JP3815119B2 - 生体信号検出装置 - Google Patents
生体信号検出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3815119B2 JP3815119B2 JP13577399A JP13577399A JP3815119B2 JP 3815119 B2 JP3815119 B2 JP 3815119B2 JP 13577399 A JP13577399 A JP 13577399A JP 13577399 A JP13577399 A JP 13577399A JP 3815119 B2 JP3815119 B2 JP 3815119B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- subject
- signal
- light receiving
- signal level
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
発明は、被検体もしくは被照射体に光を照射しその透過光や反射光に基づき被検体又は被照射体の状態を検出測定するための生体信号検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の代表的な生体信号検出装置としては、パルスオキシメータがある。
【0003】
このパルスオキしメータは、血液中のヘモグロビンのうち、酸素と結合した酸化ヘモグロビンと、酸素と結合していない還元ヘモグロビンとの比率を検出し、酸素飽和度%として演算表示するもので、酸化ヘモグロビンに対する吸光度が高い赤外発光LEDと還元ヘモグロビンに対する吸光度が高い赤色発光LEDとの2のつ発光素子と、この発光波長の異なる2つの発光素子を交互に発光させて生体(指や耳たぶ)に照射することで該生体を透過した透過光を受光する受光素子とを備え、この受光素子による赤外発光時と赤色発光時との各生体透過光の受光量の比、すなわち吸光度の比率を酸素飽和度%として演算算出するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のパルスオキシメータでは、受光素子により受光される透過光の受光レベルは、外来光が共にどの程度受光されるかによって影響を受けるため、例えばメータの設置環境が異なったり、あるいは発光素子及び受光素子とその間に被検体として挟まれる指や耳たぶとの位置関係が異なったり、あるいは被検体その物の形が異なる等して受光素子に受光される外来光の光量が変化した場合には、実際に被検体の透過光を受光する以前の基準となる受光レベルもその時々によって変化し、結局、透過光の受光レベルをも変化させるので、正確な測定を常に安定して行なうことができない問題がある。
【0005】
例えば同一の被検体であっても、外来光の受光量が変化することで透過光の受光量も変化し、測定結果にばらつきが生じてしまう。
【0006】
また、前記従来のパルスオキシメータでは、被検体の個体差、例えば指の太さや体組織の違いに応じてその光の透過率が異なり、受光素子により得られる受光レベルが大きく変化するため、極端に指が太く光の透過率が非常に低いことで透過光の受光レベルが非常に低かったり、極端に指が細く光の透過率が非常に高いことで透過光の受光レベルが非常に高かったりすると、適正な測定を行なうことができない問題がある。
【0007】
つまり、被検体の個体差によって測定精度にばらつきが生じてしまう。
【0008】
本発明は前記のような問題に鑑みなされたもので、その第1の目的は、外来光の影響を受けることなく、常に安定した測定結果を得ることが可能になる生体信号検出装置を提供することにある。
【0009】
また、本発明の第2の目的は、被検体の個体差に影響されることなく、常に適正な透過光の受光レベルを得て測定を行なうことが可能になる生体信号検出装置を提供することにある。
【0010】
さらに、本発明の第3の目的は、被照射体(被検体)へ照射される光の発光レベルを適正なものに補正する発光レベル制御装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の請求項1に係る生体信号検出装置は、発光手段とこの発光手段により発光される光を被検体に照射することにより得られる被検体からの光を受光する受光手段とを有するプローブと、このプローブの受光手段から出力される受光信号の信号レベルに基づき前記被検体の状態を測定する測定手段と、前記発光手段が未発光の状態で前記受光手段から出力される受光信号の信号レベルに基づき、信号レベル測定の基準点を補正する基準点補正手段とを有する生体信号検出装置であって、前記基準点補正手段は、前記受光手段から出力される受光信号を増幅する増幅手段と、この増幅手段によって増幅された受光信号の信号レベルを入力する第1の入力手段と、前記受光手段から出力される受光信号のそのままの信号レベルを入力する第2の入力手段とを備え、前記第1の入力手段から出力される信号レベルと、前記第2の入力手段から出力される信号レベルとに基づき、信号レベル測定の基準点を補正することを特徴とする。
【0012】
このような生体信号検出装置では、発光手段が未発光の状態で、受光手段から出力される受光信号の信号レベルに基づき、信号レベル測定の基準点が補正されるので、前記発光手段からの発光に伴なう被検体からの光でない外来光が受光される環境にあっても、その受光動作の基準点を基準のレベルに補正することができ、実際に発光手段からの発光に伴なう被検体からの光を受光する際に外来光の影響なく、該被検体からの光に応じた正確な受光信号レベルを得ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下図面により本発明の実施の形態について説明する。
【0018】
図1は本発明の実施形態に係る生体信号検出装置の電子回路の構成を示すブロック図である。
【0019】
この生体信号検出装置は、被検体(例えば指先)10に対し2つの波長の光を交互に照射してそのそれぞれの透過光を受光するためのプローブ部1、及びこのプローブ部1における発光動作の制御を行なうと共に、該プローブ部1にて得られる受光信号を取り込んで動脈血の酸素飽和度%を演算算出し出力するためのシステム部2から構成される。
【0020】
プローブ部1には、発光装置11と受光装置12が設けられる。
【0021】
発光装置11には、660nmの発光波長で発光する赤色LED11aと890nmの発光波長で発光する赤外LED11bが備えられ、この発光装置11により交互に発光される赤色発光と赤外発光とが受光装置12との間に挟まれた被検体10に対して照射される。
【0022】
受光装置12には、前記発光装置11による被検体10に対する光の照射によって該被検体10を透過してくる透過光を受光するためのフォトダイオード12aが備えられ、このフォトダイオード12aの受光動作に応じて出力される受光電流IF は、システム部2内の増幅回路(電流アンプ)21を介して増幅され、電流/電圧変換回路22に供給されて電圧変換される。
【0023】
この電流/電圧変換回路22により電圧変換された生体(被検体10)透過光の受光信号は、一方で増幅回路23を介してN倍(N=2,4,8,…)に増幅されてA/D変換回路24の第1端子CH1に供給され、デジタル変換された受光レベル信号Va1としてCPU25に読み込まれる。また、他方で直接A/D変換回路24の第2端子CH2に供給され、デジタル変換された受光レベル信号Va2としてCPU25に読み込まれる。
【0024】
一方、前記電流/電圧変換回路22における、前記プローブ部1の発光装置11が未発光状態にある時の動作基準電圧、つまり、受光装置12のフォトダイオード12aに対し被検体10を介した透過光が受光されない状態での受光動作の基準となる動作点電圧は、電圧制御回路26から与えられる基準電圧によって制御設定されるもので、この電圧制御回路26から前記電流/電圧変換回路22に与えるべく基準電圧を調整するための信号は、前記プローブ部1における発光装置11の未発光時において前記A/D変換回路24から読み込まれる各受光レベル信号Va1,Va2に基づきCPU25により生成されて電圧制御回路26内のD/A変換回路26aに出力される。
【0025】
すなわち、前記電流/電圧制御回路22では、プローブ部1における発光装置11が未発光状態にある受光装置12からの受光電流IF に応じた動作点基準電圧をVREF として設定したいところ、プローブ部1の設置環境における外来光が受光装置12のフォトダイオード12aに受光されると、発光装置11の未発光状態にあっても、前記外来光の受光に応じた受光電流IF が出力されて電流/電圧変換回路22における動作点基準電圧VREF がシフトしてしまうもので、このため、本発明の実施形態における生体信号検出装置では、この外来光受光の影響による動作点基準電圧VREF の変動(シフト)を解消するための補正処理を行なう。
【0026】
つまり、プローブ部1の発光装置11が未発光状態での電流/電圧変換回路22の動作点基準電圧VREF となるべき増幅回路23を介した受光レベル信号Va1をCPU25において読み込み、前記増幅回路23の増幅率Nを基準電圧VREFに掛けた値(N・VREF )と前記受光レベル信号Va1が一致しない場合には、その差(シフト量)であるVb(=N・VREF −Va1)を算出して電圧制御回路26へ出力し、この電圧制御回路26から前記Vbを前記増幅率Nで割った電流/電圧変換回路22における実シフト値Vb/NをVREF に加算した電圧を、基準電圧(VREF +Vb/N)として電流/電圧変換回路22に与える。
【0027】
さらに同様に、プローブ部1の発光装置11が未発光状態での電流/電圧変換回路22の動作点基準電圧VREF となるべきそのままの受光レベル信号Va2をCPU25において読み込み、この受光レベル信号Va2と基準電圧VREF とが一致しない場合には、その差(シフト量)であるVb(=VREF −Va2)を算出して電圧制御回路26へ出力し、この電圧制御回路26から前記電流/電圧変換回路22における実シフト値VbをVREF に加算した電圧を、基準電圧(VREF +Vb)として電流/電圧変換回路22に与える。
【0028】
このように、増幅回路23を介した受光レベル信号Va1とそのままの受光レベル信号Va2とに基づく2段階の電流/電圧変換回路22に対する動作点基準電圧VREF の補正制御を行なうことにより、前記受光装置12に対し外来光が受光されても、電流/電圧変換回路22における動作点基準電圧VREF を一定に設定できるようになる。
【0029】
一方、CPU25には、さらに、発光電流制御回路25a及びタイミング発生回路25bが備えられ、この発光電流制御回路25aからの発光電流制御信号及びタイミング発生回路25bからの発光タイミング制御信号は、LED駆動装置27へ出力される。
【0030】
このLED駆動装置17には、前記プローブ部1の発光装置11における赤色LED11aと赤外LED11bとをそれぞれ点灯させるための赤色発光駆動回路27aと赤外発光駆動回路27bとが備えられると共に、この各駆動回路27a,27bによるそれぞれの発光駆動電流を設定するための定電流回路27cが備えられる。
【0031】
そして、前記定電流回路27cにおける発光駆動電流の設定値は前記CPU25内の発光電流制御回路25aからの発光電流制御信号により調整され、また、その発光駆動電流による各LED11a,11bそれぞれの駆動のタイミング(図4参照)は、前記CPU25内のタイミング発生回路25bからの発光タイミング制御信号により制御される。
【0032】
ここで、前記LED駆動装置27の定電流回路27cによる赤色LED11a用の発光駆動電流の設定値と、赤外LED11b用の発光駆動電流の設定値とは、そのそれぞれの発光により被検体10からの透過光が受光装置12に受光された状態での、前記A/D変換回路24からCPU25に読み込まれる受光レベル信号Va1が、所定のレベルに設定されるよう発光電流制御回路25aにより調整するもので、この場合、被検体10に対する動脈血の流れ込みが最小のタイミング、つまり、被検体10の組織及び静脈血による固定的な吸光が主で該動脈血による吸光が最小になりフォトダイオード12aにおける受光量が最大となってCPU25に読み込まれる受光レベル信号Va1が最大となるタイミング(図2及び図5参照)において、当該受光レベル信号Va1が、所定のレベルに設定されるよう前記各LED11a,11bの発光量は調整される。
【0033】
このように、発光装置11の発光時における被検体10からの透過光の受光装置12による受光に伴ない、赤色及び赤外発光時それぞれの受光レベル信号Va1が所定のレベルとして得られるようにLED発光量の補正を行なうことで、被検体10の光の透過率が非常に低かったり高かったりする等の個体差があっても、安定した受光レベル信号Va1を読み込んで動脈血酸素飽和度%の適正な測定ができるようになる。
【0034】
さらに、前記CPU25には、入力装置28、外部記憶装置29、表示部30、該表示部30のバックライト31を点灯制御するためのバックライト制御装置32、そして出力装置33が接続される。
【0035】
入力装置28には、本装置による生体信号検出処理の開始を指示するための測定開始スイッチ及びバックライト30の点灯スイッチが備えられる。
【0036】
外部記憶装置29には、CPU25を中心とする生体信号検出処理に応じて測定された種々のデータが記憶される。
【0037】
バックライト制御装置32は、表示部30のバックライト31に対する点灯,消灯の制御、及びその点灯時における点灯レベル制御を行なうもので、前記電流/電圧変換回路22における受光動作の基準電圧補正処理に伴ない、前記発光装置11が未発光状態での受光装置12による外来光の受光量に応じた受光レベル信号Va1がCPU25に読み込まれた際に、当該受光レベル信号Va1により外部環境の明るさが判定され、これに応じてバックライト31に対する点灯レベルが最適なレベルに制御される。
【0038】
ここで、前記生体信号検出装置により被検体10の動脈血酸素飽和度を測定するための原理について説明する。
【0039】
本装置は、脈拍による動脈の血液量変動を利用することによって、動脈血酸素飽和度を測定する装置であり、採血の必要がなく、被検体10(例えば指)に光を当てるだけで測定できるため、麻酔や集中治療の領域モニタをはじめ、各種検査,臨床研究機器として使用される。
【0040】
血液中のヘモグロビンのうち、酸素と結合したヘモグロビンを酸化ヘモグロビン(HbO2 )、酸素と結合していないヘモグロビンを還元ヘモグロビン(Hb)と呼び、この比率を%で表わしたものが酸素飽和度(SpO2 )である。
【0041】
血液は酸素を含めば赤くなり、酸素を失えば黒くなる。よって、血液の色を見れば酸素量の評価が行なえる。体外から測定する場合、動脈流と静脈流が混ざった状態で得られてしまうが、実際に測定したいのは動脈流単独の飽和度であるので、動脈流の脈動を利用する。
【0042】
図2は人体に光を透過させた場合の吸光度全体に対する各吸光成分の割合とその脈動に伴なう吸光度の変化状態を示す図である。
【0043】
被検体10に対し光を透過させた場合の光の吸収の度合いは、当然脈動成分を持っている。この脈動成分は動脈の拍動によって起こる。
【0044】
心臓の拍動に一致して変化するのは動脈成分であり、従ってこの拍動部分の血液の色を取り出すことで、動脈血の色だけを分離して測定することが可能である。
【0045】
すなわち、図2に示すように、血管以外の組織と静脈血による光の吸収は心拍の影響を受けないので一定なのに対し、動脈血は脈動するのでその成分による光の吸収は心拍に同期して変動する。
【0046】
このように、動脈血による吸光が心拍に伴ない変動しているので、吸光全体から変動の不変な成分を数値的に差し引けば、人体組織や静脈血による吸光の成分は除去され、動脈血による吸光成分のみが残り、これが動脈血酸素飽和度を示すものとなる。
【0047】
酸素を光により測定する原理は、Lambert−Beerの法則と吸光による測定の原理に基づく。
【0048】
(Lambert−Beer)の法則
基本:“吸光量は、入る光と溶質濃度の積に比例する”
液体に物質が溶けている溶液で、入射光Iinと透過光Iout の比が物質の濃度と光路長に比例した分だけ減衰する。
【0049】
A=log(Iin/Iout )=E・C・D
A:吸光度 C:濃度 E:吸光係数 D:厚み
吸光係数Eとは、試料固有の光吸収の強さを表わす定数であり、入射光の波長に依存する。
【0050】
ここで、厚みがΔDだけ増加して透過光が減少し(Iin−ΔI)になったとする。これは、あたかも厚みΔDに入射光Iout が入射し(Iout −ΔI)なる透過光が得られたことに等しい。従って次式が成立する。
【0051】
ΔA=log{Iout /(Iout −ΔI)}=E・C・ΔD
本装置では、動脈血の脈動によって厚みの変化ΔDが生じ、その結果吸光度がΔAだけ変化したと考える。
【0052】
ここで、2つの波長でΔAを測定すると、
ΔA1 =E1 ・C・ΔD
ΔA2 =E2 ・C・ΔD
E1 :波長1の動脈血の吸光係数
E2 :波長2の動脈血の吸光係数
吸光度の比ΔA1 /ΔA2 をφとして求めると、濃度Cと厚みの変化ΔDは波長によらず一定であるので、
φ=ΔA1 /ΔA2 =E1 /E2
と表現される。
【0053】
酸素飽和度Sとφは、1対1の関係にあることから、φが決まればSも決定する。
【0054】
よって、異なる2波長の光源を用い、酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの比率により動脈血酸素飽和度を求めることが可能となる。
【0055】
図3は赤色発光波長と赤外発光波長における酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンに対する吸光度の変化とその吸光度比に応じた酸素飽和度の変化を示す図であり、同図(A)は酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンに対する発光波長と吸光度の関係を示す図、同図(B)は赤色光と赤外光の吸光度比と酸素飽和度との関係を示す図である。
【0056】
図4は前記生体信号検出装置の赤色LED11aと赤外LED11bにおける発光駆動間隔を示すタイミングチャートである。
【0057】
図5は前記生体信号検出装置の赤色LED11aと赤外LED11bの発光に伴なう脈動に応じた各受光信号波形を示す図である。
【0058】
すなわち、プローブ部1の発光装置11における赤色LED11aと赤外LED11bとは、図4に示すように、CPU25内のタイミング発生回路25bからLED駆動装置27へ出力される発光タイミング制御信号に応じて時分割駆動され、図5に示すように、A/D変換回路24からCPU25に読込まれる脈動に応じた受光合成信号から分離される各発光波長毎の受光レベル信号Vaの比率(A/B)により、動脈血酸素飽和度(SpO2 )が演算算出される。
【0059】
この場合、被検体10に対する動脈血の流れ込みが最大のタイミング、つまり、被検体10の組織及び静脈血による固定的な吸光と共に該動脈血による吸光が最大になりフォトダイオード12aにおける受光量が最小となってCPU25に読み込まれる受光レベル信号Vaが最小(図5では暗レベル最大)となるタイミングにおいて、赤色発光に伴なう受光レベル信号VaR と赤外発光に伴なう受光レベル信号VaIRとが分離され、その比率(A/B)に対応した動脈血酸素飽和度(SpO2 )が測定される。
【0060】
なお、赤色光Rと赤外光IRの受光レベルの比率に対応する酸素飽和度(SpO2 )は、予めROMテーブルとして格納し測定時に対応するデータを読み出す構成としてもよいし、その都度、前記脈動に伴なう吸光度比(ΔA1 /ΔA2 )に基づき演算算出する構成としてもよい。
【0061】
次に、前記構成による生体信号検出装置の一連の動作について説明する。
【0062】
図6は前記生体信号検出装置による生体信号検出処理を示すフローチャートである。
【0063】
プローブ部1における発光装置11と受光装置12との間に被検体10を挟み込み、入力装置28に備えられる測定開始キーを操作すると、CPU25の内部ROMあるいは外部記憶装置29に記憶されているシステムプログラムに従って図6における生体信号検出処理が起動される。
【0064】
この生体信号検出処理が起動されると、まず、発光装置11の未発光時における増幅回路23を介した側の受光レベル信号Va1、つまり、被検体10を通した透過光の受光以前でもプローブ部1の設置環境に応じた受光装置12での外来光の受光動作に伴ない増幅回路23によりN倍されてA/D変換回路24から出力される受光レベル信号Va1がCPU25に読み込まれる(ステップS1)。
【0065】
すると、このCPU25に読み込まれた発光装置11の未発光時における増幅側受光レベル信号Va1がN倍にした受光動作の基準電圧(N・VREF )と等しいか否か、つまり、電圧/電流変換回路22から出力される受光装置12での受光動作に応じた出力電圧が、予め設定された基準電圧VREF となっているか否か判断される(ステップS2)。
【0066】
ここで、前記プローブ部1の設置環境に応じた外来光が受光装置12のフォトダイオード12aに受光されていることで、その受光電流IF の上昇に応じ電流/電圧変換回路22からの出力電圧が前記基準電圧VREF からシフトし、これにより前記CPU25に読み込まれた増幅側の受光レベル信号Va1が基準電圧(N・VREF )に等しくないと判断されると、その差(シフト量)であるVb(=N・VREF −Va1)が算出されて電圧制御回路26へ出力される(ステップS2→S3)。
【0067】
すると、この電圧制御回路26から前記Vbを前記増幅率Nで割った電流/電圧変換回路22における実シフト値Vb/NをVREF に加算した電圧が、基準電圧(VREF +Vb/N)として電流/電圧変換回路22に与えられる(ステップS4)。
【0068】
こうして、増幅回路23を介した受光レベル信号Va1に基づく第1段階の電流/電圧変換回路22に対する動作点基準電圧VREF の補正制御により、前記受光装置12に対し外来光が受光されていても、発光装置11の未発光時における増幅側受光レベル信号Va1がN倍にした受光動作の基準電圧(N・VREF )と等しく設定されたと判断されると、さらに同様に、プローブ部1の発光装置11が未発光状態での電流/電圧変換回路22の動作点基準電圧VREF となるべきそのままの受光レベル信号Va2が、CPU25において読み込まれる(ステップS1,S2→S5)。
【0069】
そして、前記CPU25に読み込まれた受光レベル信号Va2と基準電圧VREFとが一致しないと判断された場合には、その差(シフト量)であるVb(=VREF −Va2)が算出されて電圧制御回路26へ出力される(ステップS6→S7)。
【0070】
すると、この電圧制御回路26から前記電流/電圧変換回路22における実シフト値VbをVREF に加算した電圧が、基準電圧(VREF +Vb)として電流/電圧変換回路22に与えられる(ステップS8)。
【0071】
こうして、電流/電圧変換回路22からのそのままの受光レベル信号Va2に基づく第2段階の電流/電圧変換回路22に対する動作点基準電圧VREF の補正制御により、前記受光装置12に対し外来光が受光されていても、発光装置11の未発光時における受光レベル信号Va2が受光動作の基準電圧(VREF )と等しく設定されたと判断されると、ステップS9〜S16における発光レベルの制御処理に移行される(ステップS5,S6→S9)。
【0072】
このように、増幅回路23を介した受光レベル信号Va1とそのままの受光レベル信号Va2とに基づく2段階の電流/電圧変換回路22に対する動作点基準電圧VREF の補正制御を行なうことにより、前記受光装置12に対し外来光が受光されても、電流/電圧変換回路22における動作点基準電圧VREF を高精度に一定に設定することができる。
【0073】
前記ステップS1〜S8における動作点基準電圧VREF の補正制御が行なわれると、ステップS9〜S16における発光レベルの制御処理に移行され、まず、CPU25の発光電流制御回路25aから所定初期レベルの赤色発光駆動用の発光電流制御信号がLED駆動装置27の定電流回路27cへ出力され、赤色発光駆動回路27aによりプローブ部1の発光装置11における赤色LED11aが所定初期レベルの発光量で点灯される(ステップS9)。
【0074】
すると、被検体10を通した赤色発光の透過光が受光装置12のフォトダイオード12aに受光され、このフォトダイオード12aから出力される受光電流IF に応じて、電流/電圧変換回路22からは前記基準電圧VREF から受光量分シフトした受光電圧信号が出力されるもので、これに対応してA/D変換回路24から出力される受光レベル信号Va1がCPU25に読み込まれ、当該赤色発光の透過光に応じた受光レベル信号Va1が適正な測定処理を行なうために必要なレンジ範囲の所定の受光レベルに等しいか否か判断される(ステップS10,S11)。
【0075】
ここで、例えば前記プローブ部1に挟み込んだ被検体10である指が非常に太いことでその光の透過率が極めて低く、赤色透過光の受光動作により得られる前記基準電圧VREF からのシフト量が非常に小さいことで、これに対応する受光レベル信号Va1は所定の受光レベルより大幅に小さいと判断されると、CPU25の発光電流制御回路25aからLED駆動装置27の定電流回路27cへ出力されている赤色発光駆動用の発光電流制御信号により、赤色発光駆動回路27aからの赤色LED11aに対する発光駆動電流が増加制御される(ステップS11→S12)。
【0076】
こうして、赤色LED11aによる発光量が増加されるのに伴ない、被検体10を通した赤色透過光の受光装置12における受光量も増大され、前記A/D変換回路24からCPU25に読み込まれる受光レベル信号Va1が適正な測定処理を行なうために必要なレンジ範囲の所定の受光レベルに等しくなったと判断されると、続いて同様に、CPU25の発光電流制御回路25aから所定初期レベルの赤外発光駆動用の発光電流制御信号がLED駆動装置27の定電流回路27cへ出力され、赤外発光駆動回路27bによりプローブ部1の発光装置11における赤外LED11bが所定初期レベルの発光量で点灯される(ステップS10,S11→S13)。
【0077】
すると、被検体10を通した赤外発光の透過光が受光装置12のフォトダイオード12aに受光され、このフォトダイオード12aから出力される受光電流IF に応じて、電流/電圧変換回路22からは前記基準電圧VREF から受光量分シフトした受光電圧信号が出力されるもので、これに対応してA/D変換回路24から出力される受光レベル信号Va1がCPU25に読み込まれ、当該赤外発光の透過光に応じた受光レベル信号Va1が適正な測定処理を行なうために必要なレンジ範囲の所定の受光レベルに等しいか否か判断される(ステップS14,S15)。
【0078】
ここで、例えば前記同様にプローブ部1に挟み込んだ被検体10である指が非常に太いことでその光の透過率が極めて低く、赤外透過光の受光動作により得られる前記基準電圧VREF からのシフト量も非常に小さいことで、これに対応する受光レベル信号Va1は所定の受光レベルより大幅に小さいと判断されると、CPU25の発光電流制御回路25aからLED駆動装置27の定電流回路27cへ出力されている赤外発光駆動用の発光電流制御信号により、赤外発光駆動回路27bからの赤外LED11bに対する発光駆動電流が増加制御される(ステップS15→S16)。
【0079】
こうして、赤外LED11aによる発光量が増加されるのに伴ない、被検体10を通した赤外透過光の受光装置12における受光量も増大され、前記A/D変換回路24からCPU25に読み込まれる受光レベル信号Va1が適正な測定処理を行なうために必要なレンジ範囲の所定の受光レベルに等しくなったと判断されると、前述の動脈血酸素飽和度(SpO2 )の測定原理に従った測定処理に移行される(ステップS14,S15→S17)。
【0080】
この場合、被検体10に対する動脈血の流れ込みが最小のタイミング、つまり、被検体10の組織及び静脈血による固定的な吸光が主で該動脈血による吸光が最小になりフォトダイオード12aにおける受光量が最大となってCPU25に読み込まれる各受光レベル信号Va1(R) ,Va1(IR)が最大となるタイミング(図5中では光量大)において、当該受光レベル信号Va1(R) ,Va1(IR)が、それぞれ所定の受光レベルに設定されるよう前記各LED11a,11bの発光量が制御される。
【0081】
このように、赤色及び赤外発光時それぞれの受光レベル信号Va1(R) ,Va1(IR)が所定のレベルとして得られるようにLED発光量の補正を行なうことで、被検体10の光の透過率が非常に低かったり高かったりする等の個体差があっても、安定した受光レベル信号Va1を読み込んで動脈血酸素飽和度の適正な測定をおこなうことができる。
【0082】
すなわち、これ以降継続的に交互発光駆動される赤色LED11aからの赤色光と赤外LED11bからの赤外光とに対応する各透過光の受光レベル信号Va1(R) とVa1(IR)が順次読み込まれ、被検体10に対する動脈血の流れ込みが最大となるタイミング、つまり、該動脈血による吸光が最大となり、フォトダイオード12aにおける受光量が最小となってCPU25に読み込まれる受光レベル信号Vaが最小(図5では暗レベル最大)となるタイミングにおいて、この赤色光と赤外光による受光レベル信号Va1(R) ,Va1(IR)の比として得られる被検体10における吸光度の比率(A/B)に基づき動脈血酸素飽和度(SpO2 )が演算算出されて外部記憶装置29に記憶され、表示部30に表示される(ステップS17)。
【0083】
一方、前記ステップS1〜S8におけるLED未発光時の電流/電圧変換回路22における受光動作の基準電圧補正処理に伴ない、A/D変換回路24からCPU25に読み込まれる受光レベル信号Vaに応じて外部環境の明るさが判定され、これに応じてバックライト制御装置32によりバックライト31に対する点灯レベルが最適なレベルに制御される。
【0084】
すなわち、例えば前記LED未発光時における受光装置12での外来光の受光量に対応した受光レベル信号Va1が、予め設定される第1レベル以下に低下し、周囲の明るさが若干暗くなったと判定されると、バックライト制御装置32により表示部30のバックライト31が第1レベルの発光量で点灯駆動される。
【0085】
また、前記LED未発光時における受光装置12での外来光の受光量に対応した受光レベル信号Va1が、さらに低下して予め設定される第2レベル以下となり、周囲の明るさが非常に暗くなったと判定されると、バックライト制御装置32により表示部30のバックライト31が第2レベルの発光量で点灯駆動される。
【0086】
これにより、外部環境の明るさの変化に関係なく、何時でも見易い明るさの表示画面を提供でき、前記測定された動脈血酸素飽和度(SpO2 )のデータを常時明瞭に表示できるようになる。
【0087】
したがって、前記構成の生体信号検出装置によれば、プローブ部1の発光装置11における赤色LED11aと赤外LED11bを交互に発光させて被検体10に照射すると共に、その透過光を受光装置12のフォトダイオード12aで受光し、その受光電流IF に応じて電流/電圧変換回路22からA/D変換回路24を介しCPU25に読み込まれる各発光波長での受光レベル信号Va(R),Va(IR) の比率に基づき酸素飽和度(SpO2 )を測定するものにあって、前記発光装置11が未発光状態での前記受光レベル信号Va を読み込み、これが予め設定された受光動作の基準電圧VREF と等しくなるように、その差分Vb(=VREF−Va )に応じて、電圧制御回路26により前記電流/電圧変換回路22における動作点基準電圧が補正されるので、前記被検体10を透過した透過光とは別に環境外来光のフォトダイオード12aでの受光による受光電流IF の余分なシフトが生じても、その受光動作の基準電圧を常に予め設定された基準電圧VREF に設定することができ、前記各LED11a,11bの発光による受光レベル信号Va(R),Va(IR) の比率に基づく酸素飽和度(SpO2 )の測定を常に正確に安定して行なうことができる。
【0088】
また、前記構成の生体信号検出装置によれば、発光装置11の赤色LED11aと赤外LED11bの交互発光に伴なう被検体透過光の受光装置12での受光に応じて、CPU25に読み込まれる各発光波長での受光レベル信号Va(R),Va(IR) が、適正な測定処理を行なうために必要なレンジ範囲の所定の受光レベルに等しくなるように、発光電流制御回路25aからLED駆動装置27の定電流回路27cに出力される発光電流制御信号により、各LED11a,11bにおける発光量が増減調整されて補正されるので、例えば被検体10としての指が太く光の透過率が非常に低かったり、逆に指が細く該透過率が非常に高かったりしても、このような被検体10の個体差に影響されず、測定精度にばらつきの生じない適正な酸素飽和度(SpO2 )の測定を行なうことができる。またそればかりでなく、各LED11a,11b自体の個体差の影響による発光量のばらつきに伴なう、透過光受光レベル変動の問題も解消することができる。
【0089】
さらに、前記構成の生体信号検出装置によれば、発光装置11が未発光状態での電流/電圧変換回路22における受光動作の基準電圧を、A/D変換回路24を介して得られる受光レベル信号Va に基づき予め設定された基準電圧VREF に補正する処理は、まず、電流/電圧変換回路22からN倍の増幅回路を介した受光レベル信号Va1をN倍の基準電圧(N・VREF )に等しくする補正処理と、次に、電流/電圧変換回路22からのそのままの受光レベル信号Va2を基準電圧VREF に等しくする補正処理との2段階の補正処理によって成されるので、受光装置12に対し外来光が受光されても、電流/電圧変換回路22における動作点基準電圧VREF を高精度に一定に設定することができ、その後の各LED11a,11bの発光による受光レベル信号Va(R),Va(IR) の比率に基づく酸素飽和度(SpO2 )の測定処理をより正確に行なうことができる。
【0090】
なお、前記実施形態における生体信号検出装置では、プローブ部1を、発光装置11により発光される光を被検体10に透過させ、その透過光を受光装置12で受光するものとして構成したが、同発光装置11により発光される光を被検体10に反射させ、その反射光を受光装置12で受光するものとして構成してもよい。このような被検体反射光受光型のプローブ部とした生体信号検出装置であっても、前記実施形態と全く同様の未発光時における受光動作基準電圧の補正処理及び発光時の発光電流制御による受光レベル信号Va の所定値補正処理を行なうことにより、外来光や被検体10の個体差等に影響を受けない安定した測定処理を行なうことができる。
【0091】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項1に係る生体信号検出装置によれば、発光手段が未発光の状態で、受光手段から出力される受光信号の信号レベルに基づき、信号レベル測定の基準点が補正されるので、前記発光手段からの発光に伴なう被検体からの光でない外来光が受光される環境にあっても、その受光動作の基準点を基準のレベルに補正することができ、実際に発光手段からの発光に伴なう被検体からの光を受光する際に外来光の影響なく、該被検体からの光に応じた正確な受光信号レベルを得ることができる。
【0092】
よって、外来光の影響を受けることなく、常に安定した測定結果を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る生体信号検出装置の電子回路の構成を示すブロック図。
【図2】人体に光を透過させた場合の吸光度全体に対する各吸光成分の割合とその脈動に伴なう吸光度の変化状態を示す図。
【図3】赤色発光波長と赤外発光波長における酸化ヘモグロビン及び還元ヘモグロビンに対する吸光度の変化とその吸光度比に応じた酸素飽和度の変化を示す図であり、同図(A)は酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンに対する発光波長と吸光度の関係を示す図、同図(B)は赤色光と赤外光の吸光度比と酸素飽和度との関係を示す図。
【図4】前記生体信号検出装置の赤色LEDと赤外LEDにおける発光駆動間隔を示すタイミングチャート。
【図5】前記生体信号検出装置の赤色LEDと赤外LEDの発光に伴なう脈動に応じた各受光信号波形を示す図。
【図6】前記生体信号検出装置による生体信号検出処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
1 …プローブ部、
10 …被検体、
11 …発光装置、
11a…赤色LED、
11b…赤外LED、
12 …受光装置、
12a…フォトダイオード、
2 …システム部、
21 …増幅回路(電流アンプ)、
22 …電流/電圧変換回路、
23 …増幅回路(電圧アンプ)、
24 …A/D変換回路、
25 …CPU、
25a…発光電流制御回路、
25b…タイミング発生回路、
26 …電圧制御回路、
26a…D/A変換回路、
27 …LED駆動装置、
27a…赤色LED駆動回路、
27b…赤外LED駆動回路、
28 …入力装置、
29 …外部記憶装置、
30 …表示部
31 …バックライト、
32 …バックライト制御装置、
33 …出力装置(コネクタ)、
Va(R)…赤色透過光受光信号、
Va(IR) …赤外透過光受光信号。
Claims (5)
- 発光手段とこの発光手段により発光される光を被検体に照射することにより得られる被検体からの光を受光する受光手段とを有するプローブと、
このプローブの受光手段から出力される受光信号の信号レベルに基づき前記被検体の状態を測定する測定手段と、
前記発光手段が未発光の状態で前記受光手段から出力される受光信号の信号レベルに基づき、信号レベル測定の基準点を補正する基準点補正手段とを有する生体信号検出装置であって、
前記基準点補正手段は、
前記受光手段から出力される受光信号を増幅する増幅手段と、
この増幅手段によって増幅された受光信号の信号レベルを入力する第1の入力手段と、
前記受光手段から出力される受光信号のそのままの信号レベルを入力する第2の入力手段とを備え、
前記第1の入力手段から出力される信号レベルと、前記第2の入力手段から出力される信号レベルとに基づき、信号レベル測定の基準点を補正することを特徴とする生体信号検出装置。 - さらに、前記発光手段が発光の状態で前記受光手段から出力される信号レベルに基づき、測定時の信号レベルが予め設定された範囲に収まるように前記発光手段の発光量を増減制御する発光制御手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の生体信号検出装置。
- 発光手段とこの発光手段により発光される光を被検体に照射することにより得られる被検体からの光を受光する受光手段とを有するプローブと、
このプローブの受光手段から出力される受光信号の信号レベルに基づき前記被検体の状態を測定する測定手段と、
前記発光手段が未発光の状態で前記受光手段から出力される受光信号の信号レベルに基づき、信号レベル測定の基準点を補正する基準点補正手段とを有する生体信号検出装置であって、
前記測定手段により測定した被検体の状態を表示する表示手段と、
この表示手段の表示画面を照明する照明手段と、
前記発光手段が未発光の状態で前記受光手段から出力される受光信号の信号レベルに応じて前記照明手段による照明の明るさを制御する照明制御手段とを備えたことを特徴とする生体信号検出装置。 - 前記受光手段は、前記発光手段により発光される光を被検体に透過させ、その透過光を被検体からの光として受光することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の生体信号検出装置。
- 前記受光手段は、前記発光手段により発光される光を被検体に反射させ、その反射光を被検体からの光として受光することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の生体信号検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13577399A JP3815119B2 (ja) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | 生体信号検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13577399A JP3815119B2 (ja) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | 生体信号検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000325330A JP2000325330A (ja) | 2000-11-28 |
JP3815119B2 true JP3815119B2 (ja) | 2006-08-30 |
Family
ID=15159531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13577399A Expired - Lifetime JP3815119B2 (ja) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | 生体信号検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3815119B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6863652B2 (en) * | 2002-03-13 | 2005-03-08 | Draeger Medical Systems, Inc. | Power conserving adaptive control system for generating signal in portable medical devices |
JP4614047B2 (ja) * | 2004-03-29 | 2011-01-19 | 日本光電工業株式会社 | 血中光吸収物質濃度測定装置。 |
JP4962234B2 (ja) * | 2007-09-12 | 2012-06-27 | コニカミノルタオプティクス株式会社 | パルスオキシメータ |
KR102095898B1 (ko) * | 2009-08-14 | 2020-04-02 | 데이비드 버톤 | 생물학적 신호를 모니터링하기 위한 장치 |
JP5504749B2 (ja) * | 2009-08-21 | 2014-05-28 | コニカミノルタ株式会社 | 生体情報測定装置 |
JP6385070B2 (ja) * | 2014-02-25 | 2018-09-05 | ローム株式会社 | 脈波センサ |
WO2015176999A1 (en) | 2014-05-22 | 2015-11-26 | Koninklijke Philips N.V. | Method and apparatus for optical sensing of tissue variation at increased accuracy |
JP2018029870A (ja) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | セイコーエプソン株式会社 | 検出装置および検出方法 |
JP7052191B2 (ja) | 2016-08-26 | 2022-04-12 | セイコーエプソン株式会社 | 検出装置および検出方法 |
US20180125380A1 (en) * | 2016-11-10 | 2018-05-10 | Htc Corporation | Method for detecting heart rate and heart rate monitoring device using the same |
JPWO2018123676A1 (ja) * | 2016-12-27 | 2019-07-11 | アルプスアルパイン株式会社 | センサモジュールおよび生体関連情報表示システム |
CN111820912B (zh) * | 2019-04-17 | 2022-06-07 | 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 | 一种医疗设备及医疗设备光强度的显示方法 |
-
1999
- 1999-05-17 JP JP13577399A patent/JP3815119B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000325330A (ja) | 2000-11-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7257433B2 (en) | Apparatus for measuring concentration of light-absorbing substance in blood | |
US6741876B1 (en) | Method for determination of analytes using NIR, adjacent visible spectrum and discrete NIR wavelenths | |
US8515514B2 (en) | Compensation of human variability in pulse oximetry | |
US6501974B2 (en) | Compensation of human variability in pulse oximetry | |
US5193543A (en) | Method and apparatus for measuring arterial blood constituents | |
USRE39268E1 (en) | Simulation for pulse oximeter | |
US7274955B2 (en) | Parameter compensated pulse oximeter | |
JP3818211B2 (ja) | 生体信号検出装置および生体信号検出装置の校正処理プログラム | |
US5069214A (en) | Flash reflectance oximeter | |
US6104938A (en) | Procedure, apparatus and detector for the determination of fractional oxygen saturation | |
US4819752A (en) | Blood constituent measuring device and method | |
US20050168722A1 (en) | Device and method for measuring constituents in blood | |
US20070073127A1 (en) | Parameter compensated physiological monitor | |
US20140155715A1 (en) | Wavelength switching for pulse oximetry | |
JP3815119B2 (ja) | 生体信号検出装置 | |
GB2162939A (en) | A multiple wavelength light photometer for non-invasive monitoring | |
JPH11506834A (ja) | オキシメータ用の調節可能な波長を有する光源 | |
WO2003071939A1 (en) | Active pulse spectraphotometry | |
WO2005099568A1 (en) | Photoplethysmography with a spatially homogenous multi-color source | |
US20070149864A1 (en) | Monitoring device for multiple tissue sites | |
CA2383725A1 (en) | Method for determination of analytes using nir, adjacent visible spectrum and discrete nir wavelengths | |
US20070123760A1 (en) | Signal transmitter and control circuit for a physiological variable | |
JP2004290544A (ja) | 血液分析装置 | |
US20220338766A1 (en) | System and method for a non-invasive medical sensor | |
JP2005334424A (ja) | 生体信号検出装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040826 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060301 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060307 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060421 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060516 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060529 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090616 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100616 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110616 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110616 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120616 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120616 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130616 Year of fee payment: 7 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |