
図１１は、上記演算制御装置４２の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。図１１において発光素子選択手段８０は発光素子駆動回路７８に駆動指令信号ＳＬＤを出力し、発光素子駆動回路７８は、その駆動指令信号ＳＬＤに基づいて、第１発光素子１８を受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へ順に連続的に一定時間Ｔ1 づつ発光させ、次いで第２発光素子２０を受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へ順に連続的に一定時間Ｔ1 づつ発光させる。なお、受光素子１６と発光素子１８、２０との間の距離が遠くなるにつれて、受光素子１６に受光される光量は減少するので、受光素子１６から遠くなるほど発光強度が強くなるように設定されてもよい。
【００５１】
受光素子１６により散乱光が受光されることにより、受光素子１６から出力された第１光信号ＳＶR 、第２光信号ＳＶIRは、前述の実施例と同様に、周波数解析手段６４において、交流成分ＡＣR 、ＡＣIRおよび直流成分ＤＣR 、ＤＣIRが決定され、交直成分比算出手段６６において、第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）と、第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）が算出される。
【００５２】
最適発光素子決定手段８２は、交直成分比算出手段６６により算出された交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）と発光素子駆動回路７８により選択される発光素子１８、２０の受光素子１６との距離との関係を波長λ1 、λ2 毎に求め、その関係から、波長λ1 、λ2 毎にそれぞれ最適発光素子を決定する。すなわち、最適発光素子決定手段８２では、図１２（ａ）に示されているように、交直成分比算出手段６６により逐次算出された第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）あるいは第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）の、発光素子１８、２０と受光素子１６との間の距離に対する増加率を示す曲線Ｃ3 が予め算出され、その曲線Ｃ3 の最大値を示す発光素子１８、２０と受光素子１６との距離よりも受光素子１６との距離が遠い範囲において、増加率が予め定められた基準値Ｂとなる発光素子１８、２０と受光素子１６との距離Ｄを求め、増加率が基準値Ｂ以下となる範囲で受光素子１６との距離が距離Ｄに最も近い発光素子１８、２０を最適発光素子としてそれぞれ決定する。
【００５３】
上記基準値Ｂは、照射された光が散乱される深度が、末梢血管の密度がほぼ一定となる深度であることを判断するために比較的低い値として予め実験的に決定される。なお、図１２（ｂ）は、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）と、発光素子１８、２０と受光素子１６との距離との関係を示す曲線であり、図１２（ａ）は図１２（ｂ）の曲線を発光素子１８、２０と受光素子１６との距離について微分した一次微分曲線としても求められる。
【００５４】
最適発光素子選択手段８３は、酸素飽和度ＳａＯ2 の検出のための光電脈波の採取に先立って、最適発光素子決定手段８２において最適発光素子が決定された後に、発光素子駆動回路７８に駆動指令信号ＳＬＤを出力することにより、連続的に数百Ｈｚ乃至数ｋＨｚ程度の比較的高い周波数で一定期間幅づつその最適発光素子として決定された第１発光素子１８および第２発光素子２０を発光させる。酸素飽和度算出手段６９は、最適発光素子選択手段８３により第１発光素子１８および第２発光素子２０の最適発光素子が発光させられている状態で、交直成分比算出手段６６において算出される第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）と第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）との比Ｒ〔＝（ＡＣR ／ＤＣR ）／（ＡＣIR／ＤＣIR）〕に基づいて、たとえば図６に示す予め記憶された関係から、実際の比Ｒに基づいて酸素飽和度ＳａＯ2 を逐次算出し、表示器５６に表示させる。
【００５５】
図１３は、本実施例の演算制御回路４２の制御作動のうち、最適発光素子を決定する動作の要部を説明するフロ−チャ−トである。ＳＢ１では、ＳＡ１と同様に、起動操作がされたか否かが判断され、この判断が否定された場合には待機させられるが、肯定された場合には、ＳＡ１と同様の初期処理が実行された後、続くＳＢ２において、演算制御回路４２からの発光素子駆動回路７８へ駆動指令信号ＳＬＤが出力されることにより、受光素子１６に最も近い側の第１発光素子１８が一定時間Ｔ1 だけ連続的に発光させられ、ＳＢ３において、第１光信号ＳＶR が読み込まれる。
【００５６】
続くＳＢ４では、ＳＢ２において発光させられた第１発光素子１８が、受光素子１６から最も遠い側の第１発光素子１８であったか否かが判断される。当初は、この判断が否定されるので、ＳＢ５において発光させられる第１発光素子１８が切換られた後にＳＢ２以降が繰り返される。すなわち、ＳＢ５において、次回発光させられる第１発光素子１８が、前回ＳＢ２において発光させられた第１発光素子１８より一つ受光素子１６から遠い側に配置されている第１発光素子１８に設定された後に、ＳＢ２以降が繰り返される。
【００５７】
しかし、このＳＢ４の判断が肯定された場合には、すべての第１発光素子１８が発光させられたこととなるので、続くＳＢ６からＳＢ９において、ＳＢ２からＳＢ５までと同様の動作が、第２発光素子２０について行われる。すなわち、ＳＢ６において、受光素子１６に最も近い側の第２発光素子２０が一定時間Ｔ1 発光させられ、ＳＢ７において、第２光信号ＳＶIRが読み込まれる。そして、続くＳＢ８において、ＳＢ６における第２発光素子２０の位置が受光素子１６から最も遠い側の第２発光素子２０であるかが判断され、このＳＢ８の判断が否定された場合には、ＳＢ９において発光させられる素子が受光素子１６から一つ遠い側へ切り換えられ、ＳＢ６以降が繰り返される。本実施例では、ＳＢ２、ＳＢ４、ＳＢ５、ＳＢ６、ＳＢ８、ＳＢ９が発光素子選択手段８０に対応している。
【００５８】
しかし、このＳＢ８の判断が肯定された場合には、すべての第２発光素子２０が発光させられたこととなるので、続く周波数解析手段６４に対応するＳＢ１０において、ＳＡ７と同様にして、それぞれの発光素子１８、２０毎に、第１光信号ＳＶR の交流成分ＡＣR および直流成分ＤＣR と、第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣIRおよび直流成分ＤＣIRとが抽出される。続く交直成分比算出手段６６に対応するＳＢ１１では、ＳＡ８と同様にして第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）および第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）が算出される。
【００５９】
続くＳＢ１２では、図１２（ａ）に示すように、ＳＢ１１において算出された第１光信号ＳＶR の交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）の第１発光素子１８と受光素子１６との間の距離に対する増加率を示す曲線、および第２光信号ＳＶIRの交直成分比（ＡＣIR／ＤＣIR）の第２発光素子２０と受光素子１６との間の距離に対する増加率を示す曲線がそれぞれ算出され、続くＳＢ１３において、そのそれぞれ算出された増加率曲線において、最大値を示す発光素子１８、２０と受光素子１６との距離よりも受光素子１６との距離が遠い範囲で、増加率が基準値Ｂとなる発光素子１８、２０と受光素子１６との距離Ｄをそれぞれ決定する。
【００６０】
続くＳＢ１４では、ＳＢ１３においてそれぞれ決定された距離Ｄに基づいて、第１発光素子１８の最適発光素子および第２発光素子２０の最適発光素子を決定する。たとえば、増加率が基準値Ｂ以下となる範囲で受光素子１６との距離が距離Ｄに最も近い発光素子１８、２０を最適発光素子としてそれぞれ決定する。従って、本実施例では、ＳＢ１２、ＳＢ１３、ＳＢ１４が最適発光素子決定手段８２に対応している。
【００６１】
上述のように、本実施例によれば、発光素子駆動回路７８により、受光素子１６との間の距離が漸次異なるようにそれぞれ複数設けられた２種類の発光素子１８、２０が順次発光させられると、受光素子１６と発光素子１８、２０との距離がそれぞれ異なることにより、生体中の異なる深度で散乱された射出光が受光素子１６により受光される。受光された射出光は、交直成分比算出手段６６において交流成分ＡＣR 、ＡＣIRと直流成分ＤＣR 、ＤＣIRの比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）が算出され、最適発光素子決定手段８２において、その交流成分と直流成分の比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）の、発光素子１８、２０と受光素子１６との距離に対する変化曲線の一次微分曲線である、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）の、発光素子１８、２０と受光素子１６との距離に対する増加率を示す曲線を求め、その一次微分曲線の最大値を示す発光素子１８、２０と受光素子１６との距離よりも受光素子１６との距離が遠い範囲で、増加率が基準値Ｂ以下となる発光素子１８、２０と受光素子１６との距離に基づいて最適発光素子が決定されていた。
【００６２】
従って、前記一次微分曲線の最大値は、発光素子１８、２０から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が急に濃くなっている深度での散乱であることを示し、その一次微分曲線の増加率が基準値以下となる点は、発光素子１８、２０から発せられた光の散乱光が末梢血管の密度が十分に濃くなった深度での散乱であることを示しているので、生体に照射され、生体中で散乱されて受光素子により受光される２種類の波長の光の散乱光が散乱される深度をそれぞれ最適な深度に自動的に揃えることができ、反射型プロ−ブ１０の測定精度が向上する。
【００６３】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００６４】
たとえば、前述の第１発明に対する図１の実施例において、最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 を求める場合に、発光強度Ｅ1 、Ｅ2 と交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）との関係曲線Ｃ1 、Ｃ2 を算出し、その曲線Ｃ1 、Ｃ2 の変曲点ｉ1 、ｉ2 に基づいて最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 がそれぞれ決定されていたが、第２発明に対する実施例で最適発光素子が決定されたと同様に、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）と発光強度Ｅ1 、Ｅ2 との関係の変化曲線の一次微分曲線すなわち交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）の発光強度Ｅ1 、Ｅ2 に対する増加率を示す曲線に基づいて最適発光強度がそれぞれ決定されてもよい。
【００６５】
また、前述の第２発明に対する図８の実施例において、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）の、発光素子１８、２０と受光素子１６との距離に対する増加率を示す曲線Ｃ3 に基づいて最適発光素子がそれぞれ決定されていたが、第１発明に対する実施例で最適発光強度が決定されたと同様に、交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）と、発光素子１８、２０と受光素子１６との距離との関係曲線を算出し、その曲線の変曲点に基づいて最適発光素子がそれぞれ決定されてもよい。
【００６６】
また、前述の第１発明に対する図１の実施例において、最適発光強度決定手段６８では、変曲点ｉ1 、ｉ2 を示す発光強度Ｅ1 、Ｅ2 より一定量ａだけ強い発光強度を最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 として決定していたが、変曲点ｉ1 、ｉ2 を示す発光強度Ｅ1 、Ｅ2 が最適発光強度ＡＥ1 、ＡＥ2 として決定されてもよい。
【００６７】
また、前述の２つの実施例では、反射型プロ−ブ１０、７０が酸素飽和度測定に用いられていたが、ヘマトクリット値を測定するヘマトクリット値測定装置に用いられてもよい。
【００６８】
また、前述の２つの実施例では、２種類の発光素子１８、２０から発光された光の散乱光が、共通の受光素子１６により受光されていたが、単一の波長のみを受光する受光素子がそれぞれの波長に対応して設けられてもよい。この場合は、第１発光素子１８および第２発光素子２０は交互に発光させられる必要はなく、同時に発光させられてもよい。
【００６９】
また、前述の第２発明に対する図８の実施例では、演算制御回路４２からの駆動指令信号ＳＬＤを受けた発光素子駆動回路７８により、第１発光素子１８が受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へと順に発光させられ、さらに第２発光素子２０が受光素子１６に最も近い側から最も遠い側へと順に発光させられていたが、発光素子１８、２０の受光素子１６との距離と交直成分比（ＡＣR ／ＤＣR ）、（ＡＣIR／ＤＣIR）が明確であれば、その他の順で発光させられてもよい。
【００７０】
また、前述の第２発明に対する図８の実施例において、反射型プロ−ブ７０には、受光素子１６からの距離が漸次異なるように、長手状に第１発光素子１８および第２発光素子２０が配置されていたが、受光素子１６を中心として、同心円状に複数の遮光壁が設けられ、その複数設けられた遮光壁と遮光壁との間に、発光素子１８、２０が環状に設けられることにより、受光素子１６からの距離が漸次異なるように配置されてもよい。
【００７１】
また、前述の第２発明に対する図８の実施例では、一組の発光素子１８、２０毎に遮光壁７６が配置されていたが、受光素子１６と、受光素子１６と最も近い発光素子１８、２０との間に比較的大きい遮光壁８４が設けられることによって、受光素子１６に受光される散乱光の散乱深度が変化させられるものであってもよく、たとえば、図１４に示すような反射型プロ−ブ８６が用いられてもよい。図１４は、反射型プロ−ブ８６の図９のＡ−Ａ線と同様の線での断面図を示している。この反射型プロ−ブ８６の場合は、前述の実施例の反射型プロ−ブ７０と同様の検出範囲を得ようとすると、プロ−ブ８６全体は大きくなるが、遮光壁８４が一つで済むので、プロ−ブ８６の構造が簡単となる利点がある。また、この場合、受光素子１６から最も遠い側の発光素子１８、２０からの光の散乱光が、最も体表面１２から浅い部位からの散乱光を含んでいる。
【００７２】
その他、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１発明の一実施例である反射型プロ−ブを備えた酸素飽和度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】受光素子により検出される光電脈波信号の周期的な変動を例示する図である。
【図３】図１の実施例の演算制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【図４】図３の周波数解析手段において解析された第１光信号ＳＶR 或いは第２光信号ＳＶIRの交流成分ＡＣR 或いはＡＣIRおよび直流成分ＤＣR 或いはＤＣIRを示す図である。
【図５】図３の最適発光強度決定手段において求められる発光強度と交直成分比との関係曲線を示す図である。
【図６】図３の酸素飽和度算出手段において用いられる関係を示す図である。
【図７】図１の実施例の演算制御装置の制御作動のうち最適発光強度を決定する動作の要部を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第２発明の一実施例である反射型プロ−ブを備えた酸素飽和度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図８の反射型プロ−ブを生体の体表面に対向する側から見た図である。
【図１０】図８の実施例の第１発光素子と受光素子との距離と、受光素子により受光される射出光の散乱深度との関係を示す図である。
【図１１】図８の実施例の演算制御装置の制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。
【図１２】図１１の最適発光素子決定手段において求められる交直成分比の、発光素子と受光素子との距離に対する増加率を示す図である。
【図１３】図８の実施例の演算制御装置の制御作動のうち最適発光素子を決定する動作の要部を説明するフローチャートである。
【図１４】第２発明の他の実施例である反射型プロ−ブの、図９のＡ−Ａ線と同様の線での断面図を示す図である。
【符号の説明】
１０、７０、８６：反射型プロ−ブ（反射型光電脈波検出装置）
１６：受光素子
１８：第１発光素子
２０：第２発光素子
２４、７６、８４：遮光壁
３０、７８：発光素子駆動回路
６２：発光強度変化手段
６６：交直成分比算出手段
６７：最適発光強度決定手段
６８：最適発光強度調節手段
８０：発光素子選択手段
８２：最適発光素子決定手段
８３：最適発光素子選択手段
Claims (2)
- ハウジングと、該ハウジングに収容されて生体の表皮に向かって複数種類の波長の光を照射する複数種類の発光素子と、該ハウジング内において遮光壁を介して該発光素子から所定距離離れた位置に収容され、該複数種類の発光素子からの光が該生体表皮下で散乱を受けて体表面から射出される複数種類の波長の光を受光する受光素子とを備え、該複数種類の波長の射出光に基づいて生体情報を得るための光電脈波をそれぞれ検出する反射型光電脈波検出装置であって、
前記複数種類の発光素子に順次駆動電流を供給し、且つ該発光素子のそれぞれの発光強度を調節することが可能な発光素子駆動回路と、
前記受光素子により検出された射出光の交流成分と直流成分の比を前記波長毎にそれぞれ算出する交直成分比算出手段と、
前記受光素子により検出された射出光から前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と前記発光素子駆動回路によって駆動される発光素子の発光強度との関係を波長毎に求め、その関係から、前記波長毎にそれぞれ最適発光強度を決定する最適発光強度決定手段と、
前記光電脈波の検出に先立って、該最適発光強度決定手段により決定された最適発光強度で前記発光素子駆動回路に前記複数種類の発光素子をそれぞれ発光させる最適発光強度調節手段と
を、含むことを特徴とする反射型光電脈波検出装置。 - 生体の表皮に向かって複数種類の波長の光を照射する複数種類の発光素子と、該発光素子から所定距離離れた位置に収容され、該複数種類の発光素子からの光が該生体表皮下で散乱を受けて体表面から射出される複数種類の波長の射出光を受光する受光素子とを備え、該複数種類の波長の光に基づいて生体情報を得るための光電脈波をそれぞれ検出する反射型光電脈波検出装置であって、
前記複数種類の発光素子と受光素子とが相互間に遮光壁が介在させられた状態で収容され、且つ複数種類の波長毎に設けられた複数の発光素子が、前記受光素子との間の距離が漸次異なるようにそれぞれ設られたハウジングと、
該ハウジング内にそれぞれ複数設けられた複数種類の発光素子の中から波長毎に発光させるべき発光素子を選択的に発光させることが可能な発光素子駆動回路と、
前記受光素子により検出された射出光の交流成分と直流成分の比を前記波長毎にそれぞれ算出する交直成分比算出手段と、
前記受光素子により検出された射出光から前記交直成分比算出手段により算出された交流成分と直流成分の比と前記発光素子駆動回路により選択される発光素子の前記受光素子との距離との関係を波長毎に求め、その関係から、前記波長毎にそれぞれ最適発光素子を決定する最適発光素子決定手段と、
前記光電脈波の検出に先立って、前記最適発光素子決定手段により波長毎に決定された最適発光素子を前記発光素子駆動回路に発光させる最適発光素子選択手段と
を、含むことを特徴とする反射型光電脈波検出装置。
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