JP3795590B2

JP3795590B2 - パルス酸素計

Info

Publication number: JP3795590B2
Application number: JP26745496A
Authority: JP
Inventors: ディーター・ヴォエール
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-10-10
Filing date: 1996-10-08
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2016-10-08
Also published as: JPH09108203A; DE19537646C2; DE19537646A1; US5846190A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス酸素計測法による誤り測定値検出方法及びパルス酸素計に関し、特に、パルス酸素計測法により測定対象（例えば、患者）の酸素飽和を測定することであり、例えば、周囲光により誤りを生じたパルス酸素計測定値を認識し表示することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルス酸素計測法は、例えば、手術講義室で又は集中治療ユニットで、患者の状態を監視する非侵入法的計測法である。この目的で、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源を組み込んだセンサ又は変換器、例えば、指センサを通常採用している。異なる波長の（例えば、赤及び赤外の帯域にある）二つ以上のこれらＬＥＤを使用することができる。これらの光源により放出される光は、監視中の患者の組織に導入され、フォトダイオード又はフォトトランジスタのような光受容体が組織を通過し、又は組織により反射された光の強さを測定する。透過を測定するには、すなわち、組織を通過した光を測定するには、送信及び受信ダイオードを人間の組織の異なる側に設置するが、反射の測定にはそれらを組織の同じ側に設置する。
【０００３】
測定値を少なくとも二つの波長で測定すれば、受信器側で測定した強さを使用して患者の動脈血内の酸素飽和を計算することができる。基礎を成す、光吸収のランベルトベールの法則を利用している、理論の非常に良い要約はＥＰ262778Ａに見いだされる。センサは、着脱自在の変換器ケーブルを介してパルス酸素計に接続されているが、通常少なくとも二つのＬＥＤを備えており、これらは例えば波長が６５０ｎｍ（赤）及び１０００ｎｍ（赤外）の光を放出する。送信ダイオードのフィールド電流を変えることにより、放出光の強さを修正することができる。光受容体により受信された光電流をパルス酸素計により測定し、動脈血内の酸素飽和を計算するのに使用する。
【０００４】
しかし、パルス酸素計測定値に伴う一般的問題は、それが環境影響に反応する光測定法であるということである。換言すれば、周囲光がセンサの光受容体に当たり、したがって、測定値を誤らせる可能性がある。事実、この効果は特に臨床講義環境で生ずる。ネオン管のような、更に異なる状態で異なる供給周波数で操作される多数の光学的外乱源が存在するからである。
【０００５】
これまで、この不要な周囲光効果を排除する解決法を探してきた。一つの周知の方策は、たとえば、周囲光レベルの指標を得るために送信ダイオードを遮断した状態で光受容体の光電流を記録することから成る。したがって、時分割多重で動作する送信ダイオードは定期的に遮断され、これらいわゆるダーク段階で測定される信号は後に実際の測定値から排除される。
【０００６】
しかし、このダーク値測定は、ＥＰ102816Ａ2 に説明されているように、常に満足な結果を与えるとは限らない。特にこのダーク値測定は、ダーク値及び測定信号は決して同時に記録されないので、周囲光妨害が測定サイクルの繰り返し速さに関連して非常に低いときにのみ満足に働くことが明らかになっている。多数の診療所で普通の蛍光照明の使用は妨害振幅を備えた約５ｋＨz までのスペクトル成分が周囲光の中になお存在し、続くアナログ信号のサンプリング中にサンプリング速さの倍数に近い周波数帯域にあるスペクトル成分が有効周波数範囲に巻き込まれ、もはやフィルタリングによって排除することはできないということを意味する。
【０００７】
周囲光の影響を減らす他の方法は測定サイクルの繰り返し割合及び測定サイクル内の測定及びダーク段階の配置を適切に選択することから成る。しかし、この方法も、国際的に動作する装置では５０Ｈｚ及び６０Ｈｚの双方の供給周波数を考慮しなければならない。また、供給周波数自身も或る許容差を受けるので、限界がある。
【０００８】
妨害周囲光成分を抑制する更に他の方法は、米国特許第5,368,224 号公報に記されている。そこでは、装置は異なるデマルチプレクサ周波数の間で前後に切り替わり、この場合特定のデマルチプレクサ周波数を選択する規準は他の周波数に関連する低ノイズレベルである。この方法も適切な周波数の選択を利用しており、調和波範囲から有効な周波数帯域への巻き込みに対して適切な刺激繰り返し割合の選択と同じ制限を受ける。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これら既知の解法は、全て信号品質を改善しているが、周囲光の問題を完全に排除することができない。精密にこれらのしばしば非常に高い強さの光が病院に存在すれば、測定信号は周囲光を非常によく抑制したにも拘らずなおも妨害を受ける可能性がある。特にセンサがもはや正しく患者に取り付けられないか又は脱落さえして、事実、センサが周囲光成分を測定しているだけであるという危険がある。この場合には、センサ及びその背後にあるアルゴリズムは周囲光内の患者信号の残りを認識している、すなわち、パルス酸素計で設定した警報限界内にある酸素飽和値を決定しているという事態が生ずることがあり、出願人は事実このような事例を耳にしている。これは、ユーザ又はオペレータが患者又はパルス酸素計の直接傍らに居なければ間違いが生じたことを告げることができないので、明らかに患者に直接の脅威を示す。したがって、患者はもはや監視されていず、決定的生理学的状態をもはや監視員、例えば、医師に伝えることができない。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、周囲光を認識する改善された方法及び対応するパルス酸素計を開発することである。特に、その目的は、周囲光を抑制する既知の対策にも拘らず、なおも測定信号中に残存する周囲光妨害を認識してそれを数量的に確定し、それからユーザに直接伝えられるか又は値が一定の限界の上又は下にあるとき警報又は「ＩＮＯＰ」メッセージをトリガする測定信号の質に対する指標を得ることである。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、可能な限り、慣習的パルス酸素計に既に存在する構成要素（ハードウェアおよびソフトウェアの双方の構成要素）を活用して必要な修正を可能な限り少なくすることである。
【００１２】
そこで、本発明は、測定対象の酸素飽和を測定するパルス酸素計であって、少なくとも二つの波長の光を測定対象の組織に照射する少なくとも一つの刺激光源と、組織を透過した光又は組織により反射された光を測定する少なくとも一つの光受容体と、測定信号のフィルタリングのための第１のフィルタ及び第１のアナログ／デジタル変換器を備えて前記光受容体で受け取った測定信号を処理する測定信号処理チャネル手段と、前記測定信号から酸素飽和を計算する処理ユニットとを備えるパルス酸素計において、前記測定信号処理チャネル手段と同様に第２のフィルタ及び第２のアナログ／デジタル変換器を備え、刺激光源の強さが、遮断され又は変調されている期間だけ作動する周囲光処理チャネル手段を備えることを特徴とし、あるいは、測定対象の酸素飽和を測定するパルス酸素計であって、異なる波長の少なくとも二つの刺激光源用の刺激回路と、光受容体からの信号を受信する受信回路と、測定信号のフィルタリングのための第１のフィルタ及び第１のアナログ／デジタル変換器を備えて前記受信回路で受け取った測定信号を処理する測定信号処理チャネル手段と、前記測定信号から酸素飽和を計算する処理ユニットとを備えるパルス酸素計において、前記測定信号処理チャネル手段と同様に第２のフィルタ及び第２のアナログ／デジタル変換器を備え刺激光源の強さが、遮断され又は変調されている期間だけ作動する周囲光処理チャンネル手段を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明のパルス酸素計は、妨害周波数帯域にあるスペクトル成分を決定する（従って、測定周囲光の排除、既に述べたいわゆる「ダーク値排除」よりはるかに先に進んでいる）ことに基づいている。本発明の方法の一つの実施の形態の例では、周囲光を別の期間で測定し、分布周波数領域にあるそのスペクトル成分を測定する。周囲光測定段階中、ダーク値の決定の場合のように、送信器（例えば、２個のＬＥＤ）を遮断するか、又は強さを修正するが、ダーク値を排除するのに周囲光測定を使用せず、実際の測定信号と精密に同じ仕方で処理する。すなわち、特にフィルタリングし、必要ならＡ／Ｄ変換により変換する。この手段により、測定チャネルの有効周波数帯域に巻き込まれる周囲光の全てのスペクトル成分も周囲光チャネルの有効周波数帯域の領域に巻き込まれることになる。
【００１４】
その振幅を表す値を今度はデジタル化周囲光信号から計算する。好適には、この値は周囲光信号の有効値又はピーク振幅、又は整流された周囲光信号の平均値である。同じ仕方でデジタル化測定値の振幅を表す値、すなわち、好適には測定信号の有効値又は振幅、又は整流された周囲光信号の平均値を得る。この第２の計算にはどのような測定チャネルをも使用することができ、好適な実施の形態例ではこれは赤外測定チャネルであるが、当然それを赤線スペクトルのものに、又はその双方にすることもできる。
【００１５】
測定信号及び周囲光信号の振幅を表す二つの値の間の関係を決定することができ、この関係を信号品質の尺度として使用することができる。この関係を商として直接計算することができ、次に有効信号対ノイズ信号比として解釈することができる。代わりに、その対数形をも信号対ノイズ比として利用することができる。信号品質のこの尺度を今度はユーザに、例えば、直接数値の形態又は図式の形態でユーザに伝えることができる。脱落している（今は周囲光成分だけを測定している）センサについて、有効信号対ノイズ信号比はそれ故１であり、信号対ノイズ比は０である。しかし有効信号対ノイズ信号比又は信号対ノイズ比を所定の不変又は可変の閾値と比較し、それらの比がこの閾値より低ければ利用し得る有効酸素飽和測定値がもはや存在しないという事実及び患者がもはやこの局面で監視されていないという事実にユーザの注意を引きつける警報をトリガすることも可能であり、これも望ましい。何が必要かにより、警報、好適にはいわゆる「ＩＮＯＰ」警報は音響及び／又は視覚信号の形を取ることができ、中央ユニットなどへの警報信号を経てトリガされることができる。
【００１６】
この点で二つの場合を区別しなければならず、その一方は他方の特殊な場合を表している。特殊な場合を最初に説明すべきである。これは、修正信号を測定する期間中に刺激光源が遮断されていれば存在する。ここで、測定段階ｎに対する有効信号対ノイズ信号比ＮＳＶｎは、次の式に従って求めることができる。
ＮＳＶｎ＝Ｎｎ／Ｕ＝（（Ｎｎ＋Ｕ）／Ｕ）−１＝（Ｍｎ／Ｕ）−１…（１）
ここで、Ｍｎは、測定段階ｎからの測定信号の有効値（又は平均、又はピーク値）であり、Ｎｎは、測定段階ｎからの有効信号の有効値（又は平均、又はピーク値）であり、Ｕは、刺激光源を遮断した状態での周囲光信号の有効値（又は平均、又はピーク振幅）である。当然、有効信号対ノイズ信号比の代わりに、信号対ノイズ比（２０ｌｏｇＮＳＶn ）をも使用することができる。
【００１７】
今説明したばかりの事例の一般化は修正信号を測定するが、代わりに強さが修正されている期間中に刺激光源が遮断されていなければ得られる。この場合には、修正信号に測定光成分及び周囲光成分の双方が含まれている。しかしこの場合にも、次の説明で示すように、代表的な値を純周囲光信号について計算することができ、又は有効信号対ノイズ信号比を決定することができる。
【００１８】
Ｍ_n,1を強さ１の場合の測定段階ｎにおける交番信号成分の有効値又は振幅、Ｍ_m,2を（修正）強さ２（ｎ＝ｍが可能である）の場合の測定段階ｎにおける対応する値としよう。Ｎ_n,1を強さ１の場合の測定段階ｎにおける交番信号成分の有効値又は振幅、Ｕを周囲光信号（＝ノイズ信号）の有効値又は振幅とする。そうすると
Ｍ_n,1＝Ｎ_n,1＋Ｕ …（2a）
Ｍ_m,2＝ａ・Ｎ_n,1＋Ｕ …（2b）
因数ａは、有効信号が修正刺激光源の強さと共にそれだけ変化するが、既知であると仮定する。因数ａをセンサ特性から得ることができ、又は次の式から計算することができる。
ａ＝Ｇ_m,2／Ｇ_n,1 …（３）
（ここでＧ_n,1＝強さ１の場合の測定段階ｎにおける測定信号の直接信号成分であり、Ｇ_m,2＝強さ２の場合の測定段階ｎにおける測定信号の直接信号成分である）。二つの式（2a）及び（2b）を置き換えると純周囲光成分について、
Ｕ＝（Ｍ_m,2−ａ・Ｍ_n,1）／（１−ａ） …（４）
が得られ、有効信号対ノイズ信号比は、
ＮＳＶ_n,1＝（Ｍ_n,1・（１−ａ））／（Ｍ_m,2−ａ・Ｍ_n,1）−１…（５）
（ＮＳＶ_n,1＝強さ１の場合の測定段階ｎに対する有効信号対ノイズ信号比）
信号対ノイズ比は、
ＳＮＲ_n,1＝２０ｌｏｇＮＳＶ_n,1 …（６）
（ＳＮＲn,1 ＝強さ１の場合の測定段階ｎに対する信号対ノイズ比）
【００１９】
確実に明らかなように、強さ２を０（Ｇ_m,2＝０）に設定すれば、その場合にはａ＝０であるから、上の式（５）を式（１）に簡単化することができる。信号対ノイズ比の定義も再びこの第１の場合に帰着する。
【００２０】
本発明の方法は、信号品質の（又は、相関的に、妨害周囲光信号の強さの）指標となり、不正確測定値に対する別の防衛手段を提供する。したがって、センサが（なお）患者に正しく取り付けられているかを正確に検出することができる。特に、センサが患者から脱落していれば、警報が確実にトリガされる。（誤り測定値を認識する本発明の方法がなければ、周囲光信号が患者信号として誤って解釈され、警報がトリガされないという危険がある。）しかしセンサが患者に正しく取り付けられていても、本発明の方法は、例えば、医師により設定された閾値より低いＳｐＯ₂ 測定値を表示するが、環境の影響のためこの閾値より上の値を測定して表示したとき、トリガされない閾値警報に対する別の防衛手段を提供する。更に、有効信号対ノイズ信号比及び／又は信号対ノイズ比が数値又は図形の形で表示されれば、ユーザは測定の品質を、例えば、センサを装着する仕方を変え、センサの位置を覆う環境光から遮蔽する）などにより、改善することができる。
【００２１】
有効信号対ノイズ信号比は周囲光成分の振幅を表すことができる量だけではなく、信号品質の尺度としても役立つ。代わりに、この目的で他の量、特に周囲光成分自身の振幅又は周囲光成分の振幅とデジタル化測定信号を表す値の振幅との差を使用することも可能である。
【００２２】
本発明の方法は好適には周囲光を抑制する他の方策と関連して採用されることが容易に認められる。原理上、本発明の方法のみを使用することが可能であるが、この方法を既知の他の方策と組み合わせれば更に良い結果が一般に期待される。一つの選択肢は、ダーク値の排除と組み合わせることであり、この場合には、周囲光成分を測定し、測定信号及び本発明の方法に従って得られた周囲光信号から排除する。これにより誤り測定値に対する防備が増大する。
【００２３】
変化する強さに対する測定値を得るのに別のチャンネルを使用すれば、測定信号の同一の又は疑似同一の信号処理により有効チャンネルにある測定信号に重なる全ての妨害も別のチャネルで見えるようになる。この目的で、測定信号及び別のチャネルにある信号を同じサンプリング速さでサンプルし、これら全ての信号に対して同じダーク値の排除を行い、それらに同じフィルタをかけるなどの試みが行なわれている。特に、二つの信号群に低域及び高域のフィルタリングをかけ、好適には同じ高域通過及び整流をも加える。高域通過により、測定信号及び周囲光信号の交番成分だけがこれら信号の振幅を表す値の比を計算するのに使用される。整流及び低域通過は問題としている信号の平均値を形成することができるようにするもので、有効信号対ノイズ信号比及びそれから得られる信号対ノイズ比を決定するのに特に適している。
【００２４】
時分割多重で動作する測定方法で周囲光段階をダーク値段階の直前又は直後に置くことも有利である。こうすれば周囲光信号が、全てのチヤンネルでの周囲光妨害も互いに完全に相殺される周波数についてのダーク値の排除によって、完全に排除されるだけであることが保証される。
【００２５】
本発明の方法の特定の長所はその実施に現存するパルス酸素計を比較的わずかだけ修正すればよいという事実である。下記において、どんな回路修正をも必要とせず（又はとにかく非常にわずかしか必要としない）、単に本質的にプログラミングの適応だけが必要な、本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施の形態を図面を用いて説明する。
本の実施の形態においては、光受容体の出力信号はマルチプレクサに加えられ、各測定信号は、測定信号に割当てられた処理チャネルと実質上同一の別の処理チャンネルが周囲光信号のために設けられている少なくとも一つの処理チャネルの間に分配される。この解決法は冗長処理チャネルを既に所持しており（これは頻繁な事例である）且つその時分割多重構成が別の処理チャネルの動作を可能とするパルス酸素計にとって明らかな選択肢である。
【００２７】
しかし、この解決法が不可能であるか又は必要でなければ、周囲光信号の処理を既に利用可能である測定チャネルの一つで行なうことができる。この目的で、刺激光源の強さを定期的に中断し、得られる中断期間を利用して周囲光信号を記録し、処理することが好都合である。酸素飽和は比較的変化の鈍い患者パラメータであるから、短時間の中断は非常に大きい結果をもたらすものではなく、有効な解決法を表すことができる。上述した一般化によれば、一つの刺激光源の強さを修正する（すなわち、測定信号を遮断せず、その強さだけを修正する）ことだけが可能であり、従って、酸素飽和測定の中断を完全に回避することができる。
【００２８】
本実施の形態は、患者の酸素飽和を下記を用いて測定するパルス酸素計にも関係する。
・少なくとも二つの波長の光を患者の組織に照射する少なくとも一つの刺激光源、
・組織を透過した、または組織により反射された光を測定する少なくとも一つの光受容体、
・光受容体が受け取った測定信号のための測定信号チャンネルであって、各測定信号処理チャネルがこれら測定信号をフィルタリングし、アナログ／デジタル変換するフィルタ及びアナログ／デジタル変換器を備えている測定信号チャネル、
・フィルタリングされ且つアナログ／デジタル変換により変換された測定信号から酸素飽和を計算する処理ユニット、好適にはマイクロプロセッサ、
・測定信号処理チャネルと同じようなフィルタ及びおそらくはアナログ／デジタル変換器を備え、周囲光処理チャネルは刺激光源が遮断されている、又は変調されている期間でだけ作動する周囲光処理チャネル。
【００２９】
本発明を図を参照して好適な実施の形態を更に詳細に説明することにする。
【００３０】
図１は、付随するセンサを備えたパルス酸素計の回路をブロック図の形で示している。センサを破線１の部分で概略表しており、実際にはそれは例えばＤＥ- Ｃ-3 703 458に記されているようなフィンガセンサでよい。それは光を患者の指３に伝える、やはり概略表した、送信ダイオード２を備えている。パルス酸素計測定を行なうには、組織に少なくとも二つの波長の光を与える必要がある。送信ダイオード２は、従って実際には、例えば、米国特許第5,058,588 号公報に記されているように、並列配置されている二つの発光ダイオードから構成されている。この実施の形態では、一方の送信ダイオードは一つの極性のパルスにより動作するが、他方の送信ダイオードは、反対極性のパルスにより動作する。実際には、赤及び赤外の発光ダイオードなどを採用することができる。
【００３１】
時間制御ユニット４は、どの送信ダイオードをいつ活動させるか制御する。この時間制御ユニット４は、増幅器回路５を経て送信ダイオードに接続されている。実際にはこの接続は、センサケーブルにより行なわれる。すなわち、増幅器回路５は、パルス酸素計の構成要素であるが、送信ダイオード２はセンサに組み込まれている。
【００３２】
センサ１の部分であるフォトダイオード６は、指３を通して送信される送信ダイオード２の光を受け取る。受け取った光の強さは、指の組織に吸収されて減衰し、患者血液の酸素飽和を既知の方法でこの減衰から決定することができる。
【００３３】
時間制御ユニット４による送信ダイオード２の制御は時分割多重の方法で行なわれる。ここに例示した実施の形態では四つの規則正しく繰り返す期間がある。第１の期間中、送信ダイオードは遮断されており、周囲光成分（ここでは、「ダーク値」とも言う）が測定される。第２の期間中、赤の送信ＬＥＤが導通し、第３の期間中、赤外送信ＬＥＤが導通する。第４の期間は後に説明する仕方で周囲光信号を測定し、これに続いて有効信号対ノイズ信号比を計算する目的のものである。
【００３４】
フォトダイオード６が受け取った信号は、最初入力増幅器７に加えられ、そこから低域特性を持つ入力フィルタ８に加えられる。時分割多重では送信信号及び受信信号も高周波成分を含むパルス列として表されるから、入力フィルタ８に対して比較的高い閾値周波数を選定しなければならない。このようにして測定値が別々の測定段階内に十分な精度でそれらの最終値に静定することができる。
【００３５】
フォトダイオード６と入力増幅器７との間の線（実際にはセンサケーブル）上にある信号９を信号１０〜信号１３で表している。第１段階の信号10の期間中、ダーク値を測定し、第２段階の信号11の期間中、赤の値を、第３段階の信号12の期間中、赤外値を、及び第４段階の信号13の期間中、周囲光信号を測定する。測定が進行中全信号パターンを連続的に繰り返す。
【００３６】
点線14で示したように、時間制御ユニット４は、マルチプレクサ15をも刺激信号と同期して制御する。受信信号を次に参照記号１６から１９を付けた全部で四つの処理チャンネルの間に分配する。これら各チャネルは測定信号、すなわちダーク値または周囲光信号を処理する責務を持っている。
【００３７】
処理チャンネル１６は、ダーク値、すなわち、時間間隔１０の信号期間中に記録された信号をここで処理する責任を持つ。この処理チャネルは、本質的に信号を帯域制限し、各測定値を保持する役目をする低域フィルタ２０から構成されている。低域フィルタ２０がもはや時間信号９に表された混合パルス列に従うことができる必要がなくなり、ダーク値信号に従うだけでよいので、その閾値周波数入力フィルタ８の閾周波数よりはるかに低く選定することができる。低域フィルタ20の出力信号を次に三つの加算点２１、２２及び２３に伝える。これら加算点の機能を以下に詳細に説明する。
【００３８】
処理チャネル１７は、赤ＬＥＤの測定信号についてダーク値処理チャネル１６と同様に働く。このチャネルは、赤送信ダイオードが導通しているときだけ活動する、すなわち、マルチプレクサ１５により選択される（時間信号９の参照信号11と比較すること）。赤ＬＥＤが導通している期間中に患者の指を通して送信された信号は低域フィルタ２０と同様の又は同じ特性の低域フィルタ２４に加えられる。次に、低域フィルタ２４の出力信号は加算点２１に加えられ、そこで、ダーク値、すなわち、フォトダイオード６が受け取った光の周囲光成分が検出される。次に得られた信号はアナログ／デジタル変換器２５に到達し、デジタル化の後、デジタル低域フィルタ２６で再び帯域制限される。
【００３９】
低域フイルタ２７、加算点２２、アナログ／デジタル変換器２８及びデジタル低域フイルタ２９を備えている赤外処理チャネル１８は、ここでは赤外受信信号１２を考慮している他は、対応する仕方で働く。二つのデジタル低域フィルタ２８及び２９の出力信号は次に、既知のアルゴリズムに基づきこれらの値（図１ではＳｐＯ₂ という）から患者の酸素飽和を計算する処理ユニット３０、典型的にはマイクロプロセッサに加えられる。
【００４０】
これまで説明したパルス酸素計の構成要素は最新技術のものに対応する。他方、新規性は点線のブロック３１で示した構成要素であり、これを用いて酸素飽和信号の品質の尺度及び特に周囲光成分によるその誤りを計算し且つこれを使用してＳｐＯ₂ 測定値を排除してユーザに警告する。
【００４１】
処理チャンネル１９が活動している間、送信ダイオードも遮断されている、参照信号13を参照のこと。チャネル１９での周囲光信号の処理はチャネル１７及び１８での赤信号及び赤外信号の処理と同じように行なわれる。これはフォトダイオード６により測定された信号をまず低域フィルタ３２で帯域制限し、ダーク値をこの低域フィルタの出力信号から排除し（加算点２３）、排除された信号をアナログ／デジタル変換器３３でデジタルにし、デジタル低域フィルタ３４で再び帯域制限することを意味する。このようにして、周囲光成分の処理は構成要素２１、２２及び２４乃至２９での赤及び赤外の測定値の処理に対応している。
【００４２】
デジタル低域フィルタ３４の出力における周囲光信号は、さらに周囲光信号の交番成分を選択する高域フィルタ３５に加えられる。それに続いて整流器３６により整流され、低域フィルタ３７により平均される。低域フィルタ３７の出力に今度は本質的に時定数信号が存在し、これは周囲光信号の振幅に比例している。
【００４３】
構成要素３８乃至４０から成る更に他の処理経路で、赤外測定信号が構成要素３５乃至３７で周囲光信号について行なわれると同じように処理される。ここで構成要素３８乃至４０により処理される信号は測定信号、すなわち、送信ダイオードが導通した状態で記録した信号でなければならないことを強調しなければならない。しかし赤外チャネルは必ずしも選択されなくてよく、赤測定チャネルを代わりに接続することができる。
【００４４】
高域フィルタ３８、整流器３９及び低域フィルタ４０で処理することにより、赤外測定信号の振幅に比例する整流済み信号が低域フィルタ４０の出力に生ずる。次に低域フィルタ３７及び40の出力が有効信号対ノイズ信号比を計算する計算ユニット又は比計算ユニット４１に加えられる。ここでＭは赤外測定信号の振幅に比例する値であるが、Ｕは周囲光信号の振幅に比例する値である。有効信号対ノイズ信号比は次の式に従って計算される。
ＮＳＶn ＝Ｍn/Ｕ−１ …（７）
ここでＭn は測定段階ｎからの信号の振幅に比例する値であり、Ｕは周囲光信号の振幅に比例する値であり、ＮＳＶn は測定段階ｎからの有効信号対ノイズ信号比である。
【００４５】
当然、有効信号対ノイズ信号比の代わりに信号対ノイズ比を計算することも可能である。これは、次の式で得られる。
ＳＮＲｎ＝２０ｌｏｇＮＳＶｎ …（８）
ここで、ＳＮＲｎは、測定段階ｎに対する信号対ノイズ比である。
【００４６】
整流済み周囲光信号のピーク振幅又は有効値を、その平均値の代わりに使用することも等しく可能である。
【００４７】
有効信号対ノイズ信号比を今度は、線４２で示すように、さらにアルゴリズム的に処理することができる。典型的な実施の形態を図１にさらに示している。ここで、有効信号対ノイズ信号比ＮＳＶの計算値を、この値を閾値Ｇと比較する比較器４３に加える（線４４）。有効信号対ノイズ信号比が、この閾値より小さければ、すなわち、有効信号も妨害周囲光信号に比較して小さく、妨害周囲光信号が大きい程にその上に乗っていれば、経路４５を経て警報を、例えば、視覚及び／又は音響警報を発生して人間のオペレータを監視中の患者のベッドに呼び集める。この事例は特に、センサが患者から脱落したが、強い周囲光妨害のため、この測定について設定した警報限界内にあるためのＳｐＯ₂を測定する場合に発生することがある。この場合にも、本実施の形態の構成によれば、有効信号対ノイズ信号比があまりにも小さくなってしまったを検出することができ、線路４５を経由して周囲光信号警報又はノイズ信号警報信号を発生する。警報を発生するのではなく、単に対応する測定値を排除することも当然可能である。
【００４８】
有効信号対ノイズ信号比の代わりに信号対ノイズ比を使用して警報をトリガできることが容易に認められる。センサが脱落していれば、有効信号対ノイズ信号比は１になり、信号対ノイズ比は０になる。
【００４９】
処理チャネル１９で周囲光を処理する手順は、測定チャネル１７及び１８で測定信号を処理する手順と同じであるという事実の結果、妨害周波数範囲にある周囲光のスペクトル成分を測定する。このことは測定チャネルの有効周波数帯域に巻き込まれる周囲光のすべてのスペクトル成分も周囲光処理チャネルの有効周波数帯域範囲に巻き込まれることを意味する。その結果として、有効周波数帯域（たとえば、０．５から５Ｈｚ）にある周囲光のスペクトル成分は帯域フイルタにより選択され、整流信号の有効値、振幅、または平均値が決定され、整流された有効信号の有効値、振幅、又は平均値に対するその比が決定される。ここで不可欠なのは、有効信号チャネル又は測定チャネルで信号を覆っている全ての妨害も周囲光チャネルで見えることを保証するために測定チャネル及び周囲光処理チャネルでの信号処理が同じである（すなわち、同じサンプリング速さ、同じダーク値推論、同じフィルタリングなど）ということである。
【００５０】
最後に、有効信号対ノイズ信号比ＮＳＶを例えば、数値又は図形の形で直接ユーザの注意を引かせることができる。ユーザはこうして信号品質の尺度を所持し、例えば、センサの適用又は配置を変えることにより、センサ位置を覆うこと（周囲の影響から遮蔽する）などにより、これに積極的に影響を与えることができる。
【００５１】
周囲光段階をダーク段階の直前又は直後に始めるのが有利である。こうすれば周囲光信号が全ての測定チャネルに関する周囲光妨害も互いに完全に相殺される周波数についてダーク値排除により完全に排除されることが保証される。図１ではこの条件周囲光段階１３の直後に他のダーク段階１０があるので満たされている（上述のように、測定中時間信号９は連続的に繰り返される）。
【００５２】
ここに説明した例では、刺激光源は有効信号対ノイズ信号比を決定するために定期的に遮断される。しかし当然、導入の説明で概説したように、同じ結果を刺激光源を定期的に変調することにより達成することができる。
【００５３】
図１に示す実施の形態の代案として、別の周囲光処理チャネル（図１の参照信号19）を使用せず、測定チャネル自身で周囲光測定値を排除することも可能である。これにより回路構成要素が節約されるが、周囲光測定のため測定チャネルとしてのその動作が中断されれば、周囲光測定中測定チャネルで酸素飽和測定を行なうことができない。したがって時間図の形で、図２（ａ）及び図２（ｂ）は測定チャネルで強さを０まで減少させずに、刺激光源の強さだけを変調することで更に良い解決法を示することができる。
【００５４】
図２（ａ）によれば、測定チャネル１７及び１８は周囲光測定に使用されており、これは両刺激光源の強さ変調により達成されている。この図では、期間４６は刺激光源が正常動作している、すなわち、強さ変調されていない、ＳｐＯ₂測定の段階を指している。定期的に繰り返される三つの段階はダーク段階（Ｄ）、強さ１の測定段階１（Ｍ_1,1）、及び強さ１の測定段階２（Ｍ_2,1）である。
【００５５】
期間４７で、対照的に、測定は変調の強さで行なわれる。このことは測定信号１が測定信号２（Ｍ_2,2）のように、強さ２（Ｍ_1,2）で測定されることを意味する。ここで、また、文字Ｄは処理チャネル１６を経由するダーク段階を指している。それ故段階Ｍ_1,2及びＭ_2,2の期間中、測定信号及び周囲光のスペクトル成分に対する混合測定が得られ、これは、二つとも同じ処理チャネルを経由して行なわれているので、実際の測定と同じ仕方で決定される。他方、期間４８で、繰り返しシーケンスＭ_1,1及びＭ_2,1により識別することができるように、ＳｐＯ₂測定が元の強さ１で開始される。
【００５６】
当然に刺激光源の一方だけの強さを修正することも可能である。この場合を図２（ｂ）に示してある。期間４９及び５１は図２（ａ）の期間４６及び４８と同じである。しかし、期間５０では測定段階２だけが強さ２（Ｍ_2,2）に設定されており、測定段階１は元の変調されない強さ１（Ｍ_1,1）で行なわれる。
【００５７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した解決法には、周囲光信号に対する別の測定チャネルを設ける必要がないという決定的長所がある。更に、この方法をあらゆる形式の周囲光抑制に採用することができる。
以上の本実施の形態の構成によれば、測定信号処理チャネル１７、１８と同じようにフィルタ３２、３４及びアナログ／デジタル変換器３３を備え刺激光源２の強さが、遮断され又は変調されている期間だけ作動する周囲光処理チャネル１９を備えたので、周囲光の影響を抑制し、簡単な構成で周囲光の影響によるパルス酸素計の測定値の誤りを低減することができるようになる。
なお、送信ダイオード２を複数にすることもできるし、光受容体６を複数のフォトダイオードから構成することもできる。また、複数の送信ダイオード２を、測定対象の形状に合わせて、縦に配列したり、円形に配列したり、垂直方向／水平方向に配列したりすることもよいし、また、複数の光受容体６も縦に配列したり、円形配列したり、垂直方向／水平方向に配列することもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明は、繰り返し期間中刺激光源を修正し、光受容体に繰り返し期間中に修正信号を測定させ、無修正刺激光源と比較させ、修正有効信号成分を表示させ、修正信号をフィルタリングし無修正刺激光源で測定した信号と同じ方法でデジタル化し、周囲光成分の振幅値を修正信号から求め、周囲光成分の振幅値又はこれから得た量を信号品質の尺度として、測定値を認識するように構成したのでパルス酸素計の周囲光の影響を定量的に表すことができ、且つ測定値に対する周囲光の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の形態のパルス酸素計の回路構成図である。
【図２】本実施の形態のパルス酸素計において、測定チャネルで強さを０まで減少させずに、刺激光源の強さだけを変調することを説明するための酸素飽和測定の流れ図である。
【符号の説明】
２刺激光源
６光受容体
16 ダーク値処理チャネル
17、18 測定信号
19 周囲光処理チャネル
21、22、23 加算点
24、27、32 低域フィルタ
25、28、33 アナログ／デジタル変換器
26、29、34 デジタル低域フィルタ
30 処理ユニット
35、38 高域フィルタ
36、39 整流器

Claims

測定対象の酸素飽和を測定するパルス酸素計であって、少なくとも二つの波長の光を測定対象の組織に照射する少なくとも一つの刺激光源と、組織を透過した光又は組織により反射された光を測定する少なくとも一つの光受容体と、測定信号のフィルタリングのための第１のフィルタ及び第１のアナログ／デジタル変換器を備えて前記光受容体で受け取った測定信号を処理する測定信号処理チャネル手段と、前記測定信号から酸素飽和を計算する処理ユニットとを備えるパルス酸素計において、
前記測定信号処理チャネル手段と同様に第２のフィルタ及び第２のアナログ／デジタル変換器を備え、刺激光源の強さが、遮断され又は変調されている期間だけ作動する周囲光処理チャネル手段を備えることを特徴とするパルス酸素計。
測定対象の酸素飽和を測定するパルス酸素計であって、異なる波長の少なくとも二つの刺激光源用の刺激回路と、光受容体からの信号を受信する受信回路と、測定信号のフィルタリングのための第１のフィルタ及び第１のアナログ／デジタル変換器を備えて前記受信回路で受け取った測定信号を処理する測定信号処理チャネル手段と、前記測定信号から酸素飽和を計算する処理ユニットとを備えるパルス酸素計において、
前記測定信号処理チャネル手段と同様に第２のフィルタ及び第２のアナログ／デジタル変換器を備え刺激光源の強さが、遮断され又は変調されている期間だけ作動する周囲光処理チャンネル手段を備えることを特徴とするパルス酸素計。
対応する測定信号処理チャネル手段及び周囲光処理チャネル手段で処理してから、少なくとも一つの測定信号及び一つの周囲光信号が計算ユニットに加えられ、ここでデジタル化測定信号及びデジタル化周囲光信号の振幅を表す値を計算し、これらの計算された二つの値の比を計算することを特徴とする請求項１又は２に記載のパルス酸素計。
上記計算ユニットは、少なくとも一つの整流器及び高域フィルタを備えることを特徴とする請求項３に記載のパルス酸素計。
上記計算ユニットは、測定信号の振幅を表す値と周囲光信号の振幅を表す値との比を有効信号対ノイズ信号比とし、又は対数形態の信号対ノイズ比として計算することを特徴とする３又は４に記載のパルス酸素計。
刺激光源が遮断されている期間だけ作動するダーク値処理チャネル手段と、決定されたダーク値を測定信号及び周囲光信号から差し引く加算手段とを備えることを特徴とする１ないし５のいずれかに記載のパルス酸素計。