JP5917756B2 - Apparatus for measuring the relative concentration change and oxygen saturation of hemoglobin - Google Patents
Apparatus for measuring the relative concentration change and oxygen saturation of hemoglobin Download PDFInfo
- Publication number
- JP5917756B2 JP5917756B2 JP2015163242A JP2015163242A JP5917756B2 JP 5917756 B2 JP5917756 B2 JP 5917756B2 JP 2015163242 A JP2015163242 A JP 2015163242A JP 2015163242 A JP2015163242 A JP 2015163242A JP 5917756 B2 JP5917756 B2 JP 5917756B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- phantom
- hemoglobin
- unit
- light source
- 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 - Fee Related
Links
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 34
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims description 34
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims description 34
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 title claims description 28
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 title claims description 28
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 17
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 40
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 14
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 12
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 12
- INGWEZCOABYORO-UHFFFAOYSA-N 2-(furan-2-yl)-7-methyl-1h-1,8-naphthyridin-4-one Chemical compound N=1C2=NC(C)=CC=C2C(O)=CC=1C1=CC=CO1 INGWEZCOABYORO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 108010002255 deoxyhemoglobin Proteins 0.000 description 6
- 108010064719 Oxyhemoglobins Proteins 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 3
- 210000003710 cerebral cortex Anatomy 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000003403 autonomic nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 210000004958 brain cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 230000003727 cerebral blood flow Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
Images
Description
この発明は、近赤外線を用いて、無侵襲で、生体内のヘモグロビンの、相対濃度変化と酸素飽和度測定装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for measuring a relative concentration change and oxygen saturation of hemoglobin in a living body, using non-invasive infrared rays.
生体としての人体への酸素の供給は、循環する血液によって運搬、交換が行われる。呼吸によって取り込まれた酸素は、肺胞におけるガス交換によって血液中のヘモグロビン(Hb)と結合する。血液に取り込まれた酸素は、動脈血によって全身に送られ、毛細血管によって細胞に取り込まれる。 The supply of oxygen to the human body as a living body is carried and exchanged by circulating blood. Oxygen taken up by respiration is combined with hemoglobin (Hb) in the blood by gas exchange in the alveoli. Oxygen taken into the blood is sent to the whole body by arterial blood and taken up into cells by capillaries.
血液中の酸素により各部の細胞が生存しているため、心臓等の手術の際には、頭蓋の特に大脳皮質の酸素状態をリアルタイムで計測して、脳細胞の状態を常時チェックすることが必要である。この大脳皮質の酸素状態を計測する方法として、組織透過性に優れた近赤外線を用いて無侵襲で計測する方法が知られている。 Since the cells in each part are alive due to oxygen in the blood, it is necessary to constantly check the state of the brain cells by measuring the oxygen state of the skull, especially the cerebral cortex, in real time during surgery such as the heart It is. As a method of measuring the oxygen state of the cerebral cortex, a method of measuring non-invasively using near infrared rays having excellent tissue permeability is known.
例えば、生体の血液中の情報及び自律神経系の生理指標を精度よく同時に測定する装置として、特開2010−125147号公報(特許文献1)記載の生体計測装置が知られている。この装置は、互いに異なる中心波長を有し、且つ互いに同時に入射しない検査光を、第2検査光の入射周期が第1検査光の入射周期より短くなるように生体に入射する光入射手段(LED)と、光入射手段による入射に伴い、それぞれに対応するデジタル信号を出力する光検出手段(フォトダイオード)と、前記デジタル信号(出力信号)に基づいてオキシヘモグロビン及びデオキシヘモグロビンの濃度変化を算出し、デジタル信号に基づいて測定データを算出する演算部を備える。 For example, a living body measuring apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-125147 (Patent Document 1) is known as an apparatus for simultaneously measuring information in the blood of a living body and physiological indices of the autonomic nervous system with high accuracy. In this apparatus, light incident means (LEDs) for injecting inspection lights having different center wavelengths and not incident on each other into a living body so that the incident period of the second inspection light is shorter than the incident period of the first inspection light. ) And photodetection means (photodiodes) that output digital signals corresponding to the light incident means, and the concentration change of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin is calculated based on the digital signal (output signal). And an arithmetic unit for calculating measurement data based on the digital signal.
また、異常部位の酸素残留量の変化をモニターすることが可能な装置として、特開2001−212115号公報(特許文献2)記載の生体光計測装置がある。この装置は、光を生体に照射する光照射手段と、生体を透過した光を検出し、検出した光量に対応する電気信号を出力する光検出手段と、電気信号に基づき計測部位毎のヘモグロビン濃度を計算する信号処理手段と、前記信号処理手段の計算結果を表示する手段とを備えており、表示手段は、計測部位毎にヘモグロビン濃度の時間経過を表示する手段とを備えたことを特徴とする。 Moreover, as a device capable of monitoring a change in the residual oxygen amount at an abnormal site, there is a biological light measurement device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-212115 (Patent Document 2). This apparatus includes a light irradiating means for irradiating a living body with light, a light detecting means for detecting light transmitted through the living body and outputting an electric signal corresponding to the detected light amount, and a hemoglobin concentration for each measurement site based on the electric signal. A signal processing means for calculating the signal and means for displaying the calculation result of the signal processing means, and the display means comprises means for displaying the time course of hemoglobin concentration for each measurement site. To do.
ところで、特許文献1記載の生体光計測装置では、入射する光として735nmの中心波長を有する光と、850nmの中心波長を有する光を用いているために主に酸素飽和度を測定することができるが、ヘモグロビンの量を比較することはできない。ヘモグロビンの量の変化を測定するには、中心波長が800〜810nmの光を使用しなければならないからである。
By the way, in the living body light measuring device described in
また、特許文献2では、計測点毎の血中酸化ヘモグロビン/脱酸化ヘモグロビン濃度の相対変化量を計算することは可能である。計測時点での相対変化量を時間軸に沿って算出することはできても、計測開始時を基準とするものであって計測時点での実際のヘモグロビン濃度は不明である。
Further, in
従来、生体内のヘモグロビンを光(オキシ、デオキシヘモグロビンの等吸収係数の光805nm)の吸収度合いを測定し、その測定値を無名数で数値表示していた。特許文献1,2とも、相対変化量は測定開始時点を基準とした相対値である。従来の測定方法では、計測開始時を基準としてその後の変化を計測するために、測定開始時点での濃度に対する変化量は計測できても、測定開始時点の濃度は不明である。
Conventionally, the degree of absorption of light of hemoglobin in a living body (light having an isoabsorption coefficient of oxy and deoxyhemoglobin of 805 nm) was measured, and the measured value was numerically displayed in an anonymous number. In both
また、脳血流は頭蓋の左右において必ずしも同一の値を示すものではないが、測定開始時点を基準とすると左右の値は同一となる。即ち、測定開始時点に脳の左右の血流に差があっても、その差についての評価はできなかった。 The cerebral blood flow does not necessarily show the same value on the left and right sides of the cranium, but the left and right values are the same when the measurement start time is used as a reference. That is, even if there was a difference in blood flow between the left and right sides of the brain at the start of measurement, the difference could not be evaluated.
さらに、従来の測定装置では、センサーの信号はフォトダイオードで検出される。フォトダイオードは波長に係わらずその感度領域の光であれば信号として出力される。ところで、実際の測定は真っ暗な環境で測定することはない。従って、所望の光による信号だけを得たいと思っても、外部の光が生体を経由してフォトダイオードで検出されることになる。 Furthermore, in the conventional measuring apparatus, the signal of the sensor is detected by a photodiode. Regardless of the wavelength, the photodiode outputs light as long as it is in the sensitivity region. By the way, actual measurement is not performed in a dark environment. Therefore, even if it is desired to obtain only a signal based on desired light, external light is detected by the photodiode via the living body.
この外部の光を取り除く方法は各種提案されている。例えば、信号を変調してその成分のみ取り出したり、フィルターを使用してカットする方法などが行われている。しかしながら必ずしも十分な精度で測定することはできなかった。 Various methods for removing the external light have been proposed. For example, a method of modulating a signal to extract only the component or cutting using a filter is performed. However, it was not always possible to measure with sufficient accuracy.
この発明は、このような点に鑑み、計測開始時点からヘモグロビンの濃度と、その後の時間的な相対変化を計測することができると共に、脳の左右の血流の差を評価することができるヘモグロビンの相対濃度変化と酸素飽和度測定装置を提供することを目的とする。また、この発明は、測定環境に左右されず、所望の光だけの信号を検出するヘモグロビンの相対濃度変化と酸素飽和度測定装置を提供することを目的とする。 In view of these points, the present invention can measure hemoglobin concentration from the measurement start time point and subsequent temporal relative change, and can evaluate the difference in blood flow between the left and right sides of the brain. It is an object of the present invention to provide an apparatus for measuring relative concentration change and oxygen saturation. Another object of the present invention is to provide an apparatus for measuring the relative concentration change of hemoglobin and the oxygen saturation, which detects a signal of only desired light regardless of the measurement environment.
この目的を達成するため、この発明の請求項1に係る近赤外線無侵襲生体計測装置は、センサー部と装置本体部とからなり、センサー部には近赤外線を照射する光源と、前記光源から一定の距離に配置されて光源からの透過光を受光する受光素子と、生体と同一の吸収特性が得られるファントムを用いて予め測定した透過光に関する基準値を記録したROM部とからなり、装置本体部は、前記センサー部の受光信号により実際の吸光度を算出し、前記基準値と比較してベアーランバートの法則に適応して生体の酸素状態を演算する演算処理部を備えていることを特徴とする。
In order to achieve this object, a near-infrared non-invasive living body measurement apparatus according to
また、別途形成したファントムとセンサー部及び装置本体部とを備えた測定装置とからなり、前記ファントムは、光を完全に遮断する材質で形成された箱型のケース内の最下層にクッション材を敷き、その上に反射板、散乱層、吸収板、散乱層、吸収板を順次積層して形成されており、前記センサー部は、光源と、この光源から一定の距離に配置した受光素子と、前記ファントムの受光信号を基準値として記録するROMとからなり、前記装置本体部は、前記センサー部の受光信号により実際の吸光度を算出し、前記基準値と比較してベアーランバートの法則に適応して生体の酸素状態を演算する演算処理部を備えている構成としてもよい。 The phantom includes a separately formed phantom and a measuring device including a sensor unit and a device main body. The phantom has a cushioning material in a lowermost layer in a box-shaped case formed of a material that completely blocks light. It is formed by sequentially laminating a reflecting plate, a scattering layer, an absorbing plate, a scattering layer, and an absorbing plate thereon, and the sensor unit includes a light source and a light receiving element disposed at a certain distance from the light source, It consists of a ROM that records the received light signal of the phantom as a reference value, and the device main unit calculates the actual absorbance based on the received light signal of the sensor unit, and compares it with the reference value to adapt to Bear Lambert's law. It is good also as a structure provided with the arithmetic processing part which calculates the oxygen state of a biological body.
センサー部は、生体と同一の吸収特性が得られるファントムを用いて予め測定した透過光に関する基準値を記録したROMを備えることによって、測定開始時の血液中のヘモグロビンの相対濃度変化と酸素飽和度を、前記基準値と比較して相対値として提供することができる。即ち、ファントムを基準とすることによって、測定開始時点を基準とした相対値ではなく絶対値を基準とした比較が可能になる。 The sensor unit includes a ROM that records a reference value related to transmitted light measured in advance using a phantom capable of obtaining the same absorption characteristics as a living body, thereby changing the relative concentration of hemoglobin in the blood at the start of measurement and the degree of oxygen saturation. Can be provided as a relative value compared to the reference value. That is, by using the phantom as a reference, a comparison based on an absolute value rather than a relative value based on the measurement start time can be performed.
また、ファントムによる絶対値を基準とすることにより、頭蓋における左右の血流の差が分かる。従来は、測定開始後の変化は評価することが可能であるものの、頭蓋における左右とも測定開始時点が基準となるので、左右の血流の差を評価することはできなかった。さらに、ファントムを基準とすることによりセンサーの誤差を修正することができる。個々のセンサーは、同一基準の測定値を示すように製造されているが、実際には僅かな誤差が見られる。そこで、個々のセンサーに誤差があってもファントムを基準とすることにより、全てのセンサーは誤差が修正されて同一レベルの基準値を設けることができる。 Further, by using the absolute value by the phantom as a reference, the difference between the left and right blood flow in the skull can be found. Conventionally, changes after the start of measurement can be evaluated, but since the measurement start time is the reference for both the left and right sides of the skull, the difference in blood flow between the left and right cannot be evaluated. Furthermore, the sensor error can be corrected by using the phantom as a reference. Individual sensors are manufactured to show the same standard measurements, but in practice there are slight errors. Therefore, even if there is an error in each sensor, by using the phantom as a reference, the error can be corrected for all the sensors and a reference value of the same level can be provided.
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1は本測定装置のブロック図を示し、測定装置1は、頭蓋の表面に装着されるセンサー部2と装置本体部3とからなる。センサー部2には、LEDによる光源11、12とフォトダイオードで形成された受光素子11A、12Aとによって構成されており、左側を測定する光源11、受光素子11Aと、右側を測定する光源12、受光素子12Aがそれぞれ対になって左右に配置されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a block diagram of the present measuring apparatus. The
図示する実施形態では、左右が対になったダブルタイプを示しているが、中央部で分割して左側の光源11、受光素子11Aと、右側の光源12、受光素子12Aに分離したシングルタイプとすることもできる(図2参照)。シングルタイプの場合には、それぞれ個別に左右に装着すればよい。
In the illustrated embodiment, a double type in which the left and right are paired is shown, but a single type divided into a left
前記光源11、12はLEDで構成されており、近赤外線をモニター部位に1波長あたり毎秒10回、0.2mSecのパルスを投射し、受光素子11A,12Aのフォトダイオードがオキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビン及びそれらのクロスポイントに対応した各波長の近赤外線を検知し、その信号を増幅して測定値が計算される。例えば、光源11、12の波長は、近赤外線の吸収スペクトルの特性において、酸素ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸光度が略一致する805nmと、それより小さい770nm及びそれより大きい870nmに設定されている。
The
頭蓋の表面に近赤外線の光源11、12と受光素子11A、12Aとを装着すると、光源11から受光素子11A及び光源12から受光素子12Aまでの距離が遠くなるほど、その距離dの2乗に反比例して減少する。また、光の強度が弱いとその光は頭蓋の頭皮や頭蓋骨の付近の浅い所を通過し、強度が強いほどその光は深い所の大脳皮質にまで達する。そして、距離が同一であれば光源11、12の強さに比例した受光信号が得られる。
When the near-
そこで、センサー2の光源11と受光素子12の距離と、光が通過する深度(モニター深度)との関係を示すと、図2と表1のようになる。
2 and Table 1 show the relationship between the distance between the
図2(a)は、光源11、受光素子11Aとからなるシングルタイプを示し、図2(b)は、光源11、受光素子11A及び光源12、受光素子12Aとを対にして配置したダブルタイプを示している。光源と受光素子との距離は、成人用、中人(子供〜成人)用、小児用等頭蓋の大きさによって決定される。
2A shows a single type composed of a
図1において、センサー部2におけるROM4は、図3に示すファントム5にセンサー2を接触させて反射光を測定してその信号を読み込み、校正データとして記録保存するものであり、装置本体部3の起動時に読み込まれて測定開始時点の基準値となる。センサー部2は、光の熱が血流でウォッシュアウトされるように出力と時間が制御されているので、測定前の校正は必要ない。
In FIG. 1, the ROM 4 in the
次に、測定開始時点の基準値を示すと共に、校正データとなるファントム5の構成を図3に基づいて説明する。ファントム5は、光を完全に遮断する材質で形成された箱型のケース51内に散乱板等が積層されて形成されている。さらに、詳述すると、最下層にクッション材52としてスポンジゴムシートを敷き、その上に反射板53としてアルミ板を載せ、さらに散乱層54として厚さ2mmのアクリル板を5枚積層し、続いて、吸収板55として厚さ0.4mmのグレイの塩ビ板と、散乱層54として厚さ2mmのアクリル板を6枚とを積層し、最上面に吸収板55として厚さ0.4mmのグレイの塩ビ板を積層することによって形成されている。
Next, the configuration of the phantom 5 serving as calibration data will be described with reference to FIG. The phantom 5 is formed by stacking a scattering plate or the like in a box-shaped
上記構成のファントム5は、中間に積層する吸収板55の位置を調整することによって生体と同一の吸収特性が得られる。センサーの受光特性と塩ビ板の吸収特性は波長によって異なるが、受光素子の距離40mmでは深さ20mmでほぼ平坦になることから、実施形態のファントム5の厚さは約23mmに形成されている。
The phantom 5 having the above configuration can obtain the same absorption characteristics as a living body by adjusting the position of the
オキシ,デオキシヘモグロビンで吸光係数が等しい波長(805nm)で吸光度を求めれば、酸素飽和度の値の如何に関わらず、吸光量はヘモグロビン量の変化と相関しているので、これをヘモグロビンインデックス(HbI)として表示する。ヘモグロビンインデックスは無名数で、相対値である。従来の装置では測定開始または測定中のある時点が基準で変化を比較していたが、ファントム5が基準になるので測定開始時から相対変化の比較が可能になる。 If the absorbance is obtained at a wavelength (805 nm) having the same extinction coefficient for oxy and deoxyhemoglobin, the absorbance is correlated with the change in the hemoglobin regardless of the value of the oxygen saturation, and this is expressed as the hemoglobin index (HbI). ). The hemoglobin index is an anonymous number and is a relative value. In the conventional apparatus, the change is compared on the basis of the measurement start or a certain time point during the measurement. However, since the phantom 5 is used as a reference, the relative change can be compared from the measurement start time.
センサーの信号は受光素子11A,12A(フォトダイオード)で検出される。フォトダイオードは波長に関わらず、その感度領域の光であれば信号として出力する。
実際の測定では真っ暗な環境で測定することはないので、所望の光による信号だけを得たいと思っても、外部の光が生体を経由してフォトダイオードで検出されることになる。
Sensor signals are detected by the
In actual measurement, measurement is not performed in a dark environment. Even if it is desired to obtain only a desired light signal, external light is detected by a photodiode via a living body.
この外部の光を取り除く方法は各種提案されている。例えば、信号を変調してその成分のみを取り出したり、フィルターを使用してカットしたりしている。この発明では、所望の波長の光が点灯していない無光(ブランク)の期間を設けて、無光時(周りの光だけ)のフォトダイオードの出力を測定して(サンプルホールド)保持し、電子回路で所望の光が点灯した時に所望の光と周りの光の合計として検出される光の値から、周りの光だけの値を差し引くことによって、所望の光だけの信号をデータとして得ることとした。 Various methods for removing the external light have been proposed. For example, the signal is modulated to extract only the component, or is cut using a filter. In this invention, a period of no light (blank) in which light of a desired wavelength is not lit is provided, and the output of the photodiode at the time of no light (only surrounding light) is measured (sample hold) and held, A signal of only the desired light is obtained as data by subtracting the value of only the ambient light from the value of the light detected as the sum of the desired light and the ambient light when the desired light is lit in the electronic circuit. It was.
上記のような計算方法とすることによって、従来のような煩雑な信号処理が不要で、周りの環境が明るくても暗くても、所望の光が光った時の測定値がベースラインの増加分として測定ができるので、周りの環境に左右されない測定が可能となる。 By using the above calculation method, the conventional complicated signal processing is unnecessary, and the measured value when the desired light shines is the increment of the baseline regardless of whether the surrounding environment is bright or dark. Measurement can be performed regardless of the surrounding environment.
図1及び図2のセンサー部2は、前額部に装着されるので、センサーの周りの皮膚や頭蓋骨などを通過した周りの光が影響するが、周りの光による信号のレベルは受光素子が飽和するようなレベルにはならないので、回りの光の影響は無視することができる。
Since the
さらに、ファントムを使用することにより、次のような効果が得られる。即ち、各センサーは同一の性能を保つように製造されているものの、実際の製品には僅かな誤差がある。従来のセンサーは全て測定開始時点を基準とするために誤差は修正されることはなかった。この発明では測定開始時点の基準をファントムから得ることとしたから、それぞれのセンサーが基準となることができる。 Furthermore, the following effects can be obtained by using a phantom. That is, each sensor is manufactured to maintain the same performance, but there is a slight error in the actual product. Since all the conventional sensors are based on the measurement start time, the error is not corrected. In this invention, since the reference of the measurement start time is obtained from the phantom, each sensor can be the reference.
ファントムを基準とした校正値を内蔵した測定センサーを使用すれば、ファントム上で測定値を、酸素飽和度が50%、ヘモグロビン量が1.0になる。このセンサーで、例えばAさんを測定した場合に、酸素飽和度は左が63%、右が62%、ヘモグロビン量は左が1.2、 右が0.8のようになる場合がある。従来の測定法ではヘモグロビンは測定開始が基準で1.0なので、左右とも1.0となって左右は差として認識することができなかった。 If a measurement sensor with a built-in calibration value based on the phantom is used, the measured value on the phantom will be 50% oxygen saturation and 1.0 hemoglobin. For example, when Mr. A is measured with this sensor, the oxygen saturation may be 63% on the left, 62% on the right, the amount of hemoglobin may be 1.2 on the left, and 0.8 on the right. In the conventional measurement method, since hemoglobin is 1.0 at the start of measurement, the left and right are 1.0, and the left and right cannot be recognized as a difference.
次に、装置本体部3の構成について説明する。装置本体部3は、センサー部2に回路接続しており、電源ユニット31、前記電源ユニット31の電圧を制御する電源制御部31a、測定データを増幅するアンプ部32、データを計算できるようにデジタル信号に変換するA/Dコンバータ部33、データを計算する演算処理部34、データを表示する画面表示部35、データを記録するメモリー部36、センサー部の光源11,12のLEDを駆動制御するLED駆動部37、信号の同期を取るためのクロック部38、外部で操作するための入力部39、外部にデータを出力するUSB出力部34aによって構成されている。
Next, the configuration of the apparatus
装置本体3は、電源ユニット31をスイッチ操作すると、演算処理部34によりLED駆動部38に発光と受光を指示する。そして、センサー部2の2個の光源11,12から所定の波長の光を、強度を強、弱に変化して出力し、この光の透過光を2個の受光素子11A,12Aでそれぞれ受光する。
When the
受光素子11A,12Aによる受光信号は、アンプ部32で増幅し、増幅した信号をA/Dコンバータ部33によりデジタル信号に変換して演算処理部34に入力する。演算処理部34は、これら発光信号、受光信号等によりベアーランバートの法則で酸素飽和度rSO2等をリアルタイムで演算し、それをメモリー部36に記憶し、且つ画面表示部35に表示する。
Light reception signals by the
上記構成の測定装置を使用する場合について説明する。まず、センサー部2の2個の光源11,12と受光素子11A,12Aを、頭蓋の表面に接して装着する。その後、光源11,12に光の信号を出力して頭蓋の内部に照射する。そして、頭蓋において透過した光を受光素子11A,12Aでそれぞれ受光信号を得る。その血液の主としてヘモグロビンにより散乱、反射することによる受光信号が高い精度で求められる。その後、演算処理部で演算処理が行われる。
A case where the measuring apparatus having the above configuration is used will be described. First, the two
測定装置1は、近赤外線の光を頭蓋に照射し、吸収される光の量は入射光と溶質の濃度に比例するという、「ランバートベールの法則」によって脳内局所でのヘモグロビンの酸素飽和度と濃度の変化を測定する。オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビンとの光の吸収スペクトルの差を利用し、異なる波長(770nm、870nm)で頭蓋内を通過して受光素子で検出された光から吸光度を求め、局所の酸素飽和度(rSO2)を計算する。
The measuring
上記演算処理部34では、酸素飽和度は次のようにして計算される。オキシヘモグロビンの吸光度をKHbO2、デオキシヘモグロビンの吸光度をKHb、酸素飽和度をrSO2=HbO2/(HbO2+Hb)、光路長をd、溶質の濃度をC、とすれば、ある波長でのセンサー直下の吸光度Kは、重ね合わせの理が成り立つので、以下の数1のようになる。
In the
2つの波長(仮にR770nm 及びIR870nm とする)での検出信号から吸光度を計算し、その比は数2で求められる。
Absorbance is calculated from detection signals at two wavelengths (assuming R770 nm and IR870 nm), and the ratio is obtained by
このR/IRは酸素飽和度と相関しているので、試験管内の血液サンプルの酸素飽和度とヘモグロビン量を予め測定して既知のものとし、その血液サンプルのR/IRを測定する。この測定して得られたR/IRの値と、測定装置1で測定したその血液の酸素飽和度を基にR/IRと酸素飽和度の関係を示す校正曲線を作成しておき、未知の血液の測定された吸光比R/IRから酸素飽和度(rSO2)を計算し表示する。
Since this R / IR correlates with the oxygen saturation, the oxygen saturation and the amount of hemoglobin in the blood sample in the test tube are measured in advance to make them known, and the R / IR of the blood sample is measured. Based on the R / IR value obtained by this measurement and the oxygen saturation of the blood measured by the measuring
次に、図4に基づいて装置本体部3のアンプ部32の回路図について説明する。図4において、U5のピン番号2にフォトダイオード(PD)で検出されたアナログ信号が入力されている。
U9,U12,U13,U16,U17,U20,U21のピン番号8番に各々の信号をホールドするタイミングクロックが入力され、クロック部37のクロックに同期してフォトダイオード(PD)で検出された発光波長別の信号が保持されてピン番号5番にDC電圧で出力される。
Next, a circuit diagram of the
A timing clock for holding each signal is input to pin
出力されたDC電圧はA/Dコンバータ部33でデジタル信号に変換され、演算処理部34で演算処理され、各々酸素飽和度、ヘモグロビン量の情報として提供される。上記の回路の特徴は、差動アンプU8の基準ピン2に光のない時の信号レベルがU20で保持され印加されているので、U8の出力は入力信号との差が出力される。
The output DC voltage is converted into a digital signal by the A /
以上詳述したように、外部の明るさを排除した測定値が得られるので、手術室等の屋内の使用に限らず、災害現場や昼夜等測定環境に影響されずに使用することができる。 As described above in detail, since the measurement value excluding the external brightness is obtained, the measurement value is not limited to indoor use such as an operating room, and can be used without being affected by the measurement environment such as a disaster site or day and night.
1:測定装置
2:センサー部
3:装置本体部
5:ファントム
11,12:光源
11A,12A:受光素子
31:電源ユニット
32:アンプ部
33:A/Dコンバータ部
34:演算処理部
35:画面表示部
36:メモリー部
37:クロック部
38:LED駆動部
39:入力部
1: Measuring device 2: Sensor unit 3: Device body unit 5:
Claims (2)
It consists of a phantom, a measuring device equipped with a sensor unit and a device main body, and the phantom lays a cushion material on the lowermost layer in a box-shaped case made of a material that completely blocks light, and on it A reflection plate, a scattering layer, an absorption plate, a scattering layer, and an absorption plate are sequentially laminated. The sensor unit includes a light source, a light receiving element disposed at a certain distance from the light source, and a light reception signal of the phantom. The apparatus body unit calculates the actual absorbance based on the light reception signal of the sensor unit, and adapts to the Bare Lambert law in comparison with the reference value to determine the oxygen state of the living body. A device for measuring a relative concentration change of hemoglobin and an oxygen saturation measuring device, comprising an arithmetic processing unit for calculating
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015163242A JP5917756B2 (en) | 2015-08-20 | 2015-08-20 | Apparatus for measuring the relative concentration change and oxygen saturation of hemoglobin |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015163242A JP5917756B2 (en) | 2015-08-20 | 2015-08-20 | Apparatus for measuring the relative concentration change and oxygen saturation of hemoglobin |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013001539U Continuation JP3183811U (en) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | Apparatus for measuring the relative concentration change and oxygen saturation of hemoglobin |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016000240A JP2016000240A (en) | 2016-01-07 |
JP5917756B2 true JP5917756B2 (en) | 2016-05-18 |
Family
ID=55076165
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015163242A Expired - Fee Related JP5917756B2 (en) | 2015-08-20 | 2015-08-20 | Apparatus for measuring the relative concentration change and oxygen saturation of hemoglobin |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5917756B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017179103A1 (en) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | 株式会社フジタ医科器械 | Oximetry sensor and oximetry apparatus |
US10499836B2 (en) | 2016-03-11 | 2019-12-10 | Fujita Medical Instruments Co., Ltd. | Oxygen saturation measuring sensor, and oxygen saturation measuring apparatus |
JP6817755B2 (en) * | 2016-09-14 | 2021-01-20 | 浜松ホトニクス株式会社 | How to operate the concentration measuring device and the concentration measuring device |
KR101886108B1 (en) * | 2016-12-13 | 2018-08-07 | 현대자동차 주식회사 | Fatigue measurement system |
CN107569237A (en) * | 2017-09-14 | 2018-01-12 | 天津科技大学 | The measuring method and device of Non-invasive detection hemoglobin level |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3016160U (en) * | 1995-03-23 | 1995-09-26 | 有限会社トステック | Near infrared non-invasive biometric device |
JP4328129B2 (en) * | 2003-05-28 | 2009-09-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | Scattering absorber measurement apparatus calibration method, calibration apparatus, and scattering absorber measurement system using the same |
-
2015
- 2015-08-20 JP JP2015163242A patent/JP5917756B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016000240A (en) | 2016-01-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210030291A1 (en) | Biological information detection apparatus that includes a light source projecting a near-infrared pattern onto an object and an imaging system including first photodetector cells detecting near-infrared wavelength light and second photodetector cells detecting visible wavelength light | |
JP5917756B2 (en) | Apparatus for measuring the relative concentration change and oxygen saturation of hemoglobin | |
US11202582B2 (en) | Device for use in blood oxygen saturation measurement | |
RU2688445C2 (en) | System and method for determining information on basic physiological indicators of a subject | |
EP3157431B1 (en) | Device, system and method for determining the concentration of a substance in the blood of a subject | |
US10506960B2 (en) | System for screening of the state of oxygenation of a subject | |
JP5028256B2 (en) | Spectrophotometric method for determining blood oxygen saturation in optically accessible blood vessels | |
US10575764B2 (en) | System and method for extracting physiological information from remotely detected electromagnetic radiation | |
US20100210931A1 (en) | Method for performing qualitative and quantitative analysis of wounds using spatially structured illumination | |
US10342488B2 (en) | Probes and pressure modulation algorithms for reducing extratissue contamination in hemodynamic measurement | |
EP3145398B1 (en) | Device and method for noninvasively determining the hematocrit value of a subject | |
Pinto et al. | Non-invasive hemoglobin measurement using embedded platform | |
WO2018029123A1 (en) | Device for use in blood oxygen saturation measurement | |
WO2015150106A1 (en) | Device, system and method for tumor detection and/or monitoring | |
Myllylä et al. | Measurement of cerebral blood flow and metabolism using high power light-emitting diodes | |
JP3183811U (en) | Apparatus for measuring the relative concentration change and oxygen saturation of hemoglobin | |
Pollonini | Optical properties and molar hemoglobin concentration of skeletal muscles measured in vivo with wearable near infrared spectroscopy | |
JP6060321B1 (en) | Oxygen saturation measuring sensor and oxygen saturation measuring device | |
EP4076186B1 (en) | Device, system and method for determining oxygen saturation of a subject | |
Patil et al. | Methods and devices to determine hemoglobin non invasively: A review | |
Budidha et al. | Investigation of photoplethysmography, laser doppler flowmetry and near infrared spectroscopy during induced thermal stress | |
Almajidy et al. | Dual Layered Models of Light Scattering in the Near Infrared B: Experimental Results with a Phantom | |
Robbins et al. | Deep tissue multi-wavelength spatial frequency domain imaging | |
Rakhshani Fatmehsari | Designing and Implementing a Portable Near-Infrared Imaging System for Monitoring of Human’s Functional Brain Activity | |
Torricelli et al. | Mapping cerebral hemodynamics in brain cortex by multi-channel time-resolved near-infrared spectroscopy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20151127 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151201 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160118 |
|
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: 20160329 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160406 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5917756 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |