JP6703841B2 - Pulse photometer and method for calculating blood light-absorbing substance concentration - Google Patents

Pulse photometer and method for calculating blood light-absorbing substance concentration Download PDF

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Description

本発明は、被検者の血中吸光物質濃度を算出するパルスフォトメータ、および当該パルスフォトメータを用いて当該血中吸光物質濃度を算出する方法に関する。 The present invention relates to a pulse photometer for calculating a blood light-absorbing substance concentration of a subject, and a method for calculating the blood light-absorbing substance concentration using the pulse photometer.

パルスフォトメータは、被検者の血中吸光物質の濃度を算出する装置である。具体的には、当該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、当該被検者の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。血中吸光物質濃度は、各波長に係る減光度変化量の比に基づいて算出される(例えば、特許文献1を参照)。 The pulse photometer is a device that calculates the concentration of the light-absorbing substance in the blood of the subject. Specifically, light of a plurality of wavelengths having different ratios of blood absorption coefficients depending on the concentration of the light absorbing substance in the blood is applied to the living tissue of the subject. The amount of light of each wavelength transmitted or reflected by the living tissue is detected. The amount of light of each wavelength changes with the pulsation of blood of the subject. Therefore, a temporal change in the amount of light of each wavelength due to pulsation is acquired as a pulse wave signal. The amplitude of the pulse wave signal associated with each wavelength corresponds to the amount of change in extinction degree associated with that wavelength. The concentration of the light-absorbing substance in blood is calculated based on the ratio of the amount of change in extinction degree for each wavelength (see, for example, Patent Document 1).

血中吸光物質濃度の一例として、血液の酸素化の指標として用いられる動脈血酸素飽和度(以下、SaO2と称する)が知られている。SaO2の値を得るためには観血的な測定が必要であるため、非観血的な算出が可能である経皮的動脈血酸素飽和度(以下、SpO2と称する)が、当該指標として普及している。SpO2は、パルスフォトメータの一例であるパルスオキシメータによって測定される。 As an example of the blood light-absorbing substance concentration, arterial oxygen saturation (hereinafter referred to as SaO2) used as an index of blood oxygenation is known. Since invasive measurement is required to obtain the value of SaO2, percutaneous arterial oxygen saturation (hereinafter referred to as SpO2), which allows non-invasive calculation, is widely used as the index. ing. SpO2 is measured by a pulse oximeter, which is an example of a pulse photometer.

特許4196209号公報Japanese Patent No. 4196209

算出されるSpO2の値は、実際のSaO2の値に等しいことが理想的である。しかしながら、ある条件下では両者の値が乖離しうることが知られている。特に、上記脈波信号の振幅が小さい場合において、SpO2の値が、実際のSaO2の値よりも高く算出される傾向がある。この場合、SpO2の値が被検者の正常状態を示していても、実際には当該被検者が低酸素血症に陥っているという事態が起こりうる。 Ideally, the calculated SpO2 value is equal to the actual SaO2 value. However, it is known that the two values may deviate under certain conditions. In particular, when the amplitude of the pulse wave signal is small, the value of SpO2 tends to be calculated higher than the actual value of SaO2. In this case, even if the value of SpO2 indicates the normal state of the subject, a situation may occur in which the subject actually falls into hypoxemia.

よって、本発明は、非観血的に算出される血中吸光物質濃度の正確性を向上することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve the accuracy of the blood light-absorbing substance concentration calculated non-invasively.

上記の目的を達成するために、本発明がとりうる第一の態様は、パルスフォトメータであって、
第一波長を含む第一の光を出射するように構成された第一発光部と、
第二波長を含む第二の光を出射するように構成された第二発光部と、
被検者の身体を透過あるいは反射した前記第一の光の強度に応じて第一強度信号を出力し、前記身体を透過あるいは反射した前記第二の光の強度に応じて第二強度信号を出力するように構成された受光部と、
前記第一強度信号に基づいて、前記被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量に対応する第一変化量を取得するように構成された第一変化量取得部と、
前記第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量に対応する第二変化量を取得するように構成された第二変化量取得部と、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記血液における血中吸光物質濃度を算出するように構成された濃度算出部と、
を備えており、
前記第二変化量は、前記第一の光の減光度変化量の逆数値に基づく第一補正量を含んでいる。
In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention is a pulse photometer,
A first light emitting unit configured to emit a first light including a first wavelength,
A second light emitting portion configured to emit a second light including a second wavelength,
The first intensity signal is output according to the intensity of the first light transmitted or reflected through the body of the subject, and the second intensity signal is output according to the intensity of the second light transmitted or reflected through the body. A light receiving unit configured to output,
Based on the first intensity signal, a first change amount acquisition unit configured to acquire a first change amount corresponding to the change amount of extinction degree of the first light due to pulsation of blood of the subject. When,
Based on the second intensity signal, a second change amount acquisition unit configured to obtain a second change amount corresponding to the dimming degree change amount of the second light due to the pulsation,
Based on the first amount of change and the second amount of change, a concentration calculation unit configured to calculate the blood light-absorbing substance concentration in the blood,
Is equipped with
The second change amount includes a first correction amount based on an inverse value of the first light extinction change amount.

パルスフォトメータにより取得される血中吸光物質濃度の値は、特に脈波信号の振幅が小さい場合において誤差が大きくなる傾向がある。発明者らは、脈波信号の振幅に対応する第一の光の減光度変化量に着目し、誤差との関係を調べた。その結果、発明者らは、第一の光の減光度変化量の逆数値と誤差の大きさとが比例関係にあることを見出した。誤差の大きさは、血中吸光物質濃度の測定値Cmと基準値Crの差分として表される。ここでk1は比例定数である。

Cm−Cr=−k1/ΔA1
The value of the blood light-absorbing substance concentration obtained by the pulse photometer tends to have a large error, particularly when the amplitude of the pulse wave signal is small. The inventors paid attention to the amount of change in the extinction degree of the first light corresponding to the amplitude of the pulse wave signal, and investigated the relationship with the error. As a result, the inventors have found that the reciprocal value of the first light extinction change amount and the magnitude of the error are in a proportional relationship. The magnitude of the error is represented as the difference between the measured value Cm of the blood light-absorbing substance concentration and the reference value Cr. Here, k1 is a proportional constant.

Cm-Cr=-k1/ΔA1

これより、次式が得られる。

Cr=Cm+(k1/ΔA1)

すなわち、パルスフォトメータによる測定値Cmに当該補正値を加えることにより、基準値Crが得られることが判る。
From this, the following equation is obtained.

Cr=Cm+(k1/ΔA1)

That is, it is understood that the reference value Cr can be obtained by adding the correction value to the measurement value Cm measured by the pulse photometer.

他方、血中吸光物質濃度は、第一の光の減光度変化量ΔA1と第二の光の減光度変化量ΔA2の比である減光度変化量比Φ21(=ΔA2/ΔA1)の関数である。したがって、次式が得られる。

Cr ∝ Φ21+(k1/ΔA1)
∝(ΔA2/ΔA1)+(k1/ΔA1)
∝(ΔA2+k1)/ΔA1

すなわち、上述の関係から得られる比例定数k1に相当する補正量を第二の光の減光度変化量ΔA2に加えることにより、パルスフォトメータによる測定値Cmを、基準値Crに近づけうることが判る。
On the other hand, the concentration of the light-absorbing substance in blood is a function of the extinction change ratio Φ21 (=ΔA2/ΔA1), which is the ratio of the extinction change amount ΔA1 of the first light and the extinction change amount ΔA2 of the second light. .. Therefore, the following equation is obtained.

Cr ∝ Φ21+(k1/ΔA1)
∝(ΔA2/ΔA1)+(k1/ΔA1)
∝(ΔA2+k1)/ΔA1

That is, it can be seen that the measurement value Cm measured by the pulse photometer can be brought close to the reference value Cr by adding the correction amount corresponding to the proportional constant k1 obtained from the above-mentioned relation to the change amount ΔA2 of the second light extinction degree. ..

第二変化量取得部は、第二の光の減光度変化量ΔA2に対応する第二変化量を取得するように構成されている。第二変化量は、上記の知見に基づき、(ΔA2+k1)となるように設定される。 The second change amount acquisition unit is configured to acquire the second change amount corresponding to the second light extinction degree change amount ΔA2. The second variation amount is set to (ΔA2+k1) based on the above knowledge.

このような構成によれば、非観血的に算出される血中吸光物質濃度の正確性を向上できる。 With such a configuration, it is possible to improve the accuracy of the blood light-absorbing substance concentration calculated non-invasively.

上記のパルスフォトメータは、以下のように構成されうる。
前記第一補正量は、複数の被検者より得られた複数の血中吸光物質濃度に基づいて予め統計的に定められた定数である。
The above pulse photometer can be configured as follows.
The first correction amount is a constant that is statistically determined in advance based on a plurality of blood light-absorbing substance concentrations obtained from a plurality of subjects.

このような構成によれば、第二変化量取得部は、統計的に定められた定数である第一補正量に基づいて動作する。これにより、第一補正量の信頼性が向上するだけでなく、第二変化量取得部における処理負荷を抑制できる。したがって、非観血的に算出される血中吸光物質濃度の正確性を容易に向上できる。 According to such a configuration, the second change amount acquisition unit operates based on the first correction amount which is a statistically determined constant. This not only improves the reliability of the first correction amount, but also suppresses the processing load on the second change amount acquisition unit. Therefore, it is possible to easily improve the accuracy of the blood light-absorbing substance concentration calculated non-invasively.

上記のパルスフォトメータは、以下のように構成されうる。
前記第一の光と前記第二の光の一方は赤色光であり、
前記第一の光と前記第二の光の他方は赤外光である。
The above pulse photometer can be configured as follows.
One of the first light and the second light is red light,
The other of the first light and the second light is infrared light.

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。そのため、このような構成によれば、特にSpO2を正確に算出できる。 Red light and infrared light are a combination in which the ratio of the extinction coefficient of blood differs depending on the oxygen saturation. Therefore, according to such a configuration, especially SpO2 can be accurately calculated.

上記のパルスフォトメータは、以下のように構成されうる。
第三発光部と、
第三変化量取得部と、
を備えており、
前記第三発光部は、第三波長を含む第三の光を出射するように構成されており、
前記受光部は、前記身体を透過あるいは反射した前記第三の光の強度に応じて第三強度信号を出力するように構成されており、
前記第三変化量取得部は、前記第三強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第三の光の減光度変化量に対応する第三変化量を取得するように構成されており、
前記濃度算出部は、前記第一変化量、前記第二変化量、および前記第三変化量に基づいて、前記血中吸光物質濃度を算出するように構成されており、
前記第三変化量は、前記第一の光の減光度変化量の逆数値に基づく第二補正量を含んでいる。
The above pulse photometer can be configured as follows.
A third light emitting part,
A third change amount acquisition unit,
Is equipped with
The third light emitting unit is configured to emit a third light including a third wavelength,
The light receiving unit is configured to output a third intensity signal according to the intensity of the third light transmitted or reflected by the body,
The third change amount acquisition unit, based on the third intensity signal, is configured to acquire a third change amount corresponding to the extinction change amount of the third light due to the pulsation,
The concentration calculation unit is configured to calculate the blood light-absorbing substance concentration based on the first change amount, the second change amount, and the third change amount,
The third change amount includes a second correction amount based on the reciprocal value of the first light extinction change amount.

三種の波長を用いるこのような構成によれば、非観血的に算出される血中吸光物質濃度の正確性をより向上できる。 With such a configuration using three kinds of wavelengths, the accuracy of the blood light-absorbing substance concentration calculated non-invasively can be further improved.

この場合、上記のパルスフォトメータは、以下のように構成されうる。
前記第二補正量は、複数の被検者より得られた複数の血中吸光物質濃度に基づいて予め統計的に定められた定数である。
In this case, the above pulse photometer can be configured as follows.
The second correction amount is a constant that is statistically determined in advance based on a plurality of blood light-absorbing substance concentrations obtained from a plurality of subjects.

このような構成によれば、第二変化量取得部は、統計的に定められた定数である第一補正量に基づいて動作する。また、第三変化量取得部は、統計的に定められた定数である第二補正量に基づいて動作する。これにより、第一補正量と第二補正量の信頼性が向上するだけでなく、第二変化量取得部と第三変化量取得部における処理負荷を抑制できる。したがって、非観血的に算出される血中吸光物質濃度の正確性を容易に向上できる。 According to such a configuration, the second change amount acquisition unit operates based on the first correction amount which is a statistically determined constant. Further, the third change amount acquisition unit operates based on the second correction amount that is a statistically determined constant. Thereby, not only the reliability of the first correction amount and the second correction amount is improved, but also the processing load on the second change amount acquisition unit and the third change amount acquisition unit can be suppressed. Therefore, it is possible to easily improve the accuracy of the blood light-absorbing substance concentration calculated non-invasively.

また、上記のパルスフォトメータは、以下のように構成されうる。
前記第一波長、前記第二波長、および前記第三波長は、630nm、660nm、700nm、730nm、805nm、880nm、および940nmから選ばれている。
Further, the above pulse photometer can be configured as follows.
The first wavelength, the second wavelength, and the third wavelength are selected from 630 nm, 660 nm, 700 nm, 730 nm, 805 nm, 880 nm, and 940 nm.

このような構成によれば、SpO2のみならず、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の血中濃度を算出できる。 According to such a configuration, not only SpO2 but also blood concentrations of carbon monoxide hemoglobin, Met hemoglobin, pigments injected into blood, and the like can be calculated.

したがって、上記の目的を達成するために本発明がとりうる第二の態様は、パルスフォトメータであって、
被検者の身体を透過あるいは反射した第一波長を含む第一の光の強度に対応する第一強度信号に基づいて、前記被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量に対応する第一変化量を取得するように構成された第一変化量取得部と、
前記身体を透過あるいは反射した第二波長を含む第二の光の強度に対応する第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量に対応する第二変化量を取得するように構成された第二変化量取得部と、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記血液における血中吸光物質濃度を算出するように構成された濃度算出部と、
を備えており、
前記第二変化量は、前記第一の光の減光度変化量の逆数値に基づく第一補正量を含んでいる。
Therefore, the second aspect of the present invention to achieve the above object is a pulse photometer,
Based on the first intensity signal corresponding to the intensity of the first light including the first wavelength transmitted or reflected by the body of the subject, the extinction degree of the first light accompanying the pulsation of blood of the subject. A first change amount acquisition unit configured to acquire a first change amount corresponding to the change amount,
Based on the second intensity signal corresponding to the intensity of the second light including the second wavelength transmitted or reflected by the body, the second change amount corresponding to the change amount of the dimming degree of the second light due to the pulsation. A second change amount acquisition unit configured to acquire
Based on the first amount of change and the second amount of change, a concentration calculation unit configured to calculate the blood light-absorbing substance concentration in the blood,
Is equipped with
The second change amount includes a first correction amount based on an inverse value of the first light extinction change amount.

また、上記の目的を達成するために本発明がとりうる第三の態様は、血中吸光物質濃度の算出方法であって、
被検者の身体を透過あるいは反射した第一波長を含む第一の光の強度に対応する第一強度信号に基づいて、前記被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量に対応する第一変化量を、パルスフォトメータに取得させ、
前記身体を透過あるいは反射した第二波長を含む第二の光の強度に対応する第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量に対応する第二変化量を、前記パルスフォトメータに取得させ、
前記第一変化量と前記第二変化量に基づいて、前記血液における血中吸光物質濃度を、前記パルスフォトメータに算出させ、
前記第二変化量は、前記第一の光の減光度変化量の逆数値に基づく第一補正量を含んでいる。
Further, a third aspect that the present invention can take to achieve the above object is a method for calculating a blood light-absorbing substance concentration,
Based on the first intensity signal corresponding to the intensity of the first light including the first wavelength transmitted or reflected by the body of the subject, the extinction degree of the first light accompanying the pulsation of blood of the subject. The pulse photometer acquires the first change amount corresponding to the change amount,
Based on the second intensity signal corresponding to the intensity of the second light including the second wavelength transmitted or reflected by the body, the second change amount corresponding to the change amount of the dimming degree of the second light due to the pulsation. , Is acquired by the pulse photometer,
Based on the first change amount and the second change amount, the blood light-absorbing substance concentration in the blood, the pulse photometer to calculate,
The second change amount includes a first correction amount based on an inverse value of the first light extinction change amount.

第一実施形態に係るパルスオキシメータの機能構成を示す図である。It is a figure showing the functional composition of the pulse oximeter concerning a first embodiment. 図1のパルスオキシメータの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation|movement of the pulse oximeter of FIG. 第二実施形態に係るパルスオキシメータの機能構成を示す図である。It is a figure showing functional composition of a pulse oximeter concerning a second embodiment. 図3のパルスオキシメータの動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the pulse oximeter of FIG. 3.

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例を以下詳細に説明する。図1は、第一実施形態に係るパルスオキシメータ1(パルスフォトメータの一例)の機能構成を示す図である。パルスオキシメータ1は、被検者2のSpO2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。 Exemplary embodiments are described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a functional configuration of a pulse oximeter 1 (an example of a pulse photometer) according to the first embodiment. The pulse oximeter 1 is a device that measures SpO2 of the subject 2. SpO2 represents the ratio of oxyhemoglobin (an example of a blood light-absorbing substance) to the amount of hemoglobin capable of carrying oxygen (an example of a blood light-absorbing substance concentration).

パルスオキシメータ1は、第一発光部11を備えている。第一発光部11は、第一波長λ1を含む第一の光を出射するように構成されている。第一波長λ1の例としては、880nmや940nm(赤外光の一例)が挙げられる。第一発光部11は、例えば、第一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。 The pulse oximeter 1 includes a first light emitting unit 11. The first light emitting unit 11 is configured to emit the first light including the first wavelength λ1. Examples of the first wavelength λ1 include 880 nm and 940 nm (an example of infrared light). The first light emitting unit 11 is, for example, a semiconductor light emitting element that can emit the first light. Examples of the semiconductor light emitting element include a light emitting diode (LED), a laser diode, an organic EL element and the like.

パルスオキシメータ1は、第二発光部12を備えている。第二発光部12は、第二波長λ2を含む第二の光を出射するように構成されている。第二波長λ2の例としては、630nmや660nm(赤色光の一例)が挙げられる。第二発光部12は、例えば、第二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。 The pulse oximeter 1 includes a second light emitting unit 12. The second light emitting unit 12 is configured to emit the second light including the second wavelength λ2. Examples of the second wavelength λ2 include 630 nm and 660 nm (an example of red light). The second light emitting unit 12 is, for example, a semiconductor light emitting element capable of emitting the second light. Examples of the semiconductor light emitting element include a light emitting diode (LED), a laser diode, an organic EL element and the like.

パルスオキシメータ1は、受光部20を備えている。受光部20は、被検者2の身体を透過あるいは反射した第一の光の強度に応じて、第一強度信号I1を出力するように構成されている。また、受光部20は、当該被検者2の身体を透過あるいは反射した第二の光の強度に応じて、第二強度信号I2を出力するように構成されている。受光部20は、例えば、第一波長λ1と第二波長λ2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、フォトレジスタなどが挙げられる。 The pulse oximeter 1 includes a light receiving unit 20. The light receiving unit 20 is configured to output the first intensity signal I1 according to the intensity of the first light transmitted or reflected by the body of the subject 2. Further, the light receiving unit 20 is configured to output the second intensity signal I2 according to the intensity of the second light transmitted or reflected by the body of the subject 2. The light receiving unit 20 is, for example, an optical sensor having sensitivity to the first wavelength λ1 and the second wavelength λ2. Examples of the optical sensor include a photodiode, a phototransistor, and a photoresistor.

パルスオキシメータ1は、第一変化量取得部31を備えている。第一変化量取得部31は、受光部20から出力された第一強度信号I1の経時変化に基づいて、被検者2の血液の脈動に伴う第一の光の減光度変化量ΔA1を取得するように構成されている。第一の光の減光度変化量ΔA1は、次式で表される。

ΔA1=ln[I1/(I1−ΔI1)]≒ΔI1/I1 (1)

ここで、ΔI1は、被検者2の血液の脈動に伴う、第一強度信号I1の変化量を示している。
The pulse oximeter 1 includes a first change amount acquisition unit 31. The first change amount acquisition unit 31 acquires the change amount ΔA1 of the first light extinction degree due to the pulsation of blood of the subject 2 based on the change over time of the first intensity signal I1 output from the light receiving unit 20. Is configured to. The first light extinction change amount ΔA1 is represented by the following equation.

ΔA1=ln [I1/(I1-ΔI1)]≈ΔI1/I1 (1)

Here, ΔI1 indicates the amount of change in the first intensity signal I1 due to the pulsation of blood of the subject 2.

パルスオキシメータ1は、第二変化量取得部32を備えている。第二変化量取得部32は、受光部20から出力された第二強度信号I2の経時変化に基づいて、被検者2の血液の脈動に伴う第二の光の減光度変化量ΔA2を取得するように構成されている。第二の光の減光度変化量ΔA2は、次式で表される。

ΔA2=ln[I2/(I2−ΔI2)]≒ΔI2/I2 (2)

ここで、ΔI2は、被検者2の血液の脈動に伴う、第二強度信号I2の変化量を示している。
The pulse oximeter 1 includes a second change amount acquisition unit 32. The second change amount acquisition unit 32 acquires the second light extinction change amount ΔA2 due to the pulsation of blood of the subject 2 based on the change over time of the second intensity signal I2 output from the light receiving unit 20. Is configured to. The change amount ΔA2 of the second light extinction degree is expressed by the following equation.

ΔA2=ln[I2/(I2-ΔI2)]≈ΔI2/I2 (2)

Here, ΔI2 indicates the amount of change in the second intensity signal I2 due to the pulsation of blood of the subject 2.

前述のように、パルスオキシメータにより取得されるSpO2の値は、特に脈波信号の振幅が小さい場合において、観血的に取得される動脈血酸素飽和度(以下SaO2と称する)の値より高くなる傾向がある。発明者らは、脈波信号の振幅に対応する第一の光の減光度変化量ΔA1に着目し、SpO2の値とSaO2の値の差異との関係を調べた。 As described above, the value of SpO2 acquired by the pulse oximeter becomes higher than the value of arterial oxygen saturation (hereinafter referred to as SaO2) acquired invasively, especially when the amplitude of the pulse wave signal is small. Tend. The inventors paid attention to the first light extinction change amount ΔA1 corresponding to the amplitude of the pulse wave signal, and examined the relationship between the difference between the SpO2 value and the SaO2 value.

図2の(A)は、その結果を示している。横軸は、第一の光の減光度変化量ΔA1の逆数に対応している。したがって、値が大きくなるほど脈波信号の振幅が小さいという状況を示している。縦軸は、SpO2の値とSaO2の値の差分に対応している。すなわち、縦軸は、取得されるSpO2の値に含まれる誤差量に対応している。発明者らは、第一の光の減光度変化量ΔA1の逆数値と取得されるSpO2の値に含まれる誤差量とが比例関係にあることを見出した。すなわち、次式が得られる。

SpO2−SaO2=−k1/ΔA1 (3)

ここでk1は比例定数である。
FIG. 2A shows the result. The horizontal axis corresponds to the reciprocal of the first light extinction change amount ΔA1. Therefore, the larger the value, the smaller the amplitude of the pulse wave signal. The vertical axis corresponds to the difference between the SpO2 value and the SaO2 value. That is, the vertical axis corresponds to the error amount included in the acquired SpO2 value. The inventors have found that the reciprocal value of the first light extinction change amount ΔA1 and the error amount included in the acquired SpO2 value are in a proportional relationship. That is, the following equation is obtained.

SpO2-SaO2=-k1/ΔA1 (3)

Here, k1 is a proportional constant.

SaO2の値は、パルスオキシメータにより取得されるSpO2の基準値であるとみなせる。当該基準値は、式(3)より次式のように表される。

SaO2=SpO2+(k1/ΔA1) (4)

すなわち、式(3)の右辺は、正確なSpO2の値を得るために必要な補正値とみなせる。式(4)によれば、パルスオキシメータにより取得されたSpO2の値に当該補正値を加えることにより、基準値が得られることが判る。
The value of SaO2 can be regarded as the reference value of SpO2 acquired by the pulse oximeter. The reference value is represented by the following equation from the equation (3).

SaO2=SpO2+(k1/ΔA1) (4)

That is, the right side of Expression (3) can be regarded as a correction value necessary to obtain an accurate SpO2 value. According to the equation (4), it can be understood that the reference value can be obtained by adding the correction value to the SpO2 value acquired by the pulse oximeter.

他方、SpO2は、第一の光の減光度変化量ΔA1と第二の光の減光度変化量ΔA2の比である減光度変化量比Φ21(=ΔA2/ΔA1)の関数である。したがって、式(4)より次式が得られる。

SaO2∝ Φ21+(k1/ΔA1)
∝(ΔA2/ΔA1)+(k1/ΔA1)
∝(ΔA2+k1)/ΔA1 (5)
すなわち、図2の(A)に示した関係から得られる比例定数k1に相当する補正量を第二の光の減光度変化量ΔA2に加えることにより、パルスオキシメータにより取得されるSpO2の値を、SaO2の値に近づけうることが判る。
On the other hand, SpO2 is a function of a dimming degree change amount ratio Φ21 (=ΔA2/ΔA1) which is a ratio between the dimming degree change amount ΔA1 of the first light and the dimming degree change amount ΔA2 of the second light. Therefore, the following equation is obtained from the equation (4).

SaO2∝Φ21+(k1/ΔA1)
∝(ΔA2/ΔA1)+(k1/ΔA1)
∝(ΔA2+k1)/ΔA1 (5)
That is, the value of SpO2 acquired by the pulse oximeter is calculated by adding the correction amount corresponding to the proportional constant k1 obtained from the relationship shown in FIG. 2A to the second light extinction change amount ΔA2. , SaO2 values can be approached.

第一変化量取得部31は、第一の光の減光度変化量ΔA1に対応する第一変化量Δ1を取得するように構成されている。第一変化量Δ1は、第一の光の減光度変化量ΔA1と実質的に同一である。 The first change amount acquisition unit 31 is configured to acquire the first change amount Δ1 corresponding to the first light extinction degree change amount ΔA1. The first change amount Δ1 is substantially the same as the first light extinction change amount ΔA1.

第二変化量取得部32は、第二の光の減光度変化量ΔA2に対応する第二変化量Δ2を取得するように構成されている。第二変化量Δ2は、上記の知見に基づき、次式のように設定される。

Δ2=ΔA2+k1 (6)

k1は、第一の光の減光度変化量ΔA1の逆数値に基づく第一補正量とみなせる。すなわち、第二変化量Δ2は、第一補正量k1を含んでいる。
The second change amount acquisition unit 32 is configured to acquire the second change amount Δ2 corresponding to the second light extinction degree change amount ΔA2. The second variation amount Δ2 is set according to the following equation based on the above findings.

Δ2=ΔA2+k1 (6)

k1 can be regarded as the first correction amount based on the reciprocal value of the first light extinction change amount ΔA1. That is, the second change amount Δ2 includes the first correction amount k1.

パルスオキシメータ1は、濃度算出部40を備えている。濃度算出部40は、第一変化量取得部31により取得された第一変化量Δ1と第二変化量取得部32により取得された第二変化量Δ2に基づいて、被検者2のSpO2を算出するように構成されている。具体的には、式(5)に基づいてSpO2を算出するように構成されている。 The pulse oximeter 1 includes a concentration calculator 40. The concentration calculation unit 40 calculates the SpO2 of the subject 2 based on the first change amount Δ1 acquired by the first change amount acquisition unit 31 and the second change amount Δ2 acquired by the second change amount acquisition unit 32. Is configured to calculate. Specifically, it is configured to calculate SpO2 based on the equation (5).

図2の(B)は、上記の濃度算出部40を備えているパルスオキシメータ1により算出されたSpO2の値とSaO2の値との差異を、図2の(A)と同様に示している。両者の差異を解消するには至っていないものの、第一補正量k1を用いない例と比較すると、脈波振幅の小さい領域(第一の光の減光度変化量ΔA1の逆数値が大きい領域)において誤差量が低減していることが判る。したがって、上記の構成によれば、非観血的に算出されるSpO2の正確性を向上できる。 2B shows the difference between the value of SpO2 and the value of SaO2 calculated by the pulse oximeter 1 including the above-described concentration calculation unit 40, as in FIG. 2A. .. Although the difference between the two has not been resolved, as compared with an example in which the first correction amount k1 is not used, in a region where the pulse wave amplitude is small (a region where the reciprocal value of the first light extinction change amount ΔA1 is large). It can be seen that the error amount is reduced. Therefore, according to the above configuration, the accuracy of SpO2 calculated noninvasively can be improved.

第一補正量k1の値は、適宜に定められうる。本実施形態においては、第一補正量k1の値は、複数の被検者により得られた複数のSpO2とSaO2の差分値に基づいて、予め統計的に定められている。具体的には、図2の(A)に示したような複数の測定結果に最小二乗法などの統計的処理を施し、SpO2とSaO2の差分を低減できるような第一補正量k1を決定する。 The value of the first correction amount k1 can be set appropriately. In the present embodiment, the value of the first correction amount k1 is statistically determined in advance based on the difference value between the plurality of SpO2 and SaO2 obtained by the plurality of subjects. Specifically, the plurality of measurement results as shown in FIG. 2A are subjected to statistical processing such as the least squares method to determine the first correction amount k1 that can reduce the difference between SpO2 and SaO2. ..

このような構成によれば、第二変化量取得部32は、統計的に定められた定数である第一補正量k1に基づいて動作する。これにより、第一補正量k1の信頼性が向上するだけでなく、第二変化量取得部32における処理負荷を抑制できる。したがって、非観血的に算出されるSpO2の正確性を容易に向上できる。 With such a configuration, the second change amount acquisition unit 32 operates based on the first correction amount k1 which is a statistically determined constant. Thereby, not only the reliability of the first correction amount k1 is improved, but also the processing load on the second change amount acquisition unit 32 can be suppressed. Therefore, the accuracy of SpO2 calculated noninvasively can be easily improved.

本実施形態においては、第一の光として赤外光が用いられ、第二の光として赤色光が用いられている。しかしながら、第一の光として赤色光が用いられ、第二の光として赤外光が用いられてもよい。 In the present embodiment, infrared light is used as the first light and red light is used as the second light. However, red light may be used as the first light and infrared light may be used as the second light.

本実施形態においては、共通の受光部20が、第一発光部11から出射された第一の光と第二発光部12から出射された第二の光を受けるように構成されている。しかしながら、第一の光を受けるための受光部と第二の光を受けるための受光部が独立して設けられる構成としてもよい。 In the present embodiment, the common light receiving unit 20 is configured to receive the first light emitted from the first light emitting unit 11 and the second light emitted from the second light emitting unit 12. However, the light receiving portion for receiving the first light and the light receiving portion for receiving the second light may be separately provided.

図3は、第二実施形態に係るパルスオキシメータ1Aの機能構成を示す図である。第一実施形態に係るパルスオキシメータ1と同一あるいは同等の構成要素については、同一の参照番号を付与し、繰り返しとなる説明は省略する。 FIG. 3 is a diagram showing a functional configuration of the pulse oximeter 1A according to the second embodiment. Constituent elements that are the same as or equivalent to those of the pulse oximeter 1 according to the first embodiment are given the same reference numerals, and repeated explanations are omitted.

パルスオキシメータ1Aは、第三発光部13を備えている。第三発光部13は、第三波長λ3を含む第三の光を出射するように構成されている。第三波長λ3の例としては、700nm(赤色光の一例)、730nm(赤色光の一例)、805nm(赤外光の一例)などが挙げられる。第三発光部13は、例えば、第三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。 The pulse oximeter 1A includes a third light emitting unit 13. The third light emitting unit 13 is configured to emit the third light including the third wavelength λ3. Examples of the third wavelength λ3 include 700 nm (an example of red light), 730 nm (an example of red light), 805 nm (an example of infrared light). The third light emitting unit 13 is, for example, a semiconductor light emitting element capable of emitting third light. Examples of the semiconductor light emitting element include a light emitting diode (LED), a laser diode, an organic EL element and the like.

受光部20は、被検者2の身体を透過あるいは反射した第三の光の強度に応じて、第三強度信号I3を出力するように構成されている。 The light receiving unit 20 is configured to output the third intensity signal I3 according to the intensity of the third light transmitted or reflected by the body of the subject 2.

パルスオキシメータ1Aは、第三変化量取得部33を備えている。第三変化量取得部33は、受光部20から出力された第三強度信号I3の経時変化に基づいて、被検者2の血液の脈動に伴う第三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。第三の光の減光度変化量ΔA3は、次式で表される。

ΔA3=ln[I3/(I3−ΔI3)]≒ΔI3/I3 (7)

ここで、ΔI3は、被検者2の血液の脈動に伴う、第三強度信号I3の変化量を示している。
The pulse oximeter 1A includes a third change amount acquisition unit 33. The third change amount acquisition unit 33 acquires the third light extinction change amount ΔA3 due to the pulsation of blood of the subject 2 based on the change over time of the third intensity signal I3 output from the light receiving unit 20. Is configured to. The third light extinction change amount ΔA3 is expressed by the following equation.

ΔA3=ln [I3/(I3−ΔI3)]≈ΔI3/I3 (7)

Here, ΔI3 indicates the amount of change in the third intensity signal I3 due to the pulsation of the blood of the subject 2.

図4の(A)は、三種の波長を用いてSpO2を測定した場合における、第一の光の減光度変化量ΔA1の逆数値と、SpO2の値とSaO2の値の差分値の関係を示している。横軸は前者に対応し、縦軸は後者に対応している。発明者らは、三種の波長を用いる場合においても、第一の光の減光度変化量ΔA1の逆数値と取得されるSpO2の値に含まれる誤差量とが比例関係にあることを見出した。 FIG. 4A shows the relationship between the reciprocal value of the first light extinction change amount ΔA1 and the difference value between the SpO2 value and the SaO2 value when SpO2 is measured using three types of wavelengths. ing. The horizontal axis corresponds to the former and the vertical axis corresponds to the latter. The inventors have found that even when three types of wavelengths are used, the reciprocal value of the first light extinction change amount ΔA1 is proportional to the error amount included in the acquired SpO2 value.

SpO2は、第一の光の減光度変化量ΔA1と第三の光の減光度変化量ΔA3の比である減光度変化量比Φ31(=ΔA3/ΔA1)の関数でもある。したがって、式(4)より次式が得られる。

SaO2∝ Φ21+(k1/ΔA1)、Φ31+(k2/ΔA1)
∝(ΔA2/ΔA1)+(k1/ΔA1)、
(ΔA3/ΔA1)+(k2/ΔA1)
∝(ΔA2+k1)/ΔA1、(ΔA3+k2)/ΔA1 (8)
すなわち、図4の(A)に示した関係から得られる第一補正量k1を第二の光の減光度変化量ΔA2に加え、第二補正量k2を第三の光の減光度変化量ΔA3に加えることにより、パルスオキシメータにより取得されるSpO2の値を、SaO2の値に近づけうることが判る。
SpO2 is also a function of the dimming degree change amount ratio Φ31 (=ΔA3/ΔA1), which is the ratio of the dimming degree change amount ΔA1 of the first light and the dimming degree change amount ΔA3 of the third light. Therefore, the following equation is obtained from the equation (4).

SaO2∝Φ21+(k1/ΔA1), Φ31+(k2/ΔA1)
∝(ΔA2/ΔA1)+(k1/ΔA1),
(ΔA3/ΔA1)+(k2/ΔA1)
∝(ΔA2+k1)/ΔA1, (ΔA3+k2)/ΔA1 (8)
That is, the first correction amount k1 obtained from the relationship shown in FIG. 4A is added to the second light extinction change amount ΔA2, and the second correction amount k2 is added to the third light extinction change amount ΔA3. It can be seen that the value of SpO2 obtained by the pulse oximeter can be brought close to the value of SaO2 by adding to the above.

第三変化量取得部33は、第三の光の減光度変化量ΔA3に対応する第三変化量Δ3を取得するように構成されている。第三変化量Δ3は、上記の知見に基づき、次式のように設定される。

Δ3=ΔA3+k2 (9)

k2は、第一の光の減光度変化量ΔA1の逆数値に基づく第二補正量とみなせる。すなわち、第三変化量Δ3は、第二補正量k2を含んでいる。
The third change amount acquisition unit 33 is configured to acquire the third change amount Δ3 corresponding to the third light extinction degree change amount ΔA3. The third variation amount Δ3 is set according to the following equation based on the above findings.

Δ3=ΔA3+k2 (9)

k2 can be regarded as a second correction amount based on the reciprocal value of the first light extinction change amount ΔA1. That is, the third change amount Δ3 includes the second correction amount k2.

パルスオキシメータ1Aは、濃度取得部40Aを備えている。濃度取得部40は、第一変化量取得部31により取得された第一変化量Δ1、第二変化量取得部32により取得された第二変化量Δ2、および第三変化量取得部33により取得された第三変化量Δ3に基づいて、被検者2のSpO2を算出するように構成されている。具体的には、以下に示す処理を行なうように構成されている。 The pulse oximeter 1A includes a concentration acquisition unit 40A. The concentration acquisition unit 40 is acquired by the first change amount Δ1 acquired by the first change amount acquisition unit 31, the second change amount Δ2 acquired by the second change amount acquisition unit 32, and the third change amount acquisition unit 33. The SpO2 of the subject 2 is calculated based on the calculated third change amount Δ3. Specifically, it is configured to perform the following processing.

第一の光の減光度変化量ΔA1、第二の光の減光度変化量ΔA2、および第三の光の減光度変化量ΔA3は、次式で表わされうる。

ΔA1=ΔAb1+ΔAt1=Eb1HbΔDb+Σt1ΔDt (10)
ΔA2=ΔAb2+ΔAt2=Eb2HbΔDb+Σt2ΔDt (11)
ΔA3=ΔAb3+ΔAt3=Eb3HbΔDb+Σt3ΔDt (12)

ここで、Eは、吸光係数(dl g-1cm-1)を表している。Hbは、血中ヘモグロビン濃度(g dl-1)を表している。Σは、減光率(cm-1)を表している。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、血液を表している。添え字tは、血液以外の組織を表している。添え字1は、第一の光を表している。添え字2は、第二の光を表している。添え字3は、第三の光を表している。
The first light extinction change amount ΔA1, the second light extinction change amount ΔA2, and the third light extinction change amount ΔA3 can be expressed by the following equations.

ΔA1=ΔAb1+ΔAt1=Eb1HbΔDb+Σt1ΔDt (10)
ΔA2=ΔAb2+ΔAt2=Eb2HbΔDb+Σt2ΔDt (11)
ΔA3=ΔAb3+ΔAt3=Eb3HbΔDb+Σt3ΔDt (12)

Here, E represents the extinction coefficient (dl g -1 cm -1 ). Hb represents the hemoglobin concentration in blood (g dl -1 ). Σ represents the extinction ratio (cm −1 ). ΔD represents a thickness change (cm) due to blood pulsation. The subscript b represents blood. The subscript t represents a tissue other than blood. The subscript 1 represents the first light. The subscript 2 represents the second light. The subscript 3 represents the third light.

式(10)から式(12)は、以下のように変形されうる。

ΔA1=Eb1HbΔDb+Σt1ΔDt
=[Eb1+(Σt1ΔDt)/(HbΔDb)](HbΔDb)
=(Eb1+Ex1)(HbΔDb) (13)
ΔA2=Eb2HbΔDb+Σt2ΔDt
=[Eb2+(Σt2ΔDt)/(HbΔDb)](HbΔDb)
=(Eb2+Ex2)(HbΔDb) (14)
ΔA3=Eb3HbΔDb+Σt3ΔDt
=[Eb3+(Σt3ΔDt)/(HbΔDb)](HbΔDb)
=(Eb3+Ex3)(HbΔDb) (15)

ここで、Exは(ΣtΔDt)/(HbΔDb)を置き換えた変数である。添え字1は、第一の光を表している。添え字2は、第二の光を表している。添え字3は、第三の光を表している。
Expressions (10) to (12) can be modified as follows.

ΔA1=Eb1HbΔDb+Σt1ΔDt
=[Eb1+(Σt1ΔDt)/(HbΔDb)](HbΔDb)
=(Eb1+Ex1)(HbΔDb) (13)
ΔA2=Eb2HbΔDb+Σt2ΔDt
=[Eb2+(Σt2ΔDt)/(HbΔDb)](HbΔDb)
=(Eb2+Ex2)(HbΔDb) (14)
ΔA3=Eb3HbΔDb+Σt3ΔDt
=[Eb3+(Σt3ΔDt)/(HbΔDb)](HbΔDb)
=(Eb3+Ex3)(HbΔDb) (15)

Here, Ex is a variable in which (ΣtΔDt)/(HbΔDb) is replaced. The subscript 1 represents the first light. The subscript 2 represents the second light. The subscript 3 represents the third light.

式(13)から式(15)は、以下のように変形されうる。

Eb1+Ex1−ΔA1/(HbΔDb)=0 (16)
Eb2+Ex2−ΔA2/(HbΔDb)=0 (17)
Eb3+Ex3−ΔA3/(HbΔDb)=0 (18)
Expressions (13) to (15) can be modified as follows.

Eb1+Ex1-ΔA1/(HbΔDb)=0 (16)
Eb2+Ex2-ΔA2/(HbΔDb)=0 (17)
Eb3+Ex3-ΔA3/(HbΔDb)=0 (18)

式(16)から式(18)に関し、第二の光の血液の吸光係数Eb2と第三の光の血液の吸光係数Eb3は、第一の光の血液の吸光係数Eb1により、以下のように近似されうる。

Eb2=a2Eb1+b2 (19)
Eb3=a3Eb1+b3 (20)

ここで、aとbは定数である。添え字1は、第一の光を表している。添え字2は、第二の光を表している。添え字3は、第三の光を表している。
Regarding Expressions (16) to (18), the extinction coefficient Eb2 of blood of the second light and the extinction coefficient Eb3 of blood of the third light are as follows by the extinction coefficient Eb1 of blood of the first light. Can be approximated.

Eb2=a2 Eb1+b2 (19)
Eb3=a3 Eb1+b3 (20)

Here, a and b are constants. The subscript 1 represents the first light. The subscript 2 represents the second light. The subscript 3 represents the third light.

式(16)から式(18)に関し、第二の光のEx2と第三の光のEx3は、第一の光のEx1により、以下のように近似されうる。

Ex2=α2Ex1+β2 (21)
Ex3=α3Ex1+β3 (22)

ここで、αとβは定数である。添え字1は、第一の光を表している。添え字2は、第二の光を表している。添え字3は、第三の光を表している。
Regarding Expressions (16) to (18), Ex2 of the second light and Ex3 of the third light can be approximated by Ex1 of the first light as follows.

Ex2=α2Ex1+β2 (21)
Ex3=α3Ex1+β3 (22)

Here, α and β are constants. The subscript 1 represents the first light. The subscript 2 represents the second light. The subscript 3 represents the third light.

式(19)から式(22)を用いて式(16)から式(18)を書き換えると、次式が得られる。

Eb1+Ex1−ΔA1/(HbΔDb)=0 (23)

(a2Eb1+b2)+(α2Ex1+β2)−ΔA2/(HbΔDb)=0
a2Eb1+α2Ex1−ΔA2/(HbΔDb)=−b2−β2 (24)

(a3Eb1+b3)+(α3Ex1+β3)−ΔA3/(HbΔDb)=0
a3Eb1+α3Ex1−ΔA3/(HbΔDb)=−b3−β3 (25)
By rewriting equations (16) to (18) using equations (19) to (22), the following equation is obtained.

Eb1+Ex1-ΔA1/(HbΔDb)=0 (23)

(A2Eb1+b2)+(α2Ex1+β2)−ΔA2/(HbΔDb)=0
a2Eb1+α2Ex1-ΔA2/(HbΔDb)=−b2-β2 (24)

(A3Eb1+b3)+(α3Ex1+β3)−ΔA3/(HbΔDb)=0
a3Eb1+α3Ex1-ΔA3/(HbΔDb)=-b3-β3 (25)

したがって、次の行列式を計算することにより、第一の光の血液の吸光係数Eb1が得られる。

Figure 0006703841
Therefore, the absorption coefficient Eb1 of the first light blood is obtained by calculating the following determinant.

Figure 0006703841

百分率表記であるSpO2をSと小数表記すると、吸光係数Eb1は、次式で表わされる。

Eb1=Eo1S+Er1(1−S) (27)

ここで、Eoは、酸化ヘモグロビンの吸光係数を表している。Erは、脱酸化ヘモグロビンの吸光係数を表している。添え字1は、第一の光を表している。
When SpO2, which is expressed as a percentage, is expressed as a decimal with S, the extinction coefficient Eb1 is expressed by the following equation.

Eb1=Eo1S+Er1(1-S) (27)

Here, Eo represents the extinction coefficient of oxyhemoglobin. Er represents the extinction coefficient of deoxygenated hemoglobin. The subscript 1 represents the first light.

ここで、第一補正量k1を第二の光の減光度変化量ΔA2に加え、第二補正量k2を第三の光の減光度変化量ΔA3に加えることにより、パルスオキシメータにより取得されるSpO2の値を、SaO2の値に近づけうることが判る。

Figure 0006703841
Here, the first correction amount k1 is added to the dimming degree change amount ΔA2 of the second light, and the second correction amount k2 is added to the dimming degree change amount ΔA3 of the third light to obtain the pulse oximeter. It can be seen that the value of SpO2 can approach the value of SaO2.

Figure 0006703841

式(6)と式(9)を用いて式(28)を書き換えると、次式が得られる。

Figure 0006703841
By rewriting the equation (28) using the equations (6) and (9), the following equation is obtained.

Figure 0006703841

したがって、第一変化量取得部31により取得された第一変化量Δ1、第二変化量取得部32により取得された第二変化量Δ2、および第三変化量取得部33により取得された第三変化量Δ3に基づいて、濃度算出部40Aは、SpO2を算出するように構成されていることが判る。 Therefore, the first change amount Δ1 acquired by the first change amount acquisition unit 31, the second change amount Δ2 acquired by the second change amount acquisition unit 32, and the third change amount acquired by the third change amount acquisition unit 33. It can be seen that the concentration calculation unit 40A is configured to calculate SpO2 based on the change amount Δ3.

図4の(B)は、上記の濃度算出部40Aを備えているパルスオキシメータ1Aにより算出されたSpO2の値とSaO2の値との差異を、図4の(A)と同様に示している。第一補正量k1および第二補正量k2を用いない例と比較すると、脈波振幅の小さい領域(第一の光の減光度変化量ΔA1の逆数値が大きい領域)において誤差量が大幅に低減していることが判る。したがって、上記の構成によれば、非観血的に算出されるSpO2の正確性を大幅に向上できる。 4B shows the difference between the value of SpO2 and the value of SaO2 calculated by the pulse oximeter 1A including the above-described concentration calculation unit 40A, similarly to FIG. 4A. .. Compared with an example in which the first correction amount k1 and the second correction amount k2 are not used, the error amount is greatly reduced in the region where the pulse wave amplitude is small (the region where the reciprocal value of the first light extinction change amount ΔA1 is large). You can see that Therefore, according to the above configuration, the accuracy of SpO2 calculated noninvasively can be significantly improved.

第一補正量k1と第二補正量k2の値は、適宜に定められうる。本実施形態においては、第一補正量k1と第二補正量k2の値は、複数の被検者により得られた複数のSpO2とSaO2の差分値に基づいて、予め統計的に定められている。具体的には、図4の(A)に示したような複数の測定結果に最小二乗法などの統計的処理を施し、SpO2とSaO2の差分を低減できるような第一補正量k1と第二補正量k2を決定する。 The values of the first correction amount k1 and the second correction amount k2 can be set appropriately. In the present embodiment, the values of the first correction amount k1 and the second correction amount k2 are statistically determined in advance based on the difference values between the plurality of SpO2 and SaO2 obtained by the plurality of subjects. .. Specifically, the plurality of measurement results as shown in FIG. 4A are subjected to statistical processing such as the least squares method, and the first correction amount k1 and the second correction amount k1 that can reduce the difference between SpO2 and SaO2. The correction amount k2 is determined.

このような構成によれば、第二変化量取得部32は、統計的に定められた定数である第一補正量k1に基づいて動作する。また、第三変化量取得部33は、統計的に定められた定数である第二補正量k2に基づいて動作する。これにより、第一補正量k1と第二補正量k2の信頼性が向上するだけでなく、第二変化量取得部32と第三変化量取得部33における処理負荷を抑制できる。したがって、非観血的に算出されるSpO2の正確性を容易かつ大幅に向上できる。 With such a configuration, the second change amount acquisition unit 32 operates based on the first correction amount k1 which is a statistically determined constant. In addition, the third change amount acquisition unit 33 operates based on the second correction amount k2 that is a statistically determined constant. Thereby, not only the reliability of the first correction amount k1 and the second correction amount k2 is improved, but also the processing load on the second change amount acquisition unit 32 and the third change amount acquisition unit 33 can be suppressed. Therefore, the accuracy of SpO2 calculated non-invasively can be easily and significantly improved.

本実施形態においては、第一の光として赤外光が用いられ、第二の光および第三の光として赤色光が用いられている。しかしながら、第一の光として赤色光が用いられ、第二の光と第三の光の一方に赤色光が用いられ、他方に赤外光が用いられてもよい。あるいは、第一の光、第二の光、および第三の光のうちいずれか二つに赤外光が用いられ、残りの一つに赤色光が用いられてもよい。 In this embodiment, infrared light is used as the first light, and red light is used as the second light and the third light. However, red light may be used as the first light, red light may be used as one of the second light and third light, and infrared light may be used as the other. Alternatively, infrared light may be used for any two of the first light, second light, and third light, and red light may be used for the other one.

本実施形態においては、共通の受光部20が、第一発光部11から出射された第一の光、第二発光部12から出射された第二の光、および第三発光部13から出射された第三の光を受けるように構成されている。しかしながら、第一の光を受けるための受光部、第二の光を受けるための受光部、および第三の光を受けるための受光部の少なくとも一つが独立して設けられる構成としてもよい。 In the present embodiment, the common light receiving unit 20 emits the first light emitted from the first light emitting unit 11, the second light emitted from the second light emitting unit 12, and the third light emitting unit 13. It is configured to receive a third light. However, at least one of the light receiving portion for receiving the first light, the light receiving portion for receiving the second light, and the light receiving portion for receiving the third light may be provided independently.

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。 Since the red light and the infrared light are a combination in which the ratio of the extinction coefficient of blood differs depending on the oxygen saturation, it is possible to improve the accuracy of the calculation of SpO2.

上記の各実施形態は、本発明の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の各実施形態に係る構成は、本発明の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更・改良されうる。また、等価物が本発明の技術的範囲に含まれることは明らかである。 The above embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the present invention. The configurations according to the above-described embodiments can be appropriately modified and improved without departing from the spirit of the present invention. Further, it is obvious that equivalents are included in the technical scope of the present invention.

上記の各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算出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、対象とする血中吸光物質濃度によって血液の吸光係数の比が実質的に異なる組合せとなるように各光の波長が選ばれる。 In each of the above-mentioned embodiments, a pulse oximeter for calculating SpO2 is exemplified. However, the present invention is applicable to other pulse photometers that calculate the concentration of other light absorbing substances in blood. Other examples of the light absorbing substance in blood include carbon monoxide hemoglobin, Met hemoglobin, and a dye injected into blood. In that case, the wavelengths of the respective lights are selected so that the ratio of the extinction coefficient of blood is substantially different depending on the concentration of the target light-absorbing substance in blood.

四種以上の波長を含む四種以上の光が血中吸光物質濃度の特定に用いられる構成とされうる。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=630nm、λ2=660nm、λ3=700nm、λ4=880nm
λ1=660nm、λ2=700nm、λ3=880nm、λ4=940nm
It is possible to adopt a configuration in which four or more kinds of light including four or more kinds of wavelengths are used for specifying the blood light-absorbing substance concentration. For example, the four wavelengths λ1, λ2, λ3, and λ4 may be chosen as follows.
λ1=630 nm, λ2=660 nm, λ3=700 nm, λ4=880 nm
λ1=660 nm, λ2=700 nm, λ3=880 nm, λ4=940 nm

上記の各実施形態において、第一変化量取得部31、第二変化量取得部32、第三変化量取得部33、および濃度算出部40(40A)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り実現されている。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、第一変化量取得部31、第二変化量取得部32、第三変化量取得部33、および濃度算出部40(40A)の少なくとも一つの機能は、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。 In each of the above-described embodiments, the functions of the first change amount acquisition unit 31, the second change amount acquisition unit 32, the third change amount acquisition unit 33, and the concentration calculation unit 40 (40A) are the processors connected to be communicable. It is realized by the software executed by the cooperation of the memory and the memory. Examples of the processor include CPU and MPU. Examples of the memory include RAM and ROM. However, at least one function of the first change amount acquisition unit 31, the second change amount acquisition unit 32, the third change amount acquisition unit 33, and the concentration calculation unit 40 (40A) is performed by hardware such as a circuit element, or It can be realized by a combination of hardware and software.

1、1A:パルスオキシメータ、2:被検者、11:第一発光部、12:第二発光部、13:第三発光部、20:受光部、31:第一変化量取得部、32:第二変化量取得部、33:第三変化量取得部、40、40A:濃度取得部、λ1:第一波長、λ2:第二波長、λ3:第三波長、I1:第一強度信号、I2:第二強度信号、I3:第三強度信号、ΔA1:第一の光の減光度変化量、ΔA2:第二の光の減光度変化量、ΔA3:第三の光の減光度変化量、Δ1:第一変化量、Δ2:第二変化量、Δ3:第三変化量、k1:第一補正量、k2:第二補正量 1, 1A: pulse oximeter, 2: subject, 11: first light emitting part, 12: second light emitting part, 13: third light emitting part, 20: light receiving part, 31: first change amount acquiring part, 32 : Second change amount acquisition unit, 33: third change amount acquisition unit, 40, 40A: concentration acquisition unit, λ1: first wavelength, λ2: second wavelength, λ3: third wavelength, I1: first intensity signal, I2: second intensity signal, I3: third intensity signal, ΔA1: first light extinction change amount, ΔA2: second light extinction change amount, ΔA3: third light extinction change amount, Δ1: first change amount, Δ2: second change amount, Δ3: third change amount, k1: first correction amount, k2: second correction amount

Claims (8)

第一波長を含む第一の光を出射するように構成された第一発光部と、
第二波長を含む第二の光を出射するように構成された第二発光部と、
被検者の身体を透過あるいは反射した前記第一の光の強度に応じて第一強度信号を出力し、前記身体を透過あるいは反射した前記第二の光の強度に応じて第二強度信号を出力するように構成された受光部と、
前記第一強度信号に基づいて、前記被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量を取得するように構成された第一変化量取得部と、
前記第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量を取得するように構成された第二変化量取得部と、
前記第一の光の減光度変化量と前記第二の光の減光度変化量の比に基づいて算出された前記血液における血中吸光物質濃度に第一補正量を加えるように構成された濃度算出部と、
を備えており、
前記第一補正量は、前記第一の光の減光度変化量の逆数値に基づいて前記第一の光の減光度変化量と前記第二の光の減光度変化量の比を補正する、
パルスフォトメータ。
A first light emitting unit configured to emit a first light including a first wavelength,
A second light emitting portion configured to emit a second light including a second wavelength,
The first intensity signal is output according to the intensity of the first light transmitted or reflected through the body of the subject, and the second intensity signal is output according to the intensity of the second light transmitted or reflected through the body. A light receiving unit configured to output,
Based on the first intensity signal, a first change amount acquisition unit configured to acquire the change amount of extinction degree of the first light due to the pulsation of blood of the subject,
Based on the second intensity signal, a second change amount acquisition unit configured to acquire the change amount of dimming degree of the second light due to the pulsation,
Configured concentrations to exert a first correction amount to the light absorbing material concentration in the blood in the first light attenuation variation and the second light attenuation variation of the blood which is calculated based on the ratio of A calculator,
Is equipped with
Wherein the first correction amount, the first and based on the inverse value of the attenuation amount of change in the optical correction the ratio of light attenuation variation of the attenuation variation of the first light and said second light To do
Pulse photometer.
前記第一補正量は、複数の被検者より得られた複数の血中吸光物質濃度に基づいて予め統計的に定められた比例定数を含んでいる、
請求項1に記載のパルスフォトメータ。
The first correction amount includes a proportional constant that is statistically determined in advance based on a plurality of blood light-absorbing substance concentrations obtained from a plurality of subjects,
The pulse photometer according to claim 1.
前記第一の光と前記第二の光の一方は赤色光であり、
前記第一の光と前記第二の光の他方は赤外光である、
請求項1または2に記載のパルスフォトメータ。
One of the first light and the second light is red light,
The other of the first light and the second light is infrared light,
The pulse photometer according to claim 1.
第三発光部と、
第三変化量取得部と、
を備えており、
前記第三発光部は、第三波長を含む第三の光を出射するように構成されており、
前記受光部は、前記身体を透過あるいは反射した前記第三の光の強度に応じて第三強度信号を出力するように構成されており、
前記第三変化量取得部は、前記第三強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第三の光の減光度変化量を取得するように構成されており、
前記濃度算出部は、前記第一の光の減光度変化量と前記第二の光の減光度変化量の比、および前記第一の光の減光度変化量前記第三の光の減光度変化量の比に基づいて算出された前記血中吸光物質濃度に前記第一補正量と第二補正量を加えるように構成されており、
前記第二補正量は、前記第一の光の減光度変化量の逆数値に基づいて前記第一の光の減光度変化量と前記第三の光の減光度変化量の比を補正する、
請求項1から3のいずれか一項に記載のパルスフォトメータ。
A third light emitting part,
A third change amount acquisition unit,
Is equipped with
The third light emitting unit is configured to emit a third light including a third wavelength,
The light receiving unit is configured to output a third intensity signal according to the intensity of the third light transmitted or reflected by the body,
The third change amount acquisition unit, based on the third intensity signal, is configured to acquire the extinction change amount of the third light due to the pulsation,
The concentration calculation unit, the first of the the attenuation amount of change in the optical second attenuation variation in ratio of light, and the first attenuation variation and the third attenuation of the light intensity of the light It is configured to add the first correction amount and the second correction amount to the blood light-absorbing substance concentration calculated based on the ratio of the change amount,
The second correction amount, the first and based on the inverse value of the attenuation amount of change in the optical correction the ratio of light attenuation variation of the attenuation variation of the first light and the third light To do
The pulse photometer according to any one of claims 1 to 3.
前記第二補正量は、複数の被検者より得られた複数の血中吸光物質濃度に基づいて予め統計的に定められた比例定数を含んでいる、
請求項4に記載のパルスフォトメータ。
The second correction amount includes a proportional constant that is statistically determined in advance based on a plurality of blood light-absorbing substance concentrations obtained from a plurality of subjects,
The pulse photometer according to claim 4.
前記第一波長、前記第二波長、および前記第三波長は、630nm、660nm、700nm、730nm、805nm、880nm、および940nmから選ばれている、
請求項4または5に記載のパルスフォトメータ。
The first wavelength, the second wavelength, and the third wavelength are selected from 630 nm, 660 nm, 700 nm, 730 nm, 805 nm, 880 nm, and 940 nm,
The pulse photometer according to claim 4 or 5.
被検者の身体を透過あるいは反射した第一波長を含む第一の光の強度に対応する第一強度信号に基づいて、前記被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量を取得するように構成された第一変化量取得部と、
前記身体を透過あるいは反射した第二波長を含む第二の光の強度に対応する第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量を取得するように構成された第二変化量取得部と、
前記第一の光の減光度変化量と前記第二の光の減光度変化量の比に基づいて算出された前記血液における血中吸光物質濃度に第一補正量を加えるように構成された濃度算出部と、
を備えており、
前記第一補正量は、前記第一の光の減光度変化量の逆数値に基づいて前記第一の光の減光度変化量と前記第二の光の減光度変化量の比を補正する、
パルスフォトメータ。
Based on the first intensity signal corresponding to the intensity of the first light including the first wavelength transmitted or reflected by the body of the subject, the extinction degree of the first light accompanying the pulsation of blood of the subject. a first change amount acquiring unit configured to change the amount to acquire,
Based on the second intensity signal corresponding to the intensity of the second light including the second wavelength transmitted or reflected through the body, it is configured to obtain the amount of change in extinction of the second light due to the pulsation. Second change amount acquisition unit,
Configured concentrations to exert a first correction amount to the light absorbing material concentration in the blood in the first light attenuation variation and the second light attenuation variation of the blood which is calculated based on the ratio of A calculator,
Is equipped with
Wherein the first correction amount, the first and based on the inverse value of the attenuation amount of change in the optical correction the ratio of light attenuation variation of the attenuation variation of the first light and said second light To do
Pulse photometer.
被検者の身体を透過あるいは反射した第一波長を含む第一の光の強度に対応する第一強度信号に基づいて、前記被検者の血液の脈動に伴う前記第一の光の減光度変化量を、パルスフォトメータに取得させ、
前記身体を透過あるいは反射した第二波長を含む第二の光の強度に対応する第二強度信号に基づいて、前記脈動に伴う前記第二の光の減光度変化量を、前記パルスフォトメータに取得させ、
前記第一の光の減光度変化量と前記第二の光の減光度変化量の比に基づいて、前記血液における血中吸光物質濃度を、前記パルスフォトメータに算出させ、
算出された前記血中吸光物質濃度に対し、前記第一の光の減光度変化量の逆数値に基づいて前記第一の光の減光度変化量と前記第二の光の減光度変化量の比を補正する第一補正量を、前記パルスフォトメータに加えさせる
血中吸光物質濃度の算出方法。
Based on the first intensity signal corresponding to the intensity of the first light including the first wavelength transmitted or reflected by the body of the subject, the extinction degree of the first light accompanying the pulsation of blood of the subject. Let the pulse photometer acquire the amount of change,
Based on a second intensity signal corresponding to the intensity of the second light including the second wavelength transmitted or reflected the body, the amount of change in extinction of the second light due to the pulsation, to the pulse photometer Let's get
Based on the ratio of the extinction change amount of the first light and the extinction change amount of the second light, the blood light-absorbing substance concentration in the blood is calculated by the pulse photometer,
Calculating said blood absorbing substance concentration was to, attenuation variation of light attenuation variation of the first and based on the inverse value of the attenuation amount of change in the optical said first light and said second light A first correction amount for correcting the ratio of the pulse photometer is added to the pulse photometer ,
Method for calculating the concentration of light-absorbing substances in blood.
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