JP6385865B2 - パルスフォトメータ - Google Patents
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Description
本発明は、パルスフォトメータに関する。
パルスフォトメータは、被検者の血中吸光物質濃度を算出する装置である。具体的には、血中吸光物質濃度によって血液の吸光係数の比が異なる複数の波長の光が、当該被検者の生体組織に照射される。当該生体組織を透過または反射した各波長の光量が検出される。各波長の光量は、血液の脈動に伴って変化する。したがって、脈動に起因する各波長の光量の経時変化が、脈波信号として取得される。各波長に係る脈波信号の振幅は、当該波長に係る減光度変化量に対応する。特許文献１は、脈波信号からノイズを除去するために、既知の吸光度比（各波長の吸光度の比）を用いてアフィン変換を行なう手法を開示している。
特許文献１に記載の手法においては、過去にノイズの混入がないと判断された吸光度比の測定結果を上記既知の吸光度比として用いている。しかしながら、脈波信号について得られる吸光度比とノイズ信号について得られる吸光度比が近い値を有する場合、ノイズ信号の側の吸光度比を既知の吸光度比として採用してしまうおそれがある。その場合、以降のノイズ除去処理がノイズ信号に基づく値に依拠することにより、血中吸光物質濃度の算出に正確性を欠いてしまうおそれがある。
よって本発明は、血中吸光物質濃度の算出の正確性を向上することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明がとりうる一態様は、パルスフォトメータであって、
互いに波長が異なる少なくとも３種の光を出射する発光部と、
被検者の生体を透過あるいは反射した前記少なくとも３種の光の各々の強度に応じて少なくとも３種の強度信号を出力する受光部と、
前記少なくとも３種の光から選ばれた第１の組合せの２種の光に係る前記強度信号に基づいて第１信号成分と第１ノイズ成分を分離する第１信号分離部と、
前記少なくとも３種の光から選ばれた第２の組合せの２種の光に係る前記強度信号に基づいて第２信号成分と第２ノイズ成分を分離する第２信号分離部と、
前記第１信号成分の吸光度比と前記第１ノイズ成分の吸光度比の第１差分が第１所定値未満であるかを判定する第１判定部と、
前記第１差分が前記第１所定値未満であると判定された場合に、前記第２信号成分の吸光度比と前記第２ノイズ成分の吸光度比の第２差分が第２所定値未満であるかを判定する第２判定部と、
前記第１差分が前記第１所定値以上であると判定された場合に、前記第１信号成分の基本周波数に基づいて前記被検者の血中吸光物質濃度を算出し、前記第２差分が前記第２所定値以上であると判定された場合に、前記第２信号成分の基本周波数に基づいて前記血中吸光物質濃度を算出する濃度算出部を備えている。
互いに波長が異なる少なくとも３種の光を出射する発光部と、
被検者の生体を透過あるいは反射した前記少なくとも３種の光の各々の強度に応じて少なくとも３種の強度信号を出力する受光部と、
前記少なくとも３種の光から選ばれた第１の組合せの２種の光に係る前記強度信号に基づいて第１信号成分と第１ノイズ成分を分離する第１信号分離部と、
前記少なくとも３種の光から選ばれた第２の組合せの２種の光に係る前記強度信号に基づいて第２信号成分と第２ノイズ成分を分離する第２信号分離部と、
前記第１信号成分の吸光度比と前記第１ノイズ成分の吸光度比の第１差分が第１所定値未満であるかを判定する第１判定部と、
前記第１差分が前記第１所定値未満であると判定された場合に、前記第２信号成分の吸光度比と前記第２ノイズ成分の吸光度比の第２差分が第２所定値未満であるかを判定する第２判定部と、
前記第１差分が前記第１所定値以上であると判定された場合に、前記第１信号成分の基本周波数に基づいて前記被検者の血中吸光物質濃度を算出し、前記第２差分が前記第２所定値以上であると判定された場合に、前記第２信号成分の基本周波数に基づいて前記血中吸光物質濃度を算出する濃度算出部を備えている。
このような構成によれば、互いに波長が異なる少なくとも３種の光を使用して、２種の光の組合せが少なくとも２つ作られる。第１の組合せにより得られた信号成分の吸光度比とノイズ成分の吸光度比の差分が小さい場合（信号成分とノイズ成分の取り違えを生ずる可能性がある場合）は、第２の組合せについて信号成分の吸光度比とノイズ成分の吸光度比の比較が行なわれる。これらの組合せのいずれかにおいて信号成分がノイズ成分と区別可能と判断された場合のみ、当該信号成分の吸光度比に基づいて血中吸光物質濃度の算出がなされる。したがって、血中吸光物質濃度の算出の正確性を向上させることができる。
前記第１の組合せと前記第２の組合せの各々は、前記２種の光として赤外光と赤色光を含んでいる構成としてもよい。
このような構成によれば、特に血中吸光物質濃度として動脈血酸素飽和度を算出するパルスオキシメータにおいて算出の正確性を向上させることができる。
前記少なくとも３種の光の波長は、例えば、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、および８８０ｎｍとされうる。
４種の光を用いる場合の各光の波長は、例えば、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、および８８０ｎｍとされうる。あるいは、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、８８０ｎｍ、および９４０ｎｍとされうる。
前記第２差分が前記第２所定値未満であると判定された場合に、エラー状態を報知する報知部を備えている構成としてもよい。
第２判定部による判定は、波長が相互に異なる少なくとも３種の光から選ばれた第１の組合せに係る２種の光について得られた信号成分とノイズ成分を区別できないおそれがあると第１判定部により判定された場合に行なわれる。当該３種の光から選ばれた第２の組合せに係る２種の光について信号成分の吸光度比とノイズ成分の吸光度比を比較すれば、通常は第１判定部による判定と異なる結果が得られる。第２判定部によっても信号成分とノイズ成分を区別できないおそれがあると判定された場合、パルスフォトメータあるいは測定環境に何らかの問題がある可能性が高い。上記のような構成によれば、早期にエラー状態の可能性を報知することにより、問題を伴ったまま測定が継続されることを未然に防止できる。したがって、血中吸光物質濃度の算出の正確性を向上させることができる。
本発明に係る実施形態の例を添付の図面を参照しつつ以下詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るパルスオキシメータ１０（パルスフォトメータの一例）の機能構成を示すブロック図である。パルスオキシメータ１０は、被検者の動脈血酸素飽和度（以下ＳｐＯ２と称する）を測定する装置である。ＳｐＯ２は、酸素の運搬が可能なヘモグロビン量に対する酸化ヘモグロビン（血中吸光物質の一例）の割合（血中吸光物質濃度の一例）を示す。
パルスオキシメータ１０は、発光部１１を備えている。発光部１１は、波長λ１を有する第１の光、波長λ２を有する第２の光、および波長λ３を有する第３の光を出射可能に構成されている。波長λ１、λ２、λ３は、相互に異なる。本実施形態においては、波長λ１は６６０ｎｍ、波長λ２は７００ｎｍ、波長λ３は８８０ｎｍである。すなわち、第１の光と第２の光は赤色光であり、第３の光は赤外光である。発光部１１は、例えば、これらの波長の光を出射可能な半導体発光素子である。半導体発光素子の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、有機ＥＬ素子などが挙げられる。
パルスオキシメータ１０は、受光部１２を備えている。受光部１２は、被検者の生体２０を透過あるいは反射した第１の光、第２の光、および第３の光を受光可能に構成されている。受光部１２は、第１の光の受光強度に応じた第１強度信号Ｉ１、第２の光の受光強度に応じた第２強度信号Ｉ２、および第３の光の受光強度に応じた第３強度信号Ｉ３を出力するように構成されている。受光部１２は、例えば、発光部１１が出射する光の波長に感度を有する光センサである。光センサの例としては、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトレジスタが挙げられる。
パルスオキシメータ１０は、第１信号分離部１３を備えている。第１信号分離部１３は、第１強度信号Ｉ１と第３強度信号Ｉ３（第１の組合せの２種の光に係る強度信号の一例）に基づき、第１信号成分Ｓ１と第１ノイズ成分Ｎ１を分離するように構成されている。
図２と図３を参照しつつ、第１信号分離部１３の動作について詳しく説明する。図２の（ａ）は、第１信号分離部１３が受光部１２より取得する第１強度信号Ｉ１と第３強度信号Ｉ３の経時変化を示している。第１強度信号Ｉ１と第３強度信号Ｉ３を第１観測信号対と称する。
図３は、第１強度信号Ｉ１の振幅を縦軸にとり、第３強度信号Ｉ３の振幅を横軸にとった座標平面を示している。ある時点ｔ＝ｔｉにおける第１観測信号対は、終点座標が（Ｉ３ｉ，Ｉ１ｉ）となるベクトルＸ１ｉで表わされる。ベクトルＸ１ｉは、第１信号成分を表すベクトルＳ１ｉと第１ノイズ成分を表すベクトルＮ１ｉに分解される。換言すると、ベクトルＸ１ｉは、ベクトルＳ１ｉとベクトルＮ１ｉの合成ベクトルである。
ベクトルＳ１ｉの横軸に対する傾きをφ１、ベクトルＮ１ｉの横軸に対する傾きをψ１とした場合、Ｉ１ｉ、Ｉ３ｉ、Ｓ１ｉ、およびＮ１ｉの関係は、次式で表わされる。
ここで、
とすれば、次式のようにＷの逆行列Ａを第１観測信号対に作用させることにより、第１信号成分Ｓ１と第１ノイズ成分Ｎ１が分離される。
この操作は、第１信号成分Ｓ１を横軸へ、第１ノイズ成分Ｎ１を縦軸へ移すことを表している。この逆行列Ａを求めると、次式のようになる。
したがって、（３）式と（４）式より次式を得る。
（５）式で表わされる座標変換は、図２の（ｂ）に示す２種の強度信号Ｉ１、Ｉ３を座標軸として選んだ第１の座標系から、図２の（ｃ）に示す第１信号成分Ｓ１と第１ノイズ成分Ｎ１を座標軸として選んだ第２の座標系への変換に対応している。
この座標変換を実行するにあたり、まずベクトルＳ１ｉを変換後の座標系における横軸に一致させる操作を行なう。具体的には、図３におけるベクトルＳ１ｉを角度φ１だけ時計回りに回転させる操作を行なう。φ１と吸光度比Φ１の間には、次の関係が成立しているため、既知のΦ１を用いてφ１が求められる。
Φ１＝ｔａｎφ１ （６）
Φ１＝ｔａｎφ１ （６）
Φの値は、脈拍の間隔に比べて十分短い時間であれば、直前（例えば１０ミリ秒前）の値や、過去にノイズの混入がないと判断された吸光度比の値を採用できる。
（５）式におけるθ１は、ベクトルＮ１ｉを変換後の座標系における縦軸に一致させる操作に対応する係数である。第１ノイズ成分Ｎ１の吸光度比に対応するψ１は不明であるため、変換係数としてのθ１を単一値として定めるために、−φ１から（π／２）−φ１の範囲でθ１を変化させて変換後の座標系における横軸方向のノルムが最小となる値をθ１として採用する。
第１信号分離部１３により行なわれる上記の処理により分離された第１信号成分Ｓ１と第１ノイズ成分Ｎ１の波形を図２の（ｄ）に示す。第１信号成分Ｓ１には、血液の脈動に伴う振幅の周期的変化が確認できる。この変化の周期Ｔｓの逆数を、第１信号成分Ｓ１の基本周波数と定義する。
図１に示すように、パルスオキシメータ１０は、第２信号分離部１４を備えている。第２信号分離部１４は、第２強度信号Ｉ２と第３強度信号Ｉ３（第２の組合せの２種の光に係る強度信号の一例）に基づき、第２信号成分Ｓ２と第２ノイズ成分Ｎ２を分離するように構成されている。
第２信号分離部１４は、第２強度信号Ｉ２と第３強度信号Ｉ３からなる第２観測信号対に対して、第１信号分離部１３と同様の処理を行なう。すなわち、図２、図３、（１）式、（３）式、および（５）式において、Ｉ１をＩ２で置き換え、Ｓ１ｉとＮ１ｉをＳ２ｉとＮ２ｉで置き換えればよい。さらに、φ１、ψ１、θ１を、φ２、ψ２、θ２で置き換えればよい。
図１に示すように、パルスオキシメータ１０は、第１判定部１５、第２判定部１６、周波数分析部１７、およびＳｐＯ２算出部１８を備えている。図４を参照しつつ、これらの動作を説明する。
第１判定部１５は、第１信号成分Ｓ１の吸光度比と第１ノイズ成分Ｎ１の吸光度比の差分（第１差分）が所定の閾値（第１所定値）未満であるかを判定するように構成されている（図４のステップＳＴ１）。前述のように、図３におけるφ１は第１信号成分Ｓ１の吸光度比に対応しており、ψ１は第１ノイズ成分Ｎ１の吸光度比に対応しているため、第１差分は、θ１に対応する。
第１判定部１５により上記第１差分θ１が第１所定値以上であると判定された場合（図４のステップＳＴ１においてＮｏ）は、図３においてベクトルＳ１ｉとベクトルＮ１ｉが十分離れている場合に対応する。この場合、第１信号成分Ｓ１と第１ノイズ成分Ｎ１が明確に区別可能であるため、周波数分析部１７は、前述した第１信号成分Ｓ１の基本周波数を容易に特定できる。
周波数分析部１７は、第１強度信号Ｉ１、第２強度信号Ｉ２、および第３強度信号Ｉ３を、特定した基本周波数でフィルタリングするように構成されている。これにより、被検者の脈動に応じた受光強度の変化を確実に抽出できる。周波数分析部１７は、第１出力信号Ｉ１ｓ、第２出力信号Ｉ２ｓ、および第３出力信号Ｉ３ｓを出力するように構成されている。第１出力信号Ｉ１ｓは、フィルタリングを受けた第１強度信号Ｉ１に対応する。同様に、第２出力信号Ｉ２ｓと第３出力信号Ｉ３ｓは、フィルタリングを受けた第２強度信号Ｉ２と第３強度信号Ｉ３に対応する。
ＳｐＯ２算出部１８（濃度算出部の一例）は、第１出力信号Ｉ１ｓ、第２出力信号Ｉ２ｓ、および第３出力信号Ｉ３ｓに基づいてＳｐＯ２を算出する（図４におけるステップＳＴ２）。すなわち、ＳｐＯ２算出部１８は、第１信号成分Ｓ１の基本周波数に基づいてＳｐＯ２を算出していると言える。
ＳｐＯ２算出部１８は、第１出力信号Ｉ１ｓに基づいて血液の脈動に伴う第１の光の減光度変化量ΔＡ１を取得し、第２出力信号Ｉ２ｓに基づいて血液の脈動に伴う第２の光の減光度変化量ΔＡ２を取得し、第３出力信号Ｉ３ｓに基づいて血液の脈動に伴う第３の光の減光度変化量ΔＡ３を取得するように構成されている。減光度変化量ΔＡ１、ΔＡ２、ΔＡ３は、次式で表わされる。
ΔＡ１＝ｌｎ［Ｉ１ｓ／（Ｉ１ｓ−ΔＩ１ｓ）］≒ΔＩ１ｓ／Ｉ１ｓ （７）
ΔＡ２＝ｌｎ［Ｉ２ｓ／（Ｉ２ｓ−ΔＩ２ｓ）］≒ΔＩ２ｓ／Ｉ２ｓ （８）
ΔＡ３＝ｌｎ［Ｉ３ｓ／（Ｉ３ｓ−ΔＩ３ｓ）］≒ΔＩ３ｓ／Ｉ３ｓ （９）
ここでΔＩ１ｓ、ΔＩ２ｓ、ΔＩ３ｓは、血液の脈動に伴う第１の光、第２の光、および第３の光に係る出力信号の変化を示している。
ΔＡ１＝ｌｎ［Ｉ１ｓ／（Ｉ１ｓ−ΔＩ１ｓ）］≒ΔＩ１ｓ／Ｉ１ｓ （７）
ΔＡ２＝ｌｎ［Ｉ２ｓ／（Ｉ２ｓ−ΔＩ２ｓ）］≒ΔＩ２ｓ／Ｉ２ｓ （８）
ΔＡ３＝ｌｎ［Ｉ３ｓ／（Ｉ３ｓ−ΔＩ３ｓ）］≒ΔＩ３ｓ／Ｉ３ｓ （９）
ここでΔＩ１ｓ、ΔＩ２ｓ、ΔＩ３ｓは、血液の脈動に伴う第１の光、第２の光、および第３の光に係る出力信号の変化を示している。
ＳｐＯ２算出部１８は、第１の光と第２の光の減光度変化量ΔＡ１、ΔＡ２に基づいて、また第２の光と第３の光の減光度変化量ΔＡ２、ΔＡ３に基づいて、血液由来の減光度変化量を取得するように構成されている。具体的には、減光度変化量ΔＡ１と減光度変化量ΔＡ２の差分に基づいて、血液由来の減光度変化量Ａb21を取得し、減光度変化量ΔＡ２と減光度変化量ΔＡ３の差分に基づいて血液由来の減光度変化量Ａb23を取得するように構成されている。減光度変化量ΔＡ１、ΔＡ２、ΔＡ３は、次式で表わされうる。
ΔＡ１＝ΔＡｂ１＋ΔＡｔ１＝Ｅ１ＨｂΔＤｂ＋Ｚ１ΔＤｔ （１０）
ΔＡ２＝ΔＡｂ２＋ΔＡｔ２＝Ｅ２ＨｂΔＤｂ＋Ｚ２ΔＤｔ （１１）
ΔＡ３＝ΔＡｂ３＋ΔＡｔ３＝Ｅ３ＨｂΔＤｂ＋Ｚ３ΔＤｔ （１２）
ここで、Ｅは吸光係数（dl g-1cm-1）、Ｈｂは血中ヘモグロビン濃度（g dl-1）、Ｚは血液以外の組織の減光率（cm-1）、ΔＤは血液の脈動に伴う厚み変化（cm）を表している。添え字ｂは血液を、添え字ｔは血液以外の組織を、添え字１は第１の光を、添え字２は第２の光を、添え字３は第３の光を表している。
ΔＡ１＝ΔＡｂ１＋ΔＡｔ１＝Ｅ１ＨｂΔＤｂ＋Ｚ１ΔＤｔ （１０）
ΔＡ２＝ΔＡｂ２＋ΔＡｔ２＝Ｅ２ＨｂΔＤｂ＋Ｚ２ΔＤｔ （１１）
ΔＡ３＝ΔＡｂ３＋ΔＡｔ３＝Ｅ３ＨｂΔＤｂ＋Ｚ３ΔＤｔ （１２）
ここで、Ｅは吸光係数（dl g-1cm-1）、Ｈｂは血中ヘモグロビン濃度（g dl-1）、Ｚは血液以外の組織の減光率（cm-1）、ΔＤは血液の脈動に伴う厚み変化（cm）を表している。添え字ｂは血液を、添え字ｔは血液以外の組織を、添え字１は第１の光を、添え字２は第２の光を、添え字３は第３の光を表している。
血液以外の組織の波長依存性は無視できるため、Ｚ１＝Ｚ２＝Ｚ３とできる。ここで式（１１）より式（１０）を減じ、式（１１）より式（１２）を減ずると、次式を得る。
Ａb21＝ΔＡ２−ΔＡ１＝（Ｅ２−Ｅ１）ＨｂΔＤｂ （１３）
Ａb23＝ΔＡ２−ΔＡ３＝（Ｅ２−Ｅ３）ＨｂΔＤｂ （１４）
右辺には血液の情報のみが含まれている。したがって、減光度変化量ΔＡ１と減光度変化量ΔＡ２の差分、および減光度変化量ΔＡ２と減光度変化量ΔＡ３の差分をとることにより、血液由来の減光度変化量Ａb21、Ａb23を得ることができる。
Ａb21＝ΔＡ２−ΔＡ１＝（Ｅ２−Ｅ１）ＨｂΔＤｂ （１３）
Ａb23＝ΔＡ２−ΔＡ３＝（Ｅ２−Ｅ３）ＨｂΔＤｂ （１４）
右辺には血液の情報のみが含まれている。したがって、減光度変化量ΔＡ１と減光度変化量ΔＡ２の差分、および減光度変化量ΔＡ２と減光度変化量ΔＡ３の差分をとることにより、血液由来の減光度変化量Ａb21、Ａb23を得ることができる。
次に、（１４）式を（１３）式で除すると、ＨｂとΔＤｂの項が削除され次式を得る。
Ａb23／Ａb21 ＝（ΔＡ２−ΔＡ３）／（ΔＡ２−ΔＡ１）
＝（Ｅ２−Ｅ３）／（Ｅ２−Ｅ１） （１５）
ここで（１５）式における（Ｅ２−Ｅ１）、（Ｅ２−Ｅ３）は、ＳｐＯ２の関数である。したがって、（Ｅ２−Ｅ１）と（Ｅ２−Ｅ３）の比もまたＳｐＯ２の関数となる。百分率表記であるＳｐＯ２をＳと少数表記すると、各吸光係数Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、次式で表わされる。
Ｅ１＝Ｅｏ１Ｓ＋Ｅｒ１（１−Ｓ） （１６）
Ｅ２＝Ｅｏ２Ｓ＋Ｅｒ２（１−Ｓ） （１７）
Ｅ３＝Ｅｏ３Ｓ＋Ｅｒ３（１−Ｓ） （１８）
ここで、Ｅｏは酸化ヘモグロビンの吸光係数を、Ｅｒは脱酸化ヘモグロビンの吸光係数を表している。上記と同様に、添え字１は第１の光を、添え字２は第２の光を、添え字３は第３の光を表している。
Ａb23／Ａb21 ＝（ΔＡ２−ΔＡ３）／（ΔＡ２−ΔＡ１）
＝（Ｅ２−Ｅ３）／（Ｅ２−Ｅ１） （１５）
ここで（１５）式における（Ｅ２−Ｅ１）、（Ｅ２−Ｅ３）は、ＳｐＯ２の関数である。したがって、（Ｅ２−Ｅ１）と（Ｅ２−Ｅ３）の比もまたＳｐＯ２の関数となる。百分率表記であるＳｐＯ２をＳと少数表記すると、各吸光係数Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、次式で表わされる。
Ｅ１＝Ｅｏ１Ｓ＋Ｅｒ１（１−Ｓ） （１６）
Ｅ２＝Ｅｏ２Ｓ＋Ｅｒ２（１−Ｓ） （１７）
Ｅ３＝Ｅｏ３Ｓ＋Ｅｒ３（１−Ｓ） （１８）
ここで、Ｅｏは酸化ヘモグロビンの吸光係数を、Ｅｒは脱酸化ヘモグロビンの吸光係数を表している。上記と同様に、添え字１は第１の光を、添え字２は第２の光を、添え字３は第３の光を表している。
以上より、少なくとも３種の波長を有する光を用いて血液由来の減光度変化量Ａb21、Ａb23を測定すれば、（１５）から（１８）式を通じてＳｐＯ２を定量的に算出できることが判る。ＳｐＯ２算出部１８は、この原理に基づいて、ＳｐＯ２を算出するように構成されている。
一方、上記第１差分θ１が小さい場合、図３におけるベクトルＳ１ｉとベクトルＮ１ｉが接近し、第１信号成分Ｓ１と第１ノイズ成分Ｎ１が取り違えられることがある。そこで本実施形態においては、第１判定部１５により上記第１差分θ１が第１所定値未満であると判定された場合（図４のステップＳＴ１においてＹｅｓ）、第２判定部１６が作動するように構成されている。
第２判定部１６は、第２信号成分Ｓ２の吸光度比と第２ノイズ成分Ｎ２の吸光度比の差分（第２差分）が所定の閾値（第２所定値）未満であるかを判定するように構成されている（図４のステップＳＴ３）。第２信号成分Ｓ２の吸光度比は、図３においてφ１をφ２で置き換えたものに対応する。第２ノイズ成分Ｎ２の吸光度比は、図３においてψ１をψ２で置き換えたものに対応する。第２差分は、図３においてθ１をθ２で置き換えたものに対応する。
第２判定部１６により上記第２差分θ２が第２所定値以上であると判定された場合（図４のステップＳＴ３においてＮｏ）は、図３においてベクトルＳ２ｉとベクトルＮ２ｉが十分離れている場合に対応する。この場合、第２信号成分Ｓ２と第２ノイズ成分Ｎ２が明確に区別可能であるため、周波数分析部１７は、第２信号成分Ｓ２の基本周波数を容易に特定できる。
周波数分析部１７は、第１強度信号Ｉ１、第２強度信号Ｉ２、および第３強度信号Ｉ３を、第２信号成分Ｓ２に基づいて特定した基本周波数でフィルタリングし、第１出力信号Ｉ１ｓ、第２出力信号Ｉ２ｓ、および第３出力信号Ｉ３ｓを出力する。ＳｐＯ２算出部１８は、第１出力信号Ｉ１ｓ、第２出力信号Ｉ２ｓ、および第３出力信号Ｉ３ｓに基づいてＳｐＯ２を算出する（図４におけるステップＳＴ４）。すなわち、ＳｐＯ２算出部１８は、第２信号成分Ｓ２の基本周波数に基づいてＳｐＯ２を算出していると言える。ＳｐＯ２を算出するための処理は、第１信号成分Ｓ１に基づく場合と同様である。
図１に示すように、パルスオキシメータ１０は、表示部１９を備えている。表示部１９は、ＳｐＯ２算出部１８により算出されたＳｐＯ２を表示するように構成されている。
以上説明したように、本実施形態に係るパルスオキシメータ１０によれば、互いに波長が異なる３種の光を使用して２種の光の組合せを２つ作るようにしている。一方の組合せにより得られた信号成分の吸光度比とノイズ成分の吸光度比の差分が小さい場合（信号成分とノイズ成分の取り違えを生ずる可能性がある場合）は、他方の組合せについて信号成分の吸光度比とノイズ成分の吸光度比の比較が行なわれるようにしている。これらの組合せのいずれかにおいて信号成分がノイズ成分と区別可能と判断された場合のみ、当該信号成分の基本周波数に基づいてＳｐＯ２の算出がなされる。したがって、ＳｐＯ２の算出の正確性を向上させることができる。
本実施形態においては、上記２つの組合せのうち第１の組合せは、第１の光（波長λ１＝６６０ｎｍ）と第３の光（波長λ３＝８８０ｎｍ）を含んでいる。また、上記２つの組合せのうち第２の組合せは、第２の光（波長λ２＝７００ｎｍ）と第３の光（波長λ３＝８８０ｎｍ）を含んでいる。すなわち、第１の組合せと第２の組合せの各々は、上記２種の光の組合せとして赤色光と赤外光を含んでいる。
赤色光と赤外光は酸素飽和度によって血液の吸光係数の比が異なる組合せであるため、特にＳｐＯ２の算出の正確性を向上させることができる。
図１に破線で示すように、パルスオキシメータ１０は、報知部３０を備えてもよい。報知部３０は、第２判定部１６により、第２信号成分Ｓ２の吸光度比と第２ノイズ成分Ｎ２の吸光度比の差分（第２差分）が所定の閾値（第２所定値）未満であると判定された場合、エラー状態を報知するように構成されている。エラー状態の報知は、光学的報知、音響的報知、振動的報知の少なくとも１つにより行なわれる。この処理は、図４において破線で示すように、ステップＳＴ３においてＹｅｓの場合に実行されるステップＳＴ５に対応している。
第２判定部１６による判定は、波長が相互に異なる３種の光から選ばれた第１の組合せに係る２種の光について得られた信号成分とノイズ成分を区別できないおそれがあると第１判定部１５により判定された場合に行なわれる。当該３種の光から選ばれた第２の組合せに係る２種の光について信号成分の吸光度比とノイズ成分の吸光度比を比較すれば、通常は第１判定部１５による判定と異なる結果が得られる。第２判定部１６によっても信号成分とノイズ成分を区別できないおそれがあると判定された場合、パルスオキシメータ１０あるいは測定環境に何らかの問題がある可能性が高い。上記のような構成によれば、早期にエラー状態の可能性を報知することにより、問題を伴ったまま測定が継続されることを未然に防止できる。したがって、ＳｐＯ２の算出の正確性を向上させることができる。
上記の実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであって、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更・改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは明らかである。
上記の実施形態においては、ＳｐＯ２を算出するパルスオキシメータが例示されている。しかしながら、本発明は、他の血中吸光物質の濃度を測定する他のパルスフォトメータに適用可能である。他の血中吸光物質の例としては、一酸化炭素ヘモグロビン、Ｍｅｔヘモグロビン、血液に注入された色素などが挙げられる。その場合、発光部１１が出射する３種の光の波長は、対象とする血中吸光物質の濃度によって血液の吸光係数の比が実質的に異なる２種の光の組合せを２つ作ることができるように選ばれる。
発光部１１は、互いに波長が異なる４種以上の光を出射するように構成してもよい。例えば、４つの波長λ１、λ２、λ３、およびλ４は、以下のように選ばれうる。
λ１＝６６０ｎｍ、λ２＝７００ｎｍ、λ３＝７３０ｎｍ、λ４＝８８０ｎｍ
λ１＝６６０ｎｍ、λ２＝７００ｎｍ、λ３＝８８０ｎｍ、λ４＝９４０ｎｍ
λ１＝６６０ｎｍ、λ２＝７００ｎｍ、λ３＝７３０ｎｍ、λ４＝８８０ｎｍ
λ１＝６６０ｎｍ、λ２＝７００ｎｍ、λ３＝８８０ｎｍ、λ４＝９４０ｎｍ
４種の光を用いる場合、２種の光の組合せは３つ以上作ることができる。この構成においては、第３の組合せに係る２種の光により得られた観測信号から第３信号成分と第３ノイズ成分を分離してもよい。そして、第２信号成分Ｓ２の吸光度比と第２ノイズ成分Ｎ２の吸光度比の差分が所定の閾値未満であると第２判定部１６により判定された場合（図４のステップＳＴ３においてＹｅｓ）、第３信号成分の吸光度比と第３ノイズ成分の差分が所定の閾値以下であるかを判定してもよい。当該差分が当該閾値以上である場合は、ＳｐＯ２算出部１８により、第３信号成分の基本周波数に基づいて被検者のＳｐＯ２が算出される。このような構成によれば、ＳｐＯ２の算出の正確性をさらに向上させることが可能である。
上記の実施形態において、第１判定部１５、第２判定部１６、周波数分析部１７、およびＳｐＯ２算出部１８の機能は、通信可能に接続されたプロセッサとメモリの協働により実行されるソフトウェアによって実現されている。プロセッサの例としては、ＣＰＵやＭＰＵが挙げられる。メモリの例としては、ＲＡＭやＲＯＭが挙げられる。しかしながら、第１判定部１５、第２判定部１６、周波数分析部１７、およびＳｐＯ２算出部１８の少なくとも１つの機能は、回路素子などのハードウェアにより、あるいはハードウェアとソフトウェアの組合せにより実現されうる。
１０：パルスオキシメータ、１１：発光部、１２：受光部、１３：第１信号分離部、１４：第２信号分離部、１５：第１判定部、１６：第２判定部、１７：周波数分析部、１８：ＳｐＯ２算出部、３０：報知部、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３：強度信号、Ｉ１ｓ：第１出力信号、Ｉ２ｓ：第２出力信号、Ｉ３ｓ：第３出力信号Ｎ１：第１ノイズ成分、Ｎ２：第２ノイズ成分、Ｓ１：第１信号成分、Ｓ２：第２信号成分
Claims (6)
- 互いに波長が異なる少なくとも３種の光を出射する発光部と、
被検者の生体を透過あるいは反射した前記少なくとも３種の光の各々の強度に応じて少なくとも３種の強度信号を出力する受光部と、
前記少なくとも３種の光から選ばれた第１の組合せの２種の光に係る前記強度信号に基づいて第１信号成分と第１ノイズ成分を分離する第１信号分離部と、
前記少なくとも３種の光から選ばれた第２の組合せの２種の光に係る前記強度信号に基づいて第２信号成分と第２ノイズ成分を分離する第２信号分離部と、
前記第１信号成分の吸光度比と前記第１ノイズ成分の吸光度比の第１差分が第１所定値未満であるかを判定する第１判定部と、
前記第１差分が前記第１所定値未満であると判定された場合に、前記第２信号成分の吸光度比と前記第２ノイズ成分の吸光度比の第２差分が第２所定値未満であるかを判定する第２判定部と、
前記第１差分が前記第１所定値以上であると判定された場合に、前記第１信号成分の基本周波数に基づいて前記被検者の血中吸光物質濃度を算出し、前記第２差分が前記第２所定値以上であると判定された場合に、前記第２信号成分の基本周波数に基づいて前記血中吸光物質濃度を算出する濃度算出部を備えている、パルスフォトメータ。 - 前記第１の組合せと前記第２の組合せの各々は、前記２種の光として赤外光と赤色光を含んでいる、請求項１に記載のパルスフォトメータ。
- 前記第２差分が前記第２所定値未満であると判定された場合に、エラー状態を報知する報知部を備えている、請求項１または２に記載のパルスフォトメータ。
- 前記少なくとも３種の光の波長は、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、および８８０ｎｍである、請求項１から３に記載のパルスフォトメータ。
- 前記少なくとも３種の光は、各波長が６６０ｎｍ、７００ｎｍ、７３０ｎｍ、および８８０ｎｍである４種の光を含んでいる、請求項４に記載のパルスフォトメータ。
- 前記少なくとも３種の光は、各波長が６６０ｎｍ、７００ｎｍ、８８０ｎｍ、および９４０ｎｍである４種の光を含んでいる、請求項４に記載のパルスフォトメータ。
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